KR101861606B1 - 가변형 커피 로스팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변형 커피 로스팅 장치에 관한 것이다. 그러한 가변형 커피 로스팅 장치는, 외관을 형성하며, 일측에는 생두를 공급하는 호퍼(8) 및 원두 배출구(26)가 장착되고 타측에는 스모크가 배출되는 댐퍼(40)가 배치되는 하우징(3)과; 하우징(3)의 내측에 배치되어 열을 공급하는 버너(11)와; 하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되어 버너(11)에서 전달된 열을 이용하여 생두를 가열함으로써 로스팅을 진행하는 내부드럼(5)과; 하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되며, 내부드럼(5)의 외측을 감싼 통형상으로서, 원주면을 구역별로 구분(partition)하고 각 구역의 열 통과 비율을 차등화함으로써 버너(11)에서 전달된 열의 입사양을 가변시켜서 내부드럼(5)에 전달함으로써 복수의 로스팅 모드를 제공하는 외부드럼(Outer drum;7)과; 내부드럼(5) 및 외부드럼(7)을 회전시키는 구동부(15,17)와; 외부드럼(7)의 인접위치에 배치되어 외부드럼(7)의 현 위치를 감지하는 위치검출부(13)와; 외부 및 내부드럼(7,5)의 온도를 감지하는 온도센서(S)와; 그리고 구동부(15,17)와, 위치검출부(13)와, 온도센서(S)를 제어하여 외부 및 내부드럼(5)을 회전시켜서 로스팅을 진행하는 제어부(18)를 포함한다.

Description

가변형 커피 로스팅 장치{Apparatus for coffee roasting with changeable drum}

본 발명은 가변형 커피 로스팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 드럼의 구조를 개선함으로써 로스팅시 직접가열(directly heated drum) 방식 또는 간접 가열(indirectly heated drum) 방식을 선택하거나, 상기 모드가 복합적으로 결합된 컴비네이션 모드(Combination Mode)로 선택할 수 있음으로써 하나의 로스터기에 의하여 다양한 모드로 로스팅을 실시할 수 있는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 커피 로스터기는 주로 로스팅 방식에 따라 직접가열(directly heated drum) 방식인 직화식 로스터기, 간접 가열(indirectly heated drum)방식인 열풍식 로스터기, 그리고 대류와 전도열을 사용하는 반열풍식 로스터기로 분류할 수 있다. 이러한 로스터기의 구조는 하드웨어적으로 고정되어 있으면 로스팅 방법을 변경 시 구조나 드럼 자체를 바꿔야 한다.

각각의 주요 로스팅 방식에 대한 특징으로, 직접가열(directly heated drum) 방식인 직화식은 드럼에 구멍을 내어 열원의 불꽃이 드럼의 구멍 통로를 통해 직접 커피콩에 닿게 하는 방식인데 커피 맛은 뛰어나지만 커피 콩의 팽창이 작고 열원에 타기 쉽고 균일한 로스팅이 어려운 단점이 있다.

간접 가열(indirectly heated drum)방식인 열풍식은 열원이 드럼을 직접 가열하지 않고 별도의 연소실에서 열풍이 만들어지고 이 열풍은 드럼 끝단의 열풍 구멍을 통하여 드럼안으로 대류 시켜 로스팅하는 방식이다. 드럼 내부의 예열 시간이 가장 길고 원하는 커피 스타일을 만들기 가장 어려운 방식이다.

반열풍식은 드럼에 직접 열을 가하고 드럼 열풍 구멍으로 뜨거운 열풍을 통과시켜 대류와 전도열을 둘 다 사용하는 방식으로 로스팅 결과가 균일하고 열손실이 적어 커피 콩의 팽창이 크다. 즉 원두의 손실이 적다. 하지만 단점으로 드럼 내부 예열 시간이 직화 방식에 비해 길고 고온으로 로스팅 시 풋풋한 향이 날 수 있다.

그러나, 로스터기 분류는 위의 3가지 이외에도 변형된 형태가 많이 존재한다. 이러한 종래의 로스터기는 하드웨어적으로 고정된 어느 한 방식으로 설정되어 있음으로 다른 로스팅 방식으로 변경하는 것이 어려워서 다른 방식의 로스팅기를 필요로 하는 경우에는 추가로 구매하여야 하므로 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 로스팅은 상기한 어느 한 방식에 의하여 진행되므로 복합적인 컴비네이션 타입의 커피 맛을 구현하기 어려운 문제점이 있다.

