KR20230171273A - 로스팅 장치 및 이것의 제어 방법과 로스팅의 균일성을 위한 예열 제어방법 - Google Patents

로스팅 장치 및 이것의 제어 방법과 로스팅의 균일성을 위한 예열 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로스팅 장치 및 로스팅 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 대상물이 로스팅 챔버에서 교반되며 로스팅 되는 로스팅 장치 및 로스팅 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로스팅 장치는, 대상물을 가열하는 로스팅 장치에 있어서, 내부에서 대상물이 교반되며 상하 방향으로 연장 형성되는 원통형의 로스팅 챔버와 상기 로스팅 챔버에 수용되는 상기 대상물을 교반하기 위하여 회전되는 회전 교반부를 포함하고, 상기 회전 교반부는 수직한 방향으로 형성되는 교반축을 중심으로 회전되는 로스팅 챔버부; 상기 로스팅 챔버부를 둘러싸는 케이싱 유닛; 상기 로스팅 챔버부에 복사열을을 제공하는 제1 열원부를 포함하는 열원부; 및 상기 열원부에 의하여 가열되는 로스팅 챔버부의 내면 또는 상기 대상물의 표면에서 발산되는 적외선에 기초하여 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 온도와, 상기 케이싱 유닛과 상기 로스팅 챔버부 사이의 챔버 외부 공간의 챔버 외부 공간 온도를 측정하는 복사온도 측정유닛;을 포함하고, 상기 로스팅 챔버의 챔버 내부 온도 및 상기 챔버 외부 공간 온도가 기설정된 기준 챔버 내부 온도 및 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달할 때까지 예열 동작을 수행한다.

Description

로스팅 장치 및 이것의 제어 방법{ROASTING APPARATUS AND CONTROLLING METHOF THEREOF}
본 발명은 로스팅 장치 및 이것의 제업 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 대상물이 로스팅 챔버에서 교반되며 로스팅 되는 로스팅 장치 및 이것의 제어방법에 관한 것이다.
최근에 커피콩과 같은 곡물을 전문 커피숍이나 가정에서 손쉽게 자동으로 볶을 수 있는 곡물 로스터 또는 커피 로스터가 소개되고 있다.
이와 같은 커피 로스터는 온도센서와 마이크로컴퓨터를 이용하여 로스팅 운전모드를 세팅하면 자동으로 커피 콩을 볶아 준다.
종래의 업소용 자동 커피 로스터는 주로 수평 회전 드럼식으로 드럼을 정역 회전시켜 원두가 골고루 잘 볶아 지도록 교반하는 방식이다(등록특허 제342091호, 등록특허 제369539호, 등록특허 제463341호, 등록특허 제804106호, 등록특허 제887985호, 등록특허 제963695호, 공개특허 제2009-30655호, 공개특허 제2010-38802호).
다만, 종래의 자동 커피 로스터의 경우, 수평 회전 드럼에 직접 가스 연소 등을 한 가지 열원 만을 이용하여 가열하는 방식을 제공하고 있어, 예열 시 시간이 많이 소요되며, 다양한 로스팅 환경에 대응하지 못하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은, 로스팅 예열 동작 시간을 감소시켜, 보다 향상된 생산성이 향상된 로스팅 장치 및 이것의 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 대상물의 로스팅 진행 과정을 보다 효과적으로 측정하여, 사용자가 원하는 로스팅을 할 수 있는 로스팅 장치 및 이것의 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 로스팅 품질을 향상시킬 수 있는 로스팅 장치 및 이것의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예의 일 측면에 따른 로스팅 장치는, 대상물을 가열하는 로스팅 장치에 있어서, 내부에서 대상물이 교반되며 상하 방향으로 연장 형성되는 원통형의 로스팅 챔버와 상기 로스팅 챔버에 수용되는 상기 대상물을 교반하기 위하여 회전되는 회전 교반부를 포함하고, 상기 회전 교반부는 수직한 방향으로 형성되는 교반축을 중심으로 회전되는 로스팅 챔버부; 상기 로스팅 챔버부를 둘러싸는 케이싱 유닛; 상기 로스팅 챔버부에 복사열을을 제공하는 제1 열원부를 포함하는 열원부; 및 상기 열원부에 의하여 가열되는 로스팅 챔버부의 내면 또는 상기 대상물의 표면에서 발산되는 적외선에 기초하여 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 온도와, 상기 케이싱 유닛과 상기 로스팅 챔버부 사이의 챔버 외부 공간의 챔버 외부 공간 온도를 측정하는 복사온도 측정유닛;을 포함하고, 상기 로스팅 챔버의 챔버 내부 온도 및 상기 챔버 외부 공간 온도가 기설정된 기준 챔버 내부 온도 및 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달할 때까지 예열 동작을 수행한다.
또한, 상기 복사온도 측정유닛은, 상기 로스팅 챔버의 상측에 배치되는 상부유닛에 배치되어 상기 로스팅 챔버의 내부 공간 측을 향하며, 상기 복사온도 측정유닛은, 적외선에 기초하여 대상물의 온도를 측정하며 상기 로스팅 챔버를 향하는 센싱부와, 상기 챔버 외부 공간의 챔버 외부 공간 온도를 측정하기 위한 외부공간 온도측정유닛과, 상기 센싱부 및 상기 외부공간 온도측정유닛이 실장되는 기판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 챔버 외부 공간 온도는 섭씨 55 도 내지 섭씨 90 도의 범위로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복사온도 측정유닛에서 측정된 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 측정 온도(Tmeasure)를, 상기 챔버 외부 공간 온도(Toutside)에 기초하여 보정하여 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 실질 온도를 연산할 수 있다.
또한, 상기 상부유닛에는 관통 형성되어 상기 로스팅 챔버와 연통되는 측정홀이 형성되며, 상기 복사온도 측정유닛은, 적외선에 기초하여 대상물의 온도를 측정하는 센싱부와, 상기 상부유닛의 상면에 배치되며 상기 로스팅 챔버와 연통되는 몸체측 관통홀이 형성되는 측정유닛 몸체와, 상기 측정유닛 몸체의 일측에 배치되며 상기 센싱부가 실장되는 기판과, 상기 센싱부의 전방에 배치되며 기설정된 파장 대역의 광이 통과되는 필터부를 포함하고, 상기 몸체측 관통홀은 상기 측정홀과 연통되고 상기 몸체측 관통홀에 상기 센싱부가 위치되며, 상기 필터부의 일면은 상기 센싱부와 마주보며, 이면은 상기 로스팅 챔버와 직접 마주보고, 상기 필터부는 온도에 따라 방사율이 달라질 수 있다.
