KR102339349B1 - 일회분 캡슐을 위한 커피 머신 - Google Patents

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큐보 커피 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따르면, 일회분 캡슐(12)을 위한 브루잉 챔버를 형성하기 위한 브루잉 모듈(10)을 가지며, 펌프(5) 및 일반적으로 또한 브루잉 챔버로 가압 하에 물을 공급하기 위한 물 가열기(7)를 갖는, 추출 기기, 특히 커피 머신이 제공된다. 또한 추출 기기는 펌프를 위한 제어부(9) - 상기 제어부(9)는 펌프 내로 통합되거나 또는 펌프의 적어도 부분적으로 외부에 존재할 수 있으며 - 그리고 브루잉 챔버 내로 유체 흐름을 측정하기 위한 수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 제어부(9)는, 적어도 미리 정해진 조건들 하에서, 펌프(5)의 펌프 동력이 유체 흐름에 종속되도록 형성되며 구체적으로 작은 유체 흐름이 주어지는 경우, 펌프 동력은 큰 유체 흐름에 비해 감소하도록 구성된다.

Description

일회분 캡슐을 위한 커피 머신{COFFEE MACHINE FOR SINGLE-PORTION CAPSULES}
본 발명은 캡슐 안에 함유되어 있는 추출 재료(extraction material), 예를 들면 원두 커피(커피 분말)로부터 음료 등을 제조하기 위한 추출 기기(extraction appliance) 분야에 관한 것이다.
다른 것들 사이에서 일회분 포장(portion package) 안에 존재하는 추출 재료로부터 음료 등을 제조하기 위한 추출 기기들은 커피 머신 또는 에스프레소 머신으로 알려져 있다. 많은 상응하는 시스템들에서, 일회분 포장은 캡슐로서 설계되며, 그 안에 추출 재료가 예를 들면 기밀(airtight) 방식으로 밀봉된다. 추출은 위해, 캡슐은 예를 들면 서로 반대편인 2개의 측부에서 천공된다. 일반적으로 뜨거운 물인 추출 유체는 제1 측부에서 도입된다. 추출물(extraction product)은 제2 측부에서 캡슐로부터 배출된다.
다양한 타입의 커피, 특히 에스프레소(espresso), 리스트레또(ristretto) 또는 에스프레소 룽고(espresso lungo) (스위스에서는
Figure 112016125007916-pct00001
로 불리는)의 제조를 위해 물은 비교적 큰 압력하에서 - 펌프 압력은 보통 15 내지 20 bar 사이 - 캡슐 내로 도입되어야 하며, 커피 애호가들 사이에 매우 인기있는 소위 "크레마(crema)"가 형성될 수 있는 것은 단지 충분히 높은 브루잉 압력의 경우이다.
그러나, 브루잉(brewing)시, 일부 캡슐의 경우 그리고 실제로 곱게 간 커피의 경우, 흐름 - 따라서 캡슐 내로 유입되는 (및 또한 이것에 남아있는 잔류량을 제외하고 캡슐 밖으로 다시 유출되는) 유체의 체적 흐름이 갑자기 크게 떨어지며 따라서 사용자가 소정의 브루잉 시간(brewing time)이 주어지는 경우 불완전한 커피를 얻는 것이 발견되었다. 이것은 성가신 일이다. 정해진 유체 양이 관류될 때까지 브루잉 과정이 계속 수행되도록 커피 머신을 제어하는 것이 가능할지라도, 그러나 이것은 펌프의 더 큰 부하로 이어질 뿐만 아니라, 또한 맛과 관련한 불만족스러운 결과로 이어진다.
브루잉 과정 동안 우세한 캡슐 특성 및/또는 조건의 불가피한 변동이 주어지는 경우라도, 고품질 요구사항을 충족하는 음료가 사용되는 캡슐들의 매우 높은 비율로부터 브루잉될 수 있는 것을 보장하는 수단을 포함하도록 설계될 수 있는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 추출 기기, 특히 커피 머신은 추출물로서 음료 등을 제조하기 위해 제공된다. 추출 기기는 물을 가압 하에 브루잉 챔버(brewing chamber)로 공급하기 위한 펌프를 포함하는 물 공급부 및 일반적으로 또한 물 가열기(보일러 또는 순간 물 가열기)를 구비한 일회분 캡슐(portion capsule)을 위한 브루잉 챔버를 형성하기 위한 브루잉 모듈을 포함한다. 또한 추출 기기는 적어도 펌프의 제어부를 포함하며 - 이 제어부는 펌프 내로 통합될 수 있거나 펌프의 적어도 부분적으로 외부에 존재할 수 있으며 - 또한 브루잉 챔버 내로의 유체 흐름을 측정하기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 본 태양에 따르면, 제어부는 펌프의 펌프 동력이 적어도 일정 전제조건들 하에서 유체 흐름에 종속되도록 형성되며 이것은 큰 유체 흐름에 비해 작은 유체 흐름의 경우 펌프 동력이 감소되도록 하는 것이다.
