JP2010208680A - 飲料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力量を低減して省エネを図ることができる飲料供給装置を提供することを目的とする。
【解決手段】リザーバタンク３０から圧送された飲用水を９５℃〜９７℃に加熱した温水を貯留している温水タンク１０に貼り付けられた断熱材２３には、耐熱温度や硬さ、熱伝導率などの観点から例えばシリコンゴム等で格子形状に形成したスペーサ２４が筐体２１内壁面２１ａとの間に密着する態様で取り付けられ、スペーサ２４の格子形状を構成する桟２４ａの間の空間は空気層２４ｂとなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置に関するものである。

温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置（例えばカップ式自動販売機や飲料ディスペンサ）が知られている。図６は温水と原料を用いて調理した飲料を販売口から利用者に提供するカップ式自動販売機の水回路図である。カップ式自動販売機１は、弁を開閉して水道（水源）から供給される飲用水の給水・停止を行う水入口電磁弁３１、水入口電磁弁３１が開いて供給された飲用水を貯留するリザーバタンク３０、リザーバタンク３０に貯留している飲用水を各機器に圧送する給水ポンプ３２、温水タンク１０に飲用水を圧送するときに弁を開く飲用水電磁弁３３、アイス飲料用の飲用水、炭酸水やシロップを冷却する冷却水槽３４、炭酸ガスを貯蔵する炭酸ガスボンベ３５、シロップを貯蔵するシロップタンク３６、炭酸水を製造して貯留するカーボネータ３７、カップＣに炭酸水を注出する炭酸水ノズル３８、カップＣに飲用水を冷やした冷水を注出する冷水ノズル３９、カップＣにシロップを注出するシロップノズル４０、リザーバタンク３０から供給される飲用水で氷片を製造するオーガ式製氷機４１、給水ポンプ３２を運転して飲用水電磁弁３３を開いてリザーバタンク３０から圧送された飲用水を９５℃〜９７℃に加熱した温水を貯留する温水タンク１０等を備えている。

そして、利用者がカップ式自動販売機１の硬貨投入口（図示せず）に硬貨を投入してホットコーヒーを選択する飲料選択ボタン（図示せず）を押すと、キャニスタ４２から供給されるコーヒー豆（原料）をミル４３で挽いた挽き豆をコーヒーブリュア４４に投入し、温水供給電磁弁１９を開いて温水タンク１０に貯留している温水を注いでコーヒー液を抽出し、キャニスタ４５から供給される砂糖、クリーム等の粉末原料とコーヒーブリュア４４から供給されるコーヒー液をミキシングボウル４６で攪拌混合してコーヒー飲料を調理してコーヒーノズル４７からカップＣにコーヒー飲料を注出して利用者に提供する。

図７は温水タンクを示す図である。温水タンク１０は、湯気が機内に充満するのを防ぎ、また、機内の浮遊物が混入するのを防ぐためにタンク本体１１の上面開口を蓋１２で覆い、この蓋１２には、温水の水位変動に従動して昇降するフロート１３、フロート１３の昇降に連動して動作する給水開始スイッチ１４、給水停止スイッチ１５や電気ヒータ１６が取り付けられている。そして、温水の水位が下がりフロート１３が所定の位置まで降下すると給水開始スイッチ１４が給水開始信号を出力して制御部（図示せず）が給水ポンプ３２を運転して飲用水電磁弁３３を開いてリザーバタンク３０に貯留している飲用水を温水タンク１０に圧送して給水する。給水により温水の水位が増してフロート１３が所定の位置まで上昇すると給水停止スイッチ１５が給水停止信号を出力して給水ポンプ３２の運転を停止して飲用水電磁弁３３を閉じ、温水タンク１０に温水を所定の水位に保って貯留するようにしている。

さらに、温水タンク１０には湯温センサ１７が設けられ、リザーバタンク３０から供給された飲用水は電気ヒータ１６で湯温センサ１７が上限温度信号を出力する温度（例えば９７℃）まで加熱昇温された温水となり温水タンク１０に貯留される。そして、カップ式自動販売機１の飲料選択ボタンが押されて飲料供給指示が出力されると、タンク本体１１に設けた接続管１８に取り付けられた温水供給電磁弁１９を開いてコーヒーブリュア４４やミキシングボウル４６に温水を供給し、この供給された温水および原料を用いて調理した飲料がコーヒーノズル４７からカップＣに注がれる（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３１５２４４号公報（図２、図３）

このような温水タンク１０を備えるカップ式自動販売機１等の飲料供給装置の飲料供給待機時における温水タンク１０の消費電力量は装置全体の消費電力量の約３０％を占めているため、飲料供給装置の消費電力量を低減して省エネを図る必要がある。この温水タンク１０からの放熱ロスを低減して貯留している温水の温度低下を防止するため、温水タンク１０の周囲には断熱材を貼り付けてタンク本体１１周囲からの放熱を防止するようにしている。

