KR101147341B1 - 커피 머신의 물탱크용 필터 카트리지 - Google Patents

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하인츠페털리
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Abstract

커피 머신의 물탱크용 필터 카트리지는 2개의 입구를 구성하는 복수의 슬롯형 개구를 양 측부상에 갖는 하우징을 포함한다. 물을 연화시키기 위해, 필터 카트리지의 하우징은 이온 교환 수지를 포함한다. 하우징의 하부는 중앙 출구를 포함한다. 하우징의 내부에는 입구와 출구 사이의 물의 유동 경로의 길이를 증가시키기 위한 복수의 배플 부재가 제공된다. 하우징은 서로 밀봉식으로 고정되는 상부 부분과 하부 부분을 포함한다. 배플 부재는 상부 하우징부 및 하부 하우징부에 교호식으로 고정되어 주로 수직 방향으로 연장된다. 하부 하우징부에 고정되는 배플 부재와 상부 하우징부 사이, 그리고 상부 하우징부에 고정되는 배플 부재와 하부 하우징부 사이에는 물 통로가 제공된다. 본 발명의 필터 카트리지는 많은 공간을 필요로 하지 않지만, 입구와 출구 사이의 이온 교환 수지를 통한 물의 긴 유동 경로에 의해 높은 효율을 제공한다.
필터 카트리지, 하우징, 배플 부재, 이온 교환 수지, 입구, 출구

Description

커피 머신의 물탱크용 필터 카트리지 {A FILTER CARTRIDGE FOR A WATER TANK OF A COFFEE MACHINE}
도1은 그 상부 부분이 위로 승강된 필터 카트리지의 사시도.
도2는 도1에 도시된 필터 카트리지의 단면도.
도3은 도1에 도시된 필터 카트리지의 종방향 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 필터 카트리지
2 : 하우징
2a : 상부 하우징부
2b : 하부 하우징부
3 : 입구
4 : 출구
6a, 6b, 7a, 7b, 7c, 7d : 배플 부재
9a, 9b : 홈
15 : 계면
본 발명은 필터 카트리지의 하부에 위치되는 적어도 하나의 입구와 필터 카트리지의 하부에 위치되는 출구를 갖고 필터 매체를 수용하도록 구성되는 하우징을 포함하는 커피 머신의 물탱크용 필터 카트리지에 관한 것이다. 복수의 이격된 배플(baffle) 부재는 하우징의 내부에 위치되고 입구와 출구 사이의 물의 유동 경로의 길이를 증가시키도록 구성된다.
이러한 필터 카트리지는 커피 머신의 물탱크에 포함되어 커피 음료를 제조하도록 사용되는 물을 연화시킨다. 물을 연화시키기 위한 매체로는 예를 들어, 이온 교환 수지가 사용된다. 연화제가 다 소비되면, 즉 연화 효과가 점점 더 덜해지면, 필터 카트리지가 교체되어야 한다.
독일 특허 공개 제197 17 054호는 여기서 참조되는 종류의 필터 카트리지를 갖는 물탱크를 개시하고 있다. 물탱크의 내부에 교환 가능하게 위치되는 필터 카트리지는 대체로 원통형이고 그 하부에 물 입구를 포함한다. 챔버는 이러한 입구로부터 상향으로 연장되어, 물의 통로를 구성한다. 또한, 필터 카트리지의 내부에는, 상기 카트리지의 상부로부터 하부로 중앙 도관이 제공되어 필터 카트리지의 출구로 이어진다. 이러한 구성에서는, 증가된 필터 저항으로 이어지는 필터 베드의 압축과 채널 형성을 방지하도록 물이 필터 매체를 포함하는 챔버를 통해 상류로, 즉 하부로부터 상부로 유동하는 것이 보장되어야 한다.
