JP2009030835A - 冷却加熱装置 - Google Patents

Abstract

【目的】冷媒回路に接続している温水用熱交換器やその周辺部品に不具合を生じさせることのない冷却加熱装置を提供することを目的とする。
【構成】温水用熱交換器５２を迂回させて圧縮機５１とガスクーラ５３とを直接接続させる連通冷媒回路Ｌ３を冷媒循環回路Ｌに配設し、連通冷媒回路Ｌ３には電磁弁６４を備え、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌには電磁弁６５を備え、温水用熱交換器５２で高温の湯を作る必要がないときは、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６５を閉じ、連通冷媒回路Ｌ３に備えている電磁弁６４を開いて高温高圧の冷媒を温水用熱交換器５２を迂回させてガスクーラ５３に直接通流させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばカップなどの飲料容器に飲料を注入して提供するカップ式自動販売機に備えられ、圧縮機から供給される冷媒を利用して湯、冷水、氷を作る冷却加熱装置に関するものである。

従来からコーヒー豆原料に高温の湯を供給して抽出したコーヒー飲料やシロップを希釈して氷を投入したシロップ飲料を販売するカップ式自動販売機が知られている。カップ式自動販売機は、利用者が貨幣を投入し、例えば、コーヒー飲料の選択ボタンが押されると、貯蔵しているコーヒー豆をミルで挽いた挽き豆に温水タンクで貯留している高温の湯を供給して抽出した温かいコーヒー飲料をカップ供給装置から供給されたカップに注入して販売口から利用者に販売する。また、メロン飲料の選択ボタンが押されると、冷却水槽で冷やされたメロンシロップと炭酸水がカップに注入され、さらに製氷機に貯蔵している氷が投入されて冷たいメロン飲料となり、販売口から利用者に販売される。このように、カップ式自動販売機にはコーヒー飲料などのホット飲料を調製する際に使用する湯を高温（例えば９４〜９７℃）に加熱して貯留する温水タンクや、メロン飲料などのアイス飲料を調製する原料としてのシロップや炭酸水を冷やす冷却水槽と、氷を製造する製氷機と、その冷却水槽と製氷機を冷却する冷媒回路を備えている。
図５はカップ式自動販売機を示す概念図である。カップ式自動販売機２は、カップ供給装置（図示せず）から供給されてベンドステージＳに載置した飲料容器であるカップＣに、その機内で調製したホット飲料またはコールド飲料を注入して提供する装置であり、希釈液供給部３、冷却水槽１５、製氷機３０、温水タンク３４、ミキシングボウル４０、４１、コーヒーブリュア４２、原料容器４３、４５、４７、ミル４６などを備えている。

希釈液供給部３は、冷水、炭酸水などの希釈液をカップＣに注入するためのものであり、水リザーバ１０、水ポンプ１１、給水弁１２を有している。給水弁１２を開くと水道水は水リザーバ１０に貯えられ、水ポンプ１１を駆動することによって圧送された水は冷水回路１３または温水回路３３に供給される。冷水回路１３に供給された水は、冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａに浸漬した水冷却コイル１６を通流することにより冷却される。図には明示していないが冷却水１５ａにはコイル状の蒸発管（蒸発器）が浸漬してあり、蒸発管に冷媒を循環させることにより冷媒が蒸発する際の蒸発熱により蒸発管の周囲に着氷したアイスバンク（氷魂）の蓄熱量を利用した熱交換により冷却水１５ａを略０℃に保つようにしている。水冷却コイル１６には給水弁１７と冷水管路１８とが接続してある。また、給水弁１７には、カップＣに炭酸水を供給するカーボネータ１９が接続してあり、水ポンプ１１を駆動して給水弁１７を開くとカーボネータ１９に冷水が供給される。冷水管路１８には、冷水弁２０を介して冷水ノズル２１が接続してあり、コールド飲料注出時（販売時）には水ポンプ１１を駆動して冷水弁２０を開くと、冷水ノズル２１からカップＣに冷水を注入する。
カーボネータ１９は、冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａに浸漬してあり、炭酸ガスボンベ２２から供給される炭酸ガスが冷水に溶解して炭酸水となる。カーボネータ１９には、炭酸水弁２３を介して炭酸水ノズル２４が接続してあり、炭酸水弁２３を開くと、炭酸ガスボンベ２２から供給される炭酸ガスの圧力でカーボネータ１９から押し出された炭酸水を炭酸水ノズル２４からカップＣに注入する。また、冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａには、複数のシロップ冷却コイル２５が浸漬してあり、シロップ飲料の原液となる各種のシロップがそれぞれ貯蔵してある複数のシロップコンテナ２６がシロップ売切装置２７を介して接続してある。シロップコンテナ２６には炭酸ガスボンベ２２から炭酸ガスが供給され、シロップ冷却コイル２５にはシロップ弁２８を介してシロップノズル２９が接続されている。そして、シロップ弁２８を開くと、シロップコンテナ２６に貯蔵してあるシロップが炭酸ガスボンベ２２から供給される炭酸ガスの圧力で押し出され、シロップ売切装置２７を介して通流させてシロップ冷却コイル２５で冷却されたシロップをシロップノズル２９からカップＣに注入する。

