KR101554281B1 - 음료 조제 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음료 조제 기계, 특히 음료 성분의 미리 포장된 용기를 이용하는 유형의 음료 조제 기계의 개선에 관한 것이다. 음료 조제 기계(10)는: 기계 안으로 삽입된 카트리지(100)로부터 조제될 음료의 유형을 판정하는 카트리지 인식 장치(20); 및 카트리지가 기계 안에 삽입된 때에 카트리지의 하류에 위치되는 가변 형태 밸브(60);를 포함한다. 상기 밸브는 적어도 개방 위치와 적어도 하나의 제한 유동 위치를 가짐에 의하여 다양한 범위의 압력에서 음료를 조제하는 것을 가능하게 하며, 콘트롤러는 초기 밸브 위치를 선택하고 또한 카트리지 인식 장치에 의한 조제될 음료의 판정에 따라서 밸브의 후속 작동을 제어한다.

Description

음료 조제 기계{Beverage preparation machines}

본 발명은 음료 조제 기계의 개선에 관한 것이며, 특히 음료 성분의 사전-포장 용기(prepackaged container)를 이용하는 유형의 음료 조제 기계에 관한 것이다.

커피 가게는 17세기 이후로 "커피 문화"의 일부분이 되어왔다. 오랜 시간에 걸쳐서, 커피를 만드는 방법은 정교해져 왔고, 숙련된 사람들이 최고의 커피 음료를 만들게 되었다. 최초의 커피 기계는 1800년대 초에 개발되었고, 자동 에스프레소(espresso) 기계는 1930년대에 발명되었다. 커피 제조 과정의 자동화는, 특히 최근 10년 동안에, 수요가 높은 에스프레소와 카푸치노(cappuccino)와 같은 특별한 음료를 가진 커피 가게의 수가 급속하게 성장하게 되는 것으로 이어졌다. 이와 같은 유형의 음료는, 역사적으로 이들의 조제를 위하여 필요한 높은 압력을 생성할 수 있는 비싸고 복잡한 기계에 대한 수요로 인하여, 고급 제품으로서 인식되어 왔는데, 그 복잡한 기계들은 우수한 품질의 커피를 생산하기 위하여 숙련된 바리스타에 의하여 적절히 작동 및 관리되어야 했다. 커피 애호가들은 우수한 품질의 기계와 우수한 품질의 커피를 사용하더라도 숙련되지 못한 작동자에 의하여 에스프레소가 망쳐질 수 있다는 것에 수긍한다. 그러나, 이와 같은 트렌드는 소비자들이 고가의 최고 품질 음료를 요구하게 되는 것으로 이어진 것뿐만 아니라, 매우 다양한 특수 음료에 대한 요구와 자신의 집에서 만든 것과 같은 음료를 만들 수 있는 능력을 요구하는 것으로 이어졌다.

합의된 기술적 정의는 없더라도, 드립 커피(drip coffee)에 비하여 바리스타 품질 에스프레소가 더 짙은 농도를 갖는 것으로 이해되는 것이 일반적인데, 이것은 음료 전체에 걸쳐 현탁된 미세 오일 액적들(fine oil droplets)과 용해된 고체의 양이 많기 때문이다. 그것은 부드러우면서도 짙고 어두운 불그스레한 갈색의 크레마(crema)를 갖는데, 이것은 음료의 10 내지 30% 를 차지한다. 크레마는 고압, 통상적으로는 9 내지 10 바아(bar)의 범위 내에서 생성된 커피로부터 추출된 오일, 단백질, 및 당과 공기의 다상 유상액(polyphasic emulsion)이다. 더 높은 압력은 커피의 흡습 속도를 증가시키고, 추출을 향상시킬 뿐만 아니라, 크레마도 형성시킨다.

에스프레소를 식별하는 애음자들은, 최적 온도보다 낮은 온도의 물을 이용하여 생성된 에스프레소는 신맛이 나고, 최적 온도보다 높은 온도의 물을 이용하여 생성된 에스프레소는 쓴맛이 난다는 점을 인정한다. 최적 온도는 92 내지 96℃ 사이라고 한다. 에스프레소의 품질에 영향을 미치는 다른 인자에는 커피 콩(coffee bean)의 오래된 정도, 로스팅(roasting), 입자 크기, 브루잉(brewing) 전의 입자들의 밀착성(compaction), 및 브루잉 시간이 포함된다. "최고"의 에스프레소는 브루잉 과정의 이러한 주요 요소들을 균형잡음에 의하여 달성된다.

1960년대에 최초의 필터 기계가 발명된 이후로 가정용 커피 기계도 상당하게 발전되어 왔고, 커피 기계는 이제 많은 가정에서의 주방 기구들의 필수적인 항목이 되었다. 그러한 기계들 중 일부는 음료의 개별 일회분을 바로 음료용 수용체(drinking receptacle) 안으로 분배하고, 포드(pod), 패드(pad), 또는 카트리지와 같은 음료 성분의 개별 포장물로부터, 또는 음료 성분의 대량 저장부로부터 음료를 이끌어낸다. 하기의 명세서에서는 그러한 포장물들이 일반적으로 카트리지라는 용어로 표현될 것이다. 그러한 카트리지를 이용하는 기계는, 세정의 필요를 없애주고, 또한 사용자가 음료를 선택하는 것을 가능하게 한다. 그러한 카트리지의 일 유형의 예는 유럽 특허출원 EP-A-1440903호에 설명되어 있다. 음료는 음료 성분을 브루잉, 혼합, 물에서의 용해 또는 현탁시킴(suspending)으로부터 형성된다. 예를 들어, 커피 음료에 있어서는, 가열된 물이 카트리지를 통하도록 강제되어서 추출 용액이 형성된다. 그러한 기계들에서의 카트리지의 사용은, 제작되는 음료의 품질과 편리성으로 인하여 점점 더 대중적으로 되어왔다.

이와 같은 유형의 카트리지를 이용하여 음료를 조제하기 위한 기계의 예는 EP-A-1440644에 기재되어 있다. 이와 같은 유형의 기계는 특히, 그 당시에 알려진 종래 기술에 대하여, 가정용 기기의 시장보다는 산업용 또는 상업용 기기의 시장을 위하여 설계되었던 이전에 알려져 있던 기계보다 낮은 압력에서 작동된다는 점에서 향상되었던 것이다. 따라서, 그것은 비용, 신뢰성, 및 성능의 면에서 가정용 기기의 시장에 더 적합하였다. 그러나, 낮은 압력에서 작동하는 기계가 직면하는 문제점은, 상당히 높은 압력을 필요로 하는 바리스타 품질의 에스프레소를 생산할 수 없다는 것이 일반적이라는 점이다.

그러나, 소비자의 트렌드가 변화함에 따라서, 숙련이 필요하지 않으며 비용이 적정하고 세정이 전혀 또는 거의 필요없는, 바리스타 품질의 에스프레소 및 다른 음료들을 생산할 수 있는 가정용 기계에 대한 욕구가 있게 되었다.

시중에서 입수가능한 일부 기계들은 높은 품질의 음료를 생산할 수 있는 것이라고 주장되고 있으나, 여러가지 이유로 인하여 그들은 상대적으로 고가의 기계이다. 그러한 기계들의 예들로서는, 가찌아 라망뜨(Gaggia L'Amante™), 가찌아 에볼루션(Gaggia Evolution™), 네스프레소 델롱히 라티씨마 660(Nespresso Delonghi Latissimma 660™), 및 크룹스 XN2101(Krups XN2101™) 가 있는바, 이들도 캡슐 시스템을 사용한다.

이 기계들 대부분은, 에스프레소를 위한 브루잉 과정에 관계된 고압에 견딜 수 있는 특정한 사양의 재료와 복잡성이 높은 특별히 설계된 카트리지를 필요로 한다. 이 카트리지는 일반적으로 필터를 포함하며, 브루잉 과정에서는 카트리지의 기하형태(구조)가 이용되어 요구되는 품질의 음료가 고압 하에서 생산되는 것이 가능하게 된다. 이것은 기계를 위하여 설계되는 카트리지의 사용을 제약한다.

그러나, 바람직하게는 사전에 포장된 음료 카트리지를 이용하여서 프리미엄 품질의 에스프레소를 만들 뿐만 아니라 에스프레소가 아닌 음료를 포함하는 다양한 선택의 음료를 만들 수 있는 개선된 음료 조제 기계를 제공하는 것이 바람직하다. 그 기계는 대량 브루어(bulk brewer) 또는 다른 비-카트리지 기계일 수도 있다.

또한, 현존하는 저압의 음료 조제 기계에서 사용되는, 예를 들어 EP-A-1440903 에 기재된 것과 같은 현존하는 카트리지와 역으로 호환가능한 기계를 제공하는 것도 바람직하다.

따라서, 본 발명은 한 가지 이상의 음료 성분(beverage ingredient)들을 담고 있는 카트리지(cartridge)로부터 음료를 조제하기 위한 음료 조제 기계를 제공하는바, 상기 기계는 그 기계 안으로 삽입된 카트리지로부터 조제될 음료의 유형을 판정하기 위한 카트리지 인식 장치(cartridge recognition device)를 포함하고, 카트리지가 기계 안에 삽입된 때에 카트리지의 하류 측에 위치되는 가변 형태 밸브(variable geometry valve)가 제공되며, 상기 밸브는 적어도 개방 위치(open position)와 적어도 하나의 제한 유동 위치(restricted flow position)를 가짐으로써 다양한 압력에서의 음료를 조제를 가능하게 하고, 초기 밸브 위치(initial valve position)를 선택하는 콘트롤러(controller)가 제공되며, 그 콘트롤러는 카트리지 인식 장치에 의한 조제될 음료의 유형 판정에 따라서 밸브의 후속 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

가변 형태 밸브는 유동을 방지하는 폐쇄 위치 및/또는 정화 폐기물을 분배 영역으로부터 멀리 우회시키는 정화 위치를 더 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 음료의 조제 중에 음료 조제 사이클의 압력 및/또는 유동 필요에 따라서 콘트롤러가 가변 형태 밸브의 위치를 변화시키도록 프로그램된다.

가변 형태 밸브는 회전식 볼 밸브 또는 핀치 밸브일 수 있다.

가변 형태 밸브의 제한 위치는, 2 내지 9 바아, 바람직하게는 2 내지 6 바아의 카트리지 내 배압을 형성하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 한 가지 이상의 음료 성분을 담고 있는 카트리지로부터 음료를 조제하기 위한 음료 조제 기계를 이용하여 음료를 조제하는 방법을 제공하는바, 상기 기계는: 카트리지가 기계 안에 삽입된 때에 카트리지의 하류 측에 위치되는 가변 형태 밸브로서, 다양한 범위의 압력에서 음료를 조제하는 것을 가능하게 하고, 또한 적어도 음료의 유동에 제한을 가하지 않는 개방 위치와 제한 유동 위치를 가지는 가변 형태 밸브; 및 카트리지가 기계 안에 삽입된 때에 카트리지로부터 조제될 음료의 유형을 판정하는 카트리지 인식 장치;를 포함하고, 상기 방법은: 카트리지로부터 생산될 음료의 유형을 판정하는 단계; 초기 밸브 위치를 선택하는 단계; 및 카트리지 인식 장치에 의한 조제될 음료의 유형 판정에 따라서 가변 형태 밸브의 후속 작동을 제어하는 단계;를 포함한다.

가변 형태 밸브 위치는 음료 조제 사이클 중에 변화될 수 있고, 그리고/또는 음료 조제 사이클 중에 위치들 간으로 펄스 방식으로 작동될 수 있다.

본 발명에 의하여, 사전에 포장된 음료 카트리지를 이용하여서 프리미엄 품질의 에스프레소를 만들 뿐만 아니라 에스프레소가 아닌 음료를 포함하는 다양한 선택의 음료를 만들 수 있는 개선된 음료 조제 기계가 제공된다.

또한, 현존하는 카트리지와 호환가능한 기계가 제공된다.

