JP2014009935A - 液体の急速冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体の急速冷却が可能で消費電力が少ない液体の急速冷却装置を提供する。
【解決手段】 電子冷却素子13aの冷却面に密着させる基端部52と、その基端部52から延びて一部直線部を残して一方の方向に沿って曲げて、その曲げ方向と直交する方向は曲げなでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部23を有する冷却中空熱導体14を設け、その冷却中空熱導体14の一方向曲げ部23の片面に被冷却物9を接触させる構成になっていることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】 電子冷却素子13aの冷却面に密着させる基端部52と、その基端部52から延びて一部直線部を残して一方の方向に沿って曲げて、その曲げ方向と直交する方向は曲げなでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部23を有する冷却中空熱導体14を設け、その冷却中空熱導体14の一方向曲げ部23の片面に被冷却物9を接触させる構成になっていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば冷水生成用ウォーターサーバーなどの液体の急速冷却装置に係り、特にペルチェ素子(電子冷却素子)の冷却機能を利用した液体の急速冷却装置に関するものである。
飲料水への雑菌の侵入、繁殖を阻止するために、天然水(ミネラルウォーター)などの飲料水をフレキシブルな材料からなる飲料水バッグに封入して、これをダンボール箱などの外ケースに入れたバッグインボックス(Bag in Box:BIB)が使用されている。
このフレキシブル性を有する飲料水バッグは、内部の飲料水の取水に合わせて飲料水バッグが収縮するため、外気が飲料水バッグ内に入らず、従って外部からの雑菌の侵入が阻止できるという特長を有している。
前記BIBを使用したウォーターサーバーに関して種々の提案がなされており、その提案の中には下記特許文献1に記載されているウォーターサーバーがある。
このウォーターサーバーは、BIBの飲料水バッグをサーバー本体の冷却部に載置し、冷却部の冷却手段により飲料水バッグ中の飲料水を直接冷却するウォーターサーバーである。前記冷却手段が、冷却部のベースプレート上に熱伝導性の良い金属からなるドーム状のエバポレータ・チャンバーを断熱材を介して配置し、このエバポレータ・チャンバーの内側に、エバポレータ・チャンバーの内壁面に沿って冷媒ガスを噴射させる噴射ノズルと、噴射後の冷媒ガスを回収する回収管を設け、前記噴射ノズルと回収管を冷媒を精製しながら循環させる冷媒循環装置に接続した構成になっている。
図11は、本発明者が先に検討したエバポレータ・チャンバーを用いたウォーターサーバーの概略構成図である。このウォーターサーバーは、冷却部のベースプレート101上に断熱材103を介して熱伝導性の良い金属からなるドーム状のエバポレータ・チャンバー102を配置する。
このエバポレータ・チャンバー102の内側に、エバポレータ・チャンバー102の内壁面に沿って冷媒ガス104を噴射させる噴射ノズル105と、噴射後の冷媒ガス104を回収する回収管106を設置している。前記噴射ノズル105と回収管106は、冷媒を精製しながら循環させるためのガス圧縮機ならびに蓄圧器(いずれも図示せず)などに接続している。
外ケース107の底面を一部取り除いて飲料水バッグ108の一部を露呈し、その露呈した飲料水バッグ108の部分を前記エバポレータ・チャンバー102の上に載せて、飲料水バッグ108の底部をエバポレータ・チャンバー102の外形に沿って変形させる。そして噴射ノズル105から噴射した冷媒ガス104により飲料水バッグ108内の飲料水109を冷却する構成になっている。
図12は、図11に示すウォーターサーバーでの飲料水109の冷却特性を示す図である。図中の曲線Aは図11に示すエバポレータ・チャンバー102の表面(図11のA位置)の温度変化、曲線Bはエバポレータ・チャンバー102の下側周面に近い位置(図11のB位置)での飲料水109の温度変化、曲線Cはエバポレータ・チャンバー102から上方へ少し離れた位置(図11のC位置)での飲料水109の温度変化、曲線Dは図11では示していないが飲料水バッグ108の上部位置での飲料水109の温度変化をそれぞれ示している。
