JPS6332449A - ソフトクリ−ムフリ−ザーにおける原料供給とオ−バ−ラン制御方法とその装置 - 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） 本発明は、ソフトクリームフリーザーにおける原料供給
とオーバーラン制御方法とその装置に関するものである
。

（従来技術） アイスクリームフリーザーは、ソフトクリーム、シャー
ベット製品などの製造を目的とするもので、これには原
料を連続的に冷凍シリンダーに送り込んで冷凍する連続
式と、必要量の原料１回分を冷凍シリンダーに投入して
仕上げる回分法とがある。

何れの場合も原料の攪拌、冷却凍結によってオーバーラ
ン、保型性、食感など所望の物性値、官能値を造り出す
ようになっている。

ここで、オーバーランとはＷＯを一定容器内の原料重量
とし、Ｗを一定容器内のホイップ後の重量とした場合、 １００　（Ｗｏ　−Ｗ）　／Ｗ なる式で求められる数値（％）である。

連続式に属するものとしては、装置の大きさにより床置
型、卓上型等に分類され、店頭で多く用いられている。

連続式ソフトクリームフリーザーにおける原料の供給法
は、そのほとんどが機器の最上部に予備冷却器を備えた
供給タンクから、その下部に設けられた冷凍シリンダー
内に自然流下させ、供給する方式である。

この方式に関するオーバーラン制御にはパイプ式と浮子
式の２方式があるが、いずれも原料の自然流下に伴う空
気の取り込みによってオーバーラン制御を行っている。

パイプ式でのオーバーラン制御は、第２図に示すような
２重管のうちの内管空気取り込み管（３）の低部円周に
口径の異なる供給口（ａ）（ｂ）を設け、その供給口（
ａ）（ｂ）の何れかを外管（２）ｑ・連給口（４）に一
致させることにより冷凍シリンダーへの原料供給量を操
作し、同時にシリンダー内への取り込み空気量を制御し
ている。

第２図中（５）はＯリング、（６）は防熱壁、（１）は
供給タンク側、（７）は冷凍シリンダー側を示す。

これとは別に浮子式は、供給タンク内の原料充填量によ
る供給量の変動を少なくしようとする試みから生まれた
ものであり、第３図に示すように原料はタンクから一旦
浮子の内蔵された浮子タンクに入った後、パイプを通っ
て冷凍シリンダー内に進入される。図中（８）は浮子タ
ンクであり、（９）は浮子であって、浮子パルプ（１０
）を具えている。（１））は空気取り込みパイプであり
、（１２）は０リング、（１３）は防熱壁、（１）は供
給タンク側、（１４）は冷凍シリンダー側である。

浮子タンク（８）内の原料レベルは、浮子（９）の上下
運動によって浮子バルブ（１０）を開閉させ、はぼ一定
に保つようになっている。

この場合は、オーバーラン制御といえる機構はなく、原
料流下時に空気取り込みパイプ（１））からの自然の空
気の取り込みにゆだねている。

以上のようなオーバーラン制御法に対して、冷凍シリン
ダー内に原料を強制的に送入するポンプ方式がある。こ
の場合のオーバーラン制御は、ポンプ吸入側が負荷にな
るのを利用し、原料の吸い込みと同時に空気を吸い込ま
せて、その量を調整している。

ポンプ方式の多くは定量性が要求されることから歯車ポ
ンプが用いられている。

なお、何れの方法も原料供給タンクは冷凍シリンダー上
部に設けて固定式となっている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のパイプ式及び浮子式の原料供給方法とオーバーラ
ン制御方法は、簡便な設備ではあるが、次のような欠点
がある。

すなわち、パイプ式方法では供給タンク内に納められて
いる原料量の高さによって冷凍シリンダー内に流下する
流速が異なるため、オーバーランもタンク内の原料量の
多少によって変動し、最大２１％近いオーバーランの違
いを生じるのが通例である。

