JP3553564B2 - 冷菓製造装置の固さ制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソフトクリームやシェーク等の冷菓を製造する冷菓製造装置の固さ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷菓製造装置の一例を図３に示した。図３は冷菓製造装置の原料タンク・フリーザ胴及び冷媒配管系統（冷凍サイクル）を示す図である。
図において、１は冷菓原料２４を冷却して冷菓２５とするフリーザ胴であり、８は冷菓原料２４を貯蔵するとともにフリーザ胴１に冷菓原料２４を供給する原料タンクである。原料タンク８はフリーザ胴１の上方に設けられ、キャブレータチューブ９を介して冷菓原料が連通するようになっている。
【０００３】
原料タンク８の周囲には伝熱管２１が巻かれ、フリーザ胴１の周囲にはジャケット３が設けられている。フリーザ胴１の内部には撹拌機２が配設されており、この撹拌機２はフリーザ胴１外部に設置された電動機７から回転軸４を介して駆動力が伝達されるようになっている。フリーザ胴１には、その一端開口を閉塞するフリーザ蓋２３が設けられており、フリーザ蓋２３にはレバー１１が設けられている。フリーザ蓋２３には通孔３１が設けられており、レバー１１と連動するプランジャー１４によって閉塞、開放されるようになっている。
【０００４】
伝熱管２１及びジャケット３には圧縮機１５によって送出された冷媒が流動されることにより、冷菓原料２４及び冷菓２５を冷却するようになっており、冷媒流動経路には、四方弁１６、凝縮器１７、膨張弁２０、膨張弁２２が設けられている。なお、これら四方弁１６、凝縮器１７、膨張弁２０，２２、伝熱管２１及びジャケット３を冷媒流動経路となる配管で接続することにより、冷媒が状態変化を繰り返しながら循環する冷凍サイクルを構成している。
また、冷菓製造装置全体は、不図示の制御装置によって制御されるようになっている。
【０００５】
この冷菓製造装置は、以下のように使用される。まず冷却運転に先立って原料タンク８内に冷菓原料２４を充填する。冷菓原料２４は、キャブレータチューブ９に設けられた孔１０及びキャブレータチューブ９内を通ってフリーザ胴１内にも充填される。
キャブレータチューブ孔１０及びキャブレータチューブ９内を通って、フリーザ胴１内に充填されるのに時間がかかる場合は、キャブレータチューブ９を挿入する前に、予めフリーザ胴１内に規定量の冷菓原料２４を投入しておいても構わない。
【０００６】
次に冷却運転を行う。制御装置によって電動機７及び圧縮機１５が作動されると、圧縮機１５から吐出配管４１へ冷媒ガスが吐出される。冷媒ガスは図中の実線矢印で示すように、吐出配管４１を経て凝縮器１７に入り、凝縮器１７内部の伝熱管１８内を流過する冷却水に放熱することによって凝縮液化する。この液冷媒はその後２つに分岐し、その一方は膨張弁２０で絞られることによって断熱膨張し、その後伝熱管２１内を流過する過程で蒸発気化することによってその蒸発潜熱により原料タンク８内の冷菓原料２４を冷却する。他方の液冷媒は膨張弁２２で絞られることによって断熱膨張した後、ジャケット３内で蒸発気化することによってその蒸発潜熱によりフリーザ胴１内の冷菓原料２４を冷却する。
【０００７】
伝熱管２１内で蒸発した冷媒ガス及びジャケット３内で蒸発した冷媒ガスは合流して吸入配管４０を経て圧縮機１５に吸入され上記過程を繰り返す。この間撹拌機２は電動機７により回転軸４を介して駆動されてフリーザ胴１内の冷菓原料２４を撹拌する。上記冷却運転を暫時継続すると、フリーザ胴１内の冷菓原料２４が凍結して冷菓２５となる。
以後この冷却運転及び撹拌機２の停止、起動を繰り返すことによって冷菓２５が所定の固さを維持するよう制御する。
【０００８】
具体的な従来の固さ制御は、電動機７の電流からトルクを算出し、同トルクが設定値まで上昇した場合に、換言すれば冷菓２５の固さが増すことで撹拌機２の負荷が所定値まで上昇した場合に冷却運転を停止し、所定時間の冷却運転停止後に再起動するというトルク制御方式で行われている。
