(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒に炭酸ガスを吸収させて炭酸飲料を製造する炭酸飲料製造装置において、
前記溶媒を貯留する溶媒タンクと、
前記溶媒に前記炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部と、
前記溶媒タンクから供給される前記溶媒を冷却して、前記炭酸ガス供給部から供給される前記炭酸ガスを吸収させる熱交換器と
を備え、
前記熱交換器内に前記溶媒が滞留する時間である保持時間と、前記溶媒中に吸収されている前記炭酸ガスの吸収量との関係を示すグラフから臨界点を導出し、
前記溶媒及び前記炭酸ガスを、前記臨界点が出現するまで前記熱交換器内に滞留するように供給することを特徴とする炭酸飲料製造装置。
【請求項２】
前記保持時間を横軸、前記吸収量を縦軸として、同一温度及び同一圧力で前記保持時間を変動させて前記吸収量をプロットした場合、前記吸収量の変動度合が所定値以下である点を前記臨界点として導出することを特徴とする請求項１に記載の炭酸飲料製造装置。
【請求項３】
前記熱交換器内の圧力を調整することが可能な圧力調整弁を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭酸飲料製造装置。
【請求項４】
前記熱交換器を通過した前記溶媒を貯留する中間タンクを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の炭酸飲料製造装置。
【請求項５】
前記中間タンクの直前に前記熱交換器内の圧力を高める調整弁を備えることを特徴とする請求項４に記載の炭酸飲料製造装置。
【請求項６】
前記炭酸ガス供給部と前記熱交換器との間に、事前に前記溶媒と前記炭酸ガスとを気液混合させる乱流を生成するスタティックミキサを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の炭酸飲料製造装置。
【請求項７】
前記熱交換器へ供給する冷却水の流量を調整する冷却水流量調整バルブを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の炭酸飲料製造装置。
【請求項８】
前記炭酸ガス供給部から供給される前記炭酸ガスの流量を調整する炭酸ガス流量調整バルブを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の炭酸飲料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料（水を含む）に炭酸ガスを封入した炭酸飲料を製造する炭酸飲料製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水、シロップ等を溶媒として、炭酸ガスを封入することにより炭酸飲料は製造される。炭酸ガス等の気体は、なかなか溶媒中に定着できないので、従来の炭酸飲料製造装置においても様々な工夫がなされている。
【０００３】
すなわち、従来の炭酸飲料製造装置では、熱交換器により溶媒の温度を低下させることにより、炭酸ガスの定着率を上げたり、圧力を高めに誘導することで、より安定した状態で炭酸ガスを溶媒に吸収させるようにしている。
【０００４】
例えば特許文献１では、溶媒である水を吸引するポンプを下流側に設置し、半透膜を通じて炭酸ガスを供給する炭酸水の製造方法が開示されている。また、特許文献２では、従来の熱交換器だけでなく、製造工程の途中にカーボネータを備える液処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１７３２３号公報
【特許文献２】特開２０１５−２２３１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び２に開示されている炭酸水の製造方法や液処理装置では、熱交換器内の滞留時間と炭酸ガスの吸収量（溶解量）との関係について開示も示唆もされていない。したがって、状況に応じて炭酸ガスの損失が大きくなる場合も生じ、製造コストが増大するという問題点があった。また、系内の炭酸ガスの圧力を過剰に高めることによる安全上の問題点、あるいは熱交換器内で過剰に製品を冷却することにより、消費電力の増加を招く等の問題点も指摘されている。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、炭酸ガスのロスを最小限に抑制するとともに、炭酸ガスの圧力も抑制することで安全かつ低コストの炭酸飲料製造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】
【０００８】
