ES2335325T3 - Valvula dispensadora. - Google Patents
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Abstract
Una máquina (10) dispensadora para bebidas y postres congelados, que comprende: una cámara (18) de congelación de productos; un dispositivo (30) mezclador situado dentro de la cámara de productos; un motor (50) conectado de manera operativa al dispositivo mezclador; un controlador (16) conectado al motor y programado para operar el motor para mover el dispositivo mezclador en al menos un sentido; y una válvula (22) dispensadora, que comprende: un cuerpo (120) de válvula que tiene una entrada y una salida (122); caracterizada porque la válvula (22) dispensadora comprende además: un vástago (126) de válvula acoplado al cuerpo de válvula de modo que el vástago de válvula está en una posición fija con respecto al cuerpo de válvula; un conjunto de toberas que recibe el vástago de válvula y define la salida (122), pudiendo moverse la conjunto de toberas con respecto al vástago de válvula para abrir y cerrar de manera selectiva la válvula.
Description
Válvula dispensadora.
La presente divulgación se refiere en general a
máquinas para dispensar productos alimenticios como máquinas de
bebidas y postres congelados.
Se conocen bien las máquinas dispensadoras que
proporcionan un producto alimenticio como una bebida o postre desde
una cámara de productos a través de una válvula dispensadora. Por
ejemplo, las máquinas de bebidas congeladas producen una bebida
congelada congelando una mezcla de ingredientes como sirope, agua y
dióxido de carbono en una cámara de mezclado o de congelación. La
cámara de congelación está rodeada normalmente por una bobina que
contiene refrigerante para provocar una congelación de la mezcla en
el interior hasta un nivel deseado de consistencia. La mezcla se
retira de la superficie interior y se mezcla mediante un árbol
giratorio que acciona un elemento de raspado/mezclado acoplado al
árbol. La consistencia de la mezcla congelada se controla mediante
cualquiera de varios procedimientos que activan la refrigeración
para congelar y desactivan la refrigeración cuando la mezcla
alcanza la consistencia deseada. A continuación, el producto se
dispensa a través de una válvula dispensadora.
El raspador/mezclador típico usado en máquinas
de bebidas congeladas conocidas se hace girar mediante un motor.
Tales raspadores/mezcladores giratorios experimentan a veces "una
adhesión debida a la congelación". Se trata de un estado en el
que los propios productos semicongelados se unen al
raspador-mezclador y pueden continuar acumulándose
hasta que forme un cilindro sólido. Esto impide el mezclado del
producto en la cámara de congelación. Dado que se forma un cilindro
congelado, esto también puede reducir la capacidad dispensadora del
dispensador de bebidas. Otro problema creado por la "adhesión
debida a la congelación" es un fallo del motor que acciona el
raspador-mezclador giratorio. En el caso de
raspadores/mezcladores giratorios se observa también que el
"agua-hielo" se congela en primer lugar,
uniéndose por tanto al mezclador/raspador. La disolución restante,
dado que no está tan diluida con agua, tiene una composición
aumentada de sólidos y por tanto no es un producto aceptable para
servirse a los
clientes.
clientes.
Además, las máquinas dispensadoras de alimentos,
como las máquinas dispensadoras de bebidas congeladas, deben
limpiarse y desinfectarse normalmente mediante un desmontaje y
limpieza manual frecuentes. Con el fin de desinfectar una máquina,
en primer lugar la máquina debe estar limpia respecto a cualquier
desecho que podría albergar bacterias y podría impedir que un
agente de desinfección destruya las bacterias. Los procedimientos
actuales de limpieza manual usados en lo que se conoce como una
máquina "de tolva abierta", y algunas máquinas selladas
requieren un desmontaje de todos los componentes que están en
contacto con el producto dispensado para limpiar y desinfectar de
manera exhaustiva la cámara de congelación y circuitos de suministro
de la máquina de tolva abierta. Las máquinas de tolva abierta usan
normalmente una disolución premezclada o pueden usar una disolución
concentrada que debe estar o bien refrigerada o bien envasada de una
manera que elimina todas las bacterias antes de la apertura. Una
vez abierta, algunas de estas disoluciones premezcladas o
disoluciones concentradas experimentan crecimientos de bacterias en
un periodo de tiempo rápido si no se refrigeran inmediatamente.
Además, las zonas no refrigeradas de la máquina pueden ser propensas
a un crecimiento de bacterias cuando se usan estos tipos de
disoluciones.
El procedimiento manual de limpiar y desinfectar
se basa en la regularidad de las personas que limpian y en el
cumplimiento riguroso de los procedimientos manuales de limpieza y
desinfección. Esto constituye normalmente un problema y se produce
en el caso de resultados contradictorios. Una vez limpiada, esto
puede provocar una retención de bacterias. Además, esta limpieza
debe producirse frecuentemente, hasta a diario. Algunas máquinas
incluyen procedimientos de limpieza parcialmente automatizados,
aunque las capacidades de limpieza automatizadas pueden incluir
limitaciones significativas. Por ejemplo, puede que las máquinas
conocidas que tienen capacidades de limpieza automáticas no estén
destinadas a limpiar todo el circuito de suministro, la válvula
dispensadora y la cámara de congelación hasta un grado necesario
para impedir la formación y el crecimiento de bacterias.
El documento EP 0598223 da a conocer una tapa
dispensadora para un recipiente de sustancia líquida, con una
tobera dispensadora móvil.
El documento US-2003/0126871 da
a conocer una máquina de bebidas congeladas.
La presenta invención está dirigida a las
deficiencias de la técnica anterior.
