(57)【要約】【課題】  水等液体を貯留するタンクを備えた液体冷却機において、小型、軽量で、冷却時間が短い液体冷却機を提供する。【解決手段】  水を貯留するタンク２と、このタンク２に接続する吐出口３と、スターリング冷凍機８に接続されて前記タンク２に設けられる冷却用の熱輸送手段７と、前記タンク２に設けられた温度センサー９と、この温度センサー９の検出温度に基づいて前記スターリング冷凍機８を制御する温度制御回路19とを備えて、前記スターリング冷凍機８により前記タンク２の水を冷却することにより、冷却能力を大きくすることができると共に温度制御の精度も高くでき、さらに冷却機の小型、軽量化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンクと、このタンクに接続する吐出口と、冷凍機に接続され前記タンクに設けられる冷却用の熱輸送手段と、前記タンクに設けられた温度センサーと、前記温度センサーの検出温度に基づいて前記冷凍機または前記熱輸送手段を制御する温度制御手段を備え、前記冷凍機がスターリング冷凍機であることを特徴とする液体冷却機。
【請求項２】
前記熱輸送手段がサーモサイフォンであることを特徴とする請求項１記載の液体冷却機。
【請求項３】
前記熱輸送手段がブラインとその循環用パイプ及びポンプであることを特徴とする請求項１記載の液体冷却機。
【請求項４】
前記温度制御手段が、前記タンク内の液体を、この液体の最高密度に対応する温度と同等か、或いはその温度以上に温度制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体冷却機。
【請求項５】
前記温度センサーを前記タンク高さの半分以下の箇所に配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体冷却機。
【請求項６】
前記温度センサーを前記吐出口の近傍に設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体冷却機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水やジュースのような飲料などの液体を冷却して注出するための液体冷却機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷水を供給する冷水機として、冷水機本体の内部に冷凍サイクルを構成する圧縮機、凝縮器及び送風機と冷却用のタンクを配置すると共に、冷水機本体の前面部に蛇口を配置した冷水機が公知である（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、気体（ヘリウムがもっとも一般的）を圧縮、膨張させて冷却を行うスターリング冷凍機を利用して飲料を冷却するものとして、複数の飲料水容器を保存できるようにした断熱チェンバーを備え、非断熱囲い内部にスターリング冷凍機を配したものが公知である（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−３３１２５５号公報
【特許文献２】特表２００３−５１１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記前者の従来技術においては、冷凍サイクルに、圧縮機、凝縮器を備えたものであるので、装置の小型化、軽量化が困難であった。またこの種のものでは冷却能力が比較的低いので、タンク内に水をいれてから、飲み頃温度に冷えるまでに比較的長時間を要するものであった。しかも、この種の冷水機にあってはタンク内の水が冷えすぎて氷層を生成させてしまう虞があった。
【０００５】
前記後者の従来技術においては、スターリング冷凍機を利用して複数の飲料水容器の飲料を冷却するものであったので、直接タンクに収容した水等を冷却することはできないものであった。
【０００６】
解決しようとする問題点は、水等液体を貯留するタンクを備えた液体冷却機において、小型、軽量で、冷却時間が短い液体冷却機を提供する点である。また、飲料等液体を凍結することなく、液体の凍結防止用調整の不用な液体冷却機を提供する点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、液体を貯留するタンクと、このタンクに接続する吐出口と、冷凍機に接続され前記タンクに設けられる冷却用の熱輸送手段と、前記タンクに設けられた温度センサーと、前記温度センサーの検出温度に基づいて前記冷凍機または前記熱輸送手段を制御する温度制御手段を備え、前記冷凍機がスターリング冷凍機であることを特徴とする液体冷却機である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記熱輸送手段がサーモサイフォンであることを特徴とする請求項１記載の液体冷却機である。
【０００９】
請求項３の発明は、前記熱輸送手段がブラインとその循環用パイプ及びポンプであることを特徴とする請求項１記載の液体冷却機である。
【００１０】
