JPH0243460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、原料ミツクスに所定質量の空気を
供給し、安定したばらつきのないオーバーランを
有する空気供給量の制御方法および装置に関する
ものであつて、ホイツプクリーム、アイスクリー
ム又はシヤーベツト等を製造する分野で利用され
る。 （従来の技術） 従来、オーバーランはホイツプクリームやアス
クリームのボデイ、組織、味に及ぼす影響が大き
く、設定したオーバーラン値より低すぎるとボデ
イは重く湿潤となり、組織は粗く、味は低下す
る。又高すぎると組織は泡沫に富み雪状となる。
更に生産コストとの関係も重要である。 従つてオーバーランは常に適正な状態を維持す
ることが望ましい。 オーバーランに影響する要因としては、ミツク
スの組成、ミツクスの前処理の方法、空気量、フ
リーザー又はホイツパー内の温度、ミツクスの流
量、吐出圧力等が挙げられる。これらの要因のう
ち空気量の制御は、特に困難である。 一般に空気流量の定量的制御を手動で行う場
合、圧力計を見ながら空気弁の開度を微量調整す
るが、その結果がある遅れをもつて表われるの
で、オーバーランを一定に維持するには、多年の
経験と熟練を要し、運転者の勘と経験に負うとこ
ろが大きく、製品の優劣を生じやすい。 しかも熟練者にしてなおオーバーラン設定値に
対して５％の程度のバラツキは避けられない状況
にある。更に運転開始時はオーバーランが不安定
で、所望のオーバーランに達するのに最低５分以
上を要し、大量の生産ロスが生じ、ロスタイムと
なつている。 自動制御の方法も提案されており、特公昭35−
1796号においては、フリーザーの吐出口に一定間
隔に設けた２個の電極と電子管自動平衡器とを結
線し、オーバーランを電導率の変化として検出測
定し、予め電子管自動平衡器に指示した設定値に
同調せしめるようにダイヤグラム型空気吸入弁の
開度調整をする、アイスクリームのオーバーラン
自動制御装置が開示されている。 次に、特公昭45−20238号においては、原料ミ
ツクス並びに混入空気の体積流量を電圧として取
り出し、夫々の値をKE及びKeとし、次式により
空気混入量を算出している。 ｕ(%)＝100×Ｂ／Ａ … ｕ＝空気混入量(%) Ａ＝原料ミツクスの容積() Ｂ＝混入空気の容積() 式に上記の電圧を代入して式とする。 ｕ＝100×ｅ／Ｅ … 即ち、式を自動平衡型記録計に演算せしめ直
接、かつ連続的にアイスクリームの空気混入量を
指示せしめ方法が開示されている。 更に、特公昭56−46769号は、アイスクリーム
製造におけるオーバーラン自動制御装置に関する
発明であるが、明細書中にフリーザーの出口のア
イスクリーム温度を検出して、これによりフリー
ザーの冷媒の蒸発量を制御しながら、アイスクリ
ーム温度を一定とし、かかる状態下でミツクス流
量とエアー流量を測定し、ミツクスの基準流量に
対してある比率を掛けた信号でエアー流量を比例
制御すると共に、フリーザー出口密度計で測定さ
れたオーバーラン測定値で前記比率を電気的に補
正することによりなるオーバーラン自動制御方法
が開示されている。 （発明が解決すべき問題点） 前述した先行技術に共通する点は、空気量を体
積として把握していることである。 周知のように、理想気体の体積は絶対圧力に反
比例し、絶対温度に正比例する。実際の空気に対
してはこの法則は適用できないが、空気量を体積
として把握した場合、その圧力及び温度による補
正が必要である。然るに上記の先行技術はこの点
の補正が示されていない。従つて正確な空気量の
供給が望めないので、オーバーランを安定化する
のは困難である。 また、前記特公昭56−46769号の発明は、ミツ
クス流量に比例したエアー流量を供給する方法を
特徴としており、オーバーランの立上り時間の改
善ができない問題点があつた。 （問題点を解決するための手段） この発明は、コンピユーターによるオーバーラ
