JP4670325B2

JP4670325B2 - 自動販売機

Info

Publication number: JP4670325B2
Application number: JP2004338446A
Authority: JP
Inventors: 康友大西; 寿和境; 賢治金城; 正治亀井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: JP2006146751A

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構成図である。

図４に示すように、従来の自動販売機は、圧縮機１、庫外熱交換器２、庫外ファン３、庫内熱交換器４、庫内ファン５、ヒータ６、商品ラック７、搬出シュート８、商品取出口９とを備え、庫外熱交換器２の下部にドレンパン１１を設けている。さらに、圧縮機下部に圧縮機浸漬パン１２を設け、連結部１３を介してドレンパン１１と連結された構成となっている。

以上の構成により、深夜等、商品が売れる見込みのない時間帯に、庫外熱交換器２を蒸発器として作用させて、庫外熱交換器２に結露させ、さらに氷結させることにより空気中から多量の水分を取り込み、その後、庫外熱交換器２を凝縮器として運転して、庫外熱交換器２に結露、氷結した水分をドレン水としてドレンパン１１に回収する。その水を、連結部１３を介して圧縮機浸漬パン１２に導入し、その水で圧縮機１を冷却する。その結果、圧縮機１の能力を向上させることができる。
特開２００２−２７７１４７号公報

ヒートポンプ式の加熱・冷却装置では、各熱交換器に電磁弁を設け、それらの電磁弁を切り替えることにより、庫内熱交換器を蒸発器として使ってそれが設けられた庫室内を冷却したり、凝縮器として使ってその廃熱を利用して庫室内を加温したりする。その結果、従来は外部に捨てていた冷凍サイクルの排熱を有効活用できて、自動販売機の消費電力を大幅に低減させることができる。

上記従来の構成では、ヒートポンプ式の加温・冷却装置の一つの応用事例として、庫外熱交換器２を蒸発器として作用させて、発生したドレン水により圧縮機１を冷却して、圧縮機１の能力を向上させるものであるが、通常、自動販売機に排水機能はないためヒートポンプ式の加温システムにとって庫外熱交換器に結露水を生じさせない、もしくは発生した結露水を如何に効率的に処理するかが重要な課題となる。

本発明は、従来の課題を解決するもので、庫外熱交換器に結露水を生じさせない、もしくは発生した結露水を効率よく処理するヒートポンプ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、ホット／コールド切替室を加温する加温サイクルと、前記ホット／コールド切替室およびコールド専用室を冷却する冷却サイクルとを備えた自動販売機において、前記加温サイクルにおける庫外に設置された加温用蒸発器と前記冷却サイクルにおける庫外に設置された冷却用凝縮器と前記加温用蒸発器の下部に結露水を貯留するドレンパンと前記加温用蒸発器および前記冷却用凝縮器に送風する庫外ファンとを備え、前記冷却用凝縮器の風下側に前記加温用蒸発器を配置す
るとともに、前記ドレンパンを前記冷却用凝縮器の下方まで延在して前記加温用蒸発器から発生する結露水の蒸発を促進するものである。

これによって、冷却用凝縮器の排熱を加温用蒸発器で回収することにより蒸発温度が上がり加熱効率が上がるとともに、加温用蒸発器で発生した結露水をドレンパンで受け冷却用凝縮器の排熱により蒸発を促進することになる。

また、本発明の自動販売機は、外気温度あるいは冷却用凝縮器の凝縮温度が、所定値を越えると庫外ファンの風量を最大とするヒートポンプ加温サイクルを用いたものである。

これによって、冷却用凝縮器の凝縮温度が下がり冷却効率が上がるとともに、絶対湿度が高く加温用蒸発器で結露水が発生しやすい高外気温条件（例えば２０℃以上）において、最大風量で結露水の蒸発を促進することになる。

また、本発明の自動販売機は、加温用圧縮機としてレシプロ型圧縮機を用いたものである。

これにより、圧縮機内部圧力がロータリー式に比べて低いため、起動時に圧縮機内に滞留する冷媒が速やかに吐出され、凝縮温度の立ち上がり特性が向上し高効率の加温性能が得られることになる。

