KR102457854B1 - 펌프를 구비한 음료 제조 장치 및 펌프 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성분-함유 카트리지 내로의 액체 주입에 따라 음료를 제조하도록 설계된 음료 제조 장치에 관한 것으로, 장치는 유체 유입구(102)와 유체 배출구(104) 사이에서 유체를 상기 유입구로부터 상기 배출구로 펌핑하도록 커플링되는 펌프(106), 및 파형을 갖는 전기 에너지(121)에 응답하여 펌프의 동작을 제어하도록 구성된 펌프(106)를 위한 처리 유닛(108)을 포함함으로써 펌프는 파형의 다만 선택된 반주기들(a1,a2,a3…an) 전체에 걸쳐서만 에너자이징되며, 처리 유닛(108)은, 펌프가 에너자이징되는 각자의 선택된 반주기들(a1,a2,a3…an)을, 목표 유량(FR) 대 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 목표비(TR), 및 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수(A) 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수(B)의 활성화비(AR)의 계산에 기초하여 결정하도록 구성된다. 본 발명은 또한 음료 제조 장치의 펌프 제어 방법에 관한 것이다.

Description

펌프를 구비한 음료 제조 장치 및 펌프 제어 방법{BEVERAGE PREPARATION DEVICE WITH PUMP AND METHOD FOR CONTROLLING THE PUMP}

본 발명은 유체 유입구와 유체 배출구 사이에서 상기 유체 유입구로부터 상기 유체 배출구로 유체를 펌핑하도록 커플링된 전기적으로 동작되는 펌프를 포함하고, 펌프의 진보된 제어를 가능하게 하는 처리 유닛을 더 포함하는 음료 제조 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 음료 제조 장치의 펌프 제어 방법에 관한 것이다.

음료 분배(dispensing)용으로 설계된 음료 제조 장치는 가정용 및 상용 환경 모두에서 잘 알려져 있고 아주 흔하다. 이러한 장치는 일반적으로 온-디맨드(on-demand)로 냉 음료 또는 온 음료를 제조하도록 구성되는데, 예컨대 장치가 가열 유닛을 포함하는 경우라면 특히 커피 또는 차 음료를, 또는 특히 청량 음료 또는 물과 같은 냉 음료를 제조하도록 구성된다. 후자의 경우, 장치는 냉동 유닛을 구비할 수 있다.

이 분야의 공통적인 원리는 성분-함유 카트리지 또는 캡슐이 장치의 전용 수용 수단 내에 삽입되고, 액체가 카트리지 내에 공급됨에 따라 성분-함유 카트리지 또는 캡슐로부터 음료가 제조되는 것을 이용한 음료 제조이다. 이로써 원하는 유량 및 압력에서 미리 정해진 양의 액체가 캡슐에 제공되고, 예컨대 추출 또는 브루잉(brewing)과 같은 것에 의해 캡슐 안에 포함된 성분들과 상호작용한다. 이어서, 수득되는 음료는 제공된 수용 용기 내로 카트리지로부터 바람직하게 직접 부어진다.

공지의 음료 제조 장치는 일반적으로 도 7에 개략적으로 나타낸 바와 같은 유체 회로를 구현한다. 따라서, 장치(100a)의 급수 탱크(10)는 펌프(106), 및 펌프(106)와 급수 탱크(10)를 상호연결하는 배관(tubing)을 통하는 액체의 유량 및 체적을 검출하는 유량계(30)에 연결된다. 물 필터(20)는 급수 탱크(10)와 펌프(106) 사이의 유체 경로에 배치될 수 있다. 장치는 펌프(106)로부터 음료 성분을 함유하는 카트리지(40)를 수용하고 유지하기 위한 수용 챔버(118)로의 유체 경로에 배열되는 써모 블록(112)과 같은 가열 유닛을 포함할 수 있다. 카트리지(40)로부터 부어진 액체 음료는 수용 컵(70)에 수용된다. 이들 장치에 사용되는 펌프는 예를 들어 일반적으로 유럽 특허 출원 EP 2 107 242 A1에 기재된 바와 같은 솔레노이드 펌프이다.

EP 2 107 242 A1과 같은 공지의 장치에서, 일반적으로 물의 유량 및 이에 따라 카트리지를 포함하는 수용 챔버 내로 제공되는 액체의 양의 제어는, 제공되는 전류의 위상각 제어에 기초하고, 유량 및/또는 수용 챔버에 이미 제공된 액체의 양의 효과적 측정에 기초하여 유량계와 펌프 사이에서 위상각 제어의 조정을 가능하게 하는 피드백 루프를 제공함에 의해 펌프를 활성화(activation)함으로써 얻어진다.

음료 제조 장치 크기의 소형화 및 제조 비용의 감소에 대한 요구의 증가에 기인하여, 장치 내의 구성 요소의 수를 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 요구를 고려하여, 장치의 유체 회로에 전용 유량계를 제공하지 않으면서 유량 및 따라서 주어진 시간 동안 장치의 펌프에 의해 제공되는 액체 체적의 향상된 제어를 가능하게 하는 해결책이 요구된다. 따라서, 수득되는 음료의 농도(strength) 및 체적에 관한 재현 가능하면서 최적의 결과를 유지하기 위해 장치의 카트리지에 제공되는 유체 유량의 신뢰성 있는 제어를 제공하는 것이 더 바람직하다.

