KR100620343B1 - 반냉동 식품 분배용 기계의 인플레이스 세정 장치 및 그방법 - Google Patents

반냉동 식품 분배용 기계의 인플레이스 세정 장치 및 그방법 Download PDF

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Abstract

기계와 그 작동을 보다 효율적이게 하는 많은 신규한 특징을 갖는 소프트서브 냉각 및 분배용 기계(1)로서, 신규한 공급 방법 및 장치는 원료 제품 믹스와 기상 물질을 적절한 비율로 기계의 냉동 실린더(17)에 제공한다. 또한, 특별한 설계 특징은 신규한 도어 및 제품 분배용 장치(40, 40a)와 함께 상기 공급 방법 및 장치에 의하여 세정 및/또는 위생 처리 용액으로 용이하게 플러싱하여, 기계를 분해할 필요 없이 음식물 등이 머무르지 않게 분배기(60), 비터(110), 냉동 챔버 및 그 외의 기계의 부품을 유지할 수 있다.

Description

반냉동 식품 분배용 기계의 인플레이스 세정 장치 및 그 방법{APPARATUS AND A METHOD FOR CLEAN-IN-PLACE FOR A SEMI-FROZEN FOOD DISPENSING MACHINE}
본 발명은 반냉동, 냉동 식품 또는 음료의 냉각기의 개량에 관한 것이며, 더 상세하게는 품질, 일관성 및 작동 효율을 개량하는 동시에, 반냉동, 냉동 식품 또는 음료의 제조 및 분배에 이용되는 기계의 수율 및 세정의 용이성을 향상시키는 개량된 구조 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 1) "고효율 냉각 시스템(High Efficiency Refrigeration System)" 이란 명칭으로 1999년 3월 10일에 출원된 미국 출원 제09/265,689호에 관련된 것이고, 2) "반냉동 식품 또는 음료 분배용 기계(Semi-Frozen Food or Beverage Dispensing Machine)" 이란 명칭으로 1999년 5월 20일에 출원된 미국 임시 출원 제60/135,063호를 우선권으로 주장하고 있으며, 그리고 a) "반냉동 식품 분배용 기계의 개량된 프리 제품 믹스 냉각법(Improved Pre-Product Mix Cooling For A Semi-Frozen Food Dispensing Machine)" 이란 명칭으로 본 출원과 동일자에 출원된 공동 계류 출원 PCT/US00/14005호와, b) "반냉동 식품 분배용 기계에 있어서 프리 믹스 제품의 공급 및 조절 방법의 개선(Improvements In Feeding And Controlling Product Pre-Mix In Semi-Frozen Dispensing Machines)" 이란 명칭으로 본 출원과 동일자로 출원되어 공동 계류 중인 출원 PCT/US00/13825호와, c) "반냉동 식품 분배용 기계의 밸브 및 도어 조립체(Valve And Door Assembly For A Semi-Frozen Food Dispensing Machine)" 란 명칭으로 본 출원과 동일자로 출원되어 공동 계류 중인 출원 PCT/US00/14035호와, 그리고 d) "반냉동, 냉동 식품 분배용 기계의 개량된 비터/교반기(Improved Beater/Dasher For Semi-Frozen, Frozen Food Dispensing Machines)" 이란 명칭으로 본 출원과 동일자에 출원된 공동 계류 출원 PCT/US00/14029호와 관련된 것이다.
인플레이스 세정(기계의 세정)
통상적으로, 소프트서브 기계(softserve machines)는 바람직하지 못한 박테리아 등이 확실히 제거되도록 매일 세정 및/또는 위생 처리할 필요가 있다. 이러한 기계는 부품들이 복잡하기 때문에, 통상적으로 분해하여, 음식물과 접촉한 각각의 부품을 완전하게 정화 및 세정하여야만 한다. 그 후, 기계를 재조립한다. 이러한 과정은 숙련자를 필요로 하며, 하루에 몇 시간씩의 사람의 손길을 필요로 할 수 있다. 또한, 이러한 과정은 일반적으로 정상적인 작업 시간 이후에 수행되므로, 초과 근무 인력 또는 추가의 인력을 필요로 한다. 신속하고, 기계의 분해 및 재조립을 필요로 하지 않는 동시에 기계의 청결을 보장하도록 "인플레이스 세정(Clean-in-place)"될 수 있게 하고, 신뢰성 있고 안전한 세정 방법을 채용하는 기계의 설계가 오랫동안 요망되어 왔다. 이는 본 발명에 따라 설계된 소프트서브 제품 냉각기에 의해 달성된다. 특수한 기계 구조를 가짐으로써, 세정하기 위해 기계를 분해할 필요가 없는 완전한 "인플레이스 세정" 작업이 가능해진다는 것을 이 해하게 될 것이다.
냉각 및 냉동 방법의 뉘앙스를 보다 잘 이해하려면, 전체적인 기계의 작동을 이해하여야 한다고 생각된다. 이를 위해, 이하에서는 전술한 공동 계류 출원의 다양한 특징을 제시 및 설명할 것이다.
냉각 사이클 효율의 향상
일반적으로, 반냉동, 냉동 제과 식품 또는 음료[이하, "소프트서브 제품(softserve product)"이라 함]는 냉동 실린더 또는 냉동실(증발기)로부터 간헐적으로 인출된다. 그러나, 이러한 제품은 필요할 때 제공되기에 적합한 상태이어야만 한다. 통상적으로, 제품의 온도 및/또는 점도를 이상적인 상태로 유지하려면, 주 냉각 시스템이 매우 자주 작동될 필요가 있다. 또한, 소프트서브 제품을 인출함에 따라, 대개 상하는 것을 방지하기 위해 41℉ 이하의 냉각 온도로 보존되는 제품 믹스를 소정량 추가하려면, 상기 믹스의 인출량의 증대 및 적절한 공기 주입 또는 "오버런(overrun)"을 필요로 하는데, 이는 물론 주 냉각 시스템의 추가 순환을 일으킨다.
시스템의 효율을 향상시키기 위해 상기 냉각 시스템의 재순환을 감소시키려는 많은 시도들이 행해져 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제5,386,709호(1995년 2월 7일 허여됨)에는 과냉각기(subcooler)로 냉매 응축물을 과냉각시킴으로써, 열 운전 용량 및 효율을 향상시키기 위해 축열기 및 그 외의 저온 저장소에 이차적 또는 개장(改裝) 냉매 회로를 병합시키는 것이 개시되어 있다. 그러나, 보조 동력 장비를 필요로 함으로써, 전체적인 시스템의 효율을 한층 더 저하시키며 이는 소프트서브 제품 분배용 냉각기를 바람직하지 못하게 한다. 그 외의 시스템, 예컨대 미국 특허 제4,643,583호(1987년 2월 17일 허여됨)에서는 공융(共融) 액체가 내부 금속 용기와 외부 케이스 사이에 있는 공간에 도입된다. 공융 액체를 제공하는 목적은 아이스크림 혼합물을 차가운 저장 컨테이너 내에서 확실히 교반(whisking)[일반적으로 스크레이핑(scraping)으로 불림]하기 위하여, 의도적으로 거의 일정한 온도로 용기를 유지하는 것이다. 그러나, 이 시스템도 또한 상기 교반 온도로 컨테이너를 유지하기 위한 제2 냉각 시스템을 필요로 한다.
냉각 시스템이 제품을 능동 냉동하는 상태로부터 공전 상태로 전환하는 중에, 증발기의 온도는 뒤이어 재시동될 때 스크레이핑 블레이드 또는 비터 블레이드(beater blade)가 "들러붙는 것(sticking)"을 방지하기 위해서는 증발기의 온도를 상승시켜야 한다. 이를 달성하기 위해, 증발 온도는 제품의 온도보다 몇 도 범위 내에서 상승되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 뒤이은 재시동시에 스크레이퍼(scraper)가 "들러붙는 것"이 발생하지 않는다. 이는 전술한 장치에서 제2 냉각 시스템을 필요로 하지 않고 신규한 방법 및 수단에 의해 달성된다.
오버런
소프트서브 제품의 일관성을 위해서는, 냉동시에 액상아이스크림 믹스에 소정량의 공기와 같은 기상 물질을 혼합하여야 하는 것이 중요하다는 것은 잘 알려져 있다. 백분율로서 정해지는 "오버런"은 많은 방법으로 결정될 수 있으며, 이러한 방법 중 하나로는 다음과 같다.
Figure 112001029821827-pct00001
식 중, WL = 일정 용적(시험)의 원료 액체 믹스의 중량
WP = 동일 용적의 제품(공기 포함)의 중량
오버런은 미국 특허 제5,706,720호(1998년 1월 13일 허여됨)에 예시된 바와 같은, 중력식 냉동기의 공급관 및 공기 오리피스, 또는 압축식 냉동기의 펌프를 사용하여 달성된다. 액체의 충전율은 호퍼 내에서의 믹스의 레벨에 따라 결정되고 공기 유량은 "배럴" 압력의 영향을 받기 때문에, 상기 공급관을 이용하는 방법은 오버런을 정확하게 제어하지 못한다. 따라서, 제품이 냉동기로부터 분배될 때, 배럴(적용하는 믹스 및 공기를 냉동기 유닛에 공급하는 공급관 또는 공급도관)에서 압력의 강하가 감지되어 오버런 비율을 변화시킨다. 따라서, 이러한 유형의 장치는 기껏해야 한정된 범위의 오버런을 제공하며 오버런의 비율(%)을 제어하기가 어렵다.
압축식 냉동기에서는, 펌프가 이용되어 다소 정확도가 향상되고 보다 넓은 범위의 오버런이 가능해지지만, 오버런의 설정을 바꾸기 위해서는 물리적 요소를 변경할 필요가 있다. 또한, 펌프를 사용하면 세정, 윤활 및 재조립되어야 하는 구성 요소의 수가 증가하기 때문에, 냉동기의 조작이 어느 정도 더 복잡해진다. 다시 한번 말하자면, 펌프에 의한 오버런의 제어는 소프트서브 제품의 인출율에 의해 달성된다. 펌프는 액체 부분에 대해서는 용적형(容積形) 장치(positive displacement device)이고 공기 부분에 대해서는 감압(感壓)형 장치이므로, 인출율에 따라 변화할 수 있는 액체 믹스의 유량은, 배럴 압력의 변화에 영향을 받지 않는 반면에, 감압성인 공기의 유량은 배럴의 압력이 변화함에 따라 변화하게 된다. 이러한 시스템은 미국 특허 제4,457,876호(1984년 7월 3일 허여됨)에 개시되어 있다. 다시 한번 말하자면, 오버런의 정확한 설정에 의해 오버런의 제어가 가능하게 되는 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이렇게 마련된 시스템은 바람직하게는 펌프 시스템에서 필요한 시스템의 제거 또는 분해없이 용이하게 세정되어야 한다.
비터 또는 스크레이핑 블레이드
일단 믹스와 적절한 공기의 혼합물이 냉동기로 공급되면, 거의 냉동된 혼합물은 냉동 실린더에서 연속적으로 섞기(folding) 또는 혼합(blending)이 이루어지고, 냉동 실린더에서 냉동될 때 재료는 실린더 내에서의 추가적인 혼합 및 이동을 위해 교반되거나 긁혀져 믹스에 다시 떨어지도록, 믹스를 이동시키거나 휘젓는 것이 매우 중요하다. 대부분의 비터 구조는 스테인레스강 바 또는 주물로 이루어진 골격을 포함한다. 제조시, 이들 구조는 제작을 완성하기 위해 많은 용접 또는 브레이징(brazing)을 필요로 한다. 또한, 용접은 대개 요구되는 것보다 덜 위생적인 것으로 판명되었으며, 브레이징 작업도 또한 고산성 믹스와의 친화성이 부족하다. 비터의 구성으로서 추천된 많은 구조와(삽입형 블레이드를 이용하고 있는 1986년 5월 27일자 Re. 32,159호를 참고하라) 미국 특허 제512,002호(1894년 1월 2일 허여됨)에 예시된 구조가 있지만, 이들 구조는 모두 소프트서브 제품을 적절하게 섞거 나 휘저을 수 있는 충분한 강도에 이르기 위해서는, 대형 구조물을 요구하며 제조하기가 어렵다. 적절하게 구성된 비터 조립체에서는, 큰 강도(예컨대, 소프트서브 아이스크림 등의 냉동 제과와 같은 소프트서브 제품은 매우 딱딱하고 비터 조립체 또는 교반기의 회전에 대해 큰 저항을 나타내므로) 뿐만 아니라, 구성하기에 용이하고, 냉동 챔버 내에서 믹스를 보다 잘 혼합하며, 따라서 더 높은 생산율에서 더 나은 품질의 제품을 일관되게 제공하는 무언가를 필요로 한다.
분배용 도어 구조물
소프트서브 제품 냉각기에 있어서 매우 중요한 다른 구조물은, 냉동 실린더로부터 제품을 제거하는데 이용되는 제품 분배용 밸브 기구를 일반적으로 포함하는 분배용 도어 구조물이다. 계속적인 사람의 손길을 필요하지 않도록 응축을 최소화하고, 그것이 닫혔을 때 냉동 실린더에 대해 우수한 밀봉을 제공하는 것인 이상적인 도어는, 도어와 냉동 실린더 사이의 밀봉이 소프트서브 제품을 포획하거나, 냉동 실린더가 세정될 때 제품 또는 세정 및/또는 위생처리 유체를 그것으로부터 적절하게 배출하는 것을 방해하지 않도록 설계된 것이다. 클리포드의 특허(1962년 8월 28일에 허여된 미국 특허 제3,050,960호)등과 같이, 많은 구조가 도어와 냉동기 사이에 플랫형 개스킷을 이용하고 있으며, 이러한 구조는 적절하게 밀봉을 행하려면 고압이 가해질 필요가 있다. 그 외의 구조들은 냉동 실린더 내부에 포획되어 있고 냉동 실린더의 내부면으로부터 돌출 즉 튀어나와 있는 O형 링을 이용하고 있다. O형 링은 큰 힘을 필요로 하지 않게 하지만, 냉동 실린더로부터 제품이 적절하게 빠져나가는 것을 방해한다. 실제로, O형 링 구조는 제품의 출구 포트가 O형 링의 밀봉 폭과 동일한 크기로 냉동 실린더의 하부 모서리에서 위로 올려질 필요가 있다. 이러한 방식에서는, 도어와 냉동 실린더 모두를 세정할 때, 제품 또는 세정 및/또는 위생 처리 유체를 적절하게 배출하기가 어렵다. 이는 주로 커버에 있는 리타드(또는 배플)의 포획으로 인한 응축을 방지하기 위한 것이고, 절연체를 이용하는 냉동기용 제공 밸브와 커버를 예시하고 있는 미국 특허 제2,916,044호(1959년 12월 8일에 허여됨)에 설명되어 있다.
분배용 밸브 기구
적절하게 설계된 소프트서브 제품 냉각기의 중요한 다른 양태는 분배용 밸브 기구이다. 밸브 기구는 변형되어 왔지만, 세정하기 쉬워야 하는 것은 매우 기본적인 것이다. 즉, 밸브 기구는 위생 처리제로 플러싱함으로써 식품이 쉽게 세정될 수 있도록, 식품을 체류시키는 물리적 내부 기관이 없어야 한다. O형 링과 함께 플런저를 사용하는 밸브 구조는 가동 부품들 사이에 작은 간극이 있으며, 이 곳에는 식품이 적재되어 세정 과정에서 제거하기가 곤란하다. 또한, 이들 구조는 O형 링을 지나서 식품이 누출되는 것을 허용하며, 이와 같이 식품이 누출되면 인플레이스 세정 과정에서 효과적으로 세정할 수 없게 된다. 또한, 이러한 종류의 구조는 윤활되어야 하며, 일반적으로 분해할 필요가 있다. 이상적인 분배용 밸브의 다른 바람직한 특징은 분배용 분출구에 있는 모든 제품이 밸브로부터 강제 이동되어 추후에 녹아서 적하하는 잔여 제품이 남지 않는 것이다.
믹스 레벨 감지
이상적인 소프트서브 제품 냉동기에 있어서, 믹스의 레벨을 감지하는 간단한 수단을 제공하여, 믹스가 거의 떨어졌을 때에 작업 조작자에게 미리 경고를 줄뿐만 아니라, 냉동 실린더에 이르는 제품 공급 도관에 얼마나 많은 믹스가 남아있는 가에 대해 조작자에게 주기적으로 알리는 것이 바람직하다. 레벨 및/또는 양을 감지하기 위하여 많은 종래의 시스템들이 채용되었다. 예를 들어, 미국 특허 제4,386,503호(1983년 6월 7일 허여됨)에서는, 압력의 차이가 액체 P2S5의 공급을 조절하는데 사용되어, 냉각 장치에 대한 액체 P2S5의 공급을 조절하는데 이용되는 각각의 압력차를 사용하여 장치에서의 액체의 레벨을 측정할 수 있게 한다. 이러한 방식에서는, 예정된 액체 레벨이 유지될 것이다. 또한, 미국 특허 제3,646,774호(1972년 3월 7일 허여됨)와 같은 특허에서는 물질의 레벨을 측정하기 위해 감압 스위치를 이용하지만, 미국 특허 제4,417,610호(1983년 11월 29일 허여됨)와 같은 특허에서는, 배출 밸브 기구(arrangement)의 작동 사이클의 연속적인 동작 사이의 평균 중간 압력의 변화량의 함수로서 개방 시간 간격의 길이를 효과적으로 조절하기 위하여, 배출 밸브의 상류에 배치되는 여러 종류의 압력 센서를 이용한다.
