(57)【要約】  ヨーグルト発酵器及びヨーグルト発酵器の自動温度制御方法が開示される。本発明に係るヨーグルト発酵器及びヨーグルト発酵器の自動温度制御方法は、発酵物質の発酵ステップによって制御部で発熱体の発熱量を適切に制御することにより、発酵容器に入った発酵物質を最適に発酵させることができる。特に発酵が経過するにつれて次第に流動性が低くなる発酵物質の特性を考慮して発熱体の発熱量を制御することにより、発酵物質が発熱部に焦げ付かなくなるので、発酵終了後にもユーザーが発熱部を容易に洗浄することが可能である。【選択図】図７
2021520227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド部と；
前記ヘッド部の下側に設けられ、発酵容器の入口部に結合される結合部と；
前記ヘッド部の下面に結合され、下方に延設されて前記発酵容器の内部に位置するもので、下部には発熱体が内蔵されて前記発酵容器の下部に位置し、上部には温度センサーが内蔵されて前記発酵容器の上部に位置する発熱棒と；
前記温度センサーで測定された温度に基づいて、予め定められた制御ロジックに従って前記発熱体の発熱量を制御する制御部と；を含み、
前記制御部は、
ｉ）前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１発酵基準温度以下である場合には、前記発熱体が、予め定められた第１発熱量を供給するように制御し、
ｉｉ）前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、前記温度センサーで測定された温度に基づいて、発酵物質の温度を、予め定められた第２発酵基準温度を目標値に収束して維持するように前記発熱体の発熱量を制御し、
ｉｉｉ）その後、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも低くなって上部と下部の温度が逆転する時点よりも、予め定められた余裕時間だけ先立った時点から前記第１発熱量の半分以下の大きさを有する第２発熱量を前記発熱体が供給するように制御し、
前記第１発酵基準温度は、前記第２発酵基準温度よりも低く、
前記余裕時間は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間よりも小さいことを特徴とする、ヨーグルト発酵器。
【請求項２】
内部に発酵物質を貯蔵し、下部には発熱体が内蔵され、側上部には温度センサーが内蔵される本体部と；
前記温度センサーで測定された温度に基づいて、予め定められた制御ロジックに従って前記発熱体の発熱量を制御する制御部と；を含み、
前記制御部は、
ｉ）前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１発酵基準温度以下である場合には、前記発熱体が、予め定められた第１発熱量を供給するように制御し、
ｉｉ）前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、前記温度センサーで測定された温度に基づいて、発酵物質の温度を、予め定められた第２発酵基準温度を目標値に収束して維持するように前記発熱体の発熱量を制御し、
ｉｉｉ）その後、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも低くなって上部と下部の温度が逆転する時点よりも、予め定められた余裕時間だけ先立った時点から前記第１発熱量の半分以下の大きさを有する第２発熱量を前記発熱体が供給するように制御し、
前記第１発酵基準温度は、前記第２発酵基準温度よりも低く、
前記余裕時間は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間よりも小さいことを特徴とする、ヨーグルト発酵器。
【請求項３】
前記制御部は、ＤＢ部をさらに含み、
前記ＤＢ部は、
前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１温度から予め定められた第２温度まで上昇するのにかかる第１時間情報を含む第１時間データを含み、
前記それぞれの外気温度に対して前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までかかる第２時間情報を含む第２時間データをさらに含み、
前記制御部は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１温度から前記第２温度まで上昇するのにかかる時間を測定した後、前記第１時間データとマッチングさせることにより外気温度を推定し、前記推定された外気温度と前記第２時間データとをマッチングさせて第２時間値を導出することにより、発酵物質の上部温度が下部温度よりも低くなる時点を推定し、
前記第１温度は、前記第２温度よりも低く、
前記第２温度は、前記第１発酵基準温度よりも低いか同じであることを特徴とする、請求項１に記載のヨーグルト発酵器。
【請求項４】
前記ヘッド部または前記結合部には、外部温度を測定する外部温度センサーが取り付けられ；
前記制御部は、ＤＢ部をさらに含み、
前記ＤＢ部は、
前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーで測定された温度が、前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までにかかる第２時間情報を含む第２時間データをさらに含み、
前記制御部は、前記外部温度センサーから外気温度を測定し、前記測定された外気温度と前記第２時間データとをマッチングさせて第２時間値を導出することにより、発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点を推定することを特徴とする、請求項１に記載のヨーグルト発酵器。
【請求項５】
前記制御部は、
前記温度センサーで測定された温度が、前記第１発酵基準温度に到達した時点から特定の時間経過した時点を発酵物質の上部温度が下部温度よりも低くなる時点として推定し、
前記特定の時間は、前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーの測定温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度よりも低くなる時点までの時間を測定して平均した時間として予め定められた時間であることを特徴とする、請求項１に記載のヨーグルト発酵器。
【請求項６】
前記制御部は、ＤＢ部をさらに含み、
前記ＤＢ部は、
前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１温度から予め定められた第２温度まで上昇するのにかかる第１時間情報を含む第１時間データを含み、
前記それぞれの外気温度に対してうまく発酵しながらも、前記発熱棒に焦げ付くことのない第２発熱量情報を含む第２発熱量データをさらに含み、
前記制御部は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１温度から前記第２温度まで上昇するのにかかる時間を測定した後、前記第１時間データとマッチングさせることにより外気温度を推定し、前記推定された外気温度と記第２発熱量データとをマッチングさせて第２発熱量値を導出し、
前記第１温度は、前記第２温度よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載のヨーグルト発酵器。
【請求項７】
前記ヘッド部または前記結合部には、外部温度を測定する外部温度センサーが取り付けられ；
前記制御部は、ＤＢ部をさらに含み、
前記ＤＢ部は、
前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対してうまく発酵しながらも前記発熱棒に焦げ付くことのない第２発熱量情報を含む第２発熱量データを含み、
前記制御部は、外部温度センサーから前記外気温度を測定し、前記測定された外気温度と前記第２発熱量データとをマッチングさせることにより、第２発熱量値を導出することを特徴とする、請求項１に記載のヨーグルト発酵器。
【請求項８】
発酵容器の下部に熱を供給する発熱体と、前記発酵容器の上部温度をリアルタイムで測定する温度センサーとを含むヨーグルト発酵器の自動温度制御方法であって、
ａ）前記温度センサーで測定した温度が、予め定められた第１発酵基準温度以下である場合には、前記発熱体が、予め定められた第１発熱量を供給するように制御するステップと、
ｂ）前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、前記温度センサーで測定された温度に基づいて発酵物質の温度を、前記第１発酵基準温度よりも高くし、予め定められた第２発酵基準温度を目標値に収束して維持するように前記発熱体の発熱量を制御するステップと、
ｃ）その後、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも低くなって上部と下部の温度が逆転する時点よりも、予め定められた余裕時間だけ先立った時点から前記第１発熱量の半分以下の大きさを有する第２発熱量を前記発熱体が供給するように制御するステップと；を含み、
前記余裕時間は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間よりも小さいことを特徴とする、ヨーグルト発酵器の自動温度制御方法。
【請求項９】
前記ヨーグルト発酵器は、
前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１温度から、予め定められ且つ前記第１発酵基準温度よりも低いか同じ第２温度まで上昇するのにかかる第１時間情報を含む第１時間データを含むＤＢ部をさらに含み、
前記ステップａ）の途中で、
前記温度センサーで測定された温度が前記第１温度から第２温度まで上昇するのにかかる時間を測定した後、前記第１時間データとマッチングさせることにより外気温度を推定するか、或いはヨーグルト発酵器に取り付けられる外部温度センサーから外気温度を測定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のヨーグルト発酵器の自動温度制御方法。