추가로, 펌프가 불규칙한 방식으로 활성화 및 비활성화됨에 따라 펌핑 부재와 솔레노이드 펌프의 정지 부재 또는 프레임 사이의 상호작용으로 인해 불쾌한 소리를 유발할 수 있기 때문에 펌프의 본질적으로 균일한 활성화가 바람직하다.

본 발명은 전술한 문제점에 대한 해결책을 제공하고, 다음의 설명에서 명백해지는 바와 같이 기존 기술에 부가적인 이점을 제공한다.

제1 양태에서, 본 발명은 성분-함유 카트리지 내로의 유체의 주입에 따라 음료를 제조하도록 설계된 음료 제조 장치를 제안하며, 장치는

- 유체 유입구와 유체 배출구 사이에서 유체를 상기 유입구로부터 상기 배출구로 펌핑하도록 커플링된 전기적으로 동작되는 펌프, 및

- 파형을 갖는 전기 에너지에 응답하여 펌프의 동작을 제어하도록 구성된 펌프를 위한 처리 유닛을 포함함으로써, 펌프는 파형의 다만 선택된 반주기들, 바람직하게 양의 반주기들(positive half cycle) 전체에 걸쳐서만 에너자이징되며,

처리 유닛은 펌프가 에너자이징되는 각자의 선택된 반주기를

. 목표 유량 대 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 목표비(target ratio), 및

. 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수의 활성화비(activation ratio)의 계산에 기초하여 결정하도록 구성된다.

본 발명은 장치의 유체 회로 내에 전용 유량계 없이, 전기 에너지의 파형의 양의 반주기 각각의 전체에 걸쳐 펌프를 최대로 에너자이징할 때 얻을 수 있는 최대 유량에 대한 원하는 유량에 의존하여 처리 유닛이 펌프의 동력을 설정할 수 있다는 것을 인식하는 것에 기초한다. 펌프에 전달되는 전기 에너지의 파형의 소정의 선택된 반주기 동안에만 펌프를 에너자이징하기 위해, 일부의 시간동안 펌프를 스위치 오프(off)함으로써 펌프로의 동력 공급의 감소 및 그에 따른 유량의 감속을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 장치는 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 분율(fraction)로서의 임의의 원하는 유량을 얻기 위한 펌프의 제어를 가능하게 하며, 분율이 전기 에너지의 파형의 반주기의 배수가 되는지 여부는 상관 없다.

예를 들어, 150 mL/분의 유량이 요구되고, 펌프의 미리 정의된 최대 유량이 400 m/L로 정의되는 경우, 전기 에너지의 파형이 비율 150/400의 배수인 반주기를 나타내지 않더라도, 본 발명은 펌프가 에너자이징되기 위한 전기 에너지의 파형의 반주기의 선택을 가능하게 한다.

처리 유닛은 또한 펌프의 본질적으로 균일한 활성화가 얻어지도록 펌프가 그 전체에 걸쳐 에너자이징되는 각자의 반주기를 선택한다. 위의 특정 예에서, 150 mL/분은 40개의 반주기 중 5개의 연속 반주기 동안 3회 펌프를 스위치 온(on)함으로써 얻어질 수 있다(150/400=(5+5+5)/40). 그러나 이것은 펌프의 불쾌한 소리를 초래한다. 사실 펌프의 피스톤이 펌프의 프레임을 때릴 때마다 작은 소리가 인지될 수 있다. 이러한 작은 소리의 규칙성에 따라, 펌프의 전체적인 소리가 불쾌한 것으로 인지된다. 이것은 펌프가 5개의 반주기 동안 스위치 온되고 이어서 10개의 반주기 동안 갑자기 스위치 오프되는 경우일 수 있다.

그러나, 본 발명은 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수의 활성화비에 기초하여 펌프가 에너자이징되는 반주기를 선택함으로써, 원하는 유량에 상관없이 본질적으로 균일한 펌프의 활성화를 제공한다.

따라서, 바람직하게 처리 유닛은 음료 제조 프로세스 전체에 걸쳐 펌프의 본질적으로 연속적인 활성화를 제공하도록, 즉 유체 유동에서의 강한 편차 및/또는 버스트(burst)를 방지하도록 펌프가 에너자이징되는 각자의 반주기를 결정하도록 구성된다. 이러한 원리에 따라, 바람직하게 장치의 각자의 처리 유닛에는 버스트 발화 제어(burst fire control) 및 펌프의 위상각 제어가 존재하지 않는다.

장치의 처리 유닛은 바람직하게 목표비와 활성화비의 값을 지속적으로 비교하도록 구성된다. 따라서, 비교는 바람직하게 전기 에너지의 파형의 각자의 양의 반주기 각각에 대해 수행된다.

바람직한 실시예에서, 처리 유닛은 전기 에너지의 파형의 각자의 반주기 각각에 대해, 펌프가 각자의 반주기 전체에 걸쳐 에너자이징될 것인지 여부를 개별적으로 계산하도록 구성된다.

활성화비가 목표비보다 낮은 경우, 펌프는 바람직하게 각자의 반주기에 대해 처리 유닛에 의해 에너자이징 된다.

