JP4513441B2 - 冷却加温システムを有する自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、缶飲料などの商品を加温あるいは加温と同時に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利用して冷却および加温を行う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を利用したものが提案されている（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４は従来の自動販売機の冷媒回路図である。

図４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、第二のコールド専用室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、第二のコールド専用室２内に設置された第二の蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成された冷却加温システムを有する。

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、コンプファン１６は冷却加温システムに連動して駆動し、室外熱交換器７と圧縮機８を冷却するものである。

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および冷却ファン１５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、第二の蒸発器６へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二の蒸発器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、第二のコールド専用室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および冷却ファン１５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、第二の蒸発器６へ供給される。

そして、蒸発器５、第二の蒸発器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、第二のコールド専用室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。

このように、コールド専用室２および第二のコールド専用室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。
特開２００２−１７４４７８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ホット／コールド切換室を加温すると同時にコールド専用室および第二のコールド専用室を冷却するために、凝縮温度６０℃以上でかつ蒸発温度−１０℃以下を同時に実現する必要があり、このような高圧縮比条件に耐える中低温用圧縮機を新たに開発しなければならないという課題があった。

一般に、冷凍空調用圧縮機は蒸発温度が−３０〜−２０℃と比較的低い冷凍向けの低温用圧縮機と、蒸発温度が−１０〜＋１０℃と比較的高い空調向けの高温用圧縮機、およびこれらの中間の蒸発温度−２０〜−１０℃向けの中温用圧縮機に大別される。コールド飲料の温度が５℃、ホット飲料の温度が５５℃の自動販売機においては、コールド飲料を冷却するために中温用圧縮機あるいは低温用圧縮機が用いられる。

また、これらの圧縮機を用いるシステムは、常温大気と熱交換することを前提に設計されているため、通常、圧縮機の使用範囲は凝縮温度６０℃以下に制限されている。従って、ホット飲料周囲の高温雰囲気を加温するためにはこの制限を越えた凝縮温度６０〜８０℃に耐える圧縮機の開発が不可欠である。結果として、コールド飲料とホット飲料を同一システムで実現するためには、蒸発温度−３０〜−１０℃でかつ凝縮温度６０〜８０℃の範囲で使用可能な圧縮機を新たに開発する必要がある。

また、上記従来の構成では、凝縮圧力と蒸発圧力の比である圧縮比が大きくなるため、理論冷凍能力および圧縮機の体積効率が低下して、システムの冷却能力が著しく低下する。そのために、高能力の圧縮機および冷媒の使用が不可欠であり、この結果として理論効率が低く、かつ高圧圧力が高いＲ４０７ＣやＲ２９０などの低沸点冷媒を使わなければならないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するもので、圧縮機の動作条件に着目して効率が高く容易に実現できる冷却加温システムを提案し、加温時の消費電力量を削減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、コールド専用室および第二のコールド専用室の冷却システムとは別に、ホット／コールド切換室を冷却加温する専用の冷却加温システムを有するとともに、この冷却加温システムとして、Ｒ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機と、庫内熱交換器と、庫外熱交換器とを備えた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、専用に設計された庫外熱交換器を用いて庫外の大気とのみ熱交換することで、蒸発温度−１０〜１０℃の高温条件に維持して圧縮比を低減することができるとともに、高沸点冷媒であるＲ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機を用いることで、大量に生産されている同じく高沸点冷媒であるＲ１３４ａを冷媒とする低温用レシプロ型圧縮機の主要な構成部品を流用して、蒸発温度−１０〜１０℃、凝縮温度６０〜８０℃の厳しい加温条件において圧縮機の耐久性確保と圧縮機の高効率化が容易に実現できる。

また、ホット／コールド切換室を冷却する場合、冷媒流路を切換えて庫外熱交換器で凝縮、庫内熱交換器で蒸発することで前記冷却加温システムを用いて冷却するとともに、コールド専用室および第二のコールド専用室の冷却システムを小能力化することで効率の高い高沸点冷媒であるＲ６００ａあるいはＲ１３４ａを用いることができ、結果として冷却時にも高い効率が実現できる。

本発明の自動販売機は、ホット／コールド切換室を冷却加温する専用の冷却加温システムを有することで、電気ヒータなどの加温効率が１程度の加熱手段に比べて、２倍程度の加温効率を容易に実現することができるので、自動販売機の消費電力量を大幅に削減することができる。

