KR102431315B1 - 에스프레소 추출 장치 및 방법 - Google Patents

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박진우
안형전
노현우
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주식회사 제로쓰로
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Abstract

본 발명의 에스프레소 추출 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 에스프레소 추출 방법은 에스프레소 추출 장치의 추출부에 구비된 센서부의 센싱 데이터를 기초로, 상기 추출부에 인가되는 압력을 조절하는 밸브부 또는 압력부의 동작을 제어하는 제어부에서 수행되는 에스프레소 추출 방법에 있어서, 상기 추출부의 헤드에 포터 필터를 장착하는 단계, 상기 압력부에 유체를 충진하고, 상기 밸브부의 동작을 제어함으로써 상기 압력부 내부의 기포를 제거하는 단계, 상기 추출부에 유체를 충진하고, 상기 밸브부의 동작을 제어함으로써 상기 추출부 내부의 기포를 제거하는 단계, 상기 압력부를 동작시켜, 상기 추출부에 충진된 유체에 압력을 인가함으로써 에스프레소를 추출하는 단계, 상기 센서부를 통해 상기 추출부 내부의 추출 압력을 수신하는 단계 및 상기 추출 압력을 기초로, 상기 압력부의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

에스프레소 추출 장치 및 방법{Device and Method for Extracting Espresso}
본 발명은 에스프레소 추출 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 에스프레소의 추출 시, 추출 압력을 일정하게 유지시킴으로써 맛이 일정한 에스프레소를 추출할 수 있는 에스프레소 추출 장치 및 방법에 관한 것이다.
에스프레소는 포터 필터에 담긴 원두 가루를 탬핑(tamping)하고, 포터 필터를 에스프레소 추출 장치에 장착한 후, 원두 가루에 압력을 가하는 방식으로 추출된다. 이때, 에스프레소의 맛이 일정하게 유지되기 위해서는 에스프레소를 추출하는 동안 원두 가루에 가해지는 압력이 일정하게 유지되어야 한다. 즉, 에스프레소 추출 압력을 일정하게 유지하는 것은 에스프레소 맛 유지에 중요한 요인이다.
일반적인 에스프레소 추출 장치들은 압력을 발생시키는 압력부를 조절하고, 압력부에서 발생하는 압력을 측정하여 에스프레소 추출 압력을 조절한다. 그러나, 이러한 경우, 압력부에서 발생 및 측정되는 압력은 기준 압력에 도달하더라도, 실제로 추출부에서 측정된 추출 압력은 압력부에서 측정된 압력과 상이하게 측정될 수 있다.
예를 들어, 원두 가루의 양, 분쇄도, 신선도 또는 탬핑 상태 등 다양한 요인에 따라 원두 가루에 가해지는 압력 및 추출 압력이 변동될 수 있다. 또한, 에스프레소 추출 장치와 연결된 유로를 제빙기와 같이 물이 사용되는 다른 장치와 공유하는 경우, 에스프레소 추출 장치에 공급되는 물의 양에 영향을 주게 되므로, 에스프레소의 추출 압력에 영향을 줄 수 있다. 이에, 종래의 에스프레소 추출 장치는 다양한 요인들에 의해 추출 압력이 변동됨에 따라, 추출되는 에스프레소의 맛이 일정하지 않다는 문제점이 있었다.
따라서, 압력부가 아닌 추출부에서의 압력을 측정하여, 에스프레소 추출 압력을 보다 정확하게 조절하고, 추출과정에서 추출 압력을 일정하게 유지함으로써 추출되는 에스프레소의 맛을 균일하게 유지할 수 있는 에스프레소 추출 장치 및 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 추출부의 추출 압력을 실시간으로 조절하여, 추출 압력을 기준 압력으로 일정하게 유지할 수 있는 에스프레소 장치 및 그 추출 추출 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 압력부에서 발생하는 압력과 원두 가루에 작용하는 압력 사이의 오차를 최소화할 수 있는 에스프레소 추출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 에스프레소 추출 장치 내부의 기포를 제거하여 에스프레소 추출 압력을 보다 일정하게 유지할 수 있는 에스프레소 추출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 물 온도에 관계없이 에스프레소를 추출할 수 있는 에스프레소 추출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법은 에스프레소 추출 장치의 추출부에 구비된 센서부의 센싱 데이터를 기초로, 상기 추출부에 인가되는 압력을 조절하는 밸브부 또는 압력부의 동작을 제어하는 제어부에서 수행되는 에스프레소 추출 방법에 있어서, 상기 추출부의 헤드에 포터 필터를 장착하는 단계, 상기 압력부에 유체를 충진하고, 상기 밸브부의 동작을 제어함으로써 상기 압력부 내부의 기포를 제거하는 단계, 상기 추출부에 유체를 충진하고, 상기 밸브부의 동작을 제어함으로써 상기 추출부 내부의 기포를 제거하는 단계, 상기 압력부를 동작시켜, 상기 추출부에 충진된 유체에 압력을 인가함으로써 에스프레소를 추출하는 단계, 상기 센서부를 통해 상기 추출부 내부의 추출 압력을 수신하는 단계 및 상기 추출 압력을 기초로, 상기 압력부의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 추출 압력을 수신하는 단계, 및 상기 압력부의 동작을 제어하는 단계는 상기 에스프레소를 추출하는 단계가 수행되는 동안 실시간으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 압력부의 동작을 제어하는 단계는, 상기 추출 압력과 기준 압력을 비교하는 단계와, 비교된 압력을 기초로 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 제어 신호를 상기 압력부에 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 감소되도록, 상기 압력부를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 낮은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 증가되도록, 상기 압력부를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 상기 추출 압력이 상기 기준 압력과 동일한 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 유지되도록 상기 압력부를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 밸브부는, 상기 압력부 및 상기 추출부에 공급되는 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브와, 일측이 상기 압력부와 연결되고 타측이 개방된 제1 유로에서의 유체 감지 유무에 따라, 상기 제1 유로가 개방 또는 차단되도록 오픈클로징이 제어되는 제2 밸브와, 일측이 상기 추출부와 연결되고 타측이 개방된 제2 유로에서의 유체 감지 유무에 따라, 상기 제2 유로가 개방 또는 차단되도록 오픈클로징이 제어되는 제3 밸브를 포함하되, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브가 오픈된 경우, 상기 압력부 내부에 유체가 공급되고, 상기 제1 밸브 및 상기 제3 밸브가 오픈되고, 상기 제2 밸브가 클로징된 경우, 상기 추출부의 내부에 유체가 공급되고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브가 클로징된 경우, 상기 제1 밸브가 클로징될 수 있다.
