KR20170122837A - 발포 장치 및 발포 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합 유닛(30)을 포함하는 액체를 발포시키기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 혼합 유닛(30)은, 내측 표면(33)을 가진 제1 요소(31), 외측 표면(35)을 가진 제2 요소(34), 제1 요소(31)의 내측 표면(33)과 제2 요소(34)의 외측 표면(35) 사이의 간격(36), 간격(36)을 통해 연결된 제1 개구(37)와 제2 개구(38)를 포함한다. 제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 하나 이상의 요소는 다른 요소에 대해 회전축(AR) 주위로 회전 가능하다. 내측 표면(33)과 외측 표면(35)은 공통의 대칭축(AH, AW)에 대해 대칭이고, 회전축(AR)과 일치하며, 상기 대칭축에 대해 수직인 원형 섹션들을 가지며, 상기 원형 섹션들은 대칭축(AH, AW)을 따르는 방향으로 증가되는 직경을 가진다.

Description

발포 장치 및 발포 방법

본 발명은 액체를 발포시키기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공기와 우유를 혼합시킴으로써 우유를 발포시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 테일러-쿠에트 유동(Taylor-Couette flow)을 이용하여 본 장치를 통과하게 하기 위한 것이다.

하지만, 본 발명이 우유에만 제한되는 것이 아니라, 그 밖의 액체, 가령, 예컨대, 커피, 초콜릿 음료, 두유 음료, 콩 음료(가령, 아몬드 우유, 마카데미아 우유 등)에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해, 우유 거품(milk foam) 뿐만 아니라 다른 거품도 구현될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 발포 장치에 의해 우유를 발포시키기 위한 방법 및 이러한 발포 장치를 포함하는 발포 음료 생성 머신에 관한 것이다.

음료 분야에서, 액체, 특히, 우유를 발포시킬 수 있는 장치가 잘 알려져 있다.

상이한 발포 기술을 사용하는 여러 타입의 발포 장치(발포기)가 있다.

이러한 기술 중 한 기술은 소위 쿠에트 유동(Couette flow) 즉 2개의 평행 판(parallel plate) 사이의 공간에서 점성 유체(viscous fluid)의 층류(laminar flow)에 기초하는데, 층류는 유체에 작용하는 항력(drag force)에 의해 구동되며 한 플레이트가 다른 플레이트에 대해 수행되는 상대 운동에 의해 생성된다.

공보 WO2014096183A1호는, 위에서 언급된, 공기와 우유의 쿠에트 유동을 이용하여 우유 거품을 생성하기 위한 장치에 대해 기술하고 있다.

상기 기술된 장치는 동심 배열된(concentrically arranged) 외측 및 내측 실린더를 포함한다. 우유와 공기가 상기 장치의 유입구(inlet)에 공급되며, 그 뒤, 우유와 공기는 외측 실린더의 내측 벽과 내측 실린더의 외측 벽 사이의 간격(gap)에서 상기 장치의 배출구(outlet)를 향해 흐른다. 우유를 발포시키기 위하여, 실린더들은 서로에 대해 회전되어 간격 내의 우유-공기 혼합물에는 높은 전단 응력(shear stress)가 제공된다. 상기 장치를, 쿠에트 유동을 이용하여, 우유-공기 혼합물이 적어도 부분적으로 상기 장치를 통과하도록 구성함으로써, 구현되는 이러한 전단 응력으로 인해, 우유와 공기는 에멀전화된다(emulsion). 상기 에멀전화된 우유-공기 혼합물은 간격으로부터 배출될 때 팽창되어, 따라서 발포 효과(foaming effect)가 구현된다.

본 출원인은, 실험적으로, 공지의 종래 기술은 우수한 품질의 우유 거품 즉 안정적이고, 우유 거품의 부피를 유지할 수 있으면서, 너무 거품이 많지도 않고 너무 적지도 않아서, 적절한 발포 정도(foaming level) 즉 공급된 우유의 부피에 대해 적절한 거품 부피를 가진 우유 거품을 얻을 수 없다는 사실을 알아냈다.

실제로, 우수한 품질의 우유 거품은, 다양한 변수, 가령, 우유 타입(가령, 전유, 저지방 우유 등)에 따라 변경되는 우유 점성, 우유 온도 및 서로에 대해 회전되는 실린더의 회전 속도에 의해 영향을 받는다.

공지의 종래 기술이 가진 한 문제점은, 우수한 품질의 우유 거품은 서로에 대해 회전되는 실린더의 회전 속도를 변경함으로써만은 보장될 수 없다는 사실이다.

달리 말하면, 본 출원인은, 공지의 종래 기술에 기술된 장치가, 사용되는 우유의 특성, 가령, 우유의 점성 또는 우유 온도에 따라, 우수한 품질의 우유 거품을 구현할 수 없다는 문제점을 가진다는 사실을 밝혀냈다.

따라서, 본 발명의 목적은 위에서 언급된 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 하기 청구범위에 기술된 특징들을 가진 액체, 특히, 우유를 발포시키기 위한 장치 및 방법에 의해 구현된다.

