KR101820018B1

KR101820018B1 - 커피 추출 장치

Info

Publication number: KR101820018B1
Application number: KR1020170026220A
Authority: KR
Inventors: 배순철; 이정현
Original assignee: 훼스텍 주식회사; 배순철
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-03-02

Abstract

본 발명의 커피 추출 장치 및 이를 이용한 커피 추출 방법에 관한 것으로, 커피 분말을 추출 챔버에 투입하는 단계; 상기 추출 챔버의 내측에 온수를 투입하는 단계; 상기 커피 분말을 침전 상태에서 불리기(soak) 위해 상기 추출 챔버의 내측을 가압하는 가압단계; 상기 추출 챔버의 내측을 대기압 상태로 전환하는 단계; 상기 커피 분말의 크기를 늘려 상기 커피 분말의 기공으로 온수를 침투시키기 위해 상기 추출 챔버의 내측을 진공 상태로 전환하는 진공단계; 및 상기 커피 분말의 기공에 침투한 물이 커피 분말에 포함된 용해성 풍미 성분과 함께 커피 분말로부터 배출되도록 상기 추출 챔버의 내측을 대기압 상태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

커피 추출 장치{Coffee or tea extracting apparatus}

본 발명은 커피 분말로부터 액을 추출하는 커피 추출 장치 및 이를 이용한 커피 추출 방법에 관한 것으로, 커피 분말을 불린 후 추출 챔버의 내부를 진공, 대기압, 가압상태로 교대로 전환하여 커피 분말로부터 추출된 용해성 풍미 성분을 가지는 커피 추출 장치에 관한 것이다.

일반적으로 커피 원두를 분쇄하여 얻은 커피 분말로부터 커피를 추출하는 방법은 하기와 같이 다양하다.

즉, 에스프레소 머신을 이용하는 방법과, 깔때기에 종이 필터를 얹고 커피 분말을 담은 후 온수를 주전자로 부어 커피를 추출하는 중력식을 이용하는 방법과, 용기에 필터를 깔고 피스톤으로 가압하여 커피를 추출하는 에어로프레스 방법(미국 특허 US 2006/0260471 A1)과, 커피 포트를 2개의 층으로 만들어 하층에 물을 주입하고 상층에 커피 분말과 깔때기를 설치한 후 열을 가하여 하층의 물이 상층의 깔때기를 통과하면서 커피가 추출되는 모카포트 방법 등이 있다.

이러한 수동 방식으로 커피를 추출하는 방법들 외에 자동화된 커피 추출 방법들도 다수 공개되었다(국내 특허 10-2008-0068664, 국내 특허 10-2014-0097406, 미국 특허 US 2011/0086148 A1).

또한, 차 잎을 달여서 차를 얻는 경우, 물이 담긴 용기에 말린 차 잎을 넣고 끓여서 차 잎으로부터 차를 우려내는 방식이 일반적으로 행해지고 있다.

본 발명은 커피 분말에 함유된 풍미 성분(flavor elements)을 효과적으로 추출할 수 있도록, 가압 상태에서 커피 분말 또는 말린 차 잎을 불리고 다시 진공 상태에서 불린 후 대기압 상태로 전환하여 커피 분말 또는 차 잎에 포함된 풍미 성분을 커피 분말 또는 차 잎으로부터 효과적으로 배출시킬 수 있는 커피 추출 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 추출 챔버; 상기 추출 챔버의 내측을 따라 이동하며, 커피를 배출하는 배출구를 가지는 피스톤; 상기 피스톤을 왕복 구동하는 구동 실린더; 내측에 상기 추출 챔버의 개구를 개폐하도록 승강하는 씰링 하우징 구비한 구동 커버; 상기 구동 커버의 측면과 상기 씰링 하우징의 측면 사이에 배치되어 상기 씰링 하우징을 상승하는 방향으로 탄성력을 작용하는 탄성 부재;
상기 구동 커버를 좌우로 구동하도록, 모터와 상기 모터로부터 전달된 회전력을 상기 구동 커버로 전달하는 구동 벨트와, 상기 구동 벨트의 구동에 의해 LM 가이드를 따라 슬라이딩 이동하며 상기 구동 커버와 연결된 이동블록을 구비하는 구동부; 커피 케이크를 밀어서 이동시키기 위해, 상기 구동 커버의 외측에 장착된 스크레이퍼; 상기 추출 챔버 내측을 대기압 상태, 가압 상태 및 진공 상태 중 어느 하나의 상태로 변경하는 압력조절부; 상기 씰링 하우징을 통해 상기 추출 챔버 내측으로 공급하기 위한 온수를 저장하는 보일러; 상기 추출 챔버로부터 커피가 배출되는 커피 배출라인; 및 상기 커피 배출라인을 개폐하는 커피 추출밸브;를 포함하되, 상기 씰링 하우징은 상기 구동 커버의 내측과 상기 씰링 하우징의 상면 사이로 공급되는 공기에 의해 하강하고, 상기 구동 커버의 내측과 상기 씰링 하우징의 상면 사이로 공급된 공기가 배출되면 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 상승하며, 상기 구동 커버는 커피 케이크를 제거하기 위한 커피 케이크 투입구에 대응하는 제1 위치와, 상기 추출 챔버의 개구에 대응하는 제2 위치로 이동하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 씰링 하우징은 상기 구동 커버에 구비된 탄성 부재의 탄성력에 의해 상승하여 상기 추출 챔버의 개구를 개방하는 제3 위치와, 상기 압력조절부에 의해 상기 구동커버와 상기 씰링 하우징 사이로 공급되는 상기 탄성부재의 탄성력 보다 큰 공기압에 의해 하강하여 상기 추출 챔버의 개구를 폐쇄하는 제4 위치로 이동하는 것을 특징으로 한다.

