JP7117874B2 - 満液式蒸発器 - Google Patents

Description

本発明は、液体状又は半液体状食品、特にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、手作りジェラート又はソフトアイスクリーム等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置であって、液体状製品を冷却するための冷却システムが乾式蒸発器ではなく満液式蒸発器を内部に備えるような装置に関する。

従って、本開示において、（冷たい）液体状又は半液体状製品を製造するための装置の産業背景について取り組む。

このような産業用途において、装置の効率、特にエネルギー効率、従って装置の冷却システムの熱交換率を改善する必要性が益々高まっている。

冷たい液体状又は半液体状食品用の装置の冷却システムは「乾式」であることが知られている。ここでの「乾式」は、冷却システムの特徴を意味するのに用いられる用語であって、蒸発器から流れ出る熱交換流体は過熱蒸気の形式であって、即ち液相ではない形式である。従って、蒸気に分散した液滴で圧縮機を損傷させる恐れなく、熱交換流体を圧縮機内へと向かわせることができる。本出願人が行った実験によれば、総熱交換係数は、接触する流体の濃度に正比例することが示されている。即ち、液体に対する蒸気の比率が高くなると熱交換効率が低くなる。飽和蒸気の状態に達するまで、熱交換流体の温度が同じであることも観測されている。取り出された熱量は相変化に使用されるからである。従って、熱交換流体と周囲との温度差は第一の低下率で減少する。熱交換流体が飽和蒸気の状態に到達すると、熱交換流体から周囲に移動する熱量全てが温度上昇に使用され、熱交換流体と周囲との温度差の低下率が増加することになる。

本発明の目的は、上述の必要性を満たすために、液体状又は半液体状食品、特にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、手作りジェラート又はソフトアイスクリーム等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置を提供することによって、これらの装置の熱交換効率を上げることである。

具体的に、本発明の目的は、液体状又は半液体状食品、特にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、手作りジェラート又はソフトアイスクリーム等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置を提供することによって、熱交換流体と蒸発器内の冷たい液体状又は半液体状の製品との間の熱交換係数を上げることである。

本発明の上述の及びその他の目的は、添付の請求項に記載の、液体状又は半液体状食品、特にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、手作りジェラート又はソフトアイスクリーム等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置によって実質上達成される。

本発明の一態様によれば、本開示は、液体状又は半液体状食品、特にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、又はアイスクリーム等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置に関する。一実施形態において、装置は、供給対象の製品を収容し（収容容器）加工するための少なくとも一つの要素であって、液体状又は半液体状の製品を供給するための少なくとも一つの供給口を備えた前壁を有する要素を備える。装置は、製品を供給するための供給口に位置し、二つの動作構成の間で移動可能である供給装置を備える。オンと呼ぶ第一の動作構成では、供給装置によって供給口を介して液体状又は半液体状の製品が供給可能である。一方、オフと呼ぶ第二の動作構成では、供給装置は供給口を閉じて液体状又は半液体状の製品を収容槽内に維持する。

一実施形態において、装置は熱処理シリンダーを備える。

一実施形態において、熱処理シリンダーは製品収容槽の内部に搭載され、熱処理シリンダーの外壁を介して（製品とシリンダーとの間の）熱交換が行われる。別の実施形態において、熱処理シリンダー自身が加工する製品を収容し、熱処理シリンダーの内壁を介して（製品とシリンダーとの間の）熱交換が行われる。

一実施形態において、熱処理シリンダーは、「蒸発器」と呼ぶ熱交換器を備え、装置の冷却システムの一部を形成する。「蒸発器」という用語は、収容要素（収容容器）内の製品からの熱を蒸発器内に収容した冷却流体に移動させるよう構成されたこの部品の機能を強調した用語である。

好適な実施形態において、蒸発器は、第一管状要素と、この第一管状要素と同軸の第二管状要素と、これらの管状要素を固定するための複数の要素と、第一管状要素と第二管状要素との間に形成された環状チャンバへの複数のアクセス部とを備える。

環状チャンバは、第一管状要素の内径と第二管状要素の外形の差として定義される径方向延長部と、処理シリンダーの軸に沿った環状チャンバの長さとして定義される軸方向延長部と、第一及び第二管状要素の基本円の中心に対する環状チャンバの有する角度として定義される角度延長部とによって特徴づけられる。

環状チャンバは、（第一及び第二）管状要素の軸方向に沿って連続的に延びることが好ましく、即ち、仕切りや遮断する要素がなく、（第一及び第二）管状要素の延長軸方向に沿って流体が流れるようになっていることが好ましい。

一実施形態において、環状チャンバの径方向延長部は１２ｍｍ以下である。別の実施形態において、環状チャンバの最大径方向延長部は８ｍｍである（即ち、８ｍｍ以下である）。別の実施形態において、環状チャンバの最大径方向延長部は４ｍｍである（即ち、４ｍｍ以下である）。

別の実施形態において、環状チャンバの最大径方向延長部は２ｍｍである（即ち、２ｍｍ以下である）。

好適な実施形態において、第一管状要素は熱処理シリンダーの壁と一致してもよく、これによってシステムがより小型となり、熱不均衡の状態にある二つの流体をより直接的に接触させることとなる。別の実施形態において、管状要素の径が熱処理シリンダーの径より小さくてもよく、熱処理シリンダーへの径方向加圧ストレスが防止される。一実施形態において、第一及び第二管状要素は径方向の厚さが異なる。第一管状要素の径方向の厚さは第二管状要素の径方向の厚さより小さく、これにより熱交換プロセスに関わる二つの流体間の距離を小さくする。