청구항들은 본 발명에 관해 본 명세서에 제공된 기술적 개념의 한 부분이다.

하기에 기재된, 본 발명의 기술 내용은 본 발명의 몇몇 양태들을 이해하기 위하여 제공된다. 이러한 기술 내용은 본 발명을 완벽하게 상세히 설명하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 핵심 요소 또는 사항들을 이해하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 정의하기 위한 것이 아니라는 사실을 이해해야 한다. 이는 하기에서 기재된 설명에 따라, 오직 본 발명의 사상을 간단하게 설명하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예의 한 특징에 따르면, 액체를 발포시키기 위한 장치가, 내측 표면, 예를 들어, 중공 하우징의 원뿔형 공동의 표면을 가진 제1 요소, 및 외측 표면, 예를 들어, 원뿔형 휠의 외측 표면을 가진 제2 요소를 포함하되, 상기 제1 요소와 제2 요소는 서로에 대해 회전 가능하며 제1 요소의 내측 표면과 제2 요소의 외측 표면 사이에 미리 정해진 폭을 가진 간격(gap)이 포함되도록 구성된다.

이러한 구성 특징은 거품 안정성(foam stability)을 보다 잘 조절하고 간격을 따라 상이한 선형 속도를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 간격은 상기 장치의 제1 개구와 제2 개구를 연결한다.

본 발명의 바람직한 실시예의 추가적인 특징에 따르면, 내측 표면과 외측 표면에 공통인(common) 대칭축은 간격을 가로지른다(intersect). 본 발명의 바람직한 실시예의 추가적인 특징에 따르면,

제1 요소 또는 제2 요소 중 하나 이상의 요소는 대칭축을 따르는 방향으로 이동 가능하여 내측 표면과 외측 표면 사이의 간격을 변경시킬 수 있다.

본 발명의 상기 특징 및 이점들과 그 밖의 특징 및 이점들은 첨부도면들을 참조하여 비-제한적인 예로서 제공된 바람직한 실시예들을 설명한 하기 내용으로부터 자명해 질 것이며, 첨부도면에서 동일하거나 비슷한 도면부호로 표시된 요소들은 동일하거나 비슷한 기능 및 구성을 가진 구성요소들에 상응한다:
도 1은 혼합 유닛의 제1 실시예를 가진 본 발명에 따른 액체를 발포하기 위한 장치;
도 2는 발포 장치를 포함하는 머신의 한 예를 도시한 도면;
도 3은 발포 장치가 냉장고 내에 포함된 실시예;
도 4는 음료 생성 머신에 제공된 발포 장치의 로직 다이어그램;
도 5는 발포 장치의 제2 실시예;
도 6은 발포 장치의 제3 실시예;
도 7은 발포 장치의 제4 실시예;
도 8은 발포 장치의 제5 실시예;
도 9는 발포 장치의 제6 실시예;
도 10은 발포 장치의 제7 실시예;
도 11은 발포 장치의 제8 실시예.

도 1을 보면, 본 발명의 바람직한 한 실시예에 따른, 액체를 발포시키기 위한 장치(발포 장치(10)가 모터(21)를 포함하는 구동 유닛(20), 및 혼합 유닛(30)을 포함한다.

혼합 유닛(30)은 내측 표면, 예를 들어, 중공 하우징(31) 즉 공동(32)을 가진 하우징의 내측 표면(33)을 가진 제1 요소, 및 외측 표면, 예를 들어, 하우징(31)에 대해 회전가능한 휠(34)의 외측 표면(35)을 가진 제2 요소를 포함한다.

휠(34)은 하우징(31) 내부에 배열되어, 정해진 폭을 가진 간격(36)이 휠(34)의 외측 표면(35)과 하우징(31) 사이에 형성된다. 간격(36)은 적어도 제1 개구(37)를 제2 개구(38)에 연결하며, 두 개구는 하우징(31) 내에 제공된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 개구(37)는 발포되어야 하는 액체를 외부 공기로부터 수용하여 그에 따라 유입구(inlet)로서 제공되도록 구성된다. 제2 개구(38)는 발포 액체를 혼합 유닛(30)으로부터 분배하여 그에 따라 배출구(outlet)로서 제공하도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 간격(36)은 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)과 휠(34)의 외측 표면(35)의 실질적인 부분 위로 연장된다.

바람직한 실시예에 따르면, 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)은 대칭축(AH)에 대해 대칭이다. 또한, 휠(34)은 대칭축(AW)에 대해 대칭이며, 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)과 동심 구성되도록(concentric) 하우징(31) 내부에 배열된다. 따라서, 휠의 대칭축(AW)과 공동의 대칭축(AH)은 일치한다.

보다 구체적으로, 바람직한 실시예에 따르면, 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)과 휠(34)의 외측 표면(35)은 원형 섹션(대칭축(AH, AW)에 대해 수직임)들을 가지며; 추가로, 상기 표면들은, 바람직하게는, 간격(36)이 실질적으로 균일한 폭(외측 표면(35)과 내측 표면(33) 사이의 거리로서 상기 거리는 외측 표면과 내측 표면에 대해 수직임)을 가지도록 동일한 형태를 가진다.