상기 압력조절부는 상기 커피분말 및 온수가 투입된 추출 챔버 내부를 설정된 압력을 가하여 설정된 시간동안 가압상태를 유지하는 에어공급밸브; 상기 추출 챔버의 내부를 설정된 크기의 진공 상태로 전환하여 설정된 시간동안 진공상태를 유지지키는 진공밸브; 상기 추출 챔버 내부를 상기 각 가압상태 또는 진공상태에서 대기압 상태로 전환하여 설정된 시간동안 대기압 상태로 유지시키는 대기압밸브; 및 상기 각 밸브를 설정된 순서 및 시간에 따라 자동 제어하는 제어부;로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는 커피 분말 또는 차 잎에 포함된 용해성 풍미 성분을 효과적으로 추출함으로써 깊은 풍미를 갖는 커피 또는 차를 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치를 나타내는 블록도이도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른커피 추출 장치를 나타내는 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치의 공압 회로도이고,
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 과정을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4f는 도 4e를 대체하는 실시예에 따른 커피 추출 과정을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 과정의 각 과정을 각각 순차적으로 나타내는 개략도이다.

본 발명은 커피 또는 차 추출 장치에 관한 것이다. 이하에서는 커피 분말로부터 커피를 추출하는 장치 및 방법에 대해서 설명하며, 상기 커피를 추출하기 위한 장치를 통해서 말린 차 잎으로부터 차를 추출하는 방법은 동일하다. 따라서, 이하에서는 커피 분말로부터 커피를 추출하는 추출 장치 및 이를 이용한 추출 방법에 대해서만 설명한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치를 설명한 후, 이 커피 추출 장치를 통해서 커피 분말로부터 깊은 풍미가 있는 커피를 추출하는 방법을 설명한다. 본 발명에서 언급하는 ‘커피’는 온수와 혼합된 커피 분말로부터 추출된 풍미 성분을 포함하는 액상의 커피를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른커피 추출 장치를 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치의 공기압 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치(10)는 온수와 커피 분말이 혼합된 혼합물로부터 커피를 추출하는 커피 추출 유닛(100)과, 커피 추출 유닛(100)의 내부에 공기를 가압하거나 진공 상태 및 대기압 상태로 전환하는 등 공기압을 조절하는 컴프레서(200)와, 커피 추출 장치(10)의 공기압 회로 상의 각 요소에 배치된 다수의 밸브를 포함하는 압력조절부(300)를 포함한다.

또한, 커피 추출 장치(10)는 커피 추출 유닛(100), 컴프레서(200) 및 압력조절부(300)를 제어하기 위해 커피 추출 유닛(100), 컴프레서(200) 및 다수의 압력조절부(300)와 각각 전기적으로 연결된 제어부(400)를 포함한다. 제어부(400)는 MCU(micro controller unit)일 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 커피 추출 유닛(100)의 구성을 설명한 후, 커피 추출 장치(10)의 전체적인 공기압 회로를 설명한다.

도 2를 참조하면, 커피 추출 유닛(100)은 외부를 형성하는 캐비닛(101)을 구비한다. 캐비닛(101) 내측에는 컴프레서(200), 압력조절부(300) 및 제어부(400)가 배치될 수 있다.

캐비닛(101) 외측의 상부에는 상판(103)이 배치되고, 구동 커버(150)가 상판(103)과 이격된 상태로 구동 유닛(160, 도 3 참조)에 의해 좌우로 직선이동 가능하게 배치된다.

상판(103)에는 커피를 추출하고 남은 커피 케이크(3, 도 11 참조)를 투입하기 위한 커피 케이크 투입구(104)가 형성된다. 커피 케이크 투입구(104) 하측에는 커피 케이크 수거용기(110, 도 5 참조)가 배치될 수 있다. 캐비닛(101)은 커피 케이크 수거용기(110)를 캐비닛(101)의 내측으로부터 인출할 수 있도록 일측면에 도어(102)를 형성할 수 있다.

또한, 상판(103)에는 커피 케이크 투입구(104)에 추출 챔버(120) 내로 커피 분말(1, 도 5 참조)을 투입하기 위한 커피 분말 투입구(105)가 형성된다. 커피 분말 투입구(105)는 추출 챔버(120)로부터 커피 케이크(3)를 배출하는 배출구로도 사용된다. 커피 분말 투입구(105)의 하측에는 대략 실린더 형상의 추출 챔버(120)가 배치된다.

