KR20090088941A - 음료 장치용 거품내기 디바이스 - Google Patents

음료 장치용 거품내기 디바이스 Download PDF

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KR20090088941A
KR20090088941A KR1020097014237A KR20097014237A KR20090088941A KR 20090088941 A KR20090088941 A KR 20090088941A KR 1020097014237 A KR1020097014237 A KR 1020097014237A KR 20097014237 A KR20097014237 A KR 20097014237A KR 20090088941 A KR20090088941 A KR 20090088941A
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gas inlet
foaming
piping system
inlet opening
pumping means
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KR1020097014237A
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Inventor
파울루스 씨. 두이네벨트
조에케 누드휴이즈
프레드 프라이즈
마리누스 씨. 한센
Original Assignee
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

음료 장치에 적합한 거품내기 디바이스(1)가 개시된다. 거품내기 유닛은 거품내기 매체(12)를 위한 입구(11)와, 일정 개구 지름을 구비한 가스 입구(13)를 가진다. 또한, 거품내기 유닛은 펌핑 수단(14)과, 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관(15)을 가진다. 상기 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성한다. 부가하여, 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성된다.
음료 장치, 거품내기, 펌핑 수단, 부압차, 압력차, 수축부

Description

음료 장치용 거품내기 디바이스{FROTHING DEVICE FOR A BEVERAGE MACHINE}
본 발명은 예를 들어 커피 메이커와 같은 음료 장치에서 통상 사용되는 거품내기 디바이스에 관한 것이다.
예를 들어, 커피 메이커, 생맥주 장치 또는 생크림 장치와 같은 음료 장치의 다수의 적용에 있어서, 음료에 혼합되거나 또는 부가되는 거품을 만들기 위하여 디바이스에서 거품내기 기능을 가지는 것이 필요하다.
이러한 목적을 위하여, 거품내기 디바이스에 의해 운반되는 거품내기 매체 내로 가스가 도입되어야만 한다. 바람직한 가스는 공기, 이산화탄소, 고온 수증기, 질소 및 아산화질소(산화질소)를 포함한다. 바람직한 거품내기 매체는 우유, 크림, 크림을 위한 식물성 대체물, 맥주 및 맥주 함유 음료 등을 포함한다. 음료 장치를 위해 사용되는 종래 기술에 따른 거품내기 디바이스에서, 가스는 때대로 벤튜리 펌프 원리에 따라서 유체 방사 펌프 또는 펌프에 의해 거품내기 매체 내로 도입된다. 이러한 디바이스들은 예를 들어 EP 1462042에 개시되어 있다.
이러한 디바이스들은 공통적으로 가스와 액체에 구동력을 제공하도록 싱글 펌프가 사용되며, 싱글 펌프는 대부분의 경우에 진공 펌프이다. 이러한 것은 싱글 펌프가 가스 또는 거품내기 매체(즉, 유체 Fl)를 구동하도록 사용되고, 거품 내기 매체는 차례로 다른 매체(즉, 유체 F2)에 펌핑 유체로서 작용하는 것을 의미한다. 이러한 것은 마찬가지로 2개의 유체들 사이의 유량비가 펌프(들)의 도움으로 조정될 수 없고; 대신에, 유량비를 조정하기 위하여 다른 메커니즘들이 적용되어야 하는 것을 의미한다.
종래 기술로부터 공지된 디바이스에 따라서, 가스 입구 개구는 상기된 펌프와 거품내기 매체를 위한 입구를 연결하는 배관(tubing)의 벽에 배치된다. 여기에서, 가스 입구 개구는 곡선이거나 또는 굽어지지 않은 직선인 배관의 영역에 항상 배치된다.
이러한 디바이스들의 예는 예를 들어 US 4742942, US 4537332 및 WO 9631125에 개시된다.
