JP3966308B2 - 冷却加温システムおよびこの冷却加温システムを備えた自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、缶飲料などの商品を加温あるいは冷却して販売する自動販売機やショーケースなどにおいて、圧縮機で圧縮された冷媒が凝縮する際に生じる潜熱を利用して冷却および加温を行う冷却加温システムに関するものである。

近年、ショーケースなどの冷蔵および温蔵機器に対する消費電力量削減の要求が高まってきており、ヒータによる加温時の消費電力量を削減する手段として、冷暖房空調装置などと同じように冷却システムをヒートポンプに切換えて加温に利用したものが提案されている。ところが、ショーケースなどのように冷蔵や冷凍条件では、特に蒸発温度が低く水分チョークが発生するおそれがあるため、合成ゼオライトなどからなるドライヤをシステム内の液冷媒と接触させて、冷媒中の水分を吸着除去する必要がある。また、地球温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素冷媒を用いた場合、水分飽和量が小さいことから、さらにこの問題が重要となる。

従来、室内熱交換器と室外熱交換器の接続配管経路内にドライヤを設置するとともに、冷却と加温で膨張機構を使い分けて常に液冷媒がドライヤと接触するようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ドライヤを液冷媒と接触させる理由は、効率よく冷媒と接触させるとともに、流速の早いガス冷媒では造粒した合成ゼオライトの粒子が振動接触して粉砕してしまうためである。

以下、図面を参照しながら従来の冷却加温システムを説明する。

図３は従来の冷却加温システムの冷媒回路図である。

図３に示すように、従来の冷温切換システムは、圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４、室内熱交換器５を基本構成とし、室内を冷却する場合は圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切換えて室外熱交換器４から室内熱交換器５へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流するとともに、室内を加温する場合は圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切換えて室内熱交換器５から室外熱交換器４へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流するものである。

ここで、一般に室内熱交換器５は缶飲料などの冷却加温する対象物が収納された断熱空間（図示せず、以下収納室という）内に設置されるとともに、圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４は前記断熱空間の外に配置される。また、一般に圧縮機１、室外熱交換器４、室内熱交換器５はそれぞれ独立の送風ファン（図示せず）で必要に応じて送風され、空冷および熱交換を促進される。

また、室外熱交換器４と室内熱交換器５を結ぶ配管には、加温用キャピラリチューブ６、冷却用逆止弁７、冷却用キャピラリチューブ８、加温用逆止弁９およびドライヤ１０が接続されている。ここで、加温用キャピラリチューブ６と冷却用逆止弁７、および冷却用キャピラリチューブ８と加温用逆止弁９はそれぞれ並列に接続されるとともに、加温用キャピラリチューブ６と冷却用キャピラリチューブ８に挟まれる位置にドライヤ１０が接続される。

以上のように構成された従来の冷温切換システムについて、以下その動作を説明する。

収納室内を冷却する場合、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切換えて室外熱交換器４へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器４から出た液冷媒は冷却用逆止弁７を経てドライヤ１０に供給される。そして、ドライヤ１０から出た液冷媒は冷却用キャピラリチューブ８で減圧されて室内熱交換器５へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流する。

また、収納室内を加温する場合、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切換えて室内熱交換器５へ供給されて凝縮液化する。室内熱交換器５から出た液冷媒は加温用逆止弁９を経てドライヤ１０に供給される。そして、ドライヤ１０から出た液冷媒は加温用キャピラリチューブ６で減圧されて室外熱交換器４へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流する。

