KR100659518B1 - 커피가열장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커피가열장치에 관한 것으로, 그 구성은 제1드럼과, 제1샤프트와, 제1할로겐 램프와, 제1스크류와, 제1밴드히터를 구비하는 제1가열부재와, 제2드럼과, 제2샤프트와, 제2할로겐 램프와, 제2스크류와, 제2가열부재와, 제3드럼과, 제3샤프트와, 제3할로겐 램프와, 제3스크류와, 제3밴드히터를 구비하는 제3가열부재와, 냉각드럼과, 냉각샤프트와, 냉각스크류와, 상기 냉각드럼의 외주에 결합되며 순환되는 냉각수에 의해 상기 냉각드럼 내부의 열을 제거하는 순환파이프를 구비하는 냉각부재를 포함하여, 상기 제1드럼 내로 유입되는 커피가 일정한 열을 1차로 흡수한 뒤, 제2드럼을 통과하면서 1차로 흡수된 열보다 더 높은 열을 흡수하여 커피의 온도가 제1드럼 내보다 더 높게 되며, 이어서 제3드럼을 통과하면서 그 올라간 온도만큼 일정시간 유지되어, 다단계로 가열되면서 에너지의 효율을 증대시키고 커피의 향미를 증대시킨 뒤, 냉각부재를 통과하면서 그 높아진 커피의 온도가 급격히 낮아지는 것을 특징으로 하는 것으로서, 커피 원료를 가열함에 있어서 단시간에 가열이 가능하며 향미 반응의 최적점 온도와 온도 유지 시간설정으로 향미의 극대화를 이루며, 가열과 냉각 도중의 탄화를 차단하여 발암물질의 생성방지와 항산화물이 파괴되는 것을 방지하여 항암물질을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

커피가열장치 및 방법 {Heating device for coffee and heating method for coffee}

도 1은 종래의 커피가열장치를 이용하여 원두커피를 이용할 때 종래 커피가열장치의 가열의 온도와 드럼의 온도와 커피의 온도를 비교한 그래프

도 2는 본 발명에 따른 커피가열장치의 냉각부재를 제외한 구성도

도 3은 본 발명에 따른 커피가열장치의 냉각부재의 구성도

도 4는 도 2에 도시된 장치에 사용되는 샤프트 부위를 나타낸 도면

도 5는 도 2에 도시된 장치에 사용되는 드럼의 단면도

도 6은 본 발명에 따른 커피가열장치로 커피를 가열할 때의 가열온도와 드럼온도와 커피온도와 냉각할때의 냉각온도와 드럼온도와 커피온도를 도시한 그래프
도 7은 본 발명의 커피가열장치와 냉각부재를 결합한 상태의 구성도

본 발명은 가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가능한 단시간 내에 가열하여 열 노출에 의한 향 증발 감소와 수증기와 가스폭발을 방지하여 향미를 손상시키지 않으면서 220~240 ℃의 8단계 향미의 용도에 따른 향미변화의 최적점 온도 설정과 온도유지시간설정으로 향미의 최다변화를 이루고 신속한 냉각과 직렬저온접촉냉각으로 탄화를 방지하는 커피가열과 냉각의 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 커피, 참깨, 선식 등의 곡물은 여러 가지의 목적으로 열로 볶는다. 특히, 커피의 경우에는 전 세계적으로 널리 애용되는 음료로서 커피 재료인 생두를 고온으로 가열하여 볶아서 제조된다. 보통 커피는 배기온도가 220 ℃에 이를 때까지 커피원두를 가열하여 볶아서 제조가 된다.

종래의 이러한 커피 재료인 생두를 볶는 장치는 가스발열 방식으로 처음부터 450 ℃로 공기를 가열하여 열전도율 2 %의 일반철재로 이루어진 하나의 예열된 드럼에 커피원두를 수용시키고 드럼과 드럼 내의 공기의 온도를 상승시키는 공기가열 방식으로 원두를 가열하였다. 또한, 종래의 원두를 볶는 방식은 한꺼번에 많은 양의 원두를 수용시키고 15분 정도의 가열 도중에 숙련된 작업자가 수시로 열량을 가감하여 배기온도가 220 ℃에 이르면 가열을 중단하여 1분 정도로 토출시키고 10분 정도로 공기에 의해 냉각시켜 원두를 볶고 냉각하는 공정이 완료되었다.

종래의 커피가열장치를 이용하여 원두커피를 이용할 때 종래 커피가열장치의 가열온도와 드럼의 온도와 커피의 온도를 비교한 그래프를 도 1에 도시하였다.

그러나, 상기와 같은 종래의 커피 원두를 가열하여 볶는 장치 및 방법은 다음과 같은 복합적인 문제점이 있었다.

첫째로, 종래의 커피 원두를 가열하는 장치는 공기가열방식을 택함하는데, 공기는 열전도율이 0.006 %로 열효율이 아주 낮고 부하에 따라 온도편차가 높기 때문에 신속한 온도응답과 단시간에 가열을 이루지 못해 드럼의 가열온도를 450 ℃로 높이게 된다. 이렇게 가열온도가 높아지면 커피와의 온도차가 높아져 커피의 온도편차증가로 이어져 정밀한 온도감지와 설정을 이루지 못한다는 문제점이 있었다. 또한, 가열 온도를 450 ℃로 높여도 커피온도를 220 ℃까지 올리려면 공기의 열전도 한계로 장시간 가열이 요구되어 열 노출에 따른 향미감소로 이어진다는 문제점이 있었다. 또한, 가열초기에는 450℃의 온도차가 생기고 커피온도가 220℃에 이르면 230℃의 가열온도차로 개체표면의 열전도율과 부하량에 따른 온도편차로 표면온도상승에 의한 표면탄화가 증가하는 문제점이 발생한다.

