KR101736271B1 - 아이스크림 제조 장치 및 아이스크림 투출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아이스크림 제조 장치 및 아이스크림 투출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치는 실린더 내부에 위치하고 밀폐된 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 대셔를 회전시키는 대셔 모터와, 대셔 모터의 부하를 측정하는 대셔 모터 부하 측정 수단과, 그리고 대셔 모터 부하 측정 수단에서 측정된 상기 대셔 모터의 부하를 토대로 아이스크림의 투출 시간을 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

아이스크림 제조 장치 및 아이스크림 투출 방법{ICE CREAM MAKING APPARATUS AND ICE CREAM DRAWING METHOD}

본 발명은 아이스크림 제조 장치 및 아이스크림 투출 방법에 관한 것으로, 최적의 빙질을 갖는 아이스크림을 생성하는 기술 및 아이스크림이 투출될 때의 투출량이 균일하게 되도록 하는 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. 이와 같은 방법으로 생성된 아이스크림은 아이스크림이 투출이 될 때까지 아이스크림 제조 장치 내에서 유지 보관된다. 그리고 아이스크림 투출이 일어나면 새로운 아이스크림 원액을 기 생성된 아이스크림과 혼합하여 아이스크림을 재생성한다.

소프트 아이스크림의 빙질은 주로 실린더 내 증발기(Evaporator)의 증발온도, 대셔 회전속도, 제어시점 온도 및 아이스크림 원액 온도 등의 상태와 공기의 혼합양(Over-run) 등에 의해서 결정된다.

아이스크림은 액체 상태의 아이스크림 원액으로부터 아이스크림을 생성하는 초기 단계와 아이스크림 생성 후 아이스크림 투출이 일어나면 새로운 원액이 기 생성된 아이스크림과 혼합되는 투출 후 단계를 통해 생성된다. 그리고 이와 같은 방법으로 생성된 아이스크림은 아이스크림이 투출이 될 때까지 아이스크림 제조 장치 내에서 유지 보관된다.

액체 상태의 아이스크림 원액으로부터 아이스크림을 생성하는 초기 단계와 아이스크림 투출 후 아이스크림을 재생성하는 투출 후 단계에서는 빙질의 확보를 위해서 대셔 모터를 고속 회전시키는 것이 필요하다. 그리고 아이스크림을 유지 보관할 때는 대셔 모터를 정지시켜 생성된 아이스크림을 보관하는 보관 단계와 보관시에 일부 녹은 아이스크림을 다시 아이스크림으로 재생성시키는 유지 단계로 구분되며, 유지 단계에서는 대셔 모터를 다시 회전시킨다.

그러나 각 단계별로 대셔 모터의 회전 속도를 적절하게 조절하지 않으면, 아이스크림 오버런, 강도 및 입자의 크기, 점성이 다르게 되어 아이스크림의 식감, 빙질 및 단위 시간당 투출량이 계속 변화되는 문제가 발생한다. 또한, 단계별로 아이스크림의 점성, 실린더 내부와 외부의 아이스크림의 녹은 정도 등이 상이하여 아이스크림의 투출량이 상이한 문제가 발생한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 최적의 아이스크림 빙질을 유지할 수 있는 아이스크림 제조 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 아이스크림의 투출량이 일정한 아이스크림 제조 장치 및 아이스크림 투출 방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치에 대한 일 실시예는 실린더 내부에 위치하고, 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔; 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터; 상기 대셔 모터의 부하를 측정하는 대셔 모터 부하 측정 수단; 및 상기 대셔 모터 부하 측정 수단에서 측정된 상기 대셔 모터의 부하를 토대로 아이스크림의 투출 시간을 제어하는 제어부;를 구비한다.

본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 대셔 모터 부하 측정 수단은 상기 대셔 모터의 전류를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 측정된 대셔 모터의 전류가 기 설정된 기준 전류보다 크면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어하고, 상기 측정된 대셔 모터의 전류가 상기 기준 전류보다 작으면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 증가되도록 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 대셔 모터 부하 측정 수단은 상기 대셔 모터의 단위 시간당 회전수를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 측정된 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 기 설정된 기준 단위 시간당 회전수보다 크면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 증가되도록 제어하고, 상기 측정된 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 상기 기준 단위 시간당 회전수보다 작으면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일부 실시예들에 있어서, 아이스크림은, 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계; 고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계; 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및 아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고, 생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며, 상기 아이스크림 제조 장치는 상기 보관 단계의 경과 시간을 측정하는 아이스크림 보관 시간 측정 수단을 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 아이스크림 보관 시간 측정 수단에서 측정된 아이스크림 보관 시간이 기 설정된 기준 보관 시간에 도달하면, 아이스크림 투출 시간이 감소되도록 제어할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치에 대한 다른 실시예는 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 모터의 단위 시간당 회전수를 측정하는 대셔 모터 회전수 측정 수단; 및 상기 대셔 모터 회전수 측정 수단에서 측정된 단위 시간당 회전수를 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 구비한다.

