JP4155334B2 - 自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、缶飲料などの商品を加温あるいは冷却して販売する自動販売機において、圧縮機で圧縮された冷媒が凝縮する際に生じる潜熱を利用して冷却および加温を行う冷却加温システムとそれを用いた自動販売機に関するものである。

近年、自動販売機に対する消費電力量削減の要求が高まってきており、消費電力量削減手段として、冷却によって生じる廃熱を利用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は従来の自動販売機の冷媒回路図である。

図５に示すように、従来の自動販売機は、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二のコールド専用室３からなる貯蔵室を備え、ホット／コールド切替室１内に設置された室内熱交換器４、コールド専用室２内に設置された蒸発器５、第二のコールド専用室２内に設置された第二の蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成された冷却加温システムを有する。

また、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１はそれぞれ通過する冷媒の圧力を低下するとともに閉塞機能を有したものであり、開閉弁Ａ１２、開閉弁Ｂ１３、開閉弁Ｃ１４、開閉弁Ｄ１５はそれぞれ冷媒の流れの有無を制御するものである。

また、コンプファン１６は冷却加温システムに連動して駆動し、室外熱交換器７と圧縮機８を冷却するものである。

以上のように構成された従来の自動販売機について、以下その動作を説明する。

ホット／コールド切替室１を冷却する場合、開閉弁Ａ１２と開閉弁Ｄ１５を開とし、開閉弁Ｂ１３と開閉弁Ｃ１４を閉として、圧縮機８および冷却ファン１５を駆動する。圧縮機８から吐出された冷媒は、室外熱交換器７で凝縮された後、それぞれ膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１で減圧されて、室内熱交換器４、蒸発器５、第二の蒸発器６へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二の蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。

このとき、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二のコールド専用室３の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべての貯蔵室が所定の温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。

次に、ホット／コールド切替室１を加温する場合、開閉弁Ａ１２と開閉弁Ｄ１５および膨張弁Ａ９を閉とし、開閉弁Ｂ１３と開閉弁Ｃ１４を開として、圧縮機８および冷却ファン１５を駆動する。圧縮機８から吐出された冷媒は、室内熱交換器４で一部が凝縮し、再度室外熱交換器７で凝縮された後、それぞれ膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１で減圧されて、蒸発器５、第二の蒸発器６へ供給される。そして、蒸発器５、第二の蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。

また、コールド専用室２、第二のコールド専用室３の内、所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべての貯蔵室が所定の温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。

このように、コールド専用室２および第二のコールド専用室３を冷却する際に生じる冷媒の凝縮廃熱を用いて、ホット／コールド切替室１を効率よく加温することができるので、電気ヒータなどの別の加熱手段を用いてホット／コールド切替室１を加温する場合に比べて、消費電力量を削減することができる。
特開２００２−１７４４７８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ホット／コールド切替室を加温すると同時にコールド専用室および第二のコールド専用室を冷却することになる。一般に、自動販売機の商品設定温度は、コールド飲料は５℃、ホット飲料は５５℃であるため、凝縮温度６０℃以上でかつ蒸発温度−１０℃以下を同時に実現する必要があり、このような高圧縮比条件では圧縮機の効率が悪いという課題があった。

また、ホット／コールド切替室を加温する場合、コールド専用室および第二のコールド専用室の両方が所定の温度に達すると、圧縮機が停止してしまうため、ホット／コールド切替室が所定の温度に達していなくても加温機能も停止してしまうという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するもので、効率が高く容易に実現できる冷却加温システムを提案し、加温時の消費電力量を削減できる冷却加温システムとそれを用いた自動販売機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の自動販売機は、商品を収納するコールド専用室と複数のホット／コールド切替室を有し、前記コールド専用室を冷却する冷却システムと、前記ホット／コールド切替室を冷媒流路を切替えて冷却と加温に切替可能な冷却加温システムとを有した自動販売機であって、前記冷却システムは前記コールド専用室内の蒸発器と収納室区画外に設置された室外熱交換器と冷却用圧縮機とを接続し、前記冷却加温システムは複数のホット／コールド切替室内の複数の室内熱交換器と収納区画外に設置された室外熱交換器と冷却加温用圧縮機とを接続して構成され、前記複数のホット／コールド切替室に配置された複数の室内熱交換器は直列配管で直列に接続され、加温する場合は、直列接続した前記複数の室内熱交換器に常に冷媒を流す構成とし、前記複数のホット／コールド切替室を冷却する場合は、切替バルブによってどちらの室内熱交換器に冷媒を流すかを切替え可能に構成したものである。

これによって、ホット／コールド切替室を加温する場合、コールド専用室の冷却とは独立して冷却加温システムを稼動できるとともに、複数の室内熱交換器は直列配管で直列に接続されたことにより、冷却時は、下流側に接続される室内熱交換器の蒸発温度が極端に低下するのを防止し、加温時は最適冷媒量の変動を抑えて安定運転を保て、必要冷媒量を適正に決めることができ、圧縮機の高効率化が容易に実現できるとともに、冷却時の複数の室内温度精度を高めることができる。

本発明の自動販売機は、ホット／コールド切替室を冷却加温する専用の冷却加温システムを有し、冷却加温システムの複数の室内熱交換器を直列配管で直列に接続することで、冷却時は、下流側に接続される室内熱交換器の蒸発温度が極端に低下するのを防止し、加温時は最適冷媒量の変動を抑えて、必要冷媒量を適正に決めることができ、冷却加温システムの安定運転が可能となるとともに圧縮機の高効率化が容易に実現できる。さらに冷却時の複数の室内温度精度を高めることができる。