캐비닛(101) 외측의 하부에는 컵을 지지하는 컵 지지대(106)가 형성되고, 컵 지지대(106)의 상측으로는 추출된 커피가 배출되는 커피 노즐(107)과 사용자에 의해 온수 버튼(109)이 눌릴 경우 온수가 배출되는 온수 노즐(108)이 배치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 추출 챔버(120)는 하측에는 공기압 실린더(130)가 배치되며, 추출 챔버(120) 의 내측에는 공기압 실린더(130)의 피스톤 유닛(140)이 승강 가능하게 배치된다.

또한, 추출 챔버(120)는 외측에 밴드형 히터(121)가 배치될 수 있다. 히터(121)는 커피 추출 중에 추출 챔버(120)에 담긴 커피 분말과 온수의 혼합물(이하, ‘혼합물’이라 함)의 온도가 낮아져 추출 효율이 저하되는 것을 방지하도록 추출 챔버(120)를 가열할 수 있다.

공기압 실린더(130)는 피스톤 유닛(140)의 상사점과 하사점을 각각 검출하기 위한 상측 리미트 스위치(131)와 하측 리미트 스위치(132)를 구비한다. 상측 및 하측 리미트 스위치(131,132)는 검출 신호를 제어부(400)로 전송한다. 제어부(400)는 각 검출 신호를 수신하면 피스톤 유닛(140)의 상승 방향 또는 하강 방향으로의 구동을 멈추도록 밸브를 제어한다.

피스톤 유닛(140)은 상부에 혼합물을 여과하기 위한 필터(141)가 배치된다. 필터(141)는 다수의 작은 구멍이 형성된 금속 필터와 이 금속 필터 상면에 안착되는 종이 필터를 포함할 수 있다. 금속 필터는 반영구적으로 사용하는 반면, 종이 필터는 일회용으로 사용된다.

또한, 피스톤 유닛(140)은 필터(141) 하측으로 혼합물을 여과한 액체 즉, 커피가 수용되는 커피 수용부(143)가 형성된다. 커피 수용부(143)는 대략 콘(cone) 형상으로 이루어질 수 있으며, 피스톤 유닛(140) 외측으로 커피를 배출하기 위한 커피 배출라인(145)이 연결된다. 피스톤 유닛(140)은 커피 수용부(143)로부터 커피 배출라인(145)으로 커피를 배출하며 그 역방향으로 커피가 이송되는 것을 방지하는 원 웨이(one way) 밸브(140a)가 설치된다.

구동 커버(150)는 구동 유닛(160)에 의해 커피 케이크 투입구(104)와 커피 분말 투입구(105) 중 어느 하나에 대응하는 위치로 선택적으로 이동할 수 있다. 즉, 커피 분말(1)을 추출 챔버(120)에 투입 시 구동 커버(150)는 커피 케이크 투입구(104)에 대응하는 위치로 이동하고, 커피 추출 시에는 커피 분말 투입구(105)에 대응하는 위치로 이동한다.

또한, 구동 커버(150)는 외측에 커피 케이크(3)를 밀어서 커피 케이크 투입구(104)로 이동시키기 위한 스크레이퍼(152)가 장착될 수 있다.

또한, 구동 커버(150)는 내측에 씰링 하우징(151)이 상하로 이동 가능하게 배치된다. 씰링 하우징(151)은 추출 챔버(120)의 상측 개구(120a)를 개폐하며, 추출 챔버(120)와 함께 커피를 추출하기 위한 폐쇄된 공간을 형성한다. 이 공간은 커피 추출을 위한 스텝 중에 기압 상태가 전환된다. 예를 들면, 대기압 상태에서 가압 상태, 가압 상태에서 대기압 상태, 대기압 상태에서 진공 상태, 진공 상태에서 대기압 상태로 전환된다.

씰링 하우징(151)은 구동 커버(150)의 측면과 씰링 하우징(151)의 측면 사이에 배치된 스프링(153)에 의해 상승하는 방향으로 탄성력을 받는다. 씰링 하우징(151)은 후술하는 제2 에어 노즐(157)을 통해 구동 커버(150)의 내측과 씰링 하우징(151)의 상면 사이로 공급되는 공기에 의해 하강하여 추출 챔버(120)의 상측 개구(120a)를 폐쇄한다. 이 경우, 구동 커버(150)의 내측과 씰링 하우징(151)의 상면 사이에 형성된 공간의 공기압이 스프링(153)의 탄성력보다 크다. 반대로 구동 커버(150)의 내측과 씰링 하우징(151)의 상면 사이의 공기를 배출하면, 씰링 하우징(151)은 스프링(153)의 탄성력에 의해 다시 상승하게 된다.

또한, 씰링 하우징(151)은 상부를 관통하는 온수 공급 노즐(155)과 제1 에어 노즐(156)이 결합된다.

온수 공급 노즐(155)은 씰링 하우징(151)이 추출 챔버(120)의 상측 개구(120a)를 폐쇄한 상태에서 추출 챔버(120) 내로 온수를 공급한다. 제1 에어 노즐(156)은 추출 챔버(120) 내측으로 에어를 공급하여 추출 챔버(120) 내측의 압력을 상승시킨다. 온수 공급 노즐(155)에 의해 추출 챔버(120) 내측으로 고온의 온수가 공급될 경우, 커피 분말은 고온의 온수가 혼합된다.

