提供冷冻甜食单份的系统的制作方法

对待审的在先专利申请的引用

该专利申请：

(1)是sigmaphase公司和matthewfonte于2017年6月16日提交的申请号为15/625,690的待审在先美国专利申请的部分继续申请，标题为systemforprovidingasingleservingofafrozenconfection(律师档案号：47354-0003001)，该专利申请：

(a)要求xcitinginnovations，llc于2016年6月16日提交的序列号为62/351,001的在先美国临时专利申请的权益，标题为singleserveicecreammachine:compressor,vortextube,spraynozzle,singlepodofdryicecreammix(律师档案号47354-0003p01)；并且

(2)要求sigmaphase公司和matthewfonte于2018年12月1日提交的序列号为62/616,742的待审在先美国临时专利申请的权益，标题为systemforprovidingasingleservingofafrozenconfection(律师档案号47354-0004p01)。

上述三(3)个专利申请特此通过引用并入本文中。

本发明总体上涉及用于提供冷冻甜食(例如，“软服务”或常规(“硬”)冰淇淋、冷冻酸奶、冷冻蛋白质奶昔、冰沙等)的系统，并且更具体地，涉及用于提供单份冷冻甜食的系统。

背景技术：

当前的家用冰淇淋机通常被设计为在大约20-60分钟的时间段内生产相对较大批量的冰淇淋，通常范围从1.0升至2.0升或更多。另外，当前大多数国内冰淇淋机还要求在制造冰淇淋之前将荚状件(将在其中生产冰淇淋)“冷冻”，即，该荚状件在使用前必须在冰箱中放置约4-8小时。因此，在开始制作冰淇淋的时间与完成一批冰淇淋的时间之间存在相当大的延迟。此外，即使在完成一批冰淇淋之后，仍然需要手动从冰淇淋机中取出冰淇淋，然后还需要将单份冰淇淋取出到单独的容器中(例如，碗、圆锥形物等)以便食用。

因此，需要一种新的系统，用于在减少的时间段内提供单份的冷冻甜食，并且将其直接分配到将要从其中食用的容器(例如，碗、圆锥形物等)中。

另外，也希望同一系统能够提供单份冷饮和/或单份热饮。

发明概述

本发明包括新颖系统的提供和使用，该新颖系统用于在减少的时间段内提供单份的冷冻甜食，并且该冷冻甜食被直接分配到从其中食用该冷冻甜食的容器(例如，碗、圆锥形物等)中。这种新颖的系统足够小，可以安装在厨房台面上，可以安装在厨柜下面(高度通常为18英寸或更小)，由最大1800瓦的120伏厨房壁装电源供电，重量不到50磅。该新颖系统能够在约5分钟或更短的时间内制造至少5盎司流体的冷冻甜食，并且能够依次生产至少4批冷冻甜食，而在各批之间没有任何滞后时间。

另外，同一系统还能够提供单份冷饮和/或单份热饮。

在本发明的一个优选形式中，提供了用于提供单份可摄入物质的设备，该设备包括：

巢状件，用于容纳收容有至少一种成分的荚状件，以形成单份可摄入物质，其中，该巢状件包括用于容纳具有环形构造的荚状件的环形凹部；

用于冷却荚状件的冷却单元；以及

用于将水注入荚状件的供水装置。

在本发明的另一优选形式中，提供了用于提供和分配单份可摄入物质的设备，该设备包括：

巢状件，用于容纳收容有至少一种成分的荚状件，以形成单份可摄入物质，其中荚状件包括至少一个内部桨；

用于冷却荚状件的冷却单元；

用于将水引入荚状件的供水装置；以及

旋转单元，其旋转荚状件的至少一个内部桨。

在本发明的另一个优选形式中，提供了用于提供单份可摄入物质的设备，该设备包括：

巢状件，用于容纳收容有至少一种成分的荚状件，用于形成单份可摄入物质；

传热单元，用于在所述荚状件和所述巢状件之间传递热量，其中，所述传热单元能够(i)从所述荚状件中取出热量，并且(ii)向所述荚状件提供热量；以及

用于将水注入荚状件的供水装置。

在本发明的另一个优选形式中，提供了用于提供单份冷冻甜食的方法，该方法包括：

提供包含至少一种成分的荚状件，以提供单份的冷冻甜食；

冷却荚状件；

将水倒入荚状件中；

在刮擦所述荚状件的至少一壁的同时搅拌所述荚状件的内容物，以防止冷冻甜食在荚状件的所述至少一壁上积聚；并且

将冷冻甜食从荚状件中排出。

在本发明的另一个优选形式中，提供了用于提供单份可摄入物质的荚状件，该荚状件包括：

密封容器，其包括：

至少一种放置在密封容器中的成分，用于形成单份可摄入物质；以及

设置在密封容器内的至少一个桨，用于搅动至少一种成分。

在本发明的其他形式中，公开了用于提供单份冷冻甜食的新颖系统。

并且在本发明的其他形式中，公开了新颖的荚状件，用于提供单份的冷冻甜食。

在本发明的另一种形式中，提供了用于提供单份冰淇淋的方法，所述方法包括：

提供：

荚状件，包括：

具有较小的第一端、较大的第二端以及在其间延伸的侧壁的锥形体，所述锥形体限定了内部；

帽，永久地安装在所述锥形体的所述较大的第二端上；

刮板混合桨，可移动设置在所述锥形体的所述内部内，所述刮板混合桨包括叶片；以及

出口，形成在所述锥形体的所述第一端中并与所述锥形体的所述内部连通；以及

在冷却时提供单份冰淇淋的成分；以及

巢状件，其包括具有较小的第一端、较大的第二端以及在其间延伸的侧壁的锥形腔；

将所述荚状件插入所述巢状件的所述锥形腔的所述第二端，并使所述荚状件的所述锥形体的所述侧壁基本上平齐地抵靠所述巢状件的所述锥形腔的所述侧壁安置；

冷却所述巢状件并旋转所述刮板混合桨，以在将所述成分转换成冰淇淋时搅拌所述成分，并使所述刮板混合桨的所述叶片接触所述荚状件的所述侧壁，并且抵靠并刮擦所述荚状件的所述侧壁；

打开所述出口；以及

通过所述出口从所述荚状件中分配所述冰淇淋。

附图说明

通过以下对将与附图一起考虑的本发明的优选实施方案的详细描述，将更充分地公开本发明的这些和其他目的和特征，或者使本发明的这些和其他目的和特征变得显而易见，其中相同的附图标记表示相同的部分，并且进一步其中：

图1-6是示出用于提供单份冷冻甜食的新颖系统的示意图，其中该系统的所有部件在图1至图3中示出为不透明的，其中系统的某些部件在图4-6中示出为透明的；

图7至图12是示出图1至图6中所示的系统的巢状件组件的更多细节的示意图；

图13和图14是示出(i)图1-6所示的系统的盖组件，(ii)图1-6所示的系统的冷水和空气输送组件的部分，以及(iii)图1-6所示的系统的控制电子设备的更多细节的示意图；