또한, 상기 압력부 내부의 기포를 제거하는 단계는, 상기 제3 밸브를 클로징하고, 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 오픈하는 단계와, 상기 센서부로부터 상기 제1 유로의 타측에 대한 유체 감지 유무를 수신하는 단계와, 상기 제1 유로의 타측에 대한 유체 감지 유무를 판단하여, 상기 제2 밸브의 오픈클로징을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추출부 내부의 기포를 제거하는 단계는, 상기 제3 밸브를 오픈하는 단계와 상기 센서부로부터 상기 제2 유로의 타측에 대한 유체 감지 유무를 수신하는 단계와, 상기 제2 유로의 타측에 대한 유체 감지 유무를 판단하여, 상기 제1 밸브 및 상기 제3 밸브의 오픈클로징을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치는, 포터 필터가 장착되어, 상기 포터 필터와 공간을 이루는 헤드를 포함하는 추출부, 상기 추출부에 압력을 인가하는 압력부, 상기 추출부 내부의 추출 압력을 감지하는 센서부 및 상기 추출 압력과 기준 압력을 비교하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 따라, 상기 압력부의 동작을 실시간으로 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 감소되도록 상기 압력부의 속력을 제어하고, 상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 낮은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 증가되도록 상기 압력부의 속력을 제어하고, 상기 추출 압력이 상기 기준 압력과 동일한 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 유지되도록 상기 압력부의 속력을 제어할 수 있다.
또한, 상기 압력부 또는 상기 추출부로의 유체의 유입 및 배출을 제어하는 밸브부를 더 포함하고, 상기 밸브부는, 상기 압력부 및 상기 추출부에 공급되는 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브와, 일측이 상기 압력부와 연결되고 타측이 개방된 제1 유로를 개방 또는 차단하는 제2 밸브와, 일측이 상기 추출부와 연결되고 타측이 개방된 제2 유로를 개방 또는 차단하는 제3 밸브를 포함하고, 상기 센서부는 상기 제1 유로 또는 상기 제2 유로의 유체 감지 유무를 센싱하고, 상기 제어부는 상기 제1 유로 또는 상기 제2 유로의 유체 감지 유무에 따라, 상기 밸브부가 오픈클로징되도록 상기 밸브부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 유로의 타측에 유체가 감지되었다고 판단되는 경우, 상기 제2 밸브가 클로징되도록 상기 제2 밸브의 동작을 제어하고, 상기 제2 유로의 타측에 유체가 감지되었다고 판단되는 경우, 상기 제3 밸브가 클로징되도록 상기 제3 밸브의 동작을 제어하고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브가 클로징된 경우, 상기 제1 밸브가 클로징되도록 상기 제1 밸브의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 센서부는 상기 제1 유로의 타측 및 상기 제2 유로의 타측에 배치되고, 상기 제1 유로의 타측 및 상기 제2 유로의 타측에서의 유체를 감지하는 유체 감지 센서와, 상기 추출부의 추출 압력을 측정하는 압력 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 헤드는 내측면으로부터 상기 제2 유로의 일측을 향하여 경사진 하나 이상의 면을 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 에스프레소 추출 장치 및 방법은, 추출부의 추출 압력을 실시간으로 수신하고, 압력부의 압력을 실시간으로 조절함에 따라, 에스프레소의 추출 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에스프레소 추출 장치 및 방법은, 에스프레소 추출 전, 원두 가루에 물을 먼저 공급하여 압력부에서 발생하는 압력과 원두 가루에 작용하는 압력 사이의 오차를 최소화함에 따라, 압력 오차로 인한 추출 압력 변동 및 추출되는 에스프레소의 맛의 변화를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에스프레소 추출 장치 및 방법은, 에스프레소 추출 장치 내부의 기포를 여러 차례에 걸쳐 제거하여, 장치 내에 잔존하는 기포를 효과적으로 제거함에 따라, 기포로 인해 추출 압력에 오차가 생기는 것을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에스프레소 추출 장치 및 방법은, 추출부에서의 추출 압력을 조절함에 따라, 물 온도에 관계없이 에스프레소를 추출할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법의 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법의 세부 순서도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법의 실험 결과에 따른 그래프이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치와 비교군에 따른 에스프레소 추출 장치의 에스프레소 추출 방법에 대한 실험 결과 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서의 예 및 실시 예는 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하는", "포함하는" 및 그 변형은, 달리 명시되지 않는 한 "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미한다.
명시적으로 달리 명시되지 않는 한, 서로 통신하는 장치는 서로 지속적으로 통신할 필요는 없다. 또한, 서로 통신하는 장치는 하나 이상의 중개자를 통해 직접 또는 간접적으로 통신할 수 있다.
프로세스 단계, 방법 단계, 알고리즘 등이 순차적으로 설명될 수 있지만, 이러한 프로세스, 방법 및 알고리즘은 교대 순서대로 동작하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 설명될 수 있는 임의의 순서 또는 단계 순서는 반드시 단계들이 그 순서로 수행되어야 한다는 요구사항을 나타내는 것은 아니다. 반드시 단계를 순서대로 수행할 요구 사항을 표시하지 않는다. 본 명세서에 기술된 프로세스, 방법 및 알고리즘의 단계는 임의의 순서로 수행될 수 있다. 또한, 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있다.
단일 장치 또는 물품이 본 명세서에 기술될 때, 하나 이상의 장치 또는 물품이 단일 장치 또는 물품 대신 사용될 수 있다. 유사하게, 하나의 장치 또는 물품이 본 명세서에 기술되는 경우, 하나 이상의 장치 또는 물품이 하나의 장치 또는 물품 대신 사용될 수 있다. 장치의 기능 또는 특징은 대안적으로 그러한 기능 또는 특징을 갖는 것으로 명시되지 않은 하나 이상의 다른 장치에 의해 구현될 수 있다.
이하 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치 및 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치의 단면도이다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 압력을 발생시키는 유체를 물로 예를 들어 설명하지만, 유체의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 물과 유체를 혼용하여 기술하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(100)는 제어부(110), 압력부(120), 추출부(130), 센서부(140) 및 밸브부(150)를 포함한다.
제어부(110)는 에스프레소 추출 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(110)는 에스프레소 추출 장치(100)의 전원 동작 또는 추출 모드를 제어하거나, 센서부(140)로부터 센싱 데이터를 수신하여 압력부(120) 또는 밸브부(150)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(110)가 에스프레소 추출 장치(100)의 전원을 턴온(turn on)하는 경우, 펌프(PP)로부터 제1 유로(F1)를 통해 압력부(120)로 물이 공급될 수 있다.
