KR20120066213A - 냉각 공기 공급구조를 갖는 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 아이스크림 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 요거트 아이스크림 원액의 냉각 공간을 구비하는 실린더 본체와, 상기 실린더 본체의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 회전 구동에 의해 상기 요거트 아이스크림 원액을 교반시키는 교반 유닛과, 상기 실린더 본체의 외주면에 설치되며 상기 실린더 본체가 냉각되도록 냉매의 이동 공간을 제공하는 냉각 자켓; 및 상기 실린더 본체에 설치되며, 상기 실린더 본체의 내부로 냉각공기를 주입하는 냉각공기 주입관을 포함하는 요거트 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 아이스크림 제조 장치를 개시한다.

Description

냉각 공기 공급구조를 갖는 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 아이스크림 제조 장치{REFRIGERATING CYLINDER OF ICE CREAM HAVING COOLING AIR SUPPLY AND ICE CREAM MANUFACTURING DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 아이스크림 원액을 냉각시킴과 아울러 교반시키기 위한 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 아이스크림 제조 장치에 관한 것이다.
아이스크림 제조 장치는 아이스크림 원액을 공기와 혼합하고 냉각시켜 부드러운 빙질의 아이스크림을 제공하는 기기를 말한다. 일반적으로, 아이스크림 제조장치는 아이스크림 원액을 저장, 혼합하는 저장조(호퍼)와, 아이스크림 원액을 공기와 혼합하고 냉각시키는 냉각 실린더와, 냉각 실린더의 아이스크림을 외부로 배출하는 배출 기구 등을 포함하는 구성을 갖는다.
저장조의 아이스크림 원액은 냉각 실린더로 공급되며, 냉각 실린더의 벽을 냉매로 냉각시켜 그 내부의 아이스크림 원액과 열교환이 이루어지도록 한다. 이와 같이 냉각 실린더의 재킷으로 냉매를 이송시키는 냉각 방식에 따르면, 냉각 실린더의 벽 근처의 온도는 매우 낮은 반면에 냉각 실린더 중심부의 온도는 비교적 높아 냉각 실린더 내부의 온도 분포가 일정하지 않은 문제가 있다. 이로 인해 냉각 실린더 중심의 아이스크림이 제대로 냉각되지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위해서는 냉매의 온도를 과도하게 낮추어야 하는 문제가 있다.
또한 상기와 같은 아이스크림 냉각 과정에서 교반기를 이용하여 아이스크림을 교반시켜 아이스크림과 공기가 결합되도록 한다. 아이스크림의 동결중 공기의 주입으로 인해 기포의 생성과 빙결정의 확산 등으로 아이스크림과 공기의 결합 과정에서 아이스크림이 부풀어올라 그 부피는 아이스크림 원료보다 증가하는 현상이 발생하는데, 이러한 현상을 오버런(Over Run)이라 한다. 오버런의 발생 원리는 실린더 벽면으로부터 냉각된 아이스크림 원액을 교반기에 의해 교반하며 혼합하는 과정 중, 전단력 등의 외부 요인에 의해 아이스크림 내 포함된 지방(fat)을 둘러싼 외벽(globule)이 붕괴되었다가 재결합하면서 구조유지를 위해 공기를 둘러싸게 되며 발생하는 현상이다. 이때 오버런이란 아이스크림의 부피가 증가된 비율을 지칭하기도 하는데, 오버런은 아이스크림의 질감을 결정하는 중요한 요소가 된다. 요거트 아이스크림의 경우, 오버런은 40~50%가 적당한 것으로 알려져 있다.
아이스크림과 공기의 혼합 과정에서 아이스크림이 부풀어올라 그 부피가 증가하는 현상이 발생하는데, 이러한 현상을 오버런(Over Run)이라 한다. 오버런이란 아이스크림의 부피가 증가된 비율을 지칭하기도 하는데, 오버런은 아이스크림의 질감을 결정하는 중요한 요소가 된다. 요거트 아이스크림의 경우, 오버런은 40~50%가 적당한 것으로 알려져 있다.
