JP7217125B2 - 熱力学システム、熱力学システムを備える装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体状又は半液体状食品製造用の装置の分野を扱う。

より詳細には、本発明は、熱力学システム、このシステムを備える液体状及び半液体状の製品を製造するための装置、及び熱処理方法に関する。

アイスクリーム、ケーキ及び焼き菓子の詰め物（ｐａｓｔｒｙ ｆｉｌｌｉｎｇ）等の液体状及び半液体状の製品を製造する装置の分野において、所定の調理法とするために製品を（加熱及び／又は冷却することによって）熱処理することは通常の作業である。

容器内で製品を熱処理（加熱又は冷却）可能として製品の食品／官能特性を変化させるための熱力学的な複数の熱システムが従来より知られている。

冷却用の熱力学システムの大半は、逆カルノーサイクル（飽和蒸気圧縮サイクルとしても知られる）に基づく。このようなシステムは、熱交換流体で稼働する熱力学回路によって容器を冷却することができ、一対の交換器（蒸発器と凝縮器）と圧縮機と絞り要素とを備えており、熱交換流体がこれら全てを流れる。

一般的に、このようなシステムは、「密閉」圧縮機として知られる種類の圧縮機を使用しており、冷却流体に作用する圧縮部品と電気モータとを密閉するケースからなる。

より正確には、この種類の圧縮機は通常、溶接によって密閉された格納ケースを有し、修理や交換の目的で内部の全ての部品にアクセスすることはできない。特に、流体を圧縮するためのモータがケースの内部に収容されているが、このモータは、取り入れ用空洞（ｉｎｔａｋｅ ｃａｖｉｔｙ）内で冷却流体の流れと接触するよう露出している。

モータ特にその巻線更にはモータオイルが流入する熱交換流体によって生まれる物理的な温度および圧力条件に晒されると、特に、高温ガスサイクルとして知られるような、圧縮機が実際には熱交換流体を加熱する加熱要素として作用するサイクルに応じて熱力学システムが動作可能である場合に、圧縮機の動作に関する顕著な問題やシステムの寸法に関する制限につながる。

圧縮機が特に高温の熱交換流体に晒されると、（圧縮機オイルを含む機械的及び電気的な部品に影響を及ぼして）圧縮機の使用寿命が大きく縮まることになる。

実際、システムの稼働中、圧縮機内部の温度は上昇し、時にはかなり上昇して１３０°Ｃ以上にまで上がることがあり、部品、特に電気モータとオイルが急速に消耗したり、その使用寿命が縮まったりする。

以上に鑑みて、本発明の基礎をなす技術的目的は、上述のような従来技術の問題を克服する熱力学システムを提案することである。

特に、本発明は、液体状又は半液体状食品を熱処理する熱力学システムであって、最適な条件下での動作を保証可能であって（特に圧縮機の）消耗を低減し使用寿命を最大にすることができるような熱力学システムを提供することを目的とする。

このような技術的目標及び目的は、添付の請求項の一以上に記載の技術的特徴を備える熱力学システム及び液体状又は半液体状食品を熱処理する方法によって実質的に達成される。

本発明の更なる目的は、液体状又は半液体状食品製造用の装置である。

本発明の更なる目的は、添付の請求項に記載の液体状又は半液体状食品を熱処理する方法である。

本発明の更なる特徴及び利点は、以下の添付の図面に例示した熱力学システムの好適であるが非限定的な実施形態を参照して、以下の詳細な説明によってより明らかとなるであろう。
本発明に記載の熱力学システムの第一の可能な実施形態の概略図である。 本発明に記載の熱力学システムの第二の可能な実施形態の概略図である。 本発明に記載の熱力学システムの第三の可能な実施形態の概略図である。 本発明に記載の熱力学システムの第四の可能な実施形態の概略図である。 上述の図面に示した熱力学システムを適用可能である、液体状又は半液体状製品を製造するための装置の概略図である。

図１から図４の参照符号１によって、本発明に記載の熱力学システムを表す。

熱力学システム１は、ジェラート、ソフトアイスクリーム、ヨーグルト、チョコレート、ソルベ、セイボリースープ（savoury soups）等の高温又は低温の液体状又は半液体状の食品を熱処理する装置２０に適用可能である。

より詳細には、本発明は、液体状又は半液体状の食品を収容する第一容器２２を少なくとも冷却又は加熱するための熱力学システム１に関する。

本発明によれば、液体状又は半液体状の食品を収容する第一容器２２を少なくとも冷却又は加熱するための熱力学システムは、熱交換流体を用いた回路を備え、この回路は、
熱交換流体用の一つの導入口Ｉと熱交換流体用の一つの導出口Ｕとを少なくとも有する圧縮機２と、
圧縮機２の導出口Ｕに接続される第一熱交換器３と、
第一熱交換器３の導出口に接続される少なくとも一つの膨張要素４ａ（より一般的には膨張手段又は部材４ａ）と、
第一容器２２と連結可能であって、少なくとも一つの第一膨張要素４ａの導出口に接続される導入口５ａ’を有する第二熱交換器５ａと、
第二熱交換器５ａの導出口に接続される導入部６’と圧縮機２の導入口Ｉに接続される導出部とを有する戻りダクト（ｒｅｔｕｒｎ ｄｕｃｔ）６と、を少なくとも有する。

