KR102481618B1 - 가압형 역방향 커피 추출 장치 - Google Patents

가압형 역방향 커피 추출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역방향 커피 추출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추출수 가압장치로 수압을 가한 물을 하부에서 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 함으로써, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동 방향이 일치되어 빠른 유속으로 커피를 추출할 수 있고, 기포의 제거가 신속히 이루어져 물과 접촉하는 커피입자의 표면적이 증가되어 진한 농도의 커피 추출이 가능하며, 매우 빠른 시간에 진한 농도의 커피 추출이 가능한 가압형 역방향 커피 추출 장치에 관한 것이다.
본 발명은 공급 수조(100), 커피 추출조(200), 커피탱크(300), 추출수 가압장치(400)를 포함하여 구성된 가압형 역방향 커피 추출장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 커피 추출조(200)는 추출 용기(210), 추출 캡(220)을 포함하여 구성되고,
상기한 추출 용기(210)는 경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)가 1.5~1.3으로 형성된 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치를 제공한다.
(경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)는 아래의 수식으로 구해지고,
F=(A/CA),
여기서 A(Area)는 추출용기(210) 내경의 내벽 면적, CA(Cut Area)는 추출용기의 내경의 횡단면적을 의미함)
또한 본 발명은 커피 추출조(200)의 추출 용기(210)의 하부에 하부 필터(211)가 구비되고,
상기한 추출 용기(210)의 상부에 상부 필터(212)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치를 제공한다.

Description

가압형 역방향 커피 추출 장치{a pressurized reverse flow typed cold brew coffee extraction device}
본 발명은 역방향 커피 추출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추출수 가압장치로 수압을 가한 물을 하부에서 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 함으로써, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동 방향이 일치되어 빠른 유속으로 커피를 추출할 수 있고, 기포의 제거가 신속히 이루어져 물과 접촉하는 커피입자의 표면적이 증가되어 진한 농도의 커피 추출이 가능하며, 매우 빠른 시간에 진한 농도의 커피 추출이 가능한 가압형 역방향 커피 추출 장치에 관한 것이다.
콜드브루 커피는 특유의 맛과 향에 의해 점차 이를 즐기는 사람들이 늘어나고 있는 추세이다. 그러나 콜드브루 커피는 그 독특한 제조 방식에 의해 단위 시간당 얻을 수 있는 양이 매우 적었는데, 예를 들어 600cm3 부피의 커피를 이용해 9시간 추출해 낸 결과가 1000ml 정도로서 매우 적은 문제가 있었다.
또한, 종래의 콜드브루 추출 장치는 상부 방향으로부터 드롭되는 물이 커피 입자를 적셔 하방으로 추출되는 방식으로서, 커피 입자 사이의 기포의 상승 방향과 물의 흐름 방향이 정반대이기 때문에 기포의 제거가 더디게 이루어지게 되거나 또는 기포가 제거되지 않고 입자 사이에 갇혀 커피 입자와 물의 접촉 면적이 줄어들고, 또한, 기포의 상승 방향과 물의 흐름 방향이 정반대이므로 물이 하방으로 유동하는 시간이 길어지는 문제가 있었다. 이러한 현상은 물, 매질 및 기체가 공존하는 다공 매질을 통한 불포화 유동(Unsaturated flow)원리와 같다.
또한, 종래의 콜드브루 추출 장치는 대기중에 노출된 상태로 진행되는 경우가 많아 미생물 또는 먼지 등의 오염에 노출되는 문제가 있었다.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명자는 등록특허(10-2015036호) "수두차를 이용한 콜드브루 커피 추출 장치"(이하 선행기술)를 제시하여, "추출부를 공급 수조의 하방에 구비하고, 수두차에 의해 추출부의 하부로 물을 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 함으로써, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동방향이 일치되어 실제 물이 이동하는 유효 단면적을 확장해 줌으로써 짧은 시간애에 커피를 추출할 수 있는 효과가 있으며, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동 방향이 일치됨으로써, 기포의 제거가 신속히 이루어져 물과 잡촉하는 커피 입자의 표면적이 증가되어 진한 농도의 커피 추출이 가능한 효과가 있는 수두차를 이용한 콜드브루 커피 추출 장치"를 제공한 바 있다.
본 발명자의 상기한 선행기술은 종래의 콜드 브루 커피 추출장치에 비하여, 추출부를 공급 수조의 하방에 구비하고, 수두차에 의해 추출부의 하부로 물을 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 함으로써, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동방향이 일치되어 실제 물이 이동하는 유효 단면적을 확장해 줌으로써 짧은 시간에 커피를 추출할 수 있는 효과가 있다.
