(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスで加圧されたカーボネータタンク内の炭酸ガス雰囲気中に前記カーボネータタンクの上方に設けられた噴射部から加圧水を霧状に噴射して炭酸水を製造し、前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵するとともに、前記炭酸ガスのガス圧で前記炭酸水を外部に吐出する炭酸水製造装置において、
前記カーボネータタンク内に配置され、前記噴射部より噴射される前記加圧水が直接衝突する内壁を有し、当該内壁に衝突することにより前記炭酸水となったものを貯留する水滴受けと、
前記水滴受けに設けられ、前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵された前記炭酸水と連通することにより、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の底部に導く炭酸水パイプを備えていることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項２】
炭酸ガスで加圧されたカーボネータタンク内の炭酸ガス雰囲気中に前記カーボネータタンクの上方に設けられた噴射部から加圧水を霧状に噴射して炭酸水を製造し、前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵するとともに、前記炭酸ガスのガス圧で前記炭酸水を外部に吐出する炭酸水製造装置において、
前記カーボネータタンク内に配置され、前記噴射部より噴射される前記加圧水が直接衝突する内壁を有し、当該内壁に衝突することにより前記炭酸水となったものを貯留する水滴受けと、
前記水滴受けに設けられ、前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵された前記炭酸水と連通することにより、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の底部に導く炭酸水パイプを備え、
前記炭酸水パイプは、前記水滴受けの所定の高さに上端の位置が設定されることにより、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水の水位を前記所定の高さで一定に保つように構成され、
前記噴射部は、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水の水位より高い所定の位置で前記加圧水を前記内壁に衝突させることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項３】
炭酸ガスで加圧されたカーボネータタンク内の炭酸ガス雰囲気中に前記カーボネータタンクの上方に設けられた噴射部から加圧水を霧状に噴射して炭酸水を製造し、前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵するとともに、前記炭酸ガスのガス圧で前記炭酸水を外部に吐出する炭酸水製造装置において、
前記カーボネータタンク内に配置され、前記噴射部より噴射される前記加圧水が直接衝突する内壁を有し、当該内壁に衝突することにより前記炭酸水となったものを貯留する水滴受けと、
前記水滴受けに設けられ、前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵された前記炭酸水と連通することにより、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の底部に導く炭酸水パイプと、
貯蔵された前記炭酸水の上限位置および下限位置を検出する検出手段と、
前記検出手段による前記上限水位および下限水位の検出結果に基づいて前記噴射部の前記加圧水の噴射を制御することにより、貯蔵された前記炭酸水の水位を制御する制御手段を備え、
前記炭酸水パイプは、前記上限水位に上端の位置が設定されることにより、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水の水位を前記上限水位で一定に保つように構成され、