특허출원 제10-2011-59524호(명칭:커피 로스터기) 특허출원 제10-2011-11092호(명칭:커피 로스터)

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 로스터기로 직접가열(directly heated drum) 로스팅 방식과 간접 가열(indirectly heated drum) 로스팅 방식 중 선택하여 사용하거나, 각 모드를 복합적으로 결합한 컴비네이션 모드로 하여 사용할 수 있는 가변형 커피 로스팅 장치를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 가변형 커피 로스팅 장치를 제공하는 바,

상기 가변형 커피 로스팅 장치는, 외관을 형성하며, 일측에는 생두를 공급하는 호퍼(8) 및 원두 배출구(26)가 배치되고 타측에는 스모크가 배출되는 댐퍼(40)가 배치되는 하우징(Housing;3)과;

하우징(3)의 내측에 배치되어 열을 공급하는 버너(Burner;11)와;

하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되어 버너(11)에서 전달된 열을 이용하여 생두를 가열함으로써 로스팅을 진행하는 내부드럼(Inner drum;5)과;

하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되며, 내부드럼(5)의 외측을 감싼 통형상으로서 회전가능하게 배치되며, 원주면을 구역별로 구분(partition)하고 각 구역의 열 통과 비율을 차등화함으로써 버너(11)에서 전달된 열의 입사양을 가변시켜서 내부드럼(5)에 전달함으로써 복수의 로스팅 모드를 제공하는 외부드럼(7)과;

내부드럼(5) 및 외부드럼(7)을 회전시키는 구동부(15,17)와;

외부드럼(7)의 인접위치에 배치되어 외부드럼(7)의 현 위치를 감지하는 위치검출부(13)와;

외부 및 내부드럼(5)의 온도를 감지하는 온도센서(S)와; 그리고

구동부(15,17)와, 위치검출부(13)와, 온도센서(S)를 제어하여 외부 및 내부드럼(7,5)을 회전시켜서 로스팅을 진행하는 제어부(18)를 포함한다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변형 커피 로스팅 장치는 하나의 로스팅 장치로 직접가열(directly heated drum) 방식에는 싱글 드럼의 제 1직화방식 또는 이중드럼의 제 2직화 방식 구조로 직화식 로스팅을 제공하고 간접가열(indirectly heated drum) 방식에는 대류열을 이용한 로스팅 모드를 지원한다. 따라서 위의 3가지 모드 중에서 선택하여 로스팅하거나, 상기 3가지 모드를 하나로 결합한 콤비네이션 모드로 로스팅함으로써 다양한 방식에 의하여 로스팅을 할 수 있어서, 다양한 커피맛과 향을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 커피 로스팅 장치의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가변형 커피 로스팅 장치의 내부 및 외부드럼과, 이를 회전시키는 구동부간의 연결관계를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 4(a) 내지 (d)는 도 2에 도시된 외부드럼과 내부드럼의 결합관계를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 가변형 커피 로스팅 장치의 내부 및 외부드럼과, 상하부버너간의 배치관계를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 위치검출부의 배치관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 댐퍼의 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 제어부의 구조를 보여주는 블록도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 커피 로스팅 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 가변형 커피 로스팅 장치(1)는 외관을 형성하며, 일측에는 생두를 공급하는 호퍼(Hopper;8) 및 원두 배출구(26)가 배치되고 타측에는 스모크가 배출되는 댐퍼(40)가 배치되는 하우징(Housing;3)과;

하우징(3)의 내측에 배치되어 열을 공급하는 버너(Burner;11)와;

하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되어 버너(11)에서 전달된 열을 이용하여 생두를 가열함으로써 로스팅을 진행하는 내부드럼(Inner drum;5)과;

하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되며, 내부드럼(5)의 외측을 감싼 통형상으로서, 원주면을 구역별로 구분(partition)하고 각 구역의 열 통과 비율을 차등화함으로써 버너(11)에서 전달된 열의 입사양을 가변시켜서 내부드럼(5)에 전달함으로써 복수의 로스팅 모드를 제공하는 외부드럼(Outer drum;7)과;

내부드럼(5) 및 외부드럼(7)을 회전시키는 구동부(15,17)와;

외부드럼(7)의 인접위치에 배치되어 외부드럼(7)의 현 위치를 감지하는 위치검출부(13)와;

외부 및 내부드럼(7,5)의 온도를 감지하는 온도센서(S)와; 그리고

구동부(15,17)와, 위치검출부(13)와, 온도센서(S)를 제어하여 외부 및 내부드럼(5)을 회전시켜서 로스팅을 진행하는 제어부(18)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 가변형 커피 로스팅 장치에 있어서,

내부드럼(5)은 통형상으로서 내부에 공간이 형성됨으로써 생두가 호퍼(8)를 통하여 투입되어 저장될 수 있다. 이때, 내부드럼(5)은 다양한 단면형상의 통형상이 가능하며, 바람직하게는 원통형상이다.

그리고, 내부드럼(5)의 외주면에는 다수의 타공(h)이 형성됨으로써 외부의 열이 내부로 전달되어 생두에 대한 로스팅이 진행될 수 있다.

또한, 내부드럼(5)의 호퍼(8) 방향의 측면은 하우징(3)의 내측면과 근접하게 위치하게 된다. 예를 들면, 하우징(3)의 내측면과 내부드럼(5)의 일측면 사이 거리는 원두의 직경보다 작은 길이로 떨어지도록 배치된다.

