(57)【要約】  ボトル冷却システムは、蒸発器からの大気凝縮水を使用して、凝縮器から熱を取り出す手段を有する。
2008533426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム運転の少なくとも第１のモードで、流路に沿って冷媒を送り出すコンプレッサ（２２）と、
前記第１のモードにおいて、前記コンプレッサの下流の前記流路に沿っており、凝縮器として動作する第１の熱交換器（１０２）と、
前記第１のモードにおいて、前記コンプレッサの上流の前記流路に沿っており、前記システムの内部空間にある内容物を冷却するために、蒸発器として動作する第２の熱交換器（２８）と、
前記第２の熱交換器からの大気凝縮水を使用して、前記第１の熱交換器の下流部分から熱を取り出す手段と、
を有する冷却システム。
【請求項２】
前記手段は、前記第１の熱交換器（１０２）の前記下流部分（１０６）を前記第２の熱交換器（２８）のドレインパン（１２２）に浸けることを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記手段は、
前記凝縮水を前記下流部分に運ぶウイックと、
前記凝縮水を前記下流部分を流れる空気流に運ぶウイックと、
前記凝縮水の流れを受けて、該流れをドレインパンに案内するために上方に延びる、前記第１の熱交換器の前記下流部分の少なくとも第１の下位部分と、
の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記手段は、前記凝縮水を前記第１の熱交換器に噴霧する噴霧器を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記手段は、冷媒と前記凝縮水流れとの間で対向流熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
屋外に置かれた外部電動式の内蔵型飲料冷却器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記冷媒は、主質量部分をＣＯ2で構成され、
前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器は、冷媒−空気熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記冷媒は、基本的にＣＯ2からなり、
前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器は、それぞれ関連したファンを備えた冷媒−空気熱交換器であり、前記第１の熱交換器を横断する空気流は、外部から外部への流れであり、前記第２の熱交換器を横断する空気流は、再循環する内部流であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記内容物として、容量の範囲が０．３〜４．０リットルの複数の飲料容器を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
現金を入れて作動する自動販売機と、
前部が透明ドアで、後部が閉じた陳列ケースと、
上部から出し入れするクーラボックスと、
で構成される群から選択されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
遷臨界システムであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵に関する。より詳細には、本発明は飲料用冷却器に関する。
【０００２】
なお、本発明は、「遷臨界二酸化炭素冷蔵システムの凝縮物による熱伝達（ＣＯＮＤＥＮＳＡＴＥ  ＨＥＡＴ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ  ＦＯＲ  ＴＲＡＮＳＣＲＩＴＩＣＡＬ  ＣＡＲＢＯＮ  ＤＩＯＸＩＤＥ  ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ）」と題し、２００５年３月１８日に米国で出願の米国特許出願第６０／６６３，９１２号についての利益を主張するものである。「遷臨界蒸気圧縮システム用の高圧側圧力制御（ＨＩＧＨ  ＳＩＤＥ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＲＥＧＵＬＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＴＲＡＮＳＣＲＩＴＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ）」と題し、同日付けで本願とともに出願された整理番号０５−２５８の同時係属国際出願は、従来技術および発明の冷却システムを開示している。本願は、このシステムに対しての可能な修正形態を開示する。この出願の開示は、詳細に説明した場合と同様に、参照することで本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
