(57)【要約】【課題】消費電力量を低減して省エネルギーを図るとともに、コストダウンができる飲料供給装置を提供する。【解決手段】内設するヒータに通電することで供給された飲用水を加熱した温水を保温貯留する温水タンク１０を備え、温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、ヒータ１５、１６は配設向きを水平方向として上下方向に内設するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内設する加熱手段に通電することで供給された飲用水を加熱した温水を保温貯留する温水タンクを備え、前記温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、
前記加熱手段を上下方向に複数内設するようにしたことを特徴とする飲料供給装置。
【請求項２】
前記加熱手段は配設向きを水平方向としたことを特徴とする請求項１に記載の飲料供給装置。
【請求項３】
前記複数の加熱手段の何れに通電するかを、前記温水の供給頻度に基づいて決定する制御手段を備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飲料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置（例えばカップ式自動販売機や飲料ディスペンサ）が知られている。図７は温水と原料を用いて調理したカップ入り飲料を販売口から利用者に販売するカップ式自動販売機の概略構成図である。カップ式自動販売機１は、弁を開閉して水源（例えば水道）から供給される飲用水の供給・停止を行う水入口電磁弁３１、水入口電磁弁３１を開いて供給された飲用水を貯留するリザーバタンク３０、リザーバタンク３０に貯留している飲用水を各機器に圧送する給水ポンプ３２、給水ポンプ３２を運転してリザーバタンク３０に貯留している飲用水を温水タンク４２に圧送するときに弁を開く飲用水電磁弁３３、アイス飲料用の希釈水、炭酸水やシロップを冷却する冷却水槽３４、炭酸ガスを貯蔵する炭酸ガスボンベ３５、シロップを貯蔵するシロップタンク３６、飲用水と炭酸ガスから炭酸水を製造して貯留するカーボネータ３７、カーボネータ３７に貯留している炭酸水をカップＣに注出する炭酸水ノズル３８、冷却水槽３４で飲用水を冷却した希釈水（冷水）をカップＣに注出する希釈水ノズル３９、冷却水槽３４で冷却したシロップをカップＣに注出するシロップノズル４０、リザーバタンク３０から供給される飲用水で氷片を製造するオーガ式製氷機４１、給水ポンプ３２を運転して飲用水電磁弁３３を開いてリザーバタンク３０から圧送された飲用水を貯留し、ヒータ（図示せず）に通電して常に高温（例えば９５℃〜９７℃）に加熱した温水を保温貯留する温水タンク４２、温水タンク４２に貯留している温水を供給するときに弁を開く温水供給電磁弁４３、コーヒー豆を貯蔵するコーヒー豆キャニスタ４４、コーヒー豆キャニスタ４４から供給されるコーヒー豆を挽いて挽き豆にするコーヒーミル４５、コーヒーミル４５から供給された挽き豆に温水供給電磁弁４３を開いて温水タンク４２から供給された温水を注いでコーヒー液を抽出するコーヒーブリュア４６、砂糖、クリーム等の粉末原料を貯蔵する粉末原料キャニスタ４７、粉末原料キャニスタ４７から供給される砂糖、クリーム等の粉末原料とコーヒーブリュア４６から供給されるコーヒー液を攪拌混合してコーヒー飲料とするミキシングボウル４８、ミキシングボウル４８で攪拌混合したコーヒー飲料をカップＣに注出するコーヒー飲料ノズル４９等を備え、温水タンク４２はその周囲を断熱材で覆って温水の放熱量を少なくした断熱構造とし、ヒータに対する通電を制御して常に高温に保って温水を貯留するようにしている。
【０００３】