一実施形態において、締結要素は、充填剤を備えた又は備えない溶接接合部（ｗｅｌｄｓ）である。別の実施形態において、締結要素は、特殊な接着剤又は押さえボルトである。

一実施形態において、環状チャンバへのアクセス部は、第一管状要素の外表面上に形成される。別の実施形態において、アクセス部は、第二管状要素の内表面上に形成される。

一実施形態において、アクセス部は少なくとも二種類である。「注入空洞部」と呼ぶ第一の種類は、蒸発器の外側から内側へと向かう方向に流体が横切る空洞部を備える。「回収空洞部」と呼ぶ第二の種類は、蒸発器の内側から外側へと向かう方向に熱交換流体が横切る空洞部を備える。一実施形態において、アクセス部が更に、様々な機能を有してもよく、例えば、環状チャンバの滑りをよくする、環状チャンバを清浄にする、環状チャンバを点検する、化学添加物を注入して冷却流体の特性を変える等の機能であるが、これに限定されない。

一実施形態において、蒸発器は、一つの注入空洞部と一つの回収空洞部とを備える。注入空洞部は注入要素に接続される。注入要素は、蒸発器の注入空洞部に溶接した耐熱材料からなるパイプである。一実施形態において、注入要素は、第二管状要素の内部空洞部を介して注入空洞部に到達する。

回収空洞部は回収要素に接続される。回収要素は、蒸発器の回収空洞部に溶接した耐熱材料からなるパイプである。

一実施形態において、回収要素は、第二管状要素の内部空洞部を介して回収空洞部に到達する。

別の実施形態において、注入及び回収要素は、単一の管状要素や回収要素より径の大きい二つのマニフォールドであって、並列に取り付けられた二つ以上の蒸発器の流れを導いてモジュラー化蒸発器を形成可能である。一方別の実施形態において、注入及び回収要素は、モジュール同士を直列に取り付けた蒸発器と一致してもよい。実際、この実施形態において、冷却流体の流れる方向において先行する下流のモジュールの注入要素は、冷却流体の流れる方向において後に続く上流のモジュールの回収要素と一致する。

装置は、製品を混ぜたり、熱処理シリンダーの壁上に形成される可能性がある氷で覆われた層を機械的にこすり落としたりするための撹拌装置を備える。一実施形態において、撹拌装置は、熱処理シリンダーの外表面上に、ネジのようにその周囲に巻き回すように取り付けられる。撹拌装置は、好ましくは熱処理シリンダーの対称軸と一致する回転軸の周りを回転するよう構成される。

一方別の実施形態において、撹拌装置は熱処理シリンダーの内表面と接しているように（表面をこするために）取り付けられる。一実施形態において、熱処理シリンダーの内壁は、第二管状要素の内壁である。この実施形態において、撹拌装置は駆動軸の周囲に巻かれたネジであってよい。別の実施形態において、撹拌装置は、（モータに接続される）軸に固定した複数の径方向撹拌ブレードを備える。

装置は、収納要素内部の製品を冷却するための冷却システムを備える。本開示で使用される「上流」は、熱交換流体の流れの方向において参照するものよりも前に位置する部品の場所を示す用語であって、「下流」は、熱交換流体の流れの方向において参照するものの後に位置する部品の場所を示す用語である。

一実施形態において、冷却システムは、周囲に熱を放出するよう構成された「凝縮器」と呼ぶ第一熱交換器であって、熱交換流体を凝縮させる熱交換器を備える。本開示において、熱交換流体を冷却流体とも呼ぶ。凝縮器は、下流の圧縮機及び上流の減圧要素（例えば、絞り弁であるがこの限りではない）に接続される。減圧要素によって凝縮器からの流体の流れを層流化（ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）可能である。一実施形態において、減圧要素は、ピン絞り弁（ｐｉｎ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｖａｌｖｅ）であって、その可変サイズの穴は、集中させた（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ）圧力損失によって圧力低下を調整する。一実施形態において、絞り弁は、下流の凝縮器と上流の分離システムとに接続される。

冷却システムは、分離システムの相分離器の下流で蒸気を圧縮するための圧縮機を備える。圧縮機は、凝縮器に接続されており装置の冷却サイクルを再始動させる。

冷却システムは、「蒸発器」と呼ぶ第二の熱交換器であって、周囲から熱を取り出すよう構成された、供給する製品を冷却する熱交換器を備える。

この蒸発器は「満液式」と定義される。当業者にとってこのような定義は、蒸発器での熱交換の最中に、二つの相が共存しており決して過熱蒸気の形式ではないゾーンに冷却流体が常にいるような特徴について述べたものである。二つの層が共存するこのゾーンでの熱交換は、総熱交換係数を増加させるという利点を有する。この利点は、より迅速な冷却、つまり、製品の冷却という観点において同じ性能に対してより低いエネルギー消費量であると言い換えることができる。

一実施形態において、この冷却システムは、相共存状態のゾーンで蒸発するよう構成され、分離システムを備える。分離システムは、液体状態の冷却流体を蒸発器に送って蒸発器での相共存状態が継続しやすくなるようにすることで熱交換を促進するとともに、分散した液滴のない飽和蒸気を、蒸気を圧縮する機能を有する圧縮機に送って圧縮機に構造的な損傷のないように設計される。

一実施形態において、分離システムは、冷却システムにおいて蒸発器と圧縮機との上流であって、絞り弁と蒸発器との下流に位置する。従ってこの実施形態において、蒸発器は分離システムを備えた閉回路内に含まれ、閉回路から液体を引き出してその閉回路に相共存状態の冷却流体を供給する。別の実施形態において、分離システムは、圧縮機の上流であって蒸発器の下流に位置する。

一実施形態において、分離システムは、相分離器を備える。一実施形態において、相分離器は重力によって動作する。一実施形態において、相分離器は混合によって動作する。別の実施形態において、相分離器は重力及び同時に混合を行うことによって動作する。

一実施形態において、相分離器は、内部の分離チャンバへの少なくとも三つのアクセス部を備える。一つの流入口には、絞り弁からの相共存状態の流体が入る。第一流出口は、飽和液体を蒸発器に送るように供給する。第二流出口は、飽和蒸気を供給して圧縮機内で圧縮する。

別の好適な実施形態において、相分離器は、内部の分離チャンバへの少なくとも四つのアクセス部を備える。第一の流入口には、絞り弁からの相共存状態の流体が入る。第二の流入口には、蒸発後の蒸発器からの相共存状態の流体が入る。第一流出口は、飽和液体を蒸発器に送るように供給する。第二流出口は、飽和蒸気を供給して圧縮機内で圧縮する。

