專利名稱：冷卻或關(guān)于冷卻的改善的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻或關(guān)于冷卻的改善。
背景技術(shù)：
在公共飲食、零售和娛樂業(yè)中，使用各種形式的販賣設(shè)備來保持產(chǎn)品被冷藏。對于冷飲料，這些設(shè)備形成兩種典型類別商用飲料冷藏器和冷飲料販賣機。兩種設(shè)備類型都基本上是大玻璃正面的冷藏器，在第一種類別情形中具有鉸接門或滑門(用于手動分配)或在第二種類別中具有分配機構(gòu)。它們預(yù)冷卻和存儲準備被購買的飲料。很多情形中，飲料在最終被購買之前以低溫保持長時間。由此，潛在地使用不必要的可觀的能量?？紤]到該問題，兩種類型的設(shè)備都無效率地運行。使用中，第一類型的飲料冷藏器經(jīng)受每次大門打開時冷空氣的大量損失。販賣設(shè)備必須提供容易到其中物件被用戶收集的販賣盤的通路，致使差的密封。冷藏器系統(tǒng)通常具有通過后臺運行循環(huán)起作用來保持效率的要求，但這使用了 不直接對冷藏容納物作貢獻的額外能量。對于很多飲料零售商來說還已知在前面打開的冷藏柜存儲飲料以易于接觸和看到產(chǎn)品。這些柜明顯經(jīng)受更大的能量浪費。最后的結(jié)果是用于將飲料長時期保持在準備被購買的冷卻狀態(tài)的高水平的電能浪費，而不管購買何時可能發(fā)生。能量浪費不局限于擁有販賣機的公司場所。很多小的住宅區(qū)附近的小商店、加油站和小餐館擁有飲料冷藏柜。對于這些用戶，電能成本占據(jù)其運行費用的高比例。能量浪費不是唯一的問題。因為冷藏系統(tǒng)產(chǎn)生熱，所以通常來自冷藏系統(tǒng)的浪費熱能副產(chǎn)品致使機器周圍不想要的局部區(qū)域升溫。這產(chǎn)生了矛盾，其中，用戶必須在不令人滿意的熱區(qū)域中飲用其滿意的冷飲料。冷卻的速度也是問題，尤其在具有高流通量飲料的情形中，諸如在音樂會、運動會等特定的事件中。通常，在大事件情況中，飲料通過在冷藏器中數(shù)個小時來足夠冷卻。但是，一旦大事件進行中，正在銷售的飲料量超過冷藏器冷卻其他飲料的能力。飲料然后必須僅部分冷卻或完全不冷卻地銷售。本發(fā)明尋求通過提供一種允許飲料按需求冷卻的設(shè)備來解決這些問題。該設(shè)備可以是獨立的設(shè)備或可以包含在販賣機中。我們早先的申請W02011/012902描述了包括用于接納所要冷卻的產(chǎn)品的空腔的
冷卻設(shè)備。該設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)裝置和冷卻流體供應(yīng)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置用于旋轉(zhuǎn)接納在空腔中的產(chǎn)品，而冷卻流體供應(yīng)裝置將冷卻流體供應(yīng)到空腔。對于進一步的背景技術(shù)，讀者可參考該公開。旋轉(zhuǎn)裝置適于在預(yù)定周期中提供脈沖旋轉(zhuǎn)或非連續(xù)旋轉(zhuǎn)。我們已經(jīng)開發(fā)了包括用于接納用于所要冷卻的飲料的罐頭或其他容器的空腔?？涨话R達驅(qū)動轉(zhuǎn)盤以允許罐頭以速度旋轉(zhuǎn)并還包括將罐頭保持在轉(zhuǎn)盤上的位置中同時能夠旋轉(zhuǎn)的裝置。該設(shè)備還包括冷卻液體供應(yīng)裝置。空腔本身可旋轉(zhuǎn)或容器可在空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
密封的罐頭冷卻裝置被制造成使用鹽水溶液，該鹽水溶液在具有旋轉(zhuǎn)攪拌器的冷卻罐中被冷卻到約-16° C以降低鹽結(jié)晶。使用隔膜泵來以最高5升/分鐘的速率填充冷卻容器。冷卻容器已經(jīng)設(shè)計成接受標(biāo)準罐頭，其可以最高12HZ/720rpm旋轉(zhuǎn)。泵的流速和罐的旋轉(zhuǎn)速度是可控制的。記錄飲料的實時冷卻速率。我們已經(jīng)確定，在罐頭的旋轉(zhuǎn)過程中，形成強制渦流，罐內(nèi)部渦流的深度取決于旋轉(zhuǎn)速度。強制對流發(fā)生并在罐頭內(nèi)部形成人為導(dǎo)致的對流流。