【請求項１０】
前記ＤＢ部は、前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの第２時間情報を含む第２時間データをさらに含み、
ステップｃ）の前に、
前記推定または測定された外気温度と前記第２時間データとをマッチングさせて第２時間値を導出することにより、発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点を推定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のヨーグルト発酵器の自動温度制御方法。
【請求項１１】
前記ＤＢ部は、前記それぞれの外気温度とマッチングされ、予め定められる第２発熱量情報を含む第２発熱量データをさらに含み、
前記推定または測定された外気温度と前記第２発熱量データとをマッチングさせて前記第２発熱量値を導出するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のヨーグルト発酵器の自動温度制御方法。
【請求項１２】
ステップｃ）の前に、
前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から特定の時間経過した時点を、発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点として推定するステップをさらに含み、
前記特定の時間は、前記発酵容器が位置する空間の温度を示すそれぞれの外気温度に対して前記温度センサーの測定温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間を測定して平均した時間として予め定められた時間であることを特徴とする、請求項８に記載のヨーグルト発酵器の自動温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、牛乳容器に直接結合され、牛乳をヨーグルトに発酵させるヨーグルト発酵器、及びヨーグルトの最適発酵のためのヨーグルト発酵器の自動温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
牛乳をヨーグルトに発酵させるには、牛乳にヨーグルト種菌を混合して牛乳混合物を作った後、発酵適温を維持しなければならない。冷蔵庫から取り出した牛乳を発酵適温まで加熱し、発酵適温を維持して低流動性ないし非流動性のヨーグルトを作るのに通常８時間がかかる。このような作業を行う従来のヨーグルト発酵器は、牛乳にヨーグルト種菌を混ぜた後、１０余個の発酵用カップに分けて注ぎ、加温用ハウジングに静置する構造を持つ。しかし、このような方法の従来のヨーグルト発酵器は、加温用ハウジングの大きさのため、発酵器の保管及び使用時に多くのスペースを占める。また、牛乳混合物を、個別発酵用カップに分けて注がなければならないという不便さがあり、完成したヨーグルト入りの発酵用カップを１０余個冷蔵保管しなければならないという煩わしさも伴う。もちろん、ヨーグルトを食べるたびに発酵用カップを洗浄しなければならないなどの後処理も不便である。
【０００３】
これにより、本発明の発明者は、通常の牛乳容器に着脱式に結合可能なヨーグルト発酵器を発明し、特許登録を受けたことがある（韓国特許第１０−１５２１６９９号）。そして、本発明の発明者は、発明したヨーグルト発酵器でヨーグルトの最適発酵のために自動的に温度を制御する方法を講ずることになった。
【０００４】
図１は従来のヨーグルト発酵器における温度制御方法を示すグラフである。図１を参照すると、従来のヨーグルト発酵器の温度制御方法は、温度センサーが測定した牛乳混合物の温度を数段階に区分し、牛乳混合物の温度が上昇するにつれて発熱量を段階的に減らす段階別温度制御方式である。例えば、図１に示すように、牛乳混合物の温度が３５℃以下である場合には４０Ｗ（Ｗａｔｔ）の発熱量、牛乳混合物の温度が３５〜４０℃の間である場合には３０Ｗの発熱量、牛乳混合物の温度が４０〜４２℃の間である場合には１５Ｗの発熱量、牛乳混合物の温度が４２℃以上である場合には５Ｗの発熱量をそれぞれ発生させ、牛乳混合物の温度が４５℃以上である場合には発熱を遮断する方法である。ヨーグルト発酵器に設けられるコントロールパネルなどを介して発酵時間を設定すると、設定され全体発酵時間の間、発熱体が上述の方法で駆動され、設定された発酵時間が経過すると発熱体が発熱を停止する。
【０００５】
しかし、このような温度制御方法を適用する場合、牛乳混合物が燃えるか、或いはタンパク質が硬く固まって発熱部に焦げ付くなどの問題が発生することを確認することができた。牛乳容器は、上下の高さが幅に比べて大きく、従来のヨーグルト発酵器の発熱部が牛乳容器の下部に位置するので、発酵が進むにつれて牛乳混合物の流動性が次第に低下することにより、牛乳混合物入りの発酵容器の上部と下部の温度偏差が大きくなり、発熱部の表面温度が牛乳混合物の変性温度以上に上昇するからである。特に牛乳容器の外部気温が低いほど発熱量が多くなるため、このような現象はさらに激しくなる。このため、十分な発熱量を供給して発酵をよく起こしながらも牛乳混合物が発熱部に焦げ付かない温度制御方法が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、季節や地域に応じた外気温度の変化に関係なく、ヨーグルトが最適の状態に発酵しながらも、発熱部に牛乳混合物が燃えるか或いはタンパク質が凝固してくっ付くことが生じないようにするヨーグルト発酵器、及びヨーグルト発酵器の温度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ヘッド部と；前記ヘッド部の下側に設けられ、発酵容器の入口部に結合される結合部と；前記ヘッド部の下面に結合され、下方に延設されて前記発酵容器の内部に位置するもので、下部には発熱体が内蔵されて前記発酵容器の下部に位置し、上部には温度センサーが内蔵されて前記発酵容器の上部に位置する発熱棒と；前記温度センサーで測定された温度に基づいて、予め定められた制御ロジックに従って前記発熱体の発熱量を制御する制御部と；を含み、前記制御部は、ｉ）前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１発酵基準温度以下である場合には、前記発熱体が、予め定められた第１発熱量を供給するように制御し、ｉｉ）前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、前記温度センサーで測定された温度に基づいて、発酵物質の温度を、予め定められた第２発酵基準温度を目標値に収束して維持するように前記発熱体の発熱量を制御し、ｉｉｉ）その後、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも低くなって上部と下部の温度が逆転する時点よりも、予め定められた余裕時間だけ先立った時点から前記第１発熱量の半分以下の大きさを有する第２発熱量を前記発熱体が供給するように制御し、前記第１発酵基準温度は、前記第２発酵基準温度よりも低く、前記余裕時間は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間よりも小さいことを特徴とする、ヨーグルト発酵器が提供できる。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、内部に発酵物質を貯蔵し、下部には発熱体が内蔵され、側上部には温度センサーが内蔵される本体部と；前記温度センサーで測定された温度に基づいて、予め定められた制御ロジックに従って前記発熱体の発熱量を制御する制御部と；を含み、前記制御部は、ｉ）前記温度センサーで測定された温度が、予め定められた第１発酵基準温度以下である場合には、前記発熱体が、予め定められた第１発熱量を供給するように制御し、ｉｉ）前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、前記温度センサーで測定された温度に基づいて、発酵物質の温度を、予め定められた第２発酵基準温度を目標値に収束して維持するように前記発熱体の発熱量を制御し、ｉｉｉ）その後、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも低くなって上部と下部の温度が逆転する時点よりも、予め定められた余裕時間だけ先立った時点から前記第１発熱量の半分以下の大きさを有する第２発熱量を前記発熱体が供給するように制御し、前記第１発酵基準温度は、前記第２発酵基準温度よりも低く、前記余裕時間は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間よりも小さいことを特徴とする、ヨーグルト発酵器が提供できる。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、発酵容器の下部に熱を供給する発熱体と、前記発酵容器の上部温度をリアルタイムで測定する温度センサーとを含むヨーグルト発酵器の自動温度制御方法であって、ａ）前記温度センサーで測定した温度が、予め定められた第１発酵基準温度以下である場合には、前記発熱体が、予め定められた第１発熱量を供給するように制御するステップと、ｂ）前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から、前記温度センサーで測定された温度に基づいて発酵物質の温度を、前記第１発酵基準温度よりも高くし、予め定められた第２発酵基準温度を目標値に収束して維持するように前記発熱体の発熱量を制御するステップと、ｃ）その後、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも低くなって上部と下部の温度が逆転する時点よりも、予め定められた余裕時間だけ先立った時点から前記第１発熱量の半分以下の大きさを有する第２発熱量を前記発熱体が供給するように制御するステップと；を含み、前記余裕時間は、前記温度センサーで測定された温度が前記第１発酵基準温度に到達した時点から発酵物質の上部温度が下部温度より低くなる時点までの時間よりも小さいことを特徴とする、ヨーグルト発酵器の自動温度制御方法が提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器及びヨーグルト発酵器の自動温度制御方法によれば、制御部で、予め格納された情報を用いて、発酵容器に入った発酵物質の上部と下部の温度が逆転する上下部温度逆転時点を推定して、予め発熱体の発熱量を下げることにより、発酵物質が発熱部に焦げ付かず安定的に発酵することができる。さらに発酵物質の温度が一定の区間に上る時間を測定することにより、これを基に外気温度を推定して、発熱量を下げるレベルを決定することができる。これにより、外気温度が季節または地域によって異なっても、均一な発酵結果を得ることができ、発熱部も通常のたわしで簡単に洗浄することができるため、ユーザーが便利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のヨーグルト発酵器における温度制御方法を示すグラフである。
