CN111837007A - 用于快速冷却包装食品产品的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种包装食品产品加工机器。所述机器包括：食品消费者界面，所述食品消费者界面被配置成接收识别食品产品的最终状态的食品消费者选择；包装冷却子系统，所述包装冷却子系统包括致冷流体浴；抓持器部件，所述抓持器部件被配置成在所述致冷流体浴中搅拌容纳所述食品产品的包装；以及控制器，所述控制器被配置成命令所述抓持器基于接收到来自所述食品消费者界面的识别最终状态选择的输入并基于接收到包含来自所述抓持器部件的所述食品产品的物理参数的值的输入来控制从所述包装到所述致冷流体浴的热传递速率。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年11月15日提交的美国临时专利申请序列号62/586,454的权益，所述美国临时专利申请的披露内容通过援引明确地并入本文。
背景
包装食品产品通常在销售点处维持在期望的温度。例如，比如饮料等包装食品产品可以在便利商店或其他商店的冷却器内维持在期望的温度。类似地，比如饮料等包装食品产品可以在自动售货机中维持在期望的温度。然而，这样的设备将相对于所售产品数量的大量产品维持在期望的温度。而且，对于设备给定隔室内的所有产品，维持单一温度设定点。
概述
本披露内容的第一方面提供了一种快速致冷系统。所述快速致冷系统包括在其中具有冷却流体的冷却流体储器，其中所述冷却流体在所述冷却流体储器内维持在冷却流体温度。所述快速致冷系统进一步包括包装处理系统，所述包装处理系统包括适于抓持食品产品包装的抓持器机构，所述包装处理系统被配置成根据具有旋转简况的旋转方案在所述冷却流体储器的冷却流体中旋转所述食品产品包装。所述旋转简况包括停止角速度、在第一方向上旋转的加速度曲线、最大角速度值、最大角速度持续时间、用于所述停止角速度的减速度曲线以及在所述停止角速度处旋转之间的停留时间，其中所述停留时间小于0.1秒。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述停留时间小于0.05秒。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述停留时间小于0.01秒。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述冷却流体温度等于或低于-10℃。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述最大角速度持续时间小于0.5秒。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述最大角速度持续时间小于0.05秒。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述旋转简况包括在与所述第一方向不同的第二方向上旋转的加速度曲线、所述最大角速度值、所述最大角速度持续时间、用于所述停止角速度的第二减速度曲线以及旋转之间的所述停留时间。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述旋转简况作为往复旋转简况重复。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述旋转简况作为分度旋转简况(indexed spin profile)重复。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述快速致冷系统进一步包括被配置成识别所述食品产品包装的产品识别系统。所述包装处理系统被配置成基于所述食品产品包装是用于碳酸食品产品还是非碳酸食品产品来选择所述旋转简况。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于碳酸食品产品时选择分度旋转简况。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于非碳酸食品产品时选择往复旋转简况。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于碳酸食品产品时选择其中所述最大角速度持续时间小于0.1秒的旋转简况。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于非碳酸食品产品时选择其中所述最大角速度持续时间大于0.1秒且小于0.6秒的旋转简况。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述快速致冷系统进一步包括在其中具有洗涤流体的洗涤储器。所述包装处理系统被配置成在单一方向上连续地旋转包装在所述洗涤流体储器的洗涤流体中的所述食品产品。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述加速度大于或等于10,000每分钟每秒转数。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述最大角速度大于或等于1500每分钟转数。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述抓持器机构包括刚性产品接触夹和联接至所述产品接触夹的顺应波纹管。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述刚性产品接触夹包括多个接触脊，所述多个接触脊以其间具有间隔的交替布置的方式周向地隔开。
在本披露内容的第一方面的一些实例中，所述顺应波纹管包括摩擦垫，所述摩擦垫以交替布置的方式周向地隔开，并且适于配合到所述接触脊之间的间隔中。
根据本披露内容的第二方面，提供了一种快速致冷系统。所述快速致冷系统包括在其中具有冷却流体的冷却流体储器，其中所述冷却流体在所述冷却流体储器内被冷却到冷却流体温度。所述快速致冷系统包括包装处理系统，所述包装处理系统包括适于抓持食品产品包装的抓持器机构，所述包装处理系统被配置成根据具有旋转简况的旋转方案在所述冷却流体储器的冷却流体中旋转所述食品产品包装。所述快速致冷系统包括产品识别系统，所述产品识别系统被配置成确定所述食品产品包装的身份，其中所述包装处理系统被配置成基于所述食品产品包装的身份选择所述旋转方案或所述旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述旋转简况包括停止角速度、在第一方向上旋转的加速度曲线、最大角速度值、最大角速度持续时间、用于所述停止角速度的减速度曲线以及在所述停止角速度处旋转之间的停留时间。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述旋转简况指定所述停留时间小于0.1秒。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述旋转方案是其中所述食品产品包装通过所述包装处理系统在所述冷却流体中在顺时针和/或逆时针方向上旋转的方向和模式。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述旋转方案选自由以下各项组成的旋转方案组：所述食品产品包装以分度模式顺时针旋转；所述食品产品包装以分度模式逆时针旋转；以及所述食品产品包装以往复模式顺时针和逆时针旋转。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述停留时间小于0.05秒。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述停留时间小于0.01秒。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述最大角速度持续时间小于0.5秒。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述最大角速度持续时间小于0.05秒。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述加速度大于或等于10,000每分钟每秒转数。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述最大角速度大于或等于1500每分钟转数。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成基于所述食品产品包装是用于碳酸食品产品还是非碳酸食品产品来选择所述旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于碳酸食品产品时选择分度旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于非碳酸食品产品时选择往复旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于碳酸食品产品时选择其中所述最大角速度持续时间小于0.1秒的旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于非碳酸食品产品时选择其中所述最大角速度持续时间大于0.1秒且小于0.6秒的旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述包装处理系统被配置成选择其中所述食品产品包装的旋转方向处于与其中将标签施加到所述食品产品包装的方向相同的方向的旋转方案。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述旋转域根据具有所述旋转简况的旋转方案在与所述旋转域相关联的第一时间段内指定所述食品产品包装的旋转。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述第一时间段是所述食品产品包装的总冷却时间的预定部分。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述旋转域是与所述食品产品包装相关联的多个旋转域之一，所述多个旋转域中的每一个都包括不同的旋转方案和/或旋转简况。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述快速致冷系统进一步包括温度传感器，所述温度传感器被配置成感测所述食品产品包装的初始温度。所述包装处理系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装持续基于所述食品产品包装的初始温度和所述冷却流体温度确定的总时间量。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述总时间量是进一步基于与所述食品产品包装的身份相关联的热传递常数确定的。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述总时间量是进一步基于与所述食品产品包装的大小相关联、与所述食品产品包装的身份相关联的比例因子确定的。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述快速致冷系统进一步包括成核系统，所述成核系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装之后，在所述食品产品包装中启动成核。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述成核系统被配置成通过与所述食品产品包装的冷接触来启动成核。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述成核系统包括用于供应所述冷接触的经压缩CO2源。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述成核系统被配置成通过选自由以下各项组成的组的机械刺激来启动成核：机械冲击、所述食品产品包装的急剧简短的线性加速度、声波机械刺激或超声波机械刺激。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述抓持器机构包括刚性产品接触夹和联接至所述产品接触夹的顺应波纹管。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述刚性产品接触夹包括多个接触脊，所述多个接触脊以其间具有间隔的交替布置的方式周向地隔开。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述顺应波纹管包括摩擦垫，所述摩擦垫以交替布置的方式周向地隔开，并且适于配合到所述接触脊之间的间隔中。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述快速致冷系统进一步包括干燥系统，所述干燥系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装之后将空气流引导到所述食品产品包装处，以从所述食品产品包装中移除冷却流体。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述快速致冷系统进一步包括在其中具有洗涤流体的洗涤储器，其中所述包装处理系统被配置成在单一方向上连续地旋转包装在所述洗涤流体储器的洗涤流体中的所述食品产品。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述冷却流体储器包括：冷却流体输入和堰，所述堰具有由所述堰的内直径限定的中心区。所述堰的所述中心区与所述冷却流体输入处于流体连通。所述冷却流体储器进一步包括冷却流体输出，所述冷却流体输出放置在所述冷却流体储器内在所述堰的外直径之外。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述堰具有波纹管形状以便可调整高度。
在本披露内容的第二方面的一些实例中，所述冷却流体温度等于或低于-10℃。
通过以下结合附图和权利要求作出的具体实施方式将更清晰地理解这些和其他特征。
附图简要说明
为了更加完整地理解本披露内容，现在参考结合附图和具体实施方式作出的以下简要描述，其中相同附图标记表示相同部分。
图1展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统。
图2展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的子系统。
图3展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的产品识别子系统。
图4展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的包装处理子系统。
图5A展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的快速致冷子系统。
图5B展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的快速致冷子系统的底视图。
图6A展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的洗涤子系统。
图6B展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的洗涤子系统的底视图。
图7A展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的包装处理子系统。
