飲料ディスペンサ
【課題】適宜円滑に過冷却飲料を供給することを可能とする飲料ディスペンサを提供する。
【解決手段】本発明は、凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサ１であって、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置１３と、該一次冷却装置１３にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路７と、飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路３１と、飲料供給回路７を流れる飲料とブライン回路３１内を流れる不凍液と熱交換させる飲料過冷却用熱交換器１６とを備えた。
【解決手段】本発明は、凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサ１であって、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置１３と、該一次冷却装置１３にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路７と、飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路３１と、飲料供給回路７を流れる飲料とブライン回路３１内を流れる不凍液と熱交換させる飲料過冷却用熱交換器１６とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させることにより、シャーベット状の飲料を製造する飲料ディスペンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カップ等に飲料を供給する飲料ディスペンサでは、飲料原料としてのシロップが充填されたタンクからシロップ供給ラインが引き出されると共に、当該シロップを所定の割合にて希釈する希釈水供給ラインも設けられている。これらシロップ供給ライン及び希釈水供給ラインは、それぞれシロップ冷却コイル及び希釈水冷却コイルが介設されており、これらは、冷却水を貯留する水槽に浸漬されることにより、当該コイル内を流入するシロップや希釈水を所定の温度に冷却するものである。これにより、所定の冷却温度に冷却されたシロップ及び希釈水は、それぞれノズルにて混合されて目的飲料としてカップに排出される。
【０００３】
上記構成により供給される飲料は、全て液体の状態でカップ内に貯留されるものであるため、別途氷片をカップ内に投入することによって、ある程度の時間、一定の冷却温度を維持することができる状態で、顧客に飲料が提供されていた。
【０００４】
しかしながら、カップに供給された氷片では、当該浮遊する氷片付近の飲料のみが融解熱によって冷却されることとなるため、カップ内全体の飲料を均一に冷却することは困難であると共に、氷片が融解するに従って、飲料の濃度が薄まってしまうため、適切な冷却状態で飲料を提供することは困難であった。
【０００５】
そこで、従来では、水槽内の冷却水を冷却する水槽冷却熱交換器と共にヒートポンプ回路（冷媒回路）を構成する飲料過冷却熱交換器を備え、水槽内にて冷却された後の飲料を飲料過冷却熱交換器にて当該飲料の凝固点以下の温度まで冷却し、過冷却状態のままカップに飲料を吐出することにより、シャーベット状の飲料を提供する装置が開発されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
この装置では、飲料の流量を制御することにより、飲料を氷点以下の温度でも液相の状態を維持したまま飲料過冷却熱交換器から流出させる。そして、カップ等に吐出された衝撃によって当該飲料を一瞬に氷へと相変化させ、これによって、カップ内には、流動性のあるシャーベット状の飲料が供給される。
【特許文献１】特開２００１−３２５６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した如き従来技術では、ヒートポンプ回路によって、常時、飲料過冷却熱交換器の温度を飲料の氷点以下に維持することは困難であり、ヒートポンプ回路を構成する圧縮機を一旦停止させてしまうと、運転開始から数分〜十数分は当該飲料過冷却熱交換器による冷却性能が不十分となり、適宜円滑な過冷却飲料の供給が困難となる問題がある。
【０００８】
また、係る装置において、飲料過冷却熱交換器内において何らかの影響、例えば、飲料の種類や凝固点温度と過冷却温度の差、飲料の冷却配管等の飲料が直に接触する部材の材質や形状、更には、面粗さなどの影響により、飲料の過冷却状態が解除され、飲料過冷却熱交換器内にて飲料が凍結してしまう問題がある。
【０００９】
係る場合には、飲料配管が凍結された飲料によって閉塞された状態となり、当該飲料が自然に解凍されるまでは、次回からの飲料の供給が行えなくなるという問題がある。また、凍結により飲料配管自体が破損するおそれがあり、安全面を確保した飲料の提供が煩雑となる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、適宜円滑に過冷却飲料を供給することを可能とする飲料ディスペンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の飲料ディスペンサは、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させるものであって、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路と、飲料供給回路を流れる飲料とブライン回路内を流れる不凍液とを熱交換させる過冷却用熱交換器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明の飲料ディスペンサは、上記発明において、飲料を提供する際、ブライン回路に不凍液を循環させることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器における飲料とブライン間の熱移動量を０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明の飲料ディスペンサは、上記発明において、過冷却用熱交換器における飲料と飲料供給回路壁面との接触面積を０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器を内管と外管とから成る二重配管にて構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明の飲料ディスペンサは、上記発明において、過冷却用熱交換器の内管内に飲料を流し、内管と外管との間にブラインを流すと共に、内管の内径を１０．７ｍｍ以上としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器において、飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明の飲料ディスペンサは、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させるものであって、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、該飲料供給回路を流れる飲料を、凝固点以下の過冷却状態に冷却する過冷却用熱交換器を備えた二次冷却装置と、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサにおいて、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路と、飲料供給回路を流れる飲料とブライン回路内を流れる不凍液とを熱交換させる過冷却用熱交換器とを備えたので、一次冷却装置にて冷却され飲料供給回路に流入された飲料を、過冷却用熱交換器において当該飲料の凝固点以下に冷却された不凍液と熱交換させることにより、飲料を凝固点以下の過冷却の状態にまで冷却することが可能となる。
【００２１】
これにより、過冷却状態とされた飲料が外部にてカップ等の容器に注入される衝撃によって、当該飲料を瞬間的に氷へと相変化させることができ、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。
【００２２】
特に、本発明では、不凍液はブライン回路を流れることによって、飲料供給回路を流れる飲料を冷却する構成とされているため、不凍液の水槽を用いる場合に比して装置の小型化を図ることが可能となる。また、ブライン回路内という限られた回路内に不凍液を循環させることから温度制御を容易に行うことが可能となり、ブライン回路と熱交換を行う飲料供給回路内の飲料が過冷却解除され凍結してしまった場合にも、当該凍結した飲料を容易に融解させることが可能となり、飲料供給回路の閉塞を解消することができ、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、上記発明に加えて、飲料を提供する際、ブライン回路に不凍液を循環させることにより、長時間飲料を過冷却状態のまま維持しておく必要がなくなり、氷核の発生確率を低減することができる。従って、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器内において飲料が凍結してしまう不都合を回避することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器における飲料とブライン間の熱移動量を０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下としたことにより、過冷却用熱交換器内における飲料を比較的遅い冷却速度にて冷却することが可能となり、氷核の発生確率をより一層低減することができる。従って、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器内にて飲料が凍結してしまう不都合を高確率にて回避することが可能となる。円滑な過冷却飲料の供給を実現することができる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、上記発明において、過冷却用熱交換器における飲料と飲料供給回路壁面との接触面積を０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下としたので、冷却熱が伝達される飲料供給回路壁面に接触する飲料を少なくすることで、氷核の発生を抑制することができ、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器内にて飲料が凍結してしまう不都合をより一層、高確率にて回避することが可能となる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器を内管と外管とから成る二重配管にて構成したので、装置の小型化を実現しつつ、飲料供給回路とブライン回路との熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、上記発明において、過冷却用熱交換器の内管内に飲料を流し、内管と外管との間にブラインを流すと共に、内管の内径を１０．７ｍｍ以上としたので、万が一、過冷却用熱交換器において飲料供給回路を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、凍結した飲料によって完全に飲料供給回路が閉塞してしまう不都合を抑制することができる。
【００２８】
従って、内管内に残留した氷も、順次当該過冷却用熱交換器内に流入する氷点付近の温度の飲料によって溶解することができ、連続した飲料の供給を実現することが可能となる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器において、飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことにより、飲料供給回路を流れる飲料とブライン回路を流れる不凍液との熱交換効率の向上を図ることが可能となり、冷却性能の向上を実現することができる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段を備えたことにより、万が一、過冷却用熱交換器において飲料供給回路を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、加熱手段により過冷却用熱交換器を加熱することによって、円滑に当該飲料の凍結を融解することが可能となり、飲料供給回路の閉塞を解消することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサにおいて、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、該飲料供給回路を流れる飲料を、凝固点以下の過冷却状態に冷却する過冷却用熱交換器を備えた二次冷却装置と、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段とを備えたことにより、過冷却用熱交換器において飲料供給回路を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、加熱手段により過冷却用熱交換器を加熱することによって、円滑に当該飲料の凍結を融解することが可能となり、飲料供給回路の閉塞を解消することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、図面に基づき本発明の実施形態としての実施例１乃至実施例３について詳述する。いずれの実施例における飲料ディスペンサ１は、レストランや喫茶店などで使用されるディスペンサであって、ウーロン茶、オレンジジュースなどの中性飲料又は強弱無炭酸系の目的飲料を過冷却状態にて供給し、カップ等の受容器内にてシャーベット状の飲料として提供する装置である。
【実施例１】
【００３３】
まずはじめに、実施例１としての飲料ディスペンサについて図１乃至図３を参照して詳述する。図１は本発明を利用した飲料ディスペンサ１の本体２の正面図、図２は飲料ディスペンサ１の本体２の側面図、図３は飲料ディスペンサ１の概略構成図を示している。
【００３４】
実施例の飲料ディスペンサ１は、本体２の近傍に飲料供給ユニット３が配置されている。本体２の開閉扉２８の前面には、前記飲料供給ユニット３からの飲料供給を操作する操作部２７が設けられており、飲料供給ユニット３から供給される飲料毎に飲料供給量又は飲料供給方法を選択する操作ボタン、例えばボタンＳ、ボタンＭ、ボタンＬ、ボタンＣ／Ｐ等が設けられている。ボタンＳ、Ｍ、Ｌは、予め決められた量の飲料の供給を操作するボタンであり、ボタンＣ／Ｐは、当該ボタンを操作している間だけ飲料の供給を行うボタンである。当該操作部２７は、詳細は後述する制御装置４に接続されているものとする。
