CN115666256A - 快速冷却食品和饮料 - Google Patents

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J·海曼斯
N·丰特
R·德瓦尼
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V·韦弗
B·菲舍拉
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Abstract

系统和方法已证明能够快速冷却含有食品和饮料成分的荚中的内容物。

Description

快速冷却食品和饮料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月15日提交的美国临时专利申请第62/961495号的优先权。本申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于快速冷却食品和饮料的系统和方法。
背景技术
饮料酿造系统已经开发出来，可以快速制备单份热饮料。其中一些酿造系统依赖于一次性荚(pod)，在酿造之前向荚中加水。荚可以用来准备热咖啡、茶和椰子。
家用冰淇淋机可用于制作更大批量(例如1.5夸脱或更多)的冰淇淋供个人食用。这些冰淇淋机设备通常通过手动曲柄方法或使用电机来制备混合物，电机反过来用于协助搅拌设备内的成分。所得制备物通常使用插入机器中的预冷荚进行冷却。一些电动冰淇淋机需要20到60分钟才能制作出一批冰淇淋，并且需要耗时的清理。
发明内容
本规范描述了快速冷却食品和饮料的系统和方法。这些系统和方法中的一些可以在不到两分钟的时间内将食品和饮料从室温冷却到冷冻，这些荚插入到台面或安装的机器中。例如，本规范中描述的方法已成功证明了在约90秒内从室温荚中制作软冰淇淋的能力。这种方法也被用于冷却鸡尾酒和其他饮料，包括生产冷冻饮料。这些系统和方法基于低启动时间的制冷循环和易于使用并提供极有效传热的荚机器界面。
所述的一些荚在生产线上填充成分，并经过灭菌处理(例如蒸馏、无菌包装、超高温处理(UHT)、超热处理、超巴氏杀菌或高压处理(HPP))。HPP是一种冷巴氏杀菌技术，通过该技术，已密封在其最终包装中的产品被引入荚中，并承受水传递的高水平等静压(300-600兆帕(MPa)(43,500-87,000磅/平方英寸(psi))。荚可用于在灭菌后长时间(例如9-12个月)在室温下储存成分，例如包括乳制品。
冰淇淋被认为是一种低酸性食品，pH值在5.0到8.0之间。与其他食品相比，冰淇淋的酸度如下表所示。该表显示了沿水平轴的pH值范围，从左侧的高碱性食物到右侧的高酸性食物。冰淇淋是鸡蛋和乳制品类中的低酸性食品。更具体地说，低酸性食品是指最终平衡pH值大于4.6且水活度大于0.85的食品。
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图1是一种制造冰淇淋的方法的流程图。在这种方法中，原材料经过均质化、巴氏杀菌、结晶、速冻、包装和储存。
巴氏杀菌是用温和的热量(通常低于100℃(212℉))处理食品(例如乳制品或牛奶)以消除病原体并延长保质期的过程。该过程旨在破坏或灭活导致腐败或疾病风险的生物和酶，包括营养细菌，但不包括细菌孢子。巴氏杀菌不是灭菌，可能不会杀死细菌孢子。巴氏杀菌可以减少食物中的微生物数量。
冷藏巴氏杀菌乳制品的保质期通常比牛奶长。例如，高温、短时间(HTST)巴氏杀菌牛奶的冷藏保质期通常为两到三周，而超巴氏杀菌牛奶的保质期要长得多，有时是两到三个月。当超热处理(UHT)与无菌处理和荚技术(如如前所述的杀菌锅或无菌包装)相结合时，乳制品甚至可以在非冷藏状态下储存更长的时间，例如9-12个月。
然而，在超热处理与基于杀菌锅的无菌处理和荚技术相结合的过程中，巴氏杀菌乳制品会焦糖化并变成棕色，这是不受欢迎的。最高的褐变率，或更一般地称为显色，可能是由果糖的存在引起的，果糖在230℉的温度下开始焦糖化。焦糖化不应与美拉德反应混淆，其中还原糖与氨基酸反应。褐变过程或美拉德反应会产生风味并改变食物的颜色。美拉德反应通常在高于285℉的温度下开始发生。例如，果糖的焦糖化温度可以是230℉，半乳糖可以是320℉，葡萄糖可以是320℉，乳糖可以是397℉，而蔗糖可以是320℉。
虽然巴氏杀菌过程延长了保质期，但也可能需要均质化。均质化通常在巴氏杀菌之前或之后但在液体冰淇淋混合物冷冻之前进行。均质化通常用于任何含有脂肪或油的冰淇淋混合物，传统上用于生产乳制品，如牛奶、酸奶、冰淇淋和饮料，如果汁、豆奶和花生奶。均质化不仅可以产生均匀的混合，还可以减小脂肪滴的大小，从而形成稳定的乳液。它会产生更大的粘度并产生更均匀的颜色。它通过分解大脂肪球使冰淇淋具有奶油质地。
均质过程发生在均质器中，其工作原理类似于活塞泵，吸入空气，然后在非常高的压力下将其排出。这种压力用于迫使液体冰淇淋通过一个非常小的管状开口，从而产生非常细的脂肪颗粒，防止奶油分离。压力取决于液体冰淇淋混合物中的脂肪和固体。当液体冰淇淋混合物中包含高脂肪和总固体时，可以使用较低的压力。如果使用两级均质器，在大多数情况下，第一级压力为2000-2500psi，第二级压力为500-1000psi，但对于低脂冰淇淋，压力可以更高(例如2,900psi)。冰淇淋混合物优选两阶段均质化。通过生产更薄、更快速搅打的冰淇淋混合物来减少脂肪的结块或聚集。
均质过程的高压产生更稳定的乳液和更小的脂肪颗粒。脂肪颗粒越小，获得的表面积越大。这会产生更多的脂肪网络，从而稳定更多的空气，从而减缓冰的再结晶。对于高脂冰淇淋，均质压力较低。尤其是对于脂肪含量超过13％的冰淇淋混合物，最好降低压力以尽量减少结块的风险。此外，这个过程有效地混合了所有成分，避免了任何软材料的分解，并防止了有害细菌的生长。均质化在冰淇淋生产过程中很重要，因为它决定了冰淇淋混合物在冷冻、硬化和分布时的反应。冰淇淋混合物的均质化使冰淇淋质地更光滑，使冰淇淋更明显的丰富度和适口性，使冰淇淋更好的空气稳定性并增加冰淇淋的抗融化性。
包装在密封容器中的低酸性食品被定义为低酸性罐头食品(“LACF”)，并受联邦法规(21CFR)第21条第113部分的规定。旨在防止微生物进入，从而在加工后保持其内容物的商业无菌性。低酸性罐头食品定义为(i)货架稳定，(ii)热处理，(iii)具有>4.6的pH值，和(iv)具有0.85的水分活度。
一旦包装好，低酸性罐头食品就被消毒了。灭菌方法是基于热的过程，或对产品施加高温。灭菌过程中所需的高温会破坏可能存在于荚和/或食品中/表面的病原微生物，并且温度远高于正常大气压下水的沸点。灭菌杀死或灭活食品中的活生物体。货架稳定的低酸性食品的热处理/灭菌通常在约250℉或以上的温度下进行。温度越高，产品需要受热的时间就越短。
对冰淇淋等低酸性罐头食品进行消毒有两种主要方法。第一种方法是罐式过程，有时也称为高压灭菌器或灭菌器，它是食品制造业中使用的压力容器，用于在将食品放入容器并密封容器后对其进行灭菌或“商业灭菌”。报告过程或“蒸煮”机器可以是静态或搅动式机器。搅拌式蒸煮机通常用于对流(例如“可流动液体”)类型的产品，例如液体冰淇淋，这些产品在加工过程中受益于容器中的一些产品运动(例如“搅拌”)。这些好处可以从工艺的角度来看(例如，提高进出容器的热传递速率)，和/或从产品质量的角度来看(例如，缩短暴露于热的时间)。搅拌式蒸馏罐可以根据产品容器的方向使用各种搅拌方法。垂直定向的容器，例如罐头，通常以旋转方式搅拌，轴向或端对端，但也可以使用水平搅拌。
对低酸性罐头食品进行灭菌的第二过程是无菌加工，这是一种加工技术，其中商业热灭菌的液体产品(通常是液体冰淇淋等食品)在无菌条件下包装到先前已灭菌的容器中，以生产不需要冷藏的货架稳定产品。无菌处理包括在没有微生物的环境中进行无菌密封。21CFR 113的规定包括对灭菌过程的时间和温度的指导。
最好的冰淇淋具有光滑和奶油般的质地。这种奶油质地，主要与高脂肪含量有关，也是由冰晶的平均大小决定的。冰晶大小受下列因素控制：混合配方以及与冷冻过程相关的因素；停留时间；制冷剂流体的蒸发温度；冲刺速度；挤出温度(draw temperature)。下面将详细描述这些因素中的每一个。尽管讨论了冰淇淋，但冰晶和光滑度之间的关系也与其他冷冻食品和饮料有关。
图2A显示了平滑度和冰晶尺寸之间的典型关系。在图2A中，冰晶尺寸沿水平轴从左到右增加，而平滑度沿垂直轴从下到上增加。典型值通过数据显示为近似线性趋势线。数据和趋势表明，减小冰晶尺寸(降至微米尺寸)与冰淇淋的光滑度增加直接相关。冰晶尺寸可以通过多种方式测量，例如使用光学显微镜。通常分析一定量的冰淇淋并通过光学显微镜测量平均冰晶尺寸。冰晶尺寸可能存在差异。光滑和奶油状的冰淇淋要求大多数冰晶很小，小于50μm，最好是10-20μm。如果许多晶体比这个大，冰淇淋会被认为是粗糙或冰冷的。
冰淇淋中的冰晶大小范围从直径约1到150微米以上，平均大小约为25微米。大小约为10至20μm的小冰晶赋予冰淇淋光滑和乳脂状的质地，而较大的冰晶，例如大于50μm的冰晶，赋予冰淇淋颗粒状质地。
可以使用稳定剂控制冰晶的生长。稳定剂通常用于增加冰淇淋的抗熔性和保质期。稳定剂的例子是瓜尔胶、角豆胶和纤维素胶，通过限制水在未冷冻冰淇淋混合物中的流动性来限制冰晶的生长。稳定剂还通过减少在硬化的早期阶段以及在冰淇淋混合物的储存和分配过程中发生的成熟来限制冰晶的生长(例如，当冰淇淋混合物暴露于相对较高的温度(例如+10至+18F)时)。在这些温度范围内，冷冻浓度低，在未冷冻部分产生相对低的粘度。低粘度允许水从小冰晶迁移到大冰晶，这增加了冰淇淋的平均冰晶尺寸。稳定剂通过增加冰淇淋混合物的粘度来限制这种冰晶的生长。稳定剂通过降低冷冻浓度下的熟化效应来限制水的流动性。稳定剂限制了通过歧化过程增长的气泡的大小。
稳定剂的流变效应对于稳定与未冷冻系统中水的流动性相关的成品冰淇淋的特性很重要。例如，高粘度冰淇淋限制了冰淇淋可以从冰淇淋冷冻机的桶中取出和处理的温度。发生这种情况时，冷冻机中冻结的水量会减少。这对冰淇淋的抗热震性有不良影响。由于假定对水的流动性没有影响，低粘度稳定剂传统上没有用于冰淇淋中。
在被称为“断裂点”的点上，一定程度的浓度会导致稳定剂和可能的其他水溶性化合物相互作用，有时是不可逆的，从而显着增加对水流动性的影响。这可以与在低冷冻储存温度下发生的极端冷冻浓度相结合，以在各个水溶性化合物之间产生其他相互作用。
除了稳定剂，乳化剂传统上被添加到冰淇淋混合物中。乳化剂迁移到冰淇淋混合物的脂肪和水之间的界面。乳化剂附着在脂肪球的表面并导致蛋白质分子移位。乳化剂用于改善运输和储存过程中的熔融性能。乳化剂的例子是甘油二酯(E471)、乳酸酯(E472b)、丙二醇酯(E477)和这些的混合物。
乳化剂用于冰淇淋中，因为它们通过促进脂肪去稳定化来促进光滑和奶油质地。脂肪不稳定是指冰淇淋混合物中的脂肪在机器中搅拌时聚集和结块(称为部分聚结)的过程。因为是蛋白质在冰淇淋混合物中稳定脂肪乳液，所以在冰淇淋中添加乳化剂以降低这种乳液的稳定性并促使一些脂肪球聚集在一起或部分聚结。当在冰淇淋机中搅拌混合物时，被打入混合物中的气泡会被这种部分凝聚的脂肪稳定下来，从而使冰淇淋具有光滑的质地。传统上，如果不添加乳化剂，气泡将无法适当稳定，冰淇淋也不会具有同样光滑的质地。
蛋黄既用作稳定剂，使混合物变稠，又用作乳化剂，促进部分聚结。为了利用蛋黄的乳化特性，大约0.5％到1％的混合物应该是蛋黄。为了利用稳定(增稠)特性，传统上蛋黄的比例增加到3-4％。然而，一些冷冻蛋奶冰淇淋可以包含超过8％的蛋黄。
蛋黄包括卵磷脂，这有助于使它们成为良好的乳化剂。事实上，鸡蛋卵磷脂具有乳化和润滑性能，是一种表面活性剂。然而，卵磷脂不仅需要从蛋黄中提取。卵磷脂可以从大豆、向日葵和油菜籽等植物来源中提取。基于植物的卵磷脂可以像蛋黄一样乳化，没有鸡蛋味和额外的脂肪。
许多商店购买的冰淇淋都含有稳定剂和乳化剂，通过改善运输和储存过程中的融化特性以及延长冰淇淋的保质期来帮助防止冰晶生长。一个例子是Ben&Jerry的CinnamonBuns冰淇淋，其中包括：奶油、脱脂牛奶、水、液态糖、糖、干蔗糖浆、小麦粉、玉米糖浆、蛋黄、红糖、大豆油、黄油、椰子油、糖蜜、盐、肉桂、大豆卵磷脂、碳酸氢钠、香料、香草精、瓜尔豆胶和角叉菜胶。在该实施例中，稳定剂包括瓜尔胶，乳化剂包括蛋黄、大豆油、大豆卵磷脂、角叉菜胶。
如前所述，冰晶大小是制作光滑奶油冰淇淋的一个因素。奶油冰淇淋要求大部分冰晶很小，最好在50μm以下。如果许多晶体比这个大，冰淇淋会被认为是粗糙的。
冰淇淋分两个阶段冷冻：动态冷冻和静态冷冻。动态冷冻是一个动态过程，其中混合物在冰淇淋机中冷冻，同时搅拌以吸收空气，使脂肪不稳定并形成冰晶。冰淇淋混合物以略高于其冰点的温度进入冰淇淋机，即混合物中的水开始结冰的温度。冰淇淋机将混合物冷却并使其低于混合物的冰点。此时，冰淇淋机壁上结冰层，导致快速成核，小冰晶开始形成。退出冰淇淋机后，温度约为-5℃至-6℃(23至21.2℉)的冰淇淋以类似于软冰淇淋的稠度退出。
然后冰淇淋会经历静态冷冻，在没有搅拌的情况下在冰箱中硬化，直到冰淇淋的核心达到指定温度，通常为-18℃(-0.4℉)。在静态冷冻过程中会形成新的冰晶，但现有的小冰晶开始变大，直到温度降至-18℃(0.4℉)，或理想情况下为-25℃至-30℃(-9.4至-20.2℉)，停止这种增长。在此过程中尽可能快地冷却冰淇淋以限制冰晶的生长是有利的。
在静态冷冻过程中，冰晶通常会增长约30％至40％，达到约25至45μm的平均尺寸。大约50μm的平均冰晶尺寸被认为是消费者开始注意到粗糙质地的平均点。在静态冷冻期间，冰晶通常会长到100μm以上。图2B显示了此过程中典型冰晶的图像。图2B图像中的冰晶具有各种形状和大小，但有些冰晶的直径超过100μm。
然而，本说明书中描述的冰淇淋不需要静态冷冻，因为冰淇淋没有被储存。冰淇淋已准备好食用。通过消除静态冷冻步骤，消除了静态冷冻过程中冰晶的生长(例如，冰晶通常会增长约30％至40％)。
动态冷冻阶段是制作冰淇淋的重要步骤，因为这是冰淇淋发生结晶的阶段。在动态冷冻过程中，冰淇淋混合物在0℃和4℃(32℉和39.2℉)之间添加到冰淇淋机中。随着制冷剂吸收混合物中的热量，一层冰在冷桶壁上结冰，导致快速成核，即小冰晶的诞生。
为了在动态冷冻过程中产生小冰晶，需要高速率的成核、最小的生长和最小的再结晶。较冷的制冷剂温度和较慢的冲刺速度可以促进更高的成核率。更短的停留时间、更低的冲刺速度和更低的拉伸温度可以使生长和再结晶最小化。
图2C显示了旋转粉碎机(也称为混合器、叶轮、叶片、刮刀或桨叶)的过程，其中旋转刮刀用于刮除冷桶壁22处形成的冰晶。旋转冲击器的设计和旋转将在冷桶壁22处形成的冰晶引导到桶的中心(主体区域)，在该中心温度较高并且冰晶尺寸增大。这导致一些晶体熔化，一些晶体发生重结晶。
对于光滑和奶油状的冰淇淋，最好具有高成核率，以便形成尽可能多的小冰晶。动态冷冻过程中形成的冰晶越多，静态冷冻过程中保留的冰晶就越多，导致平均晶体尺寸更小，质地更光滑。在动态冷冻过程中形成的晶体较少或成核率较低，会导致质地粗糙，因为这些晶体最终会长到明显更大的尺寸。
动态冷冻过程中的结晶可分为两个区域：壁区域，桶壁的温度足够冷以发生成核，而主体区域，桶中心的温度较高意味着冰晶生长和再结晶，也称为成熟或粗化，占主导地位。大块区域的生长和再结晶程度越大，冰晶越大。冰淇淋冷冻过程中的结晶可能以重结晶和生长为主，这些机制在确定最终晶体数量方面可能比成核更重要。因此，最小化生长和再结晶是至关重要的。
停留时间(冰淇淋在冰淇淋机中停留的时间长度)会对最终的冰晶尺寸分布产生显着影响，由于再结晶的减少，停留时间越短，冰淇淋的冰晶越小。较长的停留时间意味着冰淇淋较慢地达到其约-5℃至-6℃(23℉至21.2℉)的提取温度(从冰淇淋机中提取冰淇淋的温度)，这意味着它在温度升高会导致快速再结晶的本体区花费更多时间。通过尽可能快地达到抽取温度来最小化冰淇淋在冰淇淋机中的停留时间可能是有利的。这可以通过尽快混合和冷却来实现。
图2D说明了使用28D.E.(葡萄糖当量)玉米糖浆、500RPM(每分钟转数)和34l/h(升/小时)的流速制成的冰淇淋的冰晶分布对挤出温度的依赖性。冰晶的平均直径沿水平轴从左到右增加，而包含该平均冰晶直径的冰淇淋的百分比显示在垂直轴上从下到上增加。随着拉制温度降低，冰淇淋中冰晶的平均直径也减小。
例如，可以测量-5℃(23℉)下42μm/天的再结晶速率。按照这个速度，预计在10分钟内冰晶尺寸会增加约8μm。这可以匹配在稍微不同的-4℃(24.8℉)温度下冰晶尺寸的增加。在重结晶发生得非常快的温度下，冰淇淋在冰淇淋机内停留的时间越长，重结晶的程度就越大，冰晶越大。
研究拉制温度、冲刺速度和停留时间对冰晶尺寸的影响表明，这些方面会影响最终的晶体尺寸分布。
冰淇淋机中使用初级制冷剂(即液氨或氟利昂)以提供-23℃至-29℃(-9.4℉至-20.2℉)范围内的温度，桶壁温度升高几度。降低制冷剂温度可促进桶壁处的快速散热。快速散热允许更快的冰成核速率，由于小冰晶的数量更多，这会导致更小的冰晶。
对于冰糕中的冰晶尺寸，较低的制冷剂温度(高达-19.9℃(-3.82℉))会导致较低的抽取温度和冰晶弦长的显着减少。这是由于更快的冷冻，这会导致更多的冰晶更快地形成。可以观察到随着蒸发温度的降低，冰晶长度的减少。
桶壁温度对冷却速度(从冰淇淋混合物中去除热量的速度)有直接影响，因此对停留时间有直接影响。较低的壁温可以更快地降低冰淇淋的整体温度，减少停留时间并改善冰晶尺寸分布。
在动态冷冻过程中，由于桶壁摩擦和粘性耗散，来自旋转刮刀的热量输入可能很大，占制冷剂带走的总热量的50％之多。增加冲击速度会导致冰淇淋温度升高，从而导致平均冰晶尺寸显着增加。这可是因为叶片产生的额外摩擦热熔化了许多最小的晶体，导致较低的成核率和再结晶的增强。出于这个原因，冲击速度通常限制在100-200RPM。较高的冲击速度输入的大量摩擦热也会减慢冷冻过程，从而导致更长的停留时间。
有时旋转刀片的运动不足以使冰淇淋混合物中的脂肪球聚集在一起以部分聚结，这对于形成和维持冰淇淋中的小气泡很重要。冰淇淋混合物中的乳化剂有助于使脂肪球失去稳定性，从而使它们聚集在一起。
然而，本说明书中描述的冰淇淋不需要乳化剂，因为本说明书中描述的机器的快速旋转冲刺机和快速冷冻处理能力足以快速开发出光滑和奶油状的冰淇淋。
另外，本说明书中所述的冰淇淋不需要稳定剂，因为冰淇淋不需要以冷冻状态储存，因此不需要使用稳定剂来增加冰淇淋的抗熔性和保质期。
开发不含乳化剂和稳定剂的冰淇淋是本说明书中描述的冰淇淋的一个优点，即使在某些情况下可以添加少量乳化剂和稳定剂。不含乳化剂和稳定剂且仅包括牛奶、奶油和糖的冰淇淋被认为是“清洁标签”冰淇淋，并且是本说明书中描述的冰淇淋混合物的一个优点。清洁标签是指含有更少和更简单成分的食品，其中成分来自天然来源。
图2D说明拉制温度对平均冰晶尺寸有显着影响，较低的拉制温度通常会产生更小的冰晶。影响抽取温度的因素包括制冷剂温度、传热、停留时间和超限。在-3至-6℃(26.6℉至21.2℉)的抽吸温度下，冰晶会变大。当拉制温度低于-6℃(21.2℉)时，平均冰晶尺寸会减小。较小的冰晶尺寸可归因于获得较低抽取温度所需的较低制冷剂温度。
冲击速度的增加会导致拉伸温度的增加。例如，当冲击速度从600rpm增加到900rpm时，可以观察到由于传递到冰淇淋的摩擦能，拉制温度增加了1℃(1.8℉)。相反，冲击速度的增加也会导致筒壁处的热传递增加，从而产生较低的拉制温度。如前所述，冲击速度通常限制在100-200RPM。
然而，本说明书中描述的冰淇淋机和工艺使用在冷冻期间从100到1200RPM变化的冲刺速度，以减少冷冻时间并将冰晶尺寸降低到低，有时小于30μm，平均晶体尺寸低于20μm(19.1μm)，并且没有超过40μm的冰晶。这些特性类似于商店购买的经过静态冷冻过程(即硬包装过程)的冰淇淋。
通过更长的停留时间也可以获得更低的拉伸温度。然而，如前所述，更长的停留时间意味着冰淇淋在快速生长和重结晶发生的温度下花费更多时间，从而导致更大的冰晶。动态冷冻步骤可以解释竞争现象，因为需要较短的停留时间来产生小冰晶，但较长的停留时间会产生较低的抽取温度。
已经观察到拉伸温度对平均冰晶直径有影响，其次是混合流速(它决定平均停留时间)、溢出和冲击速度。当拉伸温度高于-5℃(23℉)时，平均冰晶直径强烈依赖于拉伸温度，在较高的拉伸温度下报告的平均冰晶较大。然而，当拉伸温度低于-5℃(23℉)时，不仅拉伸温度，而且溢出量(搅打到冰淇淋中的空气量)都会影响平均冰晶直径。
