BR122024000574A2 - Métodos, máquina para produzir e cápsula para fornecer uma porção única de um alimento ou bebida resfriada - Google Patents
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Abstract
Trata-se de sistemas e métodos que demonstraram a capacidade de resfriar rapidamente o conteúdo de cápsulas que contêm os ingredientes para alimentos e bebidas.
Description
[0001] Este pedido reivindica prioridade do Pedido de Patente Provisório n° 62/961.495, depositado em 15 de janeiro de 2020. O conteúdo inteiro deste pedido é incorporado no presente documento a título de referência.
[0002] Esta revelação se refere a sistemas e métodos para resfriar rapidamente alimento e bebidas.
[0003] Foi desenvolvido o sistema de preparação de bebidas que prepara rapidamente porções únicas de bebidas quentes. Alguns destes sistemas de fabricação de bebidas dependem de cápsulas de uso único às quais água é adicionada antes que a fabricação ocorra. As cápsulas podem ser usadas para preparar cafés, chás e chocolates quentes.
[0004] Produtores de sorvete de uso caseiro podem ser usados para produzir bateladas maiores (por exemplo, 1,5 quarto ou mais) de sorvete para consumo pessoal. Estes aparelhos produtores de sorvete tipicamente preparam a mistura ao empregar um método de manivela ou ao empregar um motor elétrico que é usado, por sua vez, para auxiliar na batedura dos ingredientes dentro do aparelho. A preparação resultante é frequentemente resfriada com o uso de uma vasilha pré-resfriada que é inserida na máquina. Algumas máquinas de sorvete elétricas levam 20 a 60 minutos para produzir uma batelada de sorvete e exigem limpeza demorada.
[0005] Este relatório descritivo descreve sistemas e métodos para resfriar rapidamente alimento e bebidas. Alguns destes sistemas e métodos podem resfriar alimento e bebidas em um recipiente inserido em um balcão ou máquina instalada da temperatura ambiente ao congelamento em menos de dois minutos. Por exemplo, a abordagem descrita neste relatório descritivo demonstrou com sucesso a capacidade de produzir sorvete macio a partir de cápsulas à temperatura ambiente em aproximadamente 90 segundos. Esta abordagem também foi usada para refrescar coquetéis e outras bebidas, inclusive para produzir bebidas congeladas. Esses sistemas e métodos são baseados em um ciclo de refrigeração com tempos de inicialização baixos e uma interface de cápsula-máquina que é fácil de usar e fornece transferência de calor extremamente eficiente.
[0006] Algumas das cápsulas descritas são preenchidas com ingredientes em uma linha de fabricação e submetidas a um processo de esterilização (por exemplo, retorta, embalagem asséptica, processamento de temperatura ultra-alta (UHT), tratamento ultratérmico, ultrapasteurização ou processamento de alta pressão (HPP)). HPP é uma técnica de pasteurização a frio pela qual produtos, já vedados em sua embalagem final, são introduzidos em uma vasilha e submetidos a um alto nível de pressão isostática (300 - 600 megapascais (MPa) (43.500 - 87.000 libras por polegada quadrada (psi)) transmitida pela água. As cápsulas podem ser usadas para armazenar ingredientes que incluem, por exemplo, produtos lácteos à temperatura ambiente por períodos longos de tempo (por exemplo, 9-12 meses) após a esterilização.
[0007] Sorvete é considerado um alimento de baixo teor de ácido com níveis de pH que variam entre 5,0 e 8,0. A acidez do sorvete é mostrada na tabela abaixo em relação a outro alimento. A tabela mostra uma faixa de níveis de pH ao longo de um eixo geométrico horizontal que varia de alimentos de alto teor alcalino na esquerda, a alimentos de alto teor de ácido na direita. Sorvete é um alimento de baixo teor de ácido dentro da categoria de ovos e alimento lácteo. Mais especificamente, um alimento de baixo teor de ácido é um alimento com um pH em equilíbrio finalizado maior que 4,6 e uma atividade de água maior que 0,85.
[0008] A Figura 1 é um diagrama de processo para uma abordagem para fabricar sorvete. Nesta abordagem, a matéria-prima é submetida à homogeneização, pasteurização, cristalização, congelamento rápido, embalagem e armazenamento.
[0009] A pasteurização é um processo em que o alimento (por exemplo, laticínio ou leite) é tratado com calor brando, geralmente a menos de 100 °C (212 °F), para eliminar patógenos e estender a vida em armazenamento. O processo é destinado a destruir ou desativar organismos e enzimas que contribuem para a deterioração ou risco de doença, que inclui bactérias vegetativas, mas não esporos bacterianos. A pasteurização não é esterilização e pode não matar esporos bacterianos. A pasteurização reduz o número de organismos no alimento.
[0010] A vida em armazenamento de laticínio pasteurizado refrigerado é geralmente maior do que a do leite. Por exemplo, leite pasteurizado em alta temperatura e curto tempo (HTST) tipicamente tem uma vida em armazenamento refrigerado de duas a três semanas, enquanto o leite ultrapasteurizado pode durar muito mais, por vezes, dois a três meses. Quando o tratamento ultratérmico (UHT) é combinado com tecnologia de recipiente e manuseio estéril (como retorta ou embalagem asséptica como descrita anteriormente), o laticínio pode até mesmo ser armazenado não refrigerado por períodos de tempo muito maiores, por exemplo, 9-12 meses.
[0011] Entretanto, durante o tratamento ultratérmico combinado com tecnologia de recipiente e manuseio estéril à base de retorta, laticínio pasteurizado pode caramelizar e se tornar marrom, o que pode ser indesejável. A mais alta taxa de acastanhamento, ou mais geralmente chamado de desenvolvimento de cor, pode ser causada pela presença de frutose, que começa a caramelizar a temperaturas de 230 °F (110 °C). A caramelização não deve ser confundida com a reação de Maillard, em que açúcar de redução reage com aminoácidos. O processo de acastanhamento, ou a reação de Maillard, cria sabor e muda a cor do alimento. As reações de Maillard geralmente começam a ocorrer a temperaturas acima de 285 °F (140,56 °C). Por exemplo, as temperaturas de caramelização de frutose podem ser 230 °F (110 °C), de galactose pode ser 320 °F (160 °C), de glicose pode ser 320 °F (160 °C), de lactose pode ser 397 °F (202,78 °C) e de sacarose pode ser 320 °F (160 °C).
[0012] [0001]Embora o processo de pasteurização estenda a vida em armazenamento, também pode haver uma necessidade de homogeneização. A homogeneização é tipicamente feita antes ou após a pasteurização, mas antes do congelamento da mistura líquida de sorvete. A homogeneização é comumente realizada para qualquer mistura de sorvete que contém gordura ou óleo e é tradicionalmente usada na produção de produtos lácteos como leite, iogurte, sorvete e bebidas como suco, leite de soja e leite de amendoim. A homogeneização não apenas cria uma mistura uniforme, mas também reduz o tamanho das gotículas de gordura, que resulta em uma emulsão estabilizada. A mesma resulta em uma viscosidade maior e na produção de uma cor mais uniforme. A mesma proporciona ao sorvete sua textura cremosa pela decomposição de glóbulos grandes de gordura.
[0013] O processo de homogeneização ocorre no homogeneizador, que funciona como uma bomba de pistão ao aspirar o ar e, então, forçar o mesmo para fora a uma pressão muito alta. Essa pressão é usada para forçar o sorvete líquido através de uma abertura semelhante a tubo muito pequena, criando partículas de gordura muito finas que impedem a separação do creme. A pressão depende da gordura e sólidos na mistura líquida de sorvete. Pressões inferiores podem ser usadas quando alto teor de gordura e sólidos totais são incluídos na mistura líquida de sorvete. Se um homogeneizador de dois estágios for usado, uma pressão de 2000-2500 psi (13,79-19,25 MPa) no primeiro estágio e 500-1000 psi (3,45-6,89 MPa) no segundo estágio é satisfatória mediante a maioria das condições, entretanto, para sorvetes de baixo teor de gordura, a pressão pode ser superior (por exemplo, 2.900 psi (19,99 MPa)). A homogeneização de dois estágios é preferencial para mistura de sorvete. A aglutinação ou agregação da gordura é reduzida ao produzir uma mistura de sorvete mais fina e batida mais rapidamente.
[0014] A pressão alta do processo de homogeneização cria uma emulsão mais estável e partículas de gordura menores. Quanto menores as partículas de gordura, mais área de superfície é obtida. Isso resulta em mais redes de gordura que irão estabilizar mais ar, que, por sua vez, retarda a recristalização de gelo. Para sorvete de alto teor de gordura, a pressão de homogeneização é inferior. Especialmente para uma mistura de sorvete de mais de 13% de gordura, é preferencial reduzir a pressão para minimizar o risco de formação de agregação. Além disso, esse processo mistura efetivamente todos os ingredientes, evita a desintegração de quaisquer materiais macios e impede o crescimento de bactérias prejudiciais. A homogeneização é importante no processo de produção de sorvete, visto que determina a reação da mistura de sorvete quando é congelada, endurecida e distribuída. A homogeneização da mistura de sorvete dá ao sorvete uma textura mais suave, dá ao sorvete riqueza aparente e palatabilidade maiores, dá ao sorvete melhor estabilidade de ar e aumenta a resistência do sorvete ao derretimento.
[0015] Alimentos com baixo teor de ácido embalados em recipientes hermeticamente vedados são definidos como alimentos enlatados com baixo teor de ácido (“LACF”) e são regulados pelo Título 21, Code of Federal Regulations (21 CFR), parte 113. Um recipiente vedado hermeticamente é um recipiente que é projetado e destinado a ser seguro contra a entrada de microrganismos e, portanto, para manter a esterilidade comercial de seu conteúdo após o processamento. Alimentos enlatados com baixo teor de ácido são definidos por serem (i) estáveis em armazenamento, (ii) tratados termicamente, (iii) terem um pH de >4,6, e (iv) terem uma atividade de água de 0,85.
[0016] Uma vez embalado, o alimento enlatado com baixo teor de ácido é esterilizado. O método de esterilização é um processo de base térmica, ou a aplicação de alto calor ao produto. As altas temperaturas necessárias em um processo de esterilização destroem organismos patogênicos que podem estar presentes no/sobre o recipiente e/ou produto alimentício, e estão bem acima do ponto de ebulição da água à pressão atmosférica normal. A esterilização mata ou desativa organismos vivos no produto alimentício. O processamento térmico/a esterilização de alimentos com baixo teor de ácido estáveis em armazenamento é geralmente realizada a temperaturas de ou acima de cerca de 250 °F (221,11 °C). Quanto maior a temperatura, menor o tempo que o produto precisa ser exposto ao calor.
[0017] Há dois métodos principais para esterilização de alimentos enlatados com baixo teor de ácido como sorvete. O primeiro método é um processo de retorta, por vezes, também chamado de uma autoclave ou esterilizador, que é uma vasilha de pressão usadas na indústria de produção alimentícia para esterilizar ou “esterilizar comercialmente” o alimento após ter sido colocado em seu recipiente e o recipiente ter sido vedado hermeticamente. Um processo de relatório ou máquina de “retorta” máquina pode consistir em máquinas de estilo estático ou de agitação. Máquinas de retorta de estilo de agitação são tipicamente usadas para produtos de tipo convectivos (por exemplo, “líquido fluente”), como sorvete líquido, que se beneficiam com algum movimento de produto (por exemplo, “agitação”) no recipiente durante o processo. Esses benefícios podem ser de um ponto de vista do processo (por exemplo, para aprimorar a taxa de transferência de calor para dentro/para fora do recipiente), e/ou de um ponto de vista de qualidade de produto (por exemplo, para encurtar o tempo de exposição ao calor). Retortas de estilo de agitação podem utilizar vários métodos de agitação dependo da orientação do recipiente de produto. Os recipientes orientados verticalmente, como latas, são tipicamente agitados de uma forma giratória, axialmente ou extremidade a extremidade, porém, a agitação horizontal também pode ser usada.
[0018] O segundo processo de esterilizar alimentos enlatados com baixo teor de ácido é processamento asséptico, que é uma técnica de processamento em que produtos líquidos termicamente esterilizados comercialmente (tipicamente alimentos como sorvete líquido) são embalados em recipientes esterilizados anteriormente sob condições estéreis para produzir produtos estáveis em armazenamento que não precisam de refrigeração. O processamento asséptico inclui vedação hermética asséptica em uma atmosfera livre de microrganismos. As regulações de 21 CFR 113 incluem orientação sobre tempos e temperaturas para o processo de esterilização.
[0019] Os melhores sorvetes têm uma textura suave e cremosa. Esta textura cremosa, principalmente associada a um alto teor de gordura, também é determinada pelo tamanho médio dos cristais de gelo. O tamanho de cristal de gelo é governado pela formulação de mistura, assim como por fatores relacionados ao processo de congelamento; tempo de permanência; a temperatura de evaporação do fluido refrigerante; velocidade de pá; e temperatura de extração. Cada um desses fatores é descrito em detalhes abaixo. Embora discutida em relação a sorvete, a relação entre cristais de gelo e suavidade também é relevante para outros alimentos e bebidas congelados.
[0020] A Figura 2A mostra uma relação típica entre suavidade e tamanho de cristal de gelo. Na Figura 2A, o tamanho de cristal de gelo aumenta da esquerda para a direita ao longo do eixo geométrico horizontal, enquanto a suavidade aumenta do fundo para o topo ao longo do eixo geométrico vertical. Valores típicos são mostrados com uma linha de tendência linear aproximada através dos dados. Os dados e tendência indicam que reduzir o tamanho de cristal de gelo (a um tamanho micrômetro) está diretamente correlacionado com o aumento de suavidade do sorvete. O tamanho de cristal de gelo pode ser medido de várias formas, como com o uso de um microscópio de luz. Tipicamente, uma quantidade de sorvete é analisada e um tamanho médio de cristal de gelo é medido pelo microscópio de luz. É possível ter variações no tamanho de cristal de gelo. Sorvete suave e cremoso exige que a maioria dos cristais de gelo sejam pequenos, abaixo de 50 μm de tamanho, e preferencialmente 10-20 μm de tamanho. Se muitos cristais forem maiores que isso, o sorvete será percebido como sendo grosso ou com gelo.
[0021] Os cristais de gelo no sorvete variam de tamanho de cerca de 1 a mais de 150 μm de diâmetro, com um tamanho médio de cerca de 25 μm. Cristais de gelo pequenos, de cerca de 10 a 20 μm de tamanho, proporcionam ao sorvete sua textura suave e cremosa, enquanto cristais de gelo maiores, por exemplo, cristais de gelo maiores que 50 μm, conferem uma textura granulosa.
[0022] O crescimento dos cristais de gelo pode ser controlado com o uso de estabilizantes. Estabilizantes são tipicamente usados para aumentar a resistência ao derretimento e a vida em armazenamento do sorvete. Exemplos de estabilizantes são goma guar, goma de semente de alfarroba e goma de celulose e limitam o crescimento de cristais de gelo ao limitar a mobilidade da água na mistura de sorvete não congelada. Estabilizantes também limitam o crescimento de cristal de gelo ao reduzir o amadurecimento que ocorre durante os estágios iniciais de endurecimento e durante o armazenamento e distribuição da mistura de sorvete (por exemplo, quando a mistura de sorvete é exposta a temperaturas relativamente altas (por exemplo, +10 a +18 °F (mais de -12,22 a mais de -7,78 °C)). Nestas faixas de temperatura, um grau de concentração de congelamento é baixo, produzindo viscosidade relativamente baixa na porção não congelada. A baixa viscosidade permite que a água migre de cristais de gelo pequenos para grandes, o que aumenta o tamanho médio de cristal de gelo do sorvete. O estabilizante atua para limitar esse crescimento de cristal de gelo ao aumentar a viscosidade da mistura de sorvete. Estabilizantes limitam a mobilidade da água ao reduzir um efeito de amadurecimento a uma concentração de congelamento. Estabilizantes limitam o tamanho de bolhas de ar que crescem através de um processo de desproporção.
[0023] Os efeitos reológicos de estabilizantes são importantes em propriedades estabilizantes do sorvete finalizado em relação à mobilidade da água no sistema não congelado. Por exemplo, sorvete de alta viscosidade limita a temperatura em que o sorvete pode ser retirado e manuseado do tambor do congelador de sorvete. Quando isso acontece, a quantidade de água congelada no congelador é reduzida. Isso tem um efeito indesejado sobre a resistência do sorvete ao choque térmico. Estabilizantes de baixa viscosidade não têm sido usados tradicionalmente em sorvete, devido a uma presumida falta de influência sobre a mobilidade da água.
[0024] Em um ponto chamado de “ponto de ruptura”, um grau de concentração pode fazer com que o estabilizante e, possivelmente, outros compostos solúveis em água, interajam um com o outro, por vezes de modo irreversível, portanto, aumentando notavelmente o efeito sobre a mobilidade da água. Isso pode ser combinado com uma concentração de congelamento extrema que ocorre em baixas temperaturas de armazenamento congelado para produzir outras interações entre compostos solúveis em água individuais.
[0025] Além de estabilizantes, emulsificantes são tradicionalmente adicionados a uma mistura de sorvete. Emulsificantes migram para a interface entre a gordura e a água da mistura de sorvete. Emulsificantes se fixam à superfície dos glóbulos de gordura e fazem com que as moléculas de proteína se desloquem. Emulsificantes são usados para aprimorar as propriedades de derretimento durante o envio e armazenamento. Exemplos de emulsificantes são mono-diglicerídeos (E471), ésteres de ácido lático (E472b), ésteres de propilenoglicol (E477) e mesclas dos mesmos.
[0026] Emulsificantes são usados em sorvete porque contribuem para a textura suave e cremosa ao promover a desestabilização de gordura. A desestabilização de gordura se refere ao processo de agregação e aglutinação (conhecido como coalescência parcial) da gordura em uma mistura de sorvete que é batida em uma máquina. Devido ao fato de que são as proteínas que estabilizam a emulsão de gordura em uma mistura de sorvete, emulsificantes são adicionados ao sorvete para reduzir a estabilidade desta emulsão e encorajam alguns dos glóbulos de gordura a se unirem ou coalescerem parcialmente. Quando uma mistura é batida em uma máquina de sorvete, bolhas de ar que são batidas na mistura são estabilizadas por essa gordura parcialmente coalescida, proporcionando uma textura suave ao sorvete. Tradicionalmente, se os emulsificantes não fossem adicionados, as bolhas de ar não seriam apropriadamente estabilizadas e o sorvete não teria a mesma textura suave.
[0027] Gemas de ovo são usadas tanto como um estabilizante, que engrossa a mistura, quanto como um emulsificante, que encoraja a coalescência parcial. Para uso as propriedades emulsificantes de gemas de ovo, aproximadamente 0,5 a 1% da mistura deve ser gema de ovo. Para usar as propriedades estabilizantes (espessantes) também, a proporção de gema de ovo é tradicionalmente aumentada a 3-4%. Entretanto, alguns sorvetes de estilo creme congelado podem incluir mais de 8% de gema de ovo.
[0028] Gemas de ovo incluem Lecitina, que ajuda a torná-las bons emulsificantes. De fato, a lecitina do ovo tem propriedades de emulsificação e lubrificante, e é um tensoativo. Entretanto, a Lecitina não apenas precisa ser extraída da gema de ovo. A lecitina pode ser extraída de fontes à base de planta como soja, girassóis e semente de colza. A lecitina à base de planta pode emulsificar, assim como gemas de ovo sem o sabor de ovo e gordura extra.
[0029] Muitos sorvetes comprados em lojas incluem estabilizantes e emulsificantes para ajudar a impedir que os cristais de gelo cresçam ao aprimorar as propriedades de derretimento durante o envio e armazenamento e ao aumentar a vida em armazenamento do sorvete. Um exemplo é o sorvete Cinnamon Buns de Ben & Jerry’s, que inclui: creme, leite desnatado, água, açúcar líquido, açúcar, xarope de cana seco, farinha de trigo, xarope de milho, gemas de ovo, açúcar marrom, óleo de soja, manteiga, óleo de coco, melaços, sal, canela, lecitina de soja, bicarbonato de sódio, tempero, extrato de baunilha, goma guar e carragenina. Neste exemplo, os estabilizantes incluem goma guar e os emulsificantes incluem gemas de ovo, óleo de soja, lecitina de soja, carragenina.
[0030] Como descrito anteriormente, o tamanho de cristal de gelo é um fator no desenvolvimento de sorvete suave e cremoso. O sorvete cremoso exige que a maioria dos cristais de gelo sejam pequenos, preferencialmente abaixo de 50 μm de tamanho. Se muitos cristais forem maiores que isso, o sorvete será percebido como sendo grosso.
[0031] O sorvete é congelado em dois estágios: congelamento dinâmico e estático. O congelamento dinâmico é um processo dinâmico em que a mistura é congelada em uma máquina de sorvete enquanto é agitada para incorporar ar, desestabilizar a gordura e formar cristais de gelo. A mistura de sorvete entra na máquina de sorvete a uma temperatura ligeiramente acima de seu ponto de congelamento, isto é, a temperatura em que a água na mistura começa a congelar. A máquina de sorvete resfria a mistura e leva a mesma abaixo do ponto de congelamento da mistura. Nesse ponto, uma camada de gelo congela nas paredes da máquina de sorvete, o que causa a nucleação rápida, em que cristais de gelo pequenos começam a se formar. Mediante a saída da máquina de sorvete, o sorvete, a cerca de -5 °C a -6 °C (23 a 21,2 °F) sai com uma consistência similar ao sorvete macio.
[0032] O sorvete, então, é submetido ao congelamento estático, em que é endurecido em um congelador sem agitação, até que o núcleo do sorvete alcance uma temperatura especificada, geralmente -18 °C (-0,4 °F). Novos cristais de gelo são formados durante o congelamento estático, porém, os cristais pequenos de saída começam a crescer de tamanho até que a temperatura seja reduzida a -18 °C (0,4 °F), ou idealmente -25 °C a -30 °C (-9,4 a -20,2 °F), para interromper esse crescimento. É vantajoso resfriar o sorvete tão rapidamente quanto possível durante este processo para limitar o crescimento dos cristais de gelo.
[0033] Durante o congelamento estático, cristais de gelo tipicamente crescem em cerca de 30% a 40% a um tamanho médio de cerca de 25 a 45 μm. Um tamanho médio de cristal de gelo de cerca de 50 μm é considerado um ponto médio, em que consumidores começam a observar uma textura grossa. Durante o congelamento estático, cristais de gelo podem crescer frequentemente a mais de 100 μm. A Figura 2B mostra uma imagem de cristais de gelo típicos durante este processo. Os cristais de gelo na imagem da Figura 2B são de vários formatos e tamanhos, mas alguns cristais de gelo têm mais de 100 μm de diâmetro.
[0034] Entretanto, o sorvete descrito neste relatório descritivo não exige congelamento estático, visto que o sorvete não é armazenado. O sorvete é servido pronto para consumo. Ao eliminar a etapa de congelamento estático, o crescimento de cristais de gelo (por exemplo, cristais de gelo tipicamente crescem em cerca de 30% a 40%) durante o processo de congelamento estático é eliminado.
[0035] O estágio de congelamento dinâmico é uma etapa importante na criação de sorvete, visto que este é o estágio em que a cristalização do sorvete ocorre. Durante o congelamento dinâmico, a mistura de sorvete é adicionada à máquina de sorvete entre 0 °C e 4 °C (32 °F e 39,2 °F). À medida que o refrigerante absorve o calor na mistura, uma camada de gelo congela na parede de tambor fria, de modo a causar a nucleação rápida, ou seja, a origem de cristais de gelo pequenos.
[0036] Para produzir cristais de gelo pequenos durante um processo de congelamento dinâmico, uma alta taxa de nucleação, crescimento mínimo e recristalização mínima são desejados. Temperaturas mais frias de refrigerante e velocidades mais lentas de pá podem promover taxas superiores de nucleação. Tempos de permanência mais curtos, velocidades mais lentas de pá e temperaturas inferiores de extração podem minimizar o crescimento e a recristalização.
[0037] A Figura 2C mostra um processo de uma pá giratória chamada ainda de um misturador, impulsor, lâmina, raspador ou espátula, em que a pá giratória é usada para raspar os cristais de gelo formados na parede de tambor fria 22. O projeto e a rotação da pá giratória direcionam os cristais de gelo formados na parede de tambor fria 22 para o centro do tambor (a região de volume) em que a temperatura é mais quente e cristais de gelo crescem de tamanho. Isso faz com que alguns cristais derretam e alguns sejam submetidos à recristalização.
[0038] Para sorvete suave e cremoso, é desejável ter uma alta taxa de nucleação, de modo a se formarem tantos cristais de gelo pequenos quanto possível. Quanto mais cristais de gelo forem formados durante o congelamento dinâmico, mais cristais de gelo serão preservados durante o congelamento estático, resultante em um tamanho de cristal médio menor e textura mais suave. Menos cristais formados durante o congelamento dinâmico, ou uma taxa inferior de nucleação, pode resultar em textura grossa, visto que estes cristais eventualmente crescem a um tamanho significativamente maior.
[0039] A cristalização durante o congelamento dinâmico pode ser dividida em duas zonas: a região da parede, em que a temperatura na parede de tambor é suficientemente fria para que a nucleação ocorra, e a região de volume, em que temperaturas mais quentes no centro do tambor significam que crescimento de cristal de gelo e recristalização, também chamados de amadurecimento ou engrossamento, predominam. Quanto maior a extensão de crescimento e recristalização na região de volume, maiores os cristais de gelo serão. A cristalização durante congelamento de sorvete pode ser dominada pela recristalização e crescimento e que esses mecanismos podem ser mais importantes do que a nucleação na determinação da população de cristal final. Minimizar o crescimento e a recristalização é, portanto, de extrema importância.
[0040] O tempo de permanência (o intervalo de tempo que o sorvete passa na máquina de sorvete) pode ter um efeito significativo na distribuição de tamanho de cristal de gelo final, com tempos de permanência mais curtos produzindo sorvetes com cristais de gelo menores devido a um declínio na recristalização. Um tempo de permanência mais longo significa que o sorvete é mais lento a alcançar sua temperatura de extração (a temperatura em que o sorvete é extraído da máquina de sorvete) de cerca de -5 °C a -6 °C (23 °F a 21,2 °F), que significa que o mesmo passa mais tempo na zona de volume em que temperaturas mais quentes causam recristalização rápida. Pode ser vantajoso minimizar o tempo de permanência do sorvete na máquina de sorvete ao alcançar a temperatura de extração tão rapidamente quanto possível. Isso pode ser alcançado por mistura e resfriamento tão rapidamente quanto possível.
[0041] A Figura 2D ilustra a dependência de temperatura de extração em distribuição de cristal de gelo de sorvete feita com 28 D.E. (equivalente de dextrose) xarope de milho, uma velocidade de pá de 500 RPM (revoluções por minuto), e uma taxa de fluxo de 34 l/h (litros por hora). O diâmetro médio dos cristais de gelo aumenta da esquerda para a direita ao longo do eixo geométrico horizontal enquanto a porcentagem do sorvete que contém este diâmetro médio de tamanho de cristal de gelo é mostrada aumentando do fundo para o topo no eixo geométrico vertical. À medida que a temperatura de extração diminui, o diâmetro médio dos cristais de gelo no sorvete também diminui.
[0042] Por exemplo, é possível medir uma taxa de recristalização a -5 °C (23 °F) de 42 μm/dia. A essa taxa, um aumento de tamanho de cristal de gelo de cerca de 8 μm seria esperado ao longo de um período de 10 minutos. Isso pode corresponder a um aumento no tamanho de cristal de gelo a uma temperatura ligeiramente diferente de -4 °C (24,8 °F). Quanto mais o sorvete permanecer dentro da máquina de sorvete a temperaturas em que a recristalização ocorre muito rapidamente, maior a extensão da recristalização, e maiores os cristais de gelo.
[0043] Investigar o efeito de temperatura de extração, velocidade de pá e tempo de permanência no tamanho de cristal de gelo indica que esses aspectos podem impactar a distribuição de tamanho de cristal final.
[0044] [0002]Refrigerantes primários (isto é, amônia líquida ou Freon) são usados em máquinas de sorvete para fornecer temperaturas na faixa de -23 °C a -29 °C (-9.4 °F a -20,2 °F), com temperaturas na parede de tambor sendo poucos graus mais quentes. Reduzir a temperatura de refrigerante promove remoção de calor rápida na parede de tambor. Remoção de calor rápida permite taxas de nucleação de gelo mais rápidas, o que resulta em cristais de gelo menores devido ao número superior de cristais de gelo pequenos.
[0045] Para tamanho de cristal de gelo em sorbet, baixas temperaturas de refrigerante (até -19,9 °C (-3,82 °F)) podem levar a temperaturas inferiores de extração e uma redução significativa no comprimento de cordão de cristal de gelo. Isso se deve ao congelamento mais rápido, o que causa a formação mais rápida de mais cristais de gelo. Reduções no comprimento de cristal de gelo como uma função de uma temperatura de evaporação decrescente pode ser observada.
[0046] A temperatura da parede de tambor tem um efeito direto na taxa de resfriamento (a taxa em que o calor é removido da mistura de sorvete) e, portanto, no tempo de permanência. Temperaturas de parede inferiores podem reduzir a temperatura de volume do sorvete mais rapidamente, reduzindo o tempo de permanência e aprimorando a distribuição de tamanho de cristal de gelo.
[0047] Durante o congelamento dinâmico, a entrada de calor das lâminas de espátula giratória, devido ao atrito na parede de tambor e dissipação viscosa, pode ser significativa, considerando tanto quanto 50% do calor total removido pelo refrigerante. Aumentar a velocidade de pá pode causar um aumento na temperatura de sorvete, resultando em um aumento significativo no tamanho médio de cristal de gelo. Isso provavelmente ocorre porque o calor de atrito extra gerado pelas lâminas derrete muitos dos menores cristais, resultando em uma taxa de nucleação inferior e no aprimoramento da recristalização. Por esse motivo, velocidades de pá são geralmente limitadas a 100-200 RPM. A grande quantidade de calor por atrito inserido por velocidades superiores de pá também irá retardar o processo de congelamento, resultando em tempos de permanência mais longos.
