CN1429329A - 用于可自由流动的冷冻产品的液态供给制备的低温处理器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温处理器，其包括接收来自于输送源的液相供应成分的一个供给盘或多个供给盘。与所述供给盘相连的多个小孔或小孔与供给滴管的组合(在下文中称为供给部件)被特别布置得适于从所述供给盘中排出液相成分的均匀尺寸的液滴。在改进的关键特征中，由文氏管部件或其他局部真空源向供给部件提供调整的环境气流。真空部件使得(可能被过滤的)环境空气被吸入低温处理器中并穿过供给部件，这将防止液相成分凝固并积聚在供给部件的流动通道内，从而可连续形成均匀尺寸的珠。装配了可调节门入口，用作控制引入环境空气的流动和输出气态冷冻剂的流动的装置。

Description

用于可自由流动的冷冻产品的 液态供给制备的低温处理器

参考的相关申请

本申请是1999年11月30日提出的系列号为No.09/451,046的美国专利申请的后续申请，该专利申请是1998年4月24日提出的系列号为No.09/066,140(现为美国专利No.6,000,229)的美国专利申请的后续申请，两个专利申请的标题均为“用于可自由流动的冷冻产品的液态供给制备的低温处理器和用于凝固液相成分的方法”。这两个申请的全文在这里作为参考。

技术领域

本发明总体涉及一种冷冻产品制备设备，更具体地说，本发明涉及一种用于可自由流动的冷冻产品的液态供给制备的低温处理器。

背景技术

近年来，冰淇淋以及冰冻乳酪产品的销售已明显上升，并且本申请人通过发展一种独特新颖冰淇淋、冰冻乳酪以及珠状冰冻产品已占据了一部分该产品的市场。在“Dippin′Dots”和“Ice Cream ofthe Future”的商标下出售的该产品，在专卖店、市集和主题乐园中是很常见的，并通过自动售货机出售。

本申请人具有依照1992年6月30日授权的美国专利No.5,126,156的制备和储存该产品的方法的所有权，美国专利No.5,126,156在这里作为参考，申请人还具有关于依照1997年9月9日授权的美国专利No.5,664,422的改进的所有权，美国专利No.5,664,422在这里作为参考。如其中所述的，该专利方法包含向供给盘输送美味奶制品和其他营养成分，然后将该成分滴入冷冻室中。所述供给盘包括多个小孔，液滴形式或是液流形式的液相成分通过所述小孔落入冷冻室中，其中在冷冻前液流形式的液相成分变成液滴形式的液相成分。每个小孔还可具有相对应的供给滴管，所述滴管相对于所述供给盘向下放置，这样来自于供给盘的液相成分穿过小孔然后穿过与之相连的在其中形成液滴或液流的供给滴管。在下文中将小孔或小孔与供给滴管的组合统称为供给部件。

由于小孔和冷冻室底部之间的区域中气态和液态冷冻剂的存在，落下的液相成分的液滴在冷冻室中迅速凝固，从而形成美味冰淇淋、乳酪或其他营养产品，诸如美味冰。将凝固珠从冷冻室中取出并包装以备分配和以后的消耗。

出于经济效益的考虑，在液滴凝固期间尽可能多地利用液相冷冻剂中的BTU’s是重要的。通常通过利用当其被凝固以使得落下的液滴在进入液态冷冻剂之前预冷却时所产生的冷冻剂的气态部分去围绕液相成分而实现这一点。然而，如果使得气态冷冻剂完全围绕供给部件，液相成分可能在滴管部件的滴管内就开始凝固了，大概会导致降低的产品输出。因此，我们不期望使得刚好围绕滴管部件和供给盘的环境温度变得太冷。

为了改进生产过程，期望有一种减少供给部件冻结的可能性的方法，从而在操作期间使供给部件保持不被凝固成分堵塞。要求供给部件与冷冻室上部之间的温度平衡，以便于实现液相成分通过供给部件的自由流动，从而导致均匀凝固珠的连续形成。

