JP4013677B2 - Refrigerant cooling circuit and vending machine using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒冷却回路およびそれを用いた自動販売機に関する。
【0002】
【従来の技術】
断熱筐体の庫内(例えば自動販売機の庫内)を冷却するための冷媒冷却回路は、圧縮機、冷却器、絞り部、蒸発器を結合して冷媒循環経路を形成し、一連の冷凍サイクルを実行して冷媒を循環させるものである。冷媒冷却回路を循環する冷媒としては、今日、一般的にHFC冷媒(ハイドロフルオロカーボン)が使用されている。しかしながら、地球環境を保護する観点から、更に地球環境に対する影響の少ない冷媒の開発が要求されている。そこで、最近では、不燃性、安全性、不腐食性、更にオゾン層への影響の少ない等の点で、人体に悪影響を与えない二酸化炭素を冷媒として使用する冷媒冷却回路の開発も進められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、冷媒冷却回路を構成する圧縮機は、所定粘度の冷凍機油を用いて冷媒を圧縮している。この冷凍機油は、圧縮機内部の摩耗、冷媒漏れ等を防止するための役目を担うものである。例えば、レシプロ圧縮機に使用される冷凍機油は、シリンダーが摩耗するのを防止し、また、シリンダーとピストンの隙間を塞いで冷媒が漏れるのを防止している。しかし、冷凍機油は、圧縮機の構造上、圧縮機内部で完全に封止することは困難であり、圧縮機から僅かに流出して上記の冷媒循環経路を循環している。
【0004】
ところで、冷媒冷却回路が冷凍サイクルを実行開始(運転開始)した時点では、冷媒冷却回路を構成する圧縮機、冷却器、絞り部、蒸発器の各場所での圧力と温度が全体的に低いため、冷凍機油の粘度は高い状態である。そのため、冷媒循環経路を循環している冷凍機油は絞り部で詰まりやすくなり、冷媒は絞り部で流れにくくなる可能性がある。
【0005】
例えば、HFC冷媒を使用する冷媒冷却回路の運転開始時では、蒸発器から圧縮機へ供給される冷媒が減少して、冷媒冷却回路の低圧側(絞り部の出力部分から圧縮機の入力部分までの冷媒循環経路)の圧力が必要以上に低下して、圧縮機の圧縮動作に悪影響を与えてしまう可能性がある。
【0006】
また、二酸化炭素を冷媒として使用する冷媒冷却回路では、冷媒冷却回路の圧力はHFC冷媒を使用する場合と比べて高圧側(圧縮機の出力部分から絞り部の入力部分までの冷媒循環経路)低圧側ともに上昇し、圧縮機の内部負荷(摩擦等)が増大して圧縮機自体を破損する可能性が高くなる。そのため、この圧縮機の冷凍機油としては、HFC冷媒の場合の冷凍機油と比べて高い粘度のものを使用している。つまり、二酸化炭素を冷媒として使用する冷媒冷却回路を循環している冷凍機油は、低温では絞り部で非常に詰まりやすい。従って、二酸化炭素を冷媒として使用する冷媒冷却回路の運転開始時では、冷媒冷却回路の高圧側の圧力が必要以上に上昇して、圧縮機が圧縮動作を停止してしまう可能性がある。
【0007】
そこで、本発明は、冷凍機油が絞り部で詰まるのを防止して、安定した冷凍サイクルを実行できる冷媒冷却回路、および、この冷媒冷却回路を用いた自動販売機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために創作されたものである。
先ず、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路において、冷媒冷却回路の運転開始から所定時間だけ、前記絞り部での冷媒の流量を増加させるための絞り部制御手段を、備え、前記絞り部制御手段は、前記圧縮機の電源周波数と前記絞り部の開度に応じて、前記絞り部での冷媒の流量と前記所定時間を調節可能である、ことを特徴とする冷媒冷却回路である。前記冷媒冷却回路によれば、冷媒冷却回路の運転開始から所定時間だけ、絞り部での冷媒の流量を増加させることで、圧縮機から流出した冷凍機油が絞り部で詰まるのを防止して、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【0009】
また、前記放熱器は、前記圧縮機から供給される冷媒を超臨界圧力の状態で放熱させることとしてもよい。これによれば、冷媒が超臨界圧力で放熱される冷媒冷却回路において、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【0010】
また、前記冷媒は、二酸化炭素であることとしてもよい。これによれば、地球環境を保護する観点で、冷却冷媒回路の冷媒として期待される二酸化炭素を使用して、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【0011】
また、前記絞り部は、前記絞り部制御手段の出力に応じて弁開度が調整される電子膨脹弁であることとしてもよい。これによれば、弁開度が適切に調整される電子膨脹弁を使用することで、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【0012】
また、前記所定時間は、前記圧縮機のための冷凍機油が有する粘度に応じて決定されることとしてもよい。これによれば、絞り部での冷媒の流量が冷凍機油の粘度に応じた時間だけ増加するので、冷凍機油が絞り部で詰まるのを効果的に防止でき、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【0013】
更に、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路を備えた自動販売機において、前記冷媒冷却回路は、運転開始から所定時間だけ、前記絞り部での冷媒の流量を増加させるための絞り部制御手段を、備え、前記絞り部制御手段は、前記圧縮機の電源周波数と前記絞り部の開度に応じて、前記絞り部での冷媒の流量と前記所定時間を調節可能である、ことを特徴とする自動販売機も実現可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】
===冷媒冷却回路の構成===
先ず、図1を参照しつつ、本発明の冷媒冷却回路の一構成例について説明する。図1は、本発明の冷媒冷却回路の一実施例を示す図であり、例えば冷媒として二酸化炭素を使用するものとする。
【0015】
冷媒冷却回路は、圧縮機2、ガスクーラー(放熱器)4、電子膨脹弁(絞り部)6、蒸発器8を結合して、二酸化炭素が冷媒として循環可能な冷媒循環経路を形成したものである。
【0016】
圧縮機2は、蒸発器8から供給される二酸化炭素を圧縮して高温高圧の状態とするものである。蒸発器8の周辺部の温度は、蒸発器8が周辺部の熱を吸収することによって低下する。冷凍サイクルとしては、蒸発器8で吸収した蒸発熱を捨てる必要があるが、蒸発器8周辺部の断熱筐体の庫内は、外部の気温よりかなり低い温度になっており、低温部から奪った熱を高温の外部へ直接捨てることができない。そこで、圧縮機2は、蒸発器8の蒸発熱を外部の気温より高い温度にして捨てるため、蒸発器8から供給される二酸化炭素を高温高圧の蒸気に変換する役目を担っている。