請求項４の発明は、前記温度制御手段が、前記タンク内の液体を、この液体の最高密度に対応する温度と同等か、或いはその温度以上に温度制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体冷却機である。
【００１１】
請求項５の発明は、前記温度センサーを前記タンク高さの半分以下の箇所に配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体冷却機である。
【００１２】
請求項６の発明は、前記温度センサーを前記吐出口の近傍に設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体冷却機である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、スターリング冷凍機によりタンクの水を冷却するので、冷却能力を大きくしたり、温度制御の精度を高くしたりすることができ、しかも液体冷却機の小型、軽量化を図ることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、熱輸送手段をサーモサイフォンとすることにより、冷媒輸送に伴う装置などが不要となり、いっそうの小型、軽量化を図ることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ブライン循環用パイプを合成樹脂等の比較的柔らかい材質で構成することができるので、スターリング冷凍機あるいはポンプからタンクへの振動伝達を抑えることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、前記タンク内の液体が水である場合、前記タンク内において上部の水温が下部の水温より低くなることを抑止することで、水の凍結防止を図ることができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、温度センサーは通常の使用で液温を検知できる状態にあるので、液体の温度管理を確実に行うことができるばかりでなく、前記タンク内の液体が水である場合、最高密度となっている水の温度を確実に検知することで、確実に凍結防止を図ることができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、温度センサーは常に液温を検知できる状態にあるので、液体の温度管理を確実に行うことができるばかりでなく、前記タンク内の液体が水である場合、最高密度となっている水の温度を確実に検知することで、確実に凍結防止を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００２０】
図１〜図５は実施例１を示しており、液体冷却機は、縦長なケーシング１の前側上部に水等の液体を貯留するタンク２が設けられており、このタンク２の底部２ａに吐出口３が開閉弁４を介して接続されている。前記吐出口３はケーシング１の前面下部に凹設したコップ置き台５の上方に設けられていると共に、前記開閉弁４の操作部６が前記コップ置き台５の奥側上部に設けられている。そして、前記タンク２に設けられる冷却用の熱輸送手段７に接続する冷凍機としてのスターリング冷凍機８がケーシング１の後側上部に設けられている。さらに、前記タンク２の高さｈに対して半分以下となる箇所に、前記タンク２内温度を検出する温度センサー９が配置されており、この温度センサー９は前記吐出口３の近傍に設けられるように前記タンク２の周面２ｂの下部に設けられている。
【００２１】
前記スターリング冷凍機８は、図３に示すように、リニアモータ10により作動するピストン11がシリンダ12を軸方向に往復動し、そして、前記ピストン11がディスプレイサー13方向に移動すると、ピストン11とディスプレイサー13の間に形成された圧縮室14内のガスが圧縮されて排熱フィン15、再生器16、吸熱部としての吸熱フィン17を通ってシリンダ12の先端から、ケーシングの先端と前記ディスプレイサー13の先端部との間に形成された膨張室18に至り、前記ディスプレイサー13を押し下げると共に、前記ピストン11が前記ディスプレイサー13と反対方向に移動すると、前記圧縮室14の内部が負圧となり、前記膨張室18内のガスが前記膨張室18から吸熱フィン17、再生器16、排熱フィン15を通ってシリンダ12内の圧縮室14に還流し、これにより、ディスプレイサー13を押し上げる。このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われて、前記シリンダ12の先端外周に取り付けた吸熱フィン17は低温となり、一方、前記排熱フィン15は高温となる。
【００２２】
前記リニアモータ10には、温度制御手段を形成する温度制御回路19を介して電源19ａが接続されると共に、温度制御回路19には、前記温度センサー９の他に、前記タンク２内の温度を設定するための温度制御手段の一部を形成する温度設定操作部20が接続されている。なお、この温度設定操作部20は前記ケーシング１の正面側に設けられている。
