JPS6192528A - オ−バ−ランにおける空気供給量の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、原料ミックスに所定質量の空気を供給し、
安定したばらつきのないオーバーランを有する方法およ
び装置に関するものであって、ホイップクリーム、アイ
スクリーム又はシャーベット等を製造する分野で利用さ
れるものである。

（従来の技術） オーバーランはホイップクリームやアスクリームのボデ
ィ、組織、味に及ぼす影響が大きく、設定したオーバー
ラン値より低すぎるとボディは重く湿潤となり、組織は
粗く、味は低下する。又高すぎると組織は泡沫に富み雪
状となる。更に生産コストとの関係も重要である。

従ってオーバーランは常に適正な状態を維持することが
望ましい。

オーバーランに影響する要因としては、ミックスの組成
、ミックスの前処理の方法、空気量、フリーザー又はホ
イツパ−内の温度、ミックスの流量、吐出圧力等が挙げ
られる。これらの要因のうち空気量の制御は、特に困難
である。

一般に空気流量の定量的制御を手動で行う場合、圧力計
を見ながら空気弁の開度を微量調整するが、その結果が
ある遅れをもって表われるので、オーバーランを一定に
維持するには、多年の経験と熟練を要し、運転者の勘と
経験に負うところが大きく、製品の優劣を生じやすい。

しかも熟練者にしてなおオーバーラン設定値に対して５
％の程度のバラツキは避けられない状況にある。更に運
転開始時はオーバーランが不安定で、所望のオーバーラ
ンに達するのに最低５分以上を要し、大量の生産ロスが
生じ、ロスタイムとなっている。

自動制御の方法も提案されており、特公昭３５−１７９
６号においては、フリーザーの吐出口に一定間隔に設け
た２個の電極と電子管自動平衡器とを結線し、オーバー
ランを電導率の変化として検出測定し、予め電子管自動
平衡器に指示した設定値に同調せしめるようにダイヤグ
ラム型空気吸入弁の開度調整をする、アイスクリームの
オーバーラン自動制御装置が開示されている。然し乍ら
、電導率でアイクリームのオーバーランを正確に測定す
ることはできない。

特公昭４５−２０２３８号においては、原料ミックス並
びに混入空気の体積流量を電圧として取り出し、夫々の
値をＫＥ及びＫｅとし、次式により空気混入量を算出し
ている。

Ｕ　（％）＝１００ｘＢ／Ａ　　−・・■Ｕ＝空気混入
量（％〉 Ａ＝原料ミックスの容積（、Ｑ） Ｂ＝混入空気の容積（、Ｑ） ■式に上記の電圧を代入して■式とする。

ｕ　＝１００ｘ　ｅ／Ｅ　　・・・（Ｘ）即ち、■式を
自動平衡型記録計に演算せしめ直接、かつ連続的にアイ
スクリームの空気混入量を指示せしめ方法が開示されて
いる。

然し乍ら、指示された空気混入量を供給する方法につい
ては何らふれられていない。

特公昭５６−４６７６９号においては、フリーザーの出
口のアイスクリーム温度を検出して、これによりフリー
ザーの冷媒の蒸発間を制御しながら、アイスクリーム湿
度を一定とし、かかる状態下でミックス流量とエアー流
量を測定し、ミックスの基準流量に対しである比率を掛
けた信号でエアー流量を比例制御すると共に、フリーザ
ー出口密度計で測定されたオーバーラン測定値で前記比
率を電気的に補正することによりなるオーバーラン自動
制御方法が開示されている。

この発明は、ミックス流量に比例したエアー流量を供給
する方法である点が特徴である。

（発明が解決すべき問題点） 前述した先行技術に共通する点は、空気ｍを体積として
把握していることである。

周知のように、理想気体の体積は絶対圧力に反比例し、
絶対温度に正比例する。実際の空気に対してはこの法則
は適用できないが、空気量を体積として把握した場合、
その圧力及び温度による補正が必要である。然るに上記
の先行技術はこの点の補正が示されていない。従って正
確な空気量の供給が望めないので、オーバーランを安定
化するのは困難である。

