本明細書は、食品及び飲み物を急速に冷却するためのシステム及び方法を説明する。これらのシステム及び方法のいくつかは、調理台又は設置されたマシンを使用して、容器内の食品及び飲み物を、室温から冷凍まで3分未満内に冷却する。例えば、本明細書に説明される手法は、約90秒で、室温のポッドからソフトクリーム、冷凍コーヒー、冷凍スムージー及び冷凍カクテルを作ることができることの立証に成功している。また、この手法は、カクテルを冷やすために、冷凍スムージー、冷凍タンパク質、及び他の機能性飲料シェーク(例えば、コラーゲンベースのシェーク、エネルギーシェーク、植物ベースのシェーク、乳成分不使用のシェーク、及びCDDシェーク)、その中に窒素を含む及び含まない冷凍コーヒードリンク及びチルドコーヒーを作るために、ハードアイスクリームを作るために、ミルクシェークを作るために、冷凍ヨーグルト及びチルドプロバイオティックドリンクを作るために使用することもできる。これらのシステム及び方法は、起動時間が少ない冷蔵サイクル、及び使いやすく、非常に効率的な伝熱を提供するポッド-マシン接合部分に基づいている。説明されるポッドのいくつかは、(例えば、レトルト滅菌又は無菌充填を使用して)滅菌し、例えば乳製品を含む材料を最大18か月の間室温で保管するために使用することができる。これらのマシンは、2019年7月1日に出願され、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願第16/459,176号(代理人整理番号47354-0009001)により詳細に説明されている。
アイスクリームマシンの設計における重要な課題は、室温から取出し温度に可能な限り素早く、好ましくは2分以内にポッドを冷却する能力である。一部のマシンは、可能な限り素早く取出し温度に到達することによってアイスクリームがアイスクリームマシンに留まる滞留時間を短縮する。これは、可能な限り素早く混合し、冷却することによって達成できる。
本明細書に説明されるマシン及びプロセスは、氷晶の大部分が50μm未満であるアイスクリームを作り出し、多くの場合、大部分は単回分のポッドで30μm未満である。アイスクリームがマシンに接触することなくポッドの中からボウル又は皿にアイスクリームを分配することができるためには、アイスクリームの取出し温度又は分配温度は、-3°から-8℃(26.6°Fから17.6°F)の間、好ましくは-3°から-8℃(26.6°Fから21.2°F)である必要がある。
本明細書に説明されるマシン及びプロセスは、冷凍及び分配中に回転速度を加速させる新規の特徴を使用しており、これは常識では理解し難い。本明細書に説明されるマシンは、ゆっくりと回転し始める混合パドルを使用できるが、アイスクリームが液体から固体に凍り始めると、回転速度は加速し、混合パドルのトルクの増加を克服するためにはるかに多くの動力を必要とする。通常、トルクが増加するにつれ、人は、動力要件を一定に保つために、混合パドルの回転速度を減速するであろう。一部のマシンでは、凍結時間を短縮し、氷晶サイズを小さく、約50μmに小さくするために、混合パドルの回転速度は、冷凍プロセス中に100RPMから1200RPMに加速する。
さらに、混合パドルの回転速度を加速することによって、ポッドの内径上の氷は融解し、これはアイスクリームを素早く冷凍するためのポッド壁の意図された機能とは反対である。アイスクリームの凍結時間は、余分な摩擦が、混合パドルの高い回転速度によって生じる、ポッド壁で氷晶を融解させることによって増加する。これは、アイスクリームが凍結し、分配するための消費者待機時間を短縮するという典型的な目標とは逆である。少なくともこれらの理由から、混合パドルの回転速度を約200RPMの閾値を超えて加速させることは、常識では理解し難い。
インペラー混合パドルの回転速度は、冷凍菓子の中に空気を引き込んで、オーバーランの改善(好ましくは、少なくとも30%のオーバーラン)を達成するために加速される。また、混合パドルのらせん形の外形の回転(例えば、混合パドル950のらせん形の外形は、図34Aに示されている)により、ポッドの出口ポートの中からアイスクリームを押し出すための下向きの圧力が生成される。
さらに、上述されたように、混合パドルを迅速に旋回させることと、ポッドの壁で急速に冷却することを組み合わせると、冷却されたアイスクリームはポッド内で適切に混合され、アイスクリームの滑らかさに直接的に相関がある小さい氷晶サイズを維持することが可能にする。これは、部分的には、冷やしたアイスクリームをポッドの壁からこすり落とし、アイスクリームを、温度がより温かいポッドの中心に押し付けるためである。アイスクリームマシンの最適な性能は、ポッドの壁での効率的な冷却と、ポッドの内容物の急速なこすり落とし/混合の両方を有することに依存する。効率的な冷却を有するが、急速なこすり落とし/混合のない、及びその逆のマシンは、あまり最適ではないであろう。
本明細書に説明されるアイスクリームミックスは、最小の安定剤及び乳化剤を含む、又は安定剤及び乳化剤を含まないという新規の特徴を使用する。安定剤、乳化剤、及び非天然生成物が存在しない、又はほぼ存在しないことは、「クリーンラベル」と見なされる。本明細書に説明されるアイスクリームミックスは、牛乳、砂糖、及び粉乳を含む。アイスクリームミックスの中にこれらの特徴を含めることによって、結果として生じるアイスクリームは、大部分が直径25μm未満の氷晶を有する。
例えば、150gのアイスクリーム供給のためのクリーンラベル調合物は、以下、つまり48gの全乳、67gのヘビークリーム(ガムなし)、24gの精製糖、及び11gの脱脂粉乳の割合を含む場合がある。
図3Aは、食品又は飲み物を冷却するためのマシン100の透視図である。図3Bは、そのハウジングがないマシンを示す。マシン100は、材料を含むポッド内の材料の温度を下げる。大部分のポッドは、冷却又は冷凍された製品を分配する前に、材料を混合するために使用される混合パドルを含む。いくつかの例では、混合パドルはマシンの一部であり、ポッドに挿入される場合がある。いくつかの例では、混合パドルは、複数回使用できる。いくつかの例では、マシンは、冷凍菓子を分配せず、この場合、冷凍菓子は、スプーンを用いてポッドの中からすくい上げることができる。
マシン100は、圧縮機、凝縮器、ファン、蒸発器、キャピラリーチューブ、制御システム、蓋システム、並びにハウジング104及びポッド-マシン接合部分106を有する分配システムを含む本体102を含む。ポッド-マシン接合部分106は、他の構成要素がハウジング104内に配置される冷蔵システム109の蒸発器108を含む。図3Bに示されるように、蒸発器108は、ポッドを受け入れるサイズに作られたレセプタクル110を画定する。
蓋112は、ヒンジ114を介してハウジング104に取り付けられる。蓋112は、レセプタクル110(図3A)を覆う閉鎖位置と、レセプタクル110を露出する開放位置(図3B)との間で回転できる。蓋112は、その閉鎖位置で、レセプタクル110を覆い、適所にロックされる。マシン100内で、蓋112上のラッチ116は、ポッド-マシン接合部分上のラッチ凹部118と係合する。ラッチセンサ120は、ラッチ116が、ラッチ凹部118と係合しているかどうかを判断するためにラッチ凹部118に配置される。プロセッサ122は、ラッチセンサ120に電気的に接続され、ラッチセンサ120が、ラッチ116及びラッチ凹部118が係合していると判断するときに、蓋112が閉じられていることを認識する。すべてのマシンがラッチセンサを含むわけではない。
補助カバー115は、蓋112がその閉鎖位置からその開放位置に移動するにつれ、上方へ回転する。補助カバー115内の長穴は、この移動中に蓋112のハンドルを受け入れる。いくつかの補助カバーは、蓋が開放位置に移動するときにハウジングの中に摺動する。
マシン100内では、蒸発器108は、マシン100の本体102に対して適所に固定され、レセプタクル110へのアクセスは、蓋112の移動により提供される。いくつかのマシンでは、蒸発器108は、本体102に対して変位可能であり、蒸発器108の移動は、レセプタクル110へのアクセスを提供する。
ハウジング104内に配置されたモータ124は、蓋112から延びるドライブシャフト126に機械的に接続される。蓋112がその閉鎖位置にあるとき、ドライブシャフト126はレセプタクル110の中に延び、ポッドが存在する場合、ポッド内の1つ又は複数のパドルを移動するためにポッドと係合する。パドルは、インペラー、ブレード、泡立て器、又は混合パドルと呼ばれる場合がある。プロセッサ122は、モータ124と電子通信し、モータ124の動作を制御する。
いくつかのマシンでは、ポッドのパドル(複数可)と関連付けられたシャフトは、ポッドから外向きに延び、蓋112は、モータ124に機械的に接続された回転式レセプタクルを(ドライブシャフト126の代わりに)有する。いくつかのマシンでは、モータは、混合パドルで少なくとも100RPM(毎分回転数)の回転速度でトルクの少なくとも50ozf-in(オンス力インチ)を提供する。例えば、100ozf-inのトルク及び750RPMの回転速度が使用され得る。いくつかのマシンでは、混合パドルのモータは、最大400ozf-inのトルク及び最大1,500RPMの回転速度を提供する。
図3Cは、モータ124からドライブシャフト126へ延びるベルト125が見えるように別に示された蓋112の透視図である。再び図3Bを参照すると、モータ124は、レール127に沿って動くプレートに取り付けられる。プレートは、ベルト125の張力を調整するために約0.25インチ移動できる。組立て中、プレートは、レールに沿って摺動する。プレートと蓋112との間に配置されたバネは、ベルトの張力を維持するために蓋112をプレートから離して偏向させる。
図4Aは、蒸発器108のより詳細な図を見ることを可能にするために透明であるとして示されるポッド-マシン接合部分106のカバー付きのマシン100の透視図である。図4Bは、ハウジング104のないマシン100及び蓋112のないポッド-マシン接合部分106の一部の平面図である。図4C及び図4Dは、それぞれ、蒸発器108の透視図及び側面図である。蒸発器108は、2019年7月1日に出願され、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願第16/459,388号(代理人整理番号47354-0006001)により詳細に説明されている。
蒸発器108は、第1の部分128が一方の側でリビングヒンジ132によって第2の部分130に取り付けられ、他方の側で隙間134によって分けられている折り畳み式の構成を有する。冷媒は、冷蔵システムの他の構成要素から流体チャネル136(図4Bで最もよく見られる)を通って蒸発器108に流れる。冷媒は、第1の部分128、リビングヒンジ132、及び第2の部分130を通して内部チャネル内の蒸発器108を通って流れる。
蒸発器108の外壁とポッド-マシン接合部分106の筐体の内壁との間の空間137(図4Bで最もよく見られる)は、環境と蒸発器108との間の熱交換を削減するために絶縁材料で充填される。マシン100では、空間137は、エアロゾル(不図示)で充填される。いくつかのマシンは、例えば環帯(空隙など)、様々なポリマーから作られる絶縁発泡体、線維ガラスウールなど他の絶縁材料を使用する。
蒸発器108は、開放位置及び閉鎖位置を有する。開放位置では、隙間134が開いて、第1の部分128と第2の部分130との間に空隙を提供する。マシン100内で、第1の部分128及び第2の部分130は、閉鎖位置でともに押される。
蒸発器108の内径IDは、閉鎖位置においてよりも開放位置においてわずかに大きい。ポッドは、蒸発器がその開放位置にある間に、蒸発器108に挿入し、蒸発器108から除去することができる。ポッドが挿入された後に、蒸発器108をその開放位置からその閉鎖位置に遷移すると、蒸発器108はポッドの外径の周りに締め付けられる。例えば、マシン100は、2.085”の外径のポッドを使用するように構成される。蒸発器108は、開放位置で2.115”の内径、及び閉鎖位置で2.085”の内径内径を有する。蒸発器108は、その開放位置で2.115インチの内径及びその閉鎖位置で2.085インチの内径内径を有する。いくつかのマシンは、他のポッドを冷却するようなサイズに作られ、構成された蒸発器を有する。
蒸発器は、開放位置でポッドを容易に受け入れ、閉鎖位置でポッドを係合するサイズに作られる。折り畳み式の構成の代わりに、いくつかの蒸発器は、ヒンジで動くのではなく、摺動して互いに近接する開放位置及び閉鎖位置を有する複数の部品を有する場合がある。いくつかの蒸発器は円錐台形である場合がある。いくつかの蒸発器は、蒸発器の様々な部品の間で冷却チャネルを接続する管を有する場合がある。いくつかの蒸発器は第1の部分及び第2の部分を有し、第1の部分及び第2の部分は互いに向かって押され、それらの間の隙間が小さくなるが、第1の部分と第2の部分との間の空間は閉鎖位置に存在する。
いくつかのマシンは、他のポッドを冷却するようなサイズに作られ、構成された蒸発器を有する。ポッドは、例えば、市販の缶のサイズから形成することができ、「スリム」缶は、2.080インチ~2.090インチに及ぶ直径、及び180ミリリットル(ml)~300mlの体積を有し、「流線型の」缶は、2.250インチ~2.400に及ぶ直径及び180ml~400mlの体積を有し、「標準」サイズの缶は、2.500インチ~2.600インチに及ぶ直径、及び200ml~500mlの体積を有する。マシン100は、2.085±0.10インチの外径を有するポッドを使用するように構成される。いくつかのポッドは、2.045~2.055インチの直径を有する混合パドルが、それぞれ100から1,500RPMのRPMで回転することを可能にするために2.065インチから2.075インチの内径を有し、毎分6,000から93,000平方インチがこすり落とされる。
約2.085インチの内径の場合、ポッドは、約2.065インチの直径の混合パドルを収容できる。混合パドルは、100RPMと1,500RPMとの間の回転速度でポッド内で回転できる。この時間の間、混合パドルの単一のブレード端縁は、毎分3,100から46,500平方インチに及ぶ速度でポッドの内壁をこすり落とす。1分当たりにこすり落とされる面積は、混合パドルの各こすり落とし端縁で乗算される(つまり、2つの端縁を有する混合パドルは、毎分約6,200から93,000平方インチをこすり落とすであろう)。上述されたように、このこすり落とし及び混合のプロセスは、ポッドの壁に形成された氷晶をポッドの内部に分散させるのに役立つ。
いくつかのポッドは、約5~100psiゲージ圧の内部圧力を有するように加圧される。いくつかのポッドは、10~50ミクロン以下の厚さ(例えば、50ミクロン未満)の装飾用外部塗装を有する。より厚い外部塗装はポッドを断熱し、ポッドの冷却中の伝熱を妨げる可能性がある。いくつかのポッドは、端部に内部塗装又は外部塗装を有さない。
円筒形のポッドに加えて、いくつかのポッドは円錐台形(例えば、開放端部を有する円錐台形)である。冷凍菓子は、ポッドの開放端部からスプーンですくって出すことができるため、いくつかのポッドは分配ポートを必要としない。
使い捨てのポッドに加えて、いくつかのポッドは再利用可能である。いくつかのポッドは使用され、洗浄され、再利用される。いくつかのポッドは空で購入され、使用の前に充填される。いくつかのポッドは、満杯で購入又は取得され、使用され、ユーザによって又はマシンによって補充される。いくつかのポッドは使用後に滅菌され、室温での保存を可能にするために補充使用後に滅菌される。いくつかのポッドは、ポッドを再充填し、再密封することを可能にする再密封機能を含む。いくつかのポッドは、マシンからポッドの冷凍菓子を分配するための再利用可能な突出部を含む。いくつかのポッドは、空で購入し、クリーンラベル成分を用いる家庭用アイスクリームメーキングキットとともに使用することができる。
蒸発器108の閉鎖位置は、ポッド150と蒸発器108との間の接触面積を増やし、ポッド150の壁と蒸発器108との間の空隙を減らす又は排除することによって、挿入されたポッド150と蒸発器108との間の伝熱を改善する。いくつかのポッドでは、蒸発器108によってポッドにかけられる圧力は、ポッドの筐体の形状を維持するために、混合パドル、ポッド内の加圧ガス、又は両方によって対抗される。蒸発器108は、ポッド150に対して約10~50lbf(ポンド-力)の閉鎖力、及び1,000~1,500ozf-inのおおよそのトルククランプ力を提供することができる。
蒸発器108では、第1の部分128及び第2の部分130の相対的な位置、並びにそれらの間の隙間134のサイズは、ボルト140及び2つのバネ142によって接続された2つのバー138によって制御される。バー138のそれぞれは、ボルト140がそれを通って延びるねじ切られた中心穴、及びピン144を係合する2つの端孔を有する。2つのバネ142のそれぞれは、バー138の間に延びるピン144の周りに配置される。いくつかのマシンは、例えば、蒸発器108の外径の周りに延び、ケーブルが蒸発器108を閉じるためにピンと張られ、蒸発器108を開くために緩められるケーブル付きの周囲ケーブルシステムなど、隙間134のサイズを制御するための他のシステムを使用する。他の蒸発器では、複数のボルト及び端孔、1つ又は2つ以上のバネ、及び1つ又は2つ以上の係合ピンがある。
一方のバー138は、蒸発器108の第1の部分128に取り付けられ、他方のバー138は、蒸発器108の第2の部分130に取り付けられる。いくつかの蒸発器では、バー138は、蒸発器の本体に取り付けられる代わりに蒸発器108の本体に一体である。バネ142は、バー138を押して互いから離す。バネの力は、蒸発器108の第1の部分128及び第2の部分130を隙間134で各々から偏向させる。一方向でのボルト140の回転は、バー138を各々に向けて押す力を増加させ、反対方向でのボルトの回転はこの力を減少させる。ボルト140によってかけられる力がバネの力よりも大きいとき、バー138は、蒸発器の第1の部分128及び第2の部分130をまとめる。
マシン100は、隙間134のサイズを制御するためにボルト140を回転させるよう作動する電気モータ146(図4Bに示される)を含む。いくつかのマシンは、ボルト140を回転させるために他の機構を使用する。例えば、いくつかのマシンは、蓋112が開閉すると、ボルト140を回転させるために、例えば蓋112とボルト140との間で機械的リンク機構を使用する。いくつかのマシンは、ボルトを手動で締める又は緩めるためにボルトに取り付けることができるハンドルを含む。いくつかのマシンは、マシンの蓋が閉じられると、強制的にバーを閉鎖位置にする楔システムを有する。この手法は、電気モータ146の代わりに使用される場合もあれば、モータ故障時のバックアップとして設けることもできる。
電気モータ146は、マシン100のプロセッサ122と通信しており、マシン100のプロセッサ122により制御される。いくつかの電気駆動部は、プロセッサにトルク測定値を送信するトルクセンサを含む。例えば、ポッドセンサが、ポッドがレセプタクル110内に配置されていることを示すとき、又はラッチセンサ120が、蓋112及びポッド-マシン接合部分106が係合していることを示すとき、プロセッサ122は、モータに、第1の方向でボルト140を回転させてバー138をともに押すように信号を送る。折り畳み式の蒸発器が閉じられ、蓋が閉じる前にしっかりと固定された位置にポッドを保持することが望ましく、シャフトはポッドを貫通し、混合パドルを係合する。この位置決めは、シャフト-混合パドル係合には重要である場合がある。プロセッサ122は、例えば、生産されている食品又は飲み物が冷却/冷凍され、マシン100から分配された後に、第2の方向でボルト140を回転させるように電気駆動部に信号を送り、それによって蒸発器隙間134を開放し、蒸発器108からのポッド150の容易な取外しを可能にする。