また、本発明の自動販売機は、コールド専用室および第二のコールド専用室の冷却システムを小能力化することで、冷却に要する消費電力量も削減することができる。

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／コールド切換室を有する自動販売機において、前記ホット／コールド切換室内に設置された室内蒸発器および室内凝縮器と、商品を収納する区画の外に設置された室外凝縮器および室外蒸発器と、圧縮機と、前記圧縮機と前記室内蒸発器と前記室外凝縮器とを環状に接続する冷却システム配管と、前記圧縮機と前記室内凝縮器と前記室外蒸発器とを環状に接続する加温システム配管と、前記圧縮機の吐出流路に設置され、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記冷却配管あるいは前記加温配管のどちらかを選択して供給する切換弁とを備え、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合は前記切換弁を操作して前記冷却配管に冷媒を流す一方、前記ホット／コールド切換室を加温する場合は前記切換弁を操作して前記加温配管に冷媒を流すことを特徴とする冷却加温システムを有する自動販売機であるので、ホット／コールド切換室を加温する場合に専用に設計された室外蒸発器で室外の大気と熱交換することで、蒸発温度−１０〜１０℃の高温条件に維持して圧縮比を低減することができる。

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、冷却加温システムを循環する冷媒をＲ６００ａとし、高温用レシプロ型圧縮機を用いることを特徴とする自動販売機であるので、高温条件に適した高沸点冷媒であるＲ６００ａを冷媒とすることで高効率が実現できる。

一例として、冷凍機器に使用されている各種冷媒について、蒸発温度−１５℃／凝縮温度７０℃の条件での低圧圧力、高圧圧力、圧縮比、吐出ガス温度、および体積能力と理論効率の相対値を（表１）に、蒸発温度５℃／凝縮温度７０℃の条件での低圧圧力、高圧圧力、圧縮比、吐出ガス温度、および体積能力と理論効率の相対値を（表２）に示す。ここで、（表１）および（表２）の値は、過冷却０℃、吸入ガス温度３２℃、断熱圧縮条件での計算値である。なお、（表１）および（表２）におけるＲ４０７Ｃは液相線と気相線の平均温度が所定温度になる低圧圧力および高圧圧力を選定している。

（表１）に示したように、蒸発温度−１５℃／凝縮温度７０℃の条件では、高沸点冷媒であるＲ１３４ａやＲ６００ａを用いると圧縮比が１２を越えることから、過圧縮が発生する実際の動作条件において吐出ガス温度が異常に上昇して圧縮機の耐久性が低下することが懸念されるとともに、低沸点冷媒であるＲ４０７ＣやＲ２９０を用いると高圧圧力が２．５ＭＰａを越えることから、軸受け部の耐荷重性が不足して異常摩耗が発生し圧縮機の耐久性が低下することが懸念される。

一方、（表２）に示したように、蒸発温度５℃／凝縮温度７０℃の条件では、高沸点冷媒であるＲ１３４ａやＲ６００ａを用いると圧縮比が９以下となり通常の使用可能範囲となる。さらに、Ｒ６００ａはＲ１３４ａに比べて体積能力が小さくかつ高効率であるので、自販機の断熱材で囲われた貯蔵室を加温する加温システムのように小能力かつ高効率を要求される用途に適している。なお、この凝縮温度条件では、低沸点冷媒であるＲ４０７ＣやＲ２９０を用いると高圧圧力が増大して圧縮機の耐久性に問題が生じることに変わりはない。

