JP2005280731A - 蓄氷型の飲料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱部品を付加することにより冷却能力が大幅に向上し、冷却能力が高いにもかかわらず、安価に製造できる蓄氷型の飲料供給装置を提供する。
【解決手段】タンク２内に、冷媒コイル１１、飲料コイル１５、攪拌翼２０を冷却水に浸漬する状態で配置する。内外二重に配置した冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に、冷媒および氷塊の冷熱を飲料コイル１５に直接伝導する金属製の伝熱具２５を配置する。伝熱具２５は、冷媒コイル１１および飲料コイル１５のコイル列にそれぞれ接触する第１、第２の熱授受片２６・２７と、両熱授受片２６・２７を繋ぐ橋絡片２８とを含む。冷却水に比べて熱伝導率が高い金属製の伝熱具２５で、冷媒の冷熱を飲料コイル１１に直接伝えるので、飲料コイル１１を通過する飲料を効果的に冷却できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中に浸漬した冷媒コイルの周りに氷塊を成長させておき、氷塊が融解するときの潜熱で冷却水を冷やし、飲料液を冷却する蓄氷型の飲料供給装置に関する。

この種の飲料供給装置は、例えば特許文献１に公知である。本発明の飲料供給装置では、冷媒や氷塊の冷熱を金属製の伝熱体を介して飲料配管に直接伝えるが、冷媒の冷熱を金属材を介して飲料側へ伝導することは公知である（特許文献２参照）。そこでは、例えばアルミニウム板の内部に冷媒通路と飲料通路とをくりぬき形成してあり、冷媒の冷熱は、通路を囲むアルミニウム肉壁を介して飲料液に伝導している。なお、熱伝導は高温側から低温側へ向かって起るが、本発明においては、冷却作用の理解を容易化するために、擬似的に冷熱が低温側から高温側へ伝わることとして表現する。

特開平７−３００１９７号公報（段落番号００３６、図１） 特開２００２−６８３９１号公報（段落番号００１３、図４）

蓄氷型の飲料供給装置は、タンク内に貯留した冷却水を攪拌翼で攪拌しながら、冷媒コイルの周りに氷結させた氷塊の潜熱で冷却水を冷却し、冷却水に浸漬した飲料配管内の飲料液を所定の温度に冷却する。この種の飲料供給装置は、タンクに貯留される冷却水の量、即ちタンク容量と、氷塊の体積（表面積）と、単位時間あたりの冷却水の循環量と、冷却水に浸漬される冷却配管の長さ等の冷却要素を拡充することにより、その冷却能力を向上できる。しかし、各冷却要素の仕様を拡充するのに伴って装置全体が大形化するのを避けられず、冷却能力を向上することと、全体装置を小形化することとを同時に実現できない点に不満があった。

氷塊の冷熱、あるいは冷媒の冷熱をより効果的に冷却水に伝導できれば、タンク容量の拡大などの構造拡大を伴う必要もなく冷却能力を拡大できる。しかし、冷媒配管の周りに形成した氷塊を冷熱源として、氷塊で冷却された冷却水を伝熱媒体にして飲料配管を冷却する限り、冷熱の伝導量に限界がある。冷媒、冷媒コイル、氷塊、冷却水、飲料配管、飲料の順に冷熱を伝導する必要があり、とくに氷塊と冷却水、および冷却水と飲料配管との間の熱交換を効果的に行えないからである。

この点、特許文献２のように、金属板の内部に冷媒通路と飲料通路とを隣接配置すると、冷却水を伝熱媒体とする場合に比べて、伝導できる冷熱量を格段に向上できる。金属板の熱伝導率は水の熱伝導率に比べて充分に大きいからである。しかし、内部に冷媒通路と飲料通路とが隣接配置された金属板ユニット（熱交換ユニット）を、通常の冷媒コイルとは別に設ける必要があるので、その分だけ構造が複雑になり、飲料供給装置が大形化するのはもちろん、全体コストが高く付くのを避けられない。