유럽 특허 제0 965 129호는 여러 개의 원통형 카트리지를 포함하는 유체 정화 장치를 개시하고 있다. 그 당시의 종래 기술을 나타내는 이 특허의 도1에 도시 된 실시예에 따르면, 한 쌍의 판에 의해 4개의 카트리지가 하나의 카트리지 유닛으로 조합된다. 한 쌍의 판에는, 물이 입구로부터 4개의 카트리지를 통해 출구로 유동하도록 개개의 카트리지가 수력으로 연결되는 이동 채널이 제공된다. 입구와 출구는 상부에 위치된다. 또한, 물이 특정 카트리지를 통해 상부에서 하부로의 항상 동일한 방향으로 유동하는 실시예들이 이 특허에 개시된다.
독일 특허 제30 14 493 A1호는 물탱크의 하부에 위치된 필터 카트리지를 포함하는, 물탱크를 구비하는 필터 커피 머신을 개시하고 있다. 필터 카트리지의 외부 형상은 상기 필터 카트리지가 사용되는 특정 물탱크에 맞게 구성되고, 이온 교환 수지, 활성탄 입자 및 살균 첨가제를 포함하는 필터 매체로 채워진다. 필터 카트리지가 개시된 일부 실시예에서, 배플 부재가 입구와 출구 사이에 위치되어 필터 카트리지 내의 물의 체류 시간을 증가시키게 된다. 그러나, 모든 이러한 실시예에서, 배플 부재는 수평 방향으로 연장되어, 그 결과 증가된 유동 저항 및 채널 형성에 의해 베드 형성(bed formation)과 베드 압축(bed compacting)의 위험으로 이어진다. 이는 최종적으로 필터 카트리지 내에 수용되는 필터 매체의 사용에서의 효율 감소로 이어진다. 또한, 모든 실시예에서, 입구는 필터 카트리지의 상부에 위치된다. 다른 것들 중에서도, 이러한 사실은, 필터 카트리지의 형상이 물탱크의 형상과 정확히 매치되어 필터 카트리지의 외측과 물탱크의 내측 사이에 데드 스페이스(dead space)가 존재하지 않게 되는 경우에만, 물탱크가 완전히 비워지게 된다는 단점을 갖는다.
미국 특허 제417 070 A호는 물의 유동 길이를 증가시키기 위해 그 내부에 수 직으로 활주하는 배플 부재를 갖는 필터를 개시하고 있다. 이러한 경우, 마찬가지로, 입구는 필터의 상부에 위치되어, 상술한 바와 같은 단점이 생기게 된다. 또한, 물은 3개의 유로로부터의 그 경로를 따라서 입구에서 출구로 유동되어야 하고, 이러한 유로 중 2개는 상부에서 하부로 유동된다.
마지막으로, 미국 특허 제6,387,260 B1호는 유체를 정화하기 위한 필터 장치를 개시하고 있다. 필터 장치는 그 상부로 용기가 삽입되는 주요 병(main jar)을 포함한다. 용기의 하부에는 필터 카트리지를 수용하는 리세스가 제공된다. 원통형 필터 카트리지는 그 상단부가 중공 챔버 내로 개방된 중앙의 튜브형 도관을 포함한다. 정화되는 유체가 필터 카트리지 내로 유동하게 하는 구멍이 필터 카트리지의 하부에 제공된다. 정화될 물은 용기에 채워진다. 용기에 채워진 물의 레벨이 필터 카트리지의 중공 챔버 위로 도달하면, 물리 법칙을 따라서 정화 공정이 개시되어, 물이 필터 카트리지를 통해 유동하여 중앙의 튜브형 도관을 통해 필터 카트리지를 빠져나간 후, 주요 병 내로 하방으로 유동한다. 그에 따라, 용기 상단부가 비워질 때까지 물은 연속하여 필터 카트리지로 유동하고, 주요 병은 정화된 물로 채워진다.
