CN104661533A - 用于生产冷冻甜食的设备 - Google Patents

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Abstract

一种辊子，在其表面上有多个开口型腔，该辊子是中空的，具有内部腔，所述腔部分地填充液氮，其特征在于，真空绝热隔室设置在该辊子的每侧，该真空绝热隔室在径向截面上呈现环形盘形式的大致平坦的圆形外壁，通过两个部分连接到辊子侧壁，这两个部分具有：对于真空板的边缘部处的部分的大致S形截面；对于真空板的中心部处的部分的大致S形截面。

Description

用于生产冷冻甜食的设备
技术领域
本发明涉及冷冻甜食的制造。具体地，它涉及使用带成形元件和模具的设备制造这些冷冻甜食。
背景技术
制造巧克力球已经已知数十年了，已经提出过基于圆柱辊子的多种技术，例如EP923875中描述的一种，其描述了一对具有形成在外圆柱表面上的空腔的平行辊子、把可凝固液体例如巧克力沉积到所述圆柱表面上的沉积装置，因此提供食品的两个独立部分。通过使辊子反转，这两个表面向着彼此移动并且把这两个独立部分结合到一个食品中。整个过程是基于这样的事实，每个单独的食品通过膜或网与其它的相连，该膜或网由相同的食品制成。还依赖的事实是，通过冷却，巧克力紧缩并且容易从空腔脱模。
然而，这个过程适用于从液体主要成分制造巧克力球，它完全不适用于制造冰激凌产品，其中，腔将被填充冷冻充气产品。把这个技术转用到冰淇淋产品的主要障碍在于，这些腔必须处于足够低的温度，否则，注入这些腔的冰淇淋将融化（至少在表面上），但是，如果这些腔低于0℃（在这个温度开始结冰），那么冰淇淋将粘住表面并且将不易"脱模"。
这样的问题例如在JP62-91148中说明，其试图提出一种用于制造冰球的过程，同时处理冰粘住腔壁的问题，并且可如下描述。当这对辊子的相应腔经过它们最接近彼此的点时，每个腔中的冷冻食品没有被足够坚硬地压在处于另一辊子的相应腔中的邻近产品上，当这些腔通过辊子的旋转又彼此移开时，连接这两半产品的力相比于每半个产品与其所在的腔之间的粘附来说太弱，因此，它停留在腔中而没有"脱模"。JP62-91148处理这个问题的方式是i）用热液体的内循环加热其中一个辊子，ii）在另一辊子的每个腔中提供脱模机构，以及，iii）提供溢出辊子表面的过量材料。这些脱模机构允许这两半产品被压在一起，同时，加热一个辊子允许对产品脱模。
这个技术不构成对试图使用一对辊子生产冷冻充气产品所产生的问题的实际解决方案，因为有效地融化每个产品的表面以允许它脱模的需求产生了不可接受的卫生问题。在其他方面，位于辊子的每个腔中的脱模机构是极其复杂的，难以保养的，并且又形成卫生危害。
更近一些，已经提出用于制造冷冻充气产品的过程，包括；
·提供两个独立的成形元件，
·在每个成形元件的表面上提供至少一个开口腔，
·提供充填装置，用于用冷冻充气材料填充所述腔，
·用冷冻充气材料填充两个腔，每个成形元件上各一个，
其中：
a.至少一个腔填充有具有30%与130%之间的膨胀率（overrun）的冷冻充气产品，
b.然后允许该产品膨胀到它的腔的外部，
c.然后，这两个腔相对彼此移动，每个腔中的冷冻充气产品被压在另一个腔中的冷冻充气产品上。
d.该成形元件用液氮冷却，并且处于低于-80℃的温度，更优选为低于-100℃。
优选地，这两个独立的成形元件是一对平行辊子，其中，每个辊子在其表面具有多个开口腔，辊子相反地转动，从而，这两个成形元件中的各自的腔处于彼此相对，第一辊子的腔中的冷冻充气产品被压在第二辊子的相对腔中的冷冻充气产品上。
