JP2008119282A - 飲料供給装置 - Google Patents

Abstract

【目的】温水タンクに貯留している高温温水層域の温水の温度低下を生じさせない飲料供給装置を提供することを目的とする。
【構成】温水タンク７０に貯留している温水を温度の異なる層域に仕切る仕切り板７２ａ、７２ｂと、高温温水層域の温水温度を検出して温度信号を出力する温度センサ７３ａと、中温温水層域の温水温度を検出して温度信号を出力する温度センサ７３ｂと、低温温水層域の温水温度を検出して温度信号を出力する温度センサ７３ｃと、高温温水層域に貯留している温水の温度を検出する温度センサ７３ａが出力する温度信号が所定の下限温度を下回ると制御部９５が出力する信号で通電されることにより所定の上限温度まで加熱するヒータ７４と、タンク本体７１外壁面からの放熱量を減少させる断熱層７５と、水リザーバ１０に給水弁３２を介して温水回路３３で連通する水の供給開口７６と、を設けている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、温水と原料とから飲料を調製して供給する飲料供給装置に関するものである。

従来からコーヒー豆を挽いた挽き豆に高温の温水を加えて抽出したコーヒー液に砂糖やミルクを加えて調製したホットコーヒー飲料や濃縮シロップを希釈して氷を投入したコールドシロップ飲料を販売するカップ式自動販売機が知られている。当該カップ式自動販売機では、購入客が貨幣を投入し、例えば、ホットコーヒー飲料の選択ボタンを押すと、貯蔵しているコーヒー豆をミルで挽いた挽き豆に温水タンクで貯留している高温の温水を加えて抽出したコーヒー液に砂糖やミルクを加えて調製したホットコーヒー飲料をカップ供給装置から供給されたカップに注いで販売口から購入客に販売する。また、購入客がコールドシロップ飲料の選択ボタンを押すと、冷却水槽に貯留している冷却水で冷やされた濃縮シロップと炭酸水がカップに注がれ、さらに製氷機に貯蔵している氷が投入されてコールドシロップ飲料が調製されて販売口から購入客に販売される。このように、カップ式自動販売機にはコーヒー飲料などのホット飲料の調製に使用する温水を高温（９２〜９７℃）の温度に保持して貯留する温水タンクが備えられている。

図７はカップ式自動販売機（飲料供給装置）を示す概念図である。カップ式自動販売機１は、カップ供給装置（図示せず）から供給されてベンドステージＳに載置した飲料容器であるカップＣにその機内で調製したホット飲料またはコールド飲料を注入して販売する装置であり、水リザーバ１０、冷却水槽１５、製氷機３０、温水タンク３４、ミキシングボウル４０、４１、コーヒーブリュア（コーヒー飲料を抽出する装置）４２、原料容器４５、ミル４６などを備えている。

希釈液供給部２は、冷水、炭酸水などの希釈液をカップＣに注入するためのものであり、水リザーバ１０、水ポンプ１１、給水弁１２を有している。給水弁１２を開くと水道水は水リザーバ１０に貯えられ、水ポンプ１１を駆動することによって圧送された水は冷水回路１３または温水回路３３に送出される。冷水回路１３に送出された水は、冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａに浸漬した水冷却コイル１６を経由することにより冷却される。図には明示しないが冷却水１５ａにはコイル状の蒸発器が浸漬してあり、蒸発器に冷媒を循環させることにより冷媒が蒸発する際の蒸発熱により蒸発器の周囲に着氷したアイスバンク（氷魂）の蓄熱量を利用した熱交換により冷却水１５ａを略０℃に保つようにしている。水冷却コイル１６には給水弁１７と冷水管路１８とが接続してある。また、給水弁１７には、カップＣに炭酸水を供給するカーボネータ１９が接続してあり、水ポンプ１１を駆動して給水弁１７を開くとカーボネータ１９に冷水が供給される。冷水管路１８には、冷水弁２０を介して冷水注出ノズル２１が接続してあり、コールド飲料注出時（販売時）には水ポンプ１１を駆動して冷水弁２０を開くと、冷水注出ノズル２１からカップＣに冷水を注入する。

カーボネータ１９は、冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａに浸漬してあり、炭酸ガスボンベ２２から炭酸ガスが供給され、この炭酸ガスが冷水に溶解して、冷水は炭酸水となる。カーボネータ１９には、炭酸水弁２３を介して炭酸水注出ノズル２４が接続してあり、炭酸水弁２３を開くと、炭酸ガスボンベ２２から供給される炭酸ガスの圧力でカーボネータ１９から押し出された炭酸水がカップＣに注入される。また、冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａには、複数のシロップ冷却コイル２５が浸漬してあり、シロップ飲料の原液となる各種のシロップがそれぞれ貯蔵してある複数のシロップコンテナ２６がシロップ売切装置２７を介して接続してある。各シロップコンテナ２６には、それぞれ、炭酸ガスボンベ２２から炭酸ガスが供給され、シロップ冷却コイル２５にはシロップ弁２８を介してシロップ注出ノズル２９が接続されている。そして、シロップ弁２８を開くと、シロップコンテナ２６に貯蔵してあるシロップが炭酸ガスボンベ２２から供給される炭酸ガスの圧力で押し出され、シロップ売切装置２７からシロップ冷却コイル２５を通流したシロップは冷却されて、シロップ注出ノズル２９からカップＣに注入される。