（問題点を解決するための手段） この発明は、コンピューターによるオーバーラン自動制
御システム採用し、必要空気量を］ンビューターに指示
させ、質量で供給することを特徴としている。

即ち、オーバーラン設定比重、原料ミックスの比重、ミ
ックスポンプの体積係数、運転開始時の空気量、立上り
時間を予めコンピューターに入力し、更にオー−バーラ
ン発生装置への原料ミックス供給酎（例えばポンプの回
転数より算出する）、製品出口温１１Ｕをセンサにより
電気信号としてコンピューターに入力し、これらのデー
タに基いてコンピューターは必要な空気量（質量）を算
出し、流量設定信号として比較制御回路に出力する。−
力学気流量は質量流量センサにより質量流量として前記
比較制御回路に出力され、センサ出力信号と流量設定信
号が同じになるように電磁弁の開度が自動調節されて、
目標の空気量を質（６）流量として供給することが出来
るのである。

次にこの発明の装置を第１図及び第２図に基いて説明す
る。

第１図において、ミックスタンク１に順次連結された第
１ミツクスポンプ２及び第２ミツクスポンプ４は、いず
れも定容積型のポンプであり、無断変速機付の駆動モー
ター６により■ベルト又はチェーン７を介して駆動され
るが、第２ミックス１　　　　　　　ポンプ４の能力は
、第１ミツクスポンプ２の能力の約２倍に設定しである
。前記両ポンプ間の接続バイブ３は、接続継手１４によ
り空気供給管８と接続されている。前記第２ミツクスポ
ンプ４には、公知のオーバーラン発生装置（クリームホ
イツパ−又はアイスクリームフリーザー）５が連結しで
ある。上記回路をミックス回路という。

−力学気回路の方は、空気圧縮機９と前記接続パイプ３
との間が接続継手１４を介して空気供給管８に゛より接
続され、該供給管８に、ミストセパレーター、除菌フィ
ルター、減圧弁（以上図示せず）、空気弁１０．電磁弁
１１、三方切替弁１２及び逆止弁１３が夫々通常の様に
接続されている。

上記回路を空気回路という。

一方オーバーランの自動制御回路の構成は次の通りであ
る。

マイクロコンピュータ−２３及び比較制御回路２２に対
するオーバーラン制御データの入出力面から構成を説明
すると、まず前記ミックス回路においては、マイクロコ
ンピュータ−２３に入力する原料ミックス供給量の検出
手段として、第１ミツクスポンプ２の回転数を検出する
ためのパルス発信器１５が取りイ」けられ、製品温度の
検出手段として測温抵抗体１６がオーバーラン発生装置
５の出口付近に取り付けられている。これら二つのセン
サは、計測値を電気信号として取り出Ｑ１コンバーター
２６に送り込む。コンバーター２６は、入出力ポート２
５を介して前記マイクロコンピュータ−２３と接続され
ている。そして、該マイクロコンピュータ−２３の出力
はコンバーター２６を介して前記比較制御回路２２に入
力されるようにしである。

次に空気回路においては、供給空気量の質量を検出する
手段として、空気供給管８と並列にバイパスに接続され
たフローチューブ１７の外面２ケ所に巻きつけられた感
温抵抗線１８．１８と、これに接続したブリッジ回路１
９及び、該ブリッジ回路の出力電圧を増幅する増幅器２
０により構成される質量流量計測装置２１がある。図中
２４は、設定オーバーランに必要な質量空気間をマイク
ロコンピュータ−に算出させるためのデータ入力装置で
ある。

