JP2023528402A - 食品および飲料を急速に冷却するための冷却システム - Google Patents

食品および飲料を急速に冷却するための冷却システム Download PDF

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Abstract

システムおよび方法は、食品および飲料の原材料を含むポッド容器の内容物を急速に冷やす能力を示した。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年６月１日に出願された米国仮特許出願整理番号第６３／０３３，０５９号の利益を主張し、米国仮特許出願整理番号第６３／０３３，０５９号の全体は参照することにより本願に援用される。
本開示は食品および飲料を急速に冷却するためのシステムおよび方法に関する。
１杯分の高温飲料を急速に準備するための飲料調合システムがこれまでに開発されてきた。これらの調合システムのうちのいくつかは、調合が行われる前に水が加えられる単回使用ポッド容器に依存する。ポッド容器は高温のコーヒー、紅茶、ココア、および乳製品系の飲料を準備するために使用され得る。
家庭用アイスクリームメーカは、より大量（例えば１．５クオート（約１．４リットル）以上）のアイスクリームを個人消費用に作るために使用され得る。これらのアイスクリームメーカ機器は通常、手動クランク方式により、または手動クランクに代わって機器内の原材料を攪拌することを支援するために使用される電動モータを用いることにより、混合物を準備する。その結果として生成される調製食品は多くの場合、機械に挿入される予冷容器を使用して冷却される。
本明細書は食品および飲料を急速に冷却するためのシステムおよび方法について説明する。これらのシステムおよび方法のうちのいくつかは、カウンタートップ型または据え付け型の機械に挿入される容器内の食品および飲料を室温から氷点まで２分よりも短い時間で冷却することが可能である。例えば、本明細書に記載のアプローチではソフトクリームを室温のポッド容器から順調に約９０秒で作る能力が示されている。このアプローチは、凍結飲料を製造することも含んで、カクテルおよび他の飲料を冷やすためにも使用されてきた。これらのシステムおよび方法は、起動時間が短く、かつ使用が容易で熱伝達が極めて効率的である熱伝達を提供するポッド容器－機械接続部を用いた冷却サイクル（または冷凍サイクル）に基づくものである。本明細書で記載のポッド容器のいくつかは製造ラインにおいて原材料が充填され、その後に滅菌処理（例えば、レトルト処理、無菌包装、超高温処理（ＵＨＴ）、超高温加熱処理、超高温殺菌、または超高圧殺菌処理（ＨＰＰ））が施される。ＨＰＰは低温殺菌技術であり、この技術では、最終包装にすでに封印済みの製品が容器内に導入され、高レベルの静水圧（例えば３００～６００メガバスカル（ＭＰａ））（４３，５００～８７，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））が水により製品に伝達される。ポッド容器は、例えば乳製品を含む原材料を滅菌の後に室温で長い時間的期間（例えば９～１２ヶ月）にわたり格納するために使用され得る。
冷却は、熱エネルギーを伝達しそれにより例えばポッド容器内に収容された原材料の温度を下げることを指すために使用される。いくつかの場合では冷却は、熱エネルギーを伝達しそれにより例えばポッド容器内に収容された原材料の温度を氷点下まで下げることを指す。
本開示の冷却システムは、圧縮機に損傷が生じるリスクを低減する一方でポッド容器内の原材料を可及的速やかに冷凍することと、ひとり分のアイスクリームをオンデマンドで冷凍することに関する過渡性（例えば冷却過程の始点には熱伝達が大きく終点には熱伝達が小さいこと）に対処することと、冷却システムの寸法を最小化することと、の間のバランスを取る。例えば、冷却システム内の冷媒の質量を増加させると、蒸発器はより大量の熱をポッド容器と交換しポッド容器内の原材料をより急速に冷凍することが可能となる。しかし冷媒が蒸発器を出た後に（例えば冷媒の必ずしも全部がポッド容器から蒸発器への熱の伝達に使用されなかったために）気液混合物となって圧縮機に戻った場合、圧縮機は１００％のガスを受け取るよう設計されているため、この圧縮機に戻った気液混合物は圧縮機を損傷し得る。液体の冷媒が圧縮機に戻った場合、液体は非圧縮性を示すため、圧縮機により圧縮が可能なガスの量が制限されることにより冷却システムの効率が低下してしまう。一方、過小規模の冷却システムは一般に、原材料の凝固点温度より低い温度にポッド容器を冷却するにあたりより長い時間を要することとなり、いくつかの場合では、要求される熱をポッド容器から伝達するにあたっての十分な量の冷媒を有さないこととなるであろう。過小規模のシステムは、蒸発器のかなりの部分が冷凍過程のいくつかの部分に対して冷凍アイスクリームの凝固点より高いことにより特徴づけられる。過小規模のシステムの場合、改善方法はより大型の圧縮機を使用することであるが、より大型の圧縮機を使用した場合は重量および寸法が大きくなり、機械が引き込む電力が大きくなってしまう。例えばいくつかの場合では７００～９００Ｗの冷凍が冷凍サイクル内で発生する場合、冷媒は、この冷凍サイクルの間にポッド容器の原材料を冷凍するにあたり、この熱エネルギーを吸収する必要がある。
いくつかの従来型冷却システムは、蒸発器の流入口を通過する冷媒と蒸発器の流出口を通過する冷媒との間の温度差をつねに一定に保つ工業用空調システムに基づくものである。この温度差は主に長時間にわたり比較的一定である熱負荷の関数である。この温度差は圧縮機に戻る冷媒が１００％のガスであることも保証する。上述のように、このことは圧縮機に対する損傷のリスクを低減するものである。いくつかの場合では本開示に記載の機械は、冷凍サイクルの終点付近で（例えば冷凍サイクルの終点までに、または冷凍サイクルの第２半期の少なくとも一部の間に）温度差が実質的に等しい（例えば温度差が摂氏５度よりも小さい）値に収束することを可能にする。この収束は一つには、ひとり分のアイスクリームをオンデマンドで冷凍することに関する過渡性に起因するものである。この収束は全般に、何らかの量の気液混合物が圧縮機に戻ったことを意味するものであるが、気液混合物が圧縮機に戻ることは、ポッド容器内の原材料を可及的速やかに（ポッド容器内の原材料に応じて例えば２分以内で、場合によっては１分以内で）冷凍するにあたり本開示で記載の機械において作られるトレードオフである。
冷却システムを用いてポッド容器内の食品または飲料を冷却するいくつかの機械は、ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートと冷媒を放出するための流出ポートとを含む、冷却システムの蒸発器を含む。冷却システムは、食品または飲料に対して冷凍サイクルを適用するよう動作可能である。この冷却システムでは冷媒が蒸発器を通って流れ、それによりポッド容器内の原材料から冷媒へと熱が交換され、その結果、蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間に温度差が生じる。蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間の温度差は冷凍サイクルの始点の２０秒以内で摂氏１５度よりも大きい値となる。蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間の温度差は冷凍サイクルの終点までに摂氏５度よりも小さい値となる。
冷却システムを用いてポッド容器内の食品または飲料を冷却するいくつかの機械は、ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートと冷媒を放出するための流出ポートとを含む、冷却システムの蒸発器を含む。冷却システムは、食品または飲料に対して冷凍サイクルを適用するよう動作可能である。この冷却システムでは冷媒が蒸発器を通って流れ、それによりポッド容器内の原材料から冷媒へと熱が交換され、その結果、蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間に温度差が生じる。冷媒は蒸発器の流出ポートを通過し、冷凍サイクルの第１半期の少なくとも一部の間に過熱される。冷媒は冷凍サイクルの第２半期の間に非過熱状態で蒸発器の流出ポートを通過する。
冷却システムを用いてポッド容器内の食品または飲料を冷却するいくつかの機械は、ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートと冷媒を放出するための流出ポートとを画成する、冷却システムの蒸発器と、ポッド容器内で混合パドルを第１方向に回転させるよう動作可能であるモータと、を含む。なお冷媒は流入ポートから流出ポートへと第１方向とは逆の第２方向に流れる。モータはポッド容器内の混合パドルを２００ＲＰＭよりも大きい回転スピードで回転させる。機械は冷却済みの食品または飲料を、機械の他の部分に接触させることなく、容器またはコーン内に吐出させる。
冷却システムを用いてポッド容器内の食品または飲料を冷却するいくつかの機械は、ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートと冷媒を放出するための流出ポートとを画成する、冷却システムの蒸発器と、ポッド容器内の混合パドルを２００ＲＰＭよりも大きい回転スピードで回転させるよう動作可能であるモータと、ポッド容器に対して係合しそれによりポッド容器から冷却済みの食品または飲料が吐出されることが可能となるよう構成された吐出器と、を含む。冷却済みの食品または飲料は華氏２６．６度（摂氏－３度）～華氏５．０度（摂氏－１５度）の吐出温度または取り出し温度で吐出される。冷却され吐出された食品または飲料は平均寸法が５０μｍよりも小さい氷晶からなる。
ポッド容器内の液体の食品または飲料を冷凍するためのいくつかの機械は、ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成する蒸発器と、冷却システムに対して流体連通し、かつ、冷却システムに冷媒を注入するよう動作可能であり、冷却システムから冷媒を回収するよう構成された、充填槽と、を含む。
冷却システムのためのいくつかの蒸発器は、ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成する壁部と、冷媒を受け取るための流入ポートと、冷媒を放出するための流出ポートと、蒸発器に対して熱的に取り付けられた１つまたは複数の電熱冷却器であって、各電熱冷却器は第１側面と第２側面との間で熱エネルギーを伝達するよう構成され、かつ第１側面は蒸発器に対して熱的に取り付けられ、第２側面は流出ポートの下流側の冷媒流路に対して熱的に取り付けられている、電熱冷却器と、を含む。
これらの機械の実施形態は以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。
いくつかの実施形態では、ポッド容器のより冷たい側面壁部領域はポッド容器内の原材料の凝固点温度よりも低い温度を有する蒸発器の一部分に対して直接接触状態にあり、かつポッド容器のより暖かい側面壁部領域はポッド容器内の原材料の凝固点温度よりも高い温度を有する蒸発器の１部分に対して直接接触状態にある。いくつかの場合では、蒸発器の内側表面に沿った温度は冷凍サイクルの間、周方向に沿って上がる。
いくつかの実施形態では冷凍サイクルは３０秒～３分の範囲の持続時間を有する。いくつかの実施形態では冷凍サイクルは１分よりも短い持続時間を有する。いくつかの実施形態では冷凍サイクルは１分の持続時間を有する。いくつかの実施形態では冷凍サイクルは２分よりも短い持続時間を有する。いくつかの実施形態では冷凍サイクルは２分の持続時間を有する。
いくつかの実施形態では、機械は、ポッド容器内の原材料を冷凍サイクルの間攪拌するよう動作可能である混合パドルを第１方向に冷凍サイクルの間回転させるよう動作可能であるモータを含む。いくつかの実施形態では冷媒は冷凍サイクルの間流入ポートから流出ポートへと第１方向とは逆の第２方向に流れる。いくつかの実施形態ではモータは混合パドルをポッド容器内で第１方向に回転させ、冷媒は流入ポートから流出ポートまで混合パドルと同じ方向に流れる。
いくつかの場合では混合パドルは、何らかの量の暖かい食品または飲料を、冷媒流出ポートに隣接するポッド容器の領域から冷媒流入ポートに隣接するポッド容器の領域へと伝達するために、冷媒の第２方向とは逆の第１方向に動かされる。いくつかの場合では混合パドルは、全体的な熱伝達過程を改善し、かつポッド容器内の食品または飲料を冷却するに要する時間を短縮するために、冷媒の第２方向とは逆の第１方向に動かされる。
いくつかの実施形態では、蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間の温度差は、冷凍サイクル開始後２０秒間は少なくとも摂氏２５度である。
いくつかの実施形態では蒸発器流入口の温度および蒸発器流出口の温度は冷凍サイクルの終点までに実質的に同じ値に収束する。
いくつかの実施形態では蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間の温度差は冷凍サイクルの残りの期間にわたり摂氏５度よりも小さい値に維持される。
いくつかの実施形態では機械内の冷媒は冷凍サイクルの間ポッド容器内の原材料の少なくとも９０％を冷凍させるよう動作可能である。いくつかの実施形態では機械内の冷媒は冷凍サイクルの間ポッド容器内の原材料の全部を冷凍させるよう動作可能である。いくつかの場合では冷媒の重量は７０グラム～１５０グラムの範囲である。いくつかの場合では冷媒の重量は８５グラム～９５グラムの範囲である。いくつかの場合では冷媒はプロピレンである。いくつかの場合ではポッド容器内の原材料の重量は５オンス（約１４２グラム）～１０オンス（約２８４グラム）の範囲である。
いくつかの実施形態では、機械内の冷媒の重量はポッド容器内の５オンス（約１４２グラム）～１０オンス（約２８４グラム）の範囲の食品または飲料を冷凍させるにあたり適切な値である。いくつかの実施形態では、機械内の冷媒の重量はポッド容器内の７オンス（約１９８グラム）～９オンス（約２５５グラム）の範囲の食品または飲料を冷凍させるにあたり適切な値である。
いくつかの実施形態では機械内の冷媒の重量は冷凍サイクルの第１半期の少なくとも一部の間に冷媒を過熱状態に達するにあたり適切な値である。
いくつかの実施形態では機械内の冷媒の重量は冷凍サイクルの第２半期の間に冷媒が過熱状態に達することを妨げるにあたり適切な量である。
いくつかの実施形態では機械内の冷媒の重量は、蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間の温度差が冷凍サイクルの始点付近で摂氏１５度よりも大きい値となり、かつ蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間の温度差が冷凍サイクルの終点付近で収束して実質的に等しい値となるよう、適切に選択される。
いくつかの実施形態では機械は、冷却済みの食品または飲料がポッド容器から吐出されることを可能にする吐出器を含む。いくつかの場合では冷却済みの食品または飲料は華氏２６．６度（摂氏－３度）～華氏１７．６度（摂氏－８度）の温度で吐出される。いくつかの場合では冷却済みの食品または飲料はアルコールを含み、華氏１７．６度（摂氏－８度）～華氏５．０度（摂氏－１５度）の温度で吐出される。いくつかの場合では冷却および吐出される食品または飲料は平均寸法が５０μｍよりも小さい氷晶からなる。いくつかの場合では吐出される食品または飲料は平均寸法が４０μｍよりも小さい氷晶からなる。
いくつかの実施形態では冷却システムは、互いに対して流体連通する、圧縮機、凝縮器、およびキャピラリーチューブまたは膨張バルブを含む。
いくつかの実施形態では冷却システムは、機械の圧縮機を蒸発器の流入ポートに対して流体的に接続するバイパス流路を含む。いくつかの場合ではバイパス流路は蒸発器からポッド容器を取り出すために冷凍サイクルの終点において蒸発器をデフロストすることを支援する。
いくつかの実施形態では冷媒は冷凍サイクルの第１半期の全部の間に過熱状態になる。
いくつかの実施形態では冷媒は冷凍サイクルの第２半期の全部の間に非過熱状態で蒸発器の流出ポートを通過する。
いくつかの実施形態では機械はキャピラリーチューブ熱交換器を含む。
いくつかの実施形態では冷却システムは充填槽を冷却システムに対して流体的に接続するコンピュータ制御バルブを含む。いくつかの場合では冷却システムは冷凍済みの液体または飲料を作るための機械の一部である。いくつかの場合では係る機械のプロセッサは、冷凍サイクルの始点にはコンピュータ制御バルブを開き、冷凍サイクルの終点にはコンピュータ制御バルブを閉じるよう構成される。
いくつかの実施形態では充填槽は、冷却システム内に冷媒を強制流入することと冷却システムから冷媒を吸い取ることとを実行するために、充填槽内に摺動可能に取り付けられたピストンを含む。
いくつかの実施形態では充填槽は、冷却システム内に冷媒を強制流入することとて冷却システムから冷媒を吸い取ることとを実行するために、充填槽内に取り付けられた１つまたは複数の空気蛇腹を含む。
いくつかの場合ではポッド容器は液体アイスクリームを含み、蒸発器は冷凍アイスクリームを作るための機械の一部である。
いくつかの実施形態では１つまたは複数の電熱冷却器のうちの各電熱冷却器は蒸発器の外側表面上に垂直方向に配置される。
いくつかの実施形態では各電熱冷却器は金属製ヒートスプレッダを使用して蒸発器の外側表面に接続される。
いくつかの実施形態では蒸発器は、蒸発器の流入ポートにおける冷媒温度を測定するよう動作可能である第１温度センサと、流出ポートにおける冷媒温度を測定するよう動作可能である第２温度センサと、を含む。いくつかの場合では機械のプロセッサは、第１温度センサおよび第２温度センサにより測定された冷媒温度を監視するよう動作可能であり、プロセッサは測定された冷媒温度に基づいて１つまたは複数の電熱冷却器を始動および停止するよう構成される。いくつかの場合では機械のプロセッサは、蒸発器がポッド容器から蒸発器へと熱を伝達しポッド容器に対して当接する蒸発器の一部がアイスクリームの凝固点温度よりも高くなったときに、１つまたは複数の電熱冷却器を始動するよう動作可能である。
本明細書に記載のシステムおよび方法はいくつかの特長を提供し得る。
プロピレン冷媒が良好な体積効率を有するため、本開示に記載の機械のいくつかの冷却システムではプロピレン冷媒が使用される。プロピレン冷媒は一般に極低温用途に使われるが、発明者らは、他の冷媒（例えばフレオン）が使われた場合と比較して圧縮機の小型化も可能である一方でプロピレン冷媒がアイスクリームを冷凍するにあたり極めて良好であることを発見した。プロピレン冷媒を使用すると機械を卓上民生用途のために大幅に小型化することが可能となる。いくつかの場合では機械は、冷凍サイクル内（例えば２分の冷凍サイクル内、および場合によっては１分の冷凍サイクル内）にポッド容器内の原材料のうちの少なくとも９０％（例えばポッド容器内の原材料の全部）を冷凍するにあたりわずか８８グラムのプロピレン冷媒を要求する。
これらのシステムおよび方法のいくつかの実施形態はひとり分の冷却済みの食品または飲料を提供することが可能である。このアプローチは、消費者が、ひとり分の分量を制御することを支援することが可能である。これらのシステムおよび方法のいくつかの実施形態は、例えばソフトクリームのひとり分の香料を選択する能力を消費者に提供することが可能である。これらのシステムおよび方法のいくつかの実施形態は、予冷、予冷凍、または他の準備を必要としない棚や店での長期保存が可能であるポッド容器を採用する。これらのシステムおよび方法のいくつかの実施形態は、２分に満たない（いくつかの場合では１分に満たない）時間で室温のポッド容器から冷凍済みの食品または飲料を生成することが可能である。これらのシステムおよび方法のいくつかの実施形態は、ひとたび冷却済みまたは冷凍済みの食品または飲料が生成された後は、後処理の洗浄を必要としない。これらのシステムおよび方法のいくつかの実施形態はリサイクル可能なアルミニウム製ポッド容器を利用する。
これらのシステムのいくつかの実施形態は、より急速にアイスクリームを冷凍するために蒸発器に取り付けられる１つまたは複数の電熱冷却器を提供する。係る電熱冷却器の提供は、アイスクリームから蒸発器への熱の伝達が冷媒流入口位置付近に集中しかつ冷媒流出口位置付近では熱伝達がほとんど生じないかまたまったく生じない冷凍サイクルの始点において、特に有利である。電熱冷却器を蒸発器流出口位置付近に取り付けることにより、アイスクリームは蒸発器を通して電熱冷却器に熱を伝達し、アイスクリームの冷凍時間が短縮される。
これらのシステムのいくつかの実施形態は、冷媒が蒸発器を通って流れる方向とは逆の方向に回転する混合パドルを提供する。これにより、温度がより高い蒸発器流出口位置付近にある温度がより高いアイスクリームが掻き落とされ、温度がより低い蒸発器流入口位置に移動することが可能となる。これにより、熱伝達が効果的にアイスクリームの全体に伝わることが可能となり、いくつかの場合では、冷媒の方向に混合パドルを回転させるよりも１～２％急速にアイスクリームを冷凍することが可能となる。
これらのシステムのいくつかの実施形態は、熱伝達を改善するために蒸発器を通る複数の平行な流路を提供する。これらのシステムのいくつかの実施形態は、熱伝達を改善するために蒸発器を通る「Ｓ」字形の流路を提供する。
これらのシステムのいくつかの実施形態は電熱冷却器を使用して機械の蒸発器をデフロストする能力を可能にする。これにより、圧縮機からのバイパスラインのみを使用する場合と比較して、蒸発器はより急速にデフロストすることが可能となる。
これらのシステムのいくつかの実施形態は追加的な冷媒を格納するための充填槽を提供し、この充填槽は、蒸発器が効果的にアイスクリームを冷凍していないとき（すなわち、蒸発器の一部がアイスクリームの凝固点よりも高い冷却サイクルの第１部分におけるように、冷却システムが過小規模であるとき）に冷却システムに冷媒を注入するために使用される。これにより、冷却システム内に熱エネルギーを蓄えるためのサーマルマスを提供することにより、冷却システムはアイスクリームを冷凍することが可能となる。充填槽は、冷却システムが全部の冷媒を必ずしも効果的に使用していないときに、冷却システムから冷媒を回収するためにも使用される。いくつかの場合では、このことは、蒸発器から流れ出る冷媒が１００％蒸気ではなく圧縮機に損傷が生じ得ることを意味する。冷媒を回収することにより、冷却システム内におけるサーマルマスが減少すると、冷凍性能が改善され、圧縮機に損傷が生じるリスクが低減される。膨張バルブに代わって充填槽を使用すると、騒音がより小さくなり、キャピラリーチューブ熱交換器に対する適合性がより大きくなる。
これらのシステムおよび方法の１つまたは複数の実施形態については、添付の図面および以下の記載において説明する。これらのシステムおよび方法の他の特徴、目的、および長所は以下の記載および図面から、および請求項から明らかとなるであろう。
