(57)【要約】【課題】小型化が図られ、かつ、飲料の冷却に要する時間が短縮された飲料サーバを提供する。【解決手段】飲料サーバは、高温部２および低温部３を有するスターリング冷凍機１と、飲料を通過させる内部空間を有し、スターリング冷凍機１の低温部３に取り付けられた熱交換器１００と、内部空間を通過した飲料を流出させる注ぎ口５１０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温部および低温部を有するスターリング機関と、
飲料を通過させる内部空間を有し、前記スターリング機関の前記低温部に取り付けられた熱交換器と、
前記内部空間を通過した飲料を流出させる飲料供給部とを備えた、飲料サーバ。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記内部空間に流入した飲料を螺旋状に流すように前記内部空間を仕切る仕切り部材を有する、請求項１に記載の飲料サーバ。
【請求項３】
前記スターリング機関の高温部の熱を前記熱交換器に伝達する熱伝達機構をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の飲料サーバ。
【請求項４】
前記熱伝達機構は、
冷媒を貯留する冷媒貯留部と、
前記スターリング機関の前記高温部に取り付けられた高温側熱交換器と、
前記冷媒貯留部に貯留された前記冷媒を、前記高温側熱交換器を経由した後、前記熱交換器の周囲を流れるように導く冷媒通路とを含む、請求項３に記載の飲料サーバ。
【請求項５】
壁面を有し、前記スターリング機関および前記熱交換器を収納する筐体と、
前記筐体の壁面上に設けられ、前記飲料供給部の開閉を行なうレバー部材とをさらに備えた、請求項１から請求項４のいずれかに記載の飲料サーバ。
【請求項６】
一端部から前記飲料が流入し、他端部が前記熱交換器に接続された飲料通路と、
前記飲料通路を流れる前記飲料の流量を調整する流量調整弁とをさらに備えた、請求項１から請求項５のいずれかに記載の飲料サーバ。
【請求項７】
前記高温部と前記低温部との間に設けられた隔壁をさらに備えた、請求項１から請求項６のいずれかに記載の飲料サーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料サーバに関し、特に、スターリング機関の低温部の冷熱を利用した飲料サーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却された飲料を供給するための飲料サーバが従来から知られている。
特開平９−４２８１５号公報（特許文献１）においては、タンク内に、冷媒となる水と、飲料が通過するコイル状の飲料流通経路とを備え、該タンクの周壁の一部に冷却手段を備えた瞬冷式飲料供給装置が記載されている。
【０００３】
また、特開２００１−３４８０９３号公報（特許文献２）においては、筐体状に形成され、液体を収納し得る断熱構造のサーバ本体と、ペルチェ効果の利用により上記液体を冷却または加熱する熱交換手段とを備えた飲料サーバが記載されている。
【０００４】
また、特開２００２−６８３９０号公報（特許文献３）においては、筐体状に形成された断熱構造のサーバ本体と、冷却手段により冷却された液体をサーバ本体内の上部で噴出させてシャーベット状の氷を作製し、サーバ本体内に蓄氷させるシャーベット状氷作製手段とを備えた飲料サーバが記載されている。
【特許文献１】特開平９−４２８１５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８０９３号公報
【特許文献３】特開２００２−６８３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜３に記載の飲料サーバでは、冷却手段により水や氷を冷却し、冷却された水や氷によって飲料を冷却している。したがって、上記の水や氷を貯留するための構造が必要であり、飲料サーバの小型化を十分に図ることができない場合がある。また、上記とは異なる観点では、飲料の冷却を行なう際、まず、水や氷を冷却し、その後飲料の冷却が行なわれるため、飲料の冷却に要する時間が長くなる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型化が図られ、かつ、飲料の冷却に要する時間が短縮された飲料サーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る飲料サーバは、高温部および低温部を有するスターリング機関と、飲料を通過させる内部空間を有し、スターリング機関の低温部に取り付けられた熱交換器と、内部空間を通過した飲料を流出させる飲料供給部とを備える。