この図12から明らかなように、図11のA位置では曲線Aに示すようにエバポレータ・チャンバー102の温度が急速に下がっても、図11のB位置では曲線Bに示すように飲料水109の温度が早急には下がらず、水温が10℃以下になるのに60分近くかかってしまう。この冷却特性が良好でない原因について検討した結果、その原因の一つに図11に示すように断熱構造が部分的であり、断熱効果が現れていないことが挙げられる。
さらに、エバポレータ・チャンバー102に対する飲料水バッグ108の密着が悪いことが挙げられる。図13はそれを説明するための図で、外周の全てが円弧状になっているドーム状をしたエバポレータ・チャンバー102の上から平面状に延びている飲料水バッグ108の底面を載せ、エバポレータ・チャンバー102の円台形状の外周面に沿って飲料水バッグ108を変形させる訳であるが、そのときに飲料水バッグ108の底面に多数のシワや凹凸ができて、エバポレータ・チャンバー102に対する密着状態が悪く、そのために熱伝達が良くない。
実際にエバポレータ・チャンバー102と飲料水バッグ108の接触部の状態を写真撮影してみると、飲料水バッグ108のエバポレータ・チャンバー102との接触部に多数のシワや凹凸ができていることが確認されている。
また図12に示すように、図11のA位置近傍では飲料水109の温度が急激に下がり、凍結を簡単に起こし易い条件となっている。生成した冷水が一部凍結すると、希望している温度よりも低い冷水となるばかりでなく、さらに生成した氷の小塊により取水系統が詰まり、取水がスムーズに行なわれないなどの欠点がある。
また、図11のB位置の水温が下がった状態でエバポレータ・チャンバー102の温度制御が始まるので、図11のC位置での水温は十分に下がらないままとなるため、凍結を起こさないで飲料水109全体を冷水とすることは難しい。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、飲料水などの液体の急速冷却が可能で消費電力が少ない液体の急速冷却装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の第1の手段は、電子冷却素子の冷却機能を利用して例えば飲料水などの液体を急速冷却する液体の急速冷却装置において、
前記電子冷却素子の冷却面に密着させる基端部と、その基端部から延びて一部直線部を残して一方の方向に沿って曲げて、その曲げ方向と直交する方向は曲げなでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部を有する冷却中空熱導体を設け、
その冷却中空熱導体の前記一方向曲げ部の片面に被冷却物を接触させる構成になっていることを特徴とするものである。
前記電子冷却素子の冷却面に密着させる基端部と、その基端部から延びて一部直線部を残して一方の方向に沿って曲げて、その曲げ方向と直交する方向は曲げなでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部を有する冷却中空熱導体を設け、
その冷却中空熱導体の前記一方向曲げ部の片面に被冷却物を接触させる構成になっていることを特徴とするものである。
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、
前記冷却中空熱導体の開口部がカバーで閉塞されていることを特徴とするものである。
前記冷却中空熱導体の開口部がカバーで閉塞されていることを特徴とするものである。
本発明の第3の手段は前記第1または第2の手段において、
前記冷却中空熱導体の一部または全部がプレート型ヒートパイプで構成されていることを特徴とするものである。
前記冷却中空熱導体の一部または全部がプレート型ヒートパイプで構成されていることを特徴とするものである。
本発明の第4の手段は前記第3の手段において、
前記プレート型ヒートパイプが、熱輸送媒体の振動流を併用した細孔トンネルプレート型ヒートパイプであることを特徴とするものである。
前記プレート型ヒートパイプが、熱輸送媒体の振動流を併用した細孔トンネルプレート型ヒートパイプであることを特徴とするものである。
本発明の第5の手段は前記第1ないし第4の手段において、
前記急速冷却する液体が飲料水であって、その飲料水がフレキシブルな飲料水バッグ内に封入されており、その飲料水バッグの一部を前記一方向曲げ部と接触させる構成になっていることを特徴とするものである。