【０００９】
冷菓２５を取り出すにはレバー１１を下方に引く。レバー１１と連動して作動するプランジャ１４が上方に移動し、これに伴って取出しスイッチ１３が閉路するとともに通孔３１が開となる。するとフリーザ胴１内の冷菓２５が通孔３１を経て取出し口３３から取出される。取出しスイッチ１３が閉路している間圧縮機１５及び電動機７が運転を継続し、しかる後に停止する。
【００１０】
また、毎日の閉店後は原料タンク８内の冷菓原料２４及びフリーザ胴１内の冷菓原料２４及び冷菓２５を加熱殺菌する加熱殺菌運転が行われる。
加熱殺菌運転時、圧縮機１５から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、図中に破線矢印で示すように四方弁１６を経た後２つに分岐し、一方は伝熱管２１を流過する過程で原料タンク８内の冷菓原料２４を加熱するとともに凝縮液化し、その後、膨張弁２０で絞られることにより断熱膨張する。他方はジャケット３内に入り、ここでフリーザ胴１内の冷菓原料２４及び冷菓２５を加熱殺菌するとともに凝縮液化し、その後、膨張弁２２で絞られることにより断熱膨張する。これら膨張弁２０及び膨張弁２２を流過した冷媒は合流して凝縮器１７に入り、ここで伝熱管１８内を流過する冷却水から吸熱することによって蒸発気化し、その後四方弁１６を経て圧縮機１５に吸込まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の冷菓製造装置においては、フリーザ胴１内の冷菓２５の固さ制御が良好な食感を得るために重要であり、従来よりトルク制御方式が採用されている。
このトルク制御方式は、固さの変化が負荷変動となることに着目し、撹拌機２の電動機７に流れる電流値からトルクを算出して固さを判断するものである。しかし、この方式では、図４に示すように、電源の電圧変動に伴って電流値とトルク（負荷）との特性が変化するため、固さの判断を正確に行うことは困難であった。すなわち、電流値がｉの場合において、実線で示した定格電圧ｖであれば負荷はｋ２となるが、破線で示すように電圧がプラス側またはマイナス側に変動すると負荷もｋ１またはｋ３に変化するので、電流値のみでは正確な固さの判断はできなかった。なお、電圧変動に関しては補正が可能であるが、三相の相関電圧バランスまで補正することはできないのが実状である。
【００１２】
また、冷菓２５の取出がない場合であっても、所定の固さを維持するため、冷却運転及び撹拌機２の運転・停止が繰り返される。これが長時間継続されると、冷菓２５の空気含有率が変化して同じ温度でも柔らかいものとなるので、いわゆる「へたり」と呼ばれる状態になって食感や保形性が低下する。
従来、このようなへたり状態の判定（へたり検知）は、所定時間内の冷菓２５の取出量をカウントし、所定数に達しない時にへたりと判定していたが、その正確性には問題があった。
【００１３】
そして、冷菓２５の取出が連続して行われた場合、フリーザ胴１の冷却能力が追いつかず、補充された冷菓原料２４が十分に冷却されないため柔らかいまま取り出されることがある。しかし、このような冷却不足の軟化状態を検知する従来手段は、上述した固さ制御と同様に撹拌機２を駆動する電動機７の電流値から判断するトルク制御方式であるため、正確性に欠けるという問題があった。
【００１４】
上記事情に鑑み、本発明においては、冷菓（冷菓原料）の冷却不足による軟化状態を正確に判定することができる冷菓製造装置及びその固さ制御方法を提供することも目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
請求項１に記載の冷菓製造装置の固さ制御方法は、冷菓原料が収容された原料タンクと、該原料タンクと連通し冷媒により前記冷菓原料が冷却されて冷菓とされるフリーザ胴と、電動機を駆動源として前記フリーザ胴内の冷菓原料を撹拌する撹拌手段と、前記フリーザ胴に冷媒を供給する冷凍サイクルとを具備してなる冷菓製造装置の固さ制御方法において、
