JPS5849818B2 - 生成物中の相対的空気含有量の測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、導管を通って流れ、空気を含んだ液状または
クリーム状の生成物の中に含まれる相対的空気含有量を
決定する方法および装置に関する。

この方法は、導管から流れる生成物の試料を、その導管
から隔絶させかつ可変容積を持った採取室に移す工程と
、この採取室を導管から隔離した後に、採取室の容積従
って試料の容積を予め決められた量だけ変化させる工程
と、この容積変化の結果により生じる採取室内の圧力を
ｍｌＪｆｆｌする工程とを含んでいる。

アイスクリーム、スフレ、プディングその他多くの生成
物の工業的製造においては、多少にかかわらず粘性また
は凝固した堅さを持った液状の初期材料の中に空気また
はその他のガスを混合し、その後でその生成物は、通常
或る正圧力において、導管を経て排出ステーションにポ
ンプで送り出され、この排出ステーションにおいて例え
ば小売用の分割包装などの容器内に排出される。

便宜上、ここでいう空気なる用語は、流動性材料の堅さ
を修正するために付加される任意のガスを表わすのに使
用されている。

アイスクリームの製造において膨張度として知られてい
る相対的空気含有量は、大気圧における空気量の体積と
液相の体積との間の比として定義される。

それは、最終製品の値段および品質に対して重要なもの
である。

一般には、食料品および同様の食用製品の空気含有量の
最大値がしばしば規定−されるので、空気の量を許容値
以下に、できるだけ接近して保つことができることが製
造者の関心事である。

通常は、空気の混入は、圧縮空気を最初の材料の中に導
入する減圧弁を手動で調整することによって制御される
。

この調整は、送り出された生成物に実施された断続的な
計測と組合わされた操作員の経験に基いて実行される。

調整は、送り出しステーションにおいて例えば半リット
ルなどの一定体積を持った試料を取り出して、その試料
の重量を計測することによって一般に実施される。

そのようにして、％で測られた空気含有量は、その試料
の比重と、最初の材料の比重とを比較することによって
決定することができる。

この測定方法は、非常に正確なものではなく、むしろ時
間を浪費するものであるので、実際上はこれらの測定は
比較的長い間隔でのみ実施され、その測定中には最初の
材料の組或および温度を含む、空気含有量に関係のある
変数が相当に大きく変化することもあり、それが更にこ
の測定方法の正確さを低下している。

その上に、送り出しステーションに排出される最終生成
物に対して空気供給圧力の変化が伺らかの影響をあたえ
る以前に比較的に長い時間が経過し、かつ各試料を取り
出すことによって相当の無駄を生じ、その量は試料の体
積よりも相尚に大きいかも知れないのである。

アイスクリーム中の空気含有量の調節は、ノズルを通る
空気の流速がそのノズルの上流圧力によってだけ変化す
るように、限界圧力比で動作するノズルを通して圧力空
気を液体混合物に供給することによって行なわれること
はよく知られている。

この方法は、比較的高価な装置を必要とし、またクリー
ムを移送するためのポンプは高品質を必要とする。

しかも、アイスクリーム・フリーザの出力を変更する度
ごとにこの装置を調節する必要がある。

米国特許第２１４１９７７号明細書には、例えばアイス
クリーム中の空気含有量を測定するための装置が記載さ
れている。

この装置は、アイスクリームが通過する管に結合された
コックとして設計されている。

このコックの回転できる栓は、試料採取室を含み、この
採取室を通ってクリームは栓が或る位置にあるときに流
へ栓を９００回転したときに採取室は導管から遮断され
る。

ピストンがこの採取室の中へ押し込まれて、それによっ
て室の体積は減らされ、それと同時に採取したアイスク
リーム試料内の圧力が上昇する。

試料内の最終圧力は、クリームの相対的空気含有量に依
存する。

本発明によれば、導管内を空気を含む液体またはクリー
ムの形で流れている生成物内の相対的空気含有量を測症
する方法が提供され、それは下記の工程を持っている。

（ａ） 前記生成物の試料を前記導管から可変体積の
密閉試料室に移送する工程、 （ｂ） 前記試料を前記導管から隔絶する工程、（ｃ
） 前記試料を予め或る予定体積に圧縮し、かつ或る
、予め決められた圧力に対抗して前記試料室から過剰材
料を除去することによって得られる前記予め決められた
圧力にする工程、 （ｄ） 前記試料の体積の予め決められた変化を行な
う工程、 （ｅ） 前記体積変化の終期において前記試料内の圧
力を計測する工程、 本発明は、米国特許第２１４１９７７号明細書に記載さ
れた方法よりも優れた利点を持っている。