自然と環境に優しい冷媒として、ＣＯ2（Ｒ−７４４）は大いに注目を集めている。ほとんどの空調運転範囲において、ＣＯ2システムは、遷臨界モードで動作する。作動流体としてＣＯ2を利用する遷臨界蒸気圧縮システムの実施例には、コンプレッサ、ガス冷却器、膨張装置、蒸発器など（図１を参照のこと）が含まれる。遷臨界運転と従来の運転の主な違いは、ＣＯ2の臨界温度が８７．８°Ｆであることから、ガス冷却器内の熱除去が超臨界領域でなされることである。したがって、圧力は単に温度だけに依存するわけではなく、これにより、システム運転に対する制御の追加と最適化問題が浮上する。
【０００４】
図１は、作動流体としてＣＯ2を利用する遷臨界蒸気圧縮システム２０を概略的に示している。このシステムは、コンプレッサ２２、ガス冷却器２４、膨張装置２６、および蒸発器２８を有する。典型的なガス冷却器および蒸発器は、それぞれ冷媒−空気熱交換器の形態をとることができる。これらの熱交換器の一方または両方を横切る空気流は強制送風することができる。例えば、１つまたは複数のファン３０，３２が、２つの熱交換器を横断するそれぞれの空気流３４，３６を送風することができる。冷媒流路４０には、蒸発器２８の出口からコンプレッサ２２の入口４２に延びる吸い込みラインが含まれる。吐出ラインは、コンプレッサの出口４４からガス冷却器の入口に延びている。さらなるラインは、ガス冷却器出口を膨張装置入口に接続し、膨張装置出口を蒸発器入口に接続している。
【０００５】
電子膨張弁は通常、ＣＯ2蒸気圧縮システムのＣＯＰを最適化するために、高圧側の圧力を調整する装置２６として使用される。電子膨張弁は通常、有効弁開口すなわち流れの容量を多数のとり得る状態（通常は１００を超える）に変えるために、ニードル弁に取り付けられたステッピングモータを有する。これにより、広範な運転状態にわたって高圧側圧力を良好に制御できる。弁の開口は、実際の高圧側圧力を所望の設定値に合わせるために、コントローラ５０によって電子制御される。コントローラ５０は、高圧側圧力を測定するためのセンサ５２に接続されている。
【０００６】
空気流３６が熱交換器２８を横切るときに、空気流３６が冷却されて、空気流から水が凝縮する。この水の処理に対処することが必要となることがある。１つの方法には、熱除去熱交換器を使用して水を加熱し、蒸発させるものがある。このようなシステム６０の例を図２に示す。
【０００７】
図示したシステム６０では、システム２０の部品と同様の部品は、同じ数字で示されている。説明のために、制御部品およびセンサ部品は示していない。ガス冷却器６２は、第１のセクション６４および第２のセクション６６に分割されている。第１のセクション６４は、冷媒流路４０に沿って、第２のセクション６６の上流にある。セクション６４，６６は、共通の空気流路に沿っており、（例えば、ファン７０によって送風された）共通の空気流６８を受け入れてもよいし、または（例えば、別々のファンによって送風された）異なる空気流路にあってもよい。共通の空気流路にある場合、第１のセクションは、第２のセクションの上流／下流とすることができる。
【０００８】
空気流３６から凝縮された水は、収集システム８０によって収集される。例示したシステム８０は、水が搬送されるパン８２を有する。第１のセクション６４の一部は、パン内の貯まった水に浸かるように配置されている。第１のセクション６４が水を加熱して、水の蒸発を促進する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、有利な性能とするために、凝縮物は、熱除去熱交換器のさらに下流のセクションに触れさせることができるのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ボトル冷却システムは、蒸発器からの大気凝縮水を使用して、凝縮器から熱を取り出す手段を有する。
【００１１】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細が添付の図面に示され、以下に説明される。本発明の他の特徴、目的、および利点が、説明と図面から、さらに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図３は、コンプレッサ２２、膨張装置２６、および熱吸収熱交換器（蒸発器）２８を有するシステム１００を示している。これらは、図１および図２のシステムの対応する部品と同じとすることができる。説明のために、制御部品およびセンサ部品は示していない。ガス冷却器１０２は、第１のセクション１０４と第２のセクション１０６に分割されている。冷媒流路４０に沿って、第１のセクション１０４が第２のセクション１０６の上流にある。セクション１０４，１０６は、（例えば、ファン１１０によって送風された）共通空気流１０８を受け入れるために、共通の空気流路に沿っていてもよいし、または（例えば、別々のファンによって送風された）異なる空気流路にあってもよい。例示したシステムでは、第１のセクション１０４は、ファン１１０が介在した状態で第２のセクション１０６の上流にある。
