KR20210134998A - 볼록 초음파 전달부를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 - Google Patents

볼록 초음파 전달부를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 Download PDF

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Abstract

과냉된 음료 용기용 음료 핵생성기 시스템이, 음료 용기를 수용하기 위한 프레임 및 그 내부에 배치된 초음파 전달부를 포함할 수 있다. 초음파 전달부로부터의 볼록 돌출부가, 음료 용기가 초음파 전달부에 대해서 각도를 이루어 프레임 내에 배치되는 경우에도, 양호한 접촉을 보장하고 그에 따라 음료 용기의 밀봉부의 상단 표면을 통한 초음파 에너지의 양호한 전달을 보장한다. 대안적 또는 부가적으로, 복수의 지지부를 포함하는 패키징 홀더가 제공되어, 밀봉부의 상단 표면이 초음파 전달부와 평행하게 위치되도록 보장할 수 있다.

Description

볼록 초음파 전달부를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기
본원 및 이에 따른 특허는 일반적으로 과냉된 음료에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 통상적인 음료 병, 캔, 및 다른 용기 내에서 얼음 결정 핵생성을 개시하기 위한 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 설명하자면, 과냉 음료가 점점 더 대중화되고 있다. 구체적으로, 과냉 음료는 동결 미만의 온도까지 냉각될 수 있고, 그에 따라 음료가 담긴 용기가 개방된 후 또는 다른 방식으로 음료에 에너지가 부여된 후에도 얼음 결정의 핵생성을 개시하기 위해 얼음 결정이 형성될 수 있다. 통상적인 탄산 청량 음료는, 용기의 개방 시에 그리고 이산화탄소의 초기 방출 시에 얼음 결정 핵생성을 개시하기에 충분한 에너지를 가질 수 있다. 그러나, 물, 유제품 음료, 스포츠 드링크, 커피, 차, 및 기타와 같은 비-탄산 음료는 얼음 결정 핵생성을 개시하기 위해서 부가적인 에너지를 필요로 할 수 있다.
초음파 에너지를 이용하는, 얼음 결정 핵생성을 개시하기 위한 부가적인 에너지를 제공하는 하나의 방법이 존재한다. 그러나, 알려진 초음파 방법은 일반적으로, 음료 용기와 초음파 전달부 사이의 초음파 전달 재료로서 유체 욕(fluid bath)을 이용한다. 유체 욕의 이용은 효과적인 전달 매체일 수 있지만, 상업적 환경 및 기타에서의 그러한 유체의 반복된 사용은, 유출, 적하(dripping), 및 다른 유형의 잠재적인 문제로 인해서 문제가 될 수 있다. 조작자는 빈번하게 유체 욕을 세정 및 재충진하여야 한다. 또한, 그렇게 하지 못하는 경우에, 고객에게 불만족스러운 외관을 제공할 수 있다.
본 개시 내용의 제1 양태에서, 본원 및 이에 따른 특허는 과냉 음료 용기용 음료 핵생성기 시스템을 제공한다. 음료 핵생성기 시스템은 초음파 전달부를 갖는 초음파 장치를 포함할 수 있다. 음료 핵생성기 시스템은 또한 초음파 장치가 내부에 배치된 프레임을 포함할 수 있다. 프레임은, 용기의 밀봉부(closure)를 초음파 전달부의 제1 표면과 접촉되게 배치하도록 구성된다. 초음파 전달부의 제1 표면은 볼록 표면을 포함한다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 볼록 표면은 제1 표면의 중앙 위치에 배치된다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 볼록 표면은 제1 표면의 중심에 배치된다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 볼록 표면은, 제1 표면에 부착되는 별도의 구성요소이다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 제1 표면 및 볼록 표면은 상이한 재료들로 이루어진다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 볼록 표면은 중합체이다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 음료 핵생성기 시스템은 또한 프레임에 커플링된 전방 커버를 포함할 수 있다. 프레임은, 전방 커버로부터 이격되어 배치된 정점을 갖는 지지 표면을 포함한다. 음료 핵생성기 시스템은 또한 전방 커버와 정점 사이에서 지지 표면을 따라서 배치되는 복수의 지지부를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 복수의 지지부는 정점의 제1 측면 상에서 지지 표면을 따라서 배치되는 제1 지지부 및 정점의 제2 측면 상에서 지지 표면을 따라서 배치되는 제2 지지부를 포함한다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 복수의 지지부는 유연 재료로 형성된다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 유연 재료는 포옴(foam) 또는 탄성중합체이다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 프레임은, 초음파 전달부의 제1 표면이 반전 위치의 용기와 접촉되게 용기의 밀봉부를 배치하도록 구성된다.
본 개시 내용의 제1 양태의 일부 구현예에서, 초음파 전달부는, 100 ms 내지 30초의 시간 동안, 3 내지 100 W의 출력의, 5 내지 60 kHz의 주파수를 갖는 초음파 신호를 제공하도록 구성된다.
