CN106595115B - 用于热处理的热力学系统以及包含该系统的用于制作流体和半流体产品的机器 - Google Patents

用于热处理的热力学系统以及包含该系统的用于制作流体和半流体产品的机器 Download PDF

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Abstract

一种用于冷却或加热容纳流体和/或半流体类型的食品的容器(9)的热力学系统(1)，包括采用热交换流体的回路，包括：‑配备有入口(3A)和出口(3B)的压缩机(3)；‑位于压缩机(3)出口处的冷凝器(4)；‑至少一个膨胀元件(6)，位于冷凝器(4)的下游，以允许热交换流体膨胀；‑蒸发器(5)，其可以与容器(9)相关联并且位于至少一个膨胀元件(6)的下游；‑具有输送管道(7A)和返回管道(7B)的吸液类型的交换器(7)，输送管道(7A)在第一侧(7A’)上连接到冷凝器(4)的出口以接收热交换流体，并在另一侧(7A”)连接到至少一个膨胀元件(6)以释放热交换流体至膨胀元件(6)，并且返回管道(7B)在第一侧(7B’)连接到压缩机(3)的入口，系统(1)包括再循环管道(18)，其可连接到输送管道(7A)的第二侧(7A”)以接收热交换流体，以及返回管道(7B)的与第一侧(7B’)相对的第二侧(7B”)，以释放热交换流体至返回管道(7B)，并且还包括位于再循环管道(18)中的另一膨胀元件(19)，以允许在再循环管道(18)中循环的热交换流体膨胀。