图7B展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的图7A的包装处理子系统的截面视图。
图7C展示了图7A的适用于实施本披露内容的若干实施例的包装处理子系统的基部的截面视图。
图8A至图8C展示了图7A的适用于实施本披露内容的若干实施例的包装处理子系统的包装装载程序。
图9A至图9C展示了图7A的适用于实施本披露内容的若干实施例的包装处理子系统的抓持器机构。
图10展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的联接至瓶子的抓持器机构的截面视图。
图11展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的联接至罐的抓持器机构的截面视图。
图12展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的包装饮料产品的热传递图。
图13展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统中的包装饮料产品的旋转方案。
图14展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统中的包装饮料产品的往复旋转方案。
图15展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统中的包装饮料产品的分度旋转方案。
图16展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的包装饮料产品随时间推移的示例分度旋转方案和流体旋转。
图17展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的包装饮料产品随时间推移的热传递系数的示例。
图18展示了使用图16所示出的分度旋转方案在120秒周期内瓶子中水的温度的示例。
图19展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的示例性计算机系统。
图20展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的示例快速致冷系统的正视图。
图21展示了图20的示例快速致冷系统的透视图。
图22至图23展示了图20的适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的子系统。
图24展示了图21的适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的控制器的状态图。
图25展示了图20的适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的用户界面的状态图。
详细说明
一开始，应当理解，尽管下文说明了一个或多个实施例的说明性实施方式，但是，可以使用任何数量种类的技术(不论是当前已知的或已经存在的技术)来实施所披露的系统和方法。本披露内容决不应以任何方式受限于下文中所展示的说明性实施方式、附图以及技术，而是可以在所附权利要求的范围连同其等效物的完整范围内加以修改。
本披露内容教导了一种用于对致冷食品产品按需加工的系统和方法。更具体地，教导了致冷包装食品产品递送平台，所述致冷包装食品产品递送平台促进消费者选择或限定个人化致冷食品偏好(例如，冷冻得坚硬、稍微冷冻、平滑纹理、粗糙纹理、中心软但外部硬、中心硬但外部软、过冷但未冷冻、约食品产品的冰点、食品产品的所选温度等)，然后响应于消费者选择而执行对主题食品产品的按需加工，以便递送具有所选个人化食品偏好的致冷包装食品产品。在本披露内容的各个实施例中，包装食品产品是包装饮料产品。在实施例中，包装食品产品递送平台可以具有自动售货机或柜台面上的食品分配系统或独立机器的形状因数。
短语“对包装食品产品的按需加工”意指在将包装食品产品递送到消费者(例如，递送到进行消费的人)之前不久(例如，约10秒前、约30秒前、约2分钟前、或少于约5分钟前)执行并完成加工。这样的按需加工不同于在中央食品加工厂或工厂对食品产品的加工，其中加工过的食品产品然后从厂或工厂被取出以运输到比如商店和餐馆等分销点。在后一种情况下，在将包装食品产品递送到消费者之前的数小时(如果不是数天的话)发生加工。未决申请的按需加工还不同于在消费点处使用传统加热器或冷却器加工食品，传统加热器或冷却器可能同样需要数小时(如果不是一天或更长时间的话)来将食品产品加工到期望的温度。
在控制系统的背景下，包装食品产品递送平台可以被认为加工包含在包装内的食品。在实施例中，所述平台包括包装识别子系统、包装处理和/或操纵子系统、包装致冷子系统、包装递送子系统、消费者界面子系统和加工控制子系统。然而，应理解，所述平台可以不同地抽象化、细分或部件化。另外地，所述平台可以包括除上文识别的那些以外的附加或更少的子系统和/或部件。例如，可以另外提供支付子系统，用于接收消费者的付款以操作包装食品产品递送平台。
所述平台控制包装食品产品随时间推移的物理参数，以将食品产品从初始状态转变成消费者选择的最终状态。所述平台可以通过将包装浸没在致冷流体浴中、通过控制致冷流体浴的温度以及通过在致冷流体浴内移动和/或搅拌包装来操纵和/或控制包装食品产品随时间推移的热传递系数。速率或加速度、最大每分钟转数(RPM)、维持在最大RPM处的时间、减速速率以及移动和/或搅拌包装的旋转之间的时间可以由所述平台控制和/或调节。所述平台可以在开环框架中执行此操纵，所述开环框架基于所识别产品以预定的旋转方案和预定的旋转简况操纵包装食品产品预订的时间量。产品识别包括食品产品的类型(例如，糖甜味化的碳酸饮料、低热量碳酸饮料、果汁饮料、奶昔、乳饮料、酸奶产品等)、包装类型(例如，PET碳酸饮料瓶、铝罐、铝瓶、热填充型PET饮料瓶、无菌PET饮料瓶等)、以及包装大小(例如，20液盎司包装、12液盎司包装、8液盎司包装等)。
在一些实施方式中，所述平台可以在闭环控制框架中执行此操纵，所述闭环控制框架测量包装内食品产品的温度、向包装施加的扭矩、向包装施加的线性力、包装的角速度、包装的线速度以及包装和/或平台子系统和/或部件的可能的其他参数中的一个或多个。
所递送的致冷食品产品的品质或最终状态是致冷食品产品的初始状态和对包含致冷食品产品的包装执行的时间积分的加工的结果。使用本文教导的包装食品产品递送平台加工食品产品有利于独立的物理包装食品加工变量(包装食品产品内部温度、热传递系数、包装食品产品中的温度梯度、进入致冷流体温度、排出致冷流体温度、致冷流体流速、向包装施加的扭矩、向包装施加的线性力、包装的角速度、包装的线速度等)的分时间阶段的操纵。在本文教导的包装食品产品递送平台中，控制器监测加工变量并调整对包含致冷食品产品的包装的分时间阶段的操纵。所递送的致冷食品产品的品质和/或最终状态取决于对包含食品产品的包装的分时间阶段的物理操纵。换句话说，致冷食品产品的最终状态不仅仅是其最终温度和温度梯度的效果而且是其从食品产品的初始状态到达其最终温度和温度梯度的途径的效果。
致冷食品产品递送平台设置有多个致冷食品加工食谱，加工控制子系统使用所述多个致冷食品加工食谱将致冷食品产品从初始状态加工到递送的最终状态。控制子系统例如可以接收消费者食品偏好选择并且从此偏好选择索引或映射到致冷食品加工食谱之一。消费者食品偏好选择可以被认为进一步识别特定的致冷食品产品，例如，覆盆子冰沙、草莓冰沙、可乐冰沙、冷冻的胡萝卜汁或其他产品。因此，索引到致冷食品加工食谱可以基于期望的最终状态以及所选或所识别的致冷食品产品、包装类型和包装大小。发现适当的加工食谱之后，控制子系统基于其对加工变量的监测来执行所描述的食品加工。应理解，随时间推移可以增加或添加致冷食品加工食谱，因为新的致冷食品产品进入市场和/或因为新的食品偏好被识别和限定。
设想了对致冷食品产品的至少一些加工可以在加工的后期完成，例如，在大约消费者伸手去拿包含致冷食品产品的包装时或甚至在包装在消费者的手中之后。这可以增加消费者的满意度和/或呈现致冷食品产品的戏剧性。例如，致冷食品产品递送平台可能能够精心安排亚稳定(例如，过冷的)食品材料刚好在消费者的眼前从液体或部分液体状态成核为冷冻或部分冷冻状态。致冷食品产品递送平台可以将致冷食品产品致冷到亚稳定状态，并且然后向包装施加成核刺激，例如，机械冲击或急剧简短的线性加速度或声波或超声波机械刺激。成核是材料的相变或状态变化，例如，从流体状态变成固体状态(例如，从液体状态变成冷冻状态)。成核可以被认为是快速相变。
从食品产品的同一初始状态产生食品产品的一系列不同最终状态造成各种技术挑战。例如，为了提供食品产品的不同粒度，可能期望将食品产品致冷到低于食品产品的冰点的亚稳定状态。进一步地，以受控方式提供不同的亚稳定程度(例如，致冷到食品产品的冰点以下多少度)可能需要提供显著低于食品产品的冰点的致冷流体。
提供产品的期望粒度或纹理可以取决于亚稳定食品产品的受控成核。在本文所教导的机器和/或平台中，这样的受控成核可以由递送子系统提供，所述递送子系统可以提供一系列成核刺激，比如急剧的物理吹气、声波信号、激光刺激或其他刺激中的一个或多个。此外，成核刺激的频率和/或功率可以随时间推移或随不同食品产品而变化，如食品加工食谱中定义的。成核可以在致冷食品产品在致冷流体中时和/或在致冷食品产品从致冷流体移除之后发生。
图1展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100。快速致冷系统100包括本体102，所述本体包围多个子系统，以将食品产品快速致冷到期望的温度。快速致冷系统100的用户界面包括选择旋钮104和显示屏105。显示屏105显示包装食品产品的多个最终状态温度。例如，显示屏105可以显示多个具体的温度或温度范围(例如，40°F-45°F、35°F-40°F、32°F、25°F-28°F等)。还可以使用介于10°F与50°F之间的其他个别温度或温度范围。显示屏上提供的温度选项中的至少一个选项是低于包装食品产品冰点的温度。替代性地或另外地，显示屏可以显示最终状态温度的说明(例如，冷、非常冷、冰冷、过冷、雪泥、冰冻等)。
控制旋钮104被配置成由消费者旋转以选择所显示的最终状态温度之一。显示屏105上的选择指示高亮显示针对控制旋钮旋转的每个旋转步长所显示的最终状态温度中的不同的一个。在一些实施方式中，控制旋钮104包括位于其中心的按钮以致动选择。也就是说，当消费者旋转控制旋钮104以在显示屏105中高亮显示期望的最终状态温度时，消费者可以致动位于控制旋钮104中心的按钮，以激活将包装食品产品快速致冷到所选的最终状态温度。
产品门106设置在快速致冷系统100上，以促进消费者将处于起始温度的包装食品产品插入快速致冷系统100中，并从快速致冷系统100中取出处于最终状态温度的包装食品产品。在一些实施方式中，起始温度可以是快速致冷系统100外部的环境室温。在一些实施方式中，起始温度可以是低于环境室温且高于最终状态温度的中间温度。例如，可以将包装食品产品从致冷储存容器(比如冷却器或自动售货机)中取出，所述致冷储存容器将包装食品产品维持在中间温度(例如，35°F-50°F)并插入快速致冷系统100中。
可以手动致动产品门106，比如竖直地或水平地滑动以打开和关闭产品门106。一个或多个传感器(未示出)可以判定产品门106是打开还是关闭。快速致冷系统100上的工作流可以基于指示门打开或关闭的产品门传感器来调节。例如，响应于检测到产品门106打开，显示屏105可以转变到示出如何将包装食品产品插入快速致冷系统100中并关闭产品门106的可视指令的屏幕。当检测到产品门106关闭时，显示屏105可以再次转变到促进选择期望的最终状态温度的屏幕。设想了其他工作流。在一些实施方式中，产品门106由马达(未示出)基于在用户界面上作出的一个或多个选择自动地致动。
设想了快速致冷系统100的本体102的其他配置。例如，显示屏105可以是触摸屏显示器。在这样的实施例中，可以消除控制旋钮104和/或定位在其中的按钮中的一个或多个。
另外地，用于启动过冷流体中冰的成核的成核器(未示出)可以被合并到快速致冷系统100的本体102中，或被设置在快速致冷系统100的旁边或附近。在一些实施方式中，成核器可以包括Shuntich的发明名称为“Supercooled Beverage Crystallization SlushDevice with Illumination(带照明的过冷饮料结晶雪泥设备)”的美国专利申请公开号2015/0264968中描述的超声波成核设备，所述美国专利申请特此通过援引以其全文并入本文。
图2展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的子系统。也就是说，图2展示了移除了外部面板或覆层的快速致冷系统100。如图2所示出的，快速致冷系统100包括产品识别子系统108、产品处理子系统110、快速致冷子系统112、洗涤子系统114和冷却子系统116。
冷却子系统116包括压缩机200、冷凝器202、蒸发器204和热交换器206。冷却子系统116的部件被布置在使用任何制冷剂的典型制冷回路中。在一些实施方式中，冷却子系统116使用碳氢化合物(HC)或二氧化碳(CO2)制冷剂。热交换器206可以是任何合适的热交换器，比如在其中形成有蒸发器204的一个或多个通道的铸铝冷板、管套管式热交换器或其他合适的热交换器。
图3展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的产品识别子系统108。产品识别子系统108包括产品平台302，所述产品平台被配置成接收经由产品门106插入快速致冷系统100中的产品304。扫描仪306被配置成扫描产品304，以识别产品304的一个或多个特性部件，从而明确地识别产品304。在一些实施方式中，产品平台302可以联接至马达310，以旋转在其上具有产品304的产品平台302。产品304在扫描仪306扫描期间的这样的旋转促进识别产品304的一个或多个特性部件，比如条形码、标签或其他识别标志。
产品识别包括识别食品产品的类型(例如，糖甜味化的碳酸饮料、低热量碳酸饮料、果汁饮料、奶昔、乳饮料、酸奶产品等)、包装类型(例如，PET碳酸饮料瓶、铝罐、铝瓶、热填充型PET饮料瓶、无菌PET饮料瓶等)，以及包装大小(例如，20液盎司包装、12液盎司包装、8液盎司包装等)。产品识别可以包括产品304的其他特征的识别，比如产品304的品牌、产品304的包装图形、与产品304上的图形相关联的广告活动或产品的任何其他特性特征。
例如，扫描仪306可以是被配置成读取产品304的包装上的条形码的条形码扫描仪。如图3所示出的，扫描仪306包括两个条形码扫描仪，所述两个条形码扫描仪被配置成在沿着产品304的多个位置(示出了两个)处发射电磁场308。在扫描仪306中包括多个条形码读取器促进利用位于产品304的包装上的不同位置处的条形码来识别多个不同的产品，并且考虑不同高度的产品。
在另一个示例中，扫描仪306可以是一个或多个相机，所述一个或多个相机被配置成捕获产品304的一个或多个图像，可以将所述图像与一个或多个基线产品图像相比较，或以其他方式加工所述图像以识别产品304。在一些实施方式中，扫描仪306可以包括Roekens等人的发明名称为“Merchandiser with Product Dispensing Chute Mechanism(具有产品分配斜槽机构的售卖机)”的美国专利申请公开号2017/0024950中描述的光学识别系统，所述美国专利申请特此通过援引以其全文并入本文。设想了其他产品304输入机构和识别机构。
快速致冷系统100的产品识别子系统108还可以包括内部安全门112。当产品门106打开时，内部安全门112具有半圆形形状或以其他方式形成包围产品平台302的封闭区。安全门112确保当经由产品门106将产品304放置到快速致冷系统100中时，用户无法触及其他内部部件。作为附加安全机构，每当产品门106打开时，可以从所有伺服马达(例如，以下所描述的元件404、410、416)移除电力。当产品门106关闭时，安全门112可以背离产品门106旋转，使得包装处理子系统110能够抓持和操纵产品304，如以下更详细描述的。