Los aspectos a modo de ejemplo de la presente
descripción incluyen una máquina dispensadora de alimentos que
tiene una cámara de productos con una válvula dispensadora conectada
a la cámara de productos y que tiene una salida a través de la que
se dispensa un producto contenido en la cámara de productos. La
cámara de productos tiene una entrada de disolución de limpieza que
puede conectarse a una fuente de alimentación de disolución de
limpieza para recibir la disolución de limpieza en el interior de la
cámara de productos. La cámara de productos incluye además una
entrada de ingredientes que puede conectarse de manera alternativa o
bien a una fuente de alimentación de ingredientes o bien a la
salida de válvula dispensadora. Cuando la entrada de ingredientes
está conectada a la salida de válvula dispensadora, se crea una
trayectoria de flujo de recirculación, permitiendo una limpieza y
desinfección completa de la trayectoria de flujo de producto. En
implementaciones a modo de ejemplo, la máquina produce y dispensa
un producto congelado. Por tanto, la cámara de productos puede
comprender una cámara de congelación que tiene un sistema de
refrigeración asociado de manera operativa con la misma para
refrigerar la cámara de congelación.
Para facilitar la conexión de la entrada de
ingredientes a la válvula, un adaptador tiene un primer extremo que
puede conectarse a la salida de válvula y un segundo extremo que
puede conectarse a la entrada de ingredientes. El adaptador puede
activar un dispositivo de conmutación cuando el adaptador está
conectado a la salida de válvula. Esto impide iniciar una limpieza
de la máquina a menos que el adaptador esté conectado a la válvula.
El adaptador a modo de ejemplo incluye además un dispositivo que
permite un flujo a través del adaptador en respuesta a estar
conectado a la entrada de ingredientes.
Un dispositivo mezclador está situado
normalmente dentro de la cámara de productos. El dispositivo
mezclador se acciona mediante un motor que tiene un controlador
conectado de manera operativa al motor. En caso necesario, el
controlador aumenta la velocidad del motor cuando la máquina está
limpiándose. En algunas implementaciones, el controlador también
invierte el sentido de giro del dispositivo mezclador de una manera
predeterminada. En realizaciones aún adicionales, el dispositivo
mezclador puede operarse en un movimiento recíproco axial. El
controlador también controla la operación del sistema de
refrigeración. En determinadas realizaciones, el sistema de
refrigeración se controla en respuesta a la potencia del motor,
calculada por el controlador usando indicaciones de la tensión y la
corriente del motor.
La válvula dispensadora, que puede operarse
automáticamente mediante el controlador en algunas realizaciones u
operarse manualmente en otras realizaciones, incluye un cuerpo de
válvula con un vástago de válvula acoplado al cuerpo de válvula de
modo que el vástago de válvula está en una posición fija con
respecto al cuerpo de válvula. Un conjunto de toberas recibe el
vástago de válvula y define la salida de válvula, y el conjunto de
toberas puede moverse con respecto al vástago de válvula para abrir
y cerrar de manera selectiva la válvula. Una placa de cubierta
puede estar fijada al cuerpo de válvula para definir un entrehierro
entre la placa de cubierta y el cuerpo de válvula para impedir que
se forme una condensación sobre la válvula.
Los aspectos de la invención se definen en las
reivindicaciones independientes adjuntas.
Otros objetos y ventajas de la invención se
harán evidentes tras la lectura de la siguiente descripción
detallada y tras la referencia a los dibujos en los que:
La figura 1 es un diagrama de bloques que
ilustra de manera conceptual partes de una máquina dispensadora de
alimentos según las enseñanzas de la presente descripción.
La figura 2 es una vista en perspectiva de una
válvula dispensadora según las enseñanzas de la presente
descripción.
La figura 3 es una vista frontal de la válvula
mostrada en la figura 2.
La figura 4 es una vista en sección lateral de
la válvula tomada a lo largo de la línea IV mostrada en la figura
3.
La figura 5 es una vista en perspectiva de un
conjunto de paquete frío según las enseñanzas de la presente
descripción.
La figura 6 es una vista frontal del conjunto de
paquete frío mostrado en la figura 5.
La figura 7 es una vista en perspectiva de una
placa de motor para montar el conjunto de paquete frío.
La figura 8 es un diagrama de bloques que
ilustra de manera conceptual partes de la máquina dispensadora de
alimentos.
La figura 9 es una vista en perspectiva de un
brazo de batidora según las enseñanzas de la presente
descripción.
La figura 10 es una vista frontal de la válvula
dispensadora que incluye además una línea de desinfección conectada
a la válvula con un adaptador.
La figura 11 es una vista en perspectiva de un
adaptador para acoplar una línea de desinfección a una salida de
válvula dispensadora.
La figura 12 es una vista en sección del
adaptador mostrado en la figura 11.
La figura 13 es un diagrama de flujo que ilustra
aspectos de las capacidades de limpieza automatizadas de la máquina
dispensadora de alimentos dada a conocer en el presente
documento.
Las figuras 14A y 14B ilustran una válvula que
tiene entradas para recibir múltiples sabores.