本発明の目的は、冷媒および氷塊の冷熱を、冷却水に対して効果的に伝導できるようにして、全体装置を大形化する必要もなく冷却能力を向上できる蓄氷型の飲料供給装置を提供することにある。本発明の目的は、簡単な伝熱部品を付加するだけで冷却能力を大幅に向上でき、冷却能力が高いにもかかわらず、安価に製造できる蓄氷型の飲料供給装置を提供することにある。本発明の目的は、従来構造の飲料供給装置であっても、伝熱部品を付加することで、殆ど構造変更を伴うこともなく冷却能力を大幅に向上でき、したがって冷却能力が高いにもかかわらずより安価に提供できる蓄氷型の飲料供給装置を提供することにある。

本発明の蓄氷型の飲料供給装置は、冷却水を貯留するタンク２内に、冷媒コイル１１と、飲料コイル１５と、冷却水を攪拌する攪拌翼２０とが冷却水に浸漬する状態で配置してあって、冷媒コイル１１の周りに氷結した氷塊Ｂの冷熱で冷却水を冷却し、冷却水で飲料コイル１５内の飲料を冷却する。冷媒コイル１１と飲料コイル１５とは、内外二重に配置されて、それぞれのコイル列が内外に対向しており、図１に示すように、冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に、冷媒および氷塊の冷熱を飲料コイル１５に直接伝導する金属製の伝熱具２５が配置されていることを特徴とする（請求項１）。

図２において伝熱具２５は、冷媒コイル１１および飲料コイル１５のコイル列にそれぞれ接触する第１、第２の熱授受片２６・２７と、両熱授受片２６・２７を繋ぐ橋絡片２８とで構成することができる（請求項２）。

複数個の伝熱具２５は、冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に、周方向等間隔おきに配置することができる（請求項３）。

第１、第２の熱授受片２６・２７の少なくともいずれか一方に、冷媒コイル１１または飲料コイル１５に掛け止められて伝熱具２５の上下位置を規定する掛止片３０・３１を設け、伝熱具２５は冷媒コイル１１と飲料コイル１５の弾性を利用して、両コイル１１・１５間に挟持することができる（請求項４）。

本発明では、タンク２内に冷媒コイル１１と、飲料コイル１５と、冷却水を攪拌する攪拌翼２０などが冷却水に浸漬する状態で配置してある蓄氷型の飲料供給装置において、内外二重に配置した冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に金属製の伝熱具２５を配置して、冷媒および氷塊の冷熱を、伝熱具２５を介して飲料コイル１５に直接伝導できるようにした。このように、冷熱を伝熱具２５を介して飲料コイル１５に直接伝導する形態を採ると、冷熱を冷却水を介して飲料コイル１５に伝導していた従来の伝熱形態に比べて、単位時間あたりの冷熱伝導量を著しく増加できる。

したがって、本発明の飲料供給装置によれば、全体装置を大形化する必要もなく冷却能力の向上を図れ、冷却能力を同じとするなら全体装置をより小形化できる。あるいは、全体装置の大きさを同じとするなら、冷却能力が著しく大きな飲料供給装置を提供できる。しかも、簡単な構造の伝熱具２５を付加することで冷却能力を大幅に向上できるので、冷却能力が高いにもかかわらず、製造コストが少なくて済む安価な飲料供給装置を得られる。必要があれば、従来構造の飲料供給装置であっても、伝熱具２５を付加することで、構造変更を伴うこともなく冷却能力を大幅に向上でき、したがって冷却能力が高いにもかかわらず飲料供給装置をより安価に提供できる（請求項１）。

