JP2019511233A - 粘性半液体食品ディスペンサ並びに食品特性を制御するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

粘性半液体冷凍又は高温食品ディスペンサの制御方法であって、該ディスペンサは、食品を撹拌する撹拌手段と、撹拌手段を回転駆動するモータ（５０）と、食品に冷熱エネルギー又は温熱エネルギーを入力する冷却手段又は加熱手段と、撹拌速度を検出する回転速度センサ（８０）と、食品温度を検出する温度センサ（１３）とを備え、該制御方法は、ａ）冷却手段又は加熱手段によって食品を冷却又は加熱するステップと、ｂ）温度センサによって検出された食品温度を、食品温度の目標設定値と比較して、冷却又は加熱を継続するか、あるいは冷却又は加熱を停止し、設定時間の間停止を続けることを決定するステップと、ｃ）回転速度センサから収集されたデータセットが、回転速度の変化傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、目標設定値の対応する調節によって介入するステップと、ｄ）次のサイクルのためにステップａ）に戻るステップとを含んでいる。【選択図】 図６

Description

本出願は、粘性半液体食品の特性を制御するためのシステム及び方法、並びにこの制御システムを有する粘性半液体食品ディスペンサに関するものである。

経済の発展と生活水準の継続的な向上に伴い、ヨーグルトやアイスクリームの消費量が増加しており、ヨーグルトマシンやアイスクリームマシンなどの冷凍食品ディスペンサの市場需要は年々増加している。したがって、食品の市場生存能力及び競争力は、食品ディスペンサの制御性能の信頼性に直接依存する。例えば、アイスクリームディスペンサを例に取ると、オーバーランはアイスクリーム製品の最も重要な特性の１つであり、アイスクリームの品質及び味に大きな影響を及ぼす。アイスクリーム製品を販売する過程では、アイスクリームディスペンサの冷蔵ホッパでアイスクリーム原料の温度を一定に保持することが必要であり、同時に一定の速度で撹拌する撹拌手段を制御することにより、オーバーランを一定のレベルに維持して、一貫した味に保つことができる。随時に分注する際に、混合速度が小さいと、原料の混合が不十分となって、空気の巻き込みが不均一になり、また混合速度が大きいと、空気の巻き込みの機会が小さくなってしまう。冷蔵ホッパ内の温度が過度に上昇すると、アイスクリーム原料が部分的に融解し、温度が低くなり過ぎるとアイスクリーム原料が硬化し、撹拌が困難になる恐れがある。結果として、アイスクリーム製品のオーバーラン特性が必然的に影響を受け、製品の味及び品質の低下に直接つながることになる。

市場では、アイスクリームマシンの製品特性を制御するためのさまざまな制御システムが存在し、その殆どは温度ベースの制御タイプであり、即ち温度センサによって測定されたデータを用いて監視を行うものである。制御原理は、食品温度を一定の範囲に制御することによって一貫したアイスクリーム製品の特性を保持することである。しかし、この制御方法は以下の要因を無視している。１）温度の一貫性制御が製品のオーバーランの減少を防止するのに十分に正確ではない。２）温度監視は間接的な監視方法であり、したがってマシンの制御応答の遅れにつながる。３）分注された製品の特性は、周囲温度、分注の頻度などの環境要因によって深刻な影響を受ける。

更に、中国実用新案ＣＮ２０１１６３９７４Ｙは、回転速度制御型のソフトアイスクリームマシンを開示しており、かかるマシンの制御システムは、中央処理装置（ＣＰＵ）、中央処理装置に各々接続されたＬＥＤ及びＬＣＤの表示画面、操作パネル、回転速度センサ、及び駆動回路を備え、回転速度センサは、アイスクリームマシンの減速機の出力軸の横に、又は電動機の出力軸の横に設置されている。この実用新案は、回転速度センサを用いて負荷変動による撹拌モータの回転速度変動を検出し、続いてＣＰＵを用いてアイスクリームの柔らかさと硬さを決定するものである。実際には、この実用新案に記載された方法は、測定誤差のためにアイスクリームの柔らかさ及び硬さを正確に特定することができず、したがって信頼性に乏しいものである。

中国実用新案ＣＮ２０１３６５４９２Ｙは、回転速度のオンライン検出が可能な制御システムを備えたソフトアイスクリームマシンを示しており、無負荷回転速度サンプリングセレクタスイッチが配置されて、中央処理装置（ＣＰＵ）に接続されている。この実用新案の制御原理は、始点値としての機能を果たす無負荷回転速度値（始動時のオンライン無負荷回転速度検出値により得られる）をチップ内に記憶し、負荷変動による撹拌モータの速度変化を検出するセンサを用いて、次にＣＰＵによって、無負荷ベースラインと比較した偏差により、アイスクリームの柔らかさと硬さを判定するものである。この制御方法は、以下の欠点を有する。アイスクリームの柔らかさ及び硬さを判定するための監視精度が、アイスクリームのオーバーラン変動を判定するのに十分ではないことである。更に、アイスクリームのオーバーラン変動に比べて、回転速度変化の監視に遅れが生じる。したがって、この制御方法は、アイスクリーム製品特性の相当な振動、例えばＣＰＵの過剰反応を引き起こし、したがって、分注された製品の品質の安定性を確保することができない恐れがある。