製氷機３０は、製氷用水導入配管３０ａを通じて水リザーバ１０から供給された水を用いて氷を製造し、当該氷をストッカに貯蔵する。図には明示しないが製氷機３０は、製氷部としての円筒状のパイプの外周面に蒸発管（蒸発器）を螺旋状に巻回させてあり、蒸発管に冷媒を循環させることにより供給された水をパイプ内壁面に着氷させる。パイプの内部にはスクリュ形状のオーガが配設してあり、モータによって回転駆動したオーガでパイプの内壁面に着氷させた氷を切削しつつ上方に押し上げる。パイプの上部には、固定刃が設けてあり、この固定刃によってオーガで押し上げられた氷を圧縮してチップ状の氷にする。また、パイプの上方には、製造したチップ状の氷を貯蔵するストッカが設けてある。そして、製氷機３０によって製造された氷は、アイス飲料を販売するときにアイスダクト３０ｂを通じてカップＣに必要量が投入される。
水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開放して温水回路３３に供給された水は、温水タンク３４に貯えられ、温水タンク３４でヒータ（図示せず）により加熱されて高温（例えば９４〜９７℃）の湯になる。温水タンク３４には、複数の湯弁３５が配設してある。各湯弁３５は、湯管路３６によってミキシングボール４０、４１またはコーヒーブリュア４２に接続してあり、湯弁３５を開放すると湯管路３６を通った湯がミキシングボール４０、４１またはコーヒーブリュア４２に供給される。ミキシングボール４０は、原料容器４３から供給された原料と温水タンク３４から供給された湯を攪拌してホット飲料を調製してホット飲料ノズル４４からカップＣに注入する。コーヒーブリュア４２は、コーヒー豆を収容している原料容器４５から供給されたコーヒー豆をミル４６で挽いた挽き豆に温水タンク３４から供給された湯を注いで攪拌混合してコーヒー飲料を抽出する。コーヒー飲料の抽出滓は滓バケツ４９に廃棄される。また、コーヒーブリュア４２には、ミキシングボール４１が接続してあり、砂糖、クリームなどを収容している原料容器４７から供給された原料とコーヒー飲料を攪拌してコーヒー飲料ノズル４８からカップＣに注入する。

このようなカップ式自動販売機では、湯、冷水、氷を作る冷媒回路に、冷媒を高温高圧の状態に圧縮する圧縮機と、高温高圧状態の冷媒と給湯用の水とを熱交換させて湯を作る温水用熱交換器と、冷媒を膨張させることでその温度および圧力を低下させる膨張弁と、冷媒の吸熱による冷却作用を利用して冷水用の水と熱交換させて冷水を作る冷水用蒸発器と、冷媒の吸熱による冷却作用を利用して製氷用の水と熱交換させて氷を作る製氷用蒸発器とを設け、圧縮機からの高温高圧の冷媒により温水加熱動作および冷却動作を行い、湯、冷水または氷を作るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１０１０４９号公報

