KR101360329B1 - 음료 제조 기계 - Google Patents

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엘리자베쓰 힌클리
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Abstract

본 발명은 음료 제조 기계를 이용하여 음료를 제조하는 방법에서의 향상에 관한 것이며, 특히 음료 성분들의 미리 패킹된 음료 카트리지(100)를 이용하는 유형의 음료 제조 기계(10)에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 제조된 음료에서 미리 결정된 특성들을 생성하도록 기계의 전달 시스템의 적어도 일부에 존재하는 공기의 체적을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

음료 제조 기계{Beverage preparation machines}
본 발명은 음료 제조 기계의 향상에 관한 것이며, 상세하게는 음료 성분들의 미리 패킹된(prepacked) 콘테이너를 이용하는 유형의 음료 제조 기계에 관한 것이다.
커피점은 17 세기 이래로 "커피 문화"의 일부가 되었다. 오랜 세월 동안 커피를 제조하는 방법은 세련되었으며 전문가들이 최상의 커피 음료를 제조하도록 훈련되었다. 처음의 커피 기계들은 1800 년대 초기에 개발되었으며, 자동 에스프레소 기계는 1930 년대에 발명되었다. 커피 제조 과정의 자동화는 다시 급속한 성장에 이르렀으며, 특히 최근 10 여년 동안 에스프레소 및 카푸치노와 같은 더 많은 전문가적인 음료들에 대한 많은 수요가 있으면서 다수의 커피 가게/상점들에서 급속히 성장했다. 이러한 유형의 음료들은 역사적으로 사치스러운 품목들로 간주되었는데, 왜냐하면 그것을 만드는데 필요한 고압을 만들 수 있는 고가의 복잡한 기계들이 필요하기 때문이며, 그 기계는 우수한 품질을 만들기 위해 훈련된 바리스타(barista)에 의해 적절하게 작동되고 유지되어야 한다. 커피 애호가들은 우수한 품질의 기계 및 우수한 품질의 커피를 사용함에도 불구하고 훈련되지 않은 바리스타에 의해 에스프레소의 품질이 떨어질 수 있다는 점에 동의한다. 그러나 이러한 경향은 사치스런 최상 품질 음료에 대한 소비자의 수요가 증가하는 것에 이르게 될 뿐만 아니라, 더 다양한 전문적인 음료에 대한 소망 및, 자신의 집에서 편안하게 그러한 음료들을 만드는 능력에 대한 소망에 이르게 한다.
비록 기술적인 정의로 동의된 것은 아닐지라도, 드립 커피(drip coffee)에 비하여, 바리스타 품질의 에스프레소는 음료 전체에 떠있는 미세한 오일 액적 및 용해된 고체의 많은 양 때문에, 진한 농도를 가지는 것으로 일반적으로 이해된다. 이것은 음료의 10 내지 30 % 를 구성하는, 고루 잘 섞여 있지만 진하고, 어둡고 불그스레한 갈색의 크레마(crema)를 가진다. 크레마는 전통적으로 9 내지 10 바아의 영역인, 고압에서 제조된 커피로부터 추출된 당분 및 단백질, 오일 및 공기의 다중상 에멀젼(polyphasic emulsion)이다. 높은 압력은 커피 젖음(coffee wetting)의 비율을 증가시키고 크레마의 성장을 담당할 뿐만 아니라 추출을 향상시킨다.
최적의 온도보다 차가운 물을 이용하여 제조된 에스프레소는 신맛이 나고 최적의 온도보다 뜨거운 물로 제조된 에스프레소는 쓴맛이 난다는 것이 에스프레소 시음자들에 의해 분간됨으로써 인정된다. 최적의 온도는 92 내지 96℃ 사이인 것으로 주장된다. 에스프레소의 품질에 영향을 미치는 다른 인자들은 커피 콩의 연수(age) 및 볶은 상태, 갈아 만든 크기, 조합(brewing)되기 전에 갈아 만든 것의 다짐 상태(compaction) 및 조합 시간(brew time)이다. "최상"의 에스프레소는 조합 과정의 이러한 중요 요소들의 균형을 맞춤으로써 달성된다.
가정용 커피 기계는 최초의 필터 기계가 1960 년대에 발명된 이래로 현저하게 개발되었으며 커피 기계들은 이제 많은 가정에서 주방의 필수적인 기구가 되었다. 그러한 일부 기계들은 개별적인 음료를 직접적으로 음료 용기에 분배하며, 음료 성분들의 대용량 공급(bulk supply)으로부터, 또는 포드(pod), 패드 또는 카트리지와 같은 음료 성분들의 개별적인 패키지로부터 음료를 끌어낸다. 다음의 명세서에서 그러한 패키지들은 일반적인 용어인 카트리지로서 지칭될 것이다. 그러한 카트리지들을 이용하는 기계는 세척의 필요성을 배제하며 사용자가 음료를 선택할 수 있게 한다. 그러한 카트리지의 한가지 유형의 예는 유럽 출원 EP-A-1440903 에 개시되어 있다. 음료는 물에 음료 성분을 조합(brewing)시키거나, 혼합시키거나, 용해시키거나 또는 떠있게 함으로써 형성된다. 예를 들어, 커피 음료에 대하여, 가열된 물은 카트리지를 통하여 강제되어 추출된 용액을 형성한다. 그러한 기계들에서 카트리지를 사용하는 것은 편리성 및 제조된 음료의 품질 때문에 점증적으로 유행하고 있다.
이러한 유형의 카트리지를 이용하는 음료 제조용 기계의 예는 유럽 출원 EP-A-1440644 에 개시되어 있다. 이러한 기계는 가정용 시장보다 상업용 또는 산업용 시장을 위해서 설계되었던 이전에 알려진 기계들보다 낮은 압력에서 작동된다는 점에서 당시에는 종래 기술 보다 그 자체로 향상된 점을 제공하였다. 따라서 이것은 비용, 신뢰성 및 성능과 관련하여 가정용 시장에 더 적절한 것이었다. 그러나, 낮은 압력에서 작동하는 시스템들이 직면한 문제점은 현저하게 더 높은 압력을 필요로 하는 바리스타 품질의 에스프레소를 일반적으로 제조할 수 없다는 것이다.
그러나, 소비자들의 경향이 변화되면서, 훈련이 필요하지 않은, 바리스타 품질의 에스프레소 및 다른 음료들의 범위를 제조할 수 있고, 가격이 적절하고 세척이 필요하지 않거나 거의 필요하지 않은 가정용 기계들에 대한 소망이 있다.
시장에 이용 가능한 일부 기계들은 고품질의 음료를 제조한다는 점을 주장하지만, 다양한 이유들 때문에, 이들은 상대적으로 비싼 기계들이다. 그러한 기계들의 예는 Gaggia L'Amante (상표), Gaggia Evolution (상표), Nespresso Delonghi Latissimma 660 (상표) 및, Krups XN2101 (상표)이다.
대부분의 이러한 기계들은 에스프레소에 대한 조합 과정에 포함된 높은 압력에 대처하도록 재료들에 대한 특정한 세부 사항 및 복잡성이 증가된, 특별하게 설계된 카트리지들을 필요로 한다. 이들 카트리지들은 전체적으로 필터를 포함하며 그 과정은 소망된 품질의 음료가 높은 압력하에서 제조될 수 있도록 카트리지의 기하 형상을 이용한다. 이것은 기계를 위해서 설계된 카트리지가 그 기계에서 사용되는 것을 제한한다.
그러나, 바람직스럽게는 미리 패킹된 음료 카트리지들을 이용하여, 에스프레소가 아닌 음료 뿐만 아니라 프리미엄 품질의 에스프레소를 포함하는, 음료들을 선택할 수 있는 향상된 음료 제조 기계를 제공하는 것이 소망된다.
또한, 현존하는 저압 음료 제조 기계에서 사용되는, 유럽 출원 EP-A-1440903 에서 설명된 것과 같은 현존의 카트리지들과 역으로 호환될 수 있는 기계를 제공하는 것이 소망된다.
본 발명의 목적은 향상된 음료 제조 방법 및 음료 제조 기계를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 음료 성분들로부터 음료를 제조하기 위한 음료 제조 기계를 이용하여 음료를 제조하는 방법을 제공하며, 그 방법은 제조된 음료에서 미리 결정된 특성들을 생성하도록 기계의 전달 시스템의 적어도 일부에 있는 기체의 체적을 제어하는 것을 특징으로 한다.
기체의 체적이 바람직스럽게는 제조된 음료내의 기체:액체 비율을 증가시키도록 체적을 증가시키거나, 기체;액체 비율을 감소시키도록 체적을 감소시키거나, 또는 체적을 유지함으로써 능동적으로 제어된다.
바람직스럽게는, 추가적인 기체를 전달 시스템 안으로 이끌어들이고, 전달 시스템으로부터 공기를 배출하고, 그리고/또는 전달 시스템을 퍼지(purging)시킴으로써, 전달 시스템에 있는 공기의 체적이 제어된다.
그 방법이 바람직스럽게는 전달 시스템 안에 존재하는 기체의 실제 체적을 측정하는 단계를 더 포함한다.
전달 시스템 안에 존재하는 기체의 실제 체적은 기계의 마지막 작동 이후에 전달 시스템 안에 잔류하는 기체의 체적에 대한 저장된 파라미터들로부터 계산될 수 있다.
기체 체적의 제어가 바람직스럽게는 각각의 음료 마다(beverage by beverage basis) 이루어지며, 바람직스럽게는 제조되고 있는 음료의 유형에 따라서 자동적으로 이루어진다.
대안으로서, 기체 체적의 제어는 수동으로(manually) 이루어진다.
음료 성분들의 상류측 및/또는 하류측의 기체의 체적이 제어될 수 있다.
바람직스럽게는 공기의 체적이 음료 제조 이전에 그리고/또는 음료 제조하는 동안에 전달 시스템에 있는 밸브 수단을 선택적으로 개방 및/또는 폐쇄시킴으로써 제어된다.
본 발명은 또한 하나 이상의 음료 성분들로부터 음료를 제조하기 위한 음료 제조 기계를 제공하며, 제조된 음료내에 미리 결정된 특성들이 생성되도록 기계의 전달 시스템의 적어도 일부에 존재하는 기체의 체적을 제어하기 위한 수단을 제공하는 것을 특징으로 한다.
그 기계가 바람직스럽게는 전달 시스템에 존재하는 기체의 실제 체적을 결정하기 위한 수단을 더 포함한다.
전달 시스템에 존재하는 기체의 실제 체적을 결정하기 위한 수단은, 기계의 마지막 작동 이후에 전달 시스템에 남아 있는 기체의 체적에 대한 저장된 파라미터들로부터 실제 체적을 계산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
바람직스럽게는, 저장된 파라미터들이 제어 수단내에 저장된 기본 체적 파라미터를 포함하고, 상기 기본 체적은, 퍼지 사이클(purge cycle)이 이루어진 이후에 기계의 전달 시스템 내부에 존재하는 기체의 실제 체적이거나, 또는 사용되지 않은 기계(unused machine)의 전달 시스템내에 존재하는 기체의 실제 체적이다.
저장된 파라미터들은 기계가 제조하도록 프로그램된 음료의 각각의 유형 이후에 전달 시스템내에 남겨진 공기의 실제 체적에 관한 파라미터들을 포함할 수 있다.
전달 시스템내에 존재하는 기체의 실제 체적을 결정하기 위한 수단은 전달 시스템내의 공기의 실제 체적을 측정하기 위한 수단을 포함한다.
미리 결정된 범위의 음료들을 제조하기 위하여 전달 시스템내에 존재할 필요가 있는 기체의 미리 결정된 체적에 대한 파라미터들은 제어 수단내에 저장되고, 상기 제어 수단은, 존재하는 실제 체적과 제조시에 음료를 위해 필요한 미리 결정된 체적 사이의 차이를 계산하도록 프로그램된다.
기체의 실제 체적을 제어하기 위한 수단은, 기체를 배출하기 위한 밸브 및/또는 퍼지(purge) 수단 및/또는 추가적인 기체를 전달 시스템 안으로 주입하기 위한 펌프 수단을 포함할 수 있다.
바람직스럽게는 밸브 수단이 음료 성분들 상류측의 밸브 및/또는 하류측의 유출 밸브를 포함한다.
밸브 수단의 작동이 바람직스럽게는 전달 시스템에 존재하는 기체의 실제 체적을 변화시키도록 음료 제조 사이클(cycle)에 대하여 제어된다.
본 발명의 바람직한 구현예들은 이제 첨부된 도면을 참조하여 하나의 예로서만 설명될 것이다.
본 발명에 따라서, 미리 패킹된 음료 카트리지들을 이용하여, 에스프레소, 프리미엄 품질의 에스프레소 및 다른 음료들을 포함하는, 음료들을 선택할 수 있는 향상된 음료 제조 기계 및 음료 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1 은 카트리지 헤드가 폐쇄 위치에 있는 종래 기술의 음료 제조 기계의 정면 사시도이다.
도 2 는 카트리지 헤드가 개방 위치에 있는 도 1 의 기계의 정면 사시도이다.
도 3 은 일부 부품들이 명확성을 위해서 생략된 도 1 의 기계에 대한 후면도이다.
도 4 는 일부 부품들이 명확성을 위해 생략된 도 1 의 기계의 카트리지 헤드의 정면 사시도이다.
도 5 는 일부 부품들이 명확성을 위해 생략된 도 4 의 카트리지 헤드의 다른 정면 사시도이다.
도 6 은 음료 카트리지 헤드의 한가지 유형을 수용하는 폐쇄 위치의 도 4 의 카트리지 헤드에 대한 단면도이다.
도 7 은 음료 카트리지를 수용하는 개방 위치의 도 4 의 카트리지 헤드의 측단면도이다.
도 7a 는 도 4 의 카트리지 헤드를 위한 고무 밀봉(seal)의 평면도이다.
