KR102577321B1 - 커피 제품 제조 장치 - Google Patents

Abstract

커피 베드(125) 안에 소정량의 분쇄 커피를 수집하도록 의도되고 구성된 제조 챔버(135)와, 고압의 물을 상기 제조 챔버로 전달하기 위한 펌프 수단(15)을 포함하는 커피 제품 제조 장치가 제공된다. 상기 제조 챔버(135)에는 커피 베드(125)의 제1 측부에 고온고압의 물을 받아들이기 위한 물 유입부(136)가 제공되어 있고 또한 상기 커피 베드(125) 너머의 반대측 측부에는 유출부(137)가 제공되어 있다. 상기 유출부는 액체 도관(20)을 거쳐서 상기 커피 제품이 인출될 수 있는 유동배출부(6)에 연결된다. 상기 장치에는 제품이 제조되는 때마다 제조 사이클을 부여하는 전자 제어 시스템(17)이 제공된다. 상기 커피 제품이 인출될 수 있는 유동배출부(6)와 상기 제조 챔버(135)의 유출부(137) 사이에 있는 액체 도관(20)은, 상기 제어 시스템(17)에 의하여 제어될 수 있고 비례방식으로(proportionally) 조절될 수 있는 통로(35)를 구비한 조절가능 제한부(30)를 포함한다.

Description

커피 제품 제조 장치

본 발명은, 커피 베드 안에 소정량의 분쇄 커피를 수용 및 수집하도록 의도되고 구성된 제조 챔버와, 고압의 고온수(hot water)를 상기 제조 챔버로 전달하기 위한 펌프 수단을 포함하는 커피 제품 제조 장치에 관한 것으로서, 상기 제조 챔버에는 커피 베드의 공급측(feed side)에 고온고압의 물을 받아들이기 위한 물 유입부가 제공되어 있고 또한 상기 커피 베드 너머의 방출측(discharge side)에는 유출부가 제공되어 있으며, 상기 유출부는 제품 도관을 거쳐서 상기 커피 제품이 인출될 수 있는 유동배출부에 연결되고, 상기 장치에는 제품이 제조되는 때마다 제조 사이클을 부여하는 전자 제어 시스템이 제공된다.

위와 같은 장치는 폭넓은 적용예들을 가지는바, 예를 들어 가정용, 사무실용, 또는 의료시설용의 적용예들을 갖는다. 상기 장치는, 선택에 따라서 커피 콩을 위한 콩 저장부가 연결되는 커피 그라인더(coffee grinder)가 제공되거나, 또는 분쇄 커피를 위한 홀더를 포함할 수 있다. 두 가지 경우 모두에서 제조 사이클 동안에 분쇄 커피는 제조 챔버 안으로 도입되고, 두 개의 챔버 저부들 사이에서 커피 베드로 압착된다. 그 다음에는 원하는 커피 제품을 위한 추출물을 공급하기 위하여 커피 베드를 통해서 고온수가 고압 하에서 가압된다. 제조 사이클의 끝에서는 이와 같이 사용된 커피가 제조 챔버으로부터 제거되고, 제조 챔버는 초기 상태로 복귀한다.

유동배출부에서 받아들여진 제품의 품질과 조성은, 커피의 양, 분쇄 크기, 및 커피 베드가 가압된 이후 커피 베드의 다짐도(compactness)에 따라서 달라질 수 있다. 그러나, 보통의 경우 커피 제품의 유형에 대한 의도는 일관된 품질 및 조성을 생산하는 것이기 때문에, 그와 같은 의도하지 않은 변동성은 바람직하지 못하다. 또한 동일한 장치로 다양한 커피 제품을 제조할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 무엇보다도 우선, 위와 같은 바램들을 충족시키는 커피 제품 제조 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 전제부에 기술된 유형의 커피 제품 제조 장치는 본 발명에 따른 특징을 갖는바, 그 특징은 상기 커피 제품이 인출될 수 있는 유동배출부와 상기 제조 챔버의 유출부 사이에 있는 액체 도관이 조절가능 제한부(adjustable restriction)를 구비한 조절가능한 밸브 장치를 포함한다는 점인데, 상기 제한부의 최소 통로는 제어 시스템에 의하여 제어될 수 있고 비례방식으로(proportionally) 조절될 수 있다. 본 발명은, 커피 제품의 제조 동안에 고온수의 압력 및 온도 뿐만 아니라, 커피 제품의 최종 조성 및 품질에 있어서 유지 시간도 중요한 파라미터라는 것이라는 직관에 기초한 것이다. 소정의 펌프가 주어진 때에, 압력과 유지 시간은 전체적인 달임 시스템의 저항에 의해 결정된다. 상기 제조 챔버의 유출부 도관 안에 조절가능 제한부, 그리고 이에 따른 조절가능한 저항을 적용함으로써, 상기 저항의 총합은 더 이상 커피 베드의 저항에 의해서만 결정되지 않는다. 그렇지 않은 경우에 있어서는, 예를 들어 커피 투여량, 커피 베드에서의 가능한 가압력, 및 분쇄 커피의 분쇄 크기 또는 품질 등에 있어서의 상대적으로 작은 변동이 상기 압력과 유지 시간에 현저한 영향을 미칠 것이지만, 본 발명에 의한 경우에는 이들이 (상대적으로) 덜 중요한 인자들이 된다. 상기 시스템에 추가적인 저항을 적용함으로써, 결국 전체적인 결과에 있어서 커피 베드의 저항이 덜 중요하게 된다. 따라서 본 발명은 최종 제품의 커피 제품이 안정적인 품질을 갖게 하는데 기여한다.

