JP2022503717A - 容器詰め飲料急冷装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022503717000001
容器詰め飲料の急冷装置(1)において、浸液槽(11)と、蒸発器コイル(15)と、第1駆動手段(6)により駆動される回転軸(4)に接続された容器用把持手段(3)と、第2駆動手段(10)により駆動でき、回転軸(4)を支持する垂直可動カート(5)と、第1駆動手段(6)と第2駆動手段(10)に動作可能な程度に接続され、手順I)0.1秒から7秒までの範囲の期間中、回転軸(4)の回転を500RPMから2500RPMまでの速度で駆動させ、手順II)0.1秒から3秒までの範囲の期間中、回転軸(4)の回転を500RPMを上回らない速度に減速させ、同時に垂直可動カート(5)の垂直往復運動を実現し、手順III)垂直軸方向回転軸(4)の回転が最終的に停止するまで、手順I)とII)の反復回数を決定する、ことを命令する制御ユニット(30)と、を含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、包装製品の冷蔵又は冷却に関するものである。より具体的には、本発明は容器詰め飲料を急冷し「現場で」「即座に」容器詰め飲料を消費するのに必要な温度に到達させる装置に関するものである。本発明が役立つ可能性のある飲料の種類とは、大量消費飲料の中でも、ソーダ類、ジュース類、ビール類、炭酸水・発泡水などであるが、飲料容器の種類は、瓶、缶など非常に多彩になる可能性がある。
例えば、モール、店舗、公共交通機関の停車駅や発着駅(ターミナル)などの公共の場での容器詰め飲料の大量消費は、現在大規模に統合され、絶えず拡大している市場である。全世界でエネルギーの合理的な利用への懸念が増大していることが広く知られており、この意味において、政府、企業及び一般住民は、エネルギー利用を合理的なものにする必要性への意識を高めつつあり、消費者は、低エネルギー消費製品を要求し高く評価するようになっている。
しかしながら、今日では、現代生活の需要により、製品・サービス供給業者に重圧がかかり、その顧客のニーズを満たさざるを得ず、カスタム化(特注生産)や生産速度が増しているが、多くの場合、エネルギーの合理的な利用との整合性が取れていない。つまり、顧客が指定する条件(必要な温度での飲料)で(現場で即時に)ほぼ瞬時に得られるカスタム化された消費者製品は、今日の商業で得られる製品という点で大きな課題となっている。
従来、例えばソーダ類・ソフトドリンク類、水、炭酸水、セルツァ炭酸水、サイダー、ビール、ジュース類などの非常に多様な種類の瓶入り又は缶入り飲料などの容器詰め飲料が、自動販売機、セルフサービスの冷蔵庫、又は店舗やバーなどのカウンターのいずれかから消費者一般に提供されており、そうした売り場にあっては、従来の冷蔵庫、アイスタブ、カウンターの下にある飲料用クーラーなどに保管されている。
(例えば、列車やバスの車内又は地下鉄の駅構内、及び乗客や通行人の通行量が多いその他の公共の場所で頻繁に見受けられるものなどの)特定の自動販売機の場合には、対応する投入口に所要金額を投入した後、取出口から提供される容器詰め飲料を選択し取り出すことは、ユーザー(利用者)自身である。
従来の冷蔵庫、つまり、例えばガソリンスタンド、スーパーマーケット、食料品店などで見られるタイプのものでは、飲料の入ったボトル又は缶が複数の可変式ラック上に載せた冷蔵庫内に保管されている。その冷蔵庫の内部は、適切な冷蔵温度を維持するサイクル(オン/オフ)で永久に冷蔵又は冷却されている。そのようなラックは、ガラスドアや内部照明を通じた製品展示にも頻繁に使用されている。この場合には、顧客又は店員は、ドアの1つを開けた後、ラック又はトレイから直接製品を取り出す。この時点でフリゴリーの相当な喪失が発生し、選択した飲料の温度も保証されなくなることが分かっている。
いかなる場合でも、この種の冷蔵庫又はクーラーにより、一般的には、業者が平均的な顧客の選択に応じて消費に適切と考えている温度で、多数の瓶や缶を格納する断熱・冷蔵された格納庫が用意されている。
しかしながら、既述の冷蔵庫電化製品では、瓶、缶などが保存されている内部空間から熱を除去することで冷却が達成されているため、すべての飲み物を区別なく冷却している。これら従来の冷蔵装置の冷却サイクルは、(その高い熱慣性のため)極めて遅く、ドアを開けるたびに温度損失を絶えず補償せざるを得なくなる。同様に、上記のいかなる種類の旧来の冷蔵庫も、温度損失を補償するため、日中の不使用期間中や夜間の非稼働期間中も電力を消費している。熱損失は、装置の部品にまたがる熱伝導、さらに(例えばガスケットなどの)絶縁部材の欠陥や摩耗によって引き起こされているため、前記温度損失は、消費者に瓶や缶が提供されていないときでも発生している。
ただし、この種の冷蔵庫や飲料販売装置の設置や使用は、依然として極めて一般的に行われているものの、一部の製造業者や発明者は、上記の電力浪費に気付いているため、ただちに消費されるのか否かという事実には関係なく、飲料用瓶や缶の在庫全体を冷却し続ける必要性を回避する各種の装置や方法を提案している。
前述の製造業者や発明者は、消費者がただちに消費するため個々の容器又は容器小群を選択した後だけでのみ、個々の瓶や缶あるいは飲料容器の小群の高速冷却を達成することにその努力を集中させている。これは、そうでなければ長期間にわたり不必要に冷却し続けることになり、消費者が選択していない残り容器を冷却するための電力の不必要な浪費を回避することを目的としている。