Description

用于热处理的热力学系统以及包含该系统的用于制作流体和 半流体产品的机器
技术领域
本申请涉及一种用于热处理的热力学系统，以及一种包含该系统的用于制作流体和半流体产品的机器。
背景技术
在用于制作流体或半流体产品(如冰淇淋、蛋糕、糕点馅料及其类似物)的机器的领域中，标准的做法是对产品进行热处理(通过加热和/或冷却)，以便制作预定的配方。
为了调整食品的品质，现有技术中已知有多种能在容器中对产品进行热处理的热力学的热系统类型。
大多数用于冷却的热力学系统是基于逆卡诺循环(“饱和蒸气压缩”)：这些系统允许借助热力学回路以使容器冷却，该回路对热交换流体进行操作并且包括一对换热器(蒸发器和冷凝器)、压缩机和层流元件，热交换流体流经所有组件。
图2示出了一种已知类型的基于逆卡诺循环并包含吸入管线换热器的热处理系统。
一般来说，带有吸液式交换器的制冷循环十分有效。
而且，带有吸液式交换器的热力学系统允许流出冷凝器的制冷剂液体过冷却，从而防止在膨胀元件上游的流体中形成蒸汽气泡(或“闪蒸气体”)(这将导致系统的噪音和快速磨损)。
带有吸液式交换器的热力学系统还允许压缩机上游的吸入管线内部的任何残留液体过热(使其完全蒸发)，否则，这些残留液体如果以某种方式进入压缩机，则会导致压缩机组件的快速磨损。
从上述内容来看，带有吸液式交换器的热力学系统的优势很明显。因而，这种类型的系统特别适合用于制作流体或半流体产品的机器，这些机器在操作中必须高度可靠并且噪音小。
机器制造商对于拥有适合热处理很少量成分的热力学系统(例如，单次服务机器)感受到越来越强的需求，在这种系统中，通过换热器交换的热量非常小。
特别是，在冰淇淋领域，由申请人进行的实验研究已经表明，当需要被交换的热量很小时，现有的热力学系统无法高效且稳定地运行。
还应该强调的是，在单杯冰淇淋机器中，冰淇淋的生产时间尤其短(大约几分钟)。
冰淇淋加工需要特别稳定的热系统，依据预定的理论混合物冷却分布运行，否则，最终产品不可避免地在品质上有所欠缺。
在这种情况下，为了制作出具有最佳品质的冰淇淋，十分精确地控制正被加工的基础混合物的温度至关重要。
因此，机器制造商尤为强烈地感觉到需要有一种操作尤其稳定并且即使对于非常小的热量需求、即小体积的基础混合物来说也容易控制的制冷系统。
发明内容
因而，本发明的目的是通过提供一种用于制作流体和/或半流体产品的机器来满足上述需求，这种机器允许制作热流体产品以及流体和/或半流体冰淇淋产品，甚至是极少量的。
本发明的另一目的是提供一种用于制作流体和/或半流体产品的机器，这种机器允许制作热流体产品以及流体和/或半流体冰淇淋产品，并且其特别容易使用。
本发明的又一目的是提供一种用于制作流体和/或半流体产品的机器，这种机器允许制作热流体产品以及流体和/或半流体冰淇淋产品，并且其特别容易清洁和维护。
根据本发明，该目的是通过一种用于制作流体或半流体产品，并且包括一项或多项从属权利要求中限定的技术特征的系统及配备该系统的机器来实现的。
附图说明
参考以上目的，本发明的技术特征在下面的权利要求中被清楚地描述，从下文的详细描述，参考示出了本发明的优选、非限制性实施例的附图，其优点是显而易见的，其中：
-图1示出了一种包括如图3中所示的本发明的热力学系统的用于制作流体和/或半流体产品的机器的示意图；
-图2示出了具有已知类型的吸液式交换器的热力学系统的示意图；
-图3示出了本发明的热力学系统的第一实施例；
-图4示出了本发明的热力学系统的第二实施例；
-图5示出了包括如图3中所示的本发明的热力学系统的用于制作流体和/或半流体产品的机器的不同实施例的示意图。
具体实施方式
参考附图，数字100表示一种用于制作流体和/或半流体产品的机器，数字1表示一种可与机器100相关联的热力学系统，两者都形成本发明的客体。
优选地，机器100是gelato冰淇淋机或软冰淇淋机或用于制作水冰(“冰沙”)的机器。
根据本发明定义了一种用于冷却和/或加热盛装有食品的容器9的热力学系统1。
优选地，容器9的形状为圆柱形(具有水平或垂直轴线)。
优选地，容器9的直径在50至100mm之间。
还更优选地，容器9的(轴向)长度在80至250mm之间。
优选地，容器9的体积在157,000mm3至1,962,500mm3之间。
应当注意的是，机器100优选地适用于处理产品的单一部分。
优选地，机器100是gelato冰淇淋机。
优选地，容器9适用于盛装50至300g的量的混合物(限定产品的单一部分)。
热力学系统1包含具有热交换流体流经其中的回路，该回路包括：
-配备有入口3A和出口3B的压缩机3；
-位于压缩机3出口处的冷凝器4；
-至少一个膨胀元件6(优选以毛细管的形式)，其位于冷凝器4的下游，以允许热交换流体膨胀；
-蒸发器5，其与容器9相关联并且位于至少一个膨胀元件6的下游；
-吸液式交换器7(称为“吸入管线换热器”)。
吸液式交换器7具有用于热交换流体的输送管道7A和返回管道7B，输送管道7A在第一侧7A’(即，在第一端处)连接到冷凝器4的出口，以从冷凝器4接收热交换流体，并且在另一侧7A”(即，在第二端处)连接到至少一个膨胀元件6，以将过冷却的热交换流体释放到膨胀元件6，并且返回管道7B在第一侧7B’(即，在第一端7B’处)连接到压缩机3的入口3A。
根据本发明，系统1还包括再循环管道18，其可以(在其第一端处)连接到输送管道7A的第二侧7A”(即，第二端)，以接收(过冷的)热交换流体，也可以连接到返回管道7B的第二侧7B”(第二侧7B”与第一侧7B’相对)，以将热交换流体(在入口处)释放到返回管道7B。
系统1还包括位于再循环管道18中的另一膨胀元件19(优选为毛细管形式)，以允许在再循环管道18中循环的热交换流体膨胀。
应当注意的是，表述“吸液式交换器”7用来表示被称为“吸入管线换热器”类型的交换器。
交换器7被构造成允许在输送管道7A和返回管道7B之间进行热交换。
更具体地说，输送管道7A有热交换流体以(过冷的)流体的形式流经其中，而返回管道7B有热交换流体以(过热的)蒸汽的形式流经其中。