このように、加温用キャピラリチューブ６と冷却用キャピラリチューブ８に挟まれる位置にドライヤ１０を配置するとともに、キャピラリチューブとそれぞれ並列に接続した冷却用逆止弁７、加温用逆止弁９を通じてドライヤ１０に液冷媒を供給することで、冷却加温時ともに効率よく冷媒とドライヤ１０接触させるとともに、流速の早いガス冷媒によって造粒した合成ゼオライトの粒子が振動接触して粉砕してしまうことが防止できる。
特開平１１−３０４３０３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、缶飲料などの商品を５０〜１００℃に加温する場合、ドライヤが高温の液冷媒に接触することで合成ゼオライトの水分吸着容量が低下して、結果としてシステム内を循環する水分量が増大する。これによって、圧縮機内部の絶縁材料などの劣化が促進されて圧縮機の耐久性が低下するとともに、加温用キャピラリチューブでの水分氷結による水分チョークの危険性が増大する。特に、ドライヤを収納室内や室内熱交換器の近傍に配置すると、室内熱交換器の凝縮温度に近いより高温の液冷媒がドライヤに流入するので問題が大きくなる。

また、ドライヤを収納室外や室外熱交換器の近傍に配置して、加温時に十分過冷却した液冷媒をドライヤに供給すると、室内熱交換器からドライヤまでの距離が伸びて接続配管内の液冷媒の滞留量が増大し、結果として加温時の必要冷媒量が増大する。特に、地球温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素冷媒を用いた場合、漏洩時の燃焼危険性が増大するという問題が発生する。

本発明は、従来の課題を解決するもので、特に缶飲料などの商品を５０〜１００℃の高温に加温する場合にシステム内の水分量の上昇を抑えるとともに、必要冷媒量を最小に抑えることができる冷却加温システムを提案し、信頼性の向上を図ることを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷却加温システムは、収納室内に設置された室内熱交換器と、前記収納室外に設置された室外熱交換器、ドライヤ、膨張機構、圧縮機とを環状に接続し前記収納室を冷却または加温する冷却加温システムにおいて、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器の間に冷却用配管と加温用配管が並列配管されて接続され、冷却時は、前記圧縮機から前記室外熱交換器、前記冷却用配管、前記室内熱交換器、前記圧縮機の順に、加温時は、前記圧縮機から前記室内熱交換器、前記加温用配管、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒配管を切替えて冷媒流路を構成し、前記冷却用配管は前記ドライヤと冷却用膨張機構が接続され、前記加温用配管は前記ドライヤは接続されず加温用膨張機構が接続され、冷却時は前記冷却用配管にのみ前記冷媒が流れるように構成し、加温運転時は前記加温用配管にのみ前記冷媒が流れるように構成し、前記冷媒を自然冷媒としたものである。

これによって、特に蒸発温度が低い冷却時には常にドライヤに冷媒を流して水分氷結による水分チョークの危険性を回避するとともに、加温時にはドライヤに冷媒を流さないことで、ドライヤの高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。同時に、室内熱交換器と膨張機構を接続する配管を短くすることができ、加温時の必要冷媒量の増大を抑制することができる。

また、本発明の他の冷却加温システムは、膨張機構と室外熱交換器を並列する複数の並列配管で接続するとともに、収納室内を加温中に圧縮機が停止した場合は経路内にドライヤを備えた並列配管に冷媒を流す一方、収納室内を加温中に圧縮機が運転した場合は経路内にドライヤを備えた並列配管を除いた他の並列配管に冷媒を流すことを特徴とするものである。

これによって、加温中に圧縮機が停止してシステム内の圧力がバランスする際に、室内熱交換器に滞留する液冷媒がドライヤを経て室外熱交換器に徐々に移動することで冷媒中の水分を除去するとともに、加温中に圧縮機が運転した場合にはドライヤに冷媒を流さないことで、ドライヤの高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。同時に、室内熱交換器と膨張機構を接続する配管を短くすることができ、加温時の必要冷媒量の増大を抑制することができる。

本発明の冷却加温システムおよび自動販売機は、自然冷媒を用いて膨張機構と室外熱交換器の間に設置したドライヤの冷媒回路の開閉を行うことで、特に缶飲料などの商品を５０〜１００℃の高温に加温する場合にシステム内の水分量の上昇を抑えるとともに、必要冷媒量を最小に抑えることができるので、信頼性の向上が実現できる。