이하에서는, 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시적으로서만 설명한다.
도 1 은 카트리지 헤드(cartridge head)가 폐쇄 위치에 있는 종래 기술의 음료 조제 기계의 전방 사시도이고;
도 2 는 도 1 의 기계의 전방 사시도로서, 여기에는 카트리지 헤드가 개방 위치에 있는 상태가 도시되어 있고;
도 3 은 도 1 의 기계의 배면도로서, 여기에는 명확성을 위하여 일부 부품들이 생략되었고;
도 4 는 도 1 의 기계의 카트리지 헤드의 전방 사시도로서, 여기에서는 일부 부품들이 명확성을 위하여 생략되었고;
도 5 는 도 4 의 카트리지 헤드의 다른 전방 사시도로서, 여기에서는 일부 부품들이 명확성을 위하여 생략되었고;
도 6 은 음료 카트리지를 수용하는 도 4 의 카트리지 헤드가 폐쇄 위치에 있는 상태로 도시된 단면도이고;
도 7 은 도 4 의 음료 카트리지를 수용하는 카트리지 헤드가 개방 위치에 있는 상태로 도시된 단면도이고;
도 7a 는 도 4 의 카트리지 헤드를 위한 고무 밀봉재(rubber seal)의 평면도이고;
도 8 은 도 1 의 기계의 다양한 구성 부품들을 도시하는 개략도인데, 여기에는 새로운 가변식 유출 밸브(variable outlet valve)가 포함되어 있고;
도 9 는 도 8 의 가변식 유출 밸브를 포함하는 카트리지 헤드로부터의 유출 유동부(outflow)를 포함하는 개략도이고;
도 10 내지 도 12 는 도 9 의 유출 유동부에 있는 가변식 밸브의 일 실시예의 전방 단면도들로서, 여기에는 그 가변식 밸브의 폐쇄 위치, 개방 위치, 및 제한 위치(restricted position)가 각각 도시되어 있고;
도 13a 및 도 13b 는 도 9 의 유출 유동부에서 사용되는 가변식 유출 밸브의 대안예의 단부 단면도로서, 여기에는 개방 위치와 폐쇄 위치가 각각 도시되어 있고;
도 14 및 도 15 는 도 13a 및 도 13b 의 밸브의 측단면도들이고;
도 16a 는 개선된 가스 관리 시스템(gas management system)을 이용하여 생산된 큰 체적의 크레마를 갖는 커피 음료를 담는 음료 수용체의 측면도이고;
도 16b 는 도 16a 에 도시된 음료를 생산하는 데에 사용되는 브루잉 파라미터(brew parameter)들을 보여주는 차트이고;
도 17a 는 개선된 가스 관리 시스템을 이용하여 생산되는 큰 체적의 크레마를 갖는 커피 음료를 담는 음료 수용체의 측면도이고;
도 17b 는 도 17a 에 도시된 음료를 생산하는데에 이용되는 브루잉 파라미터들을 보여주는 차트이고;
도 18 은 도 1 의 음료 조제 기계에서의 사용에 적합한 음료 카트리지의 평면도이고;
도 19 는 도 18 의 카트리지의 외측 부재의 측단면도이고;
도 20 은 도 19 의 외측 부재(outer member)의 상세한 측단면도인데, 여기에는 내향으로 지향된 원통형 연장부(cylindrical extension)가 도시되어 있고;
도 21 은 도 19 의 외측 부재의 상세한 측단면도인데, 여기에는 슬롯(slot)이 도시되어 있고;
도 22 는 도 19 의 외측 부재를 위로부터 본 사시도이고;
도 23 은 도 19 의 외측 부재가 역전된 방위로 있는 상태를 위로부터 본 사시도이고;
도 24 는 도 19 의 외측 부재를 위로부터 본 평면도이고;
도 25 는 카트리지의 내측 부재(inner member)의 단면도이고;
도 25a 는 도 25 의 내측 부재를 상세히 도시하는 단면도로서, 여기에는 통공(aperture)이 도시되어 있고;
도 26 은 도 25 의 내측 부재를 위로부터 본 사시도이고;
도 27 은 도 25 의 내측 부재가 역전된 방위로 있는 상태를 위로부터 본 사시도이고;
도 28 은 도 25 의 내측 부재의 다른 단면도이고;
도 28a 는 도 25 의 내측 부재의 다른 상세한 단면도로서, 여기에는 공기 유입부(air inlet)가 도시되어 있고;
도 29 는 조립된 상태에서의 카트리지의 측단면도이고;
도 30 은 다른 형태의 카트리지의 측단면도이다.

다양한 특성을 갖는 우수한 품질의 음료 유형의 요구되는 폭넓은 선택을 제공하기 위하여, 본 발명은 공지된 음료 조제 기계에 대한 한가지 이상의 현저한 개선점을 수반한다. 이와 같은 개선점들은 우수한 품질의 에스프레소의 생산을 위하여 충분히 높은 압력이 생성 및 유지되는 것을 가능하게 하고, 또한 그 압력이 사용자에게 보일 수 없게되는 방식으로 변화되는 것을 가능하게 하며, 어떠한 수동 개입을 필요로 하지 않는다. 또한, 그 개선점들은, 크레마가 이전에는 가능하지 않았던 방식으로 개선되는 것을 가능하게 한다.

아래에서 설명될 그 개선점들에는 다음과 같은 사항이 포함된다.

1. 음료 카트리지의 하류에 가변 형태 밸브를 제공함으로써, 음료 조제 기계가 다양한 압력 범위에서 작동하는 것이 가능하게 됨; 및

2. 음료 성분을 통하여 지나가는 가스의 체적을 제어함으로써, 분배되는 음료, 특히 크레마를 갖는 음료의 최종 외관에 대한 우수한 통제를 제공함.

전술된 개선점들은 공지된 음료 조제 기계(10)를 참조로 하여 설명될 것인데, 그 공지된 음료 조제 기계는 첨부된 도면들 중 도 1 내지 도 7 에 도시되어 있다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 포드, 패드, 견고성 및 반 견고성 카트리지를 포함하는 폭넓은 범위의 카트리지를 이용할 수 있는 폭넓은 범위의 음료 조제 기계에서 상기 개선점들이 적용될 수 있다는 점에 유의하여야 할 것이다.

도 1 내지 도 3 에 도시된 음료 조제 기계(10)는 일반적으로, 하우징(housing; 11), 탱크(tank; 12), 물 가열기(water heater; 13), 제어 프로세서(control processor)(미도시), 사용자 인터페이스(user interface; 16), 및 카트리지 헤드(17)를 포함한다. 카트리지 헤드(17)는 일반적으로, 사용시 음료 카트리지(100)를 보유하기 위한 카트리지 홀더(cartridge holder; 18), 및 카트리지 인식 수단(cartridge recognition means; 20)을 포함한다. 카트리지 헤드(17)는, 사용시 음료 카트리지에 액체가 카트리지(100) 안으로 들어가도록 하기 위한 유입부(107), 및 조제된 음료가 음료 카트리지(100)로부터 나오도록 하기 위한 유출부(108)를 형성하는 유입부 관통기(inlet piercer; 21) 및 유출부 관통기(outlet piercer; 22)를 더 포함한다.

물이 커피와 같은 음료를 조제함에 있어서 사용되는 가장 흔한 액체이지만, 기계(10)는 음료 성분(200)과의 혼합을 위하여, 예를 들어 우유 또는 우유 조제물과 같은 다른 액체를 취급할 수도 있다. 여기에서 '물'이라고 칭하는 때에는, 음료 조제에 사용되는 임의의 형태의 액체를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

바람직하게는, 하우징(11)이 전체적으로 또는 부분적으로, 적합한 플라스틱 재료 또는 금속으로 만들어진다. 하우징(11)은 전방 절반부(front half; 25) 및 후방 절반부(rear half; 26)를 갖는 대합조개 형태의 설계형태를 갖는 것이 바람직한데, 이것은 기계(10) 부품들의 장착을 위하여 조립 중에의 접근을 가능하게 한다.

하우징(11)의 전방 절반부(25)에는 음료의 분배가 일어나는 분배 스테이션(dispensing station; 27)이 형성되는데, 분배 스테이션은 아래측에 배치된 드립 트레이(drip tray)가 구비된 컵 스탠드(cupstand; 23)를 포함한다. 또한 기계의 사용자 인터페이스(16)는 하우징(11)의 전방에 배치되고, 복수의 제어 스위치들, 예를 들어 시작/정지 버튼(28) 및 다수의 상태 표시기들(status indicators; 29-32)을 포함한다. 상태 표시기들(29-32)은, 기계(10)의 작동에서 오류가 발생하였는지의 여부와 기계(10)의 작동 모드, 기계(10)의 준비 상태를 표시하는 발광 다이오드인 것이 바람직하다. 발광 다이오드들(29-32)은, 기계(10)의 상태에 따라서 일정한 강도로 또는 간헐적으로 깜박이도록 발광하게끔 제어될 수 있다. 발광 다이오드들(29-32)은 녹색, 적색, 및 황색을 포함하는 다양한 색상을 가질 수 있다. 시작/정지 버튼(28)은 분배 사이클의 개시를 제어하고, 바람직하게는 푸시-버튼, 스위치, 또는 이와 유사하게 수동으로 작동되는 것이다.

탱크(12)는 하우징(11)의 후방에 위치되고, 바람직하게는 하우징(11)의 후방 절반부(26)에 연결되거나 또는 그에 통합된다. 탱크(12)는, 탱크(12)가 기계(10)에서의 위치에 있는 때에 밀폐되는 물 또는 다른 액체로 채워지도록 하기 위하여 유입부를 구비한다. 유출부는, 펌프(14)와 소통되는 탱크(12)의 하측 단부를 향하여 제공된다. 탱크(12)는 투명한 또는 반투명한 재료로 제작되어서 소비자가 탱크(12) 내에 남아 있는 물의 양을 관찰하는 것을 허용한다. 대안적으로는, 탱크(12)가 불투명한 재료로 제작되되 관찰용 윈도우가 제공되어 있는 것으로서 제작될 수 있다. 상기의 사항들에 추가 또는 대체하여서, 탱크(12)에는 하한 레벨 센서(low level sensor)가 제공될 수 있는데, 이것은 탱크 내의 액체 레벨이 미리 선택된 레벨로 하강한 때에, 펌프(14)의 작동을 방지하고, 선택에 따라서는 발광 다이오드와 같은 경고 표시기를 작동시킨다. 탱크(12)는 대략 1.5 리터의 내부 용량을 갖는 것이 바람직하다.

펌프(14)는, 도 8 에 개략적으로 도시된 바와 같이 물 가열기(13)와 탱크(12) 사이에서 작동가능하게 연결되고, 제어 프로세서에 의하여 제어된다. 적합한 펌프는 6 바아의 압력으로 물을 900 ml/min 의 유량으로 제공한다. 기계(10)를 통한 물의 유량은, 제어 프로세서에 의하여, 펌프에 대한 전력 공급의 주기적 분할(cycle chopping)에 의하여, 펌프(14)의 최대 유량의 백분율로서 제어될 수 있다. 바람직하게는, 펌프가 최대 유량의 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 또는 100% 중 임의의 것으로 구동될 수 있다. 펌핑되는 물의 체적의 정확도는 바람직하게는 ±5% 인바, 분배된 음료의 최종 체적에서의 정확도가 ±5% 로 되는 것으로 이어진다. 체적 유량 센서(volumetric flow sensor)(미도시)는 펌프(14)의 상류측 또는 하류측의 유동 라인에 제공되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 체적 유량 센서가 회전식 센서이다.

가열기(13)는 하우징(11)의 내부에 배치된다. 적합한 하나의 가열기(13)는, 1550W 의 정격 전력을 가지고, 물 펌프(14)로부터 받아들여진 물을 대략 20℃ 의 온도로부터 시작하여 1분 내에 대략 85℃의 공칭 작동 온도(nominal operating temperature)로 가열할 수 있다. 바람직하게는, 하나의 분배 사이클의 종료와 가열기(13)가 후속된 분배 사이클을 개시할 수 있는 사이의 지연 시간(dwell time)은 10초 미만이다. 가열기는 분배 사이클 중에 ±2℃ 내에서 선택된 온도를 유지한다. 분배 사이클을 위한 물은 미리 결정된 온도에서 카트리지 헤드(17)로 전달된다. 가열기(13)는, 전달 온도(delivery temperature)를 유입되는 물의 온도로부터 일반적으로는 80℃와 98℃ 사이 또는 그 이상의 요망되는 온도로 신속하게 조절할 수 있다. 가열기(13)는, 온도가 98℃를 초과한다면 가열기(13)를 차단시키는 과잉 온도 차단부를 포함한다. 필요하다면, 기계는 증기 정화(steam purge)를 포함할 수 있다. 증기 정화를 발생시키는 바람직한 수단은, (순간 가열기 또는 유동 가열기로서도 알려진) 플래쉬 가열기(flash heater)의 형태인 물 가열기(13)를 활용하는 것이다. 통상적으로, 그러한 플래쉬 가열기는 물이 관통하는 튜브를 포함하는데, 그 튜브는 하나 이상의 저항 요소들에 의하여 가열된다. 플래쉬 가열기는 음료를 형성하기 위하여 물을 가열하도록 사용될 뿐만 아니라, 보다 높은 전력 설정에 의하여 음료가 형성된 후에 플래쉬 가열기 튜브 내에 잔존하는 물을 끓여서 증발시킴으로써 증기 정화를 발생시키기 위하여 사용될 수도 있다. 플래쉬 가열기의 장점은, 물이 보일러 내에서 가열되는 중에 현저한 지연이 없다는 것이다. 플래쉬 가열기는 요구되는 대로 물을 가열시키며, 각 브루잉 사이클 직후에 꺼지므로 에너지 효율성이 우수하다.

가열기(13)로부터 유출된 물은 적합한 전달 시스템을 거쳐서 밸브에 의하여 카트리지 헤드(17) 및 카트리지(100)로 공급된다. 물 유동의 압력이 적합하면, 물은 카트리지(100)로 보내진다. 압력이 미리 결정된 한계보다 낮거나 높으면, 그 물은 밸브에 의하여 폐수 회수 수용체(waste recovery receptacle)로 보내어진다.

전달 시스템은, 탱크(12)로부터의 물을 카트리지(100)로 운반하기 위하여, (도 8 에 도시된 바와 같이), 탱크(12), 물 펌프(14), 물 가열기(13), 및 카트리지 헤드(17)를 연결하는 도관들을 포함한다.

카트리지 홀더(18)는, 에스프레소 음료에 관하여는 대략 250kg 인, 카트리지(100) 내측의 압력에 의하여 생성되는 개방 힘을 취급할 수 있도록 설계된다. 기계(10)의 작동 중에, 카트리지(100)는 팽창하려고 하지만, 카트리지(100)의 무결성은 유지되어야 한다. 또한, 시스템이 가압되는 중에 사용자는 홀더(18)를 개방할 수 없어야 하므로, 이를 달성하기 위하여 적합한 잠금 메카니즘이 제공된다.