相分離器は、圧縮機に害を与える可能性のある分散した液滴のない飽和蒸気を圧縮機に送ることができる一方、蒸発器には飽和液体を送ることができるので、蒸発器において相共存状態が継続しやすくなり、総熱交換係数が高まるという利点を有する。

一実施形態において、分離システムは更に、相分離器の下流であって蒸発器の上流に位置する液体ポンプを備える。この液体ポンプによって、飽和液体は、相分離器に到達及びそこに再び入ることができる。液体ポンプによって、相分離器を出て蒸発器を通過し相分離器に再び入る閉回路での負荷損を実質的に埋め合わせる。

一実施形態において、装置は、遠隔駆動可能な部品を自動制御するための制御ユニットを備える。例えば、弁、栓（ｔａｐ）、循環ポンプ等の部品であるがこれに限定されない。一実施形態において、装置は更に、制御ユニットに接続されて作業パラメータを制御及び変更するためのユーザインタフェースを備え、例えば、製品温度、熱交換流体の流量、及び撹拌装置及び／又は圧縮機の回転等の作業パラメータであるがこれに限定されない。

一実施形態において、蒸発器は、注入空洞部及び回収空洞部を備えた単一の蒸発モジュールを備える。

別の実施形態において、蒸発器は、三つの異なる変形実施形態に応じて形成可能である複数の蒸発モジュールを備える。

第一の変形実施形態において、蒸発モジュールは、機能的な点で見ると、直列に取り付けた蒸発モジュールである。

この場合、システムの流体の流れの方向に対して、少なくとも一つの上流蒸発モジュールが少なくとも一つの下流蒸発モジュールに接続されている。

蒸発モジュールを直列に取り付けるとは、下流モジュールの注入流量が上流モジュールの回収流量と同じであることを意味する。

言い換えると、上流の蒸発モジュールを通過した後、流体は下流の蒸発モジュール内に運ばれる。

大抵の場合、このような構造では、蒸発モジュールの注入及び回収要素が一致する。具体的に、下流の蒸発モジュールの注入要素が上流の回収モジュールに対応する。一実施形態において、このような直列構造では、蒸発器は更に、冷却流体がたどる経路を選択可能とする複数の自動弁と栓を備え、必要があればモジュールの幾つかを分離することによってシステムをより多用途にすることができる。言い換えると、栓や弁を作動させて、使用時に冷媒が流れる有効な蒸発モジュールの数を変更可能である。

第二の変形実施形態において、蒸発モジュールは、機能的な点で見ると、並列に取り付けた蒸発モジュールである。蒸発モジュールを並列に取り付けるとは、蒸発器を構成する複数の蒸発モジュールの間で、各蒸発器への注入流量を略同等に分割することを意味する。従ってこのような構成では、蒸発器は注入マニフォールドと回収マニフォールドとを備える。マニフォールドとは、複数の流出部（ｏｕｔｆｌｏｗｓ）に分割される流入部（ｉｎｆｌｏｗｓ）を受け入れるよう構成された部分、又は単一の流出部へと導かれる複数の流入部を受け入れるよう構成された部分とを意味する。一実施形態において、注入マニフォールドは、蒸発モジュールの単一の注入要素より径が大きい管状要素である。蒸発モジュールの単一の注入要素が注入マニフォールドから分岐して各蒸発モジュールに供給する。別の実施形態において、注入マニフォールドは、蒸発モジュールの数と同じ数の流出口と分離システムの循環ポンプからの一つの注入口とを有する加圧液体槽であってもよい。一実施形態において、回収マニフォールドは、蒸発モジュールの単一の回収要素より径が大きい管状要素である。各蒸発モジュールの単一の回収要素が回収マニフォールドで合流して蒸発した流体を回収する。別の実施形態において、回収マニフォールドは、蒸発モジュールの数と同じ数の流入口と分離システムの相分離器へと向かう又はシステムに分離器がない場合には直接圧縮機へと向かう一つの注出口とを有する加圧液体槽であってもよい。

並列な変形実施形態によれば、熱交換の点で重要な利点が得られる。並列な二つの交換機の総熱交換係数は、単一モジュールの総熱交換係数の和となる。冷却流体と冷却する製品との温度差、及び総流量を一定として、単一のモジュールの交換表面面積の和を単一蒸発器の交換表面面積に等しくすると、総熱交換係数が上がれば引き出される熱量が上がることが明らかである。並列な変形実施形態において、二つの流体間の総熱交換係数は、熱交換の間、常に高く保つことができる。各蒸発モジュールに関して、より高い滴定（ｔｉｔｒａｔｉｏｎ）で冷却流体との熱交換が行われるからである。単一蒸発モジュール内での冷媒の保持時間は、単一の蒸発器におけるような、即ち、モジュラー化された蒸発器ではない蒸発器内の保持時間と等しいことが好ましい。

一実施形態のこの並列構造において、蒸発器は更に、冷却流体がたどる経路を選択可能とする複数の自動弁と栓を備え、必要があればモジュールの幾つかを分離することによってシステムをより多用途にすることができる。

第三の変形実施形態において、弁の群を用いると、システムの多用途性を上げることができ、システムは使用時にその構成を変更可能である。言い換えると、弁の群を自動で駆動することにより、直列の蒸発モジュールを有する第一の構成から並列の蒸発モジュールを有する第二の構成へと、又はその逆に蒸発器の切り替えが可能である。このような変形実施形態は、広範囲の製品の流れや冷却の要件を満たすべく高い装置多様性が必要な用途について、非常に有利である。