当拉制温度在-5℃和-6.5℃(23℉和20.3℉)之间且膨胀率低于70％时，平均冰晶直径的差异可能不显着。在较高的超限处，平均冰晶直径通常较小。当超速和冲刺速度都提高时，会形成微小的冰晶。然而，如前所述，增加冲击速度会导致产品温度升高，从而导致小晶体熔化并增强再结晶。
一些冰淇淋机在冷冻和分配循环期间以恒定RPM旋转混合桨。此外，混合桨的转速通常保持较低，因为如前所述，来自旋转刮刀的热量输入可能很大。出于这个原因，冲击速度通常限制在100-200RPM。此外，众所周知，由较高的冲击速度输入的大量摩擦热会减慢冷冻过程，从而导致更长的停留时间。
冷却用于指示热能传递以降低温度，例如，包含在荚中的成分的温度。在某些情况下，冷却是指传递热能以降低温度，例如将荚中的成分降低到冰点以下。
本说明书中描述的系统和方法描述了一种具有混合桨的机器，当冰淇淋混合物为液体时，该混合桨在冰淇淋制作过程开始时旋转较慢。在这种状态下，增加液体接触荚的壁内径的时间有助于将冰淇淋混合物从液体变为冰。随着荚的壁变冷，使用冰淇淋机的蒸发器，增加混合桨的旋转速度，以验证冰晶保持在小尺寸，最好在30μm以下。
随着冰淇淋混合物变得越来越粘稠，加速混合桨的动作可能是违反直觉的。这是违反直觉的，因为混合桨的转速受电机驱动扭矩的限制，并且当冰淇淋混合物变得更粘稠时增加混合桨的转速会增加电机所需的扭矩。这需要电机提供更多动力。此外，更快地旋转混合桨可能会损坏不是为这种速度设计的冰淇淋机。
然而，通过增加我们机器中混合桨的转速，机器能够将空气吸入荚。将空气吸入荚的过程与混合桨的旋转相结合，有助于将空气搅拌到冷冻甜点中，从而在冷冻甜点中产生气泡。该过程优选地产生至少30％的溢出。
包装在本说明书中描述的无菌荚或荚中的清洁标签冰淇淋混合物可以有利地提供(i)天然成分，(ii)在室温下储存而不需要冷藏或冷冻，和(iii)室温下保质期长，通常为6-9个月。
本说明书中描述的用于一荚的清洁标签冰淇淋混合物的冰淇淋机可以有利地提供：(i)具有非常小的冰晶的冰淇淋，通常平均直径小于40μm(有时平均直径小于30μm)，这使冰淇淋具有更平滑的纹理；以及(ii)在不到3分钟的时间内将冰淇淋从室温输送到配送。
使用本说明书所述机器生产的冰淇淋的平均冰晶尺寸比它们商店购买的同类产品小得多，并且冰晶尺寸的标准差也更严格。这一点很重要，因为本说明书中所述的冰淇淋机生产出更平滑的冰淇淋，在生产消费之前不需要冷藏或冷冻。这些机器中使用的冰淇淋不需要包括非天然成分，例如冰淇淋中的乳化剂或稳定剂。与这些机器一起使用的冰淇淋成分可以是“干净标签(clean-label)”，并且只包含牛奶、奶油、糖和奶粉，可以在室温下在消毒的荚中最多储存9个月。这些荚可以简单地插入本说明书所述的机器中，并且几分钟内就可以配送冷冻冰淇淋供消费者享用。这些冰淇淋机的设计目的是在混合桨不断增加的转速、荚的设计以及蒸发器和制冷系统的快速冷却性能之间提供有益的相互作用，使这成为可能。
用于提供单份冷冻食品的一些装置和方法包括：将pH值为4.0或更高的低酸性液体成分填充到荚中；将所述荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点；使所述荚的侧壁与所述凹槽的侧壁接触；使用机器的制冷系统冷却所述凹槽，将所述机器的电机连接到所述荚内的混合桨的同时从所述荚中转移热量；和在冷冻循环期间以增加的RPM移动荚内的混合桨，以从所述荚的内径中除去冰的积聚，并将所述冰分散到所述荚的中心，同时将所述冰机械搅动到流体的平衡，同时将较热的流体成分从所述荚的中心移动到接触所述机器凹槽的所述荚的较冷内径，以便于较快的热量转移。
一些用于提供温度在17°到26°F之间在小于五分钟内制成的单份冷冻甜点的装置和方法，大多数冰晶小于50μm，包括：将pH值为4.0或更高的低酸性液体成分填充到荚中；将所述荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点；使所述荚的侧壁与所述凹槽的侧壁接触；使用机器的制冷系统冷却所述凹槽，将所述机器的电机连接到所述荚内的混合桨的同时从所述荚中转移热量；和移动所述荚内的混合桨以从所述荚的内径中除去冰的积聚，并将所述冰分散到所述荚的中心，同时将所述冰机械搅动到流体的平衡，同时将较热的流体成分从所述荚的中心移动到接触所述机器凹槽的所述荚的较冷内径，以便于较快的热量转移。
这些机器的实施方案可以包括以下一个或多个特征。
在一些实施方案中，混合桨在制冷循环开始时旋转至少50RPM，并在制冷循环过程中增加到至少两倍。
在一些实施方案中，当冷冻甜点的温度在17-26°F之间并且混合桨旋转超过100RPM时，完成冷冻甜点的分配。
在一些实施方案中，在将荚插入机器凹槽以提供单份冷冻甜点之前，填充pH值为4.0或更高的低酸性液体成分。
在一些实施方案中，冷冻甜点是一种低酸性食品，包括高达约0.5％的乳化剂和/或高达约0.5％的稳定剂。在某些情况下，稳定剂可以是增稠剂，例如羧甲基纤维素钠(纤维素胶)、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、海藻酸钠、丙二醇海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶、改性淀粉、微晶纤维素(纤维素凝胶)、明胶、硫酸钙、丙二醇单硬脂酸盐或其他单酯等。在某些情况下，乳化剂可以是单甘油脂和双甘油脂、蒸馏单甘油脂(饱和或不饱和)、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯(60)或单油酸酯(80)等。在某些情况下，冰淇淋混合物配制物可含有最少或没有稳定剂。
在一些实施方案中，荚可以是多用途、可重复使用的荚。
在一些实施方案中，荚已完成罐式灭菌过程，使得其低酸性成分在室温下是货架期稳定的。
在一些实施方案中，荚已经无菌填充和密封，使得其低酸性成分在室温下是货架期稳定的。
在一些实施方案中，所述混合桨是所述机器的一部分。
在一些实施方案中，荚是铝制饮料罐。
在一些实施方案中，荚是圆锥形的。
在一些实施方案中，冷冻甜点的平均冰晶尺寸小于30μm。
在一些实施方案中，冰淇淋配制物被认为是“清洁标签”，不使用稳定口香糖。
在一些实施方案中，混合桨是螺旋形的，并且混合桨的旋转从所述荚的内径中除去冰的积聚，并向下驱动冷冻甜点。
在一些实施方案中，混合桨是螺旋形的，并且桨的旋转从所述荚的内径中除去冰的积聚和将冰移到荚中心，同时将较热的流体从荚中心推到荚的较冷的内径。
在一些实施方案中，混合桨旋转，并且桨的旋转速度响应于所述荚内冷冻甜点的粘度的变化而变化
在一些实施方案中，将冷冻甜点从荚中分配到可食用圆锥体或收集荚中，同时荚位于机器的凹槽中，而冷冻甜点不会与其他对象接触。
在一些实施方案中，混合桨将冷冻甜点挤出荚。
在一些实施方案中，机器的凹槽可以具有打开和关闭位置，并且当所述凹槽处于关闭位置时，发生所述荚的冷却。
在一些实施方案中，所述制冷系统使用压缩机冷却所述荚，并使用两相制冷剂，例如R22、R134A、R-600a或R290。在某些情况下，所述压缩机为往复式压缩机。在某些情况下，所述压缩机为旋转式压缩机。在某些情况下，所述压缩机为直流(DC)压缩机。在某些情况下，所述DC压缩机具有可变电机速度，以允许在制冷冷却循环开始前45秒增加取代(displacement)，例如冷却荚，并在大部分冷冻液蒸发时，在荚冷却循环结束时降低电机速度。在某些情况下，DC压缩机具有可变电机速度，取决于所述机器制冷循环上的负载进行调整。
本说明书中描述的系统和方法可以提供各种优势。
这些系统和方法的一些特征允许在单份荚中冷冻冰淇淋期间改变或增加缓冲器(dasher)速度。混合桨的转速可以在50到1200RPM之间变化以减少冻结时间，并将冰晶尺寸减小到约50μm或更小。
其中一些系统使用低温制冷剂，如R290或R-600A，应在温度(-7℃至-19.9℃)下使用，以有效实现抽吸温度，从而在大多数单批次中实现小于50μm的冰晶。
其中一些系统使用液体冰淇淋混合物，其货架稳定性为9-12个月。这是通过执行罐式过程来实现的，其中密封的液态冰淇淋混合物荚被加热到250°F至少5分钟。通过在我们的荚中使用未经巴氏杀菌的乳制品，并在使用前对荚进行干馏处理，荚中的乳制品只经过一次巴氏杀菌。这与图1所示的典型巴氏杀菌过程相反，在图1中，乳制品通常在离开乳制品厂之前进行巴氏杀菌，这意味着乳制品要进行两次巴氏杀菌，例如，在乳制品厂和我们的蒸馏过程中各进行一次巴氏杀菌。
其中一些系统和工艺使用在250°F温度下进行干馏的罐式过程，尽管通常首选在更高温度下干馏，因为这样可以在更短的时间内完成巴氏杀菌过程。当我们从冰淇淋混合物配方中去除果糖时，在250°F下完成罐式可以限制褐变的影响。
这些系统和方法的一些特征导致了紧凑型机器。例如，带有滑动盖组件的机器比带有弹出盖组件的系统更紧凑。这种方法可以方便将家用机器放置在厨房橱柜下方的厨房台面上，厨房橱柜通常与台面相距18英寸。配有快速混合桨的机器以100至1500RPM的转速旋转，可通过将空气吸入容器而产生吸入效应。这样的过程不需要使用单独的气源，并且使整个系统比向正在形成的冰淇淋中注入空气的系统更紧凑。
其中一些系统和方法提供了改进的混合。例如，具有偏心孔的混合桨的系统可以产生比对称混合桨更好的搅拌容器内容物的混合效果。
其中一些系统易于使用。例如，一些机器不需要用户将插入机器的荚(例如罐头)对齐。在另一个例子中，不需要用户手动降下盖子以施加力将柱塞插入容器中的机器更容易被用户使用，且强度不受限制。与包含提供此功能的特定电机的机器相比，在不使用额外电机的情况下提供此功能的机器往往更紧凑、更简单。
其中一些系统和方法具有操作优势。例如，配备有加热器和/或热气旁路的制冷系统的机器可以快速达到稳定状态。这种方法可以提高性能并减少等待时间。一些系统包括不反转方向的混合电机，并在混合、剪切和分配循环中继续旋转驱动轴。这种方法似乎可以降低混合电机失速的可能性，因为荚内容物的粘度随着冷却而增加。
一些系统包括设计用于剪切容器的突出部分的剪切帽。带有这种剪切盖的机器可以在使用过程中更安全地抓取荚，从而减少荚滑动的可能性。这可以提高机器的性能。
一些机器提供自动售货式分配功能，允许它们接受冰淇淋付款，提供各种冰淇淋口味/选项，并使其易于在商业环境中使用。
为了便于描述，“向上”、“向下”、“左”和“右”等术语与图中系统组件的方向有关，而不是暗示绝对方向。例如，传动轴相对于所示系统的方向垂直向上或向下移动。然而，这种驱动轴的平移运动取决于系统的方向，不一定是垂直的。
这些系统和方法的一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。这些系统和方法的其他特征、对象和优点将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。
附图说明
图1是一种制造冰淇淋的方法的流程图。
图2A-2D说明了冰淇淋中与光滑度、搅拌和拉制温度有关的冰晶。
图3A是用于快速冷却食物和饮料的机器的透视图。图3B显示了没有外壳的机器。图3C是图3A的机器的一部分的透视图。
图4A是图3A的机器的透视图，其中荚-机器接口的盖子被示为是透明的，以允许看到蒸发器的更详细视图。图4B是机器的一部分的俯视图，没有外壳和没有盖子的荚-机器接口。图4C和4D分别是蒸发器的透视图和侧视图。
图5A-5F显示了荚-机器接口的组件，其可操作以打开和关闭蒸发器中的荚以分配所生产的食物或饮料。
图6是制冷系统的示意图。
图7A和7B是冷凝器原型的视图。
图8A是荚的侧视图。图8B是荚和设置在荚中的混合桨的示意性侧视图。
图9A和9B是荚和相关传动轴的透视图。图9C是荚的一部分的剖视图，其中驱动轴126与荚中的混合桨接合。
图10A-10D显示了荚的第一端，其盖子与底座间隔开以便于观察。
图11A-11G示出了帽围绕荚的第一端旋转以打开延伸穿过底座的孔。
图12是荚的放大示意侧视图。
图13A-13D是用于具有缝合端部的荚的罐的视图。
图14A是蒸煮机的照片。图14B是杀菌锅内杀菌锅的照片。
图15是用于操作用于生产冷却食品或饮料的机器的方法的流程图。
图16A-16C是用于操作用于生产冷却食品或饮料的机器的方法的详细流程图。
图17A-17D是用于生产冷却食品或饮料的机器的透视图。
图18A和18B是图17A-17D的机器的局部剖视图。
图19是驱动轴的部分剖切透视图。
图20是分配器的透视图。
图21A-21C是示意图，说明了与荚-机器接口相关联的楔形系统。
图22A-22C是带有倒钩头和混合桨上的匹配凹槽的驱动轴的示意图。
图23显示了带有连接到小齿轮的手柄的机器的透视图。
图24A-24E示出了具有手柄的机器的透视图和横截面图，该手柄在与机器的盖子相同的轴线上旋转。
图25A-25C显示了具有弹簧加载手柄的机器的一部分，该手柄在与机器的盖子相同的轴线上旋转。
图26A-26C是用于快速冷却食物和饮料的机器的透视图。图26B是移除了顶盖的机器。
图27A-27B是图26A-26C的机器的透视图，其中显示了内部细节。
图28A-28D是具有处于缩回位置(图28A和28B)和处于接合位置(图28C和28D)的自动柱塞的机器的透视图和剖视图。
图29A-29D是具有处于缩回位置(图29A和29B)和接合位置(图29C和29D)的自驱动柱塞的机器的部分透视图和平面图。
图30是具有自驱动柱塞的机器在其从接合位置移动到缩回位置时的局部剖视图。
图31是带有连接电机的蒸发器的机器的内部组件视图。
图32A和32B是带有附接马达的蒸发器的透视图。
图33A-33B是制冷系统的示意图。
图34A-34D是混合桨的透视图和平面图。
图35A-35C示出了混合桨与荚的接合。
图36A-36B示出了荚的聚合物衬里。
图37A-37B示出了驱动轴上的索环。图37C-37D是索环的视图。
图38A-38D是混合桨的透视图，其中狗耳件设置在荚内(图38A)，单独(图38B)，并且连接有连接器(图38C和38D)。
图39A是使用与荚的密封连接的混合桨的透视图。图39B是图39A所示的荚的外部透视图。
图40A是混合桨的平面图，该混合桨使用与荚的替代密封连接。图40B是混合桨的透视图，显示了图40A所示的密封连接的一部分。图40C是图40B中所示的混合桨和密封部分的透视图。
图41A是使用替代密封连接到荚的混合桨的透视图。图41B是图41A所示的密封。图40C是图41A所示的联轴器。图41D是图41A所示的混合桨和替代密封连接的平面图。图41E是图41A中所示的混合桨和替代密封连接件的透视图，其中荚被隐藏。图41F是图41A中所示的混合桨和替代密封连接的平面图，其中隐藏了荚。
图42A-42D是使用与荚的替代密封连接的混合桨的透视图和平面图。
图43A-43C是具有偏心窗口的混合桨的透视图。
图44A-44B是接合荚的凸轮系统的透视图。
图45A-45E是接合荚的凸轮系统的透视图。
图46显示了具有与荚接合的凸轮系统的机器。
图47A-47B示出了用于荚的盖子。
图48A-48C是包括用于生产冷却食品或饮料的机器的自动售货机的示意图。
图49是冰淇淋的冰晶尺寸分析结果。
图50A-50E是代表各种冰淇淋的冰晶尺寸分析的图像。
图51A-51E是表示图50A-50E中所示的各种冰淇淋的冰晶尺寸分析的直方图。
各图中相同的参考符号表示相同的元件。
具体实施方式
本说明书描述了快速冷却食品和饮料的系统和方法。这些系统和方法中的一些使用台面或安装的机器在不到三分钟的时间内将荚中的食物和饮料从室温冷却到冷冻。例如，本说明书中描述的方法已经成功地证明了在大约90秒内从室温荚中制作软冰淇淋、冷冻咖啡、冷冻冰沙和冷冻鸡尾酒的能力。这种方法还可用于冷藏鸡尾酒、制作冷冻冰沙、冷冻蛋白质和其他功能性饮料奶昔(例如，基于胶原蛋白、能量、植物、非乳制品和CBD奶昔)、含氮或不含氮的冷冻咖啡饮料和冷冻咖啡饮料，制作硬冰淇淋，制作奶昔，制作冷冻酸奶和冷冻益生菌饮料。这些系统和方法基于具有低启动时间的制冷循环和易于使用并提供极其有效的热传递的荚机接口。所描述的一些荚可以被灭菌(例如，使用杀菌锅灭菌或无菌灌装)并用于在室温下储存包括例如乳制品在内的成分长达18个月。这些机器在2019年7月1日提交的美国专利申请系列第16/459,176号(代理人案号47354-0009001)中进行了更详细的描述，并通过引用整体并入本文。
冰淇淋机设计中的一个重大挑战是能否尽快将冰盒从室温冷却到抽取温度，最好是在两分钟内。一些机器通过尽快达到抽取温度来减少冰淇淋在冰淇淋机中的停留时间。这可以通过尽快混合和冷却来实现。
本规范中描述的机器和工艺制作的冰淇淋的大部分冰晶在50μm以下，并且通常在单份荚中大部分都在30μm以下。为了在冰淇淋不接触机器的情况下仍然能够将冰淇淋从荚中分配到碗或盘中，冰淇淋的抽取温度或分配温度应在-3至-8℃(26.6℉至17.6℉)，最好在-3至-6℃(26.6℉至21.2℉)之间。
本说明书中描述的机器和过程使用了在冷冻和分配期间增加旋转速度的新特征，这是违反直觉的。本说明书中描述的机器可以使用开始缓慢旋转的混合桨，但是随着冰淇淋开始从液体冻结为固体，旋转速度增加，需要更多的功率来克服混合桨扭矩的增加。通常，随着扭矩的增加，人们会减慢混合桨的转速，以保持功率需求恒定。在某些机器中，在冷冻过程中，混合桨的转速从100RPM增加到1200RPM，以减少冷冻时间并将冰晶尺寸降低到50μm左右。
此外，通过增加混合桨的转速，使荚内径上的冰融化，这与荚壁快速冷冻冰淇淋的预期功能相反。由于混合桨的高转速产生的额外摩擦力使荚壁上的冰晶融化，冰淇淋的冻结时间增加了。这与减少消费者等待冰淇淋冷冻和分发的典型目标相反。至少出于这些原因，将混合桨的转速提高到约200RPM的阈值以上是违反直觉的。
增加叶轮混合桨的转速以将空气吸入冷冻甜食中以实现改进的膨胀率(优选地至少30％的膨胀率)。混合桨的螺旋轮廓的旋转(例如，混合桨950的螺旋轮廓如图34A所示)也产生向下的压力以将冰淇淋挤出荚的出口。
此外，如前所述，快速旋转混合桨和在荚壁处快速冷却的组合允许冷却的冰淇淋在荚内适当混合并保持与冰淇淋光滑度直接相关的小冰晶尺寸。这部分是因为从荚的壁上刮下冷冻的冰淇淋并将其强制到温度更高的荚的中心。冰淇淋机的最佳性能依赖于在荚壁上的有效冷却和荚内容物的快速刮擦/混合。具有高效冷却但没有快速刮擦/混合(反之亦然)的机器将不太理想。
本说明书中描述的冰淇淋混合物使用了包含最少或不含稳定剂和乳化剂的新特征。没有或几乎没有稳定剂、乳化剂和非天然产品被认为是“清洁标签”。本说明书中描述的冰淇淋混合物包括牛奶、奶油、糖和奶粉。通过在冰淇淋混合物中加入这些特征，所得冰淇淋的大部分冰晶直径小于25微米。
例如，一份150克冰淇淋的清洁标签配方可以包括以下比例：48克全脂牛奶、67克重奶油(无树胶)、24克白糖和11克脱脂奶粉。
图3A是用于冷却食物或饮料的机器100的透视图。图3B显示了没有外壳的机器。机器100降低包含配料的荚中配料的温度。大多数荚包括一个混合桨，用于在分配冷却或冷冻产品之前混合成分。在某些情况下，混合桨可以是机器的一部分并插入到荚中。在某些情况下，可以多次使用混合桨。在某些情况下，机器不会分配冷冻甜食，在这种情况下，可以用勺子将冷冻甜食从荚中舀出。
机器100包括主体102，主体102包括压缩机、冷凝器、风扇、蒸发器、毛细管、控制系统、盖系统和分配系统，具有外壳104和荚-机器接口106。机器接口106包括制冷系统109的蒸发器108，其其它部件设置在外壳104内。如图3B所示，蒸发器108限定了尺寸适合接收荚的荚110。
盖子112通过铰链114附接到外壳104。盖子112可以在覆盖荚110的关闭位置(图3A)和暴露荚110的打开位置(图3B)之间旋转。在其关闭位置，盖子112覆盖荚110并被锁定就位。在机器100中，盖子112上的闩锁116与荚-机器接口106上的闩锁凹部118接合。闩锁传感器120设置在闩锁凹槽118中以确定闩锁116是否与闩锁凹槽118接合。处理器122电连接到闩锁传感器120并且当闩锁传感器120确定闩锁116和闩锁凹部118接合时识别出盖子112关闭。并非所有机器都包括闩锁传感器。
当盖112从其关闭位置移动到其打开位置时，辅助盖115向上旋转。在该移动期间，辅助盖115中的槽接收盖112的把手。当盖子移动到打开位置时，一些辅助盖子会滑入外壳。
在机器100中，蒸发器108相对于机器100的主体102固定在适当的位置，并且通过盖子112的移动提供对荚110的访问。在一些机器中，蒸发器108相对于主体102是可移动的，并且蒸发器108的运动提供到荚110的通路。