특히, 휠(34)의 외측 표면(35)과 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)의 원형 섹션들은 대칭축(AH, AW)을 따른 방향으로 증가되는 직경을 가지되; 바람직하게는, 외측 표면(35)과 내측 표면(33)은 원뿔 형태이다.

이러한 구조적 특징으로 인해, 휠(34)의 외측 표면(35)의 선형 속도(linear speed)가 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)에 대해 상이하게 구현될 수 있으며, 따라서 발포 음료가 보다 안정적이 될 수 있게 되는데, 이는 밑에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

바람직한 실시예에 따르면, 휠(34)의 원뿔형 외측 표면(35)은 대칭축(AW)과 모선(generatix)들 중 하나 사이에 각도(θ_외측)를 가지는데, 상기 각도(θ_외측)는 모선들 중 하나와 중공 하우징(31)의 원뿔형 내측 표면(33)의 대칭축(AH) 사이의 각도(θ_내측)와 동일하다.

바람직하게는, 각도(θ_외측, θ_내측)는 5° 내지 85° 사이이다.

보다 바람직하게는, 각도(θ_외측, θ_내측)는 20° 내지 70° 사이이다.

바람직하게는, 제1 개구(37)는 대칭축(AH)을 따라 중공 하우징(31)의 원뿔형 내측 표면(33)의 정점(39)에 위치되거나, 혹은 원뿔형 휠(34)의 정점(40) 옆의 영역에 위치되는데, 이는 즉 휠(34)과 공동(32)은 최소 직경을 가진다는 의미이다.

제2 개구(38)는, 바람직하게는, 원뿔형 공동(32)의 원형 베이스(42)의 주변 지점(peripheral point)에 위치되거나, 혹은, 이와 상응하게, 원뿔형 휠(34)의 원형 베이스(41)의 주변(periphery) 옆의 영역에 위치되는데, 이는 즉 휠(34)과 공동(32)은 최대 직경을 가진다는 의미이다.

바람직하게는, 제2 개구(38)는 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)에 대해 반경 방향으로 배열된다.

그 밖의 실시예들에 따르면, 제2 개구(38)는 내측 표면(33)에 대해 접선 방향으로 배열된다.

바람직한 실시예에 따르면, 구동 유닛(20)은, 바람직하게는, 샤프트(22)를 구동시키도록 배열된 모터(21)를 포함하되, 상기 샤프트(22)는 혼합 유닛(300의 휠(34)에 연결된다.

구동 유닛(20)은 중공 하우징(31)의 고정된 내측 표면(33)에 대해 휠(34)을 원뿔형 공동(32)의 대칭축(AH)과 휠(34)의 대칭축(AW) 주위로 회전시키도록 구성된다(따라서, 휠의 회전축(AR)과 일치함).

샤프트(22)는 회전축(AM) 주위로 회전되며, 회전축(AM)은 바람직하게는 휠(34)의 회전축(AR)과 일치한다.

모터(21)는 바람직하게는 샤프트(22)와 정렬되거나 혹은, 추가의 실시예들에 따르면, 모터와 샤프트는 서로에 대해 오정렬된다(misaligned).

바람직한 실시예에 따르면, 몸체(26)가 모터(21)와 하우징(31) 사이에 배열되며 고정 구성요소(23), 가령, 리벳에 의해 구동 유닛(20)에 고정된다.

바람직하게는, 사용 시에, 발포 장치(10)가 수평 방향으로 위치되며 즉 회전축(AR) 또는 이와 상응하게 대칭축(AH, AW)이 수평 방향을 따라 배열되지만, 그 밖의 방향들도 가능하다.

바람직하게는, 간격(36)의 폭은 0.1 mm 내지 3 mm 사이, 보다 바람직하게는 between 0.2 mm 내지 1 mm 사이이다.

바람직한 실시예에 따르면, 발포되어야 하는 액체의 특성에 따라 적절한 폭을 선택함으로써, 거품(foam)의 신뢰성을 향상시키기 위하여, 간격(36)의 폭은 위에 기술된 범위에서 증가되거나 감소될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 발포되어야 하는 액체의 특성에 따른 적절한 폭은 발포 장치(10)의 작동 전에 선택되며, 사용 시에, 간격(36)은 미리 정해진 폭을 가진다.

바람직하게는, 간격(36)의 폭은, 대칭축(AH, AW)의 방향(축방향)을 따라, 하우징(31)을 휠(34)에 대해 이동시킴으로써 변경된다. 예를 들어, 하우징(31)은 공지의 구성요소, 가령, 스크루(screw) 또는 기어(gear)를 이용하여 올라가거나 내려갈 수 있어서, 간격(36)의 폭을 연속으로 조절하는 것이 가능하다.

