CN103607904B - 通流冷冻机及其启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通流冷冻机，包括冷冻筒状体、入口管、入口阻挡装置、空气入口、出口管以及出口阻挡装置，其中，至少在通流冷冻机的一种操作模式中，入口阻挡装置和出口阻挡装置被闭合以使得通过经由空气入口引入空气而将大致对应于冷冻筒状体中的期望超出量的一定量的配料和一定量的空气捕集到冷冻筒状体中。此外，公开了一种用于启动通流冷冻机的方法，包括以下步骤：通过空气入口添加空气，直到大致对应于期望超出量的一定量的配料和一定量的空气被捕集在冷冻筒状体中并且在启动冷冻筒状体的冷却之前在冷冻筒状体中达到一定的筒状体压强。

Description

通流冷冻机及其启动方法

技术领域

本发明涉及连续式冰淇淋冷冻机，也称为通流冷冻机，用于生产冷冻的冰淇淋，并且涉及用于启动这种冷冻机的方法。

背景技术

在生产可食的冰淇淋产品时，公知的是使用所谓的通流冷冻机，其包括冷冻筒状体，在冷冻筒状体中，通过利用诸如例如氨（NH₃）、二氧化碳（CO₂）或某种类型的氟利昂（Freon）之类的液体冷却剂从冷冻筒状体的外部对冷冻筒状体进行冷却，所谓的冰淇淋配料（或仅称为“配料”）和空气的混合物被冷冻成冰淇淋。典型地，通过泵送将冰淇淋块传送通过冷冻筒状体。

在该系统启动期间，冷冻筒状体通常在其被冷却之前至少部分地填充有配料。在填充了冷冻筒状体之后，开始冷却并且运行一段时间，同时配料和空气的混合物在冷冻筒状体内被搅拌和搅动。

当冷冻筒状体内部的第一批次冰淇淋的一些参数的预定值已经达到时，通过从冷冻筒状体的一端泵出冷冻的冰淇淋且将新的配料和空气泵入冷冻筒状体的另一端来开始连续的生产。这改变了冷冻筒状体中的冰淇淋块的组分且因此也改变了其不同参数的值。在已经达到这些参数的期望值的意义上连续生产是稳定的之前，需要花费一定量的时间，通常是几分钟。在该段时间内生产的冷冻的冰淇淋通常被浪费，但是在一些情况下可能馈回到系统中且在连续生产过程中再次使用。

本发明的目的是提供一种改进的通流冷冻机以及更高效的启动程序，所述启动程序能够用于这种通流冷冻机，用于减少所耗费的时间以及在已达到用于连续生产的稳定条件之前所生产的废弃冰淇淋的量。

发明内容

本发明涉及一种用于生产冷冻冰淇淋的通流冷冻机，所述通流冷冻机包括：冷冻筒状体，其用于通过冷冻冰淇淋配料来制成冰淇淋；入口管，其用于将配料引入所述冷冻筒状体中；入口阻挡装置，其被布置成在闭合状态下阻挡配料或空气经由入口管进入或离开冷冻筒状体；空气入口，其用于将空气直接添加到冷冻筒状体中或冷冻筒状体和入口阻挡装置之间的入口管中；出口管，其用于引导冰淇淋离开冷冻筒状体；以及出口阻挡装置，其被布置成在闭合状态下阻挡配料、空气或冰淇淋经由出口管进入或离开冷冻筒状体，其中，至少在通流冷冻机的一种操作模式中，入口阻挡装置和出口阻挡装置被关闭以使得通过经由空气入口导入空气而能将大致对应于冷冻筒状体中的期望超出量的一定量的配料和一定量的空气捕集在冷冻筒状体中。

通流冷冻机的这种构造使得能够使用如下文所述的用于启动冷冻机的方法，减少了耗费的时间以及在达到稳定的连续冰淇淋生产之前所生产的废弃冰淇淋原料的量。

应当强调的是，术语“冰淇淋配料”和“配料”应被理解为可冷冻以生产诸如冰淇淋之类的冷冻可食产品的任何相关液体原料。

在本发明的实施例中，筒状体中的压强在1.5巴和8巴之间，优选地在2巴和6巴之间，最优选地在3巴和4巴之间。

所建议范围内的筒状体压强对应于成品冰淇淋中的超出量的相关范围。

应当强调的是，术语“超出量”应被理解为成品冰淇淋的量与生产该冰淇淋所使用的配料量相对比的相对增加。因此，例如如果有2升配料生产3升成品冰淇淋（增加量是由于在对配料冷冻之前添加到配料中的空气而引起的），则超出量为50%。