设置在外壳104中的马达124机械连接到从盖子112延伸的驱动轴126。当盖子112处于其关闭位置时，驱动轴126延伸到荚110中，并且如果存在荚，则与荚接合以在荚内移动一个或多个桨。有时，桨被称为叶轮、叶片、破碎机或混合桨。处理器122与马达124进行电子通信并且控制马达124的操作。
在一些机器中，与荚的桨相关联的轴从荚向外延伸，并且盖子112具有机械连接到电机124的旋转荚(而不是驱动轴126)。在一些机器中，电机在混合桨处以至少100RPM(每分钟转数)的转速提供至少50ozf-in(盎司力英寸)的扭矩。例如，可以使用100ozf-in的扭矩和750RPM的转速。在某些机器中，混合桨的电机提供高达400ozf-in的扭矩和高达1,500RPM的转速。
图3C是单独显示的盖子112的透视图，因此从马达124延伸到驱动轴126的皮带125是可见的。再次参考图3B，马达124安装在沿着轨道127运行的板上。板可以移动大约0.25英寸以调节皮带125上的张力。在组装期间，板沿着轨道滑动。设置在板和盖子112之间的弹簧将盖子112偏置远离板以保持带中的张力。
图4A是机器100的透视图，其中荚-机器接口106的盖被示为透明以允许看到蒸发器108的更详细视图。图4B是没有外壳104的机器100的一部分和没有盖子112的荚-机器接口106的一部分的俯视图。图4C和4D分别是蒸发器108的透视图和侧视图。蒸发器108在2019年7月1日提交的美国专利申请系列第16/459,388号(代理人案号47354-0006001)中有更详细的描述，并以引用的方式全文并入本文。
蒸发器108具有蛤壳式构造，其中第一部分128在一侧通过活动铰链132附接到第二部分130并且在另一侧被间隙134隔开。制冷剂通过流体通道136从制冷系统的其他部件流向蒸发器108(最好在图4B中看到)。制冷剂在通过第一部分128、活动铰链132和第二部分130的内部通道中流过蒸发器108。
蒸发器108的外壁和荚-机器接口106的外壳的内壁之间的空间137(最好在图4B中看到)填充有绝缘材料以减少环境和蒸发器108之间的热交换。在机器100中，空间137填充有气凝胶(未示出)。一些机器使用其他绝缘材料，例如环形空间(如空气空间)、由各种聚合物制成的绝缘泡沫或玻璃纤维棉。
蒸发器108具有打开位置和关闭位置。在打开位置，间隙134打开以在第一部分128和第二部分130之间提供气隙。在机器100中，第一部分128和第二部分130在关闭位置被压在一起。
蒸发器108的内径ID在打开位置比在关闭位置稍大。当蒸发器处于其打开位置时，荚可插入蒸发器108或从蒸发器108取出。在荚被插入之后将蒸发器108从其打开位置转变到其关闭位置，使蒸发器108围绕荚的外径收紧。例如，机器100被配置为使用具有2.085英寸外径的荚。蒸发器108在打开位置具有2.115”的内径和在关闭位置具有2.085”的内径内径。蒸发器108在其打开位置具有2.115英寸的内径并且在其关闭位置具有2.085英寸的内径内径。有些机器的蒸发器尺寸和配置可以冷却其他荚。
蒸发器的尺寸设计成易于在打开位置接收荚并在关闭位置接合荚。代替蛤壳式配置，一些蒸发器可以具有多个具有打开和关闭位置的部件，这些部件不铰接，但可以彼此靠近滑动。一些蒸发器可以具有连接蒸发器各个部件之间的冷却通道的管。一些蒸发器可以是截头圆锥形的。一些蒸发器具有相互挤压的第一部分和第二部分，它们之间的间隙减小，但在关闭位置时第一部分和第二部分之间存在空间。
有些机器的蒸发器尺寸和配置可以冷却其他荚。荚可以由市售的罐尺寸制成，例如，直径范围为2.080英寸-2.090英寸，容积为180毫升(ml)-300毫升的“细长”罐；直径范围为2.250英寸-2.400英寸，容积为180毫升-400毫升的“光滑”罐；直径范围为2.500英寸-2.600英寸，容量为200毫升-500毫升的“标准”尺寸罐。机器100被配置为使用具有2.085±0.10英寸外径的荚。一些荚的内径为2.065英寸至2.075英寸，以允许直径为2.045至2.055英寸的混合桨分别以100至1,500RPM的转速旋转，从而每分钟刮削6,000至93,000平方英寸。
荚的内径约为2.085英寸，可容纳直径约为2.065英寸的混合桨。混合桨可以在100RPM和1,500RPM之间的转速范围内在荚中旋转。在此期间，混合桨的单个刀片边缘以每分钟3,100至46,500平方英寸的速率刮擦荚的内壁。每分钟的刮擦面积乘以混合桨上的每个刮擦边缘(即，具有两个边缘的混合桨每分钟可刮擦约6,200至93,000平方英寸)。如前所述，这种刮擦和混合过程有助于将在荚壁上形成的冰晶分布到荚内部。
一些荚被加压以具有大约5-100psi表压的内部压力。一些荚具有厚度不超过10-50微米(例如，小于50微米)的装饰性外部涂层。较厚的外部涂层可以使荚隔热并在荚冷却期间干扰热传递。一些荚的末端没有内部或外部涂层。
除了圆柱形荚外，一些荚是截头圆锥形的(例如，带有开口端的截头圆锥形)。一些荚不需要分配口，因为冷冻甜食可以从荚的开口端舀出。
除了一次性使用的荚之外，一些荚是可重复使用的。一些荚被使用、清洗和重复使用。一些荚在使用前是空的并在使用前装满。一些荚由用户或机器购买或获得完整、使用和重新填充。一些荚在使用后进行消毒，并在重新填充使用后进行消毒，以实现室温储存。一些荚包括允许重新填充和重新密封荚的重新密封功能。一些荚包括用于从机器分配荚的冷冻甜食的可重复使用的突起。一些荚可以空购买，并与带有清洁标签成分的家庭冰淇淋制作工具包一起使用。
蒸发器108的关闭位置通过增加荚150和蒸发器108之间的接触面积并减少或消除荚150的壁和蒸发器108之间的气隙来改善插入的荚150和蒸发器108之间的热传递。在一些荚中，蒸发器108施加到荚的压力与混合桨、荚内的加压气体或两者相反，以保持荚的外壳形状。蒸发器108可提供对荚150的大约10-50磅力(磅力)的闭合力和大约1,000至1,500盎司/英寸的扭矩夹紧力。
在蒸发器108中，第一部分128和第二部分130的相对位置以及它们之间的间隙134的大小由通过螺栓140和两个弹簧142连接的两个杆138控制。每个杆138具有螺栓140延伸穿过的螺纹中心孔和接合销144的两个端孔。两个弹簧142中的每一个都围绕在杆138之间延伸的销144设置。一些机器使用其他系统来控制间隙134的大小，例如，具有围绕蒸发器108的外径延伸的电缆的圆周电缆系统，其中电缆被拉紧以关闭蒸发器108并且被松开以打开蒸发器108。在其他蒸发器中，有多个螺栓和端孔、一个或两个以上的弹簧以及一个或多个接合销。
一个杆138安装在蒸发器108的第一部分128上，而另一个杆138安装在蒸发器108的第二部分130上。在一些蒸发器中，杆138与蒸发器108的主体是一体的，而不是安装在蒸发器的主体上。弹簧142将杆138压离彼此。弹簧力使蒸发器108的第一部分128和第二部分130在间隙134处远离每个部分。螺栓140在一个方向上的旋转增加了将杆138推向每个方向的力，并且螺栓在相反方向上的旋转减小了该力。当螺栓140施加的力大于弹簧力时，杆138将蒸发器的第一部分128和第二部分130结合在一起。
机器100包括电动机146(如图4B所示)，其可操作以旋转螺栓140以控制间隙134的大小。一些机器使用其他机构来旋转螺栓140。例如，一些机器使用机械联动装置，例如，在盖子112和螺栓140之间的连接以在盖子112打开和关闭时旋转螺栓140。一些机器包括一个手柄，可以连接到螺栓上以手动拧紧或松开螺栓。一些机器有一个楔形系统，当机器盖关闭时，它会迫使杆进入关闭位置。这种方法可以用来代替电动机146，或者可以在电动机发生故障的情况下作为备用。
电动机146与机器100的处理器122通信并由其控制。一些电动驱动器包括将扭矩测量值发送到处理器122的扭矩传感器。处理器122向马达发出信号以沿第一方向旋转螺栓140以将杆138压在一起，例如，当荚传感器指示荚设置在荚110中或当闩锁传感器120指示盖子112和荚机器接口106接合时。最好在盖子关闭并且轴刺穿荚并接合混合桨之前关闭抓斗式蒸发器并将荚保持在紧密固定的位置。这种定位对于轴混合桨的接合可能很重要。处理器122向电驱动发出信号以使螺栓140沿第二方向旋转，例如，在所生产的食物或饮料已被冷却/冷冻并从机器100分配之后，从而打开蒸发器间隙134并允许从蒸发器108容易地移除荚150。
蒸发器108的底部具有三个孔148(参见图4C)，用于将蒸发器108安装到荚-机器接口106的底板上。所有三个孔148都延伸穿过蒸发器108的第二部分130的底部。蒸发器108的第一部分128不直接附接到荚-机器接口106的地板。这种配置能够实现上述的打开和关闭运动。也可以使用能够实现蒸发器108的打开和关闭运动的其他配置。一些机器具有多于或少于三个孔148。一些蒸发器安装到除了荚-机器接口的地板之外的部件，例如分配机构。
许多因素会影响制冷系统的性能。重要因素包括流经系统的制冷剂的质量速度、制冷剂润湿表面积、制冷过程、荚/蒸发器传热表面的面积、蒸发器的质量以及传热面材料的导热系数。本规范所述原型系统开发过程中的大量建模和实证研究已确定，适当选择流经系统的制冷剂质量速度和制冷剂润湿表面积是最重要的平衡参数，以提供能够在2分钟内冷冻多达10-12盎司糖果的系统。
本说明书中描述的蒸发器具有以下特点：
质量速度 60,000-180,000lb/(小时英尺的平方)
制冷剂润湿表面积 35-110平方英寸
制冷过程中的压降 蒸发器的压降小于2psi
荚/蒸发器传热表面 15-50平方英寸
蒸发器质量 0.100-1.50磅
材料的电导率 160W/mK
以下段落更详细地描述了这些参数的重要性。
质量速度解释了流过蒸发器的多相性质或制冷剂。当制冷剂流体(例如，R-290丙烷)分别从液态变为气态和从气态变为液态时，两相过程利用大量吸收和消耗的热量。传热速率部分取决于蒸发器内表面暴露于新的液态制冷剂以蒸发和冷却液态冰淇淋混合物。为此，制冷剂流体的速度必须足够高，以使蒸汽在蒸发器壁内引导或流下流动路径的中心，并使液体制冷剂被推动通过壁内的这些通道通道。制冷系统中流体速度的一种近似测量方法是质量速度-系统中每单位流道截面积的制冷剂质量流量，单位为磅/(小时-平方英尺)(lb/hr ft2)。以英尺/秒(ft/s)为单位测量的速度(一种更熟悉的测量“速度”的方法)难以应用于两相系统，因为随着流体流动状态从液体变为气体，速度(ft/s)不断变化。如果液态制冷剂不断地扫过蒸发器壁，它就会被汽化，新的液体会被从通道中间流下的蒸汽“核心”推向冷却通道的壁。在低速下，流动基于重力分离，液体留在蒸发器内的冷却通道底部，蒸汽上升到冷却通道通道的顶部。例如，如果暴露在液体中的面积减少一半，那么传热量几乎可以减少一半。
根据美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)的说法，150,000lb/hr ft^2的质量速度可最大限度地提高大部分蒸发器流动路径的性能。质量速度是优化制冷剂系统必须平衡的参数之一。影响蒸发器性能的参数是质量流量、对流传热系数和压降。蒸发器的标称工作压力由蒸发器所需的温度和系统中使用的制冷剂的性质决定。通过蒸发器的制冷剂的质量流量必须足够高，以便它在给定的时间内吸收来自糖果的热能以将其冷冻。质量流量主要由压缩机的尺寸决定。希望使用尽可能小的压缩机以减少成本、重量和尺寸。对流传热系数受蒸发器的质量速度和湿表面积影响。对流传热系数将随着质量速度的增加而增加。然而，压降也会随着质量速度的增加而增加。这反过来又增加了运行压缩机所需的功率并降低了压缩机可以输送的质量流量。理想的是设计蒸发器以满足性能目标，同时尽可能使用最小且最便宜的压缩机。我们已经确定，质量速度为75,000–125,000lb/hr ft^2的蒸发器有助于提供能够在2分钟内冷冻多达12盎司糖果的系统。最新原型的质量速度约为100,000lb/hr ft^2，并在高质量速度、系统中可控制的压降(低于2psi)和合理尺寸的压缩机(排量低于12cc)之间实现了良好的平衡。
在一些系统中，制冷系统通过使用两相制冷剂流体(例如R134A、R22、R600a或R290)的压缩机来冷却荚。在某些系统中，所述压缩机为往复式压缩机或旋转式压缩机。具有可变电机速度的直流(DC)压缩机允许在荚的制冷冷却循环开始时增加排量(例如，冷却荚的前45秒)并在荚的冷却循环结束时减慢电机速度，以提高冷冻过程的效率。在某些系统中，直流压缩机可以具有可变的电机速度，该速度可根据机器制冷循环的负载进行调整。
在某些系统中，使用R290等天然制冷剂可以满足蒙特利尔和京都等国际协议的目标，并有助于减少臭氧消耗和全球变暖等环境问题。这些协议和环境问题通常建议逐步淘汰R22和R134A制冷剂。
制冷剂的热物理性质决定了制冷系统的能量性能。下表显示了制冷剂R22和R290在10℃的蒸发温度和45℃的冷凝温度下的热物理特性。
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R290制冷剂的较低液体密度表示对制冷剂质量的要求较低，从而导致蒸发器和冷凝器中的摩擦力和传热系数更好。制冷剂粘度是不可逆性的主要来源，并影响冷凝和沸腾传热系数。R290制冷剂具有较低的粘度和较高的热导率，从而提高了冷凝器和蒸发器的性能。R290的比热越高，排放温度越低。
影响蒸发器性能的另一个重要因素是被制冷剂润湿的表面积，它是蒸发器内所有冷却通道的面积，只要至少有一些液体制冷剂存在于这些通道中。增加润湿表面积可以改善蒸发器的传热特性。然而，增加润湿表面积会增加蒸发器的质量，这会增加热惯性并降低蒸发器的传热特性。
可以从荚中的液体中转移出来的热量与荚/蒸发器传热表面的表面积成比例的冰淇淋混合物。较大的表面积是合乎需要的，但表面积的增加可能需要增加蒸发器的质量，这会降低蒸发器的传热特性。我们已经确定，荚/蒸发器传热表面面积在20到40平方英寸之间的蒸发器与其他特性有效结合，有助于提供能够在2分钟内冷冻多达12盎司糖果的系统。
导热性是一种材料的固有特性，与它的导热能力有关。通过传导进行的热传递涉及材料内的能量传递，而整个材料没有任何运动。具有由高导电率材料(例如铝)制成的壁的蒸发器可减少蒸发器壁上的温差。减少这种温差可以减少制冷系统将蒸发器冷却到合适温度所需的工作。
可以使用温度传感器(例如热电偶)来测量荚的温度。在一些机器中，可以使用物理接触荚外表面的热电偶来测量荚的温度，或者可以将热电偶直接设置在荚的外部。在某些机器中，传感器径向穿透蒸发器，并且，在某些情况下，是弹簧加载的，以确保传感器尖端处的力一致。传感器可以与蒸发器绝热，因此它只感应荚外部的温度。荚可以由大约0.004到0.008英寸厚的铝制成，这样荚的温度实际上与内容物的温度相同。使用这些温度，该过程可以通过多种方式进行控制：(i)根据产品冷冻的速度改变混合器速度，(ii)在达到目标温度时停止冷冻过程，以及(iii)在分配过程中过程中，通过感应荚何时为空并在那时结束分配过程，而不是在空荚中旋转混合桨，这可能会产生噪音。
为了发生所需的热传递，必须冷却蒸发器。蒸发器的质量越大，冷却所需的时间就越长。减少蒸发器质量可减少冷冻循环期间必须冷却的材料量。具有大质量的蒸发器将增加冷冻多达12盎司糖果所需的时间。
适当的材料选择可以平衡热导率和质量的影响。有比铝导热率更高的材料，例如铜。然而，铜的密度大于铝的密度。出于这个原因，已经构造了一些蒸发器，它们仅在蒸发器的热交换表面上使用高导热铜而在其他地方使用铝。
图5A-5F示出了荚-机器接口106的组件，其可操作以打开蒸发器108中的荚以分配由机器100生产的食物或饮料。这是打开荚的一种方法的示例，但是一些机器和相关联的荚使用其他方法。。
图5A是荚150放置在蒸发器108中的荚-机器接口106的部分剖视示意图。图5B是向上看的示意性平面图，显示了荚150的端部和荚-机器接口106的地板152之间的关系。荚-机器接口106的底板152由分配器153形成。图5C和5D是分配器153的透视图。图5E和5F是设置在分配器153中的插入件154的透视图。插入件154包括电动机146，电动机146可操作以驱动荚-机器接口106的蜗轮157底板152。蜗轮157与具有环形构造的齿轮159啮合。安装在齿轮159上的环形构件161从齿轮159延伸到荚-机器接口106的内部区域中。环形构件161具有突起163，该突起被配置为与插入荚机接口106的荚接合以打开荚。环状部件161的突起163是4个销状突起。一些环形齿轮具有更多或更少的突起，并且这些突起可以具有其他形状，例如“齿”。
荚150包括主体158，主体158包含混合桨160(见图5A)。荚150还具有限定孔164的基部162和延伸穿过基部162的盖166(见图5B)。底座162被缝合/固定到荚150的主体158上。底座162包括突起165。安装在底座162上的盖166可绕荚150的圆周/轴线旋转。在使用中，当产品准备好从荚150分配时，机器的分配器153接合盖子166并围绕荚150的第一端旋转盖166。盖子166旋转到一个位置以接合突起165，然后将突起165与荚的其余部分分开。图8A-8B更详细地描述了荚150及其部件。
底座162中的孔164通过帽166的旋转打开。荚机接口106包括电动机146，电动机146具有与齿轮168的外圆周啮合的螺纹。电动机146的操作导致齿轮168旋转。齿轮168附接到环形构件161并且齿轮168的旋转使环形构件161旋转。齿轮168和环形构件161都是环形的并且一起限定了中心孔，食物或饮料可以通过该中心孔从荚150通过孔164分配而不接触齿轮168或环形构件161。当荚150被放置在蒸发器108中时，环形构件161接合盖166并且环形构件161的旋转使盖166旋转。
图6是包括蒸发器108的制冷系统109的示意图。制冷系统还包括冷凝器180、吸入管线热交换器182、膨胀装置184和压缩机186。膨胀装置184可包括阀或毛细管，两者均可用于制冷系统109。高压液态制冷剂从冷凝器180通过吸入管路热交换器182和膨胀装置184流向蒸发器108。膨胀装置184限制液态制冷剂流体的流动并在液态制冷剂离开膨胀装置184时降低其压力。低压液体然后移动到蒸发器108，在那里从荚150吸收热量并且其在蒸发器108中的内容物将制冷剂从液体变为气体。气相制冷剂通过吸入管线热交换器182从蒸发器108流到压缩机186。在吸入管线热交换器182中，离开蒸发器108的冷蒸汽预冷却离开冷凝器180的液体。制冷剂作为低压气体进入压缩机186并且作为高压气体离开压缩机186。气体然后流向冷凝器180，在那里热交换将制冷剂冷却并冷凝成液体。
制冷系统109包括第一旁通管线188或阀门和第二旁通管线190或阀门。第一旁通管路188将压缩机186的排放口直接连接到压缩机186的入口。设置在第一旁通管路和第二旁通管路上的是旁通阀，其打开和关闭通道以允许制冷剂旁通流动。将制冷剂直接从压缩机排放口转移到入口可以提供蒸发器除霜和温度控制，而无需向蒸发器注入热气。第一旁通管线188还提供了一种用于通过压缩机186的快速压力平衡的装置，其允许快速重新启动(即，快速地冷冻一个接一个的荚)。第二旁通管线190能够将热气施加到蒸发器108以使蒸发器108除霜。旁通阀可以是例如电磁阀或节流阀。可以使用额外的旁通阀(未显示)沿混合桨160的长度引导暖空气，以帮助去除粘在混合桨160上的产品。
图7A和7B是冷凝器180的原型的视图。冷凝器具有内部通道192。内部通道192增加了与快速冷却制冷剂的制冷剂相互作用的表面积。这些图像显示了使用微通道管，因为它们具有保持冷却剂速度上升的小通道，并且是薄壁以实现良好的热传递并且质量很小以防止冷凝器成为散热器。
图10A和10B示出了与参照图3A-5F描述的机器100一起使用的荚150的示例。图8A是荚150的侧视图。图8B是荚150和布置在荚150的主体158中的混合桨160的示意性侧视图。
荚150的尺寸适合于安装在机器100的荚110中。荚的尺寸可以设置成提供单份正在生产的食物或饮料。通常，荚的体积在6到18液盎司之间。荚150具有大约8.5液量盎司的体积。
荚150的主体158是包含混合桨160的铝制饮料罐。主体158从底部的第一端210延伸到第二端212并且具有圆形横截面。第一端210具有比第二端212的直径DLE稍大的直径DUE。这种配置便于将多个荚150堆叠在彼此之上，其中一个荚的第一端210容纳另一个荚的第二端212.
