JP4099691B2 - 冷菓製造装置 - 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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷菓製造装置の一例を図２および図３に示した。図２は冷菓製造装置の原料タンク・フリーザ胴および冷媒配管系統（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の上方に設けられた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。このキャブレータチューブ９は、図３に示すように、内管９ａが回動可能に挿入された２重管構造となっており、その上端は原料タンク８内の最大液面より高い位置で大気に開放されている。なお、キャブレータチューブ９には孔１０が設けられ、この孔１０と同一レベルの内管９ａには、円周方向に位置をずらした大穴９ｂおよび小穴９ｃが設けられている。
【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およびジャケット３には圧縮機１５によって送出された冷媒が内部に流動されることにより、冷菓原料２４および冷菓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、これら圧縮機１５、四方弁１６、凝縮器１７、膨張弁２０，２２、伝熱管２１およびジャケット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、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およびキャブレータチューブ９内を通ってフリーザ胴１内にも充填されるが、内管９ａ側の大穴９ｂまたは小穴９ｃを冷菓原料２４の液面高さに応じて選択切り換えすることで、孔１０の径が可変とされている。すなわち、冷菓原料２４の液面が低い場合には孔１０と同じ径の大穴９ｂを選択し（図３（ａ）参照）、液面が高い場合には孔１０より径の小さい小穴９ｃを選択して（図３（ｂ）参照）、冷菓原料２４のヘッド差に対応した流量調整を可能にしている。
また、キャブレータチューブ９の上端から空気が導入され、冷菓原料２４とともにフリーザ胴１内へ供給される。なお、図中のＡＲは空気が存在するスペースとなる空気室であり、フリーザ胴１内の液面がキャブレータチューブ９の下端まで上昇した時点で、冷菓原料２４および空気の供給は停止される。
【０００６】
次に冷却運転を行う。制御装置によって電動機７および圧縮機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冷却タンク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およびジャケット３内で蒸発した冷媒ガスは合流し、吸入配管４０を経て圧縮機１５に吸入された後、上記の過程（冷凍サイクル）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内の液状の冷菓原料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が凍結しつつ微細な空気を含有し、ソフトクリーム等、クリーム状の冷菓２５となる。
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が所定の固さになるよう温度制御する。具体的な温度は、冷菓がソフトクリームである場合約−６℃（冷菓がシェークの場合は約−２℃）とし、かつ原料タンク８内の冷菓原料２４が１０℃以下になるよう維持する。
【０００８】
そして一定時間ごとに電動機７を起動して撹拌機２を駆動させ、冷菓２５を撹拌する。
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ー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が閉路している間および開路後所定時間（例えば５０秒）、圧縮機１５および電動機７が運転を継続し、しかる後に停止する。
【０００９】
こうして冷菓２５が取出されると、フリーザ胴１内において冷菓原料２４が冷菓２５側に補充され、結果的に空気室ＡＲの液面が低下してキャブレータチューブ９の下端を開口させる。このため、再度冷菓原料２４の液面が上昇してキャブレータチューブ９の下端開口が塞がれるまで、冷菓原料２４および空気の補充が行われることになる。なお、キャブレータチューブ９の下端が開口すると、同チューブ９内に存在する冷菓原料２４が優先的に落下して空気室ＡＲを大気と連通状態にするので、これにより空気も補充されることとなる。
【００１０】
また、冷菓２５の取出しを長時間中止する場合には、原料タンク８およびフリーザ胴１を１０℃以下の保冷状態とするが、これに先立って原料タンク８内の冷菓原料２４およびフリーザ胴１内の冷菓原料２４および冷菓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２の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および冷菓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および膨張弁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。
なお、加熱殺菌運転時のように冷菓２５の取出しがない場合には、図３（ｃ）に示すように、キャブレータチューブ９の孔１０は内管９ａの壁面によって閉じられる。
【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、原料タンク８内の冷菓原料２４が冷菓製造に伴って液面変化（液面低下）するため、孔１０から供給される冷菓原料２４の流量もヘッド差の影響を受けて変化する。このため、液面上昇に要する時間は一定にならず、冷菓原料２４と空気との比率が変化して不安定なものとなるので、最終的には空気の比率変動を受けて冷菓２５の食感（品質）が不安定になるという問題がある。
【００１２】
このような問題の解決策として、従来は手動により内管９ａを回転操作し、孔１０と位置合わせする穴径を大穴９ｂまたは小穴９ｃから選択切換するように構成されていた。すなわち、冷菓原料２４の流量をほぼ一定に調整することで、大気圧下での空気充填時間をほぼ一定にして、両者の比率を安定させるものであった。
