用於處理液體或半液體食品混合物的機器和方法
2023-05-30 05:41:26 3
專利名稱：用於處理液體或半液體食品混合物的機器和方法
技術領域：
本發明涉及用於處理液體和半液體食品混合物的機器和方法。 本發明尤其涉及——儘管這不構成對本創新性理念的範圍的限制——用於
製造和處理碎冰飲料、果汁冰糕、冰淇淋、軟冰淇淋、奶油、酸奶等的機器以
及巴氏殺菌機和一般用於烹飪、加工和保藏混合物、奶油、沙司、湯和混合物
等的機器。
背景技術：
上述類型的機器包括用於待處理食品成品或混合物的容器或液罐，更通 常地被稱為攪動和冷凍/加熱單元；用於加熱和/或冷卻食品成品或混合物的裝 置，有必要的話還包括用於分配食品成品或混合物的裝置，例如由設計成使成 品(攪奶油、冰淇淋、碎冰飲料等)被抽出的噴嘴或龍頭構成。饋送迴路將包 括例如液體乳酪、冰淇淋產品的混合物、糖漿等的構成混合物的基礎產品運送 入產品處理和加工液罐。
為了將引入至攪動和冷凍/加熱單元的基礎產品均質混合在一起並均勻提 供，在加熱或冷卻過程中，整塊產品的溫度被處理，在攪動和冷凍/加熱單元中 還存在旋轉混合葉片。
通常為電動的第一馬達控制混合葉片的轉動，而同樣較佳為電動的第二馬 達驅動作為加熱和/或冷卻裝置的一部分的壓縮機。
基礎產品通常具有具有不同的溫度和稠度在其處理過程中，容器的溫度 和連續混合動作造成物理狀態的變化，並因此使逐漸變得越來越均質的產品稠 度更軟和更稠。
在產品加工過程中，液罐或攪動和冷凍/加熱單元的溫度必須變化，若製備 奶油則升高，若製備冰淇淋則降低。在兩種情形下，驅動壓縮機的馬達都必須 改變其轉速以調整壓縮機的排量容積並因此調整系統製冷能力。混合速度也必
6須視整個混合物達到的溫度和食品成品的稠度而及時作出調整。對於一些制 備，不適當的混合速度將不可逆地影響成品的成功性。在一預定時間間隔內混 合物達到的溫度和柔軟程度也取決於所處理混合物的量。
傳統機器的尺寸被設計成僅在待處理產品的預定負載下以最佳條件工作。 換句話說，這些機器僅以預定量的產品才在最佳溫度、混合速度和能耗條件下 工作，所述預定量通常接近液罐最大負載。
因此，為避免浪費能源，這些機器必須一直工作在最佳條件下，也就是說， 它們必須通過處理接近所設計的最大值的一定量的產品而工作。
不利的是，這有時會導致基礎產品的浪費。
發明內容
因此本發明旨在製造出能夠克服上述缺陷的用於處理液體和半液體食品混 合物的機器和方法。
具體地說，本發明旨在製造出能夠製備可根據需要在最小值和最大值之間 變化的量的混合物並一直在最佳條件下工作的用於處理液體和半液體食品混 合物的機器和方法。 .
