CN113453558B - 一种用于即刻制作质地受控的可食用冰产品的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产可食用冰产品的设备，包括：(a)热绝缘食品级材料腔室；(b)至少一个雾化饮料喷嘴，至少一个雾化饮料喷嘴被插入所述热绝缘腔室中以用于将饮料液滴喷洒至所述热绝缘腔室中；(c)至少一个饮料阀，所述至少一个饮料阀被设置在饮料源和所述雾化饮料喷嘴之间，用于控制进入所述腔室的饮料流速；(d)至少一个气体膨胀喷嘴，所述至少一个气体膨胀喷嘴被插入在所述热绝缘腔室中，用于使处于其液态的气体膨胀成其气态，并且用于在所述热绝缘腔室中将气体喷射在所述饮料液滴上；(e)至少一个气流调节器，所述至少一个气流调节器被设置在气体源和所述气体喷嘴之间，用于调节进入所述气体膨胀喷嘴中的气体流速；(f)控制器，所述控制器用于控制所述饮料阀和所述气流调节器；以及(g)其中，所述控制器控制所述饮料阀和所述气流调节器，以确保所述喷洒的饮料液滴与用于冻结所述液滴的喷射的气体会合，以用于在所述热绝缘腔室中形成质地受控的可食用冰产品。

Description

一种用于即刻制作质地受控的可食用冰产品的设备

技术领域

本发明涉及一种用于制作可食用冰产品的设备。更特别地，涉及一种用于即刻制作冰饮料诸如雪泥饮品的设备。

背景技术

时至今日，消费者可以得到多种口味和颜色的清爽冰饮料。这些冷饮非常受欢迎，尤其是在炎热的夏天。这些饮料中的一些，诸如雪泥饮品，是通过不断搅拌强烈冷冻的饮料浓缩物制成的。这种刨刮式饮料含有小的粗糙冰碎片并且具有浆状的口感。其他冰饮料可以通过将冰块与调味饮品混合并压碎来生产，以生产在饮品中分布有冰薄片的饮料。这种方法通常依赖于具有锋利切割刀片的高速搅拌器。

US 3,823,571公开了一种用于分配半冷冻碳酸饮料的机器。所公开的机器包括冷却腔室、用于将液体成分递送到腔室的装置、用于将二氧化碳气体递送到腔室的装置、以及用于将腔室中的液体成分保持至规定的粘度和温度范围的制冷装置。在机器的第一操作模式期间，液体成分的温度和粘度以及腔室内的压力被保持在规定范围内以生产半冷冻碳酸饮料。

机器的自动模式控制对制冷装置以及液体和气体递送装置进行控制，使得在第一操作模式期间，保持所述粘度、温度和压力范围。在腔室内的液体成分被解冻的第二操作模式期间，允许将液体和气体成分两者递送到腔室。在第一操作模式之间的一段时间期间，允许将气体递送到腔室并且关断向腔室的液体成分供应。然而，所描述的机器意在生产碳酸饮料。

WO 2018/122277公开了一种用于制备含冰的茶或咖啡饮料的方法。所公开的方法包括：(i)提供含有可溶性茶或咖啡固体以及冰点抑制剂的饮料液；(ii)通过添加气体对饮料液进行充气；(iii)使充气饮料液流过制冷系统，以冷却充气饮料液，从而在充气饮料液内形成多个冰晶；以及(iv)将冷却的充气饮料液分配为含冰的茶或咖啡饮料。然而，所描述的方法是昂贵的。

因此期望提出一种没有这些缺陷的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于即刻制作质地受控的可食用冰产品的设备。

