(57)【要約】  【課題】冷却と加温を切り替えて利用する冷却加温サイクルを備えた自動販売機において、機器の省エネルギー化を図ることを目的とする。  【解決手段】室内熱交換器を冷却時に使用する室内蒸発器２０と加温時に使用する室内放熱器２１に分割するとともに、室内放熱器２１は室内蒸発器２０に比べて隣り合う冷媒伝熱管を離間させて配置し、冷媒伝熱管の長手方向にスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成したことにより、室内放熱器２１において主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる場合に、室内放熱器２１の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用することで、熱交換効率を向上してサイクル効率を向上することができる。【選択図】図１
2008117034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品収納室内の少なくとも１室をホット／コールド切替室とした自動販売機において、圧縮機と、前記ホット／コールド切替室内に設置された室内蒸発器および室内放熱器と、コールド室内に設置された第二の蒸発器と、前記商品収納室の外側に設置された室外放熱器とを接続し、前記室内放熱器は前記蒸発器に比べて隣り合う冷媒伝熱管を離間させて配置し、前記冷媒伝熱管の長手方向にスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成した冷却加温サイクルを備えたことを特徴とする自動販売機。
【請求項２】
ホット／コールド切替室内の空気を循環する送風ファンを備え、風上側から前記送風ファン、室内放熱器の順に配置した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】
開閉弁を介して、蒸発器と室内放熱器を連結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。
【請求項４】
前段放熱器と後段放熱器で室外放熱器を構成し、前記前段放熱器は前記後段放熱器に比べて隣り合う伝熱管を離間させて配置し、かつ前記伝熱管の長手方向にスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成した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。
【請求項５】
風上側から後段放熱器、前段放熱器の順に配置したことを特徴とする請求項４に記載の自動販売機。
【請求項６】
後段放熱器を独立した高元サイクルにて冷却したことを特徴とする請求項４に記載の自動販売機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の自動販売機に用いる冷却加温サイクル。
【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冷却あるいは加温して販売する自動販売機において、冷却によって生じる廃熱を利用して同時に加温を行う自動販売機および冷却加温サイクル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を利用して同時に加温を行う自動販売機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら従来の自動販売機を説明する。
【０００４】
図６は従来の自動販売機の冷媒回路図、図７は従来の自動販売機の冷媒のモリエル線図である。
【０００５】
図６において、１はホット／コールド切替室、２はコールド専用室、３は第二のコールド専用室、４はホット／コールド切替室１内に設置された室内熱交換器、５はコールド専用室２内に設置された蒸発器、６は第二のコールド専用室２内に設置された第二の蒸発器、７は貯蔵室の外に設置された室外熱交換器、８は圧縮機である。
【０００６】
また、９、１０、１１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膨張弁Ａ、膨張弁Ｂ、膨張弁Ｃであり、１２、１３、１４、１５はそれぞれ冷媒の流れの有無を制御する開閉弁Ａ、開閉弁Ｂ、開閉弁Ｃ、開閉弁Ｄである。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
このとき、冷媒は図７のモリエル線図に示した状態となる。図７において、横軸は冷媒のエンタルピー、縦軸は冷媒の圧力である。また、図７において、Ａ点は圧縮機８の吸込み冷媒の状態、Ｂ点は圧縮機８の吐出冷媒の状態、Ｃ点は室内熱交換器４の出口の状態、Ｄ点は室外熱交換器７の出口の状態、Ｅ点は膨張弁Ｂ１０と膨張弁Ｃ１１の出口の状態である。
【００１２】
ここで、蒸発器５と第二の蒸発器６の圧力はＰ１、室内熱交換器４と室外熱交換器７の圧力はＰ２であり、並列に接続された蒸発器５と第二の蒸発器６の蒸発温度はほぼ同一となるが、直列に接続された室内熱交換器４は凝縮温度よりも高温の過熱蒸気が通過するため、室外熱交換器７よりも高い吹出し空気温度を実現することができる。この結果、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。
【００１３】
このとき、図７において圧縮機８の仕事量（ｈ３−ｈ２）に対して、冷却仕事（ｈ２−ｈ１）と加温仕事（ｈ３−ｈ４）を同時に行うので、ヒータを用いて加温仕事（ｈ３−ｈ４）を行う場合に比べて、効率の高い運転が実現できる。
【００１４】
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。
【特許文献１】特開平５−２３３９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の構成では、ホット／コールド切替室の冷却時には室内熱交換器において液冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱を利用する一方、ホット／コールド切替室の加温時には室内熱交換器において主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させてその顕熱を利用するため、室内熱交換器の最適設計が困難となる課題があった。