【0017】
また、圧縮機2は、本実施形態では、圧縮効率を向上させるための中間熱交換器10を使用している。中間熱交換器10は、圧縮機2が一度圧縮した状態の二酸化炭素を冷却して、圧縮機2に戻すものである。これにより、圧縮機2は、二段階の圧縮動作を実行するので、低消費電力で高圧縮効率を得ることが可能となる。なお、中間熱交換器10の熱交換媒体としては、二酸化炭素の圧縮熱を効果的に冷却できる媒体を適宜適用可能である。また、中間熱交換器10は、圧縮機2の仕様に応じて省略することも可能である。
【0018】
また、圧縮機2としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、或いは、これらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機等があるが、冷媒冷却回路を配設する対象、環境、或いは、冷媒冷却回路のコスト等に見合う圧縮機を適宜適用可能である。
【0019】
ガスクーラー4は、圧縮機2から供給される高温高圧の二酸化炭素を、放熱させるためのものである。ところで、外気温が高温となる夏場などでは、ガスクーラー4の温度が二酸化炭素の臨界温度(約31℃)を越えると、この二酸化炭素が気化したままで液化しなくなる、超臨界圧力の状態となる。そこで、ガスクーラー4と電子膨脹弁6の間、蒸発器8と圧縮機2の間に内部熱交換器12を設けている。内部熱交換器12内部では、ガスクーラー4と電子膨脹弁6の間の冷媒管路と、蒸発器8と圧縮機2の間の冷媒管路とが、互いに熱交換可能な距離を有して非接触向流するように配設されている。これにより、ガスクーラー4から得られる二酸化炭素は、液化しやすくなる。
【0020】
電子膨脹弁6は、内部熱交換器12を介してガスクーラー4から供給される二酸化炭素の温度が蒸発器8の蒸発温度となるまで、減圧を行うものである。電子膨脹弁6は、蒸発器8へ供給される二酸化炭素の圧力を調整するための弁を有している。つまり、電子膨脹弁6では、弁開度が大きくなると、二酸化炭素が通過する際の抵抗が小さくなり、一方、弁開度が小さくなると、二酸化炭素が通過する際の抵抗が大きくなる。なお、電子膨脹弁6の弁開度を調整する方法としては、電磁力を利用する電磁比例方式、電磁デューティ方式、モータの回転量を利用するステッピングモータ駆動方式等があるが、冷媒冷却回路を配設する対象、環境、或いは、冷媒冷却回路のコスト等に見合う方法を適宜適用可能である。なお、本実施形態では、上記のステッピングモータ駆動方式を採用するものとする。
【0021】
ステッピングモータ14は、ステップ単位(1ステップ回転角度θ)で回転するものであり、パルス単位の制御信号Aが制御部(後述)から供給されることによって、電子膨脹弁6の弁開度を調整するものである。
【0022】
蒸発器8は、電子膨脹弁6から供給される液体の二酸化炭素が蒸発したとき、周囲の熱を吸収することによって周囲温度を冷却するためのものである。蒸発器8を通過した二酸化炭素は全て気化していることが望ましい。しかし、蒸発器8を通過した二酸化炭素が一部液化したままで圧縮機2に供給されると、圧縮機2は液圧縮を起こしてシリンダーを破損してしまう可能性がある。そこで、内部熱交換器12では、ガスクーラー4と蒸発器8からの二酸化炭素が非接触向流で熱交換を行っている。これにより、圧縮機2には、内部熱交換器12から気化した二酸化炭素が供給される。なお、内部熱交換器は、ガスクーラー4と電子膨脹弁6の間、蒸発器8と圧縮機2の間に独立して設けることとしてもよい。そして、ガスクーラー4と電子膨脹弁6の間の内部熱交換器が、二酸化炭素を液化させるための専用の熱交換媒体を適用することとし、また、蒸発器8と圧縮機2の間の内部熱交換器が、二酸化炭素を気化させるための専用の熱交換媒体を適用することとすれば、優れた熱交換を実行することが可能となる。
【0023】
制御部18(絞り部制御手段)は、冷媒冷却回路が運転開始したときから所定時間を計時するためのタイマー20と、電子膨脹弁6の弁開度および当該弁開度の設定時間が関連付けられているテーブル22とを有している。そして、制御部18は、テーブル22の参照データとタイマー20の計時出力とに基づいて、ステッピングモータ14を駆動するための制御信号Aを出力するものである。詳述すると、タイマー20は、冷媒冷却回路が電源投入された時点(冷媒冷却回路が運転開始された時点)でリセットされ、テーブル22が記憶している設定時間を計時し始める。制御部18では、タイマー20が設定時間の計時を開始したとき、電子膨脹弁6の弁開度をテーブル22が記憶している弁開度まで大きく設定し、且つ、タイマー20が設定時間の計時を終了したとき、電子膨脹弁6の弁開度を初期開度まで戻すための制御信号Aを作成して出力する。これによって、電子膨脹弁6の弁開度は、冷媒冷却回路の運転開始から所定時間だけ、初期開度より大きく設定されることになる。
【0024】
===制御信号Aと電子膨脹弁6の弁開度との関係===
次に、図2を参照しつつ、制御信号Aと電子膨脹弁6の弁開度との関係について説明する。図2は、制御信号A(横軸)と電子膨脹弁6を流れる二酸化炭素量(縦軸)との関係を示す特性図の一例である。例えば、100パルスの制御信号Aが発生すると、ステッピングモータ14が100ステップ回転し、電子膨脹弁6は二酸化炭素が1.5リットル/分流出可能な弁開度に調整されることになる。なお、電子膨脹弁6の通常の弁開度は、例えば二酸化炭素が1.5リットル/分流出可能な弁開度に設定されているものとする。
【0025】
===冷凍機油の二酸化炭素混合率と圧力との関係===
次に、図3を参照しつつ、圧縮機2が使用する冷凍機油の二酸化炭素混合率と圧力との関係について説明する。図3は、冷凍機油の二酸化炭素混合率(横軸)と圧力(縦軸)との関係を示す特性図の一例である。なお、図3は、圧縮機2が二酸化炭素を冷媒として圧縮する際に適合する一冷凍機油(ダフニーハーメチックオイル(登録商標))の特性図であり、温度(℃)、二酸化炭素混合率(wt%)、圧力(MPa)は、冷媒冷却回路において冷凍機油および二酸化炭素が存在する場所の値である。図3を見ると、温度が一定の条件では、二酸化炭素が冷凍機油(単位体積)に溶け込む重量の割合を示す二酸化炭素混合率は、圧力の上昇に伴って増大している。また、圧力が一定の条件では、二酸化炭素混合率は、温度の低下に伴って増大している。つまり、圧力が上昇するほど、また、温度が低下するほど、二酸化炭素は冷凍機油に溶け込みやすくなる特性を有している。
【0026】
