JP5810737B2 - 庫内風洞構造 - Google Patents

Description

本発明は、庫内熱交換器に設けた庫内風洞に関し、より詳細には、冷凍サイクルやヒートポンプサイクル等を構成する熱交換器の庫内風洞構造に関するものである。

従来、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を販売する自動販売機では、自動販売機本体である本体キャビネットの内部に断熱構造を有する商品収容庫が併設されており、各々の内部（室内）に冷凍サイクルや等の構成機器である熱交換器、庫内送風ファン及び庫内風洞を備えている。

この熱交換器は、商品を冷却または加熱する冷却ユニットを構成部品であり、商品収容庫の背面ダクトの前面に設けられている。この熱交換器は、圧縮機や庫外熱交換器とともに冷凍サイクルやヒートポンプサイクルを構成し、冷媒により商品の冷却や加熱を行うもので、背面ダクトを通じて供給された内部空気（内部雰囲気）を冷却、加熱するためのものである。庫内送風ファンは、商品収容庫内部空気を送風させるための送風源となるものである。庫内送風ファンは、内部空気を背面ダクトを通過させた後に庫内熱交換器を通過させる態様で送風するもので、一方庫内風洞は、庫内送風ファンにより送風される内部空気を、商品収容庫に収容された商品に向けて案内するものである。

そのような庫内熱交換器と庫内風洞の組み合わせは、製造での組立での部材間の隙間に起因する循環空気の減少による熱交換率の減少を防ぐため、すなわち気密性向上のため、取り付け角度の調整による取り付けのバラツキを回避する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）
あるいは製造での組立性、交換性の向上から、背面ダクトへは係合部に庫内風洞の係合片を係合させ、庫内熱交換器の外枠には庫内風洞の折り曲げ座で面合わせし、最後に商品収容庫の床面に庫内風洞の手前端面を一箇所のみで固着して、固定する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）

特開２０１０−１６０５７３号公報 特許第３７８３５０５号公報

従来の商品を冷却または加熱する自動販売機の冷却ユニットにおける熱交換器と庫内風洞の取付構造は、熱交換器の正面及び上側から鋼板製の庫内風洞で覆うように取り付けられる構造となっていても、従来のフィンアンドチューブ熱交換器では熱交換器の左右に一体的に設けられた鋼板製の端板と鋼板製の庫内風洞を当接させる構造となっており、異種金属同士の接触は発生しなかった。また従来のフィンアンドチューブ熱交換器の冷媒流路を形成する配管は銅製チューブ管で構成されており、仮に鋼板製の庫内風洞と異種金属であるフィンアンドチューブ熱交換器の銅製チューブ管が接触したとしても、イオン化傾向の電気化学的ポテンシャルは銅製チューブ管のほうが鋼板よりもプラス側にあるため、冷媒流路を形成する銅製チューブ管が電解腐食することはない。

しかし、アルミ製熱交換器の冷媒流路を形成するアルミ製のチューブは鋼板に対して、イオン化傾向の電気化学的ポテンシャルはマイナス側のため、鋼板製の庫内風洞と接すると電解腐食を起こして、アルミ製のチューブが溶解して冷媒配管に穴があき、冷媒が漏洩してしまう、という点で問題がある。また、従来、庫内風洞は熱交換器の左右に一体的に設けられた端板に当接させて固定していたために、フィンのみに風が通り熱交換の風周りは問題がなかったが、アルミ製熱交換器は端板を設けていない上、庫内風洞は気密性確保のために、熱交換器全体を覆う構造を形成する必要があるため、フィン以外のチューブに風が回り、熱交換効率の低下を招く恐れがある。

