JP2018080861A - 冷媒回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温高湿環境下において強制冷却運転が行われる場合に商品を良好に冷却すること。
【解決手段】商品収容庫３に設置された冷却器２４と、冷却器２４で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器２２と、放熱器２２で放熱した冷媒を断熱膨張させる電子膨張弁２３とを冷媒管路２５で順次接続して構成された冷媒回路２０を備えた冷媒回路装置において、商品収容庫３の商品を強制的に冷却する強制冷却運転が行われる場合には、圧縮機２１から吐出された冷媒の温度が予め決められた目標吐出温度に近接する態様で電子膨張弁２３の開度を調整する制御部３０を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒回路装置に関し、より詳細には、例えば自動販売機等に適用される冷媒回路装置に関するものである。

従来、例えば自動販売機等に適用される冷媒回路装置として、冷却器、圧縮機、放熱器及び電子膨張弁が冷媒管路で順次接続されて構成された冷媒回路を備えたものが知られている。

冷却器は、自動販売機の商品収容庫の内部に設置されている。この冷却器は、供給された冷媒が所定の流路を通過して蒸発することにより、商品収容庫の内部空気を冷却するものである。

圧縮機は、自動販売機本体内であって商品収容庫の外部となる機械室に設置されており、冷却器で蒸発した冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。

放熱器は、圧縮機と同様に機械室に設置されており、圧縮機で圧縮された冷媒を導入し、導入した冷媒が放熱することにより、周囲空気を加熱、すなわち周囲空気に放熱するものである。

電子膨張弁は、圧縮機及び放熱器と同様に機械室に設置されており、放熱器で放熱した冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。

このような冷媒回路装置においては、冷却器に流入する冷媒の蒸発温度が商品収容庫の庫内温度に対して所定の温度差になるように電子膨張弁の開度を調整するようにして、冷媒回路で冷媒を循環させて商品収容庫の内部空気を冷却している（例えば、特許文献１参照）。

特許第５１２４９５２号公報

一般に、冷媒回路装置が適用された自動販売機を高温高湿環境下に設置して商品収容庫に補充した商品を強制的に冷却する強制冷却運転（プルダウン運転）を行う場合、商品の冷却に必要なエネルギーが多大になることが知られている。

このようにエネルギーが多大になることで圧縮機及び放熱器に必要とされる熱量も膨大となり、圧縮機の使用限度領域を超えてしまい、結果的に圧縮機が停止して強制冷却運転を行うことができない虞れがあった。

上述した特許文献１に提案されている冷媒回路装置においても、冷媒の蒸発温度が商品収容庫の庫内温度に対して所定の温度差になるように電子膨張弁の開度を調整しているので、かかる冷媒回路装置が適用される自動販売機が高温高湿環境下に設置されると、強制冷却運転時に圧縮機が停止して強制冷却運転を行うことができない虞れがあった。

本発明は、上記実情に鑑みて、高温高湿環境下において強制冷却運転が行われる場合に商品を良好に冷却することができる冷媒回路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、本発明に係る冷却装置は、収納室に設置された冷却器と、前記冷却器で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した冷媒を断熱膨張させる電子膨張弁とを冷媒管路で順次接続して構成された冷媒回路を備え、前記収納室に収納された商品を冷却する冷媒回路装置において、前記収納室の商品を強制的に冷却する強制冷却運転が行われる場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度若しくは該冷媒の圧力が予め決められた目標吐出温度若しくは目標吐出圧力に近接する態様で前記電子膨張弁の開度を調整する制御手段を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記冷媒回路装置において、前記制御手段は、前記収納室の商品を予め設定された冷却温度範囲に維持する態様で冷却する通常冷却運転が行われる場合には、前記冷却器に流入する冷媒の温度が予め決められた目標蒸発温度に近接する態様で前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする。

また本発明は、上記冷媒回路装置において、前記制御手段は、前記収納室の内部温度が前記冷却温度範囲の下限温度を下回る切替温度以下となる場合に、前記強制冷却運転から前記通常冷却運転に移行させることを特徴とする。