도 8 은 새로운 가변 유출 밸브를 포함하는 도 1 의 기계의 다양한 구성 부분들을 나타내는 개략도이다.
도 9 는 도 8 의 가변 유출 밸브를 포함하는 카트리지 헤드로부터의 유출부에 대한 개략적인 부분도이다.
도 10 내지 도 12 는 도 9 의 유출부에서 가변 밸브의 일 구현예의 정면 단면도로서, 폐쇄 위치, 개방 위치 및 제한 위치를 각각 도시한다.
도 13a 및 도 13b 는 도 9 의 유출부에서 이용된 대안의 가변 유출 밸브의 단면도로서, 각각 개방 위치 및 폐쇄 위치를 도시한다.
도 14 및 도 15 는 도 13a 및 도 13b의 밸브의 측단면도를 도시한다.
도 16a 는 향상된 기체 관리 시스템을 이용하여 제조된 큰 체적의 크레마를 가진 커피 음료를 포함하는 음료 용기의 측면도이다.
도 16b 는 도 16a 에서 도시된 음료를 제조하는데 이용된 조합 파라미터들을 도시하는 차트이다.
도 17a 는 향상된 기체 관리 시스템을 이용하여 제조된 작은 체적의 크레마를 가진 커피 음료를 포함하는 음료 용기의 측면도이다.
도 17b 는 도 17a 에서 도시된 음료를 제조하는데 이용된 조합 파라미터들을 도시하는 차트이다.
도 18 은 도 1 의 음료 제조 기계에서 이용되기에 적절한 음료 카트리지의 평면도이다.
도 19 는 도 18 의 카트리지의 외측 부재의 측단면도이다.
도 20 은 도 19 의 외측 부재의 상세한 측단면도로서, 내측으로 지향된 실린더형 연장부를 도시한다.
도 21 은 도 10 의 외측 부재의 상세한 측단면도로서, 슬롯을 도시한다.
도 22 는 도 19 의 외측 부재의 위로부터의 사시도이다.
도 23 은 역전된 방향에서 도 19 의 외측 부재의 위로부터의 사시도이다.
도 24 는 도 19 의 외측 부재의 위로부터의 평면도이다.
도 25 는 카트리지의 내측 부재의 단면도이다.
도 26 은 도 25 의 내측 부재의 위로부터의 사시도이다.
도 27 은 역전된 방향에서 도 25 의 내측 부재의 위로부터의 사시도이다.
도 28 은 도 25 의 내측 부재의 다른 단면도이다.
도 28a 는 도 25 의 내측 부재의 다른 상세한 단면도로서, 공기 유입부를 도시한다.
도 29 는 조립된 상태의 카트리지의 측단면도이다.
도 30 은 카트리지의 다른 버젼(version)의 측단면도이다.
상이한 특성들을 가진, 우수 품질의 음료 형태들의 소망되는 광범위한 선택을 제공하기 위하여, 본 발명은 공지된 음료 선택 기계에 대하여 하나 또는 그 이상의 현저한 향상점들을 포함한다. 이러한 향상점들은 우수 품질의 에스프레소(espressors)의 제조를 위해서 충분히 높은 압력이 발생되어 유지될 수 있게 하며, 사용자에게 보이지 않고 수동(manual)의 개입을 필요로 하지 않는 방식으로 압력이 변화되게 한다. 더욱이, 이들은 이전에 가능하지 않았던 방식으로 크레마(crema)가 향상될 수 있게 한다.
이러한 향상점들은 이후에 보다 상세하게 설명되며, 다음과 같은 것을 포함한다:
1. 음료 제조 기계가 압력들의 범위에서 작동될 수 있도록 음료 카트리지의 하류측에 가변적인 기하 형상의 밸브(variable geometry valve)를 제공한다;
2. 음료 성분들을 통과하는 기체의 체적을 제어함으로써, 분배된 음료의 최종 외관에 대하여 보다 낳은 제어를 제공하며, 특히 크레마를 가진 음료들에 제어를 제공한다.
상기 언급된 향상점들은 공지의 음료 제조 기계(10)와 관련하여 설명될 것이며, 이것은 첨부된 도면의 도 1 내지 도 7 에 도시되어 있다. 그러나, 광범위한 카트리지를 이용할 수 있는 광범위한 음료 제조 기계에서 그 향상점들이 적용된다는 점이 주목되어야 하며, 카트리지들은 위에서 지적된 바와 같이 포드(pod), 패드(pad), 단단한 카트리지 및 어느정도 단단한(semi-rigid) 카트리지를 포함한다.
도 1 내지 도 3 의 음료 제조 기계(10)는 전체적으로 하우징(11), 탱크(12), 물 가열기(13), 제어 프로세서(미도시), 사용자 인터페이스(16) 및 카트리지 헤드(17)를 포함한다. 카트리지 헤드(17)는 다시 전체적으로 카트리지 홀더(cartridge holder, 18) 및 카트리지 인식 수단(20)을 포함하며, 카트리지 홀더는 사용시에 음료 카트리지(100)를 유지하기 위한 것이다. 카트리지 헤드(17)는 유입 및 유출 천공부(21,22)를 더 포함하며, 이들은 사용시에 액체가 음료 카트리지(100)로 진입하게 하는 유입부(107) 및 준비된 음료가 음료 카트리지(100)로부터 배출되는 유출부(108)를 음료 카트리지(100)에 형성하기 위한 것이다.
비록 물이 커피와 같은 음료를 제조하는데 이용되는 가장 통상적인 액체일지라도, 기계(10)는 음료 성분(200)과 혼합하기 위한 다른 액체들, 예를 들어 우유 또는 유제품을 처리할 수도 있다. 본원에서 물에 관련된 것은 음료를 제조하는데 이용되는 어떤 형태의 액체라도 포함하도록 취해져야 한다.
하우징(11)이 바람직스럽게는 적절한 플라스틱 재료 또는 금속으로부터 전체적으로 또는 부분적으로 만들어진다. 하우징(11)이 바람직스럽게는 전방의 절반부(25) 및 후방의 절반부(26)를 가진 대합 조개 껍질 형상을 포함하며, 이것은 조립하는 동안에 기계(10)의 구성 요소들의 맞춤을 위한 접근을 허용한다.
하우징(11)의 전방 절반부(25)는 음료의 분배가 발생되는 분배 스테이션(27)을 형성하며, 이것은 아래에 위치된 액체 방울 접시를 가진 컵스탠드(cupstand, 23)를 구비한다. 기계 사용자 인터페이스(16)는 하우징(11)의 전방에 위치되고, 예를 들어 시작/정지 버튼(28)과 같은 복수개의 제어 스위치 및, 다수의 상태 표시부(29-32)를 포함한다. 상태 표시부(29-32)가 바람직스럽게는 발광 다이오드(LED)이며, 이것은 예를 들어 기계(10)가 준비되어 있는지, 기계(10) 작동에서 고장이 발생되었는지의 여부 및, 기계(10)의 작동 모드를 나타낸다. LED(29-32)들은 기계(10)의 상태에 따라서, 일정한 강도로 조명하거나, 또는 간헐적으로 반짝거리거나, 또는 그 양쪽을 병행하도록 제어될 수 있다. LED (29-32)들은 녹색, 적색 및 황색을 포함하는 다양한 칼러들을 가질 수 있다. 시작/정지 버튼(28)은 분배 사이클(dispense cycle)의 시작을 제어하고, 바람직스럽게는 수동적으로 작동되는 누름 버튼(push-button), 스위치 또는 그와 유사한 것이다.
탱크(12)는 하우징(11)의 후방에 위치되고, 바람직스럽게는 하우징(11)의 후방의 절반부(26)에 포함되거나 또는 그에 연결된다. 탱크(12)는 탱크(12)를 물이나 또는 다른 액체로 채우기 위한 유입부를 가지며, 유입부는 탱크(12)가 기계(10) 내에서 제 위치에 있을 때 폐쇄된다. 유출부는 탱크(12)의 하단부를 향하여 제공되며, 이것은 펌프(14)와 소통된다. 탱크(12)는 투명 재료 또는 반투명 재료로 만들어질 수 있어서 소비자가 탱크(12) 안에 남아 있는 물의 양을 볼 수 있게 한다. 대안으로서, 탱크(12)는 불투명 재료로 만들어질 수 있지만 그 안을 볼 수 있는 관찰 창이 제공된다. 추가적으로, 또는 상기의 것을 대체하여, 탱크(12)에는 하부 레벨 센서가 제공될 수 있으며, 그 센서는 탱크 안의 액체 레벨이 미리 선택된 레벨로 하강할 때, 펌프(14)의 작동을 방지하고, 선택적으로는 LED 와 같은 경고 표시부를 가동한다. 탱크(12)가 바람직스럽게는 대략 1.5 리터의 내부 용량을 가진다.
펌프(14)는 도 8 에 개략적으로 도시된 바와 같이 탱크(12)와 물 가열기(13) 사이에 작동 가능하게 연결되고, 제어 프로세서에 의해 제어된다. 적절한 펌프는 6 바아(bar)의 압력에서 900 ml/min 의 유량으로 물을 제공한다. 기계(10)를 통한 물의 유량은 제어 프로세서에 의해 제어될 수 있는데, 이는 펌프에 대한 전기 공급을 삭감하는 사이클(cycle)에 의해 펌프(14)의 최대 유량의 백분율이 되도록 이루어진다. 바람직스럽게는 펌프가 최대 비율 유량의 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % 또는 100 % 중 그 어느 것에서 구동될 수 있다. 펌핑된 물 체적의 정확도가 바람직스럽게는 + 5 % 또는 - 5 % 이며, 이는 분배된 음료의 최종적인 체적에서 + 5% 또는 - 5 % 의 정확도에 이르게 된다. 체적 유동 센서(미도시)가 바람직스럽게는 펌프(14)의 상류 또는 하류측에서 유동 라인에 제공된다. 바람직스럽게는, 체적 유동 센서가 로타리 센서이다.
가열기(13)가 하우징(11)의 내부에 위치된다. 한가지 적절한 가열기(13)는 1550 W 의 전력 정격을 가지고, 물 펌프(14)로부터 수용된 물을 대략 20℃ 의 시작 온도로부터 대략 85℃의 공칭 작동 온도로 1 분 이내에 가열할 수 있다. 바람직스럽게는 하나의 분배 사이클의 끝과 가열기(13)가 차후의 분배 사이클을 시작할 수 있는 순간 사이의 운전 정지 시간이 10 초 미만이다. 가열기는 분배 사이클 동안에 선택된 온도를 + 2℃ 또는 - 2℃ 로 유지한다. 분배 사이클을 위한 물은 미리 결정된 온도에서 카트리지 헤드(17)로 전달된다. 가열기(13)는 전달 온도를 필요한 온도로 신속하게 조절할 수 있으며, 일반적으로 80℃ 와 98℃ 사이에서 조절할 수 있고, 가능하게는 유입되는 물의 온도로부터 높게 조절할 수 있다. 소망된다면, 기계(10)에서 증기 퍼지(steam purging)의 작용이 이루어질 수 있다. 증기 퍼지를 발생시키는 바람직한 수단은 플래쉬 가열기(flash heater)(또는 순간 가열기 또는 유동 가열기로 알려짐)의 형태인 물 가열기(13, 도 8)를 이용하는 것이다. 통상적으로 그러한 플래쉬 가열기는 튜브를 구비하고, 튜브를 통하여 물이 통과하며, 튜브는 하나 또는 그 이상의 저항 요소에 의해서 가열된다. 플래쉬 가열기는 음료를 제조하도록 물을 가열하기 위하여 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 높은 전력 설정으로써, 음료가 형성된 이후에 플래쉬 가열기 튜브에 잔류하는 물을 끓여서 발생되는 증기를 이용하여 증기 퍼지 작용이 이루어질 수도 있다. 플래쉬 가열기의 장점은 끓이는 용기(boiler)내의 물이 가열되는 시간이 짧아서 음료용 물의 가열 및 증기 퍼지를 위한 가열이 지연 없이 이루어진다는 점이다. 플래쉬 가열기는 수요에 따라 물을 가열하고 각각의 끓이는 사이클의 직후에 스위치를 끄며, 따라서 매우 에너지 효율적이다.
가열기(13)로부터의 물의 출력은 적절한 전달 시스템을 통하여 밸브에 의해 카트리지 헤드(17) 및 음료 카트리지(100)로 공급된다. 물 유동의 압력이 수용 가능하면, 물은 음료 카트리지(100)로 통과된다. 압력이 미리 결정된 한계보다 아래거나 또는 위라면, 물은 밸브에 의하여 폐기 회수용기로 전환된다.
전달 시스템은 도관들을 포함하며, 도관들은 (도 8 에 도시된 바와 같이) 탱크(12), 물 펌프(14), 물 가열기(13) 및 카트리지 헤드(17)를 연결하여 물을 탱크(12)로부터 음료 카트리지(100)로 운반한다.
카트리지 홀더(18)는 음료 카트리지(100) 내부의 압력에 의해 발생된 개방의 힘(opening force)을 처리할 수 있도록 설계되며, 이것은 에스프레소 음료(espresso beverage)에 대하여 대략 250 kg 이다. 기계(10)의 작동 동안에, 음료 카트리지(100)는 팽창하려고 하지만, 음료 카트리지(100)의 일체성은 유지되어야 한다. 또한 시스템이 가압되고 있는 동안에 사용자가 카트리지 홀더(18)를 개방할 수 없어야 하며, 적절한 잠금 메카니즘이 그것을 달성하도록 제공된다.
국제 출원 공개 WO-A-2006/014936 에 설명된 바와 같이, 한가지 적절한 카트리지 헤드(17)의 디자인은 도 4 내지 도 7 에 도시되어 있다. 카트리지 헤드(17)의 카트리지 홀더(18)는 고정된 하부 부분(43), 회전 가능 상부 부분(44) 및 고정된 하부 부분(43)과 회전 가능 상부 부분(44) 사이에 위치된 피봇 가능 카트리지 장착부(45)를 포함한다. 상부 부분(44) 및 카트리지 장착부(45)는 공통 힌지 축(46)을 중심으로 회전한다. 도 4 내지 도 7 은 명확성을 위하여 기계(10)의 일부 구성 요소들이 생략된 카트리지 홀더(18)를 도시한다.