そして、利用者がカップ式自動販売機１の硬貨投入口（図示せず）に硬貨を投入してホットコーヒー飲料を選択する飲料選択ボタン（図示せず）を押すと、コーヒーミル４５はコーヒー豆キャニスタ４４から供給されたコーヒー豆を挽いて挽き豆としてコーヒーブリュア４６に投入し、温水供給電磁弁４３の弁を開いて温水タンク４２に貯留している高温の温水をコーヒーブリュア４６に投入された挽き豆に注ぐ。コーヒーブリュア４６は挽き豆と温水との混合液からコーヒー液を抽出してミキシングボウル４８に供給する。ミキシングボウル４８はコーヒーブリュア４６から供給されたコーヒー液と粉末原料キャニスタ４７から供給された砂糖、クリーム等の粉末原料とを攪拌混合してホットコーヒー飲料としてコーヒー飲料ノズル４９からカップＣに注出して販売口から利用者に販売する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１５２４４号公報（図２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、カップ式自動販売機では、温水を常に高温に保って温水タンクに貯留しておき、ホット飲料の販売開始とともに速やかに高温の温水を供給できるようにしている。これにより、利用者が硬貨投入口に硬貨を投入してホット飲料を選択する飲料選択ボタンを押すと、直ちに押された飲料選択ボタンで選択されたホット飲料の調理が可能となり、カップ式自動販売機の利用者が飲料選択ボタンを押してから販売口からホット飲料が入ったカップを取り出せるようになるまでの時間を短くするようにしている。
【０００６】
さらに、カップ式自動販売機の設置場所によってはホット飲料の販売が連続して発生する場合があり、そのような状況に対処できるように、温水タンクは温水貯留量に余裕をもたせた容量とし、供給された飲用水を常に高温に加熱した温水として貯留して（例えば１０リットルの飲用水を常に９５℃〜９７℃に加熱した温水として）ホット飲料の連続販売に備えるようにしている。
【０００７】
しかしながら、ホット飲料の販売が少ない場所に設置されているカップ式自動販売機でも同じように飲用水を常に高温に加熱した温水として温水貯留量に余裕をもたせた容量の温水タンクに貯留している必要があるため、その場所でのホット飲料の販売に必要とする量以上の温水を常に高温に加熱して貯留しているために多くの電力が消費されることとなる。
【０００８】
また、カップ式自動販売機の製造において、機器の大小により想定される温水量毎に温水タンクの容量を作り分けることはコスト増加につながる要因となるため、少ない種類の温水タンクで多機種の機器に対応できるようにする必要がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みて、消費電力量を低減して省エネルギーを図るとともに、コストダウンができる飲料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る飲料供給装置は、内設する加熱手段に通電することで供給された飲用水を加熱した温水を保温貯留する温水タンクを備え、前記温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、
前記加熱手段を上下方向に複数内設するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る飲料供給装置は、上述した請求項１において、前記加熱手段は配設向きを水平方向としたことを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る飲料供給装置は、上述した請求項１または請求項２において、前記複数の加熱手段の何れに通電するかを、前記温水の供給頻度に基づいて決定する制御手段を備えるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、内設する加熱手段に通電することで供給された飲用水を加熱した温水を保温貯留する温水タンクを備え、前記温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、前記加熱手段を上下方向に複数内設するようにしたことにより、１つの温水タンクで複数の温水貯留量が選択可能となるので、飲料供給装置の設置場所でのホット飲料の販売に要する必要最小限の温水貯留量が選択できるので、温水タンクからの放熱量を少なくして消費電力量を低減することができ、さらに、１つの温水タンクで複数の温水貯留量が選択可能になるので、飲料供給装置の製造において、機器の大小により想定される温水量毎に温水タンクの容量を作り分ける必要がなくなるので、消費電力量を低減して省エネルギーを図るとともに、コストダウンができる飲料供給装置を提供することが可能となる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、前記加熱手段は配設向きを水平方向としたことにより、１つの温水タンクで効率良く複数の温水貯留量を選択可能とすることができる。