또한, 상기 실질 온도(Treal)는 상기 측정 온도(Tmeasure)에서 상기 외부 온도(Toutside)에 기초한 상기 필터부의 방사율 변화를 고려하여 연산되며, 상기 실질 온도(Treal)와 상기 측정 온도(Tmeasure)는 이하의 관계식을 만족할 수 있다.
Treal,k은 대상물의 보정된 실질 온도(절대온도 기준)
Tmeasure,l은 센싱부가 측정한 대상물의 측정 온도(절대온도 기준)
Toutside,c는 로스팅 챔버 외부온도(섭씨온도 기준),
Toutside,k는 로스팅 챔버 외부온도(절대온도 기준),
E0는 섭씨 0도 일때 필터부의 방사율(Emissivity),
e는 필터부의 절대온도 1도(또는 섭씨온도 1도) 당 방사율의 변화량임
또한, 상기 열원부의 상기 제1 열원부는, 상기 로스팅 챔버의 내부에 배치된 상태에서 상기 상부 유닛에 설치되며, 상기 상부 유닛에는 상기 제1 열원부에서 발산되는 빛의 일부가 상기 챔버 외부 공간 측으로 누설되도록 하는 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 열원부는 상기 로스팅 챔버에 대류열을 제공하며 기류가 상기 로스팅 챔버부 측으로 유도되는 유입관 및 상기 유입관에 설치되는 히터 유닛을 포함하는 제2 열원부와, 상기 로스팅 챔버부의 외주면의 적어도 일부를 감싸며 상기 로스팅 챔버부를 통하여 상기 로스팅 챔버측으로 전도열을 제공하기 위한 제3 열원부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예의 다른 측면에 따른 로스팅 장치의 제어 방법은, 로스팅 챔버가 형성되는 로스팅 챔버부 및 상기 로스팅 챔버부를 둘러싸는 케이싱 유닛을 포함하는 로스팅 장치의 제어 방법에 있어서, 로스팅 챔버에 대한 예열을 수행하는 로스팅 예열 동작 개시 단계; 상기 로스팅 챔버의 예열 상태가 예열 조건을 만족하는 지 여부를 판단하는 예열 조건 만족 여부 판단 단계; 및 로스팅 동작이 개시되는 로스팅 동작 개시 단계;를 포함하고, 상기 예열 조건은, 상기 예열 조건은, 기설정된 온도 프로파일 정보에 따라 로스팅 챔버(120)의 측정온도(Tmeasure)가 상기 기준 내부 온도에 도달되었는지 여부 및 상기 로스팅 챔버와 상기 케이싱 유닛 사이에 형성되는 챔버 외부 공간에 대한 챔버 외부 공간 온도(Toutside)가 상기 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달되었는지 여부이다.
또한, 상기 기준 챔버 외부 공간 온도는 섭씨 55 도 내지 섭씨 90 도의 범위로 형성될 수 있다.
또한, 추가 로스팅 진행 여부를 판단하는 추가 로스팅 진행 여부 판단 단계;를 더 포함하고, 추가 로스팅 진행 여부 판단 단계에서 추가 로스팅을 진행하는 것으로 판단되는 경우, 기설정된 로스팅 프로파일 정보에 따라 연속적으로 상기 로스팅 예열 동작 개시 단계 및 상기 로스팅 동작 개시 단계가 수행될 수 있다.
제안되는 실시예에 의하면, 로스팅 예열 동작 시간을 감소시켜, 보다 향상된 생산성이 향상된 로스팅 장치 및 이것의 제어 방법을 제공될 수 있다.
또한, 대상물의 로스팅 진행 과정을 보다 효과적으로 측정하여, 사용자가 원하는 로스팅을 할 수 있다.
또한, 로스팅 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는, 도 1의 로스팅 장치의 내부 구성이 투영된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 로스팅 장치의 로스팅 챔버부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 로스팅 챔버부를 상측에서 바라본 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 로스팅 챔버부에서 제3 열원부가 제거된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6는 도 3의 로스팅 챔버부의 상부유닛을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 3의 로스팅 챔버부의 단면을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 1의 로스팅 장치의 제1 온도 감지 유닛이 분해된 상태를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8의 제1 온도 감지 유닛의 단면을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 1의 로스팅 장치의 제어방법을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로스팅 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는, 도 11의 복사온도 측정유닛의 단면을 보여주는 도면이다.
도 13은, 도 11의 복사온도 측정유닛의 구성을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로스팅 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14의 로스팅 장치의 제어 방법을 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
한편, 본 발명의 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대될 수 있는 잠정적인 효과는 본 명세서에 기재된 것과 같이 취급되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공된 것인바, 도면에 도시된 내용은 실제 발명의 구현모습에 비해 과장되어 표현될 수 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성의 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.
이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치를 보여주는 도면이며, 도 2는, 도 1의 로스팅 장치의 내부 구성이 투영된 상태를 보여주는 도면이다. 도 3은 도 1의 로스팅 장치의 로스팅 챔버부의 구성을 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 로스팅 챔버부를 상측에서 바라본 상태를 보여주는 도면이다. 그리고, 도 5는 도 3의 로스팅 챔버부에서 제3 열원부가 제거된 상태를 보여주는 도면이다. 도 6는 도 3의 로스팅 챔버부의 상부유닛을 보여주는 도면이며, 도 7은 도 3의 로스팅 챔버부의 단면을 보여주는 도면이다. 도 2에서는 로스팅 장치(1)의 외형을 형성하는 케이싱(190)이 설치된 상태에서, 케이싱(190)이 반투명하게 투사되어 로스팅 장치(1)의 내부 구성이 외부로 투영되는 상태를 나타낸다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 커피 원두 등과 같은 대상물을 가열하여 대상물이 로스팅 되도록 하는 장치로서, 대상물이 수용되어 로스팅되는 로스팅 챔버부(100)와, 대상물의 로스팅 상황 등에 대한 정보를 표시하며 사용자로부터 조작신호를 입력받는 조작패널부(200)와, 로스팅 챔버부(100)에서 로스팅이 완료된 대상물이 저장되는 대상물 저장부(400)와, 로스팅 챔버부(100)에 대하여 열을 공급하는 열원부(310, 320, 330)를 포함하며, 로스팅 챔버부(100)는 금속재질로 형성되는 케이싱(190)에 의하여 둘러싸인다.
보다 상세히, 로스팅 챔버부(100)은 내부 공간(121)에서 상기 대상물이 교반되며 상하 방향으로 연장 형성되는 원통형의 로스팅 챔버(120)와, 로스팅 챔버(120)에 수용되는 상기 대상물을 교반하기 위하여 회전되는 교반 날개 유닛(181)들을 포함하는 회전 교반부(180)와, 로스팅 챔버(120)의 상측에 배치되며 원형으로 형성되는 상부유닛(110)과, 로스팅 챔버(120)의 하측에 배치되며 원형으로 형성되는 하부유닛(130)과, 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)과 연통되며 선택적으로 개방되어 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에서 로스팅이 완료된 대상물이 외부로 배출되도록 하는 배출 유닛(150)을 포함한다.
