KR20180054769A - 커피 음료 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브루잉 공정에서 사전 특정 가능한 총 양의 브루잉 용수가 커피 분말(13)의 양을 통과하는 커피 음료 제조 방법에 관한 것이다. 신선하게 제조된 커피 음료의 맛의 질을 향상되시키거나, 적어도 일련의 제조된 커피 음료의 맛의 특성의 균일성을 향상시키기 위하여, 상기 브루잉 공정에 대하여, 브루잉 용수의 총 양이 커피 분말(13)을 통과하는 총 통과유동 시간이 사전 특정되거나 사전 특정 될 수 있다.

Description

커피 음료 제조 방법 및 제조 장치

본 발명은 커피 음료를 제조하는 방법 및 그와 관련된 장치에 관한 것으로, 이 방법에서, 미리 특정될 수 있는 총 양의 브루잉 용수(brewing water)가 브루잉 공정(brewing process)에서 다량의 커피 분말을 통과한다.

완전 자동 커피 머신 또는 에스프레소 머신과 같은, 상업적으로 이용 가능한 커피 머신은 브루잉 챔버를 가지며, 상기 챔버는 커피 분말로 채워지며, 상기 챔버 내에서 채워진 커피 분말이 압축되고 그 다음 온수가 압력 하에서 상기 챔버 내로 이동한다. 경우에 따라서, 이러한 종류의 머신들은 커피 원두가 새로이 분쇄될 수 있는 분쇄 기구를 추가적으로 갖는다.

EP 1 113 944 B1은 브루잉 챔버의 하류에 기계적 제어 밸브를 제공하는 것을 제안하고, 상기 기계적 제어 밸브에서 스프링은 밸브 본체를 개방 위치에서 유지하도록 시도하며, 상기　기계적 제어 밸브에서 밸브 본체는 폐쇄 방향으로 스프링이 사전 인가한 장력에 맞서서 가압된 커피 음료에 의해 폐쇄될 수 있다. 전술한 제어 밸브 장치는 상대 통과유동 레이트(throughflow rate)를 특정 한계치 내에서 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 스프링이 사전 인가한 장력과 그에 따른 유동 레이트는 조절 나사에 의해 수동으로 조절될 수 있다.

브루잉된 음료의 맛과 품질은 공지된 커피 머신의 경우에 심각한 편차를 겪을 수 있다는 것이 관찰되었다. 사용된 커피의 종류와 양 이외에도, 브루잉 챔버 내에서의 커피의 분쇄 정도 및 커피 분말의 압축 정도는 현재 상업적으로 이용 가능한 커피 머신에서 브루잉된 커피 음료의 맛에 상당한 영향을 미친다. 그러나, 이에 더하여, 커피 머신이 비교적 오랜 시간 동안 작동되지 않은 후에 처음으로 분배되는 커피의 맛과 품질은 기대에 매우 못 미치고 심지어는 폐기되어야 하는 경우가 종종 있다. 그러나, 분배된 커피 음료의 품질과 맛의 편차는 또한 이와 달리 일정한 조건 하에서의 연속 작동 중에도 발생할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 새롭게 브루잉된 커피 음료의 맛의 품질을 개선하거나, 적어도 연속적으로 제조된 커피 음료의 특성적인 맛에 있어서 일관성을 개선하기 위한 것이다.

상기 목적은 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 7에 따른 브루잉 장치에 의해 달성된다. 유리한 실시형태들이 종속항들에서 찾을 수 있다.

상기 유형의 방법의 경우에, 브루잉 용수의 총량이 커피 분말들을 통과하는 총 통과유동 시간이 브루잉 공정에 대해서 사전 특정되거나 사전 특정 가능하다는 점에서 상기 목적이 달성된다.

선행 기술에서는 커피 음료의 맛 특성에 대한 중요한 영향 변수는 브루잉 챔버 내에서의 커피 분말의 분쇄 정도 및 커피 분말의 압축 정도라고 사료되었지만, 본 출원인에 의해 수행된 감각적 실험은, 커피 분말의 분쇄 정도가 상이한 경우에도 통과유동 시간을 일정하게 조절하면, 맛과 품질 면에서 사실상 동일한 커피 음료가 제조될 수 있음을 보여주었다. 이러한 실험의 결과는 예기치 않은 매우 놀라운 발견인데, 그 이유는 커피 음료의 맛이, "에스프레소" 유형의 맛을 갖는 커피 음료를 제조하기 위해 주로 사용되어야 했던, 가능한 한 미세한 커피 분말 및 커피박의 분쇄 정도, 말하자면, 입자 크기에 의해서 실질적으로 영향을 받는다고 이전에 간주되었기 때문이다.

본 발명은 이제 커피 분말의 분쇄 정도 및 압축 정도에 관계없이, 커피박을 통과하는 브루잉 용수의 총 통과유동 시간만이 동일할 때, 맛 및 품질 면에서 구별 할 수 없이 양호한 커피 음료를 제조할 수 있다는 발견에 이르게 된다. 브루잉 용수가 초기에 보다 빠르게 또는 덜 빠르게 통과하는지에 대한 질문은, 이러한 통과 속도 차가 전체 브루잉 공정에 걸쳐 일정한 총 통과유동 시간으로 통과유동 레이트를 조절하기만 하면 보상된다는 점에서, 여기에서 역시 중요하지 않다. 따라서, 브루잉 용수가 입자가 큰 커피박들로 인해 초기에 더 빨리 통과하는 경우에는, 본 발명에 따라서, 이에 대응하여 통과 속도를 조절함으로써, 아직 통과되어야 할 잔여 브루잉 용수가 이에 따라서 더 천천히 통과되게 되며, 그 반대도 마찬가지이다.

