JP4053540B2 - ミックスを冷却するための冷凍システム - Google Patents

Description

本発明はミックスを冷却するための冷凍システムに関する。

フローズンデザートシステムにおいてミックスを冷却するために冷凍システムが用いられる。フローズンデザートシステムは、ミックスを貯蔵するホッパーと、客に出す前にミックスを冷却し、かつ空気をミックス中に混入するための冷凍シリンダーとを含む。冷凍シリンダーは冷凍システムによって冷却される。冷媒が圧縮器内で高圧かつ高エンタルピーに圧縮される。次いで冷媒は凝縮器を通って流れ、その際に熱を放出して冷却される。次いで高圧・低エンタルピーの冷媒は膨張して低圧になる。膨張の後、冷媒は冷凍シリンダーを取り巻く管を通って流れ、冷凍シリンダーから、したがってミックスから熱を奪ってこれを冷却する。冷凍シリンダーを冷却した後、冷媒は低圧かつ高エンタルピーとなって圧縮器に戻って圧縮され、かくしてサイクルが完結する。

ホッパーはホッパーおよび冷凍シリンダーを取り巻く別個のグリコールシステムによって冷却される。冷凍シリンダーの周りを流れるグリコールは冷凍シリンダーによって冷却される。冷却されたグリコールは次いでホッパーの周りを流れ、ホッパー内のミックスを冷却する。食品安全基準に合致するためには、ホッパー内のミックスは４１°Ｆ以下に保たれなければならない。

またミックスはすべての細菌を殺すために毎晩殺菌される。ミックスは約９０分間加熱されて少なくとも１５０°Ｆの温度に達する。ミックスは１５０°Ｆ以上に３０分間保たれ、次いで１２０分以内に４１°Ｆに冷却される。ミックスは電気ヒーターでグリコールを加熱することによって加熱される。加熱されたグリコールがホッパーおよび冷凍シリンダーの周りを流れる際に、グリコール中の熱が冷凍シリンダーおよびホッパーに移動してミックスを加温する。

このシステムの欠点は冷凍シリンダーとホッパーの両方がグリコールシステムによって連結されていることである。冷却中に、冷却されたグリコールがホッパーの周りを流れてホッパーと熱交換し、グリコールがホッパーによって加熱される。その後グリコールが再び冷凍シリンダーの周りを流れると、グリコール中の熱が冷凍シリンダーを加熱して、冷凍シリンダー内のミックスを溶かしてしまう。

さらに、加熱中はグリコールが先ず冷凍シリンダーの周りを流れて冷凍シリンダーを加熱する。グリコールが冷凍シリンダーに熱を放出するので、グリコールは冷却される。このグリコールがホッパーの周りを流れても、グリコールがすでに冷凍シリンダーによって冷却されているのでホッパーを加熱する効果が低減してしまう。したがってホッパーを加熱するのにより時間を要し、結果として殺菌サイクルが長くなり、完了するまでに３時間以上もかかってしまう。殺菌サイクルはミックスの風味を変えるので、殺菌サイクルが長くなるとフローズンデザートの風味が損なわれる恐れがある。

従来技術において高温ガス加熱システムが用いられているが、これはホッパーの冷却とシリンダーの冷却との個別制御に対応していなかった。すなわちホッパーとシリンダーとの双方が同時に冷却され、別々に冷却されることは不可能であった。ホッパー又はシリンダーのいずれか一方のみを冷却しようとすると、他方もまた必然的に冷却されてしまう。従来技術のホッパーおよび冷凍シリンダーの吸入側配管もまた切り離されていないので、ホッパーおよび冷凍シリンダーの冷媒の圧力、したがって温度を変えることは困難である。デザート製品の品質を最良にするには、ホッパー内のミックスを冷却する冷媒の温度および圧力が冷凍シリンダー内のミックスを冷却する冷媒のそれとは異なることが望ましい。また、従来技術の高温ガスシステムの他の欠点は、圧縮器の信頼性を得るために小さめの圧縮器が用いられるので、システムの能力が低くなることである。

