JP2000231666A - 容器入り液体の加熱冷却方法、その装置、及び、自動販売機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 缶入り液体を急速に高温又は低温状態にする
ことが可能な容器入り液体の加熱冷却方法、その装置、
及び、自動販売機を提供する。 【解決手段】 自動販売機１０内に備えた加熱冷却装置
２０には、加熱部２１と冷却部２２とに、共に受容カッ
プ２３が設けられ、その下面には振動子３３が連設され
ている。また、加熱部２１の受容カップ２３の外周面に
は、誘導加熱を行うためのコイル３６が巻装され、冷却
部２２の受容カップ２３の外周面には、液体窒素ボンベ
３８に連なるノズル３７の噴出口が向けられている。そ
して、受容カップ２３内に収容された缶飲料物１１の缶
体１１Ａが加熱又は冷却されつつ、振動子３３の駆動に
よって超音波が与えられて熱伝達が促進され、缶体１１
Ａ内の液体１１Ｂが急速に高温又は低温状態になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、缶飲料物等の容器
入り液体を、急速に加熱冷却する方法、その装置、及
び、自動販売機に関する。

【０００２】

【従来の技術】容器入り液体として、例えば、缶ジュー
ス、缶コーヒー等の缶飲料物があり、それらの多くは自
動販売機や、コンビニエンスストアの冷蔵又は保温ケー
スに蓄えられ、消費者の選択により、いつでも低温又は
高温状態にして提供を受けることができるようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動販売機
や冷蔵ケース等は、適温の缶飲料物を即座に提供する必
要があるため、すぐに消費されないものまでもが常に保
冷又は保温されている。このため、大きな電力が必要と
なり、例えば自動販売機の場合は、全国に約３０万台設
置されているので、それらを合わせた総消費電力は、大
型発電器の１台の発電量にも相当し、このような消費電
力をいかに抑えるかが問題となっていた。その対策とし
て、缶飲料物を急速に低温又は高温状態する技術が求め
られている。もし、その技術が実用可能となれば、適温
の缶飲料物を即座に受け取るという消費者のニーズを満
たすと共に、缶飲料物の保温又は保冷が不要となって消
費電力を低減させることができる。

【０００４】そのような試みとして、従来では、缶飲料
物の容器たる缶を加熱又は冷却し、その缶飲料物を高速
回転させることによって液体を撹拌して熱伝達を促進さ
せるという装置が提案されていたが、缶飲料物を短時間
で高速回転させる部分の構造が煩雑になるため、その代
替案が求められていた。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、缶入り液体を急速に高温又は低温状態にすることが
可能な容器入り液体の加熱冷却方法、その装置、及び、
自動販売機の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る容器入り液体の加熱冷却方法は、容
器に入れた液体を、急速に高温又は低温状態にするため
の方法であって、容器又は液体のいずれかを加熱又は冷
却し、容器内の液体の熱伝達を促進するための超音波を
与えるところに特徴を有する。

【０００７】請求項２に係る容器入り液体の加熱冷却装
置は、容器に入れた液体を、急速に高温又は低温状態に
するための装置であって、容器を加熱又は冷却する加熱
冷却手段と、容器が加熱又は冷却された状態で、容器内
の液体の熱伝達を促進させるための超音波を与える超音
波振動子とを備えたところに特徴を有する。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項２記載の容
器入り液体の加熱冷却装置にあって、容器は、液体を内
包した缶体によって構成されており、その缶体を受容し
かつその外面に接する受容カップを備え、超音波振動子
は、受容カップを介して又は直接、容器に超音波を与え
るところに特徴を有する。

【０００９】請求項４に係る自動販売機は、缶体に液体
を内包してなる缶飲料物を、貨幣の投入に応じて、急速
に高温又は低温状態にして排出する自動販売機におい
て、排出直前の缶飲料物の缶体を、加熱又は冷却する加
熱冷却手段と、缶体が加熱又は冷却された状態で、容器
内の液体の熱伝達を促進させるための超音波を与える超
音波振動子とを備えてなるところに特徴を有する。

【００１０】

【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞請求項１の
発明によれば、容器又は液体のいずれかを加熱又は冷却
し、超音波を与えると、その超音波の加速度、キャビテ
ーション、直進流等によりミクロ的な撹拌、拡散等が生
じる。これにより、容器内の液体の熱伝達が促進して、
液体が急速に高温又は低温状態になる。

