KR20200087245A - 커피 기반 음료 제조 기계 및 그 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

Abstract

기계(10)는 재현성 있고 정확한 방식으로, 그리고 빠른 시간에, 사용자의 특정 요청과 관련된 맞춤형 커피 기반 음료를 각 경우에 공급할 수 있는 커피 기반 음료를 얻는 기계이다. 본 발명은 또한 액상 커피의 제조 기계(10)를 사용하여 액상 커피를 제조하는 방법, 및 제조 방법을 구현하는 관리 및 명령 프로그램(21)에 관한 것이다.

Description

커피 기반 음료 제조 기계 및 그 제조 방법 및 프로그램

본 발명의 실시예는 그 때마다 사용자의 특정 요청에 따른 맞춤형 커피 기반 음료를 제조할 수 있는 커피 기반 음료 제조 기계에 관한 것이다.

본 발명은 또한 사용자가 요청한 특정 타입의 액상 커피를 공급하기 위해 사용되는 커피 기반 음료(이하, 액상 커피라 함)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예는 사용자가 요청한 액상 커피의 특정 타입 및 특성과 관련하여 액상 커피 제조 기계를 관리 및 제어하기에 적합한 프로그램에 관한 것이다.

추출 또는 커피 분말 패널을 통해 제어된 가압 열수를 여과시킴으로써, 요청된 타입의 커피 기반 음료를 제조하는 액상 커피 제조 기계가 존재한다.

기계에는 급수원과 연결된 펌프가 구비되어, 급수원으로부터 물을 내보내 물을 압력 하에 가열 장치로 전달할 수 있다.

가열 장치로부터 열수 및/또는 수증기가 얻어지며, 열수 및/또는 수증기는 펌프에 의해 추출 챔버로 공급되어, 추출 챔버에 존재하는 커피 패널을 통한 여과에 의해 액상 커피를 얻는다.

공지된 기계 중 일부는 펌프, 가열 장치, 추출 챔버의 상류에 위치가능한 밸브, 추출 챔버의 부피를 규정하는 공압 피스톤 또는 제조되는 액상 커피의 타입과 관련한 다른 구성 요소를 구동하도록 구성된 제어 및 명령 장치를 구비한다.

공지된 제어 및 명령 유닛은 물의 경로를 따라 추출 챔버 내 및 추출 챔버의 하류에 설치된 센서에 의해 복수의 파라미터를 검출하도록 제공된다.

센서가 감지한 파라미터는 제어 및 명령 유닛에 기억되어 미리 정의된 데이터와 비교된다.

사용자의 요청과 관련된 타입의 커피를 제조할 수 있는 액상 커피 제조 기계가 공지되어 있지만, 비효율적이고 유연하지 못하다는 많은 문제를 포함한다.

특허문헌 EP-B-1.802.222(EP'222) 및 US-B-8.124.150(US '150)은 음료, 예를 들어 커피를 제조하는 기계를 기술하며, 음료 제조 기계는 적어도 제조되는 액상 커피의 유량을 검출하고 기억할 수 있는 제어 및 명령 유닛을 포함한다.

이하에서는 EP'222를 언급하지만, 그에 대한 고려 사항은 US50으로 확대될 수 있다.

EP'222에는 2 개의 피스톤의 왕복 희망 위치에 대하여 규정될 수 있는 체적을 갖는 추출 챔버가 구비된다.

특정 특성을 가진 다른 타입의 커피를 얻는 데 필수적인 피스톤은 커피 제조 기계의 다른 부분의 기능에 부담을 주고, 추출 챔버 내부의 압력을 정확히 규정하기 어렵게 하는 높은 에너지 소비가 필요하다.

EP'222는 또한 추출 챔버의 상류에 밸브가 위치하며, 이는 물 및/또는 증기가 추출 챔버에 얼마나 오래 남아 있는지를 결정할 수 없게 한다.

EP'222에 기술된 공지된 해결책은 또한 추출 챔버로부터 제조 및 배출되는 액상 커피의 유량 및 추출 챔버 내부의 온도가 반드시 검출되어야 한다는 것이다.

더욱이, 이 공지된 해결책은 추출 챔버의 하류에서 검출되는 것과 관련하여 또는 액상 커피의 배출 유량과 관련하여, 검출이 연기되고 이에 따라 조정됨으로써 커피 머신의 파라미터를 조정하는 것이다.

이러한 제한으로 인해, EP'222에 기술된 공지된 솔루션은 특정 특성을 갖는 다양한 타입의 커피, 예를 들어 크림 커피를 포함하거나 원하는 양의 공기가 포함되는 타입의 커피를 얻을 수 없기 때문에 다양하거나 유연하지 않다.

이러한 공지된 접근법은 또한 커피를 제조한 후에 검출된 데이터를 기억하기 위해 지연된 시간으로 조정되고 또한 제조된 액상 커피의 흐름을 실시간으로 검출한 후에 조정이 이루어지기 때문에 느리고 부정확하다.

이 공지된 해결책의 또 다른 문제점은, 유량이 검출되기 전, 또는 파라미터의 조정이 수행되기 전에 커피가 배출되어, 커피가 맛, 향기, 산도, 바디감 등과 같은 관능적 특성을 갖는 경우, 사용자가 요청한 것과 다르게 되고, 컵에 배출된 최종 제품의 관능적 특성이 제어될 수 없는 방식으로 조정되는 것이다.

커피 애호가 또는 추종자는 최소한의 관능적 특성의 변화를 감지할 수 있으며, 이는 음료에 대한 판단 및 특정 유형의 커피나 커피 생산자의 선택 또는 선호에 영향을 미친다.

선행 기술 문헌 EP-B-2.409.613(EP'613) 및 US-B-8.960.077(US'077)은 또한 예를 들어 두 개의 피스톤으로 조절될 수 있는 체적을 갖는 추출 챔버를 구비하는, 커피와 같은 음료를 제조하는 기계를 기술한다.

특히, 피스톤은 또한 음료를 배출하는 노즐의 높이를 규정하는데 사용된다. 이러한 솔루션은 EP'222와 실질적으로 동일한 문제를 갖는다. 이들은 또한 배출 노즐의 높이 등의 파라미터들에 작용하며, 이는 때때로 제어되지 않은 방식으로, 제조되는 액상 커피의 관능적 특성에 영향을 미친다.

또한 이러한 솔루션에는 유지 보수 비용이 수반된다.

선행 기술 문헌 EP-B-2.294.953(EP'953)은 이전에 언급한 문헌에 기술된 것과 유사한 커피 기계를 기술하며, 커피 기계는 물 탱크에 연결되어 연속적으로 위치한 2개 이상의 펌프를 포함한다.

위에서 설명한 모든 문제 외에도, 이 공지된 솔루션은 우리가 언급한 공지된 솔루션에 비해 에너지 관점에서 훨씬 더 낭비적이다. 또한, 그것은 조정의 다른 문제, 무엇보다 유지 보수의 다른 문제를 제기한다.

선행 기술 문헌 EP-B-2.001.343(EP'343)은 추출 챔버에서 사전 주입을 수행할 수 있는 커피 제조 기계 및 제조 방법을 기술한다.

그러나, 이 공지된 해결책은 심지어 수 초에 해당하는 정해진 시간 동안 챔버 내로 물이 흐르는 것을 차단한다.

물의 흐름 중단은 메인 펌프를 비활성화하거나 및/또는 펌프 자체의 하류에 위치한 밸브를 구동시킴으로써 수행된다.

이 공지된 해결책은 펌프가 단일 커피 음료를 제조하기 위해 여러 번 구동되기 때문에 속도가 느릴뿐만 아니라 에너지 관점에서도 낭비이다.

이는 제조되는 음료를 얻기 위해 사용된 물 및 음료 자체의 제어 불가능한 정량적 및 질적 불균형을 야기할 수 있다.

또한, 장치 및 구성 요소의 마모, 관리 프로그램의 복잡성 및 기계, 유압 및 전자 구성 요소에 대한 과도한 스트레스가 수반된다.

또한, EP'343은 물의 흐름이 중단될 때, 추출 챔버의 파이프 상류를 따라 존재하는 상당량의 잔여 물이 수거 용기로 배출된다. 이것은 큰 공간을 필요로 하고, 제조 기계를 크기를 크게 한다.

EP'343은 또한 추가 장치와 제어 및 명령 시스템의 복잡성을 증가시켜 구성 요소의 마모, 높은 에너지 소비 및 수거 용기에 존재하는 물로 인한 정체 및 오염 문제를 초래한다.

문서 WO-A-2017 / 189628에서, 주입된 음료의 생산을 위한 기계 및 방법이 또한 공지되어 있다.

보다 구체적으로, 기계는 용매 흐름 관리 시스템(SFMS), 즉 펌프, 용매 온도 관리 시스템(STMS), 즉 히터, 주입 챔버, 용액/주입을 위한 용액/압력 관리 시스템(SPMS), 압력, 온도 및 유량과 같은 용매의 특성 변수를 자동 및 독립적으로 모니터링 및/또는 조절하는 데 사용되는 제어 시스템을 포함한다..

기계는 음료를 생산하는 기계를 통해 위치된 열전대, 압력 게이지 및 유량계와 같은 센서를 포함한다.

제어 시스템은 하나 이상의 주입 알고리즘을 사용하여 주입 동안 SFMS, STMS 및 SPMS중 어느 하나를 제어하는 것을 도울 수 있다. 용액/주입 압력 조절/관리 시스템(SPMS)은 밸브에 의해 생성된 흐름 저항을 추가하여 주입 압력을 선택적으로 조절한다.

그러나, WO-A-2017 / 189628에 기술된 기계의 특정 구성은 높은 열적 및 기계적 관성을 가지므로, 최적의 기능 조건에 대해 가능한 변동에 응답하여 기계를 특히 느리게 만든다.

실제로 WO-A-2017 / 189628의 제어 시스템은 기능의 불안정성, 즉 기계의 각 작동 구성 요소를 구동함으로써 유도되는 비선형성의 조건을 고려할 수 없다. 또한, 제조 간격 동안 커피 제조 프로세스는 수십 초 동안 지속될 수 있음에 유의해야 한다.

