JP4033186B2 - 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用いて加温を行うヒートポンプシステムを搭載する自動販売機に関するものである。

近年、自動販売機に対する消費電力量削減の要求が高まってきており、消費電力量削減手段として、冷却によって生じる廃熱や大気の熱を利用するヒートポンプシステムを用いて缶飲料などの商品を加温するものが提案されている。

また、ヒートポンプシステムは特に低外気温時の起動特性に劣ることから、低外気温時あるいは起動時に圧縮機の回転数を上げて加温能力を高めるとともに、ヒータを用いて加温能力を補完する自動販売機も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら従来の自動販売機を説明する。

図３は従来の自動販売機の冷媒回路図、図４は従来の自動販売機の制御基準値を示した図である。

図３に示すように、従来の自動販売機は、ホット／コールド切換室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、ホット／コールド切換室１内に設置された室内熱交換器４、コールド専用室２内に設置された蒸発器５、第二コールド専用室２内に設置された第二蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成されたヒートポンプシステムを有する。ここで、圧縮機８は各貯蔵室の室温変化に対応して、回転数を変化させてその能力を制御するものである。

また、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１はそれぞれ通過する冷媒の圧力を低下するとともに閉塞機能を有したものであり、開閉弁Ａ１２、開閉弁Ｂ１３、開閉弁Ｃ１４、開閉弁Ｄ１５はそれぞれ冷媒の流れの有無を制御するものである。

また、ヒートポンプシステムの加温能力を補完するために、電気ヒータからなるヒータ１６が室内熱交換器４の風上側に設置されている。

以上のように構成された従来の自動販売機について、以下その動作を説明する。

ホット／コールド切換室１を冷却する場合、開閉弁Ａ１２と開閉弁Ｄ１５を開とし、開閉弁Ｂ１３と開閉弁Ｃ１４を閉として、圧縮機８を駆動する。圧縮機８から吐出された冷媒は、室外熱交換器７で凝縮された後、それぞれ膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１で減圧されて、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。

このとき、ホット／コールド切換室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべての貯蔵室が所定の温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。

次に、ホット／コールド切換室１を加温する場合、開閉弁Ａ１２と開閉弁Ｄ１５および膨張弁Ａ９を閉とし、開閉弁Ｂ１３と開閉弁Ｃ１４を開として、圧縮機８を駆動する。圧縮機８から吐出された冷媒は、室内熱交換器４で一部が凝縮し、再度室外熱交換器７で凝縮された後、それぞれ膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１で減圧されて、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。また、コールド専用室２、第二コールド専用室３の内、所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべての貯蔵室が所定の温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。

ここで、コールド専用室２および第二コールド専用室３を冷却する際に生じる冷媒の凝縮廃熱を用いて、ホット／コールド切換室１を効率よく加温することができるので、電気ヒータなどの別の加熱手段を用いてホット／コールド切換室１を加温する場合に比べて、消費電力量を削減することができる。

次に、ホット／コールド切換室１の室温変化に対する、圧縮機８の回転数およびＯＮ／ＯＦＦ状態の変化について図４を用いて詳細に説明する。

図４は加温時と冷却時の制御基準値を示したものであり、設定温度はホット／コールド切換室１の室温の目標値、ＯＮ温度は圧縮機８を起動する温度条件、ＯＦＦ温度は圧縮機８を停止する温度条件、シフトＵＰ温度は圧縮機８を増速する温度条件、シフトＤＯＷＮ温度は圧縮機８を減速する温度条件である。ただし、コールド専用室２および第二コールド専用室３の室温が所定の範囲を越えると、圧縮機８を起動／停止する制御が働く場合があるので、ここでは、コールド専用室２および第二コールド専用室３の室温が目標値近傍の所定の範囲内にあると仮定する。