Aunque la invención está sujeta a diversas
modificaciones y formas alternativas, se han mostrado realizaciones
específicas de la misma a modo de ejemplo en los dibujos y se
describen en detalle en el presente documento. Sin embargo, ha de
entenderse que la descripción en el presente documento de
realizaciones específicas no pretende limitar la invención a las
formas particulares dadas a conocer, sino al contrario, la invención
pretende abarcar todas las modificaciones, equivalentes y
alternativas que entran en el alcance de la invención, que se
define mediante las reivindicaciones adjuntas.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describen realizaciones
ilustrativas de la invención. En interés de la claridad, en esta
memoria descriptiva no se describen todas las características de una
implementación real. Evidentemente se apreciará que en el
desarrollo de cualquiera de tales realizaciones reales, deben
tomarse numerosas decisiones específicas de la implementación para
conseguir los objetivos específicos de los desarrolladores, como el
cumplimiento con restricciones relacionadas con el sistema y
relacionadas con el negocio, que variarán de una implementación a
otra. Además, se apreciará que un esfuerzo de desarrollo de este
tipo podría ser complejo y requerir mucho tiempo, aunque no
obstante sería una tarea rutinaria para los expertos en la técnica
que se benefician de esta divulgación.
La figura 1 es un diagrama de bloques
simplificado que ilustra esquemáticamente los componentes de una
máquina 10 dispensadora de alimentos según determinadas enseñanzas
de la presente descripción. En la figura 1, la máquina 10
dispensadora de alimentos es una máquina de bebidas congeladas. La
máquina 10 dispensadora incluye una fuente 12 de alimentación de
ingredientes, un bloque 14 de flujo de proceso, un controlador 16 y
una cámara 18 de productos. En la máquina 10 de bebidas congeladas
a modo de ejemplo, la fuente 12 de alimentación de ingredientes
puede incluir, por ejemplo, una alimentación de agua, alimentación
de sirope y una alimentación 23 de gas. En la realización
ilustrada, la cámara 18 de productos comprende una cámara de
congelación que tiene un sistema 20 de refrigeración asociado con
la misma. El sistema 10 dispensador incluye normalmente dos cámaras
18 de congelación que se enfrían con un único sistema 20 de
refrigeración, aunque el sistema 10 puede incluir una única cámara
18 o más de dos cámaras 18 que pueden refrigerarse a través de uno o
más sistemas 20 de refrigeración.
Los ingredientes para una mezcla de bebida
congelada se proporcionan a partir de la fuente 12 de ingredientes
al bloque 14 de flujo de proceso, que controla el flujo de los
ingredientes al interior de la cámara 18 de congelación cuando se
dirigen mediante el controlador 16. El controlador 16 puede
comprender un microprocesador programado apropiadamente y
dispositivos de memoria adecuados. La consistencia de mezcla
congelada se controla mediante cualquiera de varios procedimientos
que activan el sistema 20 de refrigeración para congelar y
desactivan el sistema 20 de refrigeración cuando la mezcla alcanza
la consistencia deseada. Una operación adecuada del controlador 16
y otra instrumentación de control se describe por ejemplo en la
patente estadounidense n.º 5.706.661. El producto se dispensa
entonces a través de una válvula 22 dispensadora.
La máquina 10 dispensadora incluye capacidades
automatizadas de limpieza y desinfección que garantizan una
limpieza y desinfección rigurosas de los componentes internos de la
máquina 10. La máquina 12 a modo de ejemplo incluye una válvula 22
dispensadora automatizada, que está diseñada de tal modo que la
válvula y todo el circuito que contiene el producto alimenticio
puede limpiarse y desinfectarse con un mínimo de implicación por
parte del operario. La válvula 22 se controla por microprocesador
(por ejemplo, usando el controlador 16) y por tanto puede
manipularse a través de un programa informático que permite la
apertura y el cierre y el funcionamiento cíclico según se requiere
para garantizar una limpieza y desinfección adecuadas. La válvula 22
dispensadora se muestra en las figuras 2-4. La
válvula 22 incluye un cuerpo 120 de válvula que define una salida
122 a través de la que la mezcla de bebida sale de la máquina 10 de
bebidas congeladas.
La mayoría de los componentes del conjunto 22 de
válvula están construidos de acero inoxidable o plástico moldeado.
Según se muestra en la vista lateral de la figura 4, la válvula 22
presenta un perfil delgado, permitiendo que una gran superficie de
la válvula esté en contacto directo con la cámara 18 de congelación
refrigerada, manteniendo fría la válvula y retardando el
crecimiento de contaminantes. El conjunto 22 de válvula incluye una
placa 130 de cubierta que define una curvatura diferente a la del
cuerpo 120 de válvula. Por tanto, cuando la placa 130 de cubierta
se sitúa sobre el cuerpo 120 de válvula y de manera fijada al mismo,
se define un entrehierro 132 entre la placa 130 de cubierta y el
cuerpo 120 de válvula. Esta construcción ayuda a prevenir la
condensación que resulta del perfil delgado del conjunto 22 de
válvula.
Dado que muchos productos alimenticios típicos
dispensados desde la máquina 10 están presurizados, el producto
dispensado desde la válvula 22 puede presurizarse. El diseño de la
válvula ayuda por tanto a garantizar que, cuando se abre la
válvula, no rocía debido a turbulencias en la reducción de presiones
de aproximadamente 10-40 psig (68,95 -
275,79 KPa) a la atmósfera. Una tobera externa adicional ayudaría a conseguir esto, sin embargo la tobera externa podría retener líquido que se vería expuesto a las condiciones atmosféricas y a posible contaminación. Por tanto, la válvula 22 ilustrada no incluye una tobera externa.
275,79 KPa) a la atmósfera. Una tobera externa adicional ayudaría a conseguir esto, sin embargo la tobera externa podría retener líquido que se vería expuesto a las condiciones atmosféricas y a posible contaminación. Por tanto, la válvula 22 ilustrada no incluye una tobera externa.
