KR20230124437A

KR20230124437A - 종이 커피 캡슐 및 이를 추출하는 머신

Info

Publication number: KR20230124437A
Application number: KR1020220021792A
Authority: KR
Inventors: 이준혁; 윤재준; 이희환
Original assignee: 이준혁; 윤재준; 이희환
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-25

Abstract

본 발명은 분쇄 커피 가루가 충진된 종이로 만들어진 커피 캡슐에 물을 아래에서 위로 상승시켜 커피를 균일하게 침습 추출할 수 있고, 사용 후 재활용(recycle) 또는 생분해 가능한 환경 친화적인 종이 커피 캡슐에 관한 것이다.

Description

종이 커피 캡슐 및 이를 추출하는 머신{Paper coffee capsule and capsule coffee machine for the same}

본 발명은 종이 커피 캡슐 및 커피 머신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분쇄 커피 가루가 충진된 종이로 만들어진 커피 캡슐에 물을 아래에서 위로 상승시켜 커피를 균일하게 침습 추출할 수 있고, 사용 후 재활용(recycle) 또는 생분해 가능한 환경 친화적인 종이 커피 캡슐 및 머신에 관한 것이다.

커피, 녹차, 보리차, 한방차 등의 음료는 현대인들이 매일 마시고 즐기고 있는 음식물이다. 특히, 커피는 보통 성인이 하루에 한잔 이상씩 마시는 음료로서, 에스프레소 머신, 캡슐커피, 핸드드립, 콜드브루 등으로 추출된다.

네스프레소(돌체구스토)의 상표로 상업화된 캡슐커피는 1회용으로, 5g~10g, 또는 25g 정도의 소량의 커피를 용기에 담고, 이를 추출머신의 넣어 고온 고압으로 커피를 추출한다. 캡슐 내에 유지되는, 약 10 ~ 20 바의 고압. 70℃ 이상의 고온 조건으로 수분 내에 커피를 추출함으로서 짧은 시간에 높은 커피 추출 수율과 크레마를 제공하고 있다.

한국등록특허 10-1400596호, 한국 공개특허 10-2018-0108596호 등에 가압과 온수로 커피를 추출하는 캡슐커피가 개시되어 있다. 하지만, 비가압으로 고온, 상온이나 냉수로 뜨거운 커피나 아이스 커피(콜드브루 포함)를 단시간에 추출하는 캡슐커피는 없었다.

또한, 캡슐커피는 고온 고압으로 추출하므로 원두가 가지고 있는 카페인 등의 성분을 다량으로 추출한다는 문제점도 있다.

또한, 캡슐커피는 고온 고압을 통해 커피를 단시간에 추출하므로 추출 효율이 높아 강한 쓴맛, 진한 맛을 제공할 수 있으나, 원두 종류나 블렌딩에 따른 커피 맛과 향을 제공하기는 한계가 있었다.

콜드브루는 아이스아메리카노와 달리, 분쇄 원두에 물을 일정하게 낙하시킴으로써 커피분말로부터 커피를 추출한 것으로 (점적식임) 더치커피라고도 하며, 일반적으로 상온의 물을 이용하여 4 ~ 24시간 정도의 장시간에 걸쳐 추출시킨 커피를 말한다. 또한, 커피 원두를 찬물에 10시간 이상 침지시켜 커피를 우려내는 침지식으로도 콜드브루를 추출하고 있다.

하지만, 기존 콜드브루는 자연낙하 방식이나 장시간 우려내는 방식이어서 장치의 규모도 커질 뿐만 아니라 시간이 너무 많이 걸린다는 단점이 있었다. 이러한 이유로, 콜드브루의 수요가 증가함에도 불구하고 콜드브루 커피를 충분히 공급하기가 어려운 문제가 있었다.

또한, 기존 콜드브루는 장시간에 걸쳐 커피를 추출하므로 카페인이 매우 높고, 추출과정에서 커피가 오염(이물질 유입, 대장균 등 번식)되고, 커피 향이 날아가 제거되는 문제점이 있었다.

핸드드립은 필터 위에 원두를 담은 후 뜨거운 물을 조금씩 소정 시간 동안 반복하여 첨가하여 추출하는 방식이다. 핸드드립은 에스프레소 머신이나 캡슐커피와 달리 압력을 가하지 않고 자연 드립 방식으로 물을 추출하므로 부드러우면서도 깊은 맛을 낼 수 있으나 사용자가 커피에 물을 여러번 부어 추출하므로 번거롭고 10 여분 이상 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.

또한, 캡슐커피는 고온 고압 추출조건을 견뎌야 하므로, 알루미늄 등 내구성이 매우 높은 재질을 사용하고 있으며, 따라서, 캡슐커피에 사용되는 재질들은 생분해되거나 재활용하기가 어려운 실정이다. 결국, 현재 판매되는 캡슐커피는 알루미늄과 플라스틱이 동시에 포함돼 있어 환경오염의 원인이 되고 있다. 이러한 이유로 유럽에서는 의무적으로 캡슐커피를 제조자가 수거하고 있으나, 미수거율이 30~40%에 달해 여전히 환경오염원이 되고 있다. 또한, 캡슐커피에 사용되는 플라스틱은 재활용되기 어려우므로(플라스틱과 알루미늄을 분리하여 배출하지 않아 기존 캡슐커피는 분리수거 안됨) 소각 시에는 다량의 유독가스성분을 방출하여 대기오염을 유발하고, 매립 시에는 수백 년간 분해되지 않은 채 토양과 해양오염을 유발하고 있다.

본 발명은 알루미늄이나 플라스틱을 사용하지 않고 생분해 및 재활용(recycle)이 가능한 친환경 종이 캡슐 커피를 제공하는 것이다.

본 발명은 별도의 압력을 캡슐에 가하지 않으며 고온(70℃ 이상 100℃ 미만), 상온이나 냉수로 커피를 단시간에 추출하는 캡슐을 제공하는 것이다.

본 발명은 콜드브루와 핫 드립 커피(핸드드립)를 하나의 캡슐로서 추출할 수 있는 캡슐을 제공하는 것이다.

본 발명은 기존 콜드브루나 캡슐커피에 비해 카페인 함량이 낮은 커피를 추출할 수 있는 캡슐을 제공하는 것이다.

본 발명은 각각의 원두(또는 블렌딩된 커피가루)가 가지고 있는 커피 맛과 향을 제공할 수 있는 캡슐을 제공하는 것이다.

하나의 양상에서, 본 발명은

내측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 옆지를 감거나 접고, 오버랩된 면이 융착된 하우징(10) ;

상기 하우징 하단에 삽입되어 융착 접합되고, 내측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 밑지(20) ; 및

상기 하우징의 상부를 덮고, 아래측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 덮개(30)를 포함하는 종이 커피 캡슐로서,

상기 종이 커피 캡슐 내부에는 분쇄된 커피 가루가 담기고,

상기 종이 밑지(20) 또는 상기 하우징(10) 하부측은 상기 종이 커피 캡슐로 물을 공급하는 커피 추출 머신에 장착된 물 공급 주사부(272)로 관통 가능하고,

상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측은 상기 커피 추출 머신에 장착된 추출관이나 추출니들(282)로 관통가능하고,

상기 종이 밑지나 하우징 하부측을 관통한 상기 물공급 주사부(272)로부터 상기 하우징 하부로 물이 공급되면, 물은 하우징 하부에서 상부로 상승하면서 커피 가루로부터 커피액을 추출하고, 추출된 커피액은 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통된 추출니들(282)을 통해 상기 캡슐 외부로 배출되는 종이 커피 캡슐에 관한 것이다.