구체적으로, 제어부(110)는 압력부(120)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 추출부(130)에 대한 추출 압력을 수신하는 경우, 추출 압력과 기준 압력을 비교하여 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 압력부(120)에 전달함으로써, 압력부(120)의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(110)는 추출 압력을 실시간으로 수신하여, 압력부(120)의 동작을 실시간으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 추출 압력이 기준 압력보다 큰 경우, 제어부(110)는 압력부(120)의 압력을 증가시키는 제어 신호, 즉, 피스톤(122)의 속력을 증가시키는 제어 신호를 생성하여 압력부(120)에 전달할 수 있다. 이에, 제어부(110)는 피스톤(122)의 속력을 증가시킴에 따라, 압력부(120)의 압력이 증가하도록 압력부(120)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 추출 압력이 기준 압력보다 작은 경우, 제어부(110)는 압력부(120)의 압력을 감소시키는 제어 신호를 생성하여 압력부(120)에 전달할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 피스톤(122)의 속력을 감소시키는 제어 신호를 생성하여 압력부(120)에 전달함으로써, 피스톤(122)의 속력이 감소되도록 압력부(120)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 추출 압력이 기준 압력과 동일한 경우(또는, 미리 정해진 오차범위 이내인 경우), 제어부(110)는 압력부(120)의 압력을 유지시키는 제어 신호를 생성하여 압력부(120)에 전달할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 피스톤(122)의 속력을 유지시키는 제어 신호를 생성하여 압력부(120)에 전달함으로써, 피스톤(122)의 속력이 유지되도록 압력부(120)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 제어부(110)는 PID 제어 방식으로 구현될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제어부(110)는 밸브부(150)가 오픈클로징(open-closing) 되도록, 즉, 밸브부(150)가 오픈(open) 또는 클로징(closing)되도록 밸브부(150)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 압력부(120) 또는 추출부(130)와 연결된 유로에 대한 유체 감지 유무를 수신하는 경우, 해당 유로에 배치된 밸브가 오픈클로징되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 압력부(120)에 배치된 제2 유로(F2)에 대한 유체 감지 유무를 기초로, 제2 유로(F2)에 배치된 제2 밸브(152)를 오픈클로징시킬 수 있고, 센서부(140)로부터 추출부(130)에 배치된 제3 유로(F3)에 대한 유체 감지 유무를 기초로, 제3 유로(F3)에 배치된 제2 밸브(152)를 오픈클로징시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하도록 한다.
압력부(120)는 피스톤(122)의 속력을 제어함으로써, 추출부(130)에 충진된 유체에 압력을 인가할 수 있다. 구체적으로, 압력부(120)는 제어부(110)로부터 압력을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하여, 피스톤(122)을 속력을 제어할 수 있다. 이에, 피스톤(122)에 의해 제4 유로(F4)를 통해 이동하는 유체의 압력을 조절하여 추출 공간(130A) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
구체적으로, 압력부(120)는 실린더(121), 피스톤(122) 및 모터(123)(motor)를 포함할 수 있다.
실린더(121)는 피스톤(122)이 이동할 수 있는 공간을 제공한다. 이에, 피스톤(122)은 실린더(121) 내부를 이동함에 따라, 실린더(121) 내부의 압력이 조절될 수 있다.
실린더(121)의 일단에는 제1 유로(F1)가 연결된다. 이때, 제1 유로(F1)는 실린더(121) 내부로 물이 공급되는 통로일 수 있다.
실린더(121)의 일측에는 제2 유로(F2)가 연결된다. 이때, 제2 유로(F2)는 일측이 실린더(121)와 연결되고, 타측이 개방되어, 실린더(121) 내부의 기포(B) 또는 물이 배출되도록 기능할 수 있다. 또한, 제2 유로(F2)는 타측에 제2 밸브(152) 및 유체 감지 센서가 배치됨에 따라, 제2 유로(F2)에서 유체 감지 센서를 통해 유체가 감지되는 경우, 제2 밸브(152)가 클로징되어 제2 유로(F2)가 차단될 수 있다.
피스톤(122)은 모터(123)로부터 동력을 제공받음으로써, 실린더(121) 내부를 왕복 직선 운동할 수 있다. 이에, 피스톤(122)의 운동에 따라, 실린더(121) 내부의 압력 및 제4 유로(F4)의 압력이 조절될 수 있다. 예를 들어, 피스톤(122)이 실린더(121) 내부의 체적을 줄이는 방향으로 이동하는 경우, 실린더(121) 내부의 압력 및 제4 유로(F4)의 압력이 증가할 수 있다. 반대로, 피스톤(122)이 실린더(121) 외부로 이동하는 경우, 실린더(121) 내부의 압력 및 제4 유로(F4)의 압력이 감소할 수 있다.
모터(123)는 제어부(110)로부터 제어 신호를 수신하여, 피스톤(122)에 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 모터(123)가 압력부(120) 또는 추출부(130)의 압력을 증가시키는 제어 신호를 수신하는 경우, 모터(123)는 피스톤(122)의 속력이 증가되도록 피스톤(122)을 제어할 수 있고, 이에, 실린더(121) 내부의 압력이 증가할 수 있다.
반대로, 모터(123)가 압력부(120) 또는 추출부(130)의 압력을 감소시키는 제어 신호를 수신하는 경우, 모터(123)는 피스톤(122)의 속력이 감소되도록 피스톤(122)을 제어할 수 있고, 이에, 실린더(121) 내부의 압력이 감소할 수 있다.
또한, 모터(123)가 압력부(120) 또는 추출부(130)의 압력을 유지시키는 제어 신호를 수신하는 경우, 모터(123)는 피스톤(122)의 속력이 일정하게 유지되도록 피스톤(122)을 제어할 수 있고, 이에, 실린더(121) 내부의 압력이 일정하게 유지될 수 있다. 모터(123)는 스텝 모터(step moter)로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 압력부(120)가 피스톤(122)에 의해 압력이 조절되는 것으로 설명되었으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 압력부(120)에서 유체에 압력을 인가하는 방식은 다양하게 변경되어 이용될 수 있다.
추출부(130)는 에스프레소 추출 장치(100)가 추출 모드인 경우, 에스프레소가 추출되도록 구성된다.
구체적으로, 추출부(130)는 포터 필터(132)(portafilter)가 장착되는 헤드(131) 및 포터 필터(132)를 포함한다. 원두 가루(이하, 퍽(P)(puck))가 담긴 포터 필터(132)가 헤드(131)에 장착됨에 따라, 헤드(131)와 포터 필터(132) 사이에는 추출 공간(130A)이 형성될 수 있다. 이에, 에스프레소 추출 장치(100)가 추출 모드로 동작하는 경우, 추출 공간(130A)에는 물이 채워지고 추출 공간(130A)의 압력이 증가됨에 따라, 에스프레소가 추출될 수 있다.
헤드(131)의 일측에는 제3 유로(F3) 및 제4 유로(F4)가 연결된다. 제3 유로(F3)는 일측이 헤드(131)와 연결되고, 타측이 개방되어, 추출 공간(130A)에 형성된 기포(B) 또는 물이 배출하도록 기능할 수 있다. 또한, 제3 유로(F3)는 타측에 제3 밸브(153) 및 유체 감지 센서(미도시)가 배치됨에 따라, 제3 유로(F3)에서 유체 감지 센서(미도시)를 통해 유체가 감지되는 경우, 제3 밸브(153)가 클로징되어 제3 유로(F3)가 차단될 수 있다.
제4 유로(F4)는 일측이 헤드(131)와 연결되고, 타측이 제1 유로(F1)와 연결될 수 있다. 이때, 제4 유로(F4)는 추출부(130)에 물을 공급하는 통로일 수 있다.