회전 가능 상부 부분(44) 및 피봇 가능 카트리지 장착부(45)는 클램핑 메카니즘에 의해 고정된 하부 부분(43)에 대하여 움직인다. 클램핑 메카니즘은 제 1 부재 및 제 2 부재 또는 부분들을 가진 클램핑 레버를 구비한다. 클램핑 레버의 제 1 부분은 U 형상 아암(47)을 포함하며, U 형상 아암(47)은 2 개의 제 1 피봇 지점(48)들에서 카트리지 홀더(18)의 각각의 측에 하나씩 상부 부분(44)에 피봇되게 장착된다.
클램핑 레버의 제 2 부분은 2 개의 아암(arm, 49)들을 카트리지 홀더(18)의 각각의 측부에 하나씩 포함하며, 아암들은 힌지 축(46)상에 위치된 제 2 피봇 지점(50)에서 상부 부분(44)에 피봇 가능하게 각각 장착되어 상부 부분(44)을 고정된 하부 부분(43)에 결합시킨다. 각각의 아암(49)은 왕복 부재로서, 실린더(49a), 줄기부(stem, 49b) 및 탄성 슬리이브(49c)를 포함한다. 실린더(49a)는 내측 구멍을 가지고, 힌지 축(46)에서 일 단부에 회전 가능하게 장착된다. 줄기부(49b)의 제 1 단부는 실린더(49a)의 구멍 안에 미끄러지게 수용된다. 줄기부(49b)의 반대 단부는 제 3 피봇 지점(51)에서 U 형상 아암(47)에 회전 가능하게 장착된다. 제 3 피봇 지점(51)들은 상부 부분(44) 및 하부 부분(43)에 연결되지 않으며, 상부 부분(44) 및 하부 부분(43)에 대하여 자유롭게 움직일 수 있다. 탄성 슬리이브(49c)는 줄기부(49b)상에 외부에서 장착되고, 사용시에 줄기부(49b)와 실린더(49a)상의 맞닿음 표면들 사이에서 연장된다. 탄성 슬리이브(49c)는 아암(49)의 축소를 수용하지만, 아암(49)을 연장된 구성으로 편향시킨다. 힌지 축(46)을 향하고 힌지 축(46)으로부터 멀어지는 제 3 피봇 지점(51)들의 움직임은 실린더(49b) 안에서 줄기부(49b)의 상대적인 움직임에 의해 가능하다. 탄성 슬리이브(49c)가 바람직스럽게는 실리콘으로부터 형성된다. 도시된 구현예에서 2 개의 아암(49)들이 이용되지만, 오직 하나의 아암(49)만으로 폐쇄 메카니즘이 구성될 수 있다는 점은 명백할 것이다.
U 형상 아암(47)은 카트리지 홀더(18)의 전방 둘레에 연장되고 아래로 매달린 후크 부재(52)를 카트리지 홀더(18)의 각 측에 구비하며, 그 각각은 힌지 축(46)을 향하는 캠 표면을 구비한다. 카트리지 홀더(18)의 고정된 하부 부분(43)에는 2 개의 돌기(53, 도 5)들 또는 만입부들이 제공되는데, 이들은 후크 부재(52)들과 전체적으로 정렬된 전방 가장자리(54)에서 또는 그것에 근접하게 하부 부분(43)의 각 측에 하나씩 위치된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, U 형상 아암(47)은 한개 부재의 플라스틱 몰딩으로부터 형성될 수 있으며, 이것은 U 형상 아암(47)과 일체인 후크 부재(52) 및 인간 공학적인 손잡이 파지부를 구비한다.
카트리지 장착부(45)는 카트리지 홀더(18)의 상부 부분(44)과 하부 부분(43) 사이에 회전 가능하게 장착된다. 장착부(45)에는 사용시에 음료 카트리지(100)를 수용하는 실질적으로 원형의 요부(55)가 제공된다 (음료 카트리지는 이후에 보다 상세하게 설명된다). 요부(55)는 음료 카트리지(100)의 핸들 부분(124, 도 22)을 수용하기 위한 불규칙부(56)를 구비하며, 이것은 카트리지 홀더(18) 안에서 음료 카트리지(100)의 회전을 방지하는 작용을 한다. 카트리지 장착부(45)는 고정된 하부 부분(43)에 대하여 탄성을 받음으로써, 도 7 에 도시된 바와 같이 개방 위치에서 카트리지 장착부(45)는 고정된 하부 부분(43)과의 접촉을 벗어나게 편향되며, 따라서 카트리지 장착부(45)는 유출 및 유입 천공 부재(22,21)들과의 접촉을 벗어나게 움직인다. 카트리지 장착부(45)에는, 카트리지 장착부(45)가 폐쇄 위치로 움직일 때 카트리지 인식 수단(20)의 헤드 및 유입 및 유출 천공부(21,22)를 통공을 통해 수용하기 위한 통공(57)들이 제공된다.
상부 부분(44)은 원형의 관찰 윈도우(59)를 하우징하는 전체적으로 원형의 동체(38)를 포함하며, 관찰 윈도우를 통하여 소비자는 분배 사이클 동안에 음료 카트리지(100)를 관찰할 수 있고, 음료 카트리지(100)가 기계(10) 안에 로딩(loading)되었는지의 여부를 시각적으로 확인할 수 있다. 관찰 윈도우(59)는 아래로 향하는 테두리를 가지는 컵 형상이다. 더욱이, 관찰 윈도우(59)에는 도 7 에 도시된 바와 같이 아래로 향하는 튜브형 연장부(61)의 형태인 클램핑 부재가 제공된다. 연장부(61)는 하부 부분(43)을 향하여 지향되며 도 6 에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 있을 때 카트리지 헤드의 체적 안에 놓인다. 관찰 윈도우(59)는 상부 부분(44)의 원형의 동체(38)에 대하여 축방향으로 움직일 수 있다. 상대적인 움직임을 달성하기 위한 한가지 구성은 웨이브 스프링(wave spring, 미도시)을 제공하거나, 또는 고무로 처리된 링(rubberised ring)과 같은 유사한 탄성 수단을 제공하는 것이며, 이것은 관찰 윈도우(59)와 원형 하우징(58) 사이에 위치된다. 대안의 구성에서, 일련의 헬리컬 압축 스프링(미도시)이 제공되어 관찰 윈도우(59)와 원형 하우징(58) 사이에서 연장된다. 양쪽의 경우들에서, 탄성 수단은 관찰 윈도우(59)가 원형 하우징(58)에 대하여 축방향으로 작은 정도로 움직이는 것을 허용한다.
카트리지 홀더(18)가 폐쇄 위치에 있을 때, 관찰 윈도우(59)의 튜브형 연장부(61)의 말단 단부(62)는 음료 카트리지(100)의 클램핑 표면(118a)에 대하여 지탱되어 도 6 에 도시된 바와 같이 음료 카트리지를 하부 부분(43)에 대하여 편향시킨다 (여기에서 더 큰 깊이를 가진 카트리지를 포함하는 구성이 도시되어 있다). 튜브형 연장부(61, 도 6)에 의해 외측 부재(102, 도 19)에 가해지는 압력은 음료 카트리지(100)와 카트리지 홀더(18) 사이의 유체 밀봉을 보장한다. 관찰 윈도우(59) 및, 따라서 카트리지 헤드(17)의 높이는 다양한 깊이의 음료 카트리지(100)가 삽입될 수 있도록 된다는 점이 주목되어야 한다. 도 6 에서 상대적인 깊이의 카트리지를 가진 구성이 도시되어 있다. 동일한 카트리지 헤드(17)가 얕은 카트리지를 수용할 수도 있다. 이러한 경우에 윈도우(59)와 음료 카트리지(100)의 상부 표면(111) 사이의 간극이 있을 것이다. 그러나, 음료 카트리지(100)는 튜브형 연장부(61)에 의해 가해지는 압력에 의해 유입부 및 유출부에서 완전하게 밀봉(seal)된다.
하부 부분(43)은 유입 및 유출 천공부(21,22)와 카트리지 인식 수단(20)의 헤드를 포함한다. 유입 천공부(21)는 중공형의 바늘과 같은 튜브(63)를 포함하며, 그 튜브는 사용시에 음료 카트리지(100)의 라미네이트(lmainate, 105)를 천공하기 위한 예리한 단부(64)를 가진다. 유입 천공부(21)는 도 7 에 도시된 바와 같이 물 도관(65)과 유체 소통되며, 물 도관은 하부 부분(43)을 통과하여 물 가열기(13)의 유출 도관(66)에 연결된다. 유출 천공부(22)는 유럽 출원 EP-A-0389141 및 EP-A-0334572 에 개시된 유출 천공부와 유사한 유형이고, 음료의 배출 분출부(143)보다 큰 치수를 가진 원형 또는 D 형상 단면의 개방된 단부 실린더를 포함한다. 유출 천공부(22)의 상단부의 원호형 부분(67)은 천공되도록 톱니 형상이고 결국에는 음료 카트리지(100)의 라미네이트를 절단한다. 음료가 유출 통공을 통해 분배되기 전에, 상부 단부의 나머지는 절단된 라미네이트(105)를 유출 통공으로부터 멀리 당기거나 또는 접기 위하여 톱니가 된 부분의 치(68)의 적어도 베이스에 대하여 실린더의 길이 방향으로 절단된다. 유출 천공부(22)는 배출 분출부(143)의 외부로 라미네이트(105)를 천공하고, 카트리지 장착부(45)가 폐쇄 위치에 있을 때, 배출 분출부(143)와 배출 깔떼기(140)의 외측 튜브(142) 사이의 환형부내에 놓인다. 유출 천공부(22)는 절단된 라미네이트(105)를 환형부 안으로 뒤로 접는다. 그에 의하여 유출 천공부(22) 및 절단된 라미네이트(105)는 배출된 음료의 경로 밖으로 유지된다.
유출 천공부(22)는 돌출부(ledge)에 의해 둘러싸이는데, 돌출부는 둘러싸인 부분에 대하여 0.5 mm 로 상승된다.
유리하게는, 유출 천공부(22)는 하부 부분(43)으로부터 제거될 수 있어서, 그것이 예를 들어 접시 닦기 기계에서 완전히 세척될 수 있게 한다. 제거 가능한 유출 천공부(22)는 하부 부분(43)에 있는 요부내에 수용되어, 그곳에서 안착된다. 유입 천공부(21) 및/또는 유출 천공부(22)는 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 만들어질 수 있거나, 또는 플라스틱 재료로 만들어진다. 유리하게는, 플라스틱 절단 요소들의 이용이 라미네이트(105)의 이용에 의해 가능해지며, 라미네이트(laminate)는 비금속 재료에 의해 천공되고 절단될 수 있다. 또한, 플라스틱 천공 요소들은 녹이 슬지 않는다. 바람직스럽게는, 유입 천공부(21) 및 유출 천공부(22)가 단일의 일체형 유닛으로서 형성되며, 이것은 하부 부분(43)으로부터 제거될 수 있다.
사용시에, 카트리지 홀더(18)의 상부 부분(44)은 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 움직일 수 있으며, 개방 위치에서는 도 2 에 도시된 바와 같이 수직을 향하거나 또는 수직으로 지향되고, 폐쇄 위치에서는 실질적으로 수평으로 지향되어 고정된 하부 부분(43) 및 카트리지 장착부(45)와 서로 맞물리게 된다. 상부 부분(44)은 클램핑 레버의 작용에 의해 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 움직인다. 상부 부분(44)을 폐쇄하도록 사용자는 U 형상 아암(47)으로 클램핑 레버를 잡아서 아래로 당긴다. 결국, 상부 부분(44)이 회전되어 관찰 윈도우(59)의 튜브형 연장부(61)를 음료 카트리지(100)의 클램핑 표면(118a)과 처음으로 접촉되게 한다. 상부 부분(44)의 계속되는 회전은 상부 부분(44) 및 카트리지 장착부(45)를 아래로 회전시켜 하부 부분(43)과 접촉되게 한다. U 형상 아암(47)의 더 이상의 회전은 상부 부분(44) 및 하부 부분(43)에 대하여 U 형상 아암(47)이 회전되게 하여 상부 부분(44)의 후크 부재(52)들이 하부 부분(43)의 돌기(53)들과 맞물려서 캠 표면이 돌기(53)들 위로 타고 넘는다. 이러한 회전의 마지막 단계 동안에, 음료 카트리지(100)는 카트리지 장착부(45)와 관찰 윈도우(59) 사이에서 압축된다. 결과적으로, 관찰 윈도우(59)는 웨이브 스프링(wave spring) 또는 헬리컬 스프링의 편향에 대하여 상부 부분(44)의 원형 하우징(58)에 상대적으로 약간 축방향으로 움직인다. 이러한 움직임은 음료 카트리지(100) 및 음료 제조 기계(10)에서 공차를 취하는 것을 허용하며, 음료 카트리지(100)에 가해지는 압축력의 양이 수용 가능한 범위내에 유지되는 것을 보장한다. 웨이브 스프링 또는 헬리컬 스프링의 작용에 의해 조정되는 메카니즘의 클램핑 힘은 음료 카트리지(100) 상의 클램핑 압력을 보장한다. 150 N 내지 400 N 의 힘이 카트리지(100)에서 압력에 역으로 작용하는데 필요한 것으로 밝혀졌다. 카르리지 헤드의 폐쇄 동안에, 음료 카트리지(100)의 라미네이트(105)에는 그것이 유출 천공부(22)를 둘러싸는 선반부와 접촉하게 되면서 장력이 가해지며, 이는 실린더형 깔때기의 외측 튜브(142)의 말단 단부가 플랜지(147)에 대하여 0.5 mm 상방향으로 움직일 때 라미네이트(105)가 평면을 벗어나 굽혀지게 한다. 이러한 움직임은 또한 음료 카트리지(100)에 가해지는 대부분의 압축력이 하중-베어링 내측 부재(103)를 통해서 음료 카트리지(100)의 중앙 영역을 통하여 작용하는 것을 보장한다. 이러한 압축력은 가압하는 동안에 음료 카트리지(100)의 고장을 방지하는데 도움이 되며, 내측 부재(103) 및 외측 부재(102)가 서로에 대하여 완전하게 안착됨으로써 모든 내측 통로들 및 통공들이 내부 압력이 있는 동안에도 의도된 치수에서 유지되는 것을 보장한다.