侧壁214将第一端210连接到第二端212。壁214具有第一颈部216、第二颈部218和位于第一颈部216和第二颈部218之间的筒体220。筒220具有直径为DB的圆形横截面。直径DB大于第一端210的直径DUE和第二端212的直径DLE。第一颈部216将筒220连接到第一端210并且随着第一颈部216从筒220的较小直径DUE延伸到较大直径DB而倾斜。第二颈部218将筒220连接到第二端212并且随着第二颈部218从筒220的较大直径DB延伸到第二端212的较小直径DLE而倾斜。第二颈部218比第一颈部216倾斜得更陡，因为第二端212具有比第一端210更小的直径。
荚150的这种配置提供了增加的材料使用；即，每个荚使用更多基材(例如铝)的能力。这种配置进一步有助于荚的柱状强度。
荚150被设计用于从蒸发器到荚内容物的良好热传递。荚150的主体158由铝制成并且厚度在5到50微米之间。一些荚的主体由其他材料制成，例如锡、不锈钢和各种聚合物，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PTE)。
荚150可以由不同材料的组合制成，以帮助荚的可制造性和性能。在一个实施例中，荚壁和第二端212可以由铝3104制成，而底座可以由铝5182制成。
在一些荚中，荚的内部组件涂有漆，以防止荚在与荚内所含成分接触时腐蚀。这种漆还降低了荚内食品和饮料成分中金属“异味”的可能性。例如，由铝制成的荚可以在内部涂有以下涂层之一或组合：Sherwin Williams/Valspar V70Q11、V70Q05、32SO2AD、40Q60AJ；PPG Innovel2012-823、2012-820C；和/或Akzo Nobel Aqualure G1 50。也可以使用由相同或其他涂料制造商制造的其他涂料。
一些混合桨由类似的铝合金制成，并涂有类似的漆/涂层。例如，Whitford/PPG涂层8870可用作混合桨的涂层。混合桨漆可能对混合桨有额外的不粘和硬化益处。一些混合桨由AL 5182-H48或其他铝合金制成。一些混合桨的抗拉强度最低为250-310MPa，屈服强度最低为180-260MPa，断裂伸长率为4％-12％。
在某些机器中，混合桨可以通过从荚中取出、清洗并在同一个荚或另一个荚中重复使用来重复使用。
除了前面讨论的混合桨的功能外，一些机器还会使混合桨摆动和/或振动，以帮助去除粘在混合桨上的产品。这种方法可以通过包括使混合桨振荡和/或振动的螺线管的机器(例如机器100)来实现。
在2019年7月1日提交的美国专利申请系列第16/459,322号(代理人案号47354-0010001)中更详细地描述了可以与该机器和类似机器一起使用的其他荚机器接口，并通过引用整体并入本文。
一些荚包括密封件，该密封件被配置为在混合马达施加扭矩时被破坏。为了与机器兼容，这样的荚设计可以更容易和更便宜地制造。
图9A-9C显示了机器100的驱动轴126和插入机器100中的荚150的混合桨160之间的接合。图9A和9B是荚150和驱动轴126的透视图。在使用中，荚150插入蒸发器108的荚110中，荚150的第一端210向下。如图9A所示，该定向将荚150的第二端212暴露于驱动轴126。关闭盖子112(参见图3A)以足够的力将驱动轴126压靠在荚150的第二端212上，使得驱动轴126刺穿荚150的第二端212。在一些机器中，驱动轴126刺入荚150的第二端212的向下力约为50磅力。15-65lbf之间的向下力可有效刺穿荚的第二端，而不会损坏荚的其他部分。
图9B显示了所得孔和通过孔可见的混合桨160。为了便于观察，驱动轴126被示出为偏移。图9C是荚150的一部分的横截面，其中驱动轴126在盖子关闭后与混合桨160接合。通常，驱动轴126和荚150之间没有紧密密封，因此当冷冻甜食从荚150的另一端排出/分配时，空气可以流入。在替代实施例中，存在紧密的密封使得荚150保持压力以增强荚150和蒸发器108之间的接触。
一些混合桨包含漏斗或荚构造，当第二端被驱动轴刺穿时，该漏斗或荚构造接收荚的第二端的刺穿端。
图10A示出了荚150的第一端210，其中盖166与基部162间隔开以便于观察。图11A-11G图示了帽166围绕荚150的第一端210的旋转以切割和带走基部162的突出部165并暴露延伸穿过基部162的孔164。
基部162与荚150的主体158分开制造，然后附接(例如，通过压接或缝合)到荚150的主体158，覆盖主体158的开口端。基部162的突出部165可以例如通过冲压、深拉或对用于形成基部的铝片材进行冲压来形成。突出部165例如通过弱化划线173附接至基部162的其余部分。划线可以是进入铝板底部的垂直划线或进入突出部165壁的水平划线。例如，材料可以从0.008英寸到0.010英寸的初始厚度(例如，初始厚度可以是0.008英寸)刻痕到0.001英寸到0.008英寸的刻痕后厚度(例如，刻痕厚度可以是0.002英寸)。
图10B示出了荚150的第一端210的横截面，示出了基部162、突起165和弱化刻痕线173。弱化刻痕线173在0.008英寸厚的铝基盖材料中的深度为0.006英寸。
在一些实施方案中，没有冲压后刻痕，而是故意将壁变薄以便于破裂。在另一个版本中，不存在可变的壁厚，而是盖166与机器分配机构接合的力相结合足以在突出部165上切割0.008英寸至0.010英寸的壁厚。通过刻痕，可以用5-75磅的力，例如15-40磅的力将突起165提起并从基部162上剪断。在某些情况下，圆形突起的直径为0.375–0.850英寸(例如，如图10B所示，直径为0.575英寸)。在某些情况下，突起165的面积为0.1-0.5in2(例如，如图10B-10D中所见的0.26in2)。在某些情况下，底座162的面积为2.0–5.0平方英寸(例如，如图10B-10D所示的3.95平方英寸)。圆形突起的面积是基部162的总表面积的一小部分。在某些情况下，基座162的直径为1.5-3.0英寸(例如，如图10B-10D所示的2.244英寸)。在某些情况下，圆形突起165与基部162的面积比为0.01-0.50(例如，如图10B-10D中所见的0.065)。
在某些情况下，当突出物被剪切和带走时，突出物和相应的开口具有在整个荚端表面积的5％至30％之间的表面积。在某些情况下，突起的形状可以是圆形、泪滴形、肾形或任意形状。在某些情况下，突起可以是圆形的，但刻痕形状可以是圆形、泪滴形、肾形或任意形状。
图10A示出了具有第一孔222和第二孔224的盖166。第一孔与孔164的形状大致匹配。当去除突起165时，孔164被暴露并延伸穿过基部162。第二孔224具有对应于两个重叠圆的形状。其中一个重叠圆具有与突起165的形状对应的形状，而另一个重叠圆略小。斜坡226在两个重叠圆的外边缘之间延伸。在斜坡过渡的顶部(例如，0.070英寸)有额外的0.010到0.100英寸的材料厚度。如参考图11A-11G更详细地描述的，该额外高度有助于在帽旋转期间提升和破裂突出物的头部并打开孔。
图11A和11B显示了盖166最初附接到基座162，其中突起165与第二孔224的较大的重叠圆对齐并延伸穿过。当机器的处理器122启动电动机146以旋转齿轮168和环形构件161时，帽166的旋转使斜坡226在突起165的唇部下方滑动，如图11C和11D所示。帽166的持续旋转施加将突出部165与基部162的其余部分分离的提升力(参见图11E-11G)，然后将帽166的第一孔222与基部162中的孔164对齐，该孔164由于移除了突出部165而产生。电动机146可以施加高达1,000ozf-英寸的扭矩来提升和剪断突起165。在一些机器中，去除突起的过程还去除了可能积聚在突起末端的凹槽内的产品(冷冻或非冷冻)。
在一些机器中，电机124在突起剪切过程中减速，然后在分配过程中加速。在这种情况下，通过混合、剪切和分配循环，驱动轴在不停止或反转的情况下旋转是有利的，以减少马达124失速的可能性。
一些荚包括用于在突出部165与基部162分离之后保持突出部165的结构。在荚150中，突出部165具有头部167、茎部169和足部171(最好在图11G中看到)。杆169在头部167和足部171之间延伸并且具有比头部167和足部171更小的横截面。随着帽166的旋转将突出部165与基部162的其余部分分离，帽166横向压靠在杆169上，头部167和脚171沿着第二孔224的重叠圆之一的边缘将帽166夹住。当突出部165与基部162分离时，这种构造保持突出部165。与当突出部165从基部移除时相比，这种构造降低了突出部落入等待荚中的可能性。在机器的混合桨160旋转并通过孔224分配冷冻甜食之后，电机124旋转盖166并关闭孔224，使得熔化时的任何残留产品(例如冰淇淋)不会泄漏到荚中。
一些荚包括将突出部165与基部162的其余部分分离的其他方法。例如，在一些荚中，基部具有铆接到基部的可旋转切割机构。可旋转切割机构具有类似于关于帽166所描述的形状，但该次要件铆接到并位于基座162的周边内，而不是安装在基座162上方和周围。当制冷循环完成时，机器的处理器122启动机器的臂以围绕铆钉旋转铆接切割机构。在旋转期间，切割机构接合、切割并带走突出部165，将基部162的孔164留在其位置。
在另一个示例中，一些荚具有带有滑动刀的盖，该滑动刀在底座上移动以移除突起。滑刀由机器启动，当被控制器触发时，滑过底座以分离、移除和收集突起165。帽166具有断头台特征，当被机器启动时，可以直接滑过底座162并滑过底座162。在另一个实施例中，该断头台特征可以是机器的中心，而不是荚150的盖166。在另一个实施例中，该断头台特征可以作为辅助部件安装在底座162内，而不是像盖子166那样的辅助安装部件。
一些荚有一个分配机构，包括一个可以由机器接合和释放的弹出顶部。当制冷循环完成时，机器的一个臂接合并抬起荚的一个凸片，从而按压穿刺底座并在底座上形成一个孔。冷冻或冷冻产品通过孔分配。底座的穿孔表面保持铰接在底座上，并在分配过程中保留在荚内。混合避免或在刺破的表面上旋转，或者在另一个实施例中，使得混合桨继续旋转而不受阻碍。在一些弹出式顶部，机器的臂将穿孔表面与底座分开。
图12是荚150的放大示意性侧视图。混合桨160包括中心杆228和从中心杆228延伸的两个叶片230。叶片230是螺旋叶片，其成形为搅动荚150的内容物并去除粘附在荚150的主体158的内表面上的成分。一些混合桨具有单个刀片并且一些混合桨具有多于两个的混合桨。
当混合桨160旋转时，流体(例如，液体成分、空气或冷冻甜食)流过叶片230中的开口232。这些开口减少了旋转混合桨160所需的力。随着成分的粘度增加(例如，当冰淇淋形成时)，这种减少可能是显着的。开口232还有助于混合和充气荚内的成分。在一些机器中，开口232代表混合桨160的总表面积的约36.5％。
刀片230的横向边缘限定狭槽234。狭槽234是偏移的，使得当混合桨160旋转时，主体158的大部分内表面被叶片230之一清除粘附到主体内表面的成分。尽管混合桨160比荚150的主体158的第一端210宽160，但槽234是交替槽，通过在插入期间旋转混合桨160以使槽234与第一端210对齐，从而便于将混合桨160插入荚150的主体158中。在另一个实施例中，混合桨的外径小于荚150开口的直径，从而允许直接插入(不旋转)到荚150中。在另一个实施例中，混合桨上的一个叶片的外径比第二个叶片直径宽，因此允许直接插入(不旋转)到荚150中。在这种混合桨配置中，一个刀片旨在从侧壁去除(例如，刮)成分，而第二个较短直径的刀片旨在执行更多的搅拌操作。
一些混合桨具有一个或多个铰接在中心杆上的叶片。在插入过程中，刀片可以铰接成压缩结构，一旦插入，就可以释放成膨胀结构。一些铰接叶片在沿第一方向旋转时固定打开，而在沿与第一方向相反的第二方向旋转时可折叠。一些铰接叶片一旦进入荚，就会锁定到固定的向外位置，无论旋转方向如何。一些铰接刀片是手动压缩、扩展和锁定的。
混合桨160顺时针旋转(如从机器上方观察)并去除从荚214壁上积聚的冷冻甜食。重力迫使从荚壁移除的甜食落向第一端210。在逆时针方向上，混合桨160旋转、提升并朝第二端212搅动成分。当桨改变方向并顺时针旋转时，成分被推向第一端210。当如图11D所示和描述的那样移除底座162的突起165时，混合桨的顺时针旋转通过孔164从荚150分配生产的食物或饮料。一些桨通过旋转第一方向来混合和分配荚的内容物。一些桨通过在第一方向移动来混合，并且在荚打开时通过在第二方向移动来分配。一些混合桨不反转方向。
中心杆228限定了凹部236，其尺寸设计成接收机器100的驱动轴126。凹部和驱动轴126具有方形或多面横截面，使得驱动轴126和混合桨160被可旋转地约束。当马达旋转驱动轴126时，驱动轴旋转混合桨160。在一些实施方案中，驱动轴的横截面形状不同，凹槽的横截面形状相适应。在某些情况下，驱动轴和凹槽是螺纹连接的。在一些荚中，凹槽包含一个配合结构，该结构夹持驱动轴以将驱动轴旋转地连接到桨叶。
图13A-13D显示了与荚150的主体或罐158基本相似的主体1300。然而，主体1300具有两个接缝端1302、1304，而不是荚150的主体158的圆顶端。由于消除了圆顶，主体1300更容易使用诸如冲压、挤压或轧制的方法制造。如图13D的等轴视图所示，主体1300类似于中空管并且包括薄壁挤压件1306。诸如铝的可延展材料可用于形成主体1300。每个接缝端1302、1304具有唇缘，该唇缘构造成与盖子1308的对应唇缘接合并使用接缝机缝合在一起。图13B示出了第二接缝端1304的横截面。图13C示出了主体1300和盖子1308之间的接缝过程。在某些情况下，主体1300与盖子1308的接缝连接类似于图35C中看到的接缝。以这种方式，盖子1308附接到铝壳1300的每一端。
盖子1308之一包括在中心的索环(未示出)以将混合马达旋转地联接到主体1300内的混合桨(未示出)并且将荚密封在初始构造中。索环被包覆成型、粘附或固定到盖子1308。主体1300与两个盖子1308一起限定了一个荚。
在这些系统和方法中，通常在冷冻液态冰淇淋混合物之前进行灭菌。
图14A是蒸煮机的照片，图14B是蒸煮机内的蒸煮灭菌室的照片。如前所述，蒸煮机用于对荚进行灭菌和使其货架稳定。为帮助减少工厂中使用本规范中描述的过程的操作，可以用未经巴氏杀菌或均质的液体冰淇淋混合物填充单份荚(罐)。然后在蒸煮灭菌过程中，例如使用图14A和14B的图像中所示的蒸煮机，可以以各种速率来回摇动荚，例如在3Hz下每分钟180个循环。在蒸煮过程中，液态冰淇淋在荚内晃动(即均质化)，同时暴露在高温和高压下进行灭菌。
通过在我们的荚中使用未经巴氏杀菌的乳制品，并在使用前对荚进行蒸煮处理，荚内的乳制品只需巴氏杀菌一次。这与图1所示的典型巴氏杀菌工艺形成对比，其中乳制品通常在离开乳制品厂之前进行巴氏杀菌，这意味着它被巴氏杀菌两次，例如，一次在乳制品厂，一次在我们的杀菌锅工艺中。
液体冰淇淋在荚中的晃动可以显着增加2-15分钟内250℉的热传递，因为液体在蒸馏荚内的罐中晃动。罐头荚和蒸馏荚都处于压力之下。例如，这个压力可以是100psi。通过在均质的同时通过杀菌锅进行巴氏杀菌，这种方法消除了制作冰淇淋的传统操作中的步骤(例如，图1的过程)，从而提高了效率并降低了成本。这个过程可以提供更正宗、更新鲜的味道和更好看的食物，具有更好的颜色、质地和口感。近期高端品类的增长表明消费者对提高食品质量的强烈需求。
这些荚在蒸煮灭菌过程中和蒸煮过程中的蒸煮摇晃产生了质量更好的低酸性食品，可以保存在环境中储存。与传统的间歇式静态杀菌锅工艺相比，它还可以减少约90％的循环时间和高达50％的能耗。这种更快的蒸煮过程能够更快地达到F0杀伤力值，从而减少了冰淇淋的过度煮熟的味道和风味损失，并减少了通常与静态或慢速搅拌蒸煮锅中的蒸煮过程相关的变色。该方法还能够使液体混合物均质化。通过快速摇动使液体混合物均质化是有利的，因为同时实现了两个操作，即液体冰淇淋混合物的灭菌和均质化。图14A-14B是蒸煮灭菌室的照片，其中可以包括数十或数百个荚，并以3Hz或高达每分钟180次的频率来回移动它们，以加快热传递，以最大限度地减少在蒸煮锅中烹饪乳制品时的焦糖化，同时使液体冰淇淋混合物均匀化。
在这个巴氏杀菌过程中，可以使用蒸煮工艺完成，巴氏杀菌乳制品会焦糖化并变成棕色，这是不受欢迎的。最高的褐变率，或更一般地称为显色，可能是由果糖的存在引起的，果糖在230℉的温度下开始焦糖化。
这些系统和过程中的一些使用在250℉下蒸煮的蒸煮工艺，尽管通常优选在较高温度下蒸煮，因为它可以使巴氏杀菌过程在更短的时间内完成。当果糖从冰淇淋混合物配方中去除时，在250℉下完成蒸馏会限制褐变的影响。
当果糖的焦糖化过程从230℉开始时，果糖会导致最高的显色率。焦糖化不应与美拉德反应混淆，其中还原糖与氨基酸反应。褐变或美拉德反应会产生风味并改变食物的颜色。美拉德反应通常仅在285℉以上开始发生。至少出于这些原因，我们的杀菌锅温度不超过250℉，否则这将是首选，因为它在灭菌过程中会更快。
例如，果糖的焦糖化温度可以是230℉，半乳糖可以是320℉，葡萄糖可以是320℉，乳糖可以是397℉，而蔗糖可以是320℉。在一些实施例中，玉米糖浆或高果糖玉米糖浆(HFCS)在加热至约113℉时会从果糖分解中形成羟甲基糠醛。
其中一些系统使用带有清洁标签、牛奶或糖霜的荚。有时使用胶稳定剂，优选可使用可蒸煮稳定的阿拉伯树胶、结冷胶、果胶和纤维素胶稳定剂。乳糖在蒸煮中可能不是优选的，因为它是一种二糖。乳糖是一种由半乳糖和葡萄糖亚基组成的糖，约占牛奶的2％至8％。
图15是在处理器122上实施的用于操作机器100的方法250的流程图。方法250参照制冷系统109和机器100进行描述。方法250也可以与其他制冷系统和机器一起使用。方法250被描述为生产软冰淇淋，但也可用于生产其他冷却或冷冻饮料和食品。
方法250的第一步是开启机器100(步骤260)并开启压缩机186和与冷凝器180相关联的风扇(步骤262)。然后制冷系统109在调节温度下空转(步骤264)。在方法250中，蒸发器108的温度被控制为保持在0.75℃左右，但可以波动±0.25℃。一些机器在其他空闲温度下运行，例如，从0.75℃到室温(22.0℃)。如果蒸发器温度低于0.5℃，处理器122打开旁通阀190以增加系统的热量(步骤266)。当蒸发器温度超过1℃时，旁通阀190关闭以冷却蒸发器(步骤268)。从空闲状态，机器100可以被操作以生产冰淇淋(步骤270)或可以关闭(步骤272)。
插入荚后，用户按下开始按钮。当用户按下启动按钮时，旁通阀190关闭，蒸发器108移动到其关闭位置，并且马达124被打开(步骤274)。在某些机器中，蒸发器使用电机以电子方式关闭。在一些机器中，蒸发器是机械关闭的，例如通过盖子从打开位置移动到关闭位置。在一些系统中，在采取这些动作之前，传感器确认荚150存在于蒸发器108中。
一些系统包括射频识别(RFID)标签或其他智能条形码，例如UPC条形码或二维码。荚的识别信息可用于触发特定荚的特定冷却和混合算法。这些系统可以选择性地读取RFID、QR码或条形码并识别混合电机速度曲线和混合电机扭矩阈值(步骤273)。
