JP5183258B2 - 自動販売機の冷却加温装置 - Google Patents

Description

本発明は自動販売機の冷却加温装置、特に、自動販売機の商品収納部に設けられた熱交換器のフィン構造に関するものである。

商品を冷却状態（ＣＯＬＤと称す）と加温状態（ＨＯＴと称す）とで販売する、缶飲料やＰＥＴボトル飲料などの自動販売機は広く知られている。この種の自動販売機においては、商品が、個別に断熱構造とされた商品収納室内に収納されて、適温（所定温度範囲の冷却状態または加温状態）になるまで調温される。

この種の自動販売機において、ヒートポンプ（ヒートポンプサイクルや冷凍サイクルとも呼ばれる）を、商品収納室内を冷却する手段として採用しているだけでなく、商品収納室内を加温する手段としても設けたものが特許文献１、２等において提案されている。つまり、従来の一般的な自動販売機においては、ヒートポンプが、商品収納室内を冷却する手段としてのみ用いられており、商品収納室内を加温する手段としては、一般にシーズヒータを用いている。しかし、加温手段としてのシーズヒータは、加温する熱量（出力エネルギー）に対する消費電力（入力エネルギー）が極めて大きいため、自動販売機の省エネルギー化を促進させ難い欠点がある。これに対して、ヒートポンプは冷却用のものだけでなく、加温用のものも出力エネルギーに対する消費電力（入力エネルギー）が小さいため、加温用のヒートポンプを稼動させて商品収納室を加温することで、シーズヒータで加温する場合と比較して、消費電力を抑えることができる。

このように加温用ヒートポンプを備えた自動販売機の冷却加温装置の１例として、特許文献１等には、図４に示すように、冷却用ヒートポンプ５０と加温用ヒートポンプ６０とを設け、冷却用ヒートポンプ５０において蒸発器として機能する冷却用熱交換器５１と、加温用ヒートポンプ６０（特許文献１においては、加温用ヒートポンプ６０が、冷却用ヒートポンプ５０とは別の冷却用ヒートポンプとしても切換可能に構成されている）において凝縮器として機能する加温用熱交換器６１とを、所定の商品収納室６２において、送風される空気の流れ方向に対して並列に並べて配置したものが開示されている。

また、加温用のヒートポンプを備えた自動販売機の冷却加温装置として、特許文献２等に、図５に示すように、冷却用ヒートポンプ７０において蒸発器として機能する冷却用熱交換器７１と、加温用ヒートポンプ８０において凝縮器として機能する加温用熱交換器８１とを、所定の商品収納室８２において、送風される空気の流れ方向に対して直列に並べて配置したものが開示されている。

しかし、図４に示す並列配置構造の冷却加温装置では、これらの冷却用熱交換器５１と加温用熱交換器６１とを収納する商品収納室６２として、冷却用熱交換器５１と加温用熱交換器６１とを横並びに配置できるだけの幅寸法を有する自動販売機にしか適用できず、自動販売機の機種が限定されてしまう欠点がある。また、図４においては、商品収納室６２に１台の送風ファン５５しか設けられていない場合が示されているが、熱交換を良好に行わせようとすると、送風ファン５５を、冷却用熱交換器５１と加温用熱交換器６１とのそれぞれに対応して２台設けなければならない場合があり、この場合には送風ファン５５の増設に伴う設備費が増えてしまう欠点もある。

これに対して、図５に示す直列配置構造の冷却加温装置では、冷却用熱交換器７１および加温用熱交換器８１を収納する商品収納室８２として、冷却用熱交換器７１（または加温用熱交換器８１）の幅寸法を有するものであれば適用でき、殆どの自動販売機に対して採用することができる。また、送風ファン７５も１台で済み、設備費の増加も招かない利点もある。

