飲料供給装置の温水タンク
【目的】消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することを目的とする。
【構成】高温の温水を貯留する上部の高温温水層域には熱伝導率が小さい上部断熱層７５ａを貼り付け、その下部に貯留される中温温水層域および低温温水層域には高温温水層域に貼り付けた断熱材よりも熱伝導率が大きい下部断熱層７５ｂを貼り付ける。この上部断熱層７５ａと下部断熱層７５ｂの接合部と略一致する温水タンク７０内には熱伝導率の小さい仕切り板７２を設ける。
【構成】高温の温水を貯留する上部の高温温水層域には熱伝導率が小さい上部断熱層７５ａを貼り付け、その下部に貯留される中温温水層域および低温温水層域には高温温水層域に貼り付けた断熱材よりも熱伝導率が大きい下部断熱層７５ｂを貼り付ける。この上部断熱層７５ａと下部断熱層７５ｂの接合部と略一致する温水タンク７０内には熱伝導率の小さい仕切り板７２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調製した飲料をカップに注いで提供する飲料供給装置（カップ式自動販売機）の飲料の調製に用いる温水を貯留する温水タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からコーヒー豆を挽いた挽き豆に高温の温水を供給し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コーヒー飲料や濃縮シロップを希釈して氷を投入した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、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供給し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、購入客がメロン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メロン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メロン飲料となり、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（９３〜９７℃）の状態に保持して貯留する温水タンクを備えている。
【０００３】
図８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４２、原料容器４５、ミル４６などを備えている。
【０００４】
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を開成する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に供給される。冷水回路１３に供給された水は、冷却水槽１５に貯留する冷却水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管（蒸発器）が浸漬してあり、蒸発管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管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を開成するとカーボネータ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を開成すると、冷水注出ノズル２１からカップＣに冷水を注入する。
【０００５】
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を開成すると、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を開成すると、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。
【０００６】
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管（蒸発器）を螺旋状に巻回させてあり、蒸発管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る。
【０００７】
温水タンク３４は、水ポンプ１１の駆動と同時に給水弁３２が開成されて温水回路３３から供給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９３〜９７℃）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を開成すると湯管路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注いで混合、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、砂糖、クリームなどを収容している原料容器４７から供給された原料とコーヒー飲料を攪拌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。
【０００８】
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）。
【特許文献１】特開２００２−８１７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
このように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は、送出する温水温度が高く（例えば５０℃以上）なると温水ポンプの寿命が短くなる原因となり飲料供給装置の信頼性を損なう虞があるため、温水ポンプで送出する温水の温度は低く（例えば５０℃以下）することが望ましい。
しかしながら、このように温水用熱交換器で高温に加熱した温水を温水タンクに環流させて貯留していると、貯留している温水全体の温度が上昇してタンク底部に貯留している温水が７０〜８０℃の高温になり、温水ポンプの寿命低下を招く虞が生じる。
【００１１】
また、温水用熱交換器での熱交換量が外気温度低下などの理由により減少して温水温度が十分に上昇しなかった温水を高温の温水が貯留してあるタンク上層部に環流させると温水タンクに貯留している温水温度を低下させることになる。
さらに、温水タンク内の温水量が飲料販売により減少すると給水開口から水が供給されるが、流入した水によりタンク内の温水が攪拌されてタンク内に形成された高温の温水層がくずれ、上層部に貯留している飲料調製に適した高温の温水の温度低下、下層部に貯留している低温領域の温水の温度上昇を招くことになる。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みて、消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンク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】
【００１３】
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の温水タンクは、原料と温水とから飲料を調製して供給する飲料供給装置に設けられ、前記飲料の調製に使用する温水を貯留している温水タンクにおいて、
前記温水タンクの外壁面の下部に形成した断熱層の熱抵抗をその上部に形成した断熱層の熱抵抗より小なる抵抗値としたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項１において、前記熱抵抗の大きな上部断熱層と熱抵抗の小さな下部断熱層の接合部と略一致する前記温水タンク内に熱伝導率の小さい仕切り板を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項１または請求項２において、前記温水タンクに供給する水の供給開口をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、前記飲料供給装置には、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、