도 1에 도시된, 바람직한 실시예에 따르면, 홀(46)에 배열되도록 구성된 스크루(44)가 제공된다. 홀(46)은 중공 하우징(31)과 몸체(26) 사이에서 접촉 영역에 제공되며, 하우징과 몸체 둘 모두를 통과한다. 하우징(31) 내에 형성된 홀(46)의 한 부분에는 스크루(44)와 결합되도록 구성된 스레드형 벽(47)이 제공되며, 스크루가 회전되면 하우징(31)이 축방향을 따라 이동된다.

바람직하게는, 스크루(44)는 기계적으로 구동된다(mechanically driven).

바람직하게는, 몸체(26)는 중공 하우징(31)에 대해 자체적으로 중앙에 배열된다(self-centering).

바람직하게는, 발포 장치(10)는 탄성 요소(43), 예를 들어, 스프링을 포함하되, 탄성 요소(43)는 스크루(44) 주위에 감기고 홀(46)의 벽에 적절하게 제공된 환형 리세스(45)에 배열된다. 스프링(43)은 스레드(44)의 작용에 반대로 작용하도록 배열되며, 따라서 간격(36)의 폭이 안정적으로 유지되는데 도움을 준다.

바람직하게는, 홀(46), 따라서, 스프링(43)과 스크루(44)는 대칭축(AW, AH) 주위에 동일한 위치에 배열된 2개 이상이다.

구동 유닛(20)과 혼합 유닛(30) 사이에 액체의 누출을 방지하기 위하여, 샤프트(22)와 몸체(26) 사이에 모터(21)의 샤프트(22) 주위에 개스킷(24)이 배열되며, 바람직하게는, 휠(34)의 베이스(41)와 접촉하지 않는다.

추가의 실시예들에 따르면, 개스킷(24) 또는 추가적인 개스킷(25)이 몸체(26)와 하우징(31) 사이에 제공된다.

발포 동안 액체를 가열하기 위하여, 발포 장치(10)는, 선택적으로는, 가열 기능(heating function)을 가진다. 상기 기능은 가열 요소, 예를 들어, 공지된 타입의 전기 가열 요소에 의해 수행된다. 바람직하게는, 가열 요소는 하우징(31) 또는 휠(34)에 일체형으로 구성된다.

그 밖의 실시예들에 따르면, 발포 장치에는 축방향을 따라 하우징(31)을 이동시키기 위해 그 밖의 구성요소들이 제공된다. 이러한 대안의 해결책을 포함하는 실시예들의 예는 밑에 기술된다.

예를 들어, 도 5는, 적어도 부분적으로 스레드형 로드(threaded rod)(149)를 포함하며, 바람직하게는 하우징(131) 외부에 배열된 발포 장치(110)를 도시한다.

로드(149)는 몸체(126)와 중공 하우징(131) 사이의 접촉 영역에 제공된 홀(146)을 통과하는데, 몸체와 하우징 둘 다 통과한다. 로드(149)는 몸체(126)에 형성된 홀(146)의 한 부분에 제공된 좌측 스레드형 벽(129)과 결합된다. 또한, 로드(149)는 하우징(131)의 추가적인 홀(150)을 통과하며, 여기서 홀(150)의 우측 스레드 벽(151)과 결합되어, 로드(149)가 회전하면 하우징(131)이 축방향을 따라 반대 방향으로 이동되고, 따라서, 몸체(126)를 향하거나 몸체(126)로부터 멀어진다.

이에 따라, 하우징(131)과 휠(134) 사이에 간격(136)의 폭이 변경될 수 있게 된다. 바람직하게는, 상기 실시예는 하우징(131)의 축방향 이동을 위한 안내 구성요소(guiding component), 예를 들어, 몸체(126)에 제공된 홀(129) 내에서 슬라이딩 이동하도록 구성된 핀(152)을 추가로 포함한다.

또 다른 예에 따르면, 발포 장치가 내측 스레드형 벽을 가진 하우징을 포함한다. 스레드형 벽은, 하우징을 몸체에 대해 회전시킴으로써 상기 하우징이 축방향을 따라 이동될 수 있도록, 하우징과 모터 사이에 삽입된 몸체의 상응하는 외측 스레드형 벽과 결합하도록 구성되어, 고정된 상태로 유지된다. 이에 따라, 휠과 하우징 사이의 간격의 폭이 변경될 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 발포 장치가 외측 중공 실린더와 내측 중공 실린더를 가진 하우징을 포함한다. 외측 실린더는 고정 구성요소, 예를 들어, 리벳에 의해 하우징과 모터 사이에 삽입된 몸체에 고정된다. 외측 실린더의 내측 표면이 스레드형 부분(threaded portion)을 포함하는데, 상기 스레드형 부분은 내측 실린더가 회전하면 외측 실린더에 대해 슬라이딩 이동될 수 있도록 내측 실린더의 외측 표면의 스레드형 부분과 결합하도록 구성된다. 이에 따라, 휠과 하우징의 내측 실린더 사이의 간격의 폭이 변경될 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 발포 장치가 스레드형 로드를 가지며 하우징과 모터 사이에 삽입된 몸체를 포함한다. 상기 스레드형 로드는 축방향에 대해 평행한 종방향(longitudinal direction)을 가진다. 발포 장치는 축방향에 대해 평행한 외측 스레드형 표면을 가진 하우징을 추가로 포함한다. 스레드형 로드에 결합되고 외측 스레드형 표면에 결합된 웜(worm)으로 인해, 하우징이 몸체에 대해 축방향으로 이동될 수 있다. 이에 따라, 휠과 하우징 사이의 간격의 폭이 변경될 수 있으며, 바람직하게는, 하우징이 발포 장치로부터 해체될 수 있게 한다(disassembled).