둘째로, 가열초기부터 커피의 가열목표온도인 220 ℃를 목표로 가열하는 방법은 가열온도와 커피간의 높은 온도차를 갖게 되어 초기에 대량의 열에너지가 요구되어 장시간 가열이 요구된다는 문제점과, 높은 온도차로 커피온도 편차가 증가하여 결국 향미가 감소한다는 문제점이 있었다. 또한, 커피의 진행온도와 시간설정이 이루어지지 않아 수증기와 가스 생성이 극에 달해 병목현상으로 압력에 의한 폭발이 발생하여 향미손실과 표면적 증가로 산화가 가속되어 향미감소와 향미보존성이 저하되는 문제점이 있었다.

셋째로, 대량의 커피를 한꺼번에 수용하여 일시에 가열하는 병렬가열방법은 앞서 말한 두 번째 문제점과 동일한 문제점 발생으로 3배의 장시간 가열이 요구되며, 한정된 드럼표면에 커피접촉면적 단위당 커피비율이 증가하여 균일한 가열을 이루지 못해 커피의 파동온도 발생으로 물리적, 화학변화에 영향을 주어 향미감소의 문제점이 발생한다. 또한, 가열초기에는 과부하 현상으로 커피온도가 서서히 오르지만 커피온도가 높아질수록 반비례하여 증가된 온도상승속도와 섬유질로 이루어 진 커피는 220 ℃에 이르면 화학변화가 극에 달하면서 동시에 발열을 이루어 커피의 열에너지에 의해 가열을 중단해도 섬유질에 의한 열전도율이 낮고 대량커피에 의해 열에너지가 충전되어 커피온도가 280지℃까지 상승하여 향미가 파괴되는 문제점이 발생한다.

또한, 한정된 공기냉각으로 대량의 커피를 일시에 냉각함으로 인하여 냉각 에너지 량보다 커피열에너지와 발열 에너지 량이 많아 신속한 냉각을 이루지 못해 2.5분에 걸쳐 커피 온도가 280℃까지 상승하였다가 220℃로 내려오는데 2.5분소요로 5분 동안 탄화로 이어져 향미파괴와 발암물질이 생성되고, 커피 원두 속에 존재하는 폴리페놀(polyphenols)이라고 불리는 항암물질인 항산화 화합물(antioxidants)이 고온에서 파괴되어 항암물질이 감소된다는 문제점이 발생한다.

또한, 종래의 방식이 대량커피 가열에 의한 매연배기감소로 커피표면에 그 매연이 도포되어 쓴맛이 증가한다는 문제점이 있었다.

