JP2007538223A - 高温ガス熱処理システム - Google Patents
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Abstract
冷凍システムが、少なくとも2つのホッパおよび少なくとも2つの冷凍シリンダ内のフローズンデザートミックスの冷却と加熱の両方を行う。ホッパおよび冷凍シリンダの各インレットにおける液体ラインソレノイドバルブが凝縮器からの冷媒の流れを制御する。ホッパおよび冷凍シリンダの各インレットにおける高温ガスソレノイドバルブが圧縮機からの高温冷媒の流れを制御する。さらにシステムは、ホッパのみが冷却される際に開かれて付加的な圧縮機負荷を提供する高温ガスバイパス弁を含む。ホッパ排出口に近接するEPR弁はホッパ内のミックスと熱交換を行う冷媒の温度を変化させる。CPR弁は圧縮機吸入口へと流入する高温冷媒量を減少させることにより圧縮機のインレット圧力を制御する。TREV弁は冷却サイクル時の過剰な圧縮機吐出を制御するために圧縮機吸入口に液体冷媒を注入する。
Description
本発明は、概ね、販売する際にフローズンデザートミックスを冷却し、そして熱処理中にフローズンデザートミックスを加熱するフローズンデザートシステムに使用される高温ガス熱処理システムに関する。さらに具体的には、本発明は2つ以上のホッパと、2つ以上の冷凍シリンダと、を含むフローズンデザートシステムに関する。
本出願は、2002年10月23日に出願された出願番号10/278,418、現在は2004年5月18日に発行された米国特許第6,735,967号である特許出願の一部継続出願である。
フローズンデザートシステム内でミックスを冷却するために冷凍システムが用いられる。フローズンデザートシステムは通常、ミックスを貯蔵するホッパと、販売する前にミックスを冷却してこのミックス中に空気を加えるための冷凍シリンダと、を含む。冷凍シリンダは冷凍システムによって冷却される。冷媒は圧縮機内で高圧、高エンタルピに圧縮される。冷媒は凝縮器を通流し、液状媒体に熱を放出して冷却される。その後高圧、低エンタルピの冷媒は膨張して低圧となる。冷媒は冷凍シリンダを取り巻く管系を通流し、冷凍シリンダ内でミックスを冷却する。低圧、高エンタルピの冷媒は圧縮機へと戻り、サイクルが完了する。
ホッパは、このホッパと冷凍シリンダとの両方を取り巻くチューブを有する別個のグリコールシステムによって冷却される。まずグリコールが冷凍シリンダの周りを流れて冷却される。その後冷却されたグリコールはホッパの周りを流れ、ホッパ内のミックスを冷却する。食品安全基準を満たすためには、ホッパ内のミックスは概ね41°F未満に保たれなければならない。
あらゆるバクテリアを殺菌するためミックスは毎晩熱処理される。ミックスは約90分間、少なくとも150°Fの温度に加熱される。ミックスは150°F以上の温度に30分間保たれ、その後120分以内に41°Fまで冷却される。ミックスは、グリコールを電気抵抗ヒータもしくはガスバーナで加熱することにより加熱される。加熱されたグリコールがホッパおよび冷凍シリンダの周りを流れてミックスを加熱する。
このシステムの欠点は、冷凍シリンダとホッパの両方がグリコールシステムによって連結されていることである。冷却時に、冷却されたグリコールがホッパの周りを流れると、グリコールが加熱されてしまう。その後この加熱されたグリコールが冷凍シリンダの周りを流れ、これにより冷凍シリンダ内のミックスを溶かしてしまう可能性がある。
熱処理中、グリコールがまず冷凍シリンダ内のミックスを加熱する。グリコールは冷却されているため、ホッパ内のミックスを加熱する効果は少ない。ホッパ内のミックスを加熱するためにより長い時間を要し、結果として熱処理サイクルの時間が3時間以上にまで延びてしまう可能性がある。熱処理サイクルはミックスの風味を変えてしまうおそれがあり、熱処理サイクルが長くなるとフローズンデザートの風味に悪影響を及ぼすおそれがある。
従来技術の高温ガス熱処理システムでは、ホッパ内のミックスと冷凍シリンダ内のミックスとを別々に冷却することができない。ホッパもしくは冷凍シリンダのうちいずれか一方の冷却が必要になると、他方もまた同様に冷却されてしまう。従来技術のシステムにおけるホッパと冷凍シリンダとの吸入ラインが連結されているため、ホッパと冷凍シリンダの周りを流れる冷媒の圧力、ひいては温度を変えることは困難である。ホッパ内のミックスを冷却する冷媒は、冷凍シリンダ内のミックスを冷凍する冷媒と異なる温度および圧力をもつことが望ましい。従来技術の高温ガス熱処理システムのもう一つの欠点は、システムの容量が小さいため、圧縮機の信頼性を達成するために圧縮機が普通より小さいことである。
本発明の高温ガス熱処理システムは、フローズン製品となるミックスを貯蔵する第1のホッパと第2のホッパを含む。第1のホッパおよび第2のホッパからのミックスがそれぞれ第1の冷凍シリンダおよび第2の冷凍シリンダへと流入し、ここでフローズンデザートになるように冷却されて空気と混合される。第1のホッパおよび第1の冷凍シリンダ内のミックスは第1の風味をもち、第2のホッパおよび第2の冷凍シリンダ内のミックスは第2の風味をもつことが可能である。
冷媒は、圧縮機で圧縮され、その後凝縮器で冷却される。その後、液体冷媒が4つの経路に分かれ、それぞれの経路が各々のホッパおよび冷凍シリンダに流れる。冷凍シリンダに流れる冷媒はAXV膨張弁によって低圧に膨張され、冷凍シリンダ内のミックスを冷却する。ホッパに流れる冷媒はTXV膨張弁によって低圧に膨張され、ホッパ内のミックスを冷却する。冷凍シリンダおよびホッパ内のミックスを冷却した後、冷媒は低圧、高エンタルピとなる。冷媒経路は合流し、冷媒は圧縮されるために圧縮機へと戻る。