在本发明的实施例中，通流冷冻机还包括配料流量计，其用于对通过入口管的配料的量进行计量。

特别是当使用由异步电动机驱动的泵时，为适当地控制泵电动机的运转，配料流量的计量是重要的。

在本发明的实施例中，入口阻挡装置包括用于打开或阻挡贯通入口管的通道的入口管阀。

如果入口泵不紧密，则通过入口管阀能够有益地实现贯通入口管的通道的必要阻挡。

在本发明的实施例中，入口管阀为三向阀。

如果入口管阀为三向阀，则阀的第三个端口可以例如用于在必要时排空冷冻筒状体。

在本发明的实施例中，出口阻挡装置包括用于打开或阻挡贯通出口管的通道的出口管阀。

如果出口泵不紧密，则能够通过出口管阀来有益地实现贯通出口管的通道的必要阻挡。

在本发明的实施例中，出口管阀是三向阀。

如果出口管阀是三向阀，则阀的第三个端口可以例如用于收集离开冷冻筒状体的冰淇淋的样本。

在本发明的实施例中，通过同步电动机来驱动通流冷冻机的入口泵和出口泵中的一者或两者。

同步电动机的使用使能提高对泵的运转的控制。

在本发明的方案中，涉及用于启动通流冷冻机的方法，所述方法包括以下步骤：

-确保分别贯通入口管和出口管的通道是打开的，

-启动入口泵，

-将冰淇淋配料泵送到冷冻筒状体中，直到其已经填充到预定的填充水平，

-停止所述入口泵，

-确保分别贯通所述入口管和出口管的通道都被阻挡以至少在对应于成品冷冻冰淇淋中的期望超出量的通流冷冻机的期望筒状体压强下是气密的，

-通过空气入口添加空气，直到基本对应于期望超出量的一定量的配料和一定量的空气被捕集在所述冷冻筒状体中，

-启动所述冷冻筒状体的冷却以及冷冻筒状体内搅拌装置的旋转，

-等待直到达到冷冻筒状体的内容物的粘度的预定设定点，以及

-打开贯通所述入口管和所述出口管的所述通道并且通过启动所述入口泵和出口泵以及添加对应于所述成品冷冻冰淇淋中的所述期望超出量的测定量的空气来开始连续生产。

该方法的有益之处在于：通过启动程序使得通过入口管和/或出口管没有泄漏的事实确保了在泵启动之后适当量的配料和空气能够被捕集在冷冻筒状体和出口管中。这意味着，成品冰淇淋中的期望超出量能够恰自连续生产开始时获得，这依次意味着能够大幅减少所耗费的时间以及在稳定的连续冰淇淋生产之前所生产的废弃冰淇淋原料的量。实际上，筒状体压强的监控可用于确保达到适当量的捕集的配料和空气，因为捕集的配料和空气的期望量对应于一定的筒状体压强。

应当强调的是，术语“搅拌装置”应理解为适合于搅拌和/或搅动冷冻筒状体内的配料且保持有用于从冷冻筒状体的内表面部分地刮掉冷冻原料的多个刀子。

在本发明的实施例中，通过关闭入口管阀来实现入口管的气密阻挡。

如果入口泵不紧密，则能够通过入口管阀来有益地实现贯通入口管的通道的必要阻挡。

在本发明的实施例中，通过关闭出口管阀来实现出口管的气密阻挡。

如果出口泵不紧密，则能够通过出口管阀来有益地实现贯通出口管的通道的必要阻挡。

在本发明的实施例中，所述冷冻筒状体的预定填充水平被选定为使得有配料自所述冷冻筒状体溢流通过所述出口管的点。

填充水平的该选择的有益之处在于，因为配料将开始通过出口泵流出，所以容易看出已经达到该水平。

附图说明

下面将参照附图对本发明的几个示例性实施例进行说明，其中

图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的通流冷冻机的主要部分中的一些，

图2示意性地示出了根据本发明的第二实施例的通流冷冻机的主要部分中的一些，

图3示意性地示出了根据本发明的第三实施例的通流冷冻机的主要部分中的一些，

图4示意性地示出了根据本发明的第四实施例的通流冷冻机的主要部分中的一些，以及

图5示意性地示出了根据本发明的第五实施例的通流冷冻机的主要部分中的一些。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的实施例的通流冷冻机1的主要部分中的一些。