浮子式の場合についても同様なことが言えるもので、浮
子を浮上させるだけの供給タンク内の原料レベルが常に
必要であることから、原料量が少なく浮子の上下運動が
なされない状態ではパイプ式と同様な欠点を生じる。

いずれの方法もオーバーラン制御と言える十分な機能を
有していないことから、オーバーランの設定は運動初期
の冷凍シリンダー内への原料供給量の調整によって行っ
ているのが通例である。

そのための長時間の運転では、初期のオーバーランの設
定値を維持することは困難となる。

もう１つの共通する問題は、製品排出量に原料供給量が
追従しないことからオーバーランが排出量の多少によっ
て変動するため、一定のオーバーラン製品を得がたいこ
とにある。

とくに近年のソフトクリームブームから、フリーザーの
仕様は製品排出頻度が多く、しかも　、低オーバーラン
で重量感のあるソフトクリーム製品を造ることが望まれ
るが、両者の原料供給方法とオーバーラン制御方法はそ
の市場ニーズを満たしていないのが実状である。

また、パイプ式、浮子式の原料供給方法及びオーバーラ
ン制御方法に替わってポンプ方式による方法が実用化さ
れているが、この方式の問題点はポンプの吸入量が一定
のため、高いオーバーランでは原料吸込量を少なくし、
空気吸込量を多くするためにポンプでの空気吸込量の制
御が難しいところからオーバーラン制御が困難となる。

更に、この方式のもう１つの問題は洗浄性にある。食品
機械の開発において欠かせない重要なポイントの１つに
洗浄性の高いことがあげられ、機能性の優れた機械も洗
浄性が悪いために産業界に貢献できない事例は多く、ポ
ンプ方式の場合もポンプ部の分解洗浄、組立という複雑
な作業により、高い洗浄性を有するとは言いがたい。

又、作業者に女性アルバイト（パート）が多いこの種の
作業に専任者を要することからもポンプの分解組立には
問題がある。

（問題点を解決するための手段） したがって本発明の技術的課題は、従来の問題点である （１）製品オーバーランのバラツキ、 （２）製品排出量に追従しない原料供給、（３）オーバ
ーラン制御の巾の狭さ、 （４）低歩留り を解決するソフトクリームフリーザーにおけるオーバー
ラン制御方法とその装置を提供することを目的とするも
ので、この技術的課題を解決する技術的手段は、圧縮空
気を原料タンク内に送り込み、その圧縮空気の圧力によ
ってタンク内に納められた原料を冷凍シリンダーに供給
するに当たり、冷凍シリンダーからの製品排出に追従さ
せるように製品排出によるシリンダー内部圧力の変動を
圧力センサーで検出して原料の供給量を制御すると共に
、空気と原料との混合を所定の割合で行う空気注入混合
器をも制御して所定のオーバーランに整えられた原料は
、空気注入混合器との間の圧力を一定に保つ背圧弁を通
じて冷凍シリンダーに供給することを特徴とする原料供
給とオーバーラン制御方法を第１発明とし、この発明の
実施に直接直接使用される装置として、原料タンクと、
該原料タンクに圧縮空気を送り込む圧縮空気供給装置と
、該圧縮空気供給装置からの圧縮空気によってタンク内
に納められた原料を冷凍シリンダーに搬送する導管中に
配設された空気注入混合器と、冷凍シリンダーと空気注
入混合器との間に設けられた背圧弁と、冷凍シリンダー
の内部圧力の変動を検出する圧力センサーと、圧力セン
サーからの信号に応動して原料タンクと空気注入混合器
への圧縮空気量を制御する制御装置とからなることを特
徴とするソフトクリームフリーザーにおける原料供給と
オーバーラン制御装置を第２発明とするものである。

（発明の効果） 本発明は原料の移送を圧縮空気で行い、その移送過程で
背圧弁によって定圧状態にした雰囲気中において、気液
を所定の割合で混合するため従来技術に見られるような
オーバーランの変動がないばかりか、巾広いオーバーラ
ン調整が可能である。