液体ラインソレノイドバルブが、ホッパおよび冷凍シリンダのインレット直前の各々の膨張弁の手前に配置されて凝縮器からの低温高圧液体冷媒の流れを制御する。また高温ガスソレノイドバルブがホッパおよび冷凍シリンダの各インレットに配置されて圧縮機からの高温気体冷媒の流れを制御する。システムが冷却モードで運転しているとき、液体ラインソレノイドバルブが開かれ、高温ガスソレノイドバルブが閉じられて、ミックスを冷却するように凝縮器からホッパおよび冷凍シリンダへと低温液体冷媒を通流させる。システムが夜間熱処理用の加熱モードで運転しているとき、高温ガスソレノイドバルブが開かれ、液体ラインソレノイドバルブが閉じられて、ミックスを加熱するように圧縮機からホッパおよび冷凍シリンダへと高温冷媒を通流させる。
さらにシステムは、圧縮機の負荷を増加させるように圧縮機吐出口からの冷媒ガスを圧縮機吸入口へと通流させる高温ガスバイパス弁を含む。EPR弁がホッパ排出口の各々に近接するように配置され、ホッパを通流する冷媒の蒸発器圧力、ひいては温度を維持する。システムは、圧縮機吸入口へと流入する冷媒量を減少させることにより圧縮機のインレット圧力を制限するCPR弁を含む。またシステムは、圧縮機吸入側と吐出側との両方を冷却するように凝縮器からの高圧液体冷媒を圧縮機吸入口へと流入させるTREV弁を含む。
図1は本発明の高温ガス熱処理システムを概略的に示す。システム120は、例えば販売用ソフトクリームやミルクシェイクなどのフローズンデザート製品をつくるためのミックスを貯蔵する第1のホッパ122aと、第2のホッパ122bと、を含む。第1のホッパ122a内のミックスと第2のホッパ122b内のミックスは異なる風味をもつことができる。つまり、第1のホッパ122aおよび第1の冷凍シリンダ124a内のミックスがある風味をもち、第2のホッパ122bおよび第2の冷凍シリンダ124b内のミックスが別の風味をもつことが可能である。
一例では、ホッパ122a,122bは、それぞれ20クォートのホッパである。第1のホッパ122a内のミックスは第1の冷凍シリンダ124aへと流入し、第2のホッパ122b内のミックスは第2の冷凍シリンダ124bへと流入する。冷凍シリンダ124a,124b内では、ミックスが冷凍され空気と混合されてフローズンデザート製品がつくられる。
重力式送り系では、冷凍シリンダ124a,124bに空気を計量しながら供給するように標準空気混合供給管が用いられる。ポンプ系では、空気はポンプによって冷凍シリンダ124a,124bへと計量供給される。望ましくは、冷凍シリンダ124a,124bはそれぞれステンレススチールでつくられる。その後フローズン製品が供給用に冷凍シリンダ124a,124bから出される。また冷凍シリンダ124a,124b内のフローズン製品を一緒にツイストして、2つの風味をもつフローズンデザートをつくることもできる。
ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bは冷凍システムによって冷却される。冷媒は閉回路システムを通流する。一例では、冷媒はR404Aである。高温気体冷媒が圧縮機126内で圧縮されて高圧、高エンタルピとなる。圧縮機126は単速式、2速式、もしくはその他の変速式の圧縮機でもよい。また圧縮機126はさまざまな排気量もしくは容量をとることができる。その後冷媒が凝縮器128を通流して液状媒体に熱を放出する。冷媒は、モータ132により駆動されるファン130によって冷却される。一例では、凝縮器128は、3段、5/16インチ径管の、***状の槍形フィンの凝縮器である。凝縮器128は水冷式凝縮器もしくは空冷式凝縮器のいずれでもよい。しかしながら、その他の種類の凝縮器128が使用されうることを理解されたい。加熱モード時は冷却負荷が高くなるため、凝縮器128の容量は非熱処理式の構成の同様の容量に対して増加されなければならない。圧縮機126の容量と凝縮器128の容量とは互いに釣り合いがとれ、相関している。
凝縮器128によって冷却された冷媒は4つの経路134a,134b,136a,136bに分かれる。経路134aは第1の冷凍シリンダ124aへと続き、経路134bは第2の冷凍シリンダ124bへと続き、経路136aは第1のホッパ122aへと続き、経路136bは第2のホッパ122bへと続く。
経路134aに沿って流れる冷媒は膨張弁138aを通過して、低圧に膨張される。望ましくは、膨張弁138aはAXV膨張弁である。AXV膨張弁は自動膨張弁であり、常に圧力を調節して第1の冷凍シリンダ124aの周りを流れる冷媒の蒸発圧力を20〜22psigに制御するが、これは約−15°Fに相当する。第1の冷凍シリンダ124a内のミックスは設定された蒸発器温度に対して敏感であるため、これにより製品の品質を一定に保つことを可能にしている。通常、第1の冷凍シリンダ124a内のミックスは、第1のホッパ122a内のミックスよりも冷却時間がかからない。AXV膨張弁について述べてきたが、その他の種類の膨張弁も使用可能であることを理解されたい。
膨張後、冷媒が第1の冷凍シリンダ124aを取り巻く管系を通流して、第1の冷凍シリンダ124a内のミックスから熱を受け取ってこれを冷却する。冷媒は第1の冷凍シリンダ124aを取り巻く管系から経路144aを通して流れ出る。管系について述べてきたが、冷媒は第1の冷凍シリンダ124aに近接したチャンバを通流することも可能であることを理解されたい。
経路136aに沿って流れる冷媒は膨張弁140aを通過して、低圧に膨張される。望ましくは、膨張弁140aはTXV膨張弁である。TXV膨張弁、すなわち熱膨張弁はより高い熱除去許容度をもつ。第1のホッパ122aを冷却するのに必要な冷凍能力はさまざまであり、第1のホッパ122a内のミックスレベルに比例する。TXV膨張弁140aは第1のホッパ122aへの冷媒質量流量を制御し、圧縮機126の信頼性を保証するように過熱の設定値を維持する。TXV膨張弁140aは、10°Fの過熱状態を維持するように設定される。