因此，本發明通過具有本文中的一個或多個權利要求所述的特徵的用於處 理液體和半液體食品混合物的機器和方法來實現這個目的。
參照上述目的，本發明的技術特徵清楚地描述在下面的權利要求書中，且 其優點參照僅以示例示出本發明較佳實施例而不對創新性理念的範圍構成限 制的附圖並對照下面的詳細說明而將變得明顯，在附圖中
圖1和圖2是根據本發明製造出的機器的內部結構的示意圖； 圖3a和3b是根據本發明製造出的機器的示例的立體示意圖； 圖4和圖5是包含在根據本發明的用於處理液體和半液體食品混合物的機 器中的控制單元的根據本發明的兩個實施例的方框圖。
具體實施方式
參照圖1，標號1整體表示用於處理液體和半液體食品混合物的機器。機器
1可以是例如攪動和冷凍/加熱單元和/或巴氏殺菌機、制碎冰飲料機等。圖3a 不構成對本發明範圍限制地僅以示例方式示出制碎冰飲料機，而圖3b同樣僅
以示例方式示出攪動和冷凍/加熱單元。在圖3a和3b中可以看出，在外側，下 面描述的機器具有基本呈平行六面體形狀的底座2，在底座2的頂部支承有用 於一種或多種基礎產品的攪動和冷凍/加熱容器或液罐3。在也被稱為攪動和冷 凍/加熱單元的液罐3內具有也被稱為混料器或刮削器的混合器4，該混合器4 包括繞固定軸線轉動的葉片或螺紋形件，它混合引入液罐3的基礎產品。 如有必要，機器在液罐3外具有成品分配裝置5。
如圖1和2所示，機器1還包括產品冷卻和/或加熱迴路6。當適宜地混合 並冷卻/加熱一預定時間段時，產品被轉化成所想要的成品。
較為有利地，如圖2所示，冷卻和/或加熱迴路6是傳統的製冷環路，因此 能使攪動和冷凍/加熱液罐和所處理的產品冷卻。
所披露的機器的製冷系統也可用於"熱氣"方法，如同樣是圖2中以虛線 部分表示的路徑示出一熱氣旁路21，這將在下面更為詳細地說明。
或者，所披露的機器的製冷系統也可用於環路逆轉，也就是說，作為熱泵 工作以進行加熱，如圖l所示。
冷卻和/或加熱迴路6包括壓縮機7、冷凝器8、膨脹閥9和蒸發器10，壓 縮機7由容納在與其相同的機殼中的電動機18驅動。
電動機18可以是異步電動機或無刷電動機。
如圖l和2所示那樣，膨脹閥9可以是熱膨脹閥或電子閥。
圖1示出與類似傳統熱泵的用於加熱的迴路6相關的示圖，其中產生熱量 的冷凝器8連接於攪動和冷凍/加熱液罐3。
相比而言，圖2示出用於冷卻的製冷迴路6，其中蒸發器10連接於攪動和 冷凍/加熱液罐。圖2還示出在壓縮機下遊如何可存在以虛線表示的代表熱氣旁 路21的一部分系統。換句話說，當使機器冷熱運作時，則給出該旁路21，它 將機器運作從冷轉換為熱。
通過冷凝器8和膨脹閥9的系統管線由同時激活旁路21的導通/斷開電磁 閥22隔開。
8這防止被壓縮和加熱的冷卻劑流體在冷凝器8中冷卻，因而冷卻劑流體能
仍然熱地到達蒸發器10以加熱其內含物。機器1還包括壓縮機7電動機18的 轉速的控制單元11，該控制單元11被設計成根據在攪動和冷凍/加熱單元3中 處理的混合物的量而調節壓縮機工作速度並改變由壓縮機7提供的熱功率。較 為有利地，控制單元11包括致動器裝置12，它將相應可變功率致動信號傳至 電動機18以調節電動機18的工作。 控制裝置12包括逆變器或驅動器。
有利地，也可以有電動機18轉子的絕對位置的反饋控制由電動機18將 與該信息相關的信號發送至控制裝置12。
控制單元11還包括具有微處理器的電子板13，用於接收多個電信號，這些 電信號根據攪動和冷凍/加熱時間指示存在於液罐3中的混合物的量、其溫度和 稠度(即混合器4電動機電流汲取)。
如有必要，機器可具有允許操作者作出合適選擇或輸入正確設定的通信界 面19，所述設定例如涉及插入的基礎產品的種類和因此關於所處理混合物的質 量和成份的信息(是否含有水果、奶油、巧克力等)。基於所述值，使用安裝 在微處理器中的程序，電子板13能選擇最適合類型的功率以將其從致動器裝 置12送至對壓縮機7產生作用的電動機18。