본 개시 내용의 제2 양태에서, 동결 음료 제품을 제공하는 방법은, 병의 밀봉부가 초음파 전달부의 제1 표면과 직접 접촉되도록, 밀봉부를 갖는 병 내의 과냉 음료를 수용하는 단계를 포함한다. 초음파 전달부의 제1 표면은 볼록 표면을 포함한다. 방법은 또한, 음료 내에서 얼음 결정 핵생성을 유발하기 위해서, 초음파 전달부의 볼록 표면으로부터 밀봉부를 통해서 음료 내로 초음파 에너지를 전달하는 단계를 포함한다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 볼록 표면은 제1 표면의 중앙 위치에 배치된다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 볼록 표면은, 제1 표면에 부착되는 별도의 구성요소이다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 제1 표면 및 볼록 표면은 상이한 재료들로 이루어진다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 병을 수용하는 단계는, 초음파 전달부가 내부에 배치된 프레임 내에서 반전 위치로 밀봉부를 배치하는 단계를 포함한다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 프레임은 지지 표면을 따라서 배치된 복수의 지지부를 갖는 지지 표면을 포함한다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 복수의 지지부는 유연 재료로 형성된다.
본 개시 내용의 제2 양태의 일부 구현예에서, 초음파 에너지는 100 ms 내지 30초의 시간 동안, 3 내지 100 W의 출력의, 5 내지 60 kHz의 주파수를 포함한다.
본원 및 이에 따른 특허의 이러한 그리고 다른 특징 및 개선 사항은, 여러 도면 및 첨부된 청구항과 관련하여 이루어지는 이하의 구체적인 설명을 검토함으로써, 당업자에게 명확해질 것이다.
본 개시 내용의 보다 완전한 이해를 위해서, 이제, 첨부 도면 및 상세한 설명과 관련하여 이루어지는 이하의 구체적인 설명을 참조할 것이며, 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본원에서 설명될 수 있는, 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템의 사시도 및 동작 시퀀스이다.
도 2a 및 도 2b는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템과 관련된 음료 용기의 2개의 상이한 배향의 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템과 관련된 2개의 상이한 배향에서의 음료 용기의 횡단면도를 도시한다.
도 4는 볼록 표면을 포함하는 초음파 전달부를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템이다.
도 5는 볼록 표면을 형성하기 위한 초음파 전달부에 커플링된 중합체를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템의 실시형태이다.
도 6은 본원에서 설명될 수 있는, 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성 시스템의 동작에 관한 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는, 초음파 전달부와 관련하여 패키지의 희망 배향을 보장하기 위한 복수의 지지부를 포함하는 패키징 홀더(packaging holder)를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템의 여러 도면을 도시한다.
도 8은, 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템이 설치된 제품 냉각기의 사시도이다.
일반적으로, 냉각점 미만으로 냉각된 음료 액체에서, 물리적 자극을 제공함으로써 얼음 결정이 형성될 수 있다. 이용되는 물리적 자극의 일부 유형은, 표면에 대한 음료 용기의 낙하 또는 타격, 또는 음료 밀봉부의 개방 중에 탄산 음료로부터의 가스 방출에 의해서 유발되는 내부 압력의 급격한 강하에 의해서 인가되는 충격 압력을 포함한다. 그러나, 압력 강하에 의존하는 것은, 충분한 양의 탄산화 또는 다른 내부 가스 압력을 갖는 제품에 대한 물리적 자극만에 제한된다. 또한, 충격 압력에 의존하는 것은 제품의 손상 위험을 높인다.
과냉 액체 내에서 얼음 결정의 핵생성을 개시하기 위해서 이용될 수 있는 몇몇 유형의 물리적 자극이 있지만, 본원에서는 초음파 자극의 이용이 설명된다. 구체적으로, 초음파 에너지를 음료 액체에 전달하기 위한 시스템 및 방법이 본원에서 설명된다. 계류 중인 개시 내용의 초음파 장치로, 얼음을 갖는 음료가 과냉 음료로부터 형성될 수 있고 개선된 소비자 체험을 제공할 수 있다. 그러한 초음파 자극은 거의 모든 음료 제품이 과냉될 수 있게 하고 일정한 얼음 결정 형성을 갖게 할 수 있다.
일반적으로, 초음파 장치를 이용할 때, 물 또는 다른 유체가, 초음파 발생기와 음료 제품의 접촉 영역 사이에서 초음파 에너지를 전달하기 위한 전달 매체로서 이용된다. 그러한 유체 전달 매체는 초음파 이송 및 결정화 레벨을 최대화한다. 그러나, 물의 이용은 음료 제품에서 위생에 관한 염려를 유발하고 상점의 운영에 있어 성가심 또는 물류와 관련된 염려를 유발한다.
구체적으로, 초음파를 과냉된 음료 용기의 밀봉부에 직접 인가하는 것을 통해서, 얼음 결정 핵생성이 일정하게 개시될 수 있다는 것을 발견하였다. 밀봉부가 초음파 전달을 위한 접촉 지점으로서 이용되는데, 이는 밀봉부의 상단 표면이 병의 본체와 같은 포장의 다른 부분보다 더 강성이기 때문이다. 밀봉부의 강성 상단 표면을 이용하는 것은, 초음파 전달의 최소 손실이 발생되도록 보장할 수 있게 한다. 그러나, 밀봉부의 상단 표면이 초음파 전달부의 표면에 평행하게 배향되지 않을 때, 초음파 전달의 상당한 손실이 밀봉부 및 패키지의 나사산(thread)의 접합부에서 발생될 수 있다. 초음파 전달부에 대해서 각도를 이루어 위치되는 패키지에 의해서 유발되는 이러한 초음파 전달의 손실은 다시, 얼음 결정 핵생성을 성공적으로 개시하기 위한 충분한 초음파 에너지가 과냉 음료에 전달되지 못하게 할 수 있다. 그에 따라, 초음파 전달부와 밀봉부의 상단 표면 사이의 양호한 접촉이, 보다 효과적이고 신뢰 가능한 음료 액체로의 초음파 에너지 전달을 가능하게 한다.