本发明的另一目的是提供一种用于制作雪泥饮品的便携式设备。

本发明的又一目的是提供一种用于即刻制作冰饮料的设备，其中每种饮料的风味和质地可以是受控的。

随着描述的进行，本发明的其他目的和优点将变得明显。

本发明涉及一种用于生产可食用冰产品的设备，包括：(a)热绝缘食品级材料腔室；(b)至少一个雾化饮料喷嘴，其被插入所述热绝缘腔室中，用于将饮料液滴喷洒至所述热绝缘腔室中；(c)至少一个饮料阀，其被设置在饮料源和所述雾化饮料喷嘴之间，用于控制进入所述腔室的饮料流速；(d)至少一个气体膨胀喷嘴，其被插入在所述热绝缘腔室中，用于使处于其液态的气体膨胀成其气态，并且用于在所述热绝缘腔室中将气体喷射在所述饮料液滴上；(e)至少一个气流调节器，其被设置在气体源和所述气体喷嘴之间，用于调节进入所述气体膨胀喷嘴中的气体流速；(f)控制器，用于控制所述饮料阀和所述气流调节器；以及(g)其中，所述控制器控制所述饮料阀和所述气流调节器，以确保所述喷洒的饮料液滴与用于冻结所述液滴的喷射气体会合，以用于在所述热绝缘腔室中形成质地受控的可食用冰产品。

优选地，该设备还包括用于质地处理的粉碎器。

在一个实施方式中，设备饮料源是胶囊。

优选地，胶囊具有预定义配方，并且其中，控制器可以读取所述配方并且可以根据所述配方控制饮料阀和气流调节器。

优选地，控制器可以根据来自饮料源的饮料以及根据可食用冰产品的期望质地来控制饮料阀和气流调节器。

在一个实施方式中，控制器根据预定义配方控制饮料阀和气流调节器。

在一个实施方式中，配方从外部源被输入至设备。

在一个实施方式中，控制器控制饮料阀和气流调节器，以便一致地产生可食用冰产品的期望质地。

优选地，腔室具有旋转螺旋件边缘，用于刨刮积聚在腔室内部表面上的结冰形成物。

优选地，腔室具有阿基米德螺杆。

附图说明

附图和对其细节的具体参考在此仅通过示例的方式用于例示性地描述本发明的一些实施方式。

在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的用于生产可食用冰产品的设备的示意图。

图2是根据本发明的实施方式的用于生产可食用冰产品的设备的内部部分的示意图。

图3是根据本发明的实施方式的用于将饮料液滴喷洒到腔室中的饮料喷嘴的示意图。

图4是根据本发明的实施方式的热绝缘食品级材料腔室的截面的侧视示意图。

图5是根据本发明的另一实施方式的具有翼片的热绝缘腔室的截面的俯视示意图。

图6是根据本发明的实施方式的具有旋转螺旋件的热绝缘腔室的截面的侧视示意图。

具体实施方式

使用了术语“前”、“后”、“下”、“上”、“底部”、“上部”、“水平”、“竖向”、“右”、“左”或者任何提及侧面或方向的在整个描述中只是为了简洁起见而使用，并且仅是相对术语，并不意在要求特定的部件定向。

图1是根据本发明的实施方式的用于生产可食用冰产品的设备的示意图。在本实施方式中，设备100可以用于生产冰饮料，诸如雪泥饮品、冰咖啡、冰茶、冰果汁、冰酒、冰酒精饮料等。例如，杯子诸如杯子50可以被插入到设备100中，并且可以通过设备100生产雪泥饮料，并落入杯子50中。设备100可以通过在热绝缘食品级材料腔室中在喷洒的饮料液滴上喷射气体来生产冰饮料。在一个实施方式中，喷射气体的蒸发过程从饮料液滴中提取热，使得饮料液滴温度下降到冰点以下，从而变成冰核。结冰的冰核然后可以在绝缘腔室中与其他冰核碰撞，有效地变成饮料薄片，例如可食用雪花。饮料薄片可以最终落入位于绝缘腔室下方的杯子50中，如将关于图2更详细地描述的。

在一个实施方式中，如关于图1所描述的，设备100可以具有控制面板诸如面板30，该控制面板具有用于命令设备的按钮、触摸屏等，其控制在绝缘腔室中的气体流和饮料流。在一个实施方式中，设备100可以使用Wi-Fi、蓝牙或任何其他远程通信来无线接收命令以控制设备。在一些实施方式中，所生产的饮料的质地可以由控制面板30和/或通过无线通信装置直接控制。在一些实施方式中，所生产的饮料的风味可以由控制面板30和/或通过无线通信装置直接控制。在一些实施方式中，所生产的饮料的一些质地和/或一些风味可以在设备中预定义。