また本発明は、上記冷媒回路装置において、前記切替温度は、前記収納室の商品が前記冷却温度範囲の上限温度以下となる態様で設定されたものであることを特徴とする。

また本発明は、上記冷媒回路装置において、前記冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、制御手段が、収納室の商品を強制的に冷却する強制冷却運転が行われる場合には、圧縮機から吐出された冷媒の温度若しくは該冷媒の圧力が予め決められた目標吐出温度若しくは目標吐出圧力に近接する態様で電子膨張弁の開度を調整するので、高温高湿環境下に設置されていても、圧縮機を該圧縮機が有する最大能力で駆動させることができ、使用限度領域を超えてしまうことを防止できる。このように圧縮機を最大能力で駆動させることができるので、安定して商品を冷却することができる。従って、高温高湿環境下において強制冷却運転が行われる場合に商品を良好に冷却することができるという効果を奏する。

また本発明によれば、制御手段が、収納室の商品を予め設定された冷却温度範囲に維持する態様で冷却する通常冷却運転が行われる場合には、冷却器に流入する冷媒の温度が予め決められた目標蒸発温度に近接する態様で電子膨張弁の開度を調整するので、蒸発温度の下がり過ぎを抑制して商品を冷却することができ、冷却器等に対して着霜の成長を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である冷媒回路装置が適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。 図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を示すものであり、右側の商品収容庫の断面側面図である。 図３は、本発明の実施の形態である冷媒回路装置を概念的に示す概念図である。 図４は、図３に示した制御部が実施する運転切替制御の処理内容を示すフローチャートである。 図５は、庫内温度と商品温度の時間に対する温度変化を示す図表である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒回路装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である冷媒回路装置が適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。ここで例示する自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。

本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の形態を成すものである。この本体キャビネット１には、その内部に例えば断熱仕切板２によって仕切られた２つの独立した商品収容庫（収納室）３が左右に並んだ態様で設けられている。この商品収容庫３は、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を所望の温度に維持した状態で収容するためのもので、断熱構造を有している。

図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を示すものであり、右側の商品収容庫３の断面側面図である。尚、ここでは右側の商品収容庫３（以下、適宜右庫３ａとも称する）の内部構造について示すが、左側の商品収容庫３（以下、適宜左庫３ｂとも称する）の内部構造も右庫３ａと略同じような構成である。尚、本明細書における右側とは、自動販売機を正面から見た場合の右方を示し、左側とは、自動販売機を正面から見た場合の左方を示す。

かかる図２に示すように、本体キャビネット１の前面には、外扉４及び内扉５が設けられている。外扉４は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものであり、内扉５は、商品収容庫３の前面を開閉するためのものである。この内扉５は、上下に分割されており、上側の扉５ａは商品を補充する際に開閉するものである。

上記商品収容庫３には、商品収納ラック６、払出機構７及び搬出シュータ８が設けられている。商品収納ラック６は、商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。払出機構７は、商品収納ラック６の下部に設けられており、この商品収納ラック６に収納された商品群の最下位にある商品を１つずつ払い出すためのものである。搬出シュータ８は、払出機構７から払い出された商品を外扉４に設けられた商品取出口４ａに導くためのものである。

図３は、本発明の実施の形態である冷媒回路装置を概念的に示す概念図である。ここで例示する冷媒回路装置は、内部に二酸化炭素を冷媒として封入した冷媒回路２０と制御部（制御手段）３０とを有している。

冷媒回路２０は、圧縮機２１、放熱器２２、電子膨張弁２３及び冷却器２４を冷媒管路２５にて順次接続して構成されている。

圧縮機２１は、図２にも示すように、機械室９に設置されている。機械室９は、本体キャビネット１の内部であって商品収容庫３と区画され、かつ商品収容庫３の下方側の室である。この圧縮機２１は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。

放熱器２２は、図２にも示すように、圧縮機２１と同様に機械室９に設置されている。この放熱器２２は、例えばアルミニウム等により構成されており、圧縮機２１で圧縮された冷媒が自身の流路を通過する場合に、該冷媒を周囲空気と熱交換させて放熱させるものである。

電子膨張弁２３は、圧縮機２１及び放熱器２２と同様に機械室９に設置されている。この電子膨張弁２３は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものであり、制御部３０から与えられる指令に応じて開度が調整される。

