KR101898714B1 - 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식 산업 분야, 구체적으로는 상업용 장비로서 등압 용기로부터 맥주 또는 다른 거품 음료 및 탄산 음료를 토출시키는데에 사용될 수 있는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 3방향 유동 스위치(three-way flow switch; 2)에 의하여 가스 및 음료의 공급을 위한 튜브(tube)들에 연결된 배수 채널(drainage channel; 3); 플라스틱 병(5)의 목부분(neck)을 배수 채널(3)의 개방 단부에 고정시키기 위한 유닛(unit; 4); 및 상기 배수 채널(3)에 연결된 제어 밸브(control valve; 11);를 포함한다. 상기 3방향 유동 스위치(2)는 안착부(seat)들을 구비한 축대칭 공동들(axially-symmetric cavities)(13, 14)을 포함하고, 상기 안착부들 안에는 스프링-부하 밸브들(spring-loaded valves)(15, 16)이 설치되며, 상기 밸브들(15, 16)의 줄기부(stem)들은 회전 요소(rotary element; 22)의 형상화 표면(shaped surface; 21)에 운동학적으로 연결된다. 상기 회전 요소(22)는 상기 밸브들(15, 16)의 교번적 개방(alternative opening) 또는 밸브들(15, 16)의 초기의 폐쇄 상태(closed state)에서의 유지를 위한 제어 핸들(control handle; 23)에 견고히 연결된다. 상기 안착부들을 구비한 축대칭 공동들(13, 14)은 내측 채널들(inner channels)(7, 8)에 의하여 가스 및 음료의 공급을 위한 튜브들 및 배수 채널(3)에 에 연결된다. 상기 3방향 유동 스위치(2)는 상기 장치의 하우징(housing)으로부터 분리될 수 있도록 상기 하우징 안에 설치된다. 상기 유동 스위치(2)의 내측 채널들(7, 8) 안에는 상기 밸브들(15, 16)의 차단 구성요소(blocking component)들을 수용하기 위한 안착부들을 구비한 축대칭 공동들(13, 14)이 위치하되 상기 내측 채널들(7, 8)에 대해 횡방향으로 배치된다. 스프링들(17, 18)을 구비한 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 부분들과 회전 요소(22)는 상기 유동 스위치(2)의 내측 채널들(7, 8)의 공동들 외부에 위치한다. 상기 줄기부들(19, 20)을 구비한 밸브들(15, 16) 및 이와 접촉하게 되는 회전 요소(22)는 55 내지 100 MPa 의 허용 압축 응력을 가진 열가소성 재료로 만들어지고, 상기 회전 요소(22)의 형상화 표면(21)과 접촉하게 되는 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 표면은 2차 곡선(second-order curve)의 일부분 형태로 연장된다.
Description
본 발명은 음식 산업 분야, 보다 구체적으로는 상업용 장비에 관한 것으로서, 등압 용기(isobaric container)로부터 소매 판매 스탠드, 가게, 식당, 및 바아에서 사용되는 플라스틱 병과 (예를 들어 머그컵, 유리컵과 같은) 소형 용기로 맥주, 다른 거품 음료 및 탄산 음료를 토출시키는 용도로 유용한 것이다.
2000.12.26.자로 공표된 미국 특허 제6164083호(IPC 67 D 1/08)에 개시된 맥주 토출 장치는 맥주를 포함하는 등압 용기 또는 다양한 브랜드의 맥주를 포함하는 수 개의 용기들, 냉각 시스템, 음료를 소형 용기 안으로 붓기 위한 토출 탭(dispense tap)을 구비한 배관(pipework)을 포함하는 토출 유닛, 토출 유닛으로 맥주를 전달하기 위한 튜브로서 폐쇄 회로와 같은 형태를 가지고 상기 회로 내에서 음료를 순환시키기 위한 펌프 및 냉각 유닛이 제공되어 있는 튜브를 포함한다.
거품 및/또는 탄산 음료를 수동으로 붓기 위한 다른 공지의 장치는 가스 병, 음료 통, 냉각기, 음료를 소형 용기 안으로 붓기 위한 탭을 구비한 카운터(counter), 및 상기 탭의 흘림 파이프에 설치되어 음료를 붓는 동안에 거품을 억제하기 위한 거품 억제 유닛을 포함하며, 이들 모두는 튜브들에 의하여 직렬로 연결되어 있다(2000.10.05. 공개된 WO 00/58201(IPC B 67 D 1/14) 참조).
그러나, 전술된 장치는 (머그컵, 유리컵과 같은) 소형 용기 안으로 음료를 토출하는 것만 가능할 뿐, 역압(counterpressure) 방식에 의하여 등압 용기로부터 플라스틱 병을 충전시키지는 못한다.