따라서, 액상 커피 제조 기계를 완벽하게 하는 것 및 액상 커피 제조 기계를 위한 제조 방법을 완벽하게 할 필요가 있을 뿐만 아니라, 액상 커피 제조 기계를 위한 관리 및 제어 프로그램을 완벽하게 하는 것이 필요하다.

상기 개선은 종래 기술의 적어도 단점 중 하나 이상을 극복하기 위한 것이다.

본 발명의 하나의 목적은 사용자가 요청한 특성을 갖는 특정 유형의 액상 커피를 제조하는 요건을 만족시킬 수 있는 액상 커피 제조 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유연한 액상 커피 제조 기계를 제공하고, 넓은 범위의 커피 타입에 있어 적절한 반복성, 신뢰성 및 정밀도, 정밀하고 시기 적절한 방식으로 사용자가 원하는 특정 특성을 얻을 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유지 보수가 거의 또는 전혀 필요없는 안정적인 기계, 프로그램 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제한된 에너지 소비를 갖는 액상 커피 제조 기계를 제공하고, 원하는 타입의 커피를 특정된 원하는 특성으로 신속하고 높은 정확도로 제조할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 원하는 커피를 얻기 위해, 커피 제조 기계의 구성 요소의 파라미터를 효율적이고 신속하게 관리하고 명령할 수 있는 액상 커피 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 원치 않는 에너지 소비 또는 열 발산을 방지하고, 필요에 따라, 통합된 방법으로 개별적인 구성 요소를 관리하고 지시할 수 있는 액상 커피 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 커피 제조 절차를 수행할 수 있는 액상 커피 제조 기계를 관리하고 명령할 수 있는 프로그램을 제공하는 것이다.

본 출원인은 종래 기술의 단점을 극복하고 이들 및 다른 목적 및 장점을 얻기 위해 본 발명을 고안, 시험 및 구현하였다.

본 발명은 독립항에 기술되고 특정되며, 종속항은 본 발명의 다른 특징 또는 주요 발명 사상의 변형예를 기술한다.

본 발명의 실시예는 적어도,

-제어된 양의 물을 가압 공급하도록 구성된 펌프,

-펌프에 의해 공급된 물을 가열하도록 구성된 가열 장치,

-가열 장치의 하류에 위치하고, 원하는 양의 커피 분말을 수용하도록 구성된 추출 챔버, 및

- 추출 챔버로부터 배출되는 액상 커피의 배출 흐름을 제어하도록 선택적으로 조절할 수 있는 비례 타입의 배출 밸브를 구비한 회로를 포함하는 액상 커피 제조 기계에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기계는:

-회로의 기능 파라미터를 감지하도록 구성된 센서,

-사용자가 복수의 액상 커피 레시피 중 하나를 선택할 수 있는 사용자 인터페이스, 및

-상기 레시피들 중 하나와 각각 관련되는 액상 커피의 특성 추출 곡선의 목록을 저장하는 저장 장치를 포함한다.

본 발명의 가능한 해결책에 따르면, 센서는 제조 시간 동안 회로의 적어도 하나의 기능 파라미터를 반복적으로 검출하도록 구성된다.

또한, 이 기계는,

-회로의 기능을 수학적으로 기술하도록 구성된, 변수와 결합된 비선형 수학 모델,

-센서에 의해 검출된 적어도 하나의 기능 파라미터를 수신하고, 제조 시간 동안 반복적으로 수학적 모델에 기초하여, 시간 경과에 따른 회로의 거동을 기술하기에 적합한 복수의 시스템 변수를 결정하도록 구성된 처리 및 필터링 알고리즘,

-제조 시간 동안 시스템 변수와 선택된 특성 추출 곡선 사이의 편차를 반복적으로 비교 및 식별하고, 제조 시간 동안 적어도 펌프, 가열 장치 및 배출 밸브의 명령 신호를 반복적으로 배출구에 공급하도록 구성되는 비선형 제어 알고리즘을 구현하도록 구성된 제어 및 명령 유닛을 포함한다.

상기 기술적 특성들의 조합은 각 제조 단계 동안 커피 제조 기계를 반응적이고 예측적인 방식으로 반복적으로 능동 제어할 수 있게 한다.

시스템 변수가 비선형적으로 행동할지라도, 제조 시간 사이 동안 그리고 시스템 변수와 사용자에 의해 선택된 추출 곡선 사이의 상기 비교에 의해, 비선형 제어 알고리즘은 다양한 시스템 변수의 시간 경과에 따른 전개를 예측할 수 있다. 하지만, 시스템 변수의 비선형성은 상기 비선형 수학 모델을 사용하여 추정될 수 있다.

전술한 제어 시스템은 실제로, 예를 들어 펌프에 의해 생성된 유동 불안정성과 같은, 구성 요소에 의해 유발된 큰 흔들림 및 변동성으로 인해 각각의 추출 과정 동안 수립되는 높은 천이의 정상 상태를 고려하게 한다.

또한, 전술한 기술적 특성의 조합은 배출 단계 사이 동안 펌프, 가열 장치 및 조절 밸브에 대해 복수의 미세 조절을 수행할 수 있게 하여, 각 경우에 결정되는 각 편차값에 의해 전체 시스템이 선택된 추출 곡선을 벗어나지 않도록 한다.

처리 및 필터링 알고리즘 사이, 비선형 제어 알고리즘 및 비선형 수학적 모델 사이의 정보의 연속적인 반복은 바람직하게는 자가 학습 로직을 구현할 수 있는 제어 시스템을 규정하도록 한다.

예를 들어, 자가 학습 로직은 비선형 제어 알고리즘이, 각 경우에 결정된 시스템 변수에 따라, 비선형 수학 모델일지라도 시간 경과에 따라 수정하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는,

-펌프에 의해 제어된 양의 물을 가압 공급하는 단계;

-펌프로부터 공급된 물을 가열 장치로 가열하는 단계;

-추출 챔버 내에 원하는 양의 커피 분말을 위치시키는 단계;

-가열된 물이 펌프로부터 추출 챔버를 통과하도록 하는 단계;

-추출 챔버로부터 배출된 액상 커피의 배출 흐름을 비례 타입의 배출 밸브로, 선택적으로 조절하도록 조절하는 단계;

-센서에 의해 회로의 기능 파라미터를 적어도 하나 검출하는 단계;

-사용자 인터페이스에 의해 액상 커피의 복수의 레시피 중 하나를 선택하는 단계;

-각 레시피 중 하나와 관련된 액상 커피의 특성 추출 곡선을 저장 장치에 저장하는 단계를 제공하는 회로를 통해 액상 커피를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 센서는 제조 시간 동안 회로의 기능 파라미터의 적어도 하나를 반복적으로 검출한다.

또한, 이 방법은,

- 적어도 하나의 기능 파라미터를 수신하고, 처리 및 필터링 알고리즘으로 제조 시간 동안 반복적으로, 시간 경과에 따른 회로의 거동을 설명하기에 적합한 복수의 시스템 변수를 결정하되, 상기 시스템 변수는 또한 회로의 기능을 수학적으로 기술하도록 구성된, 변수와 결합된 적어도 하나의 비선형 수학 모델에 근거하여 결정되는 단계;

-제조 시간 동안 반복적으로, 비선형 제어 알고리즘을 사용하여, 시스템 변수와 선택된 특성 추출 곡선 사이의 편차를 비교 및 식별하는 단계;

-제조 시간 동안 배출구에서 반복적으로, 적어도 펌프, 가열 장치 및 배출 밸브의 명령 신호를 공급하는 단계를 제공한다.

가능한 실시예들에 따르면, 여기에 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 제조 기계는 음료 제조를 위한 모듈식 장치에 기능적으로 연결될 수 있는 액상 커피용 자동 제조 모듈로서 사용될 수 있다.

가능한 형식에 따르면, 모듈식 장치는 출원인에 의해 출원된 출원 WO-A-2016/193223에 기술된 실시예들 중 하나에 대응될 수 있고, 그 내용은 본 출원에 통합되어 있다.

본 발명의 액상 커피 제조 기계는 사용자가 요청한 특성을 갖는 특정 유형의 액상 커피를 제조할 수 있다.

본 발명의 액상 커피 제조 기계는 유연하게 적용 가능하며, 넓은 범위의 커피 타입에 있어 적절한 반복성, 신뢰성 및 정밀도, 정밀하고 시기 적절한 방식으로 사용자가 원하는 특정 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 액상 커피 제조 기계는 에너지 소비를 줄일 수 있고, 원하는 타입의 커피를 신속하고 높은 정확도로 제조할 수 있다.

본 발명의 액상 커피 제조 방법은 커피 제조 기계의 구성 요소의 파라미터를 효율적이고 신속하게 관리하고 명령할 수 있다.

본 발명의 액상 커피 제조 방법은 원치 않는 에너지 소비 또는 열 발산을 방지하고, 필요에 따라, 통합된 방법으로 개별적인 구성 요소를 관리하고 지시할 수 있다.

본 발명의 액상 커피 관리 프로그램은 액상 커피 제조 기계를 관리하고 명령할 수 있다.

본 발명의 일 특성 및 다른 특성은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예로 주어진, 일부 실시예의 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.
-도 1은 본 발명의 가능한 실시예에 따른 액상 커피 제조 기계의 개략도이다.
-도 2는 가능한 변형예에 따른 액상 커피 제조 기계의 개략도이다.
-도 3은 모듈로서 사용되는 제조 기계를 포함하는 모듈식 장치의 개략적인 사시도이다.
-도 4는 본 발명의 가능한 실시예에 따른 액상 커피 제조 방법의 블록도이다.
-도 5는 가능한 실시예에 따른 액상 커피 제조 기계와 관련된 관리 및 명령 프로그램의 기능을 나타내는 개략도이다.
-도 6은 도 1의 변형예이다.
-도 7은 본 발명에 따른 기계의 구성 요소이다.
-도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기계의 부분 단면도이다.
-도 9는 본 발명의 기계의 제어 및 명령 유닛의 개략도이다.
-도 10은 액상 커피의 제어 제조 흐름을 나타내는 도면이다.
-도 11은 상관관계 맵의 개략도이다.
-도 12는 가능한 신경망의 개략도이다.
쉬운 이해를 위해, 가능한 경우 도면에서 동일한 공통 요소를 식별하기 위해 동일한 도면 번호가 사용되었다. 일 실시예의 요소 및 특성은 추가 설명없이 다른 실시예에 알맞게 통합될 수 있는 것으로 이해된다.