容器詰め飲料の高速冷却への提案の一部は、先行技術の出願及び特許に見出される。例えば、米国特許第5,505,054号、Loibl et.al.では、1つ以上の飲料容器を約30℃という初期温度から5~7℃という最終消費温度に冷却するよう提案している。この提案は、容器(好ましくは缶)を水平位置でそのそれぞれの軸の周りに回転させるものであるが、上方に位置する複数のノズルから0℃での水の噴流で散水させている。前記温度は、氷との平衡温度として定義され、その目的から水と氷の入った下部貯水槽が用意されている。前記特許では、缶を垂直位置でその縦軸の周りに回転させることは、内部の飲料が剛体として回転するようになり(渦流発生)、長い冷却時間をもたらすため、不都合なものとなると述べている。前記特許では、液体上方の空気が連続的に移動し、従って、高度の攪拌と液体移動を生み出し、熱交換表面積の増加をもたらすよう、水平位置での縦軸の周りに缶を回転させるよう提案している。通常、12オンス(355ml)の缶での予想冷却時間は、約1.5分間である。缶の提案回転速度は200~500RPMの範囲内である。これは、この種の装置の目的が、唯一、容器の熱交換を最大限発揮させるため、容器内の液体をできる限り多く攪拌させることにあるということの明確な兆候である。
そうした種類の装置、つまり容器詰め飲料の「オンデマンド」(要求に応じた)冷却を達成するための装置に鑑みると、容器詰め飲料の冷却技術に新たな課題が生じる。その課題とは、できるだけ最短時間で且つできるだけ電力消費量を最小限に抑えつつ冷却されていない(つまり約25℃という周囲温度にある)容器詰め飲料から始まり、消費者が受け入れるほど十分に低温な容器詰め飲料の提供である。周囲温度は、容器詰め飲料が最初に保管されていた場所に応じて変動するものと理解される。
上記のとおり、現在の生活様式により、消費者は、飲料を必要な消費温度に冷却させるための待機時間を短くするよう要求している。それに応じて、先行技術による開発の多くは、熱交換を促進するため飲料容器を移動又は攪拌させることで冷却時間を短縮するようになっているため、外部冷却媒体との相互作用に関係なく、容器内部の飲料冷却の加速は、冷却させる飲料の特定部分を凍結させる危険性や、ガス化(つまり溶解COを含有する)飲料の攪拌が不十分となり、容器を開いた際に飲料の激しい脱気をもたらす危険性を有する。
本発明の目的に最も関連している先行技術の最新提案書の例のみ挙げると、米国特許出願公開第2013/0160987号とその米国特許出願公開第2013/0180280号における改良があり、その両方ともヴァータン・グリゴリアン(Vartan Grigorian)によるものである。前者の第US2013/0160987号で、グリゴリアンは、冷却する容器を受け入れる空洞を備えた容器詰め飲料の高速冷却のための装置を提案しているが、その空洞は、-16℃に到達し得る塩水などの冷却液体で充填され、90RPMで容器を回転させる手段となり、事前に設定された期間中に720RPMに到達する能力を備えており、その後回転を停止又は一時休止させることで液体渦流が自然に崩壊するが、缶は各回転サイクルの後10~60秒間待機する必要があるため、そのすべてが長い待機時間を示唆している。グリゴリアンによる前記の第1文書では、製品(容器)を製品の軸の周囲に回転させるよう適合させた前記回転手段の他に、その回転中、製品の軸方向の移動を回避又はかなり防止する抑制手段も提案している。この種の提案は、垂直位置でその軸の周囲に回転させることにより、容器の冷却を達成する効果的な手段となりうるものの、回転により生じる静止液体渦流の崩壊が自然に発生するため、冷却時間を相当程度短縮することができない。US2013/0180280号の参照図に従った装置は、通常の335mlのアルミニウム缶を25℃から5℃に冷却するのに約90秒(つまり1.5分)要する。本発明の詳細な説明で明らかになるように、そうした時間は本発明の装置により大幅に低減される。
第2文書であるUS2013/0180280の中で、グリゴリアンは、おそらく、静止液体渦流を崩壊させるべく回転を停止又は一時休止させるために浪費する時間に関係する欠点を認めているように見え、そのためここでは前記の小休止を避け、代わりに容器を2つの異なるが平行である軸に沿って連続的に回転させるよう提案している。その軸のうちの1つは、製品自体の回転軸である。この配置により、おそらく容器内で生み出される無秩序な乱流のために当初の出願で要した冷却時間がいくらか低減されている。また、これにより、外部冷却媒体の中で過度の乱流が発生し、当初の出願の装置と比べ、容器の形状や温度あるいは冷却時間の低減が考慮されておらず、もっぱら当初出願での不便な小休止を回避することを意図した遊星回転に重点を置いている。静止渦流を崩壊させるその他の方法についても、特定の構造体を本発明により提案するもののような技術的効果などの動作モードと組み合わせた完全かつ機能的な産業機器についての具体的かつ識別可能な説明も開示していない。第2文書における開示のいくつかの変形例を、(遊星回転による移動を用いていない)図1の振動テーブルに示すが、前述の文書で主張している特性を共有していないため、後に取り消すこととなった。従って、グリゴリアンによる前述の改良版の第2文書であるUS2013/0180280におけるすべての開示及びそれにより提案されている冷却装置は、ただ当初開示での不便な長い待機時間を回避する目的だけのために過度な乱流が生じている外部冷却媒体の中に配置された容器の内容物をできるだけ攪拌するためのものでしかない。
従って、装置の提供や容器詰め飲料の高速オンデマンド冷却の方法に言及した先行技術の現状を踏まえると、依然として、さらに容器詰め飲料の冷却時間を最小限に抑えることができる新規の効率的な装置を提供する必要性がある。そうした装置は、例えば、アルコールなどの液体で作動できるよう頑丈かつ安全な構造を有し、飲料の凍結又は炭酸飲料の場合での二酸化炭素の解離などのリスクを伴うことなく、容器でのさらに低い浸漬温度を達成できるようにする必要があることが理解される。
本発明は、できるだけ短時間で十分に低温の飲料(好ましくは0℃~5℃又は消費者の嗜好に応じて制限なくその他の温度で)が得られるまで、例えばソフトドリンク用の缶、瓶入りビール、容器詰めジュース又はその他の種類の大量消費用飲料を冷却するための容器詰め飲料の急速な冷却を行うための装置の提供を対象としている。本発明は、事前に冷蔵する必要なく、つまり室温(約25℃以上又は一般的な現地の気温)にある間に消費する直前に容器詰め飲料を選択し、本発明の装置内に導入され次第、及び最小限の待機時間(例えば約335ml入りのソフトドリンク缶の場合20秒を超えない待機時間)の後、消費者にとって最適な温度で、つまりその嗜好に応じて消費者が十分に低温であるとみなす温度で冷蔵飲料を入手することができるようにするものである。