また、シェル内が蒸発圧力で維持されるレシプロ型圧縮機を用いることで、断続運転時に凝縮圧力が庫内温度相当の圧力まで立ち上がる特性に優れ、圧縮機の断続に伴う加温ロスを削減して高効率化が図れる。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、冷却加温システムを循環する冷媒の膨張機構としてキャピラリチューブを用いることを特徴とする自動販売機であるので、冷却加温のどちらの場合でも冷媒を蒸発する熱交換器の近傍で冷媒の温度を低下させることで、膨張機構と加温時の室内大気との熱交換あるいは膨張機構と冷却時の室外大気との熱交換を防止して熱損失を低減することができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、商品を収納するコールド専用室を有し、ホット／コールド切換室を冷却加温する冷却加温システムとは冷凍サイクルを独立して構成した冷却システムを備え、前記冷却システムを用いて前記コールド専用室を冷却することを特徴とする自動販売機であるので、冷却システムの小能力化が図れ、結果として理論効率が高いＲ１３４ａやＲ６００ａなどの高沸点冷媒を用いることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、冷却加温システムの圧縮機として能力可変型圧縮機を備え、前記ホット／コールド切換室を加温する場合に、室内温度の安定とともに前記能力可変型圧縮機の能力を低減して略連続運転することを特徴とする自動販売機であるので、比較的蒸発温度が低く吸入ガス密度が小さい冷却運転時に高速運転し、比較的蒸発温度が高く吸入ガス密度が大きい加温運転時に低速運転することで、それぞれの運転条件でほぼ同等の冷却能力と加温能力が得られ冷却加温システムの圧縮機として過不足のない能力が実現できるとともに、特に凝縮温度が高く圧縮機の断続に伴う加温ロスが大きい加温時に略連続運転することでより効率化が図れる。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、冷却加温システムの圧縮機を冷却する独立のコンプファンを備え、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合には所定の低外気温度条件を除いて圧縮機の運転中に前記コンプファンを稼動するとともに、前記ホット／コールド切換室を加温する場合には圧縮機が所定の温度を越えない範囲でコンプファンを停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の自動販売機であるので、冷却時にコンプファンを運転して圧縮機の温度を下げて圧縮機効率を向上するとともに、加温時にコンプファンを停止することで断続運転時に凝縮圧力が庫内温度相当の圧力まで立ち上がる特性に優れ、圧縮機の断続に伴う加温ロスを削減して高効率化が図れる。

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の自動販売機の冷媒回路図である。

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、第二のコールド専用室３からなる貯蔵室を備え、Ｒ６００ａを冷媒とし、高温用レシプロ型圧縮機２０、ホット／コールド切換室１内に設置された室内蒸発器２１および室内凝縮器２２、貯蔵室の外に設置された室外蒸発器２３および室外凝縮器２４、冷却時と加温時に冷媒流路を切換える三方切換弁２５、冷却用膨張弁２６、加温用膨張弁２７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冷却加温システムを有する。

また、室内凝縮器２２は室内蒸発器２１や蒸発器５、第二の蒸発器６と同様にフィンチューブ熱交換器の形態であるが、着霜を考慮せず高い凝縮能力を優先して、フィン間隔やチューブ間隔を比較的狭めるとともに冷媒と空気の流れが対向流となるようにチューブの接続が設計されている。この結果、凝縮温度と吸込み空気温度との差が１０℃において、２００〜３００Ｗの加温能力を有している。

一方、室外蒸発器２３は低外気温度での着霜を考慮して、室内蒸発器２１や蒸発器５、第二の蒸発器６と同様に設計されている。

また、冷却用膨張弁２６および加温用膨張弁２７は通過する冷媒の圧力を低下して蒸発圧力を調整するものである。特に、凝縮温度がまだ上昇していない起動直後に、加温用膨張弁２７の開度を大きくして循環量を増大することで、凝縮温度の立ち上がり特性を改善することができる。

また、コンプファン２８はホット／コールド切換室１の冷却時に駆動して運転中の高温用レシプロ型圧縮機２０を常に冷却するとともに、ホット／コールド切換室１の加温時に高温用レシプロ型圧縮機２０が８０℃以上の異常に高い温度になった時に駆動して、７０℃以下で安定するまで高温用レシプロ型圧縮機２０を冷却するものである。

ここで、高温用レシプロ型圧縮機２０は、Ｒ１３４ａを冷媒とする家庭用冷蔵庫に使用されている低温用レシプロ型圧縮機に、冷媒Ｒ６００ａと鉱油系冷凍機油をドロップインしたものである。この低温用レシプロ型圧縮機は、ＤＣインバータで駆動され、標準条件である凝縮温度５４．４℃、蒸発温度−２３．３℃における冷凍能力に換算して１００〜２５０Ｗの範囲で能力可変することができる。同様に、冷媒Ｒ６００ａと鉱油系冷凍機油をドロップインした高温用レシプロ型圧縮機２０は、凝縮温度５４．４℃、蒸発温度−１２．２℃の冷却条件において７０〜１８０Ｗの冷凍能力を有するとともに、凝縮温度７０℃、蒸発温度５℃の加温条件において１６０〜４００Ｗの加温能力を有する。