또한, 가열완료 후 신속한 배출이 이루어지지 않아 고온에 노출되어 향 증발증가로 향미가 감소되는 문제점과 작업자에 따라, 계절에 따라, 장소에 따라, 원두에 따라 향미가 달라지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 커피생두를 세척한 후 1시간 동안 탈수하면서 커피 내에 30~50%의 수분함유량을 갖게 하여 열에너지 흡수전도율 증가로 90℃에 이를 때까지 단시간 가열을 이루도록 하며, 발열체의 온도분포가 균일하고 열전도율이 높은 재질의 드럼에 커피의 직렬접촉가열방 법을 택하여 열저항을 최대한 감소하여 신속하고 균일한 온도특성을 이루며, 가열목표인 220 ℃의 높은 온도를 낮은 온도단위로 분할 설정하여 가열초기의 과부하를 해소하고, 가열진행 중에 선택한 온도와 온도유지시간설정으로 수증기와 가스의 병목현상을 방지하여 커피의 폭발을 방지할 수 있으며, 발열체와 커피간 사이를 낮은 온도차로 순차적 단계별로 가열하여 커피 온도 편차를 감소시킬 수 있으며, 커피의 부하에너지보다 가열 에너지 량이 많아 정밀하고 신속한 온도검출과 설정으로 비례제어가열이 이루어져 1℃ 단위로 가감설정을 이룰 수 있으며 드럼의 단위와 회전가감설정으로 온도단위별 시간설정을 1초단위로 가감설정을 이룰 수 있다. 다량의 커피를 일시에 가열하고 냉각하는 병렬가열과 냉각방법을 소량으로 연속직렬가열과 냉각방법으로 변경하여 커피의 직렬유동으로 커피에너지보다 가열과 냉각에너지량이 많아 신속한 온도 응답을 이루어 발열에 의한 커피 온도 상승을 방지하고, 신속배기를 이루어 그 매연이 커피의 표면에 도포되는 것을 방지하여 쓴맛을 제거할 수 있는 커피가열과 냉각의 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 커피가열장치는, 커피가 유동되는 입, 출구가 형성되어 있는 통형의 제1드럼과,상기 제1드럼의 내부에 위치되어 그 제1드럼을 회전시키는 제1샤프트와, 상기 제1샤프트와 결합되며 나선형으로 구비되며, 상기 제1샤프트의 회전에 의해 상기 제1드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제1스크류와, 상기 제1스크류의 중간에 위치되며, 열을 방출하는 제1할로겐 램프와, 상기 제1드럼의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제1드럼 내에 일정한 열을 가하는 제1밴드히터를 구비하는 제1가열부재와, 상기 제1드럼의 하방에 위치되며, 상기 제1드럼의 출구의 연직 하방에 위치되어 상기 제1드럼으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 입구와, 상기 입구의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 출구를 가지며, 통형의 형상을 가지는 제2드럼과, 상기 제2드럼의 내부에 위치되어 그 제2드럼을 회전시키는 제2샤프트와, 상기 제2샤프트와 결합되며 나선형으로 구비되며, 상기 제2샤프트의 회전에 의해 상기 제2드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제2스크류와, 상기 제2스크류의 중간에 위치되며, 열을 방출하는 제2할로겐 램프와, 상기 제2드럼의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제2드럼 내에 상기 제1드럼에 가해지는 열보다 더욱 높은 열을 가하는 제2밴드히터를 구비하는 제2가열부재와, 상기 제2드럼의 하방에 위치되며, 상기 제2드럼의 출구의 연직 하방에 위치되어 상기 제2드럼으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 입구와, 상기 입구의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 출구를 가지며, 통형의 형상을 가지는 제3드럼과, 상기 제3드럼의 내부에 위치되어 그 제3드럼을 회전시키는 제3샤프트와, 상기 제3샤프트와 결합되며 나선형으로 구비되며, 상기 제3샤프트의 회전에 의해 상기 제3드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제3스크류와, 상기 제3스크류의 중간에 위치되며, 열을 방출하는 제3할로겐 램프와, 상기 제3드럼의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제3드럼에 가해지는 온도가 상기 제2드럼에 가해지는 온도와 동일하도록, 상기 제3드럼에 설정된 일정한 시간만큼 온도가 유지되는 제3밴드히터를 구비하는 제3가열부재와, 상기의 제2가열부재와 동일한 구성을 가진 제4가열부재, 제6가열부재, 제8가열부재, 제10가열부재와, 상기 제3가열부재와 동일한 구성을 가진 제5가열부재, 제7가열부재, 제9가열부재로 구성된다.
그리고, 상기 제10드럼의 하방에 위치되며, 상기 제10드럼의 출구의 연직 하방에 위치되어 상기 제10드럼으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 입구와, 상기 입구의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 출구를 가지며, 통형의 형상을 가지는 제1냉각드럼과, 상기 제1냉각드럼의 내부에 위치되어 그 제1냉각드럼을 회전시키는 제1냉각샤프트와, 상기 제1냉각샤프트의 외주면에 결합되며 나선형으로 결합되며, 상기 제1냉각샤프트의 회전에 의해 상기 제1냉각드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제1냉각스크류와, 상기 제1냉각드럼의 외주에 결합되며 순환되는 냉각수에 의해 상기 제1냉각드럼 내부의 열을 제거하는 순환파이프를 구비하는 제1냉각부재를 포함한 것으로, 상기 제1냉각부재와 동일한 구성을 가진 제2냉각부재, 제3냉각부재, 제4냉각부재, 제5냉각부재로 구성된다.
상기 제1드럼 내로 연속적으로 유입되는 소량의 커피가 설정한 온도를 1차로 흡수한 뒤, 제2드럼을 통과하면서 1차로 흡수된 열보다 더 높은 온도로 설정된 열을 흡수하여 커피의 온도가 제1드럼 내보다 더 높게 되며, 이어서 제3드럼을 통과하면서 그 올라간 설정온도만큼 설정된 일정시간 유지되어, 다음단계인 제4드럼과, 제5드럼, 제6드럼, 제7드럼, 제8드럼, 제9드럼, 제10드럼으로 이동하면서 다단계로 정밀하고 균일한 단시간가열을 이루면서 에너지의 효율을 증대시켜 커피의 향미를 증대시킨 뒤, 각각의 냉각부재를 통과하면서 연속 소량직렬접촉이송으로 부하에너지감소와 에너지전도율을 높여 그 높아진 커피의 온도와 발열에너지 량보다 증가하여 급격히 낮아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 커피가열장치의 상기 각 드럼에는, 그 길이방향으로 길게 형성된 길이홈이 각 드럼의 외주를 따라 일정한 간격으로 형성되어, 상기 각 길이홈에 수용된 커피가 상기 각 드럼이 회전되면서 상방으로 이동되었다가 위치에너지에 의해 운동에너지로 전환되면서 하방으로 자유낙하하여 신속한 순차적 교반으로 온도가 설정된 드럼의 내주면에 커피의 하방접촉과 할로겐의 원적외선으로 커피의 상방을 가열하여 상, 하방을 단시간 내에 균일하게 가열한 뒤 상기 각 스크류 에 의해 각 출구를 향하는 방향으로 유동되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피가열장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커피가열장치를 도시한 것으로, 도 2는 본 발명에 따른 커피가열장치의 냉각부재를 제외한 구성도를, 도 3은 본 발명에 따른 커피가열장치의 냉각부재의 구성도를, 도 4는 도 2에 도시된 장치에 사용되는 샤프트 부위를 나타낸 도면을, 도 5는 도 2에 도시된 장치에 사용되는 드럼의 단면도를, 도 6은 본 발명에 따른 커피가열장치로 커피 재료를 가열할 때의 가열온도와 드럼온도와 커피온도와 냉각온도와 드럼온도와 커피온도를 도시한 그래프를 각각 나타낸 것이다.

상기 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 커피가열장치(1000)는 제1가열부재(10)와, 제2가열부재(20)와, 제3가열부재(30)와, 제4가열부재(40)와, 제5가열부재(50)와, 제6가열부재(60)와, 제7가열부재(70)와, 제8가열부재(80)와, 제9가열부재(90)와, 제10가열부재(100)와, 제1냉각부재(110)와, 제2냉각부재(120)와, 제3냉각부재(130)와, 제4냉각부재(140)와, 제5냉각부재(150)를 포함하고 있다.

상기 제1가열부재(10)는 제1드럼(13)과 제1샤프트(14)와 제1할로겐 램프(15)와 제1스크류(16)와 제1밴드히터(17)를 포함하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1드럼(13)은 커피, 즉 본 실시예에서는 커피 재료가 유동되는 제1입구(11)와 제1출구(12)가 형성되어 있으며 통형으로 구비 되어 있다.