在一些实施方式中，所生产的饮料的一些质地和/或风味可以根据预设参数被预定义。在一个实施方式中，该设备的饮料源可以是能够附接到该设备的外部胶囊。胶囊可以是荚状物、胶囊或包含饮料制作成分诸如浓缩物、液体或固体形式的任何封装容器。在一个实施方式中，所生产的饮料的质地和风味可以在用于生产饮料的胶囊中预定义，其具有用于生产所需的饮料质地和/或风味的控制器的配方。

图2是根据本发明的实施方式的用于生产可食用冰产品的设备的内部部分的示意图。在该示意图中，设备的外盖和一些部分已被移除以描绘设备100的一些内部部分，如关于图1所描述的。在热绝缘食品级材料腔室30中，气体被喷射到喷洒的饮料液滴上以将液滴冷却并冻结成冰核。腔室30可以是热绝缘的任何器皿，即其内部温度可以受控，并且可以由任何食品级材料诸如SS304/316制成，和/或可以涂有防水/防冰材料或任何其他涂层诸如硅或PTFE。根据一个实施方式，腔室30可以具有固定的几何形状和体积。根据一个实施方式，腔室30可以具有固定的空气动力学“翼片”状几何形状，如例如将关于图5进行描述的。根据另一实施方式，腔室30的几何形状和体积可以具有一些变形，其中腔室30的壁可以是使用空气或机动化致动系统的膨胀壁，或者由膨胀材料制成的壁，或者可以具有变化的空气动力学“翼片”状几何构造。根据实施方式，设备100还可以具有饮料源诸如容器20，液体诸如水、咖啡、果汁或任何其他饮料可以储存在其中。

饮料可以使用管道诸如管道21流至腔室30、流至雾化喷嘴(未示出)，上述雾化喷嘴可以被插入到所述热绝缘腔室30中。根据一个实施方式，设备100也可以具有气体源诸如气瓶40，气体可以在压力下储存在其中。在一个实施方式中，气瓶40储存被加压并被保持处于液态的CO₂气体。也可以使用其他气体，这些气体有资格与饮料一起使用，并且气体沸点在l atm的压力下低于水的结冰温度，诸如N₂。在一些情况下，气体在瓶中被液化。气体可以使用管道诸如管道41流到腔室30、流到可以被插入到腔室30中的气体膨胀喷嘴(未示出)。在一个实施方式中，气体膨胀喷嘴使处于液态的气体膨胀至其气态，以在热绝缘腔室30中将气体喷射到饮料液滴上。

图3是根据本发明的实施方式的用于将饮料液滴喷洒到腔室中的饮料喷嘴的示意图。在一个实施方式中，至少一个雾化饮料喷嘴诸如喷嘴22被插入在热绝缘腔室中，用于将饮料液滴从饮料源喷洒到腔室中，如关于图2所描述。饮料可以通过入口26进入半球形出口27，该出口可以通过“V”切口28喷洒饮料。在其他实施方式中，可以使用其他雾化喷嘴。在一个实施方式中，使用了3个雾化饮料喷嘴。在一个实施方式中，雾化饮料喷嘴被附接至与饮料源连接的管道，其中饮料可以从饮料源通过管道并通过雾化饮料喷嘴流到绝缘腔室中。在一个实施方式中，每个喷嘴被导向为从腔室的竖向轴线朝向腔室中心成大约30度。在其他实施方式中，每个喷嘴可以被导向为从腔室的竖向轴线朝向腔室中心成0-90度之间。在一个实施方式中，喷嘴的角度可以被动态地改变。喷嘴的数量、其类型和方向可以根据其他参数和/或所需的最终产品而变化。在一些实施方式中，压缩空气可以与空气水喷嘴一起使用以创建期望的饮料雾化。