【０００８】
上記構成によれば、スターリング機関の低温部の冷熱を、熱交換器の内部空間を通過する飲料に直接伝達することができるので、冷熱の伝達のための冷媒を貯留するための構造が不要となり、飲料サーバの小型化を図ることができる。また、スターリング機関の冷熱を直接利用して飲料の冷却を行なうことにより、飲料の冷却に要する時間を短縮することができる。
【０００９】
上記飲料サーバにおいて、好ましくは、熱交換器は、内部空間に流入した飲料を螺旋状に流すように内部空間を仕切る仕切り部材を有する。
【００１０】
これにより、内部空間を通過する飲料の経路を長くして、飲料の冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
上記飲料サーバは、好ましくは、スターリング機関の高温部の熱を熱交換器に伝達する熱伝達機構をさらに備える。
【００１２】
これにより、高温部の熱を飲料に伝えることができるので、飲料の冷え過ぎを抑制することが可能である。
【００１３】
上記飲料サーバにおいて、好ましくは、熱伝達機構は、冷媒を貯留する冷媒貯留部と、スターリング機関の高温部に取り付けられた高温側熱交換器と、冷媒貯留部に貯留された冷媒を、高温側熱交換器を経由した後、熱交換器の周囲を流れるように導く冷媒通路とを含む。
【００１４】
これにより、簡単な構成により飲料の冷え過ぎを抑制することができる。
１つの例として、上記飲料サーバは、壁面を有し、スターリング機関および熱交換器を収納する筐体と、筐体の壁面上に設けられ、飲料供給部の開閉を行なうレバー部材とをさらに備える。
【００１５】
上記飲料サーバは、好ましくは、一端部から飲料が流入し、他端部が熱交換器に接続された飲料通路と、飲料通路を流れる飲料の流量を調整する流量調整弁とをさらに備える。
【００１６】
これにより、冷却温度に応じて飲料の流量を調整することができる。
上記飲料サーバは、好ましくは、高温部と低温部との間に設けられた隔壁をさらに備える。
【００１７】
これにより、対流により意図しない量の熱が高温部から低温部に伝達されることが抑制される。この結果、飲料の冷却効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、飲料サーバを小型化するとともに、飲料の冷却に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２０】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００２１】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る飲料サーバに設けられるスターリング冷凍機を示した側断面図である。図１に示すように、スターリング冷凍機１は、フリーピストン型のスターリング機関であって、高温部２および低温部３を含む「外殻体」としてのケーシング４と、該ケーシング４に組付けられたシリンダ５Ａ，５Ｂと、シリンダ５Ａ，５Ｂ内でそれぞれ往復動するピストン６およびディスプレーサ７と、ディスプレーサロッド８と、再生器９と、圧縮空間１０Ａと膨張空間１０Ｂとを含む作動空間１０と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ１１と、ピストンスプリング１２と、ディスプレーサスプリング１３と、背圧空間１４とを含んで構成される。
【００２２】
ケーシング４は、背圧空間１４を規定する。ケーシング４には、シリンダ５Ａ，５Ｂ、リニアモータ１１、ピストンスプリング１２およびディスプレーサスプリング１３をはじめとする種々の部品が組付けられる。ケーシング４の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。このように、フロンを含まない冷媒を用いることで、地球環境に優しい冷凍機を提供することができる。
【００２３】