本発明の高温ガス熱処理システムはフローズン製品を製造するためのミックスを貯蔵するホッパーを含む。ミックスはホッパーから冷凍シリンダーに流入して冷却され、空気と混合される。冷媒は圧縮器で圧縮され、次いで凝縮器で冷却されて液体に変わる。次いで冷媒は二つの経路に、すなわち冷凍シリンダーに流れる経路と、ホッパーに流れる経路とに分割される。冷凍シリンダーに流れる冷媒はＡＸＶ膨張バルブによって低圧に膨張され、次いで冷凍シリンダーから熱を奪って冷凍シリンダー内のミックスを冷却する。ホッパーに流れる冷媒はＴＸＶ膨張バルブによって低圧に膨張され、次いでホッパーから熱を奪ってホッパー内のミックスを冷却する。ホッパーに流れる冷媒の温度は２２°Ｆ〜２４°Ｆの間であり、ホッパー内のミックスの温度を３７°Ｆ〜３９°Ｆの間に保つ。冷凍シリンダーとホッパーとを冷却した後、冷媒は低圧かつ高エンタルピーとなって圧縮器に戻り、圧縮される。

液相配管ソレノイドバルブがホッパーおよび冷凍シリンダーのそれぞれの入口に位置しており、凝縮器からホッパーと冷凍シリンダーとに行く低温高圧液相冷媒の流れを制御する。高温ガスソレノイドバルブがホッパーおよび冷凍シリンダーのそれぞれの入口に位置しており、圧縮器排出口からホッパーと冷凍シリンダーとに行く高温気相冷媒の流れを制御する。システムが冷却モードにあるときは、液相配管ソレノイドバルブが開かれ、高温ガスソレノイドバルブが閉ざされて、高圧液相冷媒の流れがホッパーおよび冷凍シリンダー内のミックスを冷却することができる。システムが夜間の再殺菌のために加熱モードにあるときは、これらの二つの高温ガスソレノイドバルブが開かれ、液相配管ソレノイドバルブが閉ざされて、高温気相冷媒がホッパーおよび冷凍シリンダー内のミックスを加温することができる。

ホッパーのみが冷却されているときは、圧縮器に十分な負荷がかけられないので圧縮器の信頼性が損なわれる。高温ガスバイパスバルブが開かれて圧縮器排出口からの冷媒ガスを圧縮器吸入口に流し、圧縮器の負荷を増加させる。好ましくは、ソレノイドバルブが高温ガスバイパスバルブと直列に用いられ、これによって高温ガスバイパスバルブを通しての冷媒の漏れが防止される。

ＥＰＲバルブがホッパー排出口近傍に位置しており、ホッパーの蒸発器圧力、したがってホッパー内を流れる冷媒の温度を保持する。ＣＰＲバルブが、圧縮器の吸入口に流入する冷媒の量を絞ることによって圧縮器の入口圧力を制限する。冷凍シリンダーが冷却されていないときには、冷凍シリンダーの排出口近傍のソレノイドバルブが閉ざされ、暖かい冷媒が冷凍シリンダー周辺に移動するのを防止する。

システムはさらにＴＲＥＶバルブを含み、これによって液相冷媒を圧縮器吸入口に注入して、冷却サイクル中の圧縮器の過度の排出を制御している。圧縮器排出口温度が２３０°Ｆに近づくと、ＴＲＥＶバルブが開かれて凝縮器からの高圧液相冷媒を圧縮器吸入口に流入させ、圧縮器吸入口を、したがって圧縮器排出口を冷却する。

本発明の上記の特徴およびその他の特徴は以下の明細書および図面によってより良く理解されよう。

本発明の種々の特徴と利点とは、以下の詳細な説明中の最良の形態の記載から、当業者に明らかとなろう。

図１は従来技術の熱処理システムを概略的に図示している。システムはミックスを貯蔵するホッパー２４と、ミックスを冷却し、客に出す前にミックスに空気を混入するための冷凍シリンダー２６とを含む。冷凍シリンダー２６は冷凍システム２０によって冷却される。冷媒が圧縮器２８内で高圧かつ高エンタルピーに圧縮される。次いで冷媒は凝縮器３０を通って流れ、その際に熱を放出して冷却される。次いで高圧かつ低エンタルピーの冷媒は膨張装置３２で膨張して低圧になる。膨張の後、冷媒は冷凍シリンダーを取り巻く管を通って流れ、冷凍シリンダー２６から、したがってミックスから熱を奪ってこれを冷却する。冷凍シリンダー２６を冷却した後、冷媒は低圧かつ高エンタルピーとなって圧縮器２８に戻って圧縮され、かくしてサイクルが完結する。