본 기술 분야에서의 종래의 신념과는는 달리, 본 출원인은 다소 굵은 커피박을 사용하여 "에스프레소" 유형의 맛을 갖는 커피 음료를 제조할 수 있었고, 이러한 커피 음료들은 특별한, 특히 가는 에스프레소 커비박을 사용하여 준비된 커피 음료들보다 느낌 상 더 양호하며, 이는 본 출원인이 발견한 사실에에 따르면, 지나치게 가늘게 분쇄하게 되면 커피로부터 풍미가 상실된다는 것에 기인한다.

따라서, 일정한 총 통과유동 시간을 갖는 본 발명에 따른 브루잉 방법은 커피 분말의 분쇄 정도의 차이를 사실상 완전히 보상하는데 적합하며, 이로써, 사실상 실질적으로 더 간단하며 이로써 보다 경제적인 분쇄 메커니즘이 새롭게 분쇄된 커피 원두로부터 커피 음료를 제조할 때 이용될 수 있다.

두번째로, 본 발명에 따른 브루잉 방법은 동일한 분쇄도를 갖는 커피 분말을 사용하면서 통과유동 시간을 목적한 바와 같이 변화시킴으로써, 상이한 감각적 특성들을 갖는 음료들이 추출될 수 있게 한다. 더욱이, 실질적으로 일정한 품질의 커피 음료를 사용해서 배출 시간을 최적화함으로써 보다 적은 양의 커피 분말이 사용될 수 있게 하여, 본 발명에 따른 브루잉 방법은 커피 분말이 절약되도록 한다.

목표 총 통과유동 시간의 설정은 브루잉 공정의 지속 기간 동안 통과유동 레이트을 제어함으로써 본 발명의 범위 내에서 달성될 수 있다. 이는, 특히, 본 발명의 범위 내에서 브루잉 용수의 능동 유동 제어를 포함한다. 브루잉 공정에서 브루잉 용수의 통과유동 레이트는 본 명세서에서 바람직하게는 자동으로 제어된다.

따라서, 본 발명에 따른 브루잉 방법에서, 브루잉 용수의 총량이 커피 분말들을 통과하는 총 통과유동 시간은 브루잉 공정에 대해서 사전 특정되거나 사전 특정 가능하며, 브루잉 용수의 체적 유동 레이트 값이 브루잉 공정 동안에 연속적으로 또는 적어도 수회 결정되고, 이러한 측정된 체적 유동 레이트 값으로부터 이미 통과되었거나 아직 통과되어야 할 브루잉 용수의 양이 확정되며,　브루잉 용수는 가압되어 통과되고, 브루잉 용수의 능동 유동 제어는 조절 가능한 배압 밸브가 인가하는 배압에 의해 수행되고, 브루잉 공정이 사전결정된 총 통과유동 시간 내에 수행되도록 하는, 이미 통과되었거나 아직 통과되어야 할 브루잉 용수의 양에 따른 총 통과유동 시간을 얻기 위해, 브루잉 용수의 통과유동 레이트는 브루잉 공정 중에 조절된다.

매우 고품질의 커피 음료는 압력 하에서 브루잉 용수를 통과시킴으로써 제조될 수 있다. 브루잉 용수의 추가적인 유동 제어는 이 경우에 압력을 제어함으로써 수행될 수 있다. 압력의 제어는 예를 들어, 공급 전압의 펄스 폭 변조에 의해, 압력이 발생되는 용수 펌프의 회전 속도가 제어됨으로써 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 이 경우,　압력은 바람직하게는 2 내지 25 bar,　더욱 바람직하게는 5 내지 20 bar, 가장 바람직하게는 8 내지 15 bar의 범위 내에 있다.

그러나, 브루잉 용수의 유동 제어는 주로 배출구-단부 배압 밸브로 배압을 가함으로써 수행된다. 이는, 주로 에스프레소 커피 음료 제조를 위해서 상대적으로 높은 압력에서 보다 양호한 크레마가 생성되기 때문에 특히 유리하다. 에스프레소의 크레마는 커피 풍미의 대부분을 포함하므로 고품질 에스프레소 커피 음료에 있어서 특히 중요하다. 특히,　이 경우 배압을 조절하기 위해 조절 가능한 배압 밸브를 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서,　목표 총 통과유동 시간 또는 목표하는 통과유동 레이트를 달성하기 위해, 액체가 유동하기 시작하면, 브루잉 공정의 시작 후 개시 국면에서 배압 밸브를 통과하는 액체 통과유동이 조절되어야 하는 양을, 하나 이상의 바로 선행하는 브루잉 공정으로부터 제어기가 확정하도록, 상기 제어기는 자기-학습 방식으로 프로그램된다. 구체적으로는,　배압 밸브의 영역에서의 열팽창 효과 또는 탄성 재료 응답에 의해 가능하게 설명될 수 있는 급격히 변동하는 통과유동 응답은 브루잉 공정의 시작 후 개시 국면에서 특정하게 관찰되어야 한다는 것을 알게 되었다. 특히, 스텝퍼 모터에 의해 구동되는 니들 밸브를 사용할 때, 목표 통과유동을 달성하기 위해 개시 국면에서 배압 밸브를 때로는 상당한 정도로 조정해야 한다.　여기서, 브루잉 방법의 개시 시에 밸브가 개방되어야 하고 일단 액체가 흐르기 시작하면 가능하게는 조절될 수 있는 정도를 바로 선행하는 브루잉 공정에서 파악하고 이를 사용하는 것이 유리하다는 것을 알게 되었다.

이러한 양은, 예를 들어, 스텝퍼 모터에 의해 구동되는 배압 밸브가 브루잉 공정의 시작 시에 개방되고, 액체가 일단 흐르기 시작하면 가능하게는 다시 폐쇄될 수 있는 스텝들의 수일 수 있다. 이러한 학습된 수의 스텝들은, 본 발명에 따른 배압 제어가 이미 통과되었거나 아직 통과되어야 할 브루잉 용수의 양에 기초하여 시작되기 전에, 새로운 브루잉 공정에서 초기에 실행된다.