前記比較制御回路２２は、マイクロコンピュータ−２３
から出力された最適空気供給量のデータと１曽幅器２０
から出力された現実の空気供給量のデータとを比較し、
電磁弁１１へその開度を指令する信号を出力するもので
ある。該電磁弁１１の具体例は第２図に示すところであ
って、前記開度指令信号に応答して作動するソレノイド
コイル１１ａと、該ソレノイドコイルによって作動する
プランジャー１１ｂとこれに連設された弁体１１Ｃと弁
座１１ｄとで構成されている。図中２７は電源装置であ
り、矢示２８はミックスの流れ方向、矢示２９はミック
スと空気の粗混合したものの流れ方向、矢示３０は設定
オーバーラン済のホイップクリーム又はアイスクリーム
（製品）の流れ方向、矢示３１は空気の流れ方向である
。

（実施例） 次にこの発明の詳細な説明する。

まずマイクロコンピュータ−（「以下マイコン」という
）２３を起動してファイルをオーブンし、所定のデータ
をマイコンのランダムメモリーに読込ませる。前記所定
のデータはオーバーラン設定比重、原料ミックスの比重
、ミックスポンプの体積係数、運転開始時の供給空気量
（質量）、空気比重、空気供給管の最大空気流量（質量
）、定数であり、これらのデータは実状に即して変更可
能なパラメーターである。

今、原料ミックスの実測比重１．０４、設定ミックス流
ｆｆ１２００．Ｑ／ｈ　、オーバラン設定比重０゜５４
の条件設定を行い、上記のデータアアイルを修正の要あ
る場合は、修正データをデータ入力装置より入力して修
正した後、マイコンは予め記憶された運転開始時の空気
量を比較制御回路へ出力する。

上記設定空気量をＯ〜５Ｖレンジにきざみ、上限８ビツ
ト、下限８ビツトの電気信号値で出力ポート２５にデジ
タル出力する。

次にコンバータ２６により上記デジタル量をアナログ量
に変換し、これは比較制御回路２２に電圧による流量設
定信号として与えられる。

次に本オーバーラン自動制御装置の運転キーを押すこと
により、マイコンに積算時間が記憶され、電磁弁１１、
第１ミツクスポンプ２、第２ミツクスポンプ４及びオー
バラン発生装置（以下ホイツパ−という）５のダッシャ
ー（図示していない）、電磁弁１１が起動し、原料ミッ
クスは、ミックスタンク１から第１ミツクスポンプ２に
よって２００、Ｑ／ｈの流量で吸入され、次いで第２ミ
ツクスポンプ４に同流量で送られるが、前記したように
両ポンプの能力が異なるので、両者を連結するパイプ３
の中はある程度減圧される。

−力学気圧縮８１９により発生した圧縮空気は、ミスト
セパレーター及び除菌フィルター（以上図示していない
）にて清浄化され、減圧弁（図示していない）にて最適
の圧力１〜２１（粘度に応じて選択）に減圧され、空気
弁１０を経て黄帝流量計測装置２１を通過する間に質量
流量として計測される。該装置の検出部の感温抵抗線１
８はセンサとしてフローチューブ１７に流れる空気量の
変化を温度の変化、つまり抵抗値の変化として捉え、空
気の温度や圧力を補正しなくても質量流量の検出が可能
である。この原理を利用して質量流量の変化をブリッジ
回路１９によって電圧信号の変化として取り出している
。この電圧信号（以下センサ出力信号という）を比較制
御回路２２に与え、前記した流量設定信号と比較して、
センサ出力信号が小さい時は、電磁弁１１の開度がより
大きくなるようにソレノイドに印加される電流を変化さ
せて、弁を上に引き上げる。逆にセンサ出力信号の方が
大きい時は、弁の開度がより小さくなるように、弁は下
向に動作する。この弁の自動的な動きは、ソレノイド電
流の変化による電磁力の微妙な自動調節によって行われ
る。このようにしてセンサ出力信号と流量設定信号が同
じになるように弁の開度が自動調部されて、設定の空気
量が三方切替弁１２、逆止弁１３及び接続継手１４を経
て、パイプ３中を移動中の原料ミックス中に混入される
。