[0048] Por vezes, o movimento da lâmina giratória não é suficiente para fazer com que os glóbulos de gordura na mistura de sorvete se aglutinem em conjunto para coalescer parcialmente, o que é importante para desenvolver e manter bolhas de ar pequenas no sorvete. Emulsificantes na mistura de sorvete auxiliam no processo de desestabilização dos glóbulos de gordura, de modo que possam se aglutinar em conjunto.
[0049] Entretanto, o sorvete descrito neste relatório descritivo não exige emulsificantes, visto que a pá de rotação rápida e a capacidade de processo de congelamento rápido das máquinas descritos neste relatório descritivo são suficientes no desenvolvimento rápido de um sorvete suave e cremoso.
[0050] Adicionalmente, o sorvete descrito neste relatório descritivo não exige estabilizantes, visto que o sorvete não precisa ser armazenado no estado congelado, de modo que não haja necessidade de aumentar a resistência ao derretimento e a vida em armazenamento do sorvete com o uso de estabilizantes.
[0051] Desenvolver sorvete livre de emulsificantes e estabilizantes é uma vantagem do sorvete descrito neste relatório descritivo, embora uma quantidade pequena de emulsificantes e estabilizantes possa ser adicionada em alguns casos. Um sorvete livre de emulsificantes e estabilizantes, e que inclui apenas leite, creme, e açúcar, é considerado um sorvete de “rótulo limpo” e é uma vantagem da mistura de sorvete descrita no relatório descritivo. Um rótulo limpo se refere a produtos alimentícios que têm menos ingredientes e mais simples, em que os ingredientes são de fontes naturais.
[0052] A Figura 2D ilustra que a temperatura de extração pode ter uma influência significativa no tamanho médio de cristal de gelo, com temperaturas de extração inferiores, geralmente resultando em cristais de gelo menores. Fatores que influenciam a temperatura de extração incluem a temperatura de refrigerante, transferência de calor, tempo de permanência e excesso. Cristais de gelo podem se tornar maiores a temperaturas de extração de -3 a -6 °C (26,6 °F a 21,2 °F). Quando as temperaturas de extração são mais frias do que -6 °C (21,2 °F), o tamanho médio de cristal de gelo diminui. Os tamanhos de cristal de gelo menores podem ser atribuídos às temperaturas inferiores de refrigerante necessárias para obter temperaturas inferiores de extração.
[0053] Um aumento na velocidade de pá pode levar a um aumento em temperaturas de extração. Por exemplo, quando a velocidade de pá é aumentada de 600 para 900 rpm, um aumento de 1 °C (1,8 °F) na temperatura de extração, devido à energia por atrito transmitido para o sorvete, pode ser observado. Em contrapartida, um aumento na velocidade de pá pode ainda levar a um aumento na transferência de calor na parede de tambor, produzindo temperaturas inferiores de extração. Como observado anteriormente, as velocidades de pá são geralmente limitadas a 100-200 RPM.
[0054] Entretanto, as máquinas de sorvete e processos descritos neste relatório descritivo usam uma velocidade de pá que é variada durante congelamento de 100 a 1200 RPM para reduzir os tempos de congelamento e reduzir o tamanho de cristal de gelo para ser baixo, por vezes, menor que 30 μm com um tamanho de cristal médio de menos que 20 μm (19,1 μm) e que não tem cristais de gelo acima de 40 μm. Essas propriedades podem ser similares ao sorvete comprado em loja que foi submetido a um processo de congelamento estático (isto é, um processo de embalagem rígido).
[0055] As temperaturas de extração inferiores também podem ser atribuídas através de tempos de permanência mais longos. Como observado anteriormente, entretanto, tempos de permanência mais longos significam que o sorvete passa mais tempo a temperaturas em que ocorrem crescimento e recristalização rápidos, que resultam em cristais de gelo maiores. A etapa de congelamento dinâmico pode considerar fenômenos concorrentes visto que tempos de permanência mais curtos são necessários para produzir cristais de gelo pequenos, porém, tempos de permanência mais longos proporcionam uma temperatura de extração inferior.
[0056] Foi observado que a temperatura de extração tem um efeito sobre o diâmetro médio de cristal de gelo, seguido pela taxa de fluxo de mistura (que determina o tempo de permanência médio), excesso e velocidade de pá. Quando a temperatura de extração é mais quente do que -5 °C (23 °F), o diâmetro médio de cristal de gelo é fortemente dependente da temperatura de extração, com cristais de gelo médios maiores relatados a temperaturas de extração mais quentes. Quando a temperatura de extração é mais fria do que -5 °C (23 °F), entretanto, não apenas a temperatura de extração, mas também o excesso (a quantidade de ar batido no sorvete), influenciaram o diâmetro médio de cristal de gelo.
[0057] Diferenças no diâmetro médio de cristal de gelo podem ser insignificativas quando as temperaturas de extração são entre -5 °C e -6,5 °C (23 °F e 20,3 °F) e o excesso é abaixo de 70%. Em excessos superiores, o diâmetro médio de cristal de gelo é frequentemente menor. Cristais de gelo minúsculos podem ser formados quando tanto o excesso quanto a velocidade de pá são elevados. Entretanto, como observado anteriormente, aumentar a velocidade de pá pode causar uma elevação na temperatura do produto, o que leva ao derretimento de cristais pequenos e recristalização aprimorada.
[0058] Algumas máquinas de sorvete giram a espátula de mistura a uma RPM constante durante o ciclo de congelamento e dispensação. Adicionalmente, a velocidade rotacional da espátula de mistura é tipicamente mantida baixa, visto que, como descrito anteriormente, a entrada de calor das lâminas de espátula giratória pode ser significativa. Por esse motivo, velocidades de pá são geralmente limitadas a 100-200 RPM. Ademais, a quantidade grande de calor por atrito inserida por velocidades superiores de pá é conhecida por retardar o processo de congelamento, que resulta em tempos de permanência mais longos.
[0059] Resfriamento é usado para indicar a transferência de energia térmica para reduzir a temperatura, por exemplo, de ingredientes contidos em uma cápsula. Em alguns casos, o resfriamento indica a transferência de energia térmica para reduzir a temperatura, por exemplo, de ingredientes contidos em uma cápsula abaixo do congelamento.
[0060] Os sistemas e métodos descritos neste relatório descritivo descrevem uma máquina com uma espátula de mistura que gira mais lenta no início de um processo de produção de sorvete quando a mistura de sorvete é líquida. Neste estado, aumentar a quantidade de tempo que o líquido toca um diâmetro interno da parede da cápsula é útil para alterar a mistura de sorvete de um líquido para gelo. À medida que a parede da cápsula se torna mais fria, com o uso de um evaporador da máquina de sorvete, a velocidade rotacional da espátula de mistura é aumentada para verificar que os cristais de gelo sejam mantidos a um tamanho pequeno, preferencialmente abaixo de 30 μm.
[0061] A ação de acelerar a espátula de mistura à medida que a mistura de sorvete se torna crescentemente mais viscosa por ser contraintuitiva. Isso é contraintuitivo porque a velocidade rotacional da espátula de mistura é limitada por um torque de acionamento do motor e aumentar a velocidade rotacional da espátula de mistura quando a mistura de sorvete se torna mais viscosa aumenta o torque necessário pelo motor. Isso exige mais potência pelo motor. Ademais, girar a espátula de mistura mais rápido pode danificar máquinas de sorvete que não são projetadas para tais velocidades.
[0062] Entretanto, ao aumentar a velocidade rotacional da espátula de mistura na presente máquina, a máquina é capaz de sugar o ar para dentro da cápsula. O processo de sucção do ar para dentro da cápsula em combinação com a rotação da espátula de mistura ajuda a bater o ar no confeito congelado, de modo a criar bolhas de ar no confeito congelado. Este processo cria preferencialmente um excesso de pelo menos 30%.
[0063] Uma mistura de sorvete de rótulo limpo embalada em um recipiente ou cápsula esterilizada descrita neste relatório descritivo pode fornecer vantajosamente (i) ingredientes naturais, (ii) armazenamento a temperaturas ambientes oposto à necessidade de ser refrigerado ou congelado, e (iii) vida em armazenamento longa a temperaturas ambientes, tipicamente 6-9 meses.
[0064] Uma máquina de sorvete para uma cápsula da mistura de sorvete de rótulo limpo descrita neste relatório descritivo pode proporcionar vantajosamente (i) um sorvete com cristais de gelo muito pequenos, frequentemente menos de 40 μm de diâmetro em média (e por vezes menos de 30 μm de diâmetro em média), o que dá ao sorvete uma textura mais suave, e (ii) entrega de sorvete da temperatura ambiente à dispensação em menos de 3 minutos.
[0065] Os sorvetes produzidos com o uso das máquinas descritas neste relatório descritivo têm um tamanho de cristal de gelo muito menor em média e um desvio padrão muito mais justo de tamanho de cristal de gelo do que seus equivalentes comprados em loja. Isso é importante porque as máquinas de sorvete descritas neste relatório descritivo produzem sorvete mais suave que não exige refrigeração ou congelamento antes da produção para consumo. Os sorvetes usados nestas máquinas não precisam incluir ingredientes não naturais como emulsificantes ou estabilizantes no sorvete. Os ingredientes de sorvete usados com essas máquinas podem ser de “rótulo limpo” e conter simplesmente leite, creme, açúcar e leite em pó e podem ser armazenados à temperatura ambiente por até 9 meses em uma cápsula esterilizada. As cápsulas podem ser simplesmente inseridas nas máquinas descritas neste relatório descritivo e um sorvete congelado é dispensado dentro de minutos para que um consumidor aproveite. Essas máquinas de sorvete são projetadas para proporcionar interações úteis entre a velocidade rotacional crescente da espátula de mistura, o projeto da cápsula e as propriedades de resfriamento rápido do sistema de evaporador e refrigeração, se unem para tornar isso possível.
[0066] Alguns dispositivos e métodos para proporcionar uma porção única de um congelado incluem: preencher ingredientes líquidos de baixo teor de ácido que têm um nível de pH de 4,0 ou maior em uma cápsula; inserir a cápsula em uma reentrância de uma máquina para fornecer a porção única do confeito congelado; contatar uma parede lateral da cápsula contra uma parede lateral da reentrância; resfriar a reentrância com um sistema de refrigeração da máquina, puxando calor para fora da cápsula enquanto conecta um motor da máquina a uma espátula de mistura dentro da cápsula; e mover a espátula de mistura dentro da cápsula a um aumento em RPM ao longo do ciclo de congelamento para remover acúmulo de gelo do diâmetro interno da cápsula e dispersar o gelo no centro da cápsula enquanto bate mecanicamente o gelo no equilíbrio do fluido e move simultaneamente os ingredientes fluidos mais quentes do centro da cápsula para o diâmetro interno mais frio da cápsula em contato com a reentrância da máquina para facilitar a transferência de calor mais rápida.
[0067] Alguns dispositivos e métodos para proporcionar uma porção única de um confeito congelado feito em menos de cinco minutos que tem uma temperatura entre 17 graus e 26 graus Fahrenheit (-8,33 graus e -3,33 graus Celsius) com uma maioria de seus cristais de gelo menor do que 50 μm incluem: preencher ingredientes líquidos de baixo teor de ácido que têm um nível de pH de 4,0 ou maior em uma cápsula; inserir a cápsula em uma reentrância de uma máquina para fornecer a porção única do confeito congelado; contatar uma parede lateral da cápsula contra uma parede lateral da reentrância; resfriar a reentrância com um sistema de refrigeração da máquina, puxando calor para fora da cápsula enquanto conecta um motor da máquina a uma espátula de mistura dentro da cápsula; e mover a espátula de mistura dentro da cápsula para remover acúmulo de gelo do diâmetro interno da cápsula e dispersar o gelo no centro da cápsula enquanto bate mecanicamente o gelo no equilíbrio do fluido e move simultaneamente os ingredientes fluidos mais quentes do centro da cápsula para o diâmetro interno mais frio da cápsula em contato com a reentrância da máquina para facilitar a transferência de calor mais rápida.
[0068] Modalidades dessas máquinas podem incluir um ou mais dos seguintes recursos.
[0069] Em algumas modalidades, a espátula de mistura gira a pelo menos 50 RPM no início do ciclo de refrigeração e aumenta para pelo menos o dobro disso durante o curso do ciclo de refrigeração.
[0070] Em algumas modalidades, a dispensação do confeito congelado é feita quando sua temperatura está entre 17 a 26 graus Fahrenheit (-8,33 a -3,33 graus Celsius) e a espátula de mistura está girando a mais de 100 RPM.
[0071] Em algumas modalidades, o preenchimento dos ingredientes líquidos de baixo teor de ácido que têm um nível de pH de 4,0 ou mais é feito antes que a cápsula seja inserida na reentrância da máquina para fornecer a porção única do confeito congelado.
[0072] Em algumas modalidades, o confeito congelado é um alimento de baixo teor de ácido que inclui até aproximadamente 0,5% de emulsificantes e/ou até aproximadamente 0,5% de estabilizantes. Em alguns casos, os estabilizantes podem ser espessantes como carboximetil celulose de sódio (goma de celulose), goma guar, goma de semente de alfarroba, alginato de sódio, alginato de propilenoglicol, xantana, carragenina, amidos modificados, celulose microcristalina (gel de celulose), gelatina, sulfato de cálcio, monoestearato de propilenoglicol ou outros monoésteres, e outros. Em alguns casos, os emulsificantes podem ser mono- e diglicerídeos, monoglicerídeos destilados (saturados ou insaturados), monoestearato de polioxietileno sorbitano(60) ou mono-oleato (80), e outros. Em alguns casos, a formulação de mistura de sorvete pode ter estabilizantes mínimos ou nenhum.
[0073] Em algumas modalidades, a cápsula pode ser uma cápsula multiuso reutilizável.
[0074] Em algumas modalidades, a cápsula completou um processo de esterilização de retorta para tornar seus ingredientes de baixo teor de ácido estáveis em armazenamento à temperatura ambiente.
[0075] Em algumas modalidades, a cápsula foi preenchida e vedada assepticamente para tornar seus ingredientes de baixo teor de ácido estáveis em armazenamento à temperatura ambiente.
[0076] Em algumas modalidades, a espátula de mistura é parte da máquina.
[0077] Em algumas modalidades, a cápsula é uma lata de bebida de alumínio.
[0078] Em algumas modalidades, a cápsula é frustocônica.
[0079] Em algumas modalidades, o confeito congelado tem um tamanho médio de cristal de gelo menor que 30 μm.
[0080] Em algumas modalidades, a formulação de sorvete é considerada um “rótulo limpo” sem o uso das gomas estabilizantes.
[0081] Em algumas modalidades, a espátula de mistura é helicoidal e a rotação da pá remove o acúmulo de gelo do diâmetro interno da cápsula e conduz o confeito congelado para baixo.
[0082] Em algumas modalidades, a espátula de mistura é helicoidal e a rotação da pá remove o acúmulo de gelo do diâmetro interno da cápsula e move o gelo para o centro da cápsula enquanto impulsiona o fluido mais quente do centro da cápsula para o diâmetro interno mais frio da cápsula.
[0083] Em algumas modalidades, a espátula de mistura é girada e a velocidade rotacional das espátulas é variada em resposta à viscosidade variável do confeito congelado na cápsula.
[0084] Em algumas modalidades, dispensar o confeito congelado da cápsula em um cone comestível ou um recipiente de coleta enquanto a cápsula está na reentrância da máquina sem que o confeito congelado entre em contato com outro objeto.
[0085] Em algumas modalidades, a espátula de mistura força o confeito congelado para fora da cápsula.
[0086] Em algumas modalidades, a reentrância da máquina pode ter uma posição aberta e fechada e o resfriamento da cápsula ocorre quando a reentrância está na posição fechada.
[0087] Em algumas modalidades, o sistema de refrigeração resfria a cápsula com um compressor e usa um refrigerante fluido de duas fases, por exemplo, R22, R134A, R-600a ou R290. Em alguns casos, o compressor é um compressor recíproco. Em alguns casos, o compressor é um compressor giratório. Em alguns casos, o compressor é um compressor de Corrente Contínua (CC). Em alguns casos, o compressor de CC tem uma velocidade de motor variável para permitir o deslocamento aumentado em direção ao início do ciclo de resfriamento de refrigeração, os primeiros 45 segundos, por exemplo, de resfriamento da cápsula e retarda a velocidade de motor em direção ao final do ciclo de resfriamento da cápsula quando a maior parte do fluido refrigerado evaporou. Em alguns casos, o compressor de CC tem uma velocidade de motor variável que é ajustada dependendo da carga no ciclo de refrigeração da máquina.
[0088] Os sistemas e métodos descritos neste relatório descritivo podem proporcionar várias vantagens.
[0089] Alguns desses recursos dos sistemas e métodos permitem que a velocidade de pá seja variada ou aumentada durante o congelamento do sorvete na cápsula de porção única. A velocidade giratória da espátula de mistura poderia variar de 50 a 1200 RPM para reduzir os tempos de congelamento e reduzir o tamanho de cristal de gelo para que seja baixo, cerca de 50 μm ou menor.
[0090] Alguns desses sistemas usam um refrigerante de baixa temperatura como R290 ou R-600A deve ser usado a temperaturas (-7 °C a -19,9 °C) para alcançar efetivamente temperaturas de extração para alcançar cristais de gelo menores que 50 μm para a maioria da batelada de porção única.
[0091] Alguns desses sistemas usam mistura líquida de sorvete que é estável em armazenamento por 9-12 meses. Isso é alcançado ao realizar um processo de retorta em que cápsulas vedadas hermeticamente de mistura líquida de sorvete são aquecidas a 250 °F (121,11 °C) por pelo menos 5 minutos. Com o uso de laticínio não pasteurizado nas presentes cápsulas e com a realização de um processo de retorta na cápsula antes do uso, o laticínio dentro da cápsula é pasteurizado apenas uma vez. Isso é um contraste com o processo de pasteurização típico ilustrado na Figura 1, em que o laticínio é geralmente pasteurizado antes de sair da fábrica de laticínios, o que significa que é pasteurizado duas vezes, por exemplo, uma vez na fábrica de laticínios e uma vez no presente processo de retorta.
[0092] Alguns desses sistemas e processos usam um processo de retorta que retorta a 250 °F (121,11 °C), embora a retorta a temperaturas superiores seja geralmente preferida, visto que permitiria que o processo de pasteurização fosse concluído em menos tempo. Completar uma retorta a 250 °F (121,11 °C) pode limitar o efeito de acastanhamento quando se remove a frutose a formulação de mistura de sorvete.
[0093] Alguns desses recursos desses sistemas e métodos levam a máquinas compactas. Por exemplo, máquinas com montagens de tampa deslizantes são mais compactas do que sistemas com montagens de tampa elevadas. Esta abordagem pode facilitar a colocação de máquinas em uso doméstico em balcões de cozinha sob armários de cozinha que são frequentemente a 18” (45,72 cm) de distância dos balcões. Máquinas com uma espátula de mistura de rápida rotação acima de 100 a 1.500 RPM podem causar um efeito de sucção ao aspirar o ar para dentro do recipiente. Tal processo não precisa usar um fornecimento de ar separado e torna o sistema geral mais compacto do que os sistemas que injetam ar para dentro do sorvete sendo formado.
[0094] Alguns desses sistemas e métodos proporcionam mistura aprimorada. Por exemplo, sistemas com uma espátula de mistura que tem orifícios descentralizados podem criar um efeito de mistura que agira o conteúdo de um recipiente melhor do que uma espátula de mistura simétrica.
[0095] Alguns desses sistemas são fáceis de usar. Por exemplo, algumas máquinas não exigem que um usuário alinhe cápsulas (por exemplo, latas) sendo inseridas nas máquinas. Em outro exemplo, máquinas que não exigem que um usuário rebaixe uma tampa manualmente para aplicar força para inserir um êmbolo em um recipiente são mais acessíveis aos usuários sem força limitada. Máquinas que proporcionam esta funcionalidade sem um motor adicional tendem a ser mais compactar e mais simples do que as máquinas que incluem um motor específico para fornecer essa funcionalidade.
[0096] Alguns desses sistemas e métodos proporcionam vantagens operacionais. Por exemplo, máquinas com um sistema de refrigeração que tem um aquecedor e/ou um desvio de gás quente podem alcançar o estado estável rapidamente. Essa abordagem pode aprimorar o desempenho e reduzir tempos de espera. Alguns sistemas incluem motores de mistura que não invertem a direção e que continuam a girar o eixo de acionamento através de um ciclo de mistura, cisalhamento e de dispensação. Essa abordagem parece reduzir a probabilidade de o motor de mistura parar à medida que a viscosidade do conteúdo da cápsula aumenta com o resfriamento.
[0097] Alguns sistemas incluem uma rolha de cisalhamento projetada para cisalhar uma protuberância de um recipiente. Uma máquina com tal rolha de cisalhamento pode prender mais seguramente uma cápsula durante o uso, de modo que a cápsula seja menos propensa a deslizar. Isso pode aprimorar o desempenho da máquina.
[0098] Algumas máquinas oferecem capacidade de dispensação tipo venda automática para permitir que as mesmas aceitem pagamento pelo sorvete, fornecer uma variedade de sabores/opções de sorvete e para torná-las fáceis de usar em ambientes comerciais.
[0099] Para a facilidade de descrição, termos como “ascendente”, “descendente” “esquerda” e “direita” são relativos à orientação dos componentes de sistema nas figuras, ao invés de implicarem em uma direção absoluta. Por exemplo, o movimento de um eixo de acionamento descrito como ascendente ou descendente verticalmente em relação à orientação do sistema ilustrado. Entretanto, o movimento de translação de tal eixo de acionamento depende da orientação do sistema e não é necessariamente vertical.
[0100] Os detalhes de uma ou mais modalidades desses sistemas e métodos são apresentados nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outros recursos, objetivos e vantagens desses sistemas e métodos serão evidentes a partir da descrição e dos desenhos, e a partir das reivindicações. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 é um diagrama de processo para uma abordagem para fabricar sorvete. As Figuras 2A-2D ilustram cristais de gelo em sorvete relacionados à suavidade, batedura e temperatura de extração. A Figura 3A é uma vista em perspectiva de uma máquina para resfriar rapidamente alimento e bebidas. A Figura 3B mostra a máquina sem seu alojamento. A Figura 3C é uma vista em perspectiva de uma porção da máquina da Figura 3A. A Figura 4A é uma vista em perspectiva da máquina da Figura 3A com a cobertura da interface de cápsula-máquina ilustrada como sendo transparente para permitir que uma visualização mais detalhada do evaporador seja vista. A Figura 4B é uma vista superior de uma porção da máquina sem o alojamento e a interface de cápsula-máquina sem a tampa. As Figuras 4C e 4D são, respectivamente, uma vista em perspectiva e uma vista lateral do evaporador. As Figuras 5A - 5F mostram componentes de uma interface de cápsula- máquina que são operáveis para abrir e fechar cápsulas no evaporador para dispensar o alimento ou bebida sendo produzida. A Figura 6 é um esquema de um sistema de refrigeração. As Figuras 7A e 7B são vistas de um protótipo de um condensador. A Figura 8A é uma vista lateral de uma cápsula. A Figura 8B é uma vista lateral esquemática da cápsula e uma espátula de mistura disposta na cápsula. As Figuras 9A e 9B são vistas em perspectiva de uma cápsula e um eixo de acionamento associado. A Figura 9C é uma vista em corte transversal de uma porção da cápsula com o eixo de acionamento 126 engatado com uma espátula de mistura na cápsula. As Figuras 10A - 10D mostram uma primeira extremidade de uma cápsula com sua rolha afastada de sua base para facilidade de visualização. As Figuras 11A - 11G ilustram a rotação de uma rolha ao redor da primeira extremidade da cápsula para abrir uma passagem que se estende através da base. A Figura 12 é uma vista lateral esquemática ampliada de uma cápsula. As Figuras 13A-13D são vistas de uma lata para uma cápsula com extremidades emendadas. A Figura 14A é uma foto de uma máquina de retorta. A Figura 14B é uma foto de câmaras de esterilização de retorta dentro de uma máquina de retorta. A Figura 15 é um fluxograma de um método para operar uma máquina para produzir alimento ou bebidas resfriados. A Figura 16A-16C é um fluxograma detalhado de um método para operar uma máquina para produzir alimento ou bebidas resfriados. As Figuras 17A - 17D são vistas em perspectiva de uma máquina para produzir alimento ou bebidas resfriados. As Figuras 18A e 18B são vistas em corte transversal parcial da máquina das Figuras 17A - 17D. A Figura 19 é uma vista em perspectiva parcialmente cortada de um eixo de acionamento. A Figura 20 é uma vista em perspectiva de um dispensador. As Figuras 21A - 21C são vistas esquemáticas que ilustram um sistema de cunha associado à interface de cápsula-máquina. As Figuras 22A - 22C são vistas esquemáticas de um eixo de acionamento com uma cabeça com rebarba e uma reentrância correspondente em uma espátula de mistura. A Figura 23 mostra uma vista em perspectiva de uma máquina com uma alça conectada a um pinhão. As Figuras 24A-24E mostram vistas em perspectiva e em corte transversal de uma máquina com uma alça que gira no mesmo eixo geométrico que uma tampa da máquina. As Figuras 25A-25C mostram uma porção de uma máquina com uma alça acionada por mola que gira o mesmo eixo geométrico que uma tampa da máquina. As Figuras 26A-26C são vistas em perspectiva de uma máquina para resfriar rapidamente alimento e bebidas. A Figura 26B é a máquina com a cobertura de topo removida. As Figuras 27A-27B são vistas em perspectiva da máquina das Figuras 26A-26C com detalhes internos mostrados. As Figuras 28A-28D são vistas em perspectiva e em corte transversal de uma máquina com um êmbolo automático em uma posição retraída (Figuras 28A e 28B) e em uma posição engatada (Figuras 28C e 28D). As Figuras 29A-29D vistas em perspectiva parcial e planas de uma máquina com um êmbolo autoacionado em uma posição retraída (Figuras 29A e 29B) e em uma posição engatada (Figuras 29C e 29D). A Figura 30 é uma vista em corte transversal parcial de uma máquina com um êmbolo autoacionado à medida que se move de uma posição engatada para uma posição retraída. A Figura 31 é umA vista dos componentes internos de uma máquina com um evaporador com um motor afixado. As Figuras 32A e 32B são vistas em perspectiva de um evaporador com um motor afixado. As Figuras 33A-33B são esquemas de um sistema de refrigeração. As Figuras 34A-34D são vistas em perspectiva e planas de uma espátula de mistura. As Figuras 35A-35C ilustram o engate de uma espátula de mistura com uma cápsula. A Figuras 36A-36B ilustra um forro polimérico de uma cápsula. As Figuras 37A-37B ilustram um anel isolante em um eixo de acionamento. As Figuras 37C-37D são vistas de anéis isolantes. As Figuras 38A-38D são vistas em perspectiva de uma espátula de mistura com orelhas de cachorro dispostas dentro de uma cápsula (Figura 38A), somente (Figura 38B), e com um conector fixado (Figuras 38C e 38D). A Figura 39A é uma vista em perspectiva de espátula de mistura com o uso de uma conexão vedada a uma cápsula. A Figura 39B é uma vista em perspectiva do exterior da cápsula mostrada na Figura 39A. A Figura 40A é uma vista plana de uma espátula de mistura com o uso de uma conexão vedada alternada a uma cápsula. A Figura 40B é uma vista em perspectiva da espátula de mistura que mostra uma porção da conexão vedada mostrada na Figura 40A. A Figura 40C é uma vista em perspectiva da espátula de mistura e a porção da vedação mostrada na Figura 40B. A Figura 41A é uma vista em perspectiva de espátula de mistura com o uso de uma conexão vedada alternada a uma cápsula. A Figura 41B é a vedação mostrada na Figura 41A. A Figura 40C é o acoplamento mostrado na Figura 41A. A Figura 41D é uma vista plana da espátula de mistura e a conexão vedada alternada mostrada na Figura 41A. A Figura 41E é uma vista em perspectiva da espátula de mistura e a conexão vedada alternada mostrada na Figura 41A com a cápsula oculta. A Figura 41F é uma vista plana da espátula de mistura e a conexão vedada alternada mostrada na Figura 41A com a cápsula oculta. As Figuras 42A-42D são vistas em perspectiva e planas de uma espátula de mistura com o uso de uma conexão vedada alternada a uma cápsula. As Figuras 43A-43C são vistas em perspectiva de uma espátula de mistura com janelas excêntricas. As Figuras 44A-44B são vistas em perspectiva de um sistema de came para engatar uma cápsula. As Figuras 45A-45E são vistas em perspectiva do sistema de came que engata uma cápsula. A Figura 46 ilustra uma máquina com um sistema de came que engata uma cápsula. As Figuras 47A-47B ilustram uma rolha para uma cápsula. As Figuras 48A-48C são esquemas de uma máquina de vendas automáticas que inclui uma máquina para produzir alimento ou bebidas resfriados. A Figura 49 consiste em resultados de análise de tamanho de cristal de gelo para sorvete. As Figuras 50A-50E são imagens que representam uma análise de tamanho de cristal de gelo para vários sorvetes. [0003]As Figuras 51A-51E são histogramas que representam a análise de tamanho de cristal de gelo para os vários sorvetes mostrados nas Figuras 50A-50E.
[0101] Símbolos de referência semelhantes nos vários desenhos indicam elementos semelhantes.
