KR102673877B1 - 만액식 증발기 - Google Patents

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Abstract

차가운 또는 냉각된 액체 또는 반액체의 식음 제품들을 제조하고 분배하기 위한 기계(1)는 적어도: 분배될 제품을 수용하고 식음 제품을 분배하기 위한 입구(4)를 구비하는 요소(2); 식음 제품을 분배하기 위해 입구(4)에 위치하고 식음 제품이 분배될 수 있도록 온 또는 오프될 수 있는 분배기(5); 열처리 실린더(6); 열처리 실린더(6)와 동축을 이루고 각각의 회전 축(X)을 중심으로 회전하도록 적응된 교반기(8); 냉매 유체가 순환하고 열처리 실린더(6)와 연관된 증발기(205), 응축기(202), 감압 요소(203) 및 압축기(201)를 포함하는 냉동 시스템(20)을 포함하며, 증발기(205)는 회전 축(X)에 평행한 축 방향을 따라 연장하는 제1 관형 부재(301) 및 제2 관형 부재(302)를 포함하고, 제2 관형 부재(302)는 제1 관형 부재(301) 내부에 삽입되어 중단 없이 연장하는 환형 챔버(303)를 정의하는 것을 특징으로 한다.

Description

만액식 증발기{FLOODED EVAPORATOR}
본 혁신은 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림, 장인 젤라토 또는 소프트 아이스크림과 같은 차가운 제품들을 제조하기 위한 기계에 관한 것으로, 액체 제품을 냉각하는 기능을 하는 냉동 시스템은 내부에 건식 증발기(dry evaporator) 대신에 만액식 증발기(flooded evaporator)를 구비하고 있다.
따라서, 본 개시가 다루는 산업적 맥락은 (차가운) 액체 또는 반액체 제품들을 제조하기 위한 기계의 산업적 맥락이다.
이러한 산업적 용도들에서, 기계들의 효율, 특히 에너지 효율을 개선하고, 이에 따라 기계들의 냉동 시스템들의 열 교환 효율을 개선하려는 요구가 점차 널리 퍼지고 있다.
차가운 액체 또는 반액체 식음 제품들을 제조하기 위한 기계들의 냉동 시스템들은 "건식" 유형이라는 것이 알려져 있다. 이러한 맥락에서 "건식"이라는 용어는 증발기로부터 유출되는 열 교환기 유체가 과열된 증기의 형태, 즉 액체 위상이 없는 형태이고, 그러므로 액체 방울들이 증기 내에 분산되어 있는 압축기를 훼손할 위험 없이 압축기를 향해 전달될 수 있는 냉동 시스템의 특징을 의미하는데 사용된다. 출원인에 의해 수행된 실험에 따르면 총 열 교환 계수는 접촉하는 유체들의 밀도에 직접 비례한다는 것, 즉 액체에 비해 증기의 비율이 높을수록 열 교환 효율이 낮아진다는 것을 보여 주고 있다. 포화된 증기의 상태에 도달할 때까지, 열 교환기 유체는 동일한 온도를 갖는다는 것이 또한 관찰될 수 있다. 이것은 추출된 열량이 상 변이에 사용되기 때문이다. 따라서, 열 교환기 유체와 주변들 사이의 온도 차이는 제 1 감소율로 감소한다. 열 교환기 유체가 포화된 증기의 상태에 도달할 때, 열 교환기 유체로부터 주변들로 이전되는 전체 열량은 온도를 높이는데 사용되어, 열 교환기 유체와 주변들 사이의 온도 차이의 감소율의 증가를 가져온다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 EP 2936993 A1(2015.10.28.), US 1866991 A(1932.7.12.), US 2013327080 A1(2013.12.12.), US 6370892 B1(2002.4.16.), WO 01/07846 A1(2001.2.1.)에 개시되어 있다.
이러한 혁신의 목적은 액체 또는 반액체 제품들, 구체적으로는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 예를 들어, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림, 장인 젤라토 또는 소프트 아이스크림과 같은 차가운 제품들을 제조하기 위한 기계를 제공함으로써 이들 기계들의 열 교환 효율을 높이려는 위에서 언급한 요구를 충족시키는 것이다.
보다 구체적으로, 이러한 혁신의 목적은 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림, 장인 젤라토 또는 소프트 아이스크림과 같은 차가운 제품들을 제조하고, 증발기에서 열 교환기 유체와 차가운 액체 또는 반액체 제품 사이의 열 교환 계수를 증가시키는 기계를 제공하는 것이다.
이러한 목적들과 다른 목적들은 첨부된 청구범위에서와 같이, 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림, 장인 젤라토 또는 소프트 아이스크림과 같은 차가운 제품들을 제조하기 위한 기계에 의해 실질적으로 달성된다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 본 개시는 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림 또는 아이스크림과 같은 차가운 제품들을 제조하기 위한 기계에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기계는 분배될 제품을 수용하고 가공하며 액체 또는 반액체 제품을 분배하기 위한 적어도 하나의 입구가 구비된 전면 벽을 갖는 적어도 하나의 요소(수용 용기)를 포함한다. 기계는 입구에 배치되어 제품을 분배하고 두 개의 동작 구성들 사이에서 이동 가능한 분배기(dispenser)를 포함한다. "온(On)"이라고 부르는 제1 작동 구성에서, 분배기는 액체 또는 반액체 제품이 분배 입구를 통해 분배되게 하지만, "오프(Off)"라고 부르는 제2 작동 구성에서, 분배기는 분배 입구를 폐쇄하고 수용 탱크 내 액체 또는 반액체 제품을 보존한다.
일 실시예에서, 기계는 열처리 실린더를 포함한다.
일 실시예에서, 열처리 실린더는 제품 수용 탱크 내부에 장착되며, (제품과 실린더 사이의) 열 교환은 열처리 실린더의 외부 벽을 통해 일어난다. 다른 실시예에서, 열처리 실린더 자체는 가공될 제품을 수용하며, (제품과 실린더 사이의) 열 교환은 열처리 실린더의 내부 벽을 통해 일어난다.
일 실시예에서, 열처리 실린더는 기계의 냉동 시스템의 일부를 형성하는 "증발기"라고 부르는 열 교환기를 포함한다. "증발기"라는 용어는 수용 요소(수용 용기) 내의 제품으로부터 증발기 자체에 수용된 냉매 유체로 열을 이전하도록 적응된 이러한 구성요소의 기능을 강조한다.
바람직한 실시예에서, 증발기는 제 1 관형 요소, 제 1 관형 요소와 동축인 제2 관형 요소, 관형 요소들을 체결하기 위한 복수의 요소들 및 제 1 관형 요소와 제2 관형 요소 사이에 형성된 환형 챔버로의 복수의 접근부를 포함한다.
환형 챔버는 제 1 관형 요소의 내부 직경과 제2 관형 요소의 외부 직경 간의 차이로서 정의되는 반경 방향 연장부, 처리 실린더의 축을 따른 환형 챔버의 길이로서 정의되는 축방향 연장부, 및 제 1 및 제2 관형 요소들의 기준 원들의 중심에 대해 환형 챔버에 의해 경계를 이루는 각도로서 정의되는 각진 연장부를 특징으로 한다.