국제출원 WO-A-2006/014936호에 설명된 카트리지 헤드(17)의 적합한 일 설계안이 도 4 내지 도 7 에 도시되어 있다. 카트리지 헤드(17)의 카트리지 홀더(18)는 고정된 하측 부분(fixed lower part; 43), 회전가능한 상측 부분(rotatable upper part; 44), 및 고정된 하측 부분(43)과 회전가능한 상측 부분(44) 사이에 위치된 피봇가능한 카트리지 장착부(pivotable cartridge mount; 45)를 포함한다. 상측 부분(44), 하측 부분(43), 및 카트리지 장착부(45)는 공통 힌지 축(46) 주위로 회전된다. 도 4 내지 도 7 에는 명확성을 위하여 기계(10)의 일부 구성 부품들이 생략된 채로 홀더(18)가 도시되어 있다.

회전가능한 상측 부분(44) 및 피봇가능한 카트리지 장착부(45)는, 클램핑 메카니즘(clamping mechanism)에 의하여, 고정된 하측 부분(43)에 대해 움직여진다. 클램핑 메카니즘은 제1 부재 또는 부품(47) 및 제2 부재 또는 부품(48)을 갖는 클램핑 레버(clamping lever)를 포함한다. 클램핑 레버의 제1 부품(first part; 47)은 U자 형상의 아암(U-shaped arm)을 포함하는데, 그 아암은 홀더(18)의 각 측부에 하나씩 있는 두 개의 제1 피봇 포인트(first pivot point; 48)들에서 상측 부분(44)에 피봇가능하게 장착된다.

클램핑 레버의 제2 부품은 홀더(18)의 각 측부에 하나씩, 두 개의 오버-센터 아암들(over-centre arms; 49)을 포함하는데, 이들 각각은, 상측 부분(44)을 고정된 하측 부분(43)에 결합시키는 힌지 축(46)에 위치된 제2 피봇 포인트(second pivot point; 50)에서 상측 부분(44)에 피봇가능하게 장착된다. 각 오버-센터 아암(49)은 실린더(cylinder; 49a), 스템(stem; 49b), 및 복귀성 슬리브(resilient sleeve; 49c)를 포함하는 왕복 부재(reciprocal member)이다. 실린더(49a)는 내부 보어(internal bore)를 가지며, 힌지 축(hinge axis; 46)에서 일 단부에서 회전가능하게 장착된다. 스템(49b)의 제1 단부는 실린더(49a)의 보어 안에 미끄럼가능하게 수용된다. 스템(49b)의 반대측 단부는 제3 피봇 포인트(third pivot point; 51)에서 U자 형상 아암(47)에 회전가능하게 장착된다. 제3 피봇 포인트(51)는, 상측 부분(44) 및 하측 부분(43)에 연결되지 않고, 그들에 대해 자유로이 움직일 수 있다. 복귀성 슬리브(49c)는, 스템(49b)에 외부적으로 장착되고, 사용시, 실린더(49a)와 스템(49b) 상의 맞닿음 표면(abutment surface)들 사이에서 연장된다. 복귀성 슬리브(49c)는 오버-센터 아암(49)의 단축을 수용하되, 오버-센터 아암(49)을 연장된 구성으로 되도록 편향시킨다. 따라서, 힌지 축(46)을 향하거나 그로부터 멀어지는 제3 피봇 포인트(51)들의 움직임이, 실린더(49a) 내에 있는 스템(49b)들의 상대적 움직임에 의하여 가능하다. 복귀성 슬리브(49c)들은 실리콘(silicone)으로 형성되는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서는 두 개의 오버-센터 아암(49)들이 사용되었으나, 폐쇄 메카니즘은 단 하나의 오버-센터 아암(49)으로만 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

U자 형상 아암(47)은 홀더(18)의 전방 주위로 연장되고, 두 개의 하향으로 달려 있는 후크 부재(hook member; 52)들을 포함하는데, 그 후크 부재들 각각은 홀더(18)의 각 측부에 배치되어 있으며, 그 각각이 힌지 축(46)을 향하는 캠 표면(cam surface)을 포함한다. 홀더(18)의 고정된 하측 부분(43)에는 두 개의 보스(boss; 53) 또는 멈춤부(detent)들이 제공되는데, 이들은 하측 부분(43)의 각 측부에 배치되며, 후크 부재(52)들과 전체적으로 정렬되어 그 하측 부분의 전방 가장자리(54)에 또는 그 근처에 배치된다.

도 4 에 도시된 바와 같이, U자 형상 아암(47)은 단일체의 플라스틱 성형체로 형성될 수 있으며, 그것은 아암(47)에 일체로 된 후크 부재(52)들 및 인체공학적 손 파지부(hand grip)를 포함한다.

카트리지 장착부(45)는 홀더(18)의 상측 부분(43)과 하측 부분(44) 사이에서 회전가능하게 장착된다. 장착부(45)에는 사용시 음료 카트리지(100)(아래에서 상세히 설명됨)를 수용하는 실질적으로 원형인 요부(recess; 55)가 제공된다. 요부(55)는 음료 카트리지(100)의 손잡이 부분(handle portion; 24)을 수용하기 위한 불규칙부(irregularity; 56)를 포함하는데, 그것은 홀더(18) 내에서의 음료 카트리지(100)의 회전을 방지하는 작용도 한다. 카트리지 장착부(45)는, 도 7 에 도시된 바와 같은 개방 위치에 있도록 고정된 하측 부분(43)에 대해 스프링의 작용을 받으며, 카트리지 장착부(45)는 고정된 하측 부분(43)과의 접촉으로부터 벗어나도록 편향되어서, 카트리지 장착부(45)는 유출부 및 유입부 관통기 부재들(21, 22)과의 접촉으로부터 벗어나도록 움직여진다. 카트리지 장착부(45)에는, 카트리지 장착부(45)가 폐쇄 위치로 움직여진 때에 카트리지 인식 수단(20)의 헤드와 유입부 및 유출부 관통기들(21, 22)이 관통하여 수용되는 통공(57)이 제공된다.

상측 부분(43)은 원형의 관찰 윈도우(viewing window; 59)를 수용하는 전체적으로 원형인 몸체(58)를 포함하는데, 소비자는 분배 사이클 중에 그 윈도우를 통하여 음료 카트리지(100)를 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 카트리지(100)가 기계(10) 내에 적재되었는지의 여부를 시각적으로 확인할 수 있게 된다. 관찰 윈도우(59)는 하향으로 지향된 테두리(rim)를 갖는 컵의 형상을 갖는다. 또한, 관찰 윈도우(59)에는 도 7 에 도시된 바와 같이 내향으로 지향된 튜브형 연장부(tubular extension; 61)의 형태를 갖는 클램핑 부재(clamping member)가 제공된다. 연장부(61)는, 하측 부분(44)을 향하여 지향되고, 도 6 에 도시된 폐쇄 위치에 있는 때에 카트리지 헤드의 체적 내에 놓이게 된다. 관찰 윈도우(59)는 상측 부분(43)의 하우징(58)에 대해 축방향으로 움직일 수 있다. 상대적인 움직임을 구현하는 일 구성으로서는, 웨이브 스프링(wave spring)(미도시), 또는 원형 하우징(58)과 관찰 윈도우(59) 사이에 위치된 고무로 입혀진 링(rubberised ring)과 같이 유사한 탄성 수단이 제공된다. 대안적인 구성으로서는, 일련의 나선 압축 스프링(미도시)들이 관찰 윈도우(59)와 하우징(58) 사이에서 연장되게 제공된다. 그 둘 다의 경우에서, 탄성 수단은 관찰 윈도우(59)가 원형 하우징(58)에 대해서 약간 축방향으로 움직이는 것을 가능하게 한다.

홀더(18)가 폐쇄 위치에 있는 때에, 관찰 윈도우(59)의 튜브형 연장부(61)의 원위 단부(distal end; 62)는 음료 카트지리(100)의 클램핑 표면(18a)에 대해 지탱되어서, 그것을 도 6 에 도시된 바와 같이 하측 부분(44)에 대해 편향시킨다 (도 6 에서의 구성은 깊이가 깊은 카트리지를 수납하는 것으로 도시되어 있다). 튜브형 연장부(61)에 의하여 외측 부재(102)에 가해지는 압력은, 카트리지(100)와 홀더(18) 간의 유체 밀봉을 보장한다. 관찰 윈도우(59)의 높이, 그리고 그에 따라 카트리지 헤드(17)의 높이는, 다양한 깊이의 카트리지(100)가 삽입될 수 있도록 되어 있다는 것에 유의하여야 한다. 도 6 에서의 구성은, 상대적으로 깊은 카트리지와 함께 도시되어 있다. 동일한 카트리지 헤드(17)는 더 얕은 카트리지를 수용할 수도 있다. 이 경우, 윈도우(59)와 카트리지(100)의 상측 표면(11) 사이에 간극이 발생할 것이다. 그러나, 카트리지는, 튜브형 연장부(61)에 의하여 가해지는 압력에 의해서 유입부 및 유출추가 완전히 밀봉된다.

하측 부분(43)은 유입부 및 유출부 관통기들(21, 22)과 카트리지 인식 수단(20)의 헤드를 포함한다. 유입부 관통기(21)는 사용시 음료 카트리지(100)의 라미네이트(laminate; 108)에 구멍을 뚫기 위한 날카로운 단부(64)를 갖는 중공의, 바늘과 유사한 튜브(63)를 포함한다. 유입부 관통기(21)는 도 7 에 도시된 바와 같은 물 도관(65)과 유체 소통되는바, 그 도관은 하측 부분(43)을 통하여 지나가고 또한 물 가열기(13)의 유출부 도관(66)에 연결된다. 유출부 관통기(22)는 유럽 특허 EP-A-0389141호 및 유럽 특허 EP-A-O334572호에 기재된 유출부 관통기의 유사한 유형의 것으로서, 음료 배출 스파우트(beverage discharge spout; 109)보다 큰 치수를 갖는 D자 형상 또는 원형의 단면을 갖는, 단부가 개방된 실린더를 포함한다. 유출부 관통기(22)의 상측 단부의 원호부(arcuate portion; 67)는 음료 카트리지(100)의 라미네이트를 관통하여 종국적으로는 절단하도록 톱니형태를 갖는다. 상측 단부의 나머지 부분은 톱니 부분의 적어도 톱니(68)의 기저부까지 실린더의 길이방향으로 짧게 되어서, 음료가 분배되기 전에 절단된 라미네이트(108)를 유출부 통공으로부터 멀어지게 접거나 당기도록 구성된다. 유출부 관통기(22)는, 배출 스파우트(143)의 외부에서 라미네이트(105)를 관통하고, 카트리지 장착부(45)가 폐쇄 위치에 있는 때에 배출 깔대기(discharge funnel; 140)의 외측벽(42)과 배출 스파우트(143) 사이의 고리부에 배치된다. 유출부 관통기(22)는 절단된 라미네이트(105)를 고리부 안으로 접어 넣는다. 따라서, 유출부 관통기(22) 및 절단된 라미네이트(105)는 배출되는 음료의 경로 밖에서 유지된다.

유출부 관통기(22)는 턱(ledge)에 의하여 둘러싸이고, 그 턱은 그 주위에 대해 0.5mm만큼 융기된다.

유리하게는, 유출부 관통기(22)가 하측 부분(43)으로부터 분리가능하게 되어서, 예를 들어 식기세척기에서 완전히 세정될 수 있도록 된다. 분리가능한 유출부 관통기(22)는 그것이 안착되는 하측 부분(43)에서의 요부에 수용된다. 유입부 관통기(21) 및/또는 유출부 관통기(22)는 스테인리스 스틸과 같은 금속, 또는 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 비금속 재료에 의하여 구멍이 뚫리고 절단될 수 있는 라미네이트(105)를 사용함으로써 플라스틱 절단 요소를 사용하는 것이 가능하게 되는 것이 바람직하다. 이로써, 관통기들(21, 22)이 덜 날카롭게 제작될 수 있는데, 이것은 소비자에 대한 상해의 위험을 감소시킨다. 또한, 플라스틱으로된 관통 요소들은 녹이 슬지 않는다.

바람직하게는, 유입부 관통기(21)와 유출부 관통기(24)가, 하측 부분(43)으로부터 분리가능한 단일의 일체적 유닛으로서 형성된다.