食品および飲料を急速に冷却するための機械の斜視図である。 ハウジングがない状態にある機械を示す図である。 図１Ａの機械の一部の斜視図である。 蒸発器の詳細を見ることが可能となるようポッド容器－機械接続部のカバーを透明に図示した図１Ａの機械の斜視図である。 ハウジングおよびポッド容器－機械接続部がなく蓋部がない状態にある機械の一部の上面図である。 蒸発器の斜視図である。 蒸発器の側面図である。 生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器内のポッド容器を開閉するよう動作可能であるポッド容器－機械接続部の各構成品を示す図である。 生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器内のポッド容器を開閉するよう動作可能であるポッド容器－機械接続部の各構成品を示す図である。 生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器内のポッド容器を開閉するよう動作可能であるポッド容器－機械接続部の各構成品を示す図である。 生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器内のポッド容器を開閉するよう動作可能であるポッド容器－機械接続部の各構成品を示す図である。 生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器内のポッド容器を開閉するよう動作可能であるポッド容器－機械接続部の各構成品を示す図である。 生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器内のポッド容器を開閉するよう動作可能であるポッド容器－機械接続部の各構成品を示す図である。 冷却システムの概略図である。 凝縮器の試作機を示す図である。 凝縮器の試作機を示す図である。 ポッド容器の側面図である。 ポッド容器およびポッド容器内に配置された混合パドルの概略側面図である。 ポッド容器および関連する駆動軸の斜視図である。 ポッド容器および関連する駆動軸の斜視図である。 駆動軸がポッド容器内の混合パドルと係合した状態にあるポッド容器の一部の断面図である。 見やすくするためにキャップ部を基部から離間した状態にあるポッド容器の第１端部を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の第１端部のまわりにキャップ部を回転させて基部から延長する孔を開く様子を示す図である。 ポッド容器の概略拡大側面図である。 冷却済みの食品または飲料を製造するための機械の操作方法のフローチャートである。 蒸発器および膨張サブシステムを含む冷却システムの概略図である。 蒸発器の上流側の前方に配置されたタンクの水を予冷するバイパスラインを含む冷却システムの概略図である。 圧縮機と凝縮器との間に配置されたサーマルマスを含む冷却システムの概略図である。 圧力容器、第１制御バルブ、および第２制御バルブを含む冷却システムの概略図である。 電熱モジュールを含む冷却システムの概略図である。 熱電池、第１バッテリー・バイパスバルブ、および第２バッテリー・バイパスバルブを含む冷却システムの概略図である。 蒸発器カバー１２７の上面図である。 蒸発器の本体の上面図である。 関連する蓋部がある状態にある蒸発器の斜視図である。 関連する蓋部がない状態にある蒸発器の斜視図である。 蒸発器の流路および関連する蓋部により形成される流れ経路の概略図である。 蒸発器の流路および関連する蓋部により形成される流れ経路の概略図である。 蒸発器の流路および関連する蓋部により形成される流れ経路の概略図である。 蒸発器の流路および関連する蓋部により形成される流れ経路の概略図である。 ポッド容器と閉機構を有する蒸発器とを示す図である。 ポッド容器と閉機構を有する蒸発器とを示す図である。 ポッド容器と閉機構を有する蒸発器とを示す図である。 第１ボルトおよび第２ボルトを含む閉機構の側面図である。 第１ボルトおよび第２ボルトを含む閉機構の側面図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 押し出し成型された本体を有する蒸発器の図である。 オリフィス板が組み込まれた蒸発器の図である。 蒸発器とは異なる材料で作られた内部表面を有する、図１９Ａおよび図１９Ｂで示された蒸発器の斜視図である。 被覆の概略図である。 被覆の概略図である。 被覆の概略図である。 マイクロ流路を含む材料の例を示す図である。 回転圧縮機の上面図である。 回転圧縮機の上面図である。 回転圧縮機の上面図である。 アイスクリームを冷凍するための冷凍サイクルのプロットの図である。 アイスクリームを冷凍するための冷凍サイクルのプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 蒸発器の長さに沿った温度を表す等高線およびプロットの図である。 電熱冷却器が取り付けられた蒸発器の図である。 充填槽を有する冷却システムの概略図である。 アイスクリームに対する氷晶寸法分析結果の図である。 様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表す画像である。 様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表す画像である。 様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表す画像である。 様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表す画像である。 様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表す画像である。 図３４Ａ～図３４Ｅに示された様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表すヒストグラムである。 図３４Ａ～図３４Ｅに示された様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表すヒストグラムである。 図３４Ａ～図３４Ｅに示された様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表すヒストグラムである。 図３４Ａ～図３４Ｅに示された様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表すヒストグラムである。 図３４Ａ～図３４Ｅに示された様々なアイスクリームに対する氷晶寸法分析を表すヒストグラムである。
様々な図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
本明細書は食品および飲料を急速に冷却するためのシステムおよび方法について説明する。これらのシステムおよび方法のうちのいくつかは、容器内の食品および飲料を室温から氷点まで２分よりも短い時間で冷却するにあたりカウンタートップ型または据え付け型の機械を使用する。例えば本明細書に記載のアプローチは、ソフトクリーム、冷凍コーヒー、冷凍スムージー、および冷凍カクテルを室温のポッド容器からおよそ９０秒で作る能力を順調に示した。このアプローチは、カクテルを冷やし、冷凍スムージー、窒素を含有するかまたは含有しない冷凍済みのプロテインまたは他の機能性飲料のシェイク（例えばコラーゲン系、エナジー系、植物性、非乳製品系、ＣＢＤシェイク）、冷凍コーヒー飲料、および冷たいコーヒー飲料を作り、固いアイスクリームを作り、ミルクシェイクを作り、フローズン・ヨーグルトおよび冷たいプロバイオティクス飲料を作るためにも、使用されることが可能である。これらのシステムおよび方法は、起動時間が短く、かつ使用が容易で熱伝達が極めて効率的である熱伝達を提供するポッド容器－機械接続部を用いた冷却サイクル（または冷凍サイクル）に基づくものである。本明細書に記載のポッド容器のいつくかは（例えばレトルト滅菌を使用して）滅菌処理を施すことが可能で、例えば乳製品を含む原材料を最大１８ヶ月まで室温で格納するために使用することができる。
アイスクリーム機械の設計における特定的な課題は可及的に急速に好適には２分以内で室温から取り出し温度までポッド容器を冷却する能力である。いくつかの機械は、可及的速やかに取り出し温度に到達することにより、アイスクリームがアイスクリーム機械内に留まる滞留時間を短縮する。このことは可及的速やかに混合および冷却を行うことにより達成が可能である。
本明細書に記載の機械およびプロセスは、ひとり分のポッド容器内の氷晶の大部分が５０μｍより小さくなり多くの場合３０μｍより小さくなる状態でアイスクリームを作る。さらに、機械に接触することなくアイスクリームがポッド容器からボウルまたは皿に吐出可能となるためには、アイスクリームの取り出し温度または吐出温度は摂氏－３度～摂氏－８度（華氏２６．６度～華氏１７．６度）、好適には摂氏－３度～摂氏－６度（華氏２６．６度～華氏２１．２度）でなければならない。
本明細書で記載の機械およびプロセスは、直感に反することではあるが、冷凍および吐出の際に回転スピードを増大するという新規特徴を使用する。本明細書で記載の機械は混合パドルを使用することができる。この混合パドルは、開始時は低速で回転するがアイスクリームが液体から固体へと冷凍し始めると回転スピードが大きくなり、混合パドルのトルクの上昇に打ち勝つために大量の電力を要求する。通常はトルクが大きくなった場合には要求される電力を一定化するために混合パドルの回転スピードは低速化されるものである。いくつかの機械では混合パドルの回転スピードは、冷凍時間を短縮しかつ氷晶寸法をおよそ５０μｍ程度の小さい値に低くするために、冷凍過程の間に１００ＲＰＭから１２００ＲＰＭに高速化される。
さらに混合パドルの回転スピードが上昇するとポッド容器の内径上の氷は溶けるが、これは、アイスクリームを急速に冷凍するポッド容器壁部の意図された機能の逆である。アイスクリームの冷凍時間は、混合パドルの回転スピードが高いと追加的な摩擦が発生しそれによりポッド容器壁部において氷晶が溶けるため、長くなってしまう。これは、アイスクリームが冷凍し吐出されるために消費者が待機する時間を短縮するという通常の目的とは逆である。少なくともこれらの理由のために、混合パドルの回転スピードを約２００ＲＰＭの閾値を越える値に上昇させることは直感に反するものである。
インペラ混合パドルの回転スピードは、改善された超過量（好適には少なくとも３０％の超過量）が達成されるように冷凍済み糖菓に空気を引き込むために上昇される。混合パドルの螺旋状の外形（例えば混合パドル１５０の螺旋状外形が図１０に示されている）が回転することにより、ポッド容器の出口ポートからアイスクリームを押し出すための下向き圧力も生成される。
さらに、以前に述べたように、混合パドルを速やかに回転させることとポッド容器の壁部を急速に冷やすこととの組み合わせにより、冷却されたアイスクリームがポッド容器内で適切に混合されることと、小さい氷晶寸法が維持されることとが可能となる。なお氷晶寸法が小さいことはアイスクリームの滑らかさと直接に関連づけられている。これは、ひとつには、冷やされたアイスクリームがポッド容器の壁部から掻き落とされることと、温度がより高いポッド容器の中心部へと強制移動させられることとによるものである。アイスクリーム機械の最適化された性能は、ポッド容器の壁部における効率的な冷却と、ポッド容器の内容物に対する急速な掻き落とし／混合と、に依存する。冷却が効率的であるが掻き落とし／混合が急速でない機械、または掻き落とし／混合が急速であるが冷却が効率的でない機械は、最適化された機械とはならないであろう。
本明細書に記載のアイスクリーム混合物は、安定剤および乳化剤が最小限であるかまたはまったく使用しないという新規特徴を使用する。安定剤、乳化剤、および非天然性生成物をまったく含まないかまたはほとんど含まないことは「クリーンラベル」とみなされる。本明細書に記載のアイスクリーム混合物は、牛乳、クリーム、砂糖、および粉乳を含む。これらの特徴物をアイスクリーム混合物に含めることにより、結果的に生成されるアイスクリームは大部分の氷晶の直径が２５μｍよりも小さい値となる。
例えば、ひとり分１５０ｇのアイスクリームのクリーンラベル調合物は以下の割合、すなわち、４８ｇの全乳、６７ｇのヘビークリーム（ガムを含まない）、２４ｇの白砂糖、および１１ｇの脱脂粉乳を含む。
図１Ａは食品または飲料を急速に冷却するための機械１００の斜視図である。図１Ｂはハウジングがない状態にある機械を示す。機械１００は原材料を含むポッド容器内の原材料の温度を低下させる。大部分のポッド容器は、冷却または冷凍された製品が吐出される以前に原材料を混合するために使用される混合パドルを含む。機械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、蓋部システム、および、ハウジング１０４ならびにポッド容器－機械接続部１０６を有する吐出システムを含む、本体１０２を含む。ポッド容器－機械接続部１０６は冷却システム１０９の蒸発器１０８を含む。冷却システム１０９の他の構成要素はハウジング１０４の内部に配置されている。図１Ｂに示されているように蒸発器１０８はポッド容器を受け取る寸法を有する受容部１１０を画成する。他の機械については、２０２０年３月１９日に出願された米国特許出願整理番号第１６／８２４，６１６号（代理人整理番号４７３５４－００３６００１）、および２０２０年４月９日に出願された米国特許出願整理番号第１６／８４４，７８１号（代理人整理番号４７３５４－００１２００１）においてより詳細に記載されている。なおこれらの特許の全体は参照することにより本明細書に援用される。
蓋部１１２はヒンジ１１４を介してハウジング１０４に取り付けられる。蓋部１１２は受容部１１０をカバーする閉位置（図１Ａ）と受容部１１０を露出させる開位置（図１Ｂ）との間で回転することが可能である。閉位置において、蓋部１１２は受容部１１０をカバーし、定位置にロックされる。機械１００において、蓋部１１２上に設けられたラッチ１１６はポッド容器－機械接続部１０６上に設けられた外れ止め凹陥部１１８と係合する。外れ止めセンサ１２０は、外れ止め１１６が外れ止め凹陥部１１８に対して係合状態にあるかどうかを判定するために、外れ止め凹陥部１１８に配置される。プロセッサ１２２は外れ止めセンサ１２０に対して電子的に接続される。外れ止め１１６および外れ止め凹陥部１１８が係合状態にあることを外れ止めセンサ１２０が判定したときに蓋部１１２が閉状態にあることをプロセッサ１２２は認識する。
補助カバー１１５は蓋部１１２がその閉位置から開位置に移行するにつれて上向きに回転する。いくつかの補助カバーは、蓋部が開位置に移行するときにハウジング内に摺動する。
機械１００において、蒸発器１０８は機械１００の本体１０２に対して定位置に固定され、受容部１１０に対するアクセスが蓋部１１２の動きによって提供される。いくつかの機械では蒸発器１０８は本体１０２に移動可能であり、蒸発器１０８の移動により受容部１１０に対するアクセスが可能となる。
ハウジング１０４内に配置されたモータ１２４は蓋部１１２から延長する駆動軸１２６に対して機械的に接続される。蓋部１１２がその閉位置にあるとき駆動軸１２６は受容部１１０内に延長し、ポッド容器が存在する場合には、ポッド容器と係合してポッド容器内のパドル（単数または複数）を駆動する。プロセッサ１２２はモータ１２４に対して電子的に通信し、モータ１２４の動作を制御する。いくつかの機械ではポッド容器のパドル（単数または複数）に対して関連づけられた軸はポッド容器から外向きに延長し、蓋部１１２は（駆動軸１２６に代わって）モータ１２４に対して機械的に接続された回転式受容部を有する。
図１Ｃは、モータ１２４から駆動軸１２６まで延長するベルト１２５が見えるように分離した状態で示された蓋部１１２の斜視図である。ここで再び図１Ｂを参照すると、モータ１２４はレール１０７に沿って延びるプレート上に取り付けられる。このプレートはベルトの張力を調整するために約０．２５インチ（約６．４ｍｍ）ほど移動可能である。組み立ての際、このプレートはレールに沿って摺動する。プレートと蓋部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プレートから離間する方向に蓋部１１２を付勢する。
図２Ａは、蒸発器１０８のさらなる詳細を見ることができるようにポッド容器－機械接続部１０６のカバーが透明であるものとして図示された機械１００の斜視図である。図２Ｂは、ハウジング１０４およびポッド容器－機械接続部１０６がなく蓋部１１２がない状態にある機械１００の一部の上面図である。図２Ｃおよび図２Ｄは、それぞれ蒸発器１０８の斜視図および側面図である。他のポッド容器－機械接続部については、２０１９年７月１日に出願された米国特許出願整理番号第１６／４５９，１４６号（代理人整理番号４７３５４－０００９００１）においてより詳細に記載されている。なお同特許の全体は参照により本明細書に援用される。
蒸発器１０８は、第１部分１２８が一方の側部上に設けられた一体ヒンジ１３２により第２部分１３０に取り付けられ、かつ他方の側部上に設けられた間隙１３４により離間された、クラムシェル構成を有する。冷媒は流体流路１３６を通って蒸発器１０８から冷却システムの他の構成要素に流れる（図２Ｂにおいてもっともよく見られる）。冷媒は、第１部分１２８、一体ヒンジ１３２、および第２部分１３０を通る内部流路内で蒸発器１０８を通って流れる。
蒸発器１０８の外側壁部とポッド容器－機械接続部１０６のケーシングの内側壁部との間の空間１３７（図２Ｂにおいてもっともよく見られる）は、環境と蒸発器１０８との間の熱交換を低減するために断熱材で充填される。機械１００において空間１３７はエアロゲル（図示せず）で充填される。いくつかの機械は他の断熱材、例えば環帯（例えば空気層）、様々なポリマーで作られた断熱フォーム、またはガラス繊維ウールを使用する。
蒸発器１０８は開位置および閉位置を有する。開位置では、間隙１３４は開状態にあり、第１部分１２８と第２部分１３０との間に空気間隙を提供する。機械１００において第１部分１２８および第２部分１３０は閉位置にあるとき一緒に押さえつけられている。いくつかの機械では第１部分および第２部分が互いに向かって押さえつけられると間隙は小さくなるが、閉位置にあるときも依然として第１部分と第２部分との間には空間が画成される。
蒸発器１０８の内径ＩＤは閉位置にあるときよりも開位置にあるときのほうがわずかに大きい。ポッド容器は蒸発器１０８が開位置にある間に蒸発器に対して挿入し、蒸発器から取り外すことが可能である。ポッド容器が挿入された後に蒸発器１０８をその開位置から閉位置に移行させることにより、蒸発器１０８はポッド容器の外径のまわりを締め付ける。例えば機械１００は外径が２．０８５”であるポッド容器を使用するよう構成される。蒸発器１０８と開位置では２．１１５”の内径を有し、閉位置では２．０８５”の内径を有する。いくつかの機械は他のポッド容器を収容する寸法を有し、係るポッド容器も冷却するよう構成される。ポッド容器は、市販の缶寸法（例えば直径が２．０８０インチ（約５２．８ｍｍ）～２．０９０インチ（約５３．１ｍｍ）の範囲であり、かつ容積が１８０ミリリットル（ｍｌ）～３００ｍｌである「スリム（ｓｌｉｍ）」缶、直径が２．２５０インチ（約５７．２ｍｍ）～２．４００インチ（約６０．０ｍｍ）の範囲であり、かつ容積が１８０ｍｌ～４００ｍｌである「スリーク（ｓｌｅｅｋ）」缶、および直径が２．５００インチ（約６３．５ｍｍ）～２．６００インチ（約６６．０ｍｍ）の範囲であり、かつ容積が２００ｍｌ～５００ｍｌである「スタンダード（ｓｔａｎｄａｒｄ）」缶）から形成されることができる。機械１００は外径が２．０８５インチ（約５３．０ｍｍ）のポッド容器を使用するよう構成される。蒸発器１０８は開位置では内径が２．１１５インチ（約５３．７ｍｍ）であり、閉位置では内径が２．０８５インチ（約５３．０ｍｍ）である。いくつかの機械は他のポッド容器を収容する寸法を有し、係るポッド容器も冷却するよう構成される。
蒸発器１０８の閉位置は、ポッド容器１５０と蒸発器１０８との間の接触面積を増加させ、かつポッド容器１５０の壁部と蒸発器１０８との間の空気間隙を減少または排除することにより、挿入されたポッド容器１５０と蒸発器１０８との間の熱伝達を改善する。いくつかのポッド容器では、蒸発器１０８によりポッド容器に印加される圧力は、混合パドル、ポッド容器内の加圧ガス、またはその両方により対抗され、その結果としてポッド容器のケーシング形状が維持される。
蒸発器１０８では、第１部分１２８および第２部分１３０の相対位置および第１部分１２８と第２部分１３０との間の間隙１３４の寸法は、ボルト１４０および２つのバネ１４２により接続された２本の棒材１３８により制御される。２本の棒材１３８の各棒材は螺刻された中心穴を有し、ボルト１４０がその中心穴を通って延長し、２つの端部穴はピン１４４と係合する。２本のバネ１４２は２本の棒材１３８の間で延長するピン１４４の周りに配置される。いくつかの機械は、間隙１３４の寸法を制御するにあたっては他のシステム、例えば円周ケーブルシステムを使用する。なおこの円周ケーブルシステムは蒸発器１０８の外径の周りに延長するケーブルを有するものであって、ケーブルを締めると蒸発器１０８が閉じられケーブルを緩めると蒸発器１０８が開かれる。他の蒸発器では、複数のボルトおよび端部穴、１本または２本以上のバネ、１つまたは複数の係合ピンが存在する。
一方の棒材１３８は蒸発器１０８の第１部分１２８上に取り付けられ、他方の棒材１３８は蒸発器１０８の第２部分１３０上に取り付けられる。いくつかの蒸発器では、棒材１３８は蒸発器１０８の本体上に取り付けられるよりもむしろ蒸発器の本体に対して一体化される。バネ１４２は互いに離間する方向に棒材１３８を加圧する。バネ力は蒸発器１０８の第１部分１２８および第２部分１３０を間隙１３４において互いから離間する方向に付勢する。ボルト１４０を一つの方向に回転させると棒材１３８を互いに向かって押圧する力が大きくなり、ボルトを逆方向に回転させるとこの力が小さくなる。ボルト１４０により印加される力がバネ力よりも大きいとき、棒材１３８により蒸発器の第１部分１２８および第２部分１３０は一緒に押さえつけられる。
機械１００はボルト１４０を回転させることにより間隙１３４の寸法を制御するよう動作可能である電動モータ１４６（図２Ｂで示されている）を含む。いくつかの機械はボルト１４０を回転させるにあたっては他の機構を使用する。例えば、いくつかの機械は、例えば蓋部１１２が開閉されるにつれてボルト１４０を回転させるために蓋部１１２とボルト１４０との間に設けられた機械的結合を使用する。いくつかの機械は、ボルトを手動で締めるかまたは緩めるためにボルトに取り付け可能であるハンドルを含む。いくつかの機械は、機械蓋部が閉じられたときに棒材を閉位置へと強制的に移行させる、くさびシステムを有する。このアプローチは、電動モータ１４６に代わって使われることが可能であり、またはモータに不具合が生じた場合のためのバックアップとして提供されることもできる。