또한, 제1 에어 노즐(156)은 추출 챔버(120) 내측으로 공기압을 공급할 수 있다. 이 경우 추출 챔버(120) 내측의 압력은 상승하게 되면, 커피 분말(1)이 축소되면서(도 10 참조) 침전하게 된다(도 8 참조). 이와 같이 고온의 온수 내에 커피 분말을 침전시키면 효과적으로 불릴 수 있다.

또한, 추출 챔버(120)는 제1 에어 노즐(156)을 통해 추출 챔버(120) 내측의 공기가 모두 외부로 배출됨에 따라 진공 상태가 될 수 있고, 반대로 제1 에어 노즐(156)을 통해 외부와 연통됨에 따라 추출 챔버(120) 내측이 대기압 상태에 놓일 수 있다. 이와 같이 추출 챔버(120)의 내측은 선택적으로 가압 상태, 진공 상태 및 대기압 상태 중 어느 하나의 상태로 될 수 있다.

제2 에어 노즐(157)은 구동 커버(150)에 결합되며, 구동 커버(150)의 내측과 씰링 하우징(151)의 상면 사이로 공기를 공급하거나, 반대로 그 사이에 공급된 공기를 배출한다. 제2 에어 노즐(157)을 통해 구동 커버(150)의 내측과 씰링 하우징(151)의 상면 사이로 공기가 공급되면 씰링 하우징(151)은 하강하고, 공기를 배출하면 씰링 하우징(151)은 스프링(153)의 탄성력에 의해 다시 상승한다.

구동 유닛(160)은 모터(161)와, 모터(161)로부터 전달된 회전력을 구동 커버(150)로 전달하는 구동 벨트(163)와, 이동 블록(164)과, 구동 커버(150)의 좌측 및 우측 상한점을 검출하기 위한 좌측 리미트 스위치(165) 및 우측 리미트 스위치(166)를 포함할 수 있다.

모터(161)는 정/역회전 가능하며 회전 속도를 제어할 수 있는 스테핑 모터를 사용할 수 있다. 이동 블록(164)은 구동 벨트(163)의 구동에 의해 LM 가이드(162)를 따라 슬라이딩 이동하며, 연결 브라켓(168)을 통해 구동 커버(150)와 연결된다. 이에 따라, 구동 커버(150)는 이동 블록(164)과 함께 좌우로 직선 이동할 수 있다.

또한, 커피 추출 유닛(100)은 내측에 보일러(170)를 구비할 수 있다. 보일러(170)는 온도 센서(171), 수위 센서(172) 및 히터(173)를 포함할 수 있다. 보일러(170)는 씰링 하우징(151)에 구비된 온수 분사 노즐(155)와 연결되어 있어, 추출 챔버(120) 내측으로 소정 온도의 온수를 공급할 수 있다.

또한, 보일러(170)에 저장되는 물은 수원과 연결된 노즐(수도꼭지)(8)을 통해 공급받을 수 있다. 원수 공급 밸브(311)는 보일러(170) 내로 노즐(8)에서 배출되는 원수의 공급을 제어한다. 이 경우 노즐(8)과 원수 공급 밸브(311)를 연결하는 라인에는 필터(9)가 배치될 수 있다.

또한, 커피 추출 유닛(100)은 캐비닛(101)에 배치된 조작부(181)와 온도 표시부(183)를 구비할 수 있다. 조작부(181)는 사용자의 명령을 입력하고, 현재 상태를 디스플레이할 수 있도록 정전용량식 또는 가압식 터치 스크린으로 형성될 수 있다. 온도 표시부(183)는 보일러(170)에 저장된 온수의 온도를 표시하거나, 추출 챔버(120) 내측의 온도를 표시할 수 있다. 이 경우, 온도 표시부(183)은 보일러(170)의 저장된 물의 온도를 검출하는 온도센서(171)와, 추출 챔버(120) 내측의 온도를 검출하는 온도센서(171)로부터 검출된 온도가 반영된다.

한편, 도 3에서 미설명 부호 210은 에어 필터이고, 220은 에어 탱크이고, 230은 각 밸브와 연결된 에어 디스트리뷰터(air distributor)이다.

압력조절부(300)는 도 3과 같이 다수의 밸브를 구비할 수 있다. 각 밸브의 기능은 하기에서 설명하는 커피를 추출하는 과정에서 설명한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 장치를 이용하여 커피 분말로부터 깊은 풍미를 갖는 커피를 추출하는 과정을 나타내는 도 4a 내지 도 12를 참조하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 과정을 순차적으로 나타내는 흐름도이고, 도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 추출 과정의 각 과정을 각각 순차적으로 나타내는 개략도이다.

도 4a와 도 5를 참조하면, 커피 추출을 위해 조작부(181)를 통해 커피 추출 모드를 선택한다(S1). 구동 커버(150)가 제2 위치 즉 커피 분말 투입구(105)에 대응하는 위치에 있을 경우, 제1 위치 즉 커피 케이크 투입구(104)에 대응하는 위치로 이동한다(S2). 구동 커버(150)는 조작부(181)를 통해 커피 추출 계속 명령이 입력되기 전까지 제1 위치에서 대기한다.