如已知的，用作低温处理器中冷冻剂的液态氮可在很低的温度下汽化。处理器外面的环境温度通过隔热的处理器壁进行热传导以升高其中的液态氮的温度。这增加了其中的液态氮汽化的速度，就需要更大容积的液态氮以保持处理器中的恒定液位。因此，期望改进处理器的热和隔热特性，以降低液态氮汽化的速度。

发明内容

本发明总的涉及一种改进的用于可自由流动的冷冻产品的液态供给制备的低温处理器及其使用方法。已通过试验方法确定，可对现有技术设备做结构上的修正，以带来期望的结果。本发明的主要目的是提供一种改进的低温处理器，所述低温处理器包括气体扩散室，所述气体扩散室将基本上消除可自由流动的冷冻产品生产期间在供给部件中形成冷冻产品。

本发明的另一个目的是提供一种机构，所述机构能减少可到达冷冻产品的污染物的量。

本发明的另一个目的是降低处理器壁的热传导性，从而提高低温处理器的效率。

在随后的描述中将部分地阐明本发明的其他的目的、优点和新颖特征，并且对于本领域的普通技术人员来说，根据接下来的验证或通过对本发明实践的学习，本发明的其他的目的、优点和新颖特征将在某种程度上变得明晰。用所附权利要求中所具体限定的装置和组合可实现和获得本发明的目的和优点。

为了实现前述和其他目的，并结合文中所述的本发明的目的，提供了一种可实现规定目标的改进的用于可自由流动的冷冻产品的液态供给制备的低温处理器以及其使用方法。

所述低温处理器包括一个接收来自于输送源的液相供给成分的盘。可在预混装置中将液相成分与其他物质以预定量相混合。与所述盘相连的多个小孔或小孔与供给滴管的组合(在下文中称为供给部件)被具体布置为适于将液相成分的均匀尺寸的液滴从所述盘中排出。在改进的关键方面，用文氏管部件或其他局部真空源为供给部件提供调整的环境空气流。所述真空部件使环境空气被吸入所述低温处理器中并穿过供给部件，这会防止液相成分在供给部件的流动通道中凝固和积聚，从而可连续形成均匀尺寸的珠。装配可调节门入口，用作控制引入环境空气的流动和输出气态冷冻剂的流动的装置。此外，在空气入口处提供过滤器，以便于在将环境空气引入供给盘区域之前过滤所述环境空气以去除微生物杂质。

气体扩散室还包括与出口孔成大致90°到180°布置的环境空气入口孔，所述入口孔与真空部件相通。所述出口孔与环境空气入口孔都适用于调整气体扩散室中气态冷冻剂的高度以及穿过供给部件引入的环境空气的体积。通过调整真空部件所产生的真空度可改变引入的环境空气的速度。然而，如果在没有适当增加环境空气的情况下产生了过量的真空度，就会出现液态冷冻剂的过度蒸发，这会不利于凝固效率。同样，如果将过量的环境空气引入到气体扩散室中，气态冷冻剂的温度会不必要地升高，从而导致液滴预冷却效率的降低，也会降低使用排出气体程序的后冷却效率。因此，为了使效率最大化，必须精密地监控气体扩散室中各个位置的温度。该结构限制了执行冷冻功能所需的冷冻剂的量，同时促进了均匀凝固珠产品的形成，从而减少了生产成本。另外，由于冷冻室底部的凝固珠的有效积聚，冷冻室的增强的锥形形状可增加冷冻室出口处的凝固珠产品的输出速度。

依照本发明的另一个实施例和方面，该低温处理器的外部结构包括“真空夹套”以提高处理器的热特性。在这点上，所述处理器的外部结构包括双层壁结构。在现有技术的系统中，该双层壁结构的内部区域中装有保温泡沫玻璃。然而，根据本发明的一个方面，用真空容器(也就是，真空夹套)取代了泡沫玻璃。该真空容器改进了热传导特性，从而提高了所述低温处理器的效率。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的几个方面，并且与详细描述一起致力于解释本发明的原理。在附图中：