상기 제1샤프트(14)는 상기 제1드럼(13)의 내부에 위치되어 그 제1드럼(13)을 회전시킨다. 그리고 상기 제1샤프트(14)는 후술하는 제1스크류(16)의 양단에 각각 맞물러 있고, 제1스크류(16)의 중간부위에는 제1샤프트(14)가 존재하지 않는다.

상기 제1할로겐 램프(15)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1스크류(16)중간위치에 형성된 관통공(18)에 끼워져서, 열을 방출하여 상기 제1드럼(13) 내에 수용된 커피 재료의 상방을 볶는 역할을 한다.

상기 제1스크류(16)는, 그 양단에서 상기 제1샤프트(14)의 외주면에 결합되며 그 제1샤프트(14)의 길이방향을 따라 나선형으로 결합되어 있다. 그리고, 상기 제1스크류(16)의 외주와 상기 제1드럼(13)의 내벽이 밀착되어 상기 제1드럼(13)이 제1스크류(16)를 꽉 물고 있어 상호 결합이 된다. 따라서 상기 제1샤프트(14)의 회전과 제1드럼(13)의 회전에 의해 상기 제1스크류(16)가 회전하게 되고, 이 제1스크류(16)의 회전에 의해 상기 제1드럼(13) 내부로 이송된 커피를 유동시키는 것이다. 즉, 커피재료는 상기 제1드럼(13)의 제1입구(11)로 유입되어 상기 제1스크류(16)의 회전에 의해 상기 제1드럼(13)의 제1출구(12)가 위치된 방향으로 유동되어 결국 제1출구(12)를 통하여 제1드럼(13) 외부로 유출되는 것이다.

상기 제1밴드히터(17)는 상기 제1드럼(13)의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제1드럼(13) 내에 일정한 열을 가하여 제1드럼(13) 내면에 접촉된 커피의 표면을 볶는 역할을 한다.

그리고, 상기 제1밴드히터(17)는 온도검출기(250)와 온도조절기(210)의 설정 에 의하여 전력조정기(230)의 비례제어방식으로 전해지는 전류로 온도가 설정된 만큼 일정하게 되며, 또한 상기 제1밴드히터(17)와 제1할로겐 램프(15)는 회전접점(220)에 의해 결합된다.

상기 제2가열부재(20)는 제2드럼(23)과 제2샤프트(24)와 제2할로겐 램프(25)와 제2스크류(26)와 제2밴드히터(27)를 포함하고 있다.

상기 제2드럼(23)은 상기 제1드럼(13)의 하방에 위치되며, 상기 제1드럼(13)의 제1출구(12)의 연직 하방에 위치되어 상기 제1드럼(13)으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 제2입구(21)와, 상기 제2입구(21)의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 제2출구(22)를 가지며, 통형의 형상을 가진다.

상기 제2샤프트(24)는 상기 제2드럼(23)의 내부에 위치되어 그 제2드럼(23)을 회전시킨다. 상기 제2샤프트(24)의 형상은 제1샤프트(24)와 동일하다.

상기 제2할로겐 램프(25)는 상기 제2스크류(26)의 중간위치에 형성된 관통공(28)에 끼워져서, 상기 제1할로겐 램프(15)와 동일한 열을 방출한다.

상기 제2스크류(26)는 상기 제2샤프트(24)의 외주면에 결합되며 나선형으로 결합되며, 상기 제2샤프트(24)의 회전에 의해 상기 제2드럼(23) 내부로 이송된 커피를 유동시킨다. 상기 제2스크류(26)의 형상과 결합관계도 상기 제1스크류(16)와 동일하다.

상기 제2밴드히터(27)는 상기 제2드럼(23)의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제2드럼(23) 내에 상기 제1드럼(13)에 가해지는 열보다 더욱 높은 열을 가한다.

상기 제2드럼(23)과 제2샤프트(24)와 제2할로겐 램프(25)와 제2스크류(26)와 제2밴드히터(27)는 상술한 제1가열부재(10)의 제1드럼(13)과 제1샤프트(14)와 제1할로겐 램프(15)와 제1스크류(16)와 제1밴드히터(17)와 동일한 구성을 가지므로 도면에서의 도시는 생략하였다. 후술하는 제3가열부재(30) 내지 제10가열부재(100)에서도 동일하다.

상기 제3가열부재(30)는 제3드럼(33)과 제3샤프트(34)와 제3할로겐 램프(35)와 제3스크류(36)와 제3밴드히터(37)를 포함하고 있다.

상기 제3드럼(33)은 상기 제2드럼(23)의 하방에 위치되며, 상기 제2드럼(23)의 제2출구(22)의 연직 하방에 위치되어 상기 제2드럼(23)으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 제3입구(31)와, 상기 제3입구(31)의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 제3출구(32)를 가지며, 통형의 형상을 가진다.

상기 제3샤프트(34)는 상기 제3드럼(33)의 내부에 위치되어 그 제3드럼(33)을 회전시킨다.

상기 제3할로겐 램프(35)는 상기 제3스크류(34)의 중간부위에 마련된 관통공(38)에 끼워져서, 열을 방출한다.

상기 제3스크류(36)는 상기 제3샤프트(34)의 외주면에 결합되며 나선형으로 결합되며, 상기 제3샤프트(34)의 회전에 의해 상기 제3드럼(33) 내부로 이송된 커피를 유동시킨다. 상기 제3스크류(36)도 상기 제1스크류(16) 및 제2스크류(26)와 동일한 구성을 가지는 것이다.