거품내기 품질, 즉 거품의 품질이 가스에 대한 거품내기 매체의 비(ratio)에 의존함으로써, 거품내기 디바이스 내로 적절한 양의 가스 유량을 도입하는 것이 중요하다. 예를 들어, 커피 음료 등에 추가되는 우유 거품을 제조하도록 공기를 사용할 때, 공기 유량은 바람직하게 우유 유량의 0.5 내지 1.0배이어야 한다. 표준의 가정용 및 요식업 용도를 위하여, 디바이스에서의 우유의 유량은 전형적으로 4 내지 8㎖/s이며, 이는 공기의 유량이 2 내지 8㎖/s이어야 한다는 것을 의미한다. 가스의 점도가 액체의 점도보다 수백배 정도 작다는 사실로 인하여, 공기의 상기 유량은 상기 한계 내에서 용이하게 유지될 수 없다는 것은 것은 자명하게 된다.
공기의 유량을 제어하는 하나의 방식은, 원형의 개구를 통한 유체의 유량 (IF)이 수학식 1과 같이 개구의 면적(Ao)에, 또는 수학식 2와 같이 지름(D)의 제곱에 직접 비례함으로써 가스 입구 개구의 지름을 제어하는 것이다.
IF ∼ Ao
IF ∼ D2
본 출원인은 거품내기 매체 내로 가스를 강제로 넣도록 제트 분출 펌프를 사용한 각각의 실험을 수행하였다. 실험에서, 상기 확인된 유량이 달성되어야 하는 준비하에서, 필요한 가스의 유량을 얻기 위하여, 그러므로 최적의 거품내기 결과를 얻기 위하여, 가스 입구 개구의 지름이 0.14㎜를 초과하지 않아야 한다는 것이 판명되었다.
이러한 것이 표준 가공을 위하여 매우 작은 크기임으로써, 제조 허용 공차는 디바이스 내로의 적절한 유량의 가스를 유지하는 것이 매우 중요하게 된다. 본 출원인은 지름에서의 15%의 에러가 가스 유량에서의 30%의 변화를 초래하므로, 가정용 및 요식업 용도에 적합하지 않은 범위로 거품내기 결과를 부과하는 것을 실험적으로 알았다.
이러한 허용 공차 요구에 부합하는 개구를 제조하기 위하여, 예를 들어, CNC 선반, 레이저 절단 및 레이저 절제 디바이스, 고정밀 펀칭 및 천공과 같은 고정밀 가공이 필요하며, 이러한 것은 특히 가정용 용도로 될 때 제조 비용을 증가시킨다. 요식업 용도를 위하여, 이러한 해법은 또한 각각의 배관이 종종 위생법의 이유로 폐기될 수 있도록 디자인됨으로써 아주 비판적이다. 그러므로, 배관은 저렴하게 제조되어야만 한다.
또한, 크림과 같은 우유 또는 우유 제품의 경우와 같이, 부패 또는 변성하는 경향이 있는 거품내기 매체가 사용될 때, 이러한 지름을 구비한 개구는 녹슬거나 및/또는 막히는 경향이 있다. 이러한 것은 고장을 방지하기 위하여 이러한 디바이스들이 정기적으로 서비스를 받아야만 한다는 것을 의미한다.
WO 2006043808 및 US 20040247757은 가스 입구 개구를 통한 가스 유량을 제어하도록 조정 가능한 밸브가 사용되는 거품내기 디바이스를 개시한다. 이러한 것은 비용 집약적 해법이며, 상기된 가정용 및 요식업 용도에 대해 흥미를 끌지 못하는 이유이다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 비록 표준 기계류로 제조될지라도, 폐색 및 정체에 덜 민감하고, 재현 가능한 거품내기 결과를 산출하는 상기 정의에 따른 음료 장치에서 사용되는데 적절한 거품내기 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 종속 청구항들에 설정된 바와 같은 거품내기 디바이스 및/또는 방법에 의해 달성된다. 종속 청구항들은 바람직한 실시예를 나타낸다. 본 명세서에서, 바람직한 실시예들이 다음에 주어진 범위를 한정하는 값들을 포함함으로써, 이러한 모든 범위들이 이해될 것이다.
본 발명에 따라서, 음료 장치에서 사용되는데 적합한 거품내기 디바이스가 제공된다. 디바이스는 거품내기 매체를 위한 입구, 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구, 펌핑 수단, 및 상기된 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함한다. 상기된 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하고, 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차(negative pressure difference)가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성된다. 가스 입구 개구는 대기압에 대한 압력차가 상기 배관 시스템에서의 대부분의 다른 위치에서보다 작은 상기 배관 시스템의 하나의 위치에 배치된다.