電動モータ１４６は機械１００のプロセッサ１２２に対して通信状態にあり、プロセッサ１２２により制御される。いくつかの電気駆動はトルク測定値をプロセッサ１２２に送信するトルクセンサを含む。プロセッサ１２２は、例えばポッド容器が受容部１１０内に配置されていることがポッド容器センサにより示されるとき、または蓋部１１２およびポッド容器－機械接続部１０６が係合していることを外れ止めセンサ１２０により示されるとき、ボルト１４０を第１方向に回転させることにより棒材１３８が一緒に押さえつけられるようモータに対して通信する。蓋部が閉じて軸がポッド容器を貫通し混合パドルと係合した後に、クラムシェル型の蒸発器が閉じられ、締めつけられた固定位置にポッド容器を保持することが望ましい。この位置は駆動軸と混合パドルの係合のために重要であり得る。プロセッサ１２２は、例えば生成される食品または飲料が冷却／冷凍され機械１００から吐出された後に、ボルト１４０を第２方向に回転させるよう電気駆動に対して通信する。それにより蒸発器間隙１３４が開かれて、蒸発器１０８からポッド容器１５０を容易に取り外すことが可能となる。
蒸発器１０８の基部は３つのボア１４８（図２Ｃ参照）を有し、これらのボア１４８は蒸発器１０８をポッド容器－機械接続部１０６の床部に取り付けるために使用される。３つのボア１４８の全部は蒸発器１０８の第２部分１３０の基部を通って延長する。蒸発器１０８の第１部分１２８はポッド容器－機械接続部１０６の床部に対して直接的には取り付けられない。この構成により上記の開閉動作が可能となる。蒸発器１０８の開閉動作を可能にする他の構成も使われることが可能である。いくつかの機械は４つ以上または２つ以下のボア１４８を有する。いくつかの蒸発器はポッド容器－機械接続部の床部とは異なる構成要素、例えば吐出機構に取り付けられる。
冷却システムの性能に影響を及ぼす要因は多数存在する。重要な要因は、システムを通って流れる冷媒の質量速度、冷媒により湿潤された表面の面積、冷却過程、ポッド容器／蒸発器・熱伝達表面の面積、蒸発器の質量、および熱伝達表面の物質の熱伝導率を含む。本明細書に記載の試作機システムの開発における大規模なモデル化および経験的研究により、システムを通って流れる冷媒の質量速度および冷媒湿潤表面面積を適切に選択することが、最大で１２オンス（約３４０グラム）の糖菓を２分よりも短い時間で冷凍する能力を有するシステムを提供するにあたってバランスをとるべきもっとも重要なパラメータであることが判明した。
本明細書で記載の蒸発器は以下の特性を有することが可能である。
Figure 2023528402000002
 以下の段落ではこれらのパラメータの重要性についてより詳細に説明する。
質量速度は、蒸発器を通って流れる冷媒の多相性の原因となる要因である。２相過程は、冷媒流体（例えばＲ－２９０プロパン）が液体からガスに状態変化するときに大量の熱を吸収し、ガスから液体に状態変化するときに大量の熱を消費する現象を利用する。熱伝達の速さは、一つには蒸発器内側表面を新しい液体冷媒に曝露させることにより液体アイスクリーム混合物を蒸発させて冷却することに依存する。このことが達成されるにあたっては、冷媒流体の速度は、蒸気が蒸発器の壁部内の流れ経路の中心部を通るかまたは流れ落ち、かつ液体冷媒が壁部内のこれらの流路通路を通って強制的に流されるにあたり十分に高い値でなければならない。冷却システム内の流体速度の１つのおよその測定値は質量速度である。なお質量速度とは、ｌｂ／ｈｒ－ｆｔ２を単位とする、流路の単位断面積あたりのシステム内の冷媒の質量流である。フィート／秒（「速度」を測定するにあたり一般に用いられる方法）で測定される速度は、流体流が液体からガスに状態変化する際に速度（フィート／秒）が常に変化するため、２相系において適用することは困難である。液体冷媒が蒸発器壁部につねに触れつつ流れている場合、冷媒は蒸発し、通路の中間部を流れ下る蒸気の「コア部」により、新しい液体が冷却流路の壁部に対して押し付けられ得る。低速度では、流れは重力に基づいて分離し、液体は蒸発器内の冷却通路の底部に留まり、蒸気は冷却通過経路の上側面に上昇する。液体に曝露される面積の量が半分となった場合、例えば、これにより熱伝達の量がおよそ半分に低下され得る。米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）によれば、１５０，０００ポンド／時間平方フィートの質量速度は蒸発器流れ経路の大部分に対する性能を最大化する。質量速度は冷却システムを最適化するにあたってバランスを取らなければならないパラメータの一つである。蒸発器の性能に影響を及ぼすパラメータは質量流量、対流熱伝達係数、および圧力低下である。蒸発器の公称動作圧力は蒸発器の要求される温度およびシステム内で使用される冷媒の特性により決定される。蒸発器を通る冷媒の質量流量は、冷媒が糖菓から熱エネルギーの量を吸収することにより糖菓を所与の時間で冷凍させるにあたり十分に高い値でなければならない。質量流量は主に圧縮機の寸法により決定される。コスト、重量、および寸法を低く抑えるために可能な限り小型の圧縮機を使用することが望ましい。対流熱伝達係数は質量速度および蒸発器の湿潤表面積により影響される。対流熱伝達係数は質量速度の増大とともに増大するであろう。しかし圧力低下も質量速度とともに増大するであろう。これにともない、圧縮機を動作させるにあたり要求される電力も増大し、圧縮機が送達可能な質量流量も低下してしまう。可能な限り小型で最も安価な圧縮機を使用する一方で性能目的を満足する蒸発器を設計することが望ましい。われわれは、７５，０００～１２５，０００ポンド／時間平方フィートの質量速度を有する蒸発器が最大１２オンス（約３４０グラム）の糖菓を２分よりも短い時間で冷凍する能力を有するシステムを提供することを支援するにあたり効果的であることを見出した。最新の試作機はおよそ１００，０００ポンド／時間平方フィートの質量速度を有し、高い質量速度、システムにおける管理可能な圧力低下、および妥当な寸法の圧縮機の良好なバランスを提供する。現在の試作機は８ｃｃの圧縮機を含む。しかしいくつかのシステムは、冷却能力の向上のために、より大型の圧縮機（例えば１０ｃｃ、１２ｃｃ、１４ｃｃの圧縮機）を含む。例えば、いくつかの機械は１６ｃｃ容量の回転圧縮機を含む。
蒸発器における性能に影響を及ぼす他の重要な要因は冷媒により湿潤された表面積である。この湿潤面積とは冷媒により湿潤された蒸発器内の冷却流路全体の面積である。湿潤表面積が大きくなると蒸発器の熱伝達特性が改善され得る。しかし湿潤表面積が大きくなると蒸発器の質量が大きくなることが可能となり、熱慣性も大きくなり、蒸発器の熱伝達特性も劣化してしまうであろう。
ポッド容器内の液体から伝達され得る熱の量はポッド容器／蒸発器・熱伝達表面の表面積に比例する。表面積がより大きいことは望ましいことではあるが、表面積の増加は蒸発器の質量の増加を要求し得、このことは蒸発器の熱伝達特性の劣化をもたらし得る。われわれは、ポッド容器／蒸発器・熱伝達表面の面積が２０平方インチ（約１２９平方センチメートル）～４０平方インチ（約２５８平方センチメートル）である蒸発器が、最大で１２オンス（約３４０グラム）の糖菓を２分よりも短い時間で冷凍する能力を有するシステムを提供することを支援する他の特性と効果的に組み合わされることを見出した。
熱伝導率は熱を伝導する能力に関する物質固有の特性である。伝導による熱伝達は、物質が全体として動くことがまったくない状態で物質内においてエネルギーが伝達することをともなう。高伝導物質（例えばアルミニウム）で作られた壁部を有する蒸発器は蒸発器壁部における温度差を低下させる。この温度差を小さくすることにより、冷却システムが蒸発器を正しい温度まで冷却するにあたり要求される仕事が小さくなる。
望ましい熱伝達が発生するためには蒸発器を冷却することが必要である。蒸発器の質量が大きいほど冷却時間は長くなるであろう。蒸発器の質量が小さいほど冷凍サイクルの間に冷却されなければならない物質の量が減少する。質量が大きい蒸発器は最大１２オンス（約３４０グラム）の糖菓を冷凍するにあたり要求される時間が長くなるであろう。
熱伝導率および質量の効果は物質を適切に選択することによりバランスを取ることが可能である。アルミニウムよりも熱伝導率が高い物質（例えば銅）が存在する。しかし銅の密度はアルミニウムの密度よりも大きい。この理由のために、蒸発器の熱交換表面上でのみ高熱伝導性の銅が用いられかつその他の部分ではアルミニウムが用いられた蒸発器がいくつか作られている。
図３Ａ～３Ｆでは、機械１００により生産された食品または飲料を吐出するために蒸発器１０８内のポッド容器を開くよう動作可能であるポッド容器－機械接続部１０６の各構成品が示されている。これはポッド容器を開くための一つのアプローチであるが、いくつかの機械およびその関連するポッド容器では他のアプローチが使用される。
図３Ａは、ポッド容器１５０が蒸発器１０８内に配置された状態にあるポッド容器－機械接続部１０６の部分的切断概略図である。図３Ｂは下から見上げた様子を示す概略平面図であり、ここではポッド容器１５０の端部とポッド容器－機械接続部１０６の床部１５２の関係が示されている。ポッド容器－機械接続部１０６の床部１５２は吐出器１５３により形成される。図３Ｃおよび図３Ｄは吐出器１５３の斜視図である。図３Ｅおよび図３Ｆは吐出器１５３内に配置された挿入体１５４の斜視図である。挿入体１５４はポッド容器－機械接続部１０６の床部１５２においてウォームギヤ１５７を駆動するよう動作可能である電動モータ１４６を含む。ウォームギヤ１５７は環状構成を有するギア１５９に対して係合する。ギア１５９に取り付けられた環状部材１６１はギア１５９からポッド容器－機械接続部１０６の内部領域へと延長する。環状部材１６１は突起１６３を有し、突起１６３はポッド容器を開くためにポッド容器－機械接続部１０６内に挿入されたポッド容器に対して係合するよう構成されたものである。環状部材１６１の突起１６３は間釘形状を有する４本の突起である。いくつかの環状ギアは、より多くの本数またはより少ない本数の突起を有し、これらの突起は他の形状（例えば「歯状体」）を有し得る。
ポッド容器１５０は混合パドル１６０を含む本体１５８を含む（図３Ａ参照）。ポッド容器１５０は、アパーチャ１６４を画成する基部１６２と、基部１６２の全体にわたり延長するキャップ部１６６と、も有する（図３Ｂ参照）。基部１６２はポッド容器１５０の本体１５８に対して継ぎ合わせ加工／固定される。基部１６２は突起１６５を含む。基部１６２の上方に取り付けられたキャップ部１６６はポッド容器１５０の円周／軸周りに回転可能である。使用時において生成物がポッド容器１５０から吐出される準備が整ったとき、機械の吐出器１５３はキャップ部１６６に対して係合しポッド容器１５０の第１端部の周りにキャップ部１６６を回転させる。キャップ部１６６は、突起１６５に対して係合する位置まで回転され、次に突起１６５を基部１６２の残りの部分から分離させる。ポッド容器１５０およびその構成要素については図６Ａ～図１０を参照して詳細に説明する。
基部１６２におけるアパーチャ１６４はキャップ部１６６の回転により開かれる。ポッド容器－機械接続部１０６は、ギア１６８の外周に対して係合する螺刻を有する電動モータ１４６を含む。電動モータ１４６が動作するとギア１６８が回転される。ギア１６８は環状部材１６１に対して取り付けられており、ギア１６８が回転すると環状部材１６１が回転することとなる。ギア１６８および環状部材１６１は両方とも環状であり、これらが一体となって中央ボアを画成する。食品または飲料はポッド容器１５０から中央ボアを通って、ギア１６８または環状部材１６１に接触することなくアパーチャ１６４を通って吐出可能となる。ポッド容器１５０が蒸発器１０８内に配置されると、環状部材１６１はキャップ部１６６に対して係合し、環状部材１６１が回転するとキャップ部１６６も回転する。
図４は蒸発器１０８を含む冷却システム１０９の概略図である。冷却システムは凝縮器１８０、吸引ライン熱交換器１８２、膨張装置１８４、および圧縮機１８６も含む。高圧液体冷媒は凝縮器１８０から吸引ライン熱交換器１８２および膨張装置１８４を通って蒸発器１０８へと流れる。膨張装置１８４は液体冷媒流体の流れを抑制し、液体冷媒が膨張装置１８４から流出する際に液体冷媒の圧力を低下させる。
この冷却システムでは膨張装置１８４は膨張バルブである。いくつかの冷却システムでは膨張装置１８４はキャピラリーチューブである。膨張装置１８４がキャピラリーチューブである場合、吸引ライン熱交換器１８２は吸引ライン（すなわち蒸発器流出口から圧縮機流入口までのライン）の周りにキャピラリーチューブを巻き付け、定位置に真空ろう付けまたははんだ付けにより実装され得る。このアプローチでは膨張装置１８４は、吸引ラインに熱的に接続された場合のキャピラリーチューブおよび吸引ライン熱交換器の両方である。この実装は、性能を改善する吸引ライン熱交換を達成するための簡単で低コストなアプローチをもたらす。
低圧の気液混合物は次に蒸発器１０８に移動する。蒸発器１０８内では、ポッド容器１５０およびその内容物から吸収された熱により、冷媒は気液混合物からガスに変化する。気相の冷媒は蒸発器１０８から吸引ライン熱交換器１８２を通って圧縮機１８６に流れる。吸引ライン熱交換器１８２内では、蒸発器１０８から流出する低温蒸気凝縮器１８０から流出する液体を予冷する。吸引ライン熱交換器１８２はキャピラリーチューブ組立体を含む。冷媒は低圧ガスとして圧縮機１８６に流入し、高圧ガスとして圧縮機１８６から流出する。ガスは次に凝縮器１８０に流入する。凝縮器１８０内では熱交換により冷媒は冷却され液体に凝縮される。
冷却システム１０９は第１バイパスライン１８８および第２バイパスライン１９０を含む。第１バイパスライン１８８は圧縮機１８６の放出を圧縮機１８６の流入口へと直接的に接続する。通路を開閉することにより冷媒のバイパス流を可能にするためのバイパスバルブが第１バイパスラインおよび第２バイパスラインの両方に配置される。直接的に圧縮機の放出から流入口まで冷媒を迂回させることにより、高温ガスを蒸発器に注入することなく蒸発器のデフロストおよび温度制御が可能となる。第１バイパスライン１８８は、圧縮機１８６の両端間を急速に均圧化するための手段も提供する。係る均圧化は急速再起動（すなわちポッド容器を次々と冷凍すること）を可能にする。第２バイパスライン１９０は、暖かいガスを蒸発器１０８に注入することにより蒸発器１０８をデフロストすることを可能にする。バイパスバルブは例えばソレノイドバルブまたはスロットルバルブであり得る。
図５Ａおよび図５Ｂは凝縮器１８０の試作機を示す図である。凝縮器と内部流路１９２を有する。内部流路１９２が存在することにより、冷媒と接触する表面積は大きくなり、そのため冷媒が急速に冷却されることとなる。これらの図面ではマイクロ流路配管が示されている。マイクロ流路配管は、高い冷却液速度を維持する小さい流路を有し、熱伝達に対して良好である薄い壁部であり、質量をほとんど有さないため凝縮器がヒートシンクとなることがないため、使用される。
図６Ａおよび図６Ｂでは、図１Ａ～図３Ｆを参照して説明した機械１００とともに使用するためのポッド容器１５０の１例が示されている。図６Ａはポッド容器１５０の側面図である。図６Ｂは、ポッド容器１５０およびポッド容器１５０の本体１５８内に配置された混合パドル１６０の概略側面図である。機械１００または同様の機械と共に使用が可能である他のポッド容器－機械接続部については、２０１９年７月１日に出願され、かつ参照することにより全体が本願に援用される米国特許出願整理番号第１６／４５９，３２２号（代理人整理番号４７３５４－００１０００１）においてより詳細に記載されている。
ポッド容器１５０は機械１００の受容部１１０にフィットする寸法を有する。ポッド容器は作られた食品または飲料のひとり分量を提供する寸法を有し得る。通常、ポッド容器は６～１８流体オンスの容積（約１７０～約５１０流体グラム）を有する。ポッド容器１５０はおよそ８．５流体オンス（約２４１流体グラム）の容積を有する。
ポッド容器１５０の本体１５８は混合パドル１６０を含む缶である。本体１５８は基部にある第１端部２１０から第２端部２１２まで延長し、円形断面を有する。第１端部２１０は、第２端部２１２の直径ＤＬＥよりもわずかに大きい直径ＤＵＥを有する。この構成により、１つのポッド容器の第１端部２１０が他のポッド容器の第２端部２１２を受容する状態で複数のポッド容器２００を他のポッド容器の上部に積み重ねることが支援される。
壁部２１４は第１端部２１０を第２端部２１２に接続する。壁部２１４は第１ネック部２１６、第２ネック部２１８、および第１ネック部２１６と第２ネック部２１８との間の樽状部２２０を有する。樽状部２２０は直径ＤＢを有する円形断面を有する。直径ＤＢは、第１端部２１０の直径ＤＵＥおよび第２端部２１２の直径ＤＬＥの両方よりも大きい。第１ネック部２１６は樽状部２２０を第１端部２１０に接続し、第１ネック部２１６がより小さい直径ＤＵＥから樽状部２２０のより大きい直径ＤＢまで延長するにつれて傾斜する。第２ネック部２１８は樽状部２２０を第２端部２１２に接続し、第２ネック部２１８が樽状部２２０のより大きい直径ＤＢから第２端部２１２のより小さい直径ＤＬＥまで延長するにつれて傾斜する。第２端部２１２が第１端部２１０よりも小さい直径を有するため、第２ネック部２１８は第１ネック部２１６よりも傾斜が大きい。
ポッド容器１５０のこの構成により、物質使用（すなわち、ポッド容器あたり原料物質（例えばアルミニウム）より多くの材料を使う能力）が大きくなる。この構成はポッド容器の円柱強度の強化をさらに支援する。
ポッド容器１５０は蒸発器からポッド容器の内容物への良好な熱伝達のために設計される。ポッド容器１５０の本体１５８はアルミニウムから作られ、５～５０ミクロンの厚さを有する。いくつかのポッド容器の本体は他の物質、例えばスズ、ステンレス鋼、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＴＥ）などの多様なポリマーから作られる。
ポッド容器１５０は、ポッド容器の製造性および性能を支援するために異なる物質の組み合わせから作られてもよい。一実施形態では、基部がアルミニウム５１８２から作られる一方でポッド容器壁部および第２端部２１２はアルミニウム３１０４から作られてもよい。
いくつかのポッド容器では、ポッド容器の内部構成要素は、ポッド容器がポッド容器内の原材料に接触した際にポッド容器が腐食することを防止するために、ラッカーでコーティングされる。このラッカーコーティングにより、ポッド容器内に含まれた食品および飲料の原材料内での金属による「調子外れ」が生じる可能性も小さくなる。例えばアルミニウムで作られたポッド容器は内側が以下のコーティング、すなわちＳｈｅｒｗｉｎ Ｗｉｌｌｉａｍｓ／Ｖａｌｓｐａｒ Ｖ７０Ｑ１１、Ｖ７０Ｑ０５、３２ＳＯ２ＡＤ、４０Ｑ６０ＡＪ、ＰＰＧ Ｉｎｎｏｖｅｌ ２０１２－８２３、２０１２－８２０Ｃ、および／またはＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ａｑｕａｌｕｒｅ Ｇ１ ５０のうちの１つ、またはこれらの組み合わせによりコーティングされ得る。同じまたは別のコーティング製造業者により作られた他のコーティングが使われてもよい。
いくつかの混合パドルは同様のアルミニウム合金から作られ、同様のラッカー／コーティングでコーティングされる。例えば、Ｗｈｉｔｆｏｒｄ／ＰＰＧコーティング８８７０が混合パドル用のコーティングとして使われてもよい。混合パドルラッカーは、こびり付き防止および硬化という追加的な利点を混合パドルに対してもたらし得る。
図７Ａ～図７Ｃには、機械１００の駆動軸１２６と機械１００内に挿入されたポッド容器１５０の混合パドル１６０との間の係合が示されている。図７Ａおよび図７Ｂはポッド容器１５０および駆動軸１２６の斜視図である。使用時にポッド容器１５０は、ポッド容器１５０の第１端部２１０が下向きになる状態で蒸発器１０８の受容部１１０に挿入される。図７Ａに示されているように、この方向で配置することによりポッド容器１５０の第２端部２１２が駆動軸１２６に対して露出されることとなる。蓋部１１２（図１Ａ参照）が閉じられると、駆動軸１２６がポッド容器１５０の第２端部２１２を貫通するにあたり十分に大きい力で駆動軸１２６がポッド容器１５０の第２端部２１２に対して押し当てられる。図７Ｂには、結果的に穴が形成されて混合パドル１６０が露出した様子が示されている。なおここでは見やすさのために駆動軸１２６がずれた状態となっている。図７Ｃは、蓋部が閉じられた後で駆動軸１２６が混合パドル１６０に対して係合した状態にあるポッド容器１５０の一部の断面図である。通常、冷凍済み糖菓がポッド容器１５０から排出／吐出される際に空気の流入が可能となるよう、駆動軸１２６とポッド容器１５０との間には緊密な密閉は存在しない。代替的な実施形態では、ポッド容器１５０と蒸発器１０８との間の接触を高めるためにポッド容器１５０が圧力を保持するよう、緊密密閉が存在する。
いくつかの混合パドルは、ポッド容器の第２端部が駆動軸により刺されたとき第２端部の刺し穴を受容する漏斗または受容部の構成を含む。
図８にはポッド容器１５０の第１端部２１０が示されおり、ここでは見やすくするためにキャップ部１６６が基部１６２から離間された状態にある。図９Ａ～図９Ｄには、ポッド容器１５０の第１端部２１０の周りにキャップ部１６６を回転させることにより基部１６２の突起１６５を切断して運び去り、それにより基部１６２を通って延長するアパーチャ１６４が露出される様子が示されている。
基部１６２は、ポッド容器１５０の本体１５８とは別に製造された後にポッド容器１５０の本体１５８に対して（例えば圧着または継ぎ合わせ加工により）取り付けられ、それにより本体１５８の開放端部がカバーされる。基部１６２の突起１６５は例えば、基部を形成するために使用されるアルミニウムのシートに対して圧断（ｓｔａｍｐｉｎｇ）、深絞り（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）、または据え込み（ｈｅａｄｉｎｇ）加工を施すことにより形成されることができる。突起１６５は例えば弱い引っ掻き線１７３により基部１６２の残りの部分に取り付けられる。引っ掻きは、アルミニウムシートの基部に対して刻まれる垂直の引っ掻きであってもよく、または突起１６５の壁部に対する水平の引っ掻きであってもよい。例えば、材料に対して、引っ掻き処理前の０．００８インチ（約０．２０ｍｍ）～０．０１０インチ（約０．２５ｍｍ）の肉厚から引っ掻き処理後の０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）～０．００８インチ（約０．２０ｍｍｍｍ）の肉厚にまで引っ掻き処理が行われてもよい。代替的な実施形態では、圧断処理後の引っ掻き処理は実施されず、むしろ、破断が容易となるように壁部が意図的に薄く作られる。他の変化例では、壁部の厚さに変動はなく、むしろキャップ部１６６と機械吐出機構係合の力との組み合わせが ０．００８インチ（約０．２０ｍｍ）～０．０１０インチ（約０．２５ｍｍ）の突起１６５上の肉厚を切断するにあたり十分な大きさを有する。引っ掻きにより、突起１６５は持ち上げられ基部１６２から、５ポンド（約２．２７キログラム）～７５ポンド（約３４．０２キログラム）、例えば１５ポンド（約６．８０キログラム）～４０ポンド（約１８．１４キログラム）の力で剪断により切り離される。