图15和16是示意性视图，除其他外，其示出了图1-6所示的系统的散热组件的更多细节；

图17是示出了图1-6所示系统的控制电子设备的更多细节的示意图；

图18-20是示出了图1-6所示的系统的荚状件的更多细节的示意图；

图21是示出图1-6所示的系统的示例性操作的示意图；

图22和23是示意图，示出了用于冷却图1-6所示系统的巢状件组件的内部的替代方法；

图24-27是示出可与图1-6所示的系统一起使用的另一荚状件的示意图；

图28是表示用于提供单份冷冻甜食的另一新颖系统的示意图；

图29-31是示出了另一种用于提供单份冷冻甜食的新颖系统的示意图；

图32-35是示出根据本发明形成的另一新颖系统的示意图，其中该新颖系统包括具有固定帽式荚状件的压缩机冷却机；

图35a是示出根据本发明形成的另一新颖系统的示意图，其中该新颖系统包括一对用于产生期望的冷甜食或期望的热饮或冷饮的巢状件；

图35b和图35c是示出根据本发明形成的另外的巢状件状和荚状件状构造的示意图；

图36是表示低共熔溶液的低共熔点的图；

图37是表示高效地输送由压缩机驱动的制冷剂的同轴管的示意图；

图37a是示出用于冷却设置在巢状件中的荚状件的一种优选布置的示意图；

图38是示出可用于冷却巢状件组件的直接膨胀系统的示意图；

图38a是示出用于冷却设置在巢状件中的荚状件的另一优选布置的示意图；

图39-42是示出了可用于本发明的荚状件的另一种形式的示意图；

图42a是表示可用于本发明的荚状件的另一种形式的示意图；

图42b是表示混合时的荚状件的内容物的移动的示意图；

图43是示出巢状件组件如何可以包括用于容纳荚状件的柔性囊使得该挠性囊与布置在巢状件组件中的荚状件紧密配合的示意图；

图44是表示设置在荚状件内的成分中所含的“气泡珠”的示意图，其中选择密封剂以使得当将水添加到荚状件的内部时，密封剂溶解，释放出co2或n2，并且在冷冻甜食中产生“泡沫”。

发明详述

本发明包括新颖系统的提供和使用，该新颖系统用于在减少的时间段内提供单份的冷冻甜食，并且该冷冻甜食被直接分配到从其中食用该冷冻甜食的容器(例如，碗、圆锥状物等)中。

另外，同一系统还能够提供单份冷饮和/或单份热饮。

系统总体

在本发明的一个优选形式中，首先看图1-6，提供了新颖的系统10，用于提供单份的冷冻甜食(例如，冰淇淋、冷冻的酸奶、冰沙等)。系统10还能够提供单份冷饮和/或单份热饮。

为了解释清楚起见，首先将在提供单份冷冻甜食的背景下描述系统10；然后将在提供单份冷饮的背景下描述系统10；然后将在提供单份热饮的背景下描述系统10。

系统10通常包括机器20和荚状件30，其中机器20被配置成除其他外，容纳荚状件30，荚状件30收容有用于形成单份冷冻甜食的成分的供给源，冷却荚状件30(及其内容物)，将冷水和空气引入荚状件30，搅动荚状件30的内容物以形成冷冻甜食，然后将冷冻甜食从荚状件30中直接排出到要从其中食用冷冻甜食的容器(例如，碗、圆锥状物等)中。

机器

机器20被配置成除其他事项外，接收收容有用于形成单份冷冻甜食的成分的供给源的荚状件30，冷却荚状件30(及其内容物)，将冷水和空气引入荚状件30中，搅动荚状件30的内容物以形成冷冻甜食，然后将冷冻甜食从荚状件30中直接排出到将要从中食用冷冻甜食的容器(例如，碗、圆锥状物等)中。

为此，机器20是可重复使用的装置，其通常包括壳体40、巢状件组件50、盖组件60、供水装置70、冷水和空气输送组件80、散热组件90和控制电子设备100。

在图1-6中示出壳体40。壳体40通常包括基座110、安装在基座110上的覆盖件120和安装在基座110上的托盘130。覆盖件120用于封闭机器20的内部部件并支撑机器20的其他部件。托盘130用于接收容器(例如，碗)，冷冻甜食将被排出到该容器中，并且将从该容器中食用冷冻甜食(或者，如果要从圆锥形物中食用冷冻甜食，则圆锥形物保持在托盘130上方)。如果需要，可以将冷却元件(例如，包括热电冷却器(tec)元件的热电(tec)组件)设置在托盘130的底部，以便托盘130可以“预冷却”要接收冷冻甜食的容器(例如，碗)。

在图7-12中更详细地示出巢状件组件50。巢状件组件50用于容纳包含用于形成单份冷冻甜食的成分的供应源的荚状件30，并且除其他事项外，快速冷却荚状件30(及其内容物)以便在缩短的时间段内提供单份冷冻甜食。为此，并且如将在下文中讨论的，巢状件组件50和荚状件30均具有独特的配置和独特的构造，以加速荚状件30的冷却。

更特别地，巢状件组件50通常包括具有顶表面150、底表面160和多个外表面170的巢状件140。在本发明的一种优选形式中，巢状件140具有八个外表面170，因此巢状件140具有通常为八边形构造。替代地，巢状件140可以具有不同数量的外表面170。巢状件140优选地由高热传递材料例如铝形成。

巢状件140还包括孔180和沉孔190。中空圆柱体200设置在孔180中并且向上延伸到沉孔190中。由于这种构造，在巢状件140的顶表面150中形成环形凹部210(即，环型凹部210)。环形凹部210的特征通常在于外壁220(由前述沉孔190限定)和内壁230(由前述中空圆柱体200限定)。环形凹部210的尺寸被确定为在其中容纳荚状件30，如将在下文中讨论的。

巢状件140还包括孔232，该孔在巢状件140的底表面160上开口并且与环形凹部210的内部连通。出口喷嘴233在孔232处安装到巢状件140的底表面160上，从而出口喷嘴233的出口234与环形凹部210的内部连通。荚状件传感器235设置在巢状件140中，以检测何时荚状件30设置在巢状件140的环形凹部210中。

巢状件组件50还包括多个热电(tec)组件240。每个tec组件240包括热电冷却器(tec)元件250、散热器260和在tec元件250与散热器260之间延伸从而将热量从tec元件250传递到散热器260的多个热管270。如果需要，可以在每个散热器260上堆叠多个tec元件250，以实现比单级tec元件250所能实现的更高的温差。如图7、图8和图11中所看到的，tec组件240抵靠巢状件140的外表面170定位，使得tec元件250可以根据供应给tec元件250的电流流动的方向而向巢状件140的外表面170提供冷或热，从而向巢状件140的环形凹部210的外壁220提供冷或热(并因此向设置在巢状件140的环形凹部210中的荚状件30提供冷或热)。应当理解，当使用机器20提供冷冻甜食时，供应给tec元件250的电流流动的方向导致将冷施加到巢状件140的外表面170。

热管270优选地是图12所示的那种，即，它们提供了高的热传递能力，用于将热量从tec元件250传递到散热器260。热管270优选地还连接到散热组件90，以便将由热管270收集的热量传送到散热组件90以进一步散发到环境中。

巢状件组件50还包括用于向环形凹部210的内壁230提供冷的圆柱形tec280和用于向环形凹部210的内壁230供热的圆柱形tec290。

在图13和图14中更详细地示出盖组件60。盖组件60通常包括手柄310，盖310安装在手柄310上，使得盖310与手柄300一起移动。手柄300通过枢轴销320可枢转地安装到壳体40的覆盖件120。这种构造的结果是，盖组件60可朝向或远离巢状件组件50枢转(见图1)。提供盖传感器325(图1和图2)，用于检测盖310何时处于其关闭位置。

盖组件60包括可移动地安装到盖310的柱塞330。更具体地，柱塞330包括周向齿轮340和纵向齿轮350，并且盖组件60包括用于驱动旋转齿轮370的旋转马达360和用于驱动垂直齿轮390的垂直马达380，旋转马达360的旋转齿轮370与柱塞330的周向齿轮340啮合，而垂直马达380的垂直齿轮390与柱塞330的纵向齿轮350啮合。这种构造的结果是，旋转马达360可使柱塞330在盖310内旋转，而垂直马达380可使柱塞330在盖310内垂直移动。

柱塞330还包括：多个指状件400，用于啮合荚状件30上的对应指状件(见下文)；以及一对空心尖齿410、420，其用于穿透荚状件30的顶部并将另外的成分输送到荚状件30中(见下文)。

接下来看图1-6，供水装置70通常包括环境温度水箱430和冷水箱440。在本发明的一种优选形式中，环境温度水箱430可容纳约2.0升的水，而冷水箱440可能容纳约0.5升的水。环境温度水箱430包括可移除的盖子445，以使环境温度水箱430能够充满水。提供管线(未示出)以将水从环境温度水箱430移动到冷水箱440。提供水传感器450(图4)以监测环境温度水箱430中水的存在，提供水温传感器460(图6)以监测冷水箱440中的水的温度。提供多个tec组件470，每个tec组件优选地类似于上述tec组件240，用于冷却冷水箱440中的水，即tec组件470包括tec元件473、散热器475和热管477。tec组件470的热管477优选连接到散热组件90，以便将tec组件470产生的热量传递到散热组件90。