製氷機３０は、水リザーバ１０に製氷用水導入配管３０ａを介して接続してあり、製氷用水導入配管３０ａを通じて水リザーバ１０から供給された水を用いて氷を製造し、当該氷をストッカに貯蔵する。図には明示しないが製氷機３０は、製氷部としての円筒状のパイプの外周面に蒸発器を螺旋状に巻回させてあり、蒸発器に冷媒を循環させることにより水リザーバ１０から供給された水をその内壁面に着氷させる。パイプの内部にはスクリュ形状のオーガが配設してあり、モータによって回転駆動したオーガでパイプの内壁面に着氷させた氷を切削しつつ上方に押し上げる。パイプの上部には、固定刃が設けてあり、この固定刃によってオーガで押し上げられた氷を圧縮してチップ状の氷にする。また、パイプの上方には、製造したチップ状の氷を貯蔵するストッカが設けてある。そして、製氷機３０によって製造された氷は、アイス飲料を販売するときにアイスダクト３０ｂを通じてカップＣに必要量が投入されてコールド飲料を調製する。

温水タンク３４は、水ポンプ１１の駆動と同時に給水弁３２を開いて温水回路３３に送出された水が貯えられ、内部に備えられたヒータ（図示せず）により加熱されて高温（例えば９２〜９７℃）の温水になる。また、温水タンク３４には複数の湯弁３５が配設してある。各湯弁３５は、湯管路３６によってミキシングボール４０、４１およびコーヒーブリュア４２に接続してあり、湯弁３５を開くと湯管路３６を通った温水がミキシングボール４０、４１またはコーヒーブリュア４２に供給される。ミキシングボール４０は、原料容器４３から供給された原料と温水タンク３４から供給された温水を攪拌してホット飲料を調製してホット飲料注出ノズル４４からカップＣに注入する。コーヒーブリュア４２は、コーヒー豆を収容している原料容器４５から供給されたコーヒー豆をミル４６で挽いた挽き豆（原料）に温水タンク３４から供給された温水を加えて混合、攪拌してコーヒー飲料を抽出する。コーヒー飲料の抽出滓は滓バケツ４９に廃棄される。また、コーヒーブリュア４２には、ミキシングボール４１が接続してあり、原料容器４７から供給された砂糖、クリームなどとコーヒー飲料を調製してコーヒー飲料注出ノズル４８からカップＣに注入する。

このようなカップ式自動販売機で温水、冷水、氷を作るようにした冷媒回路に、冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とする圧縮機と、冷媒と水とを熱交換させて温水を作る温水用熱交換器と、冷媒と冷水用の水とを熱交換させて冷水を作る冷水用熱交換器と、冷媒と製氷用の水とを熱交換させて氷を作る製氷用熱交換器と、冷水用熱交換器に接続された冷水側膨張弁と、製氷用熱交換器に接続された製氷側膨張弁と、温水を作る際には圧縮機からの高温高圧の冷媒を温水用熱交換器に循環させ、冷水を作る際には冷水側膨張弁からの冷媒を冷水用熱交換器に循環させ、製氷する際には製氷側膨張弁からの冷媒を製氷用熱交換器に循環させる循環路切換器とを有して、圧縮機からの冷媒により温水、冷水または氷を作るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８１７７２号公報

上述した冷媒回路を備えたカップ式自動販売機で高温の温水を作る際は圧縮機からの高温高圧の冷媒と温水タンクに貯留されている低温の温水とを温水用熱交換器に循環させることにより高温高圧の冷媒と低温水との間で熱交換がおこなわれて加熱された高温（例えば９０℃）の温水が温水タンクに環流して貯留される。温水タンクでは外壁面からの放熱により温度が低下した温水が対流によりタンク下層部（底部付近）へ移動するため、この温度が低下した温水を温水ポンプで温水用熱交換器へ送出して高温高圧の冷媒との熱交換により加熱した高温の温水として温水タンクの上層部へ戻すようにしている。

しかしながら、圧縮機を始動した直後の温度が低い冷媒が温水用熱交換器に循環して温水と熱交換すると冷媒から温水への熱交換量が不足して温水の温度上昇が不十分となり、この温度が低い温水が温水用熱交換器から流出して温水タンクに環流すると、高温の温水が貯留されている高温温水層域に低温の温水が流入して貯留している温水全体の温度を低下させる不具合を起こすことになる。

本発明は、上記実情に鑑みて、温水用熱交換器から流出した温水の温度が低い場合にも、温水タンクに貯留している高温温水層域の温水の温度低下を生じさせない飲料供給装置を提供することを目的とする。

上記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、冷媒を圧縮させて高温高圧にさせる圧縮機と、前記圧縮機で圧縮させた高温高圧の冷媒と温水とを熱交換させる温水用熱交換器と、前記温水用熱交換器から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に環流させる蒸発器とを接続した冷媒循環経路を形成した冷媒回路を備え、前記温水用熱交換器で熱交換した温水と原料とから飲料を調製して供給する飲料供給装置において、
前記温水を貯留している温水タンクから送出されて前記温水用熱交換器で熱交換された温水を当該温水タンクに環流させる温水循環経路と、前記温水循環経路を介して前記温水タンクから温水用熱交換器に温水を送出する温水ポンプと、前記温水循環経路を循環する温水の温度を検出して温度信号を出力する循環経路温水温度センサと、前記温水循環経路の循環経路温水温度センサの下流側と前記温水ポンプの上流側とを連通させる温水通路と、前記温水通路の温水の通流および停止をさせる第１開閉弁と、前記温水循環経路の循環経路温水温度センサから温水タンクへの温水の通流および停止をさせる第２開閉弁と、前記循環経路温水温度センサが出力する温度信号に基づいて前記第１開閉弁および第２開閉弁を開閉制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る飲料供給装置は、上記請求項１において、前記温水タンクに貯留している温水を温度の異なる層域に仕切る複数の仕切り板と、当該仕切り板により形成された複数の温水層の温水温度を検出して温度信号を出力するタンク内温水温度センサと、前記温水循環経路から前記複数の温水層域に温水を環流させる温水環流口と、前記複数の温水環流口からの温水環流の通流および停止をさせる環流口開閉弁と、を設け、前記制御手段は、前記循環経路温水温度センサおよび前記タンク内温水温度センサが出力する温度信号に基づいて前記環流口開閉弁を開閉制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、温水を貯留している温水タンクから送出されて温水用熱交換器で熱交換された温水を当該温水タンクに環流させる温水循環経路と、温水循環経路を介して温水タンクから温水用熱交換器に温水を送出する温水ポンプと、温水循環経路を循環する温水の温度を検出して温度信号を出力する循環経路温水温度センサと、温水循環経路の循環経路温水温度センサの下流側と温水ポンプの上流側とを連通させる温水通路と、温水通路の温水の通流および停止をさせる第１開閉弁と、温水循環経路の循環経路温水温度センサから温水タンクへの温水の通流および停止をさせる第２開閉弁と、循環経路温水温度センサが出力する温度信号に基づいて第１開閉弁および第２開閉弁を開閉制御する制御手段と、を設けたことにより、冷媒温度が低く熱交換量が不足して温度上昇が不十分で温度が低い温水が循環して温水タンクの高温温水を貯蔵している層域へ環流することを防止できるので、温水タンクに貯留している高温の温水層域の温度の低下を生じさせない飲料供給装置を提供することが可能となる。