この冷媒回路では、圧縮機からの高温高圧の冷媒による温水加熱動作および冷却動作のいずれの動作においても冷媒が必ず温水用熱交換器を通流する冷媒回路となっているが、この冷媒回路を備えたカップ式自動販売機では、温水タンクの湯温が設定温度に達していて冷却動作時に温水を加熱することを必要としない場合があり、このような場合には温水循環バルブを閉じるようにしている。
しかしながら、冷却動作時に温水用熱交換器を温水が循環しないと管路に温水が滞留した状態となり、圧縮機で圧縮されて高温（例えば７０〜１２０℃）となった冷媒が温水用熱交換器を過度に加熱することとなり、温水用熱交換器管路内の温水の蒸発が進み、熱交換器管路内壁面にスケール付着が助長され、この付着したスケールが剥離して熱交換器管路から循環すると管路の詰まりや温水循環バルブの開閉動作不具合を発生させる虞が生じる。また、熱交換器管路内に残留している温水が沸騰すると管路内圧が上昇して、接続ホースの抜けや水漏れを発生させたり、接続ホースや温水用熱交換器、接続ホースを覆っている断熱材などの熱による劣化が促進されて耐久性が低下する虞が生じることとなる。
本発明は、上記実情に鑑みて、冷媒回路に接続している温水用熱交換器やその周辺部品に不具合を生じさせることのない冷却加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る冷却加熱装置は、冷媒を圧縮させて高温高圧にさせる圧縮機と、前記圧縮機で圧縮させた高温高圧の冷媒と水とを熱交換させて湯を作る温水用熱交換器と、前記温水用熱交換器から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを接続した冷媒循環回路を形成した冷却加熱装置において、
前記温水用熱交換器を迂回させて前記圧縮機と前記放熱器とを直接接続させる連通冷媒回路を前記冷媒循環回路に配設し、
前記連通冷媒回路および前記温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路のそれぞれに開閉弁を備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係る冷却加熱装置は、上記請求項１において、前記温水用熱交換器で湯を作るときは、前記連通冷媒回路に備えている開放弁を閉じ、前記温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路に備えている開放弁を開いて前記高温高圧の冷媒を前記温水用熱交換器に供給して水と熱交換させて湯を作り、
前記温水用熱交換器で湯を作らないときは、前記温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路に備えている開放弁を閉じ、前記連通冷媒回路に備えている開放弁を開いて前記高温高圧の冷媒を前記温水用熱交換器を迂回させて前記放熱器に直接通流させることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷却加熱装置は、上記請求項１または請求項２において、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、温水用熱交換器を迂回させて圧縮機と放熱器とを直接接続させる連通冷媒回路を冷媒循環回路に配設し、連通冷媒回路および温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路のそれぞれに開閉弁を備えているので、圧縮機で圧縮させた高温高圧の冷媒を温水用熱交換器を迂回させて放熱器に通流させることができるので、冷媒回路に接続している温水用熱交換器やその周辺部品に不具合を生じさせることのない冷却加熱装置を提供することが可能になる。
また、請求項２の発明によれば、温水用熱交換器で湯を作らないときは、温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路に備えている開放弁を閉じ、連通冷媒回路に備えている開放弁を開いて高温高圧の冷媒を温水用熱交換器を迂回させて放熱器に直接通流させることができるので、高温の冷媒が温水用熱交換器を過度に加熱することがなくなり、温水用熱交換器管路内の温水の蒸発が進むことがなく、熱交換器管路内壁面へのスケール付着がなくなる。スケールの付着がなくなると、スケールが剥離して熱交換器管路から循環して管路の詰まりや温水循環バルブの開閉動作不具合を発生させる虞がなくなる。また、熱交換器管路内に残留している温水が沸騰することもなくなるので管路内圧が上昇することによる接続ホースの抜けや水漏れの発生、また、接続ホースや温水用熱交換器、接続ホースを覆っている断熱材などが熱により劣化が促進されることがなくなり耐久性が向上する。

また、請求項３の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、環境負荷が小さく、安全である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷却加熱装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、従来と同一構成に関しては同一符号を用いる。
図１は本発明に係る冷却加熱装置をカップ式自動販売機に備えた実施の形態を示す概念図である。冷却加熱装置１における冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａの冷却、製氷機３０の氷の製造、および温水タンク７０に貯留している温水の加熱には冷媒回路５０が適用してある。冷媒回路５０は、圧縮機５１、温水用熱交換器５２、ガスクーラ（放熱器）５３、内部熱交換器５４、電子膨張弁（膨張機構）５５、および蒸発器５６、５７、並びにこれらを接続する冷媒循環回路Ｌにより構成され、冷媒を循環させて加熱および冷却を行うものである。ここで、冷媒としては、不燃性、安全性、不腐食性を有し、更にオゾン層への影響が少ない二酸化炭素を用いている。
圧縮機５１は、内部熱交換器５４からの冷媒（二酸化炭素）を圧縮して高温高圧の状態にするものである。この圧縮機５１は、冷媒圧縮を２回に分けて行う２段式圧縮機であり、１回目の冷媒圧縮を行う第１圧縮機５１ａと、２回目の冷媒圧縮を行う第２圧縮機５１ｂとを有し、これらの間に中間熱交換器５８を備えている。中間熱交換器５８は、第１圧縮機５１ａによる１回目の冷媒圧縮により圧縮された冷媒を冷却、すなわち放熱させて該冷媒を第２圧縮機５１ｂに送るものである。