また、低温用一定速圧縮機２９は室外熱交換器７、蒸発器５および第二の蒸発器６、膨張弁Ｂ１０および膨張弁Ｃ１１とともに冷却サイクルを構成し、コールド専用室２、第二のコールド専用室３を冷却するものである。低温用一定速圧縮機２９はＲ６００ａを冷媒とする家庭用冷蔵庫に用いられる圧縮機であり、凝縮温度５４．４℃、蒸発温度−１２．２℃の冷却条件において約２５０Ｗの冷凍能力を有する。

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、三方切換弁２５を冷却側に切換えて高温用レシプロ型圧縮機２０を駆動する。高温用レシプロ型圧縮機２０から吐出された冷媒は、三方切換弁２５を経由して室外凝縮器２４で凝縮された後、冷却用膨張弁２６で減圧されて、室内蒸発器２１へ供給される。そして、室内蒸発器２１で蒸発した冷媒が高温用レシプロ型圧縮機２０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高温用レシプロ型圧縮機２０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℃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、高温用レシプロ型圧縮機２０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高温用レシプロ型圧縮機２０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蒸発器２１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、特に冷却用膨張弁２６の開度や高温用レシプロ型圧縮機２０の能力を細かく制御する必要はなく、安定時に合わせて固定してもよい。

一方、ホット／コールド切換室１を加温する場合、三方切換弁２５を加温側に切換えて高温用レシプロ型圧縮機２０を駆動する。高温用レシプロ型圧縮機２０から吐出された冷媒は、三方切換弁２５を経由して室内凝縮器２２で凝縮された後、加温用膨張弁２７で減圧されて、室外蒸発器２３へ供給される。そして、室外蒸発器２３で蒸発した冷媒が高温用レシプロ型圧縮機２０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、高温用レシプロ型圧縮機２０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凝縮器２２の凝縮温度が高温用レシプロ圧縮機２０の限界を越えて上昇し、耐久性の低下を招くとともに、能力過剰となり高温用レシプロ圧縮機２０を断続運転する必要が生じ、停止状態から室内凝縮器２２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ためである。

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、高温用レシプロ圧縮機２０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、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。例えば、加温用膨張弁２７の開度を開けて高温用レシプロ圧縮機２０を高回転で連続運転するとともに、高温用レシプロ圧縮機２０の表面での無駄な放熱を抑制するためにコンプファン２８を停止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、プルダウン中は高温用レシプロ圧縮機２０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、高温用レシプロ圧縮機２０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、凝縮温度が高温用レシプロ圧縮機２０の限界を越えないように、望ましくは、室内凝縮器２２の凝縮温度を検知する温度センサーを設けるとともに、室内凝縮器２２の凝縮温度が所定値を越えると高温用レシプロ圧縮機２０の回転数を下げる制御を行う方がよい。

コールド専用室２、第二のコールド専用室３を冷却する場合、低温用一定速圧縮機２９を駆動する。低温用一定速圧縮機２９から吐出された冷媒は、室外熱交換器７で凝縮された後、膨張弁Ｂ１０および膨張弁Ｃ１１で減圧されて、それぞれ蒸発器５および第二の蒸発器６へ供給される。そして、蒸発器５および第二の蒸発器６で蒸発した冷媒が低温用一定速圧縮機２９へ還流する。

このとき、コールド専用室２、第二のコールド専用室３が所定の温度に達すると、該当する膨張弁Ｂ１０あるいは膨張弁Ｃ１１を閉塞し、コールド専用室２と第二のコールド専用室３がともに所定の温度に達すると、低温用一定速圧縮機２９の運転を停止する。例えば外気温度１５℃ではコールド専用室２、第二のコールド専用室３の安定時の熱負荷は１００〜３００Ｗ程度であるので、低温用一定速圧縮機２９は蒸発温度−２５〜−１５℃、凝縮温度３０〜４０℃の運転条件で断続運転する。

従って、従来ホット／コールド切換室１およびコールド専用室２、第二のコールド専用室３を同時に冷却するために、低沸点冷媒であるＲ４０７Ｃを冷媒とし、凝縮温度５４．４℃、蒸発温度−１２．２℃の冷却条件において４００〜６００Ｗの冷凍能力を有する圧縮機１台を搭載していたが、本実施例の構成のようにホット／コールド切換室１の冷却を高温用レシプロ型圧縮機２０で行い、コールド専用室２および第二のコールド専用室３の冷却を低温用一定速圧縮機２９で行うことで、それぞれ効率の高い高沸点冷媒であるＲ６００ａを冷媒とし、小能力であるが家庭用冷蔵庫に使用されている安価で圧縮機効率の高い圧縮機を用いることができ、冷却時においてもより効率化が図れる。