また、請求項２の発明によれば、温水タンクに貯留している温水を温度の異なる層域に仕切る複数の仕切り板と、当該仕切り板により形成された複数の温水層の温水温度を検出して温度信号を出力するタンク内温水温度センサと、温水循環経路から複数の温水層域に温水を環流させる温水環流口と、複数の温水環流口からの温水環流の通流および停止をさせる環流口開閉弁と、を設け、制御手段は、循環経路温水温度センサおよびタンク内温水温度センサが出力する温度信号に基づいて環流口開閉弁を開閉制御することにより、高温に加熱されなかった温水が高温温水層域に環流することを防止するとともに、循環している温水温度と略同じ温度の温水層へ環流することにより温水用交換器で熱交換して得た熱量をそれぞれの温度の温水層の保温に有効に利用することが可能となる。

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を詳細に説明する。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。
図１は本発明に係る飲料供給装置の実施の形態を示す概念図である。飲料供給装置１（あるいはカップ式自動販売機）における冷却水槽１５に貯留する冷却水１５ａの冷却、製氷機３０の氷の製造、および温水タンク７０に貯留する温水７０ａの加熱には、冷媒回路５０が適用してある。冷媒回路５０は、圧縮機５１、温水用熱交換器５２、ガスクーラ５３、内部熱交換器５４、電子膨張弁５５、および蒸発器５６、５７、並びにこれらを接続する冷媒循環経路Ｌにより構成され、冷媒を循環させるものである。この冷媒回路５０で使用する冷媒としては、不燃性、安全性、不腐食性を有し、更にオゾン層への影響が少ない二酸化炭素を用いている。

圧縮機５１は、内部熱交換器５４からの冷媒（二酸化炭素）を圧縮して高温高圧の状態にするものである。この圧縮機５１は、２回に分けて冷媒圧縮を行う２段式圧縮機であり、１回目の冷媒圧縮を行う第１圧縮機５１ａと、２回目の冷媒圧縮を行う第２圧縮機５１ｂとを有し、これらの間に中間熱交換器５８を設けてある。中間熱交換器５８は、第１圧縮機５１ａによる１回目の冷媒圧縮により圧縮された冷媒を冷却、すなわち放熱させて該冷媒を第２圧縮機５１ｂに送るものである。このように、冷媒を２回に分けて圧縮を行う２段式圧縮機の第１圧縮機５１ａと第２圧縮機５１ｂとの間に冷媒を冷却する中間熱交換器５８を設けて冷媒圧縮を行うと、第２圧縮機５１ｂの冷媒圧縮負荷を低減して冷却効率の向上を図ることができ、消費電力を低減して冷媒を所望の高温高圧の状態に圧縮することができる。圧縮機５１には、圧縮機５１を運転するための電源の周波数を変換するインバータ５１ｃが接続してあり、飲料供給装置１の熱負荷に見合った適切な電源周波数で圧縮機５１を運転する。この圧縮機５１としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機などがある。

冷媒循環経路Ｌには、第１圧縮機５１ａで圧縮させた高温高圧の冷媒を放熱させて第２圧縮機５１ｂに供給させる中間熱交換器５８を備えた第１冷媒経路Ｌ１と、第１圧縮機５１ａで圧縮させた高温高圧の冷媒を第２圧縮機５１ｂに直接供給させる第２冷媒経路Ｌ２とを設け、第１冷媒経路Ｌ１には弁を開閉して冷媒の中間熱交換器５８への通流および停止をさせる電磁弁６２を備え、第２冷媒経路Ｌ２には弁を開閉して冷媒の第２圧縮機５１ｂへの通流および停止をさせる電磁弁６３を備えている。

そして、夏場などの気温が高くコールド飲料の販売量が多くなり、冷却水の冷却能力や製氷能力を強く要求される場合には、電磁弁６２を開く一方、電磁弁６３を閉じて圧縮機５１を運転すると、第１圧縮機５１ａで圧縮された温度６０℃〜７０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒は中間熱交換器５８に送られてここで放熱されて温度４０〜５０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒となって第２圧縮機５１ｂへ供給されるので第２圧縮機５１ｂの冷媒圧縮負荷が軽減され、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮動作により圧縮された冷媒は温度７０〜８０℃、圧力８〜９ＭＰａとなり、温水用熱交換器５２へ供給される。このように、第１圧縮機５１ａで圧縮された冷媒を中間熱交換器５８で放熱させて第２圧縮機５１ｂで圧縮すると、第２圧縮機５１ｂの冷媒圧縮動作の負荷が軽減され、冷却効率が改善され、消費電力を低減できる。この冷却水冷却時や製氷時に発生する冷媒の廃熱を利用して低温の温水を温水用熱交換器５２で加熱するとさらに消費電力を低減することができる。

