JP7289201B2 - 炭酸水ディスペンサ - Google Patents

Description

本発明は炭酸水ディスペンサに関するものであり、より詳細には、強炭酸水の生成を可能にする炭酸水ディスペンサに関する。

飲料水ディスペンサ（又は飲料水サーバ）は、ミネラルウォーター等の飲料水を充填した大容量ボトル（７～１２Ｌ程度）を設置しておき、必要量を適時的にコップ等に採水して飲用されるものである。近年、このボトルを家庭や飲食店、病院、各種オフィス等に配送して消費する形態が増えている。

また近年は、ディスペンサ内で炭酸水を生成して提供することが可能な炭酸水ディスペンサが知られている。炭酸水ディスペンサとしては、バッチ式炭酸水ディスペンサと連続式炭酸水ディスペンサに分類される。

バッチ式ディスペンサとしては、例えば、特許文献１に開示の携帯用水炭酸化装置や、特許文献２に開示のウォーターサーバーが挙げられる。前者は、ヘッド・タンクから新鮮な水を圧力容器に供給すると共に、噴射ノズルから二酸化炭素を圧力下で噴射することで、圧力容器内で炭酸化された水を生成する。後者は、飲料水冷却部で冷却された飲料水を飲料水吐水部から吐水し、その後、吐水した飲料水に、炭酸ガス噴射部から炭酸ガスを噴射させることで炭酸水を生成する。

連続式炭酸水ディスペンサとしては、例えば、特許文献３に開示の飲料水サーバが挙げられる。当該飲料水サーバは、飲料水が所定ケース内部を通過するとき、別設置のボンベ内の炭酸ガスが多孔質体を介してケースに供給され、これにより水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を生成し、その後に外部へと供給する。

特許文献１～４の何れの炭酸水ディスペンサに於いても、炭酸水の製造の際に数秒～数十秒の間、炭酸ガスを飲料水に噴射しているが、これらの炭酸水ディスペンサでは、市販されている程度の強炭酸水を生成することは困難である。

特公昭５６－４３７７４号 特開２０１７－８１６０１号公報 特開２０１４－１４４７８８号公報

本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、炭酸ガスの溶解度を高くすることができ、強炭酸水の生成を可能にする炭酸水ディスペンサを提供することにある。

前記従来の課題は、以下に述べる発明により解決される。
即ち、本発明に係る炭酸水ディスペンサは、前記の課題を解決するために、炭酸水を生成し出水することが可能な炭酸水ディスペンサであって、前記炭酸水を加圧下で生成する生成部と、前記生成部に、前記炭酸水を製造するための飲料水を供給する飲料水供給部と、前記飲料水が供給された生成部に、前記炭酸水を製造するための炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部と、前記生成部で生成された炭酸水を出水する出水部と、を備え、前記生成部には、前記飲料水供給部から供給された飲料水に、前記炭酸ガス供給部から供給される炭酸ガスを溶解させる際に、当該飲料水を撹拌する撹拌部が設けられていることを特徴とする。

前記の構成によれば、飲料水供給部が生成部に飲料水を供給し、炭酸ガス供給部が生成部に炭酸ガスを供給することで、当該生成部に於いて加圧下で炭酸水を生成する。ここで、生成部には飲料水を撹拌するための撹拌部が設けられており、炭酸ガスを飲料水に溶解させる際にこの撹拌部で飲料水を撹拌することで、飲料水に溶解させる炭酸ガスの濃度を均一にし、濃度勾配が生じるのを抑制することができる。その結果、従来よりも、多量の炭酸ガスを溶解させることができ、いわゆる強炭酸水の生成が可能な炭酸水ディスペンサを提供することができる。

前記の構成に於いては、前記撹拌部の撹拌動作を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記炭酸ガス供給部による前記生成部への炭酸ガスの供給に応じて、前記撹拌部の撹拌速度及び撹拌時間を調整することが好ましい。制御部が撹拌部の撹拌動作を制御し、その撹拌速度及び撹拌時間を調整可能にすることで、飲料水に溶解させる炭酸ガスの溶解量を適宜変更することができる。これにより、弱炭酸水から強炭酸水まで任意の量の炭酸ガスを溶解させた炭酸水の生成を可能にする。

さらに、前記の構成に於いて、前記炭酸ガス供給部は、前記生成部に供給された飲料水中に前記炭酸ガスを供給するものであることが好ましい。生成部に供給された飲料水中に炭酸ガスを供給することで、飲料水と炭酸ガスの接触頻度を増大させ、炭酸ガスを効率良く飲料水中に溶解させることができる。

また、前記の構成に於いて、前記炭酸ガス供給部には、前記生成部に供給された飲料水中に前記炭酸ガスの微細気泡を供給するために、小経口の気泡供給口が設けられていることが好ましい。小経口の気泡供給口から炭酸ガスを供給することで、飲料水中に供給される炭酸ガスを微細気泡にすることができる。これにより、炭酸ガスの飲料水中での拡散を良好にし、飲料水と炭酸ガスが接触する気液界面の面積を増大させる。その結果、炭酸ガスを一層効率良く飲料水中に溶解させることができる。

また、前記の構成に於いて、前記生成部で生成された炭酸水を前記出水部から出水させる際に、前記生成部の内部を加圧するために当該生成部に加圧用気体を供給する加圧部をさらに備えることが好ましい。これにより、例えば、生成部の内部に圧力が低く、生成させた炭酸水を自重により出水させることが困難な場合にも、加圧部が生成部の内部に加圧用気体を供給することで、生成部の内圧を高めることができ、炭酸水の良好な出水を可能にする。

