JP2002205798A - 発泡液吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却性能を大幅に向上させ、良く冷えた飲料
を連続的かつ大量に吐出させることができる発泡液吐出
装置を提供すること。 【解決手段】 水槽１１内の冷却水１２と熱交換させる
ことにより管内の飲料を冷却する冷却コイル４と、冷却
水１２を攪拌する攪拌翼１５とを少なくとも備え、攪拌
翼１５を翼部１５ａとボス部１５ｂとからなる軸流羽根
車とした。翼部１５ａは円弧翼とし、ボス比が０．４〜
０．６となるように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発泡液吐出装置
に関し、さらに詳しくは、良く冷えた飲料を連続的かつ
大量に吐出させることができる発泡液吐出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】炭酸ガスを含有した生ビール等の清涼飲
料類を樽等の収納容器から冷却装置を介して供給する発
泡液吐出装置が知られている。かかる発泡液吐出装置に
ついて、生ビールの吐出装置を例にして、図１２〜図１
４に基づいて説明する。ここで、図１２は、従来におけ
る発泡液吐出装置の全体構成を示す説明図、図１３は、
円弧翼を備えた従来の攪拌翼を示す斜視図、図１４は、
平板の根元部を捻って形成した翼を備えた従来の他の攪
拌翼を示す斜視図である。

【０００３】生ビール吐出装置は、生ビールを充填した
樽１内に炭酸ガスボンベ２から加圧炭酸ガスを供給し、
この供給した炭酸ガスの圧力によって樽１内の生ビール
を冷却装置３内の冷却コイル４に送出し、冷却コイル４
内で冷却された生ビールをバルブ５からジョッキ６に吐
出するように構成されている。なお、炭酸ガスボンベ２
と樽１とは、配管７によって接続されている。樽１の配
管７と冷却装置３内の冷却コイル４は、継手９によって
接続されている。また、冷却コイル４とバルブ５も継手
９によって接続されている。

【０００４】冷却装置３の水槽１１には、冷却水１２を
冷却するために、蒸発管１４によって蓄氷部１３が形成
されている。冷却水１２は、モータ１６によって回転す
る回転軸１６ａの先端に設けられた攪拌翼１５によって
攪拌されるようになっている。なお、温度測定器２０
は、後述するように、バルブ５の入口飲料温度Ｔ１と、
冷却水１２の代表温度（水槽水温度）Ｔ２とを測定し、
飲料の冷却能力を本願発明と比較するために設けたもの
である。

【０００５】図１３に示す攪拌翼１５は、円弧形状の翼
部１５ａと、回転軸１６ａの先端部を挿通固定するため
の軸穴１５ｃとを備え、プラスチック製の成型品であ
る。この翼部１５ａは、内周から外周にかけて傾斜角度
（捻り角度）が一定であり、外側部分のみが攪拌仕事を
するようになっている。なお、後述する図１４に示す攪
拌翼１５よりも攪拌効率がよい。

【０００６】また、図１４に示すステンレス製の攪拌翼
１５は、根元部を捻って形成した平板の翼部１５ａと、
回転軸１６ａの先端部を挿通固定するための軸穴１５ｃ
とを備えている。この翼部１５ａは、外周部分のみの傾
斜角度が大きく形成され、当該外側の狭い部分で攪拌仕
事をするようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】良く冷えた飲料を連続
的かつ大量に吐出させるためには、温度の高い飲料が流
入する冷却コイル４の冷却効果を高めること、すなわ
ち、水槽１１底部での冷却効果を高める（冷却水１２の
流速を増加させる）ことが必要であるとともに、水槽１
１内全体においても冷却効果を低下させない（冷却水１
２の流速を低下させない）ことが必要となる。