【００３５】
そして、この開閉扉２８の下部後方には、飲料供給ユニット３からの飲料を吐出するためのノズル１２（図３に図示する。）が設けられており、当該ノズル１２の下方には、テーブル１４が設けられ、当該テーブル１４上にカップ５を配置することができる。
【００３６】
本実施例における飲料供給ユニット３は、飲料原料である有糖液体原料又は無糖液体原料であるシロップを、予め希釈水や炭酸水などの希釈液によって目的飲料の提供に適した濃度に調整されて生成された飲料を貯留する飲料タンク６と、当該飲料タンク６から飲料を供給する飲料供給回路７と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６と、飲料電磁弁１０とを配設して構成している。飲料供給回路７の端部には、上記ノズル１２が接続されている。
【００３７】
飲料送出手段を構成する減圧弁としてのガスレギュレータ８は、常に開放されていることから飲料供給回路７に設けられる飲料電磁弁１０が開放されることで、炭酸ガスボンベ１５から所定の圧力の炭酸ガスが供給され、飲料タンク６内から飲料冷却コイル９が介設される飲料供給回路７に飲料を送出する。
【００３８】
上記飲料冷却コイル９は、一次冷却装置１３により飲料を氷点付近の温度にまで冷却するものである。本実施例において、一次冷却装置１３は、冷却水を貯留する水槽１７と、該水槽１７内の冷却水を冷却し、一定割合の冷却水を冷却器２２に着氷させる冷媒回路１８により構成される。冷媒回路１８は、本体２内に配設される圧縮機１９と、凝縮器２０と、減圧手段としての膨張弁２１と、水槽１７内の冷却水と交熱的に配設される冷却器２２とを冷媒配管２３によって環状に接続することに構成される。
【００３９】
また、水槽１７内には、撹拌モータ２４の駆動により水槽内の冷却水を撹拌する撹拌プロペラ２５が設けられていると共に、冷却器２２の内側に位置する一対の導線から構成された第１の氷センサ２６Ａと、冷却器２２の外側に位置する一対の導線から構成された第２の氷センサ２６Ｂとを備えている。これら氷センサ２６Ａ、２６Ｂは、前記導線間に氷が介在して抵抗値が所定値以上になると氷検出信号を出力するものである。
【００４０】
他方、飲料冷却コイル９の下流側に接続される飲料供給回路７には、飲料過冷却用熱交換器１６が設けられている。この飲料過冷却用熱交換器１６は、二次冷却装置３０により飲料を凝固点以下の過冷却温度にまで冷却するものであり、本実施例では、図８に示す如き二重配管１６Ｄにより構成されており、当該二重配管１６Ｄは、断熱材３４などにより囲繞され、容易には冷熱が外部に漏出されない構成とされている。
【００４１】
そして、この二重配管１６Ｄの内側の配管（内管１６Ｉ）内に飲料冷却コイル９から流出された飲料が流入される構成とされている。なお、本実施例において、この二重配管１６Ｄの内側の配管１６Ｉ内部は、カップ５の約一杯分、例えば約１７５ｍｌ程度の飲料によって満たされる容量とされている。また、当該二重管１６Ｄの詳細な構成については後述する。
【００４２】
本実施例において、二次冷却装置３０は、不凍液が循環されるブライン回路３１と、当該ブライン回路３１内の不凍液を凝固点以下の過冷却温度、例えば−１０℃乃至−５℃にまで冷却する冷媒回路３５により構成される。
【００４３】
ブライン回路３１は、不凍液循環ポンプ３２と、飲料過冷却用熱交換器１６と、不凍液タンク３３とを環状に接続して、内部に所定量の不凍液を充填して成る。本実施例では、ブライン回路３１を流れる不凍液が、飲料過冷却用熱交換器１６を構成する二重配管１６Ｄの外側の配管（外管１６Ｏ）と内側の配管１６Ｉとの間に流入する構成とされる。また、本実施例では、飲料の流通方向に対し、不凍液の流通方向が対向して流れるように配管接続されている。これにより、不凍液は、飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７下流側から流入し、当該熱交換器１６の飲料供給回路７上流側から流出する構成とされる。
【００４４】
冷媒回路３５は、本体２内に配設される圧縮機３６と、凝縮器３７と、減圧手段としての膨張弁３８と、不凍液タンク３３内の不凍液と交熱的に配設される冷却器３９とを冷媒配管４０によって環状に接続することに構成される。なお、本実施例では、冷却器３９内に高温の冷媒を流入可能とさせるため、当該冷媒回路３５内の冷媒の流路を変更可能とする四方弁４１（図４のみ図示する）が設けられている。
【００４５】
また、不凍液タンク３３内には、当該タンク３３内に貯留される不凍液の温度を検出するための温度センサ４２が設けられている。
【００４６】
なお、図３では、飲料タンク６と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７は、一ラインのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、操作部２７に設けられる飲料の種類ごとに飲料タンク６、飲料冷却コイル９、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７が設けられているものとする。なお、この場合において、一次冷却装置１３を構成する水槽１７は、それぞれの飲料冷却コイル９を冷却するものとして使用し、また、二次冷却装置３０を構成する不凍液タンク３３も同様に、それぞれの飲料供給回路７を冷却するものとして使用しても良いものとする。ただし、ブライン回路３１は、それぞれの飲料供給回路７の飲料過冷却用熱交換器１６ごとに設けることが望ましい。
【００４７】
次に、図４の電気ブロック図を参照して制御装置４について説明する。当該制御装置４は、汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、入力側には、操作部２７と、第１、第２の氷センサ２６Ａ、２６Ｂと、温度センサ４２が接続されている。また、出力側には、各飲料電磁弁１０と、一次冷却装置１３を構成する圧縮機１９と、膨張弁２１と、撹拌モータ２４と、二次冷却装置３０を構成する各不凍液循環ポンプ３２と、圧縮機３６と、膨張弁３８と、四方弁４１とが接続されている。
【００４８】
以上の構成により、当該飲料ディスペンサ１の動作について説明する。まず、制御装置４は、飲料の供給待機状態とし、一次冷却装置１３の水槽１７内の冷却水の冷却及び、二次冷却装置３０の不凍液タンク３３内の不凍液の冷却を行い、各飲料電磁弁１０を開放して、各飲料供給回路７に飲料を流入させる。
【００４９】
水槽１７内の冷却水の冷却は、まず、制御装置４により一次冷却装置１３の圧縮機１９等を運転し、冷却器２２によって冷却作用を発揮させる。これにより、当該冷却器２２を構成する冷媒配管により水槽１７内の冷却水を冷却し、更に冷却器２２の表面に氷Ｉを形成する。そして、氷センサ２６Ａ、２６Ｂによる氷検出信号に基づき水槽１７内の冷却水が十分に着氷しているか否かを判断し、これに基づき一次冷却装置１３の圧縮機１９等の運転を制御する。従って、当該水槽１７内の冷却水に浸漬される各飲料冷却コイル９は、氷点付近の温度に冷却され、当該飲料冷却コイル９内を流通する飲料も氷点付近の温度に冷却される。
【００５０】
不凍液タンク３３内の不凍液の冷却は、まず、制御装置４により二次冷却装置３０の圧縮機３６等を運転し、冷却器３９によって冷却作用を発揮させる。これにより、不凍液タンク３３内の不凍液が冷却される。そして、温度センサ４２の検出温度に基づき不凍液タンク３３内の不凍液が所定の冷却温度（飲料の凝固点以下の過冷却温度）、本実施例では、−８℃〜−５℃となるように、二次冷却装置３０の圧縮機３６等の運転を制御する。従って、不凍液タンク３３内の不凍液は、常時−８℃〜−５℃の冷却温度に冷却される。
【００５１】
制御装置４は、水槽１７内の冷却水が氷点付近の温度に冷却され、不凍液タンク３３内の不凍液が−８℃〜−５℃の飲料の過冷却に適した温度にまで冷却されたことを検出した後、飲料の販売が可能な状態、即ち、操作部２７に設けられる各飲料の供給を行う操作ボタンによる操作が可能な状態とする。
【００５２】
係る状態において、操作部２７に設けられる何れかの操作ボタンが操作されると、対応する飲料供給回路７を冷却するブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２が駆動される。当該不凍液循環ポンプ３２が駆動されてから所定時間（熱交換器冷却待機時間）、例えば５秒程度遅延させて、対応する飲料電磁弁１０を開放する。
【００５３】
これにより、飲料過冷却用熱交換器１６を構成する二重配管１６Ｄの内管１６Ｉ内を流通する飲料は、通過する過程において、ブライン回路３１内を循環する−８℃〜−５℃の過冷却温度に冷却された不凍液と熱交換することにより、該飲料の過冷却温度にまで冷却される。
【００５４】
なお、本実施例の如く飲料供給の指示が行われた後、熱交換器冷却待機時間が経過するまで、不凍液循環ポンプ３２を先に駆動し、遅延させて飲料電磁弁１０を開放することで、飲料過冷却用熱交換器１６における飲料供給回路７内に充填される飲料を適切に−８℃〜−５℃の飲料の過冷却温度にまで冷却することが可能となる。
【００５５】
飲料過冷却用熱交換器１６において当該飲料の過冷却温度にまで冷却された飲料は、過冷却状態とされているため、ノズル１２から外部に排出され、カップ５に注入される衝撃によって、当該飲料は瞬間的に氷へと相変化され、最終提供状態をシャーベット状態として飲料が提供される。なお、本実施例では、ノズル１２から外部に排出される飲料は、容器としてのカップ５にて受容しているが、これに限定されるものではなく、グラスや皿、ジョッキ、バケツ等、飲料を受容可能とするものであればよいものとする。
【００５６】
このとき、飲料電磁弁１０が開放されることで、減圧弁としてのガスレギュレータ８が、常に開放されていることから炭酸ガスボンベ１５より所定の圧力の炭酸ガスが供給され、飲料タンク６内の飲料を、飲料冷却コイル９が介設される飲料供給回路７に送出する。
【００５７】
そのため、飲料タンク６内に貯留されていた飲料は、飲料冷却コイル９へと流入し、当該飲料冷却コイル９において、水槽１７の冷却水と熱交換することにより、氷点付近まで冷却される。このとき、飲料冷却コイル９内に充填されていた飲料は、飲料タンク６から飲料冷却コイル９への飲料の流入によって、飲料過冷却用熱交換器１６に押し出され、次回の飲料の供給に備え待機状態とされる。
【００５８】
係る構成とすることにより、一次冷却装置１３の水槽１７にて氷点付近の温度にまで冷却された飲料を、過冷却用熱交換器１６において当該飲料の凝固点以下に冷却された不凍液と熱交換させることにより、飲料を短時間で効率的に凝固点以下の過冷却の状態にまで冷却することが可能となる。そのため、ノズル１２から吐出される飲料は、カップ５に注入される衝撃によって、過冷却状態が解除され、瞬間的に氷へと相変化し、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。
【００５９】
ここで、前記図８及び図９、図１０を参照して、二重管１６Ｄの詳細について説明する。本実施例において用いられる二重管１６Ｄは、少なくとも内管１６Ｉが熱良導性の材料、ここでは、ＳＵＳ３０４にて構成されるものであり、上述したように、一回に提供される飲料の量（一杯分：当該実施例では１７５ｃｃ）を滞留可能とする容量を有する。なお、一回に提供される飲料の量は、これに限定されるものではなく、例えば１００ｃｃ乃至１０００ｃｃであってもよい。その場合、当該一回に供給される飲料の量に応じて、二重管１６Ｄの長さを変更するものとする。
【００６０】
次に、二重管１６Ｄの構成条件及びブライン回路３１による冷却条件に対する過冷却用熱交換器１６内における氷核発生回避確率（過冷却生成の成功確率）についての実験結果について説明する。係る実験では、３種類の二重管を用いて、ブライン温度を−８．５、−９．０、−９．５、−１０．０℃の四種類として、氷点付近（本実験では、凍結防止のため、＋１℃）の水（ここでは、飲料の代わりに水を使用する）を当該水の凝固点温度よりも低い過冷却温度、例えば、−５℃とする。用いる二重管は、入手が容易な所定の規格により作製される二重管Ａ（内管１６Ｉの内径：４．７５ｍｍ、長さ８．０ｍ。この場合のみ飲料の容量は１４０ｃｃとする）と、二重管Ｂ（内管１６Ｉの内径：７．５３ｍｍ、長さ４．０ｍ）と、二重管Ｃ（内管１６Ｉの内径：１０．７０ｍｍ、長さ２．０ｍ）とする。なお、二重管Ｃについては、内径が他のものよりも大きいことから、計測する温度計の外形寸法の影響により当該実験では、＋１℃から−４℃までとする。
【００６１】
これによると、二重管Ａを用いた場合には、ブライン温度−８．５℃では、過冷却用熱交換器１６内における氷核発生回避確率は、９７％、−９．０℃では、９０％、−９．５℃では、８３％であった。二重管Ｂを用いた場合には、ブライン温度−８．５℃、−９．０℃、−９．５℃、−１０．０℃のいずれの温度においても９３％であった。二重管Ｃを用いた場合には、ブライン温度−８．５℃、−９．０℃、−９．５℃、−１０．０℃のいずれの温度においても１００％であった。
【００６２】
ここで、二重管における飲料の冷却速度について考察する。二重管Ａを用いた場合に、ブライン回路３１の流速を同一（この場合１．１２ｍ／ｓｅｃ）とし、当該ブライン温度を変化させた場合、−８．５℃では、飲料（水）が＋１℃から−５℃に到達する時間が２４．５秒、この際の冷却速度は、１１９Ｊ／ｓｅｃであった。ブライン温度が−９．０℃では、２２．０秒、１３３Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−９．５℃では、１９．０秒、１５４Ｊ／ｓｅｃであった。上記実験結果をあわせると、単位時間当たりの飲料とブライン間の熱移動量が小さいほど、氷核発生回避確率が高くなることがわかる。
【００６３】
同様に、二重管Ｂを用いた場合に、ブライン回路３１の流速を同一（この場合１．０４ｍ／ｓｅｃ）とし、当該ブライン温度を変化させた場合、−８．５℃では、飲料（水）が＋１℃から−５℃に到達する時間が４１．０秒、この際の冷却速度は、８９Ｊ／ｓｅｃであった。ブライン温度が−９．０℃では、３５．０秒、１０５Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−９．５℃では、２９．１秒、１２６Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−１０．０℃では、２３．７秒、１５４Ｊ／ｓｅｃであった。