蒸発器108の基部は、蒸発器108をポッド-マシン接合部分106の床面に取り付けるために使用される3つの穴148(図4Cを参照)を有する。穴148の3つすべては、蒸発器108の第2の部分130の基部を通って延びる。蒸発器108の第1の部分128は、ポッド-マシン接合部分106の床面に直接的に取り付けられない。この構成は、上述された開閉の動きを可能にする。蒸発器108の開閉を可能にする他の構成も使用できる。いくつかのマシンは、3つより多い又は少ない穴148を有する。いくつかの蒸発器は、ポッド-マシン接合部分、例えば分配機構の床面以外の構成要素に取り付けられる。
多くの要因が、冷蔵システムの性能に影響を及ぼす。重要な要因は、システムを流れる冷媒の質量速度、冷媒接液表面積、冷蔵プロセス、ポッド/蒸発器伝熱面の面積、蒸発器の質量、及び伝熱面の材料の熱伝導率を含む。本明細書に説明される試作品システムの開発における広範囲なモデル化及び実証的研究は、システムを流れる冷媒の質量速度及び冷媒接液表面積の適切な選択が、2分未満で最大10~12オンスの砂糖菓子を冷凍可能なシステムを提供するためにバランスをとるための最も重要なパラメータであると判断した。
本明細書に説明される蒸発器は、以下の特徴を有する。
以下の段落は、これらのパラメータの重要性をより詳細に説明する。
質量速度は、多相性質又は蒸発器を流れる冷媒を説明する。2相プロセスは、冷媒流体(例えば、R-290プロパン)が、それぞれ液体から気体に、及び気体から液体に状態を変えるときに吸収され、消費される大量の熱を利用する。伝熱の速度は、部分的には、気化し、液状アイスクリームミックスを冷却するための新しい液体冷媒に蒸発器の内面を露出することに依存する。これを行うためには、冷媒流体の速度は、蒸気が蒸発器の壁の中の流路の中心にチャネルを作る又は流路の中心を流れ落ちるほど、及び液体冷媒が壁の中のこれらのチャネル通路を押し通されるほど十分に速くなければならない。冷蔵システムにおける流体速度の1つの近似測定値は、質量速度-ポンド/(時‐平方フィート)(lb/hr ft2)単位の流路の単位断面積当たりのシステム内での冷媒の質量流量-である。流体の流れが液体から気体に状態を変えるにつれ速度(ft/s)は絶えず変化するので、フィート/秒(ft/s)で測定される速度(「速度を測定するためによりなじみのある方法」を2相システムで適用するのは困難である。液体冷媒が蒸発器壁全体を絶えず掃引している場合、液体冷媒は気化する場合があり、新しい液体は、蒸気の「中心部」が通路の中央を流れ落ちることによって冷却チャネルの壁に対して押し付けられる場合がある。低速で、流れは重力に基づいて分離し、液体は蒸発器内の冷却路の底部に留まり、蒸気は冷却路チャネルの上側に上昇する。例えば、液体に露出する領域の量が半分、減らされると、これは伝熱量をほぼ半分削減するであろう。
米国暖房冷房空調学会(ASHRAE)によると、150,000lb/ft^2の質量速度は、蒸発器流路の大部分の性能を最大化する。質量速度は、冷媒システムを最適化するためにバランスをとらなければならないパラメータの1つである。蒸発器の性能に影響を及ぼすパラメータは、質量流量、対流伝熱係数、及び圧力低下である。蒸発器の名目動作圧力は、蒸発器の必要温度及びシステム内で使用される冷媒の特性によって決定される。蒸発器を通る冷媒の質量流量は、冷媒が、所与の時間量で砂糖菓子から熱エネルギーの量を吸収して、それを冷凍するために十分に高くなければならない。質量流量は、おもに圧縮機のサイズによって決定される。コスト、重量、及びサイズを削減するためには、可能な限り小さい圧縮機を使用することが望ましい。対流伝熱係数は、蒸発器の質量速度及び接液表面積によって影響される。対流伝熱係数は、質量速度が加速すると増加する。しかしながら、圧力低下も、質量速度とともに増加する。これは、次に圧縮機を操作するために必要とされる電力を増加させ、圧縮機が送達できる質量流量を減少させる。最小で可能な限り最も安価な圧縮機を使用しながら、性能目標を満たすように蒸発器を設計することが望ましい。我々は、75,000~125,000lb/hr ft^2の質量流量を有する蒸発器が、2分未満で最大12オンスの砂糖菓子を冷凍可能なシステムの提供を助けるのに効果的であると判断した。最新の試作品は、約100,000lb/hr ft^2の質量流量を有し、高質量速度、システムでの管理可能な圧力低下(2psi未満)、及び12cc未満の排水量の妥当なサイズに作られた圧縮機の優れたバランスを提供する。
いくつかのシステムでは、冷蔵システムは、R134A、R22、R600a、又はR290などの2相冷媒流体を使用する圧縮機でポッドを冷却する。いくつかのシステムでは、圧縮機は往復圧縮機又は回転圧縮機である。可変モータ速度を有する直流(DC)圧縮機は、圧力低下を維持しながら、冷凍プロセスの効率を高めるために、ポッドの冷蔵冷凍サイクルの始まり(例えば、ポッドの冷却の最初の45秒)に向けて排水量の増加を可能にし、ポッドの冷却システムの最後に向かってモータ速度を減速する。いくつかのシステムでは、DC圧縮機は、マシンの冷蔵サイクルにかかる負荷に応じて調整される可変モータ速度を有する場合がある。
いくつかのシステムでは、R290などの自然冷媒の使用は、モントリオール及び京都などの国際議定書の目的を達成し、オゾン層破壊及び地球温暖化などの環境問題の低減に役立つことができる。これらの議定書及び環境問題は、通常、R22及びR134Aを段階的に減らすことを示唆している。
冷媒の熱物性は、冷蔵システムのエネルギー性能を決定する。以下の表は、10℃の蒸発温度及び45℃の凝縮温度での冷媒R22及びR290の熱物性を示す。
R290冷媒のより低い液体密度は、冷媒質量のより低い要件を示し、蒸発器及び凝縮器内でのより低い摩擦及びより良い伝熱係数を生じさせる。冷媒粘度は、不可逆性の主要な原因であり、凝縮伝熱係数及び沸騰伝熱係数に影響を与える。R290は、より低い粘度並びに凝縮器及び蒸発器の性能を改善するより高い熱伝導率を有する。R290の比熱が高いほど、吐き出し温度は低くなる。
蒸発器における性能に影響を及ぼす別の重要な要因は、少なくとも何らかの液体冷媒がこれらのチャネルを通して存在する限り、蒸発器内のすべての冷却チャネルの面積である、冷媒によって湿る表面積である。接液表面積を増やすと、蒸発器の熱伝達特性を改善することができる。しかしながら、接液表面積を増やすと、蒸発器の質量が増加する可能性があり、これは蒸発器の熱慣性を高め、熱伝達特性を低下させるであろう。
ポッド内の液体の中から伝達できる熱の量は、ポッド/蒸発器伝熱面の表面積に比例するアイスクリームミックスである。表面積が大きいほど望ましいが、表面積の増加は、蒸発器の熱伝達特性を低下させるであろう蒸発器の質量の増加を必要とする可能性がある。我々は、ポッド/蒸発器伝熱面の面積が20と40平方インチの間である蒸発器は、他の特徴と効果的に組み合わされて、最大12オンスの砂糖菓子を2分未満で冷凍することができるシステムを提供するのに役立つと判断した。
伝熱率は、熱を伝導するその能力を関連付ける材料の固有特性である。伝導による伝熱は、材料の全体としての動きを伴わない材料内のエネルギーの移動を伴う。高伝導率材料(例えば、アルミニウム)製の壁を有する蒸発器は、蒸発器の壁全体での温度差を削減する。この温度差を削減すると、冷蔵システムが蒸発器を正しい温度に冷却するために必要となる作業が減る。
ポッドの温度は、熱電対などの温度センサを使用して測定できる。いくつかのマシンでは、ポッドの外面に物理的に接触する熱電対が、ポッドの温度を測定するために使用することができる、又は熱電対はポッドの外部に直接的に設けることができる。いくつかのマシンでは、センサ(複数可)は、蒸発器を放射状に貫通し、いくつかの場合、センサ先端での一貫した力を確実にするためにバネで留められている。センサは、センサがポッドの外部の温度だけを感知するように、蒸発器から熱的に絶縁される場合がある。ポッドは、ポッド温度が、内容物の温度と実質的に同じとなるように、約0.004~0.008インチ厚さのアルミニウム製である場合がある。これらの温度を使用すると、プロセスは、いくつかの方法で、つまり(i)製品がどれほど迅速に凍るのかに応じて、ミキサー速度を変えることによって、(ii)目標温度が達成されると、冷凍プロセスを停止することによって、及び(iii)分配プロセス中に、いつポッドが空であるのかを感知し、うるさい可能性がある、空のポッド内で混合パドルを回転させる代わりに、そのときに分配プロセスを終了することによって制御可能であるであろう。
所望の伝熱が発生するためには、蒸発器は冷却されなければならない。蒸発器の質量が大きいほど、この冷却にかかる時間は長くなる。蒸発器質量を減らすと、冷凍サイクル中に冷却しなければならない材料の量は減少する。大きい質量を有する蒸発器は、最大12オンスの砂糖菓子を凍らせるために必要とされる時間を増やす。
熱伝導率及び質量の影響は、材料の適切な選択によってバランスをとることができる。銅のような、アルミニウムよりも高い熱伝導率を有する材料がある。しかしながら、銅の密度は、アルミニウムの密度よりも大きい。このため、蒸発器の熱交換面でのみ高い熱伝導の銅を使用し、他のあらゆる場所ではアルミニウムを使用するいくつかの蒸発器が構築されてきた。
図5A~図5Fは、マシン100により生産されている食品又は飲み物を分配するために蒸発器108内でポッドを開くよう作動するポッド-マシン接合部分106の構成要素を示す。これは、ポッドを開く1つの手法の例であるが、いくつかのマシン及び関連するポッドは他の手法を使用する。
図5Aは、ポッド150が蒸発器108内に置かれたポッド-マシン接合部分106の部分切り取り概略図である。図5Bは、ポッド150の端部とポッド-マシン接合部分106の床152の関係を示す、上方を見る概略平面図である。ポッド-マシン接合部分106の床は、分配器153により形成される。図5C及び図5Dは、分配器153の透視図である。図5E及び図5Fは、分配器153内に配置されたインサート154の透視図である。インサート154は、ポッド-マシン接合部分106のウォームギア157の床152を駆動するよう作動する電気モータ146を含む。ウォームギア157は、環状構成を有するギア159と係合される。ギア159に取り付けられた環状部材161は、ギア159からポッド-マシン接合部分106の内部領域の中に延びる。環状部材161は、ポッドを開くためにポッド-マシン接合部分106に挿入されたポッドと係合するように構成された突出部163を有する。環状部材161の突出部163は、4つのダボ形状の突出部である。いくつかの環状ギアは、より多くの突出部又はより少ない突出部を有し、突出部は、例えば「歯」など、他の形状を有する場合がある。
ポッド150は、混合パドル160(図5Aを参照)を含む本体158を含む。また、ポッド150は、開口164及び基部162を横切って延びるキャップ166を画定する基部162を有する(図5Bを参照)。基部162は、ポッド150の本体158の上に継ぎ合わされる/固定される。基部162は、突出部165を含む。基部162上に取り付けられたキャップ166は、ポッド150の外周/軸の周りで回転可能である。使用中、製品がポッド150から分配される準備が完了するとき、マシンの分配器153は、ポッド150の第1の端部の周りでキャップ166を係合し、回転させる。キャップ166は、突出部165を係合し、次に基部162の残りから分離するための位置に回転される。ポッド150及びその構成要素は、図8Aから図8Bに関してより詳細に説明される。
基部162内の開口164は、キャップ166の回転によって開かれる。ポッド-マシン接合部分106は、ギア168の外周を係合する通板を有する電気モータ146を含む。電気モータ146の動作により、ギア168は回転する。ギア168は、環状部材161に取り付けられ、ギア168の回転は環状部材161を回転させる。ギア168及び環状部材161はともに環状であり、ともに、ギア168又は環状部材161に接触することなく、食品又は飲み物をポッド150から開口164を通して分配できる中心穴を画定する。ポッド150が蒸発器108に置かれると、環状部材161はキャップ166と係合し、環状部材161の回転がキャップ166を回転させる。
図6は、蒸発器108を含む冷蔵システム109の概略図である。また、冷蔵システムは、凝縮器180、吸込み管熱交換器182、膨張装置184、及び圧縮機186を含む。膨張装置184は、両方とも冷蔵システム109で使用できるであろうバルブ又はキャピラリーチューブを含む場合がある。高圧の液体冷媒は、吸込み管熱交換器182及び膨張装置184を通って凝縮器180から蒸発器108に流れる。膨張装置184は、液体冷媒流体の流れを制限し、液体冷媒が膨張装置184を離れるときに液体冷媒の圧力を下げる。低圧の液体は、次に熱がポッド150から吸収される蒸発器108に移動し、蒸発器108内のその内容物は、冷媒を液体から気体に変える。気相冷媒は、吸込み管熱交換器182を通って蒸発器108から圧縮機186に流れる。吸込み管熱交換器182では、蒸発器108を離れる低温蒸気は、凝縮器180を離れる液体を予冷する。冷媒は、低圧ガスとして圧縮機186に入り、高圧ガスとして圧縮機186を離れる。ガスは次に凝縮器180に流れ、熱交換が冷媒を冷却し、冷媒を液体に凝縮する。
冷蔵システム109は、第1のバイパス管路188又はバルブ、及び第2のバイパス管路190又はバルブを含む。第1のバイパス管路188は、圧縮機186の放出を圧縮機186の入口に直接的に接続する。第1のバイパス管路と第2のバイパス管路の両方に配置されるのは、冷媒のバイパス流を可能にするために通路を開閉するバイパス弁である。冷媒を圧縮機放出から入口に直接的に迂回させると、高温ガスを蒸発器に注入することなく、蒸発器の除霜及び温度制御を提供できる。また、第1のバイパスライン188は、迅速な再起動(すなわち、ポッドを次々と素早く冷凍すること)を可能にする、圧縮機186全体での迅速な圧力均衡のための手段を提供する。第2のバイパス管路190は、蒸発器108を除霜するために蒸発器108に温かい気体を適用することを可能にする。バイパス弁は、例えば電磁弁又は絞り弁であってよい。温かい空気を混合パドル160の長さに沿って向けて、混合パドル160に付着している製品を除去するのに役立てるために、追加のバイパス弁を使用できる(不図示)。
図7A及び図7Bは、凝縮器180の試作品の図である。凝縮器は内部チャネル192を有する。内部チャネル192は、冷媒と相互作用して冷媒を迅速に冷却する表面積を増やす。これらの画像はマイクロチャネル管類を示し、マイクロチャネル管類は、それらがクーラント速度を維持する小さいチャネルを有し、良好な伝熱のための薄い壁であり、凝縮器がヒートシンクになるのを防ぐために質量がほとんどないために使用される。
図10A及び図10Bは、図3A~図5Fに関して説明されたマシン100とともに使用するためのポッド150の例を示す。図8Aは、ポッド150の側面図である。図8Bは、ポッド150及びポッド150の本体158に配置された混合パドル160の概略側面図である。
ポッド150は、マシン100のレセプタクル110に勘合するサイズに作られる。ポッドは、生産されている単回分の食品又は飲み物を提供するサイスに作ることができる。通常、ポッドは6液量オンスと18液量オンスの間の容積を有する。ポッド150は、約8.5液量オンスの容積を有する。
ポッド150の本体158は混合パドル160を含むアルミニウム飲料缶である。本体158は、基部で第1の端部210から第2の端部212に延び、円形断面を有する。第1の端部210は、第2の端部212の直径DLEよりもわずかに大きい直径DUEを有する。この構成は、複数のポッド150を互いの上に積み重ねるのを容易にし、あるポッドの第1の端部210は、別のポッドの第2の端部212を受け入れる。
側壁214は、第1の端部210を第2の端部212に接続する。壁214は、第1のネック216、第2のネック218、及び第1のネック216と第2のネック218との間のバレル220を有する。バレル220は、直径DBを有する円形の断面を有する。直径DBは、第1の端部210の直径DUEと第2の端部212の直径DLEの両方よりも大きい。第1のネック216は、バレル220を第1の端部210に接続し、第1のネック216がより小さい直径DUEからより大きい直径DBバレルに延びるにつれ、傾く。第2のネック218は、バレル220を第2の端部212に接続し、第2のネック218がバレル220のより大きい直径DBから第2の端部212のより小さい直径DLEに延びるにつれ、傾斜する。第2の端部212は、第1の端部210よりも小さい直径を有するので、第2のネック218は、第1のネック216よりも急勾配である。
ポッド150のこの構成は、材料使用の増加、つまりポッド当たりより多くの基部材料(例えば、アルミニウム)を使用する能力を提供する。この構成は、ポッドの柱状強度をさらに支援する。
ポッド150は、蒸発器からポッドの内容物への良好な伝熱のために設計される。ポッド150の本体158は、アルミニウム製であり、厚さ5ミクロンと50ミクロンの間である。いくつかのポッドの本体は、例えばスズ、ステンレス鋼、及びポリエチレンテレフタレート(PTE)などの様々なポリマーなど、他の材料から作られる。
ポッド150は、ポッドの製造可能性及び性能を支援するために異なる材料の組み合わせから作られてよい。一実施形態では、ポッド壁及び第2の端部212は、アルミニウム3104製であってよく、基部はアルミニウム5182製であってよい。
いくつかのポッドでは、ポッドの内部構成要素は、ポッドがポッド内に含まれる材料と接触するときにポッドの腐食を防ぐためにラッカーで覆われている。また、このラッカーは、ポッド内に含まれる食品お及び飲料の材料中の金属の「調子はずれ(off-notes)」の可能性を低減する。例えば、アルミニウム製のポッドは、内部で以下のコーティング、つまりSherwin Williams/Valspar V70Q11、V70Q05、32SO2AD、40Q60AJ、PPG Innovel2012-823、2012-820C、及び/又はAkzo Nobel Aqualure G150の1つ又は組合せで覆われ得る。また、同じ又は他のコーティング製造業者により作られる他のコーティングも、使用され得る。
いくつかの混合パドルは、類似したアルミニウム合金製であり、類似したラッカー/コーティングで覆われている。例えば、Whitford/PPGコーティング8870は、混合パドル用のコーティングとして使用され得る。混合パドルのラッカーは、追加のこびりつき防止及び硬化の利点を有し得る。いくつかの混合パドルは、AL5182-H48又は他のアルミニウム合金から作られる。いくつかの混合パドルは、250~310MPa最小値の引張強度、180~260MPa最小値の降伏強度、及び4%~12%の破断点伸びを示す。
いくつかのマシンでは、混合パドルは、ポッドから取り外し、混合パドルを洗浄し、混合パドルを同じポッド又は別のポッドで再利用することによって再利用可能である可能性がある。