이러한 개략적으로 설명된 과정은 펌프의 제어 변수(조절 변수)가 펌프 동력 자체인지 또는 예를 들면 속력 또는 펌프 압력인지 관계 없이 기능한다. 중요한 것은 단지 펌프 내로 효과적으로 유입하는 동력이 낮은 유체 흐름이 주어지는 경우 감소되며, 그리고 이것은 또한 펌프 동력 자체 이외의 이러한 변수의 제어부가 주어지는 경우도 마찬가지이다는 사실이다.
이러한 과정은 반직관적이다. 보통, 유체 흐름을 다시 증가시키고 이것을 적어도 설정값, 즉 목표값에 근접하게 가져오기 위하여, 너무 낮은 유체 흐름이 주어지는 경우 동력이 상승하는 것을 예상할 수 있다.
그러나, 높은 압력이 관류 저항을 증대시키는 조건들은 일회분 캡슐을 갖는 시스템을 가져올 수 있다는 것이 발견되었다. 극단적인 경우, 최대 펌프 압력에 도달하는 경우 처리량이 이로 인해 완전한 정지 상태로 올 수 있다. 이것은 종래의 펌프 작동의 경우 막힘으로 이어진다. 이러한 조건들을 갖는 본 발명에 따르는 절차는 브루잉 챔버 내의 압력이 감소되는 것을 가능하게 하며, 이것은 막힘을 제거한다.
도 3a는 캡슐의 내부 압력의 시간 경과에 따른 변화를 도시하며(점선) 그리고 일반적인 기능 브루잉 공정 동안 전형적으로 측정된 캡슐 내로의 흐름의 시간 경과에 따른 변화를 도시한다(실선). 캡슐은 브루잉 공정 초기에 물로 채워진다. 흐름은 크다. 물이 공급된 추출 물질이 추출측의 방향으로 밀려지고 및/또는 팽창하자마자 역압(counter-pressure)이 발생한다. 캡슐 및 추출측 천공 장치의 실시형태에서, 캡슐의 런아웃(run-out) 개구부들이 유입 과정의 경우 아직 개방되지 않고, 압력이 성장함에 의해 단지 완전히 개방된다는 사실로 인해 역압이 또한 증대될 수 있다. 흐름 및 압력은 어떤 레벨로 설정되며 나머지 브루잉 시간 동안 대략 일정하게 유지된다. 매우 짧은 브루잉의 경우 - 예를 들면 에스프레소에 대해 - 이러한 일정한 레벨이 설정되기 전에 브루잉은 또한 완료될 수 있다. 19 bar의 달성 가능한 펌프 압력(전형적인 커피 머신 진동 다이어프램 펌프)이 주어지는 경우, 설정 압력은 예를 들면 캡슐 특성에 의존하면서 5 bar 내지 16 bar 사이의 값에 놓일 수 있다. 일정 시간 후 설정되며 그 후 대략 일정하게 유지되는 흐름은 이하에서는 "정상 흐름(normal flow)"이라고 지칭된다.
도 3b는 막힘이 발생하는 상황을 도시한다. 도 3b의 실선은 시간 경과에 따른 흐름의 변화를 또한 도시하며, 점선은 시간 경과에 따른 압력의 변화를 도시한다. 파라미터들은 초기 단계에서 동일해 보이며 캡슐은 물로 채워진다. 그러나 캡슐 내 저항은 브루잉 과정 동안 크게 증가한다. 브루잉 압력은 펌프(펌프 압력)에 의해 달성될 수 있는 거의 최대 압력까지 상승하며 흐름은 연속적으로 감소한다. 종래기술에 따르면, 안전을 이유로 그리고 시스템의 과열을 방지하기 위하여, 비록 요구되는 추출물 양이 아직 브루잉되지 않았더라도, 펌프는 소정의 흐름 한도 이하에서 또는 소정의 시간 후 꺼지며, 브루잉은 조기에 종료된다. 이 때문에 적용된 캡슐은 폐기되며, 이것은 사용자에게는 상당히 성가신 일일 수 있다.
흐름의 감소가 너무 큰 것과 관련된 종종 발생하는 이들 관측된 문제점들은 한편으로는 일회분 캡슐 그리고 다른 한편으로는 팽창 추출물(특히 커피 분말)의 기능 방식의 상호 작용에 의해 설명될 수 있다. 특히 유체가 캡슐 밖으로 흐르는 채널들은 비교적 작은 치수를 가질 필요가 있으며, 따라서 캡슐 내의 압력은 유지될 수 있는 경우가 있다. 추출물이 흘러가는 경우 극복해야 하는 저항은 예를 들면 되풀이해서 발생하는 커피 분말 분쇄의 분말도의 캡슐 특성의 작은 변동 때문에 약간 더 높을 수 있는 경우가 발생할 수 있다. 이때 자기-강화 효과들이 발생할 수 있다.
첫 번째 이러한 가능한 효과는 예를 들면 추출물이 비교적 곱게 갈아지는 경우, 뜨거운 물, 압력 및 온도의 상호 작용으로 인해 캡슐의 추출측 경계에서 커피의 베드(bed)의 형성이다. 이러한 커피 베드는 보통의 브루잉에 대해 더 이상 충분히 침투성이지 못한다. 흐름 속도는 다른 커피 분말이 커피 베드 내로의 가압으로 인해 캡슐 내에 이때 상승하는 압력 때문에 떨어지며, 브루잉 공정은 극단적인 경우 정지하게 된다.