헤드(131)는 내측면으로부터 제3 유로(F3)를 향하여 경사진 하나 이상의 면(131a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 헤드(131)의 경사면(131a)은 헤드(131)의 내측에서 좌측 및 우측에 각각 배치되어, 빗면이 헤드(131)의 측벽으로부터 제3 유로(F3)를 향하여 기울기를 가지도록 배치될 수 있다. 이에, 추출 공간(130A)에서 발생된 기포(B)는 헤드(131)의 경사면(131a)을 따라 제3 유로(F3)를 향하도록 가이드될 수 있다.
센서부(140)는 물을 센싱(sensing)하거나, 추출부(130)에서의 추출 압력을 센싱하고, 이를 기초로 센싱 데이터를 생성하여 제어부(110)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 센싱 데이터는 유체 감지 유무 또는 추출 압력을 포함할 수 있다.
센서부(140)는 유체 감지 센서(미도시) 및 압력 센서(141)를 포함한다.
예를 들어, 유체 감지 센서(미도시)는 제2 유로(F2)의 타측 및 제3 유로(F3)의 타측에 배치되어, 제2 유로(F2) 또는 제3 유로(F3)로 물이 토출되는 경우, 물이 감지되었음을 나타내는 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예에서 유체 감지 센서(미도시)는 생략되어 실시될 수 있다. 이때, 본 발명에서는 유체 감지 센서(미도시)를 대신하여 제2 유로(F2) 또는 제3 유로(F3)의 타측을 물이 토출됨을 감지할 수 있는 다양한 방법이 이용될 수 있다.
또한, 압력 센서(141)는 추출부(130)에 형성되는 추출 공간(130A)의 압력을 측정하여 센싱 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 압력 센서(141)는 에스프레소 추출 장치(100)에 포함된 다양한 압력 강하 요소들을 고려하여, 추출부(130)의 내부 압력 강하에 대한 영향을 가장 적게 받는 위치에 배치될 수 있다. 이를 통해, 추출부(130)에 대한 압력 센서(141)의 압력 측정 정확도는 높아질 수 있다.
밸브부(150)는 각 유로에 배치되어 압력부(120) 또는 추출부(130)로의 물의 유입 및 배출을 제어할 수 있다. 예를 들어, 밸브부(150)가 오픈되는 경우, 압력부(120) 또는 추출부(130) 내부에 물이 공급되거나, 유로가 개방되어 물이 유로 외부로 배출될 수 있다. 반면, 밸브부(150)가 클로징되는 경우, 압력부(120) 또는 추출부(130) 내부에 유체의 공급이 중지되거나, 유로가 차단되어 유체가 유로 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있다.
밸브부(150)는 제어부(110)의 작동 신호에 따라 오픈 또는 클로징될 수 있다. 예를 들어, 밸브부(150)는 제어부(110)로부터 작동 신호를 수신하는 경우, 클로징되어 유로를 차단하거나, 오픈되어 유로를 개방할 수 있다.
밸브부(150)는 제1 밸브(151), 제2 밸브(152) 및 제3 밸브(153)를 포함한다.
제1 밸브(151)는 제1 유로(F1)에 배치되어, 펌프(PP)로부터 압력부(120) 또는 추출부(130)에 공급되는 물의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 밸브(151)가 오픈된 경우, 압력부(120) 및 추출부(130)에 물이 공급될 수 있고, 압력부(120) 및 추출부(130)에 물이 모두 채워진 경우, 제1 밸브(151)가 클로징되어, 펌프(PP)로부터 압력부(120) 및 추출부(130)에 물이 공급되는 것을 차단할 수 있다.
제2 밸브(152)는 제2 유로(F2)에 배치되어, 제2 유로(F2)를 개방 또는 차단할 수 있다. 예를 들어, 제2 밸브(152)가 오픈된 경우, 제2 유로(F2)가 개방되어 실린더(121) 내부의 기포(B)가 제2 유로(F2)를 통해 실린더(121) 외부로 배출될 수 있고, 제2 밸브(152)가 클로징된 경우, 제2 유로(F2)가 차단되어, 실린더(121) 내부의 물이 실린더(121) 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있다.
제3 밸브(153)는 제3 유로(F3)에 배치되어, 제3 유로(F3)를 개방 또는 차단할 수 있다. 예를 들어, 제3 밸브(153)가 오픈된 경우, 제3 유로(F3)가 개방되어 추출부(130)의 추출 공간(130A)에 형성된 기포(B)가 제3 유로(F3)를 통해 추출부(130) 외부로 배출될 수 있고, 제3 밸브(153)가 클로징된 경우, 제3 유로(F3)가 차단되어, 추출 공간(130A)의 물이 추출부(130) 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 밸브부(150)는 제4 밸브(154)를 더 포함할 수 있다. 제4 밸브(154)는 제4 유로(F4)에 배치되어, 제4 유로(F4)에서 물이 역류하는 것을 방지할 수 있다. 제4 밸브(154)는 체크 밸브(check valve)로 이루어질 수 있으나, 이는 하나의 예시에 불과하고, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 도 3 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2가 함께 참조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법의 순서도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법의 세부 순서도이다. 도 6 내지 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 헤드(131)에 포터 필터(132)를 장착한다(S110).
구체적으로, 퍽(P)이 채워진 포터 필터(132)를 헤드(131)에 장착한다(S110). 이때, 헤드(131)와 포터 필터(132) 사이에는 추출 공간(130A)이 형성되어, 추후에 물이 충진될 수 있다.
본 단계(S110)에서는 밸브부(150)가 모두 오픈된 상태일 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 압력부(120)에 내부에 물을 충진하고 기포(B)를 제거한다(S120). 본 단계(S120)는 제1 밸브(151) 및 제2 밸브(152)를 오픈하는 단계(S121), 센서부(140)로부터 제2 유로(F2)에 대한 유체 감지 유무를 수신하는 단계(S122), 제2 유로(F2)에서의 유체 감지 유무를 판단하는 단계(S123) 및 제2 밸브(152)의 오픈클로징을 제어하는 단계(S124A, S124B)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 6을 참조하면, 제어부(110)는 제3 밸브(153)를 클로징하고, 제1 밸브(151) 및 제2 밸브(152)를 오픈한다(S121). 구체적으로, 제3 밸브(153)를 클로징하고, 제1 밸브(151)를 오픈하여, 제1 유로(F1)를 개방한 후, 펌프(PP)를 가동함으로써, 실린더(121)에 물을 충진할 수 있다. 이때, 실린더(121) 내부에는 기포(B)가 발생할 수 있다. 이에, 제2 밸브(152)를 오픈하여 제2 유로(F2)를 개방함으로써, 실린더(121) 내부에 발생된 기포(B)가 제2 유로(F2)를 통해 배출되도록 할 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 본 단계(S121)에서, 제1 밸브(151), 제2 밸브(152), 및 제3 밸브(153)는 모두 오픈되어 동작될 수 있음은 물론이다.
