CN104197574B - 冷冻甜品的制冷设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷冻甜品的制冷设备，包括制冷剂管路、控制阀、喷头、温度传感器和控制器。制冷剂管路连接到一制冷剂源，以提供液态制冷剂。控制阀设于该制冷剂管路，分别依据一开启信号和一关闭信号控制制冷剂管路开启和关闭。喷头设置于该制冷剂管路端部，用以喷射制冷剂。温度传感器设于该制冷剂管路且位于该喷头的一邻近区段内，该温度传感器实时检测温度并提供一温度信号。控制器电连接该控制阀和该温度传感器，在制冷操作时该控制器发送该开启信号至该控制阀，且持续接收该温度信号，当该温度信号指示的温度低于一预定温度时，该控制器开始统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量，且在该容量达到一预定容量时，发送该关闭信号至该控制阀。

Description

冷冻甜品的制冷设备和方法

技术领域

本发明涉及制冷设备，尤其是涉及一种冷冻甜品的制冷设备和方法。

背景技术

目前冷冻甜品大多数采用工业化生产，在生产过程中使用大型制冷设备对混合的甜品，例如冰淇淋进行制冷。但是工业化生产的冷冻甜品需要被保鲜运输，提高了物流成本。而且工业化生产的冷冻甜品无法满足消费者日趋个性化的需求。

为此出现可供零售业者甚至个人使用的，适于制作小批量甜品的小型简易制冷设备。这类制冷设备通常包括液氮源和液氮注射器。在一个容器内搅拌甜品混合物的过程中，液氮注射器向其喷射液氮，液氮在汽化过程中对甜品混合物进行冷却。

这类小型制冷设备的缺点在于，所提供的液氮容量未得到精确控制。而申请人冷冻甜品的制作经验表明，液氮容量与冷却甜品的口感有很大的关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冷冻甜品的制冷设备和方法，其适用于小批量甜品，且具有精确控制的制冷剂容量。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种冷冻甜品的制冷设备，包括制冷剂管路、控制阀、喷头、温度传感器和控制器。制冷剂管路连接到一制冷剂源，以提供液态制冷剂。控制阀设于该制冷剂管路，分别依据一开启信号和一关闭信号控制该制冷剂管路开启和关闭。喷头设置于该制冷剂管路端部，用以喷射制冷剂。温度传感器设于该制冷剂管路且位于该喷头的一邻近区段内，该温度传感器实时检测温度并提供一温度信号。控制器电连接该控制阀和该温度传感器，在制冷操作时该控制器发送该开启信号至该控制阀，且持 续接收该温度信号，当该温度信号指示的温度低于一预定温度时，该控制器开始统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量，且在该容量达到一预定容量时，发送该关闭信号至该控制阀。

在本发明的一实施例中，该喷头为气液分离器，其中液态制冷剂从该气液分离器的端面喷出，汽化的制冷剂从该气液分离器的侧面喷出。

在本发明的一实施例中，该控制器计算该制冷剂管路提供液态制冷剂的时间并乘以预设的流量，以统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量。

在本发明的一实施例中，该控制器控制该控制阀的瞬时流量，并累积在该制冷剂管路提供液态制冷剂的时间内累积该瞬时流量，以统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量。

在本发明的一实施例中，该控制器还包括一搅拌器连接口，该控制器从该搅拌器连接口提供一搅拌器控制信号，该搅拌器控制信号控制搅拌器的开和关。

在本发明的一实施例中，制冷设备还包括该制冷剂源，该制冷剂源的壳体内部具有一连接管路，该连接管路的端部露出该制冷剂源壳体外，以连接该制冷剂管路。

在本发明的一实施例中，制冷设备还包括压力传感器，安装于该制冷剂源的一气体出口。

在本发明的一实施例中，制冷设备还包括操作器，连接该控制器，该操作器具有制冷设备操作开关。

本发明还提出一种冷冻甜品的制冷方法，包括以下步骤：发送一开启信号至一制冷剂管路的一控制阀，以通过该制冷剂管路的喷头喷射制冷剂；通过设于该制冷剂管路且位于该喷头的一邻近区段内的温度传感器实时检测温度并提供一温度信号；持续接收该温度信号，当该温度信号指示的温度低于一预定温度时，开始统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量；在液态制冷剂的容量达到一预定容量时，发送该关闭信号至该控制阀，使该制冷剂管路的喷头停止喷射制冷剂。

在本发明的一实施例中，统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量的步骤包括：计算该制冷剂管路提供液态制冷剂的时间并乘以预设的流量。