첫 번째 효과와 상호 작용하는 또 다른 가능한 효과는, 특히 이것이 너무 큰 개구부들의 형성에 저항하는 플라스틱 예를 들면 (폴리프로필렌 등)과 같은 비교적 질긴 물질로부터 형성되는 경우, 일회분 캡슐의 추출 개구부들의 형성에 관련된다.
도 4는 예를 들기 위해 브루잉 챔버의 폐쇄시 캡슐을 뚫거나 또는 폐쇄 후에도 추출측에서 상승하는 캡슐 내부 압력의 작용으로 인해, 이러한 수단에 의해 추출물이 배출될 수 있는 추출측 천공 장치(12)의 실시예를 도시한다. 여기에 도시된 천공 장치는 본 명세서에서 명시적으로 언급되는 유럽 특허 출원 13 185 359.0의 천공 장치에 대응한다. 천공 장치는 베이스 플레이트(base plate)(102) 및 베이스 플레이트로부터 브루잉 챔버의 내부로 돌출하는 복수의 추출 스파이크들(103)을 포함한다. 각 추출 스파이크는 여기서는 피라미드 형상인 본체를 포함하며 이것은 첨단부(tip)(105)를 향해 테이퍼진다(점점 가늘어진다). 외향으로 돌출하는, 축방향 리브들(120)은 측방향 표면(111)을 따라 연장한다. 통로 개구부(108)는 각각의 경우에 리브들의 양측에서 베이스 플레이트에 형성된다.
천공 후 캡슐벽은 추출 스파이크(103)의 베이스(하부 부분, 예를 들면 대략적으로 리브 두께가 상향으로 테이퍼지기 시작하는 위치에 대해)를 칼라가 형성되는 방식으로 둘러쌀 것이며 캡슐의 내부 압력에 의해 이들 스파이크들(103) 상으로 가압될 것이다. 이에 의해, 채널은 리브들(120)의 베이스를 따라 이들 리브들의 각진 횡단면으로 인해 자유롭게 유지되며, 이 채널을 통해 추출물은 캡슐 밖으로 흘러 통로 개구부들 내로 흐르며 이들을 통해 떠난다.
도 5는 캡슐벽(21)을 갖는 리브들(120) 중 하나의 횡단면도를 도시하며 캡슐벽은 리브에 지지된다. 참조번호 22는 캡슐 내에 존재하는 커피 분말을 매우 개략적으로 도시하지만, 실제로 커피 분말은 본질적으로 전체 캡슐벽(21)을 따라 존재한다. 이중 화살표에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 캡슐의 내부 압력은 캡슐벽을 추출 스파이크 상으로 가압한다. 이것은, 특히 캡슐벽(21)이 고온의 물로 인해 상승된 온도 때문에 더 연질이 되는 경우, 채널들(140)의 횡단면 면적을 통로 개구부들로 감소시킨다. 이러한 효과는, 너무 높은 압력의 경우, - 캡슐의 유형에 의존하면서 - 채널들(140)의 좁아짐으로 인해 추가적으로 또는 대안적으로 막힘으로 이어질 수 있다.
이들 2개의 효과들의 조합은 또한 특히 캡슐벽(21)에 대한 커피 베드의 가압을 가져올 수 있으며, 그 부분에 대한 상기 가압은 채널들(140)의 크기를 감소시키거나, 또는 압력으로 인해 크기가 이미 감소한 채널들의 입구에 커피 베드의 형성을 가져올 수 있다.
이들 효과들은 도 4에 도시된 바와 같이, 추출 스파이크의 특정 설계에 의존하지 않는다. 그에 반해서, 이들은, 유체를 안내하는 채널들이 예를 들면 측방향 표면(111)을 따라 그루브(groove) 내에서 및/또는 측방향 표면의 개구부들을 통해 추출 스파이크의 내부로 진행하는 경우에도, 발생한다. 이것은 도 6 및 도 7에 매우 개략적으로 도시된다.
도 6은 브루잉 챔버의 폐쇄시 캡슐을 뚫거나 또는 폐쇄 후에도 추출측에서 상승하는 캡슐 내부 압력의 효과로 인해, 이러한 수단에 의해 추출물이 배출될 수 있는 추출측 천공 장치(12)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 천공 장치(perforation device)는 베이스 플레이트(base plate)(102) 및 베이스 플레이트로부터 브루잉 챔버의 내부로 돌출하는 복수의 추출 스파이크들(103)을 포함한다. 각 추출 스파이크는 여기서는 피라미드 형상인 본체를 포함하며 이것은 첨단부(tip)(105)로 테이퍼진다(점점 가늘어진다). 돌출부들(130)은 측방향 표면(111)을 따라 연장한다. 채널형 개구부들(140) 형태의 통로 개구부들은 각각의 추출 스파이크들(103)의 돌출부들의 상부측에서 측방향 표면 내에 형성된다.
이들 실시형태들의 경우 막힘이 또한 발생할 수 있으며, 상기 막힘은, 도 7에 도시된 바와 같이, 캡슐 내부 압력 때문에 개구부들(140)의 폐쇄부의, 커피 베드의 효과로 인한 또는 상기 효과들의 조합에 의해 더 높은 압력에서 발생한다.
