专利名称：用于生产和分配液态或半液态食品的机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产和分配液态或半液态消费食用产品(或食品)的机器。
背景技术：
本发明不失去其一般特性地具体涉及用于生产和分配刨冰、雪泥饮料、冰淇淋、软冰淇淋、奶昔、奶油、巧克力、酸奶等的机器和用于生产和保存冰淇淋、巧克力、奶油、调味品、汤和一般混合物以及类似产品的机器。众所周知，这些机器包括用于液态基本产品的容纳箱以及用于处理基本产品以获得所述食品的处理回路。然后可通过适当的分配装置对食品进行分配和/或将食品保存在保存箱内。根据考虑的机器的类型，处理回路可包括热处理系统，该热处理系统用于冷却和加热产品；搅拌缸，该搅拌缸用于将产品保持在给定的粘度；混合装置，该混合装置用于将基本产品与诸如调味料等之类的辅助产品混合。处理回路可包括热调节系统，该热调节系统用于调节正在被加工的混合物、所要供给的产品和/或可能的中间产品的温度。该热调节系统包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀以及蒸发器。该膨胀阀具有降低来自冷凝器的液体的温度的功能，通过降压使温度从冷凝温度变到蒸发温度，因此使制冷剂能够馈送到蒸发器。膨胀阀的运行产生过热现象，必须适当地处理该现象以能够对食品进行正确的热调节。当饱和干蒸汽在恒定压力下被加热而温度上升时发生过热。因此，过热是由蒸汽的绝对温度与所讨论的流体的对应于该压力的饱和温度之间的差来定义。为此，恒温膨胀阀必须测量来自蒸发器的气体的压力(且因此测量蒸发温度)和温度，并根据该两值之差确定其开度；该开度必须随着差值的增加而增大。操作上，可通过三个不同的压力来调节阀的开度球管压力(bulb pressure)加上蒸发压力和弹簧压力， 该球管压力测量从蒸发器出来时的制冷剂温度，蒸发压力和弹簧压力提供阻滞效应并使得能够进行过热调节，并且蒸发压力和弹簧压力为反向。在蒸发器出口处的制冷剂过热增加时，球管压力超过抽吸压力，趋于使阀从其阀座移动，使得更多的制冷剂通过，从而保持蒸发器的饱和温度与出口处温度之间的温差恒定。通常，假设阀开度与过热压力之间的关系为线性关系。从蒸发器出来的蒸汽的过热度对运行稳定性和能量效率有负面影响。实际上，例如，过热增加涉及阀稳定性的增加以及热调节系统的整体范围的减小。在引入干扰(在热负荷的变化方面)之后对平衡的再调整中，在某些运行条件下， 该系统会显示出不稳定性以恢复到新的稳定平衡状态，特征是存在有两个低效运行状态之间的循环振荡(所谓的“摆动”)，这显然影响机器的性能，且因此影响所供给的食品的质量。如果膨胀阀是电子膨胀阀，则通过电子装置改变阀的通过截面来调节质量流量。 但是，这必须定义适当的控制算法，用于根据热负荷来调节最小稳定过热值。实际上，应当记住，在关于食品生产且尤其是冰淇淋生产的应用中，运行条件非常特殊制冷循环时间非常短且热负荷并不是随时间恒定的。这意味着该系统必须能够提供非常严格的调节，以允许循环根据所要求的温度/压力分布来进行。如果不是这种情况，则不会以适当的方式加工出食品且会不利地影响食品的质量。因此，在本文中，不可能或者应用已知的适应型热调节系统(像例如US5，966，950 中所描述的或US4，689，968中所描述的或者US5，782，103中所描述的或最后由 US6, 018，959中所描述的热调节系统)，或者应用像EP1707903中描述的等同系统，在这些条件下，这些系统不能足够快地跟随系统动态。事实上，应当注意，用于稳定其参考值的已知适应型系统需要数分钟时长的过渡状态，即与搅打循环的总时长相同量级时长的过渡状态。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种用于生产和分配液态或半液态食用产品的机器， 其中热调节系统能够足够快地自适应于负荷变化，尤其是相对于搅打循环。本发明的另一目的是提供用于生产和分配液态或半液态食品的机器，其中热调节系统能够有效地使用其自身的蒸发器。根据本发明，可通过用于生产和分配液态或半液态食品的机器来实现前述和其它目的，该机器包括所附权利要求中一项或多项中所述的技术特征。根据以上目的，在所附权利要求书的内容中可清楚地发现本发明的技术特征，且本发明的优点在以下参照表示以非限制实例给出的其实施例的附图的详细说明书中会更加明显。
具体地说-图1示出根据本发明的机器的方框图；-图2是用在图1中所示机器中的蒸发器的曲线特性的示意图。