거품 및/또는 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 다른 종래 기술의 장치가 있는바, 이것은 음료용 등압 용기와 가스 병을 필요로 하지 않는 음료 준비 시스템과, 거품 억제 유닛을 구비한 음료 부음 메카니즘을 포함한다 (2005.12.27. 공표된 러시아 특허 제2266862호(IPC В 67 С 3/02) 참조). 음료 부음 메카니즘은 등압 용기로부터의 음료 공급 튜브와 연결되어 있는 배수 채널을 구비한 하우징, 하우징에서 배수 채널(drainage channel) 가까이에 배치되어 플라스틱 병의 목부분을 배수 채널의 개방 단부에 고정시키기 위한 유닛, 상기 하우징에 설치되고 배수 채널에 연결된 쓰로틀 밸브, 및 상기 배수 채널 안에 배치된 거품 억제 유닛을 포함한다. 가스 공급 튜브 및 음료 공급 튜브에 연결되어 있는 튜브들은 추가적인 채널에 의하여 배수 채널에 연결되는바, 이 때 음료를 플라스틱 병 안으로 토출시키기 위한 메카니즘의 하우징에 장착된 3방향 밸브(three-way valve)를 통한다. 음료 부음 메카니즘은 음료를 머그컵 또는 유리컵 안으로 붓기 위한 밸브를 구비하는바, 상기 밸브는 등압 용기로부터의 음료 공급 튜브에 연결된다. 3방향 밸브는 뚜껑을 구비한 원통형 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 저부에는 두 개의 관통 유입 개구와 하나의 유출 개구는 물론, 몸체 안에 동축상으로 설치되어 있는 회전가능한 상측 디스크와 움직일 수 없는 하측 디스크가 제공된다. 상기 상측 디스크는 상기 뚜껑에 있는 구멍을 통하여 상기 3방향 밸브 하우징 외부에 위치한 핸들과 견고하게 연결되고, 상기 하측 디스크에 있는 관통 개구들은 하우징의 저부에 있는 개구들과 동축상으로 정렬된다. 상측 디스크 몸체에서 하측 디스크 측으로부터 그것의 개구들의 전방에는 초승달 형상의 비관통 홈이 있는데, 이것은 하우징의 유입 개구들 중 하나와 하우징의 유출 개구를 연결시키기 위한 것이다. 상기 하우징 뚜껑의 아래에서 핸들 주위에 배치된 오-링(O-ring)은 상측 디스크와 하측 디스크를 서로에 대하여 그리고 하우징의 저부에 대해 가압시키기 위한 것이고, 상기 하우징 저부의 개구들에도 탄성적인 오-링들이 배치된다. 플라스틱 병 목부분을 배수 채널의 개방 단부에 고정시키기 위한 유닛은 유출 개구에 대해 동축을 이루는 배수 채널의 개방 단부에 부착된 고리형 탄성 요소와, 플라스틱 병 목부분의 크기와 일치하는 소켓 및 핸들을 구비한 컵을 포함하고, 나아가 상기 컵의 원통형 부분은 유출 개구 가까이에 있는 배수 채널의 개방 단부 주위에 배치되며 또한 베이오넷 조인트(bayonet joint)에 의해서 배수 채널 벽과 운동학적으로 연결되고, 상기 컵의 소켓은 배수 채널의 유출 개구의 전방에 위치한다. 베이오넷 조인트는 배수 채널 벽에 있는 비관통(non-through) 나선 홈을 포함하는바, 그 안에는 롤러를 구비한 축(axle)이 구비되고, 플라스틱 병 목부분 고정용 유닛의 컵의 원통형 부분에 부착된다. 상기 유닛은 거품 및/또는 탄산 음료를 수동으로 붓기 위한 장치의 배수 채널 개방 단부에 상기 플라스틱 병 목부분을 신속하고 기밀적으로 고정시킴을 가능하게 한다. 상기 음료 부음 메카니즘의 거품 억제 유닛은, 측방 표면에 나선 홈이 구비된 외측 원통형 부분과 축방향 통로를 구비한 탭, 그리고 외측 표면과 배수 채널의 표면 사이에 고리형 공동을 형성하는 생크(shank)를 포함한다. 거품 억제는 상기 음료 부음 시스템 내부 그리고 플라스틱 병에서의 음료 면 위의 가스 압력을 설정함으로써 보장되는바, 그 압력은 음료 내부에 용해된 가스의 포화 압력보다 더 커서 액체가 비등함을 허용하지 않는다. 원심력으로 인하여, 상기 거품 억제 유닛은 음료를 플라스틱 병의 벽 상에서 필름 형태로 전달하고, 이는 상기 액체 유동의 난류를 저감시킨다.
이와 같은 장치의 단점은, 음료 부음 메카니즘의 3방향 디스크 카트리지 밸브의 신뢰도가 낮다는 점과, 맥주 또는 다른 음료의 토출이 종료된 이후에 상기 디스크들 및 밀봉부들을 헹굼과 관련된 기술적 유지보수가 복잡하다는 점에 있다.