【００１１】＜請求項２の発明＞請求項２の発明によれ
ば、加熱冷却手段によって容器が加熱又は冷却されると
共に、超音波振動子の駆動によって超音波が与えられ、
その超音波の加速度、キャビテーション、直進流等によ
りミクロ的な撹拌、拡散等が生じる。これにより、容器
内の液体の熱伝達が促進して、液体が急速に高温又は低
温状態になる。

【００１２】＜請求項３の発明＞請求項３によれば、超
音波振動子を駆動すると、超音波振動子から受容カップ
を介して又は直接、超音波が缶体、液体に与えられ、ミ
クロ的な撹拌、拡散等が生じて熱伝達が促進され、もっ
て、急速に、液体が加熱又は冷却された缶体と同じ温度
となる。ここで、缶飲料物は、受容カップ内に収容され
て、安定した状態で超音波を受けるから、確実に熱伝達
の促進が図られる。

【００１３】＜請求項４の発明＞請求項４によれば、貨
幣を投入し、高温又は低温のいずれかの缶飲料物を選択
すると、加熱冷却手段が排出直前の缶飲料物の缶体を加
熱又は冷却し、超音波振動子の駆動によって超音波が与
えられて、その超音波の加速度、キャビテーション、直
進流等によりミクロ的な撹拌、拡散等が生じる。これに
より、液体の熱伝達が促進して、液体が急速に高温又は
低温状態になるから、常時、缶飲料物を保温又は保冷し
ておく必要がなくなり、消費電力を低減することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞以下、本発明を
自動販売機に適用した第１実施形態について、図１〜図
５を参照しつつ説明する。自動販売機１０は、図１に示
されており、その正面に備えたパネル１２には、各種の
缶飲料物１１のサンプルＳが展示されると共に、各サン
プルＳごとに高温状態で提供されるホット商品か、低温
状態で提供されるクール商品かの別が明示されている。
そして、消費者は、貨幣を投入部１３に投入し、各サン
プルＳに対応したボタン１４を押すことによって、好み
の缶飲料物１１の提供を受けることができる。なお、缶
飲料物１１は、図３に示すように、アルミニウム等の金
属からなる缶体１１Ａにコーヒー、ジュース等の液体１
１Ｂを内包した構成となっている。

【００１５】自動販売機１０の内部には、その上側部分
に各種の缶飲料物１１が貯蔵されている。この貯蔵部分
では、各缶飲料物１１は、保温又は保冷されることな
く、常温で保管されている。そして、貨幣の投入とボタ
ン１４の操作とに応じて、選択された種類の缶飲料物１
１が、図２に示したホット商品用ホッパ１５Ｈか、クー
ル商品用ホッパ１５Ｃかのいずれかに選択されて降下さ
れる。

【００１６】自動販売機１０のうち前記貯蔵部分の下側
には、加熱冷却装置２０が備えられている。加熱冷却装
置２０には、図２に示すように、前記各ホッパ１５Ｈ，
１５Ｃに対応して、加熱部２１と冷却部２２とが備えら
れている。加熱部２１と冷却部２２とには、共に、水平
方向を向いた駆動軸２４が備えられると共に、その先端
に固定したＬ字型のブラケット２５の水平片２５Ａに、
受容カップ２３が配されている。

【００１７】受容カップ２３は、図３及び図４に示すよ
うに、上端の開口部２３Ａから缶飲料物１１を収容でき
る構造をなす。より詳細には、周壁２７と底壁２８の周
縁部分とを構成する基部２９と、基部２９の底面の開口
２９Ａを閉塞するように底面に上方から重ね合わされて
ねじ止めされた振動板３０とからなる。周壁２７の上端
部分には、テーパ壁３１が備えられ、これにより、缶飲
料物１１が多少ずれて降下されても、テーパ壁３１によ
って受容カップ２３の中心部に案内されるようになって
いる。そして、受容カップ２３は、常には、開口部２３
Ａがホッパ１５Ｈ，１５Ｃの下端の開口に対向し、そこ
から排出された常温の缶飲料物１１を受容すると共に、
前記駆動軸２４が駆動すると、横転して缶飲料物１１を
商品排出経路２６（図２参照）内へと排出する。

【００１８】また、受容カップ２３のうち振動板３０の
上面には、円環状のパッキン３２が敷設されており、超
音波の増幅を図ってある。なお、このパッキン３２は、
缶飲料物１１が受容カップ２３の下端部まで降下した時
の衝撃を吸収する効果も奏する。