본 발명의 실시예는 사용자가 원하는 특성의 넓은 범위의 커피 타입을 정확하고 시기 적절한 방식으로, 그리고 짧은 시간 내에, 적절한 반복성, 신뢰성 및 정밀도로 제조할 수 있는 액상 커피 제조 기계(10)에 관한 것이다.

일부 실시예는 기계(10)가 액상 커피를 제조하기 위해 서로 연결된 적어도 펌프(12), 가열 장치(14), 추출 챔버(11) 및 배출 밸브(15)를 구비한 회로(22)를 포함한다.

기계(10)는 또한 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 기능을 제어하도록 구성된 제어 및 명령 유닛(17)을 포함한다.

펌프(12)는 급수원(13)에 연결되고 추출 챔버(11)를 향해 원하는 양의 가압수를 내보내고 운반할 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 펌프(12)는 양변위 펌프, 주사기, 로브, 연동식, 기어식 또는 진동식 또는 이들의 조합일 수 있다. 펌프(12)는 급수원(13)으로부터 내보내진 물의 흐름 및 압력을 조절하는데 사용될 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 펌프(12)는 마이크로 기어 타입일 수 있다. 이 유형의 펌프는 공급되는 물의 흐름을 매우 정밀하게 제어할 수 있으며, 액상 커피를 제조하는 동안 발생하는 매우 불안정한 과도 상태를 고려할 수 있는 매우 높은 응답 속도를 갖는다.

바람직한 실시예에 따르면, 기계(10)는 급수원(13)으로부터 물을 내보낼 수 있는 단일 펌프(12)를 포함한다.

가능한 실시예들에 따르면, 급수원(13)은 탱크, 또는 주 공급관, 또는 이 둘의 조합을 포함할 수 있다.

가열 장치(14)는 펌프(12)와 추출 챔버(11) 사이에 위치하고, 물을 원하는 온도로 가열하도록 구성된다.

가능한 해결책에 따르면, 가열 장치(14)는 급속 타입, 즉 원하는 온도에 도달하기까지 3초 미만, 바람직하게는 2 초 미만, 더욱 바람직하게는 1 초 미만의 물 가열 시간을 갖는다. 또한, 가열 장치(14)는 1 초 이하의 응답 지연을 가질 수 있다.

가능한 실시예들에 따르면, 가열 장치(14)는 펌프(12)를 통과하여 도달한 가압수를 가열하도록 구성된다. 가압수의 이동은 순간적, 즉 약 1 초 이하일 수 있다.

가열 장치(14)는 시스템의 열 관성을 고려하여, 초당 최대 100Hz, 바람직하게는 5 내지 10Hz로, 열량을, 그리고 결과적으로 가열된 물의 온도를 변화시키고 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열 장치(14)는 전기 및 열 전도성 물질로 제조되고, 사용 중에 물이 순환되는 적어도 하나의 관형 파이프(29)를 포함할 수 있다. 관형 파이프(29)는 스틸, 예를 들어 AISI 304 또는 AISI 316 스테인레스 스틸로 제조될 수 있다.

관형 파이프(29)는 1.5 mm와 8 mm 사이, 바람직하게는 2 mm와 5 mm 사이의 직경을 가질 수 있다. 관형 파이프(29)의 감소된 크기는 물의 가열 속도를 증가시켜 매우 빠른 가열 반응을 얻는다.

관형 파이프(29)에는 전원에 선택적으로 연결될 수 있는 단자 단부(30)가 구비될 수 있다. 단자 단부(30)는 관형 파이프(29)를 통해 순환하게 되는 전력 공급원의 양극 및 음극을 각각 정의할 수 있다. 따라서 관형 파이프(29)는 전기 저항으로 작용하며, 전원이 들어오면 통과하는 물을 가열한다.

본 발명의 하나의 해결책에 따르면, 추출 챔버(11)는 적어도 고정 구성 요소(11a) 및 고정 구성 요소(11a)와 임시 결합될 수 있는 탈착 가능 구성 요소(11c)로 구성된다. 추출 챔버(11)로부터 액상 커피를 배출하기 위하여 적어도 하나의 배출관(11b)가 존재한다.

탈착 가능한 구성 요소는 선택된 입자 크기로 원하는 양의 커피 분말을 수용하기에 적합하다.

가능한 해결책에 따르면, 탈착 가능한 구성 요소(11c)는 탈착 가능한 구성 요소(11c)가 고정 구성 요소(11a)와 일시적으로 결합되면 추출 챔버(11)의 용적을 규정할 수 있는 기하학적 구조 및 크기를 갖는다.

탈착 가능한 구성 요소(11c)는 커피 분말이 선택된 입자 크기로 삽입될 수 있는 수용 구획(36)을 규정할 수 있다.

수용 구획(36)은 배출관(11b)와 유체 연통하여 위치된다. 펌프(12)에 의해 공급된 물은 수용 구획(36)으로 공급되고, 그 안에 수용된 커피 분말을 통과하여 배출관(11b)를 통해 배출된다.

가능한 실시예에 따르면, 배출관(11b)는 탈착 가능 구성 요소(11c)와 일체형이거나 고정될 수 있다.

탈착 가능 구성 요소(11c)가 고정 구성 요소(11a)와 결합되면, 추출 챔버(11)는 고정된 용적을 갖는다.

가능한 변형예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 추출 챔버(11)는 파이프(24)에 의해 공압 시스템(23)에 연결될 수 있다.

공압 시스템(23)은 추출 챔버(11)에 원하는 양의 유체, 예를 들어 도시되지 않은 유체 공급원으로부터 도달하는 압축 공기, 질소, 이산화탄소 또는 기타 가스를 도입할 수 있는 배출 수단(25)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 배출 수단(25)은 유체를 도입할 수 있도록 선택적으로 구동 가능한 밸브 및 가능하게는 펌핑 장치를 포함할 수 있다.

공압 시스템(23)은 추출 챔버(11)를 가스 가압하에 두도록 구성된다.

이 실시예에 따르면, 추출 챔버(11) 내의 압력은 급수원(13)으로부터 나오는 물과 가스, 또한 둘 다를 사용하여 결정될 수 있다.

예를 들어, 압축 공기, 질소, 이산화탄소 또는 기타 가스의 사용은 제조되는 커피 음료 내에 직접 공기 또는 가스 자체를 포함시킬 수 있다.

또한, 일단 음료가 배출되면, 공기 또는 가스는 추출 챔버(11)에 존재하는 정체된 물 및/또는 커피 잔여물을 가능한 제거할 수 있게 한다. 이것은 예를 들어 박테리아 오염 가능성을 방지한다.

가능한 실시예들에 따르면, 공압 시스템(23)은 제어 및 명령 유닛(17)에 의해 제어 및 명령될 수 있다.

다른 변형예(도 6)에 따르면, 회로(22)는 펌프(12)의 전달 파이프와, 가열 장치(14)와 추출 챔버(11) 사이에 구비된 연결관(51) 사이에 개재된 바이 패스관(50)을 포함할 수 있다.

연결관(51)에는 바이 패스관(50)이 연결되는 분배 밸브(52), 예를 들어 삼방향 타입이 구비되어 있다.

분배 밸브(52)는 제어 및 명령 유닛(17)에 연결될 수 있고, 바이 패스관(50)을 통한 및/또는 추출 챔버(11)를 향한 흐름을 차단하거나 허용하도록 선택적으로 명령할 수 있다.

특히, 액상 커피를 제조할 필요가 있을 때, 분배 밸브(52)는 물이 연결관(51)를 통과하도록 할 수 있다. 반대로, 연결관(51)에 존재하는 물이 원하는 조건, 예를 들어 원하는 온도가 아닌 경우, 물은 바이패스관(50)을 통해 재순환되어 추출 챔버(11)로 유입되는 것을 방지한다.

또한, 바이 패스는 기계(10) 자체가 식을 때에도 물을 가열 장치(14)로 재순환시켜 물이 적절한 온도에 신속하게 도달할 수 있게 한다.

가능한 실시예에 따르면, 배출관(11b)는 배출 밸브(15)와 결합될 수 있다.

배출관(11b) 내에 배출 밸브(15)가 있어, 추출 챔버(11) 내의 물의 상태, 특히 압력을 적절하게 제어할 수 있게 한다.

즉, 추출 챔버(11)로부터 액상 커피를 배출하기 위해, 특히 배출 밸브(15)가 배출관(11b)에 설치될 수 있다.

배출 밸브(15)는 비례 유형, 즉 액상 커피의 배출 또는 통과 단면을 조정할 수 있게 한다.

각 경우에 배출 단면의 크기는 제어 및 명령 유닛(17)에 의해 비례적으로 제어 및 규정된다.

가능한 해결책에 따르면, 배출 밸브(15)에 의해 결정된 배출 단면 및 음료가 배출 단면 자체를 통해 가압되는 압력은, 배출되는 액상 커피와 공기를 혼합시키는 난류 체제를 생성할 정도이다.

출원인은 배출 단면과 펌프의 작용으로 액상 커피가 공기와 섞여 크림화하게 하는 조건이 있음을 발견하였다. 이러한 조건은 규정된 난기류 체제를 수립한다.

가능한 실시예들에 따르면, 배출 밸브(15)는 탈착 가능 구성 요소(11c) 및/또는 배출관(11b)에 통합되거나 일체화될 수 있다.