조절가능 제한부를 구비한 상기 밸브 장치에 의하면, 커피 제품의 제조 동안에 상기 시스템의 저항을 통제하는 것도 가능하게 된다. 따라서, 커피 베드에 있어서의 전술된 거의 불가피한 변동성과 같은 방해가 되는 영향이 보상될 수 있다. 이와 같은 관점에서 본 발명에 따른 상기 장치의 바람직한 실시예는, 커피 제품의 체적 유량의 크기를 측정하고 이를 상기 제어 시스템으로 보내질 전자적 값으로 생성하기 위한 유동 센서를 내부에 구비한다는 특징을 갖는바, 상기 제어 시스템은 상기 체적 유량의 측정된 크기에 따라 상기 제한부를 통제한다. 이와 같은 센서는 새로운 물을 위한 공급 도관 내부가 아니라, 유출부로 향하는 유출부 제품 도관(outlet product conduit) 내에 직접 수용될 수도 있다. 따라서 본 발명에 따른 장치의 추가적인 특정 실시예는, 유동 센서가 상기 제품 도관 내의 유동배출부와 상기 유출부 사이에 수용된다는 특징을 갖는다. 이와 같이 측정된 제품 체적 유량의 측정값에 기초하여, 제어 시스템은 제어 시스템의 메모리 내에 미리 저장되어 있는 제조될 해당 제품을 위한 제어 값에 따라서 상기 조절가능 제한부를 더 많게 또는 적게 개방한다.

상기 시스템 내의 제어가능 제한부로 인하여, 상기 제어 시스템은 상기 제품의 배출 동안에 검출되는 체적에 기초해서 압력(또는 역압)과 유지 시간 모두를 통제 및 제어할 수 있다. 따라서, 필요한 경우에는 사용자의 선택에 따라서 다양한 프로파일(profile)로 제조된 커피 제품을 제공함이 가능하게 되는바, 예를 들어 통상적인 필터 커피와 유사한 부드러운 맛을 위한 저압 하에서 제조된 커피는 물론, 이탈리안 에스프레소를 제조하기 위한 높은 압력(또는 역압) 하에서 제조된 커피를 제공하는 것이 가능하다. 보통의 경우 낮은 압력에서 더 많은 체적 유동이 이루어질 것인바, 이로써 제조 시간이 현저히 짧아진다. 이것은 상대적으로 짧은 시간 내에 상대적으로 많은 양의 커피를 제공함을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 상기 장치의 특히 실용적인 실시예는 상기 밸브 장치가 밸브 하우징과 밸브 부재 사이의 액체 채널 안에 최소 통로(smallest passage)를 포함한다는 점을 특징으로 하는바, 상기 액체 채널의 유동 저항은 제어 시스템에 의하여 상기 밸브 하우징에 대한 밸브 부재의 조절을 통해서 제어가능하다. 상기 채널의 저항, 그리고 이에 따른 상기 채널에 의해 가해지는 역압은 상기 밸브 부재의 조절에 의해 변화될 수 있다. 이 저항은 상기 채널의 단면 및 길이 모두에 의존하며, 따라서 이 치수들 중 어느 하나를 통하여, 또는 상기 채널을 더 많거나 적은 양으로 조임으로써 또는 상기 채널을 더 길게 또는 짧게 만듦으로써, 조절가능하게 될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 특정 실시예는 상기 밸브 부재가 상기 밸브 하우징의 통로 개구 안에 끼워지는 방식으로 수용된 원추형 니들을 포함한다는 특징을 갖는바, 상기 니들은 상기 통로 개구에 대해 축방향으로 이동가능하고, 이를 위하여 제어 시스템에 의해 제어되는 액츄에이터에 연결되는데, 상기 니들은 제1 극한 위치에서 상기 통로 개구를 적어도 실질적으로 완전히 폐쇄하며 제2 극한 위치에서 상기 통로 개구를 적어도 실질적으로 완전히 개방한다. 여기에서 상기 니들의 이동은 제어 시스템에 의하여 자동적으로 구동 및 제어되는바, 제어 시스템은 상기 액츄에이터를 그에 따라 작동시킨다. 예를 들어 상기 니들은 제조 챔버의 상류 또는 하류에서 상기 장치 내의 체적 유동의 검출량에 맞게 외부로 구동될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 다른 특정 실시예는, 상기 니들이 스크류 스핀들(screw spindle)로부터 축방향으로 연장되고, 상기 스크류 스핀들은 적어도 실질적으로 상보적이고 나사가 형성된 공동 안에 수용되며, 상기 스크류 스핀들은 전기 모터, 특히 스테핑 모터(stepping motor)의 출력 샤프트에 연결된다는 특징을 갖는다. 상기 나사가 형성된 공동 안에서 스핀들에 더 많거나 적은 회전을 가함으로써, 그에 연결된 니들이 상기 통로 안에서 더 멀리 또는 덜 멀리 축방향으로 이동되며, 이로써 상기 제한부의 유동 저항이 조절될 수 있다. 여기에서 상기 장치의 바람직한 실시예는, 상기 모터의 출력 샤프트와 스크류 스핀들 사이에, 적응성 길이(adaptive length)를 가지고 축방향으로 조절가능한 샤프트 부분이 제공된다는 특징을 갖는다. 따라서 상기 액츄에이터는 상기 나사가 형성된 공동 안으로의 스핀들의 침투 깊이에 무관하게 부동적으로 유지될 수 있으며, 이것은 구조적 관점에서 중요한 장점이다.

