JP2010216755A - 冷却加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却加熱運転時においても必要な冷媒の凝縮温度を維持することによりエネルギー効率の向上を図ることのできる冷却加熱装置を提供する。
【解決手段】冷却加熱運転用冷媒流路において、加熱する収納部30a,30bの放熱器36a,36bにおいて放熱した冷媒を第1〜第3膨張弁53a,53b,53cの上流側で減圧する第4膨張弁53dを設けたので、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比と比較して、冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比を大きくすることによって、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度よりも冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度を高く維持することができ、放熱器36a,36bからの熱エネルギーによって加熱する収納部30a,30bを確実に加熱することが可能となり、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【選択図】図6
【解決手段】冷却加熱運転用冷媒流路において、加熱する収納部30a,30bの放熱器36a,36bにおいて放熱した冷媒を第1〜第3膨張弁53a,53b,53cの上流側で減圧する第4膨張弁53dを設けたので、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比と比較して、冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比を大きくすることによって、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度よりも冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度を高く維持することができ、放熱器36a,36bからの熱エネルギーによって加熱する収納部30a,30bを確実に加熱することが可能となり、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【選択図】図6
Description
本発明は、例えば、飲料を販売するための自動販売機など、複数の収納部を有し、各収納庫を冷却または加熱するための冷却加熱装置に関するものである。
従来、この種の冷却加熱装置としては、物品を収納するために設けられた複数の収納部と、各収納部に設けられた第1熱交換器と、収納部外に設けられた第2熱交換器と、冷却する収納部の第1熱交換器の冷媒流入側に設けられた減圧器と、圧縮機と、圧縮機から吐出した冷媒を、第2熱交換器において放熱させ、減圧器によって減圧して第1熱交換器において吸熱させることにより全ての収納部を冷却する冷却運転用冷媒流路と、圧縮機から吐出した冷媒を、一部の第1熱交換器において放熱させた後、減圧器によって減圧してその他の第1熱交換器において吸熱させることにより、一部の収納部を冷却すると同時にその他の収納部を加熱する冷却加熱運転用冷媒流路とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
従来の冷却加熱装置において、冷却する収納部の第1熱交換器において吸熱する冷媒は、冷却運転、冷却加熱運転に拘わらず同じ減圧比の減圧器によって減圧されるようになっている。この場合、冷却加熱装置の設置場所の温度が低くなると、高圧側の圧力(冷媒の凝縮温度)が低下するため、冷却加熱運転時に収納部の加熱に必要な冷媒の凝縮温度(例えば、自動販売機の加熱商品の温度である55℃以上)を維持することができず、不足する熱量を補助の電気ヒータを用いて補う必要があり、エネルギー効率の向上を図ることができない。
本発明の目的とするところは、冷却加熱運転時においても必要な冷媒の凝縮温度を維持することによりエネルギー効率の向上を図ることのできる冷却加熱装置を提供することにある。
本発明は前記目的を達成するために、物品を収納するために設けられた複数の収納部と、各収納部に設けられた第1熱交換器と、収納部外に設けられた第2熱交換器と、冷却する収納部の第1熱交換器の冷媒流入側に設けられた減圧器と、圧縮機と、圧縮機から吐出した冷媒を、第2熱交換器において放熱させ、減圧器によって減圧して第1熱交換器において吸熱させることにより全ての収納部を冷却する冷却運転用冷媒流路と、圧縮機から吐出した冷媒を、一部の第1熱交換器において放熱させた後、減圧器によって減圧してその他の第1熱交換器において吸熱させることにより、一部の収納部を冷却すると同時にその他の収納部を加熱する冷却加熱運転用冷媒流路とを備えた冷却加熱装置において、冷却加熱運転用冷媒流路に、一部の収納部の第1熱交換器において放熱した冷媒を減圧器の上流側で減圧する冷却加熱運転用減圧器を設けている。