가능한 실시예들에 따르면, 배출 밸브(15)는 추출 챔버(11)로부터 커피의 배출 단면을 조정하기 위해, 서보 모터와 같은 액추에이터에 의해 위치될 수 있는 적어도 하나의 절두 원추부를 갖는 셔터를 포함할 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 배출 밸브(15)는 예를 들어, 셔터와 연관된 형상 기억 재료를 구동시킴으로써 제어된 방식으로 이동될 수 있는, 추출 챔버(11)로부터 나오는 채널을 가압하는 적어도 하나의 구형부를 갖는 셔터를 포함할 수 있다.

예를 들어, 작동은 전기식 또는 자기식일 수 있다. 특히, 형상 기억 재료의 경우에, 형상 기억 재료에 작용하는 전압에 의해 작동될 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 배출 밸브(15)는 펄스 폭 변조 로직 또는 PWM으로 기능하는 밸브일 수 있다. 배출 밸브(15)는 전자 밸브, 전자기적으로 또는 자기적으로 구동되는 밸브, 가능하게는 탄성 요소, 이중 자기장, 또는 기타 유형의 조합으로 구성될 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 배출 밸브(15)는 고정된 배출 단면을 통해 커피 음료의 제조 시간을 규정하도록 명령된다. 이 솔루션은 PWM 로직에 의해 명령될 수 있다.

이러한 최근 해결책은 원하는 양의 액상 커피를 높은 정밀도로 제조할 수 있게 하며, 표면을 개선하기 위해 제조 파이프에 코팅층 전착과 같은 가공을 반드시 할 필요가 없다.

또한, 이 해결책은 본 발명의 유량 범위 내에 포함된 유량에 대한 높은 제조 정확성을 보장한다.

PWM 로직을 갖는 배출 밸브(15)를 사용하는 솔루션의 다른 장점은 커피 음료의 배출에 대한 통로 단면의 기하학적 구조에서의 부하 손실 및/또는 변형의 영향을 보정할 수 있다는 것이다.

예를 들어, 통로 단면의 기하학적 구조는 배출 밸브(15)의 셔터 및/또는 배출 파이프의 벽에 커피 잔여물이 있음으로써 변경될 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 배출 밸브(15)는 액상 커피의 차단/통과를 위한 채널, 즉 유입 또는 배출관를 포함할 수 있으며, 유입 또는 배출관는 미리 정의된 채널 자체의 표면 공차를 보장할 수 있는 재료로 코팅된다. 예를 들어, 재료는 전착에 의해 채널에 증착될 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 배출 밸브(15)는 약 150 ℃ 이하, 바람직하게는 약 130℃ 이하의 온도에 저항하는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 배출 밸브(15)는 1.5 bar 내지 20 bar 범위에 포함된 압력 및 1ml/s 내지 6ml/s 범위에 포함된 유량을 관리하고 저항하도록 구성된다.

특히, 배출 밸브(15)가 배출관(11b)의 연장부를 따라 개재되는 것이 제공될 수 있다(도. 8).

가능한 해결책(도 8)에 따르면, 배출 밸브(15)는 물이 추출 챔버(11)에 남아있는 시간을 조절하기 위해, 배출관(11b)를 닫거나 방해하는 제 1 위치, 액상 커피의 배출 단면을 규정하는 적어도 제2 조절가능한 개방 위치를 추정하기에 적합한 셔터(31)를 포함한다.

가능한 해결책에 따르면, 탈착 가능 구성 요소(11c)는 사용 중에 배출관(11b)를 차단하고 셔터(31)가 설치되는 하우징 시팅부(32)를 구비할 수 있다. 또한, 배출 밸브(15)는 하우징 시팅부(32)에서 슬라이딩 설치되고 셔터(31)에 연결되는 슬라이더(33)를 포함할 수 있다. 슬라이더(33)는 수평 또는 실질적으로 수평 방향으로 선택적으로 이동할 수 있다.

슬라이더(33)와 셔터(31) 사이에는 배출관(11b)를 닫거나 여는 것을 조정하기 위해 셔터(31)를 유지하도록 구성된 탄성 요소(34)가 개재될 수 있다.

배출 밸브(15)는 또한 셔터(31)를 구동시키고 셔터를 적어도 상기 제 1 및 제 2 위치로 가져가도록 구성된 액추에이터(35)를 포함한다.

액추에이터(35)는 제어 및 명령 유닛(17)에 연결되어 물이 통과하는 갭을 조정한다.

액추에이터(35)는 전자기 타입일 수 있다. 이러한 타입의 작동은 응답 시간을 획기적으로 줄이고 매우 높은 정밀도로 조정할 수 있게 한다.

가능한 해결책에 따라, 액추에이터(35)는 PWM으로 제어될 수 있다.

변형예에 따르면, 액추에이터(35)는 셔터(31)의 움직임을 결정하기 위해 선택적으로 구동 가능한 솔레노이드를 구비할 수 있다.

셔터(31)와 관련된 탄성 요소(34)의 존재와 전자기 타입의 액추에이터(35)의 조합은 매우 짧은 시간 내에, 또한 10 분의 1 초의 범위에서 추출 챔버(11) 내의 압력에 따른 평형점에 도달하게 한다.

추출 챔버(11) 내의 압력은 실제로 펌프(12)에 의해 생성되어 추출 챔버(11)로 유입되는 유량 및 액추에이터(35)에 의해 생성된 힘의 함수이다.

탄성 요소(34)의 작용과 액추에이터(35) 사이의 이러한 평형 상태를 적절하게 제어함으로써, 추출 챔버(11)로부터 액상 커피의 배출 유량을 제어할 수 있다.

액츄에이터(35)는 사용 중에 액츄에이터(35)와 협력하여 자신을 위치시키는 탈착 가능 구성 요소(11c)에 대해 고정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기계(10)는 또한 회로(22) 및 그 구성 요소에 연결되고, 실시간으로 복수의 물리적 파라미터, 즉 회로(22)의 기능 파라미터를 검출할 수 있는 센서(16)를 포함한다.

센서(16)는 온도 센서(T), 압력 센서(P) 또는 유량계(F) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 가능한 해결책에 따르면, 센서(16)는 또한 기능적 파라미터를 검출하기 위해, 펌프(12), 가열 장치(14) 또는 배출 밸브(15) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 단지 예로서, 센서들(16)은 전압, 전류, 전력과 같은 전기적 파라미터, 회로(22)의 구성 요소들 중 하나 및/또는 다른 구성 요소들의 기능 파라미터를 검출하도록 구성될 수 있다.

단지 예로서, 센서(16)는 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)에 전력을 공급하는 전압 "V" 또는 공급 전류 "I"를 검출하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 가능한 해결책에 따르면, 센서(16)는 예를 들어 회로(22)의 구성 요소 중 하나 또는 다른 하나의 전기적 기능 파라미터를 결정함으로써, 직접적으로 또는 간접적으로 유량, 온도 및 압력 중 적어도 하나를 검출하도록 구성될 수 있다.

단지 예로서, 센서들(16) 중 하나는 가열 장치(14)의 저항을 검출하여, 결과적으로 물의 온도를 결정하도록 구성될 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 센서(16)는 하나는 가열 장치(14)의 상류에, 하나는 하류에 위치하는 2 개의 온도 센서(T), 하나는 펌프(12)와 가열 장치(14) 사이에 위치하고, 하나는 추출 챔버(11)에 위치하는 2 개의 압력 센서(P), 펌프(12)의 하류에 위치하는 유량계(F)로 구성된다. 가능한 변형예에서, 기계(10)는 하나 또는 둘 이상의 센서(16)의 조합을 포함할 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터의 검출값의 샘플링은 80Hz와 1120Hz 사이, 바람직하게는 100Hz에 포함된 주파수로 수행된다.

본 발명의 다른 해결책에 따르면, 유량계(F)는 펌프(12)에 의해 공급된 물의 유량을 20Hz와 50Hz 사이에 포함된 샘플링 주파수로 검출하도록 구성될 수 있고, 따라서 시간 경과에 따른 압력 거동의 높은 불안정성을 고려할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 온도 센서(T)는 회로(22)를 통과하는 물의 온도를 5Hz 와 10Hz 사이에 포함된 주파수로 검출하도록 구성된다. 샘플링 주파수 값은 기계의 다른 구성 요소의 열 관성을 고려할 수 있게 한다.

가능한 유리한 실시예에 따르면, 압력 센서(P)만이 추출 챔버(11)에 존재한다.

센서(16)의 이러한 구성은 배출 밸브(15) 이전에 사용 및 위치되는 필요한 센서(16)의 수를 최소화하기 때문에, 높은 재현성, 정확도 및 빠른 속도로 기계(10)의 기능 파라미터(20)를 조정하는데 유리하다.

본 발명의 가능한 해결책에 따르면, 기계(10)는 사용자가 고객이 제공받고자하는 액상 커피의 복수의 레시피 중 하나를 선택할 수 있는 사용자 인터페이스(37)를 포함할 수 있다.

단지 예로서, 레시피는 제조되는 액상 커피의 타입, 예를 들어 에스프레소 커피, 롱, 아메리칸, 콜드 및/또는 사용되는 커피의 유형 또는 원산지와 관련될 수 있다.

액상 커피의 특성 추출 곡선(43)은 각각의 레시피와 연관될 수 있다.

특성 추출 곡선(43)은 기계(10)의 공칭 기능 파라미터를 식별하여, 원하는 특성을 갖는 액상 커피를 얻을 수 있게 있다.

특성 추출 곡선(43)은 액상 커피의 제조 시간 또는 그 사이마다, 추출 챔버로 도입되는 적어도 물의 압력, 온도 및 유량의 시간 경과에 따른 전개를 식별할 수 있다.

본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 기계(10)는 액상 커피의 적어도 특성 추출 곡선의 목록을 저장하도록 구성된 저장 장치(45)를 포함하며, 특성 추출 곡선 각각은 상기 레시피 중 하나와 관련된다.

제어 및 명령 유닛(17)은 회로(22) 또는 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 기능을 수학적으로 기술하도록 구성된, 변수와 결합된 비선형 수학 모델(38)을 구현하도록 구성된다.