ところで、商品収納室８２内で蒸発器として機能させる冷却用熱交換器７１においては冷媒の温度が氷点以下である場合が多いので、フィンの間の間隔（フィン間隔という）が狭い（例えば、２ｍｍ間隔）と、表面張力等によって結露水が落下せずにフィンに付着して留まった状態で残り、冷却運転に入ると、結露水が氷に成長して空気の流れを妨げる場合があり、この場合には、熱交換ができなくなる。したがって、冷却用熱交換器７１においては、発生した結露水がフィンに沿って落下して排水され易いように、フィン間隔を広め（例えば、４ｍｍ間隔）に設定している。これに対して、商品収納室８２内で凝縮器として機能させる加温用熱交換器８１においては、結露水が発生することはないので、熱効率を向上させるべく、フィン間隔を狭め（例えば、２ｍｍ間隔）に設定している。
特開２００７−１０２６８０公報（図１、図２） 特開２００６−１３８５１９公報（図２、図６）

しかしながら、図５に示す直列配置構造の冷却加温装置においては、商品収納室８２において、冷却用熱交換器７１と加温用熱交換器８１とを空気の流れ方向に対して直列となるように個別に並べて配設しただけの構造であるので、加温用熱交換器８１（または冷却用熱交換器７１）のフィンの間を通過した空気が、冷却用熱交換器７１（または加温用熱交換器８１）の各フィンの先端部に衝突して、流れが乱されて（通風抵抗が大きくて）流速が低下してしまい、熱交換効率が低下し、商品収納室８２内を均一に加温できなかったり、加温温度が変動したりする恐れがあった。

流速の低下を抑える方法としては、加温用熱交換器８１のフィンの間隔を冷却用熱交換器７１のフィンの間隔と同じになるように広げて（例えば、何れも４ｍｍ間隔として）、加温用熱交換器８１のフィンと冷却用熱交換器７１のフィンとを一体化することが考えられる。この場合には、下流側に配置した熱交換器のフィンの先端部に空気が衝突すること自体がなくなるので、流速の低下を抑えることが可能となる。しかしながら、加温用熱交換器８１のフィンの間隔を広げているので、その分だけ、熱交換効率が低下する。

本発明は上記課題を解決するもので、商品収納部において冷却用熱交換器と加温用熱交換器とを空気の流れ方向に対して直列となるように配設しながら、熱交換効率を良好に維持できる自動販売機の加温冷却装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、少なくとも一部の商品収納室に、フィン部を有する冷却用熱交換器とフィン部を有する加温用熱交換器とが配設されてなる自動販売機の冷却加温装置であって、広いピッチ間隔で配設されたフィン部を有する冷却用熱交換器と、狭いピッチ間隔で配設されたフィン部を有する加温用熱交換器とが、各フィン部が空気流れ方向に沿うとともに空気流れ方向に沿って直列となる向きに並べられ、かつ、前記冷却用熱交換器のフィン部と前記加温用熱交換器のフィン部の一部とが一体化された姿勢で配設され、冷却用熱交換器が設けられている領域においては、冷却用熱交換器のフィン部と加温用熱交換器のフィン部の一部とを一体化させてなる冷却・加温兼用フィンが配設され、加温用熱交換器が設けられている領域においては、前記冷却・加温兼用フィンの間に加温専用フィンが配設されていることを特徴とする。

上記構成により、冷却用熱交換器のフィン部と加温用熱交換器のフィン部の一部とが冷却・加温兼用フィンとして一体化されているので、冷却用フィンと加温用フィンとが別個に設けられている場合と比較して、冷却用熱交換器が設けられている領域と加温用熱交換器が設けられている領域との境界部における空気流の乱れをなくしたり、低くしたりすることができ、その結果、流速の低下が抑えられ、熱交換効率の低下を抑制できる。また、加温用熱交換器が設けられている領域においては、冷却・加温兼用フィンの間に加温専用フィンが配設されているので、熱交換効率が良好な状態に維持される。また、冷却用熱交換器のフィン部と加温用熱交換器のフィン部の一部とが冷却・加温兼用フィンとして一体化されているので、冷却用フィンと加温用フィンとが別個に設けられている場合と比較して、熱が伝達するフィンの面積が広がることとなり、これによっても、熱交換効率が向上する。

