(57)【要約】【課題】油が混入した冷媒の状態に応じて圧縮機始動時から冷却効率の適切化が図れるようにする。【解決手段】ガスクーラ１１、圧縮機９、庫内熱交換器４、及び電動膨脹弁６を冷媒配管７にて閉ループに接続し、冷媒を循環して庫内１の商品２を冷却する圧縮機９を始動する際に、電動膨脹弁６の開度を開き気味にするとともに、圧縮機９の油が混入した冷媒の状態に応じて、前記電動膨脹弁６の開度を開き気味に保持する時間を可変制御し、その後、電動膨脹弁６の開度を閉じ気味に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクーラ、圧縮機、庫内熱交換器、及び電動膨脹弁を冷媒配管にて閉ループに接続し、冷媒を循環して庫内の商品を冷却する圧縮機を始動する際に、電動膨脹弁の開度を開き気味にし、その後、電動膨脹弁の開度を閉じ気味に制御する自動販売機において、
前記圧縮機の油が混入した冷媒の状態に応じて、圧縮機始動時に前記電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を可変制御する制御装置を設けたことを特徴とする自動販売機。
【請求項２】
外気温度センサを備え、前記制御装置は、前記外気温度センサが検出した外気温度が、予め設定された標準外気温度よりも低い場合、前記圧縮機始動時に前記電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、外気温度が前記標準外気温度よりも高い場合に比べて長くすることを特徴とする請求項１記載の自動販売機。
【請求項３】
前記ガスクーラの温度を検出するガスクーラ温度センサを備え、前記制御装置は、前記ガスクーラ温度センサが検出したガスクーラ温度が、予め設定された標準ガスクーラ温度よりも低い場合、前記圧縮機始動時に前記電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、ガスクーラ温度が前記標準ガスクーラ温度よりも高い場合に比べて長くすることを特徴とする請求項１記載の自動販売機。
【請求項４】
前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサを備え、前記制御装置は、前記吐出冷媒温度センサが検出した吐出冷媒温度が、予め設定された標準吐出冷媒温度よりも低い場合、前記圧縮機始動時に前記電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、吐出冷媒温度が前記標準吐出冷媒温度よりも高い場合に比べて長くすることを特徴とする請求項１記載の自動販売機。
【請求項５】
電源オン後、第１回目に前記圧縮機を始動する際に、前記電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、電源オン後、第１回目に圧縮機を始動する場合以外に比べて長くすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか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、圧縮機始動時から冷却効率の適切化が図れる自動販売機の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスクーラ、圧縮機、庫内熱交換器、電動膨脹弁を閉ループに接続し、冷媒を循環しながら、庫内に格納された商品を冷却する自動販売機が知られている。
【０００３】
電動膨脹弁は、開度を可変することができ、開度を調整することで循環する冷媒量を調整できるものである。電動膨脹弁の開度は、開き気味にすることにより冷却効率が低下し、閉じ気味にすることにより冷却効率が向上する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなものにおいて、開度が閉じ気味の電動膨脹弁は冷媒の流れに対し抵抗となるので、圧縮機を始動する際は、一般に電動膨脹弁の開度を開き気味の状態で一定時間圧縮機を運転し、その後、電動膨脹弁の開度を閉じ気味にすることで、圧縮機を保護するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９４９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、冷媒に例えばＣＯ2 （二酸化炭素）冷媒を用いた場合、冷媒に圧縮機の油が混入し、油が冷媒と共に冷媒配管内を循環してしまう。そして、冷媒に混入した油は、温度が低いと粘度が増加し、電動膨脹弁部分に滞留して冷媒の循環を阻害し、圧縮機の始動や運転を不安定にする。