また、温水タンク７０に貯留している温水の加熱能力を強く要求される場合には、電磁弁６２を閉じる一方、電磁弁６３を開いて圧縮機５１を運転すると、第１圧縮機５１ａで圧縮された温度６０〜７０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒が中間熱交換器５８で放熱されることなく第２圧縮機５１ｂへ直接供給されて圧縮されると、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮動作により圧縮された冷媒は温度１１０〜１２０℃、圧力１０〜１２ＭＰａの高温高圧の状態になる。

温水用熱交換器５２は、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮で１１０〜１２０℃の高温になった冷媒を温水タンク７０から温水ポンプ８１で送出された３０〜６０℃の低温の温水と熱交換させて９５℃以上の高温の温水を作るもので、その内部には、第２圧縮機５１ｂで圧縮された高温高圧の冷媒が通流する冷媒管路５２ａと、温水が通流する温水管路５２ｂとが、互いに熱交換可能な態様で配設してあり、冷媒管路５２ａを通流する冷媒の移動方向と温水管路５２ｂを通流する温水の移動方向が逆向きの移動方向となるように設けてある。温水タンク７０の底部に貯留され温水ポンプ８１で送出されて温水管路５２ｂに流入した３０〜６０℃の低温の温水は高温の冷媒と熱交換して９５℃以上の高温の温水となり温水タンク７０に環流し、１１０〜１２０℃の高温の冷媒は温水と熱交換して冷媒管路５２ａから流出するときには５０〜６０℃の温度に下がるが、互いに熱交換可能な態様で配設してある冷媒管路５２ａを通流する冷媒の移動方向と温水管路５２ｂを通流する温水の移動方向とを逆向きの移動方向としているので、冷媒との熱交換で温められた温水を温水管路５２ｂから流出する直前で冷媒管路５２ａに流入してきた１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換して加熱するので、温水管路５２ｂから流出する温水を効率よく９５℃以上の高温の温水とすることができる。

温水タンク７０は、タンク本体７１の内部に貯留している温水を温度の異なる層域に仕切る仕切り板７２ａ、７２ｂ（図２参照）を備え、給水弁１２を開いて水リザーバ１０に貯えられた水は、水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開くと温水回路３３を通流して温水タンク７０の底部から仕切り板７２ｂの下方に供給され、湯量センサ（図示せず）が満水信号を出力すると水ポンプ１１を停止するとともに給水弁３２を閉じて給水を停止する。供給された水は仕切り板７２ｂの下方に貯留されて３０〜６０℃の比較的低温の温水となる。

温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを循環する冷媒と熱交換可能な態様で配設されている温水管路５２ｂ入口側（図中上側）に連通する温水循環経路８２は温水ポンプ８１を介して温水タンク７０の底部に接続され、温水管路５２ｂ出口側（図中下側）に連通する温水循環経路８３には循環する温水の温度を検出して温度信号を出力する温度センサ（循環経路温水温度センサ）８４が設けられ、温水が温水タンク７０に環流する。温水循環経路８３の温度センサ８４の下流側と温水循環経路８２の温水ポンプ８１の上流側とは温水通路８５で連通され、温水通路８５の温水の通流および停止をさせる電磁弁（第１開閉弁）８６を設けている。温水ポンプ８１が駆動されて温水タンク７０底部から温水用熱交換器５２に送出された３０〜６０℃の低温の温水が温水管路５２ｂを循環する際に冷媒管路５２ａを循環する１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換されて９５℃以上の高温の温水となって温水循環経路８３を環流してくると、温度センサ８４が出力する温度信号に基づいて制御部９５（図３参照）が電磁弁８８を開いて温水タンク７０の仕切り板７２ａの上方の高温温水層域に環流して貯留される。温水循環経路８２、８３は例えば断熱材で周囲を覆うなどして断熱され、加熱された高温の温水の温度低下を最小限に抑えるようにしている。そして湯弁３５が開かれると高温温水層域の温水が調理部（図示せず）に供給されて飲料が調製される。

また、冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａの冷却能力や製氷機３０を冷却して氷を製造する製氷能力を強く要求される場合には、冷媒管路５２ａに供給される冷媒の温度は７０〜８０℃となるので、冷媒と熱交換して温水管路５２ｂから流出する温水は６０〜７０℃の温度となり、温度センサ８４が出力する温度信号に基づいて制御部９５が電磁弁８８を閉じて電磁弁９０を開くと仕切り板７２ａと仕切り板７２ｂとの間の中温温水層域に環流されて、高温温水層域の温水の温度低下を防止することができる。

ガスクーラ５３は、温水用熱交換器５２から供給された冷媒を放熱させるもので、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものがある。
内部熱交換器５４は、ガスクーラ５３から供給された冷媒と、蒸発器５６、５７から環流する低温低圧の冷媒とを熱交換させるもので、その内部には、ガスクーラ５３で放熱させた冷媒が移動する冷媒管路５４ａと、蒸発器５６、５７で蒸発させた冷媒が移動する冷媒管路５４ｂとが、互いに熱交換可能な態様で配設してある。