具体实施例方式根据附图，根据本发明的机器总地用附图标记1表示。参照图1，机器1首先包括用于液态基本产品的容纳箱2。液体基本产品可以是 (仅示例地)液态奶油、或用于冰淇淋、奶昔、刨冰或果汁的物质的混合物；一般而言，液态基本产品可以是用于生产液态或半液态成品食品的任何液态产品。成品食品可以是(仅示例地)刨冰、果汁饮料、冰淇淋、软冰淇淋、液态奶油、酸奶、酸奶冰淇淋；冰淇淋、巧克力、奶油、调味料、汤的混合物、一般混合物和类似产品。成品产品也可以是冰淇淋奶昔或牛奶奶昔；术语“冰淇淋奶昔”或“牛奶奶昔”应理解为表示任何冷冻食品或中性口味的“半冷冰淇淋(semifreddo) ”(冰淇淋蛋糕)，也定义为搅拌有所要求口味的调味果汁以及可能搅拌有增加的果酱的固体部分或坚果等形式的固体部分的中性冰淇淋。应当注意，根据使用容纳箱2的机器的需求和类型，所述容纳箱2可具有使用时水平或竖直方向的主要延伸部；容纳箱2还可由具有至少一个开口侧的盒形结构组成，或可由基本上“封闭的”盒形结构组成。为了从基本产品得到最终产品，机器1包括处理回路10。处理回路10又可包括用于冷却/加热基本产品、成品产品和/或中间产品的热调节系统11 ；该热调节系统11也可布置成将基本产品、成品产品和/或中间产品保持在预定温度下。在下文中更详细地描述热调节系统11。处理回路10可包括分配装置或挤压搅打装置，尤其是如果成品产品包括搅打奶油时更是如此。处理回路10可包括冷却和混合单元19，以混合产品并将产品保持在(或使其达到)给定温度。例如，冷却和混合单元19可包括搅打装置12，尤其是如果成品产品包括冰淇淋时更是如此。较佳的是，设置成使用作为所述冷却和混合单元19的一部分的搅拌件13 ；驱动搅拌件13绕其纵向轴线转动以根据预定速度分布混合存在于搅拌装置内的产品。搅拌件13 可例如安装在所述搅拌装置12的搅拌腔室内。在不同的实施例(未示出)中，搅拌件13可安装在设置于刨冰制造装置内的圆筒结构之外。在某些实施例中，搅拌件13可设有转动轴。具体参照冰淇淋的生产，搅打装置12的任务是即使产品的温度显著下降时也能将产品保持在乳化状态；更具体地，根据搅拌件13的转动速度，能够将产品与不同的空气量组合，因此得到具有不同乳化密度的成品产品。处理回路10可包括混合单元，尤其是如果最终产品包括冰淇淋奶昔或牛奶奶昔时更是如此。机器1还包括分配装置30，该分配装置30适于设置成能够分配成品产品，并较佳地连接到处理回路10的下游，尤其是搅拌工具12的下游。该分配装置30可例如包括喷嘴或龙头；分配装置30可手动调节，或通过适当电子控制装置来调节，该电子控制装置与适于探测成品产品的分配量的传感器相协作，从而确定分配装置必须自动关闭的时刻。较佳的是，机器1还包括电子管理单元60，该电子管理单元60至少作用在多个致动器上，用于调节和管理该电子管理单元60的运行且由此调节和管理机器1的运行。实践中，管理单元60可以是已知类型的电子控制卡，它被适当地设计成根据预设程序来运行机器1，且由此从一种或多种基本产品获得成品产品。如上所述，处理回路10包括热调节系统11。热调节系统11包括设有压缩机11a、 冷凝器lib、电子膨胀阀lie和蒸发器Ild的热回路11'。热流体lie在热回路11'中循环。压缩机Ila的任务是保持热回路11'内的正确压力，从而使热流体能够循环。冷凝器或气体冷却器lib具有从热流体吸收热量的功能，该热量用于使流体冷凝。电子膨胀阀Ilc插在在冷凝器lib与蒸发器Ild之间。膨胀阀Ilc被设计成降低从冷凝器lib出来的流体的温度，通过降压使该温度从冷凝值变为蒸发值，从而可将流体馈送到蒸发器lid。蒸发器或热交换器Ild用于“产生冷量”并因此将基本产品、成品产品和/或中间产品冷却。这取决于机器1的哪个部分与蒸发器Iid热关联，即机器1的哪个部分将进入与蒸发器Ild进行热交换的状态。有利地是，蒸发器Ild可与搅拌装置12热关联，从而在搅拌步骤期间将食品保持在足够低的温度。例如，蒸发器Ild靠近搅打装置12设置或可面向搅打装置12。较佳地是，热调节系统11是制冷系统，且热流体lie是制冷剂。例如，流体可以是 R-404A 型。较佳地是，沿着封闭的热回路11 ‘，按下列次序(如图1中示意性地示出的)设置不同的构件压缩机11a、冷凝器lib、膨胀阀11c、蒸发器lid。热流体lie沿着图1中箭头所示的方向流动。热调节系统11还包括作用在膨胀阀Ilc上的控制单元Ilf。控制单元Ilf被构造成向膨胀阀Ilc发送电子命令信号S，从而调节阀本身的通过截面。较佳地是，电子膨胀阀Ilc设有电动机械致动器，诸如步进电动机，该步进电动机被适当地供能，使关闭件逐渐移动，因此限定阀本身的通过截面。