【０００７】
また、電源を投入した後、第１回目に圧縮機が始動する際、冷媒配管内の一部に局所的に油が滞留している可能性がある。この状態で圧縮機を始動すると、電動膨脹弁部分に油が大量に滞留して冷媒の循環を阻害し、圧縮機の始動や運転を不安定にする。例えば、圧縮機内に油が集中していると、圧縮機始動と共に冷媒配管内に油が一気に吐出される場合がある。
【０００８】
既述したように従来は、圧縮機の始動時に電動膨脹弁の開度が開き気味の状態で一定時間圧縮機が運転され、その後、電動膨脹弁を閉じ気味の開度にして圧縮機が運転される。この場合、前述の油の滞留の問題はある程度解消されるが、油が混入した冷媒の状態は、外気温度やガスクーラ温度や圧縮機吐出温度や圧縮機オン回数によって異なる。そして、電動膨脹弁の開度は、既述したように開き気味にすることにより冷却効率が低下し、閉じ気味にすることにより冷却効率が向上する。このため、前述のように圧縮機の始動時に電動膨脹弁の開度が開き気味の状態で圧縮機が運転される時間が、油が混入した冷媒の状態に関係なく一定時間に固定されているものにあっては、圧縮機始動時から冷却効率の適切化を図ることはできない。
【０００９】
本発明の技術的課題は、油が混入した冷媒の状態に応じて圧縮機始動時から冷却効率の適切化が図れるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る自動販売機は、下記の構成からなるものである。すなわち、ガスクーラ、圧縮機、庫内熱交換器、及び電動膨脹弁を冷媒配管にて閉ループに接続し、冷媒を循環して庫内の商品を冷却する圧縮機を始動する際に、電動膨脹弁の開度を開き気味にし、その後、電動膨脹弁の開度を閉じ気味に制御する自動販売機において、圧縮機の油が混入した冷媒の状態に応じて、圧縮機始動時に電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を可変制御する制御装置を設けたものである。
【００１１】
（２）本発明に係る自動販売機は、外気温度センサを備え、制御装置は、外気温度センサが検出した外気温度が、予め設定された標準外気温度よりも低い場合、圧縮機始動時に電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、外気温度が標準外気温度よりも高い場合に比べて長くするものである。
【００１２】
（３）本発明に係る自動販売機は、ガスクーラの温度を検出するガスクーラ温度センサを備え、制御装置は、ガスクーラ温度センサが検出したガスクーラ温度が、予め設定された標準ガスクーラ温度よりも低い場合、圧縮機始動時に電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、ガスクーラ温度が標準ガスクーラ温度よりも高い場合に比べて長くするものである。
【００１３】
（４）本発明に係る自動販売機は、圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサを備え、制御装置は、吐出冷媒温度センサが検出した吐出冷媒温度が、予め設定された標準吐出冷媒温度よりも低い場合、圧縮機始動時に前記膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、吐出冷媒温度が標準吐出冷媒温度よりも高い場合に比べて長くするものである。
【００１４】
（５）本発明に係る自動販売機は、電源オン後、第１回目に圧縮機を始動する際に、電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間を、電源オン後、第１回目に圧縮機を始動する場合以外に比べて長くするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の自動販売機においては、油が混入した冷媒の状態に応じて圧縮機始動時に膨脹弁が開き気味の時間を可変制御するので、油が混入した冷媒の状態に応じて圧縮機始動時から冷却効率の適切化が図れ、油の粘度による動作不安定を回避することができる。
【００１６】
