KR101656362B1 - 아이스크림 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

아이스크림 제조 장치가 개시된다. 여기서, 아이스크림 제조 장치는 실린더 내부에 위치하고, 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 포함하는 대셔부, 구동 전원의 주파수를 변경하여 상기 대셔 모터로 공급하여 상기 대셔 모터의 회전 속도를 조절하는 모터 회전수 조절 수단, 상기 대셔 모터가 출력하는 전류 값을 검출하는 전류 감지부, 그리고 상기 전류 값을 토대로 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경 시점을 결정하고, 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경이 결정되면, 상기 대셔 모터의 주파수를 기 설정된 주파수로 변경하도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

아이스크림 제조 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ICE CREAM MAKING}

본 발명은 아이스크림 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 장시간 운전에 따른 변화를 최소화 하여 보다 균일(균질)한 강도, 입자 크기, 보형성, 오버런, 식감 등을 유지하면서 아이스크림 원액을 실린더 내에서 공기와 혼합하여 최적의 빙질을 갖는 소프트 아이스크림을 생성하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 소프트 아이스크림은 냉각 수단을 이용하여 액체 상태의 아이스크림 원액을 공기와 혼합해 약간 동결된 형태의 아이스크림으로 변화시킴으로써, 냉동 상태의 아이스크림보다 부드러운 빙질(품질)을 갖게 된다. 소프트 아이스크림의 빙질은 주로 실린더 내 증발기(Evaporator)의 증발온도, 대셔 회전속도, 제어시점 온도 및 아이스크림 원액 온도 등의 상태와 공기의 혼합 능력(Over-run)에 의해서 결정된다.

액체 상태의 아이스크림 원액으로부터 아이스크림을 생성하는 초기 단계와 아이스크림 생성 후 아이스크림 투출이 일어나면 새로운 원액이 기 생성된 아이스크림과 혼합되는 투출 후 단계는 빙질의 확보를 위해서 고속 회전이 불가피하다. 종래에는 이 고속 회전 상태에서 대셔 모터 전류 변화를 감지하여 아이스크림 형성 여부를 결정하였다. 그런데 이렇게 제어할 경우, 각 단계별 주파수(대셔 회전 수) 차이에 따른 전류 변화가 상이하여 동일 아이스크림의 강도(빙질)를 측정하기 어려워져 각 단계별 제어 후의 아이스크림 오버런, 강도 및 입자의 크기, 점성이 다르게 되어 아이스크림의 식감, 빙질 및 투출 량이 계속 변화되는 문제가 발생한다.

또한, 종래 기술은 아이스크림 생성 단계에 따른 대셔 회전속도를 제어하여 아이스크림 빙질 조절만이 가능하였다. 그러나 이 경우 아이스크림 생성 단계별로 주파수에 따른 측정 전류 값이 달라 단계별 빙질(강도)의 편차가 크다. 또한, 아이스크림 초기 생성 단계, 유지 단계, 투출 단계 및 투출 후 단계, 이렇게 4단계로만 제어하면, 고속 생성시 큰 입자와 작은 입자가 혼재하게 되어 빙질이 일정하지 않으며보형성이 떨어진다.

한편, 종래의 아이스크림 요구 빙질(강도) 제어 방법 중 실린더 온도에 의한 제어의 경우, 아이스크림 생성 시점에 따른 변화 폭이 크다. 초기 제어 시 -5°C에서 좋은 빙질이 형성되는 반면, 일정시간 경과 후 유지 시에는 -10~-12°C가 되더라도 빙질이 묽다.

그러나 대셔 모터 전류 값에 의한 제어는 아이스크림의 강도에 따라 제어하는 것으로서, 아이스크림 생성 시점에 따른 변화 폭이 적어 다양한 주변 환경의 영향을 적게 받는다. 단, 인버터를 사용한 가변 영역과 모터 품질 산포에 의한 변동 전류 폭을 제어하기 어려운 단점이 있다.

그리고 냉동 가동시간에 의한 제어는 주변 환경에 의한 변수 적용이 어려워 잘 쓰지 않는다.