장치의 펌프는 처리 유닛에 의해 전기 에너지의 파형의 양의 반주기를 이용해 에너자이징되는 펌프이다. 전기 에너지는 일반적으로 교류 전류이며, 바람직하게 정현파 전류이다. 전기 에너지 공급은 정류 정현파 전류일 수 있다. 따라서, 전기 에너지의 파형이 "0"을 교차하는 경우에, 바람직하게 펌프로의 전류가 차단된다.

펌프는 바람직하게 솔레노이드 펌프이다. 솔레노이드 펌프는 바람직하게 스프링-장착 위치와 스프링-해제 단부 위치 사이에서 축방향으로 변위가능한 스프링-장착 펌핑 부재를 포함할 수 있다.

바람직하게 펌프가 최대 출력으로 에너자이징되는 경우, 즉 펌프가 전기 에너지의 파형의 각자의 반주기 각각에서 에너자이징되는 경우 펌프는 이상적이면서 최대인 유량을 제공한다. 최대 유량은 예컨대, 200 내지 600 mL/분 사이일 수 있다.

바람직하게, 장치는 음료 제조 장치 내에 삽입된 성분-함유 카트리지를 식별하는 장치를 포함함으로써 처리 유닛이 목표 유량 및/또는 음료 제조 프로세스 동안 카트리지 내로 제공되는 액체의 양을 정의할 수 있게 한다.

장치는 또한 사용자 인터페이스를 포함함으로써 사용자가 목표 유량 및/또는 음료 제조 프로세스 동안 카트리지에 제공되는 액체의 양을 정의할 수 있게 할 수 있다. 따라서, 사용자 인터페이스도 또한 원하는 음료 농도의 선택을 위해 적용될 수 있으며, 이어서 장치의 처리 유닛에 의해 각자의 음료 제조 프로세스를 위한 원하는 목표 유량으로 계산된다.

바람직한 실시예에서, 장치는 실제 유량을 검출하기 위한 유량계를 장치의 유체 회로에 갖지 않는다.

추가의 양태에서, 본 발명은 음료 제조 장치의 유체 유입구로부터 유체 배출구로 유체를 펌핑하기 위한 전기적으로 동작되는 펌프의 제어 방법에 관한 것으로서,

- 파형을 갖는 전기 에너지로부터 펌프를 동작하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계, 및

- 전기 에너지의 파형의 다만 선택된 - 바람직하게 양의 - 반주기들 전체에 걸쳐서만 펌프를 에너자이징하는 제어 신호를 제공하는 단계를 포함하며,

펌프가 에너자이징되는 각자의 선택된 반주기는:

. 목표 유량 대 펌프의 정의된 최대 유량의 목표비, 및

. 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수의 활성화비의 계산에 기초하여 결정된다.

본 발명의 방법에 따라 동작되는 펌프는 장치의 유량계의 요구되는 피드백 루프 없이 최대 유량의 분율로서의 원하는 유량을 제공할 수 있게 하고, 또한 전술한 바와 같은 동작 동안 불쾌한 소리를 생성하지 않는다.

추가적으로, 전술한 바와 같이, 펌프의 본질적으로 일정한 활성화 및 그에 따른 일정한 유량이 얻어질 수 있다. 본 발명의 이러한 원리에 따라, 바람직하게 펌프가 에너자이징되는 각자의 반주기는 음료 제조 프로세스 전체에 걸쳐 펌프의 본질적으로 연속적인 활성화를 제공하도록, 즉 유체 유동에서의 강한 편차 및/또는 버스트를 방지하도록 결정된다.

바람직한 실시예에서, 방법은, 즉 바람직하게 파형의 각자의 반주기 각각에 대해, 목표비 및 활성화비의 값을 지속적으로 비교하는 단계, 및 각자의 반주기 전체에 걸쳐 펌프를 에너자이징할지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 이에 의해, 활성화비는 바람직하게 전기 에너지의 파형의 각자의 반주기의 각각에 대해 재계산된다.

바람직하게 방법은 활성화비가 목표비보다 낮은 경우, 전기 에너지의 파형의 각자의 반주기 전체에 걸쳐 펌프를 에너자이징하기 위한 제어 신호를 제공하는 단계를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 방법은:

- 원하는 목표 유량(FR) 대 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 비율에 기초하여 음료 제조를 위한 목표비(TR)를 설정하는 단계,

- 계수 변수들(A 및 B)의 초기 정수 값을 "1"로 설정하는 단계,

- 전기 에너지의 파형의 각자의 반주기 각각에 대해 A/B 비율과 목표비(TR)를 비교하는 단계로서,

. A/B 비율이 목표비(A/B)보다 낮거나 같으면, 각자의 반주기 전체에 걸쳐 펌프를 에너자이징하고,

. A/B 비율이 목표비(A/B)보다 높으면, 각자의 반주기 전체에 걸쳐 펌프(106)를 에너자이징하지 않고, 정수 변수(A)를 "+1"만큼 증가시키는 단계, 및

- 각자의 반주기 각각에 대한 비율 A/B를 결정한 이후에 정수 변수(B)를 "+1"만큼 증가시키는 단계를 포함한다.

