用于生产冷食品的冷却系统和器具的制作方法

本发明涉及一种用于生产冷食品的冷却腔室、冷却系统和器具，该冷食品例如冰淇淋、果汁冰糕、冷冻酸奶、发泡冷饮料等。

背景技术：

认为与本发明的主题相关的参考文献作为背景技术如下：

-wo2013/121421

-wo2015/022678

对上述参考文献的确认不应当推断为意味着这些与本发明公开主题的专利性有任何关联。

用于制备冷食品的家用器具为已知，例如由上述pct专利申请公开no.wo2013/121421和wo2015/022678。高质量冷食品(例如冰淇淋)的高效生产是一项挑战，特别是在适合家庭使用的小型装置中。特别是，该挑战在于冷却系统以及在冷食品的制备过程中使用的特殊物理参数。

技术实现要素：

本发明通过它的第一方面(在本文中称为“冷却方面”)提供了一种冷却腔室，该冷却腔室可以用于家用器具中，用于制备冷食品，例如冰淇淋；还提供了一种包括该冷却腔室的冷却系统或器具。

本发明的第二方面(在本文中称为“处理方面”)涉及一种用于生产冷食品的器具和方法。

这些方面可以彼此独立地使用，尽管它们可以组合。例如，所述冷却方面的冷却腔室或系统可以在处理方面的器具或方法中使用，反之亦然。

虽然将分别介绍各个方面，但是在附图所示的特殊示例实施例中，所有这些都在相同的模块和器具中实施。

冷却方面提供了一种冷却腔室，该冷却腔室有冷却流体进口和冷却流体出口，该冷却流体进口和冷却流体出口可分别与冷却流体的相应源和排放口(例如，制冷单元、冷却泵等的相应出口和进口)连接。换热器确定在冷却腔室的壁内或与该壁相连，从而冷却该腔室的壁。有用于冷却流体的至少两个导管系统(通常尽管并不排他，两个)，该导管系统确定了在进口和出口之间用于冷却流体的两个功能上平行的流动通路(使得冷却流体能够同时在两个通路中流动)。为此，所述进口可以与进口歧管元件相连和流体连通，所述出口可以与出口歧管元件相连和流体连通。这些歧管元件与该至少两个导管系统流体连通，从而确定了在进口歧管和出口歧管之间的相应至少两个冷却流体流动通路。

通常，导管系统包括连续的导管区段，各导管区段形成于腔室的不同壁部分中或与该腔室的不同壁部分相连。例如，该导管区段可以成管的形式，由导热材料制成，特别是金属，它们安装在至少一个该壁部分的内表面上；或者在另一示例中，可以由在所述壁部分内形成的孔或空腔构成。该孔或空腔可以衬有任何合适的导热衬里，例如铜衬里。

因此，在一些实施例中，导管系统由连续的导管区段构成，该导管区段是在冷却腔室的壁内形成的孔或空腔。与基于外部冷却盘管的冷却系统不同，在冷却腔室壁内形成的导管系统(例如，作为在壁内的孔或空腔，冷却流体通过该孔或空腔来循环)能够利用冷却腔室的热质量，以便高效地冷却该腔室的内容物和补偿在该腔室内的温度波动。

这种冷却腔室和系统特别(尽管并不排他)用于在上述pct文献中公开的、用于生产冷食品的器具中，特别是家用器具中。

一个特殊示例是冷却腔室的情况，该冷却腔室有大致圆柱形形状，它的轴线在两个相对端部壁之间延伸，该圆柱形形状由圆周方向轴向壁来确定。导管区段可以包括在两个端部壁之间延伸的区段。该区段可以轴向定向，可以相对于轴线成角度，可以设置成确定螺旋通路，或者可以有任何其它有用的结构。

导管系统的一个特殊示例是包括在相对端部壁之间延伸的多个第一区段的导管系统，该第一区段例如轴向定向和在各端处与多个第二周边区段中的一个连接，该第二周边区段形成在所述端部壁中，各所述第二区段连接在流动通路中两个连续的第一区段。因此，流动通路包括一系列第一和第二区段。

