KR101011294B1 - 유제품 음료 자동판매기, 고온의 유제품 음료 분배방법 및유제품 액체를 위한 일회용 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벤추리형 유제화 거품기 헤드(emulsification foaming head)위에 위치하는 내장형 냉장장치를 갖는 고온의 유제품 음료를 분배하는 음료 자동판매기에 관계된다. 납지(carton) 및/또는 플라스틱 우유 용기 외에도, 냉장장치는 또한 "백인박스"(bag in box) 냉장 우유저장용기를 수용할 수 있다. 냉장된 우유는 우유의 유동이 부분적으로 우유에 대한 중력으로부터 생기도록 거품기 헤드 레벨 위에 저장되어, 우유의 유동이 저장기 헤드에서 생성된 벤추리 흡입에만 전적으로 의존하지 않는다. 본 발명은 또한 다른 액체를 포함한 유제품 액체를 유제화 시키는 방법과, 유제품 액체를 위한 일회용 용기에 관계된다.

Description

유제품 음료 자동판매기, 고온의 유제품 음료 분배방법 및 유제품 액체를 위한 일회용 용기 {Dairy-based beverage dispenser, method for dispensing hot, dairy-based beverages and disposable container for dairy-based liquids}

본 발명은 첨부 도면들을 참조로 보다 명료하고 상세히 기술된다.:

도 1 은 유제품 액체를 다른 유동체와 유제화 시키고 원하는 온도의 고온 음료로 이 혼합물을 분배하는 장치의 선호된 실시예의 사시도,

도 2 는 도 1 에 도시된 유제화 및 자동판매 장치의 측단면도,

도 3 은 도 2 에 도시된 유제화 및 자동판매 장치의 기관의 측단면도,

도 4 는 본 발명의 유제화 및 자동판매 장치의 동작 성분들을 도시하는 개략적 다이어그램.

* 부호설명 *

10 : 유제화 및 자동판매 장치 18 : 냉장장치

20 : 우유 22 : 우유용기

26 : 방출호스 30 : 핀치도어

36 : 배킹 블록 38 : 밸브 게이트

39 : 솔레노이드 작동 전기자 40 : 유제화 장치

44 : 스로틀링 유동 제한기 48 : 유화제 하우징

54 : 증기노즐 56 : 공기노즐

60 : 벤추리 챔버 76 : 인쇄회로기판

78,80,82,84 : 버튼 90 : 증기 보일러

91 ; 전기가열 코일 100 : 삼방밸브

104 : 물펌프 110 : 재충전 밸브

본 발명은 제 1 항에 따른 음료 자동판매기에 관계된다. 본 발명은 특히 핫초콜릿(hot chocolate), 카푸치노(cappuccino), 커피라떼(cpffee latte), 풍미를 곁들인 증열기(flavoured steamers)(가열한 향 우유) 및 유제품 액체를 함유한 다른 고온의 음료와 같은 유제품 온음료를 준비하는데 적합하다. 본 발명은 또한 제 15 항에 따른 유제품 액체를 유제화 시키는 방법, 그리고 본 발명에 따른 음료 자동판매기와 관련해 쓰이는 유제품 액체를 위한 일회용 용기에 관계된다.

수년 동안 고온의 음료를 준비할 때 우유와 같은 유제품 액체와 다른 유동체를 유제화 시키는 여러 방법들이 있어왔다. 예를 들어 미국 특허 4,715,274는 이러한 음료를 카푸치노나 커피라떼와 같이 조리하기 위해 증기, 공기 및 우유를 유제화 시키기 위한 유화제 장치를 기술한다. 이러한 음료의 증기를 준비할 때, 공기가 벤추리형 유화제 챔버(venturi-type emulsification)에서 우유 또는 크림과 혼합되어 예를 들면 커피 혼합용의 이러한 장치로부터 분배된다. 우유와 혼합되는 증기 및 공기의 몫은 각자 원하는 온음료에 따라 변화한다. 예를 들어 카푸치노는 우유 및 공기가 공급된 혼합물을 필요로 한다. 통상 이러한 혼합물은 부피를 기준으로 약 2/3의 우유와 약 1/3의 공기로 이루어진다. 카푸치노 커피를 만드는데 적당한 분량 중 약 절반의 우유가 액체 형태인 반면 나머지 절반은 이 액체 위의 거품 형태이다. 이러한 우유와 공기는 유화제 챔버에서 유제화되어 증기와 가열되며 가급적 68℃와 74℃ 사이의 온도로 분배된다. 증기는 보통 대기압 이상의 압력 하에 있으며(예를 들면 대기압 보다 높은 약 1 내지 2 Bar) 가급적 120℃-130℃로 유화제 챔버에 주입된다.

커피라떼 음료를 만들 때에는 반면에 오직 가열된 우유만이 사용되고, 공기는 유화제 챔버에서 우유 및 증기와 혼합되지 않는다. 이에 반해 공기 공급은 완전 차단된다. 따뜻한 우유는 가급적 68℃와 74℃ 사이의 온도로 분배된다.

카푸치노, 커피라떼와 같은 우유를 기본으로 한 음료를 만들기 위한 종래의 유제화 장치는 수많은 단점들을 갖고 있다. 특히 종래의 장치들은 유화제 챔버에 벤추리 효과를 일으키는 흡입력으로 인해 유제화 장치에 공기와 우유를 끌어들이는 것에 의존한다. 때때로 우유의 유동은 펌프로 촉진된다. 우유는 보통, 예를 들면 유제화 장치 높이와 대략 같거나 더 낮은 수준의 독립적인 냉각 배급 위치에서 나온다. 우유는 우유 용기 상부로부터 나온 관을 통해 흡입되어 유화제 장치의 벤추리 입구와 통하게 된다. 벤추리 조직으로의 다른 급기구(air inlet)는 대기를 빨아들인다. 흡입력이 벤추리를 통하는 압력 하에서 증기를 주입하여 만들어짐으로서, 벤추리 수축부의 급류(rapid flow)는 우유에 가해지고, 카푸치노의 경우에는 대기 에도 가해지는 흡입력을 생성한다.

카푸치노와 커피라떼를 준비하는데 사용되는 유형의 벤추리 유도 유제화를 기초로 한 종래의 유제품 음료 자동판매 장치는 맞지 않고 불안정한 것으로 주지되어 있다. 이러한 장치에 분배된 음료의 온도는 변동이 심하여 음료의 질에 변화를 준다. 우유 용기 내의 우유 레벨이 떨어질수록 음료가 분배되어, 벤추리 흡입에 의해 빨아들여진 우유의 양 또한 적어져 장치에 흡입된 공기에 비례해 분배된 우유의 양을 일정치 않게 한다. 종래의 장치들은 때때로 거품기 헤드로 칭하는 벤추리 기반의 유화제로 생성되어 부유되는 대기압 이하로만 만들어지는 흡입 및 사이포닝(siphoning)을 이용한다.

또한 종래의 장치들은 자동화 혼합장치의 많은 구성요소들을 통해 우유 유동에 영향을 끼친다. 식품 조리시설에 적절한 위생상의 이유로, 모든 유제화 구성요소들, 우유 또는 다른 유제품과 접촉하는 음료 자동판매 장치는 정기적으로 세척해야 한다. 세척과정은 시간이 상당히 많이 걸리며, 언제나 현 명세서에 따라 실행되는 것은 아니다.

종래의 벤추리 기반 유제화 장치에 발생하는 다른 문제점은 예를 들면 커피라떼에 사용할 때 거품이 없는 데운 우유(steamed milk)가 분배되는 온도가 거품이 있는 데운 우유를 분배하는 온도보다 낮다는 점이다.

이것은 종래의 유제화 장치가 증기 공급(즉, 에너지)을 양 음료에서 한 레벨로 일정하게 유지시키는 반면 거품이 있는 고온 우유를 위해 가열될 필요가 있는 액체의 질량은 (부피측정 장치 당 분배된)거품이 없는 고온 우유의 질량보다 작기 때문이다. 이는 각 혼합물에 상이한 온도를 초래한다.

본 발명의 목적은 종래 장치와 관련된 많은 문제점들을 줄이거나 제거하는 신선한 고온의 유제품음료 자동판매기를 제공하는 것이다.

본 발명은 이를 위해 제 1 항에 따른 음료 자동판매기를 제공한다. 이것은 우유가 중력 하에서 적어도 부분적으로 냉각 장치에서 전해지게 한다. 따라서 공급된 우유의 양은 벤추리 오리피스로부터의 흡입강도내의 변동으로 인해 덜 변화한다. 오히려 장치가 작동할 때마다 매우 일정하게 분배되어 우유의 유동률이 매우 일정하다.

역시 본 발명의 일부로 본문에서 나중에 기술될 특수 용기는 핀치 밸브(pinch valve)를 통해 삽입되는 것이 선호되는 호스를 구비한다. 일단 관이 핀치 밸브를 통해 송달되면 핀치 밸브의 압력이 경감되어 우유에 작용하는 중력의 힘으로 인해 우유가 하부로 흐를 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예의 다른 독특한 특징은 가압공기 공급원으로부터 카푸치노를 만드는데 사용되는 가압공기를 지급받는 것이다. 공기는 그것으로 가압 하에서 유화제 챔버로 밀어 넣어진다. 본 발명의 자동판매 장치는 공기를 장치에 끌어들이기 위해 벤추리 흡입에 반드시 의존하지는 않는다. 그 결과 이러한 실시예에서 카푸치노 음료를 준비하는데 사용되는 거품이 일어난 가열된 우유의 공기 양이 매우 일정하다.