[0102] Este relatório descritivo descreve sistemas e métodos para resfriar rapidamente alimento e bebidas. Alguns desses sistemas e métodos usam um balcão ou máquina instalada para resfriar alimento e bebidas em um recipiente da temperatura ambiente ao congelamento em menos de três minutos. Por exemplo, a abordagem descrita neste relatório descritivo demonstrou com sucesso a capacidade de produzir sorvete macio, cafés congelados, vitaminas congeladas e coquetéis congelados a partir de cápsulas à temperatura ambiente em aproximadamente 90 segundos. Essa abordagem também pode ser usada para resfriar coquetéis, criar vitaminas congeladas, proteína congelada e outros batidos de bebida funcionais (por exemplo, batidas à base de colágeno, energia, à base de planta, sem lactose e CBD), bebidas de café congeladas e bebidas de café resfriadas com e sem nitrogênio nas mesmas, criar sorvete duro, criar batidas de leite, criar iogurte congelado e bebidas de probiótico resfriadas. Esses sistemas e métodos são baseados em um ciclo de refrigeração com tempos de inicialização baixos e uma interface de cápsula-máquina que é fácil de usar e fornece transferência de calor extremamente eficiente. Algumas das cápsulas descritas podem ser esterilizadas (por exemplo, com o uso de esterilização de retorta ou preenchimento asséptico) e usadas para armazenar ingredientes que incluem, por exemplo, produtos lácteos à temperatura ambiente por até 18 meses. Essas máquinas são descritas em maiores detalhes no Pedido de Patente US n° de Série 16/459.176 (número do dossiê do advogado 47354-0009001) depositado em 1 de julho de 2019 e incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0103] Um desafio significativo no projeto de máquinas de sorvete é a capacidade de resfriar uma cápsula da temperatura ambiente à temperatura de extração tão rapidamente quanto possível, preferencialmente dentro de dois minutos. Algumas máquinas reduzem o tempo de permanência que o sorvete permanece na máquina de sorvete ao alcançar a temperatura de extração tão rapidamente quanto possível. Isso pode ser alcançado por mistura e resfriamento tão rapidamente quanto possível.
[0104] As máquinas e processos descritos neste relatório descritivo criam sorvete com a maioria dos cristais de gelo abaixo de 50 μm e frequentemente a maioria está abaixo de 30 μm em uma cápsula de porção única. A fim de ainda ser capaz de dispensar o sorvete da cápsula em uma tigela ou pote sem que o sorvete entre em contato com a máquina, uma temperatura de extração ou temperatura de dispensação do sorvete deve ser entre -3° e -8 °C (26,6 °F e 17,6 °F) e preferencialmente entre -3° e -6 °C (26,6 °F e 21,2 °F).
[0105] As máquinas e processos descritos neste relatório descritivo usam um recurso inovador de aumentar a velocidade rotacional durante o congelamento e a dispensação, que é contraintuitivo. As máquinas descritas neste relatório descritivo podem usar uma espátula de mistura que começa a girar lentamente, porém, à medida que o sorvete começa a congelar de líquido para sólido, a velocidade rotacional é aumentada exigindo muito mais potência para superar o aumento no torque da espátula de mistura. Normalmente, à medida que o torque aumenta, deve-se reduzir a velocidade rotacional da espátula de mistura para manter a exigência de potência constante. Em algumas máquinas, a velocidade rotacional da espátula de mistura é aumentada durante o processo de congelamento de 100 RPM a 1200 RPM para reduzir os tempos de congelamento e reduzir o tamanho de cristal de gelo para ser baixo, cerca de 50 μm.
[0106] Ademais, ao aumentar a velocidade rotacional da espátula de mistura, o gelo no diâmetro interno da cápsula é derretido, o que é oposto à função pretendida da parede de cápsula para congelar o sorvete rapidamente. O tempo de congelamento para o sorvete aumenta pelo derretimento dos cristais de gelo na parede de cápsula com o atrito extra gerado pela alta velocidade giratória da espátula de mistura. Isso é oposto ao objetivo típico de reduzir o tempo de espera do consumidor para que o sorvete congele e seja dispensado. Pelo menos por essas razões, aumentar a velocidade rotacional da espátula de mistura acima de um limiar de cerca de 200 RPM é contraintuitivo.
[0107] A velocidade rotacional da espátula de mistura impulsora é aumentada para aspirar o ar para dentro do confeito congelado para alcançar excesso aprimorado (preferencialmente, pelo menos 30% de excesso). A rotação do perfil helicoidal da espátula de mistura (por exemplo, o perfil helicoidal da espátula de mistura 950 é mostrado na Figura 34A) também gera pressão descendente para extrudar o sorvete para fora da porta de saída da cápsula.
[0108] Ademais, como descrito anteriormente, a combinação de girar a espátula de mistura rapidamente e resfriar rapidamente nas paredes da cápsula permite que o sorvete resfriado seja misturado apropriadamente dentro da cápsula e mantenha o tamanho pequeno de cristal de gelo que é diretamente correlacionado à suavidade do sorvete. Isso é, em parte devido à raspagem do sorvete resfriado das paredes da cápsula e forçar o mesmo para o centro da cápsula em que a temperatura é mais quente. O desempenho ideal da máquina de sorvete depende de ter tanto resfriamento eficiente nas paredes da cápsula quanto raspagem/mistura rápida do conteúdo da cápsula. Uma máquina com resfriamento eficiente, mas sem raspagem/mistura rápida e vice-versa seria menos ideal.
[0109] A mistura de sorvete descrita neste relatório descritivo usa um recurso inovador de incluir estabilizantes e emulsificantes mínimos ou nenhum. A ausência ou quase ausência de estabilizantes, emulsificantes e produtos não naturais é considerada um “rótulo limpo”. A mistura de sorvete descrita neste relatório descritivo inclui leite, creme, açúcar e leite em pó. Ao incluir esses recursos na mistura de sorvete, o sorvete resultante tem uma maioria de cristais de gelo abaixo de 25 μm de diâmetro.
[0110] Por exemplo, uma formulação de rótulo limpo para uma porção de 150 g de sorvete pode incluir as seguintes proporções: 48 g de leite integral, 67 g de creme pesado (sem gomas), 24 g de açúcar branco e 11 g de potência de leite seco sem gordura.
[0111] A Figura 3A é uma vista em perspectiva de uma máquina 100 para resfriar alimento ou bebidas. A Figura 3B mostra a máquina sem seu alojamento. A máquina 100 reduz a temperatura de ingredientes em uma cápsula que contém os ingredientes. A maioria das cápsulas inclui uma espátula de mistura usada para misturar os ingredientes antes de dispensar os produtos resfriados ou congelados. Em algumas ocorrências, a espátula de mistura pode ser parte da máquina e inserida na cápsula. Em algumas ocorrências, a espátula de mistura pode ser usada mais de uma vez. Em algumas ocorrências, a máquina não irá dispensar o confeito congelado e, nesse caso, o confeito congelado pode ser recolhido da cápsula com uma colher.
[0112] A máquina 100 inclui um corpo 102 que inclui um compressor, um condensador, uma ventoinha, um evaporador, tubos capilares, um sistema de controle, um sistema de tampa e um sistema de dispensação com um alojamento 104 e uma interface de cápsula-máquina 106. A interface de cápsula-máquina 106 inclui um evaporador 108 de um sistema de refrigeração 109 cujos outros componentes são dispostos dentro do alojamento 104. Como mostrado na Figura 3B, o evaporador 108 define um receptáculo 110 dimensionado para receber uma cápsula.
[0113] Uma tampa 112 é fixada ao alojamento 104 por meio de uma dobradiça 114. A tampa 112 pode girar entre uma posição fechada que cobre o receptáculo 110 (Figura 3A) e uma posição aberta que expõe o receptáculo 110 (Figura 3B). Em sua posição fechada, a tampa 112 cobre o receptáculo 110 e é travada no lugar. Na máquina 100, um fecho 116 na tampa 112 engata com uma reentrância de fecho 118 na interface de cápsula-máquina 106. Um sensor de fecho 120 é disposto na reentrância de fecho 118 para determinar se o fecho 116 é engatado com a reentrância de fecho 118. Um processador 122 é conectado eletronicamente ao sensor de fecho 120 e reconhece que a tampa 112 está fechada quando o sensor de fecho 120 determina que o fecho 116 e a reentrância de fecho 118 estão engatados. Nem todas as máquinas incluem sensores de fecho.
[0114] Uma cobertura auxiliar 115 gira ascendentemente à medida que a tampa 112 é movida de sua posição fechada para sua posição aberta. Uma fenda na cobertura auxiliar 115 recebe uma alça da tampa 112 durante este movimento. Algumas coberturas auxiliares deslizam para o alojamento quando a tampa se move para a posição aberta.
[0115] Na máquina 100, o evaporador 108 é fixado na posição em relação ao corpo 102 da máquina 100 e o acesso ao receptáculo 110 é fornecido pelo movimento da tampa 112. Em algumas máquinas, o evaporador 108 é deslocável em relação ao corpo 102 e o movimento do evaporador 108 fornece acesso ao receptáculo 110.
[0116] Um motor 124 disposto no alojamento 104 é mecanicamente conectado a um eixo de acionamento 126 que se estende a partir da tampa 112. Quando a tampa 112 está em sua posição fechada, o eixo de acionamento 126 se estende para o receptáculo 110 e, se uma cápsula estiver presente, engata com a cápsula para mover uma espátula ou espátulas dentro da cápsula. Por vezes, a espátula é chamada de um impulsor, uma lâmina, uma pá ou uma espátula de mistura. O processador 122 está em comunicação eletrônica com o motor 124 e controla a operação do motor 124.
[0117] Em algumas máquinas, o eixo associado à espátula (ou espátulas) da cápsula se estende para fora a partir da cápsula e a tampa 112 tem um receptáculo giratório (ao invés do eixo de acionamento 126) conectado mecanicamente ao motor 124. Em algumas máquinas, o motor fornece pelo menos 50 ozf-in (onça-força polegada) (3,6 centímetro kg-força) de torque a uma velocidade giratória de pelo menos 100 RPM (rotações por minuto) na espátula de mistura. Por exemplo, um torque de 100 ozf-in (7,2 centímetro kg-força) e uma velocidade rotacional de 750 RPM podem ser usados. Em algumas máquinas, o motor da espátula de mistura fornece um torque de até 400 ozf-in (28,8 centímetro kg-força) e uma velocidade rotacional de até 1.500 RPM.
[0118] A Figura 3C é uma vista em perspectiva da tampa 112 mostrada separadamente, de modo que a correia 125 que se estende a partir do motor 124 para o eixo de acionamento 126 seja visível. Com referência novamente à Figura 3B, o motor 124 é montado em uma placa que corre ao longo de trilhos 127. A placa pode se mover aproximadamente 0,25 polegadas (0,64 cm) para ajustar a tensão na correia 125. Durante a montagem, a placa desliza ao longo dos trilhos. Molas dispostas entre a placa e a tampa 112 inclinam a tampa 112 na direção oposta à placa para manter a tensão na correia.
[0119] A Figura 4A é uma vista em perspectiva da máquina 100 com a cobertura da interface de cápsula-máquina 106 ilustrada como sendo transparente para permitir que uma vista mais detalhada do evaporador 108 seja vista. A Figura 4B é uma vista superior de uma porção da máquina 100 sem alojamento 104 e a interface de cápsula- máquina 106 sem a tampa 112. As Figuras 4C e 4D são, respectivamente, uma vista em perspectiva e uma vista lateral do evaporador 108. O evaporador 108 é descrito em mais detalhes no Pedido de Patente US n° de Série 16/459.388 (número do dossiê do advogado 47354-0006001) depositado em 1 de julho de 2019 e incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0120] O evaporador 108 tem uma configuração de concha com uma primeira porção 128 fixada a uma segunda porção 130 por uma dobradiça viva 132 em um lado e separada por um vão 134 no outro lado. O refrigerante flui para o evaporador 108 a partir de outros componentes do sistema de refrigeração através de canais de fluido 136 (visto melhor na Figura 4B). O refrigerante flui através do evaporador 108 em canais internos através da primeira porção 128, da dobradiça viva 132 e da segunda porção 130.
[0121] O espaço 137 (visto melhor na Figura 4B) entre a parede externa do evaporador 108 e a parede interna do invólucro da interface de cápsula-máquina 106 é preenchido com um material isolante para reduzir a troca de calor entre o ambiente e o evaporador 108. Na máquina 100, o espaço 137 é preenchido com um aerogel (não mostrado). Algumas máquinas usam outro material isolante, por exemplo, um ânulo (como um espaço aéreo), espumas isolantes feitas de vários polímeros, ou lã de fibra de vidro.
[0122] O evaporador 108 tem uma posição aberta e uma posição fechada. Na posição aberta, o vão 134 se abre para fornecer um entreferro entre a primeira porção 128 e a segunda porção 130. Na máquina 100, a primeira porção 128 e a segunda porção 130 são pressionadas juntas na posição fechada.
[0123] O diâmetro interno ID do evaporador 108 é ligeiramente maior na posição aberta do que na posição fechada. Cápsulas podem ser inseridas no, e removidas do evaporador 108 enquanto o evaporador está em sua posição aberta. Transitar o evaporador 108 de sua posição aberta para sua posição fechada após uma cápsula ser inserida aperta o evaporador 108 ao redor do diâmetro externo da cápsula. Por exemplo, a máquina 100 é configurada para usar cápsulas com diâmetro externo de 2,085” (5,3 cm). O evaporador 108 tem um diâmetro interno de 2,115” (5,37 cm) na posição aberta e um diâmetro interno de 2,085” (5,3 cm) na posição fechada. O evaporador 108 tem um diâmetro interno de 2,115 polegadas (5,37 cm) em sua posição aberta e um diâmetro interno de 2,085 polegadas (5,3 cm) em sua posição fechada. Algumas máquinas têm evaporadores dimensionados e configurados para resfriar outras cápsulas.
[0124] O evaporador é dimensionado para receber facilmente uma cápsula na posição aberta e engatar a cápsula na posição fechada. Ao invés de uma configuração de concha, alguns evaporadores podem ter múltiplas peças que têm uma posição aberta e fechada que não têm dobradiça, mas podem deslizar em grande proximidade um com o outro. Alguns evaporadores podem ter um tubo que conecta os canais de resfriamento entre as várias peças do evaporador. Alguns evaporadores podem ser frustocônicos. Alguns evaporadores têm primeira e segunda porções que são pressionadas uma em direção à outra e um vão entre as mesmas é reduzido, mas um há um espaço entre a primeira e a segunda porções na posição fechada.
[0125] Algumas máquinas têm evaporadores dimensionados e configurados para resfriar outras cápsulas. As cápsulas podem ser formadas a partir de tamanhos de lata disponíveis comercialmente, por exemplo, latas “finas” com diâmetros que variam de 2,080 polegadas - 2,090 polegadas (5,28 cm - 5,31 cm) e volumes de 180 mililitros (ml) - 300 ml, latas “compactas” com diâmetros que variam de 2,250 polegadas - 2,400 polegadas (5,72 cm - 6,01 cm) e volumes de 180 ml - 400 ml e latas de tamanho “padrão” com diâmetros que variam de 2,500 polegadas - 2,600 polegadas (6,35 cm - 6,60 cm) e volumes de 200 ml - 500 ml. A máquina 100 é configurada para usar cápsulas com 2,085 (5,3 cm) ± 0,10 polegadas (0,25 cm) de diâmetro externo. Algumas cápsulas têm um diâmetro interno de 2,065 polegadas a 2,075 polegadas (5,25 cm a 5,27 cm) para permitir que a espátula de mistura com um diâmetro de 2,045 a 2,055 polegadas (5,19 a 5,22 cm), respectivamente, para girar a um RPM de 100 a 1.500 RPM, resultando em 6.000 a 93.000 polegadas quadradas (3,87 a 60 m2) raspadas por minuto.
[0126] Com um diâmetro interno de cerca de 2,085 polegadas (5,3 cm), a cápsula pode acomodar uma espátula de mistura com um diâmetro de cerca de 2,065 polegadas (5,25 cm). A espátula de mistura pode revolver na cápsula a velocidades giratórias que variam entre 100 RPM e 1.500 RPM. Durante esse tempo, uma borda de lâmina única da espátula de mistura raspa as paredes internas da cápsula a taxas que variam de 3.100 a 46.500 polegadas quadradas (2 a 30 m2) por minuto. A área raspada por minuto se multiplica com cada borda de raspagem na espátula de mistura (isto é, uma espátula de mistura com duas bordas rasparia aproximadamente 6.200 a 93.000 polegadas quadradas (4 a 60 m2) por minuto). Como descrito anteriormente, este processo de raspagem e mistura ajuda a distribuir os cristais de gelo que se formaram na parede da cápsula para o interior da cápsula.
[0127] Algumas cápsulas são pressurizadas para terem uma pressão interna de cerca de 5 - 100 psi pressão manométrica. Algumas cápsulas têm um revestimento externo decorativo de não mais que 10-50 mícrons de espessura (por exemplo, menos de 50 mícrons). Os revestimentos externos mais espessos podem isolar a cápsula e interferir com a transferência de calor durante o resfriamento da cápsula. Algumas cápsulas não têm um revestimento interno ou externo nas extremidades.
[0128] Além de cápsulas cilíndricas, algumas cápsulas são frustocônicas (por exemplo, frustocônicas com uma extremidade aberta). Algumas cápsulas não exigem uma porta de dispensação porque o confeito congelado pode ser pego com colher a partir da extremidade aberta da cápsula.
[0129] Além de cápsulas de uso único, algumas cápsulas são reutilizáveis. Algumas cápsulas são usadas, lavadas e reutilizadas. Algumas cápsulas devem ser compradas vazias e preenchidas antes do uso. Algumas cápsulas devem ser compradas ou adquiridas cheias, usadas e reabastecidas por um usuário ou pela máquina. Algumas cápsulas são esterilizadas após o uso e esterilizadas após o uso de reabastecimento para possibilitar o armazenamento à temperatura ambiente. Algumas cápsulas incluem recursos revedados que permitem que a cápsula seja reabastecida e revedada. Algumas cápsulas incluem uma protuberância reutilizável para dispensar o confeito congelado da cápsula da máquina. Algumas cápsulas podem ser compradas vazias e usadas com um kit de fabricação de sorvete caseiro com ingredientes de rótulo limpo.
[0130] A posição fechada do evaporador 108 aprimora a transferência de calor entre a cápsula inserida 150 e o evaporador 108 ao aumentar a área de contato entre a cápsula 150 e o evaporador 108 e reduzir ou eliminar um entreferro entre a parede da cápsula 150 e o evaporador 108. Em algumas cápsulas, a pressão aplicada à cápsula pelo evaporador 108 é oposta pelas espátulas de mistura, gases pressurizados dentro da cápsula, ou ambos para manter o formato de invólucro da cápsula. O evaporador 108 pode proporcionar uma força de fechamento contra a cápsula 150 de aproximadamente 10 - 50 lbf (libra-força) (0,45 - 22,68 kgf) e uma força de pinçagem de torque aproximada de 1.000 a 1.500 ozf - pol (72,01 a 108,01 centímetro kg-força).
[0131] No evaporador 108, a posição relativa da primeira porção 128 e da segunda porção 130 e o tamanho do vão 134 entre as mesmas são controlados por duas barras 138 conectadas por uma cavilha 140 e duas molas 142. Cada uma das barras 138 tem um orifício central rosqueado através da qual a cavilha 140 se estende e dois orifícios de extremidade engatando os pinos 144. Cada uma das duas molas 142 é disposta ao redor de um pino 144 que se estende entre as barras 138. Algumas máquinas usam outros sistemas para controlar o tamanho do vão 134, por exemplo, sistemas de cabo circunferenciais com cabos que se estende ao redor do diâmetro externo do evaporador 108 sendo o cabo apertado para fechar o evaporador 108 e solto para abrir o evaporador 108. Em outros evaporadores, há uma pluralidade de cavilhas e orifícios de extremidade, uma ou mais de duas molas, e um ou mais pinos de engate.
[0132] Uma barra 138 é montada na primeira porção 128 do evaporador 108 e a outra barra 138 é montada na segunda porção 130 do evaporador 108. Em alguns evaporadores, as barras 138 são integrais ao corpo do evaporador 108, ao invés de serem montadas no corpo do evaporador. As molas 142 pressionam as barras 138 em direções opostas uma à outra. A força de mola inclina a primeira porção 128 e a segunda porção 130 do evaporador 108 em direções opostas uma à outra no vão 134. A rotação da cavilha 140 em uma direção aumenta uma força que impulsiona as barras 138 uma em direção à outra e a rotação da cavilha na direção oposta diminui essa força. Quando a força aplicada pela cavilha 140 é maior que a força de mola, as barras 138 unem a primeira porção 128 e a segunda porção 130 do evaporador.
[0133] A máquina 100 inclui um motor elétrico 146 (mostrado na Figura 4B), que é operável para girar a cavilha 140 para controlar o tamanho do vão 134. Algumas máquinas usam outros mecanismos para girar a cavilha 140. Por exemplo, algumas máquinas usam uma ligação mecânica, por exemplo, entre a tampa 112 e a cavilha 140 para girar a cavilha 140 à medida que a tampa 112 é aberta e fechada. Algumas máquinas incluem uma alça que pode ser fixada à cavilha para apertar ou soltar manualmente a cavilha. Algumas máquinas têm um sistema de cunha que força as barras para uma posição fechada quando a tampa de máquina é fechada. Essa abordagem pode ser usada em invés do motor elétrico 146, ou pode ser fornecida como uma reserva no caso de o motor falhar.
[0134] O motor elétrico 146 está em comunicação com e é controlado pelo processador 122 da máquina 100. Alguns acionamentos elétricos incluem um sensor de torque que envia medições de torque para o processador 122. O processador 122 sinaliza para o motor girar a cavilha 140 em uma primeira direção para pressionar as barras 138 juntas, por exemplo, quando um sensor de cápsula indica que uma cápsula é disposta no receptáculo 110 ou quando o sensor de fecho 120 indica que a tampa 112 e a interface de cápsula-máquina 106 estão engatadas. É desejável que o evaporador em concha seja fechado e reter a cápsula em uma posição fixada de modo apertado antes que a tampa feche e o eixo perfure a cápsula e engate a espátula de mistura. Este posicionamento pode ser importante para o engate de eixo-espátula de mistura. O processador 122 sinaliza para o acionamento elétrico girar a cavilha 140 na segunda direção, por exemplo, após o alimento ou a bebida sendo produzida ter sido resfriada/congelada e dispensada da máquina 100, abrindo, assim, o vão de evaporador 134 e permitindo a fácil remoção da cápsula 150 do evaporador 108.
[0135] A base do evaporador 108 tem três furos 148 (consultar a Figura 4C) que são usados para montar o evaporador 108 ao piso da interface de cápsula-máquina 106. Todos os três furos 148 se estendem através da base da segunda porção 130 do evaporador 108. A primeira porção 128 do evaporador 108 não é fixada diretamente ao piso da interface de cápsula-máquina 106. Essa configuração possibilita os movimentos de abertura e fechamento descritos acima. Outras configurações que possibilitam os movimentos de abertura e fechamento do evaporador 108 podem ainda ser usados. Algumas máquinas têm mais ou menos de três furos 148. Alguns evaporadores são montados aos componentes diferentes do piso da interface de cápsula-máquina, por exemplo, o mecanismo de dispensação.
[0136] Muitos fatores afetam o desempenho de um sistema de refrigeração. Fatores importantes incluem velocidade de massa de refrigerante que flui através do sistema, a área de superfície molhada por refrigerante, o processo de refrigeração, a área de superfície de transferência de calor de cápsula/evaporador, a massa do evaporador e a condutividade térmica do material da superfície de transferência de calor. Modelagem e estudos empíricos extensivos no desenvolvimento dos sistemas de protótipo descritos neste relatório descritivo determinaram que as escolhas apropriadas para a velocidade de massa de refrigerante que flui através do sistema e da área de superfície molhada por refrigerante são os parâmetros mais importantes de se equilibrar para proporcionar um sistema capaz de congelamento até 10-12 onças (0,31-0,37 kg) de confeito em menos de 2 minutos.
[0137] Os evaporadores descritos neste relatório descritivo têm as seguintes características: Os seguintes parágrafos descrevem a significância desses parâmetros em mais detalhes.
[0138] A velocidade de massa considera a natureza multifásica do refrigerante que flui através de um evaporador. O processo de duas fases aproveita as altas quantidades de calor absorvido e expandido quando um fluido refrigerante (por exemplo, R-290 propano) muda de estado de um líquido para gás e um gás para um líquido, respectivamente. A taxa de transferência de calor depende, em parte, da exposição das superfícies internas do evaporador com um novo refrigerante líquido para vaporizar e resfriar a mistura líquida de sorvete. Para fazer isso, a velocidade do fluido refrigerante deve ser suficientemente alta para que o vapor canalize ou flua descendentemente no centro da trajetória de fluxo dentro das paredes do evaporador e para que o refrigerante líquido seja impulsionado através dessas passagens de canal dentro das paredes. Uma medição aproximada de velocidade de fluido em um sistema de refrigeração é a velocidade de massa - o fluxo de massa do refrigerante em um sistema por unidade através da área em corte da passagem de fluxo em unidades de libras/(pé quadrado por hora (quilogramas/metro quadrado por hora)) (lb/hr ft2 (kg/h m2)). A velocidade como medida em pés/segundo [metros/segundo] (ft/s (m/s)) (uma forma mais familiar de medir “velocidade”) é difícil de se aplicar em um sistema de duas fases, visto que a velocidade (ft/s (m/s)) muda constantemente à medida que o fluxo de fluido muda de estado de líquido para gás. Se o refrigerante líquido estiver constantemente deslizando através das paredes do evaporador, o mesmo pode ser vaporizado e novo líquido pode ser impulsionado contra a parede dos canais de resfriamento pelo “núcleo” de vapor que flui descendentemente no meio da passagem. A baixas velocidades, o fluxo se separa com base na gravidade e o líquido permanece no fundo da passagem de resfriamento dentro do evaporador e o vapor é elevado para o lado superior dos canais de passagem de resfriamento. Se a quantidade de área exposta ao líquido for reduzida pela metade, por exemplo, isso poderia cortar a quantidade de transferência de calor quase pela metade.
[0139] De acordo com a American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), uma velocidade de massa de 150.000 lb/hr ft2 (732.364,65 kg/h m2) maximiza o desempenho da maioria da trajetória de fluxo do evaporador. A velocidade de massa é um dos parâmetros que deve ser equilibrado para otimizar um sistema de refrigerante. Os parâmetros que afetam o desempenho do evaporador são taxa de fluxo de massa, coeficiente de transferência de calor convectiva e queda de pressão. A pressão operacional nominal do evaporador é determinada pela temperatura necessária do evaporador e as propriedades do refrigerante usado no sistema. A taxa de fluxo de massa de refrigerante através do evaporador deve ser suficientemente alta para que o mesmo absorva a quantidade de energia térmica do confeito para congelar o mesmo, em uma dada quantidade de tempo. A taxa de fluxo de massa é principalmente determinada pelo tamanho do compressor. É desejável usar o menor compressor possível para reduzir custo, peso e tamanho. O coeficiente de transferência de calor convectiva é influenciado pela velocidade de massa e área de superfície molhada do evaporador. O coeficiente de transferência de calor convectiva irá aumentar com velocidade de massa aumentada. Entretanto, queda de pressão também irá aumentar com a velocidade de massa. Isso, por sua vez, aumenta a potência necessária para operar o compressor e reduz a taxa de fluxo de massa que o compressor pode entregar. É desejável projetar o evaporador para satisfazer os objetivos de desempenho enquanto usa o menor e menos dispendioso compressor possível. Foi determinado que evaporadores com uma velocidade de massa de 75.000 - 125.000 lb/hr ftA2 (366.182,33 - 610.303,88 kg/h m2) são eficazes em ajudar a proporcionar um sistema capaz de congelamento até 12 onças de confeito em menos de 2 minutos. O último protótipo tem uma velocidade de massa de aproximadamente 100.000 lb/hr ftA2 (488.243,11 kg/h m2) e proporciona um bom equilíbrio de alta velocidade de massa, queda de pressão gerenciável no sistema (abaixo de 2 psi), e um compressor de dimensão razoável abaixo de 12cc de deslocamento
[0140] Em alguns sistemas, o sistema de refrigeração resfria a cápsula com um compressor com o uso de um refrigerante fluido de duas fases, como R134A, R22, R600a ou R290. Em alguns sistemas, o compressor é um compressor recíproco ou um compressor giratório. Compressores de corrente contínua (CC) com uma velocidade de motor variável permitem o deslocamento aumentado em direção ao início do ciclo de resfriamento de refrigeração da cápsula (por exemplo, primeiros 45 segundos do resfriamento da cápsula) e reduzem a velocidade de motor em direção ao final do ciclo de resfriamento da cápsula para aumentar a eficiência do processo de congelamento enquanto mantêm a queda de pressão. Em alguns sistemas, o compressor de CC pode ter uma velocidade de motor variável que é ajustada dependendo da carga no ciclo de refrigeração da máquina.
[0141] Em alguns sistemas, o uso de um refrigerante natural, como R290, pode satisfazer os objetivos de protocolos internacionais, como Montreal e Kyoto, assim como ajudar a reduzir problemas ambientais, como depleção da camada de ozônio e aquecimento global. Esses protocolos e problemas ambientais tipicamente sugerem que refrigerantes de R22 e R134A sejam suprimidos.
[0142] As propriedades termofísicas de refrigerantes determinam um desempenho de energia do sistema de refrigeração. A seguinte tabela mostra propriedades termofísicas para refrigerantes R22 e R290, a uma temperatura de evaporação de 10 °C e temperatura de condensação de 45 °C
[0143] A densidade líquida inferior do refrigerante R290 denota a exigência inferior de massa de refrigerante resultante em atrito inferior e melhores coeficientes de transferência de calor no evaporador e condensador. A viscosidade de refrigerante é a superfície superior de irreversibilidade e influencia coeficientes de transferência de calor de condensação e ebulição. O refrigerante R290 tem viscosidade inferior e condutividade térmica superior que aprimora o desempenho do condensador e evaporador. O calor específico superior de R290 proporciona temperaturas de descarga inferiores.
[0144] Outro fator importante que afeta o desempenho em um evaporador é a área de superfície molhada pelo refrigerante que é a área de todos os canais de resfriamento dentro do evaporador, desde que pelo menos algum refrigerante líquido está presente ao longo desses canais. Aumentar a área de superfície molhada pode aprimorar as características de transferência de calor de um evaporador. Entretanto, aumentar a área de superfície molhada pode aumentar a massa do evaporador, o que aumentaria a inércia térmica e deteriorar características de transferência de calor do evaporador.
[0145] A quantidade de calor que pode ser transferida para fora do líquido em uma cápsula é mistura de sorvete proporcional à área de superfície da superfície de transferência de calor de cápsula/evaporador. Uma área de superfície maior é desejável, mas aumenta na área de superfície pode exigir aumentar a massa do evaporador que deterioraria as características de transferência de calor do evaporador. Foi determinado que os evaporadores em que a área da superfície de transferência de calor de cápsula/evaporador é entre 20 e 40 polegadas quadradas são efetivamente combinada com as outras características para ajudar a fornecer um sistema capaz de congelamento até 12 onças de confeito em menos de 2 minutos.