基于经由快速致冷系统100的用户界面对期望的最终状态温度的选择和由扫描仪306对产品304进行的识别中的一个或多个，控制器子系统(未示出)可以索引、识别或以其他方式查找产品304的致冷食品加工食谱。产品304的致冷食品加工食谱可以控制以下本文所描述的其他子系统的操作。例如，产品304的致冷食品加工食谱可以指示产品被快速致冷子系统112中的包装处理子系统110加工的时间量。
图4展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的包装处理子系统110。包装处理子系统110包括抓持器机构402、产品旋转马达404、线性致动器408和可旋转支撑柱412。抓持器机构402被配置成旋转多个指状物(未示出)以与产品304的颈环接合，例如，当产品是塑料瓶时。在接合位置，指状物明确地抓持产品304的颈环，使得抓持器机构402和产品304相对于彼此旋转地锁定。在非接合位置，指状物被旋转以便不与产品304接合，并且抓持器机构402绕产品304在竖直方向上自由移动。也就是说，在非接合位置，抓持器机构402可绕产品304操作。
产品旋转马达404联接至抓持器机构402，并且被配置成向抓持器机构402和产品304提供顺时针和/或逆时针扭矩，如以下更详细描述的。线性致动器408经由支撑架406联接至产品旋转马达404和抓持器机构402。线性致动器408还联接至线性致动器驱动马达410，所述线性致动器驱动马达被配置成沿着可旋转支撑柱412的竖直方向移动线性致动器408，并且因此移动产品旋转马达404和抓持器机构402。将线性致动器驱动马达410联接至可旋转支撑柱412。
可旋转支撑柱412被配置成绕柱基部414旋转。支撑柱驱动马达416联接至柱基部414，并且被配置成向可旋转支撑柱412施加顺时针和/或逆时针扭矩。在操作中，支撑柱驱动马达416被配置成旋转可旋转支撑柱412，以将产品旋转马达404和抓持器机构402依次寻址到产品识别子系统108、快速致冷子系统112、洗涤子系统114和产品识别子系统108中的每一个。
例如，在操作中，可旋转支撑柱412最初由支撑柱驱动马达416驱动，以将产品旋转马达404和抓持器机构402朝产品门106引导并通过产品识别子系统108。在此初始朝向上，线性致动器408由线性致动器驱动马达410驱动到沿着可旋转支撑柱412的最顶部位置。在消费者将产品304插入快速致冷系统100中并且产品门106关闭时，产品识别子系统108识别已插入的产品304。在产品304被明确地识别时，线性致动器驱动马达410将线性致动器408驱动到与产品304的接合位置。
接合位置是沿着可旋转支撑柱412的竖直位置，在所述竖直位置处，抓持器机构402可以抓持已识别的产品304。对于不同产品的接合位置可以是不同的。例如，12盎司PET瓶的高度可以是6.82英寸，而20盎司PET瓶的高度可以是8.95英寸。因此，12盎司PET瓶的接合位置可以距产品平台302在可旋转支撑柱412上方约6.82英寸。类似地，20盎司PET瓶的接合位置可以距产品平台302在可旋转支撑柱412上方约8.95英寸。
在线性致动器408到达与所识别产品304的接合位置时，抓持器机构402被激活以抓持产品304。在一些实施方式中，在抓持器机构402已经抓持产品304之后，线性致动器408被升高到旋转位置。旋转位置是沿着可旋转支撑柱412的竖直位置，在所述竖直位置处，可旋转支撑柱能够绕柱基部414旋转，而抓持器机构402中的被抓持产品304不会干扰或以其他方式碰撞快速致冷系统100的内部部件。旋转位置可以在与最顶部竖直位置相同的竖直位置处或较低的竖直位置处。
在线性致动器408到达旋转位置时，支撑柱驱动马达416被配置成旋转可旋转支撑柱412，以通过快速致冷子系统112对准产品旋转马达404和抓持器机构402。在可旋转支撑柱412通过快速致冷子系统112对准产品旋转马达404和抓持器机构402时，线性致动器408被降低到浸没位置。浸没位置是沿着可旋转支撑柱412的竖直位置，在所述竖直位置处，产品304被浸没在快速致冷子系统112的冷却流体中。
冷却流体可以是冰点低于-10℃的任何合适的食品级溶液。在一些实施方式中，冷却流体的冰点低于-20℃、低于-30℃、低于-40℃、低于-50℃、或低于-100℃。冷却流体溶液可以是氯化镁溶液或氯化钙溶液。在一些实施方式中，冷却流体是在Shuntich等人的发明名称为“Cooling Solutions and Compositions for Rapid Chilling Foods andBeverages and Methods of Making(用于快速致冷食品和饮料的冷却溶液和组合物以及制备方法)”的美国专利申请公开号2017/0210963中描述的冷却溶液中的一个或多个，所述美国专利申请特此通过援引以其全文并入本文。可以使用其他冷却流体，比如丙二醇、聚二甲基硅氧烷溶液、液氮和液态CO2。
在线性致动器408到达浸没位置时，产品旋转马达404基于所识别产品304的致冷食品加工食谱根据预定的旋转方案和预定的旋转简况在快速致冷子系统112的冷却流体中搅拌产品304持续预定的时间量。产品旋转马达404在快速致冷子系统112的冷却流体中的操作将在以下更详细地描述。
在达到预定的时间量时，产品旋转马达404开始以漂洗RPM在单一方向上旋转，同时线性致动器408将产品304从快速致冷子系统112的冷却流体中提升出来。漂洗RPM可以是或小于用于预定旋转简况的最大RPM。在将产品304从冷却流体中提升出来时旋转所述产品促进从产品304的包装中移除多余的冷却流体并干燥产品304。在线性致动器408到达抽出位置时，产品旋转马达404中止旋转产品304。抽出位置是沿着可旋转支撑柱412的竖直位置，在所述竖直位置处从快速致冷子系统112的冷却流体中抽出产品304。线性致动器408继续提升产品直到到达旋转位置。
在线性致动器408到达旋转位置时，支撑柱驱动马达416被配置成旋转可旋转支撑柱412，以通过洗涤子系统114对准产品旋转马达404和抓持器机构402。在可旋转支撑柱412通过洗涤子系统114对准产品旋转马达404和抓持器机构402时，线性致动器408被降低到浸没位置。浸没位置是沿着可旋转支撑柱412的竖直位置，在所述竖直位置处，产品304被浸没在快速致冷子系统112的洗涤流体中。洗涤流体中的浸没位置可以与冷却流体中的浸没位置处于相同或不同的竖直水平。在一些实施方式中，洗涤流体是致冷水、致冷酒精溶液或不会在产品304的包装上留下残余物的其他致冷溶液。在一些实施方式中，洗涤流体不是主动致冷的，而是通过使用机器和从浸没在所述洗涤流体中的致冷产品304吸收热量而随着时间的推移变得致冷的。
在线性致动器408到达浸没位置时，产品旋转马达404开始以预定速度在单一方向上旋转，比如用于预定旋转简况的最大RPM，同时线性致动器408将产品304从洗涤子系统114的洗涤流体中提升出来。在一些实施方式中，在线性致动器408将产品降低到浸没位置之前，产品旋转马达404可以以预定速度旋转产品304。随着线性致动器408将产品304从洗涤子系统114的洗涤流体中提升出来，产品旋转马达404继续旋转产品。
在线性致动器408到达抽出位置时，产品旋转马达404中止旋转产品304。抽出位置是沿着可旋转支撑柱412的竖直位置，在所述竖直位置处从洗涤子系统114的洗涤流体中抽出产品304。线性致动器408继续提升产品直到到达旋转位置。
在线性致动器408到达旋转位置时，支撑柱驱动马达416被配置成旋转可旋转支撑柱412，以将产品旋转马达404和抓持器机构402朝产品门106并通过产品识别子系统108对准。线性致动器408被降低到接合位置，以便将产品304放置回到产品平台302上。在线性致动器408到达接合时，抓持器机构402被激活以松开产品304。然后，线性致动器408再次升高到旋转位置或最顶部位置，并且产品门106被打开或解锁，以允许消费者移除致冷产品304。
图5A展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的快速致冷子系统112。快速致冷子系统112包括杜瓦瓶502，其中杜瓦瓶502的顶部处具有开口504，所述开口提供通向包含在其中的冷却流体的入口。杜瓦瓶包括隔热区域505(在图5A中示出为透明的)，所述隔热区域将冷却流体与环境条件热隔离。在一些实施方式中，隔热区域505是真空腔室。在一些实施方式中，隔热区域505填充有比如泡沫等隔热材料。
可经由遮板(shutter)506a、506b的致动来选择性地进入开口504。遮板分别绕枢轴点508a、508b枢转，以打开和关闭通向开口504的入口。在关闭位置，遮板506a、506b密封开口504，并且在一些实施方式中，为杜瓦瓶502内包含的冷却流体提供隔热。驱动杆510在枢轴点508a、508b之间机械地联接至两个遮板506a、506b。驱动杆510被配置成朝杜瓦瓶502向前滑动以打开遮板506a、506b，并背离杜瓦瓶502向后滑动以关闭遮板506a、506b。驱动杆510由比如电磁活塞等致动器512致动。遮板506a、506b，枢轴点508a、508b、驱动杆510和致动器512联接至安装板514的顶部。
图5B展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的快速致冷子系统112的底视图。鼓风机520联接至安装板514的底部，并且与杜瓦瓶502的开口504内的气刀507处于流体连通。在杜瓦瓶502的底部上是与热交换器216处于流体连通的第一冷却流体输入516、第二冷却流体输入518和冷却流体输出519，用于在杜瓦瓶502与热交换器216之间循环冷却流体。来自热交换器216的冷却流体经由第一冷却流体输入516和第二冷却流体输入518进入杜瓦瓶502。
冷却流体可以在堰的顶部上方从第一冷却流体输入516和第二冷却流体输入518向上流过堰的中心区(未示出)并且在周围流动到达杜瓦瓶502的内直径(例如，在堰的另一侧上)并从冷却流体输出519离开。换句话说，冷却流体输出519被放置在杜瓦瓶502内的堰的外直径之外的位置处。因此，堰的顶部设定杜瓦瓶502中冷却流体的高度。堰可以成形为圆柱形管道，所述圆柱形管道具有密封抵靠杜瓦瓶502的底表面的底部以及高度低于杜瓦瓶502的顶部的顶部。堰有助于冷却流体与产品304外部之间的热传递过程。具体地，堰将新鲜冷的冷却流体的流输送到达产品304的侧面。当冷却流体穿过产品304时，冷却流体升温。堰防止变暖的冷却流体与产品304再次接触。在堰的内直径与产品的外直径之间产生的环形区还使施加到冷却流体的剪切力的量最大化，所述剪切力是通过包装处理子系统110在冷却流体中操纵产品304而产生的。使施加到冷却流体的剪切力最大化增强了产品304与冷却流体之间的热传递。
在一些实施方式中，堰可以具有波纹管形状，并且可以可调整到不同的高度。例如，包装处理子系统110可以在其将产品304降低到杜瓦瓶502中时与波纹管堰接合，以自动调整堰的高度。堰的波纹管设计允许通过自动调整杜瓦瓶502中冷却流体的高度来致冷不同高度的容器。堰的波纹管设计还防止抓持器机构402被冷却流体弄湿，从而消除了在抓持器机构402上形成冰的风险。堰高度的自动调整还确保了产品304的基部与底部抓持器机构402接合。
温度传感器(未示出)可以定位在杜瓦瓶502内，以确保冷却流体处于期望的冷却温度。可以响应于温度传感器检测到冷却流体高于阈值最大冷却温度而激活泵201(图2中示出)和一个或多个阀(未示出)以在杜瓦瓶502与热交换器216之间循环冷却流体。在温度传感器达到目标冷却温度时，泵201和一个或多个阀可以被去激活，以中止循环流出杜瓦瓶502的冷却流体。在一些实施方式中，可以在压缩机200关闭的同时维持冷却流体的流动，以便维持堰的温度。
在操作中，致动器512被致动以将驱动杆510朝杜瓦瓶502推动以打开遮板506a、506b，并在可旋转支撑柱412上暴露杜瓦瓶502的开口504，以通过快速致冷子系统112对准产品旋转马达404和抓持器机构402。当产品旋转马达404在单一方向上旋转时，鼓风机520被激活以将空气吹出气刀507，同时线性致动器408将产品304从快速致冷子系统112的冷却流体中提升出来。在线性致动器408到达抽出位置时，鼓风机520断开。在线性致动器408到达旋转位置时，致动器512被致动以将驱动杆510背离杜瓦瓶502拉动以关闭遮板506a、506b和杜瓦瓶502的开口504。
图6A展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的洗涤子系统114。洗涤子系统114包括隔热容器602，其中容器602的顶部处具有开口604，所述开口提供通向包含在其中的洗涤流体的入口。容器602包括隔热区域606(在图6A中示出为透明的)，所述隔热区域将洗涤流体与环境条件热隔离。在一些实施方式中，隔热区域606是真空腔室。在一些实施方式中，隔热区域606填充有如泡沫等隔热材料。
可经由遮板610a、610b的致动来选择性地进入开口604。遮板分别绕枢轴点612a、612b枢转，以打开和关闭通向开口604的入口。在关闭位置，遮板610a、610b密封开口604，并且在一些实施方式中，为容器602内包含的洗涤流体提供热绝缘。驱动杆614在枢轴点612a、612b之间机械地联接至两个遮板610a、610b。驱动杆614被配置成朝容器602向前滑动以打开遮板610a、610b，并背离容器602向后滑动以关闭遮板610a、610b。驱动杆614由如电磁活塞等致动器616致动。遮板610a、610b、枢轴点612a、612b、驱动杆614和致动器616联接至安装板514的顶部。
图6B展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100的洗涤子系统114的底视图。鼓风机620联接至安装板514的底部，并与容器602的开口604内的一对气刀608a、608b处于流体连通。在一些实施方式中，仅使用单个气刀。在容器602的底部上是洗涤流体端口618。洗涤流体端口618可以促进容器602排出洗涤流体(例如，至排水管道)，并用于用洗涤流体(例如，来自市政供水)重新填充容器602。一个或多个泵和/或阀(未示出)可以促进容器602排出和用洗涤流体重新填充所述容器。容器602与热交换器206热连通，以将洗涤流体维持在目标洗涤流体温度下。目标洗涤流体温度高于0℃。
在操作中，致动器616被致动以将驱动杆614朝容器602推动以打开遮板610a、610b，并在可旋转支撑柱412上暴露容器602的开口604，以通过洗涤子系统114对准产品旋转马达404和抓持器机构402。当产品旋转马达404在单一方向上旋转时，鼓风机620被激活以将空气吹出气刀608a、608b，同时线性致动器408将产品304从洗涤子系统114的洗涤流体中提升出来。在线性致动器408到达抽出位置时，鼓风机620断开。在线性致动器408到达旋转位置时，致动器616被致动以将驱动杆614背离容器602拉动以关闭遮板610a、610b和容器602的开口604。
图7A至图7C展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统的包装处理子系统700。包装处理子系统700可以代替或结合包装处理子系统110的部件使用。包装处理子系统700包括绕快速致冷储器704的框架702。快速致冷储器704被配置成包含致冷流体。柔性波纹管706围绕快速致冷储器704的开口定位，以密封快速致冷储器704，并防止操作期间致冷流体飞溅到快速致冷储器704外部。在一些实施方式中，波纹管706可以与以上所描述的快速致冷子系统112的杜瓦瓶502中的开口504结合使用。在一些实施方式中，以下所描述的包装处理子系统700的部件联接至支撑柱412而不是框架702。
