JP2005037074A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １００℃を上回る高温の湯を確実に供給することができる給湯装置を提供する。
【解決手段】供給された水を加熱した後に、外部に供給する給湯装置１であって、水の流入部２２ａおよび流出部２２ｂを有するとともに水を貯留するボイラ本体２２と、流入部２２ａを介してボイラ本体２２に水を供給する給水部３と、ボイラ本体２２内の水を加熱するヒータ２３と、ヒータ２３で加熱されたボイラ本体２２内の水を、流出部２２ｂを介して外部に供給する開閉自在の給湯バルブ２５と、ボイラ本体２２内の水の温度を検出するボイラ湯温センサ２４と、１００℃を上回る温度の水を供給すべきか否かを判別する給湯判別手段と、１００℃を上回る温度の水を供給すべきと判別された場合において、ヒータ２３を作動させるとともに、検出されたボイラ本体２２内の水の温度が１００℃を上回ったときに給湯バルブ２５を開放する制御手段と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、給湯装置に関し、例えばカップ式自動販売機や飲料ディスペンサなどに適用され、レギュラーコーヒーなどの調理に用いる湯を最適な温度で供給する給湯装置に関する。

従来、自動販売機に適用された給湯装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この給湯装置は、主にカップ麺を販売する自動販売機に併設されるものであり、供給された水を貯留する湯タンクと、この湯タンク内に設けられ、湯タンク内の水を加熱するメインヒータと、このメインヒータよりも作動時間当たりの発熱量の小さいサブヒータと、湯タンク内の水温を検出する温度センサとを備えている。

この給湯装置では、湯タンク内の水温を次のように制御している。まず、湯タンク内の水温が９１℃以下であるときには、メインヒータをＯＮにし、湯タンク内の水を加熱する。この加熱により、湯タンク内の水温が９４℃以上になったときには、メインヒータをＯＦＦにするとともに、サブヒータをＯＮにし、湯タンク内の温水をさらに加熱する。そして、湯タンク内の水温が９７℃以上になったときには、サブヒータをＯＦＦにする。その後は、湯タンク内の水温が低下し、９４℃になったときに、サブヒータを再度ＯＮにする。以上のように、湯タンク内の水温が９４℃以上になった後は、サブヒータをＯＮ／ＯＦＦ切替えすることにより、湯タンク内の水温をほぼ９４〜９７℃に保つようにしている。

また、上記の給湯装置では、自動販売機によるカップ麺の販売があったときには、メインヒータを強制的に作動させることにより、購入者が自らカップ麺の蓋を開け、そのカップ麺を給湯口にセットするまでの間に、湯タンク内を沸騰させるようにしている。そして、購入者が給湯ボタンを押すことにより、一般に９４℃以上が適温とされるカップ麺に、高温の湯が供給される。

上記のような給湯装置では一般に、湯タンクから給湯口までの湯の搬送経路が短いため、湯タンク内の湯を高い状態に保ったまま、カップ麺に供給することが可能である。しかし、レギュラーコーヒーなどを販売するカップ式自動販売機では一般に、湯タンクからカップにコーヒーを注ぎ入れる飲料ノズルまでの湯およびコーヒーの搬送経路が長いため、上記の供給装置をカップ式自動販売機に単に適用しただけでは、購入者への高品質のコーヒーの提供には不十分である。すなわち、カップ式自動販売機では、通常、湯タンクから搬送チューブを介してコーヒー抽出機に湯を供給し、そのコーヒー抽出機で抽出されたコーヒーを、搬送チューブを介して、飲料ノズルあるいはミキシングボウルに搬送し、ミキシングボウルにコーヒーが搬送されたときには、さらにミキシングボウルから搬送チューブを介して、飲料ノズルにコーヒーが搬送される。このように、湯タンクからカップにコーヒーが注入されるまでの湯およびコーヒーの搬送経路が長いために、その搬送途中で湯およびコーヒーの温度が低下してしまう。

