(57)【要約】【課題】ノズルから飲料容器の周面に吹きつけた熱媒体の衝突噴流が飲料容器に弾き飛ばされて周囲に飛散するのを抑えて伝熱効率の向上化を図る。【解決手段】加熱室に搬入した商品容器６と対峙するよう周域に分散して熱媒体噴射ノズル９を配し、熱媒体の加熱，  貯留タンクから供給した高温の熱媒体を前記噴射ノズルより飲料容器の周面に吹きつけて加熱するようにした容器入り飲料の加熱装置において、前記噴射ノズル９から飲料容器６の周面に吹きつける熱媒体の噴射方向Ｐを飲料容器の外周面に立てた法線Ｏに対し傾けて傾斜角度θを設定し、また加熱時に飲料容器を回転して中身飲料を攪拌するさいには、前記の熱媒体の噴射方向を飲料容器の回転方向に対して順方向に傾ける。これにより、熱媒体の衝突噴流が飲料容器に衝突して飛び散ることなく容器周面に沿って流れ易くなり、熱媒体／飲料容器との間で高い伝熱効率を確保できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱室に搬入した飲料容器に対し、その容器周面に高温の熱媒体を吹きつけて中身飲料を加熱する方式の容器入り飲料の加熱装置であり、加熱室内の周域に分散して熱媒体噴射ノズルを配し、熱媒体の加熱，  貯留タンクから供給した高温の熱媒体を前記噴射ノズルより飲料容器の周面に向け衝突噴流として吹きつけるようにしたものにおいて、
前記噴射ノズルからの熱媒体の噴射方向を、飲料容器の外周面に立てた法線に対して傾けたことを特徴とする容器入り飲料の加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置において、加熱室内に搬入した飲料容器を回転して中身飲料を攪拌しつつ、飲料容器の周面に吹きつける熱媒体の噴射方向を飲料容器の回転方向に対して順方向に傾けたことを特徴とする容器入り飲料の加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱装置において、熱媒体を加熱，  貯留する温水タンクと加熱室の間に構成した熱媒体循環管路に送水ポンプを介装し、前記タンクに貯留した高温の熱媒体を送水ポンプにより熱媒体噴射ノズルに加圧供給するようにしたことを特徴とする容器入り飲料の加熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載の加熱装置において、熱媒体を加熱，  貯留する温水タンクを圧力タンクとし、かつ該タンクと加熱室との間に構成した熱媒体循環管路に対してタンクの送水側および還流側管路に開閉制御弁を設けるとともに、加熱室の排水側には排水回収容器を備え、前記圧力タンク内に貯留した熱媒体の飽和圧力が大気圧以上に達した加熱状態で、前記送水側の開閉制御弁を開いて高温高圧の熱媒体を噴射ノズルに加圧供給するようにしたことを特徴とする容器入り飲料の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、缶，びん，ペットボトル商品などの飲料商品を対象に、その飲料容器の周面に高温水を吹きつけて加熱する容器入り飲料の加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動販売機に適用する頭記の容器入り飲料の加熱装置としては、電磁誘導加熱方式，高温水に浸漬する加熱方式のほかに、販売時に庫内の商品収納ラックから払出した缶，びん，ペットボトルなどの容器入り飲料商品を加熱装置に導き、ここで飲料容器に高温の熱媒体（例えば水温９５℃程度に加熱した高温水）を吹きつけて中身飲料をホット飲料としての適温（５５℃程度）まで加熱する方式のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記の特許文献１に開示されている加熱装置は、商品販売時に機内の商品搬出経路から取り込んだ飲料容器を横置姿勢で加熱室内に搬入し、この搬入位置で保持した飲料容器を回転（自転）して中身飲料を攪拌させつつ、加熱室内に備えた噴射ノズルを通じて高温の熱媒体を衝突噴流として飲料容器の周面に吹きつけて加熱するようにしたものであり、その構成概要を図３に示す。