이어서, 커피 분말 투입구(105)를 통해 추출 챔버(120) 내측으로 소정의 커피 분말(1)을 투입한다(S3).

조작부(181)를 통해 커피 추출 계속 명령을 입력하면, 구동 커버(150)는 도 6과 같이 제1 위치에서 제2 위치로 이동한다(S4).

이어서, 씰링 하우징 구동 밸브(301)가 온(on)되면, 구동 커버(150)와 씰링 하우징(151) 사이로 공급되는 공기압에 의해 도 7과 같이 씰링 하우징(151)이 구동 커버(150)의 내측을 따라 하강한다(S5). 이에 따라 추출 챔버(120)의 개구(120a)는 씰링 하우징(151)에 의해 폐쇄된다. 씰링 하우징(151)의 하단에 결합된 오링은 상판(103)의 표면과 밀착됨에 따라 추출 챔버(120)의 내측은 기밀이 유지된다.

온수공급밸브(302,303)가 온되면(S6), 온수 공급 노즐(155)을 통해 t초 동안 소정 량(예를 들면, 20cc)의 1차 온수(5)가 추출 챔버(120) 내측으로 공급된다. t초 후 온수공급밸브(302,303)가 오프(off)되면(S7), 1차 온수의 공급이 중지된다.

1차 온수가 추출 챔버(120) 내측으로 공급됨에 따라, 커피 분말(1)은 부력에 의해 부상하게 된다. 커피 분말(1)이 1차 온수 내에서 부상하게 되면 이후에 진행되는 커피 분말의 불림 처리가 효과적으로 수행될 수 없다. 따라서 커피 분말(1)을 하기와 같이 1차 온수(5) 내에 침전시키는 단계가 필요하다.

이를 위해, 커피침전 에어공급밸브(304)가 온되면(S8), 제1 에어 노즐(156)을 통해 추출 챔버(120) 내측으로 공기가 공급된다. 이 경우, 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력이 될 때까지 추출 챔버(120) 내측으로 공기가 공급된다(S9). 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력까지 상승하면 커피침전 에어공급밸브(304)를 오프한다(S10).

추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력까지 상승하면, 커피 분말은 1차 온수(5) 내에서 침전한다. 이때, 커피 분말(1)은 가압력에 의해 커피 분말 내측의 기공이 축소되면서 도 10과 같이 커피 분말(1b)의 크기가 축소된다.

커피 분말(1b)이 침전된 상태로 t1 초 동안 불림이 진행된다(S11). 커피 분말은 이후의 진공단계에서 커피 분말로부터 풍미 성분을 보다 효과적으로 추출할 수 있도록 불림을 통해 조직이 완화된다.

불림이 완료되면, 2차 온수 공급을 위해 대기압 밸브(305)가 온되고(S12) 추출 챔버(120)의 내측이 대기압 상태로 전환된다. 이때, 커피 분말은 도 10과 같이 부재번호 1b 상태에서 다시 크기가 커지면서 부재번호 1a 상태로 된다. 이어서, t초 후 대기압 밸브(305)는 오프된다(S13).

도 4b를 참조하면, 온수공급밸브(302,303)가 온되고(S14), 온수 공급 노즐(155)을 통해 t초 동안 소정 량(예를 들면, 200cc)의 2차 온수(5a)가 추출 챔버(120) 내측으로 공급된다. t초 후 온수공급밸브(302,303)가 오프되면(S15), 2차 온수의 공급이 중지된다. 이 경우, 2차 온수(5a)와 먼저 공급된 1차 온수(5)는 서로 섞이게 되는데, 이렇게 섞인 온수에 대해 이하에서는 설명의 편의상 2차 온수(5a)로 언급한다.

커피 분말을 침전시키기 위해, t초 후에 커피침전 에어공급밸브(304)가 온되고(S16), 제1 에어 노즐(156)을 통해 추출 챔버(120) 내측으로 공기가 공급된다. 공기는 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력이 될 때까지 공급된다(S17). 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력까지 상승하면 커피 분말은 다시 크기가 축소되면서 도 9와 같이 2차 온수(5a) 내에서 침전한다. 이어서, 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력에 도달하면 커피침전 에어공급밸브(304)를 오프한다(S18).

커피 분말은 2차 온수(5a)에 침전된 상태로 t2 초 동안 불림이 진행된다(S19). 여기서, t2 초는 전술한 t1 초와 같거나 다를 수 있다.

불림이 완료되면, 대기압 밸브(305)가 온되고(S20) 추출 챔버(120)의 내측이 대기압 상태로 전환된다. t초 후 대기압 밸브(305)는 오프된다(S21).

1차 진공 불림을 위해 추출 챔버(120)가 진공 상태가 되도록 진공밸브(306,307)를 온시키면(S22), 추출 챔버(120) 내측은 압력이 점차 낮아져 일정한 압력의 진공 상태에 도달한다(S23). 이어서 진공 상태를 유지하기 위해 진공밸브(306,307)를 오프한다(S24).