当業者が容易に理解できる特定の実施形態の部分断面図、拡大図、特定概略図を描いた以下の図面によって理解を向上させるため、本発明の図解を行っている。そうした図面を参照図として使用し、本発明の範囲から逸脱することなくただ単に特定部品を同等の機能を備えた別のものに改変又は変更するだけで代替実施形態を考案するための基礎とすることもできる。これらの図では、以下のように少なくとも本発明の好ましい実施形態を例示している。
図1は、本発明による装置の第1の好ましい実施形態の透視図であり、部分断面図でのその主な内部部品の一部の一般構造図及び一般配置図を示し、装置ケーシング(筐体)の背後にある場合には破線でその他の内部部品を識別している。 図2は、飲料容器の積載・除荷位置での第1の好ましい実施形態に従った本発明による装置の正面断面図である。 図3は、飲料容器の急冷位置での第1の好ましい実施形態に従った本発明による装置の正面断面図であり、容器詰め飲料は、液体冷媒の中に浸漬されている。 図4は、図3に示すものなどの本発明による装置の部分拡大図である。
本発明について、より良い説明を行うため、本発明の例示を好ましい実施形態を通じて行っているが、これは代替実施形態による本発明の実施への制限を意味するものではまったくない。この意味において、例えば、一般的には図1に示すもののように容器詰め飲料(2)の急冷を目的とする装置(1)を含む前記好ましい実施形態を通じて実施されるものとして、本発明を例示している。
本発明による装置(1)は、1名又は複数名のユーザーのいずれかによって、公共の場所で使用される可能性があることに鑑み、発明者らは、図1に示す配置などの一般配置図を使用することが適切であると考えており、その中では内部部品・機構が適切なカバーにより保護・防護されている。ただし、例えば宣伝あるいは市場識別目的で、又は安全条件を改善したり、特に安全規則を遵守しようとしたりする目的での製品に似た形状や画像など、便利で且つ望まれている又は必要とされている、認められていると考えられる場合には、本装置の美的な側面のデザインを行うことができる。
特に、本発明の目的のために、発明者らは、例えば床置き型の実施形態に適用される図1に示すような外カバー設計を採用している。そのような床置き型の実施形態は、ユーザーが容器詰め飲料(2)の供給口と排出(回収)口に簡単にアクセスできるのに加え、その迅速な設置・起動ゆえに便利である。これにかかわらず、当業者が容易に理解するように、ある種の産業用機器などにおいて、カウンターに設置されるバージョン、又は壁に埋め込まれたバージョンの装置を開発することに対する支障は、何もない。
一般的な説明の中で、例えば図1乃至図4に例示するものなどの容器詰め飲料(2)急冷用の装置(1)には、キャビネット(28)の内部で浸液槽(11)を保護して隠す下部分がある。前記浸液槽(11)は、断熱材(21)で形成されており、前記浸液槽(11)は、少なくとも-30℃ほどの低温での液体として存続する液体冷媒(14)を格納するのに適切であり、さらに、例えば-40℃又はさらに好ましくは-50℃、又は必要に応じた温度などの極低温でエチルアルコールなどの液体を適切に格納することもできる。
液体冷媒(14)は、浸液槽(11)内部に格納され、容器詰め飲料(2)を以下に詳述する特定の方法によって浸漬される液体となる。このため、本発明の諸目的の1つが瓶又は缶(2)内に入っている飲料の冷却時間を低減させることである点を考慮して、液体冷媒(14)の温度は、都合の良い限り低温になる。
浸液槽(11)内に格納されている前記液体冷媒(14)は、従来型の閉冷却回路により冷却されるが、およそ-30℃ほどの温度又は例えば-50℃などさらに低温に到達することができる。閉冷却回路には、流体冷媒用のコンプレッサ(圧縮機)(25)が含まれているため、前記流体冷媒は、圧縮されて凝縮器(26)に送られ、そこで圧縮により生じた熱が放出される。そのとき、流体冷媒は、前記流体冷媒の蒸発器コイル(15)に向かい、容器詰め飲料が浸漬される液体冷媒(14)から生じた熱を吸収する。
本発明で使用するのに適した液体冷媒(14)は、エチルアルコール(エタノール)である。ただし、通常の当業者が容易に理解するように、液体冷媒は、その他の種類のアルコール又は例えばNaCl(-20℃)やClCa(-46℃)などの塩水、グリコール水溶液、その適切な組み合わせ、又は冷却サイクル中に適用される氷点下の温度で液体のままであるその他の冷媒液でもよい。通常の当業者が容易に理解するとおり、容器(2)は、液体冷媒(14)内に浸漬された後、消費者によって操作される。従って、地域の規則により承認されている無毒の冷媒液又はその他の冷媒液の使用が推奨される。そのような目的から、エタノール(エチルアルコール)の使用が、有利であり且つ便利な選択肢である。
また、閉冷却回路の冷媒液は、制限のない一例としてR404A、R410A、さらに冷媒液(14)の温度を、例えば冷却サイクルを実行するのに選択された動作温度に応じて、-30℃、より好ましくは-40℃、又は必要な場合例えば約-50℃などさらに低温にまで下げるために、浸液槽からの熱の吸収を行える限り、冷凍分野でよく知られているその他の冷媒液とすることができる。
添付の図2乃至図4に示すとおり、閉冷却回路の流体冷媒用の蒸発器コイル(15)は、浸液槽(11)内に配置され、液体冷媒(14)内に浸漬されている。特に、そのようなコイル(15)は、第2外部螺旋区間(15b)内に配置された同心円コイルとして成形されている第1螺旋区間(15a)を含んでいるため、浸漬槽(11)の中央領域、つまり飲料容器(2)がその冷蔵処理中に浸漬される液体冷媒の領域からの驚くほどの放熱効果を実現する。特に、第1螺旋区間(15a)をより近くに調整して冷却する容器の外面に近づけるほど、容器からの排熱が向上する。