ホッパー２４は別個のグリコールシステム３４によって冷却される。ポンプ４４がグリコールをグリコールシステム３４内に送り込む。グリコールタンク３６からのグリコールはグリコールシステム３４に入り、冷凍シリンダー２６を取り巻く冷却配管３８を流れて冷却される。冷却されたグリコールは次いでホッパー２４の周りの冷却配管４０を廻って流れ、ホッパー２４内のミックスを冷却する。

ミックスの殺菌を行うときは、ヒーター４２がグリコールを加熱する。加熱されたグリコールは先ず冷凍シリンダー２６を取り巻く冷却配管３８を流れ、冷凍シリンダー２６内のミックスを加熱し、グリコールは冷却される。冷却されたグリコールは次いでホッパー２４を取り巻く冷却配管４０を流れ、ホッパー２４内のミックスを加熱する。グリコールはすでに冷凍シリンダー２６によって冷却されているので、ホッパー２４の加熱においては効果が落ちる。したがってホッパー２４を加熱してミックス加熱プロセスを完結するのに時間がかかる。

図２は本発明の高温ガス熱処理システム１２０を概略的に図示している。システム１２０はフローズン製品を製造するためのミックスを貯蔵するホッパー１２２を含む。一つの実施例では、ホッパー１２２は２０クォーツホッパーである。ミックスはホッパー１２２から冷凍シリンダー１２４内に流入し、冷凍されるとともに空気と混合される。重力送りのシステムにおいては、空気を計量して冷凍シリンダー１２４に入れるために、標準の空気−ミックス供給管が用いられる。ポンプシステムにおいては、空気はポンプによって計量されて冷凍シリンダー１２４に入る。好ましくは、冷凍シリンダー１２４はステンレス鋼製の冷凍シリンダーである。次いでフローズン製品は取り出されて客に出される。

ホッパー１２２と冷凍シリンダー１２４とは冷凍システムによって冷却される。冷媒は閉回路システムを通って流れる。一つの実施例では、冷媒はＲ４０４Ａである。高温ガスの冷媒が圧縮器１２６で高圧かつ高エンタルピーに圧縮される。次いで冷媒は凝縮器１２８を通って流れ、この際冷媒は熱を放出して、モーター１３２で駆動されるファン１３０によって冷却される。一つの実施例では、凝縮器１２８は３段の５／１６インチ径の管と隆起したランスドフィン（lanced fin）とを有する凝縮器１２８である。凝縮器１２８はまた水冷式凝縮器または空冷式凝縮器であってもよい。しかしながらその他の形式の凝縮器１２８もまた使用可能であることは理解すべきである。加熱サイクル中は冷凍負荷が高くなるので、この凝縮器１２８の能力は同等の能力を有する加熱処理なしの構成に比較して大きくなければならない。加えて、圧縮器１２６の大きさと凝縮器１２８の大きさとは釣り合っており、かつ相互に関連している。

次いで高圧かつ低エンタルピーの冷媒は膨張される。膨張の前に、冷媒の流れ経路は二つの経路１３４，１３６に分割される。一つの経路１３４は冷凍シリンダー１２４行きであり、一つの経路１３６はホッパー１２２行きである。

経路１３４内を流れ、冷凍シリンダー１２４内のミックスを冷却する冷媒は膨張バルブ１３８を通過して低圧膨張する。好ましくは、膨張バルブ１３８はＡＸＶ膨張バルブである。 ＡＸＶ膨張バルブは自動膨張バルブであり、常に圧力を制御して冷凍シリンダー１２４の周りを流れる冷媒の蒸発圧力を−１５°Ｆに管理することによって製品の品質を一定にしている。このことは、冷凍シリンダー１２４内のミックスが設定された蒸発器温度に対して敏感であるため、重要である。一般に、冷凍シリンダー１２４内のミックスの冷却は、ホッパー１２２内のミックスの冷却より短時間で済む。ＡＸＶ膨張バルブについて説明したが、他の形式の膨張バルブもまた使用可能であることは理解されよう。

膨張の後、冷媒は冷凍シリンダー１２４を取り巻く配管を通って流れ、冷凍シリンダー１２４から、したがってミックスから熱を奪ってこれを冷却する。冷媒は経路１４４を通って冷凍シリンダー１２４を取り巻く配管から排出する。配管について説明したが、冷媒が冷凍シリンダー１２４の近傍のチャンバーを通って流れてもよいことは理解すべきである。