電子膨張弁５５は、内部熱交換器５４で熱交換させた冷媒を断熱膨張させ、該冷媒を減圧して低温低圧の状態に調整するもので、蒸発温度センサ６４ａ、水温センサ６４ｂ、庫内温度センサ６４ｃから出力される検出信号に基づいて膨張機構制御部６４が予めメモリ（図示せず）に格納しているプログラムやデータに従って、電子膨張弁５５の弁開閉量を可変制御する。

蒸発器５６、５７は、電子膨張弁５５で低温低圧の状態に断熱膨張させた冷媒を蒸発させるものであり、冷却水槽１５および製氷機３０のそれぞれの冷熱源として配設してある。冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａ中にはコイル状にした蒸発器５６を配設してある。製氷機３０では、円筒状のパイプ（図示せず）の外周面に螺旋状に巻回することにより蒸発器５７を配設してある。これら蒸発器５６、５７は、電子膨張弁５５から２方に分岐したそれぞれの経路に接続してある。分岐したそれぞれの経路において、蒸発器５６の上流側には電磁弁５９が設けてあり、蒸発器５７の上流側には電磁弁６０が設けてある。そして、電磁弁５９を開くと蒸発器５６に電子膨張弁５５で断熱膨張させた冷媒が送出され、電磁弁６０を開くと蒸発器５７に電子膨張弁５５で断熱膨張させた冷媒が送出される。また、蒸発器５６、５７の下流側の経路は、互いに集合して内部熱交換器５４を介して第１圧縮機５１ａに接続してある。

なお、製氷機３０の蒸発器５７と電磁弁６０との間の経路、および蒸発器５７の下流側で集合する手前の経路には、継手手段であるセルフシールカップリング６１、６１が設けてある。そして、メンテナンス時には、セルフシールカップリング６１、６１を外すことにより製氷機３０が冷媒循環経路Ｌから脱着可能になっている。
次に、図２を参照して本発明に係る飲料供給装置の温水タンクの実施の形態を詳細に説明する。温水タンク７０は、タンク本体７１の内部に貯留している温水を温度の異なる層域に仕切る仕切り板７２ａ、７２ｂと、仕切り板７２ａの上方に形成された高温温水層域の温水温度を検出して温度信号を出力する温度センサ（タンク内温水温度センサ）７３ａと、仕切り板７２ａ、７２ｂの間に形成された中温温水層域の温水温度を検出して温度信号を出力する温度センサ（タンク内温水温度センサ）７３ｂと、仕切り板７２ｂの下方に形成された低温温水層域の温水温度を検出して温度信号を出力する温度センサ（タンク内温水温度センサ）７３ｃと、高温温水層域に貯留している温水の温度を検出する温度センサ７３ａが出力する温度信号が所定の下限温度（例えば９２℃）を下回ると制御部９５が出力する信号で通電されることにより所定の上限温度（例えば９７℃）まで加熱するヒータ７４と、タンク本体７１外壁面からの放熱量を減少させる断熱層７５と、水リザーバ１０に給水弁３２を介して温水回路３３で連通する水の供給開口７６と、を設けている。

また、温水循環経路８３から高温温水層域に温水を環流させる温水環流口８７と、中温温水層域に温水を環流させる温水環流口８９と、低温温水層域に温水を環流させる温水環流口９１と、温水環流口８７からの温水環流の通流および停止をさせる電磁弁（第２開閉弁としての環流口開閉弁）８８と、温水環流口８９からの温水環流の通流および停止をさせる電磁弁（第２開閉弁としての環流口開閉弁）９０と、温水環流口９１からの温水環流の通流および停止をさせる電磁弁（第２開閉弁としての環流口開閉弁）９２と、を設けている。

そして、水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開くと温水回路３３を送出された水が供給開口７６から仕切り板７２ｂの下方に貯留されて略３０〜６０℃の比較的低温の温水となり、仕切り板７２ａ、７２ｂの間に貯留されている略６０〜９２℃の中温温度層域、仕切り板７２ａの上方に貯留されている９２℃以上の高温の温水層域とは区分けされた温度領域で貯留される。このように温水タンク７０に仕切り板７２ａ、７２ｂを設けると、高温温水層域、中温温水層域および低温温水層域との間における対流が仕切り板７２ａ、７２ｂにより区切られ、混合による熱拡散をなくすことができる。また、熱伝導率の小さい仕切り板７２ａ、７２ｂを設けることにより、熱伝導による熱拡散を少なくすることができる。尚、図中、各温水層域間を連通する通路が壁面近傍になるように示されているが、仕切り板７２ａ、７２ｂに穴やスリットを設けるようにしてもよい。

図３は、飲料供給装置１の制御ブロック図を示し、温水の循環を制御する制御部（制御手段）９５と、温水タンク７０に貯留している温水の温度を検出して温度信号を制御部９５に出力する温度センサ７３ａ、７３ｂ、７３ｃと、温水循環経路８３を循環する温水の温度を検出して温度信号を制御部９５に出力する温度センサ８４と、温水タンク７０の底部に貯留している温水を温水用熱交換器５２に圧送する温水ポンプ８１と、温度センサ８４が出力する温度信号が所定の温度（例えば３０℃）より低い時に弁を開いて温水循環経路８３から温水通路８５を経由させて温水循環経路８２に温水を循環させる電磁弁８６と、温度センサ８４が出力する温度信号に基づいて予め設定した温度で温水循環経路８３から温水タンク７０に温水を環流させる電磁弁８８、９０、９２と、飲料供給装置１の制御データを記憶するメモリ９６を有している。