加温時においては、設定温度は５０〜５５℃、ＯＮ温度は設定温度より２〜３℃低く、ＯＦＦ温度は設定温度より２〜３℃高く、シフトＵＰ温度は設定温度より１℃程度低く、シフトＤＯＷＮ温度は設定温度より１℃程度高く設定される。そして、ホット／コールド切換室１の室温がＯＦＦ温度を越えると圧縮機８を停止し、その後ホット／コールド切換室１の室温がＯＮ温度を下回ると再度圧縮機８を低速で起動する。圧縮機８が起動後、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＵＰ温度を下回ると圧縮機８を増速し、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＤＯＷＮ温度を上回ると圧縮機８を減速する。

このように、圧縮機８を制御した場合、ホット／コールド切換室１の室温はおよそＯＮ温度からＯＦＦ温度の範囲で保たれる。

一方、冷却時においては、設定温度は２〜５℃、ＯＮ温度は設定温度より２〜３℃高く、ＯＦＦ温度は設定温度より２〜３℃低く、シフトＵＰ温度は設定温度より１℃程度高く、シフトＤＯＷＮ温度は設定温度より１℃程度低く設定される。そして、ホット／コールド切換室１の室温がＯＦＦ温度を下回ると圧縮機８を停止し、その後ホット／コールド切換室１の室温がＯＮ温度を越えると再度圧縮機８を低速で起動する。圧縮機８が起動後、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＵＰ温度を越えると圧縮機８を増速し、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＤＯＷＮ温度を下回ると圧縮機８を減速する。

このように、圧縮機８を制御した場合、ホット／コールド切換室１の室温はおよそＯＮ温度からＯＦＦ温度の範囲で保たれる。

さらに、発明者らは鋭意検討の結果、コールド専用室２および第二のコールド専用室３の冷却手段とは別に、ホット／コールド切換室１を冷却加温する専用の冷却加温システムを用いて室外の大気とのみ熱交換することで、コールド専用室２および第二コールド専用室３の室温の影響を受けずに、安定して高効率な運転条件でホット／コールド切換室１を冷却加温する構成について提案している（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２８８７２６号公報 特開２００４−２１１３２１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ホット／コールド切換室１を冷却する場合に比べて、加温する場合に室温のオーバーシュートが大きくなるという課題があった。

これは、冷却する場合は、室温が上昇すると室内熱交換器４の蒸発温度が上昇して冷却能力が増大するとともに、室温が下降すると室内熱交換器４の蒸発温度が下降して冷却能力が抑制することで、冷却能力の自動調整機能が働くため、圧縮機８の増速や減速を小さく抑えることができ、結果として室温が急激に下降し過ぎることや、急激に上昇し過ぎることがなく安定した温調が可能であるが、加温する場合は、室温が上昇すると室内熱交換器４の凝縮温度が上昇して加温能力が増大するとともに、室温が下降すると室内熱交換器４の凝縮温度が下降して加温能力が抑制するため、圧縮機８の増速や減速を激しく行う必要があり、結果として室温が急激に下降し過ぎることや急激に上昇し過ぎる、いわゆるオーバーシュートが発生しやすいためである。

また、加温する場合に商品追加などの大きな負荷がかかった時に室温が異常に低下すると、室内熱交換器４の凝縮温度が下降して加温能力が著しく低下する。この結果、ヒータ１６が作動するまで、圧縮機８の増速が繰り返されて極端に加温能力が増加して、室温が上昇し始めると急激に上昇し過ぎる、いわゆるオーバーシュートが発生する。一方、室温が大きく低下しないように常にヒータ１６を頻繁にＯＮ／ＯＦＦしながら室温を制御すると、消費電力を削減する効果が少なくなる。

さらに、コールド専用室２あるいは第二コールド専用室３を熱源としてコールド専用室２あるいは第二コールド専用室３の冷却とホット／コールド切換室１の加温を同時に実現する場合、ホット／コールド切換室１の加温中にコールド専用室２あるいは第二コールド専用室３の冷却が先に完了すると、外気など他の熱源に切換えなければ加温を継続できないことから、ヒートポンプシステムの構成や制御がさらに複雑になるという課題も発生する。