本发明的上述技术方案通过在制冷剂管路的喷头附近设置温度传感器以测量喷头附近的温度，并在该温度到达预定温度时才启动制冷剂容量的统计，使得统计容量是从喷头实际喷出的液态制冷剂容量，而非从制冷剂源输出的液态制冷剂容量。因此本发明可以准确地测量并控制喷射到甜品上的制冷剂容量，从而获得期望的冷却效果。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷设备的结构图。

图2示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷设备的电原理图。

图3示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷设备的制冷剂源结构。

图4示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷方法。

图5示出本发明一实施例的控制器操作流程。

图6示出本发明一实施例的控制器内部结构。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷设备的结构图。图2示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷设备的电原理图。参考图1和图2所示，冷冻甜品的制冷设备100包括制冷剂管路102、控制阀104、喷头106、温度传感器108以及控制器110。制冷剂管路102连接到制冷剂源120，以提供液态制冷剂。在本实施例中，液态制冷剂可为液氮。控制阀104设于制冷剂管路102分别依据一开启信号和一关闭信号控制制冷剂管路102开启和关闭。控制阀104可实施为电磁阀。喷头106设置于制冷剂管路102的端部，用以喷射制冷剂。温度传感器108设于制冷剂管路102且位于喷头106的一邻近区段内。温度传感器108能够实时检测温度并提供一温度信号。控制器110电连接控制阀104和温度传感器108。

在进行甜品的制冷操作时，制冷剂管路102从制冷剂源120处获得液态制冷剂，输送至喷头106处喷射。甜品的容器放置在喷头106下方，喷射的液态 制冷剂瞬间汽化，对容器内的甜品进行冷却。在此过程中，搅拌器130会对甜品进行搅拌，从而完成制冷。在此，甜品可为冰淇淋。这一制冷操作可生产-25℃到-40℃的温度下的超低温甜品。申请人冷冻甜品的制作经验表明，制冷剂容量与冷却甜品的口感有很大的关系。因此在制冷操作时，流经制冷剂管路102的制冷剂容量需要被精确控制。通常而言，可以统计制冷剂管路102开启和关闭期间，流经制冷剂管路102的制冷剂容量。

然而发现，所统计的制冷剂容量未能准确地体现用于冷却甜品的制冷剂容量。具体来说，液态制冷剂从制冷剂源120处流出时，其受到压力消失。在室温下流经制冷剂管路102的液态制冷剂会逐渐汽化，至喷头106处有一部分已经变成气体，丧失其冷却作用。因此制冷剂管路102较佳地使用隔热材料，以最大程度地延缓液态制冷剂输送过程中的汽化。不过，制冷剂在输送过程前期的汽化仍然是不可避免的。对于小规模或小批量制作的甜品来说，其所需制冷剂容量较少，这导致因不合时机的汽化损失的制冷剂占制冷剂容量的比例偏高。如此一来，很难获得制冷一定量甜品所需的理想的制冷剂容量。

根据本发明的实施例，控制器110中设定一个预定温度，这一预定温度可以设定在制冷剂的沸点附近。达到或高于这一预定温度Tth，表明制冷剂为气态；低于这一预定温度，表明制冷剂为液态。以液氮为例，可以设置预定温度为-196℃。此外，控制器110中设定制冷剂的预定容量Vset。在制冷操作时，控制器110发送开启信号On至控制阀104，但是并不马上开始统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量，而是持续接收来自喷头106的邻近区段的温度传感器108的温度信号S_T。当温度信号指示的温度T高于或达到前述的预定温度Tth时，表明从喷头106喷出的制冷剂为气态。此时制冷剂管路102的控制阀104保持开启，且控制器110暂不统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量。在液态制冷剂持续流出的过程中，制冷剂管路102会逐渐被冷却至低温。后期流出的液态制冷剂，到达喷头106处仍然可以保持在液态。当温度信号指示的温度T下降到低于前述的预定温度Tth时，即表明喷头106喷出的制冷剂为液态。此时控制器110开始统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量。在统计容量达到前述的预定容量Vset时，控制器110发送关闭信号Off至控制阀104。

这样，控制器110所统计的制冷剂容量，是从喷头106实际喷出的液态制冷剂容量，而非从制冷剂源120输出的液态制冷剂容量。相比后者，喷头106实际喷出的液态制冷剂容量可以准确地反映喷射到甜品上的制冷剂容量，从而获得期望的冷却效果。

在前述实施例中，温度传感器108位于喷头106的邻近区段，且越靠近喷头106，越能反映此位置的温度。

在本发明的一实施例中，控制阀104的流量是固定的。控制器110可以通过计算制冷剂管路102提供液态制冷剂的时间t1(即从温度信号指示的温度下降到低于前述的预定温度Tth起的时间)并乘以预设的流量L，以统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量V＝L*t1。