사용시, 홀더(18)의 상측 부분(44)은, 그것이 도 2 에 도시된 바와 같은 수직을 향하거나 또는 수직의 방위를 갖는 개방 위치로부터, 그것이 실질적으로 수평의 방위를 가지며 또한 카트리지 장착부(45) 및 고정된 하측 부분(43)과 상호 맞물림되는 폐쇄 위치로 움직여질 수 있다. 상측 부분(44)은, 클램핑 레버의 작동에 의하여 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 움직여진다. 상측 부분(44)을 폐쇄하기 위하여, 사용자는 U자 형상 아암(47)을 통해 클램핑 레버를 잡고 그것을 아래로 당긴다. 이로써 상측 부분(44)이 회전하고, 이것은 먼저 관찰 윈도우(59)의 튜브형 연장부(61)가 음료 카트리지(100)의 클램핑 표면(118a)과 접촉하게 한다. 상측 부분(44)을 계속하여 회전시키면, 상측 부분(44) 및 카트리지 장착부(45)가 하측 부분(43)과 접촉하게끔 아래로 회전된다. U자 형상 아암(47)을 더 회전시키면, U자 형상 아암(47)이 상측 부분(44)과 하측 부분(43)에 대해 회전하여서, 상측 부분(44)의 후크 부재(52)들이 하측 부분(43)의 보스(53)들과 맞물려서 캠 표면이 보스(53)들 위에 놓이는 결과를 낳는다. 이와 같은 회전의 마지막 단계 중에는, 카트리지(100)가 카트리지 장착부(45)와 관찰 윈도우(59) 사이에서 압축된다. 그 결과, 관찰 윈도우(59)는 웨이브 스프링 또는 나선 스프링의 편향력에 반하여 상측 부분(44)의 원형 하우징(58)에 대해서 축방향으로 약간 움직여진다. 이와 같은 움직임은 음료 카트리지(100)와 음료 조제 기계(10)에서의 공차(tolerances)를 보상함을 가능하게 하고, 카트리지(100)에 가해지는 압축력의 양이 허용 범위 내로 유지되는 것을 보장한다. 웨이브 스프링 또는 나선 스프링의 작용에 의하여 조절되는 메카니즘의 클램핑 힘은 카트리지(100)에 대한 클램핑 압력을 보장한다. 카트리지(100) 내부의 압력에 맞서기 위하여는 150N 내지 400N 사이의 힘이 필요한 것으로 드러났다. 카트리지 헤드의 폐쇄 중에, 카트리지(100)의 라미네이트(105)는, 원통형 깔대기의 외측 튜브(42)의 원위 단부가 플랜지(147)에 대해 0.5mm 만큼 상향으로 움직여짐에 따라서, 라미네이트(105)가 평면을 벗어나게 휘어지도록 유발하는 유출부 관통기(22)를 둘러싼 턱과 접촉하게 됨에 따라 긴장된다. 또한 이 움직임은, 카트리지(100)에 가해지는 압축력의 대부분이, 부하를 지탱하는 내측 부재(103)를 통해서 카트리지(100)의 중앙 영역을 통하도록 작용하는 것을 보장한다. 이 클램핑 힘은 가압 중에 카트리지(100)의 고장을 방지하는데에 도움이 되고, 또한 외측 부재(102) 및 내측 부재(103)가 서로에 대해 완전히 안착되는 것을 보장하여서, 내부 가압 중에도 모든 내부의 통로들과 통공들이 그들의 의도된 치수로 유지되는 것을 보장한다.

폐쇄 위치에서, 하측 부분(44)과 튜브형 연장부(61)의 원위 단부(62)의 분리 정도는 도 6 에서 참조부호 D 로서 표시되어 있다. 이 거리는 관찰 윈도우(59), 하우징(58), 및 하측 부분(44)의 치수들에 의하여 고정된다. 거리(D)는 카트리지(100)의 표면 아래에서 라미네이트(105)와 클램핑 표면(118a) 사이의 거리(d)와 같거나 그보다 여유를 두고 작도록 선택된다. 이와 같은 방식으로, 카트리지 헤드(17)의 폐쇄시, 카트리지(100)는 고정되고 알려진 정도의 압축을 받게 된다. 또한, 거리(D)는 그 두 가지의 카트리지 유형들 모두에 대해 동일하기 때문에, 카트리지의 제1 및 제2 실시예들 둘 다는 동일한 정도의 압축력으로 클램핑될 수 있다.

홀더(18)의 제1 피봇 포인트(48) 및 제2 피봇 포인트(50) 사이에는 가상의 기준선이 그려질 수 있다. 도 7 에 도시된 바와 같은 개방 위치에서는 제3 피봇 포인트(51)가 고정된 하측 부분(43)에 가장 가까운 기준선 측에 배치된다. 상측 부분(44)이 폐쇄 위치에 도달함에 따라서, 클램핑 레버의 제3 피봇 포인트(51)는 제1 피봇 포인트(48)와 제2 피봇 포인트(50)에 접하는 기준선을 통해서, 고정된 하측 부분(43)으로부터 가장 먼 기준선의 반대측으로 지나간다. 그 결과, U자 형상의 아암(47)은 제1 안정 위치로부터 제2 안정 위치로 "스냅 통과(snap through)"하게 된다. 스냅 통과 작용은, 오버-센터 아암(49)들의 단축, 및 그로 인한 복귀성 슬리브(49c)들의 압축에 의하여 허용된다. 일단 제3 피봇 포인트(51)가 가상의 기준선을 지나간 후에는, 복귀성 슬리브(49c)들의 복귀가 작용하여서 제3 피봇 포인트(51)들의 가상의 기준선으로부터 멀어지는 움직임이 계속된다. 이로써, 클램핑 레버는, 레버가 개방 위치 또는 폐쇄 위치에서 안정적인 2-안정 작동을 가지게 되며, 한편으로는 제3 피봇 포인트(51)가 제1 피봇 포인트(48)와 제2 피봇 포인트(50)에 접하는 가상의 기준선에 놓이는 때의 지점에서 불안정적으로 된다. 따라서, 클램핑 레버의 스냅 통과 작용은 능동적 폐쇄 메카니즘(positive closure mechanism)을 제공하는바, 이것은 클램핑 레버의 회전의 최종 단계에서 U자 형상 아암(47)과 제2 아암들의 스냅 통과 작용이 후크 부재(52)들을 보스(53)들과 확고히 맞물리게 강제하는 명확한 폐쇄 작용으로 이어진다. 또한, 제3 피봇 포인트(51)들이 제1 피봇 포인트(48)와 제2 피봇 포인트(50)가 접하는 기준선과 다시 일렬로 되게 움직이도록 슬리브(49c)들을 충분히 압축하는데에 최소의 힘이 필요하기 때문에, 복귀성 슬리브(49c)는 상측 부분(44)의 재개방에 대한 저항을 제공한다. 유리하게는, 후크 부재(52)들과 보스(53)들의 상호 맞물림이, 클램핑 레버의 회전에 의하는 것이 아닌 다른 방법에 의하여 상측 부분과 하측 부분이 분리되는 것을 방지한다. 이것은, 카트리지 헤드(17)가 내부 압력을 받는 때의 작동 중에 카트리지 헤드(17)의 개방을 방지하는 데에 유용하다.

상측 부분(44)에 의하여 가해지는 압력은 카트리지(100)와 카트리지 홀더(18) 간에 완전한 유체 밀봉을 보장한다. 그 클램핑 힘은 가압 중에 카트리지(100)의 고장을 방지하는데에 도움이 될 뿐만 아니라, 카트리지(100) 내의 내부 통로들과 통공들 모두가 내부 가압 중에도 그들의 의도된 치수로 유지되는 것을 보장하기도 한다. 카트리지(100)에 있어서의 밀봉을 향상시키기 위하여, 출원인은 고무 밀봉재(55a)(도 7a 참조)를 카트리지 장착부(45)의 요부(55)에 덧대면 브루잉 사이클 중에 발생되는 현저히 더 높은 압력에도 기계가 견딜 수 있는 능력이 향상된다는 것을 알게 되었다.

브루잉 사이클의 제어는 음료 조제 기계(10)의 제어 프로세서에 의하여 이루어지는데, 그것은 프로세싱 모듈(processing module)과 메모리를 포함한다. 제어 프로세서는 가열기(13), 펌프(14), 사용자 인터페이스(16), 및 아래에서 설명되는 다른 구성요소들에 작동가능하게 연결되어 이들의 작동을 제어한다.

기계(10)의 작동에 관한 거동은, 예를 들어 유럽 특허 EP-A-1440644호에 기재된바와 같이, 제어 프로세서에 내장된 소프트웨어에 의하여 결정된다. 제어 프로세서의 메모리는 음료 조제 기계(10)를 위한 하나 이상의 작동 파라미터들을 위한 하나 이상의 변수들을 포함한다. 종래 기술의 기계들에서는, 이들이 일반적으로 작동 단계 중에 음료 카트리지(100)를 통해 지나가는 액체의 온도, 음료 카트리지(100)의 충전 속도, 소크(soak) 단계의 존재 여부, 음료의 총 분배 체적, 배출 단계 중에 액체의 유량, 및 정화 단계의 기간이었다.

특히, 카트리지 인식 수단(20)의 일 목적은, 삽입된 음료 카트리지(100)의 유형을 인식하고, 그에 따라 하나 이상의 작동 파라미터들을 조정하는 것을 기계(10)가 할 수 있게 하는 것이다. 작동 파라미터들을 위한 변수들은 메모리 내에 저장된다. 카트리지(100)는 카트리지(100) 내에 또는 카트리지 상에 제공된 코드(code; 120)를 포함하는데, 그 코드는 그 카트리지(100)에서의 음료의 최적 분배을 위해 필요한 작동 파라미터들을 표현하는 것이다. 그 코드의 일 예는 유럽 특허 EP-A-1440644호에 기재되어 있다.

제어 프로세서 메모리는 분배되는 음료의 유형에 대한 정보를 더 저장하여서, 기계(10)의 작동 사이클은 다음 카트리지(100)에 대해 조정될 수 있다. 이것은, 특히 음료를 순차적으로 형성하기 위하여 둘 이상의 음료 카트리지(100)들이 사용되는 경우에 유리하다. 예를 들어, 카푸치노 음료를 형성하기 위하여, 우유 카트리지 이후에 커피 카트리지가 분배될 수 있다. 대안적으로는, 크림 핫 초코렛 음료를 생산하기 위하여 우유 카트리지 이후에 초콜렛 카트리지가 사용될 수 있다. 분배되는 첫 번째 음료에 대한 정보를 저장하는 메모리를 이용함으로써, 두 번째 카트리지, 즉 우유 카트리지를 분배하는 방식이 최적의 음료를 얻기 위하여 변경될 수 있다. 위의 예에서, 핫 초콜렛을 위하여 분배되는 우유는 통상적으로 커피에 추가되는 우유보다 덜 묽게 될 수 있다. 또한, 초콜렛을 위하여 분배되는 우유는 음료의 거품형성의 정도를 낮추기 위하여 더 늦은 유동속도로 분배될 수 있다. 카트리지의 다양한 조합들이 가능하며, 작동 파라미터들은 숙련자에게 자명하다. 또한, 메모리는, 기계(10)가 사용자가 다음에 분배하길 원하는 음료의 유형을 '예상'하는 것을 가능하게 하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 주로 한가지 음료 유형을 음용한다면, 기계는 그 음료 유형을 위한 최적의 온도로 유지되도록 물 가열기에 지시할 수 있다.

공지된 종래 기술의 기계(10)의 작동은, 카트리지 헤드(17) 안에 음료 카트리지(100)를 삽입함, 음료가 분배될 분배 사이클을 수행함, 및 기계로부터 카트리지(100)를 분리함을 포함한다.

카트리지(100)을 삽입하기 위하여, 카트리지 홀더(18)는 위에서 설명된 바와 같이 개방되어서 카트리지 장착부(45)가 노출된다. 그 다음, 카트리지(100)는 요부(46) 내에 수용된 카트리지 장착부(45) 상에 놓여진다. 그 다음, 카트리지 홀더(18)는 위에서 설명된 바와 같이 클램핑 손잡이(51)의 작동에 의해 폐쇄된다. 폐쇄 중에, 유입부 관통기 및 유출부 관통기가 카트리지(100)를 관통시켜서 카트리지 유입부(107) 및 유출부(180)가 형성된다.

작동 사이클을 개시하기 위하여, 사용자는 시작/정지 버튼(28)을 작동시킨다. 작동 사이클은 카트리지 인식 단계와 음료 조제 사이클을 포함한다.

카트리지 인식은, 카트리지 센서 및 잠금 센서로부터의 출력들이 만족스럽다는 전제 하에서, 위에서 설명된 바와 같이 광학 카트리지 인식 수단(20)에 의하여 수행된다. 일단 바코드(40)가 디코딩(decoding)되면, 제어 프로세서에 의하여 기계(10)의 작동 파라미터들이 조절된다. 그러면 조제 사이클이 자동적으로 개시된다. 조제 사이클은 네 개의 주된 단계들을 갖는데, 이들 모두가 모든 음료 유형들에 대해 사용되는 것은 아니다.

1. 사전-가습(pre-wet)

2. 일시정지(pause)

3. 브루잉 단계(brew stage)

4. 정화(purge)

사전-가습 단계에서, 카트리지(100)는 펌프(14)에 의해서 저장 탱크(12)로부터의 액체로 충전된다. 물에 의한 충전은 챔버(160) 내의 음료 성분(200)이 젖게 되도록 한다. 그 충전은 600 ml/min 의 "고속" 유량 또는 325 ml/min 의 "저속" 유량으로 이루어질 수 있다. 저속 충전 속도는 특히 점성의 액체 음료 성분을 담고 있는 카트리지(100)에 유용한데, 이 경우에는 그 성분들이 더 높은 체적 유량에서 펌핑될 수 있기 전에 어느 정도의 묽게 됨을 필요로 한다. 카트리지(100) 안으로 주입된 액체의 체적은, 액체 또는 음료가 이 단계 중에 카트리지 유출부(108) 밖으로 흘러나오지 않게 보장하도록 선택된다.

일시정지 단계는, 음료 성분(200)이 사전-가습 단계 중에 주입된 액체에 미리 결정된 시간 기간 동안 흠뻑 젖게(soak) 하는 것을 가능하게 한다. 사전-가습 및 소크 단계 둘 다는, 음료 성분(200)으로부터의 추출 수율(yield of the extractibles)을 증가시키고 또한 음료의 최종 향미(flavour)를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 사전-가습 및 소크는, 음료 성분이 로스팅되고 분쇄된 커피인 경우에 특히 이용된다.