본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 제어 및 명령 유닛(17)은 센서(16)에 의해 검출된 적어도 하나의 기능 파라미터를 수신하고, 제조 시간 동안 반복적으로, 적어도 수학적 모델에 기초하여, 시간의 경과에 따른 회로(22)의 거동을 설명하기에 적합한 복수의 시스템 변수(40)를 결정하도록 구성된 처리 및 필터링 알고리즘(39)을 구현하도록 구성된다.

시스템 변수(40)는 독립적, 즉 예를 들어 명령 신호로서 측정 및/또는 설정되는 것일 수 있고, 독립 시스템 변수(40)의 함수로서 결정되는 종속적인 것일 수 있다.

특히, 센서(16)에 의해 검출된 기능 파라미터는 시스템 변수를 결정하고, 결과적으로 시스템 상태를 추정하기 위해, 처리 및 필터링 알고리즘(39)으로 처리될 수 있다.

일부 해결책에 따르면, 수학적 모델(38)은 회로(22)의 물리적 현상을 관장하고 시스템 변수를 결정하는데 사용되는 복수의 제 1 원리 비선형 방정식을 포함할 수 있다.

가능한 해결책에 따라, 이들 제 1 원리 비선형 방정식은 상이한 기능 조건에서 회로의 각 구성 요소의 거동, 또한 가능한 제조 시간 사이의 각 순간과 상관되는 거동을 설명할 수 있는 복수의 실험 파라미터에 의존한다. 단지 예로서, 실험 파라미터가 수치 및 실험 기술에 의해 결정되는 것이 제공될 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 실험 파라미터는 회로(22)에서 수행되는 실제 측정, 예를 들어 "회색 박스 모델링"기술에 의해 검출될 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 실험 파라미터는 회로(22)의 구성 요소의 구성 및 물리적 파라미터, 단지 예를 들어 펌프(12)의 체적, 가열 장치(14)의 저항, 배출 밸브(15)의 크기, 다양한 구성 요소들 사이의 연결관의 직경, 각 구성 요소의 열적/전기적 특성 등을 포함할 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 수학적 모델(38)은 가능한 제조 시간의 각 순간에 시스템 변수(시스템 상태라고도 함)를, 회로(22), 또는 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 구성 요소들과 상관시키도록 구성된 복수의 상관관계 맵(19)을 포함하거나 구현하여, 이들 구성 요소 각각의 거동을 설명할 수 있다. 상관관계 맵(19)은 종속 및 독립 시스템 변수(40) 사이의 상관 관계를 제공할 수 있다.

시스템 변수 세트는 회로(22)의 맵핑, 즉 펌프(12), 가열 장치(14) 또는 배출 밸브(15) 중 적어도 하나, 바람직하게는 3 개의 구성 요소 모두의 기능을 위한 복수의 상관관계 맵(19)을 규정한다.

도 11을 참조하면, 가능한 상관관계 맵(19)은 펌프(12)의 기능을 도시하며, 여기서 상관 관계는 펌프(12)의 회전 속도 “ω” , 펌프(12)로부터 배출되는 물의 압력 "p" 및 유량 "qeff"사이에서 식별된다.

도 11에 도시된 상관관계 맵(19) 은, 상관관계 맵(19)이 예를 들어 2 개 이상의 독립 변수를 갖는 임의의 크기의 공간에 적용 가능하더라도, 두 개의 독립 변수, 즉 회전 속도와 압력, 종속 변수인 유량을 식별한다.

또한, 일반적으로, 이들 시스템 변수를 이용하여, 수압/열 회로(22) 또는 그 구성 요소에 존재하는 모든 비선형 특성을 수학적으로 기술할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수학적 모델(38)은 검출된 기능 파라미터(20)를 처리하고 상기 시스템 변수(40)를 결정하기에 적합한 신경망(41)을 구현하도록 구성된다.

신경망(41)은 처리 및 필터링 알고리즘(39)에서 구현될 수 있다.

가능한 해결책(도 12)에 따르면, 신경망(41)은 가중치라고도 하는 복수의 정적 파라미터(W1)에 의해 결정된다.

정적 파라미터(W1)는 시스템 변수(40)를 결정하기 위해 최적화 알고리즘에 의해 정의된 함수(σ)를 결합함으로써 서로 결합된다.

커플링 함수(σ)는 시스템 변수(40)가 제 2 가중치(W2)를 사용하여 단일 값을 향해 수렴하는 것을 결정되게 한다.

이러한 방식으로, 기능 파라미터(20)로부터 시작하여 결정되는 시스템 변수(40)의 충분히 신뢰할만한 추정치를 얻을 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 시스템의 정적 파라미터 W1은 오프라인 시험 또는 측정, 또는 오프라인 훈련에 의해 검출될 수 있으며, 여기서 테스트 벤치에서 검출된 복수의 실험 데이터는, 실제 데이터와 상관관계 맵의 출력 사이의 오류를 최소화하는 파라미터 세트에 수렴하는 오프라인 최적화 알고리즘에 의해 수행된다

이와 같이 결정된 실험 파라미터는 시간 경과에 따라 변하지 않고, 회로(22)의 기능을 추정하고 특성화하기 위해, 제어 및 명령 유닛(17)에 의해 실시간으로 사용되는 사용되는 상수가 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시스템 변수(40)는 기계의 사용중에 직접적으로 수행되는, 즉 온라인으로 수행되는 시험이나 검출에 의해 결정될 수 있다. 시스템 변수(40)는 기계(10)를 사용하는 동안 저장될 수 있고, 최적화 알고리즘에 의해 처리되며, 또한 실시간으로 수행되고, 이는 상관관계 맵(19)이 예를 들어 회로 구성 요소의 마모, 손상, 석회 자국 형성, 비최적 기능으로 인한, 회로(22) 특성의 가능한 점진적 변화에 적응할 수 있도록 한다. 이 작동 모드는 하나의 추출에서 다른 추출까지 추출 동안 변화하는, 특히 커피 브릭의 유압 특성과 관련하여, 회로(22)에 의해 자동 자가 학습 로직을 구현할 수 있게 한다.

단지 예로서, 도 12는 단순화된 방식으로 펌프(12)에 적용되는 가능한 신경망을 도시한다. 이러한 특정 경우에, 신경망(41)은 펌프(12)의 순간 회전 속도(ω), 순간 저항 압력 및 실제 순간 유량 사이에 존재하는 정적 링크를 근사화하는데 사용된다. 실제 순간 유량은 전달 파이프에서 흡입 파이프로의 누설로 인해 재순환이 없는 공칭 유량과 다르며, 일반적으로 비선형 거동을 가정한다.

도 11의 그래프에 도시된 3차원 표면은 신경망의 출력을 나타내고, 포인트는 회로(22)의 실제 측정값을 나타낸다. 3차원 표면은 펌프(12)의 체적 성능, 즉 실제 유량과 공칭 유량 사이의 비율에 상응하는 정확한 매핑이다.

일반적으로, 신경망(41)은 유압 및 열 회로의 모든 비선형 특성을 수학적으로 설명하기 위해 유사한 방식으로 사용될 수 있다.

본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 처리 및 필터링 알고리즘(39)은 센서(16)에 의해 검출된 기능 파라미터(20)의 교란 및 불안정성을 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터를 포함한다.

기능 파라미터(20)는 다양한 인자에 의해 추가로 증폭될 수 있는 강한 노이즈 성분을 포함한다.

처리 및 필터링 알고리즘(39)은 실제로 일부 기능 파라미터(20)만을 검출하는 한편, 다른 파라미터들은 시스템 변수(40)를 결정함으로써 추정된다.

따라서, 처리 및 필터링 알고리즘(39)은 총 센서 수(16)를 최소 수로 감소시켜 회로가 관찰 가능하게 유지되도록 한다.

본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 처리 및 필터링 알고리즘(39)은 "분산점 칼만 필터"를 포함할 수 있다. 단지 예로서, 펌프가 기어 타입인 경우, 압력 신호는 예를 들어 펌프의 형태, 예를 들어 기어에 의해 도입되는 실질적인 노이즈 성분을 나타낸다.

유압 챔버의 동적 거동과 결합된 이들 여기기는 일부 경우에 추가로 증폭된다. 또한 기술적으로 시스템의 거동을 설명하는 모든 변수를 측정하는 것이 항상 가능하지도 경제적으로 유리하지도 않다. 분산점 칼만 필터는 비선형 수학 모델을 기반으로 측정된 신호를 필터링하여 측정되지 않은 상태 또는 변수를 추정할 수 있게 한다. 따라서, 분산점 칼만 필터를 사용하면 시스템이 관찰 가능한 상태에서 센서의 하위 집합을 사용하여 모든 상태를 추정할 수 있다. 분산점 칼만 필터를 사용하면, 시스템의 파라미터를 모니터링하여 시간 경과에 따라 구성 요소의 적절한 유지 보수를 수행하는 가능한 추이(drift)를 식별할 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 제어 및 명령 유닛(17)은 제조 시간 동안 반복적으로, 시스템 변수(40)와 사용자에 의해 선택된 특성 추출 곡선(43) 사이의 편차를 비교 및 식별하도록 구성된 비선형 제어 알고리즘(42)을 구현하도록 구성된다.

또한, 비선형 제어 알고리즘(42)은 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 명령 신호(44)를 제조 시간 동안 반복적으로 배출구에서 공급하도록 구성된다.

명령 신호는 회로(22) 기능의 순간적인 미세 교정을 구현하여, 추출 챔버(11)에 수립된 조건이 특성 추출 곡선에 의해 규정된 조건이 되도록 한다.

가능한 해결책에 따르면, 명령 신호(44)는 회로(22)의 구성 요소의 구동 파라미터를 포함할 수 있다.

가능한 해결책에서, 구동 파라미터는 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)에 대한 전기 구동 파라미터를 포함할 수 있다.

단지 예로서, 명령 신호(44)는 펌프에 전력을 공급하기 위한 전압, 가열 장치(14)에 전력을 공급하기 위한 전압 및 배출 밸브(15)를 구동하기 위한 전압을 포함할 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 비선형 제어 알고리즘(42)은 적응형의 모델 예측 제어(MPC)를 포함할 수 있다.

명령 신호(44)는 시스템 변수(40)가 특성 추출 곡선(43)에 의해 규정된 요구 궤적을 수행하도록 결정된다.