なお、第一容器２２は、シリンダー、槽等の任意の種類の容器であってよい。

本発明によれば、システム１は更に、熱交換流体の温度を下げるための装置７０を備え、この装置は、熱交換流体の少なくとも一部を受け入れる回路と連結され、導入口７０Ａと導出口７０Ｂとを有し、この導入口７０Ａと導出口７０Ｂとの間を流れる熱交換流体の温度を下げるよう構成され、導出口７０Ｂは、圧縮機２の熱交換流体の導入口Ｉに近接して又は圧縮機２の内部に接続される。

システム１は更に、降温装置７０を横切る熱交換流体の流量を制御する手段７１を備えることが好ましく、熱交換流体の温度を下げる装置７０を通過する熱交換流体の流量に作用して、（零又は零より大きい値であってよい）最小流量構成（minimum flow configuration）と（零より大きい値の）最大流量構成（maximum flow configuration）との間で流量を制御する。

システム１は更に、（最小流量構成と最大流量構成との間で流量を制御するために）流量制御手段７１に作用してこれを駆動する駆動制御ユニット８を備えることが好ましい。

最小流量が零であることが好ましく、即ち、降温装置７０を横切る熱交換流体の流量を制御する手段７１を最小流量構成に設定すると、降温装置７０を横切る流量は零である（流れない）。

従って、このような条件下では、降温装置７０を通過する流量を制御する手段７１によって、降温装置７０を流れる流体の流量を（「全か無か」で）オンとオフとに切り替えることができる。

以下に図１に全てまとめて図示した降温装置７０を実施する幾つかの態様について述べるが、各実施態様は（必ずしも他の態様と組み合わせたり連結したりすることなく）個々に使用可能である。

これに関連して、図２から図４はそれぞれ、降温装置７０を個々に実施する態様を示す図である。

一態様によれば、熱交換流体を用いた回路は、第一容器２２を加熱するための高温ガス熱力学サイクルを実施する構成と第一容器２２を冷却するための熱力学的逆カルノーサイクル（飽和蒸気圧縮サイクル）を実施する構成との間で、切り替えられるよう構成される。

実際には図１の熱システムは可逆性であって、第一容器２２を加熱する第一の構成（高温ガス）及び第一容器２２を冷却する第二の構成（飽和圧縮サイクル）で動作可能である。

一態様によれば、熱システム１は更に、
高温ガス熱力学サイクルを行うためのダクト１１であって、圧縮機２の導出口Ｕに接続可能で熱交換流体を受け入れる導入部１１’と第二熱交換器５ａの導入口に接続可能な導出部とを有するダクト１１と、
高温ガス熱力学サイクルを行うためのダクト１１に動作可能に連結され、ダクト１１を閉じたり開いたりしてその内部での熱交換流体の循環を阻止したりこれを可能とするよう構成された、少なくとも一つの選択的閉鎖要素（１２ａ、１２ｂ）と、を備え、駆動制御ユニット８が選択的閉鎖要素（１２ａ、１２ｂ）に作用してダクト１１の閉鎖構成及びダクト１１の開放構成との間で選択的閉鎖要素を駆動するよう構成される。

このようなダクト１１があることによって、高温ガスサイクルを実施することが可能となり、このような選択的閉鎖要素（１２ａ、１２ｂ）があることによって、熱力学システムのこのような（高温ガス）モードの動作が可能となる。

より正確には、ダクト１１が閉じると、高温ガス動作モードがオンになる。

圧縮機２に流れ込む熱交換流体の温度を下げるための装置７０を実施する第一の態様について以下に説明する。この態様は図１に示されており、上述のように、熱システム内で個別に実施可能でもある（この場合、分岐部７ａ、７ｂ、７ｃのうちの一以上はなくてもよい）。

この第一の実施形態について図４に個別に示す。

この実施形態において、熱交換流体の温度を下げるための装置７０は、減圧要素７２（即ち膨張要素７２）を備え、降温装置７０内の流量を制御するための手段７１は、減圧要素７２に並列な回路の分岐部７３に作用する弁１３を備え、減圧要素７２に並列な回路の分岐部７３を閉じたり開いたりする。

減圧要素７２が絞り要素（例えば、細管（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）即ち狭窄菅装置（ｎａｒｒｏｗ ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｕｂｕｌａｒ ｄｅｖｉｃｅ））であることが好ましい。

減圧要素７２は、戻りダクト６に沿って圧縮機２の上流に配置される。

同様に、減圧要素７２に並列に接続される回路の分岐部７３に作用する弁１３は、戻りダクト６に沿って圧縮機２の上流に配置される。

弁１３が開いた構成にあると、分岐部７３での負荷損が減圧要素７２の負荷損より小さいために、熱交換流体の大半が分岐部７３を流れる。

当然、弁１３が閉じた構成にあると、分岐部７３を流れることができないので、戻りダクト６に沿って流れる熱交換流体は減圧要素７２を流れることになる。

このように、システム１が高温ガス熱力学サイクルで動作している場合、弁１３を閉じて、圧縮機２に流れ込む熱交換流体を冷却することができる。弁１３を閉じることによって、熱交換流体の一部が減圧要素７２を流れて膨張及び冷却され、圧縮機２の導入口Ｉに到達したときには、低温（圧縮機２の部品の温度よりは確実に低温）となる。