또 다른 예에 따르면, 발포 장치가 하우징의 외측 표면에 제공된 랙(rack)을 가진 하우징을 포함한다. 랙은 피니언과 결합되며 피니언이 회전되면 하우징이 축방향으로 이동된다. 이에 따라, 휠과 하우징 사이의 간격의 폭이 변경될 수 있으며, 바람직하게는, 하우징이 발포 장치로부터 해체될 수 있게 한다.

바람직하게는, 위에서 기술된 모든 구성요소들은 하우징을 축방향을 따라 이동시키기 위해 기계적으로 구동된다(mechanically driven).

또한, 그 밖의 실시예들에 따르면, 하우징(31)의 축방향 운동(axial movement)은 불연속적인데(discrete), 이는 즉 하우징(31)이, 통상적으로 알려진 메커니즘에 의해, 별개의 개수(discrete number)의 고정 위치, 바람직하게는, 서로로부터 일정 거리, 예를 들어, 0.5 mm 내지 1 mm 사이의 거리를 가진 위치에 배열될 수 있다는 의미이다.

예를 들어, 터닝 후크(turning hook)와 비슷한 한 구성요소가 사용될 수 있으며, 두 고정된 위치들 사이에서 전환될 수 있다(switched).

예를 들어, 제1 위치로부터 제2 위치로 회전시킴으로써, 전체 하우징을 이동시키기 위해 한 메커니즘이 배열된다.

상기 실시예에 따르면, 하우징은 하우징을 쉽게 회전시키기 위해 그립(grip) 또는 핸들(handle)을 포함할 수 있다.

게다가, 그 밖의 실시예들에서, 간격(36)의 폭은 휠(34)을 축방향으로 이동시킴으로써 변경될 수 있는 반면, 하우징(31)은 고정된 상태로 유지된다.

한 추가적인 실시예에 따르면, 간격의 폭은 가요성 막(flexible membrane)에 의해 변경된다.

예를 들어, 도 6에 도시된 것과 같이, 발포 장치(210)의 하우징(231)이 상부에 막(259)이 제공되는 내측 표면(233)을 포함한다. 막(259)은 가스(260)에 의해 종래에 알려진 방법으로 팽창/수축되어 휠(234)과 하우징(231) 사이의 간격(236)의 폭을 변경시키도록 구성된다.

상기 추가적인 실시예는 상기 실시예들과 동일한 특징을 제공하기 위한 것으로서 대안의 실시예를 형성한다.

그 밖의 실시예들에 따르면, 제1 개구(37)와 제2 개구(38)는 서로 반대의 기능을 가지는데, 이는 즉 제1 개구(37)가 배출구로서 기능하며 제2 개구(38)는 유입구로서 기능한다는 의미이다.

또한, 그 밖의 실시예들에서, 혼합 유닛에는 2개보다 많은 개구가 제공될 수 있으며, 중공 하우징(31)의 내측 표면(33)을 따라, 공동(32)의 내측 표면(33)의 정점(39)에 있는 개구와 원뿔형 공동(32)의 베이스(42)에 옆에 있는 개구 사이에서 상이한 높이에 배열된다.

상이한 실시예들에 따르면, 이 개구들은 유입구 또는 배출구로 제공될 수 있다.

예를 들어, 혼합 유닛(330)(도 7)은 한 유입구(33)와 복수의 배출구(338a, 338b, 338c)를 가진다.

상기 추가적인 배출구들로 인해, 예를 들어, 컨트롤 하에서, 컨트롤 유닛의 선택된 배출구에 따라, 상이한 발포 정도(foaming level)를 가진 발포 액체를 얻을 수 있다.

추가의 실시예들에 따르면, 내측 표면(33)을 따라 배열된 개구들은 유입구들로 제공되며, 각각의 유입구는 예를 들어 컨트롤 유닛에 의해 조절된다. 복수의 유입구들로 인해, 발포 음료에 향, 시럽, 스팀(steam) 또는 색소(coloring agent)를 추가할 수 있다.

본 발명의 그 밖의 실시예들에 따르면, 중공 하우징의 내측 표면과 휠의 외측 표면은 다른 종류의 대칭 형태, 가령, 반-타원형(도 8) 또는 반-구(도 9) 형태를 가진다.

바람직한 실시예에서와 같이, 휠(434, 534)과 공동(432, 532)은 서로 일치하는 대칭축(AW, AH)을 가지며, 상기 축들은 중공 하우징 및/또는 휠의 회전축(AR)과 일치한다.