【０００８】しかしながら、従来の発泡液吐出装置の攪
拌翼１５は、翼部１５ａの外側部分でしか攪拌仕事をし
ていないので、ある流速（あるいは流量）が必要なと
き、外周部の翼面積を大きくして仕事を確保するように
している。外周部の翼面積が増加すると、周速が速いた
め翼部１５ａの負荷抵抗が増加するので、モータ１６の
トルクを増大させる等の処置をとる必要がある。このよ
うに、冷却水１２の流速をさらに増加させ蓄氷部１３と
の熱伝達効率を向上させるためには、従来の攪拌翼１５
の性能では不十分であり、良く冷えた飲料を連続的かつ
大量に吐出させることができないという課題があった。

【０００９】一方、容量の大きなモータ１６を使用して
対処する手段も考えられるが、使用電力が増加してしま
うとともに装置のコストアップを招くため、かかる手段
を採用することは好ましくない。したがって、従来と同
一のモータ１６を使用し、使用電力を増加させることな
く、冷却水１２の攪拌性能を向上させる手段の提供が望
まれていた。

【００１０】この発明は、上記に鑑みてなされたもので
あって、冷却性能を大幅に向上させ、良く冷えた飲料を
連続的かつ大量に吐出させることができる発泡液吐出装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明の請求項１にかかる発泡液吐出装置は、
水槽内の冷却水と熱交換させることにより管内の飲料を
冷却する飲料配管と、前記冷却水を攪拌する攪拌翼とを
少なくとも備えた発泡液吐出装置において、前記攪拌翼
を軸流羽根車としたものである。

【００１２】軸流羽根車は、翼全面で仕事をさせること
ができるので、同じ流速を得るには翼の負荷抵抗を減少
させることができ、また同じ負荷抵抗なら流速（あるい
は流量）が増加するので、翼の効率が良い。したがっ
て、翼外径を所定値にしたままで翼面積の小さな攪拌翼
を形成できる。この攪拌翼を用いて冷却水を攪拌するこ
とで、飲料温度の高い飲料配管部近傍の冷却水の流速を
増加させることができ、冷却性能が大幅に向上して良く
冷えた飲料を連続的かつ大量に吐出させることができ
る。

【００１３】また、この発明の請求項２にかかる発泡液
吐出装置は、攪拌翼はボス部と翼部とからなり、当該翼
部は、円弧翼、ＮＡＣＡ翼、コントロールディフュージ
ョン翼、二重円弧翼、多重円弧翼のいずれかにより形成
したものである。これにより、周知の翼断面形状を翼設
計に利用でき、流れの解析においてもより信頼性の高い
データを得ることができる。

【００１４】また、この発明の請求項３にかかる発泡液
吐出装置は、攪拌翼をボス比が０．４〜０．６となるよ
うに形成したものである。これにより、装置仕様に応じ
た最適なボス比を選定することで、冷却性能を大幅に向
上させ、良く冷えた飲料を連続的かつ大量に吐出させる
ことができる。

【００１５】また、この発明の請求項４にかかる発泡液
吐出装置は、流体流入側のボス部の形状を半球状に形成
したものである。これにより、冷却水の流入抵抗を低減
でき、攪拌効率の低下を防止できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる発泡液吐
出装置の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明
する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定され
るものではない。

【００１７】図１は、この発明の実施の形態にかかる攪
拌翼を示す斜視図、図２は、攪拌翼を示す側面図、図３
は、攪拌翼を示す平面図、図４は、発泡液吐出装置の全
体構成を示す説明図、図５は、翼部出口流速ｖ１と蓄氷
部の氷面上での流速ｖ２と冷却水流量Ｑの関係を示す水
槽内の説明図、図６は、翼部出口流速ｖ１と蓄氷部の氷
面上での流速ｖ２との関係を示すグラフ図、図７は、ボ
ス比に対する翼部出口流速ｖ１と冷却水流量Ｑの関係を
示すグラフ図である。