독일 특허 공개 제30 14 493 A호에 따라 구성되는 종래 기술에 기초하여, 필터 카트리지에 포함되는 필터 매체를 적절히 사용하여 비교적 작은 크기를 갖는 동시에, 향상된 효율을 갖는 개선된 필터 카트리지를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 카트리지 내의 베드 형성과 베드 압축을 방지하는 개선된 필터 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필트 카트리지가 물탱크 내로 삽입될 때 물탱크의 사용 가능한 물의 체적을 상당히 감소시키지 않게 하는 개선된 필터 카트리지를 제공하는 것이다.
이러한 및 다른 목적을 위해, 본 발명은 필터 카트리지의 하부에 위치되는 적어도 하나의 입구와 필터 카트리지의 하부에 위치되는 출구를 갖고 필터 매체를 수용하도록 구성되는 하우징을 포함하는, 커피 머신의 물탱크용 필터 카트리지를 제공한다.
복수의 이격된 배플 부재는 하우징의 내부에 위치되어 입구와 출구 사이의 물의 유동 경로의 길이를 증가시키도록 구성된다.
하우징은 상부 하우징부와 하부 하우징부를 포함한다. 배플 부재는 상부 하우징부 및 하부 하우징부에 교호식으로 고정되고 주로 수직 방향으로 연장된다.
하부 하우징부에 고정되는 배플 부재와 상부 하우징부 사이에는 제1의 복수의 물 유동 통로가 제공되고, 상부 하우징부에 고정되는 배플 부재와 하부 하우징부 사이에는 제2의 복수의 물 유통 통로가 제공된다.
배플 부재가 주로 수직으로 연장되고 상부 하우징부 및 하부 하우징부에 교호식으로 고정됨으로써, 그리고 물 통로가 각각의 상부 및 하부 하우징부와 각각의 배플 부재 사이에 제공됨으로써, 베드 형성 및 베드 압축의 위험은 사실상 방지된다. 필터 카트리지의 하부에 입구를 제공하는 것은, 물이 하부에서 상부로 각각의 배플 부재에 의해 한정되는 제1 챔버를 통해 유동하고, 또한 사실상 필터 카트리지가 삽입되는 물탱크의 내부 전체가 사용된다는 이점을 갖는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 필터 카트리지의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 더 기술된다.
그 전체가 도면 번호 1로 표시되는 필터 카트리지는 커피 머신의 물탱크 내로 삽입되도록 구성되고, 그에 따라 커피 머신이나 물탱크는 도면에 도시되지 않는다. 도1은 필터 카트리지의 사시도이고, 도2는 단면도이고, 도3은 필터 카트리지의 종단면도이다.
필터 카트리지는 하부 부분(2a)과 상부 부분(2b)을 포함하는 하우징(2)을 포함한다. 하부 부분(2a)에 대해 다소 위로 승강된, 도1에 도시된 상부 부분(2b)은 바람직하게는 접착 또는 용접에 의해 초기 조립시에 하부 부분(2a)에 밀봉 고정된다. 또한, 스냅식 연결, 나사식 연결 또는 가능한 방법으로 분리 가능하게 연결될 수 있음을 알 수 있다. 하우징(2)의 하부 부분(2a)은 슬롯형 절개부 형상을 갖고 그리고 양쪽의 측부 헤드면 상에 위치되는 복수의 측방향 입구(3)를 포함한다. 하우징(2)의 하부 부분(2a)의 바닥에는 중앙에 위치되는 원통형 출구(4)가 제공된다. 출구(4)에는 필터 카트리지(1)를 (도시되지 않은) 물탱크 내로 삽입할 때 개방되는 (도시되지 않은) 체크 밸브가 제공된다. (도시되지 않은) 미립자 형태로 존재하는 이온 교환 수지와 오염 입자가 필터 카트리지(1)로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 출구(4)에는 다공성 재료로 된 필터 요소(12)가 제공된다. 또한, 출구(4)의 외측에는 O-링 가스켓(5)이 제공되어, (도시되지 않은) 물탱크의 물 출구와 필터 카트리지(1) 사이의 견고한 연결을 보장한다.
