(57)【要約】【課題】ホット／コールド切換室を冷却加温するヒートポンプシステムに関し、開閉弁の消費電力量を削減し、省エネ自販機を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機１７と、室内熱交換器１８と、室外熱交換器１９と、直動式の四方切換弁２０とを備え加温時に四方切換弁２０に通電しないので、切換弁の消費電力がゼロとなり、さらに、弁の流量も確保して圧力損失を低減することで圧縮機１７の効率ＵＰとなり、さらなる省エネを実現することができる。また、切換弁を減らすことができ部品点数の削減、配管の簡素化ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品を収納するホット／コールド切換室と、前記ホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、圧縮機と、前記圧縮機と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁を備えたヒートポンプ冷却加温システムを有する自動販売機において、前記四方切換弁は直動式で、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合は前記四方切換弁に通電し、前記ホット／コールド切換室を加温する場合は前記四方切換弁に通電しないで冷媒を前記冷却加温システム配管に流すことを特徴とする自動販売機。
【請求項２】
ホット／コールド切換室の冷却加温の設定変更がない場合でも、四方切換弁は定期的に動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の自動販売機。
【請求項３】
前記ホット／コールド切換室を冷却する場合のデフロスト時、前記四方切換弁の通電を停止して、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室内熱交換器から前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するサイクルとして一定時間圧縮機を運転した後に停止することで室内熱交換器のデフロストにホットガスを用いる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。
【請求項４】
前記ホット／コールド切換室を冷却する場合のホットガスデフロストを販売量の少ない時間帯に行うことを特徴とする請求項３に記載の自動販売機。
【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利用し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。（例えば、特許文献１参照）
以下、図面を参照しながら従来の自動販売機を説明する。
【０００３】
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／コールド切換室１、貯蔵室２、貯蔵室３からなる貯蔵室を備え、ホット／コールド切換室１内に設置された室内熱交換器４、貯蔵室２内に設置された蒸発器５、貯蔵室３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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
ホット／コールド切換室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およびコンプファン１６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。
【０００８】
このとき、ホット／コールド切換室１、貯蔵室２、貯蔵室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。
【０００９】
次に、ホット／コールド切換室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およびコンプファン１６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、貯蔵室２、貯蔵室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。
【００１０】
このように、貯蔵室２および貯蔵室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／コールド切換室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／コールド切換室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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１７４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成では、ホット／コールド切換室を冷却する際も加温する際も開閉弁２個にそれぞれ通電が必要である。開閉弁の弁口径は一般にはΦ１．６ｍｍ程度で流量が少ない小型のものが使用されている。これは、使用される冷媒の圧力や使用される部位にもよるが、冷媒流量が多い大型のものを使用するとそれを作動するためのコイルも大きくなり開閉弁の消費電力量が大きくなる。よって、ヒートポンプの効果で効率よく加温できるがさらに省エネを行うには、開閉弁の消費電力量を削減することが課題である。
【００１３】
また、圧縮機の吸入側配管に設けた開閉弁は、流路の抵抗となり圧力損失により冷媒流量が減り、圧縮機の効率低下になっている。また、圧縮機の吐出側配管で冷媒が吐出されてすぐの凝縮する前に開閉弁があり、万が一の開閉弁故障や断線等で開閉弁が閉じたまま圧縮機が稼動すると、圧縮された高圧ガスが短い配管で閉塞され圧力の異常な上昇となり圧縮機の故障につながるという課題があった。
【００１４】
本発明は、従来の課題を解決するもので、ヒートポンプの切換弁に着目して、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、消費電力量を削減でき、部品点数を削減し、さらに故障に対する信頼性も向上した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】
【００１５】