상기 제3밴드히터(37)는 상기 제3드럼(33)의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제3드럼(33) 내에 상기 제2드럼(23)에 가해지는 온도와 같은 온도를 설정된 일정한 시간만큼 유지되도록 한다.

상기 제4가열부재(40)와, 제5가열부재(50)와, 제6가열부재(60)와, 제7가열부재(70)와, 제8가열부재(80)와, 제9가열부재(90)와, 제10가열부재(100)들은 앞서 설명한 제1가열부재(10)와 제2가열부재(20)와 제3가열부재(30)와 동일한 구성을 가지고 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 제1가열부재(10)로 유입되는 커피는 유량조절기(310)에 의해서 그 유입되는 양이 일정하게 유입된다.

또한, 상기 각 샤프트(14,24,34,44,54,64,74,84,94,104)는 도 2에 도시된 바와 같이, 모터(320)에 의해 회전되며, 도 1에서 미설명부호 330은 기어, 340은 체인, 350은 베어링이다. 즉, 상기 기어(330) 중 어느 하나가 상기 모터(320)에 의해 회전되면 그 기어(330)는 나머지 기어(330)들과 체인(340)에 의해서 연결되어 전체의 기어(330)들이 회전되어 각 스크류들이 회전되는 것이다.

상기 제1냉각부재(110)는 제1냉각드럼(113)과, 제1냉각샤프트(114)와, 제1냉각스크류(116)와, 제1순환파이프(118)를 포함하고 있다.

상기 제1냉각드럼(113)은 상기 제10드럼(103)의 하방에 위치되며, 상기 제10드럼(103)의 제10출구(102)의 연직 하방에 위치되어 상기 제10드럼(103)으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 제1냉각입구(111)와, 상기 제1냉각입구(111)의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 제1냉각출구(112)를 가지며, 통형의 형상을 가진다.

상기 제1냉각샤프트(114)는 상기 제1냉각드럼(113)의 내부에 위치되어 그 제1냉각드럼(113)을 회전시킨다.

상기 제1냉각스크류(116)는 상기 제1냉각샤프트(114)의 외주면에 결합되며 나선형으로 결합되며, 상기 제1냉각샤프트(114)의 회전에 의해 상기 제1냉각드럼(113) 내부로 이송된 커피를 유동시킨다.

상기 제1순환파이프(118)는 상기 제1냉각드럼(113)의 외주에 결합되며 순환되는 냉각수에 의해 상기 제1냉각드럼(113) 내부의 열을 흡수한다.

상기 제2냉각부재(120) 및 제3냉각부재(130), 제4냉각부재(140), 제5냉각부재(150) 역시 마찬가지로 상기 제1냉각부재(110)와 동일한 구성을 가지고 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 각 냉각드럼은 그 냉각드럼들과 각각 결합된 기어(410)가 감속모터에 의해 회전이 되며, 이 각 기어(410)들은 체인(430)에 의해 연결되어 있다. 따라서, 하나의 기어가 회전하게 되면 상기 체인(430)에 의해 각각의 기어가 모두 회전하게 되는 것이다.

한편, 위에서 설명된 상기 각 드럼들은 도 5에 도시된 바와 같이, 반원 형상을 갖는 부재로 양등분되어, 그 각각의 반원형상의 부재에는 각각 돌기(650)와 그 돌기(650)를 수용하는 요홈(凹홈, 660)으로 결합되어 조립된다.

또한, 상기 각 드럼의 내경에는, 그 길이방향으로 길게 형성된 내부길이홈(670)이 각 드럼의 외주를 따라 일정한 간격으로 형성되어 있다. 따라서 상기 각 길이홈(670)에 수용된 커피가 상기 각 드럼이 회전되면서 상방으로 이동되었다가 하방으로 자유낙하한 뒤 상기 각 스크류에 의해 각 출구를 향하는 방향으로 유동되 는 것이다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 커피가열장치(1000)는 다음과 같이 사용된다.

먼저, 커피재료가 상기 제1드럼(13)의 제1입구(11)로 유입된다. 이 때, 유입되는 커피의 양은 유량조절기(310)에 의해 일정한 양이 계속해서 유입되는 것이다. 이렇게 제1입구(11)를 통해서 유입된 커피 재료는 상기 제1스크류(16)의 회전에 의해 상기 제1출구(12)가 위치된 방향으로 유동이 되며, 이렇게 유동되면서 상기 제1밴드히터(17)에서 나오는 열과 상기 제1할로겐 램프(15)에서 나오는 열에 의해 가열이 된다. 특히 제1할로겐 램프(15)에서 나오는 열은 직접적으로 커피 재료를 상,하 동시에 가열하게 되므로 그 커피 재료의 가열은 훨씬 효과적으로 이루어지는 것이다.

이 때, 상기 제1드럼(13)에서의 가열은 20 내지 50 ℃로 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 본 실시예에서는 40 ℃로 세팅한다. 이러한 온도의 세팅은 온도조절기와 상기 제1드럼(13)에 부착된 온도센서(290)에 의해서 가능하게 된다.

상기 40 ℃의 온도 세팅은 계절에 관계없이 대기와의 온도차를 감안했을 때, 40 ℃로 세팅을 하는 것이 온도차가 작기 때문이다. 또한 커피생산량에 따라 드럼단위와 온도단위를 가감 할 수 있다.

이어서, 40 ℃로 달구어진 상기 커피 재료는 상기 제1출구(12)를 통과하여 제2드럼(23)의 제2입구(21)측으로 유입된다. 상기 제2드럼(23)으로 유입된 커피 재료는 마찬가지로 제2샤프트(24)와 제2스크류(26)의 회전에 의하여 제2출구(22) 측 으로 이동이 되면서 상기 제2밴드히터(27)와 제2할로겐 램프(25)에 의하여 계속적으로 열을 흡수하여 그 온도가 70 내지 90 ℃에 이르게 되는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게 본 실시예에서는 80 ℃에 이르게 되는 것으로 한다.