また、請求項３の発明によれば、前記複数の加熱手段の何れに通電するかを、前記温水の供給頻度に基づいて決定する制御手段を備えるようにしたことにより、ホット飲料の販売が多い場所や冬季のホット飲料の販売が多い季節には温水貯留量を多くして連続販売を可能とし、ホット飲料の販売が少ない場所や夏季のホット飲料の販売が少ない季節には温水貯留量を少なくして温水タンクからの放熱量を少なくして消費電力量を低減して省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る飲料供給装置に備えられている温水タンクの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る飲料供給装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】図１に示した温水タンクの加熱時の温水の対流を示す図である。
【図４】図１に示した温水タンクの温水全体を加熱保温している状態を示す図である。
【図５】図１に示した温水タンクの温水の一部を加熱保温している状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る飲料供給装置の保温温水量を変化させた時の放熱量の変化を示す図である。
【図７】従来の飲料供給装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る飲料供給装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、従来と同一構成に関しては同一符号を用いる。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態である飲料供給装置（カップ式自動販売機）に備えられている温水タンクを示す図である。温水タンク１０は、給水口１２から供給された飲用水を貯留する温水タンク本体１１、湯気が機内に充満することや機内の浮遊物が温水に混入することを防ぐために温水タンク本体１１上面開口を覆う蓋１３、温水タンク本体１１や蓋１３の周囲を覆う断熱材１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、リザーバタンク３０から供給された飲用水を加熱して保温するヒータ（加熱手段）１５、同様にヒータ（加熱手段）１６、飲料販売指示に従って弁を開閉してコーヒーブリュア４６やミキシングボウル４８に温水を供給する温水供給電磁弁４３、貯留している温水の水位変動に従動して昇降するフロート１７、温水が給水開始水位に低下してフロート１７が予め定めている低水位位置に降下したことを検知すると給水開始信号を出力する低水位スイッチ１８、温水が給水停止水位に上昇してフロート１７が予め定めている高水位位置に上昇したことを検知すると給水停止信号を出力する高水位スイッチ１９、温水の温度を検知して温度信号を出力する温度センサ２０を備えている。尚、ヒータ（加熱手段、例えばシーズヒータ）は水平方向に配設し、ヒータ数は温水タンク容量や加熱帯域の切り替え数により複数設置可能で、例えば、ヒータを上下方向に３本配設するようにしても良い。また、低水位スイッチ１８および高水位スイッチ１９は、例えば、磁石でオン、オフを行うリードスイッチやマイクロスイッチを適宜採用することができる。
【００１７】