以上のような構成を有する飲料供給装置１で加熱した温水を温水タンク７０に貯留する基本動作について説明する。
まず、図４を参照して温水タンク７０の仕切り板７２ｂの下方に貯留している低温水を温水用熱交換器５２に送出して高温の冷媒と熱交換して高温水とする場合を説明する。この場合、第１冷媒経路Ｌ１に備えた電磁弁６２を閉じる一方、第２冷媒経路Ｌ２に備えた電磁弁６３を開いて圧縮機５１を運転すると、第１圧縮機５１ａで圧縮された温度６０〜７０℃、圧力３〜５ＭＰａの冷媒が中間熱交換器５８で放熱されることなく第２圧縮機５１ｂへ直接供給されて圧縮され、第２圧縮機５１ｂによる２回目の圧縮動作により圧縮された冷媒は温度１１０〜１２０℃、圧力１０〜１２ＭＰａの高温高圧の状態になり、温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａに供給される。

温水ポンプ８１の駆動により温水タンク７０底部から温水循環経路８２を通流して温水用熱交換器５２の温水管路５２ｂに送出された３０〜６０℃の低温水は冷媒管路５２ａを通流する１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換されて９５℃以上の高温水となり温水循環経路８３を環流してくると、制御部９５は温度センサ８４が出力する温度信号に基づいて電磁弁８８を開いて温水環流口８７から温水タンク７０の仕切り板７２ａの上方の高温温水層域に環流させる。

温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを循環して温水と熱交換して５０〜６０℃の温度に冷却された冷媒はガスクーラ５３で放熱して冷却され、内部熱交換器５４を通じて電子膨張弁５５に送出され、電子膨張弁５５で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になり、弁を開いてある電磁弁５９を介して蒸発器５６に送出される。蒸発器５６に送出された冷媒は冷却水槽１５の冷却水１５ａから熱を与えられて蒸発する。冷却水１５ａは冷媒が蒸発する際の蒸発熱により蒸発器５６の周囲に着氷したアイスバンク（氷魂）の蓄熱量を利用した熱交換により略０℃に保たれる。

蒸発器５６で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５４に送出されて熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。
尚、冷媒温度を１１０〜１２０℃に高めて温水と熱交換して９５℃以上の高温水とすると同時に冷媒を蒸発器５６に送出して冷却水槽１５の冷却水１５ａを冷却する実施例で説明しているが、温水を９５℃以上の高温水とすると同時に製氷機３０で製氷する場合には、電磁弁５９を閉じて電磁弁６０を開き、冷媒を蒸発器５７に送出して製氷機３０で氷を製造する。

次に、図５を参照して冷却水槽１５に貯留している冷却水１５ａの冷却能力を強く要求される場合について説明する。この場合、第１冷媒経路Ｌ１の電磁弁６２と蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を開く一方、第２冷媒経路Ｌ２の電磁弁６３と蒸発器５７の経路にある電磁弁６０を閉じる。したがって、冷媒循環経路Ｌは、第１圧縮機５１ａ、中間熱交換器５８、第２圧縮機５１ｂ、温水用熱交換器５２、ガスクーラ５３、内部熱交換器５４、電子膨張弁５５、蒸発器５６から内部熱交換器５４を介して第１圧縮機５１ａに接続する。

この場合、第１圧縮機５１ａで圧縮されて中間熱交換器５８で放熱された冷媒は第２圧縮機５１ｂに送出され、第２圧縮機５１ｂで８〜９ＭＰａに圧縮されて７０〜８０℃の冷媒温度になる。第２圧縮機５１ｂで圧力８〜９ＭＰａ、温度７０〜８０℃になった冷媒は、温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを循環して、温水タンク７０から送出されて温水管路５２ｂを循環している温水と熱交換を行うと５０℃〜６０℃になる。冷媒と熱交換して温水管路５２ｂから流出する温水は６０〜７０℃の温度となり、温度センサ８４が出力する温度信号に基づいて制御部９５が電磁弁８８を閉じて電磁弁９０を開くと温水環流口８９から温水タンク７０の仕切り板７２ａと仕切り板７２ｂの間の中温温水層域に環流される。

温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを循環して温水と熱交換して５０〜６０℃の温度に冷却された冷媒は、さらに、ガスクーラ５３で周囲温度程度まで冷却された後、内部熱交換器５４で蒸発器５６から第１圧縮機５１ａに環流する低温低圧の冷媒と熱交換することで温度差（エンタルピ差）を拡大し、冷却能力を高める。内部熱交換器５４で熱交換した冷媒は電子膨張弁５５に送出され、電子膨張弁５５によって絞られた後に膨張すると減圧されて断熱膨張して温度−１０〜−２０℃、圧力２〜３ＭＰａの低温低圧の状態になる。

低温低圧の状態の冷媒は、弁を開いている電磁弁５９を介して蒸発器５６に送出され、蒸発器５６の配設部位である冷却水槽１５の冷却水１５ａから熱を与えられて蒸発する。この冷媒が蒸発する際の蒸発熱により蒸発器５６の周囲に着氷したアイスバンク（氷魂）の蓄熱量を利用した熱交換により冷却水１５ａを略０℃に保つようにしている。この結果、冷却水１５ａに浸漬している水冷却コイル、カーボネータ、シロップコンテナに接続されたシロップ供給配管などが冷却され、希釈水、炭酸水、シロップが冷やされる。

蒸発器５６で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５４に送出されて熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。
製氷機３０を冷却して氷を製造する製氷能力を強く要求される場合、蒸発器５７の経路にある電磁弁６０を開く一方、蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を閉じる。冷媒循環経路Ｌは、第１圧縮機５１ａ、中間熱交換器５８、第２圧縮機５１ｂ、温水用熱交換器５２、ガスクーラ５３、内部熱交換器５４、電子膨張弁５５、蒸発器５７から内部熱交換器５４を介して第１圧縮機５１ａに接続する。

