KR20120027184A - 연속 흐름식 히터를 제어하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 노출 가열선 시스템을 포함하는 자동 음료 기기용 연속 흐름식 히터(1)의 작동 온도를 보상하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따르면, 매회 액체를 배출한 후 유입 온도 및 가열 채널부(3) 또는 유출관에 남게 되는 액체의 양을 고려하여 연속 흐름식 히터(1)를 통해 흐르는 액체를 원하는 설정 온도까지 가열한다.
Description
본 발명은 자동 음료 기기에서 특히 노출 가열선 시스템을 구비한 연속 흐름식 히터의, 특히 액체 배출 온도의 작동 거동을 보상하기 위한 방법에 관한 것이다.
노출 가열선 시스템을 기반으로 하는 연속 흐름식 히터의 작동 거동은 낮은 열용량에 의해서도 좌우된다. 예를 들면 처음 작동시 연속 흐름식 히터 전체에 걸쳐 동일한 온도가 유지된다. 액체를 반복적으로 취출하면, 앞서 액체를 취출할 때의 유입 온도와 유출 온도를 각각 연속 흐름식 히터의 입구와 출구에서 측정할 수 있다. 이에 따라, 뒤이어 액체를 취출할 때의 온도 변화형태는 처음 액체를 취출할 때의 온도 변화형태는 다르다. 연속 흐름식 히터가 원하는 설정 온도로 액체를 공급할 수 있게 하기 위해서는 펌프 작동 전에 시간에 맞춰 노출 가열선 시스템을 작동시킬 수 있다. 그러나 과도한 작동이 일어나고 그 결과 액체를 취출할 때 심각한 증발에 의해 과열된 물이 팽창할 수 있다. 일정한 수량이 흐를 때에만 가열 시스템을 작동시키는 다른 가열 시스템도 생각할 수 있다. 액체를 막 취출할 때의 온도는 저온이다. 이러한 가열 시스템은 수량이 소정의 문턱값을 초과할 때에만 전용량으로 가열한다. 문턱값 미만인 경우, 가열 시스템은 작동 중지 상태에 있게 된다.
상기 공지 시스템의 단점은 후속으로 액체를 취출할 때의 온도 변화형태가 처음 액체를 취출할 때의 온도 변화형태와 달라 연속 흐름식 히터가 경우마다 서로 다른 작동 거동을 갖는다는 점이다. 연속 흐름식 히터의 서로 다른 작동 거동 때문에 설정값으로부터의 편차뿐 아니라, 혼합물 온도와 연속 흐름 온도에 편차가 있을 수 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 특히 자동 음료 기기용 연속 흐름식 히터를 위한 방법으로서, 특히 상기 연속 흐름식 히터의 작동 거동을 보상하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 독립항의 요지를 통해 해결된다. 유리한 실시형태들은 종속항들의 요지이다.
본 발명은 매회 액체를 취출한 후 액체의 유입 온도와 가열 채널부와 배수 채널부에 남게 되는 액체의 잔류량을 고려하거나 추정하여 연속 흐름식 히터의 작동 거동을 보상한다는 개념을 토대로 한다. 이러한 보상 방법은 서로 다른 방법으로 또한 연속 흐름식 히터의 사용 목적에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라 상기 보상 방법은 예를 들면 컵 내부의 혼합 온도가 원하는 설정 온도를 갖도록 차를 내리기 위해 한 잔의 물을 빼낼 때 중요하지만, 컵의 내부 혼합 온도에 도달하기 전의 온도 그래프 곡선은 그리 중요하지 않다. 에스프레소를 내릴 때, 연속 흐름 온도의 원하는 설정 온도는 내리는 시점부터 유지되어야 한다. 본 발명에 의하면, 연속 흐름식 히터의 작동 거동을 감안하면서 경우에 따라 보상하기 때문에, 혼합 온도뿐 아니라 연속 흐름 온도를 위해 필요한 설정 온도값을 유지할 수 있다.
바람직한 일실시형태에 있어서, 연속 흐름식 히터의 원하는 소정의 초기 작동 상태로부터 시작해서 혼합 온도뿐 아니라 연속 흐름 온도 모두의 원하는 설정 온도값에 도달할 수 있다. 이에 따라 예를 들면 작동 직후, 연속 작동 중에 또는 작동 중이라도 연속 흐름식 히터로부터 액체를 전혀 빼내지 않는 유휴 시간 후에 액체를 원하는 설정 온도로 취출할 수 있어야 한다. 액체 취출 초기에 연속 흐름식 히터를 통해 흐르는 액체가 원하는 작동 온도에 도달할 때까지 밸브와 반송관을 통해 연속 흐름식 히터로 재반송할 때 취출이 가능하다. 이 변형형태는 혼합 온도의 설정값 뿐 아니라 연속 흐름 온도의 설정값에 도달하는 데 특히 적합하다. 매회 액체를 취출할 때마다 배수 채널부와 가열 채널부를 액체, 특히 저온의 액체로 세척하고 세척한 후에는 버려지는 실시형태에 비해, 연속 흐름식 히터로 액체가 반송되기 때문에 액체가 전혀 버려지지 않는다.