図２は、飲料供給装置（カップ式自動販売機）の制御系を示すブロック図である。同図に示すように制御部（制御手段）９０の他、メモリ９１やタイマー９２などが付設されている。制御部９０は、メモリ９１に記憶している所定の指令信号やタイマー９２、低水位スイッチ１８、高水位スイッチ１９、温度センサ２０からの入力信号に基づき、ヒータ１５、またはヒータ１６に通電して温水タンク１０に貯留している温水を所定の温度（例えば９５℃〜９７℃）に加熱して保温し、温水供給電磁弁４３に通電して弁を開く制御を行う。
【００１８】
係る構成で、制御部９０は、ホット飲料の販売頻度に応じてヒータへの通電モードを切り替えるようにする。ホット飲料の販売が多く温水の供給頻度が多い場合にはヒータ１５に通電して貯留している温水全体を加熱保温する標準モードを使用し、ホット飲料の販売が少なく温水の供給頻度が少ない場合にはヒータ１６に通電して貯留している温水の一部を加熱保温する省エネルギーモードを使用する。このように、ヒータ１５に通電して供給された飲用水を加熱した温水全体を保温貯留する標準モードと、ヒータ１６に通電して温水の一部を保温貯留する省エネルギーモードは、カップ式自動販売機の設置者がモード切替ボタンにより選択するマニュアルモードと、所定期間のホット飲料販売頻度（温水の供給頻度）データに基づいて制御部９０が自動的に切り替える学習制御モードの使用が可能である。学習制御モードでは、例えば過去３ヶ月間の販売飲料種類、販売時刻データを記録しておき、ホット飲料の販売間隔１分以内の連続販売杯数が１０杯以下だった場合は自動的に省エネルギーモードに切替えるようにする。尚、ホット飲料販売頻度は温水供給電磁弁４３の開閉頻度を温水の供給頻度として制御部９０はヒータ１５に通電して貯留している温水全体を加熱保温する標準モードとするか、ヒータ１６に通電して温水の一部を保温貯留する省エネルギーモードとするかを決定することができる。
【００１９】
ヒータ１５、およびヒータ１６の必要とする発熱量は温水の貯留量と目標連続販売杯数、および１杯当たりの温水量と販売時間から定められる。ここで必要とする温水量は、販売する飲料温度を適温にするために必要な温度以上の温水量とする（タンク容量とは異なる）。例えば、温水タンクの温水貯留量５リットル、標準モード目標連続販売杯数４０杯、１杯あたり温水量１５０ミリリットル、販売時間３０秒とすると、連続販売杯数を賄うために必要な温水量は４０杯×１５０ミリリットル／１０００＝６リットル、これを販売待機時に保温している温水貯留量５リットルと、販売開始とともに供給される飲用水を加熱した温水量１リットルを加えて賄うと考える。給水温度１５℃、貯留温度９５℃とすると必要な熱量Ｑは、
Ｑ＝ρ・ｃ・V・T
＝999[kg/m3]×4.2[kJ/kg/K]×(1×10-3)[m3]×(95−15)[K]
＝335.7[kJ]
４０杯販売時までに飲用水を加熱することを考えると、加熱時間ｔは
ｔ＝(40−1)[杯]×30[秒/杯]＝1170[秒]
したがって、必要なヒータ容量Ｗは次式で表すことができる。
【００２０】
Ｗ＝Ｑ/ｔ/γ
ここで、γは熱ロスを考慮した係数であり、タンクの断熱の程度などにより異なるが、実験的に略0.4である。
【００２１】
Ｗ＝335.7/1170/0.4＝717[W]となり、これ以上のヒータ容量があれば良いことが分かる。
一方、省エネルギーモードで貯湯量２．５リットル、標準モード目標連続販売杯数２０杯、１杯あたり湯量１５０ミリリットル、販売時間３０秒とすると、連続販売杯数を賄うために必要な温水量は２０杯×１５０ミリリットル／１０００＝３リットル、これを販売待機時に保温している温水貯湯量２．５リットルと、販売開始とともに供給される飲用水を加熱した温水量０．５リットルを加えて賄うと考える。給水温度１５℃、貯留温度９５℃とすると必要な熱量Ｑは、
Ｑ＝ρ・ｃ・V・T
＝999[kg/m3]×4.2[kJ/kg/K]×(0.5×10-3)[m3]×(95−15)[K]
＝167.9[kJ]
２０杯販売時までに飲用水を加熱することを考えると、加熱時間ｔは
ｔ＝(20−1)[杯]×30[秒/杯]＝570[秒]
したがって、必要なヒータ容量Ｗは、
Ｗ＝Ｑ/ｔ/γ＝167.9/570/0.4＝736[W]以上となる。
【００２２】
