KR20090126257A - 음료 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

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KR20090126257A
KR20090126257A KR1020097018648A KR20097018648A KR20090126257A KR 20090126257 A KR20090126257 A KR 20090126257A KR 1020097018648 A KR1020097018648 A KR 1020097018648A KR 20097018648 A KR20097018648 A KR 20097018648A KR 20090126257 A KR20090126257 A KR 20090126257A
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마르셀 마르티너스 야코부스 요하네스 뵈크호른
마르턴 아른스
하리 쉬퍼스
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토에카 인터내셔널 컴퍼니 비.브이.
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Abstract

본 발명은, 수분을 포함한 음료를 위한 음료 공급 용기(30a, 30b), 1개 이상의 냉매를 유지하기 위한 냉매 공급 용기(22), 일정 양의 음료를 분배하고, 및 분배된 양의 음료를 냉각시키는데 필요한 일정 양의 냉매를 분배하도록 되어있는 분배 수단, 분배 수단에 의해 각각 분배된 일정 양의 음료와 일정 양의 냉매를 계속해서 수집하기 위한 혼합실(36), 및 1개 이상의 교반 부재(39)를 포함하는, 음료를 냉각시키기 위한 장치에 관한 것으로, 교반 부재는 혼합실(36)에 대해 위치되어, 교반 부재(39)는 혼합실 내에 들어있는 음료에 와류를 발생시킬 수 있고, 또한 교반 부재(39)는 혼합실(36) 내에 들어있는 음료와 혼합실(36) 내에 들어있는 냉매를 서로 혼합시킬 수도 있으며, 혼합실(36) 내의 냉매는 음료를 냉각시키는 동안 가스 상태로의 상변화 및/또는 단열 팽창을 거친다.
음료 공급 용기, 냉매 공급 용기, 교반 부재, 혼합실, 분배 수단

Description

음료 냉각장치 및 냉각방법 {DEVICE AND METHOD FOR COOLING DRINKS}
본 발명은 음료, 특히 밀크 쉐이크를 냉각시키기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 하나 이상의 상기 장치가 설치된 자동 판매기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 사용하여 음료를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다.
밀크 쉐이크의 기계 제조는 수분을 함유한 기본 물질을 동결 실린더 내에 배치시킴으로써 일어난다. 여기서, 동결 실린더의 벽 부근에 위치된 상기 기본 물질의 일부분은 (부분)동결될 것이다. 실제 냉밀크 쉐이크는 동결 실린더의 벽으로부터 동결분을 긁어서, 갈아낸 다음, 이 동결분을 기본 물질의 비동결분과 혼합시킴으로써 얻어질 수 있다. 또한, 밀크 쉐이크는 밀크 쉐이크에 보다 가벼운 특성을 주기 위해 통상 공기가 혼입(aeration)될 것이다. 비록, 시장에서 산업상 대규모로 이러한 방법을 사용하지만, 밀크 쉐이크를 제조, 특히 냉각시키기 위한 상기 방법은 많은 단점을 포함하고 있다. 상기 공지된 방법의 중요한 단점으로는, 밀크 쉐이크의 제조를 가능하게 하기 위해, 동결분을 분쇄하기 위한 스크레이퍼(scraper) 및 파쇄 수단(breaking means) 등의 비교적 많은 수의 이동 부품이 필요하다는 점이며, 이러한 단점에 의해, 상기 제조 방법에 비교적 많은 시간이 소모 된다. 또한, 스크레이퍼 및 파쇄 수단을 구비한, 상기 공지된 제조 방법을 사용하는데 필요한 장비는 비교적 복잡하고, 비교적 빈번한 보수를 필요로 하므로, 비교적 고가이다.
본 발명의 목적은 밀크 쉐이크 또는 기타 다른 음료를 냉각시키기 위한 비교적 간단한 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해, 본 발명은 청구항의 전제부에서 기술된 형태의 장치로서, 수분을 함유한 음료를 위한 1개 이상의 음료 공급 용기, 하나 이상의 냉매를 담기 위한 하나 이상의 냉매 공급 용기, 음료 공급 용기 및 상기 냉매 공급 용기에 연결되고, 일정 양의 음료를 분배하고, 및 상기 일정 양의 음료를 냉각시키는데 필요한 일정 양의 냉매를 분배하도록 되어있는 분배 수단, 상기 분배 수단에 의해 각각 분배된 일정 양의 음료 및 일정 양의 냉매를 계속해서 수집하기 위한 하나 이상의 혼합실, 및 1개 이상의 교반 부재를 포함하고, 상기 교반 부재는 상기 혼합실에 공급되는 일정 양의 냉매를 수용하기 위해, 상기 혼합실 내에 들어있는 음료에 와류를 발생시킬 수 있도록 상기 혼합실에 대해 위치하며, 상기 교반 부재는 또한, 상기 혼합실 내에 들어있는 음료와 냉매를 서로 혼합시킬 수도 있으며, 상기 혼합실 내의 상기 냉매는 상기 음료를 냉각시키는 동안 기체 상태로의 상변화 및/또는 단열 팽창을 거치는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다. 비교적 저온의 (소비성)냉매와 비교적 고온의 온음료를 물리적으로 혼합시킴으로써, 음료의 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. 또한, 기체 상태로의 상변화 및/또는 단열 팽창을 거침으로써 음료를 냉각시킬 수 있는 극저온 냉매가 사용되기 때문에, 음료 내에 결정 형성이 발생하거나 적어도 발생할 가능성이 있는 음료의 순간적이고 실질적인 냉각이 이루어질 수 있다. 일반적으로 (단지) 음료의 일부를 이루는 얼음분에 의해서만 형성되는 결정의 이러한 형성은 부분 동결된 음료를 소비하는 동안 맛 개선에 기여한다. 이 경우에, 냉매는 비기체 상태에서 기체 상태로의 상변화를 거칠 수 있으며, 냉매의 끓는점은 대체로 음료의 어는점보다 낮을 것이다. 이러한 관계에 있어서, 어는점은 어는 범위를 의미하는 것으로도 이해될 수 있고, 끓는점 또한 끓는 범위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 냉매를 가열 및 증발시키거나 승화시키는데 필요한 열은 냉각시키는 음료로부터 추출될 것이다. 초기의 액체 또는 고체 냉매는 증발되거나 승화될 것이기 때문에, 음료 내에 작은기체 기포가 발생되어, 음료는 공기 혼입될 것이다. 음료의 특성, 특히 음료의 점성에 따라, 기체 기포는 비교적 안정되고 지속적으로 음료 내에 동봉된 상태로 남아 있게 되거나, 음료로부터 비교적 쉽고 빠르게 새나갈 수 있을 것이다. 또한, 음료 내에 압축성 기체 냉매, 예컨대 공기의 단열 팽창을 허용함으로써 음료의 냉각을 관찰할 수도 있다. 용적의 이러한 증가로 인해, 냉매 및 이에 대한 음료의 온도가 감소되어, 음료를 냉각시킬 것이다. 또한, 본 발명에 따른 장치에 의한 음료의 냉각 및 공기 혼입도 대체로 음료를 소비하는 동안 맛을 강화하는데 기여한다. 밀크 쉐이크의 상기 제조 동안에, 밀크 쉐이크는 통상 그 맛이 개선될 수 있도록 공기가 혼입될 수도 있으며, 이 공기 혼입은 비활성(밀크 쉐이크 안에서 공기를 빼냄으로써) 및/또는 활성(밀크 쉐이크 안에 공기를 주입함으로써)으로 일어날 수도 있다. 본 발명에 따른 장치의 또 다른 중요한 이점으로, 본 장치는 냉매의 효과적이고 제어된 공급을 가능하게 할 수 있다는 점이다. 극저온 냉매, 바람직하게는 액체 질소가 통상 사용되기 때문에, 음료로의 냉매의 공급은 비교적 조심스럽게 이루어져야 한다. 이러한 이유는, 만일 냉매가 음료에 초과 공급된다면, 음료는 순간적으로 동결되었을 것이기 때문이며, 이는 바람직하지 못하다. 만일, 냉매가 혼합실의 벽과 접촉한다면, 벽에 대한 음료의 국부적인 동결이 발생했을 것이고, 이는 다음 냉각 과정에 매우 악영향을 미칠 수 있다. 실험을 통하여, 얼음 형성이 후에 사용되는 주입 수단의 노즐 안이나 주변에 얼음 형성이 통상 발생됨에 따라, 극저온 냉매의 추가 공급이 더이상 불가능할 것이기 때문에, 음료 안으로의 극저온 냉매의 주입은 결코 만족스러운 제조 방법이 아니라는 사실을 알게 되었다. 본 발명에 따른 장치는 냉매의 공급 이전에 와류를 발생시킴으로써 상기 문제의 해결 방안을 제공하는바, 이러한 와류는 사실상 공급된 냉매를 위한 오목한 수용 공간으로써 작용하고, 냉매는 상기 와류에 의해 둘러싸여진 공간으로 떨어지면서 통상 공급될 것이다. 교반 부재에 의해 유지되는 와류의 회전으로 인해, 냉매는 상기 와류에 의해 형성된 원심력의 영향을 받으며 음료 표면에 대한 반경(편심) 방향으로 이동되어, 음료를 냉각 및 공기 혼입시키면서 음료 안으로 점점 및 (통상) 부분적으로 흡수될 것이다. 원심력의 크기는 (요인들 중 특히) 와류의 난류에 의해 결정되는 바, 난류의 정도는, 예컨대 교반 부재의 교반 속도를 변경하거나, 혼합실에 대한 교반 부재의 위치를 조정함으로써, 조절될 수 있다. 바람직하게는, 여기서 최적의 난류의 목적은 한편으로는 최적 혼합에 있으며, 다른 한편으로 냉매와 혼합실 및/또는 교반 부재 사이의 접촉을 방지하는데 있다. 교반 부재가 통상 장치 내에 회전식으로 설치되겠지만, 혼합실이 장치 내에 회전식으로 배치되는 것도 생각해 볼 수 있다. 이 두 경우의 조합 또한 고려될 수도 있다. 의미가 있는 것은 교반 부재와 혼합실의 상대 회전이다. 교반 부재(및/또는 혼합실)이 아닌 본 발명에 따른 장치는 이동 부품을 구비하지 않아도 되기 때문에, 상기 장치는 구조상 비교적 간단하고 비용 저렴한 형태를 취할 수 있다. 또한, 그 결과, 비교적 비활성인 장치는 비교적 에너지 절약 및 저소음 방식으로 작동할 수 있는 것으로 예상된다. 밀크 쉐이크 외에도, 다른 음료도 본 발명에 따른 장치에 의해 효과적으로 냉각될 수 있다. 