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、商品を収納するホット／コールド切換室と、前記ホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、圧縮機と、前記圧縮機と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁を備えたヒートポンプ冷却加温システムを有する自動販売機において、前記四方切換弁は直動式で、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合は前記四方切換弁に通電し、前記ホット／コールド切換室を加温する場合は前記四方切換弁に通電しないで冷媒を前記冷却加温システム配管に流すものである。
【００１６】
これによって、加温する場合は四方切換弁に全く通電しないので従来のような開閉弁がなくその開閉弁が消費する消費電力量の削減ができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の自動販売機は、消費電力量を大幅に削減できるヒートポンプにおいて加温時に四方切換弁に通電しないので、切換弁の消費電力を低減でき、省エネを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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冷媒回路図
【図３】本発明の実施の形態１による自動販売機の四方弁の断面図
【図４】本発明の実施の形態１による自動販売機の四方弁の断面図
【図５】従来の自動販売機の冷媒回路図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、商品を収納するホット／コールド切換室と、前記ホット／コールド切換室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、圧縮機と、前記圧縮機と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁を備えたヒートポンプ冷却加温システムを有する自動販売機において、前記四方切換弁は直動式で、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合は前記四方切換弁に通電し、前記ホット／コールド切換室を加温する場合は前記四方切換弁に通電しないで冷媒を前記冷却加温システム配管に流すことにより、加温する場合は四方切換弁に全く通電しないので消費電力量の削減ができる。
【００２０】
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、ホット／コールド切換室の冷却加温の設定変更がない場合でも、四方切換弁は定期的に動作を行うものであり、冷却加温の設定変更が半年から数年という長期間ない場合でも、四方切換弁の内部の樹脂部品の固着による動作不良、あるいは四方切換弁を制御するためのリレー接点の溶着による動作不良等を防止することができる。
【００２１】
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、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合のデフロスト時、前記四方切換弁の通電を停止して、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室内熱交換器から前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するサイクルとして一定時間圧縮機を運転した後に停止することで室内熱交換器のデフロストにホットガスを用いるものであり、フィンピッチを狭くして高効率高性能のコンパクトな熱交換器でも短時間で確実なデフロストが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記ホット／コールド切換室を冷却する場合のホットガスデフロストを販売量の少ない時間帯に行うものであり、商品販売機会の少ない例えば深夜でのデフロストとなるので販売への影響を最小限にすることができる。
【００２３】
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、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。
【００２４】
（実施の形態１）
図１、図２は実施の形態１の自動販売機の冷媒回路図である。図３、図４は同実施の形態の自動販売機の四方切換弁の断面図である。
【００２５】
図１、２において、ホット／コールド切換室１、貯蔵室２、貯蔵室３からなる貯蔵室を備え、Ｒ６００ａを冷媒とし、高温用レシプロ型の圧縮機１７、ホット／コールド切換室１内に設置された室内熱交換器１８、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器１９、冷却時と加温時に冷媒流路を切換える四方切換弁２０、キャピラリチューブ２１からなり、ホット／コールド切換室１の冷却と加温を専用に行う冷却加温システムを有する。
【００２６】
また、室内熱交換器１８と室外熱交換器１９は、ともに四方切換弁２０を切り換えるこ
とによって冷媒の凝縮あるいは蒸発を行うフィンチューブ熱交換器であり、凝縮能力を高めるためフィンピッチを狭くしたものである。
【００２７】
また、キャピラリチューブ２１は加温と冷却の両方のモードで使用し通過する冷媒の圧力を低下して蒸発圧力を調整するものである。
【００２８】
図３、図４において四方切換弁は、４本の配管を内部で２本と２本に仕切る構造となっており、具体的には、圧縮機１７の吐出管と連通する配管３０、室外熱交換器１９と連通する配管３１、圧縮機１７の吸入管と連通する配管３２、室内熱交換器１８と連通する配管３３とを備えている。
【００２９】
すなわち、コイル３４に通電することでスライド移動するスライド部３５が配管３１、３２、３３、３４の接続を変えるようになっている。スライド部３５を移動させる距離が大きいほど大きな電磁力が必要となりコイル３４も大きくなり消費電力が増大するので省エネのためには、スライド部３５を移動させるために必要な力を少なくすべきであり、配管内の圧力差がない均等な圧力条件での動作に限定することで実現できる。自動販売機の冷却・加温は一般的に、夏は冷却、冬は加温、春と秋の季節に冷却と加温を切り換える場合が多い。したがって、冷却・加温の設定変更は年間に２回程度が一般的である。よって、冷却・加温の設定変更の場合は、圧縮機１７を止めて数分待ち配管内部の圧力をバランスさせて、四方切換弁２０が動作できる圧力状態とする。その状態でコイル３４のＯＮまたはＯＦＦを行うことで回路切換えができる。
