(57)【要約】  【課題】缶飲料などの商品を冷却若しくは加温して販売する自動販売機に関し、ヒートポンプシステムとヒータで加温を実現する場合に、加温能力の調整を最適化して缶飲料などの商品の高精度な温度調整を実現する自動販売機を提供する。  【解決手段】ヒートポンプシステムの加温能力をヒータの加温能力と同等以下に設計して安定時の負荷を大きく越えないようにヒートポンプシステムの加温能力の調整を行うとともに、室内温度センサーの検出温度がシフトＵＰ温度Ｔ２以下ではシフトＵＰ待ち時間毎に圧縮機を増速し、室内温度センサーの検出温度がシフトＤＯＷＮ温度Ｔ３以上ではシフトＤＯＷＮ待ち時間毎に圧縮機を減速する制御を行うことによって、室内熱交換器の過昇温に伴う室温の変動を抑制し缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。【選択図】図２
2006003959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品を収納するホット／コールド切換室を有する自動販売機において、圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器からなり、大気の熱を利用して前記ホット／コールド切換室を加温するヒートポンプシステムと、前記ヒートポンプシステムと同時に前記ホット／コールド切換室を加温する加熱源としてヒータと、前記ホット／コールド切換室の室内空気温度を検知する室内温度センサーと、前記室内温度センサーの検出温度と予め設定された基準温度との比較に基づいて前記圧縮機の回転数を制御する温度調整用制御装置とを備え、前記室内温度センサーの検出温度が、前記圧縮機の回転数を増速するシフトＵＰ温度以下ではシフトＵＰ待ち時間毎に前記圧縮機を増速し、前記室内温度センサーの検出温度がシフトＤＯＷＮ温度以上ではシフトＤＯＷＮ待ち時間毎に前記圧縮機を減速する制御を行うことを特徴とする自動販売機。
【請求項２】
凝縮器の温度を検出する凝縮温度センサーを備え、圧縮機の回転数を変更してから所定時間以降に、凝縮温度センサーの検出温度が所定値を越えたら前記圧縮機の回転数を減速する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の自動販売機。
【請求項３】
外気温度を検出する外気温度センサーと、ホット／コールド切換室に隣接する商品収納室の温度設定状態を記憶する運転モード記憶装置と備え、前記外気温度センサーの検出温度と前記運転モード記憶装置の温度設定状態からホット／コールド切換室の加熱負荷を推算し、その加熱負荷の大小に合わせて圧縮機の最低回転数を決定する制御を行うことを特徴とする請求項１あるいは２記載の自動販売機。
【請求項４】
凝縮器の風下にヒータを設置するとともに、前記凝縮器と前記ヒータからなる過熱源の吹出し空気温度あるいは前記ヒータの周囲温度を検知する吹出し空気温度センサーと、前記吹出し空気温度センサーの検出温度と予め設定された基準温度との比較に基づいて前記ヒータを制御する能力調整用制御装置を備え、前記ヒータをＯＮする基準となる能力調整用ヒータＯＮ温度と、前記ヒータをＯＦＦする基準となる能力調整用ヒータＯＦＦ温度とを設け、前記吹出し空気温度センサーの検出温度が略一定になるように制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の自動販売機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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用いて加温を行うヒートポンプシステムを搭載する自動販売機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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や大気の熱を利用するヒートポンプシステムを用いて缶飲料などの商品を加温するものが提案されている。
【０００３】
また、ヒートポンプシステムは特に低外気温時の起動特性に劣ることから、低外気温時あるいは起動時に圧縮機の回転数を上げて加温能力を高めるとともに、補助ヒータを用いて加温能力を補完する自動販売機も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来の自動販売機を説明する。
【０００５】
図５は従来の自動販売機の冷媒回路図、図６は従来の自動販売機の加温制御を示すタイムチャートである。
【０００６】
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、第二コールド専用室２内に設置された第二蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成されたヒートポンプシステムを有する。ここで、圧縮機８は各貯蔵室の室温変化に対応して、回転数を変化させてその能力を制御するものである。