本発明の課題は、アルミ製熱交換器のチューブと、これに近接する鋼板製の庫内風洞の間で発生する電解腐食によるチューブ溶解穴あきという課題に対して、チューブの電解腐食を防止する方法を支援する構造を提供すると共に、フィン部のみに風を通し、熱交換効率を向上させ、従来の気密性と組立性を併せ持った庫内風洞構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る庫内風洞構造は、左右方向に延在するとともに左右で折り返して蛇行した冷媒流路を形成するマイクロチャンネル方式チューブ，フィン，左右一方の側に位置する態様で前記チューブのそれぞれの端部に接続されるとともに蛇行するチューブよりも外方に突出して配設された出入口ヘッダからなる冷却ユニットのアルミ製熱交換器を覆う鋼板製の庫内風洞であって、前記庫内風洞は、蛇行した冷媒流路を形成するチューブとフィンとを覆う一方、前記アルミ製熱交換器の出入口ヘッダが位置する左右一方の側の風胴側板に前記出入口ヘッダに接続されたチューブの逃がし用の切り欠き部を設けて当該風胴側板の外側に前記出入口ヘッダを位置させる態様で配設され、前記庫内風洞における左右両側の風胴側板の内面にそれぞれシート材を設け、前記庫内風洞における左右一方の側の風胴側板の外面にクッション材を設け、前記庫内風洞における左右一方の側の風胴側板の内面および外面に設けられたシート材およびクッション材はそれぞれ前記逃がし用の切り欠きに対峙する部位に切り欠きおよびスリットを有することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る庫内風洞構造は、従来のフィンアンドチューブ熱交換器に一体的に設けられた端板のように、熱交換器のフィン部のみに風を流す機能を庫内風洞に持たせることが必要で、フィンの両端外部まで延在しているチューブへの風を封止する為に、庫内風洞における左右の風洞側板は、それぞれ前記庫内風洞の中央部側に向けて折り曲げた曲げ部を有し、前記アルミ製熱交換器における左右のチューブからの風の流れを遮蔽し、庫内内部の風を熱交換器フィン部のみに流れるように、風の流れ方を最適化し、熱交換率を向上させる。

従来、フィンアンドチューブ熱交換器の左右側面には、庫内風洞などを当接固定するための板金製の端板を有しており、庫内風洞の左右風洞側板と当接する構造であったため、熱交換器の庫内風洞はチューブ配管が庫内風洞に直接、接触することはなかった。またフィンアンドチューブ熱交換器のチューブは銅製であり、イオン化傾向の電位差は鉄に対して電位差が高く、鋼板と接触して銅配管の電解腐食による穴あきは発生しない。

しかし、アルミ製熱交換器に於いては鋼板製の端板がなく、そのままでは庫内風洞のファンの通風がアルミ製熱交換器側面からもれてしまうため、アルミ製熱交換器用の庫内風洞に於いてはファンの通風を漏らさないようにするため熱交換器全体を覆うような構造となった。このため庫内風洞をアルミ製熱交換器にセットすると、アルミ製のチューブが鋼板製の庫内風洞の内側側面に近接する配置となるため、庫内風洞の内側側面とアルミ製チューブが接触した場合アルミは鋼板とのイオン化傾向の電位差マイナス値が大きく、アルミ製のチューブに電解腐食が発生、進行することとなり配管穴あきが発生し、冷媒流路を形成しているチューブから冷媒漏れが発生する。これを防止するため本発明の請求項１に係る庫内風洞構造は、左右方向に延在するとともに左右で折り返して蛇行した冷媒流路を形成するマイクロチャンネル方式チューブ，フィン，左右一方の側に位置する態様で前記チューブのそれぞれの端部に接続されるとともに蛇行するチューブよりも外方に突出して配設された出入口ヘッダからなる冷却ユニットのアルミ製熱交換器を覆う鋼板製の庫内風洞であって、前記庫内風洞は、蛇行した冷媒流路を形成するチューブとフィンとを覆う一方、前記アルミ製熱交換器の出入口ヘッダが位置する左右一方の側の風胴側板に前記出入口ヘッダに接続されたチューブの逃がし用の切り欠き部を設けて当該風胴側板の外側に前記出入口ヘッダを位置させる態様で配設され、前記庫内風洞における左右両側の風胴側板の内面にそれぞれシート材を設け、前記庫内風洞における左右一方の側の風胴側板の外面にクッション材を設け、前記庫内風洞における左右一方の側の風胴側板の内面および外面に設けられたシート材およびクッション材はそれぞれ前記逃がし用の切り欠きに対峙する部位に切り欠きおよびスリットを有することによって、庫内風洞内側の鋼板とアルミ製のチューブが直接接触することを防止し、アルミ製チューブの電解腐食の発生を防止することができるので、チューブの電解腐食穴あきを防止することができるという効果を奏する。また、前記チューブが前記庫内風洞を横切る部分に切り欠き部を設け、チューブと庫内風洞の隙間に外面はスリット付のクッション材を内面にはスリット付のシート材を対向させて貼り付け、クッション材の糊面がチューブと接触しないようにしたことで、庫内風洞組み付け時の熱交換器チューブの傷つきの防止による、組立性の改善と、気密性の確保という効果を奏する。また、シート材を庫内風洞の内部に貼り付けているためにクッション材の糊面がチューブに接することがないために、糊の成分による電解腐食を防止できるという効果を奏する。

