JP4872367B2 - 自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、缶飲料などを冷却して販売する自動販売機において、凝縮器における能力の過不足を防ぐ自動販売機に関するものである。

従来、この種の自動販売機は凝縮能力を変化させるためにインバータ回路によって凝縮器冷却ファンの回転数を変化させることによってファンの風量を変化させて行っている（例えば、特許文献１参照）。

図６は特許文献１における従来の自動販売機の冷媒回路図である。図６に示すように、従来の自動販売機のシステムは断熱材によって断熱された商品収納庫、商品収納庫の下段に配備された機械室を備え、庫内において冷媒を蒸発させることによって商品保冷用の熱交換器として機能する蒸発器１０４、機械室内部に配置された冷媒を圧縮する圧縮機１０１、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器１０２、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を膨張弁１０７を介して前記蒸発器へと送る電磁弁１０３からなる冷却システム、さらに前記凝縮器へと庫外の空気を強制送風する庫外ファン１０５、商用周波数の電源の周波数を所望の周波数へと変換して前記圧縮機に供給し、前記圧縮機を運転するインバータ回路１１０、前記庫外ファンを運転するインバータ回路１１１、自動販売機の周囲温度を検知する外気温度センサー１０９と前記外気温度センサーの信号を入力して圧縮機、庫外ファンの回転数指令値をインバータ回路に与える制御装置１０８を有する。

このように自動販売機の周囲温度を検知し、圧縮機、庫外ファンを運転するインバータ回路へと信号を送り、回転数を変化させて制御を行うことで、まず圧縮機やそれに連動して動作する庫内、庫外ファン、膨張弁などの補機の運転時間を適正に制御することができ、消費電力量の増加を防ぐことができる。

さらに、周囲温度によって庫外ファンの回転数を変化させることで、低外気温時のように凝縮器での交換熱量が少なくてよい場合に回転数を減少することができ、凝縮器の温度が低下しすぎて、冷媒が凝縮器内に滞留することによる効率低下を防ぐことが可能となる。
特開２００１−３４８２９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ファン風量を低減するために庫外ファンの回転数を制御するためのインバータ回路が必要となることから、基板の大型化、コストアップにつながっていた。また、回転数の変化範囲には下限値があり、ファンを停止することなく可能な凝縮器内における冷媒の滞留防止にも制限があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するものでインバータ回路を用いるよりもより安価に庫外ファンの風量を制御することによる低外気温時の冷媒の凝縮器への滞留を抑制し、さらに庫外ファン風量の下限値もより低くすることによって冷媒の滞留量をさらに減少することができる自動販売機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自動販売機は、商品収納室に設置された蒸発器と、商品収納室の区画外に設置された凝縮器と、圧縮機と膨張弁からなる第１の冷却システムと前記第１の冷却システムとは独立して商品収納室に設置された蒸発器と商品収
納室の区画外に設置された凝縮器と圧縮機と膨張弁からなる第２の冷却システムを備え、かつ前記第１の冷却システムと前記第２の冷却システムの凝縮器を一体化した熱交換器で構成し、前記庫外熱交換器近傍に複数の庫外ファンを設けた自動販売機において、稼動する冷却システムの数に基づいて運転する前記庫外ファンの個数を可変させることで、稼動する冷却システムの数によって変化する必要凝縮能力にあわせてファン風量を変化させることが可能となり、両方の冷却システムが稼動した際の凝縮能力不足や片側のみが稼動している際の過凝縮による冷媒の凝縮器への滞留を防止することができ、効率よく冷却することが可能となる。また、運転するファンの数を変化させるのみで風量の制御が可能であるので、インバータ回路による回転数変化よりも安価にファン風量を増減することが可能となる。