次に、浸液槽(11)は、コイルの双方の区間(内部コイル15a、外部コイル15b)のものと類似の円筒形状を有することが好都合であり、従って、例示的な実施形態においては、前記浸液槽を円筒形状で例示している。特に、第1内部螺旋区間(15a)は、閉回路内の流体冷媒が蒸発し始める区間に相当しているため、浸漬液(14)から最大排熱能力が得られる。その場合、流体冷媒は膨張し続け、第2外部螺旋区間(15b)を介して熱を吸収し続ける。
図2及び図3に例示するように、下部のケーシングには、例示するものや便利なタイプのその他のもののような、通風孔又は格子窓(13)が設けられている。凝縮器(26)がケーシング内部に隠れている場合には、そこで生成された熱を放出させるために、形状や数を変更する場合がある。
また、凝縮器(26)からの排熱性能を向上させるため、パドルファン(27)又は空気循環を強制するその他の手段を具備させることが好ましい。明らかに、一部の実施形態では、凝縮器(26)は、装置に隣接し、外側後壁の後部に隠れていることがあり、つまり、従来の業務用冷蔵庫のようなものであり、自然対流を活用している。
図2に、本発明による装置内部の断面図を示すが、解釈を容易にするため、本装置の外部カバー、浸液槽(11)及びコイル(15)の断面を示し、構成部品の残り部分は断面図には示していない。
装置の外部カバーは、主に上記の下部ケーシング(28)を含み、床置き型の実施形態には非常に便利である。この外部カバーは、カウンター(12)上方に配置されている各種の上部構成部品の被覆を目的とした上部ケーシング(31)も含んでいる。前記カウンター(12)は、浸液槽(11)用の蓋としても機能することができるが、前記浸液槽(11)には、デジタル機器により識別される独自の蓋(17)を取り付ける方が便利となる場合がある。前記槽蓋(タンクリッド)(17)は、飲料容器(2)を導入又は浸漬することができる上部注入口(20)を含む。
当業者であれば十分理解できるとおり、浸液槽(11)に独自の槽蓋(17)が付いている場合には、各種の接触部をガスケット、シールなどによって密封・断熱し、フリゴリーの漏れ、振動の伝達、隣接部品の位置ずれなどを防止又は低減させる。図では、カウンター(12)が槽蓋(17)に気密的に取り付けられている。
ただし、図2乃至図4に示すように、槽内部へのアクセスは、以下に詳述している対応する開口部を通じて上部から行われる。
特に、本装置は、回転式開口部(8)を有し、さらにその上部に固定開口部(9)を含む固定プレート(19)を取り付けた回転ディスク(18)を有する。前記固定プレート(19)は、前記回転ディスク(18)の上部を覆っている。このようにして、固定プレート(19)の固定開口部(9)は、一般的に槽注入口(20)と同心円状になっているため、回転ディスク(18)の回転により回転式開口部(8)の回転が可能となる。よって、必要に応じて、容器詰め飲料(2)の浸液槽(11)への出入口の閉止又は開放を行える。
本発明の目的のために、例えば図1に例示するものなどの回転ドア(22)を利用できる場合には、飲料容器(2)の浸液槽(11)内への出入口の閉止又は開放は、回転ディスク(18)が前記回転ドア(22)と一緒に回転するため、回転ドア(好ましくは、ハンドル(23)を含む透明又は半透明なドア。ただし、これに限定されない)により容器積載/回収区域へのアクセスが阻止され、回転式開口部(8)は一般に開口部の残り部分(例えば固定開口部(9)と注入口(20))と一致しているため、飲料容器を浸液槽内に導入することができる。その逆に、ハンドル(23)を用いる或いは自動的にのいずれかによって回転ドア(22)を回転させると、ドア(22)と一緒に移動する回転ディスク(18)も回転して回転式開口部(8)が移動するため、回転ディスク(18)のディスクそのものにより、浸液槽(11)の内部への出入りが阻止される。このようにして、フリゴリーの浸液槽(11)からの漏れを低減し、アルコールなどの液体冷媒でも安全に使用できる。特に、本装置は、使用されていないときに浸液槽へのアクセスできるように、デフォルト(初期設定)でドア(22)を開けている。
上記説明は、槽内に、必要に応じて-30℃、より好ましくは-40℃、さらに好ましくは-50℃での液体冷媒を含む場合に浸液槽(11)の内部への出入りが達成される方法についての明確な説明である。以下、容器詰め飲料(2)の急冷による技術的な効果を生み出す本装置の残り部分を、詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、飲料容器(2)は、浸液槽(11)の外側にある場合でも把持手段(3)を用いてしっかり保持されている。前記把持手段(3)は、好ましくは実施形態の中で実用化され、クランプには複数のジョーが付いており、例えばクランプジョーを飲料容器(2)上にしっかりと保持するのに役立つトロイダルリング(29)などの弾性筋交いを含むことができる。
把持手段(3)の好ましい実施形態を例示しているが、本技術分野の当業者は、例えば圧力保持カップ、調整式マンドレル、フランジ又は他の把持手段などその他の特定種類の把持手段を使用でき、そのようにして把持手段を容器の種類又はさらに装置(1)とともに使用されると予想される特定の変形型の容器に適合させることができることを理解するであろう。さらに、前記把持手段(3)は、回転軸(4)に取り付けられるので、回転軸(4)に接続できる様々な把持手段(3)の一式も、本装置を多種多様な飲料容器(2)に適合させるために提供され得る。
従って、本発明の装置は、1つ以上の容器(2)の把持手段を有し、前記把持手段(3)は、垂直回転軸(4)に接続され、前記垂直回転軸(4)は、第1駆動手段(6)により駆動可能である。本発明の目的のために、第1駆動手段は、電動機などのモーターが用いられているが、当業者は、垂直回転軸(4)の回転を引き起こすことができるどの駆動手段も使用できることを理解することになる。従って、消費者が所望の温度に冷却する対象飲料を入れた容器(2)は、把持手段(3)によって保持され、次に、把持手段(3)は、第1駆動手段(6)からの軸方向周り回転運動を伝達する。添付の図に例示するように、前記手段には、設計者の選択次第で、垂直回転軸(4)を電動機の回転軸に接続するベルトや滑車を含める場合もあり、それ以外の駆動手段(6)を用意して垂直回転軸(4)に直接作用させる場合もある。言い換えれば、駆動手段(6)が回転軸(4)の回転を引き起こすことができる限り、特定の設計構造を適切に変更してもよい。
