專利名稱：對冷卻或與關(guān)于冷卻的改進(jìn)的制作方法
對冷卻或與關(guān)于冷卻的改進(jìn)本發(fā)明涉及對冷卻或關(guān)于冷卻的改進(jìn)。在餐飲、零售和娛樂部門，使用各種形式的自動(dòng)售賣裝置來保持產(chǎn)品冷卻。對于冷飲料，這些裝置形成典型的兩組——商用飲料冰箱和冷飲料自動(dòng)售賣機(jī)器。兩種類型的裝置實(shí)質(zhì)上是前部有大玻璃的冰箱，在第一組的情況下(用于人工分配)帶有鉸接門或滑移門，在第二組情況下帶有分配機(jī)構(gòu)。它們預(yù)冷并存儲(chǔ)飲料以備出售。在多種情況下，飲料在其最終售出之前長期保持在低溫下。于是，使用相當(dāng)多的能量，這可能是不必要的。總結(jié)該問題，兩種類型的裝置都低效運(yùn)行。使用時(shí)，第一組飲料冰箱在每次打開大門時(shí)都經(jīng)受大量的冷空氣損失。自動(dòng)售賣機(jī)器必須提供使用者到收集物件的自動(dòng)售賣盤的方便通路，致使密封較差。制冷系統(tǒng)通常要求進(jìn)行后臺(tái)運(yùn)行循環(huán)以保持效率，但這使用不直接用于冷卻內(nèi)容物的額外能量。還已知多種飲料零售機(jī)將飲料存儲(chǔ)在前部開口的冰箱隔室內(nèi)以方便觸及和觀察 產(chǎn)品。這些隔室顯然會(huì)有甚至更大的能量浪費(fèi)。最終結(jié)果是不管何時(shí)可能售出而將飲料長期保持在冷態(tài)以備出售所使用電能的
高度浪費(fèi)。能量浪費(fèi)并不限于企業(yè)場所招待用自動(dòng)售貨機(jī)。多種小型街角商店、加油站和咖啡廳出口也提供飲料冷卻隔室。對于這些運(yùn)營商，電能成本將占他們運(yùn)營開銷的較高比例。能量浪費(fèi)并不是唯一的問題。由于制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，通常來自制冷系統(tǒng)的廢熱能副產(chǎn)品會(huì)造成機(jī)器周圍局部區(qū)域不想要的變暖。這造成用戶必須在令人不滿意的溫暖區(qū)域飲用他們令人滿意的冷飲料的尷尬。冷卻速度也是一個(gè)問題，特別是在飲料銷售量高的場所、諸如在特殊活動(dòng)-音樂會(huì)，運(yùn)動(dòng)會(huì)等。通常，在活動(dòng)開始時(shí)，飲料由于已冷藏?cái)?shù)小時(shí)而被充分冷卻。但是，一旦活動(dòng)進(jìn)行，正在出售的飲料量會(huì)超出冰箱冷卻更多飲料的能力。然后飲料在僅部分冷卻或完全未冷卻的狀態(tài)下出售。本發(fā)明試圖通過提供一種允許根據(jù)要求冷卻飲料的裝置來解決這些問題。該裝置可以是獨(dú)立裝置或者可包含在自動(dòng)售賣機(jī)器中。本發(fā)明提供一種冷卻裝置，包括用于接納所要冷卻產(chǎn)品的空腔。該裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和冷卻液體供給裝置，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置使接納在空腔內(nèi)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)，且該冷卻液體供給裝置向空腔提供冷卻液體。該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于以90轉(zhuǎn)/分鐘以上的轉(zhuǎn)速使產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)并還適于提供預(yù)定時(shí)期的脈沖或非連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。較佳地，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于以至少約180轉(zhuǎn)/分鐘、更佳地以至少約360轉(zhuǎn)/分鐘的
速度使產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)。較佳地，冷卻液體供給裝置適于向空腔提供冷卻液體流動(dòng)。較佳地，將冷卻液體在-10°c以下、更佳地在-14°c以下、甚至更佳地在-16°c以下的溫度下供給至空腔。如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其中轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于使產(chǎn)品圍繞產(chǎn)品軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并還包括保持裝置以在轉(zhuǎn)動(dòng)期間防止或基本上避免產(chǎn)品的軸向運(yùn)動(dòng)。