図1の冷媒冷却回路が運転を開始した初期では、温度・圧力ともに低い状態である。しかし、電子膨脹弁6の入力側の圧力、即ち、圧縮機2の高圧側の圧力は、低いと言っても数MPaはあるので、二酸化炭素は冷凍機油に相当量溶け込んでいる。そのため、圧縮機2のための冷凍機油の一部が二酸化炭素とともに電子膨脹弁6に供給されるので、冷媒冷却回路の運転開始から所定時間だけ、電子膨脹弁6の弁開度を大きく設定する必要がある。
【0027】
===冷凍機油の温度と粘度との関係===
次に、図4を参照しつつ、圧縮機2が使用する冷凍機油の温度と粘度との関係について説明する。図4は、冷凍機油の温度(横軸)と粘度(縦軸)との関係を示す特性図の一例である。なお、図4は、図3と同様に、圧縮機2が二酸化炭素を冷媒として圧縮する際に適合する一冷凍機油(ダフニーハーメチックオイル(登録商標))の特性図であり、温度(℃)、二酸化炭素混合率(wt%)、粘度(mm2(平方ミリメートル)/s)は、冷媒冷却回路において冷凍機油および二酸化炭素が存在する場所の値である。図4を見ると、温度が一定の条件では、冷凍機油の粘度は、二酸化炭素混合率の減少に伴って増大している。また、二酸化炭素混合率が一定の条件では、冷凍機油の粘度は、温度の低下に伴って増大している。従って、二酸化炭素混合率が減少するほど、また、温度が低下するほど、冷凍機油は粘る特性を有している。
【0028】
図1の冷媒冷却回路が運転を開始した時点では、二酸化炭素混合率・温度ともに低い状態である。そのため、圧縮機2のための冷凍機油の一部が高い粘度の状態で電子膨脹弁6に供給されるので、電子膨脹弁6の弁開度を大きく設定する必要がある。
【0029】
従って、冷媒冷却回路の運転開始から冷凍機油の粘度に応じた時間だけ、電子膨脹弁6の弁開度を初期開度より大きく設定する必要があることが、図3および図4の特性図から分かる。
【0030】
===制御部18が有するテーブル22の例===
電子膨脹弁6の弁開度と、電子膨脹弁6の弁開度を初期開度より大きくする際の設定時間とは、圧縮機2が有する冷凍機油の粘度、冷媒冷却回路を循環する冷媒の種類、冷媒冷却回路の構成、冷媒冷却回路の周囲温度等に応じた値であることが望ましい。そこで、本願出願人は、冷凍機油が電子膨脹弁6に詰まるのを防止するため、以下の条件で実験を行った。詳述すると、冷凍機油:『ダフニーハーメチックオイル(登録商標)』、冷媒:『二酸化炭素』、圧縮機2:『排除容積が1〜2ccの範囲且つ電源周波数が50〜60Hzの範囲で設定されるインバータ圧縮機』を用いて運転を行う場合、冷媒冷却回路が運転を開始した時点から、電子膨脹弁6がステッピングモータ14の240ステップ回転に相当する弁開度を1〜2分間設定されたとき、電子膨脹弁6への冷凍機油の詰まりを効果的に防止できることが分かった。従って、テーブル22には、電子膨脹弁6の弁開度として『240パルス』、当該弁開度の設定時間として例えば『2分』というデータが予め記憶されている。更に、テーブル22には、他の電源周波数に対応するデータも予め記憶されている。
【0031】
なお、冷媒冷却回路の周囲温度を検出するための温度センサ(不図示)を設け、冷媒冷却回路が運転開始したときの温度センサの検出温度に対応する電子膨脹弁6の弁開度および設定時間を参照できるテーブルを設けることとしてもよい。
【0032】
===冷媒冷却回路の動作===
次に、図1、図2、図5を参照しつつ、二酸化炭素を冷媒として使用する本発明の冷媒冷却回路の動作について説明する。図5は、本発明の冷媒冷却回路の動作を説明するためのフローチャートの一例である。なお、本発明の冷媒冷却回路は、説明の便宜上、冷凍機油:『ダフニーハーメチックオイル(登録商標)』、冷媒:『二酸化炭素』、圧縮機2:『排除容積が1〜2ccの範囲且つ電源周波数が50〜60Hzの範囲で設定されるインバータ圧縮機』の条件の下で運転を行うものとする。
【0033】
先ず、冷媒冷却回路の電源が投入されると(S2)、制御部18では、圧縮機2の電源周波数の情報、および、ステッピングモータ14の回転ステップ数の情報を読み取る。なお、制御部18は、圧縮機2の電源周波数の情報、および、ステッピングモータ14の回転ステップ数の情報を記憶するためのメモリ24を有している。例えば、圧縮機2と制御部18との間では、圧縮機2の電源周波数を設定した後、圧縮機2の電源周波数の情報が制御部18に供給される制御シーケンスを実行してもよいし、圧縮機2の電源周波数の情報を制御部18に供給した後、圧縮機2の電源周波数を設定する制御シーケンスを実行してもよいし、圧縮機2の電源周波数の情報を制御部18に供給するのみとしてもよい。従って、制御部18では、メモリ24から圧縮機2の電源周波数の情報『50〜60Hz』およびステッピングモータ14の回転ステップ数の情報『100パルス』を読み取り、圧縮機2の電源周波数の情報『50〜60Hz』に対応するテーブル22のデータ『240パルス』『2分』を抽出する(S4)。
【0034】
そして、制御部18はタイマー20をリセットし、タイマー20は設定時間『2分』を計時開始する(S6)。
【0035】
制御部18では、タイマー20が設定時間『2分』を計時開始したとき、240パルスの制御信号Aをステッピングモータ14に供給する。ステッピングモータ14は、初期状態では100ステップ回転した状態に設定されているため、制御信号Aに応答して差分の140ステップ回転することになる。これにより、電子膨脹弁6の弁開度は、二酸化炭素を4リットル/分流出可能な大きさに設定される(S8)。
【0036】
また、制御部18では、電子膨脹弁6の弁開度が二酸化炭素を4リットル/分流出可能な大きさに設定された状態で、タイマー20が設定時間『2分』を計時終了したかどうかを判別する(S10)。制御部18では、タイマー20が設定時間『2分』を計時終了していないものと判別すると(S10:NO)、ステップS10の判別処理を再度実行する。一方、制御部18では、タイマー20が設定時間『2分』を計時終了したものと判別すると(S10:YES)、100パルスの制御信号Aをステッピングモータ14に供給する。ステッピングモータ14は、240ステップ回転した状態に変更されているため、このときの制御信号Aに応答して差分の140ステップ逆回転することになる。これにより、電子膨脹弁6の弁開度は、二酸化炭素を1.5リットル/分流出可能な元の大きさに戻る(S12)。
【0037】
以上より、冷媒冷却回路が運転を開始してから2分間、電子膨脹弁6の弁開度が1.5リットル/分から4リットル/分へ広がるので、電子膨脹弁6への冷凍機油の詰まりを効果的に防止できる。
【0038】
なお、図5のフローチャートは、本発明の理解を容易とするための一例であり、本発明を限定するものではない。
【0039】
===自動販売機の構成===
次に、図6を参照しつつ、本発明の冷媒冷却回路を用いた自動販売機の一例について説明する。図6は、本発明の自動販売機の前面の一例を示す図であり、例えば缶飲料を販売するものとする。
【0040】