본 발명의 다른 특징은 자동화된 시간 및/또는 유우 유동에 노출된 모든 성 분들을 물로 씻어내는 자정 시스템에 관련된 분배 간격이다. 이것은 유제화장치의 공기 주입구로 안내하는 공기 공급선에서, 전환 밸브로 작용하는 세척제어 밸브(flush control valve)와 삼방밸브(three-way valve)를 배치시킴으로서 이루어진다. 유제화 장치를 통해 우유의 양을 각각 분배한 부, 세척제어 밸브와 펌프가 작동하고 전환 밸브가 배치되는데, 상기 밸브는 공기 공급선과 유화제 챔버를 통하는 세척수(flushing water) 유동이 공기 공급선으로 스며 나올 수 있는 나머지 우유를 씻어내고 유화제 챔버 자신을 헹굴 수 있게 한다. 유화제 챔버로의 유일한 다른 연결은 각 작동에 증기를 방출하는 증기 보일러(steam boiler)로부터이다. 적은 양의 증기가 유제품 음료 각 몫의 분배에 따라 유화제 챔버를 통해 배출될 수도 있다. 따라서 유제품 액체와 접촉하고 있는 유제화장치의 모든 구성요소들은 유제품 음료를 분배하는 기계장치에 각 용도에 따라 물로 세척되거나 깨끗이 될 수 있다. 이러한 자정 특징을 제공함으로서 본 발명의 장치는 보통 일상적인 과정에 걸쳐 음료 분배주기 사이에 장치를 세척해야 하는 일을 하지 않는다.

본 발명의 다른 특징은 우유 유동에 노출되는 비일회용 구성요소들을 최소화하는 것이다. 유화제 챔버와 그 우유입구 및 노즐이 설치된 입구의 공동들은 사용한 후 매일 버려지는 일회용품으로 지급된다. 노즐 자체는 재사용할 수 있는데 그것은 세척하기가 매우 용이하다. 따라서 본 발명의 음료 자동판매기는 이러한 유형의 종래 장치들에 요구된 세척 필요물을 고려하지 않는다.

본 발명의 또 다른 특징은 요구대로 상이한 증기 온도와 속도를 허용하는 장치를 설비하는 것이다. 예를 들어 카푸치노에 맞는 우유 및 공기의 거품 혼합물을 준비할 때 원하는 분배 속도와 유동률에 따라, 125℃의 증기 온도가 적절하다. 반면, 커피라떼를 위한 거품이 없는 데운 우유를 준비할 때에는, 140℃의 높은 증기 온도가 요구된다. 이것은 거품이 없는 데운 우유 대 거품이 있는 데운 우유를 분배할 때 분배된 부피에 관한 우유의 절대 질량이 더 큰 사실에 기인한다. 그 결과, 고온의 거품이 없는 우유를 준비하고따라서 고온으로 주입되는 증기를 필요로 할 때, 분배된 부피측정 장치에 대해 더 많은 에너지가 보충되어야 한다. 종래의 장치는 단일 증기 공급원으로부터의 증기에 즉각적인 온도 변화를 일으키는 수단을 사용하지 않는다. 본 발명에서는 반면에 예를 들어 거품이 없는 고온의 우유가 분배되어야 하는 원하는 음료인 것을 가리키는 신호는 마이크로 칩에 프로그램 된 알고리즘(algorithm)이 증기 공급원에서 바로 증기 온도를 높이는 소프트웨어로 가동된 과정을 시작하되, 상기 증기공급원은 보통 프로그램 할 수 있는 예비 베이스 온도에서 우유와 증기를 유제화 시키는데 요구된 온도인, 프로그램 할 수 있는 고온까지의 보일러이다. 사실상 소프트웨어는 복수의 표적 온도로 증기를 공급하게 한다. 본 장치의 베이스 또는 증기의 예비 온도는 예를 들면 약 135℃이다.

본 발명이 복수의 표적 온도에서 증기를 일정하게 공급할 수 있는 소프트웨어를 포함하는 사실 외에 또 이 소프트웨어는 보일러 장치가 +2℃ 또는 -2℃의 매우 좁은 대역너비 내에서 이러한 복수의 상이하고 프로그램 할 수 있는 온도를 유지할 수 있다. 이것은 알고리즘에 의해 가능하다. 상기 소프트웨어는 보일러 내의 실제 증기 온도뿐만 아니라, 가열 또는 냉각시키는 동안 증기의 온도가 증가하거나 감소하는 비율도 계속해서 추적한다. 이것은 언제 프로그램 된 목표 온도에 도달할 지를 예상할 수 있게 한다. 이러한 예상의 수량화는 목표 온도에 도달하기 전에 증기 보일러 내의 가열 요소(들)를(을) 키거나 끄는데 이용된다. 그 결과 스팀이 안정된 온도로 공급된다.

보일러에서의 온도 제어는 온도가 원하는 온도 이하의 1℃ 이상일 때 가열되고 원하는 온도를 넘어 1℃ 이상일 때 꺼지는 단순 온/오프(on/off) 서모스탯식(thermostat style) 온도 조절인 온도제어 알고리즘을 이용해 이루어진다. 이러한 장치에 발생할 수 있는 한 가지 문제점은 열의 적용 또는 제거 사이의 지체인데, 그 결과 온도 변화는 수용하기 어려울 정도로 온도가 도를 넘거나(overshoot) 목표에 미치지 못하게(undershoot) 할 수도 있다. 예를 들어 열이 제거될 때, 보일러의 온도는 초당 약 0.6℃로 매우 급격히 하락하기 시작한다. 온도가 원하는 온도의 1℃이하에 도달할 때, 열이 가해질 것이다. 온도가 상승하기 시작하는 데에는 수초가 걸릴 수도 있다. 이 시간동안 온도는 몇 도 이상 계속 하락하여 허용하기 어려운 온도상의 언더슈트(undershoot)를 일으킬 수 있다. 온도가 상승할 때, 가열되는 동안 열의 증대로 인해 유사한 온도상의 허용할 수 없는 오버슈트(overshoot)가 일어난다.

이러한 문제에 대한 한 가지 해법은 만일의 경우에 온도제어 알고리즘에 이차 항(derivative term)을 추가하는 것이다. 이 항은 온도변화율에 근거한다. 기본적으로 온도 변화항 또는 델타 T(delta T)는 끊임없이 계산된다. 현재 온도가 원하는 온도(이 경우 약 ±3℃)의 사전 결정된 범위 내에 있을 때, 델타(T) 값은 사전 결정된 값과 비교된다. 열이 가해지고 델타(T)가 이 값을 넘는다면, 이 열은 현재 온도가 원하는 온도 이상이거나 이하인지에 관계없이 꺼진다. 열이 차단되고 델타(T)가 이 값을 넘는다면, 이 열은 온도가 원하는 값 이상인지 아닌지에 관계없이 가해진다. 이러한 유형의 "예측" 온도 제어는 정지신호에 도달하기 전에 자동차의 브레이크를 이용하도록 등식화될 수 있다.

기초 온도에서 보다 높은 온도까지의 변천은 다음 방법으로 일어난다. 인쇄회로기판은 보일러 내부의 실제 증기 온도와, 보다 높은 원하는 온도 사이의 차이를 읽어, 온도를 증가시키고, 그로 인해 보일러의 압력을 원하는 목표 온도로 증가시키는 보일러 내부의 가열 요소(들)에 전류가 흐르게 할 수 있는 계전기(relay)를 작동시킨다. 이러한 과정은 인쇄회로기판의 마이크로 칩에 프로그램 된 알고리즘(소프트웨어, 위를 보라)으로 통제되고 또한 실제 온도가 전술된 것과 같이 원하는 더 높은 온도의 특정 대역너비에 있도록 제어한다. 원하는 온도가 대기 온도보다 낮은 경우에, 소프트웨어는 증기가 보일러에서 새어나올 수 있게 하여 원하는 낮은 목표 온도에 도달하도록 보일러의 실제 증기 온도를 낮춘다. 원하는 낮은 온도에 도달하는 다른 방법은 보일러 충전물의 레벨에 관계없이 (보일러의 실제 온도보다 낮은 온도인)라인 워터(line water)를 갖는 보일러의 보충물(refill)지급하는 것이다. 이러한 재충전 과정은 오직 제한된 부피의 물을 추가로 요구한다. (1 분 이내에 몇 ℃의 낮은 목표 온도에 도달될 때) 보일러에 물을 추가하여 온도를 일시적으로 낮추는 이러한 방법은 (모든 원하는 온도 레벨의 평균 온도 이상으로)비교적 높은 오도에서 보일러의 정적인 온도 레벨을 효과적으로 활용하는데 쓰일 수 있다. 보일러에 추가로 물을 채우는 것으로 인해 특정 델타(T)로 보일러를 가열시키는 것 보다 빠르게 동일한 델타(T)로 원하는 낮은 온도에 도달하게 된다. 원하는 온도의 평균보다 높은 레벨에서 정지된 보일러의 온도를 유지하는 이점은 원하는 보일러 온도에 도달하도록 요구된 시간을 줄인다는 것이다.