폐쇄 위치에서, 하부 부분(43)과 튜브형 연장부(61)의 말단 단부(62)의 분리는 도 6 에서 도면 부호 D 로 도시되어 있다. 이러한 거리는 관찰 윈도우(59), 원형 하우징(58) 및 하부 부분(43)의 치수들에 의해 고정된다. 거리(D)는 음료 카트리지(100)의 표면 아래에서 라미네이트(105)와 클램핑 표면(118a) 사이의 거리보다 약간 작거나 또는 같도록 선택된다. 이러한 방식으로, 카트리지 헤드(17)의 폐쇄시에, 음료 카트리지(100)는 고정되고 알려진 압축 정도를 받게 된다. 또한, 거리(D)가 양쪽 카트리지 유형들에 대하여 같기 때문에, 카트리지의 제 1 및 제 2 구현예들이 동일한 압축 정도로써 클램프될 수 있다.
도 4 에 도시된 카트리지 홀더(18)의 제 1 과 제 2 피봇 지점(48,50) 사이에 가상의 기준선(imaginary datum line)이 그려질 수 있다. 도 7 에서 알 수 있는 바로서, 상부 부분(44, 도 2)이 개방되어 있는 개방 위치에서, 제 3 피봇 지점(51)들은 고정된 하부 부분(43, 도 2)에 가장 가깝게 기준선의 아래쪽에 위치된다. 상부 부분(44)이 도 4 에 도시된 폐쇄 위치에 접근할 때, 클램핑 레버의 제 3 피봇 지점(51)들은 제 1 및 제 2 피봇 지점(48,50)들 사이의 기준선을 통과하여, 고정된 하부 부분(43)으로부터 가장 멀리 있는, 가상의 기준선의 반대측에 있게 된다. 결과적으로, U 형상 아암(47)은 제 1 안정 위치로부터 제 2 안정 위치로 '물리게 된다(snap through)'. 이러한 물림 작용은 아암(49)이 짧아지고 결과적으로 탄성 슬리이브(49c)가 압축되는 것에 의해서 수용된다. 일단 제 3 피봇 지점(51)들이 가상의 기준선을 지나면, 탄성 슬리이브(49c)의 복원은 제 3 피봇 지점(51)들의 움직임을 가상의 기준선으로부터 이탈되게 계속시킨다. 따라서 레버가 개방 또는 폐쇄 위치들에서 안정적이라는 점에서 클램핑 레버가 쌍안정적(bistable) 이지만, 제 3 피봇 지점(51)들이 제 1 피봇 지점 및 제 2 피봇 지점(48,50)들에 접하는 가상의 기준선상에 놓일 때의 지점에서는 안정적이지 않다. 그러므로, 클램핑 레버의 물림 작용은 명확한 폐쇄 작용으로 이끄는 능동적인 폐쇄 메카니즘을 제공하며, 여기에서 클램핑 레버 회전의 마지막 단계들에서, U 형상 아암(47) 및 제 2 아암들의 물림 작용은 후크 부재(52, 도 4)들이 돌기(53, 도 5)들과 확고하게 맞물리게 한다. 또한, 제 1 및 제 2 피봇 지점(48,50)들 사이의 가상의 기준선에 직선으로 제 3 피봇 지점(51)들을 움직이도록 충분하게 슬리이브(49c)를 압축하는데는 최소의 힘이 필요하기 때문에, 탄성 슬리이브(49c)는 상부 부분(44)을 다시 개방하려면 그에 대한 저항을 제공한다. 유리하게는, 후크 부재(52) 및 돌기(53)가 상호 맞물려 있기 때문에, 클램핑 레버가 회전하지 않으면 상부 부분 및 하부 부분의 분리가 방지된다. 이것은 카트리지 헤드(17)가 내부 압력을 받을 때의 작용 동안에 카트리지 헤드(17)의 개방을 방지하는데 유용하다.
상부 부분(44)에 의해 가해지는 압력은 카트리지(100, 도 6)와 카트리지 홀더(18, 도 4) 사이의 완전한 유체 밀봉을 보장한다. 클램핑의 힘은 가압하는 동안에 음료 카트리지(100)의 고장을 방지하고, 또한 음료 카트리지(100) 안의 내부 통로들 및 통공들 모두가 내부 가압 동안에도 그들의 의도된 치수에 유지되는 것을 보장한다. 음료 카트리지(100)들과의 밀봉을 향상시키도록, 카트리지 장착부(45)의 요부(55, 도5)를 고무 밀봉(55a)(도 7a 참조)으로 라이닝(lining)하는 것이 조합 사이클(brewing cycle) 동안에 발생되는 현저하게 높은 압력을 견디는 기계의 성능을 향상시킨다는 점이 출원인에 의해 밝혀졌다.
조합 사이클(brew cycle)의 제어는 음료 제조 기계(10)의 제어 프로세서에 의해 이루어지며, 이는 프로세싱 모듈 및 메모리를 포함한다. 제어 프로세서는 가열기(13), 펌프(14), 사용자 인터페이스(16) 및 아래에 설명될 다른 구성 요소들에 작동 가능하게 연결되어 그것들의 작동을 제어한다.
기계(10)의 작동 거동은 예를 들어 유럽 출원 EP-A-1440644 에서 설명된 제어 프로세서에 포함된 소프트웨어에 의해 결정된다. 제어 프로세서의 메모리는 음료 제조 기계(10)를 위한 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터를 위한 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함한다. 종래 기술의 기계들에서, 그것들은 일반적으로 작동 단계 동안에 음료 카트리지(100)를 통해 지나가는 액체의 온도, 음료 카트리지(100)의 충전 속도, 담금 단계(soak step)의 존재 여부, 음료의 전체 분배 체적, 배출 단계 동안의 액체의 유량 및, 퍼지 사이클(purge cycle)의 기간이다.
카트리지 인식 수단(20)의 한가지 목적은 특히 삽입되었던 음료 카트리지(100)의 유형을 인식하고 그에 따라서 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터들을 조절하도록 하는 것이다. 작동 파라미터들에 대한 변수들은 메모리내에 저장된다. 음료 카트리지(100)는 그 음료 카트리지(100)에 있는 음료의 최적 분배에 필요한 작동 파라미터들을 나타내는 음료 카트리지(100) 상에 있거나 또는 카트리지에 제공된 코드(120')를 포함한다. 코드의 예는 유럽 출원 EP-A-1440644 에 설명되어있다.
제어 프로세서 메모리는 분배된 음료 유형에 대한 정보를 더 저장함으로써 기계(10)의 작동 사이클이 다음의 음료 카트리지(100)에 대하여 조절될 수 있다. 이것은 2 개 또는 그 이상의 음료 카트리지(100)들이 음료를 형성하도록 순차적으로 이용되는데 유리하다. 예를 들어 커피 카트리지가 분배되고 뒤이어 밀크 카트리지가 분배되어 카푸치노 음료를 형성할 수 있다. 대안으로, 초콜렛 음료 카트리지가 이용되고 뒤이어 밀크 카트리지가 분배되어 크림 핫 초콜렛 음료를 만들 수 있다. 분배된 제 1 음료에 대한 정보를 저장하는 메모리를 이용함으로써, 제 2 카트리지를 분배하는 방식, 즉, 밀크 카트리지를 분배하는 방식이 최적의 음료를 달성하도록 변경될 수 있다. 상기의 예에서 핫 초콜렛을 위해서 분배된 밀크는 통상적으로 커피에 가해지는 밀크보다 덜 희석될 수 있다. 또한, 초콜렛 음료(chocolate)를 위해서 분배된 밀크는 느린 유량으로 분배되어 음료의 형성 정도를 줄일 수 있다. 카트리지들의 많은 조합이 가능하며, 작동 파라미터들이 그렇게 된다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 더욱이, 사용자가 다음에 분배를 원하는 음료의 유형을 기계(10)가 '예측하는' 것을 허용하는 메모리가 이용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 하나의 음료 유형을 주로 마신다면, 기계는 그 음료 유형에 대하여 최적의 온도에서 물 히터가 유지될 것을 명령할 수 있다.
공지된 종래 기술 기계(10)들의 작동은, 카트리지 헤드(17) 안으로의 음료 카트리지(100)의 삽입, 음료가 분배되는 분배 사이클의 수행, 기계로부터의 음료 카트리지(100)의 제거를 포함한다.
음료 카트리지(100)를 삽입하도록 카트리지 홀더(18)는 위에서 설명된 바와 같이 개방되어 카트리지 장착부(45)를 노출시킨다. 음료 카트리지(100)는 요부(55, 도 5) 안에 수용된 카트리지 장착부(45, 도 2)상에 배치된다. 다음에 카트리지 홀더(18)는 위에서 설명된 바와 같이 클램핑 레버의 작동에 의해 폐쇄된다. 폐쇄되는 동안에 유입 및 유출 천공부들은 음료 카트리지(100)를 천공하여 카트리지 유입부(107) 및 유출부(108)를 형성한다.
작동 사이클을 시작하도록 사용자는 시작/정지 버튼(28)을 작동시킨다. 작동 사이클은 카트리지 인식 단계들 및 음료 제조 사이클을 포함한다.
카트리지 인식은, 카트리지가 카트리지 홀더(18) 안에 존재하는지의 여부를 검출하기 위한 카트리지 센서 및, 카트리지 홀더(18)가 적절하게 폐쇄되었는지의 여부를 검출하는 잠금 센서로부터의 출력들이 만족스럽다는 것을 가정하고, 위에서 설명된 바와 같이 광학적 카트리지 인식 수단(20)에 의해 수행된다. 도 18 에 도시된 코드(120')는 바코드(barcode) 일 수 있으며, 일단 코드(120')가 디코딩되었다면, 기계(10)의 작동 파라미터들이 콘트롤 프로세서에 의해 조절된다. 제조 사이클은 다음에 자동적으로 시작된다. 제조 사이클은 4 개의 주 단계들을 가지며, 그러나 이들 모든 단계들이 모든 음료 유형들에 대하여 이용되지는 않는다.
1. 사전 젖음(pre-wet)
2. 휴지 (pause)
3. 조합 단계(brew stage)
4. 퍼지(purge)
사전 젖음 단계에서 음료 카트리지(100)는 펌프(14)에 의하여 저장 탱크(12)로부터의 액체로 충전된다. 물로 충전되는 것은 챔버(160) 안의 음료 성분(200)들이 젖게 한다. 충전은 600 ml/min 의 "빠른" 유량으로 발생될 수 있거나, 또는 "325 ml/min 의 "느린" 유량으로 발생될 수 있다. 느린 충전 비율은 점성이 있는 액체 음료 성분들을 포함하는 음료 카트리지(100)들에 대하여 특히 유용한데, 여기에서는 더 높은 체적 유량으로 펌프될 수 있기 전에 성분들 일부가 희석될 필요가 있다. 이러한 단계 동안에 액체 또는 음료가 카트리지 유출부(108) 밖으로 떨어지지 않는 것을 보장하도록 음료 카트리지(100) 안으로 주입되는 액체의 체적이 선택된다.
휴지 단계(pause stage)에서, 음료 성분(200)들은 미리 결정된 시간 기간의 사전 젖음 단계 동안 주입된 액체 안에서 젖을 수 있다. 사전 젖음(pre-wetting) 및 잠김(soaking) 단계들은 음료 성분(200)들로부터의 추출물의 산출을 증가시키고 음료의 최종 향미를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 음료 성분들이 볶아서 갈은 커피인 경우에 사전 젖음 및 잠김이 특히 이용된다.
조합 단계(brew stage)에서 액체는 음료 성분(200)들로부터 음료를 제조하기 위하여 음료 카트리지(100)를 통과한다. 액체의 온도는 제어 프로세서에 의해 판단되며, 제어 프로세서는 탱크(12)로부터 카트리지 헤드(17)로 통과되는 액체를 가열하도록 가열기(13)에 명령을 보낸다. 액체는 유입 밸브 및 유입 천공부를 통하여 카트리지 홀더(18)로 들어가고 다음에 음료 카트리지(100)의 유입 챔버(126) 안으로 통과된다. 음료 카트리지(100) 안에서의 음료의 조합 및/또는 혼합은 유럽 출원 EP-A-1440644 에서 설명된 바와 같이, 준비된 음료가 카트리지 유출부(104)를 빠져나가기 전에 발생되고, 음료 유출부(37)로 진입하여, 분배 스테이션(27)에 있는 용기에 적절하게 배치된 용기 안으로 향한다.
퍼지 사이클(purge cycle) 동안에 물 가열기(13)의 온도는 시스템에 남아 있는 물을 증기로 전환시켜서 가압된 증기를 음료 제조 기계(10) 및 음료 카트리지(100)를 통하여 보내기에 충분히 높도록 상승된다. 이는 모든 음료가 분배되는 것을 보장하고, 유동 경로가 다른 음료의 분배를 위해 준비되도록 치워지는 것을 보장한다. 대부분의 유체가 유동 경로를 제거하는 것을 허용하도록 퍼지 사이클은 조합/혼합 단계의 중지시에 즉각적으로 시작되지 않을 수 있다.