진공 상태에서 t3 초 동안 1차 진공 불림을 진행한다. 여기서 t3 초는 앞서 진행된 가압 상태에서의 불림 시간들(t1, t2 초)과 같거나 다를 수 있다.

도 10을 참조하면, 대기압 상태에서의 커피 분말(1a)은 진공 상태에서의 1차 진공 불림이 진행되는 동안 그 크기가 증가하게 되고 기공이 넓어진다. 이에 따라 커피 분말(1c) 내측의 기공으로 온수가 침투한다. 커피 분말(1c)의 기공에 물이 침투함에 따라 기공에 존재하던 공기가 커피 분말(1c)로부터 배출되면서 2차 온수(이하, 2차 온수는 커피 분말이 충분히 용해된 상태이므로 '커피'라고 한다)에는 버블이 형성된다.

도 4c를 참조하면, t3 초 동안 1차 진공 불림이 진행된 후 대기압 밸브(305)가 온되면(S26), 추출 챔버(120) 내측은 진공 상태에서 대기압 상태로 전환된다. 이때, 커피 분말(1c)의 기공에 침투한 온수는 커피 분말(1c)에 포함된 용해성 풍미 성분과 함께 커피 분말(1c)로부터 배출된다. 이에 따라, 커피 분말(1c)은 온수가 흡수된 후 배출되는 과정을 통해 릴리즈(release)됨에 따라 처음 상태의 커피 분말(1a)의 크기보다 더 커질 수 있다. 이렇게 크기가 커진 커피 분말은 진공 상태에서 다시 대기압 상태로 전환하더라도 원래 크기로 돌아가기는 어렵고, 진공 상태를 거치면서 커진 크기를 유지하게 된다.

이와 같이, 1차 진공 불림에 의해 커피 분말에 포함된 풍미 성분으로 인해 깊은 풍미를 느낄 수 있는 소정 농도의 커피 액이 될 수 있다.

대기압 밸브(305)가 온된 후 t초 후에 대기압 밸브(305)가 오프되면(S27), 다시 커피 분말의 침전을 위해, 커피침전 에어공급밸브(304)가 온된다(S28).

이에 따라, 제1 에어 노즐(156)을 통해 추출 챔버(120) 내측으로 공기가 공급되어 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력에 도달하면(S29). 커피 분말(1)은 2차 온수(5a) 내에서 다시 침전한다. 이어서, 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력에 도달하면 커피침전 에어공급밸브(304)를 오프한다(S30).

커피 분말(1)이 2차 온수(5a)에 침전된 상태로 t3 초 동안 불림이 진행된다(S31). 여기서, t3 초는 전술한 t1, t2 초와 같거나 다를 수 있다. 불림이 완료되면, 대기압 밸브(305)가 온되고(S32) 추출 챔버(120)의 내측이 대기압 상태로 전환된다. t초 후 대기압 밸브(305)는 오프된다(S33).

이어서, 2차 진공 불림을 위해 추출 챔버(120)를 진공 상태가 되도록 진공밸브(306,307)가 온되면(S34), 추출 챔버(120) 내측은 압력이 점차 낮아져 일정한 압력의 진공 상태에 도달한다(S35). 진공 상태를 유지하기 위해 진공밸브(306,307)를 오프한다(S36).

진공 상태에서 t4 초 동안 2차 진공 불림을 진행한다. 여기서 t4 초는 앞서 진행된 1차 진공 불림의 시간(t3 초)과 같거나 다를 수 있다. 2차 진공 불림에 의해 전술한 1차 진공 불림에서와 마찬가지로 커피 분말의 기공으로 물이 침투한다.

도 4d를 참조하면, 대기압 밸브(305)가 온된 후(S38) t초 후에 대기압 밸브(305)가 오프되면(S39), 다시 커피 분말의 침전을 위해, 커피침전 에어공급밸브(304)가 온된다(S40).

이에 따라, 제1 에어 노즐(156)을 통해 추출 챔버(120) 내측으로 공기가 공급되어 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력에 도달하면(S41). 커피 분말(1)은 2차 온수(5a) 내에서 다시 침전한다. 이어서, 추출 챔버(120) 내측이 일정한 압력에 도달하면 커피침전 에어공급밸브(304)를 오프한다(S42).

커피 분말(1)이 2차 온수(5a)에 침전된 상태로 t4 초 동안 불림이 진행된다(S43). 여기서, t4 초는 전술한 t1, t2 초와 같거나 다를 수 있다. 불림이 완료되면, 대기압 밸브(305)가 온되고(S44) 추출 챔버(120)의 내측이 대기압 상태로 전환된다. t초 후 대기압 밸브(305)는 오프된다(S45). 이때, 커피 분말의 기공에 침투한 온수는 다시 커피 분말에 포함된 용해성 풍미 성분과 함께 커피 분말로부터 배출된다.

이어서, 커피를 추출하기 위해 커피추출 밸브(308)를 온시켜(S46) 커피 수용부(143)를 개방한 후, 커피침전 에어공급밸브(304)를 온시켜(S47) 추출 챔버(120)의 내측에 공기를 공급하여 추출 챔버(120)에 담긴 커피 분말이 용해된 커피를 하방향으로 가압한다.