따라서 상기한 선행기술의 경우에도 콜드브루 추출용 커피 150g으로 800ml의 원액을 추출하는 경우 약 40분 이내의 시간이 들고 일반 콜드브루 추출 커피에 비하여 트리고넬린(trigonelline), 클로로제닉애시드(chlorogenic acid), 카페인(caffeine) 등의 성분의 농도가 더 높게 나타나는 효과가 있다.
하지만 상기한 선행기술은 여전히 일반 커피 영업점에서 판매하기 위하여는 추출용 커피 150g으로 상기한 트리고넬린(trigonelline), 클로로제닉애시드(chlorogenic acid), 카페인(caffeine) 등의 성분의 농도가 적정 농도 이상으로 함유되는 3000~4000ml의 원액을 40분 이내에 짧게 추출해야만 영업성 및 상업성을 확보할 수 있는데 선행기술의 경우 여전히 추출속도가 느리다는 문제점이 있었는바,
본 발명은 상기한 선행기술보다 추출속도가 현저히 높아서 추출용 커피 150g으로 3000~4000ml의 원액을 40분 이내로 추출할 수 있는 기능성 가압형 역방향 커피 추출 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 목적 및 요구를 해결하기 위하여,
공급 수조(100), 커피 추출조(200), 커피탱크(300), 추출수 가압장치(400)를 포함하여 구성된 가압형 역방향 커피 추출장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 커피 추출조(200)는 추출 용기(210), 추출 캡(220)을 포함하여 구성되고,
상기한 추출 용기(210)는 경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)가 1.5~1.3으로 형성된 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치를 제공한다.
(경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)는 아래의 수식으로 구해지고,
F=(A/CA),
여기서 A(Area)는 추출용기(210) 내경의 내벽 면적, CA(Cut Area)는 추출용기의 내경의 횡단면적을 의미함)
또한 본 발명은 커피 추출조(200)의 추출 용기(210)의 하부에 하부 필터(211)가 구비되고,
상기한 추출 용기(210)의 상부에 상부 필터(212)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치를 제공한다.
선행기술은 여전히 일반 커피 영업점에서 판매하기 위하여는 추출용 커피 150g으로 3000~4000ml의 원액을 40분 이내에 짧게 추출해야만 영업성 및 상업성을 확보할 수 있는데 선행기술의 경우 여전히 추출속도가 느리다는 문제점이 있었는바,
본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출장치는 상기한 선행기술보다 추출속도가 현저히 높아서 추출용 커피 150g으로 trigonelline, chlorogenic acid, caffeine 등의 성분의 농도가 적정 농도 이상으로 함유되는 3000~4000ml의 원액을 40분 이내로 추출할 수 있는 작용과 효과가 나타난다.
도 1은 본 발명자의 선행기술의 콜드브루 커피 추출 장치 구조도.
도 1b는 다공 매질을 통한 용질 이송의 원리(solute transport through porous media)를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 커피 추출조의 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 커피 추출조의 추출용기의 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 하부 필터의 구조도.
도 5b는 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 하부 필터의 지지부의 구조도.
도 5c는 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 하부 필터의 필터부의 구조도.
도 5d는 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 하부 필터의 고정부의 구조도.
도 5e는 본 발명에 따른 하부 필터의 측면지지부의 결착부와 고정부의 고정결착부가 서로 결합되어 지지부와 고정부를 결합하고 탈착하는 구성을 보여주는 도면.
도 5f는 본 발명에 따른 하부 필터의 고정부의 고정결착부의 구조 및 기능도.
도 6은 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 상부 필터의 구조도.
도 7은 본 발명에 따른 가압형 역방향 커피 추출 장치의 추출수 가압장치의 구조도.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 커피 추출조(200), 추출수 가압장치(400)를 포함하여 구성된 가압형 역방향 커피 추출 장치를 제공한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시 예로 가압형 역방향 커피 추출장치는 공급 수조(100), 커피 추출조(200), 커피탱크(300), 추출수 가압장치(400)가 포함되어 구성되어 있다.
본 발명의 상기한 공급수조(100)는 커피 추출조(200)에 추출수를 제공해 주는 추출수 저장조 또는 저장 장치를 의미한다.
본 발명의 커피 추출조(200)는 공급 수조(100)로부터 물(추출수)을 공급받아 내부에 수용된 커피 입자를 통과시켜 커피를 우려내는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 커피 추출조(200)는 추출 용기(210), 추출 캡(220)을 포함하여 구성되어 있다.
상기한 추출 용기(210)는 내부에 커피(M)를 수용하고 추출수가 유입되어 커피 원액을 추출하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 추출용기(210)는 그 하부에 추출수유입구(201)가 형성되어 있어서 추출수가 추출용기 하부로부터 유입되어 커피 원액을 추출하는 것이 기술적 특징이다.