따라서, 본원에서 초음파 전달부로부터의 볼록 돌출부가 제공되어 양호한 접촉을 보장하고, 그에 따라 패키지가 초음파 전달부에 대해서 각도를 이루어 배치되는 경우에도, 밀봉부의 상단 표면을 통한 초음파 에너지의 양호한 전달을 보장한다. 대안적 또는 부가적으로, 복수의 지지부를 포함하는 패키징 홀더가 제공되어, 밀봉부의 상단 표면이 초음파 전달부와 평행하게 위치되도록 보장할 수 있다.
초음파 변환기와 밀봉부의 상단 표면 사이의 개선된 접촉으로, 과냉 음료의 보다 성공적인 결정화(crystallization)가 보다 신뢰 가능하게 제공될 수 있다. 또한, 거품이 일지 않는(still)(비-탄산) 음료 및 탄산 음료를 갖는 매우 다양한 제품 패키지 본체 직경이 본 개시 내용의 무수 초음파 장치에 의해서 수용된다.
본원에서 개시된 개선으로, 더 넓은 범위의 과냉 온도가 각각의 제품 SKU(재고 관리 단위)에 대해서 성공적으로 이용될 수 있다. 그에 따라, 더 유연한 SKU 조합의 선택이, 동일한 온도 설정을 갖는 동일한 냉각기 장비 내에서 판매될 수 있다. 예를 들어, 음료 SKU는 본 개시 내용의 무수 핵생성기를 이용하여 -4 및 -5℃ 모두에서 판매될 수 있고 얼음 핵생성을 성공적으로 개시할 수 있는 반면, 이전에는 성공적인 핵생성을 보장하기 위해서 동일 SKU가 단지 -5℃에서만 판매되었다. 종래의 구현예에서, 음료 SKU는 오직 -5℃에서 성공적인 핵생성 온도를 갖는 다른 SKU와 함께 냉각기 내에서 판매될 수 있는 반면, 본원의 무수 핵생성기로, SKU는 다른 -5℃ SKU뿐만 아니라, -4℃ SKU와 같은 다른 최적의 핵생성 온도를 갖는 SKU와 함께 동일한 냉각기 내에서 판매될 수 있다.
무수 초음파 장치는 초음파 변환기와 밀봉부의 상단 표면 사이에서 더 안정적이고 신뢰할 수 있는 접촉을 가능하게 하여, 무수 초음파 장치의 실제 작동의 다양한 조건을 소비자가 수용하게 할 수 있다. 그에 따라, 음료 액체로의 초음파 전달이 더 효율적이고 신뢰할 수 있게 되어 과냉된 음료의 더 성공적인 결정화를 제공할 수 있다.
여러 도면 전체를 통해서 유사한 번호가 유사한 요소를 나타내는 도면을 이제 참조하면, 도 1은 본원에서 설명될 수 있는 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)의 예를 도시한다. 과냉된 음료로서 본원에서 설명되었지만, 탄산 음료, 비-탄산 음료, 소다, 차, 커피, 물, 우유, 스무디, 음용 가능 요거트, 또는 고체 및 액체의 슬러리, 현탁체, 불균질, 또는 균질 혼합물을 갖는 다른 유동성 식품 제품과 같은, 임의의 그러한 유체 또는 유동성 재료가 본원에서 이용될 수 있다.
무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)은, 병, 캔, 및 기타와 같은 임의의 유형의 통상적인 용기(106) 내의, 탄산 및 비-탄산 제품 모두를 포함하는, 임의의 유형의 음료(101) 또는 다른 소비 가능 유동성 제품과 함께 이용될 수 있다. 음료 용기(106)는 유리, 금속, 열가소성체, 또는 다른 유형의 재료로 제조될 수 있다. 음료 용기(106)는 통상적인 밀봉부(120)에 의해서 봉입될 수 있다. 밀봉부(120)는 금속, 열가소성체, 또는 다른 유형의 재료로 제조될 수 있다. 밀봉부(120)는 캡, 크라운, 탭, 또는 임의의 다른 유형의 밀봉부를 포함할 수 있다. 음료 용기(106) 내에 수용된 음료(101)에 접근하기 위해서, 밀봉부(120)가 소비자에 의해서 개방된다.
일반적으로 설명하면, 음료 용기(106)는 균일하게 과냉된 온도에서 통상적인 냉각기, 판매기, 판매 기계, 또는 기타의 내부에서 유지된다. 과냉 온도는 음료(101)의 동결점 미만이나, 음료(101)의 균질한 핵생성이 발생되는 온도보다는 높다. 냉각기 또는 다른 장비로부터 일단 제거되면, 음료(101) 내의 얼음 결정의 핵생성을 개시하기 위해서, 음료 용기(106)가 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100) 내에 배치될 수 있다.
