KR102530326B1 - 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법 - Google Patents

추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치는 추출수펌프(1)에 의해 추출수가 하부측으로 입수되면 설정온도로 가열하여 상부측을 통해 출수하는 추출수공급탱크(20)와; 상기 추출수펌프(1) 또는 추출수공급탱크(20)로부터 공급되는 추출수를 이용하여 추출분말로부터 추출액을 추출하는 추출조(10)와; 상기 추출조(10)에서 추출되는 추출액이 저장되는 추출액탱크(30);로 구성하되, 상기 추출조(10)는 상기 추출액탱크(30)와의 압력차를 이용하여 추출액을 추출 공급하도록 구성되어 있고, 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출방법은 추출수펌프(1) 또는 추출수공급탱크(20)의 추출수가 밸브(S3)를 통해 추출조(10)에 공급되면서 상기 추출조(10)의 상하부필터망(11,12) 사이에 적재된 추출분말 내의 공기를 제거하는 탈기공정(P1)과; 상기 추출조(10)와 추출액탱크(30) 또는 상기 추출조(10)와 밸런스탱크(40) 사이에 압력차를 설정 제어하여 상기 추출조(10)의 추출압력을 형성하는 추출전처리공정(P2)과; 상기 추출조(10)의 추출압력을 이용하여 상하부필터망(11,12) 사이의 추출분말로부터 추출액을 추출하여 상기 추출액탱크(30) 또는 밸런스탱크(40)에 저장하는 추출공정(P3);으로 구성되어 있다.

Description

추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법{EXTRACTING APPARATUS CAPABLE OF CONTROLLING EXTRACTION COMPONENTS AND CONCENTRATION AND EXTRACTING METHOD THEREOF}
본 발명은 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 녹차, 우롱차, 커피, 홍삼 등과 같은 천연소재를 추출하기 용이한 입자형태로 분쇄한 추출분말(이하 "추출분말"이라 한다)로부터 추출되는 추출액의 성분 및 농도를 원하는 설정값으로 추출할 수 있도록 구성되는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차는 좁은 의미로 한정짓는다면 차나무의 어린잎을 달이거나 우려낸 기호음료이며, 넓은 의미로는 식물의 잎이나 뿌리 또는 과실 따위를 달이거나 우리거나 하여 만든 모든 기호음료를 포함하고, 찻잎이나 우려낼 식물부위의 취급 및 처리방법에 따라 다양하게 구분되어지나, 최종적으로는 뜨거운 물에 5~30분 정도 접촉시켜 찻물을 우려내는 추출방식을 이용하고 있다.
그리고, 음료의 일종인 커피는 커피나무 열매의 종자인 커피원두를 원료로 한 기호음료로서, 그 추출방식으로는 터키식 침출법에 의한 터키식커피(Turkish coffee), 뜨거운 물을 부어 천천히 추출하는 필터식 추출방식의 핸드드립(Hand drip), 전자식 제어를 통해 자동으로 뜨거운 물을 고르게 부어 커피를 뽑는 기계드립(Automatic drip), 증기의 압력과 물의 삼투압 현상을 이용해 추출하는 진공식 추출방식의 버큠포트(Vacuum pot), 수증기의 압력을 이용해서 추출하는 모카포트(Mocha pot) 및 찬물로 오랜 시간 추출하는 콜드브루(Cold brew), 일명 더치커피(Dutch coffee)가 있다.
특히, 점적식 및 침출식의 추출방식으로 추출되는 콜드브루(Cold brew)는 뜨거운 물을 부어서 추출하는 일반 커피와 달리, 무척 진하면서도 일반적인 추출방식으로는 맛볼 수 없는 특유의 질감과 풍미가 특징이고, 보통의 커피는 장시간 놔 둘 경우 맛이 변질되지만, 콜드브루는 추출한 뒤에도 1-2일 정도 저온에서 숙성시켜서 그 풍미를 극대화 할 수 있다는 장점을 가진다.