前記噴射部は、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水の水位より高い所定の位置で前記加圧水を前記内壁に衝突させることを特徴とする炭酸水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動販売機や飲料ディスペンサ等の炭酸飲料供給装置に適用される炭酸水製造装置に関し、特に、常温でも炭酸水を短時間で製造するようにした炭酸水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の炭酸水製造装置には、カーボネータタンクを飲料冷却用の水槽に入れてカーボネータタンク自体を冷却するとともに、そのカーボネータタンク内に冷水を注入する低温タイプと、カーボネータタンクを水槽に入れずに別個に配置し、そのカーボネータタンク内に常温の水を注入する常温タイプとがある。
炭酸ガスは温度が低い程水に溶け込み易い傾向にあるため、高い炭酸ガス含有率の炭酸水を製造することができる点で、低温タイプの方が優れている。しかし、低温タイプは、水槽内に冷却コイルも配置されているため、タンク容量に限界があり、一杯あるいは二杯分程度の炭酸水しか貯蔵できないという欠点がある。一方、水槽を大きくすれば、タンク容量を大きくできるが、冷却効率が悪くなる。従って、何杯も連続して炭酸水を販売する必要のある自動販売機や飲料ディスペンサ等には低温タイプよりタンク容量を大きくできる常温タイプが適している。
【０００３】
この常温タイプの従来の炭酸水製造装置を図５に示す。この炭酸水製造装置１は、縦置きされた円筒状のカーボネータタンク２を有し、カーボネータタンク２の上部に、加圧水を噴射する噴射ノズル３、炭酸ガスが所定の圧力で供給される炭酸ガス供給ノズル４、およびタンク２内の炭酸水５の下限水位を検出する下限水位検出センサ６を取り付け、カーボネータタンク２の底部に炭酸水吐出管７を導入したものである。炭酸ガス雰囲気中に向けて噴射ノズル３から加圧水を噴射すると、加圧水と炭酸ガスとの直接的な接触、および加圧水による攪拌効果により周囲雰囲気から炭酸ガスを巻き込み、炭酸ガスが水に溶け込んで、炭酸水が製造され、カーボネータタンク２の底部に貯蔵される。その後は、タンク２から必要量の炭酸水が炭酸水吐出管７を介して外部に吐出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に示した従来の炭酸水製造装置１によると、カーボネータタンク２が縦形であるので、噴射ノズル３を１つしか設けることができず、しかも加圧水と炭酸ガスとの直接的な接触、および加圧水による攪拌効果によって炭酸ガスを水に溶け込ませるものであるため、水と炭酸ガス雰囲気との接触面積が小さく、炭酸水を得るのに時間がかかるという欠点がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、常温でも短時間で炭酸水を製造することのできる炭酸水製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、炭酸ガスで加圧されたカーボネータタンク内の炭酸ガス雰囲気中に前記カーボネータタンクの上方に設けられた噴射部から加圧水を霧状に噴射して炭酸水を製造し、前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵するとともに、前記炭酸ガスのガス圧で前記炭酸水を外部に吐出する炭酸水製造装置において、前記カーボネータタンク内に配置され、前記噴射部より噴射される前記加圧水が直接衝突する内壁を有し、当該内壁に衝突することにより前記炭酸水となったものを貯留する水滴受けと、前記水滴受けに設けられ、前記カーボネータタンク内の下部に貯蔵された前記炭酸水と連通することにより、前記水滴受けに貯留された前記炭酸水を前記カーボネータタンク内の底部に導く炭酸水パイプを備えていることを特徴とする炭酸水製造装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る炭酸水製造装置を構成するカーボネータタンクの斜視図である。この炭酸水製造装置１０は、例えば飲料ディスペンサに適用されるものであり、同図に示すように横置きされた円筒状のカーボネータタンク１１を有している。このカーボネータタンク１１は、周面上部に、加圧水を霧状の微細な水滴にしてタンク１１内より高い圧力（例えば数ｋｇ／ｃｍ2 高い圧力）で噴射する２つの噴射ノズル１２，１２と、安全弁１３を備えた炭酸ガス供給ノズル１４と、炭酸水の水位を検出するフロースイッチ１５とを設け、一方の側面から内部に炭酸水吐出管１６を導入している。安全弁１３は、タンク１１内のガス圧力が一定以上になると、大気に開放してタンク１１の破損を防止するものであり、手動で引くことによりタンク１１内の空気を外部に排出できる手動用リング１３ａを備えている。