En un diseño de válvula típico, la válvula se
acciona o bien manual o bien automáticamente para abrirse levantando
un vástago de válvula desde un asiento de válvula y para cerrarse
bajando el vástago de vuelta al interior del asiento. La válvula 22
dada a conocer mantiene un vástago 126 de válvula estacionario y
permite que una tobera 134 se mueva hacia arriba y hacia abajo para
proporcionar una dispensación o sellado. Al hacer esto, a medida
que se abre la válvula y se baja la tobera 134 para iniciar el
flujo, la tobera 134 proporciona una barrera parcial al rociado que
resulta del líquido despresurizado.
Con el fin de permitir que la tobera 134 baje lo
suficiente para proporcionar una longitud de tobera eficaz, se
proporciona un sellado 136 superior que mantiene su asiento hasta
que un sellado 138 inferior se eleva del asiento. Esto permite un
drenaje parcial y la reducción de cualquier presión acumulada en la
cavidad de válvula. Esto también reduce el efecto hidráulico en la
cavidad de válvula que provoca un rociado antes de la extensión de
la tobera.
Dado que el líquido retenido en la válvula
quedaría retenido en una zona que se sellaría en la entrada superior
a la cavidad de válvula mediante un sellado además del sellado en
la salida a la cavidad de válvula, el vástago y los sellos se
diseñan de modo que, cuando que se cierra la válvula, el sellado 136
superior se asienta en primer lugar permitiendo que el líquido
retenido se drene parcialmente antes del asentamiento del sellado
138 inferior impidiendo así que quede retenida presión en la cavidad
de válvula. Si queda retenida presión, la válvula podría
"despedir vapor" tras su apertura. Además, cuando la válvula se
abre, el sellado 138 inferior se eleva del asiento en primer lugar
permitiendo que la tobera 134 baje lo suficiente para impedir un
rociado antes de que el sellado 136 superior salga de su asiento y
también que se libere cualquier presión en la cavidad de válvula.
En otras realizaciones, se prescinde del sellado 138 inferior. Para
impedir el drenaje, el hueco entre el vástago 126 de válvula y la
tobera 134 se mantiene pequeño.
La válvula 22 a modo de ejemplo se controla
mediante microprocesador y se acciona abriendo un solenoide de gas
que dirige gas presurizado a través de un plato universal sobre un
cilindro de congelación a una placa de presión que está acoplada a
la tobera 134 de válvula. Los resortes están situados con respecto
al vástago 126 de válvula para desviar la válvula 22 en una
posición cerrada normalmente. Cuando se acciona la válvula 22, la
tobera 134 disminuye la fuerza de colocación contra los resortes que
mantienen la válvula 22 en la posición normalmente cerrada. Los
resortes están diseñados de modo que no permitirán que la válvula 22
se abra bajo presiones operativas normales. En el caso de una
sobrepresión de la cámara 18, los resortes se dimensionan para
actuar como un sistema de ventilación de seguridad para impedir la
rotura de cualquier componente.
La válvula se diseña para accionarse o bien
presionando manualmente un botón dispensador que interacciona con
el microprocesador o bien durante un proceso de limpieza y
desinfección automatizado que va a controlarse completamente
mediante un programa informático que da instrucciones a la válvula
de cuándo debe abrirse y cuándo debe cerrarse con el fin de
realizar el proceso de limpieza y desinfección. La válvula también
podría accionarse con una manilla de válvula manual que acciona un
interruptor para abrirse.
Con el fin de controlar el flujo desde la cámara
de congelación presurizada, el mecanismo interno se diseña para
reducir la presión gradualmente para proporcionar una trayectoria de
flujo continua desde la válvula. La válvula a modo de ejemplo
ilustrada incluye un flujo restringido a través de una zona anular
que rodea el vástago. A medida que el flujo pasa a través de la
zona anular, choca con la placa 142 cargada por resorte que reduce
adicionalmente la energía restante en el flujo y proporciona una
trayectoria continua desde la salida 122 de la tobera 134
extendida.
Las figuras 5 y 6 ilustran un ejemplo de la
conjunto de "paquete frío" que contiene la cámara 18 de
congelación. La realización ilustrada incluye dos cámaras 18 de
congelación, aunque se emplean otros números de cámaras de
congelación en realizaciones alternativas. Una placa 40 de motor
está acoplada a la cámara 18 de congelación en la parte posterior
del paquete frío. La figura 7 es una vista en perspectiva de una
realización a modo de ejemplo de la placa 40 de motor. La placa 40
de motor define 2 entradas 42, 44. Por ejemplo, una entrada 42 es
para recibir un ingrediente como sirope, y la otra entrada 44 es
para recibir agua. En la realización ilustrada, la entrada 44 de
agua está conectada además a una fuente de agente de desinfección.
Cada una de las entradas 42, 44 incluye una válvula de retención de
modo que sólo se permite flujo al interior de la cámara 18.
La placa 40 de motor incluye además una válvula
34 de ventilación, que se proporciona para ventilar aire o gases en
exceso desde la cámara 18 antes de su llenado. El aire en exceso en
el producto alimenticio mezclado en la cámara 18 puede provocar un
contenido en aire superior al aceptable en algunos productos, lo que
no es aceptable en algunas aplicaciones. Un transductor 46 de
presión se sitúa en la placa 40 de motor para enviar información
acerca de la presión dentro de la cámara 18 al controlador 16 para
controlar la operación de la máquina 10.