이와 같이 본 발명은 추출용기 하부로 물을 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 함으로써, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동 방향이 일치되어 실제 물이 이동하는 유효 단면적을 확장해 줌으로써 짧은 시간애에 커피를 추출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동 방향이 일치됨으로써, 기포의 제거가 신속히 이루어져 물과 접촉하는 커피 입자의 표면적이 증가되어 진한 농도의 커피 추출이 가능한 효과가 있다.
특히, 본 발명은 추출용기(210)의 구조적인 특징으로 커피 원액을 추출하는 효율을 현저히 높이는 작용을 하게 된다.
본 발명은 추출용기(210)의 내부에 투입된 추출용 커피에 대하여 빠른 시간에 최적으로 커피 농도가 높은 원액을 추출할 수 있는 구성을 가지고 있다.
도 1b에서 보는 바와 같이, 일반적으로 다공 매질을 통한 용질 이송의 원리(solute transport through porous media)는 다른 물질(예, 깨끗한 유리, 도자기 등)의 내부에 다공매질(커피 입자)가 포함되어 있는 경우 다공 매질을 통과하는 액체 및 용질은 다공매질과 다른 물질의 접촉면 쪽에서 유동이 현저히 변화하는 현상이 발생한다.
이러한 현상을 용질 이송의 경계 효과(boundary effect in solute transport)라고 하며, 도 1b에서 보는 바와 같이 A-A', B-B', C-C'의 각기 다른 세 지점에서 뚜렷하게 다른 거동 양상이 나타나게 된다.
이와 같이, 용매 이동 경로 C-C'는 커피 입자와 유리 접촉면에서 발생하는 유동 현상을 나타내는 것으로, 깨끗한 유리의 경우 소위 조도계수(coefficient of
roughness)가 낮아 마찰력이 낮고, 이로 인해 접촉면 측의 유동이 매우 빠르며 유
동 거리가 최소화되는 현상이 발생한다.
이와 같이, 전체적인 유속이 빠를 경우, 경계 효과가 더 크게 작용하여 전체 유동량에 대한 C-C'의 유동량의 비율이 현저히 높게(>50%) 발생할 수 있으며, 유동 거리가 짧아짐으로 인해 커피 입자의 표면과 물의 접촉률이 감소하여 추출된 커피의 농도가 현저하게 낮아지는 요인이 된다.
또한, B-B'는 커피 입자와 유리의 접촉면과 가까운 쪽에서 발생하는 유동 현
상을 나타내는 것으로, 상기 참고도 1에 도시된 바와 같이, 유동 초기에는 커피 입자들을 통해 유동이 진행되다가 초기 이후에 접촉면에서 합류하여 유동하게 되며, C-C'의 유동과 마찬가지로 경계 효과의 영향을 받는 유동으로 분류된다. 따라서, B-B' 또한 전체적인 커피의 농도를 낮추는 요인이 된다.
한편, A-A'는 경계 효과를 전혀 받지 않는 형태의 유동 현상을 나타내는 것으로, 유동하는 전체 과정 동안 커피 입자들 틈을 통해 유동하여 유동 거리가 가장 길게 나타나며, 이와 같이 긴 유동 거리에 의해 유동 시간 또한 더 길어질 수 있으나, 커피 입자와의 접촉이 많아져 상술한 세 가지의 유동 현상 중에서 추출된 커피의 농도가 가장 높게 나타나게 된다.
따라서 콜드 브루 커피를 추출하는 경우 상기와 같은 용질 이송의 경계 효과(boundary effect in solute transport)가 최적인 용기의 구조를 갖는 것이 콜드 브루 커피를 최단시간에 최고의 커피 농도가 나오도록 추출하는 기능을 수행하게 된다.
본 발명은 상기한 추출용기(210)가 경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)가 1.5~1.3으로 형성된 추출용기로 된 점이 기술적 특징이다.
도 4에서 보는 것처럼, 본 발명의 추출용기(210)는 원통형으로 형성되어 있으며, 용기 내경의 반경은 R, 내경의 높이는 H로 형성되어 있다.
용기의 내경은 용기의 안쪽을 의미하며 용기의 내경에 용기의 두께(W)를 합하면 용기의 외경으로 되게 된다.
또한, 본 발명의 경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)는 아래의 수 식 1과 같이 정의된다.
F=(A/CA)-------(수식 1)
여기서 A(Area)는 추출용기(210) 내경의 내벽 면적을 의미한다.
또한 CA(Cut Area)는 추출용기의 내경의 횡단면적을 의미한다.
따라서 A=2πRH 이고,
CA = πR2 로 나타낼 수 있게 된다.
즉, F=(2πRH)/(πR2) =(2H/R)이 되게 된다.