上記のように、前記浸液槽(11)は、好ましくは円筒形であり、回転式開口部(8)を含む回転ディスク(18)により閉じることができる容器用の注入口(20)を含み、前記容器注入口(20)と前記回転式開口部(8)が垂直に整列しているときには、前記把持手段(3)は、前記注入口(20)と前記回転式開口部(8)を通過できる。上記で説明したように、前記注入口(20)と前記回転式開口部(8)は、消費者が対象飲料容器供給・回収領域へのアクセスを閉じるように、回転ドア(22)が回転すると、整列する。
好ましい実施形態では、飲料容器(2)の把持手段(3)、垂直回転軸(4)及び第1駆動手段(6)は、垂直可動カート(5)のアーム上に取り付けられている。換言すれば、飲料容器(2)が垂直軸方向に変位し、下方向及び上方向に移動できるようにするため、垂直回転軸(4)は、垂直可動カート(5)によって支持される必要がある。
前記垂直回転軸(4)を支持する垂直可動カート(5)は、本実施形態の目的のために、ベルトと滑車によりウォームギア(16)に接続されている第2電動機を含む第2駆動手段(10)により駆動することができ、そのウォームギアに沿ってナット又は再循環ボールベアリングなどがねじ込まれながら前進するため、第2駆動手段(10)により駆動する前記ウォームギア(16)の回転は、(ウォームギア(16)の回転方向に応じて)上方又は下方への垂直移動を引き起こし、その結果、対象飲料が入っている容器(2)の上下移動が生じる。
図に示すように、前記垂直回転軸(4)を支持する垂直可動カート(5)は、好都合なことに、対応する潤滑ボールベアリングなどを前記垂直可動カート上に備えた装置の構造体に適切に接続された一対の垂直変位ガイド(7)に沿って案内されている。
当業者はよく知っているとおり、最終的に本発明の制御された急冷の技術的効果を達成するために必要な、容器(2)の垂直軸を中心とする軸方向周り回転運動と(上下への)容器(2)の垂直往復運動を実現する駆動手段(6,10)の特定の方法は、前記技術的効果が達成される限り、以下に詳述するとおり多様なものとなる場合がある。
上記説明により、容器(2)の垂直往復運動(垂直可動カート(5)の垂直方向の変位)を実現するための容器(2)の軸方向周り回転運動(垂直回転軸(4)の回転)を得るのに必要かつ十分な構造を備えた装置(1)が提供される。消費者が望む消費温度への急冷を行う本発明の有利な技術的効果を得るため、前記駆動手段(6,10)は、動作可能な程度に制御ユニット(30)に接続されており、制御ユニット(30)は、少なくとも前記第1駆動手段(6)に動作可能な程度に接続され、前記第2駆動手段(10)が次のような一連の手順を実行する。
I) 0.1秒から7秒までの範囲の期間中、前記軸方向回転軸(4)の回転を500RPMから2500RPMまでの速度範囲で駆動させること。
II) 0.1秒から3秒までの範囲の期間中、前記軸方向回転軸(4)の回転を500RPMを上回らない速度に減速させ、及び、前記垂直可動カート(5)の同時垂直往復運動を実現させること。
III) 前記軸方向回転軸(4)の回転が最終的に停止するまで、手順I)とII)の反復回数を決定すること。
図3及び図4の拡大図に示すように、上記の一連の手順は、容器詰め飲料(2)が浸液槽(11)内に浸漬されてから実行されることは明らかである。
前記制御ユニット(30)は、さまざまな方法で実装することができ、つまり、装置(1)内に、前記制御ユニットを構成するコンピュータ、電子基板、プレートやメモリーカード、標準プログラマブルロジックコントローラ及び例えばスクリーン、ビューア、タッチスクリーン、キーボード、制御灯、温度センサー、積算回転計、さらにバーコードリーダー(32)又は例えば(QR)などのその他の種類のコードリーダーなどの便利となりうるその他の付属品を搭載することによるものなどがある。これはつまり、環境の異なる変数を制御及び感知を可能にする複数のデータ入力及び出力用周辺機器からなる制御ユニット(30)を用意することができる。例えば、可燃性揮発性ガスの放出を抑制するためのガスセンサー、装置の各種部品、特に、冷却される容器の温度をも測定するための非接触温度センサーを用意することができることを意味する。
要するに、制御ユニット(30)の重要性は、容器詰め飲料(2)の冷却速度を最適化し、従って、室温(通常25℃)で、つまりそれまでに冷蔵していない容器詰め飲料から始まり、消費者がただちに消費したい飲料を選択し次第、その待機時間を最小限に抑えるという、技術的能力である。
上記の一連の手順は、本発明において対象容器詰め飲料を冷却するのに驚くほど効率的であることが実証されているため、不可欠であると考えられる。ソーダ缶向けの例示的な冷蔵方法を参照しながら、以下に記載する前記一連の手順を命令するための制御ユニット(30)は、例えば配線によってエンコーダやドライバに、又は無線接続によって、少なくとも前記第1駆動手段(6)及び前記第2駆動手段(10)に操作可能な程度に接続されたマイクロプロセッサ、メモリーカードを含む電子制御ユニットにより実装できる。
355ML入りソーダ缶の急冷の例
第1に、急冷装置(1)のユーザーは、従来の(非冷蔵の)トレイ又はスーパーマーケットの商品棚から、つまり例えば25℃という通常の周囲温度で特定の飲料容器(例えば355ml(12オンス)のソフトドリンク缶)を選択する。
次に、ユーザーは、以下で簡単に「缶」(2)と称する容器を、ドア(22)を開いた状態で、把持手段(3)として機能するカップ内に入れ、前記缶は、図1及び図2に示す位置で保持することができる。次いで、ユーザーは(図示のとおり時計回りに回して)アクセスドア(22)を閉じるか、あるいは押しボタンを押すとドアが自動的に閉まるなどによって、缶は、本装置内で隔離されたままとなる。回転ドア(22)を閉じると、前記ドア(22)と一体になった回転ディスク(18)が、回転式開口部(8)が浸液槽(11)の注入口開口部(20)及び固定プレート(19)の固定開口部(9)に整列するまで回転し、図1及び図2に示すように、浸液槽(11)内への缶の進路が通じるようになる。