본 발명은 머신의 하우징을 형성하는 본체(210) ;

본체 내부에 탈부착이 가능한 물 저장부(220) ;

상기 본체 내부에 위치하고, 상기 물 저장부(220)로부터 물을 끌어와 소정 속도로 공급하는 모터(230) ;

상기 본체 내부에 위치하고, 상기 모터로부터 이송받은 물을 소정 온도로 가열하는 히팅부(240) ;

상기 본체 내부, 본체 상면 또는 측면에 위치하고, 종이 커피 캡슐(100)이 장착되는 캡슐거치대(260) ;

상기 캡슐 거치대(260)의 하부나 측면에 위치하고, 하나 이상의 물 공급 주사부(272)를 구비하여 상기 캡슐커피 거치대에 장착된 상기 종이 커피 캡슐의 종이 밑지나 상기 하우징 하부측을 관통하고, 상기 모터로부터 물을 공급받아 상기 종이 캡슐 하부로 물을 주입하는 물 공급부(270) ; 및

상기 캡슐 거치대(260)의 상부나 측면에 위치하고, 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통가능한 추출관이나 추출니들(282)을 구비하여 상기 종이 캡슐 하단에서 상단으로 추출되는 커피액을 수용하여 외부로 배출하는 커피 추출부(280)를 포함하는 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 종이 커피 캡슐(100) ; 및

상기 종이 커피 캡슐이 장착되는 캡슐커피 추출 머신을 포함하는 종이 커피 캡슐 추출 시스템으로서,

상기 캡슐커피 추출머신은

머신의 하우징을 형성하는 본체(210) ;

본체 내부에 탈부착이 가능한 물 저장부(220) ;

상기 캡슐 거치대(260)의 상부나 측면에 위치하고, 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통가능한 추출관이나 추출니들(282)을 구비하여 상기 종이 캡슐 하단에서 상단으로 추출되는 커피액을 수용하여 외부로 배출하는 커피 추출부(280)를 포함하는 종이 커피 캡슐 추출 시스템에 관한 것이다.

본원발명의 종이 커피 캡슐은 친환경 코팅제가 코팅된 친환경 제지를 사용하므로, 소비자는 커피 추출 후 종이 캡슐 내부에 잔류하는 커피 가루를 씻어 낸 후 기타 종이들과 함께 분리 배출할 수 있으며(쓰레기 봉투에 버리지 않아도 됨), 또한, 소비자가 분리 배출하지 않는 경우라도 커피가루와 함께 매립되는 경우 자연상태에서 6개월 이내에 생분해가 가능하고, 소각시에도 기존 플라스틱류에 비해 유독가스 발생량이 현저히 적어 대기오염을 거의 유발하지 않는다.

본원발명의 종이 커피 캡슐은 별도의 접착제 없이 종이 일면 또는 양면에 코팅된 친환경 코팅제를 이용하여 종이를 접어 접착할 수 있으며, 별도의 플라스틱 사출물을 이용하지 않으므로 친환경적이면서 공정 편리성 및 경제성 등의 면에서도 기존 캡슐커피에 비해 우수하다.

종래 커피 캡슐은 10bar 이상의 압력의 물(온도 80~90℃)을 캡슐 상단에서 주입하여 캡슐 하단으로 커피를 추출하고 있으나, 본원발명의 종이 커피 캡슐은 별도의 가압력없이 약 2분~20분 동안 모터로 캡슐 하단에서부터 상부로 물을 천천히 상승시켜(예를 들면, 0.025㎖/s ~ 3ml/s) 캡슐 내의 커피를 균일하게 침습 추출하는 방식이어서 100% 종이로 커피 캡슐을 구현할 수 있다.

최근 돌체구스토에서 콜드브루 캡슐 커피를 출시하였으나(2020. 5월), 고압과 찬물로 수초 이내로 추출하는 경우 커피 성분이 잘 용해되지 않아 제대로 된 커피 맛을 구현하기가 어려웠고, 이러한 문제를 해결하기 위해, 돌체구스토 캡슐에는 치커리 21%(나머지 79% 커피 분말)를 첨가하여 판매하고 있고,

한편, 찬물(또는 상온의 물)로 커피를 추출하는 콜드브루는 자연낙하 방식을 통해 물이 커피 그레인에 흡수된 후 방출되어 추출되므로 장치의 규모도 커질 뿐만 아니라 시간이 너무 많이 걸린다는 단점이 있었으며(장시간으로 인해, 카페인 함량 증가, 오염 물질 혼입 문제 및 대량생산이 불가능하다),

또한, 소비자가 종이 거름망에 커피를 담은 후 뜨거운 물을 부어 커피를 내리는 드립 커피 방식이 있으나, 드립 커피는 5분에서 10분 정도 추출하는 시간에 소비자가 직접 수회에 걸쳐 물을 반복하여 주입하여야 하는 등 추출과정을 지켜보아야 하는 번거러움이 있고, 더 나아가 중력으로 인해 물이 커피 입자들 사이에 체류하는 시간이 짧고 물길이 한쪽으로 치우치는 등 균일하고 진한 커피를 추출하기에 구조적으로 한계가 있었으나,

본원발명의 종이 커피 캡슐은 물을 하부에서 상부로 느리게 상승시킴에 따라 (위에서 아래로 공급되면 중력의 영향을 받아 물이 내려가는 경로가 정해져(물길이 생김) 캡슐 내의 커피가루를 골고루 침습할 수 없음), 별도의 고압을 캡슐에 가하지 않으면서, 드립커피에서의 뜸들이는 과정 없이도 또한, 찬물(상온)로 커피를 추출하여도 (수분 동안 천천히 상승하면서) 캡슐내에서 커피를 균일하게 침습시킬 수 있으므로 높은 농도와 맛의 균일성을 확보할 수 있다.

즉, 본원발명의 종이 커피 캡슐은 챔버 하부에서 상부로 물이 (매우 느린 속도로) 이동하는 과정에서 물 입자에 작용하는 상승력(모터에 의한 상승압), 중력에 의한 낙하력(하강압) 및 인근의 커피(음료) 입자 사이로 물이 침투하는 모세관힘 등으로 인해 (물이 상승 이동하면서) 커피 가루와의 접촉 면적, 침습 시간을 높일 수 있으므로 찬물과 비가압으로 (뜸들임 과정 없이) 맛있는 커피를 제공할 수 있다.