본 발명에 따른 상기 장치의 추가적인 특정 실시예는 상기 밸브 하우징이 밸브 공동(valve cavity) 및 밸브 부재를 포함하되, 밸브 몸체가 밸브 공동 안에 꼭 끼는 방식으로 수용된다는 점, 액체 채널이 상기 밸브 몸체의 외측 벽과 상기 수용하는 공동의 내측 벽 사이에 형성된다는 점, 그리고 상기 밸브 몸체가 상기 수용하는 공동에 대해서 조절될 수 있다는 점을 특징으로 한다. 상기 밸브 공동 내부에서의 상기 밸브 부재의 축방향 병진이동 및/또는 반경방향 회전에 의하여, 상기 채널이 상기 밸브 장치의 유출부와 유입부 사이에서 더 많게 또는 적게 개방될 수 있으며, 이로써 상기 채널의 저항이 제어 시스템에 의하여 필요한 정도로 설정될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 장치의 추가적인 특정 실시예는 상기 액체 채널이 상기 밸브 공동의 내측 벽과 그 안에 수용된 밸브 몸체의 외측 벽 중 적어도 하나에 있는 적어도 하나의 홈 안에서 연장된다는 특징을 갖는다.

본 발명에 따른 추가적인 제1 특정 실시예는 상기 밸브 몸체가 적어도 부분적으로 상기 밸브 공동 밖의 위치로 축방향으로 이동함으로써 상기 채널의 길이가 조절될 수 있다는 특징을 갖는다. 이로써 상기 채널에 의하여 제품 유동에 가해지는 제한의 길이가 짧아 질 수 있으며, 밸브 몸체를 밸브 공동 밖으로 구동함으로써 제품 유동이 상대적으로 좁은 채널을 통해 이동해야 하는 경로가 짧게 되어서, 채널에 의한 저항이 감소될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 장치의 바람직한 실시예는 상기 밸브 몸체가 원통형 몸체를 갖는다는 점과 상기 홈이 그것의 외측 벽에서 나선형으로 연장된다는 특징을 갖는다. 이와 같은 나선형 홈은 밸브 몸체의 길이 당 상대적으로 더 긴 길이를 갖는다. 따라서 상기 밸브 몸체를 밸브 공동 외부의 위치를 향해 소량 조절하여도 상기 채널의 저항에 대한 큰 영향이 있게 된다. 따라서 상기 밸브 장치가 상대적으로 콤팩트한 형태를 가질 수 있게 된다.

본 발명에 따른 장치의 추가적인 제2 특정 실시예는 상기 홈이 밸브 몸체의 외측 단부로부터 축방향으로 연장되되 밸브 몸체의 외측 벽에서 밸브 몸체의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 연장되며 그 연장됨에 따라서 점차 좁아진다는 특징을 갖는다. 본 발명에 따른 상기 장치는 특히, 상기 홈이 측방향 단면 및 횡단면 모두에서 V자 형상을 가지며, 외측 단부를 향하여 점차 넓은 폭을 갖는다는 특징을 갖는다. 본 실시예에서는 상기 밸브 몸체를 밸브 공동 밖으로 구동시킴으로써 상기 채널이 특히 짧아지게 되는 대신에 상기 홈의 좁아지는 성질로 인하여 채널의 최소 활성 단면이 좁아지게 된다. 이 경우 상기 밸브 장치의 유동 저항은 현저히 증가하게 될 것이다.

본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예는, 상기 제한부가 상기 제조 사이클 동안에 적어도 잠깐 동안 적어도 실질적으로 완전히 개방된다는 특징을 갖는다. 여기에서 상기 제한부는 예를 들어 각 제조 사이클의 끝에서 적어도 실질적으로 완전히 개방될 수 있는바, 이로써 실질적으로 장애물이 없는 통로가 얻어진다. 제어가능한 니들의 경우, 이것은 상기 니들이 통로 밖으로 이동됨을 의미하며, 이로써 상대적으로 큰 개구가 형성된다. 따라서 통로 내부에 남은 커피 잔류물의 결과로서 이전의 상대적으로 좁은 통로가 막힐 위험이 최소로 제한될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 커피 제품의 제조 사이클에서 더 많은 변화를 허용한다. 특히 본 발명은 다양한 그리고/또는 더 우수한 커피 품질을 구현하기 위하여 제조 사이클 동안에 시스템 압력과 유지 시간이 변화됨을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 상기 장치의 다른 특정 실시예는 이를 위하여, 상기 제어 시스템이 제조 사이클 동안 각각의 특정 시간 기간 각각에서 상기 제한부에 다수의 미리 정해진 위치를 부여한다는 특징을 갖는다. 따라서 커피 제품에 단 한가지의 펌프 압력이 부여되는 것이 아니라, 압력 프로파일이 다수의 단계들 및 이와 연계된 단계별 지속 시간으로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예는 보다 구체적으로, 상기 제어 시스템이 적어도 조리법이 저장되어 있는 전자 메모리를 포함하고, 상기 조리법은 제어 시스템에 의하여 인출될 수 있으며(retrievable) 또한 상기 제조 사이클 내에서의 위치들 및 이 위치들에서의 지속 시간을 결정한다는 특징을 갖는다. 따라서 파라미터들 중에서도 예를 들어 배출 품질, 유지 시간, 및 펌프 압력 등의 관점에서 다양한 커피 제품을 결정할 수 있고, 이를 제어 시스템 내에 조리법으로서 저장하는 것이 가능하게 된다. 이로써 커피 제품의 제조가 이와 같은 장치에 있어서의 높은 수준으로 상승된다.