图1是改进的低温处理器的截面图。

图2是可调节的进气口门的剖视透视图。

图3是改进的低温处理器的截面图，与图1相似，但是还示出了进气口门的机动化控制。

具体实施方式

在概括了本发明的各个方面以后，下面将参照附图对本发明进行详细描述。虽然将结合附图对本发明进行描述，但是没有使本发明局限于该实施例或这里所披露的实施例的意图。相反，目的是涵盖包括在如所附权利要求所述的本发明的精神和保护范围内的所有的替换、修正及等效物。

现在参照图1，图1示出了结合本发明的优选实施例所构成的改进的低温处理器，所述低温处理器用于生产小珠形式的可自由流动的冷冻产品。在美国专利No.5,126,156中详细描述了生产该产品所使用的基本方法，为了利于理解该独特生产过程，下面将概述所述基本方法。如下面所述的，图1中所示的设备增强了现有技术生产过程的效率并且增加了产品产量。

低温处理器10包括冷冻室12，所述冷冻室12最好是其中容纳液体冷冻剂的锥形顶贮罐形式的。冷冻室12包括内壳层14和外壳层16。为了增加冷冻室12的热效率，在内壳层14和外壳层16之间放置有保温材料18。如图1中所示的，冷冻室12是由支脚22支撑的自立单元。或者，当使用时可将冷冻室12放置于一个特别制成以支撑处理器10的框架中。

冷冻剂24通过冷冻剂入口26进入到冷冻室12中，鉴于其已知的凝固性能，冷冻剂24最好是液态氮。通过入口26进入到冷冻室12中的冷冻剂24用于使冷冻室中的液态冷冻剂保持预定水平，并且必须添加该冷冻剂24以代替由于蒸发或生产中伴随的其他情况而流失的冷冻剂24。已从冷冻室12中液态冷冻剂24的表面蒸发的气态冷冻剂主要通过出口孔29排放到大气中，所述出口孔29与真空装置30配合，所述真空装置30可为文丘里喷嘴形式的。通过产品出口32出现了凝固珠的析出，所述产品出口32装配于冷冻室12的基底。

当引入的冷冻剂24通过入口26进入到冷冻室12中时，取决于通过入口26允许进入的冷冻剂24的量和引入的冷冻剂24的流速，在冷冻室12中可形成冷冻剂24的漩涡或气旋运动。由于可能将在冷冻室12的底部等候析出的凝固珠扫入旋涡式冷冻剂中从而使所述凝固珠不能落入用于收集的冷冻室底部，因此该气旋运动不利于所述生产过程。在该湍流环境中还可能产生不均匀的珠状产品。通过安装于内壳层14的内表面36的隔板34可防止引入的冷冻剂的这种有害的气旋运动。在冷冻剂入口26的附近，隔板34从内表面36处向内延伸。另外，使隔板34这样定位，即，使它们的长度方向在冷冻室12中基本是直立的。

提供带有调节门38的环境空气入口孔28和带有带有调节门39的出口孔29，以便于调节从液态冷冻剂24的表面蒸发的气态冷冻剂的水平，以使得在处理器10中不会逐步形成超压，并且也不会发生供给部件40中的液相成分的凝固。

供给盘48从输送源50处接收液相成分。通常，一个泵(未示出)通过输送管52将液相成分泵送到供给盘48中。预混装置54使几种成分(不必全是液体，诸如粉末状香料或其尺寸足以小到不会导致供给部件40中堵塞的其他添加剂)以预定的浓度混合以便输送到供给盘48中。