経路１３６内を流れ、ホッパー１２２内のミックスを冷却する冷媒は膨張バルブ１４０を通過して低圧膨張する。好ましくは、膨張バルブ１４０はＴＸＶ膨張バルブである。 ＴＸＶ膨張バルブ、すなわち熱膨張バルブは高い熱除去の能力を有する。ホッパー１２２を冷却するのに要求される冷却能力はホッパー１２２内のミックスのレベルに比例して変動する。 ＴＸＶバルブはホッパー１２２への冷媒質量流量を制御してスーパーヒートの設定値を保ち、圧縮器１２６の信頼性を保証する。

膨張の後、冷媒はホッパー１２２を取り巻く配管を通って流れ、ホッパー１２２から、したがってミックスから熱を奪ってこれを冷却する。一つの実施例では、ホッパー１２２を取り巻く配管は銅管製の冷却配管であり、約５／１６インチの直径を有し、ホッパー１２２の底部および壁に巻きつけられてこれらに半田づけされている。しかしながら他の直径の配管も使用可能である。好ましくはホッパー１２２の底部に半田付けされる冷却配管の表面積がなるべく大きくされる。ホッパー１２２内のミックスを冷却する冷媒の温度は２２°〜２４°Ｆの間であり、ホッパー１２２内のミックスを基準の４１°Ｆより低い３７°〜３９°Ｆの間に保つ。冷媒は経路１４２を通ってホッパー１２２から出る。

冷凍シリンダー１２４およびホッパー１２２を冷却した後、冷媒は低圧かつ高エンタルピーになる。冷媒経路１４２，１４４は合流し、冷媒は圧縮器１２６に戻って圧縮され、かくしてサイクルが完結する。

システム１２０はさらに、過剰の冷媒を貯蔵してシステム１２０内の自由冷媒の量の変動を制御するためのレシーバ１８０を含む。熱交換器／副冷却器１８２が、冷凍シリンダー１２４からの気相冷媒と膨張バルブ１３８，１４０に流れる液相冷媒との間で熱交換を行うのに用いられて、さらに能力を向上させる。熱交換器／副冷却器１８２は圧縮器１２６への吸入ガスの加温に用いられ、これによって液相冷媒を含まない気相冷媒のみが圧縮器１２６に流入することを保証して、圧縮器１２６の寿命を延長する。フィルター／乾燥器１８４が用いられて、冷媒中の異物を捕捉し、冷媒中に漏れた水分があればこれを除去する。

システム１２０は二つの液相配管ソレノイドバルブ１４６，１４８をさらに含む。液相配管ソレノイドバルブ１４６は凝縮器１２８から冷凍シリンダー１２４へ行く低温冷媒の流れを制御し、液相配管ソレノイドバルブ１４８は凝縮器１２８からホッパー１２２へ行く低温冷媒の流れを制御する。システムが冷却モードにあって、冷凍シリンダー１２４およびホッパー１２２がいずれも冷却されているときは、液相配管ソレノイドバルブ１４６，１４８はいずれも開き、冷却された冷媒が冷凍シリンダー１２４およびホッパー１２２の周りに流れる。冷却中は高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２（以下に説明）は閉ざされている。

殺菌のために加熱サイクルが始まると、液相配管ソレノイドバルブ１４６，１４８が閉ざされて、冷却された冷媒がホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４に流れるのを防止する。システム１２０は二つの高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２をさらに有する。高温ガスソレノイドバルブ１５０は圧縮器排出口１５８と冷凍シリンダー１２４との間に位置しており、高温ガスソレノイドバルブ１５２は圧縮器排出口１５８とホッパー１２２との間に位置している。ミックスが加熱されるときは、これらの二つの高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２が開かれ、圧縮器排出口１５８からの高温ガスが、凝縮器１２８をバイパスして冷凍シリンダー１２４および冷凍シリンダー１２２の周りに流れる。システムが加熱モードにあって冷凍シリンダー１２４およびホッパー１２２がいずれも加熱されているときは、液相配管ソレノイドバルブ１４６，１４８はいずれも閉ざされている。