【０００４】
図３において、１は加熱室、２は加熱ヒータ２ａを備えた温水タンク、３は送水ポンプ、４は浄水器、５は熱媒体の循環送水管路であり、加熱室１には室内に搬入した飲料容器６の中身飲料を攪拌する手段として飲料容器を横置姿勢に支える回転式の保持機構（回転ローラ）７，その駆動モータ８、および飲料容器６の周域に４ないし６箇所に分けて分散配備した熱媒体噴射ノズル９を備え、これらで容器入り飲料の加熱装置を構成している。
【０００５】
この飲料加熱装置では、待機中に温水タンク２に貯留した熱媒体（水）を９５℃程度にヒータ加熱しておき、飲料容器の加熱指令が与えられると、加熱室１に搬入した飲料容器６を例えば１０００ｒｐｍで回転しつつ、送水ポンプ３を始動して温水タンク２から加熱室１の噴射ノズル９に加圧供給した高温の熱媒体を飲料容器６の周面に吹きつけて中身飲料を加熱し、また室内に放出された熱媒体は浄水器４を経て温水タンク２に還流し、ここで再び高温に加熱して循環送水するようにしている。
【０００６】
また、前記加熱装置における温水タンクを密閉形の圧力タンクとなし、このタンク内に貯留した熱媒体（水）をその飽和圧力が大気圧以上となるような温度（１００℃以上）に加熱した状態で、高温高圧の熱媒体をタンクの内圧を利用してプレッシャライズ式に加熱室に装備した噴射ノズルに加圧供給するようにしたポンプレス方式の加熱装置が本発明と同一出願人より特願２００２−２１２２７４号として提案されており、その構成概要を図４に示す。
【０００７】
図４において、図３の構成と異なる点は温水タンク２が密閉形の圧力タンクにヒータ２ａを備えた構造であり、この温水タンクを挟んで循環送水管路５の送水側，還流側管路には開閉制御弁１０，１１を接続し、さらに加熱室１の排水側（下流側）には加熱室から排出した熱媒体を回収して一時的に貯留する排水回収容器１２を備えており、図３に示した送水ポンプは備えてない。なお、２ｂは温水タンクの内圧が所定圧力以上に上昇した際に開いて放圧する安全弁である。
【０００８】
上記の構成で、加熱室１に飲料容器６を搬入してない待機時に開閉制御弁１０，１１を閉じた状態で温水タンク２に貯留した熱媒体（水）をヒータ２ａで加熱すると、熱媒体は加熱に伴いその飽和温度が１００℃以上となって飽和圧力も大気圧（０．１０１３ＭＰａ）以上に上昇する。この状態で飲料容器の加熱指令に基づき送水側の開閉制御弁１０を開くと、タンク内に封じ込められていた高温高圧の熱媒体がタンクの内圧を受けて循環送水管路５に送水され、加熱室１の噴射ノズル９より飲料容器６の周面に吹きつけてこれを加熱する。なお、加熱室１の室内に放出された熱媒体は下流側に配した排水回収容器１２に流出してここに一時的に滞留される。そして、所定の加熱時間が経過した後に開閉制御弁１０を閉じて開閉制御弁１１を開くことにより、回収容器１２に滞留していた熱媒体が温水タンク２に還流する。この方式により、図３に示した送水ポンプを使わずに１００℃以上の高温水を飲料容器６に吹きつけて短時間での加熱が達成される。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３０７２１３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来の加熱装置では、飲料容器の周面に高温の熱媒体を衝突噴流として吹きつけた際に十分な熱伝達効率が得られないといった問題点がある。