본 발명의 커피(음료) 캡슐(1분~20분 추출)은 기존 콜드브루(10시간~24시간 추출)에 비해서는 100배 이상 추출시간을 단축시켜 카페인 함량도 5배 이상 줄였으며, 캡슐커피나 에스프레소 머신으로 추출된 아이스 아메리카노에 비해서도 2~3배 정도 카페인 함량을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 캡슐은 고온(70~100℃미만)의 물을 공급하여 커피를 추출할 수 있으므로 기존 핸드드립 커피의 문제점(번거롭고 맛의 균일성이 떨어짐)을 해결할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 리사이클링(또는 생분해)이 가능한 종이로 제조되어 기존 캡슐커피의 환경문제를 완전히 해결할 수 있고, 추출방식이 완전히 다른 콜드브루와 핫 브루(핸드드립)를 하나의 캡슐로 선택적으로 추출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일구현예인 종이 커피 캡슐의 개념도이다.
도 2는 도 1의 제조 과정을 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 종이캡슐로부터 커피를 추출하는 과정을 보여준다.
도 4는 제 2 종이 필터가 접착된 하우징을 도시한 것이다.
도 5는 제 2 종이 필터 접착 방법을 도시한 것이다.
도 6은 차단벽이 삽입된 하우징을 도시한 것이다.
도 7과 도 8은 종이 커피 캡슐이 장착되는 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)의 개념도이다.
도 9는 도 7의 추출머신(200)의 블록도이다.
도 10과 도 11은 다른 구현예인 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)의 개념도이다.
도 12은 도 4의 종이캡슐로부터 커피를 추출하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 13은 하우징 측면 하부로 주사부를 관통하여 커피를 추출하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 14은 하우징 측면 하부로 물이 공급되고, 하우징 측면 상부로 커피가 배출되는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 15 내지 도 17은 커피 추출부(280)의 일 예를 도시한 것이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 태양을 도면을 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는 하기 실시 태양에 대한 설명 또는 도면에 제한되지 아니한다. 즉, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일구현예인 종이 커피 캡슐의 개념도이고, 도 2는 도 1의 제조 과정을 도시한 것이고, 도 3은 도 1의 종이캡슐로부터 커피를 추출하는 과정을 보여주고, 도 4는 제 2 종이 필터가 접착된 하우징을 도시한 것이고, 도 5는 제 2 종이 필터 접착 방법을 도시한 것이고, 도 6은 차단벽이 삽입된 하우징을 도시한 것이고, 도 7과 도 8은 종이 커피 캡슐이 장착되는 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)의 개념도이고, 도 9는 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)의 블록도이고, 도 10과 도 11은 다른 구현예인 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)의 개념도이고, 도 12은 도 4의 종이캡슐로부터 커피를 추출하는 과정을 보여주는 개념도이고, 도 13은 하우징 측면 하부로 주사부를 관통하여 커피를 추출하는 과정을 보여주는 개념도이고, 도 14은 하우징 측면 하부로 물이 공급되고, 하우징 측면 상부로 커피가 배출되는 과정을 보여주는 개념도이고, 도 15 내지 도 17은 커피 추출부(280)의 일 예를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 종이 음료 캡슐 또는 종이 커피 캡슐은 종이 하우징(10), 종이 밑지(20) 및 종이 덮개(30)를 구비한다. 본 발명의 종이 커피 캡슐은 종이 필터(32, 40) 및 차단벽(50)을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 종이 음료 캡슐 또는 종이 커피 캡슐을 형성하는 모든 구성요소(하우징(10)~차단벽(50) 등)가 종이 재질이다.

본 발명의 캡슐에 사용되는 종이는 컵원지(표백 화학펄프 100%로 제조된 판지)일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 캡슐에 사용되는 종이는 100 내지 400g/㎡, 150 내지 400g/㎡ 평량일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.

상기 종이의 일면 또는 양면에는 배리어(barrier)층(도면 미표시)이 형성된다. 예를 들면, 상기 배리어층은 5 내지 100g/㎡ 함량으로 종이에 코팅될 수 있으나 반드시 상기 함량에 제한되지 않는다.

상기 배리어층은 PE층, 생분해 코팅제층 또는 재활용(Recycle) 가능한 친환경 코팅제층(이하, 친환경 코팅제층)일 수 있으며, 바람직하게는 생분해 코팅제층 또는 친환경 코팅제층, 가장 바람직하게는 친환경 코팅제층일 수 있다.

본 발명의 종이 캡슐은 폴리에틸렌(PE)이 코팅되거나 라미네이팅된 종이의 사용을 배제하지 않는다. 폴리에틸렌이 코팅된 종이 캡슐은 다른 종이류(신문, 판지, 책 등)와 함께 분리수거되지 못하지만(현재의 분리수거 시스템), 추후 PE 코팅된 종이류만을 별도로 수거하는 경우 분리수거후 PE로부터 종이를 분리하여 펄프류의 회수가 가능하다.

또한, PE 코팅된 종이는 기존 플라스틱과 알루미늄으로 이루어진 캡슐커피에 비해 별도 분리수거와 재활용 시스템을 갖추기가 쉽고, 매립이나 소각시 상대적으로 환경오염을 덜 유발시킬 수 있다.

또한, PE 코팅된 종이(친환경 코팅제, 생분해성 코팅제가 코팅된 경우도 동일함)는 금형 제작, 플라스틱 사출 과정이 필요 없으며, 더 나아가 사출 과정을 통해 생산할 수 있는 플라스틱 캡슐(10초에 1개 정도 생산)에 비해 생산 속도(종이 캡슐은 초당 1개 내지 2개 정도 생산 가능)가 10배 이상 빠르다.

상기 생분해성 코팅제층은 컵원지에 코팅가능하고, 종이컵으로서 사용가능한 물성(내수성, 무독성, 내열성, 열봉합성, 생분해성)을 가진 공지된 생분해성 종이 코팅제가 코팅한 층이다.

본 발명은 공지되고 시판되는 생분해성 종이 코팅제가 코팅된 종이(컵원지)를 구매하여 사용할 수 있다.

공지된 생분해성 종이 코팅제 또는 이를 포함하는 종이는 한국 등록특허 10-2140079, 10-2023160호를 참고하거나 무림제지의 친환경 종이원지 를 구매하여 사용할 수 있다.

상기 친환경 코팅제층은 공지된 친환경 코팅제가 종이에 코팅되거나 형성된 층이다.

상기 친환경 코팅제층은 종이컵으로서 사용가능한 물성(내수성, 무독성, 내열성, 열봉합성, 생분해성)을 가진 공지된 친환경 종이 코팅제가 코팅한 층이다.

예를 들면, 상기 친환경 코팅제는 내수성 및 열봉함성(열접착성)이 우수하고, 식품 포장제지 및 종이컵용으로서 인체에 무해하며, 제지 원료로서 리사이클링 가능하고, 자연분해성도 가지고 있는 제품이면 제한없이 사용될 수 있다.

예를 들면, 상기 친환경 코팅제는 한국 공개 10-2020-0115936호, 한국 등록 10-1752340호을 참고할 수 있다. 본 발명의 친환경 코팅제가 형성된 종이로는 ㈜리페이퍼, ㈜한솔제지, ㈜한국제지 및 ㈜무림제지에서 제조판매하는 친환경 코팅제가 형성된 컵원지를 사용할 수 있다. 또한, 상기 친환경 코팅제로 리페이퍼, 바스프 등에서 생산 판매하는 공지된 친환경 코팅제를 사용할 수 있다.