【００１６】
本発明は、従来の課題を解決するもので、冷却時および加温時ともに高い熱交換効率を発揮して、さらに消費電力量を削減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】
【００１７】
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷却加温サイクルおよびこれを用いた自動販売機は、室内熱交換器を冷却時に使用する室内蒸発器と加温時に使用する室内放熱器に分割するとともに、室内放熱器は蒸発器に比べて隣り合う冷媒伝熱管を離間させて配置し、冷媒伝熱管の長手方向にスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成した冷却加温サイクルを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
これによって、室内放熱器において主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる場合に、室内放熱器の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用することで、熱交換効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の冷却加温サイクルおよびこれを用いた自動販売機は、室内熱交換器を冷却時に使用する室内蒸発器と加温時に使用する室内放熱器に分けて配置し、過熱蒸気の顕熱を利用する際の室内放熱器の熱交換効率を向上することで、消費電力量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の発明は、商品収納室内の少なくとも１室をホット／コールド切替室とした自動販売機において、圧縮機と、前記ホット／コールド切替室内に設置された室内蒸発器および室内放熱器と、コールド室内に設置された第二の蒸発器と、前記商品収納室の外側に設置された室外放熱器とを接続し、前記室内放熱器は前記蒸発器に比べて隣り合う冷媒伝熱管を離間させて配置し、前記冷媒伝熱管の長手方向にスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成した冷却加温サイクルを備えたものである。
【００２１】
これによって、室内放熱器において主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる場合に、室内放熱器の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用することで、熱交換効率を向上し、消費電力量を削減することができる。
【００２２】
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、ホット／コールド切替室内の空気を循環する送風ファンを備え、風上側から前記送風ファン、室内放熱器の順に配置したものである。
【００２３】
これによって、ホット／コールド切替室を加温する際に、比較的温度の高い室内放熱器の吹き出し空気温度に比べて、庫内送風ファンの周囲温度をホット／コールド切替室内の空気温度と同等程度に維持して、庫内送風ファンの耐久性を向上することができる。
【００２４】
本発明の請求項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、開閉弁を介して、室内蒸発器と室内放熱器を連結したものである。
【００２５】
これによって、ホット／コールド切替室を冷却する際に開閉弁を開けることで、利用していない室内放熱器に滞留する冷媒を蒸発させて回収することができ、冷媒不足による性能低下を防止することができる。
【００２６】
本発明の請求項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おいて、前段放熱器と後段放熱器で室外放熱器を構成し、前記前段放熱器は前記後段放熱器に比べて隣り合う伝熱管を離間させて配置し、かつ前記伝熱管の長手方向にスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成したものである。
【００２７】
これによって、主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる前段放熱器において、前段放熱器の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用することで、熱交換効率を向上し、消費電力量を削減することができる。
【００２８】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、風上側から後段放熱器、前段放熱器の順に配置したものである。
【００２９】
これによって、ホット／コールド切替室を冷却する際に、後段放熱器の放熱能力を高めてサイクル効率を向上して消費電力量を削減することができる。
【００３０】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、後段放熱器を独立した高元サイクルにて冷却したことを特徴とするものである。
【００３１】
これによって、特にホット／コールド切替室を冷却する際に、高外気温での冷却時の理論効率に優れる炭化水素などを高元サイクルの冷媒として使用することにより、さらにサイクル効率を向上して消費電力量を削減することができる。
【００３２】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の自動販売機に用いる冷却加温サイクルであり、請求項１から６のいずれか一項に記載の自動販売機の発揮する効果を有する。
【００３３】