【００２３】
そして、前記タンク２の周面２ｂに設けられる前記熱輸送手段７は、前記周面２ｂに対して熱的に接触するように、図示しない冷媒が封入されたパイプ21を螺旋状に巻いて配置すると共に、その上端側を前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａ、即ち前記スターリング冷凍機８の吸熱フィン17近傍に対して、伝熱ブロック８ｂを介して熱的に接続して形成されたサーモサイフォン22である。なお、前記サーモサイフォン22内に封入されている冷媒は、前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａで発生した冷熱によって凝縮して前記パイプ21内を流下し、前記タンク２から熱を奪って気化し、前記パイプ21内を上昇するものである。そして、このような相変化が繰り返し行われることによって、前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａの冷熱が前記タンク２内の液体に効率よく移動し、前記タンク２内を冷却できるようになっている。なお、前記サーモサイフォン22の上端22ａは、前記タンク２の周面２ｂの上端よりやや下方に設けられている。また、前記サーモサイフォン22は、上端22ａから下端22ｂに向かってほぼ一様な傾斜を有して配置されている。
【００２４】
さらに、前記温度制御回路19は、前記タンク２に収容した液体を、その最高密度に対応する温度と同等か、或いはその温度よりやや高い温度に制御するようになっている。即ち、前記タンク２に収容する液体が水の場合、水の最高密度（約1000ｋｇ／ｍ3）に対応する温度（約４℃）と同等か或いはその温度（約４℃）よりやや高い温度（例えば５℃）に制御するようになっている。そして、例えばこれが水専用の冷水機の場合には、前記温度設定操作部20が常に４℃以上に設定されるように、下限を規定しても良い。このため、前記温度設定操作部20に設けられる温度設定表示部23においては、温度設定操作部20によって電源を切る「切」表示部23ａの他に、冷水を例えば「１０℃〜４℃」に設定できるように上限を１０℃とした上限温度表示部23ｂ、下限を上記のように４℃に規定した下限温度表示部23ｃが設けられている。
【００２５】
次に、前記構成についてその作用を説明する。なお、ここでは、前述したような水専用の冷水機に関して、その作用を説明する。予め、前記タンク２に水を収容し、そして、温度設定操作部20を電源「切」の状態から「１０℃〜４℃」の温度範囲における所定温度、例えば５℃に設定すると、前記タンク２内の温度が前記温度センサー９により検出されて前記温度制御回路19に入力される。そして、温度制御回路19において、検出温度が設定温度よりも高い場合、前記スターリング冷凍機８のリニアモータ10に給電する。このとき、前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａが低温となるので、前記サーモサイフォン22内に封入された冷媒は、前記吸熱部８ａと前記伝熱ブロック８ｂを介して熱的に接続された前記サーモサイフォン22の上端22ａにおいて凝縮し、そして、前記サーモサイフォン22の傾斜にそって下端22ｂに向かって流下する。そして、前記冷媒が前記サーモサイフォン22の下端22ｂに流下する過程において、前記冷媒は、前記タンク２の周面２ｂの熱、ひいては前記タンク２に収容された水の熱を奪って気化し、この結果、前記タンク２内の水が冷却される。なお、気化した前記冷媒は、前記サーモサイフォン22の下端22ｂ或いは中間点から上端22ａに上昇した後、再び前記スターリング冷凍機８によって冷却されて凝縮し、循環する。
【００２６】
このようにして、前記温度センサー９によって検知されて前記温度制御回路19に入力される前記タンク２内の水の温度が５℃に達すると、前記温度制御回路19は、前記リニアモータ10への給電を停止することで、前記スターリング冷凍機８による冷却を停止する。一方、前記温度センサー９によって検知されて前記温度制御回路19に入力される前記タンク２内の水の温度が５℃以上になると、前記温度制御回路19は、前記リニアモータ10への給電を再開することで、前記スターリング冷凍機８による冷却を再開し、再び水の冷却を行う。
【００２７】
そして、前記吐出口３の下方に位置するようにコップ（図示せず）をコップ置き台５に入れて操作部６を押圧操作することで、前記開閉弁４が開き、前記タンク２内の冷水は前記開閉弁４を介して吐出口３よりコップに注がれる。
【００２８】