所定時間内の冷菓取出回数を検出し、該冷菓取出回数が所定の回数以上となった時に冷菓が冷却不足の軟化状態にあると判定すると共に、表示手段に表示して取出を停止させることを特徴とするものである。
【００１６】
このような冷菓製造装置の固さ制御方法によれば、装置の冷却能力から連続取出可能な冷菓の個数を事前に知ることができるので、所定時間内の冷菓取出回数をカウントすれば冷却不足の軟化状態を正確に判定して取出を停止させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態にかかる冷菓製造装置を示す図、図２はインバータ制御を行った電動機の電動機出力トルク値と出力信号との相関関係を示す図である。
【００１８】
図１において、図中の符号１は冷菓原料２４を冷却して冷菓２５とするフリーザ胴であり、また、符号８は冷菓原料２４を貯蔵するとともにフリーザ胴１に冷菓原料２４を供給する原料タンクである。この原料タンク８はフリーザ胴１の上方に設けられ、キャブレータチューブ９を介して冷菓原料２４が連通されるようになっている。
【００１９】
原料タンク８の周囲には伝熱管２１が巻かれ、フリーザ胴１の周囲にはジャケット３が設けられている。フリーザ胴１の内部には撹拌機２が配設されており、この撹拌機２はフリーザ胴１の外部に設置された電動機７から回転軸４を介して駆動力が伝達される構成となっている。そして、電動機７はインバータ制御部７Ａを備えてインバータ制御され、該インバータ制御部７Ａで検出した電動機出力トルク値５１は、固さ制御部５０に入力される。
この固さ制御部５０では、電動機出力トルク値５１から撹拌機２の負荷、すなわち冷菓２５（冷菓原料２４）の固さを判定し、固さを制御するための制御信号５２を出力する。なお、図中の符号５３は冷菓２５のへたり状態を検知した場合に表示するへたり表示部、５４は冷却不足による軟化状態を検知した場合に表示する軟化表示部であり、いずれもランプ表示等の表示手段である。
【００２０】
また、フリーザ胴１には、その一端開口を閉塞するフリーザ蓋２３が設けられており、フリーザ蓋２３にはレバー１１が設けられている。フリーザ蓋２３には通孔３１が設けられており、レバー１１と連動するプランジャー１４によって閉塞、開放されるようになっている。なお、図中の符号１３はレバー１１の操作に連動してプランジャー１４の開閉状態を検出する取出しスイッチである。
【００２１】
伝熱管２１及びジャケット３には、ガス冷媒を圧縮して送出する圧縮機１５によって内部に冷媒が流動されることにより、冷菓原料２４または冷菓２５を冷却するようになっている。
冷媒流動経路は従来と同様の冷凍サイクルを構成するもので、伝熱管２１及びジャケット３から圧縮機１５に冷媒を戻す冷媒管３４と、圧縮機１５から伝熱管２１及びジャケット３に冷媒を送る冷媒管３５とを備えている。冷媒管３４と冷媒管３５とは、四方弁１６を介して圧縮機１５と連結されている。四方弁１６と圧縮機１５とは、吸入配管４０及び吐出配管４１により接続されている。また、冷媒管３５には圧縮機１５から送出された高温高圧のガス冷媒を冷却する凝縮器１７が介装されている。さらに、冷媒管３５は下流側が伝熱管２１側及びジャケット３側の冷媒管３５ａ，３５ｂに分岐しており、それぞれ凝縮器１７から吐出した高温高圧の液冷媒を減圧・膨張させる膨張弁（膨張手段）２０，２２が介装されている。
なお、上述した取出しスイッチ１３の検出信号や固さ制御部５０から出力される制御信号５２などは、不図示の制御装置に入力されて装置全体の運転制御に利用されるようになっている。
【００２２】
ここで、上述したインバータ制御部７Ａで直接検出される電動機出力トルク値について図２を参照して説明する。