接下来看图6和图14，冷水和空气输送组件80通常包括：水泵480，其将冷水从冷水箱440中泵入柱塞330的空心尖齿410；以及气泵490，其将空气泵入柱塞330的空心尖齿420。在本发明的一种优选形式中，空心尖齿410包括喷嘴，该喷嘴用于将雾化水的液滴注入到荚状件30中(参见下文)，从而促进冷冻甜食的形成(参见下文)。这样的喷嘴在液体分散领域中是众所周知的。冷水和空气输送组件80还包括各种流体管线(未显示)，用于将水从冷水箱440传送到柱塞330的空心尖齿410，并将空气引入柱塞330的空心尖齿420。

在图15和图16中进一步详细示出散热组件90。散热组件90消散从巢状件140的tec组件240的热管270接收的热量并消散从冷水箱440的tec组件470的热管477接收的热量。散热组件90通常包括多个散热器500，其从多个热管510(它们连接到巢状件140的tec组件240的热管270和冷水箱440的tec组件470的热管477)中吸取热量，多个冷凝器520，用于从散热器500接收热量，以及多个用于冷却冷凝器520的风扇530。

控制电子设备100通常包括电源540(图14)、中央处理单元(cpu)550和用户接口570(图2)，例如显示屏、操作按钮等。如图17所示，电源540和cpu550连接到上述水传感器450、水温传感器460、tec组件470、圆柱形tec280、圆柱形tec290、盖传感器325、荚状件传感器235、tec组件240、水泵480、气泵490、旋转马达360、垂直马达380、冷凝器520、风扇530和用户接口570。cpu550被适当地编程为响应于从用户接口570接收到的指令来操作机器20，这将在下文中讨论。

应当理解，机器20优选地被配置为以1800瓦的最大负载操作，该最大负载通常是厨房中的标准插座可以承受的最大负载。

荚状件

荚状件30包含成分供应源，用于提供单份的冷冻甜食(例如冰淇淋，冷冻的酸奶、冰沙等)。在本发明的优选形式中，将荚状件30提供为一次性的一次性荚状件，即，对于冷冻甜食的每份都使用新的荚状件30。

如上所述，并且如将在下文中讨论的那样，荚状件30具有独特的配置和独特的构造，以加速荚状件30(及其内容物)的冷却，从而加快生产冷冻甜食的过程。

更具体地说，现在看图18-20，荚状件30通常包括具有在其中形成的开口590的基座580。外部中空管600从基座580的外周向上上升，并且内部中空管610布置在基座580的开口590中，并且从基座580的内周向上上升。由于这种构造，在基座580、外部中空管600和内部中空管610之间形成环形凹部620(即，环型凹部620)，其中环形凹部620的特征通常是底板630(由基座580限定)、外壁640(由外部中空管600)和内壁650(由内部中空管610限定)。注意，荚状件30的外部中空管600的直径略小于巢状件140的沉孔190的直径，荚状件30的内部中空管610的直径略大于巢状件组件50的中空圆柱体200的直径，使得荚状件30可以被安置在巢状件140的环形凹部210中，其中荚状件30的外部中空管600与巢状件140的外壁220紧密滑动配合，并且荚状件30的内部中空管610与巢状件组件50的内壁230紧密滑动配合。

优选地，荚状件30的基座580包括高传热材料(例如，铝、模制聚合物等)，荚状件30的外部中空管600包括高传热材料(例如，铝、模制聚合物等)，荚状件30的内部中空管610包括高传热材料(例如，铝、模制聚合物等)。在本发明的一种优选形式中，基座580、外部中空管600和内部中空管610包括塑料/薄金属膜复合材料(即，具有薄金属膜的外部覆盖物的塑料体)。应当理解，塑料/薄金属膜复合材料允许改善的热传递并有助于保存荚状件30的内容物，同时还为荚状件30提供独特的包装外观。优选地，基座580、外部中空管600和内部中空管610是基本上刚性的。

因此，将看到，由于巢状件组件50和荚状件30的独特配置和独特构造，当荚状件30设置在巢状件140的环形凹部210中时，可以通过巢状件140的外壁220将冷有效地施加到荚状件30的外壁640上，可以通过巢状件组件50的内壁230将冷有效地施加到荚状件30的内壁650，并且可以通过巢状件140的环形凹部210的底部将冷有效地施加到荚状件30的基座580。结果，机器20可以快速冷却荚状件30(及其内容物)，以便在较短的时间内提供单份冷冻甜食。

荚状件30还包括帽660、外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690。

帽660具有外边缘700，该外边缘的尺寸略小于荚状件30的外壁640的直径，并且帽660具有内孔710，该内孔710的直径略大于荚状件30的内部中空管610的直径，使得帽660可以沿纵向移动到荚状件30的环形凹部620中，然后沿着其移动(见下文)。帽660优选地是基本上刚性的。

帽660还包括用于与柱塞330的对应指状件400啮合的指状件720，由此可以通过柱塞330将旋转和纵向运动施加到荚状件30的帽660，如将在下文中讨论的。帽660还包括两个弱化部分730、740，以分别被柱塞330的空心尖齿410、420穿透，如将在下文中更详细地讨论的。

外螺旋刮板桨670在帽660和底部刮板桨690之间延伸，并且包括与环形凹部620的外壁640紧密滑动配合的外边缘750。内螺旋刮板桨680在帽660和底部刮板桨690之间延伸，并且包括与荚状件30的内部中空管610紧密滑动配合的内边缘760。底部刮板桨690包括外环770，外环770与基座580接触并且与环形凹部620的外壁640紧密滑动配合，内环780，该内环780与基座580接触并与荚状件30的内部中空管610紧密滑动配合，以及一对支柱790，与基座580接触并在外环770和内环780之间延伸。由于这种构造，指状件720可用于旋转帽660，使得外螺旋刮板桨670旋转，刮擦荚状件30的外壁640的内表面，内螺旋刮板桨680旋转，刮擦内中空管610的外表面，支柱770旋转，刮擦基座580的底板630。应当理解，提供外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690是非常有利的，因为外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690可同时(i)搅动荚状件30的内容物，以确保均匀且快速地形成冷冻甜食，以及(ii)防止冷冻甜食在基座580、外部中空管600和内部中空管610上积聚，积聚可能会抑制荚状件30的内容物冷却。

外螺旋刮板桨670和内螺旋刮板桨680被配置和构造为使得它们可以通过向帽660施加纵向力而被纵向压缩，从而将帽660移入荚状件30的环形凹部620并沿着荚状件30的环形凹部620移动，从而使帽660基本上与基座580啮合(见下文)。在本发明的一种优选形式中，外螺旋刮板桨670和内螺旋刮板桨680由弹簧钢制成，当纵向力抵靠基座580驱动帽660时，外螺旋刮板桨670和内螺旋刮板桨680压缩成基本平坦的构造(或更确切地说，基本上抵靠基座580，因为扁平的外螺旋刮板桨670和扁平的内螺旋刮板桨680将设置在帽660与基座580之间并且使帽580与基座580稍微分开)。底部刮板桨690也可以由弹簧钢形成。在本发明的另一优选形式中，外螺旋刮板桨670和/或内螺旋刮板桨680(和/或底部刮板桨690)可以由塑料制成。如果需要的话，外螺旋刮板桨670和/或内螺旋刮板桨680(和/或底部刮板桨690)可包括形状记忆材料(例如，镍钛诺)。

孔800穿过基座580并与环形凹部620的内部连通。弱化部分810通常封闭孔800，但是在施加适当的力时可能破裂，从而使材料(例如，冷冻甜食)从中通过。出口喷嘴820邻近孔800安装到基座580上，使得当弱化部分810已经破裂时，出口喷嘴820的出口830与环形凹部620的内部连通。