本開示の技術的特徴及びその効果は、本発明の好ましい実施形態を単に例示的に示す添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載により明らかとなる。但し、本発明は記載の実施形態に限定されない。
液体状又は半液体状食品、具体的にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、又はソフトアイスクリーム等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置を示す図 装置の冷却システムの系統図 冷却システムの蒸発器を更に備える熱処理シリンダーを示す図 注入要素に接続された注入空洞部を詳細に示す図 二つの蒸発モジュールを備えるモジュラー化した蒸発器の直列構造を示す図 図５Ａの構造の機能図 二つの蒸発モジュールを備えるモジュラー化した蒸発器の並列構造を示す図 図６Ａの構造の機能図 二つの蒸発モジュールを備えるモジュラー化した蒸発器の変形可能な構造配置を示す図 図７Ａの変形可能な構造配置の機能図であって、直列である構成を示す図 図７Ａの変形可能な構造配置の機能図であって、並列である構成を示す図 図１に示す装置の更なる実施形態を示す図 図１に示す装置の更なる実施形態を示す図

図１において参照符号１は、液体状又は半液体状食品、具体的にスラッシュ飲料、ソルベデザートクリーム、又はソフトアイスクリーム、冷たい飲料等であってこれに限定されない冷たい食品を製造するための装置を示す。

図８及び図９の参照符号１は、具体的にジェラート、ソフトアイスクリーム、又はデザートクリームである液体状又は半液体状食品を製造するための装置を示す。

（図１に示す）一実施形態において、装置１は、供給する食品を収容及び加工するための少なくとも一つの槽２（より一般的には要素２）を備える。槽は、食品を供給するための少なくとも一つの供給口４を備えた前壁１１を有する。一実施形態において、収容槽２は、この収容槽２にヒンジ留めされた蓋７を備える。装置１は、食品を供給するための供給口４に位置し、二つの動作構成の間で移動可能である供給装置５を備える。オンと呼ぶ第一の動作構成では、供給装置５によって供給口４を介して液体状又は半液体状の製品を供給可能であり、オフと呼ぶ第二の動作構成では、供給装置５が供給口４を閉じて液体状又は半液体状の製品を収容槽２内に維持する。

供給口４に関して、装置１は、食品や飲料を効率的に供給する供給口４を取り付ける壁である前壁１１と、前壁１１の反対側の後壁１２と、前壁１１と後壁１２に略垂直な二つの側壁９とを備える。

更に、熱処理シリンダーについて、熱処理シリンダー６の中心軸から外側に向かう方向であって、回転軸Ｘに垂直な径方向Ｒを定義する。

一実施形態において、装置は、収容槽２の内部に搭載された熱処理シリンダー６を備える。

装置１は、各熱処理シリンダー６用の少なくとも一つの撹拌装置８を備える。好適な実施形態において、撹拌装置８は、熱処理シリンダー６の外表面上に、ネジのようにその周囲に巻き回すように取り付けられる。撹拌装置８は、熱処理シリンダー６の外表面と常に接しながら、熱処理シリンダー６の対称軸と一致する回転軸Ｘの周りを回転するよう構成される。撹拌装置８について、撹拌装置８がその周りを回転する上述の回転軸Ｘと、撹拌装置８の回転軸Ｘから外側に向かい、かつ回転軸Ｘに垂直な径方向Ｒとを定義できる。

一実施形態において、装置１は、装置１のいくつかの部品を収容する収容室９を備える。別の実施形態において、装置１は、収容室９を備えず、部品は装置の別々の箇所に配置される。

一実施形態において、装置１は、供給する飲料や食品から熱を取り除く冷却システム２０を備える。

一実施形態において、図２に示すように、冷却システムは、冷却流体（即ち熱交換流体）を備え、冷却システム２０内部での冷却流体の流れの方向Ａを定義する。本開示で使用する「上流」は、熱交換流体の流れＡの方向において参照するものよりも前に位置する部品の場所を示す用語であって、「下流」は、熱交換流体の流れＡの方向において参照するものの後に位置する部品の場所を示す用語である。冷却サイクル２０の間、冷却流体（即ち熱交換流体）は過熱蒸気の状態に達することはない。以降に述べる熱力学的状態は、全て冷却流体に関するものである。「相共存状態」は、冷却流体が液体状及び蒸気状の両方の状態であるような相転移の熱力学状態を意味する用語である。

一実施形態において、冷却システム２０は、圧縮機２０１、凝縮器２０２、減圧要素２０３、及び蒸発器２０５を備える。

尚、蒸発器２０５は、以下に示すように、「満液式」として知られる種類の蒸発器である。

別の実施形態において、冷却システム２０は更に、相分離ユニット２０４（即ち相分離システム）を備える。

圧縮機２０１は、蒸気状態の冷却流体を圧縮するよう構成される。

圧縮機２０１は、分離ユニット２０４からの冷却流体蒸気の流入口Ｄと凝縮器２０２へと向かう高圧の蒸気の流出口Ｅとを備える。図示しない実施形態において、流入口Ｄは、蒸気内に分散した液体がないことを確認した後に、蒸発器２０５から直接蒸気を受ける。このようなシステムにおいて、圧縮機は、凝縮器２０２の上流であって蒸発器２０５の下流に位置する。

凝縮器２０２は、圧縮機２０１からの冷却流体の蒸気を凝縮するよう構成される。一実施形態において、図２に示すように、凝縮器２０２は、圧縮機２０１の下流であって減圧要素２０３の上流に位置する。凝縮器２０２は、圧縮機２０１からの高圧の蒸気の流入口Ｅと減圧要素２０３へと向かう高圧の飽和液体の流出口Ｆを備える。

減圧要素２０３は、凝縮器からの飽和液体の圧力を減少させるよう構成される。一実施形態において、減圧要素は、絞り弁２０３である。絞り弁は、冷却流体がこの絞り弁２０３を流れる場合の圧力損失を調節するよう構成した可変サイズの穴（ｏｒｉｆｉｃｅ）を備える。絞り弁は、凝縮器２０２からの高圧の飽和液体の流入口Ｆと、分離ユニット２０４又は蒸発器２０５へと向かう低圧の相共存状態の蒸気及び液体の流出口Ｇを備える。一実施形態において、図面に示すように、冷却システムの絞り弁２０３は、凝縮器２０２の下流であって分離ユニット２０４の上流に位置する。冷却システム２０が分離ユニットを備えていない図示しない別の実施形態において、冷却システムの絞り弁２０３は、凝縮器２０２の下流であって蒸発器２０５の上流に位置する。