로스팅 챔버(120)는 수직한 방향으로 연장 형성되는 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 로스팅 챔버(120)의 내면에는 상기 대상물의 교반이 보다 원활하게 수행되도록 하기 위한 고정 날개(122)가 형성될 수 있다. 고정 날개(122)는 로스팅 챔버(120)의 내면에서 돌출 형성되며, 고정 날개(122)의 돌출 높이는 로스팅 챔버(120)의 하부에서 상부 측으로 갈수록 커지는 형상으로 형성된다.
배출 유닛(150)은, 제어부(미도시)의 조작 신호에 의하여 개방 또는 폐쇄되는 도어부(미도시)와, 상기 제어부의 제어신호와 관계없이 긴급한 상황에 사용자가 상기 도어부를 강제 개방하기 위한 레버부(미도시)를 포함할 수 있다. 배출 유닛(150)은 대상물 저장부(400) 측으로 기울어지게 연장 형성되어, 배출 유닛(150)의 상기 도어부가 개방되는 경우, 로스팅된 상기 대상물들이 대상물 저장부(400) 측으로 공급되도록 할 수 있다.
그리고, 회전 교반부(180)의 교반 날개 유닛(181)들은 수직한 방향으로 형성되는 교반축을 중심으로 회전된다. 따라서, 본 실시예에 따른 로스팅 챔버부(100)는 수직한 방향으로 연장 형성된 상태에서, 수직한 방향으로 형성되는 교반축을 중심으로 회전 교반부(180)의 교반 날개 유닛(181)들이 회전되어, 대상물을 교반함으로써, 대상물의 로스팅이 보다 효율적으로 수행되며 로스팅 장치(1)를 보다 효율적으로 배치시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 열원부(310, 320, 330)는, 로스팅 챔버(120)에 열풍(Hot air flow)을 제공하여, 로스팅 챔버(120) 내부에 대류열을 제공하는 제1 열원부(310)와, 로스팅 챔버(120)의 표면에 접촉되며 전도 방식으로 로스팅 챔버(120)에 전도열을 제공하는 제3 열원부(320)와, 로스팅 챔버(120) 내부에 복사열을 제공하는 제3 열원부(320)를 포함한다.
제1 열원부(310)는, 공기가 유동되는 유동관(311)과, 유동관(311)의 일측에 배치되며 유동되는 공기가 가열되는 가열유닛(312)을 포함한다. 유동관(311)은 공기를 공급하기 위한 블로우 유닛(313)과 연결되어 공기가 공급되며, 가열유닛(312) 및 유동관(311)의 일측은 상부유닛(110)과 연결된다. 예시적으로 가열유닛(312)은 복수의 가열 소자들이 메쉬(Mesh) 또는 코일(Coil) 형태로 배치되며 상기 가열소자들을 공기가 통과하면서 가열된다.
제2 열원부(330)는, 로스팅 챔버(120)의 외주면과 접촉된 상태에서 상기 외주면을 둘러싸는 제2 열원부 몸체를 포함하고, 상기 제2 열원부 몸체는 세라믹 재질로 형성되는 밴드 히터(Band Heater)일 수 있다.
한편, 로스팅 챔버(120)에는, 외부와 연통되는 적어도 하나의 로스팅 챔버측 관통홀이 형성되며, 상기 제2 열원부 몸체에는 상기 로스팅 챔버측 관통홀에 대응되는 위치에 형성되는 제2 열원부 몸체측 관통홀이 형성된다.
예시적으로 로스팅 장치(1)는 로스팅 과정에서 샘플을 채취할 수 있는 샘플 채취 유닛(161)과, 로스팅 챔버(120) 내에서의 로스팅 과정을 시각적으로 확인할 수 있는 윈도우 유닛(162)을 더 포함하며 샘플 채취 유닛(161) 및 윈도우 유닛(162)은 상기 로스팅 챔버측 관통홀 및 상기 제2 열원부 몸체측 관통홀에 설치된다. 한편, 로스팅 챔버(120)의 상측에는 로스팅 챔버(120)의 내부 공간과 연통되는 공기 배출구(163)가 형성되며, 공기 배출구(163) 측에는 제2 열원부(330)가 배치되지 않는 다. 즉 로스팅 챔버(120)의 외주면의 일부 높이까지만 제2 열원부(330)가 설치되며, 제2 열원부(330)가 설치된 높이까지가 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에 수용되는 대상물의 수용 한계선으로 규정될 수 있다.
로스팅 과정에서 대상물로부터 발생되는 분진(껍질 등)은 공기 배출구(163)를 통하여 집진유닛(600)으로 전달되며, 집진유닛(600)은, 공기는 외부로 배출되도록 하며 상기 분진은 내부의 분진 저장소(미도시)에 저장되도록 한다.
제3 열원부(320)는, 복사열을 발산하는 램프유닛(321)을 포함하고, 상부유닛(110)에 설치되어 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)로 복사열을 제공할 수 있다. 예시적으로 램프유닛(321)은 할로겐 램프일 수 있다.
한편, 상부유닛(110)은 원형으로 형성되는 상부유닛 몸체(111)를 포함하고, 상부유닛 몸체(111)에는 제1 열원부(310)의 가열유닛(312)이 고정되며 가열된 공기가 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)으로 유동되도록 하는 제1 열원 배치홀(113)과, 제3 열원부(320)의 램프유닛(321)이 고정되어 램프유닛(321)에서 발산되는 상기 복사열이 상기 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)으로 전달되도록 하는 제3 열원 배치홀(114)과, 로스팅 장치(1)의 호퍼 유닛(170)과 연결되어 대상물이 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)으로 투입되도록 하는 대상물 공급홀(112)이 형성된다. 또한, 상부유닛(110)의 하측에는 제1 열원부(310)로부터 공급되는 열풍을 가이드하기 위한 하방으로 갈수록 직경이 증가되는 디퓨저부(118)가 형성된다. 디퓨저부(118)는 상부유닛(110)의 하면에서 로스팅 챔버(120)의 하측에 배치되는 회전 교반부(180)측까지 연장 형성되며, 회전 교반부(180)의 교반 날개 유닛(181)에는 디퓨저부(118)와의 간섭을 회피하기 위한 함몰홈(미도시)이 형성될 수 있다.