(2013.04.10.에 공개된 실용신안 제126694호(IPC B67C3/00)에 개시된) 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 공지의 장치는 음료용 등압 용기와 가스 병으로 붓기 위한 음료 준비 시스템과, 거품 억제 유닛을 구비한 음료 토출 메카니즘을 포함하는바, 그것은 하우징, 유체 및 가스 공급 채널들, 유체 및 가스 공급 채널들을 연결하는 추가 채널, 배수 채널, 병 목부분을 고정하는 유닛을 구비하고 플라스틱 병 안으로 음료를 토출시키는 유닛을 포함한다. 음료 토출 메카니즘은 각각 음료 공급 튜브와 가스 공급 튜브에 의하여 채널들과 소통되는 두 개의 동일한 디스크 밸브들을 포함하며, 상기 디스크 밸브들 각각은 슬롯들을 구비한 줄기부와 하우징을 포함하고, 상기 줄기부 슬롯에는 가동 디스크 셔터(mobile disk shutter)가 고정되고, 하우징 슬롯에는 부동 디스크 셔터가 배치되며, 상기 디스크 셔터들은 초승달 형상의 개구들을 포함하고, 상기 셔터들의 플레이트들은 내부가 연마되어 오-링에 의해서 서로에 대해 밀착되게 가압된다.
이 장치의 주된 단점은 작동이 불편하다는 것인데, 가스 공급 밸브, 음료 공급 밸브, 쓰로틀 밸브, 및 병 목부분 고정 유닛이 별도의 제어 핸들(적어도 네 개의 핸들)을 구비하여 작동자의 일이 복잡하게 된다.
본 발명과 가장 유사한 형태(프로토타입(prototype))는 2008.05.10.자로 공표된 러시아 특허 제2337053호(IPC B67C3/10)에 개시된 거품 및/또는 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치인데, 이 장치는: 가스 병으로부터의 가스 공급 튜브와 연결된 채널을 구비한 하우징; 등압 용기로부터의 음료 공급 튜브와 연결된 채널; 가스 공급 채널 및 음료 공급 채널에 연결되어 있는 채널들에 대해 추가적인 채널에 의하여 연결된 배수 채널; 배수 채널 가까이의 하우징에 위치하고 배수 채널의 개방 단부에 플라스틱 병 목부분을 고정시키기 위한 유닛; 상기 하우징 안에 설치되고 배수 채널과 연결된 쓰로틀 밸브; 및 상기 배수 채널 안에 위치한 거품 억제 유닛을 포함한다. 가스 공급 튜브 및 음료 공급 튜브에 연결되어 있는 채널들의 내부에는 밸브가 설치되어 제공되고, 그들의 줄기부들은 샤프트 상에서 음료 부음 메카니즘의 하우징 내측의 공동 안에 설치된 형상화된 캠(shaped cam)과 운동학적으로 연결되며, 상기 샤프트의 일 단부는 하우징 벽의 밀봉된 개구를 통해 들어와서 제어 핸들에 견고히 연결된다. 캠 프로파일(cam profile)은, 상기 밸브들의 교번적 개방과 상기 밸브들을 폐쇄 위치에 유지시킴이 가능하게 되도록 형상화된다.
상기 본 발명과 가장 유사한 형태의 단점은 음료 토출 장치의 설계안의 내구성 및 신뢰도가 낮다는 점이다. 전술된 장치는 음료의 토출과 관련하여 유동 스위칭 메카니즘의 가동 요소들(즉, 밸브들 및 회전가능한 캠의 표면들 모두)의 접촉 면적이 꽤 큰데, 이것은 상기 가동 요소들의 내구성을 저하시키고 쌍을 이루는 "형상화된 캠-밸브"의 마찰로 인한 열화가 가속되어, 마모 부스러기가 상기 토출된 음료 안으로 침입하는 결과를 초래한다. 또한, 금속으로 제작되어 맥주를 생산, 저장, 및 보틀링하는데에 사용되는 장비의 표면에는 소위 맥주 물때(beer scale)가 형성되는 것으로 알려져 있는데, 이것은 맥주의 품질은 물론 상기 장비의 기술적 성능에 바람직하지 못한 영향을 준다. 상기 장비의 표면 상에서 맥주 물때가 오랜 동안 제거되지 않은 채로 축적되는 경우에는 맥주에 있어서 전형적이지 않은 어떤 외래의 박테리아가 번성할 수 있으며, 이는 맥주의 풍미와 색상 품질에 부정적인 영향을 준다. 그렇기 때문에 표면 상에 맥주 물때가 형성 및 적층되는 장비 자체의 신뢰도 및 내구성이 저하된다 (http://www.beermarket.net.ua/forum/viewtopic.php?t=280).