한편, 종래의 추출구조는 녹차, 우롱차, 커피와 홍삼 등과 같은 추출분말을 밀폐된 용기 안에 넣고 일정한 힘으로 가압한 상태에서 일정온도의 물을 통과시켜 일정한 성분과 농도를 가진 추출액을 추출하도록 구성되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 추출구조는 수요자가 요구하는 다양한 추출성분과 추출농도를 가진 추출액을 추출할 수 없는 구조적 한계가 있고, 이로 인해 다양한 맛과 풍미 등을 지닌 고품질의 추출액을 생산할 수 없는 문제가 있다.
본 출원인은 상기한 추출구조의 문제를 개선하는 동시에 녹차, 우롱차, 커피와 홍삼 등과 같은 추출분말로부터 수요자가 요구하는 다양한 성분과 농도의 추출액을 생산해 낼 수 있는 실용적인 추출장치 및 추출방법을 제시하고자 한다.
등록특허공보 제10-1696190호(압력조절방식을 이용한 고속 더치커피 추출장치) 등록특허공보 제10-0796015호(에스프레소 커피추출장치) 등록특허공보 제10-18288581호(고농도 콜드브루 커피의 대량 추출장치)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 개선하기 위하여 안출된 것으로, 추출조와 추출액탱크 사이, 또는 추출조와 밸런스탱크 사이의 압력차(차압이나 부압)를 이용하여 추출조의 추출액을 추출액탱크 또는 밸런스탱크로 배출하도록 제어함으로써 추출액의 성분 및 농도를 원하는 설정값으로 추출할 수 있도록 구성되는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 추출수펌프에 의해 추출수가 하부측으로 입수되면 설정온도로 가열하여 상부측을 통해 출수하는 추출수공급탱크와; 상기 추출수펌프 또는 추출수공급탱크로부터 공급되는 추출수를 이용하여 추출분말로부터 추출액을 추출하는 추출조와; 상기 추출조에서 추출되는 추출액이 저장되는 추출액탱크;로 구성하되, 상기 추출조는 상기 추출액탱크와의 압력차를 이용하여 추출액을 추출 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 추출수펌프 또는 추출수공급탱크의 추출수가 밸브를 통해 추출조에 공급되면서 상기 추출조의 상하부필터망 사이에 적재된 추출분말 내의 공기를 제거하는 탈기공정과; 상기 추출조와 추출액탱크 또는 상기 추출조와 밸런스탱크 사이에 압력차를 설정 제어하여 상기 추출조의 추출압력을 형성하면서 추출분말을 추출수로 함침하는 추출전처리공정과; 상기 추출조의 추출압력을 이용하여 상하부필터망 사이의 추출분말로부터 추출액을 추출하여 상기 추출액탱크 또는 밸런스탱크에 저장하는 추출공정;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출방법을 제공하게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 추출조와 추출액탱크 사이, 또는 추출조와 밸런스탱크 사이의 압력차를 제어하되, 압력차가 작을수록 추출시간이 길어지면서 추출액의 추출농도가 증가하고 추출조에 공급되는 추출수의 온도와 압력에 따라 추출성분을 제어할 수 있어, 이로부터 추출액의 성분 및 농도를 원하는 설정값으로 추출할 수 있고, 궁극적으로 다양한 맛과 풍미 등을 갖춘 고품질의 추출액을 추출할 수 있는 등의 실용적인 효과를 제공하게 된다.
도1은 본 발명에 따른 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치를 설명하는 사시도,
도2는 본 발명에 따른 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치를 설명하는 구성도,
도3은 본 발명에 따른 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치의 추출조를 예시하는 구성도,
도4는 본 발명에 따른 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출방법을 설명하는 공정도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치는 그 일 실시예에 따르면, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 추출수펌프(1)에 의해 추출수가 하부측으로 입수되면 0~120℃의 설정온도로 가열하여 상부측으로 출수하는 추출수공급탱크(20)와, 추출수공급탱크(20)로부터 추출수가 공급되면 추출수 또는 공기압에 의해 조성된 -1~10bar의 압력에서 추출분말로부터 추출액을 추출하는 추출조(10)와, 추출조(10)와의 압력차에 의해 추출조(10)로부터 배출되는 추출액을 저장하는 추출액탱크(30)와 밸런스탱크(40)로 구성되어 있다.