이렇게 40 ℃에서 80 ℃의 약 40 ℃의 온도차만큼만 가열함으로써 커피 온도 편차 감소와 에너지의 효율이 좋아지게 되는 것이다. 이는 마치, 자동차가 처음부터 100 키로미터는 과부하로 나가지 못하므로 에너지 매 칭 수단으로 기어를 단계적으로 사용하면서 점점 그 속도를 높혀서 결국 100 키로미터의 속도에 도달하는 것과 유사한 것이다.

이어서, 상기 제2출구(22)를 통해서 유출되는 커피 재료는 상기 제3입구(31)를 통하여 제3드럼(33)으로 유입된다. 마찬가지로 커피재료는 제3스크류(36)에 의해서 제3출구(32)로 유동되면서 일정한 시간동안 80 ℃의 온도를 유지하게 된다.

만약, 상기 커피 재료를 그냥 계속해서 100 ℃가 넘도록 가열을 한다면, 커피 속에 남아있는 수분이 극에 달한 수증기는 병목현상으로 폭발을 하여 커피의 향미가 크게 저하되게 된다. 따라서 상기와 같이 80 ℃의 온도를 일정시간 유지를 하면서 커피 속에 남아 있는 수분을 완전히 배출시켜서, 그 후에 100 ℃가 넘게 커피재료를 가열을 하더라도 수분이 거의 없으므로 폭발이 일어나지 않고 그 향미가 계속해서 유지가 되는 것이다.

이어서, 상기 커피는 제4입구(41)로 유입되어 상기 제4드럼(43)을 통과하면서 110 내지 130 ℃로 상승하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게 본 실시예에서는 120 ℃로 상승하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 커피 속의 수분이 이미 증발한 채 로 120 ℃까지 커피의 온도가 상승하므로 수분의 폭발로 인한 향미의 증발은 일어나지 않는다.

이어서, 상기 커피는 제5입구(51)로 유입되어 상기 제5드럼(53)을 통과하면서 150 내지 170 ℃로 상승하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게 본 실시예에서는 160 ℃로 온도가 상승한다.

이어서, 상기 커피는 제6입구(61)로 유입되어 상기 제6드럼(63)을 통과하면서 일정한 시간동안 160 ℃가 유지된다.

이렇게 160 ℃로 일정시간 유지하는 이유는, 보통 커피는 180 ℃ 부근에서 가스 생성이 극에 달해 병목현상에 의한 압력으로 커피가 폭발하게 된다. 이렇게 가스 압력으로 커피가 폭발하면 향미를 내는 성분이 손실되며, 그 폭발로 인하여 표면적이 증가하여 산화가속에 의해 향미가 감소하게 된다.

따라서, 상기와 같이 커피를 160 ℃로 일정한 시간 동안 유지되도록 볶음으로써, 가스를 제거하여 180 ℃ 부근에서 가스의 생성감소로 폭발을 방지할 수 있는 것이다.

이어서, 상기 커피는 제7입구(71)로 유입되어 제7드럼(73)을 통과하면서 190 내지 210 ℃로 온도가 상승하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게 본 실시예에서는 200 ℃로 그 온도가 상승하게 된다.

이어서, 상기 커피는 제8입구(81)로 유입되어 제8드럼(83)을 통과하면서 8단계 향미의 용도에 따른 220~250 ℃로 그 온도가 상승하게 된다.

이어서, 상기 커피는 제9입구(91)로 유입되어 제9드럼(93)을 통과하면서 220 내지 250 ℃를 유지하게 된다.

이어서, 상기 커피는 제10입구(101)로 유입되어 제10드럼(103)을 통과하면서 220~250 ℃를 유지하게 된다.

상기와 같이, 소량의 커피를 드럼(13,23,33,43,53,63,73,83,93,103)들을 통한 접촉가열과 할로겐 램프(15,25,35,45,55,65,75,85,95,105)들을 통한 직접가열로 신속하고 균일한 온도응답이 이루어지며, 단위별 설정 온도 유지로 순조롭게 목표온도인 220 ℃ 내지 250 ℃ 설정을 이루어 향미 변화의 최적점을 이루게 된다.

도 6에 상술한 온도 변화를 그래프로 도시하였다.

또한, 제9드럼(93)과 제10드럼(103)을 통한 220 ℃ 내지 250 ℃를 유지하는 시간 설정으로 커피중심온도 분포시간 설정이 이루어져서 향미 최대변화량의 최적시간 설정을 이룬다.

이렇게 온도설정과 설정온도 유지시간설정을 이룸으로써, 종래의 커피를 볶는 방식이 가지는 많은 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

이어서, 상기 제10드럼(103)에서 220~250 ℃로 일정시간 유지가 된 뒤에는 상기 제10출구(102)를 통하여 배출된다. 이렇게 배출된 커피는 상기 제1냉각입구(111)을 통하여 제1냉각드럼(113)으로 유입된다. 이렇게 제1냉각드럼(113)으로 유입된 커피는 상기 제1냉각스크류(116)의 회전에 의해 상기 제1냉각출구(112)측으로 이동이 되며, 이렇게 이동이 되면서 상기 제1순환파이프(118) 내를 흐르는 냉각수에 의해 냉각된다.