일단 작동 사이클이 완료되었다면, 기계는 자동적으로 정지되고 소비자는 카트리지 홀더(18)를 개방하고 음료 카트리지(100)를 수동적으로 제거하고 처리함으로써 음료 카트리지(100)가 제거된다. 대안으로서, 기계(10)에는 카트리지 홀더(18)의 개방시에 카트리지를 자동적으로 제거하기 위한 자동 배출 메카니즘이 제공될 수 있다.
위에서 언급된 공지의 음료 제조 기계(10)에 대한 현저한 제 1 향상점은 가변적인 기하 형상의 밸브(60)가 제공된 것으로서 (도 9 내지 도 15 참조), 이것은 사후의 카트리지 압력 제어를 제공하도록 카트리지 유출부(108)에 가까이 제공된다. 이것은 음료 제조 기계(10)가 광범위한 음료들을 제조할 수 있게 하는데, 이는 카트리지 인식 수단(20)에 의해 식별되는 바로서 카트리지 안의 음료 성분들에 필요한 혼합 사이클의 유형에 따라서, 조합 사이클 동안에 높은 압력 또는 낮은 압력 또는 변화하는 압력에서 음료 카트리지(100)들이 선택적으로 조합(brew)하는 것을 허용함으로써, 자동화된 가변의 압력 시스템을 제공하기 때문이다. 개량된 기계는 예를 들어 0 내지 9 바아 및, 보다 바람직스럽게는 0 내지 6 바아의 압력 범위에서 음료를 제조할 수 있다.
가변적인 기하 형상의 밸브(60)는 음료 카트리지(100)의 하류측에 위치되고, 바람직스럽게는 음료 유출부(37)에 위치되며, 이것은 카트리지 헤드(17)의 하부 부분(43) 안에 부분적으로 하우징되고 그로부터 연장된다 (도 6 및 도 7 참조). 밸브(60)는 적어도 하나의 개방되고 제한된 상태를 가지고, 보다 바람직스럽게는 아래에 식별된 모든 상태를 가진다:
1. 개방 (도 11)
2. 제한 (도 12)
3. 폐쇄 (도 10)
4. 세척/퍼지(cleaning/purging)
밸브의 다양한 유형들이 유출 밸브(60)를 위하여 이용될 수 있으며, 예를 들어 볼 밸브, 핀치 밸브, 슬리이브 밸브, 시트 밸브(seat valve) 또는 디스크 밸브가 이용될 수 있다. 도 10 내지 도 12 에 도시된 구현예는 볼(ball) 유형의 밸브로서, 이것은 음료 유출부(37)내의 챔버(70)에 위치한 회전 요소(69)를 가진다. 회전 요소(69)는 필요한 상태들을 제공하도록 미리 설정된 위치들 사이에서 회전 가능하다. 제한되지 않은 위치에서의 밸브(60)의 보어 직경(bore diameter)이 바람직스럽게는 적어도 5 mm 이고, 이는 예를 들어 낮은 압력 필터 음료를 제공하는 음료 카트리지(100)를 위해서 필요하다.
대안의 적절한 밸브는 도 13 내지 도 15 에 도시된 핀치 밸브로서, 이것은 유연성 튜브(71) 및 클램핑 메카니즘(72)을 구비하며, 유연성 튜브가 바람직스럽게는 실리콘 고무 또는 엘라스토머 재료로 만들어진다. 제한되지 않은 위치에서 (도 13 및 도 14) 음료는 튜브(71)를 통해 자유롭게 유동한다. 클램핑 메카니즘(72)은 제한된 위치(도 13b 및 도 15) 및 폐쇄된 위치를 제공하도록 작동된다.
밸브(60)는 기계(10)의 제어 프로세서에 의해 자동적으로 제어된다. 일단 코드(120')를 디코딩함으로써 기계(10)에 삽입된 음료 카트리지(100)의 유형이 식별되었다면, 제어 프로세서는 정확한 초기 설정을 선택하고, 적절하다면, 관련 음료 유형을 위한 밸브(60)의 임의의 후속 작동을 선택한다.
기계(10)는 밸브(60)가 하나 또는 그 이상의 위치들에 있으면서 임의 범위의 모드들에서 작동할 수 있으며, 일부 예들은 다음과 같다:
1. 조합 사이클을 통한 밸브의 개방
밸브(60)가 개방 위치에 있을 때, 작동 압력은 2 바아 미만으로서, 최대 400 ml/min 의 유량을 통한 정상 상태(steady state)를 허용한다. 음료는 유럽 출원 EP-A-1440644 에서 설명된 것과 유사한 조건들로 분배된다. 이러한 모드는 차, 거품 밀크, 또는 초콜릿 음료와 같은 낮은 압력의 음료를 제조하기 위한 현존의 카트리지들과 기계(10)가 호환되게 하므로 특히 유용하다.
2. 조합 사이클을 통하여 제한된 밸브
밸브(60)가 제한된 위치에 있을 때, 카트리지 안에 상대적으로 높은 배압(back pressure)이 생성되고, 이는 작동 압력이 최대 4, 6 또는 심지어 9 바아가 되는 결과를 가져오고, 60 내지 300 ml/min 의 유량을 통한 정상 상태(steady state)를 제공한다. 이것은 에스프레소 음료를 위하여 음료 성분(200)들에 있는 오일이 유제화(emulsification)되는 것과 필요한 고체의 추출을 얻는 것에 충분하다. 음료 유출부(37) 안의 결과적인 제한은 밸브(60)를 통하여 유동하는 음료내의 전단(shearing) 및 혼합을 제공하여, 우수한 공기/액체의 유제화를 발생시키고 향상된 크레마(crema)를 가져오는 결과를 낳는다. 이러한 모드는 혼합 작용을 이루도록 공기를 혼입시키는 수단을 가지지 않는 음료 카트리지(100), 즉, 소위 비추출 카트리지(non-eductor cartriges)로부터 에스프레소 및 카푸치노와 같은 높은 압력의 음료를 제조하는데 유리하게 이용될 수 있다.
3. 밸브 폐쇄 그리고 제한
만약 밸브(60)가 조합 사이클의 시작시에 (펌프(14)가 시작되기 전에 그리고 사전 젖음 사이클이 진행되는 동안) 즉각적으로 폐쇄된다면, 밸브(60)가 그것의 제한 위치에 있을 때보다 음료 카트리지(100) 안에 더 높은 압력이 전개될 수 있다.
다른 결합(combination)이 적절할 수 있으며, 예를 들면 달성되어야 하는 소망의 효과에 따라서 밸브가 폐쇄되고, 다음에 개방되거나 또는 밸브가 폐쇄되고 다음에 제한되고 이후에 개방된다.
필요하다면, 밸브(60)는 조합 사이클 동안에 또는 그것의 일부 동안에 다양한 위치들 사이에서 맥동(pulse)될 수 있다. 전달 사이클(delivery cycle) 동안에 밸브 작동의 방식은 등급이 있는 칼러 및/또는 거품 크기를 가진 크레마가 있는 음료가 제조될 수 있게 한다.
퍼지 사이클 동안에 밸브(60)는 제어 프로세서에 의해 제어됨으로써, 음료의 외관을 보존하고 오염을 방지하도록 증기를 분배 스테이션(27)으로 전환시키기 보다는 드레인 영역(drain area)으로 전환시킨다.
상기에 설명된 공지의 음료 제조 기계(10)에 대한 현저한 제 2 향상점은 조합 제어 시스템(brew control system)에 기체 관리를 추가한 것이다. 놀랍게도 출원인은 이러한 유형의 음료 제조 기계(10)에서 제조된 음료의 특성들이 종래 기술의 기계에서 보여졌던 경계를 넘어서 개량될 수 있다는 점을 발견하였다. 놀라운 효과는 고품질 크레마의 양을 지시하는 음료의 제조중에 전달 시스템 내의 기체량을 제어함으로써 이루어져서 섬세한 층으로부터 최종 제품에서의 놀랍도록 깊은 층까지 변화되는 음료에 있는 제어된 크레마의 양을 초래한다. 출원인은 음료 제조 기계에서 기체:액체 비율을 수정하는 성공적인 기체 이용 방법을 찾아냄으로써, 종래 기술의 기계에서 결코 보지 못했던 제조 음료의 우수한 안정된 크레마의 놀라운 양을 만들었다. 전달 시스템에 존재하는 다량의 기체를 유지하는 것은 조합 및 분배중에 훨씬 큰 기체:액체 비율을 달성할 수 있게 하여, 그것이 상응하는 큰 체적의 크레마를 발생되게 한다. 기체 체적을 감소시키는 것은 비율을 감소시킬 수 있게 하여 크레마 체적을 감소시킨다. 포말의 크기는 또한 기체:액체 비율에 의해 영향을 받으며, 따라서 낮은 비율은 꽉 차고(tight) 크림이 많은 크레마를 제공하는데 이용될 수 있고, 높은 비율은 보다 덜 차고(loose) 거품이 많은 크레마를 제공하는데 이용될 수 있다. 따라서 이러한 향상은 분배된 각각의 음료에 대하여 크레마 체적 및 포말의 크기를 최적화시키는 성능을 제공한다. 기체를 조작함으로써, 172 마이크론보다 큰 직경을 가진 포말의 발생을 최소화시키면서 우수한 품질의 에스프레소가 음료 체적의 25 % 보다 큰 크레마 체적과 조합될 수 있으며, 이것은 이러한 유형의 공지된 음료 제조 기계에서 이전에 가능한 것으로 보여지던 것이 아니다.
물을 탱크(12)로부터 음료 성분(200)까지 그리고 분배 유출부까지 이송시키는 전달 시스템 안에서 기체의 체적을 관리하기 위한 수단을 제공하는 조합 사이클의 제어를 적합화시킴으로써 향상이 이루어진다. 본원 명세서에서 전달 시스템을 더 참조하는 것은 그것의 임의의 미리 결정된 부분을 포함하도록 의도된 것이며, 예를 들어 물 가열기(13)로부터 음료 카트리지(100)까지 연장된 부분을 포함하며, 또한 타당하다면, 음료 카트리지(100)의 헤드 공간내에 포함된 일부 기체를 포함할 수도 있다.
임의의 주어진 기계(10)의 전달 시스템 안에 존재할 수 있는 기체의 "기본 체적"은 그것의 구성에 달려있다. 임의의 주어진 시간의 "실제 체적"은 기계(10)가 방금 음료를 제조하도록 사용되었는지의 여부에 따라서, 어떤 종류의 음료를 위해서 기계가 사용되었는지에 따라서, 그리고 증기 퍼지 사이클(steam purge cycle)이 가동되었는지의 여부에 따라서 변화될 것이다. 따라서 향상된 조합 사이클 제어는 이미 존재하는 기체의 실제 체적을 고려하여, 분배되어야 하는 음료의 유형에 따라서 (즉, 소형의 더 적은 포말을 가진 크레마를 필요로 하는 것인지 또는 대형 포말의 많은 거품을 필요로 하는 것인지에 따라서) 전달 시스템 안의 기체 체적을 변화시키는 수단을 포함한다. 기체의 체적을 변화시키는 수단은 다음의 조합에 의해 달성될 수 있다:
1. 조합 사이클(brewing cycle)이 완료된 이후에, 그리고 고압의 조합 이전에 전달 시스템을 퍼지(purging)시키는 것으로서, 이것은 기체:액체 비율을 증가시킬 것이다.
2. 고압의 조합 이전에 전달 시스템으로부터 기체를 배출시키는 것으로서, 이것은 기체:액체 비율을 감소시킬 것이다.
3. 고압의 조합 이전에 전달 시스템 안으로 기체를 끌어들이는 것으로서, 이것은 기체:액체 비율을 증가시킬 것이다.
바람직스럽게는 전달 시스템 안의 기체 체적이 감소될 수 있도록 밸브 수단이 제공되고 기체(통상적으로 공기)가 시스템 안으로 주입되도록 공기 펌프가 제공된다. 음료 카트리지(100)의 상류 또는 하류에, 분리된 전용 공기 밸브가 전달 시스템에 포함될 수 있다. 바람직스럽게는, 위에서 도 8 을 참조하여 설명된 가변의 기하 형상 밸브(60)가 밸브 수단으로서 사용될 수 있다.
이러한 향상된 조합 사이클 제어가 이루어질 수 있도록, 기본적인 기계(10)와 관련되어 설명된 것들에 추가적인 파라미터들은 제어 프로세서의 메모리 안에 저장될 수 있다. 이러한 추가적인 파라미터들은 (사용되지 않거나 또는 퍼지(purging)된 이후의 기계(10)에 적용될) 기계(10)의 특정 구성을 위한 기체의 기본 체적 및, 각각의 특정 음료를 위하여 크레마를 최적화시키기 위한 고압의 조합 동안에 필요한 체적을 포함한다. 바람직스럽게는 기계(10)가 수행할 수 있는 각각의 유형의 조합 작용 이후에 전달 시스템에서 유지될 기체의 실제 체적이 추가적인 파라미터들에 포함된다. 그러나, 매번 음료가 분배된 이후에 기계(10)가 증기 퍼지 사이클을 가동시키도록 프로그램된다면 그러한 것이 전부 필요한 것은 아니며, 증기 퍼지 사이클은 실제 체적을 기본 체적으로 효과적으로 재설정(reset)하며, 왜냐하면 증기 퍼지 사이클은 물 가열기(13)의 하류에서 분배 시스템의 그 어떤 남겨진 액체라도 분출시키기 때문이다.
따라서 조합 사이클은 추가적인 단계를 포함할 것이며, 즉, 사전의 젖음(pre-wet) 사이클 이전의 기체 조절 사이클을 포함할 것이다. 기체 조절 사이클은 다음과 같은 것을 포함한다:
단계(1): 제조되어야하는 음료 유형에 대하여 필요한 기체 체적을 평가한다. 가장 편리하게는 카트리지 코드(120')와 관련된 필요 파라미터의 프로세서 메모리로부터의 선택에 의하여 이것이 이루어질 것이다.