바람직하게, 환형 챔버는 (제 1 및 제2) 관형 요소들의 연장부의 축 방향을 따라 중단 없이 연장하며, 즉, 환형 챔버는 유체가 구획부가 없고 및 요소들을 중단시키지 않아, 유체가 (제1 및 제2) 관형 요소들의 연장부의 축 방향을 따라 흐르도록 한다.
일 실시예에서, 환형 챔버의 반경 방향 연장부는 12 mm 보다 작거나 그와 같다. 다른 실시예에서, 환형 챔버의 최대 반경 방향 연장부는 8 mm이다(즉, 8 mm 보다 작거나 그와 같다). 다른 실시예에서, 환형 챔버의 최대 반경 방향 연장부는 4 mm이다(즉, 4mm 보다 작거나 그와 같다).
다른 실시예에서, 환형 챔버의 최대 반경 방향 연장부는 2 mm이다(즉, 2 mm 보다 작거나 그와 같다).
바람직한 실시예에서, 제 1 관형 요소는 열처리 실린더의 벽과 일치하여, 시스템을 더 소형화하고 열 불균형 상태에 있는 두 개의 유체들을 더 직접 접촉하게 한다. 다른 실시예에서, 관형 요소는 열처리 실린더상의 반경 방향 압력 스트레스를 방지하기 위해 열처리 실린더보다 반경이 더 작을 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 및 제2 관형 요소는 반경 방향 두께가 상이하다. 제 1 관형 요소의 반경 방향 두께는 열 교환 과정에서 결합되는 두 유체들 사이의 거리를 줄이기 위하여 제2 관형 요소의 반경 방향 두께보다 작다.
일 실시예에서, 체결 요소들은 충전제 물질이 있거나 충전제 물질이 없는 용접들이다. 다른 실시예에서, 체결 요소들은 특수 접착제들 또는 탭 볼트들일 수 있다.
일 실시예에서, 환형 챔버로의 접근부들은 제 1 관형 요소의 외부 표면상에 형성된다. 다른 실시예에서, 접근부들은 제 2 관형 요소의 내부 표면상에 형성된다.
일 실시예에서, 접근부들은 적어도 두 가지 유형을 갖는다. "주입 캐비티ixnjection cavity)"이라고 부르는 제1 유형은 증발기의 바깥쪽으로부터 안쪽의 방향으로 유체가 가로지르는 캐비티들을 포함한다. "수집 캐비티(collection cavity)"이라고 부르는 제2 유형은 증발기의 안쪽으로부터 바깥쪽의 방향으로 열 교환기 유체가 가로지르는 캐비티들을 포함한다. 일 실시예에서, 접근부들은 또한 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 환형 챔버에 윤활유를 바르는 것, 환형 챔버를 세척하는 것, 환형 챔버를 검사하는 것 또는 냉매 유체의 특성들을 변경하기 위해 화학 첨가제들을 주입하는 것과 같은 다른 기능들을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 증발기는 하나의 주입 캐비티 및 하나의 수집 캐비티를 포함한다. 주입 캐비티는 주입 요소에 연결된다. 주입 요소는 증발기의 주입 캐비티에 용접된 내열성 물질로 만들어진 파이프이다. 일 실시예에서, 주입 요소는 제2 관형 요소의 내부 캐비티를 통해 주입 캐비티에 도달한다.
수집 캐비티는 수집 요소에 연결된다. 수집 요소는 증발기의 수집 캐비티에 용접된 내열성 물질로 만들어진 파이프이다.
일 실시예에서, 수집 요소는 제 2 관형 요소의 내부 캐비티를 통해 수집 캐비티에 도달한다.
다른 실시예에서, 주입 및 수집 요소들은 단일의 관형 주입 및 수집 요소들보다 직경이 크고 모듈식 증발기를 형성하도록 병렬로 장착된 두 개 또는 그 초과의 증발기들의 흐름을 전달할 수 있는 두 개의 매니폴드일 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 한편으로, 주입 및 수집 요소들은 모듈들이 직렬로 장착되는 증발기에 대해서는 일치할 수 있다. 실제로, 이러한 실시예에서, 냉매 유체의 흐름 방향에서 앞에 있는 모듈인 하류의 모듈의 주입 요소는 냉매 유체의 흐름 방향에서 뒤에 있는 모듈인 상류의 모듈의 수집 요소와 일치한다.
기계는 제품을 혼합하고 열처리 실린더의 벽들 상에 형성될 수 있는 임의의 냉각 층들을 기계적으로 긁어내는 교반기를 포함한다. 일 실시예에서, 교반기는 열처리 실린더의 외부 표면상에 장착되고, 스크류 모양의 방식으로 그 둘레에 감긴다. 교반기는 바람직하게 열처리 실린더의 대칭축과 일치하는 회전축을 중심으로 회전하도록 적응된다.
다른 실시예에서, 다른 한편으로, 교반기는 (내부 표면을 긁어 내기 위해) 열처리 실린더의 내부 표면과 접촉한 채로 유지되는 방식으로 장착된다. 일 실시예에서, 열처리 실린더의 내부 벽은 제2 관형 요소의 내부 벽이다. 이러한 실시예에서, 교반기는 구동 샤프트 둘레에 감긴 스크류일 수 있다. 다른 실시예에서, 교반기는 (모터에 연결된) 샤프트에 쐐기 결합된 복수의 반경 방향 교반 블레이드를 포함한다.
기계는 수용 요소 내부의 제품을 냉각하는 냉동 시스템을 포함한다. "상류"라는 용어는 본 개시에서 열 교환기 유체의 흐름 방향에 있는 것으로 언급되는 것 이전에 위치하는 구성요소 위치를 나타내기 위해 사용되고, 반면에 "하류"는 열 교환기 유체의 흐름 방향에 있는 것으로 언급되는 것 이후에 위치하는 구성요소 위치를 표시하는데 사용된다.
일 실시예에서, 냉동 시스템은 열을 주변으로 방출하도록 적응되어, 열 교환기 유체를 응축시키는 "응축기"라고 부르는 제1 열 교환기를 포함한다(본 개시에서, 열 교환기 유체는 냉매 유체라고도 부른다). 응축기는 하류의 압축기 및 상류의 감압 요소(예를 들면, 반드시 그렇지는 않지만, 스로틀 밸브)에 연결된다. 감압 요소는 응축기로부터의 유체 흐름을 약하게 만든다. 일 실시예에서, 감압 요소는 핀 스로틀 밸브(pin throttle valve)이며, 이 밸브의 가변 크기 오리피스는 집중된 압력 손실로 인한 압력 강하를 조절한다. 일 실시예에서, 스로틀 밸브는 하류의 응축기 및 상류의 분리 시스템에 연결된다.
냉동 시스템은 분리 시스템의 위상 분리기의 하류에서 증기를 압축하기 위한 압축기를 포함한다. 압축기는 기계의 냉동 사이클을 다시 시작하도록 응축기에 연결된다.
냉동 시스템은 주변으로부터 열을 추출하여 분배될 제품을 냉각시키도록 적응된 "증발기"라고 부르는 제2 열교환기를 포함한다.
이러한 증발기는 "만액식(flooded)"으로서 정의된다. 이러한 정의는 본 기술 분야의 전문가에 의하면, 증발기에서 열 교환하는 동안 냉매 유체가 항상 두 개의 위상이 공존하는 구역에 있고 절대로 과열된 증기의 형태로는 존재하지 않는 특징을 말한다. 유리하게, 두 개의 위상이 공존하는 구역에서의 열 교환은 총 열교환 계수를 증가시킨다. 이러한 장점은 냉각을 더 빠른 속도로 바꾸며, 그 결과 제품 냉각 측면에서 동일한 성능에 필요한 에너지 소비를 더 낮춘다.