【００６４】
また、二重管Ｃを用いた場合に、ブライン回路３１の流速を同一（この場合０．９８ｍ／ｓｅｃ）とし、当該ブライン温度を変化させた場合、−８．５℃では、飲料（水）が＋１℃から−４℃に到達する時間が７０．３秒、この際の冷却速度は、５２Ｊ／ｓｅｃであった。ブライン温度が−９．０℃では、５８．１秒、６３Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−９．５℃では、４５．５秒、８０Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−１０．０℃では、３７．３秒、９８Ｊ／ｓｅｃであった。
【００６５】
係る実験結果より得られる単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量に対する氷核発生回避確率についてのグラフを図９に示す。これにより、飲料とブライン間の移動熱量が０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下である場合には、氷核発生回避確率が１００％となる割合が高くなっていることがわかる。また、当該実験結果から、飲料とブライン間の移動熱量を８０Ｊ／ｓｅｃとするとその確率がより高くなり、当該実験結果から得られる最小自乗法により算出される曲線より当該移動熱量を５０Ｊ／ｓｅｃとすると、氷核発生回避確率が限りなく１００％に近づくことがわかる。
【００６６】
これは、冷却速度が速くなる（この場合１００Ｊ／ｓｅｃより速くなる）と、過冷却熱交換器１６内の飲料に氷核が生じやすくなり、当該氷核が発生することで、過冷却熱交換器１６内の飲料が過冷却解除されてしまうと考えられる。これに対し、冷却速度が遅くなるほど、過冷却熱交換器１６内の飲料に氷核が生じ難くなり、当該氷核発生が回避されるため過冷却熱交換器１６内の飲料の過冷却状態を維持することができると考えられる。
【００６７】
従って、当該冷却速度、即ち、単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量が０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下とすることで、比較的遅い冷却速度にて飲料を凝固点以下の温度に冷却することができ、氷核の発生確率をより一層低減することができる。これにより、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器１６内にて飲料が凍結してしまう不都合を高確率にて回避することができ、当該過冷却熱交換器１６内にて飲料の過冷却状態を維持することが可能となる。
【００６８】
そのため、飲料がノズル１２を介して外部に排出された際に、カップ５に注入された衝撃によって、当該飲料は、過冷却状態が解除され、瞬間的に氷へと相変化し、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。但し、飲料の提供時間を考慮すると、一杯当たりの飲料提供に要する時間は、短いほど望ましい。
【００６９】
また、係る実験結果より得られる単位液量当たりの飲料への伝熱面積に対する氷核発生回避確率についてのグラフを図１０に示す。これによると、上記二重管Ａでの当該単位液量あたりの伝熱面積は、８．５２７ｃｍ2／ｃｃであり、この場合の氷核発生回避確率は、上述したように、８３％〜９７％とばらつきがあった。また、上記二重管Ｂでの当該単位液量あたりの伝熱面積は、５．４０７ｃｍ2／ｃｃであり、この場合の氷核発生回避確率は、上述したように、９３％であった。これに対し、上記二重管Ｃでの当該単位液量あたりの伝熱面積は、３．８４２ｃｍ2／ｃｃであり、この場合の氷核発生回避確率は、上述したように、１００％であり、確実に氷核発生を回避でき、過冷却状態を維持したまま、外部に排出することができた。
【００７０】
これにより、単位液量あたりの飲料への伝熱面積が０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下である場合には、氷核発生回避確率が１００％となる割合が高くなっていることがわかる。
【００７１】
これは、二重管１６の外管１６Ｏと内管１６Ｉ間を流れるブラインからの冷却熱は、当該内管１６Ｉの壁面を介して当該内管１６Ｉ内を流れる飲料に伝達される。なお、本実施例では、当該二重管１６の内管１６１Ｉは、熱良導性の材料（ここでは、ＳＵＳ３０４）にて肉厚０．８ｍｍ〜１．０ｍｍとして構成しているため、当該内管１６Ｉの材料や厚さによる熱伝導効率の影響は殆ど無視できる。
【００７２】
そのため、壁面近傍が最も低温となり、当該壁面と飲料との接触面積が大きくなるほど、急激に冷却される単位液量が大きくなる。従って、急激に冷却される単位液量が小さくなるほど氷核の発生回避確率を高めることができる。
【００７３】
また、上述したように、単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量が８０〜１００Ｊ／ｓｅｃでは、氷核の発生回避確率にばらつきが生じるが、当該条件であっても、壁面と飲料との接触面積を４．０ｃｍ2／ｃｃ以下とすることで、著しく抑制、本実験結果によれば、氷核の発生回避確率を１００％とすることができる。従って、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器１６内にて飲料が凍結してしまう不都合をより一層、高確率にて回避することが可能となる。
【００７４】
更に、本実施例では、上述したように飲料過冷却用熱交換器１６を内管１６Ｉと外管１６Ｏとから成る二重配管１６Ｄにて構成したので、装置の小型化を実現しつつ、飲料供給回路７を流れる飲料とブライン回路３１を流れる不凍液との熱交換性の向上を図ることが可能となる。
【００７５】
特に、本実施例では、過冷却状態とする飲料が流れる内管１６Ｉの内径を上記二重管Ｃのように１０．７ｍｍ（外径１２．７０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ）以上とすることで、万が一、過冷却用熱交換器１６内において飲料供給回路７を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、凍結した飲料によって完全に飲料供給回路７が閉塞してしまう不都合を抑制することができる。
【００７６】
従って、内管１６Ｉ内に残留した氷も、順次当該過冷却用熱交換器１６の内管１６Ｉ内に流入する氷点付近の温度の飲料によって溶解することができ、連続した飲料の供給を実現することが可能となる。
【００７７】
なお、当該二重管１６の内管１６Ｉの内径は、入手が容易な所定の規格により作成される二重管であって、当該飲料の過冷却に適したものを考慮すると、１０．７ｍｍ以上１４．０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７８】
また、本実施例では、不凍液はブライン回路３１を流れることによって、飲料供給回路７を流れる飲料を冷却する構成とされているため、不凍液の水槽を用いる場合に比して装置の小型化を図ることが可能となる。
【００７９】
なお、本実施例では、飲料過冷却用熱交換器１６は、二重配管にて構成しているが、これ以外にも、プレート式熱交換器により構成しても良い。
【００８０】
更にまた、飲料過冷却用熱交換器１６において、飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことにより、飲料供給回路７を流れる飲料とブライン回路３１を流れる不凍液との熱交換効率をより一層向上させることができ、冷却性能の向上を実現することができる。
【００８１】
そして、制御装置４は、飲料電磁弁１０を開放してから所定量、即ちカップ５一杯分の飲料を排出するのに要する時間が経過した後、飲料電磁弁１０を閉鎖すると共に、駆動していたブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２を停止する。
【００８２】
これにより、飲料を提供する際に、ブライン回路３１に不凍液を循環させることにより、長時間飲料を過冷却状態のまま維持しておく必要がなくなり、氷核の発生確率を低減することができる。従って、飲料の提供待機中において飲料過冷却用熱交換器１６内において飲料が凍結してしまう不都合を回避することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００８３】
なお、当該ブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２は、飲料提供時以外は原則として運転を停止しているが、飲料過冷却用熱交換器１６全体の保冷のために、わずかな流量を循環させたり、間欠運転を行っても良いものとする。
【００８４】
なお、飲料過冷却熱交換器１６内において飲料の過冷却状態が何らかの影響、例えば、飲料の種類や凝固点温度と過冷却温度の差、飲料の冷却配管等の飲料が直に接触する部材の材質や形状、更には、面粗さなどの影響により、万が一、過冷却状態が解除され、飲料過冷却熱交換器１６内にて飲料が凍結してしまった場合には、制御装置４は、解凍制御を実行する。
【００８５】
当該解凍制御では、制御装置４は、四方弁４１を制御し、二次冷却装置３０の冷媒回路３５の圧縮機３６から吐出される高温のガス冷媒を凝縮器３７、膨張弁３８を介することなく冷却器３９に流入させる。これにより、冷却器３９に高温のガス冷媒が流入することで、不凍液タンク３３内の不凍液が加熱され、不凍液循環ポンプ３２を駆動することにより、ブライン回路３１には、加熱された不凍液が循環される。従って、当該ブライン回路３１内の不凍液と飲料過冷却用熱交換器１６において熱交換を行う飲料供給回路７内の凍結された飲料も加熱され、これによって、係る飲料供給回路７内の飲料が解凍される。
【００８６】
このように、ブライン回路３１内という限られた回路内に不凍液を循環させる構成を採用していることからかかる不凍液の温度制御を容易に行うことが可能となり、ブライン回路３１内の不凍液と熱交換を行う飲料供給回路７内の飲料が過冷却解除され凍結してしまった場合にも、容易に凍結した飲料を融解させることが可能となり、飲料供給回路７の閉塞を解消することができる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００８７】
なお、本実施例では、飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７内の凍結された飲料の加熱手段として冷媒回路４０のホットガスを使用しているが、これに限定されるものではなく、飲料過冷却用熱交換器１６に電気ヒータなどを設け、これにより、凍結された飲料の解凍を行っても良い。
【００８８】
また、係る実施例では、飲料過冷却用熱交換器１６において別途冷媒回路４０の冷却器３９にて冷却された不凍液をブライン回路３１に循環させ、当該ブライン回路３１と飲料供給回路７とを熱交換させることにより、飲料の過冷却温度への冷却を行っているが、当該間接冷却の方法に限定されるものではなく、冷媒回路４０の冷却器３９を飲料過冷却用熱交換器１６に設け、当該飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７を直接冷却器３９を流通する冷媒によって冷却しても良い。
【００８９】
係る場合において、飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７において飲料が凍結してしまった場合には、当該冷却器３９に高温冷媒を流入させることにより、解凍を行うこととする。
【実施例２】
【００９０】
次に、図５の飲料ディスペンサ５１の概略構成図を参照して、実施例２としての飲料ディスペンサ５１について説明する。なお、図５において、図３と同様の符号が付されているものは、同一の効果及び作用を奏するものであるため、説明を省略する。
【００９１】
係る実施例における飲料ディスペンサ５１は、上記実施例における飲料供給ユニット３が、飲料原料である有糖液体原料又は無糖液体原料であるシロップを貯留するシロップタンク５２と、当該シロップタンク５２からシロップを供給するシロップ回路５３と、該シロップ回路５３にシロップタンク５２内のシロップを送出するガスレギュレータ５５と、当該シロップを目的飲料の提供に適した濃度に希釈するための飲料原料としての原水を濾過するフィルタ５８と、原水を供給する原水供給回路５９と、原水供給回路５９を流れる原水を処理する原水処理装置６３と、原水冷却コイル６０と、原水過冷却用熱交換器６１とを配設して構成している。また、シロップ回路５３はシロップ電磁弁５４が介設されており、当該端部はノズル５６に接続されている。他方、原水供給回路５９は、原水電磁弁６２が介設されており、当該端部はノズル１２に接続されている。
【００９２】
なお、減圧弁としてのガスレギュレータ５５は、常に開放されていることからシロップ回路５３に設けられるシロップ電磁弁５４が開放されることで、炭酸ガスボンベ１５から所定の圧力の炭酸ガスが供給され、シロップタンク５２内のシロップを、シロップ回路５３を介してノズル５６に送出する。
【００９３】
原水処理装置６３は、供給される原水を脱気、及び／又は逆浸透膜濾過処理する手段であって、原水として供給される水道水に含まれる不純物を除去する装置である。
【００９４】
原水冷却コイル６０は、原水処理装置６３にて処理された後の原水を一次冷却装置１３により氷点付近の温度にまで冷却するものである。なお、一次冷却装置１３の構成は、上記実施例と同様であるため、説明は省略する。また、この一次冷却装置１３を構成する水槽１７の冷却水には、当該原水冷却コイル６０の他にも、上記シロップ回路５３が交熱的に配設されている。
【００９５】
そして、原水冷却コイル６０の下流側に接続される原水供給回路５９には、原水過冷却用熱交換器６１が設けられている。この原水過冷却用熱交換器６１は、上記実施例における飲料過冷却用熱交換器１６の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００９６】
なお、図５では、シロップタンク５２と、シロップ電磁弁５４とから構成されるシロップ回路５３は、一ラインのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、操作部２７に設けられる飲料の種類ごとにシロップタンク５２、シロップ電磁弁５４とから構成されるシロップ回路５３が設けられているものとする。なお、この場合に、各シロップを目的飲料とするために希釈液として用いられる原水は、共通であることから、原水供給回路５９は、一ラインでよい。
【００９７】