【００１８】また、図８は、本発明にかかる発泡液吐出
装置による連続吐出簡易試験によって得られた冷却性能
（規格温度の飲料を連続的に吐出できる時間）を示すグ
ラフ図、図９は、従来の発泡液吐出装置による連続吐出
簡易試験によって得られた冷却性能（規格温度の飲料を
連続的に吐出できる時間）を示すグラフ図、図１０は、
規格温度の飲料を連続的に吐出できる杯数を示すグラフ
図、図１１は、その他の翼部形状を示す断面図である。
なお、上記従来技術において説明した部材と同一もしく
は相当する部材には、同一の符号を付して、重複説明を
省略または簡略化する。

【００１９】攪拌翼１５は、図１〜３に示すように、送
風機等で一般的に使用される軸流羽根車形状にて形成し
てある。攪拌翼１５のボス部１５ｂは、円柱の頂部に半
球を延設したような形状に形成してある。これにより、
攪拌翼１５の上部から流入する冷却水１２の流入抵抗を
低減できるようにしている。なお、回転軸１６ａとボス
部１５ｂとは、ビス止め等により固定されている。

【００２０】翼部１５ａは、円弧翼として形成してある
が、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、その他の翼断
面を有するものであってもよい。すなわち、（ａ）ＮＡ
ＣＡ翼、（ｂ）コントロールディフュージョン翼、
（ｃ）二重円弧翼、（ｄ）多重円弧翼、等である。

【００２１】攪拌翼１５のボス比（＝ボス部１５ｂの外
径Ｄ１／翼部１５ａの外径Ｄ２）は、０．４〜０．６の
範囲で設定することが好ましいことを見出した。この理
由について図５〜図７に基づいて説明する。図５に示す
ように、蓄氷部１３の氷を融解するためには、氷面上で
の流速ｖ２を増加させる必要があり、それには翼部での
出口流速ｖ１をできるだけ増加させる必要がある。しか
しながら、図６に示すように、単純に翼部での出口流速
ｖ１を増加させて氷面上での流速ｖ２を増加させようと
すると、トルクが増加し、モータ１６の使用電力（トル
ク×回転数）が増大してしまい、効率の良い攪拌翼１５
が設計されたことにはならない。

【００２２】ところで、攪拌翼１５を回転させるために
必要なトルクＴは、以下のように計算される。なお、式
中の圧力Ｐは、静圧上昇と翼出口流速の動圧上昇との和
となる。 Ｔ＝Ｑ・Ｐ・（η／１００）／ω （Ｎ・ｍ） ここで、Ｔ：トルク（Ｎ・ｍ）、Ｑ：流量（ｍ³／
ｓ）、Ｐ：翼部を回転させることにより発生する圧力
（Ｐａ）、η：翼部の効率（％）、ω：翼部の角速度＝
２×π・ｎ／６０（ｒａｄ／ｓ）、ｎ：回転速度（ｍｉ
ｎ^-1）、である。

【００２３】限られたモータ使用電力の中で、トルクを
上昇させずにｖ１およびｖ２を増加させる方法は、全体
の流量Ｑを低下させ、氷面上の薄い層に流速を集中させ
る必要がある。このためには、翼外径を小さくする、
翼外径はそのままでボス比大で翼面積小にすることで
流量Ｑを低下させ、流速ｖ２を向上させることが可能と
なる。

【００２４】上記の場合、翼外径を小さくすることで
ｖ１を増加させても流量を減少させることができるた
め、トルクの増加を抑えることが可能となる。上記の
場合、ボス部を大きくすることで翼投影面積が小さくな
り、上記と同様にｖ１を増加させても流量を減少させ
ることができるため、トルクの増加を抑えることが可能
となる。しかしながら、後述するようにｖ２を増加させ
るためには流量も重要であり、ｖ１と流量の良好な関係
が必要となる。これらのことから、攪拌翼の性能を代表
させるパラメータとして、ボス径を翼外径で無次元化し
たボス比で表すことにした。

