JP4702101B2 - 冷却装置および自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、商品収納庫（冷却庫および加熱庫）側の熱交換器への冷媒の流れを転向させることなく、冷却庫および加熱庫に対する冷却・加熱同時運転状態を維持したまま除霜運転を行うことのできる冷却装置、および缶、ビン、パック、ペットボトル等の容器に入れた飲料等の商品を冷却または加熱して販売に供する自動販売機に関する。

従来のこの種の自動販売機の商品収納庫を冷却または加熱する冷却装置は、冷媒を圧縮する二段式圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒（高圧高温冷媒に同じ）を冷却する放熱器（中間熱交換器やガスクーラに同じ）と、放熱器により冷却された冷媒を膨張させる電子膨張弁と、電子膨張弁により膨張された冷媒（低圧低温冷媒に同じ）を蒸発させる複数の蒸発器と、これら複数の蒸発器のうち所定の蒸発器に対して冷媒を供給する冷媒分配手段とから構成されている。

そして、蒸発器は各商品収納庫内に設置され、これに収納された商品を冷却している。商品収納庫は、収納する商品の種類や季節に応じて加熱用（加熱庫）として使用されることがある。この場合には、各商品収納庫内に設置されている蒸発器のうち、加熱庫として使用される側の蒸発器を放熱器（凝縮器に同じ）として機能させ、その蒸発器に高圧高温冷媒を直接流すことにより、高圧高温冷媒（ホットガスに同じ）の温熱を利用して対応する商品収納庫内を加熱するとともに、他の蒸発器にて冷媒を蒸発させ、対応する商品収納庫内（冷却庫）を冷却するいわゆるヒートポンプによる各商品収納庫の冷却・加熱同時運転により、庫内の商品の加熱と冷却を同時に行なうようになっている（例えば、特許文献１参照）。

また、このようなものにおいて、各商品収納庫（冷却庫および加熱庫）には、冷却または加熱すべき温度がそれぞれ設定されており、これら設定温度になるように冷却・加熱同時運転や加熱単独運転または冷却単独運転が行われるようになっている。これらの運転モードは、冷却庫や加熱庫内の各検出温度と各前記設定温度に基づいて自動的に切り替えられるようになっている。

ところで、このような庫内の加熱と冷却を同時に行えるヒートポンプ冷却ユニットにおいて、庫内を加熱し、冷熱を中間熱交換器で排熱する運転すなわち加熱単独運転を行うと、中間熱交換器には低温の冷媒が流れるため、中間熱交換器のフィン表面に霜がつき、これが成長する。そして、このように中間熱交換器のフィン表面に霜がつくと、熱抵抗が大きくなり、中間熱交換器の性能が低下する。そして、加熱庫内の蒸発器（この場合は放熱器として使用）も熱を放出しにくくなるので、冷却ユニットの運転効率が低下する。従来は、この霜の問題を、冷媒を逆方向へ流すことで、中間熱交換器を加熱運転させ、その熱で霜を解かしたり、ヒータなどで加熱することで除霜するようにしている。

なお、二段式圧縮機を用いているものの用途が加熱のみに限定されている例えばヒートポンプ式給湯機において、外部の熱交換器（蒸発器）に付着する霜を除去するために、二段目冷媒の一部を高温側熱交換器および減圧装置をバイパスさせて蒸発器に導いたり、一段目冷媒を高温側熱交換器および減圧装置をバイパスさせて蒸発器に導くことで、霜を解かしながら高温側熱交換器へも高温冷媒の一部を流せるようにして、高温側熱交換器の温度低下を抑えられるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１６０９３７号公報（図１） 特開２００４−２９４０５９号公報（図１、図２）

しかしながら、冷媒を逆方向へ流すことで、中間熱交換器の除霜を行うようにしたものにあっては、冷却庫が加熱され、加熱庫が冷却されることになるため、冷却商品の温度上昇、加熱商品の温度低下を招いてしまう。さらに、除霜のためだけに圧縮機を運転したり、ヒータで加熱すると消費電力が増加する。

また、用途が加熱のみに限定されているヒートポンプ式給湯機の技術は、用途側の冷却・加熱同時運転を必要とするとともに運転モードが冷却庫や加熱庫内の各検出温度と各前記設定温度に基づいて自動的に切り替えられる自動販売機へは適用できない。