以上の構成により、当該飲料ディスペンサ５１の動作について説明する。まず、制御装置は、飲料の供給待機状態とし、一次冷却装置１３の水槽１７内の冷却水の冷却及び、二次冷却装置３０の不凍液タンク３３内の不凍液の冷却を行い、各シロップ電磁弁５４を開放してシロップ回路５３にシロップを流入させると共に、原水電磁弁６２を開放して、原水供給回路５９に原水を流入させる。
【００９８】
制御装置は、水槽１７内の冷却水が氷点付近の温度に冷却され、不凍液タンク３３内の不凍液が−８℃〜−５℃の飲料の過冷却に適した温度にまで冷却されたことを検出した後、飲料の販売が可能な状態、即ち、操作部２７に設けられる各飲料の供給を行う操作ボタンによる操作が可能な状態とする。
【００９９】
係る状態において、操作部２７に設けられる何れかの操作ボタンが操作されると、原水供給回路５９を冷却するブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２が駆動される。当該不凍液循環ポンプ３２が駆動されてから所定時間（熱交換器冷却待機時間）、例えば５秒程度遅延させて、原水電磁弁６２と、対応する飲料電磁弁５４を開放する。
【０１００】
これにより、原水過冷却用熱交換器６１を構成する二重配管の内側の配管内を流通する原水は、通過する過程において、ブライン回路３１内を循環する−８℃〜−５℃の過冷却温度に冷却された不凍液と熱交換することにより、原水は過冷却温度にまで冷却される。
【０１０１】
原水過冷却用熱交換器６１において過冷却温度にまで冷却された原水は、過冷却状態とされているため、ノズル１２からカップ５に注入される衝撃によって、瞬間的に氷へと相変化される。当該原水の供給と同時にノズル１２からカップ５にシロップが供給され、これにより、最終提供状態をシャーベット状態として飲料が提供される。
【０１０２】
このとき、原水電磁弁６２が開放されることで、原水は原水冷却コイル６０が介設される原水供給回路５９に送出される。原水は、原水冷却コイル６０へと流入し、当該原水冷却コイル６０において、水槽１７の冷却水と熱交換することにより、氷点付近まで冷却される。このとき、原水冷却コイル６０内に充填されていた原水は、原水冷却コイル６０への飲料の流入によって、原水過冷却用熱交換器６１に押し出され、次回の飲料の供給に備え待機状態とされる。
【０１０３】
係る構成とすることにより、一次冷却装置１３の水槽１７にて氷点付近の温度にまで冷却された原水を、過冷却用熱交換器６１において凝固点以下に冷却された不凍液と熱交換させることにより、原水を短時間で効率的に凝固点以下の過冷却の状態にまで冷却することが可能となる。そのため、ノズル１２から吐出される原水は、カップ５に注入される衝撃によって、過冷却状態が解除され、瞬間的に氷へと相変化し、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。
【０１０４】
ここで、図６は、原水の種類に応じた過冷却現象の発生の有無についての実験結果を示している。実験対象となる原水は、某町の水道水、カートリッジ濾過水、該カートリッジ濾過水を脱気処理した水、前記水道水を脱気処理した水、蒸留水、アルカリイオン水、逆浸透膜濾過水である。これら原水について、係る実施例における飲料ディスペンサ５１により過冷却現象の発生の有無の実験を行った。
【０１０５】
これによると、水道水やカートリッジ濾過水をそのまま原水として用いた場合には、原水過冷却用熱交換器６１において過冷却温度にまで移行できる確率が９０％以下であった。また、蒸留水やアルカリイオン水を原水とし過冷却温度にまで移行できる確率は９５％以下であった。
【０１０６】
これに対し、上記水道水やカートリッジ濾過水を脱気処理した後の原水及び逆浸透膜濾過処理を行った原水については、過冷却温度にまで移行できる確率は１００％であった。
【０１０７】
以上の実験結果をふまえると、過冷却現象そのものが不安定な現象であるが、係る実施例では、原水は、原水処理装置６３において脱気及び／又は濾過処理されているため、用いられる原水の種類に影響されることなく、原水の過冷却状態を良好に形成することが可能となる。
【０１０８】
従って、過冷却状態とされた原水が外部に吐出される衝撃によって、当該原水を瞬間的に氷へと相変化させることができ、当該氷へと相変化された原水にシロップ回路５３によりシロップを供給することによって、確実に最終提供状態をシャーベット状態の飲料として提供することが可能となる。これにより、配管内で凍ってしまうことにより、飲料が吐出されなくなる不都合を回避することができ、装置としての信頼性が向上される。
【実施例３】
【０１０９】
次に、図７の飲料ディスペンサ７１の概略構成図を参照して、実施例３としての飲料ディスペンサ７１について説明する。なお、図７において、図３又は図５と同様の符号が付されているものは、同一の効果及び作用を奏するものであるため、説明を省略する。
【０１１０】
係る実施例における飲料ディスペンサ７１において、飲料タンク７６に供給される希釈液としての原水は、上記実施例２と同様に、原水処理装置６３により脱気及び／又は逆浸透膜処理されたものである。
【０１１１】
即ち、係る実施例における飲料供給ユニット３は、飲料原料である有糖液体原料又は無糖液体原料であるシロップを貯留するシロップタンク７２と、当該シロップタンク７２からシロップを飲料タンク７６に供給するシロップ供給ライン７３と、該シロップ供給ライン７３にシロップタンク７２内のシロップを送出するガスレギュレータ７５と、当該シロップを目的飲料の提供に適した濃度に希釈するための飲料原料としての原水を濾過処理するフィルタ８５と、原水を供給する原水供給ライン８０と、原水供給ライン８０を流れる原水を処理する原水処理装置６３と、原水処理装置６３を介して供給される原水とシロップタンク７２から供給されるシロップによって目的飲料の提供に適した濃度に調整されて生成された飲料を貯留する飲料タンク７６と、当該飲料タンク７６から飲料を供給する飲料供給回路７と、該飲料供給回路７に飲料タンク７６内の飲料を送出するガスレギュレータ７５と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６と、飲料電磁弁１０とを配設して構成している。
【０１１２】
なお、シロップ供給ライン７３には、制御装置により開閉制御されるシロップ電磁弁７４が介設されていると共に、原水供給ライン８０には、同じく制御装置により開閉制御される原水電磁弁８１が介設されている。また、ガスレギュレータ７５には、ガス電磁弁７８が介設されたガス供給ライン７７が接続されており、当該ガス電磁弁７８及びシロップ電磁弁７４を開閉制御することにより飲料タンク７６内の飲料を飲料供給回路７に送出可能とされている。
【０１１３】
また、飲料タンク７６内には、撹拌モータ８２の駆動により内部に貯留される原水及びシロップを撹拌する撹拌プロペラ８３が設けられていると共に、内部の供給されたガスを排気するための排気弁８４が設けられている。
【０１１４】
なお、図７では、飲料タンク７６と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７は、一ラインのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、操作部２７に設けられる飲料の種類ごとに飲料タンク７６、飲料冷却コイル９、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７が設けられているものとする。そのため、各飲料タンク７６にシロップを供給するシロップ供給ライン７３及びシロップタンク７２も同様に飲料の種類ごとに設けられているものとする。
【０１１５】
以上の構成により、当該飲料ディスペンサ７１の動作について説明する。まず、制御装置は、飲料の供給待機状態とし、一次冷却装置１３の水槽１７内の冷却水の冷却及び、二次冷却装置３０の不凍液タンク３３内の不凍液の冷却を行う。また、シロップ電磁弁７４、原水電磁弁８１を開放し、飲料タンク７６内にシロップ及び脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水を供給し、目的飲料を生成した後、飲料電磁弁１０を開放して、各飲料供給回路７に飲料を流入させる。
【０１１６】
そして、上記実施例１と同様に、飲料の販売が可能な状態において、操作部２７に設けられる何れかの操作ボタンが操作されると、対応する飲料供給回路７を冷却するブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２が駆動される。当該不凍液循環ポンプ３２が駆動されてから所定時間（熱交換器冷却待機時間）、例えば５秒程度遅延させて、対応する飲料電磁弁１０を開放する。
【０１１７】
これにより、飲料過冷却用熱交換器１６を構成する二重配管の内側の配管内を流通する飲料は、通過する過程において、ブライン回路３１内を循環する−８℃〜−５℃の過冷却温度に冷却された不凍液と熱交換することにより、該飲料の過冷却温度にまで冷却される。
【０１１８】
飲料過冷却用熱交換器１６において当該飲料の過冷却温度にまで冷却された飲料は、過冷却状態とされているため、ノズル１２からカップ５に注入される衝撃によって、当該飲料は瞬間的に氷へと相変化され、最終提供状態をシャーベット状態として飲料が提供される。
【０１１９】
本実施例においても、上記実施例２の場合と同様に、飲料の希釈液として用いられる原水は、脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水であるため、過冷却状態とされた飲料が外部に吐出される衝撃によって、当該飲料を瞬間的に氷へと相変化させることができ、確実に最終提供状態をシャーベット状態の飲料として提供することが可能となる。これにより、装置としての信頼性が向上される。
【０１２０】
なお、上記各実施例において、希釈液として冷却水又は脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水を使用して無炭酸系の過冷却飲料を製造しているが、希釈液として冷却水又は脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水を使用した炭酸水を用いることにより、強弱炭酸系の過冷却飲料を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明に係る飲料ディスペンサの本体の正面図である。
【図２】飲料ディスペンサの本体の側面図である。
【図３】飲料ディスペンサの概略構成図である。（実施例１）
【図４】制御装置の電気ブロック図である。
【図５】飲料ディスペンサの概略構成図である。（実施例２）
【図６】原水の種類に応じた過冷却現象の発生の有無についての実験結果を示す図である。
【図７】飲料ディスペンサの概略構成図である。（実施例３）
【図８】二重管の概略構成図である。
【図９】単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量に対する氷核発生回避確率についてのグラフである。
【図１０】単位液量当たりの飲料への伝熱面積に対する氷核発生回避確率についてのグラフである。
【符号の説明】
【０１２２】
１、５１、７１ 飲料ディスペンサ
３ 飲料供給ユニット
４ 制御装置
５ カップ
６、７６ 飲料タンク
７ 飲料供給回路
８、５５、７５ ガスレギュレータ（飲料送出手段）
９ 飲料冷却コイル
１０ 飲料電磁弁
１２ ノズル
１３ 一次冷却装置
１６ 飲料過冷却用熱交換器
１６Ｄ 二重管
１６Ｉ 内管
１６Ｏ 外管
１７ 水槽
１８、３５ 冷媒回路
１９、３６ 圧縮機
２０、３７ 凝縮器
２１、３８ 膨張弁
２２、３９ 冷却器
３０ 二次冷却装置
３１ ブライン回路
３２ 不凍液循環ポンプ
３３ 不凍液タンク
３４ 断熱材
４１ 四方弁
４２ 温度センサ
５２、７２ シロップタンク
５３ シロップ回路
５４、７４ シロップ電磁弁
５８ フィルタ
５９ 原水供給回路
６０ 原水冷却コイル
６１ 原水過冷却用熱交換器
６２ 原水電磁弁
６３ 原水処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させることにより、シャーベット状の飲料を製造する飲料ディスペンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カップ等に飲料を供給する飲料ディスペンサでは、飲料原料としてのシロップが充填されたタンクからシロップ供給ラインが引き出されると共に、当該シロップを所定の割合にて希釈する希釈水供給ラインも設けられている。これらシロップ供給ライン及び希釈水供給ラインは、それぞれシロップ冷却コイル及び希釈水冷却コイルが介設されており、これらは、冷却水を貯留する水槽に浸漬されることにより、当該コイル内を流入するシロップや希釈水を所定の温度に冷却するものである。これにより、所定の冷却温度に冷却されたシロップ及び希釈水は、それぞれノズルにて混合されて目的飲料としてカップに排出される。
【０００３】
上記構成により供給される飲料は、全て液体の状態でカップ内に貯留されるものであるため、別途氷片をカップ内に投入することによって、ある程度の時間、一定の冷却温度を維持することができる状態で、顧客に飲料が提供されていた。
【０００４】
しかしながら、カップに供給された氷片では、当該浮遊する氷片付近の飲料のみが融解熱によって冷却されることとなるため、カップ内全体の飲料を均一に冷却することは困難であると共に、氷片が融解するに従って、飲料の濃度が薄まってしまうため、適切な冷却状態で飲料を提供することは困難であった。
【０００５】
そこで、従来では、水槽内の冷却水を冷却する水槽冷却熱交換器と共にヒートポンプ回路（冷媒回路）を構成する飲料過冷却熱交換器を備え、水槽内にて冷却された後の飲料を飲料過冷却熱交換器にて当該飲料の凝固点以下の温度まで冷却し、過冷却状態のままカップに飲料を吐出することにより、シャーベット状の飲料を提供する装置が開発されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
この装置では、飲料の流量を制御することにより、飲料を氷点以下の温度でも液相の状態を維持したまま飲料過冷却熱交換器から流出させる。そして、カップ等に吐出された衝撃によって当該飲料を一瞬に氷へと相変化させ、これによって、カップ内には、流動性のあるシャーベット状の飲料が供給される。
【特許文献１】特開２００１−３２５６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した如き従来技術では、ヒートポンプ回路によって、常時、飲料過冷却熱交換器の温度を飲料の氷点以下に維持することは困難であり、ヒートポンプ回路を構成する圧縮機を一旦停止させてしまうと、運転開始から数分〜十数分は当該飲料過冷却熱交換器による冷却性能が不十分となり、適宜円滑な過冷却飲料の供給が困難となる問題がある。