また、コールド専用室および他のコールド専用室の冷却システムを小能力化することで、冷却に要する消費電力量も削減することができる。

請求項１に記載の発明は、商品を収納するコールド専用室と複数のホット／コールド切替室を有し、前記コールド専用室を冷却する冷却システムと、前記ホット／コールド切替室を冷媒流路を切替えて冷却と加温に切替可能な冷却加温システムとを有した自動販売機であって、前記冷却システムは前記コールド専用室内の蒸発器と収納室区画外に設置された室外熱交換器と冷却用圧縮機とを接続し、前記冷却加温システムは複数のホット／コールド切替室内の複数の室内熱交換器と収納区画外に設置された室外熱交換器と冷却加温用圧縮機とを接続して構成され、前記数複数のホット／コールド切替室に配置された複の室内熱交換器は直列配管で直列に接続され、加温する場合は、直列接続した前記複数の室内熱交換器に常に冷媒を流す構成とし、前記複数のホット／コールド切替室を冷却する場合は、切替バルブによってどちらの室内熱交換器に冷媒を流すかを切替え可能に構成したことで、ホット／コールド切替室を冷却する場合、極端な蒸発温度の低下を防ぎ、加温する場合、常にすべての室内熱交換器に冷媒が流れるため、最適冷媒量の変動を抑えて安定した運転状態を保て、高効率化を図ることができるとともに、冷却時の複数の室内温度精度を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、商品収納室外に設置された、冷却システムの凝縮器と冷却加温システムの室外熱交換器は一体化したカスケード熱交換器であるものであり、前記カスケード熱交換器は室外の大気と熱交換するため、従来例のように蒸発温度を−１０℃以下にする必要がない。さらに、冷却システムと同時に稼動した場合には、冷却システムの廃熱を利用することができるため、蒸発温度０〜１０℃の高温条件に維持して、圧縮比を低減することが可能となり、圧縮機の効率向上が図れ、電気ヒータなどの加温効率が１程度の加熱手段に比べて、２倍程度の加温効率を容易に実現することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ホット／コールド切替室を加温する場合は、前記ホット／コールド切替室のそれぞれの温度に応じて、室内ファンの風量を調節可能にしたので、ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節することにより、冷媒流路の上流に位置する室内熱交換器の収納室側のみを加温することを防止すると共に、過凝縮により必要冷媒量が増加することを防止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明に、さらに、ホット／コールド切替室が加温室の場合、冷媒回路は、下流側に接続される第１室内熱交換器は上流側の第２室内熱交換器に比べて内容積が小さいことを特徴としたものであり、加温時、常にすべての室内熱交換器に冷媒が流れるので最適冷媒量の変動を抑えて、安定した運転状態を保つことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、ホット／コールド切替室内にヒータを備えると共に、ホット／コールド切替室を加温する場合は、前記ホット／コールド切替室のそれぞれの温度に応じて、冷却加温システムと前記ヒータとにより加温することにより、各前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節することにより、前記冷却加温システムが通常前記冷却加温システムで加温する前記ホット／コールド切替室の能力に合わせた最小能力であっても、前記ヒータにより加温能力を補うことができるので、通常の使用条件に合わせた最適設計ができ、年間を通じて効率の良い運転ができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷却加温システムとそれを用いた自動販売機の冷媒回路図である。

図２は、同実施の形態における室外熱交換器の斜視図である。

図１および図２において、本発明の自動販売機は、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二のコールド専用室３からなる貯蔵室を備え、圧縮機２０、ホット／コールド切替室１内に設置された室内熱交換器４、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器２１、冷却時と加温時に冷媒流路を切換える四方切換弁２２、膨張機構としての冷却用キャピラリチューブ２３、加温用キャピラリチューブ２４、ドライヤ２５からなり、ホット／コールド切替室１の冷却と加温を専用に行う冷却加温システム２６を有するとともに、圧縮機８、コールド専用室２内に設置された蒸発器５、第二のコールド専用室３内に設置された第二の蒸発器６、膨張弁１０、第二の膨張弁１１、室外熱交換器２１からなり、コールド専用室２と第二のコールド専用室３を専用に冷却する冷却システム２７を有する。

ここで、室外熱交換器２１は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、一方のパスは冷却加温システム２６と連結し、加温時は蒸発器として、冷却時は凝縮器として作用し、他方のパスは冷却システム２７と連結し、凝縮器として作用する。また、冷却加温システム２６と連結する冷媒配管は冷却システム２７の冷媒配管の風下に配置されるとともに、冷却システム２７の冷媒は、点線矢印で示すように３列の中央下段に配置された入口配管２８より流入し、上段に向かって流れた後、風上側の列を上段から下段に向かって流れ、風上側下段に配置された出口配管２９より流出する。一方、冷却加温システム２７の加温時の冷媒は、実線矢印で示すように風下側上段に配置された入口配管３０より流入し、下段に向かって流れ、風下側下段に配置された出口配管３１より流出する。また、冷却時においては冷媒の流れは逆向きになる。さらに、冷却加温システムの出口配管３１と冷却システムの入口配管２８が近接して配置されている。また、冷却加温システムの入口配管３０には結露センサ３２が取り付けられている。