비선형 제어 알고리즘(42)은 수학적 모델(38)에 기초하여 가까운 장래에 회로의 응답을 순간순간 예측할 수 있게 하고, 최적화 절차에 의해 최적 명령 신호(44)를 계산한다.

도 10을 참조하여, 회로(22)의 제어 및 명령 유닛(17)에 의해 구현되는 제어 흐름을 설명한다.

초기에, 사용자 인터페이스(37)에 의해, 사용자는 필요한 타입의 커피를 선택하거나, 원하는 액상 커피 레시피를 식별한다.

제어 및 명령 유닛(17)은 이 정보를 사용자 인터페이스(37)로부터 수신하고 선택된 특정 레시피에 대한 특성 추출 곡선을 식별한다.

제어 및 명령 유닛(17)은 회로(22)의 구성 요소를 작동시킴으로써 액상 커피를 제조하는 프로세스를 시작한다.

이들 구성 요소가 구동될 때, 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 기능 파라미터(20)가 검출된다.

특히, 회로(22)를 따라 압력, 온도 및 유량의 값, 또는 전압 및/또는 전류의 전기 파라미터가 검출될 수 있다. 이들 기능 파라미터들(20) 중 일부는 직접 검출된 다른 기능 파라미터들(20)에 기초하여 간접적인 방식으로 결정 및/또는 추정될 수 있다.

또한, 제조가 시작될 때, 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)에 대한 명령 신호가 설정된다.

명령 신호 및 기능 파라미터는 처리 및 필터링 알고리즘(39)에 의해 처리되며, 이는 또한 수학적 모델(38)에 기초하여 시스템의 상태 또는 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)를 특징 짓는 모든 시스템 변수(40)를 식별한다.

비선형 제어 알고리즘(42)은 시스템 변수(40)와 사용자에 의해 선택된 특성 추출 곡선과 비교하고 편차를 식별한다. 비선형 제어 알고리즘(42)은 또한 수학적 모델(38) 및 검출된 편차에 기초하여, 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)에 대한 명령 신호(44)를 식별할 수 있게 한다.

전체 제어 흐름은 제조 프로세스 동안 수회 지속적으로 반복되어, 적어도 처리 및 필터링 알고리즘(39)에 입력으로서 명령 신호(44)를 공급한다. 처리 및 필터링 알고리즘(39)은 명령 신호를 업데이트된 기능 파라미터와 결합하고 제어를 반복한다.

각각의 경우에 결정된 명령 신호(44)는 또한 이를 업데이트하기 위해 수학적 모델(38)에 공급될 수 있다.

전술한 제어 로직은 일부 구성 요소의 오작동이 있더라도 사용자가 원하는 특성을 갖는 액상 커피를 얻을 수 있게 한다.

또한, 전술한 제어 및 명령 유닛(17)은 기계(10)의 극한 기능 조건에서도 최적의 관능적 특성을 갖는 커피 음료를 얻을 수 있게 한다.

단지 예로서, 가열 장치(14)를 완전히 차단하고, 이에 따라 추출 챔버(11)에 원천 또는 실온, 예를 들어 4℃와 20℃ 사이의 물을 제공하면서, 소위 "콜드 에스프레소"라고 불리는 커피 음료의 추출을 여전히 보장할 수 있다.

가능한 해결책에서, 추출 챔버(11)로 공급되는 물의 온도 범위는 4℃ 내지 100℃이다.

가능한 해결책에 따르면, 회로의 전용 구성 요소에 특정 명령을 실시간으로 제공하기 위해, 제어 및 명령 유닛(17)은 기본 명령, 기본 명령 및 사용자에 의해 제공되는 사용자 명령(18)을 모두 처리하는 수단, 뿐만 아니라 물리적 파라미터를 포함한다.

기본 명령은 제어 및 명령 유닛(17)에 저장되거나 원격 연결을 통해 사용 가능하다.

기본 명령은 기계의 시작/정지 기능, 시작 대기 모드, 탱크에 존재하는 물의 양의 측정 및 검증, 급수원에 의해 공급된 물의 양의 측정 및 검증, 또는 자동 액상 커피 제조 기계에 일반적으로 제공되는 기타 기능을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 각 경우에, 제어 및 명령 유닛(17)은 펌프(12), 가열 장치(14) 또는 배출 밸브(15) 중 적어도 하나의 기능 파라미터들(20) 중 적어도 하나를, 조화롭게 실시간으로 조정하도록 구성된다

가능한 바람직한 해결책에 따르면, 제어 유닛(17)은 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터와 사용자 명령(18)을, 제어 및 명령 장치(17)에 저장된 기능 파라미터(20)의 적어도 하나의 상관관계 맵(19)(도 5 참조)과 연관지어 처리하기에 적합하다

본 발명의 일 양태에 따르면, 제어 및 명령 유닛(17)은 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 기능 파라미터(20)를 실시간으로, 그리고 조화롭게 조정하도록 구성된다.

센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터, 사용자 명령(18) 및 제어 및 명령 유닛(17) 자체에 기억된 기능 파라미터(20)의 적어도 하나의 상관관계 맵(19)과 관련하여 조정이 이루어진다.

보다 구체적으로, 상관관계 맵(19) 및 센서(16)에 의해 검출된 파라미터에 기초하여, 제어 및 명령 유닛(17)은 각 경우의 액상 커피의 타입을 얻거나, 그렇지 않으면 이러한 최근 요소가 독립적으로 제어된다면 얻을 수 없는, 여러 구성 요소의 기능을 조화롭게 조정할 수 있다

출원인은 추출 챔버로부터 배출된 액상 커피의 유량을 검출할 필요가 없고, 대신에 배출 밸브(15)에 의해 추출 챔버(11) 내에 물이 잔류하는 시간을 조정하는 것이 유리하다는 것을 발견하였다.

출원인은 또한 많은 경우에 펌프(12)로 추출 챔버(11) 내의 압력을 조절하는 것이 유리하다는 것을 발견했다.

배출 밸브(15)와 펌프(12)의 협동 작용은 추출 챔버(11)로부터 배출되는 액상 커피의 원하는 유량 및 압력을 얻을 수 있고, 동시에 예를 들어 크림 정도, 바디감 등의 원하는 특성을 갖는 타입의 액상 커피를 얻을 수 있는 것이 관찰되었다.

조화롭게, 즉 배출되는 액상 커피의 압력 및 배출 단면을 조정함으로써, 펌프(12)와 함께 배출 밸브(15)의 기능 파라미터를 관리 및 제어할 수 있는 것은 크림 커피 또는 캡슐 및/또는 포드로 얻을 수 있는 것과 같은 커피를 얻을 수 있게 한다.

특히, 원하는 압력에 도달할 때 펌프(12)의 기능을 유지하면서 동시에 배출 밸브(15)를 개방하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다.

수압 및 배출 밸브(15)에 의해 규정된 단면과 관련하여, 원하는 유형의 액상 커피를 얻을 수 있다.

이러한 방식으로, 캡슐 또는 사용 후 포드를 제거할 필요없이, 캡슐 및/또는 포드로 전형적으로 얻을 수 있는 타입의 액상 커피를 얻을 수 있다.

사용자 명령(18)은 원격으로 또는 제어 및 명령 유닛(17)에 연결된 사용자 인터페이스에 의해 제공될 수 있다.

제어 및 명령 유닛(17)은 다중 입력/다중 출력 제어 로직(MIMO)을 구현하도록 구성되어, 즉, 센서(16)로부터 상관관계 맵(19)과 관련하여 복수의 물리적 파라미터를 획득하는 한편, 복수의 기능 파라미터(20)를 조정할 수 있다.

상관관계 맵(19)은 하나 이상의 다른 기능 파라미터(20) 및/또는 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터와 관련하여, 하나 이상의 기능 파라미터(20)의 기능 전개를 규정한다. 예를 들어, 상관관계 맵(19)은 둘 이상의 기능 파라미터(20) 사이의 다변수 상관 관계를 정의한다.

예를 들어, 상관관계 맵(19)은 펌프(12)의 전원 공급 장치, 가열 장치(14)에 전력을 공급하는 전류, 배출 밸브(15)의 셔터 위치, 추출 챔버(11) 내의 압력, 펌프(12) 하류의 물의 흐름, 및 센서(16)에 의해 검출된 다른 특정 기능 파라미터(20) 및/또는 물리적 파라미터의 교차 기능 전개를 포함한다.

각각의 반복에 의해 원하는 특성을 가진 특정 액상 커피를 획득하도록, 제어 및 명령 유닛(17)에 저장되거나 그로부터 원격으로 액세스 가능한 상관관계 맵(19)에 의해, 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 구동을 조정할 수 있다.

펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 협력 구동은 회로의 개별 구성 요소의 기능을 실시간으로 최적화할 수 있게 한다. 최적화는 또한 기계의 에너지 소비에 대해, 사용되는 에너지를 최소화할 수 있는 상관관계 맵의 기능 영역에서 작동하도록 운용될 수 있다. 또한, 가열 장치(14)는 필요에 따라 단 1 초 미만의 짧은 시간 동안 독점적으로 명령될 수 있다.

이는 액상 커피를 만드는 데 필요한 물을 사실상 가열하지 않아, 열을 분산시키지 않고, 에너지를 절약하게 한다.

가능한 실시예에 따르면, 상관관계 맵(19)은 기능 파라미터(20)의 비선형성이 높은 기능 영역을 포함할 수 있다.

이들 비선형 기능 영역은 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터 및 사용자 명령(18)과 관련하여, 제어 및 명령 유닛(17)에 의해 실시간으로 식별될 수 있다.

제어 및 명령 유닛(17)은 이들 기능 영역을 식별하고, 기계(10)의 구성 요소가 이러한 기능 파라미터(20)와 함께 작동하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

제어 및 명령 유닛(17)은 특정 알고리즘 및/또는 기능 절차를 사용하여 비선형 영역에서 회로(22)의 구성 요소를 최적화하고 관리하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 제어 및 명령 유닛(17)은 선형 전개로 기능 파라미터(20)를 근사화하도록 구성될 수 있다.