【００１２】
【図２】本発明の一実施形態によるヨーグルト発酵器の斜視図である。
【００１３】
【図３】図２のヨーグルト発酵器が牛乳容器に結合された形態を概略的に示す図である。
【００１４】
【図４】図２のヨーグルト発酵器の横断面図である。
【００１５】
【図５】本発明の他の実施形態によるヨーグルト発酵器の横断面図である。
【００１６】
【図６】図２のヨーグルト発酵器で比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間、温度センサーの測定温度に基づいて決定される発熱体の発熱量の変化を示すグラフである。
【００１７】
【図７】図２のヨーグルト発酵器で比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間、時間に応じて変化する発熱体の発熱量の変化を示すグラフである。
【００１８】
【図８】図２のヨーグルト発酵器で比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間、発酵物質の上部及び下部の温度と、発熱部の表面温度の変化を示すグラフである。
【００１９】
【図９】図２のヨーグルト発酵器で本発明に係る温度制御方法によって発酵が行われる間、時間による発熱体の発熱量の変化を示すグラフである。
【００２０】
【図１０】図２のヨーグルト発酵器で比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間、発酵物質の上部及び下部の温度と、温度センサーの測定温度の変化を示すグラフである。
【００２１】
【図１１】本発明の一実施形態によるヨーグルト発酵器の自動温度制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。下記の説明は、本発明を具体的な例示を挙げて記述するものと理解されるべきであり、本発明の技術的思想が下記の説明に限定されるものではない。そして、添付図面は、本発明の理解を助けるために提供されるものであり、本発明の技術的思想は、添付図面に限定されない。また、図面において、各部材の厚さや大きさなどは、説明の便宜などのために誇張、省略、または概略的に示されることがある。
【００２３】
本明細書に記載された本発明の構造についての説明で位置関係や方向は、特に言及しない限り、本明細書に添付された図面を基準とする。
【００２４】
本明細書に記載された本発明の構造についての説明において、空間に対する説明や位置関係に対する説明は、本発明を構成する構成要素間の相対的な位置を意味する。また、特に言及しない限り、一つの構成要素と他の構成要素との間の空間には別の構成要素が存在することがある。例えば、本明細書において、一つの構成要素の「上部」または「上」に他の構成要素が位置することを言及する場合、一つの構成要素のすぐ上に他の構成要素が位置する場合だけでなく、一つの構成要素と他の構成要素との間に別の構成要素が位置する場合も含む。
【００２５】
図２は本発明の一実施形態によるヨーグルト発酵器１００の斜視図、図３はヨーグルト発酵器１００が牛乳容器に結合された形態を概略的に示す図、図４はヨーグルト発酵器１００の断面図である。
【００２６】
図２乃至図４を参照すると、ヨーグルト発酵器１００は、ヘッド部１１０、結合部１２０、発熱棒１３０及び制御部１４０（図４）を含む。ヘッド部１１０は、発熱棒１３０の内部に位置する発熱体１３２を制御するための制御部１４０を内蔵し、ユーザーにヨーグルト発酵器１００を動作させるためのユーザーインターフェース（ＵＳＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ）を提供する。結合部１２０は、ヘッド部１１０の下側に設けられ、ヘッド部１１０を発酵容器の入口部に結合させる。発熱棒１３０は、ヘッド部１１０の下面に結合され、発酵容器の内部に位置して発酵のための熱を供給する。各構成についての具体的な説明は後述する。
【００２７】
一般に、牛乳は、ＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）材質のボトル形状の牛乳容器或いはカートンパック（Ｃａｒｔｏｎ  Ｐａｃｋ）に入れられて市中に流通する。ボトル形状の牛乳容器は、１リットル、１．８リットル、２．３リットルの容量を持つのが一般的であるが、牛乳容器の入口及び蓋の規格が牛乳のブランドや容量の区別なく類似であるため、蓋を互換して使用することができる。ヨーグルト発酵器１００は、結合部１２０が牛乳容器の蓋１０ｂ（図３）の代わりに牛乳容器の入口に締結できるので、ヨーグルト発酵器１００は、容量１リットル、１．８リットル、２．３リットルの牛乳容器のすべてに使用できる。具体的には、ヨーグルト発酵器１００は、市中に流通する牛乳容器を発酵容器として使用することができる。例えば、図３に示すように、牛乳容器１０の蓋１０ｂを除去し、ヨーグルト種菌を投入して混合する。次いで、ヨーグルト発酵器１００の発熱棒１３０を牛乳容器１０の内部に進入させた後、結合部１２０を牛乳容器１０の入口部１０ａに結合させることにより、ヨーグルト発酵器１００を牛乳容器１０に結合させて使用することができる。以下、ヨーグルト種菌が混合された牛乳を「発酵物質」と称し、牛乳容器１０を「発酵容器」１０と称する。
【００２８】
次に、ヨーグルト発酵器１００の各構成について具体的に説明する。
【００２９】
ヘッド部１１０は、ヨーグルト発酵器１００の最上部に位置する。これにより、ヘッド部１１０は、ヨーグルト発酵器１００が発酵容器１０に結合されたとき、発酵容器１０の入口部１０ａを閉鎖する。ヘッド部１１０の下側には結合部１２０が設けられる。結合部１２０は、ヘッド部１１０を発酵容器１０の入口部１０ａと結合させる。ヘッド部１１０の下面には発熱棒１３０が結合される。ヘッド部１１０は制御部１４０を内蔵する。制御部１４０は発熱体１３２の発熱量を制御する。ヘッド部１１０は、本明細書の添付図面に図示された形状以外にも様々な形状を有するように形成できる。ただし、ヘッド部１１０は、ユーザーが手で把持することが容易であり、発酵容器１０の入口部１０ａに相応する形状及び大きさを有することがより好ましい。ヘッド部１１０の側部には電源コード１１２が接続できる。電源コード１１２は、外部電源をヨーグルト発酵器１００に供給することができる。本明細書の添付図面では、電源コード１１２がヘッド部１１０に固定式で結合された形態を示しているが、着脱式に形成されてもよい。または、電源コード１１２が省略され、バッテリー（ｂａｔｔｅｒｙ）によって電源を供給してもよい。
【００３０】
ヘッド部１１０の上端にはコントロールパネル１１１が設けられ得る。コントロールパネル１１１は、ヨーグルト発酵器１００を動作させることができるユーザーインターフェース（ＵＳＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ）を提供する。コントロールパネル１１１は、ボタン式、タッチ式などの様々な入力方法を持つことができる。一実施形態において、コントロールパネル１１１は作動ボタン１１１ａ、時間調節ボタン１１１ｂを含む。作動ボタン１１１ａは、ヨーグルト発酵器１００の作動を開始または中断させる。時間調節ボタン１１１ｂは、ユーザーが発酵時間を増減することができるようにする。例えば発酵時間を８時間に設定する場合、低流動性ないし非流動性ヨーグルトを製造することができ、個人的な好みに応じて発酵時間を増減することができる。コントロールパネル１１１は、発酵経過時間または残余時間などを表示するためのディスプレイ（図示せず）をさらに含むことができる。もちろん、ディスプレイには、それ以外の情報（例えば、外部温度など）も表示できる。上述した内容以外にも、コントロールパネル１１１は、ヨーグルト発酵器１００の状態（電源のＯｎ／Ｏｆｆ状態など）を表示する表示灯（図示せず）をさらに含むことができる。
【００３１】
結合部１２０は、ヘッド部１１０の下側に設けられ、発酵容器１０の入口部１０ａに結合される。結合部１２０が発酵容器１０の入口部１０ａに結合されることにより、入口部１０ａがヘッド部１１０によって閉鎖される形態を有する。このため、結合部１２０は、内側に、発酵容器１０の入口部１０ａの側部に形成されるねじ山に対応するねじ溝を有するように形成できる。
【００３２】
一実施形態において、結合部１２０は、ヘッド部１１０に固定される方法で形成できる。結合部１２０は、ヘッド部１１０と一体に結合されて一緒に回転してもよく、場合によってはヘッド部１１０とは別に回転するように結合してもよい。すなわち、結合部１２０が発酵容器１０の入口部１０ａに結合されるために回転しても、ヘッド部１１０と発熱棒１３０は回転しないことがある。この場合、ヘッド部１１０に設けられる電源コード１１２が結合部１２０の回転に応じて一緒に回転しないので、電源コード１１２がねじれないという利点がある。
【００３３】
他の実施形態において、結合部１２０は、ヘッド部１１０に着脱可能な方法で形成されてもよい。この場合、様々な形状及び大きさに形成される入口部１０ａを有する発酵容器１０に対して、これに適した結合部１２０で交換しながら使用することができる。
【００３４】