본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일부 실시예들에 있어서, 제1 주파수로 상기 대셔 모터가 구동되는 중에, 상기 대셔 모터 회전수 측정 수단에서 측정된 단위 시간당 회전수의 변화가 감지되거나, 상기 대셔 모터 회전수 측정 수단에서 측정된 단위 시간당 회전수가 상기 제어부에 사전에 입력된 단위 시간당 회전수에 도달하거나, 상기 제1 주파수로 상기 대셔 모터가 구동된 시간이 상기 제어부에 사전에 입력된 경과 시간에 도달하게 되면, 상기 제어부는, 상기 대셔 모터의 주파수가 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 변경되도록 상기 모터 회전수 조절 수단을 제어할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치에 대한 또 다른 실시예는 실린더 내부에 위치하고 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터와, 아이스크림의 투출 시간을 제어하는 제어부를 구비한 아이스크림 제조 장치에 있어서, 아이스크림은, 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계; 고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계; 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및 아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고, 생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며, 상기 아이스크림 제조 장치는 상기 보관 단계의 경과 시간을 측정하는 아이스크림 보관 시간 측정 수단을 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 아이스크림 보관 시간 측정 수단에서 측정된 아이스크림 보관 시간이 기 설정된 기준 보관 시간에 도달하면, 아이스크림 투출 시간이 감소되도록 제어한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 아이스크림 투출 방법에 대한 일 실시예는 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 제조된 아이스크림을 투출하는 방법에 있어서, 아이스크림은, 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계; 고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계; 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및 아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고, 생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며, 상기 대셔 모터의 전류가 기 설정된 기준 전류보다 크면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시키고, 상기 대셔 모터의 전류가 상기 기준 전류보다 작으면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 증가시킨다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 아이스크림 투출 방법에 대한 다른 실시예는 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 제조된 아이스크림을 투출하는 방법에 있어서, 아이스크림은, 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계; 고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계; 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및 아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고, 생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며, 상기 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 기 설정된 기준 단위 시간당 회전수보다 크면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 증가시키고, 상기 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 상기 기준 단위 시간당 회전수보다 작으면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시킨다.

본 발명에 따른 아이스크림 투출 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 생성된 아이스크림이 상기 보관 단계에서 외부로 투출되는 경우, 상기 보관 단계의 경과 시간이 기 설정된 기준 경과 시간에 도달하면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시킬 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 아이스크림 투출 방법에 대한 또 다른 실시예는 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 제조된 아이스크림을 투출하는 방법에 있어서, 아이스크림은, 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계; 고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계; 고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및 아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고, 생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며, 상기 생성된 아이스크림이 상기 보관 단계에서 외부로 투출되는 경우, 상기 보관 단계의 경과 시간이 기 설정된 기준 경과 시간에 도달하면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시킨다.

본 발명에 따르면, 아이스크림 빙질을 일정하게 유지하여 최적의 빙질을 확보할 수 있으며, 아이스크림의 투출량을 일정하게 제어할 수 있다.

도 1은 아이스크림 생성 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 실린더 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 대셔 모터의 주파수에 따른 토크의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아이스크림 생성 구간을 나타낸 도면이다.
도 6은 아이스크림 생성시의 대셔 모터에서 측정되는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 7은 아이스크림 생성시에 아이스크림 입자 거동을 나타낸 도면이다.
도 8은 아이스크림의 생성 단계별 단위 시간당 아이스크림 투출량의 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 아이스크림의 전단응력(τ)과 변형률(du/dy)과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 아이스크림의 겉보기 점도(η)와 변형률(du/dy)과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 투출 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.

도 1은 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 전류는 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 뭉치와 블레이드(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 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 대셔 모터의 주파수에 따른 토크의 상관관계를 도시한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치(100)는 대셔(107), 대셔 모터(109), 모터 구동부(111), 모터 회전수 조절 수단(115), 전원 공급부(117), 대셔 모터 부하 측정 수단(119), 제어부(121) 및 투출구(123)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, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 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 20~100 Hz의 주파수를 갖는 구동 전원을 공급받으면, 40~200 RPM 정도의 속도로 대셔 모터(109)를 회전 구동하여 대셔(107)를 저속으로 회전시킨다. 그리고 50~200 Hz의 주파수를 갖는 구동 전원을 공급받으면, 100~400 RPM 정도의 속도로 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 20~100 Hz의 주파수를 갖는 작동 전원의 주파수를 50~200 Hz 정도의 고 주파수를 갖도록 주파수를 증가시켜 출력할 수 있다. 또한, 반대로 주파수를 감소시켜 출력할 수도 있다.

투출구(123)를 통해 아이스크림이 투출되며, 투출구(123)는 전원 공급부(117)로부터 전원을 공급받아 제어부(121)가 요청한 시간 동안 개방되어 아이스크림이 투출되도록 한다.

전원 공급부(117)는 일정 주파수를 갖는 구동 전원을 출력한다.

대셔 모터 부하 측정 수단(119)은 대셔 모터(109)의 부하를 측정하고, 측정된 부하 값을 제어부(121)에서 인식 가능하게 변환하여 제어부(121)로 출력한다. 대셔 모터 부하 측정 수단(119)은 대셔 모터(109)의 전류를 측정하는 대셔 모터 전류 측정 수단이거나 대셔 모터(109)의 단위 시간당 회전수를 측정하는 대셔 모터 회전수 측정 수단일 수 있다.