본 명세서에서, 개구를 통하여 흐르는 가스의 양이 다음의 수학식 3에 의해 설정된 바와 같이, 개구의 양측부 사이의 압력차(Δp)의 제곱근에 대략 비례하는 것을 주목하여야 한다:
Figure 112009041512871-PCT00001
IF ∼
통상적으로, 가스 입구 개구는 거품내기 매체를 위한 입구와 펌핑 수단 사이의 배관의 선형 영역에 배치된다. 여기에서, 대기압에 대한 압력차는 주로 펌핑 수단에 의해 적용된 진공에 의해 좌우된다.
상기된 위치에 가스 입구 개구를 배치하는 것에 의하여, 개구 지름을 증가시키는 것이 가능한 한편, 임의의 추가의 조치없이 필요한 레벨 상에서 가스 흐름을 유지하는 것이 가능하다. 그러므로, 상기의 정의에 따라서 음료 장치에서 사용되는데 적절한 거품내기 디바이스가 제조될 수 있으며, 이러한 것은 비록 표준 기계류 로 제조될지라도, 폐색 및 정체에 덜 민감하고, 재현 가능한 거품내기 결과를 산출한다.
바람직한 실시예에서, 디바이스는 그 배관에 있는 수축부(constriction)를 포함하고, 수축부는 거품내기 매체를 위한 입구와 펌핑 수단 사이에 배치된다.
수축부의 지름은 이것이 배관의 하류측에서 압력을 감소시킴으로써 중요하다. 이러한 것은 거품내기 매체를 펌핑하는 유량을 결정한다. 가정용 또는 요식업 용도에서 상기 지름에 대한 전형적인 값은 0.5㎜ 내지 4㎜, 보다 바람직하게 1㎜ 내지 2㎜의 범위이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 배관은 일정한 각도, 내부 반경, 평균 반경 및 외부 반경에 의해 각각 특징되는 모서리 구역을 포함하고, 가스 입구 개구는 배관 벽, 즉 배관 모서리 구역의 외부 영역에 배치된다.
본 명세서에서, 각도(α), 내부 반경(RI), 중간 반경(RM) 및 외부 반경(RO)에 의해 정의되는 배관 모서리로, 용어 "배관 모서리 구역의 외부 영역"은 상기된 바와 같이 RM과 RO 사이에 배치되는 벽의 부분인 것을 이해할 것이다(도 3참조).
용어 "모서리"는 매우 넓은 의미로 이해되어야 한다. 기본적으로, 이는 >15° 및 <165°, 보다 바람직하게 >45°및 <135°, 특히 바람직하게 >70°및 <110°의 주 흐름 방향의 변화를 초래하는 모든 형태의 배관의 기하학적 형태를 참조한다. 이러한 것은 모서리가 도 1에 도시된 바와 같이 흐름 방향에서 90°변화를 만드는데 반드시 필요하지 않다는 사실에 기인한다.
본 출원인은, 진공에 의해 구동된 유체를 포함하는 배관 모서리에서, 배관 내측의 절대 압력이 모서리의 외부 및 내부 반경 상에서 다르다는 것을, 즉 외부 반경에서의 절대 압력이 내부 반경에서의 절대 압력보다 높은 한편; 둘 모두는 적용된 진공으로 인하여 대기압보다 여전히 낮다는 것을 알았다. 이러한 것은 차례로 대기압에 대한 압력차가 모서리의 내부 반경에서보다 모서리의 외부 반경에서 작다는 것을 의미한다. 이러한 이유 때문에, 배관 모서리의 외부 영역에 본 발명에 따른 거품내기 디바이스의 가스 입구 개구를 배치할 때, 이러한 개구를 통하여 흐르는 가스는 비교적 작은 압력차를 경험한다. 이러한 것은 차례로 상기에서 설정된 이점들과 함께, 가스 입구 개구의 개구 지름을 확장하는 가능성을 제공한다. 이러한 고려 및 상기 결과에 대한 수학적 기초는 부록에서 주어진다.