又、冷凍シリンダーへの原料供給をシリンダー内部圧力
を一定に保持するようにしであるため、製品排出量に瞬
時に追従することが可能であり、オーバーランの変動が
極めて少ない。

何れにしても本発明は、（１）圧縮空気を用いた原料搬
送、（２）冷凍シリンダー内部圧力を一定に保持するよ
うに制御する原料供給、（３）気液の混合比を安定化さ
せる背圧弁を冷凍シリンダーと空気注入混合器間に設け
たという手段を講じたので、従来の最も大きな問題点で
あるオーバーランのバラツキをパイプ、浮子方式の標準
偏差のσ、−、＝　３．４〜６．４からσ、、−、＝　
１．０に抑えることができ、安定したオーバーラン製品
を連続的に取り出すことができるという特徴がある。

なお、本発明装置は分解洗浄などの手間が省けるばかり
でな（、原料タンクを持ち運び可能の圧力容器とすれば
、残留原料を容器ごと冷蔵可能であり、歩留り向上に寄
与できる。

（実施例） 以下、本発明の具体的実施例について述べる。

先ず清浄化された圧縮ガス（空気）を原料タンク内に送
り込み、原料を原料タンクから冷凍シリンダーに移送す
る。

この場合の原料タンクは、固定型でも持ち運び可能な移
動型でもよいが、原料タンクへの原料供給及び原料タン
クにおける残留原料の冷蔵保存、更には洗浄性を配慮す
ると移動型が好ましい。

原料タンクから移送された原料は、直接冷凍シリンダー
には送入されず、原料と空気との混合を所定の割合で行
う空気注入混合器に入れられ、製品のオーバーランはこ
こで整えられる。

そのため、本発明のオーバーラン制御法は、他の従来法
に比し巾広い範囲の制御が可能である。

又、ここでの混合は、冷凍シリンダーからの製品排出に
よるシリンダー内圧の変動に左右されることのないよう
に空気注入混合器の次に背圧弁が設けられ、空気注入混
合器と背圧弁間の圧力を一定にするように保っている。

この背圧弁の設定圧は、空気注入圧及び原料送入圧のい
ずれよりも低圧である。

更に、所定のオーバーランに整えられた原料供給は、冷
凍シリンダーからの製品排出に追従させるように製品排
出によるシリンダー内部圧力の変動を圧力センサーで検
出し、制御するようになっている。

第１図は本発明の原料供給とオーバーラン制御装置を示
すもので、実線で示したのは原料の流れであり、破線で
示したのは圧縮空気の流れである。又、図中の一点破線
は電気的な相互の関係を示した。

先ず原料の流れから説明すると、原料タンク（１５）に
納められた原料は導管（１６）によって導かれる圧縮空
気によってタンク（１５）が加圧され、挿入管（１７）
に流れ込む。挿入管（１７）の上部には、導管（１８）
の取り外しが容易なカプラー（１９）が取り付けられて
いる。導管（１日）から導かれた原料は電磁弁（２０）
を介して圧縮空気との混合を行う空気注入混合器（２１
）に流れる。ここで所定のオニバーランに設定された原
料は、背圧弁（２２）と圧力センサー（２３）を通って
、ダフシャ−（２４）と掻き取りブレード（２５）の内
蔵された冷凍シリンダー（２６）に供給される。

その後、製品として温度、保型性、食感などの条件が整
ったものはダッシャー（２４）の搬送力によってヘッド
（２７）に取りつけられた図示しない排出弁から矢印（
２８）のように取り出される。

次に、圧縮空気の流れについて説明すると、空気圧縮機
（３０）で圧縮された空気は除塵フィルター（３１）及
び除菌フィルター（３２）を通った後、３経路に分岐さ
れる。

その１つは原料供給のための経路であり、２つめはオー
バーラン付与のための経路であり、３つめは背圧弁の開
度調整のための経路である。

３経路とも調圧弁（３３）　　（３４）　　（３５）が
設けられ、その後に各経路の圧力を示す圧力計ＰＦ、Ｐ
Ｇ、ＰＢを通って電磁弁（３６）　　（３７）　　（３
８）に流れる。