本発明の請求項１に記載の発明は、収納室内に設置された室内熱交換器と、前記収納室外に設置された室外熱交換器、ドライヤ、膨張機構、圧縮機とを環状に接続し前記収納室を冷却または加温する冷却加温システムにおいて、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器の間に冷却用配管と加温用配管が並列配管されて接続され、冷却時は、前記圧縮機から前記室外熱交換器、前記冷却用配管、前記室内熱交換器、前記圧縮機の順に、加温時は、前記圧縮機から前記室内熱交換器、前記加温用配管、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒配管を切替えて冷媒流路を構成し、前記冷却用配管は前記ドライヤと冷却用膨張機構が接続され、前記加温用配管は前記ドライヤは接続されず加温用膨張機構が接続され、冷却時は前記冷却用配管にのみ前記冷媒が流れるように構成し、加温運転時は前記加温用配管にのみ前記冷媒が流れるように構成し、前記冷媒を自然冷媒としたので、ドライヤの高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。同時に、室内熱交換器と膨張機構を接続する配管を短くすることができ、加温時の必要冷媒量の増大を抑制することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、加温中に圧縮機が停止した場合は、前記加温用配管に冷媒は流さず、冷却用配管のみ冷媒が流れるように構成したので、加温中に圧縮機が停止してシステム内の圧力がバランスする際に、室内熱交換器に滞留する液冷媒がドライヤを経て室外熱交換器に徐々に移動することで冷媒中の水分を除去するとともに、加温中に圧縮機が運転した場合にはドライヤに冷媒を流さないことで、ドライヤの高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。同時に、室内熱交換器と膨張機構を接続する配管を短くすることができ、加温時の必要冷媒量の増大を抑制することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の発明において、冷媒を炭化水素冷媒としたので、ドライヤの高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。同時に、室内熱交換器と膨張機構を接続する配管を短くすることができ、加温時の必要冷媒量の増大を抑制することができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、膨張機構をドライヤより上方に配置したことを特徴とする冷却加温システムであるので、冷却中に圧縮機が運転した場合にドライヤ内に液冷媒が滞留してレシーバの役目を果たすことができ、加温時の必要冷媒量と冷却時の必要冷媒量の差を低減あるいは解消することができる。

例えば、冷媒として自然冷媒であるＲ６００ａを用いた場合、冷媒封入量を抑制するために一般に、シェル内低圧式の圧縮機と鉱油系冷凍機油が用いられるが、収納室内を冷凍あるいは冷蔵する冷却時の蒸発温度−３０〜−１０℃に対して、大気の熱を利用する加温時には蒸発温度０〜３０℃と高くなり、結果として加温時に圧縮機内部に貯留される冷凍機油中の冷媒溶解量が５〜２０重量％も増大する。これは、冷凍機油の重量２００〜４００ｇに対して１０〜８０ｇとなるため、加温時の必要冷媒量と冷却時の必要冷媒量の差を調整する必要が生じる。本発明において、ドライヤの容量をシステムの運転条件や各部の容量に合わせて冷却時に液冷媒が１０〜８０ｇ貯留するように設計すれば、加温時に冷凍機油中に溶解することで不足する冷媒量を供給することができる。

また、このような加温時の必要冷媒量と冷却時の必要冷媒量の差は、冷媒や冷凍機油、および圧縮機の仕様の違いにより定量的な差は生じるが、冷蔵や冷凍を必要とする冷却時に比べて加温時に冷凍機油中に溶解する冷媒量が増大することに変わりがなく、ドライヤの容量をシステムの運転条件や各部の容量に合わせて設計すれば同様の効果が得られる。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、逆止弁を用いて並列配管の流路切換えを行うことを特徴とする冷却加温システムであるので、電気回路と電磁石を用いた二方弁や三方弁に比べて並列配管の流路切換えが安価に実現できる。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、冷却用キャピラリチューブと加温用キャピラリチューブからなる膨張機構を用いるとともに、前記冷却用キャピラリチューブと、経路内にドライヤを備えた並列配管を同一経路に配置し、並列配管の流路切換えと同時にキャピラリチューブの切換えを行うことを特徴とする冷却加温システムであるので、冷却時と加温時の最適絞り量を調整する機構や、冷却用キャピラリチューブと加温用キャピラリチューブを切換える機構が不要となるために最適絞り量の調整が安価に実現できる。
また本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、冷却加温システムを備えた自動販売機であり、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷却加温システムの有する作用効果を備えた自動販売機を提供できる。