단계(2): 기계(10)의 마지막 작동에 따라서 전달 수단내에 현재 존재하는 기체의 실제 체적을 판단한다. 이것은 만약 퍼지 사이클이 가동되었다면 기본 체적일 것이며, 또는 사용되지 않은 기계에 대한 기본 체적일 것이다. 만약 기계가 음료를 제조하도록 방금 사용되었거나 또는 퍼지 사이클이 가동되지 않았다면, 프로세서가 이상적으로는 마지막 음료에 따라서 잔류 기체에 대한 파라미터를 메모리로부터 선택한다. 대안으로서, 임의의 시점에 전달 시스템내의 기체 체적을 특히 모니터하는 수단이 제공될 수도 있다.
단계(3): 필요한 체적을 달성하도록 전달 시스템 안으로 끌어들여지거나 또는 전달 시스템으로부터 배출되어야 하는 기체 체적을 계산한다.
단계(4): 추가적인 기체(통상적으로 공기)를 끌어들이거나 또는 과도한 기체를 배출함으로써, 필요한 경우에 기체 체적을 수정한다.
일 예에서, 음료 제조 기계(10)는 물 가열기(13)와 음료 성분(200) 사이에 연장된 전달 시스템의 선택에서 36 ml 의 기체 기본 체적을 가진다.
어떤 유형의 밸브 수단이 사용되는지에 따라서, 그리고 단계(3)의 결과에 따라서, 단계(4)를 수행하는 작동의 상이한 다수의 모드들이 있다. 만약 밸브 수단이 카트리지 하류에 있다면, 즉, 유출 밸브의 하류에 있다면, 고압의 조합 이전에 음료 성분(200) 상류의 공기 체적을 제어하는 한가지 방법은 다음과 같이 조합 사이클의 상이한 지점들에서 유출 밸브를 폐쇄시킴으로써 이루어진다:
1. 기체의 정확한 체적이 존재하는 경우
만약 코드(120')를 읽는 것으로부터 판단되는 바로서, 분배되어야 하는 음료에 대하여 기체의 전체 기본 체적(36ml)이 필요하다고 프로세서가 계산하면, 임의의 물이 물 가열기(13)로부터 유동하기 전에, 조합 사이클의 시작에서 유출 밸브를 폐쇄시킨다. 이것이 의미하는 것은, 전달 시스템에서 기체의 압축이 즉각적으로 시작될 것이고, 밸브는 결과적인 음료를 분배할 때만 오직 개방되어 있고, 음료 카트리지(100)가 사전의 젖음 및 적심(pre-wet and soak) 사이클중에 있을 때는 높은 압력을 받을 것이라는 점이다. 펌프(14)의 작동이 시작되기 전에 유출 밸브가 폐쇄되므로, 36ml 의 포착된 기체 전부는 결과적으로 음료에 대하여 혼합되고 많은 체적의 약간 성긴(coarser) 크레마가 얻어진다 (도 16a). 도시된 예에서 눈금이 있는 평탄한 저부의 비이커(beaker)에서 크레마(Y)의 체적은 20 ml 로서, 이것은 50 ml 인 액체(Y)의 체적과 비교된다.
도 16b 는 다량의 크레마가 테스트 조건하에 있는 상기 모드에서 음료를 제조하도록 이용된 조합 사이클 파라미터들의 예를 나타내는 것이다.
이러한 차트에서, (예를 들어 기체 제거 단계에 대하여) 0 초의 정지 조건은 그 단계가 수행되지 않는 것을 나타낸다.
2. 너무 많은 기체가 존재하는 경우
다른 한편으로, 만약 적은 체적의 크레마를 가진 음료라는 점이 삽입된 음료 카트리지(100)에 의해 표시되고, 전달 시스템에 과도한 기체가 있다면, 전달 시스템에 있는 과도한 기체가 낮은 압력에서 개방 밸브를 통해 배출될 때까지 펌프(14)가 짧은 시간 동안 작동된 이후에, 유출 밸브가 폐쇄된다. 기체의 필요한 체적은 음료 카트리지(100) 및 밸브를 통해 대기로 배출되고, 밸브가 나중에 조합 사이클에서 폐쇄되며, 따라서 소량의 포착된 기체가 남겨져서 압축되고 고압의 조합 동안에 결과적인 음료에 혼합되며, 결국 적은 양의 미세한 크레마가 얻어진다 (도 17a). 도시된 예에서 눈금이 있는 유리의 평탄 저부 비이커에서 크레마(Y)의 체적은 5 ml 였고, 이것은 50 ml 인 액체(X)의 체적과 비교되었다.
도 17b 의 차트는 조합 파라미터(brew parameter)들의 예를 나타내는데, 상기 조합 파라미터들은 소량의 크레마가 테스트 조건들하에 있는 모드(mode)에서 음료를 제조하도록 사용된다.
3. 불충분한 기체가 존재하는 경우
단계(3)에서 더 많은 기체가 도입될 필요성이 있다는 것이 나타난다면, 유출 밸브는 즉각적으로 폐쇄되고 공기 펌프는 부족함이 채워질 때까지 작동된다. 이후에 고압의 조합이 개시된다.
다음의 그래프는 디지털 이미지 분석으로서 기체 관리 시스템을 이용하는 본원의 음료 제조 기계(10)(기계 A)에 의해 생산되는 크레마의 특성 및, 그러한 기체 관리 시스템이 없는 2 개의 종래 기술의 기계(기계 B 및 C)의 비교를 나타낸다. 각각의 기계에 대하여 정점(~172㎛ 직경)으로부터 우측 방향(포말 크기의 증가)으로의 프로파일들을 비교하면, 기계(A)는 크레마 안에 있는 작은 포말들의 매우 촘촘한 분포를 나타내는 것을 알 수 있다. 기계(C)(고압 기계인 Nespresso Latissma (상표)로서, 대략 19 바아의 압력 정격을 가지며 9 내지 15 바아의 압력에서 작동됨)는 다수의 커다란 직경의 포말들을 가진 광범위의/성긴 분포를 생성하는 반면에, 기계(B)(유럽 출원 EP-A-1440644 에서 설명된 것과 유사한 출원인의 Tassimo/Bosch Machine (상표))으로서, 이것은 2 바아 미만의 압력에서 작동하는 저압 기계임)는 비록 기계(C)에서 나타나는 커다란 포말들은 없지만, 여전히 성긴 분포를 가진다.
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상기 그래프의 좌측 단부(포말 직경이 극히 작은 부분)은, 각각의 기계에 대하여 정성적으로(qualitatively) 유사할지라도, 그래프를 생성하는데 이용되는 이미지 분석 시스템들의 한계들의 특성이다.
음료 기계(10)에서 기체를 제어하기 위한 일부 구성 요소들은, 제조되고 있는 음료의 유형 및 필요한 크레마 특성들을 나타내는 적절한 버튼을 사용자가 누름으로써 수동적으로 작동될 수도 있다.
본원에서 향상된 점이 음료 카트리지(100)를 이용하는 음료 기계(10)를 참조하여 설명되었지만, 벌크 조합기(bulk brewers) 및 다른 카트리지를 사용하지 않는 기계에서 사용될 수도 있다.
위에서 설명된 향상점을 가진 기계(10)에서 사용되기에 적절한 음료 카트리지(100)의 구현예들은 도 18 내지 도 30 에 도시되어 있다.
음료 카트리지(100)는 도 29 에 도시된 바와 같이 전체적으로 외측 부재(102), 내측 부재(103) 및 라미네이트(laminate, 105)를 포함한다. 외측 부재(102), 내측 부재(103) 및 라미네이트(105)는 음료 카트리지(100)를 형성하도록 조립되며, 카트리지는 하나 또는 그 이상의 음료 성분들을 포함하는 내부(106), 유입부(107), 유출부(108) 및, 유입부(107)를 유출부(108)에 연결시키는 음료 유동 경로를 가지고, 그것은 내부(106)를 통과한다. 유입부(107) 및 유출부(108)는 초기에 라미네이트(laminate, 105)로 밀봉되고, 라미네이트(105)를 천공하거나 또는 절단함으로써 사용시에 개방된다. 음료 유동 경로는 이하에서 설명되는 바와 같이 외측 부재(102), 내측 부재(103) 및 라미네이터(105) 사이의 공간적인 상호 관계에 의해서 정해진다. 다른 구성 요소들은 이하에 더 상세하게 설명되는 바로서, 필터(104)와 같이, 선택적으로 음료 카트리지(100)내에 포함될 수 있다.
설명될 음료 카트리지(100)의 제 1 버젼은 도 19 내지 도 29 에 도시되어 있다. 음료 카트리지(100)의 제 1 버젼(virsion)은 볶아서 갈은 커피와 같은 에스프레소 스타일의 제품을 분배하는데 이용되도록 특히 설계된 것으로서, 크레마를 제조하는데 바람직스럽다. 그러나, 이러한 버젼의 음료 카트리지(100)는 다른 제품과도 사용될 수 있으며, 예를 들어 초콜렛, 커피, 차, 스위트너(sweetner), 주스(cordial), 향료, 알코홀 음료, 착향된 우유, 과일 주스, 스쿼시, 소스(sauce) 및 디저트와 같은 것이다.
도 23 으로부터 알 수 있는 바로서, 음료 카트리지(100)의 전체 형상은 음료 카트리지(100)의 직경이 그 높이보다 현저하게 큰 전체적으로 원형 또는 디스크 형상이다. 주축(X)은 도 19 에 도시된 바와 같이, 외측 부재의 중심을 통과한다. 통상적으로 외측 부재(102)의 전체 직경은 74.5 mm±6 mm 이고, 전체적인 높이는 16 mm±3 mm 이다. 통상적으로 조립되었을 때의 음료 카트리지(100)의 체적은 30.2 ml±20 % 이다.
외측 부재(102)는 전체적으로 만곡된 고리형 벽(113)을 가진 사발(bowl) 형상 외피(110), 폐쇄 상부(111) 및 개방 저부(112)를 포함한다. 외측 부재(102)의 직경은 저부(112)에서의 직경과 비교하여 상부(111)에서 작으며, 이는 폐쇄된 상부(111)로부터 개방된 저부(112)로 가로지르면서 고리형 벽(113)의 벌어짐에 의해서 초래된 것이다. 고리형 벽(113) 및 폐쇄된 저부(112)는 내부(137)를 가지는 용기(receptacle)를 함께 형성한다.
중공형의 내측으로 지향된 실린더형 연장부(118)는 주축(X)에 중심을 둔 폐쇄 상부(111)에 제공된다. 도 20 에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 실린더형 연장부(118)는 제 1 부분, 제 2 부분 및 제 3 부분(119,120,121)들을 가진 단차화된 형상을 포함한다. 제 1 부분(119)은 정원형(right circular)의 실린더형이다. 제 1 부분은 절두 원추형(frusto-conical)이고, 내측으로 테이퍼져 있다. 제 3 부분(121)은 다른 정원형의 실린더이고 하부면(131)에 의해 폐쇄되어 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 부분(119,120,121)의 직경은 점증적으로 감소됨으로써, 상부(111)로부터 실린더형 연장부(118)의 폐쇄 하부면(131)으로 가로지르면서 실린더형 연장부(118)의 직경은 감소된다. 전체적으로 수평의 어깨부(132)는 제 2 부분(120)과 제 3 부분(121) 사이의 접합부에서 실린더형 연장부(118)상에 형성된다.
외측으로 연장된 어깨부(133)는 외측 부재(102)에서 저부(112)를 향해 형성된다. 외측으로 연장된 어깨부(133)는 제 2 벽(115)과 고리형 벽(113) 사이에 매니폴드(116)를 형성하는 고리형 트랙(annular track)을 형성하기 위하여 고리형 벽(113)과 동일 축으로 있는 제 2 벽(115)을 형성한다. 매니폴드(116)는 외측 부재(102)의 원주 둘레를 통과한다. 일련의 슬롯(117)들이 매니폴드(116)와 같은 높이로 고리형 벽(113)에 제공되어 외측 부재(102)의 내부(134)와 매니폴드(116) 사이에 기체 및 액체 소통을 제공한다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 슬롯(117)들은 고리형 벽(113)에 수직의 슬릿(slit)들을 포함한다. 20 내지 40 개의 슬롯들이 제공된다. 도시된 구현예에서 37 개의 슬롯(117)들이 매니폴드(116)의 원주 둘레에 전체적으로 등간격으로 제공된다. 슬롯(117)들이 바람직스럽게는 1.4 내지 1.8 mm 사이의 길이이다. 통상적으로 각각의 슬롯(117)의 길이는 1.6 mm 이며, 외측 부재(102)의 전체 높이의 10 % 를 나타낸다. 각각의 슬롯(117)의 폭은 0.25 내지 0.35 mm 사이이다. 통상적으로, 각각의 슬롯(117)의 폭은 0.3 mm 이다. 슬롯(117)들의 폭은 보관시 또는 사용시에 슬롯을 통해 매니폴드(116)로 음료 성분들이 통과하는 것을 방지하도록 충분히 좁다.
유입 챔버(126)는 외측 부재(102)의 주위에서 외측 부재(102) 안에 형성된다. 실린더형 벽(127)이 도 23 에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이 제공되어 유입 챔버(126)를 외측 부재(102)의 내부(134)에 형성하고, 유입 챔버(126)를 외측 부재(102)의 내부(134)로부터 격리시키는 칸막이를 형성한다. 실린더형 벽(127)은 주축(X)에 대하여 수직인 평면상에 형성된 폐쇄 상부면(128) 및 외측 부재(102)의 저부와 동일 평면상에 있는 개방 하단부(129)를 가진다. 유입 챔버(126)는 도 19 에 도시된 바와 같이 2 개의 슬롯(130)들을 통해 매니폴드(116)와 소통된다. 대안으로서, 매니폴드(116)와 유입 챔버(126) 사이에서 소통되도록 1 내지 4 개의 슬롯들이 이용될 수 있다.