上記を考慮して、本発明は、上記欠点の１つ以上を克服することを意図している。

本発明の目的は、粘性半液体食品ディスペンサの制御方法を提供することであり、この制御方法は、食品の粘度を正確かつ確実に制御して、その結果、分注された製品の特性（特に粘度に関連する特性）の一貫性を維持し、環境の影響を可能な限り最小限に抑えることができるものである。

本発明の上記の目的は、食品の温度が変化すると粘度が変化するという認識に基づいて達成されるものであり、この変化は、モータ出力軸、又は食品と接触する撹拌手段の回転速度の変化によって直接表すことができる。

本発明の１つの態様によれば、粘性半液体冷凍食品ディスペンサの制御方法が提供され、このディスペンサは、食品を撹拌するように構成された撹拌手段と、撹拌手段を回転駆動するように構成されたモータと、食品に冷熱エネルギーを入力するように構成された冷却手段と、撹拌速度を検出するように構成された回転速度センサと、食品温度を検出するように構成された温度センサとを備え、
この制御方法は、
ａ）冷却手段によって食品を冷却するステップと、
ｂ）温度センサによって検出された食品温度を、食品温度の目標設定値と比較して、検出された食品温度が目標設定値以上である場合には、冷却を継続し、検出された食品温度が目標設定値よりも低い場合には、冷却を停止して所定時間停止を継続することを決定するステップと、
ｃ）回転速度センサから収集されたデータセットが、回転速度の変化傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、目標設定値の対応する調節によって介入するステップと、
ｄ）次のサイクルのためにステップａ）に戻るステップとを含んでいる。

本発明の制御アルゴリズムは、リアルタイム監視データ並びに動的監視及び自己適応型ファジー制御技術を使用することによって、環境の影響を防止するものである。特に、粘度を示す回転速度パラメータの変化傾向の分析及び監視は、マシンからの適時かつ適切な反応を可能にする事前警告を意図している。

本発明の別の態様によれば、粘性半液体高温食品ディスペンサの制御方法が提供され、このディスペンサは、食品を撹拌するように構成された撹拌手段と、撹拌手段を回転駆動するように構成されたモータと、該食品に温熱エネルギーを入力するように構成された加熱手段と、撹拌速度を検出するように構成された回転速度センサと、食品温度を検出するように構成された温度センサとを備え、この制御方法は、
ａ）加熱手段によって食品を加熱するステップと、
ｂ）温度センサによって検出された食品温度を、食品温度の目標設定値と比較して、検出された食品温度が目標設定値以下である場合に、加熱を継続し、検出された食品温度が目標設定値よりも高い場合に、加熱を停止して所定時間停止を継続することを決定するステップと、
ｃ）回転速度センサから収集されたデータセットが、回転速度の変化傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、目標設定値の対応する調節によって介入するステップと、
ｄ）次のサイクルのためにステップａ）に戻るステップとを含んでいる。

回転速度センサは、モータ出力軸の回転速度を計測することが望ましい。このセンサの測定精度は、センサの位置に密接に関連している。減速ギヤボックスが存在するため、本発明における認識可能な最小のステップは非常に小さい。例えば、本発明の適用を通じて、減速ギヤボックスのギヤ比は１：８３．５であり、これは、低速ギヤが１回転すると、高速ギヤが８３．５回転することを意味する。識別可能な回転速度差の最大値が毎分３０回転未満であることを考慮すると、本発明の制御方法を使用することにより、記録されたデータは、はるかに正確であり、マシンはより敏感で迅速に応答することができる（制御精度±２％未満の要件を満たすことができる）。

ステップｃ）におけるデータセットは、複数の連続したサイクルの複数のサイクルインデックスデータからなることが望ましい。

ステップａ）とステップｂ）からなる１つのサイクルの間に、冷却又は加熱の期間中に測定された回転速度データが平均されて、１つのサイクルインデックスデータとなることが望ましい。

冷凍食品ディスペンサに関して、複数のサイクルインデックスデータがサイクルの時系列に従って単調な増加を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの差分が設定差分値より大きい場合に、食品温度の目標設定値を下げることが望ましい。高温食品ディスペンサに関して、複数のサイクルインデックスデータがサイクルの時系列に従って単調な増加を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの差分が設定差分値より大きい場合に、食品温度の目標設定値を上げる。