上述の混合パドルの機能性に加えて、いくつかのマシンは、混合パドルに付着する製品を除去するのを助けるために混合パドルを発振及び/又は振動させる。この手法は、混合パドルを発振及び/又は振動させるソレノイドを含む(マシン100などの)マシンによって可能にすることができる。
このマシン及び類似するマシンとともに使用できる他のポッド-マシン接合部分は、2019年7月1日に出願され、その全体として参照により本明細書に援用される米国特許出願第16/459,322号(代理人整理番号47354-0010001)により詳細に説明される。
いくつかのポッドは、混合モータによってトルクがかけられると破られるように構成されたシールを含む。係るポッド設計は、マシンとの互換性のために製造するのがより容易且つ安価である可能性がある。
図9Aから図9Cは、マシン100のドライブシャフト126と、マシン100に挿入されたポッド150の混合パドル160との間の係合を示す。図9A及び図9Bは、ポッド150及びドライブシャフト126の透視図である。使用中、ポッド150は、ポッド150の第1の端部210が下向き状態で蒸発器108のレセプタクル110に挿入される。この向きは、図9Aに示されるように、ポッド150の第2の端部212をドライブシャフト126に露出させる。蓋112を閉じる(図3Aを参照)と、ドライブシャフト126がポッド150の第2の端部212を貫通する十分な力で、ドライブシャフト126がポッド150の第2の端部212に押し付けられる。いくつかのマシンでは、ドライブシャフト126のポッド150の第2の端部212への貫通動作の下向きの力は約50lbfである。15~65lbfの間の下向きの力は、ポッドの他の部分を損傷することなくポッドの第2の端部を貫通する上で効果的である。
図9Bは、結果として生じる穴及び穴を通して見える混合パドル160を示す。ドライブシャフト126は、見やすさのために偏位されて示されている。図9Cは、蓋が閉じられた後にドライブシャフト126が混合パドル160と係合した状態のポッド150の一部分の断面図である。通常、ドライブシャフト126とポッド150との間に密封シールはなく、したがって冷凍菓子がポッド150の他の端部から排出/分配するとき、空気は流入することができる。代替の実施形態では、密封シールがあり、したがってポッド150は、ポッド150と蒸発器108との間の接触を強化するために圧力を保持する。
いくつかの混合パドルは、第2の端部がドライブシャフトによって穿刺されるときにポッドの第2の端部の穿刺された端部を受け入れる漏斗又はレセプタクル構成を含む。
図10Aは、見やすくするためにキャップ166が基部162から離間された状態のポッド150の第1の端部210を示す。図11Aから図11Gは、基部162の突出部165を切断し、除去し、基部162を通って延びる開口164を露出させるためのポッド150の第1の端部210の周りでのキャップ166の回転を示す。
基部162は、ポッド150の本体158とは別に製造され、次に、本体158の開放端部を覆うポッド150の本体158に(例えば、クリンピング又は継ぎ合わせによって)取り付けられる。基部162の突出部165は、例えば、打ち抜き、深絞り、又は基部を形成するために使用されているアルミニウムの薄板のヘディング処理(heading)によって形成することができる。突出部165は、例えば、弱められた刻み目ライン173によって基部162の残りの部分に取り付けられる。刻み付けは、アルミニウムシートの基部の中への垂直刻み目又は突出部165の壁の中への水平刻み目である場合がある。例えば、材料は、0008インチから0.010インチの初期厚さ(例えば、初期厚さは0.008インチである場合がある)から0.001インチ~0.008インチの刻み付け後の厚さに刻み目を付けることができる(例えば、刻み目厚さは0.002インチである場合がある)。
図10Bは、基部162、突出部165、及び弱められた刻み目ライン173を示すポッド150の第1の端部210の断面図を示す。弱められた刻み目ライン173は、厚さ0.08インチのアルミニウム基部蓋材料の中に0.006インチの深さとなる。
いくつかの実施形態では、打ち抜き後の刻み付けはないが、むしろ壁は破裂を容易にするために意図的に薄くされている。別のバージョンでは、可変壁厚はないが、むしろマシン分配機構係合の力と組み合わされたキャップ166は、突出部165で0.008インチから0.010インチの壁厚を切断するために十分である。刻み付けにより、突出部165は、例えば15~40ポンドの間の力など、5~75ポンドの力で持ち上げられ、基部162からせん断される場合がある。いくつかの場合、円形突出部の直径は0.375~0.850インチ(例えば、図10Bに見られるように直径0.575インチ)である。いくつかの場合、突出部165の面積は0.1~0.5in2(例えば、図10B~図10Dに見られるように0.26in2)である。いくつかの場合、基部162の面積は2.0~5.0in2(例えば、図10B~図10Dに見られるように3.95in2)である。円形突出物の面積は、基部162の総表面積の一部である。いくつかの場合、基部162の直径は、1.5~3.0インチ(例えば、図10B~図10Dに見られるように2.244インチ)である。いくつかの場合、円形突出部165対基部162の面積比は、0.01~0.50(例えば、図10B~図10Dに見られるように0.065)である。
いくつかの場合、突出部がせん断され、除去されたときの突出部及び対応する開口部は、ポッド端部表面積全体の5%から30%の間の表面積を有する。いくつかの場合、突出部の形状は円形である場合があり、涙のしずく形、腎臓の形状を有する場合がある、又は任意の形状である場合がある。いくつかの場合、突出部は丸い場合があるが、刻み目が付けられた形状は、円形であるか、涙のしずく形を有するか、腎臓の形状を有するか、又は任意の形状である可能性がある。
図10Aは、第1の開口222及び第2の開口224を有するキャップ166を示す。第1の開口は、開口164の形状にほぼ一致する。突出部165が除去されると、第1の開口164は露出され、基部162を通って延びる。第2の開口224は、2つの重なり合う円に一致する形状を有する。重なり合う円の一方は、突出部165の形状に一致する形状を有し、重なり合う円の他方はわずかに小さい。ランプ226は、2つの重なり合う円の外縁の間に延びる。ランプ移行部の上部に追加の0.010から0.100インチの材料の厚さがある(例えば、0.070インチ)。この余分な高さは、図11A~図11Gにより詳細に説明されるように、キャップの回転中に、突出部のヘッドを持ち上げ、破裂させ、開口を開くのに役立つ。
図11A及び図11Bは、基部162に初期に取り付けられたキャップ166を示し、突出部165は、第2の開口224の重なり合う円の大きい方と位置合わせされ、重なり合う円の大きい方を通って延びる。マシンのプロセッサ122は、電気モータ146を起動してギア168及び環状部材161を回転させると、キャップ166の回転は、図11C及び図11Dに示されるように、突出部165のリップの下でランプ226を摺動させる。キャップ166の連続回転は吊り上げ力をかけ、吊り上げ力は、突出部165を基部162の残りから分離し(図11Eから図11Gを参照)、次にキャップ166の第1の開口222を基部162の開口164と位置合わせし、結果的に突出物165を除去する。電気モータ146は、最大1,000ozfインチのトルクをかけて、突出部165を持ち上げ、せん断することができる。いくつかのマシンでは、突出部を除去するプロセスはまた、突出部の端部の凹部内に蓄積する場合がある製品(凍っている又は凍っていない)を除去する。
いくつかのマシンでは、モータ124は、突出部せん断プロセス中に減速し、次に分配プロセス中に加速する。この場合、モータ124の失速の可能性を低減するために、混合サイクル、せん断サイクル、及び分配サイクルを停止又は逆転することなくドライブシャフトが回転することは有利である。
いくつかのポッドは、突出部165が基部162から分離された後に、突出部165を保持するための構造を含む。ポッド150では、突出部165は、ヘッド167、ステム169、及びフット171(図11Gで最もよく見られる)を有する。ステム169は、ヘッド167とフット171との間に延び、ヘッド167及びフット171よりも小さい断面を有する。キャップ166の回転が、突出部165を基部162の残りから分離すると、キャップ166はステップ169に対して側面方向に押し、ヘッド167及びフット171は第2の開口224の重なり合う円の一方の端縁に沿ってキャップ166をひとまとめにする。この構成は、突出部165が基部162から分離されると、突出部165を保持する。係る構成は、突出部165が基部から除去されるとき突出部が待機レセプタクルに落ちる可能性を低減する。マシンの混合パドル160が回転し、開口224を通して冷凍菓子を分配した後、融解時にあらゆる残留製品(例えば、アイスクリーム)がポッドから漏れ出さないように、モータ124はキャップ166を回転させ、開口224を閉じる。
いくつかのポッドは、突出部165を基部162の残りから分離する他の手法を含む。例えば、いくつかのポッドでは、基部は、基部にリベットで留められた取外し可能な切断機構を有する。回転可能な切断機構は、キャップ166に関して説明された形状に類似した形状を有するが、この二次部品は、基部162の上に及び周りに取り付けられるよりむしろ、基部162の外周にリベットで留められ、外周内に位置する。冷蔵サイクルが完了すると、マシンのプロセッサ122はマシンのアームを作動させて、リベットで留められた切断機構をリベットの周りで回転させる。回転中、切断機構は、突出部165を係合し、切断し、除去し、基部162の開口164をその場所に残す。
別の例では、いくつかのポッドは、突出部を除去するために基部を横切って移動する摺動ナイフ付きのキャップを有する。摺動ナイフは、マシンによって作動され、コントローラによってトリガされると、基部を横切って摺動して、突出部165を分離し、除去し、収集する。キャップ166は、マシンによる作動時、基部162を横切って、基部162上を真直ぐに摺動し得るギロチン機能を有する。キャップ166は、突出部165を係合し、切断し、除去する。別の実施形態では、このギロチン機能は、ポッド150のキャップの166ではなく、マシンの中心であってよい。別の実施形態では、このギロチン機能は、キャップ166との場合と同様に、二次的な取り付けられた部品ではなく、基部162内の二次部品として取り付けられ得る。
いくつかのポッドは、マシンによって係合及び解放できるポップトップを含む分配機構を有する。冷蔵サイクルが完了すると、マシンのアームが係合し、ポッドのタブを持ち上げ、それによって基部を押し、穿刺し、基部に開口を作り出す。冷やされた製品又は凍った製品は、開口を通して分配される。基部の穿刺された表面は、分配中、基部に蝶着されたまま、ポッドの内部に保持される。混合は、穿刺された表面を回避する若しくは穿刺された表面上で回転し、又は別の実施形態では、混合パドルが妨害なく回転し続けるようにする。いくつかのポップトップでは、マシンのアームは、穿刺された表面を基部から分離する。
図12は、ポッド150の拡大概略側面図である。混合パドル160は、中心ステム228、及び中心ステム228から延びる2つのブレード230を含む。ブレード230は、ポッド150の内容物をかき混ぜ、ポッド150の本体158の内面に固着する材料を除去する形状に作られたらせん形のブレードである。いくつかの混合パドルは単一のブレードを有し、いくつかの混合パドルは2つを超える混合パドルを有する。
流体(例えば、液体材料、空気、又は冷凍菓子)は、混合パドル160が回転すると、ブレード230内の開口部232を通って流れる。これらの開口部は、混合パドル160を回転するために必要とされる力を減少させる。材料の粘度が増すにつれ(例えば、アイスクリームが形成されるにつれ)この減少は著しくなる可能性がある。また、開口部232は、ポッド内の材料を混合し、通気するのを支援する。いくつかのマシンでは、開口部232は、混合パドル160の総表面積の約36.5%を表す。
ブレード230の側面方向端縁は、長穴234を画定する。長穴234は、本体158の内面の大部分が、混合パドル160が回転するにつれ、ブレード230の一方によって本体の内面に固着する材料が除去されるように偏位される。混合パドルは、ポッド150の本体158の第1の端部210よりも160幅広いが、長穴234は、長穴234が第1の端部210と位置合わせされるように、挿入中に混合パドル160を回転させることによって、ポッド150の本体158の中への混合パドル160の挿入を容易にする交互の長穴である。別の実施形態では、混合パドルの外径は、ポッド150の開口部の直径に満たず、ポッド150への(回転なしの)連続した挿入を可能にする。別の実施形態では、混合パドルの一方のブレードは、第2のブレード直径よりも幅広い外径を有し、したがってポッド150への(回転なしの)連続した挿入を可能にする。この混合パドル構成では、1つのブレードは側壁から材料を除去する(例えば、こすり落とす)ことを目的とし、一方、第2のより短い直径のブレードは、より多くのかき混ぜ動作を実行することを目的とする。
いくつかの混合パドルは、中心ステムに蝶着された1つ又は複数のブレードを有する。挿入中、ブレードは、圧縮された構成に蝶着され、挿入されると展開した構成に解放される場合がある。いくつかの蝶着されたブレードは、第1の方向で回転しながら開いて固定され、第1の方向と反対の第2の方向で回転すると、折り畳み可能である。いくつかの蝶着されたブレードは、回転方向と関わりなく、ポッドの中で一度固定され、外向きの位置にロックする。いくつかの蝶着されたブレードは、手作業で凝縮され、拡大され、ロックされる。
混合パドル160は、(マシンの上方から観察されると)右回りに回転し、ポッド214の壁から冷凍菓子の蓄積を除去する。重力は、ポッドの壁から除去された菓子を強制的に第1の端部210に向かって落下させる。左回り方向で、混合パドル160は回転し、材料を持ち上げ、第2の端部212に向かってかき混ぜる。パドルが方向を変え、右回りに回転すると、材料は第1の端部210に向かって押される。基部162の突出部165は、図11Dに関して示され、説明されるように除去されると、混合パドルの右回りの回転が、生産された食品及び飲み物をポッド150から開口164を通して分配する。いくつかのパドルは、第1の方向回転することによってポッドの内容物を混合し、分配する。いくつかのパドルは、第1の方向に移動することによって混合し、ポッドが開かれると、第2の方向に移動することによって分配する。いくつかの混合パドルは、方向を逆転しない。
中心ステム228は、マシン100のドライブシャフト126を受け入れるサイズに作られた凹部236を画定する。凹部及びドライブシャフト126は、ドライブシャフト126及び混合パドル160が回転可能に制約されるように正方形の又はカットされた断面を有する。モータがドライブシャフト126を回転させると、ドライブシャフトは混合パドル160を回転させる。いくつかの実施形態では、ドライブシャフトの断面は異なる形状であり、凹部の断面は適合する形状である。いくつかの場合、ドライブシャフト及び凹部は螺合接続される。いくつかのポッドでは、凹部は、ドライブシャフトを把持して、ドライブシャフトをパドルに回転結合する篏合構造を含む。
図13A~図13Dは、ポッド150の本体又は缶158に実質的に類似する本体1300を示す。しかしながら、本体1300は、ポッド150の本体158のドーム状の端部の代わりに、2つの継ぎ合わされた端部1302、1304を有する。ドーム状の端部を排除することによって、打ち抜き、押し出し、又は圧延などの方法を使用して、本体1300を製造しやすくなる。図13Dの等角図に示されるように、本体1300は中空管に似ており薄い壁の押し出し部1306を含む。アルミニウムなどの可鍛性の材料は、本体1300を形成するために使用できる。継ぎ合わされた各端部1302、1304は、蓋1308の対応するリップと係合され、継ぎ合わせ機械を使用して互いに継ぎ合わされる。図13Bは、第2の継ぎ合わされた端部1304の断面を示す。図13Cは、本体1300と蓋1308との間の継ぎ合わせプロセスを示す。いくつかの場合、本体1300の蓋1308への継ぎ合わせ接続は、図35Cに見られる継ぎ目に類似している。このようにして、蓋1308は、アルミニウムポッド1300の各端部に取り付けられる。
蓋1308の1つは、中心(不図示)にグロメットを含んで、混合モータを本体1300(不図示)内の混合パドルに回転結合し、ポッドを初期構成で密封する。グロメットは、上乗せ成形される、固着される、又は蓋1308に固締される。本体1300は、2つの蓋1308とともに、ポッドを画定する。
これらのシステム及び方法では、滅菌は、通常、液状アイスクリームミックスの冷凍前に行われる。
図14Aはレトルトマシンの写真であり、図14Bは、レトルトマシンの内部のレトルト滅菌チャンバの写真である。上述されたように、レトルトマシンは、滅菌し、ポッドを常温保存可能にするために使用される。本明細書に説明されるプロセスにより工場での操作を削減するのを助けるために、単回分のポッド(缶)を、低温殺菌されておらず、均質化もされていない液状アイスクリームミックスで充填することができる。次に、レトルト滅菌プロセス中に、例えば図14A及び図14Bの画像に示されるレトルトマシンを使用して、ポッドは、例えば3Hzで毎分180サイクルなど様々な速度で前後に揺することができる。レトルトプロセス中、液状アイスクリームは、滅菌のために同時に高温及び高圧にさらされながら、ポッドの内部でスロッシングする(つまり、均質化する)。
我々のポッド内で低温殺菌されていない乳製品を使用し、使用前のポッドでレトルトプロセスを実行することによって、ポッド内部の乳製品は一度のみ低温殺菌される。これは、乳製品が、乳製品工場を出る前に通常低温殺菌される図1に示される典型的な低温殺菌プロセスとは対照的である。つまり、乳製品は、例えば乳製品工場で1度、及び我々のレトルトプロセスで1度の2度低温殺菌される。
液体はレトルト容器内部の缶の中でスロッシングするため、ポッド内の液状アイスクリームのスロッシングは、2~15分の間の250°Fの伝熱を著しく増加させる可能性がある。缶とレトルト容器の両方とも加圧されている。例えば、この圧力は100psiである場合がある。均質化中にレトルトを通して低温殺菌することによって、この手法は、アイスクリームを作る従来の操作のステップ(例えば、図1のプロセス)を排除し、これは効率を高め、コストを削減する。このプロセスはより本格的で新鮮な味わい、並びにより見かけよく、色、食感、及び口当たりがより良い食品を提供することができる。プレミアムカテゴリの最近の伸びは、食品品質の強化に対する強い消費者の要望を示している。
レトルト滅菌での及びレトルト滅菌中のこれらのポッドのレトルト振盪は、常温保存可能な保管のためにはるかに品質が優れた低酸性の食品を生産する。また、それは、従来のバッチ静的レトルトプロセスと比較して、サイクル時間を約90%短縮し、エネルギー消費を最大50%削減することができる。この迅速なレトルトプロセスは、F0致死値により早く到達し、過度の調理ノート(over-cooked notes)及びアイスクリームの風味の喪失の削減、並びに多くの場合静的な攪拌レトルト又はゆっくりとした攪拌レトルトのレトルトプロセスと関連付けられた変色の削減を提供する。また、プロセスは、液状ミックスを均質化することができる。素早く振盪することによって液状ミックスを均質化することは、液状アイスクリームミックスの滅菌及び均質化の2つの操作が一度で達成されるため、有利である。図14A~図14Bは、伝熱を早めて、液状アイスクリームミックスを同時に均質化しながら、乳製品をレトルト調理することによるカラメル化を最小限に抑えるために、数十又は数百のポッドを含み、それらを3Hzで又は最大毎分180サイクルで前後に移動させることができる、レトルト滅菌チャンバの写真である。