キャップ部１６６は第１アパーチャ２２２および第２アパーチャ２２４を有する。第１アパーチャはアパーチャ１６４の形状と近似的に一致する。アパーチャ１６４は、突起１６５が取り外されたとき、露出され、基部１６２を通って延長する。第２アパーチャ２２４は２つの重なる円に対応する形状を有する。これらの重なる円のうちの一方の円は突起１６５の形状に対応する形状を有し、重なる円のうちの他方の円はそれよりもわずかに小さい。傾斜面２２６が２つの重なる円の外側縁部の間で延長する。追加的な０．０２０”の材料厚さが傾斜面遷移の上部において存在する。この余分な高さが存在することにより、図９Ａ～図９Ｇに関してより詳細に説明するように、キャップ部が回転する間に、突起体のヘッド部が持ち上げられて破断され、アパーチャが開かれることが支援される。
図９Ａおよび図９Ｂに示されているように、キャップ部１６６は最初、突起１６５が第２アパーチャ２２４の重なる円のうちの大きい方の円と位置合わせされ、その円を通って延長する状態で、基部１６２に対して取り付けられている。機械のプロセッサ１２２が環状部材１６１のギア１６８を回転させるよう電動モータ１４６を始動させると、図９Ｃおよび図９Ｄに示されているようにキャップ部１６６の回転により傾斜面２２６が突起１６５のリップ部の下方に摺動する。キャップ部１６６が回転を続けるにつれて、基部１６２の残りの部分から突起１６５を分離させる持ち上げ力が印加され（図９Ｅ～図９Ｇ参照）、次に、キャップ部１６６の第１アパーチャ２２２が基部１６２に設けられたアパーチャ１６４に対して位置合わせされ、その結果、突起１６５が取り外される。
いくつかのポッド容器は、突起１６５が基部１６２から分離された後に突起１６５を保持するための構造体を含む。ポッド容器１５０において突起１６５はヘッド部１６７、ステム部１６９、および脚部１７１を有する（図９Ｇにおいてもっともよく見られる）ステム部１６９はヘッド部１６７と脚部１７１との間で延長し、ヘッド部１６７および脚部１７１よりも小さい断面積を有する。キャップ部１６６が回転することにより突起１６５が基部１６２の残りの部分から分離される際、キャップ部１６６は、第２アパーチャ２２４の重なる円のうちの一方の縁部に沿ってヘッド部１６７とおよび脚部１７１との間にキャップ部１６６が挟まれる状態で、ステム部１６９を横方向に押圧する。この構成により、突起１６５が基部１６２から分離されるとき突起１６５は保持される。係る構成により、突起１６５が基部から取り外されるときに、待機中の受容部の中に突起が落ち込む可能性が小さくなる。
いくつかのポッド容器は基部１６２の他の部分から突起１６５を分離するための他のアプローチを含む。例えばいくつかのポッド容器では、基部は、基部に対してリベット留めされた回転可能な切断機構を有する。回転可能な切断機構は、キャップ部１６６に関して記載したものと同様の形状を有するが、この２次的な小片は、基部１６２の周囲の上方に取り付けられるよりもむしろ基部１６２の周辺部に対してリベット留めされ、基部１６２の周辺部内に配置される。冷却サイクルまたは冷凍サイクルが完了すると、機械のプロセッサ１２２はリベット留めされた切断機構を回転させるよう機械のアーム部を作動させる。回転中、切断機構は突起１６５に係合し、突起１６５を切断して運び去り、その結果、基部１６２のアパーチャ１６４が定位置に残される。
他の事例では、いくつかのポッド容器は、基部にわたって移動しそれにより突起を取り外す摺動ナイフを有するキャップ部を有する。摺動ナイフは機械により作動され、コントローラによりトリガされたときに基部にわたって摺動し、突起１６５を分離させ、取り外し、収集する。キャップ部１６６は、機械により作動されたときに基部１６２を直線的に基部の上方で摺動するギロチン機能を有する。キャップ部１６６は突起１６５と係合し、キャップ部１６６を切断して運び去る。他の実施形態では、このギロチン機能はポッド容器１５０のキャップ部１６６ではなく機械の中央に位置し得る。他の実施形態では、このギロチン機能は基部１６２内の２次的な小片として取り付けられてもよく、キャップ部１６６の場合とは異なり２次的に取り付けられた小片でなくてもよい。
いくつかのポッド容器は、機械により係合され開放されることが可能な引き上げ式タブを含む吐出機構を有する。冷却サイクルが完了したとき、機械のアーム部がポッド容器のタブに係合しタブを持ち上げる。それにより基部が押圧および穿孔され、基部にアパーチャが形成される。冷却済みまたは冷凍済みの製品はこのアパーチャを通して吐出される。基部の穿孔された表面は基部に対してヒンジ接続され、吐出が行われている間、ポッド容器の内部に留まる。他の実施形態では、混合パドルが遮られることなく回転を継続するように、混合パドルは穿孔済みの表面を回避するかまたは穿孔済み表面の上方で回転する。いくつかの引き上げ式タブでは、機械のアーム部が穿孔済み表面を基部から分離させる。いくつかの場合では、冷却済みの食品または飲料は華氏２６．６度（摂氏－３度）～華氏１７．６度（摂氏－８度）の温度で吐出される。いくつかの場合では冷却済みの食品または飲料はアルコール（例えば凍結アルコール飲料）を含み、華氏１７．６度（摂氏－８度）～華氏５．０度（摂氏－１５度）の温度で吐出される。いくつかの場合では冷却および吐出される食品または飲料は平均寸法が５０μｍよりも小さい氷晶からなる。
図１０はポッド容器１５０の概略拡大側面図である。混合パドル１６０は中央ステム２２８と、中央ステム２２８から延長する２枚のブレード２３０とを含む。ブレード２３０は、ポッド容器１５０の内容物の攪拌と、ポッド容器１５０の本体１５８の内側表面に付着した原材料の取り除きと、を行うよう成形された螺旋状ブレードである。いくつかの混合パドルは単一のブレード、または２本の混合パドルよりも多い混合パドルを有する。
流体（例えば液体原材料、空気、または冷凍糖菓）は、混合パドル１６０が回転するとき、ブレード２３０に設けられた開口部２３２を通って流れる。これらの開口部は混合パドル１６０を回転させるために必要な力を低下させる。係る低下は、原材料の粘度が増加する（例えばアイスクリームが形成される）につれて重要となる。開口部２３２はさらに、ポッド容器内の原材料を混合し、原材料中に空気を含ませることを支援する。
ブレード２３０の横方向縁部はスロット２３４を画成する。スロット２３４は、混合パドル１６０が回転するにつれて本体１５８の内側表面の大部分がブレード２３０のうちの１本により本体の内側表面に付着した原材料が掻き落とされるよう、ずれた位置にある。混合パドル１６０はポッド容器１５０の本体１５８の第１端部２１０よりも広いが、スロット２３４は交互に並んだスロットであるため、混合パドル１６０をポッド容器１５０の本体１５８内に挿入することは、スロット２３４が第１端部２１０に位置合わせされるよう挿入の際に混合パドル１６０を回転させることにより、支援される。他の実施形態では、混合パドルの外径がポッド容器１５０の開口部の直径よりも小さく、そのためポッド容器１５０内へ（回転させることなく）直線的に挿入すること可能である。他の実施形態では、混合パドル上の１本のブレードが第２のブレード直径よりも広い外径を有し、そのためポッド容器１５０内に（回転させることなく）直線的に挿入することが可能である。この混合パドルの構成では、１本のブレードは側面壁部から原材料を取り除く（例えば掻き落とす）機能を果たすことが意図されたものであり、その一方で、第２の直径がより小さいブレードは攪拌動作のほうに重点を置いた機能を果たすことが意図されたものである。
いくつかの混合パドルは中央ステムに対してヒンジで取り付けられた１つまたは複数のブレードを有する。挿入の際、これらのブレードは、ヒンジを閉じる方向に動かして収縮編成になり、挿入された後は収縮編成から解放されて拡張編成になる。いくつかのヒンジ接続されたブレードは、第１方向に回転されるときは開位置に固定され、第１方向とは逆の第２方向に回転するときは折り畳み可能である。いくつかのヒンジ接続されたブレードは、ひとたびポッド容器内に入ると回転方向のいかんに関わらず固定された外向き位置にロックされる。いくつかのヒンジ接続されたブレードは手動で収縮、拡張、およびロックされる。
混合パドル１６０が時計方向に回転すると、蓄積された冷凍済み糖菓はポッド容器壁部２１４から取り除かれる。ポッド容器壁部から取り除かれた糖菓は重力により第１端部２１０に向かって落下する。反時計回りの方向に混合パドル１６０が回転すると、原材料は第２端部２１２に向かって持ち上げられ回転させられる。パドルが方向転換し時計方向に回転すると原材料は第１端部２１０に向かって押される。図９Ｄに関して図示および説明されたように基部１６２の突起１６５が取り外されると、生産された食品または飲料は混合パドルの時計方向回転によりアパーチャ１６４を通ってポッド容器１５０から吐出される。いつくかのパドルは第１方向に回転することにより、ポッド容器の内容物を混合および吐出する。いつくかのパドルは第１方向および第２方向に動くことにより混合し、ポッド容器が開かれたときに第２方向に動くことにより吐出する。
中央ステム２２８は機械１００の駆動軸１２６を受容する寸法を有する凹陥部２３６を画成する。凹陥部および駆動軸１２６は、駆動軸１２６および混合パドル１６０が回転可能に制約されるよう正方形断面を有する。モータが駆動軸１２６を回転させると駆動軸は混合パドル１６０を回転させる。いくつかの実施形態では駆動軸の断面が異なる形状を有し、凹陥部の断面はそれに適合した形状を有する。いくつかの場合では駆動軸および凹陥部はネジ接続される。いくつかのポッド容器では凹陥部は、駆動軸を把持することにより駆動軸をパドルに回転可能に連結する嵌め合わせ構造を含む。
図１１は、機械１００を動作させるためのプロセッサ１２２上に実装された方法２５０のフローチャートである。方法２５０について、冷却システム１０９および機械１００に関して説明する。方法２５０は、他の冷却システムおよび機械とともに使用されてもよい。方法２５０は、ソフトクリームを生産するものとして説明されるが、他の冷却または冷凍済みの飲料および食品を生産するためにも使用が可能である。
方法２５０の第１ステップは、機械１００を起動し（ステップ２６０）、圧縮機１８６と凝縮器１８０に関連するファンとを起動すること（ステップ２６２）である。冷却システム１０９は調節ずみ温度で無負荷運転する（ステップ２６４）。方法２５０では、蒸発器１０８の温度はおよそ摂氏０．７５度付近の値に維持されるよう制御されるが、±摂氏０．２５度の温度変動があってもよい。いくつかの機械は他の無負荷運転温度、例えば摂氏０．７５度～室温（摂氏２２．０度）で動作する。蒸発器の温度が摂氏０．５度よりも低い場合、プロセッサ１２２はバイパスバルブ１９０を開いてシステムの熱を増加させる（ステップ２６６）。蒸発器温度が摂氏１度を越えると、バイパスバルブ１９０は蒸発器を冷やすために閉じられる（ステップ２）。無負荷運転状態から、機械１００は、アイスクリームを生成するよう動作されてもよく（ステップ２７０）または閉じられてもよい（ステップ２７２）。
ポッド容器を挿入した後、ユーザはスタートボタンを押す。ユーザがスタートボタンを推すと、バイパスバルブ１９０は閉じ、蒸発器１０８はその閉位置に移行し、モータ１２４は始動する（ステップ２７４）。いくつかの機械では蒸発器はモータを使用して電子的に閉じられる。いくつかの機械では蒸発器は、例えば開位置から閉位置へと移行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、以上の動作が実施される前にポッド容器１５０が蒸発器１０８内に存在することを確認する。
いくつかのシステムは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ、またはＵＰＣバーもしくはＱＲコードなどの他のインテリジェント・バーコートを含む。ポッド容器上の識別情報は、特定のポッド容器に対して特定の冷却または混合アルゴリズムをトリガするために使用され得る。これらのシステムは所望により、ＲＦＩＤ、ＱＲコード、またはバーコードを読み取り、混合モータ・スピードプロファイルおよび混合モータ・トルク閾値を特定することができる（ステップ２７３）。
この識別情報は、消費者マーケッティングへの誘導を支援するための使用も可能である（例えばインターネット上で、またはサブスクリプションモデルを使用して）。ポッド容器が店頭で長期保存可能であるため、このアプローチおよび本明細書に記載のシステムの利用によりｅコマースを通してのアイスクリーム販売が可能である。サブスクリプションモデルでは、消費者が月額を支払うと所定本数のポッド容器が毎月消費者のもとに配送される。消費者は、多様なカテゴリー（例えば、アイスクリーム、健康志向スムージー、冷凍コーヒー、または冷凍カクテル）の他にもパーソナライズされた香料（例えば、チョコレートまたはバニラ）からパーソナライズされたポッド容器を選択することが可能である。
この識別は、使用された各ポッド容器を追跡するためにも使用可能である。いくつかのシステムでは、機械がネットワークにリンクされ、どのポッド容器が使用され、置き換え（例えば週毎の配送を通して）が必要であるかを供給業者に通知するよう構成され得る。この方法は消費者が食品雑貨店に行きポッド容器を購入するよりも効果的である。
これらの動作により、混合パドル１６０が回転する間に蒸発器１０８内のポッド容器１５０が冷却されることとなる。アイスクリームが形成されるにつれてポッド容器１５０の内容物の粘度が大きくなる。機械のトルクセンサは、ポッド容器１５０内において混合パドル１６０を回転させるにあたり要求されるモータ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足すると、機械１００は吐出モードに移行する（２７６）。吐出ポートが開き、モータ１２４は回転方向を転換して（ステップ２７８）、冷凍済み糖菓をポッド容器１５０から押し出す。このことがおよそ１～１０秒間継続され、それによりポッド容器１５０の内容物が吐出される（ステップ２８０）。次に機械１００はデフロストモードに切り替わる（ステップ２８２）。蒸発器１０８に蓄積された霜のために蒸発器１０８の熱伝達効率は低下し得る。加えて、蒸発器１０８がポッド容器１５０に凍結付着し得、蒸発器の第１部分１２８および第２部分１３０が互いに凍結付着し得、および／またはポッド容器が蒸発器に凍結付着し得る。蒸発器は、バイパスバルブ１７０を開き蒸発器１０８を開きモータ１２４を停止させることにより、これらの問題を回避するためにサイクル間でデフロストされ得る。次に機械は蒸発器をデフロストするために約１～１０秒間バイパスバルブを通してガスを迂回させる（ステップ２８４）。蒸発器１０８がすでに氷点温度よりも高いことを熱電対が報告しない限り、機械は各サイクルの終了する都度デフロストするようプログラムされる。次にポッド容器は取り出されることが可能である。次に機械１００は無負荷運転モード（ステップ２６４）に戻る。いくつかの機械では、温度計がポッド容器１５０の内容物の温度を測定し、ポッド容器の内容物を吐出する時間を識別する。いくつかの機械では、所定の時間が達成されたとき吐出モードが開始する。いくつかの機械では、混合パドルを回転させるにあたり要求されるトルク、混合モータ電流の流れ、ポッド容器の温度、および／または時間の組み合わせが、ポッド容器の内容物を吐出する時間を決定する。
無負荷運転時間が終了すると、機械１００は自動的に電源を落とす（ステップ２７２）。ユーザは、電源ボタンを押すことにより機械１００の電源を落とすことも可能である（２８６）。電源が落ちるとき、プロセッサはバイパスバルブ１９０を開いてバルブの両端での圧力を均等化する（ステップ２８８）。機械１００は１０秒間待機し（ステップ２９０）、次に圧縮機１８６およびファンを停止させる（ステップ２９２）。次に機械が停止する。
図１２は、蒸発器１０８および膨張サブシステム３１２を含む冷却システム３１０の概略図である。冷却システム３１０は実質的に冷却システム１０９と同じである。しかし冷却システム３１０は冷却システム１０９において示された膨張装置１８４よりもむしろ膨張サブシステム３１２を含む。冷却システム３１０は冷却システム１０９の一部である第１バイパスライン１８８および第２バイパスライン１９０を含まない。しかし、いくつかのシステムは膨張サブシステム３１２、第１バイパスライン、および第２バイパスラインを含む。
膨張サブシステム３１２は冷却流体の膨張を制御するための複数のバルブを含む。これらのバルブは第１固定オリフィスバルブ３１４、第２固定オリフィスバルブ３１６、および制御バルブ３１８を含む。制御バルブ３１８は第２固定オリフィスバルブ３１６から上流側にある。制御バルブ３１８および第２固定オリフィスバルブ３１６は第１固定オリフィスバルブ３１４に対して並列に配置される。膨張装置は蒸発器１０８に流入する冷媒の温度を制御するための２つのモードを有する。第１モードでは、制御バルブ３１８は開いて冷媒が第２固定オリフィスバルブ３１６に流入することが可能である。第１モードでは、冷媒は第１固定オリフィスバルブ３１４および第２固定オリフィスバルブ３１６の両方を通って流れる。第２モードでは、制御バルブ３１８は閉じて冷媒が第２固定オリフィスバルブ３１６を通って流れることはない。全部の冷媒が第１固定オリフィスバルブ３１４を通って流れる。
図４に関して説明したように、膨張装置１８４または膨張サブシステム３１２は高圧冷媒を受容し低圧冷媒を放出する。この圧力低下により冷媒は冷却される。圧力変化（ΔＰ）が大きいと温度変化（ΔＴ）は大きくなる。第２モード（すなわち制御バルブ３１８が閉じた状態）では、膨張サブシステム３１２の前後での圧力低下は第１モードにおける場合と較べて高くなり、その結果、蒸発器圧力は小さくなり、それに関連して蒸発器温度も低くなる。冷媒と蒸発器１０８内のポッド容器の内容物との間の高い温度差が熱伝達に与える効果は、この低圧冷媒の密度がより低いという事実によりある程度相殺される。各圧縮サイクルにおいて固定された容積の冷媒が移動するため、サイクル毎の質量流は小さくなり、そのために熱伝達は低くなる。動作の第２モードではポッド容器と蒸発器との間には大きい温度差が存在し、そのため大量の熱伝達が必要とされる。その結果、必要とされる質量流は増大する。
初期動作の間、冷却システム３１０は第１モードにある。制御バルブ３１８は開かれ、冷媒は第１固定オリフィスバルブ３１４および第２固定オリフィスバルブ３１６の両方を通って流れる。その結果、蒸発器はおよそ摂氏－２０度～－１０度で動作することとなる。この温度で冷却システムは、より密度が高い冷媒が蒸発器を通過することを利用することにより、温度がより低い場合よりも大きい冷却能力を提供する。
ポッド容器１５０はおよそ室温（例えば摂氏２２度）で蒸発器１０８に挿入される。蒸発器１０８とポッド容器１５０との間の温度差は、最初はより高い値となっている。結果として、熱はポッド容器１５０から蒸発器１０８へと急速に伝達する。ポッド容器１５０が冷えるにつれてポッド容器１５０と蒸発器１０８との温度差は減少し、ポッド容器１５０から蒸発器１０８への熱の伝達も低速になる。この時点でシステム３１０は第２モードに入り、制御バルブ３１８が閉じる。冷媒は第１固定オリフィスバルブ３１４を通ってのみ流れ、第１固定オリフィスバルブ３１４に流入する冷媒と第１固定オリフィスバルブ３１４から流出する冷媒との間のΔＰは増大する。ΔTも増大し、その結果、蒸発器１０８が冷やされておよそ摂氏－１５度～－３０度の温度となる。その結果、システムの冷却能力が低下するが、ポッド容器とネスト（ｎｅｓｔ）との間の温度差も増大し、アイスクリームの最終的な冷凍が急速化されることが可能となる。ポッド容器と蒸発器との間の温度差が熱伝達に影響を及ぼす値にまで減少すると作動される第２モードでは、より低い冷媒温度は、システム内を流れる質量が小さくなるが、全体的な熱伝達を増大させる。
いくつかの実施形態では、第１モードにおける蒸発器の温度は氷点よりも高い。この構成は、使用前は蒸発器を予冷し、使用後は蒸発器をデフロストすることが可能である。
冷却システム３１０の構成は温度制御を大きくし、その結果、冷凍時間が短縮され、要求される圧縮機出力を低減させることが可能である。要求される圧縮機出力の低減は、圧縮機寸法の縮小化を可能にする。
いくつかの冷却システムでは膨張サブシステムは３つ以上のバルブを含む。多バルブのサブシステムは３つ以上のモードを持つことが可能であり、さらに温度制御が増大される。
いくつかの冷却システムは、例えばサーモスタット膨張バルブおよび電子膨張バルブなどの他種類のバルブを使用する。サーモスタット膨張バルブおよび電子膨張バルブの両方は様々な付加および動作状態に基づいてオリフィス寸法を適応させることが可能である。例えば、サーモスタット膨張バルブは冷媒の蒸発器流出口温度を検知して、事前決定されたまたは所望の動作状態を維持するためにサーモスタット膨張バルブを通る流れを調整する。電子膨張バルブは、蒸発器流出口温度と制御ユニット３７１からの電子信号とに基づいて、オリフィス寸法を適応させるよう電気的に作動される。
図１３は、蒸発器１０８に流入する前に水タンク３２４を予冷する冷媒ライン３２２を含む冷却システム３２０の概略図である。冷却システム３２０は実質的に冷却システム１０９と同じである。しかし冷却システム３２０は予冷ライン３２２を含み、冷却システム１０９の一部である第１バイパスライン１８８および第２バイパスライン１９０が省略されている。いくつかのシステムは第１バイパスライン、第２バイパスライン、および予冷ラインを含む。
冷却システム３２０は水タンク３２４を含む機械内で使用される。水タンクを有する機械は、例えば乾燥原材料を溶解するかまたはポッド容器の内容物を希釈するために、混合が実施される際はポッド容器に流体を注入する。冷水は高温または室温の水よりも素早く冷凍する。
使用時、バルブ３２６は、冷媒が予冷ラインを通るよう導き、それにより膨張装置１８４から流れ出た冷媒が予冷ライン３２２を通るよう、動作される。低温低圧の冷媒は、完全にまたは部分的に水タンク３２４中に配置されている予冷ライン３２２を通って流れる。水タンク３２４が水で満たされている場合、予冷ライン３２２は完全にまたは部分的に水中に沈んだ状態にある。冷媒は水タンク３２４中の水を冷やし、予冷ライン３２２から流れ出る。次に冷媒は蒸発器１０８に流入し、蒸発器１０８を冷やす。
図１４は、圧縮機１８６と凝縮器１８０との間に配置されたサーマルマス３３０を含む冷却システム３２８の概略図である。冷却システム３２８は実質的に冷却システム１０９と同じである。しかし冷却システム３２８はサーマルマス３３０を含む。冷却システム３２８は、冷却システム１０９の一部である第１バイパスライン１８８および第２バイパスライン１９０を含まない。いくつかのシステムは第１バイパスライン、第２バイパスライン、およびサーマルマス３３０を含む。
サーマルマスは例えばエチレングリコールおよび水の混合物、塩水、パラフィン蝋（アルカン）、または純粋な水であり得る。いくつかの機械ではサーマルマス３３０は凝縮器１８０と熱交換器１８２との間に配置される。
