JP3873852B2 - 温水供給装置およびこれを用いた飲料供給装置 - Google Patents
温水供給装置およびこれを用いた飲料供給装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカップ式自動販売機や飲料ディスペンサなどの飲料供給装置に適用される温水供給装置、およびこれを用いた飲料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カップ式自動販売機に適用される温水供給装置は、自動販売機の外部から供給された水道水を貯留するとともに、販売時に、所定量の温水を、所定のホースを介して飲料調理部やカップに供給する温水タンクと、この温水タンクに貯留された水（以下、単に「貯留水」という）を加熱する電気ヒータとを備えている。温水タンクには、通常、フロートおよびその昇降によってＯＮ／ＯＦＦされるフロートスイッチを有する水量調整機構が設けられており、貯留水の量が所定範囲内に保たれるようになっている。また、温水タンクには、貯留水の温度を検出する温度センサが設けられており、その検出結果に応じ、電気ヒータに通電することにより、貯留水の温度を飲料調理に適した所定範囲内（例えば９５〜９８℃）に保つようにしている。
【０００３】
このような温水供給装置を備えたカップ式自動販売機では、温水タンクへの給水および貯留水の加熱が次のようにして行われる。すなわち、カップ飲料の販売時に、温水タンクから所定量の温水が飲料調理部やカップに供給され、貯留水が所定の下限水量を下回ると、水道水が温水タンクに供給される。そして、貯留水が所定の上限水量に到達したときに、温水タンクへの給水が停止する。また、この給水の際に、あるいは販売待機時に、貯留水の温度が所定の下限水温を下回ると、電気ヒータにより貯留水が加熱される。そして、貯留水の温度が所定の上限水温に到達したときに、貯留水の加熱が停止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の温水供給装置では、温水タンク内に供給された水道水を電気ヒータで加熱するため、その貯留水を飲料調理に適した温度まで加熱することは十分可能である。しかし、電気ヒータによる加熱では、エネルギー損失が大きいため、加熱効率が低く、そのため、貯留水を適温まで加熱するために、大きな電力が必要となる。また、電気ヒータに代えて、一般に電気ヒータよりも加熱効率が高いヒートポンプを、温水供給の熱源として利用することが考えられる。しかし、ヒートポンプは一般に、運転当初の加熱効率が低いため、運転開始直後に高温の温水を供給することが困難である。
【０００５】
また、飲料販売が連続して行われる場合に、その途中で貯留水が下限水量を下回り、温水タンクに低温の水道水が供給されると、貯留水が適温よりも低下することによって、ぬるい飲料を販売してしまうおそれがある。もちろん、貯留水が適温よりも低い場合には、温水タンクから送り出された温水を再加熱して供給したり、貯留水が適温になるまで販売を中止したりすることは可能である。しかし、温水タンクから送り出された温水を再加熱するためには、再加熱用の機器が必要となり、その分、装置全体としてコスト高になってしまう。また、販売を中止した場合には、その間、販売機会を損失してしまうという問題もある。
【０００６】
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、温水を効率よく生成できるとともに、適温の温水を安定して供給することができる温水供給装置およびこれを用いた飲料供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る温水供給装置は、水を温め、この温められた温水を供給する温水供給装置であって、外部から水を取り込む取水手段と、温水を貯留するための第１温水タンクと、この第１温水タンクに温水流路を介して接続され、第１温水タンクから温水流路を介して搬送された温水を貯留するとともに、温水供給時に、所定量の温水を供給する第２温水タンクと、取水手段と第１温水タンクの間に設けられ、第２温水タンクに貯留された温水以外を熱源とする熱交換器を有し、取水手段により取り込まれた水を、熱交換器を通る際に、熱源との熱交換により所定の保温温度以上の温水に温めた後、第１温水タンクに供給する熱交換手段と、第２温水タンクに設けられ、第２温水タンク内の温水を、所定の保温温度よりも高い所定の供給温度に保持するように加熱するヒータと、第２温水タンク内の温水量が、所定の第２タンク下限温水量を下回っているか否かを判定する第２タンク下限温水量判定手段と、第２温水タンク内の温水量が所定の第２タンク下限温水量を下回ったと判定されたときに、第１温水タンク内の温水を第２温水タンクに搬送する温水搬送手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、取水手段により外部から取り込まれた水が、熱交換手段の熱交換器を通る際に、第２温水タンクに貯留された温水以外の熱源と熱交換されることにより、所定の保温温度以上の温水となり、その後、この温水が第１温水タンクに貯留される。そして、この第１温水タンク内の温水が、温水流路を介して搬送され、第２温水タンクに貯留される。この第２温水タンク内の温水は、ヒータで加熱されることにより、上記保温温度よりも高く、温水供給に適した所定の供給温度に保持される。そして、温水供給時に、第２温水タンクから所定量の温水が供給される。このように、第２温水タンク内の温水をヒータで加熱する前に、一般にヒータよりもエネルギー効率の高い熱交換器による熱交換によって、水を予備加熱するので、外部から取り込んだ水をヒータあるいはヒートポンプのみで供給温度まで加熱する従来の温水供給装置に比べて、水の温度を効率よく高め、温水を効率よく生成することができる。
【０００９】
また、第２温水タンクから温水が供給されるのに伴い、第２温水タンク内の温水量が次第に減少し、第２タンク下限温水量を下回ったことが、第２タンク下限温水量判定手段で判定されると、温水搬送手段により、第１温水タンク内の温水が第２温水タンクに搬送される。つまり、保温温度以上の温水が第２温水タンクに供給される。これにより、第２温水タンク内には、ほぼ常時、第２タンク下限温水量以上の温水が貯留されることに加えて、第１温水タンクからの温水供給時に温水が一時的に供給温度よりも低下することがあっても、ヒータで供給温度まで迅速に加熱することが可能であり、したがって、この第２温水タンクから、適温の温水を安定して供給することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の温水供給装置において、第１温水タンクと熱交換器の間を、第１温水タンク内の温水が循環可能な状態で接続する循環温水流路と、第１温水タンク内の温水の温度が、所定の保温温度を下回っているか否かを判定する第１タンク温水温度判定手段と、第１温水タンク内の温水の温度が所定の保温温度を下回ったと判定されたときに、第１温水タンク内の温水の温度を上昇させるために、温水を、第１温水タンクと熱交換器との間で循環温水流路を介して循環させる温水循環手段と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第１温水タンク内の温水の温度が保温温度を下回ったことが、第１タンク温水温度判定手段によって判定されると、温水循環手段により、第１温水タンク内の温水が熱交換器との間で循環温水流路を介して循環される。つまり、熱交換手段の熱交換により温められ、第１温水タンクに貯留された温水は、その温度が低下したときに、熱交換器に循環されることにより、熱交換手段で再度温められ、これにより、第１温水タンク内の温水の温度が上昇し、所定の保温温度に回復する。このように、第１温水タンク内の温水を再加熱するので、第１タンク内の温水の温度を、ほぼ常時、保温温度以上に保つことができる。しかも、その再加熱は、外部から取り込んだ水を最初に熱交換によって温めるのと同じ熱交換手段を利用して行うので、再加熱専用の機器などは不要であり、第１温水タンク内の温水の再加熱を低コストで実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２の温水供給装置において、第２温水タンクは、第１温水タンクよりも高い位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、第２温水タンクが第１温水タンクよりも高い位置に配置されているので、例えば待機時に、第１温水タンクから温水流路を介して温水が漏れても、その漏水は、第１温水タンクよりも上位の第２温水タンクには到達し得ず、すなわち、第２温水タンクに流入することはない。したがって、第２温水タンクが満杯であっても、第１温水タンクからの漏水が第２温水タンクに流入することがないので、第２温水タンク内の温水が溢れてしまうのを確実に防止することができる。