La figura 8 ilustra de manera conceptual
aspectos adicionales de la máquina 10 dispensadora. Un
mezclador/
raspador, o "brazo 30 de batidora" se sitúa dentro de la cámara 18 de congelación para mezclar y raspar el producto alimenticio contenido de la misma. La figura 9 muestra una realización de un brazo 30 de batidora a modo de ejemplo. Un motor 50 se aloja por la placa 40 de motor que tiene el brazo 30 de batidora conectado a un árbol 52 del motor 50 que se extiende al interior de la cámara 18. El controlador 16 controla la operación del motor 50 para mezclar el producto contenido en la cámara 18 según se desea. En el caso de los dispositivos mezcladores/raspadores giratorios conocidos, puede producirse una "adhesión debida a congelación", lo que es un problema cuando el producto alimenticio dentro de la cámara se congela adhiriéndose al brazo de batidora giratorio. El brazo de batidora se hace girar normalmente a una velocidad constante en un sentido, que crea un patrón del flujo que conduce a una adhesión debida a congelación.
raspador, o "brazo 30 de batidora" se sitúa dentro de la cámara 18 de congelación para mezclar y raspar el producto alimenticio contenido de la misma. La figura 9 muestra una realización de un brazo 30 de batidora a modo de ejemplo. Un motor 50 se aloja por la placa 40 de motor que tiene el brazo 30 de batidora conectado a un árbol 52 del motor 50 que se extiende al interior de la cámara 18. El controlador 16 controla la operación del motor 50 para mezclar el producto contenido en la cámara 18 según se desea. En el caso de los dispositivos mezcladores/raspadores giratorios conocidos, puede producirse una "adhesión debida a congelación", lo que es un problema cuando el producto alimenticio dentro de la cámara se congela adhiriéndose al brazo de batidora giratorio. El brazo de batidora se hace girar normalmente a una velocidad constante en un sentido, que crea un patrón del flujo que conduce a una adhesión debida a congelación.
Para hacer frente a problemas como una adhesión
debida a congelación asociada con dispositivos de raspador/mezclador
giratorios, determinadas realizaciones de la máquina 10
dispensadora dadas a conocer en el presente documento cambian
periódicamente el sentido de giro del brazo 30 de batidora.
Generalmente, el brazo 30 de batidora raspará el producto desde la
superficie interior de la cámara 18 cuando se gira en un sentido, y
no raspará cuando se gira en el sentido opuesto. El controlador 16
se programa para hacer girar el brazo 30 de batidora en un sentido
durante un intervalo de tiempo predeterminado, e invertir a
continuación el sentido de giro durante un periodo de tiempo
predeterminado. En una implementación, el brazo de batidora se hace
girar en cada sentido durante un minuto cuando la máquina 10 no
está en un modo de congelación, enfriando el sistema 20 de
refrigeración la cámara 18 de congelación. Cuando está en el modo de
congelación (con el sistema 20 de refrigeración activado), el brazo
30 de batidora se hace girar sólo en el sentido de raspado. Si la
construcción de brazo 30 de batidora proporciona raspado en cada
sentido de giro, entonces el sentido de giro puede invertirse
periódicamente ya esté en el modo de congelación o no. Se conciben
realizaciones adicionales en las que el sentido de giro se cambia
basándose en variables diferentes al
tiempo.
tiempo.
En aún otras realizaciones, el brazo 30 de
batidora usa un movimiento recíproco axial, en lugar de un
movimiento giratorio. Esto puede aumentar de manera significativa
la turbulencia del mezclado y puede eliminar el sellado giratorio
ubicado en el árbol del motor de accionamiento que hace girar el
mezclador/raspador. El sellado giratorio puede sustituirse por un
diseño de fuelle que permite un movimiento axial adecuado para
raspar las paredes del cilindro.
El mezclador/raspador recíproco puede accionarse
axialmente mediante varios elementos de accionamiento que incluyen,
pero no se limitan a, accionadores de gas, accionadores eléctricos o
motores eléctricos situados perpendiculares al motor axial del
mezclador-raspador con un dispositivo de levas
montado sobre el árbol para proporcionar el desplazamiento
necesario. Este movimiento recíproco proporciona un mezclado y/o
raspado exhaustivo y puede eliminar las tareas de servicio de un
sellado giratorio con un árbol de accionamiento giratorio.
En algunas realizaciones de la máquina 10
dispensadora, se mantienen separados agua y sirope hasta que entren
en la cámara 18 de congelación. Como se muestra en la figura 7,
líneas separadas de alimentación de sirope y agua están conectadas
a entradas 42, 44 de la cámara 18 desde la fuente respectiva. En
otras realizaciones, un bloque de mezclado recibe ingredientes
desde la alimentación 12, como agua y sirope, para mezclar los
ingredientes antes de su entrada en la cámara 18 de congelación. Un
mezclado de los ingredientes antes de su entrada en la cámara de
congelación garantiza que los ingredientes no se congelan por
separado durante el proceso de congelación. En otras realizaciones,
el bloque de mezclado está procesado por máquina hacia la entrada de
alimentación que conecta la alimentación de ingredientes con la
parte posterior de la cámara 18 de congelación para garantizar que
la disolución mezclada se mantiene los suficientemente fría para
impedir un crecimiento acelerado de bacterias y para simplificar el
circuito de entrada para permitir una limpieza y desinfección
completas.
Las funciones de limpieza y desinfección de la
máquina 10 dispensadora permiten a un usuario desconectar la
entrada 42 de ingredientes de la cámara 18 de productos de una
fuente de ingredientes, como un envase de sirope tipo
"bag-in-box" (bolsa en
caja) y conectarla directamente a la salida 22 de válvula
dispensadora a través de un conector. Una vez conectado de esta
manera, el circuito de flujo forma un bucle de recirculación
completo que puede bombear ahora disoluciones de limpieza,
desinfección y aclarado de manera continua a lo largo de todos los
sistemas de congelación y suministro de sirope.