また、室内熱交換器４と室外熱交換器２１は２本の並列する配管で結ばれており、一方は冷却用キャピラリチューブ２３と冷却用逆止弁３３、ドライヤ２５が直列に接続され、他方は加温用キャピラリチューブ２４と加温用逆止弁３４が直列に接続されている。

ここで、冷却用逆止弁３３はドライヤ２５から冷却用キャピラリチューブ２３に冷媒が流れる方向を正方向とし、冷却用キャピラリチューブ２３からドライヤ２５へ向かう逆方向には流れないように設置される。また、加温用逆止弁３４は加温用キャピラリチューブ２４から室外熱交換器２１へ冷媒が流れる方向を正方向とし、室外熱交換器２１から加温用キャピラリチューブ２４へ向かう逆方向には流れないように設置される。

また、圧縮機２０は、図示しない断熱カバー内に設置され、図示しないコンプファンを備えるとともに、室内熱交換器４、蒸発器５、第二の蒸発器６、室外熱交換器２１にはそれぞれ独立の送風ファン３５、３６、３７、３８が備えられている。

さらに、ホット／コールド切替室１内にはヒータ３９が備えられている。

以上のように構成された冷却加温システムとそれを用いた自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、ホット／コールド切替室１を冷却する場合、図１において点線矢印で示したように、圧縮機２０から吐出された冷媒は四方切換弁２２で流路を切換えて室外熱交換器２１へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器２１から出た液冷媒はドライヤ２５に供給される。この液冷媒の温度は室外熱交換器とほぼ同じ３０〜４０℃となる。このとき、ドライヤ２５内部に液冷媒が滞留するとともに、液冷媒中の水分が除去される。

そして、ドライヤ２５から出た液冷媒は冷却用逆止弁３３を経て冷却用キャピラリチューブ２３で減圧されて室内熱交換器４へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁２２を経て圧縮機２０へ還流する。室内熱交換器４の蒸発温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを冷却する場合は設定温度が５〜１０℃であり、室内熱交換器４の蒸発温度は−１５〜−５℃となる。

なお、冷却用キャピラリチューブ２３と室内熱交換器４の冷却時の出口配管とを、接触させて設置する方が望ましく、熱交換させることにより過冷却が大きく取れ、冷却能力が向上する。

また、ホット／コールド切替室１を加温する場合、図１において実線矢印で示したように、圧縮機２０から吐出された冷媒は四方切換弁２２で流路を切換えて室内熱交換器４に供給されて凝縮液化する。この液冷媒の温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを加温する場合は設定温度が５０〜６０℃であり、室内熱交換器４の凝縮温度は６０〜８０℃となる。

なお、圧縮機２０から室内熱交換器４へ向かう加温用冷媒配管は、断熱材で覆う方が望ましく、加温用冷媒配管からの放熱を防ぐことにより、加温能力と加温効率を向上させることができる。

そして、室内熱交換器４から出た液冷媒は直ぐに加温用キャピラリチューブ２４で減圧された後、加温用逆止弁３４を経て室外熱交換器２１へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁２２を経て圧縮機２０へ還流する。一般に、外気温が低くなると室外熱交換器２１の蒸発温度を低くする必要があり、特に、外気温が５℃以下になると蒸発温度はマイナス温度にしなければならず、室外熱交換器２１に着霜が発生する。また、外気温が高温多湿になり、室外熱交換器２１の管表面温度やフィン温度が露点温度を下回ると結露が発生する。

しかし、本実施の形態の室外熱交換器２１は、冷却システム２７が稼動すると、冷却システム２７と連結しているパスは凝縮器として作用し、パス周辺のフィン温度は高温になる。そのため、冷却加温システム２６と冷却システム２７が同時に稼動した場合には、フィンを介してカスケード熱交換することができるとともに、凝縮器により暖められた大気を蒸発器に吸込ませることができ、０〜１０℃の高温の蒸発温度で冷却加温システム２６を稼動することが可能となる。これにより、凝縮温度６０〜８０℃の厳しい加温条件においても圧縮比を低減でき、圧縮機２０の効率向上が図れる。また、冷却システム２７においても凝縮温度が下がることにより、圧縮機８の効率向上が図れる。

さらに、冷却加温システム２６の蒸発温度を０℃以上にすることで、室外熱交換器２１の着霜も防止することができる。また、外気温が高温多湿になった場合においても、室外熱交換器２１のフィン温度が露点温度を下回りにくくなり、結露の発生を効果的に抑制することができる。

また、室外熱交換器２１において、冷却加温システム２６の出口配管３１と冷却システムの入口配管２８を近接させた構成としたことにより、冷却加温システム２６の過熱度を大きく取ることができ、加温能力と加温効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては室外熱交換器２１の冷却加温システム２６の冷媒配管を冷却システム２７の冷媒配管の風下に配置したが、３列の熱交換器を使用する場合、冷却加温システム２６の冷媒配管を冷却システム２７の冷媒配管で挟み込む構成としても良い。

また、冷却加温システム２６の加温時の入口配管３１に結露センサ３２を取り付け、一定時間結露を検知すると冷却加温システム２６を停止し、ヒータ３９による加温に切換えることにより、加温機能を停止させることなく、結露水が自動販売機の外へ漏水するのを防止することができる。また、本実施の形態においては、冷却加温システム２６の入口配管３０を上部に設置しており、これにより結露が発生した場合においても、室外熱交換器２１の下に結露水が到達する前に蒸発させることができる。