このように、弁１３を閉じることによって圧縮機２を冷却サイクルで動作させることができる。

この態様によれば、駆動制御ユニット８は、減圧要素７２に並列な回路の分岐部７３を閉じる構成へと弁１３を駆動し圧縮機２を冷却するよう構成される。

本開示の目的のために、弁をオン又はオフにするとは、駆動制御ユニット８が弁を開いたり閉じたりするよう弁に作用するように構成されることを意味する。

図２及び図３並びに図１にも示す、降温装置７０を実施する第二の態様について以下に説明する。

降温装置７０を実施するこのような態様は（図２及び図３に示すように）個別、即ち第一実施形態を用いずに実施可能でもある。但し、図１には第一実施形態と組み合わせたものを示している。

本実施態様によれば、降温装置７０は、第一熱交換器３の導出口に接続され、第一熱交換器３から熱交換流体を受け入れる導入部と、圧縮機２の熱交換流体の導入口Ｉ又は圧縮機２の内部に（直接）接続される少なくとも一つの導出部７ａ、７ｂとを有するバイパスダクト７を備える。

実際には、バイパスダクト７は、第一熱交換器３の導出口と圧縮機の導入口Ｉとを接続する。

流体を膨張可能とするよう構成された膨張要素４ａ’をバイパスダクト７が収容することが好ましい。

降温装置７０を通る流量を制御する手段７１は弁９を備える。弁９は、バイパスダクト７を閉じたり開いたりして、ダクト内の流体を循環させたりこれを阻止したりするように構成される。

更なる態様によれば、バイパスダクト７は、圧縮機２の内部に接続され圧縮機２の内部でバイパスダクト７から流出する熱交換流体の少なくとも一部を放出する第一（導出）部７ａと、戻りダクト６の端部に接続され圧縮機２の熱交換流体の導入口Ｉにてバイパスダクト７から流出する熱交換流体の一部を放出する第二導出部７ｂとを有する。

なお、バイパスダクト７の部分７ａと７ｂとは略並列に配置されており、即ち、バイパスダクト７の二つの並列な分岐部を形成する。

実際には、バイパスダクト７によってそこを通過する熱交換流体が二か所で、即ち圧縮機２の導入口Ｉにて戻りダクト６内へと及び直接圧縮機２の内部へと放出可能である。

バイパスダクト７が放出する熱交換流体は、（液体成分を有する）蒸気であっても液体であってもよい。熱交換流体が（飽和）蒸気であることが好ましい。

尚、バイパスダクト７を介して導入口にて及び／又は直接圧縮機２の内部に低温の流体を注入することによって圧縮機が冷却される。つまり、バイパスダクト７からの流体によって圧縮機２の部品から熱が除去される。

このような冷却は、圧縮機２が強い熱ストレスを受ける高温ガスサイクルでシステムが動作している場合に特に有利である。

特に好適な方法において、バイパスダクト７によって圧縮機２へと低温の流体を運んで放出可能であって、その流体によって圧縮機２の部品から熱を除去することができることが以下に続く本明細書によってより明らかとなるであろう。

以下により詳細に説明するように、バイパス分岐部７の工夫により、圧縮機２の部品の温度が常に制限された状態となり、（高温ガスサイクルの場合であっても）好ましくは１００°Ｃ未満である。

高温ガス熱力学サイクルでシステムが動作していても、飽和蒸気熱力学サイクル（逆カルノーサイクル）でシステムが動作していても、バイパスダクト７をオン及び／又はオフに切り替えて圧縮機２を冷却することができる。

バイパスダクト７は、熱交換器３から流出する（高圧の液体状態にある）熱交換流体の少なくとも一部を回収して（その圧力／温度を下げた後に）これを圧縮機２の導入口「Ｉ」へと運ぶ及び／又は圧縮機２の取り入れ用空洞内へと運ぶよう構成される。（相対的に低温であるために）熱交換流体が圧縮機２のより高温の部品から熱エネルギーを吸収し、これによって圧縮機２の温度が下がる、即ち圧縮機を冷却する。

これによって圧縮機２が受ける熱ストレスが低減され、従ってその使用寿命が延びる。

圧縮機２を正しく機能させるために、バイパスダクト７はその導入部に少なくとも一つの膨張要素４ａ’を有し、これによって熱交換流体が膨張してその温度が下がり、熱交換流体による圧縮機２の冷却プロセスを実行可能となる。

より詳細には、バイパスダクト７は導入部７ｃを有する。

導入部７ｃは、第一熱交換器３の導出口に接続され、熱交換流体を受け入れる。

導出部７ａは、圧縮機２の内部に直接接続されており、より正確には圧縮機２内部の（取り入れ用）空洞に接続する。

バイパスダクト７の部分７ｂは追加的な膨張要素４ａ”に連結され、戻りダクト６の（端部）部分に接続されており、そこで熱交換流体が圧縮機２内へと流入する。

バイパスダクト７の部分７ｂによって、（低温の）熱交換流体が圧縮機２の吸入流（intake flow）へと運ばれるので、更に圧縮機２の導入部を最適に冷却することができる。

更なる態様によれば、バイパスダクト７内に配置されたバイパス弁９は駆動制御ユニット８に接続されているのでオン又はオフに切り替え可能であって、バイパスダクト７を開放又は閉鎖してバイパスダクト７内の熱交換流体の流量を変化させる。

バイパスダクト７を完全に閉鎖又は完全に開放するようバイパス弁９を駆動することが好ましく、これによってバイパスダクト７内での熱交換流体の循環を阻止したりこれを可能としたりする。