サーマルマス３３０は熱エネルギーを蓄積し、後の時間に熱エネルギーを放出する。圧縮機１８６と凝縮器１８０との間に配置された場合、サーマルマス３３０は冷媒から放出された熱を蓄積する。サイクルのこの時点で冷媒は高温蒸気である。凝縮器１８０は高温蒸気から熱を等温的に放出し、その結果、高圧液体が生成される。蒸気冷媒をサーマルマス３３０で予冷することにより、圧縮機１８６の負荷が軽減される。機械１００が電源を落とすと、サーマルマス３３０は環境に熱を放出し、大気温度において平衡に到達する。
いくつかのシステムは第２バイパスラインおよびサーマルマス３３０の両方を含む。第２バイパスラインはサーマルマスから冷媒を転送し、冷却システムを無負荷運転する。この無負荷運転期間中、サーマルマスは以前のサイクルからの熱を環境に放出する。
図１５は、圧力容器３３４、第１制御バルブ３３６、および第２制御バルブ３３８を含む冷却システム３３２の概略図である。圧力容器３３４は、システムの急速起動を可能にし、かつ、蒸発器１０８内のポッド容器の内容物を（例えば冷凍するために）冷却するにあたり要求される時間を短縮するための、蓄圧器として機能することが可能である。冷却システム３３２は実質的に冷却システム１０９と同じである。しかし冷却システム３３２は圧力容器３３４、第１制御バルブ３３６、および第２制御バルブ３３８を含む。冷却システム３３２はさらに、冷却システム１０９の一部である第１バイパスライン１８８および第２バイパスライン１９０は含まない。しかし冷却システム３３２は第１バイパスライン、第２バイパスライン、圧力容器３３４、第１制御バルブ３３６、および第２制御バルブ３３８を含む。
第１制御バルブ３３６は圧縮機１８６と凝縮器１８０との間に配置される。第２制御バルブ３３８は熱交換器１８２と膨張装置１８４との間に配置される。圧力容器３３４は凝縮器１８０と熱交換器１８２との間に配置される。冷媒は高圧で圧縮機１８６から流れ出て、液体冷媒が膨張装置１８４により放出されるまで、その高圧を維持する。システム３３２は所望の結果に基づいてバルブ３３６および３３８の位置（例えば開または閉）を制御する。
システム３３２が通常動作（例えばポッド容器の冷却）している間は第１制御バルブ３３６および第２制御バルブ３３８の両方は開かれた状態にある。無負荷運転の前、第２制御バルブ３３８は閉じられ、第１制御バルブ３３６は開かれた状態を保つ。圧縮機１８６は第１制御バルブ３３６が閉じる以前の短時間、例えば１～５秒間にわたり運転状態に保たれる。第１制御バルブ３３６が閉じた後、圧縮機は電源が落とされる。
システム３３２が（例えば、ひとり分の冷却済みの食品または飲料を生産するために）再起動されると、圧縮機１８６は再起動し、第１制御バルブ３３６は開き、第２制御バルブ３３８は開く。高圧流体がすでに圧力容器３３４内に存在するため、高圧冷媒は、圧力低下により冷媒が冷却される状態で、膨張装置１８４を通って流れる。このアプローチにより、停止したときにシステム圧力が環境状態に戻り得る冷却システムと比較して、ポッド容器の内容物を冷却するにあたり要求される時間が短縮される。システムが環境状態にあるとき、システムが再始動された当初は膨張バルブの前後における圧力低下は生じない。このアプローチにより、８オンス（約２２７グラム）ポッド容器の内容物を室温から氷点にまで冷却するにあたり要求される時間が９０秒よりも短い時間に短縮されることが示された。冷却システム３３２は、例えばポッド容器１５０を挿入する前に、システム３３２が始動または起動したときに冷媒を急速または瞬時に冷却する能力を有する。
図１６は電熱モジュール３４２を含む冷却システム３４０の概略図である。電熱モジュール３４２は電熱冷却器またはＴＥＣ（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）としても知られる。電熱モジュール３４２は電気エネルギーを熱エネルギーに、および熱エネルギーを電気エネルギーに、変換する。冷却システム３４０は実質的に冷却システム１０９と同じである。しかし冷却システム１０９の一部である第１バイパスライン１８８および第２バイパスライン１９０は含まない。いくつかのシステムは第１バイパスライン、第２バイパスライン、および電熱モジュール３４２を含む。
電熱モジュール３４２は凝縮器１８０と熱交換器１８２との間に配置された冷却要素である。電熱モジュール３４２は、熱交換器１８２において蒸発器１０８から流れ出る冷媒蒸気に熱が伝達される前に、凝縮器１８０から流れ出る冷媒を冷却する。膨張の前に液体冷媒を冷却することは、システム３４０の冷却能力を向上させ、要求される圧縮機出力を低下させる。要求される圧縮機出力が低くなると必要とされる圧縮機の寸法も小さくなる。
図１７は熱電池、熱電池３４６、第１バッテリー・バイパスバルブ３４８、および第２バッテリー・バイパスバルブ３５０を含む冷却システム３４４の概略図である。冷却システム３４４は実質的に冷却システム１０９と同じであるが、冷却システム１０９の一部である第１バイパスライン１８８は含まない。熱電池３４６および関連するバルブを含むいくつかのシステムは第１バイパスラインも含む。
熱電池３４６は、熱交換器１８２と膨張装置１８４との間に配置された第１部分３５２を有する。第１バッテリー・バイパスバルブ３４８は、熱電池３４６の第１部分３５２を迂回する第１分岐ライン３５４上に配置される。第１バッテリー・バイパスバルブ３４８が開くと、冷媒の大部分または全部は第１分岐ライン３５４を通って流れる。熱電池３４６は高い圧力低下を有する。分岐ライン３５４が熱電池３４６と比較してより低い圧力低下を有するため、冷媒は主に分岐ライン３５４を通って流れる。第１バッテリー・バイパスバルブ３４８が閉位置にあると冷媒は熱電池３４６の第１部分３５２を通って流れる。
熱電池３４６は、第１部分３５２に対して熱的に接続され、かつ蒸発器１０８と熱交換器１８２との間に配置された、第２部分３５６を有する。第２バッテリー・バイパスバルブ３５０は、熱電池３４６の第２部分３５６を迂回する第２分岐ライン３５８上に配置される。第２バッテリー・バイパスバルブ３５０が開位置にあると、冷媒の大部分または全部は第２分岐ライン３５８を通って流れる。熱電池３４６は高い圧力低下を有する。分岐ライン３５８が熱電池３４６と比較してより低い圧力低下を有するため、冷媒は主に分岐ライン３５８を通って流れる。第２バッテリー・バイパスバルブ３５０が閉位置にあると冷媒は熱電池３４６の第２部分３５６を通って流れる。
熱電池３４６は熱を保持する蓄熱物質を含む。熱電池３４６は相変化物質（例えば）を含むパラフィン槽３６０を含み、第１バッテリー・バイパスバルブ３４８および第２バッテリー・バイパスバルブ３５０の開閉位置に応じて熱を受け取るかまたは放出する。熱電池３４６は相変化物質の例としてパラフィンを使用するものとして説明される。いくつかの熱電池は、例えばエチレングリコールおよび水の混合物、塩水、または純粋な水などの、熱を保持するかまたは熱を消費する他の物質を含む。
第１バッテリー・バイパスバルブ３４８が開位置にありかつ第２バッテリー・バイパスバルブ３５０が閉位置にあるとき、熱電池３４６はその第２部分３５６から冷媒に熱を放出する。パラフィンが暖かいかまたは溶けた状態にあるとき、低温冷媒は槽３６０内のパラフィンを冷やし凝固させるであろう。低圧冷媒を熱することにより、熱電池は、液体冷媒が圧縮機内に流入する可能性を低下させる。
第１バッテリー・バイパスバルブ３４８が閉位置にありかつ第２バッテリー・バイパスバルブ３５０が開位置にあるとき、熱電池３４６は第１部分３５２において冷媒から熱を受け取る。ワックスが凝固状態にあるとき、高温液体冷媒はワックス槽３６０内のワックスを熱して溶かすであろう。ワックスが液体状態にあるとき、高温冷媒はワックス槽３６０内のワックスを熱し続けるであろう。
システム３４４の起動時および冷却サイクルの間は、第１バッテリー・バイパスバルブ３４８および第２バッテリー・バイパスバルブ３５０の両方が開状態にあり、熱電池３４６に流入し熱電池３４６と相互反応する冷媒はほとんどないかまったくない。冷却サイクルの終点に第２バッテリー・バイパスバルブ３５０は閉状態となり、槽３６０は低温低圧の冷媒により冷える。熱電池が冷えた状態で次のサイクルが始まると、第２バッテリー・バイパスバルブ３５０は開状態、第１バッテリー・バイパスバルブ３４８は閉状態となる。次に熱電池３４６の第１部分３５２は、熱交換器１８２を介して凝縮器１８０から流れ出る高温液体冷媒を予冷する。
この構成により、サイクルの終点に圧縮機に液体が流入する事態を防止することが可能となり、圧縮機の出力を小さくすることが可能となる。例えばドデカンワッスクまたはトリデカンワックスなどのいくつかのワックスは摂氏５度～－１０度の範囲の融点を有し得る。
図１８Ａは蒸発器カバー１２７の上面図であり、図１８Ｂは蒸発器１０８の本体の上面図である。蒸発器１０８の本体は流路３６６を画成し、冷媒は流路３６６を通って流れ、蒸発器１０８を冷やす。流路３６６は図１８Ｂにおいて示されるように蒸発器１０８のリップ部３６７において開いている。流路３６６は、同様構成のリップ部を有する蒸発器１０８の他方の端部においても開いている。
カバー１２７は、カバー１２７が蒸発器１０８の本体に取り付けられたときに蒸発器１０８の４つの隣接する流路３６６に対して位置合わせされた複数の凹陥部１７４を含む。いくつかのカバーは、他の本数の隣接する流路に対して位置合わせされた凹陥部を含む。凹陥部１７４は、隣接する流路３６６を流体的に接続するマニホールドとして機能する。蒸発器１０８の本体の対向端部上のカバー１２７は、２つのカバー１２７と蒸発器１０８の本体とがつづら折り状の流れ経路を協働的に画成するよう、周方向にずれた状態にある。
カバー１２７は流入口３７０および流出口３７２を有し、それにより蒸発器１０８が冷却システム１０９に対して流体的に接続される。冷媒は流入口３７０を通過し、蒸発器１０８の本体に設けられた凹陥部およびカバー１２７により画成される流路を通過し、流出口３７２を通って蒸発器１０８から流れ出る。冷媒は第１温度の低温流体として流入口３７０に流入する。冷媒が流れ経路３６８を通って流れるにつれて、ポッド容器１５０から蒸発器１０８により受け取られる熱のために冷媒は暖められ蒸発する。ポッド容器１５０はこの熱伝達のために冷凍する。一定の流速を維持するために流入口３７０は直径が約０．２５インチ（６．３５ミリメートル）であり、流出口３７２は直径が約０．３１インチ（約７．８７ミリメートル）である。
一体ヒンジ１３２は、蒸発器１０８の第１部分１２８内の流路を蒸発器１０８の第２部分１３０内の流路３６６に対して流体的に接続する接続流路３７３を画成する。接続流路３７３は、蒸発器１０８のリップ部３６７付近において蒸発器１０８内に画成される。いくつかの蒸発器では、蓋部と蒸発器とが係合したときに接続流路が蓋部の溝部と蒸発器の溝部との間で形成されるよう、蒸発器のリップ部は溝部を画成し蓋部は対応する溝部を画成する。いくつかの接続流路カバー１２７内に画成される。この構成により流入口３７０から流出口３７２まので連続的な流れ経路３６８が画成され、流れ経路３６８内で流路３６６は軸３６９に対して平行に延長し、流体は軸３６９に対して平行に流れる。
いくつかの蒸発器では流路３６６はリップ部３６７から反対端部において蒸発器内で接続し、その結果、「Ｕ」字形の形状が形成される。組み立てられたとき、カバー１２７は蒸発器１０８のリップ部３６７上に配置される。流路３６６は一連の未接続状態の「Ｕ」形状のユニットである。各ユニットにおいて、第１流路は第１方向に冷媒を流し、第２流路は第１方向とは逆の第２方向に流体を流す。
流路３６６は蒸発器の軸３６９に対して平行に延長する。いくつかの蒸発器では流路は軸に対しては平行に延長しないが、互いに対して平行に延長する。いくつかの蒸発器では、流路は互いに対してではなく、軸に対して平行に延長する。
図１９Ａは、カバー１２７がない状態の蒸発器３８０の斜視図であり、図１９Ｂはカバー１２７がある状態の蒸発器３８０の斜視図である。図１９Ａおよび図１９Ｂにおける蒸発器３８０は図１８Ａ～図１８Ｅに記載の蒸発器１０８と同様の動作をする。しかし蒸発器３８０は、ユニット３７１の第２流路３６６ｂを異なるユニット３７１の第１流路３６６ａに対して流体的に接続する凹陥部３８２を含む。カバー３８４は実質的にカバー１２７と同じである。しかしカバー３８４は、リップ部３６７に対して当接する表面上は凹陥するよりもむしろ平坦で、単一の流入口および単一の流出口よりもむしろ複数の流入口および流出口を含む。カバー３８４は第１部分１２８上に第１流入口３８８、第１部分１２８上に第１流出口３９０、第２部分１３０上に第２流入口３９２、および第２部分上に第２流出口３９４を有する。第１流入口３８８および第１流出口３９０は流体的に接続されて、第１部分１２８上の第１流れ経路３９６が形成される。第２流入口３９２および第２流出口３９４は流体的に接続されて、第２部分１３０上の第２流れ経路３９８が形成される。この構成により２つの流れ経路３９６、３９８が形成され、流れ経路３９６、３９８はヒンジ接続を使用することなく冷媒は平行に流す。流速を維持するために、流れ経路３９６、３９は、これらの分割された流れ経路の流れ面積が分割前の流れ経路と等しくなるよう、小さい直径を有する。
カバー３８４が蒸発器３８０と係合すると凹陥部３８２が閉じられ、蒸発器３８０およびカバー３８４により流れ経路３９６、３９８が形成される。
以前に説明した蒸発器では、ユニット３７１は「１本上行／１本下行」の構成を有する。いくつかの蒸発器では、ユニットは「２本上行／２本下行」または「３本上行／３本下行」の構成を画成する。この構成により、蒸発器内の圧力低下を最少化する一方で適切な流速の維持を可能にする。異なる流れ経路の配列が、異なる圧縮機および異なる冷却作業のために必要である。平行な流れ経路の個数は、より大きい圧縮機および冷却負荷に対しては多くすることが可能であり、より小さい要件に対しては少なくすることが可能である。
図２０Ａ～図２０Ｄは、蒸発器の流路およびそのカバー１２７の凹陥部により形成される流れ経路の概略図である。図２０Ａおよび図２０Ｂは凝縮器内に画成された流路の図である。図２０Ｃおよび図２０Ｄは、蒸発器およびそのカバー１２７の斜視図である。
図２０Ａは、冷媒が蒸発するにつれて流路４００の本数が増加する流れ経路４０２を示す図である。冷媒は流入口に流入し、１つまたは複数の単一流路４００ａを通って流れる。冷媒が蒸発するにつれて冷媒は容積が増加し、高速移動を始める。蒸気は比容積において約５０～７０倍に膨張する。蒸発器１０８内の混合位相冷媒を低速化するために、流れ経路４０２は、凹陥部３７４において蒸発器１０８内で変向点３０６で接続する２つの平行な流路平行な流路４００ｂに分岐する。冷媒がさらに蒸発するにつれて、流れ経路４０２は、凹陥部３７４において蒸発器１０８内で変向点３０６で接続する３つの平行な流路４００ｃに再び分岐する。いくつかの蒸発器では、「２本上行／２本下行」構成が複数のユニットに対して維持される。いくつかの蒸発器では、「３本上行／３本下行」構成が複数のユニットに対して維持される。いくつかの蒸発器では流れ経路は「４本上行／４本下行」または「５本上行／５本下行」構成に増加する。蒸発器において流路の個数が大きくなると、蒸発器の出力付近における高速度／圧力低下は制限される一方で、蒸発過程の初期における性能は向上する。
図２０Ｂは、マニホールドとして機能するカバー１２７に設けられた傾斜を有する凹陥部４０８を有する流れ経路４０２の概略図である。傾斜を有する凹陥部４０８は滑らかに増加し減少する断面積を有し、マニホールドを通って流れる冷媒の流速を維持することを支援する。カバーに設けられた傾斜を有する断面の凹陥部は、流れの速さを維持することを支援し、また低い流れの速さのエリアのために液体およびガスの冷媒に生じる圧力低下および流れ剥離も低下させるであろう。
図２０Ｃでは、蒸発器１０８の底部に設けられた第１マニホールドと第１マニホールド４２２からカバー１２７に向かって延長する複数の分岐４２４とを含む流れ経路４２０が示されている。第１マニホールド４２２は流入口３７０に接続する。分岐４２４は蒸発器１０８の上部に設けられた第２マニホールド４２６に対して流体的に接続する。第２マニホールド流体４２６は流出口３７２に対して流体的に接続する。
冷媒は流入口から第１マニホールド４２２を通り分岐４２４を上行し第２マニホールドを通り流出口３７２へと流れる。蒸気は液体よりも密度が低く上昇する傾向を有する。流れ方向が下向きである場合、この優先的な流れ方向により流れおよび性能が予測不可能なものとなり得る。この構成は冷媒が蒸気形態であるときに浮力方向と同じ方向に冷媒を流すことにより蒸発器１０８の熱的性能を向上させ得る。
図２０Ｄでは、蒸発器１０８の周りに巻き付けられた流れ経路４３０が示されている。流れ経路４３０は蒸発器１０８の外径に追随する螺旋である。この構成は、流れ経路４３０における急激な進路変更を減少させるかまたは排除することにより、表面積を増加させ圧力低下を低下させる。いくつかの蒸発器では、複数のヒンジ接続されたコネクタは、流れ経路が第１部分および第２部分にまたがって延長するときに蒸発器の第１部分と蒸発器の第２部分とを接続するために使用される。いくつかの流れ経路は第１部分上でつづら折り状の通路を画成し、第２部分上でつづら折り上の通路を画成し、これら２つのつづら折り状の通路がヒンジをまたがる「移行通路」により接続される。
図２１Ａ～図２１Ｃはポッド容器１５０と閉機構４４０を有する蒸発器４３８とを示す図である。図２１Ａは蒸発器４３８およびポッド容器１５０の斜視図である。図２１Ｂはポッド容器１５０および蒸発器４３８の断面図である。図２１Ｃはポッド容器１５０および蒸発器４３８の上面図である。
閉機構４４０は、蒸発器４３８の第１部分１２８を蒸発器４３８の第２部分１３０に接続する付勢要素（例えばバネ）を含む。閉機構４４０は蒸発器の外径の周りに延長する周方向ケーブル４４１も含む。このケーブルを締めるとポッド容器が閉じ、緩めると蒸発器が開く。
蒸発器４３８における付勢要素は、第１部分１２８および第２部分１３０を互いから離間する方向に付勢する第１バネ４４２および第２バネ４４４を含む。一体ヒンジ１３２は、第１部分１２８および第２部分１３０がバネ４４２およびバネ４４４の付勢力のためにヒンジ１３２を中心に回転するよう、第１部分１２８および第２部分１３０が動くことを支援する。この構成では、蒸発器４３８が開位置にあるとき、狭い間隙４４６が第１部分１２８と第２部分１３０との間に形成される。カバー１２７が開位置にあるとき蒸発器４３８は開位置にある。いくつかの機械では蒸発器の位置は蓋部の位置に対して独立的である。開位置では狭い空気間隙が蒸発器４３８とポッド容器１５０との間に存在する。
蒸発器４３８は閉姿勢を有し、閉位置では蒸発器４３８とポッド容器１５０との間の空気間隙が解消されて熱伝達が促進される。いくつかの蒸発器では空気間隙は単に小さくなるのみである。閉位置では間隙４４６も解消される。いくつかの蒸発器では空気間隙は解消されるよりもむしろ小さくなる。開位置から閉位置へと移行するにあたっては、閉機構４４０は第１バネ４４２および第２バネ４４４の付勢力を克服するために矢印４４８の方向に力を印加する。
閉機構は１０ポンド（約４．５４キログラム）～１５００ポンド（約６８０．６９キログラム）の範囲の力を生成する。ポッド容器１５０の破砕を防ぐにあたっては、ポッド容器１５０の内部圧力は好適には閉機構４４０により生成される力に等しい値であるかまたはより大きい値である。
閉機構４４０は例えば電気機械式アクチュエータ、プーリーシステム、レバー、蓋部上に設けられた突起物、ボールネジ、ソレノイド、または機械的外れ止めであり得る。
図面２２Ａは２本のボルト４５０および内部バネ４５６を含む閉機構４４０を有する蒸発器１０８の側面図であり、図２２Ｂは２本のボルト４５０および内部バネ４５６を含む閉機構４４０を有する蒸発器１０８の側面図である。ボルト４５０は棒材４６６をフランジ４６４から離間する方向に付勢する。所望によりケーブル４６８は棒材４６６に画成された穴の中に受容され、蒸発器１０８の周りに延長する。
図２３Ａには、主に押出成形による生産が可能である蒸発器５００が示されている。蒸発器５００は２つの端部キャップ５１２を有する本体５１０を有する。本体５１０および２つの端部キャップは別個に生産された後に組み立てられる。
図２３Ｂおよび図２３Ｃには本体５１０の生産が示されている。蒸発器本体５１０は低コストの押出成形により生産される。本体は、本体５１０に流路５１４が画成された状態で、押出成形される（図２３Ｂ参照）。本体５１０の各端部は、端部キャップと噛み合う肩部５１６が提供されるよう機械加工される（図２３Ｃ参照）。壁部５１８は肩部５１６を越えて延長する。
図２３Ｄおよび図２３Ｅは端部キャップ５１２の斜視図である。端部キャップ５１２は鍛造または機械加工されてもよい。端部キャップ５１２は蒸発器５００の取り付け、流入口／流出口、および閉止の機能を提供する。端部キャップ５１２は側面壁部５２０および端部壁部５２２を有する。
端部キャップ５１２は側面壁部５２０から外向きに延長する複数の打出し部５２４を有する。打出し部５２４は、端部キャップ５１２の取り付けのために、および、本体５１０とともに組み立てた後には蒸発器５００の取り扱いのために、使用が可能である。ポート５２６は側面壁部５２０を通って延長する。蒸発器５００の一方の端部上の端部キャップ５１２のポート５２６は流入口として使用され、蒸発器５００の他方の端部上の端部キャップ５１２のポート５２６は流出口として使用される。
図２３Ｆには蒸発器５００の組み立てが示されている。端部キャップ５１２は本体５１０の一方の端部上の肩部５１６に対して取り付けられる。取り付けの後、蒸発器本体５１０と端部キャップ５１２との間の接合部はアクセスが容易である。この構成により、端部キャップ５１２を蒸発器本体５１０に取り付けるためにレーザ溶接、真空ろう付け、摩擦攪拌接合、またはティグ溶接を使用することが支援される。
図２３Ｇおよび図２３Ｈには組み立て後の本体５１０と端部キャップ５１２との間の関係が示されている。本体５１０と組み合わされたとき、端部キャップの側面壁部５２０ならびに端部壁部５２２および本体５１０の壁部５１８は、蒸発器５００の本体５１０に画成された流路を接続するマニホールドとして機能するチャンバを画成する。端部キャップ５１２は、すべての通路を並行的に蒸発させるために「中空」構成を有するものとして示されているが、しかし複数の１８０度転回を有する複数通路設計となるよう適応されてもよい。
図２４にはオリフィス板５３０が組み込まれた蒸発器５００の構成が示されている。オリフィス板５３０は本体５１０と端部キャップ５１２との間に配置される。オリフィス板５３０は複数のオリフィス５３２を画成し、オリフィス５３２は組み立ての後は本体５１０内の流路５１４と位置合わせされる。オリフィス板５３０の手前で冷媒を蓄積し気液混合物を流路５２４に均等に注入することにより、オリフィス板は流れを流路５１４に対して均等分配するために使用されることが可能である。いくつかの場合ではオリフィスは寸法が同じである。通路５１４間で不均衡分配が存在する可能性があるいくつかの場合では、オリフィスは寸法が異なってもよい。