소프트서브 냉동기 조작 및 제어
현존하는 소프트서브 제품 냉각기의 주된 한계점은 이들 냉각기가 환경 변수의 전형적인 설정하에서 잘 움직이도록 셋업, 즉 "조정(tuned)"되어 있다는 것이다. 이들 변수의 예로는 온도, 습도, 믹스의 조성비, 전력(전기)의 질 및 조작자가 기계를 사용하는 방식 등이 있다. 기계가 이들 매개변수(및 그 외의 것들)의 중간점을 벗어나 작동될 때마다, 제품의 품질은 대부분의 경우 큰 정도는 아니지만 그래도 역시 저하된다. 일반적으로, 오늘날 사용되는 시스템은 이러한 손실을 감수하여야만 한다. 기계 및 냉동 하드웨어와, 전자 하드웨어와 그리고 소프트웨어가 완전히 통합된 시스템이 바람직한 것이며, 전술한 소프트서브 기계에 달성되는 것이다. 이와 같이 완전히 통합함으로써, 기계의 각 부분은 특정 기술에 가장 잘 맞추어진 기능을 수행할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 재순환 냉매의 경로, 액체 냉매의 출력부를 구비하는 통상의 응축기, 냉매의 상태를 기체 상태로 변화시키기 위한 교축 팽창 밸브 및 상기 냉매의 경로에 직렬 연결된 증발기를 포함하는 폐쇄형 냉각 시스템의 장점을 제공한다. 본 발명의 기계의 구조의 주된 효용성 중 하나로는 냉각 실린더와 그에 해당하는 도어, 커버 및 분배용 밸브 모두의 청결을 유지할 수 있다는 것이다. 이를 위해, 도어 내에 있는 경로는 도어의 제품 출구와 연통되어 있는 냉동 실린더로부터 제품을 수용한다. 도어 내에 삽입하기 위한 리셉터클은 제품의 출구와 정렬되어 있는 경로에 있으며, 제품 분배용 밸브는 리셉터클 내에 배치되어 있다. 커버에 있는 구멍은 리셉터클과 정렬되고, 이로써 도어에 대해 커버를 유지 및 고정시키도록 밸브와 연결되어 체결될 수 있다. 이러한 분배용 밸브의 구조는 원위치에서의 세정을 용이하게 한다. 이를 위해, 분배용 밸브는 제품 출구의 도어에 있는 피스톤 및 그 안착부와, 이 피스톤에 의해 운반되어 피스톤이 제품을 분배하는 위치에 있든지 제품의 출구를 밀봉하고 있든지 제품으로부터 리셉터클을 밀봉하는 롤링 격막을 포함한다. 이러한 방식에서는, 냉각기로부터 소프트서브 제품을 분배하기 위해 분배용 밸브가 개방될 때, 헤드 엔드에 연결되어 있는 격막은 피스톤이 상향 이동함과 동시에 감겨 불필요한 제품을 체류시키는 틈 또는 간극을 남기지 않는다. 또한, 이들 개구는 경로 및 도어의 분배용 출구 모두를 원위치에서 세정 가능케 하며, 기계의 청결 유지를 용이하게 한다.
이러한 종류의 분배용 밸브의 다른 장점은 신규한 플러싱 시스템을 제공함으로써, 분해하고 배치하기 어려운 것(비터에 대한 구동 어태치먼트와 같이 세정하기 어려운 곳 등)이 원위치에서 세정될 수 있다.
만약 없다면 시스템의 작동이 덜 효율적이지만, 과냉각기는 응축기와 교축 팽창 밸브와의 중간에 배치되며, 주 측면과 보조 측면을 구비한다. 과냉각기의 제1 측면은 응축기로부터 나온 고압 액체 냉매의 경로에 있고, 기상 냉매의 경로는 증발기의 출구로부터 과냉각기의 제2 측면에까지 제공되며, 이 제2 측면은 상기 제1 측면과 열 교환 관계에 있다. 과냉각기에 있는 히트 싱크는 과냉각기의 제1 측면 및 제2 측면 모두와 열 교환 관계로 배치된다. 과냉각기로부터의 냉각 경로의 액체 측에 있는 탭은 제품 믹스의 컨테이너를 그 안에 있는 냉각 코일로 냉각하여 제품 믹스를 예정된 온도로 유지하기 위한 제2 냉각 경로를 형성한다. 과냉각기에 있는 히트 싱크는 시트템의 효율을 향상시키고 냉각 시스템의 순환을 감소시키는 동시에, 시스템이 작동 중일 때 과냉각기 밖으로 나온 열을 전달할 수 있고, 시스템이 공전 상태일 때는 냉각 시스템 사이클의 작동을 감소시키도록 열을 흡수할 수 있다. 이로써 수동 냉각의 시간 및 기간을 늘일 수 있고, 유익하게는 제품 믹스 캐비넷을 위한 별도의 능동 냉각 시스템의 필요성을 없앤다.
본 발명의 기계 구조의 다른 장점은 제품 믹스와 기상 매개체의 예정된 혼합물을 소프트서브 제품 냉각기의 냉동 챔버에 일관되게 제공할 수 있다는 것이다. 이는 압축 기체(예컨대, 공기)의 공급원에 연결된 가압식 믹스 컨테이너를 제공함으로써 달성되며, 상기 가압식 믹스 컨테이너의 기체 또는 공기 공급 입구에는 압축 기체의 공급원이 연결되어 있다. 도관 형태인 가압식 컨테이너의 제품 믹스 출구는 상기 가압식 믹스 컨테이너를 소프트서브 제품 냉각기의 냉동 실린더에 연결한다. 본원의 주 장점은 냉동 실린더를 채우기 위해 제품 믹스를 공급하는 가압 시스템과 믹스 컨테이너도 또한 인플레이스 세정 작업을 위해 시스템을 플러싱하는 데 이용될 수 있다는 것이다. 또한, 압축 기상 물질도 믹스 컨테이너에 적용되는 것과 동일한 압력으로 도관에 있는 기상 물질(공기) 주입 지점에 인가되어, 냉동 챔버에 믹스가 들어가기 전에 기체(공기)와 제품 믹스와의 혼합에 영향을 미친다. 라인에 압력 조절기(예컨대, 니들 밸브)를 도입함으로써, 기체(공기) 대 믹스의 비율은 "오버런"을 제어하도록 거의 조절될 것이다.
본 발명의 기계의 구조 및 작업의 또 다른 장점은 가압식 믹스 컨테이너에 남아있는 믹스의 양을 결정할 수 있다는 것이다. 이는 본원에 예시된 바와 같이, 압축 기체/공기 공급원과 믹스 컨테이너의 기체/공기 공급 입구 사이에 기체/공기 압력 덤프(dump) 밸브를 포함시킴으로써 제공된다. 덤프 밸브는 믹스 컨테이너로부터 압축 기체/공기 공급원을 격리시키도록 제어되어, 예정된 시간 동안 믹스 컨테이너로부터 기체/공기를 덤프하는 것을 허용한다. 예정된 기체/공기 덤프 시간당 압력의 변화는 믹스 캐비넷에 남아있는 믹스의 양을 나타낸다.
본원 장치의 다른 장점은 가압식 믹스 컨테이로부터 믹스가 완전히 빠져나가는 때를 결정하기 위해 간단한 기구가 마련된다는 것이다. 이를 위해, 그 내부에 서미스터 등을 구비하는 열 탐침 등과 같은 기구가 도관에 있는 주입 지점에 배치된다. 이는 탐침이 공기/믹스를 챔버 또는 배럴에 공급하는 믹스 라인에 배치되는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 서미스터 탐침을 통해 작은 전류를 가함으로써, 서미스터가 임피던스를 가질 때 전류는 서미스터를 가열한다. 믹스가 존재할 때, 액체 믹스는 서미스터의 열을 신속하게 분산시킨다. 그러나, 믹스가 모두 고갈될 때, 탐침 주변의 열 전도성이 저하되고 서미스터는 더 따뜻해진다. 온도가 상승하면 서미스터의 저항이 감소하므로, 이러한 온도의 상승은 제어 수단에 의해 전기적으로 감지될 수 있다. 이러한 방식으로, 제어부는 액체 믹스의 존재 유무를 검출한다. 본 발명의 구조의 다른 장점은 냉동 챔버 또는 실린더용 신규한 분배용 도어 조립체이다. 이를 위해, 상기 조립체는 그것의 단부에서 냉동 실린더를 확실히 기밀하게 밀폐시키고, 제품은 이 도어 조립체로부터 냉동 실린더를 빠져나가며, 도어 조립체는 새로운 커버 구조 및 연동형 분배 밸브 구조와 연결되어 냉동 실린더의 양호한 잠금 동작 및 차단을 보장한다. 또한, 도어용 특별한 커버 구조의 장점은 도어가 부주의하게 옮겨지지 않도록 제품 분배기와 확실히 연동시킬 뿐만 아니라, 일반적으로 냉동 실린더와 분배용 밸브 및 도어 외부의 대기와의 큰 온도차로 인해 발생하는 응축을 방지한다. 이러한 장점을 달성하기 위해, 냉동 실린더는 그 일단부에 림(rim)을 구비하는 관을 포함하고, 도어 조립체는 도어를 포함하며, 도어 및 림 중 일방에는 정렬 러그가 마련되고, 이들의 타방에는 상기 러그 수납 용 구멍이 마련되어 도어와 림의 적절한 정렬을 보장한다. 도어 및 림 중 일방에 마련된 환형 돌출부와, 이들의 타방에 마련된 환형 리셉터클은, 도어가 림과 자웅 결합하는 위치에 있을 때 정렬된다. 리셉터클[반경 방향으로 연장하는 부속 순부(脣部)를 구비함]에 끼워 맞춰질 수 있는 Z형(단면) 시일을 포함하면 환형 돌출부를 수용하는데 기여하며, Z형 밀봉은 반경 방향 시일을 제공하고 순부는 그것과 함께 축방향 밀봉을 제공한다. 커버 부재는 외장 부분과 내장 부분을 구비하고, 내장 부분에는 도어 체결부가 마련되어 도어와 림 사이의 결합을 압압한다. 커버의 외장 부분 상에 있는 잠금 칼라(collar)는 냉동 실린더의 림과 잠금 결합하며, 커버의 내장 부분의 주 부분은 도어로부터 간격을 두고 배치되어 있어 응축을 방지하는 절연 공기 공간을 형성한다.
본 발명의 장치의 또 다른 장점은 신규한 비터 조립체 구조이다(일반적으로 소프트서브 제품 냉각기 분야에서는 교반기라 불림). 강도가 크고, 구성하기 용이한 동시에, 제품의 혼합 및 일관성을 더 잘 유지할 뿐만 아니라 생산이 향상되는 것 등의 장점이 소프트서브 제품 분배용 기계를 보다 효율적인이게 하는데 기여한다. 이를 위해, 비터 조립체는 용접된 부품이 없는 다공관(多孔管)을 포함한다. 분배용 밸브를 통해 냉동기 밖으로 제품을 강제로 이동시키는 비터의 전방 나선형 부분(제품을 밀어내는 나선형 부재)은 쉽게 세정되는 플라스틱으로 제조되고, 용이하게 성형되며 키홈을 따라 다공 실린더의 일단부에 용이하게 삽입되는 것이 바람직하다. 또한, 교반기 또는 비터의 스크레이핑 요소도 냉동 실린더의 내부면을 교반 또는 스크레이핑하기 위해 플라스틱과 같은 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 스크레이핑 요소에는 스냅형 체결구 마련되어 상기 요소들을 실린더의 적절한 장소에 스냅 체결할 수 있다. 바람직하게는, 스크레이핑 요소는 냉동 실린더의 내부를 향해 편향되어, 냉동 실린더 내에서의 회전으로 인한 스크레이핑 요소의 마모를 보상한다. 다공 실린더의 구동부는 그 일단부에서 회전 가능한 구동 샤프트와 비구동식으로 결합하도록(다공 실린더의 회전을 행하기 위해) 배플 로드를 포함하고, 전방 단부에서는 도어 조립체 또는 그 밖의 수단과 결합하여 배플 로드의 회전을 방지한다. 배플 로드는 원통형 비터(다공 비터) 내에 배치되어 있고, 비터의 중심선에서 편심되어 있으며, 비터의 회전에 대해 고정 상태에 있도록 설치된다. 배플 로드는 다공 허브 또는 요소를 포함하고, 이를 통해 믹스가 강제로 이동되어, 냉동 실린더에서 믹스가 잘 혼합되는 것을 보장하는 데 기여한다.
본 발명의 기계의 또 다른 특징은 핸드 오프 조작을 용이하게 하고, 제품의 인출과는 무관하게 제품의 질을 보장하도록 기계를 조정하는 기계용 제어부를 제공하는 것이다.
첨부 도면과 관련하여 이하의 명세서 및 청구 범위를 참조함으로써, 본 발명을 더 완전히 이해하고 그 밖의 장점 및 특징을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 여러 유익한 특징을 따라 구성된 반냉동, 냉동 식품 또는 음료 분배용("소프트서브") 기계의 사시도이며,
도 2는 도 1에 예시된 기계의 분해 사시도로서, 상대적인 배치를 일반적으로 예시하도록 이동되어 있는 소프트서브 기계의 선택된 부품을 도시하고,
도 3은 도 1 및 도 2에 예시된 소프트서브 기계에 이용되고, 히트 싱크가 내장되어 있는 과냉각기와, 제품 믹스용 탭형(tapped) 보조 냉각 시스템을 채용하여 소프트서브 제품 냉각기의 작동 효율을 더 향상시키는 개량된 냉각 시스템의 개략적인 다이어그램이며,
도 4는 제품 믹스를 냉동 실린더에 적절한 오버런 양으로 인가하는 방법 및 장치를 예시하고, 공통의 압축 공급원으로부터 나온 기체(예컨대, 공기)가 냉동 실린더에 제공될 제품 믹스의 배럴에 어떻게 주입되는 가를 예시하는 개략적인 다이어그램이고,
도 5는 장치가 세정될 수 있도록 밸브가 배치되어 있는 도 4에 예시된 장치의 부분적인 개략도이며,
도 6a는 예시된 기계의 신규한 도어 조립체의 일부를 예시하는 분해도로서, 상기 부분이 냉동 실린더의 비터 및 신규한 밸브 조립체의 하우징과 연결되어 있는 배플 로드와 어떻게 연동하는 가를 예시하고 있고,
도 6b는 비터의 회전시에 배플 로드의 회전을 방해하기 위해 배플 로드의 일단부를 포획하는 리셉터클이 그 내부에 있는 도 6a에 도시된 도어 조립체 내부의 부분 확대 사시도이며,
도 7은 소프트서브 기계의 도어 조립체를 예시하는 확대도로서, 도어와 냉동 실린더의 적절한 결합 연동에 필요한 부품을 보여주고 있고,
도 8은 도 6a ~ 도 7에서 분해되어 예시되어 있는 도어 조립체의 확대된 단부 입면도이며,
도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한 확대된 부분 단면도이고,
도 10은 장치의 위생적인 플러싱을 지원하는 신규한 샤프트 밀봉을 포함하는 모터에 의해서 회전 가능하게 구동되도록 냉동 실린더에 위치하고 있는, 소프트서브 기계용으로 유익하게 구성된 신규한 비터 또는 교반기 조립체의 부분적인 측면도이며,
도 11은 도 10의 선 11-11을 따라 취한 부분 단면도이고,
도 12는 도 10의 선 12-12를 따라 취한 부분 단면도이며,
도 13a은 도 10의 선 13-13을 따라 취한 부분 단면도이고,
도 13b는 도 10에 예시된 시일 및 샤프트 부분의 확대된 부분 단면도이며,
도 14a는 소프트서브 기계에서 유익하게 작동하도록 구성된 신규한 다른 비터 또는 교반기 조립체의 확대 사시도이고,
도 14b는 도 14a의 비터/교반기에 사용되는 스크레이퍼 블레이드의 확대 사시도이며,
도 14c는 도 14a의 선 14C-14C를 따라 취한 부분 단면도이고,
도 15는 소프트서브 기계의 기본적인 작동 모드를 위한 일반적인 소프트웨어 구조와 필수 요소를 예시하는 상태 다이어그램이며,
도 16은 소프트서브 기계의 전력 공급 모드의 상태 다이어그램이고,
도 17은 원료가 처음으로 기계에 운반되는 예비 모드를 예시하는 상태 다이어그램이며,
도 18은 원료가 처음으로 냉동되는 초기 냉동(freeze down) 모드를 예시하는 상태 다이어그램이고,
도 19는 제품이 제품 준비 모드에 있을 때 그리고 제품을 가능한 한 예정된 품질에 가깝게 유지하도록 수동 냉각을 이용하는 상태에서 제품이 유지될 때의 소프트서브 기계의 상태를 예시하는 상태 다이어그램이며,
도 20은 제품이 지나치게 따뜻해지거나 및/또는 소프트서브 기계의 배럴에 정착하게 되어 재냉동 및 더 많은 기체(공기)가 제품 믹스에 혼합되는 것을 필요할 때, 능동적인 제품 유지 모드에 있는 소프트서브 기계를 예시하는 상태 다이어그램이고,
도 21은 인플레이스 세정 모드에 있는 소프트서브 기계를 예시하는 상태 다이어그램이며,
도 22는 도 15 ~ 도 21에 나타내어진 여러 가지 상태에서 기계의 작업을 제어하는 전체 시스템의 블록 선도이고,
도 23은 주 시스템 제어 보드의 블록 선도이며,
도 24는 시스템의 여러 보드에 공급되는 전력을 제어하는 입력/출력 보드의 블록 선도이고,
도 25는 인플레이스 세정 작업 중에 기계의 동작을 제어하도록 시스템에 채용된 인플레이스 세정(CIP) 보드의 블록 선도이며,
도 26은 믹스 캐비넷에 대해서 온도, 습도 등을 유지하도록 이용되는 냉각 믹스 제어 보드의 블록 선도이고,
도 27은 그 명칭이 내포하듯이, 데이터 저장 및 제어 시스템과 외부계 사이 의 통신을 가능하게 하고 용이하게 하는 데이터 기록 장치(Data Logger) 및 통신 보드의 블록 선도이다.