우유 유동제어 밸브(dairy liquid flow control valve)의 실시예는 1) 냉각 저장용기에서 벤추리 기반 유화제까지 유제품 액체의 흐름을 완전히 막는 OFF(예를 들면 자기코일(magnetic coil)의 비작동 상태)상태와, 2) ON(예를 들면 자기코일의 작동상태) 상태인 두 가지 상태로 사용될 수 있다. ON 상태는 냉각 저장용기에서 벤추리 기반 유화제까지 유제품 액체의 연속적인 중력 흐름을 지급한다. 이미 지적된 바와 같이, 본 발명의 이러한 관점은 "백인박스" 우유저장 용기에 특히 유용하지만, 다른 유형의 우유 용기들(납지, 플라스틱, 금속 또는 다른 재료들)이 또한 본 발명에 따른 음료 자동판매기와 함께 이용될 수 있다.

유제품 액체에 추가될 수 있는 다른 유동체에는 보통 증기, 몇몇 유제품 음료를 위해서는 공기가 또한 포함될 수 있다.

또 다른 선호된 실시예에서, 음료 자동판매기는 온도조절 센서(thermostatic sensor) 및 선택적인 온도에서 유제품 액체와 증기를 선택적으로 혼합하기 위한 하나 혹은 다수의 가열 요소들로 구성된다. 이런 식으로 예를 들면 카푸치노 또는 커피라떼와 같은 특정 음료와 관련된 푸시 버튼(push button)처럼 특정한 입력의 선택은 선택된 특정 음료를 확인하는 것과 같이 전기 처리기(electrical processor)로 감지되는 구동 신호(actuating signal)를 산출한다. 이러한 구동신호는 온도 제어기가 요구된 대로 보일러 가열 요소로의 흐름을 증가시키거나 감소시키게 하고, 보일러의 출력 증기가 보일러 증기의 대기 온도에 관해 증가되거나 감소된 온도에 있도록 하며, 실제 신호의 계속된 촉진에 의해 요구되는 한 그것을 증가되거나 감소된 온도에서 지속되게 한다.

본 발명의 몇몇 실시예의 한 관점은 공기를 포함한 선택된 다른 유동체를 포함하는 유제품 음료를 유제화 시키고, 유제품 음료를 포함한 선택된 유동체의 유제화 혼합물을 유화제로부터 분배하기 위한 장치의 개량으로 생각될 수 있다. 본 발명의 이러한 관점의 개량에 따라, 대기압 이상의 공기 공급원이 유화제에 연결된다. 따라서 본 장치는 음료 혼합물을 위한 공기를 공급할 때 유화제의 벤추리 효과에 의해 생성된 흡입에만 의존하지 않는다. 가압 공기의 이용은 음료가 유제화 장치에서 방출되는 것과 같이, 음료 혼합물에서 유동체의 온도 및 비율의 일관성을 개선한다.

또 다른 실시예에서, 음료 자동판매기는 유제품 음료와 적어도 한 가지 다른 유동체의 일부를 분배하기 위한 혼합 챔버의 하류에 위치한 음료 분배 배출구를 갖는 유화제 챔버를 포함하여 다른 유동체와 유제품 액체를 유제화 시키기 위한 장치로 생각된다. 본 발명의 개선점은 유화제 챔버에 결합된, 압력하의 물 공급량에 있다. 세척제어 밸브와 삼방 밸브는 물 공급기와 유화제 챔버 사이에 위치한다. 세척제어 밸브 액추에이터는 세척제어 밸브를 자동으로 열어 음료의 각 몫의 분배에 따라 물 공급기에서 유화제 챔버를 통해 다량의 물을 분배하도록 프로그램 될 수 있다. 선택적으로, 원치 않는 공기를 안으로 들이지 않고/또는 그렇지 않으면 유화제 챔버와 이어질 원치 않는 팽창 공간을 제거하기 위해서라면 음료를 분배하기 전에 유화제 챔버까지만 이동하는 적은 양의 물을 공급하도록 프로그램 될 수도 있다. 분배된 다른 유동체 중 하나는 공기이고 유화제 챔버에 연결된 에어 라인(air line)이 있다. 삼방 밸브는 이 에어라인에 결합되어 물을 공급하고 에어라인을 통해 유화제 챔버에 선택적으로 물과 공기를 공급하는데 사용 가능하다. 특정 실시예에서, 물 공급기는 유화제 챔버에 연결되는 에어라인에 결합되어 물로 이 에어라인을 세척할 수 있다.

또 다른 폭넓은 관점에서, 본 발명은 유체 유화제 챔버를 통해 선택된 부분의 음료 분배 배출구로 적어도 하나의 다른 유체와 유제품 액체를 지나게 하여 다른 유동체와 유제품 액체를 유제화 시키는 개선된 방법으로 생각된다. 개선된 방법은 선택적으로 유제품 음료를 혼합하기 위한 공기 공급라인을 통해 공기를 공급하고, 각 몫을 분배하기 전 혹은 후에 공기 공급라인을 통해 음료 분배 배출구에 대한 유화제 챔버에 자동으로 물이 넘치게 하는 것으로 이루어진다.

본 발명은 또한 제 20 항에 따라 유제품 액체를 위한 일회용 용기를 제공한다. 이러한 일회용 용기는 본 발명에 따라 음료 자동판매기에 쉽게 관계될 수 있다. 또한 본 자동판매기의 핀칭 밸브(pinching valve)는 이 밸브가 유제품 액체와 접촉하지 않을 것이라는 이점을 갖는 일회용 용기의 가요성 호스(예를 들면 고무 또는 플라스틱으로 만들어진) 외부에서 작동할 수 있다. 일회용 용기의 특정 실시예는 또한 "백인박스" 용기로 불린다. 이 백인박스 용기는 예를 들면 우유로 채워져 보호 골판지(corrugated paperboard) 또는 플라스틱 박스 안에 담긴 무균 플라스틱 백을 의미한다. 상기 백은 가요성 고무 또는 플라스틱 분배 호스를 제외하고 완전히 닫히는 것이 선호된다. 이 박스는 가급적 호스를 뽑아내고 이 호스가 아래로 연장되도록 하부에 인접하여 개방된다. 일회용 용기를 수송하고 저장하는 동안 이 박스는 호스가 손상되거나 오염되지 못하게 한다. 청구된 바와 같이 음료 자동판매기에 박스를 수용하기 위해, 박스의 크기는 냉각된 우유의 저장 챔버에 맞아야 한다. 반면 본 발명에 따른 신선한 우유 및/또는 유제품 액체를 유제화하기 위한 독특한 장치는, 유제화 장치 위에 "백이박스" 용기를 수용하도록 구성된다. 이 백에서 우유 공급량이 다 소모됐을 때, 대기압이 상기 백을 찌부러뜨린다.

일회용 용기의 다른 선호된 실시예에서, 호스의 자유, 원위 단부의 팁(tip)은 호스의 원위 단부를 열도록 탈착가능하다. 이것은 예를 들면 팁이 제거될 때, 호스를 통해 (예를 들면 우유와 같은)유제품 액체가 흐를 수 있도록 밀폐관(sealed tube)의 팁이 절단되므로 실현된다.

본 발명에 따른 일회용 용기는 일회용 우유 용기에서 불필요한 유제화 장치까지 영구한 연결배관(connecting tubing)을 만든다. 반면, "백인박스" 용기의 백이 일단 비게 되면, 관의 팁은 입구에서 유제화 장치까지 옮겨져 핀치 밸브 없이 당겨질 수 있다. 이러한 일회용 "백인박스" 용기는 사전에 부착된 관조직(tubing)을 포함해 폐기되고 대체될 수 있다.

도 1 은 도 2에서 전반에 걸쳐 14로 표시된 상부, 전반에 걸쳐 16으로 표시된 하부를 갖는 캐비닛(cabinet)(12)을 이용하는 유제화 및 자동판매 장치(10)를 도시한다. 상기 상부(14)는 냉각 공동(cooling cavity)을 선호적으로 약 0℃와 5℃(보다 선호적으로 약 0.5℃와 4.5℃) 사이의 온도로 유지시키는 냉각 코일(cooling coil)을 가지는 전기 작동 냉장장치(18)를 포함한다. 냉각 장치(18)의 상기 냉각 공동은 일회용 "백인박스" 우유용기(22), 또는 정규/표준의 1갤런(gallon) 또는 1/2 갤런 플라스틱 용기 또는 캐비닛(12)의 상부(14)에 우유(20)의 공급량을 보관하는 납지와 같은 다른 수납용기를 수용할 수 있다. 특히, 이 용기(22)는 가요성 접이식 플라스틱 백(24)이 놓인 골판지로 된 외부의 직사각형 박스로 만들어진다. 이 백(24)은 도 3 에 가장 잘 도시된 방출 호스(discharge hose)(26)를 갖추되 이 호스는 짧은 길이의 고무 관재(tubing)로 만들어진다. 이 호스(26)는 백(24)의 하부와 유동적으로 이어져 밀봉된 근위 단부와, 말단에서 처음으로 밀봉되어 닫힌 반대편의 자유 원위단부를 갖고 있다.