然后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)停止時，形成自由或衰落的渦流且發(fā)生自然對流，促進罐頭的容納物的混合但不包含氣泡，氣泡可能會導(dǎo)致形成晶核和過度起泡。但是，在沒有該衰落的渦流的靜態(tài)罐頭中，更冷的飲料密度更大，沉到罐頭的基部。罐頭容納物的混合非常差，導(dǎo)致差的熱均勻性，并還導(dǎo)致(在很多情形中)冰形成或“半融冰”。我們之前的工作中，我們確定了克服該問題的間歇或脈沖旋轉(zhuǎn)。但是，這引入了冷卻延遲，因為飲料容器速度降低并倒退。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供進一步增強的冷卻速率。在其最寬泛的理解中，本發(fā)明提供一種用于冷卻產(chǎn)品的冷卻設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適于對產(chǎn)品施加圍繞至少兩個軸自由度的運動。因此，本發(fā)明提供一種包括用于接納所要冷卻的產(chǎn)品的空腔的冷卻設(shè)備。該設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)裝置和冷卻劑供應(yīng)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置用于旋轉(zhuǎn)接納在空腔中的產(chǎn)品，而冷卻劑供應(yīng)裝置將冷卻劑供應(yīng)到空腔。該設(shè)備還包括將輔助運動施加到空腔的裝置。一個實施例中，輔助運動是線性運動。較佳地，線性運動是往復(fù)運動。較佳地，往復(fù)運動的速率為至少50次擺動每分鐘，更佳地至少80次擺動每分鐘，甚至更佳地至少100次擺動每分鐘。有利地，往復(fù)運動的速率為約120次擺動每分鐘?？商娲鷮嵤├?，旋轉(zhuǎn)裝置適于圍繞兩個平行的非重合軸線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品。較佳地，軸線之一是產(chǎn)品的軸線。較佳地，旋轉(zhuǎn)裝置適于以90轉(zhuǎn)每分鐘或以上、更佳地以至少約180轉(zhuǎn)每分鐘、甚至更佳地以至少約360轉(zhuǎn)每分鐘的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品?？蛇x地，旋轉(zhuǎn)裝置適于在空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品?；蛘撸D(zhuǎn)裝置適于旋轉(zhuǎn)空腔。較佳地，冷卻劑是冷卻流體且冷卻流體供應(yīng)裝置適于將冷卻流體流供應(yīng)到空腔。較佳地，冷卻流體以-10° C或更低、較佳地-14° C或更低、甚至更佳地-16° C或更低的溫度供應(yīng)到空腔。某些實施例中，該設(shè)備包括如上定義的多個空腔。典型的實施例中，該設(shè)備包含在販賣設(shè)備中且該販賣設(shè)備還包括插入和移出裝置以將所要冷卻的產(chǎn)品插入空腔和從空腔移出冷卻后的產(chǎn)品。較佳地，販賣設(shè)備還包括存儲裝置和選擇裝置，存儲裝置用于存儲一種產(chǎn)品或多種產(chǎn)品，而選擇裝置用于從存儲裝置中選擇產(chǎn)品以插入空腔。


現(xiàn)將參考附圖以僅示例性方式更詳細描述本發(fā)明的以上方面和其他方面，附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實施例的立體圖；圖2是示出圖I中的設(shè)備的多次試驗中獲得的冷卻速率；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實施例的示意性俯視圖。