また、本発明の請求項２に係る庫内風洞における左右の風洞側板は、それぞれ前記庫内風洞の中央部側に向けて折り曲げた曲げ部を有し、前記アルミ製熱交換器における左右のチューブからの風の流れを遮蔽したことにより、熱交換器の左右両端のフィンがなくチューブのみの部分への風を封止し、フィン部のみに風を迂回するようにしたことで、アルミフィンとの熱交換効率が向上し、消費電力量の低減が図れるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である熱交換器が適用された自動販売機の斜視図である。 図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を正面から見た断面図である。 図３は、図２に示した自動販売機の内部構造を示す断面側面図である。 図４は、図２に示した自動販売機の左庫内の庫内熱交換器と庫内風洞の組付け構造図である。 図５は、図４に示した庫内熱交換器と庫内風洞の組付け過程図である。 図６は、図５に示した庫内熱交換器と庫内風洞の平面図である。 図７は、庫内風洞とシート材、クッション材の分解図である。 図８は、従来の庫内風洞の外観図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器と庫内風洞の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、発明の実施の形態である熱交換器と庫内風洞が適用された自動販売機の斜視図である。

図２は、本発明の実施の形態である熱交換器と庫内風洞が適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。ここで例示する自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。

本体キャビネット１は、前面が開口した直方体の形態をなすものである。この本体キャビネット１には、その内部に例えば２つの断熱仕切板２によって仕切られた３つの独立した商品収容庫３が左右に並んだ態様で設けてある。この商品収容庫３は、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を所望の温度に維持した状態で収容するためのもので、断熱構造を有している。

図３は、図２に示した自動販売機の内部構造を示す断面側面図である。かかる図３に示すように、本体キャビネット１の前面には、外扉４及び内扉５が設けてある。外扉４は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものであり、内扉５は、商品収容庫３の前面を開閉するためのものである。この内扉５は、上下に分割してあり、上側の内扉５ａは商品を補充する際に開閉するものである。上記商品収容庫３には、商品収納ラック６、搬出機構７及び搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６は、商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６の下部に設けてあり、この商品収納ラック６に収納された商品群の最下位にある商品を１つずつ搬出するためのものである。搬出シュータ８は、搬出機構７から搬出された商品を外扉４に設けられた商品取出口４ａに導くためのものである。

そして搬出シュータ８の下方域には本実施の形態である庫内風洞１０及び庫内熱交換器１１が配設してある。

この庫内風洞１０には庫内送風ファンＦ１が内部に配設されている。庫内熱交換器１１は、背面ダクトＤの前面側に配設してある。この庫内熱交換器１１は、機械室９に配設された圧縮機１２、庫外熱交換器１３、膨張機構１５及び冷媒配管１４を通じて順次接続されて冷媒回路（冷凍サイクル）１７を形成している。これら冷媒回路１７で冷媒を循環させることにより、圧縮機１２で圧縮された冷媒が庫外熱交換器１３で凝縮され、その後に膨張機構１５で断熱膨張されて庫内熱交換器１１を通過する。冷媒が庫内熱交換器１１を通過する際に、庫内熱交換器１１が配設された商品収容庫３の内部空気（室内空気）との間で熱交換が行われて、自身が蒸発して内部空気を冷却する。蒸発した冷媒は圧縮機１２に吸引される。凝縮ファン１２は、周囲空気を取り込み庫外熱交換器１３の熱交換促進を行うものである。

冷却された内部空気は庫内送風ファンＦ１の駆動により商品収容庫３の内部を移動し、これにより該商品収容庫３の商品収納ラック６に収納された商品は所望の温度（例えば５℃）に冷却されることになる。

また、冷媒回路１７をヒートポンプ方式の運転にすることにより、庫内熱交換器１１を通過する冷媒の凝縮により熱交換され、加熱された空気は、庫内送風ファンＦ１の駆動により商品収容庫３の内部を移動し、これにより該商品収容庫３の商品収納ラック６に収納された商品は所望の温度（例えば５５℃）に加熱されることになる。