特に、前回の販売から長時間経過している場合や、自動販売機の設置場所の気温が低い場合には、搬送チューブやコーヒー抽出機、ミキシングボウルなどの温度も低いため、購入者に提供されるコーヒーの温度がより低くなってしまう。また、苦みが強く濃厚なレギュラーコーヒーであるいわゆるストロングコーヒーを調理する場合には、コーヒー抽出機によるコーヒー抽出の際に、１００℃を若干上回る湯を用いることが好ましい。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、１００℃を上回る高温の湯を確実に供給することができる給湯装置を提供することを目的とする。

特開平８−１８５５６５号公報（第４頁、図１、２および５）

本発明の請求項１に係る給湯装置は、供給された水を加熱した後に、外部に供給する給湯装置であって、水の流入部および流出部を有するとともに、流入部を介して供給された水を貯留する密閉容器と、流入部を介して密閉容器に水を供給する給水手段と、密閉容器内の水を加熱するヒータと、このヒータで加熱された密閉容器内の水を、流出部を介して外部に供給する開閉自在の給湯バルブと、密閉容器内の水の温度を検出する水温センサと、１００℃を上回る温度の水を供給すべきか否かを判別する給湯判別手段と、この給湯判別手段により、１００℃を上回る温度の水を供給すべきと判別された場合において、ヒータを作動させるとともに、検出された密閉容器内の水の温度が１００℃を上回ったときに給湯バルブを開放する制御手段と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、給水手段により、流入部を介して密閉容器に水を供給し、その密閉容器に貯留された水をヒータで加熱する。密閉容器内の水を加熱すると、その水が昇温するとともに膨張し、これに伴い、密閉容器内の圧力が上昇する。これにより、密閉容器内の水の沸点も上昇し、したがって、密閉容器内の水を、１００℃を上回る温度に上昇させることが可能となる。給湯判別手段により、１００℃を上回る温度の水（以下本欄において「湯」とする）を供給すべきと判別された場合において、ヒータを作動させるとともに、密閉容器内の水温が１００℃を上回ったときに給湯バルブを開放する。これにより、流出部を介して、１００℃を上回る高温の湯を確実に外部に供給することができる。一方、１００℃を上回る温度の湯を供給すべきでないと判別された場合、例えば１００℃以下の所定温度の湯を供給すべきである場合には、水温センサで検出された密閉容器内の水温に応じて、その水温が所定温度と同じであるときにはヒータを作動させることなく、またその水温が所定温度よりも低いときにはヒータを作動させ、所定温度まで昇温させた後、給湯バルブを開放することによって、１００℃以下の所定温度で湯を供給することができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の給湯装置において、密閉容器に設けられ、密閉容器内の圧力が大気圧よりも高い所定の圧力に達したときに開放するリリーフバルブを、さらに備えていることを特徴とする。

この構成によれば、密閉容器に設けられたリリーフバルブにより、密閉容器内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力まで確実に高めることができるとともに、密閉容器内が所定の圧力を超えて過圧状態になるのを確実に防止することができる。

本発明の一実施形態による給湯装置を模式的に示す図である。 ボイラ湯温上昇処理を示すフローチャートである。 ボイラ湯温保持処理を示すフローチャートである。 ボイラ湯温とヒータの通電および停止との関係を示すタイムチャートである。 コーヒー販売時の給湯処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、この給湯装置１は、レギュラーコーヒーを販売するカップ式自動販売機などに内蔵され、抽出すべきコーヒーの種類に応じて、コーヒー抽出機２に最適な温度の湯を供給するものである。給湯装置１は、給水部３（給水手段）と、この給水部３から供給された水を加熱する加熱部４と、これらを制御するマイクロコンピュータからなる図示しない制御装置（給湯判別手段、制御手段）とを備えている。

給水部３は、外部から取り込んだ水道水を貯留するシスターン１１と、このシスターン１１に取水チューブＴ１を介して接続され、シスターン１１内の水を、加熱部４の後述するボイラ２１に圧送するポンプ１２と、取水チューブＴ１に接続され、シスターン１１から流出した水をろ過するストレーナ１３と、取水チューブＴ１のストレーナ１３とポンプ１２との間に接続され、シスターン１１からポンプ１２に流れた水量を測定する流量計１４とを有している。