第一区段可以由在圆周壁内的孔来确定，第二区段可以由在端部壁或端部壁部分处或者端部壁或端部壁部分内的空腔来确定，或者可以由连接两个连续的第一区段的管来构成。

在具有两个所述导管系统的冷却系统中，典型的布置方式是它们各自布置在圆周壁的相对部分中。例如，在圆柱形冷却腔室的情况下，一个导管系统布置在跨越圆周壁的一半圆周的一个部分处，而另一导管系统布置在所述壁的相对部分处。另一种示例结构是具有三个或四个平行导管系统的结构，各导管系统占据不同的圆周部分；或者是不同的流动通路相互集成的结构。

除了提供腔室的高效冷却之外，换热器的结构最小化流体(例如油)在换热器底部的积累，从而使得冷却流体更好地循环，并保持冷却系统的冷却效率。这种布置方式还提高了冷却腔室的可制造性，因为不需要使得冷却流体传导盘管(例如本领域中已知的)绕腔室壁来缠绕和变形(它的处理通常很复杂)，因此也降低了生产成本。

本发明的冷却方面还提供了包括上述冷却腔室或系统的器具。该器具还可以包括与冷却腔室相连的至少一个(通常是两个或更多)温度传感器。该温度传感器可以用于监视和测量在冷却腔室中的多个位置处的温度，从而使得控制器能够接收来自温度传感器的指示，以便控制和改变冷却流体的温度、冷却流体的循环/流速、腔室壁的温度等。在冷食品的制备过程中，温度传感器还可以用于收集关于冷却腔室内温度变化的数据，从而可以根据该数据来进行制备处理的调节。

根据本发明的处理方面的器具包括：圆柱形处理腔室，该圆柱形处理腔室有圆周壁；至少一个(通常一个)配料进口，用于引入配料，该配料用于生产冷食品；至少一个(通常一个)压力进口，用于将气体例如空气引入腔室内；以及相连的冷却结构，该冷却结构设置成用于冷却腔室的壁。至少一个压力进口可以与至少一个配料进口相同或不同。在典型结构中，一个进口用于这两个功能，将配料(通常包括含水介质，例如水、牛奶、奶油等)强制引入腔室中伴随着一些气体(通常是空气)与它一起强制引入，从而使得腔室内压力增加。即，通过一些实施例，进口构成为用于引入配料的配料进口和用于使腔室增压的压力进口(即，配料的进口和压力进口由用于两种功能的单个进口来构成)。

应当注意，配料和压力通过相同的进口共同引入导致配料的雾化效果，从而最大化与处理腔室的冷却壁接触的配料混合物的表面面积，从而能够在将配料转化为冷食品的过程中高效冷却配料和初始结晶。

为了提高这种雾化，通过一些实施例，进口可以形成有挡板或内部肋，以便将流入的配料分开至处理腔室中，和/或使得配料以湍流来引入处理腔室中。

通过另一实施例，高于大气压力的气体(通常为空气)引入腔室中。

如下所述，这种压力和剪切力(该剪切力由混合装置结合冷却来施加)的组合提供了用于制备具有质地和口感的冷食品(例如冰淇淋、软冰淇淋等)的物理条件。

如上所述，根据处理方面的器具还包括混合装置，该混合装置有至少一个叶片，该叶片靠近圆周壁的内表面。该至少一个叶片可在处理腔室内旋转，并能够通过这种旋转来刮擦所述内表面。混合装置通常包括2、3、4或有时更多的叶片，该叶片绕轴线旋转，并布置成轴对称，以避免在旋转时的角力矩。混合装置与用于使得所述轴旋转的马达连接。在典型示例中，叶片以大于200rpm的速度旋转，通常大于400，有时甚至大于600rpm；在特殊示例中，以大约800rpm或者甚至更高的速度旋转。还应当注意，根据冷食品制备方法的参数，叶片可以在整个生产处理中以恒定速度旋转，或者在上述范围内以可变速度旋转。