이때, 추출수펌프(1)에 의해 공급되는 추출수는 유량계(FM1)를 거쳐 밸브(S1)가 닫힌 상태에서 열린 밸브(S23)를 통해 추출수공급탱크(20)로 공급되거나, 밸브(S23)가 닫힌 상태에서 열린 밸브(S1)(S21)(S13), 또는 밸브(S23)(S21)가 닫힌 상태에서 열린 밸브(S1)(S3)를 통해 추출조(10)에 공급되도록 구성되어 있다.
여기서, 추출수공급탱크(20)에서는 추출수를 설정온도로 가열하여 하부를 통해 공급되는 추출수의 양만큼 밸브(S27)(S13)를 통해 추출조(10)에 공급하도록 구성되어 있다.
또한, 추출조(10)는 도3에 도시된 바와 같이 상하부필터망(11,12)이 실린더에 의해 상하강되도록 구비되어 있고, 하부필터망(12)에 추출분말이 담기면 상부필터망(11)이 하강되면서 상하부필터망(11,12) 사이의 추출분말이 추출과정에서 추출수에 의해 부유되거나 유동되지 않도록 추출분말을 눌러 고정시키게 된다.
특히, 본 발명에서는 도4에 도시된 바와 같이 우선적으로 탈기공정(P1)을 거치게 되는데, 추출수펌프(1)에 의해 공급되는 추출수가 유량계(FM1)를 거쳐 밸브(S23)가 닫힌 상태에서 열린 밸브(S1)(S3)를 통해 추출조(10)의 하부를 통해 바로 공급되거나, 추출수펌프(1)의 추출수가 밸브(S23)를 통해 공급된 양만큼 추출수공급탱크(20)에서 가열된 추출수를 밸브(S4)(S3)를 통해 추출조(10)의 하부를 통해 공급되도록 구성되어 있다.
더욱 상세하게는, 추출수공급탱크(20)는 하부측의 밸브(S23)를 통해 공급된 양의 추출수만큼 설정온도로 가열된 추출수를 상부측의 밸브(S27)를 통해 출수할 수 있도록 설계됨으로써 하부측으로 입수된 저온의 추출수가 상부측에서 출수되는 고온의 추출수에 영향을 전혀 주지 않도록 구성되어 있다.
여기서, 추출조(10)의 하부를 통해 공급되는 탈기공정(P1)의 추출수는 0~120℃의 온도로 공급되는데, 추출분말의 종류와 추출성분에 따라 그 온도를 설정하여 공급하도록 구성되어 있다.
이때, 추출조(10)의 하부를 통해 공급되는 추출수는 상하부필터망(11,12) 사이의 추출분말에 스며들면서 추출분말의 입자 사이에 잔존하는 공기를 위로 밀어 내어 제거하게 되고, 추출분말로부터 제거된 공기는 상부필터망(11)을 거쳐 밸브(S5)를 통해 외부로 배출된다.
특히, 추출분말의 입자 사이에 존재하는 공기는 추출수와 추출분말의 접촉을 방해하면서 추출조(10)내에 조성되는 압력이 추출분말층의 하부까지 전달되는 것을 방해하여 추출공정의 생산성을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 본 발명에서는 추출조(10)에서 추출공정을 진행하기 전에 상하부필터망(11,12)의 추출분말을 추출수에 잠기게 하여 추출분말층내에 잔존하는 공기를 제거하는 탈기공정(P1)을 거치도록 구성되어 있다.
그리고, 본 발명의 추출전처리공정(P2)에서는 에어펌프(4)의 공기압이 각 밸브(S7)(S8)(S17)를 통해 추출조(10), 추출액탱크(30), 밸런스탱크(40)에 공급되면서 추출조(10)와 추출액탱크(30), 또는 추출조와 밸런스탱크(40) 사이에 압력차를 발생시키도록 구성되어 있다.
