JP3871476B2 - 流体混合システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類又はそれ以上の流体を同一の容器に吐出して混合させる流体混合システムに関し、特に流体の種類に応じた混合比率に従って適正な量の流体を吐出する流体混合システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２種類又はそれ以上の流体を混合させる流体混合システムを利用したものには、ジュースなどの飲料を提供するための装置で、濃縮した原液であるシロップを冷水や炭酸水などの希釈水と混合する飲料供給装置が存在する。そして、こうした飲料供給装置に利用した流体混合システムが、特公平１−２３４００号公報に開示されている。
この流体混合システムは、シロップと希釈水とを所定の混合比で分与できるように、シロップを吐出するためのシロップバルブと、希釈水を吐出するための希釈水バルブとを有し、これらの開閉を制御するためのマイクロコンピュータを始めとする制御手段を備えている。
【０００３】
２個のバルブは、同時点に循環的に開放され、シロップバルブは、定量のシロップが吐出されるまで開き続け、希釈水バルブは、所定の混合比を与えるだけの量を吐出させるのに必要な時間開き続ける。この混合比は、吐出されるシロップの種類に依存している。
具体的には、シロップ及び希釈水の流路上にシロップ流量計と希釈水流量計とがそれぞれ配管され、そこを通過する流体の流量に比例した周波数を持つパルス系列の形の速度信号がそれぞれ発信される。シロップ流量計及び希釈水流量計からの信号はマイクロプロセッサに受信され、そこで処理されて発信された駆動信号によってシロップバルブ及び希釈水バルブの開閉が制御される。
【０００４】
ところで、供給する飲料は需要者の嗜好の多様化にともなって種類が増え、そのためシロップも数多くの種類が存在する。そして、そのような数多くの異なったシロップは、それぞれ固有の濃度や粘性を有している。
従来の流体混合システムは、こうした各シロップ毎の固有の情報を記憶した特性モジュールを有し、異なったシロップを使用する場合、シロップの変更の度に手動にて行うような装置の修正を不要なものとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の流体混合システムは、シロップの種類に対応する制御用コントローラが複雑になるなど装置自体が高価なものとなり、しかもオペレータが行う調整作業も煩雑で作業性の悪いものであった。
即ち、従来の流体混合システムは、前述したように流量計でシロップや希釈水の流量を計測するが、これは流量計を構成する水かき車の加減速を考慮して推定計算処理を行うものである。しかるに、シロップは種類によって粘性が異なることから、正確に流量を計測するためにはシロップ毎に粘性係数を予め入力しておく必要がある。また、そのような粘性係数データを有していても、シロップの粘性は温度の影響によって変化してしまうため、更に温度管理が必要になってくる。そのためには、シロップの温度を一定に保つことができるように構成するか、温度変化によって粘性が変化した場合に粘性係数データを補正する等の手段が必要になる。
【０００６】
よって、従来の流体混合システムでは、吐出するシロップ流量の正確性に欠け、シロップと希釈水との混合比にばらつきが生じ、飲料の味が販売時の環境によって均一でなくなってしまうといった問題があった。
また、シロップ及び希釈水の流量を推定計算処理するため飲料の販売量にもばらつきがでてしまうことの他、同じ飲料を販売する場合でもシロップ吐出割合が一定でないため、飲料性能（泡立ち、カップ内の混ざり具合、炭酸のきき）が悪くなるといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題を解決すべく、シロップなどの流体流量を正確に検出して設定した量の流体を正確に吐出する流体混合システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体混合システムは、流