识别信息还可用于促进直接面向消费者的营销(例如，通过互联网或使用订阅模式)。本规范中描述的这种方法和系统能够通过电子商务销售冰淇淋，因为这些荚是货架稳定的。在订阅模式下，客户每月为预定数量的荚支付月费。他们可以从各种类别(例如冰淇淋、健康冰沙、冷冻咖啡或冷冻鸡尾酒)以及他们的个性化口味(例如巧克力或香草)中选择他们的个性化荚。在某些情况下，可以使用订阅模式租用机器本身。在某些情况下，也可以租用可重复使用的荚和混合桨。
该标识还可用于跟踪使用的每个荚。在某些系统中，机器与网络相连，并且可以配置为通知供应商哪些荚正在使用并且需要更换(例如，通过每周发货)。这种方法比让消费者去杂货店购买荚更有效。
这些动作在旋转混合桨160的同时冷却蒸发器108中的荚150。随着冰淇淋的形成，荚150的内容物的粘度增加。机器100的扭矩传感器测量使混合桨160在荚150内旋转所需的电机124的扭矩。一旦由扭矩传感器测量的马达124的扭矩满足预定阈值，机器100就进入分配模式(步骤276)。分配端口打开并且电机124反转方向(步骤278)以将冷冻甜食从盒150中压出。然而，在一些机器中，电机124不反转方向。当蒸发器108变冷时，混合桨160缓慢旋转以允许冷冻材料在荚150的壁上形成。混合桨160的RPM随着降低的温度增加冷冻材料在荚壁上形成的速率而增加。
如前所述，在一些机器中，混合桨160的旋转速度增加以帮助空气进入冷冻甜食以实现改进的膨胀率(优选地至少30％的膨胀率)并有助于提供足够的速度以将冰淇淋挤出荚150的出口，同时实现从荚中流出的冰淇淋的恒定流动(流)。
增加混合桨160的旋转速度会增加所需的电流。下表说明了用于驱动混合桨160的当前原型机的电流作为进入冷冻过程(影响冰淇淋的粘度)的RPM和时间的函数。
从冷冻周期开始的秒数 3 15 30 45 60 75 90 105
混合桨转速 275 275 275 315 435 558 800 1000
驱动混合桨的电机电流(毫安) 372 658 1202 1833 2738 4491 9192 13719
混合桨160的旋转持续大约1至10秒以分配荚150的内容物(步骤280)。然后机器100切换到除霜模式(步骤282)。在蒸发器108上积聚的霜会降低蒸发器108的传热效率。此外，蒸发器108会冻结到荚150，蒸发器的第一部分128和第二部分130会一起冻结，和/或荚可以冻结到蒸发器。通过打开旁通阀190、打开蒸发器108和关闭马达124，蒸发器可以在循环之间除霜以避免这些问题(步骤282)。然后机器通过旁通阀转移气体约1至10秒以对蒸发器除霜(步骤284)。机器被编程为在每个循环之后除霜，除非热电偶报告蒸发器108已经高于冰点。然后可以移除荚。然后机器100返回空闲模式(步骤264)。在一些机器中，温度计测量荚150的内容物的温度并确定何时分配荚的内容物。在一些机器中，分配模式在达到预定时间时开始。在一些机器中，转动混合桨所需的扭矩、荚的温度和/或时间的组合决定了何时分配荚的内容物。
如果空闲时间到期，则机器100自动断电(步骤272)。用户还可以通过按住电源按钮(286)来关闭机器100的电源。当断电时，处理器打开旁通阀190以平衡阀两端的压力(步骤288)。机器100等待十秒钟(步骤290)然后关闭压缩机186和风扇(步骤292)。然后机器关闭。
图16A-16C是在处理器122上实施的用于操作机器100的替代方法1250的详细流程图。方法1250类似于方法250。方法1250可以与本说明书中描述的制冷系统和机器一起使用。方法1250被描述为生产软冰淇淋，但也可用于生产其他冷却或冷冻饮料和食品。
方法1250的第一步是将机器100插入电源插座(步骤1252)。一旦检测到电连接，处理器122就可以初始化所有变量。处理器122和网络硬件可以通过WiFi或使用有线以太网连接来搜索软件更新(步骤1254)。在某些情况下，蜂窝服务(例如4G/5GLTE)包含在机器100中，并且连接可用于软件更新和向用户设备推送通知和警报。一旦检测到电连接并且不一定需要打开机器100，步骤1252就会发生。
为了在使用之前验证机器100的正确功能，一旦检测到该电连接，就执行启动例程(步骤1256)。该过程可以识别机器内的问题或故障并验证机器100已准备好使用。处理器122继续锁定盖子以验证盖子锁定机构是否正常工作。这可以使用传感器来验证，包括但不限于限位开关、霍尔传感器、电位计或任何能够监测盖子位置和锁定机构功能的传感器。在此期间，机器100中的传感器验证混合电机是否正常旋转。机器中的传感器还验证铆钉剪切机构是否处于初始位置，如果不是，则将其移动到初始位置，以便将荚正确插入机器中。机器100中的传感器还验证刺穿电机处于初始位置，如果不是，则将其移动到初始位置(即，缩回位置)，从而避免过早刺穿荚。
确保机器100中的蒸发器处于关闭位置，这可以使用发送到关闭蒸发器的马达的电流来监测。当蒸发器打开时，施加到电机上的电流很小，而当蒸发器关闭时，施加到电机上的电流很大。这种电流差用于监测蒸发器的关闭。预定电流用作阈值以监测蒸发器何时打开与关闭。机器100被配置为在继续之前等待蒸发器关闭。机器中的传感器还验证当机器开启时蒸发器处于打开位置(步骤1258)。
然后机器100等待蒸发器打开、穿刺马达缩回(如果尚未完成)以及铆钉马达返回原位(如果尚未完成)。盖子也被解锁(步骤1260)。然后机器100关闭或进入低功率待机状态，直到机器打开(步骤1262)。
一旦机器100的电源按钮被按下，电源按钮灯就被打开(步骤1264)。机器用户界面包括带有LED环的按钮。单个按钮用作通电、启动和断电按钮。在某些机器中，可以使用多个按钮。例如，单独的按钮用于电源和冰淇淋制作过程。此时，处理器122指示压缩机和风扇开启。处理器122还通过旁通阀将蒸发器入口的温度调节到大约33-40°F。
一旦荚(例如荚150)被插入机器并且盖子被关闭(步骤1265)，机器100的处理器122读取荚上的标识(步骤1266)。以各种方式读取标识，例如条形码、RFID标签、UPC条、QR码，或使用前面描述的标识方法。如果没有检测到代码，则机器100返回到步骤1264并允许盖子再次打开和关闭。该机器还可以向显示器或用户设备发送警报，通知荚未被正确识别。也可以使用声音警报。一旦再次关闭盖子，再次尝试识别荚。一旦处理器122正确识别了荚并且检测到条形码，机器100进行到步骤1268，其中处理器122控制按钮灯闪烁，以通知用户荚已被识别并且机器100已准备好使用。处理器122还可以向显示器或用户设备发送该通知的警报。也可以使用声音警报。
如果盖子打开，机器100返回到步骤1264以重置机器100并重复荚识别过程(步骤1266)。
如果电源按钮被按住或预定时间已经过去而没有用户交互，例如，过程超时，则机器100的处理器122继续打开旁通阀以开始关闭过程(步骤1270)。旁通阀在停机前立即打开，以快速平衡制冷系统高压侧和低压侧之间的压力。如果压缩机在关闭后不久重新启动，这将减少压缩机的启动负载。在等待大约5秒之后，处理器122然后继续关闭压缩机和风扇(步骤1272)并且机器100被关闭(步骤1262)，其中机器100进入低功率待机状态。
图16B是方法1250的继续。一旦按下开始按钮，处理器122继续基于包含在荚上的信息更新冻结参数(步骤1274)。在某些情况下，该信息可以识别温度、时间、品牌、风味、荚的内容，以及荚的机械方面，例如荚的压力、使用的荚类型、荚的尺寸、混合桨设计方面或铆钉剪切设计方面。荚数据使用或与荚和/或机器相关的数据可以使用处理器122经由WiFi或使用如前所述的蜂窝网络连接发送到服务器。此数据可用于识别客户或荚订阅服务的下订单频率。机器100的盖子也在此时锁定在关闭位置，因此用户不会在机器操作期间无意中打开盖子。机器的旁通阀也关闭。
蒸发器关闭以抓住荚(步骤1276)。如前所述，处理器122可以使用预定的目标电流来识别蒸发器的正确关闭位置。蒸发器还可用于将荚的纵轴与蒸发器的纵轴对齐，以确保荚在蒸发器中居中。在穿孔马达刺破罐子之前，蒸发器必须关闭，这样可以确保罐子在被刺破之前居中。
穿刺马达现在由处理器122控制以将匕首降低到荚中(步骤1278)。如本说明书中所述，在一些荚中，匕首刺穿荚，然后匕首与混合桨旋转接合。在某些荚中，匕首不需要刺穿荚。
一旦混合马达与荚旋转接合，则混合马达随后被处理器122控制以开启(步骤1280)。机器100上并连接到处理器122的传感器可以确保混合电机正常运行并且没有检测到故障。处理器122命令混合电机的旋转速度逐渐增加(加速)(步骤1282)。此时，处理器122控制混合马达，该马达使荚内的混合桨旋转。机器100现在处于冷冻冰淇淋的过程中并且处理器122在继续之前等待该过程完成。如前所述，可以通过条形码从来自荚的信息中确定信息。信息可以与冷冻过程相关，例如可以作为测量冰淇淋粘度和冷冻时间的代表的电机扭矩。机器100等待直到处理器122检测到冰淇淋处于用于分配的适当条件。
当冰淇淋准备好分配时，处理器122使用机器100上的显示器、对用户设备的通知或使用声音警报来通知用户。在某些情况下，处理器122控制电源按钮灯闪烁三次(步骤1284)，然而可以使用任意数量的闪烁或发光模式来区分冰淇淋制作过程的这种状态与断电或通电状态。然后，处理器122向铆钉剪切机构的铆钉电机发出信号以使其旋转。
图16C是方法1250的继续。当铆钉机构与荚的铆钉接合时，马达的电流急剧增加。处理器122可以使用电流的这种增加来监测和检测铆钉剪切机构在剪切过程中何时与荚的铆钉实际接合。在铆钉马达继续旋转时，铆钉剪切机构导致荚的铆钉从荚中移除(例如，铆钉可以被机械剪断)。在一些机器中，铆钉或突起被移开而不是被剪断或移除(例如，在可重复使用的荚中，具有可重复使用的铆钉是有利的)。机器100的处理器122确保在继续之前出现到铆钉电机的电流尖峰。缺少电流尖峰可能表明机器100出现故障。
在铆钉被剪断后，处理器122控制铆钉剪剪机构转动固定距离，以将附接至荚的切割帽中的孔与荚中的端口对齐。这种对齐是分配荚内容物所必需的。当铆钉剪断时，冰淇淋门槛混合，以防止螺旋钻冻结到荚。铆钉必须快速剪切并旋转250°，例如在2秒内，以防止在剪切铆钉时冰淇淋从荚中弹出(步骤1286)。一旦机器100的处理器122感测到铆钉已经被移除，铆钉马达就可以关闭(步骤1288)。
冰淇淋现在从机器中取出。在几乎所有冰淇淋都从荚中分配出来之后，混合电机通常会遇到扭矩/负载/电流需求增加的情况。这种增加的扭矩/负载/电流是因为蒸发器仍在剧烈冷却，但大部分质量已从荚中排出。结果，留在荚中的冰淇淋变得非常冷，并且可以将混合桨冻结到荚中。为了减少这种影响，在几乎所有冰淇淋已经分配(步骤1290)之后，旁通阀被定时以稍微加热荚，这通常表示在打开旁通阀之前等待几秒钟(500毫秒)的时间，然而，这个等待时间可以根据荚和机器100配置的信息进行调整。请注意，当旁通阀打开时，蒸发器开始预热可能需要几秒钟。一旦该过程完成，通常在10毫秒的等待时间之后，旁通阀关闭(步骤1292)。然后机器100等待直到所有的冰淇淋都被分配后再继续(步骤1294)。
在分配过程中，混合马达的速度也增加(步骤1295)。搅拌电机在点胶过程中持续转动，大概需要4到12秒。
此时，机器100准备好开始重置过程(步骤1296)。首先，处理器122命令混合电机减速并关闭。在冷却循环完成之后并且在荚被移除之前，荚在蒸发器中被冷却到刚好低于冰点。从表面上看，蒸发器入口温度由处理器122通过旁通阀调节到大约25-30℉。当旁通阀将蒸发器从荚中除霜时，此温度可防止液体从荚中泄漏，这是打开蒸发器并移除荚之前的必要步骤。
处理器122进一步命令铆钉马达到原始位置并且命令穿孔马达缩回。该过程一直等到一个或多个传感器检测到铆钉电机处于原始位置并且穿孔电机处于缩回位置。
机器100的处理器122命令盖子解锁(步骤1297)，以便用户可以提起盖子并露出荚的顶部。此时，处理器122通过旁通阀将蒸发器入口温度调节到大约33-40℉(步骤1298)。在继续之前，处理器122可以等到蒸发器出口温度达到至少32℉。
此时，处理器122命令蒸发器打开，使得荚从蒸发器的把手释放，以预期荚150从机器100的荚中移出。处理器122还可以允许蒸发器停留在此过程中打开预定时间(步骤1299)。然后从机器100中移除荚150(步骤1293)。
然后机器返回到步骤364(如图16A所示)，其中机器100的处理器122将机器100配置为准备好插入下一个荚。
图17A-17D是机器300的透视图。机器300与机器100基本相似，但具有用于打开盖子112以插入荚150并将机器300的驱动轴连接到荚150的不同机构.
图17A示出了盖子112处于其关闭位置的机器300。在该位置，把手302与盖子112齐平。图17B显示把手302升高到中间位置。在该位置，盖子112仍然覆盖蒸发器108，但是，如关于图18A和18B更详细解释的，驱动轴126略微升高。
机器300的辅助盖115滑回到外壳104中，而不是像机器100的辅助盖115那样枢转。图17C显示，随着把手302进一步提升，把手302将盖子112提升到打开位置，辅助盖115开始在外壳104下方向后滑动。图17D显示了辅助盖115完全缩回到外壳104中，为把手302和盖子112留出空间以足够远地向后铰接以使荚150可以插入蒸发器108中。
图18A和18B是机器300的局部剖视图，显示了将驱动轴304插入蒸发器108的内部区域。驱动轴304连接到手柄302。如图18A所示，当手柄302处于其中间位置时，驱动轴304靠近荚150但与荚150隔开。将把手302移动到其关闭位置迫使驱动轴304通过荚150的第二端与内部混合桨接合。
图19是驱动轴304的局部剖切透视图。驱动轴304包括齿306、锁定部分308和法兰310。当把手302移动到其关闭位置时，齿306切穿荚150的第二端212(参见图9C)，迫使驱动轴304通过荚150的第二端212。在一些系统中，使用没有齿的锋利边缘。
锁定部分308被接收在混合桨160中的孔中。混合桨160中的孔和驱动轴304的锁定部分308具有匹配的形状，因此驱动轴304的旋转引起混合桨160的旋转。驱动轴304具有方形横截面的锁定部分308。一些传动轴具有其他形状的锁定部分(例如，六角形或八角形横截面)。驱动轴304的法兰310附接至手柄302。中心孔312延伸穿过驱动轴304。当驱动轴304插入荚150时，驱动轴304的中心孔312允许空气在冷却的食物或饮料被混合并从荚150的另一端排出/分配时流入荚150。一些驱动轴由固体材料制成。
在一些机器中，驱动轴304被配置为使得驱动轴304的穿孔/远端的直径比驱动轴304的中心部分的直径更宽，使得铝壳上的孔比传动轴304中心部分的直径宽。这种结构降低了驱动轴的中心部分在旋转时接触荚的可能性。此外，传动轴304可以涂有自清洁和/或疏水涂层，以减少粘附到传动轴304上的荚成分的量。在一些机器中，驱动轴304被释放，以便在穿刺过程中不撞击荚150的第二端212。
图20是机器300的分配器153的透视图。环形构件161的突起163是矩形的而不是销钉形的。分配器153在其他方面与机器100的分配器153基本相同。
一些机器实现了机器100以外的其他方法来实现荚-机器接口。例如，一些机器具有可相对于机器主体移动以暴露由蒸发器限定的荚的荚-机器接口。装载系统可以控制荚-机器接口相对于机器主体的位置。在这些机器中的一些机器中，盖子相对于机器主体固定在适当位置。
图21A-21C示出了与荚-机器接口350相关联的楔形系统400，其使用盖子402将蒸发器352夹在荚354周围。图21A和21B分别是荚-机器接口350的示意性透视图和示意性侧视图，其中盖子402与蒸发器间隔开。图21C是在闭合位置与盖子402接合的荚-机器接口350的示意性侧视图。
蒸发器352的每一侧具有将蒸发器352的壁内的通道与入口端口368和出口端口369连接的歧管404。歧管404具有靠近入口端口368和出口端口369的倾斜部分406。盖子402在面向蒸发器352的一侧具有楔形物408。楔形物408具有平坦表面410和倾斜表面412。当荚-机器接口350与盖子402接合时(例如，通过将盖子移向固定位置的蒸发器或将蒸发器移向固定位置的盖子)，盖子402上的楔形物408接触歧管404的倾斜部分406。该运动将力施加到蒸发器上的歧管404的倾斜部分406，并且将蒸发器352的第一部分和第二部分夹在荚354周围闭合以实现紧密配合。闭锁盖402保持这种紧密配合。
先前描述的装载机构通过将荚从荚-机器接口的顶部插入荚中来接收荚。一些机器从荚-机器界面的底部加载荚。
图22A-22C示出了具有倒钩端542的驱动轴540，用于接合混合桨546中的互补凹槽544。驱动轴的倒钩端将驱动轴540旋转地联接到混合桨。具有倒钩端部542的驱动轴比具有方形端部的驱动轴更容易刺穿荚。
图23示出了与图17A-17D中所示的机器300基本相似的机器550的透视图。然而，机器550具有连接到小齿轮554的把手552，用于上下移动驱动轴。把手552呈三角形并且从第一端556加宽到第二端558。把手552的第一端556上的凹坑560提供抓握表面。凹坑560向用户指示在何处抓握把手552。一些把手具有其他形状(例如，矩形、正方形或圆形)。一些手柄的形状类似于图17A中所示的手柄(例如，手柄302)。凹槽562从把手的第二端558延伸到把手552中。小齿轮554和升降轴564设置在凹槽562中。用户抬起把手552的第一端556以围绕第二端558旋转把手552以打开盖子112。使用者向下按压把手552的第一端556以围绕第二端558旋转把手552并关闭盖子112。
图24A-24E示出了具有手柄555的机器600，其操作类似于图17A-17D中机器300上的手柄302。然而，在图24A-24E中，把手555和盖子112围绕相同的铰链旋转。把手555也更大并且允许用户用他们的整个手通过把手向驱动轴施加力。手柄555的长度增加了手柄555提供的机械优势并减少了用户为刺穿荚并接合驱动轴304而施加的所需的力。如图24B所示的荚150还包括与混合桨160接合的定心头580。定心头580将混合桨160保持在适当位置，其中中心杆228沿着旋转轴线。图24A和24B显示了把手555和盖子112处于其关闭位置。驱动轴304延伸到蒸发器中以刺穿荚150并接合混合桨160。图24C和24D示出了处于打开位置的把手555和处于关闭位置的盖子112。驱动轴304缩回并保持在盖子112内。图24E示出了盖子112和处于打开位置的把手555。蒸发器108被暴露并且可以将荚150插入蒸发器108中。
图25A-25C示出了具有弹簧加载把手575的机器650，其与把手555基本相似。弹簧加载把手在图25A的俯视图中显示为安装到机器650的关闭位置。当驱动轴304延伸到蒸发器中以刺穿荚150并接合混合桨160时，弹簧576提供手柄575的平滑过渡。弹簧576连接到轴承座577(最好在图25C中看到)和手柄575。盖585在第二弹簧579上延伸(最好在图25C中看到)，第二弹簧579的力可以使手柄575在机器650上的升高/降低变得容易。辅助盖583，其基本上类似于辅助盖115，显示为处于缩回位置。
图25B是在关闭位置安装在机器650上的把手575的透视图。辅助盖583显示为处于关闭位置。一对偏转器581和582接合手柄575的盖585。这对偏转器581和582安装在辅助盖583上。