ホット飲料の販売頻度がより多い場所に設置して、さらに連続販売杯数が必要な場合に対応するには、ヒータ１５、ヒータ１６を同時に通電するモードも可能である。この場合には電源容量を多く必要とするため、２系統の電源を用意して対応することになる。あるいは、ヒータ１５には全波整流された電流（通常と同じ）を通電し、ヒータ１６には半波整流した電流を通電することで１系統の電源容量内で運転させることができる。
【００２３】
以下、この温水タンク１０の保温動作について説明する。
標準モードの場合、カップ式自動販売機を設置して電源スイッチをＯＮすると、制御部９０が給水ポンプ３２を運転して飲用水電磁弁３３を開くとリザーバタンク３０に貯留している飲用水が圧送され、給水口１２から温水タンク本体１１内に流入して水位が上昇する。水位の上昇に従動してフロート１７が上昇すると高水位スイッチ１９が給水停止信号を出力し、制御部９０は給水ポンプ３２の運転を停止して飲用水電磁弁３３を閉じる。この後、ヒータ１５、ヒータ１６に同時に通電し、温水タンク１０に貯留している飲用水を加熱して温度を上昇させる。ヒータ１５、ヒータ１６を同時に通電するのは、早く販売可能な状態にするためである。飲用水が所定の高温（例えば９７℃）の温水に加熱されて温度センサ２０が温水の温度を検知して９７℃の温度信号を出力すると、制御部９０はヒータ１５、ヒータ１６への通電を停止する。販売待機時には、温水タンク１０からの放熱により温水温度が徐々に低下し、所定の低温（例えば９５℃）まで低下したことを温度センサ２０が検知して９５℃の温度信号を出力すると、制御部９０はヒータ１５に通電し、再び９７℃の温度になるまで通電を続ける。
【００２４】
省エネルギーモードの場合、ヒータ１５は使用せず、ヒータ１６のみに通電して飲用水の加熱を行う。
カップ式自動販売機の電源スイッチがＯＮされ、制御部９０が給水ポンプ３２を運転して飲用水電磁弁３３を開くとリザーバタンク３０に貯留している飲用水が圧送されて所定の水位で温水タンク１０に貯留される。この後、ヒータ１６だけに通電し、飲用水が所定の高温（例えば９７℃）の温水になるまで通電を継続し、所定の低温（例えば９５℃）に温水温度が低下すると再びヒータ１６に通電する。
【００２５】
そして、図３に示すように、水平方向に配設したヒータ１６に通電すると、ヒータ１６の表面近傍の温水はヒータ１６の発熱により加熱されて温度が上昇して密度が減少する。密度が減少した温水には浮力が発生して上昇流となる。この上昇した温水は温水タンク本体１１壁面で放熱されて熱が奪われて温度が下がり、密度が増加した温水は下降流となる。この下降流となった温度の下がった温水はヒータ１６表面近傍に流入し、ヒータ１６により再び加熱されて上昇流となる。このようにしてヒータ１６による加熱が行われている間、上昇流と下降流による連続的な対流が発生することになる。
【００２６】
このようにして温水の対流が発生した結果、ヒータ１６の発熱量と温水タンク本体１１壁面からの放熱量との平衡により決まる温度層がヒータ１６の上方に形成される。この温度層内では対流により攪拌が行われているため、温度は略均一であり、例えば±１K程度の範囲内に収まる。一方、ヒータ１６の下側の温水はヒータ１６周囲の狭い範囲のみは加熱されるが、全体的には加熱されることがなく、温水の温度上昇は発生しない。このようにして、水平方向に配設したヒータ１６の上方に高温層、下方に低温層の温水帯が形成される。尚、水平方向に配設したヒータ（加熱手段、例えばシーズヒータ）を上下方向に複数設け、通電するヒータを切り替えることにより、ヒータの配設位置に対応した量の高温の温水を保温貯留することが可能になる。
【００２７】
ここで、本発明による消費電力量の低減効果について、１本のヒータに単純化して放熱量の概略比較をする。図４は、ヒータ１５に通電して貯留している温水全体を加熱して保温貯留している温水タンク１０を示し、この場合の放熱量Ｑoは、上下面および側面からの放熱量の総和であり、側面部分は温度層により壁面温度が異なるため分割して考える。
【００２８】
Ｑo＝hu・Aou・Tou＋hL・AoL・ToL＋hs1・Aos1・Tos1＋hs2・Aos2・Tos2・・・（１）
ここでhは熱伝達率、Aは放熱面積、Tはタンク表面温度と周囲空気温度との温度差、添字uはタンク上面を、Lはタンク下面を、sはタンク側面を、数字1は高温層の温度帯、2は低温層の温度帯を示している。