기타 다른 유형의 음료의 예로는 알콜성 (혼합)음료, 냉음료, 특히 슬러시 퍼피(slush puppies), 과일 음료, 특히 스무디(smoothies), 소프트 음료(soft drinks), 요커트, 쿠아르크 치즈(quark cheese), 수프 및 물이 있다. 그러나, 소프트 아이스크림은 (점성)유체여서, 예컨대 펌프와 같은 운송 수단에 의해 배치, 특히 펌핑되는데 적합하기 때문에, 본 발명에 따른 장치를 사용하여 소프트 아이스크림을 냉각시킬 수도 있다. 그러므로, 소프트 아이스크림도 본 특허의 범주 내에 포함되는 음료인 것으로 간주된다. 또한, (적어도 부분적으로 액체인) 음료가 기계적으로 운송, 특히 펌핑되는 한, 본 발명에 따른 장치를 사용하여 기타 다른 유형의 음료를 냉각시키는 것도 생각해 볼 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 교반 부재는, 혼합실 내에 들어있는 음료에 실질적으로 타원포물면 와류를 발생시킬 수 있도록, 혼합실에 대해 위치된다. 이상적인 경우에, 와류는 실제 타원포물면(포물 회전체)일 수 있다. 그 다음에, 와류에 의해 둘러싸여진 대칭형 오목 공간은 냉매의 제어된 공급을 가능하게 하는데 특히 바람직하기 때문에, 냉매와 혼합실의 벽 사이의 접촉과, 이에 따른 음료의 동결이 가능한 한 방지될 수 있다. 이러한 대칭 구조, 즉 실제 문제로서 대체로 대칭인 와류의 구조는 많은 요인들, 즉 교반 부재의 교반 속도, 교반 부재의 구조, 혼합실의 구조, 음료에 대한 교반 부재의 방향, 점성과 같은 음료의 재료 특성, 및 혼합실에 대한 교반 부재의 방향에 따라 변경된다. 마지막 요인과 관련하여, 상기 마지막 요인은, 만일 교반 부재의 길이방향 축이, 통상 실질적으로 수직하게 방향을 이루는 혼합실의 길이방향 축에 대해 실질적으로 평행하게 방향을 이루는 경우에, 바람직하므로, 실제로 교반 부재는 음료 내에 대체로 수직하게 위치된다. 더 바람직하게는, 교반 부재의 길이방향 축은 혼합실의 길이방향 축과 실질적으로 일치하므로, 실제로 대칭 단면을 갖는 와류는 혼합실 내에 형성될 수 있고, 혼합실 벽의 작용에 의한 와류의 비대칭 변형은 방지될 수 있다. 그러나, 상기 마지막 요인은, 만일 혼합실이 실제로 원형 단면 형상을 갖는 경우에, 바람직하므로, 음료에서의 소용돌이는 교반 부재에 의해 주로 일어나고, 혼합실 벽에 의해서는 전혀 일어나지 않거나, 적어도 거의 일어나지 않는데, 이는 다소 이상적인 와류의 발생 및 유지를 높일 것이다. 여기서, 혼합실의 직경은 일정할 수 있지만, 혼합실의 길이방향에 따라 변경될 수도 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 혼합실의 구조는 실질적으로 원뿔대에 상응하고, 더 바람직하게는, 혼합실은 음료컵 또는 기타 다른 형태의 음료 용기로 형성될 수 있다. 혼합실로써의 음료컵의 사용은 음료의 냉각이 음료컵 내에서만 실제로 일어나고 미리 일어나지 않는다는 이점을 갖는다. 이때, 음료의 교반도 음료컵 내에서 일어날 것이다. 이와 같은 방식으로, 소비자에게 새로운 냉음료를 제공하는 것이 항상 가능해질 것이다. 음료컵은 통상 한번만 사용할 수 있도록 되어 있어서, 1회성 형태를 취할 것이다. 그러나, 혼합실이 음료컵으로 형성되지 않지만, 혼합실의 내용물, 즉 냉음료가 제조 후, 예컨대 음료컵, 저그(jug), 병, 음료 패키지(drink package) 또는 소비자에게 적합한 기타 다른 형태의 음료 용기로 전달되는 것을 생각해 볼 수도 있다.
교반 부재와 혼합실의 상대적인 배치방향(relative orientation)은 바람직하게 변경될 수 있으므로, 발생될 와류의 모양은 비교적 간단하게 조절될 수 있으며, 특히 바람직하게는 실질적으로 일하게 유지된다. 와류의 모양, 및 특히 와류의 크기는, 음료 내에서 교반 부재를 다소 강하게 교반시킴으로써, 영향을 받을 수 있다. 그러나, 음료의 냉각 동안, 와류의 모양을 변경하는 것은 특히 바람직할 수 있다. 음료는 처음에 비교적 따뜻하고, 매우 비점성 상태이기 때문에, 통상 바람직하게, 혼합실 내의 비교적 높은 위치에 교반 부재를 위치시킬 수 있어서, 와류의 크기는 다루기 용이하게 작은 상태로 유지되며, 혼합실 밖으로 음료가 튀는 것이 최대한 방지될 수 있다. 냉매를 공급하는 도중이나 그 후에 음료에 얼음 결정 형성이 발생될 것이고, 또한 음료는 전반적으로 공기 혼입될 것이며, 이 결과 음료는 실질적으로 더욱 점성을 띠게 된다. 냉매, 음료 및 음료에 형성된 얼음 결정 및 음료에 존재하는 기체 기포의 충분한 혼합을 발생시킬 수 있기 위해, 통상 바람직하게, 혼합실 내의 저위치에 교반 부재를 배치시킬 수 있어서, 더욱 강한 혼합이 일어날 것이다. 음료의 점성이 커짐으로 인해, 와류의 모양은 혼합실에 대해 교반 부재를 배치하는 동안이나 그 후에 절대 변화되지 않고, 혼합실 밖으로 음료가 튀는 것이 항상 방지될 수 있다. 분명한 것은, 와류의 모양도 교반 부재의 교반 속도를 변경함으로써 영향을 받을 수 있다는 점이다. 또한, 혼합실에 대한 교반 부재의 변위는 혼합실로부터의 교반 부재의 비교적 간단한 제거를 가능하게 하는 바, 이는, 혼합실이 음료컵으로 형성되는 경우에 특히 바람직하므로, 음료컵은 장치로부터 비교적 간단하게 제거될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 교반 부재와 혼합실은 서로에 대하여 축방향으로 변위될 수 있다. 비교적 효율적인 조절을 가능하게 하고, 와류의 모양의 최적화하는 한편, 혼합실로부터 교반 부재를 제거하는데 통상 축방향 변위가 가장 바람직할 것이다.
바람직하게, 장치는 혼합실을 적절한 위치에 지지하거나 변위시킬 수 있는 지지 수단을 포함할 수 있다. 여기서, 지지 수단은 다양한 종류로 구성될 수 있는바, 상기 지지 수단은, 예컨대 혼합실을 지지하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 지지 수단은 혼합실을 탈착가능하게 조일 수 있으며, 더 바람직하게는 2개 이상의 조임 부재, 특히 혼합실의 양쪽에 맞물리도록 구성된 조임 핑거(clamping fingers)를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 지지 부재는 장치 내에서 혼합실을 변위시킬 수 있으며, 특히 교반 부재에 대해 혼합실을 변위시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 지지 수단은, 혼합실이 분배 수단에 의해 각각 공급되는 음료와 냉매를 수용할 수 있는 조작 위치와, 냉음료를 소비할 수 있도록 혼합실이 장치로부터 배출될 수 있는 비조작 위치로부터 혼합실을 변위시킬 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 장치는 혼합실의 적어도 일부분을 수용하기 위한 혼합실 홀더를 포함한다. 바람직하게는, 혼합실은 적어도 부분적으로 단열되어, 장치 내의 냉음료가 데워지는 것을 최대한 방지할 수 있다. 바람직하게는, 혼합실 홀더는 혼합실 상에 밀착 체결되어, 혼합실을 지지하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 혼합실 홀더는 혼합실에 대해 변위될 수 있어서, 냉음료가 제조된 후, 혼합실은 장치 내에서 비교적 용이하게 변위될 수 있고, 선택적으로 장치에 의해 전달될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 교반 부재, 혼합실 및 혼합실 홀더는 연속하여 상호 변위될 수 있으며, 혼합실은 지지 수단에 의해 적절한 위치에 지지될 수 있다. 혼합실이 음료컵으로 형성되는 경우, 실제로 음료컵이 음료컵 홀더에 의해 수용된 후에, 교반 부재가 음료컵 내에 배치될 것이다. 그런 다음, 음료 및 냉매의 적정량이 음료컵에 첨가된다. 냉음료를 제조한 후, 음료컵 홀더 및 음료컵은 교반 부재로부터 멀어지는 방향인 하방향으로 변위되어, 음료컵의 상부 에지가 교반 부재 (바로)아래에 위치된 중간 위치에 위치될 것이다. 이 중간 위치에서, 지지 수단은 둥근 음료컵을 맞물리게 하여, 그 음료컵을 적절한 위치에 지지하고, 계속해서 음료컵 홀더는 음료컵 홀더의 상부 에지가 음료컵의 하부 에지 (바로)아래에 위치되는 최저 위치까지 하방향으로 계속 변위될 것이다. 그런 다음, 지지 수단은 대체로 선형 이동에 의해 음료컵을 배출 개구로 변위시킬 것이며, 이 선형 이동은 통상 음료컵 홀더의 종전 변위 방향의 횡방향이다. 상기 바람직한 실시예에서, 음료컵 홀더는 교반 부재 바로 아래에 위치한 상태로 유지되어, 교반 부재로부터 떨어지는 음료 잔여분을 수집할 수 있다. 음료컵 홀더 내에 수집된 음료 잔여분의 제거를 가능하게 하기 위해, 음료컵 홀더가 1개 이상의 배출구를 구비하는 것은 보통 바람직하다. 만일, 교반 부재가 냉음료의 제조 후 세정제, 통상 물로 깨끗이 세정되었다면, 그 세정제 또한 음료컵 홀더에 의해 수집되어 배출된다. 교반 부재를 세정하는 동안, 음료 잔여분 및 음료컵 홀더 부근에 세정제의 튐을 제한하여, 이와 같은 장치의 더럽혀짐을 제한할 수 있도록, 교반 부재가 음료컵 홀더 내에 적어도 일부 위치될 때까지, 음료컵 홀더가 상방향으로 변위되는 것은 통상 바람직하다. 음료컵 홀더의 상방향 변위는, 교반 부재를 세정하는 동안, 음료컵 홀더가, 예컨대 음료컵 홀더 상에 체결될 수 있는 상단 요소를 사용함으로써, 실질적으로 매질 고정식으로 밀봉될 때, 특히 바람직하다. 교반 부재를 세정하는 동안, 교반 부재를 회전시키는 것은 통상 바람직하며, 이러한 회전에 의해, 음료 잔여분 및 세정제는 교반 부재로부터 비교적 용이하게 제거될 것이다. 이와 달리, 음료컵 홀더는, 교반 부재 뿐만 아니라, 그러한 음료컵 홀더의 세정을 가능하게 하기 위해, 세정하는 동안 적어도 일부 세정제로 채워지게 된다. 사용된 세정제의 제거는 음료컵 홀더의 배출 형성부를 통해 통상 일어날 것이며, 바람직하게는 배출구를 통해 음료컵 홀더로부터 세정제를 빨아들이는 강제 방식으로 일어날 것이다.