荚状件30通常具有大于2：1并且优选地为大约8：1的表面积与体积的比率。应当理解，增加荚状件30的表面积可以增加在荚状件30中形成冷冻甜食的速度，因为这允许热量更快地从荚状件30(及其内容物)中抽出。还应当理解，形成具有环型构造(即，具有内部和外部进入表面两者)的荚状件30提供增加的表面积，并且使得荚状件30及其内容物能够更快地冷却，因为可以同时将冷施加到荚状件30的外表面和荚状件30的内表面。

作为示例而非限制，在本发明的一种优选形式中，荚状件30具有2.25英寸的外径和3.75英寸的高度(即，外部中空管600具有2.25英寸的外径和3.75英寸的高度)，从而提供26.49平方英寸的表面积和14.90立方英寸的体积；荚状件30具有1.4英寸的内径和3.75英寸的高度(即，内部中空管610具有1.4英寸的内径和3.75英寸的高度)，从而提供16.49平方英寸的表面积和5.77立方英寸的体积；因此得出的荚状件总表面积为42.98平方英寸(即26.49平方英寸+16.49平方英寸＝42.98平方英寸)，荚状件总体积为9.13立方英寸(即14.90立方英寸-5.77立方英寸＝9.13立方英寸)，表面积与体积之比为8.47：1。

荚状件30包含用于形成冷冻甜食(例如冰淇淋、冷冻酸奶、冰沙等)的成分的新鲜供应源。更特别地，荚状件30可以包含冷冻的甜食混合物(干的或液态的)，其包含例如糖和粉末晶体，优选其中许多的尺寸小于50μm，并且优选地包含按体积计至少0.1％的稳定剂。干的冷冻甜食混合物优选至少50％的其成分(例如，糖和粉末晶体)的尺寸为50μm或更小。

在本发明的优选形式中，在荚状件30要生产单份冰淇淋的情况下，荚状件30可以容纳约4-6盎司的成分，并且成分可以包含约8％的脂肪(例如，奶油、黄油、无水牛奶脂肪、植物脂肪等)，约1％的非脂乳固体(msnf)(例如脱脂奶粉(smp)、全脂奶粉(wmp)、淡奶、炼乳等)，约13％蔗糖，约0.5％乳化剂和约0.5％稳定剂。

作为进一步的示例但非限制性的方式，如果荚状件30包含1.25盎司的干酸奶混合物，则在运行机器20之后，在荚状件30中将形成5盎司的冷冻酸奶。

系统的使用

现在看图21，通过将水引入环境温度水箱430中并开启机器20来准备使用机器20。水传感器450确认环境温度水箱430中有水。然后机器20从环境温度水箱430向冷水箱440中泵水，并使用tec组件470将冷水箱440中的水冷却。水温传感器460监测冷水箱440中的水的温度。优选地，冷水箱440中的水被冷却到大约1-3摄氏度之间。然后机器20处于这种待机状态，根据需要重新冷却冷水箱440中的水，直到要准备单份冷冻甜食(例如冰淇淋、冷冻酸奶、冰沙等)。

当要准备单份冷冻甜食时，打开机器20的盖组件60，将新鲜的荚状件30放置在巢状件140的环形凹部210中。这样做是为了使荚状件30的出口喷嘴820位于巢状件140的出口喷嘴233处。然后关闭盖组件60，以使柱塞330的指状件400与荚状件30的指状件720啮合，并使柱塞330的空心尖齿410、420穿透荚状件30的两个弱化部分730、740。另外，将容器(即，将要从其食用冷冻甜食的容器)放置在机器20的托盘130上，并使该荚状件居中位于巢状件组件50的出口喷嘴233下方(可替代地，当要从圆锥形物体中食用冷冻甜食时，圆锥形物体保持在托盘130上方)。

当荚状件传感器235感测到荚状件140的环形凹部210中有荚状件30时，机器20通过tec组件240和圆柱形tec280冷却荚状件组件50，进而冷却位于巢状件140的环形凹部210中的荚状件30(及其内容物)。注意，tec组件240冷却巢状件140的外表面170，以便冷却环形凹部210的外壁220，从而冷却荚状件30的中空外管600，而圆柱形tec280冷却中空圆柱体200，从而冷却环形凹部210的内壁230，从而冷却荚状件30的中空内管610。注意，荚状件30的环型构造所提供的高表面积与体积比使得荚状件30(及其内容物)的冷却更快。作为示例而非限制，可以将荚状件30的内容物冷却至大约-30摄氏度的温度，以便在2分钟内形成冰淇淋(荚状件30的内容物将在-18摄氏度的温度下变成冰淇淋，更低的温度将更快地产生冰淇淋)。还应注意，经由tec组件240和圆柱形tec280从荚状件30中除去的热量被传递至散热组件90以散发到环境中。

当荚状件30已经被适当地冷却时，水泵480将适量的冷水(例如，至少1.25盎司的冷水)从冷水箱440中泵入柱塞330中的空心尖齿410中，然后通过帽660中的弱化部分730，使得冷水被喷入荚状件30的内部并与荚状件30的内容物混合。在本发明的优选形式中，将2摄氏度的4盎司水喷入荚状件30。同时，旋转马达360使柱塞330旋转，从而使荚状件30的帽660旋转，这使外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690在荚状件30的环形凹部620中旋转。

注意只有帽660、外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690旋转，并且荚状件30的其余部分保持静止，因为荚状件30的出口喷嘴820设置在巢状件组件50的出口喷嘴233中。

该旋转动作搅动荚状件30的内容物，以确保荚状件30的内容物均匀且快速地混合。刮板桨的旋转速度可以从大约5rpm变化到大约400rpm，这取决于冷冻甜食的粘度。在本发明的一个优选形式中，提供了扭矩传感器，该扭矩传感器响应于荚状件30中冷冻甜食的变化的粘度来调节刮板桨的旋转速度(例如，刮板桨的旋转速度随着冷冻甜食粘度的增加而减慢)。另外，这种旋转作用使外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690连续刮擦荚状件30的壁，从而防止冷冻甜食在荚状件30的壁上积聚(可能会抑制荚状件30中内容物的冷却)。然后，空气泵490将空气泵入柱塞330中的空心尖齿420，然后通过帽660中的弱化部分740，从而使空气进入荚状件30的内部并与荚状件30的内容物混合。优选地，将足够的空气泵入荚状件中以在荚状件30中提供大约30％-50％的溢出(即气泡)，从而使冰淇淋具有所需的“膨松度”。发生这种情况时，外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690继续搅动荚状件30的内容物，以确保荚状件30的内容物均匀且快速地混合并连续刮擦荚状件30的壁，为了防止冷冻甜食在荚状件30的壁上积聚(这可能会抑制荚状件30的内容物的冷却)。

为了产生“光滑的”冷冻甜食，在冷冻甜食中形成的大部分冰晶应小于约50μm。如果许多冰晶大于50μm，或者存在非常大的冰晶(即超过100μm)，则冷冻甜食将“变粗”。系统10被设计成通过提供大多数小于约50μm的冰晶来产生“光滑的”冷冻甜食。

更特别地，为了形成具有适当分散度(数量、大小和形状)的冰晶，必须控制冷冻过程：成核速率与晶体生长。系统10通过同时刮擦荚状件30的环形凹部620的内表面和外表面来做到这一点。此外，为了产生大量的小冰晶，荚状件30内的冷冻条件必须促进核的形成并使冰晶的生长最小化。促进冰成核需要非常低的温度，例如理想地低至-30摄氏度，以促进快速成核。系统10非常快地(例如，在2分钟之内)冷冻荚状件30的内容物，从而防止冰晶有时间“成熟”(即生长)。此外，一旦形成了冰核，就需要使冰核生长最小的条件，以保持冰晶尽可能小。为了获得尽可能最小的冰晶，必须具有尽可能短的停留时间，以使冰晶的“成熟”(即生长)最小化。系统10通过使用多个内部刮板桨从荚状件的壁上去除冰晶来实现这一点，这有助于产生高通量率，从而使冰晶保持较小(例如，在50μm以下)。