바람직하게, 하나의 단계(B_max)에서, 전기 에너지의 파형의 대응하는 반주기(n)에 대해, A/B_max 비율과 목표비(TR) 사이의 차가 미리 결정된 백분율, 예를 들어 1%보다 낮은 것으로 결정되면, 이어서 정수 변수들(A 및 B) 각각은 1에 대해 리셋된다.

결과적으로 펌프(1 내지 n)를 에너자이징 온 및 오프하는 패턴이 처음부터 반복된다.

본 발명의 방법 단계들은 음료 제조 장치의 처리 유닛에 구현되거나 장치의 신호 프로세서상의 소프트웨어에 구현될 수 있다.

첨부 도면과 함께 취했을 때, 본 발명의 실시예들의 하기의 상세한 설명을 읽을 시, 본 발명의 추가의 특징, 이점 및 목적이 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음료 제조 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음료 제조 장치의 솔레노이드 펌프를 개략적으로 도시한다.
도 3은 음료 제조 장치의 솔레노이드 펌프의 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 펌프에 대한 제어 신호의 발생을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 프로세스의 바람직한 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 해결책에 따른, 목표 유량의 상이한 값들과 솔레노이드 펌프의 대응 제어에 대한 바람직한 예를 도시한다.
도 7은 종래 기술의 음료 제조 장치의 유체 회로를 개략적으로 도시한다.

도면들은 단지 개략적이며, 축척대로 도시된 것이 아님을 이해하여야 한다. 추가로, 동일한 참조 번호가 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부품을 나타내기 위해 사용된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음료 제조 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 음료 제조 장치(100)는 예컨대 물과 같은 액체를 수용하기 위한 유입구인 유체 유입구(102), 및 바람직하게는 음료를 음료 제조 장치(100)의 사용자의 리셉터클(receptacle) 내로 분배하기 위한 유체 배출구(104)를 포함한다. 솔레노이드 펌프(106)는 유체 유입구(102)와 유체 배출구(104) 사이에서 유체를 유입구로부터 배출구로 펌핑하기 위해 배열된다. 바람직하게 장치에는 유체 회로에 유량계가 없다. 솔레노이드 펌프(106)는 이후에 더 상세히 기술될 처리 유닛(108)에 의해 제어된다.

또한, 음료 제조 장치(100)의 실시예가 본 발명에 중요한 것은 아니므로, 음료 제조 장치(100)는 임의의 적합한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 음료 제조 장치는 유체 가열 스테이지, 예컨대, 써모 블록 및/또는 유체 냉각 스테이지일 수 있는 온도 조절 스테이지(112) 및 온도 센서(116)를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 장치(100)는 음료 브루잉 제품, 바람직하게, 성분-함유 카트리지 또는 캡슐을 수용하기 위한 수용 챔버(118)를 포함한다. 바람직하게 카트리지는 카트리지를 통과하는 물과의 상호작용에 따라 액체 음료를 재구성하기 위한 커피 또는 차 성분을 포함한다. 그러나 카트리지가 다른 영양 성분을 포함하는 다른 실시예도 동일하게 적합하다.

처리 유닛(108)은 솔레노이드 펌프(106)에 미리 정의된 시간 동안 펌프(106)를 에너자이징하기 위한 제어 신호(122)를 제공하도록 배열된다. 제어 신호(122)는 유체 배출구(104)에서 제공되는 유체가 요구되는 특성, 특히 원하는 유량을 갖는 것을 보장하도록 처리 유닛(108)에 의해 정의된다. 이에 따라 처리 유닛은 파형을 갖는 전기 에너지, 바람직하게 정류 교류 공급에 기초하여 펌프를 에너자이징하도록 설계된다.

처리 유닛(108)은 원하는 유체 출력 요건, 특히 유체 유량 및/또는 각자의 음료 제조 프로세스 중에 수용 챔버(118) 내로 위치되는 카트리지(도시되지 않음)에 제공되는 유체의 양을 사용자가 정의할 수 있게 하는 사용자 인터페이스(130), 예컨대, 하나 이상의 버튼에 연결될 수 있다. 이에 따라 사용자도 수득되는 음료의 원하는 농도를 나타낼 수 있고, 이것은 이어서 특정 유량 및/또는 수용 챔버(118) 내에 배치된 카트리지에 제공될 유체의 양으로서 계산된다. 이러한 이유로 처리 유닛(108)은 사용자의 선택된 음료 농도에 기초하여 원하는 유량을 계산하기 위한 룩업 테이블 또는 저장된 데이터를 포함할 수 있다.

대안적으로 또는 동시에 음료 제조 장치(100)는 성분-함유 카트리지 또는 캡슐(119)을 식별하는 장치를 포함할 수 있고, 캡슐의 식별과 관련된 신호(127)를 처리 유닛(108)에 제공하는데, 특히 유체 유량 및/또는 수용 챔버(118) 내로 위치되는 카트리지(도시되지 않음)에 제공되는 유체의 양에 대한 정보를 제공하도록 설계된다.

처리 유닛(108)은 또한 제어 신호(122)에 의해 펌프를 지속적으로 에너자이징하는 경우에 얻을 수 있는 솔레노이드 펌프(106)의 미리 정의된 최대 유량을 저장하도록 구성된다.