そのため、第１温水タンクから第２温水タンクへの温水の搬送では、第２温水タンクに収容可能な限りの多くの温水を搬送でき、これにより、温水の搬送直後には、第２温水タンクを満杯にすることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかの温水供給装置において、熱交換手段は、ヒートポンプで構成され、ヒートポンプの冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、熱交換手段を構成するヒートポンプの冷媒が、二酸化炭素であるので、地球環境に優しい熱交換手段を構成することができる。これは次のような理由からである。すなわち、冷媒としての二酸化炭素は、従来冷媒として使用されているフロンと異なり、オゾン層破壊係数がゼロの自然冷媒であり、しかもその中でも可燃性および毒性が全く無い安全なものである。したがって、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプを、熱交換手段として採用することにより、地球環境に極めて優しい温水供給装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかの温水供給装置において、第１温水タンク内の温水量が、所定の第１タンク上限温水量に到達しているか否かを判定する第１タンク上限温水量判定手段と、第１温水タンク内の温水量が、所定の第１タンク下限温水量を下回っているか否かを判定する第１タンク下限温水量判定手段と、をさらに備え、取水手段は、第１タンク下限温水量判定手段により、第１温水タンク内の温水量が所定の第１タンク下限温水量を下回ったと判定されたときに、取水を開始し、第１タンク上限温水量判定手段により、第１温水タンク内の温水量が所定の第１タンク上限温水量に到達したと判定されたときに、取水を停止することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ると、取水手段による取水が開始され、熱交換器を介して、第１温水タンクに温水が補給される。そして、第１温水タンク内の温水量が第１タンク上限温水量に到達すると、取水手段による取水が停止する。したがって、第１タンク上限温水量および第１タンク下限温水量を適切に設定することにより、第１温水タンク内の温水量を適量に保つことができる。また、第１タンク上限温水量と第１タンク下限温水量との差を大きく設定することにより、１回の補給による補給量を多くすることができる。そうすることにより、取水の開始当初、熱交換が不十分であるために、取水された水を十分に温めることができない場合であっても、取水開始から時間が経過するのに伴って、次第に十分な熱交換がなされ、その結果、第１温水タンクに、高温の温水を確実に補給することができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項５の温水供給装置において、第１タンク下限温水量判定手段は、温水搬送手段の作動時間を積算する作動時間積算手段を有し、この作動時間積算手段によって積算された作動時間の積算値が所定の基準時間を上回ったときに、第１温水タンク内の温水量が所定の第１タンク下限温水量を下回ったと判定することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、作動時間積算手段で温水搬送手段の作動時間を積算し、その演算結果の積算値が所定の基準時間を上回ったときに、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ったと判定する。つまり、温水搬送手段の積算作動時間は、第１温水タンクから第２温水タンクへの温水の搬送量、すなわち第１温水タンク内の温水量の減少量と比例関係にあるため、積算値を基準時間と比較することによって、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ったか否かを、間接的に判定することができる。したがって、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ったか否かを直接検出する格別の機器（例えば水位センサなど）を用いることなく、上記判定を行うことができ、その結果、装置全体のコスト上昇を抑制することができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る飲料供給装置は、飲料供給時に、請求項１ないし６のいずれかの温水供給装置により供給された温水を用いて調理された飲料を供給することを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、上記構成の温水供給装置により、飲料調理に適した温度の温水が安定して供給され、そのような温水を用いて飲料を調理するので、品質良好の飲料を安定して供給することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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は、本発明の一実施形態による温水供給装置を模式的に示しており、図２はその制御ブロック図である。この温水供給装置は、飲料供給装置としてのカップ式自動販売機に適用されたものであり、外部から取り込んだ水（例えば水道水）を温め、所定量の温水を、販売時などの温水供給時に、飲料調理部としてのミキシングボウル、あるいはカップステージにセットされたカップに供給するものである。
【００２３】
図１および図２に示すように、温水供給装置１は、外部からの水を、熱交換により温めるヒートポンプ２（熱交換手段、熱源）と、このヒートポンプ２で温められた温水を貯留する保温用温水タンク３（第１温水タンク）と、この保温用温水タンク３から搬送された温水を貯留するとともに、販売時に所定量の温水をミキシングボウル４に供給する販売用温水タンク５（第２温水タンク）と、上記ヒートポンプ２を含め、温水供給装置１の後述する各種機器を制御する制御装置６とを備えている。なお、以下の説明では、保温用温水タンク３および販売用温水タンク５をそれぞれ単に、「保温タンク３」および「販売タンク５」と称呼する。
【００２４】
ヒートポンプ２は、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒とする蒸気圧縮式のものであり、図３に示すように、コンプレッサ１１、凝縮器１２（熱交換器）、膨張弁１３および蒸発器１４が、冷媒管１５を介して順に接続されることにより、冷媒回路が構成されている。このヒートポンプ２のコンプレッサ１１は、ＣＯ2冷媒を高温高圧の状態に圧縮するものであり、従来のエアコンや冷蔵庫などに用いられる一般的なコンプレッサに比べて、高い作動圧力（例えば９ＭＰａ）が得られるように構成されている。
【００２５】
凝縮器１２は、コンプレッサ１１からの高温高圧のＣＯ2冷媒を冷却することによって、ＣＯ2冷媒を液化するものである。この凝縮器１２には、後述する取水パイプ２１が通っており、凝縮器１２でＣＯ2冷媒を冷却する際の放熱作用により、取水パイプ２１を流れる水が温められる。また、膨張弁１３は、凝縮器１２からのＣＯ2冷媒を膨張させることで、その温度および圧力を低下させるものである。さらに、蒸発器１４は、膨張弁１３からの低温低圧のＣＯ2冷媒を気化するものであり、ファン１４ａを利用して、外気からの吸熱を行うものである。
【００２６】
ここで、ヒートポンプ２による熱交換について簡単に説明する。まず、ＣＯ2冷媒は、蒸発器１４において外気からの吸熱により気化した後、コンプレッサ１１で圧縮されることにより、高温高圧の状態となる。そして、この高温高圧のＣＯ2冷媒が凝縮器１２を通り、その際の放熱作用によって、取水パイプ２１を流れる水との熱交換が行われる。つまり、取水パイプ２１内を流れる水は、凝縮器１２を通過する際に、高温のＣＯ2冷媒との熱交換により、所定温度（例えば９０℃）に温められる。その後、凝縮器１２で液化されたＣＯ2冷媒は、膨張弁１３を介して、低温低圧化され、蒸発器１４に再度流入する。このように、ＣＯ2冷媒を用いたヒートポンプサイクルにより、凝縮器１２を介して、取水パイプ２１内を流れる水が高温に温められる。
【００２７】
なお、本実施形態では省略するが、上記蒸発器１４の吸熱による冷却作用を利用して、冷水や氷を作ることも可能である。この場合には、温水に加えて、冷水および氷の生成に、上記コンプレッサ１１を共用することができ、そうすることにより、自動販売機の製造コストの上昇を抑制することができるとともに、エネルギー効率の高い自動販売機を得ることができる。
【００２８】
図１に示すように、保温タンク３は、外部からの水が取水パイプ２１（温水流路、循環温水流路）を介して供給されるようになっており、所定の容積（例えば１０リットル）を有している。この取水パイプ２１の上流側には、上記制御装置６で開閉制御される取水バルブ２２（取水手段）が設けられており、この取水バルブ２２の開閉に応じて、保温タンク３への給水およびその停止が行われる。上述したように、取水パイプ２１は、ヒートポンプ２の凝縮器１２内を通っており、これにより、取水パイプ２１を流れる水が温められ、その温水が保温タンク３に貯留される。
【００２９】