【００３０】
弁動作は直動式で図３のように、コイル３４に通電した場合は、プランジャーが吸引される。図４のように、コイル３４に通電しない場合は、プランジャー３６がスプリング３７の力でコイル３４から離れる。エアコン等に用いられている四方切換弁は通常パイロット形とよばれるものである。これは、冷媒流量が多いため配管径が大きく、弁の動作に大きな力が必要なため、配管内の圧力差を利用して動作させるようになっており、配管が複雑で四方切換弁が大型になってしまう。一方、本実施の形態では、四方切換弁２０を直動式で配管内の圧力差がない状態で動作させることで、配管の簡素化、弁の小型化ができ、さらにはシンプル構造で故障モードを少なくし信頼性を高めることができる。
【００３１】
また、ホット／コールド切換室１を冷却する場合は四方切換弁２０に通電し、ホット／コールド切換室１を加温する場合は四方切換弁２０に通電しないが、これは、年間のうち全室冷却とするのは４ヶ月程度であり、残りの８ヶ月は加温を少なくとも１室設定することが多いからである。つまり、加温する場合に四方切換弁２０に通電しない方が年間を通した場合に省エネになるからである。
【００３２】
また、圧縮機２２は室外熱交換器７、蒸発器５および第二の蒸発器６、膨張弁Ｂ１０および膨張弁Ｃ１１とともに冷却サイクルを構成し、貯蔵室２、貯蔵室３を冷却するものである。圧縮機２２はＲ６００ａを冷媒とする家庭用冷蔵庫に用いられる圧縮機である。室外ファン２３は圧縮機２２と圧縮機１７に連動して回転数を制御して駆動し圧縮機を冷却するとともに、室外熱交換器７と室外熱交換器１９の熱交換を促進するものである。
【００３３】
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。
【００３４】
ホット／コールド切換室１を冷却する場合、圧縮機１７を稼動する前に、四方切換弁２０に通電を行う。コイルに通電されると四方切換弁２０内部のプランジャー３６がコイル３４に吸引され、スライド部３５が移動し、配管３１、３２、３３、３４の接続が変わる。つまり、圧縮機１７の吐出管が室外熱交換器１９と連通し（配管３０と配管３１とが連通）、圧縮機１７の吸入管が室内熱交換器１８と連通する（配管３３と配管３２とが連通
）。圧縮機１７および室外ファン２３を駆動すると圧縮機１７から吐出された冷媒は、四方切換弁２０を通り室外熱交換器１９で凝縮された後、キャピラリチューブ２１で減圧されて、室内熱交換器１８へ供給され蒸発したのち四方切換弁２０を通り圧縮機１７へ還流する。
【００３５】
圧縮機１７は、Ｒ６００ａを冷媒とし、高温用レシプロ型のインバータ圧縮機で回転数が可変タイプを使用すると、外気温度が３２℃、商品を３℃に冷却する場合は、蒸発温度が約−１０℃、凝縮温度が約４３℃となる。
【００３６】
このとき、ホット／コールド切換室１が所定の温度に到達したら、圧縮機１７の運転を停止して冷媒の供給を停止する。圧縮機１７の運転を停止しても四方切換弁２０は通電したままで回路は維持される。
【００３７】
一方、貯蔵庫２と貯蔵庫３は独立した冷却サイクルにて冷却が行われる。圧縮機２２が駆動すると圧縮機２２から吐出された冷媒は、室外熱交換器７で凝縮された後、膨張弁Ｂ１０および膨張弁Ｃ１１で減圧されて、蒸発器５および第二の蒸発器６へ供給され蒸発したのち圧縮機２２へ還流する。減圧装置として膨張弁を用いているが、もちろんキャピラリチューブと電磁弁の組み合わせでもよい。さらに、加温を増やしたい場合は、貯蔵庫２の庫内にヒータを追加して加温を行うようにしてもよい。その場合は、膨張弁Ｂ１０は閉じて蒸発器５に冷媒は供給しないで、貯蔵庫２はヒータのＯＮ／ＯＦＦで温度制御を行う。
【００３８】
次に、ホット／コールド切換室１を加温する場合、四方切換弁２０に通電しない状態で圧縮機１７を稼動する。コイルに通電がない場合は、四方切換弁２０内部のプランジャー３６がスプリング３７の力でコイル３４から離れた状態となる。つまり、圧縮機１７の吐出管が室内熱交換器１８とつながり（配管３０と配管３３とが連通）、圧縮機１７の吸入管が室外熱交換器１９とつながる（配管３１と配管３２とが連通）。圧縮機１７および室外ファン２３を駆動すると圧縮機１７から吐出された冷媒は、四方切換弁２０を通り室内熱交換器１８で凝縮された後、キャピラリチューブ２１で減圧されて、室外熱交換器１９へ供給され蒸発したのち四方切換弁２０を通り圧縮機１７へ還流する。
【００３９】
圧縮機１７は、Ｒ６００ａを冷媒とし、高温用レシプロ型のインバータ圧縮機で回転数が可変タイプを使用すると、外気温度が１５℃、商品を５５℃に加温する場合は、蒸発温度が約５℃、凝縮温度が約６０℃となる。
【００４０】
このとき、ホット／コールド切換室１が所定の温度に到達したら、圧縮機１７の運転を停止して冷媒の供給を停止する。しかし、省エネのためには、圧縮機１７の回転数を下げて略連続運転となるようにするのがよい。
【００４１】
前述したように、自動販売機の冷却・加温の設定変更は年間に数回か、もしくは全くない場合もある。その間、四方切換弁２０が全く動作しないとスライド部にオイルスラッジ等が固着して、動作したいときに動作不良となることが懸念される。よって、商品の販売量が最も少ない深夜にデフロストを設定して、圧縮機１７を止めデフロストを行うとともに、四方切換弁２０をデフロスト時間中に往復動作させるものである。
【００４２】
さらに冷却設定時には、四方切換弁２０への通電を止めて加温側に切換えて、５分程度の短時間、圧縮機１７を稼動させる。すなわち室内熱交換器１８に高温高圧ガスを流すことで、室内熱交換器１８を約３０℃まで温度を上げて、デフロストを行うものである。これによって、フィンピッチを狭くして高効率高性能のコンパクトな熱交換器でも数分間の短時間で確実なデフロストが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる自動販売機は、消費電力量を大幅に削減できるヒートポンプにおいて加温時に四方切換弁に通電しないので、切換弁の消費電力を低減でき、省エネを実現することができるので、ホット飲料とコールド飲料を切り換えて保存するショーケースや冷蔵・温蔵庫など省エネルギー化が要求される用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ホット／コールド切換室
１７  圧縮機
１８  室内熱交換器
１９  室外熱交換器
２０  四方切換弁
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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