在一个实施方式中，至少一个饮料阀可以设置在饮料源诸如关于图2所描述的容器20与关于图3所描述的雾化饮料喷嘴之间，用于控制进入腔室30中的饮料流速。术语“阀”是指可以用于控制液体流的任何流控制装置，诸如龙头、泵、旋塞等。饮料阀可以用于控制不同饮料的不同流速，以实现各种的质地生产。例如，增大饮料的流速可以产生质地较软的雪泥饮品。在一个实施方式中，机动化水流控制阀可以用作饮料阀，并且它可以通过闭合回路控制电路例如模拟或数字电路被控制，其被附接到与水流串联安装的流传感器。在一些实施方式中，可以使用电动泵，诸如蠕动泵、隔膜泵、离心泵或任何其他液体泵，其耗水量和压力可以通过向其马达施加受控信号诸如PWM来调节。在其他实施方式中，可以使用气动泵，其中，液化气流在被释放到腔室中之前，可以用来操作气动马达使泵诸如蠕动泵、隔膜泵或离心泵运行。电动水流调节器也可以用于另外控制水流以用于设定气流。

在一个实施方式中，至少一个气体膨胀喷嘴可以被插入在腔室中，用于在腔室中将气体喷射在饮料液滴上。在一个实施方式中，可以使用3个气体膨胀喷嘴。在一个实施方式中，气体膨胀喷嘴被附接至与气体源连接的管道，其中气体可以从气体源通过管道并通过气体膨胀喷嘴流到热绝缘腔室中。在一个实施方式中，气体喷嘴位于漩涡核心下方0-200mm之间和/或饮料雾化喷嘴上方0-200mm之间。在其他实施方式中，气体膨胀喷嘴的数量、类型和位置可以根据其他固定参数和期望的最终产品来确定。

在一个实施方式中，至少一个气流调节器可以被设置在气体源和气体喷嘴之间，用于调节进入所述气体膨胀喷嘴中的处于其液相的气体流速。在一个实施方式中，可以使用被动的、手动的或恒定的流调节器。在一个实施方式中，使用在其输出处配备有针阀的气瓶，其中气瓶中的气压有效地向外推动，使得其关闭气瓶的输出。因此，可以使用被动流调节器，在针阀上施加压力以让气体流出。作用在阀上的外力和内力之间的比率确定了从瓶中流出的气体流速。在一个实施方式中，被动流调节器可以是由两个销构成的活塞，两个销之间具有弹簧。活塞可以被放置成与气瓶阀接触，以允许从一侧施加在活塞上的力从瓶中抽取气体，同时内部气压从其另一侧施加内部反作用力。因此，弹簧的恒定力被设置成在整个可能的气体压力范围中使得气体从气瓶中的流速相对恒定。换言之，最小针入度应发生在最大气压阶段期间，而最大针入度应发生在最低压力阶段期间，此时气瓶几乎是空的。

在另一实施方式中，可以使用基于流感测的流调节。在本实施方式中，流传感器可以与气瓶串联安装，用于将气流转换成电信号，该电信号可以用于与用于按压气瓶针阀的线性致动器例如电动的、气动的或其他一起形成闭合回路。控制线性致动器启用的该闭合回路可以用于维持所需的经调节气流。在其他实施方式中，可以使用基于效果的流调节。在该实施方式中，控制回路可以一直闭合以达到所需的气体效果。在任何情况下，经调节气流都用于在整个过程期间将腔室的内部环境保持在设定的冰产品质地生产的优化状况。

在一个实施方式中，腔室中的温度传感器可用于将腔室中的温度转换成电信号，该电信号通过闭合回路控制电路，例如模拟或数字电路，可以启用线性致动器例如电动的或气动的，该线性致动器可以按压气瓶针阀以保持所需的经调节气流来产生所需的温度。

在一个实施方式中，温度和湿度传感器的组合可以用于进一步精确基于效果的气流调节，以维持最终产品的冰水比。

在其他实施方式中，可以通过将线性致动器改变成适当的机电设备诸如旋转式致动器，来使用其他类型的瓶阀诸如球阀或其他。

在一个实施方式中，可以使用两个气体蓄积器以补偿低于液化条件的瓶中压力降低，这使得气体在瓶内从液体转变成气体。一个蓄积器可以用来储存气体，在其中气体将被使用，以及第二级蓄积器将被放置压缩机之后，该压缩机可以从主蓄积器中吸入气体并使例如第二级蓄积器中保持10atms以上的压力直到主蓄积器几乎完全排干。因此，每个主蓄积器使用更多的气体。