このように、冷媒を２回に分けて圧縮を行う２段式圧縮機の第１圧縮機５１ａと第２圧縮機５１ｂとの間に冷媒を冷却する中間熱交換器５８を備えて冷媒圧縮を行うと、第２圧縮機５１ｂの負荷を低減して効率の向上を図れるので、動作時の消費電力を低減して冷媒を所望の高温高圧の状態に圧縮することが可能になる。圧縮機５１には、圧縮機５１を運転するための電源の周波数を変換するインバータ５１ｃが接続してあり、冷却加熱装置１の熱負荷に見合った適切な電源周波数で圧縮機５１を運転する。この圧縮機５１としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機などが適宜適用される。
冷媒循環回路Ｌには、第１圧縮機５１ａで圧縮させた高温高圧の冷媒を放熱させて第２圧縮機５１ｂに供給させる中間熱交換器５８を備えた第１冷媒回路Ｌ１と、第１圧縮機５１ａで圧縮させた高温高圧の冷媒を第２圧縮機５１ｂに直接供給させる第２冷媒回路Ｌ２とを備え、第１冷媒回路Ｌ１には弁を開閉して冷媒の通流および停止をさせる電磁弁６２を備え、第２冷媒回路Ｌ２には弁を開閉して冷媒の通流および停止をさせる電磁弁６３を備えている。そして、冷却水の冷却能力や製氷能力を強く要求される場合には、電磁弁６２を開く一方、電磁弁６３を閉じて圧縮機５１を運転すると、第１圧縮機５１ａで圧縮された温度６０℃〜７０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒は中間熱交換器５８に送られてここで放熱されて温度４０〜５０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒となって第２圧縮機５１ｂへ供給されるので第２圧縮機５１ｂの負荷が軽減され、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮動作により圧縮された冷媒は温度７０〜８０℃、圧力８〜９ＭＰａとなる。

温水タンク７０に貯留している温水の加熱能力を強く要求される場合には、電磁弁６２を閉じる一方、電磁弁６３を開いて圧縮機５１を運転すると、第１圧縮機５１ａで圧縮された温度６０〜７０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒が中間熱交換器５８で放熱されることなく第２圧縮機５１ｂへ直接供給されて圧縮されると、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮動作により圧縮された冷媒は温度１１０〜１２０℃、圧力１０〜１２ＭＰａの高温高圧の状態とすることができる。
また、温水用熱交換器５２を迂回させて圧縮機５１とガスクーラ５３とを直接接続させる連通冷媒回路Ｌ３を冷媒循環回路Ｌに配設し、連通冷媒回路Ｌ３には弁を開閉して冷媒の通流および停止をさせる電磁弁（開閉弁）６４を備え、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌには弁を開閉して冷媒の通流および停止をさせる電磁弁（開閉弁）６５を備えている。そして、温水用熱交換器５２で高温の湯を作るときは、連通冷媒回路Ｌ３に備えている電磁弁６４を閉じ、温水用熱交換器５２に連通する冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６５を開いて高温の冷媒を温水用熱交換器５２に供給して低温の温水と熱交換させて高温の湯を作り、温水用熱交換器５２で高温の冷媒と温水とを熱交換して高温の湯を作る必要がないときは、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６５を閉じ、連通冷媒回路Ｌ３に備えている電磁弁６４を開いて高温高圧の冷媒を温水用熱交換器５２を迂回させてガスクーラ５３に直接通流させるようにしている。