一方、本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器１００において、結合部１２０は、本発明の発明者が出願して登録を受けた韓国特許第１０−１５２１６９９号公報に記載されている「発酵器締結部」、「着脱式締結部」または「回転部及び着脱式締結部」と同一または類似に構成でき、これについての重複説明は省略する。
【００３５】
一方、ヘッド部１１０または結合部１２０には、外気温度を測定する外気温度センサー（図示せず）が装着できる。ここで、外気温度は発酵容器１０の周囲温度を意味する。
【００３６】
結合部１２０が発酵容器１０の入口部１０ａに結合されたとき、発熱棒１３０は、発酵容器１０の内部に位置し、具体的には発酵物質に挿入される。発熱棒１３０は、下部に発熱体１３２を内蔵しており、発酵物質に直接熱を供給して発酵物質を発酵させる。
【００３７】
発熱棒１３０はケース１３１、発熱体１３２及び温度センサー１３５を含む。ケース１３１は発熱棒１３０の外形をなす。ケース１３１は発熱体１３２と温度センサー１３５を内蔵する。ケース１３１は、内蔵された発熱体１３２から供給される熱を外部の発酵物質に伝達することができるように熱伝達率の高い素材で形成できる。さらに、ケース１３１は発酵物質に直接挿入されるので、ケース１３１は耐熱性、耐食性、耐薬品性に優れた性質を持つことができる。例えば、ケース１３１は金属素材（例えば、ステンレス鋼）で形成できる。
【００３８】
一実施形態において、ケース１３１は、ヘッド部１１０の下面に上端が結合され、下方に延設される棒またはロッドの形状を持つことができる。ケース１３１は、ヘッド部１１０の下面の中央付近に結合できる。ケース１３１の長さは、発酵容器１０の長さと相応することができる。より具体的には、ヨーグルト発酵器１００が発酵容器１０に結合されたとき、発熱棒１３０のケース１３１の下端が発酵容器１０の下端に近接して位置するようにすることができる。例えば、ケース１３１の下端は発酵容器１０の下端から略２ｃｍほどに近接して位置することができる。
【００３９】
発熱体１３２は、ケース１３１に内蔵され、より具体的にはケース１３１の下部に内蔵される。ここで、ケース１３１の下部は、図４に表記されたｂ区間のようにケース１３１の中央部を基準に下側区間（ケースの下端から上方向に１／２地点の付近）を意味する。発熱体１３２は、ヘッド部１１０に内蔵された制御部１４０から電力供給を受けることができ、制御部１４０の制御に基づいて発熱量が制御できる。
【００４０】
一方、発熱棒１３０は、発熱体１３２の上部に配置される絶縁部１３４をさらに含むことができる。絶縁部１３４は、発熱体１３２の上部を熱的に密閉させて、発熱体１３２が発熱するときにヘッド部１１０、制御部１４０、温度センサー１３５などに影響が及ばないようにすることができる。
【００４１】
温度センサー１３５は、ケース１３１に内蔵され、より具体的にはケース１３１の上部に内蔵される。ここで、ケース１３１の上部は、図４に表記されたａ区間のようにケース１３１の中央部を基準に上側区間を意味する。発酵容器１０において発酵が進むと、発熱体１３２から直接熱の伝達を受ける発酵物質の下部、及び発熱体１３２から間接的に熱の伝達を受ける発酵物質の上部における温度変化が現れる。このとき、温度センサー１３５は発酵物質の上部温度を測定する。
【００４２】
制御部１４０はヘッド部１１０に内蔵される。制御部１４０はヨーグルト発酵器１００の動作を制御する。具体的には、制御部１４０は、温度センサー１３５で測定された温度に基づいて、予め定められた制御ロジックに従って発熱体１３２の発熱強度及び発熱時間を制御することにより、発熱体１３２の発熱量を調節することができる。また、前述したコントロールパネル１１１に接続され、コントロールパネル１１１を用いたユーザーの操作に対応してヨーグルト発酵器１００の動作を制御する。
【００４３】
制御部１４０は、ＤＢ部（図示せず）をさらに含むことができる。ＤＢ部は、制御部１４０が発熱量を制御するために予め格納された情報を含む。制御部１４０は、ＤＢ部に格納された情報と温度センサー１３５で測定された温度情報に基づいて発熱量を制御するための制御信号を生成することができる。前記情報の例としては、特定の温度に上昇するのにかかる時間データを含む時間情報や、特定の現象が発生する時間データを含む時間情報などがあり、これについては具体的に後述する。
【００４４】
一方、図示してはいないが、ヨーグルト発酵器１００は、ヨーグルト発酵器１００を保管するための保護ケース（図示せず）をさらに含むことができる。一実施形態において、保護ケースは、結合部１２０の下部に結合され、発熱棒１３０を内側に収容する形でヨーグルト発酵器１００を保管することができる。このために、保護ケースの上側には、結合部１２０の内周面のねじ山と対応するねじ山が形成できる。保護ケースの形状は、特定されず、例えば円柱状、多角柱状を有することができる。また、本発明に係るヨーグルト発酵器１００は、市中に流通する牛乳容器に直接結合されて牛乳混合物を発酵させることができるという点で利便性を持つが、必ずしもこのように使用されるべきではない。ヨーグルト発酵器１００の結合部１２０と結合可能な別の専用発酵容器を備えて使用することも可能である。
【００４５】
図５は本発明の他の実施形態によるヨーグルト発酵器２００の正面横断面図である。本発明の他の実施形態によれば、ヨーグルト発酵器２００は本体部２１０及び制御部２３０を含む。
【００４６】
本体部２１０は、ヨーグルト発酵器２００の外形をなす。本体部２１０は、発酵物質１１を収容することができるように内部空間を持つ。一実施形態において、本体部２１０は、上部が開放された箱形に形成でき、本体部２１０の上部には、本体部２１０を開閉可能な蓋２１１が設けられてもよい。図示してはいないが、本体部２１０の側面にはコントロールパネルが設けられてもよい。コントロールパネルは、ヨーグルト発酵器２００を動作させることができるユーザーインターフェースを提供する。コントロールパネルは、前述した実施形態の場合と同一または類似であるので、重複説明は省略する。同様に図示してはいないが、本体部２１０の側面には、外部電源を供給するための電源コードが接続できる。
【００４７】
本体部２１０の下部には発熱体２２０が内蔵される。発熱体２２０は、本体部２１０に貯蔵された発酵物質１１に熱を供給する。このために、本体部２１０は、発熱体２２０から供給される熱を内部の発酵物質に伝達することができるように熱伝達率の高い素材で形成できる。例えば、本体部２１０は金属素材（例えばステンレス鋼）で形成できる。
【００４８】
本体部２１０の側上部には温度センサー２２１が内蔵される。温度センサー２２１は、本体部２１０の高さの中央付近を基準に上側区間に内蔵される。温度センサー２２１は発酵物質１１の上部温度を測定する。本実施形態における温度センサー２２１は、前述した実施形態における温度センサー１３５と同一または類似であり得る。
【００４９】
本体部２１０は制御部２３０を内蔵する。制御部２３０は、発熱体２２０と電気的に接続され、発熱体２２０に電力を供給するだけでなく、発熱体２２０の発熱強さ及び発熱時間を制御することにより、発熱体２２０の発熱量を調節する。また、制御部２３０は、コントロールパネルに接続され、コントロールパネルを用いたユーザーの操作に対応してヨーグルト発酵器２００の動作を制御する。
【００５０】
制御部２３０は、温度センサー２２１で測定された温度に基づいて、予め定められた制御ロジックに従って発熱体２２０の発熱量を制御する。本実施形態における制御部２３０は、機能的に、前述した実施形態における制御部１４０と同一または類似であり得るので、重複説明は省略する。
【００５１】
以下、本発明に係るヨーグルト発酵器における制御部の自動温度制御方法について具体的に説明する。本発明に係る自動温度制御方法は、前述した実施形態に該当するヨーグルト発酵器の制御部を用いて行われ得る。
【００５２】
本発明に係る自動温度制御方法は、最大発熱量で発酵物質の温度を上昇させるステップ、発酵物質の温度を一定の温度範囲に維持するステップと、適切な時点で発熱量を減らすステップとから構成される。発酵物質の温度を上昇させるステップでは、発酵物質が焦げ付かない範囲で最大発熱量で発酵物質の温度をできる限り迅速に上昇させて発酵適温に近くする。発酵物質の温度を発酵適温の範囲に維持するステップでは、オン・オフ（ｏｎ−ｏｆｆ）制御、段階（ｓｔｅｐｗｉｓｅ）制御、比例（Ｐ）制御、比例積分（ＰＩ）制御、比例微分（ＰＤ）制御、比例微積分（ＰＩＤ）制御などのさまざまな方法が使用できる。しかし、いずれの温度制御方法を使用しても、一つの制御方法を適用し続けて発酵物質の温度を維持しようとすると、従来では、発熱部に発熱量が累積しながら発熱部に発酵物質が焦げ付く現象が生じた。このような現象は、発酵物質が焦げ付き始める前の適切な時点で発熱量を最大発熱量の１／２以下に減少させることにより防止することができる。以下、実現が比較的簡単で説明が容易な比例制御を利用する方法に基づいて、本発明の自動温度制御方法について説明する。
【００５３】
本発明に係る自動温度制御方法の説明に先立ち、発酵物質の温度に一つの制御方法のみ、さらに具体的には比例制御を利用する方法のみを適用してヨーグルトを発酵させるときに現れる発酵物質の上部と下部における温度変化について説明する。つまり、発酵開始の後、最初には一定の発熱量を提供し、温度センサーで測定した発酵物質の温度（「温度センサーの測定温度」という。）が第１発酵基準温度（Ｔ１）に達した後には、発酵時間が完了するまで第２発酵基準温度（Ｔ２）を基準に比例制御方法を利用して温度を制御する方法である。比例制御によって温度を制御すると、従来の段階別温度制御方法に比べて発熱量の反応が速くて連続的であるため、発酵物質の温度変化の範囲を狭めてさらに安定的な発酵を誘導することができるという利点がある。
【００５４】