그리고, 이러한 내부드럼(5)은 내측에 회전축(19)이 길이방향으로 관통하며, 후술하는 바와 같이 구동부(15,17)의 제 1구동부(17)에 의하여 회전할 수 있다.

이때, 회전축(19)은 하우징(3)의 벽체(wall)에 위치한 제 1 및 제 2베어링(B1,B2)에 의하여 회전가능하게 지지된다.

그리고, 회전축(19)의 외주면과 내부드럼(5)의 내측은 지지대(20)에 의하여 일체로 연결된다. 따라서, 회전축(19)의 회전시 내부드럼(5)도 같이 회전할 수 있다.

상기 외부드럼(7)은 내부드럼(5)의 외측을 감싸도록 배치되는 바, 즉 외부드럼(7)의 내측에 내부드럼(5)이 배치되는 구조이다.

이러한 외부드럼(7)은 통형상을 가지며, 호퍼방향의 일측면은 개방된 형상을 갖는다.

그리고, 외부드럼(7)은 바람직하게는 3구역으로 구분(partition)되며, 각 구역은 형상을 달리함으로써 열 통과 비율이 서로 차등화되어 버너(11)에서 전달된 열의 입사양이 가변될 수 있다.

이러한 외부드럼(7)의 각 구역은 120도 각도를 유지하는 바, 개방됨으로써 버너(11)의 열원이 외부드럼(7)의 내부로 전달되도록 하여 직화식을 구현하는 개방부(25)와;

홀이 형성되지 않음으로써 버너의 열원(11)이 직접 내부 드럼으로 전달되지 않고 우회하여 들어오는 열원과 가열된 차단부의 대류열에 의해 간접 방식으로 로스팅을 구현하는 차단부(29)와;

다수의 홀이 형성되어 제 1직화 방식의 직화열이 직접 생두에 닿는 부분을 경감 시켜 과도한 직접열 접촉에 의해 생두가 타는 것을 경감시키는 추가 타공부(27)를 포함한다.

이러한 외부드럼(7)의 3구역은 로스팅 모드에 따라 외부드럼(7)이 회전하여 해당 로스팅 모드 시간 동안 버너(11) 열원에 대한 해당 구역의 입사각을 유지하고 마주함으로써 3가지 로스팅 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.

즉, 외부드럼(7)이 회전하여 원주면 개방부(25)가 하부버너(52)와 마주하는 경우에는 하부버너(52)의 열이 외부드럼(7)의 내부로 직접 전달되어 내부드럼(5)에 도달함으로 제 1직화식 모드가 구현될 수 있다.

그리고, 원주면 차단부(29)가 하부버너(52)와 마주하는 위치로 회전하게 함으로써 일정시간 동안 가열하는 간접식 모드로 로스팅을 실시할 수 있다.

또한, 원주면 타공부(27)가 하부버너(52)와 마주하는 경우에는 제 2직화식 모드가 구현될 수 있다.

이처럼, 외부드럼(7)은 3구역중 특정 구역을 회전하여 하부버너(52) 위치에 유지시킴으로써 1가지 모드로 로스팅을 실시할 수도 있고, 혹은 상기 3구역을 로스팅 시간을 배분하여 하부버너(52)와 해당 배분 시간동안 순차적으로 마주하도록 함으로써 3가지 모드가 서로 혼합된 상태인 컴비네이션 모드로 로스팅을 실시할 수도 있다.

컴비네이션 모드에 대해 예를 들면, 로스팅 시간이 12분인 경우, 외부드럼(7)을 회전시켜 원주면 개방부(25)가 하부버너(52)와 6분 동안 마주하도록 하여 제 1직화식 모드로 로스팅하고, 이어서 외부드럼(7)을 추가로 회전시켜서 원주면 타공부(27)가 하부버너(52)와 3분 동안 마주하도록 하여 제 2직화식 모드로 로스팅하며, 외부드럼(7)을 더 회전시켜서 원주면 차단부(29)가 하부버너(52)와 3분 동안 마주하도록 하여 간접식 모드로 로스팅을 실시할 수 있다.

상기에서는 외부드럼(7)을 3구역으로 구분(partition)하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 열의 통과비율을 적절하게 차등화함으로써 2구역 혹은 4구역 이상으로 구분(partition)할 수도 있다.

이는 로스팅 장치의 사용환경이나 설계여건에 따라 적절하게 선택되어질 수 있다.이러한 외부드럼(7)은 후술하는 구동부(15,17)의 제 2구동부(15)에 의하여 회전할 수 있다.

즉, 로스터 장치(1)의 전방 벽체(front wall;F1)의 내측면에는 제 3베어링(B3)이 배치되고, 후방 벽체(rear wall;F2)의 내측면에는 제 4베어링(B4)이 배치된다.

그리고, 외부드럼(7)의 일측 외주면은 제 3베어링(B3)에 의하여 회전가능하게 지지되고, 외부드럼(7)의 타측에는 관체(30)가 돌출되어 제 4베어링(B4)에 의하여 회전가능하게 지지된다.