【０００８】
図２はカーボネータタンク１１の内部構造を示す斜視図である。カーボネータタンク１１の内部には、２つの噴射ノズル１２，１２の直下に噴射ノズル１２から噴射された水滴を受け入れる略断面Ｕ字状の水滴受け１７，１７を配置し、各水滴受け１７，１７をそれぞれの支持部材１８，１８によってタンク１１の内壁から支持している。各水滴受け１７の底面には、製造された炭酸水をタンク１１内の底部に静かに導く２つの炭酸水パイプ１９，１９が支持部材１８を貫通するように立設している。また、支持部材１８には、軽量化等のための複数の大孔１８ａを形成し、水滴受け１７の底面には、水溜りを防ぐための小孔１７ａ，１７ａを支持部材１８を貫通するように設けている。
【０００９】
噴射ノズル１２は、後述する加圧ポンプ２２からの加圧水を円錐状の周面に沿うように霧状の微細な水滴にして噴射し、水滴受け１７の内壁面に衝突させるノズル先端部１２ａを備えている。
【００１０】
図３はこの炭酸水製造装置１０の配管系を示す図である。噴射ノズル１２，１２には、水道に水供給管２０Ａを接続し、炭酸ガス供給ノズル１４には、図示しない炭酸ガスボンベから炭酸ガス供給管２０Ｂを接続し、炭酸水吐出管１６に飲料ディスペンサ本体１００内の炭酸水電磁弁１０１に至る炭酸水供給管２０Ｃを接続している。上記水供給管２０Ａには、水入口電磁弁２１Ａ、加圧ポンプ２２、タンク側水電磁弁２１Ｂ、および加圧水の逆流を防ぐ逆止弁２３Ａを介装し、炭酸ガス供給管２０Ｂに炭酸ガスの逆流を防ぐ逆止弁２３Ｂを介装している。また、加圧ポンプ２２とタンク側水電磁弁２１Ｂとの間の水供給管２０Ａには、飲料ディスペンサ本体１００に至る水供給分岐管２０Ｄを接続し、この水供給分岐管２０Ｄに加圧水の逆流を防ぐ逆止弁２３Ｃを介装している。炭酸ガス供給ノズル１４と逆止弁２３Ｂとの間の炭酸ガス供給管２０Ｂには、空気排出管２０Ｅを接続し、この空気排出管２０Ｅに空気排出用電磁弁２１Ｃを介装している。
【００１１】
フロースイッチ１５は、炭酸水２４の水面の上下動に追従して中空軸１５ａに沿って上下動するフロート１５ｂと、フロート１５ｂの脱落を防止するストッパ１５ｃと、フロート１５ｂの外側に配置された円筒状の保護筒１５ｄとを備えている。フロート１５ｂの内部には永久磁石（図示せず）を備え、中空軸１５ａの内部には、上方の所定の位置に上限リードスイッチ１５ｅ（図４参照）を備え、下方の所定の位置に下限リードスイッチ１５ｆ（図４参照）を備えている。上限リードスイッチ１５ｅは、炭酸水２４の水面が上限水位Ｈに達すると、フロート１５ｂの上昇によりフロート１５ｂ内の永久磁石の作用によってオン動作し、オン信号を制御部３０に出力するものである。下限リードスイッチ１５ｆは、炭酸水２４の水面が下限水位Ｌに達すると、フロート１５ｂの下降によりフロート１５ｂ内の永久磁石の作用によってオン動作し、オン信号を制御部３０に出力するものである。
【００１２】
炭酸水パイプ１９，１９の上端の位置は、炭酸水２４の上限水位Ｈに一致させている。これにより、炭酸水２４の水面が炭酸水パイプ１９，１９の上端と同レベルあるいはそれより下で変化している限り、噴射ノズル１２から噴射された水滴の水滴受け１７内壁面における衝突位置と水面との一定距離Ｓが補償される。
【００１３】
図４は本装置１０の制御系を示すブロック図である。この装置１０は、本装置１０全体を制御する制御部３０を有し、この制御部３０に、上記水入口電磁弁２１Ａ，タンク側水電磁弁２１Ｂ，空気排出用電磁弁２１Ｃ，上限リードスイッチ１５ｅおよび下限リードスイッチ１５ｆを接続し、さらに、本装置１を起動させるための動作スイッチ３１と、電源を本装置１各部に供給する電源部３２とを接続している。
【００１４】