レトルトプロセスを使用して行うことができるこの低温殺菌プロセス中、低温殺菌された乳製品はカラメル化し、褐色になる可能性があり、これは望ましくない場合がある。褐色化、又はより一般的に発色と呼ばれる褐色化の最高の速度は、230°Fでカラメル化し始めるフルクトースの存在によって引き起こされる可能性がある。
より高温でレトルト処理することが、それが低温殺菌プロセスがより少ない時間で完了することを可能にするであろうため、一般的に好まれるとしても、これらのシステム及びプロセスのいくつかは、250°Fでレトルト処理するレトルトプロセスを使用する。250°Fでレトルトを完了すると、フルクトースがアイスクリームミックスの調合物から除去されるとき、褐色化の影響を制限することができる。250°Fでレトルトを完了することは、アイスクリームミックス調合物からフルクトースを除去するときに、褐色化の影響を制限することができる。
フルクトースのカラメル化プロセスは230°Fで開始するので、発色の最高速度はフルクトースによって引き起こされる場合がある。カラメル化は、還元糖がアミノ酸と反応するメイラード反応と混同すべきではない。褐色化、つまりメイラード反応のプロセスは、風味を生じさせ、食品の色を変色させる。メイラード反応は、一般に、285°Fを超えた温度で起こり始める。少なくともこれらの理由から、我々のレトルト温度は250°Fを超えず、これは、滅菌プロセスでより早くなるであろうため、それ以外の場合好まれるであろう。
例えば、フルクトースのカラメル化温度は230°Fである場合があり、ガラクトースは320°Fである場合があり、グルコースは320°Fである場合があり、ラクトースは397°Fである場合があり、スクロースは320°Fである場合がある。いくつかの例では、コーンシロップ、つまり高フルクトースコーンシロップ(HFCS)は、約113°Fに加熱されると、フルクトースの分解からヒドロキシメチルフルフラールを形成する。
これらのシステムのいくつかは、クリーンラベル、牛乳、又は砂糖クリームを含むポッドを使用する。ときおりガム安定剤が使用され、好ましくはレトルト安定性であるアカシアガム、ジェランガム、ペクチン、及びセルロースガムを使用できる。ラクトースは二糖類であるので、レトルトでは好まれない場合がある。ラクトースは、ガラクトースとグルコースのサブユニットで構成され、牛乳の約2から8%を構成する場合がある。
図15は、マシン100を操作するためにプロセッサ122に実装された方法250のフローチャートである。方法250は、冷蔵システム109及びマシン100を参照して説明される。また、方法250は、他の冷蔵システム及びマシンと使用されてもよい。方法250は、単回分のアイスクリームを生産するとして説明されるが、冷却又は冷凍された飲み物及び食品を生産するために使用することもできる。
方法の第1のステップは、マシン100をオンにし(ステップ260)、圧縮機186及び凝縮器180と関連付けられたファンをオンにすること(ステップ262)である。冷蔵システム109は、次に調節された温度でアイドリングする(ステップ264)。方法250では、蒸発器108温度は、約0.75℃に留まるように制御されるが、±0.25℃分、変動する場合がある。いくつかのマシンは、例えば0.75℃から室温(22.0℃)まで他のアイドル温度で操作される。蒸発器温度は0.5℃未満である場合、プロセッサ122はバイパス弁190を開いてシステムの熱を増加させる(ステップ266)。蒸発器温度が1℃を超えると、蒸発器を冷却するためにバイパス弁190は閉じられる(ステップ268)。アイドル状態から、マシン100は、アイスクリームを生産するために操作される場合もあれば(ステップ270)、停止される場合もある(272)。
ポッド挿入後、ユーザは起動ボタンを押す。ユーザが起動ボタンを押すと、バイパス弁190は閉じ、蒸発器108はその閉鎖位置に移動し、モータ124はオンにされる(ステップ274)。いくつかのマシンでは、蒸発器は、モータを使用して電子的に閉じられる。いくつかのマシンでは、蒸発器は、例えば、蓋が開放位置から閉鎖位置に移動することにより機械的に閉じられる。いくつかのシステムでは、センサは、これらの処置が講じられる前に、ポッド150が蒸発器108に存在することを確認する。
いくつかのシステムは、無線自動識別(RFID)タグ、又はUPCバーコード若しくはQRコードなどの他のインテリジェントバーコードを含む。ポッドに関する識別情報は、特定のポッドの特定の冷却アルゴリズム及び混合アルゴリズムをトリガするために使用できる。これらのシステムは、RFID、QRコード、又はバーコードを任意選択で読み取り、混合モータ速度プロファイル及び混合モータトルク閾値を識別することができる(ステップ273)。
また、識別情報は、(例えば、インターネットを介した又はサブスクリプションモデルを使用する)直販の売買を容易にするために使用できる。本明細書に説明されるこの手法及びシステムは、ポッドが常温保存可能であるため、電子商取引を介してアイスクリームを販売することを可能にする。サブスクリプションモードでは、カスタマは、消費者に毎月出荷される所定数のポッドに月額料金を支払う。消費者は、様々なカテゴリ(例えば、アイスクリーム、ヘルシースムージー、アイスコーヒー、又はフローズンカクテル)からパーソナライズしたポッド、及びパーソナライズしたフレーバー(例えば、チョコレート又はバニラ)を選択することができる。いくつかの場合、マシン自体は、サブスクリプションモデルを使用して借りることができる。いくつかの場合、再利用可能なポッド及び混合パドルも借りることができる。
また、識別は、使用される各ポッドを追跡するために使用できる。いくつかのシステムでは、マシンはネットワークとリンクされ、どのポッドが使用されているのか、及び交換する必要があるのか(例えば、毎週の出荷を通して)をベンダに知らせるように構成することができる。この方法は、消費者を食料品店に行かせ、ポッドを購入させるよりもより効率的である。
これらの動作は、混合パドル160を回転させながら、蒸発器108内のポッド150を冷却する。アイスクリームが形成されるにつれ、ポッド150の内容物の粘度は高まる。マシン100のトルクセンサは、ポッド150内で混合パドル160を回転させるために必要となるモータ124のトルクを測定する。トルクセンサにより測定されたモータ124のトルクが所定の閾値を満たすと、マシン100は分配モードに移る(ステップ276)。分配ポートは開き、モータ124は方向を逆転して(ステップ278)、冷凍菓子をポッド150の中から押し出す。しかしながら、いくつかのマシンでは、モータ124は方向を逆転しない。混合パドル160はゆっくりと回転して、蒸発器108が冷たくなる間に、ポッド150の壁の上に凍った材料が形成されるのを可能にする。温度の減少により、ポッドの壁に凍った材料が形成される速度が加速するにつれ、混合パドル160のRPMは増加する。
上述されたように、いくつかのマシンでは、混合パドル160の回転速度は加速して、空気が冷凍菓子の中に入ってオーバーランの改善を達成するのを助け(好ましくは、少なくとも30%のオーバーラン)、ポッドの中から出てくるアイスクリームの一定の流れ(ストリーム)を達成しながら、ポッド150の出口ポートの中からアイスクリームを押し出すほど十分な速度を与えるのに役立つ。
混合パドル160の回転速度を加速させると、必要とされる電流が増加する。以下の表は、RPMの関数として混合パドル160を駆動するために使用される現在の試作品マシンの電流、及び(アイスクリームの粘度に影響を及ぼす)冷凍プロセスまでの時間を示す。
混合パドル160の回転は、ポッド150の内容物を分配するために約1から10秒間続く(ステップ280)。マシン100は、次に除霜モードに切り替わる(ステップ282)。蒸発器108に蓄積する霜は、蒸発器108の伝熱効率を低下させる可能性がある。さらに、蒸発器108は、ポッド150まで凍結する可能性があり、蒸発器の第1の部分128及び第2の部分130はともに凍結する可能性があり、及び/又はポッドは蒸発器まで凍結する可能性がある。蒸発器は、バイパス弁190を開き、蒸発器108を開き、モータ124をオフにすることによってこれらの問題を回避するためにサイクル間で除霜することができる(ステップ282)。マシンは、次に蒸発器を除霜するために約1から10秒間バイパス弁を通るガスを迂回させる(ステップ284)。マシンは、熱電対が、蒸発器108がすでに氷点よりも高いと報告しない限り、毎サイクル後に除霜するようにプログラムされる。ポッドは、次に除去することができる。マシン100は次にアイドルモードに戻る(ステップ264)。いくつかのマシンでは、温度計はポッド150の内容物の温度を測定し、いつポッドの内容物を分配するかを特定する。いくつかのマシンでは、分配モードは、所定の時間が達成されると開始する。いくつかのマシンでは、混合パドルを回転させるために必要とされるトルク、ポッドの温度、及び/又は時間の組合せが、いつポッドの内容物を分配するのかを決定する。
アイドル時間が満了すると、マシン100は自動的に電源を切る(ステップ272)。また、ユーザは、電源ボタンを長押しすることによってマシン100の電源を切ることもできる(286)。電源を切ると、プロセッサはバイパス弁190を開いてバルブ全体での圧力を均一にする(ステップ288)。マシン100は、10秒間待機し(ステップ290)、次に圧縮機186及びファンをオフにする(ステップ292)。マシンは次にオフになる。
図16A~図16Cは、マシン100を操作するためにプロセッサ122に実装される代わりの方法1250の詳細なフローチャートである。方法1250は、方法250に類似している。方法1250は、本明細書に説明される冷蔵システム及びマシンとともに使用され得る。方法1250は、ソフトクリームを生産するとして説明されるが、他の冷却又は冷蔵した飲み物及び食品を生産するためにも使用できる。
方法1250の第1のステップは、マシン100をコンセントに差し込むことである(ステップ1252)。電気接続が検出されると、プロセッサ122はすべての変数を初期化できる。プロセッサ122及びネットワークハードウェアは、WiFiを介して又は有線イーサネット接続を使用してソフトウェア更新を検索できる(ステップ1254)。いくつかの場合、セルラーサービス(4G/5G LTEなど)がマシン100に含まれ、ソフトウェア更新のために、並びに通知及びアラートをユーザデバイスにプッシュするために接続が使用できる。ステップ1252は、いったん電気接続が検出されると発生し、マシン100がオンになることを必ずしも必要としない。
使用前にマシン100の適切な機能を検証するために、この電気接続が検出されると、始動ルーチンが実行される(ステップ1256)。このプロセスは、マシン内の問題又は誤動作を識別し、マシン100が使用する準備が完了していることを検証することができる。プロセッサ122は蓋をロックして、蓋のロッキング機構が適切に機能していることを検証するために進む。これは、リミットスイッチ、ホールセンサ、ポテンショメータ、又は蓋の位置及びロック機構の機能を監視できる任意のセンサを含むが、これらに限定されないセンサを使用して検証することができる。この間に、マシン100内のセンサは、混合モータが適切に回転していることを検証する。また、マシン内のセンサは、リベットせん断機構がホーム位置にあることを検証し、ホーム位置にない場合、ポッドをマシンに適切に挿入できるように、リベットせん断機構はホーム位置に移動される。また、マシン100内のセンサは、貫通モータがホーム位置にあることを検証し、ホーム位置にない場合、ポッドの時期尚早な貫通が回避されるように、貫通モータはホーム位置(つまり、後退位置)に移動される。
マシン100内の蒸発器は、蒸発器を閉じるモータに送られる電流を使用して監視できる閉鎖位置にあることが保証される。蒸発器が開いているとき、モータに印加される電流は低く、一方、蒸発器が閉じられているとき、モータに印加される電流は大きい。電流のこの差は、蒸発器の閉鎖を監視するために使用される。蒸発器が閉じているときと比べて開いているときに、所定の電流は、監視する閾値として使用される。マシン100は、続行する前に蒸発器が閉じるのを待機するように構成される。また、マシン内のセンサは、マシンがオンにされると、蒸発器が開放位置にあることを検証する(ステップ1258)。
マシン100は、次に、蒸発器が開き、貫通モータが後退し(すでに行われていない場合)、リベットモータがホームに戻る(まだ行われていない場合)のを待機する。蓋もアンロックされる(ステップ1260)。マシン100は、次にオフになる、又はマシンがオンになるまで低電力スタンバイ状態に入る(ステップ1262)。
マシン100電源ボタンが押されると、電源ボタンのライトがオンになる(ステップ1264)。マシンユーザ接合部分は、LEDリング付きの単一のボタンを含む。単一のボタンは電源投入ボタン、起動ボタン、及び電源切断ボタンとして機能する。いくつかのマシンでは、複数のボタンを使用できる。例えば、電源及びアイスクリーム製造プロセスには、別々のボタンが使用される。この時点で、プロセッサ122は、圧縮機及びファンにオンになるように命令する。また、蒸発器への入口ポートの温度は、バイパス弁を介して約33~40°Fになるようにプロセッサ122によって調節される。
ポッド(例えば、ポッド150)がマシンに挿入され、蓋が閉じられる(ステップ1265)と、マシン100のプロセッサ122は、ポッド上の識別を読み取る(ステップ1266)。識別は、バーコード、RFIDタグ、UPCバー、QRコードなど様々な方法で、又は上述の識別方法を使用して読み取られる。コードが検出されない場合、次にマシン100はステップ1264に戻り、蓋を再び開閉することを可能にする。また、マシンは、ディスプレイ又はユーザデバイスにアラートを送信し、ポッドが適切に識別されなかったことを通知してもよい。また、可聴アラートも使用され得る。蓋が再び閉じられると、ポッドの識別が再び試行される。ポッドがプロセッサ122によって適切に識別され、バーコードが検出されると、マシン100は、プロセッサ122が、ポッドが識別された旨、及びマシン100が使用の準備が完了した旨のユーザへの通知としてボタンライトが点滅するように制御するステップ1268に進む。また、プロセッサ122は、この通知のアラートをディスプレイ又はユーザデバイスに送信してもよい。可聴アラートも使用され得る。
蓋が開くと、マシン100はステップ1264に戻り、マシン100をリセットし、ポッド識別プロセスを繰り返す(ステップ266)。
電源ボタンが長押しされる、又はユーザとの対話なしに所定の時間が経過した場合、例えば、プロセスはタイムアウトし、次にマシン100のプロセッサ122は、バイパス弁を開いて停止プロセスを開始するために進む(ステップ1270)。バイパス弁は、冷蔵システムの高圧側と低圧側との間で圧力を素早く均一にするために、停止直前に開かれる。これは、圧縮機が、オフにされた直後に再起動される場合に圧縮機にかかる起動負荷を減少させる。プロセッサ122は、約5秒待機した後に、次に圧縮機及びファンをオフにする(ステップ1272)ために進み、マシン100はオフにされ(ステップ1262)、マシン100は低圧スタンバイ状態に入る。
図16Bは、方法1250の続きである。起動ボタンが押されると、プロセッサ122は、ポッドに関して含まれる情報に基づいて冷凍パラメータを更新するために進む(ステップ1274)。いくつかの場合、情報は、ポッドの温度、回数、ブランド、フレーバー、内容物、及び例えばポッドの圧力、使用されるポッドのタイプ、ポッドの寸法、混合パドルの設計態様、又はリベットせん断設計の態様などのポッドの機械的な態様を識別することができる。ポッドのデータ使用量又はポッド及び/又はマシンに関するデータは、プロセッサ122を使用してWiFiを介して又は上述のセルラーネットワーク接続を使用してサーバに送信できる。このデータは、ポッドサブスクリプションサービスのカスタマ又は発注頻度を識別する際に使用できる。また、マシン100の蓋は、この時点閉鎖位置でロックされ、したがってユーザはマシンの運転中に不注意に蓋を開くことはできない。バイパス弁マシンもオフにされる。
蒸発器はポッドを把持するために閉じられる(ステップ1276)。上述されたように、所定のターゲット電流は、蒸発器の適切な閉鎖位置を識別するためにプロセッサ122によって使用することができる。また、蒸発器は、ポッドが蒸発器の中心にあることを確実にするために、ポッドの長手方向軸を蒸発器の長手方向軸と位置合わせするために使用できる。蒸発器は、貫通モータが缶を穿刺する前に閉じられなければならず、したがってこれが、缶が、それが穿刺される前に中心に置かれていることを確実にする。
貫通モータは、ここで、ダガーをポッドの中に下げるようにプロセッサ122によって制御される(ステップ1278)。本明細書に説明されるように、いくつかのポッドでは、ダガーはポッドを貫通し、次にダガーは混合パドルと回転係合する。いくつかのポッドでは、ダガーはポッドを貫通する必要はない。
混合モータがポッドと回転係合されると、混合モータは次にプロセッサによってオンにされるように制御される(ステップ1280)。マシン150上の、及びプロセッサ122に接続されたセンサは、混合モータが適切に動作していること、及び誤動作が検出されていないことを確実にすることができる。プロセッサ122は、徐々に加速する(増加する)ように混合モータの回転速度に命令する(ステップ1282)。この時点で、プロセッサ122は、ポッド内部の混合パドルを回転させる混合モータを制御する。マシン100は、いま、アイスクリームを冷凍するプロセスにあり、プロセッサ122は、続行する前に、このプロセスが完了するのを待機する。上述されたように、情報は、バーコードを介してポッドからの情報から決定することができる。情報は、アイスクリームの粘度及び冷凍時間を測定するためのプロキシである場合があるモータトルクなどの冷凍プロセスに関連する場合がある。マシン100は、プロセッサ122が、アイスクリームが分配に適切な状態にあると検出するまで待機する。
アイスクリームが分配される準備が完了すると、ユーザは、マシン100上のディスプレイを使用して、ユーザデバイスへの通知、又は可聴アラートを使用して、プロセッサ122によって通知される。いくつかの場合、プロセッサ122は、3回点滅するように電源ボタンライトを制御するが、任意の数の点滅又は照明パターンが、アイスクリーム製造プロセスのこの状態を電源切断状態又は電源投入状態から区別するために使用できる。リベットせん断機構のリベットモータは、次にプロセッサ122によって回転していると信号で知らされる。
図16Cは、方法1250の続きである。リベット機構がポッドのリベットと係合すると、モータの電流は劇的に増加する。電流のこの増加は、プロセッサ122によって、いつリベットせん断機構がせん断プロセス中に実際にポッドのリベットと係合するのかを監視及び検出するために使用できる。リベットモータの回転が続行されると、リベットせん断機構は、ポッドのリベットをポッドから取り外させる(例えば、リベットは機械的にせん断することができる)。いくつかのマシンでは、リベット又は突出部は、せん断される又は取り外される代わりに、邪魔にならないように移動される(例えば、再利用可能なポッドでは、再利用可能なリベットを有することが有利である)。マシン100のプロセッサ122は、リベットモータへの電流のスパイクが続行前に起こることを確実にする。電流の欠如は、マシン100の誤動作を示す場合があるであろう。