이때, 제 3 및 제 4베어링(B3,B4)은 원형궤적을 따라 복수개 배치됨으로써 외부드럼(7)을 균일하게 지지한다.

그리고, 외부드럼(7)의 후방으로 돌출된 관체(30)는 제 2모터(M2)와 벨트 등으로 연결됨으로써 제 2모터(M2)가 구동할 때 외부드럼(7)도 같이 회전할 수 있다.

이때, 제 3 및 제 4베어링(B3,B4)은 외부드럼(7)을 회전가능하게 지지할 수 있는 베어링이면 모두 포함가능하고, 예를 들면 트랙 롤러 베어링(Track roller bearing)이 적용가능하다.

그리고, 외부드럼(7)은 구동부(15,17)에 의하여 일정 각도로 회전가능하다.

이러한 구동부(15,17)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

즉, 구동부(15,17)는 내부드럼(5)을 회전시키는 제 1구동부(17)와; 제 1구동부(17)와 떨어져 배치되며 외부드럼(7)을 회전시키는 제 2구동부(15)를 포함한다.

따라서, 내부드럼(5)은 제 1구동부(17)에 의하여 회전하고, 외부드럼(7)은 제 2구동부(15)에 의하여 회전함으로써 내부드럼(5) 및 외부드럼(7)은 서로 독립적인 구동체계에 의하여 회전할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면,

제 1구동부(17)는 내부드럼(5)의 내측을 길이방향으로 관통하며, 하우징(3)에 제 1베어링(B1)에 의하여 회전가능하게 지지되는 제 1회전축(19)과; 제 1회전축(19)의 단부에 연결되어 회전력을 발생하는 제 1모터(M1)를 포함한다.

제 1모터(M1)는 정방향 혹은 역방향의 회전이 가능한 정역모터를 포함하며, 제어부(18)에 연결됨으로써 회전속도 및 시간이 조절가능하다.

그리고, 제 1모터(M1)와 전달축은 직결될 수도 있지만, 중간에 커플러(Coupler)를 배치하여 연결할 수도 있다.

따라서, 제어부(18)에 의하여 내부드럼(5)의 회전속도 및 시간을 조절함으로써 로스팅을 보다 세밀하게 실시할 수 있다.

그리고, 제 2구동부(15)는 외부드럼(7)의 일측판(23)에 돌출된 관체(30)와; 외부드럼(7)과 일정 거리 떨어져 배치되는 제 2모터(M2)와; 관체(30)와 제 2모터(M2)를 연결하여 회전력을 전달하는 동력전달부재(32)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 제 2구동부(15)에 있어서, 동력전달부재(32)는 다양한 종류가 적용될 수 있는 바, 예를 들면 벨트, 체인 등이 적용가능하다.

그리고, 벨트가 적용되는 경우에는 관체(30)에 장착되는 피동부재로는 풀리가 적합하며, 체인이 적용되는 경우에는 피동부재로는 기어가 적합하다.

따라서, 제 2모터(M2)가 구동하는 경우에는 동력전달부재(32)를 통하여 회전력이 관체(30)에 전달됨으로써 외부드럼(7)을 회전시킬 수 있다.

그리고, 모터에 의하여 회전하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 유,공압 모터 혹은 엔진과 같이 회전력을 발생시킬 수 있는 것은 모두 포함가능하다.

이러한 외부드럼(7)은 위치검출부(13) 및 제어부(18)에 의하여 절대 기준위치 및 현재 위치를 파악할 수 있다.

즉, 위치검출부(13)는 다양한 방식의 센서가 적용될 수 있는 바, 본 발명에서는 그 일 예로서 포토센서(Photo sencer)에 의하여 설명한다.

이러한 위치검출부(13)는 도 6에 도시된 바와 같이, 포토 인터럽트 광소자로서, 외부드럼(7)로 광을 조사하는 발광소자(34)와; 외부드럼(7)에서 반사된 광이 입사되는 수광소자(36)를 포함한다.

이때, 발광소자(34)는 적외선을 이용한 LED이고, 수광소자(36)는 포토 트랜지스터 수광소자(36)이다.

그리고, 수광수자에 입사된 빛은 전류의 양을 변화시키게 되는 바, 빛이 다량으로 입사되는 경우는 컬렉터와 이미터 사이의 저항이 감소하고, 빛이 적게 입사되면 저항을 증가하게 된다.

따라서, LED로 부터 발광된 빛이 반사되어 수광소자(36)에 입사되면 전류의 양이 증감하게 되고, 제어부(18)은 기준값과 이 변동값을 비교하여 절대 기준위치를 파악할 수 있다.

예를 들면, 제어부(18)의 레퍼런스 값과 비교할 때 V100입력값, 즉 검출부 입력 전압은 다음과 같다.

V100= VCC-R100xI100

여기서 반사 광량이 많으면 전류 I100 이 증가하여 전압 V100 전압 값은 작아지고, 반사광량이 작으면 전류 I100 값이 작아 V100 전압값은 커지게 된다.

따라서 이 값의 상태값을 기준으로 절대 위치를 판단할 수 있다.