また、保温タンク３には、フロート２３と、上下２つのフロートスイッチ、すなわち上限フロートスイッチ２４ａ（第１タンク上限温水量判定手段）および下限フロートスイッチ２４ｂ（第１タンク下限温水量判定手段）とを有する温水量調整機構２５が設けられており、保温タンク３内の温水量が所定範囲内に保たれるようになっている。フロート２３は、保温タンク３内の温水に常時浮いており、その温水量に応じたフロート２３の昇降により、両フロートスイッチ２４ａ、２４ｂがそれぞれＯＮ／ＯＦＦされ、これにより、保温タンク３への温水の供給およびその停止が行われる。
【００３０】
具体的には、保温タンク３内の温水量が所定の下限温水量（第１タンク下限温水量、図１の保温タンク３内の２点鎖線の水位参照）を下回り、そのことが、下限フロートスイッチ２４ｂがＯＮされることによって判定されると、取水バルブ２２が開弁されるとともに、ヒートポンプ２の作動による凝縮器１２での熱交換が行われる。これにより、外部からの水は、温められながら保温タンク３に供給される。そして、保温タンク３内の温水量が増加し、所定の上限温水量（第１タンク上限温水量、図１の保温タンク３内の実線の水位参照）に到達したことが、上限フロートスイッチ２４ａがＯＮされることによって判定されると、取水バルブ２２が閉弁される。これにより、保温タンク３への温水の供給が停止する。なお、両フロートスイッチ２４ａ、２４ｂがそれぞれ、ＯＮからＯＦＦに切り替わっても、保温タンク３への温水の供給およびその停止に、何ら影響を及ぼすものではない。
【００３１】
さらに、保温タンク３には、貯留した温水の温度を検出する温度センサ２６（第１タンク温水温度判定手段）が設けられるとともに、保温タンク３内の温水温度が低下したときに、その温水をヒートポンプ２の凝縮器１２に導くための循環パイプ２７（循環温水流路）が接続されている。この循環パイプ２７は、一端部が保温タンク３の底部に接続され、他端部が取水パイプ２１の取水バルブ２２と凝縮器１２との間に接続されている。また、循環パイプ２７の途中には、上記制御装置６で開閉制御される温水循環バルブ２８（温水循環手段）が設けられており、この温水循環バルブ２８の開閉に応じて、保温タンク３から凝縮器１２、そして保温タンク３への温水の循環が行われる。
【００３２】
具体的には、温度センサ２６で検出された保温タンク３内の温水温度が、所定の下限温度（保温温度、例えば６０℃）を下回ったときに、温水循環バルブ２８が開弁される。これにより、保温タンク３内の温水は、循環パイプ２７および取水パイプ２１を介して、ヒートポンプ２の凝縮器１２との間で循環する。そして、この循環により、保温タンク３内の温水が凝縮器１２で温められ、その温度が所定の上限温度（例えば９０℃）になったことが、温度センサ２６で検出されたときに、温水循環バルブ２８が閉弁される。これにより、上記温水の循環が停止する。このように、保温タンク３内の温水を循環させながら再加熱することにより、その温水は、ほぼ常時、所定の上限温度と下限温度の間の高い温度（例えば６０〜９０℃）に保温される。なお、循環パイプ２７および取水パイプ２１による上記温水循環回路では、凝縮器１２の加熱による温水の対流を利用することによって、温水循環バルブ２８の開弁だけで、温水が循環するようになっている。
【００３３】
なお、符号２９は、オーバーフロー防止用パイプであり、保温タンク３内の温水量が上限温水量を越えた場合であっても、その越えた分の温水がオーバーフロー防止用パイプ２９に導かれることによって、保温タンク３からの温水のオーバーフローが防止される。
【００３４】
一方、販売タンク５は、保温タンク３よりも高い位置に配置されており、一端部が保温タンク３の底部に接続された搬送パイプ３１（温水流路）を介して、保温タンク３内の温水が供給される。この搬送パイプ３１の途中には、温水ポンプ３２（温水搬送手段）が設けられており、この温水ポンプ３２により、保温タンク３内の温水が所定の圧力で販売タンク５に送り出され、販売タンク５に貯留される。
【００３５】
販売タンク５は、上記保温タンク３よりも少ない所定の容積（例えば２リットル）を有しており、販売時に、給湯バルブ３３および給湯パイプ３３ａを介して、所定量の温水をミキシングボウル４に供給する。具体的には、給湯バルブ３３が所定時間（例えば数秒）開弁し、これにより、販売タンク５から、飲料調理に要する１杯分の温水が給湯パイプ３３ａを介してミキシングボウル４に供給される。なお、ミキシングボウル４に供給された温水は、所定の原料（例えばコーヒー粉末など）とともに攪拌されることによって調理され、その調理された飲料は、飲料パイプ４ａを介してカップＣに供給される。
【００３６】
また、この販売タンク５には、貯留した温水の温度を検出する温度センサ３４、および販売タンク５内の温水を加熱する電気ヒータ３５（ヒータ）が設けられている。これらの温度センサ３４および電気ヒータ３５により、販売タンク５内の温水が、飲料調理に適した所定範囲の供給温度（例えば９５〜９８℃）に保たれるようになっている。具体的には例えば、温水の温度が９５℃を下回ったときに、電気ヒータ３５に通電することで、温水を加熱し、その温度が９８℃になったときに、電気ヒータ３５への通電を停止する。これにより、販売タンク５内の温水は、ほぼ常時、９５〜９８℃に保たれる。
【００３７】
さらに、販売タンク５には、上記保温タンク３の温水量調整機構２５とほぼ同様のフロート３６およびフロートスイッチ３７（第２タンク下限温水量判定手段）を有する温水量調整機構３８が設けられており、販売タンク５内の温水量が所定範囲内に保たれるようになっている。この温水量調整機構３８では、販売タンク５内の温水量が所定の下限温水量（第２タンク下限温水量）を下回り、そのことが、フロートスイッチ３７がＯＦＦされることによって判定されると、温水ポンプ３２が作動する。これにより、保温タンク３内の温水が搬送パイプ３１を介して搬送され、販売タンク５に供給される。そして、販売タンク５内の温水量が増加し、所定の上限温水量に到達したことが、フロートスイッチ３７がＯＮされることによって判定されると、温水ポンプ３２が停止する。これに伴い、保温タンク３から販売タンク５への温水の供給も停止する。
【００３８】
次に、上記のように構成された温水供給装置１を備えたカップ式自動販売機において、▲１▼販売開始前における両温水タンク３、５への給水動作、▲２▼販売時における両温水タンク３、５への温水補給動作、および▲３▼販売待機時における保温タンク３内の温水再加熱動作を、以下に順に説明する。
【００３９】
▲１▼販売開始前の給水動作
この給水動作は、上記カップ式自動販売機を新規に設置する場合など、いずれも空っぽの保温タンク３および販売タンク５に、最初に給水する場合の動作である。この給水動作ではまず、取水バルブ２２が開弁されるとともに、ヒートポンプ２および温水ポンプ３２が作動する。そうすると、取水バルブ２２を介して、取水パイプ２１に流入した水は、ヒートポンプ２の凝縮器１２によって高温の温水となり、保温タンク３に徐々に貯留されてゆく。またこれと同時に、保温タンク３内に一旦貯留された高温の温水は、温水ポンプ３２により、搬送パイプ３１を介して搬送され、販売タンク５に徐々に貯留されてゆく。そして、販売タンク５内の温水量が、ほぼ満杯の上限温水量に到達すると、温水ポンプ３２が停止し、これにより、販売タンク５への温水の供給が停止する。その後、保温タンク３内の温水量も、ほぼ満杯の上限温水量に到達すると、取水バルブ２２が閉弁される。
【００４０】
このように、保温タンク３および販売タンク５にはそれぞれ、高温（ほぼ９０℃）の温水がほぼ満杯の状態で貯留される。また、販売タンク５に貯留された温水は、電気ヒータ３５により、飲料調理に適した温度（例えば９５〜９８℃）まで加熱され、その温度に保たれる。
【００４１】
▲２▼販売時の温水補給動作
この温水補給動作は、販売時に、販売タンク５から所定量の温水がミキシングボウル４に供給されたときに、保温タンク３から販売タンク５に温水を補給する場合の動作（販売タンクの温水補給動作）、およびこの補給の際に、保温タンク３内の温水量が所定の下限温水量を下回ったときに、外部からの給水により、保温タンク３に温水を補給する場合の動作（保温タンクの温水補給動作）である。
【００４２】
販売タンク５の温水補給動作ではまず、ほぼ満杯の販売タンク５から、飲料調理に要する１杯分の温水が、給湯バルブ３３および給湯パイプ３３ａを介してミキシングボウル４に供給され（給湯）、この温水供給により、販売タンク５内の温水量が下限温水量を下回ると、温水ポンプ３２が作動し、保温タンク３から販売タンク５への温水補給が開始される。そして、販売タンク５内の温水量がほぼ満杯の上限温水量に到達すると、温水ポンプ３２が停止し、販売タンク５への温水補給が終了する。このように、販売タンク５では、１杯分の温水供給後、高温の温水が直ちに補給され、したがって、販売タンク５内の温水を、ほぼ常時、満杯でかつ高温に保つことができる。
【００４３】