"백인박스" 용기(22)를 활용하기 위해, 이 장치(10)의 상부(14)에서 냉장 장치(18)의 도어(28)가 열리고, 그 속에 골판지 용기(22)가 냉장 장치 도어(28) 바로 뒤인, 이 장치의 전면에 근접한 냉장장치 공동의 플로어(floor)에 위치한 작은 오프닝을 통해 하부로 안내된 유량방출 호스(26)와 배치된다. 이 호스(26)는 냉장장치 플로어의 오프닝을 통해 하부로 삽입되어 수직축 둘레를 회전하도록 힌지되고 하우징(12)의 구조물에 래치된(latched) 핀치 도어(30)를 지난다. 상기 핀치도어(30)는 핀치 도어(30) 뒤에 위치한 배킹(backing) 구조물(36)에 형성된 대응하는 수직 반원통형 채널(34)과 마주한 접촉에 있는 내면에 형성된 수직, 반원통형 채널(32)을 갖고 있다. 상기 채널(32,34)은 그로 인해 냉장장치(18)의 플로어에 오프닝으로부터 아래로 수직, 원통형 통로를 형성한다. 이러한 통로는 유제화 또는 거품기 헤드장치(40)에서 상부로 유도된, 속이 빈 환형 우유 입구 파이프(42)와 이어진다.

핀치 도어(30)가 배킹 블록(36)에 대해 닫혀 그에 관해 래치될 때, 우유 방출호스(26)는 솔레노이드 작동 전기자(solenoid actuated armature)(39)의 단부에 장착되는 상호 이동 가능한 밸브 게이트(38)를 포함하는 정상적으로 닫힌 핀치 밸브(25)에 대해 가압된다. 이러한 비활성 상태에서, 솔레노이드 작동 전기자(39)는 핀치 도어(30)와 직각을 이루고 냉동장치 도어(28)의 배열과 직각을 이루는 수평 방향에서 전방으로 핀치밸브 게이트(38)를 누른다. 핀치밸브 게이트(38)는 그에 의해 도 3 에 도시된 바와 같이 닫힌 방출 호스(26)를 끼운다.

일단 도어(28)가 닫히고 핀치 도어(30)가 배킹 구조물(36)에 대해 눌려 나사 또는 래치(latch)로 고정되면; 우유방출 호스(26)는 밀봉되어 우유가 밸브 게이트(38)아래로 흐르지 못하게 할 것이다. 우유 방출호스(26) 원위 팁의 하부 말단은 그 후 차단되고, 베어진 원위단부가 그 다음에 도 3에 도시된 바와 같이, 수직 배향된 유제화 장치(40)의 우유입구 파이프(42)에 동축으로 밀려 움직인다.

왜냐하면 "백인박스" 장치(22)에서 우유방출 호스(26)의 직경이 유화제(40)에 우유를 공급하는데 요구된 것보다 상당히 크기 때문이다. 압축성 스로틀링 유동 제한기(constrictive throttling flow restrictor)(44)는 우유 입구 파이프(42)로 삽입되는 것이 선호된다. 제한적인 스로틀링 유동 제한기(44)는 환형 구조로 유제품 액체 입구 파이프(42)의 횡방향 환형 상변에 위치한 플랜지 상부를 갖는다. 폭이 좁은 중앙의 오리피스 또는 도관(46)은 축중심에서 스로틀링 유동 제한기(44)의 길이를 연장시킨다. 상기 도관(46)은 유화제(40)로부터 분배되어야 할 음료의 양에 따라 1.169㎜ 내지 1.397㎜ 의 직경 범위를 갖는 것이 선호된다.

유화제 및 자동판매기(10)의 냉장 챔버(18)는 유화제/벤추리 장치(40) 위에 위치한다. 이것은 백(24)에서 우유(20)의 가능한 가장 낮은 레벨이 유화제(40)의 레벨보다 항상 높은 것을 의미한다. 그 결과, 중력의 힘이 남아 있는 우유(20) 공급량에 항상 작용하여 그것을 유화제(40)로 보낸다. 또한 유제화 장치(40)에 우유(20)를 공급하는데 기계펌프가 요구되지 않는다.

유제품 액체를 위해 부분적으로 중력으로 공급되는 장치를 사용하는 것은 또한 이 장치의 작동에 즉시 반응하기 때문에 유리하다. 유제품 액체가 항상 핀치 밸브(25)의 바로 위에 위치하기 때문에 멀리 떨어진 공급원으로부터 몇몇 공급 라인을 통해 우유를 빨아들이는 지연이 없고, 우유가 빨아들여지기 전에 우유공급 라인에서 공기가 흡수될 때에도 지체되지 않는다. 그와 반대로 우유(20)는 항상 유화제 장치(40)로 분배하는데 즉시 이용 가능하다.

유화제(40)는 그 구조 내에 속이 빈 원통형 유화제 챔버(50)를 형성하는 성형 플라스틱 본체(48)로 구성된다. 많은 관점에서 유화제(40)는 이 문서에서 참조된 미국 특허 번호 4,715,274 에 기술된 유화제 장치와 같이 작동하도록 구성된다. 유제품 음료 방출도관(52)은 혼합 또는 유화제 챔버(50)로부터 아래쪽으로 돌출된다.

유화제 하우징(48)은 또한 증기 노즐(54)과 공기 노즐(56)을 각각 수용하도록 이중으로 놓인 한 쌍의 측면 배향된 공동(53,55)을 형성한다. 상기 노즐(54,56) 은 본체(48)에서 대응하는 공동(53,55)에 삽입되고, 직각으로 배향되어 벤추리 우유입구 파이프(42)와 교차하는 벤추리 챔버(60)와 유동적으로 이어진다. 오링(O-ring)(62,64)은 각각 노즐(54,56)의 외부 둘레와 유화제 장치에 관한 액봉(fluid-tight seals)을 보장하기 위해 노즐(54,56)에 관한 노즐 공동(53,55)의 대응하는 환형, 채널형 리세스에 위치한다. 상기 노즐(54,56)은 각각 그 구조 내에 도 4 에 표시된 증기공급 라인(70) 및 가압 공기공급 라인(72)에 각각 결합된 중앙 축류 채널(66,68)을 형성한다. 본 발명의 선호된 실시예에서, 증기 노즐(54)의 오리피스는 혼합 공동에 들어갈 때 선호적으로 직경이 2.2㎜ 이지만 물론 변할 수도 있다.

본 장치는 도 4 의 개략적 다이어그램에 표시된 AC/DC 전력공급기(74)로 작동되는데, 이 공급기는 인쇄회로 제어기판(76)에 작동전원을 공급한다. 도시된 유제화 및 자동판매 장치의 선호된 실시예에는 78,80,82,84 로 표시된 네 개의 작동버튼(actuating buttons)이 있다. 물론 적용에 따라 작동버튼의 개수는 더 많거나 적을 수도 있다. 이러한 작동 버튼들은 도 1 에 86 으로 표시된 고온, 유제품 음료의 유동을 일으키도록 누른다. 제 5 작동 버튼(85)은 이하에 설명될 것처럼, 사용자가 정화된 물과 증기의 유출량을 내보내는 이 장치를 작동시킬 수 있도록 지급된다.

각 버튼의 변수들은 프로그램 가능하고 융통성 있다. 어떤 버튼은 거품이 있는 고온의 우유 또는 거품이 없는 고온의 우유를 만들도록 프로그램 될 수 있다. 또한 각 버튼은 눌릴 때나 적절한 시간동안 작용하도록 프로그램 될 수도 있다. 시간이 조절된 사용에서, 상기 버튼은 그것을 한번 누르면 작동되고 다시 눌리거나 프로그램 된 시간이 다 되었을 때 기능을 멈출 것이다.

예를 들어 버튼(78)은 눌렸을 때 유화제 장치(40)에서 유제화되고 도 1 에 도시된 바와 같이 흐름(86)에 분배되는 압축공기, 증기 및 우유 혼합물의 흐름을 생기게 하도록 프로그램 될 수 있다. 상기 유동(86)은 버튼(78)이 계속해서 눌리는 동안 지속된다.

상기 버튼(78)과 같이, 버튼(80)은 압축공기와 증기로 가열된 공기가 공급된 거품 우유의 카푸치노 유제품 음료 혼합물을 분배하는데 활용된다. 그러나 버튼(80)은 인쇄회로기판(76)에 신호를 제공해 얼마동안 누르느냐에 관계없이 미리 정해져 조건화된 양의 유동체를 만든다. 즉 버튼(80)의 순간적인 누름으로 용기(87)로 전 결정된 분취량(aliquot portion)의 흐름(86)을 만드는데, 그렇지 않으면 이러한 양이 분배되기 전에 (순간적인 누름에 의해) 중단된다.