이때, 제3 열원부(320)의 램프 유닛(331) 및 제3 열원 배치홀(114)은 한 쌍으로 마련되고, 한 쌍의 제3 열원 배치홀(114) 사이에 제1 열원 배치홀(113)이 배치된다. 그리고, 상부유닛 몸체(111)의 중앙에 배치되는 제1 열원 배치홀(113)은 원형으로 형성되며, 제3 열원 배치홀(114)은 직사각형 형상으로 형성된다. 한편, 본 실시예에 따른 상부유닛 몸체(111)에는 제3 열원 배치홀(114)을 둘러싸며, 하방을 향하여 연장 형성되는 제3 열원 가이드부(119)가 형성되며, 제3 열원 가이드부(119)의 단면은 제3 열원 배치홀(114)에 대응되는 직사각형 형상으로 형성된다. 제3 열원 가이드부(119)에 의하여, 로스팅 챔버(120)의 로스팅 과정에서 상기 대상물에서 발생되는 분진이 제3 열원(320)의 램프유닛(321)의 표면을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 로스팅 챔버(120)에 공급되는 열원부(310, 320, 330)들의 열원 공급 온도를 측정하기 위한 측정유닛(510, 520, 530, 540)들을 더 포함한다.
복사온도 측정유닛(510)은, 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에 수용되는 대상물의 복사 온도를 측정하며, 로스팅 챔버(120)의 상측에 배치되는 상부유닛(110)에 배치되어 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121) 측을 향한다 이때, 상부유닛 몸체(111)에는 상하방향으로 관통되는 측정홀(115)이 형성된다. 측정홀(115)은 상부유닛 몸체(111)의 중심에서 편심된 위치에 위치된다. 본 실시예에 따른 복사온도측정유닛(510)은 로스팅 과정에서 대상물의 온도 변화를 대상물의 표면에서 발산되는 적외선을 감지한다. 따라서 로스팅 챔버(120) 내부의 온도 변화만을 감지하는 기존의 로스팅 장치에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는 대상물의 온도를 정확하게 감지하고 사용자가 의도하는 로스팅을 정확하게 수행할 수 있는 장점이 있다. 상기 대상물이 로스팅 챔버(120)의 내부에 투입되기 전에 로스팅 챔버(120)를 예열하는 예열 동작을 수행하는 과정에서, 복사온도 측정유닛(510)은 로스팅 챔버(120)의 바닥면을 형성하는 하부 유닛(130)의 표면 온도를 감지할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 복사온도 측정유닛(510)의 설치 위치에 대하여 이하와 같이 다수의 실험을 진행하였으며, 본 실시예에서는 복사온도 측정유닛(510)의 최적의 설치위치인 상부유닛(110) 측에서 하방을 바라보는 방향, 즉 상부유닛(110) 측에서 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)을 향하는 방향을 바라보도록 설치하였다.
설치위치 필터 긁힘 필터 열손상 측정 정확도
(대상물)		 측정 정확도
(챔버)
로스팅 챔버 상부 X X 높음 매우 높음
로스팅 챔버 중앙부 O O 높음 매우 낮음
로스팅 챔버 하부 O O 매우 높음 매우 낮음
이하에서는 본 실시예에 따른 복사온도 측정 유닛(510)을 보다 상세하게 설명한다.
도 8은 도 1의 로스팅 장치의 제1 온도 감지 유닛이 분해된 상태를 보여주는 도면이며, 도 9는 도 8의 제1 온도 감지 유닛의 단면을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 복사온도 측정유닛(510)은, 온도를 측정하기 위한 센싱부(511)와, 센싱부(511)의 전방에 배치되며 기설정된 파장 대역의 광이 통과되는 필터부(514)와, 로스팅 부(100)의 상부유닛 몸체(111)에 고정되며 내부에 제1 관통홀(519)이 형성되는 제1 브래킷(513)과, 일측이 제1 브래킷(513)에 접촉되어 고정되며 센싱부(511)가 끼워지고 제1 관통홀(519)과 정렬되는 제2 관통홀(526)이 형성되는 제2 브래킷(521)과, 센싱부(511)가 실장되며 제2 브래킷(521)의 타측에 고정되는 기판(512)을 포함한다.
이때, 센싱부(511), 제1 관통홀(519), 제2 관통홀(526) 및 필터부(514)는 상부유닛(110)의 측정홀(115)과 정렬되며, 제1 브래킷(513)과 제2 브래킷(521) 사이에는 필터부(514)가 설치된다.
센싱부(511)는 대상물로부터 방사되는 적외선을 센싱하며, 원통형상으로 형성되며, 측정홀(115)의 관통 방향과 동일한 방향으로 연장 형성된다. 센싱부(511)는 예시적으로 IR 센서 일 수 있다.
필터부(514)는, 예시적으로 유리, 실리콘 등과 같이 투명하며, 열에 대한 변형이 적은 재질로 형성될 수 있으며, 로스팅 챔버(120)에서 센싱부(511) 측으로 전달되는 광 중, 적외선 대역만을 통과시킨다.
한편, 제1 브래킷(513)은, 제1 브래킷(513)의 외형을 형성하며 중앙에 제1 관통홀(519)이 배치되는 제1 브래킷 몸체(515)와, 제1 브래킷 몸체(515)의 일측에서 상방을 향하여 돌출 형성되는 한 쌍의 돌출부(518)를 포함하고, 돌출부(518) 사이에는 함몰공간(517)이 되며, 제1 브래킷 몸체(515)의 하측에는 상부유닛 몸체(111)에 체결되는 제1 체결부재(630)가 관통되는 한 쌍의 제1 브래킷 고정부(516)가 돌출 형성된다.
제2 브래킷(521)은, 제2 브래킷(521)의 외형을 형성하는 제2 브래킷 몸체(522)와, 제2 브래킷 몸체(522)의 일측에 형성되며 제1 브래킷(513)의 함몰공간에 끼워지는 삽입부(523)와, 제2 브래킷(521)의 상면에 배치되며 기판(512)이 안착되는 기판 안착면(524)과, 기판 안착면(524)의 테두리에 상방을 향하여 돌출 형성되어 기판(512)의 일측 및 타측이 걸리는 한 쌍의 기판고정돌기(525)를 포함한다.