TXV膨張弁140aは、測温管192aによって制御される。測温管192aは第1のホッパ122aを出る冷媒の温度を感知する。測温管192aによる検出値に基づき、TXV膨張弁140aが第1のホッパ122aに流入する冷媒量を制御することにより、第1のホッパ122aに流入する冷媒の圧力、したがって温度を制御する。この例では、TXV膨張弁140aは圧力制限TXV膨張弁であり、第1のホッパ122aから出る過熱を調節するようにこの第1のホッパ122aの吸込圧力を調節する。
膨張後、冷媒が第1のホッパ122aを取り巻く管系を通流して、第1のホッパ122a内のミックスから熱を受け取ってこれを冷却する。一例では、第1のホッパ122aを取り巻く管系は、第1のホッパ122aの底部や外壁に巻き付けられハンダ付けされた銅管冷凍ラインであり、約5/16インチの直径をもつ。しかしながら、管系はその他の直径をもつことが可能であり、あるいはその他の材料でつくられることが可能であることを理解されたい。望ましくは、第1のホッパ122aの底部にハンダ付けされた冷凍ラインの表面積はできるだけ大きめにとられる。望ましくは、第1のホッパ122aのミックスを冷却する冷媒の温度は22°F〜24°Fの間であり、第1のホッパ122a内のミックスを基準値の41°Fを下回る37°F〜39°Fに保つ。冷媒は第1のホッパ122aから経路142aを通して流れ出る。
経路134bに沿って流れる冷媒は膨張弁138bを通過して、低圧に膨張される。望ましくは、膨張弁138bはAXV膨張弁である。AXV膨張弁は自動膨張弁であり、常に圧力を調節して第2の冷凍シリンダ124bの周りを流れる冷媒の蒸発圧力を20〜22psigに制御するが、これは約−15°Fに相当する。第2の冷凍シリンダ124b内のミックスは設定された蒸発器温度に対して敏感であるため、これにより製品の品質を一定に保つことを可能にしている。通常、第2の冷凍シリンダ124b内のミックスは、ホッパ122b内のミックスよりも冷却時間がかからない。AXV膨張弁について述べてきたが、その他の種類の膨張弁も使用可能であることを理解されたい。
膨張後、冷媒が第2の冷凍シリンダ124bを取り巻く管系を通流して、第2の冷凍シリンダ124b内のミックスから熱を受け取ってこれを冷却する。冷媒は第2の冷凍シリンダ124bを取り巻く管系から経路144bを通して流れ出る。管系について述べてきたが、冷媒は第2の冷凍シリンダ124bに近接したチャンバを通流することも可能であることを理解されたい。
経路136bに沿って流れる冷媒は膨張弁140bを通過して、低圧に膨張される。望ましくは、膨張弁140bはTXV膨張弁である。TXV膨張弁、すなわち熱膨張弁はより高い熱除去許容度をもつ。第2のホッパ122bを冷却するのに必要な冷凍能力はさまざまであり、第2のホッパ122bのミックスレベルに比例する。TXV膨張弁140bは第2のホッパ122bへの冷媒質量流量を制御し、圧縮機126の信頼性を保証するように過熱の設定値を維持する。TXV膨張弁140bは、10°Fの過熱状態を維持するように設定される。
TXV膨張弁140bは測温管192bによって制御される。測温管192bは第2のホッパ122bを出る冷媒の温度を感知する。測温管192bによる検出値に基づき、TXV膨張弁140bが第2のホッパ122bに入る冷媒量を制御することにより、この第2のホッパ122bに入る冷媒の圧力、すなわち温度を制御する。この例では、TXV膨張弁140bは圧力制御TXV膨張弁であり、第2のホッパ122bから出る過熱を調節するように第2のホッパ122bの吸込圧力を調節する。
膨張後、冷媒は第2のホッパ122bを取り巻く管系を通流して、第2のホッパ122b内のミックスから熱を受け取ってこれを冷却する。一例では、第2のホッパ122bを取り巻く管系は、この第2のホッパ122bの底部や外壁に巻き付けられハンダ付けされた銅管冷凍ラインであり、約5/16インチの直径をもつ。しかしながら、管系はその他の直径を持つことが可能であり、あるいはその他の材料でつくられることが可能であることを理解されたい。望ましくは、第2のホッパ122bの底部にハンダ付けされた冷凍ラインの表面積はできるだけ大きめにとられる。望ましくは、第2のホッパ122bのミックスを冷却する冷媒の温度は22°F〜24°Fの間であり、第2のホッパ122b内のミックスを基準値の41°Fを下回る37°F〜39°Fに保つ。冷媒は第2のホッパ122bから経路142bを通して流れ出る。
冷凍シリンダ124a,124bおよびホッパ122a,122b内のミックスを冷却した後、冷媒は低圧、高エンタルピとなる。冷媒経路142a,142b,144a,144bは合流し、冷媒は圧縮されるために圧縮機126へと戻り、サイクルが完了する。
システム120は、余分な冷媒を貯蔵するとともにこのシステム120内の冷媒の変動量を制御するレシーバ180をさらに含む。ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bから出る気体冷媒と、膨張弁138a,138b,140a,140bへと流れる液体冷媒との間の熱交換を行うように熱交換器/サブクーラ182が用いられて、能力をさらに向上させる。熱交換器/サブクーラ182はコンプレッサ126へと流入する吸入ガスを温めて、液体冷媒ではなく、気体冷媒のみが圧縮機126に流入することを確実にして圧縮機126の寿命を延ばす。冷媒中の堆積物を除去し、冷凍システム120内に漏れた場合の水を除去するために、フィルタ/ドライヤ184が用いられる。
システム120は、ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを熱処理するために加熱モードで運転する。さらにシステム120が、高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bを含むとともに、それぞれ圧縮機吐出口158から冷凍シリンダ124a,124bおよびホッパ122a,122bへの冷媒の流れを制御する。ミックスが加熱されるときには、高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bが開かれ、圧縮機126の圧縮機吐出口158からの高温気体冷媒を、凝縮器128を迂回させてホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bの周りを通流させる。液体ラインソレノイドバルブ146a,146b,148a,148bは閉じられて凝縮器128からの冷却された冷媒がホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bの周りへと流れるのを防ぐ。