또한, 대셔 모터 회전 속도 제어는 동일한 회전 속도(RPM, Revolution Per Minute)를 이용한 제어 방식을 사용하는데, 생성, 투출, 유지 등 다른 조건에 불리하다. 액체 상태인 원액 상태에서의 생성시와 투출, 유지 시 달라지는 아이스크림의 거동에 맞출 수 없다. 초기 빙질에 맞추면 시간의 경과에 따라 빙질 유지력이 안좋아지고, 유지 빙질에 맞추면 초기 빙질 저하 및 투출이 느려진다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 아이스크림 생성 단계를 6단계 또는 다단계로 세분화하고, 제어 시점에서 아이스크림의 빙질 및 강도를 균일하게 하기 위하여 동일 또는 유사 주파수와 전류 값으로 인버터를 이용해 대셔 모터의 회전 속도를 제어하여 최상의 아이스크림 빙질을 유지할 수 있는 아이스크림 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 아이스크림 제조 장치는 실린더 내부에 위치하고, 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 포함하는 대셔부, 구동 전원의 주파수를 변경하여 상기 대셔 모터로 공급하여 상기 대셔 모터의 회전 속도를 조절하는 모터 회전수 조절 수단, 상기 대셔 모터가 출력하는 전류 값을 검출하는 전류 감지부, 그리고 상기 전류 값을 토대로 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경 시점을 결정하고, 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경이 결정되면, 상기 대셔 모터의 주파수를 기 설정된 주파수로 변경하도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는,

제1 주파수의 구동 전원에 의해 상기 대셔 모터가 구동되는 중에 상기 전류 감지부로부터 전류 변화 또는 사전에 상기 제어부에 입력한 전류값 혹은 입력한 시간의 경과가 감지되면, 상기 대셔 모터로 공급되는 구동 전원의 주파수를 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 변경할 수 있다.

상기 제2 주파수는 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 아이스크림 생성 유지시의 주파수와 동일 또는 유사한 주파수일 수 있다.

상기 아이스크림의 생성 구간은,

액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 구간, 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재 생성되는 유지 구간, 제조된 아이스크림을 외부로 투출하는 투출 구간, 그리고 상기 투출 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재 생성되는 투출 후 구간을 포함할 수 있다.

상기 최초 생성 구간은,

상기 아이스크림 원액 및 공기의 교반이 이루어지는 초기 생성 구간, 그리고 상기 아이스크림 원액이 고형화되는 후기 생성 구간을 포함하고,

상기 제어부는,

상기 초기 생성 구간에서 전류 값의 변화 또는 사전에 상기 제어부에 입력한 전류 값 혹은 입력한 시간의 경과가 감지되면, 상기 후기 생성 구간의 시점으로 판단할 수 있다.

상기 투출 후 구간은,

상기 투출 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기의 교반이 이루어지는 초기 투출 후 구간, 그리고 상기 남은 아이스크림 및 상기 새로 투입된 아이스크림 원액이 고형화되는 후기 투출 후 구간을 포함하고,

상기 초기 투출 후 구간에서 전류 값의 변화 또는 사전에 상기 제어부에 입력한 전류 값 혹은 입력한 시간의 경과가 감지되면, 상기 후기 투출 후 구간의 시점으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는,

상기 후기 생성 구간 및 상기 후기 투출 후 구간의 시점으로 판단되면, 상기 유지 구간과 동일 또는 유사한 주파수를 상기 대셔 모터에 설정할 수 있다.

상기 제어부는,

상기 초기 생성 구간, 상기 투출 구간 및 상기 초기 투출 후 구간에는 상기 초기 생성 구간, 상기 유지 구간 및 상기 초기 투출 후 구간보다 상기 대셔 모터가 고속 또는 저속으로 회전하도록 주파수를 설정할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 아이스크림 제조 방법은 아이스크림 제조 장치가 실린더 내부에 위치하는 대셔를 회전시켜 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 단계, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터가 출력하는 전류 값 혹은 입력한 시간의경과를 토대로 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경 시점을 결정하는 단계, 그리고 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경이 결정되면, 상기 대셔 모터로 공급되는 구동 전원의 주파수를 기 설정된 주파수 변경하여 회전 속도를 조절하는 단계를 포함한다.

상기 결정하는 단계는,

상기 대셔 모터가 출력하는 전류 값이 변화하거나 입력한 시간이 경과됐는지 판단하는 단계, 그리고 상기 대셔 모터가 출력하는 전류 값이 변화하거나 입력한 시간이 경과되면, 상 변화 또는 설정 빙질 형성 시점으로 판단하여 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 조절하는 단계는,

상기 대셔 모터로 공급되는 구동 전원의 주파수를 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 구간의 주파수 또는 상기 유지 구간의 주파수와 유사한 주파수 변경할 수 있다.