위에 언급한 특징과 아래에서 설명하는 특징들은 기재된 대로 각각을 조합하여 사용할 수 있을 뿐 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 조합으로 또는 단독으로 사용할 수 있음은 물론이다.
이하, 도면에 도시되어 있는 본 발명의 바람직한 예시적 실시형태들을 더욱 상세히 설명할 것이며, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사하거나 기능적으로 동일한 구성요소를 나타낸다.
각 도면은 다음을 개략적으로 나타낸다:
도 1 반송관을 구비한 연속 흐름식 히터.
도 2 소정량의 액체를 가열하는 공정 관련 다수 개의 그래프도.
도 3 다수 개의 가열부와 온도센서를 구비한 연속 흐름식 히터의 가열 채널.
각 도면은 다음을 개략적으로 나타낸다:
도 1 반송관을 구비한 연속 흐름식 히터.
도 2 소정량의 액체를 가열하는 공정 관련 다수 개의 그래프도.
도 3 다수 개의 가열부와 온도센서를 구비한 연속 흐름식 히터의 가열 채널.
도 1에 따른 유리한 일실시형태의 연속 흐름식 히터(1)는 펌프(2)와, 가열 채널부(3)와, 예를 들면 3-방향 밸브와 같은 밸브(4)를 포함한다. 유입관은 제1유입관부(5)를 통해 펌프(2)에 연결되어 있고 제2유입관부(6)를 통해 가열 채널부(3)에 연결되어 있다. 제1배수관부(6)를 갖는 배수관은 가열 채널부(3)로부터 밸브(4)에 연결되어 있다. 밸브(4)를 지나 하류에 있는 제2배수관부(8)를 통해 연속 흐름식 히터(1)로부터 추가 사용을 위한 액체를 빼낼 수 있다. 유출부(9)를 통해 연속 흐름식 히터(1)를 액체로 세척할 수 있는데, 이 액체는 예를 들면 유출부(9)를 통해 배수부로 배출될 수 있다.
처음 작동 조건과 관계없이 항상 동일한 설정 온도를 얻기 위해서, 예를 들면 연속 흐름식 히터(1)의 두 번째 작동은 매회 액체를 취출한 후 가열 채널부(3) 및/또는 배수관로부에 남게 되는 액체 잔류량과 후속의 가열공정을 고려한다. 두 번째 작동은 후술하는 바에 의해 달성될 수 있다:
예를 들면 가열 채널부(3)의 작동이 중지된 가열장치(10)의 경우 상기 가열장치에 연결되어 있는 배수관과 밸브(4)는 더욱 바람직하게는 유입 온도를 갖는 저온의 액체에 의해 세척되거나, 또는 가열 채널부(3), 배수관 및 밸브(4)는 작동 중의 가열장치(10)에 의해 가열된 액체에 의해 세척된다. 연속 흐름식 히터(1)의 세척이 유출부(9)를 통해 실시되는 경우에는, 세척 액체가 배수부로 배출되기 때문에 액체 소비량이 증가한다.
이에 반해, 세척 공정을 유출부(9)를 통해 실시하지 않고 제1유입관부(5)에 연결되어 있는 반송관(11)을 통해 실시하는 경우에는 액체를 연속 흐름식 히터(1)로 반송할 수 있어, 이러한 실시형태에 의해 액체를 전혀 버리지 않고 제2유출관부(8)에서 원하는 설정 온도에 도달할 때까지 액체를 순환하도록 할 수 있다. 이러한 실시형태는 정확한 온도 제어가 가장 중요한 경우, 예를 들면 에스프레소를 준비할 때 혼합 온도를 설정하거나 가열공정에서 활용될 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 가열 채널부(3)의 비-활성 가열장치(10)를 구비한 연속 흐름식 히터(1)는 유출부(9)나 반송관(11)을 통해 액체에 의해 세척한다. 이 실시형태는 앞서서 투입한 것과 상관없이 초기 상태를 항상 동일하게 조성하는 연속 흐름식 히터(1)에 적합하다. 이를 토대로, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같은 연속 흐름식 히터(1)에서 원하는 구배를 얻을 수 있다.