前記した積惇時間がある設定した時間（本実施例の場合
３秒）を経過したら、運転開始時の定格の空気ｍの算出
方法が次式による運転中の算出方法に変更される。

この理由は、運転開始の立上り時にはミックスポンプの
回転数が安定するまで約３秒要する為と、必要空気量に
なるまで時間を要する為である。運転中の空気量の算出
は次式によって行われる。

ＭＦＭＮ＝ＦＣＰＢＸ　（ＳＧＣ−３ＧＷＳ）／（ＳＧ
ＷＳ−８ＧＡ） ＭＦＭＯＴ＝ＭＦＭＮ／ＭＦＭＲＡｘ５／（（２７３＋
ＴＲ０）／２７３）） ここで ＦＣＰＢ＝一定時間の第１ミックスポンプ回転数（ＲＣ
Ｐ）を平均化した値にポン プ体積係数を乗じた数、即ち平均化 したクリーム流量（、Ｑ／ｈ　） ＳＧＡ−空気比重 ＴＲ０＝製品出口温度 即ち運転中、第１ミツクスポンプ２及び第２ミツクスポ
ンプ４の回転数はごく微小時間の間で微妙に変動し、そ
れに伴い定容積ポンプではあるが流量に同じように微妙
に変動が生じる。空気ｍ制御はこれらの微妙な変動に追
従出来ない。従って上記したＦＣＰＢの値は一定時間内
のクリーム流量の平均値を使用することにしたのである
。

上記した式に基づいてマイコンに入力された各データに
より空気量が算出され、流量設定信号として入出力ポー
ト２５を経て、コンバーター２６によりアナログデータ
に変換され、比較制御回路２２に与えられ、同じく質量
流量計測装置２１により計測された値と、該比較制御回
路２２において比較されその差を電気信号として電磁弁
１１のソレノイドに指令し、設定空気量に回復させる。

このようなフィードバック制御により、運転中の原料ミ
ックスの平均化された流ｍに追従して設定した空気ｍが
供給される。

尚、ホイツパ−出口における製品の温度を計算式に加味
して空気量を補正することにより、製品温度による微妙
なオーバーランの変動要素をデータとして入力して、よ
り正確にオーバーランがコ）　　　　　　ア、。−１、
。６゜表、和、９年。。１１゜。

テストした本実施例の結果をマイコン付属のプリンター
により打ち出したデータである。表中５ＧＷＳはオーバ
ーラン設定比重、５ＧＷＰは実測比重、ＦＣＰはクリー
ム流量（、Ｑ／ｈ　）である。

木表によれば、運転開始時間が１４時５８分３４秒であ
り、運転開始後１４時５９分５９秒には、既に設定値の
オーバーラン比重に達している。その間僅か１分２５秒
であり、これは従来法に比較して驚くべき時間短縮であ
る。

更にそれ以後は、実測比重がオーバーラン設定比重と全
く一致しており、従来法による設定値に対する上下５％
のバラツキに比較して、素晴らしいオーバーランの持続
的安定化が可能である。アイスクリームのオーバーラン
安定化方法に対しても、本発明は原理的に充分応用がで
きるものである。尚、空気量はセンサーにより検知した
。

さて、ホイツパ−を運転中、装置の系に何らかの異常が
生じた場合、例えばホイツパ−冷却水温度が設定値の上
限をオーバーした場合、或いはダッシャー（図示してい
ない）の圧力が異常に高くなった場合等の時、本発明の
装置はこれらの異常値の上限及び下限をマイコンに予め
記憶させると共に、これらの異常値を感知するセンサを
本装置の所定場所に設置しておくことにより、第３図の
コンピューター制御フローシートに示すように、ダッシ
ャ−（図示していない）、第１ミツクスポンプ２、第２
ミツクスポンプ４及び電磁弁１１は自動的に停止する。

但し、空気圧縮ｔａ９は停止しない。この場合上記異常
値の原因が判明し、異常個所が正常に復し、本装置を再
起動する場合、前記した運転開始時の空気量がマイコン
に記憶されており、立上り時のオーバーラン設定比重を
従来法に比較して、ごく僅かな時間で安定させることが
可能なのは、前記した通りである。