同様に、ホット／コールド切換室１を加温する場合に、膨張弁Ａ９あるいは膨張弁Ｂ１０の開度を制御して、加温能力を制御することができるが、コールド専用室２あるいは第二コールド専用室３の温度調整も合わせて最適に制御することが困難であり、ヒートポンプシステムの構成や制御がさらに複雑になるという課題も発生する。

本発明は、従来の課題を解決するもので、簡易な制御で特にホット／コールド切換室を加温する場合の温度調整の精度を向上する構成を提案し、最適な運転状態で安定してヒートポンプを用いることで加温時の消費電力を抑制できる自動販売機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の自動販売機は、商品を収納するホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器に対して冷却時と加温時で冷媒流路を切替えて冷却あるいは加温を行い、室内温度センサーに対応して回転数を変化させてその能力制御を行う冷却加温用圧縮機を有したヒートポンプシステムを備えた自動販売機において、加温時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記冷却加温用圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度を回転数を減速するシフトＤＯＷＮ温度よりも低く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以下となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以上となれば回転数を減速するように設定し、冷却時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記シフトＵＰ温度を前記シフトＤＯＷＮ温度よりも高く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以上となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以下となれば回転数を減速するように設定し、加温時に設定される前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差の絶対値は冷却時に設定される前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差の絶対値よりも小さく設定したものである。

これによって、ホット／コールド切換室を加温する場合の凝縮温度を安定させるとともに、圧縮機の増速から減速までのシステム動作状態の変化を小さくすることで、加温能力の急激な変化を抑制することができる。この結果、ホット／コールド切換室の室温のオーバーシュートを抑制して温度調整の精度を向上することができる。

また、本発明の自動販売機は、商品を収納するホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器に対して冷却時と加温時で冷媒流路を切替えて冷却あるいは加温を行い、室内温度センサーに対応して回転数を変化させてその能力制御を行う冷却加温用圧縮機を有したヒートポンプシステムと前記ヒートポンプシステムの加温能力を補完する電気ヒータとを備えた自動販売機において、加温時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記冷却加温用圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度を回転数を減速するシフトＤＯＷＮ温度よりも低く、かつ前記冷却加温用圧縮機を停止するＯＦＦ温度よりも低く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以下となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以上となれば回転数を減速するように設定し、前記電気ヒータは、加温時の前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度を所定時間下回ると通電し、前記ＯＦＦ温度より低い温度で停止することを特徴とするものである。

これによって、ホット／コールド切換室を加温する場合に商品追加などの大きな負荷がかかって室温が異常に低下した際に、圧縮機の増速が繰り返される前にヒータで加温能力を補完することができ、結果として室温が上昇し始めると急激に上昇し過ぎる現象、いわゆるオーバーシュートを抑制することができる。

本発明の自動販売機は、簡易な構成と制御で、特にホット／コールド切換室を加温する場合の温度調整の精度を向上することができ、最適な運転状態で安定してヒートポンプを用いることで加温時の消費電力を抑制できる。

