CN101497009B - 用于处理液体或半液体食品混合物的机器和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于处理液体和半液体食品混合物的机器，包括：混合物搅动和冷冻/加热液罐(3)；用于冷却和/或加热构成混合物的基础产品的回路(6)，该回路包括由电动机(18)驱动的压缩机(7)；以及在液罐(3)中转动以混合基础食品的混合器(4)。该机器还包括控制单元(11)，该控制单元根据至少所处理的混合物量来控制压缩机(7)电动机(18)的转速，用于调节压缩机(7)的工作速度并改变由压缩机(7)提供的热功率。

Description

用于处理液体或半液体食品混合物的机器和方法

技术领域

本发明涉及用于处理液体和半液体食品混合物的机器和方法。

本发明尤其涉及——尽管这不构成对本创新性理念的范围的限制——用于制造和处理碎冰饮料、果汁冰糕、冰淇淋、软冰淇淋、奶油、酸奶等的机器以及巴氏杀菌机和一般用于烹饪、加工和保藏混合物、奶油、沙司、汤和混合物等的机器。

背景技术

上述类型的机器包括：用于待处理食品成品或混合物的容器或液罐，更通常地被称为搅动和冷冻/加热单元；用于加热和/或冷却食品成品或混合物的装置，有必要的话还包括用于分配食品成品或混合物的装置，例如由设计成使成品(搅奶油、冰淇淋、碎冰饮料等)被抽出的喷嘴或龙头构成。馈送回路将包括例如液体乳酪、冰淇淋产品的混合物、糖浆等的构成混合物的基础产品运送入产品处理和加工液罐。

为了将引入至搅动和冷冻/加热单元的基础产品均质混合在一起并均匀提供，在加热或冷却过程中，整块产品的温度被处理，在搅动和冷冻/加热单元中还存在旋转混合叶片。

通常为电动的第一马达控制混合叶片的转动，而同样较佳为电动的第二马达驱动作为加热和/或冷却装置的一部分的压缩机。

基础产品通常具有具有不同的温度和稠度：在其处理过程中，容器的温度和连续混合动作造成物理状态的变化，并因此使逐渐变得越来越均质的产品稠度更软和更稠。

在产品加工过程中，液罐或搅动和冷冻/加热单元的温度必须变化，若制备奶油则升高，若制备冰淇淋则降低。在两种情形下，驱动压缩机的马达都必须改变其转速以调整压缩机的排量容积并因此调整系统制冷能力。混合速度也必须视整个混合物达到的温度和食品成品的稠度而及时作出调整。对于一些制备，不适当的混合速度将不可逆地影响成品的成功性。在一预定时间间隔内混合物达到的温度和柔软程度也取决于所处理混合物的量。

传统机器的尺寸被设计成仅在待处理产品的预定负载下以最佳条件工作。换句话说，这些机器仅以预定量的产品才在最佳温度、混合速度和能耗条件下工作，所述预定量通常接近液罐最大负载。

因此，为避免浪费能源，这些机器必须一直工作在最佳条件下，也就是说，它们必须通过处理接近所设计的最大值的一定量的产品而工作。

不利的是，这有时会导致基础产品的浪费。

发明内容

因此本发明旨在制造出能够克服上述缺陷的用于处理液体和半液体食品混合物的机器和方法。

具体地说，本发明旨在制造出能够制备可根据需要在最小值和最大值之间变化的量的混合物并一直在最佳条件下工作的用于处理液体和半液体食品混合物的机器和方法。

因此，本发明通过具有本文中的一个或多个权利要求所述的特征的用于处理液体和半液体食品混合物的机器和方法来实现这个目的。

附图说明

参照上述目的，本发明的技术特征清楚地描述在下面的权利要求书中，且其优点参照仅以示例示出本发明较佳实施例而不对创新性理念的范围构成限制的附图并对照下面的详细说明而将变得明显，在附图中：