本発明の技術的課題は、冷却庫および加熱庫への冷媒の流れを転向させることなく、冷却庫および加熱庫に対する冷却・加熱同時運転状態を維持したまま中間熱交換器の除霜を行うことができるようにすることにある。

（１）本発明に係る冷却装置は、下記の構成からなるものである。すなわち、冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、冷媒を冷却または加熱単独運転時に冷熱を庫外へ放熱する中間熱交換器と、冷媒を冷却するガスクーラと、冷媒を膨張させる電子膨張弁と、冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、冷媒の保有する冷熱の一部を電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有し、蒸発器のうち冷熱利用側の蒸発器により冷却される冷却庫内の検出温度と、蒸発器のうち温熱利用側の蒸発器により加熱される加熱庫内の検出温度と、これら冷却庫と加熱庫の各設定温度と、中間熱交換器の除霜開始条件と、に基づいて運転モードが自動的に切り替わる冷却装置であって、中間熱交換器の除霜開始条件が成立した場合は、除霜開始条件が成立した次の加熱庫および冷却庫に対する冷却・加熱同時運転または冷却単独運転のなかで、所定時間、中間熱交換器へ高温冷媒を流し、除霜することを特徴としている。

（２）本発明に係る冷却装置は、除霜開始条件が成立した次の加熱庫および冷却庫に対する運転モードが冷却・加熱同時運転の場合、一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が一段目圧縮部から中間熱交換器を経由して二段目圧縮部に供給され、二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が二段目圧縮部から複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、温熱利用側蒸発器を通過した二段目冷媒がガスクーラを経由して内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、内部熱交換器を通過した二段目冷媒が電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、低圧低温冷媒が複数の蒸発器のうちの冷熱利用側の蒸発器に供給され、冷熱利用側蒸発器を通過した低圧低温冷媒が内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに内部熱交換器から二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、所定時間、一段目冷媒の保有する温熱によって中間熱交換器が加熱され、二段式圧縮機の保有する温熱によって温熱利用側の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱によって冷熱利用側の蒸発器が冷却されることを特徴としている。

（３）本発明に係る冷却装置は、除霜開始条件が成立した次の加熱庫および冷却庫に対する運転モードが冷却単独運転の場合、一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が一段目圧縮部から中間熱交換器を経由して二段目圧縮部に供給され、二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が二段目圧縮部からガスクーラにを経由して内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、内部熱交換器を通過した二段目冷媒が電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、低圧低温冷媒が複数の蒸発器のうちの冷熱利用側の蒸発器に供給され、冷熱利用側蒸発器を通過した低圧低温冷媒が内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに内部熱交換器から二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、所定時間、一段目冷媒の保有する温熱によって中間熱交換器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱によって冷熱利用側の蒸発器が冷却されることを特徴としている。

（４）本発明に係る冷却装置は、除霜開始条件が成立した次の加熱庫および冷却庫に対する運転モードが加熱単独運転の場合、加熱単独運転モードへ移行せず、冷却庫内のファンのみを運転し、冷却庫内温度がＯＮ温度となってから冷却・加熱同時運転を行うことを特徴としている。

（５）本発明に係る冷却装置は、除霜開始条件が成立したか否かの判定を、連続または積算稼働時間が予め設定した時間を超えたか否かの判定と、冷熱利用側の蒸発器により冷却される冷却庫内の検出温度と、温熱利用側の蒸発器により加熱される加熱庫内の検出温度とにより行われることを特徴としている。

（６）本発明に係る自動販売機は、下記の構成からなるものである。すなわち、断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体と、筐体を複数の商品収納庫に分割する仕切板と、商品収納庫のそれぞれに対応する商品取出し口を具備し、開口部を開閉する断熱扉と、商品収納庫のそれぞれに配置され、商品を収納して順次下方に搬出する機能を有する商品ラックと、商品ラックから落下した商品を商品取出し口に誘導するシュータと、シュータの下方に配置されて商品収納庫内の空気を加熱または冷却する収納庫内熱交換手段と、収納庫内熱交換手段を通過する空気の流れを形成する送風手段と、収納庫内熱交換手段によって加熱または冷却された空気を商品ラックの内部を経由して送風手段に循環させるための循環ダクトとを有する自動販売機であって、収納庫内熱交換手段が、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の冷却装置における蒸発器であることを特徴としている。