なお、前記温度制御回路19を構成する前記温度設定操作部20は、冷水の温度が４℃より低い温度にならないように、温度調整範囲を４℃以上に設定している。そして、図５に示すように、仮に前記タンク２内に設定温度よりも高い温度の水を満たした後（図５（ａ））、前記スターリング冷凍機８によって冷却した場合、前記サーモサイフォン22近傍で冷却されて密度が高くなった水は前記タンク２の下部に降下すると共に、前記サーモサイフォン22から離れた位置にあることで冷却されず密度が比較的低い水は前記タンク２の上部に上昇することとなる（図５（ｂ））。そして、前記温度設定操作部20により温度設定を例えば５℃に設定して水を冷却すると、少なくとも前記タンク２の下部に設けられた前記温度センサー９周辺の水温が５℃となり、この冷水を前記吐出口３より吐出できる。この際、前記タンク２の上部における水温は５℃以上となっている（図５（ｃ））。何故ならば、常圧において、水は、温度が低くなるに従って密度が高くなり、約４℃で密度が最大になる（正確には、3.98℃において、999.972ｋｇ／ｍ3）と共に、約４℃から０℃の間では、水温が低くなるに従って密度が低くなる（０℃において、999.8ｋｇ／ｍ3）という物性があるため、前述したように、前記タンク２内に満たされた水を冷却して行くと、冷却されて密度が高くなった水が前記タンク２の下部に降下すると共に、あまり冷却されず密度が比較的低い水は前記タンク２の上部に上昇するので、前記タンク２の下部における水温が４℃以上、即ち前記温度センサー９によって検出された温度が４℃以上であれば、前記タンク２内の水は、上方ほど温度が高く、下方ほど温度が低いという温度分布になる。そして、仮に前記タンク２内の水をさらに冷却すると、前述したように、４℃よりも低くなった水は４℃の水よりも密度が低いので、上方ほど温度が低く、下方ほど温度が高いという温度分布になる。そして、この状態で前記タンク２内の水がさらに冷却されると、前記タンク２の上部における水温が０℃となり、凍結してしまう虞がある。しかしながら、前述したように、前記タンク２の下部における水温が４℃以上となるように、前記温度制御回路19で制御すれば、理論上、前記タンク２の下部における水温よりもタンク２の上部における水温が低いということはあり得ないので、前記タンク２内の水の凍結を防止することができる。なお、仮に、前記タンク２内に設定温度よりも低い温度の水を満たした場合、前記温度センサー９からの入力により、前記温度制御回路19は前記スターリング冷凍機８を作動させない。
【００２９】
以上のように、前記実施例においては、水を貯留するタンク２と、このタンク２に接続する吐出口３と、スターリング冷凍機８に接続されて前記タンク２に設けられる冷却用の熱輸送手段７と、前記タンク２に設けられた温度センサー９と、この温度センサー９の検出温度に基づいて前記スターリング冷凍機８を制御する温度制御回路19とを備えて、前記スターリング冷凍機８により前記タンク２の水を冷却することにより、冷却能力を大きくすることができると共に温度制御の精度も高くでき、さらに冷却機の小型、軽量化を図ることができる。
【００３０】
また、前記熱輸送手段７として、前記スターリング冷凍機８によって凝縮した冷媒がパイプ21内で重力によって自然落下すると共に、気化した冷媒が上昇するように構成されたサーモサイフォン22を設けることにより、冷媒輸送に伴う装置などが不要となり、冷却機のいっそうの小型、軽量化を図ることができる。
【００３１】
さらに、前記温度制御回路19は、前記タンク２内を水の最高密度に対応する温度（約４℃）と同等か、或いはその温度（約４℃）以上に制御することにより、前記タンク２内における上部の水温が下部の水温より低くなることを抑止して、水の凍結防止を図って冷水の製造にあって省エネルギー化を図ることができる。
【００３２】
しかも、前記タンク２の高さｈに対して半分以下となる箇所に、前記タンク２内温度を検出する温度センサー９を配置したことで、前記温度センサー９が通常の使用で水温を検知できる状態にあるので、水の温度管理を確実に行うことができるばかりでなく、最高密度となっている水の温度を確実に検知することで、確実に凍結防止を図ることができる。
【００３３】
また、温度センサー９を吐出口３の近傍に設けることで、温度センサーは常に液温を検知できる状態にあるので、冷水の温度管理をいっそう確実に行うことができるばかりでなく、最高密度となっている水の温度をより確実に検知することで、確実に凍結防止を図ることができる。
【実施例２】
【００３４】
図６〜図７は実施例２を示しており、前記実施例１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施例２においては、スターリング冷凍機８の吸熱部８ａに接続された熱輸送手段７は、図示しないブラインと、その循環用のパイプ31と、このパイプ31に前記ブラインを循環させる循環用のポンプ32とで構成されている。このポンプ32の１次側32ａには、前記スターリング冷凍機８によって冷却された前記ブラインによって前記タンク２を冷却するための、ブライン往路31ａが接続されていると共に、このブライン往路31ａは前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａの伝熱ブロック８ｂに接続されている。