본 발명의 종이 음료 캡슐 또는 종이 커피 캡슐은 분쇄된 커피가루 뿐만 아니라 분쇄된 음료 가루(차 가루, 한방차 가루 등 사람이 마실 수 있는 음료를 추출할 수 있는 고체 가루를 모두 지칭하는 용어임)를 담고, 여기에 물을 주입하여 커피 또는 음료를 추출하는 캡슐이다. 즉, 본 발명의 종이 캡슐은 내부에 담겨지는 내용물이 분쇄 커피 가루뿐만 아니라 음료 가루도 포함할 수 있다(이하에서는 편의상 종이 커피 캡슐로 지칭한다).

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 종이 커피(음료) 캡슐의 하우징은 직경(내경)이 2~30㎝, 2~20㎝, 2~15㎝, 2~10㎝, 2~7㎝, 2~5㎝, 높이가 2~45㎝, 2~35㎝, 3~25㎝, 3~20㎝, 3~15㎝, 3~10㎝이고, 분쇄된 커피를 5~1000g, 5~500g, 5~400g, 5~300g, 5~200g, 5~100g, 5~75g, 5~50g, 5~30g, 5~20g, 5~15g, 5~13g. 5~12g, 5~11g, 5~10g 정도 담을 수 있다.

분쇄 커피가 담겨지는 상기 하우징의 부피가 10~5000㎖, 20~3000㎖, 20~1500㎖, 25~1000㎖, 25~750㎖, 25~500㎖, 25~385㎖, 25~200ml, 25~150ml, 25~100ml 일 수 있다.

본 발명의 종이 커피 캡슐은 1회용일 수 있다.

본 발명의 종이 커피 캡슐은 1 인용 분량 또는 다인(2인용 이상)용 분량을 추출할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 종이 커피 캡슐은 1회 추출시 30ml~5000ml의 커피를 추출할 수 있다.

본 발명의 커피 캡슐은 뜨거운 커피(hot brew)와 아이스 커피를 모두 추출하는데 사용될 수 있다.

뜨거운 커피(핫 브루)는 70~100℃ 미만의 온도로 커피를 추출하는 방식으로 핸드드립 커피나 에스프레소 머신 방식이 있고, 아이스 커피에는 뜨겁게 추출된 커피에 얼음을 타서 차게 마시는 아이스 아메리카노, 아이스라떼뿐만 아니라 찬물로 장시간 추출하는 콜드브루 등이 있다. 아이스 커피는 추출 방식과 무관하게 차게(COLD) 마시는 커피를 모두 지칭한다.

본 발명에서의 사용되는 용어인 커피 캡슐은 뜨거운 커피뿐만 아니라 아이스 커피를 추출할 수 있다.

본 발명의 커피 캡슐은 종래 캡슐커피머신이나 에스프레소 머신과 달리 고압(2~20bar(보통 8~20bar))을 가하지 않고 고온, 상온 또는 찬물(상온 미만)로 커피를 추출하는 캡슐이다.

본 발명의 커피 캡슐은 내부에 고온(70~100℃), 냉수나 상온의 물을 모터로 주입하되 물이 압축되지 않고(기존 캡슐 커피는 출구측 저항으로 유입된 물이 압축되고, 이러한 압축력으로 커피를 추출함) 매우 느리게(예를 들면, 0.025㎖/s ~ 5ml/s, 0.025㎖/s ~ 3ml/s) 소량으로 물을 주입하여 추출을 진행한다.

본 발명에서 사용되는 용어인 비가압은 펌프를 이용하여 캡슐에 별도의 가압(예를 들면 1bar 초과하여 물을 압축)을 하는 것이 아니라, 캡슐 내부에 물의 압축 없이 물을 공급하여(덮개에 유출홀(31)이 존재하므로 물의 압축이 발생되지 않는다) 커피를 추출하는 방식을 의미한다.

상기 하우징(10)은 상하부가 통공되고, 내부에 소량의 분쇄 커피 가루가 충진 가능하다.

상기 하우징(10)은 내측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 옆지를 감고, 오버랩된 면(13)을 융착하여 제조된다.

상기 하우징(10)은 기둥형상, 컵 형상(하단보다 상단 단면이 큰 원기둥)이나 그 반대 형상(상단보다 하단 단면이 큰 원기둥)일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 원기둥, 사각 기둥, 육각 기둥, 팔각 기둥, 컵 형상, 뒤집어진 컵 형상 등일 수 있다.

상기 하우징(종이 옆지)의 하단에는 물 유입홀(11)과 커피 유출홀(12)이 각각 형성될 수 있다.

도 2를 참고하면, 내측에 배리어층(도면 미표시)이 코팅된 옆지를 특정 형상(도 2에서는 직사각형, 컵 형상인 경우에는 부채꼴)으로 절단하고, 이를 금속(금형틀, 지그)에 감고, 오버랩되는 면(겹쳐지는 면)(13)에 열실링기(또는 초음파 실링기)를 사용하여 접착할 수 있다.

상기 배리어층은 고온의 열이나 초음파에 의해 녹아 접착될 수 있으므로 별도의 접착제 없이도 상기 하우징 구조를 형성할 수 있다.

상기 종이 밑지(20)는 상기 하우징의 하부를 막아주고, 그 위에 분쇄커피 가루가 충진될 수 있다.

상기 종이 밑지(20)는 공지된 종이컵 밑지를 제조하는 공지된 방법으로 제조가능하다.

예를 들면, 도 2를 참고하면, 원기둥 형상(바닥층의 a와 직경이 동일)의 지그로 상기 하우징 하단으로 종이 밑지(20a+20b)를 삽입하고, 삽입하는 과정에서 테두리부(b)가 아래방향으로 접혀진다. 여기에 하우징 하단을 내측으로 접어 열 압착하면 바닥층(20)을 하우징 하부에 결합할 수 있다.

상기 종이 밑지(20)의 상면에 상기 배리어층이 코팅될 수 있다.

상기 종이 밑지(20)와 상기 하우징(10) 하부측은 물 공급 주사부(272)로 관통 가능하다. 상기 물 공급 주사부(272)는 본 발명의 종이 커피 캡슐이 장착되는 커피 추출 머신(200)에 설치된다.

상기 종이 밑지(20) 또는 상기 하우징(10) 하부측은 선단이 침상인 상기 주사부(272)로 찢어져 관통될 수 있다. 상기 주사부(272) 내부는 물이 흐를 수 있는 구조이다.

또한, 도 4를 참고하면, 상기 하우징(10) 하부측은 유입홀(11)이 추가로 형성되고, 상기 유입홀에 상기 주사부가 삽입되거나 홀 둘레에 밀착될 수 있다. 상기 종이 밑지(바람직하게는 중앙)에 유입홀이 추가로 형성될 수 있다(도면 미표시).

상기 하우징 하단에 상기 종이 밑지(20)가 접착된 후, 분쇄가루가 상기 하우징 내부에 소정량이 충진되며. 이후에 상기 종이 덮개(30)가 하우징 상단에 접착될 수 있다.

상기 종이 덮개(30)는 하우징 상단을 덮어 내부에 충진된 커피(음료) 가루가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측은 상기 커피 추출 머신에 장착된 추출관이나 추출니들(282)로 관통될 수 있다.

또한, 상기 종이 덮개(30)와 하우징 상부측은 추출된 커피액이 배출되는 하나 이상의 유출홀(31, 12)이 형성될 수 있다.