일 실시예에서, 위상 공존의 구역에서 증발을 위해 구성된 이러한 냉동 시스템은 분리 시스템을 포함한다. 분리 시스템은 증발기에서 지속적인 위상 공존 상태를 가능하게 하기 위해 액체 상태의 냉매 유체를 증발기로 보내어, 열 교환을 증가시키고, 또한 증기를 압축하는 기능을 가진 압축기에 미치는 구조적 손상을 피하기 위해 분산된 액체 방울들이 없는 포화된 증기를 압축기로 보내도록 설계된다.
일 실시예에서, 분리 시스템은 냉동 시스템에서 증발기 및 압축기의 상류 및 스로틀 밸브 및 증발기의 하류에 위치한다. 이러한 실시예에서, 그러므로, 증발기는 액체를 회수하고 냉매 액체를 위상 공존 상태로 공급하는 분리 시스템과 함께 폐회로에 포함된다. 다른 실시예에서, 분리 시스템은 압축기의 상류 및 증발기의 하류에 위치한다.
일 실시예에서, 분리 시스템은 위상 분리기를 포함한다. 일 실시예에서, 위상 분리기는 중력에 의해 작동한다. 일 실시예에서, 위상 분리기는 혼합에 의해 작동한다. 다른 실시예에서, 위상 분리기는 동시에 중력 및 혼합에 의해 작동한다.
일 실시예에서, 위상 분리기는 내부 분리 챔버로의 적어도 세 개의 접근부들을 포함한다. 하나의 입구는 스로틀 밸브로부터 위상 공존 상태의 유체를 받아들인다. 제 1 출구는 증발기로 보낼 포화된 액체를 공급한다. 제 2 출구는 압축기에서 압축될 포화된 증기를 공급한다.
다른 바람직한 실시예에서, 위상 분리기는 내부 분리 챔버로의 적어도 네 개의 접근부들을 포함한다. 제 1 입구는 스로틀 밸브로부터 위상 공존 상태의 유체를 받아들인다. 제2 입구는 증발 이후 증발기로부터 위상 공존 상태의 유체를 받아들인다. 제 1 출구는 증발기로 보내질 포화된 액체를 공급한다. 제2 출구는 압축기에서 압축될 포화된 증기를 공급한다.
유리하게, 한편으로 위상 분리기는 압축기에 잠재적으로 유해한 분산된 액체 방울들이 없는 포화된 증기를 압축기에 보내고, 다른 한편으로는 포화된 액체를 증발기로 보내어, 증발기에서 위상 공존 상태의 지속을 가능하게 함으로써 전체 열 교환 계수를 증가시킨다.
일 실시예에서, 분리 시스템은 위상 분리기의 하류 및 증발기의 상류에 배치된 액체 펌프를 또한 포함한다. 액체 펌프는 포화된 액체가 도달한 다음 다시 위상 분리기로 진입하게 한다. 액체 펌프는 위상 분리기를 빠져나가, 증발기를 통과하고 위상 분리기로 다시 진입하는 폐회로에서의 부하 손실들을 실질적으로 보상한다.
일 실시예에서, 기계는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 밸브들, 탭들 및 순환 펌프들과 같은 원격 구동 부품들의 자동 제어를 위한 제어 유닛을 포함한다. 일 실시예에서, 기계는 또한 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 제품 온도, 열 교환기 유체의 유동 속도 및 교반기 및/또는 압축기의 회전과 같은 작동 파라미터들을 제어하고 수정하도록 제어 유닛에 연결된 사용자 인터페이스를 포함한다.
일 실시예에서, 증발기는 각각의 주입 캐비티들 및 수집 캐비티들을 갖는 단일의 증발 모듈을 포함한다.
다른 실시예에서, 증발기는 세 개의 상이한 변형 실시예들에 따라 제조될 수 있는 복수의 증발 모듈들을 포함한다.
제 1 변형 실시예에서, 증발 모듈들은 기능적인 관점에서 직렬로 장착된다.
이러한 방식으로, 시스템에서 유체 흐름의 방향과 관련하여, 적어도 하나의 하류 증발 모듈에 연결된 적어도 하나의 상류 증발 모듈이 있다.
증발 모듈들을 직렬로 장착한다는 것은 상류 모듈의 수집 유동 속도가 하류 모듈의 주입 흐름 속도와 동일하다는 것을 의미한다.
다시 말하자면, 상류의 증발 모듈을 통해 흐른 이후에, 유체는 하류의 증발 모듈로 전달된다.
대부분의 경우, 이러한 구성에서, 증발 모듈들의 주입 및 수집 요소들은 일치한다. 보다 구체적으로, 하류의 증발 모듈의 주입 요소는 상류의 수집 모듈에 대응한다. 이러한 직렬 구성에서, 일 실시예에서, 증발기는 또한 냉매 유체가 따라가는 경로를 선택하고, 필요할 때 모듈들 중 일부를 격리하며 시스템을 다목적으로 사용하게 할 수 있는 복수의 자동 밸브들 및 탭들을 포함한다. 환언하면, 사용시, 냉매가 흐르는 활성 증발 모듈들의 개수는 탭들 및 밸브들을 작동시킴으로써 바뀔 수 있다.
제 2 변형 실시예에서, 증발 모듈들은 기능적인 관점에서 병렬로 장착된다. 증발 모듈들을 병렬로 장착한다는 것은 증발기로의 주입 흐름 속도가 증발기를 구성하는 복수의 증발 모듈들 사이에서 실질적으로 동일하게 세분된다는 것을 의미한다. 그러므로, 이러한 구성에서, 증발기는 주입 매니폴드 및 수집 매니폴드를 포함한다. 매니폴드란 복수의 유출들로 나뉘어지는 유입을 받아들이도록 구성된 부분 또는 단일의 유출로 보내지는 복수의 유입들을 받아들이도록 구성된 부분을 의미한다. 일 실시예에서, 주입 매니폴드는 증발 모듈들의 단일 주입 요소들보다 직경이 큰 관형 요소이다. 증발 모듈들의 단일 주입 요소들은 증발 모듈들에 공급하기 위해 주입 매니폴드로부터 분기한다. 다른 실시예에서, 주입 매니폴드는 증발 모듈들이 있는 만큼 동수의 출구들 및 분리 시스템의 순환 펌프로부터의 하나의 입구를 갖는 가압된 액체 탱크일 수 있다. 일 실시예에서, 수집 매니폴드는 증발 모듈들의 단일 수집 요소들보다 직경이 큰 관형 요소이다. 증발 모듈들의 단일 수집 요소들은 수집 매니폴드 상에 모여 증발된 유체를 수집한다. 다른 실시예에서, 수집 매니폴드는 증발 모듈들이 있는 만큼 동수의 입구들 및 분리 시스템의 위상 분리기로 향하거나 시스템이 분리기를 갖지 않는 경우에는 직접 압축기로 향하는 하나의 출구를 갖는 가압된 액체 탱크일 수 있다.