シスターン１１は、比較的小さい容積を有し、所定量（例えば８００ｃｃ）以上の水が常時、貯留されるようになっている。また、シスターン１１には、水温センサ１５が設けられており、この水温センサ１５によって、シスターン１１内に貯留された水の温度を検出し、その検出結果が上記制御装置に入力されるようになっている。

ポンプ１２は、リリーフバルブ１２ａを有する電磁式の水ポンプであり、販売時に、１杯のコーヒーを調理するのに要する所定量（例えば１５０ｃｃ）の水を、給水チューブＴ２を介して、加熱部４の後述するボイラ２１に供給する。また、このポンプ１２は、ボイラ２１の内圧を保持するように構成されており、その内圧が大気圧よりも高い所定圧（例えば８気圧）を上回ったときに、リリーフバルブ１２ａが開放するように設定されている。なお、このリリーフバルブ１２ａには、戻りチューブＴ３が接続されており、リリーフバルブ１２ａが開放したときに、戻りチューブＴ３を介して、リリーフバルブ１２ａから流出した蒸気あるいは湯が、シスターン１１に戻される。

加熱部４は、小型のボイラ２１で構成されている。このボイラ２１は、ボイラ本体２２（密閉容器）と、このボイラ本体２２内の水を加熱するヒータ２３と、ボイラ本体２２内の水（湯）の温度を検出するボイラ湯温センサ２４（水温センサ）とを有している。

ボイラ本体２２は、ステンレス鋼板などの金属板からなり、耐圧性（例えば１０気圧）を有する所定容量（例えば３００ｃｃ）の円筒状の密閉容器で構成されている。また、ボイラ本体２２には、給水部３からの水を流入させるための流入部２２ａ、およびコーヒー抽出機２への給湯時に、湯を流出させるための流出部２２ｂが設けられている。そして、流入部２２ａには、上記給水チューブＴ２が接続される一方、流出部２２ｂには、一端部をコーヒー抽出機２に接続した給湯チューブＴ４が接続されている。この給湯チューブＴ４の途中には、給湯バルブ２５が設けられている。この給湯バルブ２５は、１つの流入口および２つの流出口を有する電磁式の三方バルブであり、給湯チューブＴ４のボイラ２１側およびコーヒー抽出機２側の端部がそれぞれ、給湯バルブ２５の流入口および一方の流出口に接続され、他方の流出口に、一端部に与圧バルブ２６（リリーフバルブ）を有する与圧チューブＴ５が接続されている。

与圧バルブ２６は、一般的なリリーフバルブと同様に構成されており、ボイラ２１の内圧が大気圧よりも大きい所定圧（例えば、ゲージ圧：１ｋｇｆ／ｃｍ²（９８ｋＰａ））を上回ったときに、開放するように設定されている。したがって、上記給湯バルブ２５が、与圧バルブ２６側に切り替えられた状態では、ボイラ２１の内圧を上記所定圧まで高めることができる。また、この与圧バルブ２６では、開放するときの上記所定圧が、上記ポンプ１２のリリーフバルブ１２ａよりも小さい値に設定されている。したがって、ボイラ２１の内圧が上記所定圧を上回ったときには、与圧バルブ２６が開放し、この与圧バルブ２６から流出した蒸気あるいは湯が、排水容器２７に回収される。なお、与圧バルブ２６の故障などにより、与圧バルブ２６が開放しない場合でも、上記ポンプ１２のリリーフバルブ１２ａが開放することで、ボイラ２１の過圧状態を防止することができる。

ヒータ２３は、図示しない電源からの通電によって、ボイラ本体２２内の水を加熱するものであり、上記制御装置によって制御されている。また、ボイラ湯温センサ２４は、ボイラ本体２２内の湯の温度を検出し、その検出結果が制御装置に入力されるようになっている。