궁극적으로,　본 발명에 따른 방법은 모든 공지된 커피 머신,　예를 들어, 포터필터(portafilter)에 사용될 수 있다.　바람직한 실시형태에서,　이 브루잉 방법은 브루잉 챔버가 있는 커피 머신에서 사용된다. 이 경우,　커피 분말은 커피 머신의 브루잉 챔버 내로 삽입되고, 브루잉 용수는 사전 특정된 총 통과유동 시간 내에 브루잉 챔버를 통과한다. 이러한 공정에서,　통과유동 시간은 통과유동 방향에서 브루잉 챔버의 하류에 배치된 배압 밸브를 작동시킴으로써 제어된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 이미 통과되었거나 또는 아직 통과되어야 할 브루잉 용수의 양은 이러한 방식으로 결정된 양에 따라 배압 밸브를 작동시키기 위해 연속적으로 또는 적어도 수회 결정되며, 이로써, 브루잉 공정이 사전 특정된 총 통과유동 시간 내에 수행된다. 사전 특정 가능한 총 통과유동 시간에 도달할 때까지 남아있는 시간 동안 브루잉 용수의 사전 특정된 총량이 주어진다면, 브루잉 챔버를 통해 여전히 더 많은 양 또는 더 적은 양의 브루잉 용수가 통과되어야 하는지 여부에 따라, 배압 밸브가 다시 개방되거나 다시 폐쇄되어, 체적 유동 레이트를 증가시키거나 감소시킨다.

배압 유동 제어에 사용되는 측정 변수 및 입력값은, 예를 들어, 브루잉 용수 유입구에 위치한 통과유동 센서에 의해 알아낼 수 있는 측정된 체적 유동 레이트 값일 수 있다. 이미 통과된 브루잉 용수의 양은 예를 들어, PID 제어기에 의한 적분에 의해, 상기 체적 유동 레이트 값으로부터 간단한 방식으로 결정될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 브루잉 장치는, 브루잉 용수의 총량이 커피 분말들을 통과하는 총 통과유동 시간이 브루잉 공정에 대해서 사전 특정되거나 또는 사전 특정 가능하게 하는 제어기를 갖는다.　특히,　제어기는 PID 제어기의 형태일 수 있다.

게다가, 브루잉 장치는 커피 분말들을 수용하고 브루잉 공정 중에 브루잉 용수가 통과될 수 있도록 압력이 가해질 수 있는 브루잉 챔버를 가지며, 브루잉 용수가 브루잉 챔버를 지나서 통과되도록 브루잉 용수에 가해지는 압력을 발생시키는 압력 발생기를 구비한다.　이 경우,　브루잉 챔버의 하류에 배치된 배압 밸브에 의해 생성되는 배압은 제어기에 의해 제어된다.

또한, 브루잉 장치는 브루잉 용수의 체적 유동 레이트를 결정하기 위한 측정 장치를 갖추고 있다. 제어기는 측정된 체적 유동 레이트 값을 통해 이미 통과되었거나 여전히 통과되어야 하는 브루잉 용수의 양을, 연속적으로 또는 적어도 수 차례 확정하고, 브루잉 공정이 사전 특정된 총 통과유동 시간 내에 수행되게 배압 밸브에 의해 상기 확정된 양에 따라 브루잉 공정 동안 브루잉 용수의 통과유동 레이트를 제어한다.

이러한 종류의 측정 장치는 바람직하게는 통과유동 센서를 포함할 수 있다.　이러한 종류의 통과유동 센서 또는 유동 미터는 사전 특정된 라인 단면적을 통과하는 현 통과유동 레이트 또는 체적 통과유동 레이트를 측정한다. 이미 통과된 브루잉 용수의 양은 체적 유동 레이트에 대한 적분에 의해 결정될 수 있다.　대응하는 통과유동 센서는 바람직하게는 담수 공급 라인에 배치되거나,　브루잉 용수를 가열하기 위한 보일러와 브루잉 챔버 사이에 배치되거나 또는 완전하게 브루잉된 커피 음료를 위한 배출 시에는 브루잉 챔버의 하류에 배치된다.　이러한 종류의 통과유동 센서는 커피 음료를 분배하기 위해서, 즉, 사전 특정가능한 브루잉 용수 총량을 측정하기 위해서 동시에 사용될 수 있으며, 이로써 추가적인 시너지 효과가 이로써 달성될 수 있다. 이러한 종류의 통과유동 센서는 바람직하게는 저온 영역, 즉 브루잉 용수의 가열을 위해 사용되는 보일러의 상류 측에 위치하는데, 이는 용수의 정량이 증기 거품 및 이에 수반되는 액체의 체적 증가에 의해 악영향을 받지 않아서 브루잉 용수의 정량이 이러한 지점에서 가장 정확하게 측정될 수 있기 때문이다.

특히 바람직한 실시형태에서,　전동식 스로틀 밸브 형태의 배압 밸브, 특히 니들 밸브는 배압을 발생시키는 데에 사용될 수 있고, 제어기는 대응하는 구동 모터를 작동시킴으로써 상기 배압 밸브를 점진적으로 개폐한다. 그러나,　대안으로서, 배압 밸브는 주기적인 개폐로 평균 액체 통과유동을 조정할 수 있는 클럭형 솔레노이드 밸브(clocked solenoid valve)로도 설계될 수 있다. 이 경우,　제어기는 스위칭 주파수 및/또는 개방 상태 및 폐쇄 상태 간의 듀티 팩티를 미리 특정함으로써 평균 액체 통과유동에 영향을 주도록 설계된다. 이러한 종류의 클럭형 솔레노이드 밸브는 바람직하게는 1 Hz 이상의 높은 스위칭 주파수,　바람직하게는 1 내지 60 Hz,　더욱 바람직하게는 5 내지 30 Hz, 가장 바람직하게는 10 내지 20 Hz의 스위칭 주파수로 작동되며 이로써　안정적인 평균 액체 통과유동이 확정된다.

