JP5926073B2 - ウォーターサーバー - Google Patents

Description

この発明は、交換式の原水容器から貯留タンクへ予め移送された水を飲料水として注水可能なウォーターサーバーに関する。

ウォーターサーバーは、ユーザのレバー操作やコック操作によって弁が開くと、貯留タンクの水が注水路から流出し、この流出した水をユーザのカップ等に注ぐことができるようになっている。中でも、原水容器が筐体の下部に配置され、貯留タンクが原水容器より高所に設けられているものがある。この種のウォーターサーバーは、使い切った原水容器を新品に交換する際、作業者が重い新品の原水容器を高く持ち上げずに済み、作業負担を抑えることができる。貯留タンクが原水容器より高所にあるため、原水容器の水を貯留タンクへポンプで汲み上げる給水路が採用されている（特許文献１、２）。

特開２００１−１５３５２３号公報（特に図１、段落００１２） 特許第４８０２２９９号公報

ウォーターサーバーの運転中、貯留タンク内の水位は水位センサによって監視されている。ウォーターサーバーの制御部は、その下限検出のセンサ入力によってポンプを始動し、その上限検出のセンサ入力によってポンプを停止するようになっている。貯留タンクの上限検出は、貯留タンクのオーバーフローを防ぐ水位に設定するが、水位センサが何らかの理由で上限水位を正常に検出できなくなると、オーバーフローが起り得る。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、ウォーターサーバーの水位センサが上限水位を正常に検出できなくなっても、貯留タンクからのオーバーフローを防止することである。

上記の課題を達成するため、筐体に設けられた貯留タンクへ交換式の原水容器の水をポンプで汲み上げる給水路と、前記貯留タンクの水を注ぐための注水路と、前記貯留タンク内の下限検出と上限検出とを行う水位センサと、前記ポンプを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記下限検出のセンサ入力によって前記ポンプを始動し、前記上限検出のセンサ入力によって前記ポンプを停止するウォーターサーバーにおいて、前記制御部は、前記始動からの経過時間を計測し、前記上限検出の水位を超え、かつ前記貯留タンクからオーバーフローする前の所定経過時刻に前記ポンプを停止するようにした。

制御部が下限検出のセンサ入力を受けてポンプを始動してから、貯留タンク内が上限検出の水位になるまでに要する時間、及び貯留タンクからオーバーフローするまでに要する時間は、汲み上げ性能に基いて決まり、実験値として求めることができる。ポンプ始動から上限検出の水位になるまでの時間が経過後、ポンプ運転が継続していることは、オーバーフローに至る異常な運転時間となる。したがって、ポンプ始動からの経過時間を計測し、上限検出の水位を超え、かつ貯留タンクからオーバーフローする前の所定経過時刻にポンプを停止する制御部の採用により、水位センサが上限水位を正常に検出できなくなっても、貯留タンクからのオーバーフローを防止することができる。

前記水位センサとしてフロートセンサを採用することができる。この発明において、フロートセンサとは、水面の昇降に従って上下するフロート（浮子）により下限検出用スイッチ、上限検出用スイッチを開閉するように設けられた自動スイッチであって、フロートを案内するガイド（例えばステム、揺動アーム）をタンク側に具備するものをいう。諸条件が重なると、フロートの動きが一時的に渋くなったり、止まったりする異常が起り、前記の所定経過時刻でのポンプ停止に至る可能性がある。ただし、この後の水位減少、温度変化等で諸条件が崩れると、フロートセンサが機能回復する場合が起り得る。この場合にまでポンプ運転が不可能なままにロックされると、ウォーターサーバーのユーザにとって不便である。前記制御部が前記ポンプを停止すると、前記水位センサからの入力状態をリセットするようにしておけば、この場合のロックを避けることができる。

上述のように、この発明は、筐体に設けられた貯留タンクへ交換式の原水容器の水をポンプで汲み上げる給水路と、前記貯留タンクの水を注ぐための注水路と、前記貯留タンク内の下限検出と上限検出とを行う水位センサと、前記ポンプを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記下限検出のセンサ入力によって前記ポンプを始動し、前記上限検出のセンサ入力によって前記ポンプを停止するウォーターサーバーにおいて、前記制御部は、前記始動からの経過時間を計測し、前記上限検出の水位を超え、かつ前記貯留タンクからオーバーフローする前の所定経過時刻に前記ポンプを停止する構成の採用により、水位センサが上限水位を正常に検出できなくなっても、貯留タンクからのオーバーフローを防止することができる。