また、冷却システム２７と冷却加温システム２６の加温が同時に稼動している場合には、それぞれ独立に稼動している場合に比べて、室外熱交換器２１の熱交換能力が増加するため、それぞれの冷却能力、加温能力が急激に増え、起動停止が頻繁に起きるとともに、同時運転率が低下する。そこで、送風ファン３８の風量を低下させることにより、室外熱交換器２１の空気との熱交換量を低下させ、冷却システム２７と冷却加温システム２６の能力が極端に増えることがないように調整し、冷却システム２７と冷却加温システム２６の同時運転率を増やすとともに、起動停止に伴う冷却ロス、加温ロスを低減し、さらには送風ファン３８の消費電力量を低減することができる。

なお、室外熱交換器２１の温度を測定し、必要に応じて送風ファン３９を停止させても良い。

また、コールド専用室２と第二のコールド専用室３内にそれぞれヒータを設置して、要望があればヒータ加温してホット室としてもよい。

以上のように、本実施の形態においては、コールド専用室および第二のコールド専用室の冷却手段とは別に、ホット／コールド切替室を冷却加温する専用の冷却加温システムを有するとともに、この冷却加温システムとして、圧縮機と、室内熱交換器と、冷却システムの凝縮器と一体化したカスケード熱交換器で構成した室外熱交換器と、四方切換弁と、キャピラリチューブを備えたことによって、コールド専用室の冷却とは独立に冷却加温システムを稼動することができるため、加温時の蒸発温度を高めに設定することが可能になるとともに、冷却システムの廃熱を利用して、冷却加温システムの加温時の蒸発温度を０〜１０℃の高温条件に維持して、圧縮比を低減することが可能となり、圧縮機の効率向上が図れ、冷却加温システムの加温効率を向上させることができ、電気ヒータなどの加温効率が１程度の加熱手段に比べて、２倍程度の加温効率を容易に実現することができるので、自動販売機の消費電力量を大幅に削減することができる。

また、本実施の形態のカスケード熱交換器は、冷却システムに連結する冷媒配管と、冷却加温システムに連結する冷媒配管とを備えた、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成されるとともに、冷却加温システムの加温時の出口配管と冷却システムの入口配管を近接させたことにより、冷却加温システムの過熱度を大きく取ることが可能となり、加温能力と加温効率を向上することができる。

また、本実施の形態において、冷却加温システムの室外熱交換器の加温時の入口配管に結露センサを取り付けるとともに、結露を一定時間検知すると、冷却加温システムを停止し、ヒータ加温に切換えることにより、商品の加温を停止することなく、結露による漏水を防止することができる。

また、本実施の形態において、冷却システムと冷却加温システムの加温を同時に稼動するときに、カスケード熱交換器の送風ファンの風量を低下させることにより、冷却システムと冷却加温システムの能力が急激に増加することを防止できるとともに、送風ファンの消費電力量を低減することができる。

（実施の形態２）
図３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である。

図３において、本発明の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１００、第二のホット／コールド切替室１０１、コールド専用室１０２からなる貯蔵室を備え、圧縮機１０６、第一のホット／コールド切替室１００内に設置された室内熱交換器１０３、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器１０７、冷却運転時と加温運転時に冷媒流路を切り替える四方切換弁１０８、膨張機構としての膨張弁１０９、ドライヤ１１０とからなり第一のホット／コールド切替室１００の冷却と加温を専用に行う第一の冷却加温システム１１１と、圧縮機１１２、第二のホット／コールド切替室１０１内に設置された室内熱交換器１０４、室外熱交換器１０７、四方切換弁１１３、膨張弁１１４、ドライヤ１１５とからなり第二のホット／コールド切替室１０１の冷却と加温を専用に行う第二の冷却加温システム１１６と、圧縮機１１７、コールド専用室１０２内に設置された蒸発器１０５、室外熱交換器１０７、膨張弁１１８とからなりコールド専用室１０２の冷却を専用に行う冷却専用システム１１９を有する。

ここで、室外熱交換器１０７は、３パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、それぞれの冷媒配管は、第一の冷却加温システム１１１、第二の冷却加温システム１１６、冷却専用システム１１９と連結している。第一の冷却加温システム１１１と第二の冷却加温システム１１６とそれぞれ連結する冷媒配管は、加温運転時は蒸発器として、冷却運転時は凝縮器として作用する。また、年間を通じて冷却に設定される割合の最も多いシステムの冷媒配管を風上側に、加温に設定される割合の最も多いシステムの冷媒配管を中間に配置する。

さらに、第一の冷却加温システム１１１において、膨張弁１０９と室外熱交換器１０７は２本の並列する配管で結ばれており、一方の配管には冷却用逆止弁１２０とドライヤ１１０が直列に接続され、他方の配管には加温用逆止弁１２１が接続されている。また、第二の冷却加温システム１１６においても、膨張弁１１４と室外熱交換器１０７は２本の並列する配管で結ばれると共に、冷却用逆止弁１２２、ドライヤ１１５、加温用逆止弁１２３が同様に接続されている。

ここで、第一の冷却加温システム１１１において、冷却用逆止弁１２０はドライヤ１１０から膨張弁１０９に冷媒が流れる方向を正方向とし、膨張弁１０９からドライヤ１１０へ向かう逆方向には流れないように設置される。さらに、加温用逆止弁１２１は膨張弁１０９から室外熱交換器１０７へ冷媒が流れる方向を正方向とし、室外熱交換器１０７から膨張弁１０９へ向かう逆方向には流れないように設置される。また、第二の冷却加温システム１１６においても、冷却用逆止弁１２２と加温用逆止弁１２３は同様に設置される。