【００１１】
すなわち、従来装置では図５（ａ）  で示すように熱媒体噴射ノズルから噴出する熱媒体を飲料容器の周面に対して垂直方向から吹きつけるようにしており、その場合における衝突噴流の流れの様相を模式的に表すと図５（ｂ）  のようになる。図において、Ｊは熱媒体噴射ノズル９から飲料容器の周面（衝突壁面）に向けて噴出した熱媒体の衝突噴流を表し、その噴出方向Ｐは衝突壁面に立てた法線Ｏに一致している。
【００１２】
ここで、衝突噴流Ｊの場を自由噴流領域Ｊ１  ，  衝突噴流領域Ｊ２  ，壁噴流領域Ｊ３  の領域に分けると、自由噴流領域Ｊ１  は衝突壁（飲料容器）の影響を受けない流れの領域で、その流れの場は自由噴流とほぼ同じである。これに対して、衝突噴流領域Ｊ２  は噴流が自由噴流から壁噴流に移行する領域で、衝突壁に当たって流れの方向が急激に変化するために大きな圧力勾配が生じる。さらに、衝突噴流領域Ｊ２  から周域に広がる壁噴流領域Ｊ３  は衝突壁に沿って乱流強度の高い流れを形成する。そして、衝突噴流Ｊと衝突壁（飲料容器６）との間の熱伝達は衝突噴流領域Ｊ２  および壁噴流領域Ｊ３  で行われ、特に衝突噴流領域Ｊ２  のよどみ点Ｊ４  の近傍で熱伝達が最も高くなる。
【００１３】
また、前記のように飲料容器６の周面に熱媒体の衝突噴流を吹きつけて加熱しつつ、図５（ａ）  のように飲料容器６を矢印Ｑ方向に回転すると、飲料容器６と中身飲料６ａとの相対的な回転速度差により中身飲料６ａが攪拌され、その強制対流および乱流による熱伝達も働いて中身飲料６ａへの熱伝達が促進される。
【００１４】
ところで、前記のようにノズル９から噴出する熱媒体を飲料容器６の周面に対して垂直方向から吹きつけると、熱媒体の一部は飲料容器６の周面に当たった後に周囲に弾き飛ばされてしまい、このために飲料容器（衝突壁）  ６に沿って壁噴流領域Ｊ３  （図５（ｂ）  参照）を形成する熱媒体の量が減少してトータル的に伝熱量が低下し、その結果として中身飲料６ａを適温まで加熱するに要する時間が長くなるといった問題が生じる。
【００１５】
そこで、ノズルから噴出する熱媒体の衝突噴流が飲料容器に当たって周囲に飛散するのを防ぐ手段として、加熱室内に噴出ノズルの周域を囲むように噴流ガイド（ノズルの周域を覆った壁）を追加装備し、ノズルより噴出した熱媒体を飲料容器周面に沿わせて強制的に流すようにした構成の加熱装置が本発明と同一出願人より特願２００２−２２６４９９号として先に提案されている。
【００１６】
しかしながら、前記の噴流ガイドを追加すると加熱室の構造が複雑化するほか、この噴流ガイドを径サイズの異なる各種飲料容器にも対応させることが難しいこともあって実用化には問題がある。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は加熱室の構造が複雑化する前記の噴出ガイドを採用することなく、熱媒体噴射ノズルから飲料容器の周面に吹きつけた熱媒体の衝突噴流が飲料容器に弾き飛ばされて周囲に飛散するのを巧みに抑えて高い伝熱効率が確保できるように改良した容器入り飲料の加熱装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、加熱室に搬入した飲料容器の容器周面に高温の熱媒体を吹きつけて中身飲料を加熱する方式の容器入り飲料の加熱装置で、その加熱室内の周域に分散して熱媒体噴射ノズルを配し、熱媒体の加熱，  貯留タンクから供給した高温の熱媒体を前記噴射ノズルより飲料容器の周面に向け衝突噴流として吹きつけるようにしたものにおいて、