なお、ボイラ本体２２には、空焚き防止スイッチ２８が設けられており、この空焚き防止スイッチ２８によって、ボイラ本体２２内に水が無い状態でのヒータ２３への通電が防止されるようになっている。また、ボイラ本体２２には、常時は閉鎖し、ボイラ２１のメンテナンス時などに開放されることによって、ボイラ本体２２内の残液などを排水容器２７に廃棄するための排水口２９が設けられている。

また、以上のように構成された給湯装置１では、常時は、ボイラ２１の流入部２２ａ側がポンプ１２によって密閉される一方、流出部２２ｂ側が給湯バルブ２５および与圧バルブ２６によって密閉されている。

次に、図２〜図５を参照しながら、上記のように構成された給湯装置１の動作について説明する。なお、以下の説明ではまず、給湯装置１におけるボイラ２１内の湯の温度（以下「ボイラ湯温ＢＴ」という）制御について説明し、その後で、レギュラーコーヒーの販売時における給湯装置１の給湯動作について説明する。また、以下に説明するヒータ２３の通電時には、一定の電力がヒータ２３に供給されるものとする。

図２は、ボイラ湯温ＢＴを上昇させる際の処理（ボイラ湯温上昇処理）を示しており、本処理は、例えば自動販売機の設置当初や自動販売機への通電が長時間、遮断されていた場合などに実行される。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、ボイラ湯温ＢＴがしきい温度Ｔth（しきい値、例えば８０℃）よりも大きいか否かを判別する。その判別結果がＮＯで、ボイラ湯温ＢＴがしきい温度Ｔth以下であるときには、ヒータ２３への通電を開始し（ステップ２）、このヒータ２３を連続的に作動させる。

ヒータ２３への通電により、ボイラ湯温ＢＴが上昇し、しきい温度Ｔthよりも高くなったときには（ステップ３：ＹＥＳ）、所定の第１通電率で、ヒータ２３を作動させる（ステップ４）。この場合の第１通電率は、実験などで決定され、目標温度としての設定温度Ｔs（例えば９７℃）に近づくに従って、例えば段階的にあるいは連続的に漸減するように設定されている。なお、本実施形態では、ボイラ湯温ＢＴがしきい温度Ｔthを上回った直後の通電率が、例えば１６％（通電時間：約１０秒／分）に、設定温度Ｔsに達する直前の通電率が、例えば８％（通電時間：約５秒／分）に設定されている。

ボイラ湯温ＢＴが設定温度Ｔsを上回ったときには（ステップ５：ＹＥＳ、図４：Ａ点）、ヒータ２３への通電を停止する（ステップ６）。このヒータ２３への通電停止により、ボイラ湯温ＢＴは、設定温度Ｔsよりも一旦高くなった後、低下する。そして、ボイラ湯温ＢＴが設定温度Ｔs以下になったときに（ステップ７：ＹＥＳ、図４：Ｂ点）、ヒータ２３への通電を開始する（ステップ８）。このヒータ２３への通電開始後、所定時間（例えば５秒）経過したときに（ステップ９：ＹＥＳ）、ヒータ２３への通電を停止して（ステップ１０）、本処理を終了する。以上のボイラ湯温上昇処理により、ボイラ湯温ＢＴがほぼ設定温度Ｔsとなる。

以上のボイラ湯温上昇処理の終了後、ボイラ湯温ＢＴを、ほぼ設定温度Ｔsに保持するように、ボイラ湯温保持処理が実行される。本処理では、ヒータ２３を所定の第２通電率で作動させる。この第２通電率は、上記第１通電率と同様に、実験などで決定され、具体的には、ヒータ２３が次のように制御される。すなわち、本処理ではまず、図３のステップ２１において、図２の上記ステップ１０でヒータ２３への通電停止後、所定時間が経過したか否かを判別する。その判別結果がＹＥＳのときには、ヒータ２３への通電を開始する（ステップ２２、図４：Ｃ点）。そして、ヒータ２３の通電開始後、所定時間（例えば５秒）経過したときに（ステップ２３：ＹＥＳ）、ヒータ２３への通電を停止する（ステップ２４）。これらのステップ２１〜２４を繰り返すことによって、ボイラ湯温ＢＴを、下限温度Ｔｄ（例えば９５℃）を下回らない程度に、ほぼ設定温度Ｔsに保持する。