前記急速冷却する液体が飲料水であって、その飲料水がフレキシブルな飲料水バッグ内に封入されており、その飲料水バッグの一部を前記一方向曲げ部と接触させる構成になっていることを特徴とするものである。
本発明の第6の手段は前記前記第1ないし第5の手段において、
前記一方向曲げ部により初期冷水取水水量規定領域が形成されていることを特徴とするものである。
前記一方向曲げ部により初期冷水取水水量規定領域が形成されていることを特徴とするものである。
本発明の第7の手段は前記前記第6の手段において、
前記初期冷水取水水量規定領域の水温を検出する温度センサーと、
その温度センサーからの計測信号に基づいて前記電子冷却素子への給電を制御する電源制御部を設け、
前記初期冷水取水水量規定領域の水温が0℃以下にならないように、前記電源制御部により前記電子冷却素子への給電を制御する構成になっていることを特徴とするものである。
前記初期冷水取水水量規定領域の水温を検出する温度センサーと、
その温度センサーからの計測信号に基づいて前記電子冷却素子への給電を制御する電源制御部を設け、
前記初期冷水取水水量規定領域の水温が0℃以下にならないように、前記電源制御部により前記電子冷却素子への給電を制御する構成になっていることを特徴とするものである。
本発明の第8の手段は前記前記第1の手段において、
前記冷却中空熱導体の一方向曲げ部が飲料容器の外形と略同形に曲げられており、その一方向曲げ部の内面を飲料容器と接触させる構造になっていることを特徴とするものである。
前記冷却中空熱導体の一方向曲げ部が飲料容器の外形と略同形に曲げられており、その一方向曲げ部の内面を飲料容器と接触させる構造になっていることを特徴とするものである。
本発明は前述のような構成になっており、飲料水などの液体の急速冷却が可能で消費電力が少ない液体の急速冷却装置を提供することができる。
次に本発明の実施例を図面とともに説明する。
まず、図1を用いて本発明の第1実施例に係る冷水生成用のウォーターサーバーの概略構成について説明する。
まず、図1を用いて本発明の第1実施例に係る冷水生成用のウォーターサーバーの概略構成について説明する。
本実施例に係るウォーターサーバーは図1に示すように、上方が開放した容器装着部1と、その容器装着部1の上部に開閉可能に装着されるカバー部材2とを有し、両者で容器格納部3を構成している。前記容器装着部1の下部には容器装着部断熱構造体4が敷設され、また、カバー部材2の内側にはカバー部材断熱構造体11が設けられている。
容器装着部断熱構造体4ならびにカバー部材断熱構造体11は、例えばウレタン発泡体などの断熱材の設置、あるいは真空断熱構造体の設置などにより構成されている。
前記容器格納部3の内部に箱型の収納空間部5が形成され、収納空間部5にはバッグインボックス(BIB)型の水収納容器6が収納・装着される。この水収納容器6は、フレキシブル性を有する例えばポリエチレン、ビニール樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂製の密閉袋からなる飲料水バッグ7と、その飲料水バッグ7の外周を保護する例えばダンボール箱などの外ケース8とから構成されており、飲料水バッグ7の中にはミネラルウォーターなどの飲料水9が封入されている。また、外ケース8がない状態で、飲料水バッグ7が直接収納・装着される場合もある。
前記水収納容器6の底部には前記飲料水バッグ7に取り付けられた合成樹脂製の給水栓10が設けられており、この給水栓10は図に示すように外ケース8から外側に取り出せるようになっている。
図1に示すように前記容器装着部1は、ウォーターサーバーの手前側(図面に向って右側)が奥側(図面に向って左側)よりも若干低くなるように傾斜している。容器装着部1側に設けられている容器装着部断熱構造体4の若干奥側寄りで、その断熱構造体4の厚さ方向中間位置に空間部12が形成され、その空間部12内にペルチェ素子(電子冷却素子)13aを内部に装着した電子冷却ユニット13が設置されている。
この電子冷却ユニット13は、ペルチェ素子13aの吸熱側が前記飲料水バッグ7側(上側)を向き、放熱側が飲料水バッグ7と反対側(下側)を向くように設置されている。
そして電子冷却ユニット13(ペルチェ素子13a)の吸熱側には、厚み調整のための伝熱体13bを介して、もしくは伝熱体13bを介さないで直接に冷却中空ユニット28の基端部が密着しており、電子冷却ユニット13の放熱側には放熱用フィン15が密着している。