以下、本発明による自動販売機の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の冷却加温システムの冷媒回路図である。

図１に示すように、本発明の冷却加温システムは、圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４、室内熱交換器５を基本構成とし、室内を冷却する場合は圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切換えて室外熱交換器４から室内熱交換器５へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流するとともに、室内を加温する場合は圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切換えて室内熱交換器５から室外熱交換器４へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流するものである。

ここで、室内熱交換器５は缶飲料などの冷却加温する対象物が収納された断熱空間（図示せず、以下収納室という）内に設置されるとともに、圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４は前記断熱空間の外に配置される。また、圧縮機１、室外熱交換器４、室内熱交換器５はそれぞれ独立の送風ファン（図示せず）で必要に応じて送風され、空冷および熱交換を促進される。

また、室外熱交換器４と室内熱交換器５は２本の並列する配管で結ばれており、一方は加温用キャピラリチューブ２０と加温用二方弁２１が直列に接続され、他方は冷却用キャピラリチューブ２２と冷却用二方弁２３、ドライヤ２４が直列に接続されている。ドライヤ２４は冷却用二方弁２３との接続口を上方に、室外熱交換器４との接続口を下方にして略垂直に設置されている。

そして、加温用二方弁２１、冷却用二方弁２３、ドライヤ２４はともに室外熱交換器４の近傍に設置され、特に加温時に低温となる加温用キャピラリチューブ２０と室外熱交換器４との距離が最短になるように設計されているとともに、加温用キャピラリチューブ２０および冷却用キャピラリチューブ２２と室内熱交換器５との距離も最短になるように設計されている。

以上のように構成された本発明の冷温切換システムについて、以下その動作を説明する。

収納室内を冷却する場合、冷却用二方弁２３を開、加温用二方弁２１を閉として圧縮機１を駆動する。圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切換えて室外熱交換器４へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器４から出た液冷媒はドライヤ２４に供給される。この液冷媒の温度は室外熱交換器４の凝縮温度とほぼ同じ３０〜４０℃となる。このとき、ドライヤ２４内部に液冷媒が滞留するとともに、ドライヤ２４内部に設置された合成ゼオライト（図示せず）と液冷媒が接触して液冷媒中の水分が除去される。

そして、ドライヤ２４から出た液冷媒は冷却用二方弁２３を経て冷却用キャピラリチューブ２２で減圧されて室内熱交換器５へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流する。室内熱交換器５の蒸発温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを冷却する場合は設定温度が５〜１０℃であり、室内熱交換器５の蒸発温度は−１５〜−５℃となる。

また、収納室内を加温する場合、冷却用二方弁２３を閉、加温用二方弁２１を開として圧縮機１を駆動する。圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切換えて室内熱交換器５へ供給されて凝縮液化する。この液冷媒の温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを加温する場合は設定温度が５０〜６０℃であり、室内熱交換器５の凝縮温度は７０〜８０℃となる。仮に、ドライヤ２４がこの温度に曝されると、内部に設置された合成ゼオライト（図示せず）の水分吸着容量が半分程度に低下し、すでに吸着した水分を放出する可能性がある。

そして、室内熱交換器５から出た液冷媒は直ぐに加温用キャピラリチューブ２０で減圧された後、加温用二方弁２１を経て室外熱交換器４へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流する。このとき、ドライヤ２４の内部にほとんど液冷媒は滞留せず、室外熱交換器４の蒸発温度とほぼ同じ温度の飽和ガス冷媒で満たされる。室外熱交換器４の蒸発温度は５〜１５℃となる。