버튼(82)은 인쇄회로기판(76)에 신호를 전하도록 활용되어 버튼(82)이 계속 눌러져 있는 한 커피라떼 용의 거품이 없는 고온 우유의 유동을 일으킨다. 거품이 없는 고온 우유를 준비할 때는 공기 노즐(56)에 공기를 공급하지 않는다. 용기(87)를 향하는 증기의 유화작용으로 가열된 우유(86)의 유동은 버튼(82)이 눌려 있는 한 지속된다. 다른 선택에서, 커피라떼 용의 가열된 우유의 미리 정해진 분취량의 유동(86)을 만들기 위해 순간적으로 버튼(84)을 누를 수도 있다. 즉, 순간적으로 버튼(84)을 누를지라도 사전 결정된 양의 가열된 우유를 용기(87)로 흐르게 할 수 있다.

도 2와 도 4 에 도시된 바와 같이, 유제화 및 자동판매 장치(10)는 그 하부 에 증기 보일러(90)를 담고 있다. 이 증기 보일러(90)는 체적이 1 리터이고 가열 요소(91)를 갖추고 있되, 상기 가열요소는 6 킬로와트의 전기가열코일(heating coil)일 수 있다. 서모스탯 제어의 감지 요소(93) 또한 보일러(90) 내부에 위치한다. 이 보일러(90)는 증기 공급라인(70)으로 증기 노즐(54)에 연결된다. 증기 보일러의 작용은 인쇄회로기판(76)의 프로그램 가능한 조절로 인해 전기제어 라인(92)을 통해 조절된다.

유제화 및 분재 장치(10)는 또한 니들 밸브(needle valve)인 공기 조절기(96)에 이어진 임의의 공기 펌프(94)를 포함한다. 공기 조절기(96)는 차례로 공기관(98)에 의해 삼방 밸브(100)에 결합된다. 상기 삼방밸브(100)는 공기공급 라인(72)에 의해 공기 노즐(56)에 연결된다. 원하는 압력을 얻기 위해 공기 펌프(94)의 작용은 인쇄회로기판(76)으로부터의 전기신호 제어라인(102)으로 제어된다. 상기 인쇄회로기판(76)은 라인(116)의 신호들에 의해 삼방밸브(100)의 작용방향과 상태를 조절한다.

본 장치(10)는 또한 물관(water conduit)에 의해 삼방밸브(100)에 연결되는 물 펌프(water pump)(104)를 포함한다. 이 물 펌프(104)의 작용은 인쇄회로기판(76)의 전기제어 라인(108)에 의해 조절된다. 또 차례로 도관(112)에 의해 증기 보일러(90)에 연결되는 재충전 밸브(refill valve)(110)로 이끄는 물관(106)으로부터의 가지관(branch tube)(107)이 있다. 상기 재충전 밸브(110)는 전기제어 라인(114)에 의해 인쇄회로기판(76)으로부터 조절된다.

증기 보일러(90)의 레벨 센서(level sensor)(95)는 보일러(90)에 남아있는 물의 수준을 감시한다. 이러한 물의 레벨은 인쇄회로기판(76)의 회로소자(circuitry)를 레벨 감시하여 검사된다. 보일러(90)에서 물의 수준이 최소 수준 이하로 떨어질 때, 인쇄회로기판(76)의 회로소자는 라인(114)의 신호에 의해 재충전 밸브(110)를 연다. 물 펌프(104)는 그 뒤 라인(106,107)을 통해, 그리고 재충전 밸브(110)와 도관(112)을 통해 증기 보일러(90)에 유량공급을 보충하도록 물을 퍼붓는다. 고온의 유제품음료 자동판매기(10)의 작용은 다음과 같이 기술된다. 우유(20)양은 "백인박스" 용기(22)에 저장된다. 1 갤런 또는 1/2 갤런 우유팩과 같은 다른 유형의 우유용기가 "백인박스" 용기(22) 대신 이용될 수 있는 것으로 생각된다. 상기 용기(22)는 냉장장치(18)로 약 0℃ 와 5℃(보다 선호적으로 약 0.5℃와 4.5℃)사이의 냉장 상태로 유지된다. 우유는 벤추리 유화제 장치(40) 위쪽의 냉동 저장고(cold storage)에서 백(20) 내부에 저장된다.

요구 버튼(demand buttons)(78,80,82,또는84) 중 하나가 작동될 때, 인쇄회로기판(76)의 미리 조절된 프로그램이 솔레노이드 전기자(39)를 내부로 당기기 위해 도 2 에 표시된 전기 솔레노이드(41)를 작동시켜 우유공급 호스(26)에 대한 클램핑 접촉에서 떨어져 핀치밸브 게이트(38)를 당긴다. 상기 버튼들(78,80,82,84)중 어떠한 것이 작동하는지에 따라 솔레노이드(41)는 버튼이 해제될 때까지, 또는 인쇄회로기판(76)의 설정에 의해 결정된 것처럼 사전 결정된 시간 간격동안, 또는 그렇지 않으면 예정된 시간 간격이 경과하기 전에 버튼이 순간적으로 눌러질 때, 밸브 게이트(38)를 거두어들인 상태로 유지할 것이다.

어떤 경우에는, 솔레노이드(41)의 작동이 우유공급 호스(26)에 대한 클램핑 맞물림으로부터 밸브 게이트(38)를 거두어들일 때, 우유(20)는 그 즉시 중력의 힘으로 유제품 액체 입구 파이프(42)로 내려온다. 우유(20)는 백(24)에서 우유배출 호스(22)를 통해 우유 입구 파이프(42)로, 그리고 유제화 장치(40)로 배출된다. 스로틀링 유동 제한기(44)는 오리피스의 크기에 따라 우유(20)의 유동을 제한한다.

유제화 장치(40)의 입구(42)에 대한 우유 유동의 작용과 함께, 프로그램 된 인쇄회로기판(76)의 회로소자는 원하는 온도의 증기를 만드는 증기 보일러(90)를 구동시키기 위해 제어 라인(92)에 신호를 보낸다. 상기 증기보일러(90)는 보통 130℃에서 135℃ 범위의 온도에서 정상상태 또는 예비상태로 유지된다. 버튼(78 또는80)이 눌러져 카푸치노 용의 거품이 있는 데운 우유의 준비와 배출을 요구한다면 이러한 온도는 증기 보일러(90)에 위치한 전기 가열 코일(91)을 향하는 가열 전류(heating current)를 지체시켜 떨어진다. 반응은 거의 동시적이다. 상기 온도는 매우 급속히 예를 들면 125℃의 새로운 목표 온도로 떨어지고, 증기 압력 또한 대기압 이상인 약 1.5 Bar의 압력으로 떨어진다. 증기는 그 즉시 약 125℃ 의 온도, 대기압 이상의 1.0과 1.5 Bar 사이의 압력에서 증기 보일러(90)에서 방출된다.

동시에, 선택적으로 대기압의 약 0.3 내지 0.7 Bar 이상인 압력에서 공기를 발생시키기 위해 제어신호 라인(102)을 지나는 인쇄회로기판(76)이 공기 펌프(94)를 작동시키며 라인(98)과 라인(72)을 결합시키기 위한 위치의 라인(116)에서 신호들을 제어함으로서 삼방밸브(100)를 또한 작동시킨다. 공기 조절기(96)는 그 후 삼방밸브(100)와 라인(72)을 통해 공기를 공기 노즐(56)로 향하게 하도록 라인(98)으로 연결된다.

거품이 있는 고온 우유를 준비할 때, 예를 들면 카푸치노 준비에 이용하기 위해, 버튼(78 또는 82)의 누름은 솔레노이드(41)와, 라인(92)을 지나는 증기 보일러(90)의 가열 요소(91)에 대한 작동신호에 의해 유화제로 향하는 공기와 증기의 흐름에 의해, 라인(72,98)을 함께 연결하는 제어 라인(116)의 신호에 의한 삼방밸브(100)의 작용에 의해, 그리고 제어 라인(102)의 신호의 의한 선택적 공기 펌프(94)의 작동에 의해 유화제(40)로 우유를 흐르기 시작하게 하는 인쇄회로기판을 조절한다.세 가지 유체는 이로서 모두 압력 하에서 유화제 챔버(50)로 통한다. 우유 유동에 대한 압력은 부분적으로 중력인 반면, 공기에 대한 압력은 벤추리 거품기(foamer) 또는 펌프(94)에 의해 생성된 흡입력으로 공급된다. 증기압은 증기 보일러(90)의 증기로 공급된다. 이러한 증기 유동은 라인(70)에 위치하고 완전 개방 또는 완전 밀폐상태로 작동되는 증기 밸브(47)로 조절된다.

증기는 유화제 챔버(50) 내의 우유와 공기를 가열하고 비교적 작은 부피의 물을 응축시킨다. 카푸치노에 사용하려고 음료 용기(87)에 분배된 음료(86)는 따라서 공기 조절기 설정에 따라, 체적의 약 2/3 이 우유이고 약 1/3이 공기이다. 그러나 우유의 상당부분은 용기(87)에서 음료의 윗부분에 있는 거품에 부유되어 운반된다. 실제로 음료(86)는 부피로 계량할 때, 약 50 퍼센트의 가열된 우유와 용기(87)에서 음료의 상부 층에 있는 약 50 퍼센트의 거품이 형성된 우유거품으로 이루어진다.