아이스크림의 조직은 빙결정의 크기, 기포의 크기와 분포 및 아이스크림의 냉동되지 않은 입자의 크기 등에 의하여 결정된다. 아이스크림 원액의 온도가 저하됨에 따라 점도는 증가하지만 고유점도는 빠른 교반에 의해 젤 구조나 지방구의 변화가 초래되어 떨어지는 등 실린더 내의 교반 및 오버런 발생과정은 중요한 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 냉각 실린더의 내벽을 냉각함과 아울러 냉각 실린더의 내부에 냉각 공기를 투입함으로써, 냉각 실린더 내부가 입체 냉각이 이루어지게 함과 아울러 오버런 증대 및 아이스크림의 질감 향상을 꾀하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 아이스크림 원액의 냉각 공간을 구비하는 실린더 본체와, 상기 실린더 본체의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 회전 구동에 의해 상기 아이스크림 원액을 교반시키는 교반 유닛과, 상기 실린더 본체의 외주면에 설치되며 상기 실린더 본체가 냉각되도록 냉매의 이동 공간을 제공하는 냉각 자켓, 및 상기 실린더 본체에 설치되며 상기 실린더 본체의 내부로 냉각공기를 주입하는 냉각공기 주입관을 포함하는 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 아이스크림 제조 장치를 개시한다.
상기 실린더 본체 및 냉각 자켓의 외주면에는 제1 및 제2관통홀이 각각 형성되고, 상기 냉각공기 주입관은 내부의 공기가 상기 냉매와 열교환이 이루어지도록 상기 제1 및 제2관통홀에 삽입되는 구성을 가질 수 있다.
상기 냉각공기 주입관은 상기 실린더의 상부에 설치될 수 있다. 이러한 경우, 상기 냉각공기 주입관의 일단은 아이스크림이 유입되는 것을 최소화하도록 상기 실린더 본체의 내부에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 냉각공기 주입관은 상기 교반된 아이스크림의 이송 방향과 반대 방향으로 기울어지도록 설치될 수 있다.
상기 냉각공기 주입관은 공기 공급을 위한 공기 공급기와 연결되고, 상기 공기 공급기는 상기 냉각공기 주입관의 압력을 상압으로 유지시키도록 구성 가능하다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 냉매를 통해 본체 자체를 냉각시킴과 동시에 실린더 본체 내부에 냉각공기를 공급함으로써 아이스크림 원액과 결합하는 과정 중 아이스크림 원액의 입체 냉각이 가능하며, 그에 따라 실린더 본체 내부의 온도 분포를 균일화시킬 수 있어 보다 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.
또한, 냉각공기 주입관을 통해 주입되는 냉각공기는 아이스크림의 오버런 발생을 도울 뿐만 아니라 아이스크림이 질감(차가운 맛)을 향상시키는 기능을 한다. 다시 말해, 아이스크림은 입안에서 동결된 아이스크림이 녹으며 입안에서 열교환이 이루어지며 차가운 맛을 느끼게 되지만, 냉공기를 주입하여 아이스크림 원액이 냉공기와 결합되었을 경우, 입안에서의 차가운 질감의 맛의 효과를 더하게 되는 것이다.
또한, 냉각공기 주입관을 통해 투입되는 공기와 냉각 자켓 내의 냉매를 열교환시킴으로써 보다 효율적인 에너지 사용이 가능하다.
또한, 냉각공기 주입관의 기울어진 형상 및 실린더 본체의 내부까지 연장된 구조를 통해 냉각공기 주입관 내로 아이스크림이 역류하는 현상을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 요거트 아이스크림 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 실린더의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 냉각 실린더의 분해 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 냉각 실린더의 측 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 실린더의 측단면도.
이하, 본 발명과 관련된 요거트 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 요거트 아이스크림 제조 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 아이스크림 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아이스크림 제조 장치는 요거트 아이스크림의 재료(우유, 유산균 재료, 요거트 등의 혼합물)를 혼합시키기 위한 호퍼(100)와, 재료가 혼합되어 형성된 요거트 아이스크림 원액의 냉각을 위한 냉매를 공급하는 냉매 공급 유닛(미도시)와, 요거트 아이스크림 원액을 공기와 혼합하고 냉각시키는 냉각 실린더(200) 등을 포함한다.