従って、システムが高温ガスサイクルで動作していてもシステムが飽和圧縮サイクル（逆カルノーサイクル）で動作していても、バイパスダクト７内の熱交換流体の流量を増加させて圧縮機２を冷却することができる。

より詳細には、システムが高温ガスサイクルで動作していてもシステムが飽和圧縮サイクル（逆カルノーサイクル）で動作していても、バイパスダクト７を開放してダクト内に熱交換流体を循環させて圧縮機を冷却することができる。

バイパスダクト７内で、（膨張要素４ａ’及び追加の膨張要素４ａ”があるために）熱交換流体が膨張するので、その温度が下がり、冷却に最適な温度での流体が圧縮機２に到着可能である。

バイパスダクト７が第一導出部７ａのみを備えてもよく、第二導出部７ｂのみを備えてもよく、又は図１に示すようにその両方を備えてもよい。

熱力学システムが（容器２２内部の製品を加熱する）高温ガスサイクルで動作していても、システムが飽和圧縮熱力学サイクルとして知られる（製品を冷却する）サイクルで動作していても、バイパスダクトを開放して圧縮機を冷却できるという利点を有する。

実際に、有利なことに、圧縮機２の導入口又は内部に低温の流体を注入することによってその流体により圧縮機２から熱を除去できる。

降温装置７０についてのすべての実施形態に共通する幾つかの態様について以下に示す。

一態様によれば、駆動制御ユニット８は、起動パラメータ（ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を検出するよう構成された測定装置８ａを備えており、駆動制御ユニット８は、測定装置８ａが捕らえた起動パラメータの値に応じて降温装置７０を横切る熱交換流体の流量を制御する手段７１を制御するよう構成される。

起動パラメータは、任意の物理量（圧力、温度）又は物理量の組み合わせであってよい。

駆動制御ユニット８の測定装置８ａが、所定の起動パラメータに到達したこと又はこれを超えたことを検出した場合、駆動制御ユニット８がバイパス弁９をオンにし（開放構成へと駆動）、バイパス回路が作動するようにする。この動作は進行中の熱力学サイクル（高温ガスサイクル又は逆カルノーサイクル）と同時に行ってもよく又はその代わりに行ってもよい。

更なる態様によれば、測定装置８ａは温度センサを備え、起動パラメータは圧縮機２の近傍又は圧縮機２の内部で検出された温度値である。

この態様によれば、温度センサが検出した温度に基づいて、バイパス分岐部７を開放する、即ちより一般的に言えば、バイパス分岐部７の流量を最大値に設定することが好ましい。

非限定的な態様によれば、その温度が第一閾値より大きい値であれば、バイパス分岐部７を開放し、（第一閾値と一致してもしなくてもよい）第二閾値未満であれば、バイパス分岐部７を閉鎖する。

更なる態様によれば、測定装置８ａは温度センサを備え、起動パラメータは圧縮機２の導入口Ｉに接続される戻りダクト６の導出部での熱交換流体の温度の値である。

更なる態様によれば、測定装置８ａはタイマーを備え、起動パラメータは時間間隔を含む。

この態様によれば、測定装置８ａはタイマーであって起動パラメータは時間間隔又は時間帯であって、即ち、熱力学システム１の動作ニーズに応じた所定の時間である。

これらによってバイパスダクト７の開閉を自動で行うことができる。

添付の図面を参照して、他の態様について以下に述べる。

一態様によれば、システムは、第二熱交換器５ａと第一熱交換器３との間に介挿され、駆動制御ユニット８に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって第二熱交換器５ａの導入部５ａ’を開放又は閉鎖して熱力学的逆カルノーサイクルを行うことができる第一冷却弁１０ａを備える。

この第一冷却弁１０ａは、容器２２（その内部の製品）を冷却する必要がある場合にオン（開放構成）に切り替えられる。つまり、第一冷却弁１０ａを開放することによって、圧縮機２、第一交換器３、減圧要素４ａ、及び第二交換器５ａ間で熱力学的逆カルノーサイクルが実行される（このサイクルには戻りダクト６も含まれる）。

更なる態様によれば、少なくとも一つの選択的閉鎖要素（１２ａ、１２ｂ）は、高温ガス熱力学サイクルを行うためのダクト１１と動作可能に連結されており、圧縮機２の下流に配置された第一加熱弁１２ａを備える。第一加熱弁１２ａは駆動制御ユニット８に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって第二熱交換器５ａの導入口に接続可能である高温ガスダクト１１の導出部を開放又は閉鎖する。

実際には、第一加熱弁１２ａを開放することによって、高温ガス熱力学サイクルが実行されるが、このサイクルには圧縮機２と第二交換器５ａとが含まれる（このサイクルには戻りダクト６も含まれる）。

更なる態様によれば、回路は更に、液体状又は半液体状の製品を収容するための少なくとも一つの第二容器６２と連結可能である第三熱交換器５ｂを備え、この第三熱交換器５ｂは、第一熱交換器３と圧縮機２との間で第二熱交換器５ａと略並列に配置される。

第三熱交換器５ｂと第二容器６２（第一容器が容器２２である）とは随意であることを強調しておく。

それぞれの容器と連結可能である二以上の熱交換器５ａ、５ｂがあることによって、特別な温度要件を有するサイクルを用いて異なる製品についての異なるプロセスを同時に実行可能であり、又は単一の熱力学システム１を用いて、異なるプロセス温度が必要となる同じ製品についての一連のプロセスの工程を行うことができるという利点を有する。

