专利名称：饮料分配器的制冷系统和方法
技术领域：
本发明涉及的是用来制造冷冻饮料的系统和方法，更具体地说， 涉及的是用来制造热值减少的("淡的")保健冷冻饮料的系统和方法。
背景技术：
全热值冷冻饮料在本领域是已知的，并已经生产了多年。通过在 混合腔内对包括糖浆、水以及可选用的二氧化碳等配料的混合物进行 冷冻的装置，来生产冷冻饮料。混合物冻结在混合腔的内表面上。混 合腔由螺旋状的盘管环绕，制冷剂流经盘管。在腔的里面设有旋转轴， 其有多个向外伸出的叶片，这些叶片将冻结的混合物从混合腔的内壁 上刮掉。 一旦饮料处于希望的冷冻状态，产品就经产品阀门从腔送出。目前的冷冻饮料产品一般限于全热值冷冻饮料。热值型产品含有 通常的糖，例如用作增甜剂的蔗糖或者高果糖玉米糖浆(HFCS)。 这些糖在降低冷冻饮料的凝固温度上起到重要作用。在冷冻饮料机的 正常工作条件下，添加热值型增甜剂降低了产品的凝固温度，使其能 够在泥样状态下进行分配。与此相对比，保健饮料或者非热值型饮料， 不含有蔗糖或者玉米糖浆等通常的糖，因此，缺少凝固温度降低剂。 没有这种改变的凝固温度，保健糖浆会在传统的冷冻饮料机中冷冻成 冰块。饮料中的甜度一般用白利糖度值列出或者测量。白利糖度值一般 定义为由糖构成的可溶固体的百分比。白利糖度值高的混合物一般趋
向于更甜，会更难冻结。另一方面，白利糖度值低(例如小于10)的饮料，在冻结时可能会有太多的冰。由于保健饮料或者低热值饮料的白利糖度值通常在从大约3.5到大约5.0的范围内变动，所以，分配保 健饮料或者低热值冷冻饮料的商业成功性一直是极小的。在一些用来制造保健、低热值以及热值减少的饮料的传统冷冻饮 料机中，通过添加糖和HFCS可以降低糖浆的凝固点。但是，这种解 决方案会增加饮料的白利糖度值，使其超过低热值、保健和热值减小 的产品所允许的限度。希望有一种冷冻饮料机，能够生产出保健或者 低热值冷冻饮料，其白利糖度值小于约7.5，同时具有全热值冷冻饮料 的一致性(即没有大块的冰)。在 一 些饮料机中，混合腔内的配料的温度和粘性由控制制冷系统 的控制系统保持。通过配料以及腔内压力和温度的平衡，控制产品质 量。通过使用 一种制冷构造和/或一种或者多种使可得到的制冷能力 适于动态蒸发负载的控制方案，本发明可以克服与生产保健冷冻饮料 相关的一个或多个问题，同时在受控的希望温度下保持蒸发器的均匀 饱和和/或溢流。因此，本发明能够从开始的冷冻经过扩展的低抽吸条 件使保健或者淡产品均勻地冷冻和一致地分配。此外，本发明能够对 于冰晶的形成进行更高水平的控制，这样，使设备能够生产出具有一 致性的产品，这是更接近基于HFCS的产品的代表。发明内容如前所述，白利糖度值低的饮料在冻结时会有太多的冰。但是，本发明的方法允许制造冷冻饮料，具有整体白利糖度值从约0到约7.5的所希望的一致性。根据本发明的 一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括至 少一个冷凝风扇。所述一个或者多个冷凝风扇每一个都可以根据流过所述冷凝器的希望气流按照变化的速度运行。变化的速度既可以包含 使用变速控制器，允许风扇速度在多个速度上进行增量式调节；也可
以包含使用多速风扇控制器，允许风扇速度在有限数量的速度(例如 低速、中速或者高速)之间进行调节。可替换的方式是，可以通过使 一个或者多个冷凝风扇在通电(即"开")和断电(即"关")之间交替， 获得希望的流过冷凝器的气流流动。根据本发明的另 一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括 至少一个通气窗。所述一个或者多个通气窗每一个都可以在打开和关 闭之间进行调节，以允许、调节或者限制流过冷凝器的气流。根据本发明的另 一个方面，流过蒸发器的制冷剂的希望温度可以控制在从大约15。F到大约30°F。根据本发明的又一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括 至少一个速度可调的压缩机。