보다 특별하게, 배관 모서리 구역의 외부 영역에 있는 가스 입구 개구에 대한 바람직한 위치는 상기 모서리에서의 양 중앙축들의 합체 지점까지의 개구의 거리가 도 3d에 도시된 바와 같이 수축부의 10배(diameter), 보다 바람직하게 5배보다 작은 정도이다.
이러한 관계에서 중요한 변수들은, 수축부의 지름이 가스 입구 개구의 위치에서의 대기에 대한 압력차에 기여함으로써 수축부의 지름; 공기 입구 개구까지의 수축부의 단부 사이의 거리인 길이(L); 모서리에서의 공기 입구 개구의 위치; 및 모서리의 곡률(도 3d 참조)이다.
이러한 변수들로, 공기 구멍의 위치에서의 대기압에 대한 압력을 증가시킬 수 있다. 우유의 유량이 5.5㎖/s이고, 수축부의 지름이 1.2㎜이며, 길이(L)가 12.5 ㎜인 본 발명의 한 실시예에서, 모서리에서의 대기에 대한 전형적인 압력차는 다음의 수학식 4 내지 수학식 5로부터 수학식 6으로서 따른다.
Figure 112009041512871-PCT00002
Figure 112009041512871-PCT00003
Figure 112009041512871-PCT00004
1보다 작고 액체가 모서리를 통하여 흐르는 실제 속도를 결정하는 인자 α(L)는 손실 인자이다.
Qg는 가스 유량이며, Q1은 거품내기 매체의 유량이다. Pa는 대기압인데 반하여, P2는 배관의 직선 구역 내측의 압력이다. ρ1은 거품내기 매체의 밀도이다. V1은 수축부에서의 거품내기 매체의 속도이며, VC는 모서리 배관 영역에서의 거품내기 매체의 속도이다.
수축부의 지름은 수축부의 지름이 모서리에서의 압력 뿐만 아니라 우유가 펌핑되는 유량을 결정함으로써 중요하다. 이러한 지름에 대한 전형적인 값은 0.5㎜ 내지 4㎜, 보다 바람직하게 1㎜ 내지 2㎜이다.
바람직한 길이(L)는 전형적으로 수축부의 지름의 0 내지 30배, 바람직하게 이러한 지름의 5 내지 15배이다. 길이(L)가 너무 길게 될 때, 액체가 모서리를 통해 흐르는 속도는 너무 작게 되고, 대기에 대한 압력 강하가 너무 크게 되어, 필요한 유량을 얻도록 필연적인 보다 작은 지름의 가스 입구가 따른다.
모서리에서의 공기 구멍의 위치는 다소 덜 중요한 것으로 예측된다. 바람직하게, 공기 구멍의 중심은 액체가 모서리를 만드는 곳에 밀접하게, 즉 도 3d에 도시된 바와 같이 수축부의 중심선에 밀접하게 위치된다. 바람직하게, 구멍은 중심선의 수축부의 10배 이내에, 보다 바람직하게 5배 이내에 위치된다.