本処理においては、上述したように、第２通電率を実験などで決定し、これに伴い、ヒータ２３の通電停止後から通電開始までの時間、およびヒータ２３の通電開始後から通電停止までの時間が決定される。

次に、図５を参照して、コーヒー販売時の給湯処理について説明する。なお、販売待機時には、上記ボイラ湯温保持処理が継続的に実行されることにより、ボイラ湯温ＢＴがほぼ９７〜９５℃に保持され、また、ボイラ２１内が湯で満杯であるとともに、給湯バルブ２５が与圧バルブ２６側に切り替えられているものとする。さらに、コーヒー抽出機２には、購入者によって選択された商品に応じて、所定量のコーヒー豆が給湯前に供給されているものとする。

まず、販売時に、苦みが強く濃厚なレギュラーコーヒーであるいわゆるストロングコーヒーが選択されたか否かを判別する（ステップ３１）。その判別結果がＮＯで、ストロングコーヒー以外のコーヒーが選択されたときには、後述するステップ３２〜３４をスキップし、ボイラ２１内の湯をコーヒー抽出機２に供給する（ステップ３５）。具体的には、与圧バルブ２６側に切り替えられている給湯バルブ２５を、コーヒー抽出機２側に切り替えるとともに、ポンプ１２を作動させ、１杯のコーヒーの調理に要する所定量（例えば１５０ｃｃ）の湯と同量の水を、シスターン１１からボイラ２１に圧送する。これにより、給水チューブＴ２および流入部２２ａを介して、ボイラ２１に所定量の水が供給され、供給された分の湯が、流出部２２ｂおよび給湯チューブＴ４を介して、コーヒー抽出機２に供給される。

またこの場合、ボイラ２１が給水されることによって、ボイラ２１内の水温が低下するため、その水温を迅速に上昇させるためのヒータ作動処理を、給湯と同時に実行して（ステップ３６）、給湯処理を終了する。なお、このヒータ作動処理では、例えば、ボイラ２１に供給された所定量の水を給水前のボイラ２１内の水温まで上昇させるのに要する熱エネルギを、ボイラ２１内の湯に付与し得る程度に、ヒータ２３を作動させる。

上記ステップ３１の判別結果がＹＥＳ、すなわち購入者によってストロングコーヒーが選択されたときには、ヒータ２３への通電を開始する（ステップ３２）。この場合、ボイラ２１は、密閉された状態であるため、ボイラ２１内の湯をヒータ２３で加熱することによって、ボイラ２１の内圧が大気圧よりも上昇し、これに伴い湯の沸点も上昇する。その結果、ボイラ湯温ＢＴが１００℃よりも高くなる。

次いで、ボイラ湯温ＢＴが１００℃を上回る所定温度（例えば１０５℃）以上に達したか否かを判別する（ステップ３３）。そして、ボイラ湯温ＢＴが所定温度以上になったときに（ステップ３３：ＹＥＳ）、ヒータ２３への通電を停止し（ステップ３４）、上述したストロングコーヒー以外のコーヒーが選択された場合と同様に、所定量の湯をコーヒー抽出機２に供給するとともに（ステップ３５）、ヒータ作動処理を実行して（ステップ３６）、給湯処理を終了する。

この場合、給湯バルブ２５をコーヒー抽出機２側に切り替えた直後、コーヒー抽出機２に供給される湯は、その圧力が大気圧に低下するまで、蒸気の状態で供給される。その結果、コーヒー抽出機２内のコーヒー豆を蒸気で蒸らすことができ、より一層良質のコーヒーを調理（抽出）することができる。しかも、蒸気が有する潜熱によって、給湯チューブＴ４の給湯バルブ２５とコーヒー抽出機２との間を温めることができ、これにより、給湯チューブＴ４などで奪われる熱エネルギを抑制でき、したがって、高温の湯をコーヒー抽出機２に供給し、高品質のレギュラーコーヒー（ストロングコーヒー）を得ることができる。