【０００７】
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。
【０００８】
また、ヒートポンプシステムの加温能力を補完するために、ヒートポンプシステムの加温能力のほぼ半分の加温能力を有する電気ヒータからなる補助ヒータ１６が室内熱交換器４の風上側に設置されている。
【０００９】
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。
【００１０】
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、第二蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。
【００１１】
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。
【００１２】
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、第二蒸発器６へ供給される。そして、蒸発器５、第二蒸発器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。
【００１３】
ここで、コールド専用室２および第二コールド専用室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。
【００１４】
次に、加温する場合のホット／コールド切替室１の室温変化に対する、圧縮機８の回転数および補助ヒータ１６のＯＮ／ＯＦＦ状態の変化について図６を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図６は横軸に時間区分ｔ０〜ｔ２７をとったタイムチャートであり、上から順にホット／コールド切替室１の室温の変化、室内熱交換器４の凝縮温度の変化、補助ヒータ１６のＯＮ／ＯＦＦ状態、圧縮機８の回転数、補助ヒータ１６と圧縮機８などからなるヒートポンプシステムの加温能力の総和を示したものである。また、室温の縦軸に記載されているＴ０は外気温度、Ｔ１は補助ヒータ１６を入れる基準であるヒータＯＮ温度および補助ヒータ１６を切る基準であるヒータＯＦＦ温度、Ｔ２は圧縮機８の回転数を増速する基準であるシフトＵＰ温度、Ｔ３は圧縮機８の回転数を減速する基準であるシフトＤＯＷＮ温度を示す。また、凝縮温度の縦軸に記載されているＴｐはホット／コールド切替室１に貯蔵された商品の加温時の目標温度、Ｔｑは圧縮機８の信頼性を確保する上で望ましい上限の凝縮温度を示す。
【００１６】
ここで、補助ヒータ１６は室温がヒータＯＮ温度より低くなればＯＮとなり、ヒータＯＦＦ温度以上になればＯＦＦとなる。また、圧縮機８は室温がシフトＵＰ温度より低くなれば回転数をＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の順に増速し、シフトＤＯＷＮ温度以上になれば回転数をＮ４、Ｎ３、Ｎ２、Ｎ１の順に減速する。一般に、レシプロ型の圧縮機構を有する圧縮機８では最低回転数Ｎ１は２０〜３０ｒｐｓ程度であり、最低回転数Ｎ１と最高回転数Ｎ４との比率は１対３〜４程度に設定される。このように、圧縮機８の回転数を不連続に変化させるのは、特定の回転数で共振して異常な振動や騒音が発生することを回避するためであり、自動販売機のように室内設置される機器においては特に重要である。
【００１７】
図６において、時間ｔ０は室温が外気温度Ｔ０近くまで低下した初期起動状態であり、室温がＴ１より低いことから、補助ヒータ１６がＯＮとなる。また、圧縮機８は最高回転数Ｎ４で稼動する。これは、初期起動状態では大きい加温能力が必要なので、電源投入や扉開閉から初期起動状態を検知して強制的に圧縮機８を最高回転数Ｎ４で稼動したためである。
【００１８】
そして、時間ｔ３で室温がＴ１を越えると補助ヒータ１６がＯＦＦし、時間ｔ８で室温がＴ３を越えると、圧縮機８が最低回転数Ｎ１に減速する。時間ｔ８で圧縮機８の回転数をＮ４からＮ１に一気に下げるのは、時間ｔ８〜ｔ１３の区間で発生している室温の過昇温を抑制するためである。これは、初期起動状態において圧縮機８を最高回転数Ｎ４で長時間運転したために、凝縮温度が上昇して室内熱交換器４およびその周辺部材が時間ｔ６〜ｔ８の区間で過昇温となり、圧縮機８の回転数を徐々に下げても加熱能力が下がらないことから、圧縮機８の回転数を一気に下げるものである。
【００１９】
そして、時間ｔ８〜ｔ１８の区間で圧縮機８を最低回転数Ｎ１に保つことで、室温が徐々に低下し、時間ｔ１９で室温がＴ２を下回ると圧縮機８を回転数Ｎ１からＮ４に逐次増速していく。この結果、再び室内熱交換器４の凝縮温度が上昇することで加温能力が高まり、時間ｔ２２以降で室温が再び上昇していく。
【００２０】
その後は、室温がＴ３を越えると圧縮機８を逐次減速し、室温がＴ２を下回ると圧縮機８を逐次増速することを繰り返して室温を安定させていく。また、外気温度が高くて加温負荷が小さい時に、圧縮機８を最低回転数Ｎ１で運転しても室温がＴ３よりもさらに上昇して室温の上限温度（図示せず）を越えると、圧縮機８の運転を停止する。