次に運転終了時には第３図に示すように、まずダツシャ
ー（図示していない）が停止し、次にマイコンに記憶さ
れた運転終了時の空気量の信号（定格）が電磁弁１１に
出力され、所定量の空気が接続継手１４を経由して第２
ミツクスポンプ４、ホイツパ−５へ供給され、原料ミッ
クス及びオーバーランされたホイップクリームが空気に
より追い出される。最後に第１ミツクスポンプ２、第２
ミツクスポンプ４及び電磁弁１１が自動的に停止され、
マイコンのランダムメモリ中のデータがフロッピーディ
スクに書込まれ、装置Ｎは停止する。

（発明の効果） この発明の方法によれば、原料ミックスへの供給空気量
を質量で測定するので、温度、圧力の変化に拘らず所定
量の空気を供給することが可能となり、オーバーランに
バラツキが生じるおそれがない。またオーバーラン発生
装置の始動後所定時間の間（立上り時）には定格質量の
空気を供給することとしたので、従来運転開始後オーバ
ーラン発生装置の出口から所望のオーバーランの製品が
得らるまで、最低５分以上を要してい・たところ、この
発明の方法によれば、１〜２分程度まで時間を短縮する
ことができる。従って、作業におけるロスタイム及び不
良品の発生を著しく減少させることができる。しかも立
上り時のオーバーランを勘に頼って手動により微調整す
る必要もない。

更にこの発明の方法によれば、運転継続時においては、
原料ミックス供給世の変動及びオーバーラン発生装置の
出口における製品温度をマイコンへ入力して供給空気量
を制御することとしたので、原料供給量に若干の変動が
あっても、所望のオーバーランを得ることができ、一定
のオーバーランを維持することができる。

次のこの発明の装置によれば、原料ミックスの供給量を
検出する手段と、オーバーラン発生の装置の出口におけ
る品温を検出する手段と、前記手段により検出された原
料ミックス供給畠、品温及び予め入力されたデータによ
って最適空気供給量を算出する手段並びに、該最適空気
供給量と現に供給されている空気質量とを比較して電磁
弁の開度を指令する比較制御回路とを設けたので、原料
ミックス供給量やオーバーラン状態の変動に対応して、
常に最適な空気量（質量）の空気を供給することができ
る。然して製品のオーバーランを自動的に一定に保つこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の実施例を示すブロック図、第
２図は同じく電磁弁及び比較制御回路の説明図、第３図
はこの発明の方法の実施例のフローシートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　オーバーラン前における原料ミックスの比重、オー
   バーラン後におけるミックスの目標比重及びホイッパー
   運転開始後の立上り時間などの所定データを事前にコン
   ピユーターへ入力し、立上り時においては定質量の空気
   を供給し、立上り時間経過後においては、オーバーラン
   発生装置に供給される原料ミックスの流量及びオーバー
   ラン発生装置出口におる品温を検出してこれをコンピュ
   ーターへ入力し、これらのデータと前記オーバーラン前
   後における比重とに基づき算出された質量の空気を供給
   することを特徴としたオーバーランにおける空気供給量
   の制御方法 ２　原料の供給タンクとミックスポンプ、オーバーラン
   発生装置及び電磁弁付の空気供給管を具備したオーバー
   ラン発生装置における供給空気質量を制御する装置であ
   って、供給空気の質量を検出する手段と、原料ミックス
   の供給量を検出する手段と、オーバーラン発生装置の出
   口における品温を検出する手段と、前記手段により検出
   された原料ミックス供給量、品温及び予め入力されたデ
   ータによつて最適空気供給量を算出する手段及び該最適
   空気供給量と前記供給空気質量とを比較して前記電磁弁
   の開度を指令する比較制御回路とを有することを特徴と
   したオーバーランにおける空気供給量の制御装置