본 발명은 또한 상기 언급된 브루잉 장치를 포함하는 커피 머신에 관한 것이다. 이러한 종류의 커피 머신 또는 완전 자동 커피 머신은 바람직하게 커피 원두를 커피 분말로 분쇄하기 위한 분쇄 기구를 가질 수 있다.　본 발명의 시너지 효과로 인해,　이 분쇄 기구는,　분쇄 정도의 차이를 보상하고 상대적으로 굵은 분쇄도에서도 우수한 맛의 커피 음료를 제조하기 위하여, 현재 프리미엄 머신에서 사용되며 특히 가는 커피 분쇄를 위해 설계된 분쇄 기구보다 실질적으로 간단하거나 기술적으로 덜 복잡한 설계를 가질 수 있다. 게다가,　본 발명에 따른 브루잉 장치는 바람직하게는 소위 일인분용 커피머신(single-serve coffee machine), 즉 사전에 분배된 커피 캡슐 또는 커피 포드를 사용하는 커피 머신,　더욱 바람직게는 캡슐 커피 머신에서 사용될 수 있다.

본 발명의 다양한 장점들 및 특징들은 예시적인 실시예들 및 첨부된 도면들을 참조하여 수집될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 브루잉 장치의 개략적인 브루잉 용수의 흐름도를 도시한다.
도 2은 배압 유동 제어를 위하여 본 발명의 범위 내에서 사용되는 니들 밸브의 단면도를 도시한다.
도 2a은 도 2의 밸브 니들 및 밸브 개구부의 상세도를 도시한다.
도 3은 브루잉 공정 동안의 제어 신호에 대한 타이밍도를 도시한다.
도 4은 브루잉 공정 동안의 배압 유동 제어의 설정치 값과 실제 측정값의 시간 그래프를 도시한다.
도 5은 밸브를 작동시키는 역할을 하는 스텝퍼 모터의 스텝들에서의 밸브 조절을 위한 제어 곡선의 프로파일, 및 통과유동 센서에 의해 측정되는 통과유동 레이트의 실제값을 포함하는 시간 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 브루잉 장치의 제 2 실시예를 도시한다.

도 1은　예를 들어,　완전 자동 커피 머신에 사용될 수 있는 커피 음료 제조를 위한 브루잉 장치의 설계를, 소위 브루잉 용수 흐름도로 도시한다. 브루잉 장치는 브루잉 어셈블리(1),　온수 보일러(2), 유입부 측 용수 펌프(3) 및 새롭게 브루잉된 커피 음료를 제공하기 위한 배출부(4)를 포함한다. 메인 용수 밸브(5)에 의해 브루잉 장치가 식수 공급 라인(6)에 연결되며 상기 밸브(5)는 유동 방향에서 용수 펌프(3)의 상류에 위치한다. 전달 끝 부분에서,　용수 펌프(3)는 종종 유동 미터라고도 하는 통과유동 센서(7) 및 역류 방지 밸브(8)에 의해 온수 보일러(2)의 입구에 연결된다.　온수 보일러(2)로부터 나온 온수는 브루잉 어셈블리(1)에 공급된다.　통과유동 센서(7)의 측정값에 따라 제어기(10)에 의해 작동되는 제어 가능한 배압 밸브(9)는,　브루잉 어셈블리(1)와 배출부(4) 사이에 위치한다.　이 경우, 제어기 (10)는 완전 자동 커피 머신에서 다른 개방 루프 및 폐쇄 루프 제어 프로세스가 구현될 수 있는 마이크로프로세서에 의해 실현될 수 있다.

브루잉 어셈블리는,　그 자체로 공지된 방식으로,　브루잉 어셈블리가 예열되어 보온되게 하는 히터(11)와, 분배된 새롭게 분쇄된 커피 분말(13)로 채워진 브루잉 챔버(12)를 포함한다. 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 브루잉 어셈블리는 예를 들어, 유럽 특허 제 2561778 A1 호에 기재되어 있으며, 상기 문헌의 전체 내용은 불필요한 반복을 피하기 위해 본 명세서에 참고 문헌으로 인용된다.

브루잉 어셈블리(1)는 완전 자동 커피 머신의 분쇄기 내에서 분량만큼 먼저 새롭게 분쇄된 커피 분말의 분배된 양을 삽입하기 위해 개방될 수 있도록 설계된다. 추가적으로,　브루잉 어셈블리가 열려있을 때 브루잉 공정 후에 남아있는 커피박이 커피박 용기 내로 폐기될 수 있다. 브루잉 어셈블리는 또한 브루잉 챔버에 위치하는 브루잉 스크린에 대해 삽입된 커피 분말들을 압축하는 가동 플런저(도시하지 않음)를 갖는다.　피스톤이 수축된 후,　가압된 브루잉 용수는 이러한 방식으로 압축된 커피 분말을 통과해 흐를 수 있다.

펌프(3)에 의해 생성되고 브루잉 용수가 브루잉 챔버(12)를 통과하는 압력은 일반적으로 약 8 내지 12 bar이나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 종래의 커피 머신에서,　이러한 브루잉 용수의 압력은 브루잉 챔버(12)에서 압축된 커피 덩어리(13)를 가로지르며 강하된다. 브루잉 용수가 커피 분말(13)을 통과하는 레이트는 이러한 경우에, 커피 분말의 분쇄 정도, 커피 종류, 정량 및 압축 정도에 따라 크게 좌우된다. 그러나, 본 실례에 도시된 브루잉 장치에서, 압력 강하는 배압 밸브(9) 상에서 주로 발생하며, 상기 밸브(9)는 브루잉 챔버(12)의 하류에 배치되고 상기 밸브를 사용하여, 브루잉 챔버(12)를 통한 분말의 통과유동 레이트가 특히, 통과유동 센서(7)에서의 실제 측정 통과유동 레이트에 따라서, 제어기(10)에 의해 목표된 방식으로 제어된다.