制御部３０は、上限リードスイッチ１５ｅおよび下限リードスイッチ１５ｆのスイッチング動作に基づくタンク１１内の炭酸水２４の水位制御、動作スイッチ３１の操作に基づくタンク１１内の空気の排出制御、事故防止制御等を行うようになっている。この事故防止制御では、下限リードスイッチ１５ｆからオン信号が出力されてからの経過時間を計時し、所定の時間（例えば１０分）経過しても上限リードスイッチ１５ｅからオン信号が出力されないときは、断水あるいは水漏れ等が発生したと判断して各部への電源供給を強制的に停止するよう電源部３２を制御する。これにより、水漏れ事故や加圧ポンプ２２のモータの焼き付き等の事故を防止することが可能になる。
【００１５】
次に、本装置１０の動作を説明する。
販売日の営業開始時になると、オペレータは動作スイッチ３１をオンし、電源部３２は制御部３０の制御の下で本装置１０各部に電源を供給する。図示しない炭酸ガスボンベは、所定の圧力（例えば８ｋｇ／ｃｍ2 ）の炭酸ガスを炭酸ガス供給管２０Ｂおよび逆止弁２３Ｂを介してカーボネータタンク１１内に送る。制御部３０は、空気排出用電磁弁２１Ｃを所定時間（例えば１〜２秒間）開いてカーボネータタンク１１内に残留する空気を炭酸ガス供給ノズル１４，空気排出管２０Ｅおよび空気排出用電磁弁２１Ｃを介して外部へ排出する。
【００１６】
続いて、制御部３０は、水入口電磁弁２１Ａおよびタンク側水電磁弁２１Ｂを開くとともに加圧ポンプ２２を駆動する。加圧ポンプ２２は、飲料ディスペンサ本体１００から水入口電磁弁２１Ａを介して供給された常温の水を加圧して水供給管２０Ａ，タンク側水電磁弁２１Ｂおよび逆止弁２３Ａを介して噴射ノズル１２，１２に送る。噴射ノズル１２，１２は、加圧ポンプ２２からの加圧水をノズル先端部１２ａにより霧状の微細な水滴にして噴射し、水滴受け１７の内壁面に衝突させる。水滴受け１７の内壁面に衝突した水滴は、巻き上がる。噴射，衝突，巻き上げの各過程で微細な水滴が雰囲気中の炭酸ガスを吸収し、炭酸水２４となって水滴受け１７に溜まる。水滴受け１７内の炭酸水２４の水面が上限水位Ｈと同水位に達すると、炭酸水２４が炭酸水パイプ１９を通してカーボネータタンク１１内の底部に流れ、そこに貯蔵される。このような過程を経てタンク１１内の底部に炭酸水２４が貯蔵され、その水面が上昇して上限水位Ｈに達すると、フロート１５ｂの上昇により、上限リードスイッチ１５ｅがオンし、オン信号を制御部３０に出力する。制御部３０は、上限リードスイッチ１５ｅからのオン信号に基づいてタンク側水電磁弁２１Ｂを閉じるとともに、加圧ポンプ２２の駆動を停止し、タンク１１への水の供給を停止する。このような制御部３０による水位制御によって上記動作が繰り返される。
【００１７】
その後、販売の都度、飲料ディスペンサ本体１００側の制御による炭酸水電磁弁１０１の開閉により、炭酸ガスボンベによる炭酸ガスの加圧に基づいて、一杯分の炭酸水２４が炭酸水吐出管１６，炭酸水供給管２０Ｃおよび炭酸水電磁弁１０１を介して飲料ディスペンサ本体１００側に供給される。複数回の販売により、カーボネータタンク１１内の底部に貯蔵されている炭酸水２４の水面が下限水位Ｌに達すると、フロート１５ｂの下降により、下限リードスイッチ１５ｆがオンし、オン信号を制御部３０に出力する。制御部３０は、下限リードスイッチ１５ｆからのオン信号に基づいてタンク側水電磁弁２１Ｂを開くとともに、加圧ポンプ２２を駆動してタンク１１への水の供給を開始する。販売日の営業終了時になると、オペレータは動作スイッチ３１をオフする。電源部３２は、制御部３０の制御により本装置１各部への電源供給を停止する。
【００１８】
上述した本装置１０によれば、以下の効果が得られる。
(イ) 噴射ノズル１２により霧状の微細な水滴を噴射しているので、水滴と炭酸ガス雰囲気との接触面積が増え、水滴に炭酸ガスを取り込み易くなる。また、噴射ノズル１２を２つ設け、さらに、タンク１１の内部が垂直断面積より大なる水平断面積を有するように、カーボネータタンク１１を横置きにしているので、炭酸水の水面と炭酸ガス雰囲気との接触面積が大きくなる。この結果、常温状態でも短時間で多量の炭酸ガス含有率の高い炭酸水２４を製造することができる。