冷却中空ユニット28は、図4に示すように冷却中空熱導体14と、その冷却中空熱導体14の両端開口部を閉塞する合成樹脂などのカバー27で構成されている。さらに手前側(右側)の傾斜部24aの方が、奥側(左側)の傾斜部24bよりも長く、しかも傾斜角が緩やかになっており、この手前側傾斜部24aと奥側傾斜部24bを有する一方向曲げ部23の側面形状が賂「へ」の字状になっている。
冷却中空熱導体14は、アルミニウムなどの熱伝導性の良い板材料を折り曲げたり、あるいはアルミニウムダイキャストなどの方法で一体加工して構成されている。
図2は板材51を用いて冷却中空熱導体14を作製する例を示す図で、同図(a)は折り曲げる前の板材51の斜視図、同図(b)は折り曲げた後の状態を示す斜視図である。
同図(a)に示すように、平面形状がほぼ長方形をしたアルミニウム板からなる板材51の長手方向のほぼ中間位置にはフラットな基端部52が設けられており、その基端部52には複数のネジ孔53が形成されている。その基端部52の長手方向手前側には第1の折り曲げ部54が、基端部52の長手方向奥側には第1の折り曲げ部54よりも若干長さが短い第2の折り曲げ部55が、それぞれ基端部52に連なって設けられている。
そして同図(a)の矢印a1で示すように、第1の折り曲げ部54の基端部側56を内側(斜め上方)に向けて折り曲げ、第1の折り曲げ部54の先端部側57は折り曲げないでフラットなままにしておく。一方、第2の折り曲げ部55の方は同図(a)の矢印a2で示すように、第2の折り曲げ部55の基端部側58と先端部側59を内側に向けて折り曲げる。この実施例では第2の折り曲げ部55の基端部側58と先端部側59の間に狭いフラット部分が残っているが、第2の折り曲げ部55の全体を内側に湾曲状に折り曲げる場合もある。
第1の折り曲げ部54の先端縁と第2の折り曲げ部55の先端縁を突き合わせて、両者を溶接などで一体に接合する。
このように長方形をした板材51の両側部(第1の折り曲げ部54と第2の折り曲げ部55)を内側に向けて折り曲げることにより、同図(b)に示すように、その折り曲げ方向aと直交する方向bは曲げないでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部23が形成される。
この一方向曲げ部23により、それの前後両側に所定の横幅Xを有するフラットな(平面状の)傾斜部24a,24bが形成される。図1ならびに図3に示すように手前側(右側)の傾斜部24aの方が、奥側(左側)の傾斜部24bよりも長く、しかも傾斜角が緩やかになっており、手前側傾斜部24aと奥側の傾斜部24bを有する一方向曲げ部23の側面形状が略「へ」の字状になっている。
図3はその冷却中空熱導体14(基端部52)を電子冷却ユニット13の上面にねじ止めした状態を示す一部を断面にした側面図である。このようにして取り付けられた冷却中空熱導体14の両側開口端に、図4に示すように外形が一方向曲げ部23と略同じ形状をした合成樹脂の成形体からなるカバー27が装着されて、冷却中空ユニット28を構成する。冷却中空ユニット28の内部には、図5に示すように密閉された内側空間部60(図5参照)が形成されている。
なお、前記冷却中空熱導体14の両側開口部に装着された合成樹脂成形体からなるカバー27は、冷却中空熱導体14の補強体としても機能する。
このような一方向曲げ部23を有する冷却中空ユニット28を使用することで、飲料水バック7と密着し易く、飲料水バック7との接触面積を大きくしながらも、冷却中空ユニット28の熱容量は小さいため、効率よく急速な冷却が可能となる。
図1に示すように、冷却中空ユニット28の基端部で電子冷却ユニット13の吸熱面が密着している近傍に、第1の温度センサー40が設置されている。また、容器装着部1の上面の初期冷水取水水量規定領域37(詳細は後述する)の位置に、飲料水バック7と接触する第2の温度センサー41が設置されている。
また、放熱フィン15はベルチェ素子13aの実装面に平行に配置され、放熱フィン15のフィン部15a付近には送風のためのファン31が設けられている。本実施例ではベルチェ素子13aの放熱に放熱フィン15を使用しているが、放熱フィン15の代わりに放熱側プレート型ヒートパイプを使用した放熱フィンや水冷ジャケットを使用することもできる。
図6は、蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプ16を冷却中空ユニット28(冷却中空熱導体14)の全部または一部に使用した第2実施例を示す側面図である。