还应当注意，转速可以以一系列不同的转速来执行。例如，混合装置可以首先以低于400rpm的速度旋转，以方便配料在处理腔室内的初始混合，并使得混合物能够有足够的时间与处理腔室的冷却壁接触，以便能够形成初始冰晶，然后，速度可以增加至高于400rpm(有时高于600rpm，或者甚至高于800rpm)，以便制备冷食品。

如上所述，处理腔室可以是上面所述的冷却方面的冷却腔室。

处理方面的器具还包括用于在压力下将配料强制引入处理腔室内的机构。泵是这种机构的具体示例，该泵将配料与气体(通常是空气)一起泵送，从而增加处理腔室内的压力。

理论上并不是限制，相信将配料(特别是它的液体部分)强制引入腔室中和随后将它们喷射至腔室的冷却壁上对于冷食品的最终平滑和口感好的质地起到一定作用。另外，液体(与溶解或分散在其中的其它配料一起)在它进入腔室中时的突然减压(伴随着冷却)也有助于最终令人愉悦的口感。而且，升高压力和高混合速度的组合能够缩短制备一批冷食品的处理持续时间，通常每个制备周期低于2分钟、低于90秒或甚至低于60秒。

根据本发明的一个实施例，该至少一种配料的进口与加热元件相连。加热元件的功能是防止通过冻结而堵塞，否则可能发生该堵塞。也可选择，这种防堵塞也可以通过振动元件(通常是超声换能器)来获得，该振动元件引起进口的振动和局部加热，以便防止配料在其中冻结。

该器具还可以包括预混合腔室，以便使得固体(例如粉末)配料能够与液体配料预混合，从而将配料以液体、溶液、乳液、浆液、悬浮液或任何其它液体形式而引入腔室中。预混合腔室设置成与配料的进口液体连接。预混合腔室可以是器具的整体部分，或者可以由配料容器(例如包含一部分配料的一次性囊袋或封壳)构成，使得配料与液体的预混合在容器内进行。

如上所述，应当知道，本发明的处理方面的处理腔室可以具有本发明的冷却方面的特征，即，换热器具有在本文中参考所述冷却方面而公开的特征。

上述类型的、用于制备冷食品的方法包括将配料引入冷处理腔室中，同时保持高于大气压的压力，通常为高于大气压至少10％、20％、30％、40％、50％、75％或者甚至100％。在一个实施例中，配料的引入导致所述腔室内的压力增加。配料包括具有溶解或分散的非水性配料的含水介质。在所述引入过程中，非水性配料(例如从封壳中取出)事先溶解或分散在含水介质中或者与含水介质混合。因此，当封壳用作配料的源时，该封壳可以只容纳干配料(将要与合适的含水介质混合)、成糊剂或浓缩物形式的配料(将要用含水介质进一步稀释)，或者有时容纳所有配料，以便产生单份的冷食品(即不需要添加其它含水介质)。含水介质可以是水、调味水、牛奶、非乳制品的奶、乳制品或非乳制品奶油、酸奶等。然后，剪切力施加在食品配料上，同时保持压力和持续冷却，从而形成所述冷食品。

通过强制配料与气体(例如空气)共同进入(例如通过泵送)所述腔室中，可以增加和保持压力。

剪切力可以通过包括至少一个旋转叶片的混合装置来形成。腔室通常是圆柱形，且叶片沿腔室的圆周壁的内表面延伸，并有靠近所述表面的边缘。叶片通常以至少200、300、400、500、600或700rpm的转速来旋转，并可以是大约800rpm，或者在一些实施例中甚至更高。