무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)은, 음료 용기(106)를 수용하기 위한 크기의 개구부(104)를 갖는 프레임(102)을 포함한다. 전방 커버(105)가 프레임(102)에 커플링되어 음료 용기(106)를 프레임(102) 내에서 지지한다. 예를 들어, 전방 커버(105)는, 음료 용기(106)가 프레임(102)의 전방으로 빠지지 않도록 보장한다. 프레임(102) 및 전방 커버(105)는, 열가소성체, 스테인리스 강, 및 기타와 같은 임의의 적합한 유형의 강성 재료로 제조될 수 있다. 여러 구현예에서, 전방 커버(105)는 투명하거나 반투명하며, 그에 따라, 음료 용기(106)를 프레임(102) 내에서 여전히 지지하면서, 고객이 음료 용기(106) 내의 얼음 결정의 핵생성을 볼 수 있게 한다. 프레임(102)은 임의의 적합한 크기, 형상, 또는 구성을 가질 수 있다. 구체적으로, 프레임(102)은 초음파 장치(116)가 내부에 배치 및 지지될 수 있게 하는 크기를 가질 수 있다.
무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)은 또한 음료 용기 개구(112)가 내부에 배치된 프레임(102)에 커플링된 상부 턱부(110)를 포함한다. 개구(112)는 음료 용기(106)의 밀봉부(120)를 수용하기 위한 크기를 갖는다. 또한, 개구(112)는 음료 용기(106)의 목부(114)의 일부를 수용하기 위한 크기를 또한 가질 수 있다. 음료 용기 개구(112)는 초음파 장치(116)의 초음파 전달부(118) 부근에 배치될 수 있다. 개구(112)는 음료 용기(106)의 밀봉부(120)가 초음파 전달부(118)와 물리적으로 접촉될 수 있게 한다. 음료 용기 개구(112)는 초음파 전달부(118)와 접촉되게 음료 용기(106)를 내부에 배치 및 지지하기 위한 크기를 가질 수 있다.
도 1의 예에서, 개구부(104) 및 음료 용기 개구(112)는 음료 용기(106)의 밀봉부(120)를 내부에 배치 및 지지하기 위한 크기를 갖는다. 도 1에 도시된 예에서, 음료 용기(106)가 병(106)으로서 대안적으로 언급된다. 음료 용기 개구(112)는 조정 가능한 및/또는 상이한 턱부들(110)일 수 있고, 상이한 크기의 음료 용기 개구(112)를 이용하여 상이한 크기 및 형상의 음료 용기(106)를 수용할 수 있다. 다른 구성요소 및 다른 구성이 본원에서 이용될 수 있다.
일부 구현예에서, 프레임(102)은 단차형 캡 안내부(미도시) 위에 배치된 많은 수의 지지 아암을 포함할 수 있다. 상이한 포장 크기들의 지지를 수용하기 위해서 지지 아암이 스프링 로딩될(spring loaded) 수 있는 한편, 상이한 캡 크기를 수용하기 위해서 단차형 캡 안내부가 스프링 로딩될 수 있다. 사용 시에, 음료 용기(106)가 하강됨에 따라, 용기(106)의 폭에 맞춰 조정되도록 지지 아암이 회전된다. 즉, 지지 아암이 용기(106) 주위에서 회전되고 용기와 간섭하여 용기(106)를 프레임(102) 내에서 지지한다. 이어서, 용기(106)의 중량이 단차형 캡 안내부를 아래쪽으로 밀고, 그에 따라 용기(106)는 초음파 전달부(118)와 접촉되고 그 중심에 적절히 배치된다. 이어서, 초음파 장치(116)가 활성화될 수 있다.
사용자 인터페이스(108)가 핵생성기 시스템(100)의 전방 표면에 배치된다. 사용자 인터페이스(108)는, 핵생성기 시스템(100)의 동작 상태를 표시하는 하나 이상의 표시 조명등 또는 다른 디스플레이를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(108)는 또한, 핵생성기 시스템(100)의 동작을 활성화시키기 위해서 사용자가 작동시킬 수 있는 하나 이상의 버튼 또는 스위치를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스(108)는 버튼을 둘러싸는 조명등 링을 갖는 버튼을 포함한다. 버튼의 누름은 핵생성기 시스템(100)의 동작을 개시한다. 스위치 및 기타와 같은 다른 유형의 개시 장치가 또한 본원에서 이용될 수 있다. 조명등 링은, 핵생성기 시스템(100)의 상이한 동작 상태들을 나타내기 위해서 점멸되도록, 맥동되도록(pulse), 순환되도록(circle), 및/또는 색채를 변화시키도록 동작될 수 있다.
초음파 전달부(118)는 초음파 장치(116)에 커플링되고, 초음파 장치(116)에 의해서 생성된 초음파 신호(122)를 음료 용기(106)의 밀봉부(120)에 전달하도록 구성된다. 초음파 장치(116)는 통상적인 설계일 수 있고, 임의의 적합한 크기, 형상, 구성, 또는 주파수 범위를 가질 수 있다. 예에서, 초음파 장치(116)가 휴대용일 수 있다. 초음파 장치(116)의 예로서 볼트 체결된 28 kHz Langevin 변환기가 있다. 초음파 장치(116)의 다른 예로서, 일본의 Takara Tomy Arts Company가 판매하는 "Sonic Hour" 초음파 전달부가 있다. 다른 유형의 초음파 장치 및 전달부가 본원에서 이용될 수 있다.