[0146] Condutividade térmica é a propriedade intrínseca de um material que se refere à sua capacidade de conduzir calor. A transferência de calor por condução envolve transferência de energia dentro de um material sem qualquer movimento do material como um todo. Um evaporador com paredes feitas de um material de condutividade alta (por exemplo, alumínio) reduz a diferença de temperatura através das paredes do evaporador. Reduzir esta diferença de temperatura reduz o trabalho necessário para que o sistema de refrigeração resfrie o evaporador à temperatura correta.
[0147] A temperatura da cápsula pode ser medida com o uso de um sensor de temperatura, como um termopar. Em algumas máquinas, um termopar que toca fisicamente na superfície externa da cápsula pode ser usado para medir a temperatura da cápsula, ou o termopar pode ser fornecido diretamente no exterior da cápsula. Em algumas máquinas, o sensor (ou sensores) penetra radialmente através do evaporador e, em alguns casos, é acionado por mola para assegurar força consistente na ponta de sensor. O sensor pode ser isolado termicamente do evaporador, de modo que detecte apenas a temperatura do lado externo da cápsula. Cápsulas podem ser feitas de alumínio de aproximadamente 0,004 a 0,008 polegadas (0,02032 cm) de espessura, de modo que a temperatura de cápsula seja efetivamente igual à temperatura do conteúdo. Com o uso dessas temperaturas, o processo seria controlável de várias formas: (i) ao variar a velocidade de misturador dependendo de quão rapidamente o produto congela, (ii) ao parar o processo de congelamento quando a temperatura-alvo é alcançada, e (iii) durante o processo de dispensação, ao detectar quando a cápsula está vazia e finalizar o processo de dispensação nesse momento, ao invés de girar a espátula de mistura em uma cápsula vazia, o que pode ser barulhento.
[0148] Para que a transferência de calor desejada ocorra, o evaporador deve ser resfriado. Quanto maior a massa do evaporador, mais longo este resfriamento levará. Reduzir a massa do evaporador reduz a quantidade de material que deve ser resfriada durante um ciclo de congelamento. Um evaporador com uma grande massa irá aumentar o tempo necessário para congelar até 12 onças do confeito.
[0149] Os efeitos de condutividade térmica e massa podem ser equilibrados por uma escolha apropriada de materiais. Há materiais com condutividade térmica superior ao alumínio, como o cobre. Entretanto, a densidade do cobre é maior que a densidade do alumínio. Por essa razão, alguns evaporadores foram construídos, os quais usam cobre de alta condutividade térmica apenas nas superfícies de troca de calor do evaporador e usam alumínio em todos os outros lugares.
[0150] As Figuras 5A - 5F mostram componentes da interface de cápsula- máquina 106 que são operáveis para abrir cápsulas no evaporador 108 para dispensar o alimento ou a bebida sendo produzida pela máquina 100. Esse é um exemplo de uma abordagem para abrir cápsulas, porém, algumas máquinas e as cápsulas associadas usam outras abordagens.
[0151] A Figura 5A é uma vista esquemática parcialmente cortada da interface de cápsula-máquina 106 com uma cápsula 150 colocada no evaporador 108. A Figura 5B é uma vista plana esquemática voltada para cima, que mostra a relação entre a extremidade da cápsula 150 e o piso 152 da interface de cápsula-máquina 106. O piso 152 da interface de cápsula-máquina 106 é formado por um dispensador 153. As Figuras 5C e 5D são vistas em perspectiva de um dispensador 153. As Figuras 5E e 5F são vistas em perspectiva de um inserto 154 que é disposto no dispensador 153. O inserto 154 inclui um motor elétrico 146 operável para acionar o piso 152 de uma engrenagem helicoidal 157 da interface de cápsula-máquina 106. A engrenagem helicoidal 157 é engatada com uma engrenagem 159 com uma configuração anular. Um membro anular 161 montado na engrenagem 159 se estende a partir da engrenagem 159 para uma região interna da interface de cápsula-máquina 106. O membro anular 161 tem protuberâncias 163 que são configuradas para engatarem com uma cápsula inserida na interface de cápsula-máquina 106 para abrir a cápsula. As protuberâncias 163 do membro anular 161 são quatro protuberâncias em formato de tarugo. Algumas engrenagens anulares têm mais protuberâncias ou menos protuberâncias, e as protuberâncias podem ter outros formatos, por exemplo, “dentes”.
[0152] A cápsula 150 inclui um corpo 158 que contém uma espátula de mistura 160 (consultar a Figura 5A). A cápsula 150 também tem uma base 162 que define uma passagem 164 e uma rolha 166 que se estende através da base 162 (consultar a Figura 5B). A base 162 é emendada/fixada ao corpo 158 da cápsula 150. A base 162 inclui uma protuberância 165. A rolha 166 montada sobre a base 162 é giratória ao redor da circunferência/do eixo geométrico da cápsula 150. Durante o uso, quando o produto está pronto para ser dispensado da cápsula 150, o dispensador 153 da máquina engata e gira a rolha 166 ao redor da primeira extremidade da cápsula 150. A rolha 166 é girada para uma posição para engatar e, então, separar a protuberância 165 do restante da base 162. A cápsula 150 e seus componentes são descritos em mais detalhes em relação às Figuras 8A - 8B.
[0153] A passagem 164 na base 162 é aberta pela rotação da rolha 166. A interface de cápsula-máquina 106 inclui um motor elétrico 146 com rosqueamento que engata a circunferência externa de uma engrenagem 168. A operação do motor elétrico 146 faz com que a engrenagem 168 gire. A engrenagem 168 é fixada a um membro anular 161 e a rotação da engrenagem 168 gira o membro anular 161. A engrenagem 168 e o membro anular 161 são ambos anulares e, juntos, definem um furo central através do qual o alimento ou a bebida pode ser dispensada da cápsula 150 através da passagem 164 sem entrar em contato com a engrenagem 168 ou o membro anular 161. Quando a cápsula 150 é colocada no evaporador 108, o membro anular 161 engata a rolha 166 e a rotação do membro anular 161 gira a rolha 166.
[0154] A Figura 6 é um esquema do sistema de refrigeração 109 que inclui o evaporador 108. O sistema de refrigeração inclui ainda um condensador 180, um trocador de calor de linha de sucção 182, um dispositivo de expansão 184 e um compressor 186. O dispositivo de expansão 184 pode incluir uma válvula ou um tubo capilar, ambos os quais poderiam ser usados no sistema de refrigeração 109. Refrigerante líquido de alta pressão flui do condensador 180 através do trocador de calor de linha de sucção 182 e do dispositivo de expansão 184 para o evaporador 108. O dispositivo de expansão 184 restringe o fluxo do fluido refrigerante líquido e reduz a pressão do refrigerante líquido à medida que o mesmo sai do dispositivo de expansão 184. O líquido de baixa pressão, então, se move para o evaporador 108 em que o calor é absorvido de uma cápsula 150 e seu conteúdo no evaporador 108 altera o refrigerante de um líquido para um gás. O refrigerante de fase gasosa flui do evaporador 108 para o compressor 186 através do trocador de calor de linha de sucção 182. No trocador de calor de linha de sucção 182, o vapor frio que sai do evaporador 108 pré-resfria o líquido que sai do condensador 180. O refrigerante entra no compressor 186 como um gás de baixa pressão e sai do compressor 186 como um gás de alta pressão. O gás, então, flui para o condensador 180, em que a troca de calor resfria e condensa o refrigerante em um líquido.
[0155] O sistema de refrigeração 109 inclui uma primeira linha de desvio 188 ou válvula e segunda linha de desvio 190 ou válvula. A primeira linha de desvio 188 conecta diretamente a descarga do compressor 186 à entrada do compressor 186. Válvulas de desvio estão dispostas tanto na primeira linha de desvio quanto na segunda linha de desvio, que abrem e fecham a passagem para permitir o fluxo de desvio de refrigerante. Divergir o refrigerante diretamente da descarga de compressor para a entrada pode proporcionar descongelamento e controle de temperatura de evaporador sem injetar gás quente no evaporador. A primeira linha de desvio 188 também fornece um meio para equalização de pressão rápida através do compressor 186, o que permite a reinicialização rápida (isto é, congelar uma cápsula após a outra rapidamente). A segunda linha de desvio 190 possibilita a aplicação de gás quente ao evaporador 108 para descongelar o evaporador 108. As válvulas de desvio podem ser, por exemplo, válvulas solenoides ou válvulas de acelerador. Uma válvula de desvio adicional pode ser usada (não mostrada) para direcionar ar quente ao longo do comprimento da espátula de mistura 160 para ajudar a remover o produto aderindo à espátula de mistura 160.
[0156] As Figuras 7A e 7B são vistas de um protótipo do condensador 180. O condensador tem canais internos 192. Os canais internos 192 aumentam a área de superfície que interage com o refrigerante resfriando o refrigerante rapidamente. Essas imagens mostram tubos de microcanal que são usados, visto que os mesmos têm canais pequenos que mantêm a velocidade de refrigerador alta e têm parede fina para boa transferência de calor e têm pouca massa para impedir que o condensador seja um dissipador de calor.
[0157] As Figuras 10A e 10B mostram um exemplo de uma cápsula 150 para uso com a máquina 100 descrita em relação às Figuras 3A - 5F. A Figura 8A é uma vista lateral da cápsula 150. A Figura 8B é uma vista lateral esquemática da cápsula 150 e da espátula de mistura 160 disposta no corpo 158 da cápsula 150.
[0158] A cápsula 150 é dimensionada para caber no receptáculo 110 da máquina 100. As cápsulas podem ser dimensionadas para fornecerem uma porção única do alimento ou da bebida sendo produzida. Tipicamente, cápsulas têm um volume entre 6 e 18 onças fluidas (177,44 e 236,59 mL). A cápsula 150 tem um volume de aproximadamente 8,5 onças fluidas (251,38 mL).
[0159] O corpo 158 da cápsula 150 é uma lata de bebida de alumínio que contém a espátula de mistura 160. O corpo 158 se estende a partir de uma primeira extremidade 210 na base para uma segunda extremidade 212 e tem um corte transversal circular. A primeira extremidade 210 tem um diâmetro DUE que é ligeiramente maior que o diâmetro DLE da segunda extremidade 212. Essa configuração facilita o empilhamento de múltiplas cápsulas 150 uma sobre a outra, em que a primeira extremidade 210 de uma cápsula recebe a segunda extremidade 212 de outra cápsula.
[0160] Uma parede lateral 214 conecta a primeira extremidade 210 à segunda extremidade 212. A parede 214 tem um primeiro gargalo 216, segundo gargalo 218 e um tambor 220 entre o primeiro gargalo 216 e o segundo gargalo 218. O tambor 220 tem um corte transversal circular com um diâmetro DB. O diâmetro DB é maior do que o diâmetro DUE da primeira extremidade 210 e o diâmetro DLE da segunda extremidade 212. O primeiro gargalo 216 conecta o tambor 220 à primeira extremidade 210 e se inclina à medida que o primeiro gargalo 216 se estende do diâmetro menor DUE para o diâmetro maior DB do tambor 220. O segundo gargalo 218 conecta o tambor 220 à segunda extremidade 212 e se inclina à medida que o segundo gargalo 218 se estende do diâmetro maior DB do tambor 220 para o diâmetro menor DLE da segunda extremidade 212. O segundo gargalo 218 é inclinado de modo mais íngreme do que o primeiro gargalo 216, à medida que a segunda extremidade 212 tem um diâmetro menor que a primeira extremidade 210.
[0161] Essa configuração da cápsula 150 proporciona utilização de material aumentada; isto é, a capacidade para usar mais material de base (por exemplo, alumínio) por cápsula. Essa configuração auxilia adicionalmente com a resistência colunar da cápsula.
[0162] A cápsula 150 é projetada para boa transferência de calor do evaporador para o conteúdo da cápsula. O corpo 158 da cápsula 150 é feito de alumínio e tem entre 5 e 50 mícrons de espessura. Os corpos de algumas cápsulas são feitor de outros materiais, por exemplo, estanho, aço inoxidável e vários polímeros como tereftalato de polietileno (PTE).
[0163] A cápsula 150 pode ser feita de uma combinação de materiais diferentes para auxiliar com a capacidade de fabricação e desempenho da cápsula. Em uma modalidade, as paredes de cápsula e a segunda extremidade 212 podem ser feitas de Alumínio 3104 enquanto a base pode ser feita de Alumínio 5182.
[0164] Em algumas cápsulas, os componentes internos da cápsula são revestidos com uma laca para impedir a corrosão da cápsula à medida que a mesma entra em contato com os ingredientes contidos dentro da cápsula. Essa laca reduz ainda a probabilidade de “odores desagradáveis” do metal nos ingredientes de alimento e bebida contidos dentro da cápsula. Por exemplo, uma cápsula feita de alumínio pode ser revestida internamente com um ou uma combinação dos seguintes revestimentos: Sherwin Williams/Valspar V70Q11, V70Q05, 32SO2AD, 40Q60AJ; PPG Innovel 2012 823, 2012-820C; e/ou Akzo Nobel Aqualure G1 50. Outros revestimentos feitos pelos mesmos outros fabricantes de revestimento também podem ser usados.
[0165] Algumas espátulas de mistura são feitas de ligas de alumínio similares e revestidas com lacas/revestimentos similares. Por exemplo, revestimento Whitford/PPG 8870 pode ser usado com um revestimento para espátulas de mistura. A laca de espátula de mistura pode ter benefícios adicionais de antiaderência e endurecimento para a espátula de mistura. Algumas espátulas de mistura são feitas de AL 5182-H48 ou outras ligas de alumínio. Algumas espátulas de mistura exibem uma resistência à tração de 250 - 310 MPa no mínimo, uma resistência à elasticidade de 180 - 260 MPa no mínimo, e um alongamento em ruptura de 4% - 12%.
[0166] Em algumas máquinas, as espátulas de mistura podem ser reutilizáveis ao remover da cápsula, lavar as mesmas e reutilizá-las na mesma ou em outra cápsula.
[0167] Além da funcionalidade das espátulas de mistura anteriormente discutidas, algumas máquinas oscilam e/ou vibram as espátulas de mistura para ajudar a remover o produto aderindo à espátula de mistura. Essa abordagem pode ser possibilitada por uma máquina (como a máquina 100) que inclui um solenoide que oscila e/ou vibra a espátula de mistura.
[0168] Outras interfaces de cápsula-máquina que podem ser usadas com esta e com máquinas similares são descritas em mais detalhes no Pedido de Patente US n° de Série 16/459.322 (número do dossiê do advogado 47354-0010001) depositado em 1 de julho de 2019 e incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0169] Algumas cápsulas incluem uma vedação configurada para ser rompida mediante um torque aplicado pelo motor de mistura. Tal projeto de cápsula pode ser mais fácil e menos dispendioso para fabricação para compatibilidade com máquinas.
[0170] As Figuras 9A - 9C ilustram o engate entre o eixo de acionamento 126 da máquina 100 e a espátula de mistura 160 de uma cápsula 150 inserida na máquina 100. As Figuras 9A e 9B são vistas em perspectiva da cápsula 150 e o eixo de acionamento 126. Durante o uso, a cápsula 150 é inserida no receptáculo 110 do evaporador 108 com a primeira extremidade 210 da cápsula 150 para baixo. Essa orientação expõe a segunda extremidade 212 da cápsula 150 ao eixo de acionamento 126 como mostrado na Figura 9A. Fechar a tampa 112 (consultar a Figura 3A) pressiona o eixo de acionamento 126 contra a segunda extremidade 212 da cápsula 150 com força suficiente que o eixo de acionamento 126 perfure a segunda extremidade 212 da cápsula 150. Em algumas máquinas, a força descendente da ação de perfuração do eixo de acionamento 126 na segunda extremidade 212 da cápsula 150 é de aproximadamente 50 lbf (22,68 kgf). As forças descendentes de entre 15 - 65 lbf (6,80 - 22,48 kgf) são eficazes na perfuração da segunda extremidade da cápsula sem danificar outras porções da cápsula.
[0171] A Figura 9B mostra o orifício resultante e a espátula de mistura 160 visível através do orifício. O eixo de acionamento 126 é mostrado deslocado para facilidade de visualização. A Figura 9C é um corte transversal de uma porção da cápsula 150 com o eixo de acionamento 126 engatado com a espátula de mistura 160 após a tampa ser fechada. Tipicamente, não há uma vedação hermética entre o eixo de acionamento 126 e a cápsula 150, de modo que o ar possa fluir para dentro à medida que o confeito congelado é evacuado/dispensado para fora da outra extremidade da cápsula 150. Em uma modalidade alternativa, há uma vedação hermética, de modo que a cápsula 150 retenha pressão a fim de aprimorar o contato entre a cápsula 150 e evaporador 108.
[0172] Algumas espátulas de mistura contêm uma configuração de funil ou receptáculo que recebe a extremidade perfurada da segunda extremidade da cápsula quando a segunda extremidade é perfurada pelo eixo de acionamento.
[0173] A Figura 10A mostra a primeira extremidade 210 da cápsula 150 com a rolha 166 afastada da base 162 para facilidade de visualização. As Figuras 11A - 11G ilustram a rotação da rolha 166 ao redor da primeira extremidade 210 da cápsula 150 para cortar e afastar a protuberância 165 da base 162 e expor a passagem 164 que se estende através da base 162.
[0174] A base 162 é fabricada separadamente do corpo 158 da cápsula 150 e, então, fixada (por exemplo, por crimpagem ou emenda) ao corpo 158 da cápsula 150 que cobre uma extremidade aberta do corpo 158. A protuberância 165 da base 162 pode ser formada, por exemplo, por estampagem, aspiração profunda, ou encabeçando uma folha de alumínio sendo usada para formar a base. A protuberância 165 é fixada ao restante da base 162, por exemplo, por uma linha marcada enfraquecida 173. A marcação pode ser uma marcação vertical na base da folha de alumínio ou a marcação horizontal na parede da protuberância 165. Por exemplo, o material pode ser marcado de uma espessura inicial de 0,008 polegadas a 0,010 polegadas (0,02032 cm - 0,0254 cm) (por exemplo, a espessura inicial pode ser de 0,008 polegadas (0,02032 cm)) a uma espessura pós-marcação de 0,001 polegadas - 0,008 polegadas (0,00254 cm - 0,02032 cm) (por exemplo, a espessura de marcação pode ser de 0,002 polegadas (0,00508 cm)).
[0175] A Figura 10B mostra uma corte transversal da primeira extremidade 210 da cápsula 150 que ilustra a base 162, a protuberância 165 e a linha marcada enfraquecida 173. A linha marcada enfraquecida 173 tem 0,006 polegadas de profundidade em material de tampa de base de alumínio de 0,008 polegadas (0,02032 cm) de espessura.
[0176] Em algumas modalidades, não há marcação pós-estampagem, mas em vez disso, as paredes são intencionalmente afinadas para facilidade de ruptura. Em outra versão, não há espessura de parede variável, mas, em vez disso, a rolha 166 combinada com a força do engate de mecanismo de dispensação de máquina são suficientes para cortar a espessura de parede de 0,008 polegadas a 0,010 polegadas (0,02032 cm - 0,0254 cm) na protuberância 165. Com a marcação, a protuberância 165 pode ser elevada e removida por cisalhamento da base 162 com 5-75 libras de força (2,27-34,02 quilogramas de força), por exemplo, entre 15-40 libras de força (6,80-18,14 quilogramas de força). Em alguns casos, o diâmetro de uma protuberância circular é de 0,375 - 0,850 polegadas (0,952 cm - 2,159 cm) (por exemplo, 0,575 polegadas (1,46 cm) de diâmetro como visto na Figura 10B). Em alguns casos, uma área da protuberância 165 é de 0,1 - 0,5 pol2 (0,00064516 - 0,00032258 m2) (por exemplo, 0,26 pol2 (0,00016774 m2) como visto nas Figuras 10B-10D). Em alguns casos, a área da base 162 é de 2,0 - 5,0 pol2 (por exemplo, 3,95 pol2 como visto nas Figuras 10B-10D). A área da protuberância circular é um atrito da área de superfície total da base 162. Em alguns casos, um diâmetro da base 162 é de 1,5 - 3,0 polegadas (3,81 - 7,62 cm) (por exemplo, 2,244 polegadas (5648,96 cm) como visto nas Figuras 10B-10D). Em alguns casos, uma razão de área da protuberância circular 165 para a base 162 é de 0,01-0,50 (por exemplo, 0,065 como visto nas Figuras 10B- 10D).
[0177] Em alguns casos, a protuberância e abertura correspondente, quando a protuberância é cisalhada e afastada, tem uma área de superfície entre 5% e 30% da área de superfície de extremidade de cápsula geral. Em alguns casos, a protuberância pode ser circular em formato, ter um formato de lágrima, ter um formato de rim ou ser de qualquer formato arbitrário. Em alguns casos, a protuberância pode ser arredondada, porém, o formato marcado pode ser em formato circular, ter um formato de lágrima, ter um formato de rim ou ser de qualquer formato arbitrário.
[0178] A Figura 10A mostra a rolha 166 que tem uma primeira passagem 222 e uma segunda passagem 224. A primeira passagem corresponde aproximadamente ao formato da passagem 164. A passagem 164 é exposta e se estende através da base 162 quando a protuberância 165 é removida. A segunda passagem 224 tem um formato que corresponde a dois círculos sobrepostos. Um dos círculos sobrepostos tem um formato que corresponde ao formato da protuberância 165 e o outro dos círculos sobrepostos é ligeiramente menor. Uma rampa 226 se estende entre as bordas externas dos dois círculos sobrepostos. Há uma espessura de material adicional de 0,010 a 0,100 polegadas (0,0254 cm - 0,254 cm) no topo da transição de rampa (por exemplo, 0,070 polegadas). Essa altura extra ajuda a elevar e romper a cabeça da protuberância e abrir a passagem durante a rotação da rolha como descrito em mais detalhes com referência às Figuras 11A - 11G.
[0179] A Figuras 11A e 11B mostram a rolha 166 sendo inicialmente fixada à base 162 com a protuberância 165 alinhada com e se estendendo através do maior dos círculos sobrepostos da segunda passagem 224. Quando o processador 122 da máquina ativa o motor elétrico 146 para girar a engrenagem 168 e o membro anular 161, a rotação da rolha 166 desliza a rampa 226 sob um rebordo da protuberância 165 como mostrado nas Figuras 11C e 11D. A rotação continuada da rolha 166 aplica uma força de elevação que separa a protuberância 165 do restante da base 162 (consultar as Figuras 11E - 11G) e, então, alinha a primeira passagem 222 da rolha 166 com a passagem 164 na base 162 resultante da remoção da protuberância 165. O motor elétrico 146 pode aplicar até 1.000 ozf-polegadas (7,06 Nm) de torque para elevar e remover por cisalhamento a protuberância 165. Em algumas máquinas, o processo de remover a protuberância também remove o produto (congelado ou não) que pode acumular dentro de uma reentrância da extremidade da protuberância.
[0180] Em algumas máquinas, o motor 124 desacelera durante o processo de cisalhamento da protuberância e, então, acelera durante o processo de dispensação. Nesse caso, é vantajoso que o eixo de acionamento gire sem parar ou reverter através do ciclo de mistura, cisalhamento e dispensação a fim de reduzir a probabilidade de o motor 124 estagnar.
[0181] Algumas cápsulas incluem uma estrutura para reter a protuberância 165 após a protuberância 165 ser separada da base 162. Na cápsula 150, a protuberância 165 tem uma cabeça 167, uma haste 169 e um calço 171 (visto melhor na Figura 11G). A haste 169 se estende entre a cabeça 167 e o calço 171 e tem um corte transversal menor do que a cabeça 167 e o calço 171. À medida que a rotação da rolha 166 separa a protuberância 165 do restante da base 162, a rolha 166 pressiona lateralmente contra a haste 169 com a cabeça 167 e o calço 171 apoiando a rolha 166 ao longo das bordas de um dos círculos sobrepostos da segunda passagem 224. Essa configuração retém a protuberância 165 quando a protuberância 165 é separada da base 162. Tal configuração reduz a probabilidade de que a protuberância caia no receptáculo de espera do que quando a protuberância 165 é removida da base. Após a espátula de mistura 160 da máquina girar e dispensar o confeito congelado através da passagem 224, o motor 124 gira a rolha 166 e fecha a passagem 224, de modo que qualquer produto residual (por exemplo, sorvete), quando derretido, não vaze para fora da cápsula.
[0182] Algumas cápsulas incluem outras abordagens para separar a protuberância 165 do restante da base 162. Por exemplo, em algumas cápsulas, a base tem um mecanismo de corte giratório que é rebitado à base. O mecanismo de corte giratório tem um formato similar àquele descrito em relação à rolha 166, porém, essa peça secundária é rebitada a e localizada dentro do perímetro de base 162 ao invés de ser montada sobre e ao redor da base 162. Quando o ciclo de refrigeração for completo, o processador 122 da máquina ativa um braço da máquina para girar o mecanismo de corte rebitado ao redor de um rebite. Durante a rotação, o mecanismo de corte engata, corta e afasta a protuberância 165, deixando a passagem 164 da base 162 em seu lugar.
[0183] Em outro exemplo, algumas cápsulas têm rolhas com uma faca deslizante que se move através da base para remover a protuberância. A faca deslizante é ativada pela máquina e, quando acionada pelo controlador, desliza através da base para separar, remover e coletar a protuberância 165. A rolha 166 tem um recurso de guilhotina que, quando ativado pela máquina, pode deslizar direto através e sobre a base 162. A rolha 166 engata, corta e afasta a protuberância 165. Em outra modalidade, esse recurso de guilhotina pode ser central à máquina e não à rolha 166 da cápsula 150. Em outra modalidade, esse recurso de guilhotina pode ser montado como uma peça secundária dentro da base 162 e não uma peça montada secundária, como é o caso com a rolha 166.
[0184] Algumas cápsulas têm um mecanismo de dispensação que inclui um topo de elevação que pode ser engatado e liberado pela máquina. Quando o ciclo de refrigeração é concluído, um braço da máquina engata e eleva uma aba da cápsula, pressionando, assim, a perfuração da base e criando uma passagem na base. Produto resfriado ou congelado é dispensado através da passagem. A superfície perfurada da base permanece articulada à base e é retida dentro da cápsula durante a dispensação. A mistura evita ou gira sobre a superfície perfurada ou, em outra modalidade, de modo que a espátula de mistura continue a girar sem obstrução. Em alguns topos de elevação, o braço da máquina separa a superfície perfurada da base.
[0185] A Figura 12 é uma vista lateral esquemática ampliada da cápsula 150. A espátula de mistura 160 inclui uma haste central 228 e duas lâminas 230 que se estendem a partir da haste central 228. As lâminas 230 são lâminas helicoidais conformadas para bater o conteúdo da cápsula 150 e para remover ingredientes que aderem à superfície interna do corpo 158 da cápsula 150. Algumas espátulas de mistura têm uma lâmina única e algumas espátulas de mistura têm mais de duas espátulas de mistura.
[0186] Fluidos (por exemplo, ingredientes líquidos, ar ou confeito congelado) fluem através de aberturas 232 nas lâminas 230 quando a espátula de mistura 160 gira. Essas aberturas reduzem a força necessária para girar a espátula de mistura 160. Essa redução pode ser significativa à medida que a viscosidade dos ingredientes aumenta (por exemplo, à medida que o sorvete se forma). As aberturas 232 também auxiliam na mistura e aeração dos ingredientes dentro da cápsula. Em algumas máquinas, as aberturas 232 representam cerca de 36,5% da área de superfície total da espátula de mistura 160.
[0187] As bordas laterais das lâminas 230 definem fendas 234. As fendas 234 são deslocadas de modo que a maioria da superfície interna do corpo 158 seja liberada de ingredientes que aderem à superfície interna do corpo por uma das lâminas 230 à medida que a espátula de mistura 160 gira. Embora a espátula de mistura seja 160 mais ampla do que a primeira extremidade 210 do corpo 158 da cápsula 150, as fendas 234 são fendas alternadas que facilitam a inserção da espátula de mistura 160 no corpo 158 da cápsula 150 ao girar a espátula de mistura 160 durante a inserção, de modo que as fendas 234 sejam alinhadas com a primeira extremidade 210. Em outra modalidade, o diâmetro externo da espátula de mistura é menor que o diâmetro da abertura da cápsula 150, de modo a permitir uma inserção reta (sem rotação) na cápsula 150. Em outra modalidade, uma lâmina na espátula de mistura tem um diâmetro externo que é mais amplo do que o diâmetro da segunda lâmina, de modo a permitir, assim, a inserção reta (sem rotação) na cápsula 150. Nessa configuração de espátula de mistura, uma lâmina se destina a remover (por exemplo, raspar) ingredientes da parede lateral enquanto a segunda lâmina de diâmetro menor, se destina a realizar mais de uma operação de batedura.
[0188] Algumas espátulas de mistura têm uma ou mais lâminas que são articuladas à haste central. Durante a inserção, as lâminas podem ser articuladas em uma formação condensada e liberadas na formação expandida uma vez inseridas. Algumas lâminas articuladas são fixadas abertas, enquanto giram em uma primeira direção e dobráveis quando giram em uma segunda direção, oposta à primeira direção. Algumas lâminas articuladas travam em uma posição fixa para fora uma vez dentro da cápsula, independentemente das direções de rotação. Algumas lâminas articuladas são condensadas, expandidas e travadas manualmente.
[0189] A espátula de mistura 160 gira no sentido horário (como observado de cima da máquina) e remove o acúmulo de confeito congelado da parede de cápsula 214. A gravidade força o confeito removido da parede de cápsula a cair em direção à primeira extremidade 210. Na direção anti-horária, a espátula de mistura 160 gira, eleva e bate os ingredientes em direção à segunda extremidade 212. Quando a pá muda de direção e gira no sentido horário, os ingredientes são impulsionados em direção à primeira extremidade 210. Quando a protuberância 165 da base 162 é removida como mostrado e descrito em relação à Figura 11D, a rotação no sentido horário da espátula de mistura dispensa o alimento ou bebida produzida da cápsula 150 através da passagem 164. Algumas espátulas misturam e dispensam o conteúdo da cápsula ao girar em uma primeira direção. Algumas espátulas misturam ao se moverem em uma primeira direção e dispensam ao se moverem na segunda direção quando a cápsula é aberta. Algumas espátulas de mistura não invertem a direção.