비록 다소 이상적인 와류를 발생시킬 수 있기 위한 이상적인 구조와 크기는 여러 요인들 중 음료컵의 구조와 크기에 대체로 크게 의존하지만, 교반 부재는 매우 다양한 구조로 되어있을 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 교반 날개가 연결된 장방형 물리적 회전 샤프트(elongate physical rotation shaft)를 구비하는 교반봉 타입의 교반 부재가 사용되고, 상기 교반 날개는 상기 회전 샤프트에 대한 하나 이상의 면에 돌출되어 있으며, 또한 다양한 방법으로 구현될 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 교반 부재는 고정형 교반기(anchor stirrer)로 형성된다. 고정형 교반기는 교반봉의 특수한 타입이며, 여기에는 2개의 개별 고정부가 상기 회전 샤프트의 대향 측면에 부착되어 있다. 또한, 상기 고정부는 하나 이상의 횡방향 연결부에 의해 서로 연결될 수 있기 때문에, 거울식 대칭형 프레임이 형성될 것이다. 실험을 통해, 특히 혼합실이 음료컵으로 형성되는 경우, 이러한 유형의 고정형 교반기, 특히 프레임형 교반기가 혼합실 내에 들어있는 음료의 안정된 와류를 발생시키는데 특히 적합하는 것을 확인하였다.
바람직한 실시예에 있어서, 분배 수단은 혼합실의 길이방향 축과 벽 사이에 위치된 곳에서 혼합실로 냉매를 공급시킬 수 있으며, 냉매(또한 음료)의 공급은 통상 냉매(또한 음료)를 혼합실로 떨어뜨림으로써 일어난다. 음료로의 냉매의 주입에 의해, 사용된 주입 수단의 직접 및 순간 동결이 통상 발생되어, (추가의) 음료 냉각은 일어날 수 없다. 만일, 냉매의 온도가 음료의 어는점 부근에 있었다면, 냉매의 주입을 생각해 볼 수 있을 것이다. 그러나, 액체 질소 또는 드라이아이스가 냉매로서 사용되는 경우에, 주입은, 만족스럽고 제어된 음료의 냉각을 가능하게 하기 위한 효과적인 방법이 아니다. 교반 부재의 회전축과 혼합실의 벽 사이의 위치에서 냉매를 공급함으로써, 냉매와 교반 부재 및 혼합실 사이의 접촉이 최대한 방지되어, 교반 부재의 위치 및/또는 혼합실의 위치에서의 혼합실 내의 얼음 덩어리의 형성도 마찬가지로 최대한 방지될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 분배 수단은, 혼합실의 길이방향 축으로부터 계산할 때, 혼합실의 길이방향 축과 벽 사이의 최단거리의 10% 내지 80%, 바람직하게는 20% 내지 70%, 더 바람직하게는 25% 내지 60%에 위치된 곳에서 혼합실로 냉매를 공급시킬 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 최단거리는 교반 부재의 위치에서의 음료 레벨로부터 계산될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 장치는 연속하여 서로 연결되는 복수의 냉매 공급 용기를 포함한다. 복수의 연속 연결된 냉매 공급 용기의 사용은 실용적 관점에서 볼 때 통상 바람직하다. 여기서는, 비교적 용적이 크고, 무거운 제1 (주)공급 용기가, 예컨대 가스통으로 형성될 수 있으며, 그 제1 (주)공급 용기는 비교적 용적이 작은 제2 (보조)공급 용기에 연결될 수 있다. 제1 (주)공급 용기는 통상 비교적 용적이 크고(예컨대, 40ℓ) 무거운 형태를 갖고 있기 때문에, 장치의 바닥에 위치될 수 있다. 제2 (보조)공급 용기는 통상 몇ℓ의 제한된 용적을 갖는 완충 용기(buffer vessel)로서 기능하기 때문에, 장치 내의 고위치에 비교적 용이하게 위치될 수 있다. 여기서, 완충 용기는 냉매를 혼합실로 공급하기 위한 분배 수단에 연결되도록 구성된다. 완충 용기는 통상 완충 용기를 보충하기 위해 제1 냉매 공급 용기에 연속하여 연결된다. 바람직하게, 완충 용기는 플로트(float)를 구비하여, 완충 용기 내의 냉매가 소정의 레벨에 도달할 때, 완충 용기와 제1 냉매 공급 용기 사이의 연결을 차단시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 완충 용기 내의 정수압(hydrostatic pressure)은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 이는 냉매의 적정량 분배를 가능하게 하는데 특히 바람직하다. 플로트를 사용하여 냉매 레벨에 영향을 받는 완충 용기를 차단하는 대신에, 이는 다른 방식으로도 구현될 수 있다. 여기서, 냉매 레벨이 감지되면, 이 레벨에 따라 차단 밸브가 공압식, 유압식 또는 전기식으로 제어되어야 할 것이다. 바람직하게, 완충 용기는 2중 벽 구조의 형태를 가지며, 이 2중 벽 구조의 덮개 내에 진공 상태 또는 적어도 가압 상태가 형성되어, 완충 용기를 효율적으로 단열시킬 수 있다.
냉매 공급 용기 내에 냉매를 적합하게 저장하여 통상 액체(또는 고체) 상태로 냉매를 의도적으로 유지시킴으로써, 혼합실(통상 대기압력의 영향을 받음) 내에서 비교적 간단한 방식으로 냉매의 상변화를 일으킬 수 있기 때문에, 음료의 냉각이 이루어질 수 있다. 비교적 저온에서 비교적 많은 양의 냉매의 저장을 가능하게 하기 위해, 극저온 냉매를 가압 하에서 액체 또는 고체 상태로 유지시키는 것은 통상 바람직하다. 압력 용기로서의 기능을 하는 냉매 공급 용기는 바람직하게 액체 냉매, 더 바람직하게는 질소를, 예컨대 대기압보다 1 바(bar) 상승된 압력에서 유지시킬 수 있다. 질소 외에도, 공기(액체), 이산화탄소(고체) 및 헬륨(액체)을 사용하는 것을 생각해 볼 수도 있다. 또한, 기타 다른 유형의 냉매를 사용하는 것도 생각해 볼 수 있지만, 이러한 냉매는 소비자가 소비하는데 적합한 일반적인 조건을 가져야 한다. 또한, 대기압 하에서 냉매를 유지할 수 있는 냉매 공급 용기를 생각해 볼 수도 있다. 냉매 공급 용기는 또한 일반적으로 에너지 관점에서 볼 때 특히 바람직하다. 그러나, 바람직하게는, 액체 및 기체 상태의 냉매는 비교적 용이하게 운반될 수 있기 때문에, 액체 또는 기체 상태(따라서, 고체 상태는 아님)의 냉매가 사용되는 바, 냉매 공급 용기는 냉매를 취급을 상당히 용이하게 하여, 냉각 공정을 촉진시킨다. 그러나, 제1 (액체 또는 기체) 냉매에 의해 냉각되는 동시에, 제2 (고체, 액체 또는 기체) 냉매에 의해 냉각되는 음료를 생각해 볼 수도 있으며, 이는 실용적 및/또는 심미적 관점에서 볼 때 바람직할 수 있다. 가압 하에 냉매를 유지하기 위해서는, 1개 이상의 냉매 공급 용기에 실질적인 단열 구조를 제공하는 것이 통상 바람직하다. 이는, 냉매 공급 용기가, 진공 상태 또는 적어도 가압 상태가 형성되는 2중 벽 구조의 덮개로 형성되는 경우에 바람직하다. 본 경우에는, 복수의 냉매 공급 용기가 사용되며, 냉매의 조기 가열을 최대한 피할 수 있도록, 모든 냉매 공급 용기에 단열 구조를 제공하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 냉매 공급 용기는 단열 도관을 통해 분배 수단에 연결되어, 본 발명에 따른 장치의 에너지 효율을 최적화시킬 수 있다. 바람직하게, 냉매 공급 용기는, 본 발명에 따른 장치의 효율을 훨씬 더 증가시키기 위해, 도관에 의하지 않고 분배 수단에 직접 연결될 수 있다.
일반적으로, 분배 수단은 음료 공급 용기에 연결된 1개 이상의 노즐과, 냉매 공급 용기에 연결된 1개 이상의 노즐을 포함할 것이다. 여기서, 노즐의 구조, 크기 및 위치는 매우 다양할 수 있다. 그러나, 특히 바람직한 실시예에 있어서, 혼합실에 대한 노즐의 위치는, 음료와 냉매 모두가 중력의 영향을 받으며 혼합실 안으로 떨어질 수 있도록 한다. 여기서, 음료 및/또는 냉매에 대해 압력이 선택적으로 가해질 수 있다. 혼합실 내에 들어있는 음료 안으로 냉매를 주입하는 대신에, 혼합실 내에 냉매를 떨어뜨리는 것은, 이러한 방법에 의해 음료 내에 얼음 덩어리의 형성이 최대한 방지되어, 음료가 완전히 교반될 수 있게 되는 큰 장점을 가지며, 이는 음료의 비교적 빠르고 효과적인 균일 냉각을 개선시킬 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 장치는, 음료의 적정량과 냉매의 적정량이 혼합실에 연속적으로 공급될 수 있도록 적어도 분배 수단을 제어시킬 수 있는 제어 유닛을 포함한다. 더 바람직하게는, 제어 유닛은, 냉매가 음료에 공급되기 전에 교반 부재가 작동되도록 교반 부재를 제어시킬 수 있다. 음료 내에 최적의 냉매 분산, 및 이에 따른 최적의 음료 냉각은 음료를 교반하는 중에 냉매를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 본 경우에 있어서, 혼합실은 음료컵으로 형성되며, 음료를 교반시킴으로써 오목한 액체 표면을 갖는 와류가 형성될 것이고, 이 오목한 액체 표면 중에 냉매가 이어서 배치될 것이다. 기술된 바와 같이, 음료로의 냉매의 제어 공급, 음료와 냉매의 제어 혼합, 및 이에 따른 음료의 제어 냉각 및 공기 혼입이 상기 와류에 의해 이루어질 수 있다. 상기 오목한 액체 표면은 음료를 통한 냉매의 분산을 가속화하고, 냉매와 혼합실(음료컵)의 벽과의 접촉을 방지한다. 바람직하게, 제어 유닛은 교반 부재의 교반 속도를 조절할 수도 있고, 교반 부재와 혼합실 사이의 (최단)거리의 변화를 제어할 수도 있으며, 특히, 가능하다면, 교반 부재, 혼합실, 혼합실 홀더 및 지지 수단의 상대적인 배치방향을 제어할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 냉매 공급 용기는 냉매를 활성적으로 냉각시키기 위한 냉각 수단을 포함한다. 이러한 냉각 수단에 의해, 냉매는 냉매 공급 용기 내에서 냉매의 데워짐을 방지할 수 있으므로, 음료를 냉각시키기에 충분한 만큼의 냉매의 저온이 보장될 수 있다. 본 경우에서, 냉매로서 (액체)질소가 사용된다면, (액체)질소를 활성 냉각시키기 위한 활성 냉각 수단을 사용하는 것은 통상 필요하지 않을 것이며, 보통 기술적으로 불가능할 것이다. 분배 수단은 일정 양의 음료, 일정 양의 냉매 및 선택적으로, 가능하다면, 혼합실로 공급될 일정 양의 첨가물을 배분하도록 되어 있다. 음료 및 냉매의 분배량은 각각 혼합실에 각각 공급될 음료와 냉매의 질량(무게) 및/또는 혼합실에 각각 공급될 음료와 냉매의 용적에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 적정량 분배는 시간 제어식일 수 있으며, 분배 수단은 소정의 시간 동안 음료와 냉매의 개별 공급을 가능하게 한다. 이러한 시간 제어식 분배에서, 혼합실에 최종 공급될 일정 양의 음료 및 냉매 각각은 음료 및 냉매의 유속(단위 시간당 양)에 따라 달라질 것이다. 바람직하게, 본 발명에 따른 장치는, 효율적인 분배를 실현하기 위해서, 혼합실로의 냉매의 분배식 공급을 위한 밀폐성 분배 수단을 포함한다. 분배 수단은 보통 유압, 공압 및/또는 전기식으로 작동될 것이다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 분배 수단은, 혼합실에서 냉각되는 음료의 최종 온도가 음료의 어느점보다 낮거나 동일하도록, 냉매의 공급을 허용한다. 음료의 어는점보다 낮거나 동일한 온도로 음료를 재냉각시킴으로써, 결정분, 특히 얼음분의 형성이 음료 내에 이루어질 수 있고, 이는 음료를 소비하는 동안 맛을 개선시킨다. 그 밖에 유념해야 할 것은, 음료는 통상 어느 특정 어는점을 갖는 것이 아니라 어는 범위를 갖는 일반 혼합물일 것이라는 점이다. 음료의 어는점보다 (약간) 높은 온도로 음료를 재냉각시키는 것도 분명히 생각해 볼 수 있으므로, 음료 내에 얼음이 형성되지 않을 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 장치는, 냉매와 음료의 혼합이 미리 형성되고, 더 바람직하게는 실질적으로 균일하게 이루어질 수 있도록, 혼합 혼합실로의 냉매의 분산식 공급을 위한 분산 수단(dispersing means)을 포함한다. 분산(확산) 방식으로 혼합실로의 냉매의 공급은, 예컨대 벤츄리 디퓨저(venturi diffusor) 및/또는 안개망(atomizing screen) 등의 다양한 방법에 의해 발생될 수 있다. 본 경우에 있어서, 냉매로서, 예컨대 드라이아이스(고형 이산화탄소) 등의 고체 냉매가 사용되며, 상기 드라이아이스는 냉각을 위해 가루 형태로 음료에 공급될 수 있다. 또한, 드라이아이스 타블렛(dry ice tablets)을 음료에 공급하는 것도 가능하다.