すなわち、体積変化の終了後の試料室内で計測された圧
力と、試料の相対空気含有量との間に極めて特異的な相
互関係が存在することである。

この特異な相互関係は導管を通って流れる空気含有材料
の圧力には無関係であって、この管内の圧力は、通常の
アイスクリーム製造設備内の例えば約４乃至６絶対気圧
範囲に実際に相当に大きく変化するかも知れないので、
本発明によって得られる測定結果が、導管内の圧力に無
関係であり、かつ希望する相対空気含有量を得るように
空気の混合を制御するために直接にかつ伺らの修正をせ
ずに使用することができることは非常に重要なことであ
る。

これに反して、前記の米国特許明細書に記載の測定技術
においてはその測定値は、試料を流路から切り離した瞬
時において空気含有生戊物中に示される圧力に非常に位
存している。

比較的簡単な計算によって分るように、試料採取室の容
積の所定の百分率変動は、最初の圧力に正比例した最終
圧力（絶体圧力として測定）を生じる。

このことは、もし流動液体内の絶体圧力が４乃至６気圧
に変化するならば、米国特許明細書による装置で得られ
る読みは、生成物内の或る一定の相対空気含有量に対し
て約５０％も偏倚することを意味している。

この数値の変動範囲は、希望の相対的空気含有量を維持
する目的で空気の混入を制御するために、圧力測淀から
導出された読みまたは信号を直接に使用できることを明
らかに妨害している。

試料の体積変動は、好ましくは膨張として行なわれる。

何となれば、これは％で測定された体積の比較的大きい
変化を実行でき、従ってまた試料の圧縮によるよりも圧
力の比較的大きい変化を得ることができるからである。

しかし、試料の圧縮も、本発明の要旨内にある。

本発明によれば、上記の方法を実行するための装置がま
た提供される。

この装置は、（ａ） 空気を含有する生成物の流れを
受容するために或る導管内の囲いに連結するための装置
を持った囲い、 （ｂ） 前記囲いに対して互いに同軸的に反対側に連
結され、かつ前記囲いの内部と連通する第１および第２
のシリンダー、 （ｃ） 前記第１シリンダー内に緊密に嵌合して軸方
向に移動できる第１ピストン、 （ｄ） 前記第２シリンダー内に緊密に嵌合して軸方
向に移動できる第２ピストン、 （ｅ） 前記両ピストンに連結され、前記第２ピスト
ンが前記第２シリンダー内に後退する第１端部位置と、
前記第２ピストンが前記囲い内部を横切って前記第１シ
リンダー内に突出して前記第１シリンダーおよび第１ピ
ストンと協力して試料採取室を画成する第２端部位置と
の間を前記第２ピストンを移動するように装置され、か
つ前記第２ピストンが前記第１シリンダーに入ったとき
に前記両ピストンを互いに軸方向に動かすように更に装
置された駆動機構、 （ｆ） 前記試料採取室から延びて、溢出弁を含む溢
出管路装置、 （ｇ） 前記試料採取室内の圧力が予め決められた値
以下にあるときに、前記溢出弁を閉鎖状態に保つための
装置、 （ｈ） 前記試料採取室内の圧力を記録するための装
置、 を含む。

この溢出弁は、釣合った弁部材を持っているので、弁は
導管内の任意の圧力変動にかかわらず試料内の或る一定
の絶体圧力において常に開いている。

このことは、試料採取室内の圧力状態は、測定中に導管
内の圧力に依存しないことを保証する。

空気含有量が、試料の膨張後に圧力をｍｌｆ９すること
によって決定されるときに、この膨張とそれに先だつ圧
縮とは、簡単な構体装置によって得られ、その駆動機構
は第２ピストンに強固に連結され、かつ第１ピストンに
は軸方向のから運動を持ち駆動機構の一部を形成する連
結体を介して連結されている。