以下、本発明による冷凍システム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。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は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は同実施の形態の自動販売機の冷媒のモリエル線図である。なお、従来と同一の構成については同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３５】
図１において、２０はホット／コールド切替室１内に設置された室内蒸発器で、所定間隔で複数枚のフィンプレートに冷媒伝熱管が挿通されて構成されたフィンチューブ熱交換器である。フィンチューブ熱交換器はフィンプレートを介して隣り合う冷媒伝熱管同士が熱的に連結されている。２１はホット／コールド切替室１内に設置された室内放熱器で、１本の冷媒伝熱管の長手方向に連続したフィンプレートをスパイラル状に固定したスパイラルフィンチューブ熱交換器である。スパイラルフィンチューブ熱交換器はフィンプレートが複数の冷媒伝熱管に跨って構成されておらず、また隣り合う冷媒伝熱管に形成されたフィンプレート同士も熱的に連結されないように構成されている。２２は貯蔵室の外側に配置された前段放熱器、２３は貯蔵室の外側に配置された後段放熱器、２４は室内蒸発器２０と室内放熱器２１を接続する開閉弁Ｅ、２５は前段放熱器２２と後段放熱器２３の間に設置された送風ファンである。
【００３６】
ここで、室内蒸発器２０と後段放熱器２３は、蒸発器５および第二の蒸発器６と同様に、複数の方形フィンを比較的密に配置した複数の冷媒伝熱管が貫通するフィンチューブ型熱交換器で構成されるとともに、室内放熱器２１と前段放熱器２２は、配管同士を離間させた冷媒伝熱管と、冷媒伝熱管の長手方向に固定したスパイラル状のフィンで形成したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成される。より具体的には１本の冷媒伝熱管の長手方向に連続したフィンプレートをスパイラル状に固定し、また隣り合う冷媒伝熱管に形成されたスパイラル状のフィンプレートは互いに連結されず離間して形成されて、隣り合う冷媒伝熱管がスパイラルフィンプレートを介して熱交換されないように構成されている。
【００３７】
すなわち、室内放熱器２１は室内蒸発器２０に比べて隣り合う冷媒伝熱管を離間させて配置した構成となる。
【００３８】
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、以下にその動作を説明する。
【００３９】
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、開閉弁Ｅ２４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、前段放熱器２２で飽和状態まで冷却された後、後段放熱器２３で凝縮され、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、室内蒸発器２０へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、室内蒸発器２０で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。
【００４０】
そして、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。
【００４１】
ここで、主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる前段放熱器２２において、前段放熱器２２の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用して外気と熱交換することで、熱交換効率を向上することができる。
【００４２】
また、開閉弁Ｅ２４を開とすることで、使用していない室内放熱器２１は冷媒の蒸発圧力と同程度の圧力に保つことができ、内部に液冷媒が貯留されて循環する冷媒量が不足することを防止している。また、前段放熱器２２と後段放熱器２３に外気を導入して冷却する送風ファン２５を風上側から、後段放熱器２３、送風ファン２５、前段放熱器２２の順に配置することで、外気の流れを冷媒の流れに略対向することで後段放熱器２３の放熱能力を向上することができる。
【００４３】
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および開閉弁Ｅ２４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、室内放熱器２１で飽和状態まで冷却された後、後段放熱器２３で凝縮され、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。
【００４４】
このとき、冷媒は図２のモリエル線図に示した状態となる。図２において、横軸は冷媒のエンタルピー、縦軸は冷媒の圧力である。また、図２において、Ｐ点は圧縮機８の吸込み冷媒の状態、Ｑ点は圧縮機８の吐出冷媒の状態、Ｒ点は室内放熱器２１の出口の状態、Ｓ点は後段放熱器２３の出口の状態、Ｔ点は膨張弁Ｂ１０と膨張弁Ｃ１１の出口の状態である。
【００４５】
そして、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。
【００４６】