이와 같이 본 발명에서 추출용기의 내경의 횡단면적(CA)이 크면 클수록(추출용기 내경 R이 크면 클수록) 추출용기의 하단부로 유입되는 추출수와 커피 입자(cofee grain)와의 접촉 면적이 커져서 커피 추출 효과가 높아질 것이지만 그러면 상대적으로 추출용기 내경의 내벽 면적(A=2πRH )도 넓어지게 되어 C-C' 또는 B-B'와 같은 경로의 경계 효과의 발생율이 높아 커피 추출 효과를 떨어뜨리는 상반의 문제점이 발생한다.
또한 본 발명에서 추출용기의 내경의 내벽 면적(A)(A=2πRH )이 작을수록(추출용기 내경의 높이 H가 작을수록) C-C' 또는 B-B'와 같은 경로의 발생면적이 낮아져서 경계 효과의 발생율이 현저히 낮아 커피 추출 효과가 높아지기는 하지만 추출수가 추출용기를 통과하는 시간이 짧아져 커피 추출효과를 떨어뜨리는 상반의 문제점이 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 추출용기(210)의 구조에 대한 경계 효과 팩터(F)를 1.3~1.5으로 설정하게 됨에 따라 최단시간에 적정 농도의 커피를 추출할 수 있는 작용과 효과가 나타나게 된다.
<실시예>
본 발명에 따른 추출용기의 구조와 본 발명자의 선등록특허의 추출용기의 구조를 통하여 추출원액의 추출량 및 농도에 대한 실험을 실시하였다.
1. 본 발명에 따른 추출용기(210)의 내경의 직경이 20cm(반경은 10cm), 높이가 ①6.5cm, ②7cm, ③7.5cm인 경우,
경계 효과 팩터는,
F=(2H/R)=(2×6.5)/10= 1.3(1번),
(2×7)/10= 1.4(2번),
(2×7.5)/10= 1.5(31번),
인 경우에 대하여 실험을 실시하였다.
이와 같은 추출용기에 커피 입자 600g을 넣고, 추출수 가압장치(400)로 추출수 제공속도를 3.5Liter/40분( =1.46ml/sec)로 가압하여 추출수를 제공하여 커피 원액을 추출한다.
이 경우에서의 트리고넬린(trigonelline), 클로로제닉애시드(chlorogenic acid), 카페인(caffeine)의 성분을 고성능 액체 크로마토그래피(high-performance liquidchromatography, HPLC)를 이용하여 분석하였으며 [표 1]과 같은 결과가 나타나게 되었다.
항목 경계효과팩터(F) 추출량(L/hour) 크리고넬린(mg/l) 클로로제닉애시드(mg/l) 카페인(mg/l)
1번 1.3 5.25 2.4 1.6 2.2
2번 1.4 5.25 3.0 2.0 2.7
3번 1.5 5.25 2.6 1.8 2.4
2. 대비 실험
(1) 대비실험은 본 발명자의 선행기술(등록특허 10-2015036호)에서 제시한 추출용기의 내경이 10cm(반경 5cm), 높이가 ①6.5cm, ②7cm, ③7.5cm인 경우,
경계 효과 팩터가,
F=(2H/R)=(2×6.5)/5= 2.6(1번),
(2×7)/5= 2.8(2번),
(2×7.5)/5= 3.0(3번),
인 경우에 대하여 실험을 하였다.
이와 같은 추출용기에 커피 입자 600g을 넣고 낙차를 이용하여 추출수 제공속도를 2.6Liter/hour( =0.722ml/sec)로 추출수를 제공하여 커피 원액을 추출한다.
(이경우 낙차를 이용하여 추출수를 제공하게 되고 추출용기의 부피(부피 계산 공식 =πR2H)가 평균 549.5(3.14×52×7)ml 이어서 추출용기에 유입되는 추출수가 2.6Liter/hour의 속도로 제한되어 유입되게 된다)
이와 같은 대비실험에서의 트리고넬린(trigonelline), 클로로제닉애시드(chlorogenic acid), 카페인(caffeine)의 성분을 고성능 액체 크로마토그래피(high-performance liquidchromatography, HPLC)를 이용하여 분석하였으며 [표 2]와 같은 결과가 도출되었다.
항목 경계효과팩터(F) 추출량(L/hour) 크리고넬린(mg/l) 클로로제닉애시드(mg/l) 카페인(mg/l)
1번 2.6 2.6 1.6 1.3 1.7
2번 2.8 2.6 1.2 1.1 1.6
3번 3.0 2.6 1.4 1.2 1.8
상기의 결과에서 보는 바와 같이, 추출용기(210)의 구조에 대한 경계 효과 팩터(F)가 1.3~1.5인 경우와 2.6~3.0인 경우에서의 용질 이송의 경계 효과(boundary effect in solute transport)가 현저하게 차이가 나게 됨에 따라 본 발명의 경계 효과 팩터(F)를 1.3~1.5으로 한 경우에 트리고넬린(trigonelline), 클로로제닉애시드(chlorogenic acid), 카페인(caffeine)의 성분의 농도가 현저히 50%이상 높게 추출되는 효과가 나타남을 알 수가 있다.