本発明の冷却装置においては、冷却庫および加熱庫への冷媒の流れを転向させることなく、冷却庫および加熱庫に対する冷却・加熱同時運転状態を維持したまま中間熱交換器の除霜を行うことができる。このため、運転効率が向上する。

本発明の自動販売機においては、庫内の熱交換手段として、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の冷却装置における蒸発器を用い、冷却庫および加熱庫に対する冷却・加熱同時運転状態を維持したまま中間熱交換器の除霜を行うことができるので、運転コストを低く抑えることができる。

以下、図示実施形態に基づき本発明を説明する。なお、本実施形態においては蒸発器が３台で、うち１台は冷却専用の熱交換器として機能し、他の２つは冷媒流路の切換により凝縮器として機能し得るものであり、ここでは加熱専用の熱交換器として使用する場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、２台以上の何れの台数であってもよいし、全ての蒸発器が凝縮器としても機能し得るものであってもよい。また、冷媒はＣＯ₂ （二酸化炭素）冷媒を用いるものとし、各図において同一または共通する部材については同一の符号を付し、一部の説明を省略する。

図１乃至図４はいずれも本発明の一実施の形態に係る冷却装置の冷凍回路を示すもので、図１はその除霜運転モード時の冷凍回路図、図２はその冷却単独（又は除霜）運転モード時の冷凍回路図、図３はその冷却・加熱同時運転時の冷凍回路図、図４はその加熱単独運転時の冷凍回路図であり、各図中の太線は冷媒が流れている配管を示し、矢印は冷媒の流れ方向を示す。図５乃至図７はいずれも本実施形態に係る冷却装置の除霜運転モード時の動作を示す図で、図５は除霜開始条件が成立した次の運転モードが加熱単独運転となる場合の動作を示すタイミングチャート、図６は除霜開始条件が成立しない場合の動作を示すタイミングチャート、図７は除霜運転モード時の動作の全体の流れを示すフローチャートである。図８及び図９はいずれも本実施形態に係る自動販売機を示すもので、図８はその側方より見た断面図、図９はその正面側より見た断面図である。

本実施形態の冷却装置１００は、図１乃至図４のように冷媒（二酸化炭素冷媒）を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部１ａと冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部１ｂとを具備する二段式圧縮機１と、圧縮機１の負荷を低減させるために冷媒を冷却する中間熱交換器２と、中間熱交換器２の熱交換を促進し庫外へ排熱する中間熱交換器ファン２４ａと、冷媒の熱エネルギを放熱するためのガスクーラ３と、ガスクーラ３の熱交換を促進し庫外へ排熱するガスクーラファン２４ｂと、冷媒を膨張させ低圧低温の冷媒にする電子膨張弁４と、庫内に設置され、冷媒を蒸発させる冷却専用の蒸発器６ａ、及び冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器（ここでは加熱専用として使用）６ｂ，６ｃと、各蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃを通過する風流れを形成して庫内空気を循環させるための庫内ファン１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、蒸発後の低圧低温冷媒が依然保有する冷熱を回収するために、冷熱の一部を電子膨張弁４に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器８と、ドレン水の蒸発を促進するための蒸発パイプ３１と、庫内温度をセンシングする庫内温度センサ１６（図８）とを有する。

また、蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃへの冷媒の流入を制御する電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃと、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａの下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ａの途中に設けられて、一段目圧縮部１ａから中間熱交換器２への冷媒の流入を制御する電磁弁３２ａと、電子膨張弁４の下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｂの途中に設けられて、電子膨張弁４から中間熱交換器２への冷媒の流入を制御する電磁弁３２ｂと、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｃの途中に設けられて、二段目圧縮部１ｂからガスクーラ３への冷媒の流入を制御する電磁弁３３ａと、蒸発器６ｂ，６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄの途中に設けられて、蒸発器６ｂ，６ｃからガスクーラ３への冷媒の流入を制御する電磁弁３３ｂと、中間熱交換器２の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｅの途中に設けられて、中間熱交換器２から内部熱交換器８の低圧配管側への冷媒の流入を制御する電磁弁３２ｃと、蒸発器６ｂ、６ｃを通過した低圧低温冷媒を配管１０ｆを介して二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａ側に選択的に戻す冷媒分配手段機能を持つ電磁弁（ここでは使用せず）７ｂ，７ｃと、低圧低温冷媒が一定の方向に流れるように制御する低圧低温冷媒戻り逆止弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅと、蒸発器６ｂ，６ｃへの高圧高温冷媒の流入を制御する電磁弁３５ａ，３５ｂと、中間熱交換器２をバイパスするバイパス配管１０ｇに設けた電磁弁３７とを有する。なお、電磁弁３５ａ，３５ｂは、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの吐出側の配管１０ｈから分岐して蒸発器６ｂ，６ｃへ接続された分岐管１０ｉ，１０ｊの途中に設けられている。