このように、温水用熱交換器５２で高温の冷媒と温水とを熱交換して高温の湯を作る必要がないときは、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６５を閉じ、連通冷媒回路Ｌ３に備えている電磁弁６４を開いて圧縮機５１から供給される高温高圧の冷媒を温水用熱交換器５２を迂回させてガスクーラ５３に直接通流させるようにしたので、高温の冷媒が温水用熱交換器５２を過度に加熱することがなくなり、温水管路５２ｂ内の温水の蒸発が進むことがなく、温水管路５２ｂ内壁面へのスケール付着がなくなる。スケールの付着がなくなると、スケールが剥離して温水管路５２ｂから循環して管路の詰まりや電磁弁７９、８０の開閉動作不具合を発生させる虞がなくなる。また、温水管路５２ｂ内に残留している温水が沸騰することもなくなるので管路内圧が上昇することによる接続ホースの抜けや水漏れの発生、また、接続ホースや温水用熱交換器５２、接続ホースを覆っている断熱材などが熱により劣化が促進されることがなくなり耐久性が向上する。これにより、冷媒循環回路Ｌに接続している温水用熱交換器５２やその周辺部品に不具合を生じさせることのない冷却加熱装置１を提供することが可能となる。
温水用熱交換器５２は、第１圧縮機５１ａで圧縮された冷媒が第２圧縮機５１ｂに直接送られることにより２回目の圧縮によって１１０〜１２０℃の高温になった冷媒を温水タンク７０から送出された３０〜６０℃の低温の温水と熱交換させて約９５℃の高温の温水を作るもので、その内部には、第２圧縮機５１ｂで圧縮された高温高圧の冷媒が通流する冷媒管路５２ａと、給湯用の水が通流する温水管路５２ｂとが、互いに熱交換可能な態様で配設してあり、温水管路５２ｂを通流する温水の移動方向と冷媒管路５２ａを通流する冷媒の移動方向とが逆方向となるように配設してある。冷媒管路５２ａに流入してきた１１０〜１２０℃の高温の冷媒が温水タンク７０から送出されて温水管路５２ｂに流入してきた３０〜６０℃の低温の温水と熱交換して冷媒管路５２ａから流出するときには５０〜６０℃の温度に下がるが、互いに熱交換可能な態様で配設してある温水管路５２ｂを通流する温水の移動方向と冷媒管路５２ａを通流する冷媒の移動方向とを逆方向となるように配設してあるので、冷媒との熱交換で徐々に温められた温水が温水管路５２ｂから流出する直前で冷媒管路５２ａに流入してきた１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換されて加熱されるので、温水管路５２ｂから流出する温水を効率よく約９５℃の高温の温水とすることができる。

温水タンク７０は、タンク本体７１の内部に仕切り板７２、湯温センサ７３、ヒータ７４、低湯温センサ８１を備えている。そして、給水弁１２を開いて水リザーバ１０に貯えられた水道水は、水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開くと給水回路３３を通流して温水タンク７０の底部から仕切り板７２の下部に供給され、湯量センサ（図示せず）が満水信号を出力すると水ポンプ１１を停止するとともに給水弁３２を閉じて給水を停止する。供給された水道水は仕切り板７２の下部に貯留されて３０〜６０℃の比較的低温の温水となり、仕切り板７２の上部に貯留されている高温（例えば９４〜９７℃）の温水とは区分された状態で貯留される。このように温水タンク７０に仕切り板７２を備えると、水道水の流入による流動や水の密度の温度依存による対流を抑制するとともに、熱伝導を遮断することができるので、仕切り板７２上部の高温域に貯留している高温の温水の温度低下を防止することができる。
温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを通流する冷媒と熱交換可能な態様で配設されている温水管路５２ｂ入口側（図中上側）に接続する温水管路７６は温水ポンプ７５を介して温水タンク７０の底部に接続され、温水管路５２ｂ出口側（図中下側）に接続する温水管路７７には通流する温水の湯温を測定して湯温信号を出力する湯温センサ７８が備えられ、温水管路７７の流出口の一方は電磁弁７９を介して仕切り板７２下部の低温域に接続され、他方は電磁弁８０を介して高温水７０ａの上部空間にその流出口が接続される。温水ポンプ７５の駆動により温水タンク７０から温水用熱交換器５２に送出された３０〜６０℃の低温水が温水管路５２ｂを通流する際に冷媒管路５２ａを通流する１１０〜１２０℃の冷媒と熱交換されて約９５℃の高温水となって温水管路７７を通流してくると、湯温センサ７８が出力する温度信号に基づいて制御手段（図示せず）が電磁弁７９を閉じて電磁弁８０を開くと温水タンク７０の仕切り板７２上部の高温域に流出して貯留される。タンク本体７１、温水管路７６、７７、温水用熱交換器５２、接続ホースなどは断熱材で周囲を覆うなどして断熱され、加熱された高温の温水の温度低下を最小限に抑えるようにしている。そして湯弁３５を開くと高温域の温水が調理部（図示せず）に供給されて飲料が調製される。