因此，命令信号将方便地递送到所述电动机械致动器。有利的是，控制单元Ilf应用能够持续跟踪负荷且同时使过热值稳定的预测型算法。更详细地说，在较佳实施例中，控制单元Ilf启动系统、初始化变量并确定机器状态。例如，机器状态(先前由操作者设定)可以是“优良”型或“快速”型。根据机器所处的状态，控制单元Ilf进行待用参数的适当设定。在下文中提供关于两种不同机器状态的其它细节。然后，控制单元Ilf确定代表从蒸发器Ild出来的热流体lie的瞬时过热的主参数SH。较佳地是，主参数SH确定为从蒸发器Ild出来的流体lie的温度Tout与从所述蒸发器Ild出来的流体lie的饱和温度Tsat之间的差的函数。换言之，使用以下关系SH = Tout-Tsat.饱和温度Tsat可有利地确定为从蒸发器Ild出来的流体的压力Pout的函数。例如，参照制冷流体R-404A，Pout与Tsat之间的关系可通过预存储的表来定义， 在预存储表中，每个Pout值与相应的Tsat值关联。从所使用的制冷流体的饱和曲线可方便地得到该表。下表1实际上示出Pout值与I^sat值之间的对应。
权利要求
1.一种用于生产和分配液态或半液态食用产品(食品)的机器，所述机器包括-容纳箱O)，所述容纳箱用于容纳液态基本产品；-处理回路(10)，所述处理回路(10)用于处理所述液态基本产品，从而得到液态或半液态食品，所述处理回路(10)包括至少一个热调节系统(11)，所述至少一个热调节系统(11)用于调节与所述基本产品、中间产品和/或成品产品的温度关联的一个或多个值；-分配装置(30)，所述分配装置用于分配所述食品；其中，所述热调节系统(11)包括热回路(11')，热流体(lie)在所述热回路(1Γ ) 中循环，且所述热回路配备有压缩机(11a)、冷凝器(lib)、电子膨胀阀(Ilc)和蒸发器 (Ild)，所述电子膨胀阀(Ilc)位于所述冷凝器(lib)与蒸发器(Ild)之间，其特征在于，所述热调节系统(11)还包括控制单元(Ilf)，所述控制单元(Ilf)通过电子命令信号( 作用在所述电子膨胀阀(Ilc)上以调节所述阀的通过截面，所述控制单元 (Ilf)被构造成用于-确定主参数(SH)，所述主参数表示从所述蒸发器(Ild)出来的热流体(lie)的瞬间过热；-确定用于所述过热的参考参数(SHset)，所述参考参数(SHset)被确定为预定值 (SHmin)和辅助值(DT)的函数，所述辅助值(DT)取决于从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的温度(Tout)与从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的饱和温度(Tsat) 随时间的变化；-产生所述电子命令信号(S)，所述电子命令信号( 为所述主参数(SH)与参考参数 (SHset)之间的比较的函数。
2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述处理回路(10)包括冷却和混合单元 (19)，所述冷却和混合单元(19)配备有搅打装置(12)，所述蒸发器(lib)与所述搅打装置(12)热关联，以调节存在于所述搅打装置(12)内的食品的温度。
3.如权利要求1或2所述的机器，其特征在于，从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体 (lie)的所述饱和温度(Tsat)被确定为从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的压力 (Pout)的函数。
4.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述热调节系统还包括第一传感器(Ilg)，所述第一传感器(Ilg)适于探测代表从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体 (lie)的压力(Pout)的参数。
5.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述热调节系统(11)还包括第二传感器(Ilh)，所述第二传感器(Ilh)适于探测代表从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体 (lie)的温度(Tout)的参数。