冷却器２４は、複数（図示の例では２つ）設けられており、それぞれが各商品収容庫３の内部低域であって背面ダクト１０の前方側に設置されている。このような冷却器２４は、例えばアルミニウム等により構成されている。

これら冷却器２４と電子膨張弁２３とを接続する冷媒管路２５は、その途中に配設された分配器２６により２つに分岐され、右庫３ａに配設された冷却器２４（以下、右冷却器２４ａとも称する）及び左庫３ｂに配設された冷却器２４（以下、左冷却器２４ｂとも称する）の入口側にそれぞれ接続されている。これら冷却器２４は、通過する冷媒を蒸発させて商品収容庫３の内部空気を冷却するものである。

また、かかる冷媒管路２５においては、分配器２６から各冷却器２４に至る途中に電磁弁２７ａ，２７ｂ及びキャピラリーチューブ２８ａ，２８ｂがそれぞれ設けられている。電磁弁２７ａ，２７ｂは、開閉可能な弁体であり、制御部３０から開指令が与えられた場合には開成して冷媒の通過を許容する一方、閉指令が与えられた場合には閉成して冷媒の通過を規制するものである。キャピラリーチューブ２８ａ，２８ｂは、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。

各冷却器２４の出口側に接続された冷媒管路２５は、途中の合流点Ｐで合流して圧縮機２１の吸引口に連通する態様で該圧縮機２１に接続されている。

尚、図３中の符号Ｈ、２９、Ｆ１及びＦ２は、それぞれヒータ、内部熱交換器、庫内送風ファン及び庫外送風ファンである。ヒータＨは、左庫３ｂに設置されており、駆動して通電状態となることにより左庫３ｂの内部空気を加熱する加熱手段である。内部熱交換器２９は、放熱器２２を通過した高圧冷媒と、冷却器２４を通過した冷媒（低圧冷媒）とを熱交換させるものである。庫内送風ファンＦ１は、各商品収容庫３の内部において冷却器２４に近接配置されており、駆動することにより商品収容庫３の内部空気を送風する庫内送風手段である。庫外送風ファンＦ２は、放熱器２２に近接配置されており、駆動することにより庫外送風ファンＦ２の周囲に外気を通過させるよう送風する送風手段である。

また、図３中の符号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、それぞれ吐出温度センサ、蒸発温度センサ及び庫内温度センサである。

吐出温度センサＳ１は、圧縮機２１の吐出口に連通する冷媒管路２５に設けられており、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）を検知するものである。この吐出温度センサＳ１は、検知した吐出温度を吐出温度信号として制御部３０に送出するものである。

蒸発温度センサＳ２は、冷却器２４の入口側の冷媒管路２５に設けられており、該冷却器２４に流入する冷媒の温度（蒸発温度）を検知するものである。この蒸発温度センサＳ２は、検知した蒸発温度を蒸発温度信号として制御部３０に送出するものである。

庫内温度センサＳ３は、商品収容庫３の内部に設けられており、該商品収容庫３の内部温度（庫内温度）を検知するものである。この庫内温度センサＳ３は、検知した庫内温度を庫内温度信号として制御部３０に送出するものである。

制御部３０は、図示せぬメモリに記憶されたプログラムやデータにしたがって冷媒回路装置の動作を統括的に制御するものである。この制御部３０は、自動販売機の駆動を制御する自販機制御部（図示せず）と一体的に構成されるものであっても良いし、かかる自販機制御部とは独立して構成されるものであっても良い。尚、制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

以上のような構成を有する冷媒回路装置は、次のようにして冷媒回路２０で冷媒を循環させて商品収容庫３の商品を冷却する。ここでは全ての商品収容庫３の内部空気を冷却する場合について説明する。

この場合、制御部３０は、電磁弁を２７ａ，２７ｂを開成させる。これにより圧縮機２１で圧縮された冷媒は、放熱器２２に至る。放熱器２２に至った冷媒は、該放熱器２２を通過中に周囲空気（外気）と熱交換を行って放熱する。放熱器２２で放熱した冷媒は、内部熱交換器２９を通過後に電子膨張弁２３で断熱膨張する。