具體實施例方式在其最粗制的形式中，冷卻液體簡單地倒入空腔中并在冷卻工藝結(jié)束時移走。優(yōu)選實施例中，供應(yīng)流過該設(shè)備的冷卻液體流。圖I示出包括安裝在桌子12上的用于接納飲料容器的空腔11的設(shè)備10。空腔11可通過安裝在桌子12下方的電動機13旋轉(zhuǎn)。桌子12可通過可滑動地安裝在一對平行軌道14上并通過凸輪布置往復(fù)運動的裝置往復(fù)運動，凸輪布置包括由另一電動機16驅(qū)動 的電安裝連桿15。連桿15是可調(diào)節(jié)的以提供范圍在5至25_內(nèi)的可變行程。替換布置對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的，包括齒輪布置以允許使用單個電動機。因此，該設(shè)備可對放置在空腔11中的飲料容器施加兩個自由度運動，即圍繞空腔11的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)運動和關(guān)于桌子12的往復(fù)運動方向的線性運動。圖2中示出在室溫下對于330毫升鋁罐頭所實現(xiàn)的冷卻速率。在所有三種情形中，旋轉(zhuǎn)速度都是350轉(zhuǎn)每分鐘。往復(fù)移動處于120次擺動每分鐘的速率，其中，單個行程長度為18. 5_(等同于74mm/s的運動)。以4. 25升/分鐘的速率流過空腔11的冷卻劑溫度是-14. 5° C?？涨坏挠行莘e是650毫升，等同于圍繞標(biāo)準直徑罐頭的約20mm的冷卻流體護套。作為控制，可由W02011/012902的設(shè)備(僅具有非線性運動的間歇旋轉(zhuǎn))實現(xiàn)的冷卻速率示出為線(i)，示出在70秒多一點內(nèi)從22° C示例性室溫到4° C的冷卻。相比來說，圖I的設(shè)備實現(xiàn)在54秒內(nèi)(線iii)和58秒內(nèi)(線ii)冷卻到4° C，提高18-23%。意味著該設(shè)備導(dǎo)致(至少在理想化結(jié)構(gòu)中)在飲料容器內(nèi)形成蘭金渦流。透明空腔11中的可視觀察和透明飲料容器證實了該情形。產(chǎn)生蘭金渦流或類蘭金渦流的其他技術(shù)是可能的，例如包括周轉(zhuǎn)輪系(epicyclic)旋轉(zhuǎn)，單平面攪動和多平面攪動；通過將不對稱引入容器，例如通過局部缺口，偏離軸線旋轉(zhuǎn)或容器垂直于其軸線旋轉(zhuǎn)；在旋轉(zhuǎn)過程中將沖擊波引入容器；或者，引入向心力。基本上，諸如類蘭金渦流的渦流致使不等于角速度乘以半徑的切向速度跨越整個半徑。由此，飲料不表現(xiàn)為售出塊(sold mass)，出現(xiàn)剪切并因此發(fā)生混合。典型的實施例中，該設(shè)備包含在販賣設(shè)備中且還包括插入和移出裝置以將所要冷卻的產(chǎn)品插入空腔和從空腔移出冷卻后的產(chǎn)品。較佳地，販賣設(shè)備還包括存儲裝置和選擇裝置，存儲裝置用于存儲一種產(chǎn)品或多種產(chǎn)品，而選擇裝置用于從存儲裝置中選擇產(chǎn)品以插入空腔。販賣設(shè)備通常還包括支付收集設(shè)備，諸如硬幣操作機構(gòu)或用于從卡片扣除費用的卡片讀取設(shè)備。圖3的飲料容器示出一個這種布置，其中，容器以行星方式旋轉(zhuǎn)。即是說，該設(shè)備包括使容器圍繞諸如罐頭20的容器的自身軸線21旋轉(zhuǎn)的主旋轉(zhuǎn)裝置，以及使罐頭圍繞不重合的平行第二軸線22旋轉(zhuǎn)的副旋轉(zhuǎn)裝置。這種旋轉(zhuǎn)布置提供了飲料本身更大的攪動，由此降低容器內(nèi)的溫度梯度。對流熱傳遞很大程度上由邊界層內(nèi)的流體流動狀態(tài)控制。在邊界層內(nèi)增加速度梯度將增加對流熱傳遞。雖然雷諾數(shù)是控制邊界層是層流還是紊流的主要參數(shù)，其可由于表面紋理或粗糙度和局部壓力梯度而轉(zhuǎn)換。由該布置提供的容器和冷卻劑的更復(fù)雜運動賦予更多自由度來控制邊界層內(nèi)的厚度和速度梯度。這使得該設(shè)備能夠最大化對流熱傳遞，同時消除過去妨礙嘗試實現(xiàn)快速冷卻的半融化冰或冰形成。本發(fā)明還尋求提供包含上述設(shè)備的販賣機。在常規(guī)販賣機中，整個存儲空腔必須隔離，但對于可能存儲400個罐頭的空腔的隔離通常僅可使用隔離泡沫或毯子或其他材料來實現(xiàn)，這些材料捕獲空氣以防止熱傳遞。這些材料是相對無效率的熱隔離件。
除了提供一種根據(jù)需要專門冷藏飲料的販賣機外，本發(fā)明提供了一種販賣機，其中，大部分罐頭和其他飲料容器可以環(huán)境溫度來存儲且僅少量，也許是16個或其他數(shù)量以降低的或飲用溫度來存儲。由此，其中存儲降低溫度容器的空腔可由更有效裝置來隔離，諸如真空隔離板。冷卻設(shè)備設(shè)置在環(huán)境存儲空腔與冷藏存儲空腔之間。兩個存儲區(qū)域的使用顯著地降低了總體能力消耗并還降低快速冷卻設(shè)備所需的功率?？稍O(shè)置其他低水平冷卻以冷卻存儲空腔來保持正確的溫度，但用于保持小的真空隔離容量的空腔中溫度的能量消耗基本上低于常規(guī)機器。