처리 유닛(108)은 또한 온도 조절 스테이지(112)를 제어하도록 적용될 수 있다. 추가로, 온도 센서(116)의 피드백 신호는 처리 유닛(108)에 공급될 수 있다. 따라서, 처리 유닛(108)은 온도 센서(116)에 의해 제공되는 정보에 따라 솔레노이드 펌프(106)의 펌핑 동작을 시작 및/또는 중지하도록 구성될 수 있다. 장치는 온도 센서(116)의 피드백 신호 및/또는 처리 유닛(108)에 의해 제공되는 정보에 응답하여 온도 조절 스테이지(112)를 제어하기 위한 추가 처리 유닛(114)을 더 포함할 수 있다.

솔레노이드 펌프(106)의 가능한 제어 메카니즘에 대한 전술된 예는 비제한적인 예일 뿐임을 이해해야 할 것이다. 처리 유닛(108)과 관련된 다른 적합한 제어 원리는 당업자에게 명백할 것이고, 개시된 제어 메커니즘을 포함하는 적합한 제어 메커니즘의 조합 또한 실현가능하다는 것을 이해해야 할 것이다. 처리 유닛(108)은 하드웨어로 구현된 음료 제조 장치(100)의 개별 컴포넌트일 수 있다. 대안적으로, 처리 유닛(108)은 신호 프로세서(120)의 일부분일 수 있고, 다른 처리 유닛, 예컨대, 온도 조절 스테이지(112)를 제어하고, 온도 센서(116)로부터의 피드백 신호(124)와 같은 피드백 신호를 처리하기 위한 처리 유닛(114)을 구현하도록 추가로 배열될 수 있다. 처리 유닛(108)은 이러한 신호 프로세서(120) 상의 소프트웨어에 구현될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장치(100)의 솔레노이드 펌프(106)의 바람직한 실시예들을 예시한다. 펌프(106)는 축방향으로 변위가능한 펌핑 부재(206), 예컨대, 솔레노이드(220)의 제어 하에 축(208) 상에서 축방향으로 변위가능한 피스톤 또는 진동판(diaphragm)을 포함한다. 스프링(210)은 펌핑 부재(206)가 솔레노이드(220)의 제어 하에 유입구(202)를 향해 이동되는 경우 스프링(210)이 압축되도록 펌핑 부재(206) 뒤에 장착된다. 따라서, 펌핑 부재(206)는 스프링(210)의 장력이 해제되어 있는 단부 위치(230)와 스프링(210)이 완전히 압축되어 솔레노이드(220)의 제어 하에 있는 스프링 장착 위치(240) 사이에서 축방향으로 이동될 수 있다. 단부 위치(230)로부터 스프링 장착 위치(240)를 향한 펌핑 부재(206)의 변위는 유입구(202)를 통해 솔레노이드 펌프(106)의 챔버(212) 내로 유체가 흡입되도록 하는 반면, 스프링(210)의 장력의 해제는 펌핑 부재(206)가 단부 위치(230)를 향해 변위됨으로써 챔버(212) 내에 수집된 유체를 배출구(204)를 통해 펌핑하도록 한다.

도 2에 예시된 솔레노이드 펌프(106)는 솔레노이드 펌프(106)의 유입구(202), 배출구(204)와 챔버(212) 사이에 T-접합 배열을 갖도록 구성된다. 도 3에 예시된 솔레노이드 펌프(106)에서, 챔버(212)는 유입구(202)와 배출구(204) 사이에 배치된다.

전술한 바와 같이, 솔레노이드 펌프(106)의 펌핑 동작 동안 스프링(210)에서의 장력의 해제는 펌핑 부재(206)를 단부 위치(230)를 향해 가속하고, 단부 위치(230)에서의 펌핑 부재(210)의 충격은 상당한 양의 소리를 생성한다. 특히 펌프가 불규칙한 패턴으로 동작되는 경우에 이러한 소리의 양은 매우 불쾌하다. 따라서, 본 발명은 원하는 목표 유량에 관계없이 펌프의 본질적으로 균일한 활성화를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 처리 유닛(108)에 의해 생성되는 제어 신호(122)를 예시한다. 따라서, 그래프 a)는 처리 유닛(108)에 제공되는 정류 정현파 전류 공급 신호(121)에 관한 것이다. 따라서, 공급 신호(121)는 주파수(f), 예컨대, 50 ㎐ 또는 60 ㎐에서 교번하는 전류의 각자의 양의 반주기에 대응한다. 그래프 b)는 교류 공급 신호(121)에 기초하여 펌프(106)를 에너자이징하도록 제공되는 제어 신호(122)에 대한 예를 나타낸다. 따라서, 제어 신호(122)의 진폭은 솔레노이드 펌프(106)의 구동 전압(V)이다.

처리 유닛(108)은 공급 신호(121)의 교류 반주기들(b₁,b₂,b₃,b₄,b_5...b_n)의 다만 특별히 결정된 반주기들(a₁, a₂, a₃... a_n)의 전체에만 걸쳐 펌프(106)를 에너자이징하기 위한 제어 신호(122)로서 공급 신호(121)를 전송하도록 설계된다.