병렬 변형 실시예는 열 교환의 관점에서 중요한 장점들을 얻을 수 있게 한다. 병렬의 두 개의 열 교환기들의 총 열교환 계수의 결과는 단일 모듈들의 총 열교환 계수의 합이다. 단일 모듈들의 교환 표면적들의 합을 단일 증발기의 교환 표면적과 동일하게 유지하고, 일정한 총 유입 속도 및 냉매 유체와 냉각될 제품 사이의 일정한 온도 차이로 유지한다면, 총 열 교환 계수를 증가시키는 것이 열 회수량을 증가시키는 것임이 분명하다. 병렬 변형 실시예에서, 각각의 증발기 모듈마다 더 높은 적정(titration)을 갖는 냉매 유체와의 열교환이 일어나기 때문에, 두 개의 유체들 사이의 총 열교환 계수는 열교환 동안 줄곧 높게 유지될 수 있다. 바람직하게, 단일 증발기 모듈에서의 냉매의 유지 시간은 모듈식 증발기 없는, 즉 단일 증발기에서의 유지 시간과 동일하다.
이러한 병렬 구성에서, 일 실시예에서, 증발기는 또한 냉매 유체가 따라가는 경로를 선택하고, 필요하다면 모듈들 중 일부를 격리하고 시스템을 다목적으로 사용하게 할 수 있는 다수의 자동 밸브들 및 탭들을 포함한다.
제3 변형 실시예에서, 밸브들의 그룹은 사용시 그의 구성을 변경할 수 있는 시스템의 다양성을 높일 수 있게 한다. 다시 말해서, 밸브 그룹을 자동으로 구동함으로써, 증발기는 직렬의 증발 모듈들을 갖는 제1 구성으로부터 병렬의 증발 모듈들을 갖는 제2 구성으로, 또는 그 반대로 전환될 수 있다. 이러한 변형 실시예는 넓은 제품 유동 범위 및 냉각 요건들을 충족시키는 기계의 높은 다기능성을 필요로 하는 용도들에 매우 유리하다.
본 개시의 기술적 특징들 및 그 장점들은 단지 예시로서 바람직한 비제한적인 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해진다.
도 1은 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림 또는 소프트 아이스크림과 같은 차가운 제품을 제조하기 위한 기계를 도시한다.
도 2는 기계의 냉동 시스템의 시스템 구성도이다.
도 3은 냉동 시스템의 증발기를 또한 포함하는 열처리 실린더를 도시한다.
도 4는 주입 요소에 연결된 주입 캐비티의 상세를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 두 개의 증발 모듈들을 포함하는 모듈식 증발기의 직렬 구성 및 그 구성의 기능적 다이어그램을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 두 개의 증발 모듈들을 포함하는 모듈식 증발기의 병렬 구성 및 그 구성의 기능적 다이어그램을 도시한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 두 개의 증발 모듈들을 포함하는 모듈식 증발기의 가변 구성 배열 및 그 가변 구성 배열의 기능적 다이어그램을 하나의 사례에서는 직렬(도 7c)로 그리고 다른 사례에서는 병렬(도 7b)로 도시한다.
도 8 및 도 9는 각각 도 1에 도시된 기계의 다른 실시예들을 도시한다.
도 1에서 도면 부호 1은 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬러시 음료, 셔벗 디저트 크림 또는 소프트 아이스크림, 차가운 음료 등과 같은 차가운 제품들을 제조하기 위한 기계를 나타낸다.
도 8 및 도 9에서 부호 1은 액체 또는 반액체 식음 제품들, 구체적으로는 젤라토, 소프트 아이스크림 또는 디저트 크림을 제조하기 위한 기계를 나타낸다.
(도 1에 도시된) 일 실시예에서, 기계(1)는 분배될 제품을 수용 및 처리하고 제품을 분배하기 위한 적어도 하나의 입구(4)가 제공된 전면 벽(11)을 갖는 적어도 하나의 탱크(2)(보다 일반적으로는 요소(2))를 포함한다. 일 실시예에서, 수용 탱크(2)는 수용 탱크(2) 자체에 힌지 결합된 뚜껑(7)을 포함한다. 기계(1)는 식음 제품을 분배하기 위해 입구(4)에 위치하고 두 개의 작동 구성 사이에서 이동 가능한 분배기(5)를 포함한다. "온(On)"이라 부르는 제1 작동 구성에서, 분배기(5)는 액체 또는 반액체 제품이 분배 입구(4)를 통해 분배될 수 있게 하지만, "오프(Off)"라 부르는 제2 작동 구성에서, 분배기(5)는 분배 입구(4)를 폐쇄하고 액체 또는 반액체 제품을 수용 탱크(2) 내에서 보존한다.
분배 입구(4)와 관련하여, 기계(1)는 분배 입구(4)가 장착되고 제품 또는 음료가 효과적으로 분배되는 전면 벽(11), 전면 벽(11)에 대향하는 후면 벽(12) 및 전면 벽(11)과 후면 벽(12)에 실질적으로 수직인 두 개의 측벽들(9)을 포함한다.
또한, 열처리 실린더와 관련하여, 열처리 실린더(6)의 축의 중심으로부터 바깥쪽으로 회전축(X)에 수직인 반경 방향(R)이 정의된다.
일 실시예에서, 기계는 수용 탱크(2) 내부에 장착된 열처리 실린더(6)를 포함한다.
기계(1)는 각 열처리 실린더(6)마다 적어도 하나의 교반기(8)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 교반기(8)는 열처리 실린더(6)의 외부 표면상에 장착되고, 스크류 방식으로 그 둘레에 감긴다. 교반기(8)는 열처리 실린더(6)의 대칭축과 일치하는 회전 축(X)을 중심으로 회전하면서, 열처리 실린더(6)의 외부 표면과 줄곧 접촉한 채로 유지되도록 적응된다. 교반기와 관련하여, 따라서, 교반기(8)가 회전하게 되는 전술한 회전 축(X) 및 교반기(8)의 회전 축(X)으로부터 바깥쪽으로 향하고 회전 축(X)에 수직인 반경 방향(R)이 정의될 수 있다.
일 실시예에서, 기계(1)는 기계(1)의 구성요소들 중 일부를 내장할 수 있는 수용 격실(9)을 포함한다. 다른 실시예에서, 기계(1)는 수용 격실(9)을 포함하지 않으며 구성요소들은 기계의 다른 위치들에 배치된다.
일 실시예에서, 기계(1)는 분배될 음료 또는 제품으로부터 열을 제거하는 냉동 시스템(20)을 포함한다.
도 2에 도시된 일 실시예에서, 냉동 시스템은 냉동 시스템(20) 내부의 냉매 유체의 유동 방향(A)을 정의하는 냉매 유체(또는 열교환 유체)를 포함한다. 본 개시에서 "상류"라는 용어는 열 교환기 유체의 흐름 방향(A)에 있는 것으로 언급된 것보다 이전에 배치되어 있는 구성요소 위치를 나타내는데 사용되는 반면, "하류"는 열 교환기 유체의 흐름 방향(A)에 있는 것으로 언급된 것 이후에 배치되어 있는 구성요소 위치를 나타내는데 사용된다. 냉동 사이클(20) 중에, 냉매 유체(또는 열 교환기 유체)는 절대로 과열된 증기 상태에 도달하지 않는다. 이하에서 언급되는 열역학 상태들은 모두 냉매 유체로 언급된다. "위상 공존 상태"라는 용어는 냉매 유체가 액체 상태와 증기 상태 두 가지 모두에 있는 상 전이의 열역학적 상태를 의미하는데 사용된다.