하우징(2)의 상부 부분(2b)과 하부 부분(2a)에는 격벽 형태의 복수의 배플 부재(6a, 6b; 7a, 7b, 7c, 7d)가 제공된다. 이러한 배플 부재(6a, 6b; 7a, 7b, 7c, 7d)는 하우징(2)의 전체 내부 폭에 걸쳐 연장되어 복수의 챔버를 형성한다. 하우징(2)의 하부 부분(2a)에 제공된 배플 부재(7a, 7b, 7c, 7d)는 하우징(2)의 하부 부분(2a)의 상부로 완전히 연장되지 않아서, 그 결과 각각의 경우에 물이 한 챔버로부터 특정 배플 부재(7b, 7d)를 통과하여 필터 카트리지(1)의 인접 챔버로 유동할 수 있는 간극(10, 11)이 존재한다. 상부 하우징부(2b)에 제공되는 배플 부재(6a, 6b)는 하부 하우징부(2a)의 하부로 완전히 연장되지 않는 크기로 되어, 일단 상부 하우징부(2b)가 하부 하우징부(2a)에 고정되면, 결과적으로 각각의 경우에 물이 한 챔버로부터 특정 배플 부재(6a, 6b)를 통과하여 필터 카트리지(1)의 인접 챔버로 유동할 수 있는 간극(10, 11)이 존재한다.
하부 하우징부(2a)의 측벽에는 각각 상부 하우징부(2b)에 제공되는 특정 배플 부재(6a, 6b)를 수용하고 안내하도록 구성되는 홈(9a, 9b)이 제공된다. 특히, 이러한 홈(9a, 9b)은 또한 배플 부재(6a, 6b)가 측방향으로 밀봉되게 하여, 물이 배플 부재(6a, 6b)를 지나 측방향으로 유동하여 필터 카트리지(1)의 효과를 감소시키게 하는 수력 쇼트 회로(hydraulic short circuit)를 방지한다.
측방향 입구(3)를 통해 필터 카트리지(1)로 들어가는 물은 하부로부터 상부로 제1 챔버를 통해 유동하고, 그후 제2 챔버로 들어가서 상부로부터 하부로 유동 하고, 제3 챔버에서 물은 다시 하부에서 상부로 유동하고, 중앙에서 물은 출구(4)로 개방된 제4 챔버를 통해 다시 상부에서 하부로 흐른다. 따라서, 물이 특정 입구(3)에서 출구(4)로 유동하는 4개의 챔버 중에서, 2개의 챔버는 물의 상류 흐름을 나타내고, 나머지 2개의 챔버는 물의 하류 흐름을 나타낸다. 모두 6개의 배플 부재(6a, 6b; 7a, 7b, 7c, 7d)의 제공으로, 필터 카트리지(1)의 내부는 7개의 챔버로 나누어진다. 따라서, 2개의 측방향 입구(3)에서 중앙 출구(4)로 유동하는 물은 필터 카트리지의 내부의 비교적 긴 통로를 따라 유동해야 한다. 이러한 구성으로, 필터 카트리지(1) 내의 물의 체류 시간이 비교적 길게 되어, 필터 재료의 소위 베드 형성이 방지되고, 결과적으로 필터 카트리지 내에 함유된 이온 교환 수지의 최적 사용으로 이어지고, 물을 연화시키기 위한 최적의 효율이 얻어진다.
좌측 입구(도3)로부터 중앙 출구(4)로 필터 카트리지 내부의 물의 유동은 화살표로 제공되는 선(W)으로 도3에 표시된다. 입구(3)가 필터 카트리지(1)의 하부에 제공되므로, 필터 카트리지의 형상이 사용되는 물탱크의 형상에 맞게 구성되지 않는 경우에도, (도시되지 않은) 물탱크는 필터 카트리지(1)를 통해 사실상 완전히 비워지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 필터 카트리지(1)를 사용하면 물탱크의 사용 가능한 내적을 사실상 감소시키지 않게 된다.