我们考虑到，为了产生冷冻产品的均匀尺寸的珠56，需要通过气体扩散室46向冷冻室12供应液相成分的均匀尺寸的微滴58。将供给盘48设计得带有供给部件40，所述供给部件40形成具有所期望特性的微滴58。当液相成分的微滴58接触气体扩散室46中的冷冻蒸汽，随后接触冷冻室12中的液态冷冻剂24时，就形成了呈小珠状态的冷冻产品。在形成了小珠56以后，所述小珠56落到冷冻室12的底部。在出口32处一个传送系统与冷冻室12的底部连接，以便于将小珠56输送到封装和分配网络，所述封装和分配网络用于随后的运输和消耗。

依照本发明的一个方面，将优选实施例设计得带有合成一体的真空装置30，所述真空装置30可为文丘里管的形式。真空装置30与空气入口28和调节门38合作，以使得环境气流穿过入口28并围绕供给部件40以确保其中不会有液相成分的凝固。这是通过将真空装置30与空气入口28安装在气体扩散室46的相对侧上以使得由真空装置30吸入的引入环境空气与供给部件对准而实施的。在该结构中，环境空气围绕供给部件流动，使供给部件升温到足以抑制供给部件流动通道中形成凝固液相成分的温度。使空气源60(通常为空气压缩机的形式)连接于真空装置30以提供适当的抽吸，从而产生所需的环境气流。

如上所述，空气入口28包括用以控制引入的环境空气量的调节门38。如图2中所示的，门38的优选实施例是一系列安装在框架64中的可滑动门部分62。该结构可提供多种调节组合，因此在门38露出最大尺寸入口的完全打开状态与该门完全封堵入口28从而阻止环境气流的全封闭状态之间可获得所期望的流速。本领域普通技术人员应该意识到的是，入口门38的为数众多的其他实施例也可用于获得所期望的结果，也就是说，可变的流量喷嘴、或可调的入口孔，应该注意，可用的入口门38的实施例并非少数。

在一个实施例中，门62被人工调节。处理器10外面的操作员可根据观察、经验或其他因素调节该门62的位置。在另一个实施例中，可用马达80(见图3)或其他能使门移动的机构自动地调节门62。在这样一个实施例中，可利用温度传感器82(或其他合适的传感器)以感测供给部件40周围的温度。当温度降到预定温度以下时，马达80可调节门62以增加入口28的尺寸。相反，当温度升到预定温度以上时，马达80可调节门62以减小入口28的尺寸。

在另一个实施例中，可使入口28保持不变量并且可调节真空源60以控制供给部件40周围的温度。在这样一个实施例中，当温度降到预定水平以下时，可控制真空源60以增加穿过滴管44的气流。相反，当温度升到预定温度以上时，可控制真空源60以减少穿过滴管44的气流。

另外，可通过入口28的尺寸和穿过滴管44的气流速度的控制组合来控制供给部件40周围的温度。也就是说，可通过马达80控制和真空源60控制的组合来实现温度控制。

在另一个实施例中，马达80控制和/或真空源60控制可取决于流入供给部件的液相成分的流速。可使用液位传感器以感测供给部件中的液相成分的水位。在正常操作下(所有的滴管44完全打开)，将产生特定的(液相成分流入供给部件的)流速。如果流速降低了，可假定这样的降低是由于在滴管44中形成了结冰而引起的。因此，可控制马达80以增加入口28的尺寸和/或可控制真空源60以增加穿过滴管44的气流。

可包含几个传感器66以测量多个工作值，诸如冷冻室温度、冷冻剂水平等等。这些传感器都向控制装置68提供输入信号，所述控制装置68监控生产过程并提供控制输出信号70以促进凝固珠的自动化生产。出于解释的目的，这些传感器仅以点的形式包括在图1中。然而，应该理解的是，根据实际应用，传感器的实际结构将是多样的。

由于使用了改进的发明，可带来各种益处。与其中当使供给部件升温和随后清洁时在供给部件中液相成分的凝固造成需要中断生产过程的现有技术的设计不同，本发明可防止液体在供给部件中凝固。因此，生产过程可不间断地连续进行。