しかしながら、温水タンク１０の周囲に断熱材を貼り付けてタンク本体１１周囲からの放熱を防止するにしても、カップ式自動販売機１の筐体寸法は限られているために温水タンク１０周囲に貼り付けることができる断熱材を十分に厚くすることは困難である。温水タンク１０は９５℃〜９７℃に加熱した温水を貯留しており、筐体内温度（２０℃〜３０℃）との差が大きく、断熱材を通過しての放熱ロスが発生し、カップ式自動販売機１等の飲料供給装置の消費電力量を低減させることは困難となっていた。

また、図８に示すように、タンク本体１１側面と筐体２１内壁面２１ａとの近接は避けられず、温水貯留時のタンク本体１１変形による外側への張り出しにより筐体２１内壁面２１ａにタンク本体１１側面が押し付けられることで断熱材２３の気孔がつぶれるため、タンク本体１１側面接触部分の断熱効果が低減し、放熱ロスが増大するという不都合があった。

本発明は、上記実情に鑑みて、消費電力量を低減して省エネを図ることができる飲料供給装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る飲料供給装置は、水源から供給される飲用水を所定温度に加熱した温水を貯留する温水タンクを筐体内壁面に配設し、前記温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、
前記温水タンクと前記筐体内壁面との間にスペーサにより仕切られた空気層を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る飲料供給装置は、上述した請求項１において、前記スペーサを格子形状に形成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、水源から供給される飲用水を所定温度に加熱した温水を貯留する温水タンクを筐体内壁面に配設し、温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、温水タンクと筐体内壁面との間にスペーサにより仕切られた空気層を設けたことにより、消費電力量を低減して省エネを図ることができる飲料供給装置を提供することが可能となる。

また、請求項２の発明によれば、スペーサを格子形状に形成したことにより、温水タンク周囲からの空気流入がない空気層領域を形成することにより、従来と同じ温水タンクの配設寸法で同等以上の断熱性能を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る飲料供給装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る飲料供給装置の概略構成図である。 空気層の寸法比とヌセルト数を示す図である。 本発明の実施の形態に係る飲料供給装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るスペーサの形状を示す図である。 温水と原料を用いて飲料を調理する飲料供給装置の水回路図である。 温水を貯留する温水タンクを示す図である。 従来の飲料供給装置の概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る飲料供給装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。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。
図１は、本発明の実施の形態である温水タンクと筐体内壁面との間にスペーサにより仕切られた空気層を設けたカップ式自動販売機（飲料供給装置）の概略構成図であり、図１（ａ）は筐体２１内壁面２１ａに配設された温水タンク１０を示し、図１（ｂ）はスペーサ２４の正面図、図１（ｃ）はスペーサ２４の断面側面図を示している。温水タンク１０はカップ式自動販売機１の筐体２１内壁面２１ａに断熱板（例えば硬質合成樹脂成型品）２１ｂを介してタンク固定板１０ａで取り付けられ、温水タンク１０から筐体２１への熱移動が低減するようにしている。

温水タンク１０の温水供給電磁弁１９等を設けているタンク本体１１側面には温水供給電磁弁１９の接続管１８等の部分を型抜きした断熱材を貼付し、また接続管１８のパイプ周囲には断熱材を巻く等の断熱対策を施し、温水タンク１０からの放熱量を低減するようにしている。
また、図で示しているタンク本体１１の接続管１８等を設けていない面には断熱材（例えば発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタン等）２３が貼り付けられ、温水タンク１０はリザーバタンク３０から圧送された飲用水を９５℃〜９７℃に加熱した温水を貯留している。スペーサ２４は耐熱温度や硬さ、熱伝導率などの観点から例えばシリコンゴム等で格子形状に形成したもので、図示しているように、温水タンク１０に貼り付けられている断熱材２３と筐体２１内壁面２１ａとの間に密着する態様で取り付けられ、スペーサ２４の格子形状を構成する桟２４ａの間の空間は空気層２４ｂとなっている。同様に温水タンク１０に貼り付けられている断熱材２３と筐体２１の庫内仕切り板２２との間に密着する態様で取り付けられたスペーサ２４の格子形状を構成する桟２４ａの間の空間は空気層２４ｂとなっている。なお、断熱材２３はスペーサ２４の耐熱温度が低い場合の保護層として貼り付けているが、スペーサ２４の耐熱温度が十分に高ければ貼り付ける必要がなく、温水タンク１０を配設するのに必要とする寸法を小さくすることができる。

このように、温水タンク１０側面と筐体２１内壁面２１ａおよび庫内仕切り板２２との間にスペーサ２４を配設し、温水タンク１０側面からの押し付けによる断熱材２３気孔のつぶれを防止するとともに、スペーサ２４を密着させて形成させた空気層２４ｂによる断熱層を形成することにより、
熱伝導の式 Q＝λ・A・T/δ （１）
（Q：通過熱量、λ：見掛けの熱伝導率、A：熱通面積、T：２壁面間の温度差、δ：空気層の厚さ）
において、温水タンク１０側面と筐体２１内壁面２１ａとの間の断熱材２３とスペーサ２４の空気層２４ｂの２層部分を考えると、
λ/δ＝1/（δi/λi＋δa/λa） （２）
（δ：空気層の厚さ、λ：見掛けの熱伝導率、添字iは断熱材、添字aは空気）
断熱材２３の気孔つぶれが無くなることにより、δi/λiは設計値の断熱性能を発揮することが可能となる。また、一般的に用いられる断熱材（例えば発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタン等）は、λi＞λaであるため、同じ壁面距離（δi＋δa＝δ：一定）の場合、断熱材層を空気層２４ｂで置き換えたとすると、見掛けの熱伝導率λは小さくなる。即ち、温水タンク１０を配設するのに必要とする寸法を変えることなく、温水タンク１０からの放熱量を低減することが可能となる。