更なる態様によれば、システムは、第一熱交換器３の導出口に配置された少なくとも一つの第二膨張要素４ｂを備え、第三熱交換器５ｂは、この少なくとも一つの第二膨張要素４ｂの導出口に接続される導入部５ｂ’を有する。

更なる態様によれば、システムは、第三熱交換器５ｂと第一熱交換器３との間に介挿された第二冷却弁１０ｂを備える。

この第二冷却弁１０ｂは、第二容器６２（その内部の製品）を冷却する必要がある場合にオン（開放構成）に切り替えられる。つまり、第二冷却弁１０ｂを開放することによって、圧縮機２、第一交換器３、第二減圧要素（第二膨張要素）４ｂ、及び第三交換器５ｂ間で熱力学的逆カルノーサイクルが実行される（このサイクルには戻りダクト６も含まれる）。

更なる態様によれば、少なくとも一つの選択的閉鎖要素（１２ｂ、１２ｂ）は、圧縮機２の下流に配置された第二加熱弁１２ｂを備える。第二加熱弁は駆動制御ユニット８に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって第三熱交換器５ｂの導入口に接続可能である高温ガスダクト１１の導出部を開放又は閉鎖する。

実際には、第二加熱弁１２ｂを開放することによって、高温ガス熱力学サイクルが実行されるが、このサイクルには圧縮機２と第三交換器５ｂとが含まれる（このサイクルには戻りダクト６も含まれる）。このサイクルの目的は、第三熱交換器５ｂに熱を放出することである。

システム１の更なる態様及びその詳細について以下に説明する。

戻りダクト６は、その経路に沿って熱交換器６ａを備え、この熱交換器は、内部を流れる熱交換流体の（対向する）二つの流れ間で（混合することのない）熱交換部を形成するよう構成される。

より正確には、第一の流れは、（第二交換器５ａから圧縮機２へと）戻りダクト６に沿って移動し、第二の流れは、熱交換器３から第二交換器５ａへと（更に第一膨張要素４ａへも向かって）移動する。

言い換えると、第一熱交換器３から流出する（高温の）熱交換流体は、第一膨張要素４ａを通過する前に、第二熱交換器５ａから流出する熱交換流体の流れと熱を交換するので、第一熱交換器３から流出する熱交換流体の流れよりは低温となる。

このような熱交換部があることによって、第一熱交換器３から流出する熱交換流体の流れがより温度の低い流体と接触して初期冷却プロセスを経るような中間的な熱交換を行うことができる。

従って、熱交換流体が第一膨張要素４ａに入る前に熱交換流体を冷却し始めることによって、熱力学システム１の全体効率が上がる。このことは、容器２２がアイスクリーム等のアイス製品（iced products）を加工するよう意図された容器である場合に特に重要である。

好ましい実施形態において、熱力学システム１は更にフィルター１４ａ、１４ｂを備え、フィルター１４ａ、１４ｂによって、冷却又は加熱サイクルの間、特に流体が圧縮機２を流れる場合に流体に堆積する可能性がある不純物を除去することによって熱交換流体を清浄に保つことができる。

図１に詳細に示すように、第一熱交換器３の下流であって第一冷却弁１０ａとバイパス弁９との上流に第一のフィルター１４ａは配置される。

同様に、第一熱交換器３の下流であって第二冷却弁１０ｂの上流に第二のフィルター１４ｂは配置される。

完全を期すために、熱力学システムが容器２２に関して蒸気圧縮サイクル（逆カルノーサイクル）で動作する場合の熱力学システムの動作について以下に説明する。

熱交換流体は圧縮機２内で圧縮され、流体の圧力を上昇させる。

圧縮された熱交換流体が第一熱交換器３に到達すると、熱交換器は凝縮器として作用し、外部雰囲気と（加熱された）熱交換流体との間での熱エネルギーの交換が可能となる。

このように、熱交換流体が第一熱交換器３に流入すると、流体は冷却されて凝縮し、気体から液体状態へと変わる。

このように、交換器３から流れ出る流体は高圧の液体である。

第一熱交換器３の下流で、液体状態の熱交換流体は絞り弁等からなる膨張要素４ａ（即ち、より一般的に言うと減圧要素４ａ）を通過する。この膨張要素４ａによって熱交換流体は膨張－その圧力が低下－する（従って流体の温度がより低温となる）。

最後に、熱交換流体は第二熱交換器５ａを通過する。この場合、熱交換器は蒸発器として作用する。第二熱交換器５ａの内部において、熱交換流体は液体から蒸気状態へと変わることによって、第二熱交換器５ａが連結される容器２２等から（即ち、容器２２内部の製品から）熱エネルギー即ち熱を吸収する。

第二熱交換器５ａ内で、熱交換流体は液体から蒸気状態へと変わる。

第二熱交換器５ａの後、熱交換流体は、参照符号２００で示す液体－蒸気相分離器である要素を通過する。

相分離器２００の下流において、熱交換流体は、更に戻りダクト６に沿って参照符号６ａで示す交換器を流れるが、そこで第一熱交換器３から第二熱交換器５ａへと向かう熱交換流体の流れと熱を交換する。