초음파 장치(116)는, 100 ms 내지 30초의 시간 동안, 3 내지 100 W의 출력의, 5 내지 60 kHz의 주파수를 갖는 초음파 신호를 제공하도록 구성될 수 있고, 음료 제품(106)의 밀봉부(120)와 초음파 전달부(118) 사이의 하향 압력은 0 내지 20 N일 수 있고, 음료 제품(106)의 밀봉부(120)와 초음파 전달부(118) 사이의 접촉 면적이 1 내지 30 mm 직경일 수 있다. 일부 구현예에서, 1 내지 5 초 동안, 5 내지 10 W의 출력의 28 kHz의 주파수가 이용되고, 30 mm의 접촉 면적에서, 부가적인 하향 압력은 0 N이다(하향 압력은 제품의 중량에 의해서만 인가된다).
사용 시에, 초음파 장치(116)가 프레임(102) 내에 배치될 수 있다. 음료 용기(106)가 냉각기 또는 다른 유형의 과냉 냉장 장치로부터 제거될 수 있고, 반전된 위치에서 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100) 내로 삽입될 수 있다. 도 1에 도시된 병(106)을 이용하는 경우에, 병(106)의 밀봉부(120)가 개구부(104)를 통해서 그리고 음료 용기 개구(112) 내로 삽입될 수 있다. 음료 용기 개구(112)는 병(106)을 초음파 장치(116)의 초음파 전달부(118)와 접촉되게 내부에서 지지할 수 있고, 그 시점에 초음파 장치(116)가 활성화된다. 예를 들어, 초음파 장치(116)를 활성화시키도록 사용자 인터페이스(108) 상의 버튼이 선택될 수 있다. 그에 따라, 초음파 장치(116)는, 전달부(118)에 의해서 밀봉부(120)를 통해서 그리고 음료 용기(106) 내의 음료(101) 내로 전달되는 초음파 에너지(122)를 생성한다.
그에 따라, 얼음 결정 핵생성 프로세스가 밀봉부(120) 주위의 얼음 결정(124)의 형성으로 시작될 수 있다. 음료 용기(106)를 몇 초 등의 시간 동안 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100) 내에서 유지하기만 하면 된다. 무수 핵생성기 시스템(100)으로부터 음료 용기(106)를 제거할 때, 이어서 소비자는 음료 용기(106)를 직립 위치로 배향할 수 있다. 음료(101)를 통한 핵생성 프로세스의 전파의 결과로서, 부가적인 얼음 결정(126)이 형성된다 이어서, 소비자는 얼음이 채워진 음료를 즐길 수 있을 것이다.
무수 얼음 결정 과냉 음료 핵생성기 시스템(100) 내에서 반전 위치의 병(106)을 이용하는 것이, 음료 용기(106)가 유리, 금속, 또는 열가소성체로 제조되었는지의 여부와 관계없이, 우수한 얼음 결정 핵생성을 촉진한다는 것이 발견되었다. 초음파 전달부(118) 주위에 배치된 밀봉부(120)의 이용은, 음료 용기(20) 측면, 하단부, 또는 다른 영역으로부터의 전달에 비해서, 증가된 초음파 에너지의 음료(101) 내로의 전달을 제공할 수 있다. 구체적으로, 밀봉부(120)의 경질의, 편평한, 그리고 비교적 작은 표면의 이용은 이를 통한 에너지의 손실을 제한할 수 있고 그에 따라 얼음 결정 핵생성을 개선할 수 있다.
따라서, 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)은, 유체 욕을 초음파 전달 매체로서 이용하지 않으면서, 과냉 음료(101) 내의 얼음 결정 핵생성을 촉진한다. 유체 욕 내에서와 같은 넓은 면적을 통해서 초음파 에너지를 전달하는 대신, 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)은, 유체 욕 또는 다른 유형의 전달 매체의 이용과 관련된 문제가 없이, 점 접촉을 통해서 초음파 에너지를 제공하며, 그에 따라 과냉 음료(101) 내의 얼음 결정 핵생성을 개선한다.
도 2a 및 도 2b는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템과 관련된 음료 용기의 2개의 상이한 배향의 사시도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 음료 용기(106)는 초음파 전달부(118)에 대해서 제1 배향(202)으로 배치된다. 제1 배향(202)에서, 밀봉부(120)의 상단 표면은 초음파 전달부(118)의 상단 표면과 평행하다. 다시 말해서, 밀봉부(120)의 상단 표면은 제1 배향(202)에서 초음파 전달부(118)와 접촉된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 초음파 에너지(122)가 전달부(118)에 의해서 밀봉부(120)를 통해서 그리고 음료 용기(106) 내의 음료(101) 내로 전달되고, 그에 의해서 결정 핵생성을 개시하여 밀봉부(120) 주위에서 얼음 결정(124)을 형성한다.
그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 음료 용기는 초음파 전달부(118)에 대해서 제2 배향(204)으로 배치된다. 제2 배향(204)에서, 밀봉부(120)의 상단 표면이 초음파 전달부(118)의 상단 표면에 대해서 각도를 이루어 위치되도록, 음료 용기(106)가 기울어진다. 다시 말해서, 밀봉부(120)의 상단 표면은 제2 배향(204)에서 초음파 전달부(118)와 접촉되지 않는다. 그 대신, 밀봉부(120)의 연부가 초음파 전달부와 접촉된다. 따라서, 간극(206)이 초음파 전달부(118)와 밀봉부(120)의 상단 표면 사이에 형성된다. 그에 따라, 초음파 장치(116)에 의해서 생성된 충분한 초음파 에너지(122)가 밀봉부(120)를 통해서 신뢰 가능하게 전달될 수 없고, 그에 따라 음료(101)는 얼음 결정 핵생성을 개시할 수 없다. 밀봉부(120)의 상단 표면과 초음파 전달부(118)의 상단 표면 사이의 불충분한 접촉은 또한 초음파 전달부(118)의 동작 중에 소음을 유발한다.