이러한 선형 근사와 관련하여, 제어 및 명령 유닛(17)은 회로(22)의 구성 요소를 명령하도록 구성될 수 있다.

상관관계 맵(19)에 의해 제공된 기계(10)의 구성 요소의 기능적 전개에 대한 상세한 지식으로 인해, 제어 및 명령 유닛(17)은 에너지 소비를 실시간으로 최적화할 수 있다.

제어 및 명령 유닛(17)은 사용자가 요청하는 액상 커피를 얻기 위해 사용될 에너지를 최소화하는 기능 파라미터(20)를 식별하도록 구성될 수 있다.

에너지를 최소화하는 기능 파라미터(20)의 식별은 사용자 명령(18) 및 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터와 관련하여, 일련의 기능 파라미터(20)와 관련된 에너지를 결정할 수 있는 프로그램에 의해 수행될 수 있다.

미리 규정된 개수의 기능 파라미터(20) 세트와 관련된 에너지와, 요청된 타입의 액상 커피를 획득할 수 있게 하는 대략의 에너지의 비교로부터, 최소 에너지와 연관된 기능 파라미터(20)의 세트를 식별할 수 있다.

상관관계 맵(19)은 또한 소비되는 에너지를 최소화하는 기능 파라미터(20)의 식별을 빠르게 하기 위해, 복수의 기능 파라미터(20) 세트와 관련된 에너지에 관한 정보를 포함할 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 제어 및 명령 유닛(17)은 가열 장치(14) 자체의 순간 상태와 관련하여 가열 장치(14)를 제어 및 명령하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 제어 및 명령 유닛(17)은 비선형 온도 제어에 사용될 선형화된 모델을 실시간으로 얻기 위해 비선형 분석 모델을 구현할 수 있다.

가능한 실시예들에 따르면, 제어 및 명령 유닛(17)은 확장된 칼만 필터, 비선형성을 관리하기 위한 분산점 칼만 필터 타입의 적용 등을 관장하는 프로그램으로 구현할 수 있다.

가능한 해결책에 따라, 펌프(12)를 작동 상태로 유지하면서, 배출 밸브(15)는 물 및/또는 증기가 추출 챔버(11) 내에 남아 있도록 조정하는 적어도 폐쇄위치에, 커피가 배출관(11b)를 향해 배출되는 배출 단면을 규정하는 적어도 하나의 개방 위치 또는 부분적으로 개방된 위치에 셔터를 위치시키도록 구성된다.

배출 밸브(15)는 액상 커피의 통과 단면을 비례 방식으로 규정할 수 있게 하며, 즉, 제어 및 명령 유닛(17)은 제조되는 커피의 타입 및 상관관계 맵(19)에 대해 단면을 조정한다.

폐쇄 위치에서, 배출 밸브(15)의 셔터는 원하는 예비 주입을 수행하기 위해 물이 추출 챔버(11)에 남아있는 시간을 규정할 수 있다.

이 조건에서, 추출 챔버(11)와 펌프(12)의 협동 작용으로 인해, 추출 챔버(11)는 제조되는 커피 타입에 따라 펌프(12) 자체에 의해 규정된 압력으로 물로 포화될 수 있다.

펌프(12) 및 배출 밸브(15)는 추출 챔버(11) 내의 에스프레소 캡슐의 상태를 시뮬레이션하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 펌프(12)와 배출 밸브(15)의 결합된 작용은 음료 내의 난류를 규정하고 지속적인 크림을 얻기 위해 역압이 발생하는 상황을 얻을 수 있다.

이들 조건은 물이 추출 챔버(11)에 머무르는 시간 및 그 내부에서 도달된 압력에 기초하여 규정되며, 제어 및 명령 유닛(17)에 의해 명령된 펌프에 의해, 조건은 규정된 값으로 유지되거나 규정된 전개로 지속적으로 조정된다.

설정 시간 후, 배출 밸브(15)의 셔터는 배출 단면을 비례 방식으로 규정하도록 개방된다. 펌프(12) 및 고정되거나 연속하는 펄스에 의해 규정될 수 있는 배출 밸브(15)에 의해 규정된 배출 단면의 개구의 작용에 의해, 커피에 공기를 일체화시켜 크림 음료를 얻을 수 있는 난류를 발생시키는 것이 바람직하게 가능하다.

전형적으로, 난류는 액상 커피 추출물이 배출 단면을 통해 추력될 때 발생하는 하중 손실로 인해 발생된다.

배출 밸브(15)의 셔터의 위치 및 펌프(12)의 작용에 의해 조정된 개구에 따라, 배출되는 액상 커피의 유량이 규정된다.

따라서, 배출 밸브(15)는 펌프(12)의 기능 모드와 조합하여, 제조된 액상 커피의 유량 및 물이 커피 패널에 남아있는 시간을 규정함으로써 제어된다.

출원인은, 유리하게는, 특정 센서로 제조된 액상 커피의 유량을 직접 모니터링할 필요가 없거나, 펌프(12)와 가열 장치(14) 사이에서 검출된 물의 흐름을 모니터링하기에 충분하다는 것을 발견하였다.

도시되지 않은 가능한 변형예에 따르면, 기계(10)는 액상 커피가 제조되는 용기 아래에 위치되고, 제조되는 액상 커피가 수용된 용기의 무게를 계량하도록 구성된 계량 유닛을 포함할 수 있다.

예를 들어, 계량 유닛은 로드셀을 포함할 수 있다. 계량 유닛은 제어 및 명령 유닛(17)에 연결되어, 계량 유닛이 제어 및 명령 유닛(17)에 제조되는 액상 커피의 중량에 대한 실시간 정보를 공급할 수 있도록 할 수 있다.

이는 사용자에 의해 요청된 특성을 갖는 특정 타입의 액상 커피를 얻기 위해 기능 파라미터(20)의 임의의 조정을 빠르게 하는 이점을 가질 수 있다. 실제로, 본 발명으로 인해, 유량을 검출하기 위해 액상 커피의 일부가 배출될 때까지 기다릴 필요가 없을 수 있다.

본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 계량 유닛은 제조가 시작되기 전에, 제조되는 동안 규칙적인 간격으로, 예를 들어 100ms마다, 제조가 끝나고, 그리고 계량 그룹에 위치된 컵이 제거될 때까지 계량 작업을 수행하게 한다.

이러한 방식으로, 바람직하게는 제조된 액상 커피는 사용자가 요청한 것과 다른 특성을 갖는 액상 커피의 양에 의해 제어되지 않는 방식으로 변경되지 않는다.

펌프(12)와 배출 밸브(15)의 협동 작용은 기계(10)의 2 개의 별개 지점에 작용함으로써 유량과 압력을 조절할 수 있게 한다.

배출 밸브(15)에 의해 규정된 부하 손실과 조합하여 펌프(12)에 의해 규정된 압력 및 흐름, 배출 밸브(15)의 폐쇄 시간에 기초하여, 각각의 경우에 컵에 특정 제조물을 얻게 하는 특정 조건을 규정하는 것이 가능하다.

본 발명의 가능한 실시예는 설명된 실시예 중 하나에서와 같이 액상 커피 제조 기계(10)에 의해 커피 기반 음료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 제조 방법은,

-기본 명령 외에, 적어도 하나의 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)에 관한 기능 파라미터(20)의 적어도 하나의 상관관계 맵(19)을 제어 및 명령 유닛(17)에 공급하는 단계;

-제조되는 액상 커피의 타입과 관련한 사용자 명령(18)을 제어 및 명령 유닛(17)에 공급하는 단계;

-센서(16)에 의해 회로(22)를 따라 실시간으로 물리적 파라미터를 검출하는 단계;

-센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터, 사용자 명령(18) 및 제공된 상관관계 맵(19)와 관련하여, 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 하나 이상의 기능 파라미터(20)를 실시간으로, 그리고 조화롭게 조정하는 단계;를 제공한다.

가능한 실시예에 따르면, 제조 방법은 배출 밸브(15)를 폐쇄 위치에 유지하고 동시에 펌프(12)를 구동하여, 압력과, 물이 추출 챔버(11)에 잔류하는 시간을 규정하는 것을 제공할 수 있다.

가능한 실시예들에 따르면, 상기 방법은 배출 밸브(15)로부터 액상 커피를 배출하기 위한 단면을 규정하기 위해, 펌프(12)를 작동 상태로 유지하면서 배출 밸브(15)를 구동하는 것을 제공한다.

가능한 실시예들에 따르면, 압축 공기, 질소 또는 다른 가스와 같은 유체가 추출 챔버(11) 내로 주입될 수 있다.

유체는 물과 동시에 추출 챔버(11)로 유입될 수 있으며, 추출 챔버(11) 내의 압력은 두 물질의 결합 효과에 의해 규정된다.

가능한 해결책에 따르면, 제조 방법은 사용자 명령(18), 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터 및 상관관계 맵(19)과 관련하여, 실시간으로, 요청된 타입의 액상 커피를 공급하는 데 필요한 에너지를 최소화하는 기능 파라미터(20)를 식별하는 것을 제공한다.

가능한 해결책에 따르면, 제조 방법은 제어 및 명령 유닛(17)이, 에너지를 최소화하도록 하는, 식별된 기능 파라미터(20)로 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 기능을 조정하는 것을 제공한다.

가능한 해결책에 따라, 제조 방법은 상관관계 맵(19)의 하나 이상의 기능 영역을 식별하는 것을 제공하며, 여기서 기능 파라미터(20)는 비선형 기능 전개를 갖는다.

기능 영역 또는 기능 파라미터(20)의 비선형 전개를 갖는 영역이 식별되는 경우, 제조 방법은 회로(22)의 구성 요소를 최적화하고 관리하기 위해, 비선형 영역에서의 기능 파라미터(20)를 선형 전개로 근사화하는 것을 제공할 수 있다.

가능한 해결책에 따르면, 제조 방법은 제어 및 명령 유닛(17)이 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)를 식별된 비선형 기능 전개를 갖는 기능 파라미터(20)로 구동하지 않는 것을 제공한다.