在本发明的一实施例中，控制阀104的流量是可变的。控制器110除了向控制阀104提供开启信号和关闭信号外，还可提供流量信号，用以实时控制阀门的流量。控制器110可以通过瞬时流量L的累积，统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量在此实施例中，控制阀104较佳地在温度信号指示的温度T未低于预定温度Tth时，以第一流量L1提供液态制冷剂，在温度信号指示的温度T低于预定温度Tth时，以第二流量L2提供液态制冷剂。其中第二流量L2大于第一流量L1。这样，可以用较小的流量来进行制冷剂管路102的冷却，避免液态制冷剂的浪费。

较佳地，喷头108实施为气液分离器。气液分离器具有端面和侧面。端面可面向待冷却的甜品，侧面与端面成一定角度。气液分离器可令气态制冷剂和液态制冷剂分离。因此液态制冷剂可直接从气液分离器的端面喷出，而汽化的制冷剂从气液分离器的侧面喷出。使用气液分离器优势是，从侧面喷出的气态制冷剂可以形成气幕，从而将液态制冷剂与周边环境隔离，降低二者之间的热量交换，从而让液态制冷剂更有效地冷却甜品。

在本发明的一实施例中，制冷设备100包括制冷剂源120。制冷剂管路102可以固定地连接至制冷剂源120，也可以可拆卸地连接至制冷剂源120。制冷剂源120上可设置压力传感器122，安装于制冷剂源120的一气体出口。

在本发明的较佳实施例中，还可使用改进的制冷剂源120以降低制冷剂的汽化。参考图3所示，制冷剂源120的壳体124内部具有一连接管路126。此 连接管路126的端部127露出制冷剂源120的壳体124外，以连接制冷剂管路102。由于连接管路126包裹于制冷剂源120内部，因此其与外界的热量交换很低，可以很大程度上避免制冷剂在进入制冷剂管路102前就被汽化。相比之下，常规的连接方式需要将制冷剂管路102直接连接到位于制冷剂源120顶部的出口管路，而制冷剂源120顶部的出口管路裸露在室温环境中，导致所提供的制冷剂被过早地汽化。

回到图2所示，控制器110还可包括一搅拌器连接口，可连接到搅拌器130。控制器110向搅拌器连接口提供一搅拌器控制信号Cmix。搅拌器控制信号Cmix可以控制搅拌器130的开和关。将搅拌器130交由控制器110控制的好处是，制冷和搅拌的操作可以协同。

仍然参考图2所示，制冷设备100还可包括操作器114。操作器114连接控制器110。操作器114上可具有制冷设备操作开关，例如启动开关、停止开关。

图4示出本发明一实施例的冷冻甜品的制冷方法。参考图4所示，本实施例的冷冻甜品的制冷方法，包括以下步骤：

在步骤401，控制器110发送开启信号至制冷剂管路102的控制阀104，以通过制冷剂管路102的喷头106喷射制冷剂。

在步骤402，通过设于制冷剂管路102且位于喷头106的邻近区段内的温度传感器108实时检测温度并提供一温度信号；

在步骤403，控制器110持续接收温度信号，当温度信号指示的温度下降到一预定温度时，控制器110开始统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量；

在步骤404，在液态制冷剂的容量达到一预定容量时，控制器110发送关闭信号至控制阀104，使制冷剂管路的喷头停止喷射制冷剂。

在一实施例中，在步骤404控制器110可以通过计算制冷剂管路102提供液态制冷剂的时间t1(即从温度信号指示的温度下降到低于前述的预定温度Tth起的时间)并乘以预设的流量L，以统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量V＝L*t1。

在另一实施例中，控制器110还向控制阀104提供流量信号，以实时控制 阀门的流量。同时在步骤404，控制器110可以通过瞬时流量L的累积，统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量其中第二流量L2大于第一流量L1。作为简化，在步骤401控制器110将控制阀104设置在第一流量L1。在步骤403当温度信号指示的温度下降到一预定温度时，控制器110向控制阀104提供流量信号，将控制阀104设置在第二流量L2。在这种情况下，在步骤404控制器110可以通过计算制冷剂管路102提供液态制冷剂的时间t1(即从温度信号指示的温度下降到低于前述的预定温度Tth起的时间)并乘以预设的第二流量L2，以统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量V＝L2*t1。