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 대셔 모터(109)의 회전 속도를 제어한다. 일 실시예로서 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 대셔 모터(109)의 단위 시간당 회전수가 기 설정된 단위 시간당 회전수에 도달하거나 일정하던 단위 시간당 회전수가 변화하는 경우, 제어부(121)는 아이스크림의 빙질을 최적의 상태로 유지하기 위해 모터 회전수 조절 수단(115)을 제어하여 대셔 모터(109)에 공급되는 구동 전원의 주파수를 변경하면, 대셔 모터(109)의 회전속도를 원하는 속도가 되도록 할 수 있다.

여기서, 대셔 모터(109)의 토크(torque)는 수학식 1과 같다.

여기서, Tm은 토크이고, K는 모터 토크 상수이며, Φ는 자속이고, I는 전류이며, F는 주파수이고, V는 전압이다.

또한, 주파수에 따른 토크의 상관 관계는 도 3과 같다. 따라서, 대셔 모터(109)에 공급되는 구동 전원의 주파수를 변경하면, 대셔 모터(109)의 회전 속도가 변화되며, 주파수 별로 대셔(107)가 받는 저항력이 달라지게 된다. 즉, 필요 토크의 변화가 발생한다. 이를 수학식 1에 대입하면, 각 주파수 별로 내부 실린더(101)의 상태가 동일하다고 가정할 때, 전류가 변화하는 것을 알 수 있다. 동일 토크 영역에서 주파수 변화 시 K, V, Tm이 일정하고, F가 변동하면, I도 변동한다. 또한, 대셔(107)가 받는 저항력이 동일하다고 하더라도 기기별, 모터별 편차에 의해서도 대셔 모터(109)에서 측정되는 전류는 변화될 수 있다.

따라서, 제어부(121)는 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 대셔 모터(109)의 전류가 기 설정된 전류에 도달하거나 일정하던 전류가 변화하는 경우, 아이스크림의 빙질을 최적의 상태로 유지하기 위해 모터 회전수 조절 수단(115)을 제어하여 대셔 모터(109)에 공급되는 구동 전원의 주파수를 변경하면, 대셔 모터(109)의 회전속도를 원하는 속도가 되도록 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 우선, 제어부(121)는 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정(S101)된 대셔 모터(109)의 부하를 토대로 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점을 결정한다. 상술한 바와 같이 대셔 모터 부하 측정 수단(119)은 대셔 모터(109)의 전류 또는 단위 시간당 회전수를 측정할 수 있다. 다음으로, 측정된 대셔 모터(109)의 부하가 특정 조건을 만족하는지를 판단(S103)한다. 이때, 특정 조건은 예컨대 측정된 전류 또는 단위 시간당 회전수가 사전에 입력된 전류 또는 단위 시간당 회전수에 도달하는지 여부이거나, 측정된 전류 또는 단위 시간당 회전수가 변화하는지 여부이다. 즉, 사전에 제어부(121)에 입력된 전류 또는 단위 시간당 회전수에 대셔 모터(109)에서 측정된 전류 또는 단위 시간당 회전수가 도달하거나, 일정하던 전류 또는 단위 시간당 회전수가 변화하는지 여부를 판별하여, 이에 해당하면, 제어부(109)는 그 시점을 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점으로 판단한다(S105). 전류 변환 시점은 델타 전류(ΔI)로 설정될 수 있으며, 단위 시간당 회전수 변환 시점은 델타 단위 시간당 회전수(ΔRPM)로 설정될 수 있다.

도 4에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서는 일정한 전류 또는 단위 시간당 회전수로 대셔 모터(109)가 구동된 시간이 일정 시간을 경과하게 되면, 그 일정 시간이 경과된 시점을 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점으로 판단할 수 있다.

그리고 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경이 결정되면, 대셔 모터(109)의 주파수를 변경(S107)하여 대셔 모터(109)의 회전 속도를 조절한다. 제어부(121)는 대셔 모터(109)의 주파수를 기 설정된 주파수로 변경하도록 기 설정된 주파수를 모터 회전수 조절 수단(115)으로 출력하여 모터 구동부(111)의 구동 전원 주파수를 변경한다.

즉, 대셔 모터(109)가 제1 주파수로 구동되다가, 대셔 모터(109)에서 측정된 부하가 상술한 특정 조건을 만족한다면, 그 시점을 대셔 모터(109)의 변경 시점으로 판단하고, 대셔 모터(109)의 주파수가 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 변경되도록 한다.