一方、保温タンク３の温水補給動作では、前述のように、販売時の販売タンク５への温水補給により、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ると、取水バルブ２２が開弁されるとともに、ヒートポンプ２の作動による凝縮器１２での熱交換が行われる。これにより、外部からの水が温められながら、保温タンク３に補給される。そして、保温タンク３内の温水量がほぼ満杯の上限温水量に到達すると、取水バルブ２２が閉弁され、保温タンク３への温水補給が終了する。このように、保温タンク３では、上限温水量および下限温水量を適切に設定することにより、保温タンク３内の温水量を、上限および下限温水量間で適切に保つことができる。
【００４４】
また、この保温タンク３の下限温水量については、上限温水量との差が大きくなるよう、少量に設定されており、これにより、保温タンク３への１回の補給による補給量が多くなっている。このため、取水の開始当初、熱交換が不十分であるために、外部から取水した水を十分に温めることができない場合であっても、取水開始から時間が経過するのに伴って、次第に十分な熱交換がなされ、その結果、保温タンク３に、高温の温水を確実に補給することができる。
【００４５】
▲３▼販売待機時の温水再加熱動作
この温水再加熱動作は、販売待機時に、保温タンク３内の温水の温度が、所定の下限温度を下回ったときに、その温水を凝縮器１２との間で循環させながら再加熱する場合の動作である。この温水再加熱動作ではまず、保温タンク３内の温水温度が、下限温度（例えば６０℃）を下回ると、温水循環バルブ２８が開弁される。そうすると、保温タンク３内の温水は、循環パイプ２７および取水パイプ２１を順に流れ、ヒートポンプ２の凝縮器１２との間で循環する。そして、この循環により、保温タンク３内の温水が凝縮器１２で温められ、その温度が上限温度（例えば９０℃）まで上昇すると、温水循環バルブ２８が閉弁され、温水の再加熱が終了する。
【００４６】
このように、保温タンク３では、貯留した温水の温度が低下すると、ヒートポンプ２を利用して再加熱され、これにより、その温水を、ほぼ常時、高い温度（例えば６０〜９０℃）に保温することができる。
【００４７】
以上詳述したように、本実施形態の温水供給装置１によれば、販売タンク５内の温水を電気ヒータ３５で加熱する前に、一般に電気ヒータ３５よりもエネルギー効率の高いヒートポンプ２による熱交換によって、外部からの給水を予備加熱するので、給水を電気ヒータあるいはヒートポンプのみで所定の供給温度まで加熱する従来の温水供給装置に比べて、給水の温度を効率よく高め、温水を効率よく生成することができる。また、販売タンク５内には、ほぼ常時、満杯の温水が貯留されることに加えて、保温タンク３からの温水補給時に温水が一時的に供給温度よりも低下することがあっても、電気ヒータ３５で所定の供給温度まで迅速に加熱することが可能であり、したがって、この販売タンク５から、適温の温水を安定して供給することができる。
【００４８】
また、保温タンク３内の温水の温度が低下したときに、その温水をヒートポンプ２の凝縮器１２との間で循環させることによって、再加熱するので、保温タンク３内の温水を、ほぼ常時、所定の保温温度以上に保つことができる。しかも、その再加熱は、外部からの水を最初に温めたのと同じヒートポンプ２を利用して行うので、再加熱専用の機器などは不要であり、保温タンク３内の温水の再加熱を低コストで実現することができる。
【００４９】
さらに、販売タンク５が保温タンク３よりも高い位置に配置されているので、例えば販売待機時に、保温タンク３から搬送パイプ３１を介して温水が漏れても、その漏水が販売タンク５に流入することはない。したがって、販売待機時に、販売タンク５が満杯であっても、販売タンク５から温水が漏れるのを確実に防止することができる。さらにまた、販売待機時には、販売タンク５が、常時、満杯であるので、販売タンク５からの所定量ごとの連続給湯が可能であり、温水をより一層安定して供給することができる。また、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ２を、給水の熱交換に採用しているので、地球環境に極めて優しい温水供給装置を実現することができる。
【００５０】
また、本実施形態のカップ式自動販売機によれば、上記の温水供給装置１により、飲料調理に適した温度の温水が安定して供給され、そのような温水を用いて飲料を調理するので、品質良好の飲料を安定して供給することができる。
【００５１】
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。例えば、実施形態では、温水供給装置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、飲料ディスペンサなどの飲料供給装置にも適用することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ったか否かを判定するために、フロート２３および下限フロートスイッチ２４ｂを用いているが、これらに代えて、温水ポンプ３２の作動時間を、作動時間積算手段としての制御装置６で積算し、その演算結果の積算値を所定の基準時間と比較することによって、上記判定を行うようにしてもよい。具体的には、積算値が基準時間を上回ったときに、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ったと判定する。この場合には、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ったか否かを直接判定する機器を用いることなく、上記判定を行うことができる。したがって、本実施形態の温水供給装置１では、上記下限フロートスイッチ２４ｂを省略できるとともに、フロート２３を全体にコンパクトに構成することができる。
【００５３】
また、実施形態で示した温水供給装置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。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の温水供給装置は、温水を効率よく生成できるとともに、適温の温水を安定して供給することができるなどの効果を有する。また、本発明の飲料供給装置は、上記温水供給装置によって供給された温水を用いて、飲料を調理するので、品質良好の飲料を安定して供給することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による温水供給装置を模式的に示し、ヒートポンプの一部を省略した図である。
【図２】温水供給装置の制御ブロック図である。
【図３】ヒートポンプを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 温水供給装置
２ ヒートポンプ（熱交換手段）
３ 保温タンク（第１温水タンク）
５ 販売タンク（第２温水タンク）
６ 制御装置
１２ 凝縮器（熱交換器）
２１ 取水パイプ（温水流路、循環温水流路）
２２ 取水バルブ（取水手段）
２３ 保温タンクのフロート
２４ａ 上限フロートスイッチ（第１タンク上限温水量判定手段）
２４ｂ 下限フロートスイッチ（第１タンク下限温水量判定手段）
２５ 保温タンクの温水量調整機構
２６ 保温タンクの温度センサ（第１タンク温水温度判定手段）
２７ 循環パイプ（循環温水流路）
２８ 温水循環バルブ（温水循環手段）
３１ 搬送パイプ（温水流路）
３２ 温水ポンプ（温水搬送手段）
３４ 販売タンクの温度センサ
３５ 電気ヒータ（ヒータ）
３６ 販売タンクのフロート
３７ 販売タンクのフロートスイッチ（第２タンク下限温水量判定手段）
３８ 販売タンクの温水量調整機構
Ｃ カップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカップ式自動販売機や飲料ディスペンサなどの飲料供給装置に適用される温水供給装置、およびこれを用いた飲料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カップ式自動販売機に適用される温水供給装置は、自動販売機の外部から供給された水道水を貯留するとともに、販売時に、所定量の温水を、所定のホースを介して飲料調理部やカップに供給する温水タンクと、この温水タンクに貯留された水（以下、単に「貯留水」という）を加熱する電気ヒータとを備えている。温水タンクには、通常、フロートおよびその昇降によってＯＮ／ＯＦＦされるフロートスイッチを有する水量調整機構が設けられており、貯留水の量が所定範囲内に保たれるようになっている。また、温水タンクには、貯留水の温度を検出する温度センサが設けられており、その検出結果に応じ、電気ヒータに通電することにより、貯留水の温度を飲料調理に適した所定範囲内（例えば９５〜９８℃）に保つようにしている。
【０００３】