升降销底座708和线性致动器组件710联接至框架702。升降销底座708定位在线性致动器组件710上方的固定位置。线性致动器组件710包括驱动马达712、支撑件714和滑动件715。驱动马达712联接至支撑件714，以沿着滑动件715移动支撑件714。线性致动器组件在竖直方向上安装到框架702，使得滑动件715定位在升降销底座708与快速致冷储器704之间。在操作中，驱动马达712在竖直方向上朝升降销底座708向上移动支撑件714，并且朝快速致冷储器704向下移动所述支撑件。
产品旋转马达716联接至支撑件714。产品旋转马达716被配置成向延伸穿过产品旋转马达716的滚珠花键轴718施加扭矩。在滚珠花键轴718的下端处、在产品旋转马达716下方朝向快速致冷储器704的是抓持器机构722。在滚珠花键轴718的上端处、在产品旋转马达716上方朝向升降销底座708的是升降销724。
滚珠花键轴718经由滚珠花键螺母726联接至产品旋转马达716的输出凸缘(未示出)。滚珠花键螺母726和滚珠花键轴718确保轴无法相对于产品旋转马达716的输出凸缘旋转，同时仍然允许产品旋转马达716沿着滚珠花键轴718轴向移动，如以下参考图8A至图8C更详细描述的。换句话说，产品旋转马达716的输出凸缘向滚珠花键螺母726施加扭矩，所述滚珠花键螺母进而又施加扭矩以旋转滚珠花键轴718。
多个支撑柱720联接在支撑件714与基部支撑件742之间。支撑柱720以不允许于其间的相对运动的方式刚性地联接至支撑件714。支撑柱720在竖直方向上从支撑件714朝快速致冷储器704延伸。如图7A至图7C中所示出的，存在三个支撑柱720。在图7C的截面视图中最佳示出的可旋转产品基部738联接至轴承740以用于在其上旋转。轴承通过轴承固定板744包含在基部支撑件742上。可旋转产品平台738通过夹紧螺栓746和帽盖748联接至基部支撑件742，以便将可旋转产品平台738固定到内轴承座圈。
如在图7B的截面视图中最佳示出的，沿着产品旋转马达716的中心孔727(滚珠花键轴718延伸穿过所述中心孔)的是顶部支撑轴承728、弹簧730和弹簧板732。弹簧板732沿着滚珠花键轴718联接至固定位置。弹簧730包含在弹簧板732与顶部支撑轴承728之间的孔727内。顶部支撑轴承728将弹簧730包含在孔727内，并提供滚珠花键轴718的低摩擦支撑以便在孔727内旋转。弹簧730抵靠弹簧板732施加压缩力，以推动抓持器机构722背离产品旋转马达716。如图7B所示出的，弹簧板732将抓持器机构722推动至背离产品旋转马达716的最大延伸位置。在操作中，当滚珠花键轴718在孔727内竖直移动时，弹簧板732压缩孔727内的弹簧730。
图8A至图8C展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的包装处理子系统700的包装装载程序。如图8A所示出的，升降销底座708包括背离框架702延伸的第一臂802和第二臂804。第一臂802包括凹槽806，并且第二臂804包括凹槽808。凹槽806、808的大小和形状被确定成收纳升降销724。滚珠花键轴718被定向在原始位置，使得升降销724平行于升降销底座708的第一臂804和第二臂806。
在一些实施方式中，产品旋转马达716具有用于将滚珠花键轴718定位在原始位置的归位操作。产品旋转马达716可以包括从滚珠花键轴718延伸并随所述滚珠花键轴旋转的标志(未示出)。所述标志可以在原始位置中断光学传感器。可以使用如霍尔效应传感器(hall effect sensor)等其他传感器来确定标志何时处于原始位置。可以使用其他归位操作机构或传感器。
在滚珠花键轴718被定位在原始位置时，线性致动器组件710上的支撑件714在竖直方向上由驱动马达712沿着滑动件715朝升降销底座708驱动，直到升降销位于升降销底座708的臂804、806上方。如图8B所示出的，产品旋转马达716向轴718施加扭矩以将轴718旋转90°。
支撑件714在竖直方向上由驱动马达712沿着滑动件驱动背离升降销底座708。当升降销724被降低时，升降销与升降销底座的臂802、804的凹槽806、808接合并搁放在所述凹槽中。因此，轴718被适当地锁定在固定的竖直位置处。随着支撑件714继续被驱动背离升降销底座708，轴718相对于产品旋转马达716的运动在孔727内在竖直方向上移动。轴718在孔727内的这种相对竖直运动提升了弹簧板732并压缩了弹簧730。另外地，抓持器机构722在竖直方向朝产品旋转马达716上升。因为支撑柱720刚性地粘着到支撑件714，所以抓持器机构722与可旋转产品平台738之间的距离增加。在此装载朝向中，抓持器机构722与可旋转产品平台738之间的距离为消费者提供了足够的空隙，以通过产品门106将产品304装载到可旋转产品平台738上。例如，如图8C所示出的，相比于图8B所示出的，产品旋转马达716位于轴718的更下方。
在将产品304装载到可旋转产品平台738上时，产品门106关闭，并且支撑件714在竖直方向上沿着滑动件715朝升降销底座708驱动。当支撑件714向上移动滑动件715时，抓持器机构722与放置产品304的可旋转产品平台738之间的距离减小。在产品接合位置处，抓持器机构722与产品304邻接。对于具有不同高度的产品，产品接合位置处于不同的竖直位置。当支撑件714继续向上移动滑动件715经过产品接合位置时，弹簧730抵靠经由轴718联接至抓持器机构722的弹簧板732施加向下的力，以将来自抓持器机构722的向下的力施加至产品304上，从而将产品抓持在抓持器机构722与可旋转产品平台738之间。
一旦产品304被抓持在抓持器机构722与可旋转的产品平台738之间，支撑件714就继续向上移动滑动件715，直到升降销724再一次位于升降销底座708的臂804、806上方。在一些实施方式中，如图8A所示出的，产品旋转马达716向轴718施加扭矩以将轴718旋转90°。轴718可以再一次旋转到原始位置。支撑件714背离升降销底座708向下移动滑动件715，直到升降销724离开升降销底座708。在此位置中，产品旋转马达716以顺时针和/或逆时针的方式向轴718施加扭矩，所述轴进而又旋转具有抵靠可旋转产品平台738抓持的产品304的抓持器机构722。因此，随着抓持器机构722旋转，产品304和可旋转产品平台738同样地进行旋转。
在包装处理子系统700的部件联接至支撑柱412的实施方式中，沿着滑动件715的竖直位置是旋转位置，在所述竖直位置处升降销724位于升降销底座708的臂804、806上方。在支撑柱412通过快速致冷子系统112和洗涤子系统114对准产品旋转马达716和抓持器机构722时，支撑件714可以由驱动马达712沿着滑动件715驱动，如以上结合图4至图6B关于线性致动器408的操作所描述的。
图9A至图9C展示了图7A的适用于实施本披露内容的若干实施例的包装处理子系统700的抓持器机构722。抓持器机构722包括刚性产品接触夹734和顺应波纹管736。产品接触夹734包括多个接触脊902，所述接触脊以具有摩擦垫间隔904的交替布置的方式周向地隔开。第二组接触脊903平行于接触脊902放置，但圆周直径较小。脊902和903在其间形成谷905。
产品接触夹734包括脊908，波纹管736上的通道914(在图10和图11中最佳可见)的大小被设定成围绕所述脊适形以便将产品接触夹734联接到波纹管736。波纹管734包括密封表面916和摩擦垫912，所述摩擦垫以与不具有摩擦垫912的区交替布置的方式周向地隔开。摩擦垫912与产品接触夹734上的摩擦垫间隔904圆周地对准。在摩擦垫间隔904处，产品接触夹734包括内表面906，所述内表面在组装时充当摩擦垫912的刚性背衬。
图10展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的联接至瓶子的抓持器机构722的截面视图。如图10所示出的，产品接触夹734的脊903提供抵靠瓶子肩部的脊状接触，以使瓶子稳定抵靠可旋转产品基部738。同时，摩擦垫912被压靠在瓶子的肩部，以防止瓶子与抓持器机构722之间的旋转。另外地，波纹管736的密封表面916被压靠在瓶子的肩部。因此，密封表面916防止冷却流体和洗涤流体与瓶子的盖接触。如图10所示出的，脊903的内表面朝抓持器机构722的中心向内倾斜，以容纳不同直径的瓶子。
图11展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的联接至罐的抓持器机构722的截面视图。如图11所示出的，罐的唇缘位于脊902、903之间的谷905中，以使瓶子稳定抵靠可旋转产品基部738。同时，摩擦垫912被压靠在罐的唇缘，以防止罐与抓持器机构722之间的旋转。另外地，波纹管736的密封表面916被压靠在罐的肩部。因此，密封表面916防止冷却流体和洗涤流体与罐的唇缘和顶表面接触。
图12展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的包装饮料产品304的热传递图1200。当产品304被浸没在快速致冷子系统112的冷却流体中时，热量从包装食品产品304中的产品1202抽取到冷却流体1206。在图12所示出的示例中，包装食品产品304是饮料，比如可口可乐。饮料在初始温度和初始状态下被收纳在快速致冷子系统112中。
如以上所指出的，初始温度可以是快速致冷系统100外部的环境室温。初始温度还可以是环境室温与目标最终状态温度之间的中间温度，比如标准冷却器的在35°F-50°F的范围内设定点温度。初始状态可以是液体或可流动的胶质食品产品。一种或多种固体可以包含在食品产品内，比如纤维、果肉、坚果、水果片、藻酸盐片等。食品产品可以是糖甜味化的碳酸饮料、减少的卡路里、低卡路里、或无卡路里的碳酸饮料(例如，具有一种或多种高强度甜味剂的饮料)、水、调味水或其他非碳酸调味饮料、果汁饮料、冰沙、乳饮料、可饮用酸奶、酸奶产品等。在一些实施方式中，食品产品可以是在其达到目标最终状态温度之前不旨在用于消耗的溶液。例如，食品产品可以是冰淇淋溶液，所述冰淇淋溶液旨在被快速致冷子系统100冷冻，以作为冷冻食品产品消耗。
当包装食品产品304在快速致冷子系统112中被物理操纵时，向包装食品产品304施加扭矩。例如，在以上所描述的包装处理子系统110、700中，产品旋转马达404、716可以通过抓持器机构402、722向包装食品产品304施加扭矩，以在顺时针方向和/或逆时针方向上旋转包装食品产品304。当包装食品产品304旋转时，食品产品1202的内部电流促进食品产品1202内的对流热传递。进而，食品产品1202已经经由通过包装食品产品304的包装材料1204的传导移除了热量。同样地，包装材料1204已经经由外部对流将热量移除到冷却流体1206，这再次通过冷却流体1206中包装食品产品304的物理操纵来促进。
图13展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100中的包装饮料产品304的通用旋转方案1300。旋转方案1300限定了从上方观察时包装食品产品304被产品旋转马达404、716顺时针和/或逆时针旋转的方向和模式。在本文所呈现的示例中，正速度意指产品旋转马达404、716施加扭矩以在顺时针方向上旋转包装食品产品304。同样地，负速度意指产品旋转马达404、716施加扭矩以在逆时针方向上旋转包装食品产品304。
如图13所示出的，产品304从停止角速度1302开始(在所述停止角速度处产品304不旋转)，并以加速度1304(例如，RPM/s)加速至最大角速度1306(例如，RPM)。产品304继续以最大角速度1306旋转预定的时间段或持续时间t2 1308。产品304然后以减速度1310减速，直到产品304再次处于停止角速度1302。然后，在继续由旋转方案1300限定的模式之前，产品304被维持在停止角速度1302持续停留时间1312。
在本文所提供的示例中，加速度1304和减速度1310大小相等，但方向相反。以下提及的加速度1304涵盖加速度1304和减速度1310两者。如以上所描述的，特定产品304的限定了加速度1304、最大角速度1306、时间段或持续时间t2 1308、停留时间1312以及在从致冷流体中移除产品304之前产品304在所述旋转简况致冷流体中被操纵的总时间1314。
虽然本文将旋转简况描述为具有加速度1304、最大角速度1306、时间段或持续时间t2 1308和停留时间1312的限定参数的梯形波形，但是还可以使用其他波形。例如，旋转简况可以采用锯齿、正弦、三角形或其他波形形状。另外地，虽然本文明确描述了波形的参数中的每一个，但是波形的操作可以更一般地用波形的频率来表示。对于具有往复运动的波形，频率可以被定义为：
其中α是加速度1304、Ω是最大角速度1306、t2是时间段或持续时间t2 1308，并且td是停留时间1312。同样地，对于具有分度运动(indexed motion)的波形，频率可以被定义为：
其中α是加速度1304、Ω是最大角速度1306、t2是时间段或持续时间t2 1308，并且td是停留时间1312。以下描述的图14和图15分别提供了往复运动波形和分度梯形波形的示例。
图14展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100中的包装食品产品304的往复旋转方案1400。如图14所示出的，产品304在顺时针方向上以12,000RPM/s的加速度1304从停止角速度1302加速到1500RPM的最大角速度1306，在0.125秒的时间段或持续时间t2 1308内维持最大角速度，并以-12,000RPM/s的减速度1310减速到停止角速度1302。在产品304在逆时针方向上以-12,000RPM/s的加速度1304从停止角速度1302加速到-1500RPM的最大角速度1306，在0.125秒的时间t2 1308内维持最大角速度，并以12,000RPM/s的减速度1310减速到停止角速度1302之前，产品304维持在停止角速度1302持续0.125秒的停留时间1312。在重复旋转方案1400之前，产品304维持在停止角速度1302持续0.125秒的停留时间1312。
在以上所提供的示例中，加速度1304、最大角速度1306和减速度1310的符号指示旋转方向。例如，正值指示产品304在顺时针旋转方向上的加速度、速度和减速度。同样地，负值指示逆时针旋转方向上的加速度、速度和减速度。
图15展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统100中的包装食品产品304的分度旋转方案1500。如图15所示出的，产品304在顺时针方向上以12,000RPM/s的加速度1304从停止角速度1302加速到1500RPM的最大角速度1306，在0.125秒的时间t21308内维持最大角速度，并以-12,000RPM/s的减速度1310减速到停止角速度1302。在产品304再次在顺时针方向上以12,000RPM/s的加速度1304从停止角速度1302加速到1500RPM的最大角速度1306，在0.125秒的时间t2 1308内维持最大角速度，并以-12,000RPM/s的减速度1310减速到停止角速度1302之前，产品304维持在停止角速度1302持续0.125秒的停留时间1312。在重复旋转方案1500之前，产品304维持在停止角速度1302持续0.125秒的停留时间1312。