이어서, 도 4 및 도 7을 참조하면, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 제2 유로(F2)에 대한 유체 감지 유무를 수신한다(S122). 이때, 유체 감지 유무는 제2 유로(F2)의 타측에서 유체가 감지되는지에 대한 여부일 수 있다.
구체적으로, 제2 유로(F2)의 타측에서는 실린더(121) 내부의 기포(B)가 모두 제거되기 전에는 물이 감지되지 않다가, 실린더(121) 내부의 기포(B)가 모두 제거된 후 물이 배출되어 제2 유로(F2)에서 물이 감지될 수 있다. 이에, 센서부(140)는 제2 유로(F2)의 타측에서의 물의 감지유무를 실시간으로 제어부(110)에 전달할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 제2 유로(F2)의 타측에서 물이 감지되는 경우와 감지되지 않는 경우에 대해 실시간으로 수신할 수 있다.
이어서, 도 4 및 도 8을 참조하면, 제어부(110)는 제2 유로(F2)에서의 유체 감지 유무를 판단한다(S123).
이때, 제2 유로(F2)에서 물이 감지되었다고 판단되는 경우, 제어부(110)는 제2 밸브(152)를 클로징한다(S124A). 이에, 제2 유로(F2)가 차단됨으로써, 제2 유로(F2)를 통해 실린더(121) 내부의 물이 실린더(121) 외부로 배출되지 않도록 할 수 있다.
반대로, 제2 유로(F2)에서 물이 감지되지 않았다고 판단되는 경우, 제어부(110)는 제2 밸브(152)가 오픈 상태를 유지하도록 제어할 수 있다(S124B).
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법에서는 압력부(120)에 물을 충진하는 경우, 실린더(121)의 내부에 기포(B)가 발생할 수 있다. 이때, 실린더(121)에 연결된 제2 유로(F2)를 개방하여, 기포(B)가 제2 유로(F2)를 통해 실린더(121) 외부로 배출되도록 할 수 있다. 이에, 추후 압력부(120) 동작 시, 기포(B)에 의해 압력부(120)에서 발생되는 압력이 불안정해지는 것을 저감할 수 있다.
또한, 실린더(121) 내부의 기포(B)가 완전히 제거되지 않는 경우, 실린더(121) 내부의 기포(B)가 제4 유로(F4)를 통해 추출부(130)로 유입될 수 있다. 이러한 경우, 에스프레소 추출 시, 기포(B)로 인해 포터 필터(132)의 퍽(P)(puck)이 깨질 수 있고, 이에, 퍽(P)에 가해지는 압력이 기준 압력 이하로 저하될 수 있다.
따라서, 에스프레소 추출 전에 실린더(121) 내부의 기포(B)를 완전히 제거함으로써, 기포(B)가 추출부(130)로 유입되는 것을 저감하여 퍽(P)에 가해지는 압력을 일정하게 유지함에 따라, 에스프레소를 일정한 압력으로 추출할 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 추출부(130)에 물을 충진하고 기포(B)를 제거한다(S130). 본 단계(S130)는 제3 밸브(153)를 오픈하는 단계(S131), 제3 유로(F3)에 대한 유체 감지 유무를 수신하는 단계(S132), 제3 유로(F3)에서의 유체 감지 유무를 판단하는 단계(S133), 제3 밸브(153)의 오픈클로징을 제어하는 단계(134A, 134B) 및 제1 밸브(151)를 클로징하는 단계(S135)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 4 및 도 8을 참조하면, 제어부(110)는 제3 밸브(153)를 오픈한다(S131). 구체적으로, 제2 밸브(152)를 클로징하고, 제3 밸브(153)를 오픈하는 경우, 압력부(120)에는 물이 더 이상 충진되지 않으므로, 펌프(PP)에서 공급되는 물이 제4 유로(F4)를 통해 추출부(130)에 충진될 수 있다.
추출부(130)의 추출 공간(130A)에 물이 충진되는 경우, 추출 공간(130A)에는 기포(B)가 발생할 수 있다. 이때, 제3 밸브(153)를 오픈하여 제3 유로(F3)를 개방함으로써, 추출 공간(130A)에 발생된 기포(B)가 제3 유로(F3)를 통해 배출되도록 할 수 있다.
이어서, 도 4 및 도 9를 참조하면, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 제3 유로(F3)에 대한 유체 감지 유무를 수신한다(S132).
구체적으로, 제3 유로(F3)의 타측에서는 추출 공간(130A)의 기포(B)가 모두 제거되기 전에는 물이 감지되지 않다가, 추출 공간(130A)의 기포(B)가 모두 제거된 후, 물이 배출되는 경우 제3 유로(F3)에서 물이 감지될 수 있다. 이에, 센서부(140)는 제3 유로(F3)의 타측에서의 물 감지 유무를 실시간으로 센싱하여 제어부(110)로 전달할 수 있다.
이어서, 도 4 및 도 10을 참조하면, 제어부(110)는 제3 유로(F3)에서의 유체 감지 유무를 판단한다(S133). 이때, 제어부(110)는 제3 유로(F3)에서 물이 감지되었다고 판단되는 경우, 제3 밸브(153)를 클로징한다(S134A). 이에, 제3 유로(F3)가 차단됨으로써, 제3 유로(F3)를 통해 추출 공간(130A)의 물이 추출 공간(130A) 외부로 배출되지 않도록 할 수 있다. 반대로, 제3 유로(F3)에서 물이 감지되지 않았다고 판단되는 경우, 제어부(110)는 제3 밸브(153)가 오픈 상태를 유지하도록 제어할 수 있다(S134B).
제어부(110)는 제3 밸브(153)가 클로징되는 경우(S134A), 제1 밸브(151)를 클로징하여(S135), 에스프레소 추출 장치(100) 내부로 물이 추가적으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 추출부(130)에 물을 충진하는 경우, 추출 공간(130A)에 기포(B)가 발생하거나, 실린더(121) 내부에 잔존하던 기포(B)가 추출부(130)로 유입될 수 있다. 이러한 경우, 에스프레소 추출 시, 기포(B)로 인해 추출부(130)의 추출 압력이 불안정해지거나 퍽(P)이 깨짐에 따라 추출 압력이 불안정해지거나 저하될 수 있다.
그러나, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법에서는 추출부(130)에 연결된 제3 유로(F3)를 개방하여, 추출 공간(130A)의 기포(B)가 제3 유로(F3)를 통해 추출부(130) 외부로 배출되도록 할 수 있다. 즉, 에스프레소 추출 장치(100) 내부의 기포(B)를 2차적으로 제거할 수 있다. 따라서, 에스프레소 추출 장치(100) 내부의 기포(B)를 최소화함에 따라, 에스프레소 추출 시, 기포(B)에 의해 에스프레소 추출 압력이 불안정해지거나, 퍽(P)이 깨지는 것을 저감할 수 있고, 맛이 일정한 에스프레소를 추출할 수 있다. 또한, 에스프레소를 연속적으로 추출하더라도, 추출 압력이 동일하도록 유지할 수 있다.