여기서, 초기 아이스크림 생성 단계에서는 액체 상태의 아이스크림 원액이 고형화된 아이스크림으로 형성되므로, 비교적 고속의 회전 속도를 위한 주파수, 예를 들면, 50~120 Hz가 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, 30~80 Hz가 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 시점에서의 대셔 모터(109)의 전류 또는 단위 시간당 회전수를 측정하여 제어함으로써 동일한 빙질(상태)이 유지되도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아이스크림 생성 구간을 도시한 것이고, 도 6은 아이스크림 생성시의 대셔 모터에서 측정되는 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
투출 후 단계 (After draw)	액체 상태의 원액과 고체 상태의 아이스크림을 적절히 혼합하여 재생성함

표 1에 따르면, 최초 생성 단계(First)는 액체 상태의 원액을 고체 상태의 아이스크림으로 생성한다. 이때, 아이스크림 생성 거동은 실린더(101) 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 필요하다.

다음, 유지 단계(Run)는 실린더 내부에 만들어진 아이스크림을 유지하며 일부 녹은 아이스크림을 재생성한다. 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 단계(Draw)는 내부에 만들어진 아이스크림에 일정 이상의 내압을 발생시켜 아이스크림을 외부로 투출한다. 일정 속도 이상으로 대셔(107)를 회전시키면 내압이 발생하고, 이때 대셔 커버의 투출구(123)를 개방하면 내부의 아이스크림이 투출되며, 투출된 양만큼의 원액과 공기가 보충된다. 이때 대셔(107)의 회전 속도가 느리다면 실린더 입구의 압력이 낮아지고 투출이 느려진다. 따라서, 일정 압력 이상을 제공할 수 있는 속도가 보장되어야 하므로, 상대적으로 고속의 회전 속도(100~400rpm)가 필요하다.

다음, 투출 후 단계(After draw)는 액체 상태의 원액과 고체 상태의 아이스크림을 적절히 혼합하여 재생성한다. 투출된 양만큼의 원액과 남아있는 아이스크림을 적절히 혼합하고 재생성한다. 이때는 투출된 아이스크림 양만큼의 원액과 공기가 새로 유입되었으며, 일부 남아있는 아이스크림과 혼합 및 재생성되는 과정이다. 투출 후 단계는 초기 생성과 유지의 중간 성격을 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.

그리고 표 1에 설명하지 않았지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 아이스크림이 생성되거나(초기 생성단계), 재생성된(유지단계, 투출 후 단계) 이후에는 생성된 아이스크림(고형화된 아이스크림)을 보관하는 보관 단계(Break)가 있다.

그러나 동일한 단계 내에서도 필요로 하는 회전 속도의 차이가 있으므로, 단순히 표 1에서 설명한 4단계의 회전 속도 제어시에는 단계별로 동일한 빙질을 갖는 아이스크림을 생성하기가 힘들다. 즉, 표 1에서 설명한 4단계의 아이스크림 생성방법으로는 아이스크림의 빙질을 일정하게 유지하기에는 한계가 있다.

따라서, 표 1에서 설명한 4단계의 아이스크림 생성 방법 중에서 초기 생성 단계 및 투출 후 단계를 각각 세분화하여 아이스크림 생성 단계를 총 6단계 또는 그 이상의 단계로 변경할 수 있다.

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 향상이 중요하게 고려되는 단계이다. 그리고 후기 생성 구간(First Speed#2) 및 후기 투출 후 구간(After draw Speed#2)은 저속 운전 단계로서, 실린더(101) 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 보관 단계(Break Time)가 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.

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, 제어부(121)는 제어 시점을 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 부하를 토대로 결정하거나, 제1 생성 구간(P1)과 제5 생성 구간(P9)의 경과 시간을 토대로 결정할 수 있다. 대셔 모터 부하 측정 수단(119)은 대셔 모터(109)의 전류 또는 단위 시간당 회전수를 측정할 수 있다. 이 경우, 제어부(121)는 전류 또는 단위 시간당 회전수가 사전에 입력된 전류 또는 단위 시간당 회전수에 도달하거나, 일정하던 전류 또는 단위 시간당 회전수가 변화되면, 이를 토대로 제2 생성 구간(P3)과 제6 생성 구간(P11)에서의 대셔(107)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

도 6은 아이스크림 생성 시의 대셔 모터의 전류를 나타낸 그래프이다.

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, 전류의 변화가 발생한다. 즉, 상 변화로 인해 대셔 모터(109)에 걸리는 부하가 변동되면, 이 부하는 전류의 변화(ΔI)로 감지할 수 있다. 따라서, 전류의 변화(ΔI)가 감지되는 시점(P), 전류가 특정 값에 도달하는 시점 또는 일정 경과시간(Δt)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 전류가 일정하다. 제어부(121)는 전류를 모니터링하다가 전류의 변화(ΔI), 전류가 특정 값에 도달하는 시점 또는 일정 경과시간(Δt)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, 아이스크림 투출 후 제5 생성 구간(P9)에서 측정되는 전류가 일정하다가 변화(ΔI)하거나, 전류가 특정 값에 도달하거나 또는 일정 경과시간(Δt)이 지난 것을 제어부(121)가 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.