图16展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的被20液盎司PET瓶装水中的水的流体旋转覆盖的示例分度旋转方案1600。例如，20液盎司PET瓶装水可以是达萨尼品牌(DASANI brand)的水。在图16所示出的示例中，冷却流体是初始温度为-40℃的氯化钙溶液。瓶装水在顺时针方向上以10,000RPM/s的加速度1304从停止角速度1302加速到1500RPM的最大角速度1306，在0.05秒的时间t2 1308内维持最大角速度，并以-10,000RPM/s的减速度1310减速到停止角速度1302。在瓶装水再次加速之前，产品304维持在停止角速度1302持续0秒的停留时间1312。应理解，产品旋转马达404、716在再次加速瓶装水之前具有从减速瓶装水到停止角速度的最小切换时间。然而，出于本披露内容的目的，此切换时间被指示为0秒。实际上，最小停留时间1312小于或等于0.01秒。瓶装水在顺时针方向上以10,000RPM/s的加速度1304从停止角速度1302加速到1500RPM的最大角速度1306，在0.05秒的时间t21308内维持最大角速度，并在立即(例如，在0-0.01秒之间)重复旋转方案1600之前以-10,000RPM/s的减速度1310减速到停止角速度1302。虽然仅示出了旋转方案1600的一秒，但是旋转方案1600可以根据需要重复。
如图16所示出的，因为使用分度旋转方案1600使瓶装水在相同方向上旋转，所以水在顺时针方向上加速，如覆盖在分度旋转方案1600顶部的正弦线1602所示出的。当瓶装水加速时，在其中的水也同样加速。类似地，当瓶装水减速时，在其中的水也同样减速。然而，水在顺时针方向上继续旋转。随着时间的推移，随着分度旋转方案1600继续重复，水建立动量并在中间RPM范围内波动。中间RPM范围的最大速度小于产品304的最大角速度。
图17展示了在图16所示出的一秒时间段内瓶装水中水的热传递系数1702(W/m2K)的示例。在所示出的示例中，瞬时热传递系数的值大于450W/m2K，并且平均热传递系数约为375W/m2K。对于不同的产品和不同的包装类型，将使用分度旋转方案1600获得不同的热传递系数。例如，对于用铝包装的包装食品产品304，瞬时热传递系数和平均热传递系数将显著更大。
图18展示了使用图16所示出的分度旋转方案1600在120秒周期内瓶子中水的温度(℃)的示例。使用分度旋转方案1600，表1示出了从22℃的起始温度冷却不同大小的不同包装类型中的特定类型的产品的时间。如所示出的，水在不会冻结的情况下过冷到-5℃。
时间(秒)
表1
如通过比较图16和图17所示出的，热传递系数1702的主要驱动是如与水瓶的包装相比的水的相对速度。热传递系数1702的拐点出现在包装食品产品304的速度与包装食品产品304内的食品产品速度相匹配的时间点处。例如，水的速度与水瓶的速度在图16中的交叉点1604处相匹配。在同一时间点(例如，约0.3秒)处，热传递系数1702具有关于第一类型的局部最小值的拐点。也就是说，当食品产品304的包装的角速度与包装内食品产品的角速度相匹配时，当产品304朝停止角速度减速时，热传递系数1702中出现第一类型的局部最小值。
当水与瓶子之间的相对速度增加(当瓶子继续减速到停止角速度1302)时，热传递系数1702接近绕拐点1708的第一类型的局部最大值。也就是说，热传递系数1702中的第一类型的局部最大值是由于包装的角速度停止而水由于建立的动量而继续旋转而出现的。当瓶子再次加速时，水与瓶子之间的相对速度降低，直到水的速度在图16中的交叉点1606处再次匹配水瓶的速度。因此，热传递系数1702在第二类局部最小值处具有另一个拐点1710。也就是说，当食品产品304的包装的角速度与包装内食品产品的角速度相匹配时，当产品304朝最大角速度加速时，热传递系数1702中出现第二类型的局部最小值。第二类型的局部最小值小于第一类型的局部最小值。
随着瓶子继续加速，水与瓶子之间的相对速度增加，导致热传递系数增加到绕拐点1712的第二类型的局部最大值。拐点1712在瓶子在点1608处达到最大RPM时出现。也就是说，热传递系数1702中的第二类型的局部最大值是由于包装的角速度达到最大RPM而水继续加速并建立更多的动量而出现的。
当瓶子保持在最大RPM时，热传递系数1702部分地由于瓶子中的水继续加速而经历很大的线性下降1714。在瓶子开始减速时，热传递系数再次降低到第一类型的局部最小值的另一个实例。如图17所示出的，第二类型的局部最大值大于第一类型的局部最大值，这是由于与当瓶子停止时瓶子与水之间的速度的相对差相比，当瓶子加速到最大RPM时，水与瓶子之间的速度的相对差较大。随着时间的推移，第一类型的局部最大值和第二类型的局部最大值收敛为更接近但仍然大于平均热传递系数1704。
虽然图16中示出了特定的分度旋转方案1600，但是本领域的普通技术人员将认识到旋转简况的值可以被调整。例如，可以使用其他最大角速度1306值，比如1750RPM、2000RPM、2250RPM、2500RPM、5000RPM或其他值。同样地，可以使用其他加速度1304(和相应的减速度1310)值，比如5000RPM/s、8,000RPM/s、10,000RMP/s、12,000RPM/s、15,000RPM/s、20,000RPM/s或其他值。
通常，由于第一类型的局部最大值小于第二类型的局部最大值，所以优选地是尽可能地最小化停留时间1312。换句话说，由于当与包装304以最大角速度旋转时相比，当所述包装停止时食品产品与包装304之间的相对速度差较小，因此期望在比包装304内的食品产品的速度慢的包装304上花费尽可能少的时间。然而，减速度操作确保了包装304内的食品产品的速度保持在最大角速度以下，使得食品产品与包装304之间的速度在最大角速度下保持大的相对差。如果包装304仅仅以最大角速度继续加速，则包装304内的食品产品将加速以接近或匹配包装304的速度，并且由于食品产品与包装304之间的低相对速度，热传递系数将大大降低。在一些实施方式中，停留时间1312小于1秒、小于0.5秒、小于0.1秒、小于0.05秒、小于0.01秒，或尽可能实际靠近产品旋转马达404、716将允许的0秒。
出于类似的原因，通常优选的是在时间t2 1308内维持最大角速度1306达一定的时间量，使得包装304内的食品产品不允许超过最大食品产品速度。这确保了食品产品与包装304之间的相对速度在最大角速度1306下保持高。在一些实施方式中，时间t2 1308小于或等于1秒、小于或等于0.5秒、小于或等于0.25秒、小于或等于0.2秒、小于或等于0.1秒、小于或等于0.05秒、或小于或等于0.03秒。
虽然图16和图17的示例是关于分度旋转方案示出的，但是如图14所示出的往复旋转方案也可以与基于以上教导的旋转简况一起使用。因为包装304在往复旋转方案中顺时针和逆时针旋转，因此逆时针旋转进一步抑制了最大食品产品速度，使得实现了食品产品与包装304之间更大的相对速度。如此，根据以上教导，使用具有旋转简况的往复旋转方案的瞬时和平均热传递系数大于使用分度旋转方案实现的那些瞬时和平均热传递系数。
由于产品在包装304内的搅拌，对于碳酸饮料，重要的是要确保产品不会在消费者打开盖子时从包装304中喷出。这样的喷出在具有高强度甜味剂的碳酸饮料中尤其明显，尤其是那些具有阿斯巴甜和/或甜叶菊糖苷甜味剂的产品，众所周知的是，所述产品更容易从溶液中释放CO2。当过冷饮料的冰核形成出现时，这样的效应通常会加剧。对于碳酸饮料，已经出乎意料地发现，尽管具有大的加速度和大的最大角速度，但是发现当时间t2 1308保持小于0.32秒时，碳酸饮料始终不喷出。
例如，12液盎司铝罐的可口可乐以15,000RPM/s的加速度1304被操纵，并且当时间t2 1308小于0.32秒，例如小于0.1秒、小于0.05秒或小于或等于0.03秒时，意外地发现2000RPM的最大角速度1306没有喷出。在此示例中，在时间t2 1308为0.03秒的情况下，旋转简况同样可以被描述为频率为1.68Hz的往复梯形波形。
另外地，意外地发现，当使用分度旋转方案时，喷出不会出现在瓶子中，而使用具有相同旋转简况的往复旋转方案时，则会发生喷出。例如，发现以10,000RPM/s的加速度1304、1500RPM的最大角速度1306和0.05秒的时间t2 1308进行操纵的20液盎司PET的可口可乐瓶子始终没有喷出。在此示例中，旋转简况同样可以被描述为频率为2.85Hz的分度梯形波形。相比之下，使用往复旋转方案时，发现相同的旋转简况以及相同的产品和包装会始终导致喷出。
因此，基于快速致冷系统100中的产品识别，可以使用不同的旋转方案和旋转简况。例如，如果产品被识别为碳酸饮料，则可以选择分度旋转方案，以便防止在消耗时喷出。同样地，如果产品被识别为非碳酸饮料，则可以选择往复旋转方案，以便最大化热传递系数，并且从而最小化达到目标最终状态温度的时间。类似地，如果产品被识别为碳酸饮料，则选择时间t2 1308小于0.1秒的旋转简况。同样地，如果产品被识别为非碳酸饮料，则选择时间t2 1308大于0.1秒且小于0.6秒的旋转简况。在一些实施方式中，为每种独特的产品提供独特的旋转简况。在一些实施方式中，可以基于包装产品304的一个或多个参数来提供不同的旋转简况。例如，可以基于包装几何形状、食品产品的成分或其他产品性质来提供旋转简况。
应当理解，本文关于各个附图所描述的逻辑操作可以实施为(1)在计算设备(例如，图19中所描述的计算设备)上运行的一系列计算机实施的动作或程序模块(即，软件)，(2)计算设备内的互连机器逻辑电路或电路模块(即，硬件)和/或(3)计算设备的软件和硬件的组合。因此，本文所讨论的逻辑操作不限于硬件和软件的任何具体组合。实施方式是取决于计算设备的性能和其他要求的选择问题。因此，本文所描述的逻辑操作被不同地称为操作、结构设备、动作或模块。这些操作、结构设备、动作和模块可以用软件、固件、专用数字逻辑以及其任何组合来实施。还应当理解的是，可以执行比附图中所示和本文所描述的操作更多或更少的操作。这些操作还可以按照与本文所描述的顺序不同的顺序执行。
参考图19，展示了可以在其上实施本发明的实施例的示例计算设备1900。例如，快速致冷系统100的控制器(未示出)可以被实施为计算设备，比如计算设备1900。应当理解，示例计算设备1900仅是可以在其上实施本发明的实施例的合适的计算环境的一个示例。可选地，计算设备1900可以是众所周知的计算系统，包括但不限于个人计算机、服务器、手持设备或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、网络个人计算机(PC)、小型计算机、大型计算机、嵌入式系统和/或包括多个任何上述系统或设备的分布式计算环境。分布式计算环境使得连接至通信网络或其他数据传输介质的远程计算设备能够执行各种任务。在分布式计算环境中，程序模块、应用程序和其他数据可以存储在本地和/或远程计算机存储介质上。
在实施例中，计算设备1900可以包括协作以便执行任务的彼此通信的两个或更多个计算机。例如，但不通过限制的方式，可以允许同时和/或并行处理应用的指令的方式来对应用进行分区。替代性地，可以以允许由所述两个或更多个计算机同时和/或并行处理数据集的不同部分的方式来对由应用处理的数据进行分区。在实施例中，计算设备1900可以采用虚拟化软件来提供多个服务器的并未直接结合到计算机设备1900中的多个计算机的功能。例如，虚拟化软件可以在四个物理计算机上提供二十个虚拟服务器。在实施例中，上文所披露的功能可以通过在云计算环境中执行一个应用和/或多个应用来提供。云计算可以包括使用动态可扩展计算资源经由网络连接来提供计算服务。云计算可以至少部分地由虚拟化软件来支持。云计算环境可由企业建立和/或可以基于需要从第三方提供商租用。一些云计算环境可以包括企业拥有和操作的云计算资源以及从第三方提供商租用和/或租借的云计算资源。
在其最基本的配置中，计算设备1900通常包括至少一个处理单元1906和系统存储器1904。取决于计算设备的确切配置和类型，系统存储器1904可以是易失性的(比如随机存取存储器(RAM))、非易失性的(比如只读存储器(ROM)、闪速存储器等)或两者的某种组合。此最基本的配置在图19中通过虚线1902展示。处理单元1906可以是执行计算设备1900的操作所需的算术运算和逻辑运算的标准可编程处理器。虽然仅示出了一个处理单元1906，但是可以存在多个处理器。因此，虽然指令可以被讨论为由处理器执行，但是所述指令可以由一个或多个处理器同时地、连续地执行或以其他方式执行。计算设备1900还可以包括总线或用于在计算设备1900的各个部件之间传送信息的其他通信机构。
计算设备1900可以具有附加特征/功能。例如，计算设备1900可以包括附加存储设备，比如可移除存储设备1908和不可移除存储设备1910，包括但不限于磁盘或光盘或磁带。计算设备1900还可以包含允许设备如通过本文所描述的通信路径与其他设备进行通信的(多个)网络连接1916。所述(多个)网络连接1916可以采用以下形式：调制解调器；调制解调器组；以太网卡；通用串行总线(USB)接口卡；串行接口；令牌环卡；光纤分布式数据接口(FDDI)卡；无线局域网(WLAN)卡；如码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)、长期演进(LTE)、全球微波接入互操作性(WiMAX)等无线电收发器卡和/或其他空中接口协议无线电收发器卡以及其他已知的网络设备。计算设备1900还可以具有(多个)输入设备1914，比如键盘、小键盘、开关、拨号盘、鼠标、轨迹球、触摸屏、语音识别器、读卡器、纸带读取器或其他已知的输入设备。还可以包括(多个)输出设备1912，比如印刷机、视频监测器、液晶显示器(LCD)、触摸屏显示器、显示器、扬声器等。附加设备可以连接至总线，以便促进计算设备1900的部件间的数据通信。所有这些设备在本领域中是众所周知的，并且本文不需要进行详细讨论。
处理单元1906可以被配置成执行在有形计算机可读介质中编码的程序代码。有形计算机可读介质是指能够提供使计算设备1900(即，机器)以特定方式操作的数据的任何介质。可以利用各种计算机可读介质来向处理单元1906提供指令以供执行。示例有形计算机可读介质可以包括但不限于在用于存储比如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术中实施的易失性介质、非易失性介质、可移除介质和不可移除介质。系统存储器1904、可移除存储设备1908和不可移除存储设备1910都是有形计算机存储介质的示例。示例有形计算机可读记录介质包括但不限于集成电路(例如，现场可编程门阵列或专用IC)、硬盘、光盘、磁光盘、软盘、磁带、全息存储介质、固态设备、RAM、ROM、电可擦除程序只读存储器(EEPROM)、闪速存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多用盘(DVD)或其他光存储设备、磁带盒、磁带、磁盘存储设备或其他磁性存储设备。
对电气工程领域和软件工程领域而言很重要的是，可以通过将可执行软件加载到计算机中来实施的功能可以通过公知的设计规则被转换成硬件实施方式。在以软件还是硬件来实施概念之间的决策典型地取决于对设计的稳定性以及要产生单元的数量的考虑，而不是从软件域转化成硬件域时所涉及的任何问题。通常，仍受制于频繁变化的设计可以优选地以软件来实施，因为重新开发硬件实施方式比重新开发软件设计昂贵的多。通常，将会大量生产的稳定设计可以优选地以硬件来实施(例如，以专用集成电路(ASIC))，因为对于大量生产运行，硬件实施方式可能比软件实施方式更便宜。通常，设计可以以软件形式进行开发和测试并且随后通过公知的设计规则被变换成与软件的指令硬接线连接的专用集成电路中的等效硬件实施方式。采用与由新ASIC控制的机器相同的方式的是特定机器或装置，同样地，已利用可执行指令编程和/或加载的计算机可以被视为特定机器或装置。
在示例实施方式中，处理单元1906可以执行存储在系统存储器1904中的程序代码。例如，总线可以将数据携带至系统存储器1904中，处理单元1906从所述系统存储器接收并且执行指令。系统存储器1904接收的数据可以可选地在由处理单元1906执行之前或之后存储在可移除存储设备1908或不可移除存储设备1910上。