以上詳述したように、本実施形態の給湯装置１によれば、ボイラ湯温ＢＴがしきい温度Ｔthに達するまでは、ヒータ２３を連続的に作動させるので、ボイラ湯温ＢＴをしきい値まで迅速に上昇させることができる。一方、ボイラ湯温ＢＴがしきい温度Ｔthを上回ってから設定温度Ｔsに達するまでは、ボイラ湯温ＢＴが設定温度Ｔsに近づくに従って漸減するように設定された第１通電率で、ヒータ２３を作動させるので、ボイラ２１内で沸騰を生じさせることなく、ボイラ２１内の湯を設定温度Ｔsまで効率よく加熱することができる。

また、ボイラ湯温ＢＴが設定温度Ｔsに達した後、ヒータ２３を第２通電率で作動させ、しかもその作動を、ボイラ湯温ＢＴが、設定温度Ｔsを一旦上回ってからその設定温度Ｔsを下回ったタイミングで開始するので、ボイラ湯温ＢＴを、設定温度Ｔsの付近で安定して保持することができ、給湯時に、安定した温度および量の湯を、コーヒー抽出機２に確実に供給することができる。加えて、必要に応じて、１００℃を上回る高温の湯も、確実に供給することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。実施形態では、本発明の給湯装置１を、カップ式自動販売機に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、飲料ディスペンサにも、もちろん適用でき、その他、給湯を要する各種の機器に適用することができる。

また、実施形態では、ヒータ２３への通電時に、一定の電力をヒータ２３に供給し、単位時間当たりの通電時間である通電率に基づいて、ヒータ２３を作動させたが、ヒータ２３への通電を連続的に行いながら、全体的な通電量が、ヒータ２３を通電率に基づいて作動させた場合と同じになるように、ヒータ２３に供給すべき電力の大きさを変化させるようにしてもよい。この場合には、ヒータ２３への通電および停止する際のＯＮ／ＯＦＦ切替えを大幅に低減でき、ヒータ２３の寿命の長期化を図ることができる。

さらに、ヒータ２３を作動すべき第１通電率および第２通電率を、シスターン１１内の水温に応じて、補正するようにしてもよい。シスターン１１内の水温は、自動販売機の設置環境温度に影響を受けるため、そのような水温を、第１および第２通電率に反映させることによって、自動販売機の設置環境温度に応じた最適な通電率を得ることができる。そして、そのような通電率で、ヒータ２３を作動させることにより、ボイラ２１内の湯をより効率よく加熱することができる。

また、実施形態で示した給湯装置１の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

符号の説明

１ 給湯装置
２ コーヒー抽出機
３ 給水部（給水手段）
４ 加熱部
１２ ポンプ
１２ａ リリーフバルブ
２１ ボイラ
２２ ボイラ本体（密閉容器）
２２ａ 流入部
２２ｂ 流出部
２３ ヒータ
２４ ボイラ湯温センサ（水温センサ）
２５ 給湯バルブ
２６ 与圧バルブ（リリーフバルブ）
ＢＴ ボイラ湯温

Claims (2)

1. 供給された水を加熱した後に、外部に供給する給湯装置であって、
   水の流入部および流出部を有するとともに、当該流入部を介して供給された水を貯留する密閉容器と、
   前記流入部を介して前記密閉容器に水を供給する給水手段と、
   前記密閉容器内の水を加熱するヒータと、
   このヒータで加熱された前記密閉容器内の水を、前記流出部を介して外部に供給する開閉自在の給湯バルブと、
   前記密閉容器内の水の温度を検出する水温センサと、
   １００℃を上回る温度の水を供給すべきか否かを判別する給湯判別手段と、
   この給湯判別手段により、１００℃を上回る温度の水を供給すべきと判別された場合において、前記ヒータを作動させるとともに、前記検出された密閉容器内の水の温度が１００℃を上回ったときに前記給湯バルブを開放する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする給湯装置。
2. 前記密閉容器に設けられ、当該密閉容器内の圧力が大気圧よりも高い所定の圧力に達したときに開放するリリーフバルブを、さらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。

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