当准备将荚状件30中的冷冻甜食分配到已放置在机器20的托盘130上的容器(即从中食用冷冻甜食的容器)或放入保持在托盘130上方的圆锥形物体中时，垂直马达380使柱塞330垂直移动，从而使柱塞330将荚状件30的帽660向下推向荚状件30的基座580，外螺旋刮板桨670和内螺旋刮板桨680随着帽660的前进而纵向压缩。该动作减小了环形凹部620的体积。垂直马达380继续垂直移动柱塞330，从而减小环形凹部620的体积，直到荚状件30中冷冻甜食的力使荚状件30的弱化部分810破裂，并且冷冻甜食被迫从荚状件30的出口830离开，冷冻甜食随后通过巢状件140的出口234进入设置在托盘130上的容器(即从中食用冷冻甜食的容器)或进入保持在托盘130上方的圆锥形物体。继续该动作直到帽660被迫靠在基座580上，有效地将所有冷冻甜食从荚状件30中排出并排入将要从中食用冰淇淋的容器中。

此后，可以将用过的荚状件30从机器20中取出，并且当准备另一单份冷冻甜食时，可以用新鲜的荚状件30代替它，并重复上述过程。

冷却巢状件组件内部部分的替代方法

如果需要，现在看图22，圆柱形tec280可以由螺旋盘管840代替，螺旋盘管840本身由tec元件850冷却。

可替代地，如果期望的话，并且现在参见图23，可以将tec组件240安装到巢状件140的底表面160，使得tec组件240可以冷却巢状件140的中空圆柱体200(以及巢状件140的底表面)。

使用系统提供冷饮

系统10还可以用于提供单份冷饮。作为示例而非限制，荚状件30可包含用于形成冷茶(有时也称为“冰茶”)、冷咖啡(有时也称为“冰咖啡”)、冷苏打、冷啤酒等的供应源。在这种情况下，荚状件30可能包含干或液体冷茶混合物、干或液体冷咖啡混合物、干或液体苏打混合物或干或液体啤酒混合物等。

在系统10用于提供单份冷饮的情况下，将包含用于形成冷饮的成分的供应源的荚状件30插入巢状件组件50中。然后，将巢状件组件50用于冷却荚状件30，冷水从冷水箱440中泵入荚状件30，在此处与荚状件30中包含的成分混合，并由外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690混合。当完成混合后，垂直马达380被启动以将冷饮排入到等待容器中。

应当理解，在要生产冷饮的地方，空气可以或可以不被泵送到荚状件30中(例如，当生产冷茶或冷咖啡时，空气可以不被泵送到荚状件30中，而当生产冷苏打或冷啤酒时，空气可以被泵送到荚状件30中)。

还应当理解，在要生产冷饮的地方，如果需要，可以从荚状件30中省去外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690。

使用系统提供热饮

系统10还可用于提供单份热饮。作为示例而非限制，荚状件30可包含用于形成热饮(例如，热巧克力、热咖啡等)的成分的供应源。在这种情况下，荚状件30可包含由成分形成的干混合物，当成分与热水混合时，提供所需的饮料，例如热巧克力粉、速溶咖啡混合物等。

在使用系统10提供单份热饮的情况下，将包含用于形成热饮的成分的供应源的荚状件30插入巢状件组件50中。然后，将巢状件组件50用于加热荚状件30，环境温度水从环境温度水箱430中泵入荚状件30，在荚状件30中它与荚状件30中包含的成分组合，并由外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690混合。注意，tec组件240可用于通过简单地反转提供给tec元件250的电流的方向来向巢状件140的外表面提供热量，并且圆柱形tec290可用于向巢状件140的内部列提供热量，从而加热荚状件30的内容物。此外，如果需要，可在注入荚状件30之前，例如通过位于环境温度水箱430与柱塞330的空心尖齿410之间的管线中的电阻加热器，加热环境温度水箱430中的环境温度水。应当理解，在要生产热饮的情况下，通常不将空气泵入荚状件30中。

在许多情况下，可能希望通过使水流过颗粒状成分供给源来“冲煮”热饮，例如在咖啡或茶的情况下。为此，现在看图24-27，荚状件30可以设置有过滤器860，该过滤器860包含将要冲煮的颗粒状成分(例如，磨碎的咖啡豆、茶叶等)的供给源。在本发明的一种优选形式中，如图24-27所示，过滤器860邻近帽660设置，例如，过滤器860固定到帽660，并且从荚状件30中省略了外螺旋刮板桨670、内螺旋刮板桨680和底部刮板桨690。还注意的是，当柱塞330使帽660朝着基座580塌陷时，过滤器860也将优选塌陷，从而允许压缩包含在过滤器860中的颗粒状成分，以便例如以所谓“法压壶”咖啡机的方式将流体从过滤器860中压出。还应当理解，构造过滤器860，使得其在塌陷期间将保持其结构完整性，使得过滤器860的颗粒状内容物不会从荚状件30中出来。

机柜配置

如果需要的话，现在看图28，机器20可以安装在机柜870上，机柜870位于支腿880上。在这种结构中，机柜870可以包括附加的冷却设备，用于从散热组件90散热(例如，其他热管、冷凝器和风扇，或常规制冷单元等)。机柜870还可以被配置为容纳新鲜的荚状件30和/或用于容纳冷冻甜食的容器(例如，碗和甜筒)、容纳冷饮的容器(例如，杯子)和容纳热饮的容器(例如，杯子)。

用制冷盘管冷却荚状件

在本发明的另一种形式中，现在看图29-31所示，巢状件组件50可以由替代的巢状件组件50a代替，该替代的巢状件组件50a包括呈环面形式的巢状件140a，其特征在于外壁220a和内壁230a，其中环面由高传热材料(例如，铝)形成，并且其中，tec组件240被连接到散热组件90a的制冷盘管240a代替，其中，散热组件90a包括用于驱动制冷盘管240a的压缩机。

应当理解，由于这种构造，可以通过常规的制冷系统来冷却巢状件组件50a(以及因此设置在巢状件组件50a中的荚状件30)。这种构造可能是有利的，因为它可以将荚状件30迅速冷却到-40摄氏度，这超出了tec元件250的热性能。

替代的巢状件和荚状件结构

在前面的公开中，巢状件组件50和巢状件组件50a包括内部冷却元件(例如，包含tec280的中空圆筒200)以及外部冷却元件(例如，tec组件240)，并且荚状件30包括用于容纳巢状件组件50和50a的内部冷却元件的内部开口(即，内部中空管610的内腔)。然而，如果需要的话，内部冷却元件可以从巢状件组件50和50a中省略，在这种情况下，也可以省略荚状件30的内部开口。

带固定帽式荚状件的压缩机冷却机

接下来看图32-35、35a，35b和35c中，示出了另一新颖系统900，用于提供单份的冷冻甜食，例如冰淇淋(软或硬)、冷冻的酸奶、冷冻的蛋白质奶昔、冰沙等。为了本发明的目的，单份的冷冻甜食可以被认为是大约2流体盎司至大约8流体盎司。

系统900还能够提供单份冷饮和/或单份热饮。

系统900可以包括两个巢状件915，其中一个巢状件915被配置为容纳5-8盎司的冷冻甜食荚状件，而另一个相邻的巢状件915(其尺寸可能较小)被配置为容纳咖啡荚状件(例如，k-杯荚状件)或冷饮荚状件(例如，冰茶荚状件)。在本发明的这种形式中，将水(热的或冷的)引导至适当的巢状件915以形成期望的冷甜食或期望的热饮或冷饮。参见例如图35a，其示出了用于产生期望的冷甜食或期望的热饮或冷饮的两个巢状件915(注意，系统900的配置可以取决于是要设置单巢状件还是双巢状件而略有不同)。优选地，在每个巢状件915中提供荚状件检测器(未示出)，以识别哪个巢状件已经接收到哪种类型的荚状件(例如，冷冻甜食、热咖啡、冰茶等)，从而机器发送适当的冷水或热水到适当的巢状件。