한 추가적인 실시예에 따르면, 중공 하우징의 내측 표면과 휠의 외측 표면은 약간 상이한 형태를 가지는데, 즉 내측 표면의 원형 섹션은 외측 표면의 원형 섹션의 직경에 대해 대칭축 방향으로 상이한 비율로 변경되는 직경을 가져서, 간격의 폭은 일정하지 않다. 예를 들어, 도 10에 도시된 것과 같이, 휠(634)의 원뿔형 외측 표면(635)은 대칭축(AW)과 모선들 중 하나 사이에 각도(θ_외측)를 가지는데, 상기 각도(θ_외측)는 중공 하우징(631)의 원뿔형 내측 표면(633)의 한 모선과 대칭축(AH) 사이의 각도(θ_내측)보다 작다.

상기 모든 대안의 실시예들은 2개 이상의 개구를 가지는데: 제1 개구는 공동의 베이스로부터 이격된 한 정점 위치에서 대칭축을 따라 배열되고 바람직하게는 유입구로서 제공되며, 제2 개구는 반-타원형 또는 반-구형 휠의 원형 베이스의 옆에 배열되고 바람직하게는 배출구로서 제공된다. 앞에서 언급한 것과 같이, 제1 개구를 배출구로서 사용하고 제2 개구를 유입구로 사용하는 것도 가능하다. 또한, 하우징에는 공동의 베이스와 정점 위치 사이에 배열된 추가적인 개구도 제공될 수 있는데, 이들은 유입구 또는 배출구 중 하나로 제공될 수 있다.

그 밖의 실시예들에 따르면, 하우징에 대한 휠의 상대 회전은 휠이 고정된 상태를 유지하는 동안 하우징을 회전시킴으로써 구현될 수 있거나, 혹은 하우징과 휠 둘 모두를 서로에 대해 반대 방향으로 회전시킴으로써 구현될 수 있다.

상기 실시예들의 한 예가 발포 장치(710)(도 11)인데, 하우징(731)은 회전될 수 있는 반면 휠(734)은 고정된 상태로 유지된다. 하우징(731)은 모터(721)에 연결되어 하우징을 회전시키도록 구성된다. 휠(734)은 하우징(731) 내부에 배열되고 구동 유닛(720)에 연결된 지지 구조물(762)과 같은 수단에 의해 고정된 상태를 유지한다. 휠(734)은 내측 통로(761)을 포함하되, 상기 내측 통로(761)는 휠의 대칭축(AW)을 따라 배열되고 간격(736)에 유동 가능하게 연결된(fluidically connected) 제1 단부(761a)와 제1 개구(737)에 유동 가능하게 연결된 제2 단부(761b)를 가진다. 제2 개구(738)가 바람직하게는 제1 개구(737) 옆에 제공된다.

또 다른 실시예에 따르면, 발포 장치는, 사용 시에, 회전축(AR)은 혼합 유닛(30)의 상부(top)에서 구동 유닛(20)과 수직으로 배열되거나, 혹은, 대안으로, 구동 유닛(20)의 상부에서는 혼합 유닛(30)과 수직으로 배열되도록 제공된다.

위에서 기술된 것과 같은 발포 장치(1)는 음료 생성 머신 내에 포함되며 하나 이상의 제1 개구(37)와 하나 이상의 제2 개구(38)를 통해 음료 생성 머신(도 4)의 음료 라인(71, 72)에 연결되도록 구성된다. 달리 말하면, 발포 장치는 발포 장치가 액체를 지속적으로 수용하고, 액체를 발포시키며, 발포 액체를 분배할 수 있도록 발포되어야 하는 액체의 흐름 경로를 따라 위치되는 것이 바람직하다.

음료 생성 머신에 제공된 발포 장치의 로직 다이어그램(logic diagram)은, 도 4에 도시된 것과 같이, 차가운 또는 뜨거운 액체를 공급하기 위한 제1 라인(71)과 공기를 공급하기 위한 제2 라인(72)을 포함하되, 상기 제1 및 제2 라인(71, 72)은 바람직하게는 발포되어야 하는 액체와 공기를 공급하기 위해 발포 장치(10)의 제1 개구(37)에 연결된다.

각각의 라인(71, 72)에는 자체 펌프(71a, 72a)와 자체 밸브(71b, 72b)가 제공되는 것이 바람직하다.

로직 다이어그램은 펌프(71a, 72a), 밸브(71b, 72b) 및 발포 장치(10) 뿐만 아니라, 바람직하게는, 음료 생성 머신을 조절하도록 구성된 컨트롤 보드(75)를 추가로 포함한다. 특히, 컨트롤 보드(75)는 발포되어야 하는 액체의 특성에 따라 간격(36)의 폭을 선택할 수 있게 한다. 게다가, 발포 장치가 하나보다 많은 배출구를 포함하는 경우, 컨트롤 보드(75)는 발포 액체의 발포 정도를 동적으로 선택하기(dynamically select) 위하여 사용되어야 하는 배출구를 선택할 수 있게 한다.

바람직하게는, 발포 장치(10)의 제2 개구(38)는 예를 들어 덕트(73)를 통해 음료 분배기(74)에 연결된다.