そして、加温中に収納室の温度が設定値まで上昇すると、圧縮機１を停止するとともに冷却用二方弁２３を開、加温用二方弁２１を閉に切換える。このとき、温度圧力の高い室内熱交換器５から、冷却用キャピラリチューブ２２と冷却用二方弁２３を経て徐々に外気温度程度まで冷却されながら、ドライヤ２４と室外熱交換器４へ移動し、システム内の圧力が徐々にバランスしていく。このとき、ドライヤ２４内部を液冷媒が通過する際に、ドライヤ２４内部に設置された合成ゼオライト（図示せず）と液冷媒が接触して液冷媒中の水分が除去される。

このように、加温用キャピラリチューブ２０と冷却用キャピラリチューブ２２からなる膨張機構と室外熱交換器４を並列する配管で接続するとともに、収納室内を冷却する場合は経路内にドライヤ２４を備えた並列配管に冷媒を流す一方、収納室内を加温する場合は経路内にドライヤ２４を備えた並列配管を除いた他の並列配管に冷媒を流すことで、特に蒸発温度が低い冷却時には常にドライヤ２４に冷媒を流して水分氷結による水分チョークの危険性を回避するとともに、加温時にはドライヤ２４に冷媒を流さないことで、ドライヤ２４の高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。

また、収納室内を加温中に圧縮機１が停止した場合は経路内にドライヤ２４を備えた並列配管に冷媒を流す一方、収納室内を加温中に圧縮機１が運転した場合は経路内にドライヤ２４を備えた並列配管を除いた他の並列配管に冷媒を流すことで、加温中に圧縮機１が停止してシステム内の圧力がバランスする際に、室内熱交換器５に滞留する液冷媒がドライヤ２４を経て室外熱交換器４に徐々に移動することで冷媒中の水分を除去するとともに、加温中に圧縮機１が運転した場合にはドライヤ２４に冷媒を流さないことで、ドライヤ２４の高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。

また、室内熱交換器５と、加温用キャピラリチューブ２０との接続配管を最短に設計することで加温時の必要冷媒量を抑制することができる。また、冷却時のみドライヤ２４に液冷媒を滞留させることで、冷却時と加温時の蒸発温度の違いから生じる圧縮機１内の冷媒滞留量の差を緩和することができる。

なお、本実施の形態においては、加温用キャピラリチューブ２０と冷却用キャピラリチューブ２２からなる膨張機構を用いたが、単一のキャピラリチューブあるいは電動膨張弁を冷却加温用に共用しても同様の効果が得られる。また、膨張機構となるキャピラリチューブと、室内熱交換器５と四方弁２の接続配管を熱交換して、冷却時の冷凍効果を高めてもよい。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の冷却加温システムの冷媒回路図である。

図２に示すように、本発明の冷却加温システムは、圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４、室内熱交換器５を基本構成とし、室内を冷却する場合は圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切換えて室外熱交換器４から室内熱交換器５へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流するとともに、室内を加温する場合は圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切換えて室内熱交換器５から室外熱交換器４へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流するものである。

ここで、室内熱交換器５は缶飲料などの冷却加温する対象物が収納された断熱空間（図示せず、以下収納室という）内に設置されるとともに、圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４は前記断熱空間の外に配置される。また、圧縮機１、室外熱交換器４、室内熱交換器５はそれぞれ独立の送風ファン（図示せず）で必要に応じて送風され、空冷および熱交換を促進される。

また、室外熱交換器４と室内熱交換器５は２本の並列する配管で結ばれており、一方は加温用キャピラリチューブ２０と加温用逆止弁３０が直列に接続され、他方は冷却用キャピラリチューブ２２と冷却用逆止弁３１、ドライヤ３２が直列に接続されている。ドライヤ３２は冷却用逆止弁３１との接続口を下方に、室外熱交換器４との接続口を上方にして略垂直に設置されているとともに、冷却用キャピラリチューブ２２の入口はドライヤ３２より上方に配置されている。