原料タンク（１５）と導管（１６）との接続にはカプラ
（１９）と同様なカプラー（４０）が用いられている。

又、空気注入混合器（２１）に入る空気回路の末端には
逆止弁（２９）を設け、空気回路への原料の侵入を防い
でいる。

ここで背圧弁（２２）を設けた理由について説明すると
、冷凍シリンダー（２６）内からの製品排出によって変
動するシリンダー内部圧力が空気注入混合器（２１）内
での気液混合比の変動と吐出量の変動をもたらさないよ
うにするためである。

したがって、背圧弁の圧力２日及び冷凍シリンダー内圧
力Ｐ　Ｃ％圧縮空気の供給圧力ｐｃ、原料供給圧力ＰＦ
との間には、 ＰＣ＜ＰＢ　＜ＰＧ≦ＰＦ の関係がある。

一点破線で示した電気的な制御の相互の関連について説
明すると、圧力センサー（２３）は矢印（２８）からの
製品排出によって変化する冷凍シリンダー（２６）内の
圧力を検出し、予め設定された圧力になるように電磁弁
（２０）　　（３６）（３７）に信号を出して所定オー
バーランに整った原料を冷凍シリンダー（２６）に供給
する。

そのため原料供給が製品排出に追従し、供給の安定とオ
ーバーランの安定性を確保できる。

また、導管（１８）と電磁弁（２０）の間には固定部を
設け、原料タンク（１５）内の原料がなくなったことを
検出する光センサ−（４１）が取りつけられ、その信号
が電磁弁（２０）　　（３６）　　（３７）に伝えられ
作動するようになっている。

更に、図示していないが、信号は使用者に知らせる警報
器にも送られる。

次に、本発明方法による実験結果について述べる。

第４図はアイスクリームミックス組成が乳脂肪分７％、
無脂乳固形分７％、全固形分３６％の原料を冷凍シリン
ダーへの供給温度が２５°Ｃで運転し、本発明と従来法
（パイプ式、浮子式）のオーバーランの変動を比較した
ものである。

各測定点は１回の製品排出量を１５０ｇとして、その製
品オーバーランを前記した重量法で示した。

パイプ式と浮子式の運転開始には、冷凍シリンダー容積
２．５１に２．２５Ａの原料を投入（原料充填量／冷凍
シリンダー容積＝０．９　）　Ｌ、一旦凍結後測定を開
始した。この時、パイプ式の供給パイプの穴径は８鶴φ
の最も大きいものに設定した。

又、原料タンク内への原料充填量は従来法の２法とも同
一タンクを用い、８１充填し原料レベルを一定とした。

以上の実験によると、従来法２法ともオーバーランは製
品排出を開始すると一旦は高くなり、冷凍シリンダー内
の原料交換率（初期充填原料量に対する供給原料量の割
合）が高くなるにつれて低下する。

その原因の１つとして、冷凍シリンダーの冷凍能力との
かかわりがある。すなわち、製品排出量を多くすると冷
凍シリンダー内の製品は軟らかくなり、原料タンクから
落下した原料はシリンダー内容積を満たすようになるた
め次第にオーバーランは低下する。

図中、運転時間３０分後における従来法２法のオーバー
ランの上昇は、原料タンク内の原料レベルが低下した場
合の測定値である。

以上のように、従来法では製品排出頻度とそれに関する
冷凍シリンダーの冷凍能力などによってオーバーランは
大きく変動するが、本発明ではそれらに影響されること
なく、はぼ一定のオーバーラン値を示し、安定した運転
を継続することが実証された。

なお、本発明の運転条件は原料供給圧力１．２ｋｇ　／
　−１吹き込み空気圧力１．２ｋｇ／ｃｎ！、背圧弁圧
力１．０ｋｇ／ｃＩａ、吹き込み空気１ｔ２９０＋＋＋
　１　／　ｍｉｎ、冷凍シリンダー内設定圧力０．６ｋ
ｇ／ｃＩＩ！である。