シリンダ５Ａ，５Ｂは、略円筒状の形状を有し、内部にピストン６およびフリーピストンとしてのディスプレーサ７をそれぞれ往復動可能に受け入れる。シリンダ５Ａ，５Ｂ内において、ピストン６とディスプレーサ７とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン６およびディスプレーサ７によって作動空間１０が圧縮空間１０Ａと膨張空間１０Ｂとに区画される。より詳しくは、作動空間１０は、ピストン６におけるディスプレーサ７側の端面よりもディスプレーサ７側に位置する空間であり、ピストン６とディスプレーサ７との間に圧縮空間１０Ａが形成され、ディスプレーサ７と低温部３との間に膨張空間１０Ｂが形成される。圧縮空間１０Ａは主に高温部２によって囲まれ、膨張空間１０Ｂは主に低温部３によって囲まれている。
【００２４】
圧縮空間１０Ａと膨張空間１０Ｂとの間には、所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器９が配設されており、この再生器９を介して圧縮空間１０Ａと膨張空間１０Ｂとが連通する。それにより、スターリング冷凍機４内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン６およびディスプレーサ７の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現される。
【００２５】
シリンダ５Ａの外側に位置する背圧空間１４にはリニアモータ１１が配設される。リニアモータ１１は、インナーヨーク１１Ａと、アウターヨーク１１Ｂと、コイル１１Ｃと、可動マグネット１１Ｄとを含む。このリニアモータ１１によって、シリンダ５Ａの軸方向にピストン６が駆動される。
【００２６】
ピストン６の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング１２と接続される。該ピストンスプリング１２は、ピストン６に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング１２による弾性力を付加することにより、シリンダ５Ａ内でピストン６をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ７の一端は、ディスプレーサロッド８を介してディスプレーサスプリング１３と接続される。ディスプレーサロッド８はピストン６を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング１３は板バネなどで構成される。
【００２７】
ピストン６に対しディスプレーサ７と反対側には、ケーシング４によって囲まれた背圧空間１４が配設されている。背圧空間１４は、ケーシング４内でピストン６の周囲に位置する外周領域と、ケーシング４内でピストン６よりもピストンスプリング１２側（以下、単に「後方側」と称する場合がある。）に位置する後方領域とを含む。この背圧空間１４内にも、作動媒体が存在する。
【００２８】
高温部２、低温部３の内周面上には、それぞれ熱交換器１５と熱交換器１６とが設けら
れる。熱交換器１５，１６は、それぞれ、圧縮空間１０Ａ，膨張空間１０Ｂと高温部２，低温部３との間の熱交換を行なう。
【００２９】
次に、このスターリング冷凍機４の動作について説明する。
本冷凍機は、いわゆる逆スターリングサイクルを利用して冷凍効果を得るものである。ピストン６はリニアモータ１１により駆動されて正弦運動する。ピストン６の動きにより圧縮空間１０Ａ内の作動媒体は正弦波状の圧力変化を示す。圧縮された作動媒体は高温部２で圧縮熱を放出し、シリンダ５Ｂ外に設けられた再生器９を通過する際に予冷され、膨張空間１０Ｂへと流入する。
【００３０】
ディスプレーサ７は、定常運転時にはピストン６と同周期で一定の位相差をもって正弦運動し、その位相差や振幅は、ディスプレーサスプリング１３のバネ定数や、時々刻々と変化する圧縮空間１０Ａと膨張空間１０Ｂとの圧力差、ディスプレーサ７の質量、動作周波数等によって決まる。この位相差については、一般的には９０度程度が最適条件であるといわれている。
【００３１】
膨張空間１０Ｂへと流入した作動媒体は、このディスプレーサ７の正弦運動により膨張し、これによって膨張空間１０Ｂ内の温度は著しく低下する。このとき発生した極低温（たとえば−５０℃程度）が低温部３に伝達される。