제2배수관부(8)에서 액체 취출 온도의 시간 그래프 곡선(12)이 가열 전력의 시간 그래프 곡선(13)과 액체 취출량의 시간 그래프 곡선(14)과 함께 도 2의 다수 개의 그래프도 15, 16, 17에 도시되어 있다. 도 2에는, 액체 취출 온도-시간 그래프도(15), 가열 전력-시간 그래프도(16) 및 액체 취출-시간 그래프도(17)가 비교를 위해 적절한 방식으로 공동 시간축(18) 위에 나타나 있다. 가열 전력-시간 그래프도(16)로부터 액체 취출 시작점(19)(t1)에서는 펌프(2)가 작동함과 동시에 가열장치(10)가 작동한다는 것을 명확히 알 수 있다. 원하는 액체량(20)이 일단 배출되면, 가열 전력-시간 그래프(16)에 따라 액체 취출 종료시간(21)(t2)에서 펌프(2)는 작동이 정지됨과 동시에 가열장치(10) 또한 작동이 중지된다. 액체 취출 온도-시간 그래프(15)는 액체 취출 온도(12)가 최대 액체 취출 온도(22)와 최소 액체 취출 온도(23) 사이에는 변동이 있음을 보여준다. 이 변동은 가열장치(10)가 소정 온도, 즉 가열장치(10)의 과열 방지와 함께 손상을 회피하기 위해 최대 액체 취출 온도(22)로 가열되어야 하기 때문에 일어난다. 이를 위해, 최대 액체취출 온도(22)에 도달하면 가열장치(10)의 작동을 항상 중지시키고 보다 낮은 액체 취출 온도(12)의 문턱값이 최소 액체 취출 온도(23)에 도달하면 다시 작동시킨다. 이렇게 함으로써 그래프도(15)의 액체 취출 온도-시간 그래프 곡선(24)이 몇 개의 그래프 곡선상 지점(25, 25' 25")에서 최대 액체 취출 온도(22)에 도달할 때마다 가열 전력-시간 그래프도(16)로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 가열장치(10)의 작동을 중지시킨다. 그래프 곡선상의 지점(26, 26', 26")에서와 같이 액체 취출 온도-시간 그래프 곡선(24)이 액체 취출 온도(23)에 도달하면, 액체 취출 온도-시간 그래프 곡선(24)이 최대 액체 취출 온도(22)에 다시 도달할 때까지의 시간 동안 가열장치(10)는 재작동된다. 이러한 과정은 액체 취출 종료시간(21)(t2)에 도달하고 원하는 액체량(20)이 배출될 때까지 다수 회 반복된다.
도 2에 도시되어 있는 액체 취출 공정의 경우, 시간-의존 가열 전력(28) 뿐 아니라 시간-의존 액체 취출량(27)은 모두 일정하다. 이 경우, 액체의 원하는 양(20)의 혼합 온도는 시간-의존 액체 취출량(27)을 고려하여 계산하고 액체 취출 온도-시간 그래프 곡선(24)의 적분을 통해 결정할 수 있다. 실제로 이 계산 결정은 액체 취출 중, 액체 취출 시작시점(19)과 종료시점(21) 사이 및 여러 시간 간격으로 실시되며, 얻어진 각 결과를 토대로 가열장치(10)의 재작동시부터 최소 액체 취출 온도(23) 및/또는 최대 액체 온도(22)를 역학적으로 조정한다. 시간-의존 액체 취출량(27)이 일정하지 않다면, 예를 들면 시간-의존 액체 취출량(27)의 그래프 곡선의 적분을 통한 계산도 고려하여야 한다.