本実施例は、冷却中空熱導体14の全部を蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプ16で構成した例を示している。この蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプ16を使用することにより、伝熱性は大きくなり、熱容量は小さくなるため、飲料水9の冷却速度は速くなり、冷却効率も上がる。図中の符号15aは放熱フィン、15bは放熱側の蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプである。
この蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプ16は、アルミニウムなどの軽金属の押出扁平管によって構成され、全体として薄い平板状をしている。
図8に示すように、プレート型ヒートパイプ16の内部には長手方向に沿って多数の隔壁17が平行に延びており、またこの隔壁17は図7に示すように中間壁18によって上下2段に分かれている。これら各隔壁17と中間壁18によって多数の細孔トンネル19が形成されている。
なお、本実施例では図7に示すように中間壁18によってプレート型ヒートパイプ16を上下複数段に分けたが、中間壁18を設けない1段のプレート型ヒートパイプ16を使用することも可能である。
図8に示すように各隔壁17の手前側と奥側の端部には1つおきに切欠部20がそれぞれ設けられており、これによって細孔トンネル19は蛇行状に繋がっている。
また、中間壁18の左右両端部には孔21a,21b(図8参照)が形成され、孔21aにより上側の細孔トンネル19aと下側の細孔トンネル19bが連通し、孔21bにより上側の細孔トンネル19cと下側の細孔トンネル19d(いずれも図7参照)が連通している。
このプレート型ヒートパイプ16の内部に、例えば水、ブタン系、代替フロン系などの熱輸送媒体(図示せず)が密封されている。そしてプレート型ヒートパイプ16内での、熱輸送媒体の顕熱による熱輸送(熱輸送媒体の振動および/または循環による熱輸送)と、熱輸送媒体の潜熱による熱輸送(熱輸送媒体の蒸発および凝縮による熱輸送)ができる。従ってこの蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプ16を利用すれば、コンパクトで、熱輸送量の大容量化が図れ、被冷却物の急速冷却が容易となる。
図1に示すように、冷却中空熱導体14の手前側傾斜部24aと対向するウォーターサーバーの前面側(図面に向って右側)には取水栓32が設置され、手前側傾斜部24aと取水栓32の間に断面形状が略V字状の凹部が形成されている。
取水栓32の下方には、コップ33を載置するコップ受け34が設けられている。図1中の符号35は電源制御部で、ペルチェ素子13aやファン31の制御などを行なう。
このウォーターサーバーにセットする前の外ケース8の側面の所定位置(給水栓10が収められている位置)にはミシン目が設けられており、そのミシン目に沿って外ケース8の一部を切除して給水栓10よりも広い開口部を形成し、外ケース8の内側から給水栓10を引き出す。
また外ケース8の底面にもミシン目が設けられており、そのミシン目に沿って底面の大部分を切除することにより、飲料水バッグ7の底面を外ケース8の底面から露呈する。
そしてウォーターサーバーのカバー部材2を開き、前述の水収納容器6を飲料水バッグ7の底面を下にして、手前側傾斜部24aと取水栓32の間の略V字状をした凹部に手前側角部が嵌るように、容器装着部1に載置する。容器装着部1は手前側が若干低くなっているため、水収納容器6は手前側に傾いた状態でセットされる。外側に引き出された給水栓10は、取水栓32に接続される。
この水収納容器6の載置により図1に示すように、冷却中空熱導体14の一方向曲げ部23が外ケース8の底面開口部から外ケース8の内部に入り込む。飲料水バッグ7はフレキシブル性(柔軟性)を有しているため、飲料水バッグ7の底面は冷却中空熱導体14の一方向曲げ部23の形状に沿って変形し、飲料水9の水圧(重量)により、飲料水バッグ7の底面が一方向曲げ部23の手前側傾斜部24aならびに奥側傾斜部24bに密着する。手前側傾斜部24aならびに奥側傾斜部24bはフラットな平面であるため、飲料水バッグ7はシワや凹凸を生じることなく平面的に接触する。
また、冷却中空熱導体14の一方向曲げ部23が外ケース8の内側に挿入されることにより、飲料水バッグ7との接触面積が増大し、飲料水9の冷却に寄与する。