ミックスを熱処理してバクテリアを殺菌するため、ミックスは毎晩少なくとも30分間、最低150°Fの温度で加熱される。ホッパ122a,122bの底部と外壁との両方に冷凍ラインがハンダ付けされて、ハンダ付けされた表面積が増え、ホッパ122a,122bの壁面上のミックスの焦げ付きを少なくする。ミックスの高さが下がるに従いミックスの膜がホッパ122a,122bの壁に付着すると、ミックスが焦げ付く。ホッパ122a,122bと冷凍シリンダ124a,124bとが別々に加熱されるため、ミックスの加熱と冷却との両方をより迅速に行うことが可能であり、熱処理サイクルの時間が短縮される。
加熱モード時は、高温ガスソレノイドバルブ150a,150bを開いて冷凍シリンダ124a,124bを加熱する前に、まず高温ガスソレノイドバルブ152a,152bを開いてホッパ122a,122bのみを数分間加熱して圧縮機126からの逆流を防ぐことが望ましい。高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bは別々に制御されており、非同期的に電源を切ることができる。温度センサ172a,172b,174a,174bが、それぞれ冷凍シリンダ124a,124bおよびホッパ122a,122bからの温度フィードバックを行っており、ミックスが所望の温度に達したことを示す。ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124b内のミックスの温度は、システム120を制御する制御装置186へと提供される。
液体ラインソレノイドバルブ146a,146b,148a,148bおよび高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bは制御装置186によって別々に制御される。したがって、ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bを別々に冷却もしくは加熱することができる。
冷却モード時にホッパ122a,122bのみを冷却しようとする場合、圧縮機126には十分な負荷が与えられず、圧縮機126の吸込圧力は減少し、圧縮機126の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。ホッパ122a,122bのみが冷却されているとき、液体ラインソレノイドバルブ146a,146bは閉じられ、液体ラインソレノイドバルブ148a,148bは開かれる。高温ガスバイパス弁154が開かれて圧縮機吐出口158からの高温冷媒が圧縮機吸入口160へと送られ、圧縮機126に追加の負荷がかけられる。高温ガスバイパス弁154は自己調節式である。冷媒ガスは冷却効果を果たす役割から分けられているが、圧縮機126の吸込圧力が10psigを上回るように維持するために圧縮機126に負荷を加える。
これ以外のときには高温ガスバイパス弁154は閉じられている。しかしながら、高温ガスバイパス弁154が完全に閉じられておらず、システム120内に望ましくない冷媒漏れが生じるおそれがある。高温ガスバイパスソレノイドバルブ156が高温ガスバイパス弁154と直列に使用されて圧縮機吐出口158からの望ましくない冷媒漏れがシステム120へと流れ込むのを防ぐことが可能である。
高温ガスバイパスソレノイドバルブ156は、液体ラインソレノイドバルブ148a,148bが開いているときのみに開くように液体ラインソレノイドバルブ148a,148bと並行して作動する。あるいは、高温ガスバイパスソレノイドバルブ156は制御装置186によって作動される。ホッパ122a,122bの液体ラインソレノイドバルブ148a,148bが開かれ、冷凍シリンダ124a,124bの液体ラインソレノイドバルブ146a,146bが閉じられている(ホッパ122a,122bのみが冷却されていることを示す)ことを制御装置186が検出すると、高温ガスバイパス弁154とともに高温ガスバイパスソレノイドバルブ156も開かれて圧縮機126に付加的な負荷を加える。
さらにシステム120は蒸発器圧力調節弁、すなわちEPR弁162a,162bを含み、それぞれホッパ122a,122bの吐出口に近接するように配置される。EPR弁162a,162bは自己調節式である。ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124b内のミックスと熱交換を行う冷媒は同じ圧縮機126から輸送される。しかしながら、ホッパ122a,122b内のミックスを37°F〜39°Fに冷却するためにはホッパ122a,122bの周りを流れる冷媒は22°F〜24°Fである必要があり、冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを20°Fに冷却するためには冷凍シリンダ124a,124bの周りを流れる冷媒は約−15°Fである必要がある。EPR弁162a,162bはホッパ122a,122b内のミックスと熱交換を行う冷媒の圧力を60psigに保ち、これによりホッパ122a,122bの周りを流れる冷媒の温度を所望の温度に保つ。