바람직하게, 음료 공급 용기는 압력 발생 수단을 구비하여, 음료 공급 용기로부터 분배 수단으로 압력을 받아 음료를 변위시킬 수 있다. 여기서, 압력 발생 수단은 통상 1개 이상의 펌프를 포함한다. 또한, 압력 발생 수단은 공압, 유압 및/또는 기계식으로 구성될 수 있다. 상기 압력 발생 수단은 음료에 대해 직접적으로 관여할 수 있다. 그러나, 음료 공급 용기는 통상 음료가 수용되는 백(bag)을 포함할 것이며, 압력 발생 수단은 상기 백에 대해 직접적으로 관여함으로써, 음료에 대해서는 간접적으로 관여하게 된다. 여기서, 백은 통상 하우징에 의해 둘러싸여질 것이므로, 음료 공급 용기는 소위 백-인-박스(bag-in-box)로서 사용된다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 냉매 공급 용기는 압력 발생 수단을 구비하여, 냉매 공급 용기로부터 분배 수단으로 압력을 받아 냉매를 변위시킬 수 있다. 여기서, 압력 발생 수단은 대체로 변위될 냉매의 온도에 의존하기는 하지만, 이 또한 1개 이상의 펌프를 포함할 수 있다. 본 경우에 있어서, 냉매로서 액체 질소가 사용되며, (비교적 저온의) 액체 질소를 펌핑할 목적으로 펌프를 사용하는 것은 일반적으로 불가능하다. 비교적 저온의 액체 냉매, 즉 액체 질소의 경우에, 냉매를 분배 수단으로 변위시킨 다음, 혼합실로 변위시킬 수 있도록, 액체 냉매에 가스압을 가하는 것은 통상 바람직하다. 충분한 압력을 제공하기 위해 사용된 가스는 다양한 종류로 구성될 수 있는바, 상기 가스는, 예컨대 (대기)공기로 이루어질 수 있다. 그러나, 충반한 가스압을 발생시키기 위해, 증발성 냉매를 사용하는 것이 효율적일 수도 있다.
본 경우에 있어서, 혼합실은 음료컵으로 형성되지 않으며, 혼합실은 바람직하게 적어도 부분적으로, 더 바람직하게는 실질적으로 튜브 형상을 가지며, 음료는 튜브형 혼합실의 제1 (공급)면을 통해 혼합실 안으로 안내되어, 혼합실의 제2 (배출)면을 통해 혼합실 밖으로 안내될 수 있다. 본 경우에 있어서, 튜브형 혼합실 내에 들어있는 음료가 이론상 음료 패키지의 구성물로 간주되었다면, 이상적인 상황으로서, 모든 음료 패키지는 혼합실 내에서 동일한 (일정한) 체류 기간을 가질 것인데, 이를 플러그 흐름(plug flow)이라고도 한다. 이러한 이상적인 상황은 실제로는 가능하지 않겠지만, 이러한 상황의 목적은 통상 음료의 냉각 공정을 가장 잘 제어할 수 있기 위함이다. 여기서는, 모든 액체 패키지를 혼합실 내에서 동일한 속도로 변위시키는 것이 대체로 필요할 것이다. 펌프 대신에, 혼합실 내에 클램핑 피트(clamping fit)가 수용된 플런저(plunger)가, 튜브형 혼합실의 경우, 이 혼합실을 통해 음료를 운반할 목적으로 사용될 수도 있는바, 상기 플런저는 실질적으로 일정한 속도로 혼합실을 통해 이동될 수 있다. 대체로 개별 혼합실이 사용될 것이지만, 혼합실과 음료 공급 용기가 적어도 부분적으로 서로 통합되거나, 심지어는 동일한 부품으로 형성되는 것을 생각해 볼 수도 있으며, 음료 공급 용기가 실제로 혼합실로서 기능할 수도 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 실질적으로 밀봉된 하우징을 포함하고 있으며, 이 하우징에는 적어도 음료 공급 용기, 냉매 공급 용기 및 선택적으로 혼합실이 수용된다. 하우징에 의해 둘러싸여진 공급 용기 및 혼합실을 구비함으로써, 비교적 간단한 방식으로 이들 부품들 주변에 실질적으로 일정한 미기후(microclimate)가 형성될 수 있다. 음료의 보존 상태를 비교적 유지시키는 한편, 음료의 물리적 특성도 비교적 일정하게 유지시킬 수 있도록 하기 위해, 대체로 상기 미기후는 비교적 저온, 예컨대 약 4℃일 것이므로, 본 발명에 따른 장치에 의한 음료의 냉각 방법은 비교적 만족스럽게 제어될 수 있다. 일반적으로 냉매 공급 용기 내에 (초기에) 수용된 냉매의 증발 또는 승화에 의해 하우징을 냉각시킬 수도 있지만, 하우징은 개별 냉각 시스템에 의해서 냉각될 수 있다. 이러한 증발 또는 승화에 필요한 잠열은 냉매 공급 용기 주변의 미기후로부터 추출될 수 있기 때문에, 미기후의 온도는 내려갈 수 있다.
본 발명에 따른 장치가 첨가물을 위한 1개 이상의 첨가물 공급 용기를 포함하는 것은 바람직 할 수 있으며, 상기 첨가물 공급 용기는 1개 이상의 첨가물을 혼합실에 공급시킬 수 있는 분배 수단에 연결될 수 있다. 이와 같이, 비교적 간단한 방식으로 (기본)음료에 1개 이상의 첨가물을 보강하는 것이 가능하다. 첨가물은, 혼합실 내 음료의 냉각 후 및/또는 직전에, 선택적으로 음료에 첨가될 수도 있다. 가능한 첨가물의 예로는, 착색제, 향료, 방향성 물질, 증점제(thickeners), 보존료 등이 있다. 바람직하게, 1개 이상의 첨가물은, 이미 전술한 바와 같이, 압력 발생 수단을 사용함으로써, 첨가물 공급 용기로부터 음료로 공급될 수 있다.
본 경우에 있어서, 혼합실은 음료컵으로 형성되지 않으며, 혼합실 내 음료의 냉각 후, 음료는, 예컨대 혼합실을 기울여 부음으로써, 혼합실로부터 제거될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게 냉음료를 분배하기 위한 분배 수단을 포함한다. 여기서, 분배 수단은 밀봉가능한 탭을 포함할 수 있다. 또한, 분배 수단은 소비자가 접근할 수 있는 분배 개구를 포함할 수도 있으며, 이 분배 개구를 통해, 가능하다면, 본 발명에 따른 장치는, 장치 내에서 냉음료가 제조된 후, 음료컵을 배치할 것이다. 그런 다음, 소비자는 장치의 수용 공간으로부터 음료컵을 꺼낼 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치 내에 사용되는 완충 용기에 관한 것이다. 완충 용기는 냉매를 임시 저장하도록 구성된다. 일반적으로, 완충 용기는, 완충 용기를 보충하기 위해, 제1 냉매 공급 용기와 일렬로 연결된다. 완충 용기의 배출면 상에서, 선택적으로 도관을 통해, 냉매를 혼합실로 통상 공급시킬 수 있다. 바람직하게는, 완충 용기는 플로트(float)를 구비하여, 완충 용기 내의 냉매가 소정의 레벨에 도달할 때, 완충 용기와 제1 냉매 공급 용기 사이의 연결을 차단시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 완충 용기 내의 정수압(hydrostatic pressure)은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 이는 냉매의 적정량 분배를 가능하게 하는데 특히 바람직하다. 바람직하게, 완충 용기는 2중 벽 구조의 형태를 가지며, 이 2중 벽 구조의 덮개 내에 진공 상태 또는 적어도 가압 상태가 형성되어, 완충 용기를 효율적으로 단열시킬 수 있다. 완충 용기는 개별 부품으로 판매될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 1개 이상의 장치가 설치된 자동 판매기 또는 분배기에 관한 것이다. 바람직하게, 분배 수단은 1개 이상의 음료 용기(컵)를 수용하기 위한 수용 공간을 구비한다. 본 발명에 따른 장치의 또 다른 장점 및 변형예가 이미 앞에서 상세히 기술되었다. 일반적으로, 자동 판매기는 상업용으로서, 지불시 1개 이상의 음료를 분배할 수 있다. 여기서, 자동 판매기는 회사 건물 또는 공공 장소에 배치될 수 있다. 자동 판매기의 크기와 구조는 매우 다양한 종류로 구성될 수 있는바, 상기 자동 판매기는, 예컨대 마루형 또는 테이블형으로 구현될 수 있다. 그 밖에도, 개인 용도로 사용되는 기계의 일부를 이루는 장치를 생각해 볼 수도 있다. 여기서, 테이블형 실시예가 일반적으로 가장 유용할 것이다. 개인 용도로 사용될 기계의 경우에 있어서, 일반적으로, 음료가 기계에 의해 분배되기 전에 돈을 지불할 필요는 없을 것이다.