図6において、前扉102は、自動販売機の左右側面端の何れかを支軸として開閉するものであり、商品選択釦とコラムとを対応付けるコラム設定、缶飲料補充等を行うときは解錠して開き、通常販売を行うときは施錠して閉じておくものである。パネル104は、透明な樹脂板であり、内部に陳列される複数種類の缶飲料サンプル106を確認するためのものである。
【0041】
つまり、利用者は、パネル104を通して複数種類の缶飲料サンプル106を見渡すことにより、購入したい缶飲料を選択できる。硬貨投入口108は、利用者が硬貨を投入する部分であり、投入硬貨は自動販売機内部の硬貨識別装置に供給される。紙幣挿入口110は、利用者が紙幣を挿入する部分であり、挿入紙幣は自動販売機内部の紙幣識別装置に供給される。表示器112は、コラム設定を行うとき、前扉102の背面側で着脱自在となるリモコン114の操作に応じてコラム番号を表示し、通常販売を行うとき、投入硬貨金額、挿入紙幣金額等を表示するものである。なお、表示器112は、有機EL、LCD、LED等の表示素子を用いて構成することが可能である。商品選択釦116は、販売可ランプ118および売り切れランプ120を内蔵し、缶飲料サンプル106それぞれに対応してパネル104の前面側に設けられるものである。販売可ランプ118は、利用者が少なくとも1本の缶飲料を購入できる硬貨投入または紙幣挿入を行うと、自動販売機内部のコラムに缶飲料が収容されている場合のみ、この缶飲料に対応するものが点灯する。売り切れランプ120は、自動販売機内部の所定コラムが空になると、この缶飲料に対応するものが常時点灯する。表示板122は、商品選択釦116それぞれに対応してパネル104の前面側または背面側に設けられ、通常販売を行うとき、缶飲料に関する情報(加熱飲料であることを表す文字"HOT"および冷却飲料であることを表す文字"COLD")を色別表示するものである。尚、表示板122は、透過性の樹脂パネルである。販売中ランプ124は、缶飲料が正常販売されるときに点灯するものである。販売中止ランプ126は、全缶飲料が売り切れとなったとき、或いは、缶飲料を販売するための販売機構が故障したとき、点灯するものである。釣銭切れランプ128は、硬貨識別装置内部の釣銭用硬貨の合計金額が一定金額以下のときに点灯するものである。販売可ランプ118が点灯している商品選択釦116を押下すると、この缶飲料サンプル106に対応する缶飲料が商品取出口130まで搬出される。返却レバー132は、投入硬貨を返却口134から返却したり、投入硬貨または挿入紙幣から缶飲料購入金額を差し引いた釣銭を返却口134から返却したりするためのものである。スリット138は、内部の機械室(不図示)に配設されている冷媒冷却回路を構成する圧縮機2、ガスクーラー4の放熱を促進するためのものである。
【0042】
上記の冷媒冷却回路は、図1の冷媒冷却回路であり、自動販売機の庫内の商品は、ファン26が蒸発器8の周囲の冷気を庫内に送り込むことによって効果的に冷却される。
【0043】
なお、図1の冷媒冷却回路は、缶飲料の自動販売機以外の自動販売機にも適用可能である。例えば、図1の冷媒冷却回路をカップ飲料の自動販売機に適用し、冷却飲料用のタンク内の貯水を冷却することとしてもよい。
【0044】
===自動販売機の制御動作===
次に、図7を参照しつつ、本発明の冷媒冷却回路を用いた自動販売機の制御動作について説明する。図7は、本発明の自動販売機の制御動作を説明するためのブロック図である。
【0045】
図7において、主制御部202は、自動販売機の制御を統括するものであり、ROM、CPU、RAM、周辺回路(I/O、タイマ、カウンタ等)からなるものである。詳述すると、ROMは、後述する複数の従制御部を統括制御するためのプログラムデータが予め格納されたものであり、CPUは、ROMから読み出されたプログラムデータの解読結果に従って複数の従制御部を統括制御するものであり、RAMは、CPUによる演算結果、複数の従制御部からの各種データ等の書き込みまたは読み出しを行うものである。ハードウエア面では、ROMは、データを製造工程で焼き付け固定するマスクROM、データを紫外線消去することによりデータを繰り返し書き込み読み出しできるEPROM、またはデータを電気消去することによりデータを繰り返し書き込み読み出しできるEEPROM(フラッシュROMを含む)等の不揮発性メモリである。CPUは、ROMの実行アドレスを指定するプログラムカウンタ、ROMからの読み出し内容を解読するインストラクションデコーダ、論理演算を行う演算論理ユニット、演算データを一時格納するアキュムレータ等を内蔵する。RAMは、SRAM等の揮発性メモリであり、バックアップ電源を用いて記憶内容を保持する。
【0046】
硬貨処理制御部204、紙幣処理制御部206、接客制御部208、販売制御部210は、複数の従制御部に相当し、ハードウエア面において、主制御部202と同様のROM、CPU、RAMを内蔵する。
【0047】
硬貨投入機構212は、釣銭切れを検出する釣銭切れセンサを備え、硬貨投入口108からの投入硬貨を受け取り、必要に応じて釣銭を返却口134から返却するものである。硬貨処理制御部204は、硬貨投入機構212を制御し、投入硬貨の金種、正偽等の判別、金種別枚数の計算、金庫への余剰硬貨の収容、釣銭払い出し等を行わせるものである。紙幣挿入機構214は、硬貨投入機構212と同様に、釣札切れを検出する釣札切れセンサを備え、紙幣挿入口210からの挿入紙幣を受け取るものであり、必要に応じて釣札を紙幣挿入口110から返却することとしてもよい。紙幣処理制御部206は、紙幣挿入機構214を制御し、挿入紙幣の金種、正偽等の判別、金種別枚数の計算、釣札払い出し等を行わせるものである。硬貨処理制御部204および紙幣処理制御部206は、硬貨投入および紙幣挿入が行われるその都度、処理動作を実行する。ここで、硬貨処理制御部204および硬貨投入機構212は硬貨識別装置を構成し、紙幣処理制御部206および紙幣挿入機構214は紙幣識別装置を構成する。なお、商品の決済方法は、上記の硬貨および紙幣に限定されるものではない。例えば、様々なカードや携帯端末等を用いて電子決済を行うこととしてもよい。
【0048】
接客面216は、表示部112、商品選択釦116、販売中ランプ124、販売中止ランプ126、釣銭切れランプ128から成るものである。接客制御部208は、接客面216を制御する。つまり、接客制御部208は、主制御部202からの缶飲料販売に関する接客指示に従って、販売中ランプ124、販売中止ランプ126、釣銭切れランプ128を点灯させたり、販売飲料別の販売可ランプ118または売り切れランプ120を点灯させたり、更には、複数の商品選択釦116の何れが押下されたのかを検出し、このときの検出信号を主制御部202に送信したりする。
【0049】
販売機構218は、指定コラムの最下部に留まる缶飲料を払い出し、商品取出口130まで搬出するものである。販売制御部210は、販売機構218を制御し、接客制御部208からの前記検出信号に応答した主制御部202からの販売指示に従って、利用者が希望する缶飲料を商品取出口130まで搬出するものである。また、販売制御部210は、図1の冷媒冷却回路220の動作も制御しており、制御部18に相当するものである。なお、主制御部202および販売制御部210が、制御部18の機能を分割して有することとしてもよい。
