JPH05312432A

JPH05312432A - 自動販売機等の冷却加熱装置

Info

Publication number: JPH05312432A
Application number: JP14349592A
Authority: JP
Inventors: Masami Ogata; 正実緒方; Tadahiro Chino; 忠宏知野; Yukitoshi Urata; 幸敏浦田; Masayuki Kawabata; 政行川端; Tamotsu Ishikawa; 保石川
Original assignee: NISHIYODO KUUCHIYOUKI KK; NISHODO KUCHOKI KK
Current assignee: NISHIYODO KUUCHIYOUKI KK; NISHODO KUCHOKI KK
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＣＯＰの高いヒートポンプによって水の高温
への加熱を行うと共に、状況に応じて加熱と冷却を同時
に行うことを可能として自動販売機等に用いるにあたり
総合のＣＯＰをより一層高め、電力の有効利用をはか
り、エネルギー効率を向上せしめる。【構成】冷凍サイクルの圧縮機１に空冷式，水冷式両
プリクーラ７，８を併設し、かつ冷却時、凝縮器とな
り、加熱時、蒸発器となる空気熱交換器１２を具備せし
めてブライン循環系路の使用，不使用と、空気熱交換器
１２の凝縮器としての使用，蒸発器としての使用及び全
くの不使用とを組み合わせ運転制御せしめて冷却加熱同
時運転方式と、冷却単独運転方式と、加熱単独運転方式
とを選択的に作動可能となしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷却加熱装置、特にホッ
トコーヒー，アイスコーヒーや冷たいジュースなどを販
売するカップ式の自動販売機等に用いる冷却加熱装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ホットコーヒー，アイスコーヒーなどを
販売する自動販売機においては一般に熱湯は９０℃以上
に保持され、冷水槽は０℃に氷結冷却されていて、必要
に応じ製氷機で製氷が行われる。そして、熱湯は飲料水
としてホットコーヒーなどに使用される一方、氷結冷水
槽では各種シロップなどの冷却保存と、冷水槽の中に通
した熱交換器による飲料冷水が作られ、また製氷はアイ
スコーヒーやコーラなど冷たい飲料水に混合して入れる
氷を得るために行われる。

【０００３】ところで上述の如き自動販売機の加熱冷却
装置において、従来は電気ヒータが加熱専用に、またコ
ンデンシングユニットは冷凍サイクル蒸発部での冷却製
氷専用に夫々単独で使用され、熱湯は上記電気ヒータに
よる加熱によって得る一方、冷却と製氷は空気熱交換器
を凝縮器とし、その凝縮器に送風機、例えばプロペラ型
送風機によって流される空気を流し、圧縮機から吐出さ
れた高温冷媒ガスを処理するコンデンシングユニットに
より冷媒を凝縮液化し、その冷媒を断熱膨張することに
よって冷熱源とし、冷却であれば液化冷媒を水槽中に配
置された蛇管の内部で蒸発させてその蛇管のまわりに適
正な氷が付着するまで冷却し、更に製氷であれば製氷機
内部の蒸発部で冷媒を蒸発させて付着している水を氷に
し、その氷をかき落とすことによって行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の如く
それぞれ単独で専用使用する場合には夏季は冷たい飲物
に需要が集中し、冬季はホットなものに需要が集中する
ため、夏季は製氷が間に合わず、一方、冬季は熱湯生成
が間に合わないなど、何れかに負荷が集中する。そのた
め、製氷や熱湯貯槽の容量を大きくしなければならなか
ったし、又、コンデンシングユニットに着目すると、冷
媒の凝縮液化は空気冷却によるが、このときに空気中に
冷媒の温熱が廃棄されているため、エネルギー効率が低
下し、一方、電気ヒータの消費電力と発生熱量に着目す
ると、消費電力（投入電力）と同じジュール熱が発生し
ており、成績係数（ＣＯＰ）は１となっていて、通常知
られているヒートポンプの成績係数２前後に比して小さ
く効率が劣る。といって、通常のヒートポンプを使用す
るにしてもＣＯＰは大きいが９０℃以上の高熱を得るこ
とは困難である。ＣＯＰが高く、高温度の熱湯が得られ
るヒートポンプであれば同一の消費電力のヒートポンプ
としてみると加熱能力が大きいので一定時間に集中する
給湯負荷に対処するための熱湯貯槽の容量を小さくで
き、ひいては貯湯槽からの放熱量も小さくすることがで
きるが、現在のヒートポンプではこのようなものは見当
たらない。