应当注意的是，在吸液式交换器7中，热量主要从在输送管道7A中循环的热交换流体传递到在返回管道7B中循环的热交换流体，从而使在输送管道7A中循环的热交换流体过冷却，并使在返回管道7B中循环的热交换流体过热。
因此，在吸液式交换器7内部，在输送管道7A中循环的流体以热的形式将热能传递给在返回管道7B中循环的热交换流体。
根据另一方面，系统1包括(电子类型的)驱动和控制单元15。
根据另一方面，系统1包括阀12，该阀位于再循环管道18中，并且连接到驱动和控制单元15，以这样的方式进行调整，即：调节在再循环管道18中循环的热交换流体的流动。
更精确地说，阀12连接到驱动和控制单元15，使其可以被开或关以(部分地或完全地)打开或关闭再循环管道18。
优选地，阀12连接到驱动和控制单元15，使其可以被开或关，以完全地打开或关闭再循环管道18。
根据另一方面，系统1包括阀11，该阀定位成调节受到至少一个膨胀元件6和蒸发器5影响的一部分回路中的热交换流体的流动，以这样的方式调节受到至少一个膨胀元件6和蒸发器5影响的分支中的热交换流体的流动。
根据另一方面，该回路包括被构造成存储一部分热交换流体(存在于回路本身内部)的储罐16。
优选地，储罐16插设在冷凝器4和交换器7之间。
根据另一方面(如图4中所示的实施例)，蒸发器5的出口5B在另一膨胀元件19的下游连接到再循环回路18。
根据该方面，蒸发器5的出口5B连接到与第一侧7B’相对的返回管道7B的第二侧7B”，以将热交换流体(在入口处)释放到返回管道7B。
根据另一方面(如图3中所示)，蒸发器5的出口5B连接到压缩机3的入口3A。
根据后一方面，返回管道7B的第一侧7B’连接到蒸发器5的出口5B。
根据另一方面，该回路允许实施一种用于冷却或加热容器9的可逆冷却循环。
优选地，热交换流体是R404-A(但没有排除使用不同类型的热交换流体的可能性)。
根据本发明还定义了一种用于制作流体和/或半流体食品的机器100，其特征在于，其组合地包括：
-用于制作流体和/或半流体产品(优选为冷产品)的加工单元8，包括加工容器9和安装在容器9内部的搅拌器10，以搅拌和混合容器9内部的基础混合物，
-如先前所述的热处理系统1，其与加工单元8相关联。
蒸发器5与容器9相关联，以热的形式与产品、即加工容器9内部的基本混合物交换热能。
优选地，单元8是用于加工冰淇淋产品的单元。
更优选地，单元8是特别设计成加工冰淇淋类产品(传统的gelato冰淇淋，软冰淇淋等)的混合和冷却单元8。
更优选地，单元8构造为允许加工单份产品。
因此，优选地，容器9构造为包含少于500g原料。
应当注意的是，蒸发器5优选为在容器9的内壁或外壁周围缠绕的线圈的形式。
优选地，机器1包括与搅拌器10运行地联接以驱动搅拌器10旋转的无刷电动机14。
根据另一方面，该机器包括用于清洁加工单元8的装置13(用示意图示出)。
清洁装置13优选地包括用于清洁水(或消毒流体、清洁剂流体等)的容器。
可替代地，清洁装置13包括用于将其连接到给水干管的装置。
优选地，清洁装置13包括适于产生(饱和)蒸汽的水加热装置。
清洁装置13还优选地包括能够在机器1(特别是在加工单元8(更具体地，在容器9中))中输送水和/或蒸汽的回路(配备有泵和/或阀)。
清洁机器100主要包括以下步骤：
-第一步，用热水冲洗运行中的泵(为了特定地清洁泵)；
-第二步，在泵停止时冲洗；
-第三步，用蒸汽消毒。
这些步骤可以根据需要以上面指定的顺序或以任何其它顺序重复。
清洁装置13允许执行“就地清洁”程序，也就是说，清洁加工单元8和/或其它部件而不拆卸它们。
关于系统的操作，注意以下内容。
应当注意的是，由于机器100适于在极短时间内热处理少量产品(单份)，因此其有利地配备有允许在加工开始后非常快速地达到用于处理产品的温度的系统1。
阀11和12可以根据过程的步骤和/或状态分别关闭或打开。
在一个实施例中，在加工开始之前，阀11关闭且阀12打开。这样，热力学系统1可以保持运行，并且热交换流体在系统中通过再循环回路18(回流支路7B构成热机的“冷源”)进行循环。
一旦基础混合物已经被装载到容器9中，则阀11打开，使得流体可以流入到蒸发器5。
应当注意的是，流入蒸发器5的流体立即处于正确的热力学状态以加工产品，并且，特别地，处于用于加工产品的所需的最佳温度。
因此，很明显，即使在加工过程的最早时刻，容器9内部的基础混合物也处于最佳加工温度。
这意味着基础混合物在加工过程的最早时刻就已经处于所需的温度分布，允许制作优质的最终产品。
在加工过程中，阀12可以保持(全部或部分地)打开或关闭。
通过打开或关闭阀12和/或阀11，本发明的系统1允许非常精准地调节交换器5的入口温度。这样，非常快速和容易地控制在蒸发器5中的热交换流体的温度分布(其影响正被加工的基础混合物的温度)。
应当注意的是，如果阀12保持打开，则流出输送管道7A的一部分流体通过层流阀12并进入返回管道7B。
正如前面所指出的，本发明的热力学系统1特别适用于加工少量的产品。
特别地，热力学系统1有利地允许：
-以恒定的速率持续供给蒸发器5；
-调节膨胀元件6上游的热交换流体的过冷却；
-调节压缩机3上游的热交换流体的过热。
还应当注意，本发明的系统1的性能在效率方面特别高。
因此，配备有热力学系统1的机器100特别适合于加工小量，特别是其中每个分量单位构成单份产品(小于500g)。
实际上，应当注意，该系统能够有利地允许调节在交换器7中循环的热交换流体的温度，因而，当需要供应/冷却容器9时，流入蒸发器5的热交换流体处于使性能最大化并且最终使循环时间最小化的最佳热力学条件。
系统1可以有利地用于必须执行非常短的、交替/频繁的循环的单次服务机器100，例如
a.混合和冷却循环(持续40-80秒)；
b.清洗循环(持续时间50秒)；
c.混合和冷却循环(持续40-80秒)；
d.清洗循环(持续时间50秒)。
应当注意的是，在管道18中循环的流体用作系统1的次级流体，其允许以特别精确和可靠的方式调节流入蒸发器5的热交换流体的温度。
应特别注意的是，图5中示意性地示出的机器是一种垂直轴类型的冰淇淋机。

