JP6866105B2

JP6866105B2 - 熱処理用熱力学システム、および、そのシステムを備え、液状製品および半液状製品を製造するための装置

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Publication number: JP6866105B2
Application number: JP2016205415A
Authority: JP
Inventors: コッキアンドレア; ラッザリーニロベルト
Original assignee: アリグループエス．アール．エル−カルピジャーニ
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: ITUB20155289A1; US20170105427A1; CN106595115B; JP2017110900A; CN106595115A; EP3159632C0; US10251410B2; EP3159632B1; EP3159632A1

Description

本発明は、熱処理用熱力学システム、および、そのシステムを備え、液状製品および半液状製品を製造するための装置に関する。

アイスクリーム、ケーキおよびペーストリー充填物などの液状製品および半液状製品を製造するための装置の部門において、所定のレシピを製造するために、（加熱および／または冷却により）製品を熱処理することは普通である。

従来技術により、食品の品質を改良するために、容器において製品が熱処理される熱力学式の複数の熱システムが周知である。

大半の冷却するための熱力学システムは、逆カルノーサイクル（「飽和蒸気圧縮」）に基づく。つまり、これらのシステムは、熱力学の回路によって容器を冷却させる。この回路は、熱交換流体で動作し、かつ、一対の熱交換器（蒸発器および凝縮器）と、圧縮器と層流要素とを備え、熱交換流体がそれらすべての内部を流れる。

図２に、吸入ライン熱交換器を備え、逆カルノーサイクルに基づく周知の種類の熱処理システムを示す。

全般的に、液体吸入熱交換器を有する冷凍サイクルは特に効率的である。

さらに、液体吸入熱交換器を有する熱力学システムは、膨張要素の上流側で液体に（システムの騒音および急速な疲労を引き起こす）蒸気の気泡（または「フラッシュガス」）が形成されることを防止するために、凝縮器から流出する液冷媒の過冷却を可能にする。

また、液体吸入熱交換器を有する熱力学システムは、圧縮器の上流側で、吸入ライン内部でのいかなる残留液体をも過熱（完全に蒸発させる）可能にする。そうしなければ、液体が圧縮器に侵入することがあれば、圧縮器の構成要素の急速な疲労につながる。

液体吸入熱交換器を有する熱力学システムの長所は、上記から明白である。かくして、この種のシステムは、信頼性が高度であり動作中に低騒音でなければならない、液状または半液状製品を製造するための装置に特に適切である。

非常に少量の原料を熱処理するように構成され、熱交換器を介して交換される熱量が特に少量である熱力学システム（たとえば、一人分提供用装置）を有する必要性が、ますます装置の製造者に感じられている。

特に、アイスクリーム部門において、出願人により行われた実験研究により、交換される必要がある熱量が非常に少量である場合、現存する熱力学システムは、効率的におよび安定して動作できないことが示された。

また、一人分提供用アイスクリーム製造機において、アイスクリーム生成時間が特に短い（数分程度）ことを強調しておく。

アイスクリームの加工には、最終製品の品質が必然的により劣ることなく、所定の理論上の混合物冷却特性に応じて動作する特に安定性のある熱システムを必要とする。

このような状況において、最適な品質のアイスクリームを製造するためには、加工される基本混合物の温度を非常に精密に制御することが不可欠である。

それゆえに、熱の要求値が非常に少量でも、すなわち、基本混合物の容積が少量でも、動作に特に安定性があり、かつ、制御することが簡単である冷凍システムを有する必要性が、装置の製造者に特に強く感じられている。

そのため、本発明の目的は、液状製品および／または半液状製品を製造するための装置であって、極めて少量でも、高温の液状製品および液状のアイスクリーム製品および／または半液状のアイスクリーム製品の双方の製造を可能にする装置を提供することにより、上記の必要性を満たすことにある。

本発明のさらなる目的は、液状製品および／または半液状製品を製造するための装置であって、高温の液状製品および液状のアイスクリーム製品および／または半液状のアイスクリーム製品の双方の製造を可能にし、かつ、特に簡単に使用できる装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、液状製品および／または半液状製品を製造するための装置であって、高温の液状製品および液状のアイスクリーム製品および／または半液状のアイスクリーム製品の双方の製造を可能にし、かつ、特に簡単に洗浄および保守することができる装置を提供することにある。

本発明によれば、システム、および、当該システムを備え、液状製品または半液状製品を製造するための装置であって、添付の１つまたは複数の請求項に記載の技術的特徴を備えるシステムおよび装置によって上記目的が達成される。