【００２１】
このように、補助ヒータ１６のヒータＯＮ温度およびヒータＯＦＦ温度よりも高い温度で、圧縮機８の能力を制御することにより、補助ヒータ１６による加温を極力抑制しながら、効率の高いヒートポンプを用いて室温の安定制御が実現できる。
【００２２】
なお、圧縮機８を逐次増速あるいは逐次減速する時間間隔、すなわち圧縮機８の回転数を変化させてから次の変化を行うまでの待ち時間を、数分から数十分程度設けることが望ましい。圧縮機８の回転数を急激に増速あるいは減速させても加温能力を急激に変化させることができないので、室温が安定してから圧縮機８の回転数を急激に変化させると室内熱交換器４の過昇温が大きくなり、却って室温の変動を増加させる。
【００２３】
また、補助ヒータ１６を室内熱交換器４の風上側に設置することで、室温が特に低い初期起動状態において室内熱交換器４に室温よりも高い空気を供給することができ、圧縮機８が起動して凝縮温度が上昇するまでの時間を短縮することが期待できる。
【特許文献１】特開２００２−２８８７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上記従来の構成では、主としてヒートポンプシステムを用いてホット／コールド切替室を加温するために、負荷変動を考慮した余剰な加温能力を有するヒートポンプシステムが必要であると同時に、室内熱交換器の過昇温に伴う室温の変動が発生して缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができないという課題があった。
【００２５】
一般に、自動販売機のホット／コールド切替室の加熱負荷は、安定時の負荷に対して２〜３倍程度増大することから、ヒータのみを用いた場合は最大負荷に合わせた加熱容量のヒータを備えるとともに、１０分〜２０分毎にＯＮ／ＯＦＦを繰り返して時間平均の加温能力を０％から１００％まで連続的に変化させることで、負荷の変動に対応している。
【００２６】
同様に、主としてヒートポンプシステムを用いてホット／コールド切替室を加温する場合、例えば安定時の負荷に対して２倍程度の負荷変動に耐える加熱能力のヒートポンプシステムを備えて、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返して負荷の変動に対応するとともに、最大負荷時に不足する加熱能力、例えば安定時の負荷の１倍相当分は補助ヒータで補完して、安定時の負荷に対して３倍程度の最大能力を発揮することになる。
【００２７】
ところが、自動販売機のように商品収納室が断熱材で保温されていると、外気温度による負荷の変動は極めて小さく、商品が追加された場合などに稀に最大負荷が発生する程度である。従って、主としてヒートポンプシステムを用いてホット／コールド切替室を加温すると、ほとんど常に圧縮機の増速と減速を頻繁に繰り返しながら能力調整することとなり、室内熱交換器の過昇温に伴う室温の変動が発生して缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができないという課題があった。
【００２８】
また、ホット／コールド切替室の加温時の室温は５５℃程度であり、一般の冷暖房装置に用いられるヒートポンプシステムに比べてかなり高いことから、室内熱交換器の凝縮温度が過度に上昇して圧縮機の耐久性を損なう危険がある。そこで、高能力な室内熱交換器を適用する必要があるが、ヒートポンプシステムの最大能力が大きくなると室内熱交換器が大型化して商品収納室内への設置が困難となるという課題も発生する。
【００２９】
一方、コールド専用室を熱源としてコールド専用室の冷却とホット／コールド切替室の加温を同時に実現する場合、ホット／コールド切替室の加温中にコールド専用室の冷却が先に完了すると、外気など他の熱源に切換えなければ加温を継続できないことから、ヒートポンプシステムの構成や制御がさらに複雑になるという課題も発生する。
【００３０】
本発明は、従来の課題を解決するもので、自動販売機の負荷変動に着目してヒートポンプシステムをより定常的に利用できる構成を提案し、室内熱交換器の過昇温に伴う室温の変動を抑制できる自動販売機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
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、ヒートポンプシステムの加温能力をヒータの加温能力と同等以下に設計して安定時の負荷を大きく越えないようにヒートポンプシステムの加温能力の調整を行うことを特徴とするものである。
【００３２】