또한, 본 발명은, 특히 반드시 본 발명에 따른 장치를 사용하지 않고도, 음료를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것으로, A) 분배된 일정 양의 음료를 냉각을 위해 혼합실로 공급하는 단계, B) 와류가 음료 중에 형성되도록, 혼합실에 공급된 음료를 동작시키는 단계, C) 냉매가 와류에 의해 둘러싸여진 공간 내에 배치되도록, 적정량의 냉매를 혼합실로 공급하는 단계, D) 일정 양의 음료와 공급된 양의 냉매의 적어도 일부를 혼합시키는 단계를 포함하며, 상기 냉매는, 음료를 냉각하는 동안, 기체 상태로의 상변화 및/또는 단열 팽창 과정을 거친다. 이러한 방법의 장점은 이미 앞에서 상세하게 기술되었다. 상기 상변화에 필요한 잠열은 음료의 냉각 동안에 음료로부터 추출될 수 있다. 상기 방법에 의해 음료는 비교적 간단하게 공기 혼입될 수도 있지만, 기체 상태로의 변화는 에너지 관점에서 볼 때 음료를 냉각시키는데 통상 바람직하며, 이는 통상 맛을 강화시킬 것이다. 본 경우에 있어서는, 밀크 쉐이크, 소프트 아이스크림, 슬러시 퍼피, 스무디가 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 제조되거나, 적어도 냉각된다. 와류(소용돌이라고도 함)를 발생시킴으로써, 냉매는 제어가능한 방식으로 음료에 공급된 후, 음료와 효율적으로 혼합될 수 있는바, 혼합실 내 얼음 덩어리의 형성의 위험성이 최소화된다.
바람직한 실시예에 있어서, 타원포물면 와류가 단계 B) 과정 중에 실질적으로 발생된다. 타원포물면은 음료(의 실질적으로 수평한 액체 표면)에 실질적으로 수직하게 교반 부재의 회전 샤프트를 배치시킴으로써 발생될 수 있는 대칭형 포물(오목) 회전체이다. 이러한 실제 포물면 와류의 회전축은 교반 부재의 회전축과 실질적으로 일치할 것이다. 또한, 분명한 것은, 실제 타원포물면 와류가 이론상으로만 달성될 수 있을 뿐이고, 실제로는 이러한 이상적인 와류의 모양에 비슷해질 수 있을 뿐이라는 점이다.
바람직한 실시예에서는, 단계 B)에 의해, 깊이가 1㎝ 내지 6㎝, 바람직하게는 2㎝ 내지 6㎝, 더 바람직하게는 3㎝ 내지 5㎝인 와류가 발생된다. 와류의 깊이는 (특히) 교반 부재의 교반 속도(회전 속도)를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 와류에 1㎝ 내지 6㎝의 높이를 형성시킴으로써, 냉매는 제어된 방식으로 와류 안으로 통상 흡수될 것이다. 만일, 와류의 높이가 1㎝ 미만이었다면, 와류에 의해 둘러싸인 용적은 통상 너무 작아 음료에 공급될 냉매 전체를 흡수할 수 없을 것이다. 만일, 와류의 높이가 6㎝보다 더 컸다면, 와류는 통상 난류 방식으로 회전되어, 와류 중에 존재하는 냉매에 가해지는 원심력이 매우 커져, 냉매는 비교적 빠르게, 일반적으로는 매우 빠르게 혼합실의 벽 방향으로 올라갈 것이고, 이에 따라 냉매와 혼합실 벽 사이에서 접촉이 비교적 빠르게 발생될 것이다. 이로 인한 결과로, 벽 위치에서 얼음 덩어리의 형성이 비교적 빠르게 발생될 것이다. 특히, 음료컵이 사용되는 경우에는, 와류의 높이가 3㎝ 내지 5㎝에 있는 것이 통상 바람직하다. 만일, 비교적 얕은 와류가 적용된다면, 와류에 의해 둘러싸여진 용적이 비교적 제한되기 때문에, 일반적으로 와류 안으로의 냉매의 적정량 분배가 특히 중요할 것이다. 예를들어 1㎝의 비교적 얕은 와류라면, 한편으로 냉매와 또 한편으로 혼합실 벽 및/또는 교반 부재 사이의 접촉을 최대한 방지하도록, 일반적으로 분배 속도는 비교적 낮아야할 것이다. 실제로 알게 된 것은, 초당 0.4㎖ 내지 15㎖의 냉매의 분배 속도가 냉매의 제어 공급에 도달할 수 있기에 통상 충분하다는 점이다. 본 경우에 있어서, 약 450㎖의 용적을 갖는 밀크 쉐이크를 제조하기 위해, 혼합실로서 표준 원뿔대형 음료컵이 사용되면, 이 음료컵에 약 300㎖의 밀크 쉐이크가 통상 공급될 것이며, 이 밀크 쉐이크에서 4㎝ 내지 5㎝ 높이의 와류가 발생되고, 이 와류에 약 40g 정도의 액체 질소가 초당 약 5g(초당 약 7㎖)의 분배 속도로 공급된다.
바람직한 실시예에 있어서, 단계 C) 동안 혼합실에 공급된 일정 양의 냉매는 용적으로서 와류에 의해 둘러싸여진 용적의 10% 내지 70%에 달한다. 10% 미만의 용적율은 일반적으로 너무 낮아서, 음료의 원하는 냉각 및 공기 혼입을 이룰 수 없을 것이다. 70% 초과의 용적율에서, 와류는, 냉매와 교반 부재 및/또는 혼합실 벽 사이의 접촉이 쉽게 일어날 수 있도록, 채워진다. 분명한 것은, 이러한 용적율은 와류의 높이에 관련된다는 점이다. 따라서, 실제로, 한편으로 와류의 이상적인 모양 및 높이와, 또 한편으로 와류의 최적의 충전도(optimum degree of filling) 사이에서 최적의 균형이 통상 발견되어야할 것이다.
냉매와, 혼합실 벽 및/또는 교반 부재 사이의 접촉 가능성, 및 이에 따른 얼음 덩어리의 형성 가능성을 최대한 방지할 수 있기 위해, 상기 최적의 균형은, 단계 C) 동안, 혼합실의 길이방향 축, 더 바람직하게는 와류의 최저점의 위치에서의 혼합실의 길이방향 축으로부터 계산할 때, 혼합실의 길이방향 축과 혼합실 벽 사이의 최단 거리의 10% 내지 80%, 바람직하게는 10% 내지 50%에 위치된 위치에서, 냉매가 혼합실로 공급되는 경우에, 통상 바람직하다.
바람직하게는, 단계 B)에 따라 음료의 동작을 유지시키고, 단계 D)에 따라 음료와 냉매를 혼합시키기 위해서, 1개 이상의 교반 부재가 사용될 수 있다. 여기서, 교반 부재는 물리적 회전 샤프트, 및 상기 회전 샤프트에 연결되고, 상기 회전 샤프트에 대한 적어도 일 측면 상에 돌출해 있는 1개 이상의 교반 날개를 포함할 수 있으며, 상기 1개 이상의 교반 날개는 음료의 상부 표면에 대해 돌출해 있다. 교반 부재의 구조, 및 교반 부재와 혼합실의 상대적인 배치방향(relative orientation)은 가장 이상적일 수 있는 와류, 특히 실질적인 타원포물면 와류를 발생시킬 수 있는데 통상 중요할 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 교반 부재의 교반 속도는 단계 B)보다는 단계 D) 동안에 더 크다. 냉매의 공급 중이나 그 전에, 음료는 통상 매우 비점성 상태에 있으며, 비교적 액체일 것이다. 상기 단계에서 비교적 낮은 교반 속도를 유지함으로써, 비교적 안정된 와류가 이루어질 수 있으며, 이 와류에 냉매가 비교적 제어가능한 방식으로 첨가될 수 있다. 냉매를 음료에 공급하는 동안, 음료는 냉각될 것이며, 그 후 얼음 결정의 형성이 음료 내에서 통상 발생되어, 실질적으로 음료는 더욱더 점성을 가지게 될 것이다. 음료의 균일 냉각을 이룰 수 있기 위해서는, 교반 속도를 높이는 것이 바람직하기 때문에, 와류의 깊이는 대체로 증가될 것이다. 그러나, 음료가 충분히 점성을 띠기 때문에, 음료의 튐 현상은 발생되지 않거나, 거의 발생되지 않을 것이다. 이는 또한, 혼합실에 대한 교반 부재의 위치가 저위치와 이 저위치보다 높은 하나 이상의 위치 사이에서 변경될 수 있을 때, 바람직하며, 교반 부재는 단계 B) 동안 고위치에 위치되고, 단계 C) 및/또는 단계 D) 동안 저위치로 변위된다. 또한, 와류의 난류는 혼합실에 대한 교반 부재의 높이를 조정함으로써 조절될 수도 있으며, 우선 단계 B) 동안 난류가 거의 없는 와류가 음료 중에 발생되고, 단계 C) 및/또는 단계 D) 동안에 와류의 난류가 증가될 것이다. 앞서 기술하였듯이, 와류의 난류(소용돌이)의 정도가 보다 높은 경우에, 더욱 강한 혼합이 혼합실 내에서 발생될 것이다. 그러나, 이 비교적 높은 난류는 음료가 음료수의 냉각 및 공기 혼입의 결과로 충분한 점성을 가진 경우에만 통상 허용될 수 있을 뿐이다. 또한, 와류 모양의 충분한 조작을 허용하도록, 교반 속도를 실질적으로 일정하게 유지하고, 단지 혼합실에 대한 교반 부재의 위치를 변경하는 것만을 생각해 볼 수도 있다.
바람직하게, 단계 D)를 수행한 후에, 교반 부재가 혼합실로부터 제거되어, 혼합실은 더욱 용이하게 변위되거나 비워질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 본 방법은 또한, 단계 D)를 수행한 후, 혼합실을 위한 분배 개구에 혼합실을 변위시키는 단계 E)를 포함한다. 여기서, 분배 개구는 통상, 새로운 냉음료를 소비할 수 있도록, 소비자의 접근이 용이할 것이다. 혼합실은 대체로 음료컵으로 형성될 것이다.
분배된 음료의 전량이 혼합실로 한번에 공급되고, 분배된 냉매의 전량이 혼합실로 한번에 공급되는 것을 생각해 볼 수 있다. 그러나, 단계 C)를 수행한 수에 단계 A) 및 단계 C)가 적어도 한번 이상 반복되는 것을 생각해 볼 수도 있기 때문에, 비교적 적은 양의 냉매로 비교적 적은 양의 음료를 계속해서 냉각시키기 위해, 음료의 전량과 냉매의 전량이 혼합실에 여러번(보다 작은 양으로) 공급된다. 이와 같이, 음료는 더욱 제어된 방식으로 혼합식 내에서 통상 냉각될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 단계 C) 동안, 일정 양의 냉매가 혼합실에 공급되어, 냉음료의 최종 온도는 음료의 어는점(또는 어는 범위)보다 낮거나 동일해진다. 음료의 최종 온도가 음료의 어는점보다 낮아지게 됨으로써, 결정분, 특히 얼음분이 음료 내에 통상 형성될 것이며, 이는 대체로 맛을 개선시킨다.