【０００８】
また、係る装置において、飲料過冷却熱交換器内において何らかの影響、例えば、飲料の種類や凝固点温度と過冷却温度の差、飲料の冷却配管等の飲料が直に接触する部材の材質や形状、更には、面粗さなどの影響により、飲料の過冷却状態が解除され、飲料過冷却熱交換器内にて飲料が凍結してしまう問題がある。
【０００９】
係る場合には、飲料配管が凍結された飲料によって閉塞された状態となり、当該飲料が自然に解凍されるまでは、次回からの飲料の供給が行えなくなるという問題がある。また、凍結により飲料配管自体が破損するおそれがあり、安全面を確保した飲料の提供が煩雑となる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、適宜円滑に過冷却飲料を供給することを可能とする飲料ディスペンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の飲料ディスペンサは、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させるものであって、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路と、飲料供給回路を流れる飲料とブライン回路内を流れる不凍液とを熱交換させる過冷却用熱交換器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明の飲料ディスペンサは、上記発明において、飲料を提供する際、ブライン回路に不凍液を循環させることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器における飲料とブライン間の熱移動量を０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明の飲料ディスペンサは、上記発明において、過冷却用熱交換器における飲料と飲料供給回路壁面との接触面積を０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器を内管と外管とから成る二重配管にて構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明の飲料ディスペンサは、上記発明において、過冷却用熱交換器の内管内に飲料を流し、内管と外管との間にブラインを流すと共に、内管の内径を１０．７ｍｍ以上としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器において、飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明の飲料ディスペンサは、上記各発明において、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明の飲料ディスペンサは、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させるものであって、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、該飲料供給回路を流れる飲料を、凝固点以下の過冷却状態に冷却する過冷却用熱交換器を備えた二次冷却装置と、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサにおいて、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路と、飲料供給回路を流れる飲料とブライン回路内を流れる不凍液とを熱交換させる過冷却用熱交換器とを備えたので、一次冷却装置にて冷却され飲料供給回路に流入された飲料を、過冷却用熱交換器において当該飲料の凝固点以下に冷却された不凍液と熱交換させることにより、飲料を凝固点以下の過冷却の状態にまで冷却することが可能となる。
【００２１】
これにより、過冷却状態とされた飲料が外部にてカップ等の容器に注入される衝撃によって、当該飲料を瞬間的に氷へと相変化させることができ、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。
【００２２】
特に、本発明では、不凍液はブライン回路を流れることによって、飲料供給回路を流れる飲料を冷却する構成とされているため、不凍液の水槽を用いる場合に比して装置の小型化を図ることが可能となる。また、ブライン回路内という限られた回路内に不凍液を循環させることから温度制御を容易に行うことが可能となり、ブライン回路と熱交換を行う飲料供給回路内の飲料が過冷却解除され凍結してしまった場合にも、当該凍結した飲料を容易に融解させることが可能となり、飲料供給回路の閉塞を解消することができ、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、上記発明に加えて、飲料を提供する際、ブライン回路に不凍液を循環させることにより、長時間飲料を過冷却状態のまま維持しておく必要がなくなり、氷核の発生確率を低減することができる。従って、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器内において飲料が凍結してしまう不都合を回避することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器における飲料とブライン間の熱移動量を０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下としたことにより、過冷却用熱交換器内における飲料を比較的遅い冷却速度にて冷却することが可能となり、氷核の発生確率をより一層低減することができる。従って、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器内にて飲料が凍結してしまう不都合を高確率にて回避することが可能となる。円滑な過冷却飲料の供給を実現することができる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、上記発明において、過冷却用熱交換器における飲料と飲料供給回路壁面との接触面積を０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下としたので、冷却熱が伝達される飲料供給回路壁面に接触する飲料を少なくすることで、氷核の発生を抑制することができ、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器内にて飲料が凍結してしまう不都合をより一層、高確率にて回避することが可能となる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器を内管と外管とから成る二重配管にて構成したので、装置の小型化を実現しつつ、飲料供給回路とブライン回路との熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、上記発明において、過冷却用熱交換器の内管内に飲料を流し、内管と外管との間にブラインを流すと共に、内管の内径を１０．７ｍｍ以上としたので、万が一、過冷却用熱交換器において飲料供給回路を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、凍結した飲料によって完全に飲料供給回路が閉塞してしまう不都合を抑制することができる。
【００２８】
従って、内管内に残留した氷も、順次当該過冷却用熱交換器内に流入する氷点付近の温度の飲料によって溶解することができ、連続した飲料の供給を実現することが可能となる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器において、飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことにより、飲料供給回路を流れる飲料とブライン回路を流れる不凍液との熱交換効率の向上を図ることが可能となり、冷却性能の向上を実現することができる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、上記各発明に加えて、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段を備えたことにより、万が一、過冷却用熱交換器において飲料供給回路を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、加熱手段により過冷却用熱交換器を加熱することによって、円滑に当該飲料の凍結を融解することが可能となり、飲料供給回路の閉塞を解消することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサにおいて、飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、該飲料供給回路を流れる飲料を、凝固点以下の過冷却状態に冷却する過冷却用熱交換器を備えた二次冷却装置と、過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段とを備えたことにより、過冷却用熱交換器において飲料供給回路を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、加熱手段により過冷却用熱交換器を加熱することによって、円滑に当該飲料の凍結を融解することが可能となり、飲料供給回路の閉塞を解消することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、図面に基づき本発明の実施形態としての実施例１乃至実施例３について詳述する。いずれの実施例における飲料ディスペンサ１は、レストランや喫茶店などで使用されるディスペンサであって、ウーロン茶、オレンジジュースなどの中性飲料又は強弱無炭酸系の目的飲料を過冷却状態にて供給し、カップ等の受容器内にてシャーベット状の飲料として提供する装置である。
【実施例１】
【００３３】
まずはじめに、実施例１としての飲料ディスペンサについて図１乃至図３を参照して詳述する。図１は本発明を利用した飲料ディスペンサ１の本体２の正面図、図２は飲料ディスペンサ１の本体２の側面図、図３は飲料ディスペンサ１の概略構成図を示している。
【００３４】
実施例の飲料ディスペンサ１は、本体２の近傍に飲料供給ユニット３が配置されている。本体２の開閉扉２８の前面には、前記飲料供給ユニット３からの飲料供給を操作する操作部２７が設けられており、飲料供給ユニット３から供給される飲料毎に飲料供給量又は飲料供給方法を選択する操作ボタン、例えばボタンＳ、ボタンＭ、ボタンＬ、ボタンＣ／Ｐ等が設けられている。ボタンＳ、Ｍ、Ｌは、予め決められた量の飲料の供給を操作するボタンであり、ボタンＣ／Ｐは、当該ボタンを操作している間だけ飲料の供給を行うボタンである。当該操作部２７は、詳細は後述する制御装置４に接続されているものとする。
【００３５】
そして、この開閉扉２８の下部後方には、飲料供給ユニット３からの飲料を吐出するためのノズル１２（図３に図示する。）が設けられており、当該ノズル１２の下方には、テーブル１４が設けられ、当該テーブル１４上にカップ５を配置することができる。
【００３６】
本実施例における飲料供給ユニット３は、飲料原料である有糖液体原料又は無糖液体原料であるシロップを、予め希釈水や炭酸水などの希釈液によって目的飲料の提供に適した濃度に調整されて生成された飲料を貯留する飲料タンク６と、当該飲料タンク６から飲料を供給する飲料供給回路７と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６と、飲料電磁弁１０とを配設して構成している。飲料供給回路７の端部には、上記ノズル１２が接続されている。
【００３７】
飲料送出手段を構成する減圧弁としてのガスレギュレータ８は、常に開放されていることから飲料供給回路７に設けられる飲料電磁弁１０が開放されることで、炭酸ガスボンベ１５から所定の圧力の炭酸ガスが供給され、飲料タンク６内から飲料冷却コイル９が介設される飲料供給回路７に飲料を送出する。
【００３８】
上記飲料冷却コイル９は、一次冷却装置１３により飲料を氷点付近の温度にまで冷却するものである。本実施例において、一次冷却装置１３は、冷却水を貯留する水槽１７と、該水槽１７内の冷却水を冷却し、一定割合の冷却水を冷却器２２に着氷させる冷媒回路１８により構成される。冷媒回路１８は、本体２内に配設される圧縮機１９と、凝縮器２０と、減圧手段としての膨張弁２１と、水槽１７内の冷却水と交熱的に配設される冷却器２２とを冷媒配管２３によって環状に接続することに構成される。
【００３９】
また、水槽１７内には、撹拌モータ２４の駆動により水槽内の冷却水を撹拌する撹拌プロペラ２５が設けられていると共に、冷却器２２の内側に位置する一対の導線から構成された第１の氷センサ２６Ａと、冷却器２２の外側に位置する一対の導線から構成された第２の氷センサ２６Ｂとを備えている。これら氷センサ２６Ａ、２６Ｂは、前記導線間に氷が介在して抵抗値が所定値以上になると氷検出信号を出力するものである。
【００４０】
他方、飲料冷却コイル９の下流側に接続される飲料供給回路７には、飲料過冷却用熱交換器１６が設けられている。この飲料過冷却用熱交換器１６は、二次冷却装置３０により飲料を凝固点以下の過冷却温度にまで冷却するものであり、本実施例では、図８に示す如き二重配管１６Ｄにより構成されており、当該二重配管１６Ｄは、断熱材３４などにより囲繞され、容易には冷熱が外部に漏出されない構成とされている。
【００４１】
そして、この二重配管１６Ｄの内側の配管（内管１６Ｉ）内に飲料冷却コイル９から流出された飲料が流入される構成とされている。なお、本実施例において、この二重配管１６Ｄの内側の配管１６Ｉ内部は、カップ５の約一杯分、例えば約１７５ｍｌ程度の飲料によって満たされる容量とされている。また、当該二重管１６Ｄの詳細な構成については後述する。
【００４２】
本実施例において、二次冷却装置３０は、不凍液が循環されるブライン回路３１と、当該ブライン回路３１内の不凍液を凝固点以下の過冷却温度、例えば−１０℃乃至−５℃にまで冷却する冷媒回路３５により構成される。
【００４３】