밀봉부(120)의 상단 표면과 초음파 전달부(118)의 상단 표면 사이의 불충분한 접촉은, 제2 배향(204)에서 덜 기울어진(초음파 전달부(118)의 상단 표면에 대한 작은 기울기 각도의) 거품이 일지 않는(비-탄산) 음료에서 발생될 가능성이, 탄산 음료에 비해서, 더 높다. 비-탄산 음료에서 충분한 접촉을 잃을 가능성이 높은 것은, 밀봉부(120)의 상단 표면의 상대적인 편평도 때문이다. 대조적으로, 탄산 음료의 경우에, 밀봉부(120)의 상단 표면은, 증가된 내부 압력으로 인해서, 음료 용기(106)로부터 멀리 약간 돔형이 되거나 볼록하게 연장될 수 있다. 밀봉부(120)의 상단 표면이 돔형이 될 때, 탄산 음료는 약간의 기울기에서도 초음파 전달부(118)와의 충분한 접촉을 유지할 수 있다. 그러나, 비-탄산 음료의 밀봉부(120)의 편평한 상단 표면의 경우에, 초음파 전달부(118)에 대한 음료 용기(106)의 작은 기울기 조차도 얼음 결정 핵생성을 개시하기에 충분치 않은 접촉을 초래할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)의 초음파 전달부(118)와 관련된 2개의 상이한 배향(202, 204)에서의 음료 용기(106)의 횡단면도를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 음료 용기(106)는 제1 배향(202)으로 배치된다. 따라서, 밀봉부(120)의 상단 표면은 초음파 전달부(118)의 상단 표면에 평행하고, 초음파 에너지(122)는 전달부(118)에 의해서 밀봉부(120)를 통해 그리고 음료 용기(106) 내의 음료(101) 내로 전달되고, 그에 의해서 얼음 결정 핵생성을 개시한다.
그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이, 음료 용기(106)는 제2 배향(204)으로 배치된다. 따라서, 밀봉부(120)의 상단 표면은 간극(206)에 의해서 초음파 전달부(118)의 상단 표면으로부터 분리된다. 그에 따라, 얼음 결정 핵생성을 개시하기 위한 충분한 양의 초음파 에너지(122)가 밀봉부(120)를 통해서 그리고 음료(101) 내로 전달되지 못한다. 음료 용기(106)가 제2 배향(204)으로 기울어질 때, 그 대신, 초음파 에너지(122)는, 302에서 도시된, 초음파 전달부(118)와 접촉되는 밀봉부(120)의 연부에 전달된다. 밀봉부(120)의 연부에 전달되는 초음파 에너지는 다시 304에서 음료 용기(106)의 밀봉부 나사산에 전달되고, 그 후에만 음료(101)에 전달된다. 그에 따라, 얼음 결정 핵생성을 개시하기에 충분하지 않은 양의 초음파 에너지가 음료(101)에 전달된다.
도 4는 볼록 표면(406)을 포함하는 초음파 전달부(402)를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400)이다. 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400)은 전술한 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(100)과 실질적으로 유사하고, 여기에서 유사한 숫자는 유사한 부품을 나타낸다. 얼음 결정 핵생성을 개시하기 위한 충분한 양의 초음파 에너지(122)가 밀봉부(120)의 상단 표면을 통해서 보다 신뢰 가능하게 전달되도록 보장하기 위해서, 초음파 전달부(402)는 초음파 전달부(402)의 상단 표면(404)에 배치된 볼록 표면(406)을 포함한다. 여러 구현예에서, 볼록 표면(406)은 초음파 전달부(402)의 상단 표면(404)의 중앙 위치에 배치된다. 볼록 표면(406)은 개구(112) 내에서 초음파 전달부(402)의 상단 표면(404) 상에 배치된다. 일부 구현예에서, 볼록 표면(406)은 초음파 전달부(402)의 개구(112) 및/또는 상단 표면(404)의 중심에 배치된다.
볼록 표면(406)은, 음료(101)가 비-탄산 음료일 때도 그리고 음료 용기(106)가 제2 배향(204)으로 기울어질 때에도, 초음파 전달부(402)와 밀봉부(120)의 상단부 사이에서 보다 신뢰 가능한 접촉을 제공한다. 그에 따라, 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400)은, 음료 용기(106)가 약간 기울어져 있을 때에도, 초음파 전달부(402)와 밀봉부(120)의 상단 표면 사이에서 보다 안정적이고 신뢰 가능한 접촉을 가능하게 하고 정상 동작에서 비-탄산 음료 및 탄산 음료 모두를 수용한다. 또한, 볼록 표면(406)은 초음파 전달부(118)와 밀봉부(120)의 상단 표면 사이의 불충분한 접촉에 의해서 유발되는 소음을 감소시킨다.
볼록 표면(406)이 도 4에서 절반의 원으로서 도시되어 있지만, 볼록 표면(406)은 다른 기하형태, 기하형태적 형상, 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다. 볼록 표면(406)은 매끄러운 또는 규칙적인 표면, 패터닝된 표면, 또는 불규칙적인 표면을 가질 수 있다. 볼록 표면(406)은 초음파 전달부(402)의 상단 표면의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 볼록 표면(406)은, 초음파 전달부(402)의 상단 표면(404)에 부착되는, 초음파 전달부(402)와 동일한 또는 상이한 재료의 별도의 구성요소일 수 있다. 볼록 표면(406)은, 접착, 글루잉(gluing), 용접, 나사 작업, 볼트 작업, 리벳 작업, 또는 2개의 물체를 함께 고정하기 위한 임의의 다른 방법에 의해서 초음파 전달부(402)의 상단 표면(404)에 부착될 수 있다.