기계의 전반적인 설명
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 여러 가지 특징을 따라 구성된 반냉동, 냉동 식품 또는 음료 분배용("소프트서브") 기계(1)가 예시되어 있다. 도시된 바와 같이, 소프트서브 기계(1)는 공기 디플렉터(1b)를 포함하는 상부 패널(2a)과 측면 벤트(1c)를 포함하는 측면 패널(2b)로 이루어진 캐비넷(1a)을 포함한다. 기계(1)의 전방부(3)는 소프트서브 제품 분배기 또는 제품 분배용 밸브 조립체(60)와, 조작자가 상기 밸브 조립체(60)를 통해 소프트서브 제품을 이하에 더 완전하게 설명되는 방식으로 인출할 수 있도록 그 위에 위치하는 수동 조작식 핸들(61)을 포함한다. 이러한 종류의 기계에서 일반적인 것과 같이, 제품의 튀김 막이(5)(product splash shield)를 포함하는 누액 받이(4)(drip tray)가 제품 분배기 또는 밸브 조립체(60) 아래에 배치되어 있다.
누액 받이(4)의 바로 위에는 조작자가 냉각된 믹스의 저장 캐비넷 또는 격실(40)(도 2)에 접근할 수 있게 하는 도어(40a)가 있다. 사용시, 상기 캐비넷(40)은 제품 믹스를 이하에 설명되는 신규한 방식으로 증발기(16)의 냉동 실린더(17)에 제공하는 가압식 제품 믹스 컨테이너(43)를 수용한다. 다공 슬리브 또는 실린더(112)를 포함하는 신규하고 효율적인 비터(또는 교반기)(110)는 냉동 실린더(17) 내에서 제품을 교반 및 혼합하는 기능을 하며, 제품 믹스의 균일성 및 일 관성을 허용한다. 제어 및 디스플레이 패널(150)은 시스템의 조건을 표시하고, 조작자가 이들 조건 중 선택된 하나 이상의 조건에 대해 제어할 수 있게 한다.
냉각 및 과냉각기 어레인지먼트
이제 도 3을 참조하면, 주 냉각 시스템(10)은 응축기(12), 교축 팽창 밸브(14), 증발기(16) 및 압축기(18)를 포함한다. 이하에 더 완전하게 설명되는 바와 같이, 과냉각기(30)는 냉매 경로의 주 측면(고압 냉매의 흐름을 나타내는 화살표 8a에 의해 지시되는 바와 같은 고압측)에 배치된 제1 냉매 흐름 회로를 구비하고, 냉매 흐름 회로의 저압측(냉매 흐름의 화살표 8b의 방향으로 지시되는 바와 같음)에 배치된 제2 냉매 흐름 회로를 구비한다.
도 3에 예시된 바와 같이, 탭(19)은 냉각 시스템의 고압측에 있어서 교축 및 팽창 밸브(14)의 앞쪽에 형성되어, 냉매의 흐름을 제1 솔레노이드 밸브(21a)와 통상의 모세관(22)(교축/팽창 밸브로서 작동)을 통한것과 같이 냉각된 믹스의 캐비넷(40)에 제공한다. 도시된 바와 같이, 냉각된 믹스의 캐비넷(40)은 증발기(16)와 병렬로 작동하며, 명백해지는 바와 같이 과냉각기(30)의 작동이 상기 캐비넷을 적절한 프리 믹스 온도로 유지하는데 기여한다. 냉매는 냉각 코일(41)을 통과하고, 이어서 기상 혼합물은 냉매 경로의 화살표 8c에 의해서 주어지는 경로를 따라 움직이고, 증발 압력 조절기 또는 EPR 밸브(23)를 지난다. EPR 밸브(23)는 믹스 캐비넷(40)의 배압을 제어한다. EPR 밸브(23)의 출력부는 접합부(23a)에서 증발기(16)의 기체 출력부와 결합한다. 증발기(16)에서 나온 기상 냉매는 체크 밸브(16a), 제2 솔레노이드 밸브(21b)를 지나 과냉각기(30)에 대한 접합부(23a)로 진 행하며, 이어서 과냉각기(30)를 지나 냉각 압축기(18)의 흡입측으로 진행한다. 제2 솔레노이드 밸브(21b)는 증발기(16)로부터 나온 냉매의 흐름을 제어한다.
과냉각기(30)에는 글리콜/물 혼합물 등과 같은 적절한 위상/상태 용액의 캐니스터(32)로 이루어진 히트 싱크가 마련되어, 캐니스터(32)는 소프트서브 냉동기 또는 증발기(16)의 주 냉각 사이클 중에 열을 분산시키고, 이로 인해 제품 분배용 밸브(60)로부터 제품이 조금 인출되거나 인출되지 않는 기간 동안 안정된 잔여 냉각이 수행된다. 일반적으로, 제품은 소프트서브 냉동 실린더(17)로부터 간헐적으로 인출되지만, 제품이 필요할 때 적절한 제품 제공 상태에 있어야 한다. 제품을 항상 제공하기에 최적의 상태로 유지하기 위해, 주 냉각 시스템은 일반적으로 매우 자주 운행된다. [또한, 이하에 더 완전히 설명되는 바와 같이, 냉동 실린더(17) 내의 온도 및 내부 압력은 제어부/제어 시스템(55)에 의하여 모니터 및 제어 라인(17d)를 통해 제어된다.] 사이클의 운행 기간 중에 컨테이너(32)에 글리콜 용액과 같은 부분적으로 냉동된 용액을 저장해 둠으로써, 전술한 사이클의 빈번한 운행이 줄어들게 된다. 이 후에, 부분적으로 냉동된 글리콜은 정지(off) 기간 동안 히트 싱크의 기능을 하여, 소프트서브 제품 및 보조 믹스의 저장 캐비넷(40) 모두의 냉각이 계속된다. 이는 시스템의 냉매가 시스템 내의 가장 차가운 표면에서 응축하고 그 지점에서의 증기압과 동일한 압력을 유지하므로, 임의의 특별한 요소를 추가함 없이 달성된다. 액체 냉매는 필요할 때 모세관(22)에 공급된 후, 기상 냉매로서 믹스 캐비넷(40)의 코일에 공급되고 냉각은 지속될 것이다. 냉동 글리콜[제어 라인(30a)에 의해 모니터됨]이 믹스 캐비넷(40)에 있는 제품 믹스[제어 라인(40a)에 의해 모니터됨]보다 더 차가운 상태로 남아있는 한, 글리콜은 계속해서 믹스 캐비넷으로부터 열을 흡수할 것이다. [또한, 밸브(21b)로 증발기 내의 배압을 조절함에 따라, 열도 또한 증발기(16)로부터 빼내어질 것이다.] 증발기(16)의 냉매 출구측에 있는 체크 밸브(16a)는, 기상 냉매를 매개로 하여 빼내어지는 열이 글리콜 캐니스터(32)에 확실히 흡수되게 한다. 글리콜 캐니스터(32)는 편리하게는 최대 효율을 획득하기 위해 과냉각기 내에 포위되는 것이 바람직하다. 실제로, 컨테이너는 약 2쿼트의 글리콜/물 용액을 보유하여, 냉각 사이클에 걸쳐서 냉매가 순환하는 것을 감소시킴으로써 작은 시스템에서 좋은 결과를 달성한다.
과냉각기를 이용하면 시스템의 냉각 효율이 향상되고, 더 작은 증발기 또는 냉동 실린더(17)를 더욱 폭 넓게 이용할 수 있다고 이해될 것이다. 또한, 제어부/제어 시스템(55)을 적절하게 작동시키고, 각각 제어 라인(21c, 21d)을 통해 밸브(21a, 21b)를 예정대로 작동시키는 동시에, 예를 들어 제어 라인(18a)을 통해 압축기(18)를 제어하여 능동 냉각을 제어함으로써, 과냉기에 의한 수동 냉각이 시스템의 가능한 정지 시간을 증대시키도록 작동한다. 또한, 제어 시스템(55)의 작동 모드를 설명하는 본 명세서의 부분에서 알 수 있듯이, 제품의 인출(증발기 또는 냉동 실린더로부터 반냉동 제품을 제거)은 냉각 시스템이 활성화되게 하는데 사용될 수 있다 [예를 들어, 제어 라인(18a)을 통해 냉각 압축기(18)를 순환 및 정지시킴].
계량 조립체
앞서 주지된 바와 같이, 도 2 및 도 10에 예시된 증발기(16)의 내부는 일반 적으로 냉동 실린더(17)로서 간주된다. 교반기 또는 비터 조립체(110)는 냉동 실린더(17) 안에서 회전하도록 그 내부에 설치된다. [비터 또는 교반기 조립체(610)의 다른 실시예가 도 14에 도시되어 있으며, 본 명세서의 시점에서는 이들 중 어느 하나의 조립체가 수용될 수 있고 서로 호환될 수 있음을 주지하라.] 그러나, 먼저 도 10을 참조하면, 비터(110)는 샤프트(111)에 연결되어 있고, 나아가 샤프는 구동 수단에 적절히 연결되며, 예시된 예에서는 모터(25)가 비터 또는 교반기를 회전시킨다. 도어 조립체(80)는 냉동 실린더(17)의 대향하는 단부에 배치되어 있으며(이는 도 8 및 도 9을 참조하여 더 완전히 설명됨), 제품 분배용 밸브(60)(도 2 및 도 9)와, 분배용 액츄에이터 또는 핸들(61)[상기 도어 조립체(80)에 장착되어 있는 상태로 예시되어 있음]을 포함한다.
냉동 실린더를 충전하는 제품 믹스는 일반적으로 액체 제품 믹스이다. 그러나, 채워지는 혼합물은 펠릿(pellet)과 액체의 믹스이거나, 냉동 실린더에 믹스를 공급 가능케 하고 이 믹스 내에 공기가 적절하게 주입 및 연행될 수 있는 그 밖의 프리 믹스일 수 있다고 이해될 것이다. 이제 도 4를 참조하면, 냉동 실린더(17) 내에서 냉동할 때에, 적절한 양의 기체(예컨대, 공기이며, 이하에서는 공기로 칭함)를 제품 믹스(예컨대, 액상) 소프트서브에 혼합시키기 위하여, 믹스 대 공기의 비의 일관성을 허용하는 방식으로 믹스에 들어가는 공기를 적절히 계랑하는 장치가 제공된다. [냉동 실린더(17)에 들어가는 통상의 믹스 조합체에서, 공기가 주로 이용되는 기체인 것으로 알려져 있다. 그러나, 공기 대신에 그 밖의 기체 혼합물이 공급될 수도 있으며, 예를 들어 향료 등이 첨가될 수 있다는 것 또한 인지해야 할 것이다.] 이러한 혼합 또는 비율은 "오버런"으로 불리며, 액체 제품 믹스의 예정된 용적 대 동일한 용적의 제품의 무게의 비에 대한 백분율로서 표현된다. 동일한 용적의 제품은 필연적으로 공기를 포함할 것이므로, 그 무게는 동일한 용적의 믹스의 무게보다 적을 것이다. 전술된 바와 같이, 오버런의 제어는 중력식 냉동기와 함께 중력 공급관 및 공기 오리피스를 사용하여 달성될 것이다. 선택적으로, 믹스 공급 펌프가 압축 냉동기에 이용될 수 있다. 액체의 충전율이 호퍼 내의 믹스의 레벨에 따라 결정되기 때문에, 공급관 방법은 오버런을 정밀하게 제어하지 못하며, 공기의 유량은 "배럴"[공기와 액체 믹스의 혼합물을 냉동 실린더(17)에 공급하는 도관 또는 관(26)의 일부임]의 압력에 영향을 받는다. 중력 또는 공급관 방법은 제한된 오버런 범위를 제공하는 반면에, 펌프형 시스템은 정확성이 향상되는 동시에 더 넓은 범위의 오버런을 허용하지만 오버런의 셋팅을 변화시키기 위해 물리적 구성 요소의 교환을 필요로 한다. 또한, 이러한 구조는 조작자가 세정, 윤활 및 재조립해야하는 구성 요소의 수로 인해 냉동기 조작에 대한 단계 또는 복잡도를 더한다. 또한, 믹스의 액체 부분의 공급용으로 이용되고, 공기 부분에 대해서는 감압형 장치인 용적형 펌프가 가압 시스템에 이용되기 때문에, 오버런의 제어가 어렵다. 즉, 공기의 유량은 압력에 민감하기 때문에, 배럴(26)에서는 공기의 유량만이 변화할 것이다. 따라서, 제품을 인출하는 중에 압력의 변동이 발생하여 제품 믹스에 공급되는 공기의 양을 변화시키며 일관되지 않고 예측할 수 없는 제품 믹스의 오버런을 일으킨다.
이러한 문제는 제품 혼합물과 연행 공기 믹스(양자 모두 감압성임)를 일정 비율로 제공하고, 제품의 인출율이 변화하여 배럴내 압력의 변화를 일으킬 때, 액체 송출율 및 공기 송출율 모두가 적절하게 변화하여 일정한 공기 대 액체 비율을 유지하는 제품 믹스(예컨대, 액체)와 공기의 송출 시스템을 제공함으로써 해결되었다.
이를 위해, 예시된 예에서는 공기 압축기(25a)인 압축 공기의 공급원이 체크 밸브(26a)를 통해 3 방향 솔레노이드 작동식 덤프 밸브(27)에 연결된다. 체크 밸브(26a)와 3 방향 밸브(27) 사이에는 적절한 릴리프 밸브(26b)가 마련된다. 3 방향 밸브(27)의 출력은 압력 변환기(28)에 이르며, 도관 라인 또는 파이프(29a)를 지나고, 믹스 캐비넷(40)을 지나 가압식 믹스 컨테이너(43)의 공기 입구(42)에 들어간다. 공기의 압력은 모니터되고, 압력 변환기는 제어부/제어 시스템(55)에 연결되어 있는 제어 라인(28a)에 의해 설정된다. 액체 제품은 컨테이너(43)에 일정 레벨의 제품 믹스를 제공하도록 가압식 믹스 컨테이너(43)에 제공될 것이며, 또는 믹스는 연질의 가요성 백(44)의 형태로 제공될 것이다. 본 명세서의 인플레이스 세정을 설명하는 부분에서 명확해지는 바와 같이, 컨테이너(43) 또는 연질의 가요성 백(44)은 제품 믹스 대신에 시스템을 세정하기 위한 세정 및/또는 위생 처리 액체로 채워질 수도 있다. 믹스 백 또는 믹스 컨테이너(43)는 제품의 출구(45)를 포함한다. 세정을 용이하게 하기 위해, 믹스 컨테이너(43)는 믹스 캐비넷(40)으로부터 제거 가능한 것이 바람직하다. 가압식 믹스 컨테이너(43)에서 압력이 상승할 때, 제품 믹스는 출구(45)와 관(46)을 지나 티(47)(tee)로 이동하고, 상기 티 중 하나의 파이프(47a)는 제품 믹스를 체크 밸브(48)를 통해 배럴(26)에 제공하고, 최 종적으로 냉동 실린더(17)에 제공한다.
도면에 예시된 바와 같이, 티(30)는 공기의 출력 라인을 도관 또는 관(29a 및 29b)으로 나눈다. 따라서, 라인(29a)과 라인(29b) 모두에는 공기 공급원 또는 공기 압축기(25a)에 의해 제공되는 동일한 압력이 존재한다. 티(30)에서 나와 라인(29b)을 지나는 공기는 압력 조정기(32)를 통과하고, 예시된 예에서 상기 압력 조정기는 그 하류에 있는 라인의 연장부(29c)의 공기 압력을 조정 가능케 하는 니들 밸드 등이다. 라인(29c)에 있는 다른 솔레노이드 작동식 3 방향 밸브(33)와 체크 밸브(34)는 공기가 공기 주입 지점(35)에서 배럴(26)에 주입될 수 있게 한다. 따라서, 공기 공급원은 제품에서 계량되는 공기와 믹스 컨테이너 모두에 대해 압력을 제공한다. 이로써, 본질적으로 일정한 공기 대 믹스 비율을 야기하도록, 제품의 공급 및 공기의 공급 모두가 동일한 압력 레벨에 있는 것을 보장한다. 또한, 압력 조정기(32)는 송출되는 공기의 양을 조정하도록 작동한다. 양 체크 밸브(34 및 38)는 믹스가 압력 조정기 또는 니들 밸브(32)까지 역으로 이동하는 것을 방지하는 그 명백한 목적을 충족하는 동시에, 체크 밸브(48)는 공기가 공기 출구(45)를 통해 백의 믹스 또는 가압식 믹스 컨테이너(43)에 있는 액체에 역으로 주입되는 것을 방지한다. 3 방향 밸브(33)가 제1 위치(도 4의 위치)에 있을 때, 라인(46)에 있는 믹스가 압력 조정기 또는 니들 밸브(32)로부터 공기 공급 라인에 들어가는 것을 방지하는 동시에, 공기가 앞서 확인된 경로에 있는 배럴(26)로 흐르는 것을 허용한다는 것을 주지하라.