圧力記録装置用の感知部材は、第１ピストンの内側端面
に取付けることができ、この圧力記録装置はデイジタル
出力信号を送り出すように装置されることができ、それ
は、試料採取室内の圧力が或る基準値より高いか低いか
を表示し、かつ関連の制御装置を介して生成物に加えら
れる空気の量を制御する。

これは、行なわれた測定に直接依存して空気の混合を即
時自動調整することを保証し、かつ前記測定は短かい間
隔で行なわれるので、空気含有量の事実上の連続制御を
狭い限界内で達戒することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図に例示した装置は、流路室２と、２本の分岐管３とを
持つ囲い１を有し、これらの分岐管を経て囲いは、比較
的高い粘度または比較的低い粘度の液体相および若干の
空気含有量を有するアイスクリームまたはその他生或物
を移送するための管路に連結されている。

アイスクリームの場合には、流動する生成物の比較的に
固い堅さが、先行凍結によって得られるけれども、他の
生成物、例えばスフレまたはプディングなどでは、ゼラ
チンなどの化学製品の添加によって得られる。

囲い１は、２本の直径方向に対向するシリンダー４およ
び５と一体であって、それら両シリンダーの共通軸は、
２本の分岐管３を通る中心軸に対して直角であり、かつ
等しい内側直径を持っている。

各シリンダー４，５は、軸方向に移動し得るピストン６
および７をそれぞれ嵌合し、第３図に示すようにＯリン
グまたは類似部材８によってシリンダー壁に対して密封
されている。

ピストン６は、室２に面する端面に開孔９を持ち、この
開孔９はピストン内部に設けられかつピストンの円筒面
にもう一つの開孔１１を持った空所１０に通じている。

第１図に示すようにピストン６の後退位置では、開孔１
１はシリンダー４の壁によって覆われているが、第３図
に示すようにピストンが第２の端極位置にあるときには
、前記開孔１１は囲い１の室２内に位置している。

開孔９は、ばね荷重された溢出弁１２によって匍脚され
、この溢出弁は円錐頭部と軸部とを持った弁部材１３を
持ち、この円錐頭部は開孔９の周囲の弁座と協動し、軸
部はピストン６内を案内され、開孔９と同一直径を持つ
。

弁部材１３は、圧縮ばね１４によって押圧され、その力
は調整ねじ１５によって調整される。

ピストン６の壁１６は、その中を弁部材１３の軸が案内
され、第３図に示すラビリンス・シールのような密封装
置が軸に対して設けられている。

ピストン７は、ピストン６に面する端面に開孔１７を持
ち、この開孔は、第１図に略示する導管１８によって、
両ピストンの対向端面間に常に画成されている空間内の
圧力を表示する圧力計１９に連結される。

この開孔１７は、図示しない膜によって前記空間に向っ
て正常には閉鎖され、或は前記圧力を示す電気信号を出
す圧力感知器または変換器が開孔１７内に装架されてよ
い。

囲い１は、第１図に示すように支持台２０に固設され、
この支持台はまた空気圧または流体圧のラムを担持し、
そのシリンダー２２は、２個のシリンダー４および５の
共通軸に平行に延びるピストン棒２３を持つピストン２
２を持っている。

このピストン棒２３には、腕２４が固着され、その自由
端には後方に突出し、すなわちピストン６から左方に延
びたピストン棒２５が固着している。

ピストンＩは、外方に突出したピストン棒２６を持ち、
これに固着した腕２７は、ピストン棒２３に摺動案内さ
れている。

腕２７の外側には、止め環２８がピストン棒２３に固着
している。

シリンダー２１の両端に２本の流体管２９および３０が
連結さへ加圧された流体が一方の管から供給され、他方
の管を通って図示しないタンクに排出されると、ピスト
ン２２は、第１図にそれぞれ実線および点線で示した両
極端位置間を移動することができる。