リベットがせん断された後、プロセッサ122は、一定距離回転して、ポッドに取り付けられた切断キャップ内の穴をポッド内のポートと位置合わせするようにリベットせん断機構を制御する。この位置合わせは、ポッドの内容物を分配するために必要とされる。リベットは、オーガがポッドまで冷凍するのを防ぐためにせん断するので、アイスクリーム土台は混合する。リベットがせん断されている間にアイスクリームがポッドから排出されるのを防ぐためには、リベットは、例えば、2秒未満でなど素早くせん断及び250°回転する必要がある(ステップ1286)。マシン100のプロセッサ122が、リベットが取り外されたことを感知すると、リベットモータはオフにすることができる(ステップ1288)。
アイスクリームはここでマシンから分配される。混合モータが、ほぼすべてのアイスクリームがポッドから分配された後にトルク/負荷/電流の要求の増加を経験するのは普通である。このトルク/負荷/電流の増加は、蒸発器が依然として積極的に冷やしているために引き起こされるが、質量の大部分はポッドから排出されている。結果的に、ポッドに残ったアイスクリームは非常に冷たくなり、混合パドルをポッドまで凍結させる場合がある。この影響を軽減するために、バイパス弁は、ほぼすべてのアイスクリームが分配された後にポッドをわずかに暖めるように計時され、これは、通常、バイパス弁を開く前の数秒(500ms)の待機時間を表すが、この待機時間は、ポッド及びマシン100の構成の情報に基づいて調整できる。バイパス弁が開かれると、蒸発器が暖気を開始するには数秒かかる場合があることに留意されたい。いったんこのプロセスが完了すると、通常10msの待機時間後、バイパス弁は閉じられる(ステップ1292)。マシン100は次に、続行する前に、すべてのアイスクリームが分配されるまで待機する(ステップ1294)。
分配プロセス中、混合モータも速度が増加する(ステップ1295)。混合モータは、分配プロセス中に回転するように継続され、これは約4から12秒である場合がある。
この時点で、マシン100は、リセットプロセスを開始する準備が完了している(ステップ1296)。第1に、プロセッサ122は、スピンダウンし、オフになるように混合モータに命令する。冷却サイクルが完了した後、及びポッドが除去される前に、ポッドは氷点直下まで蒸発器内で冷やされる。一見、蒸発器入り口温度は、プロセッサ122によってバイパス弁を介して約25~30°Fまで調節される。この温度は、バイパス弁がポッドから蒸発器を除霜するときに液体がポッドから漏れ出すのを防ぎ、蒸発器が開かれ、ポッドが除去される前の必要なステップである。
プロセッサ122は、リベットモータにホーム位置にさらに命令し、貫通モータに後退するように命令する。プロセスは、1つ又は複数のセンサが、リベットモータがホーム位置にあり、貫通モータが後退位置にあることを検出するまで待機する。
マシン100のプロセッサ122は、ユーザが蓋を持ち上げ、ポッドの上部を露出させることができるように、蓋にアンロックするように命令する(ステップ1297)。この時点で、プロセッサ122は、バイパス弁を介して蒸発器入り口温度を約33~40°Fまで調節する(ステップ1298)。プロセッサ122は、続行する前に蒸発器出口温度が少なくとも32°Fに達するまで待機することができる。
この時点で、プロセッサ122は、ポッドが、マシン100のレセプタクルからのポッド150の取外しを予期して、蒸発器の把持から解放されるように、蒸発器に開くように命令する。また、プロセッサ122は、蒸発器が、このプロセス中に所定の時間の間開いたままとなることを可能にしてもよい(ステップ1209)。ポッド150は、次にマシン100から除去される(ステップ1293)。
マシンは、次に、マシン100のプロセッサ122が、マシン100を次のポッドが挿入されるために準備完了となるように構成するステップ364に戻る(図16Aに見られるように)。
図17A~図17Dは、マシン300の斜視図である。マシン300はマシン100に実質的に類似しているが、蓋112を開いてポッド150を挿入するための、及びマシン300のドライブシャフトをポッド150に接続するための異なる機構を有する。
図17Aは、蓋112がその閉鎖位置にあるマシン300を示す。この位置で、ハンドル302は蓋112と同一平面になっている。図17Bは、中間位置まで持ち上げられたハンドル302を示す。この位置で、蓋112は依然として蒸発器108を覆っているが、図18A及び図18Bに関してより詳細に説明されるように、ドライブシャフト126はわずかに持ち上げられている。
マシン300の補助カバー115は、マシン100の補助カバー115のように枢動するよりむしろ、摺動してハウジング104の中に戻る。図17Cは、ハンドル302がさらに持ち上げられるにつれ、ハンドル302は蓋112を開放位置に持ち上げ、補助カバー115がハウジング104の下で摺動して戻り始めるのを示す。図17Dは、補助カバー115が完全にハウジングの中に後退し、ハンドル302及び蓋112が、ポッド150を蒸発器108に挿入できるほど十分に後方に関着するための空間を残すことを示す。
図18A及び図18Bは、ドライブシャフト304の蒸発器108の内部領域内への挿入を示すマシン300の部分断面図である。ドライブシャフト304は、ハンドル302に取り付けられる。図18Aに示されるように、ドライブシャフト304は、ハンドル302がその中間位置にあるときに、ポッド150に近いが、ポッド150から離間されている。ハンドルをその閉鎖位置に移動させると、ドライブシャフト304は、ポッド150の第2の端部を通して強制的に内部混合パドルと係合させられる。
図19は、ドライブシャフト304の部分的な切り欠き透視図である。ドライブシャフト304は、歯306、ロックセクション308、及びフランジ310を含む。ハンドル302のその閉鎖位置への移動が、強制的にドライブシャフト304をポッド150の第2の端部212に通すとき、歯306は、ポッド150の第2の端部を通って切断する(図9Cを参照)。いくつかのシステムでは、歯のない鋭い端縁が使用される。
ロックセクション308は、混合パドル160内の穴に受け入れられる。混合パドル160内の穴及びドライブシャフト304のロックセクション308は、ドライブシャフト304の回転が、混合パドル160の回転を引き起こすように一致する形状を有する。ドライブシャフト304は、正方形の断面を有するロックセクション308を有する。いくつかのドライブシャフトは、他の形状(例えば、六角形又は八角形の断面)を有するロックセクションを有する。ドライブシャフト304のフランジ310は、ハンドル302に取り付けられる。中心穴312は、ドライブシャフト304を通って延びる。ドライブシャフト304がポッド150に挿入されると、ドライブシャフト304の中心穴312は、冷却された食品又は飲み物が混合され、ポッド150の他方端部から排出/分配されるのにつれて、空気がポッド150に流れ込むのを可能にする。いくつかのドライブシャフトは、硬い材料で作られている。
いくつかのマシンでは、ドライブシャフト304は、ドライブシャフト304の貫通端部/末端部が、ドライブシャフト304の中心部分よりも幅広い直径となり、したがってアルミニウムのポッドに作られた穴が、ドライブシャフト304の中心部分の直径よりも広くなるように構成される。この構成は、ドライブシャフトの中心部分が回転中にポッドに触れる可能性を低減させる。さらに、ドライブシャフト304は、ドライブシャフト304に固着するポッド材料の量を減少させる自浄式及び/又は疎水性のコーティングで覆われてもよい。いくつかのマシンでは、ドライブシャフト304は、穿刺プロセス中にポッド150の第2の端部212に当たらないように解放される。
図20は、マシン30の分配器153の透視図である。環状部材161の突出部163は、ダボ形状よりむしろ矩形形状である。分配器153は、それ以外の場合、マシン100の分配器153と実質的に同じである。
いくつかのマシンは、マシン100よりもポッド-マシン接合部分に対する他の手法を実装する。例えば、いくつかのマシンは、蒸発器によって画定されたレセプタクルを露出するために、マシンの本体に対して移動可能であるポッド-マシン接合部分を有する。装填システムは、マシンの本体に対するポッド-マシン接合部分の位置を制御できる。これらのマシンのいくつかでは、蓋はマシンの本体に対して適所に固定される。
図21A~図21Cは、蒸発器352をポッド354の周りで締着するために蓋402を使用するポッド-マシン接合部分350と関連付けられた楔システム400を示す。図21A及び図21Bは、それぞれポッド-マシン接合部分350の概略透視図及び概略側面図であり、蓋402は蒸発器から離間されている。図21Cは、閉鎖位置で蓋402と係合するポッド-マシン接合部分350の概略側面図である。
蒸発器352の各側面は、蒸発器352の壁内部のチャネルを、入口ポート368及び出口ポート369と接続するマニホルド404を有する。マニホルド404は、入口ポート368及び出口ポート369の近くに傾斜部分406を有する。蓋402は、蒸発器352に面する側面に楔408を有する。楔408は、平面410及び傾斜面412を有する。ポッド-マシン接合部分350が(例えば、固定位置蒸発器に向かう蓋の移動によって又は固定位置蓋に向かう蒸発器の移動によって)蓋402と係合すると、蓋402上の楔408はマニホルド404の傾斜部分406と接触する。移動は、蒸発器上のマニホルド404の傾斜部分406に力をかけ、ぴったりとした篏合のためにポッド354の周りで閉じられた蒸発器352の第1の部分及び第2の部分を締着する。閉じられた蓋402を係止すると、ぴったりとした篏合が維持される。
上述の装填機構は、ポッド-マシン接合部分の上部からポッドをレセプタクルの中に挿入することによってポッドを受け入れる。いくつかのマシンは、ポッド-マシン接合部分の底部からポッドを装填する。
図22A~図22Cは、混合パドル546内の相補的な凹部544を係合するための反矢じり端542を有するドライブシャフト540を示す。ドライブシャフトの反矢じり端は、ドライブシャフト540を混合パドルに回転結合する。反矢じり端542を有するドライブシャフトは、正方形の端部を有するドライブシャフトより、より容易にポッドを貫通し得る。
図23は、図17A~図17Dに示されるマシン300に実質的に類似するマシン550の透視図を示す。しかしながら、マシン550は、ドライブシャフトを上下に移動させるためのピニオン554に接続されたハンドル552を有する。ハンドル552は、三角形の形状であり、第1の端部556から第2の端部558に広がる。ハンドル552の第1の端部556上の窪み560は、把持面を提供する。窪み560は、ユーザに、ハンドル552のどこを把持するのかを示す。いくつかのハンドルは、他の形状(例えば、矩形、正方形、又は円形)を有する。いくつかのハンドルは、図17Aに示されるハンドル(例えば、ハンドル302)のように形作られる。凹部562は、ハンドルの第2の部分558からハンドル552の中に延びる。ピニオン554及びエレベータシャフト564は、凹部562に配置される。ユーザは、第2の端部558の周りでハンドル552を回転させて、蓋112を開けるためにハンドル552の第1の端部556を持ち上げる。ユーザは、第2の端部558の周りでハンドル552を回転させて、蓋112を閉じるために、ハンドル552の第1の端部556を下方に押す。
図24A~図24Eは、図17A~図17Dのマシン300上のハンドル302と同様に動作するハンドル555を有するマシン600を示す。しかしながら、図24A~図24Eでは、ハンドル555及び蓋112は、同じヒンジの周りを回転する。ハンドル555は、より大きく、ユーザが手全体を使用して、ハンドルを介してドライブシャフトに力をかけることを可能にする。ハンドル555の長さは、ハンドル555によって提供される機械的な優位点を増大させ、ポッドを穿刺し、ドライブシャフト304を係合するためにユーザによってかけられる力の必要となる量を減少させる。また、図24Bに示されるポッド150は、混合パドル160と係合する中心揃えヘッド580を含む。中心揃えヘッド580は、混合パドル160を、中心ステム228が回転軸に沿った適所に保持する。図24A及び図24Bは、ハンドル555及びその閉鎖位置にある蓋112を示す。ドライブシャフト304は、ポッド150を貫通し、混合パドル160を係合するために蒸発器の中に延ばされる。図24C及び図24Dは、開放位置にあるハンドル555及び閉鎖位置にある蓋112を示す。ドライブシャフト304は後退され、蓋112内に保持される。図24Eは、開放位置にある蓋112及びハンドル555を示す。蒸発器108は露出され、ポッド150は蒸発器108の中に挿入できる。
図25A~図25Cは、ハンドル555に実質的に類似するバネ仕掛けのハンドル575を有するマシン650を示す。バネ仕掛けのハンドルは、図25Aの平面図の閉鎖位置にあるマシン650に取り付けられて示されている。バネ576は、ドライブシャフト304が、ポッド150を穿刺し、混合パドル160と係合するために蒸発器の中に延ばされると、ハンドル575の滑らかな移行を提供する。バネ576は(図25Cに最もよく見られる)ベアリングハウジング577及びハンドル575に接続される。カバー585は、第2のバネ579(図25Cに最もよく見られる)の上に延び、第2のバネ579の力は、マシン560上でハンドル575を上げる/下げるのを容易にすることができる。補助カバー115と実質的に類似する補助カバー583は、後退位置に示される。
図25Bは、閉鎖位置のマシン650に取り付けられたハンドル575の透視図である。補助カバー583は、閉鎖位置に示される。そらせ板581及び582の対は、ハンドル575のカバー585を係合する。そらせ板581及び582の対は、補助カバー583に取り付けられる。
図25Cは、ハンドル575の断面を示す部分的な切り欠き図である。位置決めピン578が、バネ276の位置を設定する。位置決めピンは、ベアリングハウジング577に接続される。ハンドル575が持ち上げられるにつれ、ベアリングの角度が変化して、持ち上げ、閉じる間に結び付くことなく、ベアリングが前後に摺動するのを助ける。バネ276は、ベアリングがトラック上に留まるのを支援する。第2のバネ579は、ベアリングハウジング577の後部に位置し、ハンドル575の円滑な移行をさらに提供する。ハンドル575は、ボルト(不図示)などの機械的な固締具によってカバー585に接続される。
図26A~図27Bは、摺動蓋アセンブリ701を有するマシン700を示す。係る摺動蓋アセンブリ701は、上方に開く蓋アセンブリを有するマシンに比して、マシン700の全体的な高さを減らすことができる。この手法は、マシン700をよりコンパクト且つ食器棚の下のキッチンカウンタの上に収まることを可能にする。
マシン700は、上述のマシン(例えば、マシン650)と実質的に類似している。しかしながら、摺動蓋アセンブリ701は、閉鎖構成705(図26A及び図26Bに示される)から開放構成706(図26Cに示される)に移動するために、トラック、つまりレール707及び708に沿って摺動する。開放構成706では、摺動蓋アセンブリ701は、直線状のレール707及び708に沿って後方へ並進して、カバー702を摺動して、ポッド150にアクセスするためのマシン700内の開口部710を明らかにする。ユーザは、通常、ハンドル715を押して/引いて摺動蓋アセンブリ701を閉鎖構成705から開放構成706に並進させる。
図27A及び図27Bは、パドルを駆動するためのモータ(モータは図示されていないが、プーリー712及びベルト711を駆動するためにプレート716の下に配置される)、及びドライブシャフト/プランジャを下方にポッド150の中に駆動するためのソレノイド713を含むマシン700のプラットフォーム714を示す。モータのドライブシャフトに取り付けられたプーリー712、及びモータはプレート716に取り付けられる。モータは摺動蓋アセンブリ701に機械的に接続されるので、モータも、摺動蓋アセンブリ701が閉鎖構成705から開放構成706に並進するにつれて並進する。モータは、プーリー712及びベルト711を通してパドルに回転結合される。ベルト711は、蓋がその開放位置にあるときと、蓋がその閉鎖位置にあるときの両方に張力を受けている。しかしながら、ギアシステムなどの他の駆動機構を使用することもできる。また、ベルト711は、摺動蓋アセンブリ701とともに並進し、ベルト張力システムを使用することもできる(不図示)。摺動蓋アセンブリ701が閉鎖構成705になり、使用する準備が完了すると、ソレノイド713は、ドライブシャフトを係合し、ドライブシャフトをポッド150に下方に突入させる(不図示)。ドライブシャフト/プランジャ/ダガーは、ポッド150のドーム状の端部から飛び出し、ポッド150の混合パドル(混合パドル160など)の六角形の空洞を係合する(これらの詳細は、上述され、図27A及び図27Bには示されていない)。ドライブシャフトは、ドライブシャフトがポッド150内でパドルに接合される(不図示)と、モータがドライブシャフトを回転駆動できるようにベルト711に回転結合される。
図28A~図28Dは、上述のマシン(例えば、マシン600)に実質的に類似するマシン650を示す。しかしながら、マシン650では、ソレノイド713は、ドライブシャフト/プランジャ/ダガーを作動させ、ポッド150に係合するために使用されない。代わりに、モータ705は、遊離構成760及び係合構成761の間で軸に沿ってドライブシャフトを並進させるために、ラック752及びピニオン751システムを使用してドライブシャフト755に接続される。モータ750は、ドライブシャフト755に垂直に向けられる。ドライブシャフト755は、以下の違いを除き、上述のドライブシャフトに実質的に類似している。ベアリング753及び754のセットは、ドライブシャフト755が中心軸756の周りで回転するのを可能にする。ドライブシャフト755は、ベルト757を使用して混合モータ(不図示)に回転結合される。ベルト757は、中間部材766と締まり嵌め(通常、プレス嵌め)しているプーリー767を回転させる。中間部材766の六角形の穴770は、ドライブシャフト755の六角形のセクション769とのキー接続(keyed connection)を可能にする。このキー接続は、ドライブシャフト755がプーリー767に関して旋回するのを制約されるように、プーリー767の回転をドライブシャフト755に機械的に結合する。中間部材766は、それがフレーム758及びフレーム771に対して自由に回転するのを可能にするベアリング768に回転接続される。
ドライブシャフト755は、ベアリング754に対して嵌合するショルダ762及びベアリング753に対して嵌合するスナップリング759を使用して軸方向に固定される。ベアリング753及び754は、ハウジング763内に固定される。ハウジング763は、モータ750をハウジング763に軸方向に結合するラック752及びピニオン751システムを使用して、遊離構成760と係合構成761との間で軸方向に並進する。ハウジング763は、フレーム758の穴765内で軸方向に並進する。混合モータ(不図示)は、ベルト757、及び通常より小さくあまり強力ではないモータ750を介してドライブシャフト755を回転させ、ラック752及びピニオン751システムを介してドライブシャフト755を軸方向に並進させる。モータ750は、モータマウント764を介してハウジング763に取り付けられる。