この場合、冷媒循環経路Ｌにおける冷媒は、第１圧縮機５１ａで圧縮されて中間熱交換器５８で放熱された後に第２圧縮機５１ｂに送出され、２回に分けて圧縮されて高温高圧の状態になった後、温水用熱交換器５２の冷媒管路５２ａを循環してガスクーラ５３で放熱して冷却される。そして、ガスクーラ５３で冷却された冷媒は、内部熱交換器５４を通じて電子膨張弁５５に送出され、電子膨張弁５５で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になる。低温低圧の状態の冷媒は、弁が開いている電磁弁６０を介して蒸発器５７に送出される。蒸発器５７に送出された冷媒が蒸発することにより、蒸発器５７の配設部位である製氷機３０のパイプ（図示せず）は熱を奪われて冷却される。この結果、製氷機３０のパイプの内部に氷が発生し、モータ（図示せず）により駆動したオーガ（図示せず）が氷を切削することによりチップ状の氷が製造される。そして、蒸発器５７で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５４に送出されて熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。

このように、温水用熱交換器５２での冷媒と温水との熱交換量が減少して温水管路５２ｂから流出して温水循環経路８３を循環する温水は６０〜７０℃の温度となる。制御部９５は、温度センサ８４が温水循環経路８３を循環する温水の温度を検出して出力した温度信号に基づき、例えば６０℃以上で９５℃未満の温水温度のときは電磁弁８６、８８、９２を閉じ、電磁弁９０を開いて温水環流口８９から温水タンク７０の仕切り板７２ａ、７２ｂの間の中温温水層域に環流させ、高温温水層域に低い温度の温水が流入して高温の温水温度が低下することを防止する。また、例えば３０℃以上で６０℃未満の温水温度のときは電磁弁８６、８８、９０を閉じ、電磁弁９２を開いて温水環流口９１から温水タンク７０の仕切り板７２ｂの下方の低温温水層域に環流させ、例えば３０℃未満の温度のときは電磁弁８８、９０、９２を閉じ、電磁弁８６を開いて温水循環経路８３から温水通路８５を経由させた温水を温水循環経路８２に戻して循環させることにより効率よく温水の温度を上昇させることができる。

図６は図３に示した制御部９５が上述した温水用熱交換器５２で冷媒と熱交換して加熱された温水の循環の制御を示すフローチャートである。以下、図１〜図６を適宜参照しながら温水循環の制御の内容について詳述する。
飲料供給装置１で冷媒回路５０が働いて高温高圧の冷媒を温水用熱交換器５２に循環させると、制御部９５は、まず、電磁弁８６を開き（ステップＳ１０１）、温水ポンプ８１を駆動して（ステップＳ１０２）、温水を温水循環経路８２から温水用熱交換器５２に送出する。また、制御部９５は、温度センサ７３ａ、７３ｂ、７３ｃで温水タンク７０の各温水層域の温水温度を検出し、温水ポンプ８１で送出されて温水循環経路８２から温水用熱交換器５２、温水循環経路８３、温水通路８５、温水循環経路８２と循環する温水の温度を温水循環経路８３に設けている温度センサ８４で検出する（ステップＳ１０３）。このとき、電磁弁８８、９０、９２は閉じられている。

温度センサ８４が検出する温水循環経路８３を循環している温水の温度が予め設定した温度（例えば３０℃未満）の場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部９５は電磁弁８６を開いた状態を継続して（ステップＳ１０５）温水を温水循環経路８２から温水用熱交換器５２、温水循環経路８３、温水通路８５、温水循環経路８２と循環させる。温度センサ８４が検出する温水の温度が上昇して予め設定した温度（例えば３０℃以上で６０℃未満）となると（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、制御部９５は電磁弁８６を閉じるとともに電磁弁９２を開いて（ステップＳ１０７）温水タンク７０の低温温水層域に貯留されている低温の温水を温水ポンプ８１で送出して温水循環経路８２から温水用熱交換器５２、温水循環経路８３と循環させて、温水環流口９１から温水タンク７０の仕切り板７２ｂの下方の低温温水層域に環流させる。

温水循環経路８３を循環している温水の温度が上昇して、温度センサ８４が検出する温水の温度が予め設定した温度（例えば６０℃以上で９５℃未満）となると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、制御部９５は電磁弁９２を閉じるとともに電磁弁９０を開いて（ステップＳ１０９）温水循環経路８３を循環している中温の温水を温水環流口８９から温水タンク７０の仕切り板７２ａ、７２ｂの間の中温温水層域に環流させる。

さらに温水の温度が上昇して、温度センサ８４が検出する温水の温度が予め設定した温度（例えば９５℃以上）となると（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、制御部９５は中温温水層域に貯留されている温水の温度を温度センサ７３ｂで検出して予め設定した温度（例えば６０℃未満）の場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、電磁弁９０を開いた状態を継続して（ステップＳ１１１）温水環流口８９から温水タンク７０の仕切り板７２ａ、７２ｂの間の中温温水層域への高温の温水の環流を継続させてる。

高温の温水の環流により中温温水層域の温水温度が上昇して温度センサ７３ｂが検出する温水の温度が予め設定した温度（例えば６０℃以上）となると（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御部９５は電磁弁９０を閉じるとともに電磁弁８８を開いて（ステップＳ１１２）温水循環経路８３を循環している高温の温水を温水環流口８７から温水タンク７０の仕切り板７２ａの上方の高温温水層域に環流させる。

そして、冷媒回路５０が停止すると、制御部９５は、まず、温水ポンプ８１を停止して（ステップＳ１１３）、電磁弁８６を閉じ（ステップＳ１１４）、温水の循環を停止する。
このように、制御部９５は、温度センサ７３ａ、７３ｂ、７３ｃおよび温度センサ８４が検出する温水の温度に基づいて温水ポンプ８１の駆動、電磁弁８６、８８、９０、９２の弁の開閉を制御して、飲料供給装置１で冷媒回路５０が働いて高温高圧の冷媒を温水用熱交換器５２に循環させ、温水用熱交換器５２で冷媒と熱交換して加熱された温水の温水タンク７０への環流の制御を行うことができる。