[0190] A haste central 228 define uma reentrância 236 que é dimensionada para receber o eixo de acionamento 126 da máquina 100. A reentrância e o eixo de acionamento 126 têm um corte transversal quadrado ou facetado, de modo que o eixo de acionamento 126 e a espátula de mistura 160 sejam restringidos giratoriamente. Quando o motor gira o eixo de acionamento 126, o eixo de acionamento gira a espátula de mistura 160. Em algumas modalidades, o corte transversal do eixo de acionamento tem um formato diferente e o corte transversal da reentrância é conformado compativelmente. Em alguns casos, o eixo de acionamento e a reentrância são conectados rosqueadamente. Em algumas cápsulas, a reentrância contém uma estrutura de correspondência que pega o eixo de acionamento para acoplar de modo giratório o eixo de acionamento à pá.
[0191] As Figuras 13A-13D mostram um corpo 1300 que é substancialmente similar ao corpo ou lata 158 da cápsula 150. Entretanto, o corpo 1300 tem duas extremidades emendadas 1302, 1304 ao invés de uma extremidade de cúpula do corpo 158 da cápsula 150. Ao eliminar a extremidade de cúpula, o corpo 1300 é mais fácil de fabricar com o uso de métodos como estampagem, extrusão ou laminação. Como mostrado na vista isométrica da Figura 13D, o corpo 1300 se assemelha a um tubo oco e inclui uma extrusão de parede fina 1306. Um material maleável como alumínio pode ser usado para formar o corpo 1300. Cada extremidade emendada 1302, 1304 apresenta um rebordo que é configurado para ser engatado com um rebordo correspondente da tampa 1308 e emendado em conjunto com o uso de uma máquina de emenda. A Figura 13B mostra um corte transversal da segunda extremidade emendada 1304. A Figura 13C ilustra o processo de emenda entre o corpo 1300 e a tampa 1308. Em alguns casos, a conexão emendada do corpo 1300 à tampa 1308 é similar à emenda vista na Figura 35C. Dessa forma, uma tampa 1308 é fixada a cada extremidade da cápsula de alumínio 1300.
[0192] Uma das tampas 1308 inclui um anel isolante no centro (não mostrado) para acoplar de modo giratório o motor de mistura à espátula de mistura dentro do corpo 1300 (não mostrado) e para vedar a cápsula em uma configuração inicial. O anel isolante é sobremoldado, aderido ou preso à tampa 1308. O corpo 1300, junto com duas tampas 1308, define uma cápsula.
[0193] Nesses sistemas e métodos, a esterilização é tipicamente realizada antes do congelamento da mistura líquida de sorvete.
[0194] [0004]A Figura 14A é uma foto de uma máquina de retorta e a Figura 14B é uma foto de câmaras de esterilização de retorta dentro de uma máquina de retorta. Como descrito anteriormente, uma máquina de retorta é usada para esterilizar e tornar uma cápsula estável em armazenamento. Para ajudar a reduzir as operações na fábrica, com os processos descritos neste relatório descritivo, é possível preencher cápsulas (latas) de porção única com mistura líquida de sorvete que não foi pasteurizada nem homogeneizada. Então, durante o processo de esterilização de retorta, por exemplo, com o uso da máquina de retorta mostrada nas imagens das Figuras 14A e 14B, as cápsulas podem ser agitadas para frente e para trás a diversas taxas, por exemplo 180 ciclos por minuto a 3 Hz. Durante o processo de retorta, o sorvete líquido marulha dentro da cápsula (isto é, homogeneizando) enquanto é simultaneamente exposto a altas temperaturas e altas pressões para esterilização.
[0195] Com o uso de laticínio não pasteurizado nas presentes cápsulas e com a realização de um processo de retorta na cápsula antes do uso, o laticínio dentro da cápsula é pasteurizado apenas uma vez. Isso é um contraste com o processo de pasteurização típico ilustrado na Figura 1, em que o laticínio é geralmente pasteurizado antes de sair da fábrica de laticínios, o que significa que é pasteurizado duas vezes, por exemplo, uma vez na fábrica de laticínios e uma vez no presente processo de retorta.
[0196] O marulho do sorvete líquido na cápsula pode aumentar significativamente a transferência de calor de 250 °F por 2-15 minutos porque o líquido está marulhando na lata dentro da vasilha de retorta. Tanto a lata quanto as vasilhas de retorta estão sob pressão. Por exemplo, essa pressão pode ser de 100 psi. Ao pasteurizar através da retorta durante a homogeneização, essa abordagem elimina etapas na operação tradicional de produzir sorvete (por exemplo, o processo da Figura 1), o que aprimora a eficiência e reduz o custo. Esse processo pode proporcionar alimentos com gosto mais autêntico e mais fresco e melhor aparência, com cor, textura e sensação na boca melhor. O crescimento recente em categorias premium indica uma forte demanda do consumidor por qualidade aprimorada de alimento.
[0197] A agitação de retorta dessas cápsulas no e durante o processo de esterilização de retorta produz alimentos com baixo teor de ácido de qualidade muito mais bem preservados para armazenamento ambiente. A mesma pode ainda reduzir os tempos de ciclo em aproximadamente 90% e o consumo de energia em até 50%, em comparação com os processos convencionais de retorta estática em batelada. Esse processo de retorta mais rápido é capaz de alcançar F0 de valos de letalidade mais rápido proporcionando uma redução em notas de sobrecozimento e perda de sabor do sorvete e redução de descoloração frequentemente associada ao processo de retorta em retortas de agitação estática ou lenta. O processo é ainda capaz de homogeneizar a mistura líquida. Homogeneizar a mistura líquida por agitação rápida é vantajoso porque duas operações são alcançadas de uma vez, a esterilização e a homogeneização da mistura líquida de sorvete. As Figuras 14A-14B são fotos de câmaras de esterilização de retorta que podem incluir dezenas ou centenas de cápsulas e mover as mesmas para frente e para trás a 3 Hz ou até 180 ciclos por minuto a fim de acelerar a transferência de calor para minimizar a caramelização do cozimento do laticínio em retorta enquanto homogeneiza simultaneamente a mistura líquida de sorvete.
[0198] Durante esse processo de pasteurização, que pode ser realizado com o uso de um processo de retorta, o laticínio pasteurizado pode caramelizar e se tornar marrom, o que pode ser indesejável. A taxa mais alta de acastanhamento, ou mais geralmente chamado de desenvolvimento de cor, pode ser causada pela presença de frutose, que começa a caramelizar a temperaturas de 230 °F.
[0199] Alguns desses sistemas e processos usam um processo de retorta que retorta a 250 °F (121,11 °C), embora a retorta a temperaturas superiores seja geralmente preferida, visto que permitiria que o processo de pasteurização fosse concluído em menos tempo. Completar uma retorta a 250 °F pode limitar o efeito de acastanhamento quando a frutose é removida da formulação de mistura de sorvete.
[0200] A taxa mais alta do desenvolvimento de cor pode ser causada pela frutose, visto que o processo de caramelização de frutose começa a 230 °F. A caramelização não deve ser confundida com a reação de Maillard, em que o açúcar de redução reage com aminoácidos. O acastanhamento, ou a reação de Maillard, cria sabor e muda a cor do alimento. As reações de Maillard geralmente apenas começam a ocorrer acima de 285 °F. Pelo menos por essas razões, as presentes temperaturas de retorta não excedem 250 °F, o que, de outro modo, seria preferencial, visto que seria mais rápido no processo de esterilização.
[0201] Por exemplo, as temperaturas de caramelização da frutose podem ser 230 °F, da galactose podem ser 320 °F, da glicose podem ser 320 °F, da lactose podem ser 397 °F e da sacarose podem ser 320 °F. Em alguns exemplos, o xarope de milho, ou xarope de milho com alto teor de frutose (HFCS), quando aquecido a cerca de 113 °F, forma hidroximetilfurfural a partir da decomposição da frutose.
[0202] Alguns desses sistemas usam uma cápsula com um rótulo limpo, leite ou creme de açúcar. Por vezes, um estabilizante em goma deve ser usado e preferencialmente estabilizantes de goma acácia, goma gelana, goma de pectina e de celulose podem ser usados, os quais são estáveis em retorta. A lactose pode não ser preferencial em retorta, visto que é um dissacarídeo. A lactose é um açúcar composto por subunidades de galactose e glicose e pode constituir cerca de 2 a 8% do leite.
[0203] A Figura 15 é um fluxograma de um método 250 implementado no processador 122 para operar a máquina 100. O método 250 é descrito com referências ao sistema de refrigeração 109 e à máquina 100. O método 250 pode ainda ser usado com outros sistemas e máquinas de refrigeração. O método 250 é descrito como produzindo sorvete de porção macia, mas pode ainda ser usado para produzir outros alimentos e bebidas resfriados ou congelados.
[0204] A primeira etapa do método 250 é ligar a máquina 100 (etapa 260) e ligar o compressor 186 e as ventoinhas associadas ao condensador 180 (etapa 262). O sistema de refrigeração 109, então, é inativo à temperatura regulada (etapa 264). No método 250, a temperatura do evaporador 108 é controlada para permanecer a cerca de 0,75 °C, mas pode flutuar em ±0,25 °C. Algumas máquinas são operadas a outras temperaturas de inatividade, por exemplo, de 0,75 °C à temperatura ambiente (22,0 °C). Se a temperatura de evaporador for abaixo de 0,5 °C, o processador 122 abre a válvula de desvio 190 para aumentar o calor do sistema (etapa 266). Quando a temperatura de evaporador supera 1 °C, a válvula de desvio 190 é fechada para resfriar o evaporador (etapa 268). Do estado inativo, a máquina 100 pode ser operada para produzir sorvete (etapa 270) ou pode desligar (etapa 272).
[0205] Após inserir uma cápsula, o usuário pressiona o botão de início. Quando o usuário pressiona o botão de início, a válvula de desvio 190 fecha, o evaporador 108 se move para sua posição fechada, e o motor 124 é ligado (etapa 274). Em algumas máquinas, o evaporador é fechado eletronicamente com o uso de um motor. Em algumas máquinas, o evaporador é fechado mecanicamente, por exemplo, pela tampa que se move da posição aberta para a posição fechada. Em alguns sistemas, um sensor confirma que uma cápsula 150 está presente no evaporador 108 antes que essas ações sejam realizadas.
[0206] Alguns sistemas incluem etiquetas de identificação por radiofrequência (RFID) ou outros códigos de barras inteligentes como barra de UPC ou códigos QR. As informações de identificação em cápsulas podem ser usadas para acionar o resfriamento específico e misturar algoritmos para cápsulas específicas. Esses sistemas podem ler opcionalmente a RFID, o código QR ou código de barras e identificar o perfil de velocidade de motor de mistura e o limiar de torque de motor de mistura (etapa 273).
[0207] As informações de identificação também podem ser usadas para facilitar a publicidade direto ao consumidor (por exemplo, através da internet ou com o uso de um modelo de assinatura). Essa abordagem e os sistemas descritos neste relatório descritivo possibilitam vender sorvete através de comércio eletrônico, visto que as cápsulas são estáveis em armazenamento. No modo de assinatura, os clientes pagam uma taxa mensal por um número predeterminado de cápsulas enviadas aos mesmos a cada mês. Os mesmos podem selecionar suas cápsulas personalizadas a partir de várias categorias (por exemplo, sorvete, vitaminas saudáveis, cafés congelados ou coquetéis congelados) assim como seus sabores personalizados (por exemplo, chocolate ou baunilha). Em alguns casos, a própria máquina pode ser alugada com o uso de um modelo de assinatura. Em alguns casos, cápsulas reutilizáveis e espátulas de mistura podem ser alugadas também.
[0208] A identificação também pode ser usada para rastrear cada cápsula usada. Em alguns sistemas, a máquina é ligada a uma rede e pode ser configurada para informar um comerciante quando a quais cápsulas estão sendo usadas e precisam ser substituídas (por exemplo, através de um envio semanal). Esse método é mais eficiente do que fazer com que os consumidores vão até o mercado e comprem cápsulas.
[0209] Essas ações resfriam a cápsula 150 no evaporador 108 enquanto gira a espátula de mistura 160. À medida que o sorvete se forma, a viscosidade do conteúdo da cápsula 150 aumenta. Um sensor de torque da máquina 100 mede o torque do motor 124 necessário para girar a espátula de mistura 160 dentro da cápsula 150. Uma vez que o torque do motor 124 medido por um sensor de torque satisfaz um limiar predeterminado, a máquina 100 se move para um modo de dispensação (etapa 276). A porta de dispensação se abre e o motor 124 inverte a direção (etapa 278) para pressionar o confeito congelado para fora da cápsula 150. Em algumas máquinas, entretanto, o motor 124 não inverte a direção. A espátula de mistura 160 é lentamente girada para permitir que o material congelado se forme na parede da cápsula 150 enquanto o evaporador 108 esfria. O RPM da espátula de mistura 160 é aumentado à medida que a temperatura decrescente aumenta a taxa em que o material congelado se forma na parede de cápsula.
[0210] Como descrito anteriormente, em algumas máquinas, a velocidade rotacional da espátula de mistura 160 aumenta para ajudar o ar a entrar no confeito congelado para alcançar um excesso aprimorado (preferencialmente, pelo menos 30% de excesso) e para ajudar a proporcionar velocidade suficiente para extrudar o sorvete para fora da porta de saída da cápsula 150 enquanto alcança um fluxo constante (corrente) de sorvete saindo da cápsula.
[0211] Aumentar a velocidade rotacional da espátula de mistura 160 aumenta a corrente elétrica necessária. A tabela abaixo ilustra correntes elétricas da máquina de protótipo atual que são usadas para acionar a espátula de mistura 160 como uma função de RPM e tempo de processo de congelamento (que afeta a viscosidade do sorvete).
[0212] A rotação da espátula de mistura 160 continua por aproximadamente 1 a 10 segundos para dispensar o conteúdo da cápsula 150 (etapa 280). A máquina 100, então, comuta para o modo de descongelamento (etapa 282). O congelamento que acumula no evaporador 108 pode reduzir a eficiência de transferência de calor do evaporador 108. Além disso, o evaporador 108 pode congelar na cápsula 150, a primeira porção 128 e a segunda porção 130 do evaporador podem se congelar juntas, e/ou a cápsula pode congelar no evaporador. O evaporador pode ser descongelado entre ciclos para evitar esses problemas ao abrir a válvula de desvio 190, abrir o evaporador 108 e desligar o motor 124 (etapa 282). A máquina, então, diverge o gás através da válvula de desvio por cerca de 1 a 10 segundos para descongelar o evaporador (etapa 284). A máquina é programada para descongelar após cada ciclo, exceto se um termopar relatar que o evaporador 108 já está acima do congelamento. A cápsula pode, então, ser removida. A máquina 100, então, retorna para o modo inativo (etapa 264). Em algumas máquinas, um termômetro mede a temperatura do conteúdo da cápsula 150 e identifica quando é a hora de dispensar o conteúdo da cápsula. Em algumas máquinas, o modo de dispensação começa quando um tempo predeterminado é alcançado. Em algumas máquinas, uma combinação de torque necessário para girar a espátula de mistura, temperatura da cápsula e/ou tempo determina quando está na hora de dispensar o conteúdo da cápsula.
[0213] Se o tempo inativo expirar, a máquina 100 desliga automaticamente (etapa 272). Um usuário pode ainda desligar a máquina 100 ao segurar o botão de potência (286). Ao desligar, o processador abre a válvula de desvio 190 para equalizar a pressão através da válvula (etapa 288). A máquina 100 aguarda dez segundos (etapa 290) e, então, desliga o compressor 186 e as ventoinhas (etapa 292). A máquina está, então, desligada.
[0214] As Figuras 16A-16C são fluxogramas detalhados de um método alternado 1250 implementado no processador 122 para operar a máquina 100. O método 1250 é similar ao método 250. O método 1250 pode ser usado com os sistemas e máquinas de refrigeração descritos neste relatório descritivo. O método 1250 é descrito como produzindo sorvete de porção macia, mas pode ainda ser usado para produzir outros alimentos e bebidas resfriados ou congelados.
[0215] A primeira etapa do método 1250 é plugar a máquina 100 em uma tomada elétrica (etapa 1252). Uma vez que uma conexão elétrica for detectada, o processador 122 pode inicializar todas as variáveis. O processador 122 e o hardware de rede podem buscar por atualizações de software por meio de WiFi ou com o uso de uma conexão de Ethernet com fio (etapa 1254). Em alguns casos, o serviço celular (como 4G/5G LTE) é incluído na máquina 100 e a conexão pode ser usada para atualizações de software e para impulsionar notificações e alertas para dispositivos de usuário. A etapa 1252 ocorre uma vez que a conexão elétrica é detectada e não exige necessariamente que a máquina 100 seja ligada.
[0216] Para verificar a funcionalidade apropriada da máquina 100 antes do uso, uma rotina de inicialização é realizada uma vez que esta conexão elétrica é detectada (etapa 1256). Esse processo pode identificar problemas ou avarias dentro da máquina e verificar se a máquina 100 está pronta para uso. O processador 122 segue para travar a tampa para verificar se o mecanismo de travamento de tampa está funcionando apropriadamente. Isso pode ser verificado com o uso de sensores, que incluem, mas sem limitações, interruptores finais, sensores de salão, potenciômetros ou qualquer sensor que seja capaz de monitorar a posição da tampa e a funcionalidade do mecanismo de travamento. Durante esse tempo, os sensores na máquina 100 verificam que o motor de mistura está girando apropriadamente. Os sensores na máquina também verificam se o mecanismo de cisalhamento de rebite está na posição inicial, e caso contrário, o mesmo é movido para a posição inicial, de modo que uma cápsula possa ser inserida na máquina apropriadamente. Sensores na máquina 100 também verificam que o motor de perfuração está na posição inicial, e caso contrário, o mesmo é movido para a posição inicial (isto é, posição retraída), de modo que a perfuração prematura de uma cápsula seja evitada.
[0217] É assegurado que o evaporador na máquina 100 esteja na posição fechada, o que pode ser monitorado com o uso de corrente elétrica sendo enviada para o motor que fecha o evaporador. Quando o evaporador é aberto, a corrente aplicada ao motor é baixa, ao passo que, quando o evaporador está fechado, a corrente aplicada ao motor é grande. Essa diferença na corrente elétrica deve ser usada para monitorar o fechamento do evaporador. Uma corrente elétrica predeterminada deve ser usada como um limiar para monitorar quando o evaporador está aberto versus fechado. A máquina 100 é configurada para aguardar que o evaporador feche antes de continuar. Sensores na máquina também verificam que o evaporador está na posição aberta quando a máquina é ligada (etapa 1258).
[0218] A máquina 100, então, aguarda que o evaporador abra, o motor de perfuração para retrair (se já não tiver sido feito), e o motor de rebite para retornar para o início (se já não tiver sido feito). A tampa também é destravada (etapa 1260). A máquina 100, então, desliga ou entra em um estado de espera de baixa potência até que a máquina seja ligada (etapa 1262).
[0219] Uma vez que o botão de potência da máquina 100 for pressionado, a luz de botão de potência é ligada (etapa 1264). A interface de máquina-usuário inclui um botão único com um anel de LED. O botão único atua como um botão de ligar, iniciar e desligar. Em algumas máquinas, mais de um botão pode ser usado. Por exemplo, um botão separado é usado para a potência e o processo de produção de sorvete. Nesse ponto, o processador 122 instrui o compressor e a ventoinha a ligarem. A temperatura da porta de entrada para o evaporador também é regulada pelo processador 122 para ser cerca de 33-40 °F por meio da válvula de desvio.
[0220] Uma vez que uma cápsula (por exemplo, cápsula 150) é inserida na máquina e a tampa é fechada (etapa 1265), o processador 122 da máquina 100 lê a identificação na cápsula (etapa 1266). A identificação é lida de várias formas, como um código de barras, etiqueta de RFID, barra de UPC, códigos QR ou com o uso dos métodos de identificação descritos anteriormente. Se nenhum código for detectado, então, a máquina 100 retorna para a etapa 1264 e permite que a tampa seja aberta e fechada novamente. A máquina pode ainda enviar um alerta para um visor ou dispositivo de usuário notificando que a cápsula não foi identificada apropriadamente. Um alerta audível pode ainda ser usado. Uma vez que a tampa é fechada novamente, a identificação da cápsula é tentada novamente. Uma vez que a cápsula é identificada apropriadamente pelo processador 122 e o código de barras é detectado, a máquina 100 segue para a etapa 1268 em que o processador 122 controla a luz do botão para piscar como uma notificação para o usuário de que a cápsula foi identificada e que a máquina 100 está pronta para usar. O processador 122 pode ainda enviar um alerta para um visor ou dispositivo de usuário desta notificação. Um alerta audível pode ainda ser usado.
[0221] Se a tampa abrir, a máquina 100 reverte para a etapa 1264 para redefinir a máquina 100 e repetir o processo de identificação de cápsula (etapa 1266).
[0222] Se o botão de potência for segurado ou um tempo predeterminado tiver decorrido sem interação de usuário, por exemplo, o processo expira, então, o processador 122 da máquina 100 segue para abrir a válvula de desvio para começar o processo de desligamento (etapa 1270). A válvula de desvio é aberta imediatamente antes do desligamento para equalizar a pressão entre os lados alto e baixo do sistema de refrigeração rapidamente. Isso reduz a carga de inicialização no compressor se o mesmo for reiniciado brevemente após ser desligado. Após aguardar cerca de 5 segundos, o processador 122, então, segue para desligar o compressor e a ventoinha (etapa 1272), e a máquina 100 é desligada (etapa 1262), em que a máquina 100 entra no estado de espera de baixa potência.
[0223] A Figura 16B é uma continuação do método 1250. Uma vez que o botão de início é pressionado, o processador 122 segue para atualizar os parâmetros de congelamento com base em informações contidas na cápsula (etapa 1274). Em alguns casos, as informações podem identificar temperaturas, tempos, marca, sabor, conteúdo de cápsula, assim como aspectos mecânicos da cápsula, por exemplo, pressão da cápsula, tipo da cápsula usada, dimensões da cápsula, aspectos de projeto de espátula de mistura ou aspectos de projeto de cisalhamento de rebite. A utilização de dados de cápsula ou dados relacionados à cápsula e/ou máquina podem ser enviados com o uso do processador 122 para servidores via WiFi ou com o uso de uma conexão de rede celular, como descrito anteriormente. Esses dados podem ser usados na identificação de clientes ou frequência de colocação de pedido para o serviço de assinatura de cápsula. A tampa da máquina 100 é ainda travada neste ponto na posição fechada, de modo que um usuário não possa abrir indevidamente a tampa durante a operação da máquina. A válvula de desvio da máquina também é desligada.
[0224] O evaporador é fechado para pegar a cápsula (etapa 1276). Como descrito anteriormente, uma corrente elétrica-alvo predeterminada pode ser usada pelo processador 122 para identificar a posição fechada apropriada do evaporador. O evaporador pode ainda ser usado para alinhar um eixo geométrico longitudinal da cápsula com um eixo geométrico longitudinal do evaporador para assegurar que a cápsula seja centralizada no evaporador. O evaporador deve ser fechado antes que o motor de perfuração perfure a lata, portanto, isso assegura que a lata seja centralizada antes que seja perfurada.
[0225] O motor de perfuração agora é controlado pelo processador 122 para rebaixar a adaga na cápsula (etapa 1278). Como descrito neste relatório descritivo, em algumas cápsulas, a adaga perfura a cápsula e, então, a adaga engata de modo giratório com a espátula de mistura. Em algumas cápsulas, a adaga não precisa perfurar a cápsula.
[0226] Uma vez que o motor de mistura é engatado de modo giratório com a cápsula, o motor de mistura é, então, controlado para ligar através do processador 122 (etapa 1280). Sensores na máquina 100 e conectados ao processador 122 podem assegurar que o motor de mistura está operando apropriadamente e que nenhuma avaria foi detectada. O processador 122 comanda a velocidade rotacional do motor de mistura a aumentar gradualmente (subir em rampa) (etapa 1282). Neste ponto, o processador 122 controla o motor de mistura que gira a espátula de mistura dentro da cápsula. A máquina 100 agora está no processo de congelamento do sorvete, e o processador 122 aguarda a conclusão desse processo antes de continuar. Como descrito anteriormente, informações podem ser determinadas a partir das informações da cápsula por meio de um código de barras. Informações podem ser relacionadas ao processo de congelamento, como torque de motor, que pode ser um indicador para medir a viscosidade do sorvete e o tempo de congelamento. A máquina 100 aguarda até que o processador 122 detecte que o sorvete está nas condições apropriadas para dispensação.
[0227] Quando o sorvete está pronto para ser dispensado, o usuário é notificado pelo processador 122 com o uso de um visto na máquina 100, uma notificação para um dispositivo de usuário, ou com o uso de um alerta audível. Em alguns casos, o processador 122 controla a luz de botão de potência para piscar três vezes (etapa 1284), entretanto, qualquer número de piscadas ou padrões de iluminação pode ser usado para distinguir esse estado do processo de produção de sorvete do estado desligado ou ligado. O motor de rebite do mecanismo de cisalhamento de rebite é, então, sinalizado pelo processador 122 como estando girando.
[0228] A Figura 16C é uma continuação do método 1250. À medida que o mecanismo de rebite se engata com o rebite da cápsula, a corrente elétrica do motor aumenta drasticamente. Esse aumento na corrente elétrica pode ser usado pelo processador 122 para monitorar e detectar quando o mecanismo de cisalhamento de rebite realmente engata com o rebite da cápsula durante o processo de cisalhamento. Mediante rotação continuada do motor de rebite, o mecanismo de cisalhamento de rebite faz com que o rebite da cápsula seja removido da cápsula (por exemplo, o rebite pode ser mecanicamente removido por cisalhamento). Em algumas máquinas, o rebite ou protuberância é retirado do caminho ao invés de ser cisalhado ou removido (por exemplo, em cápsulas reutilizáveis é vantajoso ter um rebite reutilizável). O processador 122 da máquina 100 assegura que um pico na corrente elétrica para o motor de rebite ocorra antes de continuar. A falta de um pico de corrente elétrica poderia ser indicativa de uma avaria da máquina 100.
[0229] Após o rebite ser cisalhado, o processador 122 controla o mecanismo de cisalhamento de rebite para girar uma distância fixa para alinhar o orifício na rolha de corte fixada à cápsula com a porta na cápsula. Esse alinhamento é necessário para dispensar o conteúdo da cápsula. Sorvete ainda mistura à medida que o rebite é cisalhado para prevenir que o trado congele na cápsula. O rebite deve ser cisalhado e girar 250° rapidamente, por exemplo, em menos de 2 segundos, para prevenir que o sorvete seja ejetado da cápsula enquanto o rebite está sendo cisalhado (etapa 1286). Uma vez que o processador 122 da máquina 100 detectar que o rebite foi removido, o motor de rebite pode ser desligado (etapa 1288).
[0230] O sorvete agora é dispensado da máquina. É comum que o motor de mistura experimente demandas aumentadas de toque/carga/corrente após quase todo o sorvete ter sido dispensado da cápsula. Esse torque/carga/correte aumentados são causados pelo fato de que o evaporador ainda está resfriando agressivamente, porém, a maioria da massa foi evacuada da cápsula. Como resultado, o sorvete restante na cápsula se torna muito frio e pode congelar a espátula de mistura na cápsula. Para reduzir esse efeito, a válvula de desvio é temporizada para aquecer ligeiramente a cápsula após quase todo o sorvete ter sido dispensado (etapa 1290), o que tipicamente representa um tempo de espera de segundos (500 ms) antes de abrir a válvula de desvio, entretanto, esse tempo de espera pode ser ajustado com base em informações da cápsula e configurações da máquina 100. Observa-se que, quando a válvula de desvio é aberta, pode levar vários segundos para que o evaporador comece a aquecer. Uma vez que esse processo é concluído, tipicamente após um tempo de espera de 10 ms, a válvula de desvio é fechada (etapa 1292). A máquina 100, então, espera até que todo o sorvete seja dispensado antes de continuar (etapa 1294).
[0231] Durante o processo de dispensação, o motor de mistura também é acelerado (etapa 1295). O motor de mistura continua a girar durante o processo de dispensação, o que pode ser cerca de 4 a 12 segundos.
[0232] Nesse ponto, a máquina 100 está pronta para começar um processo de redefinição (etapa 1296). Primeiro, o processador 122 comanda o motor de mistura a reduzir o giro e desligar. Após o ciclo de resfriamento ser concluído e antes que a cápsula seja removida, a cápsula é resfriada no evaporador a imediatamente abaixo do congelamento. Superficialmente, a temperatura de entrada do evaporador é regulada, pelo processador 122, a cerca de 25 a 30 °F (-9,44 a -1,11 °C) por meio da válvula de desvio. Essa temperatura impede que o líquido vaze da cápsula quando a válvula de desvio descongela o evaporador da cápsula, uma etapa necessária antes que o evaporador seja aberto e a cápsula removida.
[0233] O processador 122 comanda adicionalmente o motor de rebite para a posição inicial e comanda o motor de perfuração a se retrair. O processo espera até que um ou mais sensores detectem que o motor de rebite está na posição inicial e o motor de perfuração está na posição retraída.
[0234] O processador 122 da máquina 100 comanda que a tampa seja destravada (etapa 1297), de modo que um usuário possa levantar a tampa e expor o topo da cápsula. Nesse ponto, o processador 122 regula a temperatura de entrada do evaporador a cerca de 33-40 °F (0,56-4,44 °C) por meio da válvula de desvio (etapa 1298). O processador 122 pode esperar até que a temperatura de saída do evaporador alcance pelo menos 32 °F (0 °C) antes de continuar.
[0235] Nesse ponto, o processador 122 comanda o evaporador a abrir de modo que a cápsula seja liberada da pega do evaporador em antecipação de remoção da cápsula 150 do receptáculo da máquina 100. O processador 122 pode ainda permitir que o evaporador fique aberto por um tempo predeterminado (etapa 1299) durante esse processo. A cápsula 150 é, então, removida da máquina 100 (etapa 1293).