호퍼(100)는 요거트 아이스크림의 재료를 저장하는 저장조(110)와, 저장조(110)의 내부에서 회전 구동하는 샤프트(120)와, 샤프트(120)와 결합되는 스터러(130)를 포함한다. 샤프트(120)는 호퍼 구동용 모터(140)에 연결되어 회전 구동되며, 샤프트(120)의 회전에 따라 스터러(130)가 회전하여 요거트 아이스크림 재료를 교반시킨다.
냉매 공급 유닛은 일반적인 냉동 사이클로서 구현되며, 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 포함하는 구성을 갖는다. 증발기를 통과한 냉매는 요거트 아이스크림 원액을 냉각시키도록 냉각 실린더(200)로 공급된다.
냉각 실린더(200)는 호퍼(100)와 연통되어 저장조(110)의 요거트 아이스크림 원액을 공급 받으며, 냉매 공급 유닛에서 공급된 냉매를 통해 요거트 아이스크림 원액을 냉각시킴과 동시에 원액을 공기와 혼합시킨다.
냉각 실린더(200)의 후방에는 완성된 요거트 아이스크림을 외부로 배출시키기 위한 배출 기구(400)가 설치된다. 배출 기구(400)의 일 예로서, 냉각 실린더(200)와 연통되는 유로를 갖는 케이스(410)와, 사용자의 조작에 의해 케이스(410)의 유로를 개폐하는 레버(420)를 포함하는 구성을 들 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 실린더의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 냉각 실린더(200)는 요거트 아이스크림 원액의 냉각 공간을 구비하는 실린더 본체(210)와, 회전 구동에 의해 요거트 아이스크림 원액을 교반 및 이송시키는 교반 유닛을 포함한다.
실린더 본체(210)는 그 전방에 요거트 아이스크림 원액의 유입구(213)를 구비한다. 실린더 본체(210)의 후방은 배출 기구(400)의 케이스(410)에 형성된 토출구(214)와 연통되어 있다. 도 2에서는 실린더 본체(210)의 내부 부품을 나타내기 위하여 실린더 본체(210)를 점선으로 표시하였다.
실린더 본체(210)의 외주면에는 냉매의 이동 공간을 제공하는 냉각 자켓(211)이 설치된다. 냉각 자켓(211)은 상기 냉매의 이동 공간을 밀폐시키는 실린더 형태로 형성된다.
냉매 자켓(211)에는 냉매의 유입 및 토출을 위한 냉매 유입구(215)와 냉매 토출구(216)가 형성된다. 냉매 유입구(215)는 냉매 자켓(211)의 전단 상측 및 후단 하측 중 어느 하나에 형성되고, 냉매 토출구(216)는 냉매 자켓(211)의 전단 상측 및 후단 하측 중 다른 하나에 형성될 수 있다. 본 실시예는 냉매 유입구(215)가 냉매 자켓(211)의 후단 하측에, 냉매 토출구(216)가 냉매 자켓의 전단 상측에 형성된 것을 예시하고 있다.
교반 유닛은 제1 및 제2홀더(220,230)와, 블레이드(240)를 포함한다.
제1 및 제2홀더(220,230)는 실린더 본체(210)의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 제1 및 제2홀더(220,230)는 실린더 본체(210)의 서로 일정 간격 떨어지게 설치되어 있다.
블레이드(240)는 제1 및 제2홀더(220,230)의 사이에 고정되며, 회전 동작에 의해 요거트 아이스크림 원액을 교반시키는 기능을 한다. 블레이드(240)는 나선형의 형태로 휘어진 구조로서, 제1 및 제2홀더(220,230)의 사이에 단수 또는 복수로 구비될 수 있다.
제1홀더(220)에는 실린더 본체(210)의 전방을 관통하여 외부로 연장된 샤프트(228)가 연결된다. 샤프트(228)의 단부는 벨트 풀리(350, 도 1 참조)에 의해 냉각 실린더 구동용 모터(300, 도 1 참조)와 연결되며, 냉각 실린더 구동용 모터(300, 도 1 참조)에 따라 블레이드(240)가 회전하게 된다.
제2홀더(230)의 후방에는 블레이드(240)에서 교반된 요거트 아이스크림을 토출구(214)로 이송시키는 임펠러(260)가 추가로 설치될 수 있다. 임펠러(260)는 외주에 스크류가 형성된 구조로서, 그 후방에 위치한 케이스(410)에 회전 가능하게 지지된다.