도 6에서는 아이스크림 생성 시에 대셔 모터(109)에서 측정되는 전류에 관해서만 도시하고 설명하였으나, 대셔 모터(109)에서 측정되는 단위 시간당 회전수에 관해서도 유사하다. 즉, 액체 상태의 아이스크림 원액과 공기가 혼합되는 시점, 즉, 제1 생성 구간(P1)에서 단위 시간당 회전수가 일정하다가 아이스크림 원액이 액체에서 고체로 상 변화가 이루어지기 시작하면, 단위 시간당 회전수의 변화가 발생하게 되고, 단위 시간당 회전수가 특정 값에 도달하는 시점이나 단위 시간당 회전수의 변화(ΔRPM)를 통해 제2 생성 구간(P3)과 제6 생성 구간(P11) 시작 시점을 판단할 수 있으며, 이때 제어부(121)는 대셔 모터(109)에 공급되는 전원의 주파수를 제3 생성 구간(P5)의 주파수 또는 유사 주파수로 변경할 수 있다.

이처럼, 제어부(121)는 대셔 모터 부하 측정 수단(110)에서 측정된 전류 또는 단위 시간당 회전수로부터 아이스크림이 생성되는 시점을 알 수 있다. 따라서, 제어부(121)는 이를 토대로 대셔(107)의 회전 속도 변경 시점을 인지하여 대셔 모터(109)의 회전 속도를 고속에서 저속으로 변경해 저속 상태로 제어함으로써 항상 균일한 아이스크림의 강도와 빙질을 유지할 수 있게 된다.

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

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

도 7(a)는 종래의 방법으로 초기 생성 단계 및 투출 후 단계에서 고속으로만 회전하여 아이스크림을 생성하는 경우로서, 이와 같이 아이스크림을 생성하는 경우에는 각 단계별 제어 후의 아이스크림 오버런 및 입자가 달라 아이스크림의 식감, 빙질 및 단위 시간당 투출량이 계속 변한다. 따라서, 아이스크림 입자의 크기가 고르지 않다. 또한, 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점이 대셔 모터(109)에서 측정되는 부하에 기초하지 않아 상 변화에 따른 대셔 모터(109)의 회전 속도 변경 시점을 정확히 할 수 없게 되고, 이에 따라 아이스크림의 빙질을 일정하게 유지할 수 없게 된다.

반면, 초기 생성 단계 및 투출 후 단계에서 각각 고속으로 아이스크림을 생성하다가 대셔 모터(109)의 회전 속도를 변경해야 할 시점(상 변화 시점)에 회전 속도를 변경하여 비교적 저속인 유지 속도로 아이스크림을 생성하게 되면, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 제1 생성 구간(도 5의 P1) 및 제5 생성 구간(도 5의 P9) 각각에서 생성된 비교적 작은 입자는 내부의 원액과 혼합되면서 일부 핵을 이루지만 마찰 횟수의 감소로 입자의 크기 성장이 최소화되고, 제2 생성 구간(도 5의 P3) 및 제6 생성 구간(도 5의 P11) 각각에서 비교적 저속으로 분쇄되어 나중에 생기는 입자는 적당한 크기를 유지하면서 아이스크림이 형성되어 식감 및 보형성을 확보할 수 있게 된다. 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.

상기에서는 아이스크림 생성 단계를 6단계로 설명하였지만, 6단계로 한정되지 않으며, 초기 생성단계만 이원화하여 5단계로 변경하거나, 투출 후 단계만 이원화하여 5단계로 변경할 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서는 초기 생성 단계 또는 투출 후 단계를 보다 세분화하여 6단계 이상이 되도록 할 수도 있다.

또한, 제어부(121)는 투출구(123)의 개방시간을 제어하여, 생성된 아이스크림이 외부로 투출되는 투출량을 제어할 수 있다.

아이스크림은 판매시에 일정한 용기에 담겨 판매되는 것이 일반적인데, 이때 일정한 양의 아이스크림이 투출되는 것이 필요하다. 그러나 아이스크림의 생성 단계에 따라 아이스크림의 빙질(강도)이 다르게 되어 단위 시간당 투출되는 양이 일정하지 않다. 도 8에는 아이스크림의 생성 단계별 단위 시간당 아이스크림 투출량의 변화를 나타내었다.

도 8에 도시된 바와 같이, 아이스크림 최초 생성 단계(First speed) 직후에는 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 많다. 그리고 아이스크림 보관 단계(Break)에서는 보관 시간이 길어질수록 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 증가한다. 즉, 아이스크림 유지 단계(Run)에 들어가기 직전에 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 가장 많다. 그러나 아이스크림 투출 단계(Draw) 이후에는 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 가장 적으며, 아이스크림 유지 단계에서도 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 적다.

아이스크림 최초 생성 단계 직후에는 실린더(107) 내에 고체, 액체 및 기체로 구성된 소프트 아이스크림이 가득 차 있는 상태로 단위 시간당 투출량이 많게 된다. 그리고 아이스크림 보관 단계에서는 실린더 내벽과 대셔 커버 내벽에서 아이스크림이 녹아 벽면에 액체 비율이 높게 된다. 따라서 마찰력이 감소하게 되며, 이에 따라 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 가장 많게 된다.