상기 장치의 다른 특정 실시예는, 상기 제어 시스템이 사용자 인터페이스를 포함하고, 상기 사용자 인터페이스는 사용자가 다수의 조리법들로부터 하나의 조리법을 선택함을 가능하게 하며 선택된 조리법을 제어 시스템에 할당한다는 특징을 갖는다. 이 실시예는 사용자에게 원하는 커피 제품을 선택하고 상기 장치로 하여금 이를 제조하게 할 수 있다는 선택권을 제공한다.

아래에서는 하기의 첨부 도면들을 참조하여 예시적인 실시예들을 기초로 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 에는 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 개략적인 구조가 도시되어 있다.
도 2 에는 도 1 의 장치에 적용된 조절가능한 밸브 장치의 실시예에 관한 상세도가 도시되어 있다.
도 3a 및 3b 에는 도 2 의 밸브 장치가 다양한 위치에 있는 때의 횡단면 모습이 도시되어 있다.
도 4 에는 도 1 의 장치에 적용될 수 있는 조절가능한 밸브 장치의 제2 실시예의 횡단면이 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5d 에는 도 4 의 밸브 장치가 다양한 위치에 있는 때의 모습이 도시되어 있다.
도 6a 내지 도 6c 에는 도 1 의 장치가 상이한 위치에 있는 때에 적용될 수 있는, 조절가능한 밸브 장치의 다른 실시예의 사시도가 도시되어 있다.
도 6d 에는 크기가 증가하는 통로에 있어서 도 6a 내지 도 6c 의 조절가능한 밸브 장치의 횡단면의 연속적인 단계들이 도시되어 있다.
도 7 에는 도 6a 내지 도 6d 의 밸브 장치의 밸브 부재의 상세도가 도시되어 있다.
달리 기재되지 않은 한, 상기 도면들은 개략적인 것으로서 (동일한) 축적에 맞게 그려진 것이 아니다. 특히 일부 치수들은 명확성을 위하여 더 많게 또는 적게 과장될 수 있다. 도면들에서 상응하는 부분들은 동일한 참조 부호로 표시되어 있다.

도 1 에는 커피 그라인더로부터, 압력 하에 있는 커피 제품 제조 장치의 전체적인 구조가 도시되어 있다. 이와 같은 장치는 통상적으로 완전 자동식 에스프레소 기계로 호칭되기도 한다. 상기 장치는, 사용자가 다수의 선택을 입력할 수 있는 사용자용 제어 패널(5)이 구비된 콤팩트한 하우징(10)과, 사용자가 선택된 커피 제품(8)을 꺼낼 수 있는 컵 플랫폼(7) 위의 유동배출부(6)를 포함한다. 상기 커피 제품은 예를 들어 리스트레토/에스프레소(ristretto/espresso)라고 호칭되는 상대적으로 강한 제품으로부터, 커피 또는 룽고(lungo)라고 호칭되는 상대적으로 묽은 제품까지 다양하다.

도시된 실시예에서 상기 장치는 급수관(water mains)에 대한 연결을 위한 고정된 물 연결부(16)를 포함하지만, 그 대신에 주기적으로 재충전되어야 하는 물 저장부를 구비한 것일 수도 있다. 전자 유동 센서(25)는 상기 시스템 내의 액체 유동을 지속적으로 측정하고 새로운 물은 그에 따라 조절된다. 상기 장치는 콩 저장부(11)도 포함하는바, 이것은 상기 장치의 하우징(10) 안에 포함된 커피 그라인더(12)의 입부분(mouth) 안으로 연결된다. 상기 장치는, 단일의 콩 저장부(11) 대신에, 다수, 예를 들어 두 개의 콩 저장부를 구비하도록 구현될 수도 있는바, 이 때 선택적으로는 그 각각이 별도의 커피 그라인더(12)를 구비할 수 있으며, 이것은 상이한 유형의 커피를 가진 것이거나 또는 단지 상기 기계의 공급량을 증대시키기 위한 것일 수 있다. 또한, 분쇄되지 않은 커피 콩들을 위해 설명된 구성에 추가하여 또는 그 대신에, 상기 장치가 분쇄된 커피를 처리하기 위한 구성으로 설정될 수도 있는바, 이 경우에는 상기 커피 그라인더가 상기 장치에서 생략될 수 있다. 나아가 상기 하우징에는 하나 이상의 추가적인 저장부가 선택적으로 제공될 수 있는데, 이것은 예를 들어 설탕, 분말 우유(토핑), 및/또는 초콜렛 분말과 같이, 제조될 제품 안으로 도입될, 용해가능한 관련 제품을 보유하기 위한 것일 수 있다.