본 발명의 기술적 과제는 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치의 유동 스위치의 유지보수성(maintainability), 작동 신뢰도, 및 내구성을 증가시키는 것이다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치에 의하여 달성되는바, 상기 장치는: 3방향 유동 스위치(three-way flow switch)에 의하여 가스 공급 튜브 및 음료 공급 튜브에 연결된 배수 채널(drainage channel); 플라스틱 병의 목부분(neck)을 배수 채널의 개방 단부에 고정시키기 위한 유닛(unit); 및 상기 배수 채널에 연결된 제어 밸브(control valve);를 포함하고, 상기 3방향 유동 스위치는 안착부(seat)들을 구비한 축대칭 공동들(axially-symmetric cavities)을 포함하고, 상기 안착부들 안에는 스프링-부하 밸브들(spring-loaded valves)이 설치되며, 상기 밸브들의 줄기부(stem)들은 회전 요소(rotary element)의 형상화 표면(shaped surface)에 운동학적으로 연결되고, 상기 회전 요소는 상기 밸브들의 교번적 개방(alternative opening) 또는 밸브들의 초기의 폐쇄 상태(closed state)에서의 유지를 위한 제어 핸들(control handle)에 견고히 연결되며, 상기 안착부들을 구비한 축대칭 공동들은 내측 채널들(inner channels)에 의하여 가스 및 음료의 공급을 위한 튜브들 및 배수 채널에 에 연결된다. 상기 3방향 유동 스위치는 상기 장치의 하우징(housing)으로부터 분리될 수 있도록 상기 하우징 안에 설치되며, 상기 유동 스위치의 내측 채널들 안에는 상기 밸브들의 차단 구성요소(blocking component)들을 수용하기 위한 안착부들을 구비한 축대칭 공동들이 위치하되 상기 내측 채널들에 대해 횡방향으로 배치되고, 스프링들을 구비한 밸브들의 줄기부들의 부분들과 회전 요소는 상기 유동 스위치의 내측 채널들의 공동들 외부에 위치한다. 상기 줄기부들을 구비한 밸브들 및 상기 줄기부들과 접촉하게 되는 회전 요소는 55 내지 100 MPa 의 허용 압축 응력[σ]을 가진 열가소성 재료로 만들어지고, 상기 회전 요소의 형상화 표면과 접촉하게 되는 밸브들의 줄기부들의 표면은 2차 곡선(second-order curve)의 일부분 형태로 연장된다. 상기 회전 요소의 형상화 표면과 접촉하는 밸브들의 줄기부들의 표면은 구형(spherical), 타원형(elliptical), 또는 포물형(parabolic) 표면의 일부분의 형태로 구성된다.
회전 요소는 회전 요소의 회전축 주위에 배치된 링의 형태로 구성되고, 그것의 형상화 표면은 밸브들의 줄기부들과 접촉하는 상기 회전 요소의 측부에 배치된다. 회전 요소 및 상기 밸브들의 줄기부들은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리아세탈(polyacetal)로 제작된다. 상기 형상화 표면을 구비한 회전 요소는, 예를 들어 토션 스프링(torsion spring)의 형태로 구성되어 상기 밸브들을 폐쇄 상태로 되게 하도록 설계된 회전 요소 리셋 메카니즘(rotary element reset mechanism)을 포함하고, 그 단부들은 각각 회전 요소와 회전 요소 피봇축(rotary element pivot axle) 상에 고정된다. 형상화 표면을 구비한 회전 요소에는, 초기 위치, 가스 공급 밸브가 개방된 위치, 및 음료 공급 밸브가 개방된 위치에서의 회전 요소의 고정을 위한 잠금부(lock)가 제공된다. 상기 회전 요소의 위치 잠금부는 상기 유동 스위치의 하우징 안에 위치된 스프링-부하 요소의 형태로 구성되고, 상기 회전 요소의 형상화 표면 또는 상기 피봇축에 마련된 세 개의 슬롯들(slots) 중 하나에 상기 스프링-부하 요소가 배치될 수 있다.
상기 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치의 3방향 유동 스위치의 작동 신뢰도 증가는 상기 장치의 가동 요소들이 음료와 접촉하는 표면이 감소함에 기인하는 것인바, 이는 상기 장치의 표면들 상에서의 맥주 물때 형성 감소, 상기 장치의 마모 감소 및 내구성 증가, 그리고 토출된 음료 안으로의 부스러기의 침입 방지로 귀결된다.