图20至图23展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统2000。如图20至图21中最佳示出的，快速致冷系统2000包括具有系统门2010的本体2001，所述系统门包围多个子系统，以将食品产品快速地致冷到过冷温度。快速致冷系统2000的系统门2010上的用户界面包括显示器2002和启动按钮2008。显示器2002显示提供用于使包装食品产品过冷的指令的图形用户界面屏幕。例如，显示器2002可以显示用于将包装食品产品插入快速致冷系统2000中的指令。
具有门把手2006的产品门2004设置在快速致冷系统2000的系统门2010上，以促进消费者将处于起始温度的包装食品产品插入快速致冷系统2000中，并从快速致冷系统2000中移除处于最终状态的包装食品产品。在一些实施方式中，起始温度可以是快速致冷系统2000外部的环境室温。在一些实施方式中，起始温度可以是低于环境室温且高于最终状态温度的中间温度。例如，可以将包装食品产品从致冷储存容器(比如冷却器或自动售货机)中移除，所述致冷储存容器将包装食品产品维持在中间温度(例如，35°F-50°F)并插入快速致冷系统2000中。
产品门2004可以经由门把手2006手动致动，比如竖直地或水平地滑动以打开和关闭产品门2004。一个或多个传感器(未示出)可以判定产品门2004是打开还是关闭。另外地，产品门2004可以包括一个或多个锁(未示出)，比如磁锁或螺线管锁，所述一个或多个锁被致动以确保产品门2004在快速致冷系统2000操作期间不被打开。快速致冷系统2000上的工作流可以基于指示门打开或关闭的产品门传感器来调节。例如，响应于检测到产品门2004打开，显示屏2002可以转变到示出如何将包装食品产品插入快速致冷系统2000中并关闭产品门2004的可视指令的屏幕。在检测到产品门2004关闭时，显示屏2002可以转变到示出用于在选择启动按钮2008时启动包装食品产品的快速致冷的可视指令的屏幕。设想了其他工作流。在一些实施方式中，产品门2004由马达(未示出)基于在用户界面上作出的一个或多个选择自动地致动。
快速致冷系统2000的本体2001上的一个或多个锁(比如顶部锁2012和底部锁2013)将系统门2010固定到本体2001。将锁2012、2013解开促进打开系统门2010，以便对快速致冷系统2000的内部子系统进行维修、修理或其他访问。设想了快速致冷系统2000的本体2001的其他配置。例如，显示屏2002可以是触摸屏显示器。在这样的实施例中，可以消除启动按钮2008，并且虚拟启动按钮可以作为可选择的启动图标显示在显示屏2002上。
图22至图23展示了适用于实施本披露内容的若干实施例的快速致冷系统2000的子系统。快速致冷系统2000的子系统包括产品识别子系统2014、产品处理子系统2016、快速致冷子系统2018和产品精加工子系统2020。
产品识别子系统2014包括产品扫描仪2022和温度传感器2024。产品扫描仪2022被配置成扫描产品2026，以识别产品2026的一个或多个特性部件，从而明确地识别产品2026。在一些实施方式中，产品2026可以由用户或由马达(未示出)在产品平台2028上旋转。在一些实施方式中，在用户在将产品2026放置在产品平台2028上之前将产品2026放置在扫描场2030中时，产品扫描仪2022可以扫描产品2026。由扫描仪2022扫描产品2026促进识别产品2026的一个或多个特性部件，比如条形码、标签或其他识别标记。
产品识别包括识别食品产品的类型(例如，糖甜味化的碳酸饮料、低热量碳酸饮料、果汁饮料、奶昔、乳饮料、酸奶产品等)、包装类型(例如，PET碳酸饮料瓶、铝罐、铝瓶、热填充型PET饮料瓶、无菌PET饮料瓶等)，以及包装大小(例如，20液盎司包装、12液盎司包装、8液盎司包装等)。在一些实施方式中，食品产品的类型可以包括产品2026的一个或多个特性，比如产品2026的热传递系数。产品识别可以包括产品2026的其他特征的识别，比如产品2026的品牌、产品2026的包装图形、与产品2026上的图形相关联的广告活动或产品2026的任何其他特性特征。
在一些示例中，扫描仪2022可以是被配置成读取产品2026的包装上的条形码的条形码扫描仪。如图22所示出的，扫描仪2022定位在快速致冷系统2000的本体2001中，并被配置成在产品台2032内的扫描区2030中发射电磁场。
在另一个示例中，扫描仪2022可以是一个或多个相机，所述一个或多个相机被配置成在产品台2032内的扫描区2030中捕获产品2026的一个或多个图像。(多个)经捕获图像可以与一个或多个基线产品图像相比较，或以其他方式进行处理以识别产品2026。在一些实施方式中，扫描仪2022可以包括Roekens等人的发明名称为“Merchandiser withProduct Dispensing Chute Mechanism(具有产品分配斜槽机构的售卖机)”的美国专利申请公开号2017/0024950中描述的光学识别系统，所述美国专利申请特此通过援引以其全文并入本文。设想了其他产品识别机构，比如RFID读取器或其他无线标签读取器。
温度传感器2024绕产品台2032的底表面定位，并且被配置成测量产品平台2028上的产品2026的温度。温度传感器2024可以是被配置成感测产品2026的温度的非接触式温度传感器。例如，温度传感器2024可以是红外温度传感器，所述红外温度传感器被布置成感测由产品2026沿着温度感测区2034发射的红外辐射。在另一个示例中，超声波传感器可以用于感测包装食品产品的温度。可以使用其他基于接触的或非接触式温度传感器。
产品2026可以具有各种形状和大小并且具有在不同位置处标记的产品。产品标签可以通过温度传感器2024隔离或以其他方式影响用于2026的温度读数。然而，产品2026的基部通常具有较少的种类或可变性，并且通常不被标签覆盖。因此，当产品2026被放置在产品平台2028上时，温度传感器2024被布置成在对应于所述产品的基部的位置处沿着温度感测区2034感测产品2026的初始温度。测量产品2026的基部处的温度允许准确地感测更多种类的包装类型的温度，而无需考虑不同的包装大小、形状和产品标签位置。
产品台2032定位在快速致冷系统2000的本体2001中，并且包围用户在打开产品门2004时可进入的区。产品台2032被分成两半，并由产品台的第一部分2036和产品台的第二部分2038构成。产品台的第一部分2036和第二部分2038被配置成在第一位置与第二位置之间绕垂直于产品平台2028的对应轴线旋转。在第一位置中，产品台的第一部分2036和第二部分2038如图22至图23所示出的被定位成包围产品平台2028。在第一位置中，产品台的第一部分2036和第二部分2038防止用户接近快速致冷系统2000的除产品台2032之外的其他内部部分。在第二位置中，产品台的第一部分2036和第二部分2038朝本体2001的侧面与产品平台2028间隔开。在第二位置中，产品台的第一部分2036和第二部分2038在使用时背离快速致冷系统2000的移动部件移动，以便不干扰其操作。
产品台的第一部分2036被粘着到快速致冷系统2000的框架的扭力弹簧2040偏置到第一位置。同样地，产品台的第二部分2038被粘着到快速致冷系统2000的框架的扭力弹簧2042偏置到第一位置。产品台的第一部分2036包括凸轮2044并且产品台的第二部分2038包括凸轮2046。
产品处理子系统2016包括联接至线性致动器组件2050的框架2048。线性致动器组件2050包括驱动马达2052和滑动件2054。驱动马达2052联接至框架2048以沿着滑动件2054移动框架2048。线性致动器组件2050在竖直方向上安装在本体2001内，使得滑动件2054定位在升降销底座2056与快速致冷子系统2018之间。升降销底座2056定位在本体2001的顶表面上的框架上、位于线性致动器组件2050上方的固定位置中。在操作中，驱动马达2052在竖直方向上朝升降销底座2056向上移动框架2048，并且朝快速致冷子系统2018向下移动所述框架。
第一凸轮从动件2058在与产品台的第一部分2036上的凸轮2044对齐的位置处粘着到框架2048。第二凸轮从动件2060在与产品台的第二部分2038上的凸轮2046对齐的第二位置处粘着到框架2048。在驱动马达2052在竖直方向上朝快速致冷子系统2018向下移动框架2048时，比如在开始快速致冷操作以使产品2026过冷时，第一凸轮从动件2058和第二凸轮从动件2060跟随产品台的第一部分2036和第二部分2038上的凸轮2044、2046，并抵消扭力弹簧2040、2042施加的力以将产品台的第一部分2036和第二部分2038旋转到第二位置。
产品处理子系统2016还包括联接至框架2048的产品旋转马达2062。产品旋转马达2062被配置成向联接至心轴2066的轮轴2064施加扭矩。轴2068联接至心轴2066并延伸穿过所述心轴。轴2068和心轴2066联接在一起，以防止在轴向上于其间的旋转，同时允许轴2068相对于心轴2066在竖直方向上移动。因此，产品旋转马达2062的旋转导致轴2068的旋转。在轴2068的下端处，朝快速致冷子系统2018的是类似于以上所描述的抓持器机构722的抓持器机构2070。在轴2068的上端处，在产品旋转马达2062的上方朝升降销底座2056的是类似于以上所描述的升降销724的升降销(未示出)。
抓持器壳2072刚性地粘着到框架2048，并在竖直方向上朝快速致冷子系统2018延伸。产品平台2028可旋转地粘着到抓持器壳2072的基部，类似于以上所描述的可旋转产品基部738。在心轴2066内，弹簧(未示出)被压靠在粘着到轴2068的弹簧板(未示出)上，以在轴2068的下端上将抓持器机构2070朝背离产品旋转马达2062的最大延伸位置偏置。当轴2068在心轴2066内竖直移动时，弹簧板压缩弹簧。
包装处理子系统2016的操作与以上参考图8A至图8C详细描述的包装处理子系统700的操作基本相同。
快速致冷子系统2018包括适于在其中储存冷却流体的隔热冷却流体杜瓦瓶2074。冷却流体杜瓦瓶2074包括在其顶表面上的开口，所述开口的大小被设定成在包装处理子系统2016朝快速致冷子系统2018降低框架2048时收纳抓持器壳2072。例如，冷却流体可以是丙二醇、甘油或其他食品级热传递流体。冷却流体可以通过包含在冷却流体杜瓦瓶2074内的蒸发器盘管(未示出)维持在目标冷却温度。在一些实施方式中，冷却温度为-30℃。可以使用其他冷却温度。蒸发器盘管是制冷系统2076的一部分，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器盘管。冷却流体杜瓦瓶2074和制冷系统2076被配置为盒单元并且在本体2001内安装在滑橇2078上以促进从本体2001移除，从而维持或更换盒或其部件。
搅拌器(未示出)安装在冷却流体杜瓦瓶2074的底表面上，以供冷却流体在其中循环，从而维持一致的冷却流体温度。搅拌器可以是旋转桨片、螺杆或其他流体搅拌机构。搅拌马达2080联接至搅拌器并且被配置成操作搅拌器。在一些实施方式中，搅拌马达2080联接至冷却流体杜瓦瓶2074的底部外表面上的搅拌轮轴(未示出)。搅拌轮轴进而联接至一个或多个磁体，使得搅拌马达2080的旋转导致搅拌轮轴的旋转，这进而导致一个或多个磁体的旋转。搅拌器磁性地联接至一个或多个磁体，并且被配置成在冷却流体杜瓦瓶2074内与其一起旋转。
流体液位组件提供了从冷却流体杜瓦瓶2074的内部到流体液位管2082的流体路径。流体液位管2082填充冷却流体到与冷却流体杜瓦瓶2074内的冷却流体的液位相同的液位。比如超声波距离传感器或其他距离传感器等流体液位传感器2084被安装到流体液位管2082的顶部，并测量到流体液位管2082中的流体液位的距离。冷却流体杜瓦瓶2074内的冷却流体的液位基于测得的距离来确定。
产品精加工子系统2020从产品2026中清除冷却流体，并可选地启动过冷产品2026中冰晶的成核。清洁腔2086定位在冷却流体杜瓦瓶2074与产品台2032之间。当框架2048从冷却流体杜瓦瓶2074提升到产品台2032时，清洁腔2086包围被配置成收纳抓持器壳2072或其一部分的区。清洁腔2086包括进气口2088a和进气口2088b，所述进气口沿着清洁腔2086内的抓持器壳2072的行进路径定位。鼓风机2090a被配置成通过进气口2088a吹送空气。同样地，鼓风机2090b被配置成通过进气口2088b吹送空气。在一些实施方式中，进气口2088a、2088b被配置成与来自鼓风机2090a、2090b的已吹送空气形成空气叶片。
在操作中，在达到产品2026的目标温度时，驱动马达2052提升框架2048远离冷却流体杜瓦瓶2074。当抓持器壳2072穿过清洁腔时，鼓风机2090a、2090b被打开，以将冷却流体从产品2026中吹出。同时，产品旋转马达2062旋转产品平台2028上的产品2026，以将产品的所有表面暴露于通过进气口2088a、2088b提供的空气力。清洁操作继续直到产品平台2028提升到进气口2088a、2088b中的至少一个上方。在一些实施方式中，清洁操作继续直到产品平台2028提升到两个进气口2088a、2088b上方。从产品2026中移除的冷却流体通过重力落回到冷却流体杜瓦瓶2074中。
虽然冷却流体中的大多数通过鼓风机2090a、2090b从产品2026中移除，但是当产品2026从清洁腔2086被提升到产品台2032的区中时，所述产品上可能仍然存在偶然的液滴。有时，通过产品旋转马达2062的继续操作，这些剩余液滴中的一个或多个可以从产品2026中移除。然而，在清洁操作期间，产品台的第一部分2036和第二部分2038定位在第二位置中。在第二位置中，第一冷却流体漏斗2099a定位在产品台的第一部分2036下方。在第二位置中，第二冷却流体漏斗2099b定位在产品台的第二部分2038下方。漏斗2099a、2099b与清洁腔2086或冷却流体杜瓦瓶2074处于流体连通。因此，从产品2026中移除的偶然冷却流体液滴可以被收集到漏斗2099a、2099b中，并通过重力返回到冷却流体杜瓦瓶2074。
在清洁操作之后，过冷产品2026内的冰晶成核被启动。例如，冰晶成核通过来自CO2源2092的CO2流的冷接触启动。在一些实施方式中，冰晶成核被启动，如在于2018年9月6日提交的发明名称为“Supercooled Beverage Nucleation and Ice Crystal FormationUsing a High-Pressure Gas(使用高压气体的过冷饮料成核和冰晶形成)”的美国申请号62/727,867中描述的，所述美国申请特此通过援引以其全文并入本文。
CO2源2092可以包括连接至CO2歧管2094的多个CO2瓶。CO2歧管2094具有经由截止阀2096与喷嘴2098处于流体连通的出口。在清洁操作完成时，驱动马达2052朝冷却流体杜瓦瓶2074降低框架2048，以将产品2026定位在喷嘴2098的路径中。例如，框架2048可以被降低直到产品平台2028位于喷嘴2098下方预定距离。在此位置处，产品2026的基部在喷嘴2098的路径中。截止阀2096打开持续与产品2026相关联的预定时间段，从而将产品2026暴露于冷CO2流。在一些实施方式中，在与产品2026接触时，CO2可以是液相、气相或两者的组合。
可以使用用于启动产品2026中冰晶成核的其他部件。例如，产品2026可能要经受冲击、超声波搅拌或其他成核启动事件。在产品2026中启动冰晶成核时，产品旋转马达2062可以在产品平台2028上旋转产品2026，以在整个产品2026中传播冰晶成核。
图24展示了快速致冷系统2000的控制器(未示出)的状态图2400。快速致冷系统2000的控制器可以实施为计算设备，比如以上所描述的计算设备1900。状态图2400在2402处被初始化，比如在接收到用于快速致冷系统2000的电力时。状态图2400包括一组正常操作状态2404和一组异常操作状态2406。在检测到与异常操作状态2406之一相对应的异常操作状况时，控制器可以进入异常操作状态2406之一。