附图说明

为了更好地理解本发明的主题和举例说明可以怎样在实践中实施本发明，下面将参考附图通过非限定示例来介绍实施例，附图中：

图1是根据本发明实施例的、用于生产冰淇淋的器具的示意透视图。

图2是根据本发明实施例的冷却和处理腔室以及相连马达的示意透视图。

图3是图2的腔室从不同角度的示意透视图，表示了腔室内的叶片。

图4是冷却腔室的示意正视图。

图5是冷却腔室的示意图，其中壁除去，以便表示混合装置的结构。

图6a表示了冷却腔室的示意图，其中壁为透明，且叶片已除去，以便表示导管系统。

图6b是与图6a中相同的视图，其中，箭头表示冷却流体的流动方向。

图7是根据本发明实施例的器具的示意方框图。

具体实施方式

在附图中公开的实施例(将在下面说明)包括本发明的不同方面。特别是，具有换热装置的冷却腔室(体现第一方面的特征)用作根据第二方面的冷食品制备单元的一部分。不过，应当知道和下面进一步指出，不同方面可以在其它实施例中独立地实施。

包括本发明不同方面的示例实施例的器具100如图1中所示。器具100将用于生产冷食品，特别是冰淇淋。该器具通常基于在wo2013/121421和wo2015/022678中公开的一些结构和操作方面，特别是使用一次性封壳，该封壳容纳用于制备冰淇淋的干或湿配料。

器具100包括封壳舱102，该封壳舱102包括封壳放置托盘104，封壳放置托盘104可以沿箭头106所示的方向在允许放置封壳的打开状态(未示出)和如图1所示的闭合状态之间竖直地往复运动，在该闭合状态中，托盘104处于完全向上的位置，封壳接收在舱102内。

器具还可以包括储存器(未示出)，该储存器包括含水液体，例如水、牛奶、奶油、非乳制品奶等，该含水液体与封壳的内容物混合，以便产生冷食品。应当理解，含水液体可以从不同的源引入器具中，即从外部储存器、供给管线(例如家用水源)、由用户分批供给等。

器具100的主壳体部分108容纳用于生产冷食品的机器，该机器包括冷却腔室和它的相连马达(下面将介绍)以及用于供给冷却流体的制冷单元、泵送机构等，该泵送机构用于从封壳中取出食品配料、使它们与含水液体混合和将它们引入冷却腔室中等(读者可以特别参考上述两篇pct文献，这两篇pct文献公开了可以包括在该器具中的模块)。

在图1中可以看到冷却单元的前表面112，该前表面112可以拆卸，以便清洁腔室。分配开口114在该前表面112中形成，用于在完成冷食品的制备处理时分配该冷食品。

下文中，将着重介绍体现本发明不同方面的冷却系统的元件。如上所述，其它辅助元件和模块可以是例如在所述pct文献或其它文献中公开的辅助元件和模块。在介绍该系统时，将参考图2-6b的组合。

模块110(见图2-6b)包括冷却腔室116和相连的电马达118，该电马达118有整体链轮120，整体链轮120通过皮带122而与混合装置连接。混合装置包括链轮124，该链轮124与轴126和三个旋转叶片128轴向连接，如下面结合图3-5所介绍。冷却腔室116有配料进口130，用于将要处理的食物配料引入至腔室116内，还有出口132，用于除去腔室的内容物，例如在清洁循环中，该清洁循环涉及清洁流体的循环。冷却腔室还包括冷却流体进口134和冷却流体出口136。尽管优选是冷却流体将在底部处引入和在顶部处除去(这是口134和136这样定位的原因)，但是口134和136的作用也可以颠倒。

冷却腔室116通常是圆柱形，并由圆周壁160来确定，该圆周壁160在前部端板162和后部端板164之间延伸。冷却腔室确定纵向轴线113，如图3中所示。

叶片128固定在旋转板140上，该旋转板140与轴126连接，并因此绕轴线113旋转，从而使得叶片128旋转。叶片各自有周边边缘142，该周边边缘142紧邻圆柱形冷却腔室116的内部圆周壁144。由于混合装置的轴向旋转，叶片恒定地刮擦冷却腔室的内部壁，从而从壁上除去冷冻/固化的食物，并搅动腔室的整个内容物。如上所述，混合装置通常以至少200rpm的速度旋转，速度优选是至少400、500、600、700，有时大约800rpm或甚至更高。可以看见，叶片128相对于轴线113以偏轴角布置。应当知道，除了这种倾斜定向之外，在其它实施例中，叶片可以是轴向定向、弯曲等。叶片有相连的侧向内凸出端部部分150和152，以便提高搅动和在腔室内形成的冷食品内容物上引起一些剪切力。