これによって、ヒートポンプシステムを必要能力以下で略一定速を保ちながら安定的に稼動することで、室内熱交換器の過昇温に伴う室温の変動を抑制できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の自動販売機は、ヒートポンプシステムの加温能力をヒータの加温能力と同等以下に設計して安定時の負荷を大きく越えないようにヒートポンプシステムの加温能力の調整を行うことで、室内熱交換器の過昇温に伴う室温の変動を抑制し缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。また、結果として安定時の加温能力に合わせた小型で小能力の室内熱交換器を用いた場合でも圧縮機の耐久性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の請求項１に記載の発明は、商品を収納するホット／コールド切換室を有する自動販売機において、圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器からなり、大気の熱を利用して前記ホット／コールド切換室を加温するヒートポンプシステムと、前記ヒートポンプシステムと同時に前記ホット／コールド切換室を加温する加熱源としてヒータと、前記ホット／コールド切換室の室内空気温度を検知する室内温度センサーと、前記室内温度センサーの検出温度と予め設定された基準温度との比較に基づいて前記圧縮機の回転数を制御する温度調整用制御装置とを備え、前記室内温度センサーの検出温度がシフトＵＰ温度以下ではシフトＵＰ待ち時間毎に前記圧縮機を増速し、前記室内温度センサーの検出温度がシフトＤＯＷＮ温度以上ではシフトＤＯＷＮ待ち時間毎に前記圧縮機を減速する制御を行う自動販売機であるので、ヒートポンプシステムの加温能力が小さく、室内熱交換器の過昇温に伴うホット／コールド切換室の室温の変動を抑制し缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。また、結果として安定時の加温能力に合わせた小型で小能力の室内熱交換器を用いた場合でも圧縮機の耐久性を確保することができる。
【００３５】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、凝縮器の温度を検出する凝縮温度センサーを備え、圧縮機の回転数を変更してから所定時間以降に、凝縮温度センサーの検出温度が所定値を越えたら圧縮機の回転数を減速する制御を行う自動販売機であるので、特に初期起動状態においてホット／コールド切換室の室温が上昇するまで圧縮機が連続で高速運転することによって生じる室内熱交換器の過昇温を抑制することができる。
【００３６】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の発明において、外気温度を検出する外気温度センサーと、ホット／コールド切換室に隣接する商品収納室の温度設定状態を記憶する運転モード記憶装置と備え、前記外気温度センサーの検出温度と前記運転モード記憶装置の温度設定状態からホット／コールド切換室の加熱負荷を推算し、その加熱負荷の大小に合わせて圧縮機の最低回転数を決定する制御を行う自動販売機であるので、ヒートポンプシステムの最低加温能力をホット／コールド切換室の加熱負荷よりも若干小さく設定して、ホット／コールド切換室の室温が下がり過ぎを抑制することで、缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。
【００３７】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、凝縮器の風下にヒータを設置するとともに、前記凝縮器と前記ヒータからなる過熱源の吹出し空気温度あるいは前記ヒータの周囲温度を検知する吹出し空気温度センサーと、前記吹出し空気温度センサーの検出温度と予め設定された基準温度との比較に基づいて前記ヒータを制御する能力調整用制御装置を備え、前記ヒータをＯＮする基準となる能力調整用ヒータＯＮ温度と、前記ヒータをＯＦＦする基準となる能力調整用ヒータＯＦＦ温度とを設け、前記吹出し空気温度センサーの検出温度が略一定になるように制御を行う自動販売機であるので、ヒートポンプシステムを連続運転して加温しながら、連続的に能力可変可能なヒータで温度調整することができ、缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。
【００３８】
以下、本発明による自動販売機の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の自動販売機の冷媒回路図、図２は実施の形態１の自動販売機の加温制御のタイミングチャートである。
【００４０】
図１に示すように、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、第二コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、加温用圧縮機２０、ホット／コールド切替室１内に設置された切替室凝縮器２１、貯蔵室の外に設置された切替室蒸発器２２、加温用膨張弁２３からなり、ホット／コールド切替室１の加温を専用に行うヒートポンプシステムを有する。
【００４１】
