JP3900777B2 - 自動販売機の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＦＣ系冷媒又はＨＦＣ系冷媒を含む混合冷媒からなる冷媒と、この冷媒と相互溶解性の無い又は少ない圧縮機の潤滑油とを冷却回路内に封入してなる自動販売機の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりある自動販売機の冷却装置について図３、図５、図６、図７を用いて説明する。図３は従来よりある冷却装置１０の冷却回路図である。この冷却装置１０は、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４等と、それらを接続する冷媒配管５を備えて構成されている。そして蒸発器４は、自動販売機に用いられるものにおいては、省スペース化の目的から蒸発器４をよりコンパクトに構成すべく、図５に示すように蒸発管４０が前後方向に複数列、上下方向に複数段で、なおかつ側面断面千鳥状に配設されて形成されている。
【０００３】
そして、この蒸発器４は、図５（ｂ）に示すように最前列の最上段に冷媒入口４１を設け、最後列の最下段に冷媒出口４２を設けて形成され、図６の矢印に示す如く、冷媒入り口４１から流れ込んだ冷媒がアップダウンを繰り返しつつ下部に形成された冷媒出口４２へと流れるように蒸発管路４００が形成されているものが一般的であった。
【０００４】
また、配管部品の共通化から蒸発器４の蒸発管４０と凝縮器２の凝縮管２０（図７参照）とは同径の銅管が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年オゾン層保護の目的から、こうした冷却装置に用いる冷媒が、ＣＦＣ系冷媒からＨＦＣ系冷媒へ順次移行されているが、ＣＦＣ系冷媒で用いていた従来の潤滑油（鉱物油やアルキルベンゼン系油等）は、塩素基を含まないＨＦＣ系冷媒との相互溶解性（以下「相溶性」とする）が少なく、こうした従来の潤滑油とＨＦＣ系冷媒の組み合わせにて冷却装置１０を運転させた場合には、圧縮機１から吐出した潤滑油は冷媒と分離した状態で冷却回路を流れるため、冷却回路途中の配管の内面に接触した潤滑油がスムーズに流れずに圧縮機１に戻らないという不具合を生じてしまう。
【０００６】
特に、蒸発器４では、液体で流入した冷媒がその蒸発管路４００を流れる過程で雰囲気と熱交換することにより気体となって流出するが、冷媒と分離して蒸発管４０内面に付着した潤滑油は気体冷媒では押し流されにくいため、図６に示す従来の蒸発管路４００のように配管経路４００の後半に冷媒が上方に向かって流れる上向き管路４１０が形成されている場合、冷媒がほぼ気体状態でこの上向き管路４１０を通過する。このとき分離した状態で配管経路４００を流下してきた潤滑油はこの上向き管路を上って通過することができず、結果的に上向き管路４１０の下端部分に滞留してしまう。そして、この滞留量が多くなった場合には圧縮機１が潤滑不良に至る可能性がある。
【０００７】
また、凝縮器２では、冷媒が液状態で流れるケースが多いが、図３に示すように、凝縮器２の下流には膨張弁３が堰を成しているために、凝縮管２０内では流れる冷媒の速度が非常に遅い。したがって、冷媒が液状態であるにも係わらず、分離した潤滑油を流しきれずに滞留させてしまうという不具合を有している。
【０００８】
本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、冷媒と相互溶解性の無いまたは少ない潤滑油を用いても、潤滑油が蒸発器や凝縮器に大量に滞留することなく圧縮機へ戻る冷却装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る冷却装置は、圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒配管等により接続して冷却回路を形成し、ＨＦＣ系冷媒又はＨＦＣ系冷媒を含む混合冷媒からなる冷媒と、当該冷媒と相互溶解性の無い又は少ない前記圧縮機の潤滑油とを前記冷却回路内に封入してなる自動販売機の冷却装置において、前記蒸発器は、前後方向に３列、上下方向に複数段でなおかつ側面断面千鳥状に配設された蒸発管とこの蒸発管を連結する連結管とによって冷媒通路を形成する蒸発管路を備え、当該蒸発管路は、下方の蒸発管から上方の蒸発管に向かって前記冷媒が流れる上向き管路と、上方の蒸発管から下方の蒸発管に向かって前記冷媒が流れる下向き管路とを有し、最前列の最下段の蒸発管に冷媒入口を形成されるとともに前記上向き管路は最前列、および最上段配管に向かう蒸発管にのみ形成されていること特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、上向き管路はすべて前記蒸発管路の中間よりも上流側に形成されているため、分離した潤滑油は、液体あるいは気液２相の状態にある冷媒によって確実に上向き管路を押し上げられる。