クランクケース圧力調節弁、すなわちCPR弁164は、圧縮機126へと流入する冷媒のインレット圧力を制御し、圧縮機の吸込圧力を40psig未満に維持するために用いられる。またCPR弁164は自己調節式である。圧縮機の吸込圧力が40psig以上に上昇すると、圧縮機126は停止する可能性がある。圧縮機吸入口160へと流入する高温冷媒の量を低下させるため、CPR弁164が絞られる。すなわち、制限される。圧縮機吸入口160へと流入する冷媒の圧力は減少し、これにより圧縮機吐出口158を通流する冷媒の圧力も減少する。一方、高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152b内のオリフィスが冷媒の流れを適切に制限するように寸法決めされている場合はCPR弁164をなくしてもよい。
システム120は、液体バイパス弁すなわち温度反応式膨張弁、つまりTREV弁166をさらに含み、冷却モード時の高くなり過ぎた圧縮機吐出温度を制御するために圧縮機吸入口160に流入する液体冷媒を調節する。TREV弁166は自己調節式である。圧縮機吐出口158に近接するように配置されたTREV管168は、この圧縮機吐出口158で冷媒温度を感知する。もう一つの選択肢として、TREV管168は圧縮機126の吸入温度を監視するように圧縮機吸入口160の近くに配置される。一実施例では、TREV弁166とTREV管168は、導管で連結される。冷媒の吐出温度が230°Fに達することをTREV管168が検出すると、TREV弁166が開いて凝縮器128からの低温高圧液体冷媒を圧縮機吸入口160へと流入させて、圧縮機吸入160と、これにより圧縮機吐出158とを冷却する。したがって、圧縮機吐出158の温度を250°Fを下回るように維持することができる。
さらにシステム120は圧縮機吐出口158に圧力スイッチ194を含む。圧縮機126から流出する冷媒の圧力が440psigを上回ると、圧縮機126は停止する。
吸入ソレノイドバルブ170a,170bは、それぞれ第1の冷凍シリンダ124aの吐出口188aと第2の冷凍シリンダ124bの吐出口188bの各々に近接するように配置される。ホッパ122a,122bのみが冷却されるとき、吸入ソレノイドバルブ170a,170bが閉じられて冷媒が冷凍シリンダ124a,124bの外へ移動するのを防ぐ。
加熱モード時は、まず高温ガスソレノイドバルブ152a,152bが開かれて、最初にホッパ122a,122b内のミックスを加熱する。その後、高温ガスソレノイドバルブ150a,150bが開かれて、冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを加熱する。高温ガスソレノイドバルブ150a,150bは所定時間後、例えば10分後に開かれる。高温ガスソレノイドバルブ152a,152bが開かれると同時に吸入ソレノイドバルブ170a,170bが開かれて冷凍シリンダ124a,124b内の冷媒を蒸発させ、冷媒が圧縮機126に流入して機能が低下するのを防ぐ。一方、高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bおよび吸入ソレノイドバルブ170a,170bは同時に開かれる。
温度センサ172a,172b,174a,174bは、それぞれ冷凍シリンダ124a,124bおよびホッパ122a,122b内のミックスの温度を検出する。システム120が作動していないときに温度センサ174a,174bがホッパ122a,122b内のミックスの温度が39°Fを上回ることを検出すると、システム120が作動してホッパ122a,122b内のミックスを37°Fに冷却するように冷却モードを開始する。さらに冷凍シリンダ124a,124bは、それぞれビータ176a,176bを含む。冷凍シリンダ124a,124bのドアの最も近い所にあるミックスの温度が最も高いため、ビータ176a,176bを作動させて冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを攪拌し、製品温度を均一にする。また攪拌機178a,178bがそれぞれのホッパ122a,122b内のミックスを攪拌する。攪拌機178a,178bは、ホッパ122a,122bの底部に取付けられた自動ステップモータアセンブリであり、ミックス内に支持された攪拌ブレードを回転させる。
冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを冷却するようにシステム120を作動させる場合、圧縮機126が停止される前にホッパ122a,122b内のミックスの温度が温度センサ174a,174bによって監視される。ホッパ122a,122b内のミックスの温度が37°Fを上回ることを検出すると、ミックスを冷却するように低温冷媒がホッパ122a,122bへと送られる。ホッパ122a,122b内のミックスの温度は39°Fの閾値(冷却を開始する温度)には達していないが、システム120が既に冷却モードで作動している間にホッパ122a,122bを冷却したほうがより効率がよいため、ホッパ122a,122b内のミックスはこの時点で冷却される。
液体ラインソレノイドバルブ146a,146b,148a,148bと、高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bと、吸入ソレノイドバルブ170a,170bと、高温ガスバイパスソレノイドバルブ156と、はすべて制御装置186によって制御されており、これはシステム120のメインコントロール部186である。高温ガスバイパス弁154、EPR弁162a,162b、CPR弁164、TREV弁166、および膨張弁138a,138b,140a,140bは自己調節式である。ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bのうち一方のミックスの冷却が必要であることを制御装置186が検出すると、制御装置186がシステム120を作動させて液体ラインソレノイドバルブ146a,146b,148a,148bを開ける。ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124bのうち一方のミックスの加熱が必要であることを制御装置186が検出すると、制御装置186がシステム120を作動させて高温ガスソレノイドバルブ150a,150b,152a,152bおよび吸入ソレノイドバルブ170a,170bを開ける。システム120の要求に応じて、ホッパ122a,122bと冷凍シリンダ124a,124bとを別々に冷却もしくは加熱することができる。