배출구(52)를 통해 유화제 챔버(50)를 떠날 때 카푸치노 음료 혼합물(86)의 선호된 온도는 약 68℃와 74℃ 사이 범위이다. 증기압, 즉 증기 온도에 따라, 카푸 치노 음료에 사용하기 위해 16온스(ounce)의 음료 용기(87)를 가열된 우유와 거품으로 채우는 데에는 약 30초가 걸린다.

예를 들면 커피라떼와 같은 거품이 없는 데운 우유를 준비하기 위해서, 버튼(82) 또는 버튼(84)을 누른다. 이 때 인쇄회로기판(76)은 삼방밸브(100)가 펌프(94)로부터의 공기공급을 완전히 차단하도록 조절된다. 프로그램 된 인쇄회로기판(76)의 회로소자는 또한 약 140℃의 새로운 목표로 증기의 온도를 올리기 위해 증기 보일러(90)의 가열 코일(91)을 작동시키는 증기 보일러(90)에 라인(92)의 신호를 보내고 보일러(90)내의 압력을 증가시킨다. 보통 거품이 없는 데운 우유를 준비할 때, 보일러(90)에서의 증기압력은 대기압의 약 1.0 내지 3.2 Bar 이상이다.

거품이 없는 고온 우유 버튼(82또는 84)을 누르는 동시에 핀치밸브(25)가 작동되어 우유(20)가 상기 핀치밸브(25)를 지나 흐르고 노즐(54)을 통해 주입된 증기와 혼합된다. 상기 두 유동체는 유화제 챔버(50)에서 혼합되어 유화제 음료 배출관(52)을 통해 분배된다.

거품이 없는 고온의 우유를 준비할 때 유화제 챔버(50)를 나가는 유동체는 거의 우유인데 그것은 우유를 가열하는 증기가 다소 적은 부피의 물로 응축되기 때문이다. 배출관(52)을 나갈 때 거품이 없는 고온의 우유를 위한 유동(86)의 가열된 우유 온도도 68℃와 74℃ 사이의 범위이어야 한다. 증기 보일러의 온도에 따라 커피라떼에 맞는 충분한 양의 가열된 우유(86)를 16 온스의 음료 용기(87)에 분배하는데 약 30초가 걸린다.

본 발명의 매우 중요한 관점은 자가 세척(self-cleaning) 특징이다. 어느 버 튼(78,80,82 또는 84)을 누르든 관계없이 공기노즐(56)과 공기노즐(56)로 이끄는 라인(72)은 가열된 유제품 음료(86)의 몫을 분배할 뒤 씻긴다. 이러한 자가 세척 단계는 다음 방법으로 나타난다. 만일 버튼(78 또는 82)에 의해 시작된 작동 신호의 타임아웃(timing out)의 이유로, 또는 사용자가 버튼(80 또는 84)에서 손을 놓기 때문에 우유, 증기 및 기류가 중지된 뒤에 인쇄회로기판(76) 프로그램은 세척 주기를 시작한다. 특히 인쇄회로기판(76)의 회로소자는 라인(116)의 신호를 통해 공기공급 라인(72)에 물관(106)을 연결하고 라인(98)을 통한 어떠한 역류(flow back)도 막기 위해 삼방밸브(100)를 배치한다. 물펌프(104)는 그 후 물관(106)에서 세척제어밸브(109)와 삼방밸브(100)를 통해, 공기공급 라인(72)을 지나 공기노즐(56)로, 그리고 유화제 챔버(50)로 이동하는 다량의 세척수(flushing or purging water)를 공급한다. 이러한 구성요소들은 비교적 작은 부피를 갖고 있기 때문에 라인(106,72), 삼방밸브(100) 및 노즐(56)을 세척하는 데에는 물이 조금만 필요하다. 세척수는 사전 결정된 프로그램 가능한 시간, 혹은 2초 동안 공기노즐(56)을 통해 분배된다. 동시에 증기 보일러(90)를 향하는 제어 라인(92)의 신호는 그러한 구성요소들에 남아 있는 우유와 물의 증기 공급라인(70)과 증기 노즐(56)을 세척하기 위해 적은 양의 세척 증기를 방출하기 시작한다.

음료(86)의 각 분배에 따른 세척주기를 사용함으로서 이 장치는 공기노즐(56) 또는 공기 라인(72), 증기 노즐(74) 또는 증기 라인(70)으로 되돌아가 작용해야 하는 우유에 의한 오염을 피할 수 있다. 이 결과, 물펌프(104)의 물과 보일러(90)의 증기를 이용해 공기 및 증기라인들 및 노즐들에서 모든 우유의 흔적 들을 세척할 수 있다. 비교적 적은 양의 우유 흔적 혹은 그 속의 다른 불순물들을 갖고 있는 세척수 분량은 단순히 배출관(52)에서 폐기물조(waste basin)로 분배된다.

"백인박스" 용기(22), 배출 호스(26), 노즐(54,56) 및 유제화 장치(40)와 별개로 자동판매 장치(10)의 일부 또는 기계 구성요소는 우유(20)와 직접 접촉하게 된다. 이것은 일상적으로 매우 가격이 저렴하며 단순한 세척 작업을 고려한다. 특히 유제화 장치(40)는 매일 폐기되는 매우 저렴한 일회용 품목이다. 마찬가지로, 우유(20)를 위한 "백인박스" 용기(22) 또한 일회용 상품이다. 상기 우유(20)는 다 소모될 때까지, 혹은 유효기간이 될 때까지 냉장장치(18)에 저장된다. 상기와 같은 일이 일어나면 "백인박스" 용기(22)는 배출 호스(26)와 함께 폐기된다.

증기 및 공기배출 노즐(54,56)은 우유와 접촉하는 일회성이 아닌 유일한 부분이다. 배출기(54,56)의 내부 채널은 각각의 프로그램 된 양의 음료가 분배된 후에 물과 증기로 자동적으로 세척된다. 세척 주기의 타이밍(timing)은 인쇄회로기판(76)으로 조절되되 프로그램 가능하며 소프트웨어로 통제된다. 또 노즐(54,56)은 외부에서 손질, 세척 및/또는 솔질(brush)하기 매우 용이하다.

선택버튼(85)은 유제화 및 자동판매 장치의 조작자가 원할 때는 언제나 물과 증기 세척순환을 실행하도록 활용된다. 선택버튼(85)을 누르면 각 음료분량이 분배된 뒤에 자동 발생하도록 프로그램 된 동일한 세척 순환을 수동으로 시작하기 위한 수단이 제공된다.

자동판매 장치(10)는 이미 기술된 "백인박스" 용기(22)에 특히 적절하며 시 판용 갤런 팩(gallon packs), 갤런 병(gallon bottles) 또는 우유분배 호스가 용기 상부의 오프닝을 지나 연결되는 다른 시판용 유제품 포장과 관련하여 활용된다. 이런 배치에서, 호스는 상부로부터 용기에 들어가지만 우유 용기의 하부를 향해 아래로 돌출된다. 이러한 호스 연결로, 우유를 용기 하부로부터 상부의 오프닝을 통해 빨아올리고, 핀치 밸브(25)를 통해 우유입구 파이프(42)에 삽입될 공급 호스를 통해 끌어내리는데 초기 흡입 또는 사이포닝 힘이 필요하다. 그러나 그에 따라 생성된 사이포닝 효과는 우유가 유제화 장치(40)에 이르도록 돕는다. 종래의 장치와는 달리 완전한 우유용기 및 그와 관련된 호스 구조물이 냉장장치(18) 내에 수용되기 때문에 사이펀 브레이크(siphon break)가 필요 없다.

핀치밸브(25)는 자동판매기(10)의 중요한 구성요소이다. 고온 유제품 분배 적용에 이러한 핀치밸브를 사용하는 것은 본 발명밖에 없다. 상기 핀치밸브(25)는 유화제 장치(40) 바로 위에 위치한다. 핀치밸브(25)는 우유(10)와 접촉하는 부분이 없기 때문에 거품기 헤드 장치 또는 유제화 장치(40)를 자동으로 세척 및 헹굴 수 있다.

핀치밸브(25)를 활용하는 다른 이점은 "백인박스" 용기와 같이, 다음 분배 주기가 지체 없이 중력공급의 도움으로 시작될 수 있도록 냉장 저장용기(22)로 우유가 역류하지 못하게 하는 점이다. 사이펀 브레이크가 필요 없기 때문에 공급관(supply tubing)은 항상 우유로 완전히 채워진다. 그 결과 지체를 거치지 않으며, 자동판매 장치(10)가 다음 음료를 분배하기 위해 작동할 때 분배에 모순이 없다. 이러한 특징은 고객이 음료 버튼(78,80,82 또는 84) 중 하나를 누른 다음 바 로 용기(87)에 분배해야 하는 전형적인 셀프서비스 적용에 매우 중요하다. 순간적인 지연만으로도 어떤 고객들은 용기(87)를 바꾸거나 제거할 것이므로 뜨거운 음료에 손 피부가 노출된 위험이 있다.