바람직하게, 단계 C)동안 공급된 냉매는, 단계 D) 동안에, 혼합실 내에서 변위되는 음료와 실질적으로 균일하게 혼합될 수 있으므로, 한편으로는 음료의 실질적인 균일 냉각이 이루어질 수 있으며, 또 한편으로는 음료 내 얼음 덩어리의 형성을 방지하거나, 적어도 방해할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 단계 B)동안 혼합실에 공급된 음료는 동작되어, 단계 C)동안 공급된 냉매와 혼합실 벽과의 접촉이 처음부터 방지된다. 냉매와 혼합실 벽 사이의 직접 접촉으로 인한 혼합실 벽의 냉각은 통상 냉매의 냉각 능력의 손실을 수반할 것이다. 따라서, 냉각용(극저온) 냉매와 혼합실 벽 사이의 직접 접촉을 최대한 방지하고, 비교적 저온의 냉매만을 냉각시키기 위한 음료와 처음부터 직접 접촉시키는 것이 바람직하다. 얼마지나지 않아, 냉매는 점점 가열되어 음료와 혼합될 것이고, 혼합실 벽과 접촉하게 될 수 있다. 그러나, 그 때에는 이미 냉매가 냉음료의 온도로 가열되었기 때문에, 냉매의 냉각 효과는 더이상 존재하지 않는다.
이하의 도면에 도시된 비제한적 실시예를 기초로 하여 본 발명을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치가 설치된 자동 판매기의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 장치가 설치된 자동 판매기의 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예의 일부분의 상세 정면도를 나타낸다.
도 4a는 도 3에 따른 장치에서 사용되는 음료컵의 개략 측면도를 나타낸다.
도 4b는 도 3에 따른 장치에서 사용되는 교반 부재(stirring element)의 개략 측면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 냉음료의 연속적인 제조 단계를 나타낸다.
도 1은 음료를 냉각시키기 위한 장치(2)가 설치된 자동 판매기의 개략도를 나타내고 있다. 장치(2)는 수분 함유 음료(A), 특히 밀크 쉐이크 혼합물이 들어있는 제1 공급 용기(3), 및 액체 질소(B)가 압력을 받으며 들어있는 제2 공급 용기(4)를 포함한다. 제1 공급 용기(3)는 제1 공급 도관(5)에 의해 혼합실(6)에 연결되는 반면, 제2 공급 용기(4)는 제2 공급 도관(7)에 의해 혼합실에 연결된다. 제1 공급 도관(5)과 제2 공급 도관(7)에는 음료 및 액체 질소 각각을 혼합실에 적정량 공급시킬 수 있는 차단 밸브(closing valve)(8, 9)가 설치되어 있다. 혼합실로의 음료 공급은 펌프(10)를 사용하여 음료를 제1 공급 용기(3)에서 혼합실(6)로 펌핑함으로써 발생된다. 혼합실로의 액체 질소 공급은 중력에 의하거나, 상승관을 사용함으로써 발생되며, 가스압(gas pressure), 특히 제2 공급 용기(4) 내에 발생되는 질소 압력의 결과로써 일어난다. 본 실시예에서, 액체 질소는 대기 압력을 받으며 제2 공급 용기(4) 내에 저장된다. 비교적 간단한 방식으로 혼합실에 도달할 때까지 액체 질소를 유지시킬 수 있기 위해서, 제2 공급 용기(4)와 제2 공급 도관(7)은 단열 형태를 취한다. 혼합실(6) 내에 음료와 액체 질소가 서로 혼합하게 되어, 액체 질소는 계속 가열되어, 기체 상태로 증발할 것이며, 음료로부터 열이 추출된다. 이러한 방식으로, 음료, 특히 밀크 쉐이크는 냉각되는 동시에, 밀크 쉐이크에 비교적 효과적으로 공기 혼입이 이루어질 수 있다. 음료, 특히 밀크 쉐이크는 얼음분이 음료 내에 형성되도록 혼합 동안에 더욱 냉각되고, 음료, 특히 밀크 쉐이크의 맛은 동시 공기 혼입을 통해 더욱 개선될 것이다. 본 실시예에서, 최종적으로 분배될 음료는 약 -2℃의 온도로 재냉각된다. 음료와 질소를 혼합하는 동안, 혼합실(6) 내에서 음료의 동결을 방지할 수 있도록, 음료는 펌프(10)를 사용하 여 혼합실(6)을 통해 계속해서 운반될 것이다. 튜브형 혼합실(6)을 통과한 후, 냉각된 공기 혼입 음료는 방출 도관(11)을 통해 컵(12)으로 분배될 수 있다. 본 도면에서, 방출 도관(11)은 차단 밸브(13)에 의해 차단될 수 있다. 첨가물(C)이 제공되는 제3 공급 용기(14)가, 방출 도관(11) 내의 냉각된 공기 혼입 음료를 첨가물로 보강하기 위해, 선택적으로 사용될 수 있다. 제3 공급 용기(14)에 개별 차단 밸브(15)가 설치되어, 음료에 첨가물의 선택적 추가를 가능하게 한다. 자동 판매기(1)의 부품을 이루는 제어 패널(16)을 통해, 사용자는 자동 판매기(1)에 의해 분배될 음료에 대하여 다양한 선택을 할 수 있다. 또한, 장치는 제어 유닛(도시되지 않음)을 통해 적절히 제어될 수 있다. 혼합실(6)에 아직 공급되지 않은 음료의 온도를 실질적으로 일정하게 유지하기 위해서, 장치(2)는 실질적으로 밀봉된 하우징(17)을 포함하고 있으며, 이 하우징에는 혼합실(6) 뿐만 아니라, 모든 공급 용기(3, 4, 14)가 수용된다. 제2 공급 용기(4)로부터의 불가피한 질소 누출(18)을 통해, 하우징(17)은 비교적 저온(약 4℃)으로 유지될 수 있는데, 이는 음료의 보관을 강화시킬 뿐만 아니라, 혼합실 내의 냉각 제어를 촉진시킨다. 여기서, 하우징(17)은 개별 냉각 수단에 의해 선택적으로 능동 냉각될 수도 있다. 도시된 장치(2)는, 어떠한 이동 부품도 사용되지 않는다는 점에서, 구조상 매우 간단하다. 이에 따라, 장치는 청소하기에도 비교적 간단하다. 장치(2)의 구조적 단순성 외에도, 장치(2)는 특히 음료의 효율적인 냉각과 동시에 공기 혼합을 가능하게 하는데 적합하다. 최종 분배될 음료의 공기 혼입가 바람직하지 않은 경우에는, 혼합실(6)과 연속하여 순차적으로 연결되어야 할 개별 통기 유닛(separate venting unit)이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 장치(20)가 설치된 자동 판매기(19)의 개략도를 나타내고 있다. 장치(20)는 액체 질소(21)로 채워지며, 40ℓ의 내부 용적을 갖는 가스통(22)을 포함한다. 단열 도관(23)을 통해, 가스통(gas bottle)(22)은 3ℓ의 내부 용적을 갖는 완충 용기(buffer vessel)(24)에 연결된다. 단열 도관(23)은, 보통 가스통(21)의 일부를 이루는 탭(tap)(25)에 의해 가스통(22)으로부터 차단될 수 있다. 완충 용기(24)는 진공이 형성되는 2중 벽 구조의 덮개(double-walled jacket)(26)를 포함하여, 완충 용기(24) 내에 질소(21)가 액체 상태로 저장될 수 있다. 완충 용기(24) 내의 초과 압력의 발생을 방지할 수 있기 위해서, 완충 용기(24)에는 증발된 질소를 누출시킬 수 있는 과압 파이프(overpressure pipe)(27)가 설치된다. 완충 용기(24) 내에 포함된 수직으로 변위될 수 있는 니들 플로트(needle float)(28)에 의해, 완충 용기(24) 내에 충분한 액체 레벨이 도달되었을 때, 완충 용기(24)는 가스통(22)으로부터 차단될 수 있다(본 도면에서는 도시되지 않음). 완충 용기(24)의 밑면은 제어가능한 차단 밸브(29)를 포함한다. 차단 밸브(29)가 열리면, 액체 질소가 완충 용기(24)로부터 유동하기 시작할 것이다. 완충 용기(24)의 용적과 그 안에 들어있는 질소가 알려져 있기 때문에, 질소의 정수압(hydrostatic pressure)에 기초로 하여, 차단 밸브(29)가 열릴 때, 단위 시간당 완충 용기(24)로부터의 질소의 유동량을 계산하는 것이 가능하다. 완충 용기(24) 내 질소 레벨이 떨어질 때, 니들 플로트(28) 또한 내려감으로써, 질소(21)는 가스통(22)과 단열 도관(23)으로부터 완충 용기(24)로 이동될 것이다. 다시 충 분한 액체 레벨이 도달되었을 때, 니들 플로트(28)는 다시 완충 용기(24)를 차단할 것이다. 장치(20)도 냉각시키기 위한 상이한 음료(31a, 31b)를 배치시킨 2개의 음료 공급 용기(30a, 30b)를 포함한다. 장치(20)는 또한, 음료를, 예컨대 착색제 또는 아로마(aroma) 등의 첨가물과 최종적으로 혼합시킬 수 있는 첨가물 공급 용기(32)를 포함한다. 공급 용기(30a, 30b, 32)는 펌프(34a, 34b, 34c)를 통해 각각의 노즐(35a, 35b, 35c)로 안내되어, 이 노즐에 의해 음료 및/또는 첨가물이 분배될 수 있다. 음료(31a, 31b), 첨가물(33) 및 액체 질소(21)는, 후술하는 바와 같이, 음료컵(36) 내에 수용될 수 있다. 음료컵(36)용 공급 용기(37)로부터, 음료컵(36)은 단열성 음료컵 홀더(thermally insulated drinking cup holder)(38)로 변위될 것이다. 음료컵(36)이 음료컵 홀더(38) 내에 위치된 후, 음료컵 홀더(38)는, 교반 부재(39)가 음료컵(36) 내에 위치될 때까지, 상방향으로 변위될 것이다. 그런 다음, 원하는 음료(31a, 31b)가 노즐(35a, 35b)을 통해 음료컵(36)으로 분배되어 공급된다. 실제로, 노즐(35a, 35b, 35c)은 음료컵(36) 상에 위치될 것이고, 이에 따라 적어도 중력의 영향을 받으며 음료(31a, 31b)가 음료컵(36) 안으로 떨어질 수 있다. 또한, 첨가물(33)의 적정량이 음료컵(36)으로 공급될 수 있다. 전기 모터(40)에 의해 음료컵(36) 내의 교반 부재(39)를 회전시킴으로써, 음료(31a, 31b)는 회전 운동 상태에 놓여질 수 있고, 이에 따라 음료(31a, 31b)는 오목한 액체 표면을 얻을 것이다. 그런 다음, 액체 질소의 적정량이 음료(31a, 31b) 상의 오목한 공간 내에 분배되어, 회전 결과, 음료(31a, 31b) 중에 분산될 것이다. 완충 용기(24)는, 액체 질소도 중력의 영향을 받으며 음료컵(36) 안으로 떨어질 수 있도 록, 방향 조절될 것이다. 이러한 혼합 과정 중에, 질소(21)는 음료를 냉각시키고 공기 혼입하는 동안 증발할 것이다. 음료와 질소를 혼합시킨 후, 음료컵 홀더(38)은 하방향으로 변위될 것이고, 그런 다음 음료컵(36)은 제거될 수 있다. 냉음료(31a, 31b)를 얻기 위해서, 사용자는 먼저, 동전 투입구(payment slot)(41)에 충분한 돈을 넣어야하고, 그런 다음, 제어 패널(42)을 통해 공지된 선택물을 선택할 수 있다. 