通流冷冻机1的主要部件是冷冻筒状体2。如上所述，通过利用诸如例如氨（NH₃）、二氧化碳（CO₂）或某种类型的氟利昂之类的液体冷却剂从冷冻筒状体的外部对冷冻筒状体2进行冷却。冷冻筒状体2可由诸如镍、黄铜、不锈钢或黑钢之类的金属制成，并且其内表面可因清洁原因而镀有例如硬铬镀层。

在冷冻筒状体2中，添加到冷冻筒状体中的配料和空气被搅拌装置（未显示）搅拌或搅动并且冷冻成冰淇淋，而通过例如不锈钢刮板从冷冻筒状体2的内部刮除冷冻的冰淇淋。

入口泵3被布置以通过在冷冻筒状体2的一端处通往冷冻筒状体2的下部的入口管4将配料泵送到冷冻筒状体2中，并且出口泵5被布置以通过出口管6将冷冻的冰淇淋泵送出冷冻筒状体2，出口管6在从冷冻筒状体2的另一端处从冷冻筒状体2的上部延伸出。

在图1所示的本发明的实施例中，入口泵3和出口泵5必须都为以下类型：即，如果利用下文进一步描述的程序来启动通流冷冻机1，则在通流冷冻机1的筒状体压强下入口泵和出口泵为气密的，筒状体压强典型地为大约4巴。这种类型的泵包括例如管泵、软管泵和活塞泵。

从图中能够看出，冷冻筒状体2相对于水平方向倾斜，以便确保其可在配料开始通过出口管6溢流之前通过入口管4几乎完全地填充配料。

空气入口7被布置成使得能够通过空气泵（未显示）将空气添加到穿过入口管4的配料中，通过空气流量计（未显示）对所添加的空气量进行计量。应当注意的是，尽管在图示的实施例中空气入口7通往入口管4，但是在本发明的其它实施例中其可直接通往冷冻筒状体2。

最后，配料流量计8被布置成对穿过入口管4的配料的量进行计量。特别是当入口泵3和/或出口泵5被异步电动机（未显示）驱动时，配料流量的计量对于适当地控制泵电动机的运转是重要的。在通流冷冻机1的连续运转期间，通常控制入口泵3和空气泵以便以恒定速率将配料和空气供给到冷冻筒状体2，同时控制出口泵5以使得在冷冻筒状体2中保持期望的筒状体压强。该筒状体压强对于空气能够与已经与其混合在一起的配料结合是重要的。

当选择用于通流冷冻机1的适当的入口泵3和出口泵5时，由于管泵、软管泵和活塞泵的蠕动或脉动功能，产生更均匀的流的诸如齿轮泵之类的其它类型的泵是优选的。齿轮泵还具有能够调节以补偿正常磨损的优点。然而，这些泵存在泄漏的缺点。

下面描述的启动程序要求入口泵4和出口泵6分别能够被阻挡以便在通流冷冻机1的筒状体压强下是气密的。因此，如果要使用该程序且入口泵3为泄漏类型的，则需要能够提供对贯通入口管4的通道的必要气密阻挡的入口管阀9。类似地，如果出口泵5为泄漏类型，则需要能够提供对贯通出口管6的通道的必要气密阻挡的出口管阀10。显然，如果分别为入口泵3和出口泵5选择不同的泵类型，则所得到的本发明的实施例可能需要入口管阀9，而不是出口管阀10，并且反之亦然。

入口管阀9和出口管阀10可分别布置在沿着入口管4和出口管6的任意位置处。图2-5示出了本发明的不同实施例，均包括入口管阀9以及出口管阀10。

图2示出了入口管阀9可如何布置在入口泵3的上游以及出口管阀10可如何布置在出口泵5的下游，而图3示出了还可以将入口管阀9布置在入口泵3的下游以及将出口管阀10布置在出口泵5的上游。图4所示的实施例类似于图3所示的实施例，不同的是图4中的入口管阀9布置在配料流量计8的下游，而在图3中其布置在配料流量计8的上游。