2차 곡선 표면으로 연장된 형태를 갖는 상기 밸브의 접촉 표면은 등식 
에 의하여 표현될 수 있다. 상기 연장된 표면을 사용함으로써, 그 표면과 접촉하는 밸브 줄기부들의 부분들 및 회전 요소/형상화 표면 마찰 쌍에서의 접촉 응력 감소의 결과가 얻어진다. 이는 곧 상기 메카니즘의 수명 증가로 이어질 뿐만 아니라, 55 내지 100 기생(parasitic) MPa 의 압축 응력[σ]을 가진 열가소성 재료로 상기 메카니즘을 제작함을 가능하게 하는데, 이는 무게 및 비용의 측면에서 유리한 것이다.
상기 줄기부들의 상측 부분들의 표면을 2차 곡선의 형태로 설계함으로써, 회전 요소/줄기부 마찰 쌍에서의 압력 각도(pressure angle)의 최소화가 제공된다. (예를 들어 폴리아미드 또는 폴리아세탈 수지와 같이) 높은 마찰저항 특성을 갖는 열가소성 재료들의 사용과 함께 압력 각도가 최소화됨으로써, 상기 형상화된 회전 요소/줄기부 쌍에서의 마찰 계수가 감소될 수 있고 또한 상기 줄기부에서의 기생 부하(parasitic load)가 감소될 수 있다.
상기 유동 스위치의 탈착가능한 고정으로 인하여 유동 스위치의 교체 및 수리가 신속하게 이루어질 수 있다. 전술된 본질적인 특징들이 조합됨으로써, 상기 장치의 유지보수성과 신뢰도가 높아지며, 나아가 상기 장치의 구성요소의 제작 여건이 향상된다.
아래에서는 다음과 같은 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 에는 PET 병 안에 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3 각각에는 상기 장치의 측면도 및 정면도가 도시되어 있다.
도 4 에는 도 2 의 A-A 평면을 따라 취한 상기 장치의 단면도가 도시되어 있다.
도 5 에는 도 3 의 B-B 평면을 따라 취한 상기 장치의 단면도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7 에는 도 4 의 C-C 단면 및 D-D 단면에서 취한 모습들이 도시되어 있다.
도 8 에는 형상화 표면을 구비한 회전 요소의 모습이 도시되어 있다.
도 9 에는 예를 들어 토션 스프링의 형태로 만들어진 회전 요소 리셋 메카니즘을 구비한 유동 스위치의 모습이 도시되어 있다.
도 10 에는 회전 요소의 형상화 표면 상에 슬롯들이 있는 채로 유동 스위치의 하우징 안에 위치한 회전 요소 잠금부가 도시되어 있다.
도 11 에는 회전 요소의 피봇축 상에 슬롯들이 있는 채로 유동 스위치의 하우징 안에 위치한 회전 요소 잠금부가 도시되어 있다.
도 12 에는 도 6 의 E-E 평면에서 취한 유동 스위치의 단면도가 도시되어 있다.
도 1 에는 PET 병 안에 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3 각각에는 상기 장치의 측면도 및 정면도가 도시되어 있다.
도 4 에는 도 2 의 A-A 평면을 따라 취한 상기 장치의 단면도가 도시되어 있다.
도 5 에는 도 3 의 B-B 평면을 따라 취한 상기 장치의 단면도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7 에는 도 4 의 C-C 단면 및 D-D 단면에서 취한 모습들이 도시되어 있다.
도 8 에는 형상화 표면을 구비한 회전 요소의 모습이 도시되어 있다.
도 9 에는 예를 들어 토션 스프링의 형태로 만들어진 회전 요소 리셋 메카니즘을 구비한 유동 스위치의 모습이 도시되어 있다.
도 10 에는 회전 요소의 형상화 표면 상에 슬롯들이 있는 채로 유동 스위치의 하우징 안에 위치한 회전 요소 잠금부가 도시되어 있다.
도 11 에는 회전 요소의 피봇축 상에 슬롯들이 있는 채로 유동 스위치의 하우징 안에 위치한 회전 요소 잠금부가 도시되어 있다.
도 12 에는 도 6 의 E-E 평면에서 취한 유동 스위치의 단면도가 도시되어 있다.
(도 1 내지 도 5 에 도시된) 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치는 3방향 유동 스위치(2), 배수 채널(3), 및 배수 채널(3) 주위에 위치하여 배수 채널(3)의 개방 단부(6)에 플라스틱 병(5)의 목부분을 고정시키기 위한 유닛(4)을 구비한 집합적인 하우징(1)을 포함한다. 배수 채널(3)은 3방향 유동 스위치(2) 안에 배치된 중간 채널들(7, 8)에 의해서, 음료 공급 피팅(beverage supply fitting; 9)과 가스 공급 피팅(gas supply fitting; 10)에 연결된다. 상기 하우징(1) 안에는 제어 밸브(11)가 설치되고, 제어 밸브(11)는 채널(12)에 의하여 용기(5)의 공동에 연결된다. 3방향 유동 스위치(2)는 하우징(1) 내부에 위치하되 하우징(1)으로부터 분리될 수 있으며, 나사 연결에 의해서 하우징(1)에 고정될 수 있다.