なお、油が混入した冷媒の状態は、外気温度、ガスクーラ温度、圧縮機吐出温度、圧縮機オン回数等を用いて判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図示実施形態に基づき本発明を説明する。なお、冷媒はＣＯ2 （二酸化炭素）冷媒を用いるものとし、各図において同一または共通する部材については同一の符号を付してある。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る自動販売機の制御部の構成を示すブロック図、図２はそのサーモ運転による庫内温度の変化の様子を時系列的に示すグラフ、図３はその冷媒回路図、図４はその制御部の動作を示すフローチャートである。
【００１９】
本実施形態の自動販売機は、図３のように庫内１に、庫内熱交換器４と、庫内熱交換器４の熱交換を促進するための庫内ファン５と、庫内温度を検出する庫内温度センサ３とが配置されているとともに、冷却すべき商品２が整列収納されている。また、庫外８には、圧縮機９と、ガスクーラ１１と、ガスクーラ１１の熱交換を促進するための庫外ファン１４と、電動膨脹弁６と、ガスクーラ１１に取り付けられてガスクーラ温度を検出するガスクーラ温度センサ１５と、外気の温度を検出する外気温度センサ１０と、圧縮機９の冷媒吐出配管に取り付けられて圧縮機９から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ１６とが配置されている。そして、ガスクーラ１１、圧縮機９、庫内熱交換器４、および電動膨脹弁６が冷媒配管７にて閉ループに接続され、圧縮機９により冷媒を矢印１２方向に循環させることで、庫内１の商品２を冷却するようになっている。
【００２０】
ガスクーラ１１は、冷媒が超臨界以下の圧力で流れる場合には、凝縮器として作用するものである。
【００２１】
ガスクーラ温度センサ１５は、ガスクーラ温度と外気温度により変化するもので、圧縮機動作中はガスクーラ１１内部を通過する冷媒により加熱されて熱を帯び、圧縮機９が停止すると冷媒の温度と外気温度の中間温度を示し、徐々に外気温度に近付く。したがって、冷媒中の油の温度（状態）は、ガスクーラ温度を検知して求めることが可能である。
【００２２】
吐出冷媒温度センサ１６は、圧縮機９から吐出される冷媒の温度と外気温度により変化するもので、圧縮機動作中は圧縮機９から吐出される冷媒により冷媒吐出配管が加熱されて配管温度が上昇することで熱を帯び、圧縮機が停止すると配管温度と外気温度の中間温度を示し、徐々に外気温度に近付く。したがって、冷媒中の油の温度（状態）は、吐出冷媒温度からも求めることが可能である。
【００２３】
図１において、１７は制御部である。制御部１７は、各部温度を入力し、圧縮機９と庫内ファン５と庫外ファン１４をオン／オフ制御するとともに、記憶部１８に予め記憶されている時間テーブル１８ａ，１８ｂに基づいて電動膨脹弁６の開度を制御する機能を持っている。時間テーブル１８ａは、ここでは圧縮機始動時の外気温度に対する電動膨脹弁６の開度を開き気味に保持する時間のテーブルを例示している。また時間テーブル１８ｂは、電源オン後、第１回目に圧縮機を始動する際に、電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間のテーブルである。また記憶部１８には、電源オン後、第１回目の圧縮機オンフラグが記憶されるようになっている。１９は電動膨張弁始動タイマである。電動膨張弁始動タイマ１９は、圧縮機始動開始からの経過時間Ｔをカウントするカウンタとして機能する。
【００２４】
次に、本実施形態の自動販売機の動作について説明する。まず、図３の冷媒回路において、圧縮機９がオンすると、冷媒配管７内の冷媒が矢印１２の方向に流れ電動膨脹弁６を通過する時に絞られることにより、ガスクーラ１１で発熱し、庫内熱交換器４で吸熱（冷却）する。この時、庫外８ではガスクーラ１１に取り付けられた庫外ファン１４をオンすることにより、庫外雰囲気とガスクーラ１１間で熱交換を促す。一方、庫内１では、庫内ファン５をオンすることにより、庫内雰囲気と庫内熱交換器４の間で熱交換し、庫内１にある商品２を冷却する。庫内温度センサ３により庫内温度を検知し、図２のように庫内温度が庫内オン温度（例えば８℃）以上の場合、圧縮機９をオンして庫内１を冷却し、庫内温度が庫内オフ温度（例えば３℃）以下の場合は、圧縮機９をオフするサーモ運転を行い、商品２の温度をある温度範囲に冷却保持する。このサーモ運転による庫内温度の変化の様子は図２の通りであり、圧縮機９は庫内温度に応じてオン／オフを繰り返す。庫内ファン５と庫外ファン１４は、圧縮機９と同期してオン／オフすることを基本とする。
【００２５】