本発明の請求項１に記載の発明は、商品を収納するホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器に対して冷却時と加温時で冷媒流路を切替えて冷却あるいは加温を行い、室内温度センサーに対応して回転数を変化させてその能力制御を行う冷却加温用圧縮機を有したヒートポンプシステムを備えた自動販売機において、加温時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記冷却加温用圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度を回転数を減速するシフトＤＯＷＮ温度よりも低く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以下となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以上となれば回転数を減速するように設定し、冷却時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記シフトＵＰ温度を前記シフトＤＯＷＮ温度よりも高く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以上となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以下となれば回転数を減速するように設定し、加温時に設定される前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差の絶対値は冷却時に設定される前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差の絶対値よりも小さく設定したので、ホット／コールド切換室を加温する場合の凝縮温度を安定させるとともに、圧縮機の増速から減速までのシステム動作状態の変化を小さくすることで、加温能力の急激な変化を抑制することができる。この結果、ホット／コールド切換室の室温のオーバーシュートを抑制して温度調整の精度を向上することができると共に、加温時に比べて負荷の小さい冷却時の圧縮機の不必要な増速を抑制することができ、より効率の高い運転状態を保つことでさらなる消費電力の削減を図ることができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、商品を収納するホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器に対して冷却時と加温時で冷媒流路を切替えて冷却あるいは加温を行い、室内温度センサーに対応して回転数を変化させてその能力制御を行う冷却加温用圧縮機を有したヒートポンプシステムと前記ヒートポンプシステムの加温能力を補完する電気ヒータとを備えた自動販売機において、加温時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記冷却加温用圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度を回転数を減速するシフトＤＯＷＮ温度よりも低く、かつ前記冷却加温用圧縮機を停止するＯＦＦ温度よりも低く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以下となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以上となれば回転数を減速するように設定し、前記電気ヒータは、加温時の前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度を所定時間下回ると通電し、前記ＯＦＦ温度より低い温度で停止するので、ホット／コールド切換室を加温する場合に商品追加などの大きな負荷がかかって室温が異常に低下した際に、圧縮機の増速が繰り返される前にヒータで加温能力を補完することができ、結果として室温が上昇し始めると急激に上昇し過ぎる現象、いわゆるオーバーシュート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、ホット／コールド切換室を冷却する場合に、室内温度センサーの検出温度がシフトＵＰ温度以上ではシフトＵＰ待ち時間毎に圧縮機を増速し、前記室内温度センサーの検出温度がシフトＤＯＷＮ温度以下ではシフトＤＯＷＮ待ち時間毎に前記圧縮機を減速する制御を行うとともに、前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差を２℃以上に設定した自動販売機であるので、加温時に比べて負荷の小さい冷却時の圧縮機の不必要な増速を抑制することができ、より効率の高い運転状態を保つことでさらなる消費電力の削減を図ることができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ホット／コールド切換室を冷却する場合に、室内温度センサーの検出温度の下降を止めるためにヒートポンプシステムをＯＦＦするＯＦＦ温度を０〜５℃に設定した自動販売機であるので、ヒートポンプシステムの吹出し空気近傍にある飲料缶内部の飲料が氷結することを抑制し、氷結に伴う飲料缶の変形や飲料成分の分離が防止できる。

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における自動販売機の冷媒回路図、図２は同実施の形態の自動販売機の制御基準値を示した図である。なお、従来と同一の構成については同一番号を付して、詳細な説明は省略する。

図１に示すように、本発明の自動販売機は、ホット／コールド切換室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、ホット／コールド切換室１内に設置された室内熱交換器３０、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器３１、冷却時と加温時で冷媒流路を切換える四方切換弁３２、キャピラリチューブ３３、冷却加温用圧縮機３４からなり、ホット／コールド切換室１の冷却と加温を専用に行うヒートポンプシステムを有する。

また、ヒートポンプシステムの加温能力を補完するために、電気ヒータからなるヒータ１６が室内熱交換器３０の風下側に設置されている。そして、室内熱交換器３０あるいはヒータ１６で暖められた空気は、室内ファン３５によって送風されてホット／コールド切換室１の室内を循環する。ここで、冷却加温用圧縮機３４およびヒータ１６は、ホット／コールド切換室１内に設置され、室内熱交換器３０あるいはヒータ１６の吹出し空気温度をホット／コールド切換室１の室内温度として計測する室内温度センサー３６と予め設定された設定値との比較に基づいて、温度調整用制御装置（図示せず）により制御される。