また、前記の構成に於いて、前記生成部には、前記炭酸ガス供給部による前記生成部への炭酸ガスの供給の際に、前記生成部の内部の圧力を任意の設定値以下に調整する安全弁が設けられていることが好ましい。飲料水や炭酸ガスの供給に起因して、生成部内部の圧力が大きくなり過ぎる場合にも、安全弁を用いて生成部内部の炭酸ガス等を排出することで、任意の設定値以下に調整することできる。その結果、例えば、高圧ガス保安法の規定により生成部内部の圧力を１．０ＭＰａＧ未満に抑制したい場合にも、前記構成を採用することにより、容易に対応することが可能な炭酸水ディスペンサを提供することができる。

また、前記の構成に於いて、前記生成部には、前記生成部で生成された炭酸水を前記出水部から出水させる際に、前記生成部の内部の圧力を任意の設定値以下に調整する背圧弁が設けられていることが好ましい。背圧弁を設けることで、出水部に圧力（背圧）を加えることが可能になり、その結果、炭酸水を出水部から出水させる際に、規定量以上に過大に出水するのを防止することができる。

本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。
本発明の炭酸水ディスペンサは、飲料水に炭酸ガスを溶解させる生成部に、飲料水の撹拌を可能にする撹拌部を設けることで、飲料水に多量に炭酸ガスを溶解させることができる。その結果、従来の炭酸水ディスペンサと比べて、強炭酸水の生成を可能にする炭酸水ディスペンサを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る炭酸水ディスペンサの全体構成を表す断面模式図である。 前記炭酸水ディスペンサの全体構成を表す正面図である。 前記炭酸水ディスペンサの要部を表す断面模式図である。 前記炭酸水ディスペンサにおける制御ユニットの概略構成を示す説明図である。 前記炭酸水ディスペンサに於ける炭酸水生成槽の変形例を表す模式図である。 本発明の実施例に係る炭酸水生成装置の概要を表す模式図である。 本発明の実施例１に於ける密閉タンク内の圧力及び炭酸ガス流量と、経過時間の関係を示すグラフである。 本発明の実施例２に於ける密閉タンク内の圧力及び炭酸ガス流量と、経過時間の関係を示すグラフである。 比較例１に於ける密閉タンク内の圧力及び炭酸ガス流量と、経過時間の関係を示すグラフである。

（実施の形態１）
先ず、本実施の形態に係る炭酸水ディスペンサの構成について、以下に説明する。
図１は、本実施の形態に係る炭酸水ディスペンサの全体構成を表す断面模式図である。図２は、前記炭酸水ディスペンサの全体構成を表す正面図である。図３は、炭酸水ディスペンサの要部を表す断面模式図である。図４は、炭酸水ディスペンサにおける制御ユニットの概略構成を示す説明図である。図５は、炭酸水ディスペンサに於ける生成部の変形例を表す模式図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態の炭酸水ディスペンサ１０は、飲料水１５を供給するための供給部１１と、当該供給部１１を着脱自在に設置することが可能な本体部１２とを少なくとも備える構成である。

供給部１１は、飲料水１５を貯蔵するボトル１１ａと、本体部１２に着脱自在に設置可能なボトルカバー１１ｂとを備える。

ボトル１１ａは、注水口２２が下向きとなる状態で、本体部１２の上部に於ける注水口受け１９に取り付けられる。注水口受け１９の中央部には、ボトル１１ａの注水口２２に差し込み、飲料水１５を取り入れるための取水管２０が立設されている。取水管２０によって取り込まれた飲料水１５は、貯留槽１４に貯留される。尚、ボトル１１ａの構成材料としては特に限定されず、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等が挙げられる。

ボトルカバー１１ｂは、本体部１２の筐体１８の上部に着脱自在に載置されている。また、ボトルカバー１１ｂは、ボトル１１ａを外嵌被覆することで、当該ボトル１１ａを保護している。さらに、ボトルカバー１１ｂの形状及びサイズは、少なくともボトル１１ａを外嵌被覆することができれば、特に限定されない。本実施の形態では、ボトルカバー１１ｂの全体形状は、略立方体状となっており、かつ、その外面が後述の筐体１８の外面と面一となる様にサイズ設定されている。

ボトルカバー１１ｂの構成材料としては特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート等が挙げられる。また、ボトルカバー１１ｂの厚さについても特に限定されないが、通常は１ｍｍ～５ｍｍの範囲内であり、好ましくは２ｍｍ～３ｍｍの範囲内である。

本体部１２は、飲料水１５を出水する出水口（出水部）１３、ボトル１１ａから供給される飲料水を貯留する貯留槽１４、貯留槽１４より下方側に設けられている温水槽１６、出水口１３と貯留槽１４を接続する冷却水供給管１７、及び筐体１８を少なくとも備える。また、本体部１２は、炭酸水を生成する炭酸水生成槽（生成部）３１、炭酸水生成槽３１に冷却水１５ｂを供給する飲料水供給部３２、炭酸水生成槽３１に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部３３、炭酸水生成槽３１内の冷却水１５ｂを撹拌する撹拌部３４、及び炭酸水ディスペンサ１０の各部を制御する制御ユニット（制御部）を少なくとも備える。

貯留槽１４は、ボトル１１ａから供給された飲料水１５を、その内部に於いて、常温に保持された常温水１５ａと一定の温度に冷却された冷却水１５ｂに区分して貯留する。より詳細には、貯留槽１４の内部には、板状のセパレータ２１が設けられており、当該セパレータ２１の上側では、常温水１５ａを貯留する常温水層１４ａが設けられ、下側では、冷却水１５ｂを貯留する冷却水層１４ｂが設けられている。貯留槽１４の外周には、セパレータ２１よりも下側に対応する部分に、冷却部２５が設けられている。冷却水１５ｂの冷却水層１４ｂにおける液温は０℃～１５℃の範囲内が好ましく、５℃～１０℃の範囲内がより好ましい。冷却水１５ｂの液温を０℃以上にすることにより、水の凝固を防ぐことができる。その一方、冷却水１５ｂの液温を１５℃以下にすることにより、後述の炭酸水生成槽３１に於いて、炭酸ガスの冷却水１５ｂに対する溶解が不十分となるのを抑制することができる_。冷却部２５としては特に限定されず、例えば、チラー、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構等を用いることができる。