【００１９】さて、受容カップ２３のうち振動板３０の
下面には、超音波振動子３３（以下、単に「振動子３
３」という）が連設されており、この振動子３３が前記
ブラケット２５に固定されている。振動子３３は、図５
に示した発振回路３４に連なっており、これから発振信
号を受けて駆動する。なお、この発振回路３４は、いわ
ゆるコルピッツ回路のコイル部分をチタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）素子３５に置き換えた構成となっている。
なお、缶飲料物１１に内包された液体が炭酸入りの場合
には、超音波を受けてキャビテーションが発生するか否
かが問題となる。そこで、本実施形態の発振回路３４及
び振動子３３は、少なくとも炭酸入りの液体に対して
は、キャビテーションを生じない帯域の超音波に与える
ように設定してある。

【００２０】図３に示すように、加熱部２１に配された
受容カップ２３の外周面には、コイル３６が巻装されて
いる。このコイル３６は、本発明に係る加熱手段を構成
しており、励磁されることによって缶飲料物１１の缶体
１１Ａに誘導電流が流され、もって缶体１１Ａが誘導加
熱される。

【００２１】図４に示すように、冷却部２２に配された
受容カップ２３の外周面には、液体窒素ボンベ３８に連
なるノズル３７の噴出口が向けられており、これが本発
明に係る冷却手段を構成している。そして、図示しない
電磁バルブの開閉によって、液体窒素ボンベ３８から液
体窒素が排出され、排出経路の途中に設けたプール部３
９で空気によって希釈されてノズル３７から噴出され
る。それが、受容カップ２３の外周面に吹きかけられ
て、受容カップ２３が冷却される。

【００２２】次に、本実施形態の作用効果について説明
する。自動販売機１０は、図示しない電源に接続され
て、貨幣を投入可能な待機状態となる。この状態で貨幣
が投入され、クール商品（例えば、冷たい缶ジュース）
のボタン１４が押された場合には、以下のようになる。
即ち、自動販売機１０内に常温で保管された缶飲料物１
１が、クール商品用ホッパ１５Ｃに降下され、そのホッ
パ１５Ｃの下面開口から加熱冷却装置２０の冷却部２２
に備えた受容カップ２３内に入り込む。すると、図示し
ない電磁バルブが開放状態となり、ノズル３７から受容
カップ２３の外周面へと、空気によって希釈された液体
窒素が噴出され、受容カップ２３が冷却される。これと
共に、発振回路３４から信号を受けて振動子３３が駆動
し、振動板３０、パッキン３２を介して缶飲料物１１に
超音波が与えられ、この状態が所定のタイマに設定され
た数秒間持続される。これにより、缶体１１Ａが冷却さ
れた状態で、缶飲料物１１全体に超音波が伝わり、その
超音波の加速度、キャビテーション、直進流等によりミ
クロ的な撹拌、拡散等が生じ、もって、缶体１１Ａと液
体１１Ｂとの間、及び、液体１１Ｂ自体の内部で熱伝達
が促進されて、缶飲料物１１が急速に低温状態になる。
前記タイマに設定された数秒間が過ぎると、電磁弁が閉
鎖されると共に、発振回路３４が停止する。そして、駆
動軸２４の回転によって受容カップ２３が横転され、低
温状態になった缶飲料物１１が商品排出経路２６内を降
下して、自動販売機１０の取出口に落とされる。

【００２３】一方、ホット商品（例えば、暖かい缶コー
ヒー）のボタン１４が押された場合には、以下のように
なる。即ち、常温で保管された缶飲料物１１が、ホット
商品用ホッパ１５Ｈに降下され、加熱冷却装置２０の加
熱部２１に備えた受容カップ２３内に入り込む。する
と、受容カップ２３に巻装されたコイル３６に電流が流
され、誘導加熱によって受容カップ２３及び缶飲料物１
１の缶体１１Ａが加熱される。これと共に、やはり振動
子３３が駆動して、缶飲料物１１に超音波が与えられ、
この状態が数秒間持続される。これにより、缶体１１Ａ
が加熱された状態で、缶飲料物１１全体に超音波が伝わ
り、その超音波の加速度、キャビテーション、直進流等
によりミクロ的な撹拌、拡散等が生じ、もって、缶体１
１Ａと液体１１Ｂとの間、及び、液体１１Ｂ自体の内部
で熱伝達が促進されて、缶飲料物１１が急速に高温状態
になる。そして、これが自動販売機１０の取出口に落と
される。