이렇게, 일차적으로 냉각된 커피는 상기 제2냉각드럼(123)과, 제3냉각드럼(133)과, 제4냉각드럼(143)과, 제5냉각드럼(153)을 차례로 통과하면서 냉각수에 의해 단시간에 냉각이 되어 배출된다.

상기 제1냉각드럼(113) 내지 제5냉각드럼(153)을 통과하는 방식은 앞서 설명한 제1드럼(13) 내지 제10드럼(103)을 통과하는 방식과 동일하다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 커피가열장치(1000)에 의해 볶아진 커피는 220 ℃ 내지 250 ℃ 설정온도 유지하여 도 7처럼 제10가열부재(100)의 제10드럼(103)에서 가열 완료 후 제10출구(102)에서 1초 이내의 신속한 배출과 동시에 제1냉각부재(110)의 제1냉각입구(111)로 유입되므로 고열노출방지와 함께 제1냉각스쿠류(116)에 의한 저온접촉이송으로 단시간 내에 냉각이 이루어진다. 또한, 커피는 가열을 위한 열개의 공정과 냉각을 위한 다섯 개의 공정을 온도와 시간, 커피배출, 커피이송시간 설정으로 16공정이 자동으로 이루어지는 것이다.

한편, 본 실시예에서는 상기 각 드럼이 설정온도로 가열하는 드럼과 가열된 설정온도를 유지시키는 드럼이 있지만, 여기에 한정되는 것은 물론 아니다. 즉, 드럼의 길이를 충분히 길게 하여 일단에서는 가열을 하고 타단에서는 그 가열된 설정온도를 유지시키는 것으로 하여도 무방하다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 커피가열과 냉각장치에 의하면, 커피생두의 수분함유량증가에 의해 수분에 의한 열에너지 전도율증가로 단시간에 열을 흡수하게 하여, 다단계로 커피를 소량 직렬접촉 가열함으로써 열에너지의 효율 증가로 단시간에 정밀하고 균일한 가열을 이루어 향미를 증가하고, 가열 진행 중에 폭발방지로 향미손실과 산화를 최소화하여 커피의 향미와 보존성을 증대시키며, 8단계의 향미선호에 따른 최적온도인 220~250℃ 설정으로 최적향미와 온도유지시간설정으로 향미최다생성으로 향미극대화를 이루어 향미증가를 이룬 다음 1초 이내에 신속히 제1냉각드럼으로 유입시켜 냉각을 함으로 향미증발을 감소하고 소량 직렬접촉 저온냉각으로 가열된 커피의 열에너지와 발열에너지보다 냉각에너지 량이 높아 각각의 냉각드럼을 통과하면서 2분 내에 냉각을 이루어 향미파괴를 방지한다. 특히 커피온도상승을 차단하여 커피의 발암물질의 발생을 방지하며 항암물질의 파괴를 억제할 수 있으며, 가열 시에 발생하는 매연을 감소시켜 그 매연이 커피의 표면에 부착되어 나타나는 쓴맛을 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 식품의 종류와 용도에 따라 가열진행 중 온도단위별 가감설정과 드럼회전 가감설정으로 단위별 시간가감설정을 이루어 다양한 조건의 식품을 가열할 수 있으며, 단 1회의 설정으로 전 공정이 자동화로 이루어질 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 커피가 유동되는 입, 출구가 형성되어 있는 통형의 제1드럼과,

   상기 제1드럼의 내부에 위치되어 그 제1드럼을 회전시키는 제1샤프트와,

   상기 제1샤프트와 결합되며 나선형으로 구비되며, 상기 제1샤프트의 회전에 의해 상기 제1드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제1스크류와,

   상기 제1스크류의 중간에 위치되며, 열을 방출하는 제1할로겐 램프와,

   상기 제1드럼의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제1드럼 내에 일정한 열을 가하는 제1밴드히터를 구비하는 제1가열부재;

   상기 제1드럼의 하방에 위치되며, 상기 제1드럼의 출구의 연직 하방에 위치되어 상기 제1드럼으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 입구와, 상기 입구의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 출구를 가지며, 통형의 형상을 가지는 제2드럼과,

   상기 제2드럼의 내부에 위치되어 그 제2드럼을 회전시키는 제2샤프트와,

   상기 제2샤프트와 결합되며 나선형으로 구비되며, 상기 제2샤프트의 회전에 의해 상기 제2드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제2스크류와,

   상기 제2스크류의 중간에 위치되며, 열을 방출하는 제2할로겐 램프와,

   상기 제2드럼의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제2드럼 내에 상기 제1드럼에 가해지는 열보다 더욱 높은 열을 가하는 제2밴드히터를 구비하는 제2가열부재;

   상기 제2드럼의 하방에 위치되며, 상기 제2드럼의 출구의 연직 하방에 위치되어 상기 제2드럼으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 입구와, 상기 입구의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 출구를 가지며, 통형의 형상을 가지는 제3드럼과,

   상기 제3드럼의 내부에 위치되어 그 제3드럼을 회전시키는 제3샤프트와,

   상기 제3샤프트와 결합되며 나선형으로 구비되며, 상기 제3샤프트의 회전에 의해 상기 제3드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제3스크류와,

   상기 제3스크류의 중간에 위치되며, 열을 방출하는 제3할로겐 램프와,

   상기 제3드럼의 외주에 결합되며 전기적인 힘을 공급받아 상기 제3드럼에 가해지는 온도가 상기 제2드럼에 가해지는 온도와 동일하도록, 상기 제3드럼에 설정된 일정한 시간만큼 온도가 유지되는 제3밴드히터를 구비하는 제3가열부재; 및

   상기의 제2가열부재와 동일한 구성을 가진 제4가열부재, 제6가열부재, 제8가열부재, 제10가열부재와, 상기 제3가열부재와 동일한 구성을 가진 제5가열부재, 제7가열부재, 제9가열부재로 구성되며,