도 5는 볼록 표면(502)을 형성하기 위한 초음파 전달부에 커플링된 중합체를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(500)의 실시형태이다. 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(500)은 전술한 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400)과 실질적으로 유사하다. 초음파 전달부(402)의 상단 표면(404)은 금속 표면이고, 볼록 표면(502)은 중합체이다. 여러 구현예에서, 볼록 표면(502)의 중합체는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(PO), 폴리아미드(PA), 폴리에스테르, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리우레탄(PUR), 또는 기타와 같은 핫-멜트 접착제이다. 폴리염화비닐(PVC), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 기타와 같은 다른 중합체가 사용될 수 있다. 여러 구현예에서, 볼록 표면(502)의 중합체는 밀봉부(120)와 실질적으로 동일한 재료일 수 있다.
도 6은 본원에서 설명될 수 있는, 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성 시스템의 동작에 관한 흐름도이다. 도 6의 방법이 본원에서 설명된 무수 얼음 결정 핵생성 시스템의 실시예 중 임의의 실시예와 함께 이용될 수 있다. 502에서, 무수 얼음 결정 핵생성 시스템은 대기 상태에 있다. 504에서, 제품이 개구부(104)를 통해서 수용되고, 제품의 밀봉부가 개구(112)를 통해서 초음파 전달부(118)와 물리적으로 접촉된다. 무수 얼음 결정 핵생성 시스템은 제품의 수용 이후에 활성화된다. 예를 들어, 무수 얼음 결정 핵생성 시스템은, 사용자 인터페이스(108) 내의 활성화 버튼의 선택을 수신할 때, 접촉 스위치가 폐쇄되었다는 것을 검출할 때, 및/또는 압력 센서에 의해서 문턱값 압력을 검출할 때 중 하나 이상에서 활성화될 수 있다. 506에서, 초음파 장치(116)는 초음파 에너지를 초음파 전달부(118)에 전달하기 위해서 활성화되고, 초음파 전달부는 다시 초음파 에너지를 제품의 밀봉부의 상단 표면에 전달한다. 제품의 밀봉부의 강성 상단 표면은 다시 초음파 에너지를 내부의 음료 제품에 전달한다. 508에서, 미리 결정된 기간 후에, 초음파 장치(116)는 초음파 에너지의 전달을 중단한다. 예를 들어, 미리 결정된 기간이 1 내지 3초일 수 있다. 다른 예에서, 미리 결정된 기간이 3 내지 5초일 수 있다.
도 7a 및 도 7b는, 초음파 전달부(118)에 대한 패키지의 희망 배향을 보장하기 위한 복수의 지지부(702)를 포함하는 패키징 홀더를 갖는 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(700)의 여러 도면을 도시한다. 일부 구현예에서, 복수의 지지부(702)는 또한 볼록 표면(406, 502)과 함께 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400, 500) 모두를 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(500)은 복수의 지지부를 또한 포함한다.
복수의 지지부(702)는 프레임(102) 내의 개구부(104)를 통해서 음료 용기(106)를 수용하는 것 그리고 음료 용기(106)를 수직 배향(예를 들어, 제1 배향(202))으로 유지하는 것을 돕는다. 도 7a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 프레임(102)은 용기 지지 표면(704)을 포함하고, 그러한 용기 지지 표면 상에 복수의 지지부(702)가 위치된다. 도시된 바와 같이, 지지 표면(704)은 곡선형 표면이나, 다른 기하형태, 예를 들어 정사각형, 난형, 또는 기타도 이용될 수 있다. 복수의 지지부(702)는 전방 커버(105)와 지지 표면(704)의 정점(706)(전방 커버(105)로부터 가장 먼 지지 표면(704)의 표면) 사이에서 지지 표면(704)을 따라서 배치된다.
복수의 지지부(702)가 유연 재료, 예를 들어 포옴 또는 탄성중합체 재료로 형성될 수 있고 임의의 효과적인 방법에 의해서 지지 표면(704)에 부착될 수 있다. 복수의 지지부(702)의 유연한 성질은, 용기를 수직 배향으로 여전히 지지하면서, 상이한 직경들의 매우 다양한 음료 용기들(106)을 수용하는 것을 돕는다. 2개의 지지부가 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있지만, 임의의 수의 지지부가 이용될 수 있다. 다른 변경이 이러한 개시 내용에 의해서 고려된다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 지지부(702a)는 전방 커버(105)와 정점(706)의 제1 측면 사이에서 지지 표면(704)을 따라서 배치되고, 제2 지지부(702b)는 전방 커버(105)와 정점(706)의 제2 측면 사이에서 지지 표면(704)을 따라서 배치된다. 음료 용기(106)는 제1 접촉 지점(708)에서 제1 지지부(702a)와 접촉되고, 제2 접촉 지점(710)에서 제2 지지부(702b)와 접촉된다. 따라서, 음료 용기(106)는 지지 표면(704)의 정점(706)과의 접촉이 방지되고, 제1 배향(202)으로 유지된다. 다시 말해서, 복수의 지지부(702)(702a, 702b)는, 음료 용기(106)와 지지 표면(704) 사이에 공간(712)이 있음에도 불구하고, 복수의 지지부(702)로 접촉 지점을 제공하는 것에 의해서, 수용된 음료를 제1 배향(202)으로 유지한다.