關於混合物量和溫度的信號取自液罐3中的多個液面和溫度傳感器14。除 了所述傳感器，在攪動和冷凍/加熱單元3內部還有設計成對引入至液罐3的基 礎產品的量進行測量的定量裝置。
機器1可包括可選模塊20，它被設計成例如通過對受攪動和冷凍/加熱作用 的產品的溫度曲線的分析來識別在攪動和冷凍/加熱液罐3中被處理的產品類 型。換句話說，隨著時間流逝，不同產品吸收不同量的熱，由此定義出所處理 混合物的溫度曲線。在攪動和冷凍/加熱單元入口和出口處的溫度可用來識別混 合物的成份。通過模塊20獲得的信息可用作使用用戶界面19從機器取得的信 息的替代。
要注意，模塊20可以是適當地配置以執行上述功能的硬體模塊，或是加載 於電子板13的微處理器中並能執行類似算法的軟體模塊。
沿製冷迴路具有其它的溫度和壓力傳感器，其類型是已知的並因此未示出，它們被設計成連續地監視整個系統的溫度和壓力值。
不管是關於正在處理產品種類的信息還是檢測出的系統溫度和壓力值都被 送至電子板13。
控制單元11還包括適配器16，它被設計成將來自電子板13的數字電信號 轉化成模擬信號，該模擬信號被送至對壓縮機7產生作用的電動機18。
因此，在迴路層面，信號適配器16被設置在電子板13和致動器裝置12之間。
信號適配器16可與電子板13物理分離或集成在電子板13上。
圖4和圖5是控制單元的兩個方框圖。圖4和圖5彼此獨立地示出構成控
制單元11的各個部件以更好地示出它們的功能性連接而不是它們的結構性連接。
較為有利地，信號適配器16從電子板13的微處理器接收經調製的方波作 為輸入並提供設計成控制致動器裝置12的模擬輸出。所述模擬輸出或致動信 號可以是電壓信號或可變頻率信號。僅作為示例，所述類型的適配器可以是 DAC轉換器。
在實踐中，在正常的機器1生產周期中，在將構成混合物的全部基礎產品 引入液罐3後，激活混合器4和冷卻和/或加熱迴路6。
液面和溫度傳感器14、能測量引入至液罐3中的產品的量的定量裝置15 以及設計成識別混合物成份的裝置19將關於液罐3中存在的混合物的量和質 以及關於混合物達到的溫度的信息發送給電子板13，電子板13採集所述信息 以藉助微處理器確定要提供給壓縮機7電動機18的功率的類型。
由信號適配器16適當轉換的所述信息被送至致動器裝置12，該致動器裝置 12根據具體指示啟動壓縮機7電動機。
作為模擬信號的替代方案，來自電子板13的信息藉助開關——例如適當控 制的繼電器或TRIAC——被提供給致動器裝置12。電子板13和致動器裝置12 之間的通信的另一種替代方式是串行通信，例如在必要時使用現場總線的RS 232或RS485 (例如CAN、 CANOPEN、 MODBUS等)。
例如，由於由壓縮機提供的熱功率在產品混合時間相等條件下近乎正比於 所處理的混合物的量和電動機18的轉速，且由於後者近乎正比於電流頻率，
10那麼可變頻率操作使機器一直以最佳方式工作，不管所處理產品的量為何。換 句話說，機器1可在由壓縮機7吸收的正比於所處理產品的量的電功率值下工 作。
在圖5簡要示出的可替代配置中，控制單元11可對未示出的控制混合器4 的電動機產生作用。在這種情形下，控制單元11包括第二致動器裝置19，第 二致動器裝置19與已述的第一致動器裝置類似，被設計成調節控制混合器4 的電動機的轉速。
可通過將電子控制的熱膨脹閥9用作膨脹部件而進一步改善和控制帶有至 少對壓縮機電動機18產生作用的致動器裝置的機器1的操作，其中所述電子 控制的熱膨脹閥9使蒸發器10出口處的冷卻劑氣體過熱。這種閥9使因過熱 引起的振蕩能減小，改進壓縮機7的進口，由於這容易使吸入氣體的密度穩定， 因此尤其是典型地是製造冰淇淋的機器的瞬時操作中，避免壓縮機7進口和輸 出溫度過高。