表１は各法におけるオーバーランの最小値、最大値、平
均値、標準偏差を比較した。

標準偏差σ、−１は σ、−、＝３ｑ了 ここでＳ二平方和 ｓ＝、；、＜・也−ｘ）　２ ｎ：試料数 として求めた。

表１の結果かられかるように、従来法のオーバーランの
最大と最低変動値がパイプ法で２１．５％、浮子法で１
）．５％であるのに比し、本発明では５．３％と極めて
安定した結果をえた。ちなみに、各法の標準偏差σ、−
１はパイプ法でσ４−１＝６．４、浮子法でσ　＝３．
４、本発明ではσ　＝１）−１　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１’１−１）．０であった。

第５図は、本発明において２．５１の冷凍シリンダー容
積をもつソフトクリームフリーザーで、図中運転条件に
おいて吹き込み空気ｆｆｉ（ｍｌ／ｗｉｎ　）と製品オ
ーバーランの関係をみたものである。

吹き込み空気量の増大にともなって、製品オーバーラン
は直線的に上昇する。測定では、最大８０％近傍までし
か示していないが、運転条件において更に高いオーバー
ラン製品を排出することが可能である。

第６図は、従来法のパイプ式と浮子式のオーバーラン調
整手段である冷凍シリンダーへの原料充填量と製品オー
バーランの関係をみたものである。

この図から、原料充填容積／冷凍シリンダー容積の値が
小さくなるにしたがって、製品オーバーランは上昇する
が、０．６　（６０％）以下になるとオーバーランの上
昇は認められない。

図示しないが、０．５以下になると製品品質は気泡が大
きくキメの荒いものになり、ソフトクリーム品質として
はかなり劣る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を示す概略図、 第２．３図は従来のパイプ式と浮子式を示す部分図、 第４図はオーバーランと運転時間との関係図、第５図は
オーバーランと吹き込み空気量との関係図、 第６図はオーバーランと原料充填容積／冷凍シリンダー
容積との関係図である。 （１５）・・・・原料タンク （２０）・・・・電磁弁 （２１）・・・・空気注入混合器 （２２）・・・・背圧弁 （２３）・・・・圧力センサー （２４）・・・・ダッシャー （２５）・・・・掻き取りブレード （２６）・・・・冷凍シリンダー （３０）・・・・圧縮機 （３１）・・・・除塵フィルター （３２）・・・・除菌フィルター （３３）　　（３４）　　（３５）　　・・・・・調圧
弁（ＰＦ　）　（Ｐｅ　）　（ＰＢ　）　（ＰＣ）　・
・圧力計 （３６）　　（３７）　　（３８）　　・・・・・電磁
弁！ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮空気を原料タンク内に送り込み、その圧縮空
   気の圧力によってタンク内に納められた原料を冷凍シリ
   ンダーに供給するに当たり、冷凍シリンダーからの製品
   排出に追従させるように製品排出によるシリンダー内部
   圧力の変動を圧力センサーで検出して原料の供給量を制
   御すると共に、空気と原料との混合を所定の割合で行う
   空気注入混合器をも制御して所定のオーバーランに整え
   られた原料は、空気注入混合器との間の圧力を一定に保
   つ背圧弁を通じて冷凍シリンダーに供給することを特徴
   とする原料供給とオーバーラン制御方法（２）原料タン
   クと、該原料タンクに圧縮空気を送り込む圧縮空気供給
   装置と、該圧縮空気供給装置からの圧縮空気によってタ
   ンク内に納められた原料を冷凍シリンダーに搬送する導
   管中に配設された空気注入混合器と、冷凍シリンダーと
   空気注入混合器との間に設けられた背圧弁と、冷凍シリ
   ンダーの内部圧力の変動を検出する圧力センサーと、圧
   力センサーからの信号に応動して原料タンクと空気注入
   混合器への圧縮空気量を制御する制御装置とからなるこ
   とを特徴とするソフトクリームフリーザーにおける原料
   供給とオーバーラン制御装置。