【００２５】発泡液吐出装置の水槽１１のような閉空間
でオープン翼を回転させ、トルクを一定とした場合、翼
部１５ａでの出口流速ｖ１と流量Ｑとの関係は、ボス比
に対して図７に示すような関係になるので、当該流速ｖ
１を増加させるためには、最適なボス比が存在すること
となる。従来の攪拌翼１５は、ボス比０．３以下であ
り、流量Ｑを大きくして水槽１１内全体の攪拌能力を向
上させていたので、翼部１５ａでの出口流速ｖ１は低
く、氷解能力は低かった。

【００２６】かかる点に着目し、冷却効率上昇によるト
ルク低下分も含めて、翼部１５ａでの出口流速ｖ１を増
加させる翼設計を行った。そして、流れ解析を含めた実
験により、ボス比の最適値は、０．４〜０．６であるこ
とを見出した。すなわち、ボス比が０．６以上になる
と、翼部１５ａでの出口流速ｖ１が増加するものの、流
量Ｑの減少が大きくなる。このため、流入直後の高温飲
料が流れている冷却コイル４が配置された水槽１１底部
では、流速ｖ２が逆に低下してしまうことが分かった。
また、ボス比が０．４以下になると、流量Ｑは増加する
ものの、翼部１５ａでの出口流速ｖ１の低下が大きいた
めに、翼部１５ａから出た流れが厚い層になって流れ、
水槽１１底部での流速ｖ２の増加にはつながらないこと
が分かった。

【００２７】これを実証するために、ボス比０．４７の
攪拌翼１５を設計し、従来のボス比０．２８の攪拌翼１
５と比較するために、２秒間間欠試験を実施したとこ
ろ、図８〜図１０に示す結果が得られた。ここで、図４
に示すように、Ｔ１はバルブ５の入口飲料温度、Ｔ２は
水槽１１内の冷却水１２の代表温度、Ｔ３はこれらＴ１
およびＴ２の温度差である。また、図８および図９にお
いて、Ｋ１は規格温度内の飲料を吐出できる時間であ
り、Ｋ２は冷却水１２が当該規格飲料温度を維持できる
時間である。

【００２８】すなわち、図８に示す本発明にかかる発泡
液吐出装置の経過時間Ｋ１（約１５０秒）は、図９に示
す発泡液吐出装置の経過時間Ｋ１（約１００秒）よりも
大幅に長いことが分かる。また、図１０に示すように、
本発明にかかる発泡液吐出装置の吐出杯数Ｇ２（約２１
杯）は、従来の発泡液吐出装置の吐出杯数Ｇ１（約９
杯）に比べて、大幅に増加したことが分かる。

【００２９】以上のように、この実施の形態にかかる発
泡液吐出装置によれば、従来仕様のモータ１６を使用し
つつ、冷却性能を大幅に向上させ、良く冷えた飲料を連
続的かつ大量に吐出させることができる。特に、上述の
ような攪拌翼１５において、ボス部１５ｂを設け、翼部
１５ａ外周の周速度の速い部分に攪拌仕事をさせるとと
もに、翼部１５ａ外周部から内周部にかけた翼全面で攪
拌仕事をさせることにより、冷却性能を大幅に向上する
ことができる。

【００３０】なお、上記実施の形態においては、本発明
を生ビールの吐出装置に適用するものとして説明した
が、これに限定されず、炭酸ガスを含有するその他の清
涼飲料の吐出装置にも適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
発泡液吐出装置（請求項１）によれば、水槽内の冷却水
と熱交換させることにより管内の飲料を冷却する飲料配
管と、前記冷却水を攪拌する攪拌翼とを少なくとも備え
た発泡液吐出装置において、前記攪拌翼を軸流羽根車と
したので、冷却性能を大幅に向上させ、良く冷えた飲料
を連続的かつ大量に吐出させることができる。