この時点で、熱交換流体は戻りダクト６を通って弁１３及び分岐部７３に到達するが、弁１３が開放構成にあれば熱交換流体は分岐部７３を通過する。

弁１３が閉鎖構成にある場合には、熱交換流体は分岐部７３ではなく要素７２を流れる。

同様に、装置２０が第二容器６２及びこれに関連付けられる第三交換器５ｂを有する場合には、第一膨張要素４ａ、第二交換器５ａ、ヒータ２００及び熱交換器６ａを通る熱交換流体の流れを参照して上述したようなことが、第一熱交換器３から流れ出て第三熱交換器５ｂに向かう熱交換流体の一部にも行われる。

上述した熱力学サイクルは、交換器５ａ及び５ｂを用いて熱力学逆カルノーサイクルによって製品を冷却する場合に関する。

一方、交換器５ａ及び５ｂを用いて高温ガスサイクルによって製品を加熱する必要がある場合には、弁１０ａ及び１０ｂを閉じ、弁１２ａ及び１２ｂを開放する。

この場合、圧縮機２内で気体状態の熱交換流体を循環させることによって気体状態の熱交換流体を圧縮機２内で加熱し、その後交換器５ａ及び５ｂ内で熱を放出させる。

本発明によれば、液体状又は半液体状の食品を製造するための装置２０が更に記載され、この装置は、以下のものを組み合わせて備える。

即ち、装置は、
液体状又は半液体状の食品を製造するための加工ユニット２１であって、少なくとも一つの容器２２とこの少なくとも一つの容器２２の内部に搭載され容器２２内部で回転する撹拌機２３とを備える加工ユニットと、
添付の請求項のいずれかに記載の熱力学システムであって、加工ユニット２１と動作可能に連結される熱力学システムと、を備え、第二熱交換器５ａが少なくとも一つの容器２２と連結されて少なくとも一つの容器２２内に収容した製品と熱を交換する。

更なる態様によれば、装置はアイスクリームを製造するための装置であって、加工ユニット２１はバッチフリーザーユニット（ｂａｔｃｈ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｕｎｉｔ）である。

更なる態様によれば、装置は、第二容器６２と、この第二容器６２と連結されており第二容器６２に収容する製品と熱を交換する第三熱交換器５ｂとを備え、第三熱交換器５ｂは、添付の請求項のいずれかに記載の熱力学システムの回路の一部を形成する。

本発明によれば、液体状又は半液体状の製品を熱処理するよう設計された任意の種類の装置に熱力学システムを適用可能であることを強調しておく。

より正確には、図１の装置において（弁を開放するか閉鎖するかに応じて）、製品を第一容器２２内のみで処理したり、第二容器６２内のみで処理したり、第一容器２２と第二容器６２の両方で同時に処理したりすることが可能である。

より一般的に言うと、装置１は単一の容器（２２又は６２）を備えうるが、この場合、熱力学システムは、第二熱交換器５ａと第三熱交換器５ｂとのうちの一つのみ、減圧要素（膨張要素）４ａと４ｂとのうちの一つのみ、弁１０ａと１０ｂとのうちの一つのみ、弁１２ａと１２ｂのうちの一つのみを備えることになる。

本発明によれば更に、液体状又は半液体状の製品を熱処理する方法が記載され、以下の工程を備える。

即ち、この方法は、Ａ）添付の請求項のいずれかに記載の液体状又は半液体状の食品を製造するための装置２０を準備し、少なくとも一つの容器（２２）の内部に液体状又は半液体状の製品を配置する工程と、
Ｂ）圧縮機２をオンにして装置の熱力学システムの回路に沿って熱交換流体を搬送し、少なくとも一つの容器（２２）内部の液体状又は半液体状の製品に熱を放出する（高温ガス熱力学サイクル）ための又はこのような製品から熱を吸収する（蒸気圧縮熱力学サイクル）ための熱力学サイクルを行う工程と、
Ｃ）降温装置７０内の流量を零より大きい値に制御して圧縮機２を冷却する工程と、を備える。

更なる態様によれば、降温装置７０内の流量を零より大きい値に制御（設定）して圧縮機２を冷却する工程Ｃ）は、第一熱交換器３から圧縮機２の熱交換流体導入口Ｉへと又は圧縮機２の内部へと直接に熱交換流体の少なくとも一部を搬送し放出して圧縮機２を冷却するバイパスダクト７を開放することを含む。

更なる態様によれば、装置の熱力学システムの回路に沿って熱交換流体を搬送し熱力学サイクルを行う工程Ｂ）は、熱力学的逆カルノーサイクルを行って、熱交換流体によって少なくとも一つの容器２２内に収容した製品から熱を奪うことを含む。

更なる態様によれば、装置の熱力学システムの回路に沿って熱交換流体を搬送し熱力学サイクルを行う工程Ｂ）は、熱力学的高温ガスサイクルを行って、熱交換流体によって少なくとも一つの容器２２内に収容した製品に熱を放出することを含む。

更なる態様によれば、この方法は起動パラメータを取得する工程を備え、降温装置７０内の流量を零より大きい値に制御して圧縮機２を冷却する工程Ｃ）は、起動パラメータの値に応じて行われる。

起動パラメータが、時間間隔、熱力学システム１の圧縮機２の温度値、又は圧縮機２に流れ込む熱交換流体の温度値のうちの少なくとも一つであることが好ましい。

本発明に記載の熱力学システム１によって先に述べたような従来技術の欠点を克服可能であって、使用時の熱力学システム１（より正確には圧縮機の）所定の部品の温度を効率よく且つ効果的に下げることができる。