また、温水加熱動作の初期には温水が十分には加熱されていないので、湯温センサ７８が出力する温度信号に基づいて制御手段が電磁弁７９を開いて電磁弁８０を閉じると温水タンク７０の仕切り板７２下部の低温域に送出されて、高温域の温水の温度低下を防止することができる。また、湯温センサ７３は温水タンク７０に貯留されている湯温の検出信号を制御手段（図示せず）に出力し、湯温が所定の下限温度（例えば９４℃）を下回ると制御手段はヒータ７４に通電して所定の上限温度（例えば９７℃）まで加熱するようにしている。
ガスクーラ５３は、温水用熱交換器５２から供給された冷媒を放熱させるものであり、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものがある。
内部熱交換器５４は、ガスクーラ５３から供給された高温高圧の冷媒と、蒸発器５６、５７から環流する低温低圧の冷媒とを熱交換させるものであり、その内部には、ガスクーラ５３で放熱させた冷媒が移動する冷媒管路５４ａと、蒸発器５６、５７で蒸発させた冷媒が移動する冷媒管路５４ｂとが、互いに熱交換可能な態様で配設してある。
電子膨張弁５５は、内部熱交換器５４で熱交換させた冷媒を断熱膨張させ、該冷媒を減圧して低温低圧の状態に調整するもので、蒸発温度センサ９１ａ、水温センサ９１ｂ、庫内温度センサ９１ｃから出力される検出信号に基づいて膨張機構制御部９１が予めメモリ（図示せず）に格納しているプログラムやデータに従って、電子膨張弁５５の弁開閉量を可変制御する。

蒸発器５６、５７は、電子膨張弁５５で低温低圧の状態に断熱膨張させた冷媒を蒸発させるものであり、冷却水槽１５および製氷機３０のそれぞれの冷熱源として配設してある。冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａ中には蒸発管をコイル状にした蒸発器５６を配設してある。製氷機３０では、円筒状のパイプ（図示せず）の外周面に蒸発管を螺旋状に巻回することにより蒸発器５７を配設してある。これら蒸発器５６、５７は、電子膨張弁５５から２方に分岐したそれぞれの回路に接続してある。分岐したそれぞれの回路において、蒸発器５６の上流側には電磁弁５９が備えてあり、蒸発器５７の上流側には電磁弁６０が備えてある。そして、電磁弁５９を開くことで、蒸発器５６に電子膨張弁５５で断熱膨張させた冷媒が送出され、電磁弁６０を開くことで、蒸発器５７に電子膨張弁５５で断熱膨張させた冷媒が送出される。また、蒸発器５６、５７の下流側の回路は、互いに集合して内部熱交換器５４を介して第１圧縮機５１ａに接続してある。
なお、製氷機３０の蒸発器５７と電磁弁６０との間の回路、および蒸発器５７の下流側で集合する手前の回路には、継手手段であるセルフシールカップリング６１、６１が備えてある。そして、メンテナンス時には、セルフシールカップリング６１、６１を取り外すことで製氷機３０が冷媒循環回路Ｌから脱着可能になっている。

以上のような構成を有する冷却加熱装置１の基本動作について説明する。
まず、図２を参照して、温水用熱交換器５２では湯をつくらないで、冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａを冷却する場合について説明する。この場合、第１冷媒回路Ｌ１に備えている電磁弁６２と、連通冷媒回路Ｌ３に備えている電磁弁６４と、蒸発器５６に接続している冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁５９を開く一方、第２冷媒回路Ｌ２に備えている電磁弁６３と、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６５と、蒸発器５７に接続している電磁弁６０を閉じる。従って、冷媒循環回路Ｌは、第１圧縮機５１ａ、中間熱交換器５８、第２圧縮機５１ｂ、ガスクーラ５３、内部熱交換器５４、電子膨張弁５５および蒸発器５６が接続されて冷媒が循環し、温水用熱交換器５２および蒸発器５７に冷媒が送出されることはない。
この場合において、第１圧縮機５１ａで圧縮されて中間熱交換器５８で放熱された冷媒は第２圧縮機５１ｂに送出され、第２圧縮機５１ｂで８〜９ＭＰａに圧縮されて７０〜８０℃の冷媒温度になる。
第２圧縮機５１ｂで圧力８〜９ＭＰａ、温度７０〜８０℃になった冷媒は温水用熱交換器５２を迂回して通流してガスクーラ５３で周囲温度程度まで冷却された後、内部熱交換器５４で蒸発器５６から第１圧縮機５１ａに環流する低温低圧の冷媒と熱交換することで温度差（エンタルピ差）を拡大し、冷却能力を高める。内部熱交換器５４で熱交換した冷媒は電子膨張弁５５に送出され、電子膨張弁５５によって絞られた後に膨張すると減圧されて断熱膨張して温度−１０〜−２０℃、圧力２〜３ＭＰａの低温低圧の状態になる。