벤추리 거품기 헤드 유제화 장치(40)와 함께, 관(26)에 핀치밸브(25)를 사용하는 것은 그것이 우유(20)와, 핀치밸브(25)의 작동 요소들 사이의 직접 접촉을 막는다는 점에서 독특하다. 그 결과, 핀치밸브(25) 자체는 매일 떼어놓거나 세척할 필요가 없다. 최종 사용자나 기계(10) 조작자가 기계적 밸브를 제거 및 세척하는 것은 일반적으로 매우 까다롭다. 그보다는 숙련된 기술자의 도움을 필요로 한다. 그러나 본 발명의 구조로 인해 만일 밸브의 기능불량이 발생했을 경우 핀치밸브(25)의 제거 및/또는 세척이 강제로 된다.

그에 반해 우유 유동을 방해하는 종래의 기계 밸브는 일반적으로 기술자가 그것을 교체할 때까지는 기계 속에 남아 있다. 이러한 밸브는 특별한 화학제품으로 매일 정밀한 세척 절차를 요구한다. 만일 그러한 밸브가 올바르게 세척되지 않는다면, 세균이 번성하고 성능을 신뢰할 수 없게 된다. 그러나 핀치밸브(25)의 사용으로 우유(20)와 흐름제어 기구의 작동요소의 직접접촉을 피해 이러한 세척 필요조건을 고려하지 않는다.

본 발명은 단일 보일러(90)의 증기를 활용하되 이 증기는 누르는 음료 버튼(78,80,82,84)으로 결정되어 상이한 온도, 압력 및 속도로 주입된다. 증기는 선택된 음료에 따라, 두 개의 상이한 노즐을 통해 주입되면서 단일 증기노즐(54)을 통해 공급되는 것이 선호된다. 그러나 원한다면 독립된 증기노즐(54)이 거품기 헤 드(40)에 제공될 수 있는 것으로 이해된다. 각 증기 노즐의 오리피스는 상이하며 활용되는 음료에 특별히 맞춰진다.

유제화 및 자동판매 장치(10)는 분배되는 음료제품에 완전 통제된 온도 일치성을 제공한다. 증기는 단일 보일러(90)에서 생겨 상이한 온도, 압력 및/또는 속도로 주입된다. 증기유동 경로는 단일입구의 증기주입기(54)를 통해 단일 거품기 헤드(40)까지가 선호된다. 온도는 요구에 따라, 즉 버튼들(78,80,82 또는 84) 중 선택된 하나를 누를 때 조절된다. 선택된 버튼과 관련된 온도에서 증기 요구사항의 유효성은 중요하다. 종래의 장치와 달리 본 발명은 보일러(90)를 선택된 음료의 각 변화에 맞는 새로운 기본 증기온도로 재설정하거나 재조정하지 않는다. 이와 달리, 프로그램 할 수 있는 기본(예비)증기 온도는 선택된 음료에 관계없이 동일하게 유지된다. 일단 음료가 선택되면, 보일러(90)의 증기는 비교적 강력한 가열요소(91)와 비교적 적은 보일러(90) 부피로 인해 요구된 대로 급속히 가열되거나 냉각된다. 기본 증기온도는 생산된 고온 유제품 음료에 요구된 최대와 최소 증기온도 사이이다. 레벨 센서에 의해 요구되고 표시된 대로, 물펌프(104)로부터 물 공급량을 다시 채우기 위해 재충전 밸브(110)를 지급하기 때문에 비교적 작은 보일러(90)를 사용할 수 있다.

본 발명의 유제화 및 자동판매 장치(10)로 인한 정확한 온도 제어는 매우 중요하다. 만일 분배된 유제품 음료의 온도가 76℃이상으로 상승한다면, 우유 단백질이 응고되기 시작해 우유가 타거나 끓는다. 업계표준(industry standards)은 분배된 음료(87)의 온도가 74℃를 넘지 않아야 하는 것을 조건으로 한다. 증기 보일러(90)의 가열 코일(91)에 공급된 전력을 교환함으로서 빈틈없이 온도를 제어할 수 있다.

공기 노즐(56)에 가압 하에서 공기를 공급하기 위한 활발히 가압된 공기원을 이용하는 것도 유리하다. 종래의 벤추리 유제화 헤드 장치와 달리 본 발명은 벤추리 거품기의 흡입을 통해 수동적으로 생성된 압력차에만 의존할 필요가 없다. 이러한 장치는 대기압의 변화로 인해 일정치 않은 음료 혼합물을 만들 수도 있다. 본 발명의 장치로 생성된 대기압 이상의 상승된 양압은 공기 노즐(56)을 통해 보다 안정되고, 보다 일정하며 규칙적인 기류를 제공한다.

가압 하의 선택적 공기 지급량은 공기에 대한 우유의 조화가 더 안정적이기 때문에 분배될 때 음료(87)의 온도 조화를 개선한다. 벤추리 흡입시 변화하기 쉬운 종래의 장치에서, 낮은 대기압으로 인한 기류의 낙하로 더 많은 양의 우유가 혼합된다. 반대로, 대기압의 상승은 종래의 벤추리 거품 가열기에서 공기의 부피를 증가시킬 것이므로 혼합물 속의 우유의 양을 낮춘다. 혼합물 속에 공기의 양이 많아질수록 더 적은 양의 우유가 가열된다.

세척효과를 제공하기 위해 공기입구 라인(72)과 공기노즐(56)을 채우는 반응성으로 사전 프로그램 된 물을 이용하는 것이 매우 중요하다. 공기라인을 세척하는 능력으로 단일 유화제 챔버(50)가 우유의 유동을 방해하지 않으면서 거품이 있는 우유와 없는 우유 모두를 분배하는데 활용될 수 있다. 실제로 공기노즐(56)과 삼방밸브(100) 사이의 공기공급 라인(72)의 길이는 매우 짧다. 또한 거품이 없는 데운 우유를 분배할 때, 세척 순환 중에 라인(72)에 남아있는 물이 있으면 라인(72)에서 유화제 챔버(50)로 과잉공기(excess air)가 흡입되지 못한다. 라인(72)에서 세척수를 활용하면 거품이 없는 데운 우유를 준비할 때 불필요한 공기가 없게 된다.

이것은 거품이 있는 데운 우유와 거품이 없는 데운 우유를 준비하는데 모두 사용되는 다수의 벤추리 유화제에 공통적인 문제점을 해결한다. 즉, 이러한 종래의 유화제는 공기가 불필요할 때에도 유제화 장치에서 생성된 벤추리 흡입으로 인해 우유의 흐름으로 공기를 새어 들어가게 하는 경향이 있다. 이로 인해 거품이 없는 데운 우유의 온도와 조직 모두에 일정하지 못한 품질 문제를 일으킨다. 음료(87)의 각 분배량에 따라 공기입구 라인(72)과 공기 노즐(56)을 세척수로 채움으로서, 본 발명은 공기입구 라인과 노즐의 우유 잔여물을 세척 할뿐만 아니라, 원하는 제품이 거품이 없는 데운 우유일 때 벤추리 챔버(60)와 유화제 챔버(50)로 공기가 들어가지 못하게 한다.

공기공급 라인(72)은 거품기 헤드에 이른다. 유화제(40)에는 공기 노즐(56)로 연결된다. 상기 공기공급 라인(72)은 마이크로프로세서(microprocessor)(76)가 프로그램 되는 방식에 따라, 두 가지 상이한 기능들을 이행하도록 활용된다. 특히, 공기공급 라인(72)은 (1) 공기가 유화제로 흐르게 하거나; (2) 물이 유화제(40)로 흐르게 하는데 사용된다.

삼방밸브(100)는 공기 또는 물에 대한 요구에 따라 한 방향 혹은 다른 방향에서 흐름을 차단하는 전환밸브(diversion valve) 역할을 한다. 초기 상태일 때, 삼방밸브(100)는 공기관(98)을 차단하여 물관(106)과 공기공급 라인(72)간을 소통시킨다. 물은 그 뒤 물펌프(104)와 세척밸브(109)가 작동될 때 흐를 것이다. 거품 우유가 분배될 때, 마이크로프로세서(76)는 삼방밸브(100)가 물관(106)을 막고 공기가 공기관(98)에서 삼방밸브(100)를 통해 공기공급 라인(72)과 유화제(40)로 흐를 수 있도록 삼방밸브(100)의 상태를 변경시킨다.

공기공급 라인(72)은 두 가지 상이한 목적을 위해 다른 때에 물을 댄다. 먼저, 마이크로프로세서(76)는 유화제(40)를 세척하기 위해 음료를 분배한 후에 공기공급 라인(72)에 물을 댈 수 있도록 프로그램 되어 유화제(40)와 공기공급 라인(72) 모두로부터 우유 찌꺼기를 제거한다. 공기공급 라인(72)에 발생하는 진공효과로 인해 음료를 분배한 뒤에 우유 찌꺼기는 공기공급 라인(72)으로 들어갈 수 있다. 음료를 분배한 뒤에 공기공급 라인(72)을 물로 세척함으로서 공기공급 라인(72)과 유화제(40)는 모두 각 음료를 분배한 뒤에 세척된다.