상기 3방향 유동 스위치(2)의 중간 채널들(7, 8)은 안착부를 구비한 축대칭 공동들(13, 14)을 포함하고, 상기 안착부들 안에는 복귀 스프링들(17, 18)을 구비한 밸브들(15, 16)이 설치된다. 상기 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)은 회전 요소(22)의 형상화 표면(21)에 운동학적으로 연결된다. 회전 요소(22)는 상기 밸브들(15, 16)의 교번적 개방 또는 밸브들(15, 16)을 초기의 폐쇄 상태로 유지시키기 위하여 제어 핸들(23)에 견고하게 연결된다. 밸브들(15, 16)의 차단 구성요소들을 수용하는 안착부들을 구비한 축대칭 공동들(13, 14)은 유동 스위칭 메카니즘(flow switching mechanism)(2)의 중간 채널들(7, 8) 안에 배치되되 상기 채널들(7, 8)에 대해 횡방향으로 배치된다. 스프링들(17, 18)을 구비한 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 부분들과 회전 요소(22)는 유동 스위치(2)의 내측 채널들(7, 8)의 공동들 외부에 배치된다. 줄기부들(19, 20)을 구비한 밸브들(15, 16) 및 이들과 접촉하는 회전 요소(22) 모두는, 55 내지 100 MPa의 허용 압축 응력[σ]을 가진 열가소성 재료로 제작된다. 회전 요소(22)의 형상화 표면과 접촉하는 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 표면은, 예를 들어 구형, 타원형, 또는 포물형 표면의 일부분의 형태를 갖는, 2차 곡선(등식 
)에 의하여 정의됨)의 일부분의 형태로 연장된다.
상기 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)(또는 상기 줄기부들(19, 20)의 상측 부분)과 상기 회전 요소(22)는 폴리아미드 또는 폴리아세탈로 제작될 수 있다. 형상화 표면(21)을 구비한 회전 요소(22)는 유동 스위치(2) 몸체의 상측 원통형 부분 주위에 배치된 링의 형태로 구성되고, 형상화 표면(21)은 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)과 접촉하는 회전 요소(22)의 측부에 배치된다. 3방향 유동 스위치(2)와 회전 요소(22)는 위에서 뚜껑(24)에 의하여 폐쇄된다.
플라스틱 병(5)의 목부분을 배수 채널(3)의 개방 단부(6)에 고정시키기 위한 유닛(4)은 배수 채널(3)의 유출 개구에 대해 동축을 이루도록 배수 채널(3)의 단부에 부착된 고리형 탄성 요소(25), 제어 핸들(27)을 구비한 컵(26), 및 플라스틱 병(5)의 목부분의 크기와 일치하는 소켓(28)을 포함한다. 상기 컵(26)의 원통형 부분은 배수 채널(3)의 개방 단부 주위에 배치되고, 베이오넷 조인트에 의하여 하우징(1)의 벽과 운동학적으로 연결된다. 거품 억제 유닛(29)은 관통 축방향 통로(31)를 구비한 탭(30)을 포함한다. 탭(30)은 측방 표면 상에 나선형 홈(32)을 구비한 외측 원통형 부분을 구비한다. 탭(30)의 생크(shank)는 생크의 외측 표면과 배수 채널(3)의 확장된 단부 부분의 표면 사이에 고리형 공동(33)을 형성한다. 상기 탭(30)의 원통형 부분의 직경은 배수 채널(3)의 단부 부분의 직경에 대응된다. 배수 채널(3)의 고리형 공동(33)은 나선형 홈(32)에 연결되고, 노즐(30)의 축방향 채널(31)은 채널(12)에 의해서 제어 밸브(11)에 연결된다. CO2 가스 압력 완화(CO2 gas pressure relief)는 채널(35)에 의하여 제어 밸브(11)의 채널(12)에 연결된 피팅(34)에 의해 달성된다.
음료 토출 장치는 음료를 소형 용기(유리컵 또는 머그컵) 안으로 토출시키기 위한 밸브와의 연결을 위한 유닛(36)을 포함한다. 형상화 표면(21)을 구비한 회전 요소(22)는 회전 요소(22)를 리셋시키고 밸브들(15, 16)을 폐쇄 위치에 배치시키기 이한 메카니즘을 포함한다. 회전 요소(22)의 리셋 메카니즘은 예를 들어 토션 스프링(37)의 형태로 구성될 수 있다. 토션 스프링(37)의 단부들은 각각 회전 요소(22)와 회전 요소(22)의 피봇축에(3방향 유동 스위치(2)의 상측 원통형 부분에) 고정된다.