さらに、一方向曲げ部23の頂部から水平方向に仮想水平線36を引いたときに、その仮想水平線36の下側で手前側傾斜部24aと給水栓10の間に、断面形状が略三角形の溜り的な初期冷水取水水量規定領域37が形成される。
水収納容器6の装着が終了すると、カバー部材2を閉じる。そしてペルチェ素子13aに通電することにより、それの吸熱面に密着している冷却中空熱導体14の基端部52が冷却され、さらにそれの一方向曲げ部23(傾斜部24a,24b)全体が素早く冷却される。
前記初期冷水取水水量規定領域37は、水収納容器6内に保有されている飲料水9の中で、いち早く冷水を生成する領域を特定したもので、前記一方向曲げ部23の水収納容器6への挿入により、水収納容器6の底部に自動的に設定される。
この初期冷水取水水量規定領域37は、なだらかに傾斜して広い冷却面積を有する手前側傾斜部24aにより冷却され、その冷却に伴い初期冷水取水水量規定領域37内では水の比重差による対流38が生じる。この対流38により水量規定領域37内の水がその水量規定領域37内で主に流動し、水量規定領域37内の水を部分的にかつ優先的に冷却することになる。
本実施例では初期冷水取水水量規定領域37の水量、すなわち初期に取水できる冷水の量を、例えば約500〜700CCとしている。
図9に、本実施例に係るウォーターサーバーでの飲料水9の冷却特性を示す。
同図に示す曲線Aは、図1に示す冷却中空熱導体14の近傍(A位置)に設置された第1の温度センサー40で計測された温度変化を示す曲線で、この計測温度に基づいてベルチェ素子13aの電力を制御することで、飲料水9の冷却温度が制御できる。
同図に示す曲線Aは、図1に示す冷却中空熱導体14の近傍(A位置)に設置された第1の温度センサー40で計測された温度変化を示す曲線で、この計測温度に基づいてベルチェ素子13aの電力を制御することで、飲料水9の冷却温度が制御できる。
曲線Bは、冷却中空熱導体14の手前側傾斜部24aと給水栓10の間に形成された、断面形状が略三角形の溜まり的な初期冷水取水水量規定領域37の近傍(B位置)で、飲料水バッグ7に接触するように設置された第2の温度センサー41で計測された温度変化を示す曲線である。曲線Cは、飲料水バッグ7の水位高さの中央近傍(C位置)の温度変化を示す曲線である。
図9に示すように、前記A位置(曲線A)の温度は短時間に低温に下がり、冷却中空熱導体14と飲料水バッグ7(手前側傾斜部24a)を介して接触している飲料水9の温度も下がる。
冷却された飲料水9は、4℃で比重が最も重いから、比重が重くなった飲料水9は前記B位置の底部側に溜まっていく。このB位置近傍(初期冷水取水水量規定領域37)の温度が0℃以下に下がらないように前記A位置の温度を制御して、4℃以下に保つ(図9の曲線B参照)。4℃以下になった冷水の移動が対流38を形成・促進し、対流38の大きさが徐々に大きくなり、対流38の流れに伴って徐々に上方の水温が低下して、やがて前記C位置の水温も下がってきて(図9の曲線C参照)、最終的には飲料水9の全体が4℃以下の冷水温度になる。
B位置近傍(初期冷水取水水量規定領域37)の温度が0℃以下にならないように制御することで、凍結を起こさずに飲料水9全体を冷水温度とすることができるため、凍結に伴う各種トラブルの発生がなく、衛生的で、安心である。
またこの飲料水9の低温状態は、容器装着部断熱構造体4ならびにカバー部材断熱構造体11により長期間、消費電力を抑えて良好に保持される。
図11に示すウォーターサーバーの場合、エバポレーター・チャンバー102の内側に噴射ノズル105を設けて直接−23℃近い冷媒ガス104をエバポレーター・チャンバー102の内壁面と噴射することから、図11に示すように、初期冷却の対象となる水量(B位置付近の水量)が冷水温度になったときに、エバポレーター・チャンバー102の温度は−20℃近くとなっており、そのまま冷却を続けると水の凍結が始まるため、コンプレッサーをON/OFFして温度制御を始める。
そのために、水温を4℃以下の状態で保持することが難しく、全体を冷却するための対流が起こりにくく、エバポレーター・チャンバー102から離れた上部の水温はほとんど冷却されないままに保持されることになる。また、断熱構造もほとんどとられていないから、コンプレッサーのON/OFFの頻度が多くなり、消費電力が嵩むなどの問題もある。