在一个实施方式中，可以使用外部气体供应作为系统的气体供应来代替内部蓄积器或与内部蓄积器结合使用。这种系统可能更常用于气体诸如N₂或CO₂。

图4是根据本发明实施方式的热绝缘食品级材料腔室的截面的侧视示意图。在该实施方式中，腔室可以具有用于产生漩涡效应的几何形状。受可以固定在生产水平处的喷嘴对准和类型影响的注入气体和气体流速，连同饮料注入角度和流一起可以产生类似于漩涡效应的各种相互作用区域。因此，在过程期间的几何形状、体积、内容物和热力学参数与使用时间的相互作用可以形成质地受控的可食用冰产品

在图4中，饮料从雾化喷嘴诸如喷嘴23喷洒，而气体从液态转变为气态同时从气体膨胀喷嘴诸如喷嘴43膨胀。在热绝缘腔室30中的会合点处，诸如会合点80处，膨胀的气体从喷嘴被喷射到所喷洒的饮料液滴上。喷射气体的蒸发过程从饮料液滴中提取热，使得饮料液滴温度下降到冰点以下，从而在会合点处变成冰核。结冰的冰核然后可以在云核90处与其他冰核碰撞，有效地变成绝缘腔室30中的饮料薄片，例如可食用雪花。饮料薄片可以最终作为质地受控的可食用冰产品从热绝缘腔室中掉出。

图5是根据本发明的实施方式的具有翼片的热绝缘食品级材料腔室的截面的俯视示意图。在该实施方式中，腔室31可以具有翼片，诸如翼片37，并且腔室31可以具有固定的空气动力学翼片状几何形状。这种几何形状可以将漩涡从腔室31的侧面朝向中心推动，以减少漩涡和腔室的侧面之间的相互作用，从而减少在腔室31的内部侧面上形成冰。

图6是根据本发明的实施方式的具有旋转螺旋件的热绝缘腔室的截面的侧视示意图。在该实施方式中，腔室32可以具有旋转螺旋件，诸如螺旋件38，该螺旋件具有边缘以便刨刮堆积在腔室32内部表面上的结冰形成物。在一个实施方式中，旋转螺旋件38可以由不锈钢制成，并且其边缘可以被设计为在距离0.5-1mm处刨刮腔室的内部表面。在一个实施方式中，挤出装置诸如阿基米德螺杆39可以位于腔室32的分配端部的中心处。挤压装置可以在使用气体来喷射所喷洒的饮料的过程期间旋转，以将冰饮料从腔室向外推动。

在一个实施方式中，位于腔室的输出侧处的粉碎器诸如刀片34可以进一步控制饮料薄片的大小。刀片的速度及其形状可以决定对最终产品的最终处理效果。

在一个实施方式中，饮料蓄积器还可以由基于冷却系统的标准压缩机冷却。在另一实施方式中，当饮料流向腔室时，可以使用例如热交换系统对饮料进行冷却。在其他实施方式中，可以根本不冷却饮料。

在一个实施方式中，液化气可以用作通过热交换运行的冷却剂，以将饮料冷却至所需温度。

在一个实施方式中，控制器诸如来自德州仪器的MSP430系列的控制器或任何其他微控制器或CPU，可以用于控制所述饮料阀和所述气流调节器。控制器可以运行软件来控制系统并根据需要进行接口。在一个实施方式中，控制器可以控制饮料阀和气流调节器，以确保喷洒的饮料液滴与用于冻结液滴的喷射气体流会合，并因此在热绝缘腔室中形成质地受控的可食用冰产品。

在一个实施方式中，可以添加风味喷嘴以将风味注入在最终产品中，诸如果汁、咖啡、茶、饮料、酒精或酒。在一实施方式中，当注入酒精时，可以在该过程之前或之后注入它，以免阻碍结冰过程。