图1和图2是根据本发明制造出的机器的内部结构的示意图；

图3a和3b是根据本发明制造出的机器的示例的立体示意图；

图4和图5是包含在根据本发明的用于处理液体和半液体食品混合物的机器中的控制单元的根据本发明的两个实施例的方框图。

具体实施方式

参照图1，标号1整体表示用于处理液体和半液体食品混合物的机器。机器1可以是例如搅动和冷冻/加热单元和/或巴氏杀菌机、制碎冰饮料机等。图3a不构成对本发明范围限制地仅以示例方式示出制碎冰饮料机，而图3b同样仅以示例方式示出搅动和冷冻/加热单元。在图3a和3b中可以看出，在外侧，下面描述的机器具有基本呈平行六面体形状的底座2，在底座2的顶部支承有用于一种或多种基础产品的搅动和冷冻/加热容器或液罐3。在也被称为搅动和冷冻/加热单元的液罐3内具有也被称为混料器或刮削器的混合器4，该混合器4包括绕固定轴线转动的叶片或螺纹形件，它混合引入液罐3的基础产品。

如有必要，机器在液罐3外具有成品分配装置5。

如图1和2所示，机器1还包括产品冷却和/或加热回路6。当适宜地混合并冷却/加热一预定时间段时，产品被转化成所想要的成品。

较为有利地，如图2所示，冷却和/或加热回路6是传统的制冷环路，因此能使搅动和冷冻/加热液罐和所处理的产品冷却。

所披露的机器的制冷系统也可用于“热气”方法，如同样是图2中以虚线部分表示的路径示出一热气旁路21，这将在下面更为详细地说明。

或者，所披露的机器的制冷系统也可用于环路逆转，也就是说，作为热泵工作以进行加热，如图1所示。

冷却和/或加热回路6包括压缩机7、冷凝器8、膨胀阀9和蒸发器10，压缩机7由容纳在与其相同的机壳中的电动机18驱动。

电动机18可以是异步电动机或无刷电动机。

如图1和2所示那样，膨胀阀9可以是热膨胀阀或电子阀。

图1示出与类似传统热泵的用于加热的回路6相关的示图，其中产生热量的冷凝器8连接于搅动和冷冻/加热液罐3。

相比而言，图2示出用于冷却的制冷回路6，其中蒸发器10连接于搅动和冷冻/加热液罐。图2还示出在压缩机下游如何可存在以虚线表示的代表热气旁路21的一部分系统。换句话说，当使机器冷热运作时，则给出该旁路21，它将机器运作从冷转换为热。

通过冷凝器8和膨胀阀9的系统管线由同时激活旁路21的导通/断开电磁阀22隔开。

这防止被压缩和加热的冷却剂流体在冷凝器8中冷却，因而冷却剂流体能仍然热地到达蒸发器10以加热其内含物。机器1还包括压缩机7电动机18的转速的控制单元11，该控制单元11被设计成根据在搅动和冷冻/加热单元3中处理的混合物的量而调节压缩机工作速度并改变由压缩机7提供的热功率。较为有利地，控制单元11包括致动器装置12，它将相应可变功率致动信号传至电动机18以调节电动机18的工作。

控制装置12包括逆变器或驱动器。

有利地，也可以有电动机18转子的绝对位置的反馈控制：由电动机18将与该信息相关的信号发送至控制装置12。

控制单元11还包括具有微处理器的电子板13，用于接收多个电信号，这些电信号根据搅动和冷冻/加热时间指示存在于液罐3中的混合物的量、其温度和稠度(即：混合器4电动机电流汲取)。

如有必要，机器可具有允许操作者作出合适选择或输入正确设定的通信界面19，所述设定例如涉及插入的基础产品的种类和因此关于所处理混合物的质量和成份的信息(是否含有水果、奶油、巧克力等)。基于所述值，使用安装在微处理器中的程序，电子板13能选择最适合类型的功率以将其从致动器装置12送至对压缩机7产生作用的电动机18。

关于混合物量和温度的信号取自液罐3中的多个液面和温度传感器14。除了所述传感器，在搅动和冷冻/加热单元3内部还有设计成对引入至液罐3的基础产品的量进行测量的定量装置。

机器1可包括可选模块20，它被设计成例如通过对受搅动和冷冻/加热作用的产品的温度曲线的分析来识别在搅动和冷冻/加热液罐3中被处理的产品类型。换句话说，随着时间流逝，不同产品吸收不同量的热，由此定义出所处理混合物的温度曲线。在搅动和冷冻/加热单元入口和出口处的温度可用来识别混合物的成份。通过模块20获得的信息可用作使用用户界面19从机器取得的信息的替代。