電動膨脹弁６は、冷媒が通る絞り部分の開度を開閉することができる。全閉の開度を０、全開の開度を５００とし、冷却に適した閉じ気味の開度を２００、開き気味の開度を４００とする。既述したように電動膨脹弁６の開度を開くと、冷却効率が低下するが、圧縮機９の負荷も低下する（軽くなる）。一方、電動膨脹弁６の開度を適度に閉じ気味にすると、圧縮機９の負荷は上昇するが、冷却効率が上昇する。そこで、圧縮機９が始動する時に、条件に応じ電動膨脹弁６の開度を次のように制御する。以後、圧縮機始動時に電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間をＴとする。
【００２６】
圧縮機始動の際、電動膨脹弁６を開き気味の４００とする。通常はＴ＝１０秒とし、圧縮機始動後１０秒間は、この開度４００を維持し、その後に開度を閉じ気味の２００とする。その後、庫内温度が低下し庫内オフ温度以下に達して圧縮機９がオフするまで、冷却に適した開度を維持する。
【００２７】
外気温度センサ１０にて検出される外気温度が標準外気温度となる１０℃よりも低い場合、時間Ｔを通常時（１０秒）より２０秒長い３０秒とする。
【００２８】
また、自動販売機の電源を投入した後、第１回目に圧縮機９が始動する際は、時間Ｔを通常時（１０秒）より５０秒長い６０秒とする。
【００２９】
これを図４の制御部の動作フローチャートに基づき図１乃至図３を参照しながら更に詳述する。ステップＳ１はメモリのイニシャル設定処理であり、ここで圧縮機オン１回目フラグをクリアする。ステップＳ２〜ステップＳ９とステップＳ１７は、庫内温度を調整するサーモ運転で、庫内温度が３〜８℃に保たれるように庫外ファン１４と庫内ファン５と圧縮機９をオン／オフ制御する処理である。ステップＳ３は、圧縮機オン中にステップＳ５以降の処理を繰り返さないようにするために設けたもの、ステップＳ４は、圧縮機オフ中にステップＳ７以降の処理を繰り返さないようにするために設けたものである。
【００３０】
すなわち、ステップＳ１にて圧縮機オン１回目フラグをクリアすると、次に庫内温度をみて（ステップＳ２）、庫内温度が３℃〜８℃の間にあればなにもせず、庫内温度が庫内オン温度（８℃）以上であると判定されれば、圧縮機９がオン中であるか否かをみて（ステップＳ３）、圧縮機９がオン中であればステップＳ２に戻る。また、ステップＳ２にて庫内温度が庫内オフ温度（３℃）以下であると判定されれば、圧縮機９がオフ中であるか否かをみて（ステップＳ４）、圧縮機９がオフ中であればステップＳ２に戻る。また、ステップＳ３にて圧縮機９がオン中でないと判定されれば、庫内ファン５をオンし（ステップＳ５）、次いで庫外ファン１４をオンする（ステップＳ６）。また、ステップＳ４にて圧縮機９がオフ中でないと判定されれば、庫内ファン５をオフし（ステップＳ７）、さらに庫外ファン１４をオフし（ステップＳ８）、次いで圧縮機９をオフ（ステップＳ９）してからステップＳ２に戻る。
【００３１】
ステップＳ１０以降は、ステップＳ２でサーモ運転がオンとなった場合の一連の電動膨脹弁制御を行う処理である。すなわち、ステップＳ５にて庫内ファン５がオンし、ステップＳ６にて庫外ファン１４がオンすると、電動膨脹弁６の開度を開き気味の４００に設定（ステップＳ１０）するとともに、圧縮機始動時に電動膨脹弁の開度を開き気味に保持する時間として電動膨張弁始動タイマ１９の時間Ｔを標準の１０秒にセットする（ステップＳ１１）。次いで、圧縮機オン１回目フラグがセットされているか、つまり今回の圧縮機オンが、電源オン後、第１回目となるか否かをみて（ステップＳ１２）、フラグがセットされておらず、第１回目であると判定されれば、電動膨張弁始動タイマ１９の時間Ｔを延長し、６０秒にセットし直す（ステップＳ１４）。そして、２回目以降はステップＳ１４の処理を行わないようにするために、圧縮機オン１回目フラグをセットしてから（ステップＳ１５）、ステップＳ１７へ進む。一方、ステップＳ１２にて、圧縮機オン１回目フラグがセットされていて圧縮機９のオンが、電源オン後、２回目以降であると判定されれば、ステップＳ１３へ進み、外気温度が標準外気温度となる１０℃よりも高いか低いかをみて、標準外気温度１０℃よりも低い（１０℃未満）と判定されれば、電動膨張弁始動タイマ１９の時間Ｔを標準の１０秒から延長し、３０秒にセットし直してから（ステップＳ１６）、ステップＳ１７へ進む。また、ステップＳ１３にて外気温度が標準外気温度となる１０℃よりも高い）と判定されれば、電動膨張弁始動タイマ１９の時間Ｔを標準の１０秒のままとし、ステップＳ１７へ進む。
【００３２】