また、本発明の自動販売機の冷却加温装置は、空気の流れ方向に対して、加温用熱交換器の下流側に冷却用熱交換器が配設されていることを特徴とする。

また、本発明の自動販売機の冷却加温装置は、空気の流れ方向に対して、冷却用熱交換器の下流側に加温用熱交換器が配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却用熱交換器と加温用熱交換器とが、各フィン部が空気流れ方向に沿うとともに空気流れ方向に沿って直列となる向きに並び、かつ、前記冷却用熱交換器のフィン部と前記加温用熱交換器のフィン部の一部とが一体化された姿勢で配設されているので、冷却用熱交換器の配設領域と加温用熱交換器の配設領域との境界部での空気の流れが乱れる度合いが低くなり、その結果、流速の低下が抑えられて、熱交換効率が低下することを抑えることができる。また、加温用熱交換器が設けられている領域においては、冷却・加温兼用フィンの間に加温専用フィンが配設されているので、熱交換効率が良好な状態に維持される。また、冷却用熱交換器のフィンと加温用熱交換器のフィンの一部とが冷却・加温兼用フィンとして一体化されているので、冷却用フィンと加温用フィンとが別個に設けられている場合と比較して、熱が伝達するフィンの面積が広がることとなり、これによっても、熱交換効率が向上する。この結果、熱交換効率が向上し、ひいては消費電力を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る自動販売機の冷却加温装置を、図面に基づき説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。

この自動販売機では、図１に示すように、冷媒流路に沿ってそれぞれ蒸発器として機能する複数の冷却用熱交換器４（例えば冷却用熱交換器４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）が並列に接続された１組の冷却用のヒートポンプ（ヒートポンプサイクルや冷凍サイクルと呼ばれる場合もある）５が備えられており、各商品収納室３（３Ａ〜３Ｃ）に１台ずつ冷却用熱交換器４が配設され、冷却対象となる商品収納室３の冷却用熱交換器４に冷媒が供給されて冷却される。なお、図１における７は庫内送風ファン、８は膨張機構としてのキャピラリチューブ、９は圧縮機、１０は凝縮器として機能する庫外冷却用熱交換器、１１は庫外ファン、１３ａ〜１３ｉは冷媒流路（冷却用冷媒流路）、１４ａ〜１４ｃは電磁弁などからなる冷媒の開閉弁であり、庫内送風ファン７、キャピラリチューブ８は、庫内の各商品収納室３（３Ａ〜３Ｃ）にそれぞれ配設され、圧縮機９、庫外冷却用熱交換器１０、庫外ファン１１は、自動販売機における外部と空気の流通がある庫外に１つずつ配設される。また、図示しないが、各商品収納室３には各商品収納室３内の温度を検知する温度センサが内蔵されている。

また、この自動販売機では、加温用として、庫外で吸熱して庫内で発熱するいわゆる逆サイクル式（冷媒を一般とは逆方向に流す方式）の加温用のヒートポンプ（ヒートポンプサイクルや冷凍サイクルと呼ばれる場合もある）１５も設けられている。そして、図１に示すように、圧縮機１６、蒸発器１７、膨張機構としてのキャピラリチューブ１８、庫外ファン１１（図１に示す場合においては、冷却用のヒートポンプ５の庫外ファン１１を、加温用のヒートポンプ１５の庫外ファン１１としても兼用している）をそれぞれ庫外に配設するとともに、１つの商品収納室３（３Ａ）に加温用のヒートポンプ１５の凝縮器として機能する加温用熱交換器１９を配設し、加温用熱交換器１９で発散した熱により商品収納室３（３Ａ）を加温するよう構成している。ここで、図１における２６ａ〜２６ｃは冷媒流路（加温用冷媒流路）である。

この実施の形態に係る自動販売機では、庫内の各商品収納室３Ａ〜３Ｃを冷却可能に構成している一方、加温は２つの商品収納室３Ａ、３Ｂのみ可能となっており、商品収納量の大きな第１の商品収納室３Ａ（例えば、左側の商品収納室）を、加温用のヒートポンプ１５の加温用熱交換器１９により加温可能に構成されている。つまり、加温用のヒートポンプ１５は出力エネルギーに対する消費電力（入力エネルギー）が小さいため、前記加温用のヒートポンプ１５を稼動させて、商品収納室３（３Ａ）を加温することで、シーズヒータ６のみで加熱する場合と比較して、消費電力を抑えるよう図られている。なお、商品収納量の小さな第２の商品収納室３Ｂ（例えば、中央の商品収納室）には、加温用のシーズヒータ６が設けられ、このシーズヒータ６により加温可能に構成しているが、この商品収納室３Ｂにも加温用熱交換器１９を配設して加温可能に構成してもよい。