所述一个或者多个压缩机的速度既可以 通过变速控制进行调节，使压缩机的速度在多个速度上增量地调节； 也可以通过多速泵控制进行调节，允许压缩机的速度从有限数量的速 度(例如低速、中速或者高速)进行调节。根据本发明的又一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括 至少一个存储器和至少一个热气旁通阀。可以对所述一个或者多个热 气旁通阀的位置进行调节，使至少部分制冷剂从压缩机出口流到存储 器，而不是先进入冷凝器或者蒸发器。根据本发明的又一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括至少一个除霜旁通阀。可以对所述一个或者多个除霜旁通阀的位置进行调节，使至少部分制冷剂从压缩机出口流向膨胀阀入口，而不是先进入冷凝器或者冷凝器旁通阀。根据本发明的又一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括 至少一个冷凝器旁通阀。可以对所述一个或者多个冷凝器旁通阀的位置进行调节，使至少部分制冷剂从冷凝器入口流到冷凝器出口，而不 是先进入冷凝器。根据本发明的又一个方面，饮料分配器中使用的制冷系统可包括 至少一个液体管路旁通阀。可以对所述一个或者多个液体管路旁通阀 的位置进行调节，使至少部分制冷剂从冷凝器出口流到存储器，而不
是先进入蒸发器。读者应该明白，前面一般性的描述和下面详细的描述都只是示例 性的和解释性的，都不是对本发明进行限制。
所包括的附图是用来提供对本发明的进一步理解，这些附图包括 在本说明书中并构成本发明书的一部分。这些
本发明的实施 例，并和描述部分一起用来解释本发明的原理。在附图中，图l是符合本发明多个示例性方面的饮料分配器的示意图； 图2是根据本发明至少一个示例性方面的制冷系统的示意图； 图3是根据本发明至少一个示例性方面的另一个制冷系统的示意图；图4是根据本发明至少一个示例性方面的另一个制冷系统的示意图。
具体实施方式
现在将详细地谈谈本发明的示例性实施例。这些实施例的例子表 示在附图中。在所有可能的地方，相同的附图标记在全部附图中用来 代表相同或者相似的部件。根据本发明，提供了一种例如在冷冻饮料机io中使用的制冷系统14。参见图1，冷冻饮料机10可包括构造成装饮料56的容器16、用 来从饮料机10分配冷冻饮料56的分配器12以及用来冷却饮料56的 制冷系统14。参见图2，制冷系统14可包括压缩机18、冷凝器20和至少一个 蒸发器28。制冷系统14利用制冷剂(例如氟利昂)将热能从饮料56 传递到周围环境。压缩机18包括泵，例如电动泵，用来压缩制冷系统14中的制冷 剂，并将其送到冷凝器20，接着送进蒸发器28。制冷剂经压缩机抽吸 管路42返回到压缩机18。
冷凝器20包括热交换器，热交换器可包括叠放在例如冷冻饮料机 10下面或者后面的盘管。冷凝器20被构造成将热能或者热从制冷剂 取走，并将热传递到周围环境44。在这个热传递过程中，制冷剂经历 了从气态到液态的相变。制冷系统14还可包括与冷凝器20相关的一个或者多个冷凝风扇 22。冷凝风扇22使流经冷凝器20的空气进行循环，以改善从制冷剂 到周围环境44的对流热传递。制冷系统14还可包括一个或者多个膨胀阀26。每一个膨胀阀26 都具有液体制冷剂流入的高压入口 48和液体制冷剂流出的低压出口 49。膨胀阀26降低了制冷剂进入蒸发器28之前的制冷剂压力。降低 的压力使制冷剂在蒸发器28中"沸腾"或者经历从液体到蒸汽的相变。 可替换地，可以用毛细管来实现这种压降。液体制冷剂流出膨胀阀26 后，制冷剂进入蒸发器28，这里，制冷剂再一次从饮料56吸收热量， 并因此开始流经系统14的又一轮循环。蒸发器28包括被构造成"冷却"饮料56的热交换器。在蒸发器28 中，热能从饮料56传递到制冷剂。即，从饮料56中抽出热，因此， 降低了饮料56的温度。在这个热传递过程中，制冷剂可经历相变，并 从液体变到气体形式。