제어 신호(122)에 의해 펌프가 에너자이징될 각자의 반주기들(a₁,a₂,a_3...an)은 원하는 목표 유량 대 펌프(106)의 미리 정의된 최대 유량의 정의된 목표비에 기초하고, 과거 반주기들의 수(A) - 즉 각자의 음료 제조 프로세스에서 펌프가 이미 에너자이징된 반주기들(a₁,a₂,a_3...a_n)의 합 - 대 각자의 음료 제조 프로세스에서 전체 반주기들의 수(B)(b₁,b₂,b₃,b₄,b_5...b_n의 합)의 활성화비(A/B)의 바람직하게 연속적인 계산에 기초하여 처리 유닛(108)에 의해 결정된다.

처리 유닛(108)은 전용 제어 신호에 의해 각자의 반주기(a₁,a₂,a_3...a_n) 전체에 걸쳐 펌프(106)를 에너자이징할지 여부를 지속적으로, 즉 바람직하게 공급 신호(121)의 반주기(b₁,b₂,b₃,b₄,b_5...b_n) 각각에 대해 계산하도록 구성된다. 따라서, 바람직하게 처리 유닛(108)은 공급신호(121)의 반주기들(b₁,b₂,b₃,b₄,b_5...b_n) 각각에 대해, 실제로 계산된 활성화비(A/B)가 원하는 목표비보다 작은지 여부를 비교하고, 만일 그렇다면, 전용 신호(122)에 의해 각자의 반주기(a₁,a₂,a_3...a_n) 전체에 걸쳐 펌프를 에너자이징한다.

도 4의 공급 및 제어 신호(121, 122)의 형상은 단지 비제한적인 예로서만 예시됨을 알 것이다. 다른 형상도 동일하게 실현가능하다. 예를 들어, 제어 신호(122)가 정현파 전류 공급(121)으로부터 유도되어야 하는 것은 아니다. 다른 파형, 예컨대 구형파도 동일하게 실현가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 음료 제조 장치의 펌프를 제어하기 위한 프로세스(300)의 바람직한 예를 도시한다. 따라서, 음료 제조 프로세스 동안, 제1 초기화 단계(301)에서, 예컨대, 사용자 입력 또는 캡슐 인식, 및 교류 공급의 각자의 반주기 각각의 전체에 걸쳐 펌프(106)를 에너자이징하는 경우 얻을 수 있는 최대 유량에 기초하여 원하는 유량의 비율로서 목표비를 정의한다. 최대 유량은 장치의 처리 유닛(108)에 사전설정될 수 있다. 또한, 계수 변수들(A 및 B)은 "A = 1" 및 "B = 1"로 설정된다. 따라서, 변수(A)는 활성화된 반주기들, 즉 각자의 음료 제조 프로세스 동안 펌프(106)가 에너자이징되었던 반주기들의 수이고, 변수(B)는 각자의 음료 제조 프로세스 동안 교류 공급 신호(121)의 총 반주기들의 수이다.

다음 단계(302)에서, 변수들의 활성화비(A/B)가 미리 정의된 목표비와 비교된다. 이는 바람직하게 교류 공급 신호(121)의 각자의 반주기 각각에 대해 계산된다. A/B 비율이 목표비보다 작거나 같은 경우, 펌프는 교류 전류의 각자의 반주기 전체에 걸쳐 활성화된다. 이것은 각자의 반주기 동안 전용 제어 신호(122)를 펌프에 전송함으로써 얻어진다. A/B 비율이 목표비보다 높은 경우, 펌프는 전용 제어 신호(122)에 의해 활성화되지 않는다.

다음 단계(303)에서, 계수 변수(B)는 "B=B+1"로 설정된다.

단계들(302 및 303)은 교류 공급 신호(121)의 각자의 반주기들(b₁,b₂,b₃,b₄,b₅...b_n) 각각에 대해, 각자의 음료 제조 프로세스가 완료될 때까지 반복된다. 이것은 정지 버튼을 누르는 것과 같은 사용자 입력, 또는 미리 정의된 시간이 경과한 경우에 의해 트리거될 수 있다.

바람직하게, 하나의 단계(B_max)에서, A/B_max 비율이 목표비(TR)와 같거나 또는 이들 비율들 간의 차이가 미리 결정된 백분율보다 낮다고 결정되면, 정수 변수들(A 및 B) 각각은 1로 리셋된다.

도 6은 본 발명의 해결책에 따라 솔레노이드 펌프의 원하는 유량 및 대응하는 제어에 대한 일 예를 도시한다. 각자의 원하는 유량(FR)은 225 mL/분이다. 펌프의 미리 정의된 최대 유량은 400 mL/분이다.

원하는 유량이 225 mL/분이라면, 펌프가 교류 공급의 각자의 양의 반주기 각각의 전체에 걸쳐 에너자이징되는 경우, 225 mL/분을 장치의 펌프의 미리 정의된 최대 유량인 400 mL/분으로 나누는 것으로써 목표비(TR = 0.56)를 계산한다.

음료 생산 프로세스의 시작에서, 변수들(A 및 B)은 전술한 바와 같이 "1"로 설정된다. 음료 생산 프로세스 동안, 바람직하게 교류 공급의 양의 반주기 각각에 대해, 실제 활성화비(AR = "A/B")(표에서 각자의 첫째 행에 표시됨)가 미리 정의된 목표비(TR)보다 작은지 여부가 계산되며, 만일 그렇다면 펌프가 에너자이징되며, 그렇지 않은 경우 에너자이징되지 않는다. 이것은 표의 두 번째 행(온/오프)의 각자의 셀에서 "1"(펌프가 에너자이징 됨) 및 "0"(펌프가 에너자이징되지 않음)으로 표시된다.