【００３２】
本願発明者らは、スターリング冷凍機４の低温部３における冷熱を利用して飲料を冷却する飲料サーバを考案した。この飲料サーバの実施の形態について、以下に説明する。
【００３３】
本実施の形態に係る飲料サーバは、図２に示すように、スターリング冷凍機１の低温部３に取付けられた熱交換器１００と、飲料通路となるパイプ２００と、高温部２の熱を熱交換器１００に伝達する熱伝達機構３００と、スターリング冷凍機１および熱交換器１００を収納する筐体４００と、レバー５００と、流量調整弁６００と、隔壁７００とを含んで構成される。
【００３４】
パイプ２００は、飲料入口４２０と熱交換器１００とを繋ぐパイプ２１０と、熱交換器１００と飲料出口４３０とを繋ぐパイプ２２０とを含む。パイプ２１０の一端側（図２における下端側）には、図示しない飲料タンクが接続され、飲料タンクからパイプ２１０内に室温（たとえば２５℃程度）の飲料が供給される。パイプ２１０内を流れた飲料は、パイプ２１０の他端側から熱交換器１００に流入し、スターリング冷凍機１の冷熱によりたとえば４℃〜５℃程度に冷却される。
【００３５】
低温部３は、上述のように極低温になる。本実施の形態に係る飲料サーバでは、熱交換器１００内の飲料が冷え過ぎて該飲料が凍結することを抑制するため、高温部２の熱を熱交換器１００に伝達することが可能な熱伝達機構３００が設けられている。
【００３６】
熱伝達機構３００は、受け皿３１０と、熱交換器３２０と、ポンプ３３０と、流量調整弁３４０と、パイプ３５０とを含んで構成される。受け皿３１０には、たとえば水などの冷媒が貯留されている。受け皿３１０に貯留された冷媒は、ポンプ３３０により吸い上げられ、パイプ３５０内に流入する。パイプ３５０を流れる冷媒の流量は、流量調整弁３４０により調整される。パイプ３５０を流れる冷媒は、スターリング冷凍機１の高温部２の外周に取付けられた熱交換器３２０に導かれる。ここで、当該冷媒に、高温部２の熱が伝達される。その後、当該冷媒は、熱交換器１００の外周に螺旋状に巻付けられたパイプ３５０内を流れる。ここで、当該冷媒の熱が熱交換１００内の飲料に伝達される。その後、冷媒は受け皿３１０に戻される。上記のようにすることで、スターリング冷凍機１の高温部２の熱を熱交換器１００内の飲料に伝達して、飲料の冷え過ぎを防止することができる。なお、どの程度の熱量を飲料に伝達するかについては、流量調整弁３４０により冷媒流量の調整を行なうことにより調整可能である。
【００３７】
熱交換器１００内で冷却された飲料は、パイプ２２０の一端側からパイプ２２０に流入する。パイプ２２０を流れた飲料は、パイプ２２０の他端側（図２における上端側）に設けられた飲料出口４３０からパイプ２２０外に流出する。これにより、利用者に飲料が供給される。なお、飲料の供給は、筐体４００の壁面４１０上に取り付けられたレバー５００を矢印ＤＲ５００方向に引く（回動させる）ことにより行なわれる。すなわち、レバー５００を矢印ＤＲ５００方向に引くと、注ぎ口５１０から飲料が供給される。
【００３８】
スターリング冷凍機１は、支持部材１Ａにより筐体４００に固定されている。スターリング冷凍機１の高温部２の熱は、ファン１Ｂにより筐体４００外に排出される。
【００３９】
パイプ２１０上には、流量調整弁６００が設けられている。流量調整弁６００により、熱交換器１００内に流入する飲料流量を調整することができる。
【００４０】
スターリング冷凍機１の高温部２と低温部３との間を仕切るように、隔壁７００が設けられいている。隔壁７００が設けられることにより、筐体４００内の対流により意図しない量の熱が高温部２から低温部３に伝達されて冷却性能が低下することが抑制される。
【００４１】
次に、図３を用いて、熱交換器１００の構造について説明する。図３を参照して、熱交換器１００は、内部空間を有する中空リング状の本体１１０と、本体１１０の内部空間を仕切る仕切り板１２０とを有する。本体１１０の底面には、パイプ２１０が接続される。本体１１０の上面には、パイプ２２０が接続される。パイプ２１０から本体１１０の内部空間に飲料が流入する（矢印ＩＮ）。本体１１０の内部空間からパイプ２２０に飲料が流出する（矢印ＯＵＴ）。仕切り板１２０は、本体１１０の内部空間を軸方向において区画する仕切り板１２１〜１２３と、仕切り板１２１〜１２３により仕切られた４つの空間にそれぞれ設けられた仕切り板１２４〜１２７とを含む。仕切り板１２１〜１２３には、孔部が設けられている。図３の例では、本体１１０の内部空間において、飲料が螺旋状に流れるように仕切り板１２１〜１２７および孔部が設けられている。