图25C是显示把手575的横截面的局部剖视图。定位销578设定弹簧276的位置。定位销连接到轴承座577。当把手575被提升时，轴承的角度变化，以帮助轴承在提升和关闭过程中前后滑动而不会束缚。弹簧276帮助轴承保持在轨道上。第二弹簧579位于轴承座577的后部并进一步提供把手575的平滑过渡。把手575通过诸如螺栓(未示出)的机械紧固件连接到盖585。
图26A-27B示出了具有滑动盖组件701的机器700。相对于具有向上打开的盖组件的机器，这种滑动盖组件701可以降低机器700的总高度。这种方法使机器700更加紧凑，能够安装在橱柜下方的厨房台面上。
机器700基本上类似于前面讨论的机器(例如机器650)。然而，滑动盖组件701沿着轨道或轨道707和708滑动，以从闭合构造705(如图26A和26B所示)移动到打开构造706(如图26C所示)。在打开配置706中，滑动盖组件701沿着线性轨道707和708向后平移，以滑动盖702以露出机器700中的开口710以接近荚150。用户通常推/拉把手715以将滑动盖组件701从关闭配置705平移到打开配置706。
图27A和27B示出了机器700的平台714，其包含用于驱动桨叶(电机未显示，但放置在板716下方以驱动皮带轮712和皮带711)的马达和用于将驱动轴/柱塞向下驱动到荚150中的螺线管713。(驱动轴/柱塞未示出)。滑轮712安装到马达的驱动轴并且马达安装到板716。由于马达机械连接到滑动盖组件701，随着滑动盖组件701从闭合配置705平移到打开配置706，马达也平移。马达通过滑轮712和皮带711旋转地耦合到桨叶。当盖子处于其打开位置时和当盖子处于其关闭位置时，带711都处于张紧状态。然而，也可以使用其他驱动机构，例如齿轮系统。带711还与滑动盖组件701一起平移并且还可以使用带张紧系统(未示出)。一旦滑动盖组件701处于关闭构造705并准备好使用，螺线管713用于接合驱动轴并使驱动轴向下插入(未示出)到荚150中。驱动轴/柱塞/匕首刺穿荚150的圆顶端并接合荚150的混合桨(例如混合桨160)的六角形腔(这些细节之前已讨论过且未在图27A和27B中示出)。驱动轴旋转地联接到皮带711，因此一旦驱动轴与荚150中的桨叶(未示出)配合，马达就可以旋转地驱动驱动轴。
图28A-28D显示了与前面讨论的机器(例如机器600)基本相似的机器650。然而，在机器650中，螺线管713不用于激活驱动轴/柱塞/匕首并将其接合到荚150中。相反，马达750使用齿条752和小齿轮751系统连接到驱动轴755以在分离配置760和接合配置761之间轴向平移驱动轴。马达750垂直于驱动轴755定向。驱动轴755与前面描述的驱动轴基本相似，除了以下差异。一组轴承753和754允许驱动轴755围绕中心轴线756旋转。驱动轴755使用皮带757可旋转地联接到混合马达(未示出)。皮带757使带轮767旋转，该带轮767与中间构件766过盈配合(通常为压配合)。中间构件766的六角孔770允许与驱动轴755的六角形部分769键连接。这种键连接将带轮767的旋转机械地耦合到驱动轴755，从而驱动轴755被限制相对于皮带轮767旋转。中间构件766可旋转地连接到轴承768，轴承768允许其相对于框架758和框架771自由旋转。
驱动轴755使用与轴承754配合的肩部762和与轴承753配合的卡环759轴向固定。轴承753和754固定在外壳763中。外壳763使用将马达750轴向联接到外壳763的齿条752和小齿轮751系统在脱离配置760和接合配置761之间轴向平移。外壳763在框架758的孔765内轴向平移。混合电机(未示出)通过皮带757使驱动轴755旋转，并且通常较小且功率较小的电机750通过齿条752和小齿轮751系统轴向平移驱动轴755。马达750通过马达安装座764附接到外壳763。
与之前的机器相比，机器650不需要用户手动操作手柄来将驱动轴(匕首)穿过荚。在机器650中，该动作由电机750控制并由机器650自动控制。这提供了用户难以手动操作手柄以施加必要的穿刺力的优点。在一些机器中，机载控制器使用电机750上的编码器(未示出)和限位开关(未示出)来监测驱动轴755的轴向位置。例如，当用户插入荚(例如荚150)并按下启动按钮时，蒸发器关闭并且驱动轴755插入荚150，同时可能会摆动或旋转以确保与桨的螺旋钻头正确对齐，然后开始混合和冷冻。
图29A显示了替代驱动轴(匕首/柱塞)组件800的侧视图的横截面。驱动轴组件800被设计成使得驱动轴806被降低以仅通过带轮801的混合马达(未示出)的致动来刺穿荚。混合电机的旋转反转，因此皮带轮801使驱动轴806完全缩回。
驱动轴组件800使用混合马达(未示出)来驱动皮带轮801。皮带轮801旋转并与第一楔形轴承802接合。第一楔形轴承802是单向旋转轴承或棘轮系统，其允许(i)轴承的内径相对于轴承的外径在第一旋转方向上旋转，以及(ii)轴承的内径相对于轴承的外径沿相反的旋转方向旋转锁定。第一楔形轴承802连接到中间件803，因此当第一楔形轴承802沿第一旋转方向旋转时，中间件803旋转锁定到滑轮801，并沿另一个方向滑动。中间件803连接到第二楔形轴承804。第二楔形轴承804与第一楔形轴承802相对定向，使得当第一楔形轴承802滑动时第二楔形轴承804旋转锁定，反之亦然。第二楔形轴承804连接到外壳805。因此，当沿一个方向(即，顺时针821，也相对于沿方向820观察的观察者)旋转混合电机时，中间件803与滑轮801一起旋转；否则(即，逆时针方向，或与顺时针方向821相反的方向)，中间件803固定到外壳805上。
驱动轴806几乎在整个长度上都是左旋螺纹。螺纹在螺纹接口812处与带轮801的孔内的内螺纹接合。定位销、弹簧定位销或弹簧定位销807通常通过压配合定位在驱动轴806的顶部。搅拌电机821开始顺时针旋转，皮带轮801旋转，驱动轴806也开始旋转。驱动轴806的弹簧棘爪807在外壳805的凹槽811(最佳见图29B)中旋转，直到弹簧棘爪807在界面810处接合外壳805的突起808或809之一。接口810防止驱动轴806进一步旋转。皮带轮801的进一步顺时针821旋转导致驱动轴806平移并开始在螺纹接口812处拧入带轮801的孔中。螺纹继续进行，直到弹簧棘爪807与中间件803的凹槽813接合(最好在图29D中看到)并进一步与肩部815接合。此时，由于第一和第二楔形轴承802、804被构造成使得中间件803在致动阶段期间与带轮801一起旋转，因此弹簧棘爪807以及因此驱动轴806开始随带轮顺时针821旋转。驱动轴806的匕首814现在完全降低以刺穿荚。
在混合马达的旋转反转时，即在逆时针方向822上，驱动轴806自动缩回(即，不需要其他马达或致动方法)。在缩回阶段，中间件803通过第一和第二楔形轴承802、804相对于滑轮801固定。一旦反向旋转，弹簧棘爪807逆时针旋转822远离中间件803的凹槽813的肩部815。凹槽813在小肩部816处缩回弹簧棘爪807。
图30显示了与小肩部816接合的弹簧棘爪807。此时，皮带轮801的进一步逆时针822旋转导致驱动轴806开始从皮带轮801的孔中旋出并进入外壳805的凹槽811中。进一步的逆时针旋转822继续将驱动轴806从皮带轮801上旋松，导致驱动轴组件800复位。驱动轴组件800现在被复位(完全缩回)并且可以再次使用。
虽然皮带轮801的顺时针821旋转接合驱动轴806并且逆时针旋转822旋转使该机器中的皮带轮801脱离接合，但一些机器具有驱动轴组件800的镜像版本，其中逆时针旋转接合驱动轴并且顺时针旋转脱离驱动轴。
图31是机器900的横截面透视图，除了蒸发器组件之外，它与之前的机器基本相似。在机器900中，蒸发器902安装在框架903上并连接到控制蒸发器902的打开和关闭的马达901。马达901直接安装到框架903，允许马达901与蒸发器902的打开/关闭动作之间的串联连接。马达系统可以提供具有降低的机械复杂性的紧凑系统。
图32A和32B分别显示了图31中所示的蒸发器组件的透视图和局部剖切透视图。蒸发器902被弹簧905偏压在打开位置。当马达901通电时，它通过螺纹连接将螺母911驱动到螺栓910上。该螺纹动作导致左支架908和右支架909之间的空间(相对于图32A和32B观察到的左侧和右侧)减小。马达901的扭矩使用联轴器907连接到螺母911。联轴器907的尺寸设计成通过六角孔与螺母911配合。电机901的扭矩压缩弹簧905并挤压蒸发器902关闭。螺栓904和906对关闭动作提供硬性限制，使得存在于蒸发器中的荚不会被压碎(蒸发器902中没有显示荚)。当达到最终关闭位置时，每个相应螺栓904和906的端部接合右支架909，从而提供该硬限制。在马达反转时，弹簧905膨胀以帮助打开蒸发器902以释放荚。
图33A是制冷系统930的示意图，其与制冷系统109基本相似。制冷系统包括冷凝器180、吸入管线热交换器182、膨胀装置184和压缩机186。高压液态制冷剂从冷凝器180通过吸入管线热交换器182和膨胀装置184流到蒸发器108。膨胀装置184限制液态制冷剂流体的流动并在液态制冷剂离开膨胀装置184时降低其压力。低压液体然后移动到蒸发器108，在那里从荚(例如荚150)吸收热量并且其在蒸发器108中的内容物将制冷剂从液体变为气体。气相制冷剂通过吸入管线热交换器182从蒸发器108流到压缩机186。在吸入管线热交换器182中，离开蒸发器108的冷蒸汽预冷却离开冷凝器180的液体。制冷剂作为低压气体进入压缩机186并且作为高压气体离开压缩机186。气体然后流向冷凝器180，在那里热交换将制冷剂冷却并冷凝成液体。
第二旁通管线190能够将热气体施加到蒸发器108以使蒸发器108除霜。也可以使用将压缩机186的排放口直接连接到压缩机186的入口的第一旁通管线188，但未示出。第一和第二旁通管线188、190可以使用阀(例如电磁阀或节流阀-未示出)来启用和禁用。
消费者期望在第一个循环中获得优质的冷冻甜点，而无需等待机器预热几分钟。具有毛细管热交换器182的制冷系统(例如，制冷系统109)不是主动控制的，并且可能比主动控制的系统(例如，使用热膨胀装置或阀门的系统)花费更长的时间来达到稳定状态。当机器最初打开时，预热过程进入“热气旁路模式”，其循环螺线管以将蒸发器108的温度控制到低于环境条件。
以标准冷却模式相对于热气旁路模式启动机器的风险在于，如果蒸发器中没有荚或热负载，制冷剂在返回压缩机186之前不会完全汽化，从而有可能因试图压缩不可压缩的液体而损坏压缩机。热气旁路方法的另一个限制是，虽然系统在几分钟后有些“预热”，但它并未处于冷却条件下的实际温度。此外，在旁路模式期间，毛细管孔口182接收恒定变化的流量，这与冷却模式期间的流量不同。
当荚(例如，荚150)插入蒸发器108并开始冷却过程时，温度和制冷剂流速将需要时间从热气旁通模式条件调整到冷却条件。与将荚置于冷却模式的蒸发器中相比，这种延迟将增加冷却产品的时间。然而，在没有热负荷的情况下以制冷模式启动制冷过程存在损坏压缩机的风险。
制冷系统930直接进入冷却模式，作为温度和制冷剂流速需要时间从热气旁路模式状态调整到冷却状态的延迟的解决方案。位于蒸发器108之前或之后的电加热器931在启动时提供热负荷以模拟冷却冰淇淋。加热器使制冷剂蒸发，类似于荚中的液态冰淇淋混合物如何影响制冷系统930，从而允许制冷剂系统930实现制冷剂温度、压力和流量的稳态冷却条件，而无需将冰淇淋包放置在机器中。从环境(室温)启动，机器将比制冷系统109更快地达到稳定状态，并且不会损坏压缩机。尽管在图33A中未示出，第一旁通管线188或阀(如图6所示)也可用于制冷系统930。
图33B显示了使用热电池941的制冷系统940。热电池941提供热“电容”或“储存器”以从蒸汽压缩系统移除一些冷却负载，从而减少冷冻时间。当机器从室温启动时，阀门942和943打开(例如，电磁阀或节流阀)，热电池941不接收制冷剂。在第一冷却循环接近尾声时，阀门943关闭并且冷制冷剂流向热电池941。当冷制冷剂流向热电池941时，热电池941内的石蜡固化。在一个循环结束时预冷却热电池将允许热电池941用于在下一个冷却循环期间减少压缩机186上的冷却负载。与降低材料温度所需的能量相比，固化材料所需的能量很大。
蜡用于热电池941中。许多蜡在适合用于热电池941的温度下固化。一些蜡(例如，烷烃)具有5℃-10℃范围内的熔点。例如，十二烷蜡或十三烷蜡的熔点在这个范围内。这些蜡用于热电池941，因为它们在制冷系统940的热侧和冷侧温度之间的温度固化并且可以存储热“电容”并在随后的冷却循环中转移或使用该电容。在机器不处于冷却模式时，或至少在用户不期望机器冷却时，从蜡中去除能量。冷却热电池941具有加热制冷剂的额外好处，这可以保护压缩机186免受液态制冷剂的影响，液态制冷剂可能会导致压缩机186损坏。在第二个冷却循环期间，阀门942关闭，将热的液态制冷剂发送到热电池941，其在制冷剂到达膨胀装置184之前预冷却热电池941。在同一循环期间，阀943打开，允许冷制冷剂绕过电池。在第二个循环结束时，阀门943关闭并且阀门942打开，冷却热电池941以用于下一个循环。该过程重复进行，允许使用或“储存”一个循环结束后的冷却以供下一个循环使用，这可以减少所需的冷冻时间。
图34A-34D显示了基本上类似于混合桨160的混合桨，除了它部分地用聚合物包覆成型以从荚(例如荚150)的内部刮除冷冻冰淇淋。在图34A中，形成铝桨951(通常冲压和弯曲/扭曲，但可以以其他方式形成，例如铸造、锻造或机加工)。铝桨951的顶部区域952上的肋960为铝桨951的薄区域提供了额外的刚度。这种额外的刚度很重要，因为铝制桨叶951的薄区域在混合过程中受到来自驱动头的大扭矩，并减少了铝制桨叶951在该施加扭矩下的变形。边缘模具958和959分别在每个边缘954和955上模制(即浇注和铸造)就位。这个过程通常被称为“包覆成型”，并且可以创建具有多种材料的零件。
可以使用其他模制技术，例如分别模制边缘模具958和959，然后将铝制桨951与边缘模具958和959插入或配合。这些包覆成型件956-959可以帮助从荚壁(例如，荚壁214)的内径和荚的底部(例如，第一端210)刮除冷冻冰淇淋堆积物。硅树脂的顶盖956可以模制在铝桨951的顶部区域952上的适当位置，并且硅树脂的底盖957可以模制在铝桨951的底部区域953上的适当位置。一旦完成包覆成型，就形成混合桨950。顶盖956也可以包覆成型以包括混合桨950的驱动头961。图34C和34D分别是混合桨950的俯视图和仰视图。
在某些情况下，塑料的浸涂用于涂覆铝桨951以防止金属混合桨951在金属盖(例如，第一端210)和荚壁(例如，荚壁214)上旋转。在某些情况下，使用聚烯烃涂层。聚烯烃涂层的典型性能如下表所示：
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图35A-35D还示出了一对槽口962。槽口962的尺寸使得它们安装在荚的第二端(例如150的第一端210)内侧的唇部971上。尽管显示在混合桨951上，但其他混合桨(例如，混合桨950或混合桨160)也可以包括这样的凹口。一旦安装，触点972允许混合桨951在荚150内沿唇缘或轨道971旋转，以帮助引导混合桨951并为混合桨951提供结构支撑。
图36A和36B示出了混合桨1550，其基本上类似于混合桨951，除了混合桨1550的凹口1551避免与荚150的唇缘971直接接触。荚150包括盖166。凹口1551尺寸设计成允许在荚150的唇缘971和混合桨1550的凹口1551之间使用聚合物衬垫1552或衬套。聚合物衬垫1552用于降低凹口1551和唇缘971之间的摩擦。
聚合物衬里1552成形为环形并用作衬套以减少旋转混合桨951和荚150的金属唇缘971之间的摩擦。通过减少混合桨971和唇缘971的材料的摩擦、擦伤和磨损。当在机器中制作冷冻甜食时，当旋转的混合桨旋转时，聚合物内衬1552还减少了荚中的热量。聚合物内衬1552包括与唇部971接合的荚。聚合物内衬1552被径向约束到唇部971。聚合物衬垫1550包括接触混合桨1550的凹口1551的下表面的平坦上表面1553。聚合物衬里1550包括径向内表面1554，其接触混合桨1550的凹口1551的径向外表面。
图37A示出了荚的第一端981的横截面透视图-基本上类似于荚150的第一端210，但包括用于接收驱动轴的包覆成型连接。硅树脂密封垫圈980在第一端981和塑料塞或桨驱动器982之间包覆成型。包覆成型导致共价键在垫圈980和桨驱动器982之间形成气密密封。头部983从第一端981伸出以与混合马达(未示出)的驱动轴接合。头部带有键以提供与驱动轴的旋转锁定连接。通过提供密封连接，这种方法避免了驱动轴刺穿荚的需要，因此使用存储在荚内的气体(通常是氮气)来帮助产生超速或倾斜。在某些情况下，当驱动轴旋转桨驱动器982时，混合桨950和索环980之间的共价键断裂，从而允许轴旋转并且空气流入荚以产生溢出。在另一种方法中，索环985可以胶合在塑料塞或桨驱动器986上。图37B示出了索环985在轴987上滑动988并胶合到桨驱动器986上的适当位置。可以使用索环或密封件的各种其他示例，例如索环991或唇形密封件992(或旋转密封件)，分别如图37C和37D所示。
图38A-38D是荚150的混合桨1350的透视图，其具有一体的折角1354和形成匹配驱动组件1355的匹配驱动头1352。组件1355将冰淇淋机的匕首/驱动轴旋转地连接到混合桨1350，并且当机器的扭矩大时有助于避免不希望的变形、弯曲或弯曲。在组件1355中，混合桨1350使用金属片冲压或形成，并且通过将金属片弯曲到混合桨1350的端部上来形成一个或多个折角1354。混合桨135可以由铝制成，大约0.032英寸厚，然后随后在金属板压机/染料/机器中弯曲以在混合桨1350上形成折角1354。与诸如肋的机械加强件相比，折角1354可以赋予混合桨1350增加的刚度和扭转刚度。一些混合桨除了肋之外还包括狗耳1354。
为了传递扭矩，折角1354的内表面1360与配合驱动头1352的对应表面配合，这可以在图38A的半透明透视图中看到，并且在图38C和38D中更详细地看到。
配合的驱动头1352接收来自冰淇淋机的匕首/驱动轴(图38A-38D中未示出)并且将匕首/驱动轴旋转地联接到混合桨。配合驱动头1352通常由铝、金属或硬塑料制成。
如前所述，荚150最初是密封的。当匕首/驱动轴下降到荚150的圆顶区域1362中时，它刺穿荚150并被配合驱动头1352的容座1358接收。
参考图38C，配合驱动头1352可以通过摩擦配合可滑动地与混合桨1350连接。通过将配合驱动头1352的直径或宽度制造成在折角1354的内表面1360、1364之间具有稍大的间距，当将配合驱动头1352组装到混合桨1350时可以实现轻微的过盈或摩擦配合。棘爪或其他闩锁可结合到混合桨1350或配合驱动头1352中，以将混合桨1350保持到配合驱动头1352并确保适当的旋转耦合。配合驱动头1352可以卡入到位。配合驱动头1352也可以可释放地连接到混合桨1350。
混合桨1350的折角1354可以设计成仅允许单向旋转联接。例如，在图38A-38D中，驱动轴的顺时针旋转将旋转地耦合到混合桨1350，但逆时针旋转可以通过折角1354的反对称设计来释放。
在操作中，荚150的圆顶区域1362被刺穿，匕首/驱动轴与配合驱动头1352的容座1358接合，并且驱动轴可以快速旋转以混合冰淇淋、产生溢出物并分配冰淇淋.