量計によって流量を計測しながらその２次側に配管された弁の開閉を制御して、第１流体と第２流体を所定の混合比率で同一の容器に吐出して混合させるものであって、前記流量計は、流路の途中に形成された計測室内に、一対の噛合したギアが回転自在に軸支され、当該計測室内に流れ込んだ流体の流体圧によって回転して２次側へ流体を送り出すよう構成され、前記ギヤの回転を検出する検出センサを有するものであり、制御手段が、前記検出センサからの検出信号に基づいて流体の流量を算出して前記弁の開閉を制御するものであり、前記第１流体を前記容器に継続的に吐出し、前記第２流体を前記容器に断続的に吐出するときに、前記第２流体の一回分の吐出量を一定量とし、前記第２流体の最終回の吐出量を前記第２流体の総吐出量に基づいて補正した量とすることにより、前記第１流体と前記第２流体を所定の混合比率で混合した混同流体の総量を一定にすることを特徴とする。
よって、このような流体混合システムによれば、流量計を構成するギヤの回転数に比例して流量が流れるため、そのギヤの回転数を計測することによって正確な流量を検出することができ、設定した量の流体を正確に吐出することが可能である。
【０００９】
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る流体混合システムの一実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の流体混合システムは、前記従来例のものと同様にシロップを冷水や炭酸水などの希釈水と混合してジュースを作る飲料供給装置に利用したものである。図１は、本実施の形態の流体混合システムを示したシステムブロック図である。
飲料供給装置は、シロップに対し希釈水として炭酸水又は冷水とを吐出するものである。飲料供給装置には、通常４乃至５種類程度の飲料が提供できるようになっているが、説明を簡略にするために図面には便宜上１種類のシロップについてのみ図示する。また、希釈水には炭酸水や冷水の代わりに熱湯とし、ホット飲料を提供するものであってもよい。
【００１１】
シロップを流すシロップ流路１、冷水を流す冷水流路２、更に炭酸水を流す炭酸水流路３には、それぞれシロップや冷水などを供給する上流側から順に流量計５，６，７と電磁弁９，１０，１１とが配管されている。そして、その流量計５，６，７及び電磁弁９，１０，１１には、バルブコントローラ２０が接続され、そのバルブコントローラ２０には、飲料供給装置全体を制御するメインコントローラ１８が接続されている。
バルブコントローラ２０にはマイコンが使用され、ＣＰＵ２１を中心に流量計５，６，７の信号を受信する入力部２２、電磁弁９，１０，１１への開閉信号を送信する出力部２３、ＣＰＵ２１の演算処理に必要なデータを一時記憶するための記憶部２４、そしてメインコントローラ１８とのデータのやりとりを行う動作通信部２５から構成されている。
【００１２】
次に、飲料供給装置に使用される流体混合システム中の飲料バルブについて説明する。ここで、図２は、飲料バルブを示した断面図である。飲料バルブ３０は、流路の形成されたバルブボディ３１に流量計２６（図１に示す５，６，７）が形成され、電磁弁２７（図１に示す９，１０，１１）が一体に設けられたものである。
バルブボディ３１は、直方体形状のブロックであって、底面に開設された入力ポート３３から側面に開設された出力ポート３４までに流路が形成され、その流路の途中に流量計２６（図１に示す５，６，７）が設けられている。流量計２６は、出力ポート３４の背面に位置するバルブボディ３１側面に形成されている。図３は、流量計２６の設けられた方向から飲料バルブ３０を示した側面図である。バルブボディ３１の当該側面には、入力ポート３３側に連通する入力側流路３５が下方に開設され、電磁弁２７側（出力ポート３４側）に連通する弁側流路３６が上方に開設され、その間に挟まれるように流量計２６が形成されている。
【００１３】