貯留槽１４には、出水口１３と連通する冷却水供給管１７が接続されている。冷却水供給管１７は貯留槽１４の底部に接続されているので、当該貯留槽１４に於ける冷却水層１４ｂの冷却水１５ｂのみが冷却水供給管１７を流れる構造となっている。また、冷却水供給管１７は、出水口１３の一つである冷水出水口１３ａに接続されており、これにより冷却水１５ｂを出水することができる（図２参照）。

貯留槽１４の天井部には、フィルターが内蔵された外部連通部４６が設けられている。貯留槽１４から常温の飲料水１５ａや冷却水１５ｂが取り出され、又は温水槽１６（詳細については後述する。）から温水１６ａが取り出される際に、外部連通部４６から外気を取り入れることにより、貯留槽１４内の圧力が低下するのを防止することができる。その結果、常温水層１４ａに貯留されている飲料水の水位を無理なく下降させることができる。また、貯留槽１４にボトル１１ａから飲料水１５が供給される際に、当該貯留槽１４内部の空気を、外部連通部４６を介して排出することにより、貯留槽１４内の圧力が上昇するのを抑制することができる。これにより、貯留槽１４に飲料水を無理なく貯留させることができる。尚、外部連通部４６には前記フィルターが設けられているので、貯留槽１４の内部に雑菌等が侵入するのを防止することができる。

温水槽１６は、貯留槽１４の下方に位置している。温水槽１６には、貯留された温水１６ａを加熱するためのヒータ（図示しない）が設けられており、これにより、温水状態で貯留されている。また、温水槽１６には、貯留槽１４における常温水層１４ａから常温水１５ａが供給されるのを可能にするための供給管２９が設けられている。供給管２９の入口開口２９ａは、貯留槽１４の常温水層１４ａに対して開口している。また、出口開口２９ｂは、温水槽１６の底部側に開口している。さらに、温水槽１６は、出水口１３の一つである温水出水口１３ｂと温水供給管２８を介して接続されており、これにより、当該温水出水口１３ｂから温水１６ａの出水が可能となっている（図２参照）。

飲料水供給部３２は、図３に示す様に、炭酸水生成槽３１に、炭酸水の原料となる飲料水としての冷却水１５ｂを供給する。飲料水供給部３２は、飲料水供給管３２ａと、当該飲料水供給３２ａの経路中に介挿された開閉弁３２ｂとにより構成される。

飲料水供給管３２ａの一方端は、貯留槽１４の底部に接続されている。これにより、貯留槽１４に於ける冷却水層１４ｂの冷却水１５ｂのみが飲料水供給管３２ａを介して、炭酸水生成槽３１に供給される。また、飲料水供給管３２ａの他方端は、炭酸水生成槽３１に接続されている。

開閉弁３２ｂは制御ユニット４３と電気的に接続されている。開閉弁３２ｂの開閉は、例えば、炭酸水生成槽３１内に設けられた水位センサー４２が検出した値に基づいて、制御ユニット４３が動作指令を行うことにより制御される。制御ユニット４３が開閉弁３２ｂに開栓の動作指令を行うと、所定量の冷却水１５ｂが貯留槽１４から炭酸水生成槽３１に供給される。

炭酸水生成槽３１は、加圧下で冷却水１５ｂに炭酸ガスを溶解させて炭酸水３８を生成する。炭酸水生成槽３１は、略円柱状の全体形状を有している。炭酸水生成槽３１の天井部には、飲料水供給管３２ａが接続されており、炭酸水生成槽３１は貯留槽１４の下方に位置する。これにより、貯留槽１４の冷却水１５ｂを自重により炭酸水生成槽３１に供給することが可能になる。

炭酸水生成槽３１の外周面には生成槽冷却部３１ａが設けられている。生成槽冷却部３１ａは制御ユニット４３と電気的に接続されている。また、炭酸水生成槽３１内には温度センサー（図示しない）も設けられており、制御ユニット４３はこの温度センサーとも電気的に接続されている。そして、制御ユニット４３は、温度センサーが検出した値に基づいて、生成槽冷却部３１ａの動作を制御することで、炭酸水生成槽３１を冷却する。これにより、炭酸水生成槽３１内に貯留される冷却水１５ｂを冷却し、冷却水１５ｂに対する炭酸ガスの溶解の促進を図ることができる。冷却水１５ｂの液温は０℃～１５℃の範囲内が好ましく、５℃～１０℃の範囲内がより好ましい。冷却水１５ｂの液温を０℃以上にすることにより、水の凝固を防ぐことができる。その一方、冷却水１５ｂの液温を１５℃以下にすることにより、炭酸ガスの冷却水１５ｂに対する溶解が不十分となるのを抑制することができる_。尚、生成槽冷却部３１ａとしては特に限定されず、例えば、チラー、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構等を用いることができる。

また、炭酸水生成槽３１は、炭酸水３８を出水させる出水部に接続されている。出水部は、出水口１３の一つである炭酸水出水口１３ｃと、炭酸水供給管３９と、開閉弁４１と、フィルター４４とからなる（図２参照）。炭酸水供給管３９は炭酸水生成槽３１の底部に接続されており、炭酸水３８の自重により炭酸水供給管３９を流れる構造となっている。開閉弁４１は、炭酸水供給管３９の経路中に介挿されており、制御ユニット４３と電気的に接続されている。開閉弁４１の開閉は、制御ユニット４３の動作指令により制御される。フィルター４４は、炭酸水供給管３９の経路中であって、開閉弁４１の上流側に設けられている。フィルター４４を設けることにより、雑菌等を除去して炭酸水３８を出水させることができる。