브루잉 단계에서는, 음료 성분(200)으로부터 음료를 생산하기 위하여, 액체가 카트리지(100)를 통해 지나가게 된다. 액체의 온도는 제어 프로세서에 의하여 결정되는데, 제어 프로세서는 탱크(12)로부터 카트리지 헤드(17)로 지나가는 액체를 가열하도록 가열기(13)에 지시를 보낸다. 액체는 유입부 밸브 및 유입부 관통기를 거쳐서 카트리지 홀더(18) 안으로 들어가고, 음료 카트리지(100)의 유입부 챔버(126) 안으로 간다. 음료 카트리지(100) 내에서의 음료의 브루잉 및/또는 혼합은, 유럽 특허 EP-A-1440644호에 기재된 바와 같이, 조제된 음료가 카트리지 유출부(104)로부터 나와서 유출 밸브(37)로 들어가고 분배 스테이션(27) 내에 적절히 놓여진 수용체 안으로 향하기 전에 이루어진다.

정화 사이클 중에, 물 가열기(13)의 온도는, 시스템 내에 남아 있는 물을 증기로 변환시키고 그 가압된 증기를 음료 조제 기계(10) 및 음료 카트리지(100)를 통해 불어 보내기에 충분히 높게 되도록 상승된다. 이것은 모든 음료가 분배되는 것을 보장하며, 또한 다른 음료의 분배를 위해 유동 경로가 깨끗하게 된 채로 준비되는 것을 보장한다. 정화 사이클은, 유체의 대부분이 유동 경로를 깨끗하게 하기 위하여, 브루잉/혼합 단계의 정지 후 즉시 시작되지 않을 수 있다.

일단 작동 사이클이 완료되면, 기계는 자동적으로 정지되고, 소비자는 카트리지 홀더(18)를 개방함으로써 카트리지(100)를 분리하며, 카트리지(100)를 수동적으로 제거 및 폐기한다. 대안적으로는, 기계(10)에, 카트리지 홀더(18)의 개방시 카트리지를 자동적으로 분리시키는 자동 배출 메카니즘(automatic ejection mechanism)이 제공될 수 있다.

위에서 참조된 공지된 음료 조제 기계(10)에 대한 현저한 개선사항들 중 첫 번째는, 카트리지-이후(post-cartridge) 압력 제어를 제공하기 위하여 카트리지 유출부(108)에 인접하게 가변 형태 밸브(60)(도 9 내지 15 참조)가 제공된다는 점이다. 이것은, 기계(10)가 다양한 음료를 생산하는 것을 가능하게 하는바, 그것은 카트리지 인식 수단(20)에 의하여 식별되는 카트리지 내의 음료 성분에 필요한 브루잉 사이클의 유형에 따라서 브루잉 사이클 중에 변화하는 압력 또는 높거나 낮은 압력으로 카트리지(100)가 선택적으로 브루잉되는 것을 가능하게 하여서, 자동화된 가변 압력 시스템을 제공한다. 개선된 기계는 예를 들어 0 내지 9 바아(bar) 그리고 바람직하게는 0 내지 6 바아의 압력 범위에서 음료를 생산할 수 있다.

가변 형태 밸브(60)는 카트리지(100)의 하류에 위치되고, 바람직하게는 카트리지 헤드(17)의 하측 부분(43)으로부터 연장되고 부분적으로 그 안에 수용된 음료 유출부(37)에 배치된다 (도 6 및 도 7 참조). 밸브(60)는 적어도 개방 위치 및 제한 작동 위치(restricted operating position)(위치는 상태 또는 모드(mode)를 의미하기도 함)를 가지며, 보다 바람직하게는 아래에 기재된 위치들 모두를 갖는다.

1. 개방 (도 11)

2. 제한 (도 12)

3. 폐쇄 (도 10)

4. 세정/정화

볼 밸브(ball valve), 핀치 밸브, 슬리브 밸브(sleeve valve), 시트 밸브(seat valve), 또는 디스크 밸브(disc valve)와 같이 다양한 유형의 밸브가 유출 밸브(60)에 사용될 수 있다. 도 10 내지 도 12 에 도시된 실시예는, 음료 유출부(37)에서 챔버(70) 내에 위치된 회전 요소(69)를 갖는 볼 밸브 유형의 것이다. 회전 요소(69)는 필요한 위치를 제공하기 위하여 사전설정된 위치들 간으로 회전될 수 있다. 비제한 위치에서 밸브(60)의 보어(bore)의 직경은, 예를 들어 낮은 압력 필터 음료(low pressure filter beverages)를 제공하는 카트리지(100)를 위하여 필요한 적어도 5mm 인 것이 바람직하다.

대안적인 적합한 밸브는 도 13 내지 도 15 에 도시된 핀치 밸브인데, 이것은 바람직하게는 실리콘 고무 또는 탄성 재료로 만들어진 유연성 튜브(71)와 클램핑 메카니즘(72)을 포함한다. 비제한 위치(도 13a 및 도 14)에서, 음료는 튜브(71)를 통해 자유로이 유동한다. 클램핑 메카니즘(72)이 활성화되어서 제한 위치(도 13b 및 도 15)와 폐쇄 위치를 제공한다.

밸브(60)는 기계(10)의 제어 프로세서에 의하여 자동적으로 제어된다. 일단 기계(10) 안으로 삽입된 카트리지(100)의 유형이 바코드(40)의 디코딩에 의하여 식별되면, 제어 프로세서는 올바른 초기 설정을 선택하고, 적절하다면 해당 음료 유형을 위하여 밸브(60)의 후속 작동이 선택된다.

기계(10)는 밸브(60)가 하나 이상의 작동 위치들에 있음에 따라서 다양한 모드로 작동할 수 있는바, 그 예들은 아래와 같다.

1. 브루잉 사이클에 걸쳐서의 밸브 개방

밸브(60)가 개방 위치에 있는 때에, 작동 압력은 2 바아 미만이어서 최대 400 ml/min 의 정상 상태 통과 유량(steady state through flow rate)이 허용된다. 음료는 유럽 특허 EP-A-1440644호에 기술된 바와 유사한 상태 하에서 분배된다. 이 모드는, 기계(10)가 차, 거품 우유 또는 초콜렛과 같은 저압 음료를 조제하기 위한 현존하는 카트리지와 역으로 호환가능(backwardly compatible)하게 하기 때문에 특히 유용하다.

2. 브루잉 사이클에 걸쳐서의 밸브 제한

밸브(60)가 제한 위치에 있는 때에는 카트리지(100) 내에 상대적으로 높은 배압(back pressure)을 생성시키는바, 이것은 최대 4, 6, 또는 심지어 9 바아에 이르는 작동 압력을 초래하며, 60 내지 300 ml/min의 정상 상태 통과 유량을 제공한다. 이것은, 에스프레소 음료를 위하여 음료 성분(200) 내에 있는 필요한 고형분 추출 및 오일의 유화(emulsification of oils)를 얻기에 충분하다. 음료 유출부(37)에서의 순차적인 제한은, 밸브(60)를 통하여 유동하는 음료 내에서의 시어링(shearing) 및 혼합 작용을 제공하여, 우수한 공기/액체 유화(air/liquid emulsification)를 일으키며, 향상된 크레마가 형성되는 결과를 낳는다. 이 모드는, 혼합 작용을 수행하기 위하여 공기를 포섭(entrain)하기 위한 수단이 구비되지 않은 카트리지(100), 즉 소위 비-이덕터 카트리지로부터 에스프레소 및 카푸치노와 같은 높은 압력의 음료를 조제하기 위해 사용되는데에 유리할 수 있다.

3. 밸브 폐쇄 후 제한

밸브(60)가 브루잉 사이클의 시작시 (사전-가습 사이클 중에 그리고 펌프(14)의 개시 전에) 즉시 폐쇄된다면, 이것은 밸브(60)가 제한 위치에 있는 때보다 카트리지(100) 내에서 더 높은 압력이 형성되는 것을 가능하게 한다.

얻고자 하는 원하는 효과에 따라서, 밸브 폐쇄 후 개방, 또는 밸브 폐쇄 후 제한 후 개방과 같은 다른 조합도 적절하다.

필요하다면, 밸브(60)는 브루잉 사이클 중에 또는 그 일부분에서 다양한 위치들 간으로 펄스식으로 작동될 수 있다. 전달 사이클(delivery cycle) 중의 이와 같은 밸브 작동 방식은 점진적인 색상 및/또는 기포 크기를 갖는 크레마를 구비한 음료가 생성되는 것을 가능하게 한다.

정화 사이클 중에, 밸브(60)는 제어 프로세서에 의하여 제어되어서, 음료의 외관을 보존하고 오염을 방지하도록, 증기를 분배 스테이션(27)보다는 배수 영역(drain area)으로 우회시킨다.

위에서 참조된 공지된 음료 조제 기계(10)에 대한 현저한 개선 사항들 중 두 번째의 것은, 브루잉 제어 시스템에의 가스 관리 기능의 추가다. 놀랍게도, 출원인은 이러한 유형의 음료 조제 기계에서 조제되는 음료의 특성은 종래 기술의 기계들에서 알 수 있는 경계를 넘어 변화될 수 있다는 것을 알게 되었다. 그 놀라운 효과는 음료의 조제 중에 전달 시스템 내의 가스의 체적을 제어함으로써 이루어질 수 있는데, 이로써 음료 위에 있는 높은 품질의 크레마의 양을 최종 음료에서 세밀한 층부터 놀랍도록 깊은 층까지 변화하게 조절하게 된다. 출원인은 음료 기계 내의 가스를 성공적으로 이용하는 방안을 찾아냈는데, 이에 의하면 가스 대 액체 비율(gas: liquid ratio)를 변화시켜서 종래 기술의 기계에서는 볼 수 없었던 조제된 음료의 우수하게 안정적인 크레마의 놀라운 체적을 생성할 수 있다. 전달 시스템 내의 가스의 더 큰 체적을 유지시킴으로써, 브루잉 및 분배 중에 훨씬 더 큰 가스 대 액체 비율이 얻어질 수 있게 되고, 이것은 그에 대응되게 큰 체적의 크레마를 발생시킨다. 가스의 체적을 감소시킴에 의하여, 크레마 체적을 감소시키도록 그 비율이 저감되도록 하는 것이 가능하게 된다. 기포 크기도 가스 대 액체 비율에 의한 영향을 받는바, 조밀하고 크림 느낌이 큰 크레마를 제공하기 위하여는 낮은 비율이 사용될 수 있고, 보다 성기고 거품 느낌이 큰 크레마를 제공하기 위하여는 높은 비율이 사용될 수 있다. 그러므로, 이와 같은 개선 사항은, 분배되는 각 음료를 위하여 크레마 체적 및 기포 크기를 최적화시키는 능력을 제공한다. 가스를 조작함에 의하여, 음료 체적의 25%보다 큰 크레마 체적을 갖는 우수한 품질의 에스프레소가 브루잉될 수 있으면서도 172 미크론보다 큰 직경을 갖는 기포들의 발생을 최소화시킬 수 있는 것으로 드러났는데, 이것은 이와 같은 유형의 공지된 음료 조제 기계에서는 불가능한 것으로 알려졌던 것이다. 종래 기술의 카트리지 기계에서는, 음료 체적의 10% 보다 큰 크레마를 갖는 에스프레소를 브루잉하는 것이 일반적으로 가능하지 않았었다.

이와 같은 개선사항은, 물을 탱크(12)로부터 음료 성분(200)과 분배 유출부로 운반하는 전달 시스템 내의 가스의 체적을 관리하는 수단을 제공하도록 브루잉 사이클의 제어를 적합화시킴에 의하여 얻어진다. 이 명세서에서 전달 시스템이라 함은, 예를 들어 물 가열기(13)로부터 카트리지(100)까지 연장되는 미리 결정된 부분을 포함하도록 의도된 것이고, 또한 적절한 경우에는 카트리지(100)의 헤드공간(headspace) 내에 담겨진 일부 가스도 포함할 수 있다.

임의의 주어진 기계(10)의 전달 시스템 내에 잔류할 수 있는 가스의 "기본 체적"은 그것의 구조에 달려있다. 임의의 주어진 시간에서의 "실제 체적"은 기계(10)가 음료를 조제하기 위하여 방금 사용되었는지, 어떤 유형의 음료를 위하여 이용되었는지, 그리고 증기 정화 사이클이 작동되었는지의 여부에 따라 달라질 것이다. 따라서, 개선된 브루잉 사이클 제어부는, 이미 존재하는 가스의 실제 체적을 감안하여, 분배될 음료의 유형(즉, 작고 적은 기포들을 갖는 크레마를 필요로 하는 음료, 또는 큰 기포를 필요로 하는 음료)에 따라서 전달 시스템 내의 가스의 체적을 변화시키는 수단을 포함한다. 가스의 체적을 변화시키는 이 수단은 하기의 요소들의 조합에 의하여 이루어질 수 있다.

1. 브루잉 사이클이 완료된 후 그리고 후속의 고압 브루잉 전에 전달 시스템을 정화시키는 단계(가스 대 액체 비율을 증가시킴);

2. 고압 브루잉 전에 전달 시스템으로부터 가스를 배기시키는 단계(가스 대 액체 비율을 감소시킴); 및

3. 고압 브루잉 전에 전달 시스템 안으로 가스를 유인하는 단계(가스 대 액체 비율을 증가시킴).

전달 시스템 내의 가스의 체적이 감소될 수 있도록 하기 위하여 밸브 수단이 제공되는 것이 바람직하며, 또한 그 시스템 안으로 가스(통상적으로는 공기)가 주입될 수 있도록 하기 위하여 에어 펌프가 제공되는 것이 바람직하다. 전달 시스템에는, 카트리지(100)의 상류 또는 하류 측에 개별적인 전용의 에어 밸브가 통합될 수 있다. 바람직하게는, 위에서 설명된 가변 형태 밸브(60)가 밸브 수단으로서 사용된다.