如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其中該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于使產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行至少一次以下循環(huán)預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)段的轉(zhuǎn)動(dòng)和預(yù)定暫停時(shí)段的不轉(zhuǎn)動(dòng)；接著另一預(yù)定時(shí)段的轉(zhuǎn)動(dòng)。如權(quán)利要求6所述的冷卻裝置，其中轉(zhuǎn)動(dòng)裝置執(zhí)行至少兩次循環(huán)，較佳地三至六次循環(huán)，更佳地三或四次循環(huán)。如權(quán)利要求6或7所述的冷卻裝置，其中所述預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)段為5至60秒、較佳地5至30秒、更佳地5至15秒、最佳地約10秒。如權(quán)利要求8所述的冷卻裝置，其中所述預(yù)定暫停時(shí)段為10至60秒，較佳地為10至30秒。在某些實(shí)施例中，該裝置包括如上限定的多個(gè)空腔。在典型實(shí)施例中，該裝置包含在自動(dòng)售賣裝置中，且該自動(dòng)售賣裝置還包括用于 將所要冷卻的產(chǎn)品插入空腔并從該空腔取出冷卻好的產(chǎn)品的插入和取出裝置。較佳地，自動(dòng)售賣裝置還包括存儲(chǔ)裝置和選擇裝置，該存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)產(chǎn)品或各種產(chǎn)品，該選擇裝置用于從存儲(chǔ)裝置選擇產(chǎn)品以插入空腔。現(xiàn)將僅示例地更詳細(xì)描述本發(fā)明的上述和其它方面。圖I至4圖形示出根據(jù)本發(fā)明裝置的第一實(shí)施例的冷卻試驗(yàn)的結(jié)果。在討論本發(fā)明時(shí)，簡要回顧選擇性地基于一個(gè)容器接一個(gè)容器冷卻飲料的當(dāng)前方法會(huì)有幫助。容納飲料的典型330ml鋁罐可在設(shè)定為約4至5°C的典型運(yùn)行溫度的冰箱內(nèi)在約4小時(shí)左右內(nèi)從25°C的環(huán)境溫度冷卻到6°C的舒適飲用溫度。在冷凍機(jī)內(nèi)，該時(shí)間縮短至約50分鐘?？衫门翣柼鋮s器，帕爾帖冷卻器基于帕爾帖效應(yīng)的物理學(xué)，當(dāng)電流穿過面對面布置聯(lián)接的兩個(gè)異種金屬時(shí)發(fā)生帕爾帖效應(yīng)。金屬中的一個(gè)將變熱，而另一個(gè)將冷卻。與罐的冷卻室接觸的冷側(cè)會(huì)降低罐溫度。帕爾帖冷卻器在高端計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)和科學(xué)CCD成像系統(tǒng)中已經(jīng)非常普遍。它們已經(jīng)應(yīng)用于便攜式冷盒和車載冰箱，在這種環(huán)境下壓縮機(jī)會(huì)太吵或體積太大。用于標(biāo)準(zhǔn)罐的冷卻循環(huán)時(shí)間超過30至45分鐘。此外，由于帕爾帖元件通常與罐的凹陷基部相鄰定位，所以該罐非常不均勻地被冷卻。于是，這些裝置僅實(shí)際適合 保持預(yù)冷飲料的溫度。基于凝膠的冷卻套可根據(jù)其尺寸在15分鐘以內(nèi)冷卻罐或瓶子。這通過將高濃度基于納的相變材料封裝在設(shè)計(jì)成圍繞罐緊密貼合的套子內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。該套子然后必須在冷凍機(jī)內(nèi)冷卻并然后在每次使用之后再冷卻?？紤]的用于冷卻瓶子和罐的當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)方法是庫伯冷卻器。該單元使飲料容器水平地緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將容器覆蓋或浸在冰冷的水中。從25°C的起始溫度，瓶子可在3. 5分鐘內(nèi)冷卻至11°C，而在6分鐘內(nèi)冷卻至6°C。此外，該單元需要大量的冰塊供應(yīng)以進(jìn)行充分冷卻。對于商業(yè)應(yīng)用來說，該技術(shù)不夠快速，它需要大量的冰塊且因此造成對瓶子上品牌標(biāo)簽的損壞。在碳酸飲料中，二氧化碳在壓力下溶解在液體中(亨利定律)。當(dāng)壓力減小(打開時(shí))，液體容納二氧化碳(CO2)的能力變差，且所以CO2會(huì)跑出溶液。因此所有的碳酸飲料在打開時(shí)由于其容器的內(nèi)部壓力減小而冒泡(斯斯起泡)。它們是否冒出(液體噴出容器)取決于CO2從溶液跑出有多快。通過容器內(nèi)成核點(diǎn)的可用性增強(qiáng)冒泡，成核點(diǎn)用作形成起泡的集中點(diǎn)。我們已經(jīng)確定當(dāng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)碳酸飲料不會(huì)過多冒出，因?yàn)椴粫?huì)發(fā)生成核點(diǎn)。相比而言，當(dāng)搖動(dòng)碳酸飲料時(shí)，飲料上方的空氣囊袋打碎成分散在整個(gè)飲料中的大量小囊袋，當(dāng)將罐打開時(shí)這些小囊袋用作成核點(diǎn)。然后CO2快速膨脹，將液體從罐帶出。但是，當(dāng)飲料僅轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣囊袋基本上保持原狀。在整個(gè)液體中分散有很少(如果有的話)成核點(diǎn)，且會(huì)發(fā)生緩慢的二氧化碳去除。我們已經(jīng)開發(fā)了一種裝置，該裝置包括用于接納所要冷卻的飲料罐或其它飲料容器的空腔。該空腔包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)以允許罐以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并還包括夾持件以在允許轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將罐在轉(zhuǎn)臺(tái)上保持在位。該裝置還包括冷卻液體的供給裝置。在其最原始形式中，僅將冷卻液體倒入空腔內(nèi)并然后在冷卻過程結(jié)束時(shí)取出。在較佳實(shí)施例中，提供穿過該裝置的冷卻液體流動(dòng)。