제2 솔레노이드 작동식 2 방향 밸브(133)는 3 방향 덤프 밸브(33)와 체크 밸 브(34) 사이에서 분기(tap-off)되어 있는 것으로 도시되어 있고, 도 4에 예시된 바와 같은 정상적인 믹스 및 공기 공급 모드에서는, 압력 조정기 또는 니들 밸브(32)로부터 3 방향 밸브(33)를 통해 체크 밸브(34)까지 공기의 직렬 연결을 가능케 하는 기능만을 갖는다. 그러나, 2 방향 밸브(133)의 목적 및 그 사용은 도 5를 참조한 인플레이스 세정(CIP)의 설명을 고려하면 명백해질 것이다. 여기에서는, 밸브(133)도 또한 제어 라인(133c)에 의해 제어부/제어 시스템(55)의 제어 하에 있다는 것만 설명하겠다.
가압식 믹스 컨테이너(43)가 수납되는 냉각 믹스 캐비넷(40)은 통상의 도어(40a)를 포함하고, 상기 도어는 압력을 받을 때 믹스 컨테이너(43)의 개방을 방지하도록 안전 인터록(interlock)을 포함한다. 이는 신호 라인(50)을 따라 제어부/제어 시스템(55)에 신호를 제공하고, 나아가 신호 라인(27a)을 통해 솔레노이드 작동식 3방향 덤프 밸브(27)의 작동을 변화시켜, 가압식 믹스 컨테이너 내부의 압력이 라인(29a)을 통해 그리고 역방향으로는 덤프 밸브(27)를 통해 대기로 덤프되게 함으로써 달성된다. 제어부/제어 시스템(55)이 신호 라인(33a)을 통해 설정하는 덤프 밸브(33)는 제2 위치에 위치하여, 이제 공기의 공급이 배럴(26)안으로 진행하는 것을 방지하고, 나아가 믹스가 라인(46)으로부터 체크 밸브(48)를 지나 배럴(26)까지 진행하는 것을 방지한다. 이와 동시에, 3 방향 덤프 밸브(27)는 덤프 위치에 위치하고, 이러한 밸브(27)의 덤프 동작으로 인해 믹스 컨테이너(43)를 향하는 압축기의 공기 흐름이 정지된다. 선택적으로, 또는 전술한 바와 관련하여, 제어부/제어 시스템(55)은 신호 라인(50a)을 통해 공기 압축기(25a)를 정지시킬 수 도 있다. 또한, 3 방향 덤프 밸브(27)가 믹스 컨테이너(43)의 압력을 강하시킨 후, 제어 라인(50)을 통해 도어 인터록을 해제하라는 신호가 주어짐에 따라, 조작자는 도어(40a)를 안전하게 개방한다.
인플레이스 세정(CIP)
통상적으로, 소프트서브 기계는 바람직하지 못한 박테리아 등을 확실히 제거하도록 매일 세첵 및/또는 위생 처리할 필요가 있다. 이들 기계는 부품들이 복잡하기 때문에, 전통적으로 분해되어야만 했고 음식물과 접하는 각 부품은 완전히 정화 및 세정되어야 했다. 그 후, 기계를 재조립한다. 이러한 과정은 숙련자를 필요로 하며, 하루에 몇 시간씩 사람의 손길을 필요로 한다. 또한, 이러한 절차는 일반적으로 정상 작동 시간 이후에 수행되어 초과 근무 시간 또는 추가의 인력을 필요로 한다. 신속하고, 기계를 분해 및 재조립할 필요가 없는 동시에 기계의 청결을 보장하며 신뢰성 있고 안전한 세정 방법을 이용하는 "인플레이스 세정" 또는 원위치 세정(clean-in-situ)을 가능케 하는 기계의 구조가 오랫동안 요망되어 왔다.
이제 도 5를 참조하면, 이를 위해 가압식 믹스 컨테이너(43)에 수용되는 믹스의 백(44) 대신에, 가압식 믹스 컨테이너에는 소정량의 세정 및/또는 위생 처리 액체 등이 마련되어, 이들을 직접 압축하고 라인(46)을 통해 내어 보낸다. 선택적으로, 도 5에 예시된 바와 같이 액체 위생 처리제의 백(44)이 믹스 컨테이너(43)에 배치되어, 컨테이너(43)가 압축될 때 세정 및/또는 위생 처리 액체는 백 밖으로 강제 이동되어 라인(46)으로 들어간다. 다시 한번 말하자면, 3 방향 덤프 밸브(27) 가 작동하면, 공기 압력은 공기 압축기(25a)로부터 라인(29a)을 통하여, 물론 가압식 믹스 컨테이너(43)에 인가될 수 있게 될 것이다. 도 5에 예시된 바와 같이, 솔레노이드 작동식 3 방향 덤프 밸브(33)는 그것을 지나 라인(29c)과 체크 밸브(34)에 정상적으로 공급되는 공기를 차단한다. 이러한 위치에서, 상기 덤프 밸브는 이제 "워시 밸브"로 설정되어, 이 밸브도 또한 이제 세정 및/또는 위생 처리 액체 등으로 플러싱될 수 있게 하며, 공기 체크 밸브(34)와 믹스 체크 밸브(48)는 세정 및/또는 위생 처리 용액을 단지 라인(46), 티(47), 라인(46a, 47a) 및 밸브(33)를 지나 배럴(26)에, 나아가 제품 믹스 입구(26c)를 통해 냉동 실린더(17)로 강제 이동시킨다. 전술한 설명에서 알 수 있듯이, 3 방향 덤프 밸브(33)를 "워시 밸브"로 설정함으로써, 일반적으로는 제품 믹스에 노출되는 라인과 밸브를 세정 및/또는 위생 처리 액체로 용이하게 플러싱하는 것이 가능해진다. 3 방향 덤프 밸브(27)는 만약 백(44)이 이용된다면 도 4 및 도 5에 도시된 위치에 놓이겠지만, 만약 액체 제품 믹스가 가압식 컨테이너(43)에 직접적으로 사용된다면, 공기 공급 라인이 덤프될 때(비워질 때) 컨테이너로의 압축 라인이 믹스로 백업되어 오염되지 않도록 덤프 밸브(27)는 가압식 컨테이너(43)에 대해 재위치되어야 한다.
정상 제품 믹스 입구(26c)를 통해 냉동 실린더(17)에 공급되는 세정 및/또는 위생 처리 액체는 냉동 실린더을 채우고, 교반기 또는 비터(110)는 정상 작동하며(이하에 더 완전히 설명될 것임), 냉각 회로는 차단되고, 제품 분배용 밸브(60)는 개방되어, 냉동 실린더(17), 도어 조립체(80) 및 분배용 밸브(60)는 모두 세정 및/또는 위생 처리 액체에 노출된다. 이하에서 알 수 있는 바와 같이, 도어 및 밸브 의 구조는 사람의 지나친 손길 없이 적절한 세정 작업을 용이하게 하도록 되어 있다.
도 10은 모터의 샤프트(111)가 냉동 실린더(17)의 단부캡(17c)을 통해 연결되는 방식을 예시한다. 냉동 실린더는 작동시 교반기 또는 비터(110)에 의해 교반되는 제품 믹스로 인해 압력을 받으므로, 그 일단부에서 단부캡(17c)에 의해 모터(25) 및 냉동 실린더(17)를 지지하는 샤프트 장착 하우징 또는 프레임(141)을 통해 제품이 샤프트(111)를 따라 그 안으로 들어가는 것과, 모터(25)안으로 들어가는 것이 방지되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 샤프트(111)에는, 종방향으로 간격을 두고 배치되고 원통형이며 샤프트(111)의 둘레로 연장하고 가요성인 한 쌍의 내마모성 시일(142, 143)이 각각 마련된다. 주지된 바와 같이, 시일(142 및 143)은 실질적으로 그 단면이 쐐기형이고, 그 뒤축 부분(144)은 단부캡(17c)의 보어(bore)(146)에서 둘레 방향으로 연장하는 슬롯(145)에 수용되도록 되어 있다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 각 시일은 그 전방 단부 또는 베어링 단부(147)에서 샤프트(111)에 대해 종결되고, 샤프트에 대해 칼날형 시일을 형성하도록 경사져 있다.
시일(142 및 143)이 가요성 물질로 구성되는한, 샤프트의 회전으로 인한 샤프트에 대하는 베어링 단부(147)의 마모가 자기 보정된다. 실제로, 시일은 식품 등급의 물질, 즉 제품을 저하 및 오염시키지 않고 용이하게 세정되며 양호한 마모 특성을 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 시일 물질 및 시일의 하나로는 오하이오주 클리블랜드 파고 애버뉴 26820에 소재하는 에코 시일 테크, 인코 포레이티드에 의해 "H-Ecopur" 라는 이름으로 제조되는 식품 등급형 폴리우레탄이 있다.
약간의 누출 또는 침윤(seepage)이 시일(142)을 통해 시일(142 및 143) 사이의 공간에서 발생하는 경우에는, 세균 물질의 증강을 방지하고 그에 따른 오염원을 예방하기 위해 시일 및 상기 공간을 세정하기 위한 수단이 마련된다. 이제 도 5 및 도 10을 참조하면, 밸브(33)가 제2 위치에 위치하여 니들 밸브(32)와 3 방향 덤프 밸브(33) 사이에서 공기의 공급이 차단되고, 세정 및/또는 위생 처리 액체는 체크 밸브(48)를 경유하여 냉동 실린더(17)에 공급되는 동시에, 제2 방향 밸브(133)에는 라인(133a)을 경유하여 세정 및/또는 위생 처리 액체가 공급된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브(133)가 개방되어 있을 때, 세정 및/또는 위생 처리 액체는 밸브(133)로부터 연장하는 라인(133b)을 경유하여 시일 퍼징(purging)용 개구(148a)를 통해 공급된다. 물론, 액체는 시일(142 및 143)과 그 사이에 있는 공간을 퍼징한 후, 배출용 개구(148b) 및 배수 라인(149)을 통해 처리될 것이다.
물론, 냉동 실린더(17)의 단부캡(17c)은 하우징 또는 프레임(141)과 일체로 제조될 수 있다고 인식될 것이다. 이러한 경우, 세정 및/또는 위생 처리용 입구 및 출구의 구멍(148a 및 148b)은 프레임 또는 하우징에 존재한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 냉동 실린더의 도어 조립체(80)와 제품 분배용 밸브 조립체(60)도 또한 기계를 분해하지 않으면서 냉동 실린더 및 나머지 시스템의 세정과 함께 세정될 수 있게 하는 방식으로 구성된다.
제품 믹스 레벨 감지
전술되고 도면에 도시된 바와 같이 제공되는 간단한 계량 조립체도 또한 가압식 믹스 컨테이너(43) 내의 제품 믹스의 레벨을 감지하는 방법을 제공한다. 컨테이너(43) 내에 있는 제품 믹스가 컨테이너에 있는 액체든지 또는 도 4에 도시된 바와 같이 믹스 백 등에 있는 액체든지, 컨테이너 내의 믹스의 양을 결정하는 방법은 예정된 기간 동안 3 방향 덤프 밸브(27)를 덤프 또는 개방하는 동시에, 시간을 모니터하고 제어부(55)에 이르는 적절한 신호 라인을 통해 상기 기간 동안의 압력의 변화를 측정함으로써 결정된다. 압력의 변화는 탱크에 남아있는 믹스의 양과 반비례 관계이다. 다른 방법으로는 압력이 예정된 레벨로 강하할 때까지 3 방향 덤프 밸브(27)를 개방하고, 몇몇 예정된 압력을 강하시키는 데 걸리는 시간을 측정하는 것이다. 이 경우, 시간의 양은 탱크 내에 남아있는 믹스의 양과 반비례 관계이다. 이러한 방법을 알맞은 횟수로 실시함으로써, 필요시 조작자가 믹스를 대체 또는 첨가하도록 가압식 믹스 컨테이너(43)에 남아있는 믹스의 레벨을 결정하는 양호한 표시를 제공한다.
그러나, 이러한 레벨 감지 방법은 매우 정확할 수 있지만, 탱크가 비어있을 때를 정확히 나타내지 않는다. 따라서, 믹스가 가압식 믹스 컨테이너에서 고갈되었다는 것을 조작자에게 지시하기 위해 다른 방법이 이용된다.
이를 위해, 탐침 등과 같은 기구(51)가 제공되어, 신호 라인(51a)에 의해 제어부/제어 시스템(55)에 피드백을 제공하고, 조작자에게 믹스가 고갈되었다는 명백한 신호를 제공한다. 단지 예로서, 배럴(26) 내로 돌출하는 서미스터 탐침이 이용된다. 배럴에서 유동하는 믹스 안에 있는 서미스터에 작은 전류를 인가시킴으로 써, 서미스터의 저항에 열을 발생시킨다. 배럴에 믹스가 존재하여 탐침 또는 서미스터의 선단을 둘러싸고 있을 때에는, 액체 믹스의 열 전도성이 서미스터의 열을 빠르게 분산시킨다. 그러나, 액체가 고갈되었을 때에는, 탐침 주변의 열 전도성이 저하되고 서미스터는 가열된다. 온도가 상승함에 따라 서미스터의 저항은 낮아지므로, 이러한 온도의 상승은 제어부/제어 시스템(55)에 의해 전기적으로 감지될 수 있다. 이러한 방식으로, 기구는 배럴(26)을 통해 들어가는 액체 믹스의 존재 또는 부재를 검출한다.
도어 및 제품 분배기
제품 분배용 밸브 조립체(60)와 함께 있는 도어 조립체(80)는 냉동 실린더(17)의 일단부(17a)를 잠금 및 밀봉하는 데 기여한다. 도 6 내지 도 9에는 도어(85)와 커버(81)를 포함하는 도어 조립체(80)가 도시되어 있다. 도어(85)는 냉동 실린더(17)의 반경 방향으로 돌출하는 림(17b)에 대해 정확히 정렬될 때, 도어(85)를 지지하고, 커버의 일부를 형성하는 링(82)에 의해 적소에 고정되는 커버(81)와, 또한 제품 분배용 밸브 조립체(60)에 의해 제공되는 인터록에 고정되도록 되어 있다. 이를 위해, 도 6 및 도 9에 예시된 바와 같이, 림(17b)의 리셉터클 또는 노치(87a, 87b)에 삽입되어 결합하도록 동일한 축선 방향으로 도어(85)로부터 돌출하는 돌출부 또는 탭(86a, 86b)에 의해, 도어(85)가 냉동 실린더(17)의 림(17b) 상에 확실히 정렬된다. 도 6 및 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 탭(86a, 86b) 뿐만 아니라 그와 관련된 리셉터클 또는 노치(87a, 87b)도 크기가 상이하여 도어가 거꾸로 배치되는 것을 방지한다. 물론, 부품을 간단히 반전시켜, 돌출부 또는 탭(86a, 86b)을 림에 배치하고, 노치 또는 리셉터클(87a, 87b)을 도어에 배치할 수도 있다.
또한, 링(82)은 반경 방향으로 연장하는 슬롯 또는 리세스(88)를 포함하여, 림(17b)에서 반경 방향으로 연장하는 베이어닛(bayonet)형 잠금 탭(89)과 잠금 방식으로 파지(도 9) 및 결합한다. 또한, 커버(81)가 도어(85)와 간격을 두고 배치되어 구성되므로, 도어와 커버 사이에 간격(81a)이 형성되어 절연체를 형성한다. 여러 부품들이 플라스틱, 예컨대 제2의 가공 작업을 필요로 하지 않는 박판 성형 플라스틱 부품으로 구성되는 한, 커버 및 도어의 이중 벽과 간격을 두고 배치된 벽은 응축의 형성을 방지한다.
도 9에 잘 도시된 바와 같이, 냉동 실린더(17)의 림(17b)에 대하여 도어(85)의 기밀한 밀봉을 보장하도록, 도어에는 냉동 실린더(17)의 림(17b)에 있는 환형 리셉터클(92)과 정렬되는 환형 돌출부(91)가 마련된다. 그 단면이 Z형이고, 반경 방향으로 부속된 레그부(93a, 93b)를 구비하는 시일(93)은 림(17b)에 결합될 수 있다. 이를 위해, 레그부(93b)는 환형 돌출부(91)를 수용하는 리셉터클(92)에 끼워 맞추어질 수 있으며, 설치되었을 때 시일(예시된 예에서서는 제3의 시일),즉 축방향 시일을 제공한다. 제1 시일 또는 초기 시일은 환형 돌출부(91) 밑에 있는 반경 방향 견부(91a)와 접하는 레그부(93a)에 의해 형성되는 다른 축방향 시일이다. 제2 시일은 환형 돌출부(91)의 축방향 내부면과 Z형 시일(93)의 일부분(93c) 사이에서 형성되는 반경 방향 시일이다.
