JPH0148741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、ソフトクリームフリーザーにおける
原料供給とオーバーラン制御方法とその装置に関
するものである。 （従来技術） アイスクリームフリーザーは、ソフトクリー
ム、シヤーベツト製品などの製造を目的とするも
ので、これには原料を連続的に冷凍シリンダーに
送り込んで冷凍する連続式と、必要量の原料１回
分を冷凍シリンダーに投入して仕上げる回分法と
がある。 何れの場合も原料の撹拌、冷却凍結によつてオ
ーバーラン、保型性、食感など所望の物性値、官
能値を造り出すようになつている。 ここで、オーバーランとはWoを一定容器内の
原料重量とし、Ｗを一定容器内のホイツプ後の重
量とした場合、 100（Wo−Ｗ）／Ｗ なる式で求められる数値（％）である。 連続式に属するものとしては、装置の大きさに
より床置型、卓上型等に分類され、店頭で多く用
いられている。 連続式ソフトクリームフリーザーにおける原料
の供給法は、そのほとんどが機器の最上部に予備
冷却器を備えた供給タンクから、その下部に設け
られた冷凍シリンダー内に自然流下させ、供給す
る方式である。 この方式に関するオーバーラン制御にはパイプ
式と浮子式の２方式があるが、いずれも原料の自
然流下に伴う空気の取り込みによつてオーバーラ
ン制御を行つている。 パイプ式でのオーバーラン制御は、第２図に示
すような２重管のうちの内管空気取り込み管３の
低部円周に口径の異なる供給口ａ，ｂを設け、そ
の供給口ａ，ｂの何れかを外管２の供給口４に一
致させることにより冷凍シリンダーへの原料供給
量を操作し、同時にシリンダー内への取り込み空
気量を制御している。 第２図中５はＯリング、６は防熱壁、１は供給
タンク側、７は冷凍シリンダー側を示す。 これとは別に浮子式は、供給タンク内の原料充
填量による供給量の変動を少なくしようとする試
みから生まれたものであり、第３図に示すように
原料はタンクから一旦浮子の内蔵された浮子タン
クに入つた後、パイプを通つて冷凍シリンダー内
に進入される。図中８は浮子タンクであり、９は
浮子であつて、浮子バルブ１０を具えている。１
１は空気取り込みパイプであり、１２はＯリン
グ、１３は防熱壁、１は供給タンク側、１４は冷
凍シリンダー側である。 浮子タンク８内の原料レベルは、浮子９の上下
運動によつて浮子バルブ１０を開閉させ、ほぼ一
定に保つようになつている。この場合はオーバー
ラン制御といえる機構はなく、原料流下時に空気
取り込みパイプ１１からの自然の空気の取り込み
にゆだねている。 以上のようなオーバーラン制御法に対して、冷
凍シリンダー内に原料を強制的に送入するポンプ
方式がある。この場合のオーバーラン制御は、ポ
ンプ吸入側が負荷になるのを利用し、原料の吸い
込みと同時に空気を吸い込ませて、その量を調整
している。 ポンプ方式の多くは定量性が要求されることか
ら歯車ポンプが用いられている。 なお、何れの方法も原料供給タンクは冷凍シリ
ンダー上部に設けて固定式となつている。 （発明が解決しようとする問題点） 従来のパイプ式及び浮子式の原料供給方法とオ
ーバーラン制御方法は、簡便な設備ではあるが、
次のような欠点がある。 すなわち、パイプ式方法では供給タンク内に納
められている原料量の高さによつて冷凍シリンダ
ー内に流下する流速が異なるため、オーバーラン
もタンク内の原料量の多少によつて変動し、最大
21％近いオーバーランの違いを生じるのが通例で
ある。 浮子式の場合についても同様なことが言えるも
ので、浮子を浮上させるだけの供給タンク内の原
料レベルが常に必要であることから、原料量が少
なく浮子の上下運動がなされない状態ではパイプ
式と同様な欠点を生じる。 いずれの方法もオーバーラン制御と言える十分
な機能を有していないことから、オーバーランの
設定は運動初期の冷凍シリンダー内への原料供給
量の調整によつて行つているのが通例である。 そのため長時間の運転では、初期のオーバーラ
ンの設定値を維持することは困難となる。 もう１つの共通する問題点は、製品排出量に原
料供給量が追従しないことからオーバーランが排
出量の多少によつて変動するため、一定のオーバ
ーラン製品を得がたいことにある。 とくに近年のソフトクリームブームから、フリ
ーザーの仕様は製品排出頻度が多く、しかも低オ
ーバーランで重量感のあるソフトクリーム製品を
造ることが望まれるが、両者の原料供給方法とオ
ーバーラン制御方法はその市場ニーズを満たして