上記目的に関連する本発明の技術的特徴は、添付の特許請求の範囲に明確に記載されており、その利点は、本発明の例示の実施形態を示す添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかである。また、例示の実施形態は、好ましいものであり本発明を限定するものではない。

図３に示す、本発明の熱力学システムを備え、液状製品および／または半液状製品を製造するための装置を示す概略図である。周知の種類の液体吸入熱交換器を有する熱力学システムの概略図を示す。本発明の熱力学システムの第１実施形態を示す。本発明の熱力学システムの第２実施形態を示す。図３に示す、本発明の熱力学システムを備え、液状製品および／または半液状製品を製造するための装置の異なる実施形態の概略図である。

添付図面を参照すれば、符号１００は、液状製品および／または半液状製品を製造するための装置を示し、符号１は、装置１００と関連付けることができる熱力学システムを示し、双方とも本発明の対象を構成する。

好ましくは、装置１００は、ジェラート製造機、ソフトクリーム製造機または氷菓（「スラッシュ」）を製造するための装置である。

本発明によれば、食品を収容する容器９を冷却および／または加熱するための熱力学システム１が画定される。

好ましくは、容器９は、（水平方向のまたは鉛直方向の軸を有する）円筒形状になっている。

好ましくは、容器９は、直径が５０から１００ｍｍの間である。

なおより好ましくは、容器９は、（軸方向の）長さが８０から２５０ｍｍの間である。

好ましくは、容器９は、容積が１５７，０００ｍｍ^３から１，９６２，５００ｍｍ^３の間である。

なお、好ましくは、装置１００は、単一の一人分の製品を処理するように構成される。

好ましくは、装置１００は、ジェラート製造機である。

好ましくは、容器９は、（単一の一人分の製品を形成する）５０から３００ｇの間の分量の混合物を収容するように構成される。

熱力学システム１は、内部を流れる熱交換流体を有する回路を備え、
−入口３Ａと出口３Ｂとを備える圧縮器３と、
−圧縮器３の出口に配置される凝縮器４と、
−凝縮器４の下流側に配置されて熱交換流体を膨張させる（好ましくはキャピラリー状の）少なくとも１つの膨張要素６と、
−容器９と関連付けられ、かつ、少なくとも１つの膨張要素６の下流側に配置される蒸発器５と、
−（「吸入ライン熱交換器」として周知の）液体吸入熱交換器７と、
を備える。

液体吸入熱交換器７は、熱交換流体の送り出しダクト７Ａと戻しダクト７Ｂとを有する。送り出しダクト７Ａは、第１の側７Ａ’で（すなわち、第１の端部において）、凝縮器４の出口に接続されて凝縮器４から熱交換流体を受け入れ、他の側７Ａ’’で（すなわち、第２の端部において）、少なくとも１つの膨張要素６に接続されて過冷却された熱交換流体を膨張要素６に放出する。戻しダクト７Ｂは、第１の側７Ｂ’で（すなわち、第１の端部７Ｂ’において）、圧縮器３の入口３Ａに接続される。

また、本発明によれば、システム１は、（その第１の端部において）送り出しダクト７Ａの第２の側７Ａ’’（すなわち、第２の端部）に接続されて（過冷却された）熱交換流体を受け入れることができ、かつ、戻しダクト７Ｂの第２の側７Ｂ’’（第２の側７Ｂ’’は、第１の側７Ｂ’の反対側にある）に接続されて熱交換流体を（入口において）戻しダクト７Ｂに放出することができる再循環ダクト１８を備える。

また、システム１は、再循環ダクト１８に配置されて再循環ダクト１８内を循環する熱交換流体を膨張させる（好ましくはキャピラリー状の）さらなる膨張要素１９を備える。

なお、「液体吸入熱交換器」７という記載は、「吸入ライン熱交換器」として周知の種類の熱交換器を意味するために用いられる。

熱交換器７は、送り出しダクト７Ａおよび戻しダクト７Ｂの間の熱交換を可能にするように構成される。

より詳しくは、送り出しダクト７Ａは、（過冷却された）液体の状態で内部を流れる熱交換流体を有する一方で、戻しダクト７Ｂは、（過熱された）蒸気の状態で内部を流れる熱交換流体を有する。