상기 유출홀(31, 12)은 홀이나 슬릿일 수 있다. 상기 유출홀(31)은 도 1 과 같이 소정 크기, 예를 들면 직경이 2~15mm, 3~12mm, 4~12mm, 4~10mm인 홀일 수 있다.

상기 유출홀이 1~5개 정도 형성될 수 있다.

한편, 커피 가루가 투과하지 못할 정도의 미세 홀(예를 들면, 1~100㎛)이 다수개 상기 덮개를 관통하여 형성될 수 있다.

상기 유출홀(31)이 커피 가루가 투과할 정도의 크기인 경우 상기 종이 커피 캡슐은 상기 유출홀(31)을 커버하는 제 1 종이 필터(32)를 구비할 수 있다. 상기 종이 필터는 공지된 거름종이나 시판되는 종이 필터일 수 있다.

상기 제 1 종이 필터(32)는 커피액을 통과시키지만, 커피 가루가 상기 유출홀을 통해 덮개 상부로 토출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제 1 종이 필터(32)는 도 1 내지 3과 같이, 상기 덮개 내측에 부착될 수 있으며, 상기 덮개 외측면의 유출홀(31) 상면에 부착될 수 있다. 상기 제 1 종이 필터(32)의 크기에 대해 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 다만, 상기 유출홀을 충분히 덮을 수 있는 크기이면 된다.

또한, 도 14를 참고하면, 상기 제 1 종이 필터(32)는 상기 종이 덮개(30)와 소정 간격으로 이격되어 아래측에 부착될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 종이 필터(32)는 상기 종이 덮개보다 3~5mm 아래에 위치되고, 제 1 종이 필터의 측면 테두리가 상기 하우징(종이 옆지)에 융착되어 접합되거나 덮개와 하우징의 컬링 부분 사이에 삽입되어 융착될 수 있다.

예를 들면, 도 2를 참고하면, 덮개(30) 상에 동일 크기 또는 직경이 작은 종이필터를 올려 놓은 후 종이 필터의 테두리 외곽영역이 부착되도록 지그로 눌러주면서 열을 가하면(열이나 고주파, 초음파) 덮개 내측에 코팅된 배리어층으로 상기 제 1 필터(32) 테두리 부분이 융착될 수 있다. 이어서, 상단이 컬링 처리된 하우징 위에 제 1 필터가 부착된 덮개(30)를 위치시킨 후 컬링된 부위와 덮개 상면 테두리 부분을 열(초음파도 가능) 융착하여 덮개를 하우징에 부착시킬 수 있다.

도 3을 참고하면, 상기 종이 캡슐이 커피 추출 머신의 캡슐 거치대에 삽입되면 물 공급 주사부(272)가 종이 캡슐의 상기 바닥층(20)을 관통하고, 상기 종이 밑지를 관통한 물 공급 주사 바늘로부터 상기 하우징 하부로 물이 공급되면, 물은 하우징 하부에서부터 상승하면서 커피가루로부터 커피액을 추출하고, 추출된 커피액은 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통된 추출니들(282)을 통해 상기 캡슐 외부로 배출될 수 있다. 또한, 앞에서 상술한 바와 같이, 추출된 커피액은 상기 덮개(30)에 위치하는 유출홀(31)을 통해 상기 추출관이나 니들을 통해 캡슐 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 종이 커피 캡슐은 하우징 하부에서 상부로 물이 느리게 상승하면서(예를 들면, 100ml~300ml의 물을 2분~20분에 걸쳐 공급) 커피 가루에 물이 스며들어(침습) 추출하고(상승 침습 추출, Rising permeate brew 또는 Rising Brew), 추출된 커피액은 상부의 유출홀(31)을 통해 외부로 배출된다.

종래 커피 캡슐은 10bar 이상의 압력의 물(온도 80~90℃)을 캡슐 상단에서 주입하여 캡슐 하단으로 커피를 추출하거나, 압력을 가하지 않더라도 고온의 물을 캡슐 내로 빠르게 주입 및 혼합하는 방식이므로 본 발명에 사용된 종이 재질로는 압력이나 유속에 의한 충격을 견딜 수 없다.

반면, 본원 발명의 종이 커피 캡슐은 캡슐 내에 압력이 가해지지 않으며, 2분 내지 20분(바람지하게는 2분 10분)에 걸쳐 물을 천천히 주입하므로 캡슐 내에 가해지는 충격량이 매우 작아 알루미늄이나 플라스틱없이 100% 종이로도 변형없이 캡슐 형상을 유지할 수 있다.

또한, 종래 캡슐 커피는 캡슐 상부에서 하부로 뜨거운 물을 주입하여 순간적으로 10bar 이상의 압력을 형성하고, 캡슐 내부 압력이 설정압력에 도달하면 캡슐 하단의 알루미늄 호일에 홀이 생겨 커피가 배출되는 구조이다. 따라서, 이러한 고온 가압식 캡슐커피는 캡슐 내에 찬물을 넣고 이를 압축하면 뜨거운 물을 넣고 압축하는 것에 비해 압력을 올리기가 더 어렵고, 물의 온도가 낮으면 커피 추출력이 현저히 감소하여 커피 맛이 떨어지는 문제점이 있었다.

찬물(또는 상온의 물)로 커피를 추출하는 콜드브루는 10시간 정도 자연낙하 방식을 통해 추출되고(시간이 매우 많이 걸림), 드립 커피는 뜨거운 물을 부어 자연 낙하방식으로 추출하는데, 한 번에 물을 부으면 중력으로 물이 곧바로 배출되어 커피 추출이 어려워 수 회에 걸쳐 물을 조금씩 반복하여 주입하여야 하는 등 균일하고 진한 커피를 추출하기에 구조적으로 한계가 있었다.

반면, 본원발명의 종이 커피 캡슐은 하단에서 상부로 천천히 물을 상승시키면서 물 입자에 작용하는 상승력(모터에 의한 상승압), 중력에 의한 낙하력(하강압) 및 인근의 커피(음료) 입자 사이로 물이 침투하는 모세관힘 등으로 인해 (물이 상승 이동하면서) 커피 가루와의 접촉 면적, 침습 시간을 높일 수 있으므로 뜨거운 물 뿐만 아니라 찬물과 비가압으로도 맛있는 커피를 추출할 수 있다.

상기 종이 커피 캡슐은 상기 종이 밑지(20) 위에 제 2 종이 필터(40)를 구비할 수 있다.

상기 제 2 종이 필터(40)는 상기 종이 밑지(20) 상에 접촉하여 위치할 수 있다.

또한, 도 4를 참고하면, 상기 제 2 종이 필터(40)는 상기 종이 밑지(30) 상에 소정 높이로 이격되어 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 종이 필터와 상기 바닥층 사이 간격은 1mm~20mm, 바람직하게는 2~10mm 일 수 있다.

상기 제 2 종이 필터(40) 상에 커피가 충진될 수 있다.

상기 제 2 종이 필터(40)가 소정 간격 이격되어 상기 바닥층 상에 형성되는 경우, 물 공급 주사부(272)가 종이 캡슐의 상기 바닥층(30)을 관통하되, 상기 물 공급 주사바늘(A)의 상단은 상기 제 2 종이 필터(40)의 아래에 위치할 수 있다.