上記目的を達成するために第１発明に係る炭酸飲料製造装置は、溶媒に炭酸ガスを吸収させて炭酸飲料を製造する炭酸飲料製造装置において、前記溶媒を貯留する溶媒タンクと、前記溶媒に前記炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部と、前記溶媒タンクから供給される前記溶媒を冷却して、前記炭酸ガス供給部から供給される前記炭酸ガスを吸収させる熱交換器とを備え、前記熱交換器内に前記溶媒が滞留する時間である保持時間と、前記溶媒中に吸収されている前記炭酸ガスの吸収量との関係を示すグラフから臨界点を導出し、前記溶媒及び前記炭酸ガスを、前記臨界点が出現するまで前記熱交換器内に滞留するように供給することを特徴とする。
【０００９】
第１発明では、熱交換器内に溶媒が滞留する時間である保持時間と、溶媒中に吸収されている炭酸ガスの吸収量との関係を示すグラフから臨界点を導出して、溶媒及び炭酸ガスを、臨界点が出現するまで熱交換器内に滞留するように供給する。溶媒及び炭酸ガスを、臨界点が出現するまで熱交換器内に滞留させた場合であっても、その後の炭酸ガスの吸収量は比較的大きく変動しない。したがって、少なくとも臨界点が示す保持時間だけ溶媒及び炭酸ガスを熱交換器内に滞留させることにより、効率よく溶媒を冷却することができ、炭酸ガスを効率よく吸収させることが可能となる。また、熱交換器本来の機能である冷却機能を損なうことなく、わずかな設置面積で保持時間を延ばすことができ、炭酸飲料製造装置自体の製造コストの低減を図ることができる。
【００１０】
また、第２発明に係る炭酸飲料製造装置は、第１発明において、前記保持時間を横軸、前記吸収量を縦軸として、同一温度及び同一圧力で前記保持時間を変動させて前記吸収量をプロットした場合、前記吸収量の変動度合が所定値以下である点を前記臨界点として導出することが好ましい。
【００１１】
第２発明では、保持時間を横軸、吸収量を縦軸として、同一温度及び同一圧力で保持時間を変動させて吸収量をプロットした場合、吸収量の変動度合が所定値以下である点を臨界点として導出する。保持時間が比較的短時間である場合、炭酸ガスの吸収量は急激に増大するが、保持時間が一定時間以上経過すると、一定の吸収量へと漸近する。したがって、少なくとも炭酸ガスの吸収量の変動が比較的小さくなる臨界点まで溶媒及び炭酸ガスを熱交換器内に滞留させることにより、炭酸ガスを効率良く吸収させることができるとともに、熱交換器の大きさを必要最小限にすることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００１２】
また、第３発明に係る炭酸飲料製造装置は、第１又は第２発明において、前記熱交換器内の圧力を調整することが可能な圧力調整弁を備えることが好ましい。
【００１３】
第３発明では、熱交換器内の圧力を調整することが可能な圧力調整弁を備えているので、熱交換器内の圧力を安定させ、炭酸ガスの吸収量を一定の水準に維持することができ、製品の廃棄量を削減することによる製造コストの低減だけでなく、炭酸飲料の安全性を確保することも可能となる。
【００１４】
また、第４発明に係る炭酸飲料製造装置は、第１乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記熱交換器を通過した前記溶媒を貯留する中間タンクを備えることが好ましい。
【００１５】
第４発明では、熱交換器を通過した溶媒を貯留する中間タンクを備えているので、溶媒中に吸収されている炭酸ガスを安定化させるとともに、吸収しきれていない炭酸ガスの気泡等を除去することが可能となる。
【００１６】
また、第５発明に係る炭酸飲料製造装置は、第４発明において、前記中間タンクの直前に前記熱交換器内の圧力を高める調整弁を備えることが好ましい。
【００１７】
第５発明では、中間タンクの直前で熱交換器内の圧力を高めることができるので、炭酸ガスをより効率よく吸収させることができ、中間タンク内の圧力が上昇するのを抑制することが可能となる。
【００１８】
また、第６発明に係る炭酸飲料製造装置は、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記炭酸ガス供給部と前記熱交換器との間に、事前に前記溶媒と前記炭酸ガスとを気液混合させる乱流を生成するスタティックミキサを備えることが好ましい。
【００１９】
第６発明では、炭酸ガス供給部と熱交換器との間に、事前に溶媒と炭酸ガスとを気液混合させる乱流を生成するスタティックミキサを備えているので、接触界面が大きくなり、炭酸ガスの吸収効率を大きく向上させることが可能となる。
【００２０】
また、第７発明に係る炭酸飲料製造装置は、第１乃至第６発明のいずれか１つにおいて、前記熱交換器へ供給する冷却水の流量を調整する冷却水流量調整バルブを備えることが好ましい。
【００２１】
第７発明では、熱交換器へ供給する冷却水の流量を調整することができるので、熱交換器における熱交換量を最適に調整することができ、消費電力を抑制することが可能となる。