冷却腔室116的内部壁由冷却流体来冷却，该冷却流体在形成于圆周壁和端部壁中的导管内流动，如下面将解释。这些导管是上面总体介绍的冷却流体流动系统的实施例，因此冷却腔室116也是上述冷却腔室方面的实施例。

在端部壁162内形成进口歧管元件170和出口歧管元件172，该进口歧管元件170和出口歧管元件172分别通过轴向导管174和176而与进口和出口134和136流体连通。进口歧管和出口歧管可以由形成在端部壁162中的空腔来确定，或者由与端部壁162的表面相连的平面形元件来确定。在该特殊示例中，歧管元件与两个导管系统流体连通，这两个导管系统确定在进口歧管和出口歧管之间的相应两个冷却流体流动通路。

两个导管系统中的一个由形成于圆周壁160内的多个轴向方向的第一导管区段178a、180a、…、190a和192a以及在端部壁处形成的多个第二周边区段179a、181a、…、189a和191a来确定。各周边区段连接在两个连续的轴向区段之间，从而形成从进口134到出口136的流动通路。两个导管系统中的另一个类似地由形成于圆周壁160内的多个轴向方向的第一导管区段178b、180b、…、190b和192b以及在端部壁处形成的多个第二周边区段179b、181b、…、189b和191b来确定。

下面将参考两个导管系统中的一个来介绍冷却流体流过导管系统的方式。应当知道，两个导管系统中的另一个类似地由它的相关导管区段来形成。

冷却流体通过进口134而引入导管系统中。进口通过轴向区段174而与进口歧管元件170流体连通，该进口歧管元件170用于将冷却流体流分成两股流；各股流流入两个导管系统中的一个。如图6b中所示(其中表示了流过系统的方向)，一旦分开，冷却流体就从歧管元件流入轴向区段178a中，从那里流到周边区段179a(形成在端部壁164中)，并从那里流向轴向区段180a。因此，周边区段179a在连续的轴向区段178a和180a之间流体连接。类似地，各周边区段在沿流动通路的两个连续轴向区段之间连接。第二流动通路(由相同标号元件来表示，但是有后缀b而不是a)以类似的方式形成。来自轴向区段192a和192b的流体进入出口歧管元件172，其中，两个流体流联合成单个出口流，该出口流通过通向出口136的轴向导管176而离开冷却系统。

以所述方式将高效地冷却整个腔室。这种结构还最小化冷却流体在换热器底部的积累，从而使冷却流体能够更好地循环，并保持冷却系统的冷却效率。

应当注意，通过各种设计结构，能够在本发明的冷却腔室中确定超过两个用于冷却液的流动通路。例如，可以有一个歧管，该歧管将流体流分成两个，这两个流体流再引导至两个歧管，这两个歧管再次分流，以使得在圆周壁的各四分之一中都有平行流，或者使用使得流体流分开进入四个不同导管系统的歧管等。

图7是介绍器具的一些元件的方框图。可以是如上所述的冷却腔室200通过如箭头220、230所示的循环流动通路而从制冷单元210接收冷却流体的供给。泵240与封壳连接单元250连接，并与含水液体源260连接，因此，能够将包括封壳的内容物和液体的混合物泵送至腔室200中，如由流体管线270所示。

泵送作用迫使食物配料进入腔室，且这种强制引入增加了腔室内的压力。如上所述，在理论上并不希望限制，相信这种组合增加了腔室内的压力。食品配料进入腔室中时的突然引入和由剪切力引起的搅动提供了用于制备高质量冷食品(例如冰淇淋)的优化条件，并显著缩短了生产持续时间(每个生产周期通常低于90秒，或者甚至低于60秒)。