このような温水供給装置を備えたカップ式自動販売機では、温水タンクへの給水および貯留水の加熱が次のようにして行われる。すなわち、カップ飲料の販売時に、温水タンクから所定量の温水が飲料調理部やカップに供給され、貯留水が所定の下限水量を下回ると、水道水が温水タンクに供給される。そして、貯留水が所定の上限水量に到達したときに、温水タンクへの給水が停止する。また、この給水の際に、あるいは販売待機時に、貯留水の温度が所定の下限水温を下回ると、電気ヒータにより貯留水が加熱される。そして、貯留水の温度が所定の上限水温に到達したときに、貯留水の加熱が停止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の温水供給装置では、温水タンク内に供給された水道水を電気ヒータで加熱するため、その貯留水を飲料調理に適した温度まで加熱することは十分可能である。しかし、電気ヒータによる加熱では、エネルギー損失が大きいため、加熱効率が低く、そのため、貯留水を適温まで加熱するために、大きな電力が必要となる。また、電気ヒータに代えて、一般に電気ヒータよりも加熱効率が高いヒートポンプを、温水供給の熱源として利用することが考えられる。しかし、ヒートポンプは一般に、運転当初の加熱効率が低いため、運転開始直後に高温の温水を供給することが困難である。
【０００５】
また、飲料販売が連続して行われる場合に、その途中で貯留水が下限水量を下回り、温水タンクに低温の水道水が供給されると、貯留水が適温よりも低下することによって、ぬるい飲料を販売してしまうおそれがある。もちろん、貯留水が適温よりも低い場合には、温水タンクから送り出された温水を再加熱して供給したり、貯留水が適温になるまで販売を中止したりすることは可能である。しかし、温水タンクから送り出された温水を再加熱するためには、再加熱用の機器が必要となり、その分、装置全体としてコスト高になってしまう。また、販売を中止した場合には、その間、販売機会を損失してしまうという問題もある。
【０００６】
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、温水を効率よく生成できるとともに、適温の温水を安定して供給することができる温水供給装置およびこれを用いた飲料供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る温水供給装置は、水を温め、この温められた温水を供給する温水供給装置であって、外部から水を取り込む取水手段と、温水を貯留するための第１温水タンクと、この第１温水タンクに温水流路を介して接続され、第１温水タンクから温水流路を介して搬送された温水を貯留するとともに、温水供給時に、所定量の温水を供給する第２温水タンクと、取水手段と第１温水タンクの間に設けられ、第２温水タンクに貯留された温水以外を熱源とする熱交換器を有し、取水手段により取り込まれた水を、熱交換器を通る際に、熱源との熱交換により所定の保温温度以上の温水に温めた後、第１温水タンクに供給する熱交換手段と、第２温水タンクに設けられ、第２温水タンク内の温水を、所定の保温温度よりも高い所定の供給温度に保持するように加熱するヒータと、第２温水タンク内の温水量が、所定の第２タンク下限温水量を下回っているか否かを判定する第２タンク下限温水量判定手段と、第２温水タンク内の温水量が所定の第２タンク下限温水量を下回ったと判定されたときに、第１温水タンク内の温水を第２温水タンクに搬送する温水搬送手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、取水手段により外部から取り込まれた水が、熱交換手段の熱交換器を通る際に、第２温水タンクに貯留された温水以外の熱源と熱交換されることにより、所定の保温温度以上の温水となり、その後、この温水が第１温水タンクに貯留される。そして、この第１温水タンク内の温水が、温水流路を介して搬送され、第２温水タンクに貯留される。この第２温水タンク内の温水は、ヒータで加熱されることにより、上記保温温度よりも高く、温水供給に適した所定の供給温度に保持される。そして、温水供給時に、第２温水タンクから所定量の温水が供給される。このように、第２温水タンク内の温水をヒータで加熱する前に、一般にヒータよりもエネルギー効率の高い熱交換器による熱交換によって、水を予備加熱するので、外部から取り込んだ水をヒータあるいはヒートポンプのみで供給温度まで加熱する従来の温水供給装置に比べて、水の温度を効率よく高め、温水を効率よく生成することができる。
【０００９】
また、第２温水タンクから温水が供給されるのに伴い、第２温水タンク内の温水量が次第に減少し、第２タンク下限温水量を下回ったことが、第２タンク下限温水量判定手段で判定されると、温水搬送手段により、第１温水タンク内の温水が第２温水タンクに搬送される。つまり、保温温度以上の温水が第２温水タンクに供給される。これにより、第２温水タンク内には、ほぼ常時、第２タンク下限温水量以上の温水が貯留されることに加えて、第１温水タンクからの温水供給時に温水が一時的に供給温度よりも低下することがあっても、ヒータで供給温度まで迅速に加熱することが可能であり、したがって、この第２温水タンクから、適温の温水を安定して供給することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の温水供給装置において、第１温水タンクと熱交換器の間を、第１温水タンク内の温水が循環可能な状態で接続する循環温水流路と、第１温水タンク内の温水の温度が、所定の保温温度を下回っているか否かを判定する第１タンク温水温度判定手段と、第１温水タンク内の温水の温度が所定の保温温度を下回ったと判定されたときに、第１温水タンク内の温水の温度を上昇させるために、温水を、第１温水タンクと熱交換器との間で循環温水流路を介して循環させる温水循環手段と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第１温水タンク内の温水の温度が保温温度を下回ったことが、第１タンク温水温度判定手段によって判定されると、温水循環手段により、第１温水タンク内の温水が熱交換器との間で循環温水流路を介して循環される。つまり、熱交換手段の熱交換により温められ、第１温水タンクに貯留された温水は、その温度が低下したときに、熱交換器に循環されることにより、熱交換手段で再度温められ、これにより、第１温水タンク内の温水の温度が上昇し、所定の保温温度に回復する。このように、第１温水タンク内の温水を再加熱するので、第１タンク内の温水の温度を、ほぼ常時、保温温度以上に保つことができる。しかも、その再加熱は、外部から取り込んだ水を最初に熱交換によって温めるのと同じ熱交換手段を利用して行うので、再加熱専用の機器などは不要であり、第１温水タンク内の温水の再加熱を低コストで実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２の温水供給装置において、第２温水タンクは、第１温水タンクよりも高い位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、第２温水タンクが第１温水タンクよりも高い位置に配置されているので、例えば待機時に、第１温水タンクから温水流路を介して温水が漏れても、その漏水は、第１温水タンクよりも上位の第２温水タンクには到達し得ず、すなわち、第２温水タンクに流入することはない。したがって、第２温水タンクが満杯であっても、第１温水タンクからの漏水が第２温水タンクに流入することがないので、第２温水タンク内の温水が溢れてしまうのを確実に防止することができる。そのため、第１温水タンクから第２温水タンクへの温水の搬送では、第２温水タンクに収容可能な限りの多くの温水を搬送でき、これにより、温水の搬送直後には、第２温水タンクを満杯にすることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかの温水供給装置において、熱交換手段は、ヒートポンプで構成され、ヒートポンプの冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、熱交換手段を構成するヒートポンプの冷媒が、二酸化炭素であるので、地球環境に優しい熱交換手段を構成することができる。これは次のような理由からである。すなわち、冷媒としての二酸化炭素は、従来冷媒として使用されているフロンと異なり、オゾン層破壊係数がゼロの自然冷媒であり、しかもその中でも可燃性および毒性が全く無い安全なものである。したがって、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプを、熱交換手段として採用することにより、地球環境に極めて優しい温水供給装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかの温水供給装置において、第１温水タンク内の温水量が、所定の第１タンク上限温水量に到達しているか否かを判定する第１タンク上限温水量判定手段と、第１温水タンク内の温水量が、所定の第１タンク下限温水量を下回っているか否かを判定する第１タンク下限温水量判定手段と、をさらに備え、取水手段は、第１タンク下限温水量判定手段により、第１温水タンク内の温水量が所定の第１タンク下限温水量を下回ったと判定されたときに、取水を開始し、第１タンク上限温水量判定手段により、第１温水タンク内の温水量が所定の第１タンク上限温水量に到達したと判定されたときに、取水を停止することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ると、取水手段による取水が開始され、熱交換器を介して、第１温水タンクに温水が補給される。