以上のように構成された実施の形態１の自動販売機について、以下その動作を説明する。

ホット／コールド切換室１を冷却する場合、四方切換弁３２を冷却側に切換えて冷却加温用圧縮機３４を駆動する。冷却加温用圧縮機３４から吐出された冷媒は、四方切換弁３２を経由して室外熱交換器３１で凝縮された後、キャピラリチューブ３３で減圧されて、室内熱交換器３０へ供給される。そして、室内熱交換器３０で蒸発した冷媒が冷却加温用圧縮機３４へ還流する。

このとき、ホット／コールド切換室１が所定の温度に近づくと冷却加温用圧縮機３４を減速して能力を低下することにより、蒸発温度を上げて冷却効率を向上する。例えば外気温度１５℃の安定運転条件ではホット／コールド切換室１の安定時の熱負荷は１００〜２００Ｗ程度であるので、冷却加温用圧縮機３４は蒸発温度−２０〜−１５℃、凝縮温度３０〜４０℃の運転条件で５８〜７２ｒｐｓの高回転で略連続運転するように制御される。そして、ホット／コールド切換室１が所定の温度に達すると冷却加温用圧縮機３４の運転を停止する。

また、例えば外気温度１５℃でプルダウンする場合は、ホット／コールド切換室１の温度が高いために室内熱交換器３０の蒸発温度が上昇して冷却能力が増大する、すなわち能力の自動調整機能が働くことから、プルダウン時は冷却加温用圧縮機３４を高回転で連続運転して、蒸発温度−１０℃、凝縮温度５０℃の高能力運転条件となるが、ホット／コールド切換室１の温度低下に従い前記した安定運転条件へ自動的に移行していく。

一方、ホット／コールド切換室１を加温する場合、四方切換弁３２を加温側に切換えて冷却加温用圧縮機３４を駆動する。冷却加温用圧縮機３４から吐出された冷媒は、四方切換弁３２を経由して室内熱交換器３０で凝縮された後、キャピラリチューブ３３で減圧されて、室外熱交換器３１へ供給される。そして、室外熱交換器３１で蒸発した冷媒が冷却加温用圧縮機３４へ還流する。

このとき、例えば外気温度１５℃ではホット／コールド切換室１の安定時の熱負荷は１００〜２００Ｗ程度であるので、冷却加温用圧縮機３４は蒸発温度５〜１０℃、凝縮温度５５〜６５℃の運転条件で２７〜３５ｒｐｓの低回転で連続運転するように制御される。これは、より高い回転数で運転した場合、能力過剰となり室内熱交換器３０の凝縮温度が冷却加温用圧縮機３４の限界を越えて上昇し、耐久性の低下を招くとともに、冷却加温用圧縮機３４を断続運転する必要が生じ、停止状態から室内熱交換器３０の温度が所定温度に達するまでの無駄な運転が生じて全体として効率の低下を招く。

また、例えば外気温度１５℃でプルアップする場合は、ホット／コールド切換室１を通常４００Ｗ程度で加温する必要がある。この場合、冷却加温用圧縮機３４は蒸発温度＋０〜＋５℃、凝縮温度７０〜７５℃の運転条件で７２ｒｐｓの高回転で連続運転するように制御される。ここで、重要な点は、プルダウンする場合に見られる能力の自動調整機構がプルアップする場合には働かず、冷却加温用圧縮機３４の能力が過剰に大きい時には室内熱交換器３０の凝縮温度が高くなり、さらに加温能力が増加する傾向があるとともに、ホット／コールド切換室１の温度が低い時には凝縮温度が低くなり、逆に加温能力が低下する傾向があるために、加温能力を高める制御が不可欠となる点である。従って、冷却加温用圧縮機３４の表面での無駄な放熱を抑制するためにコンプファン（図示せず）を停止するとともに、室内熱交換器３０に取り付けられたヒータ１６をプルアップ初期に通電して凝縮温度を７０〜７５℃に維持することが望ましい。