当業者が理解するとおり、本発明による装置は制御ユニット(30)を有するので、ユーザーは、例えばキーボード又はタッチスクリーン(非表示)によって、飲用する飲料の所望冷却温度を入力することができる。さらに、制御ユニット(30)は、例えば以下のような複数の変数を感知するか、データを収集することができる。
・容器(2)の初期温度。非接触温度センサー又は赤外放射温度計(非表示)によるもの。
・浸液槽(11)内部の液体冷媒(14)の現在の温度。温度センサー(温度計、熱電対など)によるあるいは制御ユニット(30)に操作可能な程度に接続されたインタフェースを通じてデータを入力することによるもの。
・浸液槽(11)の内部にある液体冷媒(14)の量。例えば超音波センサーを介してセンサー自体と液体冷媒(14)の自由表面の間の距離を測定することによるもの。例えば重量測定、浮揚装置、深さの関数としての液体の自由表面下の圧力測定など、その他の槽内接触子測定方法も利用可能である。
・装置内に導入された容器と飲料(2)の種類。例えば、ほんの一例としてのみ示すバーコードセンサー(32)によるその商標名、取引名、容器の正味内容量(cu.cm、mlなど)、容器の形状などを識別するもの。商標名、取引名、冷却する容器内の飲料の種類が記録されているか認知されている場合には、制御ユニット(30)は、データベース(内部メモリ、ネットワークデータベース、インターネットアクセス、内部や外部の着脱式又は固定式ストレージベースなど)に問い合わせ、冷却媒体自体の熱容量の他にも、容器(2)の熱容量と冷却飲料の熱容量を求める。
さらに、当業者が理解するとおり、本装置には、垂直可動カート(5)の位置を感知するための多種多様なセンサー、スイッチ、位置エンコーダなどの手段を備えることができる。前記感知は、位置エンコーダ、角運動などによって、容器の軸方向回転軸(4)の位置にも適用できる。
そのようなデータを感知及び/又は入力されると、制御ユニット(30)は、動作パラメータを決定する。つまり、さまざまな段階において、容器を回転させる際の回転速度(RPM)、垂可動カート(5)の往復運動の振幅及び速度、及び容器の回転が停止し、消費者が持ち上げて装置から取り出すまで装置が実行するサイクルの数を決定する。
例えば冷却する容器と飲料の種類などの必要なデータが感知され、収集され、入力されると、例えば[スタート]押しボタン(図示せず)を押すことにより、冷却手順が開始される。
本発明による装置に基づいて、冷却手順を開始することにより、例えば制御ユニット(30)には、以下のような参照情報が表示される。
・装置(2)内に導入される容器の初期温度が、25℃であること。
・液体冷媒(14)の現在の温度が、-42.5℃であること。
・浸液槽(11)の液体冷媒(14)の量が15リットルであること。
・装置内に導入される容器(2)の種類が、アルミニウム缶であり(ユーザーが入力したか、装置に利用できるデータベースから選択されたかのいずれかによる既知の熱容量とともに)、その容量が355mlであり(そのような容量はユーザーが入力するか容器バーコードの前回の読み取りを通じてデータベースから取り入れられる)、容器内部の液体飲料の種類が、炭酸コーラ飲料であること。その熱容量はインタフェースにより入力されるか上記のとおり制御ユニット(30)によりデータベースから自動的に取り入れられるかのいずれかとすることができる。
・上端位置で感知された垂直可動カート(5)の位置、つまり初期には制御ユニット(30)は、垂直可動カートが把持手段(3)に保持される容器(2)が安全に進入できる適切な位置に配置されていることを認識したこと。
・容器が浸漬槽(11)内に導入される直前に、軸方向回転軸(4)の回転速度が、ゼロであること。
上記の例に示すとおり、容器詰め飲料の急冷用の装置は、少なくとも以下の参照情報に基づき、制御ユニット(30)による前記軸方向回転軸(4)の最終的な回転停止まで上記の手順I)とII)が繰り返される回数を決定する能力を備えている。
・容器(2)の初期温度。
・液体冷媒(14)の現在の温度。
・浸液槽(11)内の液体冷媒(14)の量。
・導入する容器(2)の種類。
・容器内に入っている液体飲料の種類。
さらに、上記参照情報には、有利には、以下のようなデータも含まれている場合がある。
・容器(2)の熱容量。
・液体冷媒(14)の熱容量。
・容器に入っている液体飲料の熱容量。
当業者が理解するとおり、ある物体の熱容量は、その物体に伝達される熱エネルギーの量とその結果その物体に生じる温度変化の商であるため、上記物体の熱容量が分かればその対象物体の必要な温度に到達するために伝熱/排熱するのに必要な熱量を予測できるようになる。ただし、冷却する容器の種類、容器内の飲料の種類及び装置で使用する液体冷媒が判っている場合には、データベース内に参照情報を保存して、そこでそれぞれの通常及び/又は特定の熱容量を参照することもできる。
その点で、及び当業者が理解するとおり、本発明の装置に制御ユニット(30)を組み込むことは、本明細書で提案する特有の方法で、急冷の技術的効果を生み出すことに不可欠である。本明細書で開示する教示内容に基づき、当業者はこれを実行することができる、つまり、本明細書で提案する適切な方法で、制御ユニット(30)のプログラミングを行い、軸方向回転軸(4)と垂直可動カート(5)を動かすことで予想される技術的効果をもたらすために、必要な周辺機器と内部部品さらにネットワークへのアクセスや周辺機器、インタフェースなどを含む適切な通信手段を備えることができる。