【００２２】
また、第８発明に係る炭酸飲料製造装置は、第１乃至第７発明のいずれか１つにおいて、前記炭酸ガス供給部から供給される前記炭酸ガスの流量を調整する炭酸ガス流量調整バルブを備えることが好ましい。
【００２３】
第８発明では、炭酸ガス供給部から供給される炭酸ガスの流量を調整することができるので、炭酸ガスの使用量を最適に調整することができ、より安全で運用コストの低い炭酸飲料製造装置を提供することも可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、少なくとも臨界点が示す保持時間だけ溶媒及び炭酸ガスを熱交換器内に滞留させることにより、効率よく溶媒を冷却することができ、炭酸ガスを効率よく吸収させることが可能となる。また、熱交換器本来の機能である冷却機能を損なうことなく、わずかな設置面積で保持時間を延ばすことができ、炭酸飲料製造装置自体の製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置の構成を示す模式ラインフロー図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置の温度別にＧＶ値の変動を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置の温度別にＧＶ値の変動を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置の温度別にＧＶ値の変動を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る炭酸飲料製造装置の構成を示す模式ラインフロー図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置の構成を示す模式ラインフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置のスタティックミキサの構成を示す概要断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置の構成を示す模式ラインフロー図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置１０は、水やシロップ等と調合した飲料を、炭酸ガスを吸収させる溶媒として貯留する溶媒タンク１と、溶媒に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部２と、溶媒タンク１から供給される溶媒を冷却して、炭酸ガス供給部２から供給される炭酸ガスの吸収度を増大させる熱交換器３とを備えている。
【００２８】
炭酸飲料製造装置１０は、溶媒を供給ポンプ１１により配管内へ誘導する。配管途上には、炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部２を設けてあり、供給された炭酸ガスは、溶媒とともに熱交換器３へと誘導される。
【００２９】
熱交換器３では、溶媒及び炭酸ガスが冷却される。圧力が一定であれば、温度が下がれば下がるほど炭酸ガスの溶媒への吸収度は向上する。したがって、溶媒及び炭酸ガスが熱交換器３内に滞留する時間（以下、保持時間）を長くするほど、溶媒への炭酸ガスの吸収度は高まる。
【００３０】
本実施の形態１では、溶媒への炭酸ガスの吸収量をガスボリューム値（以下、ＧＶ値）で示している。ＧＶ値とは、溶媒単位量当たりに含まれる（吸収されている）炭酸ガスの量を示している。本実施の形態１では、溶媒１Ｌあたりに常圧で吸収されている炭酸ガスの体積を示しており、単位はＮＬ／Ｌである。例えばＧＶ値＝５の場合、溶媒１Ｌ中に炭酸ガスが５Ｌ吸収されていることを示している。
【００３１】
図２乃至図４は、本発明の実施の形態１に係る炭酸飲料製造装置の温度別にＧＶ値の変動を示すグラフである。図２は、熱交換器３の冷却温度が１８度である場合の、図３は、熱交換器３の冷却温度が１３度である場合の、図４は、熱交換器３の冷却温度が５度である場合の、それぞれの熱交換器３を通過した直後の配管圧力０．５５ＭＰａ（○印）、０．４ＭＰａ（●印）、０．２ＭＰａ（□印）におけるＧＶ値の変化を保持時間に応じてプロットしている。
【００３２】
それぞれ保持時間が長くなればなるほど、ＧＶ値はそれぞれの理論上の吸収量である飽和値へと接近する。しかし、本願の発明者らは、ＧＶ値が一定の割合で飽和値へと漸近するのではなく、冷却直後は急激にＧＶ値が上昇するのに対し、一定の時間経過後にはＧＶ値の上昇度合いが明らかに変動することを発見した。
【００３３】
例えば図２において、熱交換器３を通過した直後の配管圧力０．５５ＭＰａである場合のプロット値を見ると、保持時間２５（ｓ）くらいまではＧＶ値が急上昇しているのに対し、保持時間２５（ｓ）くらいを境になだらかな上昇へと変化している。ＧＶ値の上昇度合いが急激に変動する保持時間を臨界点と呼ぶ。