커피는 공기압에 의해 t5 초 동안 필터(141)를 거친 후 커피 수용부(143)로 저장된 후 곧이어 커피 노즐(107)을 통해 커피 추출 장치(10) 외부로 배출된다. 여기서, t5 초는 추출 챔버(120) 내의 커피가 대부분 배출될 수 있는 정도의 시간이다. t5 초 후 커피추출 밸브(308)가 오프된다(S50).

도 4e를 참조하면, 커피 추출이 완료된 후 대기압 밸브(305)가 온되면(S51), 추출 챔버(120)의 내측은 대기압 상태로 된다. 이어서 대기압 밸브(305)가 오프된다(S52).

이어서, 씰링 하우징 구동 밸브(301)가 오프되면, 구동 커버(150)와 씰링 하우징(151) 사이의 공기가 배출된다. 이에 따라, 씰링 하우징(151)은 스프링(153)의 탄성력에 의해 상승한다(S53).

피스톤 유닛(140) 위에 남겨진 커피 케이크(3)를 수거하기 위해, 도 11과 같이 피스톤 구동 밸브(309)를 온 시켜 피스톤 유닛(140)을 상승시킨다(S54). 커피 케이크(3)는 피스톤에 의해 추출 챔버(120) 외측으로 이동한다.

이어서, 구동 커버(150)를 도 12와 같이 제2 위치에서 제1 위치로 이동시킨면(S55), 커피 케이크(3)는 구동 커버(150)의 일측에 결합된 스크레이퍼(152)에 의해 밀려서 구동 커버(150)와 함께 제1 위치로 이동되고, 커피 케이크 투입구(104)를 통해 커피 케이크 수거용기(110) 내측으로 수거된다(S56).

이어서, 피스톤 구동 밸브(309)를 오프하여 피스톤 유닛(140)을 원위치로 하강시키고(S57), 구동 커버(150)을 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킨다(S58).

한편, 전술한 커피 추출 단계는 추출 챔버(120)로 공기를 공급하여 공기압에 의해 추출 챔버로부터 배출되는 것으로 설명하였으나 이에 제한되지 않는다.

즉, 도 4f와 같이, 커피추출 밸브(308)가 온된 상태에서(S46') 피스톤 유닛(140)을 상승시킨다(S47'). 이 경우, 추출 챔버(120) 내측은 대략 2 bar의 압력을 유지하게 되며, 피스톤(140)은 커피 추출 속도를 고려하여 상승속도가 제어된다.

이 경우, 추출 챔버(120)의 체적이 점차 줄어들게 되며, 추출 챔버(120) 내측의 커피는 피스톤 유닛(140)의 가압력에 의해 필터(141) 및 커피 수용부(143)를 거쳐 커피 노즐(107)을 통해 커피 추출 장치(10) 외부로 배출된다.

이와 같이 피스톤(140) 상승에 의해 커피 추출이 완료되면, 커피추출 밸브(308)를 오프하고(S48'), 대기압 밸브(305)를 온한 상태에서(S49') 피스톤(140)을 원위치로 하강시킨다(S50').

피스톤(140)을 상승시켜 커피를 추출하는 실시예에서는, 도 4f의 단계들이 모두 수행되면 도 4e에 도시된 단계들로 이어진다. 이때, 도 4e에서 대기압 밸브(305)를 온시키는 단계(S51)는 생략할 수 있는데, 이는 이미 도 4f의 대기압 밸브(305)를 온시키는 단계(S49')가 있기 때문이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 추출 챔버 내측으로 에어를 공급함으로써 공기압에 의해 커피를 추출하거나, 피스톤을 상승시켜 커피를 추출할 수 있다.

본 발명은 추출되는 커피의 맛을 온도와 압력을 조절하여 커피의 농도를 달리할 수 있고, 이에 따라 짙은 맛(쓴 맛) 또는 풍미가 많은 순한 맛으로 추출할 수 있다. 예를 들어, 짙은 맛의 커피를 추출하기 위해서는 가압력을 상승시키고 추출 시간을 늘린다. 또한, 순한 맛의 커피를 추출하기 위해서는 진공 시간을 늘리거나 가압력을 늘린다. 여기서 시간을 늘린다는 의미는 해당 단계 즉, 가압력을 가한 상태의 시간을 길게 하는 것이거나, 가압력 단계를 여러 번 수행함으로써 전체 시간의 총합을 늘리는 것을 의미한다.

한편, 본 발명의 커피 추출 장치(10)는 온수 버튼(109)을 누르면 보일러(170)에 연결된 온수 밸브(310)가 온되면서 보일러(170) 내측에 저장된 온수가 온수 노즐(108)을 통해 배출된다. 이 경우 온수의 배출은 커피 추출과 별도로 이루어진다.