そして、蒸発管路の中間よりも下流側で冷媒が気体となっても、潤滑油は自然落下によって下向き管路を下るので、蒸発器４内で潤滑油が滞留してしまうことがない。
【００１２】
また、この構成によれば、蒸発管が側面断面千鳥状に配設された蒸発管路であっても、蒸発管路の下流側はすべて下向き管路となるので、蒸発管路の下流側で潤滑油が滞留してしまうことがない。
【００１４】
また、この構成によれば、蒸発管が前後３列で側面断面千鳥状に配設された蒸発管路において、上向き管路を蒸発管路の上流側に短く形成することができるの
で、下向き管路の長さが長くなり、いっそう潤滑油の滞留をなくすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、従来の技術で説明した構成と同様のものについては同一符号を付している。
【００１８】
図３に示すように、本発明の自動販売機の冷却装置１０は従来の冷却装置と同様に、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、それらを接続する冷媒配管５により冷却回路が形成され、この冷却回路内には、例えばＲ４０７ｃのように塩素基を含まないＨＦＣ系冷媒が封入されている。一方、この冷却回路の圧縮機１には潤滑油が用いられているが、安全性およびコスト的な問題から、ＨＡＢ油のようにＨＦＣ系冷媒（以下「冷媒」とする）と相溶性の少ない潤滑油が用いられている。
【００１９】
冷却回路内に封入された冷媒は、圧縮機１の運転により図３の矢印に示す如く、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を順に経由して圧縮機１に戻るように構成されており、このとき、潤滑油の一部が冷媒とともに冷却回路内を流れ、冷却回路を経由して圧縮機１に戻るように構成されている。
【００２０】
次に、このような冷却装置１０を自動販売機に用いた例を基に、各構成について詳細に説明する。
【００２１】
図４は自動販売機６の側面断面図である。図４に示すように自動販売機６は本体６０と、本体６０の前面を開閉する扉６１とを備えている。この本体６０には上部に断熱材で覆われ販売商品を収納保温する収納庫６２が形成され、その下部には機械室６３が形成されている。
【００２２】
収納庫６２には販売商品を保持するとともに図示しない搬出装置により保持した販売商品を１つづつ落下搬出可能なラック６４と、このラック６４の下方に配設され、ラック６４から落下搬出された商品を扉６１の商品取出口６６に導くシュート６５と、このシュート６５の下方に配設され、収納庫６２内を冷却するための蒸発器４と、蒸発器４と雰囲気との熱交換を促進させるとともに、収納庫６２内で空気を循環させるための蒸発器ファン６７と、減圧装置として作用する膨張弁３とが構成されており、また、機械室６３から断熱材を貫通して延びた冷媒配管５の一部が膨張弁３および蒸発器４に接続されている。なお、減圧装置として膨張弁３の代わりにキャピラリーパイプを用いてもよい。
【００２３】
機械室６３には、圧縮機１と、凝縮器２と、送風により凝縮器２と雰囲気との熱交換を促進させる凝縮器ファン６８とが配設されており、圧縮機１と凝縮器２とは前述した収納庫６内に延びる冷媒配管５に接続されている。
【００２４】
このように構成された自動販売機６の冷却装置１０は、図示しない制御装置によって、収納庫６２内に配設された温度検出装置６９にて検出した温度に基づき圧縮機１の運転制御がなされ、収納庫６２内が５℃程度の所定温度に維持されるように冷却回路内で冷媒が循環するように構成されている。
【００２５】