이처럼, 본 발명에서는 에어펌프(4)의 공기압에 의해 추출조(10)와 추출액탱크(30) 사이, 또는 추출조와 밸런스탱크(40) 사이에 압력차를 형성시키게 되고, 추출공정(P3)에서는 상기 압력차가 추출조(10)의 추출압력이 되어 추출액을 추출하여 추출액탱크(30) 또는 밸런스탱크(40)로 공급하게 된다.
나아가서, 본 발명의 추출전처리공정(P2)에서 부압을 이용한 추출압력형성방법은 밸브(S5)를 개방하여 추출조(10)의 추출압력을 대기압으로 만든 상태에서 진공펌프(5)에서 밸브(S19) 또는 밸브(S15)를 통해 추출액탱크(30) 또는 밸런스탱크(40)에 부압을 조성하여 추출조(10)와 추출액탱크(30) 사이, 또는 추출조와 밸런스탱크(40) 사이에 부압의 압력차를 형성시키게 된다.
또한, 본 발명의 추출전처리공정(P2)에서 추출수의 압력을 이용한 추출압력형성방법은 밸브(S18) 또는 밸브(S6)를 개방하여 추출액탱크(30) 또는 밸런스탱크(40)를 대기압상태로 만들고, 추출수펌프(1) 또는 추출공급탱크(20)에서 공급되는 추출수는 밸브(S13)를 통해 추출조(10)에 공급되면서 추출압력을 형성하게 되면 추출수에 의해 추출압력이 형성된 추출조(10)와 대기압상태의 추출액탱크(30) 또는 밸런스탱크(40) 사이에 압력차가 발생되면서 자연스럽게 추출압력에 의한 추출공정이 진행되도록 구성되어 있다.
특히, 본 발명의 추출전처리공정(P2)에서는 추출수가 추출조(10)의 추출분말에 자연스럽게 함침되도록 구성되어 있다.
결국, 본 발명에 따른 추출공정(P3)에서 추출압력에 의해 추출조(10)로부터 추출되는 추출액은 추출조(10)와 추출액탱크(30) 사이의 압력차에 의해 추출되면서 밸브(S11)(S9)를 통해 추출액탱크(30)에 저장되는데, 이때 추출조(10)와 추출액탱크(30) 사이의 압력차가 작을수록 추출시간이 길어지는 대신에 추출농도가 높아지면서 다양한 성분을 추출할 수 있게 되고, 추출조(10)와 추출액탱크(30) 사이의 압력차가 높을수록 추출시간이 짧아지면서 추출농도가 낮아지는 대신에 추출량이 상승하면서 특정 성분을 추출할 수 있게 된다.
마찬가지로, 추출조(10)에서 추출되는 추출액은 추출조(10)와 밸런스탱크(40) 사이의 압력차에 의해 밸브(S11)(S2)를 통해 밸런스탱크(40)에 저장되는데, 이때 추출조(10)와 밸런스탱크(40) 사이의 압력차가 작을수록 추출시간이 길어지는 대신에 추출농도가 높아지면서 다양한 성분을 추출할 수 있게 되고, 추출조(10)와 추출액탱크(40) 사이의 압력차가 높을수록 추출시간이 짧아지면서 추출농도가 낮아지는 대신에 추출량이 상승하면서 특정 성분을 추출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서의 추출액탱크(30)에는 추출조(10)에서 추출되는 추출액중 추출성분과 추출농도가 설정값에 이르는 추출액만을 저장하도록 구성되어 있고, 밸브(S25)를 통해 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
그러나, 본 발명에 따른 재순환추출공정(P4)에서는 추출조(10)에서 추출되는 추출액중 추출성분과 추출농도의 측정값이 설정값에 이르지 못한 추출액을 밸런스탱크(40)에 일단 저장하였다가 다시 상대적 고압력의 밸런스탱크(40)와 상대적 저압력의 추출조(10)로 제어된 압력차를 이용하여 밸브(S10)(S11)를 통해 다시 추출조(10)의 하부로 공급하여 추출조(10)의 새로운 추출액과 혼합시킬 수 있도록 구성되어 있다.