[0236] A máquina, então, retorna à etapa 364 (como visto na Figura 16A), em que o processador 122 da máquina 100 configura a máquina 100 a ficar pronta para a próxima cápsula ser inserida.
[0237] As Figuras 17A - 17D são vistas em perspectiva de uma máquina 300. A máquina 300 é substancialmente similar à máquina 100, porém, tem um mecanismo diferente para abrir a tampa 112 para inserir uma cápsula 150 e conectar o eixo de acionamento da máquina 300 à cápsula 150.
[0238] A Figura 17A mostra a máquina 300 com a tampa 112 em sua posição fechada. Nessa posição, uma alça 302 é nivelada com a tampa 112. A Figura 17B mostra a alça 302 elevada para uma posição intermediária. Nesta posição, a tampa 112 ainda cobre o evaporador 108 porém, como é explicado em mais detalhes em relação às Figuras 18A e 18B, o eixo de acionamento 126 é elevado ligeiramente.
[0239] A cobertura auxiliar 115 da máquina 300 desliza de volta para o alojamento 104, ao invés de pivotar como a cobertura auxiliar 115 da máquina 100. A Figura 17C mostra que, à medida que a alça 302 é elevada adicionalmente, a alça 302 eleva a tampa 112 para uma posição aberta com a cobertura auxiliar 115 começando a deslizar para trás sob o alojamento 104. A Figura 17D mostra a cobertura auxiliar 115 totalmente retraída no alojamento 104 deixando o espaço para a alça 302 e a tampa 112 articularem suficientemente para trás que uma cápsula 150 pode ser inserida no evaporador 108.
[0240] As Figuras 18A e 18B são vistas em corte transversal parcial da máquina 300 que ilustram a inserção de um eixo de acionamento 304 na região interna do evaporador 108. O eixo de acionamento 304 é fixado à alça 302. Como mostrado na Figura 18A, o eixo de acionamento 304 é perto, porém, afastado da cápsula 150 quando a alça 302 está em sua posição intermediária. Mover a alça 302 para sua posição fechada força o eixo de acionamento 304 através da segunda extremidade da cápsula 150 para engatar com uma espátula de mistura interna.
[0241] A Figura 19 é uma vista em perspectiva parcialmente cortada do eixo de acionamento 304. O eixo de acionamento 304 inclui dentes 306, uma seção de travamento 308, e um flange 310. Os dentes 306 cortam através da segunda extremidade 212 da cápsula 150 (consultar a Figura 9C) quando o movimento da alça 302 para sua posição fechada força o eixo de acionamento 304 através da segunda extremidade 212 da cápsula 150. Em alguns sistemas, uma borda afiada sem dentes é usada.
[0242] A seção de travamento 308 é recebida em um furo na espátula de mistura 160. O furo na espátula de mistura 160 e a seção de travamento 308 do eixo de acionamento 304 têm formatos correspondentes, de modo que a rotação do eixo de acionamento 304 cause rotação da espátula de mistura 160. O eixo de acionamento 304 tem uma seção de travamento 308 com um corte transversal quadrado. Alguns eixos de acionamento têm seções de travamento com outros formatos (por exemplo, cortes transversais hexagonais e octogonais). O flange 310 do eixo de acionamento 304 é fixado à alça 302. Um furo central 312 se estende através do eixo de acionamento 304. Quando o eixo de acionamento 304 é inserido em uma cápsula 150, o furo central 312 do eixo de acionamento 304 permite que o ar flua para a cápsula 150 à medida que o alimento ou a bebida resfriada está sendo misturada e evacuando/dispensando para fora da outra extremidade da cápsula 150. Alguns eixos de acionamento são feitos de material sólido.
[0243] Em algumas máquinas, o eixo de acionamento 304 é configurado de modo que a perfuração/extremidade distal do eixo de acionamento 304 seja mais ampla de diâmetro do que a porção central do eixo de acionamento 304, de modo que o orifício criado na cápsula de alumínio seja mais amplo do que o diâmetro da parte central do eixo de acionamento 304. Essa configuração reduz a probabilidade de que a porção central do eixo de acionamento toque na cápsula enquanto gira. Além disso, o eixo de acionamento 304 pode ser revestido com revestimentos autolimpantes e/ou hidrofóbicos que reduzem a quantidade de ingredientes de cápsula que aderem ao eixo de acionamento 304. Em algumas máquinas, o eixo de acionamento 304 é liberado, de modo que não atinja a segunda extremidade 212 da cápsula 150 durante o processo de perfuração.
[0244] A Figura 20 é uma vista em perspectiva do dispensador 153 da máquina 300. As protuberâncias 163 do membro anular 161 são em formato retangular, ao invés de formato de tarugo. O dispensador 153 é, de outro modo, substancialmente igual ao dispensador 153 da máquina 100.
[0245] Algumas máquinas implementam outras abordagens à interface de cápsula-máquina em relação à máquina 100. Por exemplo, algumas máquinas têm uma interface de cápsula-máquina que é móvel em relação ao corpo da máquina para expor o receptáculo definido pelo evaporador. Um sistema de carregamento pode controlar a posição da interface de cápsula-máquina em relação ao corpo da máquina. Em algumas dessas máquinas, a tampa é fixada em posição relativa ao corpo da máquina.
[0246] As Figuras 21A - 21C ilustram um sistema de cunha 400 associado à interface de cápsula-máquina 350 que usa uma tampa 402 para pinçar o evaporador 352 ao redor da cápsula 354. A Figuras 21A e 21B são, respectivamente, uma vista em perspectiva esquemática e uma vista lateral esquemática da interface de cápsula- máquina 350 com a tampa 402 afastada do evaporador. A Figura 21C é uma vista lateral esquemática da interface de cápsula-máquina 350 engatada com a tampa 402 na posição fechada.
[0247] Cada lado do evaporador 352 tem um distribuidor 404 que conecta canais dentro das paredes do evaporador 352 com as portas de entrada 368 e as portas de saída 369. O distribuidor 404 tem porções inclinadas 406 próximas às portas de entrada 368 e às portas de saída 369. A tampa 402 tem cunhas 408 no lado voltado para o evaporador 352. As cunhas 408 têm uma superfície plana 410 e uma superfície inclinada 412. Quando a interface de cápsula-máquina 350 engatada com a tampa 402 (por exemplo, pelo movimento de uma tampa em direção a um evaporador de posição fixa ou pelo movimento de um evaporador em direção a uma tampa de posição fixa), as cunhas 408 na tampa 402 entram em contato com as porções inclinadas 406 do distribuidor 404. O movimento aplica força às porções inclinadas 406 do distribuidor 404 no evaporador e pinça uma primeira porção e uma segunda porção do evaporador 352 fechado ao redor de uma cápsula 354 para um encaixe hermético. Fechar a tampa 402 fechada mantém esse encaixe hermético.
[0248] Os mecanismos de carregamento descritos anteriormente recebem uma cápsula ao inserir a cápsula no receptáculo a partir do topo da interface de cápsula- máquina. Algumas máquinas carregam cápsulas do fundo da interface de cápsula- máquina.
[0249] As Figuras 22A-22C mostram um eixo de acionamento 540 com uma extremidade com rebarba 542 para engatar uma reentrância complementar 544 em uma espátula de mistura 546. A extremidade com rebarba do eixo de acionamento acopla de modo giratório o eixo de acionamento 540 à espátula de mistura. Eixos de acionamento com uma extremidade com rebarba 542 podem perfurar mais facilmente cápsulas do que os eixos de acionamento com uma extremidade quadrada.
[0250] A Figura 23 mostra uma vista em perspectiva de uma máquina 550 que é substancialmente similar à máquina 300 mostrada nas Figuras 17A-17D. Entretanto, a máquina 550 tem uma alça 552 que é conectada a um pinhão 554 para mover um eixo de acionamento para cima e para baixo. A alça 552 é conformada de modo triangular e se amplia de uma primeira extremidade 556 para uma segunda extremidade 558. Um rebaixamento 560 na primeira extremidade 556 da alça 552 fornece uma superfície de pega. O rebaixamento 560 indica ao usuário onde pegar a alça 552. Algumas alças têm outros formatos (por exemplo, retangular, quadrado ou circular). Algumas alças são conformadas como a alça mostrada na Figura 17A (por exemplo, a alça 302). Uma reentrância 562 se estende para dentro da alça 552 a partir da segunda extremidade 558 da alça. O pinhão 554 e um eixo elevador 564 são dispostos na reentrância 562. Um usuário eleva a primeira extremidade 556 da alça 552 para girar a alça 552 ao redor da segunda extremidade 558 para abrir a tampa 112. O usuário pressiona para baixo na primeira extremidade 556 da alça 552 para girar a alça 552 ao redor da segunda extremidade 558 e fechar a tampa 112
[0251] As Figuras 24A-24E mostram uma máquina 600 com uma alça 555 que opera de modo similar à alça 302 na máquina 300 nas Figuras 17A-17D. Entretanto, nas Figuras 24A-24E a alça 555 e a tampa 112 giram ao redor da mesma dobradiça. A alça 555 também é maior e permite que um usuário use sua mão inteira para aplicar força ao eixo de acionamento por meio da alça. O comprimento da alça 555 aumenta a vantagem mecânica fornecida pela alça 555 e diminui a quantidade necessária de força aplicada pelo usuário para perfurar a cápsula e engatar o eixo de acionamento 304. A cápsula 150 como mostrada na Figura 24B também inclui uma cabeça de centralização 580 que engata com a espátula de mistura 160. A cabeça de centralização 580 retém a espátula de mistura 160 na posição com a haste central 228 ao longo do eixo geométrico giratório. As Figuras 24A e 24B mostram a alça 555 e a tampa 112 em sua posição fechada. O eixo de acionamento 304 é estendido no evaporador para perfurar a cápsula 150 e engatar a espátula de mistura 160. As Figuras 24C e 24D mostram a alça 555 na posição aberta e a tampa 112 na posição fechada. O eixo de acionamento 304 é retraído e é retido dentro da tampa 112. A Figura 24E mostra a tampa 112 e a alça 555 na posição aberta. O evaporador 108 é exposto e uma cápsula 150 pode ser inserida no evaporador 108.
[0252] As Figuras 25A - 25C mostram uma máquina 650 com uma alça acionada por mola 575, substancialmente similar à alça 555. A alça acionada por mola é mostrada montada a uma máquina 650 em uma posição fechada na vista superior da Figura 25A. Uma mola 576 proporciona uma transição suave da alça 575 à medida que o eixo de acionamento 304 é estendido no evaporador para perfurar a cápsula 150 e engatar a espátula de mistura 160. A mola 576 é conectada a um alojamento de mancal 577 (visto melhor na Figura 25C) e à alça 575. Uma cobertura 585 se estende sobre uma segunda mola 579 (vista melhor na Figura 25C), e a força da segunda mola 579 pode facilitar a elevação/o rebaixamento da alça 575 na máquina 650. Uma cobertura auxiliar 583, que é substancialmente similar à cobertura auxiliar 115, é mostrada em uma posição retraída.
[0253] A Figura 25B é uma vista em perspectiva da alça 575 montada na máquina 650 na posição fechada. A cobertura auxiliar 583 é mostrada na posição fechada. Um par de defletores 581 e 582 engata a cobertura 585 da alça 575. O par de defletores 581 e 582 são montados na cobertura auxiliar 583.
[0254] A Figura 25C é uma vista parcialmente cortada que mostra um corte transversal da alça 575. Um pino de localização 578 define a posição da mola 276. O pino de localização é conectado ao alojamento de mancal 577. À medida que a alça 575 é elevada, o ângulo do mancal é alterado para ajudar o mancal a deslizar para frente e para trás sem ligação durante a elevação e o fechamento. As molas 276 auxiliam os mancais a ficarem na pista. A segunda mola 579 é localizada na parte posterior do alojamento de mancal 577 e fornece adicionalmente uma transição suave da alça 575. A alça 575 é conectada à cobertura 585 por prendedores mecânicos, como cavilhas (não mostradas).
[0255] As Figuras 26A-27B mostram uma máquina 700 com uma montagem de tampa deslizante 701. Tal montagem de tampa deslizante 701 pode reduzir a altura geral da máquina 700 em relação às máquinas com montagens de tampa que se abrem para cima. Essa abordagem torna a máquina 700 mais compacta e capaz de encaixar em balcões de cozinha sob armários.
[0256] A máquina 700 é substancialmente similar às máquinas anteriormente discutidas (por exemplo, máquina 650). Entretanto, a montagem de tampa deslizante 701 desliza ao longo de pistas, ou trilhos 707 e 708, para mover de uma configuração fechada 705 (mostrada nas Figuras 26A e 26B) para uma configuração aberta 706 (mostrada na Figura 26C). Na configuração aberta 706, a montagem de tampa deslizante 701 translada para trás, ao longo de trilhos lineares 707 e 708, para deslizar uma cobertura 702 para revelar uma abertura 710 na máquina 700 para acessar a cápsula 150. O usuário tipicamente impulsiona/puxa a alça 715 para transladar a montagem de tampa deslizante 701 da configuração fechada 705 para a configuração aberta 706.
[0257] As Figuras 27A e 27B mostram uma plataforma 714 da máquina 700 que contém um motor para acionar a pá (o motor não é mostrado, mas colocado sob a placa 716 para acionar a polia 712 e a correia 711) e um solenoide 713 para acionar um eixo de acionamento/êmbolo para baixo para dentro da cápsula 150. (o eixo de acionamento/êmbolo não é mostrado). A polia 712 montada a um eixo de acionamento do motor e o motor é montado à placa 716. Visto que o motor é conectado mecanicamente à montagem de tampa deslizante 701, o motor translada ainda à medida que a montagem de tampa deslizante 701 translada da configuração fechada 705 para a configuração aberta 706. O motor é acoplado de modo giratório acoplado à pá através da polia 712 e da correia 711. A correia 711 está sob tensão tanto quando a tampa está em sua posição aberta quanto quando a tampa está em sua posição fechada. Entretanto, outros mecanismos de acionamento podem ainda ser usados como sistemas de engrenagem. A correia 711 translada ainda com a montagem de tampa deslizante 701 e um sistema de tensionamento de correia pode ainda ser usado (não mostrado). Uma vez a montagem de tampa deslizante 701 está na configuração fechada 705 e pronta para uso, o solenoide 713 é usado para engatar o eixo de acionamento e fazer com que o eixo de acionamento mergulhe (não mostrado) para baixo na cápsula 150. O eixo de acionamento/êmbolo/adaga espete através da extremidade de cúpula da cápsula 150 e engate a cavidade hexagonal de uma espátula de mistura (como a espátula de mistura 160) da cápsula 150 (esses detalhes foram discutidos anteriormente e não serão mostrados nas Figuras 27A e 27B). O eixo de acionamento é acoplado de modo giratório à correia 711, de modo que o motor possa acionar de modo giratório o eixo de acionamento uma vez que o eixo de acionamento corresponder à pá (não mostrada) na cápsula 150.
[0258] As Figuras 28A-28D mostram uma máquina 650 que é substancialmente similar às máquinas anteriormente discutidas (por exemplo, a máquina 600). Entretanto, na máquina 650, um solenoide 713 não é usado para ativar e engatar o eixo de acionamento/êmbolo/adaga na cápsula 150. Ao invés disso, um motor 750 é conectado ao eixo de acionamento 755 com o uso de um sistema de cremalheira 752 e pinhão 751 para transladar o eixo de acionamento axialmente entre uma configuração desengatada 760 e uma configuração engatada 761. O motor 750 é orientado perpendicular ao eixo de acionamento 755. O eixo de acionamento 755 é substancialmente similar aos eixos de acionamento descritos anteriormente, exceto pelas seguintes diferenças. Um conjunto de mancais 753 e 754 permite que o eixo de acionamento 755 gire ao redor de um eixo geométrico central 756. O eixo de acionamento 755 é acoplado de modo giratório a um motor de mistura (não mostrado) com o uso de uma correia 757. A correia 757 gira uma polia 767 que está em um encaixe de interferência (tipicamente a encaixe por pressão) com um membro intermediário 766. Um furo hexagonal 770 do membro intermediário 766 permite que uma conexão chaveada com uma seção hexagonal 769 do eixo de acionamento 755. Essa conexão chaveada acopla mecanicamente a rotação da polia 767 ao eixo de acionamento 755, de modo que o eixo de acionamento 755 seja restringido de girar em relação à polia 767. O membro intermediário 766 é conectado de modo giratório a um mancal 768 que permite que o mesmo gire livremente em relação ao quadro 758 e ao quadro 771.
[0259] O eixo de acionamento 755 é axialmente preso com o uso de um ombro 762 que corresponde contra o mancal 754 e um anel de pressão 759 que corresponde contra o mancal 753. Os mancais 753 e 754 são presos em um alojamento 763. O alojamento 763 translada axialmente entre a configuração desengatada 760 e a configuração engatada 761 com o uso do sistema de cremalheira 752 e pinhão 751 que acopla axialmente o motor 750 ao alojamento 763. O alojamento 763 translada axialmente dentro de um furo 765 do quadro 758. O motor de mistura (não mostrado) gira o eixo de acionamento 755 por meio da correia 757 e do motor 750, que é tipicamente menor e menos potente, translada o eixo de acionamento 755 axialmente por meio do sistema de cremalheira 752 e pinhão 751. O motor 750 é fixado ao alojamento 763 por meio de uma montagem de motor 764.
[0260] Em contrapartida com as máquinas anteriores, a máquina 650 não exige que um usuário opere manualmente uma alça para puncionar o eixo de acionamento (adaga) através de uma cápsula. Na máquina 650, essa ação é controlada pelo motor 750 e é controlada automaticamente pela máquina 650. Isso proporciona vantagens quando um usuário tem dificuldade de operar manualmente uma alça para aplicar a força de perfuração necessária. Em algumas máquinas, um controlador a bordo monitora a posição axial do eixo de acionamento 755 com o uso de um codificador no motor 750 (não mostrado) e um interruptor final (não mostrado). Por exemplo, quando o usuário insere uma cápsula (como a cápsula 150) e toca no botão de início, o evaporador fecha e o eixo de acionamento 755 mergulha na cápsula 150, enquanto balança ou gira potencialmente para assegurar o alinhamento apropriado com uma cabeça de trado da pá, e a mistura e o congelamento começariam.
[0261] A Figura 29A mostra um corte transversal de uma vista lateral de uma montagem de eixo de acionamento alternado (adaga/êmbolo) 800. A montagem de eixo de acionamento 800 é projetada de modo que um eixo de acionamento 806 seja rebaixado para perfurar uma cápsula com apenas a atuação de um motor de mistura (não mostrado) através de uma polia 801. A inversão da rotação do motor de mistura e, portanto, da polia 801 retrai totalmente o eixo de acionamento 806.
[0262] A montagem de eixo de acionamento 800 usa o motor de mistura (não mostrado) para acionar uma polia 801. A polia 801 gira e engata com um primeiro mancal de embreagem 802. O primeiro mancal de embreagem 802 é um mancal giratório de via única, ou sistema de catraca, que permite (i) que um diâmetro interno do mancal gire em relação a um diâmetro externo do mancal em uma primeira direção giratória, e (ii) o diâmetro interno do mancal para travar de modo giratório em relação ao diâmetro externo do mancal em uma direção giratória oposta. O primeiro mancal de embreagem 802 se conecta a uma peça intermediária 803, de modo que, quando o primeiro mancal de embreagem 802 gira em uma primeira direção giratória, a peça intermediária 803 trave de modo giratório à polia 801, e deslize na outra direção. A peça intermediária 803 se conecta a um segundo mancal de embreagem 804. O segundo mancal de embreagem 804 é orientado oposto ao primeiro mancal de embreagem 802, de modo que o segundo mancal de embreagem 804 trave de modo giratório quando o primeiro mancal de embreagem 802 desliza, e vice-versa. O segundo mancal de embreagem 804 é conectado a um alojamento 805. Portanto, ao girar o motor de mistura em uma direção (isto é, sentido horário 821, também relativa a um observador que olha na direção 820), a peça intermediária 803 gira com a polia 801; caso contrário (isto é, sentido anti-horário, ou oposto ao sentido horário 821), a peça intermediária 803 é fixada ao alojamento 805.
[0263] O eixo de acionamento 806 é rosqueado à esquerda quase todo o comprimento. As roscas engatam, na interface rosqueada 812, com roscas internas dentro de um furo da polia 801. Um pino de detenção, um pino de detenção de mola ou uma detenção de mola 807 é localizada, tipicamente por meio de encaixe por pressão, no topo do eixo de acionamento 806. Quando o motor de mistura começa a girar no sentido horário 821, a polia 801 gira, e o eixo de acionamento 806 também começa a girar. A detenção de mola 807 do eixo de acionamento 806 gira em um sulco 811 (visto melhor na Figura 29B) do alojamento 805, até que a detenção de mola 807 engate, na interface 810, uma das protuberâncias 808 ou 809 do alojamento 805. A interface 810 impede rotação adicional do eixo de acionamento 806. Rotação no sentido horário 821 adicional da polia 801 causa uma translação do eixo de acionamento 806 e começa o rosqueamento, na interface rosqueada 812, no furo da polia 801. O rosqueamento continua até que a detenção de mola 807 engate com a reentrância 813 da peça intermediária 803 (vista melhor na Figura 29D) e engate adicionalmente com o ombro 815. Nesse ponto, a detenção de mola 807 e, portanto, o eixo de acionamento 806, começa a girar no sentido horário 821 com a polia, visto que o primeiro e o segundo mancais de embreagem 802, 804 sejam configurados de modo que a peça intermediária 803 gire com a polia 801 durante a fase de atuação. A adaga 814 do eixo de acionamento 806 é, agora, totalmente rebaixada para perfurar uma cápsula.
[0264] Mediante a inversão da rotação do motor de mistura, isto é, no sentido anti- horário 822, o eixo de acionamento 806 retrai automaticamente (isto é, nenhum outro motor ou método de atuação é necessário). Durante a fase de retração, a peça intermediária 803 é fixada em relação à polia 801 pelo primeiro e o segundo mancais de embreagem 802, 804. Uma vez que a rotação é invertida, a detenção de mola 807 gira no sentido anti-horário 822, na direção oposta ao ombro 815 da reentrância 813 da peça intermediária 803. A reentrância 813 retrai a detenção de mola 807 no ombro pequeno 816.
[0265] A Figura 30 mostra a detenção de mola 807 que engata o ombro pequeno 816. Nesse ponto, a rotação no sentido anti-horário 822 adicional da polia 801 faz com que o eixo de acionamento 806 comece o rosqueamento para fora do furo da polia 801 e para dentro do sulco 811 do alojamento 805. A rotação no sentido anti-horário 822 adicional continua a desaparafusar o eixo de acionamento 806 da polia 801, de modo a causar uma redefinição da montagem de eixo de acionamento 800. A montagem de eixo de acionamento 800 agora é redefinida (totalmente retraída) e pode ser usada novamente.
[0266] Embora a rotação no sentido horário 821 da polia 801 engate o eixo de acionamento 806 e a rotação no sentido anti-horário 822 desengate a polia 801 nesta máquina, algumas máquinas têm versões espelhadas da montagem de eixo de acionamento 800, em que a rotação no sentido anti-horário engata um eixo de acionamento e a rotação no sentido horário desengata o eixo de acionamento.
[0267] A Figura 31 é um corte transversal de uma vista em perspectiva de uma máquina 900, que é substancialmente similar às máquinas anteriores, exceto pela montagem de evaporador. Na máquina 900, o evaporador 902 é montado em um quadro 903 e conectado a um motor 901 que controla a abertura e o fechamento do evaporador 902. O motor 901 é montado diretamente ao quadro 903, de modo a permitir uma conexão em linha entre o motor 901 e a ação de abertura/fechamento do evaporador 902. O sistema de motor pode fornecer um sistema compacto com complexidade mecânica reduzida.
[0268] As Figuras 32A e 32B mostram uma vista em perspectiva e uma vista em perspectiva parcialmente cortada da montagem de evaporador mostrada na Figura 31, respectivamente. O evaporador 902 é inclinado na posição aberta por uma mola 905. Quando o motor 901 é energizado, o mesmo aciona uma arruela 911 em uma cavilha 910 por meio de uma conexão rosqueada. Essa ação de rosqueamento faz com que o espaço entre um apoio esquerdo 908 e um apoio direito 909 (esquerdo e direito observado em relação às Figuras 32A e 32B) diminua. O torque do motor 901 é conectado à arruela 911 com o uso de um acoplador 907. O acoplador 907 é dimensionado para corresponder à arruela 911 por meio de um furo hexagonal. O torque do motor 901 compreende a mola 905 e aperta o evaporador 902 fechado. As cavilhas 904 e 906 fornecem limites físicos à ação de fechamento, de modo que uma cápsula presente no evaporador não seja esmagada (uma cápsula não é mostrada no evaporador 902). As extremidades de cada respectiva cavilha 904 e 906 engatam o apoio direito 909 quando a posição fechada final é alcançada fornecendo este limite físico. Mediante a inversão do motor, a mola 905 se expande, de modo a auxiliar na abertura do evaporador 902 para liberar a cápsula.
[0269] A Figura 33A é um esquema de um sistema de refrigeração 930, que é substancialmente similar ao sistema de refrigeração 109. O sistema de refrigeração inclui um condensador 180, um trocador de calor de linha de sucção 182, um dispositivo de expansão 184 e um compressor 186. Refrigerante líquido de alta pressão flui do condensador 180 através do trocador de calor de linha de sucção 182 e do dispositivo de expansão 184 para o evaporador 108. O dispositivo de expansão 184 restringe o fluxo do fluido refrigerante líquido e reduz a pressão do refrigerante líquido à medida que o mesmo sai do dispositivo de expansão 184. O líquido de baixa pressão, então, se move para o evaporador 108 em que o calor é absorvido de uma cápsula (como a cápsula 150) e seu conteúdo no evaporador 108 altera o refrigerante de um líquido para um gás. O refrigerante de fase gasosa flui do evaporador 108 para o compressor 186 através do trocador de calor de linha de sucção 182. No trocador de calor de linha de sucção 182, o vapor frio que sai do evaporador 108 pré-resfria o líquido que sai do condensador 180. O refrigerante entra no compressor 186 como um gás de baixa pressão e sai do compressor 186 como um gás de alta pressão. O gás, então, flui para o condensador 180, em que a troca de calor resfria e condensa o refrigerante em um líquido.
[0270] A segunda linha de desvio 190 possibilita a aplicação de gás quente ao evaporador 108 para descongelar o evaporador 108. A primeira linha de desvio 188 que conecta diretamente a descarga do compressor 186 à entrada do compressor 186 pode ainda ser usada, porém, não é mostrada. A primeira e a segunda linhas de desvio 188, 190 podem ser habilitadas e desabilitadas com o uso de válvulas (como válvulas solenoides ou válvulas de acelerador - não mostradas).
[0271] Consumidores esperam um confeito congelado de qualidade no primeiro ciclo sem esperar vários minutos para que a máquina aqueça. Os sistemas de refrigeração com trocadores de calor de tubo capilar 182 (por exemplo, o sistema de refrigeração 109) não são controlados ativamente e podem demorar mais do que sistemas controlados ativamente (por exemplo, sistemas com o uso de dispositivos ou válvulas de expansão térmica) para alcançar o estado estável. Quando a máquina é ligada inicialmente, o processo de aquecimento entra no “modo de desvio de gás quente", que realiza o ciclo de um solenoide para controlar a temperatura de evaporador 108 a condições abaixo das ambientes.
[0272] Um risco em iniciar a máquina em modo de resfriamento padrão versus modo de desvio de gás quente é que, sem uma cápsula ou carga de calor no evaporador, o refrigerante não seria totalmente vaporizado antes de retornar ao compressor 186, arriscando danos ao compressor ao tentar comprimir um líquido incomprimível. Outra limitação da abordagem de desvio de gás quente é que, embora o sistema esteja bastante “aquecido” após vários minutos, o mesmo não está a uma temperatura real que o mesmo experimentaria sob condições de resfriamento. Além disso, durante o modo de desvio, o orifício de tubo capilar 182 está recebendo uma taxa de fluxo constantemente variável, que é diferente do fluxo durante o modo de resfriamento.
[0273] Quando uma cápsula (por exemplo, a cápsula 150) é inserida no evaporador 108, e o processo de resfriamento é iniciado, as temperaturas e as taxas de fluxo de refrigerante precisarão de tempo para se ajustarem das condições de modo de desvio de gás quente para as condições de resfriamento. Esse atraso aumentará o tempo para resfriar o produto versus se a cápsula foi colocada em um evaporador no modo de resfriamento. Entretanto, iniciar um processo de refrigeração no modo de resfriamento sem uma carga de calor arrisca danificar o compressor.
[0274] O sistema de refrigeração 930 vai diretamente para um modo de resfriamento como uma solução para o atrase em que as temperaturas e taxas de fluxo de refrigerante precisam de tempo para se ajustarem das condições de modo de desvio de gás quente para as condições de resfriamento. Um aquecedor elétrico 931 localizado antes ou após o evaporador 108 proporciona uma carga de calor na inicialização para estimular o resfriamento do sorvete. O aquecedor vaporiza o refrigerante, similar à forma como a mistura líquida de sorvete na cápsula afetaria o sistema de refrigerante 930, permitindo que o sistema de refrigerante 930 alcance condições de resfriamento de estado estável para a temperatura de refrigerante, as taxas de pressão e fluxo sem a necessidade de uma cápsula de sorvete colocada na máquina. De um início ambiente (temperatura ambiente), a máquina irá alcançar o estado estável mais rápido do que o sistema de refrigeração 109 e não arrisca danificar o compressor. Embora não seja ilustrada na Figura 33A, uma primeira linha de desvio 188 ou válvula (como vista na Figura 6) pode ainda ser usada no sistema de refrigeração 930.