ン自動制御システム採用し、必要空気量をコンピ
ユーターに指示させ、質量で供給することを特徴
としている。 即ちこの発明の方法は、オーバーラン前におけ
る原料ミツクスの比重、オーバーラン後における
ミツクスの目標比重及びホイツパー運転開始後の
立上り時間などの所定データを事前にコンピユー
ターへ入力し、立上り時においては定質量の空気
を供給し、立上り時間経過後においては、オーバ
ーラン発生装置に供給される原料ミツクスの流量
及びオーバーラン発生装置出口における品温を検
出してこれをコンピユーターへ入力し、これらの
データと前記オーバーランの前後におけるコンピ
ユーター入力済のミツクスの比重と立上り時間に
基づき算出された質量の空気を供給することを特
徴としたオーバーランにおける空気供給量の制御
方法である。 またこの発明の装置は、原料の供給タンクとミ
ツクスポンプ、オーバーラン発生装置及び電磁弁
付の空気供給管を具備したオーバーラン発生装置
における供給空気の質量を制御する装置であつ
て、供給空気の質量を検出する手段と、原料ミツ
クスの供給量を検出する手段と、オーバーラン発
生装置の出口における品温を検出する手段と、前
記手段により検出された原料ミツクス供給量、品
温及び予め入力されたデータによつて最適空気供
給量を算出する手段及び最適空気供給量と、前記
供給空気の質量とを比較して前記電磁弁の開度を
指令する比較制御回路とを有することを特徴とし
たオーバーランにおける空気供給量の制御装置で
ある。 実施例 １ 次にこの発明の装置を第１図及び第２図に基い
て説明する。 第１図において、ミツクスタンク１に順次連結
された第１ミツクスポンプ２及び第２ミツクスポ
ンプ４は、いずれも定容積型のポンプであり、無
断変速機付の駆動モーター６によりＶベルト又は
チエーン７を介して駆動されるが、第２ミツクス
ポンプ４の能力は、第１ミツクスポンプ２の能力
の約２倍に設定してある。前記両ポンプ間の接続
パイプ３は、接続継手１４により空気供給管８と
接続されている。前記第２ミツクスポンプ４に
は、公知のオーバーラン発生装置（クリームホイ
ツパー又はアイスクリームフリーザー）５が連結
してある。上記回路をミツクス回路という。 一方空気回路の方は、空気圧縮機９と前記接続
パイプ３との間が接続継手１４を介して空気供給
管８により接続され、該供給管８に、ミストセパ
レーター、除菌フイルター、減圧弁（以上図示せ
ず）、空気弁１０、電磁弁１１、三方切替弁１２
及び逆止弁１３が夫々通常の様に接続されてい
る。上記回路を空気回路という。 一方オーバーランの自動制御回路の構成は次の
通りである。 マイクロコンピユーター２３及び比較制御回路
２２に対するオーバーラン制御データの入出力面
から構成を説明すると、まず前記ミツクス回路に
おいては、マイクロコンピユーター２３に入力す
る原料ミツクス供給量の検出手段として、第１ミ
ツクスポンプ２の回転数を検出するためのパルス
発信器１５が取り付けられ、製品温度の検出手段
として測温抵抗体１６がオーバーラン発生装置５
の出口付近に取り付けられている。これら二つの
センサは、計測値を電気信号として取り出し、コ
ンバーター２６に送り込む。コンバーター２６
は、入出力ポート２５を介して前記マイクロコン
ピユーター２３と接続されている。そして、該マ
イクロコンピユーター２３の出力はコンバーター
２６を介して前記比較制御回路２２に入力される
ようにしてある。 次に空気回路においては、供給空気量の質量を
検出する手段として、空気供給管８と並列にバイ
パスに接続されたフローチユーブ１７の外面２ケ
所に巻きつけられた感温抵抗線１８，１８と、こ
れに接続したブリツジ回路１９及び、該ブリツジ
回路の出力電圧を増幅する幅増器２０により構成
される質量流量計測装置２１がある。図中２４
は、設定オーバーランに必要な質量空気量をマイ
クロコンピユーターに算出させるためのデータ入
力装置である。 前記比較制御回路２２は、マイクロコンピユー