또한, 장치(20)는 사용자가 넣은 돈과 입력한 선택물을 처리하기 위한 제어 유닛(43)을 포함한다. 또한, 제어 유닛(43)은, 음료컵(36)을 음료컵 공급 용기(37)에서 음료컵 홀더(38)로 변위시키고, 음료컵 홀더(38)를 변위시키며, 전기 모터(40)를 제어하고, 펌프(34a, 34b, 34c)를 제어하며, 액체 질소(21)의 적정량 분배를 가능하게 하도록 완충 용기(24)의 차단 밸브(29)를 제어하기 위한 이동 수단(도시되지 않음)을 제어하도록 구성될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치(44)의 또 다른 실시예의 일부분의 상세 정면도를 나타내고 있다. 도 3에 따른 장치(44)는 단열성 컵 홀더(45)를 포함하며, 이 컵 홀더(45)는 음료컵 공급(도시되지 않음)으로부터 1회용 음료컵(46)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다. 또한, 장치(44)는, 도시된 상태에서 음료컵(46) 내부에 부분적으로 위치되는, 교반 부재(47)를 포함한다. 또한, 장치(44)는 음료 공급 용기(도시되지 않음)와 냉매로써의 기능을 하는 액체 질소를 위한 공급 용기(도시되지 않음)에 각각 연결된 분배 수단(dosing means)(48)을 포함한다. 음료컵(46)에 공급될 음료 및 액체 질소 각각의 분배량은 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 결정된다. 음료 및 질소의 분배량은 계속해서 음료컵(46)에 공급될 것이며, 음료컵(46)에 이미 공급된 음료에 와류(vortex)를 발생시킬 수 있기 위해서, 질소를 첨가하기 전, 교반 부재(47)가 작동된다. 그런 다음, 분배 수단(48)은, 음료를 냉각하는 동안 질소와 음료의 혼합을 가능하게 하기 위해, 발생된 와류 안으로 액체 질소를 떨어뜨릴 수 있도록 할 것이다. 또한, 여기서 액체 질소는 증발할 것이며, 음료는 공기 혼입될 것이다. 질소 기포 외에도, 교반 부재(47)의 작용을 통하여, 음료 내에 실제로 기포가 만들어질 것이라고 예상할 수 있다. 음료 내에 형성된 기체 기포는, 액체 질소의 영향을 받으며 음료 내에 형성된 빙정(ice crystals)의 발생에 의해 일반적으로 안정화될 것이다. 음료의 용적과 점성은 모두 음료 내의 빙정과 기체 기포로 인하여 증가할 것이다. 본 실시예에서, 컵 홀더(45) 및 음료컵(46)은 교반 부재(47)와 분배 수단(48)에 대하여 제1 가이드(49)를 따라 수직으로 변위될 수 있다. 냉음료를 제조한 후, 컵 홀더(45) 및 음료컵(46)은 교반 부재(47)로부터 멀어지는 방향인 하방향으로 변위되어, 음료컵(46)의 상부 에지(50)가 교반 부재(47) (바로)아래에 위치된 중간 위치에 위치될 것이다. 또한, 장치(44)는 제2 가이드(51)를 따라 수평으로 변위될 수 있는 조작 부재(manipulating element)(52)를 포함한다. 조작 부재(52)는 소위 "픽 엔 플레이스(pick & place)"하도록 되어 있으며, 음료컵의 상부 에지(50) 전체가 조작 부재(52) 상에 걸리도록 상술한 중간 위치에서 둥근 음료컵(46)을 맞물리게 할 수 있다. 음료컵(46)이 이 중간 위치에서 지지되면서, 컵 홀더(45)는 컵 홀더(45)의 상부 에지(53)가 음료컵(46)의 하부 에지(54) 바로 아래에 위치되는 최저 위치까지 하방향으로 계속 변위될 것이다. 그런 다음, 조작 부재(52)는 음료컵(46)을 대체로 선형(수평) 이동 에 의해 배출 개구(dispensing opening)(도시되지 않음)로 변위시킬 것이며, 이 배출 개구를 통해, 새로운 냉음료가 담긴 음료컵(46)이 장치(44)로부터 배출되어 소비될 수 있다. 도시되는 바와 같이, 컵 홀더(45)는, 음료컵(46)의 제거 후, 교반 부재(47) 바로 아래에 위치될 것이며, 이에 따라 컵 홀더(45)는 교반 부재(47)로부터 떨어지는 음료 잔여분을 수집할 수 있다. 따라서, 컵 홀더(45)는 배출 도관(도시되지 않음)에 연결될 배출구(discharge)(55)를 구비하여, 수집된 음료 잔여분을 배출시킬 수 있다. 냉음료의 제조 후, 교반 부재(47)가 세정제, 통상 물로 깨끗이 세정된 경우에, 이 세정제 또한 컵 홀더(45)에 의해 수집되어 배출된다. 세정하기 전, 교반 부재(47)가 컵 홀더(45) 내에 실질적으로 전부 수용될 때까지, 컵 홀더(45)는 상방향으로 변위된다. 컵 홀더(45) 외부에 음료 잔여분과 세정제가 튀는 것을 제한할 수 있도록, 컵 홀더(45)는 교반 부재(47)에 연결된 밀봉 부재(56)에 의해 밀봉되어, 일종의 장치(44)의 비청결성을 제한한다. 교반 부재(45)의 세정 동안, 교반 부재(47)를 회전시키는 것은 통상 바람직하므로, 음료 잔여분 및 세정제는 교반 부재로부터 비교적 쉽게 제거될 것이다. 상술한 세정 과정은 개별적으로 적용될 수도 있어서, 반드시 본 발명에 따른 방법을 따를 필요가 없다는 점을 유념할 필요가 있다. 또한, 이 세정 과정이 본 발명에 따른 장치 외의 다른 장치에 적용될 수 있기 때문에, 본 발명과 마찬가지로 간주될 수 있다는 점도 생각해 볼 수 있다.
도 4a는 도 3에 따른 장치(44)에서 사용되는 음료컵의 개략 측면도를 나타내고 있다. 본 실시예에서, 음료컵(46)은 가소성 판지로 제조되고, 원뿔대 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 하부 직경(D1)은 60㎜이고, 상부 직경(D2)은 90㎜이며, 내부 높이(HC)는 100㎜이다. 컵의 용적은 약 450㎖가 된다.
도 4b는 도 3에 따른 장치(44)에서 사용되는 교반 부재(47)의 개략 측면도를 나타내고 있다. 특히, 음료컵(46)의 구조 및 크기에 대한 교반 부재(47)의 구조 및 크기는 일반적으로, 음료로의 냉매의 제어 공급을 이룰 수 있기 위해 음료에 만족스러운 와류를 형성시킬 수 있는 점에서 특히 중요하다. 도 4b에 따른 교반 부재(47)에 의하여, 도 4a에 따른 음료컵(46) 내에 실제로 타원포물면 와류가 형성될 수 있다. 소위 프레임형 교반기라고 하는 교반 부재(47)는 2개의 고정부(58a, 58b)가 연결되는 중심 회전 샤프트(57)를 포함한다. 고정부(58a, 58b)는 2개의 횡연결부(59, 60)에 의해 상호 연결된다. 교반 부재(47)의 바닥면의 폭(W1)은 50㎜이고, 교반 부재(47)의 상부면의 폭(W2)은 68㎜이며, 교반 부재(47)의 높이(HS)는 88㎜가 된다. 교반 부재(47)의 밑면에서부터 횡연결부(59, 60) 까지의 거리(H1, H2)는 각각 22㎜와 38㎜가 된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 냉음료, 특히 밀크 쉐이크의 연속적인 제조 단계를 나타내고 있다. 여기서는 도 3에 따른 장치(44)의 특정 사용이 이루어진다. 특히, 도 5a 내지 도 5d는 분배 수단(48), 교반 부재(47) 및 음료컵(46)의 어셈블리를 나타내고 있다. 도 5a 내지 도 5d를 참조로 하여, 다음과 같이 본 발명의 방법에 따라 냉밀크 쉐이크를 제조하는 방법이 설명될 수 있다. 제1 단계 (도 5a 참조)로서, 약 176㎖의 밀크 쉐이크(62)가 분배 수단(48)의 제1 노즐(61)을 통하여 음료컵(46)에 공급된다. 여기서 밀크 쉐이크(62)는 수성 물질을 포함하며, 일반적으로는 예컨대 탈지유, 워터 버팔로 밀크(water-buffalo milk), 분유, 과당, 유청 분말 및 착색제, 방향성 물질 및/또는 향미료 등의 하나 이상의 첨가물이 보강될 것이다. 교반 부재(47)에 의해, 밀크 쉐이크에서 실질적으로 타원포물면 형태를 갖는 와류(63)가 발생된다. 여기서, 교반 부재(47)는 1150rpm의 회전 속도를 갖는다. 여기서, 가장 높은 액체 레벨은 파선(L1)에 의해 표시된다. 이 경우에, 교반 부재(47)는 음료컵(46)의 바닥 부재(46a)로부터 약 15㎜ 떨어진 곳에 위치된다. 밀크 쉐이크(62)를 공급한 후에는, 액체 질소(65)가 분배 수단(48)의 일부를 이루는 제2 노즐(64)을 통하여 음료컵(46)에 공급될 것이므로, 액체 질소(65)는 와류(63) 안으로 떨어질 것이다(도 5b 참조). 이 경우에, 와류 높이(HV1)는 약 3㎝가 된다. 와류(63)에 공급되는 질소(65)의 총 용적은 와류(63)에 의해 둘러싸여진 용적의 약 45%에 상당한다. 와류(63)의 회전 운동으로 인하여, 와류(63) 내에 있는 질소에 원심력이 가해져, 와류(63) 내부의 질소는 편심 방향으로 올라가게 될 것이다. 그러나, 공급된 일정 양의 질소(65) 및 와류(63)의 모양은 서로 조절되어, 액체 질소(65)는 음료컵(46)과 접하지 않거나, 거의 접하지 않게 된다. 도시된 바와 같이, 질소(65)는 와류(63)의 최저점과 교반 부재(47)로부터 계산할 때, 교반 부재(47)와 음료컵(46) 사이의 최단 거리의 약 50%에 공급된다. 이러한 방식으로, 액체 질소(65)와, 교반 부재(47) 및 음료컵(46) 사이의 접촉이 최대한 방지될 수 있다. 도 5c는, 와류에 여전히 존재하는 액체 질소(65)가 편심 방향으로 움직이고, 밀크 쉐이크(62)를 냉각 및 공기 혼입하면서 교반하는 동안, 질소(65)가 계속해서 밀크 쉐이크(62) 안으로 흡수되는 것을 나타내고 있다. 밀크 쉐이크(62)의 용적이 초기의 액체 레벨(L1)보다 높은 액체 레벨(L2)로 증가한 결과로, 밀크 쉐이크(62)의 점성은 상당히 증가된다. 이에 의해 튈 가능성이 줄어들기 때문에, 밀크 쉐이크(62)와 질소(65) 사이의 강한 혼합을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 보다 높은 교반 속도가 적용된다. 이러한 혼합을 더욱 강화하기 위해, 교반 부재(47)는 하방향으로 음료컵(46)보다 낮은 위치(도 5d 참조)까지 변위되고, 교반 부재(47)의 최저부와 음료컵(46)의 바닥 부재(46a) 사이의 거리(h2)는 15㎜(h1)에서 감소되어, 약 2㎜ 내지 4㎜가 된다. 이러한 결과, 보다 깊게 형성된 와류(62)가 약 5㎝의 높이(HV2)를 가지게 되어, 액체 레벨은 레벨(L3)로 더 증가한다. 밀크 쉐이크(62)를 액체 질소(65)와 충분히 혼합한 후, 교반 부재(47)가 음료컵(46)으로부터 제거되면, 냉각된 공기 혼입 밀크 쉐이크(62)를 마실 수 있다.