또한, 본 발명은 추출수 가압장치(400)로 추출수 제공속도를 자연유하로 제공하는 속도보다 2배 높게 제공하게 되어도 트리고넬린(trigonelline), 클로로제닉애시드(chlorogenic acid), 카페인(caffeine)의 성분의 농도가 현저히 높게 나타나게 됨을 알 수가 있어서, 추출되는 성분이 적정 농도 이상(트리고넬린 2.0mg/l, 클로로제닉애시드 1.5mg/l, 카페인 1.8mgl)으로 함유되어도 시간당 5Liter이상 추출하게 됨에 따라 영업성 및 상업성을 확보할 수 있는 장점과 효과가 나타나게 됨을 알 수가 있다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명자의 선행기술인 등록특허(10-2015036호) "수두차를 이용한 콜드브루 커피 추출 장치"(이하 선행기술)는 "공급수조가 추출용기보다 높게 위치하여 수두차에 의해 추출부의 하부로 물을 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 하여 종래의 콜드 브루 장치보다 커피 농도가 높고, 추출 속도도 현저히 높은 효과가 나타났다.
하지만 상기한 본 발명자의 선행기술의 경우 커피 원액의 추출속도가 1.7Liter/hour(=0.472ml/sec)로서 여전히 커피 원액의 추출속도가 낮아 상업적인 활용도가 떨어지고 경제성이 떨어지는 문제점이 발생하였다.
더욱이, 추출부가 공급 수조(100)의 하방에 구비되어 수두차에 의해 추출부의 하부로 물을 공급하여 상부로 유출하는 과정에서 커피 입자가 물에 우러날 수 있도록 함으로써, 커피 입자 사이의 기포의 부상 방향과 물의 이동방향이 일치되어 실제 물이 이동하는 유효 단면적을 확장해 줌으로써 짧은 시간에 커피를 추출할 수 있는 작용이 있지만, 공급 수조의 물이 점점 줄어들수록 처음에 제공되는 물의 수두차와 나중에 주입되는 물의 수두차의 차이가 있어서 커피 추출 효능이 떨어지는 단점이 발생하였다.
본 발명은 이와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여, 공급 수조(100)에 추출수 가압장치(400)를 구비하여 커피 추출조(200)의 하단부에 제공하는 추출수의 유속과 압력을 일정하게 주입시키는 기능을 수행하여 상기한 선행기술보다 커피의 농도가 더 높으면서도 커피 원액의 추출 효율을 2.5~3.5배 더 빠르게 추출할 수 있는 기능을 구비한 점이 기술적 특징이다.
본 발명의 상기한 추출수 가압장치(400)는 추출수를 일정한 압력과 속도로 커피 추출조로 유입시키는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 추출수 가압장치(400)는 공급 수조(100)로부터 물을 제공받는 추출수연결관(120)과 연결되어 있고, 유입되는 물에 압력을 가할 수 있는 워터펌프 기능을 구비하여 유입되는 물에 일정한 압력과 속도를 제공하게 된다.
본 발명은 상기한 추출수 가압장치(400)는 추출수 제공속도를 3Liter/40분( =1.25ml/sec) 내지 4Liter/40분( =1.67ml/sec)로 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추출수 가압장치(400)는 본체부(410), 주입펌프부(420), 모터부(430), 제어부(440)를 포함하여 구성되어 있다.
도 7에서 보는 것처럼, 추출수 가압장치(400)의 본체부(410)는 주입펌프부(420)를 감싸고 추출수연결관(120)으로 유입되는 추출수를 주입펌프부로 유입시키고 주입펌프부에서 유출되는 추출수를 입수관(110)으로 유입하게 하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 주입펌프부(420)는 내부에 실린더 또는 임펠러 등을 구비하여 모터부에서 제공하는 회전력을 전달받아 유체(추출수)를 펌핑하는 기능ㅇ르 수행한다.
상기한 모터부(430)는 전원을 제공받아 회전력 또는 상하운동력 등을 발생시키는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 제어부(430)는 주입펌프부(420)의 실린더 또는 임펠러의 속도를 조절하여 추출수의 유출량을 제어하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 추출수 가압장치(400)는 이와 같이 커피 추출조(200)의 하단부에 제공하는 추출수의 유속과 압력을 일정하게 주입시키는 기능을 수행하여 상기한 선행기술보다 커피의 농도가 더 높으면서도 커피 원액의 추출 효율을 2.5~3.5배 더 빠르게 추출할 수 있는 기능을 수행하게 된다.
본 발명은 상기한 추출용기의 하부에 하부 필터(211)가 구비되어 있다.