필터부(514)는 함몰공간(517)에 배치되는 제1 관통홀(519)에 정렬된 상태에서, 제1 브래킷(513)의 함몰공간(517)과 제2 브래킷(521)의 삽입부(523) 사이에 밀착되며, 제1 브래킷(513) 및 제2 브래킷(521)은 제1 브래킷(513)의 함몰공간(517)에 제2 브래킷(521)의 삽입부(523)가 삽입된 상태에서 제1 브래킷(513)의 돌출부(518)와 제2 브래킷(521)의 삽입부(523)을 일체로 관통하는 제2 체결부재(620)에 의하여 상호 고정될 수 있다. 즉, 필터부(514)가 제1 관통홀(519)을 밀폐한 상태에서, 필터부(514)를 사이에 두고 제1 브래킷(513) 및 제2 브래킷(521)이 상호 간에 견고하게 고정됨으로써, 로스팅 챔버(120)의 측정홀(115)과 연통되는 제1 관통홀(519)을 통하여 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)의 이물질이 복사온도 측정유닛(510) 측 및 바깥쪽으로 침입하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 필터부(514)와 제1 브래킷(513) 사이 및 필터부(514)와 제2 브래킷(521) 사이 중 적어도 하나에는 고무 또는 실리콘 재질 탄성부재(미도시)가 배치되어, 사이 공간을 견고하게 실링하며, 필터부(514)의 파손을 억제할 수 있다.
한편, 센싱부(511)는, 제2 브래킷(521)의 제2 관통홀(526)에 끼워지며, 기판(512)이 안착면(524)에 안착된 상태에서, 제3 체결부재(610)가 기판(512)을 관통하여 제2 브래킷(521)의 체결홀(527)에 고정되어, 기판(512)과 제2 브래킷(521)의 고정을 견고하게 수행할 수 있다.
기판(512)은 판상형으로 형성되는 PCB일 수 있으며, 기판(512)에는 기판(512)이 설치된 위치, 즉 로스팅 챔버(120)에 인접한 로스팅 챔버(120)의 외부 온도를 측정할 수 있는 로스팅챔버 외부온도 측정소자(미도시)가 구비된다. 즉, 본 실시예에 따른 복사온도 측정유닛(510)은, 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)의 복사온도 및 로스팅 챔버(120)의 외부 공간의 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 상부유닛(110)의 하면에는 측정홀(115)을 둘러싸며 하방을 향하여 돌출 형성되는 원통형상의 가이드부(116)가 형성되며, 가이드부(116)는 측정홀(115)과 정렬된다. 즉, 측정홀(115)을 둘러싸는 가이드부(116)가 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121) 측으로 돌출 형성됨에 따라 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에서, 로스팅 과정에서 발생되는 분진 등이 측정홀(115) 측으로 유입되어 필터부(514)의 표면을 오염시키는 것을 억제할 수 있다. 센싱부(511)는 가이드부(116)에 둘러싸인 측정홀(115)을 통하여 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에 대하여 측정을 위한 광을 조사하거나 상기 대상물로부터 발산되는 광을 수광할 수 있다.
다시, 도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)의 측정유닛(510, 530, 540, 550)는, 제1 열원부(310)에 의하여 로스팅 챔버(120)에 공급되는 열풍의 유동 경로 상에 배치되어 상기 열풍의 대류온도를 측정하기 위한 대류온도 측정유닛(530)와, 전도온도 측정프로브(541)가 제2 열원부(330)와 로스팅 챔버(120)의 외주면 사이에 배치되어 제2 열원부(330)의 전도 온도를 측정하는 전도온도 측정유닛(540)와, 로스팅 챔버(120)의 하부 측에 설치되며 로스팅 과정 중에서 상기 대상물과 직접 접촉되어 상기 대상물의 온도를 측정하는 접촉온도 측정유닛(550)를 더 포함한다.
이때, 대류온도 측정유닛(530)의 대류온도 측정프로브(531)는 로스팅 챔버(120)의 측면 및 디퓨저부(118)을 관통하며, 대류온도 측정프로브(531)의 팁 부분은 가열유닛(312)의 하류 측에 위치되어 가열유닛(312)을 통과한 상기 열풍의 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 전도온도 측정유닛(530)의 전도온도 측정프로브(541)는 제2 열원부(330)와 로스팅 챔버(120) 사이에 배치된 상태에서 제2 열원부 몸체(331)의 내면과 로스팅 챔버(120)의 상기 외주면에 동시에 접촉된다. 이때, 전도온도 측정유닛(540)의 전도온도 측정프로브(541)는, 상기 로스팅 챔버측 관통홀 및 상기 제2 열원부 몸체측 관통홀과 가장 이격된 위치에 배치된다. 즉, 상기 로스팅 챔버측 관통홀 및 상기 제2 열원부 몸체측 관통홀은 외부와 연통되며, 해당 위치에는 제2 열원부(330)의 가열소자가 배치되지 않기 때문에 상대적으로 측정온도가 높게 형성되는 상기 로스팅 챔버측 관통홀 및 상기 제2 열원부 몸체측 관통홀과 가장 이격된 위치에 전도온도 측정유닛(540)의 전도온도 측정프로브(541)가 배치되어 가장 높은 온도를 기준으로 전도온도를 측정한다.
이하에서는 본 실시예에 따른 로스팅 장치의 제어 방법, 특히 예열 동작에 대한 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 10은 도 1의 로스팅 장치의 제어방법을 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)에 대상물을 투입하여 로스팅 하기 전에 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)의 온도를 원하는 수준의 예열온도로 상승시키는 예열 동작이 수행된다. 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는 3가지 열원을 복합적으로 사용하여, 상기 예열 동작을 수행함으로써, 보다 신속하게 원하는 예열온도로 내부 공간(121)의 온도를 상승시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는 상기 예열 동작이 종료된 이후, 사용자의 취향에 따라 3가지 열원을 서로 다르게 제어하여, 사용자가 원하는 풍미의 로스팅이 이루어질 수 있도록 한다.
먼저, 제1 열원부가 로스팅 챔버의 내부 공간에 열풍을 제공하는 제1 열원 예열 동작 단계(S110)가 수행된다.
그 다음, 제1 열원 예열 동작 단계(S110)에서, 측정된 제1 예열 온도(T1)가 제1 기준 온도 이상(Tref1)인 경우(S120), 제1 열원부(310)가, 제1 예열 온도(T1)가 제1 기준 온도(Tref1)로 유지되도록 대류열을 제공하는 제1 열원 온도 유지 동작 단계(S130)가 수행된다. 이때, 본 실시예에 따른 제1 예열 온도(T1)는 대류온도 측정유닛(530)이 측정하는 열풍의 대류온도일 수 있으며, 제1 열원 온도 유지 동작 단계(S130)에서는 제1 열원 예열 동작 단계(S110)보다 낮은 수준의 전력이 제1 열원부(310)에 공급된다.
그리고, 측정된 제1 예열 온도(T1)가 제1 기준 온도(Tref1) 보다 작은 경우(S120), 제1 열원 예열 동작 단계(S110)가 반복 수행된다.
그 다음, 제2 열원부(330)가 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에 전도열을 제공하는 제2 열원 예열 동작 단계(S130)가 수행된다.