なお、液体吸入熱交換器７では、送り出しダクト７Ａ内を循環する熱交換流体を過冷却し、かつ、戻しダクト７Ｂ内を循環する熱交換流体を過熱するように、熱が、送り出しダクト７Ａ内を循環する熱交換流体から戻しダクト７Ｂ内を循環する熱交換流体に実質的に伝達される。

かくして、液体吸入熱交換器７内部では、送り出しダクト７Ａ内を循環する流体が、戻しダクト７Ｂ内を循環する熱交換流体に熱の状態で熱エネルギーを伝達する。

別の態様によれば、システム１は、（電子式の）駆動制御ユニット１５を備える。

別の態様によれば、システム１は、再循環ダクト１８に配置され、駆動制御ユニット１５に接続されて再循環ダクト１８内を循環する熱交換流体の流れを調整するように調節される弁１２を備える。

より厳密には、弁１２は、オンまたはオフにされて、再循環ダクト１８を（部分的にまたは完全に）開くまたは閉じることができるように、駆動制御ユニット１５に接続される。

好ましくは、弁１２は、オンまたはオフにされて、再循環ダクト１８を完全に開くまたは閉じることができるように、駆動制御ユニット１５に接続される。

別の態様によれば、システム１は、少なくとも１つの膨張要素６および蒸発器５により影響を受ける分岐において熱交換流体の流れを調整するように、少なくとも１つの膨張要素６および蒸発器５により影響を受ける回路の一部において熱交換流体の流れを調整するために配置される弁１１を備える。

別の態様によれば、回路は、（回路自体の内部に存在する）熱交換流体の一部を保存するように構成される保存槽１６を備える。

好ましくは、保存槽１６は、凝縮器４および熱交換器７の間に配置される。

別の態様（図４に示す実施形態）によれば、蒸発器５の出口５Ｂが、さらなる膨張要素１９の下流側において、再循環回路１８に接続される。

この態様によれば、蒸発器５の出口５Ｂが、第１の側７Ｂ’の反対側の、戻しダクト７Ｂの第２の側７Ｂ’’に接続されて、熱交換流体を（入口において）戻しダクト７Ｂに放出する。

（図３に示す）別の態様によれば、蒸発器５の出口５Ｂが、圧縮器３の入口３Ａに接続される。

この態様によれば、戻しダクト７Ｂの第１の側７Ｂ’は、蒸発器５の出口５Ｂに接続される。

別の態様によれば、回路は、容器９を冷却または加熱するための可逆性の冷却サイクルの実施を可能にする。

好ましくは、熱交換流体は、Ｒ４０４−Ａである（しかし、異なる種類の熱交換流体を用いる可能性を排除するものではない）。

また、本発明によれば、液状食品および／または半液状食品を製造するための装置１００であって、
−加工容器９と、容器９内部に搭載されて容器９内部の基本混合物を撹拌混合する撹拌機１０と、を備え、液状および／または半液状製品（好ましくは低温の製品）を製造するための加工ユニット８と、
−加工ユニット８と関連付けられる上記熱処理システム１と、
を組み合わせて備えることを特徴とする装置が画定される。

蒸発器５は、容器９と関連付けられて、熱の状態である熱エネルギーを製品すなわち加工容器９内部の基本混合物と交換する。

好ましくは、ユニット８は、アイスクリーム製品を加工するためのユニットである。

なおより好ましくは、ユニット８は、とりわけアイスクリーム様の製品（従来のジェラート、ソフトクリームなど）を加工するように設計される混合冷却ユニット８である。

なおより好ましくは、ユニット８は、単一の一人分の製品の加工を可能にするように構成される。

そのため、好ましくは、容器９は、５００ｇ未満の原料を収容するように構成される。

なお、好ましくは、蒸発器５は、容器９の壁の内部または外部にコイル状に巻かれている。

好ましくは、装置１は、撹拌機１０に動作可能に結合されて撹拌機１０を回転駆動するブラシレスモータ１４を備える。

別の態様によれば、装置は、加工ユニット８を洗浄するための（概略的に示す）装置１３を備える。

好ましくは、洗浄装置１３は、洗浄水（または殺菌流体、洗剤流体など）用容器を備える。

代替的には、洗浄装置１３は、それを水道の本管に接続するための手段を備える。

好ましくは、洗浄装置１３は、（飽和）蒸気を生成するように構成される水加熱装置を備える。

また、好ましくは、洗浄装置１３は、水および／または蒸気を装置１に（特に加工ユニット８に、より詳しくは容器９に）搬送することが可能な（ポンプおよび／または弁を備える）回路を備える。