배플 부재(6a, 6b; 7a, 7b, 7c, 7d)의 수, 구성 및 배향은 도면에 도시된 실시예 및 상술한 것과 다를 수 있다.
상부 하우징부(2b)를 고정하기 전에, 필터 카트리지의 내부는 하부 하우징부(2a) 상에 위치되는 배플 부재(7a, 7b, 7c, 7d)의 주로 상부 에지까지 물을 연화시 키기 위해 사용되는 이온 교환 수지의 입자로 채워진다. 이온 교환 수지 입자가 필터 카트리지의 한 챔버로부터 인접하는 챔버 내로 슬롯형 개구(10, 11)를 통해 이동하는 것을 방지하도록, 상부 하우징부(2b)에는 갈퀴(8a, 8b, 8c, 8d) 형태의 투수성 배리어(barrier) 부재가 제공된다. 일단 상부 하우징부(2b)가 하부 하우징부(2a)에 고정되면, 이러한 갈퀴(8a, 8b, 8c, 8d)는 하부 하우징부(2a)에 제공된 배플 부재((7a, 7b, 7c, 7d)의 상부 에지 쪽으로 슬롯형 개구(10, 11) 내로 연장된다. 바람직하게는, 특정 배플 부재(7a, 7b, 7c, 7d)의 상부 에지와 갈퀴(8a, 8b, 8c, 8d)의 하단부 사이에 작은 간극이 남겨지지만, 수지 입자는 이동될 수 없다. 도2에서 단면도로 갈퀴(8b)가 도시된다.
측방향 입구(3)를 구성하는 슬롯형 절결부의 유효 폭과 갈퀴(8a, 8b, 8c, 8d)의 간극의 폭은, 이들이 수지 입자의 통계적 외부 평균 직경보다 작도록, 바람직하게는 x가 입자 직경의 산술적 평균값이고, σ가 표준 편차일 때, x - σ보다 작도록 선택된다. 이러한 구성에 의해, 수지 입자가 슬롯형 입구 개구(3)를 통해 빠져나갈 수 없고 한 챔버로부터 관련된 갈퀴를 통해 인접 챔버로 이동하지 않는 것이 보장된다.
하우징(2)의 상부 하부징부(2b)에는 대응 기계적 계면이 제공된 (도시되지 않은) 핸들을 고정시키기 위한 기계적 계면(15)이 제공된다. 계면(15)은 단부에 캠 부재를 갖는 탄성 레그에 의해 결합되고 (도시되지 않은) 핸들의 일부가 되는 홈을 포함한다. 일단 필터 카트리지가 물탱크로 삽입되면, 이러한 핸들은 필터 카트리지(1)로부터 제거된다. 물탱크로부터 필터 카트리지(1)를 제거하기 위해, 핸 들은 가벼운 하향 압력을 가함으로써 상부로부터 기계적 계면(15)으로 결합 및 고정되고, 그에 따라 레그의 캠은 계면(15)의 홈으로 스냅식으로 끼워진다. 그후, 필터 카트리지(1)는 물탱크로부터 용이하게 당겨진다.
바람직하게는, 필터 카트리지(1)는 일회용 유닛으로 설계된다. 그러나, 상부 하우징부(2b)가 하부 하우징부(2a)에 분리 가능하게 고정될 경우에는, 다 소모된 이온 교환 수지 입자가 교환될 수 있다. 이런 식으로, 필터 카트리지는 여러 번 사용될 수 있다. 다 소모된 이온 교환 수지 입자를 재생하는 다른 방법도 있다.