상기 장치는 중앙 제어 시스템(17)에 의하여 완전히 자동적으로 제어되는데, 상기 중앙 제어 시스템(17)은 커피 그라인더(12)에 구체적인 작동 시간을 부여하고, 이로써 커피 투여량을 결정한다. 상기 분쇄 커피의 투여량은 제조 유닛(13)의 벽에 있는 충전 개구(133)를 통해서 원통형 제조 챔버(135) 안으로 미끄러져 들어가고, 상기 제조 챔버(135)의 양측은 대향된 챔버 저부들(131, 132)에 의해 한정된다. 상기 두 개의 챔버 저부들 중 제1 챔버 저부(131)는 제조 챔버(135) 안에서 상기 충전 개구(133)를 넘어서는 위치까지 축방향으로 이동가능하며, 이것은 받아들여진 커피 분말(125)을 다짐 커피 베드(compact coffee bed)(139)로 압착시키기 위한 것이다. 또한 그 안에는 고온수를 위한 유입부(136)가 제공되는바, 상기 고온수는 보일러(14)로부터 펌프(15)에 의하여 또는 관통유동 가열부(throughflow heating)를 거쳐서 고압 하에서 제조 챔버(135)까지 그리고 커피 베드(125)를 통하도록 안내된다. 반대측의 챔버 저부(132)는 스크린(138)을 포함하는바, 상기 스크린(138)은 커피 분말이 제조 챔버로부터 이탈함을 방지한다. 반대측 챔버 벽(132)은 유출부(137)도 포함하는데, 유출부(137)는 유출부 제품 도관(20)을 거쳐서 하우징(10) 외측의 유동배출부(6)에 연결된다. 상기 제조 챔버로부터 추출된 커피 제품은, 선택에 따라 예를 들어 설탕 및 (분말) 우유와 같은 전술된 첨가물들 중 한가지 이상이 보충된 다음에, 유동배출부(6)에서 인출될 수 있다. 제조 사이클의 끝에서, 사용된 커피 베드(125)는 제조 챔버(135)로부터 배출되고, 제조 유닛(13)은 원래의 초기 상태로 복귀하여 후속 제조 사이클을 위한 준비가 된다.

제조 사이클 동안 상기 시스템 내의 액체의 액체 압력 증가는 상기 장치 내의 유동 저항, 그리고 이에 따른 역압에 의한 영향을 받는다. 이것은, 첫째로 압착된 커피 베드(125)의 저항에 의해 결정되고, 커피의 투여량, 분쇄 크기(미세도), 및 커피 베드의 다짐도(압력 강도)에 의한 영향을 받는다. 이와 같은 파라미터들 중 하나 이상에서의 의도된 또는 의도되지 않은 변화가 최종 커피의 품질에 대해 상대적으로 적은 영향을 갖도록 하기 위하여, 제조 챔버의 유출부 도관(20) 안에 조절가능 제한부를 구비한 제어가능한 밸브 장치(30)가 수용된다. 이 밸브 장치(30)는 도 2 에 더 상세히 도시되어 있으며, 그 단면은 도 3a 및 도 3b 에 도시되어 있다. 그것의 통로는 제어 시스템(17)에 의하여 제어될 수 있고 비례방식으로 조절될 수 있다.

제조 사이클 동안에 상기 밸브(30)는, 상기 시스템의 다른 부품들, 예를 들어 커피 그라인더(12)와 제조 유닛(달임 그룹(decoction group))(13)도 제어하는 중앙 제어 시스템(17)에 의하여 제어된다. 여기에서, 상기 시스템 내의 체적 유동(volume flow)의 실제 크기를 측정하고 중앙 제어 시스템(17)으로 향하는 값으로서 생성시키기 위하여, 전자 유동 센서(25)가 중앙 제어 시스템(17)에 연결되기도 한다. 이와 같은 또는 이와 유사한 센서는 새로운 물을 위한 공급 도관 대신에 유출부 제품 도관(20)에 직접 수용될 수도 있다. 상기 중앙 제어 시스템(17)은 제어 시스템(17)의 메모리에 미리 저장된, 제조되어야 할 해당 제품을 위한 제어값에 따라서 상기 제품 체적 유량과 상기 측정된 값에 기초하여 밸브(30)를 더 많게 또는 적게 개방한다.