ここで、特に、本発明の自動販売機では、図２（ａ）に示すように、商品収納室３Ａに設けられている冷却用ヒートポンプ５の冷却用熱交換器４Ａのフィン部と、加温用ヒートポンプ１５の加温用熱交換器１９のフィン部の一部とが一体化されて配設されている。つまり、これらのフィン部が一体化されているものの、冷却用熱交換器４のフィン部のピッチ間隔が、加温用熱交換器１９のフィン部のピッチ間隔の数倍（２以上の自然数）となるように広めに設定されて、冷却用熱交換器４のフィン部では発生した結露水がフィン部に沿って落下して排水され易いよう図られており、この実施の形態では、冷却用熱交換器４のフィン部のピッチ間隔は４ｍｍ、加温用熱交換器１９のフィン部のピッチ間隔は２ｍｍとされている。そして、このように広いピッチ間隔で配設されたフィン部を有する冷却用熱交換器４と、狭いピッチ間隔で配設されたフィン部を有する加温用熱交換器１９とが、各フィン部が空気流れ方向に沿うとともに空気流れ方向に沿って直列となる向きに並び、かつ、冷却用熱交換器４Ａのフィン部と加温用熱交換器１９のフィン部の一部とが一体化された姿勢で配設されている。したがって、冷却用熱交換器４Ａが設けられている領域においては、冷却用熱交換器４Ａのフィン部と加温用熱交換器１９のフィン部の一部とを一体化させてなる冷却・加温兼用フィン２７が配設され、加温用熱交換器１９が設けられている領域においては、前記冷却・加温兼用フィン２７の間に、加温専用フィン２８が配設されて、前記冷却・加温兼用フィン２７と、加温専用フィン２８とが、フィンの積層方向に対して交互となった状態で配設されている。

なお、この実施の形態では、図２（ａ）において、庫内送風ファン７により矢印方向に空気が送られるようになっており、空気の流れ方向に対して、加温用熱交換器１９の下流側に冷却用熱交換器４Ａが配設されている。また、加温用熱交換器１９が設けられている領域において、冷却・加温兼用フィン２７と加温専用フィン２８とが、１枚ずつ交互となる状態で配設されている。なお、上記の場合は、各冷却・加温兼用フィン２７の間に、加温専用フィン２８が１枚配設される場合を述べたが、これに限るものではなく、上記したように、冷却・加温兼用フィン２７の間に、加温専用フィン２８が２枚またはそれよりも多くの枚数、挟まれる姿勢で配置してもよく、冷却・加温兼用フィン２７のピッチ間隔が、加温専用フィン２８のピッチ間隔の倍数分だけ広い設定とされている。

上記構成において、例えば、全ての商品収納室３Ａ〜３Ｃを冷却する場合には、全ての開閉弁１４ａ〜１４ｃを開けた状態で、冷却用のヒートポンプ５だけが駆動される。これにより、各商品収納室３Ａ〜３Ｃの冷却用熱交換器４Ａ〜４Ｃが作動して、各商品収納室３Ａ〜３Ｃ内が冷却される。なお、この際、加温用のヒートポンプ１５は停止している。

一方、商品収納室３Ａ（または商品収納室３Ａ、３Ｂ）を加温し、商品収納室３Ｂ、３Ｃ（または商品収納室３Ｃ）を冷却する場合には、開閉弁１４ａ（または開閉弁１４ａ、１４ｂ）は閉じ、開閉弁１４ｂ、１４ｃ（または開閉弁１４ｃ）を開けた状態で、冷却用のヒートポンプ５が駆動される。これにより、商品収納室３Ｂ、３Ｃ（または商品収納室３Ｃ）の冷却用熱交換器４Ｂ、４Ｃ（または冷却用熱交換器４Ｃ）が作動して、商品収納室３Ｂ、３Ｃ（または商品収納室３Ｃ）内が冷却される。また、これと並行して、加温用のヒートポンプ１５が駆動され、加温用熱交換器１９により、商品収納室３Ａ内が加温される（または、さらに、第２の商品収納室３Ｂのシーズヒータ６により加温される）。