また、ヒートポンプシステムの加温能力を補完するために、ヒートポンプシステムの最大加温能力とほぼ同等の加温能力を有する電気ヒータからなるヒータ２４が切替室凝縮器２１の風下側に設置されている。そして、切替室凝縮器２１およびヒータ２４で暖められた空気は、加温用ファン２５によって送風されてホット／コールド切替室１の室内を循環する。ここで、加温用圧縮機２０およびヒータ２４は、ホット／コールド切替室１の室内温度を計測する室内温度センサー２６と予め設定された基準値との比較に基づいて、温度調整用制御装置（図示せず）によって制御される。
【００４２】
以上のように構成された実施の形態１の自動販売機について、以下その動作を説明する。
【００４３】
ホット／コールド切替室１を冷却する場合、加温用圧縮機２０を停止した後、圧縮機８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、切替室蒸発器２０、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、切替室蒸発器２０、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、ホット／コールド切替室１を加温する場合、膨張弁Ａ９を閉塞したまま、圧縮機８を稼動して、コールド専用室２、第二コールド専用室３の冷却を継続するとともに、加温用圧縮機２０を駆動する。加温用圧縮機２０から吐出された冷媒は、切替室凝縮器２１で凝縮された後、加温用膨張弁２３で減圧されて、切替室蒸発器２２へ供給される。そして、切替室蒸発器２２で蒸発した冷媒が加温用圧縮機２０へ還流する。
【００４６】
次に、加温する場合のホット／コールド切替室１の室温変化に対する、加温用圧縮機２０の回転数およびヒータ２４のＯＮ／ＯＦＦ状態の変化について図２を用いて詳細に説明する。
【００４７】
図２は横軸に時間区分ｔ０〜ｔ２７をとったタイムチャートであり、上から順にホット／コールド切替室１の室温の変化、切換室凝縮器２１の凝縮温度の変化、ヒータ２４のＯＮ／ＯＦＦ状態、加温用圧縮機２０の回転数、ヒータ２４と加温用圧縮機２０などからなるヒートポンプシステムの加温能力の総和を示したものである。また、室温の縦軸に記載されているＴ０は外気温度、Ｔ１はヒータ２４を入れる基準であるヒータＯＮ温度およびヒータ２４を切る基準であるヒータＯＦＦ温度、Ｔ２は加温用圧縮機２０の回転数を増速する基準であるシフトＵＰ温度、Ｔ３は加温用圧縮機２０の回転数を減速する基準であるシフトＤＯＷＮ温度を示す。また、凝縮温度の縦軸に記載されているＴｐはホット／コールド切替室１に貯蔵された商品の加温時の目標温度、Ｔｑは加温用圧縮機２０の信頼性を確保する上で望ましい上限の凝縮温度を示す。
【００４８】
ここで、ヒータ２４は室温がヒータＯＮ温度より低くなればＯＮとなり、ヒータＯＦＦ温度以上になればＯＦＦとなる。また、加温用圧縮機２０は室温がシフトＵＰ温度より低くなれば回転数をＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の順に増速し、シフトＤＯＷＮ温度以上になれば回転数をＮ４、Ｎ３、Ｎ２、Ｎ１の順に減速する。また、加温用圧縮機２０は切換室凝縮器２１の凝縮温度が、回転数を変更してから所定時間以降に上限の凝縮温度Ｔｑを越えると減速する。
【００４９】
一般に、レシプロ型の圧縮機構を有する加温用圧縮機２０では最低回転数Ｎ１は２０〜３０ｒｐｓ程度であり、最低回転数Ｎ１と最高回転数Ｎ４との比率は１対３〜４程度に設定される。このように、加温用圧縮機２０の回転数を不連続に変化させるのは、特定の回転数で共振して異常な振動や騒音が発生することを回避するためであり、自動販売機のように室内設置される機器においては特に重要である。
【００５０】
図２において、時間ｔ０は室温が外気温度Ｔ０近くまで低下した初期起動状態であり、室温がＴ１より低いことから、ヒータ２４がＯＮとなる。また、加温用圧縮機２０は最高回転数Ｎ４で稼動する。これは、初期起動状態では大きい加温能力が必要なので、電源投入や扉開閉から初期起動状態を検知して強制的に加温用圧縮機２０を最高回転数Ｎ４で稼動したためである。
【００５１】
そして、時間ｔ３で室温がＴ１を越えるとヒータ２４がＯＦＦし、時間ｔ６で凝縮温度がＴｑを越えると、加温用圧縮機２０をＮ４からＮ１に逐次減速していく。時間ｔ６からｔ８の区間で凝縮温度が下がりにくいのは、初期起動状態において加温用圧縮機２０を最高回転数Ｎ４で長時間運転したために、切換室凝縮器２１およびその周辺部材が過昇温となり、加温用圧縮機２０の回転数を徐々に下げても周辺部材の温度が急激に下がらないためである。
【００５２】
そして、時間ｔ８〜ｔ１８の区間で圧縮機８を最低回転数Ｎ１に保つことで、室温が徐々に低下し、時間ｔ１９で室温がＴ２を下回ると加温用圧縮機２０を回転数Ｎ１からＮ４に逐次増速していく。この結果、再び切換室凝縮器２１の凝縮温度が上昇することで加温能力が高まり、時間ｔ２２以降で室温が再び上昇していく。
【００５３】