冷凍食品ディスペンサに関して、複数のサイクルインデックスデータがサイクルの時系列に従って単調な減少を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの差分が設定差分値より大きい場合に、食品温度の目標設定値を上げることが望ましい。高温食品ディスペンサでは、複数のサイクルインデックスデータがサイクルの時系列に従って単調な減少を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの差分が設定差分値より大きい場合に、食品温度の目標設定値を下げる。

好ましくは、食品温度の目標設定値は一定値によって調節されることが望ましい。

本発明の別の態様によれば、粘性半液体食品ディスペンサの制御システムが提供され、このディスペンサは、食品を撹拌するように構成された撹拌手段と、該撹拌手段を回転駆動するように構成されたモータと、食品に温熱エネルギー又は冷熱エネルギーを入力するように構成された温度調節手段と、を備え、該制御システムは、主制御モジュールと、撹拌速度を検出するように構成された回転速度センサ及び食品温度を検出するように構成された温度センサを含むデータ取得モジュールとを含み、主制御モジュールは、回転速度センサ及び温度センサからのデータ信号を受信するように、かつ、実際の食品温度と食品温度の目標設定値との間の比較結果に基づいて温度調節手段の動作を制御するように、かつ回転速度センサからの回転速度データを分析して、このデータの分析が、回転速度の変動傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、目標設定値の対応する調節により介入を実行するように構成されている。

回転速度センサは、モータ出力軸に取り付けられることが望ましい。

ある形態では、温度調節手段は冷却手段である。この冷却手段は、シリンダ型蒸発器であることが望ましい。シリンダ型蒸発器は、圧縮機を備えた冷却回路に含まれ、主制御モジュールは、実際の食品温度と食品温度の目標設定値との比較結果に基づいて圧縮機のオン又はオフを制御する。

第２の形態では、温度調節手段は加熱手段である。この加熱手段は電気加熱コイルであることが望ましい。

本発明の更なる態様によれば、粘性半液体食品ディスペンサが提供されるが、これは上述の制御システムを有している。ディスペンサは、例えば、アイスクリームディスペンサ、スラッシュディスペンサ又はミルクシェーキディスペンサ又はホットチョコレートシロップディスペンサとしてもよい。

本発明の制御システム及び方法によれば、製品粘度の間接的な指標である製品温度パラメータ及び製品粘度の直接的な指標であるモータ出力軸の回転速度パラメータ（これらは、アイスクリームに関する「オーバーラン」の指標であり得る）の双方を考慮し、これらのパラメータに基づいて製品特性の変動傾向を予測することで、事前に介入を起動することができ、それによって、既存の温度ベース制御の遅れや回転速度ベース制御の大きな偏差といった欠点を克服し、顕著な自己適応性を達成し、ディスペンサに対する環境の影響を防止し、より正確で、より信頼性が高く、より感度の高い制御特性を得ることができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係るディスペンサの全体斜視図である。 ディスペンサの内部構成要素の一部、特に撹拌手段及び温度センサを示す。 図１に示すディスペンサのモータ及び減速ギヤボックスを示す図であり、モータ出力軸上又はその近傍に回転速度センサを取り付けてその回転速度を直接検出するものである。 モータ出力軸の近傍に取り付けられた回転速度センサを示す図である。 本発明に係る制御システムの制御モジュールを示す図である。 本発明に係る冷凍食品ディスペンサの制御方法の制御フローチャートを示す。 本発明の制御方法により実施された試験と何らの介入なしに実施された試験との間の比較結果を示す。

以下の実施例を参照して本発明を更に説明する。特許請求の範囲に記載された本発明は、これらの実施例により決して限定されるものではないことが理解されるであろう。

図１は、半液体食品原料を収容するためのホッパ１０を含む、粘性半液体食品を製造し分注するためのディスペンサ１を示す。ホッパの内部には、原料温度を調節するための温度調節手段（図示せず）、例えば、シリンダ型蒸発器として具現化された冷却手段及び／又は原料加熱用の電気加熱コイルとして具現化された加熱手段、が設けられている。更に、ディスペンサは、原料中に延びてそれを撹拌するための撹拌手段、例えばシリンダ型蒸発器の周りに配置された好ましくは螺旋状のスクレーパを更に含んでいる。

ディスペンサは、製品の分注を制御するために、前面に操作ハンドル２０を備えている。操作ハンドルは、ディスペンサの前面領域の上に配置された分注出口３０を通って製品を分注するために、下降又は押圧されるように構成されている。ディスペンサの前面領域は、一定の大きさの容器（例えば、アイスクリームコーン又はパンケーキコーン、カップ又は開いた上部を有する他の同様の容器）を受け入れることができる。容器は、操作者によって好適な位置に配置され、販売又は消費のために分注出口を通して押出される特定量の製品を受け取る。したがって、最終消費者によって購入される製品のカップ内品質は、ディスペンサによる食品原料の制御に直接左右される。即ち、食品製品ディスペンサによる製品特性の制御の高い安定性、正確性及び信頼性によって、いつでもあらゆる環境で購入される製品の特性が常に一定していることを保証することができる。