これにより、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比と比較して、冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比が大きくなることから、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度よりも冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度が高くなる。
本発明によれば、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度よりも冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度を高くすることができるので、第1熱交換器から放出される熱エネルギーによって加熱する収納部を確実に加熱することが可能となり、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
この冷却加熱装置としての自動販売機は、前面を開口した自動販売機本体10と、自動販売機本体10の前面開口を開閉する外扉20とを備えている。
自動販売機本体10は、内部を上下に仕切ることにより、上部に商品収納部30が設けられ、下部に機械室40が設けられている。
外扉20は、販売商品の商品サンプルを収納して展示するためのサンプル展示部21、商品選択スイッチ22、硬貨投入口23、紙幣投入口24、返却レバー25、硬貨返却口26及び商品取出口27が前面に設けられている。外扉20は、左右方向の一端側が自動販売機本体10の左右方向の一端側に回転自在に支持されている。
商品収納部30は、上面側、背面側、底面側及び左右両側面側が断熱材31によって形成され、商品収納部30の前面側は、断熱性の内扉32によって開閉されるようになっている。また、商品収納部30は、断熱性の仕切板33によって左右に仕切られており、第1収納部30a、第2収納部30b及び第3収納部30cが設けられている。第1収納部30a、第2収納部30b及び第3収納部30cのそれぞれには、商品を上下に積み重ねて収納し、下端側から商品を一つずつ搬出可能な商品収納コラム34が複数設けられている。
第1収納部30aには、第1収納部30aを冷却するための第1熱交換器としての第1蒸発器35aと、第1収納部30aを加熱するための第1熱交換器としての第1放熱器36aと、第1蒸発器35aまたは第1放熱器36aを流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための第1送風機37aと、第1放熱器36aによって第1収納部30aを加熱する際に不足する熱量を補うための第1電熱ヒータ38aとが設けられている。
第2収納部30bには、第2収納部30bを冷却するための第1熱交換器としての第2蒸発器35bと、第2収納部30bを加熱するための第1熱交換器としての第2放熱器36bと、第2蒸発器35bまたは第2放熱器36bを流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための第2送風機37bと、第2放熱器36bによって第2収納部30bを加熱する際に不足する熱量を補うための第2電熱ヒータ38bとが設けられている。
第3収納部30cには、第3収納部30cを冷却するための熱交換器としての第3蒸発器35cと、第1蒸発器35a、第2蒸発器35b及び第3蒸発器35cから流出する冷媒に更に吸熱させるための第4蒸発器35dと、第3蒸発器35c及び第4蒸発器35dを流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための第3送風機37cとが設けられている。また、第4蒸発器35dは、第3の蒸発器35cの空気流通方向上流側に配置されている。
本実施形態において、第1収納部30a及び第2収納部30bは、冷却と加熱の切り換えが可能であり、第3収納部30cは冷却専用となっている。
機械室40は、外気が内部を流通可能なように吸気口及び排気口が設けられている。機械室40内には、冷媒を圧縮するための圧縮機41と、圧縮機41から吐出された冷媒を放熱させるための第2熱交換器としての第1外部放熱器42と、第1放熱器36a及び第2放熱器36bを流通した冷媒を放熱させるための放熱手段としての第2外部放熱器43と、機械室40内に空気を流通させるための機械室用送風機44が設けられている。