しかしながら、このような従来の解決策は、手動操作であるため面倒であり、特に、連続して冷菓２５を取出すような状況では切換操作の実施を忘れやすいものであった。また、選択可能な穴径も２種類しかないため、きめ細かい調整はできず、仮に選択可能な穴径の数を増やしたとしても、きめ細かな調整は可能になる反面操作が益々煩雑になるという問題が生じてくる。
そして、上述したような穴径の切換操作時期を適切に判断できるようになるには熟練を要するため、だれもが容易に操作可能で一定の品質の冷菓を製造することができる冷菓製造装置の開発が望まれていた。
【００１３】
上記事情に鑑み、本発明においては、フリーザ胴内に供給される冷菓原料および空気の量を自動的に安定させることにより、操作が容易で冷菓の品質を一定に保つことのできる冷菓製造装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の冷菓製造装置は、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空気と共に供給された前記冷菓原料が冷媒により冷却されて冷菓とされるフリーザ胴と、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において、前記原料タンクと前記フリーザ胴との間を連通し制御弁を備えた冷菓原料専用の供給通路と、前記フリーザ胴内に空気を供給する空気通路と、前記フリーザ胴から冷菓を取り出す出口弁の開閉時間検出手段と、前記原料タンクに設けた冷菓原料の液面検出手段とを具備し、前記出口弁の開時間を前記液面検出手段の検出値をもとに補正した時間だけ前記制御弁を開き、前記供給通路を流れる冷菓原料の供給量を制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
このような本発明の冷菓製造装置によれば、冷菓原料および空気のそれぞれに専用の通路を設け、できあがった冷菓を取り出す出口弁の開時間に応じて定まる時間だけ制御弁を開いて冷菓原料を供給（補給）するようにしたので、フリーザ胴内における冷菓原料と空気との比率が安定し、一定の食感（品質）を容易に維持することができる。
このとき、出口弁の開時間を液面検出手段の検出値をもとに補正した時間だけ制御弁を開くので、冷菓原料の液面変化に応じて生じる流量変化を補正要素に加えることができるので、より正確で安定した供給量の制御が可能となる。
【００１６】
また、冷菓製造装置においては、前記制御弁を前記原料タンクの底面より下方に配設するのが好ましく、これにより、原料タンク内の液面が下がった場合であっても冷菓原料の供給量を制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る冷菓製造装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、符号の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の上方に設けられている。そして、この原料タンク８を貫通して空気通路となるキャブレータチューブ５０が設けられるとともに、原料タンク８の底面とフリーザ胴１との間を接続して冷菓原料２４を供給する冷菓原料専用の供給通路５１が設けられている。また、供給通路５１の下端部近傍には、開閉時間の制御が可能な制御弁５２を設けてある。なお、この制御弁５２としては、たとえば電磁弁やエアシリンダ弁などのように、遠隔からの開閉操作が可能な弁を用いる。
【００１８】
さらに、図示の実施形態では、原料タンク８に冷菓原料２４の液面を検出する液面検出手段５３を設けてある。この液面検出手段５３は、その検出信号を不図示の制御装置に出力して、原料タンク８内の液面変化を検出するようになっている。なお、この液面検出手段５３としては、たとえばフロートスイッチやレベルスイッチなどを使用でき、連続的な液面検出や多段階の液面検出が可能なものほど好ましい。
【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にはフリーザ胴１の内側と外側とを連通する通孔３１が設けられており、レバー１１と連動するプランジャー（出口弁）１４によって通孔３１が閉塞、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り、これを不図示の制御装置に接続して開閉時間に変換することで、プランジャー１４の開閉時間を検出する開閉時間検出手段が構成される。
【００２０】
伝熱管２１およびジャケット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およびジャケット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およびジャケット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側およびジャケット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，制御弁５２及び液面検出手段５３を含めた装置全体は、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。
【００２１】
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、制御弁５２を開とした供給通路５１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５０からフリーザ胴１内に大気圧の空気が導入され、液面上部には空気室ＡＲが形成される。なお、フリーザ胴１内への空気導入は、キャブレータチューブ５０の下端開口が液面により閉じられた時点で終了する。
【００２２】
次に冷却運転を行う。制御装置によって電動機７および圧縮機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および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。
【００２３】