Claims (11)

1.一种用于冷却或加热包含有流体和/或半流体类型食品的容器(9)的机器(1)，包括使用热交换流体的回路，包括：
-配备有入口(3A)和出口(3B)的压缩机(3)；
-位于所述压缩机(3)的出口处的冷凝器(4)；
-至少一个膨胀元件(6)，所述膨胀元件位于所述冷凝器(4)的下游，以使所述热交换流体膨胀；
-蒸发器(5)，所述蒸发器可以与所述容器(9)相关联并且位于所述至少一个膨胀元件(6)的下游；
-具有输送管道(7A)和返回管道(7B)的吸液类型的交换器(7)，所述输送管道(7A)在第一侧(7A’)上连接到所述冷凝器(4)的出口以接收所述热交换流体，并可以在另一侧(7A”)连接到所述至少一个膨胀元件(6)以释放所述热交换流体至所述膨胀元件(6)，并且所述返回管道(7B)在第一侧(7B’)上连接到所述压缩机(3)的入口，所述系统(1)的特征在于，包括再循环管道(18)，所述再循环管道可连接到所述输送管道(7A)的第二侧(7A”)以接收所述热交换流体，以及返回管道(7B)的与第一侧(7B’)相对的第二侧(7B”)以释放所述热交换流体至所述返回管道(7B)，并且其中包括位于所述再循环管道(18)中的另一膨胀元件(19)，允许所述再循环管道(18)中循环的所述热交换流体膨胀；
驱动和控制单元(15)；
阀(11)，定位成调节受到所述至少一个膨胀元件(6)和所述蒸发器(5)影响的一部分回路中的所述热交换流体的流动，以这样的方式调节在所述至少一个膨胀元件(6)和所述蒸发器(5)中的所述热交换流体的流动；
位于所述再循环管道(18)中的阀(12)，连接到所述驱动和控制单元(15)以被启用或禁用，以便打开或关闭所述再循环管道(18)，并且被构造成部分或完全地打开或者关闭；以及
构造成存储所述热交换流体的一部分的储罐(16)，所述热交换流体存在于所述回路本身内部，插设在所述冷凝器(4)与所述交换器(7)之间。
2.根据权利要求1所述的机器(1)，其特征在于，所述阀(12)连接到所述驱动和控制单元(15)，以这种方式进行调节，即：调节在所述再循环管道(18)中循环的所述热交换流体的流动。
3.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其特征在于，所述蒸发器(5)的出口(5B)在所述另一膨胀元件(19)的下游连接到所述再循环回路(18)。
4.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其特征在于，所述蒸发器(5)的出口(5B)连接到与第一侧(7B')相对的所述返回管道(7B)的第二侧(7B”)，以将所述热交换流体释放到所述返回管道(7B)。
5.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其特征在于，所述蒸发器(5)的出口(5B)连接到所述压缩机(3)的入口(3A)。
6.根据权利要求5所述的机器(1)，其特征在于，所述返回管道(7B)的第一侧(7B’)连接到所述蒸发器(5)的出口(5B)。
7.根据权利要求1或2所述的机器(1)，其特征在于，所述回路允许实施用于冷却或加热所述容器(9)的可逆冷却循环。
8.一种用于制作流体和/或半流体食品的机器(100)，其特征在于，组合地包括：
-用于制作流体和/或半流体食品类型的产品的加工单元(8)，包括加工容器(9)和可旋转地安装在容器(9)内部的搅拌器(10)，
-根据权利要求1至7中任一项所述的机器(1)，所述机器与所述加工单元(8)相关联，所述蒸发器(5)与所述加工容器(9)相关联，以与所述加工容器(9)中容纳的产品交换热量。
9.根据权利要求8所述的机器(100)，其特征在于，包括与所述搅拌器(10)运行地联接以驱动所述搅拌器(10)旋转的无刷电动机(14)。
10.根据权利要求8或9所述的机器(100)，其特征在于，包括用于清洁至少所述加工单元(8)的装置(13)。
11.根据权利要求8或9所述的机器(100)，其特征在于，所述机器是一种用于制作冰淇淋的机器，并且所述加工单元(8)是混合和冷却单元。
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