ただし、本発明の明確化のため、又はあくまでその一例としてではあるが、軸方向回転軸(4)は、本明細書で第1駆動手段(6)と呼ぶ駆動手段により作動され、前記軸方向回転軸(4)を支持する垂直可動カート(5)は、本明細書で第2駆動手段(10)と呼ぶ駆動手段により作動される。当業者は、前記第1駆動手段(6)と前記第2駆動手段(10)を単一のより複雑な駆動手段において組み合わせた、おそらくより複雑でまたおそらくより非効率的なその他の同等な機構を明確に提案することができる点に注意すべきである。技術開発において、軸作動、運搬などの方法として非常に多様な方法を採用できることは明らかであるが、制御ユニット(30)は、急冷装置(1)の可動部分への2つの異なる制御コマンドを備えており、その一方は軸方向回転軸(4)を回転させることであり、その他方は垂直可動カート(5)の垂直往復運動を実現することであるため、単一駆動手段又は各種の駆動手段を、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されることなく、最も多様な方法で含めることができる。
従って、少なくとも前記第1駆動手段(6)と前記第2駆動手段(10)に動作可能な形式で接続された制御ユニット(30)は、355ml缶を冷却する必要がある場合には、以下のように命令する。
・制御ユニット(30)は、垂直可動カート(5)に、一般には浸液槽(11)の中心に一致し、容器(2)の完全な浸漬を確実にする位置まで容器(2)を下降させるよう命令し、より好ましくは、一般に蒸発器コイルの第1螺旋区間(15a)内にその中心があり、換言すれば容器(2)がより低い初期位置で液体冷媒(14)内に完全に浸漬しているようにする。
容器を導入するこの技術効果は、制御ユニットにより制御され、缶(2)が浸液槽(11)の外側に保持され、アクセスドア(22)が閉じられ、その後、容器の前記注入口(20)と前記回転式開口部(8)は垂直方向に整列しているときに、缶が液体冷媒(14)内に浸漬するまで下げられる。その時点で、本発明の装置の最適な動作条件下で、前記液体冷媒(14)の温度は、好ましくは-28℃から-42.5℃までの範囲内にあり、液体冷媒は、本発明の装置の操作にとって好ましく選択され、例えばエチルアルコール(エタノール)などのアルコールである。エチルアルコールの粘度は温度が低くなるほど増加することに注意すべきであり、その融点は-114℃であるため、選択した動作温度に耐えるように適切な断熱条件で浸液槽が計算されている。
・制御ユニット(30)は、容器(2)に、上記の手順I)及びII)(つまり軸方向回転軸(4)の回転を駆動する手順I)及び軸方向回転軸(4)の回転と垂直可動カート(5)の同時垂直往復運動を減速する手順II))の特定反復回数を実行するよう命令するが、上記のすべては、前記軸方向回転軸(4)の回転が最後に停止し、その後続けて容器を引き出すため、その上方最終位置まで垂直可動カートを持ち上げるまで続く。
・特に、例示する缶(コーラ炭酸飲料の入った355ml金属製缶)の場合、
制御ユニット(30)は、その容器が0.5秒間1100RPMという速度でその軸方向回転軸(4)を中心として回転し、次に前記軸方向回転軸(4)の周囲での回転速度がさらに0.5秒間120RPMまで下がり、同時に垂直走行距離が2cm(例えば振動周波数50Hz、ただしこれには限定されない)、好ましくは最低でも往復垂直運動を確保するように命令し、この動作手順の適用により、容器が急速冷蔵の有利な技術的効果を得る。本発明による装置により提供される構造により、前記手順は、20回繰り返されるため、合計冷却時間は20秒間になり、先行技術に対する大きな利点を達成する。
上記の例では、特定回数、運動及び速度が355ml缶について指定されているが、当業者にとっては、缶が液体冷媒(14)内に浸漬すると、制御ユニットは、0.1秒から7秒の範囲にわたる期間中500RPMから最高2500RPMにわたる速度範囲での基準として、I)前記軸方向回転軸(4)を回転させるための駆動を制御し、これが缶(容器)内での飲料の回転を引き起こし、従っていわゆる静止渦が特定時点で形成され、つまり容器内の液体が渦形状で容器内に分布し、あたかも固体であるかのように回転することが明らかになる点に注意すべきである。従って、そのような渦の形成により、容器を回転させて容器と飲料との接触面の永久的な変化をもたらすという利点が打ち消される。そのため、本発明の目的のために、そのような渦は、手順II)により急速に崩壊するようにしており、この手順においては前記軸方向回転軸(4)の回転が500RPMを上回らない速度に減速され、同時に0.1秒から3秒までの間にわたる期間中前記垂直可動カート(5)の同時垂直往復運動が生じる。このようにして、先行技術文書で提案されているものとは異なり、容器の回転の望ましくない完全停止が回避される。手順II)に関しては、その間に前記軸方向回転軸(4)の回転が減速し、ごく参考までに前記減速はそれまでの回転速度を例えば50RPMという好ましい速度に低下させ、同時に前記垂直可動カート(5)の前記垂直往復運動を適用することによって実行される。垂直往復運動の好ましい振幅は4cmであり(ただしその他の振幅も設計仕様に応じて許容される)、減速段階の間に(重力の方向での)少なくとも1つの垂直往復サイクルで完了することが有利であることが判明しており、容器内への渦の強制破壊が行われる。当業者が理解するように、垂直運動の振幅(cm)、垂直運動の速度及び減速段階の持続時間(秒)は、特定の実用範囲内で変動する可能性があるため、例えば容器内の飲料の種類などに合わせて調整するのが便利である。その目的から、制御ユニット(30)は、予測的に又は周辺機器とセンサーから集めたデータに基づいた以前の学習により、及び/又はユーザーがインタフェースを通じて入力したデータから計算論理を実行することができる。上記にもかかわらず、容器詰め飲料用の本冷却装置(1)の発明者らは、上記パラメータの変動にもかかわらず、前記攪拌、往復運動又は垂直運動が重力の方向での渦の崩壊に驚くべき効果を発揮していると考えており、その重力が容器内で発生する渦の形状を形作る主因であることから、軸方向垂直軸に沿った往復運動から派生し重力の方向と一致する攪拌が不可欠であることを発見している。
対照的に、文書US2013/0160987などでの既知の先行技術によれば、飲料容器(2)の完全停止は、渦の回転速度を自然に減速させることを示唆しているが(換言すれば、あたかも機械の電源を切ることと同等である)、それには渦の挙動への何らかの類の影響を行使することなく長い期間が経過することが必要となるため、先行技術の実施形態では、渦が崩壊するのに10~60秒という待機時間を要する点に注意すべきである。