6.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述辅助值(DT)被确定为从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的温度(Tout)与从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的饱和温度(Tsat)之间的平均值随时间的变化的函数。
7.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述辅助值(DT)被确定为根据从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的温度(Tout)与从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的饱和温度(Tsat)的参数对时间的导数的函数。
8.如权利要求6和7所述的机器，其特征在于，所述辅助值(DT)被确定为从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的温度(Tout)与从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体 (lie)的饱和温度(Tsat)之间的平均值对时间的导数的函数。
9.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述主参数(SH)被确定为从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的温度(Tout)与从所述蒸发器(Ild)出来的所述流体(lie)的饱和温度(Tsat)之差的函数。
10.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述预定值(Shmin)是在所述热调节系统(11)的初始设定期间而固定的恒定值。
11.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述参考参数(SHset)被确定为为所述预定值(SHmin)与辅助值(DT)之和的函数。
12.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述控制单元(Ilf)被构造成用来对由所述主参数(SH)与参考参数(SHset)之差所定义的误差施加PID型控制技术，以产生电子命令信号(S)。
13.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述控制单元(Ilf)被构造成用来施加PiD型控制技术，其中比例项由比例项ρ与其绝对值|P|的乘积计算得到，从而得到等于ρ的值的平方且还具有项Ρ本身的符号的值。
14.如权利要求5所述的机器，其特征在于，所述第二传感器(Ilh)包括一个或多个电阻型温度传感器和一个或多个热电偶中的至少一种。
15.如前述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述电子阀(IlC)包括可调节关闭件和用于调节所述关闭件的电动机械致动器，所述命令信号( 用于所述电动机械致动器。
全文摘要
本发明提供一种用于生产和分配液态或半液态食品的机器，该机器包括容纳箱(2)，其用于容纳液态基本产品；处理回路(10)，其用于处理液态基本产品，从而得到液态或半液态食品；分配装置(30)，其用于分配食品；热调节系统(11)，其包括热回路(11′)，热流体(11e)在热回路(11′)中循环，且热回路配备有压缩机(11a)、冷凝器(11b)、电子膨胀阀(11c)、蒸发器(11d)和控制单元(11f)，该控制单元被构造成用来确定主参数(SH)，该主参数表示从蒸发器(11d)出来的热流体(11e)的瞬时过热；确定参考参数(SHset)，它作为预定值(SHmin)和辅助值(DT)的函数，该辅助值(DT)取决于从蒸发器(11d)出来的流体(11e)的温度(Tout)与从蒸发器(11d)出来的流体(11e)的饱和温度(Tsat)随时间的变化；产生用于阀(11c)的电子命令信号(S)，它作为主参数(SH)与参考参数(SHset)之间的比较的函数。
文档编号A23P1/00GK102318887SQ20111021148
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者A·库奇, R·拉扎里尼 申请人:艾力股份公司-卡皮贾尼集团