但し、上述した放熱量低減効果は空気層内で熱伝導が支配的である場合に成り立ち、単に断熱材２３と筐体２１内壁面２１ａとの間に空間を設けただけでは、周囲空気が温水タンク１０壁面で加熱されて密度が下がって上昇するために対流による熱伝達が支配的になり壁面間の熱通過率が増加し、従来の断熱材配置よりも断熱性能が低くなる可能性があるため、周囲空気がスペーサ２４の格子形状の空間に流入しないように密閉することが重要である。

スペーサは、図２に示すように、温水タンク１０側面周囲を封止する枠形状に形成したスペーサ２５で空気層２５ａを設けても同様の効果を得ることはできるが、貯湯時の変形により温水タンク１０側面と筐体２１内壁面２１ａとの距離が狭くなると、前出の式（２）においてδが小さくなるため見掛けの熱伝導率λは増加してしまう。そこでスペーサの形状としては、貯湯時の温水タンク１０側面の膨らみによる接触を防止するためには図１に示す格子形状のスペーサ２４が有効である。スペーサ２４の桟２４ａ間隔は、温水タンク１０満水時の側面の最大たわみ量が壁間距離の許容範囲内に収まるように決定する必要がある。

また、スペーサ２４の厚さ（空気層の高さ）Ｌと空気層の長さｂは、空気の熱伝導が支配的になる条件からも考慮する必要がある。密閉空気層において、式（３）に示す条件下において、ヌセルト数は、式（４）のように表すことができる。
１≦b/L≦100、Gr≦1400（b/L）^0.389 （Gr：グラスホフ数） （３）
Nu＝1+0.00166（L/b）Gr＾0.9 （４）
これをグラフで示すと、例えば２壁間温度差30Kの場合、図３のようになり、b/L≧38になるようにｂとLとを決めればNuは1.01以下（対流による効果が1%以下）となり、見掛けの熱伝導率λは式（２）で求めた値と同じとして扱って問題無いと言える。

さらに、図４に示すように、組立時間、部品点数低減のため、筐体２６内壁面２６ａ側に凸形状の構造を一体に設けてシート２７を貼り付けて空気層２６ｂを形成することによっても同様の効果を得ることができる。
前述のようにスペーサ２４の桟２４ａ間隔や式（３）、式（４）から、スペーサ２４の厚さ（空気層２４ｂの高さ）Ｌと空気層２４ｂの長さｂを決める。例えば、壁面間温度差30Kの場合の前述の計算からb/L≧38となるようにスペーサ２４形状およびスペーサ２４の厚さ寸法（空気層２４ｂの高さ寸法）Ｌを決定する。ｂ＝200mmの場合、Ｌ＝5mmとなる。断熱特性は空気層厚さδaが大きい方が良いので、Ｌはb/Lの条件を満たす最大値が望ましい。

スペーサは温水タンク１０と接触する面積を減らすため、スペーサの桟幅と厚さ寸法は押し付け力を考慮して座屈しないように設計する必要がある。このような観点からスペーサの桟断面形状を図５に示すように三角形状にすることで接触面積を低減することができる。スペーサの材料は、耐熱温度や硬さ、熱伝導率などの観点から例えばシリコンゴム等を採用することが良い。

このように、本発明に係る飲料供給装置によると、貯湯時の温水タンク１０の変形による断熱材２３の気孔のつぶれを防止することができ、断熱材２３本来の断熱特性を維持できる。さらに、格子形状のスペーサ２４により周囲から空気流入のない空気層２４ｂ領域を形成することにより、従来と同じ温水タンク１０の配設寸法で同等以上の断熱性能を得ることが可能になる。実機による評価結果では、従来の断熱材のみ（厚さ10mm）と断熱材＋空気層（断熱材厚さ5mm、空気層高さ5mm）を比較すると、放熱量を10％減少させる効果を得ることができる。

１ カップ式自動販売機（飲料供給装置）
１０ 温水タンク
１１ タンク本体
２１ 筐体
２１ａ 筐体内壁面
２２ 庫内仕切り板
２３ 断熱材
２４ スペーサ
２４ａ 桟
２４ｂ 空気層

Claims (2)

1. 水源から供給される飲用水を所定温度に加熱した温水を貯留する温水タンクを筐体内壁面に配設し、前記温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、
   前記温水タンクと前記筐体内壁面との間にスペーサにより仕切られた空気層を設けたことを特徴とする飲料供給装置。
2. 前記スペーサを格子形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の飲料供給装置。
   

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