회전 요소(22)에는 회전 요소(22)를 소정의 위치들, 즉 초기 위치, 가스 공급 밸브(16)가 개방된 위치, 음료 공급 밸브(15)가 개방된 위치에 고정시키기 위한 잠금부가 제공된다. 이 잠금부는 스프링(38)에 의하여 스프링 부하를 받는 (볼(ball)형, 원통형, 또는 원추형) 요소(39)의 형태로 구성된다. 잠금부의 요소(39)는 3방향 유동 스위치(2)의 몸체 안에 배치되되, 회전 요소(22)의 피봇축 또는 이것의 형상화 표면(21) 상에 마련된 세 개의 슬롯(40)들 중 하나에 위치하게 될 수 있다.
거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치는 다음과 같은 방식으로 작동한다. 플라스틱 병(5)을 역압 충전(counterpressure filling)시키기 위한 장치(도 2 및 3 참조)는 예를 들어 바(bar)의 카운터 상에 설치될 수 있으며, 피팅들(9, 10)은 각각 등압 용기로부터의 음료 공급 튜브와 가스 병으로부터의 가스 공급 튜브에 연결된다. 본 발명에 따른 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 붓기 위한 장치는 유닛(36)에 연결된 밸브(미도시)에 의해서 머그컵(또는 유리컵)을 음료로 채우는데에 사용될 수 있다 (도 3 참조). 또한 본 발명에 따른 장치는 플라스틱 병(5)을 충전시킬 수 있다 (도 1 내지 도 5 참조). 이를 위하여, 플라스틱 병(5)은 유닛(4)의 컵(26)의 소켓(28) 안으로 삽입되고, 핸들(27)을 돌리면 탄성 고리형 요소(25) 덕분에 배수 채널(3)의 개방 단부에 밀착되게 연결될 수 있다. 이 때 제어 밸브(11)는 폐쇄되어 있다. 3방향 유동 스위치(2)의 밸브들(15, 16)은 폐쇄 위치로 설정되어 있다 (제어 핸들(23)은 제어 밸브(11)에 대해 반대인 중립 위치에 위치한다). 그 다음 유동 스위치(2)의 회전 요소(22)와 함께 제어 핸들(23)이 반시계방향으로 45°만큼 회전되어(도 4 참조), 밸브(16)가 개방되고, CO2 가스가 구비된 공동(14)을 채널(8), 배수 채널(3), 배수 채널(3)의 고리형 공동(33), 및 나선형 홈(32)을 거쳐 플라스틱 병(5)의 내부 체적에 소통시킨다. 등압 용기로부터의 압력 하에 있는 CO2 가스가 플라스틱 병(5) 안으로 진입하면, 그 안의 압력이 등압 용기 압력 레벨로 상승한다. 그 다음에는 회전 요소(22)와 함께 제어 핸들(23)이 반대 방향(시계 방향)으로 105°만큼 회전되어서, 음료 피팅(9)을 공동(13), 채널(7), 배수 채널(3), 배수 채널(3)의 고리형 공동(33), 및 나선형 홈(32)을 거쳐 플라스틱 병(5)의 내부 체적에 소통시킨다. 소비자용 플라스틱 용기 내의 압력은 등압 용기 내의 압력과 같기 때문에, 음료가 상기 용기(5) 안으로 진입하지 않는다. 제어 밸브(11)의 개방시, CO2 가스가 축방향 채널(31) 및 제어 밸브(11)의 통공을 통해서 플라스틱 용기(5)로부터 대기중으로 이동하게 된다. 이는 등압 용기 및 플라스틱 용기(5) 내의 압력 강하를 발생시키고, 이로써 음료가 용기(5) 내에 충전된다. 노즐(30)의 원통형 부분의 나선형 홈(32)을 통과하면서 원심력의 작용을 받아 테이퍼 형상의(taper-shaped) 필름 형태를 갖는 음료는 플라스틱 용기(5)의 목부분의 벽으로 유동하게 되어서 벽을 따라 아래로 매끄럽게 유동하는데, 이로 인하여 거품발생이 저지된다. 또한, 거품 억제는, 토출 시스템 내부와 플라스틱 용기(5) 내의 음료 레벨 위에 상기 음료 내에 용해된 가스의 포화 압력을 초과하는 가스 압력을 생성시킴으로써 달성된다. 플라스틱 용기(5)의 충전 이후에는 음료의 유입유동을 정지시키기 위해서 핸들(23)을 회전 요소(22)와 함께 초기 위치를 향해 (반시계방향으로) 60°만큼 회전시킬 필요가 있다. 상기 병의 목부분에 있는 나머지 가스는 노즐(30)의 축방향 채널(31) 및 제어 밸브(11)의 통공을 통해서 대기중으로 제거된다. 음료가 충전된 플라스틱 용기(5) 내부의 압력은 대기압으로 맞춰진다. 그 다음에는 핸들(27)이 반대의 방향으로 회전되어서 배수 채널(3)의 개방 단부가 플라스틱 용기(5)의 목부분으로부터 분리된다. 용기(5)는 상기 장치로부터 꺼내어지고, 뚜껑을 덮어, 소비자에게 전달된다.