前記温水タンクには、その底部から低温の温水を送出して前記温水用熱交換器で熱交換させて環流させる温水循環経路と、当該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温度センサと、前記温水循環経路から第１開閉弁を介して高温の温水を前記仕切り板の上方に環流させる高温水環流口と、前記温水循環経路から第２開閉弁を介して中温の温水を前記仕切り板の下方に環流させる中温水環流口と、を設け、
前記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を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項４において、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、温水タンクの外壁面の下部に形成した断熱層の熱抵抗をその上部に形成した断熱層の熱抵抗より小なる抵抗値としたことにより、温水タンク内の上層部に貯留している温水からの放熱を最小限に抑えて高温の状態に保ちつつ、下層部の温水を低温層として貯留できるので、消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、温水ポンプで送出する温水温度を低くして温水ポンプの寿命低下を来さない温度まで低下させることにより安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することが可能となる。
【００１８】
また、請求項２の発明によれば、熱抵抗の大きな上部断熱層と熱抵抗の小さな下部断熱層の接合部と略一致する温水タンク内に熱伝導率の小さい仕切り板を設けたことにより、高温温水の層と低温温水の層との間における対流が仕切り板により区切られ、温水混合による熱拡散をなくすことができる。また、仕切り板の熱伝導率が小さいため、熱伝導による熱拡散を少なくすることができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によれば、温水タンクに供給する水の供給開口をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇を設けたことにより、供給された水が温水タンク内に水平に流入して鉛直方向の速度成分が庇により抑制されるので、上層部に貯留している高温の温水層域に擾乱を与えることなく給水することが可能となる。
【００２０】
また、請求項４の発明によれば、温水タンクには、その底部から低温の温水を送出して温水用熱交換器で熱交換させて環流させる温水循環経路と、当該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温度センサと、温水循環経路から第１開閉弁を介して高温の温水を仕切り板の上方に環流させる高温水環流口と、温水循環経路から第２開閉弁を介して中温の温水を仕切り板の下方に環流させる中温水環流口と、を設け、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を有することにより、飲料の調製に適した高温の温水をつくることが可能になり、高温に達しなかった温水が高温の温水を貯留する上層部に流入するのを防止するとともに、温水用熱交換器で得た熱量を捨てることなく、温水タンクへ環流させることができる。また、中間温水層の温度低下を補い、高温温水層から低温温水層間の温度分布の維持をすることができる。このように、冷媒回路に備えた温水用熱交換器で加熱した高温の温水を飲料供給装置の温水タンクに環流させることにより消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することが可能となる。
【００２１】
また、請求項５の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、環境負荷が小さく、安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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温水タンク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温水タンク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。
【００２３】
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の負荷を低減して冷却効率の向上を図ることができるので、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。
【００２４】
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、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を開成状態にする一方、電磁弁６３を閉成状態にして圧縮機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で加熱することができるのでさらに消費電力を低減することができる。
【００２５】
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を閉成状態にする一方、電磁弁６３を開成状態にして圧縮機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。
【００２６】
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３０〜５０℃の低温の温水と熱交換させて約９５℃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方向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３０〜５０℃の低温の温水は高温の冷媒と熱交換して約９５℃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方向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約９５℃の高温の温水とすることができる。
【００２７】
温水タンク７０は、タンク本体７１の内部に仕切り板７２、温度センサ７３、ヒータ７４を備えている。そして、給水弁１２を開成して水リザーバ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を開成すると温水回路３３を通流して温水タンク７０の底部から仕切り板７２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を閉成して給水を停止する。供給された水は仕切り板７２の下方に貯留されて３０〜５０℃の比較的低温の温水となり、仕切り板７２の上方に貯留されている約９５℃の高温の温水とは区分けされた状態で貯留される。このように温水タンク７０に仕切り板７２を設けているので、高温温水の層と低温温水の層との間における対流が仕切り板７２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７２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。
【００２８】