종래에는 아이스크림 생성 단계에 따른 대셔 회전 속도를 제어하여 아이스크림 빙질의 변화가 컸지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 아이스크림 생성 완료 제어 시점을 변화하여 마찰(입자간 접촉)을 최소화하고 아이스크림 입자 크기를 일정하여 유지하여 빙질 및 보형성을 동시에 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 제조 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 제조 장치의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 모터의 주파수에 따른 토크의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 생성 구간을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 생성 시의 측정 전류를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 입자 거동을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 제조 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 생성 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 실린더 내부 구조를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 밀폐된 실린더(101) 내부에 투입구(103)를 통해 기화기(Carburetor)를 거친 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기가 투입된다. 액체 상태의 아이스크림 원액은 회전되는 대셔(107)에 의해 내부에서 교반되어 아이스크림 원액과 공기가 혼합되어 오버런(over-run)이 형성된다. 실린더 내벽에서 증발기(미 도시)에 의해 열 교환이 발생되고, 실린더 내벽에서 상 변화가 발생한다. 즉, 열 교환에 의한 고형화로 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림이 되는 것이다. 이때, 액체에서 고체로의 상 변화로 인한 부하 변화로 대셔 모터의 전류 값은 변한다.

이처럼, 고형화된 아이스크림은 대셔(107)의 회전에 따라 대셔 구조물 뭉치와 블레이드(105)에 의해 분쇄된다. 그리고 분쇄된 아이스크림은 대셔(107)의 회전에 의해 내부 원액과 혼합된다. 지금까지의 이러한 과정들이 반복되면서 내부 아이스크림은 고체 입자, 액체, 공기가 적절히 혼합된다. 이후, 투출 방향에 있는 대셔 커버(미 도시)가 개방되면 내부 압력에 의해 고체 입자와 공기가 적절히 혼합된 상태의 소프트 아이스크림이 외부로 투출된다.

이때, 대셔(107)의 회전 속도가 빨라진다면 단위 시간당 대셔 구조물 뭉치와블레이드(105)가 실린더 내벽을 지나는 횟수가 증가한다. 그리고 결과적으로 아이스크림의 고형화 시간이 짧아진다. 그러면 최초 아이스크림 생성 입자의 크기가 작아진다. 반면, 회전 속도가 느려진다면 아이스크림 생성 입자의 크기가 커진다. 단, 빙점 이하의 각각 다른 성분의 혼합물인 아이스크림 원료는 대셔(107) 회전 시간이 지속됨에 따라 마찰(입자간의 접촉)에 의해 이물질은 분리 현상이 가속된다. 이런 이유로 인하여 대셔(107)의 회전 속도 및 가동 시간 조절은 아이스크림 생성 및 빙질에 매우 중요한 요소이다. 따라서, 대셔(107)의 회전 속도를 제어하여 아이스크림의 빙질을 개선하는 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 제조 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 제조 장치의 동작을 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 모터의 주파수에 따른 토크의 상관관계를 도시한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 아이스크림 제조 장치(100)는 대셔(107), 대셔 모터(109), 모터 구동부(111)를 포함하는 대셔부(113), 모터 회전수 조절 수단(115), 전원 공급부(117), 전류 감지부(119) 및 제어부(121)를 포함한다. 그밖에 입력부(미도시), 음성 안내부(미도시), 디스플레이부(미도시), 냉동부(미도시) 및 냉장부(미도시) 등의 구성과 같이 일반적인 아이스크림 제조 장치의 세부적인 구성도 포함할 수 있으나 생략하고, 본 발명의 실시 예에 따른 구성만 간략히 도시하였다.

여기서, 아이스크림 제조 장치(100)의 각 구성에 대해 설명하면 다음과 같다. 대셔(107)는 스크류(screw) 형태로서, 실린더(도 1의 101) 내부에 위치한다. 이러한 대셔(107)는 회전하면서 밀폐된 실린더 내부에 투입된 아이스크림 원액 및 공기를 교반(agitation)시킨 후, 생성된 소프트 아이스크림을 실린더 전방으로 이송시킨다.

대셔 모터(109)는 모터 회전수 조절 수단(115)으로부터 공급받은 구동 전원의 주파수에 따른 회전 속도로 회전한다. 이때, 대셔 모터(109)는 회전 속도가 저속일 경우, 대셔(107)를 비교적 느린 회전 속도로 저속 회전시킴으로써, 아이스크림의 마찰을 줄여 실린더 내부의 아이스크림의 빙질을 최적의 상태로 유지시킬 수 있다. 그리고 회전 속도가 고속일 경우, 대셔(107)를 비교적 빠른 회전 속도로 고속 회전시킴으로써, 실린더 내부의 아이스크림을 신속하게 실린더의 전방으로 이송시킨다.

모터 구동부(111)는 모터 회전수 조절 수단(115)이 출력하는 구동 전원을 스위칭하여 대셔 모터(109)를 구동하는 회로로 구성된다. 모터 구동부(111)는 20헤르츠(Hz) 내지 100헤르츠(Hz)의 주파수를 갖는 구동 전원을 공급받으면, 40 알피엠(RPM) 내지 200 알피엠(RPM) 정도로 대셔 모터(109)를 회전 구동하여 대셔(107)를 저속으로 회전시킨다. 그리고 50헤르츠(Hz) 내지 200 헤르츠(Hz)의 주파수를 갖는 구동 전원을 공급받으면, 100 알피엠(RPM) 내지 400 알피엠(RPM) 정도로 대셔 모터(109)를 회전 구동하여서 대셔(107)를 고속으로 회전시킨다.