상기의 고려 하에서, 본 출원인은 개구를 통한 가스 유량에 영향을 미침이 없이 0.6㎜의 지름을 가지는 배관 모서리 구역의 외부 영역에 가스 입구 개구를 배치하였다. 실험적인 조건 하에서, 가스 입구 개구(도 3a에서의 위치(F) 참조)의 종래의 위치 가까이에서 측정된 대기에 대한 압력에서의 감소는 약 2.2 x 104㎩이었다. 배관 모서리 구역(도 2a에서의 위치(E) 참조)의 외부 반경 가까이에서 측정된 대기에 대한 압력에서의 감소는 약 50-100㎩이었으며, 즉, 압력의 증가(및 그러므로 대기에 대한 압력 차이에서의 감소)는 상당하다. 이러한 것은 차례로 가스 입구 개구의 지름을 증가시킬 가능성을 고려하고, 이러한 것은 상기 설정된 바와 같은 제조 노력과 폐색 회피에 관련된 바와 같은 이점이 따른다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 거품내기는 가스 입구 개구가 거품내기 매체 를 위한 입구의 배관 벽에 배치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 것은, 가스 입구 개구가 압력이 수축부의 하류에 얻어진 값으로 아직 감소되지 않는 수축부의 상류에 있는 배관 벽에 배치되는 것을 의미한다. 이러한 것은 다시 동일한 결과를 초래하고, 즉, 대기압에 대한 압력차는 다른 곳보다 이곳에서 작다. 이러한 것은 마찬가지로 상기 설정된 이점들과 함께 가스 입구 개구의 개구 지름을 확장할 가능성을 제공한다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 거품내기 매체를 위한 입구, 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구, 펌핑 수단, 및 상기된 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함하는 음료 장치에서 사용되는데 적절한 거품내기 디바이스가 제공되고, 상기된 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하며, 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성된다. 이러한 디바이스는 가스 입구 개구에 의해 한정된 가스 덕트의 길이와 가스 입구 개구 지름 사이의 비가 3보다, 바람직하게 10보다, 보다 바람직하게 100보다, 한층 더욱 바람직하게 400보다 큰 방식으로 가스 입구 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에서, 즉, 가스 유량에 대한 영향없이 그 개구 지름을 증가시키는 것을 허용하기 위하여 가스 입구 개구의 위치를 조작하도록 하나 이상의 동일 또는 대응하는 특별한 기술적 특징들을 수반하는 이러한 실시예들 사이의 기술적 관계가 있음으로써, 이전에 기술된 실시예들과 동일한 본 발명에 개념에 놓이는 변형이 실현된다.
본 발명이 속하는 기술 상태에 따라서, 가스 입구 개구는 매우 얇은 금속 또 는 플라스틱 시트로 만들어진다. 가스의 경로에서의 저항을 증가시키는 한편 가스 입구 개구의 양측부 사이의 압력차를 일정하게 유지하도록, 공기 구멍이 만들어지는 시트의 두께는 예를 들어 증가될 수 있다.
가스 입구 개구에 의해 한정된 가스 덕트의 길이(LG)가 길면 길수록, 가스 흐름에 대한 저항은 보다 크게 된다. 가스 입구 개구는 가스 유량을 일정하게 유지하기 위하여 증가될 수 있다.
또한, 음료 장치에서 사용되는데 적합한 거품내기 디바이스에 있는 가스 입구의 개구 지름을 감소시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 거품내기 매체를 위한 입구, 펌핑 수단, 및 상기된 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함한다. 상기된 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하고, 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성된다. 상기 방법은 대기압에 대한 압력차가 상기 배관 시스템에서의 대부분의 다른 위치들보다 작은 상기 배관 시스템에서의 위치에 가스 입구 개구가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 방법의 바람직한 실시예에서, 거품내기 디바이스는 거품내기 매체를 위한 입구과 펌핑 수단 사이에 배치되는, 배관에서의 수축부를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서, 배관은 일정 각도, 평균 반경 및 외부 반경에 의해 각각 특징되는 모서리 구역을 포함하며, 가스 입구 개구는 배관 벽, 즉 배관 모서리 구역의 외부 영역에 배치된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 가스 입구 개구는 거품내기 매체를 위한 입구의 배관 벽에 배치된다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 음료 장치에 사용되는데 적절한 거품내기 디바이스에 있는 가스 입구의 개구 지름을 감소시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 거품내기 디바이스는 거품내기 매체를 위한 입구, 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구, 펌핑 수단, 및 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함하고, 상기된 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하고, 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성된다. 상기 방법은 가스 입구 개구에 의해 한정된 가스 덕트의 길이와 가스 입구 개구 지름 사이의 비가 3보다 큰 방식으로 가스 입구 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 비는 10보다, 바람직하게 20보다, 바람직하게 10보다, 보다 바람직하게 100보다, 더욱 바람직하게 400보다 크다.
본 발명의 목적의 추가 상세, 특징, 특성 및 이점은 종속항들, 본 발명에 따른 거품내기 디바이스의 바람직한 실시예를 예시적인 형태로 도시하는 도면, 및 각각의 도면 및 예의 상세한 설명에 개시된다.
도 1은 음료 장치에 사용되는데 적절한 본 발명에 따른 거품내기 디바이스를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명이 속하는 기술 분야의 상태에 따라서 거품내기 디바이스에서의 상이한 위치들, 및 이론적 및 실험적으로 결정되는 상대 압력을 도시 한 도면.