本発明の自動販売機は、稼動する冷却システムの数によって変化する必要凝縮能力にあわせた適切な凝縮能力を得ることができる。

請求項１に記載の発明は、商品収納室に設置された蒸発器と、商品収納室の区画外に設置された凝縮器と、圧縮機と膨張弁からなる第１の冷却システムと前記第１の冷却システムとは独立して商品収納室に設置された蒸発器と商品収納室の区画外に設置された凝縮器と圧縮機と膨張弁からなる第２の冷却システムを備え、かつ前記第１の冷却システムと前記第２の冷却システムの凝縮器を一体化した熱交換器で構成し、前記庫外熱交換器近傍に複数の庫外ファンを設けた自動販売機において、稼動する冷却システムの数に基づいて運転する前記庫外ファンの個数を可変させることによって稼動する冷却システムの数によって変化する必要凝縮能力にあわせてファン風量を変化させることが可能となり、両方の冷却システムが稼動した際の凝縮能力不足や片側のみが稼動している際の過凝縮による冷媒の凝縮器への滞留を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、商品を収納するコールド室と商品を収納するコールド／ホット切替室とを備えた自動販売機において、コールド室に配設された蒸発器、コールド室の区画外に配設された圧縮機、凝縮器、膨張機構からなるコールド室を冷却する冷却システムとコールド／ホット切替室内に配設された庫内熱交換器と、コールド／ホット切替室の区画外に配設された圧縮機、庫外熱交換器、膨張機構からなるコールド／ホット切替室を冷却／加温する冷却加温システムとを備え、冷却システムの前記凝縮器と冷却加温システムの前記庫外熱交換器とを一体化した熱交換器で構成し、一体型熱交換器の近傍に複数の庫外ファンを設け、稼動するシステムの数に基づいて運転する前記庫外ファンの個数を可変とすることによって、両方の冷却システムが稼動した際の凝縮能力不足や片側のみが稼動している際の過凝縮による冷媒の凝縮器への滞留を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記凝縮器の配管が前記庫外熱交換器の配管の前後に跨って形成されたことで、庫外熱交換器が蒸発器として作用する場合に、凝縮器による熱交換を高めることができるので、結露の発生を低減することができる。

（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を示したものである。

図１において、商品収納室１、２、３に蒸発器４、５、６を、商品収納室の下部に設けた機械室に圧縮機７、凝縮器８、膨張弁９を配設し、それらを銅管にて環状に連結した冷却システムを備えている。さらに、蒸発器４、５、６、凝縮器８の周辺には熱交換促進のための庫内ファン１１、庫外ファン１０を配設しており、庫外ファン１０は風量調整のために複数設けている。また、自動販売機の周囲温度を測定するための外気温度センサー（図示せず）を設けている。

以上のように構成された自動販売機の作用について説明する。冷却システムにおける圧縮機７が運転し、冷却システムによって商品収納室を冷却している時に、外気温度センサーによって検知した自動販売機の周囲温度が高温の場合は、凝縮器８における必要な熱交換能力が大きくなるので複数設置した庫外ファン１０を全て運転し、凝縮器８における熱交換能力を最大とすることで凝縮能力不足による効率低下を防ぐことが可能となる。また、周囲温度が低く、大きな凝縮能力を必要としない場合は、運転する庫外ファン１０の個数を減らしていき、ファン風量を減少することで熱交換能力を低下させ、過凝縮によって冷媒が凝縮器内へと滞留し、循環量が減少することで生じる冷却効率の低下を防ぐことが可能となる。

なお、複数設けた庫外ファン１０は風量の異なるファンを配設することで、ファン風量の変化幅をより広げることができ、風量の最小値をより下げることができるので、ファンを完全に停止することなく低外気温時の凝縮器での過凝縮を防止することができ、凝縮器の過昇温を防ぐことができると共に可燃性冷媒などを用いている場合に漏洩した際の機械室内部での滞留を防ぐことができるので安全性にも優れている。

また、庫外ファン１０を固定するファンリング（図示せず）に通風孔を設ける、もしくは庫外ファン１０の前後に通風抵抗となるような複数の孔を設けた板（図示せず）を設置することで、同一の庫外ファン１０を用いながらそれらの通風孔の大きさ、面積を変化させるだけでファン風量を変化させることができるので必要な能力にあったファンを選定することなく風量を変化させることができ、必要な凝縮能力が異なる他機種への展開時への対応がより容易に行える。

（実施の形態２）
図２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を示したものである。

図２において、商品収納室２２、２３に設けた蒸発器２５、２６と、商品収納室下部の機械室に設けた圧縮機２８、庫外熱交換器２９、膨張弁３０からなる第１の冷却システムと、第１の冷却システムとは独立した、商品収納室２１に設けた蒸発器２４と、機械室に設けた圧縮機２７、庫外熱交換機２９、膨張弁３０からなる第２の冷却システムとを備え、それぞれの冷却システムにおける凝縮器を一体化した熱交換器２９で構成し、また、庫外熱交換器２９、蒸発器２４、２５、２６の近傍に熱交換促進のための庫外ファン３１、庫内ファン３２を設け、庫外ファン３１は風量調整を可能とするために複数配設している。