상기 상세한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 전술된 기술적 과제, 즉 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치의 유동 스위치의 유지보수성, 작동 신뢰도, 및 내구성이 향상된다.
Claims (7)
- 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치로서, 상기 장치는: 3방향 유동 스위치(three-way flow switch; 2)에 의하여 가스 및 음료의 공급을 위한 튜브(tube)들에 연결된 배수 채널(drainage channel; 3); 플라스틱 병(5)의 목부분(neck)을 배수 채널(3)의 개방 단부에 고정시키기 위한 유닛(unit; 4); 및 상기 플라스틱 병(5)의 공동(cavity)에 연결된 제어 밸브(control valve; 11);를 포함하고,
상기 3방향 유동 스위치(2)는 안착부(seat)들을 구비한 축대칭 공동들(axially-symmetric cavities)(13, 14)을 포함하고, 상기 안착부들 안에는 스프링-부하 밸브들(spring-loaded valves)(15, 16)이 설치되며, 상기 밸브들(15, 16)의 줄기부(stem)들은 회전 요소(rotary element; 22)의 형상화 표면(shaped surface; 21)과 접촉하고, 상기 회전 요소(22)는 상기 밸브들(15, 16)의 교번적 개방(alternative opening) 또는 밸브들(15, 16)의 초기의 폐쇄 상태(closed state)에서의 유지를 위한 제어 핸들(control handle; 23)에 견고히 연결되며, 상기 안착부들을 구비한 축대칭 공동들(13, 14)은 내측 채널들(inner channels)(7, 8)에 의하여 가스 및 음료의 공급을 위한 튜브들 및 배수 채널(3)에 에 연결되고,
상기 3방향 유동 스위치(2)는 상기 장치의 하우징(housing)으로부터 분리될 수 있도록 상기 하우징 안에 설치되며, 상기 유동 스위치(2)의 내측 채널들(7, 8) 안에는 상기 밸브들(15, 16)의 차단 구성요소(blocking component)들을 수용하기 위한 안착부들을 구비한 축대칭 공동들(13, 14)이 위치하되 상기 내측 채널들(7, 8)에 대해 횡방향으로 배치되고, 스프링들(17, 18)을 구비한 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 부분들과 회전 요소(22)는 상기 유동 스위치(2)의 내측 채널들(7, 8)의 공동들 외부에 위치하며, 상기 줄기부들(19, 20)을 구비한 밸브들(15, 16) 및 상기 줄기부들과 접촉하게 되는 회전 요소(22)는 55 내지 100 MPa 의 허용 압축 응력을 가진 열가소성 재료로 만들어지고, 상기 회전 요소(22)의 형상화 표면(21)과 접촉하게 되는 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 표면은 2차 곡선(second-order curve)의 일부분 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는, 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 회전 요소(22)의 형상화 표면을 가진 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)의 표면은 구형(spherical), 타원형(elliptical), 또는 포물형(parabolic) 표면의 일부분의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
회전 요소(22)는 회전 요소의 회전축 주위에 배치된 링의 형태로 구성되고, 그것의 형상화 표면(21)은 밸브들(15, 16)의 줄기부들(19, 20)과 접촉하는 상기 회전 요소의 측부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
회전 요소(22) 및 상기 밸브들의 줄기부들(19, 20)은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리아세탈(polyacetal)로 제작된 것을 특징으로 하는, 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 형상화 표면(21)을 구비한 회전 요소(22)에는, 초기 위치, 가스 공급 밸브(16)가 개방된 위치, 및 음료 공급 밸브(15)가 개방된 위치에서의 고정을 위한 잠금부(lock)와, 토션 스프링(torsion spring; 37)의 형태로 구성되어 상기 밸브들(15, 16)을 폐쇄 상태로 되게 하도록 설계된 회전 요소 리셋 메카니즘(rotary element reset mechanism)을 포함하고, 상기 토션 스프링의 단부들은 각각 회전 요소(22)와 회전 요소 피봇축(rotary element pivot axle) 상에 고정된 것을 특징으로 하는, 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치. - 제5항에 있어서,
상기 회전 요소(22)의 위치 잠금부는 상기 유동 스위치(2)의 하우징 안에 위치된 스프링-부하 요소(39)의 형태로 구성되고, 상기 회전 요소(22)의 형상화 표면(21) 또는 상기 회전 요소 피봇축에 마련된 세 개의 슬롯들(slots)(40) 중 하나에 상기 스프링-부하 요소(39)가 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는, 거품 음료 및 탄산 음료를 수동으로 토출시키기 위한 장치. - 삭제
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