加温用逆止弁３０は加温用キャピラリチューブ２０から室外熱交換器４に流れる方向を正方向とし、室外熱交換器４から加温用キャピラリチューブ２０へ向かう逆方向には流れないように設置される。また、冷却用逆止弁３１はドライヤ３２から冷却用キャピラリチューブ２２に流れる方向を正方向とし、冷却用キャピラリチューブ２２からドライヤ３２へ向かう逆方向には流れないように設置される。

そして、加温用逆止弁３０、冷却用逆止弁３１、ドライヤ３２はともに室外熱交換器４の近傍に設置され、特に加温時に低温となる加温用キャピラリチューブ２０と室外熱交換器４との距離が最短になるように設計されているとともに、加温用キャピラリチューブ２０および冷却用キャピラリチューブ２２と室内熱交換器５との距離も最短になるように設計されている。

以上のように構成された本発明の冷温切換システムについて、以下その動作を説明する。

収納室内を冷却する場合、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切換えて室外熱交換器４へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器４から出た液冷媒はドライヤ３２に供給される。この液冷媒の温度は室外熱交換器４の凝縮温度とほぼ同じ３０〜４０℃となる。このとき、ドライヤ３２内部に液冷媒が滞留するとともに、ドライヤ３２内部に設置された合成ゼオライト（図示せず）と液冷媒が接触して液冷媒中の水分が除去される。

そして、ドライヤ３２から出た液冷媒は冷却用逆止弁３１を経て冷却用キャピラリチューブ２２で減圧されて室内熱交換器５へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流する。室内熱交換器５の蒸発温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを冷却する場合は設定温度が５〜１０℃であり、室内熱交換器５の蒸発温度は−１５〜−５℃となる。

また、収納室内を加温する場合、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切換えて室内熱交換器５へ供給されて凝縮液化する。この液冷媒の温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを加温する場合は設定温度が５０〜６０℃であり、室内熱交換器５の凝縮温度は７０〜８０℃となる。仮に、ドライヤ３２がこの温度に曝されると、内部に設置された合成ゼオライト（図示せず）の水分吸着容量が半分程度に低下し、すでに吸着した水分を放出する可能性がある。

そして、室内熱交換器５から出た液冷媒は直ぐに加温用キャピラリチューブ２０で減圧された後、加温用逆止弁３０を経て室外熱交換器４へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から圧縮機１へ還流する。このとき、ドライヤ３２の内部にほとんど液冷媒は滞留せず、室外熱交換器４の蒸発温度とほぼ同じ温度の飽和ガス冷媒で満たされる。室外熱交換器４の蒸発温度は５〜１５℃となる。

そして、加温中に収納室の温度が設定値まで上昇すると、圧縮機１を停止する。このとき、温度圧力の高い室内熱交換器５から、加温用キャピラリチューブ２０と加温用逆止弁３０を経て徐々に外気温度程度まで冷却されながら、ドライヤ３２と室外熱交換器４へ分配し、システム内の圧力が徐々にバランスしていく。このとき、ドライヤ３２内部を液冷媒が滞留する際に、ドライヤ３２内部に設置された合成ゼオライト（図示せず）と液冷媒が接触して液冷媒中の水分が除去される。

このように、加温用キャピラリチューブ２０と冷却用キャピラリチューブ２２からなる膨張機構と室外熱交換器４を並列する配管で接続するとともに、収納室内を冷却する場合は経路内にドライヤ３２を備えた並列配管に冷媒を流す一方、収納室内を加温する場合は経路内にドライヤ３２を備えた並列配管を除いた他の並列配管に冷媒を流すことで、特に蒸発温度が低い冷却時には常にドライヤ３２に冷媒を流して水分氷結による水分チョークの危険性を回避するとともに、加温時にはドライヤ３２に冷媒を流さないことで、ドライヤ３２の高温度化を防止し、吸着した水分の放出を抑えてシステム内の水分濃度の増大を防止することができる。さらに、加温用逆止弁３０と冷却用逆止弁３１を用いて並列配管の流路を切換えることで、安価な機構が実現できる。