その後は、凝縮温度がＴｑを越えると加温用圧縮機２０を逐次減速し、室温がＴ２を下回ると加温用圧縮機２０を逐次増速することを繰り返して室温を安定させていく。また、外気温度が高くて加温負荷が小さい時に、加温用圧縮機２０を最低回転数Ｎ１で運転しても室温がＴ３よりもさらに上昇して室温の上限温度（図示せず）を越えるか、あるいは回転数を変更してから所定時間以降で凝縮温度がＴｑを越えると、加温用圧縮機２０の運転を停止する。
【００５４】
このように、凝縮温度が上限温度Ｔｑを越えると加温用圧縮機２０を逐次減速する制御を加えることで、切換室凝縮器２１およびその周辺部材が上限温度Ｔｑを越え続けることを抑制するので、結果として切換室凝縮器２１の過昇温に伴う室温の変動を抑制し缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。
【００５５】
また、ヒートポンプシステムの最大加温能力をヒータの加温能力と同等になるように設計することで、加温用圧縮機２０が最高回転数で連続運転する時の切換室凝縮器２１の過昇温を抑制するとともに、回転数変化による加温能力の変化量が小さくなり、より滑らかなホット／コールド切替室１の室温の変化が実現できる。
【００５６】
また、外気を熱源として、ホット／コールド切替室１を単独で加温するヒートポンプシステムを用いることにより、コールド専用室２および第二コールド専用室３の冷却負荷の変動を受けることがないため、加温能力が安定するので、より滑らかなホット／コールド切替室１の室温の変化が実現できる。
【００５７】
なお、加温用圧縮機２０を逐次増速あるいは逐次減速する時間間隔、すなわち加温用圧縮機２０の回転数を変化させてから次の変化を行うまでの待ち時間を、数分から数十分程度設けることが望ましい。加温用圧縮機２０の回転数を急激に増速あるいは減速させても加温能力を急激に変化させることができないので、室温が安定してから加温用圧縮機２０の回転数を急激に変化させると切換凝縮器２０の過昇温が大きくなり、却って室温の変動を増加させる。
【００５８】
また、切換室凝縮器２１の凝縮温度が上限の凝縮温度Ｔｑを越えて加温用圧縮機２０を減速する場合の最短の待ち時間も、数分から数十分程度に設定することが望ましい。これは、室温に関係なく強制的に加温用圧縮機２０を減速することになるため、この待ち時間が小さいと頻繁に増減速を繰り返すことで、加温用圧縮機２０の耐久性を低下させる可能性がある。
【００５９】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２の自動販売機の冷媒回路図、図４は実施の形態２の自動販売機の加温制御のタイミングチャートである。
【００６０】
図３に示すように、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、第二コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、加温用圧縮機２０、ホット／コールド切替室１内に設置された切替室凝縮器２１、貯蔵室の外に設置された切替室蒸発器２２、加温用膨張弁２３からなり、ホット／コールド切替室１の加温を専用に行うヒートポンプシステムを有する。
【００６１】
また、ヒートポンプシステムの加温能力を補完するために、ヒートポンプシステムの最大加温能力とほぼ同等の加温能力を有する電気ヒータからなるヒータ２４が切替室凝縮器２１の風下側に設置されている。そして、切替室凝縮器２１およびヒータ２４で暖められた空気は、加温用ファン２５によって送風されてホット／コールド切替室１の室内を循環する。ここで、加温用圧縮機２０は、ホット／コールド切替室１の室内温度を計測する室内温度センサー２６と予め設定された基準値との比較に基づいて、温度調整用制御装置（図示せず）によって制御される。また、ヒータ２４は、切替室凝縮器２１およびヒータ２４で暖められた吹出し空気の温度を計測する吹出し空気温度センサー３０と予め設定された基準値との比較に基づいて、能力調整用制御装置（図示せず）によって制御される。
【００６２】
以上のように構成された実施の形態２の自動販売機について、以下その動作を説明する。
【００６３】
ホット／コールド切替室１を冷却する場合、加温用圧縮機２０を停止した後、圧縮機８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、切替室蒸発器２０、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、切替室蒸発器２０、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。
【００６４】
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。
【００６５】
次に、ホット／コールド切替室１を加温する場合、膨張弁Ａ９を閉塞したまま、圧縮機８を稼動して、コールド専用室２、第二コールド専用室３の冷却を継続するとともに、加温用圧縮機２０を駆動する。加温用圧縮機２０から吐出された冷媒は、切替室凝縮器２１で凝縮された後、加温用膨張弁２３で減圧されて、切替室蒸発器２２へ供給される。そして、切替室蒸発器２２で蒸発した冷媒が加温用圧縮機２０へ還流する。