実施形態のポンプ制御のフローチャート図 実施形態の全体構成を示す模式図 実施形態の水位センサの検出水位を示す模式図 図２の制御部の機能ブロック図

この発明に係るウォーターサーバーの一例である実施形態（以下、単に「このウォーターサーバー」と呼ぶ）を添付図面に基づいて説明する。図２に示すように、このウォーターサーバーは、筐体１０の下部に配置される原水容器２０と、筐体１０に設けられた貯留タンク３０へ原水容器２０の水をポンプ４１で汲み上げる給水路４０と、貯留タンク３０の水を注ぐための注水路５０と、貯留タンク３０内の下限検出と上限検出とを行う水位センサ６０と、ポンプ４１を制御する制御部７０とを備えている。

原水容器２０として、残水量の減少に伴って大気圧で縮み得る側周壁をもった軟質容器が採用されている。

筐体１０は、縦置き機枠からなる。筐体１０の下部には、スライド台１１を出し入れする引き出し口が設けられている。筐体１０の下部とは、筐体１０の地上高における下側をいう。以下、高さの概念は、地上高の意味で用いる。スライド台１１は、筐体１０の底板上に立てられたガイドレールに沿って水平な直線方向にスライド可能となっている。スライド台１１は、上下逆様で載置する原水容器２０の栓を上方に押し込む突刺し部１２をもっている。突刺し部１２は、内部で給水路４０の一端部と吸気路８０の一端部とに分割されている。図示の突刺し部１２は、固定式のものを例示したが、特許文献２のように可動式の突刺し部を採用することもできる。

図２、図３に示すように、貯留タンク３０は、貯留水の温度を調整する一時貯留タンクになっている。図示の貯留タンク３０は、貯留水を熱交換器３１で冷却する冷水タンク３２と、貯留水をヒータ３３で加熱する温水タンク３４と、移流路３５とに分けられている。移流路３５は、給水路４０からの水の下降を邪魔するバッフル３６に通されている。給水路４０で汲み上げられた原水容器２０の水は、冷水タンク３２に送られ、冷水タンク３２の上部の水が移流路３５を介して温水タンク３４へ流れるようになっている。

貯留タンク３０に繋がる注水路５０も、冷水タンク３２に繋がる冷水系と、温水タンク３４に繋がる温水系の独立２系統からなる。注水路５０の冷水系又は温水系と貯留タンク３０との境界になる弁（図示省略）がユーザの操作によって開くと、冷水系又は温水系から冷水タンク３２のバッフル３６下の冷水層（図中にドットで現す）又は温水タンク３４の上部の水が流出し、この流出した水をカップ等に注ぐことができるようになっている。貯留タンク３０は、冷水タンク又は温水タンクの片方のみにすることもできる。

給水路４０の途中にポンプ４１が組み込まれている。ポンプ４１には、例えば、プランジャポンプや、ギヤポンプを用いることができる。

吸気路８０の上行管８１の他端は、エアチャンバ９０に接続されている。吸気路８０の他端部８２は、大気に通じているエアチャンバ９０の大気取込み口となっている。吸気路８０は、原水容器２０内と大気との間に亘って常時開通している。なお、吸気路８０内とエアチャンバ９０内の大気にそれぞれ殺菌性気体を混在させる殺菌装置を備えている。殺菌装置として、例えば、取り込んだ大気中の酸素からオゾンを生成するオゾン発生装置を採用することができる。殺菌装置の稼動制御は、ポンプ４１の運転と連動するようになっている。

前記貯留タンク３０に空気穴３７が設けられている。空気穴３７は、吸気路８０の上行管８１及びエアチャンバ９０に常時通じている。貯留タンク３０内の水位が下ると、貯留タンク３０は、大気圧の上行管８１、エアチャンバ９０から空気穴３７を介して殺菌性気体混じりの大気を吸い込み、貯留タンク３０内の水位が上がると、貯留タンク３０内の空気が空気穴３７からエアチャンバ９０を通じて大気へ出て行くようになっている。この貯留タンク３０から最初に水が溢れるオーバーフローの高さは、空気穴３７の越流高さと、給水路４０の越流高さのうち、低い方である給水路４０の越流高さＨとなっている。