第１の極端位置においては、両ピストン６および７の内
側の端面は室２の壁と同面状態にあり、腕２７は止め環
２８に当接している。

この位置では、装置の各部分は２つの測定間の状態にあ
り、従ってアイスクリームまたは他の生成物は、囲い１
の分岐管３に連結された外部導管を通って妨げられない
流れを生じることができる。

加圧された流体が、管２９を通って送給されると、ピス
トン２２は第２極端位置に動かされる。

ピストン棒２３は、それに固着されたピストン６を右方
に向けて直接に移送し、ピストン２２がシリンダー２１
の右側端部に来たときに、ピストン６は第３図に示す位
置を占める。

室２を通って流れる生成物内に正圧力が支配していると
すると、この圧力はまたピストン７をも右方に移動する
であろう。

従って、第３図から分るように両ピストンの運動の結果
、生成物の或る量が、室２からシリンダー５内で両シリ
ンダー間に画成された室３１に移送されるであろう。

ピストン２２の運動の終端の少し前に、ピストン６がシ
リンダー５に入ったときに、室３１内の試料の予備圧縮
が生じる。

すなわち、ピストン棒２６の先端は、支持台２０から上
方に突出する腕３３に固定した静止受けまたは止め３２
に当接する。

この後は、ピストン７は静止状態のま＼になるが、ピス
トン６は右方に向けてその最終運動をする。

ピストン棒２６が、止め３２によって停止すると同時に
、接触片３４は、腕２７に固定されているが腕２７から
は電気的に絶縁されているので、腕３３の上に取付けら
れ、互いに絶縁されていて、電路３６によって詳細には
説明しない制御装置３７に接続された２個の接触片３５
間に電気的接続を形成する。

！＋脚装置は、電路３８を介して圧力計１９に接続され
る。

この圧力計は、前に述べたようにピストン７の左側端面
に作用する圧力を表示するためと、デイジタル信号を制
御装置３７に送り出すために装置されている。

信号は、前記圧力が予め決められた基準値よりも高いと
きに例えば値１を持ち、圧力が基準値より低いときに値
Ｏを持つことができる。

制御装置３７は、略図で示した制御電路３９を介して命
令信号をモータ４０に送り出し、モータは、図示しない
アイスクリーム・フリーザに圧縮空気容器４３を連結す
る導管４２に設けた調節弁４１の開度を制御し、アイス
クリーム・フリーザの氷結クリームの出口は、囲い１の
分岐管３の一つに連結されている。

ばね１４は、弁１２の弁部材１３を押しつけるように調
整され、その弁閉鎖力は、室３１内の圧力が正常運転中
に室２内に存在する最大圧力よりも高い一定の予め決め
られた絶対値に達したときに、アイスクリームを試料採
取室３１から囲い１へ流させるように弁が開くように調
整される。

この弁の啓開は、ピストン２２の上記の最終段階の右方
運動中に起り、この運動中には室３１内の試料は圧縮さ
れる。

例となれば、ピストン７は静止しているからである。

上に述べたように弁部材１３の軸直径は開孔９の直径と
等しいので、弁はその閉鎖位置にあるときに室１０内の
圧力から完全に解除されているので、室２を流れるアイ
スクリーム内の圧力に関係なく、弁は室３１内の或る絶
対圧力において常に開くであわう。

これに関連して、弁部材の外方端部に作用する大気圧の
変動は、もし存在したとしても無視することができる。

ピストン２２が右側の極限位置にあるときに、かっぱね
１４の押圧力によって決まる室３１内の圧力が作られた
後に弁１２が再び閉じたときに、管３０を通ってシリン
ダー２１に動作流体が供給され、ピストン２２は左方に
動く。

この運動中に、ピストン７は最初はその左側の面に作用
する室３１内の正圧力のために静止したま＼であるが、
止め環２８が腕２７に接触する瞬間に、ピストン７は動
き出してピストン６に従って左へ動く。