如图2中见到的那样，可以在制冷系统14中使 用多个蒸发器28。图2中示出了两个蒸发器28，但本领域技术人员会 认识到，可以有效地使用任何数量的蒸发器28。当制冷剂从饮料56吸收热能(即热)时，它在蒸发器28中从液 体变换到气体相("沸腾")。制冷剂从饮料56吸收了热能后，目前为 蒸汽状的携带热量的制冷剂流经抽吸管路42到达压缩机18。压缩机 18压缩汽化的制冷剂并经压缩机出口 46排出汽化的制冷剂到冷凝器 20。在冷凝器20中，制冷剂的部分热能被传递到周围环境44。当制 冷剂在冷凝器20中"冷却"时，制冷剂从其气态变换成液相(即冷凝)。 液体制冷剂从冷凝器出口 50进入膨胀阀26。在图2的示例性实施例中，制冷系统14包括与冷凝器20相关的 通气窗24。经过通气窗24的气流40也流经冷凝器20附近和/或周围。 可以将通气窗24的位置增量地调节成从关闭到打开之间的任何位置。 调节通气窗24的位置，允许对流经冷凝器20的气流40进行调节。尽 管图2中仅显示了一个通气窗24，但是本领域技术人员会认识到，可 以有效地使用两个或者更多的通气窗24。作为替换方式或者额外地，图2制冷系统14的示例性实施例还可 以包括压缩机控制器54。可以使压缩机控制器54运行来调节压缩机 18的速度。控制器54可循环地"开"、"关"以控制制冷剂温度。作为 替换方式，控制器54可以是变速控制器，允许增量地而且非常精确地 调节压缩机18的速度。作为替换方式，控制器54可以是多速控制器， 包括有限数量的运行速度例如"低速"、"中速"和"高速"。尽管图2仅 显示了一个压缩机18和一个控制器54,但是本领域技术人员会认识 到，可以有效地使用两个或者更多的压缩机18以及两个或者更多的控 制器54。现参见图3，制冷系统14的一个示例性实施例可包括除霜旁通阀 34。除霜旁通阀34允许部分制冷剂从压缩机出口 46流向膨胀阀出口 49，而不是先进入冷凝器20或者冷凝器旁通阀30。尽管图3仅显示 了一个除霜旁通阀34，但是本领域技术人员会认识到，可以有效地使 用两个或者更多的除霜旁通岡34。作为替换方式或者额外地，图3制冷系统14的示例性实施例可以 包括冷凝器旁通阀30。冷凝器旁通阀30允许部分制冷剂从压缩机出 口 46流到冷凝器出口 50，而不是先进入冷凝器20。尽管图3仅显示 了一个冷凝器旁通阀30，但是本领域技术人员会认识到，可以有效地 使用两个或者更多的冷凝器旁通阀30。作为替换方式，或者额外地，图3制冷系统14的示例性实施例可 以包括存储器38和热气旁通阀58。热气旁通阀58允许部分制冷剂从 压缩机出口 46流向存储器38，而不是先进入冷凝器20、冷凝器旁通 阀30和蒸发器28。尽管图3仅显示了 一个存储器38和一个热气旁通 阀58，但是本领域技术人员会认识到，可以有效地使用两个或者更多 的存储器38和两个或者更多的热气旁通阀58。
作为替换方式，或者额外地，图3制冷系统14的示例性实施例可 以包括冷凝风扇控制器52。可以运行冷凝风扇控制器52来调节冷凝 风扇22的速度，并且控制器52允许冷凝风扇22独立于压缩机18运 行。控制器52可在"开"、"关"之间循环，以控制制冷剂温度。作为替 换方式，控制器52可以是变速控制器，允许非常精确地调节风扇22 的速度。作为替换方式，控制器52可以是多速控制器，包括有限数量 的运行速度，例如"低速"、"中速"和"高速"。作为替换方式，或者额外地，图3制冷系统14的示例性实施例可 以包括多个冷凝风扇22。风扇22可单独运行、协调运行或者以任何 其他的组合方式运行。例如，四风扇构造可以如下运行 一个风扇在"高 速，，下运行而第二风扇断电(即"关，，)，同时第三、第四风扇在"中速，， 下运行。尽管图3仅显示了两个风扇22，但是本领域技术人员会认识 到，可以有效地使用任何数量的风扇22和控制器52。如图3中所见到的，系统14可包括干燥器32，它从系统14中去 掉水分。现参见图4，制冷系统14的示例性实施例可包括存储器38和液 体管路旁通阀36。