水位センサ６０は、フロートセンサからなる。制御部７０は、ポンプ４１等を制御するシーケンサからなる。

水位センサ６０は、貯留タンク３０の水面に浮かぶフロート６１をもち、フロート６１側の永久磁石の磁界によってステム６２内のリードスイッチのＯＮ／ＯＦＦが切り替わるレベルスイッチからなる。給水路４０は、冷水タンク３２内の上限検出水位ＷＬ１より高い位置に、ポンプ４１の加圧で汲み上げた水をタンク内へ出す他端部４２をもっている。水位センサ６０の上限検出スイッチは、越流高さＨより低く、かつ給水路４０の他端部４２より低い水位ＷＬ１でフロート６１側の永久磁石の磁界によって切り替わる。この切り替わりによって生成された上限検出信号は、図４に示す制御部７０の入力部７１に送信される。また、図３に示す水位センサ６０の下限検出スイッチは、バッフル３６より高い水位ＷＬ２で同様に切り替わり、これによって生成された下限検出信号は、図４に示す制御部７０の入力部７１に送信される。

図２、図４に示す制御部７０の入力部７１は、水位センサ６０、操作スイッチ等のセンサからの信号（センサ入力）を演算制御部７２に伝える。演算制御部７２は、プログラムメモリに記憶されたタイマ、カウンタ等の各種プログラムを実行する。演算制御部７２は、プログラム処理により、センサ入力を入力イメージメモリに書き込んだり、生成した出力データを出力ラッチメモリに書き込んだりする。出力部７３は、出力ラッチメモリに書き込まれた出力データ、演算制御部７２からのデータをポンプ４１等の外部機器への信号に変換する。

演算制御部７２は、水位センサ６０の下限検出のセンサ入力によって、ポンプ４１を始動し、水位センサ６０の上限検出のセンサ入力によって、ポンプ４１を停止するプログラム処理と、水位センサ６０の下限検出のセンサ入力によるポンプ４１の始動からの経過時間を計測するプログラム処理と、所定経過時刻にポンプ４１を停止するプログラム処理とを実行するここで、前記の所定経過時刻は、図３に示す水位ＷＬ２から水位ＷＬ１になるまでポンプ４１で汲み上げるのに要する前記の経過時間の実験値と、水位ＷＬ２から水位Ｈになるまでポンプ４１で汲み上げるのに要する前記の経過時間の実験値との時刻差を越えず、下限検出のセンサ入力からポンプ４１が汲み上げ能力を喪失するまでに要する遅れ時間を見越して、水位Ｈに達することがないよう早めに設定された値となっている。この値は、図２、図４に示す制御部７０のプログラムメモリに条件判別用のデータとして予め登録されている。一般的な貯留タンク３０の容量、ポンプ４１の汲み上げ能力だと、水位ＷＬ１をフロート６１が貯留タンク３０の天井に支える上死点高さから３０ｍｍ程度とすれば、前記の所定経過時刻は、水位ＷＬ２から水位ＷＬ１になるまでポンプ４１で汲み上げるのに要する前記の経過時間の実験値に対して、２０％程度長い時間に設定することができる。

制御部７０のポンプ制御に関する具体的な動作を図１のフローチャートに基いて説明する（適宜、図２〜図４を参照すること。）。前提として、演算制御部７２は、このウォーターサーバーの電源ＯＮにより、水位センサ６０から入力部７１を経て伝送される信号を待ち、伝送された信号を入力イメージメモリに書き込む状態になっている（スタート）。この後、演算制御部７２は、水位センサ６０の下限検出を示すデータが入力イメージメモリに書き込まれているか否かの監視を開始する（ステップＳ１）。

演算制御部７２は、前記（ステップＳ１）で当該書き込みを確認すると、ポンプ４１のＯＮデータを生成し、出力部７３がポンプ４１の制御回路にＯＮ信号を送信する。また、演算制御部７２は（ステップＳ１）で当該書き込みを確認すると、経過時間の計測を開始する（ステップＳ２）。これらにより、制御部７０は、ポンプ４１を始動すると共に、この始動からの経過時間の計測を開始する。

演算制御部７２は、（ステップＳ２）の実行後、水位センサ６０の上限検出を示すデータが入力イメージメモリに書き込まれているか否かの監視を開始する（ステップＳ３）。また、演算制御部７２は、（ステップＳ２）の実行後、前記の経過時間が所定経過時刻に到達したか否かを監視する（ステップＳ４）。