ここで、主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる室内放熱器２１において、室内放熱器２１の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用してホット／コールド切替室１内の高温の空気と熱交換することで、熱交換効率を向上することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、飲料缶の加熱温度で凝縮する単一冷媒を使用したが、飲料缶の加熱温度が臨界温度を越える二酸化炭素あるいは二酸化炭素に炭化水素などの自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、室内放熱器および前段放熱器で冷却される冷媒が過熱蒸気に近い状態であれば同様の効果が期待できる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、室内放熱器および前段放熱器を冷媒伝熱管の長手方向に固定したスパイラル状のフィンで形成したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成したが、独立した複数のフィンを冷媒伝熱管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は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は同実施の形態の自動販売機の冷媒のモリエル線図である。なお、実施の形態１と同一の構成については同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００５０】
実施の形態２の自動販売機は、貯蔵室内を冷却する低元側冷媒回路とは独立するとともに、低元側冷媒回路の外気への放熱を補助する高元側冷媒回路を有するものである。図３において、３０は高元側圧縮機、３１は高元側放熱器、３２は高元側膨張弁、３３は低元側冷媒回路の放熱を補助するカスケード熱交換器である。
【００５１】
ここで、高元側放熱器３１は、蒸発器５および第二の蒸発器６と同様に、複数の方形フィンを比較的密に配置した複数の冷媒伝熱管が貫通するフィンチューブ型熱交換器で構成されるとともに、カスケード熱交換器３３は、低元側冷媒回路の放熱用冷媒伝熱管を外管とし、高元側冷媒回路の蒸発用冷媒伝熱管を内管とする二重管熱交換器で構成される。
【００５２】
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、以下にその動作を説明する。
【００５３】
ホット／コールド切替室１を冷却する場合、低元側冷媒回路において、開閉弁Ａ１２と開閉弁Ｄ１５、開閉弁Ｅ２４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、前段放熱器２２で飽和状態まで冷却された後、カスケード熱交換器３３で凝縮され、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、室内蒸発器２０へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、室内蒸発器２０で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。一方、高元側冷媒回路において、高元側圧縮機３０を駆動する。高元側圧縮機３０から吐出された冷媒は、高元側放熱器３１で凝縮された後、高元側膨張弁３２で減圧されてカスケード熱交換器３３で蒸発しながら低元側冷媒回路と熱交換する。そして、カスケード熱交換器３３で蒸発した冷媒が高元側圧縮機３０へ還流する。
【００５４】
そして、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および高元側圧縮機３０の運転を停止する。
【００５５】
ここで、主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる前段放熱器２２において、前段放熱器２２の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用して外気と熱交換することで、熱交換効率を向上することができる。
【００５６】
また、開閉弁Ｅ２４を開とすることで、使用していない室内放熱器２１は冷媒の蒸発圧力と同程度の圧力に保つことができ、内部に液冷媒が貯留されて循環する冷媒量が不足することを防止している。また、前段放熱器２２と高元側放熱器３１に外気を導入して冷却する送風ファン２５を風上側から、高元側放熱器３１、送風ファン２５、前段放熱器２２の順に配置することで、外気の流れを冷媒の流れに略対向することで高元側放熱器３１の放熱能力を向上することができる。
【００５７】
次に、ホット／コールド切替室１を加温する場合、低元側冷媒回路において、開閉弁Ａ１２と開閉弁Ｄ１５および開閉弁Ｅ２４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、室内放熱器２１で飽和状態まで冷却された後、カスケード熱交換器３３で凝縮され、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。一方、高元側冷媒回路において、高元側圧縮機３０を駆動する。高元側圧縮機３０から吐出された冷媒は、高元側放熱器３１で凝縮された後、高元側膨張弁３２で減圧されてカスケード熱交換器３３で蒸発しながら低元側冷媒回路と熱交換する。そして、カスケード熱交換器３３で蒸発した冷媒が高元側圧縮機３０へ還流する。
【００５８】
このとき、冷媒は図４のモリエル線図に示した状態となる。図４において、横軸は冷媒のエンタルピー、縦軸は冷媒の圧力である。また、図４において、ＰＱＲＳＴの各点は低元側冷媒回路における冷媒の状態を示し、Ｐ点は圧縮機８の吸込み冷媒の状態、Ｑ点は圧縮機８の吐出冷媒の状態、Ｒ点は室内放熱器２１の出口の状態、Ｓ点はカスケード熱交換器３３の出口の状態、Ｔ点は膨張弁Ｂ１０と膨張弁Ｃ１１の出口の状態である。図４において、ＵＶＷＸの各点は高元側冷媒回路における冷媒の状態を示し、Ｕ点は高元側圧縮機３０の吸込み冷媒の状態、Ｖ点は高元側圧縮機３０の吐出冷媒の状態、Ｗ点はカスケード熱交換器３３の出口の状態、Ｘ点は高元側膨張弁３２の出口の状態である。
【００５９】
そして、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および高元側圧縮機３０の運転を停止する。
【００６０】