在本发明的优选形式中，系统900通常包括机器905和荚状件910，其中机器905被配置成除其他外，容纳荚状件910，荚状件910包含用于形成单份的冷冻甜食的成分供应源，冷却荚状件910(及其内容物)，将冷水和空气引入荚状件910(适当时，请参阅下文)，搅动荚状件910的内容物以形成冷冻甜食，然后从荚状件910中桨3至8盎司的冷冻甜食直接排入将从中食用冷冻甜食的容器(例如，预冷的碗、环境碗、圆锥形物体等)中。

在本发明的一种形式中，系统900能够形成冷冻甜食而无需将水和/或空气引入到荚状件910中(见下文)。

机器905

机器905大体上与上述机器20相似，除了机器905使用压缩机冷却荚状件910并且在某些情况下可以省略供水装置70(参见下文)。更特别地，机器905包括：用于容纳荚状件910的巢状件915，用于冷却巢状件915的冷却剂单元920，以及用于冷却冷却剂920的制冷单元925。机器905的重量小于50磅，并且被构造成在5分钟或更短的时间内生产和分配大约1夸脱或更少的量的单份冷冻甜食或热饮或冷饮。冷冻甜食的单份批量将有10-60％的溢出(即空气含量)。应当理解，溢出量根据在荚状件910中制造的特定产品而变化。

更具体地，巢状件915包括主体930，主体930限定用于接收相应的锥形(优选地为截头圆锥形的)荚状件910的锥形(优选地为截头圆锥形)的凹部935；以及用于冷却巢状件915的凹部935的内部腔室940。巢状件915还包括入口945和从内部腔室940引出的出口950，该入口945通向内部腔室940。

在本发明的一种形式中，巢状件915的锥形凹部935包括较小的第一端951、较大的第二端952和在较小的第一端951与较大的第二端952之间延伸的锥形侧壁953。在本发明的一种优选形式中，锥形凹部935是截头圆锥形的。在本发明的一种形式中，凹部935的锥形侧壁953具有大约5度或更大的锥度。在本发明的一种形式中，较小的第一端951可以被封闭。在本发明的另一种形式中，较小的第一端951可以是部分开放的。在本发明的另一种形式中，较小的第一端951可以完全打开。例如，参见图35b和图35c，示出了巢状件915的附加构造(并且还示出了荚状件910的附加构造)。

应当理解，在巢状件915的较小的第一端951部分打开或完全打开的情况下，有可能在荚状件915中更好地安装荚状件910。更具体地，在巢状件915的底部部分或完全打开的情况下，荚状件910在不“底部伸出”的情况下装配在巢状件915中，因此在巢状件的壁和荚状件的壁之间产生了更好的配合，从而允许荚状件的效率更高的冷却。

冷却剂单元920包括用于容纳冷却剂供应源的储存器955，循环马达960，将储存器955连接至循环马达960的管线965，将循环马达960与巢状件915的入口945连接的管线970，以及将巢状件915的出口950与储存器955连接的管线975。作为该结构的结果，容纳在储存器955中的冷却剂可循环通过巢状件915的内部腔室940，以冷却容纳在巢状件915的凹部935中的荚状件910。

制冷单元925包括制冷循环，该制冷循环包括压缩机980、冷凝器985、位于冷凝器下游的膨胀阀(未示出)以及位于冷却剂单元920的储存器955处的蒸发器(未示出，但可以是冷却剂箱中的浸没盘管)，使得压缩机980可以驱动制冷剂通过制冷循环以冷却设置在冷却剂单元920的储存器955中的冷却剂。

由于这种构造，制冷单元925可以用于冷却冷却剂单元920，并且冷却剂单元920可以用于冷却设置在巢状件915中的荚状件910。注意，通过为冷却剂单元920选择合适的冷却剂，并且如果提供适当大小的储存器955，则可以在冷却剂单元920内累积足够的“冷”，从而可以基本上没有滞后时间地顺序生产多批冷冻甜食。

低共熔溶液

在本发明的一种优选形式中，至少一个容纳低共熔溶液的容器布置在巢状件915的荚状件座附近。该低共熔溶液用于在巢状件处储存“冷”。更特别地，冷却剂单元920用于将低共熔溶液冷却至冷冻点，然后低共熔溶液从荚状件910吸收热量，从而产生冷冻甜食。

更特别地，当系统900闲置停放时(即，在生产各份冷冻甜食之前)，制冷单元925的压缩机980被开启。压缩机980通过其制冷循环循环其制冷剂(例如，氟利昂，norflurane，称为r-134a，r-407c，r-404a，r-410a等)，以便冷却冷却剂单元920的储存器955中的冷却剂，然后，储存器955中的冷却剂将包含在巢状件915中的至少一个容器内的低共熔溶液冷却至0℃至-114℃。一旦围绕巢状件915的低共熔溶液冷却到0℃至-114°c，系统900就会自动关闭制冷单元925的压缩机980。注意，在系统900制作冷冻甜食时，制冷单元925的压缩机980不需要运行，因为冷却剂单元920中已经冷却的冷却剂和/或巢状件中至少一个容器中的低共熔溶液实际上用于冷却巢状件915中的荚状件910。当然，如果需要的话，制冷单元925的压缩机980可以在系统900制作冷冻甜食时运行。

将理解的是，随着冷却的低共熔溶液缓慢升温，通过从荚状件910移除热量而从低共熔溶液损失的冷量被换热所代替。这将巢状件915的温度保持在-40℃至0℃之间，同时快速连续地制造多个荚状件的冷冻甜食。当低共熔溶液变热时，冷却剂单元920的循环马达960保持将冷却剂泵送到巢状件中，以帮助承载低共熔容器的冷却负荷。另外，制冷单元925的压缩机980自动重新开启，将制冷剂泵送到冷却剂单元920(其正在重新冷却低共熔溶液)。

在荚状件冷却之间和/或在机器905的使用之间，霜可能在巢状件915的内部积聚。向巢状件915的表面闪蒸的热量使巢状件915的表面除霜。该闪蒸热量可以是热空气、感应线圈热、电阻热等的形式。

应当理解，低共熔溶液包括相变材料。在这方面，还应认识到，相变材料(pcm)是在加热和冷却过程中存储和释放热能的组合物。相变材料通常在冷却时释放(以潜热的形式)大量的能量，但是在变暖时从附近的环境中吸收等量的能量。通过这种方式，相变材料实现了热能储存：热或冷在一个时间段内储存并在以后的某个时间点使用。

应当认识到，简单，廉价和有效的相变材料是水/冰。不幸的是，水/冰的凝固点为0℃(+32°f)，这使水/冰无法用于大多数储能应用。然而，已经鉴定并开发出许多替代的相变材料，它们像水/冰一样冷却和加温，但温度范围从低温到几百摄氏度。将盐添加到水中时，它们会降低水的凝固点。添加更多的盐通常会进一步降低冷冻温度，但是这些溶液无法在精确的温度下干净地冷冻，相反会形成浆状物。但是，如果将特定浓度的特定盐加入水中，则所得溶液会在恒定温度下干净地冻结并融化，从而释放和储存大量能量。该温度称为低共熔点，并且该组合物称为低共熔溶液。这在图36所示的简化图中表示。图36的图中的曲线表示冻结曲线。从曲线的左侧开始，组合物为100％水，凝固点为0℃(32°f)。当添加盐时，盐/水混合物的凝固点降低。当曲线图的这一部分发生冻结时，只有纯水会从溶液中冻结出来，而盐会保留在溶液中。如果添加更多的盐，则凝固点会进一步降低，直到在曲线上的最低凝固点达到低共熔点为止。一些pcm是凝胶。pcm可以由聚丙烯酸钠、水合盐或石蜡制成，它们是在室温下具有蜡质稠度的高分子量烃。石蜡由直链烃和植物性pcm组成。以下是相位变化范围从0到-114℃的亚零低共熔pcm溶液的列表。