Con el fin de iniciar el proceso de limpieza, un
tubo flexible que conecta previamente la alimentación de sirope a
la entrada de cámara de congelación se desconecta de la alimentación
de sirope y se vuelve a conectar a un adaptador 60 que rodea la
válvula dispensadora. La figura 10 muestra la línea 32 de
alimentación de ingredientes acoplada a la válvula 22 de este modo.
Al hacer esto, se establece un circuito de recirculación completo
que hace que se bombee líquido desde la cámara 18 de congelación, a
través de la válvula 22 y a lo largo de todo el circuito de sirope
completo, la cámara de congelación y también componentes asociados
expuestos. Cuando el proceso de limpieza está completo, la línea 32
se desconecta de la válvula 22 y se vuelve a conectar a la
alimentación de sirope. La cámara 18 de congelación se rellena
automática o manualmente con sirope y agua y la máquina 10 se pone
de nuevo en funcionamiento.
La figura 11 es una vista en perspectiva del
adaptador 60 y la figura 12 es una vista en sección. El adaptador
60 ilustrado está enroscado sobre la válvula 22, aunque podrían
usarse otros procedimientos de acoplamiento adecuados. Si un
operario de la máquina 10 intenta iniciar una operación de limpieza
de la máquina sin conectar la línea 34 a la válvula 22, la
disolución de limpieza podría fluir desde la cámara 18 a través de
la válvula 22 abierta. Para garantizar que el adaptador está en su
sitio, se proporciona un mecanismo de conmutación que sólo permite
iniciar la operación CIP si el adaptador 60 está en su sitio. En la
realización ilustrada, el adaptador 60 incluye un imán 62 que
activa un conmutador en la máquina cuando el adaptador 60 está
fijado a la válvula. Para garantizar que la línea 34 está conectada
al adaptador 60, el adaptador incluye además una válvula 64 de
retención que impide un flujo a través del adaptador 60 a menos que
la línea 34 esté conectada al adaptador 60.
La figura 13 es un diagrama de bloques que
muestra la trayectoria de flujo para una realización particular de
la máquina 10 dispensadora que tiene dos cámaras 18 de congelación.
Por motivos de simplicidad, la descripción de la figura 13 está
dirigida en primer lugar a la cámara 18 de congelación izquierda y
componentes asociados, entendiendo que la cámara 18 de congelación
derecha y componentes asociados son en general idénticos.
Como se indicó anteriormente, la cámara 18
incluye dos entradas 42, 44. Una entrada 42 puede conectarse a una
fuente de ingredientes, como una BIB 210 de sirope. La otra entrada
44 puede conectarse a una fuente 212 de disolución de limpieza. La
entrada 44 también está conectada a una fuente 214 de agua para
recibir agua que se mezcla con el sirope 210 en la cámara 18. En el
sistema ilustrado, la fuente 212 de disolución de limpieza también
se mezcla con agua a través de una válvula 216 de tres vías antes de
que se reciba en el interior de la cámara 18.
La línea 32 de alimentación conecta de manera
alternativa la entrada 42 o bien a la BIB 210 de sirope o bien a la
salida de la válvula 22 dispensadora usando el adaptador 60. La
línea 32 discontinua en la figura 13 muestra el circuito de flujo
de recirculación cuando la entrada 42 está conectada a la válvula
22. Cuando se conecta de esta manera, la BIB 210 de alimentación de
sirope no forma parte del circuito de flujo. El circuito de
recirculación incluye una válvula 220 de tres vías que se conecta
directamente con una línea 222 de drenaje de modo que pueden
drenarse sirope, agente de desinfección, de limpieza y agua de
aclarado en momentos apropiados en el ciclo de
limpieza/desinfección.
El ciclo de limpieza ilustrado está automatizado
y está controlado por microprocesador a través de un software
(controlador 16) para realizar todas las funciones de limpieza y
desinfección a través de hardware automatizado apropiado.
Adicionalmente, los sistemas de software avisan al operario de
ciclos necesarios de limpieza y desinfección e impiden que la
máquina se opere si la limpieza no está completada o si las
temperaturas en el ciclo suben por encima de valores permitidos
durante un periodo de tiempo inaceptable que puede provocar un
crecimiento de bacterias acelerado.
Los agentes 212 de limpieza y desinfección se
inyectan en la línea de alimentación de agua conectada a la entrada
44 a través de la válvula 216 de tres vías en intervalos apropiados.
La disolución de limpieza y desinfección es una disolución
concentrada en una BIB que puede diluirse con agua y puede residir
dentro de o fuera de la máquina 22. En esta realización, reside
fuera de la unidad en una caja o carro base. Una bomba 230 de
desinfección, bombas 232 de sirope y bomba 234 de agua residen en
una carcasa 236 de bomba de limpieza en sitio ("CIP,
clean-in-place") que está
situada en una caja por debajo de la máquina 22. La bomba 232 de
sirope está situada de modo que forma parte del bucle de flujo de
recirculación. La línea 32 se conecta entre la BIB 210 de sirope y
la entrada de la bomba 232 para bombear el sirope a la entrada 42
de cámara desde la alimentación 210, o la línea 32 conecta la
entrada de la bomba 232 al adaptador 60. Cuando se conecta de esta
manera, la disolución de limpieza se hace circular desde la cámara
18, a través de la válvula 22, y a través de la bomba 232 de vuelta
a la entrada 42 de cámara. La carcasa 236 de bomba CIP también
puede usarse con "máquinas de tolva abierta" para proporcionar
capacidades de limpieza en sitio en tales máquinas. La bomba 236 CIP
podría residir como alternativa en la máquina 22 o ubicarse en una
ubicación remota. Una bomba de engranajes es adecuada para la bomba
236 CIP, ya que bombea viscosidades elevadas y puede dosificar los
ingredientes al interior de la cámara 18 de congelación. En otras
realizaciones, los dispositivos de control de flujo se usan en lugar
de, o en combinación con una bomba de engranajes. Pueden usarse
otros tipos de bombas si pueden limpiarse en el proceso CIP.