分離ユニット２０４は、液相から気相を分離し、蒸気のみを圧縮機へそして液体のみを蒸発器へと送るよう構成される。一実施形態において、分離ユニット２０４は、相分離器２０４Ａと循環ポンプ２０４Ｂとを備える。

一実施形態において、相分離器２０４Ａは、二つの流入口、即ち、絞り弁２０３からの第一の流入口Ｇと蒸発器２０５からの第二の流入口Ｃとを備える。これらの流入口はいずれも相共存状態の冷却流体を伝えるものである。一実施形態において、相分離器２０４Ａは、二つの流出口、即ち、飽和液体状態の冷却流体の循環ポンプ２０４Ｂへと向かう第一の流出口Ａと飽和蒸気状態の冷却流体の圧縮機２０１へと向かう第二の流出口Ｄとを備える。

このように、本実施形態において、分離ユニット２０４は、絞り弁２０３と蒸発器との下流であって、蒸発器２０５と圧縮機２０１との上流に位置する。分離ユニット２０４が蒸発器の上流と下流とに位置するので、本実施形態の蒸発器によって、相分離器２０４Ａからの流体を引き出してそれを相分離器に戻す閉回路２１の一部が形成されることになる。相分離器２０４Ａの流出口Ａからの液体状態の流体は、循環ポンプ２０４Ｂによって処理される。循環ポンプによって閉回路２１での負荷損（ｌｏａｄ ｌｏｓｓｅｓ）に対処するのに必要な圧力水頭（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）が提供される。

図２に示す構成に加えて更なる変形において、分離ユニットは、ポンプ２０４Ｂではなく相分離器２０４Ａを備える。この変形において、図２に示したポンプ２０４Ｂの代わりに、蒸発器内部の流体を循環させるのに必要な圧力水頭は、流入口で蒸発器２０５（液柱）に作用する熱交換流体の静圧によって得られる。

実際には、相分離器２０４Ａを蒸発器２０５より高い位置に取り付ける。

即ち、相分離器２０４Ａと蒸発器２０５の流入口との間で液柱に作用する重力によって静圧を保証し、これによって相分離器２０４Ａと蒸発器２０５との間の「自然」対流によって循環させることが可能となる。

本実施形態において、（減圧要素２０３からの）蒸発器２０５への流入口に熱交換液柱のレベルを調節するための調節弁があることが好ましく、蒸発器２０５への流入口の液柱の水頭を調整するためのものである。調節弁は、蒸発器２０５への流入口での熱交換流体の液柱を所定の高さに維持するよう熱交換流体の流れ込みを調整する。即ち、蒸発器２０５への流入口で熱交換流体に必要な静圧を維持して、（上述のように自然対流によって）この熱交換流体が蒸発器２０５内で循環できるようにする。

図示しない別の実施形態において、分離ユニット２０４は相分離器２０４Ａを備える。この実施形態において、相分離器２０４Ａは、相共存状態の冷却流体の蒸発器２０５からの流入口と、飽和蒸気状態の冷却流体の圧縮機へと向かう流出口とを備える。本実施形態において、分離ユニット２０４は、圧縮機２０１の上流であって、蒸発器２０５の下流に位置する。

一実施形態において、蒸発器２０５は、第一管状要素３０１と、この第一管状要素３０１と同軸でその内部に搭載した第二管状要素３０２とを備える。一実施形態において、第二管状要素３０２は、中空ではない円柱形要素であり、必要に応じてその内部に開けた必要な貫通流路（ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈａｎｎｅｌ）を備えてもよい。一実施形態において、第一管状要素３０１の外壁は、熱処理シリンダー６の外壁と一致する。

一実施形態において、第一管状要素は外表面３０１Ａと内表面３０１Ｂとを有し、これらの表面は平坦で滑らかであって、径方向Ｒに延びる突起物がない。一実施形態において、第二管状要素は外表面３０２Ａと内表面３０２Ｂとを有し、これらの表面は平坦で滑らかであって、径方向Ｒに延びる突起物がない。但し、蒸発器２０５を冷却システム２０の他の部品と連通させるアクセス部は例外である。

一実施形態において、第一管状要素３０１は第二管状要素３０２より径方向の厚みが小さいが、冷却流体と冷却対象の製品との間の空間を小さくするためである。

蒸発器は更に、蒸発器を構成する部品を接続するための複数の締結要素を備える。好適な実施形態において、これらの締結要素は、充填剤を備えた溶接点３０４である。図示しない別の実施形態において、締結要素は第一管状要素３０１と第二管状要素３０２とを互いに密封接続可能である特別な接着剤であってもよい。好適な実施形態において、溶接点３０４は、第一管状要素３０１と第二管状要素３０２の両側に位置する。

一実施形態において、蒸発器は、閉鎖壁（ｃｌｏｓｉｎｇ ｗａｌｌ）３０６を備える。この閉鎖壁は、外半径が第一管状要素３０１の外半径と等しい円形冠形状であって、前壁１１に面する第一管状要素３０１と第二管状要素３０２の端部に位置する。一方、閉鎖壁の内半径は、熱処理シリンダーの環状部品３１１にある、撹拌装置８に固定された駆動軸の大きさによって決まる。

一実施形態において、第一管状要素３０１は、後壁１２に面する端部においてフランジ３０７を備える。このフランジによって適切なコネクタを用いて蒸発器は装置１に接続される。

一実施形態において、蒸発器は更に、第一管状要素３０１の内壁３０１Ｂに接するよう配置された温度センサ３０８を備える。

第一管状要素３０１と第二管状要素３０２とは、環状チャンバ３０３を形成するように配置及び溶接点３０４によって固定される。この環状チャンバは、第一管状要素３０１の内径と第二管状要素３０２の外形の差として定義される径方向延長部ｒと、回転軸Ｘに沿った環状チャンバ３０３の長さとして定義される軸方向延長部ｐと、第一及び第二管状要素３０１、３０２の基本円の中心に対する環状チャンバ３０３の有する角度として定義される角度延長部αとによって特徴づけられる。