以上のように構成したシステムについてその動作を説明する。商品収納室２１，２２，２３の温度が目標温度に達すると、第１、第２の冷却システムはそれぞれ断続運転をし始め、両方が動作している状態、片側のシステムのみが動作している状態が存在する。そのそれぞれの状態に応じて複数ある庫外ファン３１のうち、運転するファンの個数を変化させることで両方のシステムが動作し、必要な凝縮能力が大きいときの凝縮能力不足、片側のシステムのみが動作しているときの過凝縮による冷媒の凝縮器内への滞留を防ぐことが可能となる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における自動販売機の冷媒回路図を示したものであり、図４は庫外熱交換器の側面概略図を示したものである。図３より、商品収納室５４、５５に設けた蒸発器３５、３６と商品収納室下部の機械室に配設された圧縮機３７、庫外熱交換器（凝縮器）３８、膨張弁３９からなる冷却システムと商品収納室３１に設けた庫内熱交換器３４と商品収納室の下部の機械室に設けた圧縮機４０、庫外熱交換器３８からなる冷却加温システムとを備えている。

冷却加温システムにおける庫内熱交換器３４と庫外熱交換器３８は２本の並列する配管で結ばれており、一方は冷却用の膨張弁４５と冷却用逆止弁４６、ドライヤ４７とが直接に接続され、他方は加温用膨張弁４８と加温用逆止弁４９とが直列に接続されている。

ここで、冷却用逆止弁４６はドライヤ４７から膨張弁４５に冷媒が流れる方向を正とし、加温用逆止弁４９は庫内熱交換器３４から加温用膨張弁４８へと冷媒が流れる方向を正とし、それぞれ逆方向には冷媒が流れないよう設置される。

また、庫外熱交換器３８近傍に熱交換促進のためのファンを風量の調整ができるよう、複数配設している。

庫外熱交換器３８の側面概略図を図４に示す。図４より庫外熱交換器は３列のパス構成となり、冷却システムの凝縮器配管５０と冷却加温システムの庫外熱交換器配管５１をフィンを介して一体型の直方体状の熱交換器として形成しており、冷却加温サイクルの配管５１を中央部に縦１列で配置し、冷媒は加温時に上部より流入し下部より流出する流れとなっていて冷却加温システムの蒸発器配管入口部５１ａが冷却システムの凝縮器配管５０によって取り囲まれた形となっている。

具体的には、自動販売機の下部に備えた機械室の前部に配置された庫外熱交換器３８は冷却システムの凝縮器配管５０が左右方向に蛇行しながら庫外熱交換器３８の前面から後面に跨って形成されている。そして庫外熱交換器配管５１は、前面と後面に跨る凝縮器配管５０の間で、左右方向に蛇行しながら上下方向に一列に配置している。

凝縮器配管５０の配管入口部５０ａは庫外熱交換器３８の前面側で上下方向略中央部にあり、凝縮器配管５０の配管出口部５０ｂは庫外熱交換器３８の後面側にあり蒸発器に接続されている。蒸発器配管入口部５１ａは配管入口部５０ａより上方に配置され、かつ蒸発器配管入口部５１ａと配管入口部５０ａが近接するように、庫外熱交換器３８の上下方向略中央部に配管入口部５０ａがある。図４のように、蒸発器配管入口部５１ａ付近の配管は配管入口部５０ａと配管出口部５０ｂによって前後を囲まれている。よって蒸発温度が低くなりやすい蒸発器配管入口部５１ａを凝縮器配管５０によって熱交換を促進し、結露発生を低減することができる。

また、図５に示すように庫外熱交換器３８の下部に蒸発皿５２を設けている。

以上のように構成された自動販売機の動作について説明する。

冷却システムにおいて圧縮機３７で圧縮された冷媒は庫外熱交換器３８で庫外空気と熱交換を行って凝縮した後に三方弁で商品収納室５５もしくは商品収納室５４へと分岐され、膨張弁において減圧される。減圧された低圧の液冷媒は蒸発器にて蒸発し、庫内空気と熱交換を行って商品収納室５４、５５を冷却した後に、圧縮機３７に戻るサイクルを繰り返す。

また、冷却加温サイクルにおいては電磁弁４１、４２、４３、４４の開閉を行うことによって商品収納室５３の加温と冷却とを切替える。冷却時には電磁弁４１、４３を開き、電磁弁４２、４４を閉じることによって圧縮機４０で圧縮された冷媒が庫外熱交換器３８で凝縮され、冷却用電磁弁４５にて膨張された後に庫内熱交換器３４で蒸発して、圧縮機４０へと戻るサイクルを繰り返す。また、加温時には、電磁弁４２、４４が開き、電磁弁４１、４３が閉じることによって圧縮機４０によって圧縮された冷媒が庫内熱交換器３４へと向かい、庫内空気を加温して凝縮する。その後、加温用膨張弁４８にて低圧の液冷媒となったのちに庫外熱交換器３８にて庫外空気と熱交換を行って蒸発し、圧縮機４０へと戻るサイクルを繰り返す。