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には環流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８４が設けられ、温水循環経路８３の一方の流出口（高温水環流口）は電磁弁（第１開閉弁）８５を介して仕切り板７２上方に貯留している高温温水層上方空間に配設され、他方の流出口（中温水環流口）は電磁弁（第２開閉弁）８６を介して仕切り板７２下方に貯留している中低温温水層に配設されている。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３０〜５０℃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約９５℃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手段１００（図２参照）が電磁弁８５を開成して電磁弁８６を閉成すると温水タンク７０の仕切り板７２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が開成さ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。
【００２９】
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手段１００が電磁弁８５を閉成して電磁弁８６を開成すると温水タンク７０の仕切り板７２下方の中低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。また、温度センサ７３は温水タンク７０の仕切り板７２の上層部に貯留されている温水の温度を検出した温度信号を制御手段１００に出力し、制御手段１００は温度信号により得られた温度が所定の下限温度（例えば９３℃）を下回るとヒータ７４に通電して所定の上限温度（例えば９７℃）まで加熱するようにしている。
【００３０】
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。
【００３１】
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９１ａ、水温センサ９１ｂ、庫内温度センサ９１ｃから出力される検出信号に基づいて膨張機構制御部９１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。
【００３２】
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中には蒸発管を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）の外周面に蒸発管を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を開成させると蒸発器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を開成させると蒸発器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。
【００３３】
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のタンク本体７１外壁面には断熱層７５が形成され、断熱層７５は上部に形成した上部断熱層７５ａの熱抵抗よりその下部に形成した下部断熱層７５ｂの熱抵抗を小なる抵抗値としている。具体的には、高温の温水を貯留する上部の高温温水層域には熱伝導率が小さい断熱材（上部断熱層７５ａ）を貼り付け、その下部に貯留される中温温水層域および低温温水層域には高温温水層域に貼り付けた断熱材よりも熱伝導率が大きい断熱材（下部断熱層７５ｂ）を貼り付けるようにする。または、熱伝導率の同じ断熱材を使用して、厚みを厚くした断熱材（上部断熱層７５ａ）を高温温水を貯留する上部の高温温水層域に貼り付け、その下部に貯留される中温温水層域および低温温水層域には高温温水層域に貼り付けた断熱材よりも厚みを薄く加工した断熱材（下部断熱層７５ｂ）を貼り付けるようにしてもよい。これにより、高温温水層域からの放熱量を減らして消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、温水ポンプ８１が送出する温水の温度を低く（例えば５０℃以下）して安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することができる。さらに、低温温水層域の温度が５０℃より上昇することを避けるために、放熱による熱損失が許容される範囲で低温温水が貯留される位置には断熱材を貼り付けない部分を設けるようにしてもよい。断熱材（断熱層７５）としては熱伝導率が低い真空層を内包した真空断熱材や多孔質の樹脂類が適している。
【００３４】
この上部断熱層７５ａと下部断熱層７５ｂの接合部と略一致する温水タンク７０内には熱伝導率の小さい仕切り板７２を設けている。この仕切り板７２はヒータと一体化させた構成としてもよい。気孔を内包したセラミックスなどの断熱材料の上面にヒータを設けて仕切り板７２を構成すると、上面に設けたヒータが温水を加熱しているときも、中温温水層域に温度変化を与えることがない。
【００３５】
水リザーバ１０に温水回路３３で連通する水の供給開口７６は水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開成すると温水タンク７０の底部から仕切り板７２の下方に水が供給される。温水タンク７０の底部に温水ポンプ８１を介して接続された温水循環経路８２は温水用熱交換器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を介して温水循環経路８３に連通し、高温水環流口７７は電磁弁８５を介して仕切り板７２上方に貯留している高温温水層域上方空間に配設され、中温水環流口７８は電磁弁８６を介して仕切り板７２下方に貯留している中温温水層域に配設される。そして、温水循環経路８３を環流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８４が出力する温度信号に基づいて制御手段１００が電磁弁８５、８６を開閉制御する。
【００３６】
図３は温水タンク７０外壁面全領域に均等に熱抵抗の大きい断熱材を形成した場合と、上部のみ熱抵抗の大きい断熱材を形成して断熱し、下部は上部より熱抵抗が小さい断熱材を形成した場合とについて温水タンク７０内の温度分布を比較したグラフである。この図に示すように、断熱材の熱抵抗が大きい領域では領域内での温度差が小さく、略同じ温度の温水が断熱領域に貯留されるが、熱抵抗を小さくした領域では温度低下量が増え、底部の温水送出口付近の温水温度が低下する。このように、断熱材の熱抵抗、断熱領域の形成比率を適切に選択することによって、高温温水の量と温水送出口での温水温度を所望の値にして、温水ポンプ８１を通過する温水温度を５０℃以下とすることができる。
【００３７】
次に、図４を参照して温水タンクの実施の形態２を説明する。上述した実施の形態では、温水タンク７０の高温温水層域とするべき温度領域の下部にあたる面に水平に仕切り板７２を設けていたが、この実施の形態２では、中温水環流口７８から供給される温水により中温温水層域を形成し、より高温温水層域と低温温水層域とを熱的に分離するために中温温水層域と低温温水層域との分離面にもう一枚の仕切り板７２ａを追加して設けている。このように、高温温水層域と中温温水層域との間に切り板７２を、中温温水層域と低温温水層域との間に仕切り板７２ａを設けることにより、確実に高温温水の量の確保と温水ポンプ８１で温水を送出する温水送出口での温水温度を所望の値にすることができ、温水ポンプ８１を通過する温水温度を５０℃以下にして、消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することができる。尚、図中、各温水層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７２、７２ａに穴やスリットを設けるようにしてもよい。
【００３８】