這和使壓縮機7製冷輸出有規律一樣，提高其潤滑性和壽命。
對於與傳統機器所認為的最優配置不同量的混合物的生產，如果除了蒸發 器10和壓縮機7，還使用冷卻劑流體流速控制裝置17來控制冷凝器6，則機 器l的控制就完備了。尤其重要的是確保冷卻劑流體、空氣或水的流速儘可能 地低，但不使壓力跌得太低，從而使例如傳統熱膨脹閥的節流部件可以必要的 精度工作，且冷凝器熱交換表面不會太大，從而牽涉到成本。
冷凝器的控制和隨之產生的冷卻劑流體流速的控制是使用流速調節閥實現 的，從而使冷凝壓保持恆定或使其略低於公稱設計值，或使用能夠按順序切斷 並對冷凝器產生作用的一組小型葉輪來實現。
相比傳統機器，由所披露的機器獲得的優點在於冷卻和/或加熱迴路的操作 保持不變，不管所要處理的產品的量為何。結果，冷凝壓和蒸發壓可相對壓縮 機輸出值和進口值保持近似恆定，尤其避免進口壓的大幅度下降和輸出壓的同 時增加，這含有使潤滑油燃燒的危險。
另外，首先當所產生的產品量小於機器所能接受的最大量時，機器的工作 部分——例如壓縮機和混合器——比傳統機器具有更小的磨損量。
總結來說，配有設計成控制壓縮機電動機的激活裝置——例如逆變器或驅動器——的機器相比傳統機器能獲得更為明顯的優點。如果不光控制壓縮機電 動機的轉速，也能用第二激活裝置來調節控制混合器的電動機的轉速，其優勢 更為明顯，該第二激活裝置只用來專門控制混合器的轉速。
從包含壓縮機工作速度控制的機器和包含壓縮機和混合器工作速度控制的 機器獲得的優點當然包括壓縮機和混合器的平均壽命延長，因為這些部件在必 須處理教少量的產品時受到較小應力的作用。
由於能夠處理限定量的產品，所披露的機器還非常靈活並能適應任何生產 需要，而不會影響到成品的最優質量。實際上，這種部件速度的調節絕對不影 響產品質量。此外，由於能夠調製運作一個或多個電動機的所需頻率，所述機 器能夠大量節省能耗。不管是僅控制壓縮機速度還是同時調節混合器轉速，使 用電動機的激活裝置來控制各部件的工作速度可確保可觀的節能，提高成品的 質量並減少機械部件的磨損，其結果是在整臺機器的維護和平均壽命方面帶來 相應的節省。
此外，混合器轉速控制使施加給正被處理的產品的扭矩得到控制，用來確 定被攪動和冷凍/加熱的混合物的正確最終稠度。
最後，這一機器可在要從攪動和冷凍/加熱液罐撤去或提供給攪動和冷凍/ 加熱液罐的熱功率和所獲得的成品量之間實現最優比例。換句話說，通過調節 電動機轉速的控制單元，該機器能夠一直工作在最優條件下，不管所要處理的 混合物的量如何。根據攪動和冷凍/加熱液罐中存在的產品量調整壓縮機的操 作。如果控制混合器的轉速，這也同樣適用。
總結來說，所披露的機器提供用於製造冰淇淋或奶油的裝置，其中可獲得 最佳產品量且使生產成本非常正比於該產品量，由此消除傳統機器的典型能量 損耗，這首先發生在必須製造的產品量小於機器尺寸所設定的最大負載的情況 下。
上面記載的本發明適於工業應用並能以若干方式作出修改和調整而不會脫 離本創新性概念的範圍。此外，本發明的所有細節均可由技術等效的部件所代替。
權利要求
1. 一種用於處理液體和半液體食品混合物的機器，包括用於盛裝混合物的至少一個容器或液罐(3)；用於冷卻和/或加熱構成混合物的基礎產品的至少一個迴路(6)；在所述液罐(3)中轉動以混合所述液罐(3)中所含的基礎產品的混合器(4)；所述冷卻和/或加熱迴路(6)包括由電動機(18)驅動的壓縮機(7)；其特徵在於，所述機器包括控制單元(11)，該控制單元(11)至少根據所處理的混合物量來控制所述壓縮機(7)電動機(18)的轉速，用於調節所述壓縮機(7)的工作並改變由所述壓縮機(7)提供的熱功率。