コールド専用室２、第二のコールド専用室３をプルダウンする場合は、ホット／コールド切換室１の冷却時と同様に、能力の自動調整機能が働くので、膨張弁Ｂ１０あるいは膨張弁Ｃ１１を細かく調整する必要はない。また、コールド専用室２、第二のコールド専用室３の内片方だけを冷却する状態では、一方の膨張弁が閉塞して循環量が低下するので蒸発温度が−２０℃以下に下がって能力調整される。

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高温用レシプロ型圧縮機２０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冷却加温システムの加温能力でのみ実現したが、プルアップの初期のみ補助ヒータを用いてホット／コールド切換室１あるいは室内凝縮器２２を加温して、プルアップ時間の短縮を図ってもよい。

なお、本実施の形態においては、ホット／コールド切換室１を加温する場合の室外蒸発器２３の蒸発温度を０〜１０℃の効率の高い範囲で任意に調整したが、特に自動販売機が室内に設置されて結露水が排出できない場合は、結露しない範囲でのみ冷却加温システムを稼動し、雨天などの高湿度条件では補助ヒータのみによる加温に切換えることが望ましい。

また、本実施の形態においては、冷却用膨張弁２６、加温用膨張弁２７を用いたが、キャピラリチューブなどの固定絞りを用いてもよい。特に、ホット／コールド切換室１の冷却時は抵抗を微調整する必要がなく、キャピラリチューブを用いて高温用レシプロ型圧縮機２０の吸入配管と熱交換することで冷凍効果を高めることができる。

以上のように、本実施の形態においては、コールド専用室および第二のコールド専用室の冷却手段とは別に、ホット／コールド切換室を冷却加温する専用の冷却加温システムを有するとともに、この冷却加温システムとして、Ｒ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機と、室内凝縮器と、室内蒸発器と、室外凝縮器と、室外蒸発器と、三方切換弁を備えたことによって、専用に設計された室外蒸発器で室外の大気と熱交換することで、蒸発温度−１０〜１０℃の高温条件に維持して圧縮比を低減することができるとともに、Ｒ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機を用いることで、大量に生産されているＲ１３４ａを冷媒とする低温用レシプロ型圧縮機を流用して、蒸発温度−１０〜１０℃、凝縮温度６０〜８０℃の厳しい加温条件において圧縮機の耐久性確保と圧縮機の高効率化が容易に実現できる。

また、ホット／コールド切換室を冷却加温する場合、比較的蒸発温度が低く吸入ガス密度が小さい冷却運転時に高速運転し、比較的蒸発温度が高く吸入ガス密度が大きい加温運転時に低速運転することで、それぞれの運転条件でほぼ同等の冷却能力と加温能力が得られ冷却加温システムの圧縮機として過不足のない能力が実現できるとともに、特に凝縮温度が高く圧縮機の断続に伴う加温ロスが大きい加温時に略連続運転することでより効率化が図れる。

また、コールド専用室および第二のコールド専用室の冷却システムを別に設けることで、冷却システムの小能力化が図れ、結果として理論効率が高沸点冷媒であるＲ６００ａを用いることができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の自動販売機の冷媒回路図、図３は同実施の形態の自動販売機の冷却加温システムの運転範囲を示す図である。なお、実施の形態１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２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、第二のコールド専用室３からなる貯蔵室を備え、Ｒ６００ａを冷媒とし、高温用レシプロ型圧縮機２０、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、冷却時と加温時に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冷却加温システムを有する。

また、室内熱交換器３０と室外熱交換器３１は、ともに四方切換弁３２を切換えることによって冷媒の凝縮あるいは蒸発を行うフィンチューブ熱交換器であり、凝縮能力と着霜耐力をバランスさせた設計としている。

例えば、室内熱交換器３０は凝縮温度と吸込み空気温度との差が１０℃において１５０〜２００Ｗの加温能力を有しているとともに、蒸発温度と吸込み空気温度との差が１０℃において１５０〜２００Ｗの冷却能力を有している。