図10は本発明の第3実施例に係る冷水生成用のウォーターサーバーの一部概略構成図である。本実施例において図1に示す第1実施例と相違する点は、冷却中空熱導体14の形状である。
図10に示すように、平面形状がほぼ長方形をしたアルミニウム板からなる板材51の長手方向のほぼ中間位置にはフラットな基端部52が設けられ、その基端部52には複数のネジ孔(図示せず)が形成されている。
その基端部52の長手方向手前側(図面に向かって右側)には第1の折り曲げ部54が、基端部52の長手方向奥側(図面に向かって左側)には第1の折り曲げ部54よりも若干長さが長い第2の折り曲げ部55が、それぞれ基端部52に連なって設けられている。
そして第1の折り曲げ部54ならびに第2の折り曲げ部55を図に示すように折り曲げ、両折り曲げ部54、55の先端部を突き合わせて、両者を溶接などで一体に接合する。
このように長方形をした板材51の両側部(第1の折り曲げ部54と第2の折り曲げ部55)を互いに内側方向に向けて折り曲げることにより、その折り曲げ方向と直交する方向(図面に向かって垂直方向)は曲げないでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部23が形成される。
この一方向曲げ部23により、それの前後両側に所定の横幅(図面に向かって垂直方向の横幅)を有するフラットな(平面状の)傾斜部24a,24bが形成される。
図10に示すように手前側(右側)の傾斜部24aの方が、奥側(左側)の傾斜部24bよりも短くなっており、傾斜部24aと傾斜部24bのなす角度はほぼ直角になっている。
このようにして形成された中空状の冷却中空熱導体14の両側開口部は、その開口部の形状と略同形の合成樹脂の成形体からなるカバー(図示せず)によって閉塞され、冷却中空熱導体14の内側に内側空間部60が形成される。このカバーは、冷却中空熱導体14の変形を阻止する補強体としても機能している。
前記傾斜部24aと傾斜部24bによって形成された断面形状が略V字型の溝部に外ケース8から露呈した飲料水バッグ7の一方の角部が嵌る構造になっている。
図10に示すように、手前側傾斜部39aの上端部から奥側傾斜部39bに向けて水平方向に仮想水平線36を引いたときに、その仮想水平線36の下側で傾斜部24aと傾斜部24bで囲まれた領域に、断面形状が略直角三角形の初期冷水取水水量規定領域37が形成される。
本実施例の場合も冷却中空熱導体14として蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプが使用され、前記傾斜部24aならびに傾斜部24bはフラットな平面を有し、そのために飲料水バッグ7の密着が良好で、シワや凹凸は発生しない。
図示していないが、この初期冷水取水水量規定領域37は給水栓10と連通している。また、冷却中空熱導体の基端部はペルチェ素子13aの吸熱面に密着している。
この第3実施例では、初期冷水取水水量規定領域37を確保するため、奥側傾斜部39bに対してそれよりも短い手前側傾斜部39aを形成したが、特に初期冷水取水水量規定領域37が必要でない場合は、略同じ長さの傾斜部を左右に設けてもよいし、全体を円弧状(例えば半円状)に曲げて一方向曲げ部を形成してもよい。このとき、一方向曲げ部を飲料容器の外形と同じように曲げて一方向曲げ部を形成し、その一方向曲げ部の内面を飲料容器と接触させることも可能である。
前記実施例では、外ケース8付きの飲料水バッグ7を容器装着部1にセットしたが、飲料水バッグ7を外ケース8から取り出して、飲料水バッグ7のみを容器装着部1にセットすることも可能である。この場合、飲料水バッグ7が安定してセット(装着)できるように、容器装着部1の断面形状を凹部形すると良い。
前記実施例では、1枚のプレート型ヒートパイプ16に対して1個のペルチェ素子13aを用いたが、1枚のプレート型ヒートパイプ16に対して複数個のペルチェ素子13aを用いることもある。
プレート型ヒートパイプ16の材質がアルミニウムの場合、結露などによってヒートパイプの表面が腐食する可能性があるため、ヒートパイプの表面をアルマイト処理したり、塗料からなる保護コート膜を形成するとよい。また、薄い(例えば0.5mm以下)ステンレスシートなどの耐食性金属シートを熱伝導性接着剤で貼って表面を保護してもよい。
前記実施例では、飲料水を急速冷却する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、有機液体など他の液体の急速冷却にも適用可能である。