제2 열원 예열 동작 단계(S130)에서, 측정된 제2 예열 온도(T2)가 제2 기준 온도(Tref2) 이상인 경우(S150), 제2 열원부(330)가, 제2 예열 온도(T2)가 제2 기준 온도(Tref2)로 유지되도록, 전도열을 제공하는 제2 열원 온도 유지 동작 단계(S160)가 수행된다(S160). 이때, 본 실시예에 따른 제2 예열 온도(T2)는 전도온도 측정유닛(540)이 측정하는 제2 열원부(330)의 전도 온도일 수 있으며, 제2 열원 온도 유지 동작 단계(S160)에서는 제2 열원 예열 동작 단계(S140)보다 낮은 수준의 전력이 제2 열원부(330)에 공급된다.
그리고, 측정된 제2 예열 온도(T2)가 제2 기준 온도(Tref2) 보다 작은 경우(S150), 제2 열원 예열 동작 단계(S140)가 반복 수행된다.
그 다음, 제3 열원부(320)가 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에 복사열을 제공하는 제3 열원 예열 동작 단계(S170)가 수행된다.
제3 열원 예열 동작 단계(S170)에서, 측정된 제3 예열 온도(T3)가 제3 기준 온도 이상(Tref3)인 경우(S190), 제3 열원부(320)가, 제3 예열 온도(T3)가 제3 기준 온도(Tref3)로 유지되도록 복사열을 제공하는 제3 열원 온도 유지 동작 단계(S190)가 수행된다. 이때, 본 실시예에 따른 제3 예열 온도(T3)는 복사온도 측정유닛(510)이 측정하는 로스팅 챔버(120)의 내보 공간(121)의 복사 온도일 수 있으며, 제3 열원 온도 유지 동작 단계(S190)에서는 제3 열원 예열 동작 단계(S170)보다 낮은 수준의 전력이 제3 열원부(320)에 공급된다.
그리고, 측정된 제3 예열 온도(T3)가 제3 기준 온도(Tref3) 보다 작은 경우(S180), 제3 열원 예열 동작 단계(S170)가 반복 수행된다.
그 다음, 로스팅 챔버(120)의 외부의 측정 온도인 제4 예열 온도(T4)가 제4 기준 온도(Tref4)로 상승된 경우(S200), 예열 동작을 종료한다.
그리고, 측정된 제4 예열 온도(T4)가 제4 기준 온도(Tref4) 보다 작은 경우(S200), 제3 열원 온도 유지 동작(S190)가 반복 수행된다. 이때, 제1 열원 온도 유지 동작 단계(S130) 및 제2 열원 온도 유지 동작 단계(S160)도 계속 수행된다.
즉, 본 실시예에 따른 제1 예열 온도(T1), 제2 예열 온도(T2), 제3 예열 온도(T3) 및 제4 예열 온도(T4)의 측정위치는 서로 다르게 형성되며, 제1 예열 온도(T1), 제2 예열 온도(T2) 및 제3 예열 온도(T3)는 제1 열원부(310), 제2 열원부(330) 및 제3 열원부(320)로부터 전달되는 열의 대류온도, 전도온도 및 복사온도이며, 제4 예열 온도(T4)는 로스팅 챔버(120)에 인접된 외부 공간의 온도로서 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)의 온도를 추정할 수 있는 온도이다.
제안되는 실시예에 의하면, 로스팅 예열 동작 시간을 감소시켜, 보다 향상된 생산성이 향상된 로스팅 장치 및 이것의 제어 방법을 제공될 수 있다.
또한, 대상물의 로스팅 진행 과정을 보다 효과적으로 측정하여, 사용자가 원하는 로스팅을 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로스팅 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 12는, 도 11의 복사온도 측정유닛의 단면을 보여주는 도면이며, 도 13은, 도 11의 복사온도 측정유닛의 구성을 보여주는 도면이다.
본 실시예는 복사온도 측정유닛의 구성 및 복사온도 측정 결과를 보정하는 구서에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는, 도 1 내지 도 10에서 도시된 로스팅 장치의 구성과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 내부에서 대상물이 교반되며 상하 방향으로 연장 형성되는 원통형의 로스팅 챔버(120)와 로스팅 챔버(120)에 수용되는 상기 대상물을 교반하기 위하여 회전되는 회전 교반부(180)를 포함하고, 회전 교반부(180)는 수직한 방향으로 형성되는 교반축을 중심으로 회전되는 로스팅 챔버부(100)와, 로스팅 챔버부(100)에 대하여 열을 공급하며, 로스팅 챔버부(100)에 열풍을 제공하여 로스팅 챔버 내부에 대류열을 제공하는 제1 열원부(310)를 포함하는 열원부를 포함한다. 그리고, 로스팅 장치(1)는, 상기 열원부에 의하여 가열되는 로스팅 챔버(120)의 내면 또는 상기 대상물의 표면에서 발산되는 적외선에 기초하여 로스팅 챔버(120) 또는 상기 대상물의 온도를 측정하는 복사온도 측정유닛(560)을 포함한다. 복사온도 측정유닛(560)은, 로스팅 챔버(120)의 상측에 배치되는 상부유닛(110)에 배치되어 로스팅 챔버(120)의 내부 공간 측을 향한다. 상부유닛(110)에는 관통 형성되어 로스팅 챔버(120)와 연통되는 측정홀(115)이 형성된다.
그리고, 상부유닛(110)의 하면에는 측정홀(115)을 둘러싸며 하방을 향하여 돌출 형성되는 원통형상의 가이드부(116)가 형성되며, 가이드부(116)는 측정홀(115)과 정렬된다. 즉, 측정홀(115)을 둘러싸는 가이드부(116)가 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121) 측으로 돌출 형성됨에 따라 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에서, 로스팅 과정에서 발생되는 분진 등이 측정홀(115) 측으로 유입되어 필터부(514)의 표면을 오염시키는 것을 억제할 수 있다. 센싱부(511)는 가이드부(116)에 둘러싸인 측정홀(115)을 통하여 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121)에 대하여 측정을 위한 광을 조사하거나 상기 대상물로부터 발산되는 광을 수광할 수 있다.
제1 열원부(310)는 공기가 유동되는 유동관(311)과, 유동관(311)의 일측에 배치되며 유동되는 공기가 가열되는 가열유닛(312)(도 5 및 도 7 참조)을 포함한다. 유동관(311)은 공기를 공급하기 위한 블로우 유닛(313)과 연결되어 공기가 공급되며, 가열유닛(312) 및 유동관(311)의 일측은 상부유닛(110)과 연결된다. 예시적으로 가열유닛(312)은 복수의 가열 소자들이 메쉬(Mesh) 또는 코일(Coil) 형태로 배치되며 상기 가열소자들을 공기가 통과하면서 가열된다.