【００３２】また、この発明にかかる発泡液吐出装置
（請求項２）によれば、攪拌翼はボス部と翼部とからな
り、当該翼部は、円弧翼、ＮＡＣＡ翼、コントロールデ
ィフュージョン翼、二重円弧翼、多重円弧翼のいずれか
により形成したので、周知の翼断面形状を翼設計に利用
でき、流れの解析においてもより信頼性の高いデータを
得ることができる。

【００３３】また、この発明にかかる発泡液吐出装置
（請求項３）によれば、攪拌翼をボス比が０．４〜０．
６となるように形成したので、装置仕様に応じた最適な
ボス比を選定することで、冷却性能を大幅に向上させ、
良く冷えた飲料を連続的かつ大量に吐出させることがで
きる。

【００３４】また、この発明にかかる発泡液吐出装置
（請求項４）によれば、流体流入側のボス部の形状を半
球状に形成したので、冷却水の流入抵抗を低減でき、攪
拌効率の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態にかかる攪拌翼を示す斜
視図である。

【図２】攪拌翼を示す側面図である。

【図３】攪拌翼を示す平面図である。

【図４】発泡液吐出装置の全体構成を示す説明図であ
る。

【図５】翼部出口流速ｖ１と蓄氷部の氷面上での流速ｖ
２と冷却水流量Ｑの関係を示す水槽内の説明図である。

【図６】翼部出口流速ｖ１と蓄氷部の氷面上での流速ｖ
２との関係を示すグラフ図である。

【図７】ボス比に対する翼部出口流速ｖ１と冷却水流量
Ｑの関係を示すグラフ図である。

【図８】本発明にかかる発泡液吐出装置による連続吐出
簡易試験によって得られた冷却性能（規格温度の飲料を
連続的に吐出できる時間）を示すグラフ図である。

【図９】従来の発泡液吐出装置による連続吐出簡易試験
によって得られた冷却性能（規格温度の飲料を連続的に
吐出できる時間）を示すグラフ図である。

【図１０】規格温度の飲料を連続的に吐出できる杯数を
示すグラフ図である。

【図１１】その他の翼部形状を示す断面図である。

【図１２】従来における発泡液吐出装置の全体構成を示
す説明図である。

【図１３】円弧翼を備えた従来の攪拌翼を示す斜視図で
ある。

【図１４】平板の根元部を捻って形成した翼を備えた従
来の他の攪拌翼を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 樽 ２ 炭酸ガスボンベ ３ 冷却装置 ４ 冷却コイル ５ バルブ ６ ジョッキ ７ 配管 ９ 継手 Ｄ１ ボス部外径 Ｄ２ 翼部外径 １１ 水槽 １２ 冷却水 １３ 蓄氷部 １４ 蒸発管 １５ 攪拌翼 １５ａ 翼部 １５ｂ ボス部 １５ｃ 軸穴 １６ モータ １６ａ 回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 直史 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 (72)発明者 太田 春夫 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 (72)発明者 山下 智弘 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 Ｆターム(参考） 3E082 AA04 AA10 BB03 CC01 EE03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水槽内の冷却水と熱交換させることによ
   り管内の飲料を冷却する飲料配管と、 前記冷却水を攪拌する攪拌翼と、を少なくとも備えた発
   泡液吐出装置において、 前記攪拌翼を軸流羽根車としたことを特徴とする発泡液
   吐出装置。
2. 【請求項２】 攪拌翼はボス部と翼部とからなり、当該
   翼部は、円弧翼、ＮＡＣＡ翼、コントロールディフュー
   ジョン翼、二重円弧翼、多重円弧翼のいずれかにより形
   成したことを特徴とする請求項１に記載の発泡液吐出装
   置。
3. 【請求項３】 攪拌翼をボス比が０．４〜０．６となる
   ように形成したことを特徴とする請求項１または２に記
   載の発泡液吐出装置。
4. 【請求項４】 流体流入側のボス部の形状を半球状に形
   成したことを特徴とする請求項２または３に記載の発泡
   液吐出装置。