次に、図５を参照して温水タンク７０に供給する水の供給開口７６について説明する。図５（ａ）は供給開口７６の鳥瞰図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示し、水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開成すると水リザーバ１０に貯えられた水は温水回路３３を通流して供給開口７６から温水タンク７０の底部に供給されるが、供給された水は温水タンク７０の底部に貯留するようにして、タンク上部に貯留している高温温水層域に流入することによる高温の温水の低温化を防止する必要がある。この温水タンク７０に供給する水の供給開口７６をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇７６ａを設けたことにより、供給された水が水平方向に流入して上方へ流れることが抑制されるので、鉛直方向の速度成分が抑えられて、上層部に貯留している高温温水層域に擾乱を与えることなく給水が可能となる。
【００３９】
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６を参照して温水タンク７０の仕切り板７２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を閉成状態にする一方、第２冷媒経路Ｌ２に備えた電磁弁６３を開成状態にして圧縮機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。
【００４０】
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に送出された３０〜５０℃の低温水は温水管路５２ｂを循環して冷媒管路５２ａを通流する１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換されると約９５℃の高温水となり温水循環経路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手段１００が電磁弁８５を開成して電磁弁８６を閉成すると高温水環流口７７から温水タンク７０の仕切り板７２上方の高温温水層域に流出して貯留される。
【００４１】
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、開成状態にある電磁弁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。
【００４２】
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約９５℃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、温水を約９５℃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を閉成状態にして電磁弁６０を開成状態にし、冷媒を蒸発器５７に送出して製氷機３０で氷を製造する。
【００４３】
次に、図７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を開成状態にする一方、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を閉成状態にする。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。
【００４４】
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手段１００が電磁弁８５を閉成して電磁弁８６を開成すると中温水環流口７８から温水タンク７０の仕切り板７２下方の中温温水層域に環流される。
【００４５】
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。
【００４６】
低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁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。
【００４７】
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を開成状態にする一方、蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を閉成状態にする。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。
【００４８】
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、開成状態にある電磁弁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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】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２】本発明の実施の形態である飲料供給装置の温水タンクを示した概念図である。
【図３】図２に示した温水タンク内の温度分布を比較したグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２である飲料供給装置の温水タンクを示した概念図である。
【図５】図２に示した温水タンクの水の供給開口を示した図である。
【図６】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７】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８】従来の飲料供給装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
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
７２ 仕切り板
７２ａ 仕切り板
７５ 断熱層
７５ａ 上部断熱層
７５ｂ 下部断熱層
７６ 供給開口
７６ａ 庇
７７ 高温水環流口
７８ 中温水環流口
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
８５ 電磁弁（第１開閉弁）
８６ 電磁弁（第２開閉弁）
１００ 制御手段
Ｌ 冷媒循環経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調製した飲料をカップに注いで提供する飲料供給装置（カップ式自動販売機）の飲料の調製に用いる温水を貯留する温水タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からコーヒー豆を挽いた挽き豆に高温の温水を供給し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コーヒー飲料や濃縮シロップを希釈して氷を投入した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、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供給し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、購入客がメロン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メロン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メロン飲料となり、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（９３〜９７℃）の状態に保持して貯留する温水タンクを備えている。
【０００３】
図８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４２、原料容器４５、ミル４６などを備えている。
【０００４】