入口管阀9和出口管阀10可为通流冷冻机1的一体部件，通过例如电动致动器来打开和关闭并且通过通流冷冻机1的总控制系统来控制。

图5示出了入口管阀9和/或出口管阀10还可如何设置为三向阀。应当注意的是，必须选择三向阀，其能够分别对贯通入口管4和出口管6的通道提供必要的气密阻挡。

如果入口管阀9为三向阀，则阀9的第三个端口可例如用于在必要时通过排泄管11将冷冻筒状体2排空。

如果出口管阀10为三向阀，则阀10的第三个端口可例如用于收集通过样本出口12离开冷冻筒状体2的冰淇淋的样本。而且，三向阀的使用使能容易地判定冷冻筒状体2中的配料开始如上所述的通过出口管6溢流的时间。

多种参数对于冷冻冰淇淋的稳定的连续生产是重要的。这些参数是成品冷冻冰淇淋的粘度、冷冻筒状体2内的筒状体压强以及成品冷冻冰淇淋中的超出量等，上文已经对这些参数进行了限定。

通过测量使搅拌装置旋转所需的力矩，能够确定粘度，粘度通过调节冷冻筒状体2的冷却来控制。因此，所确定的粘度将是冷冻筒状体2内的冰淇淋块的平均值。

对于如上所述的空气与配料结合的能力很重要的筒状体压强是通过调节出口泵5的速度来控制的。在正常生产条件下典型的筒状体压强为大约4巴。

对于超出量，典型的期望值为100%，表示成品冷冻冰淇淋的量是用于生产它的配料的量的两倍。因此，在成品冷冻冰淇淋中，在大气压下存在1比1的体积比的冷冻配料与空气，而在冷冻筒状体2中，空气的体积由于比大气压高很多的筒状体压强而较小。

一般地，通过确保分别贯通入口管4和出口管6的通道是打开的、启动入口泵3且填充冷冻筒状体2直到已达到预定填充水平，同时通过出口管6将空气压出，从而开始冷冻冰淇淋的生产。在本发明的优选实施例中，该预定填充水平被限定为使得有配料自冷冻筒状体2溢流通过出口管6的点。在通流冷冻机1中，使用气密出口泵5，这意味着需要使出口泵5运行或在填充冷冻筒状体2的同时将出口泵5置于打开模式。

然后，停止入口泵3（以及出口泵5，如果运行的话），通过空气入口7添加空气直到冷冻筒状体2内已达到一定压强，启动冷冻筒状体2内的搅拌装置，并且因此开始冷冻筒状体2的冷却，以使得其内容物被冷冻成第一批次冰淇淋。当在冷冻筒状体2内已经达到冰淇淋块的粘度的一定设定点时，通过启动入口泵3和出口泵5以及添加对应于成品冷冻冰淇淋中的期望超出量的测定量的空气，来开始连续生产。

在本领域公知的常规的通流冷冻机中，使用齿轮泵并且入口管和出口管不设置阀，在泵被启动且连续生产开始之前的时间段内存在通过泵的大量的配料泄漏以及空气泄漏。为减少这些泄漏，通常是在大约2巴的压强下而不是在连续生产期间使用的大约4巴的正常筒状体压强下进行第一批次冰淇淋的冷冻。

因此，虽然第一批次冰淇淋的粘度可能类似于通过连续生产得到的成品冷冻冰淇淋的期望粘度，但是筒状体压强必须大幅（通常是成倍地）增加以便当开始连续生产时达到期望的筒状体压强。此外，由于在启动期间较低的筒状体压强，第一批次冰淇淋中的超出量不仅不同于通过连续生产得到的成品冷冻冰淇淋中的期望超出量。而且，第一批次冰淇淋中的超出量由于泄漏而存在一定量的不确定性。

这意味着，自泵启动直到生产参数稳定且生产的冰淇淋满足相关的质量要求需要花费一段时间。特别地，超出量调节至期望值需要花费时间。因此，稳定的连续生产可限定为当超出量在距期望值的一定范围内（诸如2%）时所达到的。

然而，当使用根据本发明的通流冷冻机1时，通过使用非泄漏入口泵3和/或非泄漏出口泵5或者通过分别借助入口管阀9和/或出口管阀10来关闭贯通入口管4和/或出口管6的通道，能够避免启动程序期间的泄漏。

这意味着，从一开始配料和空气的适当的混合物能够输送到冷冻筒状体2中，并且能够在大约4巴的适当筒状体压强下来冷冻第一批次的冰淇淋。因此，当入口管阀4和出口管阀6打开（如果存在）且启动入口泵3和出口泵5以启动连续生产时，生产参数已经处于适当值。