또한, 캡슐 내부 압력은, 마찰과 결합하여, 캡슐벽의 개구부의 진입을 방지할 수 있으며, 상기 개구부는 베이스를 향해(도 4 및 도 6에서 바닥으로) 충분히 멀리 슬라이딩함으로부터 팁(105)에 의해 형성되어 채널들의 진입을 풀어주며(도 4에서, 리브들(120)의 상부측 단부에서, 도 6에서 개구부들(140)의 상부측 단부에서), 이것은 추출 스파이크들의 가장 다양한 설계들의 경우에도 마찬가지이다.
이제 본 발명의 절차에 따르면, 펌프 동력 및 그 결과로서 캡슐 내부 압력이 막힘에 대한 반응으로서 감소되는 경우, 그러면 채널들(140)은 감소된 압력 때문에 확장될 수 있다. 이와 관련된 캡슐 내의 운동들은 경우에 따라 존재하는 커피의 베드를 또한 풀어줄 수 있다. 또한, 캡슐벽은 감소된 마찰로 인해 각각의 천공 스파이크를 따라 더욱 용이하게 미끄러질 수 있으며, 따라서 채널로의 입장을 향상된 정도로 풀어준다. 막힘이 사라진다.
측정된 흐름에 대한 조절 변수(펌프 동력, 속도, 압력, 등)의 의존성의 선택과 관련한 다양한 가능성들이 있다.
첫 번째 간단한 선택사항은 흐름 한계값에 하회하는 경우 동력의 감소이다:
동력(또는 다른 조절 변수)은, 흐름이 - 예를 들면 0과는 다른 계수 K0 (여기서 0 < K0 < 1)만큼 감소함에 의해 - 어떤 한계값을 하회하자마자, 제1 값으로부터 제2 값으로 감소된다. 추출 과정(브루잉 과정)이 완료될 때까지, 제2 값으로 유지되는 조절 변수를 생각할 수 있다. 예를 들면 하나 이상의 한계값으로의 일반화 및 조절 변수의 단차식 적응이 또한 가능하다.
두 번째 선택사항은 연속적인 또는 또한 비-연속적인 보정 함수의 제공이다 (함수가 비-연속적인 경우, 경우에 따라 불연속들에서 이력거동(hysteretic behaviour)을 생각할 수 있다). 동력(또는 다른 조절 변수)은 그때 보정 계수 K에 의해 보정되며, 여기서 K는 적어도 간격에서의 흐름의 함수이다.
일련의 가능성들이 제2 선택사항에 대해 결과한다. 첫 번째, 간단한 가능성은 경우에 따라 이력 현상을 갖는 스텝 함수이며 따라서 신속한 앞뒤로 움직이는 스위칭을 가져올 수 없다. 그때 조절 변수는, 제1 선택사항과 유사하게, 흐름이 어떤 한계값을 하회하자마자 제2 값으로 감소된다. 그러나, 제1 선택사항과는 대조적으로, 흐름이 한계값을 또는 한계값 약간 위에 놓이는 상부 한계값을 초과하자마자 조절 변수는 다시 제1 값으로 점핑한다. 이 가능성의 경우 수 개의 단계들로의 일반화가 또한 가능하다.
두 번째 가능성은 연속적으로 예를 들면 1(흐름이 상한값 위에 놓이는 한)과 흐름에 의존하는 0 < mF < 1 를 갖는 최소 보정 계수 mF 사이에서 선형적으로 변화하는 값의 제공이며, 보정 계수는, 흐름이 하한값 아래에 놓이는 경우, mF에서 선택적으로 일정할 수 있다.
선형 기능 대신에, 또 다른 기능이 상한값 아래에서 또한 선택될 수 있으며, 예를 들면 상이한 구배들을 갖는 수 개의 직선들로 세분, 비-선형 기능 등.
세 번째 가능성에 따르면, 상한값이 또한 제거될 수 있으며, 그리고 조절 변수는 흐름에 의존적인 선형 또는 비-선형 특성들을 따를 수 있으며, 선택적으로 어떤 높은 흐름으로부터 다시 감소하는 펌프 동력을 생각할 수 있다. 이것은 본 발명의 개념에 모순되지 않는데, 왜냐하면 이것이 관계되는 한 중요한 것은 어떤 범위의 유동이 주어지는 경우, 펌프 동력은 흐름이 감소될 때 떨어지도록 제어된다.
펌프 동력이 브루잉 방법의 특징을 나타내는 하나의 측정 변수로서 흐름에 의존하도록 제어부가 구성될 수 있다 (즉 브루잉 방법 동안 측정되는 유일한 측정 변수로서 그리고 이 때문에 펌프 동력이 브루잉 방법 동안 각 캡슐에 계속 적응될 수 있다). 이것은 예를 들면 상이한 브루잉 프로그램들이 존재할 수 있으며 과정이 선택된 브루잉 프로그램에 의존할 수 있는 것을 배제하지 않는다. 예를 들면, 사용자가 브루잉 프로그램들 사이에 수동으로 선택할 수 있으며, 펌프 동력이, 낮은 (너무 낮은) 유체 처리량의 경우 어떤 브루잉 프로그램, 예를 들면 "에스프레소" 또는 "리스트레또"가 선택되는 전제 조건 하에서 단지 감소되며, 반면에 이것은 다른 브루잉 프로그램들의 경우 달성되지 않는 것을 생각할 수 있다.