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を開成する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に供給される。冷水回路１３に供給された水は、冷却水槽１５に貯留する冷却水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管（蒸発器）が浸漬してあり、蒸発管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管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を開成するとカーボネータ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を開成すると、冷水注出ノズル２１からカップＣに冷水を注入する。
【０００５】
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を開成すると、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を開成すると、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。
【０００６】
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管（蒸発器）を螺旋状に巻回させてあり、蒸発管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る。
【０００７】
温水タンク３４は、水ポンプ１１の駆動と同時に給水弁３２が開成されて温水回路３３から供給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９３〜９７℃）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を開成すると湯管路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注いで混合、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、砂糖、クリームなどを収容している原料容器４７から供給された原料とコーヒー飲料を攪拌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。
【０００８】
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）。
【特許文献１】特開２００２−８１７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
このように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は、送出する温水温度が高く（例えば５０℃以上）なると温水ポンプの寿命が短くなる原因となり飲料供給装置の信頼性を損なう虞があるため、温水ポンプで送出する温水の温度は低く（例えば５０℃以下）することが望ましい。
しかしながら、このように温水用熱交換器で高温に加熱した温水を温水タンクに環流させて貯留していると、貯留している温水全体の温度が上昇してタンク底部に貯留している温水が７０〜８０℃の高温になり、温水ポンプの寿命低下を招く虞が生じる。
【００１１】
また、温水用熱交換器での熱交換量が外気温度低下などの理由により減少して温水温度が十分に上昇しなかった温水を高温の温水が貯留してあるタンク上層部に環流させると温水タンクに貯留している温水温度を低下させることになる。
さらに、温水タンク内の温水量が飲料販売により減少すると給水開口から水が供給されるが、流入した水によりタンク内の温水が攪拌されてタンク内に形成された高温の温水層がくずれ、上層部に貯留している飲料調製に適した高温の温水の温度低下、下層部に貯留している低温領域の温水の温度上昇を招くことになる。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みて、消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンク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】
【００１３】
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の温水タンクは、原料と温水とから飲料を調製して供給する飲料供給装置に設けられ、前記飲料の調製に使用する温水を貯留している温水タンクにおいて、
前記温水タンクの外壁面の下部に形成した断熱層の熱抵抗をその上部に形成した断熱層の熱抵抗より小なる抵抗値としたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項１において、前記熱抵抗の大きな上部断熱層と熱抵抗の小さな下部断熱層の接合部と略一致する前記温水タンク内に熱伝導率の小さい仕切り板を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項１または請求項２において、前記温水タンクに供給する水の供給開口をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、前記飲料供給装置には、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、
前記温水タンクには、その底部から低温の温水を送出して前記温水用熱交換器で熱交換させて環流させる温水循環経路と、当該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温度センサと、前記温水循環経路から第１開閉弁を介して高温の温水を前記仕切り板の上方に環流させる高温水環流口と、前記温水循環経路から第２開閉弁を介して中温の温水を前記仕切り板の下方に環流させる中温水環流口と、を設け、
前記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を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５に係る飲料供給装置の温水タンクは、上記請求項４において、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、温水タンクの外壁面の下部に形成した断熱層の熱抵抗をその上部に形成した断熱層の熱抵抗より小なる抵抗値としたことにより、温水タンク内の上層部に貯留している温水からの放熱を最小限に抑えて高温の状態に保ちつつ、下層部の温水を低温層として貯留できるので、消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、温水ポンプで送出する温水温度を低くして温水ポンプの寿命低下を来さない温度まで低下させることにより安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することが可能となる。
【００１８】
また、請求項２の発明によれば、熱抵抗の大きな上部断熱層と熱抵抗の小さな下部断熱層の接合部と略一致する温水タンク内に熱伝導率の小さい仕切り板を設けたことにより、高温温水の層と低温温水の層との間における対流が仕切り板により区切られ、温水混合による熱拡散をなくすことができる。また、仕切り板の熱伝導率が小さいため、熱伝導による熱拡散を少なくすることができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によれば、温水タンクに供給する水の供給開口をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇を設けたことにより、供給された水が温水タンク内に水平に流入して鉛直方向の速度成分が庇により抑制されるので、上層部に貯留している高温の温水層域に擾乱を与えることなく給水することが可能となる。
【００２０】