圧縮機41は、低段側圧縮部41aと高段側圧縮部41bを有する二段圧縮機からなり、吸入した冷媒を低段側圧縮部41aにおいて圧縮し、低段側圧縮部41aにおいて圧縮された冷媒を更に高段側圧縮部41bにおいて圧縮して吐出するものである。二段圧縮機は、冷媒を二段階に圧縮することから、高い動作圧力及び高い差圧に対応することが可能であり、例えば二酸化炭素等を冷媒として用いることも可能である。
また、商品収納部30及び機械室40には、図4に示すような冷媒回路50が構成され、HFC系冷媒であるR134aが冷媒として用いられる。冷媒回路50は、第1蒸発器35a、第2蒸発器35b、第3蒸発器35c、第4蒸発器35d、第1放熱器36a、第2放熱器36b、圧縮機41、第1外部放熱器42、第2外部放熱器43、第4蒸発器35dから流出する冷媒と第1外部放熱器42または第2外部放熱器43から流出する冷媒とを熱交換するための内部熱交換器51、減圧器としての第1〜第3膨張弁53a,53b,53c、冷却加熱運転用減圧器としての第4膨張弁53d、冷媒の流路を開閉するための第1〜第6電磁弁54a,54b,54c,54d,54e,54fを有し、銅管またはステンレス管によって接続されている。
圧縮機41の冷媒吐出側は、第1外部放熱器42、第1放熱器36a及び第2放熱器36bのそれぞれの冷媒流入側に並列に接続され、第1外部放熱器42、第1放熱器36a及び第2放熱器36bの冷媒流入側の流路には、それぞれ第1電磁弁54a、第2電磁弁54b及び第3電磁弁54cが設けられている。第1外部放熱器42の冷媒流出側は、内部熱交換器51の高圧冷媒流入側に接続され、内部熱交換器51の高圧冷媒流出側は、第1蒸発器35a、第2蒸発器35b及び第3蒸発器35cのそれぞれの冷媒流入側に並列に接続されている。第1蒸発器35a、第2蒸発器35b及び第3蒸発器35cの冷媒流入側の流路には、それぞれ第1膨張弁53a、第2膨張弁53b及び第3膨張弁53cが設けられ、第1膨張弁53a、第2膨張弁53b及び第3膨張弁53cの上流側の流路には、それぞれ第4電磁弁54d、第5電磁弁54e及び第6電磁弁54fが設けられている。第1蒸発器35a、第2蒸発器35b及び第3蒸発器35cそれぞれの冷媒流出側は、第4蒸発器35dの冷媒流入側に並列に接続され、第4蒸発器35dの冷媒流出側は、内部熱交換器51の低圧冷媒流入側に接続されている。内部熱交換器51の低圧冷媒流出側は、圧縮機41の冷媒吸入側に接続されている。また、第1放熱器36a及び第2放熱器36bの冷媒吐出側は、第2外部放熱器43の冷媒流入側に並列に接続され、第2外部放熱器43の冷媒流出側は、第1外部放熱器42の冷媒流出側と内部熱交換器51の高圧冷媒流入側との間の流路に接続されている。更に、第2外部放熱器43の冷媒吐出側の流路には、第4膨張弁53dが設けられている。
以上のように構成された自動販売機において、第1収納部30a、第2収納部30b及び第3収納部30cを冷却する場合、第2電磁弁54b及び第3電磁弁54cを閉鎖し、第1電磁弁54a、第4電磁弁54d、第5電磁弁54e及び第6電磁弁54fを開放して冷媒回路50を冷却運転用冷媒流路に設定し、第1送風機37a、第2送風機37b、第3送風機37c、圧縮機41、機械室用送風機44を運転する。これにより、圧縮機41から吐出された冷媒は、図5に示すように、第1電磁弁54a、第1外部熱交換器42、内部熱交換器51の高圧側を順次流通し、分岐されて第4電磁弁54d、第5電磁弁54e及び第6電磁弁54fが設けられた流路に流入する。第4電磁弁54dが設けられた流路を流通する冷媒は、第1膨張弁53a、第1蒸発器35aを流通して第4蒸発器35dに流入し、第5電磁弁54eが設けられた流路を流通する冷媒は、第2膨張弁53b、第2蒸発器35bを流通して第4蒸発器35dに流入し、第6電磁弁54fが設けられた流路を流通する冷媒は、第3膨張弁53c、第3蒸発器35cを流通して第4蒸発器35dに流入する。第4蒸発器35dから流出した冷媒は、内部熱交換器51の低圧側を通って圧縮機41に吸入される。
また、第1収納部30aを加熱し、第2収納部30b及び第3収納部30cを冷却する場合、第1電磁弁54a、第3電磁弁54c及び第4電磁弁54dを閉鎖し、第2電磁弁54b、第4電磁弁54e及び第5電磁弁54fを開放して冷媒回路50を冷却加熱運転用冷媒流路に設定し、第1送風機37a、第2送風機37b、第3送風機37c、圧縮機41を運転する。また、機械室用送風機44は停止する。これにより、圧縮機41から吐出された冷媒は、図6に示すように、第2電磁弁54b、第1放熱器36a、第2外部熱交換器43、第4膨張弁53d、内部熱交換器51の高圧側を順次流通し、分岐されて第5電磁弁54e及び第6電磁弁54fが設けられた流路に流入する。第5電磁弁54eが設けられた流路を流通する冷媒は、第2膨張弁53b、第2蒸発器35bを流通して第4蒸発器35dに流入し、第6電磁弁54fが設けられた流路を流通する冷媒は、第3膨張弁53c、第3蒸発器35cを流通して第4蒸発器35dに流入する。第4蒸発器35dから流出した冷媒は、内部熱交換器51の低圧側を通って圧縮機41に吸入される。