次の図は、アイスクリームディスペンサを例に取ったものである。

図１及び図２を参照すると、典型的なアイスクリームディスペンサは、原料ホッパ１０と、原料ホッパ内に配置されたシリンダ型蒸発器１１と、撹拌用のスクレーパ１２と、原料を押出すための押出器と、から主に構成されている。通常、アイスクリームディスペンサは＋２０℃〜＋３９℃の環境温度で使用されるが、その温度ではアイスクリーム原料が溶けやすい。殆どの場合、アイスクリーム原料の温度を調節するために使用される温度調節手段は、特定の状況に応じて冷熱エネルギーを原料に入力するための冷却手段として具現化されている。冷却回路の一部として、シリンダ型蒸発器は、冷媒を通流して蒸発させて原料ホッパ内のアイスクリーム原料から熱を吸収して除去することにより、アイスクリーム原料を適切な温度に保持するように構成されている。冷却回路はまた、圧縮機４０、ラジエータ、絞り弁などの構成要素を含んでいる。これらの構成要素は、冷媒が循環して流れる閉ループを形成する。撹拌用スクレーパは、モータ５０により回転駆動される。図３及び図４に示すように、モータ出力軸は減速ギヤボックス６０に接続されており、減速ギヤボックスにより、出力トルクがモータからスクレーパが取り付けられている撹拌軸７０に伝達される。

好ましくは、回転速度センサ８０は、モータ出力軸上又はその近傍に配置されており、モータ出力軸の回転速度変動を監視し、分解能比を拡大するのに有利である。アイスクリームディスペンサの用途では、１％の適切な分解能比（実際の差分３０ＲＰＭ／２７００ＲＰＭ）を有する。実際、環境の影響を受けて、モータ出力軸の実際の回転速度は２２００ＲＰＭから２７００ＲＰＭまで変動する。この回転速度の測定範囲に関して、この回転速度センサの精度によれば、回転速度変動振幅に対して十分に高い分解能比を確保することが可能になる。したがって、スクレーパの回転速度の変動は、モータ出力軸の回転速度を測定することによって、正確かつ直接的に反映させることができる。

本発明に係るディスペンサの制御システムは、製品識別子、確認ボタン、クリーニングボタンなどの操作部材を含む操作インターフェースモジュールと、原料ホッパ又はホッパ蓋の位置を判定するセンサと、環境温度を測定する温度センサと、原料ホッパ内の原料の温度を測定する温度センサ１３と、モータ出力軸の回転速度及び／又はスクレーパの回転速度を測定する回転速度センサ８０と、を含むデータ取得モジュールと、温度調節手段又はそれに接続された構成要素（例えば、圧縮機、アイスクリームディスペンサの用途における冷却制御用の電磁弁）とモータと警報器とホッパ蓋ロック用電磁作動部材などの実行要素を駆動するように構成された駆動回路モジュールと、プリント回路基板とそのプリント回路基板とデータ通信するように構成されたメモリとを含む主制御モジュールと、を備える。プリント回路基板は、マシンの機能制御を実現するようにプログラムすることができるマイクロプロセッサ回路などの主制御回路を含むことができる。

図６を参照すると、アイスクリームディスペンサの一実施例に対して試験が実行されている。本発明の制御方法は、この試験において実行されたステップを参照して説明される。

原料ホッパ内の原料温度を測定する温度センサは、−１０〜０℃の温度範囲で±０．５℃の精度、０〜７０℃の温度範囲で±０．１℃の精度を有する熱抵抗型の１０Ｋ３Ａ１Ｉである。スクレーパの回転速度を測定するための回転速度センサは、ホールセンサＳ１００＿４００＿０１−０６であり、精度は０〜３０００ＲＰＭの範囲内で毎分±回転である。オーバーランデータを収集するために、製品を２０分ごとにマシンから分注し、続いて製品ホッパに注ぎ戻す。回転速度は１秒ごとに測定される。ここで、アイスクリームのオーバーラン＝（容器容積−（（製品及び容器の質量−製品なしの容器の質量）／アイスクリーム密度））／（（製品及び容器の質量−製品なしの容器の質量）／アイスクリーム密度）。

最初に、本発明に係るディスペンサの原料ホッパに４．７リットルの大量の冷凍原料を注ぎ、ディスペンサの電源を入れ、制御プログラムを作動させて第１ステージ（予備安定段階）に入る。その後、スクレーパにより撹拌を続けて予混合を行う。プレ安定状態の持続時間は、例えば２時間に等しい事前設定変数ｔｐとしてメモリに設定することができる（ｔｐは０〜２時間から選択される任意の値としてもよい）。プレ安定状態では、温度センサ及び回転速度センサは、主制御モジュールに測定データ信号を連続的に送信し、主制御モジュールは、受信したデータを分析して、モータ出力軸の回転速度が回転速度設定値Ｒｏ（例えば、２２００ＲＰＭであり、Ｒｏは、１８００〜２３００ＲＰＭから選択され得る）よりも低い場合、又は食品製品の測定温度が温度設定値Ｔｓ０（例えば−６．６℃であり、Ｔｓ０は−５．９℃〜−７．０℃から選択され得る）よりも低い場合には、主制御モジュールは、製品の特性が予備安定状態にあると判定する。