예시적인 실시예에서, 배압 밸브(9)는 스텝퍼 모터에 의해 구동되는 니들 밸브의 형태로 존재하고, 도 2에서 단면도로 도시되어 있다. 니들 밸브의 핵심 요소는 밸브 니들(22)이 진입하는 연속 밸브 개구(21)를 갖는 밸브 인서트(20)이다.　이들 요소는 도 2a의 상세부 B에서 확대된 형태로 도시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 연속 밸브 개구(21)는 직경이 1.5 mm이다.　밸브 니들(22)은 단지 4°의 매우 급격한 경사각을 갖는다.

밸브 니들(22)은 스텝퍼 모터(24)에 의해 구동되는 스핀들(23)에 의해 지지된다. 밸브 인서트(20) 및 밸브 니들(22)은 스텝퍼 모터(24)가 베이어닛 피팅(bayonet fitting)에 의해 연결되는 밸브 하우징(25) 내에 수용된다.　밸브 하우징(25)에 의해 형성된 밸브 챔버(26)는 그 바닥이 스텝퍼 모터(24)로부터 밀봉된다.　브루잉 어셈블리(1)에 연결되는 입구(28)는 밸브 챔버(26)의 상단에 위치한다.　출구(29)는 커피 머신의 배출부(4)에 연결되며,　밸브 하우징(25)의 측면 상에 위치된다.

스핀들(23)은 스텝퍼 모터(24)의 하우징 상에 유지되는 스핀들 너트(30)와 상호 작용한다. 밸브 하우징(25)의 하단 측 상의 지지 플레이트(32) 상에서 그리고 밸브 니들(22)에 연결된 칼라(collar)(33) 상에서 지지되는 사전장력인가(pretensioning) 스프링(31)은 밸브 니들(22) 또는 스핀들(23)을 스핀들 너트(30)에 맞대게 사전장력을 인가하며 따라서 스핀들 구동부에서 임의의 가능한 유격(paly)을 제거한다.

밸브 하우징(25),　밸브 인서트(20) 및 밸브 니들(22)은 위생적인 이유로 플라스틱으로 구성된다.　특히, 고온 내열성 플라스틱,　특히 PEEK(polyether ether ketone)는 밸브 인서트 및 밸브 니들에 특히 적합함이 입증되었다.　대안으로서, 밸브 인서트와 밸브 니들은 스테인레스 스틸로도 제조될 수 있다.　밸브 하우징은 예를 들어,　PPS 또는 PPSU (polyphenylene sulfide 또는 polyphenylene sulfone)으로 구성될 수 있다.

적절한 밸브 응답을 달성하기 위해,　원추형 프로파일을 갖는 밸브 니들이 사용되며,　이 밸브 니들의 개방 각도는 2°와 15°사이이다.　최상의 제어 응답은 4°의 개방 각을 갖는 원추형 프로파일을 갖는 밸브 니들로 확정되었고,　이는 예시적인 실시예에 사용된다.

스텝퍼 모터(24)는 풀 스텝들 또는 1/8 스텝들에서 선택적으로 작동될 수 있다.　선택된 스핀들 변속 비에서, 풀 스텝은 0.021mm의 스트로크에 해당한다. 니들 밸브의 완전한 개방 및 폐쇄 사이의 스핀들 스트로크는 대략 100 풀 스텝이다.　스텝퍼 모터는 신속한 개폐를 위해 풀 스텝으로 작동된다.　그러나,　제어 모드에서,　작동은 1/8 스텝으로 변경된다.　스텝퍼 모터는 상이한 코일 전류 50 mA 및 100 mA에서 작동될 수 있다.　제어 모드에서 개방 목적일 때,　스텝퍼 모터는 각각의 경우에 풀 코일 전류로 작동된다. 니들 밸브를 닫을 때,　보다 낮은 힘으로 밸브를 폐쇄하기 위해서 코일 전류는 낮아지며 이로써　니들 경사가 크기 때문에 밸브 바늘(22)이 밸브 개구(21)에 걸리지 않는다.

도 3은 브루잉 장치를 작동시킬 때의 시간 시퀀스를 도시한다. 제조물 분배 동작이 시작되기 전에 배압 밸브는 완전히 열려 있다. 사용자가 제조물 선택 조작을 수행하고 대응하는 입력 수단을 사용하여 준비 프로세스를 시작함으로써 제조물 분배 동작이 시작되면,　배압 밸브가 닫힌다.　설명된 바와 같이, 밸브 폐쇄는 감소된 코일 전류로 풀 스텝 모드에서 수행된다.　다음 단계에서, 용수 펌프가 시동되고 수압이 발생한다.　보일러(2)로부터 나온 온수는 브루잉 어셈블리로 상기 브루잉 어셈블리(1)가 가득 찰 때까지 흐른다.　배압 밸브(9)는 이 시간 동안 닫혀 있다.　브루잉 어셈블리(1)가 용수로 가득 채워져서 용수의 흐름이 멈추는 경우, 배압 밸브(9)가 개방되고 브루잉 공정이 시작된다.

스텝퍼 모터의 작동은 이제 1/8 스텝에서 수행되는 모드로 전환되고, 배압 밸브는 통과유동 센서(7)의 측정 값에 기초하여 제어기(10)에 의해 제어된다.　브루잉 과정이 끝난 후,　용수 펌프는 꺼진다.　덧붙이면,　배압 밸브가 닫힌다.　이는 라인에 여전히 남아 있을 수 있는 잔류 액체가 커피 머신의 배출부(4)로부터 흘러나오지 못하게 한다.　제조물 분배 동작은 이제 종료되며, 사용자가 선택된 음료가 들어있는 음료 용기를 사용자가 가져갈 수 있다는 그래픽 사용자 인터페이스가 사용자에게 제시된다.