驚くべきことに、例えば0.1秒という短時間の間、つまり本発明による装置に従ったかなり短時間の間、(重力の方向と同じ)垂直方向で軸方向に缶を移動させるために、回転減速(ただし完全に停止させるのではなく)と前記垂直可動カート(5)の同時往復運動とを組み合わせると、渦がただちに崩壊し、その渦が崩壊するのに必要な時間もほぼ無視できるほどごくわずかになるが、同時に飲料から容器(2)が浸漬している液体冷媒(14)中への熱の放散が最適化されることが分かっている。
特定の理論により限定されることなく、発明者らは、冷却時間の短縮において達成したかなりの向上は、主に、例えばコイル(15)の二重らせん構成や減速段階の間における垂直運動に起因する液体冷媒(14)の追加攪拌効果などのその他の要因と組み合わさった、重力の方向での容器の軸方向運動により引き起こされた渦の急速な崩壊から派生していると考えている。
缶内の渦が崩壊した後、制御ユニット(30)が、手順I)とII)というシーケンス(作業順序)について上記で説明したとおり、容器の回転、対応する渦の形成及びその後の崩壊の新しい手順を実行する必要があると判定した場合には、手順I)が再開される。
制御ユニット(30)が、飲料の消費にとって望ましい温度(例えば発泡性飲料の場合5℃という温度)に到達するのに十分な回数分、手順I)とII)が繰り返されていると判定した場合には、前記軸方向回転軸(4)の回転が最後には停止し、次に垂直可動カート(5)が持ち上がり、アクセスドア(22)を開くことで缶(2)を取り出すことができるようになる。
当業者が理解するとおり、制御ユニットには、対象飲料の入った缶又はその他の種類の容器が浸漬され次第、上記軸方向回転軸(4)の回転が最後に止まるまで上記手順I)とII)を繰り返す回数を決定するための論理アルゴリズム又は計算アルゴリズムが組み込まれており、それによって前記回数が決定される。その決定要因としては、例えば進入缶の温度、冷却する飲料の種類、容器の体積、容器の材料の種類などの非必須の特徴及び変数の中でも例えば動作温度、周囲温度、動作速度、処理時間及び処理サイクルの数などの固有の特徴も多数存在する。

Claims (9)

  1. 容器詰め飲料の急冷のための装置(1)において、
    断熱材(21)を有し、液体冷媒(14)を入れるのに適切な浸液槽(11)と、
    前記浸液槽(11)内に配置され、密閉冷蔵回路流体冷媒の蒸発器コイル(15)と、
    第1駆動手段(6)により駆動される垂直軸方向回転軸(4)に接続され、1つ以上の容器(2)用の把持手段(3)と、
    第2駆動手段(10)により駆動でき、前記垂直軸方向回転軸(4)を支持する垂直可動カート(5)と、
    少なくとも前記第1駆動手段(6)と第2駆動手段(10)に動作可能な程度に接続され、以下の一連の手順を命令する制御ユニット(30)と、
    を含む、容器詰め飲料急冷装置。
    I) 0.1秒から7秒までの範囲の期間中、前記垂直軸方向回転軸(4)の回転を500RPMから2500RPMまでの速度で駆動させること、
    II) 0.1秒から3秒までの範囲の期間中、前記垂直軸方向回転軸(4)の回転を500RPMを上回らない速度に減速させ、同時に前記垂直可動カート(5)の垂直往復運動を実現すること、
    III) 前記垂直軸方向回転軸(4)の回転が最終的に停止するまで、手順I)とII)の反復回数を決定すること。
  2. 前記コイルが、外側の第2螺旋区間(15b)の内部にある同心円コイルとして成形される第1螺旋区間(15a)を含み、前記浸液槽(11)が、円筒形である、請求項1に記載の容器詰め飲料急冷装置。
  3. 前記円筒形浸液槽(11)が、回転式開口部(8)を含む回転ディスク(18)により閉じることができる容器の注入口(20)を含み、それにより容器用の前記注入口(20)と前記回転式開口部(8)が垂直方向に整列したときに、前記把持手段(3)は、前記容器用の注入口(20)と前記回転式開口部(8)を通過することができる、請求項2に記載の容器詰め飲料急冷装置。
  4. 前記回転ディスク(18)が、ハンドル(23)を含む回転式アクセスドア(22)と一緒に移動する、請求項3に記載の容器詰め飲料急冷装置。
  5. 前記液体冷媒が、-28℃から-42.5℃までの範囲にある温度のエタノールである、請求項1乃至4の何れか一項に記載の容器詰め飲料急冷用装置。
  6. 前記手順I)において、前記軸方向回転軸(4)の回転が、0.5秒間1100RPMという速度で駆動する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の容器詰め飲料急冷装置。
  7. 前記手順II)において、前記軸方向回転軸(4)の回転の減速が、0.5秒間4cmという垂直走行距離で少なくとも1回の往復運動を伴う前記垂直可動カート(5)の前記同時垂直往復運動により120RPMという速度で生じる、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の容器詰め飲料急冷装置。
  8. 前記軸方向回転軸(4)の回転の最終的な停止までの前記手順I)及び手順II)の反復回数が、少なくとも以下の参照情報に基づいて制御ユニット(30)により定められる、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の容器詰め飲料急冷装置。
    容器(2)の初期温度
    液体冷媒(14)の現在の温度
    浸液槽(11)内の液体冷媒(14)の量
    槽内に導入された容器(2)の種類
    容器内に入っている液体飲料の種類
  9. 前記参照情報がさらに以下を含む、請求項8に記載の容器詰め飲料急冷装置。
    容器(2)の熱容量
    液体冷媒(14)の熱容量
    容器内に入っている液体飲料の熱容量
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