低温低圧の状態の冷媒は、開放状態にある電磁弁５９を介して蒸発器５６に送出され、蒸発器５６の配設部位である冷却水槽１５の冷却水１５ａから熱を与えられて蒸発する。この冷媒が蒸発する際の蒸発熱により蒸発器５６の周囲に着氷したアイスバンク（氷魂）の蓄熱量を利用した熱交換により冷却水１５ａを略０℃に保つようにしている。この結果、冷却水１５ａに浸漬している水冷却コイル、カーボネータ、シロップコンテナに接続されたシロップ供給配管などが冷却され、希釈水、炭酸水、シロップが冷やされる。
蒸発器５６で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５４に送出されて熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。
温水用熱交換器５２では湯をつくらないで、製氷機３０を冷却して氷を製造する場合、図３に示すように、蒸発器５７に接続されている冷媒循環回路Ｌに備えてある電磁弁６０を開く一方、蒸発器５６に接続されている冷媒循環回路Ｌに備えてある電磁弁５９を閉じる。したがって、冷媒循環回路Ｌは、第１圧縮機５１ａ、中間熱交換器５８、第２圧縮機５１ｂ、ガスクーラ５３、内部熱交換器５４、電子膨張弁５５および蒸発器５７が接続されて冷媒が循環し、温水用熱交換器５２および蒸発器５６に冷媒が送出されることはない。

この場合において、冷媒循環回路Ｌにおける冷媒は、第１圧縮機５１ａで圧縮されて中間熱交換器５８で放熱された後に第２圧縮機５１ｂに送出され、２回に分けて圧縮された後ガスクーラ５３で放熱して冷却される。そして、ガスクーラ５３で冷却された冷媒は、内部熱交換器５４を通じて電子膨張弁５５に送出され、電子膨張弁５５で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になり、開放状態にある電磁弁６０を介して蒸発器５７に送出される。蒸発器５７に送出された冷媒が蒸発することにより、蒸発器５７の配設部位である製氷機３０のパイプ（図示せず）は熱を奪われて冷却される。この結果、製氷機３０のパイプの内部に着氷し、モータ（図示せず）により駆動されたオーガ（図示せず）が氷を切削するとチップ状の氷が製造される。そして、蒸発器５７で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５４に送出されて熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。
次に、図４を参照して、温水タンク７０の仕切り板７２下部に貯留している低温水を温水用熱交換器５２に送出して高温の冷媒と熱交換して高温の湯とするとともに冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａを冷却する場合を説明する。この場合、第１冷媒回路Ｌ１に備えている電磁弁６２と、連通冷媒回路Ｌ３に備えている電磁弁６４と、蒸発器５７に接続している冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６０を閉じる一方、第２冷媒回路Ｌ２に備えている電磁弁６３と、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌに備えている電磁弁６５と、蒸発器５６に接続している電磁弁５９を開いて圧縮機５１を運転すると、第１圧縮機５１ａで圧縮された温度６０〜７０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒が中間熱交換器５８で放熱されることなく第２圧縮機５１ｂへ直接供給されて圧縮され、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮動作により圧縮された冷媒は温度１１０〜１２０℃、圧力１０〜１２ＭＰａの高温高圧の状態になり、温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａに供給される。