图5示出本发明一实施例的控制器操作流程。参考图5所示，流程如下：

在步骤501，控制器110发送开启信号On至制冷剂管路102的控制阀104；

在步骤502，控制器110持续接收温度信号(模拟信号)；

在步骤503，控制器110将模拟的温度信号S_T转换为数字的测量温度T；

在步骤504，控制器110比较测量温度T与预定温度Tth，当T<Tth时，进入505，否则返回步骤502；

在步骤505，控制器110统计制冷剂管路102提供的液态制冷剂的容量V；

在步骤506，控制器比较统计容量V与预设容量Vset，当V<Vset时，返回步骤505，否则进入步骤507；

在步骤507，控制器110发送关闭信号至控制阀104。

在一实施例中，控制器110可实施为可编程控制器。在另一实施例中，控制器110可实施为逻辑电路组合。图6示出本发明一实施例的控制器内部结构。参考图6所示，控制器110可包括输入电路601、模数转换器602、第一比较器603、计算器604、第二比较器605和输出电路606。输入电路601可接收模拟的温度信号S_T和制冷开始信号Start。制冷开始信号Start被作为控制阀开启信号On传输给输出电路606。模数转换器602可将模拟温度信号S_T转换为数字的测量温度T，第一比较器603可比较测量温度T与预定温度Tth，并输出比较结果Tri作为触发信号。计算器604根据触发信号Tri启动容量计算，且输出实时计算结果V给第二比较器605。第二比较器605可比较统计容量V与预设容量Vset，且在V≥Vset时输出控制阀关闭信号Off作为比较结果。最终在输出电路606输出开启和关闭信号。

当控制器110涉及流量控制时，只需在上述实施例的基础上进行适当变换得到，在此不再赘述。

本发明的上述实施例通过在制冷剂管路的喷头附近设置温度传感器以测量喷头附近的温度，并在该温度到达预定温度时才启动制冷剂容量的统计，使得统计容量是从喷头实际喷出的液态制冷剂容量，而非从制冷剂源输出的液态制冷剂容量。因此本发明可以准确地测量并控制喷射到甜品上的制冷剂容量，从而获得期望的冷却效果。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种冷冻甜品的制冷设备，包括：

制冷剂管路，连接到一制冷剂源，以提供液态制冷剂；

控制阀，设于该制冷剂管路，分别依据一开启信号和一关闭信号控制该制冷剂管路开启和关闭；

喷头，设置于该制冷剂管路端部，用以喷射制冷剂；

温度传感器，设于该制冷剂管路且位于该喷头的一邻近区段内，该温度传感器实时检测温度并提供一温度信号；

控制器，电连接该控制阀和该温度传感器，在制冷操作时该控制器发送该开启信号至该控制阀，且持续接收该温度信号，当该温度信号指示的温度低于一预定温度时，该控制器开始统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量，且在该容量达到一预定容量时，发送该关闭信号至该控制阀。

2.如权利要求1所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，该喷头为气液分离器，其中液态制冷剂从该气液分离器的端面喷出，汽化的制冷剂从该气液分离器的侧面喷出。

3.如权利要求1所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，该控制器计算该制冷剂管路提供液态制冷剂的时间并乘以预设的流量，以统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量。

4.如权利要求1所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，该控制器控制该控制阀的瞬时流量，并累积在该制冷剂管路提供液态制冷剂的时间内累积该瞬时流量，以统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量。

5.如权利要求1所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，该控制器还包括一搅拌器连接口，该控制器从该搅拌器连接口提供一搅拌器控制信号，该搅拌器控制信号控制搅拌器的开和关。

6.如权利要求1所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，包括该制冷剂源，该制冷剂源的壳体内部具有一连接管路，该连接管路的端部露出该制冷剂源壳体外，以连接该制冷剂管路。

7.如权利要求5所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，还包括压力传感器，安装于该制冷剂源的一气体出口。

8.如权利要求1所述的冷冻甜品的制冷设备，其特征在于，还包括操作器，连接该控制器，该操作器具有制冷设备操作开关。

9.一种冷冻甜品的制冷方法，包括以下步骤：

发送一开启信号至一制冷剂管路的一控制阀，以通过该制冷剂管路的喷头喷射制冷剂；

通过设于该制冷剂管路且位于该喷头的一邻近区段内的温度传感器实时检测温度并提供一温度信号；

持续接收该温度信号，当该温度信号指示的温度低于一预定温度时，开始统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量；

在液态制冷剂的容量达到一预定容量时，发送关闭信号至该控制阀，使该制冷剂管路的喷头停止喷射制冷剂。

10.如权利要求9所述的冷冻甜品的制冷方法，其特征在于，统计该制冷剂管路提供的液态制冷剂的容量的步骤包括：计算该制冷剂管路提供液态制冷剂的时间并乘以预设的流量。