자동 캡슐 인식은 브루잉 프로그램들 사이의 수동 선택 대신에 또는 이에 추가적으로 또한 생각될 수 있으며, 브루잉 프로그램의 선택은 인식된 캡슐의 특성들에 의존하여 달성된다. 이러한 캡슐 인식은 적절한 예를 들면 추출 기기에 의해 인식되는 광학 또는 자기 - 코드가 제공되는 각 캡슐을 포함할 수 있다. 특히, 인식된 캡슐이 예를 들면 증가된 흐름 저항으로 이어지는, 특히 곱게 간 커피 또는 보다 큰 양의 커피, 또는 로스팅(볶음) 정도, 로스팅 시간, 지방 함량, 습도 또는 혼합물과 같은 다른 커피 특성들을 포함할 때 낮은 (너무 낮은) 유체 처리량이 선택되는 경우 펌프 동력의 감소를 갖는 프로그램을 생각할 수 있다.
물 공급부는 물 탱크를 포함할 수 있으며 물 탱크로부터 물 도관이 펌프 및 물 가열기를 통해 브루잉 모듈로 안내된다. 물 탱크 대신에 찬 물 연결부로의 직접 연결이 또한 배제되어서는 안 된다.
흐름을 측정하기 위한 수단은 흐름 센서(유량계)를 포함할 수 있으며 이것은 물 도관 내에 배치되며, 예를 들면 펌프의 상류 또는 또한 하류 그리고 물 가열기의 상류에 배치된다. 비록 흐름 센서가 뜨거운 물과 접촉하게 되는 가능한 단점을 수반하다 하더라도, 브루잉 챔버에 대한 입구에서의 직접 배치가 또한 배제되지 않는다.
대안으로 흐름을 측정하기 위한 수단은 또한 펌프에 직접 통합될 수 있다. 동력 소모와 다른 파라미터, 예를 들면 속도 또는 진동 주파수 사이의 관계는 예를 들면 또한 흐름의 양을 나타낼 수 있다.
바람직하게는 이들 수단들이 브루잉 챔버의 입구에 직접 배치되지 않는 한, 이를 통해 처음부터 공지되지 않은 유체의 할당이 분기되는 분기가 흐름을 측정하기 위한 수단과 브루잉 챔버 사이에 배치되서는 안 되며, 즉 유체의 일부에 대한 브루잉 챔버를 통한 바이패스가 예를 들면 흐름 센서의 또는 펌프의 하류에 존재해서는 안 된다. 그럼에도 불구하고 경우에 따라 존재하는 바이패스는, 브루잉 챔버 내로의 흐름이 이것에도 불구하고 적어도 대략적으로 측정될 수 있도록 조절되어야 한다.
펌프 동력의 제어를 위해 다양한 가능성들이 존재한다. 교류 진동 다이어프램 펌프의 경우, 음료를 준비하기 위한 기기들에서 널리 보급되어 있는 바와 같이, 동력 제어가 위상각 제어의 형태로 제공될 수 있다. 가변 주파수 또는 속도를 통한 활성화가 또한 가능하다. 또 다른 유형의 동력 제어가 배제되지 않으며, 이들 가운데 펌프의 상류 또는 하류에 작동 가능한 스로틀의 제공.
추출 기기에는 선택적으로 능동 온도 조절이 제공될 수 있다. 이러한 조절은, 흐름이 일정하지 않고 예를 들면 물 가열기로서 순간 물 가열기의 적용의 경우, 그 동력이 마찬가지로 어떤 상황들 하에서는 단순히 일정해서는 안 된다는 사실로 인해 바람직할 수 있다. 능동 온도 조절은 예를 들면 물 가열기 및 브루잉 챔버 사이에서 또는 물 가열기 자체에서의 온도 측정을 포함할 수 있다.
그 자체가 공지된 브루잉 모듈은 수평 브루잉 모듈로서 설계될 수 있으며, 이 경우 캡슐이 삽입에 대해 예상되는 위치(삽입 개구부 등)에서 삽입되며, 그래서 브루잉 챔버는 예를 들면 작동 레버에 의해 밀폐되며, 캡슐은 자동적으로 브루잉 챔버로부터 제거되며 브루잉 과정 후 브루잉 챔버의 갱신된 개구부를 갖는 캡슐 용기 내로 배출된다. 이에 의해 캡술 삽입이 위로부터 달성되며, 브루잉 챔버의 폐쇄는 2개의 브루잉 모듈 부품들의 수평 상대 운동이며, 물은 본질적으로 수평으로 흐르며, 그리고 캡슐 용기는 브루잉 챔버 아래에 형성된다.