前記噴射ノズルからの熱媒体の噴射方向を飲料容器の外周面に立てた法線に対して傾けるように設定し（請求項１）、ここで加熱室内に搬入した飲料容器を回転して中身飲料を攪拌する際には、容器周面に吹きつける前記の熱媒体噴射方向を飲料容器の回転方向に対して順方向に傾けるものとする（請求項２）。
【００１９】
すなわち、発明者が回転する飲料容器の周面に向けて垂直方向（飲料容器の周面に立てた法線と同じ方向）から熱媒体を噴射した際の衝突噴流の流れを高速カメラで観察したところ、飲料容器６の回転方向に対して順方向（回転と同じ方向）に形成される壁噴流領域Ｊ３  （図５（ｂ）  参照）では、熱媒体が殆ど弾き飛ばされずに容器周面に沿って長く延びているのに対して、飲料容器の回転に逆らう逆方向の壁噴流領域では、熱媒体の噴流が飲料容器に衝突した直後に弾き飛ばされて周囲に飛散する割合の多いことが観測された。
【００２０】
そこで、飲料容器を静止した状態でその周面に噴射ノズルから吹きつける熱媒体の噴射方向を飲料容器の外周面に立てた法線に対し傾けるように配置して前記と同様な観察を行ったところ、噴流の衝突直後に飲料容器から弾き飛ばされて周囲に飛散する割合が少なくなることが観測され、またこの噴射による飲料容器の温度上昇を実測して熱伝達の様子を調べた結果からも従来方式と比べて衝突噴流による伝熱効率が高まることが確認された。
【００２１】
さらに、飲料容器を回転した状態で前記と同様な実験を行ったところでは、熱媒体の噴射方向を飲料容器の回転方向に対して順方向に傾けることで熱媒体の飛散防止，伝熱効率の改善に効果のあることが確認された。
【００２２】
また、前記の熱媒体噴射ノズルに高温の熱媒体を加圧供給するための手段として、本発明では、熱媒体を加熱，  貯留する温水タンクと加熱室の間に構成した熱媒体循環管路に送水ポンプを介装し、前記タンクに貯留した高温の熱媒体を送水ポンプにより熱媒体噴射ノズルに加圧供給する（請求項３）、あるいは熱媒体を加熱，  貯留する温水タンクを圧力タンクとし、かつ該タンクと加熱室との間に構成した熱媒体循環管路に対してタンクの送水側および還流側管路に開閉制御弁を設けるとともに、加熱室の排水側には排水回収容器を備え、前記圧力タンク内に貯留した熱媒体の飽和圧力が大気圧以上に達した加熱状態で、前記送水側の開閉制御弁を開いて高温高圧の熱媒体を噴射ノズルに加圧供給する各方式を採用することで対応できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１，図２に基づいて説明する。まず、図１は加熱室に搬入した飲料容器６に対峙して加熱室内の周域に分散配置した熱媒体噴射ノズル９，および該ノズルから飲料容器６に向けて吹きつける熱媒体の噴射方向を模式的に表した図である。図示のように飲料容器６の周囲４箇所に振り分けて配置したノズル９から噴出する熱媒体の噴射方向Ｐは、飲料容器６の周面に立てた法線Ｏに対して傾け（傾斜角度θ）、かつその傾斜角度θは飲料容器６の回転方向Ｑに対して順方向に設定されている。なお、図示例は熱媒体噴射ノズル９を飲料容器の周囲４箇所に分けて配置しているが、６箇所に配置してもよい。
【００２４】
ここで、加熱室内に配した前記ノズル９は、図３で述べたように温水タンク２にて加熱，貯留した高温の熱媒体をポンプ３により送水して供給する方式、あるいは図４で述べたように圧力タンク型の温水タンク２で飽和圧力が大気圧以上，水温が１００℃以上となるよう加熱した高温高圧の熱媒体をタンクの内圧を利用してノズル９に加圧供給するポンプレス方式と組合せ、飲料容器の加熱指令に基づいて温水タンク２から高温の熱媒体（温水）をノズル９より飲料容器６の周面に吹きつけるようにする。
【００２５】