流量計２６は、入力側流路３５と弁側流路３６との開口部分の深さにまで計測室４１が形成され、そこには噛み合った一対の楕円ギヤ４２，４３が組み込まれている。即ち、流量計２６は、長円形の計測室４１内に楕円ギヤ４２，４３が回転自在に軸支され、それらがギヤポンプの如く噛み合って計測室４１内壁と最小の隙間を保ちながら回転するように構成された容積式流量計である。計測室４１を囲むようにバルブボディ３１に環状溝が形成され、そこにシール用のＯリング４４がはめ込まれている。そして、計測室４１を塞ぐフタ４５が、Ｏリング４４を押し潰すようにしてバルブボディ３１にネジ止めされている。
ここで図４は、図２に示した飲料バルブ３０のＡ−Ａ断面を示した図である。一方の楕円ギヤ４２にはマグネット４６が埋設され、またフタ４５には磁気センサ４７が埋設されている。従って、本実施の形態の流量計２６は、楕円ギヤ４２，４３を介して流れる流体の流量を楕円ギヤ４２の回転数をカウントして計測するものである。
【００１４】
次に、計測室４１から弁側流路３６に入ったところには、フローワッシャ３７が挿入され、フタ４５を固定する際に押エ部材３８によって押さえられて所定位置に挟み込まれている。このフローワッシャ３７は、流量計２６を通って流れる流体の圧力変動が大きい場合に流体流量を一定にするためのものであり、ノズルが中心に形成されたリング状の部材である。
弁流路３６は、電磁弁２７が装着された弁室５１へと連通し、弁室５１内に突設された弁座５２の弁孔５３を通って出力ポート３４へと接続されている。電磁弁２７は、下方に付勢されたプランジャ５４が弁体５５を保持し、そのプランジャ５４が、通電されたコイル５６によって磁化したコア５７に吸着保持されるよう構成されている。
【００１５】
次に、以上のような流体混合システムを利用した飲料供給装置は、次のようにして飲料の供給が行われる。先ず、シロップや希釈水は、飲料バルブ３０を構成する流量計５，６，７（図２及び図３に示す流量計２６）によって流量確認を行いながら、電磁弁９，１０，１１（図２及び図３に示す電磁弁２７）の開閉がバルブコントローラ２０によって制御される。そこで、先ず図２乃至図４に基づき、飲料バルブ３０内のシロップや希釈水など、流体の流れについて説明する。
【００１６】
入力ポート３３から流入したシロップや希釈水（以下、まとめて「流体」とする）は、入力側流路３５を通って計測室４１へと流入し、計測室４１へ流れ込んだ流体の流体圧によって一対の楕円ギヤ４２，４３が回転することとなる。計測室４１内に流入した流体の流体圧は、楕円ギヤ４２，４３が例えば図３に示す回転位置の場合、縦長状態の楕円ギヤ４２には回転軸の下方に左側から反時計方向へのみ作用し、横長状態の楕円ギヤ４３には下方から回転軸の左右に同じように作用している。従って、噛み合った楕円ギヤ４２，４３には、図３に矢印で示すように回転が与えられ、流体が計測室４１の壁面に沿って外回りで流れる。本実施の形態では、楕円形の楕円ギヤ４２，４３を使用しているため、例えば図３に示すように楕円ギヤ４２と計測室４１内壁との隙間を大きくすることができ、流体の送り量を大きくすることができる。
【００１７】
計測室４１を通った流体は、圧力変動が大きい場合にでもフローワッシャ３７によって一定流量の流れとなって弁側流路３６から弁室５１へと流れ込み、弁室５１内の流体は、電磁弁２７の開閉によって出力ポート３４から排出される。
電磁弁２７は、コイル５６への通電によりコア５７が励磁されると、プランジャ５４が下方への付勢力に抗してコア５７へ吸引されて上昇し、これによって弁体５５が弁座５２から離間して弁が開けられる。そして、コイル５６への通電が止められれば、プランジャ５４が下方へ押し下げられ弁体５５が弁座５２へ当接して弁が閉じられる。
【００１８】
この飲料バルブ３０へ供給された流体は、電磁弁２７の開閉によって吐出が調整され、電磁弁２７が開けられた状態のとき楕円ギヤ４２，４３からなる容積式の流量計２６を通って流れる。流量計２６を流れる流体は、楕円ギヤ４２，４３の回転分だけ電磁弁２７側へと送られ、その楕円ギヤ４２，４３の１回転当たりの流量は、予め計算によって算出し、又は実測によって確認が行われている。