본 실시예에서 밸브(30)는 밸브 부재로서 원추형 니들(conical needle)(31)을 구비한 니들 밸브(needle valve)를 포함하는데, 이것은 상기 밸브(30)의 밸브 하우징(36) 내의 통로 개구(35) 내에 끼워지게 돌출하되, 상기 통로 개구(35)를 더 많이 또는 적게 조이기 위하여, 또는 완전히 개방하기 위하여 그 안에서 축방향으로 이동가능하다. 도 3b 을 참조하면, 제1 극한 위치에서는 원추형 니들(31)이 통로 개구(35) 안으로 돌출하며, 따라서 통로 개구(35)가 실질적으로 완전히 폐쇄되는 한편, 도 3a 에 도시된 제2 극한 위치에서는 니들(33)이 상기 통로 개구로부터 완전히 후퇴하여 개구(35)를 완전히 비워진채로 남겨두게 된다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 니들(31)은 스크류 스핀들(screw spindle)(32)로부터 축방향으로 연장되며, 상기 스크류 스핀들(32)은 대응되는 스핀들 공동(spindle cavity)(33) 안에서 맞물린다. 스핀들(32)은 다시 전자 스텝핑 모터(38)의 형태를 가진 액츄에이터에 연결되며, 상기 전자 스텝핑 모터(38)는 중앙 제어 시스템(17)에 의하여 제어된다. 스테핑 모터(38)와 스핀들(32) 사이의 연결부(34)에 축방향으로 조절가능한 길이를 가진 샤프트 부분(341, 342)이 제공된다. 이를 위하여 상기 샤프트 부분은 두 개의 상호간 신축가능한 부분들(telescopic parts)(341, 342)을 포함하는바, 이들은 스프링(343)에 의하여 이격된 채 구동되지만 스프링 압력에 반하여 서로를 향하는 스트로크(stroke)를 수행할 수 있으며, 상기 스트로크는 스핀들(32)과 니들(31)을 상기 밸브의 통로(35)로부터 완전히 밖에 있는 위치와 완전히 통로(35) 안에 있는 위치 사이에서 변위시키기에 충분하다. 상기 극단의 위치들은 도 3a 및 도 3b 의 각 단면도에 상세히 도시되어 있다. 그 사이의 모든 중간 위치들은 스테핑 모터(38)의 비례제어에 의하여 설정될 수 있다.

제어 시스템(17)은, 상기 장치의 시스템 저항을 요망되는 바에 따라 조절하고 미리 정해진 값에 유지시키기 위하여, 센서(25)에 의해 측정된 체적 유동을 기초로 해서 니들(31)을 외향으로 더 많이 또는 적게 구동한다. 선택에 따라서는, 요망되는 커피 품질 및/또는 커피 종류의 관점에서 제조 사이클의 일부분 동안에, 상이한 시스템 저항이 이용될 수 있다. 밸브(30)에 의하여 가해지는 저항의 결과로서, 커피 베드(125)의 저항의 가능한 변동이 상기 시스템의 전체적인 저항에 상대적으로 적은 영향을 갖게 되며, 상기 제어가능 제한부에 의하여 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.

바람직하게는 제조 사이클 제어 시스템(17)의 끝에서, 제어가능 제한부(30) 내의 스케일링(scaling) 및 막힘을 방지하기 위하여 잠시 동안 제어가능 제한부(30)가 완전히 개방된다. 완전한 세척을 위하여, 상기 장치에는 세척 도관(flush conduit)이 더 제공되는바, 이 안으로는 보일러로부터의 고온수가 상기 제어 시스템의 제어 하에서 상기 시스템을 통하는 세척수로서 안내될 수 있다. 명확성을 위하여, 이를 위하여 사용되는 제어 밸브들 및 세척 도관들, 또는 달임 시스템 내의 제어 밸브들의 시스템이 도 1 에 도시되어 있지 않지만, 실제로는 존재한다.

본 발명은 도 2 에 도시된 밸브 장치의 적용예에만 국한되는 것이 아니다. 따라서, 도 4 에 예로서 도시된 것도 본 발명의 범위 내에서 적용될 수 있는 대안적인 밸브 장치이다. 여기에서의 밸브 장치는 유입 챔버(41), 밸브 하우징(42), 및 유출 챔버(43)를 구비한 일체적 시스템 부품을 포함하는바, 이들은 서로 빈틈없이 연결되고 또한 액체 밀봉을 위하여 제공되는 가스켓을 이용하여 서로 연결된다. 유입 챔버(41)는 상기 밸브의 상류측에 제품 도관(20)을 위한 연결부(411)를 포함하고, 제품 도관(20)의 하류측 연결을 위하여는 유출 챔버(43)에 대응되는 연결부(433)가 제공된다.

밸브 하우징(42) 안에는 중앙 보어(central bore)(421)가 있는데, 이 안에서는 밸브 부재(422)가 밀착 끼움 방식으로 축방향으로 이동하능하게 배치된다. 상기 밸브 부재는 필수적으로 원통형 밸브 몸체를 포함하는데, 이것의 주위 벽에는 상기 밸브 몸체의 원통 축 주위로 나선을 형성하는 홈(423)이 제공된다. 따라서 홈(423)은 밸브 몸체(422)의 주위 벽과 보어(421)의 내측 벽 사이에 소정 각도 및 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 연장되는 액체 채널을 형성한다. 이 채널은 상기 원통 축에 대해 상대적으로 큰 경사각 및/또는 더 작은 피치에 따라서 밸브 몸체(422)의 밀리미터당 길이가 더 길게 되고, 이 채널의 상대적으로 더 작은 경사각 및/또는 더 큰 피치에 따라서 밸브 몸체(422)의 밀리미터당 길이가 상대적으로 더 짧게 된다.