また、本発明の自動販売機は、加温用圧縮機を囲う断熱壁を備えたものである。

これにより、低外気温時に潤滑油の回りが良くなり、凝縮温度の立ち上がり特性が向上し高効率の加温性能が得られることになる。

本発明の自動販売機は、ヒートポンプ加温サイクルの庫外熱交換器（蒸発器）に結露水を生じさせない、もしくは発生した結露水を効率よく処理するとともに、加温時の消費電力量を削減することができる。

請求項１に記載の発明は、ホット／コールド切替室を加温する加温サイクルと、前記ホット／コールド切替室およびコールド専用室を冷却する冷却サイクルとを備えた自動販売機において、前記加温サイクルにおける庫外に設置された加温用蒸発器と前記冷却サイクルにおける庫外に設置された冷却用凝縮器と前記加温用蒸発器の下部に結露水を貯留するドレンパンと前記加温用蒸発器および前記冷却用凝縮器に送風する庫外ファンとを備え、前記冷却用凝縮器の風下側に前記加温用蒸発器を配置するとともに、前記ドレンパンを前記冷却用凝縮器の下方まで延在して前記加温用蒸発器から発生する結露水の蒸発を促進するものであり、冷却用凝縮器の排熱を加温用蒸発器で回収することにより蒸発温度が上がり加熱効率が上がるとともに、加温用蒸発器で発生した結露水をドレンパンで受け冷却用凝縮器の排熱により蒸発を促進することができる。

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、外気温度あるいは冷却用凝縮器の凝縮温度が、所定値を越えると庫外ファンの風量を増加させるものであり、冷却用凝縮器の凝縮温度が下がり冷却効率が上がるとともに、加温用蒸発器で発生した結露水の蒸発をさらに促進することができる。

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、加温サイクルにおける加温用圧縮機としてレシプロ型圧縮機を用いたものであり、低外気温時に凝縮温度の立ち上がり特性がよく高効率の加温性能が得られることができる。

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、加温サイクルにおける加温用圧縮機を囲う断熱壁を備えたものであり、低外気温時に凝縮温度の立ち上がり特性がよく高効率の加温性能が得られることができる。

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構造図、図２は同実施の形態の自動販売機の冷媒回路図である。

図１において、缶飲料などを加温する加温サイクルは、高温用レシプロ型により構成された加温用圧縮機１４、加温用凝縮器１５、加温用蒸発器１６を環状に連結しＲ６００ａを冷媒としたヒートポンプサイクルで構成されており、庫外に設置された加温用蒸発器１６により庫外の熱を汲み上げ、庫内に設置された加温用凝縮器１５により放熱して庫内空気を加温する。本実施の形態１は従来の形態とは異なり、加温サイクルと冷却用サイクルを独立した構成にしている。加温用蒸発器１６と庫外熱交換器２は、加温用蒸発器１６が風下側になるように並列設置され、庫外ファン３を共有している。この構成により互いのサイクルの排熱回収が可能となる。

また、加温用凝縮器１５と庫内熱交換器４も並列設置され庫内ファン５を共有した構成としているが、３区画に区切られた庫内の一つで冷却と加温が同時に行われることはないので庫内での排熱回収はできない。

加温用蒸発器１６と庫外熱交換器２の下部には共通のドレンパン１７が設けられ、加温用蒸発器１６で発生した結露水を溜める構成になっている。ドレンパン１７に溜められた結露水は庫外熱交換器２（冷却用凝縮器として作用）の排熱により蒸発が促進される。

加温用圧縮機１４の外周には断熱壁１８が巻かれており保温性が保たれる構成になっている。

本発明の自動販売機は、庫内内部を３区画に区分けし、ホット／コールド切替室１９、コールド専用室２０、第二のコールド専用室２１からなる貯蔵室により構成され、それぞれの貯蔵室に商品ラック７（図示せず）が設置されている。

図２に示すように、加温サイクルは、加温用圧縮機１４、ホット／コールド切替室１９内に設置された加温用凝縮器１５、庫外に設置された加温用蒸発器１６、加温用膨張弁２２からなり、ホット／コールド切替室１９の加温を専用に行うように構成されている。