ブライン回路３１は、不凍液循環ポンプ３２と、飲料過冷却用熱交換器１６と、不凍液タンク３３とを環状に接続して、内部に所定量の不凍液を充填して成る。本実施例では、ブライン回路３１を流れる不凍液が、飲料過冷却用熱交換器１６を構成する二重配管１６Ｄの外側の配管（外管１６Ｏ）と内側の配管１６Ｉとの間に流入する構成とされる。また、本実施例では、飲料の流通方向に対し、不凍液の流通方向が対向して流れるように配管接続されている。これにより、不凍液は、飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７下流側から流入し、当該熱交換器１６の飲料供給回路７上流側から流出する構成とされる。
【００４４】
冷媒回路３５は、本体２内に配設される圧縮機３６と、凝縮器３７と、減圧手段としての膨張弁３８と、不凍液タンク３３内の不凍液と交熱的に配設される冷却器３９とを冷媒配管４０によって環状に接続することに構成される。なお、本実施例では、冷却器３９内に高温の冷媒を流入可能とさせるため、当該冷媒回路３５内の冷媒の流路を変更可能とする四方弁４１（図４のみ図示する）が設けられている。
【００４５】
また、不凍液タンク３３内には、当該タンク３３内に貯留される不凍液の温度を検出するための温度センサ４２が設けられている。
【００４６】
なお、図３では、飲料タンク６と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７は、一ラインのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、操作部２７に設けられる飲料の種類ごとに飲料タンク６、飲料冷却コイル９、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７が設けられているものとする。なお、この場合において、一次冷却装置１３を構成する水槽１７は、それぞれの飲料冷却コイル９を冷却するものとして使用し、また、二次冷却装置３０を構成する不凍液タンク３３も同様に、それぞれの飲料供給回路７を冷却するものとして使用しても良いものとする。ただし、ブライン回路３１は、それぞれの飲料供給回路７の飲料過冷却用熱交換器１６ごとに設けることが望ましい。
【００４７】
次に、図４の電気ブロック図を参照して制御装置４について説明する。当該制御装置４は、汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、入力側には、操作部２７と、第１、第２の氷センサ２６Ａ、２６Ｂと、温度センサ４２が接続されている。また、出力側には、各飲料電磁弁１０と、一次冷却装置１３を構成する圧縮機１９と、膨張弁２１と、撹拌モータ２４と、二次冷却装置３０を構成する各不凍液循環ポンプ３２と、圧縮機３６と、膨張弁３８と、四方弁４１とが接続されている。
【００４８】
以上の構成により、当該飲料ディスペンサ１の動作について説明する。まず、制御装置４は、飲料の供給待機状態とし、一次冷却装置１３の水槽１７内の冷却水の冷却及び、二次冷却装置３０の不凍液タンク３３内の不凍液の冷却を行い、各飲料電磁弁１０を開放して、各飲料供給回路７に飲料を流入させる。
【００４９】
水槽１７内の冷却水の冷却は、まず、制御装置４により一次冷却装置１３の圧縮機１９等を運転し、冷却器２２によって冷却作用を発揮させる。これにより、当該冷却器２２を構成する冷媒配管により水槽１７内の冷却水を冷却し、更に冷却器２２の表面に氷Ｉを形成する。そして、氷センサ２６Ａ、２６Ｂによる氷検出信号に基づき水槽１７内の冷却水が十分に着氷しているか否かを判断し、これに基づき一次冷却装置１３の圧縮機１９等の運転を制御する。従って、当該水槽１７内の冷却水に浸漬される各飲料冷却コイル９は、氷点付近の温度に冷却され、当該飲料冷却コイル９内を流通する飲料も氷点付近の温度に冷却される。
【００５０】
不凍液タンク３３内の不凍液の冷却は、まず、制御装置４により二次冷却装置３０の圧縮機３６等を運転し、冷却器３９によって冷却作用を発揮させる。これにより、不凍液タンク３３内の不凍液が冷却される。そして、温度センサ４２の検出温度に基づき不凍液タンク３３内の不凍液が所定の冷却温度（飲料の凝固点以下の過冷却温度）、本実施例では、−８℃〜−５℃となるように、二次冷却装置３０の圧縮機３６等の運転を制御する。従って、不凍液タンク３３内の不凍液は、常時−８℃〜−５℃の冷却温度に冷却される。
【００５１】
制御装置４は、水槽１７内の冷却水が氷点付近の温度に冷却され、不凍液タンク３３内の不凍液が−８℃〜−５℃の飲料の過冷却に適した温度にまで冷却されたことを検出した後、飲料の販売が可能な状態、即ち、操作部２７に設けられる各飲料の供給を行う操作ボタンによる操作が可能な状態とする。
【００５２】
係る状態において、操作部２７に設けられる何れかの操作ボタンが操作されると、対応する飲料供給回路７を冷却するブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２が駆動される。当該不凍液循環ポンプ３２が駆動されてから所定時間（熱交換器冷却待機時間）、例えば５秒程度遅延させて、対応する飲料電磁弁１０を開放する。
【００５３】
これにより、飲料過冷却用熱交換器１６を構成する二重配管１６Ｄの内管１６Ｉ内を流通する飲料は、通過する過程において、ブライン回路３１内を循環する−８℃〜−５℃の過冷却温度に冷却された不凍液と熱交換することにより、該飲料の過冷却温度にまで冷却される。
【００５４】
なお、本実施例の如く飲料供給の指示が行われた後、熱交換器冷却待機時間が経過するまで、不凍液循環ポンプ３２を先に駆動し、遅延させて飲料電磁弁１０を開放することで、飲料過冷却用熱交換器１６における飲料供給回路７内に充填される飲料を適切に−８℃〜−５℃の飲料の過冷却温度にまで冷却することが可能となる。
【００５５】
飲料過冷却用熱交換器１６において当該飲料の過冷却温度にまで冷却された飲料は、過冷却状態とされているため、ノズル１２から外部に排出され、カップ５に注入される衝撃によって、当該飲料は瞬間的に氷へと相変化され、最終提供状態をシャーベット状態として飲料が提供される。なお、本実施例では、ノズル１２から外部に排出される飲料は、容器としてのカップ５にて受容しているが、これに限定されるものではなく、グラスや皿、ジョッキ、バケツ等、飲料を受容可能とするものであればよいものとする。
【００５６】
このとき、飲料電磁弁１０が開放されることで、減圧弁としてのガスレギュレータ８が、常に開放されていることから炭酸ガスボンベ１５より所定の圧力の炭酸ガスが供給され、飲料タンク６内の飲料を、飲料冷却コイル９が介設される飲料供給回路７に送出する。
【００５７】
そのため、飲料タンク６内に貯留されていた飲料は、飲料冷却コイル９へと流入し、当該飲料冷却コイル９において、水槽１７の冷却水と熱交換することにより、氷点付近まで冷却される。このとき、飲料冷却コイル９内に充填されていた飲料は、飲料タンク６から飲料冷却コイル９への飲料の流入によって、飲料過冷却用熱交換器１６に押し出され、次回の飲料の供給に備え待機状態とされる。
【００５８】
係る構成とすることにより、一次冷却装置１３の水槽１７にて氷点付近の温度にまで冷却された飲料を、過冷却用熱交換器１６において当該飲料の凝固点以下に冷却された不凍液と熱交換させることにより、飲料を短時間で効率的に凝固点以下の過冷却の状態にまで冷却することが可能となる。そのため、ノズル１２から吐出される飲料は、カップ５に注入される衝撃によって、過冷却状態が解除され、瞬間的に氷へと相変化し、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。
【００５９】
ここで、前記図８及び図９、図１０を参照して、二重管１６Ｄの詳細について説明する。本実施例において用いられる二重管１６Ｄは、少なくとも内管１６Ｉが熱良導性の材料、ここでは、ＳＵＳ３０４にて構成されるものであり、上述したように、一回に提供される飲料の量（一杯分：当該実施例では１７５ｃｃ）を滞留可能とする容量を有する。なお、一回に提供される飲料の量は、これに限定されるものではなく、例えば１００ｃｃ乃至１０００ｃｃであってもよい。その場合、当該一回に供給される飲料の量に応じて、二重管１６Ｄの長さを変更するものとする。
【００６０】
次に、二重管１６Ｄの構成条件及びブライン回路３１による冷却条件に対する過冷却用熱交換器１６内における氷核発生回避確率（過冷却生成の成功確率）についての実験結果について説明する。係る実験では、３種類の二重管を用いて、ブライン温度を−８．５、−９．０、−９．５、−１０．０℃の四種類として、氷点付近（本実験では、凍結防止のため、＋１℃）の水（ここでは、飲料の代わりに水を使用する）を当該水の凝固点温度よりも低い過冷却温度、例えば、−５℃とする。用いる二重管は、入手が容易な所定の規格により作製される二重管Ａ（内管１６Ｉの内径：４．７５ｍｍ、長さ８．０ｍ。この場合のみ飲料の容量は１４０ｃｃとする）と、二重管Ｂ（内管１６Ｉの内径：７．５３ｍｍ、長さ４．０ｍ）と、二重管Ｃ（内管１６Ｉの内径：１０．７０ｍｍ、長さ２．０ｍ）とする。なお、二重管Ｃについては、内径が他のものよりも大きいことから、計測する温度計の外形寸法の影響により当該実験では、＋１℃から−４℃までとする。
【００６１】
これによると、二重管Ａを用いた場合には、ブライン温度−８．５℃では、過冷却用熱交換器１６内における氷核発生回避確率は、９７％、−９．０℃では、９０％、−９．５℃では、８３％であった。二重管Ｂを用いた場合には、ブライン温度−８．５℃、−９．０℃、−９．５℃、−１０．０℃のいずれの温度においても９３％であった。二重管Ｃを用いた場合には、ブライン温度−８．５℃、−９．０℃、−９．５℃、−１０．０℃のいずれの温度においても１００％であった。
【００６２】
ここで、二重管における飲料の冷却速度について考察する。二重管Ａを用いた場合に、ブライン回路３１の流速を同一（この場合１．１２ｍ／ｓｅｃ）とし、当該ブライン温度を変化させた場合、−８．５℃では、飲料（水）が＋１℃から−５℃に到達する時間が２４．５秒、この際の冷却速度は、１１９Ｊ／ｓｅｃであった。ブライン温度が−９．０℃では、２２．０秒、１３３Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−９．５℃では、１９．０秒、１５４Ｊ／ｓｅｃであった。上記実験結果をあわせると、単位時間当たりの飲料とブライン間の熱移動量が小さいほど、氷核発生回避確率が高くなることがわかる。
【００６３】
同様に、二重管Ｂを用いた場合に、ブライン回路３１の流速を同一（この場合１．０４ｍ／ｓｅｃ）とし、当該ブライン温度を変化させた場合、−８．５℃では、飲料（水）が＋１℃から−５℃に到達する時間が４１．０秒、この際の冷却速度は、８９Ｊ／ｓｅｃであった。ブライン温度が−９．０℃では、３５．０秒、１０５Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−９．５℃では、２９．１秒、１２６Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−１０．０℃では、２３．７秒、１５４Ｊ／ｓｅｃであった。
【００６４】
また、二重管Ｃを用いた場合に、ブライン回路３１の流速を同一（この場合０．９８ｍ／ｓｅｃ）とし、当該ブライン温度を変化させた場合、−８．５℃では、飲料（水）が＋１℃から−４℃に到達する時間が７０．３秒、この際の冷却速度は、５２Ｊ／ｓｅｃであった。ブライン温度が−９．０℃では、５８．１秒、６３Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−９．５℃では、４５．５秒、８０Ｊ／ｓｅｃ、ブライン温度が−１０．０℃では、３７．３秒、９８Ｊ／ｓｅｃであった。
【００６５】
係る実験結果より得られる単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量に対する氷核発生回避確率についてのグラフを図９に示す。これにより、飲料とブライン間の移動熱量が０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下である場合には、氷核発生回避確率が１００％となる割合が高くなっていることがわかる。また、当該実験結果から、飲料とブライン間の移動熱量を８０Ｊ／ｓｅｃとするとその確率がより高くなり、当該実験結果から得られる最小自乗法により算出される曲線より当該移動熱量を５０Ｊ／ｓｅｃとすると、氷核発生回避確率が限りなく１００％に近づくことがわかる。
【００６６】
これは、冷却速度が速くなる（この場合１００Ｊ／ｓｅｃより速くなる）と、過冷却熱交換器１６内の飲料に氷核が生じやすくなり、当該氷核が発生することで、過冷却熱交換器１６内の飲料が過冷却解除されてしまうと考えられる。これに対し、冷却速度が遅くなるほど、過冷却熱交換器１６内の飲料に氷核が生じ難くなり、当該氷核発生が回避されるため過冷却熱交換器１６内の飲料の過冷却状態を維持することができると考えられる。
【００６７】
従って、当該冷却速度、即ち、単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量が０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下とすることで、比較的遅い冷却速度にて飲料を凝固点以下の温度に冷却することができ、氷核の発生確率をより一層低減することができる。これにより、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器１６内にて飲料が凍結してしまう不都合を高確率にて回避することができ、当該過冷却熱交換器１６内にて飲料の過冷却状態を維持することが可能となる。
【００６８】
そのため、飲料がノズル１２を介して外部に排出された際に、カップ５に注入された衝撃によって、当該飲料は、過冷却状態が解除され、瞬間的に氷へと相変化し、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。但し、飲料の提供時間を考慮すると、一杯当たりの飲料提供に要する時間は、短いほど望ましい。
【００６９】
また、係る実験結果より得られる単位液量当たりの飲料への伝熱面積に対する氷核発生回避確率についてのグラフを図１０に示す。これによると、上記二重管Ａでの当該単位液量あたりの伝熱面積は、８．５２７ｃｍ2／ｃｃであり、この場合の氷核発生回避確率は、上述したように、８３％〜９７％とばらつきがあった。また、上記二重管Ｂでの当該単位液量あたりの伝熱面積は、５．４０７ｃｍ2／ｃｃであり、この場合の氷核発生回避確率は、上述したように、９３％であった。これに対し、上記二重管Ｃでの当該単位液量あたりの伝熱面積は、３．８４２ｃｍ2／ｃｃであり、この場合の氷核発生回避確率は、上述したように、１００％であり、確実に氷核発生を回避でき、過冷却状態を維持したまま、外部に排出することができた。
【００７０】