2. 如權利要求l所述的機器，其特徵在於，所述控制單元(11)包括將可 變功率發送給所述電動機(18)以調節所述電動機(18)的工作的致動器裝置(12)。
3. 如權利要求2所述的機器，其特徵在於，所述致動器裝置(12)包括逆 變器或驅動器。
4. 如前面任何一項權利要求所述的機器，其特徵在於，所述電動機(18) 是異步電動機或無刷電動機。
5. 如前面任何一項權利要求所述的機器，其特徵在於，所述機器包括能夠 測量引入至所述液罐(3)中的基礎產品的量的定量裝置(15)。
6. 如前面任何一項權利要求所述的機器，其特徵在於，所述機器包括被設 計成檢測所處理混合物量的多個液面傳感器(14)和/或設計成檢測所處理混合 物的溫度的多個溫度傳感器(14)和/或設計成識別所述液罐(3)中的所處理 混合物的種類的模塊(20)。
7. 如權利要求2 — 6中任何一項所述的機器，其特徵在於，所述控制單元 (11)包括含微處理器的電子板(13)，所述微處理器被設計成檢測指示至少混合物量和/或混合物溫度和/或所述液罐(3)中的混合物種類的電信號，從而 允許選擇所述致動器裝置(12)提供給所述壓縮機(7)電動機(18)的正確 功率。
8. 如權利要求7所述的機器，其特徵在於，所述控制單元(11)包括用於 將來自所述電子板(13)的電信號調整成要被送至所述致動器裝置(12)的適當信號的信號適配器(16)。
9. 如權利要求8所述的機器，其特徵在於，在迴路層面，所述信號適配器 (16)設置在所述電子板(13)和所述致動器裝置(12)之間。
10. 如權利要求8所述的機器，其特徵在於，所述信號適配器(16)被集 成在所述電子板(13)上以從中提供模擬輸出。
11. 如權利要求8 — 10中任何一項所述的機器，其特徵在於，所述信號適 配器(16)從所述電子板(13)接收經調製的方波作為輸入並提供設計成控制 所述致動器裝置(12)的模擬輸出。
12. 如權利要求ll所述的機器，其特徵在於，所述模擬輸出是電壓或可變 頻率輸出。
13. 如前面任何一項權利要求所述的機器，其特徵在於，所述控制單元(ll) 根據至少所處理混合物的量來控制所述混合器(4)的電動機(18)的轉速， 以調節所述混合器(4)的工作速度。
14. 如權利要求13所述的機器，其特徵在於，所述控制裝置(11)包括將 可變功率發送給對所述混合器(4)產生作用的第二電動機(18)以調節所述電 動機(18)的工作的第二致動器裝置(19)。
15. 如前面任何一項權利要求所述的機器，其特徵在於，所述冷卻和/或加 熱迴路(6)包括冷凝器(8)。
16. 如權利要求15所述的機器，其特徵在於，所述機器包括用於控制所述 冷凝器(8)中所含的冷卻劑流體的流速的裝置(17)。
17. 如權利要求16所述的機器，其特徵在於，所述流速控制裝置(17)包 括流速調節閥，從而使冷凝壓保持恆定或使其低於預設的公稱值。
18. 如權利要求16所述的機器，其特徵在於，所述流速控制裝置(17)包 括能夠按順序切斷並對所述冷凝器(8)產生作用的多個小型葉輪。
19. 如前面任何一項權利要求所述的機器，其特徵在於，所述冷卻和/或加 熱迴路(6)包括蒸發器(10)。
20. 如權利要求19所述的機器，其特徵在於，所述冷卻和/或加熱迴路(6) 包括用於監視所述蒸發器(10)出口處的冷卻劑流體溫度的電子控制熱膨脹閥(9)。
21. —種用於處理液體和半液體食品混合物的方法，包括以下步驟將構 成混合物的基礎產品饋入容器或液罐(3);激活冷卻和/或加熱迴路(6)以改 變食品混合物的溫度；運作在所述液罐(3)中轉動的混合器(4)以混合所述 基礎產品，其特徵在於，所述方法包括以下步驟使用控制單元(11)以發送功率信號至對屬於所述冷卻和/或加熱迴路(6)的壓縮機(7)產生作用的電動 機(18)，用以至少根據所處理的混合物量來調節所述電動機(18)的轉速和 所述壓縮機(7)的工作。