演算制御部７２は、（ステップＳ３）で当該書き込みを確認すると、ポンプ４１のＯＦＦデータを生成し、出力部７３が当該ＯＦＦ信号を送信する。これにより、制御部７０は、ポンプ４１を停止する。また、演算制御部７２は、（ステップＳ３）で当該書き込みを確認すると、前記経過時間の計測を止め、タイマをリセットする（ステップＳ５）。

また、演算制御部７２は、（ステップＳ４）で当該所定経過時刻の到達を確認すると、ポンプ４１のＯＦＦデータを生成し、出力部７３が当該ＯＦＦ信号を送信する（ステップＳ３）。これにより、制御部７０は、ポンプ４１を停止する。前記の所定経過時刻の設定により、貯留タンク３０の上限検出の水位ＷＬ１を超え、かつオーバーフロー水位Ｈとなる前の時期に、ポンプ４１が汲み上げ能力を喪失する。したがって、このウォーターサーバーは、水温、タンク内圧、ステム６２に付着した水垢等の諸条件が偶然に重なって、フロート６１の動きが一時的に渋くなったり、フロート６１がステム６２に固着したりする異常が起り、水位センサ６０が上限水位を正常に検出できなくなっても、貯留タンク３０からのオーバーフローを防止することができる。

また、演算制御部７２は、（ステップＳ４）で当該書き込みを確認すると、前記経過時間の計測を止め、タイマをリセットする（ステップＳ５）。

演算制御部７２は、（ステップＳ５）の処理を終えると、入力イメージメモリに書き込まれている前記下限検出を示すデータ、及び前記上限検出を示すデータの各格納部をクリアし、（スタート）に復帰する（ステップＳ６）。これにより、制御部７０は、水位センサからの入力状態をリセットする。（ステップＳ６）の後、貯留タンク３０の水が消費され、水面、水温、タンク内圧が変動することにより、前記の諸条件が崩れ、フロート６１がステム６２に対して正常に動くようになると、水位センサ６０の下限検出が可能となる。この場合、制御部７０は、新たな下限検出のセンサ入力を入力イメージメモリに書き込むことができるので、ロックを避け、（ステップＳ１）〜（ステップＳ５）の処理により、再び、ポンプ４１の始動、停止を実行することができる。なお、フロート６１の動きが正常に戻らない限り、水位センサ６０の下限検出が起こることもないので、上限検出ができない異常な状態のままポンプ４１が再び始動される心配はない。

（このウォーターサーバーの原水容器２０交換後の初期動作）
新品の原水容器２０をスライド台１１ごと筐体１０の定位置に収めた後、ポンプ４１の運転ＯＮ操作がなされる。制御部７０は、前記運転ＯＮ操作を示すセンサ入力を確認すると、ポンプ４１を始動する。これにより、原水容器２０から貯留タンク３０へ最初の汲み上げが開始される。原水容器２０内の残水量が次第に減少し、大気圧で原水容器２０の側周壁が次第に縮むため、原水容器２０の高さが次第に低くなって行く。原水容器２０が縮んで内部空間が減少する間は、ポンプ４１で強引に汲み上げることがない。ポンプ４１の運転中は殺菌装置も稼動するため、上行管８１内、エアチャンバ９０内における殺菌性気体の量が増える。水位センサ６０の上限検出のセンサ入力が制御部７０に送信されると、前記（ステップＳ１）で確認した制御部７０は、前記ポンプ４１の停止関連の処理（ステップＳ２）〜（ステップＳ６）の他に、殺菌装置の停止、貯留タンク３０の温度調節機能（熱交換器３１、ヒータ３３）の運転開始を行う。

（このウォーターサーバーの貯留タンク３０への水補充動作）
前記初期動作の後、注水路５０からの注水が繰り返され、水位センサ６０の下限検出のセンサ入力が制御部７０に送信されるたび、制御部７０は、前記（ステップＳ１）〜（ステップＳ６）を実行するので、貯留タンク３０からのオーバフローを防止することができる。原水容器２０の側周壁の縮みが進み、ここの剛性が大気圧に勝って原水容器２０の縮みが止まった後は、原水容器２０内の残水量が減ることに伴い、原水容器２０内の負圧化を解消する方向の釣合い作用が得られる。このため、原水容器２０は、吸気路８０から大気の自発吸い込みを行うようになる。原水容器２０の自吸により、原水容器２０の容積が減少せずとも原水容器２０内外が大気圧に釣り合うので、ポンプ４１による強引な汲み上げが生じない。原水容器２０内の水位が給水路４０の一端部開口未満になると、原水容器２０が使い切られた状態となる。このウォーターサーバーは、使い切り状態を検知するセンサを備え、このセンサ入力が制御部７０に送信されることにより、制御部７０は、前記（ステップＳ３）、（ステップＳ４）の処理を一時中断し、また、ポンプ４１を停止し、また、原水容器２０の交換を促す報知、例えばランプ点灯を行う。この後、制御部７０は、前記（交換初期動作）の運転ＯＮ操作を示すセンサ入力を確認すると、前記（ステップＳ３）、（ステップＳ４）の処理を再開し、（ステップＳ４）における経過時間の計測を続行する。