運転時間が事前設定変数ｔｐで設定された時間に達すると、マシンは第２段階（安定段階）に入る。主制御モジュールは、圧縮機に命令を送信し、原料ホッパ内のシリンダ型蒸発器を通って冷媒が流れ、原料を冷却するように作動を開始するよう、圧縮機に指示する。同時に、製品温度の値とモータ出力軸の回転速度の値が連続的に記録される。主制御モジュールは、測定された製品温度を目標設定値Ｔｓ（本実施形態では−６．３℃）と比較し、製品温度が現在の目標設定値Ｔｓ以上である場合に圧縮機をオンに維持することを決定し、製品温度が目標設定値Ｔｓよりも低い場合には圧縮機に停止命令を送信し、一定の時間ｔ０（例えば、４分半）の間停止を継続させる。一方、モータ出力軸の回転速度値は連続的に記録される。実際の測定から、モータ出力軸の回転速度は周期的に変化することがわかり、圧縮機の始動から停止までの第１の期間中、モータ出力軸の回転速度値は、正弦波の一部分に類似する曲線で、最大値Ｍａｘｉｎｄｅｘから最小値Ｍｉｎｉｎｄｅｘまで低下するが、圧縮機のオフ状態が一定の時間ｔ０の間維持される第２の期間中、モータ出力軸の回転速度値は、正弦波の別の部分に類似する曲線で、最小値Ｍｉｎｉｎｄｅｘから増加し、第１の期間と第２の期間の合計はサイクルとみなすことができる。圧縮機のオフ状態が一定の時間ｔ０の間続いた後直ちに、主制御モジュールは圧縮機に再び始動するよう命令し、モータ出力軸の回転速度変化がほぼ同じ規則に従う次のサイクルに入る。

アイスクリームのオーバーランの変動傾向の予測を得るために、主制御モジュールは、収集され記憶されたデータを処理及び分析する。各サイクルの第１期間に設定された回転速度データからｍ個のサンプル点（第１の回転速度最大値と最後の回転速度最小値を含む）を抽出し、全てのサンプル点の平均値をそのサイクルのインデックスＭ_ｎ（ｎは安定段階で得られたｎ番目のサイクルを意味する）とする。例えばサイクル１５（このサイクルは１５番目のサイクルである）を例に取ると、ＭａｘｉｎｄｅｘとＭｉｎｉｎｄｅｘの間の全てのポイントが抽出され、平均値２６６８ＲＰＭ、即ちＭ_１５＝２６６８ＲＰＭが得られる。回転速度データは連続的に収集され、同じ方法で処理されて、複数の連続したサイクル、例えばサイクル１５〜２０のインデックスデータが得られ（主制御モジュールにおいて考慮される連続するサイクル数がｉ（ｉは妥当な整数、この実施形態ではｉ＝６）であることが事前に設定されている）、対応するインデックスデータは２６６８、２６６０、２６６２、２６７０、２６６０、２６７２である。

主制御モジュールにより、これらのインデックスデータを記憶し分析する。連続するｉサイクルのインデックスデータが時系列で単調に増加する傾向を示し、ｉサイクル中の最後のサイクルのインデックスデータの増加が最初のサイクルのインデックスデータの増加よりも、設定値Ｖ０（本実施形態では１０）を超えて大きい場合には、アイスクリームのオーバーランが数時間で低下することが予測される（アイスクリームの用途の場合には、２時間後に起こる可能性がある）。続いて、主制御モジュールによって、次のサイクルに入ると温度低下介入プログラムを起動するべきであると判断される。アイスクリームの用途を例に取ると、サイクル１９〜２４のインデックスデータは、２６６０、２６６７、２６７８、２６７９、２６７９、２６８０であり、後半のデータは前半のデータ以上であり、最後のインデックスデータ２６８０は、最初のインデックスデータ２６６０よりも２０だけ大きく、設定値Ｖ０を超えている。温度低下介入が起動され、現在の目標設定値Ｔｓをある値Δｔ（この実施形態では０．２℃）だけ低下させる。即ち、第１９〜第２４サイクルの間に、現在の目標設定値Ｔｓが例えば−６．３℃であれば、目標設定値Ｔｓは、第２５サイクルの間に採用される−６．５℃に更新される。この介入によって、２５サイクル中の圧縮機の運転時間は、原料を冷却するのに十分な冷熱エネルギーを提供するために、例えば約１０％増加させることができる。実際には、冷却介入を繰り返し起動することができるが、最低の目標設定値Ｔｓが−７℃未満となることは許容されない。目標設定値Ｔｓが−７℃より低くなると、マシンは、想定されるマシンの故障やその他の潜在的な危険性を操作者に知らせるために警報を発する。