[0275] A Figura 33B mostra um sistema de refrigeração 940 com o uso de uma bateria térmica 941. A bateria térmica 941 fornece uma “capacitância” térmica ou "reservatório"para remover alguma carga de resfriamento do sistema de compressão de vapor, reduzindo, assim, o tempo de congelamento. Quando a máquina está iniciando a partir da temperatura ambiente, as válvulas 942 e 943 (por exemplo, válvulas solenoides ou válvulas de acelerador) são abertas e a bateria térmica 941 não recebe refrigerante. Próximo ao final ou ao final do primeiro ciclo de resfriamento, a válvula 943 fecha e refrigerante frio flui para a bateria térmica 941. Quando o refrigerante frio flui para a bateria térmica 941, a parafina dentro da bateria térmica 941 é solidificada. Pré-resfriar a bateria térmica ao final de um ciclo irá permitir que a bateria térmica 941 seja usada para reduzir a carga de resfriamento no compressor 186 durante o próximo ciclo de resfriamento. A energia necessária para solidificar um material é grande em comparação com a energia necessária para rebaixar sua temperatura.
[0276] A cera é usada na bateria térmica 941. Muitas ceras se solidificam a uma temperatura conveniente para uso na bateria térmica 941. Algumas ceras (por exemplo, alcanos) têm um ponto de fusão em uma faixa de 5 °C-10 °C. Por exemplo, cera de Dodecano ou cera de Tridecano têm pontos de fusão nesta faixa. Essas ceras são usadas na bateria térmica 941, visto que solidificam a uma temperatura que é entre as temperaturas de lado quente e lado frio do sistema de refrigeração 940 e podem armazenar "capacitância" térmica e transferir ou usar tal capacitância em ciclos de resfriamento subsequentes. A energia é removida da cera durante um momento em que a máquina não está em um modo de resfriamento, ou pelo menos quando o usuário não está esperando que a máquina esteja resfriando. Resfriar a bateria térmica 941 tem o benefício adicional de aquecer o refrigerante, o que protege o compressor 186 do refrigerante líquido que poderia resultar em danos ao compressor 186. Durante o segundo ciclo de resfriamento, a válvula 942 é fechada, enviando refrigerante líquido quente para a bateria térmica 941, que pré-resfria a bateria térmica 941 antes que o refrigerante alcance o dispositivo de expansão 184. Durante esse mesmo ciclo, a válvula 943 é aberta, permitindo que o refrigerante frio desvie da bateria. Ao final do segundo ciclo, a válvula 943 se fecha e a válvula 942 se abre, resfriando a bateria térmica 941 para o próximo ciclo. Esse processo se repete, permitindo que o resfriamento do final de um ciclo seja usado ou "armazenado" para o uso no próximo ciclo, o que pode reduzir o tempo de congelamento necessário.
[0277] As Figuras 34A-34D mostram uma espátula de mistura que é substancialmente similar à espátula de mistura 160, exceto pelo fato de que é parcialmente sobremoldado com um polímero para raspar o sorvete congelado de dentro da cápsula (por exemplo, a cápsula 150). Na Figura 34A, uma pá de alumínio 951 é formada (tipicamente estampada e curvada/torcida, porém, pode ser formada de outras formas como moldada, forjada ou usinada). As nervuras 960 na região superior 952 da pá de alumínio 951 fornecem rigidez extra às áreas finas da pá de alumínio 951. Essa rigidez extra é importante, visto que as áreas finas da pá de alumínio 951 são submetidas a grandes torques da cabeça de acionamento durante o processo de mistura e reduz a deformação da pá de alumínio 951 sob esse torque aplicado. Os moldes de borda 958 e 959 são moldados (isto é, vertidos e moldados) no lugar sobre cada borda 954 e 955, respectivamente. Esse processo é frequentemente chamado de “sobremoldagem", e pode criar uma parte com múltiplos materiais.
[0278] Outras técnicas de moldagem podem ser usadas, como moldar os moldes de borda 958 e 959 separadamente e, então, inserir ou acoplar a pá de alumínio 951 com os moldes de borda 958 e 959. Essas sobremoldagens 956-959 podem ajudar a raspar um acúmulo de sorvete congelado de um diâmetro interno de uma parede de cápsula (por exemplo, a parede de cápsula 214) e o fundo da cápsula (por exemplo, a primeira extremidade 210). Uma rolha superior 956 de silicone pode ser moldada no lugar sobre uma região superior 952 da pá de alumínio 951 e uma rolha inferior 957 de silicone pode ser moldada no lugar sobre uma região inferior 953 da pá de alumínio 951. A espátula de mistura 950 é formada uma vez que os sobremoldes são concluídos. A rolha superior 956 pode ser sobremoldada para incluir a cabeça de acionamento 961 da espátula de mistura 950 também. As Figuras 34C e 34D são
[0279] Em alguns casos, o revestimento de submersão de plástico é usado para revestir a pá de alumínio 951 para impedir que a espátula de mistura de metal 951 gire na tampa de metal (por exemplo, primeira extremidade 210) e nas paredes de cápsula (por exemplo, a parede de cápsula 214). Em alguns casos, um revestimento de poliolefina é usado. As propriedades típicas do revestimento de poliolefina são representadas na seguinte _ tabela:
[0280] As Figuras 35A-35D mostram ainda um par de entalhes 962. Os entalhes 962 são dimensionados de modo que se encaixem sobre um rebordo 971 dentro de uma segunda extremidade de uma cápsula (como a primeira extremidade 210 de 150). Embora mostrados na espátula de mistura 951, outras espátulas de mistura (por exemplo, a espátula de mistura 950 ou a espátula de mistura 160) podem ainda incluir tais entalhes. Uma vez instalada, o contato 972 permite que a espátula de mistura 951 gira ao longo do rebordo ou pista 971 dentro da cápsula 150 para ajudar a guiar a espátula de mistura 951 e proporcionar suporte estrutural à espátula de mistura 951.
[0281] As Figuras 36A e 36B mostram uma espátula de mistura 1550 que é substancialmente similar à espátula de mistura 951, exceto pelo fato de que os entalhes 1551 da espátula de mistura 1550 evitam contato direto com o rebordo 971 da cápsula 150. A cápsula 150 inclui a rolha 166. Os entalhes 1551 são dimensionados para permitir que um forro polimérico 1552 ou bucha seja usada entre o rebordo 971 da cápsula 150 e os entalhes 1551 da espátula de mistura 1550. O forro polimérico 1552 é usado para reduzir o atrito entre os entalhes 1551 e o rebordo 971.
[0282] O forro polimérico 1552 é conformado como um anel e funciona como uma bucha para reduzir o atrito entre a espátula de mistura giratória 951 e o rebordo de metal 971 da cápsula 150. Ao reduzir o atrito, escoriação e desgaste dos materiais da espátula de mistura 971 e do rebordo 971 são reduzidos. O forro polimérico 1552 reduz ainda o calor na cápsula quando a espátula de mistura giratória gira ao produzir confeitos congelados na máquina. O forro polimérico 1552 inclui um receptáculo que engata com o rebordo 971. O forro polimérico 1552 é radialmente restringido ao rebordo 971. O forro polimérico 1550 inclui uma superfície superior plana 1553 que entra em contato com uma superfície inferior dos entalhes 1551 da espátula de mistura 1550. O forro polimérico 1550 inclui uma superfície interna radial 1554 que entra em contato com uma superfície externa radial dos entalhes 1551 da espátula de mistura 1550.
[0283] A Figura 37A mostra um corte transversal de uma vista em perspectiva de uma primeira extremidade 981 de uma cápsula - substancialmente similar à primeira extremidade 210 da cápsula 150, porém, que inclui uma conexão sobremoldada para receber o eixo de acionamento. . Um anel isolante de vedação de silicone 980 é sobremoldado entre a primeira extremidade 981 e um plugue de plástico ou acionador de espátula 982. A sobremoldagem causa uma ligação covalente que cria uma vedação hermética entre o anel isolante 980 e o acionador de espátula 982. Uma cabeça 983 é sobressalente na primeira extremidade 981 para engate com o eixo de acionamento de um motor de mistura (não mostrado). A cabeça é chaveada para fornecer uma conexão travada de modo giratório com o eixo de acionamento. Ao fornecer uma conexão vedada, essa abordagem evita a necessidade de o eixo de acionamento perfurar a cápsula, portanto, com o uso do gás armazenado dentro da cápsula (tipicamente nitrogênio) para auxiliar no desenvolvimento de excesso ou espessura. Em alguns casos, quando o eixo de acionamento gira o acionador de espátula 982, a ligação covalente entre a espátula de mistura 950 e o anel isolante 980 se rompe, permitindo que o eixo gire e o ar flua para a cápsula para produzir excesso. Em outra abordagem, um anel isolante 985 pode ser colado contra um plugue de plástico ou acionador de espátula 986. A Figura 37B ilustra o anel isolante 985 que desliza 988 sobre um eixo 987 e colado no lugar no acionamento de espátula 986. Vários outros exemplos de anéis isolantes ou peças de vedação podem ser usados como anéis isolantes 991 ou vedações de rebordo 992 (ou vedações giratórias) como mostrado nas Figuras 37C e 37D, respectivamente.
[0284] As Figuras 38A-38D são vistas em perspectiva de uma espátula de mistura 1350 de uma cápsula 150 com "orelhas de cachorro" integrais 1354 e uma cabeça de acionamento de correspondência 1352 que forma uma montagem de acionamento de correspondência 1355. A montagem 1355 acopla de modo giratório a adaga/eixo de acionamento da máquina de sorvete à espátula de mistura 1350 e ajuda a evitar deformação, encurvatura ou dobra indesejáveis quando o torque da máquina é grande. Na montagem 1355, a espátula de mistura 1350 é estampada ou formada com o uso de metal em chapa e uma ou mais "orelhas de cachorro" 1354 são formadas pela dobra do metal em chapa sobre a extremidade da espátula de mistura 1350. A espátula de mistura 135 pode ser feita de alumínio, aproximadamente 0,032 polegadas de espessura e, então, subsequentemente dobrada em uma prensa/matriz/máquina de metal em chapa para formar "orelhas de cachorro" 1354 na espátula de mistura 1350. As "orelhas de cachorro" 1354 podem fornecer à espátula de mistura 1350 enrijecimento e rigidez à torção aumentados em comparação com enrijecedores mecânicos como nervuras. Algumas espátulas de mistura incluem "orelhas de cachorro" 1354 além de nervuras.
[0285] Para transferir o torque, superfícies internas 1360 das "orelhas de cachorro" 1354 se acoplam a superfícies correspondentes de uma cabeça de acionamento de correspondência 1352 que pode ser vista na vista em perspectiva translúcida da Figura 38A, e vista em maiores detalhes nas Figuras 38C e 38D.
[0286] A cabeça de acionamento de correspondência 1352 recebe a adaga/eixo de acionamento (não mostrado nas Figuras 38A-38D) da máquina de sorvete e acopla de modo giratório a adaga/eixo de acionamento à espátula de mistura. A cabeça de acionamento de correspondência 1352 é tipicamente construída a partir de alumínio, metal ou um plástico duro.
[0287] Como descrito anteriormente, a cápsula 150 é vedada de modo hermético originalmente. À medida que a adaga/eixo de acionamento é rebaixada na região de cúpula 1362 da cápsula 150, o mesmo perfura a cápsula 150 e é recebido pelo receptáculo 1358 da cabeça de acionamento de correspondência 1352.
[0288] Com referência à Figura 38C, a cabeça de acionamento de correspondência 1352 pode ser conectada de modo deslizante à espátula de mistura 1350 por um encaixe por atrito. Ao produzir um diâmetro ou largura da cabeça de acionamento de correspondência 1352 para ter um espaçamento ligeiramente maior entre as superfícies internas 1360, 1364 das "orelhas de cachorro" 1354, uma ligeira interferência, ou encaixe por atrito pode ser alcançada ao montar a cabeça de acionamento de correspondência 1352 à espátula de mistura 1350. Detenções ou outros fechos podem ser incorporados na espátula de mistura 1350 ou na cabeça de acionamento de correspondência 1352 a fim de reter a espátula de mistura 1350 à cabeça de acionamento de correspondência 1352 e assegurar o acoplamento giratório apropriado. A cabeça de acionamento de correspondência 1352 pode ser encaixada por pressão no lugar. A cabeça de acionamento de correspondência 1352 pode ainda ser conectada de modo liberável à espátula de mistura 1350.
[0289] As "orelhas de cachorro" 1354 da espátula de mistura 1350 podem ser projetadas para permitir apenas o acoplamento giratório de uma via. Por exemplo, nas Figuras 38A-38D, uma rotação no sentido horário do eixo de acionamento seria acoplada de modo giratório à espátula de mistura 1350, porém, a rotação no sentido anti-horário poderia ser liberada pelo projeto antissimétrico das "orelhas de cachorro" 1354.
[0290] Durante a operação, a região de cúpula 1362 da cápsula 150 é perfurada, a adaga/eixo de acionamento engata com o receptáculo 1358 da cabeça de acionamento de correspondência 1352, e o eixo de acionamento pode girar rapidamente para misturar o sorvete, produzir excesso e dispensar o sorvete.
[0291] As cápsulas 150 são tipicamente preenchidas, então retortadas, ou podem ser preenchidas assepticamente. Em ambos os casos, as mesmas são retropreenchidas com nitrogênio, de modo que o ar não entre na cápsula 150 prematuramente. Isso tipicamente chamado de “espaço livre”. Entretanto, durante o processo de mistura de sorvete, é desejável introduzir ar no processo de mistura para produzir excesso. Em algumas máquinas, as cápsulas não precisam introduzir ar e podem depender do nitrogênio na cápsula. Nesses casos, a cápsula pode permanecer vedada durante pelo menos parte do processo de mistura. Em alguns casos, o ar pode ser introduzido durante o processo de mistura.
[0292] As Figuras 39A-39B são vistas em perspectiva da espátula de mistura 1350 de uma cápsula 150 que engata com uma cabeça de acionamento de correspondência 1370 para formar uma montagem de acionamento de correspondência 1365. A funcionalidade da cabeça de acionamento de correspondência 1370 é similar à cabeça de acionamento de correspondência 1352 ao acoplar de modo giratório o eixo de acionamento da máquina à espátula de mistura 1350, porém, diferente porque a cápsula 150 nunca é perfurada pelo eixo de acionamento quando a montagem de acionamento de correspondência 1365 é usada.
[0293] A cabeça de acionamento de correspondência 1370 inclui um receptáculo 1378 que recebe um eixo 1382 de um anel isolante 1380 para acoplar de modo giratório o eixo de acionamento 1374 à espátula de mistura 1350. A conexão e o engate giratórios entre a cabeça de acionamento de correspondência 1370 e a espátula de mistura 1350 são similares à conexão de cabeça de acionamento de correspondência 1352 (isto é, uma conexão chaveada de modo giratório). A cabeça de acionamento de correspondência 1370 pode ainda ser conectada com o uso de um encaixe de interferência (um encaixe por pressão), encaixada por pressão, travada ou, outro modo, presa mecanicamente, de modo similar à cabeça de acionamento de correspondência 1352.
[0294] O anel de isolamento 1380 inclui um receptáculo 1372 que recebe um eixo de acionamento 1374 que pode ser similar a qualquer um dentre o do eixo de acionamento descrito neste relatório descritivo, exceto pelo fato de que o eixo de acionamento 1374 pode ser formado com uma extremidade cega 1376, visto que o eixo de acionamento 1374 simplesmente não precisa perfurar a cápsula 150. Ao invés disso, um orifício na porção de cúpula da cápsula 150 é feito durante o preenchimento e a montagem da cápsula, e a cápsula permanece vedada hermeticamente durante o armazenamento. O anel de isolamento 1380 inclui uma junta torica 1384 que é usada para proporcionar essa conexão vedada do conteúdo da cápsula 150. Embora apenas uma junta torica 1384 seja mostrada, múltiplas juntas toricas podem ser usadas.
[0295] Roscas externas 1386 em uma superfície externa cilíndrica do anel isolante 1380 é configurada para engatar de modo rosqueado com roscas internas correspondentes 1388 de um membro de vedação 1390. Durante a instalação, o anel isolante 1380 é instalado do interior da cápsula 150 com o receptáculo 1372 e roscas externas 1386 que sobressaem da cápsula 150. O membro de vedação 1390 é rosqueado de modo apertado nas roscas externas 1386 do anel isolante 1380 e ainda aderido à superfície da porção de cúpula da cápsula 150. Isso forma tanto uma vedação impermeável ao ar entre a cápsula 150 e também permite que o anel isolante 1380 gire em relação ao membro de vedação 1390.
[0296] O membro de vedação 1390 é aderido à cápsula, portanto, o mesmo não pode se mover. A aderência do membro de vedação 1390 pode ser realizada com cola, rebites ou qualquer processo que reteria o membro de vedação 1390 no lugar. Durante a operação, o eixo de acionamento 1374 é rebaixado no receptáculo 1372 do anel isolante 1380 e começa a girar. À medida que o eixo de acionamento 1374 começa a girar, as roscas externas 1386 começam a se desaparafusar das roscas internas do membro de vedação 1390. Isso faz com que o anel isolante 1380 se rebaixe na cápsula 150. Esse movimento de rebaixamento faz com que o eixo 1382 do anel isolante 1380 se rebaixe no receptáculo 1378 da cabeça de acionamento de correspondência 1370. As dimensões do eixo 1382 e do receptáculo 1378 podem ser dimensionadas de modo que acoplamento giratório entre o eixo de acionamento 1374 e a espátula de mistura 1350 ocorra apenas uma vez que o anel isolante 1380 for rebaixado na cápsula 150 pelo eixo de acionamento 1374, ou pode ser dimensionado de modo que estejam sempre acoplados de modo giratório.
[0297] Uma vez que o anel isolante 1380 libera as roscas de correspondência do membro de vedação 1390, o mesmo é livre para girar sem translação vertical adicional. Por exemplo, a superfície cilíndrica 1392 do anel isolante 1380 poderia girar livremente dentro das roscas do membro de vedação 1390. Isso significa que o eixo de acionamento 1374 pode continuar a girar para engatar de modo giratório a espátula de mistura 1350 muito após o anel isolante 1380 se mover para baixo e o anel isolante 1380 se desaparafusar completamente do membro de vedação 1390. O eixo 1382 do anel isolante deslizaria adicionalmente para o receptáculo 1378 e o eixo 1382 pode ser configurado para atingir o fundo no receptáculo 1378 para maximizar a resistência da conexão giratória entre o anel isolante 1380 e a cabeça de acionamento de correspondência 1370.
[0298] O anel isolante 1380 pode ainda ser configurado para romper a vedação da cápsula 150 mediante o rebaixamento na cápsula 150 causado pela rotação. Uma vez que a vedação é rompida, o ar pode entrar na cápsula 150 para auxiliar na mistura do sorvete e na produção de excesso. O engate rosqueado 1386 e as dimensões dos eixos 1374, 1382 e receptáculos 1372, 1378 podem ser dimensionadas para minimizar ou maximizar o recebimento de ar durante o processo de mistura. Por exemplo, em casos em que nenhum ar é desejado, a cápsula 150 pode permanecer vedada com o uso de um passo rosqueado muito pequeno no anel isolante 1380, ou uma vedação giratória poderia ser usada para eliminar o passo rosqueado totalmente. Dessa forma, o eixo de acionamento 1374 poderia girar indefinidamente e a vedação não seria rompida. Em outros casos em que o recebimento de ar máximo é desejado tão rapidamente quanto possível, o anel isolante 1380 pode ter um passo rosqueado muito grande, de modo que a vedação seja rompida com menos de uma revolução do eixo de acionamento 1374.
[0299] Outra vantagem da montagem de acionamento de correspondência 1365 é que o eixo de acionamento 1374 nunca entra na cápsula 150. Isso significa que a mesma não é contaminada por laticínio e, portanto, exige lavagem. Ademais, visto que a cápsula 150 não precisa ser perfurada, a probabilidade de lascas de alumínio entrarem na lata é significativamente reduzida ou eliminada.
[0300] O anel isolante 1380 é tipicamente construído a partir de alumínio, metal ou plástico duro, de modo que possa suportar os torques necessários durante o processo de produção de sorvete. Um elastômero de durômetro duro também poderia ser usado, o que ajudaria a vedar a cápsula 150. O membro de vedação 1390 pode ser feito desses materiais também e a junta torica 1384 é tipicamente elastomérica.
[0301] As Figuras 40A-40C são vistas em perspectiva e planas da espátula de mistura 1350 de uma cápsula 150 para formar uma montagem de acionamento de correspondência 1600. A montagem de acionamento de correspondência 1600 é substancialmente similar à montagem de acionamento de correspondência 1365 vista nas Figuras 39A-39B, exceto pelo fato de que a funcionalidade do anel isolante 1380 e da cabeça de acionamento de correspondência 1370 é combinada em um componente único. Esse componente único é a cabeça de acionamento de correspondência 1602.
[0302] A espátula de mistura 1350 é acoplada de modo giratório à cabeça de acionamento de correspondência 1602 através de uma conexão 1614 (vista melhor na Figura 40C). A conexão 1614 é preferencialmente uma conexão soldada, mas outras conexões podem ser usadas. Em alguns casos, a conexão 1614 é uma conexão de atrito que é formada ao engatar um ou mais sulcos 1616 da cabeça de acionamento de correspondência 1602 em uma ou mais bordas complementares da espátula de mistura 1350. Em alguns casos, a conexão 1614 é engatada ao girar a cabeça de acionamento de correspondência 1602 em relação à espátula de mistura 1350 90 graus. Em alguns casos, a conexão 1614 é formada durante o processo de fabricação quando a cabeça de acionamento de correspondência 1602 é moldada na posição montada na espátula de mistura 1350 como mostrado nas Figuras 40A-40C. Em alguns casos, a conexão 1614 é aderida (por exemplo, colada). Em alguns casos, o acoplamento mecânico é feito com um prendedor (por exemplo, um parafuso de fixação).
[0303] [0005]Um membro de vedação 1604, que é substancialmente similar ao membro de vedação 1390, é aderido à cápsula, de modo que não possa se mover. A aderência do membro de vedação 1604 pode ser realizada com cola, rebites ou qualquer processo que reteria o membro de vedação 1604 no lugar. O membro de vedação 1604 é mostrado na superfície externa da cápsula 150, porém, em algumas cápsulas, está no interior da cápsula. Em algumas cápsulas, o membro de vedação 1604 abrange o interior da cápsula 150 ao exterior da cápsula 150.
[0304] Roscas externas 1606 em uma superfície externa cilíndrica da cabeça de acionamento de correspondência 1602 são configuradas para engatarem de modo rosqueado com roscas internas correspondentes 1608 no membro de vedação 1604. Durante a operação, o eixo de acionamento (não mostrado nas Figuras 40A-40C) da máquina é rebaixado no receptáculo 1610 da cabeça de acionamento de correspondência 1602. O receptáculo 1610 é chaveado (visto melhor na Figura 40B), de modo que a rotação seja entre o eixo de acionamento e a cabeça de acionamento de correspondência 1602 seja acoplada. À medida que o eixo de acionamento começa a girar, as roscas externas 1606 começam a se desaparafusar das roscas internas do membro de vedação 1604. Isso faz com que a cabeça de acionamento de correspondência 1602 se rebaixe na cápsula 150. Esse movimento de rebaixamento faz com que a espátula de mistura 1350 se rebaixe na cápsula 150 também, mas a quantidade de rebaixamento é preferencialmente pequena pelo uso de um passo rosqueado pequeno da conexão rosqueada entre a cabeça de acionamento de correspondência 1602 e o membro de vedação 1604. Uma vez que as roscas externas 1606 da cabeça de acionamento de correspondência 1602 se rebaixam além da borda inferior das roscas internas 1608 do membro de vedação 1604, a conexão rosqueada desengata e a cabeça de acionamento de correspondência 1602 (e a espátula de mistura 1350) podem girar livremente dentro da cápsula 150 e o fundo da espátula de mistura 1350 se rebaixa no rebordo 971 da cápsula 150 (não mostrado nas Figuras 40A-40C). Nesse ponto durante a operação, a espátula de mistura 1350 pode girar sob o controle do motor de mistura da máquina
[0305] A conexão rosqueada entre as roscas externas 1606 e as roscas internas 1608 é reversível se a rotação do motor de mistura for revertida. Isso permite que a máquina vede novamente a cápsula 150.
[0306] A cabeça de acionamento de correspondência 1602 inclui ainda uma seção cilíndrica 1620 que é configurada para centralizar a cabeça de acionamento de correspondência 1602 e a espátula de mistura 1350 na cápsula 150 após a conexão rosqueada entre as roscas externas 1606 e as roscas internas 1608 ter desengatado. Um diâmetro externo da seção cilíndrica 1620 é ligeiramente menor que o diâmetro interno das roscas internas 1608, de modo que uma folga giratória seja permitida, porém, a centralização da espátula de mistura 1350 na cápsula 150 seja também possível.
[0307] A cabeça de acionamento de correspondência 1602 funciona ainda para vedar a cápsula 150. Antes que a cabeça de acionamento de correspondência 102 seja rebaixada na posição mostrada na Figura 40A, uma junta torica (não mostrada nas Figuras 40A-40C) que é localizada em um sulco 1612 é pressionada contra a cúpula interna da cápsula 150 formando uma vedação. Essa vedação é complementada pela conexão rosqueada entre roscas externas 1606 e as roscas internas 1608. Essas vedações ajudam a vedar o ar externo para não entrar na cápsula 150, de modo que a cápsula 150 possa permanecer vedada hermeticamente até que esteja pronta para o uso na máquina.
[0308] As Figuras 41A-41F são vistas em perspectiva da espátula de mistura 1350 que engata com uma cabeça de acionamento de correspondência 1402 para formar uma montagem de acionamento de correspondência 1400. Na montagem de acionamento de correspondência 1400, a cápsula 150 é perfurada por uma adaga/eixo de acionamento 1406, porém, a adaga/eixo de acionamento 1406 não entra em contato com o conteúdo da cápsula 150 e quaisquer lascas de alumínio resultantes da ação de perfuração são capturadas no espaço 1408, que é vedado do conteúdo da cápsula 150. A adaga/eixo de acionamento 1406 é acoplado de modo giratório à espátula de mistura 1350 uma vez que a cabeça de adaga 1410 desliza para dentro do receptáculo 1412 da cabeça de acionamento de correspondência 1402. O engate giratório entre a cabeça de acionamento de correspondência 1402 e a espátula de mistura 1350 é similar às cabeças de acionamento de correspondência 1352, 1370.
[0309] Uma bucha-guia 1404 é aderida ou colada ao interior da região de cúpula da cápsula 150. A cabeça de acionamento de correspondência 1402 inclui uma protuberância cilíndrica 1416 que inclui uma reentrância para uma junta torica 1414. A junta torica 1414 veda hermeticamente a cabeça de acionamento de correspondência 1402 à bucha-guia 1404. A adaga/eixo de acionamento 1406 punciona através da região de cúpula da cápsula 150 e gira a cabeça de acionamento de correspondência 1402 e a espátula de mistura 1350. A junta torica 1414 pode ser uma junta torica dinâmica, visto que a cabeça de acionamento de correspondência 1402 irá girar em relação à bucha-guia 1404. A protuberância 1416 da cabeça de acionamento de correspondência 1402 pode ser chanfrada para fornecer um ângulo de condução para facilidade de montagem da cabeça de acionamento de correspondência 1402 no furo da bucha-guia 1404. A cabeça de acionamento de correspondência 1402 ou a bucha-guia 1404 podem ser alumínio, metal, plástico duro ou um elastômero de durômetro alto para suportar os torques necessários durante a mistura, raspagem e dispensação do sorvete.
[0310] A montagem de acionamento de correspondência 1400 permite que uma cápsula 150 seja vedada hermeticamente durante a embalagem. Essa vedação continua a ser intacta, mesmo após perfuração pela adaga/eixo de acionamento 1406. Isso significa que o ar não entra na cápsula 150 durante o processo de mistura, que é tipicamente usado para auxiliar na geração de excesso. Entretanto, nesse caso, o nitrogênio da cápsula pode auxiliar no desenvolvimento de excesso, e/ou microporos na protuberância cilíndrica 1416 podem ser usados para permitir que o ar entre na cápsula 150 para este propósito.
[0311] As Figuras 42A-42D são vistas em perspectiva da espátula de mistura 1350 que engata com uma cabeça de acionamento de correspondência 1420 para formar uma montagem de acionamento de correspondência 1425. A montagem de acionamento de correspondência 1425 é diferente de montagens de acionamento de correspondência 1355, 1365, 1400 em que apenas uma parte, a saber, a cabeça de acionamento de correspondência 1420, é necessária para formar o acoplamento giratório e a conexão vedada.
[0312] A cabeça de acionamento de correspondência 1420 é moldada a partir de um elastômero ou um plástico duro e é configurada para se deformar e se romper de modo giratório em uma região enfraquecida 1422 quando o torque é aplicado à superfície hexagonal 1424. A superfície hexagonal 1424 é configurada para engatar de modo deslizável com um eixo de acionamento da máquina (não mostrado). Superfícies de mancal cilíndricas grandes 1426 são configuradas para aderir à região de cúpula da cápsula 150 por colagem ou, de outro modo, preensão permanente.
[0313] A região enfraquecida 1422 pode ser cilíndrica. A região enfraquecida 1422 pode ainda ser rompida por um deslocamento vertical do eixo de acionamento para a superfície hexagonal 1424 para fazer com que a região central inteira da cabeça de acionamento de correspondência 1420 se mova para baixo. Algumas vezes, tanto o deslocamento vertical quanto a rotação podem fazer com que a região enfraquecida 1422 se rompa.
[0314] Torque é transferido da cabeça de acionamento de correspondência 1420 para a espátula de mistura 1350 de modo similar às cabeças de acionamento de correspondência 1352, 1370, 1402. Por exemplo, a rotação no sentido horário da cabeça de acionamento de correspondência 1420 faz com que uma conexão mecânica, por meio de compressão, no local 1428 na superfície das "orelhas de cachorro" 1354 da espátula de mistura 1350 transfira o torque e acople de modo giratório o eixo de acionamento da máquina à espátula de mistura 1350.
[0315] A cabeça de acionamento de correspondência 1420 é vedada hermeticamente durante a embalagem e a vedação é configurada para romper durante o processo de mistura de sorvete para permitir que o ar entre na cápsula 150 para gerar excesso.