図６は比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間、温度センサーの測定温度に基づいて決定される発熱体１３２の発熱量の変化を示すグラフであり、図７は比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間、時間に応じて変化する発熱体１３２の発熱量の変化を示すグラフであり、図８は比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間の発酵物質の上部及び発酵物質の下部と、発熱部１３３の表面温度の変化を示すグラフである。発酵物質の上部温度とは、発酵物質の上部半分の平均温度であって、およそ温度センサーが位置した高さにおける発熱棒１３０と発酵容器１０の外郭部との中間程度の距離で測定した温度であり、発酵物質の下部温度とは、発酵物質の下部半分の平均温度であって、およそ発熱体１３２が位置した高さにおける発熱棒１３０と発酵容器１０の外郭部との中間程度の距離で測定した温度である。そして、本発明に係るヨーグルト発酵器における温度センサー１３５は発酵容器１０の上部に位置するので、「温度センサーの測定温度」とは、発酵物質の上部温度を温度センサー１３５で測定した温度を意味する。
【００５５】
図６を参照すると、Ｘ軸は温度センサーの測定温度（℃）を示し、Ｙ軸は発熱量（Ｗ、ｗａｔｔ）を示す。比例制御を利用する方法によれば、１）温度センサーの測定温度が、予め定められた第１発酵基準温度（Ｔ１）以下である場合には、発熱体１３２が、予め定められた第１発熱量（図６において、Ｗ１と表記）を一定に供給するように制御し、２）温度センサーの測定温度が、予め定められた第１発酵基準温度（Ｔ１）を超える場合、及び予め定められた第２発酵基準温度（Ｔ２）未満である場合には、発熱体１３２が第２発酵基準温度（Ｔ２）を基準に温度差の程度に応じて比例的に発熱量を下げて供給するように比例制御し、３）温度センサーの測定温度が第２発酵基準温度（Ｔ２）以上である場合には、最小発熱量（図６において、Ｗｍｉｎと表記）を一定に供給するように制御することができる。最小発熱量（Ｗｍｉｎ）を０に設定する場合には、温度センサーの測定温度が第２発酵基準温度（Ｔ２）以上に上がると、発熱を遮断する。
【００５６】
比例制御を利用する方法を図７を参照して説明すると、Ｘ軸は発酵開始からの経過時間（分）を示し、Ｙ軸は発熱量（Ｗ、ｗａｔｔ）を示す。比例制御を利用する方法によれば、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）以下である場合には、第１発熱量（図７において、Ｗ１と表記）を供給するように制御する。温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）を超える場合には、温度センサーの測定温度と第２発酵基準温度（Ｔ２）との差に比例して発熱量を供給し、これにより、発熱量は第１発熱量（Ｗ１）と最小発熱量（Ｗｍｉｎ）との間で変動する。
【００５７】
このように比例制御を利用する方法を用いてヨーグルトを発酵させると、図８のようなグラフの様相が現れる。図８を参照すると、Ｘ軸は発酵開始からの経過時間（分）を示し、Ｙ軸は温度（℃）を示す。そして、実線は発酵物質の上部温度の変化（１）、一点鎖線は発酵物質の下部温度の変化（２）、破線は発熱部１３３（図４）の表面温度の変化（３）を示す。発酵物質の温度が低い発酵初期（図８において、区間Ａと表記）には、第１発熱量Ｗ１が均一に供給されることにより、発酵物質の上部と下部が類似の速度で昇温する。発酵物質の温度が上昇して温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）に到達すると、以後発酵中期（図８において、区間Ｂと表記する）の間に発熱量が第１発熱量（Ｗ１）と最小発熱量（Ｗｍｉｎ）の範囲内で増減しながら発酵物質の温度上昇が鈍くなり、発酵物質の温度が狭い範囲で維持される時間が続く。発酵初期（Ａ）ないし発酵中期（Ｂ）では、発酵物質が流動性を有し、発酵容器１０の下部の発熱体１３２の周りにあった発酵物質が暖かくなることにより、発酵容器１０の上部に対流が盛んに起こる。これにより、発酵物質の上部が下部に比べて相対的に高い温度に維持される。この区間では、発熱体１３２が発酵物質の対流によって熱を多く奪われ、発熱部１３３の表面温度が高く上がらず、発酵物質が発熱部１３３に焦げ付く現象も生じない。
【００５８】
しかし、発酵が進むにつれて発酵物質の流動性が次第に低くなり、発酵末期（図８において、区間Ｃと表記）になると、発酵物質が低流動または非流動状態になって熱による対流が起こり難くなり、発酵物質を通じた伝導によって一部の熱のみ制限的に発酵容器１０の上部に伝達される。これにより、温度センサー１３５がある発酵容器１０の上部は、熱の供給が相対的に減少しながら、発酵物質の上部温度が徐々に降下する。そして、発熱体１３２が位置した発酵容器１０の下部は、発熱部１３３を中心に熱が累積して発酵物質の下部温度が相対的に速く上昇し、その結果、発酵物質の上部と下部の温度が逆転する現象（図８において、Ｘ時点で発生）が現れる。以後、発酵物質の上部と下部の温度差は、発酵末期（Ｃ）に時間が経つほど次第に大きくなって発酵初期及び中期に比べてより大きくなる。
【００５９】
ここで注目すべき部分は、発酵物質の上部と下部の温度が逆転する時点（Ｘ、「上下部温度逆転時点」という。）の約３０分前から発熱部１３３の表面温度が急激に上昇し、この時点を前後にして発熱部１３３の表面に発酵物質が焦げ付き始めるものと推定されるということである。特に、発酵末期（Ｃ）には、発酵物質の上部温度の降下によって温度センサー１３５の測定温度が低くなり、発熱体１３２は発熱量を増やし続け、発酵物質を通じた熱伝導が制限的に起こるので、発熱量が発熱部１３３の近くに累積する。これにより、発熱部１３３の表面温度が高く上がり、発酵物質が発熱部１３３に焦げ付く現象が発生する。このように発熱部１３３に焦げ付く発酵物質は、追って発熱部１３３を研磨性たわしで研磨すればこそ除去できるので、ヨーグルト発酵器の使用に煩わしさをもたらす。
【００６０】
もし発酵末期（Ｃ）に発酵物質が発熱部１３３に焦げ付く現象を防止するために、第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）を下げると、発酵初期ないし発酵中期に十分な熱が供給されないため、発酵物質が十分に発酵されないこともある。したがって、比例制御を利用する方法によれば、発熱部１３３に発酵物質が焦げ付くのを防止するのが難しい。
【００６１】
さらに比例制御を利用する方法を用いて発酵物質を発酵させる場合、発酵容器１０の外部の気温も発酵の様相に影響を及ぼす。発酵容器１０の外気温度が低いほど発酵容器から外部に抜け出す熱量も多くなり、それにより発酵初期（Ａ）の発酵物質の上部と下部の両方とも温度上昇速度が遅くなり、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）に到達する時間（図８において、区間Ａの長さ）も長くなる。このような現象は、発酵初期（Ａ）の間に外気温度と関係なく発熱量が第１発熱量（Ｗ１）と一定であるために現れる現象と把握される。この区間で発酵物質の上部温度が下部温度よりも高く維持される様相は持続される。温度センサーの測定温度が一旦第１発酵基準温度（Ｔ１）に到達すると、発酵物質の上部と下部の温度は、外気温度に関係なく一定の範囲で安定し、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）に到達する以後から上下部温度逆転時点（Ｘ）までの時間も、外気温度に大きく影響されないと把握される。これは、外気温度が低ければ、温度制御によって平均的な発熱量をさらに増やすためであると考えられる。結果的には、外気温度が低いほど発酵開始以後から上下部温度逆転時点（Ｘ）までの時間はさらに長くなる。上下部温度逆転時点（Ｘ）以後の発酵末期（Ｃ）には、外気温度が低いほど発酵物質の上部と下部の温度が上昇する速度は遅くなり、降下する速度は速くなる。具体的には、発酵末期（Ｃ）中に外気温度が低いほど発酵容器１０の上部温度がより速く下がり、温度センサーの測定温度が速く下がるにつれて、発熱量が第１発熱量に増加する時点に速く到達する。したがって、外気温度が低いほど発熱部１３３に発酵物質が焦げ付く程度はさらに激しくなる。
【００６２】
以上では、比例制御を利用する方法によって発酵物質の温度を制御する場合を基準に発酵物質の上部温度と下部温度、発熱部１３３の表面温度が変わる過程を説明したが、その原理に照らしてみると、発酵物質の温度をオンオフ制御、段階別制御、比例制御、比例微分制御、比例積分制御、比例微積分制御などのいずれの方法を使用して制御しても、一つの制御方法のみ適用し続けると、発酵物質の上部温度と下部温度、発熱部１３３の表面温度が類似のパターンに変化し、発熱部１３３に発酵物質が焦げ付くのを避けることができないことが分かる。
【００６３】
したがって、本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器では、かかる問題を解決するために、ヨーグルト発酵の過程を発酵ステップ１と発酵ステップ２の２つのステップに分け、制御部１４０で、予め保有した情報と温度センサー１３５で測定された温度に基づいて発熱体１３２の発熱量を制御するようにしたのである。ヨーグルトの最適発酵のためには、牛乳混合物を４２℃前後の温度に維持しなければならないと知られている。そして、家庭用ヨーグルト発酵器は、通常８時間程度作動すると、ヨーグルトが作られるものと認識されている。以下では、このようなヨーグルト生成のための適正温度区間である４１〜４２℃を「発酵適温区間」と称する。８時間内に最適なヨーグルトを生成するためには、発酵物質の温度をできるだけ速く上昇させた後、発酵適温区間に維持することが重要である。そして、別に記載がない限り、本発明についての以下の説明は１．８リットルの発酵容器を基準にする。
【００６４】
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器の温度制御方法を説明する。図９は本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器の温度制御方法によって発酵が行われる間、時間による発熱体１３２の発熱量の変化を示すグラフであり、図１０は比例制御を利用する方法によって発酵が行われる間に発酵物質の上部及び発酵物質の下部温度と温度センサーの測定温度の変化を示すグラフである。図９のグラフにおいて、Ｘ軸は発酵開始からの経過時間（分）を示し、Ｙ軸は発熱量（Ｗ、ｗａｔｔ）を示す。