いないのが実状である。 また、パイプ式、浮子式の原料供給方法及びオ
ーバーラン制御方法に替わつてポンプ方式による
方法が実用化されているが、この方式の問題点は
ポンプの吸入量が一定のため、高いオーバーラン
では原料吸込量を少なくし、空気吸込量を多くす
るためにポンプでの空気吸込量の制御が難しいと
ころからオーバーラン制御が困難となる。 更に、この方式のもう１つの問題点は洗浄性に
ある。食品機械の開発において欠かせない重要な
ポイントの１つに洗浄性の高いことがあげられ、
機能性の優れた機械も洗浄性が悪いために産業界
に貢献できない事例は多く、ポンプ方式の場合も
ポンプ部の分解洗浄、組立という複雑な作業によ
り、高い洗浄性を有するとは言いがたい。 又、作業者に女性アルバイト（パート）が多い
この種の作業に専任者を要することからもポンプ
の分解組立には問題がある。 （問題点を解決するための手段） したがつて本発明の技術的課題は、従来の問題
点である。 (1) 製品オーバーランのバラツキ、 (2) 製品排出量に追従しない原料供給、 (3) オーバーラン制御の巾の狭さ、 (4) 低歩留り を解決するソフトクリームフリーザーにおけるオ
ーバーラン制御方法とその装置を提供することを
目的とするもので、この技術的課題を解決する技
術的手段は、圧縮空気を原料タンク内に送り込
み、その圧縮空気の圧力によつてタンク内に納め
られた原料を冷凍シリンダーに供給するに当た
り、冷凍シリンダーからの製品排出に追従させる
ように製品排出によるシリンダー内部圧力の変動
を圧力センサーで検出して原料の供給量を制御す
ると共に、空気と原料との混合を所定の割合で行
う空気注入混合器をも制御して所定のオーバーラ
ンに整えられた原料は、空気注入混合器との間の
圧力を一定に保つ背圧弁を通じて冷凍シリンダー
に供給することを特徴とする原料供給とオーバー
ラン制御方法を第１発明とし、この発明の実施に
直接使用される装置として、原料タンクと、該原
料タンクに圧縮空気を送り込む圧縮空気供給装置
と、該圧縮空気供給装置からの圧縮空気によつて
タンク内に納められた原料を冷凍シリンダーに搬
送する導管中に配設された空気注入混合器と、冷
凍シリンダーと空気注入混合器との間に設けられ
た背圧弁と、冷凍シリンダーの内部圧力の変動を
検出する圧力センサーと、圧力センサーからの信
号に応動して原料タンクと空気注入混合器への圧
縮空気量を制御する制御装置とからなることを特
徴とするソフトクリームフリーザーにおける原料
供給とオーバーラン制御装置を第２発明とするも
のである。 （発明の効果） 本発明は原料の移送を圧縮空気で行い、その移
送過程で背圧弁によつて定圧状態にした雰囲気中
において、気液を所定の割合で混合するため従来
技術に見られるようなオーバーランの変動がない
ばかりか、巾広いオーバーラン調整が可能であ
る。 又、冷凍シリンダーへの原料供給をシリンダー
内部圧力を一定に保持するようにしてあるため、
製品排出量に瞬時に追従することが可能であり、
オーバーランの変動が極めて少ない。 何れにしても本発明は、(1)圧縮空気を用いた原
料搬送、(2)冷凍シリンダー内部圧力を一定に保持
するように制御する原料供給、(3)気液の混合比を
安定化させる背圧弁を冷凍シリンダーと空気注入
混合器間に設けたという手段を講じたので、従来
の最も大きな問題点であるオーバーランのバラツ
キをパイプ、浮子方式の標準偏差のσ_o-1＝3.4〜
6.4からσ_o-1＝1.0に抑えることができ、安定した
オーバーラン製品を連続的に取り出すことができ
るという特徴がある。 なお、本発明装置は分解洗浄などの手間が省け
るばかりでなく、原料タンクを持ち運び可能の圧
力容器とすれば、残留原料を容器ごと冷蔵可能で
あり、歩留り向上に寄与できる。 （実施例） 以下、本発明の具体的実施例について述べる。 先ず清浄化された圧縮ガス（空気）を原料タン
ク内に送り込み、原料を原料タンクから冷凍シリ
ンダーに移送する。 この場合の原料タンクは、固定型でも持ち運び
可能な移動型でもよいが、原料タンクへの原料供
給及び原料タンクにおける残留原料の冷蔵保存、
更には洗浄性を配慮すると移動型が好ましい。 原料タンクから移送された原料は、直接冷凍シ
リンダーには送入されず、原料と空気との混合を
所定の割合で行う空気注入混合器に入れられ、製
品のオーバーランはここで整えられる。そのた
め、本発明のオーバーラン制御法は、他の従来法
に比し巾広い範囲の制御が可能である。 又、ここでの混合は、冷凍シリンダーからの製
品排出によるシリンダー内圧の変動に左右される