図２５は、蒸発器３８０の残りの部分とは異なる材料で作られた内部表面４７０を有する、図１９Ａおよび図１９Ｂを参照して説明した蒸発器３８０の一実施形態の斜視図である。内側表面４７０は主にまたは完全に銅で形成される。銅は、１８０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するアルミニウムよりも高い熱伝導率（およそ３９１Ｗ／ｍＫ）を有する。熱伝導率が高いと、熱はポッド容器から冷媒へと急速かつ効率的に移動する。熱伝導率が低い物質は熱を伝えるにあたっては速度が遅く、かつ効率が低い。ヒートシンクとして機能する構成要素の傾向は、その熱伝導率およびその質量の関数である。表２には、様々な物質の熱伝導率および密度が挙げられている。
Figure 2023528402000003
図面２６Ａ～２５Ｃは被覆の概略図である。これらの被覆はアルミニウムおよび銅の両方を含む蒸発器において使用が可能である。図２６Ａには重ね合わせ被覆４９０が示されている。図２６Ｂには、嵌め込み被覆４９２が示されている。図２６Ｃには縁端被覆４９４が示されている。図２６Ａ～図２６Ｃに示す被覆技法が蒸発器の内側表面に施される。異なる被覆技法は、銅の高い伝導率のために、熱伝達を向上させ熱を拡散させることが可能である。
図２７にはマイクロ流路４８２を含む物質４８０の例が示されている。物質４８０が例えば蒸発器を作るために使われるとき、冷媒はマイクロ流路４８２を通って流れる。物質４８０は、ポッド容器１５０を冷却する蒸発器を形成するために湾曲させることができる。物質４８０は丸い蒸発器を作るために円筒形状へと永久的に変形させられる。係る蒸発器は大きい表面積を有し、そのためコストは低く抑える一方で蒸発器性能を向上させる。
図２８Ａ～図２８Ｃには、前述の往復圧縮機１８６に代わっていくつかの冷却システムにおいて使用される回転圧縮機５５０が示されている。圧縮機５５０は内部キャビティ５５４を画成する内部壁部５５３を有するハウジング５５２を含む。流入口５５６および流出口５５８は、圧縮機５５０の内部キャビティ５５４を冷却システムの他の構成要素に対して流体的に接続する。圧力バルブ５５９は、流体が事前決定された圧力に到達したとき流体を放出する。円形断面を有するローラ５６０は、ハウジング５５２の底部区域を通って延長する棒状体５６２に対して回転可能かつ軸方向に制約される。いくつかのローラは楕円形状またはギア形状の断面を有する。棒状体５６２はローラ５６０の円形断面の中心からずれた地点に取り付けられている。棒状体５６２およびローラ５６０はモータ（図示せず）を使用してハウジング５５７に対して回転する。ローラ５６０は、ローラ５６０の縁部５６４がハウジングの内部壁部５５３へと延長するよう、キャビティ５５４内に配置される。この構成ではローラ５６０はハウジング５５７との間に密閉を形成する。棒状体５６２が回転するにつれてローラ５６０の縁部５６４は壁部５５３に対して接触状態を維持し、ローラ５６０は内部キャビティ５５４内で回転する。ハウジング５５７は、圧縮されたバネ５６８を収容するための切り欠きエリア５６６を含む。バネ５６８はローラ５６０に当接する。ゴム部材５７０は、壁部５５３からローラ５６０まで延長する密閉を形成するために、バネ５６８の一部分を包囲する。バネ５６８は、内部キャビティ５５４内でローラ５６０が回転するにつれて伸縮し、その結果として密閉が維持される。
図２８Ａでは圧縮機５５０は第１状態にある。図２８Ｂでは回転圧縮機５５０は第２状態にあり、図２８Ｃでは回転圧縮機５５０は第３状態にある。回転圧縮機５５０は第１状態から第２状態に、第２状態から第３状態に、第３状態から第１状態に移行する。第１状態ではローラ５６０は流入口５５６を介して低圧低温蒸気を蒸発器１０８から受け取る。接触縁部５６４と壁部５５３との間の密閉、および部材５７０とローラ５６０との間の密閉は、吸入チャンバ５７２および加圧チャンバ５７４を形成する。いくつかの回転圧縮機では追加的な密閉が形成され、それによりチャンバの個数が多くなる。ローラ５６０が回転すると、加圧チャンバ５７４内の蒸気が圧縮および加圧され、流入口５５６から吸入チャンバ５７２へと蒸気が吸い込まれる。図２８Ｂに示される第２状態では、ローラ５６０は反時計回りの回転を継続し、圧力バルブ５５９が圧縮機５５０から高温蒸気を放出するまで、加圧チャンバ５７４内の蒸気の圧力が増加する。吸入チャンバは流入口５５６からの低圧蒸気の吸入を続ける。圧縮されたバネ５６８はローラ５６０が回転するにつれて内部キャビティ５５４内へと延長し、それにより部材５７０とローラ５６０との間の接触状態は維持される。図２８Ｃに示される第３状態では高温蒸気は加圧チャンバ５７４から排出され、バネ５６８は切り欠きエリア５６６内に押し込まれる。この状態では、接触縁部５６４と部材５７０との間に形成される密閉は１つのみである。サイクルにおける短い期間の間、チャンバの個数が１つ減少する。圧縮機５５０におけるこの状態では吸入チャンバ５７２は加圧チャンバ５７４になる。接触縁部５６４が部材５７０を通過し２つの密閉が形成されるとき吸入チャンバ５７２が再形成される。すなわち、１つの密閉は部材５７０およびローラ５６０により形成され、他方の密閉は接触縁部５６４および壁部５５３により形成される。
回転圧縮機は、はるかに低い重量および小さい寸法で往復圧縮機と同等の熱負荷（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｕｔｙ）を実行する。回転圧縮機は約１０ポンド（約４．５キログラム）～約１８ポンド（約８．２キログラム）の重量を有する。回転圧縮機は約４ｃｃ～約１６ｃｃの冷媒容量を有する。例えば、いくつかの機械では１６ｃｃの回転圧縮機が使用される。この回転圧縮機は約０．３ｃｃ／ｌｂ～約０．５ｃｃ／ｌｂの性能対重量比を有する。
図２９Ａおよび図２９Ｂは冷凍サイクル６００全体を通じての蒸発器温度（例えば蒸発器１０８）のプロットである。機械のプロセッサが冷凍サイクルを開始すると、冷媒は、ポッド容器（例えばポッド容器１５０）内の原材料（例えばアイスクリーム）から冷媒へと熱を交換する蒸発器を通って流れる。これにより、蒸発器流入口と蒸発器流出口との間で温度差が発生する。アイスクリームに関して説明するが、この概念は他の原材料の冷凍にも該当する。
冷凍サイクルの始点６１０（例えば冷凍サイクル６１０の最初の２０～３０秒以内、および／または冷凍サイクル６１０の第１半期内）に、蒸発器の流入口を通って流れる冷媒の温度（蒸発器流入口温度６０２として示される）は急速に低下する。図示される事例では、蒸発器流入口温度６０２は、冷凍サイクルの始点６１０の２０～３０秒以内で摂氏５～１５度から摂氏－１５度に低下する。なお摂氏－１５度はアイスクリームの凝固点より低い温度である。蒸発器の流出口を通って流れる冷媒（蒸発器流出口温度６０４として示される）は同じ時間的期間に対して摂氏５度よりも高い。蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差は、冷凍サイクルの始点６１０（例えば冷凍サイクルの最初の２０秒の少なくとも１部分）において摂氏１５度よりも大きい。いくつかのシステムでは、温度差は冷凍サイクルの始点６１０から１５秒以内で摂氏２０度よりも大きいか、または冷凍サイクルの始点６１０から２０秒以内で摂氏２５度よりも大きい。温度差は、冷凍サイクルの始点６１０から少なくとも２０秒の期間、３０秒以内で摂氏１５度よりも大きい値となり得る。
アイスクリームが冷凍するにつれて熱エネルギーはポッド容器から冷媒を含む蒸発器へと伝達される。蒸発器の寸法および形状は熱伝達の有効性に影響を及ぼす。アイスクリームから熱を引き出すことに関する蒸発器の有効性の一つの測定は蒸発器流出口における冷媒の温度（例えば蒸発器流出口温度６０４）により示される。蒸発器流入口における冷媒の温度（例えば蒸発器流入口温度６０２）よりも高い蒸発器流出口温度６０４は熱がアイスクリームから吸収されていることを示す。蒸発器流出口と蒸発器流入口との間の温度差が大きいことは、混合が効果的であることによる、および／または蒸発器とポッド容器との間の間隙が最小であることによる、熱伝達に起因する。冷凍サイクル６００は、アイスクリームの所望の温度が到達されるまで継続する。冷凍サイクルの終点６１２は機械が冷凍サイクル６００を終了する時点に対応する。
例えば冷凍サイクル６００の第１部分６１４の間（例えば最初の０～３０秒以内）、蒸発器流入口温度６０２は約摂氏－１５度であり、蒸発器流出口温度６０４は約摂氏１０度である。温度差が大きいために、第１部分６１４は高い熱伝達に関連づけられている。冷媒が蒸発器を通って移動しポッド容器から熱を吸収する際に冷媒が過熱状態に到達しているため、高い熱伝達が存在している間は、流出口温度はアイスクリームの凝固点よりも高い。この事例では、冷媒が蒸発器を通って蒸発器流入口から蒸発器流出口まで移動する際、冷媒は過熱状態に達している。冷媒は冷凍サイクル６００の最初の３０秒間、過熱状態で蒸発器流出口を通過する。冷媒は冷凍サイクル第１半期の少なくとも一部の間、過熱状態で蒸発器流出口を通過し、冷媒は冷凍サイクルの終点までに非過熱状態で蒸発器流出口を通過する。
温度がアイスクリームの凝固点よりも高いため、アイスクリームの凝固点よりも高い蒸発器の一部分は、冷凍サイクル６００の第１部分６１４の間、アイスクリームの冷凍には寄与しない。第１部分６１４の間、蒸発器はアイスクリームから効果的に熱を伝達しない。
対照的に、冷凍サイクル６００の第２部分６１６の間（例えば冷凍サイクル６００の残りの部分、および／または冷凍サイクル６００の第２半期）は、流出口を通って流れる冷媒の温度（例えば蒸発器流出口温度６０４）は約摂氏－１５度に低下し、この温度は、蒸発器流入口温度６０２と実質的に同じ値である（例えば、温度差が摂氏５度以内）。蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差は冷凍サイクルの終点６１０において摂氏５度よりも小さい。冷凍サイクル６１０の持続時間は約２分であるが、他の場合では冷凍サイクル６１０の持続時間は２分よりも短い（例えば１１０秒、１００秒、９０秒、または１分よりも短い）。蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差は、冷凍サイクル６１０の始点からの最初２０秒以内における摂氏２５度よりも大きい温度差と、冷凍サイクル６１０の終点までの摂氏５度よりも小さい温度差と、の間で変動する。
図２９Ａには、蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差が冷凍サイクルの始点６１０から１分以内では摂氏５度よりも小さいことも示されている。摂氏５度よりも小さい温度差は冷凍サイクル６１０の残りの部分（例えば２分の冷凍サイクル６１０の残りの１分）に対して維持される。
蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差は冷凍サイクル６１０の終点までに摂氏５度よりも小さい値になる。ひとたび温度差が摂氏５度よりも小さい値となる蒸発器はもはやアイスクリームを効果的には冷却しない。このことは、ポッド容器の側面壁部に隣接するポッド容器の原材料がすでに蒸発器の流入口を通って流れる冷媒温度（例えば蒸発器流入口温度６０２）にまで冷却済みであることによるものである。しかしポッド容器の側面壁部に隣接する原材料がたとえ所望の温度に達していたとしてもポッド容器はより暖かい原材料も含み、この暖かい原材料はさらなる冷却を要求する。これがまさに、冷凍サイクルの間に、ポッド容器内の暖かい原材料がポッド容器の冷たい側面壁部まで移動することが可能となるよう混合パドルを使用して原材料を混合することが重要である理由である。このことがまさに、蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差が摂氏５度よりも小さい値となった後でさえも冷凍サイクルを（例えばポッド容器内の原材料の全部が原材料の凝固点温度よりも冷たくなるにあたって十分な時間を有するように）しばらくの間継続することが重要である理由である。冷凍サイクルの持続時間は、全量（またはポッド容器の原材料の少なくとも９０％）を冷凍することと、圧縮機に対するリスクを軽減することと、ひとり分のアイスクリームをオンデマンドで冷凍することの過渡性を管理することと、の間のバランスを取るよう設計される。
ひとたび蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差が摂氏５度よりも小さい値となると、アイスクリームから蒸発器に伝達される熱エネルギーの量が少なくなる。このように熱伝達が低くなることの原因は、アイスクリームと冷媒との間の温度差が低いことと、粘性が高いアイスクリームを混合することの有効性と、暖かいアイスクリームをポッド容器の冷たい壁部に晒すことと、である。第２部分６１６は熱伝達が低い区域に関連づけられている。第２部分６１６の間、蒸発器はアイスクリームから効果的に熱を伝達しない。ひとたび蒸発器流入口温度６０２と蒸発器流出口温度６０４との間の温度差が摂氏５度よりも小さい値となると、その温度差は多くの場合、冷凍サイクルの期間にわたり維持される。
図２９Ｂには３つのマーカを有する冷凍サイクル６００が示されている。第１マーカ６２０は高い熱伝達を有する冷凍サイクル６００の時間を表し、第２マーカ６２２は過渡的な熱伝達を有する冷凍サイクル６００の時間を表し、第３マーカ６２４は低い熱伝達に関連づけられた冷凍サイクル６００の時間を表す。これらのマーカ６２０、６２２、６２４については図３０Ａ～図３０Ｈに関連してさらに説明する。
図３０Ａ～図３０Ｈには、図２９Ｂに関して導入した３つのマーカ６２０、６２２、６２４に関連づけられた蒸発器の長さに沿った空間的に変動する熱が示されている。図３０Ａには流入口７０２および流出口７０４を有するポッド容器を冷却するための蒸発器７００の断面が示されている。蒸発器７００は実質的に機械１００の蒸発器１０８と同じである。蒸発器７００の流路の流入口７０２および流出口７０４の直径は５／１６（０．３１３）インチ（約８．０ミリメートル）である。蒸発器７００の重量は、ハンドルを含むことなくＵ形状マイクロ流路カバーおよび両端上のマニホールドは含んで、０．５９ポンド（約２６７．６グラム）である。いくつかの事例では、蒸発器７００の重量は、ハンドルを含むことなくＵ形状マイクロ流路カバーおよび両端上のマニホールドは含んで、乾燥時で（例えば冷媒を含まず）０．７ポンド（約３１７．５グラム）～１．０ポンド（約４５３．６グラム）の範囲である。冷媒の重量は７０グラム～１５０グラム（例えば８０～９０グラム）の範囲である。この場合、流路内に１５０グラムの冷媒を含む蒸発器７００の重量は１．０３ポンド（約４６７．２グラム）～１．３３ポンド（約６０３．３グラム）である。Ｕ形状マイクロ流路の直径は０．０８６インチ（約２．２ミリメートル）である。蒸発器の周縁部の周りのＵ形状マイクロ流路の全長は１７５インチ（４４４．５センチメートル）である。熱伝達表面積（蒸発器７００の内径表面積）は２６．５平方インチ（約１７１．平方センチメートル）である。いくつかの蒸発器は他の寸法を有する。
図３０Ｂには、冷媒が蒸発器７００を通って流れる湾曲経路を表す直線寸法を示すために「直線状に伸展された状態」にある蒸発器７００が示されている。図３０Ｃ～図３０Ｈには、図２９Ｂに関して導入した３つのマーカ６２０、６２２、６２４に対する蒸発器の長さに沿った温度の温度プロットである。
図３０Ｃには、第１マーカ６２０における蒸発器７００に沿った温度の「高温」領域７１８および「低温」領域７１６が示されている。高温領域７１８および低温領域７１６は絶対的または特定的な温度を表すことを意図するものではない。高温領域７１８および低温領域７１６は、単に高温領域７１８が低温領域７１６よりも高い温度を有するという温度差を示すものである。図示の事例では、第１マーカ６２０は冷凍サイクル６００開始後の約１５～２０秒を表し、冷媒が気液混合物の状態となっていて、蒸発器流入口温度６０２は摂氏－１８度である。
図３０Ｃに示されるように、蒸発器流入口７０２は低温であり、蒸発器流出口７０４は高温である。図３０Ｃには、以前に説明したように第１マーカ６２０が高い熱伝達過程と関連づけられているにも関わらずサイクルのこの時点では蒸発器長さの約７５％が高温であることが示されている。「蒸発器長さ」は、蒸発器流入口７０２と蒸発器流出口７０４との間の蒸発器７００の周りの円形経路である。「低温」冷媒が蒸発器流入口７０２を通って蒸発器７００に流入するにつれて、冷媒は蒸発器７００の長さの第１部分（低温領域７１６に関連づけられる）に沿ってポッド容器から大量の熱伝達を生じさせる。ひとたび熱が冷凍サイクルの間アイスクリームから伝達されると、蒸発器温度は上昇して「高温」になり、蒸発器７００の長さの第２部分（高温領域７１８に関連づけられる）にわたり高温を維持する。蒸発器７００の内側表面に沿った温度は冷凍サイクル６００の間周方向に沿って上がる。この事例では、蒸発器長さの大部分は、冷凍サイクルの始点６１０から２０秒以内は蒸発した冷媒を含む。
図３０Ｄには、ひとたび蒸発器内の冷媒が完全に蒸発（７１０）して過熱状態に達すると、冷媒の温度および蒸発器の内側表面の温度が上昇を始めるが示されている。ひとたび蒸発器７００の長さの一部の温度がアイスクリーム凝固点温度７１２よりも高くなると、蒸発器の長さの該当部分はアイスクリームの冷凍においてもはや効果的ではなくなる。図３０Ｄにおいて示される事例では、実際のアイスクリーム温度７１４は、蒸発器に沿った長さの大部分（およそ７５％）にわたりアイスクリーム凝固点温度７１２よりも高い。蒸発器流出口温度６０６は約摂氏１０度である（図２９Ｂにおいて見られる結果に対応する）。以前に説明したように第１部分７１６では効果的な熱伝達が可能となっているが、しかし熱が第２部分７１８に沿って効果的にアイスクリームから蒸発器７００に伝達されないため、蒸発器７００は全体として過小規模である。
蒸発器７００の性能低迷はいくつかの要因に起因し得る。物質が沸騰（または凍結）すると、それは蒸発の潜熱のために一定の温度で発生する。液体のアイスクリームは混合が容易で、蒸発器７００内の冷媒に容易に熱を伝達するため、冷凍過程６００の第１部分６１４の間は蒸発器流出口温度６０４が蒸発器流入口温度６０２よりも高い。ひとたび冷媒が完全に蒸気した後は、さらに熱が加えられるにつれて冷媒ガスの温度が上昇し、冷媒ガスは過熱状態に達する。
図３０Ｅには第２マーカ６２２における蒸発器に沿った温度の「高温」領域７１８および「低温」領域７１６が示されている。図示の事例では、第２マーカ６２２は冷凍サイクル６００開始後の約３５秒に発生し、冷媒が気液混合物の状態となっていて、蒸発器流入口温度６０２は摂氏－１８度である。図３０Ｅには、サイクルのこの時点では蒸発器長さの約３５％が高温であり、蒸発器長さの約６５％が低温であることが示されている。この事例では、蒸発器長さの大部分は、冷凍サイクルの始点６１０から３５秒以内に冷媒の気液混合物を含む。
図３０Ｆは図３０Ｅに対応する第２マーカ６２２に対する蒸発器７００の温度プロットである。ひとたび蒸発器７００の長さの一部の温度がアイスクリーム凝固点温度７１２よりも高くなった後は、蒸発器の長さの該当部分はアイスクリームの冷凍においてもはや効果的ではなくなる。図３０Ｆにおいて示される事例では、実際のアイスクリーム温度７１４は、蒸発器に沿った長さの一部（およそ３５％）にわたりアイスクリーム凝固点温度７１２よりも高い。蒸発器流出口温度６０６は約摂氏２度である（図２９Ｂにおいて見られる結果に対応する）。この場合、蒸発の全長が必ずしもアイスクリームの凍結に寄与しないため、蒸発器は依然として過小規模である。さらに、蒸発器流入口６０２と比較した蒸発器流出口６０４の温度差は第１マーカ６２０に対する結果よりも低く、このことは全体的な熱伝達も低いことを示している。
図３０Ｇには第３マーカ６２４における蒸発器に沿った温度の「低温」領域７１６が示されている。図示の事例では、第３マーカ６２４は冷凍サイクル６００開始後の約９０秒を表し、冷媒が気液混合物の状態となっていて、蒸発器流入口温度６０２は摂氏－１８度である。図３０Ｇには、サイクルのこの時点では蒸発器長さの全部が低温であることが示されている。この事例では、蒸発器長さの全部は、冷凍サイクルの始点６１０から９０秒以内に冷媒の気液混合物を含む。
図３０Ｈは図３０Ｇに対応する第３マーカ６２４に対する蒸発器７００の温度プロットである。実際のアイスクリーム温度７１４は、蒸発器７００に沿った長さの全体にわたりアイスクリーム凝固点温度７１２よりも低い。これは、冷凍サイクル６００の第２部分６１６の熱伝達が低い区域に対応する。冷媒が実質的に同じ温度で蒸発器７００に流入および流出するため、冷媒は蒸発器流出口７０４において完全には蒸発しない（すなわち過熱状態ではない）。これは過大規模の冷媒システムの特徴である。
第３マーカ６２４およびおよそ第２部分６１６の間に生じる熱伝達の低下は、アイスクリームが硬化するためアイスクリームの混合が困難になることにより、およびポッド容器の暖かい中心部からポッド容器の冷たい側面壁部までアイスクリームを移動させるにあたり時間を要することにより、生じ得る。冷凍サイクル６００の間のこの時点ではアイスクリームの大部分が冷凍済みであるため、混合パドル（例えば混合パドル１６０）を用いてアイスクリームを混合することが困難となることもある。この場合、冷媒は、冷凍サイクル６００の第１部分６１４の間と同様に、１００％ガスではなく気液混合物として蒸発器７００に流入および流出する。ひとつにはアイスクリームに対して十分に良好な物理的混合を施すことによりアイスクリームをポッド容器の冷たい側面壁部に露出させることが困難でもあるため、システムは過大規模である。冷媒が十分に蒸発していない状態で蒸発器７００から出るため、冷却システムは冷凍サイクル６００の終点において過大規模である。これは、アイスクリームを冷凍するために使用されるべきであった液体冷媒が使用されなかったことを意味する。冷却システムは冷凍サイクル６００の終点において過大規模または過小規模である。
図３０Ｃおよび図３０Ｄに戻って参照すると、過小規模の熱伝達有効性を改善する１つのアプローチは、冷媒が蒸発するかまたは過熱状態にあることなしに蒸発器７００に沿ったより長い長さにわたり低温冷媒温度を維持することによる。
熱伝達有効性を改善するための１つのアプローチは、冷媒が蒸発器７００を通って流れる方向とは逆の方向に混合パドルを回転させることである。蒸発器流入口から蒸発器流出口まで蒸発器を通る冷媒の全体的な流れ方向とは逆の方向に混合パドルを回転させることにより、蒸発器７００の冷媒流出口側からの暖かいアイスクリームがポッド容器の側面壁部から掻き落とされ、蒸発器温度がより低い冷媒流入口側に向かって移動させられる。混合パドルを回転させることにより、ポッド容器内の原材料の少なくとも１部分も、ポッド容器内のより暖かい領域からポッド容器のより冷たい側面壁部領域へと移動させられる。この側面壁部領域は、ポッド容器内のアイスクリーム原材料の凝固点温度よりも低い温度を有する蒸発器長さの１部分に対して直接接触状態にある。