そして、第１温水タンク内の温水量が第１タンク上限温水量に到達すると、取水手段による取水が停止する。したがって、第１タンク上限温水量および第１タンク下限温水量を適切に設定することにより、第１温水タンク内の温水量を適量に保つことができる。また、第１タンク上限温水量と第１タンク下限温水量との差を大きく設定することにより、１回の補給による補給量を多くすることができる。そうすることにより、取水の開始当初、熱交換が不十分であるために、取水された水を十分に温めることができない場合であっても、取水開始から時間が経過するのに伴って、次第に十分な熱交換がなされ、その結果、第１温水タンクに、高温の温水を確実に補給することができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項５の温水供給装置において、第１タンク下限温水量判定手段は、温水搬送手段の作動時間を積算する作動時間積算手段を有し、この作動時間積算手段によって積算された作動時間の積算値が所定の基準時間を上回ったときに、第１温水タンク内の温水量が所定の第１タンク下限温水量を下回ったと判定することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、作動時間積算手段で温水搬送手段の作動時間を積算し、その演算結果の積算値が所定の基準時間を上回ったときに、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ったと判定する。つまり、温水搬送手段の積算作動時間は、第１温水タンクから第２温水タンクへの温水の搬送量、すなわち第１温水タンク内の温水量の減少量と比例関係にあるため、積算値を基準時間と比較することによって、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ったか否かを、間接的に判定することができる。したがって、第１温水タンク内の温水量が第１タンク下限温水量を下回ったか否かを直接検出する格別の機器（例えば水位センサなど）を用いることなく、上記判定を行うことができ、その結果、装置全体のコスト上昇を抑制することができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る飲料供給装置は、飲料供給時に、請求項１ないし６のいずれかの温水供給装置により供給された温水を用いて調理された飲料を供給することを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、上記構成の温水供給装置により、飲料調理に適した温度の温水が安定して供給され、そのような温水を用いて飲料を調理するので、品質良好の飲料を安定して供給することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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は、本発明の一実施形態による温水供給装置を模式的に示しており、図２はその制御ブロック図である。この温水供給装置は、飲料供給装置としてのカップ式自動販売機に適用されたものであり、外部から取り込んだ水（例えば水道水）を温め、所定量の温水を、販売時などの温水供給時に、飲料調理部としてのミキシングボウル、あるいはカップステージにセットされたカップに供給するものである。
【００２３】
図１および図２に示すように、温水供給装置１は、外部からの水を、熱交換により温めるヒートポンプ２（熱交換手段、熱源）と、このヒートポンプ２で温められた温水を貯留する保温用温水タンク３（第１温水タンク）と、この保温用温水タンク３から搬送された温水を貯留するとともに、販売時に所定量の温水をミキシングボウル４に供給する販売用温水タンク５（第２温水タンク）と、上記ヒートポンプ２を含め、温水供給装置１の後述する各種機器を制御する制御装置６とを備えている。なお、以下の説明では、保温用温水タンク３および販売用温水タンク５をそれぞれ単に、「保温タンク３」および「販売タンク５」と称呼する。
【００２４】
ヒートポンプ２は、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒とする蒸気圧縮式のものであり、図３に示すように、コンプレッサ１１、凝縮器１２（熱交換器）、膨張弁１３および蒸発器１４が、冷媒管１５を介して順に接続されることにより、冷媒回路が構成されている。このヒートポンプ２のコンプレッサ１１は、ＣＯ2冷媒を高温高圧の状態に圧縮するものであり、従来のエアコンや冷蔵庫などに用いられる一般的なコンプレッサに比べて、高い作動圧力（例えば９ＭＰａ）が得られるように構成されている。
【００２５】
凝縮器１２は、コンプレッサ１１からの高温高圧のＣＯ2冷媒を冷却することによって、ＣＯ2冷媒を液化するものである。この凝縮器１２には、後述する取水パイプ２１が通っており、凝縮器１２でＣＯ2冷媒を冷却する際の放熱作用により、取水パイプ２１を流れる水が温められる。また、膨張弁１３は、凝縮器１２からのＣＯ2冷媒を膨張させることで、その温度および圧力を低下させるものである。さらに、蒸発器１４は、膨張弁１３からの低温低圧のＣＯ2冷媒を気化するものであり、ファン１４ａを利用して、外気からの吸熱を行うものである。
【００２６】
ここで、ヒートポンプ２による熱交換について簡単に説明する。まず、ＣＯ2冷媒は、蒸発器１４において外気からの吸熱により気化した後、コンプレッサ１１で圧縮されることにより、高温高圧の状態となる。そして、この高温高圧のＣＯ2冷媒が凝縮器１２を通り、その際の放熱作用によって、取水パイプ２１を流れる水との熱交換が行われる。つまり、取水パイプ２１内を流れる水は、凝縮器１２を通過する際に、高温のＣＯ2冷媒との熱交換により、所定温度（例えば９０℃）に温められる。その後、凝縮器１２で液化されたＣＯ2冷媒は、膨張弁１３を介して、低温低圧化され、蒸発器１４に再度流入する。このように、ＣＯ2冷媒を用いたヒートポンプサイクルにより、凝縮器１２を介して、取水パイプ２１内を流れる水が高温に温められる。
【００２７】
なお、本実施形態では省略するが、上記蒸発器１４の吸熱による冷却作用を利用して、冷水や氷を作ることも可能である。この場合には、温水に加えて、冷水および氷の生成に、上記コンプレッサ１１を共用することができ、そうすることにより、自動販売機の製造コストの上昇を抑制することができるとともに、エネルギー効率の高い自動販売機を得ることができる。
【００２８】
図１に示すように、保温タンク３は、外部からの水が取水パイプ２１（温水流路、循環温水流路）を介して供給されるようになっており、所定の容積（例えば１０リットル）を有している。この取水パイプ２１の上流側には、上記制御装置６で開閉制御される取水バルブ２２（取水手段）が設けられており、この取水バルブ２２の開閉に応じて、保温タンク３への給水およびその停止が行われる。上述したように、取水パイプ２１は、ヒートポンプ２の凝縮器１２内を通っており、これにより、取水パイプ２１を流れる水が温められ、その温水が保温タンク３に貯留される。
【００２９】
また、保温タンク３には、フロート２３と、上下２つのフロートスイッチ、すなわち上限フロートスイッチ２４ａ（第１タンク上限温水量判定手段）および下限フロートスイッチ２４ｂ（第１タンク下限温水量判定手段）とを有する温水量調整機構２５が設けられており、保温タンク３内の温水量が所定範囲内に保たれるようになっている。フロート２３は、保温タンク３内の温水に常時浮いており、その温水量に応じたフロート２３の昇降により、両フロートスイッチ２４ａ、２４ｂがそれぞれＯＮ／ＯＦＦされ、これにより、保温タンク３への温水の供給およびその停止が行われる。
【００３０】
具体的には、保温タンク３内の温水量が所定の下限温水量（第１タンク下限温水量、図１の保温タンク３内の２点鎖線の水位参照）を下回り、そのことが、下限フロートスイッチ２４ｂがＯＮされることによって判定されると、取水バルブ２２が開弁されるとともに、ヒートポンプ２の作動による凝縮器１２での熱交換が行われる。これにより、外部からの水は、温められながら保温タンク３に供給される。そして、保温タンク３内の温水量が増加し、所定の上限温水量（第１タンク上限温水量、図１の保温タンク３内の実線の水位参照）に到達したことが、上限フロートスイッチ２４ａがＯＮされることによって判定されると、取水バルブ２２が閉弁される。これにより、保温タンク３への温水の供給が停止する。なお、両フロートスイッチ２４ａ、２４ｂがそれぞれ、ＯＮからＯＦＦに切り替わっても、保温タンク３への温水の供給およびその停止に、何ら影響を及ぼすものではない。
【００３１】
さらに、保温タンク３には、貯留した温水の温度を検出する温度センサ２６（第１タンク温水温度判定手段）が設けられるとともに、保温タンク３内の温水温度が低下したときに、その温水をヒートポンプ２の凝縮器１２に導くための循環パイプ２７（循環温水流路）が接続されている。この循環パイプ２７は、一端部が保温タンク３の底部に接続され、他端部が取水パイプ２１の取水バルブ２２と凝縮器１２との間に接続されている。また、循環パイプ２７の途中には、上記制御装置６で開閉制御される温水循環バルブ２８（温水循環手段）が設けられており、この温水循環バルブ２８の開閉に応じて、保温タンク３から凝縮器１２、そして保温タンク３への温水の循環が行われる。