在一个实施方式中，该设备可以用于生产不同质地的不同冰产品。在过程期间的参数组和每个参数值的应用时机在下文中被称为“产品配方”，或简称为“配方”。控制器可以配备有从设备传感器获得数据并操作控制电路以控制设备并影响上述参数的装置。具有这种能力的软件部分可以被封装在特定的应用专有接口(API)中，它就像一种脚本语言，在过程期间根据预定配方一步一步设置参数状态。配方可以按产品确定，例如通过风味或物质，并且可以是单向散列加密的，诸如MD5或专有单向散列函数，连同序列号或其他唯一数据标识符，并通过条形码、RFID标签或其他方式被铭刻至产品胶囊。一旦胶囊被引入到设备中，设备控制器然后可以从胶囊读取配方，并拨叫设备控制电路来处理铭刻的配方，以便每次针对相同产品实现生产出相同的质地和/或风味。

在一个实施方式中，在过程开始之前通过将液化气注入至腔室，液化气可以用来将腔室环境温度降低至所需温度，以实现配方启动温度条件。

在一个实施方式中，腔室可以被视为小型冷冻室，在腔室周围运行冷却肋，例如膨胀管，以将其环境温度降低到每个配方所需的冷冻温度以下。在其他实施方式中，帕尔贴板可以安装在腔室周围，以将其环境温度降低到每个配方所需的冷冻温度以下。也可以使用其他环境冷却选项。

在一个实施方式中，控制器控制饮料阀和气流调节器，以便一致地产生可食用冰产品的期望质地。在一个实施方式中，控制器控制饮料阀和气流调节器以便针对某种风味一致地产生可食用冰产品的期望质地，即控制器可以针对相同的风味每次创建相同的质地。

虽然以上描述公开了本发明的许多实施方式和说明书，但这些是通过例示的方式描述的，不应被解释为对本发明范围的限制。所描述的发明可以通过在所附权利要求范围内的许多修改来实施。

Claims (10)

1.一种用于生产可食用冰产品的设备，包括：

食品级材料的热绝缘腔室；

至少一个雾化饮料喷嘴，至少一个所述雾化饮料喷嘴被插入所述热绝缘腔室中以用于将饮料液滴喷洒至所述热绝缘腔室中；

至少一个饮料阀，至少一个所述饮料阀被设置在饮料源和所述雾化饮料喷嘴之间，用于控制进入所述热绝缘腔室的饮料流速；

至少一个气体膨胀喷嘴，至少一个所述气体膨胀喷嘴被插入在所述热绝缘腔室中，用于使气体从其液态膨胀成其气态，并且用于在所述热绝缘腔室中在喷洒的所述饮料液滴形成时将所述气体喷射在所述饮料液滴上，以将液滴冷却并冻结成冰核；

至少一个气流调节器，至少一个所述气流调节器被设置在气体源和所述气体膨胀喷嘴之间，用于调节进入所述气体膨胀喷嘴中的气体流速；

控制器，所述控制器用于控制所述饮料阀和所述气流调节器；以及

其中，所述控制器控制所述饮料阀和所述气流调节器，以确保：喷洒的所述饮料液滴从所述雾化饮料喷嘴喷洒，而所述气体在从所述气体膨胀喷嘴膨胀的同时从液态转变为气态，其中，在所述热绝缘腔室中的会合点处，膨胀的所述气体从所述气体膨胀喷嘴喷射到喷洒的所述饮料液滴上，其中，喷射的所述气体的蒸发过程从所述饮料液滴中提取热，使得所述饮料液滴的温度下降到冰点以下，以及在所述会合点处变成冰核，其中，所述冰核与其他冰核碰撞，从而变成所述热绝缘腔室中的饮料薄片，以及其中，所述饮料薄片作为质地受控的可食用冰产品而从所述热绝缘腔室中掉出。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括用于质地处理的粉碎器。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述饮料源是胶囊。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述胶囊具有预定义配方，并且其中，所述控制器能够读取所述配方并且能够根据所述配方控制所述饮料阀和所述气流调节器。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器能够根据来自所述饮料源的饮料以及根据可食用冰产品的期望质地来控制所述饮料阀和所述气流调节器。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述控制器根据预定义配方控制所述饮料阀和所述气流调节器。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述配方从外部源被输入至所述设备。

8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述控制器相应地控制所述饮料阀和所述气流调节器，以便一致地产生可食用冰产品的期望质地。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热绝缘腔室具有旋转螺旋件边缘，用于刨刮积聚在所述腔室内部表面上的结冰形成物。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热绝缘腔室具有阿基米德螺杆。