이와 같은 개선된 브루잉 사이클 제어가 수행될 수 있도록 하기 위하여, 기본 기계(10)와 관련하여 설명된 추가적인 파라미터들이 제어 프로세서의 메모리 내에 저장될 수 있다. 이 추가적인 파라미터들에는 특정 구조의 기계(10)를 위한 (사용되기 전에 또는 정화된 후의 기계(10)에 가해질) 가스의 기본 체적과, 각각의 특정 음료를 위하여 크레마를 최적화시키기 위한 고압 브루잉 중에 필요한 체적이 포함된다. 바람직하게는, 추가적인 파라미터들에는, 기계(10)가 수행할 수 있는 각 유형의 브루잉 작동 후에 전달 시스템 내에 남아 있을 가스의 실제 체적도 포함된다. 그러나, 이것은 매 음료의 분배 후에 증기 정화 사이클이 구동되도록 기계(10)가 프로그램된다면 전적으로 필요하지는 않은데, 그 증기 정화 사이클은 실제 체적을 기본 체적으로 효과적으로 재설정시킬 것이며, 그 이유는 그것이 물 가열기(13)의 하류에 있는 분배 시스템으로부터 어떠한 잔류 액체도 없도록 씻어낼 것이기 때문이다.

그러므로, 브루잉 사이클은 추가적인 단계, 즉 사전-가습 사이클 전의 가스 조정 사이클을 포함한다. 가스 조정 사이클은 하기의 사항들을 포함한다.

1. 조제될 음료의 유형을 위한 가스의 필요한 체적의 평가. 이것은 대개, 카트리지 코드(120)과 관련된 필요한 파라미터의 프로세서 메모리로부터 편리하게 선택될 것이다.

2. 기계(10)의 마지막 작동에 따라 전달 수단 내에 현재 존재하는 가스의 실체 체적의 판정. 이것은, 정화 사이클이 구동되었거나 또는 사용되지 않은 기계의 경우에 기본 체적이 될 것이다. 기계가 음료를 조제하기 위하여 방금 사용되었고 정화 사이클이 작동되지 않았다면, 이상적으로는 프로세서가 마지막 음료에 따라 잔류하는 가스를 위한 파라미터를 메모리로부터 선택한다. 대안적으로는, 임의의 시점에 전달 시스템 내의 가스의 체적을 구체적으로 모니터링하는 수단이 제공될 수도 있다.

3. 필요한 체적을 얻기 위하여 전달 시스템으로부터 배기되거나 또는 전달 시스템 안으로 유인될 가스의 체적을 산출.

4. 필요한 경우, 과잉 가스를 배기시키거나 또는 추가 가스(통상적으로는 공기)를 유인함에 의하여, 가스의 체적을 변화시킴.

일 예에서, 음료 조제 기계(10)는 음료 성분(200)과 물 가열기(13) 사이에서 연장된 전달 수단의 부분에서 36ml 의 기본 가스 체적을 갖는다.

사용되는 밸브 수단의 유형에 따라, 단계 3 의 결과에 따라서 단계 4 의 다수의 다양한 작동 모드들이 있다. 밸브 수단이 카트리지 하류에 있다면, 즉 유출 밸브라면, 고압 브루잉 전에 음료 성분(200)의 상류측 공기의 체적을 제어하는 일 방법은, 다음과 같이 브루잉 사이클에서의 상이한 지점들에서 유출 밸브를 폐쇄시킴에 의한다.

1. 올바른 가스의 체적이 존재하는 경우

프로세서가 코드(120)의 독출에 의하여 결정되는 바와 같이 분배되는 음료를 위한 가스의 충만한 기본 체적(36ml)을 필요로 하는 것으로 산출한다면, 그것은 물 가열기(13)로부터 물이 유동하기 전에 브루잉 사이클의 시작시에 유출 밸브를 폐쇄시킨다. 이것은 전달 시스템 내의 가스의 압축이 즉시 개시되어서 사전-가습 및 소크 사이클 중에 카트리지(100)가 높은 압력을 받게 될 것이라는 것을 의미하며, 밸브는 결과적인 음료를 분배하기 위하여 개방될 뿐이다. 펌프(14)가 작동 시작되기 전에 밸브가 폐쇄됨에 따라, 갇힌 가스의 36ml 모두는 결과적인 음료 안으로 모두 섞이게 되고, 약간 성기고 체적이 큰 크레마가 얻어진다 (도 16a). 도시된 예에서, 편평한 바닥의 점진적인 비이커에서 크레마(Y)의 체적은 20ml 이고, 이에 비하여 액체(X)의 체적은 50ml 이다.

도 16b 에 도시된 차트는 시험 조건 하에서 많은 체적의 크레마를 위한 모드에서 음료를 생산하기 위하여 사용된 브루잉 사이클 파라미터들의 일 예를 나타낸다.

이 차트에서, 0 초의 정지 조건(예를 들어, 가스 제거 단계)은 그 단계가 수행되지 않음을 나타낸다.

2. 너무 많은 가스가 존재하는 경우

한편, 삽입된 카트리지(100)에 의하여 적은 체적의 크레마를 갖는 음료가 표시되고 시스템 내에 과잉의 가스가 존재한다면, 전달 시스템 내의 과잉 가스가 저압으로 개방된 밸브를 통하여 이탈될 때까지의 짧은 시간 동안 펌프(14)가 작동된 후에 유출 밸브가 폐쇄된다. 브루잉 사이클에서 나중에 폐쇄되는 밸브로 인하여, 가스의 필요한 체적은 카트리지(100)와 밸브를 거쳐서 대기로 배기됨으로써, 적은 양의 가스가 남아 갇히게 되어 압축되고 고압 브루잉 중에 결과적인 음료에 섞여져서, 결과적으로 미세하고 적은 체적의 크레마가 얻어진다 (도 17a). 도시된 예에서, 편평한 바닥의 점진적인 비이커에서 크레마(Y)의 체적은 5ml 이고, 이에 비하여 액체(X)의 체적은 50ml 이다.

도 17b 에 도시된 차트는, 시험 조건 하에서 적은 체적의 크레마를 갖는 모드에서 음료를 생산하기 위하여 사용된 브루잉 파라미터들의 일 예를 나타낸다.

3. 불충분한 가스가 존재하는 경우

단계 3 이 보다 많은 가스가 유인될 필요가 있다고 나타내면, 유출 밸브는 즉시 폐쇄되고, 부족한 양이 채워질 때까지 공기 펌프가 작동된다. 그 후에 고압 브루잉이 개시된다.

하기의 그래프는 가스 관리 시스템을 활용하는 본 발명의 음료 조제 기계(10)(기계 A) 및 그러한 가스 관리 시스템이 없는 두 가지의 종래 기술의 기계들(기계 B 및 C)에 의하여 생산된 크레마의 특성을 비교하여 나타낸 디지털 이미지 분석을 도시한다. 최고점으로부터(~172㎛ 직경) 우측으로(기포 크기가 증가하는 방향으로) 각 기계의 프로파일(profile)을 비교하면, 기계(A)는 크레마 내에 작은 기포들의 매우 조밀한 분포를 나타냄을 알 수 있다. 기계 C (대략 19 바아의 압력 레이팅(pressure rating)을 가지며 9 내지 15 바아 사이의 압력에서 작동하는 네스프레소 라티쓰마(Nespresso Latissma(상표))는 다수의 큰 직경의 기포들을 가지며 더 넓고 성긴 분포를 생성하는 한편, 유럽 특허 EP-A-1440644호에 기재된 것과 유사한 기계 B (2 바아 미만의 압력에서 작동하는 저압 기계인, 출원인의 타씨모/보쉬 머신(Tassimo/Bosch machine(상표))는 기계(C)에서와 같이 큰 기포들은 없지만 여전히 성긴 분포를 생성한다.

차트의 좌측으로 생기는 꼬리(매우 작은 기포들)는 그래프를 생성하는 데에 사용되는 이미지 분석 시스템의 한계 특성이지만, 이것은 양적으로 유사하다.

음료 기계(10) 내 가스 제어의 일부 요소들은, 사용자가 생산되는 음료의 유형을 나타내고 또한 필요한 크레마 특성을 지시하기 위하여 누르는 적합한 버튼의 사용에 의해 수동적으로 영향을 받을 수도 있다.

이 개선사항은 카트리지(100)를 이용하는 음료 기계(10)를 참조로 하여 설명되었으나, 이것은 대량 브루잉 기기 및 다른 카트리지를 사용하지 않는 기계에서도 사용될 수 있다.

위에서 설명된 개선사항들을 갖는 기계(10)에서의 사용에 적합한 카트리지(100)의 실시예들이 도 18 내지 도 30 에 도시되어 있다.

카트리지(100)는 일반적으로, 외측 부재(102), 내측 부재(103), 및 라미네이트(105)를 포함한다. 외측 부재(102), 내측 부재(103), 및 라미네이트(105)는 조립되어서 카트리지(100)를 형성하는데, 그 카트리지(100)는 하나 이상의 음료 성분을 담기 위한 내부(106), 유입부(107), 유출부(108), 및 유입부(107)와 유출부(108)를 연결하고 내부(106)를 통과하는 음료 유동 경로를 포함한다. 유입부(107) 및 유출부(108)는, 초기에 라미네이트(105)에 의하여 밀봉되고, 사용시 라미네이트(105)의 관통 또는 절단에 의하여 개방된다. 음료 유동 경로는 아래에서 설명되는 바와 같이 외측 부재(102), 내측 부재(103), 및 라미네이트(105) 사이에서 공간적인 상호 관계에 의하여 한정된다. 필터(104)와 같은 다른 구성요소는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 카트리지(100) 내에 선택적으로 포함될 수 있다.

아래에서 설명될 카트리지(100)의 제1 버전(first version)은 도 19 내지 도 29 에 도시되어 있다. 카트리지(100)의 제1 버전은 크레마를 생산하는 것이 바람직한 로스팅 및 분쇄 커피와 같은 에스프레소 스타일의 제품을 분배에의 이용을 위하여 특히 설계된다. 그러나, 이 버전의 카트리지(100)는 초콜렛, 커피, 차, 감미제(sweeteners), 코디얼(cordials), 향미제(flavouring), 알콜성 음료, 향미 우유, 과일 쥬스, 스쿼시(squash), 소스, 및 디저트와 같은 다른 제품에도 사용될 수 있다.

도 23 에서 알 수 있는 바와 같이, 카트리지(100)의 전체적인 형상은 전체적으로 원형 또는 원판의 형상을 가지며, 카트리지(100)의 직경은 그 높이보다 현저히 크다. 주축(major axis; X)은 도 19 에 도시된 바와 같이 외측 부재의 중앙을 관통한다. 통상적으로, 외측 부재(102)의 전체 직경은 74.5 mm ±6mm 이고, 전체 높이는 16 mm ±3mm 이다. 통상적으로, 조립된 때의 카트리지(100)의 체적은 30.2 ml ±20%이다.

일반적으로 외측 부재(102)는 보울(bowl) 형상의 외피(shell; 110)를 포함하는데, 그 외피는 곡선 고리형 벽(curved annular wall; 113), 폐쇄 상부(closed top; 111), 및 개방 저부(open bottom; 112)를 구비한다. 외측 부재(102)의 직경은 저부(112)에서의 직경에 비하여 상부(111)에서 더 작은데, 이것은 폐쇄 상부(111)로부터 개방 저부(112)로 횡단함에 따라서의 고리형 벽(113)의 벌어짐(flaring)으로 인한 것이다. 고리형 벽(113) 및 폐쇄 저부(112)는 함께 내부(134)를 갖는 수용체를 한정한다.

주축(X)에 중심을 갖는 폐쇄 상부(111) 내에는 중공의 내향으로 지향된 원통형 연장부(118)가 제공된다. 도 20 에 보다 명확히 도시된 바와 같이, 원통형 연장부(18)는 제1, 제2, 및 제2 부분들(119, 120, 121)을 갖는 계단식 윤곽을 포함한다. 제1 부분(119)은 직각으로서 원형인 원통을 이룬다. 제2 부분(120)은 절두원추형의 형상을 가지며 내향으로 테이퍼져 있다. 제3 부분(121)은 또 다른 직각의 원형 원통을 이루고, 하측 면(131)에 의하여 폐쇄되어 있다. 제1, 제2, 및 제3 부분들(119, 120, 121)의 직경은, 점차적으로 감소하여서, 원통형 연장부(118)의 직경은 상부(111)로부터 원통형 연장부(118)의 폐쇄된 하측 면까지 감에 따라서 감소한다. 제2 부분(120)과 제3 부분(121) 사이의 접합부에서 원통형 연장부(118) 상에는 전체적으로 수평인 어깨부(132)가 형성된다.