一実施形態において、環状チャンバにおいては、径方向延長部ｒが４ｍｍ未満であって、軸方向延長部ｐが第一及び第二管状要素３０１、３０２の軸方向延長部に略等しく、第一管状要素３０１と第二管状要素３０２との間の溶接点による軸方向延長部でのマイナス損失を有し、角度方向延長部αが２πに等しい。

一実施形態において、環状チャンバにおいては、径方向延長部ｒが２ｍｍ未満であって、軸方向延長部ｐが第一及び第二管状要素３０１、３０２の軸方向延長部に略等しく、第一管状要素３０１と第二管状要素３０２との間の溶接点による軸方向延長部でのマイナス損失を有し、角度方向延長部αが２πに等しい。

一実施形態において、蒸発器２０５は、環状チャンバ３０３への複数のアクセス部３０９を備える。複数のアクセス部３０９のうちのいくつかは、流体を環状チャンバ３０３内に流入させるのに使用される。複数のアクセス部３０９のうちのいくつかは、流体を環状チャンバ３０３から流出させるのに使用される。

一実施形態において、複数のアクセス部は、第二管状要素３０２内に形成された穴３０９Ａ”とガイド３０９Ａ’によって形成される。

好適な実施形態において、蒸発器は、後壁１２に面する第二管状要素３０２の端部に配置したアクセス部３０９を備え、このアクセス部を「流入アクセス部」３０９Ａと呼ぶ。蒸発器は、前壁１１に面する第二管状要素３０２の端部に配置したアクセス部３０９を備え、このアクセス部を「流出アクセス部」３０９Ｂと呼ぶ。

一実施形態において、蒸発器２０５は、冷却流体を環状チャンバ３０３へと到達させる複数のアクセス要素３１０を備える。複数のアクセス要素３１０のうちのいくつかは、流体を環状チャンバ３０３内に移動させるのに使用される。複数のアクセス要素３１０のうちのいくつかは、流体を環状チャンバ３０３から移動させるのに使用される。

一実施形態において、複数のアクセス要素は、アクセス箇所３０９にて少なくとも一つの湾曲部を有する耐熱性パイプを備える。

好適な実施形態において、蒸発器は、溶接点によってアクセス空洞部３０９Ａに結合するよう構成されたアクセス要素３１０を備える。このアクセス要素を「注入要素」３１０Ａと呼ぶ。この実施形態において、穴３０９Ａ”の径は耐熱性パイプ３１０Ａの径に略等しい。蒸発器は、溶接点によってアクセス空洞部３０９Ｂに結合するよう構成されたアクセス要素３１０を備える。このアクセス要素を「流出要素」３１０Ｂと呼ぶ。この実施形態において、穴３０９Ｂ”の径は耐熱性パイプ３１０Ｂの径に略等しい。耐熱性パイプ３１０Ａ及び３１０Ｂは、注入要素３１０Ａについては液体状態の冷却流体が動作可能に横切り、注入要素３１０Ｂについては相共存状態の冷却流体が動作可能に横切る。

一実施形態において、蒸発器２０５は、異なる構成で取り付けた二つ以上のモジュール４０１からなってもよい。この場合の蒸発器をモジュラー化蒸発器４０と呼ぶ。これらのモジュール４０１間の接続を変えられると、モジュラー化蒸発器４０の三つの実施形態を規定可能である。

三つの実施形態全ては、第一の単一管状要素３０１と、モジュラー化蒸発器４０のモジュール４０１の数と同じ数のユニット３０２’、３０２”に分かれた第二管状要素とを備える。

第一の実施形態において、構成図である図５Ａと概略図である図５Ｂに示すように、各モジュール４０１が直列に搭載される。この実施形態において、第一モジュール４０１’は、注入要素３１０Ａ’からの冷却流体の全流量を受け、この流体を蒸発させて回収要素３１０Ｂ’で回収する。この実施形態において、回収要素３１０Ｂ’と第二モジュール４０１”の注入要素３１０Ａ”とは、モジュラー化蒸発器４０の同じ部品である。モジュール４０１’への流入口とは異なる熱力学状態にある冷却流体の同じ流れを第二モジュール４０１”へと向かわせて、その後そこから回収要素３１０Ｂ”で流体を回収する。

第二の実施形態において、構成図である図６Ａと概略図である図６Ｂに示すように、各モジュール４０１が並列に搭載される。この実施形態において、第一モジュール４０１’は、注入要素３１０Ａ’から、モジュール４０１の数で分割された回路内の総流量に等しい冷却流体の流れを受ける。第一モジュール４０１’は、この冷却流体を処理し、これを回収要素３１０Ｂ’で回収する。同じように、第二モジュール４０１”は、注入要素３１０Ａ’から、モジュール４０１の数で分割された回路内の総流量に等しい冷却流体の流れを受ける。第二モジュール４０１”は、この冷却流体を処理し、これを回収要素３１０Ｂ’で回収する。

この実施形態において、各モジュール４０１’、４０１”のそれぞれの注入要素３１０Ａ’、３１０Ａ”が、冷却流体の総流量を伝えるマニフォールド４０２Ａから分岐している。この実施形態において、各モジュール４０１’、４０１”の回収要素３１０Ｂ’、３１０Ｂ”が、冷却流体の総流量を伝えるマニフォールド４０２Ｂ上で合流する。

並列実施形態において、これらのモジュール４０１のうちの一つを動作的に分離可能であって、一つのモジュールのみで動作させることができる。この場合、ユーザは、弁４０３Ａ’及び４０３Ｂ’を閉じて代わりに弁４０３Ａ”及び４０３Ｂ”を開けたままとすることによって、インタフェースからモジュール４０１’を隔離することができる。但しこの例に限定されない。