【０００５】もとより通常のヒートポンプでも冷却だけ
は当然可能であるし、冷却と４０〜６０℃程度の温水を
得るだけであれば通常の技術で充分、達成することがで
きる。しかし、これらは沸騰寸前に至るような熱湯を得
ることは困難である。一方、これまで改善されたヒート
ポンプで沸騰寸前の熱湯を得るものもある。しかし、こ
れも装置が複雑となり、経済性に合わず、自動販売機等
の冷却加熱装置としては不向きである。

【０００６】本発明は以上のような実状に鑑み、ＣＯＰ
の高いヒートポンプによって水の高温への加熱を行うと
共に、状況に応じて加熱と冷却を同時に行うことを可能
として自動販売機等に用いるにあたり総合のＣＯＰをよ
り一層高め、電力の有効利用をはかり、エネルギー効率
を向上せしめることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の特徴は基本的には圧縮機，凝縮器，膨張弁及
び蒸発器を含む冷凍サイクルの前記凝縮器に被加熱流体
貫流経路を併設して該凝縮器を熱湯取り出し用となした
ヒートポンプにおいて、前記圧縮機にプリクーラを併設
し、該圧縮機から吐出されたガスをプリクーラで冷却
し、圧縮機に戻して圧縮機に内蔵された機器を冷却した
後、凝縮器へ供給する如くなすと共に、該プリクーラに
前記凝縮器に併設されたヒートポンプ加熱流体貫流経路
を更に冷媒と被加熱流体が対向流となる如く併設してな
る構成にある。

【０００８】また本発明は上記構成の延長として上記構
成におけるプリクーラとして空冷式及び水加熱用の両プ
リクーラを配設し、また更には冷凍サイクルの蒸発器に
ブライン循環系路を併設し、かつ冷却時、凝縮器とな
り、加熱時、蒸発器となる空気熱交換器を具備せしめて
ブライン循環系路の使用，不使用と、空気熱交換器の凝
縮器としての使用，蒸発器としての使用及び全くの不使
用とを組み合わせ運転制御を可能ならしめ、空気熱交換
器を用いずブライン循環系路を含め冷凍サイクルを作動
せしめる冷却加熱同時運転方式と、冷凍サイクルの凝縮
器に代えて空気熱交換器を凝縮器として用い、ブライン
循環系路を含む冷凍サイクルと共に作動せしめる冷却単
独運転方式と、ブライン循環系路を使用せず空気熱交換
器を冷凍サイクルの蒸発器の代わりに蒸発器として用い
て作動せしめる加熱単独運転方式とを選択的に運転制御
し得る如くなしたことを特徴とする。なお、選択的に運
転制御するとは温度信号を設置し加熱単独運転か冷却単
独運転の何れか片方の運転と、加熱冷却同時運転と、運
転停止の夫々に対応する各温度信号に基づいて自動的に
切り換え運転を行うことである。例えば冷却と加熱の同
時運転モードにあるとき氷が不足し、温度が所定の温度
以上になれば冷却単独運転に自動的に切り替わり、逆に
熱湯不足で温度が所定温度以下になれば自動的に加熱単
独運転に切り替わるようになっている。

【０００９】

【作用】上記本発明の構成により本発明装置では凝縮器
で約８０℃まで加熱した後、プリクーラで更に約１５℃
の水温上昇をはかり、９５℃の熱湯を得ることが可能と
なる。そして、蒸発側は低い蒸発温度となるので同時に
製氷や冷却も可能とする。

【００１０】次に冷却，製氷が必要でなく熱湯のみを作
る場合には冷熱は廃熱されることになるが、空気熱交換
器を蒸発器として蒸発温度を上げヒートポンプとしての
加熱能力を高め得る。更に冷却，製氷のみでよく熱湯不
要の場合には水冷式プリクーラは積極的に干与せず、空
冷式のプリクーラを経て圧縮機に戻り、再び吐出される
冷媒を、空気熱交換器における放熱によって冷却し、圧
縮機の冷却を図ることを可能とする。

【００１１】かくして冷凍機と電気ヒータの両方が必要
であった自動販売機等の冷却，加熱装置が冷凍サイクル
ユニットのみで構成でき、電気消費量の大きい電気ヒー
タの使用を除去し得ると共に、冷却や製氷と同時に熱湯
の加熱を行う同時運転モードで運転することにより経済
性を更に向上する。