또한, 헤드(131)의 내측에 제3 유로(F3)를 향하여 경사진 면이 형성됨에 따라, 추출 공간(130A)에 발생된 기포(B)가 헤드(131)의 경사면(131a)을 따라 제3 유로(F3)로 가이드되어, 추출부(130)의 외측으로 용이하게 배출될 수 있다. 따라서, 에스프레소 추출 전, 에스프레소 추출 장치(100) 내부의 기포(B)를 효과적으로 제거함으로써, 에스프레소 추출 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 맛이 일정한 에스프레소를 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법에서는 에스프레소 추출 전, 추출부(130)로 유입된 물을 통해 퍽(P)을 미리 적심에 따라, 에스프레소 추출 시, 추출 공간(130A)에 충진된 물의 압력과 퍽(P)에 가해지는 압력의 차이를 저감할 수 있다. 이에, 압력 차이로 인해 퍽(P)이 깨지는 것을 저감함에 따라, 에스프레소의 맛이 일정하도록 추출할 수 있다.
이어서, 추출 공간(130A)에 물이 충진된 이후, 제1 밸브(151)가 클로징됨에 따라, 에스프레소 추출 장치(100)가 에스프레소 추출 대기 모드로 동작할 수 있다. 즉, 에스프레소 추출 장치(100)는 추출 대기 모드에서 제1 내지 제3 밸브(153)가 모두 클로징 될 수 있다.
이어서, 추출 공간(130A)의 압력이 기준 압력(예를 들어, 8기압 내지 9기압)을 가지도록, 추출 공간(130A)에 충진된 물에는 압력이 인가될 수 있다.
다시 도 3 및 도 11을 참조하면, 에스프레소 추출 장치(100)는 에스프레소를 추출한다(S140). 에스프레소를 추출하는 동안, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 추출부(130) 내부의 추출 압력을 실시간으로 수신하여(S150), 추출 압력을 기초로 압력부(120)의 동작을 제어할 수 있다(S160).
구체적으로, 도 5를 참조하면, 제어부(110)는 추출 압력과 기준 압력을 비교한다(S161).
만약, 추출 압력이 기준 압력보다 낮은 경우(S161A), 제어부(110)는 추출부(130) 내부의 압력이 증가되도록 압력부(120)를 제어하는 제어 신호를 생성한다(S162A). 즉, 추출 압력이 기준 압력보다 낮은 경우(S161A), 제어부(110)는 피스톤(122)의 속력이 증가되도록 모터(123)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 추출부(130)에서 측정된 추출 압력이 8기압 이하인 경우, 제어부(110)는 추출 압력이 9기압이 되도록 피스톤(122)의 속력을 증가시킬 수 있는 제어 신호를 생성한다.
또한, 추출 압력이 기준 압력과 동일한 경우(S161B), 제어부(110)는 추출부(130) 내부의 압력이 유지되도록 압력부(120)를 제어하는 제어 신호를 생성한다(S162B). 즉, 추출 압력이 기준 압력과 동일한 경우(S161B)(또는, 미리 정해진 오차범위 이내인 경우), 제어부(110)는 피스톤(122)의 속력이 유지되도록 모터(123)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 추출부(130)에서 측정된 추출 압력이 8기압 이상 9기압 이하인 경우, 제어부(110)는 추출 압력이 유지되도록 피스톤(122)의 속력을 유지시킬 수 있는 제어 신호를 생성한다.
또한, 추출 압력이 기준 압력보다 높은 경우(S161C), 제어부(110)는 추출부(130) 내부의 압력이 감소되도록 압력부(120)를 제어하는 제어 신호를 생성한다(S162C). 즉, 추출 압력이 기준 압력보다 높은 경우(S161C), 제어부(110)는 피스톤(122)의 속력이 감소되도록 모터(123)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 추출부(130)에서 측정된 추출 압력이 9기압 이상인 경우, 제어부(110)는 추출 압력이 9기압이 되도록 피스톤(122)의 속력을 감소시킬 수 있는 제어 신호를 생성한다.
이어서, 제어부(110)는 생성된 제어 신호를 압력부(120)에 전달한다(S163). 즉, 제어부(110)는 압력부(120)의 모터(123)가 동작하도록 제어 신호를 압력부(120)에 전달한다. 이에, 모터(123)는 제어 신호에 따라 피스톤(122)의 속력을 제어하여, 압력부(120)의 압력을 제어할 수 있다.
일반적으로, 에스프레소 추출 시, 상대적으로 높은 온도의 물을 사용하여 물의 증기 압력을 이용하여 에스프레소를 추출하였다. 이러한 경우, 뜨거운 커피를 제조할 경우엔 용이하나, 미지근한 커피 또는 차가운 커피를 제조할 경우, 별도의 찬물 또는 얼음을 추가하여 제조해야하는 번거로움이 있었다.
그러나, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법에서는 추출부(130)의 추출 압력을 제어하여 에스프레소를 추출함에 따라, 물 온도에 관계없이 에스프레소를 추출할 수 있다. 따라서, 에스프레소 추출 장치(100)에 제조하려는 커피의 온도에 적합한 온도의 물을 공급하여, 에스프레소를 원하는 온도로 추출함에 따라, 원하는 온도의 커피 제조의 번거로움을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 방법에서는 추출부(130)의 추출 압력에 따라 압력부(120)에서 발생시키는 압력을 실시간으로 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 센서부(140)로부터 추출부(130)에 대한 추출 압력을 실시간으로 수신하여, 추출 압력과 기준 압력을 비교하고, 비교된 압력에 따라 압력부(120)의 동작을 실시간으로 제어할 수 있다.
즉, 제어부(110)는 추출 압력이 기준 압력보다 큰 경우, 추출부(130)의 압력이 감소되도록 제어할 수 있고, 추출 압력이 기준 압력보다 작은 경우, 추출부(130)의 압력이 증가되도록 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 추출부(130)의 추출 압력을 실시간으로 모니터링(monitoring)하여 피드백(feedback)함에 따라, 추출 압력을 일정하게 유지시킬 수 있고, 맛이 일정한 에스프레소를 추출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치 및 방법의 실험 결과에 따른 그래프이다.
도 12는 에스프레소 추출 장치(100)에서의 추출 압력(A)과 입력 제어 신호(A') 사이의 오차를 설명하기 위한 그래프이다. 또한, <A1>은 에스프레소 추출 장치(100)의 과소 제동(underdamping) 시 실험 결과에 따른 그래프이고, <A2>는 에스프레소 추출 장치(100)의 과제동(overdamping) 시 실험 결과에 따른 그래프이다. 여기서, 기준 압력은 9기압(9bar)으로 설정되었다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(100)는 추출 압력(A)이 입력 제어 신호(A')와 유사한 파형을 보이는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(100)는 추출 압력(A)이 입력 제어 신호(A')에 비례하여 증가하고, 추출 압력(A)과 입력 제어 신호(A') 사이의 오차가 작은 것을 확인할 수 있다.