そして、こうした自動販売機６では、販売商品の収容数を増やす目的から、収納庫６２に対してラック６４の体積をより大きくするように設計されているため、シュート６５の下部の空間が狭く制約されている。このため、自動販売機６に用いられる蒸発器４の多くは、そのスペースを有効利用するために、従来より図５に示すように、蒸発管４０が前後複数列で上下複数段なおかつ側面断面千鳥状に配列され、複数のアルミフィン４５を貫通する状態で形成されている。
【００２６】
図１は本発明の蒸発器４の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図１に示されるように本発明の蒸発器４は、前後方向に３列の蒸発管列が形成され、この蒸発管列にはそれぞれ前列５段、中列５段、後列６段の蒸発管４０が配設されている。そして、この蒸発管４０は図４（ｂ）に示すように側面断面千鳥状に配列され蒸発器４の幅方向に多数並べられたアルミフィン４５に貫通した状態で保持されている。
【００２７】
そして、隣接する蒸発管４０はその端面同士がＵベンド４３（連結管）によって接続されることにより連結され、冷媒が流れる蒸発管路４００（図２参照）が形成されている。
【００２８】
本発明の蒸発器４は、側面断面千鳥状に配設された蒸発管４０が図４（ｂ）に示す如くＵベンド４３によって連結されている。詳細には、前列最下段の蒸発管４０から前列最上段の蒸発管４０までを順次真上に向かって接続する。そして前列最上段の蒸発管４０と中列最上段の蒸発管４０とを接続し、この中列最上段の蒸発管４０と後列最上段の蒸発管４０とを接続する。さらに、後列最上段の蒸発管４０と後列２段目の蒸発管４０とを接続し、以降は後列最下段の蒸発管４０、すなわち冷媒出口４２まで、後列の蒸発管４０と中列の蒸発管４０とを順次接続して蒸発管路４００が形成されている。
【００２９】
このように蒸発管４０が接続されることで形成された蒸発管路４００は、図２に矢印に示す冷媒経路となり、すなわち、冷媒入り口４１から流入した冷媒が、まず最前列の蒸発管４０を上向きに流れ（上向き管路４１０）、前列の最上段の蒸発管４０に至ると、冷媒は中列最上段の蒸発管４０へと一旦下向きに流れ（下向き管路４２０）、その後、後列最上段の蒸発管４０へと再度上向きに流れる（上向き管路４１０）。そして後列最上段の蒸発管４０を過ぎた冷媒は、冷媒出口４２まで下向きに流れる経路（下向き管路４２０）となる。
【００３０】
そして、こうした蒸発管路４００を形成する蒸発管４０およびＵベンド４３は内径９．５２ｍｍで形成されている。
【００３１】
一方、凝縮器２も図７に示す側面図のように、多数のアルミフィン２５を貫通した状態で凝縮管２０が側面断面千鳥状に配設されており、冷媒入り口２１の凝縮間２０から冷媒出口２２の凝縮管２０までＵベンド２３によって順次接続され、矢印で示す凝縮管路２００が形成されている。
【００３２】
そして、こうした凝縮管路をなす凝縮管２０およびＵベンド２３は本発明では内径７．９４ｍｍで形成しており、蒸発器４の蒸発管４０およびＵベンド４３よりも１．６ｍｍ程度細く形成している。
【００３３】
次に、このような蒸発器４および凝縮器２とを備えた冷却装置１０の運転状態について説明する。図４に示す温度検出装置６９によって収納庫６２内の温度が設定上限値に達したことが検出されると、図示しない制御装置によって圧縮機１が駆動され、この圧縮機１の動作によって封入された冷媒が冷却回路内を図３に示す矢印方向に流れる。すなわち、圧縮機１から送り出された冷媒は、凝縮器２にて高圧状態となり、凝縮器ファン６８により送風された外気と熱交換して液化する。液化した冷媒は膨張弁３を通過することにより減圧し蒸発器４にて蒸発器ファン６７により送風された庫内空気と熱交換して気化する。そして、気化した冷媒は冷媒配管５を通り、再び圧縮機１に戻る。この際、圧縮機１の潤滑油も冷媒の流れによって圧縮機１から押し出されて冷媒とともに循環するが、冷媒と相溶性の低い潤滑油は、循環途中で分離し配管内面との接触抵抗によりスムーズに流れにくい。このため、配管長の長い凝縮器２や蒸発器４での滞留が懸念される。特に凝縮器２では冷媒が液状態で流れるケースが多いため、冷媒流速が遅くなり分離した潤滑油が溜まりやすい。
【００３４】
しかしながら、本発明の構成では上述の如く、まず凝縮器２においては、凝縮管２０の内径を蒸発管４０の内径よりも１．６ｍｍ程度細く形成しているため、図３に示す冷却回路において凝縮管２０を流れる冷媒の流速が早くなり、凝縮管２０の内面に接触した潤滑油も冷媒の勢いに伴って流されやすく、滞留しにくい。
【００３５】