【0050】
リモコン114は、機能キーと、数字キーと、これらのキーの操作に関する内容を表示する表示部(有機EL、LCD等)とを、前面に備えたものである。リモコン114は、前扉102の裏面に着脱自在に配設され、商品選択釦116とコラムとを対応付けするコラム設定、金額設定、メンテナンス等を行う際に操作するものであり、この操作情報を主制御部202に送信する。主制御部202は、この操作情報に基づいて、硬貨処理制御部204、紙幣処理制御部206、接客制御部208、販売制御部210に対して、それぞれの指示を行う。
【0051】
なお、主制御部202と従制御部204、206、208、210との間の通信は、主制御部202が優先的な送信権を有するポーリング方式、或いは、主制御部202および従制御部204、206、208、210が対等な送信権を有するコンテンション方式の何れであってもよい。
【0052】
本実施形態の冷媒冷却回路220は、屋外屋内を問わず広範囲のロケーションに設置される自動販売機に適用可能であるので、正常な冷凍サイクルを長時間継続でき、且つ、利用者が冷却商品を確実に購入できるという自動販売機を急速に普及させることが可能となる。
このようにして実現された自動販売機は、従来よりも優れた自動販売機となる。
【0053】
===その他===
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更、改良可能である。また、本発明には、等価物が含まれることはもちろんである。
【0054】
<冷媒>
本実施形態では、冷媒冷却回路の冷媒は二酸化炭素であるが、冷媒冷却回路の冷媒は二酸化炭素以外のHFC等であってもよい。つまり、冷媒が二酸化炭素の冷媒冷却回路に本発明を適用すると、冷媒冷却回路の高圧側が必要以上に高くなるのを防止でき、また、冷媒がHFC等の冷媒冷却回路に本発明を適用すると、冷媒冷却回路の低圧側が必要以上に低くなるのを防止でき、両者ともに圧縮機2が正常な圧縮動作を実行して、冷媒冷却回路が安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【0055】
<冷媒冷却回路を適用する対象>
本実施形態では、冷媒冷却回路220は自動販売機に適用されているが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒冷却回路220は、業務用および家庭用の冷蔵庫、業務用の冷凍ショーケース、ファーストフード店やファミリーレストラン等に設置される飲料供給用ディスペンサ等にも適用可能である。
【0056】
【発明の効果】
本発明によれば、絞り部への冷凍機油の詰まりを防止して安定した冷凍サイクルを実行できる冷媒冷却回路、および、この冷媒冷却回路を用いた自動販売機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷媒冷却回路の一実施例を示す図である。
【図2】制御信号A(横軸)と電子膨脹弁6を通過する二酸化炭素量(縦軸)との関係を示す特性図の一例である。
【図3】冷凍機油の二酸化炭素混合率(横軸)と圧力(縦軸)との関係を示す特性図の一例である。
【図4】冷凍機油の温度(横軸)と粘度(縦軸)との関係を示す特性図の一例である。
【図5】本発明の冷媒冷却回路の動作を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明の自動販売機の前面の一例を示す図である。
【図7】本発明の自動販売機の制御動作を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
2 圧縮機
4 ガスクーラー
6 電子膨脹弁
8 蒸発器
12 内部熱交換器
14 ステッピングモータ
18 制御部
20 タイマー
22 テーブル
24 メモリ
202 主制御部
210 販売制御部
220 冷媒冷却回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a refrigerant cooling circuit and a vending machine using the same.
[0002]
[Prior art]
A refrigerant cooling circuit for cooling the inside of a heat-insulated housing (for example, inside a vending machine) forms a refrigerant circulation path by connecting a compressor, a cooler, a throttle, and an evaporator, and a series of refrigeration A refrigerant is circulated by executing a cycle. As a refrigerant circulating in the refrigerant cooling circuit, an HFC refrigerant (hydrofluorocarbon) is generally used today. However, from the viewpoint of protecting the global environment, there is a demand for the development of a refrigerant that has less influence on the global environment. Therefore, recently, a refrigerant cooling circuit that uses carbon dioxide as a refrigerant that does not adversely affect the human body in terms of nonflammability, safety, non-corrosion, and less influence on the ozone layer has been developed. Yes.