일 실시예에서, 냉동 시스템(20)은 압축기(201), 응축기(202), 감압 요소(203) 및 증발기(205)를 포함한다.
아래에서 설명되는 바와 같이, 증발기(205)는 "만액식"이라고 공지된 유형의 증발기이라는 것을 유의하여야 하다.
다른 실시예에서, 냉동 시스템(20)은 또한 위상 분리 유닛(204) (또는 위상 분리 시스템)을 포함한다.
압축기(201)는 증기 상태의 냉매 유체를 압축하도록 구성된다.
압축기(201)는 냉매 유체가 증기가 분리 유닛(204)으로부터 오는 입구(D) 및 고압 증기가 응축기(202)로 향하는 출구(E)를 포함한다. 도시되지 않은 실시예에서, 입구(D)는 증기 중에 분산된 액체가 없다고 확인된 이후에는 직접 증발기(205)로부터 이어진다. 시스템에서, 압축기는 응축기(202)의 상류 및 증발기(205)의 하류에 위치한다.
응축기(202)는 압축기(201)로부터의 냉매 유체 증기를 응축하도록 구성된다. 도 2에 도시된 일 실시예에서, 응축기(202)는 압축기(201)의 하류 및 감압 요소(203)의 상류에 위치한다. 응축기(202)는 압축기(201)로부터 고압의 증기가 오는 입구(E) 및 고압의 포화 액체가 감압 요소(203)로 향하는 출구(F)를 포함한다.
감압 요소(203)는 응축기로부터 포화된 액체의 압력을 감소시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 감압 요소는 스로틀 밸브(203)이며, 스로틀 밸브(203)는 냉매 유체가 스로틀 밸브(203) 자체를 통해 흐를 때 받는 압력 손실을 조절하도록 적응된 가변 크기의 오리피스를 포함한다. 스로틀 밸브는 응축기(202)로부터 고압의 포화된 액체가 오는 입구(F)와, 저압의 위상 공존 상태의 증기와 액체가 분리 유닛(204) 또는 증발기(205)로 향하는 출구(G)를 포함한다. 도면에 도시된 일 실시예에서, 냉동 시스템의 스로틀 밸브(203)는 응축기(202)의 하류 및 분리 유닛(204)의 상류에 위치한다. 도면에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 냉동 시스템(20)이 분리 유닛을 구비하지 않는 이유로, 냉동 시스템의 스로틀 밸브(203)는 응축기(202)의 상류 및 증발기(205)의 상류에 위치한다.
분리 유닛(204)은 액체 위상으로부터 증기 위상을 분리하고 증기만을 압축기로 보내고 액체만을 증발기로 보내도록 구성된다. 일 실시예에서, 분리 유닛(204)은 위상 분리기(204A) 및 순환 펌프(204B)를 포함한다.
일 실시예에서, 위상 분리기(204A)는 두 개의 입구들, 즉 스로틀 밸브(203)로부터의 제 1 입구(G) 및 증발기(205)로부터의 제2 입구(C)를 포함하며, 이들 입구들은 모두 위상 공존 상태의 냉매 유체를 운반한다. 일 실시예에서, 위상 분리기(204A)는 두 개의 출구들, 즉 포화된 액체 상태의 냉매 유체가 순환 펌프(204B)로 향하는 제 1 출구(A) 및 포화된 증기 상태의 냉매 유체가 압축기(201)로 향하는 제 2 출구(D)를 포함한다.
따라서, 이러한 실시예에서, 분리 유닛(204)은 스로틀 밸브(203) 및 증발기 모두의 하류 및 증발기(205) 및 압축기(201) 모두의 상류에 위치한다. 분리 유닛(204)은 증발기의 상류 및 하류 모두에 위치하기 때문에, 결과적으로 이러한 실시예에서 증발기는 위상 분리기(204A)로부터 유체를 회수하고 이것을 위상 분리기로 반환하는 폐회로(21)의 일부를 형성하게 된다. 위상 분리기(204A)의 출구(A)로부터 액체 상태의 유체는 폐회로(21)에서의 부하 손실들을 극복하는데 필요한 압력 헤드를 제공하는 순환 펌프(204B)에 의해 처리된다.
도 2에 도시된 것 이외의 추가의 변형예에서, 분리 유닛은 위상 분리기(204A)를 포함 하지만 펌프(204B)를 포함하지 않으며; 이러한 변형예에서, 도 2에 도시된 펌프(204B) 대신에, 증발기 내부의 유체를 순환시키는데 필요한 압력 헤드는 증발기(205)로의 입구에서 작용하는 열 교환기 액체의 정적 압력(액체 기둥)에 의해 제공된다.
실제로, 위상 분리기(204A)는 증발기(205)보다 높이 장착된다.
다시 말하자면, 위상 분리기(204A)와 증발기(205)의 입구 사이의 액체 기둥에 작용하는 중력은 위상 분리기(204A)와 증발기(205) 사이의 "자연적" 대류에 의한 순환을 설정할 수 있게 하는 정적 압력을 보장한다.
이러한 실시예에서, (감압 요소(203)로부터) 증발기(205)로의 입구에서 열 교환기 액체 기둥의 레벨을 조절하기 위한, 즉 증발기(205)로의 입구에서 액체 기둥의 유압 헤드를 조절하기 위한 조절 밸브가 있는 것이 바람직하다. 조절 밸브는 증발기(205)로의 입구에서 열 교환기 액체의 기둥을 미리 정해진 높이에서 유지하기 위하여: 즉, 증발기(205)로의 입구에서 열 교환기 유체의 필요한 정적 압력을 유지시켜 열 교환기 액체 자체가 (위에서 설명된 바와 같은 자연적 대류에 의해) 증발기(205) 내에서 순환하도록 하기 위하여 열 교환기 유체의 진입을 조절한다.
도시되지 않은 다른 실시예에서, 분리 유닛(204)은 위상 분리기(204A)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 위상 분리기(204A)는 증발기(205)로부터 위상 공존 상태의 냉매 유체가 오는 입구 및 포화된 증기 상태의 냉매 유체가 압축기로 향하는 출구를 포함한다. 이러한 실시예에서, 분리 유닛(204)은 압축기(201)의 상류 및 증발기(205)의 하류에 위치한다.
일 실시예에서, 증발기(205)는 제 1 관형 요소(제 1 관형 부재라 표현되기도 함)(301) 및 제 1 관형 요소(301)와 동축으로 장착된 제2 관형 요소(제 2 관형 부재라 표현되기도 함)(302)를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 관형 요소(302)는 필요하다면, 그 안에 구명이 뚫려 있는 관통 채널들을 가질 수 있는 단단한 원통형 요소이다. 일 실시예에서, 제 1 관형 요소(301)의 외부 벽은 열처리 실린더(6)의 외부 벽과 일치한다.
일 실시예에서, 제 1 관형 요소는 평탄하고 반듯하고 반경 방향(R)으로 연장하는 돌출부들이 없는 외부 표면(301A) 및 내부 표면(301B)을 갖는다. 일 실시예에서, 제2 관형 요소는 증발기(205)를 냉동 시스템(20)의 다른 구성요소들과 연통하게 하는 접근부들을 제외하고는, 평탄하고 반듯하고 반경 방향(R)으로 연장하는 돌출부들이 없는 외부 표면(302A) 및 내부 표면(302B)을 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 관형 요소(301)는 냉매 유체와 냉각될 제품 사이의 공간을 감소시키기 위해 제2 관형 요소(302)보다 반경 방향 두께가 작다.