冷却加温システムが冷却運転をしている時には、冷却システムと冷却加温システムの両方が稼動している場合、片側のみ稼動している場合、両方停止している場合の３つの状態が存在し、それぞれによって庫外熱交換器３８での必要な凝縮能力が異なってくるが複数のファンを配設することで必要な凝縮能力に応じてファンの風量や運転するファンの個数を変化させることによる凝縮能力の過不足を解消でき、最適な冷却運転を行うことができる。

また、冷却加温システムが加温運転を行う場合には、庫外熱交換器（蒸発器）が冷却システムの凝縮器と一体となるので庫外熱交換器３８において冷却システムの凝縮熱の一部を排熱として冷却加温システムで回収することができ、冷却加温システムの加温効率を上げる事が可能である。また、冷却加温システムで商品収納室５５を加温する際には庫外熱交換器３８（蒸発器）の配管温度が周囲温度よりも低下するので、雰囲気湿度が高い状態においては露点温度以下になることから熱交換器のフィン上で結露が発生し、結露水が滴下することが考えられるが、一体型熱交換器とすることで冷却サイクルの凝縮器の熱によってフィンを加温でき、結露の抑制につなげることができる。

また、図４に示すように冷却加温サイクルの蒸発器入口を冷却サイクルの凝縮器配管で取り囲み、冷却システムの凝縮器入口を冷却加温システムの配管の風上に配置し、冷却システムの凝縮器入口配管と熱交換を行い、温められた空気で冷却加温システムの蒸発器配管と熱交換させることで、さらなる結露の抑制につなげることができる。また、図５に示すように庫外熱交換器３８の下部空間に蒸発皿５２を設けて、フィンから滴下した水分を受け、蒸発させる仕組みとすることで、万が一滴下した場合においても庫外への滴下を防ぐことが可能となり、床面がぬれることを防止できる。

なお、冷却システム、冷却加温システムの減圧手段として膨張弁を配設しているが例えばキャピラリーチューブなどを使用することでより安価に減圧させることができ、また狭いスペースであっても容易に配置することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる自動販売機は外気温度変化に対応して凝縮能力を変化させることができ、高外気温における凝縮能力不足、低外気温における冷媒滞留による効率低下を防ぐことが可能となるので、業務用の冷蔵庫などの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２における自動販売機の冷媒回路図 本発明の実施の形態３における自動販売機の冷媒回路図 本発明の実施の形態３における庫外熱交換器の側面概略図 本発明の実施の形態３における庫外熱交換器、蒸発皿概略図 従来の自動販売機の冷媒回路図

符号の説明

１，２，３，２１，２２，２３ 商品収納室
４，５，６，２４，２５，２６，３５，３６ 蒸発器
７，２７，２８，３７，４０ 圧縮機
８ 凝縮器
９，３０，３９，４５，４８ 膨張弁
１０，３１ 庫外ファン
２９ 熱交換器
３４ 庫内熱交換器
３８ 庫外熱交換器
５３ 商品収納室 （コールド／ホット切替室）
５４，５５ 商品収納室 （コールド室）

Claims (3)

1. 商品収納室に設置された蒸発器と、商品収納室の区画外に設置された凝縮器と、圧縮機と膨張弁からなる第１の冷却システムと前記第１の冷却システムとは独立して商品収納室に設置された蒸発器と商品収納室の区画外に設置された凝縮器と圧縮機と膨張弁からなる第２の冷却システムを備え、かつ前記第１の冷却システムと前記第２の冷却システムの凝縮器を一体化した熱交換器で構成し、前記庫外熱交換器近傍に複数の庫外ファンを設けた自動販売機において、稼動する冷却システムの数に基づいて運転する前記庫外ファンの個数を可変させることを特徴とした自動販売機。
2. 商品を収納するコールド室と商品を収納するコールド／ホット切替室とを備えた自動販売機において、コールド室に配設された蒸発器、コールド室の区画外に配設された圧縮機、凝縮器、膨張機構からなるコールド室を冷却する冷却システムとコールド／ホット切替室内に配設された庫内熱交換器と、コールド／ホット切替室の区画外に配設された圧縮機、庫外熱交換器、膨張機構からなるコールド／ホット切替室を冷却／加温する冷却加温システムとを備え、冷却システムの前記凝縮器と冷却加温システムの前記庫外熱交換器とを一体化した熱交換器で構成し、一体型熱交換器の近傍に複数の庫外ファンを設け、稼動するシステムの数に基づいて運転する前記庫外ファンの個数を可変とすることを特徴とした自動販売機。
3. 前記凝縮器の配管が前記庫外熱交換器の配管の前後に跨って形成されたことを特徴とした請求項２に記載の自動販売機。

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