복사온도 측정유닛(560)은, 적외선에 기초하여 대상물의 온도를 측정하는 센싱부(561)와, 상부유닛(110)의 상면에 배치되며 로스팅 챔버(120)와 연통되는 몸체측 관통홀(566)이 형성되는 측정유닛 몸체(565)와, 측정유닛 몸체(565)의 일측에 배치되며 센싱부(561)가 실장되는 기판(562)과, 센싱부(561)의 전방에 배치되며 기설정된 파장 대역의 광이 통과되는 필터부(564)를 포함한다. 센싱부(561)는 예시적으로 기둥 형상, 보다 상세히 원통 형상으로 형성될 수 있다.
기판(562)은 로스팅 챔버(120)의 외부 공간에 배치되며, 상기 외부 공간의 온도를 측정하기 위한 외부공간 온도측정유닛(미도시)을 포함한다. 상기 외부 공간은 케이싱(190)(도 1참조)과 상기 로스팅 챔버(120) 사이에 배치된다. 기판(562)의 상면에는 온도 측정 데이터를 전달하기 위한 접속단자(568)가 형성되며, 기판(562)은 기판(562) 및 와셔부재(582)를 관통하는 제1 체결부재(581)에 의하여 측정유닛 몸체(565)에 고정된다.
측정유닛 몸체(565)는 예시적을 단일의 몸체로 형성될 수 있으며, 측정유닛 몸체(565)에는 상면을 통하여 하면으로 관통되는 체결홀이 형성된다. 그리고, 상기 체결홀에 삽입되는 제2 체결부재(583)에 의하여, 측정유닛 몸체(565)는 상부유닛(110)의 상면에 고정된다.
몸체측 관통홀(566)은 상부 유닛(110)의 측정홀(115)과 연통되고 몸체측 관통홀(566)에는 센싱부(561) 및 필터부(564)가 위치된다. 이때, 필터부(564)의 일면은 센싱부(561)와 마주보며, 이면은 로스팅 챔버(120)와 직접 마주본다.
측정유닛 몸체(565)에는 몸체측 관통홀(566)이 형성되는 방향과 교차되는 방향으로 벤틸레이션 홀(567)이 형성되며, 몸체측 관통홀(566)과 벤틸레이션 홀(567)은 상호 교차된다. 이때, 필터부(564)는 벤틸레이션 홀(567)을 사이에 두고 로스팅 챔버(120)와 이격된다.
본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 일측은 유동관(311)과 연통되며 타측은 벤틸레이션 홀(567)과 연통되는 벤틸레이션부(570)를 더 포함한다. 벤틸레이션부(570)를 통하여 벤틸레이션 홀(567) 측으로 유입되는 공기 유동은 필터부(564)의 이면(로스팅 챔버(120)와 마주보는 면) 측으로 형성된다.
즉, 가이드부(116)에 의하여 로스팅 과정에서 발생되는 분진 등이 측정홀(116) 측으로 유입되는 것이 억제되며, 측정홀(116) 측으로 분진이 유입되는 경우에는 벤틸레이션부(570)로부터 필터부(564)의 이면 측으로 유동되는 공기의 흐름에 의하여 상기 분진이 제거됨으로써, 필터부(564)가 오염되는 것이 최소화될 수 있다. 또한, 벤틸레이션부(570)로부터 측정홀(116) 측으로 생성되는 공기 유동은 상기 가이드부(116)를 통하여 로스팅 챔버(120)의 내부 공간(121) 측으로 형성됨으로써, 가이드부(116)를 통하여 측정홀(116) 측으로 분진이 유입되는 것이 최소화될 수 있다.
또한, 기류를 필터부(564) 측으로부터 가이드부(116)의 외부로 형성하는 벤틸레이션부(570)에 의하여, 가이드부(116)의 외부에서 가이드부(116)의 내부로 음압이 형성되는 것을 억제함으로써, 로스팅 과정에서 발생되는 분진이 필터부(564) 측으로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 벤틸레이션부(570)는, 일측은 유동관(311)과 연통되는 파이프 유닛(575)과, 일측은 파이프 유닛(575)의 타측과 연결되며 타측은 벤틸레이션 홀(567)에 접속되는 플러그 유닛(571)을 포함한다.
플러그 유닛(571)은 절곡된 형상으로 형성되며, 플러그 유닛(571)의 타측에는 벤틸레이션 홀에 삽입되는 플러그부(573)가 형성된다.
벤틸레이션 홀(567)은, 측정유닛 몸체(565)의 일측 및 타측을 완전하게 관통하며, 벤틸레이션 홀(567)의 타측에는 외부에 대하여 벤틸레이션홀(567)을 차폐시키기 위한 차폐수단(584)이 설치된다. 벤틸레이션 홀(567)이 완전하게 관통 형성됨에 따라, 복사온도 측정유닛(560)에 대한 청소 등 유지보수가 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 복사온도 측정유닛(560)의 필터부(564)는 온도에 따라 열복사시 한 물체의 표면에서 에너지 방출량인 방사율(Emissivity)이 다르게 형성된다. 즉, 필터부(564)의 온도 조건에 따라 로스팅 챔버(120) 또는 상기 대상물로부터 발산되는 광의 에너지량이 달라질 수 있어, 필터부(564)를 거쳐 적외선을 수광하는 센싱부(561)의 측정 온도(Tmeasure)를 보정할 필요가 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 복사온도 측정유닛(560)에서 측정된 로스팅 챔버 (120) 또는 상기 대상물의 측정 온도(Tmeasure)를, 로스팅 챔버(120)의 외부 온도(Toutside)에 기초하여 보정하여 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 실질 온도(Treal)를 연산한다. 로스팅 장치(1)는 열원부(510, 520, 530, 540)을 제어하고, 온도 측정유닛으로부터 데이터를 전달받아 실질 온도(Treal)를 연산하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이때, 실질 온도(Treal)는 상기 측정 온도(Tmeasure)에서 상기 외부 온도(Toutside)에 기초한 상기 필터부의 방사율 변화를 고려하여 연산된다.
따라서, 실질 온도(Treal)와 상기 측정 온도(Tmeasure)는 이하의 관계식을 만족한다.
Treal,k은 대상물의 보정된 실질 온도(절대온도 기준)
Tmeasure,k은 센싱부가 측정한 대상물의 측정 온도(절대온도 기준)
Toutside,c는 로스팅 챔버 외부온도(섭씨온도 기준),
Toutside,k는 로스팅 챔버 외부온도(절대온도 기준),
E0는 섭씨 0도 일때 필터부의 방사율(Emissivity),
e는 필터부의 절대온도 1도(또는 섭씨온도 1도) 당 방사율의 변화량임
즉, 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 로스팅 챔버(120) 또는 상기 대상물의 표면에서 발산되는 적외선을 측정하여, 로스팅 챔버(120) 또는 상기 대상물의 온도를 측정함으로써, 보다 정확하고 빠른 온도 측정이 가능한 장점이 있다.