증발기는 또한 증발기를 구성하는 구성요소들을 연결하는 복수의 체결 요소들을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 체결 요소들은 충전제 물질을 갖는 용접 스폿들(304)이다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 체결 요소들은 제 1 관형 요소(301)와 제2 관형 요소(302)를 서로 밀봉식으로 연결할 수 있는 특수한 접착제들일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 용접 스폿들(304)은 제 1 관형 요소(301) 및 제2 관형 요소(302)의 대향하는 측들 상에 위치한다.
일 실시예에서, 증발기는 외부 반경이 제 1 관형 요소(301)의 외부 반경과 동일하고 전면 벽(11)과 마주하는 제 1 관형 요소(301) 및 제2 관형 요소(301)의 단부에 위치하는 원형 왕관 형상의 폐쇄 벽(306)을 포함한다. 다른 한편으로, 폐쇄 벽의 내부 반경은 열처리 실린더의 칼라(311) 상에 놓인 교반기(8)에 쐐기 결합된 구동 샤프트의 크기에 의해 결정된다.
일 실시예에서, 제 1 관형 요소(301)는 후면 벽(12)과 마주하는 그의 단부에서 증발기가 적절한 커넥터들을 이용하여 기계(1)에 연결되는 플랜지(307)를 포함한다.
일 실시예에서, 증발기는 또한 제 1 관형 요소(301)의 내부 벽(301B)과 접촉하여 놓인 온도 센서(308)를 포함한다.
제 1 관형 요소(301) 및 제2 관형 요소(302)는 배치되고, 제 1 관형 요소(302)의 내부 직경과 제2 관형 요소(302)의 내부 직경 간의 차이로서 정의되는 반경 방향 연장부(r), 회전축(X)을 따른 환형 챔버(303)의 길이로서 정의되는 축 방향 연장부(p), 및 제 1 및 제2 관형 요소들(301, 302)의 기준 원들의 중심에 대해 환형 챔버(303)에 의해 경계를 이루는 각도로서 정의된 각진 연장부(α)를 특징으로 하는 환형 챔버(303)를 형성하는 방식으로 용접 스폿들(304)에 의해 체결된다.
일 실시예에서, 환형 챔버는 4 mm 미만인 반경 방향 연장부(r), 제 1 관형 요소(301)와 제2 관형 요소(302) 사이의 용접 스폿들로 인해 축 방향 연장부의 손실분을 뺀, 제 1 및 제2 관형 요소(301, 302)의 축 방향 연장부와 실질적으로 동일한 축 방향 연장부(p), 및 2π와 같은 각진 연장부(α)를 갖는다.
일 실시예에서, 환형 챔버는 2 mm 미만인 반경 방향 연장부(r), 제 1 관형 요소(301)와 제2 관형 요소(302) 사이의 용접 스폿들로 인해 축 방향 연장부의 손실분을 뺀, 제 1 및 제2 관형 요소(301, 302)의 축 방향 연장부와 실질적으로 동일한 축 방향 연장부(p), 및 2π와 같은 각진 연장부(α)를 갖는다.
일 실시예에서, 증발기(205)는 환형 챔버(303)로의 복수의 접근부들(309)을 포함한다. 복수의 접근부들(309) 중 일부는 유체를 환형 챔버(303) 내로 흘러들게 하는데 사용된다. 복수의 접근부들(309) 중 일부는 유체를 환형 챔버(303)로부터 흘러 나오게 하는데 사용된다.
일 실시예에서, 복수의 접근부들은 제2 관형 요소(302)에 만들어진 구멍(309A'') 및 가이드(309A')에 의해 정의된다.
바람직한 실시예에서, 증발기는 후면 벽(12)과 마주하는 제2 관형 요소(302)의 단부에 배치된 "입구 접근부"(309A)라고 부르는 접근부(309)를 포함한다. 증발기는 전면 벽(11)과 마주하는 제2 관형 요소(302)의 단부에 배치된 "출구 접근부(309B)"라고 부르는 접근부(309)를 포함한다.
일 실시예에서, 증발기(205)는 냉매 유체를 환형 챔버(303)에 도달하게 하는 복수의 접근 요소들(310)을 포함한다. 복수의 접근 요소들(310) 중 일부는 유체를 환형 챔버(303) 내로 이송하는데 사용된다. 복수의 접근 요소들(310) 중 일부는 환형 챔버(303)로부터 유체를 이송하는데 사용된다.
일 실시예에서, 복수의 접근 요소들은 접근 지점들(309)에서 적어도 하나의 만곡부를 갖는 내열성 파이프를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 증발기는 용접 스폿들에 의해 접근 캐비티(309A)에 합류되도록 구성된 "주입 요소"(310A)라 부르는 접근 요소(310)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 구멍(309A")은 내열성 파이프(310A)와 실질적으로 직경이 동일하다. 증발기는 용접 스폿들에 의해 접근 캐비티(309B)에 합류되도록 구성된 "출구 요소"(310B)라 부르는 접근 요소(310)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 구멍(309B")은 내열성 파이프(310B)와 실질적으로 직경이 동일하다. 내열성 파이프들(310A 및 310B)에는 주입 요소(310A)에 대한 액체 상태의 냉매 유체 및 주입 요소(310B)에 대한 위상 공존 상태의 냉매 유체가 작동적으로 가로지른다.
일 실시예에서, 증발기(205)는 상이한 구성들에 장착된 둘 또는 그 초과의 모듈(401)로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 증발기는 모듈식 증발기(40)라고 지칭될 것이다. 모듈들(401) 사이의 연결을 변화시킬 가능성은 모듈식 증발기(40)의 세 개의 실시예를 정의할 수 있게 한다.
세 개의 실시예들은 모두 제 1 단일 관형 요소(301) 및 모듈식 증발기(40)에 있는 모듈들(401)과 동일한 개수의 유닛들(302', 302")로 나누어지는 제2 관형 요소를 포함한다.
구조적 관점에서 본 도 5a 및 도식적 관점에서 본 도 5b에 도시된 제 1 실시예에서, 모듈들(401)은 직렬로 장착된다. 이러한 실시예에서, 제 1 모듈(401')은 주입 요소(310A')로부터 냉매 유체의 전체 흐름을 받아들이고, 이것을 증발시키고 수집 요소(310B')를 이용하여 수집한다. 이러한 실시예에서, 제2 모듈(401")의 수집 요소(310B') 및 주입 요소(310A")는 모듈식 증발기(40)의 동일한 구성요소이다. 냉매 유체의 동일한 흐름은 모듈(401')로의 입구의 그것과 상이한 열역학적 상태에서 수집 요소(310B")를 이용하여 수집되는 제2 모듈(401")로 향한다.
구조적 관점에서 본 도 6A 및 도식적 관점에서 본 도 6B에 도시된 제2 실시예에서, 모듈들(401)은 병렬로 장착된다. 이러한 실시예에서, 제1 모듈(401')은 주입 요소(310A')로부터 회로에서의 총 흐름을 모듈들(401)의 개수로 나눈 것과 동일한 냉매 유체의 흐름을 받아들인다. 제1 모듈(401')은 냉매 유체를 처리하고 이것을 수집 요소(310B')로 수집한다. 동일한 방식으로, 제2 모듈(401")은 주입 요소(310A')로부터 회로에서의 총 흐름을 모듈들(401)의 개수로 나눈 것과 동일한 냉매 유체의 흐름을 받아들인다. 제2 모듈(401")은 냉매 유체를 처리하고 이것을 수집 요소(310B')로 수집한다.