모터 회전수 조절 수단(115)은 전원 공급부(117)로부터 공급되는 구동 전원의 주파수를 제어부(121)가 요청한 주파수로 변환하여 모터 구동부(111)로 공급함으로써, 주파수에 따라 대셔 모터(109)의 회전 속도를 조절한다. 예를 들면, 모터 회전수 조절 수단(115)은 전원 공급부(117)로부터 출력되는 20헤르츠(Hz) 내지 100헤르츠(Hz)의 주파수를 갖는 작동 전원의 주파수를 50헤르츠(Hz) 내지 200헤르츠(Hz)의 고 주파수를 갖도록 주파수 증가시켜 출력할 수 있다. 또한, 반대로 주파수를 감소시켜 출력할 수도 있다.

전원 공급부(117)는 일정 주파수를 갖는 구동 전원을 출력한다.

전류 감지부(119)는 대셔 모터(109)가 출력하는 전류를 감지하고, 감지된 전류 값을 제어부(121)에서 인식 가능하게 변환하여 제어부(121)로 출력한다.

제어부(121)는 아이스크림 제조 장치(100)의 구성 요소들을 제어하여 아이스크림 생성 및 투출을 제어한다.

제어부(121)는 모터 회전수 조절 수단(115)을 이용하여 아이스크림 생성, 유지, 투출 등 조건에 따라 가변적으로 회전 속도(RPM, revolution per minute)를 제어한다. 여기서, 대셔 모터(109)의 토크(torque)는 수학식 1과 같다.

여기서,

은 토크이고,

는 모터 토크 상수이며,

는 자속이고,

는 전류이며,

는 주파수이고,

는 전압이다.

또한, 주파수에 따른 토크의 상관 관계는 도 4와 같다. 따라서, 대셔 모터(109)에 공급되는 구동 전원의 주파수를 변경하면, 대셔 모터(109)의 회전 속도가 변화되며, 주파수 별로 대셔(107)가 받는 저항력(부하)이 달라지게 된다. 즉, 필요 토크의 변화가 발생한다. 이를 수학식1에 대입하면, 각 주파수 별로 내부 실린더(101)의 상태가 동일하다고 가정할 때, 전류 값이 바뀌는 것을 알 수 있다. 동일 토크 영역에서 주파수 변화 시

,

이 일정하고,

이 변동하면,

도 변동한다.

또한, 기기별, 모터별 편차에 의해서도 동일 부하에서의 전류 측정값은 변화된다.

따라서, 제어부(121)는 대셔부(113)가 출력하는 전류 값을 확인하여 대셔부(113)의 가동을 제어한다.

도 3을 참조하면, 제어부(121)는 전류 감지부(119)가 측정(S101)한 전류 값을 토대로 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점을 결정한다. 이때, 전류 값의 변화를 토대로 모터 부하 상태를 감지하여 상 변화 시점으로 판단한다. 즉, 일정하던 전류가 변화하는지 판단(S103)하여 전류 변화가 발생하면, 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점으로 판단한다(S105).

이때, 회전 속도 변경 시점은 전류값 변환 시점이며, 전류값 변환 시점은 델타 전류(-I) 또는 델타 시간(-t)으로 설정될 수 있다.

그리고 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경이 결정되면, 주파수를 변경(S107)하여 대셔 모터(109)의 속도를 조절한다. 대셔 모터(109)의 주파수를 기 설정된 주파수로 변경하도록 기 설정된 주파수를 모터 회전수 조절 수단(115)으로 출력한다.

여기서, 초기 아이스크림 생성 단계에서는 액체 상태의 아이스크림 원액이 고형화된 아이스크림으로 형성되므로, 비교적 고속의 회전 속도를 위한 주파수, 예를 들면, 50Hz~120Hz가 필요하다. 그리고 고형화된 아이스크림이 유지되는 단계에서는 시간의 경과에 따라 녹는 아이스크림을 다시 생성시키며, 시간의 경과에 따른 보형성 및 식감을 유지해야 하므로, 비교적 저속의 회전 속도를 위한 주파수, 예를 들면, 30Hz~80Hz가 필요하다. 이러한 점을 토대로 제어부(121)는 모터 회전수 조절 수단(115)이 출력하는 구동 전원의 주파수를 결정한다. 제어부(121)는 아이스크림 생성 단계에 따라 대셔(107)의 회전 속도를 조절하여 식감 및 보형성을 유지한다. 생성 단계에 따른 회전 속도 변화에도 불구하고 제어 시점에서 동일한 속도, 전류 값을 측정 제어하여 동일한 빙질(상태)을 유지한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아이스크림 생성 구간을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아이스크림 생성시의 측정 전류를 나타낸 그래프이다.