また、冷却用逆止弁３１との接続口を下方に、室外熱交換器４との接続口を上方にしてドライヤ３２を略垂直に設置することで、収納室内を加温中に圧縮機１が停止した場合に温度圧力の高い室内熱交換器５から液冷媒が室外熱交換器４へ流入する際に、一部がドライヤ３２に流入して冷媒中の水分を除去することができる。

また、室内熱交換器５と、加温用キャピラリチューブ２０との接続配管を最短に設計することで加温時の必要冷媒量を抑制することができる。また、冷却時のみドライヤ３２に液冷媒を滞留させることで、冷却時と加温時の蒸発温度の違いから生じる圧縮機１内の冷媒滞留量の差を緩和することができる。

なお、本実施の形態においては、加温用キャピラリチューブ２０と冷却用キャピラリチューブ２２からなる膨張機構を用いたが、単一のキャピラリチューブあるいは電動膨張弁を冷却加温用に共用しても同様の効果が得られる。また、膨張機構となるキャピラリチューブと、室内熱交換器５と四方弁２の接続配管を熱交換して、冷却時の冷凍効果を高めてもよい。

また、加温中に圧縮機１が停止した場合にドライヤ３２に液冷媒が滞留しやすいように、室外熱交換器４をドライヤ３２よりも上方に設置することが望ましい。

以上のように、本発明にかかる冷却加温システムは、膨張機構と室外熱交換器の間に設置したドライヤの冷媒回路の開閉を行うことで、特に缶飲料などの商品を５０〜１００℃の高温に加温する場合にシステム内の水分量の上昇を抑えるとともに、必要冷媒量を最小に抑えることができるので、ショーケースや食品保管庫など冷却と加温を切換えて用いる冷却加温システムの信頼性を向上する目的でも適用できる。

本発明の実施の形態１による冷却加温システムの冷媒回路図 本発明の実施の形態２による冷却加温システムの冷媒回路図 従来の冷却加温システムの冷媒回路図

符号の説明

２０ 加温用キャピラリチューブ
２１ 加温用二方弁
２２ 冷却用キャピラリチューブ
２３ 冷却用二方弁
２４ ドライヤ

Claims (7)

1. 収納室内に設置された室内熱交換器と、前記収納室外に設置された室外熱交換器、ドライヤ、膨張機構、圧縮機とを環状に接続し前記収納室を冷却または加温する冷却加温システムにおいて、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器の間に冷却用配管と加温用配管が並列配管されて接続され、冷却時は、前記圧縮機から前記室外熱交換器、前記冷却用配管、前記室内熱交換器、前記圧縮機の順に、加温時は、前記圧縮機から前記室内熱交換器、前記加温用配管、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒配管を切替えて冷媒流路を構成し、前記冷却用配管は前記ドライヤと冷却用膨張機構が接続され、前記加温用配管は前記ドライヤは接続されず加温用膨張機構が接続され、冷却時は前記冷却用配管にのみ前記冷媒が流れるように構成し、加温運転時は前記加温用配管にのみ前記冷媒が流れるように構成し、前記冷媒を自然冷媒としたことを特徴とする冷却加温システム。
2. 加温中に圧縮機が停止した場合は、前記加温用配管に冷媒は流さず、冷却用配管のみ冷媒が流れるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の冷却加温システム。
3. 冷媒を炭化水素冷媒としたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却加温システム。
4. 膨張機構をドライヤより上方に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却加温システム。
5. 逆止弁を用いて並列配管の流路切換えを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却加温システム。
6. 冷却用キャピラリチューブと加温用キャピラリチューブからなる膨張機構を用いるとともに、前記冷却用キャピラリチューブと、経路内にドライヤを備えた並列配管を同一経路に配置し、並列配管の流路切換えと同時にキャピラリチューブの切換えを行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の冷却加温システム。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却加温システムを備えた自動販売機。

Images