第１、第２の熱授受片２６・２７と、両熱授受片２６・２７を繋ぐ橋絡片２８とで伝熱具２５を構成して、両熱授受片２６・２７を、冷媒コイル１１および飲料コイル１５のコイル列にそれぞれ接触させる伝熱構造によれば、冷媒および氷塊の冷熱を、伝熱具２５を介して飲料コイル１５に直接伝導でき、しかも冷却水を熱伝導媒体とする場合に比べて効率良く伝導して、飲料コイル１５内の飲料をさらに効果的に冷却できる。冷媒コイル１１の周りが氷塊Ｂで覆われている状態であっても、温度が最も低い冷媒の冷熱を、伝熱具２５を介して直接かつ確実に飲料コイル１５へ伝導できるので、冷却ユニットの運転状態を制御することによって、飲料コイル１５における様々な冷却負荷に対応でき、氷塊Ｂを冷熱源とする場合に比べて、飲料コイル１５に供給可能な冷熱量の変化幅が一挙に拡大し、精密に制御できる利点がある（請求項２）。

冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に、複数個の伝熱具２５を周方向等間隔おきに配置する伝熱構造によれば、飲料コイル１５を通過する飲料は、各伝熱具２５ごとに繰り返し冷却できるので、例えば１個所に限って伝熱具２５を設ける場合に比べて、飲料をさらに確実に冷却できるうえ、冷却された飲料の温度むらを解消できる（請求項３）。

第１、第２の熱授受片２６・２７の少なくともいずれか一方に掛止片３０・３１を設け、掛止片３０・３１を冷媒コイル１１または飲料コイル１５に掛け止めて伝熱具２５の上下位置を規定し、さらに冷媒コイル１１と飲料コイル１５の弾性を利用して、伝熱具２５を両コイル１１・１５間に挟持固定すると、伝熱具２５を簡単な構造で両コイル１１・１５間に装着固定できるうえ、両コイル１１・１５の配置構造などを変更する必要がないので、伝熱具２５を備えた飲料供給装置をさらに低コストで提供できる（請求項４）。

図１ないし図４は本発明の飲料供給装置をビアサーバーに適用した実施例を示す。図１においてビアサーバーは、角箱状の本体ケース１を躯体として構成してあり、ケース下部に区画した機器室内に冷却ユニットを配置し、その上部に冷却水を貯留するタンク２が配置してある。本体ケース１の前面の上下にはビール（飲料液）を注ぎ出すタップ３と、給液口４とが設けてある。

冷却ユニットは、圧縮機７、凝縮器８、凝縮器ファン９と、図示していないキャピラリーチューブなどで構成してあり、キャピラリーチューブと、圧縮機７の入口通路とを冷媒配管１０を介して接続することにより、冷媒が循環できる。冷媒配管１０の中途部は、螺旋状に折り曲げられて冷媒コイル１１を構成している。

給液口４とタップ３とは、本体ケース１内に配置したビール配管（飲料配管）１４を介して接続する。ビール配管１４の中途部は、螺旋状に折り曲げられてビールコイル（飲料コイル）１５を構成している。図１において、符号１６は給液口４に接続されるビールタンク、１７は炭酸ガスボンベである。

冷媒コイル１１とビールコイル１５とは、それぞれのコイルが内外に対向する状態でタンク２内に配置されて、冷却水中に浸漬される。具体的には、ビールコイル１５をタンク２の中心に配置し、その周りに冷媒コイル１１を配置して、両コイル１１・１５を内外２重に配置する。ビールコイル１５で囲まれるコイル中心部には、冷却水を攪拌し循環させる攪拌翼２０が配置される。符号２１は攪拌翼２０を駆動するモーター、２２はタンク２の周囲を覆う断熱材である。

上記構成のビアサーバーは、攪拌翼２０を回転駆動して冷却水を循環させながら、冷媒コイル１１の周りに氷結させた氷塊Ｂの冷熱で冷却水を冷却し、冷却水でビールコイル１５内のビールを冷却する。つまり氷に蓄積された潜熱を放出して冷却水を冷却するが、ビールコイル１５におけるビールの通過量、あるいはビール温度が一定限度を越えると、ビールを充分に冷却できなくなることがある。こうした、冷却限界を越えて、ビールコイル１５を通過するビールを確実に冷やすために、冷媒コイル１１とビールコイル１５との間には、冷媒および氷塊の冷熱をビールコイル１５に直接伝導する金属製の伝熱具２５が配置されている。