이에 반해, 아이스크림 투출 단계 이후에는 아이스크림 투출량에 비례하여 새로 투입된 원액에 의해 액체의 비율이 증가된 상태로, 실린더(107) 내부에 액체 비율이 높게 되고 단위 시단 당 투출량이 적다. 아이스크림 유지 단계에서도 마찬가지로 실린더 내부에 액체 비율이 높게 되어 단위 시간당 투출량이 적게 된다.

아이스크림 생성시에 원액의 부피 변화는 관찰되지 않으므로, 내부 아이스크림의 밀도 변화는 크지 않음을 알 수 있다. 결국, 아이스크림 내부의 고체와 액체의 비율 변화에 의해 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 변화하게 되는 것으로 보이며, 이는 아이스크림의 점도에 따라 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 변화하는 것으로 볼 수 있다.

아이스크림의 추진력은 대셔 뭉치의 회전에 의해 발생되며, 대셔의 회전수(RPM)에 비례한다. 표면력(마찰력)은 실린더 내벽이나 대셔 커버 내벽, 즉 유로와 유체 사이의 계면에서 발생하며 점도와 비례한다. 아이스크림의 체적력은 아이스크림 내부에서 발생하며, 아이스크림의 특성(아이스크림 투출시에는 유체 거동, 투출 후에는 보형성을 유지)을 고려할 때, 아이스크림은 전단응력이 변형률과 직접 비례하지 않는 비뉴튼 유체 중 이상소성(ideal plastic) 유체의 전단응력 모델로 해석하는 것이 타당하다. 이를 수학식 2에 나타내었다.

여기서, τ_yx는 전단응력, τ_y는 최소 항복응력, η는 겉보기 점도를 나타내고, du/dy는 속도기울기로서, 아이스크림의 시간당 투출량(변형률)을 나타낸다.

전단응력(τ)과 변형률(du/dy)과의 관계는 도 9에 나타내었고, 겉보기 점도(η)와 변형률(du/dy)과의 관계는 도 10에 나타내었다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 전단응력이 증가하거나 겉보기점도가 증가하면, 변형률이 증가하게 된다.

이로부터 다음과 같은 사실을 알 수 있다. 아이스크림 투출시 저항이 크면, 전단응력이 증가하였음을 알 수 있고, 이는 점도가 높아졌다고 할 수 있다. 그리고 이에 따라 단위 시간당 아이스크림의 투출량이 많아질 것이라는 것을 알 수 있다. 이와 반대로, 아이스크림 투출시 저항이 작으면, 전단응력이 감소하였음을 알 수 있고, 점도가 낮아졌다고 할 수 있다. 그리고 이에 따라 단위 시간당 아이스크림의 투출량이 적어질 것이라는 것을 알 수 있다. 그리고 아이스크림의 보관 시간이 길어지면, 마찰력이 저하되어 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 증가하게 될 것이라는 것을 알 수 있다.

정리하면, 아이스크림의 투출에 필요한 힘(=응력)이 커지면, 아이스크림의 변형률이 높아져, 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 증가하게 되고, 아이스크림의 보관 시간이 길어지면, 마찰력이 저하하여 동일 응력에서 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 증가하게 된다.

대셔(107)는 대셔 모터(109)를 이용하여 회전되며, 대셔 모터(109)의 토크는 수학식 1에 나타낸 것과 같다.

수학식 1에 나타낸 바와 같이, 대셔 모터(109)의 전류(I)가 증가하거나 단위 시간당 회전수가 감소하게 되면, 아이스크림의 투출에 필요한 힘이 증가하게 된다. 즉, 아이스크림 투출 전의 대셔 모터(109)에서 측정되는 전류가 높거나 단위 시간당 회전수가 작은 경우에는 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 증가하게 된다. 반대로, 아이스크림 투출 전의 대셔 모터(109)에서 측정되는 전류가 낮거나 단위 시간당 회전수가 큰 경우에는 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 감소하게 된다.

아이스크림을 투출할 때 일정량을 투출할 수 있는 본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일 실시예(100)를 도 2와 함께 설명하면, 본 발명에 따른 아이스크림 제조 장치의 일 실시예(100)는 대셔(107), 대셔 모터(109), 대셔 모터 부하 측정 수단(119), 아이스크림 보관 시간 측정 수단(미도시) 및 제어부(121)를 포함한다.

대셔(107)는 상술한 바와 같이 실린더(101) 내부에 위치하고, 밀폐된 실린더(107) 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시킨다.

대셔 모터(109)도 상술한 바와 같이 대셔(107)를 회전시킨다.

대셔 모터 부하 측정 수단(119)도 상술한 바와 같이 대셔 모터(109)의 부하를 측정하는 것으로, 대셔 모터(109)의 전류 또는 단위 시간당 회전수를 측정할 수 있다.

아이스크림 보관 시간 측정 수단(미도시)은 아이스크림의 보관 단계(Break)의 경과 시간을 측정한다.

제어부(121)는 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 대셔 모터(109)의 부하를 토대로 아이스크림의 투출 시간을 제어한다. 아이스크림의 투출 시간은 투출구(123)의 개방 시간을 조절함으로써 제어 가능하다. 이를 위해, 제어부(121)에는 사전에 아이스크림이 일정량 투출되는 기준 전류 또는 기준 단위 시간당 회전수가 설정되어 있다. 기준 전류 또는 기준 단위 시간당 회전수는 하나가 설정될 수도 있고, 그 이상이 설정될 수도 있다.