【００４２】
飲料入口４２０から熱交換器１００に流入する飲料の流量は、流量調整弁６００により調整される。当該流量は、冷却前の飲料温度（Ｔ１）−冷却後の飲料温度（Ｔ２）により決定される。すなわち、図４に示すように、Ｔ１−Ｔ２の値が比較的大きい場合には、飲料の流量を縮小する必要があり、Ｔ１−Ｔ２の値が比較的小さい場合には、飲料の流量を増大させてもよい。
【００４３】
本実施の形態に係る飲料サーバによれば、スターリング冷凍機１の低温部３の冷熱を、熱交換器１００の内部空間を通過する飲料に直接伝達することができるので、冷熱の伝達のための冷媒を貯留するための構造が不要となる。この結果、飲料サーバの小型化を図ることができる。また、スターリング冷凍機１の低温部３の冷熱を直接利用して飲料の冷却を行なうことにより、飲料の冷却に要する時間を短縮することができる。
【００４４】
また、熱交換器１００の内部空間に螺旋状の飲料流路を形成するように仕切り部材１２１〜１２７を設けることにより、熱交換器１００の内部空間を通過する飲料の経路を長くして、飲料の冷却効率を向上させることができる。
【００４５】
また、スターリング冷凍機１の高温部２の熱を熱交換器１００に伝達する熱伝達機構３００を設けることにより、高温部２の熱を飲料に伝えることができるので、飲料の冷え過ぎを抑制することができる。
【００４６】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る飲料サーバは、高温部２および低温部３を有する「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機１と、飲料を通過させる内部空間を有し、スターリング冷凍機１の低温部３に取り付けられた熱交換器１００と、内部空間を通過した飲料を流出させる「飲料供給部」としての注ぎ口５１０とを備える。
【００４７】
また、スターリング冷凍機１の高温部２の熱を熱交換器１００に伝達する熱伝達機構は、冷媒を貯留する「冷媒貯留部」としての受け皿３１０と、スターリング冷凍機１の高温部２に取り付けられた「高温側熱交換器」としての熱交換器３２０と、受け皿３１０に貯留された冷媒を、熱交換器３２０を経由した後、熱交換器１００の周囲を流れるように導く「冷媒通路」としてのパイプ３５０とを含む。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る飲料サーバに含まれるスターリング冷凍機の側断面図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係る飲料サーバを示す側断面図である。
【図３】図２に示される飲料サーバに含まれる熱交換器を示す図である。
【図４】飲料の流量と冷却温度との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１  スターリング冷凍機、１Ａ  支持部材、１Ｂ  ファン、２  高温部、３  低温部、４  ケーシング、５Ａ，５Ｂ  シリンダ、６  ピストン、７  ディスプレーサ、８  ディスプレーサロッド、９  再生器、１０  作動空間、１０Ａ  圧縮空間、１０Ｂ  膨張空間、１１  リニアモータ、１１Ａ  インナーヨーク、１１Ｂ  アウターヨーク、１１Ｃ  コイル、１１Ｄ  可動マグネット、１２  ピストンスプリング、１３  ディスプレーサスプリング、１４  背圧空間、１５，１６  熱交換器、１００  熱交換器、１１０  本体、１２０〜１２４  仕切り板、２００，２１０，２２０  パイプ、３００  熱伝達機構、３１０  受け皿、３２０  熱交換器、３３０  ポンプ、３４０  流量調整弁、３５０  パイプ、４００  筐体、４１０  壁面、４２０  飲料入口、４３０  飲料出口、５００  レバー、５１０  注ぎ口、６００  流量調整弁、７００  隔壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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