예를 들면, 외부드럼(7)의 첫 회전에서는 외부드럼(7)을 1스텝당 2°씩 회전시키면서 160스텝까지 각 스텝별 위치값을 스캔하여 절대 기준위치값을 설정하고,

두 번째 회전에서는 회전시 스캔된 현재 위치값이 제어부(18)에 전송되어 기 설정된 상기 절대 기준위치값과 비교함으로써 현재 위치값을 인식할 수 있다.

그리고, 이 현재 위치값을 제어부(18)에 전송함으로써 제어부(18)는 현재 위치값과 절대 기준위치값을 비교하여 외부드럼(7)의 회전각도를 연산할 수 있다.

이때, 절대 위치 설정은 매 로스터기 전원 on시 마다 절대 위치 기준점을 찾게 되고 검출된 절대위치는 로스팅 방법에 따른 외측 드럼의 각도 조정 시 열원 입사각에 맞게 조정하게 된다.

한편, 로스팅이 진행됨에 따라 생두가 볶아짐으로써 스모크가 발생하는 바, 이 스모크를 배출하고, 또는 내부드럼(5)의 내부 온도를 조절하기 위하여 댐퍼(Damper;40)가 요구된다.

이러한 댐퍼(40)는 하우징(3)의 상부에 상향으로 돌출된 덕트(Duct;42)와; 덕트(42)의 상부에 배치되어 덕트(42) 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배기팬(44)과; 덕트(42)의 하부에 배치되어 덕트(42)로 유입되는 공기의 유입양을 조절하는 조절판(46)과; 조절판(46)을 회전시키며 제어부(18)에 연결되어 온도신호에 연동하여 구동하는 제 3모터(M3)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 댐퍼(40)에 있어서, 로스터기에 장착된 온도센서(S)로부터 감지된 하우징(3) 내부의 온도가 제어부(18)로 전송되며, 제어부(18)은 온도값에 따라 제 3모터(M3)에 신호를 전송함으로써 제 3모터(M3)를 구동시킨다.

이때, 제 3모터(M3)는 일정 각도만 회전 가능하고, 정역회전이 가능한 서보모터를 의미한다.

예를 들면, 서보모터에 PWM 신호가 수신되면, 듀티비(duty ratio)에 따라 서보모터의 회전각이 결정되고 회전각 만큼 회전축이 회전함으로써 조절판(46)이 움직인다.

따라서, 제 3모터(M3)가 구동함에 따라 조절판(46)은 소정 각도로 회전하여 덕트(42)의 입구를 차단하거나 개방하게 된다.

이때, 제어부(18)은 내부 드럼 온도 혹은 하우징(3) 내부 온도에 따라 제 3모터(M3)를 보다 차등화하여 구동시킬 수 있다.

즉, 생두 발열 시점, 스모크 과다 배출 시점, 혹은 로스터기 내부 온도에 따라 댐퍼(40)의 회전각을 적절하게 조절할 수 있다.

예를 들면, 전체 로스팅 시간 12분 중 처음 1분간은 댐퍼(40)를 100%개방, 2분까지는 20%, 8분까지는 50%, 12분까지는 80% 등으로 설정할 수 있다.

또는, 로스터기의 내부 온도가 상승함에 따라 댐퍼(40)도 비례하여 개방하는 방식이다.

예를 들면, 내부 온도가 기준값에 도달하면 댐퍼(40)를 10% 더 개방하고, 기준값보다 5℃ 이상 증가하면 댐퍼(40)를 20% 더 개방하는 방식이다.

그리고, 덕트(42)의 상측에 배치된 배기팬(44)은 통상적인 구조의 팬을 의미하며 하우징(3) 내부의 스모크를 외부로 배출하는 역할을 한다.

상기 덕트(42)는 하우징(3)의 내측 상부에 배치된 내부덕트(26)와 연결됨으로써 하우징(3) 내부의 연기가 효과적으로 배출될 수 있다. 이러한 내부덕트(26)는 연기 흡입구(28)가 다수개 배치되며, 각 연기 흡입구(28)는 서로 일정 간격씩 떨어져 배치된다. 따라서, 하우징 내부의 연기가 각 흡입구(28)를 통하여 신속하게 내부덕트(26)로 유입된 후 덕트(42)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

그리고, 하우징(3)의 내부 일측에는 송풍팬(50)이 장착됨으로써 버너(11)에서 발생된 열을 내부드럼(5) 방향으로 대류시켜서 로스팅하게 된다.

상기 송풍팬(50)은 통상의 팬으로서 모터의 구동에 의하여 회전함으로써 송풍을 하는 구조이다. 이러한 송풍팬(50)은 하우징(3)의 내부에 장착되며 외부드럼(7)의 인접 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

따라서, 버너(11)에서 발생된 열이 하우징(3)의 내부 공간으로 전달되며, 송풍팬(50)이 구동하여 대류를 형성함으로써 열을 외부드럼(7)로 공급하게 된다.