이와 같은 하부 필터는 추출용기의 하단부로부터 유입되는 추출수와 커피 입자의 접촉 면적을 높이는 기능 및 커피 입자가 입수관(110)으로 흘러 들어와 유실되거나 입수관을 막는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
따라서 본 발명의 하부 필터는 추출용기 내경과 동일한 직경으로 된 것이 바람직하며, 물은 통과되고 커피 입자는 통과되지 않는 구조로 구성되며, 통상의 필터, 투수성 실리콘 필터 또는 세라믹 필터 등이 활용될 수 있다.
종래의 하부 필터의 경우 투수성 실리콘 필터 또는 세라믹 필터 등이 사용되었는데, 커피를 추출하고 난후 실리콘 필터 또는 세라믹 필터를 멸균하고 세척하는 과정이 필요하여 이와 같은 필터를 물에 넣어 끓이는 소독 공정과 건조하는 공정을 통하여 재사용하는데, 이와 같은 과정은 번거롭고 실리콘 필터 또는 세라믹 필터가 잘 깨지는 문제점이 발생했다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 하부 필터(211)가 추출수가 추출용기의 하부 단면 전체에서 분산이 균등하게 일어나게 하여 커피의 추출 효과를 높이고 또한 교체가 용이하고 소독 공정과 건조하는 공정이 필요 없어 사용상의 편의성이 현저히 높은 점을 들 수 있다.
본 발명의 상기한 하부 필터(211)는 지지부(211-1), 필터부(211-2), 고정부(211-3)을 포함하여 구성된 점이 기술적 특징이다.
본 발명의 하부 필터(211)는 다양한 형태로 되어 있으나 원반 형태로 되고 내경은 추출용기의 내경의 직경과 동일한 형태로 된 것이 바람직하다.
도 5에서 보는 것처럼, 본 발명의 하부 필터(211)는 지지부(211-1)의 위에 필터부(211-2)가 안치되고 고정부(211-3)가 상기 필터부(211-2)를 고정하는 조립형 구조로 되어 있다.
도 5b에서 보는 것처럼, 본 발명의 지지부(211-1)는 필터부가 안치되는 기능을 수행하는 것으로서, 측면지지부(221-1-1), 필터거치부(211-1-2), 필터지지부(211-1-3), 추출수유입부(211-1-4)를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명의 상기한 측면지지부(221-1-1)는 안치된 필터부(211-2)가 측면으로 빠져나가는 것을 방지하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
도 5e에서 보는 바와 같이, 측면지지부(221-1-1)에는 결착부(211-1-1-1)가 형성되어 있어 고정부(211-3)의 고정결착부(211-3-4)와 서로 결합되어 지지부와 고정부를 결합하고 탈착하는 기능을 수행하게 된다.
상기한 측면지지부(221-1-1)의 결착부(211-1-1-1)는 측면지지부(221-1-1)의 안쪽 방향으로 외부로 돌출된 형상으로 되어 있고, 측면지지부에 적어도 2개 이상 형성된 것이 바람직하다.
번 발명의 상기한 필터거치부(211-1-2)는 안치된 필터부(211-2)가 지지부(211-1)의 밑으로 빠지는 것을 방지하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
특히, 필터거치부(211-1-2)는 필터부(211-2)의 가장자리 부분이 밑으로 빠지는 것을 방지하는 기능을 주로 하게 된다.
본 발명의 필터지지부(211-1-3)는 필터부(211-2)를 지지부(211-1)에 안정적으로 고정시키고 필터링(여과)하는 기능을 수행하게 된다.
도 5b에서 보는 것처럼, 상기한 필터지지부는 지지부의 하단부에 십(十)자 형태, 격자 형태 또는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 추출수유입부(211-1-4)는 상기한 필터지지부(211-1-3) 사이에 형성된 빈 공간을 의미하며 추출수가 이 곳으로 유입되어 필터부(211-2)를 균등하게 통과하면서 추출용기 내의 커피 입자를 추출하게 된다.
본 발명의 필터부(211-2)는 통상의 여과 기능을 수행하는 필터로 구성된 것을 의미한다.
종래의 하부 필터의 경우 투수성 실리콘 필터 또는 세라믹 필터 등이 사용되었는데, 커피를 추출하고 난후 실리콘 필터 또는 세라믹 필터를 멸균하고 세척하는 과정이 필요하여 이와 같은 필터를 물에 넣어 끓이는 소독 공정과 건조하는 공정을 통하여 재사용하는데, 이와 같은 과정은 번거롭고 실리콘 필터 또는 세라믹 필터가 잘 깨지는 문제점이 발생했다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 필터부(211-2)는 종이 필터부로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 5c에서 보는 것처럼, 본 발명의 필터부가 종이 필터부로 형성되어 있어서, 지지부(211-1)와 고정부(211-3) 사이에 삽입되어 커피 입자를 필터링을 한 후에 버리고 새로운 종이 필터부로 교체하여 사용할 수 있는바, 상기한 종래기술 및 선행기술의 문제점을 해결하는 효과가 나타나게 된다.