【００１２】

【実施例】以下、更に添付図面にもとづき本発明の実施
例を説明する。図１は本発明に係る冷凍ユニット回路の
１例を示し、図において（１）は冷凍サイクルの冷媒循
環用圧縮機，（２）は冷凍サイクルの凝縮器，（３）は
液ガス熱交換器，（４）は冷媒膨張弁，（５）は冷凍サ
イクルの蒸発器，（６）は冷媒液分離のためのアキュム
レータで、これら各機器が順次、配管により接続されて
冷凍サイクルが構成されていると共に、上記凝縮器
（２）には被加熱流体貫流経路（２０）が併設され、貯
水槽（図示せず）より給水ポンプ等により被加熱流体、
例えば水が該被加熱流体貫流経路（２０）内に給水さ
れ、該経路（２０）内で冷媒と対向流で熱交換されて所
要温度まで加熱されるようになっている。

【００１３】ところで、前記圧縮機（１）については、
自動販売機用の圧縮機としては電動機と圧縮機を１つの
容器に内蔵した小型の密閉型ロータリー圧縮機が圧倒的
に多く用いられている。密閉型の圧縮機は動力を供給す
る電動機の発熱があり、発熱による電動機の温度上昇を
抑える必要がある。特別な冷却手段をもたない圧縮機は
圧縮機内蔵容器表面からの自然放熱で冷却されることに
なるが、冷凍負荷が大きくなる程、電動機の発熱も大き
くなり、ひいては巻線の絶縁材料が破壊されるため何ら
かの冷却が必要である。

【００１４】ここで用いられる小型の圧縮機クラスでは
通常かかる冷却に対しシリンダへ冷媒液を吸入し、吐出
ガス温度を抑え、その吐出ガスにより内蔵する電動機等
を冷却する液インジェクション方式と、一旦吐出された
ガスを冷却し、吐出ガス温度を下げて容器に戻し、電動
機等の冷却を行うプリクーラ方式とが代表的であるが、
本発明は特に後者のプリクーラ方式の圧縮機を採用し、
更にこれに水加熱用のプリクーラを併用している。

【００１５】図１における（７）はかかるプリクーラ方
式の圧縮機に用いられる空冷式プリクーラ（８）に対し
更に併置される本発明の１つの特徴をなす水加熱用のプ
リクーラ（水冷式）であって、図示の如く圧縮機（１）
に併設され、圧縮機（１）より吐出されたガスを冷却
し、温度を下げて圧縮機内蔵容器に戻し、容器内に内蔵
された機器を冷却した後、初めて凝縮器へ供給されるよ
うになっている。そして、このとき、前記凝縮器（２）
に併設された被加熱流体貫流経路（２０）が更にプリク
ーラ（７）に延長して併設され、凝縮器（２）内で冷媒
に対し対向流で加熱された温水が引き続きプリクーラ
（７）内を貫流して同じく冷媒流に対し対向流をなして
最高温度の冷媒によって加熱されるよう形成されてい
る。なお、冷媒と水との熱交換を行う上記凝縮器（２）
やプリクーラ（７）には通常、冷媒と水が対向流方式で
熱交換を行うように二重管熱交換が採用される。また、
（８）は前述した空冷式プリクーラで熱湯不要時に用い
有利な空気放熱用のフィンである。

【００１６】図中、（１０）はブライン加熱槽であり、
ブライン循環ポンプ（９）より前記冷凍サイクルの蒸発
器（５）内を貫流してブライン加熱槽（１０）に還流す
るブライン循環系路を形成しており、ブライン加熱槽
（１０）にはブラインを冷却する蒸発器（５）を経て冷
却されたブラインを元の温度に戻し安全運転を行うため
の熱源ヒータ（１１）が浸漬されている。なお、ブライ
ン循環系路は冷凍サイクルの蒸発器（５）を水槽兼用と
することによって代替することが可能である。

【００１７】一方、上記一連の回路構成からなる冷凍ユ
ニッット回路には更に併置してプロペラファン（１４）
をもつ空気熱交換器（１２）が配設されており、これに
は加熱モード時の蒸発器のための冷媒流量制御を行う冷
媒膨張弁（１３）が設けられていて、冷却加熱同時運転
モードの際には使用されないが、冷却モーどでは冷媒温
熱をプロペラファン（１４）で放熱し、前記冷凍サイク
ルの凝縮器（２）に代わり凝縮器として機能し、加熱モ
ードでは冷媒温熱をプロペラファン（１４）で廃熱し冷
凍回路の蒸発器（５）に代わる蒸発器として機能するよ
うになっている。即ち、図２は上記冷却運転モードの回
路構成図であり、図３は上記加熱運転モードの回路構成
図である。