도 5를 참조하면, 아이스크림 생성에 따른 거동 변화는 크게 4단계로 구분되는데, 다음 표 1과 같다.

단계명	설명
최초 생성 단계 (First)	액체 상태의 원액을 고체 상태의 공기가 함유된 아이스크림으로 생성함
유지 단계 (Run)	내부에 만들어진 아이스크림을 유지하며 일부 녹은 아이스크림을 재생성함
투출 단계 (Draw)	내부에 만들어진 아이스크림에 일정 이상의 내압을 발생시켜 아이스크림을 투출함
투출후 단계 (After draw)	액체 상태의 원액과 고체 상태의 아이스크림을 적절히 혼합하여 재생성함

표 1에 따르면, 최초 생성 단계는 액체 상태의 원액을 고체 상태의 아이스크림으로 생성한다. 이때, 아이스크림 생성 거동은 실린더 내벽에서 만들어져 분쇄된 고체 입자가 내부의 액체와 혼합되면서 나중에 분쇄된 고체 입자와 섞여 아이스크림이 생성되는 형태로 나타난다. 회전 속도가 느리다면 아이스크림에 거품, 공기 혼입이 감소되어 오버런 및 부드러움이 감소되고 열 전달 감소로 고체 입자의 크기가 비교적 큰 아이스크림이 형성된다. 입자가 일정 크기 이상 커지게 되면 마치 샤베트와 같이 거친 식감이 되므로 입자는 일정 크기 이하로 제어되어야 한다.

또한, 적정 수준의 마찰(입자간의 접촉)과 냉기로 아이스크림을 생성하는 것이 중요하다. 만약, 회전 속도가 빠른 상태로 장시간 가동 시에는 마찰이 필요 이상으로 발생하여 물리적 성질에 의해 아이스크림 혼합물의 성분이 분리되고 아이스크림 입자가 커지며 묽어진다. 그러므로 최초 생성 단계에서는 처음에 고속 운전이 필요하고 아이스크림이 일정량 이상 고체화 되었을 때, 저속 운전으로의 속도 변화가 요구되며, 투출 후에는 비교적 고속의 회전 속도(100~400rpm)가 필요하다.

다음, 유지 단계는 실린더 내부에 만들어진 아이스크림을 유지하며 일부 녹은 아이스크림을 재 생성한다. 이때의 아이스크림 생성 거동은 외벽에 일부 녹은 아이스크림을 고형화시켜 보충하면서 내부에 남은 아이스크림과 섞어 주게 된다. 회전 속도가 빠르다면, 보충되는 아이스크림의 입자는 곱게 만들어지지만 내부에 이미 존재하는 아이스크림도 분쇄 및 마찰이 가속화된다. 빙점 이하에서 마찰(입자간의 접촉)이 많아지면 물리적 성질에 의해 동일 물질은 결합되고 이물질은 분리되며 입자가 커지고 거칠어지고, 처닝 현상의 원인이 된다. 따라서, 비교적 저속의 회전속도(40~200rpm)가 필요하다.

다음, 투출 단계는 내부에 만들어진 아이스크림에 일정 이상의 내압을 발생시켜 아이스크림을 외부로 투출한다. 일정 속도 이상으로 투출하면, 내압이 발생한다. 투출된 양만큼의 원액과 공기를 보충한다. 이때는 내부에 형성된 아이스크림을 외부로 투출하면서 투출된 만큼의 원액과 공기를 보충하게 된다. 회전 속도가 느리다면 실린더 입구의 압력이 낮아지고 투출이 느려진다. 따라서, 일정 압력 이상을 제공할 수 있는 속도가 보장되어야 하므로, 상대적으로 고속의 회전 속도(150~400rpm)가 필요하다.

다음, 투출 후 단계는 액체 상태의 원액과 고체 상태의 아이스크림을 적절히 혼합하여 재 생성한다. 투출된 양만큼의 원액과 남아있는 아이스크림을 적절히 혼합하고 재 생성한다. 이때는 투출된 아이스크림 양만큼의 원액과 공기가 새로 유입되었으며, 일부 남아있는 아이스크림과 혼합 및 재 생성되는 과정이다. 초기 생성과 유지의 중간 성격으로 보이므로 비교적 고속 회전을 통해 액상 원액에 많은 공기를 주입시켜 오버런을 증대시키고 열 전달을 촉진시킬 수 있도록 입자의 크기를 조절하여야 한다. 유지시보다 고속의 회전 속도(100~400rpm)가 필요하다.