【００３４】
図２の他の圧力の場合についても、保持時間２５（ｓ）前後に臨界点が出現している。また、図３、図４に示すように、他の温度の場合についても、同様に臨界点が出現している。
【００３５】
言い換えれば、臨界点が示す保持時間よりも多く時間をかけて溶媒及び炭酸ガスを冷却しても、溶媒中に吸収されている炭酸ガスの吸収量は大きく変動しない。したがって、少なくとも臨界点が出現するまで溶媒及び炭酸ガスを冷却するよう熱交換器３を設計すれば、熱交換器３の大きさを必要最小限にすることができ、製造コストの低減を図ることも可能となる。
【００３６】
なお、臨界点は、プロット点を最小二乗法で近似した２つの回帰直線の交点として求めることができる。例えば（表１）は、図２乃至図４に示すグラフの回帰直線の傾きを示している。（表１）からもわかるように、冷却開始直後の臨界点より前については、傾きが０．１０２〜０．２０８（「傾き大」の最小値及び最大値）であるのに対して、臨界点より後については、傾きが０．０００〜０．０１２（「傾き小」の最小値及び最大値）と極端に小さくなっている。
【００３７】
【表１】
0006675783.tif 000002
【００３８】
そこで、臨界点を、プロット点の前後のデータを用いて３点近似し、その傾きが０．１００以下となる点を臨界点と決めても良い。すなわち、ＧＶ値の上昇度合いが所定値以下、すなわちほとんど変動しない領域との境界点を臨界点として導出することができる。これにより、一定時間間隔で保持時間をプロットすることにより、臨界点を高い精度で特定することが可能となる。
【００３９】
なお、熱交換器３内の圧力を調整することが可能な圧力調整弁５を備えておくことにより、熱交換器３内の圧力を一定に維持することができる。具体的には、圧力センサ４で熱交換器３内の圧力を検知し、検知された圧力値を見ながら圧力調整弁５の開度を調整する。
【００４０】
このようにすることで、熱交換器３内の圧力を安定させ、炭酸ガスの吸収量を一定の水準に維持することができ、製品の廃棄量を削減することによる製造コストの低減だけでなく、炭酸飲料の安全性を確保することも可能となる。
【００４１】
以上のように本実施の形態１によれば、少なくとも臨界点が示す保持時間だけ溶媒及び炭酸ガスを熱交換器３内に滞留させることにより、効率よく溶媒を冷却することができ、炭酸ガスを効率よく吸収させることが可能となる。また、熱交換器本来の機能である冷却機能を損なうことなく、わずかな設置面積で保持時間を延ばすことができ、炭酸飲料製造装置自体の製造コストの低減を図ることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る炭酸飲料製造装置の構成を示す模式ラインフロー図である。図５に示すように、本実施の形態２に係る炭酸飲料製造装置１０は、水やシロップ等と調合した飲料を、炭酸ガスを吸収させる溶媒として貯留する溶媒タンク１と、溶媒に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部２と、溶媒タンク１から供給される溶媒を冷却して、炭酸ガス供給部２から供給される炭酸ガスの吸収度を増大させる熱交換器３とを備えている。
【００４３】
本実施の形態２に係る炭酸飲料製造装置１０は、中間タンク６をサーチュレータとして備えている点で実施の形態１と相違する。すなわち、本実施の形態２に係る炭酸飲料製造装置１０は、溶媒を供給ポンプ１１により配管内へ誘導する。配管途上には、炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部２を設けてあり、供給された炭酸ガスは、溶媒とともに熱交換器３へと誘導される。
【００４４】
熱交換器３では、溶媒及び炭酸ガスが冷却される。圧力が一定であれば、温度が下がれば下がるほど炭酸ガスの溶媒への吸収度は向上する。したがって、溶媒及び炭酸ガスが熱交換器３内に滞留する保持時間を長くするほど、溶媒への炭酸ガスの吸収度は高まる。
【００４５】
熱交換器３を通過した溶媒は中間タンク６へと誘導される。中間タンク６内では、溶媒中に吸収されている炭酸ガスを安定化させるとともに、吸収しきれていない炭酸ガスを外部へ放出する。具体的には、気泡として存在する炭酸ガスを、外部ダクトを通じて外部へ排気する。
【００４６】
炭酸ガスの吸収量は、ペットボトルなどに充てんされた炭酸飲料の口当たりを左右する。したがって、炭酸ガスの吸収量が安定化することにより、商品としての炭酸飲料の品質を向上させることができる。
【００４７】
なお、中間タンク６の直前に熱交換器３内の圧力を高める調整弁７を設けることが好ましい。熱交換器３内の圧力を高めることにより、炭酸ガスをより効率良く溶媒に吸収させることができるとともに、中間タンク６内の圧力上昇を抑制することができるので、中間タンク６の増設のイニシャルコストを低減することが可能となる。