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the compressor constituting the refrigerant cooling circuit compresses the refrigerant using refrigeration oil having a predetermined viscosity. This refrigerating machine oil plays a role in preventing wear inside the compressor, leakage of refrigerant, and the like. For example, refrigerating machine oil used in a reciprocating compressor prevents the cylinder from being worn, and also prevents the refrigerant from leaking by closing the gap between the cylinder and the piston. However, it is difficult to completely seal the refrigeration oil inside the compressor due to the structure of the compressor, and the refrigeration oil slightly flows out of the compressor and circulates in the refrigerant circulation path.
[0004]
By the way, when the refrigerant cooling circuit starts to execute the refrigeration cycle (starts operation), the pressure and temperature at each of the compressor, cooler, throttle unit, and evaporator constituting the refrigerant cooling circuit are generally low. The viscosity of the refrigerating machine oil is in a high state. Therefore, the refrigerating machine oil circulating in the refrigerant circulation path is likely to be clogged at the throttle portion, and the refrigerant may not easily flow through the throttle portion.
[0005]
For example, at the start of operation of the refrigerant cooling circuit using HFC refrigerant, the refrigerant supplied from the evaporator to the compressor decreases, and the low pressure side of the refrigerant cooling circuit (from the output portion of the throttle portion to the input portion of the compressor) The refrigerant circulation path) may be unnecessarily lowered, which may adversely affect the compression operation of the compressor.
[0006]
Further, in the refrigerant cooling circuit using carbon dioxide as the refrigerant, the pressure in the refrigerant cooling circuit is higher than that in the case of using the HFC refrigerant (refrigerant circulation path from the compressor output part to the throttle input part). Both sides rise and the internal load (friction, etc.) of the compressor increases, and the possibility of damaging the compressor itself increases. For this reason, as the refrigerating machine oil of this compressor, one having a higher viscosity than the refrigerating machine oil in the case of the HFC refrigerant is used. That is, the refrigerating machine oil circulating in the refrigerant cooling circuit using carbon dioxide as a refrigerant is very likely to be clogged at the throttle portion at low temperatures. Therefore, at the start of operation of the refrigerant cooling circuit using carbon dioxide as the refrigerant, the pressure on the high pressure side of the refrigerant cooling circuit may increase more than necessary, and the compressor may stop the compression operation.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a refrigerant cooling circuit that can execute a stable refrigeration cycle by preventing refrigerating machine oil from clogging at a throttle portion, and a vending machine using the refrigerant cooling circuit. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been created to solve the above problems.