도 5를 참고하면, 상기 제 2 종이 필터는 상기 바닥층 위에 하기 공정으로 부착할 수 있다.

먼저, 원기둥 형상(하우징 내경과 직경이 동일)의 지그로 제 2 종이필터(40)(40a+40b)를 하우징 하단에 삽입하고, 삽입하는 과정에서 테두리부(40b)가 아래방향으로 접혀진다. 여기에 테두리부(40b)에 접하는 지그에 열(또는 초음파)을 가하여 하우징 내측에 코팅된 배리어층으로 상기 제 2 필터의 테두리부를 부착할 수 있다(도 5a).

다음으로, 원기둥 형상(하우징 내경과 직경 동일, 위에서 사용된 지그 사용)의 지그로 상기 하우징 하단으로 바닥층(밑지)(20a+20b)를 삽입하고, 삽입하는 과정에서 테두리부(20b)가 아래방향으로 접혀진다(도 5b). 여기에 열(초음파)을 가하여 20b를 하우징(옆지) 내측에 접착한다(5c). 이어서, 하우징 하단을 내측으로 접어 열 압착하면 제 2 종이필터(40)와 상기 바닥층(20)을 하우징 하부에 공고히 결합할 수 있다(도 5d).

상기 제 2 종이 필터(40)는 공급되는 주사 바늘 표면의 오염물질 및 종이가 찢어져 생긴 관통부위에서 발생되는 이물질을 하우징 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 바닥층으로 물이 주입되면 바닥층(20)과 상기 제 2 종이 필터 사이의 공간이 먼저 채워진다. 물이 계속 주입되면, 물은 (거의) 수평을 유지하면서 제 2 종이 필터 위의 커피가 채워진 하우징 내부를 일정한 속도로 상승할 수 있다. 즉, 상기 제 2 종이 필터는 커피 가루들의 엉김 정도나 밀집도, 크기 등에 의해 물이 특정 부위(엉김 정도가 덜한 부위)로 불균일 상승하면서 발생되는 불균일한 침습 문제를 해결할 수 있다.

도 6을 참고하면, 상기 종이 캡슐은 상기 하우징 내부와 상기 종이 밑지(30) 또는 상기 제 2 필터 상부에 위치하며, 상기 캡슐의 내부를 복수개로 구획하는 종이 차단벽(50)을 구비할 수 있다.

상기 종이 차단벽(50)의 양면에는 상기 배리어층이 형성된다.

상기 종이 차단벽(50)은 하우징 내부에 하나 이상 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 종이 차단벽(50)이 1~10개, 바람직하게는 1~5개 설치될 수 있다.

상기 종이 차단벽(50)은 수직판상일 수 있다.

도 6을 참고하면, 종이 차단벽(50)은 하우징 내부를 두 개의 챔버(51)로 구획할 수 있다. 상기 챔버는 단면이 하우징 전체 단면에 비해 2배에서 20배 (바람직하게는 2배에서 6배)이상 작고, 차단벽을 통해 물이 측면(인접 챔버)으로 이동하는 것을 차단하여 각 챔버별로 물의 상승 속도나 커피 침습 속도를 균일하게 유지할 수 있다.

상기 종이 차단벽이 하우징 내부에 설치되는 경우, 각 챔버에 대응되는 상기 덮개나 상기 하우징에 유출부(31, 12)가 형성될 수 있다. 즉, 도 6의 경우, 상기 덮개에 유출부(31)가 각 챔버 상단에 하나씩 총 두 개가 형성될 수 있다.

상기 종이 커피 캡슐은 각 챔버 하부로 물을 동시에 공급하되, 챔버별로 물을 상승시키면서 각 챔버에 형성된 유출부(31, 12)를 통해 커피를 추출할 수 있다.

상기 종이 차단벽(50)의 가로길이는 상기 하우징 내경과 동일하거나 미세하게(예를 들면, 1~2mm) 작고, 종이 차단벽의 높이(세로)는 상기 하우징의 높이와 동일하다.

상기 종이 커피 캡슐(100)은 본 발명의 커피 추출머신(비가압 상승식 커피 추출 머신)(200)으로 추출될 수 있다.

상기 비가압 상승식 커피 추출머신(200)은 모터로 물을 캡슐에 공급하되, 캡슐에 공급되는 물을 압축하지 않고 캡슐 하부에서 상부로 물을 상승 주입할 수 있는 추출장치이다.

상기 비가압 상승식 커피 추출머신(200)은 시판되고 있는 고온고압 방식의 캡슐커피를 추출할 수 없고, 본 발명의 종이 커피 캡슐에만 적용될 수 있다. 시판되는 캡슐커피는 고온 고압 추출방식의 네스프레소, 돌체구스토, 일리 등의 캡슐과 고온의 물과 고압 스팀을 사용하는 큐리그 캡슐커피가 있다.

도 7 내지 도 17을 참고하면, 상기 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)은 본체(210), 물저장부(220), 모터(230), 히팅부(240), 온도센서(250), 캡슐거치대(260), 물 공급부(270) 및 커피 추출부(280)를 포함할 수 있다.

상기 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신(200)은 제어부(290) 및 디스플레이부(도면 미표시)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 본체(210)는 상기 물저장부(220)~제어부(290)가 장착되는 구조물이다. 상기 본체는 플라스틱 사출물과 금속 성형을 통해 특정 형상으로 제조될 수 있다.

도 7 내지 도 17을 참고하면, 물은 상기 물 저장부(220), 모터(230), 히팅부(240) 및 물 공급부(270)를 통해 상기 종이 커피 캡슐(100)의 하단으로 공급될 수 있다.

상기 히팅부(240)는 공지된 히터를 사용할 수 있다. 또한, 상기 히팅부(240)는 히팅블록(241)과 히터(242)로 제조될 수 있다.

상기 히팅블록에는 히터(242)가 삽입되고, 물 공급 배관이 내부를 관통하여 통과한다.

상기 히팅블록 내에 삽입된 상기 히터(242)에 전기가 가해지면 발생된 열이 히팅블록을 통해 물 공급 배관에 전달될수 있다.

상기 히팅부(240)는 물이 히팅블록을 통과하는 수초(예를 들면, 2~10초, 바람직하게는 2~5초 이내) 동안 90℃ 정도까지 온도를 상승시킬 수 있다.

본 발명의 커피 머신은 공지된 냉각부(245)를 추가로 포함할 수 있고, 상기 냉각부는 냉각팬(도면 미표시), 냉각블록(2451), 및 열전소자(2452)를 포함할 수 있다.

물 공급 배관이 열전소자에 의한 냉각된 냉각블록을 통과하면서 배관내의 물 온도를 떨어뜨릴 수 있다. 상기 냉각부는 물의 온도를 상온에서 4℃, 바람직하게는 10℃ 정도까지 낮출 수 있다.

상기 히팅블록과 냉각블록은 알루미늄, 구리 또는 스테인레스로 제조될 수 있다.

도 7 내지 도 17을 참고하면, 상기 캡슐거치대(260)에 상기 종이 커피 캡슐(100)이 위치될 수 있다. 상기 캡슐거치대의 구조나 형상에 대해서 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 캡술거치대는 고정된 구조의 거치대(도 7 내지 도 9)일 수 있으며, 슬라이딩부(262)를 구비하는 거치대(도 10, 도 11)일 수 있다.