실제로, 링(82)이 커버(81)의 일부로서 형성(성형)된다면, 커버는 냉동 실린 더의 림(17b) 상에 있는 잠금 탭(89)에 적절하게 결합되도록 회전된 후, 냉동 실린더에 대해 맞추어지도록 반대 방향으로 회전된다. 도 9에 잘 예시된 바와 같이, 링(82)에 있는 리세스(88)가 탭(89)과 맞물려 있을 때, 커버는 도어에 대해 압압하여 환형 돌출부(91)를 컵형 단면의 시일(93)에 단단히 밀봉시키고 결합시키며, 그 사이에 이중 축방향 시일 및 반경 방향 시일을 형성한다. 다시 한번 말하자면, 간단히 부품을 반전시켜 환형 돌출부를 림 상에 배치하고, 리셉터클 및 시일을 도어 상에 배치할 수도 있다고 인식된다.
커버를 도어와 냉동 실린더(17)의 림(17b)에 대해 고정시키기 위해, 도 2, 6, 7 및 9의 분해 사시도에 잘 도시된 바와 같이, 제품 분배용 밸브 조립체(60)가 도어 조립체(85) 내에 배치될 때, 그 본체를 커버에 고정시켜서 의도하지 않은 도어의 개방 또는 도어와 냉동 실린더의 분리를 방지한다.
이를 위해, 밸브 조립체(60)는 커버(81)에 있는 키형 구멍(82b)을 통해 끼워 맞춰지는 거의 원통형인 리셉터클 부재(62)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 리셉터클(62)은 부속 스커트부(63)를 구비하고, 이는 반경 방향으로 연장하는 탭 또는 돌출부(62a)를 도어(85)에 있는 천공 구멍(83)의 리세스(83a) 안으로 넣고 비틀어 고정된다. 제2 리셉터클(63a)은 천공 구멍(83)에 배치되고, 63b에서와 같이 제1 리셉터클(62)의 스커트(63)의 말단부와 접하는 위치로 비틀어 고정된다. 또한, 제2 리셉터클(63a)은 확관된 환형 부속 스커트(64)를 포함하고, 그 안에 환형 공동(65)을 포함한다. 피스톤(67)은 샤프트(67a)의 단부에 형성된 헤드 엔드 조립체(66)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 헤드 엔드 조립체는 제2 리셉터클(63a)의 스커트(64)를 둘러싸는 격막 부분(68)을 포함하여, 이 격막이 보어(83)의 벽과 제2 리셉터클(63a) 사이에서 포획되게 한다. 피벗 핀(61a)에 대해 샤프트(67)를 상승시키는 핸들(61)의 작동으로 인해 피스톤이 왕복 운동할 때, 롤링 격막(68)은 공동(65) 안으로 상향 이동하여 피스톤 및 헤드 엔드 조립체를 이하에 설명하는 방식으로 상승시키며, 제품이 보어(83) 안으로 흐르는 것을 방지한다.
예시된 바와 같이, 소프트서브 제품은 냉동 실린더(17)에서 경로(69)로 지난다. 도 9에 도시된 바와 같이, 밸브의 분배용 헤드 엔드 조립체(66)는 경로(69)를 차단하고, 도어에 있는 제품의 출구(70)를 봉쇄한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 밀봉 단부 또는 피스톤 헤드 엔드 조립체(66)는 제품의 출구 포트 또는 출구(70)에 인접한 도어에 형성된 경사진 에지부 또는 안착부(66a)에 대해 간섭형 끼워 맞춤을 형성한다. 피벗 핀(61a)에 대해 핸들(61)을 회전시킴으로써 샤프트(67a)가 올라가면, 편향 스프링(71)은 핸들(61)의 해제시에 안착부(66a)에 대해 밸브의 헤드 조립체(66)를 재안착시키고 경로(69) 및 출구(70)를 봉쇄한다.
밸브(60)의 개방을 용이하게 하려면, 솔레노이드(59) 등과 같은 액츄에이터를 채용하여 제어부/제어 시스템(55)의 제어 하에 밸브가 개방될 수 있게 한다. 본 명세서의 이 시점에서는, 롤링 격막의 밀봉 작용으로 인해, 밸브, 그 조작자 및 작동 기구의 제품 오염이 방지되고 인플레이스 세정 작업이 용이하게 되도록, 배출 밸브로부터 제품이 빠져나간다는 것을 주지하라.
비터(교반기) 조립체
먼저, 도 2, 도 6, 도 10 내지 도 13에 관해 참조하면, 제1 실시예에서 비터(110)는 그 구조로 인해 경량이고, 고내구성이며, 큰 비틀림 강도를 갖는 다공관(112)을 포함한다. 제품을 압압하는 전방의 나선형 부재 또는 요소[예시된 예에서는 비터의 인서트(114)]는 관(112)의 일 개방 단부(113)에 삽입하도록 크기가 정해지고, 관(112)의 단부(113)에 있는 슬롯 또는 키홈(115)에 위치를 맞추기 위한 키(116)를 그 위에 포함하며, 이 키는 대향 배치되어 있고 반경 방향으로 돌출해 있다(튀어나옴). 도시된 바와 같이, 인서트(114)는 나선형 전방 단부(118)를 포함하여, 소프트서브 제품이 경로(69) 안으로 그리고 도어 조립체의 출구(70) 밖으로 이동하는 것을 용이하게 한다. 복수 개의 블레이드 스크레이퍼(120, 122)는 임의의 편리한 방식[예시된 예에서는 결합 구멍(121)과 스터드(123)에 의해]으로 관(112)의 외부에 체결된다. 바람직하게는, 블레이드 스크레이퍼는 각 블레이드 스크레이퍼를 실린더(112)에 결합시키는 키와 노치의 구성에 의해 실린더(112)에 부착된다. 선택적으로, 블레이드 스크레이퍼는 패스너를 필요로 하지 않는 스냅-인(snap-in) 구조로 될 수도 있다. 이는, 도 6에 도시된 구성과 같이 간단한 스터드 및 결합 구멍이 블레이드 스크레이퍼와 실린더(112)를 정렬시키는 구성에서 용인될 수 있다. 이는 블레이드 스크레이퍼(120, 122)가 냉동 실린더(117)에 장착된 실린더(112)에 배치되어 있을 때, 블레이드가 그것과 스크레이핑 결합하는 냉동 실린더(117)의 내부벽에 대해 압박하기 때문이다. 블레이드의 마모가 보상되도록 그리고 구성 물질에 따라서, 블레이드 스크레이퍼 또는 그 위의 블레이드는, 스터드 상의 스프링 또는 실린더(112)와 블레이드 스크레이퍼(120, 122) 내부 사이에 있는 판 스프링 구조체에 의해서, 또는 블레이드를 스크레이퍼 상에 별개의 부품으로서 설치함으로써 반경 방향 외측으로 편향될 수도 있다.
도 11에 잘 도시된 바와 같이, 블레이드 스크레이퍼 상의 블레이드는 제위치에 있을 때 나선을 형성하며, 이 나선은 소프트서브 제품이 실린더 안에서 회전하고 있을 때 소프트서브 제품을 실린더에서 교반시키는 동시에, 소프트서브 제품을 도어 또는 냉동 실린더의 전방 단부를 향해 강제로 이동시키도록 냉동 실린더의 내부와 스크레이핑 결합하게 치수가 정해진다. 비터(110)의 구동부는 키홈형 연결부를 구비하는 허브(112a)를 포함하는 것으로, 이 허브는 샤프트(111)와 체결하고, 나선형 제품 압압부(114)로부터 다공관 또는 실린더(112)의 대향 단부(113a)로 끼워 맞춰질 수 있다(도 10 및 도 13a).
블레이드 스크레이퍼 뿐만 아니라 나선형 비터도 다공 실린더의 일단부에 삽입되게 구성하고 플라스틱으로 구성함으로써, 개량된 비터 또는 교반기 조립체가 마련된다.
도 2, 도 6 및 도 12에 잘 도시된 바와 같이, 냉동 상태이고 교반기 또는 비터(110)와 함께 회전 중인 제품의 섞기 및 혼합을 향상시키기 위해, 다공 실린더(112)의 내부에 배플 로드(124)가 장착된다. 이를 위해, 배플 로드(124)는 도어 조립체(80)의 리셉터클(95)과 결합하고 연동하는 키(125)에 의해 회전에 대해서 고정된다(도 6 및 도 9). 배플 로드(124)는 비터(110)의 회전 축선에 대하여 편심되어 있으며, 비터는 냉동 실린더(117)의 축선과 동심적으로 회전한다. 배플 로드(124)를 편심되게 함으로써[또는, 선택적으로 다공 실린더(112)를 편심적으로 설치함], 실린더가 회전하고 있을 때, 제품은 냉동 실린더 내에서 움직이므로 배플 로드는 소프트서브 제품을 섞기 및 혼합을 용이하게 하는 기능을 한다. 또한, 다공 실린더(112)의 내부 용적을 좀더 사용하도록 배플 로드의 직경을 비교적 크게 함으로써, 영업일 중에 기계의 사용이 완료될 때 제품의 낭비가 최소화된다.
도 10에 잘 도시된 바와 같이, 배플 로드의 대향 단부는 회전 샤프트(111)의 단부와 접하는 돌출부(126)에서 종결된다. 또한, 예시된 예에서는 한 쌍의 간격을 두고 배치된 디스크(127, 129)를 포함하는 흐름 차단기가 배플 로드(124) 상에 장착되고, 각 디스크는 스캘럽형 외주부(127a, 129a)(a scalloped peripheral edge portion)와 외주 방향으로 연장하는 매끈한 부분(127b, 129b)을 각각 구비한다. 매끈한 부분(127b, 129b)은 다공 실린더(112)의 내부면에 대해 움직이고, 실린더 내에서 배플 로드의 위치를 유지한다. 다공 실린더(112)가 회전하고 있을 때 그 안에 있는 구멍을 통해 그리고 구멍 주위에서 믹스가 유동하기 때문에, 스캘럽형 외주부(127a, 129a)는 제품 믹스의 혼합 작용을 강화시킨다. 쉽게 고려되는 바와 같이, 믹스는 스크레이퍼 블레이드의 나선형 운동과 나선형 부분(114)의 압압 작용에 의해 도어 조립체(80)를 향해 강제로 이동된다. 제품 믹스는 다공 실린더(112)의 중심부를 통해 배플 로드 주변에서 그리고 디스크(127 및 129)를 지나서 유동하는 경향이 있으므로, 뒤이어 혼합 동작이 일어난다. 이는 냉동 사이클 중에 믹스의 균일성을 보장한다.
도 14a는 비터 또는 교반기(610)의 변형예를 도시한다. 이러한 구조에서는, 추가의 스크레이퍼 블레이드(620, 622)를 제외하고는, 비용이 더 적게 들고 내구성이 있는 비터 구조가 도시되어 있다. 이 예에서, 다공관(612)의 구조는 경량이고, 고 내구성이며, 비틀림 강도가 크기 때문에, 주조 또는 캐스트 스테인레스 강으로 구성된다. 도 10에 예시된 교반기 또는 비터(110)의 실시예에와 동일하게, 제품을 압압하는 전방의 나선형 삽입 부재 또는 요소(614)는 관(612)의 일 개방 단부(613)에 삽입되도록 크기가 정해지고, 관(612)의 단부(613)에 있는 슬롯 또는 키홈(615)에 위치를 맞추기 위한 키(616)를 그 위에 포함하고, 이 키는 대향 배치되고 반경 방향으로 돌출해 있다(튀어나옴). 전술한 바와 같이, 인서트(614)는 나선형 전방 단부(618)를 포함하여, 소프트서브 제품이 경로(69) 안으로 그리고 도어 조립체의 출구(70) 밖으로 이동하는 것을 용이하게 한다(도 9). 도 10에 도시된 비터(110)의 구조와는 달리, 곡선형 요소(635)는 관(612)의 둘레를 따라서 파단된 나선형부를 형성하지만, 냉동 실린더(17)의 내부면과는 접촉하지 않는 것이 바람직하고, 관 또는 실린더(612)의 회전하는 동안에 단지 냉동 제품 믹스의 혼합을 용이하게 하며, 제품의 인출 중에 나선형 인서트 부재 또는 요소(614)를 향해 그리고 기계(1) 밖으로 냉동 제품 믹스의 이동을 용이하게 하는 기능을 한다. 그러나, 스크레이퍼 블레이드(620, 622)는 관(612)의 외주면 상에 동일 축선을 중심으로 180°로 떨어져 설치되어 있다. 전술한 방식에서는, 관 또는 실린더(612)가 화살표 630 방향으로 회전하여 제품 믹스를 블레이드 밑에 모으고, 이를 냉동 실린더(17)의 내부를 향해 강제로 회전시켜 냉동 실린더의 내부면에서 냉동 제품 믹스 물질의 교반 작업을 달성하도록, 블레이드가 설치된다. 또한, 블레이드(620 및 622)는 냉동 실린더(17) 내부의 필요 작업면을 교반하기에 충분한 축방향 또는 길이 방향 영역을 구비한다.
도 14b에 도시된 바와 같은 단일 스크레이퍼 블레이드는, 복수 개의 탭(624, 626 및 628)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 탭은 관(612)의 표면에 있는 슬롯(625)에 용이하게 배치될 수 있도록 스크레이퍼 블레이드의 블레이드 부분(621)으로부터 오프셋 되어 있고, 냉동 실린더 내에서 제위치에 있을 때, 약간의 회전 자유도를 허용하여 냉동 실린더에 대해 바깥쪽으로 스크레이퍼 블레이드를 밀어내는(도 14c의 화살표 636에 잘 도시) 제품 믹스를 수용한다. 또는, 2개 이상의 탭을 상이하게 크기를 정하고, 그 결합 구멍은 단지 그 결합 탭을 다공 실린더(612)에서 스크레이퍼 블레이드의 일방향으로 수용하도록 그 크기를 확실히 정함으로써, 블레이드를 부적절한 위치에 끼워 맞추는 것이 불가능하다. 이러한 탭(624, 626 및 628)의 크기의 차이는 도 14b에서 명백하다.
전술한 바와 같이, 배플 로드(134)는 관(612)의 내부에 배치되어 전술한 바와 동일한 방식으로 작동한다.
작동 모드(상태 기계 및 소프트웨어)
개요
원칙적으로, 제어부/제어 시스템(55)을 통해 기계를 작동시키는 소프트웨어는 시간 분할 커널(kernel)을 기초로 하여 구성된다. 그러나, 이 시스템은 전부 결정론적 다중 작업 시스템이여서는 안된다. 일부 필요 기능은 인터럽트 구동되는 것이 바람직하지만, 그 외의 기능은 중단 없이 작동되어야 할 것이다. 언뜻 보기에는 이러한 것이 시스템의 설계 및 작동을 복잡하게 하는 것으로 보이지만, 시스템 설계에 대한 이러한 접근은 빌딩 블록형 접근을 허용하고, 필요하다면 새로운 특징을 갖는 시스템에 후속 변경을 허용한다.
전술한 바를 염두해두면, 소프트서브 기계(1)에는 7가지 기본 모드가 있으며, 이들 모두는 별도의 "상태" 기계로서 여겨진다. ("스탠바이"라고 불리우는 별도의 모드 또는 8번째 모드는 도 15와 관련하여 간단히 설명될 것이다. 그러나, 이 모드는 본원에서 비록 후술되는 바와 같이 다루어지고 있지만, 일반적으로 별도의 모드로 고려되지 않는다.) 도 15는 일반적인 소프트웨어 구조와 기계(1)의 기본 작동 모드에 필요한 것을 도식하는 기본 상태 기계를 예시한다. 도 15에 도시되어 있고, 상태 기계 다이어그램이 개시하는 바와 같이, 기계(1)는 전력 공급(블록 200)에 의해 시동된다 [예컨대, 제어부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제어 및 디스플레이 패널(150)에 배치된 것임]. 이 기계는, 제어부/제어 시스템(55)의 명령을 받은 후, 기계가 공전 모드에 있지만 작동 대기 중이고 다른 명령을 기다리는 "정지" 모드에 들어가거나 또는 만일 지시된다면 "스탠바이" 모드에 들어간다.
"스탠바이" 모드는 제품이 냉동 조건과 40℉(즉, 차가운 액체) 사이에서 유지되는 것을 제외하고는 자동 모드(후술됨)와 동일하다. 이러한 모드는 제품이 즉시 필요하다고 여겨지지 않는 시간 동안 이용되며, 냉동 사이클 간의 시간 간격의 증대 뿐만 아니라 교반기/비터의 이용의 감소를 가능케 한다. 이러한 모드는 제품이 필요할 것인지 불확실할 때 유용하다.