炭酸水生成槽３１には、炭酸水生成槽３１内部の圧力を一定の設定値以下に保持するための安全機構が設けられている。具体的には、炭酸水生成槽３１の天井部に、当該炭酸水生成槽３１内の気体を排気するための排出管４５が接続されている。排出管４５の経路中には安全弁３５が介挿されている。安全弁３５は、炭酸水生成槽３１内の圧力が一定の設定値を超えたときに開栓状態となり、これにより、炭酸水生成槽３１内の圧力調整を行う。

また、炭酸水生成槽３１には、生成された炭酸水３８を、炭酸水供給管３９を介して出水させる際に、当該炭酸水生成槽３１内部の圧力を出水に適した圧力に保持するための他の機構も設けられている。具体的には、排出管４５から分岐し、かつ開閉弁３６ａ及び背圧弁３６ｂが経路中に介挿された第１分岐管４５ａが設けられている。開閉弁３６ａは、制御ユニット４３と電気的に接続されている。開閉弁３６ａの開閉は、制御ユニット４３が動作指令を行うことにより制御される。出水の際には、制御ユニット４３が開閉弁３６ａを開栓させる。さらに、背圧弁３６ｂによって、炭酸水生成槽３１内部の圧力を一定値に保持することができる。背圧弁３６ｂの圧力設定値は、安全弁３５の設定値以下の圧力となっている。尚、開閉弁３６ａを開栓する際、後述の開閉弁３７は閉栓状態となっている。

さらに、炭酸水生成槽３１には、炭酸水生成槽３１内に飲料水を供給する際に、当該炭酸水生成槽３１内部の圧力を、例えば、大気圧と同等にするためのさらに他の機構も設けられている。具体的には、排出管４５から分岐し、かつ開閉弁３７が経路中に介挿された第２分岐管４５ｂが設けられている。開閉弁３７は、制御ユニット４３と電気的に接続されている。開閉弁３７の開閉は、制御ユニット４３が動作指令を行うことにより制御される。炭酸水生成槽３１への飲料水の供給の際には、制御ユニット４３が開閉弁３７を開栓させる。これにより、炭酸水生成槽３１内部の気体の一部を排出管４５及び第２分岐管４５ｂから排気し、炭酸水生成槽３１内部の圧力を大気圧と同等にすることができる。飲料水の供給が終了すると、制御ユニット４３は開閉弁３７を閉栓させる。尚、開閉弁３７を開栓する際、開閉弁３６ａ及び背圧弁３６ｂは、何れも閉栓状態となっている。

炭酸ガス供給部３３は、炭酸水生成槽３１に炭酸ガスを供給する。炭酸ガス供給部３３は、炭酸ガス供給管３３ａと、炭酸ガスの微細気泡を供給するための気泡供給口３３ｂと、炭酸ガスを貯蔵する炭酸ガスボンベ３３ｃと、減圧弁３３ｄと、開閉弁３３ｅとにより構成される。

炭酸ガス供給管３３ａは、気泡供給口３３ｂが炭酸水生成槽３１に貯留される冷却水１５ｂ中に浸漬する様に、炭酸水生成槽３１の内部に挿通している。また、気泡供給口３３ｂはその先端が小径口となっており、気泡供給口３３ｂの先端を冷却水１５ｂ中に浸漬させることで、冷却水１５ｂ中に炭酸ガスの微細気泡が供給されるのを可能にする。尚、小径口の直径は特に限定されず、適宜設定することができる。

減圧弁３３ｄは、炭酸ガス供給管３３ａの経路中に介挿されており、開閉弁３３ｅよりも上流側（すなわち、炭酸ガスボンベ３３ｃの設置側）に配置されている。

開閉弁３３ｅは制御ユニット４３と電気的に接続されている。開閉弁３３ｅの開閉は、制御ユニット４３が動作指令を行うことにより制御される。例えば、炭酸水３８の出水の要求に応じて炭酸水３８を生成する場合に、制御ユニット４３が開閉弁３３ｅに開栓の動作指令を行い、これにより、炭酸ガスを、炭酸ガス供給管３３ａを介して炭酸水生成槽３１に供給することができる。

尚、炭酸ガスの供給は炭酸水３８を生成する場合に限定されるものではない。例えば、生成した炭酸水３８を、炭酸水供給管３９を介して炭酸水出水口１３ｃから出水させる際に、炭酸水生成槽３１内部の圧力が不足し、送液が困難な場合に行ってもよい。

撹拌部３４は、炭酸水生成槽３１内の飲料水を撹拌する。撹拌部３４は、回転子３４ａと、磁石３４ｂと、磁石３４ｂを回転させるモーター３４ｃとにより構成される。回転子３４ａは炭酸水生成槽３１内に設けられている。モーター３４ｃは制御ユニット４３と電気的に接続されている。モーター３４ｃの駆動は、制御ユニット４３が動作指令を行うことにより制御される。

尚、本実施の形態においては、撹拌部３４として回転子３４ａを用いた場合を例にして説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、撹拌翼や機械的撹拌棒を備えた撹拌装置を用いてもよい。

制御ユニット４３は、炭酸水ディスペンサ１０の各部と電気的に接続しており（図３参照）、各部の動作を制御する。制御ユニット４３は、図４に示すように、演算処理部４３ａと、メモリ部４３ｂと、入出力部４３ｃを少なくとも有するコンピュータにより構成される。図４は、炭酸水ディスペンサ１０における制御ユニット４３の概略構成を示す説明図である。

演算処理部４３ａとしては、各種演算処理を行うＣＰＵを用いることができる。また、メモリ部４３ｂは、プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ（Read-Only Memory）、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ（Random-Access Memory）及び制御用ソフトウェアやデータ等を記憶しておく磁気ディスク等を備える。磁気ディスクには、炭酸水生成等のプログラムが予め格納されている。ＣＰＵはプログラムをＲＡＭに読み出し、当該プログラムの内容に従ってＣＰＵが炭酸水ディスペンサ１０の各部を制御する。入出力部４３ｃには、炭酸水生成槽３１内の水位を測定する水位センサー４２、炭酸水生成槽３１内の圧力を測定する圧力センサー、炭酸水生成槽３１内の温度を測定する温度センサー等の各種センサーからの検出入力が加えられる。また、冷却水１５ｂの出水を要求する冷水スイッチ、炭酸水３８の出水を要求する炭酸水スイッチ、及び温水１６ａの出水を要求する温水スイッチ（何れも図示しない。）による操作入力も加えられる。