压缩机980

如果需要，可以将常规的往复式压缩机(例如tecumsehtc1413u-ds7c压缩机)用于制冷单元925的压缩机980。可替代地，旋转式压缩机(例如，由aspensystem、samsung和rigid制造的那些)可用于制冷单元925的压缩机980。可选地，可使用danfoss的直流压缩机r290-12-24v，蒸发温度范围为-40℃至10℃。

制冷循环管

如上所述，制冷单元925使来自压缩机980的制冷剂通过冷凝器985，通过位于冷凝器下游的膨胀阀(未示出)以及通过位于冷却剂单元920的储存器955处的蒸发器(未示出)进行循环。在本发明的一种形式中，常规的制冷管用于在制冷单元925的各个部件之间转移制冷剂。在本发明的另一种形式中，现在参见图37，同轴制冷剂管可用于在制冷单元925的各个部件之间转移制冷剂，从而获得增强的制冷效率。

冷却荚状件的一种优选布置

设置在巢状件中

在本发明的一种优选形式中，在使用巢状件在915处的一个或多个容器中收容的低共熔溶液来冷却巢状件915的情况下，冷却剂单元920和(一个或多个)低共熔溶液容器都能够储存“冷”以便提高系统900的效率。更具体地讲，压缩机980驱动制冷剂通过冷却剂单元920的储存器955，以便冷却储存器955中的冷却剂，从而将“冷”储存在储存器955中。然后通过冷却剂单元920的循环马达960将储存器955中的冷却剂驱动到巢状件915中的一个或多个低共熔溶液容器，以便冷却该低共熔溶液，从而在该巢状件中储存额外的“冷”。参见图37a。以这种方式，可以连续制造多批冷冻甜食，因为系统中储存有足够的“冷”以允许冷却多个荚状件，而不必等待制冷单元925冷却多批冷冻甜食。另外，压缩机980不需要恒定运行以制造多批次的冷冻甜食。

巢状件915的直接膨胀式制冷

在本发明的优选形式中，制冷单元925用于冷却冷却剂单元920的储存器955中的冷却剂，并且冷却剂单元920用于冷却巢状件915(或容纳在巢状件915处的一个或多个容器中的低共熔溶液)，从而冷却设置在巢状件915中的荚状件910。然而，如果期望的话，可以使用直接膨胀系统来冷却巢状件915。直接膨胀系统消除了对次级冷却剂回路(即，冷却剂单元920的冷却剂回路)的使用，并且使用了制冷单元925的制冷剂来经由冷板直接冷却巢状件915。可以定制冷板以产生很高的热通量，并在远低于环境温度的温度下运行。在直接膨胀系统的冷板中，来自制冷单元925的制冷剂经历等温相变，从而对整个冷板进行严格的温度控制。如图38所示，直接膨胀系统由蒸气压缩制冷系统的四个基本组成部分组成：压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器。在直接膨胀系统中，蒸发器直接从巢状件915吸收热量。由于不需要次级冷却剂回路(即，消除了冷却剂单元920)，因此在直接膨胀系统中需要最少的零件。不需要风扇来循环冷空气，也不需要泵来循环冷却剂，这简化了系统构造并提高了系统效率。

冷却荚状件的另一种优选布置

设置在巢状件中

在本发明的另一优选形式中，至少一个容纳低共熔溶液的容器设置在巢状件915的荚状件座附近。制冷单元925用于将低共熔溶液直接冷却至凝固点。在本发明的这种形式中，省去了冷却剂单元920。压缩机980直接驱动制冷剂通过巢状件915，以冷却与巢状件915中的荚状件座相邻的容器中的低共熔溶液，从而将“冷”储存在巢状件中。参见图38a。以这种方式，可以连续制造多批次的冷冻甜食，因为在巢状件中储存有足够的“冷”以允许冷却多个荚状件，而不必等待制冷单元925冷却多批次的冷冻甜食。另外，为了制成多批冷冻甜食，压缩机980不需要一直运行。

荚状件910

荚状件910通常类似于上述的荚状件30，除了荚状件910的帽永久地固定在适当的位置并且被密封关闭。在本发明的优选形式中，将荚状件910设置为一次性使用的一次性荚状件，即，将新的荚状件用于每份冷冻甜食(或冷饮或热饮)。但是，应当理解，如果需要，可以将荚状件910设置为多用途，可重复使用的荚状件，即，可以重复使用荚状件(在填充新鲜成分之后)以提供额外份量的冷冻甜食(或热饮或冷饮)。在荚状件910可重复使用的情况下，荚状件的帽可选择性地从荚状件的其余部分移除。

荚状件910设置有由塑料制成的内部刮板桨，该内部刮板桨被配置为通过使内部刮板桨的方向相反而将冷冻甜食从荚状件的底部排出。内部刮板桨可以通过注模或3d打印制成。

更具体地说，现在参见图35、35b，39-42、42a和42b，荚状件910通常包括罐990、内部刮板桨组件995和帽1000。

罐990是锥形的(优选为截头圆锥形的)，并且包括底板1005和从底板1005竖立的侧壁1010。在本发明的一种形式中，锥形罐990包括较小的底板1005、较大的帽1000和在较小的底板1005和较大的帽1000之间延伸的锥形侧壁1010。在本发明的一种优选形式中，锥形罐990为截头圆锥形的。注意，罐990的锥度与巢状件915的锥度匹配，使得荚状件910可以紧密配合在巢状件915内，从而促进荚状件与巢状件之间的极好的热传递。

在本发明的另一形式中，锥形侧壁1010具有大约5度或更大的锥度。

罐990在其底部具有开口1015。喷嘴1020邻近开口1015形成。滑动门1025选择性地打开或关闭开口1015，如将在下文中讨论的。止动件1030形成在底板1005上以限制滑动门1025的移动。

在本发明的一种形式中，锥形侧壁1010沿其长度具有均匀的厚度。

在本发明的另一种形式中，锥形侧壁1010具有沿其长度变化的厚度。更特别地，锥形侧壁1010在靠近较小的底板1005处可以更薄并且在靠近较大的帽1000处可以更厚，从而与邻近较大的帽1000冻结荚状件成分将相比，邻近较小的底板1005将更快地冻结荚状件成分。

应当理解，为罐990提供锥形的侧壁1010对于在荚状件910和巢状件915之间(即，在荚状件910的锥形侧壁1010和巢状件915的锥形侧壁953之间)产生良好的表面接触是重要的。为了使荚状件910的内容物有效地冻结，在荚状件910和巢状件915之间提供紧密配合对于从巢状件915到荚状件910的足够的热传递至关重要。

还应当理解，为罐990提供锥形侧壁1010使荚状件的内容物集中，使得内容物朝荚状件910的罐990中的开口1015移动。具体地，当荚状件910用于制作冷冻甜食时，锥形侧壁1010在冷冻甜食朝开口1015以及从喷嘴1020出来而冻结时集中冷冻甜食。

罐990优选地包括由具有高传热能力的材料(例如，薄金属、薄塑料等)形成的薄侧壁。罐990优选地为50-500微米厚，以在巢状件915和荚状件910之间提供高的传热速率。罐990还优选地是可稍微变形的，使得罐990具有抵靠巢状件915膨胀的一些能力，从而确保在荚状件和巢状件之间的高热传递。

内部刮板桨组件995包括具有大致螺旋构造的多个刮板叶片1035。在本发明的一种形式中，刮板叶片1035可在叶片的端部上具有橡胶滚子，以便更好地顺应并刮擦荚状件910的内壁。优选地，在刮板叶片1035中形成开口1040。内部刮板叶片组件995还包括可以以10rpm至400rpm的速度旋转的向上突出的杆1045。

帽1000被固定到(即，永久地固定到)罐990。帽1000包括用于使流体(例如，液体或空气)进入罐990的内部的开口1050和用于允许向上突出的杆1045从罐990的内部突出的开口1055。