荚150通常被填充然后蒸煮或者可以无菌填充。在任何一种情况下，它们都用氮气回填，因此空气不会过早地进入荚150。这通常被称为“顶部空间”。然而，在冰淇淋混合过程中，需要将空气引入混合过程以产生溢出。在一些机器中，荚不需要引入空气并且可以依靠荚中的氮气。在这些情况下，荚可以在至少部分混合过程中保持密封。在某些情况下，可以在混合过程中引入空气。
图39A-39B是与匹配驱动头1370接合以形成匹配驱动组件1365的荚150的混合桨1350的透视图。配合驱动头1370的功能类似于配合驱动头1352，通过将机器的驱动轴旋转耦合到混合桨1350，但不同的是，当使用匹配驱动组件1365时，驱动轴永远不会刺穿荚150。
配合驱动头1370包括接收器1378，其接收索环1380的轴1382以将驱动轴1374旋转地联接到混合桨1350。配合驱动头1370和混合桨1350之间的旋转连接和接合类似于配合驱动头1352的连接(即，旋转键连接)。配合驱动头1370也可以使用干涉配合(压配合)、卡扣、闩锁或以其他方式机械紧固，类似于配合驱动头1352。
索环1380包括接收驱动轴1374的容座1372，驱动轴1374可以类似于本说明书中描述的任何驱动轴，除了驱动轴1374可以形成有钝端1376之外，因为驱动轴1374根本不需要将荚150拼接起来。相反，在荚150的圆顶部分中的孔是在荚的填充和组装期间制成的，并且荚在储存期间保持气密密封。索环1380包括用于提供荚150的内容物的这种密封连接的O形环1384。虽然仅示出了一个O形环1384，但可以使用多个O形环。
索环1380的圆柱形外表面上的外螺纹1386被配置为与密封构件1390的相应内螺纹1388螺纹接合。在安装期间，索环1380从荚150的内部安装，插座1372和外螺纹1386从荚150伸出。密封构件1390紧紧地拧在索环1380的外螺纹1386上，并且还粘附到荚150的圆顶部分的表面上。这在荚150之间形成气密密封并且还允许索环1380相对于密封构件1390旋转。
密封构件1390被粘附到荚，因此它不能移动。可以用胶水、铆钉或将密封构件1390保持在适当位置的任何工艺来执行粘附密封构件1390。在操作期间，驱动轴1374下降到索环1380的容座1372中并开始旋转。随着驱动轴1374开始旋转，外螺纹1386开始从密封构件1390的内螺纹上旋松。这导致索环1380自身降低到荚150中。这种降低运动导致索环1380的轴1382降低到配合驱动头1370的容座1378中。轴1382和荚1378的尺寸可以设计成使得驱动轴1374和混合桨1350之间的旋转耦合仅在索环1380被驱动轴1374降低到荚150中时发生，或者它的尺寸可以被设计成总是旋转耦合。
一旦索环1380穿过密封构件1390的配合螺纹，它就可以自由旋转而无需进一步垂直平移。例如，索环1380的圆柱形表面1392可以在密封构件1390的螺纹内自由旋转。这意味着在索环1380向下移动并且索环1380完全从密封构件1390上旋下之后很长时间，驱动轴1374可以继续旋转以旋转接合混合桨1350。索环的轴1382将进一步滑入插座1378中，并且轴1382可以配置为在插座1378中触底，以使索环1380和配合驱动头1370之间的旋转连接的强度最大化。
索环1380还可以构造成在由于旋转而降低到荚150中时打破荚150的密封。一旦密封被破坏，空气可以进入荚150以帮助冰淇淋的混合和溢出物的产生。螺纹接合1386和轴1374、1382和接收器1372、1378的尺寸可以设计成在混合过程中最小化或最大化进气。例如，在根本不需要空气的情况下，荚150可以通过在索环1380上使用非常小的螺距来保持密封，或者可以使用旋转密封件来完全消除螺距。这样，驱动轴1374可以无限旋转并且密封不会被破坏。在希望尽可能快地最大进气的其他情况下，索环1380可以具有非常大的螺距，使得密封件在驱动轴1374的不到一圈内被破坏。
配合驱动组件1365的另一个优点是驱动轴1374从不进入荚150。这意味着它不会被乳制品污染，因此不需要清洗。此外，由于不需要刺穿荚150，铝碎片进入罐的可能性显着降低或消除。
索环1380通常由铝、金属或硬塑料制成，以使其能够承受冰淇淋制作过程中所需的扭矩。也可以使用有助于密封荚150的硬硬度弹性体。密封构件1390也可以由这些材料制成并且O形环1384通常是弹性体的。
图40A-40C是用于形成配合驱动组件1600的荚150的混合桨1350的平面图和透视图。配合驱动组件1600与图39A-39B中看到的配合驱动组件1365基本相似，除了索环1380和配合驱动头1370的功能组合成单个组件。该单个组件是配合驱动头1602。
混合桨1350通过连接件1614旋转地联接到配合驱动头1602(在图40C中最佳可见)。连接1614优选地是焊接连接，但也可以使用其他连接。在某些情况下，连接1614是摩擦连接，其通过将配合驱动头1602的一个或多个凹槽1616接合到混合桨1350的一个或多个互补边缘上而形成。在某些情况下，通过将配合驱动头1602相对于混合桨1350旋转90度来接合连接件1614。在某些情况下，如图40A-40C所示，当配合驱动头1602被模制在混合桨1350上的组装位置时，连接1614在制造过程中形成。在某些情况下，连接1614被粘附(例如，胶合)。在某些情况下，机械联轴器由紧固件(例如，固定螺钉)制成。
基本上类似于密封构件1390的密封构件1604被粘附到荚上，因此它不能移动。可以使用胶水、铆钉或将密封构件1604保持在适当位置的任何工艺来执行粘附密封构件1604。密封构件1604显示在荚150的外表面上，但在一些荚中，在荚的内部。在一些荚中，密封构件1604跨越荚150的内部到荚150的外部。
配合驱动头1602的圆柱形外表面上的外螺纹1606构造成与密封构件1604的对应内螺纹1608螺纹接合。在操作期间，机器的驱动轴(图40A-40C中未显示)下降到配合驱动头1602的容座1610中。插座1610是带键的(最好在图40B中看到)，使得在驱动轴和匹配的驱动头1602之间旋转。随着驱动轴开始旋转，外螺纹1606开始从密封件1604的内螺纹上旋出。这导致配合驱动头1602自身下降到荚150中。这种下降运动导致混合桨1350也下降到荚150中，但是通过使用配合驱动头1602和密封构件1604之间的螺纹连接的小螺距，降低量优选地较小。一旦配合驱动头1602的外螺纹1606下降超过密封构件1604的内螺纹1608的下边缘，螺纹连接脱开并且配合驱动头1602(和混合桨1350)可以在荚150内自由旋转，并且混合桨1350的底部下降到荚150的唇缘971上(图40A-40C中未示出)。此时在运行过程中，混合桨1350可以在机器的搅拌电机的控制下旋转。
如果混合马达的旋转反转，则外螺纹1606和内螺纹1608之间的螺纹连接是可逆的。这允许机器重新密封荚150。
配合驱动头1602还包括圆柱形部分1620，圆柱形部分1620被配置为在外螺纹1606和内螺纹1608之间的螺纹连接已经脱开之后使配合驱动头1602和混合桨1350在荚150中居中。圆柱形部分1620的外径略小于内螺纹1608的内径，从而允许旋转间隙，但混合桨1350在荚150中的对中也是可能的。
配合驱动头1602还起到密封荚150的作用。在配合驱动头102降低到图40A所示的位置之前，位于凹槽1612中的O形环(图40A-40C中未示出)被压靠在荚150的内部圆顶上，形成密封。该密封由外螺纹1606和内螺纹1608之间的螺纹连接补充。这些密封有助于密封外部空气以防止进入荚150，因此荚150可以保持气密密封，直到它准备好在机器中使用。
图41A-41F是与配合驱动头1402接合以形成配合驱动组件1400的混合桨1350的透视图。在配合驱动组件1400中，荚150被匕首/驱动轴1406刺穿，但匕首/驱动轴1406不接触荚150的内容物，并且由刺穿动作产生的任何铝碎片被捕获在空间1408中，该空间1408与荚150的内容物密封。一旦匕首1410滑入配合驱动头1402的容座1412中，匕首/驱动轴1406旋转地联接到混合桨1350。配合驱动头1402和混合桨1350之间的旋转接合类似于配合驱动头1352、1370。
导向衬套1404粘附或胶合到荚150的圆顶区域的内侧。配合驱动头1402包括圆柱形突出部1416，其包括用于O形环1414的凹槽。O形环1414将配合驱动头1402气密密封到导向衬套1404。匕首/驱动轴1406刺穿荚150的圆顶区域并且旋转匹配的驱动头1402和混合桨1350。O形环1414可以是动态O形环，因为配合驱动头1402将相对于引导衬套1404旋转。配合驱动头1402的突起1416可以被倒角以提供导入角以便于组装配合驱动头1402进入导向衬套1404的孔中。配合驱动头1402或导向衬套1404可以是铝、金属、硬塑料或高硬度弹性体，以支持冰淇淋混合、刮擦和分配过程中所需的扭矩。
配合驱动组件1400允许荚150在包装期间被气密密封。即使在被匕首/驱动轴1406刺穿之后，该密封仍然完好无损。这意味着在通常用于帮助产生溢出的混合过程期间空气不会进入荚150。然而，在这种情况下，荚的氮可以帮助产生溢出，和/或圆柱形突起1416中的微孔可以用于允许空气为此目的进入荚150。
图42A-42D是与配合驱动头1420接合以形成配合驱动组件1425的混合桨1350的透视图。配合驱动组件1425与配合驱动组件1355、1365、1400的不同之处在于只有一个部分，即需要匹配的驱动头1420来形成旋转耦合和密封连接。
配合驱动头1420由弹性体或硬质塑料模制而成，并且构造成当扭矩施加到六角形表面1424时在弱化区域1422可旋转地变形和断裂。六角形表面1424构造成与机器的驱动轴滑动接合(未显示)。大的圆柱形支承表面1426被配置为通过胶合或以其他方式永久紧固而粘附到荚150的圆顶区域。
弱化区域1422可以是圆柱形的。弱化区域1422也可以通过驱动轴在六角表面1424上的垂直位移而被破坏，从而导致配合驱动头1420的整个中心区域向下移动。有时，垂直位移和旋转都会导致弱化区域1422破裂。
扭矩从配合驱动头1420传递到混合桨1350，类似于配合驱动头1352、1370、1402。例如，配合驱动头1420的顺时针旋转通过压缩在混合桨1350的爪形耳1354的表面上的位置1428处引起机械连接，以传递扭矩并将机器的驱动轴旋转连接到混合桨1350。
配合驱动头1420在包装期间被气密密封，并且密封被配置为在冰淇淋混合过程中破裂以允许空气进入荚150以产生溢出。
图43A-43C示出了具有窗口1001-1004的混合桨1000，窗口1001-1004相对于驱动轴1006偏离中心(或偏心)。窗口1001和1002被切割，使得中心部分1007和1008径向偏置到混合桨1000的交替侧。Windows 1001和1002不需要交替，但这种配置有助于旋转平衡。具有窗口1001和1002的混合桨1000将比具有平衡窗口的混合桨更好地混合冷冻甜食，因为窗口1001和1002可以围绕驱动轴1006摆动以充当搅拌棒或搅拌器，有助于混合冷冻甜点。与前述混合桨类似，混合桨1000也是螺旋形的以向下驱动冷冻甜食以促进从上到下的混合并将冷冻甜食从荚中推出。这种驱动动作类似于螺旋输送机。混合桨1000横向混合产品并吸入空气以产生蓬松度。混合桨1000的特征还在于一个或多个齿1004，其有助于破碎冷冻产品并将产品从荚壁刮下成更小的块或流。这种桨有四个齿，但齿数没有上限。
一些混合桨包括肋条或其他特征以增加抗扭性。一些混合桨具有高抗扭刚度(例如，大于15ozf-in)和高扭矩失效极限(例如，大于150ozf-in)。一些混合桨的表面粗糙度较低(例如，小于8-16Ra)以防止产品粘在混合桨上并有助于去除粘在混合桨上的产品。使用表面粗糙度在8-16Ra之间的混合桨，这些机器可以排空荚中至少85％的冷冻甜食，通常是95％。一些混合桨在混合桨的第二端有凹槽，允许混合桨转动到混合桨的中心轴。在制造过程中，底部的混合桨的扭曲可能非常大，从100°到150°，这对于冲压工艺来说是个问题，可能会撕裂混合桨的材料。混合桨叶片底部中心的切口(未显示)使混合桨能够在不撕裂材料的情况下形成。
如前所述，荚150的盖166包括突起165，该突起165被剪断以允许从荚分配产品(例如，参见图10A和11A-11G)。盖子166安装在底座162上并且可围绕荚150的圆周/轴线旋转。在使用中，当产品准备好从荚150分配时，机器的分配器153接合盖子166并围绕荚150的第一端旋转。盖166旋转到一个位置以接合突起165，然后将突起165与底座162的其余部分分开。然而，一些系统将剪切机构作为机器的一部分而不是作为荚的一部分。
图44A-44B示出了机器1100的透视图的横截面，该机器1100具有与基部162接合并剪断突出部165的突出部剪切机构1050。突起剪切机构1050不要求盖相对于蒸发器108(未示出)在任何特定方向上旋转对齐或定向。例如，可以将荚150插入蒸发器中，而无需用户将荚与突起剪切机构1050旋转对齐。机器将接受具有任何角度取向的荚150。
图45A-45E示出了凸轮1051枢转地连接到齿轮1052，该齿轮1052由剪切电机1054旋转。在操作中，凸轮1051通过凸轮1051的后侧沿着家狗1057(即“原位”)。一旦具有帽166的荚150插入框架1053的开口1058中，弹簧1055提供将凸轮1051压到荚150的帽166上的力。框架1053作为机器1100的一部分安装到外壳1059并固定就位。
一旦齿轮1052旋转，凸轮1051被迫进一步与帽166接触，并且通过将凸轮1051楔入旋转齿轮1052和帽166之间产生牢固的抓握。凸轮1051的滚花表面1056有助于提供这种牢固的抓握并防止盖166相对于齿轮1052旋转。当齿轮1052旋转时，凸轮1051离开家爪1057(即，“接合位置”)。齿轮1052的旋转最终转动剪切帽，剪切帽165剪切突起165并打开荚孔。
图46是机器1100的透视图的横截面，示出了盖166与齿轮1052的接合1063。轴承1062允许齿轮1052相对于机器1100旋转，并且卡环或保持环1061将齿轮1052轴向固定就位。
在一些机器中，混合桨在剪切突起的过程中从不停止旋转。在一些机器中，在突起剪切过程中，荚150的盖166的旋转与混合桨160的旋转方向相反。通过沿相反方向旋转，降低了荚150在蒸发器108中滑动的可能性。这在图47A和47B中显示。
图47A显示了作为机器子组件的盖帽剪切系统1120。帽剪切系统1120的特征在于具有顺时针1110(即，相对于向下看荚150的方向1105顺时针)和顺时针旋转的混合桨160的突起剪切过程。相反，图47B示出了帽剪切系统1125，其中帽166使得突出部165能够在逆时针方向1111(相对于向下看荚150的方向1105逆时针)被剪切。帽1101具有第一孔1102和第二孔1103，第二孔1103镜像帽166的第一孔222和第二孔224。
通过在混合桨160的相反方向上旋转剪切帽166，旋转力或扭转力抵消，从而允许抓斗式蒸发器108以足够的力关闭以防止荚150在夹紧的蒸发器108中滑动/旋转。这很重要，因此盖(166和1101)上的第一孔(222和1102)与突出开口165正确对齐。如果荚150相对于盖(166和1101)滑动，则第一孔可能不对齐，并且机器的功能会受到影响。
一些荚可以包括可拆卸的第一端，并且可以将可重复使用的混合桨插入第一端。混合桨可以拆卸、清洗并重新使用，以备后续使用。
图48A-48C示出了自动售货机1200，用于售卖各种荚(例如荚150)并将它们存放到内置机器(例如机器600)中以允许制作冰淇淋并将其供应到碗或锥体中。因此，自动售货机1200可以包含各种类型的荚，例如各种类型的冰淇淋，或者前面讨论的任何荚。一个优点是自动售货机1200可以在商业场所使用并且容易被不止一个用户使用。另外，由于荚150在使用前不需要冷藏，因此不需要冷藏自动售货机1200，这降低了操作和制造成本。
如图48A所示，自动售货机1200包含九个荚(其中一个标记为荚150)，它们以矩形或正方形网格排列在观察窗1204后面。示出了九个荚，但可以使用任何数量的荚或布置。九个荚中的每一个都可以在第一个荚后面包含一堆荚，使得当一个荚被选择并从自动售货机1200中取出时，它后面的一个荚将向前移动。这通常是由重力和/或诸如弹簧之类的驱动元件引起的。例如，荚150后面可能有十个荚，这样机器就可以备货以减少频繁的补料。
自动售货机1200包括字母数字键盘1206，其允许用户进行荚选择。例如，为了选择荚1222，用户将在小键盘1206中输入“B”和“2”。自动售货机1200还包括通过分别使用现金荚和硬币荚接收现金和硬币来接受货币1208的装置。自动售货机1200还可以使用信用卡阅读器1212或将钱从用户转移到机器的任何方法(例如使用ApplePay)或通过应用程序或通过互联网的支付来接受信用卡支付。机器100中使用的类似服务器或网络也可以在自动售货机1200中实现。例如，订阅服务可以用于允许用户每月访问特定数量的pod。
如上所述，自动售货机1200包括先前描述的冷却机(例如机器600)的功能。机器600以虚线显示以表示它位于自动售货机1200内部的事实。机器600包括蒸发器1224和分配荚或开口1216。虽然机器600的其他特征未在图48A-48C中显示，应当理解，机器600的功能以独立包的形式内置于自动售货机1200。
自动售货机1200包括机械臂1214(最好在图48B中看到)，该机械臂可以根据用户的选择取出一个荚并将其存放在蒸发器1224中。为了实现这一点，机械臂1214包括篮子或平台1218，以从架子上接收荚并将其安全地运送到蒸发器1224。机械臂1214被配置为水平移动以移动到选定荚的列。篮子1218被配置为沿着机械臂1214垂直移动以移动到所选荚的行。这两者通常由连接到旋转电机的皮带驱动系统驱动，但可以使用各种驱动方法。请注意，机器人手臂在图48A和48C中显示为处于缩回位置。
例如，在选择荚1222时，篮1218移动到如图48B所示的位置“B2”，并且荚1222被释放到篮1218中。一旦荚在篮1218中，如前所述，第一个荚后面的荚可以移动以更换荚1202。然而，位置“B2”现在在图48C中是空的。
参考图48C，篮子1218将荚1222移动到蒸发器1224，并且可以开始制作冰淇淋的过程。此时，自动售货机1200的制冷系统将荚1222中的液体成分冷却至所需温度，通常为17-26华氏度。自动售货机1200将驱动轴插入荚1222中以使荚1222的混合桨旋转以制备冰淇淋并将冰淇淋向下驱动。自动售货机1200可以通过剪掉突出部来打开荚1222。然后混合桨可以将冰淇淋从荚1222中驱出并进入碗、盘或锥体1220。一旦该过程完成，荚1222就被移除并且可以被回收。自动售货机1200内的荚可用于储存用过的荚，直到它们被回收。
替代地，代替使用机械臂1214，自动售货机1200还可以通过打开窗口(基本上类似于窗口1204，除了在铰链或滑动机构上允许它摆动或滑动打开)并允许用户伸手去拿、抓住选择并将荚手动放置在蒸发器中来允许手动选择。
图49显示了商店购买的冰淇淋(例如Haagan-Dazs冰淇淋)的典型冰晶尺寸与使用本说明书中描述的机器融化、包装成荚并提供服务的相同冰淇淋尺寸的比较。商店购买的冰淇淋被融化、包装成荚并使用本规范中描述的机器供应，被认为是“ColdSnap”冰淇淋。图49说明ColdSnapHaagen-Dazs冰淇淋1502与商店购买的Haagen-Dazs冰淇淋1504相比，平均冰晶尺寸减少了40％。具体而言，ColdSnap Haagen-Dazs冰淇淋1502的平均冰晶尺寸为19.2μm，而商店购买的Haagen-Dazs冰淇淋1504的平均冰晶尺寸为31.9μm。此外，ColdSnapHaagen-Dazs冰淇淋1506中测量的冰晶的标准偏差比商店购买的Haagen-Dazs冰淇淋1508的标准偏差小得多。
本说明书中所述的机器加快叶轮RPM，使冰晶没有时间长大，这意味着冷冻冰淇淋的冰晶尺寸更小，从而显著改善了冰淇淋的质地和光滑度。
图49中所示的冰晶测量值是使用放置在绝缘手套箱系统中的40X放大倍数的光学显微镜在大约-10℃的温度下分析的。样品在被本说明书中描述的冰淇淋机冷冻后立即转移到手套箱中。将冰淇淋样品放在显微镜载玻片上，加入一滴50％戊醇和50％煤油分散溶液，以帮助分散冰晶并提高图像质量。使用光学显微镜在40X放大倍数下获得冰晶的图像。
在后处理过程中，通过追踪图像中显示的冰晶的边界来测量图像中看到的每个冰晶的直径。在Image Pro Plus软件程序中的冰晶测量宏的帮助下，使用MicrosoftSoftonic Paintbrush for Mac测量冰晶的边界。对于分析的每个冰淇淋样品，每次分析至少测量300个冰晶，以验证获得了正确的冰晶尺寸统计平均值。
图50A-50E是使用光学显微镜以40X(40倍)放大率记录的各种冰淇淋的冰晶图像。图50A包括为测量ColdSnap Sweet Cream 1冰淇淋的冰晶尺寸而记录的三个冰晶图像示例。图像的比例由代表100μm长度的比例条1510表示。比例尺显示在图50A的三个图像中的每一个中。冰晶由图像中的大体圆形物体(例如物体1512)表示。图像中有许多冰晶。冰晶的平均直径为21.7微米，比商店购买的这款冰淇淋小。
图50B包括为测量ColdSnap Sweet Cream 2冰淇淋的冰晶尺寸而记录的三个冰晶图像示例。冰晶的平均直径为19.5微米，比图50A中看到的冰晶还要小，并且仍然小于商店购买的该冰淇淋的对应物。
图50C包括为测量ColdSnap Blueberry chobani冰淇淋的冰晶尺寸而记录的三个冰晶图像示例。冰晶的平均直径为21.2μm，但有些冰晶更大，直径为76.9μm。然而，平均而言，冰晶的大小仍然小于该冰淇淋在商店购买的对应物。
图50D包括为测量ColdSnap Haagen-Dazs冰淇淋的冰晶尺寸而记录的冰晶图像的三个示例，这也参考图49进行了讨论。冰晶的平均直径为19.1μm，测量的最大冰晶为38.2μm，这是图50A-50E中所示冰晶测量的最小最大冰晶尺寸。该平均冰晶尺寸小于商店购买的该冰淇淋的对应物，如图50E所示。
图50E包括为测量商店购买的Haagen-Dazs冰淇淋的冰晶尺寸而记录的三个冰晶图像示例，这也参考图49进行了讨论。值得注意的是，平均直径为31.9μm，远大于ColdSnapHaagen-Dazs结果为19.1μm。与ColdSnap对应的冰淇淋相比，商店购买的冰淇淋的所有定量值(即平均冰晶直径、标准偏差、最小冰晶直径和最大冰晶直径)都更大。