그리고, 외부드럼(7)의 내부로 공급된 열은 내부드럼(5)으로 전달됨으로써 로스팅이 진행될 수 있다.

한편, 열원을 공급하는 버너(11)는 하우징(3)의 내부 하부 및 상부에 각각 배치된다. 하부에 배치되는 하부버너(52)는 상향류의 열풍을 형성함으로써 외부드럼(7) 방향으로 공급하고, 최종적으로는 내부드럼(5)으로 공급되도록 하여 로스팅을 실시할 수 있다.

또한, 상부에 배치되는 상부버너(54)는 하향류의 열풍을 형성함으로써 외부드럼(7) 방향으로 공급한다. 따라서, 하우징(3) 내부에서 하부버너(52)에 의하여 열풍이 하부에 집중되고 상부는 상대적으로 저온 상태가 될 수도 있는 바, 하우징(3)의 상부에 상부버너(54)를 장착함으로써 상부 공간에도 열이 전달됨으로써 상부 및 하부의 온도차가 보완될 수 있다. 또한, 외부드럼(7)에서 배출된 스모크를 2차적으로 연소시켜서 제연효과도 기대할 수 있다.

상기 버너는 화염에 의하여 열을 발생시키는 방식일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 열선 혹은 발열체 등 열을 발생시킬 수 있는 구성은 모두 포함가능하다.

한편, 호퍼(8)는 하우징(3)의 일측에 배치되어 원두를 내부드럼(5)에 공급하는 통로역할을 한다. 이러한 호퍼(8)는 내부드럼(5)의 개방된 측면을 통하여 내부드럼(5)의 내측에 연결됨으로써 투입된 원두를 내부드럼(5)으로 공급할 수 있다.

이때, 호퍼(8)는 통상적인 형상을 가질수도 있으나, 필요에 따라 개폐가능한 구조일 수도 있다.

즉, 호퍼(8)의 입측에 개폐가능한 구조의 도어를 장착하고, 원두를 투입하는 경우에는 이 도어를 개방하고, 투입 후에는 도어를 닫는 구조이다.

한편, 제어부(18)는 제 1 및 제 2구동부(15,17)와, 위치검출부(13)와, 온도센서(S)와 연동함으로써 온도, 시간 등의 변수에 따라 외부 및 내부드럼(7,5)을 적절하게 회전시켜서 로스팅을 진행하게 된다.

이러한 제어부(18)는 입력창을 통하여 로스팅 타입, 로스팅 시간, 온도 등이 입력되는 입력모듈(60)과; 입력값에 따라 내부 및 외부드럼(5,7)의 회전속도, 회전각, 로스팅 개시시점 등을 연산하는 연산모듈(62)과; 연산된 값에 따라 제 1 및 제 2모터(M1,M2)에 신호를 전송하여 내부 및 외부드럼(5,7)을 소정 속도로 회전시켜서 로스팅을 진행시키고, 내부드럼(5)의 온도값에 따라 댐퍼(40)를 소정 각도로 개방작동시킴으로써 스모크를 배출하는 출력모듈(64)을 포함한다.

입력모듈(60)은 로스팅에 연관된 데이터들이 입력되는 바, 예를 들면 로스팅 타입, 로스팅 시간, 로스팅 시작 온도, 그리고 로스팅 정도 등의 데이터가 입력된다.

로스팅 타입은 제 1직화식 모드, 제 2 직화식 모드, 그리고 간접식 모드의 3가지 모드를 포함하며, 상기 방식에서 1가지,2가지,또는 3가지 로스팅 모드를 선택하여 진행 할 수 있다. 예를 들어, 총 로스팅 시간이 12분인 경우, 1가지 로스팅 모드를 선택하여 12분 동안 로스팅 할 수 있거나, 또는 3가지 모드를 일정 시간 부분씩 결합하여 하나의 로스팅 타입으로 구성한 컴비네이션(Combination) 모드도 포함할 수 있다.

예를 들면, 로스팅 시간 총 12분을 제 1직화식 모드 6분, 제 2직화식 모드 3분, 그리고 간접식 모드 3분으로 설정할 수 있다.

이때, 로스팅 시간은 사용자가 수동으로 입력할 수도 있고, 혹은 제어부(18)가 해당 로스팅 타입에 가장 적합한 시간을 자동으로 연산할 수도 있다.

로스팅 시작 온도는 로스팅을 시작하는 온도를 의미하며, 생두의 밀도,크기, 수분등의 정보에 따라 다르게 설정 할 수 있다. 예를 들어 수분이 많은 생두는 205℃에서 로스팅을 시작할 수 있고 반면에 수분이 적은 생두는 195℃ 정도에서 로스팅을 시작할 수 있다.

그리고, 로스팅 정도는 미디엄 로스트,하이 로스트,시티로스트등과 같이 생두를 굽는 정도에 따라 로스팅을 완료하는 시점을 예상할 수 있다.

이와 같이 입력모듈(60)을 통하여 로스팅과 관련된 설정값들이 입력되면 연산모듈(62)에 의하여 내부 및 외부드럼(5,7)의 회전속도, 회전각, 로스팅 개시 시점, 댐퍼(40) 개방각 등이 연산될 수 있다.