このように、商品収納室３Ａでは、加温させる際は、加温用のヒートポンプ１５が駆動されて加温用熱交換器１９により加温され、冷却させる際には、冷却用のヒートポンプ５が駆動されて冷却用熱交換器４Ａにより冷却される。なお、商品収納室３Ａでは、加温用熱交換器１９または冷却用熱交換器４Ａが駆動されるタイミングに同期させて庫内送風ファン７が駆動される。

上記構成により、冷却用熱交換器４Ａのフィン部と加温用熱交換器１９のフィン部の一部とが一体化されて冷却・加温兼用フィン２７が配設されているので、冷却用フィンと加温用フィンとが別個に設けられている場合と比較して、冷却用熱交換器４Ａのフィン部に空気が流れ込む際に、冷却・加温兼用フィン２７および加温専用フィン２８の先端部に衝突して若干流れが若干乱される点は同じだが、この後、冷却用熱交換器４Ａが設けられている箇所に空気が流れ込む際には、一体化された冷却・加温兼用フィン２７に沿って流れるだけであり、冷却用フィンの先端部に衝突しない分だけ、通風抵抗の減少を抑えることができる。したがって、流速の低下ならびに、熱交換効率の低下も最小限に抑えることができる。

また、加温用熱交換器１９が設けられている領域においては、冷却・加温兼用フィン２７と加温専用フィン２８とが、フィンの積層方向に対して交互に配設されているので、冷却・加温兼用フィン２７しか設けられていない場合と比較して、熱交換効率が良好な状態に維持される。また、冷却用熱交換器４Ａのフィンと加温用熱交換器１９のフィンの一部とが冷却・加温兼用フィン２７として一体化されているので、冷却用フィンと加温用フィンとが別個に設けられている場合と比較して、熱が伝達するフィンの面積が広がることとなり、これによっても、熱交換効率が向上し、ひいては消費電力を抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、商品収納室３Ｂについてはシーズヒータ６を設けた場合を述べたが、このシーズヒータ６に代えて、加温用熱交換器１９を配設するとともに、同様に加温用熱交換器１９のフィン部と冷却用熱交換器４Ｂのフィン部とを一体化した構造を採用してもよい。

また、図３に示すように、商品収納室３Ｂに、凝縮器として用いる加温用熱交換器３１を設けるとともに、この加温用熱交換器３１に加温用の冷媒を送るべく、第２の商品収納室３Ｂの加温用熱交換器３１を加温用の凝縮器として用いる際の加温用の冷媒流路３２ａ、３２ｂと、流路の流れ方向を切り換える流路切換手段としての電磁弁などからなる開閉弁３３ａ、３３ｂとを設けてもよい。そして、このヒートポンプ３０において、これらの冷媒流路１３ａ〜１３ｉ、３２ａ、３２ｂを、開閉弁３３ａ、３３ｂ等を用いて切り換えることで、ヒートポンプ３０を冷却専用として用いる場合と、冷却および加温用として用いる場合とに切換可能に構成する（いわゆる排熱型のヒートポンプとして用いる）。なお、第２の商品収納室３Ｂに、加温手段として補助的に使用するシーズヒータなどからなる補助ヒータ３４を設けてもよく、この補助ヒータ３４は、加熱容量の小さいもので差し支えない。また、この実施の形態においても、商品収納室３Ａにおける、冷却用熱交換器４Ａのフィン部と加温用熱交換器１９のフィン部の一部とを一体化させてもよい。