[0316] [0006]As Figuras 43A-43C mostram uma espátula de mistura 1000 com janelas 1001-1004 que são descentralizadas (ou excêntricas) em relação a um eixo geométrico de acionamento 1006. As janelas 1001 e 1002 são cortadas de modo que seções centrais 1007 e 1008 sejam radialmente inclinadas para lados alternados da espátula de mistura 1000. As janelas 1001 e 1002 não precisam ser alternadas, mas essa configuração é útil equilíbrio de modo giratório. Uma espátula de mistura 1000 com janelas 1001 e 1002 irá misturar o confeito congelado melhor do que uma espátula de mistura com janelas equilibradas com seções centrais que simplesmente giram no centro da cápsula, visto que as janelas 1001 e 1002 podem oscilar ao redor do eixo geométrico de acionamento 1006 para atuar como um bastão de mistura, ou batedeira, e ajudar a misturar o confeito congelado. A espátula de mistura 1000, de modo similar às espátulas de mistura mencionadas anteriormente, também é em formato helicoidal para conduzir o confeito congelado para baixo para facilitar a mistura de cima para baixo e conduzir o confeito congelado para fora de uma cápsula. Essa ação de condução é similar a uma transportadora com parafuso. A espátula de mistura 1000 mistura o produto lateralmente e puxa o ar para dentro para criar espessura. A espátula de mistura 1000 tem ainda um ou mais dentes 1004 que ajudam a quebrar produto congelado e raspar o produto da parede da cápsula em peças menores ou correntes. Essa espátula tem quatro dentes, porém, não há limite superior para o número de dentes.
[0317] Algumas espátulas de mistura incluem nervuras ou outros recursos para aumentar a resistência à torção. Algumas espátulas de mistura exibem alta rigidez à torção (por exemplo, maior que 15 ozf-in) e um alto limite de torque à falha (por exemplo, maior que 150 ozf-in). Algumas espátulas de mistura têm uma aspereza de superfícies baixa (por exemplo, menor que 8-16 Ra) para impedir que o produto adira à espátula de mistura e para ajudar a remover o produto que adere à espátula de mistura. Com espátulas de mistura que têm uma aspereza de superfícies entre 8-16 Ra, essas máquinas evacuam pelo menos 85% do confeito congelado na cápsula e geralmente 95%. Algumas espátulas de mistura têm uma reentrância na segunda extremidade da espátula de mistura, permitindo que a espátula de mistura seja virada para o eixo geométrico central da espátula de mistura. Durante a fabricação, a torção da espátula de mistura no fundo pode ser muito grande, 100° a 150°, o que pode ser um problema para o processo de estampagem, que pode lacerar o material da espátula de mistura. Um entalhe de corte (não mostrado) no centro do fundo das lâminas de espátula de mistura possibilita que a espátula de mistura seja formada sem lacerar o material.
[0318] Como descrito anteriormente, a rolha 166 de uma cápsula 150 inclui uma protuberância 165 que é cisalhada para permitir a dispensação do produto da cápsula (por exemplo, consultar as Figuras 10A e 11A-11G). A rolha 166 é montada sobre a base 162 e é giratória ao redor da circunferência/eixo geométrico da cápsula 150. Durante o uso, quando o produto está pronto para ser dispensado da cápsula 150, o dispensador 153 da máquina engata e gira a rolha 166 ao redor da primeira extremidade da cápsula 150. A rolha 166 é girada para uma posição para engatar e, então, separar a protuberância 165 do restante da base 162. Entretanto, alguns sistemas incorporam o mecanismo de cisalhamento como parte da máquina ao invés de parte da cápsula.
[0319] As Figuras 44A-44B mostram cortes transversais de uma vista em perspectiva de uma máquina 1100 com um mecanismo de cisalhamento de protuberância 1050 que engata e cisalha a protuberância 165 da base 162. O mecanismo de cisalhamento de protuberância 1050 não exige que a rolha seja alinhada ou orientada de modo giratório em qualquer direção particular em relação ao evaporador 108 (não mostrado). Por exemplo, a cápsula 150 pode ser inserida no evaporador sem que um usuário tenha que alinhar de modo giratório a cápsula com o mecanismo de cisalhamento de protuberância 1050. A máquina irá aceitar a cápsula 150 com qualquer orientação angular.
[0320] As Figuras 45A-45E mostram um came 1051 conectado de modo pivotante a uma engrenagem 1052 que é girada por um motor de cisalhamento 1054. Durante a operação, o came 1051 é girado para fora do caminho pelo lado posterior do came 1051 que se desloca ao longo do ponto inicial 1057 (isto é, “posição inicial”). Uma vez que a cápsula 150 com a rolha 166 é inserida na abertura 1058 de um quadro 1053, uma mola 1055 fornece uma força que pressiona o came 1051 na rolha 166 da cápsula 150. O quadro 1053 é montado a um alojamento 1059 como parte da máquina 1100 e é fixado na posição.
[0321] Uma vez que a engrenagem 1052 é girada, o came 1051 é forçado adicionalmente em contato com a rolha 166 e uma pega firme é gerada pelo came 1051 sendo encunhado entre a engrenagem giratória 1052 e a rolha 166. Uma superfície serrilhada 1056 do came 1051 ajuda a fornecer essa pega firme e evitar que a rolha 166 gire em relação à engrenagem 1052. À medida que a engrenagem 1052 é girada, o came 1051 se desloca para fora do ponto inicial 1057 (isto é, “posição de engate”). A rotação da engrenagem 1052 geralmente vira a rolha de cisalhamento que cisalha a protuberância 165 e abre a cápsula passagem.
[0322] A Figura 46 é um corte transversal de uma vista em perspectiva da máquina 1100 que ilustra o engate 1063 da rolha 166 com a engrenagem 1052. Um mancal 1062 permite que a engrenagem 1052 gire em relação à máquina 1100 e um anel de pressão ou anel de retenção 1061 prende axialmente a engrenagem 1052 no lugar.
[0323] Em algumas máquinas, a espátula de mistura nunca para de girar durante o cisalhamento da protuberância. Em algumas máquinas, durante o processo de cisalhamento de protuberância, a rotação da rolha 166 da cápsula 150 é oposta à direção da rotação da espátula de mistura 160. Ao girar em direções opostas, a probabilidade de a cápsula 150 deslizar no evaporador 108 é reduzida. Isso é mostrado nas Figuras 47A e 47B.
[0324] A Figura 47A mostra o sistema de cisalhamento de rolha 1120 que é uma subamostragem de uma máquina. O sistema de cisalhamento de rolha 1120 tem um processo de cisalhamento de protuberância que é pré-formado no sentido horário 1110 (isto é, sentido horário em relação a uma direção 1105 olhando descendentemente para a cápsula 150) e a espátula de mistura 160 que é girada no sentido horário também. Em contrapartida, a Figura 47B mostra um sistema de cisalhamento de rolha 1125 em que a rolha 166 possibilita que a protuberância 165 seja cisalhada em um sentido anti-horário 1111 (sentido anti-horário em relação a uma direção 1105 olhando descendentemente para a cápsula 150). A rolha 1101 tem uma primeira passagem 1102 e uma segunda passagem 1103 que espelha a primeira passagem 222 e a segunda passagem 224 da rolha 166.
[0325] Ao girar a rolha de cisalhamento 166 na direção oposta da espátula de mistura 160, as forças giratórias ou de torção se anulam, permitindo que o evaporador em concha 108 se feche com forma suficiente para impedir que a cápsula 150 deslize/gire no evaporador pinçado 108. Isso é importante, de modo que a primeira passagem (222 e 1102) na rolha (166 e 1101) se alinhe apropriadamente com a abertura de protuberância 165. Se a cápsula 150 deslizar em relação à rolha (166 e 1101), a primeira passagem pode não se alinhar, e a funcionalidade da máquina será afetada.
[0326] Algumas cápsulas podem incluir uma primeira extremidade que é removível e uma espátula de mistura reutilizável pode ser inserida na primeira extremidade. A espátula de mistura pode ser removida, lavada e reutilizada para uso subsequente.
[0327] As Figuras 48A-48C mostram uma máquina de vendas automáticas 1200 para vender várias cápsulas (por exemplo, cápsulas 150) e depositar as mesmas em uma máquina embutida (por exemplo, a máquina 600) para permitir que o sorvete seja feito e servido em uma tigela ou cone. Assim, a máquina de vendas automáticas 1200 pode conter vários tipos de cápsulas, como vários tipos de sorvetes, ou qualquer uma das cápsulas discutidas anteriormente. Uma vantagem é que a máquina de vendas automáticas 1200 pode ser usada em locais comerciais e ser facilmente usada por mais do que apenas um usuário. Adicionalmente, visto que as cápsulas 150 não precisam ser refrigeradas antes do uso, não há necessidade de refrigerar a máquina de vendas automáticas 1200, o que reduz o custo para operar e produzir.
[0328] Como mostrado na Figura 48A, a máquina de vendas automáticas 1200 contém nove cápsulas (uma das quais é rotulada cápsula 150) que são dispostas em uma grade retangular ou quadrada atrás de uma vitrine 1204. Nove cápsulas são mostradas, porém, qualquer número de cápsulas ou disposições pode ser usado. Cada uma das nove cápsulas pode conter uma pilha de cápsulas atrás da primeira cápsula, de modo que, quando uma cápsula for selecionada e removida da máquina de vendas automáticas 1200, uma cápsula atrás da mesma se moverá para frente. Isso é tipicamente causado pela gravidade e/ou um elemento de acionamento como uma mola. Por exemplo, a cápsula 150 pode ter dez cápsulas atrás da mesma, de modo que a máquina seja estocada para exigir reabastecimentos menos frequentes.
[0329] A máquina de venda automática 1200 inclui um teclado alfanumérico 1206 que permite que um usuário faça uma seleção de cápsula. Por exemplo, para selecionar a cápsula 1222, o usuário insere “B” seguido de “2” no teclado 1206. A máquina de venda automática 1200 inclui ainda provisões para aceitar dinheiro 1208 ao receber notas e moedas com o uso de um receptáculo de notas e um receptáculo de moeda, respectivamente. A máquina de venda automática 1200 pode ainda aceitar pagamentos com cartão de crédito com o uso de um leitor de cartão de crédito 1212, ou qualquer método para transferir dinheiro de um usuário para a máquina, como com o uso de ApplePay, ou pagamentos por meio de um app ou por meio da internet. Um servidor ou rede similar que é usado na máquina 100 pode ainda ser implementado na máquina de vendas automáticas 1200. Por exemplo, um serviço de assinatura pode ser usado para permitir que usuários acessem a um certo número de cápsulas por mês.
[0330] [0007]Como mencionado acima, a máquina de vendas automáticas 1200 inclui a funcionalidade da máquina de resfriamento descrita anteriormente (por exemplo, a máquina 600). A máquina 600 é mostrada em linhas tracejadas para representar o fato de que está dentro da máquina de vendas automáticas 1200. A máquina 600 inclui um evaporador 1224 e um receptáculo ou abertura de dispensação 1216. Embora os outros recursos da máquina 600 não sejam mostrados nas Figuras 48A-48C, deve ser entendido que a funcionalidade da máquina 600 é embutida na máquina de vendas automáticas 1200 em uma embalagem autônoma.
[0331] A máquina de venda automática 1200 inclui um braço robótico 1214 (visto melhor na Figura 48B) que pode buscar uma cápsula com base na seleção do usuário e depositar a mesma no evaporador 1224. Para alcançar isso, o braço robótico 1214 inclui uma cesta ou plataforma 1218 para receber uma cápsula de uma prateleira e transportar a mesma em segurança para o evaporador 1224. O braço robótico 1214 é configurado para se mover horizontalmente para se mover para a coluna da cápsula selecionada. A cesta 1218 é configurada para se mover verticalmente ao longo do braço robótico 1214 para se mover para a fileira da cápsula selecionada. Ambos são tipicamente conduzidos por sistemas de acionamento de correia acoplados a motores giratórios, mas vários métodos de atuação podem ser usados. Observa-se que o braço robótico é mostrado em uma posição retraída nas Figuras 48A e 48C.
[0332] Por exemplo, mediante a seleção da cápsula 1222, a cesta 1218 se move para o local “B2” como mostrado na Figura 48B, e a cápsula 1222 é liberada para a cesta 1218. Uma vez que a cápsula está na cesta 1218, as cápsulas atrás da primeira cápsula podem se mover para substituir a cápsula 1202, como mencionado anteriormente. Entretanto, o local “B2” agora está vazio na Figura 48C.
[0333] Com referência à Figura 48C, a cesta 1218 move a cápsula 1222 para o evaporador 1224 e o processo de produção do sorvete pode começar. Nesse ponto, o sistema de refrigeração da máquina de vendas automáticas 1200 resfria os ingredientes líquidos na cápsula 1222 à temperatura desejada, tipicamente 17-26 graus Fahrenheit. A máquina de vendas automáticas 1200 insere um eixo de acionamento na cápsula 1222 para fazer com que a espátula de mistura da cápsula 1222 gire para preparar o sorvete e conduzir o sorvete para baixo. A máquina de vendas automáticas 1200 pode abrir a cápsula 1222 por cisalhamento da protuberância. A espátula de mistura pode, então, conduzir o sorvete para fora da cápsula 1222 e para uma tigela, pote ou cone 1220. Uma vez que o processo é concluído, a cápsula 1222 é removida e pode ser reciclada. Um receptáculo dentro da máquina de vendas automáticas 1200 pode ser usado para armazenar as cápsulas usadas até que sejam recicladas.
[0334] Alternativamente, ao invés de usar um braço robótico 1214, a máquina de vendas automáticas 1200 pode ainda permitir seleção manual ao abrir uma janela (substancialmente similar à janela 1204, exceto pelo fato de ser em uma dobradiça, ou mecanismo deslizante para permitir que a mesma oscile ou deslize para abrir) e permitindo que um usuário alcance, pegue uma seleção e coloque a cápsula no evaporador manualmente.
[0335] A Figura 49 ilustra a comparação de tamanho de cristal de gelo típico de sorvete comprado em loja (por exemplo, sorvete Haagan-Dazs) versus o mesmo sorvete que é derretido, embalado em uma cápsula e servido com o uso das máquinas descritas neste relatório descritivo. O sorvete comprado em loja que é derretido, embalado em uma cápsula e servido com o uso das máquinas descritas neste relatório descritivo é considerado o sorvete de “ColdSnap”. A Figura 49 ilustra que o sorvete Haagen-Dazs de ColdSnap 1502 tem uma redução de 40% no tamanho médio de cristal de gelo em comparação com o sorvete Haagen-Dazs comprado em loja 1504. Especificamente, o sorvete Haagen-Dazs de ColdSnap 1502 tem um tamanho médio de cristal de gelo de 19,2 μm comparado com o sorvete Haagen-Dazs comprado em loja 1504 com um tamanho médio de cristal de gelo de 31,9 μm. Adicionalmente, o desvio padrão dos cristais de gelo medidos no sorvete Haagen-Dazs de ColdSnap 1506 é muito mais próximo do que o desvio padrão do sorvete Haagen-Dazs comprado em loja 1508.
[0336] As máquinas descritas neste relatório descritivo aceleram o RPM de impulsor de modo que cristais de gelo não tenham tempo para crescerem, o que significa que o tamanho de cristal de gelo do sorvete congelado é muito menor, o que aprimora significativamente a textura e a suavidade do sorvete.
[0337] As medições de cristal de gelo mostradas na Figura 49 foram analisadas com o uso de um microscópio de luz a 40X de ampliação alojado em um sistema de porta-luvas isolado a uma temperatura de aproximadamente -10 °C. As amostras foram transferidas para o porta-luvas imediatamente após serem congeladas pelas máquinas de sorvete descritas neste relatório descritivo. As amostras de sorvete foram colocadas em uma lâmina de microscópio e uma gota de 50% de pentanol e 50% de solução de dispersão de querosene foram adicionadas para auxiliar na dispersão dos cristais de gelo e para aprimorar a qualidade de imagem. As imagens dos cristais de gelo foram obtidas com o uso de microscopia de luz óptica a 40X de ampliação.
[0338] Durante o pós-processamento, o diâmetro de cada cristal de gelo visto em uma imagem foi medido ao traçar o contorno dos cristais de gelo mostrados nas imagens. A medição do contorno dos cristais de gelo foi realizada com o uso de Microsoft Softonic Paintbrush para Mac com assistência de um macro de medição de cristal de gelo no programa de software Image Pro Plus. Para cada amostra de sorvete analisada, pelo menos 300 cristais de gelo foram medidos por análise para verificar que uma média estatística apropriada de tamanhos de cristal de gelo foi obtida.
[0339] As Figuras 50A-50E são imagens de cristais de gelo registradas com o uso de microscopia de luz óptica a 40X (40 vezes) de ampliação para vários sorvetes. A Figura 50A inclui três exemplos das imagens de cristal de gelo registradas para medir o tamanho de cristal de gelo para sorvete ColdSnap Sweet Cream 1. A escala das imagens é representada pela barra de escala 1510 que representa um comprimento de 100 μm. As barras de escala são mostradas em cada uma das três imagens da Figura 50A. Os cristais de gelo são representados pelos objetos em formato geralmente circular (por exemplo, objetos 1512) nas imagens. Há muitos cristais de gelo vistos nas imagens. O diâmetro médio dos cristais de gelo é de 21,7 μm, que é menor do que o equivalente comprado em loja para esse sorvete.
[0340] A Figura 50B inclui três exemplos das imagens de cristal de gelo registradas para medir o tamanho de cristal de gelo para sorvete ColdSnap Sweet Cream 2. O diâmetro médio dos cristais de gelo é de 19,5 μm, que é ainda menor do que os cristais de gelo vistos na Figura 50A e ainda menor que o equivalente comprado em loja para esse sorvete
[0341] A Figura 50C inclui três exemplos das imagens de cristal de gelo registradas para medir o tamanho de cristal de gelo para sorvete chobani de mirtilo de ColdSnap. O diâmetro médio dos cristais de gelo é de 21,2 μm, porém, alguns cristais de gelo são maiores com um diâmetro de 76,9 μm. Entretanto, em média, o tamanho de cristal de gelo é ainda menor que o equivalente comprado em loja para esse sorvete.
[0342] A Figura 50D inclui três exemplos das imagens de cristal de gelo registradas para medir o tamanho de cristal de gelo para sorvete Haagen-Dazs de ColdSnap, que foi ainda discutido com referência à Figura 49. O diâmetro médio dos cristais de gelo é de 19,1 μm e o cristal de gelo máximo medido foi de 38,2 μm, que é o tamanho de cristal de gelo máximo mais baixo das medições de cristal de gelo mostradas nas Figuras 50A-50E. Esse tamanho médio de cristal de gelo é menor do que o equivalente comprado em loja para este sorvete que é mostrado na Figura 50E.
[0343] A Figura 50E inclui três exemplos das imagens de cristal de gelo registradas para medir o tamanho de cristal de gelo para sorvete Haagen-Dazs comprado em loja, que foi ainda discutido com referência à Figura 49. Notavelmente, o diâmetro médio é de 31,9 μm, que é muito maior que o resultado de Haagen-Dazs de ColdSnap de 19,1 μm. Todos os valores quantitativos (isto é, o diâmetro médio de cristal de gelo, o desvio padrão, o diâmetro de cristal de gelo mínimo e o diâmetro de cristal de gelo máximo) são maiores para o sorvete comprado em loja em comparação com os equivalentes de ColdSnap.
[0344] Esses resultados são uma forte indicação que os sorvetes produzidos com as máquinas descritas neste relatório descritivo produzem sorvete muito mais suave do que o sorvete comprado em loja. Os sorvetes produzidos com as máquinas descritas neste relatório descritivo foram ainda 27% menores em tamanho de cristal de gelo comparação com o tamanho de cristal de sorvete médio de 25 μm.
[0345] Abaixo há uma tabela das medições de tamanho de cristais de gelo mostradas nas Figuras 49 e 50A-50E.
[0346] [0008]As Figuras 51A-51E são histogramas das medições de tamanho de cristal de gelo. A Figura 51A é um histograma da distribuição de tamanho de cristal de gelo de ColdSnap sweet creme 1 que ilustra o desvio padrão próximo (ou spread) de medições a respeito do diâmetro médio de cristal de gelo de 21,7 μm.
[0347] A Figura 51B é um histograma da distribuição de tamanho de cristal de gelo de ColdSnap sweet creme 2 que ilustra o desvio padrão próximo de medições a respeito do diâmetro médio de cristal de gelo de 19,5 μm.
[0348] A Figura 51C é um histograma da distribuição de tamanho de cristal de gelo de chobani de mirtilo de ColdSnap que ilustra o desvio padrão próximo de medições a respeito do diâmetro médio de cristal de gelo de 19,5 μm.
[0349] A Figura 51D é um histograma da distribuição de tamanho de cristal de gelo de Haagen-Dazs de ColdSnap que ilustra o desvio padrão próximo de medições a respeito do diâmetro médio de cristal de gelo de 19,1 μm.
[0350] A Figura 51E é um histograma da distribuição de tamanho de cristal de gelo de Haagen-Dazs comprado em loja que ilustra o desvio padrão mais amplo de medições a respeito do diâmetro médio de cristal de gelo de 31,9 μm. Não apenas o diâmetro médio de cristal de gelo para o sorvete comprado em loja é maior que o equivalente de ColdSnap, mas o desvio padrão é muito maior.
[0351] Como mencionado anteriormente, os sorvetes produzidos com o uso das máquinas descritas neste relatório descritivo têm um tamanho de cristal de gelo muito menor em média e um desvio padrão muito mais justo de tamanho de cristal de gelo em comparação com seus equivalentes comprados em loja. Isso é importante porque as máquinas de sorvete descritas neste relatório descritivo produzem sorvete mais suave que não exige refrigeração ou congelamento antes do uso. Isso significa que os sorvetes usados nestas máquinas não precisam incluir ingredientes não naturais como emulsificantes ou estabilizantes no sorvete. Os sorvetes usados com essas máquinas podem ser de “rótulo limpo” e conter simplesmente leite, creme, açúcar e leite em pó e podem ser armazenados à temperatura ambiente por até 9 meses em uma cápsula esterilizada.
[0352] Inúmeros sistemas e métodos foram descritos. No entanto, será entendido que várias modificações podem ser feitas sem que se afaste do espírito e escopo desta revelação. Por exemplo, embora os evaporadores tenham sido geralmente ilustrados como estando em orientação vertical durante o uso, algumas máquinas têm evaporadores que são orientados horizontalmente ou um ângulo com a gravidade durante o uso. Consequentemente, outras modalidades são abrangidas pelo escopo das seguintes reivindicações.
Claims (32)
1. Cápsula para um alimento ou bebida resfriada, sendo que a cápsula é caracterizada porcompreender: uma lata de alumínio que tem uma parede lateral que se estende de uma primeira extremidade a uma segunda extremidade, em que a parede lateral, primeira extremidade, e segunda extremidade definem um interior da cápsula para ingredientes para produzir o alimento ou bebida resfriada, uma porção da primeira extremidade configurada para ser aberta por uma aplicação de uma força; e um membro de vedação fixo à segunda extremidade da lata de alumínio, em que o membro de vedação compreende uma rosca interna operável para engatar com roscas exteriores de um cabeça acionadora de uma pá quando a pá está na cápsula de modo que uma rotação da cabeça acionadora em uma primeira direção em relação ao membro de vedação causa uma translação axial da cabeça acionadora em relação ao membro de vedação e no interior da cápsula.
2. Cápsula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pora cabeça acionadora ser axialmente móvel entre (i) uma posição engatada em que a rosca interna do membro de vedação e as roscas exteriores da cabeça acionadora são engatadas e (ii) uma posição desengatada em que a rotação adicional da cabeça acionadora na primeira direção gira a cabeça acionadora sem transladar adicionalmente a cabeça acionadora no interior.
3. Cápsula, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pora pá ser disposta de modo móvel dentro do interior da cápsula, em que a pá é operável para agitar ou misturar os ingredientes para produzir o alimento ou bebida resfriada.
4. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pora cabeça acionadora definir um receptáculo para engatar com um eixo de acionamento de uma máquina para acoplar a rotação do eixo de acionamento e a cabeça acionadora.
5. Cápsula, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada poras roscas externas serem dispostas em uma superfície externa cilíndrica da cabeça acionadora.
6. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pora cabeça acionadora compreender um elemento vedante que limita o fluxo de fluido entre a cabeça acionadora e o membro de vedação quando a cabeça acionadora está em uma posição engatada em que a rosca interna do membro de vedação e as roscas exteriores da cabeça acionadora são engatadas.
7. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pora cabeça acionadora ser acoplada rotacionalmente à pá por uma conexão permanente.
8. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, caracterizada pora pá fazer contato com um rebordo da lata de alumínio quando a cabeça acionadora está na posição desengatada.
9. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada porse permitir que o ar entre na cápsula uma vez que a vedação substancial é quebrada e o ar é usado para auxiliar na agitação do alimento ou bebida resfriada e a produção de excesso.
10. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, sendo que a cápsula é caracterizada porser configurada de modo que a rotação da cabeça acionadora em uma segunda direção oposta à primeira direção provoque uma translação axial da cabeça acionadora na direção oposta ao interior.
11. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pora pá ser uma pá misturadora helicoidal de alumínio e ser hermeticamente vedada na cápsula.
12. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada poros ingredientes para produzir uma porção única do alimento ou bebida resfriada serem dispostos dentro do interior da cápsula.
13. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada poros ingredientes compreenderem um alimento ou bebida em forma líquida.
14. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, sendo que a cápsula é caracterizada porter sido carregada através da primeira extremidade da lata de alumínio e ser hermeticamente vedada para pressurizar um espaço vazio da cápsula com gás.
15. Cápsula, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pora pressão de espaço vazio estar entre 0,03 a 0,69 MPa (5 a 100 psi).
16. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, sendo que a cápsula é caracterizada porter sido esterilizada aquecendo-se simultaneamente e agitando horizontalmente a cápsula de modo que o alimento ou bebida em forma líquida derrame na cápsula.
17. Cápsula, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pora agitação horizontalmente da cápsula compreender a agitação da cápsula axialmente para frente e para trás até cerca de 180 ciclos por minuto.
18. Cápsula, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizada pora agitação horizontalmente da cápsula compreender agitar a cápsula para frente e para trás axialmente por 2-15 minutos enquanto se aquece simultaneamente a cápsula para pelo menos 121 °C (250 °F).
19. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizada poros ingredientes do alimento ou bebida resfriada compreenderem leite, creme e açúcar, e o açúcar incluir pelo menos um dentre galactose, glicose, dextrose, lactose ou sacarose.
20. Cápsula, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada poro açúcar não incluir frutose ou xarope de milho.
21. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizada poro alimento ou bebida resfriada ter um nível de pH entre 4,6 a 8,5.
22. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, sendo que a cápsula é caracterizada porter sido tornada em cápsula sem necessidade de refrigeração por um processo de esterilização que compreende pelo menos um dentre um processo de réplica ou um processo de preenchimento asséptico.
23. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, sendo que a cápsula é caracterizada porter uma capacidade de volume entre 177,44 e 532,32 ml (6 e 18 onças fluidas) e a lata de alumínio ser feita de alumínio ou liga de alumínio.
24. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizada pora lata de alumínio ser um recipiente substancialmente rígido, e a segunda extremidade ter um formato côncavo que é abaulado em direção ao interior da cápsula.
25. Cápsula, de acordo com a reivindicação 24, caracterizada porpelo menos uma porção da segunda extremidade abaulada da lata de alumínio ter uma abertura, e o membro de vedação ser disposto de modo concêntrico em torno da abertura.
26. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizada porcompreender uma base fixa à primeira extremidade da cápsula, em que a base compreende uma protrusão operável para ser removida para formar a porção da primeira extremidade que é abrível pela aplicação da força.
27. Cápsula, de acordo com a reivindicação 26, caracterizada por compreender uma tampa giratória em relação à base para engatar e remover a protrusão para formar a abertura.
28. Cápsula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizada pora lata de alumínio ser uma lata cilíndrica ou uma lata troncocônica.
29. Máquina caracterizada porcompreender: uma reentrância para receber uma cápsula, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 28, em que a máquina é operável para produzir uma porção única de um alimento ou bebida resfriada de ingredientes da cápsula.
30. Máquina configurada para armazenar uma pluralidade de cápsulas sem necessidade de refrigeração, a pluralidade de cápsulas sem necessidade de refrigeração, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 22 a 26, sendo que a máquina é caracterizada porser operável para produzir uma porção única de um alimento ou bebida resfriada de ingredientes de uma cápsula selecionada da pluralidade de cápsulas sem necessidade de refrigeração.
31. Sistema para fornecer uma pluralidade de porções únicas de alimento ou bebida resfriada, sendo que o sistema é caracterizado porcompreender: uma pluralidade de cápsulas sem necessidade de refrigeração; e uma máquina de venda automática configurada para armazenar a pluralidade de cápsulas sem necessidade de refrigeração à temperatura ambiente, em que a máquina de venda automática compreende: uma interface de usuário operável para selecionar uma cápsula da pluralidade armazenada de cápsulas sem necessidade de refrigeração; um evaporador que define um receptáculo para receber a cápsula selecionada; um sistema de refrigeração operável para resfriar pelo menos um ingrediente da cápsula selecionada quando a cápsula selecionada é recebida no evaporador; e um motor de mistura operável para girar uma pá misturadora para agitar pelo menos um ingrediente para produzir a porção única do alimento ou bebida resfriada, em que a máquina de venda automática é operável para dispensar a porção única do alimento ou bebida resfriada da cápsula selecionada enquanto a cápsula selecionada é recebida no evaporador da máquina de venda automática.
32. Método para produzir uma bebida ou doce congelado de uma cápsula, sendo que o método é caracterizado porcompreender: preencher uma cápsula através de uma primeira extremidade com um alimento ou bebida em forma líquida e pressurizar um espaço vazio da cápsula com gás; vedar hermeticamente a primeira extremidade da cápsula; colocar a cápsula pressurizada em um sistema de esterilização; aquecer e misturar simultaneamente o alimento ou bebida agitando-se horizontalmente a cápsula de modo que o alimento ou bebida em forma líquida derrame na cápsula; inserir a cápsula em uma máquina para congelar o alimento ou bebida; e operar a máquina para congelar o alimento ou bebida.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| US62/961,495 | 2020-01-15 |
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| Publication Number | Publication Date |
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