외측으로 연장된 어깨부(133)의 하단부에는 외측으로 연장된 플랜지(135)가 제공되며, 플랜지는 주축(X)에 직각으로 연장된다. 통상적으로 플랜지(135)는 2 내지 4 mm 사이의 폭을 가진다. 플랜지(135)의 일부는 핸들 부분(124)을 형성하도록 확대되며, 핸들에 의해서 외측 부재(102)가 쥐여질 수 있다. 핸들 부분(124)에는 파지를 향상시키도록 위로 접힌 테두리(125)가 제공된다.
외측 부재(102)는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 또는 이들 재료의 2 개 또는 그 이상의 라미네이트(laminate)로부터 단일의 일체형 부재로서 형성된다. 적절한 폴리프로필렌은 DSM UK Limited (영국, 레디치)에서 판매하는 폴리머들의 종류이다. 외측 부재는 불투명하거나, 투명하거나, 또는 반투명일 수 있다. 제조 공정은 사출 몰딩일 수 있다.
도 25 내지 도 28 에 도시된 내측 부재(103)는 고리형 프레임(141) 및 아래로 연장된 실린더형 깔때기(140)를 포함한다. 주축(X)은 도 25 에 도시된 바와 같이 내측 부재(103)의 중심을 통과한다.
도 26 및 도 27 에 도시된 바와 같이, 고리형 프레임(141)은 10 개의 등간격으로 이격된 반경 방향 스포크(spoke, 153)들로 접합된 내측 허브(152) 및 외측 테두리(151)를 포함한다. 내측 허브(152)는 실린더형 깔때기(140)와 일체이고 실린더형 깔때기로부터 연장된다. 여과 통공(155)은 반경 방향 스포크(153)들 사이에서 고리형 프레임(141)에 형성된다. 필터(104)는 여과 통공(155)을 덮도록 고리형 프레임(141)상에 배치된다. 필터가 바람직스럽게는 높은 젖음 강도(wet strength)를 가진 재료로부터 만들어지며, 예를 들어 폴리에스터의 비 직조 섬유 재료로 만들어진다. 사용될 수 있는 다른 재료는 방수성(water-impermeable) 셀룰로오스 재료를 포함하며, 예를 들어 직조된 종이 섬유를 포함하는 셀루로오스 재료와 같은 것이다. 직조된 종이 섬유는 폴리프로필렌, 염화 폴리비닐 및/또는 폴리에틸렌의 섬유들과 혼합될 수 있다. 플라스틱 재료를 셀루로오스 재료 안으로 포함시키는 것은 셀루로오스 재료를 가열 밀봉(heat-sealable)되게 한다. 필터(104)는 열 및/또는 압력에 의해 활성화되는 재료로 처리될 수 있거나 또는 코팅될 수 있어서, 그러한 방식으로 고리형 프레임(141)에 밀봉될 수 있다.
도 25 의 단면 프로파일에서 도시된 바와 같이, 내측 허브(152)는 외측 테두리(151)보다 낮은 위치에 위치되어, 경사진 낮은 프로파일을 가진 고리형 프레임(141)이 있게 된다.
각각의 스포크(153)의 상부 표면에는 똑바로 서 있는 웹(unstanding web, 154)이 제공되며, 상기 웹은 고리형 프레임(141) 위의 공동의 공간을 복수개의 통로(157)들로 분할한다. 각각의 통로(157)는 양측에서 웹(154)에 의해 둘러싸이고 하부면에서 필터(104)에 의해 둘러싸인다. 통로(157)들은 외측 테두리(151)로부터 아래 방향으로, 웹(154)의 내측 극단부들에 의해 한정되는 개구(156)들에 있는 실린더형 갈때기(140)를 향하여 연장되어 그 안으로 개방된다.
실린더형 깔때기(140)는 내측 배출 분출부(143)를 둘러싸는 외측 튜브(142)를 포함한다. 외측 튜브(142)는 실린더형 깔때기(140)의 외부를 형성한다. 배출 분출부(143)는 고리형 플랜지(147)에 의하여 배출 분출부(143)의 상단부에서 외측 튜브(142)에 접합된다. 배출 분출부(143)는 상단부의 유입부(145) 및 하단부의 유출부(144)를 포함하며, 유입부는 통로(157)의 개구(156)와 소통되고, 유출부를 통해서 제조된 음료가 컵 또는 다른 용기로 배출된다. 배출 분출부(143)의 프로파일은 외측 튜브(142)의 상단부에 근접한 개별의 도그 레그(dog-leg, 166)를 가진 단계화된 프로파일을 포함한다.
도 25 에 도시된 바와 같이, 배출 분출부(143)에는 격벽(165)이 제공되며, 그 격벽은 유출부(144)로부터 배출 분출부(143)로 부분적으로 위로 연장된다. 격벽(165)은 음료가 배출 분출부(143)를 빠져나올 때 음료가 분무되거나 튀는 것을 방지하는데 도움이 된다.
테두리(167)는 외측 튜브(142)를 배출 분출부(143)로 접합시키는 고리형 플랜지(147)로부터 직립으로 제공된다. 테두리(167)는 배출 분출부(143)로의 유입부(145)를 둘러싸고 외측 튜브(142)의 상부 부분과 테두리(167) 사이에 고리형 채널(169)을 형성한다. 테두리(167)에는 내측으로 지향된 어깨부(168)가 제공된다. 테두리(167)의 원주 둘레의 일 지점에서 통공(170)은 슬롯의 형태로 제공되며, 슬롯은 도 25 및 도 25a 에 가장 명확하게 도시된 바와 같이 테두리(167)의 상부 가장자리로부터 어깨부(168)의 높이 아래인 가장자리 지점까지 연장된다. 슬롯은 0.64 mm 의 폭을 가진다.
공기 유입부(171)는 도 28 및 도 28a 에 도시된 바와 같이, 통공(170)과 원주상으로 정렬된 고리형 플랜지(147)내에 제공된다. 공기 유입부(171)는 외측 튜브(142)와 배출 분출부(143) 사이의 플랜지(147) 아래의 공동의 공간과 플랜지(147) 위의 지점 사이에 소통을 제공하기 위하여 플랜지(147)를 통과하는 통공을 포함한다. 바람직스럽게는, 그리고 도시된 바와 같이, 공기 유입부(171)가 상부의 절두 원추형 부분(173) 및 하부의 실린더형 부분(172)을 포함한다. 공기 유입부(171)는 통상적으로 핀(pin)과 같은 몰드 공구(mould tool)에 의해 형성된다. 공기 유입부(171)의 테이퍼진 프로파일은 몰드 공구가 몰딩된 구성 요소로부터 보다 용이하게 제거되는 것을 허용한다. 공기 유입부(171) 인근에 있는 외측 튜브(142)의 벽은 공기 유입부(171)로부터 배출 분출부(143)의 유입부(145)로 이어지는 이송로(chute)를 형성하도록 형상화된다. 도 28a 에 도시된 바와 같이, 경사진 어깨부(174)는 공기 유입부(171)와 이송로 사이에 형성되어 슬롯(170)으로부터 나오는 음료의 제트가 공기 유입부(171)의 근접한 플랜지(147)의 상부 표면상에서 직접적으로 더러워지지 않는 것을 보장한다.
내측 부재(103)는 위에서 설명된 바와 같은 폴리프로필렌 또는 유사한 재료로부터 단일의 일체형 부재로서 형성될 수 있고 외측 부재(102)와 같은 방식으로 사출 몰딩에 의해 형성될 수 있다.
대안으로서, 내측 부재(103) 및/또는 외측 부재(102)는 생물 분해성이 있는 폴리머로부터 만들어질 수 있다. 적절한 재료의 예는 분해 가능한 폴리에틸렌(예를 들어, Symphony Environmental (영국, 보어햄우드)에 의해 공급되는 SPITEK), 생물 분해성 폴리에스테르 아미드 (예를 들어, Symphony Environmental 에 의해 공급되는 BAK 1095), 폴리락트 산(poly lactic acid) (Cargil (미국, 미네소타)에 의해 공급되는 PLA), 전분에 기초한 폴리머, 셀루로오스 유도체 및 폴리펩티드를 포함한다.
라미네이트(105)는 2 개 층들로부터 형성되는데, 알루미늄의 제 1 층 및 캐스트 폴리프로필렌의 제 2 층으로 형성된다. 알루미늄 층은 두께가 0.02 mm 내지0.07 mm 사이이다. 캐스트 폴리프로필렌은 층은 두께가 0.025 내지 0.065 mm 사이이다. 일 구현예에서, 알루미늄 층은 0.06 mm 이고, 폴리프로필렌 층은 0.025 mm 두께이다. 이러한 라미네이트(105)는 조립하는 동안에 말림(curling)에 대한 높은 저항을 가지므로 특히 유리하다. 결과적으로 라미네이트(105)는 정확한 크기 및 형상으로 사전 절단될 수 있고, 차후에 왜곡을 격지 않으면서 제조 라인상의 조립 스테이션에 전달될 수 있다. 결국. 라미네이트(106)는 용접에 특히 잘 적합화된다. PET/알루미늄/PP, PE/EVOH/PP, PET/금속화/PP 및 알루미늄/PP 라미네이트를 포함하는 다른 라미네이트 재료들이 이용될 수 있다. 다이 캐스트 원료(die cast stock) 대신에 롤 라미네이트 원료(roll laminate stock)가 이용될 수 있다.
음료 카트리지(100)는 유연성 라미네이트(105) 대신에 경직되거나 또는 반 경직된(semi-rigid) 뚜껑으로 폐쇄될 수 있다.
음료 카트리지(100)의 조립은 다음의 단계를 포함한다.
(a) 내측 부재(103)가 외측 부재(102) 안으로 삽입된다.
(b) 실린더형 깔때기(140) 위에 수용되어 고리형 프레임(141)에 대하여 안착되도록 필터(104)는 형상을 이루도록 절단되어 내측 부재(103)상으로 배치된다.
(c) 내측 부재(103), 외측 부재(102) 및 필터(104)는 초음파 용접에 의해 접합된다.
(d) 음료 카트리지(100)는 하나 또는 그 이상의 음료 성분들로 채워진다.
(e) 라미네이트(105)는 외측 부재(102)에 고정된다.
이러한 단계들은 아래에 보다 상세하게 설명될 것이다.
외측 부재(102)는 위로 향하는 개방 저부(112)를 가지고 방향이 정해진다. 외측 테두리(151)가 음료 카트리지(100)의 상부(111)에서 축방향 연장부(114) 안에 느슨한 끼움으로서 수용되면서, 내측 부재(103)는 외측 부재(102) 안으로 삽입된다. 외측 부재(102)의 실린더형 연장부(118)는 내측 부재(103)의 실린더형 깔때기(140)의 상부 부분 안에 동시에 수용된다.
실린더형 연장부(118)의 제 3 부분(121)은 지지 테두리(167) 내부에 안착된다. 제 2 부분(120)과 제 3 부분(121) 사이의 실린더형 연장부(118)의 어깨부(132)는 내측 부재(103)의 지지 테두리(167)의 상부 가장자리에 대하여 지탱된다. 따라서 인터페이스 영역이 내측 부재(103)와 외측 부재(102) 사이에 형성되며, 이것은 음료 카트리지(100)의 거의 전체 원주 둘레에 연장되는 지지 테두리(167)와 실린더형 연장부(118) 사이의 면 밀봉(face seal)을 포함한다. 지지 테두리(167)내의 슬롯(170)이 지지 테두리(167)를 통해 연장되고 어깨부(168) 아래의 가장자리 지점까지 아래로 연장되므로, 지지 테두리(167)와 실린더형 연장부(118) 사이의 밀봉은 유체 밀폐되는 것이 아니다. 결국 실린더형 연장부(118)와 지지 테두리(167) 사이의 인터페이스 끼움(interface fit)은 슬롯(170)을 통공으로 전환시키는데, 그 통공은 고리형 채널(169)과 배출 분출부(143) 사이에서 기체 및 액체 소통을 제공한다. 통공은 통상적으로 폭이 0.64 mm 이고, 길이가 0.69 mm 이다.
필터(104)는 내측 부재(103)에 걸쳐 배치됨으로써 필터 재료가 고리형 테두리(151)와 접촉된다. 다음에 초음파 용접 공정이 사용되어 필터(104)를 내측 부재(103)에 접합시키며, 동시에, 그리고 동일한 공정 단계에서, 내측 부재(103)를 외측 부재(102)에 접합시킨다. 내측 부재(103) 및 필터(104)는 외측 테두리(151) 둘레에 용접된다. 내측 부재(103) 및 외측 부재(102)는 웹(web, 154)의 상부 가장자리 및 외측 테두리(151) 둘레의 용접선들에 의해 접합된다.
도 29 에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 외측 부재(102) 및 내측 부재(103)는, 결합되었을 때, 실린더형 깔때기(140)의 외부 및 고리형 플랜지(141)의 아래의 내부(106)에 빈 공간을 형성하며, 이것은 여과 챔버를 형성한다. 고리형 프레임(141) 위의 통로(157) 및 여과 챔버(160)는 필터 종이(104)에 의해 분리된다.
여과 챔버(160)는 하나 또는 그 이상의 음료 성분(200)들을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 음료 성분(200)들은 여과 챔버(160) 안으로 패킹(packing)된다. 에스프레소 스타일의 음료에 대하여, 성분은 통상적으로 볶아서 갈은(roast and ground) 커피이다. 여과 챔버(160) 내의 음료 성분들의 패킹 밀도는 소망에 따라서 변화될 수 있다. 통상적으로, 여과된 커피 제품에 대하여, 여과 챔버는 통상적으로 5 내지 14 mm 두께의 여과상(filtration bed)내에 5.0 내지 10.2 그램의 볶고 갈은 커피를 포함한다. 선택적으로, 내부(106)에는 구체(sphere)와 같은 하나 또는 그 이상의 동체가 포함될 수 있으며, 이들은 내부(106)에서 자유롭게 움직일 수 있어서 음료의 배출중에 음료 성분들의 침전물을 파괴시키고 난류를 일으킴으로써 혼합을 돕는다.