要注意，模块20可以是适当地配置以执行上述功能的硬件模块，或是加载于电子板13的微处理器中并能执行类似算法的软件模块。

沿制冷回路具有其它的温度和压力传感器，其类型是已知的并因此未示出，它们被设计成连续地监视整个系统的温度和压力值。

不管是关于正在处理产品种类的信息还是检测出的系统温度和压力值都被送至电子板13。

控制单元11还包括适配器16，它被设计成将来自电子板13的数字电信号转化成模拟信号，该模拟信号被送至对压缩机7产生作用的电动机18。

因此，在回路层面，信号适配器16被设置在电子板13和致动器装置12之间。

信号适配器16可与电子板13物理分离或集成在电子板13上。

图4和图5是控制单元的两个方框图。图4和图5彼此独立地示出构成控制单元11的各个部件以更好地示出它们的功能性连接而不是它们的结构性连接。

较为有利地，信号适配器16从电子板13的微处理器接收经调制的方波作为输入并提供设计成控制致动器装置12的模拟输出。所述模拟输出或致动信号可以是电压信号或可变频率信号。仅作为示例，所述类型的适配器可以是DAC转换器。

在实践中，在正常的机器1生产周期中，在将构成混合物的全部基础产品引入液罐3后，激活混合器4和冷却和/或加热回路6。

液面和温度传感器14、能测量引入至液罐3中的产品的量的定量装置15以及设计成识别混合物成份的装置19将关于液罐3中存在的混合物的量和质以及关于混合物达到的温度的信息发送给电子板13，电子板13采集所述信息以借助微处理器确定要提供给压缩机7电动机18的功率的类型。

由信号适配器16适当转换的所述信息被送至致动器装置12，该致动器装置12根据具体指示启动压缩机7电动机。

作为模拟信号的替代方案，来自电子板13的信息借助开关——例如适当控制的继电器或TRIAC——被提供给致动器装置12。电子板13和致动器装置12之间的通信的另一种替代方式是串行通信，例如在必要时使用现场总线的RS232或RS 485(例如CAN、CANOPEN、MODBUS等)。

例如，由于由压缩机提供的热功率在产品混合时间相等条件下近乎正比于所处理的混合物的量和电动机18的转速，且由于后者近乎正比于电流频率，那么可变频率操作使机器一直以最佳方式工作，不管所处理产品的量为何。换句话说，机器1可在由压缩机7吸收的正比于所处理产品的量的电功率值下工作。

在图5简要示出的可替代配置中，控制单元11可对未示出的控制混合器4的电动机产生作用。在这种情形下，控制单元11包括第二致动器装置19，第二致动器装置19与已述的第一致动器装置类似，被设计成调节控制混合器4的电动机的转速。

可通过将电子控制的热膨胀阀9用作膨胀部件而进一步改善和控制带有至少对压缩机电动机18产生作用的致动器装置的机器1的操作，其中所述电子控制的热膨胀阀9使蒸发器10出口处的冷却剂气体过热。这种阀9使因过热引起的振荡能减小，改进压缩机7的进口，由于这容易使吸入气体的密度稳定，因此尤其是典型地是制造冰淇淋的机器的瞬时操作中，避免压缩机7进口和输出温度过高。

这和使压缩机7制冷输出有规律一样，提高其润滑性和寿命。

对于与传统机器所认为的最优配置不同量的混合物的生产，如果除了蒸发器10和压缩机7，还使用冷却剂流体流速控制装置17来控制冷凝器6，则机器1的控制就完备了。尤其重要的是确保冷却剂流体、空气或水的流速尽可能地低，但不使压力跌得太低，从而使例如传统热膨胀阀的节流部件可以必要的精度工作，且冷凝器热交换表面不会太大，从而牵涉到成本。

冷凝器的控制和随之产生的冷却剂流体流速的控制是使用流速调节阀实现的，从而使冷凝压保持恒定或使其略低于公称设计值，或使用能够按顺序切断并对冷凝器产生作用的一组小型叶轮来实现。