【００１３】
空気流３６から凝縮された水は、収集システム１１２によって収集される。例示したシステム１１２は、水が搬送されるパン１２２を有する。第２のセクション１０６の一部は、パン１２２内の貯まった水に浸かるように配置されている。第２のセクション１０６で水を加熱することにより、水の蒸発を促進することができる。図２のシステムと対比すると、凝縮物に熱を引き渡すガス冷却器のセクションは、冷媒流路に沿って相対的に下流（例えば、膨張装置より前の温度低下部の温度が低い方の半分または１／４）にある。これは、最も冷たい冷媒を凝縮物にさらすことで、可能な限り大きく冷媒温度を下げることを意図している。遷臨界ＣＯ2冷媒システムの場合、最高効率を維持するために、高圧側（ガス冷却器）熱交換器の出口における温度を最小限にすることが重要である。
【００１４】
この出口温度を最小限にすることは、ＣＯ2ボトル冷却器冷蔵システムにとってよりいっそう重要である。製造コストは特別に重要である。そのため、低価格／比較的低効率の（限定しないが、ワイヤオンチューブ熱交換器、プレートオンチューブ熱交換器、フィンレス熱交換器などを含む）熱交換器が、ボトル冷却器の製造コストを抑制するのに特に有用である。
【００１５】
このように、（周囲温度の変動が大きい）屋外に置くことができるか、または屋外に置ける性能を持たなければならないものを含めたボトル冷却器内に、凝縮物による熱交換を実施する特定の領域がある。図４は、冷媒および空気処理システムを収容した取り外し可能なカセット２０２を有する典型的な冷却器２００を示している。典型的なカセット２０２は、ハウジングを構成するベース２０４のコンパートメントに取り付けられている。ハウジングは、左側壁および右側壁と、後部壁／ダクト２１０と、上部壁／ダクト２１８と、前部ドア２２０と、ベースコンパートメントと、の間に内部空間２０６を有する。内部には、飲料容器２２４を保持する垂直方向配列の棚２２２を収容している。
【００１６】
典型的なカセット２０２は、ベース２０４の前部格子から空気流１０８を引き込み、ベースの後部から空気流１０８を排出する。カセットは、格子を取り外すか、または開くことにより、ベース前部から引き出すことができる。典型的なカセットは、後部ダクト２１０および上部ダクト２１８を経由して内部空間２０６を通る再循環流路に空気流３６を送り出す。
【００１７】
図５は、典型的なカセット２０２をさらに詳細に示している。熱交換器２８は、断熱壁２４２によって画定される凹部２４０内に配置されている。熱交換器２８は、大部分がカセットの上方後部の四半分に配置され、空気流３６を概略的に後方に通過させるように向けられて示され、空気流は、熱交換器を出た後で上向きになり、カセット上端の後部部分から排出される。ドレイン２５０は、断熱壁２４２の底部を貫通して、空気流３６からの凝縮水をドレインパン１２２に送ることができる。貯まった水２５４がパン１２２内に見られる。パン１２２は、熱交換器の第１のセクション１０４の下流の流れ１０８を通す空気ダクト２５６に沿っている。熱交換器の第２のセクション１０６は、貯まった水２５４に少なくとも部分的に浸るように位置している。浸された第２のセクション１０６と、流れ１０８内の加熱空気とに貯まった水２５４を触れさせることで蒸発を促進することができる。
【００１８】
第２のセクション１０６にあるコイルの典型的な経路設定では、第２のセクションは、通常は貯まった水より上で、空気流１０８の中にある第１の部分と、通常は浸された第２の部分とに分割されている。冷媒流路は、空気流１０８に沿って第１の部分を概略的に下流に進み、次いで、膨張装置に進む前に、第２の部分に入ることができる。
【００１９】
図５の構成は、第１のセクション１０４がある場所に単一の熱除去熱交換器が配置され、第２のセクション１０６のある場所には何もない基本カセットを基本として再設計したものである。この構成はまた、高温の方のセクションがその後者の位置にある分割システムを再設計したものである。しかし、図示した構成は、低温の方の部分が空気流路に沿って高温の方の部分の下流にあるという欠点がある。したがって、後ろから前になるように空気流を反転させることが望ましいであろう。この後ろ前の空気流の一部は、窓の曇りを回避するために、冷却器ドア窓上を流れるように向けることができる。
【００２０】
代替の実施形態では、第１の部分１０４の物理的な分離をなくすことができる。１つの実施例では、単に、図５の第２のセクション１０６によって示された位置に、単一の熱除去熱交換ユニットを配置しただけである。この交換器ユニットの浸された部分は、第２のセクション１０６の役割を果たし、一方、露出した部分は、第１のセクション１０４の役割を果たすことができる（添付の図６を参照のこと）。他の単純な変形形態には、ドレインから滴った水が熱交換器の先導部分（つまり、温かい空気流の上流端にある）を流れるように配置した熱交換器としたものがある。