次に、本実施の形態の炭酸水ディスペンサ１０を用いて、炭酸水を生成し出水する場合の炭酸水ディスペンサ１０の動作について、以下に説明する。

先ず、使用者が炭酸水スイッチを操作して炭酸水３８の出水を要求すると、制御ユニット４３は飲料水供給部３２の開閉弁３２ｂに対し開栓する様に動作指令を行う。これにより、貯留槽１４の冷却水層１４ｂにおける冷却水１５ｂが飲料水供給管３２ａを介して炭酸水生成槽３１に供給される。冷却水１５ｂの供給量は開閉弁３２ｂが開栓している時間等で調整することができる。尚、開閉弁３３ｅ、開閉弁３６ａ及び開閉弁４１は何れも、制御ユニット４３の動作指令により閉栓されている。

また制御ユニット４３は、開閉弁３７に対しても開栓する様に動作指令を行う。これにより、炭酸水生成槽３１内部の気体の一部を排出管４５及び第２分岐管４５ｂから排気し、炭酸水生成槽３１内部の圧力を大気圧と同等に調整する。

炭酸水生成槽３１内に冷却水１５ｂが所定量供給されると、制御ユニット４３は開閉弁３２ｂに閉栓する様に動作指令を行う。また、開閉弁３７に対しても閉栓する様に動作指令を行う。開閉弁３３ｅ、開閉弁３６ａ及び開閉弁４１に対しては閉栓状態を維持する様に、動作指令を行う。

冷却水１５ｂの供給終了後、制御ユニット４３は、炭酸ガス供給部３３の開閉弁３３ｅに対し開栓する様に動作指令を行う。これにより、炭酸ガスボンベ３３ｃに貯蔵されている炭酸ガスが、炭酸ガス供給管３３ａを介して炭酸水生成槽３１に供給される。ここで、本実施の形態に於いて、炭酸ガスが炭酸水生成槽３１に供給されるとは、開閉弁３３ｅが開栓された状態を意味する。従って、開閉弁３３ｅが閉栓されているが、炭酸水生成槽３１内部に炭酸ガスが充満している結果、冷却水１５ｂに対し炭酸ガスの供給が可能な状態にある場合は、含まない。炭酸ガスの供給、すなわち、開閉弁３３ｅの開栓は、少なくとも炭酸水生成槽３１内の圧力が一定の設定値に達するまで行われる。

炭酸水生成槽３１内の圧力の設定値としては特に限定されないが、高圧ガス保安法の規定を考慮すると、上限値は１．０ＭＰａＧ未満であることが好ましい。一方、下限値は、炭酸ガスを冷却水１５ｂに十分に溶解させるとの観点からは、０．８ＭＰａＧ以上であることが好ましく、０．９ＭＰａＧ以上であることがよりに好ましい。尚、開閉弁３２ｂ、開閉弁３６ａ、開閉弁３７及び開閉弁４１は何れも、炭酸ガスの供給の間、制御ユニット４３の動作指令により閉栓されている。

炭酸ガスの供給は、一定の設定期間中、開閉弁３３ｅを連続的に開栓することにより行ってもよく、又は間欠的に開栓と閉栓を複数回繰り返すことにより行ってもよい。開閉弁３３ｅの開栓を間欠的に行って、炭酸ガスの供給を複数回行う場合、最初の開栓から次の開栓までの間隔は特に限定されず、任意に設定することができる。例えば、炭酸水生成槽３１内の圧力が低下する毎に開閉弁３３ｅを開栓し、前記設定値に達するまで炭酸ガスの供給を行ってもよい。

尚、炭酸ガスの供給の際に、炭酸水生成槽３１内の圧力が前記設定値を超えた場合には、安全弁３５が自動的に開栓し、炭酸ガスを排出管４５から排出させる。炭酸水生成槽３１内の圧力が前記設定値以下に降下した後は、安全弁３５は閉栓する。

炭酸ガスの供給開始と同時に、制御ユニット４３は撹拌部３４に動作指令を行い、炭酸水生成槽３１内の冷却水１５ｂの撹拌を行う。より具体的には、制御ユニット４３は、撹拌部３４のモーター３４ｃに対し駆動する様に動作指令を行う。これにより、モーター３４ｃが駆動し、磁石３４ｂを回転させることで、炭酸水生成槽３１内に載置されている回転子３４ａを回転駆動させる。冷却水１５ｂを撹拌することで、冷却水１５ｂに溶解させる炭酸ガスの濃度を均一にし、濃度勾配が生じるのを抑制することができる。これにより、従来の炭酸水ディスペンサよりも、より多くの炭酸ガスを溶解させた炭酸水３８の生成を可能にする。

撹拌速度及び撹拌時間は、適宜必要に応じて設定することができる。撹拌速度は、制御ユニット４３の動作指令により、回転子３４ａの回転数を制御することで調整可能である。また、撹拌時間についても、制御ユニット４３の動作指令によりモーター３４ｃの駆動時間を制御することで調整可能である。そして、撹拌速度及び／又は撹拌時間を調整することで、生成される炭酸水３８中の炭酸ガスの溶解量を制御することができる。例えば、撹拌速度を大きくし、かつ撹拌時間を長くすることで、より多くの炭酸ガスを冷却水１５ｂ中に溶解させることができる。その結果、いわゆる強炭酸水の生成を可能にする。