また、第2収納部30bを加熱し、第1収納部30a及び第3収納部30cを冷却する場合、第1電磁弁54a、第2電磁弁54b及び第5電磁弁54eを閉鎖し、第3電磁弁54c、第4電磁弁54d及び第6電磁弁54fを開放して冷媒回路50を冷却加熱運転用冷媒流路に設定し、第1送風機37a、第2送風機37b、第3送風機37c、圧縮機41を運転して、機械室用送風機44を停止する。
更に、第1収納部30a及び第2収納部30bを加熱し、第3収納部30cを冷却する場合、第1電磁弁54a、第4電磁弁54d及び第5電磁弁54eを閉鎖し、第2電磁弁54b、第3電磁弁54c及び第6電磁弁54fを開放して冷媒回路50を冷却加熱運転用冷媒流路に設定し、第1送風機37a、第2送風機37b、第3送風機37c、圧縮機41を運転して、機械室用送風機44を停止する。
前記のように、第1収納部30aを加熱し、第2収納部30b及び第3収納部30cを冷却する冷却加熱運転中に、冷却する第2収納部30b及び第3収納部30cの温度制御は、それぞれ対応する第6電磁弁54f及び第7電磁弁54gの開閉によって行う。また、加熱する第1収納部30aの温度制御は、第1電磁弁54aの開閉と第1電熱ヒータ38aへの通電及び通電の停止によって行う。加熱する第1収納部30aが設定温度以上となり、冷却する第2収納部30b及び第3収納部30cが設定温度以下となると、圧縮機41の運転を停止する。
また、第1収納部30aを加熱し、第2収納部30b及び第3収納部30cを冷却する冷却加熱運転中に、冷却する第2収納部30b及び第3収納部30cの温度が所定温度より高く、加熱する第1収納部30aの温度が所定温度以上となると、第2電磁弁54bを閉鎖して、第1電磁弁54aを開放して冷媒回路50を冷却運転用冷媒流路に設定し、機械室用送風機44を運転する。
また、第1収納部30aを加熱し、第2収納部30b及び第3収納部30cを冷却する冷却加熱運転中に、加熱する第1収納部30aが所定温度より低く、第2収納部30b及び第3収納部30cが所定温度以下となる場合には、圧縮機41を停止して第1電熱ヒータ38aへ通電することにより第1収納部30aの加熱のみが行われる。
冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒は、第1外部熱交換器42において放熱した後、冷却する収納部30a,30b,30cに対応する膨張弁53a,53b,53cにおいて減圧され、冷却する収納部30a,30b,30cの蒸発器35a,35b,35cにおいて吸熱する。これに対して、冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒は、加熱する収納部30a,30bの放熱器36a,36bにおいて放熱した後、第4膨張弁53dにおいて減圧され、更に、冷却する収納部30a,30b,30cに対応する膨張弁53a,53b,53cにおいて減圧された後、冷却する収納部30a,30b,30cの蒸発器35a,35b,35cにおいて吸熱する。即ち、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比と比較して、冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比は大きくなり、冷却運転用冷媒流路に対して冷却加熱運転用冷媒流路における冷媒回路50の高圧側の圧力が高くなり、冷媒の凝縮温度も高くなる。
また、加熱する収納部30a,30bの負荷が小さい場合には、機械室用送風機44を運転して加熱する収納部30a,30bの放熱器36a,36bから流出する冷媒を第2外部熱交換器43において放熱させることにより、冷却する収納部30a,30b,30cにおける吸熱量が確保される。
また、収納部30a,30bの冷却を継続することにより、第1蒸発器35a、第2蒸発器35bに着霜するが、定期的に冷媒回路50を冷却加熱運転用冷媒流路に設定し、圧縮機41から吐出された高温の冷媒を第1放熱器36a、第2放熱器36bに流通させて放熱させることにより第1蒸発器35a、第2蒸発器35bを除霜する。
このように、本実施形態の自動販売機によれば、冷却加熱運転用冷媒流路において、加熱する収納部30a,30bの放熱器36a,36bにおいて放熱した冷媒を第1〜第3膨張弁53a,53b,53cの上流側で減圧する第4膨張弁53dを設けたので、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比と比較して、冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の減圧比を大きくすることによって、冷却運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度よりも冷却加熱運転用冷媒流路を流通する冷媒の凝縮温度を高く維持することができ、放熱器36a,36bからの熱エネルギーによって加熱する収納部30a,30bを確実に加熱することが可能となり、エネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