표의 열 각각은 교류 공급의 양의 반주기에 관련되는 것으로, 이에 대해 각자의 값들의 계산이 수행되고 또한 이에 대해 펌프가 각자의 반주기에서 에너자이징되는지 여부가 결정됨을 유의한다. 따라서, 목표비(TR)와 지속적으로 업데이트되는 활성화비(AR)의 비교에 기초하여, 원하는 유량을 얻기 위해 펌프가 에너자이징되어야 하는지 여부가 지속적으로 계산된다.

각자의 반주기에서 펌프의 온 및 오프 상태를 예시하는 표의 두 번째 행으로부터 유추할 수 있듯이, 음료 제조 프로세스 전체에 걸쳐 펌프의 본질적으로 균일한 활성화가 얻어진다. 이것은 예컨대 펌프가 후속 주기 동안 활성화되고 다른 후속 주기 동안 스위칭되는 공지된 솔레노이드 펌프의 버스트 발화 제어 모드와 현저한 대조를 이룬다.

표의 회색 영역에서 알 수 있는 바와 같이, 25 번째 반주기에서 유량은 0.56이고 실제 활성화비(AR)와 목표비(TR) 사이의 차이는 널(null)이다. 결과적으로 펌프가 활성화되는 각자의 반주기의 결정은 이들 25 사이클 이후에 다시 처음부터 시작될 수 있다. A와 B는 1로 리셋될 수 있다.

이러한 특정 예에서, 최대 유량 400 mL/분으로부터 유량 225mL/분을 얻기 위해, 본 발명의 제어 방법은 펌프가 에너자이징되는 반주기의 활성화를 25개로 계산하였다. 따라서, 펌프가 에너자이징되는 25개 반주기는 본 발명의 방법에 의해 25 반주기에 걸쳐 본질적으로 균일하게 분포된다.

본 발명의 해결책에 의해, 장치의 주어진 유량계의 비용-집약적인 피드백 루프를 요구하지 않으면서 미리 정의된 최대 유량의 분율로서의 원하는 모든 유량을 얻을 수 있음을 유의한다. 또한 장치의 펌프 소리가 불쾌하지 않다.

펌프의 원하는 유량은 음료 제조 장치의 사용자 입력으로 인해 설정될 수 있다. 그러나, 원하는 유량 또한 예컨대, 장치에 삽입된 카트리지 상의 전용 지시기의 판독에 응답하여 처리 유닛에 의해 선택될 수 있으며, 따라서 각자의 카트리지에 포함된 성분의 양 및/또는 유형에 의존할 수 있다.

전술한 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 예시하는 것이며, 당업자는 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있음에 유의해야 한다. 청구 범위에서, 괄호 안의 임의의 참조 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. "포함하는"이라는 단어는 청구항에 열거된 것 이외의 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소에 선행하는 "a" 또는 "an"이라는 단어는 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇몇 별개의 요소들을 포함하는 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 몇몇 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 수단들 중 몇몇은 하나이고 동일한 하드웨어 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정 측정 값들이 서로 상이한 종속 항들에 인용되었다는 단순한 사실만으로 이 측정 값들의 조합이 유익하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (16)