この瞬間まで、室３１内にある試料は膨張して室３１内
の圧力は下降する。

この圧力の下降は、アイスクリームの空気含有量が少な
いほど、すなわちその膨張度が小さいほど、大きくなる
ことは明らかであわう。

圧力計１９は、室３１の中に存在する圧力を連続的に記
録し、膨張が終了して、ピストン７が止め環２８によっ
て押し運ばれる瞬間に、２個の接触片３５間の電気接続
も遮断される。

制御装置３７は、この電流遮断が、線３８を経て圧力計
から出されたデイジタル信号に対応する制御信号をモー
タ４０に送り出すように設計されている。

モータ４０への制御信号の継続は、装置３７に含まれる
好ましくは調整可能のタイマーによって決定され、デイ
ジタル信号が１またはＯであるかにより、すなわち膨張
終点のアイスクリーム圧力が設定基準値からいづれの方
向に偏倚しているかによって、モータ４０は、フリーザ
に連結された管４２および弁４１を通る空気流速を増減
することにより測定偏倚量を補償するように弁４１を調
整する。

圧力計１９からのデイジタル測定信号は、例えば２個の
接点によって作られることができ、これら２接点は、圧
力計内において２個の線３８の各各に接続され、測定し
た圧力が基準値から一方向に偏倚したときに短絡さへ
また反対方向に偏倚したときに互いに絶縁される。

ピストン６および７の細部の変形については省略するが
、第３図にｆｌ斥した実施例は、ピストン７の外方に向
かう運動がシリンダ５に直接固定した当接体４４によっ
て止められる点が第１図に示したものと異なっている。

しかし、図示の多くの他の詳細部分は、本発明の要旨内
で変形することができることは明らかであろう。

ピストン６は、例えば流体ラムのピストン棒に直結して
も差支なく、またその場合に、軸方向のから運動を有す
る連結体を両ピストンの対向する端面間に直接に設ける
こともできる。

膨張度または空気含有量の計測は、また上記以外の他の
方法で実施することもでき、例えば或る予め決めた圧力
において両ピストン間に捕収した試料の誘電率を測定す
ることにより、或は超音波または電磁輻射に対する試料
の透過率を測定することによっても行なうことができる
。

測定装置が、上記のような空気の混合を制御するための
装置に直結されている場合には、２つの連続した計測の
間の期間の長さ（好ましくは調整可能）およびその結果
の空気供給速度調整を決定するタイマーを持つこともで
きる。

測定のために引き抜かれた試料は、測定動作後に導管の
中に戻されるので、所要の正確さとは関係なく試料の寸
法を単独に選定することができ、換言すれば実際にはか
なり大きく選択でき、従って前の測定によって試料採取
室の壁面にもし若干の残留材料があっても、それは測定
の結果には最小の影響を持つにすぎないであろう。

本発明は、下記の態様で実施することができる。

１．予備圧縮工程中に前記試料採取室から取り去られた
前記過剰材料は、前記導管へ戻される特許請求の範囲第
１項に記載の方丸 ２，前記試料の前記予め決められた体積の変動は、膨張
である特許請求の範囲第１項に記載の方法。

３．前記溢出管路は、前記試料採取室を前記囲い内部と
連結する特許請求の範囲第２項に記載の装丸 ４．前記溢出管路および前記溢出弁は、前記第２ピスト
ン内に設けられ、前記管路下流端部は、前記ピストンの
円筒表面に開口する前掲第３項に記載の装私 ５．前記溢出弁は、釣合弁部材１３を含む特許請求の範
囲第２項に記載の装島 ６．前記溢出弁をその閉鎖位置の方へ押しつける調整可
能のばね装置１４を含む特許請求の範囲第２項に記載の
装私 ７．前記駆動機構は、前記第２ピストンに強固に連結さ
れ、かつ軸方向のから運動式の連結装置を介して前記第
１ピストンに連結されている特許請求の範囲第２項に記
載の装置。

８．前記第１ピストンの前記囲いに対する外方端部位置
を決定するための止め装置３２ ，４４を更に含む前掲
第７項に記載の装置。

９．前記第１ピストンの内方端面に装架され、かつ前記
圧力記録装置に接続された感知装置を更に含む特許請求
の範囲第２項に記載の装駆１０．前記圧力記録装置は、
前記試料採取室の圧力が基準値より高いか低いかを示す
デイジタル出力信号を送り出し、か一つ関連の匍脚装置
３７，３９．４０を介して弁装置４１を制御して前記空
気混合生成物中の空気含有量を調節するように装置され
ている前掲第９項に記載の装私