また、冷却サイクルは、ホット／コールド切替室１９内に設置された庫内熱交換器４（第一の蒸発器）と第一の膨張弁２３、コールド専用室２０内に設置された第二の蒸発器２４と第二の膨張弁２５、第二のコールド専用室２１内に設置された第三の蒸発器２６と第三の膨張弁２７、庫外に設置された庫外熱交換器２（凝縮器）、冷却用圧縮機１で構成されている。第一の膨張弁２３、第二の膨張弁２５、第三の膨張弁２７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る。

ここで、加温用凝縮器１５は、庫内熱交換器４（第一の蒸発器）や第二の蒸発器２４、第三の蒸発器２６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、加温能力２００〜３００Ｗにおいて凝縮温度と吹出し空気温度の差を１０℃程度に抑えている。

一方、加温用蒸発器１６は低外気温度での着霜を考慮して、庫内熱交換器４（第一の蒸発器）や第二の蒸発器２４、第三の蒸発器２６と同様に設計されている。

また、加温用膨張弁２２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２２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。

ここで、加温用圧縮機１４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、炭化水素系冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）と鉱油系冷凍機油をドロップインし高温用としたものである。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。インバータにより能力可変を行う理由は、缶飲料等を自販機に詰め込み５５℃程度まで加温する場合は高能力で運転し、５５℃に到達後は低能力で運転し、頻繁なＯＮ／ＯＦＦによるロスを最小限に抑えるためである。

また、冷却サイクル用の圧縮機１についても、Ｒ６００ａもしくはＲ２９０（プロパン）等の炭化水素系冷媒を使用するレシプロ型圧縮機を用いることが環境保護の観点からも好適である。

庫内ファン５（第一の庫内ファン）は、ホット／コールド切替室１９内の空気を循環させるとともに、加温用凝縮器１６及び庫内熱交換器４（第一の蒸発器）と空気との熱交換を促進させる。第二の庫内ファン２８、第三の庫内ファン２９は、コールド専用室２０と第二のコールド専用室２１内の空気を循環させるとともに、第二の蒸発器２４と第三の蒸発器２６と空気との熱交換を促進させる。

庫外ファン３は、加温用蒸発器１６と庫外熱交換器２（凝縮器）と庫外空気との熱交換を促進させるものであり、庫外熱交換器２（凝縮器）の排熱を利用しながらドレンパン１８に溜まった結露水の蒸発を促進する。庫外ファン３はインバータ制御（図示せず）により風量を可変できる構成になっており、外気温度センサ３０により検出した外気温度または凝縮温度センサ３１により検出した庫外熱交換器２（凝縮器）温度が所定値以上の場合は、結露水が蒸発しやすい高外気温（例えば２０℃以上）と判断し庫外ファン３を最大風量で駆動して蒸発を促進する。

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、ホット／コールド運転の動作を簡単に説明する。

ホット／コールド切替室１９を冷却する場合、圧縮機１を駆動し、圧縮機１から吐出された冷媒が、庫外熱交換器２で凝縮された後、それぞれ第一の膨張弁２３、第二の膨張弁２５、第三の膨張弁２７で減圧されて、庫内熱交換器４（第一の蒸発器）、第二の蒸発器２４、第三の蒸発器２６へ供給される。そして、庫内熱交換器４（第一の蒸発器）、第二の蒸発器２４、第三の蒸発器２６で蒸発した冷媒が圧縮機１へ還流する。

このとき、ホット／コールド切替室１９、コールド専用室２０、第二のコールド専用室２１の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する第一の膨張弁２３、第二の膨張弁２５、第三の膨張弁２７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１の運転を停止する。

次に、ホット／コールド切替室１９を加温する場合、第一の膨張弁２３を閉塞状態にして加温用圧縮機１４を駆動し、加温用圧縮機１４から吐出された冷媒が、加温用凝縮器１５で凝縮された後、加温用膨張弁２２で減圧されて、加温用蒸発器１６へ供給される。そして、加温用蒸発器１６で蒸発した冷媒が加温用圧縮機１４へ還流する。