每个辊子是中空的，它的腔部分地填充液氮从而确保辊子的冷却。
鉴于这样的设备对于模制过程的质量而言是完全令人满意的，它消耗的仅仅是液氮的蒸发，事实上，在冷却过程中没有使用大量液氮。通常，在工作中，少于5%的液氮被有效地用于冷却模具。
因此，需要一种设备，其显著地减少液氮消耗，虽然绝热能够被看成一种明显的解决方案，但是，对本发明的研究已经表明，这种潜在的解决方案充满问题，归因于热变形产生的应力。在那个方面，在辊子的所有点上，Von Mises应力优选为低于200MPa（对于安全系数2），更优选为低于100MPa（对于安全系数3）。
测试和定义
冷冻充气产品应指的是冷冻甜食，如ICE CREAM第四版W S Arbuckle Chapman & Hall第297至312页中描述的。
辊子的温度：
辊子温度由位于表面下方5毫米处的电阻温度探针测量。
Von Misses应力
Von Mises应力是作用在特定位置的所有应力的几何组合（三维空间的正应力和全部3个剪切应力）。它取决于温度，并且以帕斯卡计量。
发明内容
本发明的目的是提供一种辊子，在其表面上有多个开口型腔，该辊子是中空的，具有内部腔，所述腔部分地填充液氮，其特征在于，把真空绝热隔室设置在该辊子的每侧，
该真空绝热隔室在径向截面上呈现环形盘形式的大致平坦、圆形外壁，通过两个部分连接到辊子侧壁，这两个部分具有：
对于真空板的边缘部处的部分，大致S形截面，
对于真空板的中心部处的部分，大致S形截面。
优选地，每个S形截面的特征在于：
联接到辊子侧且具有半径R1的第一弯曲部分
直部分
具有半径R2的第二弯曲部分，把S形截面联接到圆形外壁。
优选地，该第一弯曲部分通过具有半径R4的相对的弯曲部分联接到辊子侧。
附图说明
参照专用附图进一步描述本发明，其中
·图1代表用于执行本发明的过程的设备的示意图。
·图2代表用于执行本发明的过程的辊子连同其冷却管路的纵截面。
·图3-8代表具有不符合要求的各种真空侧板的辊子截面。
·图9代表具有本发明的真空侧板的辊子截面。
具体实施方式
如附图中所公开的，该设备包括一对辊子1和2，它们具有形成在它们的外圆柱表面上的型腔3。设置第一填充装置4供应冷冻充气产品到第一辊子1的型腔3中。 设置第二填充装置5供应冷冻充气产品到第二辊子2的型腔3中。 如图1中公开的，第一和第二填充装置可以是彼此独立的，替代地，可以只有一个填充装置，带有两个输出，每个辊子一个。未示出的电机装置布置成使两个辊子相反地转动，使两个表面朝着彼此移动并且把第一辊子的腔中的冷冻充气产品压在处于第二辊子的腔中的冷冻充气产品上。
这两个适合于相反转动的辊子安置成彼此接触。"彼此接触"指的是，间隙小于0.1毫米。这些辊子必须通过循环适当的制冷流体（例如液氮）而被制冷以便在工作时具有低于- 100℃的温度，由表面下方14毫米处的内探针测得。
如图2所示，辊子具有圆柱腔10并且通过轴承12可旋转地安装在固定轴11上。 在辊子上固定安装着链轮13，通过链轮使辊子旋转。轴向管14从轴11的一端延伸穿过该轴，在腔10中开口。管16连接到管14的与腔10相反的开口端。独立管17延伸穿过管14。管17终止于腔10，带有喷嘴18。
在操作期间，制冷介质优选为液氮通过管17供应并且通过喷嘴18喷射在腔10中，在此，它将冷却腔的外壁并且由此冷却型腔3。制冷介质然后气化并且通过管14引出通过管16。
最开始，两个辊子独立地运转达到约-160摄氏度的温度。一旦达到这个温度，这两个辊子就彼此靠近。由于极低温度引起的收缩，必须总是检查这两个辊子各自的位置。