システム120が自動モードで作動する場合、ホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124b内のミックスの温度を所望の範囲内に保つように制御装置186によって指示されたとき、必要に応じて冷却モードが作動する。フローズン製品が冷凍シリンダ124a,124bから取り出されるとき、スイッチが作動し、冷媒がすぐに冷凍シリンダ124a,124bへと送られる。フローズン製品が冷凍シリンダ124a,124bから取り出されないときは、システム120はスタンバイ・モードに入る。システム120は、手動によるか、あるいはプログラムもしくは手動の熱サイクル後のいずれかによりスタンバイ・モードに入る。スタンバイ・モードの作動時に、冷凍シリンダ124a,124b内の製品が溶かされる。冷凍シリンダ124a,124b内のミックスはホッパ122a,122b内のミックスの温度にまで温められて、製品の品質を損なうおそれのある攪乳量が低減される。
本発明のシステム120の第2の実施例を図2に示す。TXV膨張弁140および液体ラインソレノイドバルブ148が、ホッパ122a,122bの双方への液体冷媒の流れを制御する。高温ガスソレノイドバルブ152は、圧縮機吐出口158からホッパ122a,122bへの高温気体冷媒の流れを制御する。蒸発器圧力調節弁、すなわちEPR弁162がホッパ122a,122bの吐出口に近接するように配置される。冷媒はホッパ122a,122bからそれぞれ経路142a,142bを通して流れ出る。経路142a,142bは経路142へと合流し、EPR弁162が経路142に配置される。
図1のTXV膨張弁140a,140bは単一のTXV膨張弁140に一体化され、図1の液体ラインソレノイドバルブ148a,148bは単一の液体ラインソレノイド弁148に一体化され、図1の高温ガスソレノイド弁152a,152bは単一の高温ガスソレノイド弁152に一体化され、そして図1のEPR弁162a,162bは単一のEPR弁162に一体化される。
TXV膨張弁140は測温管192によって制御される。測温管192はホッパ122a,122bから出る冷媒の温度を検出する。TXV膨張弁140は、測温管192によって検出された値に基づいてホッパ122a,122bに流入する冷媒量を制御することによりホッパ122a,122bに流入する冷媒の温度を制御する。
冷却モード時は、膨張弁140と液体ラインソレノイドバルブ148が開かれ、高温ガスソレノイドバルブ152が閉じられる。圧縮機126からの冷媒が凝縮器128で冷却されて経路136に沿って流れる。経路136は、第1のホッパ122aへと流れる経路136aと、第2のホッパ122bへと流れる経路136bとに分かれてホッパ122aおよびホッパ122b内のミックスを冷却する。
加熱モード時は、膨張弁140と液体ラインソレノイドバルブ148が閉じられ、高温ガスソレノイドバルブ152が開かれる。圧縮機126の圧縮機吐出口158からの冷媒は、第1のホッパ122aへと流れる経路136aと、第2のホッパ122bへと流れる経路136bとに沿って流れ、ホッパ122a,122b内のミックスを加熱する。
本発明のシステム120の第3の実施例を図3に示す。システム120は、図1および図2のAXV弁/ソレノイドバルブや、TXV弁/ソレノイドバルブの代わりにパルス幅変調弁(PWM弁)すなわちステッパ弁を含むとともに、ソレノイドバルブの必要性をなくす。PWM弁137aは第1の冷凍シリンダ124aに流入する冷媒の流れを制御し、PWM弁137bは第2の冷凍シリンダに流入する冷媒の流れを制御し、PWM弁139はホッパ122aおよびホッパ122bの両方に入る冷媒の流れを制御する。PWM弁141aは圧縮機126から第1の冷凍シリンダ124aに流入する高温ガス冷媒の流れを制御し、PWM弁141bは圧縮機126から第2の冷凍シリンダ124bに流入する高温ガス冷媒の流れを制御し、PWM弁143は圧縮機126からホッパ122a,122bの双方に流入する高温ガス冷媒の流れを制御する。
さらにシステム120は、冷凍シリンダ124a,124bのインレットにそれぞれ圧力もしくは温度変換装置145a,145bと、冷凍シリンダ124a,124bのアウトレットにそれぞれ圧力もしくは温度変換装置147a,147bと、ホッパ122a,122bのインレットへと続くラインに圧力もしくは温度変換装置149と、ホッパ122a,122bのアウトレットから続くラインに圧力もしくは温度変換装置151と、を備える。PWM弁137a,137b,139,141a,141b,143を通流する冷媒は、変換装置145a,145b,147a,147b,149,151によって検出された値に基づく。つまり、冷媒の流れは圧力もしくは過熱の関数として調節される。
蒸発器圧力調節弁、すなわちEPR弁162がホッパ122a,122bの吐出口に近接するように配置される。冷媒はホッパ122a,122bからそれぞれ経路142a,142bを通して流れ出る。経路142a,142bは経路142へと合流し、EPR弁162は経路142に配置される。
冷却モード時は、PWM弁137a,137b,139が調節されてPWM弁141a,141b,142が閉じられる。圧縮機126からの冷媒が凝縮器128によって冷却されてホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを冷却する。