連続するｉサイクルのインデックスデータが時系列で単調に減少する傾向を示し、ｉサイクル中の最後のサイクルのインデックスデータの減少が最初のサイクルのインデックスデータの減少よりも、設定値Ｖｄ（本実施形態では１０）を超えて大きい場合には、アイスクリームのオーバーランが数時間で上昇することが予測される（アイスクリームの用途の場合には、２時間後に起こる可能性がある）。したがって、主制御モジュールによって、次のサイクルに入ると温度上昇介入プログラムを起動するべきであると判断される。アイスクリームの用途を例に取ると、サイクル２９〜３４のインデックスデータは、２６７５、２６７２、２６７２、２６６３、２６６２及び２６５９であり、後半のデータは前半のデータ以下であり、最後のインデックスデータ２６５９は、最初のインデックスデータ２６７５よりも１６だけ小さく、設定値Ｖｄを超えている。温度上昇介入が起動され、現在の目標設定値Ｔｓを所定の値Δｔ（この実施形態では０．２℃）だけ上昇させる。即ち、第２９〜第３４サイクルの間に、現在の目標設定値Ｔｓが例えば−６．５℃であれば、目標設定値Ｔｓは、第３５サイクルの間に採用される−６．３℃に更新され、原料ホッパ中の原料への冷熱エネルギーの入力は減少することになる。実際には、温度上昇介入を繰り返し起動することができるが、最高の目標設定値Ｔｓが−６℃を超えることは許容されない。目標設定値Ｔｓが−６℃を超えると、マシンは、想定されるマシンの故障やその他の潜在的な危険性を操作者に知らせるために警報を発する。

上記の制御アルゴリズムを実行するために、主制御モジュールは、制御システムの操作インターフェースモジュール、データ取得モジュール及び駆動回路モジュール（図５参照）と常時通信する。マシンの運転中、主制御モジュールは、回転速度センサ及び温度センサからデータ信号を受信し、リアルタイムで温度によって監視される実際の食品温度を設定目標温度と比較し、その比較結果に基づいて温度調節手段の動作を制御し、回転速度センサによって測定されたデータを分析して処理し、回転速度の変動傾向が介入条件を満たすかどうかを判定する。回転速度の変動傾向が介入条件を満たすと、主制御モジュールは、対応する介入命令を温度調節手段に発行し、それに応じて食品の目標設定温度を更新し、リアルタイムで温度センサによって監視される実際の食品温度と更新された目標温度との間の比較結果に応じて、温度調節手段の動作を制御し続ける。

主制御モジュールはまた、マシンの異常状態に応答して保護モードを作動させる保護制御モジュールを含むことが望ましい。例えば、モータ速度が２００ＲＰＭ未満の回転速度の出現、又は−７．５℃未満の製品温度の出現により、システムが異常であると判断された場合、保護制御モジュールは、動作を停止して保護モードに入るようにマシンに命令する。

上記の制御フローから、本発明の制御システム及び方法は、製品の粘度の間接的指標である製品温度パラメータ（アイスクリームについては、オーバーランは粘度を示すものとみなされる）と製品の粘度の直接的指標であるスクレーパ（モータ出力軸）の回転速度パラメータとの双方を考慮して、これらのパラメータの解析に基づいて製品粘度の変動傾向を予測し、この予測結果に基づいて前もって介入を起動し、それに応じて目標設定値Ｔｓを調節し、原料への温熱エネルギー／冷熱エネルギーの入力を更に制御することによって、製品粘度の変動傾向を相殺し、製品粘度の動的バランスを維持する、ことが理解される。実際の製品温度は一定の範囲内で変動するが、変動の振幅は常に制御可能な範囲内に維持されるので、製品粘度への影響（例えば、アイスクリームのオーバーラン）は無視できる。また、本発明のシステム及び方法は、環境の影響、環境温度の変化及び分注頻度の変化などに適応することによって、製品を常に安定した物理的状態に保ち、先行技術の温度ベースの制御の遅れ並びに先行技術の回転速度ベースの制御の大きな偏差を回避することができる。

図７は、アイスクリーム製品が同一環境内で同じ頻度で操作者によって分注される際に、オーバーランを測定することによって製品の粘度を監視した試験結果を示す。試験結果から、何の介入もなく試験が進行している場合、オーバーランは１０５％に上昇してから４０％未満に低下し、モータ出力軸の回転速度の監視結果は、識別可能な上昇を示す。これとは対照的に、本発明の制御方法を使用することにより、粘度が低下する傾向にある場合には、主制御モジュールが温度低下介入を起動することにより、原料ホッパ内の原料により多くの冷熱エネルギーが加えられ、製品のオーバーランの安定性が維持される一方、モータ出力軸の回転速度は、比較的小さな振幅で変化する。試験の比較から、本発明に係る制御方法は、アイスクリーム製品の温度の変動を大きくても±０．２℃に維持することができることがわかる。したがって、製品温度は一定レベルに維持され、スクレーパの回転速度に大きな変動はない。こうして得られたアイスクリーム製品は、常に一定のオーバーランを有する。したがって、このマシンは、より安定した製品特性及びより良好なカップ内品質を示す。