在确定当前时间在可用时间范围之外时，进入非工作(off duty)状态2408。在一些实施方式中，非工作状态2408仅从正常操作状态2404的空闲状态2416进入。例如，快速致冷系统2000的可用范围可以对应于放置快速致冷系统2000的出口的操作时间。可以使用其他时间范围，比如仅在午餐或晚餐高峰期间。在非工作状态2408下，快速致冷系统2000可以减少快速致冷系统2000所使用的电力量。例如，制冷系统2076可以在非工作状态2408期间被禁用，即使冷却流体不再处于目标冷却温度。当在非工作状态2408时，在进入快速致冷系统2000的可用时间范围时，控制器转变回到空闲状态2416。
在确定一个或多个工艺参数在标称范围之外时进入暂停状态2410。例如，在冷却流体温度超过目标冷却温度大于阈值温度差时，控制器可以进入暂停状态2410。在另一个示例中，在确定框架2048或轴2068不在空闲或原始位置时，控制器可以进入暂停状态2410。在一些实施方式中，暂停状态2408仅从正常操作状态2404的空闲状态2416进入。
当在暂停状态2404时，在所有工艺参数返回到标称范围时，控制器转变回到空闲状态2416。例如，在制冷系统2076将冷却流体温度拉回到目标冷却温度的阈值温度差内时，控制器可以转变回到空闲状态2416。同样地，在执行归位操作以将框架2048或轴2068定位回空闲或原始位置时，控制器可以转变回到空闲状态2416。
在确定存在任何错误代码时，进入错误状态2412。错误状态可以在任何时间从任一正常操作状态2404进入。在任一子系统或其部件故障时，或在确定快速致冷系统2000的不安全操作状况时，可能会生成错误代码。
通过技术人员或工作人员经由重置状态2414重置快速致冷系统2000，控制器仅能够从错误状态2412转变回到空闲状态2416。重置状态2414可以仅在快速致冷系统的服务或测试操作模式下进入。在解决所有错误代码时，控制器在重置状态2414下被重置，并在重新启动时转变回到空闲状态2416。
在空闲状态2416下，控制器等待用户打开产品门2004并通过产品扫描仪2022扫描产品2026。在检测到产品门2004关闭时，控制器从空闲状态2416转变到抓持状态2418。在抓持状态2418下，控制器将驱动马达2052操作到抓持高度，以将抓持器机构2070定位成与产品2026强制性接合以在产品平台2028上旋转。同样地，控制器操作产品旋转马达2062，以使轴2068上的升降销从升降销底座2056脱离。例如，控制器如以上结合图8A至图8C在包装装载程序中所描述的那样操作。
在抓持状态2418结束时，心轴2066中的弹簧将来自抓持器机构2070的向下的力施加在产品2026上，以便在抓持器机构2070与可旋转产品平台2028之间抓持产品2026。在此配置中，产品旋转马达2062的旋转导致产品2026在产品平台2028上旋转。
在接收到启动按钮2008的选择时，控制器转变到致冷状态2420。在致冷状态2420下，控制器操作驱动马达2052以将框架2048降低到致冷高度，使得产品2026被浸没在冷却流体杜瓦瓶2074中的冷却流体中。控制器基于如由流体液位传感器2084确定的冷却流体的流体液位来确定致冷高度。另外地，致冷高度基于产品2026的产品高度来确定。例如，致冷高度可以在产品2026的在抓持器机构2070下方的一部分浸没在冷却流体中的位置处，但是抓持器机构2070的底部不接触冷却流体或浸没在冷却流体中。通过不将抓持器机构2070浸没在冷却流体中，抓持器机构2070由于重复加热和冷却循环而经受较少机械磨损。另外地，防止冷却流体到达产品2026的顶部，比如产品封盖或消费者的嘴可能接触产品2026的位置。
产品高度根据产品扫描仪2022对产品2026的识别来确定。例如，在产品扫描仪2022识别产品2026时，控制器可以经由一个或多个数据库表来索引、识别或以其他方式查找产品2026的产品特性。除了产品高度，产品特性可以包括产品2026的热传递常数和产品2026的目标过冷温度。不同类型的产品可以具有不同的目标过冷温度。
不同的产品类型、包装类型和/或包装大小还可以具有不同的热传递速率，并且因此具有不同的热传递常数。在一些实施方式中，对于类似类型的包装的不同包装大小，只要包装几何形状在不同包装大小下类似，则热传递常数可以按比例因子进行缩放。使用比例因子，不需要单独确定用于每个包装类型和包装大小的热传递系数。相反，对于给定包装类型的单个包装大小，可以确定热传递常数，并且比例因子可以用于缩放针对相同包装类型的不同包装大小的热传递系数。在各个实施方式中，比例因子是时间常数。在各个实施方式中，比例因子相对于包装大小是非线性的。
在达到致冷高度时，控制器操作产品旋转马达2062以将产品2026快速致冷到产品2026的目标过冷温度。具体地，控制器根据相关联的旋转方案和与产品2026相关联的旋转简况来操作产品旋转马达2062。如以上所讨论的，旋转方案限定了从上方观察时产品2026被产品旋转马达2062顺时针和/或逆时针旋转的方向和模式。产品2026的旋转简况限定了加速度、最大角速度、用于维持最大角速度的时间段或持续时间t2、停留时间。
在各个实施方式中，产品2026的旋转方案和旋转简况在可由技术人员在显示器2002上访问的旋转设置屏幕(未示出)中可配置。旋转设置屏幕提供用于基于在顺时针方向上旋转的分度旋转方案、逆时针方向上旋转的分度旋转方案与产品2026的往复旋转方案之间的选择来指定旋转方案的选项。同样地，旋转设置屏幕提供用于输入旋转简况加速度、最大角速度、用于维持最大角速度的时间段或持续时间t2、以及停留时间中的每一个的值的选项。
在各个实施方式中，可以设置产品2026的旋转方案，以在与将产品标签施加到产品2026的方向相同的方向上旋转产品2026，从而防止在使用时移除产品标签。例如，如果将标签在逆时针方向上施加到产品2026，则旋转方案可以指示在逆时针方向上旋转产品2026。因此，流体将随着标签的前缘流动，以便抵靠产品2026推动标签的前缘，如与流体抵靠标签的前缘流动并背离产品2026推动所述标签的前缘相反。以这种方式，防止标签在使用时从产品2026中移除。
在一些实施方式中，可以限定产品2026的多个旋转域。旋转域中的每一个可以包括不同的旋转方案和/或旋转简况以及用于使产品2026过冷且旋转域在其中操作的总时间的分配百分比。例如，对于第一产品，第一旋转域可以包括第一旋转方案和第一旋转简况。第二旋转域可以包括与第一旋转域不同的旋转方案和/或旋转简况。分配第一旋转域以在用于使第一产品过冷的总时间的第一百分比内操作。分配第二旋转域以在用于使第一产品过冷的总时间的第二百分比内操作。在使用时，控制器在第一时间段内根据第一旋转域操作产品旋转马达2062，所述第一时间段等于用于使第一产品过冷的总时间的第一百分比。然后，控制器在第二时间段内根据第二旋转域操作产品旋转马达2062，所述第二时间段等于用于使第一产品过冷的总时间的第二百分比。虽然在以上示例中仅描述了两个旋转域，但是可以使用任何数量的旋转域。
除了在旋转设置屏幕上限定旋转方案和旋转简况之外，产品食谱屏幕(未示出)可由技术人员在显示器2002上访问，以针对所识别产品2026限定快速致冷系统2000的操作参数。在一些实施方式中，旋转设置屏幕可经由产品食谱屏幕访问，比如在选择旋转设置屏幕导航选项(例如，旋转设置屏幕按钮)时。产品2026的在产品食谱屏幕中限定的操作参数相对于产品2026的由产品扫描仪2022确定的标识符(例如，与产品2026相关联的UPC代码或其他标识符)进行索引。产品2026的操作参数包括产品2026的物理特性、产品2026的热力学特性以及产品2026的操作设置。产品2026的操作参数中的每一个可以经由在显示器2002上输入相应的值而被提供给快速致冷系统2000。
产品2026的物理特性包括产品2026的体积(例如，12盎司的容器)、产品2026是碳酸化的还是非碳酸化的、以及产品2026的高度。在一些实施方式中，产品2026的高度被限定为控制器操作驱动马达2052降低框架2048以将产品2026定位在抓持高度和致冷高度处的高度。换句话说，抓持高度和致冷高度是值经由产品食谱屏幕设置的输入参数。产品2026的热力学特性包括产品2026的热传递常数、产品2026的比例因子以及产品2026的目标过冷温度。
产品2026的操作特性包括限定了在抓持操作期间驱动驱动马达2052的速度的抓持速度以及用于将产品2026冷却到目标过冷温度之后的精加工操作的设置，这将在以下更详细地描述。
在一些实施方式中，产品2026在致冷流体中操纵的总时间是经计算值。例如，控制器被配置成基于冷却流体的温度、产品2026的由温度传感器2024感测的初始温度、产品2026的热传递常数(以及可选地比例因子)以及产品2026的目标过冷温度来计算总时间。另外地，控制器可以使总时间的计算基于产品2026的旋转方案和/或旋转简况设置。例如，不同的旋转方案和/或旋转简况可能影响产品2026的不同的热传递速率，并且因此影响总时间的计算。
在操作中，在总时间结束时，控制器从致冷状态2420转变到干燥状态2422。在干燥状态2422下，控制器操作驱动马达2052以将框架2048提升到干燥开始位置。在干燥开始位置，将产品2026从致冷流体中移除。换句话说，产品平台2028高于致冷流体的流体液位。在达到干燥开始位置时，控制器操作鼓风机2090a、2090b打开，并且操作产品旋转马达2062以干燥RPM在干燥方向(例如，顺时针或逆时针)上旋转。干燥RPM可以等于或小于产品2026的预定旋转简况的最大RPM。产品旋转马达2062以干燥加速度加速到干燥RPM。同时，控制器操作驱动马达2052以将框架2048提升到干燥停止位置。驱动马达2052可以以干燥速度驱动。在一些实施方式中，驱动马达2052的干燥速度低于驱动马达2052的抓持速度。在干燥停止位置，产品平台2028被提升到进气口2088a、2088b中的至少一个上方。在一些实施方式中，干燥停止位置的高度使得产品平台2028被提升到两个进气口2088a、2088b上方。干燥方向、干燥RPM、干燥加速度和干燥速度被限定为产品2026的快速致冷系统2000在产品食谱屏幕中的操作参数。
在框架2048到达干燥停止位置时，控制器操作马达2052、2062和鼓风机2090a、2090b停止，并且控制器转变到成核状态2424。在一些实施方式中，对于一些产品来说，可以跳过成核状态2424。在成核状态2424下，控制器操作驱动马达2052将框架2048降低到成核位置。在成核位置处，产品平台2028位于喷嘴2098下方预定距离，使得产品2026的基部处于喷嘴2098的路径中。控制器操作截止阀2096打开持续与产品2026相关联的成核时间段，从而将产品2026暴露于冷CO2流中，并启动产品2026中冰的成核。成核2024是否被执行(例如，选择启用成核或跳过成核)、成核位置和成核时间段被限定为产品2026的快速致冷系统2000在产品食谱屏幕中的操作参数。
在成核期结束时，控制器操作截止阀2096关闭，并且控制器转变到精加工状态2426。在精加工状态2426下，控制器可以操作产品旋转马达2062在预定的精加工时间或量内旋转，以跨产品2026传播冰的成核。例如，控制器可以操作产品旋转马达2062旋转精加工量(例如，旋转度或时间量)，直到最大精加工速度，从而以精加工加速度加速。控制器操作驱动马达2052提升框架2048，以将抓持器机构2070从产品2026脱离，并将框架2048返回到产品台的第一部分2036和第二部分2038包围产品平台2028的起始高度。控制器可以操作产品门2004上的锁来解锁，使得用户可以打开产品门2004，并将产品2026从产品平台2028移除。在控制器检测到产品门2004已经打开时，控制器转变回到空闲状态2416。精加工量、最大精加工速度和精加工加速度被限定为产品2026的快速致冷系统2000在产品食谱屏幕中的操作参数。
图25展示了快速致冷系统2000的用户界面的状态图2500。用户界面可以被实施为结合图24描述的控制器的一部分，或实施为快速致冷系统2000的单独用户界面控制器，所述单独用户界面控制器可以被实施为计算设备，如以上所描述的计算设备1900。在快速致冷系统2000通电时，用户界面的状态图2500在2502处开始。在2504处，当快速致冷系统处于暂停状态2410时，用户界面在显示器2002上显示准备屏幕。例如，准备屏幕可以指示制冷系统2076正在操作以将冷却流体温度冷却回到目标冷却温度的阈值温度差内。在快速致冷系统2000转变到空闲状态2416时，在2506处，用户界面在显示器2002上显示第一空闲屏幕。第一空闲屏幕指导用户按下启动按钮2008或触摸显示器2002以开始用户会话。在第一预定空闲时间之后，在2508处，用户界面在显示器2002上显示第二空闲屏幕。第二空闲屏幕指导用户如何使用快速致冷系统2000。例如，第二空闲屏幕可以指导用户扫描并插入产品、关闭产品门2004、并按下启动按钮2008。在第二预定空闲时间之后，在空闲循环中，用户界面循环回在显示器2002上显示第一空闲屏幕。
在2510处，用户界面判定启动按钮2008是否已经被按下、显示器2002是否已经被触摸、或产品是否已经被产品扫描仪2022扫描。如果否，则用户界面循环回以上所描述的空闲循环。否则，在2512处，用户界面在显示器2002上显示第二空闲屏幕。如果产品未被扫描，则用户界面等待直到产品已经被扫描完毕。如果产品在扫描时间段内未被扫描，则用户界面将超时并再次循环回空闲循环。
否则，在产品被扫描时，用户界面在2514处判定扫描是否是有效扫描。例如，用户界面判定被扫描产品是否是将与快速致冷系统2000一起使用的有效预注册产品。如果否，则在2516处，用户界面在显示器2002上显示无效产品屏幕。在超时时段或在检测到产品门2004已经打开时，用户界面循环回在2512处显示第二空闲屏幕，并等待对有效产品的扫描。否则，在确定被扫描产品有效时，用户界面判定产品门2004是否关闭。如果否，则用户界面在循环回在2512处显示第二空闲屏幕之前等待超时时段。在2520处，在确定产品门2004关闭时，用户界面在显示器2002上显示一键启动(push-to-start)屏幕。此外，快速致冷系统2000转变到抓持状态2418。
在2522处，用户界面判定被扫描产品是否位于抓持器中。例如，用户界面可以在抓持状态2418期间检测驱动马达2052或产品旋转马达2062中任一者的无效操作电压或电流。马达2052、2062中的无效操作电压或电流可能是由马达之一试图在本体2001的刚性框架构件的方向上驱动马达而引起的。
例如，如果插入到产品平台2028上的产品比被扫描产品短，则框架2048将不会被驱动到足够低的位置，以使抓持器机构2070与产品完全接合，并将轴2068上的升降销从升降销底座2056提起，如结合图8A至图8C的装载程序中所描述的。在这种情况下，在接合产品旋转马达2062以将轴2068上的升降销旋转90°时，升降销将被驱动到升降销底座2056中，从而导致产品旋转马达2062停止或以其他方式具有无效操作电压或电流。在另一个示例中，如果插入到产品平台2028上的产品比被扫描产品高，则框架2048将试图被驱动到升降销或轴2068沿着本体2001的顶部与框架或其他刚性构件邻接的高度，从而导致驱动马达2052停止或具有无效的操作电压或电流。
在一些实施方式中，当用产品旋转马达2062在产品平台2028上旋转产品时，用户界面通过用产品扫描仪2022再次扫描产品来判定被扫描产品是否位于抓持器中。
在2524处，在确定抓持器中有无效产品时，用户界面在显示器2002上显示无效产品屏幕。在超时时段之后，在2526处，用户界面显示打开门屏幕，所述打开门屏幕指导用户打开产品门2004并移除或扫描无效产品。在检测到产品门2004已经被打开时，用户界面循环回在2512处显示空闲屏幕。