前記実施例では、冷却中空熱導体の両端開口部をそれぞれカバーで閉塞した構成になっているが、例えばダイキャストなどにより有底状の冷却中空熱導体を形成し、その有底状冷却中空熱導体の一方の開口部をカバーで閉塞することも可能である。
前記実施例では、冷却中空ユニットに内側空間部を残した構成になっているが、この内側空間部に断熱材を装填することも可能である。
また、プレート型ヒートパイプの一方向曲げ部が缶やPETボトルなどの飲料容器の外形と略同形に曲げられており、その一方向曲げ部の内面を前記飲料容器を挿入して接触させることにより、飲料容器内の飲料水を急速冷却することも可能である。
1・・・容器装着部、2・・・カバー部材、3・・・容器格納部、4・・・容器装着部断熱構造体、5・・・収納空間部、6・・・水収納容器、7・・・飲料水バッグ、8・・・外ケース、9・・・飲料水、10・・・給水栓、11・・・カバー部材断熱構造体、12・・・空間部、13・・・ペルチェ素子(電子冷却素子)、14・・・冷却側プレート型ヒートパイプ、15・・・放熱側プレート型ヒートパイプ、16・・・蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプ、22・・・・冷却側ヒートパイプユニット、23・・・一方向曲げ部、24a・・・手前側傾斜部、24b・・・奥側傾斜部、25・・・基板、26・・・中間プレート、27・・・ヒートパイプ断熱構造体、35・・・電源制御部、36・・・仮想水平線、37・・・初期冷水取水量規制領域、38・・・対流、51・・・板材、52・・・基端部、54・・・第1の折り曲げ部、55・・・第2の折り曲げ部、56、58・・・基端部側、57、59・・・先端部側、60・・・内部空間部、a・・・曲げ方向、b・・・曲げ方向と直交する方向、X・・・横幅。
Claims (8)
- 電子冷却素子の冷却機能を利用して液体を急速冷却する液体の急速冷却装置において、
前記電子冷却素子の冷却面に密着させる基端部と、その基端部から延びて一部直線部を残して一方の方向に沿って曲げて、その曲げ方向と直交する方向は曲げなでそのままの状態で延びた形状の一方向曲げ部を有する冷却中空熱導体を設け、
その冷却中空熱導体の前記一方向曲げ部の片面に被冷却物を接触させる構成になっていることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項1に記載の液体の急速冷却装置において、
前記冷却中空熱導体の開口部がカバーで閉塞されていることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項1または2に記載の液体の急速冷却装置において、
前記冷却中空熱導体の一部または全部がプレート型ヒートパイプで構成されていることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項3に記載の液体の急速冷却装置において、
前記プレート型ヒートパイプが、熱輸送媒体の振動流を併用した細孔トンネルプレート型ヒートパイプであることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液体の急速冷却装置において、
前記急速冷却する液体が飲料水であって、その飲料水がフレキシブルな飲料水バッグ内に封入されており、その飲料水バッグの一部を前記一方向曲げ部と接触させる構成になっていることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の液体の急速冷却装置において、
前記一方向曲げ部により初期冷水取水水量規定領域が形成されていることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項6に記載の液体の急速冷却装置において、
前記初期冷水取水水量規定領域の水温を検出する温度センサーと、
その温度センサーからの計測信号に基づいて前記電子冷却素子への給電を制御する電源制御部を設け、
前記初期冷水取水水量規定領域の水温が0℃以下にならないように、前記電源制御部により前記電子冷却素子への給電を制御する構成になっていることを特徴とする液体の急速冷却装置。 - 請求項1に記載の液体の急速冷却装置において、
前記冷却中空熱導体の一方向曲げ部が飲料容器の外形と略同形に曲げられており、その一方向曲げ部の内面を飲料容器と接触させる構造になっていることを特徴とする液体の急速冷却装置。
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