液体管路旁通阀36可以是三通阀，在"旁通位置" 时，该三通阀允许部分制冷剂从冷凝器出口 50流向存储器38，而不 是先进入膨胀阀26或者蒸发器28。存储器38包括存储罐，它通常从 蒸发器28接受液体制冷剂，并防止液体制冷剂在汽化前流进抽吸管路 42。尽管图4仅显示了一个存储器38和一个液体管路旁通岡36，但 是本领域技术人员会认识到，可以有效地使用两个或者更多的存储器 38和两个或者更多的液体管路旁通阀36。14的温度。此外，可以进一步利用对制冷剂装入量的调节来调节制冷 系统14的温度。上面描述的图2到图4的任何示例性实施例能够对流经制冷系统 14的制冷剂温度进行控制。在一个示例性实施例中，制冷系统14可 用来将蒸发器28中的制冷剂温度保持在从大约15。F到大约30。F。例如，可以用下面任何一种方式，单独或者组合，来调节制冷剂温度可以调节一个或者多个冷凝风扇22的速度； 一个或者多个冷凝 风扇22可以从"开"到"关"循环；通气窗24可定位于"关闭"到"打开" 之间的任何地方；可以调节热气旁通阀58的位置；可以调节除霜旁通 阀34的位置；可以调节一个或者多个冷凝器旁通阀30的位置；可以 调节液体管路旁通阀36的位置；可以调节一个或者多个压缩机18的 速度；可以调节制冷剂的类型或者数量。本领域技术人员将会明白，可以对本发明的结构和方法做出各种 改进和变型，而不会超出本发明的范围或者精神。因此，应该理解， 本发明并不限于说明书中所讨论的例子。相反，本发明意图覆盖本发 明的改进和变型。
权利要求
1.一种针对饮料机调节制冷剂温度的方法，所述饮料机具有用来在里面制造冷冻饮料的制冷系统，所述方法包括使至少一个压缩机在一定速度下运行以使制冷剂流经所述饮料机的制冷系统；利用至少一个冷凝器冷却所述制冷剂；可控地改变以下两者中的至少一项(1)流经所述至少一个冷凝器的空气流量，和(2)所述至少一个压缩机的速度。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述至 少一个冷凝器的空气流量包括调节至少一个冷凝风扇的速度。
3. 如权利要求l所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述至 少一个冷凝器的空气流量包括使至少一个冷凝风扇在开、关之间循环。
4. 如权利要求l所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述至 少一个冷凝器的空气流量包括调节至少一个通气窗的打开位置，所述 至少一个通气窗构造成引导气流流经所述至少一个冷凝器。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括制造白利糖度值从大约0到 大约7.5的部分冷冻的饮料。
6. 如权利要求l所述的方法，还包括调节制冷剂装入量。
7. 如权利要求1所述的方法，还包括将流经蒸发器的制冷剂温度 调节成从大约15。F到大约30°F。
8. —种针对^:料机调节制冷剂温度的方法，所述饮料机具有用来 在里面制造冷冻々大料的制冷系统，所述方法包括用至少一个冷凝器冷却制冷剂； 用至少一个蒸发器冷却饮料；以及可控地改变以下三者中的至少一项(1)流经所述至少一个蒸发 器的制冷剂流量，(2 )流经所述至少 一个冷凝器的制冷剂流量，和(3 ) 流经所述至少 一个压缩机的制冷剂流量。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述至少一个压缩机的制冷剂流量包括调节一热气旁通阀，所述热气旁通阀 构造成将至少部分制冷剂从压缩机出口引导至存储器，而不是先进入 所述至少一个冷凝器或者所述至少一个蒸发器。
10. 如权利要求8所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述 至少 一个蒸发器的制冷剂流量包括调节一除霜旁通阀，所述除霜旁通 阀构造成将至少部分制冷剂从压缩机出口引导至一蒸发器入口 ，而不 是先进入所述至少 一个冷凝器或者所述至少 一个冷凝器旁通阀。