ター２３から出力された最適空気供給量のデータ
と増幅器２０から出力された現実の空気供給量の
データとを比較し、電磁弁１１へその開度を指令
する信号を出力するものである。該電磁弁１１の
具体例は第２図に示すところであつて、前記開度
指令信号に応答して作動するソレノイドコイル１
１ａと、該ソレノイドコイルによつて作動するプ
ランジヤー１１ｂとこれに連設された弁体１１ｃ
と弁座１１ｄとで構成されている。図中２７は電
源装置であり、矢示２８はミツクスの流れ方向、
矢示２９はミツクスと空気の粗混合したものの流
れ方向、矢示３０は設定オーバーラン済のホイツ
プクリーム又はアイスクリーム（製品）の流れ方
向、矢示３１は空気の流れ方向である。 実施例 ２ 次にこの発明の実施例を説明する。 まずマイクロコンピユーター（「以下マイコン」
という）２３を起動してフアイルをオープンし、
所定のデータをマイコンのランダムメモリーに読
込ませる。前記所定のデータはオーバーラン設定
比重、原料ミツクスの比重、ミツクスポンプの体
積係数、運転開始時の供給空気量（質量）、空気
比重、空気供給管の最大空気流量（質量）、定数
であり、これらのデータは実状に即して変更可能
なパラメーターである。 今、原料ミツクスの実測比重1.04、設定ミツク
ス流量200/h、オーバラン設定比重0.54の条件
設定を行い、上記のデータアアイルを修正の要あ
る場合は、修正データをデータ入力装置より入力
して修正した後、マイコンは予め記憶された運転
開始の空気量を比較制御回路へ出力する。 上記設定空気量を０〜5Vレンジにきざみ、上
径８ビツト、下限８ビツトの電気信号値で出力ポ
ート２５にデジタル出力する。 次にコンバータ２６により上記デジタル量をア
ナログ量に変換し、これは比較制御回路２２に電
圧による流量設定信号として与えられる。 次に本オーバーラン自動制御装置の運転キーを
押すことにより、マイコンに積算時間が記憶さ
れ、電磁弁１１、第１ミツクスポンプ２、第２ミ
ツクスポンプ４及びオーバラン発生装置（以下ホ
イツパーという）５のダツシヤー（図示していな
い）、電磁弁１１が起動し、原料ミツクスは、ミ
ツクスタンク１から第１ミツクスポンプ２によつ
て200/hの流量で吸入され、次いで第２ミツク
スポンプ４に同流量で送られるが、前記したよう
に両ポンプの能力が異なるので、両者を連結する
パイプ３の中はある程度減圧される。 一方空気圧縮機９により発生した圧縮空気は、
ミストセパレーター及び除菌フイルター（以上図
示していない）にて清浄化され、減圧弁（図示し
ていない）にて最適の圧力１〜２Kg／cm²（粘度に
応じて選択）に減圧され、空気弁１０を経て質量
流量計測装置２１を通過する間に質量流量として
計測される。該装置の検出部の感温抵抗線１８は
センサとしてフローチユーブ１７に流れる空気量
の変化を温度の変化、つまり抵抗値の変化として
捉え、空気の温度や圧力を補正しなくても質量流
量の検出が可能である。この原理を利用して質量
流量の変化をブリツジ回路１９によつて電圧信号
の変化として取り出している。この電圧信号（以
下センサ出力信号という）を比較制御回路２２に
与え、前記した流量設定信号と比較して、センサ
出力信号が小さい時は、電磁弁１１の開度がより
大きくなるようにソレノイドに印加される電流を
変化させて、弁を上に引き上げる。逆にセンサ出
力信号の方が大きい時は、弁の開度がより小さく
なるように、弁は下向に動作する。この弁の自動
的な動きは、ソレノイド電流の変化による電磁力
の微妙な自動調節によつて行われる。このように
してセンサ出力信号と流量設定信号が同じになる
ように弁の開度が自動調節されて、設定の空気量
が三方切替弁１２、逆止弁１３及び接続継手１４
を経て、パイプ３中を移動中の原料ミツクス中に
混入される。 前記した積算時間がある設定した時間（本実施
例の場合３秒）を経過したら、運転開始時の定格
の空気量の算出方法が次式による運転中の算出方