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の一実施例を示す断面図、第
２図は２つのシリンダを備えた第１図に示す装置のハウ
ジングを示す縦断面図、第３図は異なる位置にあるピス
トンを備えた２つのシリンダを有するハウジングの断面
図である。 １・・・・・・囲い、２・・・・・・流路室、３・・・
・・・分岐管、４，５・・・・・・シリンダー、６，７
・・・・・・ピストン、８・・・・・・ｏリング、９・
・・・・・開孔、１０・・・・・・空所、１１・・・・
・・開ＪＬ，１２・・・・・・溢出弁、１３・・・・・
・弁部材、１４・・・・・・圧縮ばね、１５・・・・・
・調整ねじ、１６・・・・・・壁、１７・・・・・・開
孔、１８・・・・・・導管、１９・・・・・・圧力計、
２０・・・・・・支持台、２１・・・・・・ラムシリン
ダー、２２・・・・・・ピストン、２３・・・・・・ピ
ストン棒、２４・・・・・・腕、２５ ，２６・・・・
・・ピストン棒、２７・・・・・・腕、２８・・・・・
・止めＲ２９，３０・・・・・・流体管、３１・・・・
・・試料採取室、３２・・・・・・静止受、３３・・・
・・・腕、３４・・・・・・接触片、３５・・・・・・
接触片、３６・・・・・・電路、３７・・・・・・制御
装置、３８，３９・・・・・・電路、４０・・・・・・
モータ、４１・・・・・・調節弁、４２・・・・・・導
管、４３・・・・・・圧縮空気容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気を含む液体またはクリームの形態にて、導管を
   通って流れている生成物中の相対的空気含有量を測定す
   る方法であって、下記の順次工程、（ａ） 前記生戒
   物の試料を、前記導管から可変体積の閉鎖された試料採
   取室に移送する工程、（ｂ） 前記試料を前記導管か
   ら隔絶する工程、（ｃ） 前記試料を予め決められた
   体積に予備圧縮し、予め決められた圧力に抗して前記試
   料採取室から過剰材料を除去することによって得られる
   前記予め決められた圧力にする工程、 （ｄ） 前記試料の体積の予め決められた変化を行な
   う工程、 （ｅ） 前記体積変化の終期における前記試料内の圧
   力を測定する工程、 を有する測定方慇 ２（ａ）空気を含む生成物の流れを受け入れるために、
   導管内に接続する装置３を持つ囲い１、（ｂ） 前記
   囲いに、互いに軸方向に対向して連結され、かつ前記囲
   いの内部２と連通ずる第１および第２シリンダー５，４
   、 （ｃ） 前記第１シリンダー内に緊密嵌合状態に軸方
   向に移動できる第１ピストン７、 （ｄ）前記第２シリンダー内に緊密嵌合状態に軸方向に
   移動できる第２ピストン６、 （ｅ） 前記両ピストンに連結され、かつ前記第２ピ
   ストンが前記第２シリンダー内に後退する第１端部位置
   と、前記第２ピストンが前記囲いの内部２を横切って前
   記第１シリンダーの中に突出して前記第１シリンダーお
   よび前記第１ピストンと協力して試料採取室３１を画成
   する第２端部位置との間を前記第２ピストンを移動させ
   るように装置され、かつ前記第２ピストンが前記第１シ
   リンダーに入ったときに、前記両ピストンを軸方向に互
   いに向って動かすように装置された駆動機構２１〜２８
   、 （ｆ） 前記試料採取室から延びて溢出弁１２を含む
   溢出管路装置９〜１１、 （ｇ） 前記試料採取室内の圧力が、予め決められた
   値より低いときに前記溢出弁を閉鎖状態に保つための装
   置１４、 （ｈ） 前記試料採取室内の圧力を記録するための装
   置１９、 とを有する生成物中の相対的空気含有量の測定装島