従って、この流量計２６では、磁気センサ４７が楕円ギヤ４２に埋設されたマグネット４６を検出し、その検出信号が図１に示すバルブコントローラ２０へ送信される。バルブコントローラ２０では、その検出信号をカウントして楕円ギヤ４２の回転数から飲料バルブ３０を通る流体の流量を算出する。
【００１９】
次に、この流体混合システムによって行う飲料の提供について説明する。ここで、図５は、流体混合システムの動作フローチャートを示した図であり、具体的には飲料（シロップと希釈水）の吐出ルーチンである。また、図６は、シロップと希釈水とを吐出する動作タイムチャートを示した図である。
飲料供給装置には、装置の表に飲料選択スイッチが設けられ、利用者が飲料の種類を選択してそのスイッチを押すと、飲料選択信号がメインコントローラ１８に送信され、更にバルブコントローラ２０へと伝えられる。そのため、バルブコントローラ２０では、その飲料選択信号を入力部２２が受け、ＣＰＵ２１からの制御信号が出力部２３から該当するシロップと希釈水（例えば冷水）の電磁弁９，１０へと送信され、その開閉が制御される。開閉制御は、記憶部２４に記憶されたプログラムに従って図５に示す吐出ルーチンが実行される。
【００２０】
そこで、先ず利用者による飲料選択スイッチのＯＮ状態が確認される（ステップ「Ｓ」１）。スイッチがＯＦＦ状態の場合には（Ｓ１：ＮＯ）その確認が繰り返され、利用者によってスイッチがＯＮ状態になると（Ｓ１：ＹＥＳ）、シロップと希釈水との所定時間当たりの流量（吐出量）が確認される。具体的には、前述したように楕円ギヤ４２の回転数に比例した量のシロップや希釈水が流量計５，６を流れるため、磁気センサ４７からの検出信号がカウントされ、そのカウント値を積算（Ｓ２，Ｓ３）して吐出量が算出される。
なお、今回は、選択された飲料のシロップと希釈水との混合比率が１対ｋで、飲料の総量がＳであるものとして以下の説明を進める。
【００２１】
本実施の形態の流体混合システムは、図６に示すようにシロップを断続的に吐出する方法をとったものである。そこで、その１回分の吐出量を任意の流量ａとし、シロップの総吐出量Ｓ／（１＋ｋ）から吐出回数ｎ＋１が決定される。但し、ｎ＋１回目の吐出量は、流量ａで総吐出量Ｓ／（１＋ｋ）が割り切れない場合にはＳ／（１＋ｋ）−ｎａとなる。一方の希釈水は、単位時間当たりの流量を一定にして継続的に吐出される。
従って、シロップと希釈水は、両者の混合比率（１：ｋ）から、図６に示すように流量ｋａの希釈水が吐出される度毎にシロップを流量ａ分だけ吐出することが繰り返され、最後に希釈水がｋＳ／（１＋ｋ）−ｋｎａ吐出される間にシロップがＳ／（１＋ｋ）−ｎａだけ吐出される。
【００２２】
そこで、シロップと希釈水（冷水）について流量計５，６からの検出信号がカウントされ（Ｓ２，Ｓ３）、希釈水の電磁弁１０がバルブコントローラ２０からの開信号によって開けられる（Ｓ４）。次いで、シロップの流量計５から送られる検出信号のカウント積算値によって、吐出量がａ未満であるか否かが確認される（Ｓ５）。まだ、この段階ではシロップの電磁弁９が開いていないためシロップの吐出量はａ未満であり（Ｓ５：ＹＥＳ）、次にシロップの総吐出量がＳ／（１＋ｋ）に達したか否かが確認される（Ｓ６）。この段階でも、まだシロップは流れていない（Ｓ６：ＹＥＳ）。そして、シロップの電磁弁９が開けられる（Ｓ７）。
【００２３】
次いで、希釈水の流量計６から送られる検出信号のカウント積算値によって、吐出量がｋａ以上であるか否かが確認される（Ｓ８）。希釈水がｋａに以上流れていない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、再びＳ２〜Ｓ７が繰り返される。そして、図６に示すように、希釈水が流量計６をｋａ分流れて吐出される間にシロップの吐出量がａに達したところで（Ｓ５：ＮＯ）、シロップの電磁弁９が閉じられる（Ｓ９）。そうした状態で、希釈水がｋａに達しない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、Ｓ２〜Ｓ５及びＳ９が繰り返され、シロップの吐出が停止した状態で希釈水だけが吐出される。