また、以上の構成を有する冷却装置１００を用いた本実施形態の自動販売機４００は、図８及び図９のように断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体４０１（以下「キャビネット」と称す）と、キャビネット４０１内を商品収納庫４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃに分割する仕切板４０３ａｂ，４０３ｂｃと、商品Ｓを補充する際に開閉する断熱扉４０４（以下「商品補充用扉」と称す）と、キャビネット４０１と外気とを遮断するための断熱扉４０５（以下「内扉」と称す）と、収納した各種商品Ｓの表示や販売する商品を選択する選択ボタン等が配置された前扉４０６とを有している。
なお、符号に付した添え字「ａ，ｂ，ｃ」は、それぞれ商品収納庫４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃに設置されることを示し、商品収納庫４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃにおいて共通する内容については添え字「ａ，ｂ，ｃ」を省略する。

各商品収納庫４０２には、商品Ｓを収納するための商品ラック４０８と、商品ラック４０８から落下した商品Ｓを取出すための商品取出し口４０９と、商品ラック４０８から落下した商品Ｓを商品取出し口４０９まで誘導するシュータ４１０が設置されている。そして、商品収納庫４０２はシュータ４１０によって上下に区分され、その下方部分に庫内部品収納室４１２が形成されている。庫内部品収納室４１２には冷却装置１００の蒸発器６と、蒸発器６を通過する風流れを形成して庫内空気を循環するための庫内ファン１４と、庫内温度をセンシングする庫内温度センサ１６が設置されている。

また、商品収納庫４０２の背面側には、庫内空気を商品ラック４０８の内部を経由して庫内ファン１４に循環させるための循環ダクト４１７が設けられ、循環ダクト４１７の下方位置に設けられた空気吹出口４１６が蒸発器６を収容する熱交換室４６０に連通し、熱交換室４６０が庫内ファン１４を収容するファンカバー４１５に連通し、シュータ４１０には空気が通過する多数の通気孔４１１が設けられている。さらに、庫内部品収納室４１２の下方には、機械室４１９と電装品収納室４２０が形成され、機械室４１９には冷却装置１００の圧縮機１やガスクーラ３に送風するガスクーラファン２４や蒸発パイプ３１等が、電装品収納室４２０には自動販売機４００を制御する各電装品および冷却装置の制御手段の一部が収容されている（図示せず）。

次に、本実施形態の冷却装置１００の動作について説明する。
まず、除霜運転（除霜運転モード）について、図１、図２、図５乃至図７に基づき説明する。連続稼働時間Ｔが設定時間（例えば８時間）経過したか否かをみて（ステップＳ１１）、８時間経過していたら加熱庫の温度Ｔａが設定温度（例えば５２℃）より低いか否かを判断し（ステップＳ１２）、加熱庫の温度Ｔａが５２℃より低いと判定されれば、次に冷却庫の温度Ｔｂが第１の設定温度（例えば０℃）より低いか否かを判断し（ステップＳ１３）、冷却庫の温度Ｔｂが０℃より高いと判定されれば、次の運転モードは冷却・加熱同時運転となるため、除霜開始条件が成立し、冷却・加熱同時運転モードへ移行するとともに（ステップＳ１４）、通常運転モード時の冷却・加熱同時運転の際には閉じられている中間熱交換器２の電磁弁３７を開き（ステップＳ１５）、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒が配管１０ａから中間熱交換器２を経由して流れるようにする。次いで、電磁弁３７，３３ａ，３２ｃ，７ｂ，７ｃ，５ｂ，５ｃ，３２ｂを閉じ、電磁弁３５ａ，３５ｂ，３３ｂ，５ａを開いて、冷媒が図１中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成し、除霜タイマをセットする（ステップＳ１６）。なお、ここでは除霜開始条件が成立したか否かを判定する判定材料の１つとして連続稼働時間Ｔを用いたものを例に挙げて説明しているが、この連続稼働時間Ｔに代えて中間熱交換器２が凝縮運転している積算稼働時間を用いてもよいことは言うまでもない。