외향 연장 어깨부(outwardly extending shoulder; 133)는 저부(112)를 향하여 외측 부재(102)에 형성된다. 외향 연장 어깨부(133)는 고리형 벽(113)과 동축을 이루는 2차 벽(115)을 형성하여서, 고리형 벽(113)과 2차 벽(115) 사이에 매니폴드(116)를 형성하는 고리형 트랙(annular track)을 한정한다. 매니폴드(manifold; 116)는 외측 부재(102)의 원주 주위로 지나간다. 일련의 슬롯(117)들은 매니폴드와 동일한 높이에서 고리형 벽(113)에 제공되어, 외측 부재(102)의 내부(134)와 매니폴드(116) 사이에 가스와 액체의 소통을 제공한다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 슬롯(117)들은 고리형 벽(113)에 수직의 슬릿들을 포함한다. 20 내지 40 개의 슬롯이 제공된다. 도시된 실시예에서는 매니폴드(16)의 원주 주위로 전체적으로 동등한 간격을 두고 37 개의 슬롯(117)들이 제공된다. 슬롯(117)들은 1.4 내지 1.8 mm 사이의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로, 각 슬롯(117)의 길이는 1.6 mm 로서, 외측 부재(102)의 전체 높이의 10% 정도이다. 각 슬롯(117)의 폭은 0.25 내지 0.35 mm 사이이다. 통상적으로, 각 슬롯(117)의 폭은 0.3 mm 이다. 슬롯(117)들의 폭은, 사용시 또는 저장 중에 매니폴드(116) 안으로 음료 성분들이 통과하는 것을 방지하도록 충분히 좁다.

외측 부재(102)의 주변부에서 외측 부재(102)에는 유입 챔버(inlet chamber; 126)가 형성된다. 도 23 에 가장 명확히 도시되어 있는 바와 같이, 원통형 벽(127)이 제공되는데, 이것은 외측 부재(102)의 내부(134) 내에 유입 챔버(126)를 한정하고, 또한 그 내부(134)로부터 유입 챔버(126)를 구획시킨다. 원통형 벽(127)은, 주축(X)에 대해 직각인 평면에 형성된 폐쇄된 상측면(128), 및 외측 부재(102)의 저부(12)와 동일 평면을 이루는 개방된 하측 단부(129)를 구비한다. 유입 챔버(26)는 도 19 에 도시된 바와 같이 두 개의 슬롯(130)을 거쳐서 매니폴드(116)와 소통된다. 대안적으로는, 유입 챔버(126)와 매니폴드(116) 간의 소통을 위하여 1 내지 4 개의 슬롯이 사용될 수 있다.

외향 연장 어깨부(133)의 하측 단부에는, 주축(X)에 대해 직각으로 연장된 외향 연장 플랜지(outwardly extending flange; 135)가 제공된다. 통상적으로, 플랜지(135)는 2 내지 4mm 의 폭을 갖는다. 플랜지(135)의 일부분은 손잡이(124)를 형성하도록 확대되는데, 그 손잡이에 의하여 외측 부재(102)가 보유될 수 있다. 손잡이(124)에는 파지성을 향상시키도록 뒤집혀진 테두리(125)가 제공된다.

외측 부재(102)는 고밀도의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 또는 이 재료들 중 둘 이상으로 된 라미네이트로 된 단일체로서 형성된다. 적합한 폴리프로필렌은 디에스엠 유케이 리미티드(DSM UK Limited)(레디치(Redditch), 영국)으로부터 입수가능한 폴리머가 있다. 외측 부재는 불투명, 반투명, 또는 투명한 것일 수 있다. 제조 공정은 사출 성형에 의할 수 있다.

도 25 내지 도 28 에 도시된 내측 부재(103)는 고리형 플레임(141) 및 하향으로 연장된 원통형 깔대기(140)를 포함한다. 주축(X)은 도 25 에 도시된 바와 같이 내측 부재(103)의 중앙을 통과한다.

도 26 및 도 27 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 고리형 프레임(141)은 10개의 등간격으로 배치된 래디얼 스포크(radial spoke; 153)들에 의하여 접합된 내측 허브(inner hub; 152) 및 외측 테두리(151)를 포함한다. 내측 허브(152)는 원통형 깔대기(140)와 일체를 이루고, 그 깔대기로부터 연장된다. 고리형 프레임(141)에서, 래디얼 스포크(153)들 사이에는 여과 통공(155)들이 형성된다. 필터(104)는 고리형 프레임(141) 상에 배치되어 여과 통공(155)들을 덮는다. 필터는 예를 들어 폴리에스테르의 비직조 섬유 재료와 같이, 높은 습기 강도를 갖는 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 사용될 수 있는 다른 재료에는 직조된 종이 섬유를 포함하는 셀룰로오스 재료와 같은 물-비침투성 셀룰로오스 재료가 포함된다. 직조된 종이 섬유는 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 및/또는 폴리에틸렌의 섬유들과 혼합될 수 있다. 이와 같은 플라스틱 재료를 셀룰로오스 재료에 포함시킴으로써, 셀룰로오스 재료에 열-밀봉성(heat-sealability)이 제공된다. 필터(104)는 열 및/또는 압력에 의하여 활성화되는 재료로 코팅 또는 처리될 수 있는데, 이로써 그것이 그와 같은 방식으로 고리형 프레임(141)에 밀봉될 수 있다.

도 25 의 단면 윤곽에 도시된 바와 같이, 내측 허브(152)는 외측 테두리(151)보다 아래 위치에 배치되어서, 고리형 프레임(141)이 경사진 하측 윤곽을 갖게 된다.

각 스포크(153)의 상측 표면에는 고리형 프레임(141) 위의 빈 공간을 복수의 통로(157)들로 나누는 직립 웹(upstanding web; 154)이 제공된다. 각 통로(157)는 양 측부가 웹(154)에 의하여, 그리고 하측면이 필터(104)에 의하여 경계지어진다. 통로(157)는 외측 테두리(151)로부터, 웹(154)들의 내측 한계에 의하여 한정되는 개구(156)들에서 원통형 깔대기(140)를 향하여 아래로 연장되며 그리고 그 깔대기 안으로 개방된다.

원통형 깔대기(140)는 내측 배출 스파우트(inner discharge spout; 143)를 둘러싸는 외측 튜브(142)를 포함한다. 외측 튜브(142)는 원통형 깔대기(140)의 외부를 형성한다. 배출 스파우트(143)는, 고리형 플랜지(147)에 의해서 배출 스파우트(143)의 상측 단부에서 외측 튜브(142)와 접합된다. 배출 스파우트(143)는 통로(157)의 개구(156)들과 소통되는 상측 단부에 있는 유입부(145), 및 조제된 음료가 컵 또는 다른 수용체 안으로 배출되는 통로가 되는 하측 단부에 있는 유출부(144)를 포함한다. 배출 스파우트(43)의 외형은 튜브(143)의 상측 단부 가까이에서 구별되는 굽음부(dog-leg; 166)를 가진 계단식 윤곽을 포함한다.

도 25 에 도시된 바와 같이, 배출 스파우트(143)에는, 유출부(144)로부터 유출 스파우트(143)까지 부분적으로 연장된 구획부(partition; 165)가 제공된다. 구획부(165)는 음료가 배출 스파우트(143)로부터 나갈 때에 살포되거나 튀는 것을 방지하는 역할을 한다.

테두리(167)는 외측 튜브(142)를 배출 스파우트(143)에 접합시키는 고리형 플랜지(147)로부터 직립하도록 제공된다. 테두리(167)는 배출 스파우트(143)로의 유입부(145)를 둘러싸고, 외측 튜브(142)의 상측부와 테두리(167) 사이에 고리형 채널(annular channel; 169)을 한정한다. 테두리(167)에는 내향으로 지향된 어깨부(168)가 제공된다. 테두리(167)의 원주 주위의 일 지점에서, 통공(170)이 슬롯의 형태로 제공되는데, 이것은 도 25 및 도 25a 에 가장 명확히 도시된 바와 같이 테두리(167)의 상측 가장자리로부터 어깨부(168)의 높이 아래에 여유를 둔 지점까지 연장된다. 슬롯은 0.64 mm의 폭을 갖는다.

도 28 및 도 28a 에 도시된 바와 같이, 공기 유입부(171)는 통공(170)과 원주상으로 정렬되어 고리형 플랜지(147)에 제공된다. 공기 유입부(171)는 플랜지(147)를 관통하는 통공을 포함하는데, 이것은 배출 스파우트(143)와 외측 튜브(142) 사이에서 플랜지(147) 아래의 빈 공간과 플랜지(147) 위의 지점 간에 소통을 제공하기 위한 것이다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 공기 유입부(171)가 상측의 절두원추형 부분(upper frusto-conical portion; 173)과 하측의 원통형 부분(172)을 포함한다. 공기 유입부(171)는 통상적으로 핀(pin)과 같은 성형 도구(mould tool)에 의하여 형성된다. 공기 유입부(171)의 테이퍼진 윤곽은, 성형된 구성요소로부터 그 성형 도구가 보다 용이하게 제거되는 것을 가능하게 한다. 공기 유입부(171)의 근처에 있는 외측 튜브(142)의 벽은, 공기 유입부(171)로부터 배출 스파우트(143)의 유입부(145)까지 이어지는 수로(chute)를 형성하는 형상을 갖는다. 도 28a 에 도시된 바와 같이, 수로와 공기 유입부(171) 사이에는 경사진 어깨부(174)가 형성되어서, 슬롯(170)으로부터 나오는 음료의 분출물(jet)이 공기 유입부(171)의 바로 근처에서 플랜지(147)의 상측 표면에 바로 충돌하지 않게 한다.

내측 부재(103)는, 외측 부재(102)와 동일한 방식으로 사출 성형에 의하여 형성될 수 있고, 또한 위에서 설명된 것과 유사한 재료 또는 폴리프로필렌으로부터 단일체로서 형성될 수 있다.

대안적으로는, 내측 부재(103) 및/또는 외측 부재(102)가 생분해성(biodegradable) 폴리머로 제작될 수 있다. 적합한 재료들의 예로서는, 분해성 폴리에틸렌(예를 들어, 영국 보어햄우드(Borehamwood) 소재의 심포니 엔바이런멘털(Symphony Environmental) 사에 의해 공급되는 "SPITEK"), 생분해성 폴리에스테르 아미드(예를 들어, 심포니 엔바이런멘털 사에 의해 공급되는 "BAK 1095"), 폴리 젖산(poly lactic acids)(미국, 미네소타주, 카길(Cargil) 사에 의해 공급되는 "PLA"), 전분-기반(starch-based) 폴리머, 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives), 및 폴리펩티드(polypeptides)가 포함된다.

라미네이트(105)는 두 개의 층들, 즉 알루미늄으로 된 제1 층, 및 캐스트 폴리프로필렌(cast polypropylene)으로 된 제2 층으로 형성된다. 알루미늄 층은 0.02 내지 0.07 mm 사이의 두께를 가진다. 캐스트 폴리프로필렌 층은 0.025 내지 0.065 mm 사이의 두께를 가진다. 일 실시예에서, 알루미늄 층은 0.06 mm 의 두께를 가지고, 폴리프로필렌 층은 0.025 mm 의 두께를 갖는다. 이 라미네이트(105)는 조립 중의 말림현상(curling)에 대해 높은 저항성을 갖기 때문에 특히 유리하다. 그 결과, 라미네이트(105)는 정확한 크기 및 형상으로 사전에 절단된 후에, 후속하여 조립 라인에 있는 조립 스테이션(assembly station)으로 변형없이 이송될 수 있다. 결과적으로, 라미네이트(108)는 용접(welding)에 특히 적합하게 된다. 다른 라미네이트 재료가 사용될 수 있는바, 여기에는 PET/Aluminium/PP, PE/EVOH/PP, PET/metallised/PP, 및 Aluminium/PP 라미네이트들이 포함된다. 틀 절단 비축재(die cut stock) 대신에 롤 라미네이트 비축재(roll laminate stock)가 사용될 수 있다.

카트리지(100)는, 유연성 라미네이트(105) 대신에 강성 또는 반강성(semirigid)의 뚜껑에 의하여 폐쇄될 수 있다.

카트리지(100)의 조립은 하기의 단계들을 포함한다.

a) 내측 부재(103)가 외측 부재(102) 안으로 삽입된다;

b) 필터(104)가 형상에 맞도록 절단되고, 원통형 깔대기(140) 위에 수용되고 고리형 프레임(141)에 대해 안착되도록 내측 부재(103) 상에 놓여진다;

c) 내측 부재(103), 외측 부재(102), 및 필터(104)가 초음파 용접에 의하여 접합된다;

d) 카트리지(100)가 하나 이상의 음료 성분으로 채워진다;

e) 라미네이트(105)가 외측 부재(102)에 고정된다.

이 단계들은 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.

외측 부재(103)는 개방 저부(112)가 상향으로 지향되는 방위를 갖는다. 그 다음, 내측 부재(103)는 외측 테두리(151)가 카트리지(100)의 상부(111)에서 축방향 연장부(114) 내에 여유있게 끼워져 수용되도록 외측 부재(102) 안으로 삽입된다. 동시에, 외측 부재(102)의 원통형 연장부(118)는 내측 부재(103)의 원통형 깔대기(140)의 상측 부분 안에 수용된다.

원통형 연장부(118)의 제3 부분(121)은 지지 테두리(167) 내측에 안착된다. 제2 부분(120)과 제3 부분(121) 사이의 원통형 연장부(118)의 어깨부(132)는 내측 부재(103)의 지지 테두리(167)의 상측 가장자리에 지탱된다. 이로써, 카트리지(100)의 거의 전체 원주 주위로 연장되는 지지 테두리(167)와 원통형 연장부(118) 사이의 면 밀봉(face seal)을 포함하는 인터페이스 구역(interface zone)이 외측 부재(102)와 내측 부재(103) 사이에 형성된다. 원통형 연장부(118)와 지지 테두리(167) 사이의 밀봉은 유체 밀봉(fluid-tight)의 성질을 갖지 않지만, 지지 테두리(167)에 있는 슬롯(170)이 지지 테두리(167)를 통하여 연장되고 또한 어깨부(168) 아래에서 여유를 둔 지점까지 하향으로 연장된다. 결과적으로, 지지 테두리(167)와 원통형 연장부(118) 사이의 인터페이스 결합이, 슬롯(170)을 통공으로 되게 하여서 배출 스파우트(143)와 고리형 채널(169) 간의 가스와 액체의 소통을 제공한다. 통공은 통상적으로 0.64 mm 의 폭을 가지며 0.69 mm 의 길이를 갖는다.