예를 들어, 에스프레소 추출 장치(100)는 압력부(120)에 입력 제어 신호(A')가 인가되는 경우, 추출 압력(A)은 인가되는 입력 제어 신호(A')와 비례하여 증가할 수 있다. 또한, 입력 제어 신호(A')가 9기압으로 인가되는 경우, 추출 압력(A) 또한 9기압에 도달할 수 있으며, 입력 제어 신호(A')가 9기압으로 인가되는 시간 동안 추출 압력(A)도 기준 압력을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 에스프레소 추출 장치(100)는 과소 제동 또는 과제동 시에도, 추출 압력(A)이 입력 제어 신호(A')에 비례하여 증가할 수 있으며, 입력 제어 신호(A')가 유지되는 동안 추출 압력(A)이 기준 압력에서 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(100)는 에스프레소 추출 시, 압력부(120)에 인가되는 압력과 추출부(130)에 인가되는 압력 사이의 오차를 저감함으로써, 추출부(130)에 인가되는 압력을 효율적으로 조절할 수 있고, 추출 압력 (A)이 기준 압력에서 유지되도록 할 수 있다. 이에, 에스프레소를 일정한 압력으로 추출하여, 에스프레소가 일정한 맛으로 추출되도록 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치와 비교군에 따른 에스프레소 추출 장치의 에스프레소 추출 방법에 대한 실험 결과 그래프이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(A, 100)와 타 업체의 에스프레소 추출 장치(B, C, D)에서 각 장치의 시간에 따른 추출 압력에 대한 그래프이다. 본 실험에서 추출 압력은 각 장치(A, B, C, D)의 에스프레소 추출부와 포터 필터 사이의 압력을 측정하였으며, 각 장치(A, B, C, D)에서 에스프레소를 3회 추출하였을 때, 추출 압력이 발생하는 시점부터 약 40초간 추출 압력의 변화를 측정한 것이다. 여기서, 알파벳은 각 회사를 의미하고, 숫자는 에스프레소 추출 횟수를 의미한다. 예를 들어, A3의 경우, A사, 즉, 본 발명의 에스프레소 추출 장치(100)에서 3번 연속으로 추출하였다는 것을 의미한다. 또한, 본 실험에서 기준 압력은 9기압으로 설정되었으며, 추출 압력이 0을 향하여 급감하는 것은 에스프레소의 추출 종료를 의미한다.
먼저, A1 내지 A3을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(100)에서는 약 5초 내외에서 추출 압력이 기준 압력에 도달하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 에스프레소 추출 장치(100)에서는 2회 추출 시(A2)와 3회 추출 시(A3) 모두 1회 추출 시(A1)와 유사한 파형을 가지도록 동작한다.
즉, 본 발명의 에스프레소 추출 장치(100)에서는 에스프레소를 여러 번 연속으로 추출하더라도 모두 약 5초 내외에서 추출 압력이 기준 압력에 도달하며, 추출이 종료될 때까지 추출 압력이 기준 압력으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, B사 내지 D사의 에스프레소 추출 장치의 추출 압력을 살펴보면, B사 내지 D사 모두 추출 압력이 기준 압력에 도달하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, B사의 에스프레소 추출 장치에서는 추출 압력이 약 6 내지 7기압이고, C사의 에스프레소 추출 장치에서는 추출 압력이 약 6기압이며, D사의 에스프레소 추출 장치에서는 추출 압력이 약 8기압으로 측정되는 것을 확인할 수 있다. 즉, B사 내지 D사 모두 압력부가 발생시키는 압력이 9기압으로 설정되었더라도, 추출부에서 측정되는 추출 압력은 압력부에서 발생되는 압력과 오차가 발생하며, 기준 압력에 도달하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
또한, B사 내지 D사의 에스프레소 추출 장치에서는 추출 압력 지속 시간 및 추출 압력이 추출 횟수에 따라 상이한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, B1 내지 B3을 참조하면, B사의 에스프레소 추출 장치에서는 에스프레소를 1회 추출(B1)하는 경우, 약 10초 내외에서 추출이 시작되어, 추출 종료 시까지 일정한 추출 압력을 유지한다.
그러나, B사의 에스프레소 추출 장치는 에스프레소 2회 추출 시(B2)와 3회 추출 시(B3), 1회 추출 시(B1)와 비교하여 추출 압력에는 빠르게 도달하나, 시간의 경과에 따라 추출 압력이 불안정한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 2회 추출 시(B2)의 추출 압력은 1회 추출 시(B1)의 추출 압력보다 낮은 것을 확인할 수 있으며, 특히, 3회 추출 시(B3)에는 추출 압력이 불안정하고, 1회 추출 시(B1) 및 2회 추출 시(B2)보다 에스프레소 추출이 빠르게 종료되는 것을 확인할 수 있다. 즉, B사의 에스프레소 추출 장치에서는 에스프레소를 연속 추출하는 경우, 추출 압력이 불안정하고 추출 압력 지속 시간 및 추출 지속 시간이 변화되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, C1 내지 C3을 참조하면, C사의 에스프레소 추출 장치에서는 에스프레소 1회 추출 시(C1) 내지 3회 추출 시(C3) 모두 약 5초 내외에서 추출이 시작되는 것을 확인할 수 있다.
그러나, C사의 에스프레소 추출 장치는 에스프레소 2회 추출 시(C2)와 3회 추출 시(C3), 1회 추출 시(C1)와 비교하여 추출 종료 시간이 다소 빠른 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 1회 추출 시(C1)에는 추출 종료 시간이 약 35초이나, 2회 추출 시(C2)에는 1회 추출 시(C1)의 추출 종료 시간에 도달하기 전에 추출이 종료되는 것을 확인할 수 있으며, 특히, 3회 추출 시(C3)에 추출이 더욱 빠르게 종료되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 2회 추출 시(C2)와 3회 추출 시(C3), 1회 추출 시(C1)보다 추출 압력이 더욱 불안정한 것을 확인할 수 있다. 즉, C사의 에스프레소 추출 장치에서는 에스프레소를 연속 추출하는 경우, 추출 압력이 불안정하고 추출 압력 지속 시간 및 추출 지속 시간이 변화되는 것을 확인할 수 있다.
마지막으로, D1 내지 D3을 참조하면, D사의 에스프레소 추출 장치에서는 에스프레소 1회 추출 시(D1) 내지 3회 추출 시(D3) 모두 약 8기압에서 추출 압력, 추출 압력 지속 시간 및 추출 종료 시간이 일정한 것을 확인할 수 있다.