従って、本実施例の構成において効率よくホット／コールド切換室１の冷却と加温を実現するには、プルダウン中は冷却加温用圧縮機３４の回転数を比較的高回転で維持すればよいが、プルアップ中にはホット／コールド切換室１内の温度が上昇するに伴って、冷却加温用圧縮機３４の回転数を２７〜３５ｒｐｓまで順次低下させて能力調整する必要がある。また、ホット／コールド切換室１内の温度が上昇する過程で、凝縮温度が冷却加温用圧縮機３４の限界を越えないように、望ましくは、室内熱交換器３０の凝縮温度を検知する温度センサーを設けるとともに、室内熱交換器３０の凝縮温度が所定値を越えると冷却加温用圧縮機３４の回転数を下げる制御を行う方がよい。

次に、ホット／コールド切換室１の室温変化に対する、冷却加温用圧縮機３４の回転数およびＯＮ／ＯＦＦ状態の変化について図２を用いて詳細に説明する。

図２は加温時と冷却時の制御基準値を示したものであり、設定温度はホット／コールド切換室１の室温の目標値、ＯＮ温度は冷却加温用圧縮機３４を起動する温度条件、ＯＦＦ温度は冷却加温用圧縮機３４を停止する温度条件、シフトＵＰ温度は冷却加温用圧縮機３４を増速する温度条件、シフトＤＯＷＮ温度は冷却加温用圧縮機３４を減速する温度条件である。

加温時においては、設定温度は５０〜５５℃、ＯＮ温度は設定温度より２〜３℃低く、ＯＦＦ温度は設定温度より２〜３℃高く、シフトＵＰ温度は設定温度より０．１℃程度低く、シフトＤＯＷＮ温度は設定温度より０．１℃程度高く設定される。そして、ホット／コールド切換室１の室温がＯＦＦ温度を越えると冷却加温用圧縮機３４を停止し、その後ホット／コールド切換室１の室温がＯＮ温度を下回ると冷却加温用圧縮機３４を低速で起動する。冷却加温用圧縮機３４が起動後、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＵＰ温度を下回ると冷却加温用圧縮機３４を増速し、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＤＯＷＮ温度を上回ると冷却加温用圧縮機３４を減速する。

このように、冷却加温用圧縮機３４を制御した場合、シフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差を０．２℃程度に抑えているので、シフトＵＰ温度以下で増速した後室温が上昇し始めるとすぐにシフトＤＯＷＮ温度以上となり減速して、室温が高い方にオーバーシュートすることが抑制される。この場合でも、設定温度とＯＦＦ温度との差は、シフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差の１０倍程度である２〜３℃は必要である。これ以上小さいとオーバーシュートによって、室温がＯＦＦ温度を越えて冷却加温用圧縮機３４が停止する可能性が大きくなる。同様に、シフトＤＯＷＮ温度以上で減速した後室温が下降し始めるとすぐにシフトＵＰ温度以下となり増速して、室温が低い方にオーバーシュートすることが抑制される。

この結果、冷却加温用圧縮機３４がほぼ停止することなく、最適な回転数と最適な運転条件で安定的に運転することができ、ホット／コールド切換室１の室温は設定温度の近傍で安定して保たれる。なお、シフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差が１℃を越えると、オーバーシュートが大きくなるので冷却加温用圧縮機３４を停止することなく運転するためには、設定温度とＯＦＦ温度との差を５℃以上と大きくとる必要が生じ、大きな室温の変動によって飲料成分の分離や加温劣化の危険性が増大するので望ましくない。

また、ホット／コールド切換室１の室温がシフトＵＰ温度を所定時間下回ると、ヒータ１６をＯＮし、ＯＦＦ温度とシフトＵＰ温度との間でヒータ１６をＯＦＦする制御を行っている。これによって、電源投入時や急激な負荷の増大によって室温が異常に低下した場合に、速やかに設定温度に復帰するとともに、冷却加温用圧縮機３４よりも先にヒータ１６が切れることで、効率の高い冷却加温用圧縮機３４の運転を継続することができる。