また、キャピラリチューブ３３は加温と冷却の両方のモードで使用し通過する冷媒の圧力を低下して蒸発圧力を調整するものである。

ここで、図３に示すように、加温モードでの冷却加温システムの運転範囲である領域Ａと、冷却モードでの冷却加温システムの運転範囲である領域Ｂは、凝縮温度と蒸発温度との相関がほぼ同じである。すなわち、冷却モードでの運転範囲である領域Ｂよりも凝縮温度を上げた加温モードでは、冷却モードよりも高い蒸発温度となる領域Ａで運転することから、固定抵抗であるキャピラリチューブ３３は加温と冷却の両方のモードで使用することができる。

なお、図３において、ｐ１およびｐ２は高温用レシプロ型圧縮機２０の能力を可変した時に運転状態が変化する方向を示し、ｑ１およびｑ２は凝縮温度を可変した時に運転状態が変化する方向を示す。つまり、固定抵抗であるキャピラリチューブ３３を用いても、高温用レシプロ型圧縮機２０の能力を可変することにより、ある程度の蒸発温度の制御は可能である。例えば、加温モード中に蒸発温度が５℃以下にならないように高温用レシプロ型圧縮機２０の能力を可変すれば、蒸発器となる室外熱交換器３１における着霜の回避や結露の低減が実現できる。

以上のように構成された実施の形態２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高温用レシプロ型圧縮機２０を駆動する。高温用レシプロ型圧縮機２０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で蒸発した冷媒が高温用レシプロ型圧縮機２０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高温用レシプロ型圧縮機２０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、高温用レシプロ型圧縮機２０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高温用レシプロ型圧縮機２０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、プルダウン時は高温用レシプロ型圧縮機２０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高温用レシプロ型圧縮機２０を駆動する。高温用レシプロ型圧縮機２０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で蒸発した冷媒が高温用レシプロ型圧縮機２０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、高温用レシプロ型圧縮機２０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の凝縮温度が高温用レシプロ圧縮機２０の限界を越えて上昇し、耐久性の低下を招くとともに、高温用レシプロ圧縮機２０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、高温用レシプロ圧縮機２０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、高温用レシプロ圧縮機２０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。本実施例においては、高温用レシプロ圧縮機２０の表面での無駄な放熱を抑制するためにコンプファン２８を停止するとともに、室内熱交換器３０に取り付けられた補助ヒータ（図示せず）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、プルダウン中は高温用レシプロ圧縮機２０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、高温用レシプロ圧縮機２０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、凝縮温度が高温用レシプロ圧縮機２０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高温用レシプロ圧縮機２０の回転数を下げる制御を行う方がよい。

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高温用レシプロ型圧縮機２０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補助ヒータと冷却加温システムの両方で実現したが、補助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。

なお、本実施の形態においては、キャピラリチューブ３３と高温用レシプロ型圧縮機２０の吸入配管との熱交換を行わなかったが、室内熱交換器３０と四方切換弁３２を接続する配管あるいは四方切換弁３２と高温用レシプロ型圧縮機２０を接続する配管と、キャピラリチューブ３３を熱交換して冷却加温システムの冷却能力を向上することができる。

なお、本実施の形態においては、冷却加温システムの固定抵抗としてキャピラリチューブ３３を用いたが、電動膨張弁のような可変抵抗を用いてもよい。可変抵抗を用いた場合、凝縮温度が上がりにくいプルアップ時に可変抵抗を小さくすることで冷却加温システムのプルアップ特性を改善するとともに、補助ヒータの低入力化を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、ホット／コールド切換室１を加温する場合の室外熱交換器３１の蒸発温度を０〜１０℃の効率の高い範囲で任意に調整したが、特に自動販売機が室内に設置されて結露水が排出できない場合は、結露しない範囲でのみ冷却加温システムを稼動し、雨天などの高湿度条件では補助ヒータのみによる加温に切換えることが望ましい。

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有するとともに、この冷却加温システムとして、Ｒ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機２０と、室内熱交換器３０と、室外熱交換器３１と、四方切換弁３２と、キャピラリチューブを備えたことによって、部品点数の少ない安価な構成で室外の大気と熱交換することで、蒸発温度−１０〜１０℃の高温条件に維持して圧縮比を低減することができるとともに、Ｒ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機２０を用いることで、大量に生産されているＲ１３４ａを冷媒とする低温用レシプロ型圧縮機を流用して、蒸発温度−１０〜１０℃、凝縮温度６０〜８０℃の厳しい加温条件において圧縮機の耐久性確保と圧縮機の高効率化が容易に実現できる。