도 15에 도시된 바와 같이, 주어지는 다수의 상이한 모드로 기계를 작동시키기 위한 여러 명령이 존재한다. 예를 들어, 기계는 블록 240에서와 같이 인플레이 스 세정 모드에 있거나, 비터(110)의 회전을 야기시키는 비터 모드에 들어가거나, 또는 믹스 캐비넷(40) 및 컨테이너(43)로부터 나온 믹스를 냉동 실린더(17)에 채우거나 예비하는 것이(블록 260) 시작되는 자동 모드에 들어갈 수 있다. 기계가 블록 220에서와 같이 비터 모드에 들어갈 때, 기계는 사실상 전력이 공급된 모드에 있으며, 비터(110)는 모터(25)에 의해 회전되고, 공기 압축기(25a)가 시동되며, 공기 압력은 믹스 컨테이너(43)를 가압하도록 정상 작동 압력에 이르게 된다. 이러한 압력은 다중 시스템의 매개 변수에 따라 결정되지만, 약 5 psi 정도의 공기 압력에서 잘 작동하는 것으로 알려져 있다.
기계가 예비 모드(260)에 들어가 있고, 배럴 또는 냉동 실린더(17)는 처음에 비어있다가 액체 믹스 제품으로 채워지는 과정에 있다고 한다면, 믹스가 어떤 예정된 최소 레벨이 도달할 때, 블록 262에서와 같이 초기 냉동 모드가 시작된다. 제품이 냉동되고 제공될 준비가 되었을 때, 기계의 상태는 제품 준비 모드(블록 264)로 전환된다. 이 모드에서는, 여러 작업이 수행된다. 예를 들어, 제품의 인출이 일어난다[즉, 제품 핸들(61)은 제품 분배용 밸브(60)를 통해 반 냉동/소프트서브 제품을 분배한다]. 인출이 일어나거나 제품이 따뜻해지기 시작할 때, 또는 선택된 양의 시간이 경과할 때, 기계의 상태는 블록 266에서와 같이 제품 유지 모드로 전환된다. 이 모드에서, 제품은 온도 및 그 안에 있는 공기의 혼합 등 모든 것에 있어서 바람직한 품질 수준으로 유지된다.
제품이 어떤 예정된 바람직한 레벨로 유지되었을 때, 기계의 상태는 제품 준비 모드(블록 264)로 다시 전환되고 순환이 계속된다. 인출이 일어나지 않고, 예 정된 시간 간격, 예를 들어 15 내지 20분(필요에 따라 설정될 수 있슴)이 경과했다면, 제품은 재냉동 및 재혼합될 필요가 있으므로, 소프트웨어의 지시 하에 제어부(55)는 기계를 제품 유지 모드(블록 266)로 다시 전환하고, 제품의 품질에서 부족한 부분을 보정한 후, 기계를 제품 준비 모드(블록 264)로 다시 전환한다. 제품이 냉동 실린더에서 지나치게 따뜻해지는 경우, 예를 들어 140℉의 튀김기 부근에 배치되고 시간이 경과하지 않은 경우, 냉동 실린더 내에 있는 센서는 제어부(55)를 통해 기계를 제품 유지 모드(266)로 전환시킬 것이다.
전원 공급 모드
이제 도 16을 참조하면, 소프트서브 기계(1)의 전원 공급 모드의 상태 다이어그램이 예시되어 있다. 이 모드에서는, 제어부(55)가 먼저 포스트(Power On Self Test)(블록 201)를 이용하여 스스로를 체크하여 시스템이 존재하는 것과 기능을 수행할 수 있는지를 확인한다. 이 테스트는 전원 공급시에만 수행된다. 내장 검사(Built In Test) 등과 같은 다른 테스트들은 전원 공급시 뿐만 아니라 동작 중에 주기적으로 수행되는 테스트이다. 이들 테스트 중 다수가 퍼스널 컴퓨터의 시동 및 동작 중에 수행되는 테스트와 유사하거나 동일하다. 이들 테스트 중에는 온도 센서에서의 단락 및 개방 테스트, RS-485 버스(이 버스는 도 23과 관련하여 설명됨)를 통한 주변 장치 조회, RAM 및 ROM의 테스트, 전구/LED 지시기, 경고 지시기와 그 밖의 지시기 및 인터록[예컨대, 냉각된 보조 믹스의 저장 캐비넷(40)의 도어(40a)에 있는 인터록]의 테스트 등이 있다.
통상적인 것과 같이, 작동의 매개변수는 비휘발성 메모리에 저장된 데이터로 부터 회수되어 제어부(55)에 포함되어 있는 소프트웨어에 이용된다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계 내부의 온도를 분석하여 전원이 제거되었을 때 시스템의 상태를 결정하며, 조건이 허용한다면 자동적으로 재시동될 수 있게 한다. 기계(1)가 비어있는 경우, 즉 냉동 실린더 또는 배럴(17)에 대한 믹스의 공급부에서 압력이 감지되지 않는 경우, 회수가 필요치 않으며 기계는 조작자가 "자동 버튼"을 눌러 명령 내리기를 기다린다. [도 16에 도시된 바와 같이, 예컨대 "자동 버튼", "비터 버튼", "스탠바이 버튼" 및 "CIP 버튼"(인플레이스 세정 초기화) 등 여러 "버튼"이 지정되어 있다. 이들 버튼의 각각은, 예를 들어 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이 제어 및 디스플레이 패널(150) 상에 배치된다.] 기계가 비어 있지 않고, 즉 0 psi 보다 큰 압력이 검출되며, 믹스 캐비넷(40)의 온도가 예정된 온도(예컨대, 45℉) 이상이면, 제품이 지나치게 따뜻해져 안전하게 재냉동되어야 한다는 것을 조작자에게 경고하도록 경보/지시기/라이트 등이 패널(150) 상에서 작동된다. 동작을 개시하려면, 조작자는 "자동 버튼"을 사용한다. "시스템 내의 압력" 또는 "초과 온도"용 지시기는, 시스템이 가압되거나 제품 믹스가 재냉동될 수 있는 최고 온도를 초과하였다는 것을 조작자에게 경고하는 임의의 편리한 형태를 취할 수 있다. 만약 기계가 비어있지 않고(즉, 압력이 0보다 큼) 제품이 정상적인 온도 범위(예컨대, 20℉ 미만) 내에 있다면, 기계는 그 제품 준비 단계(블록 264)로 복귀할 것이다. 선택적으로, 기계가 비어있지 않고(압력 > 0 psi) 냉동 실린더 안에서 제품 믹스의 온도가 안전한 범위(예컨대, 20 내지 40℉) 내에 있다면, 소프트웨어는 기계를 강제로 제품 유지 모드(블록 266)에 들어가게 하여, 제품을 재냉동시키려 할 것이며, 그 후에 기계는 제품 준비 모드(블록 264)로 복귀된다. 또한, 인플레이스 세정 모드(블록 240)는, 전술한 바와 같이 정지 모드 또는 공전 모드(블록 204)에서 진입된다. 그 작동은 도 21과 관련하여 이하에 완전히 설명될 것이다.
예비 모드
이제 도 17을 참조하면, 예비 모드의 다이어그램이 예시되어 있다. 예비 모드 중에는, 소프트웨어의 제어 하에 여러 작업들이 동시에 일어난다. 가장 먼저, 공기 압력은 냉동 실린더를 원료 제품 믹스로 예비하는 기능을 한다. 이와 동시에, 제어부(55)는 시스템을 모니터하여, 그 외의 모든 종속 시스템들이 적절하게 작동하는 것을 보장한다. 예를 들어, 냉동 혼합물과 냉동 실린더 내의 압력이 상승하고, 냉동 실린더(17) 내의 온도가 하강하며, 냉동 캐비넷 내의 믹스의 레벨이 작동 한계 내에 있고, 선언기 또는 지시기가 갱신되며, 모든 조작자의 입력이 판독되고, 모든 안전 특징부가 설계 한계 내에서 안전하게 작동하고 있는 지를 모니터한다. 공기 압력이 모니터될 경우에는, 블록 261a에 도시된 바와 같이, 압력이 일정 레벨, 예컨대 8 psi에 도달할 때, 예비 작업이 완료되고 블록 261b에서와 같이 예비 모드를 나가는 것으로 이해될 것이다. 그 이후에, 최초 냉동 모드가 완료된다.
냉동 모드
도면, 특히 도 18을 다시 한번 참조하면, 도 18은 원료 제품이 처음으로 냉동되는 최초 냉동 모드를 예시하는 상태 다이어그램이다. 시스템이 제품으로 예비되었다면, 블록 262a에서와 같이 최초 냉각 모드가 개시된다. 비터 시스템(220)이 작동되고 비터 또는 다공 실린더(관)(112)가 회전된다. 최초 냉동 모드가 완료될 때, 믹스 저장 캐비넷(40)이 그 안에 있는 제품 믹스의 공급분을 냉각하기 시작하는 것이 바람직하다. 이것과 도 3을 관련하여 보면, 솔레노이드 밸브(21)는 개방되고 믹스 캐비넷의 냉각이 블록 262b에서 나타내는 바와 같이 개시된다. 그 후, 냉각 압축기(18)에 전원이 공급되어 냉각 시스템이 움직이기 시작한다. 이러한 동작이 블록 262c에 나타내어져 있다. 냉각 시스템용 제어 알고리즘은 현재 작동 환경에서 주어지는 최적 증발 압력을 유지하도록 되어 있다. 그 동안에, 제어부/제어 시스템(55)은 시스템, 예를 들어 모든 온도, 시스템 압력, 모터의 전류 및 전압 등을 모니터한다. 제어 라인 각각은 단일 라인으로 도시되어 있지만, 실제로는 제어부/제어 시스템(55)으로부터 그리고 그것에 이르는 복수 개의 전기선을 포함할 것이라고 인식될 것이다. 예를 들어, 비터가 회전하고 있을 때 비터에 전달되는 토크의 양을 냉동 실린더(17) 내의 제품 믹스의 저항의 증가를 통해 결정하기 위해, 제어 라인(25b)을 통해 모터(25)가 인출하는 전류를 측정한다. 냉동이 완료되었을 때 비터를 회전시키는 데 일정 퍼센트의 토크가 필요하고 그 퍼센트가 측정 또는 계산되었다면, 블록 262d에 도시된 바와 같이 냉각 압축기(18)는 꺼진다. 이는 냉동 실린더(17)에 있는 제품의 초과 냉동을 방지하고 잔여 냉각으로 냉동이 완료될 수 있도록 행해진다. 냉동이 완료되었을 때 측정 또는 계산된 토크가 비터를 회전시키는 데 필요한 토크의 양에 도달하였다면, 블록 262e에 도시된 바와 같이 비터 시스템이 꺼진다. 그 후, 소프트서브 제품이 준비되고, 블록 262b에 도시된 바와 같이 최초 냉동 모드를 나간다. 소프트서브 제품의 마무리 시점을 결정하는 수단은 테스트를 기초로 한 제품의 실제 일관성 내지 온도 등 많은 형태를 취할 것이라고 인식된다. 그러나, 토크를 측정함으로써 간단하고 반복적인 작동 모드가 일관되게 적용될 것이다.
제품이 예정된 냉동도에 도달하기 전에 제품의 인출이 시도되는 경우, 음성/시각 표시가 제어 및 디스플레이 패널(150)로부터(상에) 제공된다. 또한, 측정된 공기 압력이 인출로 인해 일정 수치(예컨대, 5 psi) 이하로 떨어진다면, 냉각 압축기(18)는 정지되어 냉동 동작을 순간적으로 중지시키고, 공기 압력이 예를 들어 8 psi에 도달할 때 다시 켜질 것이다.
경고 또는 시스템의 정지를 야기하는 그 밖의 조건들이 있다. 예를 들어, 액체 냉매가 냉각 압축기(18)에 역으로 공급되었다면, 냉각 시스템의 손상을 방지하기 위해 시스템은 정지되어야 한다. 검출되어 최초 냉동 모드를 나가게 되는 그 밖의 조건으로는 제품의 저온 트립점에 도달했을 경우, 냉각 압축기가 어떤 한정 시간, 예를 들어 인출 핸들(61)이 폐쇄된 상태로 10분 이상 켜져 있는 경우, 또는 비터가 일정 시간, 예를 들어 12분 후 토크에 도달할 수 없는 경우 등이 있다.
제품 준비 모드
도 19는 제품 준비 모드를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 제품이 냉동되어 제공할 준비가 되면, 기계의 상태는 도 18과 관련하여 설명한 바와 같이, 최초 냉동 모드에서 나오고, 제품 준비 모드 진입(블록 264a)에서와 같이 제품이 준비되었다는 신호를 표시함에 따라, 기계의 상태는 제품 준비 모드(도 15의 블록 264)로 전환된다. 이러한 모드에서, 제품은 바람직한 품질 수준에 있다. 시스템은 이 시 간 동안 수동 냉각을 사용하여 가능한 한 제품을 이러한 수준에서 유지한다. 이러한 모드에서는, 여러 동작이 일어난다. 제1 예에서, 제어부(55)는 블록 270에 도시된 바와 같이, 시스템의 상황을 계속적으로 모니터하여야 한다. [순환 라인(271)은 소프트웨어로 제어되는 제어부(55)의 모니터 또는 순환 동작을 나타내는 것이다]. 예를 들어, 인출 핸들(61)에 조작자의 손이 접근하는 것을 감지하는 인출 접근 검출기에 의해 제품의 인출이 예상될 것이다. 손이 제품 인출 핸들(61)에 접근하는 것을 감지하면, 블록 220에서와 같이 비터의 모터(25)가 작동될 것이다. 인출 스위치 또는 솔레노이드(59)에 전원이 공급되면, 제품 준비 모드는 인출 모드(블록 272)로 나가며, 제품 인출 핸들(61)은 반냉동/소프트서브 제품이 제품 분배용 밸브(60)를 통해 분배되게 한다. 인출이 일어나고, 또는 제품이 따뜻해지기 시작하거나 선택된 양의 시간이 경과한 경우, 기계의 상태는 블록 266에서와 같이 제품 유지 모드로 전환되고, 제품 믹스용 캐비넷의 온도는 어떤 시점에서 능동 냉각을 필요로 한다. 이러한 모드에서, 제품은 온도 및 그 안에 있는 공기의 혼합 등 모두에 있어서 바람직한 품질 수준으로 유지된다.
제품이 일정 바람직한 레벨로 유지되었다면, 기계 상태는 블록 264a에서와 같이 제품 준비 모드(블록 264)로 다시 전환되며, 이러한 순환은 계속된다.
제품 유지 모드
제품의 품질이 유지되기 위해서는, 기계가 제품 유지 모드(도 15의 블록 266)에 들어가서, 제어부(55)에 의해 모니터되는 제품의 온도가 예정된 한계를 초과하거나 또는 제품이 배럴에 너무 오래 정착하게 되어 재냉동되고 공기를 재혼합 할 필요가 있는 경우, 상기 모드의 제어를 받는 기계는 온도 및 그 안에 있는 공기의 혼합 등 모두에 있어서 바람직한 품질 수준으로 제품을 유지함으로써 이러한 모든 것을 달성할 필요가 있다. 제품이 일정 바람직한 수준으로 유지되었다면, 기계의 상태는 제품 준비 모드(블록 264)로 다시 전환되며, 이러한 순환은 계속된다.
이를 위해, 이제 도 20을 참조하면, 제품 유지 모드 진입(블록 266a)은 제품 유지 모드(블록 266)에 진입하는 것을 나타내는 블록이다. 예를 들어, 냉동 실린더(17) 내의 제품 온도가 제어부(55)에 저장된 설정점 및 제어 변수와 다르다고 결정됨에 따라, 일정 한계를 초과하였다고 가정하자. 이러한 환경 하에서, 소프트웨어는 제품을 바람직한 품질 수준으로 회복하는 것을 시작하기 위해, 블록 267에서와 같이 변수를 로드할 것이다. 이와 관련하여, 비터 시스템(220)이 작동되고 비터 또는 다공 실린더(관)(112)가 회전된다. 믹스 저장 캐비넷(40)이 그 안에 있는 제품 믹스의 공급분을 냉각하기 시작하는 것이 바람직하다. 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 솔레노이드 밸브(21)가 개방되고, 블록 262b(도 18)에서 나타내는 바와 같이 믹스 캐비넷의 냉각이 시작된다. 그 후, 냉각 압축기(18)에 전원이 공급되어 냉각 시스템이 움직이기 시작한다. 이러한 동작은 블록 262c에 나타내어져 있다. 그 동안에, 제어부/제어 시스템(55)은 시스템, 예를 들어 모든 온도, 시스템 압력, 모터의 전류 및 전압 등을 모니터한다. 도 18에 나타내어진 냉동 모드와 관련하여 전술된 바와 같이, 냉각 압축기(18)는 제품의 냉동이 완료되었을 때 비터를 회전시키는 데 필요한 일정 퍼센트의 토크에 이르기까지 움직인다. 그 후, 냉각 압축기(18)는 블록 262d에 도시된 바와 같이 꺼진다. 그 후, 잔여 냉각이 허용 되어 냉동을 완료한다. 측정 또는 계산된 토크가 냉동이 완료되었을 때 비터를 회전시키는 데 필요한 토크의 양에 도달하였다면, 즉 비터의 목표 토크에 도달하였다면, 블록 262e에서와 같이 비터 시스템이 꺼진다. 그 후, 제품 품질의 설정점에 도달하였을 때, 제품 유지 모드 나감(블록 290)에 도시된 바와 같이, 제품 유지 모드를 나간다.