帽1000和底板1005可以由绝缘材料制成或涂覆有绝缘材料，例如气凝胶。

在使用之前，用可破裂的膜封闭底板1005中的开口1015和帽1000中的开口1050。

由于上述构造，当向上突出的杆1045沿第一(逆时针)方向转动时，滑动门1025被推至其闭合构造，并且荚状件910的内容物被迫向上朝向帽1000。当向上突出的杆1045沿相反(顺时针)方向转动并以10到400rpm的速度旋转时，将滑动门1025推到其打开构型，将荚状件910的内容物向下压向罐990的底部1005，然后，底板1005中的可破裂薄膜覆盖开口1015发生故障，从而使荚状件910的内容物通过开口1015从而从喷嘴1020排出。

在本发明的另一种形式中，可以省略喷嘴1020、滑动门1025和止动件1030，并且可以用可移除的密封件1060封闭开口1015(见图42a)。在本发明的这种形式中，当内部刮板桨组件995沿一个方向转动时，将荚状件的内容物向下(通过多个刮板叶片1035)压，直到搅动的内容物撞击底板1005，然后内容物在荚状件内向上移动(参见图42b)，多个刮板叶片1035的开口1040促进荚状件的内容物的向上上升。注意，在混合期间，荚状件的内容物也被沿径向向外的方向施力，这有助于将径向向外的力施加到巢状件915的锥形侧壁953，这有助于使荚状件910的锥形侧壁1010抵靠在巢状件915的锥形侧壁953上，其增强了荚状件和巢状件之间的热传递。当要释放荚状件的内容物时，移除可移除的密封件1060，并且荚状件的内容物通过开口1015离开。注意，在本发明的这种形式中，当从荚状件中排放冷冻甜食时，刮板叶片1035的旋转方向不需要颠倒。

在本发明的一种优选形式中，荚状件910可以包括容纳不同内容物的多个隔室或区域，即，一个区域中的粉末冰淇淋和第二区域中的奶油或牛奶或水。当机器905的盖关闭时，区域之间的分离膜会刺穿或破裂，从而允许各种内容物混合。

荚状件910和巢状件915之间的紧密配合

在实践中，已经发现在荚状件910和巢状件915之间提供紧密的配合有利于荚状件910和巢状件915之间的快速传热，因此能够更快地生产单份的冷冻甜食。可以以各种方式提供这种紧密配合。

作为示例而非限制，荚状件910可以在罐990的外表面上包括螺纹(未示出)，并且巢状件915可以在荚状件915的凹部935的表面上包括对应的螺纹(未示出)，使得荚状件910可以拧成与巢状件915紧密接触。

通过进一步的示例但不限于此，荚状件910的截头圆锥形罐990可以具有倾斜度，而巢状件915的截头圆锥形凹部935可以具有相应的倾斜度，使得当关闭机器905的盖组件时，荚状件910被向下驱动而与巢状件915紧密贴合。

作为又一示例但非限制性的方式，荚状件910可以被配置成使得当力被施加到荚状件910的上端时，荚状件910稍微扩张，以使其自身更靠近巢状件915的凹部935。

或者可以将加压流体(例如空气、co2或氮气)注入荚状件910的内部，以使荚状件910的罐990的侧壁膨胀到更接近巢状件915的凹部935的位置。

作为进一步的示例但非限制性的方式，巢状件915的凹部935可包括用于容纳荚状件910的罐990的柔性囊袋1065(图43)，使得该柔性囊袋与设置在巢状件915中的荚状件910紧密配合。

作为进一步的示例但非限制性的方式，巢状件915的凹部935可以包括用于容纳荚状件910的铁合金(即，钢)罐990的磁性材料，从而使荚状件910被磁性地拉入巢状件915，从而使得与设置在巢状件915中的荚状件910紧密配合。

荚状件910的内容物

荚状件910的内容物可以与上面讨论的荚状件30的内容相同。

还应当理解，如果需要的话，荚状件910可以在其中密封有常规的酸奶产品(例如，凝胶状的酸奶)，使得新颖的系统900此后形成冷冻的酸奶，以分配到容器(例如，碗、圆锥形物体等)中。

此外，如果需要，荚状件910可包含液体成分，当冷却和搅拌时，液体成分形成所需的冷冻甜食。在本发明的这种形式中，可能没有必要将任何其他成分泵入荚状件中以产生所需的冷冻甜食。

除了前述内容之外，如果需要的话，现在参见图44，“气泡珠”(例如，包围co2或n2的密封剂)可以包含在设置在荚状件910内的成分中。选择该密封剂使得当水添加到荚状件910的内部时，密封剂溶解，释放co2或n2并在冷冻甜食中产生“泡沫”。

还可以预料的是，荚状件910可以包含制作冷冻的蛋白质奶昔必需的内容物，例如乳清蛋白粉、酪蛋白蛋白粉、豌豆蛋白粉、大豆蛋白粉等，基本上是任何粉末，当与水混合并冷藏，将制成冷冻的蛋白质奶昔。

在本发明的一种优选形式中，当要产生冷冻的蛋白质奶昔时，荚状件910的内容物可以是：

3-10％的乳脂，例如乳脂，塑料乳脂，黄油，无水乳脂/黄油，非乳脂，如棕榈油，棕榈仁油，椰子油和其他安全适用的植物油；

9-15％的脱脂乳固体(msnf)，例如浓缩(凝结/蒸发)牛奶，甜炼乳，奶粉，脱脂或全脂奶油酪乳，浓缩或干燥的乳清，浓缩或干燥的，乳蛋白浓缩物乳清蛋白浓缩或分离水解或修饰的牛奶蛋白，酪蛋白酸钠；

4-14％糖和玉米糖浆甜味剂成分；高达0.5％的稳定剂或增稠剂，例如羧甲基纤维素钠(纤维素枪)，瓜尔豆胶，刺槐豆胶，海藻酸钠，丙二醇藻酸酯，黄原胶，角叉菜胶，改性淀粉，微晶纤维素(纤维素凝胶)，明胶，硫酸钙，丙二醇单硬脂酸酯或其他单酯等；

高达0.5％的乳化剂，例如甘油单酯和甘油二酯，蒸馏的甘油单酯(饱和或不饱和)，聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(60)或单油酸酯(80)等；并且

含有5至60克乳清、酪蛋白、豌豆、大豆和或上述蛋白质的组合形式的蛋白质。

每份3-8盎司的冷冻蛋白质奶昔，理想的蛋白质含量应大于10克，而卡路里应少于200卡路里。

荚状件成分的其他实例可以包括以下列出的软冰淇淋粉、酸奶粉、奶昔粉、液体雪泥粉、咖啡粉基础粉、冰沙粉混合物、粉状或液体低甜中性基础粉和优质中性基础成分：

软冰淇淋混合结构

在本发明的另一形式中，当形成单份软冰淇淋时，供水装置70可以由冷却器(未示出)代替。冷却器可以接受容纳约1.0升至约3.0升的液体软冰淇淋混合物的容器(例如，塑料瓶或塑料袋)。在本发明的这种形式中，通过接收液态软冰淇淋混合物并在冷却时搅动单份软冰淇淋混合物，荚状件910用于形成单份软冰淇淋。

应当理解，通过将液态软冰淇淋混合物注入到荚状件910中，不需要随后将流体(即，空气或液体)注入到荚状件中以产生冷冻甜食(即，软冰淇淋)。当荚状件910已适当冷却后，内部桨组件995的旋转会在荚状件910中形成单份软冰淇淋。

另外，在本发明的这种形式中，可以提供单独的储水箱(未示出)，该储水箱能够通过将容器(例如，塑料瓶或塑料袋)与荚状件连接的管泵送约0.5盎司至约1.0盎司的水，以便在使用新型系统900准备下一单份软冰淇淋之前，从管中冲洗掉残留的液体软冰淇淋混合物。

优选实施方案的修改

应该理解的是，本领域技术人员可以对在这里进行描述和说明以解释本发明的本质的细节、材料、步骤和零件布置方面进行许多其他改变，而仍然可以在本发明的原理和范围内。