電子膨張弁２３で断熱膨張して気化した冷媒は、分配器２６で２つに分岐され、キャピラリーチューブ２８ａ，２８ｂで更に断熱膨張して右冷却器２４ａ及び左冷却器２４ｂに至り、各冷却器２４で蒸発して商品収容庫３の内部空気から熱を奪い、該内部空気を冷却する。冷却された内部空気は、庫内送風ファンＦ１の駆動により内部を循環し、これにより各商品収容庫３に収容された商品は、循環する内部空気に冷却される。

各冷却器２４で蒸発した冷媒は、合流点Ｐで合流した後、内部熱交換器２９を通じて圧縮機２１に吸引され、圧縮機２１に圧縮されて上述した循環を繰り返す。

ところで、自動販売機において、各商品収容庫３に商品が補充されることにより、各商品収容庫３の商品を所定の温度にまで強制的に冷却する強制冷却運転（プルダウン運転）が行われる場合、制御部３０は、吐出温度センサＳ１から送出された吐出温度信号に含まれる吐出温度が、メモリ等に記憶されることにより予め決められた目標吐出温度に近接する態様で電子膨張弁２３の開度を調整する制御を行う。この制御は、例えばＰＩＤ制御により行われる。ここで、目標吐出温度は、圧縮機２１の冷却能力を最大限発揮し得る観点から実験的に定められた温度である。

一方、上記自動販売機において、上記強制冷却運転が行われた後に各商品収容庫３の商品を予め設定された冷却温度範囲に維持する通常冷却運転が行われる場合、制御部３０は、各庫内温度センサＳ３から送出された庫内温度信号に含まれる庫内温度が上記冷却温度範囲の下限温度以下となる場合には、圧縮機２１を駆動停止にさせる一方、庫内温度が上記冷却温度範囲の上限温度以上となる場合には、圧縮機２１を駆動させる処理を行う。これにより、各商品収容庫３の商品は、上記冷却温度範囲に維持される。

また制御部３０は、上記通常冷却運転が行われる場合、蒸発温度センサＳ２から送出された蒸発温度信号に含まれる蒸発温度が、メモリ等に記憶されることにより予め決められた目標蒸発温度に近接する態様で電子膨張弁２３の開度を調整する制御を行う。この制御は、例えばＰＩＤ制御により行われる。ここで、目標蒸発温度は、冷却効率が良好なものとする観点から実験的に定められた温度である。

更に制御部３０は、上記強制冷却運転が行われる場合には、次のような運転切替制御を実施する。図４は、図３に示した制御部３０が実施する運転切替制御の処理内容を示すフローチャートである。

この運転切替制御において制御部３０は、庫内温度センサＳ３から庫内温度信号を入力した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、メモリから切替温度を読み出す（ステップＳ１０２）。ここで切替温度は、上記冷却温度範囲の下限温度を下回る温度であり、商品収容庫３の商品が該冷却温度範囲の上限温度以下となる態様で設定された温度である。

このように切替温度を読み出した制御部３０は、庫内温度が切替温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。庫内温度が切替温度以下でない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、制御部３０は、上記ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の手順を繰り返す。

一方、庫内温度が切替温度以下である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、制御部３０は、通常冷却運転に移行し（ステップＳ１０４）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

図５は、庫内温度と商品温度の時間に対する温度変化を示す図表である。この図５に示すように、上記運転切替制御を実施することにより、庫内温度（イ）が切替温度（ｓ０）以下となる時間（ｔ１）で通常冷却運転に移行することができ、商品の温度を冷却温度範囲における下限温度（ｓ１）と上限温度（ｓ２）との中間位置に推移させることができる。

その一方、かかる運転切替制御を実施しないで庫内温度（イ）が冷却温度範囲の下限温度（ｓ１）以下となる時間（ｔ２）で通常冷却運転に移行すると、商品温度（ロ）は冷却温度範囲の上限温度（ｓ２）以上であり、結果的に、商品温度（ロ）が冷却温度範囲における下限温度（ｓ１）と上限温度（ｓ２）との中間位置に達するのは、時間（ｔ１）より後の時間（ｔ３）となる。これにより、上記運転切替制御を実施することにより商品を冷却温度範囲へ冷却する時間の短縮化を図ることができる。