【００６６】
次に、加温する場合のホット／コールド切替室１の室温変化に対する、加温用圧縮機２０の回転数およびヒータ２４のＯＮ／ＯＦＦ状態の変化について図４を用いて詳細に説明する。
【００６７】
図４は横軸に時間区分ｔ０〜ｔ２７をとったタイムチャートであり、上から順にホット／コールド切替室１の室温の変化、切換室凝縮器２１の凝縮温度（実線）とヒータＯＮ時の吹出し空気温度（一点鎖線）の変化、ヒータ２４のＯＮ／ＯＦＦ状態、加温用圧縮機２０の回転数、ヒータ２４と加温用圧縮機２０などからなるヒートポンプシステムの加温能力の総和を示したものである。また、室温の縦軸に記載されているＴ０は外気温度、Ｔ２は加温用圧縮機２０の回転数を増速する基準であるシフトＵＰ温度、Ｔ３は加温用圧縮機２０の回転数を減速する基準であるシフトＤＯＷＮ温度を示す。また、凝縮温度の縦軸に記載されているＴｐはホット／コールド切替室１に貯蔵された商品の加温時の目標温度、Ｔｑは加温用圧縮機２０の信頼性を確保する上で望ましい上限の凝縮温度を示す。
【００６８】
ここで、加温用圧縮機２０は室温がシフトＵＰ温度より低くなれば回転数をＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の順に増速し、シフトＤＯＷＮ温度以上になれば回転数をＮ４、Ｎ３、Ｎ２、Ｎ１の順に減速する。また、加温用圧縮機２０は切換室凝縮器２１の凝縮温度が、回転数を変更してから所定時間以降に上限の凝縮温度Ｔｑを越えると減速する。
【００６９】
一方、ヒータ２４は吹出し空気温度センサー３０で検知される吹出し空気温度が凝縮温度の上限温度Ｔｑよりも低くなるとＯＮし、凝縮温度の上限温度Ｔｑよりも高くなるとＯＦＦする。これは、切替室凝縮器２１およびヒータ２４で暖められた吹出し空気の温度がＴｑの近傍で略一定となるように、加温能力を調整することを意味する。また、ヒータ２４をＯＦＦした場合の吹出し空気の温度は切替室凝縮器２１の凝縮温度とほぼ一致することから、実際の吹出し空気の温度は図４で示した切換室凝縮器２１の凝縮温度（実線）とヒータＯＮ時の吹出し空気温度（一点鎖線）の間で細かく変動している。
【００７０】
一般に、レシプロ型の圧縮機構を有する加温用圧縮機２０では最低回転数Ｎ１は２０〜３０ｒｐｓ程度であり、最低回転数Ｎ１と最高回転数Ｎ４との比率は１対３〜４程度に設定される。このように、加温用圧縮機２０の回転数を不連続に変化させるのは、特定の回転数で共振して異常な振動や騒音が発生することを回避するためであり、自動販売機のように室内設置される機器においては特に重要である。
【００７１】
図４において、時間ｔ０は室温が外気温度Ｔ０近くまで低下した初期起動状態であり、吹出し空気温度がＴｑより低いことから、ヒータ２４がＯＮとなる。また、加温用圧縮機２０は最高回転数Ｎ４で稼動する。これは、初期起動状態では大きい加温能力が必要なので、電源投入や扉開閉から初期起動状態を検知して強制的に加温用圧縮機２０を最高回転数Ｎ４で稼動したためである。
【００７２】
そして、時間ｔ３で吹出し空気温度がＴｑを越えると、ヒータ２４は細かくＯＮ／ＯＦＦするとともに、凝縮温度の上昇とともにＯＦＦ時間の割合を大きくしながら、吹出し空気温度がＴｑで略一定となるように調整される。
【００７３】
さらに、時間ｔ６で凝縮温度がＴｑを越えると、ヒータ２４は完全にＯＦＦ状態になるとともに、加温用圧縮機２０は回転数Ｎ４からＮ２に逐次減速していく。ここで、加温用圧縮機２０がＮ２からＮ１に減速しないのは、加温用圧縮機２０の最低回転数をＮ２に設定しているためである。これは、外気温度と第二コールド専用室３の温度設定からホット／コールド切替室１の負荷を推定し、加温用圧縮機２０の各回転数の加温能力と比較して最低回転数を決定する制御を加えた結果である。この場合、外気温度と第二コールド専用室３の温度設定から推定されるホット／コールド切替室１の負荷が加温用圧縮機２０の回転数Ｎ２の加温能力よりも大きいので、最低回転数をＮ２に設定した。仮に回転数Ｎ１で運転すると、加温能力を補うためヒータ２４のＯＮ時間が増大して加温効率が低下すると予測される。
【００７４】
そして、時間ｔ７以降の区間で加温用圧縮機２０を最低回転数Ｎ２に保つことで、室温が徐々に低下し、時間ｔ９で吹出し空気温度がＴｑを下回ると、再びヒータ２４は細かくＯＮ／ＯＦＦするとともに、吹出し空気温度がＴｑで略一定となるように調整される。この結果、加温用圧縮機２０を最低回転数Ｎ２に保ちながら、ヒータ２４の微妙な能力調整が行われることで、切換室凝縮器２１の凝縮温度、吹出し空気温度およびホット／コールド切替室１の室温すべてが安定となり、ホット／コールド切替室１の負荷が大きく変動しない限り、この状態が維持されることとなる。
【００７５】
このように、吹出し空気温度がＴｑを越えると、ヒータ２４は細かくＯＮ／ＯＦＦ制御して、吹出し空気温度がＴｑで略一定となるように調整することで、ヒートポンプシステムの加温能力とホット／コールド切替室１の負荷の差を精度よく補完することができ、結果として、切換室凝縮器２１の凝縮温度、吹出し空気温度およびホット／コールド切替室１の室温すべてが安定となり、缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。