また、室内熱交換器１０３、１０４、蒸発器１０５、室外熱交換器１０７にはそれぞれ独立の送風ファン１２４、１２５、１２６、１２７が備えられる。

なお、図３は第一のホット／コールド切替室１００を加温に、第二のホット／コールド切替室１０１を冷却に設定した場合の冷媒回路の状態を表している。

以上のように構成された自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。

なお、第一の冷却加温システム１１１と第二の冷却加温システム１１６とは、同様の動作を行うので、第二の冷却加温システム１１６については動作の説明を省略する。また、冷却専用システム１１９についても、第一の冷却加温システム１１１の冷却運転時と同様の動作を行うので、動作の説明を省略する。

まず、第一のホット／コールド切替室１１１を冷却する場合、図３において点線矢印で示したように、圧縮機１０６から吐出された冷媒は四方切換弁１０８で流路を切り替えて室外熱交換器１０７へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器１０７から出た液冷媒はドライヤ１１０に供給される。このとき、ドライヤ１１０内部に液冷媒が滞留すると共に、液冷媒中の水分が除去される。

そして、ドライヤ１１０から出た液冷媒は冷却用逆止弁１２０を経て膨張弁１０９で減圧されて室内熱交換器１０３へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁１０８を経て圧縮機１０６へ還流する。ここで、一般に缶飲料などを冷却する場合は設定温度が４℃前後であり、室内熱交換器１０３の蒸発温度が−２０〜−１５℃程度となるように膨張弁１０９の開度が調整される。

また、第一のホット／コールド切替室１１１を加温する場合、図１において実線矢印で示したように、圧縮機１０６から吐出された冷媒は四方切換弁１０８で流路を切り替えて室内熱交換器１０３に供給されて凝縮液化する。ここで、一般に缶飲料などを加温する場合は設定温度が５５℃前後であり、室内熱交換器１０３の凝縮温度は６０〜７０℃程度となるように膨張弁１０９の開度が調整される。

なお、圧縮機１０６から室内熱交換器１０３へ向かう加温用冷媒配管は、断熱材で覆う方が望ましく、加温用冷媒配管からの放熱を防ぐことにより、加温能力と加温効率を向上させることができる。

そして、室内熱交換器１０３から出た液冷媒は膨張弁１０９で減圧された後、加温用逆止弁１２１を経て室外熱交換器１０７へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁１０８を経て、圧縮機１０６へ還流する。一般に外気温が低くなると室外熱交換器１０７の蒸発温度は低くする必要があり、特に外気温が５℃以下になると蒸発温度はマイナス温度にしなければならず、室外熱交換器１０７に着霜が発生する。また、外気温が高温多湿になり、室外熱交換器１０７の管表面温度やフィン温度が露点温度を下回ると結露が発生する。

しかし、本実施の形態の室外熱交換器１０７は、冷却専用システム１１９が稼動すると、冷却専用システム１１９と連結している冷媒配管は凝縮器として作用し、冷媒配管周辺のフィン温度が高温になる。そのため、第一の冷却加温システム１１１と冷却専用システム１１９が同時に稼動した場合には、フィンを介してカスケード熱交換することができ、０〜１０℃の高温の蒸発温度で第一の冷却加温システム１１１を稼動することが可能となる。これにより、凝縮温度６０〜７０℃の厳しい加温条件においても圧縮比を低減でき、圧縮機１０６の効率向上が図れる。また、冷却専用システム１１９においても凝縮温度が下がることにより、圧縮機１１７の効率向上が図れる。

さらに、第一の冷却加温システム１１１の蒸発温度を０℃以上にすることで、室外熱交換器１０７の着霜も防止することができる。また、外気温が高温多湿になった場合においても、室外熱交換器１０７のフィン温度が露点温度以下を下回りにくくなり、結露の発生を効果的に抑制することができる。

なお、それぞれのシステムにおいて室外熱交換器を独立させ、送風ファン１２７の風向きに対して直列に並べる構成としても、冷却専用システム１１９の廃熱を利用することができるが、本実施の形態における室外熱交換器１０７のように一体型熱交換器とした方が、フィンを介在させて熱伝達させることができるため、より効果的である。

以上のように、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室および第二のホット／コールド切替室をそれぞれ専用に冷却と加温する第一の冷却加温システムおよび第二の冷却加温システムと、コールド専用室を冷却する冷却専用システムとを有し、この冷却加温システムとして、圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器と、四方切換弁とを備えたことにより、コールド専用室の冷却とは独立に冷却加温システムを稼動することができ、それぞれの貯蔵室の負荷に合わせて、それぞれのシステムを最適化することができる。

また、本実施の形態において、室外熱交換器は、冷却専用システムに連結する冷媒配管と、それぞれの冷却加温システムに連結する冷媒配管とを備えた３パスのフィンチューブ熱交換器で一体に構成したことにより、加温運転時の蒸発温度を高めに設定することが可能になると共に、冷却専用システムの廃熱を利用して、冷却加温システムの加温運転時の蒸発温度を０〜１０℃の高温条件に維持して、圧縮比を低減することが可能となり、圧縮機の効率向上が図れ、冷却加温システムの加温効率を向上させることができ、電気ヒータなどの加温効率が１程度の加熱手段に比べて、２倍程度の加温効率を容易に実現することができるので、自動販売機の消費電力量を大幅に削減することができる。