이러한 연산모듈(62)에 있어서, 입력된 로스팅 타입, 시간, 온도에 따라 이에 적합한 내부 및 외부드럼(5,7)의 회전속도를 연산하게 된다.

예를 들면, 내부드럼의 경우 드럼 회전 속도는 45~60rpm 범위내에서 진행하고, 외부드럼(5,7)은 선택된 열원 입사각만큼만 회전하고 배분 시간 동안 정지 상태로 유지되어야 함으로 특별히 회전 속도 제한은 없다. 외부드럼의 회전 속도는 내부드럼 속도와 동일해도 무관하다.

물론, 사용자가 직접 수동으로 내부 및 외부드럼(5,7)의 회전속도를 입력할 수도 있다.

그리고, 연산모듈(62)은 외부드럼(7)의 현재 위치를 파악하여 회전각을 연산하게 된다. 즉, 외부드럼(7)의 인접위치에 배치된 위치검출부(13)에 의하여 외부드럼(7)의 현재 위치를 파악한다.

예를 들면, 외부드럼(7)의 첫 회전에서는 외부드럼(7)을 1스텝당 2°씩 회전시키면서 160스텝까지 각 스텝별 위치값을 스캔하여 절대 기준위치값을 설정한다.

그리고, 두번째 회전에서는 회전시 스캔된 위치값이 제어부(18)에 전송되어 기 설정된 상기 절대 기준위치값과 비교함으로써 현재 위치값을 인식할 수 있다.

그리고, 이 현재 위치값과 상기에서 연산된 회전각을 비교하여 외부드럼(7)의 회전각도를 연산할 수 있다.

또한, 로스팅 개시 시점을 연산할 수도 있다. 예를 들면, 내부드럼(5)의 온도가 205℃에 도달하면 로스팅을 시작하는 것으로 미리 설정되어 있다면 온도센서(S)로부터 전송된 온도값에 의하여 내부드럼(5)의 온도를 파악하고 연산모듈(62)은 해당 온도에 도달한 것으로 판단한다.

물론, 사용자가 직접 수동으로 로스팅 개시 온도를 입력할 수도 있다.

그리고, 연산모듈(62)은 댐퍼(40)의 개방각도를 연산할 수도 있다.

즉, 연산모듈(62)은 온도센서(S) 혹은 타이머(Timer)와 연동함으로써 로스팅의 터닝 포인트, 생두 엘로우 변환 시점, 메일라드 반응 시점, 캐러멜화 시점, 1차 크랙 시점, 2차 크랙 시점등에 대한 온도 정보에 따라 댐퍼(40)의 회전각을 적절하게 조절할 수 있다.

예를 들면, 사용자가 전체 로스팅 시간 12분 중 처음 1분간은 댐퍼(40) 100%개방, 2분까지는 20%, 8분까지는 50%, 12분까지는 80% 등으로 설정한 경우,

연산모듈(62)은 로스팅 시간이 해당 시간에 도달하였는지를 판단하고, 도달한 경우, 출력모듈(64)을 통하여 댐퍼(40)를 제어함으로써 소정 각도로 개방할 수 있다.

상기한 바와 같이, 연산모듈(62)에 의하여 내부 및 외부드럼(5,7)의 회전속도, 회전각, 로스팅 개시 시점, 댐퍼(40) 개방각이 연산되면, 연산된 값에 의하여 출력모듈(64)이 제 1 내지 제 3모터(M1,M2,M3)에 신호를 전송함으로써 로스팅 과정을 제어하게 된다.

즉, 출력모듈(64)은 연산모듈(62)에 의하여 로스팅 타입, 시간, 온도 등이 연산되면, 제 1모터(M1)에 신호를 전송함으로써 내부드럼(5)을 일정 rpm 및 시간으로 회전시킨다.

또한, 제 2모터(M2)에 신호를 전송함으로써 3가지 로스팅 모드인 제 1 및 제 2직화식 모드, 간접식 모드, 혹은 콤비네이션 모드에 따라 외부드럼(7)을 일정 각도로 회전 유지시킨다.