以上のように、本実施の形態においては、加温用蒸発器１６が風下側になるように加温用蒸発器１６と庫外熱交換器２（冷却用凝縮器）を並列設置し、さらに加温用蒸発器１６と庫外熱交換器２の下部に共通のドレンパン１７を設けるとことにより、冷却用凝縮器の排熱を加熱用蒸発器で回収し蒸発温度が上がり加熱効率が上がるとともに、加温用蒸発器１６に発生した結露水をドレンパンに１７に溜め庫外熱交換器２の排熱により蒸発を促進することができる。

また、本実施の形態においては、外気温度あるいは庫外熱交換器２（冷却用凝縮器）の凝縮温度が所定値以上の場合は、結露水が蒸発しやすい高外気温と判断し庫外ファン３を最大風量で駆動することにより、冷却用凝縮器の凝縮温度が下がり冷却効率が上がるとともに、加温用蒸発器１６で発生した結露水の蒸発を促進することができる。

また、本実施の形態においては、加温用圧縮器１４をレシプロ型圧縮器としたことにより、圧縮機内部圧力がロータリー式に比べて低いため、起動時に圧縮機内に滞留する冷媒が速やかに吐出され、凝縮温度の立ち上がり特性が向上し高効率の加温性能が得られる。

また、本実施の形態においては、加温用圧縮器１４の外周に断熱壁１８を巻き付けることにより、保温性がよくなり低外気温時にも潤滑油の回りが良くなり、凝縮温度の立ち上がり特性が向上し高効率の加温性能が得られる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における自動販売機の冷媒回路図である。従来の形態もしくは実施の形態１と同構成のものについては同番号を付し説明を割愛する。

加温用蒸発器３２は、フィンチューブ熱交換器で構成され冷却用圧縮機１内に内蔵され、蒸発温度が蒸発温度検出手段３３により検出される構成となっている。

以上の構成により、圧縮機１内に内蔵した加温用蒸発器３２の蒸発温度が一定時間、所定値を越えない場合は、加温サイクルを停止する。

以上のように、本実施の形態においては、加温用蒸発器３２をフィンチューブ熱交換器で構成し冷却用圧縮器１に内蔵することにより、冷却用圧縮機１の排熱を加温用蒸発器３２で回収することにより蒸発温度が上がり加温効率が上がるとともに、加温用蒸発器３２での結露を防止することができる。

また、本実施の形態においては、一定時間、加温用蒸発器３２の蒸発温度が所定値を越えない場合は加温サイクルを停止するものであるから、低外気温時に冷却用圧縮機の温度が低くなりすぎ（例えば５℃以下）冷媒が寝込んで冷却能力が異常に低下することを防止することができる。

以上のように、本発明にかかる自動販売機は、庫外熱交換器に結露水を生じさせない、もしくは発生した結露水を効率よく処理するヒートポンプ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構造図同実施の形態における自動販売機の冷媒回路図本発明の実施の形態２における自動販売機の冷媒回路図従来の自動販売機の構造図

符号の説明

１冷却用圧縮器
２庫外熱交換器（冷却用凝縮器）
３庫外ファン
１４加温用圧縮器
１５加温用凝縮器
１６加温用蒸発器
１７ドレンパン
１８断熱壁

Claims

ホット／コールド切替室を加温する加温サイクルと、前記ホット／コールド切替室およびコールド専用室を冷却する冷却サイクルとを備えた自動販売機において、前記加温サイクルにおける庫外に設置された加温用蒸発器と前記冷却サイクルにおける庫外に設置された冷却用凝縮器と前記加温用蒸発器の下部に結露水を貯留するドレンパンと前記加温用蒸発器および前記冷却用凝縮器に送風する庫外ファンとを備え、前記冷却用凝縮器の風下側に前記加温用蒸発器を配置するとともに、前記ドレンパンを前記冷却用凝縮器の下方まで延在して前記加温用蒸発器から発生する結露水の蒸発を促進することを特徴とする自動販売機。
外気温度あるいは冷却用凝縮器の凝縮温度が、所定値を越えると庫外ファンの風量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の自動販売機。
加温サイクルにおける加温用圧縮機としてレシプロ型圧縮機を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動販売機。
加温サイクルにおける加温用圧縮機を囲う断熱壁を備えた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自動販売機。