ここで、主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる室内放熱器２１において、室内放熱器２１の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用してホット／コールド切替室１内の高温の空気と熱交換することで、熱交換効率を向上することができるとともに、高元側冷媒回路を用いて放熱することで、低元側冷媒回路の高圧圧力Ｐ２を抑制することができ、結果としてサイクル効率を向上して消費電力量を削減することができる。
【００６１】
特に、室内放熱器２１を用いて冷媒の過熱蒸気域でホット／コールド切替室１を加温し、カスケード熱交換器３３を用いて冷媒の飽和域で外気へ放熱する構成とすることで、低元側冷媒回路の高圧圧力Ｐ２で示される飽和温度よりも高いホット／コールド切替室１の加温を実現することができるので、ホット／コールド切替室１を加温しながら低元側冷媒回路の高圧圧力Ｐ２を抑制することができるものである。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、低元側冷媒回路において、飲料缶の加熱温度で凝縮する単一冷媒を使用したが、飲料缶の加熱温度が臨界温度を越える二酸化炭素あるいは二酸化炭素に炭化水素などの自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、室内放熱器および前段放熱器で冷却される冷媒が過熱蒸気に近い状態であれば同様の効果が期待できる。
【００６３】
一方、高元側冷媒回路においては、高外気温での冷却条件で高効率となる炭化水素などの自然冷媒を用いることが望ましい。本実施の形態においては、貯蔵室内に高元側冷媒回路を有しないので、可燃性のある炭化水素を冷媒として用いても容易に安全性を確保することができる。
【００６４】
また、本実施の形態においては、室内放熱器および前段放熱器を冷媒伝熱管の長手方向に固定したスパイラル状のフィンで形成したスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成したが、独立した複数のフィンを冷媒伝熱管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。
【００６５】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３による自動販売機の冷媒回路を示す断面図である。なお、実施の形態１の冷凍システムと同一の構成については同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６６】
図５に示すように、実施の形態３の自動販売機は実施の形態１と同様に、室内蒸発器２０、室内放熱器２１、前段放熱器２２、後段放熱器２３を備えるとともに、ホット／コールド切替室１内に飲料缶４０を保持するコラム４１と、コラム４１の下方に保持された販売直前の飲料缶４０に重点的に風を流す背面ダクト４２、庫内送風ファン４３を備える。ここで、ホット／コールド切替室１内の循環気流は、背面ダクト４２、室内蒸発器２０、庫内送風ファン４３、室内放熱器２１、コラム４１、背面ダクト４２の順に流れるように構成される。
【００６７】
以上のように構成された実施の形態３の自動販売機について、以下にその動作を説明する。
【００６８】
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および開閉弁Ｅ２４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、室内放熱器２１で飽和状態まで冷却された後、後段放熱器２３で凝縮され、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。
【００６９】
そして、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。
【００７０】
ここで、庫内送風ファン４３の風下に室内放熱器２１を配置することで、比較的温度の高い室内放熱器２１の吹き出し空気温度に比べて、庫内送風ファン４３の周囲温度をホット／コールド切替室１内の空気温度と同等程度に維持して、庫内送風ファン４３の耐久性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明にかかる冷却加温サイクルおよびこれを用いた自動販売機は、室内放熱器において主に凝縮温度よりも高い過熱蒸気を放熱させる場合に、室内放熱器の入口側伝熱管と出口側伝熱管との熱交換を防止して、比較的温度が高い入口側伝熱管の顕熱を有効に利用することで、熱交換効率を向上してサイクル効率を向上することができるので、機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫などの冷蔵あるいは冷凍機器において、冷却と加温の切り替え行う場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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による冷媒のモリエル線図
【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による冷媒のモリエル線図
【図５】本発明の実施の形態３による自動販売機の冷媒回路を示す断面図
【図６】従来の自動販売機の冷媒回路図
【図７】従来の冷媒のモリエル線図
【符号の説明】
【００７３】
２０  室内蒸発器
２１  室内放熱器
２２  前段放熱器
２３  後段放熱器
２４  開閉弁Ｅ
３０  高元側圧縮機
３１  高元側放熱器
３２  高元側膨張弁
３３  カスケード熱交換器
４０  飲料缶
４１  コラム
４２  背面ダクト
【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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【図７】
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