また、ホット／コールド切換室１を冷却加温する場合、比較的蒸発温度が低く吸入ガス密度が小さい冷却運転時に高速運転し、比較的蒸発温度が高く吸入ガス密度が大きい加温運転時に低速運転することで、それぞれの運転条件でほぼ同等の冷却能力と加温能力が得られ冷却加温システムの圧縮機として過不足のない能力が実現できるとともに、特に凝縮温度が高く圧縮機の断続に伴う加温ロスが大きい加温時に略連続運転することでより効率化が図れる。

また、コールド専用室２および第二のコールド専用室３の冷却システムを別に設けることで、冷却システムの小能力化が図れ、結果として理論効率が高沸点冷媒であるＲ６００ａを用いることができる。

以上のように、本発明にかかる自動販売機の冷却加温システムは、Ｒ６００ａを冷媒とする高温用レシプロ型圧縮機を用いることで、蒸発温度−１０〜１０℃、凝縮温度６０〜８０℃の厳しい加温条件において小能力でかつ高効率な加温システムが容易に実現できるとともに、比較的蒸発温度が低く吸入ガス密度が小さい冷却運転時に高速運転し、比較的蒸発温度が高く吸入ガス密度が大きい加温運転時に低速運転することで、それぞれの運転条件でほぼ同等の冷却能力と加温能力が得られ冷却加温システムの圧縮機として過不足のない能力が実現できるとともに、特に凝縮温度が高く圧縮機の断続に伴う加温ロスが大きい加温時に略連続運転することでより効率化が図れるので、ホット飲料とコールド飲料を切換えて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および冷却時の省エネルギー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による自動販売機の冷媒回路図 本発明の実施の形態２による自動販売機の冷媒回路図 同実施の形態の自動販売機の冷却加温システムの運転範囲を示す図 従来の自動販売機の冷媒回路図

符号の説明

１ ホット／コールド切換室
２ コールド専用室
３ 第二のコールド専用室
２０ 高温用レシプロ型圧縮機（圧縮機）
２１ 室内蒸発器
２２ 室内凝縮器
２３ 室外蒸発器
２４ 室外凝縮器
２５ 三方切換弁
３０ 室内熱交換器
３１ 室外熱交換器
３２ 四方切換弁

Claims (6)

1. 商品を収納するホット／コールド切換室を有する自動販売機において、前記ホット／コールド切換室内に設置された室内蒸発器および室内凝縮器と、商品を収納する区画の外に設置された室外凝縮器および室外蒸発器と、圧縮機と、前記圧縮機と前記室内蒸発器と前記室外凝縮器とを環状に接続する冷却システム配管と、前記圧縮機と前記室内凝縮器と前記室外蒸発器とを環状に接続する加温システム配管と、前記圧縮機の吐出流路に設置され、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記冷却配管あるいは前記加温配管のどちらかを選択して供給する切換弁とを備え、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合は前記切換弁を操作して前記冷却配管に冷媒を流す一方、前記ホット／コールド切換室を加温する場合は前記切換弁を操作して前記加温配管に冷媒を流すことを特徴とする冷却加温システムを有する自動販売機。
2. 冷却加温システムを循環する冷媒をＲ６００ａとし、高温用レシプロ型圧縮機を用いることを特徴とする請求項１に記載の冷却加温システムを有する自動販売機。
3. 冷却加温システムを循環する冷媒の膨張機構としてキャピラリチューブを用いる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を有する自動販売機。
4. 商品を収納するコールド専用室を有し、ホット／コールド切換室を冷却加温する冷却加温システムとは冷凍サイクルを独立して構成した冷却システムを備え、前記冷却システムを用いて前記コールド専用室を冷却することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却加温システムを有する自動販売機。
5. 冷却加温システムの圧縮機として能力可変型圧縮機を備え、前記ホット／コールド切換室を加温する場合に、室内温度の安定とともに前記能力可変型圧縮機の能力を低減して略連続運転することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の冷却加温システムを有する自動販売機。
6. 冷却加温システムの圧縮機を冷却する独立のコンプファンを備え、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合には所定の低外気温度条件を除いて圧縮機の運転中に前記コンプフ
   ァンを稼動するとともに、前記ホット／コールド切換室を加温する場合には圧縮機が所定の温度を越えない範囲でコンプファンを停止することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の冷却加温システムを有する自動販売機。

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