라미네이트(105)는 라미네이트(105)의 주위 둘레에 용접(161)을 형성함으로써 외측 부재(102)에 고정되어, 라미네이트(105)를 외측으로 연장된 플랜지(135)의 하부 표면에 접합시킨다. 용접(161)은 유입 챔버(126)의 실린더형 벽(127)의 하부 가장자리에 대하여 라미네이트(105)를 밀봉하도록 연장된다. 더욱이, 용접(161)이 실린더형 깔때기(140)의 외측 튜브(142)의 하부 가장자리와 라미네이트(105) 사이에 형성된다. 라미네이트(105)는 여과 챔버(160)의 하부 벽을 형성하고 또한 유입 챔버(126) 및 실린더형 깔때기(140)를 밀봉한다. 그러나, 배출 분출부(143)의 하부 가장자리와 라미네이트(105) 사이에서의 분배 이전에 작은 간극(163)이 존재한다. 라미네이트(105)의 재료 특성에 따라서, 가열 용접 및 초음파 용접과 같은, 다양한 용접 방법들이 이용될 수 있다.
유리하게는, 내측 부재(103)가 외측 부재(102)와 라미네이트(105) 사이에 걸쳐 있다. 내측 부재(103)는 폴리프로필렌과 같은, 상대적인 강성(rigidity)의 재료로부터 형성된다. 그와 같은 것으로서, 내측 부재(103)는 하중 지탱 부재(load bearing member)를 형성하며, 음료 카트리지(100)가 압축되었을 때 하중 지탱 부재는 라미네이트(105) 및 외측 부재(102)를 이격되게 유지하는 작용을 한다. 음료 카트리지(100)가 사용시에 130 내지 280 N 의 압축 하중을 받도록 하는 것이 바람직스럽다. 압축력은 카트리지가 내부 압력하에 고장나는 것을 방지하도록 작용하며, 또한 내측 부재(103) 및 외측 부재(102)를 함께 압착하는 역할을 한다. 이것은 음료 카트리지(100)에 있는 통공들 및 통로들의 내부 치수들이 고정되고 음료 카트리지(100)의 가압중에 변화될 수 없게 하는 것을 보장한다.
사용시에 압력하에 있는 물은 유입부(107)를 통해 음료 카트리지(100)로 들어가서 유입 챔버(126)에 들어간다. 그로부터 물은 슬롯(117)을 통하여 유동하고 매니폴드(116)를 돌아서 복수개의 슬롯(117)을 통해 카트리지(1)의 여과 챔버(160)로 유동하도록 지향된다. 물은 여과 챔버(160)를 통하여 반경 방향 내측으로 강제되고 그 안에 포함된 음료 성분(200)과 혼합된다. 물은 동시에 음료 성분(200)을 통해 상방향으로 강제된다. 음료 성분(200)들을 통한 물의 통과에 의해 형성된 음료는 필터(104) 및 여과 통공(155)들을 통하여 고리형 프레임(141)의 위에 놓인 통로(157) 안으로 통과된다.
도 26 내지 도 28 을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 반경 방향 통로(157)들에 있는 음료는 웹(154)들 사이에 형성된 통로(157)를 따라서 하방향으로 그리고 개구(156)를 통하여 실린더형 깔때기(140)의 고리형 채널(169) 안으로 유동한다. 고리형 채널(169)로부터, 음료는 여과 챔버(160) 및 통로(157)내에 수집된 음료의 배압에 의하여 통공을 통하여 압력하에 강제된다. 따라서 음료는 통공을 통하여 제트로서 배출 분출부(143)의 상단부에 의해 형성된 팽창 챔버 안으로 강제된다. 도 28 에 도시된 바와 같이, 음료의 제트는 공기 유입부(171)를 가로질러 직접적으로 통과된다. 통공의 제한부를 통한 음료의 통과는 음료의 압력이 감소되게 한다. 음료가 배출 분출부(143)에 진입할 때 음료의 압력은 여전히 상대적으로 낮다. 결과적으로 공기는 공기 유입부(171)를 통해 위로 당겨지므로 공기는 다수의 작은 공기 방울 형태로 음료 흐름 안에 수반된다. 통공으로부터 나오는 음료의 제트는 하방향으로 유출부(144)로 깔때기 형태로 흐르며, 유출부에서 음료는 컵과 같은 용기로 배출되고 컵에서 공기는 소망되는 크레마(crema)를 형성한다. 따라서, 통공 및 공기 유입부(171)는 공기를 음료에 수반시키도록 작용하는 추출부(eductor)를 함께 형성한다. 추출부로의 음료 유동은 압력 손실을 감소시키도록 가능한 한 부드럽게 유지되어야 한다. 고압 상태에서는 공기 추출 메카니즘(air eduction mechanism)이 비활성화된다는 점이 주목되어야 한다.
도 26, 도 28 및 도 29 에 도시된 바와 같이, 스포크(spoke, 153)들에 대하여 필터(104)를 밀봉(seal)하고, 외측 부재(102)가 테두리(151)에 접합되는 것은 단락(short-circuit)이 없어지게 되고 모든 음료가 필터(104)를 통과하는 것을 보장한다.
도 30 은 음료 카트리지(100)의 제 2 구현예를 도시하며, 이것은 본 발명의 음료 제조 기계(10)에서 사용될 수 있다. 제 1 구현예와 제 2 구현예 사이의 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호로 표시되었다. 음료 카트리지(100)의 제 2 구현예의 많은 구성 요소들 및 기능들은 제 1 구현예와 동일하다. 그러나, 도 30 으로부터 알 수 있는 바로서, 음료 카트리지(100)는 도 29 에 도시된 음료 카트리지(100)와 비교하여 더 큰 전체 높이를 가진다. 외측 부재(102)는 더 크며, 그에 의해서 다량의 음료 성분(200)이 저장될 수 있는 대형의 빈 공간을 형성한다. 따라서 음료 카트리지(100)의 제 2 구현예는 대량의 음료를 분배하기에 적절하다. 음료 카트리지(100) 및 외측 부재(102)의 직경은 제 1 구현예와 동일하다. 통상적으로 음료 카트리지(100)의 저장 체적은 조립되었을 때 50 내지 58 ml ±20 % 이다. 제 1 구현예에서와 같이, 외측 부재(102)의 상부 표면에는 요부가 제공되며, 요부는 그것의 저부에 위치된 클램핑 표면(118a)을 가진다. 본 발명에 따라서, 클램핑 표면(118a)과 라미네이트(105)의 하부 사이의 분리(D)는 제 1 구현예에 대한 것과 같다. 결과적으로, 신장된 요부는 라미네이트(105)를 향하는 거리의 대략 60 % 로 연장된다. 이것은 유리하게도 단순화된 클램핑 장치가 아래에 설명된 바와 같이 사용되는 것을 허용한다.
또한 음료 카트리지(100)의 제 2 구현예에는 추출기 공기 유입부(171)가 없다.
위에서 설명된 카트리지(1)의 제 1 구현예 및 제 2 구현예는 위에서 설명된 향상된 음료 제조 기계와 함께 사용될 수 있는 카트리지의 "추출기" 유형의 예 및 "비 추출기(non-educator)" 유형의 예로서 주어진다.
10. 음료 제조 기계 11. 하우징
12. 탱크 13. 물 가열기
16. 사용자 인터페이스 17. 카트리지 헤드
100. 음료 카트리지 200. 음료 성분

Claims (22)

  1. 하나 이상의 음료 성분들 및 액체로부터 음료들을 제조하기 위한 음료 제조 기계를 이용하는 음료 제조 방법으로서, 상기 음료 제조 기계는 전달 시스템(delivery system), 밸브 수단 및, 전달 시스템을 통하여 하나 이상의 음료 성분들로 액체를 공급함으로써 제조된 음료를 전달 시스템을 통하여 음료 유출부로부터 배출시키는 펌프를 구비하고,
    상기 음료 제조 방법은 제조된 음료내에 미리 결정된 크레마(crema) 또는 거품(froth) 특성들이 생성되도록 음료 제조 기계의 전달 시스템의 적어도 일부에 존재하는 공기의 체적을 제어하는 단계를 포함하고,
    공기의 체적은, 생성된 음료내의 공기:액체의 비율을 증가시키도록 공기의 체적을 증가시키거나, 공기:액체의 비율을 감소시키도록 공기의 체적을 감소시키거나, 또는 공기의 체적을 유지함으로써 능동적으로 제어되고,
    조합 사이클(brew cycle) 동안 펌프 작동에 대하여 밸브 수단의 개방 또는 폐쇄를 제어함으로써 제어가 이루어지는, 음료 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전달 시스템에 있는 공기의 체적은, 전달 시스템 안의 공기의 체적을 증가시키도록 추가적인 공기를 전달 시스템 안으로 이끌어들이고, 전달 시스템 안의 공기의 체적을 감소시키도록 전달 시스템으로부터 공기를 배출하고, 그리고/또는 전달 시스템으로부터 그 어떤 잔류하는 액체라도 제거하도록 전달 시스템을 증기 퍼지(steam purging)시킴으로써 제어되는, 음료 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전달 시스템 안에 존재하는 공기의 실제 체적은 음료 제조 기계의 마지막 작동 이후에 전달 시스템 안에 잔류하는 공기의 체적에 대한 저장된 파라미터들로부터 결정되는, 음료 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공기의 체적의 제어는 각각의 음료 마다(beverage by beverage basis) 이루어지는, 음료 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공기의 체적의 제어는 제조되고 있는 음료의 유형에 따라서 자동적으로 이루어지는, 음료 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공기의 체적의 제어는 수동으로(manually) 이루어지는, 음료 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액체의 유동을 따라서 상기 음료 성분들의 상류측에 있는 상기 전달 시스템내의 공기의 체적이 제어되는, 음료 제조 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제조된 음료의 유동을 따라서 상기 음료 성분들의 하류측에 있는 상기 전달 시스템내의 공기의 체적이 제어되는, 음료 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공기의 체적은 음료 제조 이전에 그리고/또는 음료 제조하는 동안에 전달 시스템에 있는 밸브 수단을 선택적으로 개방 또는 폐쇄시킴으로써 제어되는, 음료 제조 방법.
  10. 하나 이상의 음료 성분들 및 액체로부터 음료를 제조하기 위한 음료 제조 기계로서,
    상기 음료 제조 기계는 전달 시스템(delivery system), 밸브 수단 및, 전달 시스템을 통하여 하나 이상의 음료 성분들로 액체를 공급함으로써 제조된 음료를 전달 시스템을 통하여 음료 유출부로부터 배출시키는 펌프를 구비하고,
    제조된 음료내에 미리 결정된 크레마 또는 거품 특성들이 생성되도록, 조합 사이클(brew cycle) 동안에 펌프의 작동에 대하여 밸브 수단의 개방 또는 폐쇄를 제어하는 수단을 제공함으로써 음료 제조 기계의 전달 시스템의 적어도 일부에 존재하는 공기의 체적을 제어하고,
    공기의 체적은, 생성된 음료내의 공기:액체의 비율을 증가시키도록 공기의 체적을 증가시키거나, 공기:액체의 비율을 감소시키도록 공기의 체적을 감소시키거나, 또는 공기의 체적을 유지함으로써 능동적으로 제어되는, 음료 제조 기계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    전달 시스템에 존재하는 공기의 실제 체적을 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 음료 제조 기계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전달 시스템에 존재하는 공기의 실제 체적을 결정하기 위한 수단은, 기계의 마지막 작동 이후에 전달 시스템에 남아 있는 공기의 체적에 대한 저장된 파라미터들로부터 실제 체적을 계산하기 위한 수단을 포함하는, 음료 제조 기계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    저장된 파라미터들은 제어 수단내에 저장된 기본 체적 파라미터를 포함하고, 상기 기본 체적은, 전달 시스템으로부터 그 어떤 잔류하는 액체라도 제거하는 증기 퍼지 사이클(steam purging cycle)이 이루어진 이후에 음료 제조 기계에 존재하는 공기의 실제 체적이거나, 또는 미사용 음료 제조 기계(unused beverage preparation machine)의 전달 시스템내에 존재하는 공기의 실제 체적인, 음료 제조 기계.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    저장된 파라미터들은 음료 제조 기계가 제조하도록 프로그램된 음료의 각각의 유형 이후에 전달 시스템내에 남겨진 공기의 실제 체적에 관한 파라미터들을 포함하는, 음료 제조 기계.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    전달 시스템내에 존재하는 공기의 실제 체적을 결정하기 위한 수단은 전달 시스템내의 공기의 실제 체적을 측정하기 위한 수단을 포함하는, 음료 제조 기계.
  16. 제 11 항에 있어서,
    미리 결정된 범위의 음료들을 제조하기 위하여 전달 시스템내에 존재할 필요가 있는 공기의 미리 결정된 체적들에 대한 파라미터들은 제어 수단내에 저장되고, 상기 제어 수단은, 존재하는 실제 체적과 제조시에 음료를 위해 필요한 미리 결정된 체적 사이의 차이를 계산하도록 프로그램되는, 음료 제조 기계.
  17. 제 10 항 내지 제 13 항의 어느 한 항에 있어서,
    공기의 체적을 제어하기 위한 수단은, 공기를 배출하기 위한 밸브 수단, 및/또는 추가적인 공기를 전달 시스템 안으로 주입하기 위한 펌프 수단, 및/또는 증기를 발생시켜서 액체를 전달 시스템 밖으로 씻어내는(flush) 증기 퍼지 수단(steam purging means)을 포함하는, 음료 제조 기계.
  18. 제 17 항에 있어서,
    밸브 수단은 상기 액체의 유동을 따라서 음료 성분들의 하류측에 위치한 유출 밸브를 포함하는, 음료 제조 기계.
  19. 제 17 항에 있어서,
    밸브 수단은 상기 제조된 음료의 유동을 따라서 음료 성분들의 상류측에 위치된 밸브를 포함하는, 음료 제조 기계.
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  21. 삭제
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