대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 전류가 크거나 단위 시간당 회전수가 작으면, 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 증가하게 된다. 반대로, 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 전류가 작거나 단위 시간당 회전수가 크면, 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 감소하게 된다.

따라서 제어부(121)는 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 전류가 기준 전류보다 크면, 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어한다. 예컨대, 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 전류가 크면 제어부(121)는 투출구(123)의 개방 시간이 감소되도록 제어하여 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다. 반대로, 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 전류가 기준 전류보다 작으면 제어부(121)는 투출구(123)의 개방 시간을 길게 하여 아이스크림의 투출 시간이 증가되도록 제어한다.

마찬가지로, 제어부(121)는 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 단위 시간당 회전수가 기준 단위 시간당 회전수보다 작으면 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어한다. 예컨대, 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 단위 시간당 회전수가 작으면 제어부(121)는 투출구(123)의 개방 시간이 감소되도록 제어하여 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다. 반대로 대셔 모터 부하 측정 수단(119)에서 측정된 단위 시간당 회전수가 기준 단위 시간당 회전수보다 크면 제어부(121)는 투출구(123)의 개방 시간을 길게 하여 아이스크림의 투출 시간이 증가되도록 제어한다.

제어부(121)는 아이스크림 보관 시간 측정 수단에서 측정된 아이스크림의 보관 단계의 경과 시간을 토대로 아이스크림의 투출 시간을 제어할 수도 있다. 이를 위해, 제어부(121)에는 사전에 아이스크림의 기준 보관 시간이 설정되어 있다. 기준 보관 시간은 하나가 설정될 수도 있고, 여러 기준 보관 시간이 설정될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 아이스크림의 보관 시간이 길어지면, 실린더 내벽, 대셔 내벽에 아이스크림이 녹아 마찰력이 감소하여 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 많아지게 된다. 따라서 제어부(121)는 아이스크림 보관 시간 측정 수단에서 측정된 아이스크림의 보관 시간이 기준 보관 시간에 도달하면, 투출구(123)의 개방 시간을 짧게 하여 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 투출 방법을 나타낸 순서도이다.

상술한 바와 같이, 아이스크림은 액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성단계(First speed)를 통해 생성된다. 그리고 고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계(Break) 및 고형화된 아이스크림이 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계(Run)를 반복하면서 보관, 유지된다. 아이스크림의 투출은 아이스크림이 보관, 유지되는 중에 발생한다. 그리고 아이스크림이 투출된 이후에는 투출된 아이스크림 양만큼 아이스크림의 원액이 새로 투입되어, 투출 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성된다. 아이스크림 투출 후 아이스크림을 재생성하는 단계는 상술한 바와 같이 투출 후 단계(After draw)이며, 투출 후 단계가 완료되면 다시 보관 단계와 유지 단계가 반복된다. 아이스크림은 보관 단계, 유지 단계 뿐 아니라, 투출 후 단계에서도 외부로 투출될 수 있다.

도 11을 참조하면, 아이스크림이 보관, 유지되는 중에 아이스크림의 투출이 결정되면(S201), 대셔 모터(109)의 전류 또는 단위 시간당 회전수를 측정한다(S203). 그리고 측정된 전류 또는 단위 시간당 회전수를 기준 전류 또는 기준 단위 시간당 회전수와 비교한다(S205). 비교 결과, 측정된 전류가 기준 전류보다 크거나 또는 측정된 단위 시간당 회전수가 기준 단위 시간당 회전수보다 작으면, 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 크므로 아이스크림의 투출 시간을 감소시켜 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다(S207). 반대로 측정된 전류가 기준 전류보다 작거나 또는 측정된 단위 시간당 회전수가 기준 단위 시간당 회전수보다 크면, 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 작으므로 아이스크림의 투출 시간을 증가시켜 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다(S209).

그리고 도 11에 도시하지는 않았지만, 아이스크림의 보관 단계의 경과 시간이 기준 보관 시간에 도달하면, 아이스크림의 단위 시간당 투출량이 많아지므로, 아이스크림의 투출 시간을 감소시켜 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다. 이는 S207 단계 및 S209 단계와 별도로 수행할 수도 있고, S207 단계와 S209 단계를 수행할 때 함께 수행할 수 있다. 예컨대, 대셔 모터(109)에서 측정된 전류가 기준 전류보다 크고, 아이스크림 보관 시간이 기준 보관 시간에 도달하면, S207 단계를 수행함에 있어, 아이스크림의 투출 시간을 더 감소시켜 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다. 유사하게, 대셔 모터(109)에서 측정된 단위 시간당 회전수가 기준 단위 시간당 회전수보다 크고, 아이스크림 보관 시간이 기준 보관 시간보다 현저히 작으면, S209 단계를 수행함에 있어, 아이스크림의 투출 시간을 더 증가시켜 일정량의 아이스크림이 투출될 수 있도록 한다.