本発明の方法及びシステムによれば、特に高温ガスサイクルとして知られるサイクルでの熱力学システムの動作中の圧縮機の温度を特定の低いレベルに制限可能であるという利点を有する。

これによって、圧縮機の消耗を抑え、熱力学サイクルの信頼性や効率を改善することができる。

Claims (16)

1. 液体状又は半液体状の食品を収容する第一容器（２２）を少なくとも冷却又は加熱するための熱力学システムであって、熱交換流体を用いた回路を備え、前記回路は、
   前記熱交換流体用の一つの導入口（Ｉ）と前記熱交換流体用の一つの導出口（Ｕ）とを少なくとも有する圧縮機（２）と、
   前記圧縮機（２）の前記導出口（Ｕ）に接続される第一熱交換器（３）と、
   前記第一熱交換器（３）の導出口に接続される少なくとも一つの膨張要素（４ａ）と、
   前記第一容器（２２）と連結可能であって、前記少なくとも一つの第一膨張要素（４ａ）の導出口に接続される導入口（５ａ’）を有する第二熱交換器（５ａ）と、
   前記第二熱交換器（５ａ）の導出口に接続される導入部（６’）と前記圧縮機（２）の前記導入口（Ｉ）に接続される導出部とを有する戻りダクト（６）と、を少なくとも有し、
   前記熱力学システムは更に、前記熱交換流体の温度を下げるための降温装置（７０）を備え、
   前記降温装置（７０）は、前記熱交換流体の少なくとも一部を受け入れる前記回路と連結され、導入口（７０Ａ）と導出口（７０Ｂ）とを有し、前記導入口（７０Ａ）と導出口（７０Ｂ）との間を流れる前記熱交換流体の前記温度を下げるよう構成され、前記導出口（７０Ｂ）は、前記圧縮機（２）の前記熱交換流体の前記導入口（Ｉ）に近接して又は前記圧縮機（２）の内部に接続され、前記熱力学システムは、
   前記降温装置（７０）を横切る前記熱交換流体の流量を制御する流量制御手段（７１）であって、前記熱交換流体の温度を下げる前記降温装置（７０）を通過する前記熱交換流体の流れに作用して、最小流量構成と最大流量構成との間で流量を制御する流量制御手段（７１）と、
   前記流量制御手段（７１）に作用して駆動する駆動制御ユニット（８）と、を更に備え、
   前記熱交換流体の前記温度を下げるための前記降温装置（７０）が減圧要素（７２）を備え、前記降温装置（７０）内の前記流量を制御するための前記流量制御手段（７１）が前記減圧要素（７２）に並列な前記回路の分岐部（７３）に作用する弁（１３）を備え、前記減圧要素（７２）に並列な前記回路の前記分岐部（７３）を閉じたり開いたりし、
   前記減圧要素（７２）は、前記戻りダクト（６）に沿って前記圧縮機（２）の上流に配置され、降温装置（７０）に並列な前記回路の分岐部（７３）及び前記弁（１３）は、更に前記戻りダクト（６）に沿って前記圧縮機（２）の上流に配置され、
   前記駆動制御ユニット（８）は、起動パラメータを検出するよう構成された測定装置（８ａ）を備え、前記駆動制御ユニット（８）は、前記測定装置（８ａ）が検出した前記起動パラメータの値に応じて前記降温装置（７０）を横切る前記熱交換流体の流量を制御する前記流量制御手段（７１）を制御するよう構成され、
   前記測定装置（８ａ）は温度センサを備え、前記起動パラメータは前記圧縮機（２）の近傍又は前記圧縮機の内部で検出された温度値である、ことを特徴とする、熱力学システム。
2. 熱交換流体を用いた前記回路は、前記第一容器（２２）を加熱するための高温ガス熱力学サイクルを実行する構成と前記第一容器（２２）を冷却するための熱力学的逆カルノーサイクルを実行する構成との間で切り替えられるよう構成される、請求項１に記載の熱力学システム。
3. 高温ガス熱力学サイクルを行うためのダクト（１１）であって、前記圧縮機（２）の導出口（Ｕ）に接続可能で前記熱交換流体を受け入れる導入部（１１’）と前記第二熱交換器（５ａ）の前記導入口に接続可能な導出部とを有するダクトと、
   高温ガス熱力学サイクルを行うための前記ダクト（１１）に動作可能に連結され、前記ダクト（１１）を閉じたり開いたりしてその内部での前記熱交換流体の循環を阻止したり可能とするよう構成された、少なくとも一つの選択的閉鎖要素（１２ａ）と、を備え、
   前記駆動制御ユニット（８）が前記選択的閉鎖要素（１２ａ）に作用してダクト（１１）閉鎖構成及びダクト（１１）開放構成との間で前記選択的閉鎖要素を駆動するよう構成される、請求項１または２に記載の熱力学システム。
4. 前記駆動制御ユニット（８）は、前記圧縮機（２）を冷却するために、前記減圧要素（７２）に並列な前記回路の前記分岐部（７３）を閉じる構成となるよう前記弁（１３）を駆動するよう構成される、請求項１から３のいずれか一つに記載の熱力学システム。
5. 前記降温装置（７０）が、前記第一熱交換器（３）の導出口に接続されて前記第一熱交換器（３）から前記熱交換流体を受け入れる導入部と、前記圧縮機（２）の前記熱交換流体の導入口（Ｉ）又は前記圧縮機（２）の内部に接続される少なくとも一つの導出部（７ａ、７ｂ）とを有するバイパスダクト（７）を備える、請求項１から４のいずれか一つに記載の熱力学システム。