なお、ホット／コールド切換室１の室温がシフトＵＰ温度を下回ってからヒータ１６をＯＮするまでの所定時間を、ホット／コールド切換室１の室温がシフトＵＰ温度を下回ってから冷却加温用圧縮機３４をＯＮするまでの所定時間より長く設定して、通常の安定運転時には冷却加温用圧縮機３４が増速するまでヒータ１６がＯＮしないように制御することが望ましい。これによって、効率の低いヒータ１６の稼動を抑制することができる。

一方、冷却時においては、設定温度は２〜５℃、ＯＮ温度は設定温度より２〜３℃高く、ＯＦＦ温度は設定温度より２〜３℃低く、シフトＵＰ温度は設定温度より４℃程度高く、シフトＤＯＷＮ温度は設定温度より１℃程度低く設定される。そして、ホット／コールド切換室１の室温がＯＦＦ温度を下回ると冷却加温用圧縮機３４を停止し、その後ホット／コールド切換室１の室温がＯＮ温度を越えると再度冷却加温用圧縮機３４を低速で起動する。冷却加温用圧縮機３４が起動後、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＵＰ温度を越えると冷却加温用圧縮機３４を増速し、ホット／コールド切換室１の室温が所定時間シフトＤＯＷＮ温度を下回ると冷却加温用圧縮機３４を減速する。

このように、冷却加温用圧縮機３４を制御した場合、シフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差を５℃程度と大きく確保しているので、冷却能力を自動調整することでほぼ一定の回転数で安定して運転することができる。一般に、加温時に比べて冷却時の蒸発温度が低いことから、冷却時は加温時よりも若干高い回転数になるとともに、室温が上昇すると蒸発温度も上昇して冷却能力を大きくし、室温が下降すると蒸発温度も下降して冷却能力を小さくしながら温度調整する。

この結果、冷却加温用圧縮機３４がほぼ停止することなく、最適な回転数と最適な運転条件で安定的に運転することができ、ホット／コールド切換室１の室温は設定温度の近傍で安定して保たれる。そして、電源投入時や急激な負荷の増大によって室温が異常に上昇した場合にのみ、シフトＵＰ温度を越えて増速することで、速やかに設定温度に復帰することができる。なお、シフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差が２℃を下回ると、冷却能力を自動調整することができずに増速や減速を頻繁に行うこととなり、結果として安定時の運転率が低下して効率のよい運転ができなくなるので望ましくない。また、ＯＦＦ温度は０〜５℃に設定することが望ましい。ＯＦＦ温度が０℃を下回ると、吹出し空気の近傍にある飲料缶が凍結する危険が増大するとともに、ＯＦＦ温度が５℃を越えると、ホット／コールド切換室１の室温変動の上限が大きくなり過ぎて、飲料缶の温度が最適に保てない問題が生じる。

なお、本実施の形態においては、１５℃における冷却安定時のホット／コールド切換室１の冷却負荷を１００〜２００Ｗ程度、加温安定時のホット／コールド切換室１の加温負荷を１００〜２００Ｗ程度である標準的な自動販売機を想定したが、他の自動販売機においても１５〜２５℃の常温付近では冷却負荷と加温負荷はほぼ同程度であるとともに、加温時に比べて冷却時の蒸発温度が低いことから、加温安定時の過剰な加温能力を抑制するために冷却加温用圧縮機３４の能力を低減する必要がある点に変わりはない。

なお、本実施の形態においては、ホット／コールド切換室１の加温時のプルアップをヒータと冷却加温システムの両方で実現したが、ヒータだけを用いてプルアップを行い、ホット／コールド切換室１の温度が安定した時点で冷却加温システムの加温能力で保温しても、保温時の加温効率改善は実現できる。