装置１００の洗浄は、
−（詳しくは、ポンプを洗浄するために）ポンプが動作中の状態で、湯で洗い流す第１のステップと、
−ポンプが停止された状態で洗い流す第２のステップと、
−蒸気で殺菌する第３のステップと、
を実質的に備える。

これらのステップは、必要に応じて、上記の順番でまたは他の順番で反復することができる。

洗浄装置１３は、「定置洗浄」処置、すなわち、加工ユニット８および／または他の構成要素の洗浄の実行を、これらを解体することなく、可能にする。

システムの動作に関して、以下について注意されたい。

なお、装置１００は、極めて短い時間に少量の製品（単一の一人分）を熱処理するように構成されるので、有利なことに、加工が始動した後、非常に迅速に製品を処理するための温度に到達するようにするシステム１を備える。

弁１１および弁１２は、それぞれ、加工工程および／または加工状態に応じて閉じるまたは開くことができる。

一実施形態においては、加工が始動する前に、弁１１が閉じられ、弁１２が開く。このように、熱力学システム１は、動作中の状態に維持されてもよく、かつ、熱交換流体は、再循環回路１８を介してシステム内を循環する（戻し分岐７Ｂは熱装置の「低温源」を構成する）。

基本混合物が容器９に入れられると、弁１１は、流体が蒸発器５に流入することができるように、開かれる。

なお、蒸発器５に流入する流体は、すぐに、製品を加工するのに適正な熱力学的状態になり、かつ、特に、製品を加工するために必要とされる最適な温度になる。

そのため、加工の最も早い時点においてさえ、容器９内部の基本混合物は、最適な加工温度であることは明白である。

これは、基本混合物は、加工の最も早い時点で必要とされる温度特性におかれることを意味し、優れた品質の最終製品が製造されることを可能にする。

加工中、弁１２は、（全体としてまたは部分的に）開いたまたは閉じた状態に維持されてもよい。

弁１２および／または弁１１を開くまたは閉じることにより、本発明のシステム１は、熱交換器５に対して非常に精密におよび正確に入口温度の調整を可能にする。このように、（加工される基本混合物の温度に影響を及ぼす）蒸発器５内の熱交換流体の温度特性を制御することは、非常に迅速かつ簡単である。

なお、弁１２が開いた状態に維持される場合、送り出しダクト７Ａから流出する流体の一部が層流弁１２を通過して戻しダクト７Ｂに入る。

上記のように、本発明の熱力学システム１は、少量の製品を処理するのに特に適切である。

特に、有利なことに、熱力学システム１は、
−蒸発器５への一定の割合および連続的な供給と、
−膨張要素６の上流側での熱交換流体の過冷却の調整と、
−圧縮器３の上流側での熱交換流体の過熱の調整と、
を可能にする。

なお、また、本発明のシステム１の性能は、効率の観点から特に高度である。

そのため、熱力学システム１を備える装置１００は、少量を加工するのに特に十分に適しており、特に、各分量は、（５００ｇ未満である）単一の一人分を構成する。

なお、実際に、有利なことに、システムは、容器９に供給／容器９を冷却することが必要であるとき、蒸発器５に流入する熱交換流体が、性能を最大限に活用するための、および、中でも、サイクル時間を最小限にするための最適な熱力学的状態にあるように、熱交換器７内を循環する熱交換流体の温度調整を可能にする。

有利なことに、
システム１は、たとえば、
ａ．混合冷却サイクル（持続時間４０−８０秒）、
ｂ．洗浄サイクル（持続時間５０秒）、
ｃ．混合冷却サイクル（持続時間４０−８０秒）、
ｄ．洗浄サイクル（持続時間５０秒）、
などの非常に短い、交互の／頻繁なサイクルを実行しなければならない一人分提供用装置１００に用いることができる。