權(quán)利要求
1.一種冷卻設(shè)備，包括用于接納所要冷卻的產(chǎn)品的空腔，用于旋轉(zhuǎn)接納在所述空腔中的產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)裝置，以及將冷卻劑供應(yīng)到所述空腔的冷卻劑供應(yīng)裝置，其中，所述設(shè)備還包括將輔助運動施加到所述空腔的裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，輔助運動是線性運動。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述線性運動是往復(fù)運動。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述往復(fù)運動的速率為至少50次擺動每分鐘，更佳地至少80次擺動每分鐘，甚至更佳地至少100次擺動每分鐘。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述往復(fù)運動的速率為約120次擺動每分鐘。
6.如權(quán)利要求I所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置適于圍繞兩個平行的非重合軸線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述軸線之一是產(chǎn)品的軸線。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置適于以90轉(zhuǎn)每分鐘或以上、更佳地以至少約180轉(zhuǎn)每分鐘、甚至更佳地以至少約360轉(zhuǎn)每分鐘的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述冷卻劑是冷卻流體且冷卻流體供應(yīng)裝置適于將冷卻流體流供應(yīng)到空腔。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述冷卻流體以-10°C或更低、較佳地-14° C或更低、甚至更佳地-16° C或更低的溫度供應(yīng)到所述空腔。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置適于在預(yù)定周期中提供脈沖旋轉(zhuǎn)或非連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
12.—種販賣設(shè)備，所述販賣設(shè)備包括如權(quán)利要求1-11中任一項所述的冷卻設(shè)備并還包括插入和移出裝置，所述插入和移出裝置用于將所要冷卻的產(chǎn)品插入所述空腔中和從所述空腔移出冷卻后的產(chǎn)品。
13.如權(quán)利要求12所述的販賣設(shè)備，其特征在于，還包括存儲裝置和選擇裝置，所述存儲裝置用于存儲一種產(chǎn)品或多種產(chǎn)品，而所述選擇裝置用于從所述存儲裝置中選擇產(chǎn)品以插入所述空腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷卻或關(guān)于冷卻的改善。我們描述了一種包括用于接納所要冷卻的產(chǎn)品的空腔的冷卻設(shè)備。該設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)裝置和冷卻劑供應(yīng)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置用于旋轉(zhuǎn)接納在空腔中的產(chǎn)品，而冷卻劑供應(yīng)裝置將冷卻劑供應(yīng)到空腔。該設(shè)備還包括將輔助運動施加到空腔的裝置。
文檔編號F25D17/02GK102869934SQ201180014256
公開日2013年1月9日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17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