또한, 커피 추출 장치(10)는 추출 챔버(120)를 청소하기 위한 에어를 공급하는 에어공급밸브(312)를 구비할 수 있다. 추출 챔버(120)를 청소하는 경우, 추출 챔버(120) 내에 소정 량의 물을 투입하고, 에어공급밸브(312)를 온시키면, 에어공급라인(144)을 통해 커피 수용부(143)로 공기가 주입된다. 커피 수용부(143)로 주입되는 에어는 버블로 변하면서 추출 챔버(120) 내측에 붙은 젖은 커피 분말이나 커피 케이크의 잔류물 등을 박리함으로써 청소를 행할 수 있다. 이 경우, 피스톤 유닛(140)은 커피 수용부(143) 내측으로 공기를 공급하고, 그 역방향은 공기의 공급이 불가능한 원 웨이 밸브(140b)를 구비한다.

본 발명은 커피 침전, 불림 및 진공 불림은 적어도 2회 이상 진행된다. 하지만, 본 발명에 따른 커피 추출 방법은 이에 제한되지 않고 커피 침전, 불림 및 진공 불림을 순차적으로 각 1회씩 진행하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 가압 상태에서 커피 분말을 온수에 침전시키고, 진공 상태에서 커피 분말의 미세한 기공 속으로 강제로 물을 침투시키며, 대기압 상태로 전환하여 커피 분말의 미세한 기공으로부터 물을 강제로 배출시킨다. 이에 따라 커피 분말에 포함된 용해성 풍미 성분을 커피 분말로부터 추출할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1: 커피 분말 3: 커피 케이크
5: 1차 온수 5a: 2차 온수
10: 커피 추출 장치 100: 커피 추출 유닛
101: 캐비닛 103: 상판
104: 커피 케이크 투입구 105: 커피 분말 투입구
106: 컵 지지대 107: 커피 노즐
108: 온수 노즐 109: 온수 버튼
120: 추출 챔버 130: 공기압 실린더
140: 피스톤 유닛 150: 구동 커버
151: 씰링 하우징 153: 스프링
156: 제1 에어 노즐 157: 제2 에어 노즐
160: 구동 유닛 170: 보일러

Claims

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추출 챔버;
상기 추출 챔버의 내측을 따라 이동하며, 커피를 배출하는 배출구를 가지는 피스톤;
상기 피스톤을 왕복 구동하는 구동 실린더;
내측에 상기 추출 챔버의 개구를 개폐하도록 승강하는 씰링 하우징 구비한 구동 커버;
상기 구동 커버의 측면과 상기 씰링 하우징의 측면 사이에 배치되어 상기 씰링 하우징을 상승하는 방향으로 탄성력을 작용하는 탄성 부재;
상기 구동 커버를 좌우로 구동하도록, 모터와 상기 모터로부터 전달된 회전력을 상기 구동 커버로 전달하는 구동 벨트와, 상기 구동 벨트의 구동에 의해 LM 가이드를 따라 슬라이딩 이동하며 상기 구동 커버와 연결된 이동블록을 구비하는 구동부;
커피 케이크를 밀어서 이동시키기 위해, 상기 구동 커버의 외측에 장착된 스크레이퍼;
상기 추출 챔버 내측을 대기압 상태, 가압 상태 및 진공 상태 중 어느 하나의 상태로 변경하는 압력조절부;
상기 씰링 하우징을 통해 상기 추출 챔버 내측으로 공급하기 위한 온수를 저장하는 보일러;
상기 추출 챔버로부터 커피가 배출되는 커피 배출라인; 및
상기 커피 배출라인을 개폐하는 커피 추출밸브;를 포함하되,
상기 씰링 하우징은 상기 구동 커버의 내측과 상기 씰링 하우징의 상면 사이로 공급되는 공기에 의해 하강하고, 상기 구동 커버의 내측과 상기 씰링 하우징의 상면 사이로 공급된 공기가 배출되면 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 상승하며,
상기 구동 커버는 커피 케이크를 제거하기 위한 커피 케이크 투입구에 대응하는 제1 위치와, 상기 추출 챔버의 개구에 대응하는 제2 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 커피 추출 장치.
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제10항에 있어서,
상기 씰링 하우징은 상기 구동 커버에 구비된 탄성 부재의 탄성력에 의해 상승하여 상기 추출 챔버의 개구를 개방하는 제3 위치와, 상기 압력조절부에 의해 상기 구동커버와 상기 씰링 하우징 사이로 공급되는 상기 탄성부재의 탄성력 보다 큰 공기압에 의해 하강하여 상기 추출 챔버의 개구를 폐쇄하는 제4 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 커피 추출 장치.
제10항에 있어서,
상기 압력조절부는 커피분말 및 온수가 투입된 추출 챔버 내부를 설정된 압력을 가하여 설정된 시간동안 가압상태를 유지하는 에어공급밸브;
상기 추출 챔버의 내부를 설정된 크기의 진공 상태로 전환하여 설정된 시간동안 진공상태를 유지지키는 진공밸브; 및
상기 추출 챔버 내부를 상기 각 가압상태 또는 진공상태에서 대기압 상태로 전환하여 설정된 시간동안 대기압 상태로 유지시키는 대기압밸브;를 포함하며,
상기 각 밸브를 설정된 순서 및 시간에 따라 자동 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 커피추출장치.