このウォーターサーバーは、吸気路８０によって原水容器２０の自吸を可能として大気圧との差圧によるポンプ４１による強引な汲み上げを無くしているが、ポンプ４１による強引な汲み上げを完全に無くすことができる訳ではない。すなわち、縮み切った原水容器２０が弾性回復しようとする復元力は、ポンプ４１の汲み上げに対する抵抗になる。この抵抗は、原水容器２０の自吸開始の直前（すなわち原水容器２０が縮み切って最小容積になったとき）に最大になり、ポンプ４１の始動後、上限検出の水位になるまでに要する時間を増大側へ狂わす原因になる。例えば、ポンプ４１の汲み上げ能力が比較的小さい場合、最初の汲み上げ回において定常運転するポンプ４１の毎秒当たりの汲み上げ量を１００としたとき、原水容器２０の自吸開始の直前には、その汲み上げ量が２５程度に減少する仕様になり得る。このウォーターサーバーは、前記の抵抗に対して、ポンプ４１の汲み上げ能力が十分に大きいため、毎汲み上げ回で同じ前記の所定経過時刻を用いても、オーバーフローを防止することができるようになっている。仮に、ポンプ４１の汲み上げ能力が足りず、毎汲み上げ回で同じ所定経過時刻を用いることができない場合、汲み上げ回ごとに前記の各実験値を確認し、汲み上げ回数に応じて適切に設定した複数の所定経過時刻を制御部７０に登録しておき、制御部７０が最初の汲み上げ回から汲み上げ回数をカウントし、（ステップＳ４）で条件判別に用いる所定経過時刻を当該カウント値に応じて変更するようにすればよい。

この発明の技術的範囲は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基く技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。例えば、ポンプ４１、水位センサ６０といった制御対象について、制御部７０に断線等の電気的トラブルを検出する機能を持たせることができる。

１０ 筐体
２０ 原水容器
３０ 貯留タンク
４０ 給水路
４１ ポンプ
５０ 注水路
６０ 水位センサ
６１ フロート
６２ ステム
７０ 制御部
７１ 入力部
７２ 演算制御部
７３ 出力部
８０ 吸気路

Claims (2)

1. 筐体（１０）に設けられた貯留タンク（３０）へ交換式の原水容器（２０）の水をポンプ（４１）で汲み上げる給水路（４０）と、
   前記貯留タンク（３０）の水を注ぐための注水路（５０）と、
   前記貯留タンク（３０）内の下限検出と上限検出とを行う水位センサ（６０）と、
   前記ポンプ（４１）を制御する制御部（７０）と、
   を備え、
   前記制御部（７０）は、前記下限検出のセンサ入力によって前記ポンプ（４１）を始動し、前記上限検出のセンサ入力によって前記ポンプ（４１）を停止するウォーターサーバーにおいて、
   前記水位センサ（６０）がフロートセンサからなり、
   前記制御部（７０）は、前記始動からの経過時間を計測し、前記上限検出の水位を超え、かつ前記貯留タンク（３０）からオーバーフローする前の所定経過時刻に前記ポンプ（４１）を停止し、前記所定経過時刻に前記ポンプ（４１）を停止すると、前記水位センサ（６０）からの入力状態をリセットすることにより当該ポンプ（４１）を運転可能な状態とすることを特徴とするウォーターサーバー。
2. 前記原水容器（２０）による大気の自発吸い込みを可能とする吸気路（８０）をさらに備え、
   前記原水容器（２０）が、残水量の減少に伴って大気圧で縮み得る側周壁をもった軟質容器からなり、
   前記制御部（７０）が、毎汲み上げ回で同じ前記所定経過時刻を用い、
   前記ポンプ（４１）が、前記制御部（７０）において毎汲み上げ回で同じ前記所定経過時刻を用いても前記オーバーフローを防止可能な汲み上げ能力をもっている請求項１に記載のウォーターサーバー。

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