이와 같이, 대셔 모터(109)에서 측정되는 부하(전류 또는 단위 시간당 회전수)와 아이스크림의 보관 시간으로부터 아이스크림의 투출 시간을 조절하면, 아이스크림의 투출량을 일정하게 제어할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
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 부하를 측정하는 대셔 모터 부하 측정 수단; 및
   상기 대셔 모터 부하 측정 수단에서 측정된 상기 대셔 모터의 부하를 토대로 아이스크림의 투출 시간을 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 대셔 모터 부하 측정 수단은 상기 대셔 모터의 전류를 측정하고,
   상기 제어부는,
   상기 측정된 대셔 모터의 전류가 기 설정된 기준 전류보다 크면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어하고,
   상기 측정된 대셔 모터의 전류가 상기 기준 전류보다 작으면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 아이스크림 제조 장치.
4. 삭제
5. 실린더 내부에 위치하고, 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔;
   상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터;
   상기 대셔 모터의 부하를 측정하는 대셔 모터 부하 측정 수단; 및
   상기 대셔 모터 부하 측정 수단에서 측정된 상기 대셔 모터의 부하를 토대로 아이스크림의 투출 시간을 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 대셔 모터 부하 측정 수단은 상기 대셔 모터의 단위 시간당 회전수를 측정하고,
   상기 제어부는,
   상기 측정된 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 기 설정된 기준 단위 시간당 회전수보다 크면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 증가되도록 제어하고,
   상기 측정된 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 상기 기준 단위 시간당 회전수보다 작으면, 상기 아이스크림의 투출 시간이 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 아이스크림 제조 장치.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
   아이스크림은,
   액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
   고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계;
   고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및
   아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고,
   생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되고,
   상기 아이스크림 제조 장치는 상기 보관 단계의 경과 시간을 측정하는 아이스크림 보관 시간 측정 수단을 더 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 아이스크림 보관 시간 측정 수단에서 측정된 아이스크림 보관 시간이 기 설정된 기준 보관 시간에 도달하면, 아이스크림 투출 시간이 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 아이스크림 제조 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 제조된 아이스크림을 투출하는 방법에 있어서,
   아이스크림은,
   액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
   고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계;
   고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및
   아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고,
   생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며,
   상기 대셔 모터의 전류가 기 설정된 기준 전류보다 크면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시키고, 상기 대셔 모터의 전류가 상기 기준 전류보다 작으면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 아이스크림 투출 방법.
10. 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 제조된 아이스크림을 투출하는 방법에 있어서,
    아이스크림은,
    액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
    고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계;
    고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및
    아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고,
    생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며,
    상기 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 기 설정된 기준 단위 시간당 회전수보다 크면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 증가시키고, 상기 대셔 모터의 단위 시간당 회전수가 상기 기준 단위 시간당 회전수보다 작으면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 아이스크림 투출 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 생성된 아이스크림이 상기 보관 단계에서 외부로 투출되는 경우,
    상기 보관 단계의 경과 시간이 기 설정된 기준 경과 시간에 도달하면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 아이스크림 투출 방법.
12. 실린더 내부에 위치하고 밀폐된 상기 실린더 내부에 투입된 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터와, 아이스크림의 투출 시간을 제어하는 제어부를 구비한 아이스크림 제조 장치에 있어서,
    아이스크림은,
    액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
    고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계;
    고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및
    아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고,
    생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되고,
    상기 아이스크림 제조 장치는 상기 보관 단계의 경과 시간을 측정하는 아이스크림 보관 시간 측정 수단을 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 아이스크림 보관 시간 측정 수단에서 측정된 아이스크림 보관 시간이 기 설정된 기준 보관 시간에 도달하면, 아이스크림 투출 시간이 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 아이스크림 제조 장치.
13. 실린더 내부에 위치하며 액체 상태의 아이스크림 원액 및 공기를 교반시키는 대셔와, 상기 대셔를 회전시키는 대셔 모터를 구비한 아이스크림 제조 장치를 이용하여 제조된 아이스크림을 투출하는 방법에 있어서,
    아이스크림은,
    액체 상태의 아이스크림 원액이 고체 상태의 아이스크림으로 생성되는 최초 생성 단계;
    고형화된 아이스크림을 보관하는 보관 단계;
    고형화된 아이스크림이 상기 실린더 내부에 일부 녹은 아이스크림과 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 유지 단계; 및
    아이스크림이 투출된 후 남은 아이스크림과, 새로 투입된 아이스크림 원액 및 공기가 혼합되어 아이스크림이 재생성되는 투출 후 단계;를 포함하여 생성되어 유지되고,
    생성된 아이스크림은 상기 보관 단계, 상기 유지 단계 및 상기 투출 후 단계 중 적어도 하나의 단계에서 외부로 투출되며,
    상기 생성된 아이스크림이 상기 보관 단계에서 외부로 투출되는 경우,
    상기 보관 단계의 경과 시간이 기 설정된 기준 경과 시간에 도달하면 상기 생성된 아이스크림의 투출 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 아이스크림 투출 방법.

Images