この電動機出力トルク値は、電動機７のインバータ制御部７Ａから出力される出力信号（直流電圧値）と比例する関係にある。たとえば電源が６０Ｈｚである時のトルク値を１００％とした場合、出力信号はα（Ｖ）の直流電圧として出力され、負荷が低下してトルク値が５０％まで低下した場合に０．５α（Ｖ）の出力信号となる。このように、冷菓２５の固さによって変動する撹拌機２の負荷（電動機出力トルク値）を出力信号の形で検出すれば、電圧の影響を受けることなく正確に固さを判定することができる。
【００２３】
そして、直流電圧の値で検出した電動機出力トルク値５１が所定値以上に高くなった時、冷菓２５がこれ以上の冷却を必要としていないと判断した制御信号を制御部（不図示）へ出力し、冷凍サイクルからフリーザ胴１へ、具体的にはジャケット３への冷却用冷媒の供給を停止するようにして固さを調整する。
このようにして、電動機出力トルク値５１から直接電動機７の負荷を検出して冷菓２５の固さを判定し、そしてこの判定に基づいた制御信号５２を出力して固さ調整を行う固さ制御方法においては、電源の電圧が算出及び検出過程に関与していないため、電圧変動による影響を受けることなく正確に冷菓２５の固さを判定することができる。
【００２４】
そして、いったん所定の固さになった冷菓２５の固さを維持する運転中、上述した電動機出力トルク値５１が所定値まで上昇しない時、すなわち所定時間を超えて冷却運転および撹拌を続けても冷菓２５が所定の固さにならない時には、へたり状態にあると判断することができる。この場合も、冷菓２５が柔らかいため撹拌機２の負荷が上昇しないことを検知し、へたりの発生を正確に判定することができる。
こうして、冷菓２５がへたり状態にあると判定した時には、へたり表示部５３に表示すると共に、制御信号５２を出力し、冷菓２５を解凍してから再度冷却する解凍再生運転を実施する。なお、へたり表示部５３は、ランプ等を点灯させる視覚表示の他にも、ブザー等の音声を併用することも可能である。
【００２５】
さらに、冷菓２５を連続して取り出した場合には、原料タンク８から冷菓原料２４が取出回数分フリーザ胴１に補充されるので、冷却能力が追いつかず所望の固さを維持できないことがある。このような場合も、電動機出力トルク値５１所定値まで上昇しないので、取出スイッチ１３の検出信号から分かる連続取出状態の条件を満たせば、冷菓２５が冷却不足による軟化状態にあると判断することができる。この場合も、冷菓２５が柔らかいため撹拌機２の負荷が上昇しないことを検知し、冷却不足による軟化状態を正確に判定することができる。
こうして、冷菓２５が冷却不足の軟化状態にあると判定した時には、軟化表示部５４に表示すると共に、制御信号５２を出力し、冷菓２５の取出を停止して冷却及び撹拌を実施する。なお、軟化表示部５４は、上述したへたり表示部５３と同様に、ランプ等を点灯させる視覚表示の他にも、ブザー等の音声を併用することが可能である。
【００２６】
上述した構成の冷菓製造装置は、以下のように使用される。まず冷却運転に先立って原料タンク８内に冷菓原料２４を充填する。この冷菓原料２４は、キャブレータチューブ９を通ってフリーザ胴１内にも充填される。また、これと同時に、上端が冷菓原料２４の最高液面より高い位置に開口するキャブレータチューブ９からフリーザ胴１内に大気圧の空気が導入される。なお、冷菓原料２４の充填及び空気の導入は、キャブレータチューブ９の下端開口が液面により閉じられた時点で終了する。
キャブレータチューブ９を通って、フリーザ胴１内に充填されるのに時間がかかる場合は、キャブレータチューブ９を挿入する前に、予めフリーザ胴１内に規定量の冷菓原料２４を投入しておいても構わない。
【００２７】
次に冷却運転を行う。制御装置によって電動機７及び圧縮機１５が作動されると、圧縮機１５から吐出配管４１へ冷媒ガスが吐出される。冷媒ガスは図１の実線矢印で示すように、吐出配管４１から四方弁１６，冷媒管３５を通って凝縮器１７に入り、凝縮器１７内部の伝熱管１８内を流過する冷却水に放熱することでさらに温度が低下する。この液冷媒は冷媒管３５ａ及び３５ｂの２つに分岐し、その一方は膨張弁２０で絞られることによって断熱膨張し、その後伝熱管２１内を流過する過程で蒸発気化することによってその蒸発潜熱により冷却タンク８内の冷菓原料２４を保冷する。他方の液冷媒は膨張弁２２で絞られることによって断熱膨張した後、ジャケット３内で蒸発気化することによってその蒸発潜熱によりフリーザ胴１内の冷菓原料２４または冷菓２５を冷却する。