셀프서비스 장치와 같은 몇몇 적용에서는 음료 분배 뒤에 세척수를 방출하는 상당한 지연이 있을 수 있도록 마이크로프로세서(76)가 프로그램 되는 것이 바람직하다. 이것은 음료가 완전히 분배되자마자 음료 배출관(52) 밑으로 사용자의 손을 넣을 때 우발적인 화상을 방지하므로 바람직할 수도 있다. 이러한 상황 및 다른 상황에서도 다른 목적을 위해 공기공급 라인(72)을 채우는 것이 바람직할 수 있다.

마이크로프로세서(76)는 거품이 없는 데운 우유가 분배되기 전에 버튼(82) 또는 버튼(84)을 누르자마자 공기공급 라인(72)에 물을 대도록 하는데 쓰일 수 있다. 이런 경우 버튼(82) 또는 버튼(84)의 작동은 솔레노이드 작동 전기자(39)에 에너지가 주입되기 바로 전에 삼방밸브(100)를 통해 공기공급 라인(72)으로 적은 양의 물이 주입되게 한다. 상기 공기공급 라인(72)은 그 결과 밸브 게이트(38)가 열 려 방출 호스(26)로부터 우유가 흐를 수 있게 하는 시간까지 물을 댄다. 이로 인해 거품이 없는 고온 우유를 분배하는 동안 공기공급 라인(72)으로부터 불필요한 공기가 흡기되지 않는다.

확실히 본 발명의 다수의 변형 및 수정은 고온의 유제품 음료 자동판매 당해업자가 쉽게 알 수 있다. 예를 들어 유제화 및 자동판매 장치(10)의 사용은 고온의 거품이 있거나 없는 우유에만 제한되지 않는다. 이것은 고온의 초콜릿 우유, 고온의 우유 및 고온의 크림 및 다른 고온의 유제품 음료에도 이용될 수 있다.

Claims (22)

1. - 안에 담긴 유제품 액체(20)의 냉장저장 용기(22)를 담기 위한 냉장 격실(18)을 갖고 있는 하우징(12),

   - 냉장 격실(18)에서 용기(22)와 이어질, 음료 용기(87)로 다른 유체를 포함하는 유제품 액체(20)를 유제화 시키고, 음료(86)의 유제화 혼합물을 분배하기 위한 벤추리 유제화 장치(40)로 이루어진 음료 자동판매기(10)에 있어서, 냉장 격실(18)은 유제화 장치(40) 상부에 위치하고, 자동판매기(10)는 또한 냉장격실(18)과 유제화 장치(40) 사이에 위치한, 전기 작동되는 유제품 액체흐름 제어밸브(25)로 구성되는데 있어서, 흐름제어 밸브(25)의 작동으로 유제품 액체(20)가 유제화 장치(40)로 중력으로 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
2. 제 1 항에 있어서, 냉장격실(18)은 일회용 냉장저장 용기(22)에 결합시키기 위한 결합수단을 구비하되 흐름제어 밸브(25)를 통해 하우징(12)의 냉장 격실(18)로부터 하부로 연장되는 가요성 방출호스(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기.
3. 제 2 항에 있어서, 흐름제어 밸브(25)는 외면상 방출호스(26)에 작용하는 핀치밸브(25)인 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
4. 제 3 항에 있어서, 음료 자동판매기(10)는 또한 핀치밸브(25)를 작동시키는 솔레노이드 액추에이터(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
5. 제 3 항에 있어서, 유제화 장치(40)는 상부로 향상 관상 액체입구 파이프(42)를 포함하고, 방출호스(26)는 용기(22)에 연결된 근위 단부와, 반대편의 원위단부를 갖는데, 이 원위 단부는 절단되어 액체입구 파이프(42)에 동축으로 놓이는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
6. 제 5 항에 있어서, 자동판매기(10)는 또한 세로방향 오리피스(46)를 갖는 유동 제한기(44)를 포함하는데, 이 스로틀링 유동제한기(44)는 액체 입구 파이프(42)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
7. 제 1 항에 있어서, 자동판매기(10)는 유제품 액체(20)와 선택적인 온도에서 증기를 혼합하기 위해 서모스탯 센서(93)와 가열 요소(91)를 갖고 있는 증기 공급원(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
8. 제 7 항에 있어서, 자동판매기(10)는 또한 증기가 유제품 액체(20)와 혼합될 수 있도록 선택된 온도로 증기를 이끌어 유지하기 위해 선택적으로 가열 요소(91)에 전류를 통하게 하거나 차단하도록 프로그램된 마이크로프로세서(76)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
9. 제 8 항에 있어서, 서모스탯 센서(93)는 증기원(90)의 현재 온도를 감지하고 마이크로프로세서(76)에 연결된 온도조절 장치이며, 가열요소(91)는 증기원(90)으로 열을 공급하되 선택적 음료(86)와 관련된 선택 전환기구(78,80,82,84)를 포함하는데, 상기 선택전환 기구(78,80,82,84)는 각각의 선택 음료(86)와 관계된 선택된 목표 온도를 규정하며, 선택전환 기구(78,80,82,84)는 마이크로프로세서(76)에 연결되어 선택적으로 선택 음료(86) 중 하나의 목표 온도를 마이크로프로세서(76)에 제공하도록 사용자가 작동시키는데, 상기 마이크로프로세서(76)는 증기원(90)이 선택된 목표 온도에 오도록 가열 요소(91)로 전류를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
10. 제 9 항에 있어서, 선택전환 기구(78,80,82,84)는 다수의 선택 스위치(78,80,82,84)로 구성되는데, 각각은 선택될 때, 선택 스위치들(78,80,82,84) 중 선택된 하나와 관련된 목표 온도를 얻기 위해 보일러(90)의 실제 온도를 조절하는 온도조절 마이크로프로세서(76)를 조절하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
11. 제 1 항에 있어서, 자동판매기(10)는 유제화 장치(40)에 연결된 대기압 이상의 가압공기 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
12. 제 11 항에 있어서, 상기 가압공기 공급원은 공기펌프(94)이며, 공기펌프(94)와 유제화 장치(40) 사이에 연결된 공기 조절기(96)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
13. 제 1 항에 있어서, 자동판매기(10)는 유화제 챔버(50)에 연결된 물 공급기(104), 이 물 공급기(104)와 유화제 챔버(50) 사이에 위치한 세척제어 밸브(109) 및 전환 밸브(100), 그리고 각 음료량을 분배한 뒤 유화제 챔버(50)를 통해 물 공급기(104)로부터 다량의 물을 분배하기 위해 세척제어밸브(109)를 자동으로 여는 세척제어밸브 액추에이터를 포함하는데 있어서, 다른 유체들 중 하나는 공기이고 유화제 챔버(50)에 연결된 공기 라인(72)을 또한 포함하며, 전환밸브(100)는 상기 공기 라인(72)과 물 공급기(104)에 결합되어 선택적으로 유화제 챔버(50)를 통해 공급수 및 공기에 작용할 수 있는 것을 특징으로 하는 음료 자동판매기(10).
14. 제 13 항에 있어서, 자동판매기(10)는 세척제어밸브(109)가 작동될 때마다 유화제 챔버(50)를 통해 물 공급기(104)에서 다량의 물을 분배하도록 세척제어밸브(109)를 여는 세척제어 액추에이터를 수동으로 작동시키기 위해 세척제어 밸브 액추에이터에 연결된 세척 선택장치를 또한 포함하는 것을 특징으로 하 는 음료 자동판매기(10).
15. 유제 유화제 챔버(50)를 통해 선택된 양의 음료분배 배출구(52)로 적어도 하나의 다른 유체를 포함하는 유제품 액체(20)를 통과시켜서 다른 유체와 유제품 액체(20)를 유제화 시키기 위한 방법에 있어서, 공기는 유제품 액체(20)와 공기를 혼합하기 위해 공기공급 라인(72)을 통해 선택적으로 공급되고, 물은 각각의 몫을 분배한 후에 유화제 챔버(50)로 향하는 공기공급 라인(72)을 통해 음료 분배 배출구(52)로 자동으로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 각 몫이 분배된 후에 유화제 챔버(50)를 통해 사전 결정된 양의 물을 자동으로 배출하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 15 항에 있어서, 공기는 유제품 액체(20)와 공기를 혼합하고, 선택적으로 불필요한 공기가 유화제 챔버(50)로 흡수되지 않도록 유화제 챔버(50)로 유제품 액체(20)를 밀어붙이기 전에 공기공급 라인(72)을 물로 채우기 위해 공기공급 라인(72)을 통해 선택적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 15 항에 있어서, 선택적으로 가압 하에서 공기공급 라인(72)을 통해 공기와 유제품 음료(20)를 혼합하기 위한 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 15 항에 있어서, 만일 유제품 액체(20)를 가열하기 위해 일정한 보일러 온도 수준이 보일러(90)가 요구된 목표 온도 이상으로 유지되는 보일러(90)에서 발생하는 증기를 이용한다면, 보일러(90)에서 원하는 낮은 증기 온도는 적어도 부분적으로 보일러(90)를 물로 채워서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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