这些结果有力地表明，使用本说明书中描述的机器生产的冰淇淋比商店购买的冰淇淋更光滑。与25μm的平均冰淇淋晶体尺寸相比，使用本规范中描述的机器生产的冰淇淋的冰晶尺寸也小27％。
下面是图49和50A-50E中所示的冰晶尺寸测量表。
样本/数据 平均(μm) Std.Dev.(μm) Min.(μm) Max.(μm)
ColdSnap甜奶油1 21.7 7.7 6.0 51.9
ColdSnap甜奶油2 19.5 7.1 5.3 43.1
ColdSnap蓝莓乔巴尼 21.2 13.2 6.5 76.9
ColdSnap哈根达斯 19.1 6.24 6.7 38.3
商店购买的哈根达斯 31.9 13.8 6.9 84.9
图51A-51E是冰晶尺寸测量的直方图。图51A是ColdSnap甜奶油1冰晶尺寸分布的直方图，它说明了关于21.7μm平均冰晶直径的测量值的严格标准偏差(或散布)。
图51B是ColdSnap甜奶油2冰晶尺寸分布的直方图，它说明了关于19.5μm平均冰晶直径的测量值的严格标准偏差。
图51C是ColdSnap蓝莓chobani冰晶尺寸分布的直方图，它说明了关于19.5μm平均冰晶直径的测量值的严格标准偏差。
图51D是ColdSnap Haagen-Dazs冰晶尺寸分布的直方图，它说明了关于19.1μm平均冰晶直径的测量值的严格标准偏差。
图51E是商店购买的Haagen-Dazs冰晶尺寸分布的直方图，其说明了关于平均冰晶直径31.9μm的测量值的更宽标准偏差。不仅商店购买的冰淇淋的平均冰晶直径比ColdSnap的大，而且标准偏差也大得多。
如前所述，与商店购买的同类产品相比，使用本说明书中描述的机器生产的冰淇淋平均具有更小的冰晶尺寸和更严格的冰晶尺寸标准偏差。这一点很重要，因为本说明书中描述的冰淇淋机可以生产更光滑的冰淇淋，在使用前不需要冷藏或冷冻。这意味着这些机器中使用的冰淇淋不需要在冰淇淋中加入非天然成分，例如乳化剂或稳定剂。这些机器使用的冰淇淋可以是“清洁标签”，只包含牛奶、奶油、糖和奶粉，并且可以在室温下在灭菌盒中储存长达9个月。
已经描述了许多系统和方法。然而，应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。例如，虽然蒸发器通常在使用过程中呈垂直方向，但一些机器的蒸发器在使用过程中呈水平方向或与重力成一定角度。因此，其他实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (110)

1.一种用于提供温度在17°到26°F之间在小于五分钟内制成的单份冷冻甜点的方法，所述冷冻甜点内的冰晶平均直径小于或等于50μm，该方法包括：
将荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点；
使所述荚的侧壁与所述凹槽的侧壁接触；
使用机器的制冷系统冷却所述凹槽，将所述机器的电机连接到所述荚内的混合桨的同时从所述荚中转移热量；和
旋转所述荚内的混合桨以从所述荚的内径中除去所述冷冻甜点的积聚，并将所述冷冻甜点分散到所述荚的中心，同时将所述冷冻甜点机械搅动到所述荚中成分的平衡，并将较热的成分从所述荚的中心移动到接触所述机器凹槽的所述荚的侧壁的较冷内径，以便于热量转移。
2.权利要求1所述的方法，其中所述冰晶平均直径小于或等于30μm。
3.权利要求1或2所述的方法，还包括在将所述荚插入所述机器凹槽之前使用所述成分填充所述荚，以提供所述单份冷冻甜点。
4.权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述冷冻甜点是不包含乳化剂和/或稳定剂的低酸性食品。
5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述荚是多用途、可重复使用的荚。
6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述荚已完成罐式灭菌过程，使得所述荚内的低酸性成分在室温下是货架期稳定的。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述荚已经无菌填充和密封，使得所述荚内的成分在室温下是货架期稳定的。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述混合桨是所述机器的一部分。
9.权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述混合桨由所述电机旋转，并且所述混合桨的转速响应于所述荚内冷冻甜点的粘度变化进行控制。
10.权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述机器的凹槽具有打开和关闭位置，并且当所述凹槽处于关闭位置时，发生所述荚的冷却。
11.权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述制冷系统使用压缩机冷却所述荚，并使用两相制冷剂。
12.权利要求11所述的方法，其中所述压缩机为往复式压缩机。
13.权利要求11所述的方法，其中所述压缩机为旋转式压缩机。
14.权利要求11所述的方法，其中所述压缩机为直流(DC)压缩机。
15.权利要求14所述的方法，其中所述DC压缩机具有可变电机速度，被配置为(i)在所述荚的制冷冷却循环开始时增加取代，以及(ii)在所述荚的制冷冷却循环结束时减速。
16.权利要求14或15所述的方法，其中所述DC压缩机具有可变电机速度，被配置为取决于所述机器制冷循环上的负载进行调整。
17.一种提供单份冷冻甜点的方法，该方法包括：
将荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点；
使所述荚的侧壁与所述凹槽的侧壁接触；
使用机器的制冷系统冷却所述凹槽，将所述机器的电机连接到所述荚内的混合桨的同时从所述荚中转移热量；
在冷冻循环期间增加所述混合桨的旋转速度，以从所述荚的内径中除去所述冷冻甜点的积聚；
将所述冷冻甜点分散到所述荚的中心，同时将所述冷冻甜点机械搅动到成分的平衡，并同时将较热的成分从所述荚的中心移动到接触所述机器凹槽的所述荚的侧壁的较冷内径，以便于更快的热量转移。
18.权利要求17所述的方法，其中在冷冻循环开始时，初始混合速度大于或等于50RPM，并且在冷冻循环期间，较高的混合速度大于或等于300RPM。
19.权利要求17或18所述的方法，还包括当所述冷冻甜点的温度在17-26°F之间并且所述混合桨的旋转速度大于或等于100RPM时，分配所述冷冻甜点。
20.方法，包括：
使用机器的制冷系统冷却含有成分的荚的侧壁；
将所述机器的驱动轴旋转至50RPM以上，以混合所述荚中包含的成分并生成冷冻甜点，其中所述驱动轴旋转地耦合到设置在所述荚内的螺旋状混合桨；和
通过螺旋状混合桨的旋转产生的向下力从所述荚中分配所述冷冻甜点，
其中所述冷冻甜点内的冰晶平均直径小于或等于50μm。
21.权利要求20所述的方法，还包括在生成冷冻甜点期间将旋转速度增加到大于或等于100RPM。
22.权利要求20或21所述的方法，其中所述冷冻甜点内的冰晶平均直径小于30μm。
23.一种用于提供温度在17°到26°F之间在小于五分钟内制成的单份冷冻甜点的方法，所述冷冻甜点内的冰晶平均直径小于或等于50μm，该方法包括：
将pH值为4.0或更高的低酸性液体成分填充到荚中；
将所述荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点；
使所述荚的侧壁与所述凹槽的侧壁接触；
使用机器的制冷系统冷却所述凹槽，将所述机器的电机连接到所述荚内的混合桨的同时从所述荚中转移热量；和
旋转所述荚内的混合桨以从所述荚的内径中除去冰的积聚，并将所述冰分散到所述荚的中心，同时将所述冰机械搅动到所述低酸性液体的平衡，并将较热的低酸性液体成分从所述荚的中心移动到接触所述机器凹槽的所述荚的较冷内径，以便于热量转移；
其中旋转混合桨包括将所述混合桨的旋转从初始混合速度增加到200RPM以上的较高的混合速度，同时冷冻所述冷冻甜点，并在分配所述冷冻甜点时继续以较高的混合速度旋转所述混合桨。
24.权利要求23所述的方法，其中所述冰晶平均直径小于或等于30μm。
25.权利要求23或24所述的方法，其中在将所述荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点之前，执行pH值为4.0或更高的低酸性液体成分的填充。
26.权利要求23-25中任一项所述的方法，其中所述冷冻甜点是乳化剂小于或等于0.5重量％和/或稳定剂小于或等于0.5重量％的低酸性食品。
27.权利要求23-26中任一项所述的方法，其中所述荚是多用途、可重复使用的荚。
28.权利要求23-27中任一项所述的方法，其中所述荚已完成罐式灭菌过程，使得所述荚内的低酸性液体成分在室温下是货架期稳定的。
29.权利要求23-28中任一项所述的方法，其中所述荚已经无菌填充和密封，使得所述荚内的低酸性液体成分在室温下是货架期稳定的。
30.权利要求23-29中任一项所述的方法，其中所述混合桨是所述机器的一部分。
31.权利要求23-30中任一项所述的方法，其中所述混合桨由所述电机旋转，并且所述混合桨的转速响应于所述荚内冷冻甜点的粘度变化进行控制。
32.权利要求23-31中任一项所述的方法，其中所述机器的凹槽具有打开和关闭位置，并且当所述凹槽处于关闭位置时，发生所述荚的冷却。
33.权利要求23-32中任一项所述的方法，其中所述制冷系统使用压缩机冷却所述荚，并使用两相制冷剂。
34.权利要求33所述的方法，其中所述压缩机为往复式压缩机。
35.权利要求33所述的方法，其中所述压缩机为旋转式压缩机。
36.权利要求33所述的方法，其中所述压缩机为直流(DC)压缩机。
37.权利要求36所述的方法，其中所述DC压缩机具有可变电机速度，被配置为(i)在所述荚的制冷冷却循环开始时增加取代，以及(ii)在所述荚的制冷冷却循环结束时减速。
38.权利要求36或37所述的方法，其中所述DC压缩机具有可变电机速度，被配置为取决于所述机器制冷循环上的负载进行调整。
39.权利要求23-38中任一项所述的方法，其中在冷冻所述冷冻甜点时，所述混合桨的旋转从100RPM改变到1200RPM。
40.权利要求23-39中任一项所述的方法，其中以初始混合速度旋转混合桨包括在增加到较高的混合速度之前以初始混合速度旋转所述混合桨第一段时间。
41.权利要求40所述的方法，其中所述第一段时间至少为3秒。
42.权利要求41所述的方法，其中所述第一段时间至少为15秒。
43.权利要求23-38中任一项所述的方法，其中将所述混合桨的旋转从初始混合速度增加到较高的混合速度包括在冷冻所述冷冻甜点时，以每15秒40RPM到242RPM的速度增加所述混合桨的旋转。
44.权利要求23-38中任一项所述的方法，其中较高的混合速度为1000RPM，并且在开始冷冻循环的2分钟内，所述混合桨的旋转增加到较高的混合速度。
45.权利要求23-38中任一项所述的方法，其中所述初始混合速度为275RPM。
46.权利要求23-38中任一项所述的方法，其中所述初始混合速度为50RPM。
47.权利要求23-46中任一项所述的方法，还包括在分配所述冷冻甜点的同时加热所述凹槽。
48.权利要求47所述的方法，其中在开始分配冷冻甜点后，开始加热凹槽。
49.权利要求47或48所述的方法，其中使用所述制冷系统的旁通阀执行凹槽的加热。
50.权利要求23-49中任一项所述的方法，其中分配冷冻甜点发生4到12秒。
51.一种提供单份冷冻甜点的方法，该方法包括：
将pH值为4.0或更高的低酸性液体成分填充到荚中；
将所述荚插入机器的凹槽中以提供所述单份冷冻甜点；
使所述荚的侧壁与所述凹槽的侧壁接触；
使用机器的制冷系统冷却所述凹槽，将所述机器的电机连接到所述荚内的混合桨的同时从所述荚中转移热量；和
在冷冻循环期间将所述混合桨的旋转速度从初始混合速度增加到200RPM以上的较高的混合速度，以从所述荚的内径中除去冰的积聚；
将所述冰分散到所述荚的中心，同时将所述冰机械搅动到所述低酸性液体成分的平衡，同时将较热的低酸性液体成分从所述荚的中心移动到接触所述机器凹槽的所述荚的较冷外径，以便于更快的热量转移；和
在分配所述冷冻甜点时继续以较高的混合速度旋转所述混合桨。
52.权利要求51所述的方法，其中在冷冻循环开始时，初始混合速度小于或等于300RPM，并且在冷冻循环期间，较高的混合速度大于或等于300RPM。
53.权利要求51或52所述的方法，还包括当所述冷冻甜点的温度在17-26°F之间并且所述混合桨的旋转速度大于或等于100RPM时，分配所述冷冻甜点。
54.权利要求51-53中任一项所述的方法，其中增加混合桨的旋转速度包括在冷冻所述冷冻甜点时，所述旋转速度从100RPM改变到1200RPM。
55.权利要求51-54中任一项所述的方法，其中将所述混合桨的旋转速度从初始混合速度增加到较高的混合速度包括在增加到较高的混合速度之前以初始混合速度旋转所述混合桨第一段时间。
56.权利要求55所述的方法，其中所述第一段时间至少为3秒。
57.权利要求56所述的方法，其中所述第一段时间至少为15秒。
58.权利要求51-53中任一项所述的方法，其中将所述混合桨的旋转速度从初始混合速度增加到较高的混合速度包括在冷冻所述冷冻甜点时，以每15秒40RPM到242RPM的速度增加所述混合桨的旋转。
59.权利要求51-53中任一项所述的方法，其中较高的混合速度为1000RPM，并且在开始冷冻循环的2分钟内，所述混合桨的旋转增加到较高的混合速度。
60.权利要求51-53中任一项所述的方法，其中所述初始混合速度为275RPM。
61.权利要求51-53中任一项所述的方法，其中所述初始混合速度为50RPM。
62.权利要求51-61中任一项所述的方法，还包括在分配所述冷冻甜点的同时加热所述凹槽。
63.权利要求62所述的方法，其中在开始分配冷冻甜点后，开始加热凹槽。
64.权利要求62或63所述的方法，其中使用所述制冷系统的旁通阀执行凹槽的加热。
65.权利要求51-64中任一项所述的方法，其中分配冷冻甜点发生4到12秒。
66.方法，包括：
使用机器的制冷系统冷却含有液体成分的荚的侧壁；
将所述机器的驱动轴旋转至50RPM以上，以混合所述荚中包含的液体成分并生成冷冻甜点，其中所述驱动轴旋转地耦合到设置在所述荚内的螺旋状混合桨；
通过螺旋状混合桨的旋转产生的向下力从所述荚中分配所述冷冻甜点，
其中所述冷冻甜点内的冰晶平均直径小于或等于50μm，
其中旋转驱动轴包括将所述驱动轴的旋转从初始混合速度增加到200RPM以上的较高的混合速度，同时冷冻所述冷冻甜点，并在分配所述冷冻甜点时继续以较高的混合速度旋转所述驱动轴。
67.权利要求66所述的方法，还包括在生成冷冻甜点期间将旋转速度增加到大于或等于100RPM。
68.权利要求66或67所述的方法，其中其中所述冷冻甜点内的冰晶平均直径小于30μm。
69.权利要求66-68中任一项所述的方法，其中在冷冻所述冷冻甜点时，所述驱动轴的旋转从100RPM改变到1200RPM。
70.权利要求66-68中任一项所述的方法，其中将所述驱动轴的旋转从初始混合速度增加到较高的混合速度包括在增加到较高的混合速度之前以初始混合速度旋转所述驱动轴第一段时间。
71.权利要求70所述的方法，其中所述第一段时间至少为3秒。
72.权利要求71所述的方法，其中所述第一段时间至少为15秒。
73.权利要求66-68中任一项所述的方法，其中将所述驱动轴的旋转从初始混合速度增加到较高的混合速度包括在冷冻所述冷冻甜点时，以每15秒40RPM到242RPM的速度增加所述驱动轴的旋转。
74.权利要求66-68中任一项所述的方法，其中较高的混合速度为1000RPM，并且在开始冷冻循环的2分钟内，所述驱动轴的旋转增加到较高的混合速度。
75.权利要求66-68中任一项所述的方法，其中所述初始混合速度为275RPM。
76.权利要求66-68中任一项所述的方法，其中所述初始混合速度为50RPM。
77.权利要求66-76中任一项所述的方法，还包括在分配所述冷冻甜点的同时加热所述荚的侧壁。
78.权利要求77所述的方法，其中在开始分配冷冻甜点后，开始加热所述荚的侧壁。
79.权利要求77或78所述的方法，其中使用所述制冷系统的旁通阀执行所述荚的侧壁的加热。
80.权利要求66-79中任一项所述的方法，其中分配冷冻甜点发生4到12秒。
81.一种用于生产单份冷却食品或饮料的机器，该机器包括：
限定凹槽的冷却系统，该凹槽的大小容纳荚，该荚包含至少一种用于生产冷冻甜点的成分；
垂直于所述凹槽轴线延伸的轨道或轨线；
滑动盖组件，沿所述轨道或轨线在覆盖所述凹槽的闭合位置和露出所述凹槽的打开位置之间可移动，所述滑动盖组件包括：
驱动轴，在延伸到所述凹槽内的啮合位置和所述凹槽外的分离位置之间平行于所述凹槽轴线可移动；和
与所述驱动轴机械连接并可操作以旋转所述驱动轴的电机。
82.权利要求81所述的机器，还包括在所述电机和所述驱动轴之间延伸的驱动带。
83.权利要求82所述的机器，其中所述驱动带在所述打开位置和所述闭合位置都处于张紧状态。
84.权利要求81-83中任一项所述的机器，其中所述滑动盖组件包括连接到所述驱动轴的电磁阀或电机，以在所述啮合位置和所述分离位置之间轴向平移所述驱动轴。
85.权利要求81-84中任一项所述的机器，其中当所述滑动盖组件处于所述闭合位置时，所述驱动轴被配置为与套圈啮合，以将旋转耦合到混合桨。
86.权利要求81-85中任一项所述的机器，其中所述传动轴被配置为与实审套圈压配合啮合。
87.权利要求81-86中任一项所述的机器，其中所述轨道或轨线是两条平行的轨线。
88.权利要求81-87中任一项所述的机器，其中所述冷却系统包括限定所述凹槽的蒸发器。
89.权利要求81-88中任一项所述的机器，其中当所述滑动盖组件处于其闭合位置和其打开位置时，所述机器的总尺寸相同。
90.一种用于提供单份冷却食品或饮料的荚，该荚包括：
基本刚性的荚，具有第一端和侧壁，所述侧壁限定有凹槽，所述第一端的一部分被配置为通过施加力打开；
可移动地设置在所述荚凹槽内的混合桨；所述混合桨可操作以搅拌至少一种成分；
耦合到所述混合桨的驱动头，使得所述驱动头的旋转导致所述混合桨的旋转，所述驱动头包括圆柱形外表面上的外螺纹，并限定用于与机器的驱动轴啮合的荚，以耦合所述驱动轴和所述驱动头的旋转；和
固定到所述荚的第二端的密封件，所述密封件包括与所述驱动头的外螺纹啮合的内螺纹，使得所述驱动头在第一方向的旋转导致所述驱动头轴向平移到所述凹槽中。
91.权利要求90所述的荚，其中所述驱动头在所述密封件的内螺纹和所述驱动头的外螺纹啮合的啮合位置、以及所述驱动头在第一方向的进一步旋转来旋转所述驱动头而不将所述驱动头进一步平移到所述凹槽中的分离位置之间轴向可移动。
92.权利要求91所述的荚，其中所述驱动头和所述密封件被配置为使得实审驱动头在与所述第一方向相反的第二方向的旋转导致所述驱动头远离所述凹槽的轴向平移。
93.权利要求90-92中任一项所述的荚，其中所述驱动头包括密封元件，当所述驱动头处于其啮合位置时，该密封元件限制所述驱动头和密封件之间的流体流动。
94.权利要求93所述的荚，其中所述密封元件包括o形圈。
95.权利要求93或94所述的荚，其中当所述驱动头处于其分离位置时，所述驱动头的密封元件与所述密封件隔开。
96.权利要求95所述的荚，其中一旦实质性密封被打破，空气被允许进入所述荚，并所述空气被用于帮助搅拌实审冷冻甜点和产生溢出。
97.权利要求90-96中任一项所述的荚，其中用于形成单份冷冻甜点的至少一种成分布置在所述荚的凹槽内。
98.权利要求90-97中任一项所述的荚，其中所述驱动头通过永久连接旋转耦合到所述混合桨。
99.权利要求90-98中任一项所述的荚，其中所述驱动头模制到所述混合桨。
100.权利要求90-99中任一项所述的荚，其中所述驱动头通过摩擦连接旋转耦合到所述混合桨，所述摩擦连接通过将所述驱动头的一个或多个凹槽啮合到所述混合桨的互补一个或多个边缘而形成。
101.权利要求90-100中任一项所述的荚，其中所述驱动头包括圆柱形部分，当螺纹连接断开时，该部分被配置为将所述驱动头和所述混合桨置于所述荚的中心。
102.权利要求90-101中任一项所述的荚，其中当所述驱动头处于其分离位置时，所述混合桨接触所述荚的唇部。
103.权利要求90-102中任一项所述的荚，其中所述混合桨包括狗耳件，用于向所述驱动头提供旋转耦合。
104.一种用于生产单份食品或饮料的机器，该机器包括：
开口机构，限定凹槽，该凹槽的大小容纳含有至少一种用于生产食品或饮料的成分的荚，所述荚包括：突起，该突起被配置为被移除以允许从所述荚中分配食品或饮料；和围绕所述荚的轴可旋转的盖；所述凹槽被配置为在不需要对所述荚和相对于所述荚轴线的凹槽进行角度对准的情况下容纳所述荚；和
可枢转连接至机器并与连接至所述机器电机的齿轮啮合的凸轮，当所述凹槽容纳所述荚且所述齿轮旋转时，通过所述齿轮的旋转，所述凸轮被迫向内抵住所述荚的盖，所述齿轮的旋转导致所述荚的盖围绕所述荚轴线旋转，从而导致所述突起被移除，以允许从所述荚中分配食品或饮料。
105.权利要求104所述的机器，其中所述机器被配置为在移除所述突起和从所述荚中分配食品或饮料的过程中增加所述混合桨的混合速度。
106.权利要求104或105所述的机器，其中所述凸轮楔入所述盖和所述齿轮之间。
107.权利要求104-106中任一项所述的机器，其中所述凸轮包括滚花表面。
108.权利要求104-107中任一项所述的机器，其中所述齿轮的旋转方向与用于在所述荚内混合食品或饮料的混合桨的旋转方向相反。
109.权利要求104-108中任一项所述的机器，还包括抓斗式蒸发器，被配置为向所述荚的侧壁提供夹紧力。
110.权利要求104-109中任一项所述的机器，其中所述盖的斜面被配置为通过在所述突起的唇部下方滑动来移除所述突起，并使所述突起与所述荚底座的其余部分分离。
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