마지막으로,　스로틀 밸브는 제조물 분배 동작이 종료된 후 미리 결정된 시간 간격으로 다시 완전히 열린다.　이는 니들의 높은 경사도 및 밸브 인서트(20) 및 밸브 니들(22)의 열팽창 때문에 밸브 니들(22)이 소위 수축(shrinking-on)으로 인해 밸브 개구(21)에 달라 붙게 될 수 있는 배경을 갖는다.　최악의 시나리오에서,　냉각 후에 밸브를 열 수 없게 된다. 이를 방지하기 위해, 밸브는 전술한 바와 같이, 제조물 분배 동작의 종료 후, 과도한 냉각 전에 양호한 시간에 개방된다.

도 4는 수동으로 설정된 설정치 값에 대한 통과유동에 대한 실제값의 후속 대응을 예로써 도시한다. 굵은 선(41)은 1초당 밀리리터(ml/s) 단위의 통과유동 레이트에 대한 배압 밸브(9)의 밸브 개방에 의해 설정된 설정치 값을 나타낸다.　가는 선(42)은 통과유동 센서(7)에 의해 측정된 실제 값을 나타낸다.　설정치 값 곡선(41)과 실제 값 곡선(42) 사이의 약 0.8초의 약간의 시간 지연은 통과유동 센서(7)가 냉수 영역에서 보일러(2)의 상류에 배치된 결과이다.　대안으로서, 통과유동 센서는 또한 브루잉 어셈블리(1)의 바로 상류에 또는 바로 하류에 배치될 수 있다.

제어 곡선의 시간 프로파일(time profile)과 통과유동 센서에 의해 측정된 통과유동 레이트의 실제 값이 도 5에 도시되어 있다.　왼쪽 세로 좌표는 스텝퍼 모터의 스텝들에서의 니들 밸브 위치와 관련된다.　연관된 밸브 위치는 곡선(51)으로 도시되어 있다.　통과유동 레이트의 실제 값 곡선(52)은 밀리리터/초(ml/s) 단위로 오른쪽 세로 좌표와 관련된다.

용수 펌프가 온으로 스위칭되고 제조물 분배 동작이 시작되면,　통과유동 레이트는 초기에 신속하게 증가하고 영역(52a)에서 피크 값에 도달하며, 이 경우에 배압 밸브(9)가 개방되지 않은 채 있다. 통과유동 레이트가 시간(52b)에서 다시 제로로 돌아갈 때까지, 이 영역은 브루잉 어셈블리(1)를 채우는 것과 관련된다.　브루잉 어셈블리(1)가 채워지자마자, 제어기(10)는 통과유동이 다시 시작될 때까지 밸브(9)를 개방한다.　밸브의 탄성 특성, 및 밸브 니들이 개방될 때까지 붙어버릴 가능성이 있는 것과 같은 수많은 다른 효과들로 인해, 배압 밸브(9)의 초기 개방을 위해 비교적 많은 수의 모터 스텝들이 요구된다.　니들 밸브(9)의 작동 상황에 따라,　상기 모터 스텝들은 20 내지 40 스텝퍼 모터 스텝일 수 있으며, 이러한 이유로, 이 초기 개방은 바람직하게는 전체 스텝 범위에서 실행될 수 있다.

브루잉 챔버(12)를 통한 현 흐름이 초기에 시작된 후,　배압 밸브(9)는 어느 정도까지 다시 즉시 폐쇄되어야 한다.　제어 장치는 이 제 1 시작 영역에서 매우 민감하게 반응한다. 밸브의 열팽창과 탄성은 출원인이 발견한 바에 따르면, 제어 장치가 안정화 될 때까지 이러한 진동 응답을 나타내는 이유가 될 수 있다.　이러한 이유로, 이러한 시작 응답이, 체적 유동이 시작된 후, 이전의 브루잉 공정으로부터, 니들 밸브(9)가 초기 개방과 체적 유동의 시작 후에 아래로 조정되거나 다시 폐쇄되어야 하는 스텝들의 수의 측정치를, 확정하는 자가 학습 제어를 구현하는 것이 유리하다.

상이한 배압과 그에 따른 상이한 특성의 맛을 가지는 커피 음료가 상술한 브루잉 방법을 사용하여 추출될 수 있다.　배압은 측정된 체적 유동 레이트에 따라 브루잉 공정 중에 변경될 수 있다. 예를 들어, 체적 유동 레이트는 따라서 일정한 사전 특정되었거나 사전 특정 가능한 배출 체적 유동 레이트로 조절될 수 있다. 그러나, 비결정적인 과도적 반응으로 인해, 일정한 배출 시간으로 조절하는 것이 특히 유리한데, 말하자면, 사전 특정된 총 통과유동 시간이 대체적으로 선택된 음료에 대해 사전 특정된 브루잉 용수의 총량에 대해 달성되도록, 이미 통과되었거나 아직 통과되어야 할 브루잉 용수의 양에 따라 목표된 방식으로 브루잉 용수의 통과유동 레이트를 가속 또는 감속시키는 것이 특히 유리하다는 것으로 판명되었다. 이러한 방식으로, 동일한 음료 유형의 모든 음료들, 예를 들어, 에스프레소 또는 룽고가 각 경우에 동일한 총 통과유동 시간으로 제제되도록 보장하는 것이 가능하다. 본 발명의 발견에 따르면, 이는 사전 특정된 유형의 음료들 각각에 대해 커피 품질면에서 매우 높은 수준의 재현성 및 일관성으로 어어진다.