그러나, 동일한 생성 단계에서도 필요로 하는 회전 속도의 차이가 있으므로, 단순히 4단계 별로 주파수를 통한 회전 속도 제어시에는 단계별로 동일한 상태(내부 부하)의 아이스크림을 생성하기가 힘들다. 즉, 4단계의 아이스크림의 빙질을 생성 단계와 무관하게 일정하게 유지하기에는 한계가 있다.

따라서, 이러한 4단계 중에서 초기 생성 단계 및 투출 후 단계를 각각 세분화하여 아이스크림 생성 단계를 총 6단계로 변경한다.

이원화되는 단계는 초기 단계와 후기 단계로 구분되는데, 표 1의 초기 생성 단계(First Speed)는 초기 생성 구간(First Speed#1) 및 후기 생성 구간(First Speed#2)으로 구분된다. 그리고 표 1의 투출 후 단계(After draw)도 초기 투출 후 구간(After draw Speed#1) 및 후기 투출 후 구간(After draw Speed#2)으로 구분된다.

이때, 초기 생성 구간(First Speed#1) 및 초기 투출 후 구간(After draw Speed#1)은 고속 운전 단계로서, 오버런 부여, 열 전달 증가로 입자 크기 최소화, 빙질, 식감 우수가 중요하게 고려되는 단계이다. 그리고 후기 생성 구간(First Speed#2) 및 후기 투출후 구간(After draw Speed#2)은 저속 운전 단계로서, 실린더 내 아이스크림의 동일 부하 제어로 일정한 아이스크림 유지, 과잉 마찰(입자간 접촉) 감소로 아이스크림 분리 현상을 최소화해야 하는 단계이다. 그리고 후기 생성 구간(First Speed#2) 및 후기 투출 후 구간(After draw Speed#2)은 표 1의 유지 단계와 동일 또는 유사한 주파수로 대셔 모터(109)를 회전시킨다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 아이스크림 생성 구간은 초기 생성 구간(First Speed#1)인 제1 생성 구간(P1), 후기 생성 구간(First Speed#2)인 제2 생성 구간(P3), 표 1의 유지 단계인 제3 생성 구간(P5), 표 1의 투출 단계인 제4 생성 구간(P7), 초기 투출 후 단계(After draw Speed#1)인 제5 생성 구간(P9) 및 투출 후 단계(After draw Speed#2)인 제6 생성 구간(P11)으로, 총 6단계의 생성 구간으로 이루어진다. 그리고 제2 생성 구간(P3)과 제3 생성 구간(P5) 사이, 제3 생성 구간(P5)과 제4 생성 구간(P7) 사이, 제6 생성 구간(P11) 이후에는 휴지 기간(Break Time)이 위치한다.

여기서, 대셔 모터(109)의 고속 회전 구간은 제1 생성 구간(P1), 제4 생성 구간(P7) 및 제5 생성 구간(P9)이다. 그리고 대셔 모터(109)의 저속 회전 구간은 제2 생성 구간(P3), 제3 생성 구간(P5) 및 제6 생성 구간(P11)이다.

이때, 제어부(121)는 제1 생성 구간(P1)에서는 고속으로 아이스크림을 생성하다가 제2 생성 구간(P3)에서는 비교적 저속인 회전 속도, 예를 들면, 유지 단계(P5)의 회전 속도로 아이스크림을 생성하도록 제어한다. 마찬가지로, 제5 생성 구간(P9)에서는 고속으로 아이스크림을 생성하다가 제6 생성 구간(P11)에서는 비교적 저속인 회전 속도, 예를 들면 유지 단계(P5)의 속도로 아이스크림 생성을 제어한다.

또한, 아이스크림 생성시 초기 생성 구간(First Speed#1)과 초기 투출 후 단계(After draw Speed#1)는 저속, 고속의 2단 속도로 구분되어 있지만, 다단 속도로 구현할 수도 있다.

이처럼, 제어부(121)는 제3 생성 구간(P5)의 회전 속도와 동일 또는 유사하게 제2 생성 구간(P3) 및 제6 생성 구간(P11)을 제어할 수 있다. 이때, 제어 시점 전류도 동일하다. 제어 시점에는 균일하고 일정한 아이스크림의 강도를 감지하기 위해 항상 동일 주파수에서 동일한 부하(전류 값)을 감지하여 빙질 변화를 최소화한다.