これにより、単位液量あたりの飲料への伝熱面積が０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下である場合には、氷核発生回避確率が１００％となる割合が高くなっていることがわかる。
【００７１】
これは、二重管１６の外管１６Ｏと内管１６Ｉ間を流れるブラインからの冷却熱は、当該内管１６Ｉの壁面を介して当該内管１６Ｉ内を流れる飲料に伝達される。なお、本実施例では、当該二重管１６の内管１６１Ｉは、熱良導性の材料（ここでは、ＳＵＳ３０４）にて肉厚０．８ｍｍ〜１．０ｍｍとして構成しているため、当該内管１６Ｉの材料や厚さによる熱伝導効率の影響は殆ど無視できる。
【００７２】
そのため、壁面近傍が最も低温となり、当該壁面と飲料との接触面積が大きくなるほど、急激に冷却される単位液量が大きくなる。従って、急激に冷却される単位液量が小さくなるほど氷核の発生回避確率を高めることができる。
【００７３】
また、上述したように、単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量が８０〜１００Ｊ／ｓｅｃでは、氷核の発生回避確率にばらつきが生じるが、当該条件であっても、壁面と飲料との接触面積を４．０ｃｍ2／ｃｃ以下とすることで、著しく抑制、本実験結果によれば、氷核の発生回避確率を１００％とすることができる。従って、飲料の提供待機中において過冷却用熱交換器１６内にて飲料が凍結してしまう不都合をより一層、高確率にて回避することが可能となる。
【００７４】
更に、本実施例では、上述したように飲料過冷却用熱交換器１６を内管１６Ｉと外管１６Ｏとから成る二重配管１６Ｄにて構成したので、装置の小型化を実現しつつ、飲料供給回路７を流れる飲料とブライン回路３１を流れる不凍液との熱交換性の向上を図ることが可能となる。
【００７５】
特に、本実施例では、過冷却状態とする飲料が流れる内管１６Ｉの内径を上記二重管Ｃのように１０．７ｍｍ（外径１２．７０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ）以上とすることで、万が一、過冷却用熱交換器１６内において飲料供給回路７を流れる飲料の過冷却状態が解除され、凍結した場合であっても、凍結した飲料によって完全に飲料供給回路７が閉塞してしまう不都合を抑制することができる。
【００７６】
従って、内管１６Ｉ内に残留した氷も、順次当該過冷却用熱交換器１６の内管１６Ｉ内に流入する氷点付近の温度の飲料によって溶解することができ、連続した飲料の供給を実現することが可能となる。
【００７７】
なお、当該二重管１６の内管１６Ｉの内径は、入手が容易な所定の規格により作成される二重管であって、当該飲料の過冷却に適したものを考慮すると、１０．７ｍｍ以上１４．０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７８】
また、本実施例では、不凍液はブライン回路３１を流れることによって、飲料供給回路７を流れる飲料を冷却する構成とされているため、不凍液の水槽を用いる場合に比して装置の小型化を図ることが可能となる。
【００７９】
なお、本実施例では、飲料過冷却用熱交換器１６は、二重配管にて構成しているが、これ以外にも、プレート式熱交換器により構成しても良い。
【００８０】
更にまた、飲料過冷却用熱交換器１６において、飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことにより、飲料供給回路７を流れる飲料とブライン回路３１を流れる不凍液との熱交換効率をより一層向上させることができ、冷却性能の向上を実現することができる。
【００８１】
そして、制御装置４は、飲料電磁弁１０を開放してから所定量、即ちカップ５一杯分の飲料を排出するのに要する時間が経過した後、飲料電磁弁１０を閉鎖すると共に、駆動していたブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２を停止する。
【００８２】
これにより、飲料を提供する際に、ブライン回路３１に不凍液を循環させることにより、長時間飲料を過冷却状態のまま維持しておく必要がなくなり、氷核の発生確率を低減することができる。従って、飲料の提供待機中において飲料過冷却用熱交換器１６内において飲料が凍結してしまう不都合を回避することが可能となる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００８３】
なお、当該ブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２は、飲料提供時以外は原則として運転を停止しているが、飲料過冷却用熱交換器１６全体の保冷のために、わずかな流量を循環させたり、間欠運転を行っても良いものとする。
【００８４】
なお、飲料過冷却熱交換器１６内において飲料の過冷却状態が何らかの影響、例えば、飲料の種類や凝固点温度と過冷却温度の差、飲料の冷却配管等の飲料が直に接触する部材の材質や形状、更には、面粗さなどの影響により、万が一、過冷却状態が解除され、飲料過冷却熱交換器１６内にて飲料が凍結してしまった場合には、制御装置４は、解凍制御を実行する。
【００８５】
当該解凍制御では、制御装置４は、四方弁４１を制御し、二次冷却装置３０の冷媒回路３５の圧縮機３６から吐出される高温のガス冷媒を凝縮器３７、膨張弁３８を介することなく冷却器３９に流入させる。これにより、冷却器３９に高温のガス冷媒が流入することで、不凍液タンク３３内の不凍液が加熱され、不凍液循環ポンプ３２を駆動することにより、ブライン回路３１には、加熱された不凍液が循環される。従って、当該ブライン回路３１内の不凍液と飲料過冷却用熱交換器１６において熱交換を行う飲料供給回路７内の凍結された飲料も加熱され、これによって、係る飲料供給回路７内の飲料が解凍される。
【００８６】
このように、ブライン回路３１内という限られた回路内に不凍液を循環させる構成を採用していることからかかる不凍液の温度制御を容易に行うことが可能となり、ブライン回路３１内の不凍液と熱交換を行う飲料供給回路７内の飲料が過冷却解除され凍結してしまった場合にも、容易に凍結した飲料を融解させることが可能となり、飲料供給回路７の閉塞を解消することができる。これにより、適宜円滑な過冷却飲料の供給が可能となる。
【００８７】
なお、本実施例では、飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７内の凍結された飲料の加熱手段として冷媒回路４０のホットガスを使用しているが、これに限定されるものではなく、飲料過冷却用熱交換器１６に電気ヒータなどを設け、これにより、凍結された飲料の解凍を行っても良い。
【００８８】
また、係る実施例では、飲料過冷却用熱交換器１６において別途冷媒回路４０の冷却器３９にて冷却された不凍液をブライン回路３１に循環させ、当該ブライン回路３１と飲料供給回路７とを熱交換させることにより、飲料の過冷却温度への冷却を行っているが、当該間接冷却の方法に限定されるものではなく、冷媒回路４０の冷却器３９を飲料過冷却用熱交換器１６に設け、当該飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７を直接冷却器３９を流通する冷媒によって冷却しても良い。
【００８９】
係る場合において、飲料過冷却用熱交換器１６の飲料供給回路７において飲料が凍結してしまった場合には、当該冷却器３９に高温冷媒を流入させることにより、解凍を行うこととする。
【実施例２】
【００９０】
次に、図５の飲料ディスペンサ５１の概略構成図を参照して、実施例２としての飲料ディスペンサ５１について説明する。なお、図５において、図３と同様の符号が付されているものは、同一の効果及び作用を奏するものであるため、説明を省略する。
【００９１】
係る実施例における飲料ディスペンサ５１は、上記実施例における飲料供給ユニット３が、飲料原料である有糖液体原料又は無糖液体原料であるシロップを貯留するシロップタンク５２と、当該シロップタンク５２からシロップを供給するシロップ回路５３と、該シロップ回路５３にシロップタンク５２内のシロップを送出するガスレギュレータ５５と、当該シロップを目的飲料の提供に適した濃度に希釈するための飲料原料としての原水を濾過するフィルタ５８と、原水を供給する原水供給回路５９と、原水供給回路５９を流れる原水を処理する原水処理装置６３と、原水冷却コイル６０と、原水過冷却用熱交換器６１とを配設して構成している。また、シロップ回路５３はシロップ電磁弁５４が介設されており、当該端部はノズル５６に接続されている。他方、原水供給回路５９は、原水電磁弁６２が介設されており、当該端部はノズル１２に接続されている。
【００９２】
なお、減圧弁としてのガスレギュレータ５５は、常に開放されていることからシロップ回路５３に設けられるシロップ電磁弁５４が開放されることで、炭酸ガスボンベ１５から所定の圧力の炭酸ガスが供給され、シロップタンク５２内のシロップを、シロップ回路５３を介してノズル５６に送出する。
【００９３】
原水処理装置６３は、供給される原水を脱気、及び／又は逆浸透膜濾過処理する手段であって、原水として供給される水道水に含まれる不純物を除去する装置である。
【００９４】
原水冷却コイル６０は、原水処理装置６３にて処理された後の原水を一次冷却装置１３により氷点付近の温度にまで冷却するものである。なお、一次冷却装置１３の構成は、上記実施例と同様であるため、説明は省略する。また、この一次冷却装置１３を構成する水槽１７の冷却水には、当該原水冷却コイル６０の他にも、上記シロップ回路５３が交熱的に配設されている。
【００９５】
そして、原水冷却コイル６０の下流側に接続される原水供給回路５９には、原水過冷却用熱交換器６１が設けられている。この原水過冷却用熱交換器６１は、上記実施例における飲料過冷却用熱交換器１６の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００９６】
なお、図５では、シロップタンク５２と、シロップ電磁弁５４とから構成されるシロップ回路５３は、一ラインのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、操作部２７に設けられる飲料の種類ごとにシロップタンク５２、シロップ電磁弁５４とから構成されるシロップ回路５３が設けられているものとする。なお、この場合に、各シロップを目的飲料とするために希釈液として用いられる原水は、共通であることから、原水供給回路５９は、一ラインでよい。
【００９７】
以上の構成により、当該飲料ディスペンサ５１の動作について説明する。まず、制御装置は、飲料の供給待機状態とし、一次冷却装置１３の水槽１７内の冷却水の冷却及び、二次冷却装置３０の不凍液タンク３３内の不凍液の冷却を行い、各シロップ電磁弁５４を開放してシロップ回路５３にシロップを流入させると共に、原水電磁弁６２を開放して、原水供給回路５９に原水を流入させる。
【００９８】
制御装置は、水槽１７内の冷却水が氷点付近の温度に冷却され、不凍液タンク３３内の不凍液が−８℃〜−５℃の飲料の過冷却に適した温度にまで冷却されたことを検出した後、飲料の販売が可能な状態、即ち、操作部２７に設けられる各飲料の供給を行う操作ボタンによる操作が可能な状態とする。
【００９９】
係る状態において、操作部２７に設けられる何れかの操作ボタンが操作されると、原水供給回路５９を冷却するブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２が駆動される。当該不凍液循環ポンプ３２が駆動されてから所定時間（熱交換器冷却待機時間）、例えば５秒程度遅延させて、原水電磁弁６２と、対応する飲料電磁弁５４を開放する。
【０１００】
これにより、原水過冷却用熱交換器６１を構成する二重配管の内側の配管内を流通する原水は、通過する過程において、ブライン回路３１内を循環する−８℃〜−５℃の過冷却温度に冷却された不凍液と熱交換することにより、原水は過冷却温度にまで冷却される。
【０１０１】
原水過冷却用熱交換器６１において過冷却温度にまで冷却された原水は、過冷却状態とされているため、ノズル１２からカップ５に注入される衝撃によって、瞬間的に氷へと相変化される。当該原水の供給と同時にノズル１２からカップ５にシロップが供給され、これにより、最終提供状態をシャーベット状態として飲料が提供される。
【０１０２】
このとき、原水電磁弁６２が開放されることで、原水は原水冷却コイル６０が介設される原水供給回路５９に送出される。原水は、原水冷却コイル６０へと流入し、当該原水冷却コイル６０において、水槽１７の冷却水と熱交換することにより、氷点付近まで冷却される。このとき、原水冷却コイル６０内に充填されていた原水は、原水冷却コイル６０への飲料の流入によって、原水過冷却用熱交換器６１に押し出され、次回の飲料の供給に備え待機状態とされる。
【０１０３】
係る構成とすることにより、一次冷却装置１３の水槽１７にて氷点付近の温度にまで冷却された原水を、過冷却用熱交換器６１において凝固点以下に冷却された不凍液と熱交換させることにより、原水を短時間で効率的に凝固点以下の過冷却の状態にまで冷却することが可能となる。そのため、ノズル１２から吐出される原水は、カップ５に注入される衝撃によって、過冷却状態が解除され、瞬間的に氷へと相変化し、最終提供状態をシャーベット状態として飲料を提供することが可能となる。
【０１０４】
ここで、図６は、原水の種類に応じた過冷却現象の発生の有無についての実験結果を示している。実験対象となる原水は、某町の水道水、カートリッジ濾過水、該カートリッジ濾過水を脱気処理した水、前記水道水を脱気処理した水、蒸留水、アルカリイオン水、逆浸透膜濾過水である。これら原水について、係る実施例における飲料ディスペンサ５１により過冷却現象の発生の有無の実験を行った。
【０１０５】
これによると、水道水やカートリッジ濾過水をそのまま原水として用いた場合には、原水過冷却用熱交換器６１において過冷却温度にまで移行できる確率が９０％以下であった。また、蒸留水やアルカリイオン水を原水とし過冷却温度にまで移行できる確率は９５％以下であった。
【０１０６】
これに対し、上記水道水やカートリッジ濾過水を脱気処理した後の原水及び逆浸透膜濾過処理を行った原水については、過冷却温度にまで移行できる確率は１００％であった。
【０１０７】
以上の実験結果をふまえると、過冷却現象そのものが不安定な現象であるが、係る実施例では、原水は、原水処理装置６３において脱気及び／又は濾過処理されているため、用いられる原水の種類に影響されることなく、原水の過冷却状態を良好に形成することが可能となる。
【０１０８】