Una vez que se inyectan los agentes 212 de
limpieza y desinfección en el agua, y la cámara 18 y el circuito de
flujo de sirope se llena con disolución de limpieza, se activa el
motor 50 de mezclador que acciona el sistema de mezclador y
raspador. El motor 50 tiene capacidad de múltiples velocidades y en
esta realización, la velocidad de motor se aumenta desde la
velocidad de raspado hasta la velocidad de limpieza. En la
realización actual, la velocidad se aumenta desde 170 RPM hasta 340
RPM para la limpieza. Esto garantiza turbulencias extremas en la
cámara 18 de congelación para limpiar y desinfectar todos los
componentes. La bomba 232 de circuito de flujo de sirope se activa
a continuación y la disolución se recircula desde la cámara 18, a
través de la válvula 22 dispensadora y el adaptador 60, la línea
32, y de vuelta a la cámara 18 de congelación a través de la
entrada 42 mientras que se aplica la agitación a la cámara de
congelación.
El sistema controlado por software pasa a
continuación por varios ciclos de drenaje, limpieza, desinfección y
aclarado (el agua puede calentarse hasta una temperatura lo
suficientemente elevada para eliminar grasa u otros depósitos
difíciles de eliminar, normalmente desde 120º hasta 130ºF (desde
48,90 hasta 54,40ºC)) hasta que la máquina esté limpia y
desinfectada. Como se indicó anteriormente, la máquina 10 incluye la
válvula 34 de ventilación para ventilar aire o gases excesivos
desde la cámara 18. Para limpiar y desinfectar la válvula de
ventilación en el proceso CIP, puede permitirse que la disolución
212 de limpieza y desinfección rebose de la cámara 18 de
congelación de modo que se derrame a través de la válvula 18 de
ventilación hasta la línea 222 de drenaje y a continuación se mueva
por chorro hasta el drenaje. La línea 34 de circuito de sirope se
retira a continuación del adaptador 60, que se retira también de la
válvula 22 dispensadora, y la línea 34 de sirope se vuelve a
conectar a la BIB 232. El sistema controlado por microprocesador
rellena a continuación la cámara 18 con sirope 210 y agua para
producir el producto
alimenticio.
alimenticio.
Los procedimientos de limpieza y desinfección
descritos pueden usarse con concentrados o siropes premezclados.
Cuando se usan siropes premezclados, el sirope y el circuito de
flujo de suministro de sirope deben refrigerarse porque el sirope y
el circuito de flujo experimentan un crecimiento de bacterias a
temperaturas elevadas. También pueden usarse y limpiarse usando
esta máquina CIP productos como disoluciones de zumo (en una forma
concentrada o premezclada) que forman moho o levadura.
Aunque la válvula 22 dada a conocer en el
presente documento puede aplicarse particularmente para su uso como
un mecanismo dispensador automatizado en una máquina que tiene
capacidades de limpieza automatizadas, también puede aplicarse a
máquinas dispensadoras de alimentos sin tales capacidades de
limpieza automatizadas. Ventajas de una válvula automatizada como
la válvula 22 incluyen la capacidad de no permitir dispensar durante
momentos en los que el producto no está listo para dispensarse.
Esto incluiría momentos en los que la máquina está desactivada, el
producto no está listo para servirse, o cuando la dispensación puede
provocar problemas de servicio u operativos. En el caso de una
máquina que dispensa un producto alimenticio congelado, la válvula
automatizada puede impedir una dispensación cuando la máquina está
en un modo de descongelación o cuando el producto no está lo
suficientemente congelado.
Con el fin de controlar la consistencia del
producto dispensado de manera más exacta en determinadas
realizaciones de la máquina 10 dispensadora, la viscosidad de
producto en la cámara 18 se vigila por el controlador 16 para
determinar cuándo se activa el sistema 20 de refrigeración para
congelar y cuándo se desactiva para detener la congelación. El
conjunto electrónica que consigue este control es una placa
electrónica a la que se hace referencia a veces en el presente
documento como una "placa de vatios". La placa de vatios
controla el motor 50, que puede ser un motor de velocidad variable
o de velocidad única. Es especialmente útil en equipos de bebidas
congeladas y postres que utilizan un mezclador/raspador en la cámara
18 de congelación. También puede aplicarse donde deben vigilarse
pares motor o mezcladores/raspadores.
En la producción automatizada de bebidas
congeladas, es muy importante controlar la formación de cristales
de hielo de tamaño correcto. Por consiguiente, se proporciona un
procedimiento para medir el grado en el que el líquido se ha
congelado o descongelado. El resultado de esta medición se usa para
controla el sistema de refrigeración para mantener una bebida
uniforme.
Proporcionar una medición precisa de formación
de hielo se vuelve difícil porque:
- \bullet
- La composición química de bebida varía con los diferentes sabores, contenidos en azúcar, condiciones de agua, grado de carbonatación y presión.
- \bullet
- Por motivos de desinfección es deseable no establecer un contacto físico con el producto consumible.