ポッド容器壁部が静止状態にあり、蒸発器７００の流入口側付近で冷たいであろうため、ポッド容器のこの部分に移動されるアイスクリームはより速やかに冷凍し、その結果、アイスクリームから蒸発器７００への熱の全体的な熱伝達が向上するであろう。このことは、伝達される熱が温度差に比例することを説明する熱力学により支持される。最も暖かいアイスクリームを冷たいポッド容器壁部に移動させる事により全体的な熱伝達が向上する。蒸発器７００の冷媒の流れとは逆向きの方向に混合パドルを回転させることにより、アイスクリームの冷凍時間は１～２％短縮される。係る時間短縮はおよそ６０秒でアイスクリームを冷凍する際には十分な短縮となる。
いくつかの蒸発器は以前に図２０で示したように複数の平行な冷却流れ経路を使用する。例えば、冷媒の流れがオーガー回転方向とは逆向きに移動する複数の平行な流れを有する経路蒸発器については、十分な蒸発器質量速度が達成される。いくつかの場合では、十分な蒸発器質量速度は、７５，０００ポンド／時間・平方フィートよりも大きい質量速度である。この質量速度は冷却システムにおいて使用される圧縮機にも依存する。例えば、本冷却システムでは９１，５００ポンド／時間・平方フィートの蒸発器質量速度が使用される。いくつかの場合では、複数の平行な流れ経路の蒸発器は、冷媒が蒸発器を通って流れる際に冷媒の圧力低下を小さくするために使用される。
いくつかの蒸発器は、平行な冷凍流れ経路を達成するために「Ｓ」パターンの流路を含む。いくつかの蒸発器は、蒸発器の周縁部の周りに配置された多数の等しく離間された流路を含む。なおここでは各流路が混合パドルの軸に対して平行である。蒸発器流入口に流れ込む冷媒はこれらの流路のいくつかへと分割し、全体的には混合パドルの回転方向とは逆方向に流れつつ、流路の端部において方向転換し、第２の平行な流路を通って逆方向に流れることが可能である。例えば、いくつかの蒸発器は周縁部の周りに４５本の流路を含む。なおここでは４５本の流路は、５本の平行な経路を１つの組として冷媒が９つの組を通って管を上下方向に流れるよう構成される。この配列は、蒸発器の平行な経路を示す図２０Ａ～図２０Ｄに類似するものといえる。これらの管をそれぞれ上下方向に流れることにより、冷媒は混合パドルの回転方向とは逆の方向に移動することとなる。
効率的経路とは、流れの速さ（熱的性能の向上にあたっては速さは高いほどよい）と、その流れの結果として生成される圧力差（質量流が低いほど圧力差も小さくなる）と、のバランスを取る経路である。効率的流れ経路の概念と、アイスクリームと蒸発器との間の温度差を大きくすることと、を組み合わせることにより、熱伝達が向上する。１つのアプローチは流れの速さを最大化することであるが、係る最大化は圧力低下と関連づけられるものであるため、圧縮機は圧力低下が大きくなることに対処する能力を有することが必要である。蒸発器に関するＡＳＨＲＡＥ数とは通路の単位面積あたりの質量速度または質量流量の測定値であるため、冷媒方向とは逆の方向に混合パドルを回転させてもＡＳＨＲＡＥ数は変化しない。
他の解決策は、混合器のＲＰＭ、混合器の方向、混合器の幾何学的形状、および、混合器からのアイスクリームの掻き落としを促進する混合器のコーティングを変化させることを含む。例えば、混合方向を逆転させることにより、硬化または固着したアイスクリームを取り除き、取り除いたアイスクリームを周囲の製品に混ぜ合わせることを支援することが可能となる。これにより、アイスクリームの温度が安定するであろう。
例えば、冷媒が混合パドルの方向とは逆向きに流れる単一の通路を有する蒸発器は、以前に説明したように第１マーカ６２０において改善された熱伝達をもたらす。混合パドルのＲＰＭは、アイスクリームに対して摩擦熱が不必要に加えられることを回避するために、冷凍過程におけるこの段階では低いことが好適である。アイスクリームが冷凍するにつれてアイスクリームは硬化する。なおこの硬化は第３マーカ６２４付近で発生する。混合パドルのＲＰＭは、アイスクリームの均一な混合を促進するために、変動する。例えば、本混合パドルは冷凍サイクルの始点６１０では５００ＲＰＭで回転し、冷凍サイクル６００の終点６１２において７７５ＲＰＭに増加する。しかし他のＲＰＭを使用することも可能である。混合パドルの回転方向を冷凍サイクル６００の終点６１２において１回または複数回逆転させることにより、硬化したアイスクリームを分解させ均等に冷やすことも可能となる。
図３１はアイスクリームを冷凍するための蒸発器７５０である。蒸発器７５０は実質的に蒸発器７００と同じであるが、蒸発器７５０には電熱冷却器（ＴＥＣ）７５２（例えばペルチェ冷却器）が取り付けられている。冷媒は蒸発器７５０を通って方向７７０に流れる。蒸発器７５０を通る冷媒の流れは実質的に図３０Ａ～図３０Ｈに示される冷媒の流れと同じである。蒸発器流入口７６４は全般的に低温であるが、蒸発器流出口７５６は、冷凍サイクル６００のいずれの部分が進行中であるか、およびＴＥＣ７５２が使用されているか否かに応じて高温になり得る。ＴＥＣ７５２は実質的に電熱モジュール３４２と同じであるが、図１６に示されるように凝縮器流出口において使用されるよりもむしろ蒸発器流出口において使用される。ＴＥＣ７５２は蒸発器の流出口７５６付近において蒸発器の本体７５４に対して熱的に取り付けられ、ポッド容器を冷凍するための補足的な方法を提供する。ＴＥＣ７５２が電気的に駆動されるため、ＴＥＣ７５２は蒸発器の熱的な能力を低下させない。ＴＥＣ７５２の低温側７６２が蒸発器本体７５４に取り付けられる、ＴＥＣ７５２は蒸発器流出口７５６の温度をアイスクリームの凝固点より低い温度に低下させる。ＴＥＣ７５２の高温側７６０を蒸発器流出口７５６に取り付けることにより、熱はＴＥＣ７５２から、蒸発器流出口７５６を通過して圧縮機へと移動中の冷媒へと伝達される。換言すると高温側７６０は熱を流路７５８に伝達し、流路７５８は蒸発器７５０から流れ出た冷媒を加熱する。
システムが過小規模である冷却サイクルの当初（すなわち蒸発器の一部がアイスクリームの凝固点よりも高い冷却サイクルの第１部分）において、ＴＥＣ７５２は冷却モードに置かれる。ＴＥＣが存在しない場合、蒸発器の流出口は冷凍サイクル６００の第１部分６１４の間は通常およそ華氏３０度（約摂氏－１．１度）～華氏６０度（約摂氏１５．６度）であり、これはアイスクリームを冷凍するにあたっては暖かすぎる温度である。ＴＥＣ７５２の低温側７６２を蒸発器流出口７５６付近の蒸発器本体７５４に対して接続し、ＴＥＣ７５２の高温側７６０を蒸発器流出口流路７５８に対して接続することにより、蒸発器を冷却し、ポッド容器の側面壁部に接触するアイスクリームを冷凍することが可能となり、蒸発器７５０の有効性が向上する。これは、蒸発器７５０が過小規模である場合、有利である。冷却システムにＴＥＣ７５２を含めることにより、ＴＥＣ７５２を用いない場合と比較してアイスクリームをより高速に冷凍することが可能となる。ＴＥＣ７５２は電気エネルギーを消費するが、アイスクリーム冷凍過程が短い時間的期間（例えば従来の冷蔵庫と比較して）のみ動作するため、電力消費は、アイスクリームの冷凍時間が短縮される利益と比較してさほど問題ではない。
いくつかの冷却システムは蒸発器７５０の温度調節のためにＴＥＣ７５２を使用する。いくつかの冷却システムは冷凍サイクル６００の完了後に蒸発器７５０をデフロストするためにＴＥＣ７５２を使用する。デフロストは電流の流れ方向を変えること（すなわち電流方向の反転）により具体化される。電流方向の反転が実施されると低温側と高温側とが切り替わり、蒸発器７５０は冷却ではなく加熱されることとなる。ＴＥＣ７５２を使用して蒸発器７５０をデフロストすることにより、高温ガス・ソレノイドバルブから発する「クリック音」ノイズが解消されて、冷却システムのノイズが減る。ソレノイドバルブの単純なバングバング制御による温度制御が困難であるため、ＴＥＣ７５２を使用して蒸発器７５０をデフロストすることは、蒸発器７５０のより正確な温度制御が可能となるという理由においても、有利である。例えば、高温ガス・ソレノイドバルブを使用する場合は蒸発器温度が摂氏１０度の変動を有し、蒸発器流出口は全体で摂氏２度の変動を有する。このことは好適ではなく、ＴＥＣ７５２の使用により全体の変動はおよそ摂氏１度となる。冷却システム１０９において示された第２バイパスライン１９０は、ＴＥＣ７５２がこの第２バイパスライン１９０と並列的に使用されるよう、蒸発器をデフロストするために使用されてもよく、またはＴＥＣ７５２を置き換えるために使用されてもよい。
いくつかの冷却システムは、蒸発器により蒸発されていない液体を受容することがないよう圧縮機を保護するためにＴＥＣ７５２を使用する。例えば、液体が圧縮機に流入した場合、圧縮機に損傷が発生し、ついには故障が発生し得る。ＴＥＣ７５２を使用することの１つの利点は、圧縮機に到達したときに冷媒が１００％ガスとなっているように圧縮機に到達する以前に流路７５８内に残存する液体を蒸発させることである。ＴＥＣ７５２を使用して冷媒を蒸発させることはキャピラリーチューブ組立体の１つの目的でもある。そのためＴＥＣ７５２およびキャピラリーチューブ組立体は互いに対して並列的に動作可能であるが、互いに対して独立的に動作することも可能である。
いくつかの冷却システムは蒸発器流出口７５６に配置されたＴＥＣ７５２を冷媒システムの質量流を大きくするために使用する。熱が加えられると圧縮機に戻るガスの温度が上昇する。温度の上昇はガス密度の上昇に対応し、ガス密度の上昇はシステムにおける質量流の上昇に対応する。圧縮機は定容量型の装置であるため、ガス密度の上昇は圧縮機の１行程（または回転）ごとの圧縮される質量が上昇することを意味する。一般に、質量流の上昇は冷却システムの熱的性能の上昇を意味する。
いくつかの冷却システムは冷凍サイクル６００の全体を通して必要に応じてＴＥＣ７５２のスイッチの投入および遮断を行う。例えば、蒸発器７５０が過小規模であることを１つまたは複数の温度センサが検出すると、機械のプロセッサは蒸発器流出口６０４の温度と蒸発器流入口６０２の温度とを比較する。温度差が閾値よりも大きい場合、ＴＥＣ７５２はスイッチ投入される。機械は蒸発器流出口６０４および蒸発器流入口６０２の温度監視を継続する。ＴＥＣ７５２が有効であることの表示は、蒸発器流出口６０４の温度が上昇し始めるときである。機械のプロセッサは、冷凍サイクル６００において必要でないとき、ＴＥＣ７５２のスイッチ遮断を行う例えば、機械のプロセッサは冷凍サイクル６００の始点６１０においてＴＥＣ７５２を起動し、蒸発器流出口温度６０４がアイスクリーム凝固点温度（約摂氏－４度）よりも低くなるまでＴＥＣ７５２は起動状態を維持し、蒸発器流出口温度６０４がアイスクリーム凝固点温度よりも低くなった時点で機械のプロセッサはＴＥＣ７５２を停止するであろう。
いくつかの冷却システムは、蒸発器７５０の表面積全体をカバーする１つまたは複数のＴＥＣを含む。全般に、ＴＥＣが大きく、かつ蒸発器７５０に対する接触表面積が大きいほど、より大量の熱が所与の温度差に対して伝達される。いくつかの冷却システムは、蒸発器の流出口付近で蒸発器の垂直方向高さ全体をカバーする、１つまたは複数のＴＥＣを含む。例えば、いくつかの冷却システムは、流出口付近における蒸発器の高さ全体が熱的に各ＴＥＣに対して接続されるよう互いに対して垂直方向に配列された２つの正方形のＴＥＣを含む。これらのＴＥＣは一辺が５０ｍｍの正方形であり、金属製ヒートスプレッダを介して蒸発器の外径に対して接続される。蒸発器の外径が湾曲し、かつＴＥＣが平板状であるため、ヒートスプレッダが使用される。蒸発器流出口は、弧を描いて蒸発器に向かって戻り、ＴＥＣの逆（高温）側に取り付けられたアルミニウムブロックを通過する。
冷媒システムの有効性はシステム内の冷媒の量（または充填）にも依存する。冷凍サイクル６００の第１部分６１４の間の過小規模の性能を低減するために冷媒システムにおける冷媒の量を増加することは機械を製作する際に可能ではあるが、冷媒の量を増加した場合、より大量の液体を冷凍サイクル６００の第２部分６１６の間に圧縮機に送り込むことにより圧縮機に損傷を生じさせる可能性が大きくなってしまうであろう。したがって冷却能力を高めるために冷媒を冷媒システムに単に追加することは問題を生じさせ得る。
いくつかの冷媒システムは冷却システム内の流速を調節するために温度式膨張バルブを含む。しかし温度式膨張バルブの使用は、冷媒が蒸発器に到達する以前に冷媒の圧力を低下させるためのキャピラリーチューブシステム（例えばキャピラリーチューブシステム１８２）との共存は不可能である。キャピラリーチューブシステムは通常、ひとり分または少量のアイスクリームを冷凍する際に生じるような突然の変化には応答しない。キャピラリーチューブシステムは、例えば従来の食品冷凍などの熱負荷が一定である用途において使用される傾向にあり、システムの性能を最適化する単一の流速を有する。冷却システムがキャピラリーチューブシステムを含むため、冷却システムの充填を調節するために温度式膨張バルブを使用することは好適ではない。温度式膨張バルブは、冷却システム時間がおよそ１分である状況において冷凍サイクルの性能を制御するにおいて効果的であるためには、応答が遅すぎる。本明細書に記載のシステムおよび方法では、冷却システム内の流速を調節するにあたり、温度式膨張バルブに代わって充填槽が使用され得る。
図３２はアイスクリームまたは他の原材料を冷凍するための冷却システム８００の概略図である。冷媒システム８００は実質的に冷媒システム１０９と同じであるが、冷媒システム８００に対する充填の注入／回収を実施するよう構成された充填槽８０２を含む。充填槽８０２を用いることにより、機械（例えば機械１００）が、冷凍サイクル６００の特定の部分の間にアイスクリームがより高速に冷凍されるように冷却システム８００における充填を調製することが可能となる。充填槽８０２は、冷凍サイクル６００の様々な部分の間に冷媒システム８００に対して充填を注入するよう構成された拡張タンクである。これは、システムが過小規模である冷凍サイクル６００の第１部分６１４の間に特に有利である。充填槽８０２は、冷凍サイクル６００の様々な部分の間に冷媒システム８００から充填を回収するようにも構成される。これはシステムが過大規模である冷凍サイクル６００の第２部分６１６の間に有利である。充填を変動させることは冷凍サイクルの終端６１２において圧縮機損傷のリスクを低くし、冷凍サイクルの始点６１０において冷凍過程の性能を向上させる。さらに冷媒を追加することにより、冷凍サイクルの始点６１０において効果的に使用される蒸発器の長さをより大きくすることが可能である。これにより熱伝達が改善され、さらに冷媒を加えない場合よりも、より急速にアイスクリームを冷凍することが可能になる。いくつかの場合では、例えば３立方インチ（約４９．２立方センチメートル）～４立方インチ（約６５．５立方センチメートル）の槽容量を使用すると、充填槽８０２を使用しない場合よりも充填槽８０２を使用する場合のほうがアイスクリームは５％急速に冷凍される。
機械は、冷媒システム８００に対して冷凍サイクルの始点６１０においては冷媒を注入し冷凍サイクルの終点６１２においては冷媒を回収することにより、冷媒システム８００における充填を制御する。これにより、必要とされる冷媒が少ない冷凍サイクルの終点６１２において圧縮機に損傷が生じるリスクも抑えられる一方で、冷凍サイクルの始点６１０における熱伝達が向上する。
充填槽８０２は、冷媒システム８００に対する流体接続を開閉するよう（例えばソレノイドバルブにより）電子制御されたアクセスバルブ８０４に対して流体的に接続される。充填槽８０２は高圧冷媒気液混合物を貯蔵するよう構成される。例えば、３０～１００ポンド／平方インチの冷媒が充填槽８０２とともに使用され得るが、いくつかの充填槽は他の冷媒圧力を使用する。充填槽８０２は、充填槽８０２内で並進可能であり、かつ冷媒を冷媒システム８００に追い出すように排出ポート８０８に向かって並進するよう構成された、ピストン８０６を含む。ピストン８０６は、冷媒を冷却システム８００から回収するよう充填槽８０２の開口ポート８０８から離間する方向に並進するようにも構成される。ピストン８０６は、冷媒がピストン８０６周りで漏出することを抑えるためにピストン８０６の周縁部周りが密閉される。
冷凍サイクルの始点６１０において機械はアクセスバルブ８０４を開くように作動させる。アクセスバルブ８０４が開くと、充填槽８０２内の冷媒が冷却システム８００に対して流体連通する。機械は、充填槽８０２内の高圧冷媒が冷媒システム８００に伝達されるようピストン８０６を作動させる。
システムが過大規模である冷凍サイクルの第２部分６１６の間、機械が収縮するようピストンを作動させると、冷却システムからサイフォンの作用により冷媒が吸い上げられる。いくつかの場合ではピストンは、基準線位置を越えて収縮し、それにより冷却システム８００から冷媒を完全に取り出すよう、構成される。これにより、システムが過大規模である場合に冷凍サイクル６１０の性能が向上する。これにより、冷凍サイクル６００の全域で１００％ガスの状態にある冷媒が蒸発器１０８から流れ出る確率が大きくなる。冷凍サイクルの終点６１２において、ピストン８０６は、冷凍サイクルの始点６１０と同量の冷媒が存在する状態で冷却システム８００が冷凍サイクル６１２を終了するように、取り出された冷媒を冷却システム８００に戻すよう作動する。ひとたびピストン８０６が基準線位置に戻った後は、機械は、閉じるようにアクセスバルブ８０４を制御する。それにより次の冷凍サイクルが始まるまで冷却システム８００は密閉される。
いくつかの充填槽８０２はピストンに代わってリードネジを含む。いくつかの充填槽８０２はピストンに代わって空気のうを含む。システムにおける大きい圧力変化は、システムを自動調整化することにより、相殺可能である。いくつかの充填槽８０２は、一方の側に圧縮空気および他方の側に冷媒を含む１つまたは複数の金属製蛇腹を含む。空気圧が上がるにつれて可撓性蛇腹が変形し、冷媒に圧力が印加される。可撓性蛇腹に空気を供給するために空気圧縮機が使われる。
ポッド容器の寸法、蒸発器把持力、および混合パドル寸法など他の要因が熱伝達過程に影響を及ぼし得る。図３３には、市販のアイスクリーム（例えばＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム）と、同一のアイスクリームを溶かした後にポッド容器を包装し本明細書に記載の機械を使用して給仕されたものと、の典型的な氷晶寸法の比較が示されている。溶かした後にポッド容器に包装され本明細書で記載の機械を使用して給仕された市販のアイスクリームは「コールドスナップ」アイスクリームとみなされる。図３３には、市販のＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０４と比較してコールドスナップＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０２が平均氷晶寸法において４０％小さいことが示されている。特に、市販のＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０４が３１．９μｍの平均氷晶寸法を有するのに対して、コールドスナップＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０２は１９．２μｍの平均氷晶寸法を有する。加えて、コールドスナップＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０６において測定された氷晶の標準偏差は、市販のＨａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０８の標準偏差よりもはるかに小さい。
本明細書で記載の機械は氷晶がより大きく成長しないようインペラＲＰＭを高速化する。氷晶が大きく成長しないことはすなわち冷凍済みアイスクリームの氷晶寸法がはるかに小さいことを意味し、これによりアイスクリームの質感および滑らかさが顕著に改善される。
図３３に示される氷晶測定値は、分離されたグローブボックスシステム内に収容された４０Ｘの倍率の光学顕微鏡を使用しておよそ摂氏－１０度の温度において分析された。標本は本明細書で記載のアイスクリーム機械により冷凍された直後にグローブボックスに移された。アイスクリーム標本は顕微鏡スライド上に配置され、氷晶の分散を支援し画像品質を向上させるために、５０％ペンタノールおよび５０％ケロシンの分散溶液の１滴が加えられた。氷晶の画像は４０Ｘの倍率で光学顕微鏡法を使用して得られた。
後処理の間、画像において見られる氷晶の直径は画像に示された氷晶の境界を透写することにより測定された。氷晶の境界の測定は、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓソフトウェア・プログラムの氷晶測定マクロの支援を用いてＭａｃ用のＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｓｏｆｔｏｎｉｃ Ｐａｉｎｔｂｒｕｓｈを用いて実施された。分析されたアイスクリームの各試片に対して、氷晶寸法の適切な統計的平均が得られたことを確認するために、少なくとも３００個の氷晶が分析の都度に測定された。
図３４Ａ～図３４Ｅは、様々なアイスクリームに対して４０Ｘの倍率（４０倍）で光学顕微鏡検査を使用して記録された氷晶の画像である。図３４Ａには、コールドスナップ・スイートクリーム１のアイスクリームに対する氷晶寸法を測定するために記録された氷晶画像の３つの例が含まれる。画像のスケールは１００μｍの長さを表すスケールバー１５１０により表される。スケールバーは図３４Ａの３画像のそれぞれに示される。氷晶は、これらの画像における略円形の対象物（例えば対象物１５１２）により表現される。画像には多数の氷晶が存在する。氷晶の平均直径は２１．７μｍである。この値は、このアイスクリームに対する市販の対応商品よりも小さい。
図３４Ｂは、コールドスナップ・スイートクリーム２のアイスクリームに対する氷晶寸法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１９．５μｍである。この値は、図３４Ａにおいて見られる氷晶よりもさらに小さく、このアイスクリームに対する市販の対応商品よりもさらに小さい。
図３４Ｃは、コールドスナップ・ブルーベリーチョコバニのアイスクリームに対する氷晶寸法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、いくつかの氷晶はより大きく、７６．９μｍの直径を有する。しかし平均すると、この氷晶寸法はこのアイスクリームに対する市販の対応商品よりもさらに小さい。
図３４Ｄは、コールドスナップＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓのアイスクリームに対する氷晶寸法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。なお、このアイスクリームは図３３に関しても説明したものでもある。氷晶の平均直径は１９．１μｍであり、測定された最大氷晶は３８．２μｍであった。この氷晶は図３４Ａ～図３４Ｅに示される氷晶寸法測定値のうちで最小の氷晶寸法である。この平均氷晶寸法は、図３４Ｅに示されるこのアイスクリームに対する市販の対応商品よりも小さい。