第三の実施形態において、構成図である図７Ａと概略図である図７Ｂに示すように、直列配置から並列配置へと切り替えることによって蒸発器の構成を変化させることができる。

この実施形態において、第一モジュール４０１’は、注入要素３１０Ａ’と二つの流出要素３１０Ｂ’とを備える。二つの流出要素とは、直列配置において有効（ａｃｔｉｖｅ）である即ち冷却流体が横切る第一流出要素３１０ＢＳと、並列配置において有効である第二流出要素３１０ＢＰ’とである。

この実施形態において、第一モジュール４０１”は、流出要素３１０Ｂ”と二つの流入要素３１０Ａ”とを備える。二つの流入要素とは、直列配置において有効である即ち冷却流体が横切る第一流入要素３１０ＡＳ”と、並列配置において有効である第二流入要素３１０ＡＰ”とである。

この実施形態において、図６Ｂの並列配置における弁の構成に関して、モジュラー化蒸発器４０は、直列配置においてのみ開かれる更なる弁４０３ＡＢを備える。

図７Ｂ及び図７Ａは、二つの選択可能な配置の弁の構成を示す図である。具体的に、図７Ｂに直列配置を示す。この配置では、弁４０３Ａ’、４０３ＡＢ及び４０３Ｂ”が開いており、一方弁４０３Ａ”と４０３Ｂ’が閉じている。図７Ｃに並列配置を示す。この配置では、弁４０３Ａ’、４０３Ａ”Ｂ、４０３Ｂ’及び４０３Ｂ”が開いており、一方弁４０３ＡＢが閉じている。

装置１の別の実施形態において、図８に示すように、熱処理シリンダー６は製品収容要素を形成する。事実上、熱処理シリンダー６が製品を収容し且つ処理する。熱処理シリンダー６は蒸発器２０５を備える。この実施形態において、蒸発器２０５に供給するために必要な全てのアクセス部に加えて、熱処理シリンダーは、図面には示していない供給ホッパーに接続されたアクセス部を備える必要がある。

この実施形態において、撹拌装置８は、熱処理シリンダー６の内部に取り付けられる。一実施形態において、撹拌装置８は駆動軸１７の周りにらせん状に巻いたネジ１８である。このネジの最大径は最大で蒸発器２０５の第二管状要素３０２の内径に等しい。

この実施形態において、アクセス部３０９と環状チャンバ３０３とは、第一管状要素３０１上に形成される。この実施形態において、環状チャンバ３０３上のアクセス部３０９に到達するためのアクセス部３１０は、第二管状要素３０２によって形成される内部空洞外側の経路に沿う。

第三の実施形態において、図９に示すように、装置１は、図８に示した実施形態と略同様であるが、これに加えて、基本製品を準備するための準備ユニット１９を備える。

準備ユニット１９は、基本製品を収容する準備槽１６を備える。準備ユニット１９は、準備槽の内部に取り付けられた、基本製品を混ぜるためのミキサーを備える。準備ユニット１９は、基本製品を供給ダクト１３を介して収容要素に送り込むよう構成された循環ポンプ１５を備える。収容要素は本実施形態では熱処理シリンダー６である。本実施形態では従って、装置は実質上連続的に動作可能である。別の実施形態において、準備ユニットは循環ポンプ１５を備えておらず、基本製品は重力によって準備槽１６から熱処理シリンダー６へと落下する。

満液式蒸発器２０５を備えているために、本発明の装置１は、蒸発器２０５の熱交換表面が完全に湿った状態である（即ち製品との熱交換がより効率的である）ので、このような表面をより効率的に使用できるという利点を有する。

満液式の蒸発器２０５を備えていることによる本発明の装置１の更なる利点は、圧縮機２０１に入るのが過熱蒸気ではなく飽和蒸気であって、その結果、入ってくる冷媒の温度がより低くなり、圧縮機を出るときの冷媒の温度が下がることである。

更に特筆すべきことは、（例えば、高温の基本材料が充填されたこと等によって）装置１の内部で冷媒の熱負荷が突然／急に上昇するような事態には、堆積した液体の一部が蒸発する。つまり、蒸発器２０５は熱負荷に関して特に適応性がある。

更なる態様によれば、本開示は更に、添付の請求項のいずれかに記載の装置において冷たい又は氷で冷やした液体状又は半液体状食品を製造及び供給する方法を規定する。この方法は、
－製品を収容する要素２の内部で少なくとも一つの基本製品を準備する工程と、
－冷却システム２０を起動して、分離システム２０４Ａ、蒸発器２０５、圧縮機２０１、凝縮器２０２及び減圧要素２０３に冷却流体を流し、分離システム２０４Ａを介して、飽和液体状態の冷却流体を蒸発器２０５に及び飽和蒸気状態の冷却流体を圧縮機２０１に送る工程と、
－熱を蒸発器２０５によって吸収させることにより基本製品を冷却すると同時に回転軸Ｘの周りで撹拌装置８を回転させて、少なくとも一つの基本製品を冷たい又は氷で冷やした液体状又は半液体状の食品に変える工程と、を備える。

より正確には、冷却システム２０を起動する工程は、圧縮機２０１を起動する工程を含む。

別の態様によれば、冷却システム２０を起動する工程は、循環ポンプ２０４Ｂを起動する工程を含む。

この方法の別の態様によれば、少なくとも一つの基本製品を冷却する工程の間、冷却流体の少なくとも一部は飽和液体状態であって、（壁を湿った状態とし、即ち、環状チャンバ３０３を満液にするために）蒸発器２０５の壁と接する。但し、飽和液体状態の冷却流体の一部と接する壁は、処理中の製品を冷却流体から分離する。

従って、結果として熱交換の効率が特に高い。

Claims (17)