본 발명에 따른 필터 카트리지는 비교적 적은 공간을 필요로 한다. 그러나, 도면에 도시된 상술한 종류의 배플 부재를 제공함으로써, 물은 입구(3)로부터 이온 교환 수지를 통해 중앙 출구(4)로 비교적 긴 통로를 따라 유동해야 한다. 따라서, 필터 카트리지의 내부에서의 물의 체류 시간이 증가되어, 효율이 향상된다. 낮은 높이의 필터 카트리지는, 상기 필터 카트리지가 물탱크에 함유된 물 속에 통상 완전히 침지되므로 물로 완전히 채워진다는 이점을 갖는다. 이는, 물탱크의 전체 높이 위로 필터 카트리지의 일부가 연장되어 대부분의 시간동안 물 속에 완전히 침지되지 않는 종래 기술에 따른 필터 카트리지와 비교하여, 특히 위생상의 이점을 갖는다. 또한, 베드의 형성과 소위 베드 압축이 상당한 정도로 방지되어, 물탱크의 사용 가능한 내적이 상당한 정도로 감소되지 않는다. 본 발명에 따른 필터 카트리지는 간단한 구성과 저비용으로 제조될 수 있는 추가의 이점을 갖는다. 특히, 상부 하우징부(2b)를 하부 하우징부(2a)에 고정하기 전에 충전 과정이 일어나므로, 이온 교환 수지를 충전하는 것이 매우 용이하게 된다.
본 발명에 따르면, 비교적 작은 크기를 갖는 동시에 향상된 효율을 갖는 개선된 필터 카트리지를 제공할 수 있다. 또한, 카트리지 내의 베드 형성과 베드 압축을 방지하는 개선된 필터 카트리지를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하부에 위치되는 출구와 적어도 하나의 입구를 갖고 필터 매체를 수용하도록 구성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치되고 상기 적어도 하나의 입구와 상기 출구 사이에서 물의 유동 경로의 길이를 증가시키도록 구성되는 복수의 이격된 배플 부재를 포함하는, 커피 머신의 물탱크용 필터 카트리지에 있어서,
    상기 하우징은 상부 하우징부와 하부 하우징부를 포함하고,
    상기 배플 부재는 상기 상부 하우징부 및 상기 하부 하우징부에 교호식으로 고정되어 주로 수직 방향으로 연장되고, 그에 따라 상기 하부 하우징부에 고정되는 상기 배플 부재와 상기 상부 하우징부 사이에 제1의 복수의 물 유동 통로가 제공되고, 상기 상부 하우징부에 고정되는 상기 배플 부재와 상기 하부 하우징부 사이에 제2의 복수의 물 유통 통로가 제공되고, 상기 적어도 하나의 입구는 필터 카트리지의 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 하우징부에는 상기 하부 하우징부에 고정되는 배플 부재의 상부 에지 쪽으로 연장되는 투수성 배리어 부재들이 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터 카트리지에는 1개의 중앙 물 출구와 2개의 측방 물 입구가 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  4. 제3항에 있어서, 적어도 3개의 수직으로 연장되는 배플 부재는 상기 물 입구들 중 하나와 상기 중앙 물 출구 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 하우징부의 측벽들의 내부에는 상기 상부 하우징부에 고정되는 상기 배플 부재에 의해 결합되는 홈들이 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필터 카트리지는 상기 하부 하우징부에 고정되는 상기 배플 부재의 상부 에지까지 하부로부터 필터 매체로 채워지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 필터 카트리지는 입상의 필터 매체를 포함하고,
    상기 입구의 개구는, 필터 매체 입자의 통계적 외부 평균 직경보다 작은 폭을 갖는 슬롯형 개구로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 출구에는 다공성 필터 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상부 하우징부에는 대응 기계적 계면을 구비하는 핸들을 수용하도록 구성된 기계적 계면이 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 필터 카트리지는 입상의 필터 매체를 포함하고,
    상기 입구의 개구는, x가 입자 직경의 산술적 평균값이고, σ가 표준 편차일 때, x - σ보다 작은 폭을 갖는 슬롯형 개구로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
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