바람직하게는, 음료 생성 머신은 도 2에 도시된 것과 같이 커피 머신(70)이다.

또 다른 실시예에 따르면, 음료 생성 머신은 도 3에 도시된 것과 같이 냉장고(80)를 포함하며, 발포 장치(10)는 냉장고(80)의 냉각 영역에 위치되는 것이 바람직하다.

도 1의 발포 장치(10)의 바람직한 실시예의 작동은 다음과 같다.

본 장치가 준비 단계에서 조절가능한 간격(adjustable gap)을 가질 수 있도록 구성되면, 상기 간격은 수동으로 또는 컨트롤 유닛의 조절 하에서 한 값(value)으로 설정되는데, 가령, 발포 액체가 원하는 특성을 가지도록 제공하기 위한 값으로 설정된다.

그 후의 사용 동안에, 간격(36)은 상기 준비 단계에서 설정된 미리 정해진 폭을 가진다.

발포 음료에 필요할 때, 액체 펌프(71a)와 공기 펌프(72a)를 작동시키고 액체 밸브(71b)와 공기 밸브(72b)를 개방시켜, 액체 및 공기가 액체 라인(71)과 공기 라인(72)을 통해 하우징(31)의 제1 개구(37)에 공급된다.

발포 액체를 얻기 위하여, 휠(34)은 회전된다.

액체가 변경되고 간격이 조절될 수 있는 경우, 원하는 발포 음료를 얻기 위하여, 간격은 액체의 특성, 예를 들어, 액체의 점성을 고려함으로써 변경된다.

하우징(31)의 제1 개구(37)가 공동(32)의 정점(39)에 배열되기 때문에, 휠(34)이 회전하면 공기-액체 혼합물 내에 난류(turbulence)가 생성된다. 게다가, 휠(34)은 제1 개구(37) 옆에서 작은 직경을 가지기 때문에, 제1 개구에 근접한 속도는 작고 이에 따라 공기-액체 혼합물에 제공되는 항력(drag force)은 휠의 직경이 큰 경우에 제공되는 힘보다 더 약하다. 테일러-쿠에트 유동(Taylor-Couette flow)에 따르면, 높은 전단 응력이 공기-액체 혼합물에 제공되며, 따라서, 공기와 액체가 발포하게 된다.

그러면, 생성된 발포 액체는 배출구(38)와 분배기(74)에 도달되며 상기 액체는 용기, 예를 들어, 컵(90)에 전달된다.

작은 직경을 가진 경우 즉 바람직하게는 유입구 옆에 있는 경우, 휠(34)이 낮은 속도로 회전하기 때문에, 유입구 옆에 있는 영역에서 회전 휠과 공기-액체 혼합물 사이에 낮은 차등 속도(differential speed)를 야기할 것이며, 이에 따라 본 장치가 원통형 휠(전체 간격을 따라 동일한 선형 속도(linear speed)를 가진)을 가졌을 때보다 발포 공정(foaming process)이 보다 효율적이면서 일정하게 되고, 따라서 높은 안정성과 우수한 질감(texture)을 가진 발포 음료를 얻을 수 있게 된다.

게다가, 복수의 개구 또는 간격(36)의 조절가능한 폭으로 인해, 위에서 기술된 발포 장치(10)는 서로 다른 종류의 액체, 예를 들어, 상이한 점성을 가진 액체를 발포시키고 상이한 발포 정도를 구현하기에 적절하다.

공기-액체 혼합물에 제공되는 전단 응력은 휠의 회전 속도를 변경시키거나, 혹은, 조절 가능하다면 간격을 변경시키거나 혹은 이 둘 모두를 변경시킴으로써 용이하게 조절될 수 있으며, 이에 따라 우수한 발포 품질을 생성하는 데 가장 좋은 상태가 항시 구현될 수 있다.

예를 들어, 뜨거운 우유는 차가운 우유보다 낮은 점성을 가지며, 따라서, 뜨거운 우유에 전단 응력을 제공하기 위해서는, 차가운 우유에 사용되는 간격보다 더 작은 간격이 사용될 수 있다.

추가로, 상이한 높이에서 발포 장치에 복수의 배출구가 제공될 때, 각각의 배출구로부터, 상이한 균일도(consistency) 또는 발포 정도를 가진 발포 액체가 배출될 수 있다.

이러한 특징으로 인해, 예를 들어, 크림이 많은 거품을 필요로 하는 카푸치노, 또는 진한 거품을 필요로 하는 우유 음료 또는 디저트와 같은 음료에 따라, 상이한 발포 정도를 선택할 수 있거나, 또는 동일한 음료에 상이한 발포 정도를 얻을 수도 있다.

한편, 혼합 유닛(30)에는 상이한 유입구들이 제공되어, 발포 음료에 향, 시럽, 스팀 또는 색소를 추가할 수 있다.

물론, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 하기 청구범위에 정의된 것과 같이, 수치, 형태, 재료, 구성요소, 회로 요소, 연결 및 접촉, 뿐만 아니라 로직 다이어그램의 세부내용들 및 기술된 작동 방법에 있어서, 위에서 언급된 내용에 대한 다수의 변형예 및/또는 변경예도 가능하다는 것은 자명할 것이다.