요컨대, 본 발명에 따른 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치 및 그 추출방법은 추출조(10)와 추출액탱크(30), 또는 추출조(10)와 밸런스탱크(40)의 압력차(추출압력)를 에어펌프(4)의 공기압, 진공펌프(5)의 부압, 추출수펌프(1) 또는 추출공급탱크(20)의 추출수를 이용하여 설정 제어함으로써 추출하고자 하는 추출액의 성분과 농도를 원하는 설정값으로 용이하게 추출할 수 있도록 구성되는 데에 그 기술적 특징이 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 이는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 실질적인 범위는 상술된 실시예에 의해 한정되어져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 청구범위와 균등한 구성에 의해 정해져야 함은 당연하다.
1: 추출수펌프 4: 에어펌프 5: 진공펌프 10: 추출조 20: 추출수공급탱크 30: 추출액탱크 40: 밸런스탱크

Claims (10)

  1. 추출수펌프(1)에 의해 추출수가 하부측으로 입수되면 설정온도로 가열하여 상부측을 통해 출수하되, 하부측으로 입수된 추출수의 양만큼 상부측을 통해 출수하는 추출수공급탱크(20)와;
    상부필터망(11)이 하강되어 하부필터망(12)의 추출분말을 눌러 추출분말이 추출수에 의해 부유되거나 유동되는 것을 방지하면서 추출수펌프(1) 또는 추출수공급탱크(20)로부터 공급되는 추출수를 이용하여 추출분말로부터 추출액을 추출하는 추출조(10)와;
    상기 추출조(10)와의 압력차를 이용하여 상기 추출조(10)의 추출액중 추출 성분과 농도의 측정값이 설정값에 도달되는 추출액이 저장되는 추출액탱크(30)와;
    상기 추출조(10)와의 압력차가 형성되면서 상기 추출조(10)의 추출액중 추출 성분과 농도의 측정값이 설정값에 미달되는 추출액이 저장되고, 저장된 추출액을 상기 추출조(10)와의 압력차를 이용하여 상기 추출조(10)에 재공급하는 밸런스탱크(40);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 추출수펌프(1) 또는 추출수공급탱크(20)의 추출수가 밸브(S3)를 통해 추출조(10)에 공급되면서 상기 추출조(10)의 상하부필터망(11,12) 사이에 적재된 추출분말 내의 공기를 제거하는 탈기공정(P1)과;
    상기 추출조(10)와 추출액탱크(30) 또는 상기 추출조(10)와 밸런스탱크(40) 사이에 압력차를 설정 제어하여 상기 추출조(10)의 추출압력을 형성하면서 추출분말을 추출수로 함침하는 추출전처리공정(P2)과;
    상기 추출조(10)의 추출압력을 이용하여 상하부필터망(11,12) 사이의 추출분말로부터 추출액을 추출하여 상기 추출액탱크(30) 또는 밸런스탱크(40)에 저장하되, 상기 추출조(10)의 추출액중 추출 성분 및 농도가 설정값에 이르면 상기 추출액탱크(30)에 저장되고, 추출 성분 및 농도가 설정값에 미달되면 상기 밸런스탱크(40)에 저장되는 추출공정(P3)과;
    상기 밸런스탱크(40)의 추출액을 상기 밸런스탱크(40)와 추출조(10) 사이에 형성된 압력차를 이용하여 밸브(S10)(S11)를 통해 상기 추출조(10)로 공급하는 재순환 추출공정(P4);을 포함하되,
    상기 추출조(10)와 추출액탱크(30), 상기 추출조(10)와 밸런스탱크(40) 사이에 형성되는 압력차는 에어펌프(4)의 공기압, 진공펌프(5)의 부압, 추출수펌프(1) 또는 추출공급탱크(20)의 추출수에 의해 설정 제어되는 추출 성분 및 농도의 제어가 가능한 추출방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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