在試驗(yàn)中，我們研究罐表面上噴灑冷卻和液體流動(dòng)冷卻的效果。這些試驗(yàn)顯示液體流動(dòng)冷卻提供更好的結(jié)果。噴灑冷卻技術(shù)并未有效地冷卻罐的中心位置，僅提供冷罐的外在印象而不提供足夠冷的飲料。我們?nèi)缓筮M(jìn)行一系列試驗(yàn)研究在不同速度下攪動(dòng)罐的最佳方法，尋求如何避免冒泡。這些試驗(yàn)顯示罐可以360轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)超過5分鐘而不會(huì)起泡。軸向攪動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不均勻的混合或強(qiáng)烈的起泡效果。為了進(jìn)一步開發(fā)該概念，制造密封罐冷卻設(shè)備，以在帶有轉(zhuǎn)動(dòng)攪動(dòng)器的冷卻箱內(nèi)使用冷卻至約_16°C的鹽水溶液來減少鹽結(jié)晶。使用隔膜泵以高達(dá)5升/分鐘的速率來填充冷卻容器。該冷卻容器已經(jīng)設(shè)計(jì)成接納標(biāo)準(zhǔn)罐，可將標(biāo)準(zhǔn)罐以高到12赫茲/720轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。泵的流率和罐的轉(zhuǎn)速是可控制的。記錄飲料的實(shí)時(shí)冷卻速率。我們已確定，在罐轉(zhuǎn)動(dòng)期間，產(chǎn)生強(qiáng)制渦流，罐內(nèi)渦流的深度取決于轉(zhuǎn)速。在罐內(nèi)發(fā)生強(qiáng)制對流并形成人工引起的對流流動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)然后停止時(shí)，形成自由或塌癟的渦流并發(fā)生自然對流，促進(jìn)罐的內(nèi)容物的混合，但沒有包含可能導(dǎo)致成核和過多冒泡的氣泡。但是，在靜態(tài)罐中，沒有這種塌癟渦流，較冷的飲料密度較大，沉至罐底部。罐內(nèi)容物的混合非常差，致使較差的熱均勻性，并在很多情況下還致使結(jié)冰或“軟冰”。我們進(jìn)行了一系列試驗(yàn)來評估在形成均勻冷卻飲料時(shí)各種轉(zhuǎn)速的成果。以下試驗(yàn)有助于說明本發(fā)明。比較測試首先，我們進(jìn)行罐沒有任何轉(zhuǎn)動(dòng)攪動(dòng)的試驗(yàn)。在表I中示出結(jié)果。表I
細(xì)咖I箱起始I箱終止I溫度 [mS
冷卻時(shí)間旋轉(zhuǎn)循溫度溫度平均溫
f利環(huán)泌數(shù)罐底部罐中部罐頂部 i(°c)
K }(0C) (0C) (0C) (0C) (0C)
600-17 -16 I 518 I 2014.3可以看出，從20-22°C的環(huán)境溫度，罐底部的內(nèi)容物可令人滿意地被冷卻到理想溫度，但罐頂部被最少程度冷卻，呈現(xiàn)整個(gè)罐的寬溫度范圍和較差的平均冷卻。
試驗(yàn)測試在第一組測試中，我們試圖調(diào)查轉(zhuǎn)速對冷卻效果的影響。這些結(jié)果在圖I中示出，其中溫度刻度表示罐內(nèi)容物的平均溫度。將會(huì)看出在較高的轉(zhuǎn)速下獲得改進(jìn)的結(jié)果，與在180轉(zhuǎn)/分鐘(測試2)或在90轉(zhuǎn)/分鐘(測試I)下相比在360轉(zhuǎn)/分鐘(測試3)下實(shí)現(xiàn)更快速的冷卻。在這些試驗(yàn)中，注意到，如所預(yù)期的，冷卻空腔的預(yù)冷對于罐內(nèi)容物的成功冷卻有顯著影響。還注意到，在180轉(zhuǎn)/分鐘速度下，在罐頂部與底部的溫度之間有6°C的溫差。我們?nèi)缓箝_始研究間歇轉(zhuǎn)動(dòng)是否比連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)有更好的冷卻效果。應(yīng)當(dāng)理解，間歇轉(zhuǎn)動(dòng)允許渦流在冷卻過程中塌癟幾次，且所以可能預(yù)期促進(jìn)更均勻的溫度分布。圖2中示出這些結(jié)果并說明用間歇冷卻實(shí)現(xiàn)更快速的冷卻。我們?nèi)缓筮M(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，改變每個(gè)冷卻循環(huán)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。在表3中示出結(jié)果?？梢钥闯觯谳^高速度下轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)中較多的暫停次數(shù)產(chǎn)生更深的冷卻梯度?；谝陨辖Y(jié)果，以360轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)10秒接著暫停20秒進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，示出隨時(shí)間對罐溫度的影響。在表2中示出結(jié)果。表權(quán)利要求