温水用熱交換器５２で９５℃以上の高温に加熱された温水は電磁弁８８を開いて温水環流口８７から温水タンク７０の仕切り板７２ａの上方の高温温水層域に環流させる。また、温水用熱交換器５２での熱交換量が少ない場合、例えば、冷媒回路５０の圧縮機５１の立上げ時や、冷水冷却または製氷動作を強く要求される場合、冬季の低温環境下などで温水循環経路８３を循環している温水の温度が９５℃まで加熱されない時には温度センサ８４が出力する温度信号に基づき、例えば温水温度が３０℃未満の時には電磁弁８６を開いて温水循環経路８２から温水用熱交換器５２、温水循環経路８３、温水通路８５、温水循環経路８２と循環させ、温水温度が３０℃以上で６０℃未満の時は電磁弁９２を開いて温水環流口９１から温水タンク７０の仕切り板７２ｂの下方の低温温水層域へ環流させ、温水温度が６０℃以上で９５℃未満の時は電磁弁９０を開いて温水環流口８９から温水タンク７０の仕切り板７２ａ、７２ｂの間の中温温水層域へ環流させ、温水循環経路８３を循環している温水の温度が９５℃以上で温度センサ７３ｂで検出した中温温度層域の温度が６０℃未満の時は、９５℃以上の高温の温水を温水環流口８９から中温温水層域へ環流させて加熱すると、高温温水層域から中温温水層域への放熱を減少させることができるので温水タンク７０内の温水温度分布を平衡に保つことができる。

なお、温度センサ７３ａが検出した温水タンク７０の仕切り板７２ａの上方の高温温水層域の温度が、例えば９２℃以下の場合には、温度センサ７３ｂで検出した中温温度層域の温度が６０℃未満でも、電磁弁８８を開いて温水環流口８７から温水タンク７０の仕切り板７２ａの上方の高温温水層域に環流させるようにすると、ヒータ７４に通電して加熱する場合に比べて消費電力を低減することができる。

本発明の実施の形態である飲料供給装置を示した概念図である。 図１に示した飲料供給装置の温水タンクを示した概念図である。 図１に示した飲料供給装置の制御ブロック図である。 図１に示した飲料供給装置で温水を加熱している概念図である。 図１に示した飲料供給装置で冷却水を冷却している概念図である。 図１に示した飲料供給装置で温水の循環の制御を示すフローチャートである。 従来の飲料供給装置を示す図である。

符号の説明

１ 飲料供給装置（カップ式自動販売機）
１５ 冷却水槽
３０ 製氷機
５０ 冷媒回路
５１ 圧縮機
５２ 温水用熱交換器
５２ａ 冷媒管路
５２ｂ 温水管路
５６ 蒸発器
５７ 蒸発器
５８ 中間熱交換器
７０ 温水タンク
７２ａ 仕切り板
７２ｂ 仕切り板
７３ａ 温度センサ（タンク内温水温度センサ）
７３ｂ 温度センサ（タンク内温水温度センサ）
７３ｃ 温度センサ（タンク内温水温度センサ）
７５ 断熱材
８１ 温水ポンプ
８２ 温水循環経路
８３ 温水循環経路
８４ 温度センサ（循環経路温水温度センサ）
８５ 温水通路
８６ 電磁弁（第１開閉弁）
８７ 温水環流口
８８ 電磁弁（第２開閉弁としての環流口開閉弁）
８９ 温水環流口
９０ 電磁弁（第２開閉弁としての環流口開閉弁）
９１ 温水環流口
９２ 電磁弁（第２開閉弁としての環流口開閉弁）
９５ 制御部（制御手段）
Ｌ 冷媒循環経路

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮させて高温高圧にさせる圧縮機と、前記圧縮機で圧縮させた高温高圧の冷媒と温水とを熱交換させる温水用熱交換器と、前記温水用熱交換器から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に環流させる蒸発器とを接続した冷媒循環経路を形成した冷媒回路を備え、前記温水用熱交換器で熱交換した温水と原料とから飲料を調製して供給する飲料供給装置において、
   前記温水を貯留している温水タンクから送出されて前記温水用熱交換器で熱交換された温水を当該温水タンクに環流させる温水循環経路と、前記温水循環経路を介して前記温水タンクから温水用熱交換器に温水を送出する温水ポンプと、前記温水循環経路を循環する温水の温度を検出して温度信号を出力する循環経路温水温度センサと、前記温水循環経路の循環経路温水温度センサの下流側と前記温水ポンプの上流側とを連通させる温水通路と、前記温水通路の温水の通流および停止をさせる第１開閉弁と、前記温水循環経路の循環経路温水温度センサから温水タンクへの温水の通流および停止をさせる第２開閉弁と、前記循環経路温水温度センサが出力する温度信号に基づいて前記第１開閉弁および第２開閉弁を開閉制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする飲料供給装置。
2. 前記温水タンクに貯留している温水を温度の異なる層域に仕切る複数の仕切り板と、当該仕切り板により形成された複数の温水層の温水温度を検出して温度信号を出力するタンク内温水温度センサと、前記温水循環経路から前記複数の温水層域に温水を環流させる温水環流口と、前記複数の温水環流口からの温水環流の通流および停止をさせる環流口開閉弁と、を設け、前記制御手段は、前記循環経路温水温度センサおよび前記タンク内温水温度センサが出力する温度信号に基づいて前記環流口開閉弁を開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の飲料供給装置。

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