First, the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant supplied from the compressor, a throttle unit that adjusts the flow rate of the refrigerant supplied from the radiator, and the throttle unit. And an evaporator for evaporating the supplied refrigerant and returning it to the compressor. A throttle for increasing the flow rate of the refrigerant in the throttle unit for a predetermined time from the start of operation of the refrigerant cooling circuit. Part control means, the throttle part control means, The power frequency of the compressor and the opening of the throttle Depending on the flow rate of the refrigerant in the throttle And the predetermined time It is a refrigerant cooling circuit characterized by being adjustable. According to the refrigerant cooling circuit, by increasing the flow rate of the refrigerant in the throttle unit for a predetermined time from the start of operation of the refrigerant cooling circuit, the refrigeration oil flowing out from the compressor is prevented from clogging in the throttle unit, A stable refrigeration cycle can be executed.
[0009]
Moreover, the said heat radiator is good also as heat-radiating the refrigerant | coolant supplied from the said compressor in the state of a supercritical pressure. According to this, it is possible to execute a stable refrigeration cycle in the refrigerant cooling circuit in which the refrigerant dissipates heat at supercritical pressure.
[0010]
Further, the refrigerant may be carbon dioxide. According to this, from the viewpoint of protecting the global environment, it is possible to execute a stable refrigeration cycle using carbon dioxide expected as a refrigerant in the cooling refrigerant circuit.
[0011]
In addition, the aperture portion is According to the output of the diaphragm control means It may be an electronic expansion valve whose valve opening is adjusted. According to this, a stable refrigeration cycle can be executed by using an electronic expansion valve whose valve opening is appropriately adjusted.
[0012]
The predetermined time may be determined according to the viscosity of the refrigerating machine oil for the compressor. According to this, since the flow rate of the refrigerant in the throttling portion increases only for a time corresponding to the viscosity of the refrigerating machine oil, it is possible to effectively prevent the refrigerating machine oil from being clogged in the throttling section and to execute a stable refrigerating cycle. It becomes possible.
[0013]
Furthermore, a compressor that compresses the refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant supplied from the compressor, a throttle unit that adjusts the flow rate of the refrigerant supplied from the radiator, and a refrigerant that is supplied from the throttle unit And an evaporator for evaporating and returning to the compressor, the refrigerant cooling circuit increases the flow rate of the refrigerant at the throttle portion for a predetermined time from the start of operation. A diaphragm control means for making the diaphragm control means, The power frequency of the compressor and the opening of the throttle Depending on the flow rate of the refrigerant in the throttle And the predetermined time It is also possible to realize a vending machine characterized by the fact that it can be adjusted.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
=== Configuration of Refrigerant Cooling Circuit ===
First, a configuration example of the refrigerant cooling circuit of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the refrigerant cooling circuit of the present invention. For example, carbon dioxide is used as the refrigerant.
[0015]
The refrigerant cooling circuit combines a
[0016]
The
[0017]
Moreover, the
[0018]
The
[0019]
The gas cooler 4 is for radiating the high-temperature and high-pressure carbon dioxide supplied from the
[0020]
The electronic expansion valve 6 performs pressure reduction until the temperature of carbon dioxide supplied from the gas cooler 4 via the
[0021]
The stepping
[0022]
The
[0023]
The control unit 18 (throttle control unit) associates a
[0024]
=== Relationship between Control Signal A and Valve Opening of Electronic Expansion Valve 6 ===
Next, the relationship between the control signal A and the valve opening degree of the electronic expansion valve 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an example of a characteristic diagram showing the relationship between the control signal A (horizontal axis) and the amount of carbon dioxide flowing through the electronic expansion valve 6 (vertical axis). For example, when the control signal A of 100 pulses is generated, the stepping
[0025]
=== Relationship between carbon dioxide mixing ratio of refrigerating machine oil and pressure ===
Next, the relationship between the carbon dioxide mixing ratio of the refrigerating machine oil used by the
[0026]
At the initial stage when the refrigerant cooling circuit of FIG. 1 starts operation, both the temperature and pressure are low. However, the pressure on the input side of the electronic expansion valve 6, that is, the pressure on the high pressure side of the
[0027]
=== Relationship between temperature and viscosity of refrigerating machine oil ===
Next, the relationship between the temperature and the viscosity of the refrigerating machine oil used by the
[0028]
When the refrigerant cooling circuit of FIG. 1 starts operation, both the carbon dioxide mixing ratio and temperature are low. Therefore, a part of the refrigeration oil for the
[0029]
Therefore, it is necessary to set the valve opening of the electronic expansion valve 6 to be larger than the initial opening for the time corresponding to the viscosity of the refrigerating machine oil from the start of the operation of the refrigerant cooling circuit. I understand.
[0030]
=== Example of Table 22 of
The valve opening of the electronic expansion valve 6 and the set time when the valve opening of the electronic expansion valve 6 is made larger than the initial opening are the viscosity of the refrigerating machine oil that the
[0031]
Note that a temperature sensor (not shown) for detecting the ambient temperature of the refrigerant cooling circuit is provided, and the valve opening degree and set time of the electronic expansion valve 6 corresponding to the temperature detected by the temperature sensor when the refrigerant cooling circuit starts operation. It is good also as providing the table which can refer to.
[0032]
=== Operation of Refrigerant Cooling Circuit ===
Next, the operation of the refrigerant cooling circuit of the present invention using carbon dioxide as a refrigerant will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an example of a flowchart for explaining the operation of the refrigerant cooling circuit of the present invention. In the refrigerant cooling circuit of the present invention, for convenience of explanation, refrigeration oil: “Daphne Hermetic Oil (registered trademark)”, refrigerant: “carbon dioxide”, compressor 2: “excluded volume is in the range of 1 to 2 cc and power frequency. Is operated under the condition of “inverter compressor set in the range of 50 to 60 Hz”.