【００２９】
一方、図５は、ヒータ１６に通電して貯留している温水の一部を加熱して保温貯留している温水タンク１０を示し、このようにヒータを上方に配設位置を変えた場合の温水タンク１０の放熱量Ｑpは、
Ｑp＝hu・Apu・Tpu＋hL・ApL・TpL＋hs1・Aps1・Tps1＋hs2・Aps2・Tps2・・・（２）
となる。
【００３０】
（１）式と（２）式の第一項、第二項（温水タンク上面、下面からの放熱量）は略同じと考えられるため、その他の項を考える。尚、簡略化のためhs1＝hs2と仮定する。
高温層の温度帯の温水温度は何れもホット飲料の販売に必要な保温温度（例えば９５℃〜９７℃）であり、同じ温度である。理想的状態を想定し、低温層の温度帯はヒータからの加熱の影響を受けず周囲温度と同じとするとTos2＝Tps2＝０となり
（１）式の第３項        hs1・Aos1・Tos1
（２）式の第３項        hs1・Aps1・Tps1
すなわち、Ｑo−Ｑp≒hs・Ts・(Aos1−Aps1)となり、ヒータの配設位置を上部にして温水タンク本体１１壁面からの放熱面積を減少させた分、温水タンク１０からの放熱量を低減させることができる。図６は保温温水量１０リットルの放熱量を１として保温温水量を変化させた時の放熱量変化を計算して放熱量比率として示した図である。
【００３１】
ホット飲料販売待機時には、温水タンクからの放熱により失われた熱量をヒータから供給することにより温水温度を保持するようにしているため、温水タンクの放熱面積を狭くして放熱量を削減することでヒータの消費電力量を低減して省エネルギーを図ることができる。
【００３２】
このように、本発明に係る飲料供給装置によると、内設するヒータに通電することで供給された飲用水を加熱した温水を保温貯留する温水タンク１０を備え、温水と原料を用いて調理した飲料を供給する飲料供給装置において、ヒータ１５、１６を上下方向に内設するようにしたことにより、１つの温水タンク１０で複数の温水貯留量が選択可能となるので、飲料供給装置の設置場所でのホット飲料の販売に要する必要最小限の温水貯留量が選択できるので、温水タンク１０の放熱面積を狭くして放熱量を少なくして消費電力量を低減することができ、さらに、１つの温水タンク１０で複数の温水貯留量が選択可能になるので、飲料供給装置の製造において、機器の大小により想定される温水量毎に温水タンク１０の容量を作り分ける必要がなくなるので、消費電力量を低減して省エネルギーを図るとともに、コストダウンができる飲料供給装置を提供することが可能となる。
【００３３】
また、ヒータ１５、１６の配設向きを水平方向としたことにより、１つの温水タンク１０で効率良く複数の温水貯留量を選択可能とすることができる。
さらに、ヒータ１５、１６の何れに通電するかを、温水の供給頻度に基づいて決定する制御部９０を備えるようにしたことにより、ホット飲料の販売が多い場所や冬季のホット飲料の販売が多い季節には温水貯留量を多くして連続販売を可能とし、ホット飲料の販売が少ない場所や夏季のホット飲料の販売が少ない季節には温水貯留量を少なくして温水タンクの放熱面積を狭くして放熱量を少なくして消費電力量を低減して省エネルギーを図ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１      カップ式自動販売機（飲料供給装置）
１０      温水タンク
１１      温水タンク本体
１５      ヒータ（加熱手段）
１６      ヒータ（加熱手段）
２０      温度センサ
４３      温水供給電磁弁
９０      制御部（制御手段）
【図１】
2011006078.tif 000003
【図２】
2011006078.tif 000004
【図３】
2011006078.tif 000005
【図４】
2011006078.tif 000006
【図５】
2011006078.tif 000007
【図６】
2011006078.tif 000008
【図７】
2011006078.tif 000009