【００２１】
凝縮水と冷媒を対向流とした熱交換によって、様々な実施形態において、熱伝達をさらに最大限にすることができる。この対向流は、凝縮水と冷媒との間の唯一の熱交換方法であってもよいし、パン液浸または他のメカニズムを補足してもよい。図６はこのようなシステムを示しており、ドレイン２５０は出口２６０を有する。冷媒管の縦部分２６２は出口に向かって上方に延びている。縦部分２６２は、出口２６０からの水滴を縦部分２６２に沿って下方にドレインパンに案内する／運ぶように配置されている。冷媒が縦部分２６２を通って上方に流れて、冷媒と水は対向流熱交換を行う。（冷媒流路に沿って）より上流にある部分２６４（または熱除去熱交換器の一部）は、パン内の水２５４に浸すことができ、さらに上流部分２７０は、空気流内とすることができる。
【００２２】
補助的なものとした別の実施例では、ガス冷却器の比較的小さい下流セクションが、ドレインパン１２２を通って／ドレインパン１２２内に、延びることができる。さらに下流のより小さい部分が蒸発器ドレインまで延びて、（その縦方向部分に沿って、あるいは、単にパン内の部分と組み合わせた２段対向流の一方または双方によって）対向流熱交換を行うことができる。図７の実施例では、ドレイン２５０はより複雑なドレイン３００に置き換えられている。ドレイン３００は、水スラグ３０４を収容する水トラップを画定する上方を向いたＵ字部分３０２を有する。ドレイン３００およびスラグ３０４は、高温空気流と低温空気流との間での空気漏れを防止することができ、単純なドレイン２５０の代わりに単独で使用することができる。スラグはドレイン３００に流れ込む凝縮水が連続して補充され、パン１２２に向かって下方に凝縮水を連続して放出する。冷媒管の部分３０６は、第２の部分１０６の残りの部分から延び、ドレイン３００を通る。膨張装置（図示せず）は、管部分３０６の下流端と蒸発器２８との間に配置することができる。したがって、管部分３０６を流れる冷媒は、ドレイン３００を流れる凝縮水と対向流熱交換を行う。管部分３０６は、ドレイン３００を貫いているように示されているが、ドレイン出口３０８から入り、かつ／またはドレイン入口３１０から出て、より厳密にドレインの流路をたどることができる。
【００２３】
図８は出口３２２を有する代替のドレイン３２０を示している。冷媒管の縦部分３２４は、上方に出口まで延びている。縦部分３２４は、出口３２２からの水滴を縦部分３２４に沿って下方に、ドレインパンに案内する／運ぶように配置されている。冷媒が縦部分３２４を通って上方に流れると、冷媒と水は対向流熱交換を行う。熱除去熱交換器の（冷媒流路に沿った）さらに上流の部分は、パン内の水に浸すことができる。
【００２４】
他の実施形態では、凝縮水は、熱除去熱交換器（すなわち、状態が適切であるならば凝縮器となるガス冷却器）の最後の部分を横切る直前の空気流（例えば、１０８）に送出することができて、熱伝達が改善され、冷媒温度が下がる。これは、空気流の蒸発による冷却が特に関係する乾燥した環境で特に有効となり得る。
【００２５】
この凝縮水の空気中への送出は、幾つかの方法で行うことができる。熱交換器の関連する部分の上流に、空気流に沿ってウイックを置くことができる。同様に噴霧装置を配置して、凝縮水からなる噴霧体を空気流に導くことができる。このような噴霧体は、さらに、または代替方法として、蒸発による冷却かまたは従来の冷却によって冷却を行うために、関連する熱交換器部分と直接に接触させることができる。同様に、ウイックは、熱交換器と接触して水を移送することができ、従来のおよび／または蒸発による冷却をもたらすことができる。
【００２６】
このように、遷臨界ボトル冷却器用途の場合、蒸発器表面にある凝縮された水は、冷媒を冷却して効率を維持するのに有用である。この手法は特に、ワイヤオンチューブ熱交換器、プレートオンチューブ熱交換器、およびフィンレス熱交換器などの低価格、耐汚損性の熱交換器の効率を高める。これは、現在のところ、ボトル冷却器用途に使用されている一般的な高効率フィン付チューブ熱交換器に相当する性能を可能にする。通常、低価格熱交換器（ワイヤオンチューブ、プレートオンチューブなど）の表面にある保護膜により、熱交換器に触れる凝縮水に起因する腐食に対する効果的な耐性が付与される。
【００２７】
本発明の１つまたは複数の実施形態が説明された。それでもなお、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに、様々な修正を行うことができるのは当然のことである。例えば、既存のシステムの再製造、または既存のシステム構成の再編成として実施する場合に、既存の構成の細部が実施の細部に影響を与えることがあり得る。典型的な基本システムは、遷臨界ＣＯ2システムとすることができるし、または他の運転領域および／または他の冷媒を有することもできる。したがって、他の実施形態は添付の請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術の冷蔵システムの概略図である。