相比传统机器，由所披露的机器获得的优点在于冷却和/或加热回路的操作保持不变，不管所要处理的产品的量为何。结果，冷凝压和蒸发压可相对压缩机输出值和进口值保持近似恒定，尤其避免进口压的大幅度下降和输出压的同时增加，这含有使润滑油燃烧的危险。

另外，首先当所产生的产品量小于机器所能接受的最大量时，机器的工作部分——例如压缩机和混合器——比传统机器具有更小的磨损量。

总结来说，配有设计成控制压缩机电动机的激活装置——例如逆变器或驱动器——的机器相比传统机器能获得更为明显的优点。如果不光控制压缩机电动机的转速，也能用第二激活装置来调节控制混合器的电动机的转速，其优势更为明显，该第二激活装置只用来专门控制混合器的转速。

从包含压缩机工作速度控制的机器和包含压缩机和混合器工作速度控制的机器获得的优点当然包括压缩机和混合器的平均寿命延长，因为这些部件在必须处理教少量的产品时受到较小应力的作用。

由于能够处理限定量的产品，所披露的机器还非常灵活并能适应任何生产需要，而不会影响到成品的最优质量。实际上，这种部件速度的调节绝对不影响产品质量。此外，由于能够调制运作一个或多个电动机的所需频率，所述机器能够大量节省能耗。不管是仅控制压缩机速度还是同时调节混合器转速，使用电动机的激活装置来控制各部件的工作速度可确保可观的节能，提高成品的质量并减少机械部件的磨损，其结果是在整台机器的维护和平均寿命方面带来相应的节省。

此外，混合器转速控制使施加给正被处理的产品的扭矩得到控制，用来确定被搅动和冷冻/加热的混合物的正确最终稠度。

最后，这一机器可在要从搅动和冷冻/加热液罐撤去或提供给搅动和冷冻/加热液罐的热功率和所获得的成品量之间实现最优比例。换句话说，通过调节电动机转速的控制单元，该机器能够一直工作在最优条件下，不管所要处理的混合物的量如何。根据搅动和冷冻/加热液罐中存在的产品量调整压缩机的操作。如果控制混合器的转速，这也同样适用。

总结来说，所披露的机器提供用于制造冰淇淋或奶油的装置，其中可获得最佳产品量且使生产成本非常正比于该产品量，由此消除传统机器的典型能量损耗，这首先发生在必须制造的产品量小于机器尺寸所设定的最大负载的情况下。

上面记载的本发明适于工业应用并能以若干方式作出修改和调整而不会脱离本创新性概念的范围。此外，本发明的所有细节均可由技术等效的部件所代替。

Claims (28)

1.一种用于处理液体和半液体食品混合物的机器，包括：用于盛装混合物的至少一个容器或液罐（3）；用于冷却和/或加热构成混合物的基础产品的至少一个回路（6）；在所述液罐（3）中转动以混合所述液罐（3）中所含的基础产品的混合器（4）；所述冷却和/或加热回路（6）包括由电动机（18）驱动的压缩机（7）；其特征在于，所述机器包括控制单元（11），该控制单元（11）根据所处理的混合物量来控制所述压缩机（7）电动机（18）的转速，用于调节所述压缩机（7）的工作并改变由所述压缩机（7）提供的热功率，所述控制单元（11）包括将可变功率发送给所述电动机（18）以根据所处理的混合物量来调节所述电动机（18）的工作的致动器装置（12），其中，所述致动器装置（12）包括逆变器。 

2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述电动机（18）是异步电动机或无刷电动机。 

3.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述机器包括能够测量引入至所述液罐（3）中的基础产品的量的定量装置（15）。 

4.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述机器包括被设计成检测所处理混合物量的多个液面传感器（14）和/或设计成检测所处理混合物的温度的多个温度传感器（14）和/或设计成识别所述液罐（3）中的所处理混合物的种类的模块（20）。 

5.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述控制单元（11）包括含微处理器的电子板（13），所述微处理器被设计成检测指示至少混合物量和/或混合物温度和/或所述液罐（3）中的混合物种类的电信号，从而允许选择所述致动器装置（12）提供给所述压缩机（7）电动机（18）的正确功率。 