温水ポンプ７５の駆動により温水タンク７０から温水用熱交換器５２に送出された３０〜６０℃の低温水は温水管路５２ｂを通流して冷媒管路５２ａを通流する１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換されると約９５℃の高温水となって温水管路７７を通流してくると、湯温センサ７８が出力する温度信号に基づいて制御手段が電磁弁７９を閉じて電磁弁８０を開くと温水タンク７０の仕切り板７２上部の高温域に流出して貯留される。
温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを通流して温水と熱交換して５０〜６０℃の温度に冷却された冷媒はガスクーラ５３で放熱して冷却され、内部熱交換器５４を通じて電子膨張弁５５に送出され、電子膨張弁５５で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になり、開放状態にある電磁弁５９を介して蒸発器５６に送出される。蒸発器５６に送出された冷媒は冷却水槽１５の冷却水１５ａから熱を与えられて蒸発する。冷却水１５ａは冷媒が蒸発する際の蒸発熱により蒸発器５６の周囲に着氷したアイスバンク（氷魂）の蓄熱量を利用した熱交換により略０℃に保たれる。
蒸発器５６で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５４に送出されて熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。

なお、冷媒温度を１１０〜１２０℃に高めて温水と熱交換して約９５℃の高温の湯とすると同時に冷媒を蒸発器５６に送出して冷却水槽１５の冷却水１５ａを冷却する実施例で説明しているが、温水を約９５℃の高温の湯とすると同時に冷媒を蒸発器５７に送出して製氷機３０で製氷することもできる。
さらに、連通冷媒回路Ｌ３に電磁弁６４を備え、温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌに電磁弁６５を備えた実施例で説明しているが、連通冷媒回路Ｌ３と温水用熱交換器５２に接続する冷媒循環回路Ｌの分岐点に三方弁を備えて冷媒の通流回路を切り替えることもできる。

本発明の実施の形態である冷却加熱装置の実施の形態を示した概念図である。 図１に示した冷媒回路で冷却水槽を冷却している概念図である。 図１に示した冷媒回路で製氷機を冷却している概念図である。 図１に示した冷媒回路で温水を加熱して冷却水槽を冷却している概念図である。 従来のカップ式自動販売機を示す図である。

符号の説明

１ 冷却加熱装置
２ カップ式自動販売機
１５ 冷却水槽
３０ 製氷機
５０ 冷媒回路
５１ 圧縮機
５１ａ 第１圧縮機
５１ｂ 第２圧縮機
５２ 温水用熱交換器
５２ａ 冷媒管路
５２ｂ 温水管路
５３ ガスクーラ（放熱器）
５４ 内部熱交換器
５５ 電子膨張弁（膨張機構）
５６ 蒸発器
５７ 蒸発器
５８ 中間熱交換器
５９ 電磁弁（開閉弁）
６０ 電磁弁（開閉弁）
６２ 電磁弁（開閉弁）
６３ 電磁弁（開閉弁）
６４ 電磁弁（開閉弁）
６５ 電磁弁（開閉弁）
７０ 温水タンク
７１ タンク本体
７２ 仕切り板
７３ 湯温センサ
７４ ヒータ
７５ 温水ポンプ
７６ 温水管路
７７ 温水管路
７８ 湯温センサ
７９ 電磁弁（開閉弁）
８０ 電磁弁（開閉弁）
Ｌ 冷媒循環回路
Ｌ１ 第１冷媒回路
Ｌ２ 第２冷媒回路
Ｌ３ 連通冷媒回路

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮させて高温高圧にさせる圧縮機と、前記圧縮機で圧縮させた高温高圧の冷媒と水とを熱交換させて湯を作る温水用熱交換器と、前記温水用熱交換器から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを接続した冷媒循環回路を形成した冷却加熱装置において、
   前記温水用熱交換器を迂回させて前記圧縮機と前記放熱器とを直接接続させる連通冷媒回路を前記冷媒循環回路に配設し、
   前記連通冷媒回路および前記温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路のそれぞれに開閉弁を備えたことを特徴とする冷却加熱装置。
2. 前記温水用熱交換器で湯を作るときは、前記連通冷媒回路に備えている開放弁を閉じ、前記温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路に備えている開放弁を開いて前記高温高圧の冷媒を前記温水用熱交換器に供給して水と熱交換させて湯を作り、
   前記温水用熱交換器で湯を作らないときは、前記温水用熱交換器に接続する冷媒循環回路に備えている開放弁を閉じ、前記連通冷媒回路に備えている開放弁を開いて前記高温高圧の冷媒を前記温水用熱交換器を迂回させて前記放熱器に直接通流させることを特徴とする請求項１に記載の冷却加熱装置。
3. 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却加熱装置。
   

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