【００２４】さて、自動販売機１０は、通常、一度設置
されたら電源がオン状態に保持される。ここで、本実施
形態の自動販売機１０では、缶飲料物１１を保温又は保
冷せずに、常温で保管しており、しかも、貨幣が投入さ
れない限り、前記コイル３６等の加熱冷却手段は稼働し
ないから、電源がオン状態に保持されても、ほとんど電
力を消費しない。

【００２５】このように、本実施形態の自動販売機１０
によれば、缶飲料物１１を貨幣の投入に応じて、急速に
高温又は低温状態にして排出できるから、常時、缶飲料
物１１を保温又は保冷しておく必要がなくなり、消費電
力を低減することができる。また、本実施形態では、缶
飲料物１１は、受容カップ２３内に収容されて安定した
状態で超音波を受けるから、確実に熱伝達の促進が図ら
れて高温又は低温状態となる。

【００２６】＜第２実施形態＞本実施形態の加熱装置４
０は、図６に示されており、電子レンジをベースとし、
その加熱室内の底面４０Ａに、振動子４１を備えると共
に、その振動子４１の上端に受け皿４２を設けた構成と
なっている。そして、例えば、常温で保管されたコーヒ
ー４３を紙コップ４４に注いで、前記受け皿４２上に設
置し、スタートスイッチ４５をオン操作すると、電子レ
ンジの加熱効果によってコーヒー４３が加熱されつつ振
動子４１によって超音波が与えられる。これにより、コ
ーヒー４３自体が暖められつつ、ミクロ的に撹拌、拡散
等されて熱伝達が促進し、急速にかつ全体が均等に高温
状態とされる。

【００２７】＜第３実施形態＞本実施形態は図７に示さ
れており、前記第１実施形態の縦向きの受容カップ２３
に代えて、横向き樋状の受容カップ６０を備え、その上
方に配置したホッパ６１から、缶飲料物１１を横向きに
して、前記受容カップ６０内に降下させる。

【００２８】具体的には、受容カップ６０は、例えば、
長手方向の両端に脚部６１，６１を備えてブラケット６
２から上方に離して固定され、長手方向の中央分部の底
面には、矩形窓６３が貫通形成されている。そして、ブ
ラケット６２のうち矩形窓６３との対向位置に、前記第
１実施形態と同様の振動子３３が固定され、図８に示す
ように、この振動子３３の上面３３Ａが、受容カップ６
０に収容された缶飲料物１１の側面に当接するようにな
っている。

【００２９】そして、受容カップ６０の側方に配置した
図示しないノズルから缶飲料物１１の外面へと冷媒を噴
出したときに、振動子３３から缶飲料物１１に直接、超
音波を与えて、缶飲料物１１を急速に低温状態とするこ
とができる。

【００３０】なお、冷却完了後には、例えば、受容カッ
プ６０の長手方向の延長線上に設けたピストン６４（図
７参照）にて、缶飲料物１１を水平方向に押して、商品
排出口に降下させてもよいし、前記第１実施形態と同様
に、ブラケット６２を傾けて、缶飲料物１１を商品排出
口に降下させてもよい。

【００３１】＜第４実施形態＞本実施形態は、図９に示
されており、前記第３実施形態のうち振動子３３の取り
付け構造、及び、ホッパ６１の構造が異なる。具体的に
は、ブラケット６２のうち矩形窓６３との対向位置に、
ソレノイドによってロッド６６を上下駆動可能な駆動装
置６５を備え、ロッド６６の先端に振動子３３を固定し
てある。また、ホッパ６１のうち一対の対向壁６１Ｓ，
６１Ｓを下方に垂下して、受容カップ６０の両側を覆う
ことで、缶飲料物１１が確実に受容カップ６０内に降下
されるようにしてある。

【００３２】本実施形態では、常には、振動子３３が受
容カップ６０から下方に離れた位置に待機しており、こ
の状態で、缶飲料物１１が受容カップ６０内に降下され
る。これにより、缶飲料物１１が降下した時に振動子３
３に強く衝突することが防がれ、缶飲料物１１の側面の
変形を防ぐと共に、振動子３３の信頼性を向上させるこ
とができる。そして、缶飲料物１１が受容カップ６０内
に収容された状態で、駆動装置６５が駆動されて、ロッ
ド６６が振動子３３を上方に移動し、振動子３３の上面
３３Ａが缶飲料物１１の側面に当接する。そして、例え
ば、ホッパの対向壁６０Ｓを貫通するように設けた図示
しないノズルから缶飲料物１１の外面へと冷媒を噴出し
たときに、振動子３３から缶飲料物１１に直接、超音波
を与えて、缶飲料物１１を急速に低温状態とすることが
できる。