어떤 종류의 음료에 대해서도, 고객의 원하는 사항과 관련하여 최적인 통과유동 시간을 확정하거나 테스트할 수 있으며,　커피 품질은 종래의 커피 머신과 비교하여 상기 통과유동 시간에 의해 상당히 개선된다.　또한, 배출 시간을 최적화함으로써, 사용된 커피의 양의 감소가 적어도 부분적으로 보상될 수 있으며, 이로써, 요구되는 커피의 양의 절감은 비교적 일관된 품질과 함께 달성된다. 최종적으로, 커피의 분쇄 정도에 대한 차이점은 본 발명에 따라 제조된 커피 음료의 커피 품질에 영향을 미치지 않거나 기껏해야 사소한 영향을 미치므로, 덜 복잡한 분쇄 기구가 본 발명에 따른 완전 자동 커피 머신에 사용될 수 있다.　마지막으로, 본 출원인에 의해 수행된 실험은 통해서, 특히 에스프레소 음료 유형의 분야에서 지금까지 사용된 가는 분쇄 입자보다 다소 더 굵은 분쇄 입자를 사용하여 약간 더 우수한 감각적 결과가 얻어지는 놀라운 발견을 했다.

본 발명에 따른 브루잉 방법을 사용하기 위해 선택되는 통과유동 시간이 더 길수록,　제조된 커피 음료에서의 비휘발성 내용물들의 추출 수율이 높아지고, 맛 특성(산도,　쓴 맛)의 측면에서 또한 떫은 맛의 측면에서 대한 감각적 지각력이 더 컸다. 이는 본 발명에 따라 제조된 커피 음료의 목표된 제어 및 최적화를 가능하게 한다.

예시적인 실시예에 사용된 니들 밸브에 대한 대안으로서, 다른 제어 밸브, 예를 들어, 기어드 스로틀 밸브가 본 발명의 범위 내에서 배압 밸브로서 사용될 수있다.　유사하게, 클록형 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있으며, 이러한 밸브는 신속한 시퀀스로, 바람직하게는 약 10Hz 크기의 차수의 주파수에서 개폐하며 이러한 방식으로 단속적으로 작동되는 솔레노이드 밸브를 통한 평균 체적 유동 레이트를 생성하며, 배압 밸브도 본 발명의 범위에 포함된다. 이 경우,　평균 체적 유동 레이트는 개방 상태와 폐쇄 상태 간의 듀티 사이클 및/또는 주파수를 사전 특정함으로써 설정될 수 있다.

유시하게,　배압 제어에 대한 대안으로서 또는 이에 추가하여서, 용수 펌프(3)에 의해 발생되는 압력을 제어하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

도 6은 브루잉 장치의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.　도 1에 도시된 브루잉 장치와 대조적으로,　하나의 브루잉 유닛(1')은 여기서 커피 캡슐(14)로 작동하기 위한 일인분용 커피 머신으로 설계된다.　브루잉 챔버(12')는 커피 캡슐들을 수용하도록 설계된다.　이러한 종류의 커피 캡슐들은 알루미늄 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으며 분배된 커피 분말(13')로 미리 채워지고, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 캡슐(14)의 바닥면 상의 멤브레인에 의해 밀봉될 수 있다.

예시적인 실시예에서,　브루잉 챔버(12')는,　그 자체로 공지된 방식으로,　삽입된 커피 캡슐(14)을 둘러싸는 캡슐 케이지의 형태로 존재한다.　상단 측에서, 캡슐(14)은 하나 이상의 스파이크(16)에 의해 관통된다.　이는 자동 또는 수동 방식으로 수행될 수 있다.　하단 측에서,　캡슐은 소위 피라미드 플레이트라 부르는 통로가 제공된 캐리어 플레이트(17)에 대해 가압된다.　브루잉 공정이 시작된 후,　온수는 온수 보일러(2)로부터 압력을 받아 캡슐 (14)내로 압축된다.　캡슐(14) 내의 압력이 충분히 높으면,　캡슐(14)의 바닥 면 상의 멤브레인(15)은 뚫리게 되고, 캡슐(14) 내에서 추출된 커피 음료는 막 천공된 멤브레인(15) 및 피라미드 플레이트(17) 내의 통로를 통과해 배출부(4) 방향으로 흐를 수 있다. 온수 보일러(2)에 대한 대안으로서 또는 온수 보일러에 추가하여서, 브루잉 유닛(1')의 용수 유입부에 통과유동 히터(11')를 배치할 수 있고,　브루잉 용수는 상기 통과유동 히터에 의해 가열 또는 재가열된다.

제 1 실시예의 경우와 마찬가지로,　배압 밸브(9)가 브루잉 챔버(12')와 배출부(4) 사이의 배출 라인에 배치되고,　통과유동 센서(7)에 의해 측정된 값에 따라 통과유동이 제어기(10)에 의해 제어될 수 있다.　이 경우에도 역시, 배압 유동 제어에 의해서, 사전 특정된 유동 레이트로, 바람직하게는, 사전 특정된 양의 브루잉 용수의 사전 특정된 총 통과유동 시간으로 조절할 수 있다.

공급된 커피 분말(13')의 분쇄 정도의 차이는 산업적으로 제조되고 미리 채워진 커피 캡슐(14)에서는 덜 중요한 역할을 할지라도, 캡슐 커피 머신에서, 분배된 커피 음료 품질의 감각적 특성의 상당히 높은 일관성은 연속적으로 제조되는 모든 커피 음료들에 대해 총 통과유동 시간을 동일하게 설정함으로써 확보될 수 있다. 게다가,　맛 특성은 총 통과유동 시간을 변화시키거나 최적화함으로써 사용자의 기호에 맞출 수 있다.

본 발명에 따른 브루잉 방법이 임의의 유형의 일인분용 커피 머신에 사용될 수 있음은 물론이며, 이러한 일인분용 커피 머신은 커피 캡슐을 사용하는 동작하는 것 및 커피 포드를 사용하여 동작하는 것 모두를 포함한다. 유사하게, 본 발명에 따른 브루잉 방법의 범위 내에서, 예를 들어, 상이한 커피 음료들을 분배하거나 또는 일인 또는 이인분을 제조할 목적에 따라서, 아직 통과되어야 하는 브루잉 용수의 양이 변화될 수 있으며 총 통과유동 시간도 그에 따라 조절될 수 있다.