【００６５】
図９を参照すると、発酵開始後、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）に達する時点（図９、図１０において、Ｑと表記、「第１発酵基準温度到達時点」）までは、第１発熱量（図９において、Ｗ１と表記）を一定に供給するように制御し、以後、第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）から特定の時点（図９において、Ｒと表記、「温度制御切替時点」）までは、温度センサーの測定温度と第２発酵基準温度（Ｔ２）との差に比例して発熱量を供給するように比例制御し、温度制御切替時点（Ｒ）から発酵終了時点までは、第１発熱量（Ｗ１）の０〜１／２のレベルで定められる第２発熱量（図９において、Ｗ２と表記）を一定に供給するように制御する。
【００６６】
このような本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器の温度制御方法の原理を図１０を参照して説明する。図１０を参照すると、Ｘ軸は発酵開始からの経過時間（分）を示し、Ｙ軸は温度（℃）を示す。そして、一点鎖線は発酵容器の上部温度の変化（１）、実線は発酵容器の下部温度の変化（２）、破線は温度センサーの測定温度の変化（３）をそれぞれ示す。
【００６７】
まず、発酵初期（図８の区間Ａ）に該当する温度制御ステップ１（図１０に表記）について説明する。温度制御ステップ１は、図９及び図１０において、発酵開始から第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）までの時間であって、さらに具体的には、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）まで上昇する時間である。温度制御ステップ１の間は、第１発熱量（Ｗ１）を一定に供給するように制御し、図１０に示すように、この区間で発酵物質の上部温度と下部温度、そして温度センサーの測定温度が上昇し続ける。この区間の間に発酵物質の上部温度が下部温度よりも高くなるのは、比例制御を利用する方法についての説明で考察した通りである。第１発熱量（Ｗ１）は、最適な発酵結果を得るために発熱体１３２が発し得る最大発熱量を意味する。一実施形態において、第１発熱量は２０Ｗ〜５０Ｗであり得る。第１発熱量（Ｗ１）が上述の範囲未満である場合には、発酵物質の温度上昇が遅くなりながら発酵が正常に行われないことがあり、極端な場合には、発酵物質の温度が上昇しないこともある。第１発熱量（Ｗ１）が上述の範囲を超える場合には、発酵物質が発熱部に焦げ付くか或いは発熱体１３２においてオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔｉｎｇ）現象が現れて温度制御が困難になるおそれがある。オーバーシュート現象は、発熱体１３２が過熱され、電源が遮断されても発熱体１３２でしばらく発熱が続いて発酵物質の温度が上昇する現象である。さらに、あまり発熱量が高い場合には、ユーザーが火傷する事故の危険もある。第１発熱量（Ｗ１）の具体的な数値は、発酵容器の容量によって異なり得る。例えば、最も多く消費される１．８リットルの牛乳容器を発酵容器として使用する場合、第１発熱量は３０Ｗが好ましい。
【００６８】
次に、温度制御ステップ２（図１０に表記）について説明する。図９及び図１０において、第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）と温度制御切替時点（Ｒ）との間では、第２発酵基準温度（Ｔ２）を基準温度とした比例制御で発熱量が制御され、発酵物質の温度は、発酵適温区間に近く維持される。すなわち、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）から第２発酵基準温度（Ｔ２）に上昇する間、発熱量は第２発酵基準温度（Ｔ２）と温度センサーの測定温度との差に比例して第１発熱量（Ｗ１）から最小発熱量（Ｗｍｉｎ）に減少する。つまり、温度センサーの測定温度が上昇すると、それに比例して発熱体１３２の発熱量が低くなり、逆に温度センサーの測定温度が降下すると、それに比例して発熱体１３２の発熱量が高くなる方法である。温度センサーの測定温度が第２発酵基準温度（Ｔ２）であるときに、速い温度制御のために、最小発熱量（Ｗｍｉｎ）は０であることが好ましい。温度制御ステップ２の間、温度センサーの測定温度は、第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）を含む一定の区間で増減を繰り返して、発酵物質の上部温度と下部温度はほぼ一定に維持される。また、この時間の間にも、発酵物質の上部温度が発酵物質の下部温度よりも高い状態を維持する。
【００６９】
第１発酵基準温度（Ｔ１）は、発酵適温区間との差が大きくないことが有利である。温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）を超えた時点から発熱量が減少するため、第１発酵基準温度（Ｔ１）と発酵適温区間との差が大きいほど、発酵物質の温度が発酵適温区間に達する時間が長くかかり得るからである。第２発酵基準温度（Ｔ２）は、温度センサーの測定温度の変動の上限線となるため、発酵適温区間よりも少し高いことが有利である。第１発酵基準温度（Ｔ１）は、発酵適温区間との差が大きくないことが有利な他の理由は、第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）との差が大きければ、比例温度制御方法によって発酵物質の温度を制御することは容易でないからである。例えば、第１発熱量（Ｗ１）が３０Ｗ、第１発酵基準温度（Ｔ１）が３３℃、第２発酵基準温度（Ｔ２）が４３℃であるとすると、温度差が１０℃であり、比例温度制御方法では、１℃の温度変化に対して３Ｗの発熱量のみを調節することができるだけである。本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器の場合、発熱体１３２は発酵容器１０の下部に位置するのに対し、温度センサー１３５は、発酵容器１０の上部のケース１３１内に位置するので、発熱体１３２と温度センサー１３５との間の離隔距離とそれによる時差が存在する。したがって、温度変化に対して小幅の発熱量制御では発酵物質の温度変化にリアルタイムで対応することが難しくなり、その分発酵物質の温度変動幅も大きくなる。
【００７０】
もし第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）が同一に設定される場合、温度制御ステップ２は、第２発酵基準温度（Ｔ２）を基準としたオン・オフ（ｏｎ−ｏｆｆ）制御になる。つまり、温度センサーの測定温度が第２発酵基準温度（Ｔ２）を超える場合には、発熱が遮断され、温度センサーの測定温度が第２発酵基準温度（Ｔ２）未満になる場合には、第１発熱量（Ｗ１）が供給される。温度制御ステップ２をオン・オフ制御で制御する場合は、比例制御とする場合に比べて、発熱部１３３の表面温度の変動幅が相対的に大きくなる。
【００７１】
本発明の実施形態において、第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）は、第２発酵基準温度（Ｔ２）が第１発酵基準温度（Ｔ１）と同じかそれより高いという条件の下で３０〜５０℃の範囲で設定でき、より具体的には、第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）との差が０〜７℃の範囲であることが好ましい。さらに具体的には、第１発酵基準温度（Ｔ１）は４０℃、第２発酵基準温度（Ｔ２）は４３℃であることが好ましい。これにより、以下では、便宜上、第１発酵基準温度（Ｔ１）は４０℃、第２発酵基準温度（Ｔ２）は４３℃、第１発熱量（Ｗ１）は３０Ｗ、最小発熱量（Ｗｍｉｎ）は０Ｗである場合を中心に説明する。この場合、温度センサーの測定温度が４０℃以下である場合には最大発熱量である３０Ｗを維持し、温度センサーの速度温度が４１℃である場合には２０Ｗ、温度センサーの速度温度が４２℃である場合には１０Ｗ、温度センサーの速度温度が４３℃以上である場合には０Ｗの発熱量がそれぞれ供給される。このとき、温度センサーの測定温度が４１℃から４０℃に降下すると、発熱量は２０Ｗから３０Ｗに１０Ｗだけ増え、発酵物質の温度を上昇させる。温度センサーの測定温度が４２℃から４３℃に上昇すると、発熱量は１０Ｗから０Ｗに減少することにより、発酵物質の温度を降下させる。これにより、発酵物質の温度を主に４１〜４２℃の範囲で制御することができる。もし第１発酵基準温度（Ｔ１）と第２発酵基準温度（Ｔ２）を同じ温度に設定すると、例えば、４２℃に設定すると、温度制御ステップ２における温度制御方法は、４２℃を基準温度としたオン・オフ（ｏｎ−ｏｆｆ）制御方法になる。
【００７２】