伝熱管２１内およびジャケット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が所定の固さになるよう温度制御する。具体的には温度は冷菓がソフトクリームである場合約−６℃（冷菓がシェークの場合は約−２℃）とし、かつ原料タンク８内の冷菓原料２４が１０℃以下になるよう維持する。
【００２４】
そして一定時間ごとに電動機７を起動して撹拌機２を駆動させ、冷菓２５を撹拌する。
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ー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が閉路している間および開路後所定時間（例えば５０秒）、圧縮機１５および電動機７が運転を継続し、しかる後に停止する。
【００２５】
こうして冷菓２５が取出されると、空気室ＡＲの下方に存在する冷菓原料２４が撹拌機２側へ補給され、その分だけ液面が低下する。しかし、取出しスイッチ１３が検出したレバー１１の開操作時間、すなわちプランジャー１４の開時間に応じて定まる時間だけ制御弁５２を開いて、原料タンク８から供給通路５１を経て冷菓原料２４が供給される。ここで、制御弁５２を開く時間は、たとえば実際に取出された冷菓２５を製造するのに用いられた冷菓原料２４と同量を補給する時間とし、従って、凍結しつつ微細な空気を含有する冷菓が取出された時間である取出しスイッチ１３の検出時間と、液体である冷菓原料２４を供給する制御弁５２の開時間とは異なるものとなる。また、両時間には、通孔３１や取出し口３３の径など冷菓２５側の条件と、供給通路５１の径など冷菓原料２４側の条件とによりほぼ一定した相関関係があるので、冷菓２５の取出し時間にこれを反映させて得た時間だけ制御弁５２を開とすればよい。
【００２６】
また、原料タンク８の冷菓原料２４は、冷菓２５の取出しを継続することでフリーザ胴１に補給され、その液面が低下する。このような液面低下は、同一径の供給通路５１を通過する冷菓原料２４の流量に影響を与えるので、液面検出手段５３の検出値をもとに制御弁５２の開時間を補正するのが好ましい。
すなわち、原料タンク８内の液面が高い場合程ヘッド差により流量が大となるので、制御弁５２の開時間を短縮する方向に補正してやればよく、これによってより正確な制御が可能となる。
なお、制御弁５２は、供給通路５１のできるだけ低い（フリーザ胴１に近い）位置に配設するのが好ましく、このようにすれば、原料タンク８内の冷菓原料８の液面が低下しても最後まで制御が可能である。
【００２７】
また、冷菓２５の取出しを長時間中止する場合には、原料タンク８およびフリーザ胴１を１０℃以下の保冷状態とするが、これに先立って原料タンク８内の冷菓原料２４およびフリーザ胴１内の冷菓原料２４および冷菓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、図の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および冷菓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および膨張弁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。
【００２８】
以上のように、本発明の冷菓製造装置においては、冷菓原料２４および空気にそれぞれ専用の通路を設け、冷菓２５として取出した時間に応じて制御弁５２を開き、フリーザ胴１に冷菓原料２４および空気を供給するようにしたので、冷菓原料２４と空気との割合が安定して一定の品質（食感）の冷菓２５を容易に製造できる。また、液面検出手段５３の検出値を反映させて補正すれば、より一層正確な制御が可能となる。
そして、このような制御は、人手に頼ることなく全て自動的に行われるので、従来装置のように操作に熟練を必要としたり、操作を忘れるといったことがなくなって、誰にでも使いやすくて一定品質を保証できる冷菓製造装置となる。
【００２９】
ところで、上述した実施形態においては、全体をコンパクトにできることから原料タンク８を貫通させてキャブレータチューブ５０を設けたが、これに限定されるものではない。
【００３０】
【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によれば、フリーザ胴内の冷菓原料と空気との割合が常に安定したものとなるよう制御でき、従って、冷菓の品質を良好で一定の状態に保つことができる。また、このような制御は自動的に行われるので、操作に特別な熟練を必要とせず、誰もが一定の品質の冷菓を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる冷菓製造装置の一実施形態を示す断面図および配管系統を示す図である。
【図２】 従来の菓子製造装置の断面図および配管系統を示す図である。
【図３】 図２におけるキャブレータチューブ及び孔の周辺を拡大して示した図であり、（ａ）は孔と大穴とを一致させた状態、（ｂ）は孔と小穴とを一致させた状態、（ｃ）は孔を閉じた状態を示している。
【符号の説明】
１ フリーザ胴
８ 原料タンク
１３ 取出しスイッチ（出口弁の開閉時間検出手段）
１４ プランジャー（出口弁）
１５ 圧縮機
１７ 凝縮器
２０，２２ 膨張弁（膨張手段）
２４ 冷菓原料
２５ 冷菓
５０ キャブレータチューブ（空気通路）
５１ 供給通路
５２ 制御弁
５３ 液面検出手段

Claims (2)

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空気と共に供給された前記冷菓原料が冷媒により冷却されて冷菓とされるフリーザ胴と、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において、
   前記原料タンクと前記フリーザ胴との間を連通し制御弁を備えた冷菓原料専用の供給通路と、前記フリーザ胴内に空気を供給する空気通路と、前記フリーザ胴から冷菓を取り出す出口弁の開閉時間検出手段と、前記原料タンクに設けた冷菓原料の液面検出手段とを具備し、
   前記出口弁の開時間を前記液面検出手段の検出値をもとに補正した時間だけ前記制御弁を開き、前記供給通路を流れる冷菓原料の供給量を制御するように構成したことを特徴とする冷菓製造装置。
2. 前記制御弁を前記原料タンクの底面より下方に配設したことを特徴とする請求項１に記載の冷菓製造装置。

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