도 6을 참조하면, 액체 상태의 아이스크림 원액과 공기가 혼합되는 시점, 즉, 제1 생성 구간(P1)에서는 전류가 일정하다가 아이스크림 원액이 액체에서 고체로 상 변화가 이루어지기 시작하면, 전류 값의 변화가 발생한다. 즉, 상 변화로 인해 대셔 모터(109)에 걸리는 부하가 변동되면, 이 부하는 전류의 변화(

)로 감지할 수 있다. 따라서, 전류의 변화(

)가 감지되는 시점(P) 또는 일정 경과시간(-t)이 지난 시점을 대셔 모터(109)의 운전 상태 변경, 즉, 주파수를 변경하는 시점으로 판단한다.

제1 생성 구간(P1)에서는 액체 상태의 아이스크림 원액과 공기만이 존재하므로, 측정되는 전류 값이 일정하다. 제어부(121)는 전류 값을 모니터링하다가 전류 값의 변화(

) 또는 일정 경과시간(-t)이 지난 것을 감지하면, 제2 생성 구간(P3)이 시작되는 시점으로 판단하여 대셔 모터(109)에 공급되는 전원의 주파수를 제3 생성 구간 (P5)의 주파수로 변경한다. 또한, 제어부(121)는 아이스크림 투출 후 제5 생성 구간(P9)에서 측정되는 전류 값이 일정하다가 전류 값의 변화(

)또는 일정 경과시간(-t)이 지난 것을 감지하면, 제6 생성 구간(P11)이 시작되는 시점으로 판단하여 대셔 모터(109)에 공급되는 전원의 주파수를 제3 생성 구간 (P5)의 주파수 또는 유사 주파수로 변경한다.

이처럼, 제어부(121)는 전류의 변화로부터 아이스크림이 생성되는 시간을 알 수 있다. 따라서, 제어부(121)는 이러한 전류의 변화 또는 경과시간이 지난 것을 감지하면, 대셔(107)의 회전 속도 변경 시점을 인지하여 고속에서 저속으로 변경해 저속 상태, 즉, 유지 단계와 유사 또는 동일한 주파수로 제어함으로써 항상 균일한 아이스크림의 강도를 유지한다. 이는 해당 단계의 대셔 회전 속도를 유지하며 제어를 결정하던 종래 방식과 다른 부분이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 아이스크림 입자 거동을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.

이때, 도 7의 (a)는 종래 방식에 따른 초기 생성 단계에서 내부 상(phase) 변화에 따른 아이스크림 입자 거동을 나타낸다. 도 7의 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 생성 단계에서 내부 상(phase) 변화에 따른 아이스크림 입자 거동을 나타낸다.

도 7의 (a)를 참조하면, 종래 고속 회전 상태에서 단지 대셔 모터(109)의 전류 변화를 감지하여 아이스크림 형성 여부를 결정하는 경우, 각 단계별 주파수, 즉 대셔(107) 회전 수 차이에 따른 전류 변화가 상이하여 동일 아이스크림의 강도(빙질)를 측정하기 어려워 각 단계별 제어 후의 아이스크림 오버런 및 입자가 달라 아이스크림의 식감, 빙질 및 투출량이 계속 변한다. 따라서, 아이스크림 입자의 크기가 고르지 않다.

반면, 도 7의 (b)를 참조하면, 초기 생성 단계 및 투출 후 단계에서 각각 고속으로 아이스크림을 생성하다가 일정 시간 뒤 비교적 저속인 유지 속도로 아이스크림을 생성한다. 따라서, 도 5의 제1 생성 구간 및 제5 생성 구간 각각에서 생성된 비교적 작은 입자는 내부의 원액과 혼합되면서 일부 핵을 이루지만 마찰 횟수의 감소로 입자의 크기 성장이 최소화되고, 제2 생성 구간 및 제6 생성 구간 각각에서 비교적 저속으로 분쇄되어 나중에 생기는 입자는 적당한 크기를 유지하여 아이스크림을 형성해 식감 및 보형성을 확보할 수 있다. 즉, 아이스크림 입자 크기가 균일화된다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 6단계의 아이스크림 생성 단계 제어에서는 주파수 별 형성은 다르나 제어 시점을 동일하게 하여 동일한 부하를 측정해 단계별 빙질(강도)의 편차가 작고, 초기 고속 생성 후 후기 완성 시점에는 비교적 저속으로 제어하여 비교적 균일한 입자 크기를 유지하여 보형성이 향상된다. 단, 6단계라는 것은 일 실시예일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