冰淇淋泼洒在冷辊子的型腔上。填充有冰激凌的这两个半型接触，在此插入棒（未示出），然后排出完全成形的冰淇淋。
这两个填充装置都有利地包括紧邻辊子圆柱表面安装的歧管，之间有操作时低于1毫米的间隙。
这两个辊子能够由例如铝或钢制成，并且表面能够进行涂覆处理以提高硬度（例如镀铬层）或改善脱模（例如PTFE）。型腔形状遵循脱模性能的标准规则。优选地，在型腔开口的水平，型腔壁不是大致竖直的。因此允许冷冻充气产品的更好膨胀和更好的脱模性能。
例子1（比较例）：
测试平头接合到辊子侧的各个真空板，如图3、4和5所描绘的。辊子侧与真空板之间的空间处于小于0.1毫巴的真空度。
辊子边缘处的Von Mises应力在1000与3000之间，移位超过10毫米。
显然，这是不可接受的。
例子2（比较例）：
测试角接合到辊子侧的真空板，如图6所描绘的。辊子侧与真空板之间的空间处于小于0.1毫巴的真空度。
Von Mises应力为2500，移位为2.6毫米。
显然，这是不可接受的。
例子3（比较例）：
测试波纹接合到辊子侧的真空板，如图7所描绘的。辊子侧与真空板之间的空间处于小于0.1毫巴的真空度。
Von Mises应力降低为700。这仍然是不可接受的。
例子4（比较例）：
测试角波纹接合到辊子侧的真空板，如图8所描绘的。辊子侧与真空板之间的空间处于小于0.1毫巴的真空度。
Von Mises应力降低为388。这仍然是不可接受的。
例子5（本发明）
图9所描绘的真空板安装到辊子侧。该真空板在径向截面上呈现环形盘形式的大致平坦、圆形外壁，通过两个部分连接到辊子侧壁，这两个部分具有：
对于真空板的边缘部处的部分，大致S形截面，
对于真空板的中心部处的部分，大致S形截面。
每个S形截面的特征在于：
联接到辊子侧且具有半径R1的第一弯曲部分
直部分
具有半径R2的第二弯曲部分，把S形截面联接到圆形外壁。
优选地，该第一弯曲部分通过具有半径R4的相对的弯曲部分联接到辊子侧。
优选地，该直部分与圆形外壁大致成直角。
辊子侧与真空板之间的空间处于小于0.1毫巴的真空度。
测试不同的几何结构，总结在下列表格中。
测试这个结构的下列变化从而获得优选解决方案：
  T1(毫米） T2（毫米） R1(毫米) R2（毫米) 角度 Von Mises（MPa） 位移（毫米）
  10 5 30 30 90 276.7 2.5099
  20 3 30 30 60 276.95 0.9964
  20 5 30 10 90 262.3 1.0163
  20 5 30 30 90 204.35 0.9925
这些辊子和真空板由食品级别的不锈钢制成。
有了这类几何结构，能够使液氮消耗减少50%至60%。

Claims (3)

1.辊子，在其表面上有多个开口型腔，该辊子是中空的，具有内部腔，所述腔部分地填充液氮，其特征在于，
真空绝热隔室设置在辊子的每侧，该真空绝热隔室在径向截面上呈现环形盘形式的大致平坦的圆形外壁，通过两个部分连接到辊子侧壁，这两个部分具有：
对于真空板的边缘部处的部分，大致S形截面，
对于真空板的中心部处的部分，大致S形截面。
2.如权利要求1所述的辊子，其中，每个S形截面的特征在于：
联接到辊子侧且具有半径R1的第一弯曲部分，
直部分，
具有半径R2的第二弯曲部分，把S形截面联接到圆形外壁。
3.如权利要求1或2所述的辊子，其中，该第一弯曲部分通过具有半径R4的相对的弯曲部分联接到辊子侧。
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