図２および図３において伝熱具２５は、冷媒コイル１１のコイル列内面に接触する第１熱授受片２６と、ビールコイル１５のコイル列外面に接触する第２熱授受片２７と、両熱授受片２６・２７を、繋ぐ橋絡片２８とで断面Ｈ字状に構成してある。第１、第２の両熱授受片２６・２７はそれぞれ各コイル列の湾曲度合いに対応して湾曲形成してあって、各コイル列と密着して接触面積を大きく稼げるようになっている。両熱授受片２６・２７および橋絡片２８は、熱伝導率が高い銅、アルミニウム、ステンレス等の金属板材を素材にして形成し、それぞれの接合部分を溶接して一体化しておく。

伝熱具２５は冷媒コイル１１とビールコイル１５との間の周方向４箇所に配置してあり、各伝熱具２５は周方向等間隔おきに配置する。両コイル１１・１５間に配置した伝熱具２５を固定保持するために、第１熱授受片２６の外面上下に掛止片３０・３１を一体に折り曲げ形成してある。上隅側の一対の掛止片３０は鉤形に形成してあり、冷媒コイル１１の上面および外面に外接する状態で掛け止め装着される。下隅側の一対の掛止片３１は横向きの突起からなり、冷媒コイル１１下面に掛け止め装着される。

上記のように、上下の掛止片３０・３１を冷媒コイル１１に掛け止め装着することにより、伝熱具２５を冷媒コイル１１に対して上下に位置決めした状態で固定できる。この装着状態において、上下の掛止片３０・３１で挟まれた４個のコイル列は、上下方向へ僅かに圧縮変形している。また、冷媒コイル１１とビールコイル１５とは伝熱具２５によって、径方向内外へ突っ張られている。換言すると、伝熱具２５は冷媒コイル１１とビールコイル１５の弾性で、両コイル間１１・１５に挟持固定されている。したがって、氷塊Ｂが全て解けた状態においても、伝熱具２５は装着位置を維持し続けることができる。

以上のように、冷媒コイル１１とビールコイル１５との間に伝熱具２５が配されていると、冷媒コイル１１の冷熱を伝熱具２５を介してビールコイル１５に直接伝えることができるので、冷却水を介してビールコイル１５を冷却する場合に比べて、ビールコイル１５を通過するビールを効果的に冷却できる。冷媒コイル１１が氷塊Ｂで覆われている状態であっても、冷媒の冷熱を伝熱具２５を介してビールコイル１５に直接伝えることができる。伝熱具２５の第２熱授受片２７と、橋絡片２８の一部とが冷却水と接している場合には、冷熱は冷却水にも伝わるので、冷却水を効果的に冷やすことができる。

多くの場合、冷媒コイル１１の周りに氷塊Ｂを氷結させた状態では、氷塊Ｂは図３に示すように伝熱具２５に沿って成長する。そのため、氷塊Ｂを単に冷媒コイル１１の周りに成長させた場合に比べると、伝熱具２５の周囲に氷結した氷塊の分だけ、氷塊Ｂの表面積が増加して、冷却水と氷塊Ｂとの間の熱交換を効率よく行える。

比較的小形の同型のビアサーバーを用意し、両コイル１１・１５間に伝熱具２５を装着したビアサーバーと、そうでないビアサーバーとの冷却能力の比較試験を行った。比較試験は、両ビアサーバーを同時に稼動して冷媒コイル１１に同様の氷塊Ｂを氷結させ、タンク２内の冷却水の温度が0.１℃で安定したのち、１５秒おきに３５０ｍｌのビールを注ぎ出して、タップ出口におけるビール温度を２秒おきに繰り返し計測した。ビールタンク１６におけるビール温度は３０℃であった。攪拌翼は連続して駆動した。冷却ユニットは、着氷制御電極センサーにより自動的に起動するようにした。伝熱具２５は、冷媒コイル１１とビールコイル１５との間に４個装着した。