   상기 제10드럼의 하방에 위치되며, 상기 제10드럼의 출구의 연직 하방에 위치되어 상기 제10드럼으로부터 유출되는 커피를 통과시키는 입구와, 상기 입구의 반대편 하방에 위치되어 커피를 유출시키는 출구를 가지며, 통형의 형상을 가지는 제1냉각드럼과, 상기 제1냉각드럼의 내부에 위치되어 그 제1냉각드럼을 회전시키는 제1냉각샤프트와, 상기 제1냉각샤프트의 외주면에 결합되며 나선형으로 결합되며, 상기 제1냉각샤프트의 회전에 의해 상기 제1냉각드럼 내부로 이송된 커피를 유동시키는 제1냉각스크류와, 상기 제1냉각드럼의 외주에 결합되며 순환되는 냉각수에 의해 상기 제1냉각드럼 내부의 열을 제거하는 순환파이프를 구비하는 제1냉각부재를 포함한 것으로, 상기 제1냉각부재와 동일한 구성을 가진 제2냉각부재, 제3냉각부재, 제4냉각부재, 제5냉각부재로 구성하여,

   상기 제1드럼 내로 연속적으로 유입되는 소량의 커피가 설정한 온도를 1차로 흡수한 뒤, 제2드럼을 통과하면서 1차로 흡수된 열보다 더 높은 온도로 설정된 열을 흡수하여 커피의 온도가 제1드럼 내보다 더 높게 되며, 이어서 제3드럼을 통과하면서 그 올라간 설정온도만큼 설정된 일정시간 유지되어, 다음단계인 제4드럼과, 제5드럼, 제6드럼, 제7드럼, 제8드럼, 제9드럼, 제10드럼으로 이동하면서 다단계로 정밀하고 균일한 단시간가열을 이루면서 에너지의 효율을 증대시켜 커피의 향미를 증대시킨 뒤, 각각의 냉각부재를 통과하면서 연속 소량직렬접촉이송으로 부하에너지감소와 에너지전도율을 높여 그 높아진 커피의 온도와 발열에너지 량보다 증가하여 급격히 낮아지는 것을 특징으로 하는 커피가열장치와 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 드럼, 즉 제1드럼, 제2드럼, 제3드럼, 제4드럼, 제5드럼, 제6드럼, 제7드럼, 제8드럼, 제9드럼, 제10드럼에는,

   그 길이방향으로 길게 형성된 길이홈이 제1드럼, 제2드럼, 제3드럼, 제4드럼, 제5드럼, 제6드럼, 제7드럼, 제8드럼, 제9드럼, 제10드럼의 외주를 따라 일정한 간격으로 형성되어,

   상기 각 길이홈에 수용된 커피가 상기 제1드럼, 제2드럼, 제3드럼, 제4드럼, 제5드럼, 제6드럼, 제7드럼, 제8드럼, 제9드럼, 제10드럼이 회전되면서 상방으로 이동되었다가 위치에너지에 의해 운동에너지로 전환되면서 하방으로 자유낙하하여 신속한 순차적 교반으로 온도가 설정된 드럼의 내주면에 균일한 접촉과 할로겐의 원적외선의 균일한 가열을 이루어 단시간에 설정된 온도의 가열을 이룬 뒤 상기 제1스크류, 제2스크류, 제3스크류, 제4스크류, 제5스크류, 제6스크류, 제7스크류, 제8스크류, 제9스크류, 제10스크류에 의해 각 출구를 향하는 방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 커피가열장치와 냉각장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 커피원두를 가열하는 방법과 냉각하는 방법에 있어서,

   원두를 제1드럼에 수용시켜 20 내지 50 ℃로 가열하는 제1가열단계;

   상기 제1가열단계를 통과한 원두를 제2드럼에 수용시켜 70 내지 90 ℃로 가열하는 제2가열단계;

   상기 제2가열단계를 통과한 원두를 제3드럼에 수용시켜 일정시간 동안 70 내지 90 ℃의 온도를 유지시키는 제3가열단계;

   상기 제3가열단계를 통과한 원두를 제4드럼에 수용시켜 110 내지 130 ℃로 가열하는 제4가열단계;

   상기 제4가열단계를 통과한 원두를 제5드럼에 수용시켜 150 내지 170 ℃로 가열하는 제5가열단계;

   상기 제5가열단계를 통과한 원두를 제6드럼에 수용시켜 일정시간 동안 150 내지 170 ℃를 유지시키는 제6가열단계;

   상기 제6가열단계를 통과한 원두를 제7드럼에 수용시켜 190 내지 210 ℃로 가열하는 제7가열단계;

   상기 제7가열단계를 통과한 원두를 제8드럼에 수용시켜 일정시간 동안 190 내지 210 ℃를 유지시키는 제8가열단계;

   상기 제8가열단계를 통과한 원두를 제9드럼에 수용시켜 220 내지 250 ℃로 가열하는 제9가열단계;

   상기 제9가열단계를 통과한 원두를 제10드럼에 수용시켜 일정시간 동안 220 내지 250 ℃를 유지시키는 제10가열단계; 및

   상기 제10가열단계를 통과한 원두를 배출시켜, 냉각드럼에 수용시키고 상기 냉각드럼의 외주를 감싸고 흐르는 저온냉각수에 의해 배출된 원두의 가열된 에너지와 발열에너지 량보다 냉각에너지 량이 많은 연속소량 이송접촉방법으로 커피온도상승을 방지하여 향미파괴와 탄화를 방지하는 다단계 냉각시키는 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피원두 가열방법과 냉각방법.

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