11. 如权利要求8所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述 至少一个冷凝器的制冷剂流量包括调节一冷凝器旁通阀，所述冷凝器旁通阀构造成将至少部分制冷剂从一冷凝器入口引导至一冷凝器出 口，而不是先进入所述至少一个冷凝器。
12. 如权利要求8所述的方法，还包括制造白利糖度值从大约0 到大约7.5的部分冷冻的饮料。
13. 如权利要求8所述的方法，还包括调节制冷剂装入量。
14. 如权利要求8所述的方法，还包括将流经蒸发器的制冷剂温 度调节成从大约15。F到大约30°F,
15. 如权利要求8所述的方法，其中，所述可控地改变流经所述 至少一个蒸发器的制冷剂流量包括调节一液体管路旁通阀，所述液体 管路旁通阀构造成将至少部分制冷剂从一冷凝器出口引导至一存储 器，而不是进入所述至少一个蒸发器。
16. —种用于饮料机的制冷系统，包括 至少一个压缩机，构造成使制冷剂循环经过所述制冷系统；至少一个冷凝器，构造成冷却在所述制冷系统内部流动的制冷剂； 至少一个冷凝风扇，构造成使空气流过所述至少一个冷凝器；以及至少一个蒸发器，构造成将热能从饮料传递到所述制冷剂， 其中，流经所述蒸发器的制冷剂温度被维持在从大约15。F到大约 30°F。
17. 如权利要求16所述的制冷系统，其中，所述至少一个压缩机 包括一变速控制器。
18. 如权利要求16所述的制冷系统，其中，所述至少一个冷凝风 扇包括一变速控制器。
19. 如权利要求16所述的制冷系统，还包括至少一个调节冷凝器 旁通阀，所述至少一个冷凝器旁通阀构造成将至少部分制冷剂从一冷 凝器入口引导至一冷凝器出口 ，而不是先进入所述至少一个冷凝器或 者所述至少一个冷凝器旁通阀。
20. 如权利要求16所述的制冷系统，还包括至少一个通气窗，所 述至少一个通气窗构造成调节流经所述至少一个冷凝器的气流。
21. 如权利要求16所述的制冷系统，还包括至少 一个除霜旁通阀， 所述至少一个除霜旁通阀构造成将至少部分制冷剂从一压缩机出口引 导至一蒸发器入口，而不是先进入所述至少一个冷凝器。
22. 如权利要求16所述的制冷系统，还包括至少一个热气旁通阀 和至少一个存储器，所述热气旁通阀构造成将至少部分制冷剂从一压 缩机出口引导至所述存储器，而不是先进入所述至少一个冷凝器或者 所述至少一个蒸发器。
23. —种饮料机，包括 如权利要求16所述的制冷系统；以及 装在所述饮料机中的饮料。
24. 如权利要求23所述的饮料机，其中，所述饮料机制造白利糖 度值从大约0到大约7.5的部分冷冻的饮料。
25. 如权利要求16所述的制冷系统，其中，所述制冷剂能够被装入。
26. 如权利要求16所述的制冷系统，还包括至少一个存储器。
27. 如权利要求26所述的制冷系统，还包括一液体管路旁通阀， 所述液体管路旁通阀构造成将至少部分制冷剂从一冷凝器出口引导至 所述存储器，而不进入所述至少一个蒸发器。
28. —种用于々大料机的制冷系统，包括至少一个压缩机，其在一定速度下运行，以使制冷剂循环经过所 述制冷系统；至少 一 个冷凝器，构造成冷却在所述制冷系统内部流动的制冷剂； 至少一个冷凝风扇，构造成使空气流过所述至少一个冷凝器；以及控制器，其构造成可变地控制以下两者中的至少一项(l)流经 所述至少一个冷凝器的空气流量，和(2)所述至少一个压缩机的速度。
全文摘要
一种针对饮料机调节制冷剂温度的方法，包括用于制造冷冻饮料的制冷系统、使至少一个压缩机在使所述制冷剂流经所述饮料机的制冷系统的速度下运行、利用至少一个冷凝器冷却所述制冷剂。这种方法还包括可控地改变流经所述至少一个冷凝器的空气流量或者所述至少一个压缩机的速度。
文档编号A23G9/00GK101166424SQ200680014419
公开日2008年4月23日 申请日期2006年4月3日 优先权日2005年4月6日
发明者D·J·佩克, D·W·西蒙斯, D·弗兰克, R·C·斯塔滕 申请人:可口可乐公司