図４は比較試験の結果を示す。符号Ｃは伝熱具２５を備えたビアサーバーのビール温度の変化曲線を、符号Ｄは伝熱具２５を備えていないビアサーバーのビール温度の変化曲線を示す。縦軸はビール温度を、横軸は経過時間をそれぞれ示しており、破線はビールメーカーが指定する限界温度を示している。

どちらのビールサーバーも、ビール注出開始の１杯目から、４℃以下に冷えたビールが得られる。以後、伝熱具２５を備えていないビアサーバーのビール温度は徐々に増え、ビール注出開始から１５０秒後（杯数で１０杯目＝３５００ｍｌ）には約６℃となり、冷却限界（ビールメーカーが指定する限界温度）に達した。これに比べて、伝熱具２５を備えたビアサーバーでは、ビール温度が徐々に増加するものの温度増加率は小さく、ビール注出開始から３７５秒後（杯数で２５杯目＝８７５０ｍｌ）に冷却限界に達したが、その間に抽出できたビール量には約2.５倍の開きがあった。

以上のように、本発明のビアサーバーによれば、伝熱具２５を付加することによって冷却能力を大幅に向上できる。冷媒コイル１１とビールコイル１５との間に伝熱具２５を付加設置することで冷却能力が向上するので、例えば特許文献２のように、内部に冷媒通路と飲料通路とが隣接配置された金属板ユニットを別途設ける場合に比べて、構造が簡単で全体装置が大形化することもなく、全体として冷却能力が高いにもかかわらず、安価に製造できるビアサーバーが得られる。伝熱具２５の使用個数や、熱伝導容量にもよるが、本発明のビアサーバーは、従来のビアサーバーの1.５ないし2.５倍の冷却能力を発揮できる。

図５は伝熱具２５に関する本発明の別実施例を示す。図５（ａ）では、第１熱授受片２６と橋絡片２８と第２熱授受片２７の三者を一体に折り曲げて、伝熱具２５を断面コ字状に形成した。他は先の実施例と同じである。

図５（ｂ）では、両熱授受片２６・２７と橋絡片２８の三者を一体に折り曲げて、伝熱具２５を断面Ｚ字状に形成し、第２熱授受片２７を金属バンド３４でビールコイル１５に固定した。装着状態における第１熱授受片２６は、隙間を介して冷媒コイル１１のコイル列と対向し、冷媒コイル１１の周りに氷結した氷塊Ｂの中に埋もれている。このように、伝熱具２５は必ずしもビールコイル１１に密接している必要はなく、冷却水に比べてより低温の氷塊Ｂの冷熱をビールコイル１１に直接伝える実施形態を採ることができる。

図６は伝熱具２５に関する本発明の更に異なる別実施例を示す。そこでは、伝熱具２５を第１熱授受片２６と橋絡片２８とで断面Ｌ字状に形成し、第１熱授受片２６を冷媒コイル１１の内面に密着固定した。橋絡片２８の突端はビールコイル１５と僅かな隙間を介して対向しており、その周囲を囲む氷塊Ｂがビールコイル１５に直接接触して、氷塊Ｂの冷熱をビールコイル１１に直接伝える点が先の実施例とは異なる。因みに、氷塊Ｂとタンク２の４隅との間には３角形状の空所が形成されるが、この空所と４個の伝熱具２５で囲まれる部分円弧状の空所とは、攪拌翼２０で送給された冷却水が上方（または下方）へ循環する際の冷却水の通路となり、循環する冷却水と氷塊Ｂとの接触機会を増やすことに役立っている。

図７は伝熱具２５のさらに別の実施例を示す。そこでは、第１、第２の両熱授受片２６・２７のそれぞれに部分螺旋状の溝２６ａ・２７ａを形成し、冷媒コイル１１および飲料コイル１５を各溝２６ａ・２７ａに面接触状に密着できるようにして、両熱授受片２６・２７における冷熱の伝熱量を向上できるようにした。