예를 들면 서로에 대해 기울어지는 브루잉 모듈 부품들을 가지며, 피스톤 (특히 수직 배치로) 등으로서 설계되는 브루잉 모듈 부품을 가지는 다른 브루잉 모듈 설계들이 공지되며 본 발명에 따르는 추출 기기들에 대해 적합하다
캡슐은 특히 플라스틱 캡슐벽을 포함할 수 있다. 고려되는 플라스틱은 폴리프로필렌이다. 캡슐벽 두께는 0.1 와 0.6 mm 사이, 특히 0.2 mm 와 0.5 mm 사이 또는 0.4 mm일 수 있다. 실시형태들에서, 이것은 WO 2010/118543, 유럽특허출원 13 199 514.4에 대응하는 방식으로 또는 13 199 517.7에 따라 설계될 수 있다.
마찬가지로 본 발명의 요지는 추출 기기를 갖는 제조 시스템 및 추출 기기를 작동하기 위한 방법이다.
브루잉 과정 동안 우세한 캡슐 특성 및/또는 조건의 불가피한 변동이 주어지는 경우라도, 고품질 요구사항을 충족하는 음료가 사용되는 캡슐들의 매우 높은 비율로부터 브루잉될 수 있는 것을 보장하는 수단을 포함하도록 설계될 수 있다.
실시형태 예들이 도면들에 의해 이하에서 설명된다. 도면들에서 동일한 참조번호들은 동일 또는 유사한 요소들을 나타낸다. 도면들은 서로 대응하는 요소들을 나타낼 수 있지만, 이것은 부분적으로 도면에 따라 상이한 축척을 갖는다.
도 1은 추출 기기, 특히 커피 머신의 개략도를 도시하며;
도 2a 내지 도 2f는 조절 변수 보정 계수의 측정된 흐름에 대한 의존성들의 가능성들을 도시하며;
도 3a는 일반적으로 기능하는 브루잉 공정을 갖는 시간에 종속하는 흐름 및 압력의 측정된 의존성을 도시하며;
도 3b는 종래기술에 따르는, 브루잉 공정 동안 막힘의 경우, 시간에 종속하는 흐름 및 압력의 측정된 의존성을 도시하며;
도 4는 추출측 천공 장치를 도시하며;
도 5는 도 4의 천공 장치의 상세 단면도를 도시하며;
도 6은 다른 천공 장치를 도시하며;
도 7은 도 5와 유사한, 도 6의 천공 장치의 상세 단면도를 도시한다.
도 1은 추출 기기, 특히 커피 머신의 개략도를 도시한다. 물 공급부는 물 탱크(1) 및 물 탱크로부터 브루잉 모듈(10)로의 공급 도관(2)을 포함한다. 물은 펌프(5)에 의해 송출되며 브루잉 모듈 내로 유입되기 전에 물 가열기- 여기서는 순간 물 가열기로서 도시된 - 를 통해 흐른다. 공급 도관을 통한 물의 흐름을 측정하는 흐름 센서(3), 및 공급 도관(2)이 분기되지 않기 때문에, 따라서 브루잉 모듈(10)로의 흐름도 또한 펌프의 상류에 배치된다.
펌프 앞에 흐름 센서의 배치는 흐름 센서가 가압 하에 있는 영역에 배치되지 않으며 또한 고온 영역에 배치되지 않는 이점을 갖는다. 그러나, 관류 방향으로, 또는 물 가열기에서, 펌프의 하류 또는 심지어 물 가열기의 하류에 배치하는 것은 흐름 센서의 적절한 설계의 경우에 선험을 배제하는 것은 아니다. 흐름 센서의 펌프로의 통합은 또한 선택사항이다. 여하튼, 이에 의해 측정되는 흐름이 밀폐된 브루잉 모듈이 주어지는 경우와 측정될 캡슐(20)을 둘러싸는 경우 형성되는 브루잉 챔버 내로의 유체 흐름을 가능하게 하도록 배치되어야 한다. 단위 시간당 흐르는 유체 양은 예를 들면 단위 시간당 체적 또는 질량으로서 나타내는, 유체 흐름으로서 표시된다.
그 자체가 공지된 브루잉 모듈은 일회분 캡슐(20) 내로 물을 도입하기 위한 인젝터(11) 및 캡슐에서 포어-아웃(pour-out)(13)으로 유체를 배출하기 위한 배출 장치(12)(또는 추출 장치)를 포함한다.
제어부(9)는 펌프(5), 그리고 경우에 따라 물 가열기도 또한 제어한다. 흐름 센서(3)에 의해 측정되는 흐름 값들, 및, 경우에 따라 선택적인 온도 센서(8)에 의해 측정되는 온도 값들은 제어를 위한 입력 변수들로서 기능한다.
이러한 온도 센서(8)는, 도시된 바와 같이, 공급 도관(2)에 접촉하는 방식으로, 후속하여 물 가열기에, 물 가열기 자체 내에 또는 물 가열기 상에 배치될 수 있다. 제어부는, 온도 센서(8)에 의해 측정된 온도는 항상 어떤 범위 내에서 움직이도록 작동되는 물 가열기에 의해 온도에 대한 제어 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 특히 측정 흐름의 다른 측정값들의 포함이 또한 온도 조절을 위해 가능하다.
또 다른 입력 변수들이 제어부(9)로 안내될 수 있으며 이에 영향을 줄 수 있다.