加熱モード時は、PWM弁137a,137b,139が閉じられてPWM弁141a,141b,142が調節される。圧縮機126からの冷媒がホッパ122a,122bおよび冷凍シリンダ124a,124b内のミックスを加熱する。
一つのミックス用の第1のホッパ122aおよび第1の冷凍シリンダ124aと、もう一つのミックス用の第2のホッパ124aおよび第2の冷凍シリンダ124bについて図示し説明してきたが、システム120は任意の複数のホッパおよび冷凍シリンダを備えることが可能であることを理解されたい。各々のホッパと冷凍シリンダとのペアをフローズンデザートの異なる風味用に用いることができる。
上記の記述は本発明の原理の例示にすぎない。上記の教示を踏まえて本発明の様々な修正や変形例が考えられる。本発明の最良の形態が開示されているが、ある特定の修正案が本発明の範囲に含まれることは当業者にとって理解できるであろう。したがって、本発明が具体的に記述されたものとは異なる方法で実施されうるとともに、付記の実施例の範囲に含まれることを理解されたい。このため本発明の真の範囲および意義を画定するために付記の特許請求の範囲を検討すべきである。
Claims (18)
- 冷媒を高圧に圧縮するとともに、圧縮機吸入口と圧縮機吐出口とを含んでなる圧縮装置と、
前記冷媒を冷却する放熱熱交換器と、
前記冷媒の第1の部分を第1のシリンダ低圧に膨張させる第1のシリンダ膨張装置と、
前記第1のシリンダ膨張装置からの前記冷媒の前記第1の部分が第1のミックスと熱交換を行う第1のシリンダ熱交換器と、
前記冷媒の第2の部分を第2のシリンダ低圧に膨張させる第2のシリンダ膨張装置と、
前記第2のシリンダ膨張装置からの前記冷媒の前記第2の部分が第2のミックスと熱交換を行う第2のシリンダ熱交換器と、
前記冷媒の第3の部分をホッパ低圧に膨張させるホッパ膨張装置と、
前記ホッパ膨張装置からの前記冷媒の前記第3の部分の一部が前記第1のミックスと熱交換を行う第1のホッパ熱交換器と、
前記ホッパ膨張装置からの前記冷媒の前記第3の部分の残りの部分が前記第2のミックスと熱交換を行う第2のホッパ熱交換器と、
を備えてなる冷凍システム。 - 前記ホッパ膨張装置が、第1のホッパ膨張装置と、第2のホッパ膨張装置と、を備えるとともに、前記第1のホッパ膨張装置が、前記第1のホッパ熱交換器に流入する前記冷媒の前記第3の部分の前記一部を膨張させ、前記第2のホッパ膨張装置が、前記第1のホッパ熱交換器に流入する前記冷媒の前記第3の部分の前記残りの部分を膨張させることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記第1のホッパ膨張装置と前記放熱熱交換器との間に配置された第1のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第1のシリンダ膨張装置と前記放熱熱交換器との間に配置された第1のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のホッパ膨張装置と前記放熱熱交換器との間に配置された第2のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ膨張装置と前記放熱熱交換器との間に配置された第2のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の冷凍システム。
- 前記圧縮機吐出口と前記第1のホッパ熱交換器との間に配置された第1のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記圧縮機吐出口と前記第1のシリンダ熱交換器との間に配置された第1のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、前記圧縮機吐出口と前記第2のホッパ熱交換器との間に配置された第2のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記圧縮機吐出口と前記第2のシリンダ熱交換器との間に配置された第2のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の冷凍システム。
- 前記第1のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第1のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、が開かれ、前記第1のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第1のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、が閉じられて、前記放熱熱交換機からの冷媒によって、前記第1のホッパ熱交換器および前記第1のシリンダ熱交換器の前記第1のミックスを冷却し、かつ前記第2のホッパ熱交換器および前記第2のシリンダ熱交換器の前記第2のミックスを冷却することを特徴とする請求項4に記載の冷凍システム。
- 前記第1のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第1のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、が閉じられ、前記第1のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第1のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、が開かれて、前記圧縮機の前記圧縮吐出口からの冷媒によって、前記第1のホッパ熱交換器および前記第1のシリンダ熱交換器の前記第1のミックスを加熱し、かつ前記第2のホッパ熱交換器および前記第2のシリンダ熱交換器の前記第2のミックスを加熱することを特徴とする請求項4に記載の冷凍システム。