밸브 몸체(422)는 유지 니들(retaining needle)(424)로부터 연장되는데, 유지 니들은 유출 챔버(43)의 보어를 통해 돌출되어 오-링(425)에 의해 그 안을 누설 방지 방식으로 폐쇄한다. 유지 니들(424)은 정해진 피치를 가진 나사 단부(threaded end)(426)에 연결된다. 상기 나사 단부는 유출 챔버(433)의 상보적인 나사 보어 안에 수용되고, 스테핑 모터(미도시)에 의해 구동된다. 상기 스테핑 모터의 회전은 밸브 공동(421) 내에서의 밸브 몸체(422)의 축방향 변위로 전환되는바, 이 변위는 나사 단부(426)의 피치에 의해 결정된다.

상기 축방향 변위의 결과로서, 밸브 몸체(422)가 밸브 공동(421) 안으로 더 많게 또는 적게 돌출한다. 이것의 다양한 위치들은 도 5a 내지 도 5d 에 도시되어 있다. 도 5a 에 도시된 제1 극한 위치에서, 밸브 몸체는 여전히 밸브 공동(421)의 완전히 외부에 놓여 있고, 밸브는 아무런 저항도 제공하지 않는다. 현재 상기 밸브는 완전히 개방되어 있다. 그러나 밸브 몸체(422)가 밸브 공동 안에 수용되는 때에는(도 5b), 액체가 밸브 몸체(422)의 외측 벽과 공동(421)의 내측 벽 사이에서 그 안에 배치된 홈(423)에 의해 형성된 나선형 채널을 통하도록 강제된다. 상기 채널의 유동 저항은 상기 채널의 길이와, 상기 채널의 액체 유동에 대해 횡방향인 활성 단면에 의존한다. 상기 채널의 길이는 밸브 몸체가 밸브 공동 안으로 돌출하는 정도에 의해 결정되므로, 상기 장치의 작동 동안에 비례방식으로 조절될 수 있다. 이를 위하여 스테핑 모터가 제어 시스템(17)에 의하여 제어된다. 한바퀴당 상기 저항의 변화는 액체 채널의 길이에 유발되는 변화에 의해 결정되는바, 즉 이것은 홈(423)이 밸브 몸체의 벽에서 연장되는 나선의 경사각과 피치에 의해 결정된다. 이 저항은 도 5c 에 도시된 상태에서 최대인데, 여기에서 액체는 홈(423)을 통하는 최대 경로를 따라 이동해야 한다. 도 5d 에서 상기 밸브는 완전히 폐쇄되어 있는데, 왜냐하면 홈(423)이 밸브 공동(421)의 벽에서 끝나기 때문이다.

제어 시스템(17)은 센서(25)에 의해 측정되는 체적 유동에 기초하여 밸브 몸체(422)를 외향으로 더 많게 또는 적게 구동하며, 이로써 상기 장치의 시스템 저항을 조절하고 이를 요망되는 미리 정해진 값에 유지시킨다. 요망되는 커피 품질 및/또는 커피 종류에 따라서 제조 사이클의 일부 동안에 다양한 시스템 저항이 선택적으로 활용될 수 있다.

밸브 장치의 제3 변형예가 도 7 과 관련된 도 6a 내지 도 6c 에 도시되어 있다. 이 밸브 장치의 개략적인 구조는, 유입 챔버(61), 밸브 하우징(62), 및 제품 도관(20)을 위한 하류측 연결부(631)가 제공되어 있는 유출 챔버(63)를 구비한 제2 실시예의 구조와 유사하다. 상기 유입 챔버는 도면에 도시되지 않은, 대응되는 상류측 연결부를 구비한다.

이 실시예에서 밸브 하우징의 중앙 보어(631) 안으로는 니들(632)이 돌출되는데, 이것은 중앙 보어 안에 꼭 끼되 그 안에서 축방향으로 이동가능하도록 수용된다. 외측 단부에는 이 니들(622)의 주위 벽에 하나 이상의 V자 형상의 홈(623)이 마련된다 (도 7 참조). 이 홈 또는 홈들(623)은 니들(622)의 자유 단부에서 유출 챔버(63) 안으로 개방되고, 따라서 액체에 대한 액체 채널을 형성한다.

예시적인 제2 실시예에서와 유사하게, 니들(632)은 스테핑 모터에 연결된 나사형성 단부(626)로부터 샤프트 부분(624)을 거쳐서 연장된다. 여기에서 오-링(625)은 밸브 공동(631) 내에 필요한 액체 장벽을 제공한다. 스테핑 모터는 상기 장치의 제어 시스템(17)에 의하여 제어되는데, 이로써 니들(622)이 밸브 공동(631)으로부터 더 많거나 적게 풀려난다. 상기 채널의 길이는 물론이고, 채널의 평균 활성 폭/횡단면도 비례방식으로 조절된다. 도 7 의 확대도에 도시된 바와 같이, V 형상 홈(들)은 니들(622)의 원위 자유 단부(free distal end)로부터 내향을 향하여 더 좁아지며, 이로써 상기 홈(들)(623)의 활성 횡단면이 이 방향으로 가면서 점진적으로 더 좁게/작게 된다. 이로써 상기 밸브의 액체 저항의 비례방식에 의한 미세 조절이 가능하게 되는바, 그 조절은 도 6a 에 도시된 완전히 폐쇄된 상태로부터 도 6c 에 도시된 실질적으로 개방된 상태로 변화하게 된다. 이 위치들 사이에서, 상기 밸브는 비례방식으로 조여질 수 있는바, 예를 들어 도 6b 에 도시된 절반 개방 상태로 될 수 있다.