도 3a 내지 도 3d는 상세한 설명에서 이해될 수 있는 바와 같이 "모서리"에 관한 일부 정보를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 다른 거품내기 디바이스의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 5는 화살표에 의해 본 발명에 따른 실시예에서의 가스 및 거품내기 매체의 흐름, 및 캐비티에서의 재순환을 도시한 도면.
도 1은 음료 장치에 사용되는데 적절한 본 발명에 따른 거품내기 디바이스(10)를 도시한다. 상기 디바이스는 거품내기 매체(12)를 위한 입구(11), 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구(13), 펌핑 수단(14), 및 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관(15)을 포함한다. 상기된 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성한다. 펌핑 수단(14)의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압(Pa)에 대한 부압차(Δp)가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성된다. 또한, 거품내기 디바이스는 배관에서의 수축부(16) 및 배관 모서리 구역(17)을 포함하며, 수축부는 거품내기 매체를 위한 입구(11)와 펌핑 수단(14) 사이에 배치된다.
가스 입구 개구(13)는 대기압에 대한 압력차가 상기 배관 시스템에서의 대부분의 다른 위치들보다 작은 상기 배관 시스템의 위치에 배치된다. 본 발명에 따라서, 이러한 것은 예를 들어 가스 입구 개구가 배관 벽에, 즉 배관 모서리 구역(17)의 외부 영역에 배치되면 달성될 수 있다.
이와 대조적으로, 그리고 도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 기술 분야의 상태에 따른 거품내기 디바이스에서, 가스 입구 개구(13')는 배관이 직선이고 상대 압력이 보다 작은 배관의 영역에 배치되고, 그러므로 대기압에 대한 높은 압력차를 초래하며, 이러한 것은 상기된 바와 같이 가스 입구 개구에서의 매우 작은 지름의 사용을 필요로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명이 속하는 기술 분야의 상태에 따라서 거품내기 디바이스에서의 상이한 위치들, 및 이론적 및 실험적으로 결정되는 상대 압력을 도시한다. 지점 A 및 E에서, 즉 거품내기 매체를 위한 입구 및 배관 모서리 구역의 외부 영역에서, 상대 압력은 다른 곳보다 높으며, 그 이유가 상기에서 주어졌다. 이러한 것은 차례로 대기압에 대한 압력차가 이러한 위치에서 보다 작으며, 그러므로 가스 유량에 대한 영향없이 가스 입구 개구의 크기를 증가시키는 것을 허용한다.
도 3a 내지 도 3d는 상세한 설명에서 이해될 수 있는 바와 같이 "모서리"에 관한 일부 정보를 도시한다. 모서리는 각도(α), 내부 반경(RI), 중간 반경(RM), 및 외부 반경(RO)에 의해 한정된다(도 3a 및 도 3b). 상기된 바와 같은 용어 "배관 모서리 구역의 외부 영역"은 RM과 RO 사이에 배치되는 배관 벽의 부분으로 이해되어야 한다(도 3c의 음영 영역).
도 3a 내지 도 3d에 도시된 것과 달리, 용어 "모서리"는 >15°및 <165°, 보다 바람직하게 >45°및 <135°, 특히 바람직하게 >70°및 <110°의 주 흐름의 방향의 변화가 따르는 모든 형태의 배관의 기하학적 형태를 포함한다.
도 3d에서, 기본적으로, 모서리에서의 중앙축(Ac)의 합체 지점까지의 개구의 거리가 도 3d로부터 알 수 있는 바와 같이 수축부(Dc)의 10배보다, 보다 바람직하게 5배보다 작은(음영 영역) 방식으로 배관 모서리 구역의 외부 영역에서의 가스 입구 개구를 위한 위치가 선택될 수 있다는 것이 도시되어 있다. 대표적으로, 가스 입구 개구(31)의 위치와 수축부(32)가 도 3d에 도시되어 있다. 수축부의 상단부와 가스 입구 개구 사이의 거리는 길이(L)로서 정의된다.