さらに、室外熱交換器のパスの配列を、送風ファンの風上側から、冷却専用システム、第一の冷却加温システム、第二の冷却加温システムの順に配置したことにより、年間を通じて加温に設定される割合が多く、結露が発生する可能性の高い第一の冷却加温システムの冷媒配管周辺のフィンを、冷却専用システムの凝縮器として作用する冷媒配管と第二の冷却加温システムの冷却運転時に凝縮器として作用する冷媒配管の廃熱により、暖めることができるので、第一の冷却加温システムの結露を効果的に防止することができる。また、第二の冷却加温システムについても、冷却専用システムの風下側に配置されているので、冷却専用システムの廃熱により、効率向上や結露の防止ができる。

（実施の形態３）
図４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である。

図４において、本発明の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１３０、第二のホット／コールド切替室１３１、第三のホット／コールド切替室１３２、コールド専用室１３３からなる貯蔵室を備え、圧縮機１３４、第一のホット／コールド切替室１３０内に設置された第一の室内熱交換器１３５、第二のホット／コールド切替室１３１内に設置された第二の室内熱交換器１３６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器１３７、冷却運転時と加温運転時に冷媒流路を切り替える四方切換弁１３８、冷却運転時に第一の室内熱交換器１３５と第二の室内熱交換器１３６のどちらに冷媒を流すかを切り替える冷却用切替バルブ１３９、冷却用切替バルブ１３９の出口に並列に接続された膨張機構としての第一の冷却用キャピラリチューブ１４０、第二の冷却用キャピラリチューブ１４１、冷却用切替バルブ１３９の入口に接続された冷却用逆止弁１４２、冷却用逆止弁１４２の入口に接続されたドライヤ１４３、加温用キャピラリチューブ１４４、加温用キャピラリチューブ１４４の出口に接続された加温用逆止弁１４５とからなり第一のホット／コールド切替室１３０と第二のホット／コールド切替室１３１の冷却と加温を専用に行う冷却加温システム１４６と、圧縮機１４７、第三のホット／コールド切替室１３２内に設置された第一の蒸発器１４８、コールド専用室１３３内に設置された第二の蒸発器１４９、室外熱交換器１３７、第一の蒸発器１４８と第二の蒸発器１４９のどちらに冷媒を流すかを切り替える冷却専用システム用切替バルブ１５０、冷却専用システム用切替バルブ１５０の出口に並列に接続された膨張機構としての第三の冷却用キャピラリチューブ１５１、第四の冷却用キャピラリチューブ１５２とからなり第三のホット／コールド切替室１３２とコールド専用室１３３の冷却を専用に行う冷却専用システム１５３を有する。

ここで、第一の室内熱交換器１３５と第一の蒸発器１４８は、それぞれ第二の室内熱交換器１３６と第二の蒸発器１４９に比べて内容積が小さくなっている。

また、室外熱交換器１３７は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、一方の冷媒配管は冷却加温システム１４６と連結し、加温運転時は蒸発器として、冷却運転時は凝縮器として作用し、他方の冷媒配管は冷却専用システム１５３と連結し、凝縮器として作用する。さらに、冷却加温システム１４６と連結する冷媒配管は冷却専用システム１５３の冷媒配管の風下に配置される。

また、冷却加温システム１４６において、第一の室内熱交換器１３５の冷却運転時の出口と第二の室内熱交換器１３６の冷却運転時の入口は、第一の直列配管１５４により直列に接続される。さらに、冷却専用システム１５３においても、第一の蒸発器１４８の出口と第二の蒸発器１４９の入口は、第二の直列配管１５５により直列に接続される。

また、冷却加温システム１４６において、冷却用逆止弁１４２はドライヤ１４３から冷却用切替バルブ１３９に冷媒が流れる方向を正方向とし、冷却用切替バルブ１３９からドライヤ１４３へ向かう逆方向には流れないように設置される。さらに、加温用逆止弁１４５は第一の室内熱交換器１３５から室外熱交換器１３７へ冷媒が流れる方向を正方向とし、室外熱交換器１３７から第一の室内熱交換器１３５へ向かう逆方向には流れないように設置される。

また、第一の室内熱交換器１３５、第二の室内熱交換器１３６、第一の蒸発器１４８、第二の蒸発器１４９、室外熱交換器１３７にはそれぞれ独立の送風ファン１５６、１５７、１５８、１５９、１６０が備えられる。

また、第一のホット／コールド切替室１３０、第二のホットコールド切替室１３１、第三のホット／コールド切替室１３２には、それぞれ加温ヒータ１６１、１６２、１６３が備えられる。

なお、図４は第一のホット／コールド切替室１３０および第二のホット／コールド切替室１３１を加温に、第三のホット／コールド切替室１３２を冷却に設定した場合の冷媒回路の状態を表している。

以上のように構成された自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。

なお、冷却専用システム１５３については、冷却加温システム１４６の冷却運転時と同様の動作を行うので、動作の説明を省略する。

まず、第一のホット／コールド切替室１３０と第二のホット／コールド切替室１３１を冷却する場合、図４において点線矢印で示したように、圧縮機１３４から吐出された冷媒は四方切換弁１３８で流路を切り替えて室外熱交換器１３７へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器１３７から出た液冷媒はドライヤ１４３に供給される。このとき、ドライヤ１４３内部に液冷媒が滞留すると共に、液冷媒中の水分が除去される。