위에서 본 발명은 몇 가지 예시적인 실시예를 기초로 하여 설명되었으나, 본 기술에 이에 국한되는 것이 아님은 자명하다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위 안에서 많은 변형예들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (17)

1. 커피 베드(coffee bed) 안에 소정량의 분쇄 커피를 수용 및 수집하도록 의도되고 구성된 제조 챔버와, 고압의 고온수를 상기 제조 챔버로 전달하기 위한 펌프 수단을 포함하는 커피 제품 제조 장치로서,
   상기 제조 챔버에는 커피 베드의 공급측(feed side)에 고온고압의 물을 받아들이기 위한 물 유입부가 제공되어 있고 또한 상기 커피 베드 너머의 방출측(discharge side)에는 유출부가 제공되어 있으며, 상기 유출부는 제품 도관을 거쳐서 상기 커피 제품이 인출될 수 있는 유동배출부에 연결되고, 상기 장치에는 제품이 제조되는 때마다 제조 사이클을 부여하는 전자 제어 시스템이 제공되며,
   상기 커피 제품이 인출될 수 있는 유동배출부와 상기 제조 챔버의 유출부 사이에서 상기 제품 도관은 조절가능 제한부를 구비한 조절가능한 밸브 장치를 포함하고, 상기 조절가능 제한부의 최소 통로는 상기 전자 제어 시스템에 의하여 제어될 수 있고 비례방식으로(proportionally) 조절될 수 있으며,
   상기 밸브 장치는 밸브 하우징 안의 밸브 공동과 상기 밸브 공동 안에 꼭 끼는 방식으로 수용되는 밸브 몸체 사이의 액체 채널에 최소 통로를 포함하고, 상기 액체 채널의 유동 저항은 상기 전자 제어 시스템에 의하여 이루어지는 상기 밸브 공동에 대한 밸브 몸체의 축방향 변위를 통해서 제어될 수 있으며, 상기 액체 채널은 상기 밸브 몸체의 외측 벽과 상기 공동의 내측 벽 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제품의 체적 유동(volume flow)의 크기를 측정하고 그 크기를 상기 전자 제어 시스템으로 보내질 전자적 값으로 생성하기 위하여 내부에 유동 센서가 제공되고, 상기 전자 제어 시스템은 상기 측정된 크기의 체적 유동을 받는 상기 제한부를 통제하는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 유동 센서는 상기 제품 도관 내의 유동배출부와 상기 유출부 사이에 수용되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 몸체는 상기 밸브 하우징의 통로 개구 안에 끼워지게 수용되는 원추형 니들을 포함하고, 상기 니들은 상기 통로 개구에 대해 상대적으로 축방향으로 이동가능하며, 상기 니들은 상기 통로 내에서의 이동을 위하여 상기 전자 제어 시스템에 의해 제어되는 액츄에이터에 연결되고, 상기 니들은 제1 극한 위치에서 상기 통로 개구를 적어도 실질적으로 완전히 폐쇄하며 또한 제2 극한 위치에서 상기 통로 개구를 적어도 실질적으로 개방된 채로 남겨두는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 니들은 스크류 스핀들(screw spindle)로부터 축방향으로 연장되고, 상기 스크류 스핀들은 적어도 실질적으로 상보적이고 나사가 형성된 공동 안에 수용되며, 상기 스크류 스핀들은 전기 모터의 출력 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 모터의 출력 샤프트와 스크류 스핀들 사이에는, 적응성 길이(adaptive length)를 가지고 축방향으로 조절가능한 샤프트 부분이 제공되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 액체 채널은 밸브 공동의 내측 벽과 그 안에 수용된 밸브 몸체의 외측 벽 중 적어도 하나에 있는 적어도 하나의 홈 안에서 연장되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 채널의 길이는 상기 밸브 몸체가 적어도 부분적으로 상기 밸브 공동 밖의 위치로 축방향으로 이동함으로써 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 밸브 몸체는 원통형 몸체를 포함하고, 상기 홈은 상기 원통형 몸체의 외측 벽에서 나선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 홈은 밸브 몸체의 외측 단부로부터 축방향으로 연장되되 밸브 몸체의 외측 벽에서 밸브 몸체의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 연장되며 그 연장됨에 따라서 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 홈은 측방향 단면 및 횡단면 모두에서 V자 형상을 가지며, 외측 단부를 향하여 점차 넓은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절가능 제한부는 상기 제조 사이클 동안에 적어도 잠깐 동안 적어도 실질적으로 완전히 개방되는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 시스템은, 제조 사이클 동안 각각의 특정 시간 기간 동안에 상기 조절가능 제한부에 다수의 미리 정해진 위치를 부여하는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 전자 제어 시스템은 적어도 조리법이 저장되어 있는 전자 메모리를 포함하고, 상기 조리법은 전자 제어 시스템에 의하여 인출될 수 있으며(retrievable) 또한 상기 제조 사이클 내에서의 위치들 및 관련된 지속 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 전자 제어 시스템은 사용자 인터페이스를 포함하고, 상기 사용자 인터페이스는 사용자가 다수의 조리법들로부터 하나의 조리법을 선택함을 가능하게 하며 선택된 조리법을 제어 시스템에 할당하는 것을 특징으로 하는, 커피 제품 제조 장치.
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