ここで、本明細書に於いて「撹拌速度」とは、回転子３４ａの回転速度（ｒｐｍ）を意味する。但し、例えば、撹拌部３４として撹拌翼を備えた撹拌装置を用いる場合、撹拌速度は撹拌翼先端の速度を意味してもよく、その場合の撹拌速度は周速度（＝２×（円周率）×（撹拌翼の半径）×（単位時間あたりの回転数））により算出することができる。また、撹拌部として機械的撹拌棒を備えた撹拌装置を用いる場合、撹拌速度は機械的撹拌棒の回転速度（ｒｐｍ）で表すことができる。

撹拌部３４による撹拌の終了は、炭酸ガスの供給終了と同時に終了する。より具体的には、制御ユニット４３が撹拌部３４のモーター３４ｃに対し駆動を停止する様に動作指令を行うことで、撹拌は終了する。

尚、撹拌部３４の駆動の開始は、冷却水１５ｂの供給終了後、炭酸ガスの供給開始前でもよい。あるいは、炭酸ガスの供給開始後、炭酸ガスの供給終了前でもよい。また、撹拌部３４の駆動の終了は、炭酸ガスの供給開始後、炭酸ガスの供給終了前でもよい。あるいは、炭酸ガスの供給終了後でもよい。

炭酸水３８の生成後、制御ユニット４３は、炭酸水３８を炭酸水出水口１３ｃから出水させるために、炭酸水供給管３９の開閉弁４１に対し開栓する様に動作指令を行う。また、制御ユニット４３は、炭酸ガス供給部３３の開閉弁３３ｅに対し閉栓する様に動作指令を行う。尚、開閉弁３２ｂ及び開閉弁３７は閉栓状態のままで保持されている。

炭酸水供給管３９の開閉弁４１が開栓されると、炭酸水生成槽３１内の炭酸水３８は自重により炭酸水供給管３９を流れ、炭酸水出水口１３ｃから出水する。

尚、炭酸水３８の出水の際、制御ユニット４３は開閉弁３６ａに対して開栓する様に動作指令を行う。背圧弁３６ｂはその圧力設定値が安全弁３５の設定値以下の圧力となる様に設定されているので、これにより炭酸水生成槽３１内部の圧力は炭酸水の出水に適した圧力に保持される。その結果、炭酸水３８の安定した出水を可能にする。

炭酸水３８の出水を自重により行うことが困難な場合には、炭酸ガスボンベ３３ｃに貯蔵されている炭酸ガスを炭酸水生成槽３１内に導入することで、炭酸水生成槽３１内の圧力を高めて炭酸水３８を圧送してもよい。この場合、制御ユニット４３は、開閉弁３３ｅに対し開栓する様に動作指令を行う。

また、別途、気体供給部を設け、当該気体供給部から気体を炭酸水生成槽３１内に供給することで、炭酸水生成槽３１内の圧力を高めて炭酸水３８を圧送してもよい。この場合、気体供給部は、気体供給管と、開閉弁とを少なくとも有する。また、気体供給元としては、気体を貯蔵するガスボンベの他、気体を送風するブロワやファン等を用いてもよい。

気体供給管は、気体供給元と炭酸水生成槽３１との間に設けられる。気体供給管は、炭酸水生成槽３１においては、その天井部で接続されており、炭酸水生成槽３１への供給の際は、貯留されている炭酸水３８に対しバブリングしない様に構成されている。また、開閉弁は、制御ユニット４３と電気的に接続されている。開閉弁の開閉は、制御ユニット４３が動作指令を行うことにより制御される。具体的には、炭酸水３８の出水の要求に応じて炭酸水３８を生成する際に、制御ユニット４３が開閉弁に対し開栓の動作指令を行う。これにより、気体供給管を介して炭酸水生成槽３１内に気体を供給することができ、炭酸水生成槽３１内の圧力を高めて炭酸水３８を圧送することができる。

気体の種類としては人体に対し安全性を有するものであれば特に限定されず、例えば、空気や窒素ガス等が挙げられる。

以上の通り、本実施の形態の炭酸水ディスペンサ１０は、冷却水１５ｂに炭酸ガスを溶解させて炭酸水３８を生成する際に、当該冷却水１５ｂを加圧下で撹拌しながら行う。そのため、従来の炭酸水ディスペンサと比較して、強炭酸水の生成を可能にする。

（その他の事項）
以上の説明に於いては、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その他の様々な形態で実施可能である。

例えば、生成部としては、前述の円柱状の炭酸水生成槽３１に代えて、図５（ａ）～５（ｄ）にそれぞれ図示する炭酸水生成槽５１～５４を用いることができる。

図５（ａ）～５（ｃ）に示す各炭酸水生成槽５１～５３に於いては、炭酸ガス供給部及び飲料水供給部が共に炭酸水生成槽５１～５３の天井部側に配置される。また、炭酸水供給部は、炭酸水が自重により集まる底部側に配置される。そして、炭酸水生成槽５１～５３は、少なくとも内壁に於いて、炭酸水が自重により流下する形状を備えている。これにより、炭酸水生成槽５１～５３からの炭酸水の供給を容易にしている。尚、炭酸水生成槽５１～５３を用いる場合の撹拌部としては、撹拌翼や機械的撹拌棒を備えた撹拌装置を用いるのが好ましい。

図５（ｄ）に示す炭酸水生成槽５４に於いても、炭酸ガス供給部及び飲料水供給部は炭酸水生成槽５４の天井部側に配置されるが、炭酸水供給部も天井部側に配置される。従って、炭酸水生成槽５４に於いては、炭酸水を自重により流下させて出水させることは困難である。炭酸水の供給の際には、炭酸水生成槽５４内に、炭酸ガス供給部から炭酸ガスを供給したり、気体供給部から気体を供給するなどして圧力を高め、圧送により炭酸水の出水を行う。尚、炭酸水生成槽５4を用いる場合の撹拌部としては、撹拌翼や機械的撹拌棒を備えた撹拌装置の他に、回転子を用いたスターラーを用いることも可能である。