【００１８】図２では冷凍サイクルの凝縮器（２）は冷
凍凝縮用に使用されず、空気熱交換器（１２）がその役
割を有して蒸発器、ここでは水槽中に配置された蛇管内
部で液化冷媒を蒸発させて水を冷却し、更にその蛇管の
周りに氷を付着させ製氷を可能となしている。一方、図
３の加熱運転モードでは冷凍サイクルの蒸発器（５）は
使用されず、代わりに空気熱交換器（１２）が蒸発機の
役割を有して被加熱流体、例えば水は凝縮器（２）とプ
リクーラ（７）を貫流して高温の熱湯として送出されて
いる。なお、この加熱では通常供給する水の温度は０〜
４０℃の常温度とし、出湯温度は７０〜１００℃となる
ように供給水量を調節することが行われる。

【００１９】以下、本発明装置を稼動したときの各位置
における温度，圧力，エンタルピについて表記する。表
中の（）内の数値は実測でなく算出値である。なお、
配管や二重管式熱交換機は短く圧力損失が少なく、無視
できるものとして説明する。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に本発明装置におけるブラインによる氷
結冷水槽の冷却能力と加熱能力について説明する。通
常、管を蛇管状にコイルに形成し、これを水槽中に浸漬
してコイル内部で冷媒を蒸発させると水槽中の水は冷却
される。水は０℃になると氷になる。氷は先ず浸漬した
コイルの外周に付着して成長し、水槽内部は水と氷が共
存する氷結冷水槽となる。蒸発冷媒の流量制御を感温式
膨張弁によって行うと、氷が成長するに従って管壁外周
の熱抵抗となり、冷媒流量が時間と共に低下してゆく。
あわせて一定回転数で回る圧縮機は冷媒流量が減少する
と吸入圧力が低下するので蒸発温度が低下する。即ち、
冷凍能力、ひいては加熱能力も時間と共に低下してゆく
こととなる。また、氷結した水槽では水温を計測しても
冷却能力を特定し難い。そこで蒸発冷媒で水槽を冷却す
る代わりに蒸発冷媒による流体（不凍液＝ブライン）の
冷却を二重管方式の熱交換器によって行い、流体の出入
口温度差と流量から冷却能力を特定できるような装置を
構成して（図１参照）冷却能力を測定した。この装置に
よれば、加熱能力も被加熱流体（水）の出入口温度差と
流量から求めることができる。かくして、上記による測
定で算出されたブラインによる氷結冷水槽の冷却能力と
加熱能力を表２に示す。以下余白

【００２２】

【表２】

【００２３】上記表１及び表２から蒸発器でのブライン
冷却能力Ｑ_E３２５Kcal／ｈである。また、高圧側での
水加熱能力をＱ_h，凝縮器での加熱能力をＱ_c，プリク
ーラでの加熱能力をＱ_pとすれば表１よりＱ_c＝Ｇ_r（１６１．４２−１２０．１４）Ｑ_p＝Ｇ_r（１６８．７１−１５７．５８）Ｑ_h＝（Ｑ_C＋Ｑ_P）＝７２３Kcal／ｈここでＧ_r＝１３．７９５Kcal／ｈで、これを使用すれ
ばＱ_c＝５６９．５Kcal／ｈＱ_p＝１５３．５Kcal／ｈである。更に圧縮機への入力電力Ｑ_cmpはＱ_cmp＝０．５６ｋｗ×８６０Kcal／ｈ＝４８２Kcal／
ｈとなる。一方、加熱能力は（冷却能力＋圧縮機入力）
から求めることができ、これをＱ_h′とするとＱ_h′＝Ｑ_E＋Ｑ_cmp＝（３２５＋４８２）Kcal／ｈところが表２より分かるようにＱ_h＝７２３Kcal／ｈ即
ち８９．５％である。従って加熱能力として出力された
能力は約１０％少なくなっており、この差は放熱ロスと
考えられる。

【００２４】更に加熱側熱交換器での水温上昇について
みると（イ）凝縮器Ｑ_c＝９．５（ｔｗ４−１８．９６）＝５６９．５Kcal
／ｈ従ってｔｗ４＝７８．９℃ （ロ）プリクーラＱ_p＝９．５（９５．０６−ｔｗ３）＝１５３．５Kcal
／ｈ従ってｔｗ３＝７９．９℃