그리고, 제 3모터(M3)에도 신호를 전송함으로써 댐퍼(40)의 조절판(46)을 일정 각도로 회전시켜서 덕트(42)를 통과하는 스모크의 통과면적을 가변시키게 된다. 따라서, 생두 발열 시점, 스모크 과다 배출 시점, 혹은 로스터기 내부 온도에 따라 적절하게 스모크를 배출시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 외관을 형성하며, 일측에는 생두를 공급하는 호퍼(8) 및 원두 배출구(26)가 장착되고 타측에는 스모크가 배출되는 댐퍼(40)가 배치되는 하우징(3)과;
   하우징(3)의 내측에 배치되어 열을 공급하는 버너(11)와;
   하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되어 버너(11)에서 전달된 열을 이용하여 생두를 가열함으로써 로스팅을 진행하는 내부드럼(5)과;
   하우징(3)의 내측에 회전가능하게 배치되며, 내부드럼(5)의 외측을 감싼 통형상으로서, 원주면을 구역별로 구분(partition)하고 각 구역의 열 통과 비율을 차등화함으로써 버너(11)에서 전달된 열의 입사양을 가변시켜서 내부드럼(5)에 전달함으로써 복수의 로스팅 모드를 제공하는 외부드럼(Outer drum;7)과;
   내부드럼(5) 및 외부드럼(7)을 회전시키는 구동부(15,17)와;
   외부드럼(7)의 인접위치에 배치되어 외부드럼(7)의 현 위치를 감지하는 위치검출부(13)와;
   외부 및 내부드럼(7,5)의 온도를 감지하는 온도센서(S)와; 그리고
   구동부(15,17)와, 위치검출부(13)와, 온도센서(S)를 제어하여 외부 및 내부드럼(5)을 회전시켜서 로스팅을 진행하는 제어부(18)를 포함하는 가변형 커피 로스팅 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   외부드럼(7)은 통형상으로서, 외부드럼(7)이 3구역으로 구분되는 바,
   외부드럼(7)는, 개방됨으로써 버너(11)의 열원이 외부드럼(7)의 내부로 전달되도록 하여 제 1직화식 모드를 구현하는 개방부(25)와; 다수의 홀이 형성되어 제 2직화식 모드를 구현하는 타공부(27)와; 홀이 형성되지 않음으로써 밀폐되어 간접식 모드를 구현하는 차단부(29)를 포함하며,
   외부드럼(7)의 3구역은 로스팅 모드에 따라 외부드럼(7)이 회전하여, 각 모드에 따라 열원에 대한 입사각 및 로스팅 시간이 차등적으로 적용됨으로써 3가지 로스팅 모드를 선택적으로 구현할 수 있는 가변형 커피 로스팅 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   구동부(15,17)는 내부드럼(5)을 회전시키는 제 1구동부(17)와, 제 1구동부(17)와 떨어져 배치되며 외부드럼(7)을 회전시키는 제 2구동부(15)를 포함하며,
   제 1구동부(17)는 내부드럼(5)의 내부를 길이방향으로 관통하며 하우징(3)에 베어링에 의하여 회전가능하게 지지되는 제 1회전축(19)과; 제 1회전축(19)의 단부에 연결되어 회전력을 발생하는 제 1모터(M1)를 포함하는 가변형 커피 로스팅 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   제 2구동부(15)는 외부드럼(7)의 일측면에 돌출된 관체(30)와; 외부드럼(7)과 일정 거리 떨어져 배치되는 제 2모터(M2)와; 관체(30)와 제 2모터(M2)를 연결하여 회전력을 전달하는 동력전달부재(32)를 포함하는 가변형 커피 로스팅 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   위치검출부(13)는 외부드럼(7)로 광을 조사하는 발광소자(34)와; 외부드럼(7)에서 반사된 광이 입사되는 수광소자(36)를 포함하며,
   외부드럼(7)의 첫 회전에서는 외부드럼(7)을 1스텝당 2°씩 회전시키면서 160스텝까지 각 스텝별 위치값을 스캔하여 절대 기준위치값을 설정하고,
   두번째 회전에서는 회전시 스캔된 위치값이 제어부(18)에 전송되어 기 설정된 상기 절대 기준위치값과 비교함으로써 현재 위치값을 인식하고, 외부드럼(7)의 회전각도를 조절할 수 있는 가변형 커피 로스팅 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   댐퍼(40)는 하우징(3)의 상부에 상향으로 돌출된 덕트(42)와; 덕트(42)의 하부에 배치되어 덕트(42)로 유입되는 공기의 유입양을 조절하는 조절판(46)과; 조절판(46)을 회전시키며 제어부(18)에 연결되어 온도신호에 연동하여 구동하는 제 3모터(M3)를 포함하며,
   상기 댐퍼(40)는 하우징(3)의 내측 상부에 배치되어 덕트(42)와 연통됨으로써 하우징(3) 내부의 연기가 배출되는 내부덕트(26)와 연결되며, 내부덕트(26)에는 다수개의 연기 흡입구(28)가 서로 일정 간격씩 떨어져 배치되는 가변형 커피 로스팅 장치.
7. 제 2항에 있어서,
   제어부(18)는 입력부를 통하여 로스팅 타입 및 로스팅 시간이 입력되면, 로스팅 타입에 따라 외부드럼(7)의 입사각을 결정하고, 위치 검출부(13)에 의하여 파악된 외부드럼(7)의 현재 위치와 입사각을 연산하여 제 2모터(M2)에 신호를 전송하여 외부드럼(7)을 일정 각도로 회전시킴으로서 로스팅을 진행하며, 내부드럼(5)의 온도센서(S)로부터 측정된 온도값에 따라 댐퍼(40)를 소정 각도로 개방작동시킴으로써 스모크를 배출하는 가변형 커피 로스팅 장치.

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