そして、ドライヤ１４３から出た液冷媒は冷却用逆止弁１４２を経て冷却用切替バルブ１３９に供給され、冷却用切替バルブ１３９の開閉により、第一の冷却用キャピラリチューブ１４０で減圧された場合は、第一の室内熱交換器へ供給されて蒸発気化し、直列配管１５４を経て、第二の室内熱交換器１３６に供給され、第一の室内熱交換器１３５で蒸発しきれなかった余剰冷媒が、第二の室内熱交換器１３６で蒸発気化する。また、第二の冷却用キャピラリチューブ１４１で減圧された場合は、第二の室内熱交換器１３６へ供給されて蒸発気化する。

ここで、従来の自動販売機のように、室内熱交換器を並列に接続すると、最も容積の大きい室内熱交換器に合わせて冷媒量を決めた場合、容積の小さい室内熱交換器に冷媒を流すと極端に蒸発温度が低下してしまうが、本実施の形態のように、直列配管１５４により室内熱交換器を接続することにより、第二の室内熱交換器１３６よりも容積の小さい第一の室内熱交換器１３５に冷媒が流れた場合でも、極端に蒸発温度が低くなるのを防ぐことができるため、圧縮機の効率向上が図れる。さらには、第一のホット／コールド切替室１３０を冷却しながら、同時に第二のホット／コールド切替室１３１の冷却も行えるので、圧縮機の運転率を低くすることができ、効率の高い自動販売機とすることができる。

なお、冷却用切替バルブ１３９は、電磁弁を使用しても良いが、三方切替弁を使用する方が消費電力量が小さくできるため望ましい。また、冷却用切替バルブ１３９に閉塞機能がある場合は、冷却用逆止弁１４２は備えなくても良い。

そして、第二の室内熱交換器１３６を出たガス冷媒は、再び四方切換弁１３８を経て圧縮機１３４へ還流する。ここで、第一の冷却用キャピラリチューブ１４０と第二の冷却用キャピラリチューブ１４１は、蒸発温度が−２０〜−１５℃程度となるように設計されている。また、膨張機構として第一の冷却用キャピラリチューブ１４０と第二の冷却用キャピラリチューブ１４１を用いることで、第二の室内熱交換器１３６から圧縮機１３４へ向かう冷媒配管と熱交換することができ、それぞれの室内熱交換器の冷却能力を向上することができる。

次に、第一のホット／コールド切替室１３０と第二のホット／コールド切替室１３１を加温する場合、図４において実線矢印で示したように、圧縮機１３４から吐出された冷媒は四方切換弁１３８で流路を切り替えて第二の室内熱交換器１３６へ供給されて凝縮液化する。さらに、第二の室内熱交換器１３６を出た冷媒は、直列配管１５４を経て、第一の室内熱交換器１３５に供給され、第二の室内熱交換器１３６で凝縮しきれなかった余剰冷媒が、第一の室内熱交換器１３５で凝縮液化し、液冷媒は加温用キャピラリチューブ１４４で減圧され、加温用逆止弁１４５を経て、室外熱交換器１３７へ供給される。そして、室外熱交換器１３７で蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁１３８を経て、圧縮機１３４へ還流する。

ここで、キャピラリチューブを膨張機構として使用することにより、液管を削減することができるので、加温運転時の冷媒量を削減することができる。

また、加温用キャピラリチューブ１４４は、凝縮温度が６０〜７０℃程度となるように設計されている。さらに、加温用キャピラリチューブ１４４は、圧縮機１３４から第二の室内熱交換器１３６へ向かう冷媒配管とは熱交換をさせずに、断熱することが望ましく、これにより、加温能力を低下させないと共に、室外熱交換器１３７の冷却能力が高くなるのを防止することができ、室外熱交換器１３７での結露の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態では、第一の室内熱交換器１３５と第二の室内熱交換器１３６を直列配管１５４により直列に接続されており、冷却加温システム１４６が稼動すると常に両方の室内熱交換器に冷媒が流れるため、最適冷媒量の変動を抑えて、安定した運転状態を保つことができ、高効率化が図れる。

さらに、第一のホット／コールド切替室１３０と第二のホット／コールド切替室１３１に収納された商品は、送風ファン１５６、１５７の風量を調整することにより所定の温度に調節する。これにより、第二のホット／コールド切替室１３１のみが加温されることを防止すると共に、過凝縮により必要冷媒量が増加することを防止することができる。

また、送風ファン１５６、１５７の風量調整と合わせて、加温ヒータ１６１、１６２により加温を行い、第一のホット／コールド切替室１３０と第二のホット／コールド切替室１３１に収納された商品の温度を調節してもよく、これにより、冷却加温システム１４６が第一のホット／コールド切替室１３０および第二のホット／コールド切替室１３１の能力に合わせた最小能力であっても、加温ヒータ１６１、１６２により加温能力を補うことができる。

以上のように、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室および第二のホット／コールド切替室を専用に冷却と加温する冷却加温システムと、第三のホット／コールド切替室およびコールド専用室を専用に冷却する冷却専用システムとを有し、この冷却加温システムとして、圧縮機と、第一の室内熱交換器と、第二の室内熱交換器と、第一の冷却用キャピラリチューブと、第二の冷却用キャピラリチューブと、冷却用切替バルブと、加温用キャピラリチューブと、室外熱交換器と、四方切換弁とを備えたことにより、一つの圧縮機で複数のホット／コールド切替室を冷却もしくは加温することができるため、機械室の省スペース化が図れ、ユニットの軽量化が図れると共に、それぞれの貯蔵室の負荷に合わせて、それぞれのシステムを最適化することができる。さらに、冷却用キャピラリチューブと圧縮機の吸入配管を熱交換して冷却能力を向上することができると共に、前記ホット／コールド切替室を加温する場合に室内熱交換器から室外熱交換器へ接続する液管を廃止することができるため、必要冷媒量を削減することができる。