상기 캡슐 거치대(260)의 하단 또는 측면측에 물 공급부(270)가 설치될 수 있다.

도 7내 도 9를 참고하면, 상기 물 공급부(270)는 캡슐 거치대 하부에 위치하는 고정부(271), 상기 고정부에 하나 이상 설치된 주사부(272) 및 상기 고정부에 물을 공급하는 배관(273)을 포함할 수 있다.

도 10과 도 11을 참고하면, 상기 물 공급부(270)는 물을 공급하는 배관(273), 상기 배관과 결합된 주사부(272)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 주사부(272)는 선단은 침상이고, 하부측으로 내려갈수록 단면이 넓어지는 구조일 수 있다. 또한, 상기 주사부(272)는 관형상일 수 있다.

상기 주사부(272)의 내부는 물이 이동할 수 있는 구조이다.

도 7 내지 도 9를 참고하면, 상기 캡슐 거치대에 종이 캡슐을 삽입한 후 아래로 눌러주면(수동 또는 자동 모두 가능) 상기 주사부(272)가 상기 종이 캡슐의 종이 밑지(20)를 관통할 수 있다.

상기 주사부(272)가 침상 구조일 경우, 상기 밑지나 하우징 하부를 찢어 관통할 수 있고, 상기 주사부가 관 구조일 경우 하우징 하부나 밑지에 형성된 유입홀에 삽입 관통될 수 있다.

도 7 내지 도 17을 참고하면, 상기 커피 추출부(280)는 상기 캡슐 거치대(260)의 상부나 측면에 위치할 수 있다.

상기 커피 추출부는 선단이 침상인 추출니들(281)을 구비하여 상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측을 관통할 수 있다.

상기 커피 추출부는 추출관을 구비하여 상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측에 형성된 유출홀(31, 12)에 삽입되거나 상기 유출홀 둘레에 밀착될 수 있다.

상기 커피 추출부(280)는 캡슐(하우징)의 상부측(덮개 또는 하우징 상부 측면측)으로 배출되는 커피를 수용하여 컵으로 전달하는 구조일 수 있다.

상기 추출부(280)는 상기 추출관이나 니들에 결합되는 이송관(282)을 포함할 수 있다.

상기 추출관이나 추출니들(281)은 금속 내지 플라스틱 관일 수 있다. 상기 추출관(추출니들)과 이송관은 일체로 형성될 수 있다.

상기 추출관의 외경이 유출홀(31 ,12)의 직경과 동일하거나 미세하게(예를 들면, 0.1~0.01mm 정도) 작을 수 있다.

상기 추출관은 유출홀에 강제로 밀착되어 삽입될 수 있다.

상기 추출관은 하단에서부터 소정 높이(덮개의 두께, 예를 들면, 약 1mm)에 유출방지 턱이나 캡을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 추출관의 내경이 유출홀(31, 12)의 직경보다 미세하게(예를 들면, 0.1~2mm 정도) 클 수 있다. 이 경우, 상기 추출관은 상기 유출홀에 삽입되는 것이 아니라 유출홀의 외측을 둘러싸는 구조일 수 있다.

예를 들면, 도 7내지 도 9, 도 12, 도 13 및 도 15 내지 도 17을 참고하면, 상기 커피 추출부(280)는 일단이 종이 캡슐의 덮개에 형성된 홀에 삽입되거나 홀 둘레에 밀착되는 추출관(281), 상기 추출관의 타단과 결합되고, 소정 각도로 하향 경사진 이송관(282)을 포함할 수 있다.

상기 커피 추출부(280)는 상기 이송관을 지지하고, 이송관을 상하로 구동시키는 지지체(283)와 구동부(284)를 포함할 수 있다.

상기 지지체(283)는 상기 이송관(281)이 관통 및 고정되는 제 1홀(a)과 제 2 홀(b)를 포함할 수 있다.

상기 구동부(284)는 상기 지지체의 일면과 결합되고, 상기 지지체를 상하로 이동시키는 모터(2841), 스크류(2842) 및 슬라이딩부(2843)를 포함한다. 상기 슬라이딩부는 상기 지지체와 결합될 수 있다. 상가 지지체와 구동부는 공지된 장치나 방법을 사용할 수 있다.

도 10, 도 11 및 도 14를 참고하면, 상기 추출부(280)는 추출관이나 니들(281), 이송관(282)를 포함하고, 상기 이송관은 머신의 본체에 고정되고, 상기 추출관이나 니들은 상기 캡술거치대 방향으로 돌출되어 고정될 수 있다. 상기 캡슐(100)이 삽입된 캡슐거치대가 슬라이딩되어 머신 내측으로 이동되면, 상기 추출관이나 니들(281) 및 주사부(272)가 종이 캡슐의 측면 상단과 하단에 각각 삽입될 수 있다.

상기 이송관(282)은 물 공급부의 바이패스관(285)과 결합될 수 있다.

상기 바이패스관(285)은 모터로부터 공급되는 메일 물 공급 배관과 연결되며, 3way(286) 밸브를 통해 물을 공급받을 수 있다. 상기 3way(286) 밸브는 커피배출이 종료된 후 물공급부(270) 방향의 흐름을 차단하고, 바이패스 배관(285) 방향의 밸브를 개방하여 이송관(281)으로 물을 공급할 수 있다.

상기 제어부(290)는 모터(230), 히팅부(240), 냉각부(245), 온도센서(250), 캡슐거치대(260), 물 공급부(270), 커피 추출부(280) 및 3way 밸브를 구동시킬 수 있다.

종래 캡슐커피는 고압, 고속으로 물(또는 스팀)을 분사하여 캡슐 내에 발생된 고온 고압 조건으로 커피 입자로부터 커피 성분을 추출하고 있으나, 앞에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 종이 커피 캡슐(100)은 캡슐 상단에 유출부(31, 12)가 형성되어 캡슐내에 유입된 물이 상기 유출부를 통해 배출될 수 있으므로, 캡슐 내부에 압력이 발생하지 않아 고온 고압 조건에서 커피를 추출하는 방식은 아니다.

본 발명의 비가압 상승식 캡슐 커피 추출 머신(200)은 종이 캡슐 하부에서 상부로 물을 느린 속도로 공급하면서 커피 가루를 침습하여 커피액을 추출할 수 있다. 예를 들면, 캡슐 부피가 30~400㎖ 범위이면서, 분쇄커피 중량이 5~15g인 경우, 본 발명의 추출머신(200)은 상기 제어부를 통해 1분~20분에 걸쳐 30ml~300ml의 물을 캡슐로 공급할 수 있으며, 또한, 2분~20분에 걸쳐 30ml~300ml의 물을, 2분~15분에 걸쳐 50ml~300ml의 물을, 3분~10분에 걸쳐 50ml~300ml의 물을 공급할 수 있다.