도 4는 본 발명에 다른 거품내기 디바이스(40)의 다른 실시예를 도시한다. 이 디바이스는 거품내기 매체(42)를 위한 입구(41), 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구(43), 펌핑 수단(44), 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관(45), 및 거품내기 매체를 위한 입구(41)와 배관 모서리 구역(47) 사이에 배치되는 수축부(46)를 포함한다. 가스 입구 개구(43)는 대기압에 대한 압력차가 상기 배관 시스템에서의 대부분의 다른 위치들에서보다 작은 배관 모서리 구역(47)의 외부 영역에 배치된다.
배관 모서리 구역(47)은 상기된 것들과 다르며, 단지 곡선 또는 굽어진 배관으로 이루어지지만, 각도(α), 내부 반경(RI), 중간 반경(RM) 및 외부 반경(RO)에 의해서, 여전히 모서리의 한정 하에 놓인다. 배관 모서리 구역(47)은 거품내기 매체를 위한 재순환 영역을 제공하는 캐비티를 포함한다. 거품내기 매체의 재순환은 배관 모서리 영역에서의 상대 압력의 추가적인 증가에 기여하며, 그러므로 본 발명에서 목적으로 하는 바와 같은 대기압에 대한 압력차의 감소에 기여한다.
도 5는 화살표에 의해 본 발명에 따른 실시예에서의 가스 및 거품내기 매체의 흐름, 및 캐비티에서의 재순환을 도시한다. 캐비티에서의 재순환은 가스와 거품내기 매체의 보다 양호한 혼합에 더욱 기여하고, 그러므로 보다 양호한 거품내기 결과를 이끈다.
상기된 실시예들에서의 요소들 및 특징들의 특정 조합은 단지 예시적인 것이며; 본 발명 및 참조에 의해 통합되는 특허 및 특허 출원에서의 다른 교시들과 이러한 것들의 상호 교환 및 대체가 또한 설명으로 예측된다. 당업자에게 인식되는 바와 같이, 본 발명의 변형, 변경, 및 다른 실시들이 청구된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 만들어질 수 있다. 따라서, 이전의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한으로서 의도되지 않는다. 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위 및 그 등가물에에서 한정된다. 또한, 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용된 도면 부호는 청구된 바와 같은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
부록
모서리를 통한 흐름으로 압력 변화에서의 고려
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 상황이 주어지면, 흐름이 도시된 바와 같은 방향으로의 곡선화되는 것을 가정한다. 또한, 문제는 단지 1차원 상황을 연구하도록 단순화되고, 그러므로 도 2a 및 도 2b에 도시된 평면 외부에서 상기 상황이 무한대로 연속한다. 다음의 수학식 7에 의한 유선형을 따랐다.
Figure 112009041512871-PCT00005
중량 보존으로부터, 다음의 수학식 8을 가진다.
Figure 112009041512871-PCT00006
중심에서, 원심 가속으로 인하여, 모서리를 통한 흐름을 구동하는데 필요한 압력 구배인 것을 나타낼 수 있다. 이러한 압력 구배는 다음의 수학식 9이다.
Figure 112009041512871-PCT00007
지금 반경 위치의 함수로서 모서리에서의 흐름에 대한 간단한 관계를 도입한다. 다음의 수학식 10을 가정하며,
Figure 112009041512871-PCT00008
여기에서, K는 상수이다. 수학식 9 및 10으로부터, 다음의 수학식 11을 나타낼 수 있게 된다.
Figure 112009041512871-PCT00009
수학식 8 및 10으로부터 다음의 수학식 12를 나타낼 수 있게 된다.
Figure 112009041512871-PCT00010
이는 수학식 11과 동일하고 정확한 관계를 알 수 있는 것을 나타내며, 그러므로 실제로, 수학식 10의 형태의 모서리에서의 속도의 추정은 정확하다. 지금, 다음의 수학식 13으로서 외부 및 내부 위치에서의 속도를 계산할 수 있다.
Figure 112009041512871-PCT00011
수학식 13 및 7에 의해, 압력차가 실제로 다음의 수학식 14 및 15와 관련하여 주어지는 바와 같음을 나타낼 수 있다.
주요 결과는 주 흐름(P2)에서의 압력에 대한 외부 반경에서의 압력차는 다음의 수학식 14로서 주어진다.