温度制御方法を温度制御ステップ３（図１０に表記）に切り替えるためには、温度制御切替時点（図１０において、Ｒと表記）に温度制御方法を切り替えて発熱量を下げなければならないが、その時点と発熱量を決定する方法について説明する。比例制御を利用する方法によってヨーグルトを発酵させる場合には、発酵開始の後から上下部温度逆転時点（図１０において、Ｘと表記）までを発酵ステップ１と称し、上下部温度逆転時点後から発酵終了時までを発酵ステップ２と称する。発酵ステップ１では、発酵物質の流動性が高く、発酵容器１０の下部に位置する発熱体１３２の発熱によって昇温した発酵物質が対流現象によって上昇することにより、発酵容器１０の上部温度が下部温度よりも高く現れる。これにより、発酵ステップ１では、発酵容器１０の上部がさらによく発酵するものと推定される。その後、発酵物質の流動性が低下しながら上下部温度逆転時点（Ｘ）が現れるが、発酵ステップ２では、発酵物質が流動性を失うことにより、発熱体１３２の発熱量が発熱部１３３の周辺に累積しながら発熱部１３３の表面温度が高く上がって発酵物質が発熱部１３３に焦げ付く現象が生ずるのは先立って説明した。この時、図８を参照すると、発酵物質の上部と発酵物質の下部の温度逆転現象が現れる約３０分前から発熱部１３３の表面温度が上昇し始めるが、発熱部１３３の表面温度が上昇する前から温度制御方法を切り替えて発熱部１３３の周囲に発熱量が累積しない程度に発熱量を予め下げれば、上下部温度逆転時点（Ｘ）が到来しても、発酵物質が発熱部１３３に焦げ付くのを防止することができる。このために、上下部温度逆転時点（Ｘ）から、予め定められた余裕時間（Ｔｇ）の前に、温度制御方法を切り替えて（Ｒ）発熱量を下げることができる。ここで、余裕時間（Ｔｇ）は、０より大きく、第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）から上下温度逆転時点（Ｘ）までの時間よりも小さい値を持つ。外気温度が低いほど発酵容器の外部にさらに多くの熱が抜け出すため、温度制御切替時点（Ｒ）以後の温度制御ステップ３で第２発熱量（Ｗ２）を少し少なく下げ、外気温度が高いほど第２発熱量（Ｗ２）を多く下げればこそ、発熱部１３３に焦げ付くのが生じないながらも発酵物質の下部もうまく発酵することができる。このとき、温度制御切替時点（Ｒ）以後に外気温度が極端に高くて発酵適温区間に近い場合、例えば３５℃以上の場合には、第１発熱量（Ｗ１）の１０分の１レベルの第２発熱量（Ｗ２）でも発酵物質の温度が上昇し続けることができるので、温度センサーの測定温度が第２発酵基準温度（Ｔ２）を超えると発熱を遮断するように設定することもできる。
【００７３】
このために、本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器において、制御部１４０は、ＤＢ部をさらに含み、前記ＤＢ部には、上下部温度逆転時点（Ｘ）に対する第２時間（Ｔｘ）情報、温度センサー測定温度が特定の温度区間を上昇するのにかかる第１時間（Ｔｓ）情報及び第２発熱量（Ｗ２）情報を含むことができる。
【００７４】
まず、前記ＤＢ部は、発酵物質の上部温度と下部温度が逆転する上下部温度逆転時点（Ｘ）についての情報を予め格納することを一特徴とする。上下部温度逆転時点（Ｘ）についての情報は、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）に到達した時点（Ｑ）から上下部温度逆転時点（Ｘ）までの時間（図１０において、Ｔｘと表記される、「第２時間」という。）として記録される。発酵開始時点からの時間として記録しない理由は、発酵が開始する時に発酵物質の最初の温度が変わることにより、上下部温度逆転時点（Ｘ）までの時間が影響を受ける可能性があるからである。一方、上下部温度逆転時点（Ｘ）は、発酵容器が位置する外気温度に影響を受けることができるので、上下部温度逆転時点（Ｘ）についての情報は、外気温度別に情報が格納されなければならない。例えば、前記ＤＢ部は、外気温度別に第１発酵基準温度（Ｔ１）である４０℃に到達した時点（Ｑ）から上下部温度逆転時点（Ｘ）までの第２時間データを含むことができる。このとき、時間は分（ｍｉｎｕｔｅ）単位または秒（ｓｅｃｏｎｄ）単位であり得る。
【００７５】
外気温度は、外部温度センサー（図示せず）によって測定することもでき、温度制御ステップ１で温度センサーの測定温度が特定の温度区間に上がるのにかかる時間によって類推することもできる。温度制御ステップ１では、発熱量が第１発熱量（Ｗ１）と一定であり、外気温度が低いほど発酵容器から多くの熱が抜け出すため、温度センサーの測定温度が上昇する速度も遅くなり、外気温度が高いほど、温度センサーの測定温度が上昇する速度が速くなる。したがって、温度センサーの測定温度が特定の区間を上昇するのにかかる時間と外気温度が（−）比例関係を示すため、温度センサーの測定温度が特定の区間に上昇するのにかかる時間を測定すると、その時間から外気温度を推定することができる。したがって、本発明の前記ＤＢ部は、それぞれの外気温度に対して温度センサーの測定温度が、予め定められた第１温度（Ｓ１と表記）から予め定められた第２温度（Ｓ２と表記）まで上昇するのにかかる時間（図１０において、Ｔｓと表記される、「第１時間」という。）についてのデータをさらに含むことができる。このとき、時間は、分（ｍｉｎｕｔｅ）単位または秒（ｓｅｃｏｎｄ）単位であり得る。第１温度（Ｓ１）が常温よりも多く低ければ、発酵物質が発熱部１３３だけでなく、周囲空間からも熱量を吸収することにより、温度センサーの測定温度が急激に上昇するので、誤差が大きくなる可能性があるため、第１温度（Ｓ１）は、常温レベルで設定されることが好ましい。第２温度（Ｓ２）は、第１発酵基準温度（Ｔ１）よりも低い温度に設定されなければならない。温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）より高く上がれば、発熱量が減少しながら、温度センサーの測定温度の変化と昇温にかかる時間（Ｔｓ）との線形関係が壊れるためである。また、第１温度（Ｓ１）と第２温度（Ｓ２）の差が大きいほど、昇温にかかる時間（Ｔｓ）を測定するのに誤差が減るため、第２温度（Ｓ２）は、第１発酵基準温度（Ｔ１）より高くないながら最大限に高い温度、すなわち第１発酵基準温度（Ｔ１）と同一に設定することが好ましい。例えば、第１発酵基準温度（Ｔ１）が４０℃である場合には、第１温度（Ｓ１）は、２０℃〜３５℃の範囲内にあり、第２温度（Ｓ２）は、第１温度（Ｓ１）よりは高く、第１発酵基準温度（Ｔ１）以下である２５℃〜４０℃の範囲内にあり得るが、４０℃であることが好ましい。以下では、より具体的に、第１温度（Ｓ１）が２７℃、第２温度（Ｓ２）が４０℃、第１発酵基準温度（Ｔ１）が４０℃、第２発酵基準温度（Ｔ２）が４３℃である場合を仮定して説明する。
【００７６】
本発明の前記ＤＢ部は、第２発熱量データを含むこともできる。第２発熱量（図９において、Ｗ２と表記される）は、前記それぞれの外気温度条件にマッチングされるものと実験によって予め決定でき、第１発熱量（Ｗ１）の０〜１／２のレベルで決定される第２発熱量（Ｗ２）情報を含む。外気温度が低くなると、第２発熱量（Ｗ２）は高くなり、外気温度が高くなると、第２発熱量（Ｗ２）は低くなり、例えば、第１発熱量（Ｗ１）が３０Ｗであるとき、第２発熱量（Ｗ２）は、０Ｗ〜１５Ｗの範囲内にあり得る。
【００７７】
第１時間（Ｔｓ）情報、第２時間（Ｔｘ）情報及び第２発熱量（Ｗ２）情報を例示するために、［表１］を提示する。［表１］のデータは、発酵容器が１．８リットルの容量を持つ条件で繰り返し実験によって測定されたものであり、第１時間（Ｔｓ）情報、第２時間（Ｔｘ）情報及び第２発熱量（Ｗ２）情報が［表１］に記載の数値に限定されるものではない。
【００７８】
【表１】
2021520227.tif 000003
【００７９】
例えば、外気温度が２３℃であるとき、発酵容器内の温度センサーの測定温度が２７℃から４０℃まで上昇するには８０分（第１時間、Ｔｓ）がかかり、第１発酵基準温度（Ｔ１）が４０℃であるとき、温度センサーの測定温度が４０℃に到達した時点（Ｑ）から発酵容器の上下部温度逆転時点（Ｘ）が発生するには１５０分（第２時間、Ｔｘ）がかかる。そして、同じ外気温度の下で第２発熱量（Ｗ２）を８Ｗと提供すれば、発酵の結果が良いことを示す。
【００８０】
本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器において、制御部は、ＤＢ部に含まれる前記情報を用いて発熱体１３２の発熱量を制御することができる。具体的に、制御部は、温度センサーの測定温度が第１温度（Ｓ１、例えば２７℃）から第２温度（Ｓ２、例えば４０℃）まで上昇するのにかかる第１時間（Ｔｓ）を測定する。第１温度（Ｓ１）及び第２温度（Ｓ２）はいずれも第１発酵基準温度（Ｔ１）以下に該当するので、発熱体１３２の発熱量は第１発熱量（Ｗ１）を維持する。制御部において第１時間（Ｔｓ）を測定すると、制御部は、ＤＢ部に含まれる第１時間（Ｔｓ）データと測定された第１時間（Ｔｓ）とを直接マッチングさせるか或いは補間法を適用することにより、外気温度を推定することができる。例えば［表１］を基準に、制御部で測定した第１時間（Ｔｓ）の値が８０分である場合、外気温度を２３℃と推定することができるだろう。外気温度が推定されると、同様に［表１］を介して第２時間（Ｔｘ）の値を抽出することができる。この場合、外気温度２３℃に該当する第２時間（Ｔｘ）は１５０分である。すなわち、第１時間（Ｔｓ）を測定して８０分になると、外気温度が２３℃であることを推定することができ、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）である４０℃に到達した時点から１５０分（Ｔｘ）ほどの後に上下部温度逆転時点（Ｘ）が発生すると推定することができる。
【００８１】
次に、制御部は、発熱体１３２が第２発熱量（Ｗ２）を供給するように温度制御方法を切り替える「温度制御切替時点」を抽出する。ここでは、温度制御切替時点（図１０において、Ｒと表記）は、推定された上下部温度逆転時点（Ｘ）より余裕時間（図１０において、Ｔｇと表記）だけ早い時点に該当する。より具体的には、余裕時間（Ｔｇ）は０〜９０分の時間になることができ、余裕時間（Ｔｇ）が６０分であることが好ましい。これは、上下部温度逆転時点（Ｘ）の約３０分前から発熱部１３３の表面温度が急激に上昇するからであるが、発熱部１３３の表面温度が上がり始める時点と実験との誤差を考慮して上下部温度逆転時点（Ｘ）から十分に繰り上げると、約６０分早い時点になるからである。しかし、温度制御切替時点（Ｒ）をあまり繰り上げると、温度制御ステップ２で発酵適温区間を維持する時間が短くなるので、ヨーグルト発酵がその分だけ不足することがある。例えば、外気温度が２３℃である例において、制御部が発酵開始後３０Ｗ（Ｗ１）の発熱量を供給し、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）４０℃に到達した時点から比例温度制御を行い、第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）から９０分＝（１５０分−６０分）程度の後に第２発熱量（Ｗ２）である８Ｗで供給されるように制御すると、発熱部１３３に焦げ付くのがないながらも発酵物質の上部と下部がまんべんなくよく発酵することができる。
【００８２】