冷却・加熱同時運転モードによる除霜運転は、まず二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒が、配管１０ａから中間熱交換器２に供給され、中間熱交換器２において放熱される。そして、中間熱交換器２を通過した一段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、蒸発器６ｂ，６ｃを通過した二段目冷媒は、蒸発器６ｂ、６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄを経由してガスクーラ３に供給され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、ガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管は、内部熱交換器８の一部を形成しているから、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と蒸発器６ａとを接続する配管を経由して蒸発器６ａに供給され、蒸発器６ａが冷却される。そして、蒸発器６ａを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、配管１０ｆは内部熱交換器８の一部を形成しているから、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

以上の除霜運転は、所定時間（例えば１５分間）行われる。したがって、ステップＳ１６にて除霜タイマがセットされ、除霜運転が１５分経過すると（ステップＳ１７）、除霜タイマがリセットされ（ステップＳ１８）、次いで稼働タイマがリセットされ（ステップＳ１９）、通常運転モードへ移行し（ステップＳ２０）、除霜運転が終了する。なお、中間熱交換器２の電磁弁３７は、通常運転モードへ移行すれば、通常運転モードのなかで開閉が自動的に制御されるため、除霜運転が終了する際に閉じる必要はない。

このように、冷却・加熱同時運転モードによる除霜運転によって、所定時間、一段目冷媒の保有する温熱によって中間熱交換器２が加熱され、二段式圧縮機１の保有する温熱によって温熱利用側の蒸発器６ｂ、６ｃが加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱によって冷熱利用側の蒸発器６ａが冷却される。したがって、冷却庫および加熱庫への冷媒の流れを転向させることなく、冷却庫および加熱庫に対する冷却・加熱同時運転状態を維持したまま中間熱交換器の除霜を行うことができる。このため、運転効率が向上する。

また、ステップＳ１２にて加熱庫の温度Ｔａが５２℃より高いと判定されれば、次に冷却庫の温度Ｔｂが第２の設定温度（例えば１０℃）より高い低いか否かを判断し（ステップＳ２１）、冷却庫の温度Ｔｂが１０℃より低いと判定されれば（図６のａ点）、除霜開始条件が成立せず、なにもせずステップＳ１２に戻る。なお、図６は、ｂ点までは冷却・加熱同時運転、ｂ点からｃ点の間は加熱単独運転、ｃ点からｄ点の間は運転が停止し、ｄ点から前述の除霜運転（ステップＳ１２〜ステップＳ２０）へ移行している状態を示している。つまり、除霜開始条件が成立したか否かの判定を、連続稼働時間が予め設定した時間を超えたか否かの判定と、冷熱利用側の蒸発器６ａにより冷却される冷却庫内の検出温度と、温熱利用側の蒸発器６ｂ、６ｃにより加熱される加熱庫内の検出温度とに基づいて行い、これによって除霜運転をできるだけ通常運転モード状態を維持したまま行えるようにして、除霜のためだけの運転は回避するようにしている。これにより、運転効率が向上する。

したがって、ステップＳ２１にて冷却庫の温度Ｔｂが１０℃より高いと判定されれば、次の運転モードは冷却単独運転となるため、除霜開始条件が成立し、冷却単独運転モードへ移行するとともに（ステップＳ２２）、処理をステップＳ１５に移す。つまり、中間熱交換器２の電磁弁３７を開き、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒が配管１０ａから中間熱交換器２を経由して流れるようにして、冷却単独運転モードによる除霜を行えるようにする。次いで、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，５ｂ，５ｃ，７ｃ，７ｂ，３２ｃ，３２ｂを閉じ、電磁弁３３ａ，５ａを開いて、冷媒が図２中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成し、除霜タイマをセットする（ステップＳ１６）。