그 다음, 필터(104)가 내측 부재(103) 위에 놓여져서 필터 재료가 고리형 테두리(151)와 접촉하게 된다. 그 후 초음파 용접 과정이 이용되어서, 필터(104)를 내측 부재(103)에 접합시키고, 동시에 동일한 과정 단계 중에 내측 부재(103)를 외측 부재(102)에 접합시킨다. 내측 부재(103)와 필터(104)는 외측 테두리(151) 주위에서 용접된다. 내측 부재(103)와 외측 부재(102)는, 외측 테두리(151) 주위의 용접선 및 웹(154)의 상측 가장자리에 의하여 접합된다.

도 29 에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 외측 부재(102)와 내측 부재(103)는 함께 접합된 때에, 여과 챔버(filtration chamber)를 형성하는 원통형 깔대기(140)의 외부와 고리형 플랜지(141) 아래의 내부(106) 안에 빈 공간을 한정한다. 고리형 프레임(141) 위의 통로(157)들과 여과 챔버(160)는 필터 종이(104)에 의하여 분리된다.

여과 챔버(160)는 하나 이상의 음료 성분(200)을 담는다. 한가지 이상의 음료 성분(200)들이 여과 챔버(160) 안에 팩킹(packing)된다. 에스프레소 스타일의 음료에 있어서는, 그 성분이 통상적으로 로스팅 및 분쇄된 커피이다. 여과 챔버(130) 내의 음료 성분의 팩킹 밀도는 원하는 바에 따라 달라질 수 있다. 통상적으로, 필터링된 커피 제품의 경우에는, 여과 챔버 내에 5.0 내지 10.2 그램의 로스팅 및 분쇄된 커피가 통상적으로 5 내지 14 mm 두께의 여상(濾床; filtration bed)으로 담겨진다. 선택적으로는, 내부(106)에 구체와 같은 하나 이상의 동체들(bodies)이 담겨질 수 있는데, 이들은 내부(106) 안에서 자유로이 움직일 수 있어서 난류(turbulence)를 유도함에 의하여 혼합을 돕고 또한 음료의 분배 중에 음료 성분의 침전물들을 분쇄함을 돕는다.

그 다음, 라미네이트(105)는, 라미네이트(105)가 외향 연장 플랜지(135)의 하측 표면에 접합되도록 라미네이트(105)의 주변부 주위로 용접부(161)를 형성함에 의하여 외측 부재(102)에 고정된다. 용접부(161)는 유입 챔버(126)의 원통형 벽(127)의 하측 가장자리에 대해 라미네이트(105)를 밀봉시키도록 연장된다. 또한, 용접부(162)는 원통형 깔대기(140)의 외측 튜브(142)의 하측 가장자리와 라미네이트(105) 사이에 형성된다. 라미네이트(105)는, 여과 챔버(160)의 하측 벽을 형성하고, 또한 유입 챔버(126)와 원통형 깔대기(140)를 밀봉시킨다. 그러나, 배출 스파우트(43)의 하측 가장자리와 라미네이트(105) 사이에는 분배 전에 작은 간극(163)이 존재한다. 라미네이트(105)의 재료 특성에 따라서, 열 용접 및 초음파 용접과 같은 다양한 용접 방법들이 사용될 수 있다.

유리하게는, 내측 부재(103)가 외측 부재(102)와 라미네이트(105) 사이에서 걸쳐 있다. 내측 부재(103)는 폴리프로필렌과 같이 상대적으로 강성이 높은 재료로 형성된다. 그렇기 때문에, 내측 부재(103)는, 카트리지(100)가 압축된 때에 라미네이트(105)와 외측 부재(102)를 떨어져 이격된 채로 유지시키는 작용을 하는 부하 지탱 부재를 이룬다. 카트리지(100)는 사용시 130 내지 280 N 의 압축 부하를 받는 것이 바람직하다. 그 압축력은 내부 가압 하에서 카트리지가 파손되는 것을 방지하는 작용을 하고, 또한 내측 부재(103)와 외측 부재(102)를 함께 죄는 역할을 한다. 이것은, 카트리지(100) 내의 통로들 및 통공들의 내부 치수가 고정되고 또한 카트리지(100)의 가압 중에 변화할 수 없게 되도록 보장한다.

사용시, 압력하에서 물은 유입부(107)를 통하여 유입 챔버(126) 안으로 들어간다. 거기에서부터 물은, 슬롯(117)을 통하여 그리고 매니폴드(116) 주위로 유동하게 지향되어서, 복수의 슬롯(117)들을 통해 카트리지(1)의 여과 챔버(160) 안으로 유동하게 된다. 그 물은 여과 챔버(160)를 통해 반경방향 내향으로 강제되고, 그 안에 담겨진 음료 성분(200)과 혼합된다. 동시에 물은 음료 성분(200)을 통해 상향으로 강제된다. 음료 성분(200)을 통한 물의 통과에 의하여 형성된 음료는, 필터(104) 및 여과 통공(155)을 통해서 고리형 프레임(141) 위에 놓인 통로(157) 안으로 가게 된다.

반경방향 통로(157) 안의 음료는 웹(web; 154)들 사이에 형성된 통로(157)들을 따라서 그리고 개구(156)들을 통하여 하향으로 유동하여, 원통형 깔대기(140)의 고리형 채널(annular channel; 169) 안으로 유동한다. 고리형 채널(169)로부터, 음료는, 여과 챔버(160)와 통로(157) 내에 모이는 음료의 배압에 의하여, 압력 하에서 통공(128)을 통하도록 강제된다. 이로서 음료는 분출물로서 통공을 통하여 배출 스파우트(143)의 상측 단부에 의하여 형성된 확장 챔버(expansion chamber) 안으로 가도록 강제된다. 도 29 에 도시된 바와 같이, 음료의 분출물은 공기 유입부(171) 위를 직접 지나간다. 통공의 제한부를 통하여 음료가 통과함으로써, 음료의 압력이 저감된다. 음료가 배출 스파우트(143)에 들어감에 따라서, 음료의 압력은 여전히 상대적으로 낮다. 그 결과, 공기가 공기 유입부(171)를 통해 위로 이끌려감에 따라서, 많은 작은 공기 기포들의 형태로 공기가 음료 흐름 안으로 포집된다. 통공으로부터 나오는 음료의 분출물은 아래로 모여져서 유출부(144)로 가게되는데, 유출부에서는 음료가 컵과 같은 수용체 안으로 배출되며, 그 컵에서 공기 기포들은 원하는 크레마를 형성한다. 따라서, 통공과 공기 유입부(171)가 함께, 공기를 음료 안으로 포집하는 작용을 하는 이덕터(eductor)를 형성한다. 이덕터 안으로의 음료의 유동은 압력 손실을 저감시키기 위하여 가능한 부드럽게 유지되어야 한다. 그러나, 높은 압력 상태에서는 이와 같은 공기 추출(air eduction)의 메카니즘이 비활성화된다는 점에 유의하여야 한다.

스포크(153)들에 대한 필터(104)의 밀봉과 외측 부재(102)와 테두리(151)의 용접은, 단축경로(short-circuits)가 없게 되는 것을 보장하며, 모든 음료는 필터(104)를 통과하여야 한다.

도 30 에는 본 발명의 음료 조제 기계(10)에서 사용될 수 있는 음료 카트리지(100)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 제1 실시예와 제2 실시예에서의 유사한 구성요소들에는 대응되는 참조번호들이 부여되었다. 제2 실시예의 카트리지(100)의 많은 구성요소들과 기능들은 제1 실시예의 경우와 동일하다. 그러나, 도 30 으로부터, 카트리지(100)는 도 29 에 도시된 카트리지(100)에 비하여 전체적으로 더 높은 높이를 갖는다는 것을 알 수 있다. 외측 부재(102)는 더 높으며, 따라서 더 큰 빈 공간이 한정되고, 그 빈 공간에서는 더 많은 양의 음료 성분(200)이 저장될 수 있다. 그러므로, 제2 실시예의 카트리지(100)는 많은 체적의 음료를 분배하기에 적합하다. 카트리지(100)와 외측 부재(102)의 직경은 제1 실시예의 경우와 동일하다. 통상적으로, 조립된 때의 카트리지(100)의 저장 체적은 50 내지 58 ml ±20% 이다. 제1 실시예에서와 같이, 외측 부재(102)의 상측 표면에는 요부가 제공되는데, 그 요부는 외측 부재의 저부에 배치된 클램핑 표면(clamping surface; 118)을 구비한다. 본 발명에 따르면, 라미네이트(105)의 하측부와 표면(118a) 간의 분리 거리(D)는 제1 실시예에서와 같다. 그 결과, 긴 형태의 요부가 라미네이트(105)를 향하여 그 거리의 대략 60% 정도로 연장된다. 이것은 아래에서 설명되는 바와 같이, 사용되는 클램핑 장치가 단순화되는 것을 가능하게 한다는 장점을 갖는다.

또한, 제2 실시예의 카트리지(100)에는 이덕터 공기 유입부(171)가 결여된다.

위에서 설명된 카트리지(1)의 제1 실시예 및 제2 실시예는 "이덕터" 유형의 카트리지와, 위에서 설명된 개선된 음료 조제 기계에서 사용될 수 있는 "비-이덕터" 유형의 카트리지의 예로서 제공된 것이다.

10: 음료 조제 기계 11: 하우징
12: 탱크 13: 물 가열기
17: 카트리지 헤드 18: 카트리지 홀더
20: 카트리지 인식 수단 21: 유입부 관통기
22: 유출부 관통기 100: 음료 카트리지

Claims (11)

1. 한 가지 이상의 음료 성분(beverage ingredient)들을 담고 있는 카트리지(cartridge)로부터 음료를 조제하기 위한 음료 조제 기계로서, 상기 기계는, 카트리지를 수용하기 위한 카트리지 홀더, 상기 카트리지 홀더로 액체를 공급하기 위한 수단, 음료 분배 유출부(beverage dispensing outlet), 및 상기 기계 안으로 삽입된 카트리지로부터 조제될 음료의 유형을 판정하기 위한 카트리지 인식 장치(cartridge recognition device)를 포함하고,
   상기 음료 분배 유출부 내에 위치되는 가변 형태 밸브(variable geometry valve)가 제공되며, 상기 밸브는 적어도 개방 위치(open position) 및, 음료 조제 과정 중에 상기 카트리지 안에 배압(back pressure)을 생성하는 적어도 하나의 제한 유동 위치(restricted flow position)를 가짐으로써 다양한 압력에서의 음료를 조제를 가능하게 하고, 초기 밸브 위치(initial valve position)를 선택하는 콘트롤러(controller)가 제공되며, 상기 콘트롤러는 카트리지 인식 장치에 의한 조제될 음료의 유형 판정에 따라서 상기 밸브의 후속 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는, 음료 조제 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가변 형태 밸브는 유동을 방지하는 폐쇄 위치(closed position)를 더 갖는, 음료 조제 기계.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가변 형태 밸브는 정화 폐기물을 분배 영역(dispensing area)으로부터 멀리 우회시키기 위한 정화 위치(purge position)를 더 갖는, 음료 조제 기계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 콘트롤러는, 음료 조제 사이클(beverage preparation cycle)의 압력 및/또는 유동 필요사항에 따라서, 음료의 조제 중에 상기 가변 형태 밸브의 위치를 변화시키도록 프로그램된, 음료 조제 기계.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가변 형태 밸브는 회전식 볼 밸브(rotating ball valve)인, 음료 조제 기계.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가변 형태 밸브는 핀치 밸브(pinch valve)인, 음료 조제 기계.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가변 형태 밸브의 제한 위치는 카트리지 내에 2 내지 9 바아(bar)의 배압을 형성하는, 음료 조제 기계.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 배압은 2 내지 6 바아의 범위 내인, 음료 조제 기계.
9. 한 가지 이상의 음료 성분을 담고 있는 카트리지로부터 음료를 조제하기 위한 음료 조제 기계를 이용하여 음료를 조제하는 방법으로서,
   상기 기계는: 카트리지를 수용하기 위한 카트리지 홀더; 상기 카트리지 홀더로 액체를 공급하기 위한 수단; 음료 분배 유출부; 상기 음료 분배 유출부 내에 위치되는 가변 형태 밸브로서, 다양한 범위의 압력에서 음료를 조제하는 것을 가능하게 하고, 또한 적어도 음료의 유동에 제한을 가하지 않는 개방 위치 및, 음료 조제 과정 중에 상기 카트리지 안에 배압을 형성하는 제한 유동 위치를 가지는 가변 형태 밸브; 및 상기 기계 안에 삽입된 카트리지로부터 조제될 음료의 유형을 판정하는 카트리지 인식 장치;를 포함하고,
   상기 방법은: 카트리지로부터 생산될 음료의 유형을 판정하는 단계; 초기 밸브 위치를 선택하는 단계; 및 카트리지 인식 장치에 의한 조제될 음료의 유형 판정에 따라서 가변 형태 밸브의 후속 작동을 제어하는 단계;를 포함하는, 음료 조제 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 형태 밸브 위치는 음료 조제 사이클 중에 변화되는, 음료 조제 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가변 형태 밸브 위치는 음료 조제 사이클 중에 위치들 간으로 펄스화되는(pulsed), 음료 조제 방법.
    

Images