[0033]
First, when the power of the refrigerant cooling circuit is turned on (S2), the
[0034]
Then, the
[0035]
In the
[0036]
Further, in the
[0037]
As described above, the opening degree of the electronic expansion valve 6 increases from 1.5 liters / minute to 4 liters / minute for 2 minutes after the refrigerant cooling circuit starts operation. It can be effectively prevented.
[0038]
Note that the flowchart of FIG. 5 is an example for facilitating understanding of the present invention, and does not limit the present invention.
[0039]
=== Vending machine configuration ===
Next, an example of a vending machine using the refrigerant cooling circuit of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of the front surface of the vending machine according to the present invention. For example, a can beverage is sold.
[0040]
In FIG. 6, the
[0041]
That is, the user can select a can beverage to be purchased by looking over a plurality of types of
[0042]
The refrigerant cooling circuit is the refrigerant cooling circuit of FIG. 1, and the products in the vending machine cabinet are effectively cooled by the fan 26 sending cool air around the
[0043]
The refrigerant cooling circuit of FIG. 1 can also be applied to vending machines other than can beverage vending machines. For example, the refrigerant cooling circuit in FIG. 1 may be applied to a vending machine for cup beverages to cool the water stored in the tank for the cooled beverage.
[0044]
=== Control operation of vending machine ===
Next, the control operation of the vending machine using the refrigerant cooling circuit of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram for explaining the control operation of the vending machine of the present invention.
[0045]
In FIG. 7, a
[0046]
The coin
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
The communication between the
[0052]
The
The vending machine thus realized is a vending machine superior to the conventional one.
[0053]
=== Others ===
The above embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit of the present invention. Of course, the present invention includes equivalents.
[0054]
<Refrigerant>
In this embodiment, the refrigerant in the refrigerant cooling circuit is carbon dioxide, but the refrigerant in the refrigerant cooling circuit may be HFC other than carbon dioxide. That is, when the present invention is applied to a refrigerant cooling circuit of carbon dioxide, the high pressure side of the refrigerant cooling circuit can be prevented from becoming unnecessarily high, and when the present invention is applied to a refrigerant cooling circuit such as an HFC, The low pressure side of the refrigerant cooling circuit can be prevented from becoming unnecessarily low, and both the
[0055]
<Target for applying refrigerant cooling circuit>
In the present embodiment, the
[0056]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refrigerant | coolant cooling circuit which can prevent the clogging of the refrigerator oil to a throttle part, and can perform the stable refrigerating cycle, and the vending machine using this refrigerant | coolant cooling circuit are realizable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a refrigerant cooling circuit of the present invention.
FIG. 2 is an example of a characteristic diagram showing a relationship between a control signal A (horizontal axis) and an amount of carbon dioxide passing through the electronic expansion valve 6 (vertical axis).
FIG. 3 is an example of a characteristic diagram showing a relationship between a carbon dioxide mixing ratio (horizontal axis) and pressure (vertical axis) of refrigerating machine oil.
FIG. 4 is an example of a characteristic diagram showing the relationship between the temperature (horizontal axis) and the viscosity (vertical axis) of refrigerating machine oil.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the refrigerant cooling circuit of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the front surface of the vending machine according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram for explaining the control operation of the vending machine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Compressor
4 Gas cooler
6 Electronic expansion valve
8 Evaporator
12 Internal heat exchanger
14 Stepping motor
18 Control unit
20 timer
22 tables
24 memory
202 Main control unit
210 Sales Control Department
220 Refrigerant cooling circuit
Claims (6)
冷媒冷却回路の運転開始から所定時間だけ、前記絞り部での冷媒の流量を増加させるための絞り部制御手段を、備え、
前記絞り部制御手段は、前記圧縮機の電源周波数と前記絞り部の開度に応じて、前記絞り部での冷媒の流量と前記所定時間を調節可能である、
ことを特徴とする冷媒冷却回路。A compressor that compresses the refrigerant; a radiator that dissipates the refrigerant supplied from the compressor; a throttle that adjusts a flow rate of the refrigerant supplied from the radiator; and a refrigerant supplied from the throttle An evaporator for returning to the compressor, and a refrigerant cooling circuit having:
A throttle part control means for increasing the flow rate of the refrigerant in the throttle part for a predetermined time from the start of operation of the refrigerant cooling circuit,
The throttle control unit is capable of adjusting the refrigerant flow rate and the predetermined time in the throttle according to the power supply frequency of the compressor and the opening of the throttle.
A refrigerant cooling circuit characterized by that.
前記冷媒冷却回路は、運転開始から所定時間だけ、前記絞り部での冷媒の流量を増加させるための絞り部制御手段を、備え、
前記絞り部制御手段は、前記圧縮機の電源周波数と前記絞り部の開度に応じて、前記絞り部での冷媒の流量と前記所定時間を調節可能である、
ことを特徴とする自動販売機。A compressor that compresses the refrigerant; a radiator that dissipates the refrigerant supplied from the compressor; a throttle that adjusts a flow rate of the refrigerant supplied from the radiator; and a refrigerant supplied from the throttle In an automatic vending machine comprising a refrigerant cooling circuit having an evaporator to be returned to the compressor,
The refrigerant cooling circuit includes a throttle control unit for increasing the flow rate of the refrigerant in the throttle for a predetermined time from the start of operation,
The throttle control unit is capable of adjusting the refrigerant flow rate and the predetermined time in the throttle according to the power supply frequency of the compressor and the opening of the throttle.
Vending machine characterized by that.
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