본 발명의 상기한 고정부(211-3)는 지지부(211-1)의 위에 안치된 필터부(211-2)를 고정시키고 안정화하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
도 5d에서 보는 바와 같이, 상기한 고정부(211-3)는 주위가압부(211-3-1), 본체가압부(211-3-2), 추출수유입부(211-3-3)을 포함하여 구성되어 있다.
본 발명의 상기한 주위가압부(211-3-1)는 원형의 형태로 되어 있으며 필터부의 가장자리(주위 부분)부분을 가압하고 고정하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
이와 같은 주위가압부(211-3-1)의 기능으로 추출수가 필터부를 통과하여 나오는 경우에도 필터부에 추출수가 골고루 분산되어 유입됨을 물론 필터부에 균등한 추출수의 압력이 작용하게 되어 필터부로 유입되는 추출수의 단락(short cut)이 방지되게 되어 추출효율을 현저히 높이게 된다.
본 발명의 상기한 본체가압부(211-3-2)는 필터부의 몸통부분을 가압하고 고정하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 본체가압부는 교자 형태로 되어 있으며 부피를 많이 차지하지 않은 형태로 구성되어 있다.
본 발명의 상기한 추출수유입부(211-3-3)는 필터부를 통과하는 추출수가 유입되는 부분으로 빈 공간의 형태로 구성되어 있다.
본 발명의 고정부(211-3)는 고정결착부(211-3-4)가 형성되어 있어서 측면지지부(221-1-1)에는 결착부(211-1-1-1)와 결합하고 탈착하는 기능이 수행된다.
도 5f에서 보는 바와 같이, 고정부(211-3)는 고정결착부(211-3-4)는 주위가압부(211-3-1)의 측면부에 형성되어 있으며 홈이 패인 형태로 되어 있고, 이와 같은 홈은 주위가압부의 하단에서부터 형성되어 주위가압부의 중단부에서 측면으로 길게 형성되어 있다.
고정부(211-3)는 고정결착부(211-3-4)는 측면지지부(221-1-1)의 결착부(211-1-1-1)에 대응되도록 형성되어 있다.
이와 같이 고정부(211-3)는 고정결착부(211-3-4)는 상기한 돌출된 형상으로 이루어진 측면지지부(221-1-1)의 결착부(211-1-1-1)에 하단부부터 끼워지고 중단부분으로 회전시키면서 결합하는 구조로 되어 있다.
본 발명은 이와 같은 하부 필터(211)의 구성과 기능으로 종래의 하부 필터의 경우 투수성 실리콘 필터 또는 세라믹 필터 등이 사용되었는데, 커피를 추출하고 난후 실리콘 필터 또는 세라믹 필터를 멸균하고 세척하는 과정이 필요하여 이와 같은 필터를 물에 넣어 끓이는 소독 공정과 건조하는 공정을 통하여 재사용하는데, 이와 같은 과정은 번거롭고 실리콘 필터 또는 세라믹 필터가 잘 깨지는 문제점을 해결하게 된다.
본 발명은 상기한 추출용기 상부에 상부 필터(212)가 구비되어 있다.
본 발명의 상기한 상부 필터(212)는 커피 입자가 추출 용기(210) 내에서 상승되는 물을 따라 상부 방향으로 부상하여 유출관(240) 상으로 유실되지 않도록 커피 입자의 상단 이동을 통제하는 역할을 하며, 이를 위하여 추출 용기(210)의 내측에서 하부 필터(211)와 이격되도록 하부 필터(211)의 상부 방향에 추출 용기(210)의 내경과 동일한 직경을 갖도록 구비된다.
이러한 상부 필터(212)는, 물은 통과되고 커피 입자는 통과되지 않는 구조로 구성되며, 투수성 실리콘 필터 또는 세라믹 필터 등이 활용될 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 상부 필터(212)는 상기한 하부 필터(211)와 동일한 문제점을 가지고 있는바, 상기한 상부 필터와 동일한 구조로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 상기한 상부 필터(212)는 상부지지부(212-1), 상부필터부(212-2), 상부고정부(212-3)을 포함하여 구성된 점이 기술적 특징이다.
상기한 상부 필터(212)는 상부지지부(212-1), 상부필터부(212-2), 상부고정부(212-3)는 상기한 하부 필터(212)의 지지부(211-1), 필터부(211-2), 고정부(211-3)의 구성이 동일하고 그 작용 및 효과도 동일 또는 유사한 점이 기술적 특징이다.
본 발명의 추출 캡(220)은, 하부 필터(211), 커피 입자, 상부 필터(212)를 거치며 우러난 커피물이 유실되지 않고 외부의 커피 탱크(300)에 공급될 수 있도록 추출 용기(210)를 밀폐하는 역할을 하며, 이를 위하여 추출 용기(210)의 상단에 결합된다.