まとめると、制御部で第１時間（Ｔｓ）を測定して外気温助とそれによる上下部温度逆転時点（Ｘ）を推定し、上下部温度逆転時点（Ｘ）が発生する余裕時間（Ｔｇ）前に発熱体１３２の発熱量を第２発熱量（Ｗ２）に下げるように温度制御方法を切り替えるのである。そして、上下部温度逆転時点（Ｘ）は、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）４０℃に到達した時点から第２時間（Ｔｘ）の後に現れるので、温度センサーの測定温度が第１発酵基準温度（Ｔ１）に到達した時点から（Ｔｘ−Ｔｇ）の後に温度制御方法を切り替えて、当該外気温度にマッチングされる第２発熱量（Ｗ２）が供給されるように制御すれば良い。
【００８３】
前述したように、温度制御切替時点（Ｒ）を上下温度逆転時点（Ｘ）に連動させる方法の利点は、外気温度が低くなる場合、温度制御切替時点（Ｒ）が遅らせられても、発酵物質が発酵適温区間を維持する時間がほぼ一定に維持されて発酵物質がうまく発酵しながらも、発熱部１３３に焦げ付かないのである。
【００８４】
一方、［表１］に示すように、外気温度と第２時間（Ｔｘ）とは相関関係が高くなく、分布範囲が広くないため、第２時間（Ｔｘ）をデータの大略的な平均値である１４５分に設定し、外気温度と関係なく第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）から８５分＝（１４５分−６０分）の後に温度制御を切り替えて、当該外気温度に該当する第２発熱量（Ｗ２）を供給するように制御することもできる。この場合、前記ＤＢ部には、第２時間（Ｔｘ）データを含まなくてもよい。
【００８５】
他方では、前記ＤＢ部を用いた温度制御方法において、第１時間（Ｔｓ）測定値から外気温度を推定し、外気温度から第２時間（Ｔｘ）値と第２発熱量（Ｗ２）値を導出せず、第１時間（Ｔｓ）測定値を第２時間（Ｔｘ）データと直接マッチングさせて第２時間（Ｔｘ）値を導出するか、或いは第１時間（Ｔｓ）測定値を第２発熱量（Ｗ２）データとマッチングさせて第２発熱量（Ｗ２）値を導出することもできる。すなわち、前記ＤＢ部は、各外気温度による第１時間（Ｔｓ）データ、第２時間（Ｔｘ）データ、第２発熱量（Ｗ２）データを持たず、各第１時間（Ｔｓ）による第２時間（Ｔｘ）データ、第２発熱量（Ｗ２）データで構成されることも可能である。
【００８６】
一方、本発明に係るヨーグルト発酵器では、外気温度を直接測定することもできる。例えば、ヨーグルト発酵器のヘッド部または結合部には、外気温度を測定するための外部温度センサーが装着でき、これにより、外気温度を直接測定することができるだろう。この場合には、制御部で第１時間（Ｔｓ）を測定しなくても、上下部温度逆転時点（Ｘ）を予測することができるので、第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）から（Ｔｘ−Ｔｇ）の後に温度制御方法を切り替えて当該外気温度に該当する第２発熱量（Ｗ２）を供給するように制御することができる。この場合、前記ＤＢ部には、第１時間（Ｔｓ）データを含まなくてもよい。
【００８７】
さらに、本発明に係るヨーグルト発酵器において、制御部に含まれるＤＢ部の情報は、特定の容量（例えば、１．８リットル）を有する発酵容器を基準に収集されたものであっても、それとは異なる容量を持つ発酵容器にも同じデータを利用することができるだろう。例えば、ヨーグルト発酵器において制御部に含まれるＤＢ部の情報が容量１．８リットルの発酵容器を基準に収集されたものと仮定し、前記ヨーグルト発酵器に容量２．３リットルの発酵容器を結合した場合を仮定する。この場合、容量２．３リットルの発酵容器に入った発酵物質の単位容積当たりに供給される熱量は、容量１．８リットルの発酵容器に入った発酵物質の単位容積当たりに供給される熱量よりも小さくなるので、発酵速度は相対的に遅くなる。すなわち、第１時間（Ｔｓ）が相対的に長くなり、上下部温度逆転時点（Ｘ）も相対的に遅くなるだろう。他の観点からすれば、ＤＢ部に格納された情報の基準容量よりも大きい容量を持つ発酵容器を使用する場合は、外気温度がより低くなる場合と同じであると見ることができる。したがって、ヨーグルト発酵器に結合される発酵容器の容量とは無関係に、制御部で第１時間（Ｔｓ）値を測定すると、ＤＢ部に格納された情報を用いて、外気温度がより低くなったものと認識することになり、これにより、温度制御方法を切り替える時点（Ｒ）も遅らせられ、第２発熱量（Ｗ２）も相対的に高く決定されるので、結果的には発酵容器の容量による誤差は少ないか無いだろう。
【００８８】
以上、本発明の温度制御方法について、比例制御を利用する方法を基本として説明したが、温度制御ステップ２で発酵物質の温度を発酵適温区間に維持するのにオン・オフ制御、段階別制御、比例制御、比例微分制御、比例積分制御、比例微積分制御などのいずれの方法を使用しても、上下部温度逆転時点（Ｘ）は類似に決定されることを推定することができる。これは、特定の外気温度条件の下で第１発熱量（Ｗ１）と第１発酵基準温度到達時点（Ｑ）以後の発酵物質の温度が発酵適温区間に維持される時間（Ｔｘ）によって上下部温度逆転時点（Ｘ）が決定されるからである。したがって、発酵物質の温度を発酵適温区間に維持するのにオン・オフ制御、段階別制御、比例制御、比例微分制御、比例積分制御、比例微積分制御などのいずれの方法を使用しても、本発明の温度制御方法を適用することができる。ここで、共通に、第２発酵基準温度（Ｔ２）は、発酵適温に設定される温度であり、第１発酵基準温度（Ｔ１）は、第２発酵基準温度（Ｔ２）よりも０〜７℃低い温度であって、発酵適温に近く発酵物質の温度を一定に維持するステップの制御を開始する温度であり、この温度以下では、最大発熱量が提供されるので、正常な制御範囲で発酵物質の温度がもはやその温度以下に降下しないものと期待される温度である。
【００８９】
図１１は本発明の一実施形態によるヨーグルト発酵器の自動温度制御方法を示すフローチャートである。図１１を参照して特定の例示を挙げて本発明の一実施形態によるヨーグルト発酵器の自動温度制御方法を説明する。本発明に係るヨーグルト発酵器の自動温度制御方法は、先立って説明した本発明の実施形態に係るヨーグルト発酵器に適用できる。
【００９０】
本例示において、第１発酵基準温度（Ｔ１）は４０℃、第２発酵基準温度（Ｔ２）は４３℃、第１発熱量（Ｗ１）は３０Ｗ、余裕時間（Ｔｇ）は６０分、制御部に含まれるＤＢ部に格納される情報は［表１］と仮定する。
【００９１】
ヨーグルト発酵器を発酵容器（例えば１．８リットルの牛乳容器）に結合し、ヨーグルト発酵器を作動させる。ヨーグルト発酵器の温度センサーは、発酵物質の上部温度をリアルタイムで測定する。発酵初期発熱体１３２は、第１発熱量（Ｗ１、３０Ｗ）を継続的に供給し、これにより発酵物質の温度は継続的に上昇する（Ｓ１１）。このとき、温度センサーで測定される温度が［表１］に基づいて、第１温度（Ｓ１）である２７℃に到達すると、制御部ではその時点をチェックする。次に、温度が上昇し続けて、温度センサーで測定される温度が第２温度（Ｓ２）である４０℃に到達すると、制御部ではその時点をチェックすることにより、第１時間（Ｔｓ）値を測定する（Ｓ１２）。温度センサーで測定される温度が、第１発酵基準温度（Ｔ１）である４０℃に到達した時点（Ｓ１３）から、制御部は発酵物質の温度が発酵適温区間に維持されるように発熱体１３２の発熱量を制御する。このとき、温度制御方法は、オン・オフ制御、段階別制御、比例制御、比例微分制御、比例積分制御、比例微積分制御などのいずれの方法でも適用可能である（Ｓ１４）。これにより、発酵物質の温度は約４１℃〜４２℃を維持する。
【００９２】
一方、これとは別に、制御部は、測定された第１時間（Ｔｓ）値に基づいて、ＤＢ部に格納された情報とマッチングさせることにより、発酵容器の外部温度を推定するか、或いはヨーグルト発酵器のヘッド部または結合部に設けられた外部温度センサーによって外気温度を直接測定することができる（Ｓ１５）。そして、推定または測定された外気温度に基づいてＤＢ部のデータとマッチングすることにより、温度センサーで測定された温度が第１発酵基準温度（４０℃）に到達した時点（Ｑ）から発酵物質の上部温度が下部温度よりも低くなる時点（Ｘ）までの第２時間（Ｔｘ）値を推定し（Ｓ１６）、推定または測定された外気温度にマッチングされる第２発熱量（Ｗ２）も導出する（Ｓ１７）。ここで、第１時間（Ｔｓ）値を直接ＤＢ部のデータとマッチングすることにより（Ｓ１８）、第２時間（Ｔｘ）値と第２発熱量（Ｗ２）を導出することもできる。そして、第２時間（Ｔｘ）値は、それぞれの外気温度で実験された第２時間（Ｔｘ）の平均値として予め定められた値になることもできる。
【００９３】
そして、発酵物質の温度を一定に保つための温度制御を持続してから、導出された第２時間（Ｔｘ）よりも余裕時間（Ｔｇ、６０分）先行する時点から第２発熱量（Ｗ２）を提供するように制御する（Ｓ１９、Ｓ２０）。全体発酵時間が経過すると、発酵プロセスを終了する（Ｓ２１）。
【００９４】
以上、本発明の技術的思想を具体的に説明した。しかし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想の範囲内で技術の具体的な適用による単純な設計変更、一部の構成要素の省略、単なる用途の変更など、本発明を多様に変形させることができ、それらの変形も本発明の権利範囲内に含まれるのは自明である。
【図１】
2021520227.tif 000004
【図２】
2021520227.tif 000005
【図３】
2021520227.tif 000006
【図４】
2021520227.tif 000007
【図５】
2021520227.tif 000008
【図６】
2021520227.tif 000009
【図７】
2021520227.tif 000010
【図８】
2021520227.tif 000011
【図９】
2021520227.tif 000012
【図１０】
2021520227.tif 000013
【図１１】
2021520227.tif 000014
【国際調査報告】
2021520227.tif 000015
2021520227.tif 000016
2021520227.tif 000017
2021520227.tif 000018