또한, 소프트웨어의 제품 인출에 대한 변수 및 설정점이 블록 268에서와 같이 발생하는 제품 인출의 경우이거나, 블록 269에서와 같이 지나치게 많은 시간이 경과되었거나, 믹스 캐비넷(40)의 변수가 그것의 능동 냉동을 일으키도록 로드되어야만 한다는 것을 제어부가 나타내는 경우(소프트웨어를 통해)에도 제품 유지가 일어난다. 이들 경우의 각각에서, 비터 시스템은 블록 220에서와 같이 켜지고, 냉각 압축기(18)가 켜진 후(블록 262c) 비터의 최종 토크가 일정 퍼센트에 도달하였을 때, 꺼지며(블록 262d), 끝으로 블록 262e에서와 같이 비터 시스템이 꺼진다. 다시 한번 말하자면, 제품 품질의 설정점에 도달할 때, 제품 유지 나감(블록 290)에 도시된 바와 같이, 제품 유지 모드를 나오며 제품 준비 모드(블록 264)에 들어간다.
인플레이스 세정 모드(CIP)
전술한 바와 같이, 세정하기 위해 기계를 분해하는 양은 최소화되는 것이 매우 바람직하다. 본 명세서의 "인플레이스 세정"이라 제목을 붙인 부분에서 설명된 바와 같이, 사람의 손길을 최소화하면서 기계가 세정될 수 있게 하는 인플레이스 세정 장치가 기계(1)에 장착된다. 독자들의 기억을 새롭게 하기 위해, 먼저 도 5 를 참조하면, 기계(1)의 제품 수용 부분을 세정하는 것이 바람직하거나 필요할 때, 가압식 믹스 컨테이너에는 소정량의 세정 및/또는 위생 처리 액체가 마련된다. 믹스 컨테이너는 가압되고, 세정 및/또는 위생 처리 액체는 라인(46)을 통해 나와 마지막에는 냉동 실린더(6)에 이른다. 3 방향 덤프 밸브(27)가 작동하여 공기 압축기(25a)의 공기 압력을 라인(29a)을 통해 물론 가압식 믹스 컨테이너(43)에 인가할 것이기 때문에, 믹스 컨테이너(43)가 가압된다. 솔레노이드가 작동식 3 방향 덤프 밸브(33)가 도 5에 예시된 위치로 작동되면, 상기 밸브는 라인(29c)과 체크 밸브(34)에 이르는 공기를 차단하는 워시 밸브로 바뀐다. 이러한 위치에서, 상기 밸브는 이제 단지 세정 및/또는 위생 처리 액체를 라인(46), 티(47), 라인(46a, 47a) 및 밸브(33)를 지나 배럴(26)에, 나아가 제품 믹스 입구(26c)를 통해 냉동 실린더(17)에 들어가게 강제로 이동시킴으로써, 공기 체크 밸브(34) 및 믹스 체크 밸브(43)를 세정 및/또는 위생 처리 액체로 플러싱 또는 세정한다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 세정 및/또는 위생 처리 액체는 일반적으로 제품 믹스에 노출되는 라인 및 밸브를 쉽게 플러싱할 수 있다.
정상 제품 믹스 입구(26c)를 통해 냉동 실린더(17)에 공급되는 세정 및/또는 위생 처리 액체는 냉동 실린더를 채우고, 교반기 또는 비터(110)는 정상 작동하여 실린더(17) 내에 있는 세정 및/또는 위생 처리 액체의 교반을 일으키며, 냉각 회로가 차단되어 냉동 실린더를 퍼지한다. 제품 분배용 밸브(60)가 개방될 때, 냉동 실린더(17), 도어 조립체(80) 및 분배용 밸브(60)는 모두 그것을 통과하는 세정 및 위생 처리 액체의 유동으로 인해 플러싱 작업에 노출된다.
도 21에는 작동 순서와 작동 모드가 나타내어져 있다. 이제 도면을 참조하면, 블록 241(CIP 모드 진입)에서와 같이 조작자의 명령에 의해 CIP 모드에 들어간다. 이는 제어 및 디스플레이 패널(150) 상에 있는 간단한 스위치 또는 제어부에 의해 달성될 수 있다. CIP 모드(240)에 진입하면, 공기 압축기의 출구는 어떤 한정된 레벨, 예컨대 도 21의 블록 242에 나타내어진 바와 같이 5 psi로 조정된다. 이로써 믹스 컨테이너(43)가 가압된다. 이와 동시에, 덤프 밸브(33) 및 밸브(133)는 도 5에 예시되고 도 21의 블록 243(워시 밸브 온 상태로 설정)에 나타내어진 위치로 이동되고, 이들 밸브는 이제 세정 및/또는 위생 처리 액체를 냉동 실린더(17) 및 시일 입구(148a)(샤프트 시일 뿐만 아니라 시일 자체 간의 공간을 세정 및/또는 위생 처리하기 위해) 모두에 들어가게 하는 워시 밸브의 기능을 한다. 그 후, 비터 시스템은 블록 220에 나타내어진 바와 같이 켜진다. 그 후, 시스템은 배럴(26) 및 냉동 실린더의 용적뿐만 아니라 세정 및/또는 위생 처리 액체의 흐름에 따라 결정되는 일정 시간 간격 동안, 예컨대 수 분 동안 홀드 또는 지연 상태(블록 244)에 있는 동시에, 배럴(26) 및 냉동 실린더(17)는 고온의 세정 및/또는 위생 처리 액체로 채워지는 것이 바람직하다.
라인, 배럴(26), 냉동 실린더(17), 제품 분배용 밸브 조립체(60)에서 임의의 식품 믹스를 적절하게 퍼지하기 위하여, 비터(110)는 작동 상태로 유지된다. 또한, 소프트웨어는 순환 동작을 일으켜, 반복적으로 제품 분배용 밸브(60)를 개방하며, 즉 솔레노이드(59) 및 밸브(60)의 핸들(61)에 대한 동작의 제어 하에 밸브를 개방한다. 복귀 스프링(71)은 핸들(61)을 그 폐쇄 위치로 복귀시킨다. 이로써, 고온의 세정 및/또는 위생 처리 액체가 시스템을 통해 유동하게 되고, 제품 출구(70)의 밖으로 분배된다(도 9). 예정된 시간 간격 동안 순환[제품 분배용 밸브(60)의 개폐]시킴으로써, 전체 시스템이 퍼지 및 세정될 것이다. 또한, 시간 간격을 다르게 하여 시스템을 순환시킴으로써, 압축, 희박화, 서징 및 퍼징(슬로싱) 동작이 상이하게 그리고 변화를 갖도록 시스템 내에 설정되어, 임의의 처리가 곤란하거나 제거하기 어려운 식품 입자를 제거하도록 되어 있다. 이들 시간 간격은 변경될 수 있고, 그 수치는 상이한 제품과의 경험에 따라 바뀌지만, 시스템의 세정은 순환 동작에 의해 보장된다. 상기 동작은 도 21의 블록 245에 가장 잘 예시되어 있으며, 이 블록에서는 제품 인출 밸브가 예시된 시간인 1분 동안 개방되고, 블록 245a에서와 같이 1분 동안 폐쇄되며, 이 동작은 블록 245b에 나타내어진 바와 같이 3회 반복된다. 예시적인 다른 시간 간격에 대한 상기 반복적인 순환 동작의 순서가 블록 245c 내지 블록 245g에 나타내어져 있다. 이들 시간 간격 및 연속 동작은 단지 예일 뿐이며, 기계(1)의 제품측의 적절하고 완전한 세정은 세정 및/또는 위생 처리 액체의 조성비, 온도, 용적 및 압력 뿐만 아니라 유지성, 식품 자체를 그 구성 부분으로 분해하는 능력 등에 따라 결정된다는 것을 주지하라.
그 후, 제품 인출 밸브(60)는 블록 246에 나타내어지는 바와 같이 완전히 폐쇄되고, 비터 시스템(110)은 블록 247에서와 같이 꺼지며, 블록 248에서와 같이 공기 압력이 정지되고 압력이 덤프되며, 블록 249에서와 같이 인플레이스 세정 모드를 나간다.
제어부(50) 또는 제어 시스템(550)
제어부 또는 제어 시스템(55)은 소프트웨어와 관련하여 그리고 소프트웨어의 제어 하에 작동하여 본 명세서의 "작동 모드(상태 기계 및 소프트웨어)" 라 제목을 붙인 부분에 설명되어 있는 작동 모드를 달성하는 하드웨어 시스템이다.
먼저 도 22를 참조하면, 제어 시스템(550)은 기본적인 수준으로 주 CPU 및 조작자 인터페이스 디스플레이 보드 또는 주 제어 보드(555)와, 1개의 전력 I/O 보드(570)를 포함한다. 이들 2개의 요소는 RS-485 직렬 데이터 버스(560)에 의해 연결된다. 전력 I/O는 주 CPU에 대해 슬레이브로서 기능한다. 시스템이 확장될 때, 예를 들어 이중 냉동 실린더 기계로 확장될 때, 점선으로 도시된 블록 571과 같이 제2 전력 I/O 보드가 추가된다. 물론, 점선으로 도시된 블록 572의 선택적 보드와 같은, 추가 옵션이 시스템에 필요할 때, 추가 슬레이브 보드가 RS-485 데이터 버스에 설치되어 바람직한 특별 기능에 필요한 특정 I/O를 할당한다. RS-485 직렬 데이터 버스(560)에 연결된 그 외의 보드들은 데이터 기록기(logger) 및 통신 보드(580)와, 인플레이스 세정(CIP) 제어 보드(590)와 그리고 믹스 캐비넷(43)용 냉각 제어 보드(600)를 포함한다.
주 제어 보드(555)는 도 23에 예시되어 있으며, 제어기[예시된 예에서는 히타치사의 H8 마이크로 제어기와 같은 마이크로 제어기/CPU(556)임] 주변에 구성되어 있다. 이러한 특정 마이크로 제어기의 장점은 응용 프로그램용 플래시 롬(ROM)과, 시스템 램(RAM)과, 아날로그 디지털(A/D) 변환기와, 디지털 I/O 포트와 그리고 내장 통신 시스템을 포함한다는 것이다. 그러나, 그 밖의 프로세서 및/또는 마이크로 프로세서가 적절한 주변 장치 및 구조와 함께 이용되어 필요한 기능을 수행할 수도 있다. 예시된 예에서, 마이크로 제어기(556)의 외부에는 교정, 셋업, 구성 및 고장 데이터를 저장하는데 사용되는 EEPROM(556a)이 있다. A/D 변환기의 외부에는 다양한 아날로그 논리 센서(관련 포텐셔미터를 구비한 압력, 온도 센서) 및 디지털 센서(예컨대, 위치 지정 센서)를 마이크로 제어기(556)에 인터페이스 결합시키는 아날로그 및 디지털 신호 조정 회로(558a, 558b) 각각과, 아날로그 다중화기(557)가 있다. 통신 다중화기(557)는 시스템을 다양한 표준 통신 프로토콜에 의해 인터페이스 결합시키는 적절한 구동 회로, 예컨대 버스(560)의 내부 CPU 보드 제어용 RS-485 송수신기(557a)와, 외부 통신 및 진단용 RS-232 송수신기(557b)와 그리고 필요하다면, 역시 데이터 및 진단 등을 위한 무선, 단거리, 적외선 통신을 허용하는 적외선(IR) 송수신기(557c)를 포함한다.
조작자 인터페이스(559)는 기계 종속적이며, 제어 및 디스플레이 패널(150)(도 1 및 도 2)에서와 같이 조작자와 시각적으로 인터페이스 결합된다. 이 인터페이스는 조작자에게 I/O 누름 버튼, 선언기(점등된 아이콘), LED 지시기 등을 제공한다. 도시된 바와 같이, CPU 보드(555)에는 블록 554에서와 같이 그 자체의 국부적인 전력 및 직류(DC) 전압 조정부가 마련되고, 또한 마이크로 제어기(556) 내에 있는 응용 프로그램의 갱신을 허용하는 "고장-안전" 프로그래밍 커넥터(블록 553)가 마련된다. 그러나, 정상 작동시에는 RS-232 송수신기(557b) 및/또는 적외선 송수신기(557c)에 의해 그리고 이를 통해 갱신이 일어난다.
전력 I/O 보드(570)는 주 제어 보드(555)에 대해 플러그 인 또는 삽입형 보조 보드이지만, 프로세서가 그 액츄에이터 또는 센서에 근접하게 위치하여 제어하 는 분산 제어 구조인 것이 바람직하다. 이제 도 24를 참조하면, 전력 I/O 보드(570)의 중심부에는 마이크로 제어기(573)가 있다. 마이크로 제어기는 많은 형태를 취하며, 예를 들어 여러 보조 칩 회로를 구비하는 인텔 또는 AMD 타입 프로세서를 포함하는 모토로라 HC11 클래스 마이크로 제어기는 탁월한 선택이다. HC11은 응용 프로그램용 롬, 시스템 램, 디지털 I/O 및 통신 시스템을 포함한다. 선택된 특정 마이크로 제어기의 보드 상에(필요하다면) 그리고 외부에는 교정, 셋업 및 구성 데이터를 저장하는데 이용되는 EEPROM(574)이 있다. 통신 시스템의 외부에는 다중화기 및 구동기 회로, 예를 들어 시스템을 주 제어 보드(555) 상에 있는 다른 RS-485 장치와, 시스템에 연결된 다른 슬레이브 또는 보조 보드 상에 있는 내부 제어부 및 전력 버스에 인터페이스 결합시키는 RS-485 송수신기(575)가 있다. 그 명칭이 내포하는 바와 같이, 전력 I/O 보드도 또한 선택된 라인 전압(예컨대, 24V A.C)을 정류, 여과 및 조절하는 시스템 전력 공급 및 조절 모듈(576)을 포함한다. 또한, 제어 전압(예컨대, 24V A.C)을 시스템 내의 여러 컨택터, 릴레이 및 밸브에 인가하고, 필요에 따라 펄스 폭이 변조된(PWM) 출력을 공급하는 트라이액(TRIAC) 구동기 회로(577)가 마이크로 제어기(573)의 디지털 I/O에 연결된다. 시스템 전력의 기본 요소, 즉 압력, 온도, 전압 및 전류를 모니터하기 위해, 아날로그 신호 조정 회로(578)는 아날로그 신호를 아날로그 디지털(A/D) 변환기(579)에 인가하고, 나아가 A/D 변환기는 모니터 및 변환된 센서의 정보를 마이크로 제어기(573)에 인가한다.
또한, 인플레이스 세정 보드(590)도 주 제어 보드(555)의 제어를 받는 슬레 이브 보드로서 작동하며, 주 제어 보드(555) 상에 보조 보드로서 장착된다. 이제 도 25를 참조하면, 전력 I/O 보드 및 그 외의 슬레이브 보드와 같이 CIP 보드도 또한 응용 프로그램용 롬, 램 및 통신용도의 UART(Universal Asynchoronous Receiver/Transmitter)이 그 자체에 내장되어 있는 별도의 마이크로 제어기(591)를 탑재한다. 샘플 마이크로 제어기 타입은 이미 앞에 주어졌으며, 모토로라 HC11도 또한 시스템의 이러한 선택 모드에 대한 탁월한 선택이다. 선택된 특정 마이크로 제어기의 보드 상에(필요하다면) 그리고 외부에는 교정, 셋업 및 구성 데이터를 저장하는데 이용되는 EEPROM(592)이 있다. UART의 외부에는 시스템을 전력 I/O 보드에 있는 RS-485 장치와 내부 제어부 및 전력 버스에 인터페이스 결합시키는 RS-485 송수신기(593)가 있다. CIP 보드의 기능은 기계의 인플레이스 세정을 용이하게 하는 것이므로, 제어 전압(예컨대, 24V A.C)을 시스템 내의 여러 컨택터, 릴레이 및 밸브에 인가하고, 필요에 따라 본 명세서의 "인플레이스 세정 모드(CIP)"라 제목을 붙인 부분에 전술되어 있는 작동 모드를 제어하도록 펄스 폭이 변조된(PWM) 출력을 공급하는 트라이액(TRIAC) 구동기 회로(594)도 또한 마이크로 제어기(591)의 디지털 I/O에 연결된다. 통상적인 것과 같이, CIP 보드는 전력 I/O 보드로부터 전력을 받고 CIP 보드에 대해 국부적인 전력을 공급하는 국부적인 전력 공급 및 조절 모듈(595)을 탑재한다.