상기 제어부는 물의 공급속도를 0.025㎖/s ~ 5ml/s, 0.05㎖/s ~ 4㎖/s, 0.05㎖/s ~ 3㎖/s, 0.1㎖/s~3㎖/s, 0.4㎖/s~3㎖/s, 0.4㎖/s~2.5㎖/s일 수 있다. 물의 공급속도가 5ml/s 초과하면 물의 이동속도가 빨라 커피 추출 효율이 떨어지고, 물의 공급속도가 3㎖/s 이하이면 뜨거운 물이나 찬물로도 깊고 진한 커피를 추출할 수 있다.

상기 디스플레이부(211)는 본체의 전면이나 상면 일부에 설치되고, 커피 추출온도, 추출시간 또는 물의 양을 표시하고, 사용자의 터치 또는 조절에 의해 추출온도, 추출시간 또는 물의 양을 입력받아 표시할 수 있다.

상기 제어부(280)는 설정된 추출온도(10℃~95℃ 중에서 선택 가능)로 물을 공급하기 위해 상기 히팅부나 냉각부를 구동할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 추출시간과 물의 양이 설정되면 상기 모터의 회전속도를 제어하여 물을 공급할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 요지로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.

Claims

내측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 옆지를 감거나 접고, 오버랩된 면이 융착된 하우징(10) ;
상기 하우징 하단에 삽입되어 융착 접합되고, 내측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 밑지(20) ; 및
상기 하우징의 상부를 덮고, 아래측에 내수성 및 열접착성의 배리어층이 코팅된 종이 덮개(30)를 포함하는 종이 커피 캡슐로서,
상기 종이 커피 캡슐 내부에는 분쇄된 커피 가루가 담기고,
상기 종이 밑지(20) 또는 상기 하우징(10) 하부측은 상기 종이 커피 캡슐로 물을 공급하는 커피 추출 머신에 장착된 물 공급 주사부(272)로 관통 가능하고,
상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측은 상기 커피 추출 머신에 장착된 추출관이나 추출니들(282)로 관통가능하고,
상기 종이 밑지나 하우징 하부측을 관통한 상기 물공급 주사부(272)로부터 상기 하우징 하부로 물이 공급되면, 물은 하우징 하부에서 상부로 상승하면서 커피 가루로부터 커피액을 추출하고, 추출된 커피액은 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통된 추출니들(282)을 통해 상기 캡슐 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 배리어층은 PE층, 생분해 코팅제층 또는 재활용(Recycle) 가능한 친환경 코팅제층인 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 종이 밑지(20) 또는 상기 하우징(10) 하부측은 선단이 침상인 상기 주사부(272)로 찢어져 관통되는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 종이 밑지(20) 또는 상기 하우징(10) 하부측은 유입홀이 추가로 형성되고, 상기 유입홀에 상기 주사부가 삽입되거나 홀 둘레에 밀착되는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측은 선단이 침상인 추출니들(282)로 찢어져 관통되는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 종이 덮개(30) 또는 상기 하우징(10)의 상부측은 추출된 커피액이 배출되는 하나 이상의 유출홀(31, 12)이 형성되고, 상기 유출홀에 상기 추출관이 삽입되거나 상기 유출홀 둘레에 밀착되는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 하우징 내의 분쇄 커피 가루 중량이 5~15g인 경우, 물의 상승 속도는 0.025㎖/s ~ 5ml/s인 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 종이 커피 캡슐은 상기 종이 덮개 하면, 종이 덮개 상면, 또는 종이 덮개 하면에서 아래로 소정 간격 이격되어 하우징이나 덮개에 부착된 제 1 종이 필터(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 1항에 있어서, 상기 종이 커피 캡슐은 상기 종이 밑지(20) 위에 제 2 종이 필터(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
제 9항에 있어서, 상기 제 2 종이 필터(40)는 상기 종이 밑지(20) 위에 소정 간격을 띄어 상기 하우징에 접착되고, 상기 제 2 종이 필터 위에 커피가 담기는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐.
머신의 하우징을 형성하는 본체(210) ;
본체 내부에 탈부착이 가능한 물 저장부(220) ;
상기 본체 내부에 위치하고, 상기 물 저장부(220)로부터 물을 끌어와 소정 속도로 공급하는 모터(230) ;
상기 본체 내부에 위치하고, 상기 모터로부터 이송받은 물을 소정 온도로 가열하는 히팅부(240) ;
상기 본체 내부, 본체 상면 또는 측면에 위치하고, 종이 커피 캡슐(100)이 장착되는 캡슐거치대(260) ;
상기 캡슐 거치대(260)의 하부나 측면에 위치하고, 하나 이상의 물 공급 주사부(272)를 구비하여 상기 캡슐커피 거치대에 장착된 상기 종이 커피 캡슐의 종이 밑지나 상기 하우징 하부측을 관통하고, 상기 모터로부터 물을 공급받아 상기 종이 캡슐 하부로 물을 주입하는 물 공급부(270) ; 및
상기 캡슐 거치대(260)의 상부나 측면에 위치하고, 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통가능한 추출관이나 추출니들(281)을 구비하여 상기 종이 캡슐 하단에서 상단으로 추출되는 커피액을 수용하여 외부로 배출하는 커피 추출부(280)를
를 포함하는 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신.
제 11항에 있어서, 상기 캡슐커피 추출머신은 상기 캡슐커피 거치대에 장착된 상기 종이 커피 캡슐의 하단에서 상단으로 물을 0.025㎖/s ~ 5ml/s로 공급하는 것을 특징으로 하는 비가압 상승식 캡슐커피 추출머신.
제 1 항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 종이 커피 캡슐(100) ; 및
상기 종이 커피 캡슐이 장착되는 캡슐커피 추출 머신을 포함하는 종이 커피 캡슐 추출 시스템으로서,
상기 캡슐커피 추출머신은
머신의 하우징을 형성하는 본체(210) ;
본체 내부에 탈부착이 가능한 물 저장부(220) ;
상기 본체 내부에 위치하고, 상기 물 저장부(220)로부터 물을 끌어와 소정 속도로 공급하는 모터(230) ;
상기 본체 내부에 위치하고, 상기 모터로부터 이송받은 물을 소정 온도로 가열하는 히팅부(240) ;
상기 본체 내부, 본체 상면 또는 측면에 위치하고, 종이 커피 캡슐(100)이 장착되는 캡슐거치대(260) ;
상기 캡슐 거치대(260)의 하부나 측면에 위치하고, 하나 이상의 물 공급 주사부(272)를 구비하여 상기 캡슐커피 거치대에 장착된 상기 종이 커피 캡슐의 종이 밑지나 상기 하우징 하부측을 관통하고, 상기 모터로부터 물을 공급받아 상기 종이 캡슐 하부로 물을 주입하는 물 공급부(270) ; 및
상기 캡슐 거치대(260)의 상부나 측면에 위치하고, 상기 종이 덮개나 상기 하우징 상부에 관통가능한 추출관이나 추출니들(281)을 구비하여 상기 종이 캡슐 하단에서 상단으로 추출되는 커피액을 수용하여 외부로 배출하는 커피 추출부(280)를 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐 추출 시스템.
제 13항에 있어서, 상기 캡슐커피 추출머신은 상기 캡슐커피 거치대에 장착된 상기 종이 커피 캡슐의 하단에서 상단으로 물을 0.025㎖/s ~ 5ml/s로 공급하는 것을 특징으로 하는 종이 커피 캡슐 추출 시스템.