また、例えば、第一のホット／コールド切替室を加温、第二のホット／コールド切替室を冷却のように設定した場合は、第二のホット／コールド切替室は冷却加温システムで冷却し、第一のホット／コールド切替室は、加温ヒータで加温することにより、冷却と加温を混在させて使用することが可能となる。

さらに、本実施の形態において、年間を通じて冷却に設定される割合の多い第三のホット／コールド切替室とコールド専用室を冷却専用システムで冷却するようにしたので、冷却専用システムと冷却加温システムの能力を最適に設計することができ、年間を通じて効率の良い運転ができる。

以上のように、本発明にかかる冷却加温システムを用いた自動販売機は、冷却システムの廃熱を冷却加温システムの加温に利用し、加温効率を向上させることが可能となり、ホット飲料とコールド飲料を切換えて保存するショーケースや少量の給湯を行うカップ自販機などの加温および冷却時の省エネルギー化が要求される用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷却加温システムとそれを用いた自動販売機の冷媒回路図 同実施の形態における室外熱交換器の斜視図 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 従来の自動販売機の冷媒回路図

符号の説明

１ ホット／コールド切替室
２ コールド専用室
３ 第二のコールド専用室
４ 室内熱交換器
２０ 圧縮機
２１ 室外熱交換器
２２ 四方切換弁
２３ 冷却用キャピラリチューブ
２４ 加温用キャピラリチューブ
２６ 冷却加温システム
２７ 冷却システム
２８ 冷却システムの入口配管
３０ 冷却加温システム加温時の入口配管
３１ 冷却加温システム加温時の出口配管
３２ 結露センサ
３８ 送風ファン
３９ ヒータ
１００ 第一のホット／コールド切替室
１０１ 第二のホット／コールド切替室
１０２ コールド専用室
１０３ 第一の室内熱交換器
１０４ 第二の室内熱交換器
１０５ 蒸発器
１０６ 圧縮機
１０７ 室外熱交換器
１０８ 四方切換弁
１０９ 膨張弁
１１１ 第一の冷却加温システム
１１２ 圧縮機
１１３ 四方切換弁
１１４ 膨張弁
１１６ 第二の冷却加温システム
１１７ 圧縮機
１１８ 膨張弁
１１９ 冷却専用システム
１３０ 第一のホット／コールド切替室
１３１ 第二のホット／コールド切替室
１３２ 第三のホット／コールド切替室
１３３ コールド専用室
１３４ 圧縮機
１３５ 第一の室内熱交換器
１３６ 第二の室内熱交換器
１３７ 室外熱交換器
１３８ 四方切換弁
１３９ 冷却用切替バルブ
１４０ 第一の冷却用キャピラリチューブ
１４１ 第二の冷却用キャピラリチューブ
１４４ 加温用キャピラリチューブ
１４６ 冷却加温システム
１４７ 圧縮機
１４８ 第一の蒸発器
１４９ 第二の蒸発器
１５０ 冷却専用システム用切替バルブ
１５１ 第三の冷却用キャピラリチューブ
１５２ 第四の冷却用キャピラリチューブ
１５３ 冷却専用システム
１５４、１５５ 直列配管
１５６、１５７、１５８、１５９ 送風ファン
１６１、１６２、１６３ 加温ヒータ

Claims (5)

1. 商品を収納するコールド専用室と複数のホット／コールド切替室を有し、前記コールド専用室を冷却する冷却システムと、前記ホット／コールド切替室を冷媒流路を切替えて冷却と加温に切替可能な冷却加温システムとを有した自動販売機であって、前記冷却システムは前記コールド専用室内の蒸発器と収納室区画外に設置された室外熱交換器と冷却用圧縮機とを接続し、前記冷却加温システムは複数のホット／コールド切替室内の複数の室内熱交換器と収納区画外に設置された室外熱交換器と冷却加温用圧縮機とを接続して構成され、前記数複数のホット／コールド切替室に配置された複の室内熱交換器は直列配管で直列に接続され、加温する場合は、直列接続した前記複数の室内熱交換器に常に冷媒を流す構成とし、前記複数のホット／コールド切替室を冷却する場合は、切替バルブによってどちらの室内熱交換器に冷媒を流すかを切替え可能に構成したことを特徴とする自動販売機。
2. 商品収納室外に設置された、冷却システムの凝縮器と冷却加温システムの室外熱交換器は一体化したカスケード熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の自動販売機。
3. ホット／コールド切替室を加温する場合は、前記ホット／コールド切替室のそれぞれの温度に応じて、室内ファンの風量を調節可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動販売機。
4. ホット／コールド切替室が加温室の場合、下流側に接続される第１室内熱交換器は上流側の第２室内熱交換器に比べて内容積が小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自動販売機。
5. ホット／コールド切替室内にヒータを備えると共に、ホット／コールド切替室を加温する場合は、前記ホット／コールド切替室のそれぞれの温度に応じて、冷却加温システムと前記ヒータとにより加温することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の自動販売機。