22. 如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟借 助致動器裝置(12)調節對所述壓縮機(7)產生作用的所述電動機(18)的 轉速，所述致動器裝置(12)根據至少所述液罐(3)中的混合物量將功率信 號發送給所述電動機(18)。
23. 如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟使 用定量裝置(15)測量被引入至所述液罐的基礎產品的量。
24. 如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟識 別所述液罐(3)中的混合物量和/或混合物溫度和/或混合物種類。
25. 如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟將 指示所述液罐(3)中所處理的混合物的量和/或溫度和/或種類的信號發送給具 有微處理器的電子板(13)，用於在所述控制單元(11)輸出端產生功率信號， 藉此向對所述壓縮機(7)產生作用的所述電動機(18)提供所述信號。
26. 如權利要求25所述的方法，其特徵在於，所述具有微處理器的電子板 (13)將與混合物量和/或溫度值和/或種類對應的數位訊號發送至信號適配器 (16)。
27. 如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述信號適配器(16)將數 字信號轉換成模擬信號，以發送至所述電動機(18)的致動器裝置(12)。
28. 如前面任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以 下步驟使用作為流速控制裝置(17)的一部分的調節閥來調節所要處理的混 合物的流速，由此使冷凝壓保持恆定或使其低於預設公稱值。
29. 如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟使 用作為流速控制裝置(17)的一部分的、能夠按順序切斷並對冷凝器(8)產生作用的多個小型葉輪來調節所要處理的混合物的流速。
30. 如權利要求21—29中任何一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包 括以下步驟使用作為所述冷卻和/或加熱迴路(6)的一部分的電子控制的熱 膨脹閥(9)來監視蒸發器(10)出口處的冷卻劑流體溫度。
31. 如權利要求21—30任何一項所述的方法，其特徵在於，所述方法包括 以下附加步驟使用作為所述控制單元(11)的一部分的第二致動器裝置(19)， 以調節被設計成控制混合器(4)轉動的電動機。
全文摘要
一種用於處理液體和半液體食品混合物的機器，包括混合物攪動和冷凍/加熱液罐(3)；用於冷卻和/或加熱構成混合物的基礎產品的迴路(6)，該迴路包括由電動機(18)驅動的壓縮機(7)；以及在液罐(3)中轉動以混合基礎食品的混合器(4)。該機器還包括控制單元(11)，該控制單元根據至少所處理的混合物量來控制壓縮機(7)電動機(18)的轉速，用於調節壓縮機(7)的工作速度並改變由壓縮機(7)提供的熱功率。
文檔編號A23G9/04GK101497009SQ20091000989
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月24日 優先權日2008年1月25日
發明者G·庫奇, G·扎尼波尼, R·拉扎裡尼 申請人:卡皮賈尼集團-艾力股份公司