従って、過冷却状態とされた原水が外部に吐出される衝撃によって、当該原水を瞬間的に氷へと相変化させることができ、当該氷へと相変化された原水にシロップ回路５３によりシロップを供給することによって、確実に最終提供状態をシャーベット状態の飲料として提供することが可能となる。これにより、配管内で凍ってしまうことにより、飲料が吐出されなくなる不都合を回避することができ、装置としての信頼性が向上される。
【実施例３】
【０１０９】
次に、図７の飲料ディスペンサ７１の概略構成図を参照して、実施例３としての飲料ディスペンサ７１について説明する。なお、図７において、図３又は図５と同様の符号が付されているものは、同一の効果及び作用を奏するものであるため、説明を省略する。
【０１１０】
係る実施例における飲料ディスペンサ７１において、飲料タンク７６に供給される希釈液としての原水は、上記実施例２と同様に、原水処理装置６３により脱気及び／又は逆浸透膜処理されたものである。
【０１１１】
即ち、係る実施例における飲料供給ユニット３は、飲料原料である有糖液体原料又は無糖液体原料であるシロップを貯留するシロップタンク７２と、当該シロップタンク７２からシロップを飲料タンク７６に供給するシロップ供給ライン７３と、該シロップ供給ライン７３にシロップタンク７２内のシロップを送出するガスレギュレータ７５と、当該シロップを目的飲料の提供に適した濃度に希釈するための飲料原料としての原水を濾過処理するフィルタ８５と、原水を供給する原水供給ライン８０と、原水供給ライン８０を流れる原水を処理する原水処理装置６３と、原水処理装置６３を介して供給される原水とシロップタンク７２から供給されるシロップによって目的飲料の提供に適した濃度に調整されて生成された飲料を貯留する飲料タンク７６と、当該飲料タンク７６から飲料を供給する飲料供給回路７と、該飲料供給回路７に飲料タンク７６内の飲料を送出するガスレギュレータ７５と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６と、飲料電磁弁１０とを配設して構成している。
【０１１２】
なお、シロップ供給ライン７３には、制御装置により開閉制御されるシロップ電磁弁７４が介設されていると共に、原水供給ライン８０には、同じく制御装置により開閉制御される原水電磁弁８１が介設されている。また、ガスレギュレータ７５には、ガス電磁弁７８が介設されたガス供給ライン７７が接続されており、当該ガス電磁弁７８及びシロップ電磁弁７４を開閉制御することにより飲料タンク７６内の飲料を飲料供給回路７に送出可能とされている。
【０１１３】
また、飲料タンク７６内には、撹拌モータ８２の駆動により内部に貯留される原水及びシロップを撹拌する撹拌プロペラ８３が設けられていると共に、内部の供給されたガスを排気するための排気弁８４が設けられている。
【０１１４】
なお、図７では、飲料タンク７６と、飲料冷却コイル９と、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７は、一ラインのみ図示しているが、これに限定されるものではなく、操作部２７に設けられる飲料の種類ごとに飲料タンク７６、飲料冷却コイル９、飲料過冷却用熱交換器１６、飲料電磁弁１０とから構成される飲料供給回路７が設けられているものとする。そのため、各飲料タンク７６にシロップを供給するシロップ供給ライン７３及びシロップタンク７２も同様に飲料の種類ごとに設けられているものとする。
【０１１５】
以上の構成により、当該飲料ディスペンサ７１の動作について説明する。まず、制御装置は、飲料の供給待機状態とし、一次冷却装置１３の水槽１７内の冷却水の冷却及び、二次冷却装置３０の不凍液タンク３３内の不凍液の冷却を行う。また、シロップ電磁弁７４、原水電磁弁８１を開放し、飲料タンク７６内にシロップ及び脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水を供給し、目的飲料を生成した後、飲料電磁弁１０を開放して、各飲料供給回路７に飲料を流入させる。
【０１１６】
そして、上記実施例１と同様に、飲料の販売が可能な状態において、操作部２７に設けられる何れかの操作ボタンが操作されると、対応する飲料供給回路７を冷却するブライン回路３１の不凍液循環ポンプ３２が駆動される。当該不凍液循環ポンプ３２が駆動されてから所定時間（熱交換器冷却待機時間）、例えば５秒程度遅延させて、対応する飲料電磁弁１０を開放する。
【０１１７】
これにより、飲料過冷却用熱交換器１６を構成する二重配管の内側の配管内を流通する飲料は、通過する過程において、ブライン回路３１内を循環する−８℃〜−５℃の過冷却温度に冷却された不凍液と熱交換することにより、該飲料の過冷却温度にまで冷却される。
【０１１８】
飲料過冷却用熱交換器１６において当該飲料の過冷却温度にまで冷却された飲料は、過冷却状態とされているため、ノズル１２からカップ５に注入される衝撃によって、当該飲料は瞬間的に氷へと相変化され、最終提供状態をシャーベット状態として飲料が提供される。
【０１１９】
本実施例においても、上記実施例２の場合と同様に、飲料の希釈液として用いられる原水は、脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水であるため、過冷却状態とされた飲料が外部に吐出される衝撃によって、当該飲料を瞬間的に氷へと相変化させることができ、確実に最終提供状態をシャーベット状態の飲料として提供することが可能となる。これにより、装置としての信頼性が向上される。
【０１２０】
なお、上記各実施例において、希釈液として冷却水又は脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水を使用して無炭酸系の過冷却飲料を製造しているが、希釈液として冷却水又は脱気及び／又は逆浸透膜処理された後の原水を使用した炭酸水を用いることにより、強弱炭酸系の過冷却飲料を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明に係る飲料ディスペンサの本体の正面図である。
【図２】飲料ディスペンサの本体の側面図である。
【図３】飲料ディスペンサの概略構成図である。（実施例１）
【図４】制御装置の電気ブロック図である。
【図５】飲料ディスペンサの概略構成図である。（実施例２）
【図６】原水の種類に応じた過冷却現象の発生の有無についての実験結果を示す図である。
【図７】飲料ディスペンサの概略構成図である。（実施例３）
【図８】二重管の概略構成図である。
【図９】単位時間当たりの飲料とブライン間の移動熱量に対する氷核発生回避確率についてのグラフである。
【図１０】単位液量当たりの飲料への伝熱面積に対する氷核発生回避確率についてのグラフである。
【符号の説明】
【０１２２】
１、５１、７１ 飲料ディスペンサ
３ 飲料供給ユニット
４ 制御装置
５ カップ
６、７６ 飲料タンク
７ 飲料供給回路
８、５５、７５ ガスレギュレータ（飲料送出手段）
９ 飲料冷却コイル
１０ 飲料電磁弁
１２ ノズル
１３ 一次冷却装置
１６ 飲料過冷却用熱交換器
１６Ｄ 二重管
１６Ｉ 内管
１６Ｏ 外管
１７ 水槽
１８、３５ 冷媒回路
１９、３６ 圧縮機
２０、３７ 凝縮器
２１、３８ 膨張弁
２２、３９ 冷却器
３０ 二次冷却装置
３１ ブライン回路
３２ 不凍液循環ポンプ
３３ 不凍液タンク
３４ 断熱材
４１ 四方弁
４２ 温度センサ
５２、７２ シロップタンク
５３ シロップ回路
５４、７４ シロップ電磁弁
５８ フィルタ
５９ 原水供給回路
６０ 原水冷却コイル
６１ 原水過冷却用熱交換器
６２ 原水電磁弁
６３ 原水処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサであって、
前記飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、
該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、
前記飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路と、
前記飲料供給回路を流れる飲料と前記ブライン回路内を流れる不凍液とを熱交換させる過冷却用熱交換器とを備えたことを特徴とする飲料ディスペンサ。
【請求項２】
前記飲料を提供する際、前記ブライン回路に不凍液を循環させることを特徴とする請求項１に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項３】
前記過冷却用熱交換器における前記飲料と前記ブライン間の熱移動量を０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項４】
前記過冷却用熱交換器における前記飲料と前記飲料供給回路壁面との接触面積を０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下としたことを特徴とする請求項３に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項５】
前記過冷却用熱交換器を内管と外管とから成る二重配管にて構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の飲料ディスペンサ。
【請求項６】
前記過冷却用熱交換器の前記内管内に前記飲料を流し、前記内管と前記外管との間に前記ブラインを流すと共に、前記内管の内径を１０．７ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項５に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項７】
前記過冷却用熱交換器において、前記飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の飲料ディスペンサ。
【請求項８】
前記過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の飲料ディスペンサ。
【請求項９】
温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサであって、
前記飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、
該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、
該飲料供給回路を流れる飲料を、凝固点以下の過冷却状態に冷却する過冷却用熱交換器を備えた二次冷却装置と、
前記過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする飲料ディスペンサ。
【請求項１】
温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサであって、
前記飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、
該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、
前記飲料の凝固点以下に冷却された不凍液が循環されるブライン回路と、
前記飲料供給回路を流れる飲料と前記ブライン回路内を流れる不凍液とを熱交換させる過冷却用熱交換器とを備えたことを特徴とする飲料ディスペンサ。
【請求項２】
前記飲料を提供する際、前記ブライン回路に不凍液を循環させることを特徴とする請求項１に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項３】
前記過冷却用熱交換器における前記飲料と前記ブライン間の熱移動量を０より大きく１００Ｊ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項４】
前記過冷却用熱交換器における前記飲料と前記飲料供給回路壁面との接触面積を０より大きく４．０ｃｍ2／ｃｃ以下としたことを特徴とする請求項３に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項５】
前記過冷却用熱交換器を内管と外管とから成る二重配管にて構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の飲料ディスペンサ。
【請求項６】
前記過冷却用熱交換器の前記内管内に前記飲料を流し、前記内管と前記外管との間に前記ブラインを流すと共に、前記内管の内径を１０．７ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項５に記載の飲料ディスペンサ。
【請求項７】
前記過冷却用熱交換器において、前記飲料と不凍液とが対向して流れるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の飲料ディスペンサ。
【請求項８】
前記過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の飲料ディスペンサ。
【請求項９】
温度が凝固点以下の過冷却状態とされた飲料を供給し、外部で過冷却状態を解除させる飲料ディスペンサであって、
前記飲料を氷点付近まで冷却する一次冷却装置と、
該一次冷却装置にて冷却された飲料を外部に供給する飲料供給回路と、
該飲料供給回路を流れる飲料を、凝固点以下の過冷却状態に冷却する過冷却用熱交換器を備えた二次冷却装置と、
前記過冷却用熱交換器を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする飲料ディスペンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４７４０３（Ｐ２００９−４７４０３Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３２６４（Ｐ２００８−１２３２６４）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（３９１０２６０５８）ザ・コカ−コーラ・カンパニー (238)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＣＯＣＡ−ＣＯＬＡ ＣＯＭＰＡＮＹ
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（３９１０２６０５８）ザ・コカ−コーラ・カンパニー (238)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＣＯＣＡ−ＣＯＬＡ ＣＯＭＰＡＮＹ
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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