ミックスは毎晩、ミックスを再度殺菌してすべての細菌を殺すために少なくとも３０分間少なくとも１５０°Ｆに加熱される。冷却配管はホッパー１２２の底部および壁の両方に半田付けされており、熱はより拡大したホッパー１２２の表面積に移動するので、ホッパー１２２の壁上でのミックスの焦げ付きが抑制される。ミックスの焦げ付きはミックスのレベルが下がったときにホッパー１２２の壁に付着しているミックスの膜状の泡によって起こる。ホッパー１２２と冷凍シリンダー１２４とが別々に加熱可能であることによって、ミックスはより速く冷却され、かつミックスはより速く１５０°Ｆに加熱されるので、殺菌サイクルの時間が短縮され、したがってミックスの風味低下が抑制される。

加熱モードに際しては、高温ガスソレノイドバルブ１５０を開いて冷凍シリンダー１２４を加熱する前に、高温ガスソレノイドバルブ１５２を開いてホッパー１２２のみを数分間加熱することが、圧縮器１２６からの逆流を防止する上で好ましい場合がある。各々の高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２は非同期的に脱励磁されるので、バルブ１５０，１５２は別々に制御可能である。温度センサー１７４，１７２によって、ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４の両方からそれぞれ温度フィードバックが送られ、ミックスが所望の温度に達したときにこれを検出する。ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４内のミックスの温度が制御装置（図示せず）に送られ、制御装置がシステム１２０を制御する。

液相配管ソレノイドバルブ１４６，１４８、および高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２は制御装置１８６によって別々に制御される。したがって冷却中はホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４を別々に冷却可能であり、加熱中はホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４を別々に加熱可能である。

冷却モードにおいてホッパー１２２のみが冷却される場合は、ホッパー１２２のみの冷却では圧縮器１２６に十分な負荷が与えられず、圧縮器１２６の吸入圧力が低下して圧縮器の信頼性を損なう恐れがある。ホッパー１２２のみが冷却されているときは冷凍シリンダー１２４につながる液相配管ソレノイドバルブ１４６が閉ざされ、ホッパー１２２につながる液相配管ソレノイドバルブ１４８が開かれる。高温ガスバイパスバルブ１５４を開いて高温冷媒を圧縮器排出口１５８から圧縮器吸入口１６０に流入させることによって、ホッパー１２２のみが冷却されているときに圧縮器１２６に追加の負荷を与えることができる。高温ガスバイパスバルブ１５４は自己制御式である。冷媒ガスは冷却効果を発揮することなく分岐されて、圧縮器１２６に負荷を与えて圧縮器１２６の吸入圧力を１５ｐｓｉｇ以上に保つ。

その他の全ての場合において、高温ガスバイパスバルブ１５４は閉ざされている。しかしながら高温ガスバイパスバルブ１５４が完全に閉ざされず、システム１２０への望ましくない冷媒漏れが起こる可能性がある。一つの実施例では、高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６が高温ガスバイパスバルブ１５４と直列に用いられて、圧縮器排出口１５８からシステム１２０への望ましくない冷媒漏れを防止する。高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６は液相配管ソレノイドバルブ１４８と並列に作動し、したがってソレノイドバルブ１５６は液相配管ソレノイドバルブ１４８が開かれているときにのみ開かれる。しかしながら高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６が制御装置１８６によって作動可能であることは理解すべきである。制御装置１８６が、ホッパー１２２への液相配管ソレノイドバルブ１４８が開かれ、冷凍シリンダー１２４への液相配管ソレノイドバルブ１４６が閉ざされ、ホッパー１２２のみが冷却中であることを示していると判断したならば、高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６を高温ガスバイパスバルブ１５４とともに開いて圧縮器１２６に追加の負荷を与える。その他の全ての場合において、高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６は閉ざされており、圧縮器１２６の排出口からシステム１２０への冷媒漏れを防止している。高温ガスバイパスバルブ１５４と高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６とが単独にでも一緒にでも用いられ得ることは理解すべきである。