次に、図１で述べた熱媒体の噴射方式を基に発明者が行った実験結果を図２に示す。すなわち、図２は横軸に飲料容器に吹きつける熱媒体の傾斜角度θ（図１参照），縦軸に周方向に分散配置した熱媒体噴射ノズル９（４個，および６個）と個々に対応して分けた飲料容器周面域での平均熱伝達率（Ｗ／ｍ２  Ｋ）を表した衝突噴流加熱の特性図であり、図示のように傾斜角度θを１０°から増して行くと平均熱伝達率が上昇する。
【００２６】
これは、熱媒体の噴射に傾斜角度θをつけることで、ノズル９から噴出した熱媒体の衝突噴流が飲料容器６の周壁面に沿って流れ易くなり、図５（ｂ）  に示した壁噴流領域Ｊ３  が長く延びて容器と熱媒体との伝熱面積が増すようになるためである。なお、傾斜角度０〜１０°の範囲では平均熱伝達率が低下する傾向を示しているが、これは熱媒体の衝突噴流が飲料容器６の壁面に対して垂直方向に近い角度で衝突するたに周囲に弾き飛ばされ、そのために壁噴流領域Ｊ３  を形成する熱媒体の流量が減少して飲料容器との間の伝熱量が低下すると推定される。
【００２７】
上記のように、飲料容器に吹きつける熱媒体を容器外周面に立てた法線に対して傾けることにより飲料容器との衝突噴流による熱伝達効率が向上し、その結果として飲料容器の中身飲料を適温まで高めるのに要する加熱時間を短縮できる。また、この場合に、特に図４の熱媒体供給方式と組合せて実施することにより、加熱指令を受けてからノズルに高温高圧の熱媒体を供給するまでの立ち上がりが早くなり、自動販売機でのホット飲料商品の販売時間を大幅に短縮できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、加熱室内の周域に分散して熱媒体噴射ノズルを配し、熱媒体の加熱，  貯留タンクから供給した高温の熱媒体を前記噴射ノズルより飲料容器の周面に吹きつけて加熱するようにした容器入り飲料の加熱装置において、前記噴射ノズルからの熱媒体の噴射方向を飲料容器の外周面に立てた法線に対して傾け、また加熱時に飲料容器を回転する際に、熱媒体の噴射方向を飲料容器の回転方向に対して順方向に傾けたことにより、
加熱室内に複雑な噴流ガイドなどを追加装備することなくノズルの向きを調整するだけで、ノズルから噴出する熱媒体の衝突噴流が弾き飛ばされずに飲料容器の周面に沿って流れ易くなり、これにより熱媒体の衝突噴流と飲料容器との間で高い熱伝達効率を確保し、中身飲料をホット飲料としての適温まで高めるのに要する加熱時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による熱媒体噴射ノズルと飲料容器との相対位置，およびノズルから噴射する熱媒体の吹きつけ方向を模式的に表した図
【図２】図１における熱媒体噴射の傾斜角度と平均熱伝達率との関係を表す衝突噴流加熱の特性図
【図３】ポンプ送水方式による従来例の加熱装置の系統図
【図４】ポンプレス送水方式による従来例の加熱装置の系統図
【図５】従来の加熱装置おける衝突噴流加熱の説明図で、（ａ）  は飲料容器と熱媒体噴出ノズルとの相対配置図、（ｂ）  は（ａ）  における衝突噴流の様相を表す模式図
【符号の説明】
１    加熱室
２    温水タンク
２ａ  ヒータ
３    送水ポンプ
５    循環送水管路
６    飲料容器
７    回転式の容器保持機構
９    熱媒体噴射ノズル
１０，１１  開閉制御弁
θ    ノズルから噴射する熱媒体の傾斜角度
Ｏ    飲料容器の周面に立てた法線
Ｑ    飲料容器の回転方向
【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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