추출 기기는 예를 들면 입력 모듈 및/또는 프로그래밍 모듈(6)을 가질 수 있으며, 이를 통해 요구되는 유체 양 및 어떤 상황에서는 온도 또한 그리고 어떤 경우에는 요구되는 펌프 동력도 영향을 받을 수 있다.
또 다른 가능성은 캡슐 인식 모듈(15)의 제공이며, 이에 의해 - 예를 들면 삽입된 부분 캡슐의 적절한 코딩에 의해 - 캡슐의 특징을 나타내는 파라미터들, 예를 들면 캡슐이 곱게 간 커피 또는 대조적으로 더 굵게 간 커피를 포함하는지에 대한 정보를 가져올 수 있다.
또한, 펌프 과열 센서 (도면에 미도시) 또는 다른 센서들 또는 입력 가능성들이 존재하는 것이 또한 가능하다.
실시형태들에서, 펌프 동력에 영향을 주기 위하여, 압력계는 필요하지 않으며 일반적으로 이러한 것은 또한 전혀 존재하지 않는다. 본 발명에 따르는 과정의 이점들 중 하나는 이러한 비교적 고가이며 서비스-집약적인 요소 없이 할 수 있다는 점이다.
펌프 활성화는 이들 모든 측정된 파라미터들에 직접 또는 간접적으로 의존될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 측정된 유체 유동이 단 하나의 측정된 변수로서 사용되며, 이 때문에 제어는 브루잉 방법 동안 펌프 동력에 맞춰지는 것을 생각할 수 있다. 모든 다른 파라미터들은, 이들이 펌프 활성화에 영향을 주는 한, 또한 프리세팅 (예를 들면 요구되는 유체 양 또는 적응 펌프 작동의 "온/오프") 또는, 필요한 경우, 브루잉 방법의 종료를 가져오지만 (예를 들면 입력 모듈 및/또는 프로그래밍 모듈(6)을 통해 사용자에 의해 능동적으로 또는 펌프 과열 보호 등에 의해), 바람직하게는 펌프 동력의 적응 활성화는 아니다.
어떻게 조절 변수가 측정된 흐름에 의존될 수 있는지에 대한 가능성들이 도 2a 내지 도 2f에서 스케치되었다. 각 경우, 도면들에서 보정 계수 K는 흐름 F에 의존하여 표시된다. 다음 사항이 펌프 동력 P에 대해 유효하며: P=P0K, 여기서 P0는 정상 동력 또는 최대 동력에 해당하는 것이 가정된다. 동력에 영향을 미치는 또 다른 조절 변수(속도, 주파수 등)은 동력에 유사하게 설정될 수 있다.
도 2a에 따르면, 흐름이 한계값 Fs를 하회하자마자 계수 K는 1에서 값 K0로 감소된다 (또한 도 3b 참조). 감소가 달성된 후, 흐름의 추가 전개에 관계없이 계수는 값 K0에서 유지된다.
도 2a와 대조적으로 수 개의 단계들을 또한 생각할 수 있으며, 예를 들면 상한값의 하회시 K1으로의 감소, 그리고 하한값의 하회시 K2<K1으로의 감소를 생각할 수 있다.
도 2b는 변형예를 도시하며, 이에 따르면 K의 감소 후 흐름이 한계값을 넘어 다시 증가하는 경우 계수 K는 다시 1로 설정된다. 도 2b에 도시된 바와 같이 이력 현상을 생각할 수 있으며, 신속한 앞뒤 스위칭을 방지하기 위하여, 상한값 F's을 초과할 때까지 1로 다시 설정하는 것이 달성되지 않는다. 이 실시형태는 또한 수 개의 단계들 상에서 일반화될 수 있다.
도 2a 및 도 2b의 실시형태들에서, 값 K0는 1 미만 및 0 초과 예를 들면 0.3과 0.8 사이, 특히 0.4와 0.7 사이, 특히 0.5와 0.6 사이에 있을 수 있다.
도 2c는 F의 연속 함수로서 K에 대한 의존성의 예를 도시한다. 값 K는 상한값 FU 위에서 1이며, 하한값 FL에서 최소 보정 계수 Km로 아래로 선형 감소를 갖는다. 값 Km은 예를 들면 0.3과 0.8 사이, 특히 0.4와 0.7 사이, 특히 0.5와 0.6 사이에 있을 수 있다.
상이한 구배들을 갖는 수 개의 직선들을 포함하며 부분적으로 선형이며 전체로서 연속인 함수로서 흐름에 대한 계수(인자)의 의존성은 도 2d에 따르는 실시형태를 결과한다. 도 2e는 연속적, 비-선형 함수에 대한 일반화를 도시한다.
구배가 영역(맨 오른쪽에 실선)에서 음인 의존성 K(F)이 도 2f에 도시된다. 따라서 이 변형예에 따르면, 매우 큰 측정된 흐름들의 경우 펌프 동력이 다시 떨어지는 것이 가능하다.
하위 변형예에 따르면, 캡슐이 경험에 따르는 유체로 채워질 때까지, 브루잉 공정의 바로 시작에서, 큰 흐름들의 경우에도(점선; (1)) 1로 유지되며, 반면에 큰 측정된 흐름들에서 브루잉 공정의 나중 단계에서는 감소되는(실선; (2)) 보정 계수를 선택적으로 또한 생각할 수 있다.