【００４８】
以上のように本実施の形態２によれば、熱交換器３を通過した溶媒を貯留する中間タンク６を備えるので、溶媒中に吸収されている炭酸ガスを安定化させるとともに、吸収しきれていない炭酸ガスの気泡等を確実に除去することが可能となり、商品としての炭酸飲料の品質を安定させることが可能となる。
【００４９】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置の構成を示す模式ラインフロー図である。図６に示すように、本実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置１０は、水やシロップ等と調合した飲料を、炭酸ガスを吸収させる溶媒として貯留する溶媒タンク１と、溶媒に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部２と、溶媒タンク１から供給される溶媒を冷却して、炭酸ガス供給部２から供給される炭酸ガスの吸収度を増大させる熱交換器３とを備えている。
【００５０】
本実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置１０は、炭酸ガス供給部２と熱交換器３との間に、事前に溶媒と炭酸ガスとを気液混合させる乱流を生成するスタティックミキサ８を備えている点で実施の形態１及び２とは相違する。すなわち、本実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置１０は、溶媒を供給ポンプ１１により配管内へ誘導する。配管途上には、炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部２を設けてあり、供給された炭酸ガスは、溶媒とともに熱交換器３へと誘導される。
【００５１】
本実施の形態３でも、熱交換器３を通過した溶媒は中間タンク６へと誘導されているが、中間タンク６を設けることは必須ではない。
【００５２】
本実施の形態３では、炭酸ガス供給部２から供給された炭酸ガスと、溶媒タンク１から供給ポンプ１１により誘導された溶媒とが、配管内を通過する途中に、気液混合させる乱流を生成するスタティックミキサ８を備えている。図７は、本発明の実施の形態３に係る炭酸飲料製造装置１０のスタティックミキサ８の構成を示す概要断面図である。
【００５３】
本実施の形態３に係るスタティックミキサ８は、長方形上の板材をねじる方向が異なるエレメント（右エレメント８１、左エレメント８２）を組み合わせている。矢印方向から供給された炭酸ガスは、エレメントに接触することで乱流が生成され、炭酸ガスと溶媒との接触界面が大きくなり、炭酸ガスの吸収効率を大きく向上させることが可能となる。
【００５４】
なお、熱交換器３へ供給する冷却水の流量を調整する冷却水流量調整バルブ３１を備えているので、熱交換器３へ供給する冷却水の流量を自在に調整することができる。したがって、熱交換器３における熱交換量を最適に調整することができ、消費電力を抑制することが可能となる。
【００５５】
また、供給される炭酸ガスの流量を調整する炭酸ガス流量調整バルブ２１を備えているので、炭酸ガスの使用量を最適に調整することができ、より安全で運用コストの低い炭酸飲料製造装置を提供することも可能となる。
【００５６】
以上のように本実施の形態３によれば、炭酸ガスは、エレメントに接触することで乱流が生成され、炭酸ガスと溶媒との接触界面が大きくなり、炭酸ガスの吸収効率を大きく向上させることが可能となる。
【００５７】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において上記実施の形態に種々の変更をすることが可能であることは言うまでもない。例えば、実施の形態３を実施の形態１と組み合わせても良いし、製造される炭酸飲料も炭酸水だけでなく、炭酸入りのリキュール等の酒類の製造にも用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  溶媒タンク
２  炭酸ガス供給部
３  熱交換器
５  圧力調整弁
６  中間タンク
７  調整弁
８  スタティックミキサ
１０  炭酸飲料製造装置
１１  供給ポンプ
２１  炭酸ガス流量調整バルブ
３１  冷却水流量調整バルブ
【図１】
0006675783.tif 000003
【図２】
0006675783.tif 000004
【図３】
0006675783.tif 000005
【図４】
0006675783.tif 000006
【図５】
0006675783.tif 000007
【図６】
0006675783.tif 000008
【図７】
0006675783.tif 000009