ことのないように空気注入混合器の次に背圧弁が
設けられ、空気注入混合器と背圧弁間の圧力を一
定にするように保つている。 この背圧弁の設定圧は、空気注入圧及び原料送
入圧のいずれよりも低圧である。 更に、所定のオーバーランに整えられた原料供
給は、冷凍シリンダーからの製品排出に追従させ
るように製品排出によるシリンダー内部圧力の変
動を圧力センサーで検出し、制御するようになつ
ている。 第１図は本発明の原料供給とオーバーラン制御
装置を示すもので、実線で示したのは原料の流れ
であり、破線を示したのは圧縮空気の流れであ
る。又、図中の一点破線は電気的な相互の関係を
示した。 先ず原料の流れから説明すると、原料タンク１
５に納められた原料は導管１６によつて導かれる
圧縮空気によつてタンク１５が加圧され、挿入管
１７に流れ込む。挿入管１７の上部には、導管１
８の取り外しが容易なカプラー１９が取り付けら
れている。導管１８から導かれた原料は電磁弁２
０を介して圧縮空気との混合を行う空気注入混合
器２１に流れる。ここで所定のオーバーランに設
定された原料は、背圧弁２２と圧力センサー２３
を通つて、ダツシヤー２４と掻き取りブレード２
５の内蔵された冷凍シリンダー２６に供給され
る。 その後、製品として温度、保型性、食感などの
条件が整つたものはダツシヤー２４の搬送力によ
つてヘツド２７に取りつけられた図示しない排出
弁から矢印２８のように取り出される。 次に、圧縮空気の流れについて説明すると、空
気圧縮機３０で圧縮された空気は除塵フイルター
３１及び除菌フイルター３２を通つた後、３経路
に分岐される。 その１つは原料供給のための経路であり、２つ
めはオーバーラン付与のための経路であり、３つ
めは背圧弁の開度調整のための経路である。 ３経路とも調圧弁３３，３４，３５が設けら
れ、その後に各経路の圧力を示す圧力計P_F，P_G，
P_Bを通つて電磁弁３６，３７，３８に流れる。 原料タンク１５と導管１６との接続にはカブラ
１９と同様なカプラー４０が用いられている。 又、空気注入混合器２１に入る空気回路の末端
には逆止弁２９を設け、空気回路への原料の侵入
を防いでいる。 ここで背圧弁２２を設けた理由について説明す
ると、冷凍シリンダー２６内からの製品排出によ
つて変動するシリンダー内部圧力が空気注入混合
器２１内での気液混合比の変動と吐出量の変動を
もたらさないようにするためである。 したがつて、背圧弁の圧力P_B及び冷凍シリン
ダー内圧力P_C、圧縮空気の供給圧力P_G、原料供
給圧力P_Fとの間には、 P_C＜P_B＜P_G≦P_F の関係がある。 一点破線で示した電気的な制御の相互の関連に
ついて説明すると、圧力センサー２３は矢印２８
からの製品排出によつて変化する冷凍シリンダー
２６内の圧力を検出し、予め設定された圧力にな
るように電磁弁２０，３６，３７に信号を出して
所定オーバーランに整つた原料を冷凍シリンダー
２６に供給する。 そのため原料供給が製品排出に追従し、供給の
安定とオーバーランの安定性を確保できる。 また、導管１８と電磁弁２０の間には固定部を
設け、原料タンク１５内の原料がなくなつたこと
を検出する光センサー４１が取りつけられ、その
信号が電磁弁２０，３６，３７に伝えられ作動す
るようになつている。 更に、図示していないが、信号は使用者に知ら
せる警報器にも送られる。 次に、本発明方法による実験結果について述べ
る。 第４図はアイスクリームミツクス組成が乳脂肪
分７％、無脂乳固形分７％、全固形分36％の原料
を冷凍シリンダーへの供給温度が25℃で運転し、
本発明と従来法（パイプ式、浮子式）のオーバー
ランの変動を比較したものである。各測定点は１
回の製品排出量を150ｇとして、その製品オーバ
ーランを前記した重量法で示した。 パイプ式と浮子式の運転開始には、冷凍シリン
ダー容積2.5に2.25の原料を投入（原料充填
量／冷凍シリンダー容積＝0.9）し、一旦凍結後
測定を開始した。この時、パイプ式の供給パイプ
の孔径は８mmφの最も大きいものに設定した。 又、原料タンク内への原料充填量は従来法の２
法とも同一タンクを用い、８充填し原料レベル
を一定とした。 以上の実験によると、従来法２法ともオーバー
ランは製品排出を開始すると一旦は高くなり、冷
凍シリンダー内の原料交換率（初期充填原料量に
対する供給原料量の割合）が高くなるにつれて低
下する。 その原因の１つとして、冷凍シリンダーの冷凍
能力とのかかわりがある。すなわち、製品排出量
を多くすると冷凍シリンダー内の製品は軟らかく
なり、原料タンクから落下した原料はシリンダー