また、請求項４の発明によれば、温水タンクには、その底部から低温の温水を送出して温水用熱交換器で熱交換させて環流させる温水循環経路と、当該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温度センサと、温水循環経路から第１開閉弁を介して高温の温水を仕切り板の上方に環流させる高温水環流口と、温水循環経路から第２開閉弁を介して中温の温水を仕切り板の下方に環流させる中温水環流口と、を設け、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を有することにより、飲料の調製に適した高温の温水をつくることが可能になり、高温に達しなかった温水が高温の温水を貯留する上層部に流入するのを防止するとともに、温水用熱交換器で得た熱量を捨てることなく、温水タンクへ環流させることができる。また、中間温水層の温度低下を補い、高温温水層から低温温水層間の温度分布の維持をすることができる。このように、冷媒回路に備えた温水用熱交換器で加熱した高温の温水を飲料供給装置の温水タンクに環流させることにより消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することが可能となる。
【００２１】
また、請求項５の発明によれば、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、環境負荷が小さく、安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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温水タンク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温水タンク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。
【００２３】
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の負荷を低減して冷却効率の向上を図ることができるので、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。
【００２４】
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、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を開成状態にする一方、電磁弁６３を閉成状態にして圧縮機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で加熱することができるのでさらに消費電力を低減することができる。
【００２５】
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を閉成状態にする一方、電磁弁６３を開成状態にして圧縮機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。
【００２６】
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３０〜５０℃の低温の温水と熱交換させて約９５℃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方向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３０〜５０℃の低温の温水は高温の冷媒と熱交換して約９５℃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方向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約９５℃の高温の温水とすることができる。
【００２７】
温水タンク７０は、タンク本体７１の内部に仕切り板７２、温度センサ７３、ヒータ７４を備えている。そして、給水弁１２を開成して水リザーバ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を開成すると温水回路３３を通流して温水タンク７０の底部から仕切り板７２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を閉成して給水を停止する。供給された水は仕切り板７２の下方に貯留されて３０〜５０℃の比較的低温の温水となり、仕切り板７２の上方に貯留されている約９５℃の高温の温水とは区分けされた状態で貯留される。このように温水タンク７０に仕切り板７２を設けているので、高温温水の層と低温温水の層との間における対流が仕切り板７２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７２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。
【００２８】
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には環流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８４が設けられ、温水循環経路８３の一方の流出口（高温水環流口）は電磁弁（第１開閉弁）８５を介して仕切り板７２上方に貯留している高温温水層上方空間に配設され、他方の流出口（中温水環流口）は電磁弁（第２開閉弁）８６を介して仕切り板７２下方に貯留している中低温温水層に配設されている。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３０〜５０℃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約９５℃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手段１００（図２参照）が電磁弁８５を開成して電磁弁８６を閉成すると温水タンク７０の仕切り板７２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が開成さ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。
【００２９】
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手段１００が電磁弁８５を閉成して電磁弁８６を開成すると温水タンク７０の仕切り板７２下方の中低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。また、温度センサ７３は温水タンク７０の仕切り板７２の上層部に貯留されている温水の温度を検出した温度信号を制御手段１００に出力し、制御手段１００は温度信号により得られた温度が所定の下限温度（例えば９３℃）を下回るとヒータ７４に通電して所定の上限温度（例えば９７℃）まで加熱するようにしている。
【００３０】
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。
【００３１】
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９１ａ、水温センサ９１ｂ、庫内温度センサ９１ｃから出力される検出信号に基づいて膨張機構制御部９１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。
【００３２】
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中には蒸発管を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）の外周面に蒸発管を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を開成させると蒸発器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を開成させると蒸発器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。
【００３３】