1. 실린더 내부에 위치하고, 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔;
   상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터;
   상기 대셔 모터의 주파수를 조절하는 모터 회전수 조절 수단;
   상기 대셔 모터가 출력하는 전류 값을 검출하는 전류 감지부; 및
   상기 전류 감지부에서 검출된 전류 값을 토대로 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경 시점을 결정하고, 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경이 결정되면 상기 대셔 모터의 주파수가 기 설정된 주파수로 변경되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하는 제어부;를 포함하며,
   균일한 입자크기와 강도를 갖는 아이스크림을 생성하기 위해,
   상기 대셔 모터가 제1 주파수로 구동되어 아이스크림을 생성하는 중에, 상기 전류 감지부에서 검출된 전류 값이 상기 제어부에 사전에 입력된 전류 값에 도달하면,
   상기 제어부는,
   상기 대셔 모터의 주파수가 상기 제1 주파수보다 작은 제2 주파수로 변경되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하여 아이스크림을 생성하는 아이스크림 제조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 대셔 모터의 주파수가 상기 제1 주파수에서 상기 제2 주파수로 변경되는 것은,
   아이스크림 최초 생성시 또는 아이스크림 투출 후 아이스크림 재 생성시에 이루어지는 아이스크림 제조 장치.
3. 실린더 내부에 위치하고, 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔;
   상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터;
   상기 대셔 모터의 주파수를 조절하는 모터 회전수 조절 수단;
   상기 대셔 모터가 출력하는 전류 값을 검출하는 전류 감지부; 및
   상기 전류 감지부에서 검출된 전류 값을 토대로 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경 시점을 결정하고, 상기 대셔 모터의 회전 속도 변경이 결정되면 상기 대셔 모터의 주파수가 기 설정된 주파수로 변경되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하는 제어부;를 포함하며,
   아이스크림은,
   액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
   고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재 생성되는 유지 단계;
   제조된 아이스크림을 외부로 투출하는 투출 단계; 및
   상기 투출 후 남은 아이스크림과 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재 생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되고,
   상기 최초 생성 단계는,
   상기 아이스크림 원액 및 공기의 교반이 이루어지는 초기 생성 구간, 그리고
   상기 아이스크림 원액이 고형화되는 후기 생성 구간을 포함하며,
   상기 투출 후 단계는,
   상기 투출 후 남은 아이스크림과 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기의 교반이 이루어지는 초기 투출 후 구간, 그리고
   상기 남은 아이스크림 및 상기 새로 투입된 아이스크림 원액이 고형화되는 후기 투출 후 구간을 포함하고,
   상기 초기 생성 구간에서 상기 대셔 모터가 구동되는 중에,
   상기 전류 감지부에서 검출된 전류 값이 상기 제어부에 사전에 입력된 전류 값에 도달하면,
   상기 제어부는 상기 후기 생성 구간의 시점으로 판단하고, 상기 대셔 모터의 회전 속도를 상기 초기 생성 구간의 회전 속도보다 저속이 되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하고,
   상기 초기 투출 후 구간에서 상기 대셔 모터가 구동되는 중에,
   상기 전류 감지부에서 검출된 전류 값이 상기 제어부에 사전에 입력된 전류 값에 도달하면,
   상기 제어부는 상기 후기 투출 후 구간의 시점으로 판단하고, 상기 대셔 모터의 회전 속도를 상기 초기 투출 후 구간의 회전 속도보다 저속이 되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하는 아이스크림 제조 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 유지 단계 이전에 상기 대셔 모터의 회전을 정지시키는 정지 단계가 더 포함되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하고,
   상기 후기 생성 구간 및 상기 후기 투출 후 구간에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도가 상기 유지 단계에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도와 유사하게 되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어하는 아이스크림 제조 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 기재되어 있는 아이스크림 제조 장치를 이용하여 아이스크림을 제조하는 아이스크림 제조 방법.
6. 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 아이스크림을 제조하는 방법에 있어서,
   액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
   고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재 생성되는 유지 단계;
   제조된 아이스크림을 외부로 투출하는 투출 단계; 및
   상기 투출 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재 생성되는 투출 후 단계;를 포함하며,
   상기 최초 생성 단계는,
   상기 아이스크림 원액 및 공기의 교반이 이루어지는 초기 생성 구간, 그리고
   상기 아이스크림 원액이 고형화되는 후기 생성 구간을 포함하고,
   상기 투출 후 단계는,
   상기 투출 후 남은 아이스크림과 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기의 교반이 이루어지는 초기 투출 후 구간, 그리고
   상기 남은 아이스크림 및 상기 새로 투입된 아이스크림 원액이 고형화되는 후기 투출 후 구간을 포함하며,
   상기 후기 생성 구간에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도가 상기 초기 생성 구간에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도보다 저속이고,
   상기 후기 투출 후 구간에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도가 상기 초기 투출 후 구간에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도보다 저속인 아이스크림 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 유지 단계 이전에 상기 대셔 모터를 정지시키는 정지 단계를 더 포함하고,
   상기 후기 생성 구간 및 상기 후기 투출 후 구간에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도와 상기 유지 단계에서의 상기 대셔 모터의 회전 속도가 유사한 아이스크림 제조 방법.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images