6.如权利要求5所述的机器，其特征在于，所述控制单元（11）包括用于将来自所述电子板（13）的电信号调整成要被送至所述致动器装置（12）的适当信号的信号适配器（16）。 

7.如权利要求6所述的机器，其特征在于，在回路层面，所述信号适配器（16）设置在所述电子板（13）和所述致动器装置（12）之间。 

8.如权利要求6所述的机器，其特征在于，所述信号适配器（16）被集成在所述电子板（13）上以从中提供模拟输出。 

9.如权利要求6－8中任何一项所述的机器，其特征在于，所述信号适配器（16）从所述电子板（13）接收经调制的方波作为输入并提供设计成控制所述致动器装置（12）的模拟输出。 

10.如权利要求9所述的机器，其特征在于，所述模拟输出是电压或可变频率输出。 

11.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述控制单元（11）根据至少所处理混合物的量来控制所述混合器（4）的电动机（18）的转速，以调节所述混合器（4）的工作速度。 

12.如权利要求11所述的机器，其特征在于，所述控制装置（11）包括将可变功率发送给对所述混合器（4）产生作用的第二电动机(18）以调节所述电动机（18）的工作的第二致动器装置（19）。 

13.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述冷却和/或加热回路（6）包括冷凝器（8）。 

14.如权利要求13所述的机器，其特征在于，所述机器包括用于控制所述冷凝器（8）中所含的冷却剂流体的流速的装置（17）。 

15.如权利要求14所述的机器，其特征在于，所述流速控制装置（17）包括流速调节阀，从而使冷凝压保持恒定或使其低于预设的公称值。 

16.如权利要求14所述的机器，其特征在于，所述流速控制装置（17）包括能够按顺序切断并对所述冷凝器（8）产生作用的多个小型叶轮。 

17.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述冷却和/或加热回路（6）包括蒸发器（10）。 

18.如权利要求17所述的机器，其特征在于，所述冷却和/或加热回路（6）包括用于监视所述蒸发器（10）出口处的冷却剂流体温度的电子控制热膨胀阀（9）。 

19.一种用于处理液体和半液体食品混合物的方法，包括以下步骤：将构成混合物的基础产品馈入容器或液罐（3）；激活冷却和/或加热回路（6）以改变食品混合物的温度；运作在所述液罐（3）中转动的混合器（4）以混合所述 基础产品，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使用控制单元（11）以发送功率信号至对属于所述冷却和/或加热回路（6）的压缩机（7）产生作用的电动机（18），用以根据所处理的混合物量来调节所述电动机（18）的转速和所述压缩机（7）的工作，其中，所述方法包括以下步骤：借助致动器装置（12）调节对所述压缩机（7）产生作用的所述电动机（18）的转速，所述致动器装置（12）包括逆变器，所述逆变器根据至少所述液罐（3）中的混合物量将功率信号发送给所述电动机（18）。 

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使用定量装置（15）测量被引入至所述液罐的基础产品的量。 

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：识别所述液罐（3）中的混合物量和/或混合物温度和/或混合物种类。 

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将指示所述液罐（3）中所处理的混合物的量和/或温度和/或种类的信号发送给具有微处理器的电子板（13），用于在所述控制单元（11）输出端产生功率信号，藉此向对所述压缩机（7）产生作用的所述电动机（18）提供所述信号。 

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述具有微处理器的电子板（13）将与混合物量和/或温度值和/或种类对应的数字信号发送至信号适配器（16）。 

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述信号适配器（16）将数字信号转换成模拟信号，以发送至所述电动机（18）的致动器装置（12）。 

25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使用作为流速控制装置（17）的一部分的调节阀来调节所要处理的混合物的流速，由此使冷凝压保持恒定或使其低于预设公称值。 

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使用作为流速控制装置（17）的一部分的、能够按顺序切断并对冷凝器（8）产生作用的多个小型叶轮来调节所要处理的混合物的流速。 

27.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使用作为所述冷却和/或加热回路（6）的一部分的电子控制的热膨胀阀（9）来监视蒸发器（10）出口处的冷却剂流体温度。 

28.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下附加步骤：使用作为所述控制单元（11）的一部分的第二致动器装置（19），以调节被设计成控制混合器（4）转动的电动机。