- \bullet
- La calidad de la potencia eléctrica disponible en el punto de uso varía mucho.
- \bullet
- Los motores de engranaje eléctricos presentan pérdidas debidas a la fricción en los engranajes, cojinetes y sellados. También tienen pérdidas eléctricas que se manifiestan como calentamiento.
- \bullet
- La forma de la forma de onda de corriente no es necesariamente sinusoidal. La forma cambia con cambios en la tensión de entrada, con los capacitores en el motor y con los cambios en la congelación de la bebida.
- \bullet
- El par motor requerido para agitar la bebida es una buena medida del grado de congelación; sin embargo, es difícil medir directamente este par motor.
Intentos previos para determinar la congelación
del producto midiendo la forma de onda de corriente del motor sólo
han tenido éxito en parte. Este enfoque mide la forma cambiante de
la forma de onda de corriente en el motor. Sin embargo, es muy
sensible a la tensión de entrada y puede fallar completamente en
algunas zonas geográficas debido a distorsión y cambios de amplitud
en la potencia útil.
La placa de vatios dada a conocer usa una
definición de la física básica: el par motor es igual a la potencia
mecánica dividida por la velocidad de giro. Dado que la velocidad de
giro de un motor de inducción que opera muy por debajo de su plena
capacidad de carga es casi constante, el par motor es casi
proporcional a la potencia mecánica. La potencia mecánica también
es igual a la potencia eléctrica menos las pérdidas debidas a
fricción y en los devanados de motor. Estas pérdidas son pequeñas
en comparación con la potencia útil y también son casi constantes.
Por tanto, el par motor es proporcional a la potencia eléctrica
menos una constante pequeña. La potencia eléctrica puede medirse de
manera precisa y la constante puede restarse.
En implementaciones a modo de ejemplo, el
controlador 16 incluye un circuito integrado de propósito especial
que se usa para medir la tensión y corriente del motor y calcular la
potencia eléctrica. El circuito integrado realiza esta medición
para los motores. Se usa un microprocesador para controlar el
circuito integrado, para ajustar a escala la lectura de potencia y
para eliminar la pequeña constante. Pueden usarse procedimientos
alternativos para medir la potencia eléctrica incluyendo circuitos
integrados similares, multiplicadores dedicados para la tensión y
la corriente, o convertidores analógico-digital para
digitalizar las formas de onda. Esto puede aplicarse en cualquier
momento en que es necesario medir el par motor proporcionado por un
motor de manera precisa. Además de la producción de bebidas
congeladas, éstos podrían incluir volteo, mezclado, trituración,
agitación, elevación y movimiento.
Otras realizaciones de la máquina 10
dispensadora de alimentos incluyen una única cámara 18 o múltiples
cámaras que contienen una base neutra en cuyo interior se añadirán
aditivos, como diferentes sabores, cuando el producto se dispensa.
Una realización de este tipo puede incluir o no las capacidades de
limpieza automatizadas descritas en el presente documento. Los
sabores se inyectan en el vástago fijo de la válvula 22 y se
insertan en el flujo de base neutral a medida que sale de la
válvula. Las figuras 14A y 14B ilustran una válvula 22 a modo de
ejemplo que tiene cuatros conductos 70 conectados al vástago 126
para inyectar diferentes sabores en el producto dispensado según se
desea.
Las realizaciones particulares dadas a conocer
anteriormente son sólo ilustrativas, ya que la invención puede
modificarse y ponerse en práctica de maneras diferentes pero
equivalentes evidentes para los expertos en la técnica dentro del
alcance de la invención definido por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (4)
1. Una máquina (10) dispensadora para bebidas y
postres congelados, que comprende:
una cámara (18) de congelación de productos;
un dispositivo (30) mezclador situado dentro de
la cámara de productos;
un motor (50) conectado de manera operativa al
dispositivo mezclador;
un controlador (16) conectado al motor y
programado para operar el motor para mover
el dispositivo mezclador en al menos un sentido;
y
una válvula (22) dispensadora, que
comprende:
un cuerpo (120) de válvula que tiene una entrada
y una salida (122); caracterizada porque la válvula (22)
dispensadora comprende además:
un vástago (126) de válvula acoplado al cuerpo
de válvula de modo que el vástago de válvula está en una posición
fija con respecto al cuerpo de válvula;
un conjunto de toberas que recibe el vástago de
válvula y define la salida (122), pudiendo moverse la conjunto de
toberas con respecto al vástago de válvula para abrir y cerrar de
manera selectiva la válvula.
2. La máquina dispensadora según la
reivindicación 1, que comprende además una placa (130) de cubierta
fijada al cuerpo de válvula para definir un entrehierro (132) entre
la placa de cubierta y el cuerpo de válvula.
3. La máquina dispensadora según la
reivindicación 1, que comprende además elementos de sellado primero
(136) y segundo (138) que proporcionan sellados primero y segundo
entre el vástago de válvula y el conjunto de toberas, estando
ubicados los elementos de sellado de modo que, a medida que se mueve
el conjunto de toberas con respecto al vástago de válvula para
abrir la válvula, se abre el segundo sellado antes de que se abra el
primer sellado.
4. La máquina dispensadora según la
reivindicación 1, que comprende además elementos de sellado primero
y segundo que proporcionan sellados primero y segundo entre el
vástago de válvula y el conjunto de toberas, estando ubicados los
elementos de sellado de modo que, a medida que se mueve el conjunto
de toberas con respecto al vástago de válvula para cerrar la
válvula, el primer elemento de sellado sella antes de que selle el
segundo elemento de sellado.
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