그러나, D사의 에스프레소 추출 장치는 에스프레소 2회 추출 시(D2)와 3회 추출 시(D3), 1회 추출 시(D1)와 비교하여 추출 압력 도달 시간이 다소 느린 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 2회 추출 시(D2)와 3회 추출 시(D3)의 추출 압력 도달 시간은 1회 추출 시(D1)의 추출 압력 도달 시간보다 느린 것을 확인할 수 있다. 즉, D사의 에스프레소 추출 장치에서는 에스프레소를 연속 추출하는 경우, 추출 압력 도달 시간이 다소 지연되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에스프레소 추출 장치(100)는 추출 압력이 기준 압력에 도달하는 시간이 빠르고, 에스프레소를 다수 회 연속으로 추출하더라도, 매 회 추출 시, 추출 압력, 추출 압력 지속 시간 및 추출 종료 시간이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 에스프레소를 다 회 연속으로 추출하는 경우, 에스프레소가 일정한 추출 압력에서 일정한 추출 시간 동안 추출되도록 함으로써, 에스프레소의 맛이 일정하도록 추출할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 에스프레소 추출 장치 110: 제어부
120: 압력부 130: 추출부
140: 센서부 150: 밸브부

Claims (13)

  1. 에스프레소 추출 장치의 추출부에 구비된 센서부의 센싱 데이터를 기초로, 상기 추출부에 인가되는 압력을 조절하는 밸브부 또는 압력부의 동작을 제어하는 제어부에서 수행되는 에스프레소 추출 방법에 있어서,
    상기 추출부의 헤드에 포터 필터가 장착된 경우, 상기 압력부에 유체를 충진하고, 상기 밸브부의 동작을 제어함으로써 상기 압력부 내부의 기포를 제거하는 단계;
    상기 추출부에 유체를 충진하고, 상기 밸브부의 동작을 제어함으로써 상기 추출부 내부의 기포를 제거하는 단계;
    상기 압력부를 동작시켜, 상기 추출부에 충진된 유체에 압력을 인가함으로써 에스프레소를 추출하는 단계;
    상기 센서부를 통해 상기 추출부 내부의 추출 압력을 수신하는 단계; 및
    상기 추출 압력을 기초로, 상기 압력부의 동작을 제어하는 단계; 를 포함하고,
    상기 밸브부는,
    제1 유로를 통해 압력부 및 상기 추출부에 공급되는 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브, 일측이 상기 압력부와 연결되고 타측이 개방된 제2 유로에서의 유체 감지 유무에 따라, 상기 제2 유로가 개방 또는 차단되도록 오픈클로징이 제어되는 제2 밸브 및 일측이 상기 추출부와 연결되고 타측이 개방된 제3 유로에서의 유체 감지 유무에 따라, 상기 제3 유로가 개방 또는 차단되도록 오픈클로징이 제어되는 제3 밸브를 포함하고,
    상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 오픈하고, 상기 제3 밸브를 클로징하여 상기 압력부 내부에 유체가 공급되도록 야기하고,
    상기 제2 밸브를 클로징한 경우, 상기 제3 밸브를 오픈하고, 그리고 상기 제2 밸브가 클로징됨에 따라, 상기 추출부의 내부에 유체가 공급되도록 야기하고, 그리고
    상기 제3 밸브를 클로징한 경우, 상기 제1 밸브를 클로징하고, 그리고
    상기 헤드는,
    제1 내측면으로부터 상기 제2 유로의 일측까지 연장 형성되는 제1 경사면 및 상기 제1 내측면에 대향하는 제2 내측면으로부터 상기 제2 유로의 일측까지 연장 형성되는 제2 경사면을 포함하는,
    에스프레소 추출 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 추출 압력을 수신하는 단계, 및 상기 압력부의 동작을 제어하는 단계는 상기 에스프레소를 추출하는 단계가 수행되는 동안 실시간으로 수행되는, 에스프레소 추출 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 압력부의 동작을 제어하는 단계는,
    상기 추출 압력과 기준 압력을 비교하는 단계와,
    비교된 압력을 기초로 제어 신호를 생성하는 단계 및
    상기 제어 신호를 상기 압력부에 전달하는 단계를 더 포함하는, 에스프레소 추출 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 감소되도록, 상기 압력부를 제어하는 제어 신호를 생성하고,
    상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 낮은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 증가되도록, 상기 압력부를 제어하는 제어 신호를 생성하고,
    상기 추출 압력이 상기 기준 압력과 동일한 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 유지되도록 상기 압력부를 제어하는 제어 신호를 생성하는 에스프레소 추출 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 포터 필터가 장착되어, 상기 포터 필터와 공간을 이루는 헤드를 포함하는 추출부;
    상기 추출부에 압력을 인가하는 압력부;
    상기 추출부 내부의 추출 압력을 감지하는 센서부;
    상기 추출 압력과 기준 압력을 비교하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 따라, 상기 압력부의 동작을 실시간으로 제어하는 제어부; 및
    상기 압력부 또는 상기 추출부로의 유체의 유입 및 배출을 제어하는 밸브부;
    를 포함하고,
    상기 밸브부는,
    제1 유로를 통해 상기 압력부 및 상기 추출부에 공급되는 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브;
    일측이 상기 압력부와 연결되고 타측이 개방된 제2 유로를 개방 또는 차단하는 제2 밸브; 및
    일측이 상기 추출부와 연결되고 타측이 개방된 제3 유로를 개방 또는 차단하는 제3 밸브;
    를 포함하고,
    상기 센서부는,
    상기 제2 유로 또는 상기 제3 유로의 유체 감지 유무를 센싱하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 유로의 타측에 유체가 감지되었다고 판단되는 경우, 상기 제2 밸브가 클로징되도록 상기 제2 밸브의 동작을 제어하고,
    상기 제3 유로의 타측에 유체가 감지되었다고 판단되는 경우, 상기 제3 밸브가 클로징되도록 상기 제3 밸브의 동작을 제어하고, 그리고
    상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브가 클로징된 경우, 상기 제1 밸브가 클로징되도록 상기 제1 밸브의 동작을 제어하고,
    상기 헤드는,
    제1 내측면으로부터 상기 제2 유로의 일측까지 연장 형성되는 제1 경사면 및 상기 제1 내측면에 대향하는 제2 내측면으로부터 상기 제2 유로의 일측까지 연장 형성되는 제2 경사면을 포함하는,
    에스프레소 추출 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 감소되도록 상기 압력부의 속력을 제어하고,
    상기 추출 압력이 상기 기준 압력보다 낮은 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 증가되도록 상기 압력부의 속력을 제어하고,
    상기 추출 압력이 상기 기준 압력과 동일한 경우, 상기 추출부 내부의 압력이 유지되도록 상기 압력부의 속력을 제어하는 에스프레소 추출 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 제1 유로의 타측 및 상기 제2 유로의 타측에 배치되고, 상기 제1 유로의 타측 및 상기 제2 유로의 타측에서의 유체를 감지하는 유체 감지 센서와,
    상기 추출부의 추출 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하는 에스프레소 추출 장치.

  13. 삭제
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