【００３２】
具体的には、温度センサ２６で検出された保温タンク３内の温水温度が、所定の下限温度（保温温度、例えば６０℃）を下回ったときに、温水循環バルブ２８が開弁される。これにより、保温タンク３内の温水は、循環パイプ２７および取水パイプ２１を介して、ヒートポンプ２の凝縮器１２との間で循環する。そして、この循環により、保温タンク３内の温水が凝縮器１２で温められ、その温度が所定の上限温度（例えば９０℃）になったことが、温度センサ２６で検出されたときに、温水循環バルブ２８が閉弁される。これにより、上記温水の循環が停止する。このように、保温タンク３内の温水を循環させながら再加熱することにより、その温水は、ほぼ常時、所定の上限温度と下限温度の間の高い温度（例えば６０〜９０℃）に保温される。なお、循環パイプ２７および取水パイプ２１による上記温水循環回路では、凝縮器１２の加熱による温水の対流を利用することによって、温水循環バルブ２８の開弁だけで、温水が循環するようになっている。
【００３３】
なお、符号２９は、オーバーフロー防止用パイプであり、保温タンク３内の温水量が上限温水量を越えた場合であっても、その越えた分の温水がオーバーフロー防止用パイプ２９に導かれることによって、保温タンク３からの温水のオーバーフローが防止される。
【００３４】
一方、販売タンク５は、保温タンク３よりも高い位置に配置されており、一端部が保温タンク３の底部に接続された搬送パイプ３１（温水流路）を介して、保温タンク３内の温水が供給される。この搬送パイプ３１の途中には、温水ポンプ３２（温水搬送手段）が設けられており、この温水ポンプ３２により、保温タンク３内の温水が所定の圧力で販売タンク５に送り出され、販売タンク５に貯留される。
【００３５】
販売タンク５は、上記保温タンク３よりも少ない所定の容積（例えば２リットル）を有しており、販売時に、給湯バルブ３３および給湯パイプ３３ａを介して、所定量の温水をミキシングボウル４に供給する。具体的には、給湯バルブ３３が所定時間（例えば数秒）開弁し、これにより、販売タンク５から、飲料調理に要する１杯分の温水が給湯パイプ３３ａを介してミキシングボウル４に供給される。なお、ミキシングボウル４に供給された温水は、所定の原料（例えばコーヒー粉末など）とともに攪拌されることによって調理され、その調理された飲料は、飲料パイプ４ａを介してカップＣに供給される。
【００３６】
また、この販売タンク５には、貯留した温水の温度を検出する温度センサ３４、および販売タンク５内の温水を加熱する電気ヒータ３５（ヒータ）が設けられている。これらの温度センサ３４および電気ヒータ３５により、販売タンク５内の温水が、飲料調理に適した所定範囲の供給温度（例えば９５〜９８℃）に保たれるようになっている。具体的には例えば、温水の温度が９５℃を下回ったときに、電気ヒータ３５に通電することで、温水を加熱し、その温度が９８℃になったときに、電気ヒータ３５への通電を停止する。これにより、販売タンク５内の温水は、ほぼ常時、９５〜９８℃に保たれる。
【００３７】
さらに、販売タンク５には、上記保温タンク３の温水量調整機構２５とほぼ同様のフロート３６およびフロートスイッチ３７（第２タンク下限温水量判定手段）を有する温水量調整機構３８が設けられており、販売タンク５内の温水量が所定範囲内に保たれるようになっている。この温水量調整機構３８では、販売タンク５内の温水量が所定の下限温水量（第２タンク下限温水量）を下回り、そのことが、フロートスイッチ３７がＯＦＦされることによって判定されると、温水ポンプ３２が作動する。これにより、保温タンク３内の温水が搬送パイプ３１を介して搬送され、販売タンク５に供給される。そして、販売タンク５内の温水量が増加し、所定の上限温水量に到達したことが、フロートスイッチ３７がＯＮされることによって判定されると、温水ポンプ３２が停止する。これに伴い、保温タンク３から販売タンク５への温水の供給も停止する。
【００３８】
次に、上記のように構成された温水供給装置１を備えたカップ式自動販売機において、▲１▼販売開始前における両温水タンク３、５への給水動作、▲２▼販売時における両温水タンク３、５への温水補給動作、および▲３▼販売待機時における保温タンク３内の温水再加熱動作を、以下に順に説明する。
【００３９】
▲１▼販売開始前の給水動作
この給水動作は、上記カップ式自動販売機を新規に設置する場合など、いずれも空っぽの保温タンク３および販売タンク５に、最初に給水する場合の動作である。この給水動作ではまず、取水バルブ２２が開弁されるとともに、ヒートポンプ２および温水ポンプ３２が作動する。そうすると、取水バルブ２２を介して、取水パイプ２１に流入した水は、ヒートポンプ２の凝縮器１２によって高温の温水となり、保温タンク３に徐々に貯留されてゆく。またこれと同時に、保温タンク３内に一旦貯留された高温の温水は、温水ポンプ３２により、搬送パイプ３１を介して搬送され、販売タンク５に徐々に貯留されてゆく。そして、販売タンク５内の温水量が、ほぼ満杯の上限温水量に到達すると、温水ポンプ３２が停止し、これにより、販売タンク５への温水の供給が停止する。その後、保温タンク３内の温水量も、ほぼ満杯の上限温水量に到達すると、取水バルブ２２が閉弁される。
【００４０】
このように、保温タンク３および販売タンク５にはそれぞれ、高温（ほぼ９０℃）の温水がほぼ満杯の状態で貯留される。また、販売タンク５に貯留された温水は、電気ヒータ３５により、飲料調理に適した温度（例えば９５〜９８℃）まで加熱され、その温度に保たれる。
【００４１】
▲２▼販売時の温水補給動作
この温水補給動作は、販売時に、販売タンク５から所定量の温水がミキシングボウル４に供給されたときに、保温タンク３から販売タンク５に温水を補給する場合の動作（販売タンクの温水補給動作）、およびこの補給の際に、保温タンク３内の温水量が所定の下限温水量を下回ったときに、外部からの給水により、保温タンク３に温水を補給する場合の動作（保温タンクの温水補給動作）である。
【００４２】
販売タンク５の温水補給動作ではまず、ほぼ満杯の販売タンク５から、飲料調理に要する１杯分の温水が、給湯バルブ３３および給湯パイプ３３ａを介してミキシングボウル４に供給され（給湯）、この温水供給により、販売タンク５内の温水量が下限温水量を下回ると、温水ポンプ３２が作動し、保温タンク３から販売タンク５への温水補給が開始される。そして、販売タンク５内の温水量がほぼ満杯の上限温水量に到達すると、温水ポンプ３２が停止し、販売タンク５への温水補給が終了する。このように、販売タンク５では、１杯分の温水供給後、高温の温水が直ちに補給され、したがって、販売タンク５内の温水を、ほぼ常時、満杯でかつ高温に保つことができる。
【００４３】
一方、保温タンク３の温水補給動作では、前述のように、販売時の販売タンク５への温水補給により、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ると、取水バルブ２２が開弁されるとともに、ヒートポンプ２の作動による凝縮器１２での熱交換が行われる。これにより、外部からの水が温められながら、保温タンク３に補給される。そして、保温タンク３内の温水量がほぼ満杯の上限温水量に到達すると、取水バルブ２２が閉弁され、保温タンク３への温水補給が終了する。このように、保温タンク３では、上限温水量および下限温水量を適切に設定することにより、保温タンク３内の温水量を、上限および下限温水量間で適切に保つことができる。
【００４４】
また、この保温タンク３の下限温水量については、上限温水量との差が大きくなるよう、少量に設定されており、これにより、保温タンク３への１回の補給による補給量が多くなっている。このため、取水の開始当初、熱交換が不十分であるために、外部から取水した水を十分に温めることができない場合であっても、取水開始から時間が経過するのに伴って、次第に十分な熱交換がなされ、その結果、保温タンク３に、高温の温水を確実に補給することができる。
【００４５】
▲３▼販売待機時の温水再加熱動作
この温水再加熱動作は、販売待機時に、保温タンク３内の温水の温度が、所定の下限温度を下回ったときに、その温水を凝縮器１２との間で循環させながら再加熱する場合の動作である。この温水再加熱動作ではまず、保温タンク３内の温水温度が、下限温度（例えば６０℃）を下回ると、温水循環バルブ２８が開弁される。そうすると、保温タンク３内の温水は、循環パイプ２７および取水パイプ２１を順に流れ、ヒートポンプ２の凝縮器１２との間で循環する。そして、この循環により、保温タンク３内の温水が凝縮器１２で温められ、その温度が上限温度（例えば９０℃）まで上昇すると、温水循環バルブ２８が閉弁され、温水の再加熱が終了する。
【００４６】
このように、保温タンク３では、貯留した温水の温度が低下すると、ヒートポンプ２を利用して再加熱され、これにより、その温水を、ほぼ常時、高い温度（例えば６０〜９０℃）に保温することができる。
【００４７】