システム１２０はさらに、ホッパー１２２の排出口の近傍に位置する蒸発器圧力制御バルブ、すなわちＥＰＲバルブ１６２を含む。ＥＰＲバルブ１６２は自己制御式である。ホッパー１２２と冷凍シリンダー１２４とに熱交換する冷媒はいずれも圧縮器１２６から出発しているから、冷媒の温度は圧縮器１２６の吸入圧力で決まり、調整はできない。しかしながらホッパー１２２内のミックスを３７°〜３９°Ｆの間 に冷却するためにはホッパー１２２の周りを流れる冷媒は２２°〜２４°Ｆの間である必要があり、冷凍シリンダー１２４内のミックスを２０°Ｆに冷却するためには冷凍シリンダー１２４の周りを流れる冷媒は約−１５°Ｆである必要がある。ホッパー１２２と熱交換する冷媒の圧力を６０ｐｓｉｇに保つためにＥＰＲバルブ１６２が用いられる。ホッパー１２２と熱交換する冷媒の圧力が６０ｐｓｉｇに保たれるので、ホッパー１２２の周りを流れる冷媒の温度は所望の温度に保たれる。好ましくは、ホッパー１２２の周りを流れる冷媒の温度は２２°〜２４°Ｆの間に保たれる。

圧縮器１２６の入口圧を制御し、圧縮器の吸入圧力を４０ｐｓｉｇ以下に保つためにクランクケース圧制御バルブ、すなわちＣＰＲバルブ１６４が用いられる。ＣＰＲバルブ１６４もまた自己制御式である。圧縮器吸入圧力が４０ｐｓｉｇ以上に上昇すると、圧縮器１２６は停止する恐れがある。ＣＰＲバルブ１６４が絞られ、つまり制限されるときは、圧縮器吸入口１６０に流入する高温冷媒の量が減少する。圧縮器吸入口１６０に流入する冷媒の圧力を低下させることによって、圧縮器排出口１５８を通過する冷媒の圧力もまた低下する。あるいは、高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２内のオリフィスが冷媒流量を適当に制限するような寸法になっているならば、 ＣＰＲバルブ１６４を省略することができる。この実施例では、ＴＸＶ膨張バルブ１４０は圧力制限ＴＸＶ膨張バルブ１４０であり、これがホッパー１２２の吸入圧力を制御して、ホッパー１２２から出る冷媒のスーパーヒートを制御している。

システム１２０はさらに温度応答膨張バルブ、すなわちＴＲＥＶバルブ１６６を有し、これは圧縮器吸入口１６０への液相冷媒の注入を調節して、冷却サイクル中の圧縮器の過度の排出を制御している。ＴＲＥＶバルブ１６６もまた自己制御式である。圧縮器排出口１５８の近傍に位置するＴＲＥＶ検出端１６８が圧縮器排出口１５８の温度を検知する。一つの実施例では、ＴＲＥＶバルブ１６６とＴＲＥＶ検出端１６８とは毛細管チューブで連絡されている。ＴＲＥＶ検出端１６８が、排出口温度が２３０°Ｆに近づいたことを検知したときは、ＴＲＥＶバルブ１６６が開かれて凝縮器１２８からの低温かつ高圧液相冷媒を圧縮器吸入口１６０に流入させ、圧縮器吸入口１６０を、ひいては圧縮器排出口１５８を冷却する。こうして圧縮器１２６の排出口温度を２５０°Ｆ以下に保つことが可能である。

冷凍シリンダー１２４の排出口１８８の近傍にある吸入側ソレノイドバルブ１７０が、冷媒が冷凍シリンダー１２４に移動するのを防止する。システム１２０および圧縮器１２６が停止しているときに、冷媒がシステム１２０の最も温度が低い部分である冷凍シリンダー１２４に移動して冷凍シリンダー１２４を加熱する傾向がある。冷凍シリンダー１２４が冷却されているときは、吸入側ソレノイドバルブ１７０が開かれて冷媒を冷凍シリンダー１２４から排出させる。システム１２０が停止したときは、このバルブ１７０を閉じることによって冷媒が冷凍シリンダー１２４に移動してこれを加熱することが防止される。

加熱に際しては、最初に高温ガスソレノイドバルブ１５２が開かれて、まずホッパー１２２が加熱される。次いで高温ガスソレノイドバルブ１５０が開かれて冷凍シリンダー１２４が加熱される。高温ガスソレノイドバルブ１５２が開かれるのと同時に吸入側ソレノイドバルブ１７０が開かれて、冷凍シリンダー１２４に残っている冷媒を蒸発させ、冷媒が圧縮器１２６に流れて圧縮器１２６の働きを悪くすることを防止する。あるいは、高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２、と吸入側ソレノイドバルブ１７０が同時に開かれる。