以前のマシンと対照的に、マシン650は、ユーザがハンドルを手作業で操作してポッドを通してドライブシャフト(ダガー)に穴を開けることを必要としない。マシン650では、この動作は、モータ750によって制御され、マシン650によって自動的に制御される。これは、ユーザが必要な貫通力をかけるためにハンドルを手動操作することが困難である場合に優位点を提供する。いくつかのマシンでは、オンボードコントローラは、モータ750上のエンコーダ(不図示)及びリミットスイッチ(不図示)を使用して、ドライブシャフト755の軸方向の位置を監視する。例えば、ユーザがポッド(ポッド150など)を挿入し、起動ボタンを押すと、蒸発器は閉じ、ドライブシャフト755は、パドルのオーガヘッドとの適切な位置合わせを確実にするために潜在的に小刻みに動きながら又は回転しながら、ポッド150に突っ込み、混合及び冷凍が開始するであろう。
図29Aは、代わりのドライブシャフト(ダガー/プランジャ)アセンブリ800の側面図の断面を示す。ドライブシャフトアセンブリ800は、ドライブシャフト806が下げられて、プーリー801を通る混合モータ(不図示)の作動によってのみポッドを貫通するように設計される。混合モータ、したがってプーリー801の回転の逆転は、ドライブシャフト806を完全に後退させる。
ドライブシャフトアセンブリ800は、プーリー801を駆動するために混合モータ(不図示)を使用する。プーリー801は、回転し、第1のスプラグベアリング802と係合する。第1のスプラグベアリング802は、(i)ベアリングの内径が、第1の回転方向でベアリングの外径に対して回転すること、及び(ii)ベアリングの内径が、反対の回転方向でベアリングの外径に対して回転ロックすることを可能にする、一方向回転ベアリング、つまりラチェットシステムである。第1のスプラグベアリング802は、中間部品803に接続し、したがって第1のスプラグベアリング802が第1の回転方向で回転すると、中間部品803は、プーリー801に回転ロックし、他の方向で滑る。中間部品803は、第2のスプラグベアリング804に接続する。第2のスプラグベアリング804は、第2のスプラグベアリング804が、第1のスプラグベアリング802が滑るときに回転ロックするように第1のスプラグベアリング802とは反対に向けられ、その逆も同様である。第2のスプラグベアリング804は、ハウジング805に接続される。したがって、混合モータを一方向(つまり、方向820で見ている観察者に対して、右回り821に)に回転させるとき、中間部品803はプーリー801とともに回転する。それ以外の場合(つまり、左回りに、又は右回り方向821の反対)、中間部品803は、ハウジング805に固定される。
ドライブシャフト806は、ほぼ全長に左ねじが切られている。ねじ山は、ねじ付き接合部分812で、プーリー801の穴の内部の雌ねじと係合する。戻り止めピン、バネ戻り止めピン、又はバネ戻り止め807は、通常はプレス篏合を介して、ドライブシャフト806の上部に配置される。混合モータが右回りに821回転し始めると、プーリー801は回転し、ドライブシャフト806も回転し始める。ドライブシャフト806のバネ戻り止め807は、バネ戻り止め807が、接合部分810で、ハウジング805の突出部808又は809の1つを係合するまで、ハウジング805の溝811(図29Bに最もよく見られる)内で回転する。接合部分810は、ドライブシャフト806のさらなる回転を防ぐ。プーリー801のさらなる右回りの821回転は、ドライブシャフト806の並進を引き起こし、ねじ付き接合部分812で、プーリー801の中へねじ込みを始める。ねじ込みは、バネ戻り止め807が、中間部品803(図29Dに最もよく見られる)の凹部813と係合し、ショルダ815とさらに係合するまで続く。第1の及び第2のスプラグベアリング802、804は、中間部品803が、作動段階中にプーリー801とともに回転するように構成されるので、この時点で、バネ戻り止め807、したがってドライブシャフト806は、プーリーとともに右回りに821回転し始める。ドライブシャフト806のダガー814は、ここでポッドを貫通するために完全に下げられる。
混合モータの回転の逆転時、つまり左回り方向822で、ドライブシャフト806は自動的に後退する(つまり、他のモータ又は作動方法は必要ではない)。後退段階中、中間部品803は、第1の及び第2のSプラグベアリング802、804によってプーリー801に対して固定される。回転が逆転されると、バネ戻り止め807は、中間部品803の凹部813のショルダ815から離れて左回りに822回転する。凹部813は、小さいショルダ816でバネ戻り止め807を後退させる。
図30は、小さいショルダ816を係合するバネ戻り止め807を示す。この時点で、プーリー801のさらなる左回り822の回転は、ドライブシャフト806に、プーリー801の穴の中から、ハウジング805の溝811の中へねじ込みを開始させる。さらなる左回りの回転822は、プーリー801からドライブシャフト806をねじって外し続け、ドライブシャフトアセンブリ800のリセットを引き起こす。ドライブシャフトアセンブリ800は、ここでリセットされ(完全に後退し)、再び使用できる。
プーリー801の右回り821の回転は、ドライブシャフト806を係合し、左回り822の回転はこのマシンの中でプーリー801を切り離すが、いくつかのマシンは、左回りの回転がドライブシャフトを係合し、右回りの回転がドライブシャフトを切り離すドライブシャフトアセンブリ800のミラーバージョンを有する。
図31は、蒸発器アセンブリを除き、以前のマシンと実質的に類似しているマシン900の透視図の断面図である。マシン900では、蒸発器902は、フレーム903に取り付けられ、蒸発器902の開放及び閉鎖を制御するモータ901に接続される。モータ901は、フレーム903に直接的に取り付けられ、モータ901と、蒸発器902の開放/閉鎖動作との間のインライン接続を可能にする。モータシステムは、機械的な複雑さが低減したコンパクトなシステムを提供することができる。
図32A及び図32Bは、それぞれ、図31に示される蒸発器アセンブリの透視図及び部分的な切り取り透視図を示す。蒸発器902は、バネ905によって開放位置でバイアスをかけられている。モータ901が付勢されると、モータ901は、ねじ接続を介してナット911をボルト910の上に駆動する。このねじ込み動作は、左ブラケット908と右ブラケット909(図32A及び図32Bに対して観察される左及び右)との間の空間を減少させる。モータ901のトルクは、カプラ907を使用してナット911に接続される。カプラ907は、六角形の穴を介してナット911と整合するサイズに作られる。モータ901のトルクは、バネ905を圧縮し、閉じられた蒸発器902を押しつぶす。ボルト904及び906は、蒸発器内に存在するポッドがつぶされないように(ポッドは蒸発器902内に示されていない)、閉鎖動作にハードリミットを与える。最終的な閉鎖位置に達し、このハードリミットを与えると、各それぞれのボルト904及び906の端部は、右ブラケット909を係合する。モータの逆転時、バネ905は膨張し、蒸発器902がポッドを解放するために開くのを支援する。
図33Aは、冷蔵システム109に実質的に類似している冷蔵システム930の概略図である。冷蔵システムは、凝縮器180、吸込み管熱交換器182、膨張装置184、及び圧縮機186を含む。高圧の液体冷媒は、吸込み管熱交換器182及び膨張装置184を通って凝縮器180から蒸発器108に流れる。膨張装置184は、液体冷媒流体の流れを制限し、液体冷媒が膨張装置184を離れると、液体冷媒の圧力を下げる。低圧液体は、次に、熱がポッド(ポッド150など)から吸収され、蒸発器108内のその内容物が液体から気体に変化する蒸発器108に移動する。気相冷媒は、吸込み管熱交換器182を通って蒸発器108から圧縮機186に流れる。吸込み管熱交換器182では、蒸発器108を離れた低温蒸気が、凝縮器180を離れる液体を予冷する。冷媒は、低圧ガスとして圧縮機186に進入し、高圧ガスとして圧縮機186を離れる。ガスは、次に、熱交換が冷媒を冷却し、液体に凝縮する凝縮器180に流れる。
第2のバイパス管路190は、温かいガスの蒸発器108への適用が、蒸発器108を除霜することを可能にする。また、圧縮機186の放出を圧縮機186の入口に直接的に接続する第1のバイパス管路188も使用できるが、図示されていない。第1の及び第2のバイパス管路188、190は、バルブ(電磁弁又は絞り弁など-不図示)を使用して有効及び無効にされ得る。
消費者は、マシンが暖気するのを数分待機することなく、第1のサイクルで質が高い冷凍菓子を期待する。キャピラリーチューブ熱交換器182を有する冷蔵システム(例えば、冷蔵システム109)は、能動的に制御されず、能動的に制御されるシステム(例えば、熱膨張装置又はバルブを使用するシステム)よりも、定常状態に到達するのに長くかかる可能性がある。マシンが初期にオンにされると、暖気プロセスは、蒸発器108温度を周囲状態より低く制御するためにソレノイドを循環させる「高温ガスバイパスモード」に入る。
高温ガスバイパスモードに比べて、標準冷却モードでマシンを起動するリスクは、蒸発器内にポッド又は熱負荷がないと、冷媒が、圧縮機186に戻る前に完全に気化されず、圧縮不可能な液体を圧縮しようと試みることによって圧縮機が損傷する危険があることである。高温ガスバイパス手法の別の制限は、数分後にシステムはいくぶん暖気されるが、それは、システムが冷却条件下で経験するであろう実際の温度ではないことである。さらに、バイパスモード中、キャピラリーチューブオリフィス182は、絶えず変化する流量を受け取っており、これは、冷却モード中の流量とは異なる。
ポッド(例えば、ポッド150)は蒸発器108に挿入され、冷却プロセスが開始されると、温度及び冷媒流量は、高温ガスバイパスモード状態から冷却状態に調整するための時間を要する。この遅延は、ポッドが冷却モードで蒸発器内に置かれた場合と比べて、製品を冷却する時間を延ばす。しかしながら、圧縮機を損傷する熱負荷のリスクなしに冷却モードで冷蔵プロセスを起動すること。
冷蔵システム930は、温度及び冷媒流量が、高温ガスバイパスモード状態から冷却状態に調整するために時間を要する遅延に対する解決策として直接的に冷却モードに移行する。蒸発器108の前又は後ろのどちらかに位置する電気ヒーター931は、アイスクリームの冷却をシミュレーションするために、起動時に熱負荷を提供する。ヒーターは、ポッド内の液状アイスクリームミックスがどのようにして冷媒システム930に影響を及ぼすのかと同様に、冷媒を気化させて、冷媒システム930が、マシン内に配置されるアイスクリームポッドを必要とせずに、冷媒温度、圧力、及び流量について定常状態の冷却状態を達成することを可能にする。周囲(室温)での起動からマシンは冷蔵システム109よりも速く定常状態に到達し、圧縮機に損傷を与えるリスクを冒さない。図33Aに示されていないが、第1のバイパス管路188又はバイパス弁(図6で見られる)は、冷蔵システム930でも使用することができる。
図33Bは、熱電池941を使用する冷蔵システム940を示す。熱電池941は、上記圧縮システムからある程度の冷却負荷を除去し、それによって冷凍時間を短縮するために熱「キャパシタンス」又は「容器」を提供する。マシンが室温から起動するとき、バルブ942及び943(例えば、電磁弁又は絞り弁)は開いており、熱電池941は冷媒を受け取らない。第1の冷却サイクルの最後に向かって又は第1の冷却サイクルの最後に、バルブ943が閉じ、冷たい冷媒が熱電池941に流れる。冷たい冷媒が熱電池941に流れると、熱電池941内部のパラフィンは凝固する。1つのサイクルの最後で熱電池を予冷すると、熱電池941は、次の冷却サイクル中に圧縮機186にかかる冷却負荷を削減するために使用できるようになる。材料を凝固させるために必要とされるエネルギーは、その温度を下げるために必要とされるエネルギーに比較して大きい。
熱電池941ではワックスが使用される。多くのワックスは、熱電池941で使用するために都合のいい温度で凝固する。いくつかのワックス(例えば、アルカン)は、5℃~10℃の範囲の融点を有する。例えば、ドデカンワックス又はトリデカンワックスは、この範囲に融点を有する。これらのワックスは、それらが冷蔵システム940の熱い側の温度と冷たい側の温度との間である温度で凝固し、熱「キャパシタンス」を蓄え、後続の冷却サイクルでそのキャパシタンスを移行若しくは使用することができるため、熱電池941で使用される。エネルギーは、マシンが冷却モードにいない時間中に、又は少なくともユーザが、マシンが冷却することを期待していないときに、ワックスから除去される。熱電池941を冷却することは、圧縮機186を、圧縮機186への損傷を生じさせるであろう液体冷媒から保護する冷媒を加熱する追加の利点を有する。第2の冷却サイクル中、バルブ942は閉じられ、冷媒が膨張装置184に到達する前に、熱電池941を予冷する高温の液体冷媒を熱電池941に送る。同じサイクル中、バルブ943は開いており、冷たい冷媒が電池を迂回することを可能にする。第2のサイクルの最後に、バルブ943は閉じ、バルブ942は開き、次のサイクルのために熱電池941を冷却する。このプロセスは繰り返し、1つのサイクルの最後からの冷却を、次のサイクルのために使用する又は使用のために「蓄える」ことを可能にし、これは、必要とされる冷凍時間を短縮することができる。
図34A~図34Dは、混合パドルがポッド(例えば、ポッド150)の内部から凍ったアイスクリームを除去するためにポリマーで部分的に上乗せ成形されているのを除き、混合パドル160に実質的に類似している混合パドルを示す。図34Aでは、アルミニウムパドル951が形成される(通常、打ち抜かれ、曲げられ/ねじられるが、鋳造、鍛造、又は機械加工されるなどの他の方法で形成することもできる)。アルミニウムパドル951の上部領域952上のリブ960は、アルミニウムパドル951の薄い領域に特別な剛性を与える。アルミニウムパドル951の薄い領域は、混合プロセス中にドライブヘッドから大きいトルクを受け、この加えられたトルクを受けたアルミニウムパドル951の変形を減少させるので、この特別な剛性は重要である。端縁モールド958及び959は、それぞれ各端縁954及び955上で適所に成形される(つまり、注入され、鋳造される)。このプロセスは、多くの場合「上乗せ成形」と呼ばれ、複数の材料で1つの部品を作り出すことができる。
端縁モールド958及び959を別々に成形し、次にアルミニウムパドル951を挿入する若しくはアルミニウムパドル951を端縁モールド958及び959と接合するなど、他の成形技術を使用することができる。これらの上乗せ成形部956~959は、凍ったアイスクリームの蓄積をポッド壁(例えば、ポッド壁214)の内径及びポッドの底部(例えば、第1の端部210)から除去するのに役立ち得る。シリコーンの上部キャップ956は、アルミニウムパドル951の上部領域952上で適所に成形することができ、シリコーンの底部キャップ957は、アルミニウムパドル951の底部領域953上で適所に成形することができる。混合パドル950は、上乗せ成形部が完成すると形成される。上部キャップ956は、混合パドル950のドライブヘッド961も含むように上乗せ成形することができる。図34C及び図34Dは、それぞれ混合パドル950の上面図及び底面図である。
いくつかの場合、プラスチックの浸漬被覆は、アルミニウムパドル951を覆って、金属の混合パドル951が金属の蓋(例えば、第1の端部210)及びポッド壁(例えば、ポッド壁214)で回転するのを防ぐために使用される。いくつかの場合、ポリオレフィンコーティングが使用される。ポリオレフィンコーティングの典型的な特性は、以下の表に示される。
また、図35A~図35Dは、切り欠き962の対を示す。切り欠き962は、それらがポッドの第2の端部(150の第1の端部など)の内部でリップ971に篏合するようなサイズに作られる。混合パドル951に示されているが、他の混合パドル(例えば、混合パドル950又は混合パドル160)も係る切り欠きを含むことができる。接点972は、設置されると、混合パドル951が、ポッド150内部でリップ又はトラック971に沿って回転して、混合パドル951を誘導し、混合パドル951に構造的サポートを提供するのに役立つことを可能にする。
図36A及び図36Bは、混合パドル1550の切り欠き1551がポッド150のリップ971との直接的な接触を回避することを除き、混合パドル951に実質的に類似する混合パドル1550を示す。ポッド150はキャップ166を含む。切り欠き1551は、ポッド150のリップ971と、混合パドル1550の切り欠き1551との間にポリマーライナー1552又はブッシングを使用することを可能にするサイズに作られる。ポリマーライナー1552は、切り欠き1551とリップ971との間の摩擦を下げるために使用される。
ポリマーライナー1552は、リングとして形作られ、回転する混合パドル951とポッド150の金属リップ971との間の摩擦を減少させるためにブッシングとして機能する。摩擦を減少させることによって、混合パドル971及びリップ971の材料の摩滅及び摩耗は減少する。また、ポリマーライナー1552は、マシン内で冷凍菓子を作るときに回転式の混合パドルが回転するときのポッド内の熱を低減する。ポリマーライナー1552は、リップ971と係合するレセプタクルを含む。ポリマーライナー1552は、リップ971によって半径方向に抑制される。ポリマーライナー1550は、混合パドル1550の切り欠き1551の下面に接触する平坦な上面1553を含む。ポリマーライナー1550は、混合パドル1550の切り欠き1551の半径方向の外面に接触する半径方向の内面1554を含む。
図37Aは、ポッドの第1の端部981-ポッド150の第1の端部210に実質的に類似しているが、ドライブシャフトを受け入れるための上乗せ成形された接続部を含む-の透視図の断面を示す。シリコーンの密封グロメット980は、第1の端部981と、プラスチック栓又はパドルドライバ982との間に上乗せ成形される。上乗せ成形は、グロメット980とパドルドライバ982との間に気密シールを作り出す共有結合を引き起こす。ヘッド983は、混合モータ(不図示)のドライブシャフトとの係合のために第1の端部981から突き出す。ヘッドは、ドライブシャフトとの回転ロック接続を提供するためにキーで固定される。密封接続を提供することによって、この手法は、ドライブシャフトがポッドを貫通する必要を回避し、したがってポッド内に蓄えられたガス(通常、窒素)を使用してオーバーラン又はロフト(loft)の発生を支援する。いくつかの場合、ドライブシャフトがパドルドライバ982を回転させると、混合パドル950とグロメット980との間の共有結合が壊れ、シャフトが回転し、オーバーランを生じさせるために空気がポッドに流れ込むことを可能にする。別の手法では、グロメット985は、プラスチック栓又はパドルドライバ986に対して接着することができる。図37Bは、グロメット985が、シャフト987の上を摺動し988、パドルドライブ986上の所定の場所に接着されるのを示す。それぞれ図37C及び図37Dに示されるグロメット991又はリップシール992(又は回転シール)などのグロメット又は密封部品の様々な他の例を使用することができる。