法に変更される。 この理由は、運転開始の立上り時にはミツクス
ポンプの回転数が安定するまで約３秒要する為
と、必要空気量になるまで時間を要する為であ
る。運転中の空気量の算出は次式によつて行われ
る。 MFMN＝FCPB×（SGC−SGWS）／ （SGWS−SGA） MFMOT＝MFMN／MFMRA×５／ 〔（273＋TRO）／273）〕 ここで FCPB＝一定時間の第１ミツクスポンプ回転数
（RCP）を平均化した値にポンプ体
積係数を乗じた数、即ち平均化した
クリーム流量（/h） SGA＝空気比重 TRO＝製品出口温度 即ち運転中、第１ミツクスポンプ２及び第２ミ
ツクスポンプ４の回転数はごく微小時間の間で微
秒に変動し、それに伴い定容積ポンプではあるが
流量に同じように微妙に変動が生じる。空気量制
御はこれらの微妙な変動に追従出来ない。従つて
上記したFCPBの値は一定時間内のクリーム流量
の平均値を使用することにしたのである。 上記した式に基づいてマイコンに入力された各
データにより空気量が算出され、流量設定信号と
して入出力ポート２５を経て、コンバーター２６
によりアナログデータに変換され、比較制御回路
２２に与えられ、同じく質量流量計測装置２１に
より計測された値と、該比較制御回路２２におい
て比較されその差を電気信号として電磁弁１１の
ソレノイドに指令し、設定空気量に回復させる。
このようなフイードバツク制御により、運転中の
原料ミツクスの平均化された流量に追従して設定
した空気量が供給される。 尚、ホイツパー出口における製品の温度を計算
式に加味して空気量を補正することにより、製品
温度による微妙なオーバーランの変動要素をデー
タとして入力して、より正確にオーバーランがコ
ントロールされる。表は昭和59年９月11日にテス
トした本実施例の結果をマイコン付属のプリンタ
ーにより打ち出したデータである。表中SGWSは
オーバーラン設定比重、SGWPは実測比重、
FCPはクリーム流量（/h）である。 本表によれば、運転開始時間が14時58分34秒で
あり、運転開始後14時間59分59秒には、既に設定
値のオーバーラン比重に達している。その間僅か
１分25秒であり、これは従来法に比較して驚くべ
き時間短縮である。 更にそれ以後は、実測比重がオーバーラン設定
比重と全く一致しており、従来法による設定値に
対する上下５％のバラツキに比較して、素晴らし
いオーバーランの持続的安定化が可能である。ア
イスクリームのオーバーラン安定化方法に対して
も、本発明は原理的に充分応用できるものであ
る。尚、空気量はセンサーにより検知した。

【表】

【表】 さて、ホイツパーを運転中、装置の系から何ら
かの異常が生じた場合、例えばホイツパー冷却水
温度が設定値の上限をオーバーした場合、或いは
ダツシヤー（図示していない）の圧力が異常に高
くなつた場合等の時、本発明の装置はこれらの異
常値の上限及び下限をマイコンに予め記憶させる
と共に、これらの異常値を感知するセンサを本装
置の所定場所に設置しておくことにより、第３図
のコンピユーター制御フローシートに示すよう
に、ダツシヤー（図示していない）、第１ミツク
スポンプ２、第２ミツクスポンプ４及び電磁弁１
１は自動的に停止する。但し、空気圧縮機９は停
止しない。この場合上記異常値の原因が判明し、
異常個所が正常に復し、本装置を再起動する場
合、前記した運転開始時の空気量がマイコンに記
憶されており、立上り時のオーバーラン設定比重
を従来法に比較して、ごく僅かな時間で安定させ
ることが可能なのは、前記した通りである。 次に運転終了時には第３図に示すように、まず
ダツシヤー（図示していない）が停止し、次にマ
イコンに記憶された運転終了時の空気量の信号
（定格）が電磁弁１１に出力され、所定量の空気
が接続継手１４を経由して第２ミツクスポンプ
４、ホイツパー５へ供給され、原料ミツクス及び
オーバーランされたホイツプクリームが空気によ
り追い出される。最後に第１ミツクスポンプ２、