上記の制御方法のパラメータのいくつかは、アイスクリーム製品の特性に基づいて設定されるが、当業者であれば、スラッシュ、チョコレートシロップ及びミルクセーキのような他の粘性半液体冷凍製品の食品ディスペンサは、同じ制御論理によって制御することができ、アイスクリームの実施例との唯一の違いは、特定の食品の特性に適合するように制御パラメータの一部を調整する必要があり得ることを認識できるであろう。

また、本発明の制御システム及び方法は、粘性半液体食品を例えば冬季に環境温度よりも高い温度に保つ必要がある高温流体分注用途に適用可能である。例えば、高温で飲用可能なチョコレートシロップの分注を例に取ると、その制御アルゴリズムは、アイスクリームディスペンサの場合と主に次の点で異なる。１）温度センサによって検出された食品温度を食品温度の目標設定値と比較する場合、主制御モジュールは、食品温度が目標設定値以下であると、加熱を継続し、食品温度が目標設定値よりも高いと、加熱を停止して設定時間の間停止を継続する、ことを決定するように構成されている。２）主制御モジュールは、サイクルの時系列に従って複数のサイクルインデックスデータが単調に増加し、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの間の差分が、設定差分値よりも大きい場合に、食品温度の目標設定値を上昇するように構成されている。３）主制御モジュールは、サイクルの時系列に従って複数のサイクルインデックスデータが単調に減少し、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの間の差分が、設定差分値よりも大きい場合に、食品温度の目標設定値を低下するように構成されている。

また、上記では、回転速度のサンプル点の算術平均を取ることにより各サイクルのインデックスを求めているが、他のデータ処理方法、例えば幾何平均を取る方法を、各サイクルのインデックスを算出するために採用することができる。

また、上記実施形態では、設定目標値の調節に応じて圧縮機を制御して原料への冷熱エネルギーの入力を調節するようにしたが、当業者であれば、圧縮機の動作期間パラメータの調節、又は設定目標値の調節に直接基づいて冷媒の流量を調節することによって、介入を実施することができることを理解するであろう。これに対応して調節された設定目標値は、介入が実行された後の安定段階の間の次のサイクルの重要な閾値として働くものである。

本明細書中で使用される場合、用語「含む（comprises）」、「含む（comprising）」及び類似の単語は、排他的又は網羅的な意味で解釈されるべきではない。言い換えると、それらは、「含むが、これに限定されない」を意味することを意図している。

本発明を例により説明してきたが、特許請求の範囲に画定される本発明の範囲から逸脱することなく変更及び改変を行うことができることを理解されたい。更に、特定の特徴に対して既知の均等物が存在する場合、かかる均等物は、本明細書中で具体的に言及されているかのように組み込まれるものである。説明及び実施形態は例示的なものにすぎず、本発明の真の範囲は添付の特許請求の範囲及びその均等物によって画定されるものである。

Claims (21)