図４は、左庫内での庫内風洞１０と庫内熱交換器１１の外観図である。

図５、図６、図７はそれぞれ図３に示した庫内熱交換器と庫内風洞の組付け状態を示すものであり、図５は組付け過程図、図６は庫内熱交換器１１の風周りとＬ字形クランク曲げの庫内風洞の左右風洞側板の配置を示す平面図であり、図７は本発明に係る庫内風洞とシート材、クッション材の分解図である。

図５は、庫内熱交換器１１の各々アルミ製のフィン１１１、チューブ１１２を覆うように庫内風洞１０を組み込み、同じくアルミ製のヘッダ１１３は、庫内風洞の外に配置する状態を示している。

図６では、アルミ製熱交換器１１のチューブ１１２と鋼板製の庫内風洞１０の左右の風洞側板１０１が接触して電解腐食をしないように、庫内風洞１０の左右風洞側板１０１の内面と庫内熱交換器１１のチューブ１１２との隙間にシート材１８を配置したことを示している。また、同様に庫内風洞の風洞側板１０１が庫内熱交換器１１のヘッダ１１３の出入口管と接触しないようにクッション材１９を間に挟み込んで配置している。これらシート材１８、クッション材１９は、庫内熱交換器１１と庫内風洞１０の傷つき防止と組み付け性にも効果がある。また、左右の風洞側板のＬ字曲げ部（クランク曲げ部）１０２により庫内ファンＦ１で作られる庫内の循環風２０が、フィン部１１１のみに流れ、チューブ１１２への風２０１を遮蔽し、熱交換率を向上させていることを示している。

図７では、シート材１８を庫内風洞１０の風洞側板１０１の内面に、クッション材１９は外面に配置し、上下ヘッダ１１３が通る部分の切り欠き部１０３でシート材１８とクッション材１９を糊で固着することにより、クッション材１９の糊面がチューブ１１２に接触して腐食させないような配置としている。ヘッダ１１３は、シート材切り欠き１８１、クッション材切り欠き１９１を貫通する。また経年劣化による糊面の接着力低下を補うために、シート材１８とクッション材１９はブッシュ１９２で風洞側板１０１に互いを固定する。ヘッダ１１３のない側は、シート材１８のみを風洞側板１０１内面に貼りつける。

図８は、従来の庫内風洞１０と庫内熱交換器１１である。

以上のように、本発明に係るアルミ製庫内熱交換器に対する庫内風洞の構造は、電解腐食、傷つき防止、組立性、風周り改善による熱交換効率の向上などの効果があり、自動販売機等において商品を冷却・加熱する庫内風洞構造として有用である。

1 本体キャビネット
１０ 庫内風洞
１０１ 風洞側板
１０２ Ｌ字曲げ部（クランク曲げ部）
１０３ 切り欠き部
１１ 庫内熱交換器
１１１ フィン
１１２ チューブ
１１３ ヘッダ
１８ シート材
１９ クッション材
２０ 循環風

Claims (2)

1. 左右方向に延在するとともに左右で折り返して蛇行した冷媒流路を形成するマイクロチャンネル方式チューブ，フィン，左右一方の側に位置する態様で前記チューブのそれぞれの端部に接続されるとともに蛇行するチューブよりも外方に突出して配設された出入口ヘッダからなる冷却ユニットのアルミ製熱交換器を覆う鋼板製の庫内風洞であって、前記庫内風洞は、蛇行した冷媒流路を形成するチューブとフィンとを覆う一方、前記アルミ製熱交換器の出入口ヘッダが位置する左右一方の側の風胴側板に前記出入口ヘッダに接続されたチューブの逃がし用の切り欠き部を設けて当該風胴側板の外側に前記出入口ヘッダを位置させる態様で配設され、前記庫内風洞における左右両側の風胴側板の内面にそれぞれシート材を設け、前記庫内風洞における左右一方の側の風胴側板の外面にクッション材を設け、前記庫内風洞における左右一方の側の風胴側板の内面および外面に設けられたシート材およびクッション材はそれぞれ前記逃がし用の切り欠きに対峙する部位に切り欠きおよびスリットを有することを特徴とする庫内風洞構造。
2. 庫内風洞における左右の風洞側板は、それぞれ前記庫内風洞の中央部側に向けて折り曲げた曲げ部を有し、前記アルミ製熱交換器における左右のチューブからの風の流れを遮蔽したことを特徴とする請求項１記載の庫内風洞構造。

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