另外，不正常凝固的液相成分是废料，必须在封装之前将所述废料从均匀的珠状产品中筛选和去除。该废料以及与从期望产品中去除废料相关的程序(例如，分离装置的操作)降低了生产效率。本发明没有这种浪费。通过使用新的气体扩散室和真空部件，使得对分离需求的需要成功地降到最低，因此不再需要现有技术的筛选组件和用以操作所述筛选组件的动力。

依照本发明的一个实施例，可在空气入口28处布置空气进气滤气器90(见图1和3)。尽管图中示出了空气进气滤气器90位于门62的内侧上，然而也可以将空气进气滤气器90布置在门62的外侧上。尽管进行了有效的测量以确保处理器10周围的环境保持在极卫生的方式中，然而我们已经意识到肯定存在某种气载污染物。因此，装配空气进气滤气器90以进一步清洁和筛选允许流过供给部件40的空气，从而获得更纯净更清洁的冷冻产品。

和本发明的保护范围和精神一致，用于构成滤气器90的材料、过滤密度、孔隙度以及其他特征可为多种多样的。当然，本发明不局限于滤气器90的这些细节。尽管根据本发明的优选实施例所构成的滤气器将去除尺寸为0.2微米或以上的所有污染物。

根据本发明的另一个方面，提高了处理器10的热性能。最好用具有内壁14和外壁16的双壁结构构成处理器10。上一代处理器在壁14和16之间已包括泡沫玻璃保温材料。然而，根据本发明的一个方面，在处理器10中设立真空夹套以使液态冷冻剂保温。因此可提供一个孔(未示出)和一个真空源(未示出)以排空内壁14和外壁16之间的腔室。我们已经发现，这样的“真空夹套”与泡沫玻璃夹套相比可具备更好的保温质量。因此，制备预定量的冷冻产品需要更少量的液态冷冻剂。

上述说明是出于解释和描述的目的而存在的。所述描述并非详尽并且不是打算将本发明局限于所披露的精密形式中。显而易见，根据上述说法可进行修正和改变。选择和描述该实施例或讨论的实施例以提供对本发明原理及其实际应用的最佳解释，从而可使本领域普通技术人员能够使用各个实施例中的本发明并进行适合于具体应用打算中的各种形状。当结合其所被公平合法地赋予权利的宽度时，所有的形状和改变都在本发明的保护范围之内，所述本发明的保护范围如所附的权利要求中所认定的。

Claims (19)

1.一种用于可自由流动的冷冻产品的液态供给制备的低温处理器，所述低温处理器包括：

冷冻室，所述冷冻室基本上为圆锥型；

形成在上述冷冻室上方的气体扩散室，所述气体扩散室具有都与所述气体扩散室流体连通的真空部件和空气入口，使所述真空部件布置得适于通过空气入口吸入环境空气并将所述环境空气引入所述气体扩散室中，以便于围绕小孔产生控制气流，从而防止小孔中或相关的供给滴管中液相成分凝固；

放在所述气体扩散室上面的一个供给盘或多个供给盘，使所述供给盘布置得适于接收来自于输送源的液相成分，所述供给盘具有多个小孔，所述小孔用于调节从所述盘排出的成分的均匀尺寸的液滴，从而重力使得所述液滴通过所述气体扩散室被输送并进入其下的冷冻室中；以及

布置在空气入口处的空气进气滤气器，用于从穿过入口并围绕小孔的空气中过滤污染物。

2.如权利要求1中所述的低温处理器，其特征在于，将所述空气进气滤气器设计得可过滤尺寸为0.2微米或以上的污染物。

3.如权利要求1中所述的低温处理器，其特征在于，所述多个小孔被进一步限定为具有相关的多个供给滴管，以便于从液相成分中生产液滴。

4.如权利要求1中所述的低温处理器，其中，所述空气入口被进一步限定为具有用于调节的部件，即，所述用于调节的部件调整引入环境空气的量。

5.如权利要求4中所述的低温处理器，其特征在于，所述用于调节的部件包括马达。

6.如权利要求1中所述的低温处理器，其中，冷冻室被进一步限定为具有内表面和用于阻碍流体流动的部件，将所述用于阻碍流体流动的部件布置得与冷冻室的内表面连接，以便于防止引入的液态冷冻剂在冷冻室中形成破坏的气旋流。