1. 粘性半液体冷凍食品ディスペンサの制御方法であって、前記ディスペンサは、前記食品を撹拌するように構成された撹拌手段と、前記撹拌手段を回転駆動するように構成されたモータと、前記食品に冷熱エネルギーを入力するように構成された冷却手段と、撹拌速度を検出するように構成された回転速度センサと、食品温度を検出するように構成された温度センサとを備え、前記制御方法は、
   ａ）前記冷却手段によって前記食品を冷却するステップと、
   ｂ）前記温度センサによって検出された食品温度を、食品温度の目標設定値と比較して、前記検出された食品温度が前記目標設定値以上である場合には、前記冷却を継続し、前記検出された食品温度が前記目標設定値よりも低い場合には、前記冷却を停止して設定時間の間停止を継続することを決定するステップと、
   ｃ）前記回転速度センサから収集されたデータセットが、回転速度の変化傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、前記目標設定値の対応する調節によって介入するステップと、
   ｄ）次のサイクルのためにステップａ）に戻るステップと
   を含む、制御方法。
2. 前記回転速度センサは、モータ出力軸の回転速度を計測することを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
3. ステップｃ）におけるデータセットは、複数の連続したサイクルの複数のサイクルインデックスデータからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御方法。
4. ステップａ）とステップｂ）からなる１つのサイクルの間に、前記冷却の期間中に測定された前記回転速度のデータが平均化されて、１つの前記サイクルインデックスデータとなることを特徴とする、請求項３に記載の制御方法。
5. 前記複数のサイクルインデックスデータが前記サイクルの時系列に従って単調な増加を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの差分が設定差分値より大きい場合に、食品温度の前記目標設定値を下げることを特徴とする、請求項４に記載の制御方法。
6. 前記複数のサイクルインデックスデータが前記サイクルの時系列に従って単調な減少を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの前記差分が前記設定差分値より大きい場合に、食品温度の前記目標設定値を上げることを特徴とする、請求項４に記載の制御方法。
7. 食品温度の前記目標設定値は、一定値によって調節されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の制御方法。
8. 粘性半液体高温食品ディスペンサの制御方法であって、前記ディスペンサは、前記食品を撹拌するように構成された撹拌手段と、前記撹拌手段を回転駆動するように構成されたモータと、前記食品に温熱エネルギーを入力するように構成された加熱手段と、撹拌速度を検出するように構成された回転速度センサと、食品温度を検出するように構成された温度センサとを備え、前記制御方法は、
   ａ）前記加熱手段によって前記食品を加熱するステップと、
   ｂ）前記温度センサによって検出された食品温度を、食品温度の目標設定値と比較して、前記検出された食品温度が前記目標設定値以下である場合に、前記加熱を継続し、前記検出された食品温度が前記目標設定値よりも高い場合に、前記加熱を停止して設定時間の間停止を継続することを決定するステップと、
   ｃ）前記回転速度センサから収集されたデータセットが、回転速度の変化傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、前記目標設定値の対応する調節によって介入するステップと、
   ｄ）次のサイクルのためにステップａ）に戻るステップと
   を含む、制御方法。
9. 前記回転速度センサは、モータ出力軸の回転速度を計測することを特徴とする、請求項８に記載の制御方法。
10. ステップｃ）におけるデータセットは、複数の連続したサイクルの複数のサイクルインデックスデータからなることを特徴とする、請求項８又は９に記載の制御方法。
11. ステップａ）とステップｂ）からなる１つのサイクルの間に、前記加熱の期間中に測定された前記回転速度のデータが平均化されて、１つの前記サイクルインデックスデータとなることを特徴とする、請求項１０に記載の制御方法。
12. 前記複数のサイクルインデックスデータが前記サイクルの時系列に従って単調な増加を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの差分が設定差分値より大きい場合に、食品温度の前記目標設定値を上げることを特徴とする、請求項１１に記載の制御方法。
13. 前記複数のサイクルインデックスデータが前記サイクルの時系列に従って単調な減少を示し、かつ、最大インデックスデータと最小インデックスデータとの前記差分が前記設定差分値より大きい場合に、食品温度の前記目標設定値を下げることを特徴とする、請求項１１に記載の制御方法。
14. 食品温度の前記目標設定値は、一定値によって調節されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の制御方法。
15. 粘性半液体食品ディスペンサの制御システムであって、
    前記ディスペンサは、食品を撹拌するように構成された撹拌手段と、前記撹拌手段を回転駆動するように構成されたモータと、前記食品に温熱エネルギー又は冷熱エネルギーを入力するように構成された温度調節手段とを備え、
    前記制御システムは、主制御モジュールと、撹拌速度を検出するように構成された回転速度センサ、及び食品温度を検出するように構成された温度センサを含むデータ取得モジュールとを含み、
    前記主制御モジュールは、前記回転速度センサ及び前記温度センサからのデータ信号を受信するように、かつ、実際の食品温度と食品温度の目標設定値との間の比較結果に基づいて前記温度調節手段の動作を制御するように、かつ前記回転速度センサからの回転速度データを分析して、前記データの分析が回転速度の変化傾向が所定の介入条件を満たすことを示す場合、前記目標設定値の対応する調節により介入が実行されるように構成されている、制御システム。
16. 前記回転速度センサは、モータ出力軸の回転速度を検出するために前記モータ出力軸上又はその近傍に取り付けられていることを特徴とする、請求項１５に記載の制御システム。
17. 前記温度調節手段は、冷却手段、例えばシリンダ型蒸発器であることを特徴とする、請求項１５に記載の制御システム。
18. 前記シリンダ型蒸発器は、圧縮機を備えた冷却回路に含まれ、前記主制御モジュールは、前記実際の食品温度と食品温度の前記目標設定値との前記比較結果に基づいて前記圧縮機のオン又はオフを制御することを特徴とする、請求項１７に記載の制御システム。
19. 前記温度調節手段は、加熱手段、例えば電気加熱コイルであることを特徴とする、請求項１５に記載の制御システム。
20. 請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の制御システムを有する粘性半液体食品ディスペンサ。
21. 前記ディスペンサは、アイスクリームディスペンサ、スラッシュディスペンサ又はミルクセーキディスペンサ又はホットチョコレートシロップディスペンサであることを特徴とする、請求項２０に記載の粘性半液体冷凍食品ディスペンサ。

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