以上詳述したように、本実施形態の温水供給装置１によれば、販売タンク５内の温水を電気ヒータ３５で加熱する前に、一般に電気ヒータ３５よりもエネルギー効率の高いヒートポンプ２による熱交換によって、外部からの給水を予備加熱するので、給水を電気ヒータあるいはヒートポンプのみで所定の供給温度まで加熱する従来の温水供給装置に比べて、給水の温度を効率よく高め、温水を効率よく生成することができる。また、販売タンク５内には、ほぼ常時、満杯の温水が貯留されることに加えて、保温タンク３からの温水補給時に温水が一時的に供給温度よりも低下することがあっても、電気ヒータ３５で所定の供給温度まで迅速に加熱することが可能であり、したがって、この販売タンク５から、適温の温水を安定して供給することができる。
【００４８】
また、保温タンク３内の温水の温度が低下したときに、その温水をヒートポンプ２の凝縮器１２との間で循環させることによって、再加熱するので、保温タンク３内の温水を、ほぼ常時、所定の保温温度以上に保つことができる。しかも、その再加熱は、外部からの水を最初に温めたのと同じヒートポンプ２を利用して行うので、再加熱専用の機器などは不要であり、保温タンク３内の温水の再加熱を低コストで実現することができる。
【００４９】
さらに、販売タンク５が保温タンク３よりも高い位置に配置されているので、例えば販売待機時に、保温タンク３から搬送パイプ３１を介して温水が漏れても、その漏水が販売タンク５に流入することはない。したがって、販売待機時に、販売タンク５が満杯であっても、販売タンク５から温水が漏れるのを確実に防止することができる。さらにまた、販売待機時には、販売タンク５が、常時、満杯であるので、販売タンク５からの所定量ごとの連続給湯が可能であり、温水をより一層安定して供給することができる。また、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ２を、給水の熱交換に採用しているので、地球環境に極めて優しい温水供給装置を実現することができる。
【００５０】
また、本実施形態のカップ式自動販売機によれば、上記の温水供給装置１により、飲料調理に適した温度の温水が安定して供給され、そのような温水を用いて飲料を調理するので、品質良好の飲料を安定して供給することができる。
【００５１】
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。例えば、実施形態では、温水供給装置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、飲料ディスペンサなどの飲料供給装置にも適用することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ったか否かを判定するために、フロート２３および下限フロートスイッチ２４ｂを用いているが、これらに代えて、温水ポンプ３２の作動時間を、作動時間積算手段としての制御装置６で積算し、その演算結果の積算値を所定の基準時間と比較することによって、上記判定を行うようにしてもよい。具体的には、積算値が基準時間を上回ったときに、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ったと判定する。この場合には、保温タンク３内の温水量が下限温水量を下回ったか否かを直接判定する機器を用いることなく、上記判定を行うことができる。したがって、本実施形態の温水供給装置１では、上記下限フロートスイッチ２４ｂを省略できるとともに、フロート２３を全体にコンパクトに構成することができる。
【００５３】
また、実施形態で示した温水供給装置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。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の温水供給装置は、温水を効率よく生成できるとともに、適温の温水を安定して供給することができるなどの効果を有する。また、本発明の飲料供給装置は、上記温水供給装置によって供給された温水を用いて、飲料を調理するので、品質良好の飲料を安定して供給することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による温水供給装置を模式的に示し、ヒートポンプの一部を省略した図である。
【図２】温水供給装置の制御ブロック図である。
【図３】ヒートポンプを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 温水供給装置
２ ヒートポンプ（熱交換手段）
３ 保温タンク（第１温水タンク）
５ 販売タンク（第２温水タンク）
６ 制御装置
１２ 凝縮器（熱交換器）
２１ 取水パイプ（温水流路、循環温水流路）
２２ 取水バルブ（取水手段）
２３ 保温タンクのフロート
２４ａ 上限フロートスイッチ（第１タンク上限温水量判定手段）
２４ｂ 下限フロートスイッチ（第１タンク下限温水量判定手段）
２５ 保温タンクの温水量調整機構
２６ 保温タンクの温度センサ（第１タンク温水温度判定手段）
２７ 循環パイプ（循環温水流路）
２８ 温水循環バルブ（温水循環手段）
３１ 搬送パイプ（温水流路）
３２ 温水ポンプ（温水搬送手段）
３４ 販売タンクの温度センサ
３５ 電気ヒータ（ヒータ）
３６ 販売タンクのフロート
３７ 販売タンクのフロートスイッチ（第２タンク下限温水量判定手段）
３８ 販売タンクの温水量調整機構
Ｃ カップ
Claims (7)
- 水を温め、この温められた温水を供給する温水供給装置であって、
外部から水を取り込む取水手段と、
温水を貯留するための第１温水タンクと、
この第１温水タンクに温水流路を介して接続され、当該第１温水タンクから当該温水流路を介して搬送された温水を貯留するとともに、温水供給時に、所定量の温水を供給する第２温水タンクと、
前記取水手段と前記第１温水タンクの間に設けられ、前記第２温水タンクに貯留された温水以外を熱源とする熱交換器を有し、前記取水手段により取り込まれた水を、前記熱交換器を通る際に、前記熱源との熱交換により所定の保温温度以上の温水に温めた後、前記第１温水タンクに供給する熱交換手段と、
前記第２温水タンクに設けられ、当該第２温水タンク内の温水を、前記所定の保温温度よりも高い所定の供給温度に保持するように加熱するヒータと、
前記第２温水タンク内の温水量が、所定の第２タンク下限温水量を下回っているか否かを判定する第２タンク下限温水量判定手段と、
前記第２温水タンク内の温水量が前記所定の第２タンク下限温水量を下回ったと判定されたときに、前記第１温水タンク内の温水を前記第２温水タンクに搬送する温水搬送手段と、
を備えていることを特徴とする温水供給装置。 - 前記第１温水タンクと前記熱交換器の間を、当該第１温水タンク内の温水が循環可能な状態で接続する循環温水流路と、
前記第１温水タンク内の温水の温度が、前記所定の保温温度を下回っているか否かを判定する第１タンク温水温度判定手段と、
前記第１温水タンク内の温水の温度が前記所定の保温温度を下回ったと判定されたときに、当該第１温水タンク内の温水の温度を上昇させるために、当該温水を、前記第１温水タンクと前記熱交換器との間で前記循環温水流路を介して循環させる温水循環手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の温水供給装置。 - 前記第２温水タンクは、前記第１温水タンクよりも高い位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の温水供給装置。
- 前記熱交換手段は、ヒートポンプで構成され、当該ヒートポンプの冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の温水供給装置。
- 前記第１温水タンク内の温水量が、所定の第１タンク上限温水量に到達しているか否かを判定する第１タンク上限温水量判定手段と、
当該第１温水タンク内の温水量が、所定の第１タンク下限温水量を下回っているか否かを判定する第１タンク下限温水量判定手段と、をさらに備え、
前記取水手段は、前記第１タンク下限温水量判定手段により、前記第１温水タンク内の温水量が前記所定の第１タンク下限温水量を下回ったと判定されたときに、取水を開始し、前記第１タンク上限温水量判定手段により、前記第１温水タンク内の温水量が前記所定の第１タンク上限温水量に到達したと判定されたときに、前記取水を停止することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の温水供給装置。 - 前記第１タンク下限温水量判定手段は、
前記温水搬送手段の作動時間を積算する作動時間積算手段を有し、
この作動時間積算手段によって積算された前記作動時間の積算値が所定の基準時間を上回ったときに、前記第１温水タンク内の温水量が前記所定の第１タンク下限温水量を下回ったと判定することを特徴とする請求項５に記載の温水供給装置。 - 飲料供給時に、請求項１ないし６のいずれかの温水供給装置により供給された温水を用いて調理された飲料を供給することを特徴とする飲料供給装置。
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