도 3에서 보는 바와 같이, 추출 캡(220)은 커피물이 커피 탱크(300)로 공급될 수 있도록 상단 또는 측면 상단에 유출관(240)이 연통 결합된다.
본 발명은 상기한 추출 캡(220)은 추출 용기(210)와의 사이가 더욱 밀폐될 수 있도록 추출 용기(210)와의 사이에 환형의 밀폐 판(230)이 더 구비된다.
상기한 밀폐 판(230)은 추출 용기(210)의 상단과 추출 캡(220)의 하단 사이에 구비되며 실리콘, 고무 또는 고분자 화합물질로 제작되며 실리콘으로 된 밀폐 판(230)으로 된 것이 효과적이다.
본 발명에서 상부 필터(212)가 추출 용기(210)의 내부에서 상승되는 물의 흐름에 의해 상방으로 이동 또는 부상되는 경우가 있을 수 있다.
이 경우 커피 입자가 유동될 수 있는 공간이 넓어져 의도치 않게 유속이 빨라지고 결국 커피 물이 제대로 우러나지 않은 채 커피 탱크(300)로 공급될 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 추출 캡(220)에는 상부 필터(212)의 상방 이동을 제한하는 추출 기둥(221)이 더 포함되어 구성된다.
상기한 추출 기둥(221)은, 상부 필터(212)가 상방으로 이동 또는 부상되지 않도록 상부 필터(212)를 상방으로부터 하방으로 지지하는 역할을 하며, 이를 위하여 중공된 내부를 갖도록 형성되어 추출 캡(220)의 내측으로부터 하방으로 연장 형성되어 유출관(240)과 연통된다.
본 발명의 커피 탱크(300)는, 커피 추출조(200)로부터 추출된 커피 원액을 저장하는 역할을 하며 이를 위하여 용기 형상으로 형성되어 유출관(240)의 타단이 수용되거나 또는 유출관(240)의 타단 하방에 구비된다.
본 발명의 유출관(240)은 상기한 커피 추출조(200)에 연결되어 있으며 추출된 커피 원액을 커피 탱크(300)로 이송시키는 통로 기능을 수행한다.
본 발명은 상기한 구성과 기능으로 이루어진 가압형 역방향 커피 추출 장치를 제공한다.
본 발명은 커피를 추출하는 장치를 생산, 제조, 판매, 유통, 연구하는 산업에 유용하다.
특히, 본 발명은 콜드 브루 커피를 추출하는 장치를 생산, 제조, 판매, 유통, 연구하는 산업에 유용하다.
공급 수조(100), 입수관(110), 추출수연결관(120),
커피 추출조(200), 추출 용기(210), 하부 필터(211), 상부 필터(212),
추출 캡(220),
커피탱크(300),
추출수 가압장치(400),

Claims (3)

  1. 공급 수조(100), 커피 추출조(200), 커피탱크(300), 추출수 가압장치(400)를 포함하여 구성되되,
    상기한 공급수조(100)는 커피 추출조(200)에 추출수를 제공해 주는 기능을 수행하고,
    상기한 커피 추출조(200)는 공급 수조(100)로부터 추출수를 공급받아 내부에 수용된 커피 입자에 통과시켜 커피를 우려내는 기능을 수행하되,
    상기한 커피 추출조(200)는 추출 용기(210), 추출 캡(220)을 포함하여 구성되고,
    추출용기(210)는 그 하부에 추출수유입구(201)가 형성되어 있어서 추출수가 추출용기(210)의 하부로 유입되어 추출용기(210) 상부로 유동하면서 커피 원액을 추출하고,
    상기한 커피 탱크(300)는 커피 추출조(200)로부터 추출된 커피 원액을 저장하는 기능을 수행하고,
    상기한 추출수 가압장치(400)는 추출수에 압력을 가하여 커피 추출조(200)의 추출수유입구(201)로 유입시키는 기능을 수행하고,
    상기한 추출 용기(210)는 경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)가 1.5~1.3으로 형성된 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치.
    (경계 효과 팩터(boundary effect factor)(F)는 아래의 수식으로 구해지고,
    F=(A/CA),
    여기서 A(Area)는 추출용기(210) 내경의 내벽 면적, CA(Cut Area)는 추출용기의 내경의 횡단면적을 의미함)
  2. 제1항에 있어서,
    상기한 추출 캡(220)은 상부 필터(212)의 상방 이동을 제한하는 추출 기둥(221)이 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    커피 추출조(200)의 추출 용기(210)의 하부에 하부 필터(211)가 구비되고,
    상기한 추출 용기(210)의 상부에 상부 필터(212)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가압형 역방향 커피 추출장치.

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