冷却単独運転モードによる除霜運転は、まず二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒が、配管１０ａから中間熱交換器２に供給され、中間熱交換器２において放熱される。そして、中間熱交換器２を通過した一段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｃを経由してガスクーラ３に供給され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と蒸発器６ａとを接続する配管を経由して蒸発器６ａに供給され、蒸発器６ａが冷却される。そして、蒸発器６ａを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

以上の除霜運転は、所定時間（例えば１５分間）行われることは、前述のステップＳ１７〜ステップＳ２３で説明した通りである。この冷却単独運転モードによる除霜運転と、通常運転モード時の冷却単独運転との違いは、除霜運転時は冷却庫内の温度の如何に関わらず、つまり冷却庫内の温度が０℃を下回ったとしても１５分間行われる点であり、それ以外は通常運転モード時の冷却単独運転と同様である。

このように、除霜運転を、通常運転モード状態を維持したまま行えるため、除霜のためだけの運転が回避され、運転効率が向上する。

また、ステップＳ１３にて冷却庫の温度Ｔｂが０℃より低いと判定されれば（図５のａ点）、通常運転モードの場合、次は加熱単独運転となり、中間熱交換器２が冷却されることになるが、この除霜運転モードでは加熱単独運転へは移行せず、冷却庫内のファン１４ａのみを運転し（ステップＳ２３）、冷却庫内温度がＯＮ温度（１０℃、図５のｂ点）となってからステップ１４へ進み、冷却・加熱同時運転モードへ移行させる。なお、図５は、ａ点までは冷却単独運転、ａ点からｂ点の間は冷却庫内のファン１４ａのみの運転、ｂ点から前述の除霜運転（ステップＳ１４〜ステップＳ２０）へ移行している状態を示している。これにより、除霜開始条件が成立した次の運転モードが加熱単独運転となる場合でも、冷却庫内温度を上げることで、自動的に冷却・加熱同時運転モードによる除霜運転へ移行させることができる。

通常運転モード時の冷却・加熱同時運転は、図３の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，３２ｂ，５ｂ，５ｃ，３２ｃを閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，３３ｂ，５ａを開いて、冷媒が図３中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、蒸発器６ｂ，６ｃを通過した二段目冷媒は、蒸発器６ｂ、６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄを経由してガスクーラ３に供給され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と蒸発器６ａとを接続する配管を経由して蒸発器６ａに供給され、蒸発器６ａが冷却される。そして、蒸発器６ａを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

通常運転モード時の加熱単独運転は、図４の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，３３ｂ，３２ｂ，３２ｃを開いて、冷媒が図４中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、二段目冷媒は蒸発器６ｂ、６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄを経由してガスクーラ３に供給され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｂを経由して中間熱交換器２に供給され、中間熱交換器２で冷熱が外気に放熱される。そして、冷熱を放熱した冷媒は、中間熱交換器２の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｅを経由して内部熱交換器８に供給され、内部熱交換器８にて冷熱の一部を電子膨張弁４に流入する前の冷媒に受け渡し、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻される。

したがって、本実施形態の自動販売機４００において、商品収納庫４０２が前述した冷却装置１００の蒸発器６によって冷却または加熱されるから、冷却庫および加熱庫に対する冷却・加熱同時運転状態を維持したまま中間熱交換器の除霜を行うことができる。このため、除霜のためだけに圧縮機１を運転する必要がなくなって、運転コストを低く抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る冷却装置の除霜運転モード時の冷凍回路図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の冷却単独（又は除霜）運転モード時の冷凍回路図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の冷却・加熱同時運転時の冷凍回路図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の加熱単独運転時の冷凍回路図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る自動販売機を側方より見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る自動販売機を正面側より見た断面図である。

符号の説明

１ 二段式圧縮機
１ａ 一段目圧縮部
１ｂ 二段目圧縮部
２ 中間熱交換器
３ ガスクーラ
４ 電子膨張弁
６ 収納庫内熱交換手段（蒸発器）
６ａ，６ｂ，６ｃ 蒸発器
８ 内部熱交換器
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 庫内ファン
１６ 庫内温度センサ
１００ 冷却装置
４００ 自動販売機
４０１ 筐体
４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃ 商品収納庫
４０３ａｂ，４０３ｂｃ 仕切板
４０４ 断熱扉
４０８ 商品ラック
４０９ 商品取出し口
４１０ シュータ
４１７ 循環ダクト
Ｓ 商品