在2528处，用户界面判定是否已经按下启动按钮2008。如果否，则在超时时段之后，如以上所描述的，用户界面在2526处显示门打开屏幕。否则，在确定已经按下启动按钮2008时，用户界面在2530处继续进行，以在显示器2002上显示启动快速致冷屏幕。另外地，在确定已经按下启动按钮2008时，快速致冷系统2000转变到致冷状态2420。在启动快速致冷屏幕上，用户界面可以显示用于使产品2026过冷的经计算总时间。在一些实施方式中，所显示时间等于总时间加上用于产品干燥和成核的预定精加工时间。
在2532处，用户界面可以显示一个或多个致冷操作图像或视频，直到达到用于使产品2026过冷的总时间。在用于使产品2026过冷的总时间结束后，在2534处，用户界面在显示器2002上显示精加工完成屏幕。当快速致冷系统2000通过干燥状态2422、成核状态2424和精加工状态2426继续进行时，精加工完成屏幕可以指示总剩余时间量。
在精加工状态2426结束时，用户界面根据产品类型在2536处或2538处显示产品完成屏幕。例如，对于起泡饮料产品，可以显示完成屏幕2536，而对于其他产品，可以显示完成屏幕2538。产品完成屏幕2536、2538指导用户打开产品门2004并从快速致冷机2000中移除产品。在产品门2004被打开时，用户界面在2512处循环回到空闲产品屏幕。
应当理解，本文所描述的各种技术可以结合硬件或软件或在适当的情况下结合其组合来实施。因此，当前披露的主题的方法和装置或其某些方面或部分可以采用在有形介质中体现的程序代码(即，指令)的形式，比如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任何其他机器可读存储介质，其中，当程序代码被加载到比如计算设备等机器中并由其执行时，所述机器变为用于实践所披露主题的装置。在可编程计算机上执行程序代码的情况下，计算设备通常包括处理器、可由处理器读取的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入设备以及至少一个输出设备。一个或多个程序可以实施或利用结合所披露主题所描述的过程，例如，通过使用应用程序编程接口(API)、可重用控件等。这样的程序可以用高级过程语言或面向对象的编程语言来实施，以与计算机系统进行通信。然而，如果需要，所述(多个)程序可以用汇编语言或机器语言来实施。在任何情况下，语言可以是编译语言或解释语言，并且其可以与硬件实施方式结合。
本文可以参考方法、系统、装置和计算机程序产品的框图和流程图来描述方法和系统的实施例。应当理解，框图和流程图的每一方框以及框图和流程图中的方框的组合可以分别由计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置上以便产生机器，使得在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令产生用于实施在一个或多个流程框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，所述计算机可读存储器可以指引计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实施在一个或多个流程框中指定的功能的计算机可读指令的制品。还可以将计算机程序指令加载至计算机或其他可编程数据处理装置上以使在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施在一个或多个流程框中指定的功能的步骤。
因此，框图和流程图的方框支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应理解的是，可以通过执行特定功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实施框图和流程图的每一方框及框图和流程图中方框的组合。
虽然本披露内容已提供了若干实施例，但是应当理解，在不脱离本披露内容的精神或范围的情况下，可以以许多其他特定形式实施所披露的系统和方法。本发明示例应被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明不限于在此给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以被忽略或不实施。
此外，在不脱离本披露内容的范围的情况下，各个实施例中所描述和展示为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或整合。被示出或讨论为彼此直接联接或通信的其他项目可以通过某个接口、设备或中间部件间接联接或通信，不论是电气地、机械地还是以其他方式。改变、替代以及变更的其他示例可以由本领域的技术人员确定并且可以在不脱离在此披露的精神和范围的情况下做出。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种快速致冷系统，包括：
在其中具有冷却流体的冷却流体储器，其中所述冷却流体在所述冷却流体储器内被冷却至冷却流体温度；
包装处理系统，所述包装处理系统包括适于抓持食品产品包装的抓持器机构，所述包装处理系统被配置成根据具有旋转简况的旋转方案在所述冷却流体储器的冷却流体中旋转所述食品产品包装；以及
产品识别系统，所述产品识别系统被配置成确定所述食品产品包装的身份，其中所述包装处理系统被配置成基于所述食品产品包装的身份选择所述旋转方案或所述旋转简况。
2.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述旋转简况包括停止角速度、在第一方向上旋转的加速度曲线、最大角速度值、最大角速度持续时间、用于所述停止角速度的减速度曲线以及在所述停止角速度处旋转之间的停留时间。
3.如权利要求2所述的快速致冷系统，其中，所述旋转简况指定所述停留时间小于0.1秒。
4.如权利要求2所述的快速致冷系统，其中，所述旋转方案是其中所述食品产品包装通过所述包装处理系统在所述冷却流体中在顺时针和/或逆时针方向上旋转的方向和模式。
5.如权利要求4所述的快速致冷系统，其中，所述旋转方案选自由以下各项组成的旋转方案组：所述食品产品包装以分度模式顺时针旋转；所述食品产品包装以分度模式逆时针旋转；以及所述食品产品包装以往复模式顺时针和逆时针旋转。
6.如权利要求3所述的快速致冷系统，其中，所述最大角速度持续时间小于0.5秒。
7.如权利要求6所述的快速致冷系统，其中，所述加速度大于或等于10,000每分钟每秒转数。
8.如权利要求7所述的快速致冷系统，其中，所述最大角速度大于或等于1500每分钟转数。
9.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成选择其中所述食品产品包装的旋转方向处于与其中将标签施加到所述食品产品包装的方向相同的方向的旋转方案。
10.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述旋转域根据具有所述旋转简况的旋转方案在与所述旋转域相关联的第一时间段内指定所述食品产品包装的旋转。
11.如权利要求10所述的快速致冷系统，其中，所述第一时间段是所述食品产品包装的总冷却时间的预定部分。
12.如权利要求11所述的快速致冷系统，其中，所述旋转域是与所述食品产品包装相关联的多个旋转域之一，所述多个旋转域中的每一个都包括不同的旋转方案和/或旋转简况。
13.如权利要求1所述的快速致冷系统，进一步包括：
温度传感器，所述温度传感器被配置成感测所述食品产品包装的初始温度，其中所述包装处理系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装持续基于所述食品产品包装的初始温度和所述冷却流体温度确定的总时间量。
14.如权利要求13所述的快速致冷系统，其中，所述总时间量是进一步基于与所述食品产品包装的身份相关联的热传递常数确定的。
15.如权利要求14所述的快速致冷系统，其中，所述总时间量是进一步基于与所述食品产品包装的大小相关联、与所述食品产品包装的身份相关联的比例因子确定的。
16.如权利要求13所述的快速致冷系统，进一步包括：
成核系统，所述成核系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装之后，在所述食品产品包装中启动成核。
17.如权利要求16所述的快速致冷系统，其中，所述成核系统被配置成通过与所述食品产品包装的冷接触来启动成核。
18.如权利要求16所述的快速致冷系统，其中，所述抓持器机构包括：
刚性产品接触夹，所述刚性产品接触夹包括多个接触脊，所述多个接触脊以其间具有间隔的交替布置的方式周向地隔开；以及
顺应波纹管，所述顺应波纹管联接至所述产品接触夹，其中，所述顺应波纹管包括摩擦垫，所述摩擦垫以交替布置的方式周向地隔开，并且适于配合到所述接触脊之间的间隔中。
19.如权利要求16所述的快速致冷系统，进一步包括：
干燥系统，所述干燥系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装之后将空气流引导到所述食品产品包装处，以从所述食品产品包装中移除冷却流体。
20.如权利要求1至19中任一项所述的快速致冷系统，其中，所述冷却流体温度等于或低于-10℃。
Claims (35)
1.一种快速致冷系统，包括：
在其中具有冷却流体的冷却流体储器，其中所述冷却流体在所述冷却流体储器内被冷却至冷却流体温度；
包装处理系统，所述包装处理系统包括适于抓持食品产品包装的抓持器机构，所述包装处理系统被配置成根据具有旋转简况的旋转方案在所述冷却流体储器的冷却流体中旋转所述食品产品包装；以及
产品识别系统，所述产品识别系统被配置成确定所述食品产品包装的身份，其中所述包装处理系统被配置成基于所述食品产品包装的身份选择所述旋转方案或所述旋转简况。
2.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述旋转简况包括停止角速度、在第一方向上旋转的加速度曲线、最大角速度值、最大角速度持续时间、用于所述停止角速度的减速度曲线以及在所述停止角速度处旋转之间的停留时间。
3.如权利要求2所述的快速致冷系统，其中，所述旋转简况指定所述停留时间小于0.1秒。
4.如权利要求2所述的快速致冷系统，其中，所述旋转方案是其中所述食品产品包装通过所述包装处理系统在所述冷却流体中在顺时针和/或逆时针方向上旋转的方向和模式。
5.如权利要求4所述的快速致冷系统，其中，所述旋转方案选自由以下各项组成的旋转方案组：所述食品产品包装以分度模式顺时针旋转；所述食品产品包装以分度模式逆时针旋转；以及所述食品产品包装以往复模式顺时针和逆时针旋转。
6.如权利要求3所述的快速致冷系统，其中，所述停留时间小于0.05秒。
7.如权利要求3所述的快速致冷系统，其中，所述停留时间小于0.01秒。
8.如权利要求3所述的快速致冷系统，其中，所述最大角速度持续时间小于0.5秒。
9.如权利要求3所述的快速致冷系统，其中，所述最大角速度持续时间小于0.05秒。
10.如权利要求3所述的快速致冷系统，其中，所述加速度大于或等于10,000每分钟每秒转数。
11.如权利要求10所述的快速致冷系统，其中，所述最大角速度大于或等于1500每分钟转数。
12.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成基于所述食品产品包装是用于碳酸食品产品还是非碳酸食品产品来选择所述旋转简况。
13.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于碳酸食品产品时选择分度旋转简况。
14.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于非碳酸食品产品时选择往复旋转简况。
15.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于碳酸食品产品时选择其中所述最大角速度持续时间小于0.1秒的旋转简况。
16.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成在所述产品识别系统将所述食品产品包装识别为用于非碳酸食品产品时选择其中所述最大角速度持续时间大于0.1秒且小于0.6秒的旋转简况。
17.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述包装处理系统被配置成选择其中所述食品产品包装的旋转方向处于与其中将标签施加到所述食品产品包装的方向相同的方向的旋转方案。
18.如权利要求1所述的快速致冷系统，其中，所述旋转域根据具有所述旋转简况的旋转方案在与所述旋转域相关联的第一时间段内指定所述食品产品包装的旋转。
19.如权利要求18所述的快速致冷系统，其中，所述第一时间段是所述食品产品包装的总冷却时间的预定部分。
20.如权利要求19所述的快速致冷系统，其中，所述旋转域是与所述食品产品包装相关联的多个旋转域之一，所述多个旋转域中的每一个都包括不同的旋转方案和/或旋转简况。
21.如权利要求1所述的快速致冷系统，进一步包括：
温度传感器，所述温度传感器被配置成感测所述食品产品包装的初始温度，其中所述包装处理系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装持续基于所述食品产品包装的初始温度和所述冷却流体温度确定的总时间量。
22.如权利要求21所述的快速致冷系统，其中，所述总时间量是进一步基于与所述食品产品包装的身份相关联的热传递常数确定的。
23.如权利要求22所述的快速致冷系统，其中，所述总时间量是进一步基于与所述食品产品包装的大小相关联、与所述食品产品包装的身份相关联的比例因子确定的。
24.如权利要求21所述的快速致冷系统，进一步包括：
成核系统，所述成核系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装之后，在所述食品产品包装中启动成核。
25.如权利要求24所述的快速致冷系统，其中，所述成核系统被配置成通过与所述食品产品包装的冷接触来启动成核。
26.如权利要求25所述的快速致冷系统，其中，所述成核系统包括用于供应所述冷接触的经压缩CO2源。
27.如权利要求24所述的快速致冷系统，其中，所述成核系统被配置成通过选自由以下各项组成的组的机械刺激来启动成核：机械冲击、所述食品产品包装的急剧简短的线性加速度、声波机械刺激或超声波机械刺激。
28.如权利要求24所述的快速致冷系统，其中，所述抓持器机构包括：
刚性产品接触夹；以及
顺应波纹管，所述顺应波纹管联接至所述产品接触夹。
29.如权利要求28所述的快速致冷系统，其中，所述刚性产品接触夹包括多个接触脊，所述多个接触脊以其间具有间隔的交替布置的方式周向地隔开。
30.如权利要求29所述的快速致冷系统，其中，所述顺应波纹管包括摩擦垫，所述摩擦垫以交替布置的方式周向地隔开，并且适于配合到所述接触脊之间的间隔中。
31.如权利要求24所述的快速致冷系统，进一步包括：
干燥系统，所述干燥系统被配置成在所述冷却流体中旋转所述食品产品包装之后将空气流引导到所述食品产品包装处，以从所述食品产品包装中移除冷却流体。
32.如权利要求31所述的快速致冷系统，进一步包括：
在其中具有洗涤流体的洗涤储器，其中所述包装处理系统被配置成在单一方向上连续地旋转包装在所述洗涤流体储器的洗涤流体中的所述食品产品。
33.如权利要求32所述的快速致冷系统，其中，所述冷却流体储器包括：
冷却流体输入；
堰，所述堰具有由所述堰的内直径限定的中心区，所述堰的所述中心区与所述冷却流体输入处于流体连通；以及
冷却流体输出，所述冷却流体输出放置在所述冷却流体储器内在所述堰的外直径之外。
34.如权利要求33所述的快速致冷系统，其中，所述堰具有波纹管形状以便可调整高度。
35.如权利要求1至34中任一项所述的快速致冷系统，其中，所述冷却流体温度等于或低于-10℃。
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