なお、このブライン往路31ａは、前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａの伝熱ブロック８ｂに接続された合成樹脂製の第一パイプ31ｂと、この第一パイプ31ｂに接続されると共に前記タンク２の周面２ｂに対して螺旋状に巻かれることで熱的に接する熱良導体製の伝熱パイプ31ｃと、この伝熱パイプ31ｃと前記ポンプ32の一次側32ａを接続する合成樹脂製の第二パイプ31ｄとで構成されている。また、前記ポンプ32の２次側32ｂには、前記タンク２から熱を奪ったブラインを前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａに戻すための、合成樹脂製のブライン復路31ｅが接続されていると共に、このブライン復路31ｅは前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａの伝熱ブロック８ｂに接続されている。そして、前記ブライン循環用のパイプ31には、前記ブラインとして、例えば塩化カルシウムや塩化ナトリウム等の水溶液等が充填されている。なお、前記ポンプ32は、温度制御回路19に接続されている。
【００３５】
したがって、前記実施例においては、予め、前記タンク２に水を収容し、そして、温度設定操作部20を電源「切」の状態から所定温度に設定すると、前記タンク２内の温度が前記温度センサー９により検出されて前記温度制御回路19に入力される。そして、温度制御回路19において、検出温度が設定温度よりも高い場合、前記スターリング冷凍機８のリニアモータ10及び前記ポンプ32に給電する。このとき、前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａが低温となるので、この吸熱部８ａで発生した冷熱によって、前記伝熱ブロック８ｂにおいて、前記ブライン循環用パイプ31内のブラインが冷却される。そして、冷却された前記ブラインは、前記ポンプ32によって吸引されて、前記第一パイプ31ｂを経て前記伝熱パイプ31ｃに至る。そして、前記ブラインが前記伝熱パイプ31ｃを流れる過程において、前記ブラインは、前記タンク２の周面２ｂの熱、ひいては前記タンク２に収容された水の熱を奪い、この結果、前記タンク２内の水が冷却される。そして、前記伝熱パイプ31ｃにて前記タンク２の熱を奪ったブラインは、前記第二パイプ31ｄから前記ポンプ32の一次側32ａに吸引された後、前記ポンプ32の二次側32ｂから前記ブライン復路31ｅを経て前記スターリング冷凍機８の吸熱部８ａの伝熱ブロック８ｂに排出されて循環する。
【００３６】
以上のように、スターリング冷凍機８の吸熱部８ａで発生した冷熱を前記タンク２に伝達する熱輸送手段７を、ブラインと、その循環用のパイプ31と、そのパイプ31にブラインを循環させる循環用のポンプ32とで構成し、これらブライン循環用パイプ31とポンプ32とで前記スターリング冷凍機８が発生させた冷熱を前記タンク２に伝達することで、前記タンク２を冷却することにより、前記ポンプ32の作動により前記ブラインの吐出量を調整するなど冷却能力、ひいては前記タンク２内の水の温度調整を精密に行うことができるばかりでなく、前記循環用パイプ31内の圧力をそれほど高くしなくて済むので、熱伝導に関連しない部分に合成樹脂等の柔らかい材質で形成されたパイプを使用することが可能となり、これによって、前記スターリング冷凍機８やポンプ32から発生する振動が前記伝熱パイプ31ｃ、ひいては前記タンク８に伝わってしまうことを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる液体冷却機は、ジュースやアイスコーヒー等各種飲料などの用途にも適用できる。さらに、温度制御手段は温度センサーの検出温度に基づいて、熱輸送手段を制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１を示すタンクまわりの斜視図である。
【図３】本発明の実施例１を示す冷凍機の一部切り欠き正面図である。
【図４】本発明の実施例１を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例１を示すタンク内の水温分布の説明図である。
【図６】本発明の実施例２を示すタンクまわりの斜視図である。
【図７】本発明の実施例２を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  タンク
３  吐出口
７  熱輸送手段
８  スターリング冷凍機
９  温度センサー
19  温度制御回路（温度制御手段）
20  温度設定操作部（温度制御手段）
22  サーモサイフォン
31  ブラインの循環用のパイプ
32  ポンプ
【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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【図６】
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【図７】
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