【００７６】
また、外気温度と第二コールド専用室３の温度設定からホット／コールド切替室１の負荷を推定し、加温用圧縮機２０の各回転数の加温能力と比較して最低回転数を決定する制御を加えたことで、ヒートポンプシステムの加温能力とホット／コールド切替室１の負荷の差を極力小さくすることができ、結果として、ホット／コールド切替室１の室温の低下を抑制するとともに、ヒータ２４の消費電力量を削減することができる。
【００７７】
また、凝縮温度が上限温度Ｔｑを越えると加温用圧縮機２０を逐次減速する制御を加えることで、切換室凝縮器２１およびその周辺部材が上限温度Ｔｑを越え続けることを抑制するので、結果として切換室凝縮器２１の過昇温に伴う室温の変動を抑制し缶飲料などの商品の温度を高精度に保つことができる。
【００７８】
また、ヒートポンプシステムの最大加温能力をヒータの加温能力と同等になるように設計することで、加温用圧縮機２０が最高回転数で連続運転する時の切換室凝縮器２１の過昇温を抑制するとともに、回転数変化による加温能力の変化量が小さくなり、ヒートポンプシステムの加温能力とホット／コールド切替室１の負荷の差を補完するヒータ２４の消費電力量を抑制することができる。
【００７９】
また、外気を熱源として、ホット／コールド切替室１を単独で加温するヒートポンプシステムを用いることにより、コールド専用室２および第二コールド専用室３の冷却負荷の変動を受けることがないため、加温能力が安定するので、より滑らかなホット／コールド切替室１の室温の変化が実現できる。
【００８０】
なお、加温用圧縮機２０を逐次増速あるいは逐次減速する時間間隔、すなわち加温用圧縮機２０の回転数を変化させてから次の変化を行うまでの待ち時間を、数分から数十分程度設けることが望ましい。加温用圧縮機２０の回転数を急激に増速あるいは減速させても加温能力を急激に変化させることができないので、室温が安定してから加温用圧縮機２０の回転数を急激に変化させると切換凝縮器２０の過昇温が大きくなり、却って室温の変動を増加させる。
【００８１】
また、切換室凝縮器２１の凝縮温度が上限の凝縮温度Ｔｑを越えて加温用圧縮機２０を減速する場合の最短の待ち時間も、数分から数十分程度に設定することが望ましい。これは、室温に関係なく強制的に加温用圧縮機２０を減速することになるため、この待ち時間が小さいと頻繁に増減速を繰り返すことで、加温用圧縮機２０の耐久性を低下させる可能性がある。
【００８２】
また、本実施の形態２では、ヒータ２４は吹出し空気温度センサー３０で検知される吹出し空気温度が凝縮温度の上限温度Ｔｑよりも低くなるとＯＮし、凝縮温度の上限温度Ｔｑよりも高くなるとＯＦＦするように制御したが、ヒータ２４をＯＮ／ＯＦＦする基準温度は、缶飲料などの商品の温度を目標温度に維持するために必要な吹出し空気温度の近傍に設定すればよい。また、ＯＮ温度とＯＦＦ温度に若干の差を付けて、缶飲料などの商品の温度が変動しない範囲で制御周期をより長くなるように調整してもよい。また、吹出し空気温度センサー３０で検知される吹出し空気温度に換えて、吹出し空気温度と相関の高いヒータ２４の周囲温度などを用いてヒータ２４をＯＮ／ＯＦＦ制御しても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明にかかる自動販売機のヒートポンプシステムは、ヒートポンプシステムと同等以上の加温能力を有するヒータを備えて、安定時の負荷を大きく越えないようにヒートポンプシステムの加温能力の調整を行うことで、凝縮温度の過昇温に伴う室温の変動を抑制することができるので、ホット飲料とコールド飲料を同時に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小能力の加温エネルギーの省力化が要求される用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１による自動販売機の冷媒回路図
【図２】本発明の実施の形態１による自動販売機の加温制御のタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２による自動販売機の冷媒回路図
【図４】本発明の実施の形態２による自動販売機の加温制御のタイミングチャート
【図５】従来の自動販売機の冷媒回路図
【図６】従来の自動販売機の加温制御のタイミングチャート
【符号の説明】
【００８５】
１    ホット／コールド切替室
２０  加温用圧縮機
２１  切替室凝縮器
２２  切替室蒸発器
２４  ヒータ
２５  加温用ヒータ
２６  室内温度センサー
３０  吹出し空気温度センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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