7.如权利要求1中所述的低温处理器，其中，内壳层和外壁进一步限定了冷冻室，并且在内壁和外壁之间布置热绝缘。

8.如权利要求7中所述的低温处理器，其特征在于，所述热绝缘是外壁和内壁之间的抽空的空间。

9.如权利要求1中所述的低温处理器，其中，所述处理器被进一步限定为具有输送源，所述输送源能够向低温处理器的一个供给盘或多个供给盘提供液相成分。

10.如权利要求1中所述的低温处理器，其中，所述处理器被进一步限定为具有预混装置，所述预混装置能够使多种成分以期望的浓度组合，并向低温处理器的输送源提供所述混合的组合物。

11.如权利要求1中所述的低温处理器，还包括具有多个传感器的控制装置，所述传感器附于所述低温处理器上，这样可测量多个操作值，并将所述操作值作为输入信号被输送到控制装置，控制装置中的合适的算法判读所述输入信号，因此产生了输出信号，并且从控制装置中将所述输出信号输送到低温处理器中，所述输出信号供自动监测和生产凝固珠状产品之用。

12.一种向容纳冷冻剂以形成冷冻产品珠的冷冻室供应液相成分的方法，包括以下步骤：

从一个来源向一个供给盘或多个供给盘输送液相供应成分；

由重力将液相供应成分或成分组从一个供给盘或多个供给盘通过小孔以液滴的形式排出到刚好位于小孔下面的气体扩散室中；

将所述液滴输送到刚好位于气体扩散室下面的冷冻室中；

在气体扩散室中和冷冻室中提供强冷环境，从而液滴在自由下落过程中基本上变为预冷的；以及

提供通过气体扩散室并围绕多个小孔的过滤的环境空气流，以使得液相成分不会在小孔中凝固。

13.如权利要求12中所述的方法，其中，在多个小孔的周围提供空气流的步骤是通过都与所述气体扩散室流体连通的真空部件和空气入口实现的，使所述真空部件布置得适于通过空气入口吸入环境空气并将所述环境空气引入所述气体扩散室中，以便于围绕小孔产生控制气流，从而防止小孔中液相成分凝固。

14.如权利要求12中所述的方法，还包括以下步骤：通过包含控制装置而自动控制凝固珠状产品的生产，所述控制装置能够监控从包括冷冻室液态冷冻剂水平、冷冻剂输入速度、冷冻室温度、气体扩散室温度、引入环境空气的速度、液相成分输入的速度、以及冷冻产品输出的速度的集合中所选择的几种操作参数；并提供来自于控制装置的控制输出信号，所述控制装置能够调节所述处理器的操作参数。

15.一种向含有冷冻剂以形成冷冻产品珠的冷冻室供应液相成分的方法，包括以下步骤：

从一个来源向一个供给盘输送液相供应成分；

由重力将液相供应成分从一个供给盘通过小孔以液滴的形式排出到位于小孔下面的冷冻室中；以及

在小孔周围提供受控的过滤的气流。

16.如权利要求15中所述的方法，其特征在于，提供受控的气流的步骤包括：根据小孔处的温度动态地调整空气入口的尺寸。

17.如权利要求15中所述的方法，其特征在于，提供受控的气流的步骤包括：根据流入供给盘中液相供应成分的流速动态地调整空气入口的尺寸。

18.如权利要求15中所述的方法，其特征在于，提供受控的气流的步骤包括：根据小孔处的温度动态地调整围绕小孔的气流速度。

19.如权利要求15中所述的方法，其特征在于，提供受控的气流的步骤包括：根据流入供给盘中液相供应成分的流速动态地调整围绕小孔的气流速度。

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