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のタンク本体７１外壁面には断熱層７５が形成され、断熱層７５は上部に形成した上部断熱層７５ａの熱抵抗よりその下部に形成した下部断熱層７５ｂの熱抵抗を小なる抵抗値としている。具体的には、高温の温水を貯留する上部の高温温水層域には熱伝導率が小さい断熱材（上部断熱層７５ａ）を貼り付け、その下部に貯留される中温温水層域および低温温水層域には高温温水層域に貼り付けた断熱材よりも熱伝導率が大きい断熱材（下部断熱層７５ｂ）を貼り付けるようにする。または、熱伝導率の同じ断熱材を使用して、厚みを厚くした断熱材（上部断熱層７５ａ）を高温温水を貯留する上部の高温温水層域に貼り付け、その下部に貯留される中温温水層域および低温温水層域には高温温水層域に貼り付けた断熱材よりも厚みを薄く加工した断熱材（下部断熱層７５ｂ）を貼り付けるようにしてもよい。これにより、高温温水層域からの放熱量を減らして消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、温水ポンプ８１が送出する温水の温度を低く（例えば５０℃以下）して安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することができる。さらに、低温温水層域の温度が５０℃より上昇することを避けるために、放熱による熱損失が許容される範囲で低温温水が貯留される位置には断熱材を貼り付けない部分を設けるようにしてもよい。断熱材（断熱層７５）としては熱伝導率が低い真空層を内包した真空断熱材や多孔質の樹脂類が適している。
【００３４】
この上部断熱層７５ａと下部断熱層７５ｂの接合部と略一致する温水タンク７０内には熱伝導率の小さい仕切り板７２を設けている。この仕切り板７２はヒータと一体化させた構成としてもよい。気孔を内包したセラミックスなどの断熱材料の上面にヒータを設けて仕切り板７２を構成すると、上面に設けたヒータが温水を加熱しているときも、中温温水層域に温度変化を与えることがない。
【００３５】
水リザーバ１０に温水回路３３で連通する水の供給開口７６は水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開成すると温水タンク７０の底部から仕切り板７２の下方に水が供給される。温水タンク７０の底部に温水ポンプ８１を介して接続された温水循環経路８２は温水用熱交換器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を介して温水循環経路８３に連通し、高温水環流口７７は電磁弁８５を介して仕切り板７２上方に貯留している高温温水層域上方空間に配設され、中温水環流口７８は電磁弁８６を介して仕切り板７２下方に貯留している中温温水層域に配設される。そして、温水循環経路８３を環流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８４が出力する温度信号に基づいて制御手段１００が電磁弁８５、８６を開閉制御する。
【００３６】
図３は温水タンク７０外壁面全領域に均等に熱抵抗の大きい断熱材を形成した場合と、上部のみ熱抵抗の大きい断熱材を形成して断熱し、下部は上部より熱抵抗が小さい断熱材を形成した場合とについて温水タンク７０内の温度分布を比較したグラフである。この図に示すように、断熱材の熱抵抗が大きい領域では領域内での温度差が小さく、略同じ温度の温水が断熱領域に貯留されるが、熱抵抗を小さくした領域では温度低下量が増え、底部の温水送出口付近の温水温度が低下する。このように、断熱材の熱抵抗、断熱領域の形成比率を適切に選択することによって、高温温水の量と温水送出口での温水温度を所望の値にして、温水ポンプ８１を通過する温水温度を５０℃以下とすることができる。
【００３７】
次に、図４を参照して温水タンクの実施の形態２を説明する。上述した実施の形態では、温水タンク７０の高温温水層域とするべき温度領域の下部にあたる面に水平に仕切り板７２を設けていたが、この実施の形態２では、中温水環流口７８から供給される温水により中温温水層域を形成し、より高温温水層域と低温温水層域とを熱的に分離するために中温温水層域と低温温水層域との分離面にもう一枚の仕切り板７２ａを追加して設けている。このように、高温温水層域と中温温水層域との間に切り板７２を、中温温水層域と低温温水層域との間に仕切り板７２ａを設けることにより、確実に高温温水の量の確保と温水ポンプ８１で温水を送出する温水送出口での温水温度を所望の値にすることができ、温水ポンプ８１を通過する温水温度を５０℃以下にして、消費電力を低減して飲料の調製に適した所定の温度の温水を確保し、安定して飲料を供給することができる飲料供給装置の温水タンクを提供することができる。尚、図中、各温水層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７２、７２ａに穴やスリットを設けるようにしてもよい。
【００３８】
次に、図５を参照して温水タンク７０に供給する水の供給開口７６について説明する。図５（ａ）は供給開口７６の鳥瞰図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示し、水ポンプ１１を駆動すると同時に給水弁３２を開成すると水リザーバ１０に貯えられた水は温水回路３３を通流して供給開口７６から温水タンク７０の底部に供給されるが、供給された水は温水タンク７０の底部に貯留するようにして、タンク上部に貯留している高温温水層域に流入することによる高温の温水の低温化を防止する必要がある。この温水タンク７０に供給する水の供給開口７６をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇７６ａを設けたことにより、供給された水が水平方向に流入して上方へ流れることが抑制されるので、鉛直方向の速度成分が抑えられて、上層部に貯留している高温温水層域に擾乱を与えることなく給水が可能となる。
【００３９】
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６を参照して温水タンク７０の仕切り板７２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を閉成状態にする一方、第２冷媒経路Ｌ２に備えた電磁弁６３を開成状態にして圧縮機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。
【００４０】
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に送出された３０〜５０℃の低温水は温水管路５２ｂを循環して冷媒管路５２ａを通流する１１０〜１２０℃の高温の冷媒と熱交換されると約９５℃の高温水となり温水循環経路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手段１００が電磁弁８５を開成して電磁弁８６を閉成すると高温水環流口７７から温水タンク７０の仕切り板７２上方の高温温水層域に流出して貯留される。
【００４１】
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、開成状態にある電磁弁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。
【００４２】
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約９５℃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、温水を約９５℃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を閉成状態にして電磁弁６０を開成状態にし、冷媒を蒸発器５７に送出して製氷機３０で氷を製造する。
【００４３】