以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、下記の実施例に記載されている材料等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。

（実施例１）
本実施例に於いては、図６に示す実験装置を用いて炭酸水の作製を行い、炭酸ガスの溶解の程度について検討を行った。図６は、実施例１に係る炭酸水生成装置の概略を表す模式図である。

図６に示すように、容積が２７０ｍｌの密閉タンク６１を用意し、密閉タンク６１内に回転子６２と約２００ｍｌの飲料水６３を入れた。密閉タンク６１の側周面及び上面には、それぞれ保冷剤６４を当接させ、密閉タンク６１内の飲料水６３の冷却を行った。これにより、飲料水６３の温度を１０℃にした。

また、密閉タンク６１の上面に炭酸ガス供給管６５を接続し、炭酸ガスボンベ６６からの炭酸ガスの供給を可能にした。炭酸ガス供給管６５の経路中には、上流側（すなわち、炭酸ガスボンベ６６の設置側）から順次、減圧弁６７、流調弁６８、マスフローメータ６９及び炭酸ガス供給弁（開閉弁）Ｖ－１を設けた。さらに、密閉タンク６１の上面には、脱圧弁Ｖ－２を備えた排出管７０を接続した。

炭酸水の作製は次の通り行った。すなわち、先ず、脱圧弁Ｖ－２を閉栓した状態で炭酸ガス供給弁Ｖ－１を開栓した。また、炭酸ガス供給弁Ｖ－１の開栓と同時に、スターラーにより回転子６２を回転させて、飲料水６３を撹拌した。回転子６２の回転速度（撹拌速度）は約１５００ｒｐｍとした。炭酸ガスの供給及び回転子６２による撹拌の時間は３分間とし、その間の炭酸ガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）とタンク内圧力（ＭＰａＧ）を計測した。

その後、炭酸ガス供給弁Ｖ－１を閉栓し、回転子６２による撹拌を停止した。また、脱圧弁Ｖ－２を開栓して、密閉タンク６１内の圧力が０ＭＰａＧになるまで脱圧を行った。

次に、炭酸ガス供給弁Ｖ－１を閉栓した状態のままで脱圧弁Ｖ－２も閉栓し、回転子６２を回転速度約１５００ｒｐｍで回転させて炭酸水の撹拌を行った。さらに、密閉タンク６１内の圧力の圧力を計測し、その圧力変化により炭酸水中に溶解している炭酸ガスの含有量を相対的に確認した。経過時間と、密閉タンク６１内の圧力及び炭酸ガスの流量との関係を表す測定結果を図７に示す。

（実施例２）
本実施例２においては、実施例１で作製した炭酸水生成装置を用いて、次の通り炭酸水の製造を行った。
すなわち、先ず、脱圧弁Ｖ－２を閉栓した状態で炭酸ガス供給弁Ｖ－１を開栓した。このとき、回転子６２を回転させた飲料水の撹拌は行わなかった。密閉タンク６１内の圧力が０．９ＭＰａＧに達したら、炭酸ガス供給弁Ｖ－１を閉栓し、約３分間静置して密閉タンク６１内の圧力変化を計測した。続いて、回転子６２を回転速度約１５００ｒｐｍで回転させ、約３分間撹拌した。また、撹拌中の密閉タンク６１内の圧力変化も計測した。その後、脱圧弁Ｖ－２を開栓して、密閉タンク６１内の圧力が０ＭＰａＧになるまで脱圧を行った。

次に、炭酸ガス供給弁Ｖ－１を閉栓した状態のままで脱圧弁Ｖ－２も閉栓し、回転子６２を回転速度約１５００ｒｐｍで回転させて炭酸水の撹拌を行った。さらに、密閉タンク６１内の圧力の圧力を計測し、その圧力変化により炭酸水中に溶解している炭酸ガスの含有量を相対的に確認した。経過時間と、密閉タンク６１内の圧力及び炭酸ガスの流量との関係を表す測定結果を図８に示す。

（比較例１）
本比較例１においては、実施例１で作製した炭酸水生成装置を用いて、次の通り炭酸水の製造を行った。
すなわち、先ず、脱圧弁Ｖ－２を閉栓した状態で炭酸ガス供給弁Ｖ－１を開栓した。炭酸ガスの供給時間は３分間とし、その間の炭酸ガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）とタンク内圧力（ＭＰａＧ）を計測した。

その後、脱圧弁Ｖ－２を開栓して、密閉タンク６１内の圧力が０ＭＰａＧになるまで脱圧を行った。

次に、炭酸ガス供給弁Ｖ－１を閉栓した状態のままで脱圧弁Ｖ－２も閉栓し、回転子６２を回転速度約１５００ｒｐｍで回転させて炭酸水の撹拌を行った。さらに、密閉タンク６１内の圧力の圧力を計測し、その圧力変化により炭酸水中に溶解している炭酸ガスの含有量を相対的に確認した。経過時間と、密閉タンク６１内の圧力及び炭酸ガスの流量との関係を表す測定結果を図９に示す。

（結果）
実施例１では、図７に示す様に、炭酸ガスの供給後、密閉タンク６１内の圧力が最大値である約０．９ＭＰａＧに到達するまでの上昇は緩やかであった（図７のII）。また、密閉タンク６１内の圧力が最大値に達するまでに要した炭酸ガスの積算流量は１．９３ＮＬであった。これは、飲料水の撹拌により、飲料水中に十分な量の炭酸ガスを効率良く溶解させることができたためと推測される。さらに、炭酸ガスの供給開始から約３分以内に、炭酸ガスの流量がほぼ０ＮＬ／ｍｉｎ（マスフローメータの最小レンジ以下）にまで低下した。これにより、密閉タンク６１内の飲料水に対し、ほぼ０．９ＭＰａＧの飽和量の炭酸ガスが溶解できたと推測される。一方、比較例１では、図９に示す様に、密閉タンク６１内の圧力が、炭酸ガスの供給開始後、実施例１よりも早く最大値（約０．９ＭＰａＧ）に到達した（図９のII）。また、密閉タンク６１内の圧力が最大値に達するまでに要した炭酸ガスの積算流量は０．６７ＮＬであった。これにより、飲料水を撹拌しない場合では、飲料水中に溶解させることが可能な炭酸ガスの量が少なくなることが確認された。