1. 성분-함유 카트리지 내로의 유체의 주입에 따라 음료를 제조하도록 설계된 음료 제조 장치로서:
   - 유체 유입구(102)와 유체 배출구(104) 사이에서 상기 유체를 상기 유체 유입구로부터 상기 유체 배출구로 펌핑하도록 커플링되는 전기적으로 동작되는 펌프(106), 및
   - 파형을 갖는 전기 에너지(121)에 응답하여 상기 펌프의 동작을 제어하도록 구성된 상기 펌프(106)를 위한 처리 유닛(108)을 포함함으로써, 상기 펌프는 상기 파형의 다만 선택된 반주기들(a1,a2,a3...an) 전체에 걸쳐서만 에너자이징되며,
   상기 처리 유닛(108)은 상기 펌프가 에너자이징되는 각자의 상기 선택된 반주기들(a1,a2,a3...an)을:
   . 목표 유량(FR) 대 상기 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 목표비(target ratio; TR), 및
   . 상기 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수(A) 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수(B)의 활성화비(activation ratio; AR)의 계산에 기초하여 결정하도록 구성되는, 음료 제조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 음료 제조 장치의 상기 처리 유닛(108)은 지속적으로 상기 목표비(TR) 및 실제 활성화비(AR)의 값들을 비교하도록 구성되는, 음료 제조 장치.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 전기 에너지의 상기 파형의 각자의 반주기 각각에 대해, 상기 펌프(106)가 상기 각자의 반주기 전체에 걸쳐 에너자이징될지 여부를 개별적으로 계산하도록 구성되는, 음료 제조 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펌프(106)는 상기 활성화비(AR)가 상기 목표비(TR)보다 낮은 경우 각자의 상기 반주기들(a₁,a₂,a_3...a_n) 동안 상기 처리 유닛(108)에 의해 에너자이징되는, 음료 제조 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음료 제조 장치(100)는 실제 유량을 검출하기 위한 유량계를 상기 음료 제조 장치의 유체 회로에 갖지 않는, 음료 제조 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음료 제조 장치의 상기 처리 유닛(108)은 버스트 발화 제어(burst fire control) 또는 위상각 제어를 갖지 않는, 음료 제조 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 에너지의 상기 파형은 정현파 교류인, 음료 제조 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음료 제조 장치는 상기 음료 제조 장치 내에 삽입된 상기 성분-함유 카트리지를 식별하고, 상기 음료 제조 프로세스 동안 상기 처리 유닛(108)이 상기 목표 유량(FR) 및/또는 상기 카트리지 내로 제공되는 액체의 양을 정의할 수 있게 하는 장치를 포함하는, 음료 제조 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펌프(106)는 스프링-장착 선형 펌핑 부재(206)를 포함하는, 음료 제조 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펌프의 상기 미리 정의된 최대 유량은 각자의 상기 반주기들 각각에서 상기 펌프(106)를 에너자이징할 때 얻어질 수 있는, 음료 제조 장치.
11. 음료 제조 장치(100)의 유체 유입구(102)로부터 유체 배출구(104)로 유체를 펌핑하기 위한 전기적으로 동작되는 펌프(106)의 제어 방법으로서,
    - 파형을 갖는 전기 에너지(121)로부터 상기 펌프를 동작하기 위한 제어 신호(122)를 생성하는 단계, 및
    - 상기 전기 에너지의 상기 파형의 다만 선택된 반주기들(a₁,a₂,a_3...a_n) 전체에 걸쳐서만 상기 펌프(106)를 에너자이징하기 위해 상기 제어 신호(122)를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 펌프(106)가 에너자이징되는 각자의 상기 선택된 반주기들(a₁,a₂,a_3...a_n)은
    . 상기 목표 유량(FR) 대 상기 펌프의 정의된 최대 유량의 목표비(TR), 및
    . 상기 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수(A) 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수(B)의 활성화비(AR)의 계산에 기초하여 결정되는, 펌프 제어 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 방법은, 지속적으로 상기 목표비(TR) 및 상기 활성화비(AR)의 값들을 비교하는 단계 및 상기 펌프가 각자의 상기 반주기 전체에 걸쳐 에너자이징될지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 펌프 제어 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 방법은 상기 활성화비(AR)가 상기 목표비(TR)보다 낮은 경우, 상기 전기 에너지의 상기 파형의 각자의 반주기 전체에 걸쳐 상기 펌프를 에너자이징하기 위해 상기 제어 신호(122)를 제공하는 단계를 포함하는, 펌프 제어 방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    - 원하는 목표 유량(FR) 대 상기 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 비율에 기초하여 음료 제조를 위한 목표비(TR)를 설정하는 단계,
    - 계수 변수(A 및 B)의 초기 정수 값을 "1"로 설정하는 단계,
    - 상기 전기 에너지의 상기 파형의 각자의 반주기 각각에 대해, A/B 비율과 상기 목표비(TR)를 비교하는 단계로서,
    . 상기 A/B 비율이 상기 목표비(TR)보다 낮거나 같으면, 각자의 상기 반주기 전체에 걸쳐 상기 펌프를 에너자이징하고,
    . 상기 A/B 비율이 상기 목표비(TR)보다 높으면, 각자의 상기 반주기 전체에 걸쳐 상기 펌프(106)를 에너자이징하지 않고, 정수 변수(A)를 "+1"만큼 증가시키는 단계, 및
    - 각자의 반주기 각각에 대한 상기 A/B 비율을 결정한 이후에 정수 변수(B)를 "+1"만큼 증가시키는 단계를 포함하는, 펌프 제어 방법.
15. 제14항에 있어서, 하나의 단계(B_max)에서 상기 전기 에너지의 상기 파형의 대응하는 반주기(n)에 대해, A/B_max 비율과 상기 목표비(TR) 사이의 차이가 미리 결정된 백분율보다 낮은 것으로 결정되면, 정수 변수들(A 및 B) 각각은 1로 리셋되는, 펌프 제어 방법.
16. 음료 제조 기계의 처리 유닛(108) 상에 실행되는 경우, 상기 처리 유닛이 전기적으로 동작되는 펌프(106)를 동작시키도록 전기 에너지의 제어를 수행할 수 있도록 동작 가능한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터로서, 상기 전기 에너지는 파형을 포함하고, 상기 제어는:
    - 상기 파형의 다만 선택된 반주기들(a₁,a₂,a_3...a_n) 전체에 걸쳐서만 상기 펌프를 에너자이징하는 것과,
    - 상기 처리 유닛(108)이 상기 펌프가 에너자이징되는 각자의 상기 선택된 반주기들(a₁,a₂,a_3...a_n)을:
    . 목표 유량(FR) 대 상기 펌프의 미리 정의된 최대 유량의 목표비(TR), 및
    . 상기 펌프가 에너자이징되었던 과거 반주기들의 수(A) 대 각자의 음료 제조 프로세스 동안의 전체 반주기들의 수(B)의 활성화비(AR)의 계산에 기초하여 결정하도록 구성되는 것을 포함하는, 컴퓨터.

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