가능한 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 설명된 제조 방법을 구현할 수 있는 커피 제조 기계(10)를 관리 및 제어하기 위한 프로세서 프로그램(21)에 관한 것이다.

가능한 해결책에 따르면, 관리 및 제어 프로그램(21)은 사용자 명령(18), 센서(16)에 의해 검출된 물리적 파라미터 및 상관관계 맵(19)과 관련하여, 요청된 타입의 커피를 제조하는데 필요한 에너지를 최소화시키는, 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)의 기능 파라미터(20)를 실시간으로 식별할 수 있고, 상기 관리 및 제어 프로그램(21)은 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)를 식별된 기능 파라미터(20)로 구동하기 위해 제어 및 명령 유닛(17)을 조정할 수 있다.

가능한 실시예에 따르면, 관리 및 명령 프로그램(21)은 기능 파라미터(20)가 비선형 기능 전개를 갖는 상관관계 맵(19)의 하나 이상의 기능 영역을 식별하도록 구성된다.

관리 및 제어 프로그램(21)은 제어 및 명령 유닛(17)이 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)를 이들 기능 영역과 관련된 기능 파라미터(20)로 구동하지 않게 조절하도록 구성될 수 있다.

관리 및 제어 프로그램(21)은 제어 및 명령 유닛(17)이 적어도 펌프(12), 가열 장치(14) 및 배출 밸브(15)를, 비선형 기능 전개를 갖고 선형화되는 기능 파라미터(20)로 구동하는 것을 조정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 범주 및 범위를 벗어나지 않고, 전술한 바와 같은 커피 제조 기계(10), 제조 방법, 및 관리 및 제어 프로그램(21)에 부품의 수정 및/또는 추가가 이루어질 수 있음이 명백하다.

가능한 실시예에 따르면, 제조 기계(10)는 음료 제조를 위한 모듈식 장치(26)에 탈착 가능한 방식으로 기능적으로 연결될 수 있는 액상 커피 자동 제조 모듈로서 사용될 수 있다(도3).

개별 자동 제조 모듈은 자율적이며, 모듈식 장치(26)가 상이한 음료를 독립적으로 제조할 수 있게 한다.

모듈식 장치(26)는 하나 이상의 자동 제조 모듈이 설치되지 않은 경우에도 기능하도록 구성된다.

본 발명에 따른 제조 기계(10)가 자동 제조 모듈로서 사용되는 경우, 제어 및 명령 유닛(17)은 개별 제조 기계(10)의 기능을 관리한다.

가능한 실시예에 따르면, 모듈식 장치(26)는 개별 제어 및 명령 유닛(17)과 동일한 방식으로 모듈식 장치(26)에 연결된 개별 모듈의 기능을 관리하도록 구성된 글로벌 제어 및 관리 유닛(27)을 포함할 수 있다.

가능한 실시예들에 따르면, 모듈식 장치(26)는 열수 및/또는 증기(28)를 공급하는 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명이 일부 특정 예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 청구항에 설명된 특성, 여기 규정된 보호 범위 내의 모든 특성을 갖는, 많은 다른 동등한 형태의 커피 제조 기계(10), 제조 방법, 및 관리 및 제어 프로그램(21)을 확실히 달성할 수 있음이 명백하다.

10 : 액상 커피 제조 기계 11 : 추출 챔버
12 : 펌프 14 : 가열 장치
15 : 배출 밸브 16 : 센서
17 : 제어 및 명령 유닛 20 : 기능 파라미터
22 : 회로 37 : 사용자 인터페이스
38 : 비선형 수학 모델 39 : 처리 및 필터링 알고리즘
40 : 시스템 변수 42 : 비선형 제어 알고리즘
43 : 액상 커피의 특징 추출 곡선 44 : 명령 신호
45 : 저장 장치

Claims (15)

1. 적어도 제어된 양의 물을 가압 공급하도록 구성된 펌프(12), 상기 펌프(12)에 의해 공급된 물을 가열하도록 구성된 가열 장치(14), 상기 가열 장치(14)의 하류에 위치하고 원하는 양의 커피 분말을 수용하도록 구성된 추출 챔버(11), 및 상기 추출 챔버(11)로부터 배출되는 상기 액상 커피의 배출 흐름을 제어하도록 선택적으로 조절되는, 비례 타입의 배출 밸브(15)를 구비하는 회로(22)를 포함하는 액상 커피 제조 기계로서,
   상기 기계는 상기 회로(22)의 적어도 하나의 기능 파라미터(20)를 검출하도록 구성된 센서(16), 사용자가 복수의 액상 커피 레시피 중 하나를 선택할 수 있는 사용자 인터페이스(37) 및 상기 레시피 중 하나와 각각 연관된 액상 커피의 특징 추출 곡선(43)의 목록을 저장하기 위한 저장 장치(45)를 포함하고,
   상기 센서(16)는 제조 시간동안 반복적으로 상기 회로(22)의 상기 적어도 하나의 기능 파라미터(20)를 검출하도록 구성되고,
   상기 기계는,
   - 상기 회로(22)의 기능을 수학적으로 기술하도록 구성된, 변수와 결합된 비선형 수학 모델(38),
   - 상기 센서(16)에 의해 검출된 상기 적어도 하나의 기능 파라미터(20)를 수신하고, 상기 수학적 모델(38)에 기초하여, 제조 시간동안 반복적으로, 시간 경과에 따른 상기 회로(22)의 거동을 설명하기에 적합한 복수의 시스템 변수(40)를 결정하도록 구성된 처리 및 필터링 알고리즘(39),
   - 제조 시간동안 반복적으로 상기 시스템 변수(40)와 선택된 상기 특성 추출 곡선(43) 사이의 편차를 비교 및 식별하고, 제조 시간동안 반복적으로 배출구에서 적어도 상기 펌프(12), 상기 가열 장치(14) 및 상기 배출 밸브(15)의 명령 신호(44)를 제공하도록 구성된 비선형 제어 알고리즘(42),을
   구현하도록 구성된 제어 및 명령 유닛(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수학적 모델(38)은 검출된 상기 기능 파라미터(20)를 처리하고 상기 시스템 변수(40)를 결정하기에 적합한 신경망(41)을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수학적 모델(38)은 회로(22)의 물리적 현상을 관장하고, 상기 시스템 변수(40)를 결정하는데 사용되는 복수의 제 1 원리 비선형 방정식을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수학적 모델(38)은 상기 시스템 변수들(40)을 서로에 대해 연관시키도록 구성된 복수의 상관관계 맵(19)을 포함하거나 구현하는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 처리 및 필터링 알고리즘(39)은 센서(16)에 의해 검출된 기능 파라미터(20)의 교란 및 불안정성을 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   처리 및 필터링 알고리즘(39)은 "분산점 칼만 필터"를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비선형 제어 알고리즘(42)은 적응형의 모델 예측 제어를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프(12)는 마이크로 기어 타입인 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가열 장치(14)는 급속 타입으로, 원하는 온도에 도달하기까지 3 초 미만, 바람직하게는 2초 미만의 물 가열 시간을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출 밸브(15)는 펄스 폭 변조 로직(PWM)으로 기능하는 밸브인 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출 밸브(15)는 전자기적으로 구동되는 밸브인 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 기계.
12. 회로(22)를 통해 액상 커피를 제조하는 방법으로서,
    펌프(12)에 의해 제어된 양의 물을 가압 공급하는 단계;
    상기 펌프(12)로부터 공급된 물을 가열 장치(14)로 가열하는 단계;
    추출 챔버(11) 내에 원하는 양의 커피 분말을 위치시키는 단계;
    가열된 물이 상기 펌프(12)로부터 상기 추출 챔버를 통과하도록 하는 단계;
    상기 추출 챔버(11)로부터 배출되는 상기 액상 커피의 배출 흐름을 비례 타입의 배출 밸브(15)로, 선택적으로 조정 가능하도록 조정하는 단계;
    센서(16)로 상기 회로(22)의 적어도 하나의 기능 파라미터(20)를 검출하는 단계;
    사용자 인터페이스(37)에 의해 복수의 액상 커피 레시피 중 하나를 선택하는 단계;
    상기 레시피들 중 하나와 각각 연관된 상기 액상 커피의 특징 추출 곡선의 목록을 저장 장치(45)에 저장하는 단계;를 포함하고,
    상기 센서(16)는 제조 시간동안 반복적으로, 상기 회로(22)의 상기 적어도 하나의 기능 파라미터(20)를 검출하고,
    상기 방법은
    -상기 적어도 하나의 기능 파라미터(20)를 수신하고, 처리 및 필터링 알고리즘(39)으로, 제조 시간 동안 반복적으로, 시간 경과에 따른 상기 회로(22)의 거동을 설명하기에 적합한 복수의 시스템 변수(40)를 결정하고, 상기 시스템 변수(40)는 또한 상기 회로(22)의 기능을 수학적으로 기술하도록 구성된, 변수와 결합된 적어도 비선형 수학 모델(38)에 기초하여 결정되는 단계,
    -제조 시간 동안 반복적으로, 비선형 제어 알고리즘(42)으로, 상기 시스템 변수(40)와 선택된 상기 특성 추출 곡선(43) 사이의 편차를 비교 및 식별하는 단계,
    -제조 시간 동안 반복적으로, 배출구에서, 적어도 상기 펌프(12), 상기 가열 장치(14) 및 상기 배출 밸브(15)에서 명령 신호(44)를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 방법.
13. 제 12 항에있어서,
    상기 명령 신호(44)는 상기 수학적 모델(38)의 입구에서 공급되는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 방법.
14. 제 11 항 또는 제 12 항에있어서,
    상기 기능 파라미터는 펌프(12)에 의해 공급된 물의 유량을 포함하고,
    상기 유량은 20Hz와 50Hz 사이에 포함된 샘플링 주파수로 상기 센서(16)에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 방법. .
15. 제 11 항, 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 기능 파라미터는 회로(22)에서 전달되는 물의 온도를 포함하고,
    상기 유량은 5Hz와 10Hz 사이에 포함된 샘플링 주파수로 상기 센서(16)에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 액상 커피 제조 방법.

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