(ロ) 水滴受け１７内の炭酸水の水面を炭酸水パイプ１９によって一定にしているので、噴射ノズル１２から噴射された水滴の水滴受け１７の内壁面における衝突位置と水面との距離Ｓが一定となる。この結果、水滴が水面に到達するまでの時間および衝突後の水滴の発生状態が一定となるため、炭酸水２４の炭酸ガス含有率が安定化する。
(ハ) タンク１１内に空気が存在すると、タンク１１内の炭酸ガスの濃度を低下させ、製造される炭酸水の炭酸ガス含有率を低下させるが、動作スイッチ３１の操作に基づいてカーボネータタンク１１内の空気を外部に排出しているので、炭酸水の炭酸ガス含有率を高くすることができる。また、オペレータは、装置１を起動する動作スイッチ３１を操作するだけで、タンク１１内の空気の排出が行われるので、定期的に手動で空気排出操作を行わなくても済むため、オペレータの負担軽減を図ることができる。また、手動用リング１３ａを備えているので、必要であればいつでも空気を排出することができる。
(ニ) 上限リードスイッチ１５ｅおよび下限リードスイッチ１５ｆのスイッチング動作に基づいて上限水位Ｈと下限水位Ｌとの間で水位制御を行っているので、炭酸水の一定の貯蔵量を確保することができ、複数杯の炭酸水を連続して販売することが可能になる。
(ホ) 短時間で多量の高い炭酸ガス含有率の炭酸水を製造することができるので、カーボネータタンクを小型にすることが可能となる。
【００１９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。
例えば、上記実施の形態では、本発明を常温タイプに適用した場合について説明したが、低温タイプに適用してもよい。
また、縦寸法が横寸法とほぼ等しいかあるいは小さいカーボネータタンクを縦置きとし、その上部に複数の噴射ノズルを設けてもよい。
また、上記実施の形態では、噴射ノズルの数に対応して複数の水滴受けを設けたが、１つの共通の水滴受けを設けてよい。
また、上記実施の形態では、噴射ノズルからの水滴を水滴受けの壁内面に向けて噴射しているが、水滴受け内の水面に向けて噴射してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の炭酸水製造装置によれば、カーボネータタンクの上部に加圧水を霧状に噴射する噴射ノズルを複数設けているので、噴射した加圧水の水滴と炭酸ガス雰囲気との接触面積が増え、水滴に炭酸ガスを取り込み易くなる。従って、常温でも短時間で炭酸水を製造することができる。
また、高い炭酸ガス含有率の炭酸水を製造することができるので、カーボネータタンクを小型にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭酸水製造装置を構成するカーボネータタンクの斜視図
【図２】本発明に係る炭酸水製造装置を構成するカーボネータタンクの内部構造を示す斜視図
【図３】本発明に係る炭酸水製造装置の配管系を示す図
【図４】本発明に係る炭酸水製造装置の制御系を示す図
【図５】従来の炭酸水製造装置を示す図
【符号の説明】
１０  炭酸水製造装置
１１  カーボネータタンク
１２  噴射ノズル
１２ａ  ノズル先端部
１３  安全弁
１３ａ  手動用リング
１４  炭酸ガス供給ノズル
１５  フロースイッチ
１５ａ  中空軸
１５ｂ  フロート
１５ｃ  ストッパ
１５ｄ  保護筒
１５ｅ  上限リードスイッチ
１５ｆ  下限リードスイッチ
１６  炭酸水吐出管
１７  水滴受け
１７ａ  小孔
１８  支持部材
１８ａ  大孔
１９  炭酸水パイプ
２０Ａ  水供給管
２０Ｂ  炭酸ガス供給管
２０Ｃ  炭酸水供給管
２０Ｄ  水供給分岐管
２０Ｅ  空気排出管
２１Ａ  水入口電磁弁
２１Ｂ  タンク側水電磁弁
２１Ｃ  空気排出用電磁弁
２２  加圧ポンプ
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ  逆止弁
２４  炭酸水
３０  制御部
３１  動作スイッチ
３２  電源部
１００  飲料ディスペンサ本体
１０１  炭酸水電磁弁
Ｈ  上限水位
Ｌ  下限水位
Ｓ  衝突位置と水面との距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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