また、炭酸水の生成後の密閉タンク６１内圧力を一旦０ＭＰａＧに戻した後（図７及び図９のIII）、炭酸水を回転子６２で撹拌することで、炭酸水中に溶解している炭酸ガスを放出させた。その結果、実施例１では、図７に示す様に、密閉タンク６１内の圧力が上昇した（図７のIＶ）。これに対し、比較例１では、炭酸ガスの放出がなく、密閉タンク６１内の圧力は０ＭＰａＧのままであった（図９のIＶ）。これにより、実施例１では炭酸水が生成されているのに対し、比較例１では炭酸水が生成されていないことが確認された。

実施例２では、撹拌を行っていなかった炭酸ガス供給の初期段階（図８中のIII）では、密閉タンク６１内の圧力が最大値である０．９ＭＰａＧにすぐに到達した。しかし、飲料水の撹拌を開始すると、密閉タンク６１内の圧力が急激に低下した（図８中のＩＶ）。そして、炭酸水の生成後の密閉タンク６１内圧力を一旦０ＭＰａＧに戻した後（図８中のＶ）、炭酸水を撹拌することで、炭酸水中に溶解している炭酸ガスを放出させた。その結果、実施例２では、密閉タンク６１内の圧力が上昇した（図８中のＶＩ）。これにより、炭酸水中に炭酸ガスが効率よく溶解していることが確認された。

１０ 炭酸水ディスペンサ
１１ 供給部
１１ａ ボトル
１１ｂ ボトルカバー
１２ 本体部
１３ 出水口
１３ａ 冷水出水口
１３ｂ 温水出水口
１３ｃ 炭酸水出水口
１４ 貯留槽
１４ａ 常温水層
１４ｂ 冷却水層
１５ 飲料水
１６ 温水槽
１７ 冷却水供給管
１８ 筐体
１９ 注水口受け
２０ 取水管
２１ セパレータ
２２ 注水口
２５ 冷却部
２８ 温水供給管
２９ 供給管
２９ａ 入口開口
２９ｂ 出口開口
３１、５１～５４ 炭酸水生成槽（生成部）
３１ａ 生成槽冷却部
３２ 飲料水供給部
３２ａ 飲料水供給管
３２ｂ 開閉弁
３３ 炭酸ガス供給部
３３ａ 炭酸ガス供給管
３３ｂ 気泡供給口
３３ｃ 炭酸ガスボンベ
３３ｄ 減圧弁
３３ｅ 開閉弁
３４ 撹拌部
３４ａ 回転子
３４ｂ 磁石
３４ｃ モーター
３５ 安全弁
３６ａ 開閉弁
３６ｂ 背圧弁
３７ 開閉弁
３８ 炭酸水
３９ 炭酸水供給管
４１ 開閉弁
４２ 水位センサー
４３ 制御ユニット（制御部）
４３ａ 演算処理部
４３ｂ メモリ部
４３ｃ 入出力部
４４ フィルター
４５ 排出管
４５ａ 第１分岐管
４５ｂ 第２分岐管
４６ 外部連通部
６１ 密閉タンク
６２ 回転子
６３ 飲料水
６４ 保冷剤
６５ 炭酸ガス供給管
６６ 炭酸ガスボンベ
６７ 減圧弁
６８ 流調弁
６９ マスフローメータ
７０ 排出管

Claims (5)

1. 炭酸水を生成し出水することが可能な炭酸水ディスペンサであって、
   前記炭酸水を加圧下で生成する生成部と、
   前記生成部に、前記炭酸水を製造するための飲料水を供給する飲料水供給部と、
   前記飲料水が供給された生成部に、前記炭酸水を製造するための炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部と、
   前記生成部で生成された炭酸水を出水する出水部と、
   を備え、
   前記生成部には、前記飲料水供給部から供給された飲料水に、前記炭酸ガス供給部から供給される炭酸ガスを溶解させる際に、前記生成部の内部の前記飲料水を撹拌する撹拌部と、前記生成部の内部の気体を排出するための排出管と、前記排出管から分岐する第１分岐管とが設けられ、
   前記排出管には、前記炭酸ガス供給部による前記生成部への炭酸ガスの供給の際に、前記生成部の内部の圧力を任意の設定値以下に調整する安全弁が設けられ、
   前記第１分岐管は前記排出管において前記安全弁が設けられる位置の上流で分岐しており、前記第１分岐管の経路途中には、前記生成部で生成された炭酸水を前記出水部から出水させる際に、前記生成部の内部の圧力を任意の設定値以下に調整する背圧弁が設けられている炭酸水ディスペンサ。
2. 前記撹拌部の撹拌動作を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記炭酸ガス供給部による前記生成部への炭酸ガスの供給に応じて、前記撹拌部の撹拌速度及び撹拌時間を調整する請求項１に記載の炭酸水ディスペンサ。
3. 前記炭酸ガス供給部は、前記生成部に供給された飲料水中に前記炭酸ガスを供給するものである請求項１又は２に記載の炭酸水ディスペンサ。
4. 前記炭酸ガス供給部には、前記生成部に供給された飲料水中に前記炭酸ガスの微細気泡を供給するために、小経口の気泡供給口が設けられている請求項３に記載の炭酸水ディスペンサ。
5. 前記生成部で生成された炭酸水を前記出水部から出水させる際に、前記生成部の内部を加圧するために当該生成部に加圧用気体を供給する加圧部をさらに備える請求項１～４の何れか１項に記載の炭酸水ディスペンサ。

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