そして、希釈水がｋａ分だけ吐出したところで（Ｓ８：ＹＥＳ）、これまで流量計５で計測したシロップのカウント値から流量ａに相当するカウント値の差が求められる（Ｓ１０）。これは、シロップの吐出量がａになったタイミングで電磁弁９を閉じた場合でも、慣性によってａ以上の流量のシロップが流れて吐出してしまうことがあるため、ａを超える余分な流量分のカウント値を次の積算値に加えるようにするためである。
【００２４】
一方、希釈水の場合には、その吐出量がｋａになった場合に電磁弁１０を閉じることはせずに継続して流し続けるため、流量計６によって流量をｋａまで計測した時点でカウント値をリセットする（Ｓ１１）。そして、リセットしたカウント値とは別の希釈水の総カウント値が、吐出する希釈水の総量ｋＳ／（１＋ｋ）に達しているか否かを確認する（Ｓ１２）。
そこで、まだ希釈水の総吐出量がｋＳ／（１＋ｋ）になっていない場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ２〜Ｓ１２が繰り返される。即ち、図６に示すように希釈水が流量ｋａ分吐出する間に、シロップが流量ａだけ吐出することが所定回数（ｎ回）繰り返される。但し、２回目以降のシロップの吐出量は、前回のオーバーカウントした分（Ｓ１０で求めた値）をａからマイナスした流量である。
【００２５】
そして、図６に示すようにｎ＋１回目のシロップの吐出時に、そのシロップの総吐出量がＳ／（１＋ｋ）に達すれば（Ｓ６：ＮＯ）、Ｓ／（１＋ｋ）−ｎａ分のシロップを吐出した時点でバルブ９が閉じられる（Ｓ１３）。
一方、希釈水はその後も流れ続け、総吐出量がｋＳ／（１＋ｋ）に達したか否かが確認され（Ｓ１２）、Ｓ２〜Ｓ６及びＳ１３が繰り返される。そして、希釈水の総吐出量がｋＳ／（１＋ｋ）に達したところで（Ｓ１２：ＹＥＳ）、希釈水の電磁弁１０が閉じられ（Ｓ１４）、希釈水のカウント値がリセットされて（Ｓ１５）、次の飲料選択スイッチからの信号入力の待機状態となる（Ｓ１）。
【００２６】
よって、このような流体混合システムを利用した飲料提供装置によれば、不図示のノズルから吐出されたシロップと希釈水とが一つのカップに吐出され、その中で混ぜ合わされて利用者が選択した飲料が作られる。この流体混合システムでは、希釈水に比べて少量のシロップを断続的に吐出するようにしたため（図６参照）、上層下層の別なくシロップが希釈水と均等に混ぜ合わされ、カップ内の全体で均一な味の飲料を提供することができるようになった。従って、カップの上層部分の味が薄くなるような不都合はない。
【００２７】
また、本実施の形態の流体混合システムは、流量計５，６，７によって流量を計測しながらシロップや希釈水の吐出を制御するが、これら流量計５，６，７に容積式の流量計２６を採用したので、正確な流量制御が可能となった。これは、シロップなどの流体の粘性に関係なく楕円ギヤ４２，４３の回転数に比例した流量の流体が流量計２６を流れるため、磁気センサ４７からの検知信号をカウントすれば正確な流量を算出することができるからである。
従って、カウント値と流量との対応が一定であるため、流量計２６からの流量データに基づいて電磁弁２７（９，１０，１１）を開閉制御する制御回路（バルブコントローラ２０）も簡易な構成のもので済むようになった。また、これは制御が単純になるため、オペレータが行う操作も容易なものとなり、操作性の良いものとなった。
【００２８】
前述した飲料供給装置は、冷水に水道水を利用し、その水道圧によって直接飲料バルブ３０側へ供給するのに対して、炭酸水やシロップはガス圧などで圧送するようにしている。このような場合、安定したガス圧に対して水道圧は圧力変動が生じやすいので、流量計２６で正確な流量計測を行っても吐出流量が不均一になるために正確な希釈比率にならないことが生じ得る。しかし、飲料混合システムを構成する飲料バルブ３０にフローワッシャ３７を設けたので、流量を一定にした吐出を行うことができ、それに伴って希釈比率を正確にすることが可能となった。また、フローワッシャ３７を設けたことで流速や圧力変化が少なくなり、炭酸水中の炭酸が気化分離するのを抑えることができ、炭酸の利きが良い炭酸飲料を提供することができるようになった。