以上のように、本実施の形態においては、コールド専用室２、第二コールド専用室３の冷却手段とは別に、ホット／コールド切換室を加温あるいは冷却するヒートポンプシステムを備え、ヒートポンプシステムの吹出し空気温度を室内温度センサーで検知して圧縮機を制御するとともに、加温時にはシフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差を０．２℃程度に設定し、ヒートポンプシステムの吹出し空気温度がシフトＵＰ温度以下である状態が所定時間以上経過するとヒータをＯＮする制御を備えるとともに、冷却時にはシフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差を５℃程度に設定し、ＯＦＦ温度を０〜５℃に設定したことによって、冷却加温用圧縮機３４がほぼ停止することなく、最適な回転数と最適な運転条件で安定的に運転することができ、ホット／コールド切換室１の室温は設定温度の近傍で安定して保たれるとともに、加温時および冷却時ともに効率の高い運転を実現することで消費電力のさらなる低減が図れる。

以上のように、本発明にかかる自動販売機は、大気の熱を利用してホット／コールド切換室を加温するヒートポンプシステムを備え、ヒートポンプシステムの吹出し空気温度を室内温度センサーで検知して圧縮機を制御するとともに、シフトＵＰ温度とシフトＤＯＷＮ温度との差を１℃以下に設定したものであり、ホット／コールド切換室を加温する場合の凝縮温度を安定させるとともに、圧縮機の増速から減速までのシステム動作状態の変化を小さくすることで、加温能力の急激な変化を抑制することができる。この結果、ホット／コールド切換室の室温のオーバーシュートを抑制して温度調整の精度を向上することができるので、ホット飲料とコールド飲料を同時に保存するショーケースや少量の給湯を行うカップ自販機など小能力の加温エネルギーの省力化が要求される用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における自動販売機の冷媒回路図 本発明の実施の形態１における自動販売機の制御基準値を示した図 従来の自動販売機の冷媒回路図 従来の自動販売機の制御基準値を示した図

符号の説明

１ ホット／コールド切換室
１６ ヒータ
３０ 室内熱交換器
３１ 室外熱交換器
３２ 四方切換弁
３４ 冷却加温用圧縮機
３６ 室内温度センサー

Claims (2)

1. 商品を収納するホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器に対して冷却時と加温時で冷媒流路を切替えて冷却あるいは加温を行い、室内温度センサーに対応して回転数を変化させてその能力制御を行う冷却加温用圧縮機を有したヒートポンプシステムを備えた自動販売機において、加温時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記冷却加温用圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度を回転数を減速するシフトＤＯＷＮ温度よりも低く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以下となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以上となれば回転数を減速するように設定し、冷却時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記シフトＵＰ温度を前記シフトＤＯＷＮ温度よりも高く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以上となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以下となれば回転数を減速するように設定し、加温時に設定される前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差の絶対値は冷却時に設定される前記シフトＵＰ温度と前記シフトＤＯＷＮ温度との差の絶対値よりも小さく設定したことを特徴とする自動販売機。
2. 商品を収納するホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器に対して冷却時と加温時で冷媒流路を切替えて冷却あるいは加温を行い、室内温度センサーに対応して回転数を変化させてその能力制御を行う冷却加温用圧縮機を有したヒートポンプシステムと前記ヒートポンプシステムの加温能力を補完する電気ヒータとを備えた自動販売機において、加温時の前記冷却加温用圧縮機の動作は、前記冷却加温用圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度を回転数を減速するシフトＤＯＷＮ温度よりも低く、かつ前記冷却加温用圧縮機を停止するＯＦＦ温度よりも低く設定して、前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度以下となれば回転数を増速させ、前記シフトＤＯＷＮ温度以上となれば回転数を減速するように設定し、前記電気ヒータは、加温時の前記室内温度センサーが前記シフトＵＰ温度を所定時間下回ると通電し、前記ＯＦＦ温度より低い温度で停止することを特徴とする自動販売機。

Images