次に、図７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を開成状態にする一方、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を閉成状態にする。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。
【００４４】
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手段１００が電磁弁８５を閉成して電磁弁８６を開成すると中温水環流口７８から温水タンク７０の仕切り板７２下方の中温温水層域に環流される。
【００４５】
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。
【００４６】
低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁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。
【００４７】
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を開成状態にする一方、蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を閉成状態にする。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。
【００４８】
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、開成状態にある電磁弁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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】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２】本発明の実施の形態である飲料供給装置の温水タンクを示した概念図である。
【図３】図２に示した温水タンク内の温度分布を比較したグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２である飲料供給装置の温水タンクを示した概念図である。
【図５】図２に示した温水タンクの水の供給開口を示した図である。
【図６】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７】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８】従来の飲料供給装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
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
７２ 仕切り板
７２ａ 仕切り板
７５ 断熱層
７５ａ 上部断熱層
７５ｂ 下部断熱層
７６ 供給開口
７６ａ 庇
７７ 高温水環流口
７８ 中温水環流口
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
８５ 電磁弁（第１開閉弁）
８６ 電磁弁（第２開閉弁）
１００ 制御手段
Ｌ 冷媒循環経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と温水とから飲料を調製して供給する飲料供給装置に設けられ、前記飲料の調製に使用する温水を貯留している温水タンクにおいて、
前記温水タンクの外壁面の下部に形成した断熱層の熱抵抗をその上部に形成した断熱層の熱抵抗より小なる抵抗値としたことを特徴とする飲料供給装置の温水タンク。
【請求項２】
前記熱抵抗の大きな上部断熱層と熱抵抗の小さな下部断熱層の接合部と略一致する前記温水タンク内に熱伝導率の小さい仕切り板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項３】
前記温水タンクに供給する水の供給開口をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項４】
前記飲料供給装置には、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、
前記温水タンクには、その底部から低温の温水を送出して前記温水用熱交換器で熱交換させて環流させる温水循環経路と、当該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温度センサと、前記温水循環経路から第１開閉弁を介して高温の温水を前記仕切り板の上方に環流させる高温水環流口と、前記温水循環経路から第２開閉弁を介して中温の温水を前記仕切り板の下方に環流させる中温水環流口と、を設け、
前記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を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項５】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項４に記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項１】
原料と温水とから飲料を調製して供給する飲料供給装置に設けられ、前記飲料の調製に使用する温水を貯留している温水タンクにおいて、
前記温水タンクの外壁面の下部に形成した断熱層の熱抵抗をその上部に形成した断熱層の熱抵抗より小なる抵抗値としたことを特徴とする飲料供給装置の温水タンク。
【請求項２】
前記熱抵抗の大きな上部断熱層と熱抵抗の小さな下部断熱層の接合部と略一致する前記温水タンク内に熱伝導率の小さい仕切り板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項３】
前記温水タンクに供給する水の供給開口をタンク底部近傍に水平方向に設け、その開口には供給した水の上方への流れを抑制する庇を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項４】
前記飲料供給装置には、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、
前記温水タンクには、その底部から低温の温水を送出して前記温水用熱交換器で熱交換させて環流させる温水循環経路と、当該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温度センサと、前記温水循環経路から第１開閉弁を介して高温の温水を前記仕切り板の上方に環流させる高温水環流口と、前記温水循環経路から第２開閉弁を介して中温の温水を前記仕切り板の下方に環流させる中温水環流口と、を設け、
前記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を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の飲料供給装置の温水タンク。
【請求項５】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項４に記載の飲料供給装置の温水タンク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１０１８３３（Ｐ２００８−１０１８３３Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８４４６９（Ｐ２００６−２８４４６９）
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００２３７７１０）富士電機リテイルシステムズ株式会社 (1,851)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００２３７７１０）富士電機リテイルシステムズ株式会社 (1,851)
【Ｆターム（参考）】
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