図38A~図38Dは、一体型の角折れ(dog ears)1354を有するポッド150の混合パドル1350、及び篏合ドライブアセンブリ1355を形成する篏合ドライブヘッド1352の透視図である。アセンブリ1355は、アイスクリームマシンのダガー/ドライブシャフトを混合パドル1350に回転結合し、マシンのトルクが大きいときに、望ましくない変形、座屈、又は曲がりを回避するのに役立つ。アセンブリ1355では、混合パドル1350は、シートメタルを使用して打ち抜かれる又は形成され、1つ又は複数の角折れ1354は、シートメタルを混合パドル1350の端部の上に曲げることによって形成される。混合パドル135は、厚さ約0.032インチのアルミニウムから作られ、次にシートメタルプレス/染料/マシンでその後曲げられ、混合パドル1350上に角折れ1354を形成することができる。角折れ1354は、リブなどの機械的な補強材と比較して、混合パドル1350に高められた剛性及びねじれ剛性を与えることができる。いくつかの混合パドルは、リブに加えて角折れ1354を含む。
トルクを伝達するために、角折れ1354の内面1360は、図38Aの半透明の透視図に見られ、図38C及び図38Dにさらに詳細に見られる篏合ドライブヘッド1352の対応する表面と整合する。
篏合ドライブヘッド1352は、アイスクリームマシンからダガー/ドライブシャフト(図38A~図38Dでは不図示)を受け入れ、ダガー/ドライブシャフトを混合パドルに回転結合する。篏合ドライブヘッド1352は、通常、アルミニウム、金属、又は硬質プラスチックから構築される。
上述されたように、ポッド150は、本来は密封されている。ダガー/ドライブシャフトがポッド150のドーム状の領域1362に下げられるにつれ、ダガー/ドライブシャフトはポッド150を貫通し、篏合ドライブヘッド1352のレセプタクル1358によって受け入れられる。
図38Cを参照すると、篏合ドライブヘッド1352は、摩擦篏合によって混合パドル1350と摺動自在に接続することができる。角折れ1354の内面1360、1364間にわずかに大きい間隔を有するように、篏合ドライブヘッド1352の直径又は幅を製造することによって、篏合ドライブヘッド1352を混合パネル1350に組み付けるときに、わずかな締まり嵌め又は摩擦篏合を達成できる。戻り止め又は他のラッチは、混合パドル1350を篏合ドライブヘッド1352に保持し、適切な回転結合を確実にするために混合パドル1350又は篏合ドライブヘッド1352のどちらかの中に組み込むことができる。篏合ドライブヘッド1352は、所定の場所に留めることができる。また、篏合ドライブヘッド1352は、混合パドル1350に解放自在に接続することができる。
混合パドル1350の角折れ1354は、一方向のみの回転結合を可能にするように設計できる。例えば、図38A~図38Dでは、ドライブシャフトの右回りの回転は、混合パドル1350に回転結合されるであろうが、左回りの回転は、角折れ1354の反対称設計によって解放されるであろう。
動作中、ポッド150のドーム状の領域1362は貫通され、ダガー/ドライブシャフトは篏合ドライブヘッド1352のレセプタクル1358と係合し、ドライブシャフトは、アイスクリームを混合し、オーバーランを生じさせ、アイスクリームを分配するために素早く回転することができる。
ポッド150は、通常充填され、次にレトルト処理されるか、又は無菌で充填され得る。どちらの場合も、ポッド150は窒素で充填し直される(backfilled)ため、空気は時期尚早にポッド150に入らない。これは、通常、「上部空き高」と呼ばれる。しかしながら、アイスクリーム混合プロセス中、混合プロセスに空気を導入して、オーバーランを生じさせることが望ましい。いくつかのマシンでは、ポッドは、空気を導入する必要はなく、ポッド内の窒素に頼ることができる。これらの場合、ポッドは、混合プロセスの少なくとも一部の間、密封されたままとなる場合がある。いくつかの場合、空気は、混合プロセス中に導入することができる。
図39A~図39Bは、篏合ドライブヘッド1370と係合して、篏合ドライブアセンブリ1365を形成するポッド150の混合パドル1350の透視図である。篏合ドライブヘッド1370の機能は、マシンのドライブシャフトを混合パドル1350に回転結合することによって、篏合ドライブヘッド1352に類似しているが、ポッド150は、篏合ドライブアセンブリ1365が使用されるとき、ドライブシャフトによって絶対に貫通されないため、異なっている。
篏合ドライブヘッド1370は、グロメット1380のシャフト1382を受け入れて、ドライブシャフト1374を混合パドル1350に回転結合するレセプタクル1378を含む。篏合ドライブヘッド1370と混合パドル1350との間の回転接続及び係合は、篏合ドライブヘッド1352の接続(つまり、回転キー接続)に類似している。また、篏合ドライブヘッド1370は、締まり嵌め(プレス嵌め)を使用して接続され、留められ、係止され、又はそれ以外の場合、篏合ドライブヘッド1352と同様に、機械的に固締することができる。
グロメット1380は、ドライブシャフト1374がポッド150を貫通する必要が全くないので、ドライブシャフト1374は鈍い端部1376で形成される場合があることを除き、本明細書に説明されるドライブシャフトのいずれかに類似する場合がある、ドライブシャフト1374を受け入れるレセプタクル1372を含む。代わりに、ポッド150のドーム状の部分の穴は、ポッドの充填及び組立て中に作られ、ポッドは保管中密封されたままとなる。グロメット1380は、ポッド150の内容物のこの密封接続を提供するために使用されるOリング1384を含む。1つのOリング1384しか示されていないが、複数のOリングを使用することもできる。
グロメット1380の円筒形の外面上の雄ねじ1386は、シール部材1390の対応する雌ねじ1388と螺合自在に係合するように構成される。設置中、グロメット1380は、ポッド150の内部から設置され、レセプタクル1372及び雄ねじ1386はポッド150から突き出している。シール部材1390は、グロメット1380の雄ねじ1386の上にしっかりと螺合され、ポッド150のドーム状の部分の表面にも固着される。これは、ポッド150の間に気密シールを形成し、グロメット1380をシール部材1390に対して回転させることを可能にする。
シール部材1390は、ポッドが移動できないようにポッドに固着される。シール部材1390を固着することは、接着剤、リベット、又はシール部材1390を適所に保持するであろう任意のプロセスで実行できる。動作中、ドライブシャフト1374は、グロメット1380のレセプタクル1372の中に下がり、回転し始める。ドライブシャフト1374が回転し始めると、雄ねじ1386は、シール部材1390の雌ねじから外れ始める。これにより、グロメット1380はそれ自体をポッド150の中に下げる。この下降の動きによって、グロメット1380のシャフト1382は篏合ドライブヘッド1370のレセプタクルの中に下がる。シャフト1382及びレセプタクル1378の寸法は、グロメット1380がドライブシャフト1374によってポッド150の中に下がるときにのみ、ドライブシャフト1374と混合パドル1350との間の回転結合が発生するようなサイズに作ることができる、又はそれは、グロメット1380がつねに回転結合されるような寸法に作ることができる。
グロメット1380がシール部材1390の篏合するねじ山を通過すると、グロメット1380はさらなる垂直並進なく自由に回転できる。例えば、グロメット1380の円筒面1392は、シール部材1390のねじ山の中で自由に回転できるであろう。つまり、ドライブシャフト1374は、グロメット1380が下方に移動し、グロメット1380がシール部材1390からそれ自体を完全に外した後、長く混合パドル1350を回転係合するために回転し続けることができる。グロメットのシャフト1382は、レセプタクル1378の中にさらに摺動し、シャフト1382は、グロメット1380と篏合ドライブヘッド1370との間の回転接続の強度を最大限にするために、レセプタクル1378で最も低い位置にあるように構成することができる。
また、グロメット1380は、回転により引き起こされてポッド150の中に下がると、ポッド150のシールを破るように構成することができる。シールが破られると、空気がポッド150に進入して、アイスクリームの混合及びオーバーランの発生を支援することができる。螺合係合1386並びにシャフト1374、1382及びレセプタクル1372、1378の寸法は、混合プロセス中の空気取入れを最小限又は最大限にするサイズに作ることができる。例えば、空気が全く所望されない場合、ポッド150は、グロメット1380上で非常に小さいねじピッチを使用することによって密封されたままとなる場合もあれば、回転するシールがねじピッチを完全に排除するために使用される場合もあるであろう。このようにして、ドライブシャフト1374は、無制限に回転し得、シールは破られないであろう。可能な限り迅速に最大空気取入れが所望される他の場合、グロメット1380は、シールが、ドライブシャフト1374の一回転未満で破られるように非常に大きいねじピッチを有する場合がある。
篏合ドライブアセンブリ1365の別の優位点は、ドライブシャフト1374がポッド150に決して進入しないことである。つまり、ドライブシャフト1374は、乳製品によって汚染されず、したがって洗浄を必要としない。さらに、ポッド150は貫通される必要がないので、アルミニウムの破片が缶に進入する可能性は、大幅に削減される、又は排除される。
グロメット1380は、それがアイスクリーム製造プロセス中に必要とされるトルクに耐えることができるように、通常、アルミニウム、金属、又は硬質プラスチックから構築される。また、ポッド150を密封するのに役立つであろう硬いデュロメーターエラストマーも使用できるであろう。シール部材1390もこれらの材料から作ることができ、Oリング1384は通常エラストマーである。
図40A~図40Cは、篏合ドライブアセンブリ1600を形成するためのポッド150の混合パドル1350の平面図及び透視図である。篏合ドライブアセンブリ1600は、グロメット1380及び篏合ドライブヘッド1370の機能が単一の構成要素に結合されることを除き、図39A~図39Bに見られる篏合ドライブアセンブリ1365と実質的に類似している。この単一の構成要素は、篏合ドライブヘッド1602である。
混合パドル1350は、(図40Cに最もよく見られる)接続部1614を通して篏合ドライブヘッド1602に回転結合される。接続部1614は、好ましくは溶接された接続部であるが、他の接続部も使用することができる。いくつかの場合、接続部1614は、篏合ドライブヘッド1602の1つ又は複数の溝1616を混合パドル1350の相補的な1つ又は複数の端縁に係合することによって形成される摩擦接続部である。いくつかの場合、接続部1614は、混合パドル1350に対して、篏合ドライブヘッド1602を90度回転させることによって係合される。いくつかの場合、接続部1614は、篏合ドライブヘッド1602が、図40A~図40Cに示されるように、混合パドル1350上の組付け位置で成形されると、製造プロセス中に形成される。いくつかの場合、接続部1614は固着される(例えば、接着される)。いくつかの場合、機械的な結合は、固締具(例えば、止めねじ)で行われる。
シール部材1390に実質的に類似しているシール部材1604は、ポッドが移動できないようにポッドに固着される。シール部材1604を固着することは、接着剤、リベット、又はシール部材1604を適所に保持するであろう任意のプロセスで実行できる。シール部材1604は、ポッド150の外面に示されているが、いくつかのポッドでは、シール部材1604はポッドの内部にある。いくつかのポッドでは、シール部材1604は、ポッド150の内部からポッド150の外部に及ぶ。
篏合ドライブヘッド1602の円筒形の外面上の雄ねじ1606は、シール部材1604の対応する雌ねじ1608と螺合自在に係合するように構成される。動作中、マシンのドライブシャフト(図40A~図40Cでは不図示)は、篏合ドライブヘッド1602のレセプタクル1610の中に下がる。レセプタクル1610は、ドライブシャフトと篏合ドライブヘッド1602との間の回転が結合されるようにキーで固定される(図40Bに最もよく見られる)。ドライブシャフトが回転し始めると、雄ねじ1606は、シール部材1604の雌ねじから外れ始める。これにより篏合ドライブヘッド1602はそれ自体をポッド150の中に下げる。この下降の動きによって、混合パドル1350もポッド150の中に下がるが、下降の量は、篏合ドライブヘッド1602とシール部材1604との間の螺合接続の小さいねじピッチを使用することによって、好ましくは小さい。篏合ドライブヘッド1602の雄ねじ1606が、シール部材1604の雌ねじ1608の下縁を通り過ぎて下がると、螺合接続が外れ、篏合ドライブヘッド1602(及び混合パドル1350)は、ポッド150内で自由に回転することができ、混合パドル1350の底部は、ポッド150のリップ971の上に下がる(図40A~図40Cでは不図示)。動作中のこの時点で、混合パドル1350は、マシンの混合モータの制御下で回転できる。
雄ねじ1606と雌ねじ1608との間の螺合接続は、混合モータの回転が逆転される場合、可逆である。これにより、マシンはポッド150を再密封することができる。
また、篏合ドライブヘッド1602は、雄ねじ1606と雌ねじ1608との間の螺合接続が外れた後に、篏合ドライブヘッド1602及び混合パドル1350をポッド150の中心に置くように構成された円筒セクション1620を含む。円筒セクション1620の外径は、回転隙間が可能であるが、ポッド150で混合パドル1350を中心に置くことも可能であるように、雌ねじ1608の内径にわずかに満たない。
また、篏合ドライブヘッド1602は、ポッド150を密封するために機能する。篏合ドライブヘッド102が図40Aに示される位置に下がる前に、溝1612に位置するOリング(図40A~図40Cでは不図示)は、ポッド150の内部ドームに押し付けられて、シールを形成する。このシールは、雄ねじ1606と雌ねじ1608との間の螺合接続により補完される。これらのシールは、ポッド150が、それがマシンでの使用に準備完了するまで密封されたままとなることができるように、外部空気がポッド150の中に入るのを密封するのに役立つ。
図41A~図41Fは、篏合ドライブヘッド1402と係合して篏合ドライブアセンブリ1400を形成する混合パドル1350の透視図である。篏合ドライブアセンブリ1400では、ポッド150はダガー/ドライブシャフト1406によって貫通されるが、ダガー/ドライブシャフト1406はポッド150の内容物に接触せず、貫通動作から生じるアルミニウムのいかなる破片も、ポッド150の内容物から密封される空間1408に捕捉される。ダガーヘッド1410が篏合ドライブヘッド1402のレセプタクル1412の中に摺動すると、ダガー/ドライブシャフト1406は、混合パドル1350に回転結合される。篏合ドライブヘッド1402と混合パドル1350との間の回転係合は、篏合ドライブヘッド1352、1370に類似している。
ガイドブッシング1404は、ポッド150のドーム状の領域の内部に固着又は接着される。篏合ドライブヘッド1402は、Oリング1414のための凹部を含む円筒形の突出部1416を含む。Oリング1414は、篏合ドライブヘッド1402をガイドブッシング1404に密封する。ダガー/ドライブシャフト1406は、ポッド150のドーム状領域を通して貫通し、篏合ドライブヘッド1402及び混合パドル1350を回転させる。篏合ドライブヘッド1402は、ガイドブッシング1404に対して回転する。Oリング1414は動的なOリングであってよい。篏合ドライブヘッド1402の突出部1416は、篏合ドライブヘッド1402のガイドブッシング1404の穴の中への組付けを容易にするための導入角度を提供するために面取りされ得る。篏合ドライブヘッド1402又はガイドブッシング1404は、アイスクリームの混合、こすり落とし、及び分配中に必要とされるトルクをサポートするために、アルミニウム、金属、硬質プラスチック、又は高デュロメーターエラストマーであってよい。
篏合ドライブアセンブリ1400は、梱包中にポッド150を密封することを可能にする。このシールは、ダガー/ドライブシャフト1406によって貫通された後でも無傷のままであり続ける。つまり、通常オーバーランの発生を支援するために使用される混合プロセス中に、空気はポッド150に進入しない。しかしながら、この場合、ポッドの窒素は、オーバーランの発生を支援することができる、及び/又は円筒突出部1416の微小孔は、この目的のために、空気がポッド150に進入することを可能にするために使用できる。
図42A~図42Dは、篏合ドライブヘッド1420と係合して、篏合ドライブアセンブリ1425を形成する混合パドル1350の透視図である。篏合ドライブアセンブリ1425は、回転結合及び密封接続を形成するためには、1つの部分、つまり篏合ドライブヘッド1420のみが必要であることにおいて、篏合ドライブアセンブリ1355、1365、1400と異なる。
篏合ドライブヘッド1420は、エラストマー又は硬質プラスチックから成形され、トルクが六角面1424にかけられると、弱体化した領域1422で回転自在に変形し、壊れるように構成される。六角面1424は、マシン(不図示)のドライブシャフトと摺動自在に係合するように構成される。大きい円筒形のベアリング表面1426は、接着又はそれ以外の場合、恒久的な固締によってポッド150のドーム状の領域に固着するように構成される。
弱体化した領域1422は円筒形であってよい。また、弱体化した領域1422は、ドライブシャフトの六角面1424への垂直変位によって破壊されて、篏合ドライブヘッド1420の中心領域全体を下方に移動させる場合がある。ときには、垂直変位と回転の両方により、弱体化した領域1422が壊れる可能性もある。
トルクは、篏合ドライブヘッド1352、1307、1402と同様に、篏合ドライブヘッド1420から混合パドル1350へ伝達される。例えば、篏合ドライブヘッド1420の右回りの回転は、混合パドル1350の角折れ1354の表面上の場所1428で、圧縮を介して機械的な接続を生じさせて、トルクを伝達し、マシンのドライブシャフトを混合パドル1350に回転結合する。
篏合ドライブヘッド1420は梱包中に密封され、シールは、アイスクリーム混合プロセス中に壊れて、空気がポッド150に進入し、オーバーランを生じさせることを可能にする。
図43A~図43Cは、駆動軸1006に対して中心から外れた(つまり、偏心の)窓1001~1004を有する混合パドル1000を示す。窓1001及び1002は、中心セクション1007及び1008が放射状に偏向して、混合パドル1000の側面を交互にするように切断されている。窓1001及び1002は、交互となる必要はないが、この構成は、回転してバランスをとるために役立つ。窓1001及び1002は、駆動軸1006の周りで揺動して、混合スティック、つまりビーターのように動作し、冷凍菓子を混合するのを助けるため、窓1001及び1002付きの混合パドル1000は、ポッドの中心で単に回転する中心部分を有するバランスのとれた窓を有する混合パドルよりも冷凍菓子をうまく混合する。また、混合パドル1000は、上述の混合パドルに同様に、冷凍菓子を下方に押し出して、上から下への混合を容易にし、冷凍菓子をポッドの中から押し出すようにらせん形に形作られる。この押し出し動作は、スクリューコンベヤーに似ている。混合パドル1000は、側面方向に製品を混合させ、空気を引き込んでロフトを生じさせる。また、混合パドル1000は、混合製品を砕き、ポッドの壁から製品をこすり落として、より小さい部分又は流れにするのに役立つ1つ又は複数の歯1004を特徴とする。このパドルは4つの歯を有するが、歯の数に上限はない。