ステップＳ１０〜ステップＳ１６にて電動膨脹弁始動タイマ１９の時間Ｔの調整が終了したら、ステップＳ１７で圧縮機９をオンし、ステップＳ１８〜ステップＳ１９で電動膨脹弁始動タイマ１９の時間Ｔ分、電動膨脹弁開度を開き気味の４００に保持した後、ステップＳ２０で電動膨脹弁開度を閉じ気味の２００に変更（ステップＳ２０）してから、ステップＳ２に戻り、冷却を継続する。
【００３３】
サーモ運転のオンを継続していると、庫内温度が庫内オフ温度（３℃）以下に達し（図２）、ステップＳ２でサーモ運転がオフとなり、ステップＳ７〜ステップＳ９へ進み、庫内ファン５と庫外ファン１４と圧縮機９がオフして、冷却を終了する。
【００３４】
このように、本実施形態の自動販売機によれば、圧縮機９の油が混入した冷媒の状態を、外気温度を用いて判断し、油が混入した冷媒の状態に応じて電動膨脹弁６の開度を開き気味に保持する時間Ｔを可変制御するようにしている。すなわち、外気温度が低い場合は、標準の時間（１０秒）より長い時間（３０秒）、電動膨脹弁６の開度を開き気味で圧縮機９を動作させ、圧縮機９やガスクーラ１１の温度を上昇させることにより、油の温度を上昇させるようにしているので、油の粘度による動作不安定を回避することができる。このため、油が混入した冷媒の状態に応じて圧縮機始動時から冷却効率の適切化を図ることができる。
【００３５】
また、この電動膨脹弁６の開度が開き気味の状態では、冷却効率が悪いので、その可変制御される時間Ｔ後、電動膨脹弁６の開度を閉じ気味にして冷却に適正な開度としているので、冷却効率を向上させることができる。このように、外気温度に応じた圧縮機始動時の安定性とその後の省エネ動作を両立することができる。
【００３６】
また、電源オン後、圧縮機９を始動する第１回目の場合は、冷媒配管内に油が局所的に集中している可能性があるので、標準の時間（１０秒）より長い時間（６０秒）、電動膨脹弁６を開き気味にすることにより、油の温度を上昇させるようにしている。これにより、油の粘度による動作不安定が回避され、油が冷媒配管内に滞留せず圧縮機９まで確実に戻ってくるようになり、動作が安定する。
【００３７】
なお、ここでは油が混入した冷媒の状態を外気温度を用いて判断するようにしたものを例に挙げて説明したが、これに限るものでなく、油が混入した冷媒の状態の判断材料として外気温度に代えてガスクーラ温度の使用も可能である。その場合はステップＳ１３にてガスクーラ温度を判定することになるが、その時のガスクーラ温度の判定温度は３０℃とすることが好ましいことが本発明者等の実験の結果、判明している。この場合には、前述の実施形態と同様の作用、効果に加え、外気温度センサ１０を不要にできるので、温度検知手段の数（温度センサ数）を削減することができ、経済性やスペース性を向上させることができる。
【００３８】
また、油が混入した冷媒の状態の判断材料として外気温度に代えて圧縮機の吐出冷媒温度の使用も可能である。その場合はステップＳ１３にて吐出冷媒温度を判定することになるが、その時の吐出冷媒温度の判定温度は５０℃とすることが好ましいことが本発明者等の実験の結果、判明している。この場合も、前述の実施形態と同様の作用、効果に加え、外気温度センサ１０を不要にできるので、温度検知手段の数（温度センサ数）を削減することができ、経済性やスペース性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動販売機の制御部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る自動販売機のサーモ運転による庫内温度の変化の様子を時系列的に示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る自動販売機の冷媒回路図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る自動販売機の制御部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  庫内
２  商品
４  庫内熱交換器
６  電動膨脹弁
７  冷媒配管
９  圧縮機
１０  外気温度センサ
１１  ガスクーラ
１５  ガスクーラ温度センサ
１６  吐出冷媒温度センサ
１７  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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