この時、電動機７を起動して撹拌機２を駆動させ、冷菓２５を撹拌するが、インバータ制御部７Ａから固さ制御部５０へ電動機出力トルク値５１が直接入力され、冷菓２５の固さが判定されている。
【００２８】
伝熱管２１内及びジャケット３内で蒸発した冷媒ガスは冷媒管３４において合流し、吸入配管４０を経て圧縮機１５に吸入され上記過程を繰り返す。この間撹拌機２は電動機７により回転軸４を介して駆動され、フリーザ胴１内の冷菓原料２４を撹拌する。上記冷却運転を暫時継続すると、フリーザ胴１内の冷菓原料２４が凍結して冷菓２５となる。この過程で、冷菓２５が所定の固さになると、撹拌機２の負荷が増して電動機７のトルクが所定値まで上昇する。
【００２９】
このような状態になると、固さ制御部５０において、電動機出力トルク値５１から冷菓２５が所定の固さになったと判断し、ジャケット３に冷却用冷媒を供給する冷却運転を停止する。そして、たとえば冷却運転の停止から所定時間経過した後、あるいは適所に設けた温度検出手段（不図示）の検出値が所定値まで上昇した時など、再度冷却運転を開始する。
以後この冷却運転の停止、起動を繰り返すことによって冷菓２５が所定の固さを維持するよう制御する。そして、このような固さ維持運転が長時間続き、へたりが発生したと判断されると、へたり表示部５３にへたりの発生が表示され、制御信号５２が出力されて自動的に解凍再生運転が開始される。また、手動スイッチ（図示せず）で解凍再生運転する場合は、開始時期を知らせるため、へたり表示部５３にへたり表示のみ出すこともできる。
【００３０】
また、適切な冷菓２５の固さや、へたりの発生を判断する冷菓２５の固さなどについては、たとえば冷菓２５がソフトクリームである場合とシェークである場合とでは全く異なるので、適宜選択切換スイッチを設けるなどして切換可能にしておくのが好ましい。
なお、原料タンク８内の冷却制御については、上述したフリーザ胴１の冷却運転制御とは切り離し、冷菓原料２４が１０℃以下になるよう維持する。
【００３１】
冷菓２５を取り出すにはレバー１１を下方に引く。レバー１１と連動して作動するプランジャ１４が上方に移動し、これに伴って取出しスイッチ１３が閉路するとともに通孔３１が開となる。するとフリーザ胴１内の冷菓２５が通孔３１を経て取出し口３３から取出される。取出しスイッチ１３が閉路している間圧縮機１５及び電動機７が運転を継続し、しかる後に停止する。
こうして冷菓２５が取出されると、冷菓原料２４及び空気が撹拌機２側へ補給され、その分だけ液面が低下する。従って、フリーザ胴１内には、原料タンク８及び大気からキャブレータチューブ９を経て、冷菓原料２４及び空気が補給される。
この場合、冷菓取出が冷却能力を上回るほど連続すると、電動機出力トルク値５１が低下するので、固さ制御部５０では冷却不足による軟化状態と判定する。この判定がなされると、軟化表示部５４に表示され、冷菓２５の取出は軟化表示が解消されるまで、すなわち所定の固さになるまで停止される。
【００３２】
また、毎日の閉店後は原料タンク８内の冷菓原料２４及びフリーザ胴１内の冷菓原料２４及び冷菓２５を加熱殺菌する加熱殺菌運転が行われる。
加熱殺菌運転時、圧縮機１５から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、図１に破線矢印で示すように、四方弁１６から冷媒管３４に導入される。その後２つに分岐し、一方は伝熱管２１を流過する過程で原料タンク８内の冷菓原料２４を加熱するとともに凝縮液化し、その後、冷媒管３５ａに介装されている膨張弁２０で絞られることにより断熱膨張する。他方はジャケット３内に入り、ここでフリーザ胴１内の冷菓原料２４及び冷菓２５を加熱殺菌するとともに凝縮液化し、その後、冷媒管３５ｂに介装されている膨張弁２２で絞られることにより断熱膨張する。これら膨張弁２０及び膨張弁２２を流過した冷媒は合流して凝縮器１７に入り、ここで伝熱管１８内を流過する冷却水から吸熱することによって蒸発気化し、その後四方弁１６を経て圧縮機１５に吸込まれる。