1. 冷たい又は氷で冷やした液体状又は半液体状の食品を製造及び供給するための装置（１）であって、
   －供給する前記食品を収容するための要素（２）であって、冷たい又は氷で冷やした食品を供給するための供給口（４）を備えた要素と、
   －前記食品を供給するための前記供給口（４）に位置し、前記食品を供給可能とするためにオン／オフ切り替え可能である供給装置（５）と、
   －熱処理シリンダー（６）と、
   －前記熱処理シリンダー（６）と同軸であって、回転軸（Ｘ）の周りを回転するよう構成された撹拌装置（８）と、
   －冷却流体が循環する冷却システム（２０）であって、前記熱処理シリンダー（６）と関連する蒸発器（２０５）と、凝縮器（２０２）と、減圧要素（２０３）と、圧縮機（２０１）とを備える冷却システムと、を少なくとも備え、
   前記蒸発器（２０５）が前記回転軸（Ｘ）に平行な軸方向に沿って延びる第一管状要素（３０１）と第二管状要素（３０２）とを備え、前記第二管状要素（３０２）は前記第一管状要素（３０１）の内部に挿入されて前記軸方向に沿って連続的に延びる環状チャンバ（３０３）を形成し、前記冷却システム（２０）が前記冷却流体の相を分離させるための分離システム（２０４）であって飽和液体状態の冷却流体を前記蒸発器（２０５）に送り飽和蒸気状態の冷却流体を前記圧縮機（２０１）に送るよう構成された分離システムを備え、
   前記蒸発器（２０５）は、前記第一管状要素（３０１）と前記第二管状要素（３０２）との間の複数の締結要素（３０４）と、前記第一管状要素（３０１）と前記第二管状要素（３０２）との間の間隙によって形成された前記環状チャンバ（３０３）への複数のアクセス部（３０９）とを備え、
   前記環状チャンバ（３０３）の前記複数のアクセス部（３０９）における、前記回転軸（Ｘ）に垂直な径方向（Ｒ）の幅は、前記環状チャンバ（３０３）の前記複数のアクセス部（３０９）に隣接する部分における前記径方向（Ｒ）の幅よりも広い、ことを特徴とする装置。
2. 径方向（Ｒ）に沿った前記環状チャンバ（３０３）の延長部は１２ｍｍ未満である、請求項１に記載の装置。
3. 前記径方向（Ｒ）に沿った前記環状チャンバ（３０３）の前記延長部は８ｍｍ未満である、請求項２に記載の装置。
4. 前記第二管状要素（３０２）は前記環状チャンバ（３０３）の内部で前記径方向（Ｒ）に延びる突起のない平滑な外表面（３０２Ａ）を有する、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記分離システム（２０４）が少なくとも一つの相分離器（２０４Ａ）と少なくとも一つの循環ポンプ（２０４Ｂ）とを備える、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記相分離器（２０４Ａ）は、相転移状態の冷却流体を導くよう構成された、前記減圧要素（２０３）からの第一流入口（Ｇ）と、相転移状態の冷却流体を導くよう同じく構成された、前記蒸発器（２０５）からの第二流入口（Ｃ）とを備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記相分離器（２０４Ａ）は、飽和液体状態の冷却流体を導くよう構成された、前記蒸発器（２０５）へと向かう第一流出口（Ａ）と、飽和蒸気状態の冷却流体を導くよう構成された、前記圧縮機（２０１）へと向かう第二流出口（Ｄ）とを備える、請求項５または６に記載の装置。
8. 前記蒸発器（２０５）内の前記冷却流体が飽和液体状態又は相転移状態にある、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
9. 前記複数の締結要素（３０４）は溶接接合部である、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
10. 前記蒸発器（２０５）への前記複数のアクセス部（３０９）は、前記冷却流体を供給するよう構成された注入要素（３１０Ａ）を受け入れるよう構成された少なくとも一つの注入空洞部（３０９Ａ）と、流出する冷却流体が入るよう構成された回収要素（３１０Ｂ）を受け入れるよう構成された少なくとも一つの回収空洞部（３０９Ｂ）とを備える、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
11. 前記注入空洞部（３０９Ａ）は、前記供給口（４）が位置する側と反対の壁に面する前記熱処理シリンダー（６）の端部に位置し、前記回収空洞部（３０９Ｂ）は、前記供給口（４）が位置する壁に面する前記熱処理シリンダー（６）の端部に位置しており、前記第一管状要素（３０１）と前記第二管状要素（３０２）とによって形成された前記環状チャンバ（３０３）に沿って前記注入空洞部（３０９Ａ）から前記回収空洞部（３０９Ｂ）へと前記冷却流体が流れる、請求項１０に記載の装置。
12. 前記蒸発器（２０５、４０）がモジュラー化されており、互いに直列又は並列に接続された複数の蒸発モジュール（４０１）を備える、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記撹拌装置（８）は、前記第一管状要素（３０１）の外壁（３０１Ａ）の外側に搭載される、請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記撹拌装置（８）は、前記第二管状要素（３０２）の内壁（３０２Ｂ）の内側に搭載される、請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
15. 基本製品を準備するための準備槽（１６）であって、収容要素（２）に動作可能に接続されて前記基本製品を前記収容要素（２）に供給する準備槽を備える、請求項１から１４のいずれかに記載の装置。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の装置において冷たい又は氷で冷やした液体状又は半液体状の食品を製造及び供給する方法であって、
    －前記食品を収容する前記要素（２）の内部で少なくとも一つの基本製品を準備する工程と、
    －前記冷却システム（２０）を起動して、前記分離システム（２０４）、前記蒸発器（２０５）、前記圧縮機（２０１）、前記凝縮器（２０２）及び前記減圧要素（２０３）に前記冷却流体を流し、前記分離システム（２０４）を介して、飽和液体状態の冷却流体を前記蒸発器（２０５）に及び飽和蒸気状態の冷却流体を前記圧縮機（２０１）に送る工程と、
    －熱を前記蒸発器（２０５）によって吸収させることにより前記少なくとも一つの基本製品を冷却すると同時に回転軸（Ｘ）の周りで前記撹拌装置（８）を回転させて前記少なくとも一つの基本製品を冷たい又は氷で冷やした液体状又は半液体状の食品に変える工程と、を備える方法。
17. 前記少なくとも一つの基本製品を冷却する前記工程の間、前記冷却流体の少なくとも一部は飽和液体相であって、前記蒸発器（２０５）の壁と接する、請求項１６に記載の方法。

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