図８は伝熱具２５のさらに別の実施例を示す。そこでは、第２の熱授受片２７をバイメタルで形成して、例えば、冷却水温度が２℃を越えたら、第２の熱授受片２７が冷水コイル（飲料コイル）１５に接触して、冷媒の冷熱を冷水コイル１５に直接伝導できるようにした。冷却水温度が0.５℃以下になると、第２の熱授受片２７は細線で示すように冷水コイル１５から離れる。このように、温度条件を基準にして、伝熱具２５と冷水コイル１５（あるいは冷媒コイル１１）との接触状態を制御できるようにすると、冷水コイル１５内を通過する飲料水等を、さらに効果的に冷却し、冷却温度を多様に制御することができる。

上記の実施例以外に、伝熱具２５は金属成形品や、切削加工を施した金属ブロック、あるいは金属焼結品などで形成することができる。橋絡片２８は複数個設けてもよい。必要があれば、内外二重の筒体どうしを複数個の橋絡片２８で接続して伝熱具２５を構成し、両筒の内面および外面に形成した螺旋溝に、ビールコイル１５および冷媒コイル１１を密着配置することができる。本発明の飲料供給装置は、ビール以外の、水、炭酸水、ジュースなどの飲料を冷却するために使用することができる。

実施例で説明したように、伝熱具２５は冷媒コイル１１と飲料コイル１５との少なくともいずれか一方に装着することが好ましいが、タンク２の底壁に載置したブラケット、あるいはタンク周壁に固定したブラケットで伝熱具２５を固定支持してもよいし、本体ケース１の上面を塞ぐ蓋に吊り下げ支持してもよい。冷媒コイル１１および飲料コイル１５のコイル列は、それぞれ円筒状である必要はなく、角筒状であってもよい。必要があれば、それぞれ平面状に形成したコイル列を対向状に配置することができる。

蓄氷型の飲料供給装置の概略断面図である。 伝熱具の使用状態を示す縦断正面図である。 伝熱具の使用状態を示す横断平面図である。 冷却能力の比較試験結果を示す図表である。 伝熱具の別の実施例を示す横断平面図である。 伝熱具のさらに別の実施例を示す横断平面図である。 伝熱具のさらに別の実施例を示す縦断正面図である。 伝熱具のさらに別の実施例を示す横断平面図である。

符号の説明

２ タンク
１１ 冷媒コイル
１５ 飲料コイル
２０ 攪拌翼
２５ 伝熱具
２６ 第１熱授受片
２７ 第２熱授受片
２８ 橋絡片

Claims (4)

1. 冷却水を貯留するタンク２内に、冷媒コイル１１と、飲料コイル１５と、冷却水を攪拌する攪拌翼２０とが冷却水に浸漬する状態で配置されており、冷媒コイル１１の周りに氷結した氷塊Ｂの冷熱で冷却水を冷却し、冷却水で飲料コイル１５内の飲料を冷却する蓄氷型の飲料供給装置であって、
   冷媒コイル１１と飲料コイル１５とは内外二重に配置されて、それぞれのコイル列が内外に対向しており、
   冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に、冷媒および氷塊の冷熱を飲料コイル１５に直接伝導する金属製の伝熱具２５が配置されていることを特徴とする貯氷型の飲料供給装置。
2. 伝熱具２５が、冷媒コイル１１および飲料コイル１５のコイル列にそれぞれ接触する第１、第２の熱授受片２６・２７と、両熱授受片２６・２７を繋ぐ橋絡片２８とで構成してある請求項１記載の蓄氷型の飲料供給装置。
3. 複数個の伝熱具２５が、冷媒コイル１１と飲料コイル１５との間に、周方向等間隔おきに配置してある請求項１または２記載の蓄氷型の飲料供給装置。
4. 第１、第２の熱授受片２６・２７の少なくともいずれか一方に、冷媒コイル１１または飲料コイル１５に掛け止められて伝熱具２５の上下位置を規定する掛止片３０・３１が設けられており、
   伝熱具２５が冷媒コイル１１と飲料コイル１５の弾性を利用して、両コイル１１・１５間に挟持されている請求項２または３記載の蓄氷型の飲料供給装置。

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