なお、ダクト１８内を循環する流体は、蒸発器５に流入する熱交換流体の温度を特に精密におよび信頼性があるように調整可能にするシステム１の二次的な流体として機能する。

なお、特に、図５に概略的に示す装置は、軸が鉛直方向のアイスクリーム製造機である。

Claims

液状様食品および／または半液状様食品を収容する容器（９）を冷却または加熱するための熱力学システム（１）であって、熱交換流体を採用する回路を備え、
−入口（３Ａ）と出口（３Ｂ）とを備える圧縮器（３）と、
−前記圧縮器（３）の前記出口に配置される凝縮器（４）と、
−前記凝縮器（４）の下流側に配置されて前記熱交換流体を膨張させる少なくとも１つの膨張要素（６）と、
−前記容器（９）と関連付けることができ、かつ、前記少なくとも１つの膨張要素（６）の下流側に配置される蒸発器（５）と、
−送り出しダクト（７Ａ）と戻しダクト（７Ｂ）とを有する液体吸入式の熱交換器（７）と、
を備え、
前記送り出しダクト（７Ａ）は、第１の側（７Ａ’）で、前記凝縮器（４）の出口に接続されて前記熱交換流体を受け入れ、他の側（７Ａ’’）で、前記少なくとも１つの膨張要素（６）に接続されて前記熱交換流体を前記膨張要素（６）に放出することができ、
前記戻しダクト（７Ｂ）は、第１の側（７Ｂ’）で、前記圧縮器（３）の前記入口に接続され、
前記システム（１）は、
前記送り出しダクト（７Ａ）の前記第２の側（７Ａ’’）に接続されて前記熱交換流体を受け入れることができ、かつ、前記第１の側（７Ｂ’）の反対側にある前記戻しダクト（７Ｂ）の第２の側（７Ｂ’’）に接続されて前記熱交換流体を前記戻しダクト（７Ｂ）に放出することができる再循環ダクト（１８）を備え、かつ、
前記再循環ダクト（１８）に配置されて前記再循環ダクト（１８）内を循環する前記熱交換流体を膨張させるさらなる膨張要素（１９）を備え、
前記蒸発器（５）の出口（５Ｂ）が、前記さらなる膨張要素（１９）の下流側において、前記再循環ダクト（１８）に接続されることを特徴とする、熱力学システム。
駆動制御ユニット（１５）と、
前記再循環ダクト（１８）に配置され、前記駆動制御ユニット（１５）に接続されて前記再循環ダクト（１８）内を循環する熱交換流体の流れを調整するように調節される弁（１２）と、
を備える、請求項１に記載の熱力学システム（１）。
駆動制御ユニット（１５）と、
前記再循環ダクト（１８）に配置され、前記駆動制御ユニット（１５）に接続されて前記再循環ダクト（１８）を開くまたは閉じるようにオンまたはオフにされる弁（１２）と、
を備える、請求項１または２に記載の熱力学システム（１）。
駆動制御ユニット（１５）と、
前記少なくとも１つの膨張要素（６）および前記蒸発器（５）において熱交換流体の流れを調整するように、前記少なくとも１つの膨張要素（６）および前記蒸発器（５）により影響を受ける前記回路の一部において熱交換流体の流れを調整するために配置される弁（１１）と、
を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の熱力学システム（１）。
前記回路は、前記熱交換流体の一部を保存するように構成される保存槽（１６）を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱力学システム（１）。
前記蒸発器（５）の出口（５Ｂ）が、前記第１の側（７Ｂ’）の反対側の、前記戻しダクト（７Ｂ）の第２の側（７Ｂ’’）に接続されて、熱交換流体を前記戻しダクト（７Ｂ）に放出する、請求項１から５のいずれか１項に記載の熱力学システム（１）。
前記回路は、前記容器（９）を冷却または加熱するための可逆性の冷却サイクルの実施を可能にする、請求項１から６のいずれか１項に記載の熱力学システム（１）。
液状食品および／または半液状食品を製造するための装置（１００）であって、
−加工容器（９）と、前記容器（９）内部に回転可能に搭載される撹拌機（１０）と、を備え、液状食品様の製品および／または半液状食品様の製品を製造するための加工ユニット（８）と、
−前記加工ユニット（８）と関連付けられる請求項１から７のいずれか１項に記載の熱力学システム（１）と、
を組み合わせて備えることを特徴とし、
前記蒸発器（５）は、前記加工容器（９）と関連付けられて、前記加工容器（９）に収容された前記製品と熱交換する、装置。
前記撹拌機（１０）に動作可能に結合されて前記撹拌機（１０）を回転駆動するブラシレスモータ（１４）
を備える、請求項８に記載の装置（１００）。
少なくとも前記加工ユニット（８）を洗浄するための装置（１３）
を備える、請求項８または９に記載の装置（１００）。
前記装置は、アイスクリームを製造するための装置であり、
前記加工ユニット（８）は、混合冷却ユニットである、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の装置（１００）。