공간(712)은 상이한 직경들의 다양한 패키지들을 수용할 수 있게 한다. 그러나, 복수의 지지부가 없는 경우에, 공간(712)은 음료 용기(106)가 기울어질 수 있게 하고 제2 배향(204)으로 위치될 수 있게 한다. 따라서, 복수의 지지부(702)는, 음료 용기(106)가 기울어지지 않도록 그리고 그에 따라 초음파 에너지를 음료(101)에 효율적으로 전달하기 위한 제1 배향(202)을 유지하도록 보장한다.
도 8은, 과냉 음료용 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400)이 설치된 제품 냉각기(802)의 사시도이다. 전술한 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400)과 같이 구현된 것으로 도시되어 있지만, 제품 냉각기(802)에는 시스템(400, 500, 700) 또는 그 변형예 중 임의의 것이 설치될 수 있다. 제품 냉각기(702)는 온도 제어되는 챔버(미도시)로부터 제품 포트(708)로 제품을 분배하기 위한 사용자 인터페이스(706)를 포함한다. 냉각기(702)로부터 분배된 제품이 과냉 온도에서 유지될 수 있다. 이어서, 얼음이 형성된 음료를 생성하기 위해서, 제품이 소비자에 의해서 무수 얼음 결정 핵생성기 시스템(400) 내로 삽입될 수 있다.
전술한 내용은 본원 및 이에 따른 특허의 특정 실시형태에만 관련된 것임을 명확히 한다. 이하의 청구항 및 그 등가물에 의해서 정의된 바와 같이, 본 발명의 일반적인 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 본원에서 다양한 변경 및 수정이 당업자에 의해 본원에서 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 과냉 음료 용기용 음료 핵생성기 시스템으로서,
    초음파 전달부를 갖는 초음파 장치; 및
    상기 초음파 장치가 내부에 배치된 프레임을 포함하고;
    상기 프레임은, 상기 용기의 밀봉부를 상기 초음파 전달부의 제1 표면과 접촉되게 배치하도록 구성되고, 상기 초음파 전달부의 제1 표면은 볼록 표면을 포함하는, 음료 핵생성기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼록 표면이 상기 제1 표면의 중앙 위치에 배치되는, 음료 핵생성기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 볼록 표면이 상기 제1 표면의 중심에 배치되는, 음료 핵생성기 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼록 표면은, 상기 제1 표면에 부착되는 별도의 구성요소인, 음료 핵생성기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 표면 및 상기 볼록 표면이 상이한 재료들인, 음료 핵생성기 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 볼록 표면이 중합체인, 음료 핵생성기 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임에 커플링되는 전방 커버로서, 상기 프레임은 상기 전방 커버로부터 이격되어 배치된 정점을 갖는 지지 표면을 포함하는, 전방 커버; 및
    상기 전방 커버와 상기 정점 사이에서 상기 지지 표면을 따라서 배치되는 복수의 지지부를 더 포함하는, 음료 핵생성기 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 지지부는 상기 정점의 제1 측면 상에서 상기 지지 표면을 따라서 배치되는 제1 지지부 및 상기 정점의 제2 측면 상에서 상기 지지 표면을 따라서 배치되는 제2 지지부를 포함하는, 음료 핵생성기 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 지지부가 유연 재료로 형성되는, 음료 핵생성기 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유연 재료가 포옴 또는 탄성중합체인, 음료 핵생성기 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은, 상기 용기의 반전 위치에서 상기 용기의 밀봉부를 상기 초음파 전달부의 제1 표면과 접촉되게 배치하도록 구성되는, 음료 핵생성기 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 전달부는, 100 ms 내지 30 s의 시간 동안, 3 내지 100 W 출력의, 5 내지 60 kHz의 주파수를 갖는 초음파 신호를 제공하도록 구성되는, 음료 핵생성기 시스템.
  13. 얼음이 형성된 음료 제품을 제공하는 방법으로서,
    병의 밀봉부가 초음파 전달부의 제1 표면과 직접적으로 접촉되도록, 밀봉부를 갖는 병 내의 과냉 음료를 수용하는 단계로서, 상기 초음파 전달부의 제1 표면은 볼록 표면을 포함하는, 단계; 및
    상기 음료 내에서 얼음 결정 핵생성을 유발하기 위해서 상기 초음파 전달부의 상기 볼록 표면으로부터 상기 밀봉부를 통해서 상기 음료 내로 초음파 에너지를 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 볼록 표면이 상기 제1 표면의 중앙 위치에 배치되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 볼록 표면은, 상기 제1 표면에 부착되는 별도의 구성요소인, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 표면 및 상기 볼록 표면이 상이한 재료들인, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 병을 수용하는 단계는, 상기 초음파 전달부가 내부에 배치된 프레임 내에서 상기 밀봉부를 반전 위치로 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 지지 표면을 따라서 배치된 복수의 지지부를 갖는 지지 표면을 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 지지부가 유연 재료로 형성되는, 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 에너지는 100 ms 내지 30초의 시간 동안, 3 내지 100 W 출력의, 5 내지 60 kHz의 주파수를 포함하는, 방법.
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