도 3은 도 3은 도 2에 도시된 냉각 실린더의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 냉각 실린더의 측 단면도이다. 참고로, 도 4에서는 교반 유닛의 구성들에 대한 도시는 생략하였다.
도 3 및 4를 참조하면, 실린더 본체(210)에는 실린더 본체(210) 내부에 냉각공기를 주입하기 위한 냉각공기 주입관(530)이 설치된다.
도 4의 도시와 같이, 요거트 아이스크림 원액은 실린더 본체(210)의 바닥으로부터 일정 높이까지 차있게 되므로, 오버런된 아이스크림이 냉각공기 주입관(530) 내로 역류하는 것을 방지하기 위해서는 냉각공기 주입관(530)을 실린더 본체(210)의 상부에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 냉각공기 주입관(530)의 냉각공기는 실린더 본체(210)의 상측 내벽에서 내부 공간을 향해 분사되게 된다.
본 실시예에 따르면, 실린더 본체(210)의 외주면에는 제1관통홀(510)이 형성되고, 냉각 자켓(211)의 외주면에는 제2관통홀(520)이 형성된다. 이러한 경우, 냉각공기 주입관(530)은 제1 및 제2관통홀(510,520)에 삽입되는 형태를 갖는다. 제1 및 제2관통홀(510.520)은 서로 대응되는 위치에 형성되며, 냉각공기 주입관(530)은 외부의 공기를 실린더 본체(210)의 내부로 공급하는 기능을 한다.
냉각공기 주입관(530)은 그 일단이 실린더 본체(210)의 내부에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 냉각공기 주입관(530)을 실린더 본체(210) 내부까지 연장하지 않는 구성도 가능할 것이나, 냉각공기 주입관(530)을 실린더 본체(210) 내부까지 연장하면 그렇지 않은 경우에 비해 아이스크림이 냉각공기 주입관(530)으로 역류하는 현상을 줄일 수 있게 된다.
냉각공기 주입관(530)의 타단에는 공기 공급기와 연결된 튜브(540)가 설치될 수 있다. 다만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되는 것은 아니며, 냉각공기 주입관(530)이 튜브의 형태로 구성하고, 이를 공기 공급기와 직접 연결하는 구성도 가능할 것이다.
공기 공급기는 냉각공기 주입관(530)의 압력을 상압으로 유지시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 오버런된 아이스크림이 냉각공기 주입관(530)으로 유입되는 경우, 냉각공기 주입관(530)의 압력은 아이스크림을 밀어내는 역할을 한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각 실린더의 작동 메커니즘에 대해 설명한다.
냉매 유입구(215)에서 유입된 냉매(R)는 실린더 본체(210)와 냉각 자켓(211) 사이의 공간을 이동한 후 냉매 토출구(216)로 토출된다. 이 과정에서 실린더 본체(210)가 냉각되게 되며, 실린더 본체(210)의 냉각에 따라 실린더 본체(210) 내부의 아이스크림이 냉각되게 된다.
냉각공기 주입관(530)으로 공급된 공기는 그 이동 과정에서 실린더 본체(210)와 냉각 자켓(211) 사이의 냉매(R)와 열교환되면서 냉각되게 되며, 그에 따라 실린더 본체(210) 내부에 냉각공기가 공급되게 되는 것이다.
이와 같이, 실린더 본체(210) 자체를 냉각시킴과 동시에 실린더 본체(210) 내부에 냉각공기를 공급함으로써 아이스크림의 입체 냉각이 가능하다. 이러한 입체 냉각에 따라 실린더 본체(210) 내부의 온도 분포를 균일화시킬 수 있어 보다 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.
아울러, 블레이드(240)가 회전함에 따라 아이스크림이 교반되어 오버런이 발생하게 되는데, 냉각공기 주입관(530)을 통해 주입된 공기는 이러한 오버런의 발생을 돕는다. 즉, 냉각공기 주입관(530)을 통해 주입된 공기로 인해, 아이스크림과 혼합되는 공기의 온도가 감소하며, 냉각된 공기가 아이스크림의 냉각을 도움으로 인해 실린더 내의 오버런 발생이 균일하게 이루어지도록 한다.