この構成によっても、商品収納室３Ｂに配設されている加温用熱交換器３１と、冷却用熱交換器４Ｂとを、上記実施の形態と同様に、図２（ａ）に示すようなフィンを一体化した構造とすることで、加温用熱交換器３１および冷却用熱交換器４Ｂの通風抵抗を減少させることができて、流速の低下ならびに、熱交換効率の低下も最小限に抑えることができる。また、加温用熱交換器３１が設けられている領域においては、冷却・加温兼用フィン２７と加温専用フィン２８とが、フィンの積層方向に対して交互に配設されているので、冷却・加温兼用フィン２７しか設けられていない場合と比較して、熱交換効率が良好な状態に維持されるとともに、冷却用熱交換器４Ｂのフィンと加温用熱交換器３１のフィンの一部とが冷却・加温兼用フィン２７として一体化されているので、冷却用フィンと加温用フィンとが別個に設けられている場合と比較して、熱が伝達するフィンの面積が広がり、これによっても、熱交換効率が向上し、ひいては消費電力を抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、何れの場合も、図２（ａ）に示すように、空気の流れ方向に対して、加温用熱交換器１９（３１）の下流側に冷却用熱交換器４Ａ（４Ｂ）が配設されており、この場合には、加温用熱交換器１９（３１）に空気が比較的高速であたり、加温用熱交換器１９（３１）の熱交換効率が高めになる利点がある。しかし、これに限るものではなく、図２（ｂ）に示すように、空気の流れ方向に対して、冷却用熱交換器４Ａ（４Ｂ）の下流側に加温用熱交換器１９（３１）を配設してもよい。この場合には、冷却用熱交換器４Ａのピッチ間隔が広いフィン部が設けられている箇所で、ある程度、空気の流れが整えられた状態で、ピッチ間隔が狭い加温用熱交換器１９（３１）の加温専用フィン２８の先端部に当接することとなるが、この際の横方向には一体化した冷却・加温兼用フィン２７が配設されているので、この際の空気が横方向に逃げることが規制され、これにより、加温用熱交換器１９（３１）と冷却用熱交換器４Ａ（４Ｂ）とのフィン部が別体である場合と比較して、通風抵抗の減少をより抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る自動販売機の冷却加温装置の冷媒回路図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ同自動販売機の冷却加温装置におけるフィン部が一体化された加温用熱交換器および冷却用熱交換器と、庫内送風ファンとの簡略的な平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る自動販売機の冷却加温装置の冷媒回路図である。 従来の自動販売機の冷却加温装置の冷媒回路図である。 他の従来の自動販売機の冷却加温装置の冷媒回路図である。

符号の説明

３、（３Ａ〜３Ｃ） 商品収納室
４、（４Ａ〜４Ｃ） 冷却用熱交換器（蒸発器）
５ 冷却用ヒートポンプ
６ シーズヒータ
７ 庫内送風ファン
８ キャピラリチューブ（膨張機構）
９ 圧縮機
１０ 庫外冷却用熱交換器（凝縮器）
１５ 加温用ヒートポンプ
１６ 圧縮機
１７ 蒸発器
１８ キャピラリチューブ（膨張機構）
１９、３１ 加温用熱交換器（凝縮器）
２７ 冷却・加温兼用フィン
２８ 加温専用フィン

Claims (3)

1. 少なくとも一部の商品収納室に、フィン部を有する冷却用熱交換器とフィン部を有する加温用熱交換器とが配設されてなる自動販売機の冷却加温装置であって、
   広いピッチ間隔で配設されたフィン部を有する冷却用熱交換器と、狭いピッチ間隔で配設されたフィン部を有する加温用熱交換器とが、各フィン部が空気流れ方向に沿うとともに空気流れ方向に沿って直列となる向きに並べられ、かつ、前記冷却用熱交換器のフィン部と前記加温用熱交換器のフィン部の一部とが一体化された姿勢で配設され、
   冷却用熱交換器が設けられている領域においては、冷却用熱交換器のフィン部と加温用熱交換器のフィン部の一部とを一体化させてなる冷却・加温兼用フィンが配設され、
   加温用熱交換器が設けられている領域においては、前記冷却・加温兼用フィンの間に加温専用フィンが配設されていることを特徴とする自動販売機の冷却加温装置。
2. 空気の流れ方向に対して、加温用熱交換器の下流側に冷却用熱交換器が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の自動販売機の冷却加温装置。
3. 空気の流れ方向に対して、冷却用熱交換器の下流側に加温用熱交換器が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の自動販売機の冷却加温装置。

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