また、蒸発器４においては、図２に示す如く、その蒸発管路４００において上向き管路４１０は、蒸発管路４００の中間位置Ｂよりも上流側の一部、詳細には、蒸発管路４００の最前列と最上段に存在するのみであり、それ以降はすべて下向き管路４２０で構成されている。
【００３６】
このとき、潤滑油は液状冷媒よりも軽いため、分離した潤滑油は、液状冷媒の上部に層状に位置するものであるが、自動販売機の冷却装置１０では、冷却装置１０の運転安定時、すなわち、収納庫６２内が５℃程度に保たれた状態で運転している時においては、基本的に蒸発管路の中間位置Ｂまでは少なくとも液状、あるいは気液２相の状態で冷媒が流れるように構成されているため、この中間位置Ｂよりも上流の上向き管路４１０では液状、あるいは液体を主とした気液２相の状態で冷媒が流れる。
【００３７】
よって、蒸発器４の上向き管路４１０にて分離した潤滑油は、液状あるいは気液２相の冷媒上に乗った状態で冷媒とともに流れるため、確実に上向き管路４１０を押し上げられる。そして、最高位置Ａまで押し上げられた潤滑油は自然落下によって下向き管路を下るので、蒸発管路の後半で冷媒が気化しても蒸発器４内で潤滑油が滞留してしまうことがない。
【００３８】
なお、本実施の形態では、冷媒にＲ４０７ｃを用いた例を示して説明したが、もちろん冷媒はＲ４０７ｃに限られたものではなくＲ１３４ａ等、他のＨＦＣ系冷媒でも同様の効果を奏する。また、ＨＦＣ系冷媒を主体としたＨＦＣ系冷媒を含む混合冷媒の場合も同様である。
【００３９】
また、圧縮機１の潤滑油は、実施の形態で示したＨＡＢ油に限られたものではなく、ＨＦＣ系冷媒と相溶性の無い又は少ない鉱物油等を用いても同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、上向き管路はすべて前記蒸発管路の中間よりも上流側に形成したことにより、分離した潤滑油は、液状あるいは気液２相の冷媒によって確実に上向き管路を押し上げられる。そして、蒸発管路の中間よりも下流側で冷媒が気体冷媒となっても、潤滑油は自然落下によって下向き管路を下るので、蒸発器内で潤滑油が滞留してしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸発器の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の蒸発管路の説明図である。
【図３】従来および本発明の冷却回路の回路図である。
【図４】従来および本発明の冷却装置を備えた自動販売機の側面断面図である。
【図５】従来の蒸発器の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】従来の蒸発管路の説明図である。
【図７】従来および本発明の凝縮器の側面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁
４ 蒸発器
５ 冷媒配管
６ 自動販売機
１０ 冷却装置
２０ 凝縮管
２１ 冷媒入り口
２２ 冷媒出口
２３ Ｕベンド（連結管）
２５ アルミフィン
４０ 蒸発管
４１ 冷媒入り口
４２ 冷媒出口
４３ Ｕベンド
４５ アルミフィン
６０ 本体
６１ 扉
６２ 収納庫
６３ 機械室
６４ ラック
６５ シュート
６６ 商品取出口
６７ 蒸発器ファン
６８ 凝縮器ファン
６９ 温度検出装置
４００ 蒸発管路
４１０ 上向き管路
４２０ 下向き管路
Ａ 最高位置
Ｂ 中間位置

Claims (1)

1. 圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒配管等により接続して冷却回路を形成し、ＨＦＣ系冷媒又はＨＦＣ系冷媒を含む混合冷媒からなる冷媒と、当該冷媒と相互溶解性の無い又は少ない前記圧縮機の潤滑油とを前記冷却回路内に封入してなる自動販売機の冷却装置において、
   前記蒸発器は、前後方向に３列、上下方向に複数段でなおかつ側面断面千鳥状に配設された蒸発管とこの蒸発管を連結する連結管とによって冷媒通路を形成する蒸発管路を備え、当該蒸発管路は、下方の蒸発管から上方の蒸発管に向かって前記冷媒が流れる上向き管路と、上方の蒸発管から下方の蒸発管に向かって前記冷媒が流れる下向き管路とを有し、最前列の最下段の蒸発管に冷媒入口を形成されるとともに前記上向き管路は最前列、および最上段配管に向かう蒸発管にのみ形成されていること特徴とする自動販売機の冷却装置。

Images