분명한 것은, 본 발명은 본 명세서에서 도시되고 설명된 상기 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자에게 있어 자명할 다양한 변형이 가능하다는 점이다.

Claims (55)

  1. 음료를 냉각시키기 위한 장치에 있어서,
    수분을 포함한 음료를 위한 1개 이상의 음료 공급 용기,
    1개 이상의 냉매를 수용하기 위한 1개 이상의 냉매 공급 용기,
    상기 음료 공급 용기와 상기 냉매 공급 용기에 연결되고, 일정 양의 상기 음료를 분배하고, 및 상기 일정 양의 음료를 냉각시키는데 필요한 일정 양의 상기 냉매를 분배하도록 되어있는 분배 수단,
    상기 분배 수단에 의해 각각 분배된 일정 양의 상기 음료와 일정 양의 상기 냉매를 계속해서 수집하기 위한 1개 이상의 혼합실, 및
    1개 이상의 교반 부재
    를 포함하며,
    상기 교반 부재는 상기 혼합실에 공급되는 일정 양의 상기 냉매를 수용하기 위해, 상기 혼합실 내에 들어있는 상기 음료에 와류를 발생시킬 수 있도록 상기 혼합실에 대해 위치하며, 또한 상기 교반 부재는 상기 혼합실 내에 들어있는 상기 음료와 상기 혼합실 내에 들어있는 상기 냉매를 서로 혼합시킬 수도 있으며, 상기 혼합실 내의 상기 냉매는 상기 음료를 냉각시키는 동안 가스 상태로의 상변화 및/또는 단열 팽창을 거치는,
    음료 냉각용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교반 부재는 상기 혼합실 내에 들어있는 상기 음료에 실질적인 타원포물면 와류를 발생시킬 수 있도록 상기 혼합실에 대해 위치하는, 음료 냉각용 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교반 부재의 길이방향 축이 상기 혼합실의 길이방향 축에 실질적으로 수평하게 향해지는, 음료 냉각용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교반 부재의 상기 길이방향 축은 상기 혼합실의 상기 길이방향 축과 실질적으로 일치하는, 음료 냉각용 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합실은 실질적으로 원형 단면 형상을 가지는, 음료 냉각용 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합실의 구조가 실질적으로 원뿔대에 상응하는, 음료 냉각용 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합실은 상기 장치 내에 착탈가능하게, 특히 제거될 수 있게 수용되 는, 음료 냉각용 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    1개 이상의 상기 혼합실은 음료컵으로 형성되는, 음료 냉각용 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 부재와 상기 혼합실의 상대적인 배치방향(relative orientation)이 변경될 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 부재 및 상기 혼합실은 서로에 대해 축방향으로 변위될 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 혼합실을 정 위치에 지지하기 위한 지지 수단을 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지 수단은 상기 장치 내에서 상기 혼합실을 변위시킬 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 혼합실의 적어도 일부를 수용하기 위한 혼합실 홀더를 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합실 홀더는 상기 혼합실을 실질적으로 전부 둘러쌀 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 부재는 물리적 회전 샤프트를 포함하고, 상기 회전 샤프트에 연결되어, 상기 회전 샤프트에 대한 적어도 일 측면 상에 돌출해 있는 1개 이상의 교반 날개를 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반 부재는 실질적으로 거울식 대칭형 구조를 가지는, 음료 냉각용 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 수단은 상기 냉매를 상기 혼합실 안으로 떨어뜨릴 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 수단은, 상기 혼합실의 길이방향 축과 상기 혼합실의 벽 사이의 위치에서, 상기 냉매를 상기 혼합실에 공급시킬 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 분배 수단은, 상기 혼합실의 상기 길이방향 축으로부터 계산할 때, 혼합실의 상기 길이방향 축과 상기 혼합실의 상기 벽 사이의 최단 거리의 10% 내지 80%의 위치에서, 상기 냉매를 상기 혼합실에 공급시킬 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 서로 일렬로 연결되는 복수의 냉매 공급 용기를 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기 중 하나는 제1 냉매 공급 용기와 상기 혼합실 사이에 위치되는 완충 용기로 형성되며, 상기 완충 용기는 상기 완충 용기 내의 상기 냉매의 레벨에 따라 상기 제1 냉매 공급 용기로부터 상기 완충 용기를 차단시킬 수 있는 플로트(float)를 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    1개 이상의 상기 냉매 공급 용기는 실질적으로 단열 구조로 되어있는, 음료 냉각용 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 수단은 상기 음료 공급 용기 및 상기 냉매 공급 용기에 연결된 1개 이상의 노즐을 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 분배 수단을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함하여, 일정 양의 상기 음료와 일정 양의 상기 냉매가 계속해서 상기 혼합실에 공급될 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는 압력을 받는 상태에서 상기 냉매의 공급을 유지할 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는 압력을 받는 상태에서 기체 및/또는 액체 냉매의 공 급을 유지할 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는 극저온 냉매를 유지할 수 있으며, 상기 극저온 냉매의 끓는점이 상기 음료의 어는점보다 더 낮은, 음료 냉각용 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는 공기, 질소, 이산화탄소 및 헬륨으로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 냉매를 유지할 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는 상기 냉매를 활성적으로(actively) 냉각시키기 위한 냉각 수단을 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는 단열 도관을 통해 상기 혼합실에 연결되는, 음료 냉각용 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 용기는, 상기 냉매 공급 용기로부터 상기 분배 수단으로 압 력을 받는 상태에서 상기 냉매를 변위시킬 수 있는 압력 발생 수단을 구비하는, 음료 냉각용 장치.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 수단은, 상기 혼합실에서 냉각되는 상기 음료의 최종 온도가 상기 음료의 상기 어는점보다 낮거나 동일하게 되도록 상기 냉매를 공급하게 하는, 음료 냉각용 장치.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 혼합실에 상기 냉매의 공급을 분산시키는 분산 수단을 포함하는, 음료 냉각용 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음료 공급 용기는 상기 음료 공급 용기로부터 상기 분배 수단으로 압력을 받는 상태에서 상기 음료를 변위시킬 수 있는 압력 발생 수단을 구비하는, 음료 냉각용 장치.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 상기 음료 공급 용기 및 상기 냉매 공급 용기를 수용하는 실질적으로 밀폐된 하우징을 구비하는, 음료 냉각용 장치.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 첨가물을 위한 1개 이상의 첨가물 공급 용기를 포함하며, 상기 첨가물 공급 용기는 상기 혼합실에 연결될 수 있는, 음료 냉각용 장치.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 1개 이상의 장치를 구비한 자동 판매기.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 자동 판매기는 냉음료가 제조되는 혼합실을 위한 분배 수단을 포함하는, 자동 판매기.
  39. 음료를, 특히 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 냉각시키는 방법에 있어서,
    A) 혼합실에 냉각을 위한 일정 양의 음료를 공급하는 단계,
    B) 상기 음료에 와류를 형성시키도록, 상기 혼합실에 공급된 상기 음료를 동작시키는 단계,
    C) 상기 혼합실에 일정 양의 냉매를 공급시켜, 상기 냉매를 상기 와류에 의해 둘러싸여진 공간 안에 배치시키는 단계,
    D) 상기 음료와 상기 냉매의 공급된 양의 적어도 일부를 혼합하는 단계
    를 포함하며,
    상기 냉매는 상기 음료를 냉각시키는 동안 기체 상태로의 상변화 및/또는 단열 팽창을 거치는,
    음료 냉각방법.
  40. 제39항에 있어서,
    단계 B)동안, 실질적인 타원포물면 와류가 발생되는, 음료 냉각방법.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서,
    단계 B)동안, 깊이가 1㎝ 내지 6㎝, 바람직하게는 3㎝ 내지 5㎝인 와류가 발생되는, 음료 냉각방법.
  42. 제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 C)동안, 상기 냉매는, 상기 혼합실의 길이방향 축으로부터 계산할 때, 상기 혼합실의 상기 길이방향 축과 상기 혼합실의 벽 사이의 최단 거리의 10% 내지 80%, 바람직하게는 10% 내지 50%의 위치에서, 상기 혼합실에 공급되는, 음료 냉각방법.
  43. 제39항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 C)동안 상기 혼합실에 공급된 상기 냉매의 양은 용적으로서, 상기 와류 에 의해 둘러싸여진 용적의 10% 내지 70%에 달하는, 음료 냉각방법.
  44. 제39항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B)에 따라 상기 음료를 계속 동작시키고, 단계 D)에 따라 상기 음료와 상기 냉매를 혼합시키기 위해, 1개 이상의 교반 부재가 사용되는, 음료 냉각방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 교반 부재는 물리적 회전 샤프트, 및 상기 회전 샤프트에 연결되어 상기 회전 샤프트에 대한 적어도 일 측면 상에 돌출해 있는 1개 이상의 교반 날개를 포함하며, 상기 1개 이상의 교반 날개는 상기 음료의 상부 표면에 대해 돌출해 있는, 음료 냉각방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서,
    단계 B)보다는 단계 D)동안에, 상기 교반 부재의 교반 속도가 더 높아지는, 음료 냉각방법.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합실에 대한 상기 교반 부재의 위치가 저위치와 상기 저위치보다 높은 1개 이상의 위치 사이에서 변경될 수 있으며, 단계 B)동안 상기 교반 부재는 고위치에 위치되고, 단계 D)동안 교반 부재는 상기 저위치로 변위되는, 음료 냉각방 법.
  48. 제47항에 있어서,
    단계 D)를 수행한 후, 상기 교반 부재는 상기 혼합실로부터 제거되는, 음료 냉각방법.
  49. 제39항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 또한, 단계 D)를 수행한 후 상기 혼합실을 위한 분배 개구에 상기 혼합실을 변위시키는 단계 D)를 포함하는, 음료 냉각방법.
  50. 제39항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합실은 음료컵으로 형성되는, 음료 냉각방법.
  51. 제39항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 C)를 수행한 후, 단계 A) 및 단계 C)를 한번 이상 반복하는, 음료 냉각방법.
  52. 제39항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 C)동안, 상기 냉매의 양은 보다 작은 양으로 상기 혼합실에 여러번 공급되는, 음료 냉각방법.
  53. 제39항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉음료의 최종 온도는 상기 음료의 어는점보다 낮거나 동일하도록, 단계 C)동안, 일정 양의 상기 냉매가 상기 혼합실에 공급되는, 음료 냉각방법.
  54. 제39항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 C)동안 공급된 상기 냉매를, 단계 D)동안 상기 혼합실 내에서 변위되는 상기 음료와 실질적으로 균일하게 혼합시키는, 음료 냉각방법.
  55. 제39항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B)동안, 상기 혼합실에 공급된 상기 음료를 동작시켜, 단계 C)동안 공급된 상기 냉매와 상기 혼합실의 벽과의 접촉을 처음부터 방지하는, 음료 냉각방법.
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Patent event date: 20090907

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

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