【００３３】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。

【００３４】（１）図１０に示すように、例えば、自動
販売機内には、缶飲料物１１が滑り落とされる樋型経路
５０が備えられており、その途中部分を缶飲料物１１の
長さに切離してその下面に超音波振動子５１を備えてな
る受部５２を設けた構成としもよい。そして、受部５２
のうち樋部分の下端に設けたストッパ５３によって缶飲
料物１１を一時的に受部５２に停止させ、その状態でノ
ズル５４から缶飲料物１１の外面へと冷媒を噴出しつつ
超音波を与えれば、缶飲料物１１を急速に低温状態とす
ることができる。なお、冷却完了後には、ストッパ５３
を下げて、缶飲料物１１を商品排出口に自然降下させれ
ばよい。

【００３５】（２）缶飲料物の種類に応じ、熱伝達率を
向上させるための最適な超音波の周波数が相違する場合
（例えば、缶飲料物の大きさが異なったり、液体の粘度
が異なる場合）には、その缶飲料物１１に応じて超音波
の周波数を切り換える構成としてもよい。

【００３６】（３）冷却手段として、例えば、ペルチェ
効果を利用した素子を備えた構成としてもよい。より具
体的には、前記第１実施形態の受容カップ２３の底面
に、ペルチェ効果を発揮するように２種類の金属を接合
してなる素子を配置し、その２種類の金属のうち冷却側
の極を缶飲料物１１に密着される構成としてもよい。

【００３７】（４）前記第１実施形態の受容カップ２３
において、振動板３０を取り除いて、その受容カップ２
３の底面の中央を開放し、そこに振動子３３を突入させ
て缶飲料物１１に当接させ、振動子３３から缶飲料物１
１の底面に直接、超音波を与える構成としてもよい。な
お、この場合、受容カップ２４は、その底面の周縁部か
ら脚部を垂下させて、ブラケット２５に固定すればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る自動販売機の斜視
図

【図２】その自動販売機に内蔵された加熱冷却装置の斜
視図

【図３】加熱部の側断面図

【図４】冷却部の側断面図

【図５】振動子を駆動するための発振回路

【図６】第２実施形態に係る加熱装置の一部破断正断面
図

【図７】第３実施形態を受容カップ及び超音波振動子を
示す一部破断正断面図

【図８】その受容カップの正断面図

【図９】第４実施形態の受容カップの正断面図

【図１０】変形例を示す斜視図

【符号の説明】

１０…自動販売機 １１…缶飲料物 １１Ａ…缶体 １１Ｂ…液体 ２０…加熱冷却装置 ２３，６０…受容カップ ３３，４１，５１…超音波振動子 ３６…コイル（加熱手段） ３７，５４…ノズル（冷却手段） ３８…液体窒素ボンベ（冷却手段） ４０…加熱装置 ４２…受け皿 ４３…コーヒー（液体） ４４…紙コップ（容器） ５２…受部（加熱冷却装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 正喜 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器に入れた液体を、急速に高温又は低
   温状態にするための方法であって、 前記容器又は前記液体のいずれかを加熱又は冷却し、前
   記容器内の液体の熱伝達を促進するための超音波を与え
   ることを特徴とする容器入り液体の加熱冷却方法。
2. 【請求項２】 容器に入れた液体を、急速に高温又は低
   温状態にするための装置であって、 前記容器を加熱又は冷却する加熱冷却手段と、 前記容器が加熱又は冷却された状態で、前記容器内の液
   体の熱伝達を促進させるための超音波を与える超音波振
   動子とを備えたことを特徴とする容器入り液体の加熱冷
   却装置。
3. 【請求項３】 前記容器は、液体を内包した缶体によっ
   て構成されており、その缶体を受容しかつその外面に接
   する受容カップを備え、 前記超音波振動子は、前記受容カップを介して又は直
   接、前記容器に超音波を与えることを特徴とする請求項
   ２記載の容器入り液体の加熱冷却装置。
4. 【請求項４】 缶体に液体を内包してなる缶飲料物を、
   貨幣の投入に応じて、急速に高温又は低温状態にして排
   出する自動販売機であって、 排出直前の前記缶飲料物の前記缶体を、加熱又は冷却す
   る加熱冷却手段と、 前記缶体が加熱又は冷却された状態で、前記容器内の液
   体の熱伝達を促進させるための超音波を与える超音波振
   動子とを備えてなることを特徴とする自動販売機。