다른 실시형태에 있어서, 도 3에 따른 가열 채널부(3)에 위치한 가열장치(10)는 3개 또는 다수 개의 가열부(29, 29' 29")로 세분화된다. 이렇게 가열장치(10)를 3 부분으로 구분하면 가열장치(10)의 매우 높은 전력 때문에 가열장치(10)를 3개의 주요 상, 즉 고전류로 작동시켜야 하므로 특히 적합하다. 가열부(29, 29', 29")가 서로 의존적 또는 독립적으로 작동될 수 있는 유형이어야 하는 경우에 다수 개의 가열부(29, 29', 29")로 가열장치(10)를 세분화하는 실용성이 있다. 가열부(29, 29', 29") 전후에 다수 개의 온도 센서(30, 30', 30", 30"')를 추가로 제공함으로써, 흐름 방향(31)을 따라 가열 채널부(3) 내 온도 구배가 형성될 수 있다. 이 경우, 온도 센서(30, 30', 30", 30"')는 예를 들면 NTC 또는 PTC 저항기와 같은 서미스터로 구성하는 것이 유리하다. 이들 온도센서(30, 30', 30", 30"')에 의해, 가열부(29, 29', 29")에 서로 다른 전류를 공급하여 연속 흐름식 히터(1) 작동시의 온도 구배를 모사될 수 있으며, 이 온도 구배는 연속 흐름식 히터(1)로부터 액체를 연속 취출할 때의 온도 구배와 동일하다. 이러한 가열 단계 후에야 펌프(2)가 작동되고 모든 가열부(29, 29', 29")에 균등하게 동력이 공급된다. 이를 통해 연속 흐름식 히터(1)의 작동 거동을 보상할 수도 있다. 이때, 가열 전력(13) 또는 가열부(29, 29', 29")의 길이당 가열 전력은 변할 수 있다.
또 다른 실시형태에 있어서, 각 가열부(29, 29', 29")의 작동 또는 작동 중지에 의해 배출되는 소정량의 액체는 설정 혼합 온도에 도달할 수 있다. 이때, 적어도 센서를 통해 등록된 배출 온도(12)를 토대로 각 가열부(29, 29', 29")는 작동 또는 작동 중지되어 계산을 통해 제공되는 최소 배출 온도(23) 및/또는 최대 배출 온도(22)를 조정하여 액체 배출량의 원하는 설정 혼합 온도를 얻을 수 있다.
Claims (10)
- 자동 음료 기기에서 특히 노출 가열선 시스템에 의해 연속 흐름식 히터(1)의 작동 거동, 특히 액체 배출 온도를 균등화하기 위한 방법으로서,
- 연속 흐름식 히터(1)의 가열장치(10)에 의해 가열가능한 가열 채널부(3)와 상기 가열장치로부터 취출 장치에 이르기까지 연결되어 있는 다수 개의 배수관부를 갖는 배수관을 통해 액체가 흐르고,
- 연속 흐름식 히터(1)의 가열장치(10)가 액체를 원하는 설정 온도까지 가열하며,
- 매회 액체를 취출한 후 가열 채널부(3) 및/또는 배수관에 남게 되는 액체의 잔류량을 후속의 가열 공정 후에 고려하는 방법. - 제1항에 있어서, 연속 흐름식 히터(1)의 가열장치를 통해 흐르는 액체가 다음과 같은 초기 작동 상태 중 어떠한 것과 상관없이 원하는 설정 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 방법:
- 작동 직후,
- 연속 작동 중,
- 액체를 취출하지 않는 유휴 시간 후. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 연속 흐름식 히터(1)를 통해 흐르는 액체가 원하는 설정 온도에 도달할 때까지 밸브(4)를 통해 유출부(9)로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서, 연속 흐름식 히터(1)를 통해 흐르는 액체가 원하는 설정 온도에 도달할 때까지 밸브(4)와 반송관(11)을 통해 연속 흐름식 히터(1)로 재공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 매회 액체를 취출한 후 적어도 배수관이 특히 가열되지 않은 액체로 세척되어 후속 가열 공정이 항상 동일한 온도 수준으로부터 개시되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다음과 같은 파라미터 중 적어도 하나 이상이 측정되는 것을 특징으로 하는 방법:
- 가열 채널부(3) 또는 배수관에 남아 있는 액체의 잔류량의 온도,
- 가열 공정 중 가열 채널부(3) 및/또는 배수관에서 액체의 온도 그래프 곡선,
- 취출 장치에서 가열 배출되는 액체의 혼합 온도를 계산에 의해 결정하도록 하는 연속 흐름식 히터(1)를 통해 흐르는 액체의 체적 유량. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 채널부(3)에서 길이당 가열 전력이 가변적인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 채널부(3)가 다수 개의 가열부(29, 29', 29")를 포함하고, 가열부(29, 29', 29") 중 적어도 임의의 2개 이상이 서로 의존적이거나 독립적으로 가열 공정 중에 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 각각의 가열부(29, 29', 29") 앞 및/또는 뒤에 온도센서(30, 30', 30", 30"')가 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 가열 채널부(3)에 배치되는 온도센서(30, 30', 30", 30"')를 통해 가열 채널부(3)의 온도 구배가 측정되고/또는 가열부(30, 30', 30", 30"')를 통해 온도구배가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
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