또한, 아이스크림의 질감(차가운 맛)은 아이스크림 자체의 낮은 온도 뿐만 아니라 오버런 발생시 혼합된 공기의 영향을 받게 된다. 본 발명에 따르면, 차가운 냉각 공기가 아이스크림 원액에 혼합되게 함으로써, 차가운 맛을 더함과 아울러 차가운 맛이 오래 지속되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 실린더의 측단면도이다.
본 실시예의 냉각 실린더는 냉각공기 주입관(530')의 구성을 제외하고 앞선 실시예의 경우와 동일한 구성을 갖는다. 본 실시예의 냉각공기 주입관(530')은 교반된 아이스크림의 이송 방향(진행 방향, P)과 반대 방향으로 기울어지도록 설치된다. 이러한 경우, 제1관통홀(510')은 제2관통홀(520')로부터 일정 간격 후방에 형성되게 된다.
이와 같이, 냉각공기 주입관(530')을 기울어지게 설치함으로써 앞선 실시예 대비 아이스크림이 냉각공기 주입관(530') 내부로 역류하는 현상을 최소화할 수 있다.
본 실시예 또한 냉각공기 주입관(530')의 단부를 실린더 본체(210)의 내부까지 연장 형성하는 것이 바람직하며, 이와 같이 냉각공기 주입관(530')을 기울어지게 설치함과 아울러 실린더 본체(210) 내부까지 연장하는 경우, 역류 방지의 효과를 더욱 증대시킬 수 있게 된다.
이상에서는 실린더 본체 내에 냉각 공기를 주입한 구성으로서 냉각공기 주입관을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 실린더 본체(510) 내부에 냉각 공기를 공급하기 위한 구성은 다른 형태로도 구현 가능하다 할 것이다. 그리고, 본 발명의 냉각 실린더는 요거트 아이스크림 뿐만 아니라 다양한 종류의 아이스크림에 적용 가능하다.
아울러, 본 발명에 따른 요거트 아이스크림의 냉각 실린더 및 이를 구비하는 요거트 아이스크림 제조 장치는 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (7)

  1. 아이스크림 원액의 냉각 공간을 구비하는 실린더 본체; 및
    상기 실린더 본체의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 회전 구동에 의해 상기 아이스크림 원액을 교반시키는 교반 유닛;
    상기 실린더 본체의 외주면에 설치되며, 상기 실린더 본체가 냉각되도록 냉매의 이동 공간을 제공하는 냉각 자켓; 및
    상기 실린더 본체에 설치되며, 상기 실린더 본체의 내부로 냉각공기를 주입하는 냉각공기 주입관을 포함하는 아이스크림의 냉각 실린더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 본체 및 냉각 자켓의 외주면에는 제1 및 제2관통홀이 각각 형성되고,
    상기 냉각공기 주입관은 내부의 공기가 상기 냉매와 열교환이 이루어지도록 상기 제1 및 제2관통홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 아이스크림의 냉각 실린더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각공기 주입관은 상기 실린더의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 아이스크림의 냉각 실린더.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각공기 주입관의 일단은 아이스크림이 유입되는 것을 최소화하도록 상기 실린더 본체의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 아이스크림의 냉각 실린더.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 냉각공기 주입관은 상기 교반된 아이스크림의 이송 방향과 반대 방향으로 기울어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 아이스크림의 냉각 실린더.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 냉각공기 주입관은 공기 공급을 위한 공기 공급기와 연결되고,
    상기 공기 공급기는 상기 냉각공기 주입관의 압력을 상압으로 유지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 아이스크림의 냉각 실린더.
  7. 아이스크림 재료를 혼합시키는 호퍼;
    상기 재료가 혼합된 아이스크림 원액의 냉각을 위한 냉매를 공급하는 냉매 공급 유닛; 및
    상기 호퍼와 연통되어 상기 호퍼의 아이스크림을 공급받으며, 상기 냉매 공급 유닛에서 제공된 냉매를 통해 상기 아이스크림을 냉각시키는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항을 따르는 냉각 실린더를 포함하는 아이스크림 제조 장치.
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