이러한 실시예에서, 각 모듈들(401', 401")의 주입 요소들(310A', 310A")은 냉매 유체의 전체 흐름을 운반하는 매니폴드(402A)로부터 분기된다. 이러한 실시예에서, 각 모듈들(401', 401")의 수집 요소들(310B', 310B")은 냉매 유체의 전체 흐름을 운반하는 매니폴드(402B) 상에 모인다.
병렬 실시예에서, 모듈들 중 하나(401)는 하나의 모듈만으로 작동하기 위해 동작적으로 격리될 수 있다. 이러한 경우, 순전히 비제한적인 예로서, 사용자는 밸브들(403A' 및 403B')를 폐쇄하고, 대신에 밸브들(403A" 및 403B")을 개방함으로써 모듈(401')을 인터페이스로부터 격리시킬 수 있다.
구조적 관점에서 본 도 7a 및 도식적 관점에서 본 도 7b에 도시된 제3 실시예에서, 직렬 배열로부터 병렬 배열로 전환함으로써 증발기의 구성을 변화시키는 것이 가능하다.
이러한 실시예에서, 제 1 모듈(401')은 하나의 입구 요소(310A') 및 두 개의 출구 요소들(310B'): 즉 직렬 배열에서 냉매 유체가 가로지르는 활성화된 제1 출구 요소(310B'S) 및 병렬 배열에서 활성화된 제2 출구 요소(310B'P)를 포함한다.
이러한 실시예에서, 제 2 모듈(401")은 하나의 출구 요소(310B") 및 두 개의 입구 요소들(310A"), 즉 직렬 배열에서 냉매 유체가 가로지르는 활성화된 제1 입구 요소(310A"S) 및 병렬 배열에서 활성화된 제2 입구 요소(310A"P)를 포함한다.
이러한 실시예에서, 도 6b의 병렬 배열의 밸브들의 구성을 참조하면, 모듈식 증발기(40)는 직렬 배열에서만 개방된 추가 밸브(403AB)를 포함한다.
도 7c 및 도 7a는 두 개의 선택 가능한 배열들 내 밸브들의 구성을 도시한다. 보다 구체적으로, 직렬 배치는 도 7c에 도시된다. 이러한 배열에서, 밸브들(403A', 403AB 및 403B")은 개방되고, 반면에 밸브들(403A" 및 403B')은 폐쇄된다.
병렬 배열은 도 7b에 도시된다. 이러한 배열에서, 밸브들(403A', 403A", 403B' 및 403B")는 개방되고, 반면에 밸브(403AB)는 폐쇄된다.
도 8에 도시된 기계(1)의 다른 실시예에서, 열처리 실린더(6)는 제품 수용 요소를 정의한다. 실제로, 열처리 실린더(6)는 제품을 수용하고 가공한다. 열처리 실린더(6)는 증발기(205)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 열처리 실린더는 증발기(205)에 공급하기 위해 필요한 모든 접근부들 이외에, 도면들에 도시되지 않은 공급 호퍼에 연결되는 접근부를 구비하여야 한다.
이러한 실시예에서, 교반기(8)는 열처리 실린더(6) 내부에 장착된다. 일 실시예에서, 교반기(8)는 구동 샤프트(17) 둘레에 나선형으로 감긴 스크류(18)이다. 이러한 스크류의 최대 직경은 기껏해야 증발기(205)의 제2 관형 요소(302)의 내부 직경과 동일하다.
이러한 실시예에서, 접근부들(309) 및 환형 챔버(303)는 제1 관형 요소(301) 상에 형성된다. 이러한 실시예에서, 환형 챔버(303) 상의 접근부들(309)에 도달하기 위한 접근 요소들(310)은 제2 관형 요소(301)에 의해 형성된 내부 캐비티 외측의 경로를 따라 놓인다.
도 9에 도시된 제3 실시예에서, 기계(1)는 도 8에 도시된 실시예와 실질적으로 유사하지만, 그 밖에 기본 제품을 준비하기 위한 준비 유닛(19)을 포함한다.
준비 유닛(19)은 기본 제품을 수용하는 준비 탱크(16)를 포함한다. 준비 유닛(19)은 준비 탱크 내부에 장착되어 기본 제품을 혼합하기 위한 믹서를 포함한다. 준비 유닛(19)은 기본 제품을 공급 덕트(13)를 통해 본 실시예에서는 열처리 실린더(6)인 수용 요소로 펌핑하도록 구성된 순환 펌프(15)를 포함한다. 그러므로, 이러한 실시예에서, 기계는 실제로 연속하여 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 준비 유닛은 순환 펌프(15)를 갖고 있지 않고, 기본 제품은 중력에 의해 준비 탱크(16)로부터 열처리 실린더(6)로 떨어진다.
"만액식" 유형의 증발기(205)를 제공함에 따라, 본 발명의 기계(1)는 증발기(205)의 열교환 표면들을 완전하게 적셔주기 때문에 더욱 효과적으로 증발기의 열교환 표면들을 사용하는 (이에 따라 제품과의 열교환이 더 효율적인) 장점이 있다.
"만액식" 유형의 증발기(205)를 제공함으로 인한 본 발명의 기계(1)의 다른 장점은 과열된 증기 대신에 포화된 증기를 받아들이고, 그 결과 유입되는 냉매의 온도가 더 낮아지고 냉매가 압축기를 이탈할 때 냉매가 갖는 온도를 낮춘다는 것이다.
더욱이, 기계(1)에서의 냉동 열 부하의 (예를 들어, 고온에서 기본 성분들의 적재로 인한) 급격한/급속한 증가가 발생할 때, 모아놓은 액체의 일부가 증발한다는 것이고, 이것은 증발기(205)가 열 부하들에 대해 특히 융통적이라는 것을 의미하는 것임이 또한 강조되어야 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 개시는 또한 첨부된 청구항들 중 어느 하나에 따른 기계에서 차가운 또는 냉각된 액체 또는 반액체의 식음 제품들을 제조하고 분배하기 위한 방법을 정의하며, 이 방법은 다음의 단계, 즉,
제품을 수용하기 위한 요소(2) 내부에서 적어도 하나의 기본 제품을 준비하는 단계와,
냉매 유체를 분리 시스템(204A), 증발기(205), 압축기(201), 응축기(202) 및 감압 요소(203)를 통해 흐르게 하고, 분리 시스템(204A)을 통해 포화된 액체 상태의 냉매 유체를 증발기(205)로 보내고 포화된 증기 상태의 냉매 유체를 압축기(201)에 보내도록 냉동 시스템(20)을 작동하는 단계와,
적어도 하나의 기본 제품을 차갑거나 냉각된 액체 또는 반액체 제품으로 바꾸기 위하여, 증발기(205)에 의해 열을 흡수시키고 동시에 교반기(8)를 각각의 회전 축(X)을 중심으로 회전시킴으로써 기본 제품을 냉각시키는 단계를 포함한다.