【００２５】以上の分析の結果より明らかなように凝縮
器では約７９℃まで加熱されているが、プリクーラによ
り更に約１６℃の水温上昇がはかられ、９５℃の熱湯と
なっている。併せて低い蒸発温度なので同時に製氷や冷
却も可能であることが分かる。また、製氷にこだわらず
熱湯のみ作る場合は冷熱を廃熱することになるが、空気
熱交換器を蒸発器として蒸発温度を上げ、ヒートポンプ
としての加熱能力を上げることが可能であることは当然
である。なお、以上の説明は熱湯の必要なカップ式自動
販売機を対象として説明したが、カップ式より加熱温度
の低い熱風と同時に得られる冷風によって缶の温度調節
を行う缶式販売機に応用し得ることはいうまでもない。
また、自動販売機に限らず熱湯と氷が必要な分野ではエ
ネルギー効率上、極めて好適であることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のような構成からなり、圧
縮機に併設して設けたプリクーラを凝縮器に続き第２加
熱器として用いることにより、通常のヒートポンプでは
得られないより高熱の熱水を得ることを容易ならしめ、
従来冷凍機と電気ヒータとの両者を必要とした自動販売
機を冷凍機ユニットのみで構成することをん可能とし、
電気ヒータを省略せしめて電気消費量の大幅な低減と、
加熱能力が大きく一定時間に集中する給湯負荷に対処す
るための熱湯貯槽の容量を小さくして収納スペースの縮
小化を達成すると共に、ブライン循環系路と、冷却時、
凝縮器として機能し、加熱時、蒸発器として機能する空
気熱交換器を組み付けることにより冷却，加熱夫々の単
独運転と冷却加熱同時運転とを選択して運転制御させる
ことを可能とし、冷却しつつ同時に熱湯の加熱を行う同
時運転により更に経済性を高め、自動販売機等の冷却加
熱装置としてその性能向上をもたらす顕著な効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の代表的な冷凍ユニット回路例を示
す図である。

【図２】上記ユニット回路の冷却運転モードを示す図で
ある。

【図３】上記図１のユニット回路の加熱運転モードを示
す図である。

【符号の説明】

（１）圧縮機（２）凝縮器（３）液ガス熱交換器（４）冷媒膨張弁（５）蒸発器（６）アキュムレータ（７）プリクーラ（１２）空気熱交換器（２０）被加熱流体貫流経路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機，凝縮機，膨張弁及び蒸発器を含
む冷凍サイクルの前記凝縮器に被加熱流体貫流経路を併
設して該凝縮器を熱湯取り出し用となしたヒートポンプ
において、前記圧縮機にプリクーラを併設し、該圧縮機
から吐出されたガスをプリクーラで冷却し、圧縮機に戻
して圧縮機に内蔵された機器を冷却した後、凝縮器へ供
給する如くなすと共に、該プリクーラに前記凝縮器に併
設された被加熱流体貫流経路を更に冷媒と被加熱流体が
対向流となる如く併設してなることを特徴とする自動販
売機等の冷却加熱装置。
【請求項２】請求項１記載の装置において、圧縮機に
併設したプリクーラとして空冷式及び水加熱用の両プリ
クーラを設け、冷凍サイクルの蒸発器を水槽で構成し、
かつ冷却時、凝縮器となり、加熱時蒸発器となる空気熱
交換器を具備せしめると共に、空気熱交換器を用いず、
冷凍サイクルを作動せしめる冷却加熱同時運転方式と、
冷凍サイクルの凝縮器に代えて空気熱交換器を凝縮器と
して用いる冷却単独運転方式と、空気熱交換器を冷凍サ
イクルの蒸発器の代わりの蒸発器として用いて作動せし
める加熱単独運転方式とを選択的に運転制御可能ならし
めたことを特徴とする自動販売機等の冷却加熱装置。
【請求項３】請求項１記載の装置において、圧縮機に
併設したプリクーラとして空冷式及び水加熱用の両プリ
クーラを設け、冷凍サイクルの蒸発器にブライン循環系
路を併設し、かつ冷却時、凝縮器となり、加熱時蒸発器
となる空気熱交換器を具備せしめると共に、空気熱交換
器を用いず、ブライン循環系路を含め冷凍サイクルを作
動せしめる冷却加熱同時運転方式と、冷凍サイクルの凝
縮器に代えて空気熱交換器を凝縮器として用い、ブライ
ン循環系路を含む冷凍サイクルと共に作動せしめる冷却
単独運転方式と、ブライン循環系路を使用せず空気熱交
換器を冷凍サイクルの蒸発器の代わりの蒸発器として用
いて作動せしめる加熱単独運転方式とを選択的に運転制
御可能ならしめたことを特徴とする自動販売機等の冷却
過熱装置。