1.一種冷卻裝置，包括空腔，所述空腔用于接納所要冷卻的產(chǎn)品；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置使接納在所述空腔內(nèi)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)；以及冷卻液體供給裝置，所述冷卻液體供給裝置向所述空腔提供冷卻液體，其中所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于以90轉(zhuǎn)/分鐘以上的轉(zhuǎn)速使所述產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)并還適于提供預(yù)定時(shí)期的脈沖或非連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述的冷卻裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于以180轉(zhuǎn)/分鐘以上的轉(zhuǎn)速、更佳地以至少約360轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速使所述產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的冷卻裝置，其特征在于，所述冷卻液體供給裝置適于向所述空腔提供冷卻液體流動(dòng)。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的冷卻裝置，其特征在于，將所述冷卻液體在-10°C以下、更佳地在_14°C以下、甚至更佳地在-16°C以下的溫度下供給至所述空腔。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于使所述產(chǎn)品圍繞產(chǎn)品軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并還包括保持裝置以在轉(zhuǎn)動(dòng)期間防止或基本上避免所述產(chǎn)品的軸向運(yùn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于使所述產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)至少一次以下循環(huán)預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)段的轉(zhuǎn)動(dòng)和預(yù)定暫停時(shí)段的不轉(zhuǎn)動(dòng)；接著另一預(yù)定時(shí)段的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置執(zhí)行至少兩次循環(huán)，較佳地三至六次循環(huán)，更佳地三或四次循環(huán)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的冷卻裝置，其特征在于，所述預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)段為5至60秒、較佳地5至30秒、更佳地5至15秒、最佳地約10秒。
9.如權(quán)利要求8所述的冷卻裝置，其特征在于，所述預(yù)定暫停時(shí)段為10至60秒，較佳地為10至30秒。
10.一種自動(dòng)售賣裝置，包括如權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置并還包括插入和取出裝置，所述插入和取出裝置用于將所要冷卻的產(chǎn)品插入所述空腔并從所述空腔取出冷卻好的產(chǎn)品。
11.如權(quán)利要求10所述的自動(dòng)售賣裝置，其特征在于，還包括用于存儲(chǔ)產(chǎn)品或各種產(chǎn)品的存儲(chǔ)裝置以及用于從所述存儲(chǔ)裝置選擇產(chǎn)品以插入所述空腔的選擇裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及對冷卻或關(guān)于冷卻的改進(jìn)，具體是用于冷卻諸如罐或瓶的容器內(nèi)的飲料。我們描述一種冷卻裝置，該冷卻裝置具有空腔，該空腔用于接納所要冷卻的產(chǎn)品；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和冷卻液體供給裝置，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置使接納在空腔內(nèi)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)，且該冷卻液體供給裝置向空腔提供冷卻液體。該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置適于以90轉(zhuǎn)/分鐘以上的轉(zhuǎn)速使產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)并還適于提供預(yù)定時(shí)期的脈沖或非連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F25D3/02GK102686959SQ201080045067
公開日2012年9月19日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者V·格里戈里安 申請人:環(huán)境冷卻英國有限公司