温度センサー１７２，１７４は、冷凍シリンダー１２４およびホッパー１２２の温度をそれぞれ監視する。システム１２０の停止中に温度センサー１７４がホッパー１２２内のミックスの温度が３９°Ｆより高いことを検知すると、システム１２０が起動してホッパー内のミックスの温度を３７°Ｆに冷却する冷却モードを開始する。冷凍シリンダー１２４はさらにビーター１７６を含む。ミックスの温度は冷凍シリンダー１２４のドアの近傍で最高なので、ビーター１７６が起動され、冷凍シリンダー１２４内のミックスを撹拌し、製品を混ぜて製品温度を均一にする。アジテーター１７８もまたホッパー１２２内のミックスを混合する。アジテーター１７８はホッパー１２２の底部に取り付けられた自動ステッピングモーターアセンブリーであり、ミックス中に懸垂された直接駆動のブレードを回転させる。

冷凍シリンダー１２４内のミックスを冷却するためにシステム１２０が起動されたならば、圧縮器１２６を停止させる前にホッパー１２２内のミックスの温度が温度センサー１７４によってチェックされる。ホッパー１２２内のミックスの温度が３７°Ｆより高いことが検知されたならば、冷却のために低温の冷媒がホッパー１２２に送られる。ホッパー１２２内のミックスの温度が冷却を開始する閾値３９°Ｆに達していなくてもこの時点でホッパー１２２を冷却するのは、システム１２０がすでに冷却モードで作動している間にホッパー１２２を冷却した方がより効率的だからである。

液相配管ソレノイドバルブ１４６，１４８、二つの高温ガスソレノイドバルブ１５０，１５２、および吸入側ソレノイドバルブ１７０は全て、システム１２０の主制御装置１８６である制御装置１８６によって制御される。高温ガスバイパスバルブ１５４、高温ガスバイパスソレノイドバルブ１５６、ＥＰＲバルブ１６２、ＣＰＲバルブ１６４、およびＴＲＥＶバルブ１６６は全て自己制御式である。制御装置１８６がホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４の冷却が必要であることを検知したならば、制御装置１８６はシステム１２０を起動して液相配管バルブ１４６，１４８を開き、ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４内のミックスを冷却する。ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４はシステム１２０の要求に応じて個別に冷却可能である。制御装置１８６がホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４の加熱が必要であることを検知したならば、制御装置１８６はシステム１２０を起動して高温ガスバルブ１５０，１５２を開き、ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４内のミックスを加熱する。ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４はシステム１２０の要求に応じて個別に加熱可能である。

システム１２０が自動モードにあるときは、制御装置１８６が検知したときに必要に応じて冷却モードが作動して、ホッパー１２２および冷凍シリンダー１２２内のミックスの温度を所望の範囲内に保つ。フローズン製品が冷凍シリンダー１２４から取り出されていないときは、システム１２０は待機モードに置かれてもよい。システム１２０は手動によって、またはプログラムされた時間に待機モードに入る。待機モードが作動したならば、冷凍シリンダー１２４内の製品を溶かしてもよい。冷凍シリンダー１２４内のミックスはホッパー１２２内のミックスの温度にまで加温され、これによって製品品質を台無しにする恐れのある凝集物の量が低減される。フローズン製品が冷凍シリンダー１２４から取り出されるときはスイッチが作動して直ちに冷媒が冷凍シリンダー１２４に送られる。

ＡＸＶ膨張バルブ１３８および液相配管ソレノイドバルブ１４６が、冷凍シリンダーの入口に入る冷媒流を膨張させ、かつ制御するように図示および説明したが、他の装置もまた使用可能である。例えば、ステッパー駆動式の膨張装置を用いて液相配管ソレノイドバルブを省略することができる。ステッパー駆動式膨張装置は、冷媒流を冷凍シリンダー圧力または冷凍シリンダースーパーヒートの関数として調節することによってＡＸＶ（冷凍シリンダー圧力を監視する圧力変換器を付加することによって）としても、またＴＸＶ（温度取り出し口に温度変換器を付加することによって）としても作動可能である。