以上説明したように、本実施の形態である冷媒回路装置によれば、商品収容庫３の商品を強制的に冷却する強制冷却運転が行われる場合には、制御部３０が、吐出温度が目標吐出温度に近接する態様で電子膨張弁２３の開度を調整するので、適用される自動販売機が高温高湿環境下に設置されていても、圧縮機２１を該圧縮機２１が有する最大能力で駆動させることができ、使用限度領域を超えてしまうことを防止できる。このように圧縮機２１を最大能力で駆動させることができるので、安定して商品を冷却することができる。従って、高温高湿環境下において強制冷却運転が行われる場合に商品を良好に冷却することができる。

しかも、商品収容庫３の商品を冷却温度範囲に維持する態様で冷却する通常冷却運転が行われる場合には、制御部３０が、蒸発温度が目標蒸発温度に近接する態様で電子膨張弁２３の開度を調整するので、蒸発温度の下がり過ぎを抑制して商品を冷却することができ、冷却器２４等に対して着霜の成長を抑制することができる。従って、高温高湿環境下において通常冷却運転が行われる場合に商品を良好に冷却することができる。

上記冷媒回路装置によれば、制御部３０が庫内温度が切替温度以下となる場合に、強制冷却運転から前記通常冷却運転に移行させるので、商品を冷却温度範囲に冷却する時間の短縮化を図ることができる。

上記冷媒回路装置によれば、冷却器２４は、アルミニウム等により構成されているので、熱伝導性に優れたものになる。そのため、従前の冷却器と同等の伝熱能力を維持させる場合には、該冷却器２４を構成するフィンのピッチ間の大きさを増大させることが可能になる。そのため、霜が付着してもピッチ間の大きさの増大のため、空気の流れが維持され、商品収容庫３の内部空気を良好に冷却することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、吐出温度センサＳ１により圧縮機２１より吐出される冷媒の温度（吐出温度）を検知して電子膨張弁２３の開度を調整していたが、本発明においては、圧縮機より吐出される冷媒の圧力（吐出圧力）を検知し、かかる吐出圧力が目標吐出圧力に近接する態様で電子膨張弁の開度を調整してもよい。

上述した実施の形態では、切替温度が、冷却温度範囲の下限温度を下回る温度であり、商品収容庫３の商品が該冷却温度範囲の上限温度以下となる態様で設定された温度であったが、本発明においては、切替温度は、冷却温度範囲の下限温度を下回る温度だけであってもよい。これによっても、商品を冷却温度範囲に冷却する時間の短縮化を図ることができる。

１ 本体キャビネット
３ 商品収容庫
２０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 放熱器
２３ 電子膨張弁
２４ 冷却器
２５ 冷媒管路
３０ 制御部
Ｓ１ 吐出温度センサ
Ｓ２ 蒸発温度センサ
Ｓ３ 庫内温度センサ

Claims (5)

1. 収納室に設置された冷却器と、
   前記冷却器で蒸発した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
   前記放熱器で放熱した冷媒を断熱膨張させる電子膨張弁と
   を冷媒管路で順次接続して構成された冷媒回路を備え、前記収納室に収納された商品を冷却する冷媒回路装置において、
   前記収納室の商品を強制的に冷却する強制冷却運転が行われる場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度若しくは該冷媒の圧力が予め決められた目標吐出温度若しくは目標吐出圧力に近接する態様で前記電子膨張弁の開度を調整する制御手段を備えたことを特徴とする冷媒回路装置。
2. 前記制御手段は、前記収納室の商品を予め設定された冷却温度範囲に維持する態様で冷却する通常冷却運転が行われる場合には、前記冷却器に流入する冷媒の温度が予め決められた目標蒸発温度に近接する態様で前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の冷媒回路装置。
3. 前記制御手段は、前記収納室の内部温度が前記冷却温度範囲の下限温度を下回る切替温度以下となる場合に、前記強制冷却運転から前記通常冷却運転に移行させることを特徴とする請求項２に記載の冷媒回路装置。
4. 前記切替温度は、前記収納室の商品が前記冷却温度範囲の上限温度以下となる態様で設定されたものであることを特徴とする請求項３に記載の冷媒回路装置。
5. 前記冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷媒回路装置。

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