【００３３】
続いて、冷却不足の軟化状態を判定する他の実施形態を説明する。
この実施形態では、所定時間内の冷菓取出回数を取出スイッチ１３により検出し、この冷菓取出回数が所定の回数以上となった時に冷菓が冷却不足の軟化状態にあると判定する。すなわち、予め設定された短時間内に予め設定された個数を上回る冷菓２５の取出が行われると、冷却能力以上の冷菓原料２４が補充されることになるため、フリーザ胴１内では冷菓２５の冷却が追いつかず、十分に冷却されないため柔らかい冷菓２５となっている。従って、こうして冷却不足の軟化状態が検出された場合も、上述した電動機出力トルク値５１から判定する場合と同様に、軟化表示部５４に表示して取出を停止させる。
なお、冷菓製造装置の冷却能力は、装置自体の性能として予め知ることができるものであるから、連続取出可能な冷菓の個数を計算上あるいは実験により事前に知ることは容易である。
【００３４】
以上のように、本発明の冷菓製造装置及びその固さ制御方法においては、電動機７のインバータ制御部７Ａから直接検出した電動機出力トルク値５２を用いて固さを判定するようにしたので、周囲の状況で変化する電源の電圧変動に左右されることなく正確に固さを判断し、冷菓２５を安定した固さに維持することができる。また、冷菓２５のへたり状態や冷却不足による軟化状態についても、固さの判定と同様に正確な判定が可能になる。
【００３５】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる冷菓製造装置の固さ制御方法によれば、所定時間内の冷菓取出回数を検出し、該冷菓取出回数が所定の回数以上となった時に冷菓が冷却不足の軟化状態にあると判定すると共に、表示手段に表示して取出を停止させるので、冷却不足の軟化状態については、所定時間内の連続取出個数を検出し、所定回数以上となった場合に軟化状態と判定するようにして、撹拌機を駆動する電動機の電流値から判定する従来方式より正確な判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態として示した冷菓製造装置の断面図及び配管系統を示す図である。
【図２】図１の冷菓製造装置に用いられたインバータ制御部で検出される電動機出力トルク値と出力信号との関係を示す図である。
【図３】従来の冷菓製造装置の断面図及び配管系統を示す図である。
【図４】従来の撹拌機における電動機の負荷（固さ）と電流値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ フリーザ胴
２ 撹拌機（撹拌手段）
７ 電動機
７Ａ インバータ制御部
８ 原料タンク
１５ 圧縮機
１６ 四方弁
２４ 冷菓原料
２５ 冷菓
５０ 固さ制御部
５１ 電動機出力トルク値
５２ 制御信号
５３ へたり表示部（表示手段）
５４ 軟化表示部（表示手段）

Claims (1)

1. 冷菓原料が収容された原料タンクと、該原料タンクと連通し冷媒により前記冷菓原料が冷却されて冷菓とされるフリーザ胴と、電動機を駆動源として前記フリーザ胴内の冷菓原料を撹拌する撹拌手段と、前記フリーザ胴に冷媒を供給する冷凍サイクルとを具備してなる冷菓製造装置の固さ制御方法において、
   所定時間内の冷菓取出回数を検出し、該冷菓取出回数が所定の回数以上となった時に冷菓が冷却不足の軟化状態にあると判定すると共に、表示手段に表示して取出を停止させることを特徴とする冷菓製造装置の固さ制御方法。

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