また、第4膨張弁53dの上流側を流通する冷媒を放熱させる第2外部放熱器43を備えたので、加熱する収納部30a,30bの負荷が小さい場合に、加熱する収納部30a,30bの放熱器36a,36bから流出する冷媒を放熱させることができ、冷却する収納部30a,30b,30cの冷却性能を保持することが可能となる。
また、第1放熱器36a及び第2放熱器36bを流通した冷媒を放熱させるために、第1外部放熱器42と異なる回路構成の第2外部放熱器43を用いたので、流路を切り換えるための開閉弁、三方弁等の機器を必要としないため、製造コストの低減を図ることが可能となる。
また、冷却運転用冷媒流路の第1外部放熱器42において放熱した冷媒または冷却加熱運転用冷媒流路の第4膨張弁53dによって減圧された冷媒と、圧縮機41に吸入される冷媒とを熱交換するための内部熱交換器51を備えたので、冷却運転用冷媒流路の第1外部放熱器42において放熱した冷媒または冷却加熱運転用冷媒流路の第4膨張弁53dによって減圧された冷媒のエンタルピーを低下させることができ、収納部30a,30b,30cの冷却能力を向上させることが可能となる。
また、圧縮機41から吐出した冷媒を放熱器36a,36bに流通させることにより、収納部30a,30bの冷却によって着霜した蒸発器35a,35bを除霜するようにしたので、除霜専用の冷媒流路を構成することなく、蒸発器35a,35bの除霜を行うことができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。
尚、前記実施形態では、膨張弁53a,53b,53c,53dを用いたものを示したが、膨張弁の代わりにキャピラリチューブを用いるようにしても前記実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
30…商品収納部、30a…第1収納部、30b…第2収納部、30c…第3収納部、35a…第1蒸発器、35b…第2蒸発器、35c…第3蒸発器、36a…第1放熱器、36b…第2放熱器、41…圧縮機、42…第1外部放熱器、43…第2外部放熱器、44…機械室用送風機、50…冷媒回路、51…内部熱交換器、53a…第1膨張弁、53b…第2膨張弁、53c…第3膨張弁、53d…第4膨張弁。
Claims (5)
- 物品を収納するために設けられた複数の収納部と、各収納部に設けられた第1熱交換器と、収納部外に設けられた第2熱交換器と、冷却する収納部の第1熱交換器の冷媒流入側に設けられた減圧器と、圧縮機と、圧縮機から吐出した冷媒を、第2熱交換器において放熱させ、減圧器によって減圧して第1熱交換器において吸熱させることにより全ての収納部を冷却する冷却運転用冷媒流路と、圧縮機から吐出した冷媒を、一部の第1熱交換器において放熱させた後、減圧器によって減圧してその他の第1熱交換器において吸熱させることにより、一部の収納部を冷却すると同時にその他の収納部を加熱する冷却加熱運転用冷媒流路とを備えた冷却加熱装置において、
冷却加熱運転用冷媒流路に、一部の収納部の第1熱交換器において放熱した冷媒を減圧器の上流側で減圧する冷却加熱運転用減圧器を設けた
ことを特徴とする冷却加熱装置。 - 前記収納部外に設けられ、冷却加熱運転用減圧器の上流側を流通する冷媒を放熱させる放熱手段を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の冷却加熱装置。 - 前記放熱手段を、第2熱交換器と独立した回路構成とした
ことを特徴とする請求項2記載の冷却加熱装置。 - 前記冷却運転用冷媒流路の第2熱交換器において放熱した冷媒または冷却加熱運転用冷媒流路の冷却加熱運転用減圧器によって減圧された冷媒と、圧縮機に吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の冷却加熱装置。 - 前記第1熱交換器を、収納部の加熱専用の第1熱交換器と、収納部の冷却専用の第1熱交換器とから構成し、
圧縮機から吐出した冷媒を加熱専用の第1熱交換器に流通させることにより、収納部の冷却によって着霜した冷却専用の第1熱交換器を除霜する除霜手段を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の冷却加熱装置。
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