이제 도 26을 참조하면, 냉각 제어 보드(600)도 또한 주 제어 보드(555)의 제어를 받는 슬레이브 보드로서 작동하며, 다른 보드들처럼 주 제어 보드(555) 상에 보조 보드로서 탑재된다. 그러나, 다시 한번 말하자면 상기 냉각 제어 보드는 프로세서가 그 액츄에이터 또는 센서에 근접하게 위치하여 제어하는 분산 제어 구조인 것이 바람직하다. 전력 I/O 보드 및 그 외의 슬레이브 보드처럼, 냉각 제어 보드(600)도 또한 응용 프로그램용 롬, 램 및 통신용도의 UART이 그 자체에 내장되어 있는 별도의 마이크로 제어기(601)를 탑재한다. 샘플 마이크로 프로세서 제조업체 및 타입은 이미 앞에 주어졌으며, 다시 한번 말하자면 시스템의 이러한 작동 모드에 대해서는 모토로라 HC11이 탁월한 선택이다. 선택된 특정 마이크로 제어기의 보드 상에(필요하다면) 그리고 외부에는 교정, 셋업 및 구성 데이터를 저장하는데 이용되는 EEPROM(602)이 있다. UART의 외부에는 시스템을 전력 I/O 보드에 있는 RS-485 장치와 내부 제어부 및 전력 버스에 인터페이스 결합시키는 RS-485 송수신기(603)가 있다. 냉각 및 제어 보드의 기능은 냉각 시스템의 적절한 작동을 용이하게 하는 것이므로, 제어 전압(예컨대, 24V A.C)을 시스템 내의 여러 컨택터, 릴레이 및 밸브에 인가하고, 필요에 따라 완성된 제품 뿐만 아니라 믹스 캐비넷(43)에 있는 제품 믹스를 유지하고자 냉각 중인 기계의 전술한 작동을 제어하도록 펄스 폭이 변조된(PWM) 출력을 공급하는 트라이액(TRIAC) 구동기 회로(604)도 또한 마이크로 제어기(591)의 디지털 I/O에 연결된다. 이는 믹스 캐비넷(43)내의 온도 제어부를 적절하게 작동시키기 위해, 냉각 제어 보드가 수동 냉각과 냉매 제어부를 제어해야 한다는 것을 의미한다. 통상적인 것과 같이, 냉각 제어 보드(600)는 전력 I/O 보드로부터 전력을 받고 냉각 제어 보드에 대해 국부적인 전력을 공급하는 국부적인 전력 공급 및 조절 모듈(605)을 탑재한다.
이제 도 27을 참조하면, 데이터 기록 기능은 기계의 사용을 모니터하여, 장 기간 가용도, 평균 고장 시간 간격(MTBF) 및 제품 사용과 폐기를 모니터하고 그렇게 하기 좋을 때 작동됨으로써, 기계를 유지하는데 기여하도록 되어 있다. 다시 한번 말하자면, 주 보드(555)에 연결 가능한 다른 보조 또는 슬레이브 보드의 경우와 같이, 이 보드는 프로세서가 그 액츄에이터 또는 센서에 근접하게 위치하여 제어하는 분산 제어 구조인 것이 바람직하다. 전술한 보드의 경우와 같이, 데이터 기록(및 통신) 보드(580)의 중심부에는 마이크로 제어기 또는 마이크로 프로세서(581)가 있다. 예시된 예에서는 마이크로 프로세서, 예를 들어 인텔 코포레이션에서 제조된 80486 클래스가 이용된다. 적절한 롬[본 예에서는, 마이크로 프로세서용 응용 프로그램을 저장하는 EEPROM(592)]이 마이크로 프로세서(581)에 연결되어 있다. 통상적인 것과 같이, 동적 램(DRAM)(583)과 표준 바이오스(BIOS) 롬(584)도 또한 데어터 기록 보드(580)에 활성 기억 및 저장된 시스템 시동 기억을 제공하도록 연결되어 있다. UART(585)는 마이크로 프로세서(581)를 주 보드(555)와 "교신"하도록 광학적으로 분리된 RS-485 송수신기(586)에 연결한다. 통상의 방식으로, 예시된 예에서는 내장 소켓(587a, 587b)을 통해 제1 카드(588a)(예를 들어, 플래시 메모리)의 플러그 인(plug-in)을 가능하게 하거나 제2 카드(588b)에 네트워킹 또는 모뎀 카드의 삽입을 가능하게 하는 PCMCIA 인터페이스(587)를 제공함으로써, 데이터 및 기계 외부의 사건의 기록 및 통신이 행해진다. 도시된 바와 같이, 기록 보드(580) 상에도 또한 내부 제어부 및 전력 I/O 보드(570)로부터의 전력 버스에 역시 연결된 국부 전력 공급 및 전압 조절 모듈(589)이 배치된다.
따라서, 본 발명은 신규한 수동 냉각 시스템, 혼합물이 일관되게 오버런될 수 있게 하는 제품 믹스 및 공기 공급 제어부를 포함하는 폐쇄형 냉각 시스템을 사용하여 많은 장점과, 냉동 실린더를 공급하는 제품 믹스 컨테이너 뿐만 아니라 믹스가 믹스 공급 컨테이너로부터 완전히 나간 때를 결정하는 수단에 남아있는 믹스의 양을 결정할 수 있는 능력을 제공한다. 양호한 잠금 동작 및 냉동 실린더의 차단을 보장하는 신규한 도어 및 조립체를 사용하여, 제품 분배기과 함께 그리고 그것에 의해 확실히 연동하게 할 뿐만 아니라 도어의 부주의한 이동을 방지한다. 또한, 도어와 관련하여 커버를 설계함으로써 응축을 방지한다. 신규한 구성 특징 및 도어용 밀봉 구성은 도어를 냉동 실린더의 림에 대해 포획하는 장점을 더 제공한다. 또한, 신규한 비터 조립체 구조의 장점을 더하여 제품 분배용 장치의 롤링 격막을 구성함으로써, 교반기 또는 비터 조립체의 보다 강하고, 보다 용이한 구성 및 세정 작업이 가능해진다.
본 발명은 어느 정도 상세하게 기재되었지만, 명세서 및 도면은 단지 예일 뿐이며, 이하에 청구되는 본 발명을 벗어나거나 바꾸지 않으면서 많은 구성 및 작동의 변형예를 가질 수 있다고 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계로서,
    냉매 순환 경로에 직렬로 연결된 제품 믹스용 냉동 챔버를 포함한 증발기, 냉각 압축기, 응축기 및 팽창 밸브를 포함하는 냉각 회로와; 가압식 컨테이너와; 제품 믹스와 세정 및/또는 위생 처리 용액 중 하나를 다른 시간에, 그리고 상기 컨테이너에 인가되는 압력에 따라 결정되는 속도로서 냉동 챔버로 송출하도록 구성된 송출 수단과; 적어도 상기 냉각 회로의 동작 및 상기 컨테이너의 가압을 제어하는 제어 시스템을 포함하며,
    상기 냉동 챔버는 상기 제품 믹스 또는 세정 및/또는 위생 처리 용액의 입구와, 제품 믹스와 세정 및/또는 위생 처리 용액용 출구를 형성하는 이들의 분배용 밸브와, 상기 냉동 챔버 내에서 제품 믹스와 세정 및/또는 위생 처리 용액을 입구에서 상기 분배용 밸브로 이동시키기는 동시에 제품 믹스를 혼합하거나 세정 및/또는 위생 처리 용액을 교반하는 교반기 조립체를 포함하고, 상기 제어 시스템은 명령을 받으면, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액이 컨테이너로부터 공급되게 하고, 이에 의해 상기 냉동 챔버, 분배용 밸브 및 상기 교반기 조립체가 인플레이스 세정될 수 있도록 하는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  2. 제1항에 있어서, 둘레의 한 쌍의 간격을 두고 배치된 시일을 매개로 상기 교반기에 체결하는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트를 회전시키는 구동 액츄에이터 와, 상기 시일 사이의 공간의 플러싱을 행하여 이 공간내로 통과하는 임의의 제품 믹스가 깨끗하게 플러싱될 수 있게 하는 플러싱 수단을 포함하고, 상기 시일은 상기 냉동 챔버로부터 상기 구동 액츄에이터로 제품 믹스가 통과하는 것을 방지하는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플러싱 수단은 상기 컨테이너에 연결된 밸브로 이루어지며, 상기 밸브는 상기 가압식 컨테이너를 상기 공간으로부터 격리시키는 제1 위치와 상기 가압식 컨테이너를 상기 공간에 연결하는 제2 위치 사이에서 작동 가능한 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액을 상기 공간에서 배출시킬 수 있도록 상기 공간에 배출부를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템의 작동 하에, 상기 분배용 밸브의 개방 및 폐쇄를 예정된 시간 동안 순환시키는 동시에 상기 교반기를 작동시키는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 시스템의 작동 하에, 예정된 시간 동안 교반기의 회전을 정지시키는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  7. 제1항에 있어서, 공기 압축기를 포함하고, 상기 압축기로부터 상기 컨테이너에 이르는 공기 공급 라인은 상기 제어 시스템의 제어 하에 압축되는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  8. 제7항에 있어서, 둘레의 한 쌍의 간격을 두고 배치된 시일을 매개로 상기 교반기에 체결하는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트를 회전시키는 구동 액츄에이터와, 상기 시일 사이의 공간에 세정 및/또는 위생 처리 용액을 제공하여 상기 공간 내로 통과하는 임의의 제품 믹스가 깨끗하게 플러싱될 수 있게 하는 플러싱 수단을 포함하고, 상기 시일은 상기 냉동 챔버로부터 상기 구동 액츄에이터로 제품 믹스가 통과하는 것을 방지하는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  9. 제8항에 있어서, 상기 플러싱 수단은 상기 컨테이너에 연결된 밸브이고, 상기 밸브는 상기 가압식 컨테이너를 상기 공간으로부터 격리시키는 제1 위치와 상기 가입식 컨테이너를 상기 공간에 연결하는 제2 위치 사이에서 작동 가능하며, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액을 상기 공간에서 배출시킬 수 있도록 상기 공간에 배출부를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  10. 냉동 챔버, 공기 공급 입구와 세정 및/또는 위생 처리 용액의 출구를 구비하는 세정 및/또는 위생 처리 용액 컨테이너, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액의 출구를 상기 냉동 챔버에 연결하는 세정 및/또는 위생 처리 용액의 도관, 상기 공기 공급 입구에 연결되어 있으며 기계를 세정 및/또는 위생 처리 용액으로 플러싱하는 압축 공기 공급원을 포함하는 소프트서브 제품 냉각기를 인플레이스 세정하는 방법으로서,
    세정 및/또는 위생 처리 액체를 냉동 소프트서브 제품 냉각기의 냉동 챔버까지 그리고 그것을 통과하게 강제로 이동시키기 위해, 공기 압력을 상기 믹스 컨테이너에 인가하는 단계를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각기의 인플레이스 세정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 냉동 챔버는 그 안에서 회전하도록 설치된 교반기와, 대개 소프트서브 제품이 냉동 챔버로부터 분배될 수 있게 하는 제품 분배용 밸브를 포함하고, 상기 냉동 챔버 및 분배용 밸브가 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액으로 플러싱될 수 있게 하도록 상기 분배용 밸브의 개방 단계를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각기의 인플레이스 세정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액의 교반을 행하도록 상기 교반기의 회전 단계를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각기의 인플레이스 세정 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액을 더 교반하고 상기 냉 동 실린더 및 분배용 밸브를 더 퍼지하도록, 상기 분배용 밸브를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 하고 다시 개방하는 것을 순환하는 순환 단계를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각기의 인플레이스 세정 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 세정 및/또는 위생 처리 용액을 더 교반하고 상기 냉동 실린더 및 분배용 밸브를 더 퍼지하도록, 상기 분배용 밸브를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 하고 다시 개방하는 것을 순환하는 순환 단계를 포함하는 것인 소프트서브 제품 냉각기의 인플레이스 세정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 다른 플러싱 및 퍼징 동작을 일으키도록 상기 순환 단계를 다른 간격으로 반복하는 반복 단계를 포함하는 것인 소프트 제품 냉각기의 인플레이스 세정 방법.
  16. 냉동 챔버를 구비하는 증발기로서, 상기 냉동 챔버는 챔버에 이르는 제품의 제품 믹스 입구 및 챔버에서 나오는 제품의 제품 믹스 출구용 제품 분배 밸브와, 상기 냉동 챔버 안에서 제품의 혼합을 행하고 상기 제품 분배용 밸브를 통해 제품 믹스를 이동시키는 교반기 조립체를 포함하는 증발기와; 상기 교반기 조립체와 체결하도록 상기 냉동 챔버의 벽을 통과하여 연장하며, 그것의 회전을 행하기 위해 구동 액츄에이터에 연결되는 구동 샤프트와; 상기 구동 액츄에이터와 상기 냉동 챔버의 벽 사이에 있으며, 그것을 통해 상기 구동 샤프트가 연장하는 하우징과; 상기 구동 샤프트 둘레의 한 쌍의 간격을 두고 배치된 시일로서, 제품 믹스가 상기 냉동 챔버로부터 상기 구동 샤프트를 따라서 상기 시일 사이의 공간으로 그리고 상기 하우징 안으로 들어가는 것을 방지하는 시일과; 세정 및/또는 위생 처리 용액을 상기 시일 사이에 분사하여 상기 공간 내로 통과하는 임의의 제품 믹스를 공간에서 플러싱하는 플러싱 포트를 포함하는 것인 인플레이스 세정식 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  17. 제16항에 있어서, 제품 믹스와 세정 및/또는 위생 처리 용액 중 하나를 수용하는 컨테이너와, 상기 컨테이너로부터 상기 냉동 챔버의 입구에 이르는 라인과, 상기 컨테이너를 압축하고 그 안의 내용물을 그것으로터 축출하여 상기 냉동 실린더로 보내는 공기 압축기를 포함하는 것인 인플레이스 세정식 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  18. 제17항에 있어서, 상기 컨테이너에 연결된 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 상기 가압식 컨테이너를 상기 공간으로부터 격리시키는 제1 위치와 상기 가압식 컨테이너를 상기 공간에 연결하는 제2 위치 사이에서 작동 가능한 것인 인플레이스 세정식 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  19. 제17항에 있어서, 그 안에 상기 냉동 챔버로부터 나온 제품을 수용하는 경로 및 그것의 제품 출구를 포함하는 상기 냉동 챔버용 도어 조립체를 포함하고, 상기 도어 내에 삽입하기 위한 리셉터클은 상기 제품 출구와 정렬된 경로에 있으며, 상기 제품 분배용 밸브는 상기 리셉터클 내에 있고 상기 제품 출구와 정렬된 경로안에서 그리고 경로의 밖에서 작동 가능한 것인 인플레이스 세정식 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  20. 제19항에 있어서, 상기 분배용 밸브는 상기 제품 출구의 도어에 있는 피스톤 및 그 안착부와, 이 피스톤에 의해 운반되어 피스톤이 제품을 분배하는 위치에 있든지 제품의 출구를 밀봉하고 있는 위치에 있든지 리셉터클을 제품으로부터 밀봉하는 롤링 격막을 포함하는 것인 인플레이스 세정식 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  21. 제16항에 있어서, 소프트서브 제품을 냉각기로부터 분배하기 위한 상기 분배용 밸브는 리셉터클 및 그 리셉터클의 하단에서 스커트를 구비하는 컵형 인서트와, 상기 리셉터클 및 인서트를 통해 연장하고 이들에 의해 안내되는 샤프트와, 상기 샤프트의 연장된 단부 상에 배치되고 그것에 의해 포획되는 헤드 및 이 헤드 엔드에 연결되며 상기 인서트의 상기 스커트를 둘러싸는 격막을 포함하며, 상기 샤프트가 왕복 운동할 때, 상기 격막은 상기 인서트의 스커트 안쪽으로 감겨 제품 믹스가 리셉터클 및 인서트에 들어가는 것을 방지하고, 이 격막을 통해 상기 밸브의 상기 샤프트 부분이 연장하여 인플레이스 세정 작업 중에 세정 및/또는 위생 처리 용액으로 상기 격막 및 헤드를 세정하는 것을 용이하게 하는 것인 인플레이스 세정식 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
  22. 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계로서,
    냉매 순환 경로에 직렬로 연결된 제품 믹스용 냉동 챔버를 형성하는 증발기, 냉각 압축기, 응축기 및 팽창 밸브로 이루어진 냉각 회로와; 제품 믹스의 용액이나 세정 및/또는 위생 처리 용액을 수용하는 가압식 컨테이너와; 상기 용액 중 하나를 상기 제품 믹스 컨테이너에 인가되는 압력에 따라 냉동 챔버로 송출하도록 구성된 송출 수단을 포함하며,
    상기 냉동 챔버는 제품 또는 용액의 출구를 형성하는 제품의 분배용 밸브 및 용액의 입구와, 상기 제품 또는 용액을 교반하고 이를 입구에서 상기 제품 분배용 밸브로 이동시키는 상기 냉동 챔버의 교반기 조립체와, 둘레의 한 쌍의 간격을 두고 배치되어 있고 동축적으로 설치된 시일을 매개로 그것의 회전을 행하기 위하여 상기 교반기를 구동 액츄에이터에 체결하는 구동 샤프트와, 상기 시일 사이의 공간을 플러싱하여 상기 공간 내로 통과하는 임의의 제품 믹스가 깨끗하게 플러싱될 수 있게 하는 제어된 세정 및/또는 위생 처리 용액의 전달 라인을 포함하고, 상기 시일은 제품 믹스가 상기 냉동 챔버로부터 상기 구동 액츄에이터에 들어가는 것을 방지하는 것인 소프트서브 제품 냉각 및 분배용 기계.
KR1020017014639A 1999-05-20 2000-05-19 반냉동 식품 분배용 기계의 인플레이스 세정 장치 및 그방법 KR100620343B1 (ko)

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US13506399P 1999-05-20 1999-05-20
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