Figure 112009041512871-PCT00012
이러한 것은 주흐름에서의 압력에 대한 압력의 증가가 따른다. 동일한 방식으로, 모서리에 있는 내부 반경에서의 압력이 다음의 수학식 15에 따라서 주 압력보다 낮다는 것을 나타낼 수 있다.
Figure 112009041512871-PCT00013

Claims (10)

  1. a) 거품내기 매체(12)를 위한 입구(11),
    b) 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구(13),
    c) 펌핑 수단(14), 및
    d) 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관(15)을 포함하며,
    상기 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하고,
    상기 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성되는, 음료 장치에서 사용되는데 적합한 거품내기 디바이스(10)에 있어서,
    상기 가스 입구 개구는 대기압에 대한 압력차가 상기 배관 시스템에서의 대부분의 다른 위치에서보다 작은 상기 배관 시스템에서의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 거품내기 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 거품내기 매체를 위한 입구와 상기 펌핑 수단 사이의 상기 배관에 배치되는 수축부(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 거품내기 디바이스.
  3. 제 1 항 및/또는 제 2 항에 있어서, e) 상기 배관은 각도, 내부 반경, 평균 반경 및 외부 반경에 의해 각각 특징되는 모서리 구역을 포함하며,
    f) 상기 가스 입구는 배관 벽, 즉 상기 배관 모서리 구역의 외부 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 거품내기 디바이스.
  4. 제 1 항 및/또는 제 2 항에 있어서, 상기 가스 입구 개구는 상기 거품내기 매체를 위한 입구의 배관 벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 거품내기 디바이스.
  5. a) 거품내기 매체를 위한 입구,
    b) 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구,
    c) 펌핑 수단, 및
    d) 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함하며,
    상기 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하며,
    상기 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성되는, 음료 장치에서 사용되는데 적합한 거품내기 디바이스에 있어서,
    상기 가스 입구 개구는 상기 가스 입구 개구에 의해 한정된 가스 덕트의 길이와 가스 입구 개구 지름 사이의 비가 3보다 큰 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 거품내기 디바이스.
  6. a) 거품내기 매체를 위한 입구,
    b) 펌핑 수단, 및
    c) 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함하며,
    상기 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하며,
    상기 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성되는, 음료 장치에서 사용되는데 적합한 거품내기 디바이스에 있는 상기 가스 입구의 개구 지름을 감소시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 가스 입구 개구는 대기압에 대한 압력차가 상기 배관 시스템에서의 대부분의 다른 위치에서보다 작은 상기 배관 시스템에서의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 거품내기 디바이스에 있는 가스 입구의 개구 지름 감소 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 거품내기 디바이스는 상기 거품내기 매체를 위한 입구와 상기 펌핑 수단 사이의 상기 배관에 배치되는 수축부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 거품내기 디바이스에 있는 가스 입구의 개구 지름 감소 방법.
  8. 제 6 항 및/또는 제 7 항에 있어서, e) 상기 배관은 각도, 내부 반경, 평균 반경 및 외부 반경에 의해 각각 특징되는 모서리 구역을 포함하며,
    f) 상기 가스 입구는 배관 벽, 즉 상기 배관 모서리 구역의 외부 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는, 거품내기 디바이스에 있는 가스 입구의 개구 지름 감소 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 입구 개구는 상기 거품내기 매체를 위한 입구의 배관 벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 거품내기 디바이스.
  10. a) 거품내기 매체를 위한 입구,
    b) 일정 개구 지름을 가지는 가스 입구,
    c) 펌핑 수단, 및
    d) 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 배관을 포함하며,
    상기 구성 요소들은 연속적인 배관 시스템을 형성하며,
    상기 펌핑 수단의 펌핑 작용으로 인하여, 대기압에 대한 부압차가 전체 배관 시스템에 걸쳐서 달성되는, 음료 장치에서 사용되는데 적합한 거품내기 디바이스에 있는 상기 가스 입구의 개구 지름을 감소시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 가스 입구 개구는 상기 가스 입구 개구에 의해 한정된 가스 덕트의 길이와 가스 입구 개구 지름 사이의 비가 3보다 큰 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 거품내기 디바이스에 있는 가스 입구의 개구 지름 감소 방법.
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