図３４Ｅは、市販のＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリームに対する氷晶寸法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。なお、このアイスクリーム図３３に関して説明したものでもある。注目すべきことに、平均直径は３１．９μｍであるが、この値はコールドスナップＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓの測定結果の１９．１μｍよりもはるかに大きい。コールドスナップ対応商品と比較して市販アイスクリームに対する定量的値（すなわち平均氷晶直径、標準偏差、最小氷晶直径、および最大氷晶直径）のほうが大きい。
これらの結果は、本明細書で記載の機械を用いて生成されたアイスクリームが市販の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作ることを強く示すものである。本明細書に記載の機械を用いて生成されたアイスクリームは、２５μｍの平均アイスクリーム氷晶寸法と比較して、氷晶寸法も２７％小さい。
以下は図３３および図３４Ａ～図３４Ｅに示された氷晶寸法測定値の表である。
Figure 2023528402000004
図３５Ａ～３５Ｅは氷晶寸法測定値のヒストグラムである。図３５Ａは、コールドスナップ・スイートクリーム１の氷晶寸法分布のヒストグラムであり、２１．７μｍの平均氷晶直径についての測定値の狭い標準偏差（または分散）を示す。
図３５Ｂは、コールドスナップ・スイートクリーム２の氷晶寸法分布のヒストグラムであり、１９．５μｍの平均氷晶直径についての測定値の狭い標準偏差を示す。
図３５Ｃは、コールドスナップ・ブルーベリーチョコバニの氷晶寸法分布のヒストグラムであり、１９．５μｍの平均氷晶直径についての測定値の狭い標準偏差を示す。
図３５Ｄは、コールドスナップＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓの氷晶寸法分布のヒストグラムであり、１９．１μｍの平均氷晶直径についての測定値の狭い標準偏差を示す。
図３５Ｅは、市販Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓの氷晶寸法分布のヒストグラムであり、３１．９μｍの平均氷晶直径についての測定値の広い狭い標準偏差を示す。市販アイスクリームに対する平均氷晶直径がコールドスナップ対応商品よりも大きいだけではなく、標準偏差もはるかに大きい。
以前に言及したように、本明細書に記載の機械を使用して生成されたアイスクリームは、市販の対応商品との比較の上で、氷晶寸法は平均してはるかに小さく、氷晶寸法の標準偏差ははるかに狭い。本明細書に記載のアイスクリーム機械が、使用前の冷蔵または冷凍を要求せず、かつより滑らかなアイスクリームを作るため、これは重要である。このことは、これらの機械で使用されるアイスクリームが、乳化剤または安定剤などの非天然原材料をアイスクリームに含む必要がないことを意味する。これらの機械で使用されるアイスクリームは「クリーンラベル」であり、単に牛乳、クリーム、砂糖、および粉乳を含むものであって、滅菌済みポッド容器内で最大９ヶ月まで室温での貯蔵が可能である。
本発明のいくつかの実施形態について説明してきた。しかしながら、本開示の発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の改変を作ることが可能であることは理解されるであろう。したがって、他の実施形態も以下の特許請求項の範囲に含まれる。

Claims (67)

  1. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器
    を備え、
    前記冷却システムは前記食品または飲料に冷凍サイクルを適用するように動作可能であり、前記冷却システム内において冷媒は前記蒸発器を通って流れ、それにより前記ポッド容器内の原材料から前記冷媒へと熱が交換され、その結果、蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間に温度差が生じ、
    前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記温度差は前記冷凍サイクルの始点から２０秒以内で摂氏１５度よりも大きい値となり、
    前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記温度差は前記冷凍サイクルの終点までに摂氏５度よりも小さい値となる、
    機械。
  2. 前記ポッド容器のより冷たい側面壁部領域は前記ポッド容器内の前記原材料の凝固点温度よりも低い温度を有する前記蒸発器の一部分に対して直接的接触状態にあり、かつ前記ポッド容器のより暖かい側面壁部領域は前記ポッド容器内の前記原材料の前記凝固点温度よりも高い温度を有する前記蒸発器の１部分に対して直接的接触状態にある、請求項１に記載の機械。
  3. 蒸発器の内側表面に沿った温度は、前記冷凍サイクルの間、周方向に沿って上がる、請求項２に記載の機械。
  4. 前記冷凍サイクルは３０秒～３分の範囲の持続時間を有する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の機械。
  5. 前記冷凍サイクルの間、混合パドルを第１方向に回転させるよう動作可能であるモータをさらに備え、前記混合パドルは、前記冷凍サイクルの間、前記ポッド容器内の原材料を攪拌するよう動作可能である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の機械。
  6. 冷媒は、前記冷凍サイクルの間、前記流入ポートから前記流出ポートへと前記第１方向とは逆の第２方向に流れる、請求項５に記載の機械。
  7. 摂氏５度よりも小さい前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記温度差は前記冷凍サイクルの残りの期間にわたり維持される、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の機械。
  8. 前記機械内の前記冷媒は、前記冷凍サイクルの間、前記ポッド容器内の前記原材料の少なくとも９０％を冷凍させるよう動作可能である、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の機械。
  9. 前記冷媒の重量は７０グラム～１００グラムの範囲である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の機械。
  10. 前記冷媒はプロピレンである、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の機械。
  11. 前記ポッド容器内の原材料の重量は５オンス～１０オンスの範囲である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の機
  12. 前記冷却済みの食品または飲料が前記ポッド容器から吐出されることを可能にする吐出器をさらに備える、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の機械。
  13. 前記冷却済みの食品または飲料は華氏２６．６度～華氏１７．６度の範囲の温度で吐出される、請求項１２に記載の機械。
  14. 前記冷却済みの食品または飲料はアルコールを含み、華氏１７．６度～華氏５．０度の範囲の温度で吐出される、請求項１２または請求項１３に記載の機械。
  15. 前記冷却および吐出された食品または飲料は平均寸法が５０μｍよりも小さい氷晶からなる、請求項１２～請求項１４のいずれか１項に記載の機械。
  16. 前記冷却システムは前記機械の圧縮機を前記蒸発器の前記流入ポートに対して流体的に接続するバイパス流路を含む、請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載の機械。
  17. 前記バイパス流路は前記蒸発器から前記ポッド容器を取り出すために前記冷凍サイクルの前記終点において前記蒸発器をデフロストすることを支援する、請求項１６に記載の機械。
  18. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器
    を備え、
    前記冷却システムは前記食品または飲料に冷凍サイクルを適用するように動作可能であり、前記冷却システム内において冷媒は前記蒸発器を通って流れ、それにより前記ポッド容器内の原材料から前記冷媒へと熱が交換され、その結果、蒸発器流入口温度と蒸発器流出口温度との間に温度差が生じ、
    前記冷媒は前記蒸発器の前記流出ポートを通過し、前記冷凍サイクルの第１半期の少なくとも一部の間に過熱され、
    前記冷媒は前記冷凍サイクルの第２半期の間に非過熱状態で前記蒸発器の前記流出ポートを通過する、
    機械。
  19. 前記冷媒は前記冷凍サイクルの前記第１半期の全部の間に過熱状態になる、請求項１８に記載の機械。
  20. 前記冷媒は前記冷凍サイクルの前記第２半期の全部の間に非過熱状態で前記蒸発器の前記流出ポートを通過する、請求項１８または請求項１９に記載の機械。
  21. 前記ポッド容器のより冷たい側面壁部領域は前記ポッド容器内の前記原材料の凝固点温度よりも低い温度を有する前記蒸発器の一部分に対して直接的接触状態にあり、かつ前記ポッド容器のより暖かい側面壁部領域は前記ポッド容器内の前記原材料の前記凝固点温度よりも高い温度を有する前記蒸発器の１部分に対して直接的接触状態にある、請求項１８～請求項２０のいずれか１項に記載の機械。
  22. 前記蒸発器の内側表面に沿った温度は、前記冷凍サイクルの間、周方向に沿って上がる、請求項１８～請求項２１のいずれか１項に記載の機械。
  23. 前記冷凍サイクルは３０秒～３分の範囲の持続時間を有する、請求項１８～請求項２２のいずれか１項に記載の機械。
  24. 前記冷凍サイクルの間、混合パドルを第１方向に回転させるよう動作可能であるモータをさらに備え、前記混合パドルは、前記冷凍サイクルの間、前記ポッド容器内の原材料を攪拌するよう動作可能である、請求項１８～請求項２３のいずれか１項に記載の機械。
  25. 冷媒は、前記冷凍サイクルの間、前記流入ポートから前記流出ポートへと前記第１方向とは逆の第２方向に流れる、請求項２４に記載の機械。
  26. 前記機械内の前記冷媒は、前記冷凍サイクルの間、前記ポッド容器内の前記原材料の少なくとも９０％を冷凍させるよう動作可能である、請求項１８～請求項２５のいずれか１項に記載の機械。
  27. 前記冷媒はプロピレンであり、前記冷媒の重量は７０グラム～１００グラムの範囲である、請求項１８～請求項２６のいずれか１項に記載の機械。
  28. 前記ポッド容器内の原材料の重量は５オンス～１０オンスの範囲である、請求項１８～請求項２７のいずれか１項に記載の機械。
  29. 前記冷却済みの食品または飲料が前記ポッド容器から吐出されることを可能にする吐出器をさらに備える、請求項１８～請求項２８のいずれか１項に記載の機械。
  30. 前記冷却済みの食品または飲料は華氏２６．６度～華氏１７．６度の範囲の温度で吐出され、かつ平均寸法が５０μｍよりも小さい氷晶からなる、請求項２９に記載の機械。
  31. 前記冷却済みの食品または飲料はアルコールを含み、華氏１７．６度～華氏５．０度の範囲の温度で吐出される、請求項２９または請求項３０に記載の機械。
  32. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器と、
    混合パドルを前記ポッド容器内で第１方向に回転させるよう動作可能であるモータと、
    を備え、
    前記冷媒は前記流入ポートから前記流出ポートへと前記第１方向とは逆の第２方向に流れる、
    機械。
  33. 前記冷却システムは、互いに対して流体連通する、圧縮機、凝縮器、およびキャピラリーチューブをさらに含む、請求項３２に記載の機械。
  34. 前記冷却システムは、前記圧縮機を前記蒸発器の前記流入ポートに対して流体的に接続するバイパス流路も含む、請求項３２または請求項３３に記載の機械。
  35. 前記バイパス流路は、前記冷凍サイクルの終点において前記ポッド容器を取り出すことを支援するために、デフロスト能力を前記蒸発器に対して提供するよう構成されている、請求項３４に記載の機械。
  36. 冷却システムの蒸発器であって、
    ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成する壁部と、
    冷媒を受け取るための流入ポートと、
    冷媒を放出するための流出ポートと、
    前記蒸発器に熱的に取り付けられた１つまたは複数の電熱冷却器であって、各電熱冷却器は第１側面と第２側面との間で熱エネルギーを伝達するよう構成され、前記第１側面は前記蒸発器に対して熱的に取り付けられ、前記第２側面は前記流出ポートの下流側の冷媒流路に対して熱的に取り付けられている、電熱冷却器と、
    を備える、
    蒸発器。
  37. 前記ポッド容器は液体アイスクリームを含み、前記蒸発器は冷凍アイスクリームを作るための機械の一部である、請求項３６に記載の蒸発器。
  38. 前記１つまたは複数の電熱冷却器のうちの各電熱冷却器は前記蒸発器の外側表面上に垂直方向に配置されている、請求項３６または請求項３７に記載の蒸発器。
  39. 各電熱冷却器は金属製ヒートスプレッダを使用して前記蒸発器の外側表面に接続されている、請求項３６～請求項３８のいずれか１項に記載の蒸発器。
  40. 前記蒸発器は、前記蒸発器の前記流入ポートにおける冷媒温度を測定するよう構成された第１温度センサと、前記流出ポートにおける冷媒温度を測定するよう構成された第２温度センサと、をさらに備える、請求項３６～請求項３９のいずれか１項に記載の蒸発器。
  41. 機械のプロセッサは前記第１温度センサおよび前記第２温度センサにより測定された前記冷媒温度を監視するよう動作可能であり、前記プロセッサは、前記測定された冷媒温度に基づいて、前記１つまたは複数の電熱冷却器を始動および停止させるよう構成されている、請求項４０に記載の蒸発器。
  42. 機械のプロセッサは、前記蒸発器が前記ポッド容器から前記蒸発器へと熱を伝達し、前記ポッド容器に対して当接する前記蒸発器の一部がアイスクリームの凝固点温度よりも高いときに、前記１つまたは複数の電熱冷却器を始動させるよう構成されている、請求項３６～請求項３９のいずれか１項に記載の蒸発器。
  43. ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成する蒸発器を含む冷却システムと、
    前記冷却システムに対して流体連通し、かつ前記冷却システムに冷媒を注入するよう動作可能であり、前記冷却システムから冷媒を回収するよう構成された、充填槽と、
    を備える、ポッド容器内の液体の食品または飲料を冷凍するため機械。
  44. キャピラリーチューブ熱交換器をさらに備える、請求項４３に記載の機械。
  45. 前記冷却システムは前記充填槽を前記冷却システムに対して流体的に接続するコンピュータ制御バルブを含む、請求項４３または請求項４４に記載の機械。
  46. 前記冷却システムは冷凍済みの液体または飲料を作るための機械の一部である、請求項４３～請求項４５のいずれか１項に記載の機械。
  47. 前記機械のプロセッサは、冷凍サイクルの始点には前記コンピュータ制御バルブを開き、前記冷凍サイクルの終点には前記コンピュータ制御バルブを閉じるよう構成されている、請求項４３～請求項４６のいずれか１項に記載の機械。
  48. 前記充填槽は、前記冷却システム内に冷媒を強制流入することと前記冷却システムから冷媒を吸い取ることとを実行するために、前記充填槽内に摺動可能に取り付けられたピストンを含む、請求項４３～請求項４７のいずれか１項に記載の機械。
  49. 前記充填槽は、前記冷却システム内に冷媒を強制流入することと前記冷却システムから冷媒を吸い取ることとを実行するために、前記充填槽内に取り付けられ１つまたは複数の空気蛇腹を含む、請求項４３～請求項４７のいずれか１項に記載の機械。
  50. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器と、
    前記ポッド容器内の混合パドルを２００ＲＰＭよりも大きい回転スピードで回転させるよう動作可能であるモータと、
    前記ポッド容器に対して係合しそれにより前記ポッド容器から前記冷却済み食品または飲料が吐出されることが可能となるよう構成された吐出器と、
    を備え、
    前記冷却済み食品または飲料は華氏２６．６度～華氏１７．６度の範囲の温度で吐出され、
    前記冷却および吐出された食品または飲料は平均寸法が５０μｍよりも小さい氷晶からなる、
    機械。
  51. 前記冷却システムは、互いに対して流体連通する、圧縮機、凝縮器、およびキャピラリーチューブまたは膨張バルブをさらに含む、請求項５０に記載の機械。
  52. 前記冷却システムは、前記圧縮機を前記蒸発器の前記流入ポートに対して流体的に接続するバイパス流路も含む、請求項５０または請求項５１に記載の機械。
  53. 前記バイパス流路は、前記冷凍サイクルの終点において前記ポッド容器を取り外すことを支援するために、デフロスト能力を前記蒸発器に対して提供するよう構成されている、請求項５２に記載の機械。
  54. 前記モータは前記ポッド容器内で前記混合パドルを第１方向に回転させ、前記冷媒は前記流入ポートから前記入口ポートへと前記第１方向とは逆の第２方向に流れる、請求項５０～請求項５３のいずれか１項に記載の機械。
  55. 前記モータは前記ポッド容器内で前記混合パドルを第１方向に回転させ、前記冷媒は前記流入ポートから前記流出ポートへと前記混合パドルと同じ方向に流れる、請求項５０～請求項５３のいずれか１項に記載の機械。
  56. 前記冷却および吐出された食品または飲料は平均寸法が４０μｍよりも小さい氷晶からなる、請求項５０～請求項５５のいずれか１項に記載の機械。
  57. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器と、
    混合パドルを前記ポッド容器内で第１方向に回転させるよう動作可能であるモータと、
    を備え、
    前記冷媒は前記流入ポートから前記流出ポートへと前記第１方向とは逆の第２方向に流れ、
    前記モータは前記ポッド容器内の前記混合パドルを２００ｒｐｍよりも大きい回転スピードで回転させ、
    前記機械は前記冷却済みの食品または飲料を、前記機械の他の部分に接触させることなく、容器またはコーン内に吐出させる、
    機械。
  58. 前記冷却システムは、互いに対して流体連通する、圧縮機、凝縮器、およびキャピラリーチューブまたは膨張バルブをさらに含む、請求項５７に記載の機械。
  59. 前記機械は前記冷却済みの食品または飲料は華氏２６．６度～華氏１７．６度の吐出温度または取り出し温度で吐出する、請求項５７または請求項５８に記載の機械。
  60. 前記吐出される食品または飲料は平均寸法が４０μｍよりも小さい氷晶からなる、請求項５７～請求項５９のいずれか１項に記載の機械。
  61. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器
    を備え、
    前記冷却システムは前記食品または飲料に冷凍サイクルを適用させ、それにより冷媒は前記蒸発器を通って流れて、前記ポッド容器内の前記原材料から前記冷媒へと熱が交換され、それにより前記蒸発器流入口と前記蒸発器流出口との間に温度差が生じ、
    前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記差は前記冷凍サイクルの始点付近で摂氏１５度よりも大きい値となり、
    前記蒸発器流入口の前記温度および前記蒸発器流出口の前記温度は前記冷凍サイクルの終点付近において実質的に同じ値に収束し、
    前記機械内の前記冷媒の重量は前記ポッド容器内の５オンス～１０オンスの食品または飲料を冷凍させるにあたり適切な値である、
    機械。
  62. 前記機械内の前記冷媒の重量は前記ポッド容器内の７オンス～９オンスの範囲の食品または飲料を冷凍させるにあたり適切な値である、請求項６１に記載の機械。
  63. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器
    を備え、
    前記冷却システムは前記食品または飲料に冷凍サイクルを適用させ、それにより冷媒は前記蒸発器を通って流れ、それにより前記ポッド容器内の前記原材料から前記冷媒へと熱が交換され、その結果、前記蒸発器流入口と前記蒸発器流出口との間に温度差が生じ、
    前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記差は前記冷凍サイクルの始点付近で摂氏１５度よりも大きい値となり、
    前記蒸発器流入口の前記温度および前記蒸発器流出口の前記温度は前記冷凍サイクルの終点付近において実質的に同じ値に収束する、
    機械。
  64. 前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記差は前記冷凍サイクルの始点付近の何らかの時点で少なくとも摂氏２５度である、請求項６３に記載の機械。
  65. 前記機械の前記冷媒の重量は、前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記温度差が前記冷凍サイクルの始点付近で摂氏１５度よりも大きい値となり、かつ前記蒸発器流入口温度と前記蒸発器流出口温度との間の前記温度差が冷前記凍サイクルの終点付近で収束して実質的に等しい値となるよう、適切に選択されている、請求項６３または請求項６４に記載の機械。
  66. ポッド容器内の食品または飲料を冷やすための冷却システムを有する機械であって、
    前記冷却システムの蒸発器であって、前記ポッド容器を受け取る寸法を有する受容部を画成し、かつ冷媒を受け取るための流入ポートおよび冷媒を放出するための流出ポートを含む蒸発器
    を備え、
    前記冷却システムは前記食品または飲料に冷凍サイクルを適用させ、それにより冷媒は前記蒸発器を通って流れて、前記ポッド容器内の前記原材料から前記冷媒へと熱が交換され、それにより前記蒸発器流入口と前記蒸発器流出口との間に温度差が生じ、
    前記冷媒は前記冷凍サイクルの前記第１半期の間の何らかの時点で過熱状態になり、
    前記冷媒は前記冷凍サイクルの前記第２半期の間には過熱状態にならない、
    機械。
  67. 前記機械内の前記冷媒の重量は、前記冷凍サイクルの前記第１半期の間の何らかの時点において過熱状態に達するにあたり適切な値であり、前記機械内の前記冷媒の重量は前記冷凍サイクルの前記第２半期の間に前記冷媒が過熱状態に達することを妨げるにあたり適切な量である、請求項６６に記載の機械。
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