一つのシステム１２０について図示および説明したが、二つ以上のシステム１２０が異なる製品のために用いられ得ることは理解すべきである。例えばソフトクリームとシェーキのような、二種類の異なる製品のために二つの異なるシステム１２０を用いることができる。あるいは、一種類のフローズン製品の多数のフレーバーを単一のシステム１２０で扱うことができる。各々のフレーバーは別個のホッパー１２２および冷凍シリンダー１２４を用いるが、圧縮器１２６を共用する。

上述の説明は単に発明の原理の例示しているだけである。上述の開示に照らして、本発明の多くの改良および変形が可能である。しかしながら本発明の最良の形態が、ある改良が本発明の範囲内であることが通常の当業者に認識できるように開示されている。したがって本発明が、添付の特許請求の範囲内で、具体的に説明されたものとは異なる方法で実施され得ることは理解すべきである。このため、本発明の真の範囲および内容を決定するには添付の特許請求の範囲を検討すべきである。

図1は冷媒としてグリコールを用いた従来技術の熱処理システムの概略図である。 図２は本発明の高温ガス熱処理システムの概略図である。

Claims (12)

1. 冷媒を高圧に圧縮するための、圧縮器吸入口と圧縮器排出口とを有する圧縮装置と、
   前記冷媒を冷却するための放熱熱交換器と、
   前記冷媒のホッパー部分を低圧のホッパー圧力にするためのホッパー膨張装置と、
   前記冷媒のシリンダー部分を低圧のシリンダー圧力にするためのシリンダー膨張装置と、
   前記ホッパー膨張装置と前記放熱熱交換器との間に位置するホッパー液相配管ソレノイドバルブと、
   前記シリンダー膨張装置と前記放熱熱交換器との間に位置するシリンダー液相配管ソレノイドバルブと、
   ホッパー熱交換器であり、前記ホッパー膨張装置からの前記冷媒が前記ホッパー熱交換器内でホッパーミックスと熱交換するところの、ホッパー熱交換器と、
   シリンダー熱交換器であり、前記シリンダー膨張装置からの前記冷媒が前記シリンダー熱交換器内でシリンダーミックスと熱交換するところの、シリンダー熱交換器と、
   前記シリンダー熱交換器の排出口の近傍に位置する吸入側ソレノイドバルブと、
   を含んだ冷凍システム。
2. 前記シリンダー膨張装置がＡＸＶ膨張バルブであることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
3. 前記ホッパー膨張装置がＴＸＶ膨張装置であることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
4. 前記圧縮器排出口と前記シリンダー熱交換器との間に位置するシリンダー高温ガスソレノイドバルブと、前記圧縮器排出口と前記ホッパー熱交換器との間に位置するホッパー高温ガスソレノイドバルブとをさらに含んだ請求項１記載の冷凍システム。
5. 前記圧縮器排出口と前記圧縮器吸入口との間に位置する高温ガスバイパスバルブをさらに含んだ請求項１記載の冷凍システム。
6. 前記高温ガスバイパスバルブに直列に設けられ、かつ前記ホッパー液相配管ソレノイドバルブと並列に作動する高温ガスバイパスソレノイドバルブをさらに含んだ請求項５記載の冷凍システム。
7. ホッパー熱交換器排出口の近傍に位置するＥＰＲバルブをさらに含んだ請求項１記載の冷凍システム。
8. 前記放熱熱交換器と前記圧縮器吸入口との間に位置するＴＲＥＶバルブをさらに含んだ請求項１記載の冷凍システム。
9. 前記圧縮器吸入口の近傍に位置するＣＰＲバルブをさらに含んだ請求項１または請求項８記載の冷凍システム。
10. 前記シリンダーミックスのシリンダー温度を検出するシリンダー温度センサーと、前記ホッパーミックスのホッパー温度を検出するホッパー温度センサーとをさらに含んだ請求項１記載の冷凍システム。
11. 冷却モードにおいては前記ホッパー熱交換器がホッパー熱回収熱交換器であり、かつ前記シリンダー熱交換器がシリンダー熱回収熱交換器であり、加熱モードにおいては前記ホッパー熱交換器がホッパー放熱熱交換器であり、かつ前記シリンダー熱交換器がシリンダー放熱熱交換器であることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
12. 前記吸入側ソレノイドバルブが、前記シリンダー熱交換器の前記排出口と前記圧縮装置の前記圧縮器吸入口との間に配置されることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。

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