Claims (11)

1. 브루잉 공정(brewing process)에서 브루잉 용수(brewing water)의 사전 특정 가능한 총 양이 커피 분말(13)의 양을 통과하는, 커피 음료 제조 방법에 있어서,
   - 상기 브루잉 공정에 대해서, 브루잉 용수의 총 양이 커피 분말(13)을 통과하는 총 통과유동 시간이 사전 특정되거나 사전 특정 가능하며,
   - 상기 브루잉 공정 동안에, 브루잉 용수의 체적 유동 레이트(volume flow rate)의 값이 연속적으로 또는 적어도 수 회 결정되고, 이미 통과되었거나 여전히 통과되어야 할 브루잉 용수의 양이 상기 체적 유동 레이트 값으로부터 확정되며,
   - 브루잉 용수는 가압 하에 통과되고, 조절가능한 배압 밸브(9)에 의해 가해지는 배압에 의해 브루잉 용수의 능동 유동 제어가 실행되며,
   - 상기 브루잉 공정이 사전 결정된 총 통과유동 시간 내에 수행되도록, 이미 통과되었거나 여전히 통과되어야 할 브루잉 용수의 양에 따라 총 통과유동 시간을 획득하기 위하여, 상기 브루잉 공정 동안 브루잉 용수의 통과유동 레이트가 조절되는 것을 특징으로 하는, 커피 음료 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 사전 특정된 총 통과유동 시간에 도달할 때까지 남은 시간 기간에 상기 사전 특정 가능한 총 량을 달성하기 위하여 상기 브루잉 챔버를 통과해야 하는 브루잉 용수의 양에 따라, 상기 배압 밸브는 더 개방되거나 더 폐쇄되어서 상기 체적 유동 레이트를 증가 또는 저감시키는, 커피 음료 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,　
   상기 총 통과유동 시간을 달성하기 위해, 상기 브루잉 공정의 시작 후의 개시 국면에서 상기 배압 밸브(9)를 통과하는 액체 통과유동이 조절되어야 하는(throttled) 양이, 하나 이상의 바로 선행하는 브루잉 공정들로부터 확정되는, 커피 음료 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 브루잉 용수의 유동 제어는 추가적으로 압력을 제어함으로써 수행되는, 커피 음료 제조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,　
   상기 브루잉 용수의 유동 제어는 자동화된 방식으로 수행되는, 커피 음료 제조 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,　
   커피 분말(13)이 브루잉 챔버(12) 내로 삽입되고, 브루잉 용수는 상기 사전 특정된 총 통과유동 시간 내에 상기 브루잉 챔버(12)를 통과하며,　
   상기 통과유동 시간은 통과유동 방향으로 상기 브루잉 챔버(12)의 하류에 배치된 배압 밸브(9)를 작동시킴으로써 제어되는, 커피 음료 제조 방법.
7. 브루잉 공정 동안 브루잉 용수의 사전 특정 가능한 총 양이 커피 분말(13)을 양을 통과함으로써 커피 음료를 제조하는 브루잉 장치에 있어서,
   - 상기 브루잉 공정에 대해서, 브루잉 용수의 총 양이 커피 분말(13)의 양을 통과하는 총 통과유동 시간(total throughflow time)을 사전 특정하거나 사전 특정 가능하게 하는 제어기;
   - 브루잉 용수의 체적 유동 레이트를 결정하기 위한 측정 장치(7);
   - 상기 커피 분말(13)을 수용하고 상기 브루잉 공정 동안에 브루잉 용수가 통과될 수 있도록 압력이 가해질 수 있는, 브루잉 챔버(12);
   - 상기 브루잉 챔버(12)를 통과할 수 있도록 브루잉 용수에 가해지는 압력을 발생시키는 압력 발생기; 및
   - 상기 브루잉 챔버의 하류에 배치되어 배압을 생성하는 조절가능한 배압 밸브를 포함하며,
   상기 제어기는, 이미 통과되었거나 여전히 통과되어야 할 브루잉 용수의 양을 측정된 체적 유동 레이트 값으로부터 연속적으로 또는 적어도 수 회 확정하고, 상기 브루잉 공정이 사전 특정된 총 통과유동 시간 내에 수행되도록, 상기 배압 밸브에 의해 확정된 상기 양에 기초하여 상기 브루잉 공정 동안에 브루잉 용수의 통과유동 레이트를 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 브루잉 장치.
8. 제 7 항에 있어서,　
   상기 배압 밸브는 모터 작동형 니들 밸브(motor-operated needle valve)(9)의 형태를 가지며,
   상기 제어기(10)는 구동 모터(24), 바람직하게는 스텝퍼 모터를 작동시킴으로써 상기 모터 작동형 니들 밸브(9)를 개방 또는 폐쇄하는,　브루잉 장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,　
   상기 제어기는, 상기 총 통과유동 시간을 달성하기 위해, 상기 브루잉 공정의 시작 후 개시 국면에서 상기 배압 밸브(9)를 통한 유체 통과유동이 조절되어야 하는 양을, 하나 이상의 바로 선행하는 브루잉 공정들로부터 확정하도록 형성되고,
   상기 제어기는, 새로운 브루잉 공정의 개시 국면에서, 상기 배압 밸브(9)를 상기 확정된 양으로 조절하고 상기 양으로부터 상기 통과유동 레이트의 제어를 시작하는, 브루잉 장치.
10. 제 9 항에 있어서,　
    상기 배압 밸브는 스텝퍼 모터에 의해 구동되고,
    상기 제어기에 의해 확정되는 상기 양은 상기 브루잉 공정의 시작 시 상기 배압 밸브가 개방되는 스텝들의 수인, 브루잉 장치.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 브루잉 장치를 포함하는 커피 머신으로서,
    바람직하게는 커피 원두를 커피 분말로 분쇄하기 위한 분쇄 기구를 가지거나, 일인분용 커피 머신(single-serve coffee machine)의 형태이거나,　더 바람직하게는 캡슐 커피 머신의 형태인, 커피 머신.

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