【図２】別の従来技術による冷蔵システムの概略図である。
【図３】本発明の冷蔵システムの概略図である。
【図４】冷蔵および空気管理カセットを含む陳列ケースボトル冷却器の概略側面図である。
【図５】冷蔵および空気管理カセットの図である。
【図６】代替のカセットの概略部分側面図である。
【図７】代替のカセットの概略部分側面図である。
【図８】代替のカセットの概略部分側面図である。
【図１】
2008533426.tif 000003
【図２】
2008533426.tif 000004
【図３】
2008533426.tif 000005
【図４】
2008533426.tif 000006
【図５】
2008533426.tif 000007
【図６】
2008533426.tif 000008
【図７】
2008533426.tif 000009
【図８】
2008533426.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月18日(2007.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このように、（周囲温度の変動が大きい）屋外に置くことができるか、または屋外に置ける性能を持たなければならないものを含めたボトル冷却器内に、凝縮物による熱交換を実施する特定の領域がある。図４は、冷媒および空気処理システムを収容した取り外し可能なモジュール２０２を有する典型的な冷却器２００を示している。典型的なモジュール２０２は、ハウジングを構成するベース２０４のコンパートメントに取り付けられている。ハウジングは、左側壁および右側壁と、後部壁／ダクト２１０と、上部壁／ダクト２１８と、前部ドア２２０と、ベースコンパートメントとの間に内部空間２０６を有する。内部には、飲料容器２２４を保持する垂直方向配列の棚２２２を収容している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
典型的なモジュール２０２は、ベース２０４の前部格子から空気流１０８を引き込み、ベースの後部から空気流１０８を排出する。モジュールは、格子を取り外すか、または開くことにより、ベース前部から引き出すことができる。典型的なモジュールは、後部ダクト２１０および上部ダクト２１８を経由して内部空間２０６を通る再循環流路に空気流３６を送り出す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図５は、典型的なモジュール２０２をさらに詳細に示している。熱交換器２８は、断熱壁２４２によって画定される井戸２４０内に配置されている。熱交換器２８は、大部分がモジュールの上方後部の象限に配置され、空気流３６を概略的に後方に通過させるように向けられて示され、空気流は、熱交換器を出た後で上向きになり、モジュール上端の後部部分から排出される。ドレイン２５０は、断熱壁２４２の底部を貫通して、空気流３６からの凝縮水をドレインパン１２２に送ることができる。水の集積体２５４がパン１２２内に見られる。パン１２２は、熱交換器の第１のセクション１０４の下流の流れ１０８を通す空気ダクト２５６に沿っている。熱交換器の第２のセクション１０６は、水の集積体２５４に少なくとも部分的に浸るように位置している。浸された第２のセクション１０６と、流れ１０８内の加熱空気とに集積体２５４を触れさせることで蒸発を促進することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図５の構成は、第１のセクション１０４がある場所に単一の熱除去熱交換器が配置され、第２のセクション１０６のある場所には何もない基本モジュールを基本として再設計したものである。この構成はまた、高温の方のセクションがその後者の位置にある分割システムを再設計したものである。しかし、図示した構成は、低温の方の部分が空気流路に沿って高温の方の部分の下流にあるという欠点がある。したがって、後ろから前になるように空気流を反転させることが望ましいであろう。この後ろ前の空気流の一部は、窓の曇りを回避するために、冷却器ドア窓上を流れるように向けることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
【図１】従来技術の冷蔵システムの概略図である。
【図２】別の従来技術による冷蔵システムの概略図である。
【図３】本発明の冷蔵システムの概略図である。
【図４】冷蔵および空気管理モジュールを含む陳列ケースボトル冷却器の概略側面図である。
【図５】冷蔵および空気管理モジュールの図である。
【図６】代替のモジュールの概略部分側面図である。
【図７】代替のモジュールの概略部分側面図である。
【図８】代替のモジュールの概略部分側面図である。
【国際調査報告】
2008533426.tif 000011