유사하게, 펌프 동력이 매우 작은 측정된 흐름들에서 다시 상승하는 것을 또한 완전히 배제하지는 않을 것이다(그림에서 맨 왼쪽에).
모든 실시형태들에서, 각각의 한계값들, 특히 Fs는 막힘 없는 브루잉을 갖는 정상 작동에서의 각 흐름 값들에 매칭된다. 도 2a 및 도 2b와 같은 스텝들을 갖는 실시형태들에서, 한계값 또는 최대 한계값은 예를 들면 정상 흐름의 50%와 85% 사이에 놓일 수 있다 (캡슐이 물로 채워진 후 소정 시간 후 발생하는 평균 흐름의 맥락에서의 정상 흐름). 연속적인 경로를 갖는 실시형태들에서, 최대 한계값 FU는 예를 들면 정상 흐름의 70%와 110% 사이의 값에 놓일 수 있으며, 가능한 하한값(도 2c 및 도 2d)은 상한값의 0과 최대 70% 사이에 놓일 수 있다.
도 2a 내지 도 2f에 따르는 절차 방식들의 조합들을 또한 생각할 수 있으며, 예를 들면 선형 또는 비-선형 함수, 등과 결합으로, 한계값 하회시 계단형 감소를 생각할 수 있다.

Claims (14)

  1. 캡슐(20)에 함유된 추출 재료로부터 추출물을 제조하기 위한 추출 기기로서, 캡슐을 위한 브루잉 챔버를 형성하기 위한 브루잉 모듈(10)을 가지며, 물을 가압 하에 브루잉 챔버로 공급하기 위한 펌프(5)를 포함하는 물 공급부 및 제어부(9) 그리고 브루잉 챔버로의 유체 흐름을 측정하기 위한 수단을 가지는 추출 기기에 있어서,
    제어부(9)가 구성되어 펌프에 연결되어, 적어도 사전정의된 조건들 하에서, 제어부는 측정된 유체 흐름에 의존하는 방식으로 펌프(5)의 펌프 동력을 제어하며, 작은 유체 흐름이 주어지는 경우 펌프 동력은 큰 유체 흐름에 비해 감소하는 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    물 가열기(7) 및 온도 센서(8)를 포함하며, 제어부(9)가 온도 센서에 의해 측정된 온도에 의존하여 물 가열기(7)를 작동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제어부는, 브루잉 방법의 특징을 나타내며 브루잉 과정 동안 측정되는 단 하나의 측정된 변수로서 흐름에 의존하는 펌프 동력을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    압력계가 없는 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    브루잉 챔버로의 유체 유동을 측정하기 위한 수단은 물 공급의 공급 도관에 배치되는 흐름 센서(3)인 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    캡슐(20)을 인식하기 위한 모듈(15)을 포함하며, 제어부(9)가 인식된 캡슐의 특성에 의존하는 프로그램에 따라서, 측정된 유체 흐름에 의존하여 펌프(5)의 펌프 출력을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    유체 흐름이 한계값을 하회하자마자, 펌프 동력이 0과는 상이한 계수 K0만큼 감소하는 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    펌프 동력은 상한값 하회시 보정 계수 K에 의해 적응되며, 상기 보정 계수는 적어도 간격에서의 유체 흐름의 연속적인 선형 함수인 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  9. 제8항에 있어서,
    상한값 하회시 펌프 동력은 유체 흐름에 의존하는 방식으로 1과 하한값에 있는 최소 보정 계수 Km 사이에서 진행하며, Km의 값은 0.3과 0.8 사이인 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    펌프 동력은 상한값 하회시 보정 계수 K에 의해 적응되며, 상기 보정 계수는 유체 흐름의 연속, 비-선형 함수인 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    추출 기기는 커피 머신인 것을 특징으로 하는 추출 기기.
  12. 추출물을 제조하기 위한 제조 시스템으로서, 제1항 또는 제2항에 따르는 추출 기기 및 추출 재료를 갖는 일회분 캡슐을 포함하며, 그 기하학적 구조와 관련하여 일회분 캡슐은 브루잉 챔버에 매칭되며 천공될 수 있는 캡슐벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    캡슐벽은 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  14. 캡슐(20)에 함유된 추출 재료로부터 추출물을 제조하기 위한, 제1항 또는 제2항에 따르는 추출 기기를 작동하기 위한 방법으로서, 캡슐을 위한 브루잉 챔버를 형성하기 위한 브루잉 모듈(10)을 가지며, 물을 가압 하에 브루잉 챔버로 공급하기 위한 펌프(5)를 포함하는 물 공급부 가지는 추출 기기를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    브루잉 챔버 내로의 유체 흐름이 측정되며 펌프의 펌프 동력이 브루잉 공정 동안 측정된 유체 흐름에 의존하는 방식으로 제어되며, 작은 유체 흐름이 주어지는 경우 펌프 동력은 큰 유체 흐름에 비해 감소되는 것을 특징으로 하는 추출 기기를 작동하기 위한 방법.
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