また、シロップの種類を交換する場合には、飲料バルブ３０の流路内に洗浄液を流し込んで洗い流すが、この飲料バルブ３０に形成した流量計２６は、入力側流路３５から弁側流路３６への途中の計測室４１内に滞留部がないため、シロップが残ることなく洗い流され、洗浄効果が良くなった。
【００２９】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、流体混合システムを飲料供給装置に利用した場合を説明したが、飲料供給装置以外の装置に利用してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、流量計によって流量を計測しながらその２次側に配管された弁の開閉を制御して、第１流体と第２流体を所定の混合比率で同一の容器に吐出して混合させるものであって、流量計は、流路の途中に形成された計測室内に、一対の噛合したギアが回転自在に軸支され、当該計測室内に流れ込んだ流体の流体圧によって回転して２次側へ流体を送り出すよう構成され、ギヤの回転を検出する検出センサを有するものであり、制御手段が、検出センサからの検出信号に基づいて流体の流量を算出して前記弁の開閉を制御するようにしたものであり、第１流体を前記容器に継続的に吐出し、前記第２流体を前記容器に断続的に吐出するときに、前記第２流体の一回分の吐出量を一定量とし、前記第２流体の最終回の吐出量を前記第２流体の総吐出量に基づいて補正した量とすることにより、前記第１流体と前記第２流体を所定の混合比率で混合した混同流体の総量を一定にするので、シロップなどの流体流量を正確に検出して設定した量の流体を正確に吐出する流体混合システムを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る流体混合システムの一実施の形態を示したシステムブロック図である。
【図２】 流体混合システムを構成する飲料バルブを示した断面図である。
【図３】 流体混合システムを構成する飲料バルブを流量計２６の設けられた方向から示した側面図である。
【図４】 図２に示した飲料バルブ３０のＡ−Ａ断面を示した図である。
【図５】 流体混合システムの動作フローチャートを示した図である。
【図６】 シロップと希釈水とを吐出する動作タイムチャートを示した図である。
【符号の説明】
１８ メインコントローラ
２０ バルブコントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ 入力部
２３ 出力部
２４ 記憶部
２５ 動作通信部
２６（５，６，７） 流量計
２７（９，１０，１１） 電磁弁
３０ 飲料バルブ
３７ フローワッシャ
４１ 計測室
４２，４３ 楕円ギヤ
４７ 磁気センサ

Claims (2)

1. 流量計によって流量を計測しながらその２次側に配管された弁の開閉を制御して、第１流体と第２流体を所定の混合比率で同一の容器に吐出して混合させる流体混合システムにおいて、
   前記流量計は、流路の途中に形成された計測室内に、一対の噛合したギアが回転自在に軸支され、当該計測室内に流れ込んだ流体の流体圧によって回転して２次側へ流体を送り出すよう構成され、前記ギヤの回転を検出する検出センサを有するものであって、制御手段が、前記検出センサからの検出信号に基づいて流体の流量を算出して前記弁の開閉を制御するものであり、
   前記第１流体を前記容器に継続的に吐出し、前記第２流体を前記容器に断続的に吐出するときに、前記第２流体の一回分の吐出量を一定量とし、前記第２流体の最終回の吐出量を前記第２流体の総吐出量に基づいて補正した量とすることにより、前記第１流体と前記第２流体を所定の混合比率で混合した混同流体の総量を一定にすることを特徴とする流体混合システム。
2. 請求項１に記載の流体混合システムにおいて、
   ２回目以降の前記第２流体の吐出量を、直前の回に前記一定量をオーバーした分だけマイナスした流量にすることを特徴とする流体混合システム。

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