Claims (13)

1. 혼합 유닛(30)을 포함하는 액체를 발포시키기 위한 장치로서, 상기 혼합 유닛(30)은:
   - 내측 표면(33)을 가진 제1 요소(31),
   - 외측 표면(35)을 가진 제2 요소(34),
   - 제1 요소(31)의 내측 표면(33)과 제2 요소(34)의 외측 표면(35) 사이에서 미리 정해진 폭을 가진 간격(36),
   - 간격(36)을 통해 연결된 제1 개구(37)와 제2 개구(38)를 포함하되;
   제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 하나 이상의 요소는 다른 요소에 대해 회전축(AR) 주위로 회전 가능하며,
   내측 표면(33)과 외측 표면(35)은 공통의 대칭축(AH, AW)에 대해 대칭이고, 회전축(AR)과 일치하며, 상기 대칭축에 대해 수직인 원형 섹션들을 가지는, 액체 발포 장치에 있어서,
   상기 원형 섹션들은 대칭축(AH, AW)을 따르는 방향으로 증가되는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
2. 제1항에 있어서, 제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 하나 이상의 요소는 내측 표면(33)과 외측 표면(35) 사이의 간격(36)을 변경시키기 위해 대칭축을 따르는 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
3. 제1항에 있어서, 내측 표면(233) 또는 외측 표면(235) 중 한 표면에 제공된 막(259)을 추가로 포함하되, 상기 막(259)은 가스(260)에 의해 팽창되거나 수축되어 간격(236)의 폭을 변경시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 대칭축(AH, AW)은 간격(36)을 가로지르며(intersect) 제1 개구(37)는 대칭축을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 발포 장치는 하나 이상의 모터(21)를 추가로 포함하되, 상기 모터(21)는:
   - 제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 하나 이상의 요소를 다른 요소에 대해 회전시키고,
   - 제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 한 요소를 대칭축을 따라 이동시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 유닛(30)은, 제1 개구(37)와 제2 개구(38) 사이에서, 제1 요소(31)의 내측 표면(33)을 따라 상이한 높이에 위치된 추가적인 개구들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 유닛(30)은 액체를 가열하기 위해 배열된 가열 요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 액체는 우유인 것을 특징으로 하는 액체 발포 장치.
9. 음료 생성 머신에 있어서, 상기 음료 생성 머신은:
   - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 발포 장치(10),
   - 액체를 공급하기 위한 제1 라인(71),
   - 공기를 공급하기 위한 제2 라인(72),
   - 음료 분배기(74)를 포함하되;
   제1 및 제2 라인(71, 72)은, 각각, 발포 장치(10)의 하나 이상의 개구에 연결된 것을 특징으로 하는 음료 생성 머신.
10. 제9항에 있어서, 음료 생성 머신은, 추가로:
    - 컨트롤 보드(75),
    - 제1 라인(71)을 따라 위치된 제1 밸브(71b)와 제1 펌프(71a),
    - 제2 라인(72)을 따라 위치된 제2 밸브(72b)와 제2 펌프(72a)를 포함하되;
    상기 컨트롤 보드(75)는 펌프(71a, 72a)를 조절하도록 구성되며, 밸브(71b, 72b)와 모터(21)는 제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 하나 이상의 요소를 다른 요소에 대해 회전시키고 제1 요소(31) 또는 제2 요소(34) 중 한 요소를 대칭축을 따라 이동하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 음료 생성 머신.
11. 발포 장치(10)에 의해 액체를 발포하기 위한 방법으로서, 상기 발포 장치(10)는 내측 표면(33)을 가진 제1 요소(31), 외측 표면(35)을 가진 제2 요소(34), 상기 내측 표면(33)과 외측 표면(35) 사이에서 미리 정해진 폭을 가진 간격(36), 및 하나 이상의 제1 개구(37)와 간격(36)을 통해 연결된 하나 이상의 제2 개구(38)를 포함하는, 액체 발포 방법에 있어서, 상기 방법은:
    - 하나 이상의 제1 개구(37)에 공기-액체 혼합물을 공급하는 단계,
    - 제1 요소(31) 또는 제2 요소(32) 중 하나 이상의 요소를 회전시켜 공기와 액체를 발포시키는 단계,
    - 내측 표면(33)과 외측 표면(35) 사이에서 간격(36)을 따라 상이한 항력을 공기-액체 혼합물에 제공하는 단계,
    - 하나 이상의 제2 개구(38)로부터 발포 액체를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 발포 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 방법은, 추가로:
    - 발포되어야 하는 액체의 특성에 따라, 내측 표면(33)과 외측 표면(35) 사이의 간격(36)을 변경하기 위한 구성요소들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 발포 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 방법은, 추가로:
    - 발포되어야 하는 액체의 발포 정도를 동적으로 선택하기 위하여, 하나 이상의 제2 개구(38) 중 한 개구로부터 발포 액체를 배출하도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 발포 방법.

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