보다 정확하게, 냉동 시스템(20)을 작동시키는 단계는 압축기(201)를 작동시키는 단계를 포함한다.
다른 양태에 따르면, 냉동 시스템(20)을 작동시키는 단계는 순환 펌프(204B)를 작동시키는 단계를 포함한다.
본 방법의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 기본 제품을 냉각시키는 단계 동안, 냉매 유체의 적어도 일부는 포화된 액체 위상이며 (벽들을 적시도록, 즉 환형 챔버(303)에 넘쳐 흐르도록) 증발기(205)의 벽들과 접촉한다. 포화된 액체 상태의 냉매 유체의 일부와 접촉하는 벽들은 처리되는 제품을 냉매 유체로부터 분리시킨다는 것을 주목하여야 한다.
따라서, 결과적인 열교환은 특히 효율적이다.

Claims (18)

  1. 차가운 또는 냉각된 액체 또는 반액체의 식음 제품들을 제조하고 분배하기 위한 기계(1)로서, 적어도:
    분배될 상기 제품을 수용하고 차가운 또는 냉각된 식음 제품을 분배하기 위한 분배 입구(4)를 구비하는 요소(2)와,
    상기 식음 제품을 분배하기 위해 상기 분배 입구(4)에 위치하고 상기 식음 제품이 분배될 수 있도록 온(on) 또는 오프(off)될 수 있는 분배기(5)와,
    열처리 실린더(6)와,
    열처리 실린더(6)와 동축을 이루고 각각의 회전 축(X)을 중심으로 회전하도록 적응된 교반기(8)와,
    냉매 유체가 순환하고, 열처리 실린더(6)와 연관된 증발기(205, 40), 응축기(202), 감압 요소(203) 및 압축기(201)를 포함하는 냉동 시스템(20)을 포함하며,
    상기 증발기(205, 40)는 상기 회전 축(X)에 평행한 축 방향을 따라 연장하는 제1 관형 부재(301) 및 제2 관형 부재(302)를 포함하고, 상기 제2 관형 부재(302)는 상기 제1 관형 부재(301) 내부에 삽입되어 상기 축 방향을 따라 중단 없이 연장하는 환형 챔버(303)를 정의하는 것을 특징으로 하고, 상기 냉동 시스템(20)은 상기 냉매 유체의 위상들을 분리하고, 포화된 액체 상태의 냉매 유체를 상기 증발기(205, 40)로 보내고 포화된 증기 상태의 냉매 유체를 상기 압축기(201)로 보내도록 구성된 분리 시스템(204)를 포함하고,
    상기 증발기(205, 40)는 상기 제 1 관형 부재(301)와 상기 제2 관형 부재(302) 사이의 다수의 체결 요소들(304) 및 상기 제 1 관형 부재(301)와 상기 제2 관형 부재(302) 사이의 간극에 의해 형성된 환형 챔버(303)로의 복수의 접근부들(309)을 포함하고,
    상기 제1 관형 부재(301) 및 상기 제2 관형 부재(302)는 반경 방향 두께가 상이한 것을 특징으로 하는, 기계.
  2. 제1항에 있어서, 반경 방향(R)을 따른 상기 환형 챔버(303)의 연장부는 12 mm 미만인, 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반경 방향(R)을 따른 상기 환형 챔버(303)의 연장부는 적어도 8 mm 미만인, 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 관형 부재(302)는 돌기부들이 없이, 상기 환형 챔버(303) 내부에서 상기 반경 방향으로 연장하는 반듯한 외부 표면(302A)을 갖는, 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 시스템(204)은 적어도 하나의 위상 분리기(204A) 및 적어도 하나의 순환 펌프(204B)를 포함하는, 기계.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 위상 분리기(204A)는 감압 요소(203)로부터 상 전이의 냉매 유체를 전달하도록 구성된 제1 입구(G) 및 상기 증발기(205, 40)로부터 마찬가지로 상 전이의 냉매 유체를 전달하도록 구성된 제2 입구(C)를 포함하는, 기계.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 위상 분리기(204A)는 상기 증발기(205, 40)로 향하고 상기 포화된 액체 상태의 냉매 유체를 전달하도록 구성된 제1 출구(A), 및 상기 압축기(201)로 향하고 상기 포화된 증기 상태의 냉매 유체를 전달하도록 구성된 제2 출구(D)를 포함하는, 기계.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기(205, 40)에서 냉매 유체는 포화된 액체 상태 또는 상전이 상태에 있는, 기계.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 체결 요소들(304)은 용접들인, 기계.
  11. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 증발기(205, 40)로의 상기 복수의 접근부들(309)은 상기 냉매 유체를 공급하도록 적응된 주입 요소(310A)를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 주입 캐비티(309A), 및 유출되는 상기 냉매 유체를 받아들이도록 적응된 수집 요소(310B)를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 수집 캐비티(309B)를 포함하는, 기계.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 주입 캐비티(309A)는 상기 분배 입구(4)가 위치하는 벽과 대향하는 벽을 향해 마주하는 상기 열처리 실린더(6)의 단부에 위치하고, 상기 수집 캐비티(309B)는 상기 분배 입구(4)가 위치하는 상기 벽을 향해 마주하는 상기 열처리 실린더(6)의 상기 단부에 위치하여, 상기 냉매 유체를 상기 주입 캐비티(309A)로부터 상기 제1 관형 부재(301) 및 상기 제2 관형 부재(302)에 의해 정의된 상기 환형 챔버(303)를 따라 상기 수집 캐비티(309B)로 흐르게 하는, 기계.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기(205, 40)는 모듈식이고 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 증발 모듈들(401)을 포함하는, 기계.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교반기(8)는 상기 제1 관형 부재(301)의 외부 벽(301A)의 바깥쪽에 장착되는, 기계.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교반기(8)는 상기 제2 관형 부재(302)의 내부 벽(302B)의 안쪽에 장착되는, 기계.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 기본 제품을 준비하고 수용 요소(2)에 작동 가능하게 연결되어 상기 기본 제품을 상기 수용 요소(2)에 공급하기 위한 준비 탱크(16)를 포함하는, 기계.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 차가운 또는 냉각된 액체 또는 반액체의 식음 제품들을 제조하고 분배하는 방법으로서,
    제품을 수용하기 위한 요소(2) 내부에서 하나의 기본 제품을 준비하는 단계와,
    상기 냉매 유체를 상기 분리 시스템(204), 상기 증발기(205, 40), 상기 압축기(201), 상기 응축기(202) 및 상기 감압 요소(203)를 통해 흐르게 하고, 상기 분리 시스템(204)을 통해 상기 포화된 액체 상태의 냉매 유체를 상기 증발기(205, 40)로 보내고, 상기 포화된 증기 상태의 냉매 유체를 상기 압축기(201)로 보내도록 상기 냉동 시스템(20)을 작동시키는 단계와,
    상기 적어도 하나의 기본 제품을 차갑거나 냉각된 액체 또는 반액체 식음 제품으로 바꾸기 위해, 상기 증발기(205, 40)에 의해 열을 흡수하고, 동시에 상기 교반기(8)를 상기 각각의 회전 축(X)을 중심으로 회전함으로써 상기 적어도 하나의 기본 제품을 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기본 제품을 냉각하는 상기 단계 동안, 상기 냉매 유체의 적어도 일부는 상기 포화된 액체 위상으로 상기 증발기(205, 40)의 벽들과 접촉하는, 방법.
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