Claims (6)

1. 冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、
   冷媒を冷却または加熱単独運転時に冷熱を庫外へ放熱する中間熱交換器と、
   冷媒を冷却するガスクーラと、
   冷媒を膨張させる電子膨張弁と、
   冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、
   冷媒の保有する冷熱の一部を前記電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有し、
   前記蒸発器のうち冷熱利用側の蒸発器により冷却される冷却庫内の検出温度と、前記蒸発器のうち温熱利用側の蒸発器により加熱される加熱庫内の検出温度と、これら冷却庫と加熱庫の各設定温度と、前記中間熱交換器の除霜開始条件と、に基づいて運転モードが自動的に切り替わる冷却装置であって、
   前記中間熱交換器の除霜開始条件が成立した場合は、除霜開始条件が成立した次の前記加熱庫および冷却庫に対する冷却・加熱同時運転または冷却単独運転のなかで、所定時間、前記中間熱交換器へ高温冷媒を流し、除霜することを特徴とする冷却装置。
2. 除霜開始条件が成立した次の前記加熱庫および冷却庫に対する運転モードが冷却・加熱同時運転の場合、
   前記一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が該一段目圧縮部から前記中間熱交換器を経由して前記二段目圧縮部に供給され、前記二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が該二段目圧縮部から前記複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、該温熱利用側蒸発器を通過した前記二段目冷媒が前記ガスクーラを経由して前記内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、該内部熱交換器を通過した前記二段目冷媒が前記電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、該低圧低温冷媒が前記複数の蒸発器のうちの冷熱利用側の蒸発器に供給され、該冷熱利用側蒸発器を通過した前記低圧低温冷媒が前記内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに該内部熱交換器から前記二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、
   所定時間、前記一段目冷媒の保有する温熱によって前記中間熱交換器が加熱され、前記二段式圧縮機の保有する温熱によって前記温熱利用側の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱によって前記冷熱利用側の蒸発器が冷却されることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 除霜開始条件が成立した次の前記加熱庫および冷却庫に対する運転モードが冷却単独運転の場合、
   前記一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が該一段目圧縮部から前記中間熱交換器を経由して前記二段目圧縮部に供給され、前記二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が該二段目圧縮部から前記ガスクーラを経由して前記内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、該内部熱交換器を通過した前記二段目冷媒が前記電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、該低圧低温冷媒が前記複数の蒸発器のうちの冷熱利用側の蒸発器に供給され、該冷熱利用側蒸発器を通過した前記低圧低温冷媒が前記内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに該内部熱交換器から前記二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、
   所定時間、前記一段目冷媒の保有する温熱によって前記中間熱交換器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱によって前記冷熱利用側の蒸発器が冷却されることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
4. 除霜開始条件が成立した次の前記加熱庫および冷却庫に対する運転モードが加熱単独運転の場合、加熱単独運転モードへ移行せず、冷却庫内のファンのみを運転し、冷却庫内温度がＯＮ温度となってから冷却・加熱同時運転を行うことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
5. 除霜開始条件が成立したか否かの判定は、連続または積算稼働時間が予め設定した時間を超えたか否かの判定と、冷熱利用側の蒸発器により冷却される冷却庫内の検出温度と、温熱利用側の蒸発器により加熱される加熱庫内の検出温度とにより行われることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷却装置。
6. 断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体と、
   該筐体を複数の商品収納庫に分割する仕切板と、
   前記商品収納庫のそれぞれに対応する商品取出し口を具備し、前記開口部を開閉する断熱扉と、
   前記商品収納庫のそれぞれに配置され、商品を収納して順次下方に搬出する機能を有する商品ラックと、
   前記商品ラックから落下した商品を前記商品取出し口に誘導するシュータと、
   該シュータの下方に配置されて前記商品収納庫内の空気を加熱または冷却する収納庫内熱交換手段と、
   該収納庫内熱交換手段を通過する空気の流れを形成する送風手段と、
   前記収納庫内熱交換手段によって加熱または冷却された空気を前記商品ラックの内部を経由して前記送風手段に循環させるための循環ダクトとを有する自動販売機であって、
   前記収納庫内熱交換手段が、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷却装置における蒸発器であることを特徴とする自動販売機。
   

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