第２ミツクスポンプ４及び電磁弁１１が自動的に
停止され、マイコンのランダムメモリ中のデータ
がフロツピーデイスクに書込まれ、装置は停止す
る。 （発明の効果） この発明の方法によれば、原料ミツクスへの供
給空気量を質量で測定するので、温度、圧力の変
化に拘らず所定量の空気を供給することが可能と
なり、オーバーランにバラツキが生じるおそれが
ない。またオーバーラン発生装置の始動後所定時
間の間（立上り時）には定格質量の空気を供給す
ることとしたので、従来運転開始後オーバーラン
発生装置の出口から所望のオーバーランの製品が
得られるまで、最低５分以上を要していたとこ
ろ、この発明によれば、１〜２分程度まで時間を
短縮することができる。従つて、作業におけるロ
スタイム及び不良品の発生を著しく減少させるこ
とができる。しかも立上り時のオーバーランを勘
に頼つて手動により微調整する必要もない。 更にこの発明の方法によれば、運転継続時にお
いては、原料ミツクス供給量の変動及びオーバー
ラン発生装置の出口における製品温度をマイコン
へ入力して供給空気量を制御することとしたの
で、原料供給量に若干の変動があつても、所望の
オーバーランを得ることができ、一定のオーバー
ランを維持することができる効果がある。 次のこの発明の装置によれば、原料ミツクスの
供給量を検出する手段と、オーバーラン発生の装
置の出口における品温を検出する手段と、前記手
段により検出された原料ミツクス供給量、品温及
び予め入力されたデータによつて最適空気供給量
を算出する手段並びに、該最適空気供給量と現に
供給されている空気質量とを比較して電磁弁の開
度を指令する比較制御回路とを設けたので、原料
ミツクス供給量やオーバーラン状態の変動に対応
して、常に最適な空気量（質量）の空気を供給す
ることができる。然して製品のオーバーランを自
動的に一定に保つことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の実施例を示すブロツ
ク図、第２図は同じく電磁弁及び比較制御回路の
説明図、第３図はこの発明の方法の実施例のフロ
ーシートである。 １…ミツクスタンク、２，４…ミツクスポン
プ、５…オーバーラン発生装置、８…空気供給
管、１１…電磁弁、１５…パルス発信器、１６…
測温抵抗体、２２…比較制御回路、２３…マイク
ロコンピユーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ オーバーラン前における原料ミツクスの比
   重、オーバーラン後におけるミツクスの目標比重
   及びホイツパー運転開始後の立上り時間などの所
   定データを事前にコンピユーターへ入力し、立上
   り時においては定質量の空気を供給し、立上り時
   間経過後においては、オーバーラン発生装置に供
   給される原料ミツクスの流量及びオーバーラン発
   生装置出口における品温を検出してこれをコンピ
   ユーターへ入力し、これらのデータと前記オーバ
   ーランの前後におけるコンピユータ入力済のミツ
   クスの比重と立上り時間に基づき算出された質量
   の空気を供給することを特徴としたオーバーラン
   における空気供給量の制御方法。 ２ 原料の供給タンクとミツクスポンプ、オーバ
   ーラン発生装置及び電磁弁付の空気供給管を具備
   したオーバーラン発生装置における供給空気の質
   量を制御する装置であつて、供給空気の質量を検
   出する手段と、原料ミツクスの供給量を検出する
   手段と、オーバーラン発生装置の出口における品
   温を検出する手段と、前記手段により検出された
   原料ミツクス供給量、品温及び予め入力されたデ
   ータによつて最適空気供給量を算出する手段及び
   最適空気供給量と、前記供給空気の質量とを比較
   して前記電磁弁の開度を指令する比較制御回路と
   を有することを特徴としたオーバーランにおける
   空気供給量の制御装置。