虽然当冷冻冰淇淋开始通过出口管6离开且配料和空气开始通过入口管4进入时冷冻筒状体2的内容物的组分的变化影响这些参数，但是与常规的通流冷冻机和常规的启动程序相比，稳定的连续生产更快地达到。测试表明，对于通过为通流冷冻机提供根据本发明的入口管阀9和出口管阀10而进行改造的既定的通流冷冻机，从泵启动直到达到稳定连续生产的时间可以减少四分之三（从8分钟到2分钟）。

附图标记列表

1.通流冷冻机

2.冷冻筒状体

3.入口泵

4.入口管

5.出口泵

6.出口管

7.空气入口

8.配料流量计

9.入口管阀

10.出口管阀

11.排泄管

12.样本出口

Claims (14)

1.一种用于生产冷冻冰淇淋的通流冷冻机(1)，所述通流冷冻机包括：

冷冻筒状体(2)，其用于通过使冰淇淋配料冷冻来制作冰淇淋，

入口管(4)，其用于将配料导入所述冷冻筒状体中，

入口阻挡装置(9)，其被布置成在闭合状态下阻挡配料或空气经由所述入口管进入或离开所述冷冻筒状体，

空气入口(7)，其用于将空气直接添加到所述冷冻筒状体中或所述冷冻筒状体和所述入口阻挡装置之间的所述入口管中，

出口管(6)，其用于引导冰淇淋离开所述冷冻筒状体，以及

出口阻挡装置(10)，其被布置成在闭合状态下阻挡配料、空气或冰淇淋经由所述出口管进入或离开所述冷冻筒状体，

其中，至少在所述通流冷冻机的一种操作模式中，所述入口阻挡装置和所述出口阻挡装置被闭合以使得通过经由所述空气入口引入空气而能将大致对应于所述冷冻筒状体中的期望超出量的一定量的配料和一定量的空气捕集在所述冷冻筒状体中。

2.根据权利要求1所述的通流冷冻机，其中，所述筒状体中的压强在1.5巴和8巴之间。

3.根据权利要求1所述的通流冷冻机，其中，所述筒状体中的压强在2巴和6巴之间。

4.根据权利要求1所述的通流冷冻机，其中，所述筒状体中的压强在3巴和4巴之间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的通流冷冻机，还包括配料流量计(8)，其用于对通过所述入口管的配料的量进行计量。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的通流冷冻机，其中，所述入口阻挡装置包括用于打开或阻挡贯通所述入口管的通道的入口管阀(9)。

7.根据权利要求6所述的通流冷冻机，其中所述入口管阀为三向阀。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的通流冷冻机，其中，所述出口阻挡装置包括用于打开或阻挡贯通所述出口管的通道的出口管阀(10)。

9.根据权利要求8所述的通流冷冻机，其中所述出口管阀为三向阀。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的通流冷冻机，其中，所述通流冷冻机的入口泵和出口泵中的一者或两者由同步电动机驱动。

11.一种用于启动通流冷冻机的方法，所述方法包括以下步骤：

-确保分别贯通入口管和出口管的通道是打开的，

-启动入口泵，

-将冰淇淋配料泵送到冷冻筒状体中，直到其已经填充到预定填充水平，

-停止所述入口泵，

-确保分别贯通所述入口管和所述出口管的所述通道均被阻挡以至少在所述通流冷冻机的对应于成品冷冻冰淇淋中的期望超出量的期望筒状体压强下是气密的，

-通过空气入口添加空气，直到基本对应于期望超出量的一定量的配料和一定量的空气被捕集在所述冷冻筒状体中，

-启动所述冷冻筒状体的冷却以及所述冷冻筒状体内搅拌装置的旋转，

-等待直到达到所述冷冻筒状体的内容物粘度的预定设定点，以及

-打开贯通所述入口管和所述出口管的所述通道并且通过启动所述入口泵和出口泵以及添加对应于所述成品冷冻冰淇淋中的所述期望超出量的测定量的空气来开始连续生产。

12.根据权利要求11所述的方法，其中通过闭合入口管阀来实现所述入口管的气密阻挡。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中通过闭合出口管阀来实现所述出口管的气密阻挡。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述冷冻筒状体的所述预定填充水平被选定为使得有配料自所述冷冻筒状体溢流通过所述出口管的点。