内容積を満たすようになるため次第にオーバーラ
ンは低下する。 図中、運転時間30分後における従来法２法のオ
ーバーランの上昇は、原料タンク内の原料レベル
が低下した場合の測定値である。 以上のように、従来法では製品排出頻度とそれ
に関する冷凍シリンダーの冷凍能力などによつて
オーバーランは大きく変動するが、本発明ではそ
れらに影響されることなく、ほぼ一定のオーバー
ラン値を示し、安定した運転を継続することが実
証された。 なお、本発明の運転条件は原料供給圧力1.2
Kg／cm²、吹き込み空気圧力1.2Kg／cm²、背圧弁圧
力1.0Kg／cm²、吹き込み空気量290ml／min、冷凍
シリンダー内設定圧力0.6Kg／cm²である。 表１は各法におけるオーバーランの最小値、最
大値、平均値、標準偏差を比較した。 標準偏差σ_o-1は σ_o-1＝Ｓ√（−１） ここでＳ：平方和 Ｓ＝_o 〓ⁱ⁼¹ （x_i−）² ｎ：試料数 として求めた。

【表】

【表】 表１の結果からわかるように、従来法のオーバ
ーランの最大と最低変動値がパイプ法で21.5％、
浮子法で11.5％であるのに比し、本発明では5.3
％と極めて安定した結果をえた。ちなみに、各法
の標準偏差σ_o-1はパイプ法でσ_o-1＝6.4、浮子法で
σ_o-1＝3.4、本発明ではσ_o-1＝1.0であつた。 第５図は、本発明において2.5の冷凍シリン
ダー容積をもつソフトクリームフリーザーで、図
中運転条件において吹き込み空気量（ml／min）
と製品オーバーランの関係をみたものである。 吹き込み空気量の増大にともなつて、製品オー
バーランは直線的に上昇する。測定では、最大80
％近傍までしか示していないが、運転条件におい
て更に高いオーバーラン製品を排出することが可
能である。 第６図は、従来法のパイプ式と浮子式のオーバ
ーラン調整手段である冷凍シリンダーへの原料充
填量と製品オーバーランの関係をみたものであ
る。 この図から、原料充填容器／冷凍シリンダー容
積の値が小さくなるにしたがつて、製品オーバー
ランは上昇するが、0.6（60％）以下になるとオー
バーランの上昇は認められない。 図示しないが、0.5以下になると製品品質は気
泡が大きくキメの荒いものになり、ソフトクリー
ム品質としてはかなり劣る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を示す概略図、第２，３図
は従来のパイプ式と浮子式を示す部分図、第４図
はオーバーランと運転時間との関係図、第５図は
オーバーランと吹き込み空気量との関係図、第６
図はオーバーランと原料充填容積／冷凍シリンダ
ー容積との関係図である。 １５……原料タンク、２０……電磁弁、２１…
…空気注入混合器、２２……背圧弁、２３……圧
力センサー、２４……ダツシヤー、２５……掻き
取りブレード、２６……冷凍シリンダー、３０…
…圧縮機、３１……除塵フイルター、３２……除
菌フイルター、３３，３４，３５……調圧弁、
P_F，P_G，P_B，P_C……圧力計、３６，３７，３８
……電磁弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮空気を原料タンク内に送り込み、その圧
   縮空気の圧力によつてタンク内に納められた原料
   を冷凍シリンダーに供給するに当たり、冷凍シリ
   ンダーからの製品排出に追従させるように製品排
   出によるシリンダー内部圧力の変動を圧力センサ
   ーで検出して原料の供給量を制御すると共に、空
   気と原料との混合を所定の割合で行う空気注入混
   合器をも制御して所定のオーバーランに整えられ
   た原料は、空気注入混合器との間の圧力を一定に
   保つ背圧弁を通じて冷凍シリンダーに供給するこ
   とを特徴とするソフトクリームフリーザーにおけ
   る原料供給とオーバーラン制御方法。 ２ 原料タンクと、該原料タンクに圧縮空気を送
   り込む圧縮空気供給装置と、該圧縮空気供給装置
   からの圧縮空気によつてタンク内に納められた原
   料を冷凍シリンダーに搬送する導管中に配設され
   た空気注入混合器と、冷凍シリンダーと空気注入
   混合器との間に設けられた背圧弁と、冷凍シリン
   ダーの内部圧力の変動を検出する圧力センサー
   と、圧力センサーからの信号に応動して原料タン
   クと空気注入混合器への圧縮空気量を制御する制
   御装置とからなることを特徴とするソフトクリー
   ムフリーザーにおける原料供給とオーバーラン制
   御装置。