- 前記圧縮機吐出口と前記圧縮機吸入口との間に配置された高温ガスバイパス弁をさらに備えるとともに、前記第1のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のホッパ液体ラインソレノイドバルブと、が開かれ、前記第1のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ液体ラインソレノイドバルブと、前記第1のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第1のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと、が閉じられたときに、前記高温ガスバイパス弁が開かれて前記圧縮機吐出から前記圧縮機吸入口への冷媒の流れを増加させることを特徴とする請求項4に記載の冷凍システム。
- 前記高温ガスバイパス弁と直列に並ぶとともに、前記第1のホッパ液体ラインソレノイドバルブおよび前記第2のホッパ液体ラインソレノイドバルブと並行して作動する高温ガスバイパスソレノイドバルブをさらに備え、この高温ガスソレノイドバルブは、前記第1のホッパ液体ラインソレノイドバルブおよび前記第2のホッパ液体ラインソレノイドバルブが開かれたときに開かれることを特徴とする請求項7に記載の冷凍システム。
- 前記第1のシリンダ熱交換器の第1のシリンダ排出口に近接するように配置された第1の吸入ソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ熱交換器の第2のシリンダ排出口に近接するように配置された第2の吸入ソレノイドバルブと、をさらに備えるとともに、前記システムの停止中には前記第1の吸入ソレノイドバルブと前記第2の吸入ソレノイドバルブとが閉じられて、前記冷媒が前記第1のシリンダ熱交換器および前記第2のシリンダ熱交換器へと移動するのを防ぐことを特徴とする請求項4に記載の冷凍システム。
- 前記第1のシリンダ熱交換器の第1のシリンダ排出口に近接するように配置された第1の吸入ソレノイドバルブと、前記第2のシリンダ熱交換器の第2のシリンダ排出口に近接するように配置された第2の吸入ソレノイドバルブと、をさらに備えるとともに、前記第1の吸入ソレノイドバルブと、前記第2の吸入ソレノイドバルブと、前記第1のホッパ高温ガスソレノイドバルブと、前記第2のホッパ高温ガスソレノイドソレノイドバルブと、が同時に開かれ、前記第1の吸入ソレノイドバルブと前記第2の吸入ソレノイドバルブとが開かれた後に前記第1のシリンダ高温ガスソレノイドバルブと前記第2のシリンダ高温ガスソレノイドバルブとが開かれることを特徴とする請求項4に記載の冷凍システム。
- 前記第1のホッパ熱交換器の第1のホッパ排出口に近接するように配置された第1のEPR弁と、前記第2のホッパ熱交換器の第2のホッパ排出口に近接するように配置された第2のEPR弁と、をさらに備えるとともに、前記第1のEPR弁および前記第2のEPR弁が閉じられて前記第1のホッパ熱交換器および前記第2のホッパ熱交換器の前記冷媒の圧力を増加させ、かつ前記第1のホッパ熱交換機および前記ホッパ熱交換器の前記冷媒の温度を増加させることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記圧縮機吸入口に近接するように配置されたCPR弁をさらに備えるとともに、このCPR弁が制限されて前記圧縮機吸入口へと流入する前記冷媒の吸入圧力を減少させ、かつ前記圧縮機吐出口から流出する前記冷媒の吐出圧力を減少させることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記放熱熱交換器のアウトレットと前記圧縮機吸入口との間に配置されたTREV弁をさらに備えるとともに、圧縮機吐出温度が閾値を上回ることをTREVセンサが感知したときに前記TREV弁が開いて前記放熱熱交換器の前記アウトレットからの前記冷媒を前記圧縮機吸入口へと流入させることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記圧縮機吐出口を出る前記冷媒の吐出圧力を減少させるように前記圧縮機吸入口に近接して配置されたCPR弁をさらに備えるとともに、前記TREV弁が、前記冷媒を前記CPR弁と前記圧縮機吸入口との間の位置で注入することを特徴とする請求項13に記載の冷凍システム。
- 前記システムが冷却モードで作動する際には、前記第1のホッパ熱交換器と、前記第1のシリンダ熱交換器と、前記第2のホッパ熱交換器と、前記第2のシリンダ熱交換器と、が吸熱熱交換器となり、前記システムが加熱モードで作動する際には、前記第1のホッパ熱交換器と、前記第1のシリンダ熱交換器と、前記第2のホッパ熱交換器と、前記第2のシリンダ熱交換器と、が放熱熱交換器となることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記システムが前記冷却モードで作動する際には、前記第1のホッパ熱交換器と、前記第1のシリンダ熱交換器と、前記第2のホッパ熱交換器と、前記第2のシリンダ熱交換器と、における前記冷媒が前記第1のミックスおよび前記第2のミックスを冷却し、前記システムが前記加熱モードで作動する際には、前記第1のホッパ熱交換器と、前記第1のシリンダ熱交換器と、前記第2のホッパ熱交換器と、前記第2のシリンダ熱交換器と、における前記冷媒が前記第1のミックスおよび前記第2のミックスを加熱することを特徴とする請求項15に記載の冷凍システム。
- 前記第1のシリンダ膨張装置および前記第2のシリンダ膨張装置がAXV膨張弁であることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記ホッパ膨張装置が、TXV膨張装置であることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。
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