いくつかの混合パドルは、ねじれ抵抗を増すためのリブ又は他の特徴を含む。いくつかの混合パドルは、高いねじれ剛性(例えば、15ozf-inより大きい)及び高い故障限界トルク(例えば、150ozf-inより大きい)を示す。いくつかの混合パドルは、製品が混合パドルに付着するのを防ぎ、混合パドルに付着する製品を除去するのに役立つように、低い表面粗さ(例えば、8~16Ra未満)を有する。混合パドルが8~16Raの間の表面粗さを有すると、これらのマシンは、ポッド内の冷凍菓子の少なくとも85%、及び通常95%を排出する。いくつかの混合パドルは、混合パドルの第2の端部に凹部を有し、混合パドルが混合パドルの中心軸に対して回転することを可能にする。製造中、混合パドルの底部でのねじれは、非常に大きい100°から150°である可能性があり、これは、混合パドルの材料を引き裂く可能性がある打刻プロセスにとっては問題となる場合がある。混合パドルブレードの底部の中心の切断切り欠き(不図示)は、材料を引き裂くことなく混合パドルを形成することを可能にする。
上述されたように、ポッド150のキャップ166は、せん断されて、ポッドからの製品の分配を可能にする(例えば、図10A及び図11A~11Gを参照)突出部165を含む。キャップ166は、基部162上に取り付けられ、ポッド150の外周/軸の周りで回転可能である。使用中、製品がポッド150から分配される準備が完了すると、マシンの分配器153は、ポッド150の第1の端部の周りでキャップ166を係合し、回転させる。キャップ166は、係合する位置に回転し、次に突出部165を基部162の残りから分離する。しかしながら、いくつかのシステムは、ポッドの一部としてよりむしろ、マシンの一部としてせん断機構を組み込む。
図44A~図44Bは、突出部165を係合し、基部162からせん断する突出部せん断機構1050を有するマシン1100の透視図の断面を示す。突出部せん断機構1050は、キャップが蒸発器108(不図示)に対して任意の特定の方向に回転位置合わせ又は配向されることを必要としない。例えば、ポッド150は、ユーザがポッドを突出部せん断機構1050と回転位置合わせする必要なく蒸発器に挿入できる。マシンは、任意の角度向きでポッド150を受け入れる。
図45A~図45Eは、せん断モータ1054によって回転されるギア1052に枢着されたカム1051を示す。動作中、カム1051は、カム1051の裏側がホームドッグ157(つまり「ホーム位置」)に沿って移動するによって邪魔にならないところで回転する。キャップ166付きのポッド150がフレーム1053の開口部1059に挿入されると、バネ1055は、カム1051をポッド150のキャップ166に押し付ける力を提供する。フレーム1053は、マシン1100の一部としてハウジング1059に取り付けられ、適所に固定される。
ギア1052が回転すると、カム1051はキャップ166とさらに接触させられ、カム1051が回転するギア1052とキャップ166との間に楔止めされることによってしっかりとした把持が生じる。カム1051のギザギザの表面1056は、このしっかりとした把持を提供し、キャップ166がギア1052に対して回転するのを抑えるのに役立つ。ギア1052が回転すると、カム1051はホームドッグ1057(つまり「係合位置」)から移動する。ギア1052の回転は、最終的にせん断キャップを回転させ、せん断キャップは突出部165をせん断し、ポッド開口を開く。
図46は、キャップ166のギア1052との係合を示すマシン1100の透視図の断面である。ベアリング1062は、ギア1052が、マシン1100に対して回転することを可能にし、スナップリング又は保持リング1061はギア1052を適所に軸に沿って固定する。
いくつかのマシンでは、混合パドルは、突出部のせん断中に回転を止める。いくつかのマシンでは、突出部せん断プロセス中、ポッド150のキャップ166の回転は混合パドル160の回転の方向と反対である。反対方向に回転させることによって、ポッド150が蒸発器108内で滑る可能性は減少する。これは、図47A及び図48Bに示される。
図47Aは、マシンのサブアセンブリであるキャップせん断システム1120を示す。キャップせん断システム1120は、右回り1110(つまり、ポッド150を見下ろす方向1105に対して右回り)で実行される突出部せん断プロセス、及び同様に右回りに回転する混合パドル150を特徴とする。対照的に、図47Bは、キャップ166が、左回り方向1111(ポッド150を見下ろす方向1105に対して左回り)で突出部165をせん断することを可能にするキャップせん断システム1125を示す。キャップ110は、キャップ166の第1の開口222及び第2の開口224を反映する第1の開口1102及び第2の開口1103を有する。
混合パドル160の反対方向でせん断キャップ166を回転させることによって、回転力又はねじり力は相殺され、ポッド150が折り畳み式蒸発器108内で滑らない/回転しないようにするほど十分な力で、折り畳み式の蒸発器108が閉じることを可能にする。キャップ(166及び1106)上の第1の開口(222及び1102)は、突出部開口部165と適切に位置合わせするため、これは重要である。ポッド150がキャップ(166及び1101)に対して滑ると、第1の開口は位置合わせし得ず、マシンの機能は影響を受ける。
いくつかのポッドは、取り外し可能である第1の端部を含む場合があり、再利用可能な混合パドルは第1の端部に挿入され得る。混合パドルは、以後の使用のために取り外し、洗浄、及び再利用され得る。
図48A~図48Cは、様々なポッド(例えば、ポッド150)を自動販売機で販売し、様々なポッドを内蔵マシン(例えば、マシン600)の中に配置して、アイスクリームを製造し、ボウル又はコーンの中に供することを可能にするための自動販売機1200を示す。このようにして、自動販売機1200は、様々なタイプのアイスクリームなどの様々なタイプのポッド、又は上述のポッドのいずれかを含む場合がある。1つの優位点は、自動販売機1200を商業的な場所で使用することができ、ただ1人よりも多いユーザによって容易に使用することができることである。さらに、ポッド150は使用前に冷蔵される必要がないので、自動販売機1200を冷蔵する必要はなく、これは運営及び製造のコストを下げる。
図48Aに示されるように、自動販売機1200は、ビューウィンドウ1204の後方に矩形又は正方形のグリッドで配列された9つのポッドを含む(そのうちの1つはポッド150と名前を付けられている)。9つのポッドが示されているが、任意の数のポッド又は配列を使用できる。9つのポッドのそれぞれは、1つのポッドが選択され、自動販売機1200から除去されるときに、その後方のポッドが前方に移動するように、第1のポッドの後方にポッドのスタックを含むことができる。これは、通常、重力及び/又はバネなどの駆動素子によって引き起こされる。例えば、ポッド150は、マシンが必要とする補充頻度が少なくなるように、その後方に10のポッドを有し得る。
自動販売機1200は、ユーザがポッド選択を行うことを可能にする英数字キーパッド1206を含む。例えば、ポッド1222を選択するためには、ユーザは、キーパッド1206に「B」を、続いて「2」を入力するであろう。また、自動販売機1200は、それぞれ現金レセプタクル及び硬貨レセプタクルを使用し、現金及び硬貨を受け取ることによって金1208を受け入れるための設備を含む。また、自動販売機1200は、クレジットカードリーダ1212、又はApplePayを使用するなど、ユーザからマシンへお金を移すための任意の方法を使用するクレジットカード支払い、又はアプリを介した若しくはインターネットを介した支払いを受け入れることもできる。また、マシン100で使用される類似したサーバ又はネットワークは、自動販売機1200で実装することもできる。例えば、サブスクリプションサービスは、毎月一定数のポッドへのユーザアクセスを可能にするために使用できる。
上述されたように、自動販売機1200は、上述の冷却マシン(例えば、マシン600)の機能を含む。マシン600は、それが自動販売機1200の内部にあるという事実を表すために破線で示される。マシン600は、蒸発器1224及び分配レセプタクル又は開口部1216を含む。マシン600の他の特徴は、図48A~図48Cに示されていないが、マシン600の機能がスタンドアロンパッケージで自動販売機1200に内蔵されていることを理解されたい。
自動販売機1200は、ユーザの選択に基づいてポッドを取り出し、蒸発器1224にポッドを配置することができるロボットアーム1214(図48Bで最もよく見られる)を含む。これを達成するために、ロボットアーム1214は、棚からポッドを受け取り、蒸発器1224にポッドを安全に輸送するためにバスケット又はプラットフォーム1218を含む。ロボットアーム1214は、選択されたポッドの列に移動するために水平に移動するように構成される。バスケット1218は、選択されたポッドの列に移動するためにロボットアーム1214に沿って垂直に移動するように構成される。これらの両方とも、通常、回転モータに結合するベルトドライブシステムによって駆動されるが、様々な作動方法を使用できる。ロボットアームは、図48A及び図48Cで後退位置に示されていることに留意されたい。
例えば、ポッド1222選択時、バスケット1218は、図48Bに示されるように場所「B2」に移動し、ポッド1222はバスケット1218の中に解放される。ポッドがバスケット1218に入ると、上述されたように、第1のポッドの後方のポッドはポッド1202に代わるために移動できる。しかしながら、図48では、場所「B2」は現在空である。
図48Cを参照すると、バスケット1218はポッド1222を蒸発器1224に移動させ、アイスクリームを製造するプロセスが開始できる。この時点で、自動販売機1200の冷蔵システムは、ポッド1222内で液体材料を、所望の温度、通常は華氏17~26度に冷却する。自動販売機1200は、ドライブシャフトをポッド1222に挿入して、アイスクリームを準備し、アイスクリームを下方に押し出すためにポッド1222の混合パドルを回転させる。自動販売機1200は、突出部をせん断することによってポッド1222を開放できる。混合パドルは次に、ポッド1222の中からボウル、皿、又はコーン1220の中にクリームを押し出すことができる。プロセスが完了すると、ポッド1222は除去され、リサイクルすることができる。自動販売機1200内のレセプタクルは、使用済みのポッドがリサイクルされるまで、使用済みのポッドを保管するために使用できる。
代わりに、ロボットアーム1214を使用する代わりに、自動販売機1200は、窓(窓1204に実質的に類似するが、ヒンジ、又はそれが揺動又は摺動して開くことを可能にする摺動機構を除く)を開放し、ユーザが手を入れ、選択を掴み、ポッドを蒸発器に手で入れることを可能にすることによって手動選択を可能にすることもできる。
図49は、店舗で購入されるアイスクリーム(例えば、Haagan-Dazsアイスクリーム)対、溶けて、ポッドに梱包され、本明細書に説明されるマシンを使用して供給される同じアイスクリームに典型的な氷晶サイズの比較を示す。溶けて、ポッドに梱包され、本明細書に説明されたマシンを使用して供給される店舗で購入されるアイスクリームは、「ColdSnap」アイスクリームと見なされる。図49は、ColdSnap Haagen-Dazsアイスクリーム1502が、店舗で購入されるHaagen-Dazsアイスクリーム1504と比較して平均氷晶サイズの40%の減少を有することを示す。具体的には、平均氷晶サイズが39.1μmの店舗で購入されるColdSnap Haagen-Dazsアイスクリーム1504と比較して、ColdSnap Haagen-Dazsアイスクリーム1502は19.2μmの平均氷晶サイズを有する。さらに、ColdSnap Haagen-Dazsアイスクリーム1506の測定された氷晶の標準偏差は、店舗で購入されるColdSnap Haagen-Dazsアイスクリーム1508の標準偏差よりもはるかに厳密である。
本明細書に説明されるマシンは、氷晶に大きく成長する時間がないようにインペラーRPMを加速し、これは、凍ったアイスクリームの氷晶サイズがはるかに小さく、それによりアイスクリームの食感及び滑らかさが著しく改善されることを意味する。
図49に示されるアイスクリームの測定値は、約-10℃の温度で断熱グローブボックスに収容された倍率40倍の光学顕微鏡を使用して分析された。サンプルは、本明細書に説明されるアイスクリームマシンによって冷凍された直後にグローブボックスに移された。アイスクリームのサンプルは、顕微鏡のスライドの上に置かれ、50%ペンタノール及び50%ケロシンの分散溶液の一滴が、氷晶を分散させるのを支援し、画質を改善するために加えられた。氷晶の画像は、40倍の倍率で光学顕微鏡を使用して得られた。
後処理中、画像に見られた各氷晶の直径は、画像に示される氷晶の境界を追跡することによって測定された。氷晶の境界を測定することは、Image Pro Plusソフトウェアプログラムの光晶測定マクロを活用して、Mac用のMicrosoft Paintbrushを使用して実行された。分析されたアイスクリームのサンプルごとに、少なくとも300の氷晶が分析により測定され、氷晶サイズの適切な統計平均が得られたことを検証した。
図50A~図50Eは、様々なアイスクリームについて40倍(40倍)の倍率で光学顕微鏡を使用して記録された氷晶の画像である。図50Aは、ColdSnap Sweet Cream1アイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の3つの例を含む。画像の尺度は、100μm長さを表すスケールバー1510によって表される。スケールバーは、図50Aの3つの画像のそれぞれに示される。氷晶は、画像中の一般に円形形状の物体(物体1512)によって表される。画像に見られる多くの氷晶がある。氷晶の平均直径は、このアイスクリームの店舗で購入されものよりも小さい21.7μmである。
図50Bは、ColdSnap Sweet Cream2アイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の3つの例を含む。氷晶の平均直径は、図50Aに見られる氷晶よりもさらに小さく、まだこのアイスクリームの店舗で購入されるものに満たない19.5μmである。
図50Cは、ColdSnap Blueberry chobaniアイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の3つの例を含む。氷晶の平均直径は21.2μmであるが、いくつかの氷晶は、76.9μmの直径でより大きい。しかしながら、平均すると、氷晶サイズはまだこのアイスクリームの店舗で購入されるものに満たない21.2μmである。
図50Dは、図49を参照して説明されたColdSnap Haagen-Dazsアイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された光晶の3つの例を含む。氷晶の平均直径は19.1μmであり、測定された最大氷晶は、図50A~図50Eに示される氷晶測定値の最も低い最大氷晶サイズである38.2μmであった。この平均氷晶サイズは、図50Eに示されるこのアイスクリームの店舗で購入されるものよりも小さい。
図50Eは、図49を参照しても説明された、店舗で購入されるHaagen-Dazsアイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の3つの例を含む。とりわけ、平均直径は、19.1μmのColdSnap Haagen-Dazs結果よりもはるかに大きい31.9μmである。すべての定量的な値(つまり、平均氷晶直径、標準偏差、最小氷晶直径、及び最大氷晶直径)は、ColdSnapのものと比較すると、店舗で購入されるアイスクリームの場合よりも大きい。
これらの結果は、本明細書に説明されるマシンを用いて生産されるアイスクリームが、店舗で購入されるアイスクリームよりもはるかに滑らかなアイスクリームを生産することの強力な表示である。本明細書に説明されるマシンを用いて生産されるアイスクリームは、25μmの平均アイスクリーム結晶サイズと比較して、氷晶サイズで27%小さかった。
以下は、図49及び図50A~図50Eに示される氷晶サイズ測定値の表である。
図51A~図51Eは、氷晶サイズ測定値のヒストグラムである。図51Aは、21.7μmの平均氷晶直径についての測定値の厳密な標準偏差(又は拡散)を示すColdSnapスイートクリーム1の氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図51Bは、19.5μmの平均氷晶直径についての測定値の厳密な標準偏差を示す、ColdSnapスイートクリーム2氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図51Cは、19.5μmの平均氷晶直径についての測定値の厳密な標準偏差を示す、ColdSnapブルーベリーchobani氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図51Dは、19.1μmの平均氷晶直径についての測定値の厳しい標準偏差を示すColdSnap Haagen-Dazs氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図51Eは、31.9μmの平均氷晶直径についての測定値のより幅広い標準偏差を示す、店舗で購入されるHaagen-Dazs氷晶サイズ分布のヒストグラムである。店舗で購入されたアイスクリームの平均氷晶直径が、ColdSnapのものよりも大きいだけではなく、標準偏差がはるかに大きいことに留意されたい。
上述されたように、本明細書に説明されるマシンを使用して生産されるアイスクリームは、その店舗で購入されるものと比較して、平均ではるかに小さい氷晶サイズ及び氷晶サイズのはるかに厳密な標準偏差を有する。本明細書に説明されるアイスクリームマシンは、使用前に、冷蔵又は冷凍を必要としないより滑らかなアイスクリームを生産するため、これは重要である。つまり、これらのマシンで使用されるアイスクリームは、アイスクリーム中に乳化剤又は安定剤などの非天然材料を含む必要がない。これらのマシンで使用されるアイスクリームは「クリーンラベル」となり、単に牛乳、クリーム、砂糖、粉乳を含むことができ、滅菌されたポッド内で最大9か月間室温で保管することができる。
いくつかのシステム及び方法が説明されてきた。それにも関わらず、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な修正が加えられ得ることを理解されたい。例えば、蒸発器は一般に使用中垂直配向であるとして示されているが、いくつかのマシンは、水平に配向される、又は使用中重力に対してある角度をなして配向される蒸発器を有する。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。