6. 前記バイパスダクト（７）は、前記圧縮機（２）の内部に接続されて前記圧縮機（２）の内部で前記バイパスダクト（７）から流出する前記熱交換流体の少なくとも一部を放出する第一導出部（７ａ）と、前記戻りダクト（６）の端部に接続されて前記圧縮機（２）の前記熱交換流体の導入口（Ｉ）にて前記バイパスダクト（７）から流出する前記熱交換流体の一部を放出する第二導出部（７ｂ）とを有する、請求項５に記載の熱力学システム。
7. 前記降温装置（７０）を横切る前記熱交換流体の流量を制御する前記流量制御手段（７１）は、前記バイパスダクト（７）内に配置された少なくとも一つのバイパス弁（９）を備え、前記バイパス弁（９）は前記駆動制御ユニット（８）に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって、前記バイパスダクト（７）を開放又は閉鎖して前記バイパスダクト（７）内の前記熱交換流体の流量を変化させる、請求項５又は６に記載の熱力学システム。
8. 前記測定装置（８ａ）は温度センサを備え、前記起動パラメータは前記圧縮機（２）の前記導入口（Ｉ）に接続される前記戻りダクト（６）の前記導出部での前記熱交換流体の温度の値である、請求項１から７のいずれか一つに記載の熱力学システム。
9. 前記第二熱交換器（５ａ）と前記第一熱交換器（３）との間に介挿された第一冷却弁（１０ａ）を備え、前記第一冷却弁（１０ａ）は前記駆動制御ユニット（８）に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって前記第二熱交換器（５ａ）の前記導入部（５ａ’）を開放又は閉鎖して熱力学的逆カルノーサイクルを行えるようにする、請求項１から８のいずれか一つに記載の熱力学システム。
10. 前記少なくとも一つの選択的閉鎖要素（１２ａ、１２ｂ）が前記圧縮機（２）の下流に配置された第一加熱弁（１２ａ）を備え、前記第一加熱弁（１２ａ）は前記駆動制御ユニット（８）に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって前記第二熱交換器（５ａ）の前記導入口に接続可能である前記ダクト（１１）の前記導出部を開放又は閉鎖する、請求項３に記載の熱力学システム。
11. 前記回路は更に、液体状又は半液体状の製品の少なくとも一つの第二容器（６２）と連結可能である第三熱交換器（５ｂ）を備え、前記第三熱交換器（５ｂ）は、前記第一熱交換器（３）と前記圧縮機（２）との間で前記第二熱交換器（５ａ）と略並列に配置される、請求項３または１０に記載の熱力学システム。
12. 前記第一熱交換器（３）の前記導出口に配置された少なくとも一つの第二膨張要素（４ｂ）を備え、前記第三熱交換器（５ｂ）は前記少なくとも一つの第二膨張要素（４ｂ）の導出口に接続される導入部（５ｂ’）を有する、請求項１１に記載の熱力学システム。
13. 前記第三熱交換器（５ｂ）と前記第一熱交換器（３）との間に介挿された第二冷却弁（１０ｂ）を備える、請求項１１又は１２に記載の熱力学システム。
14. 前記少なくとも一つの選択的閉鎖要素（１２ａ、１２ｂ）が前記圧縮機（２）の下流に配置された第二加熱弁（１２ｂ）を備え、前記第二加熱弁（１２ｂ）は前記駆動制御ユニット（８）に接続されておりオン又はオフに切り替え可能であって前記第三熱交換器（５ｂ）の前記導入口に接続可能である前記ダクト（１１）の前記導出部を開放又は閉鎖する、請求項１１から１３のいずれか一つに記載の熱力学システム。
15. 液体状又は半液体状の食品を製造するための装置（２０）であって、
    液体状又は半液体状の食品を製造するための加工ユニット（２１）であって、少なくとも一つの第一容器（２２）と前記少なくとも一つの第一容器（２２）の内部に前記第一容器（２２）内部で回転するよう搭載される撹拌機（２３）とを備える加工ユニットと、
    前記加工ユニット（２１）と動作可能に連結される、請求項１から１４のいずれか一つに記載の熱力学システムと、を組み合わせて備え、前記第二熱交換器（５ａ）が前記少なくとも一つの第一容器（２２）と連結されて前記少なくとも一つの第一容器（２２）内に収容した前記製品と熱を交換することを特徴とする装置。
16. 液体状又は半液体状の食品を熱処理する方法であって、
    Ａ）請求項１５に記載の液体状又は半液体状の食品を製造するための装置（２０）を準備し、前記少なくとも一つの第一容器（２２）の内部に液体状又は半液体状の製品を配置する工程と、
    Ｂ）前記圧縮機（２）をオンにして前記装置の前記熱力学システムの回路に沿って前記熱交換流体を搬送し、前記少なくとも一つの第一容器（２２）内部の前記液体状又は半液体状の製品へと又は前記製品から熱を移動させる熱力学サイクルを行う工程と、
    Ｃ）前記降温装置（７０）内の流量を零より大きい値に制御して前記圧縮機（２）を冷却する工程と、を備える方法。

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