또한, 온도 조건에 따라, 필터부의 방사율 변화가 발생되는 경우, 이를 보정함으로써, 보다 정확한 온도 측정이 가능한 이점이 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로스팅 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
본 실시예는, 로스팅 장치의 챔버 외부 공간 온도를 측정하여 로스팅 장치의 예열 동작을 제어하는 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 1 내지 도 13에서 도시된 로스팅 장치의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
먼저, 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는 로스팅 장치(1)의 내부에 배치되는 로스팅 챔버부(120)와, 로스팅 챔버부(120)를 둘러싸며 로스팅 장치(1)의 외형을 형성하는 케이싱 유닛(190) 사이의 챔버 외부 공간(160)의 챔버 외부 공간 온도(Toutside)를 측정하고, 로스팅 챔버(121)의 챔버 내부에 대한 측정 온도(Tmeasure) 및 챔버 외부 공간 온도(Toutside)가 각각 기준 챔버 내부 온도 및 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달할 때까지 예열 동작을 수행한다.
로스팅 챔버 내부의 측정 온도(Tmeasure)가 상기 기준 챔버 내부 온도에 도달하는지 여부에 대해서만 판단하여, 로스팅 장치(1)가 예열 동작의 종료 여부를 판단하게 될 경우, 챔버 외부 공간 온도(Toutside)가 과도하게 낮거나 높게 형성될 경우, 예열 종료 이후 로스팅 과정 중 로스팅 챔버(121) 및 챔버 외부 공간(160) 사이의 의도되지 않은 열 전달로 인하여 로스팅 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 로스팅 장치(1)는, 열원부(310, 320, 330)에 의하여 가열되는 로스팅 챔버부(120)의 내면 또는 상기 대상물의 표면에서 발산되는 적외선에 기초하여 로스팅 챔버(120) 또는 상기 대상물의 온도와, 케이싱 유닛(190)과 로스팅 챔버부(120) 사이의 챔버 외부 공간(160)의 챔버 외부 공간 온도(Toutside)를 측정하는 복사온도 측정유닛(560)을 포함하며, 챔버 외부 공간(160)의 챔버 외부 공간 온도(Toutside)이 상기 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달하였는 지 여부에 대한 판단도 고려하여, 상기 예열 동작의 종료 여부를 판단한다. 이때, 상기 기준 챔버 외부 공간 온도는 섭씨 55 도 내지 섭씨 90 도의 범위로 형성된다.
복사온도 측정유닛(156)은, 적외선에 기초하여 대상물의 온도를 측정하며 상기 로스팅 챔버를 향하는 센싱부와, 상기 챔버 외부 공간의 챔버 외부 공간 온도를 측정하기 위한 외부공간 온도측정유닛과, 상기 센싱부 및 상기 외부공간 온도측정유닛이 실장되는 기판을 포함한다.
한편, 로스팅 장치(1)는, 로스팅 챔버(120)에 복사열을 제공하는 복사 열원부(320)와, 로스팅 챔버(120)에 대류열을 제공하며 기류가 상기 로스팅 챔버부 측으로 유도되는 유입관(311) 및 유입관(311)에 설치되는 히터 유닛(312)을 포함하는 대류 열원부(310)와, 로스팅 챔버부(120)의 외주면의 적어도 일부를 감싸며 로스팅 챔버부(120)를 통하여 로스팅 챔버(121)측으로 전도열을 제공하기 위한 전도 열원부(330)를 포함한다.
복사 열원부(320)는, 로스팅 챔버(121)의 내부에 배치된 상태에서 상부 유닛(110)에 설치되며, 상부 유닛(110)에는 복사 열원부(320)에서 발산되는 빛의 일부가 챔버 외부 공간(160) 측으로 누설되도록 하는 관통홀이 형성된다. 즉, 복사 열원부(320)에서 발산되는 빛은 로스팅 챔버(121) 측으로 전달되어, 로스팅 챔버(121) 및/또는 대상물을 가열시키며, 빛의 일부는 복사 열원부(320)에서 직접 상기 관통홀을 통하여 챔버 외부 공간(160) 측으로 누설되거나, 로스팅 챔버(121) 내부에서 반사되어 상기 관통홀을 통하여 챔버 외부 공간(160) 측으로 누설될 수 있다. 누설된 상기 빛에 의하여, 챔버 외부 공간(160)이 가열될 수 있다. 또한, 로스팅 챔버(121)에 공급되는 열에 의하여 함께 가열되는 상부 유닛(110)으로부터 챔버 외부 공간(160) 측으로 열이 전달될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 로스팅 장치(1)의 제어 방법을 상세하게 설명한다.
도 15는 도 14의 로스팅 장치의 제어 방법을 보여주는 도면이다.
도 15를 참조하면, 먼저 로스팅 장치(1)의 로스팅 챔버(121)에 대한 예열을 수행하는 로스팅 예열 동작 개시 단계(S310)가 수행된다.
그 다음, 로스팅 챔버(121)의 예열 상태가 예열 조건을 만족하는 지 여부를 판단하는 예열 조건 만족 여부 판단 단계(S320)가 수행된다. 이때, 상기 예열 조건은, 기설정된 온도 프로파일 정보에 따라 로스팅 챔버(120)의 측정온도(Tmeasure)가 상기 기준 내부 온도에 도달되었는지 여부 및 챔버 외부 공간 온도(Toutside)가 상기 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달되었는지 여부일 수 있다.
예열 조건 만족 여부 판단 단계(S320)에서, 로스팅 장치(1)는, 상기 온도 프로파일 정보에 따라 로스팅 챔버(120)의 측정온도(Tmeasure)가 상기 기준 내부 온도에 도달되었는지 여부 및 로스팅 챔버(120)의 챔버 외부 공간 온도(Toutside)가 상기 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달되었는지 여부를 판단한다.
예열 조건 만족 여부 판단 단계(S320)에서 로스팅 챔버(121)의 예열 상태가 예열 조건을 만족하는 경우, 로스팅 동작이 개시되는 로스팅 동작 개시 단계(S320)가 수행된다. 한편, 예열 조건 만족 여부 판단 단계(S320)에서 로스팅 챔버(121)의 예열 상태가 예열 조건을 만족하지 않는 경우, 로스팅 예열 동작(S310)을 수행한다.
그 다음, 로스팅의 종료 여부를 판단 하는 로스팅 종료 여부 판단 단계(S340)가 수행된다.
그 다음, 추가 로스팅 진행 여부를 판단하는 추가 로스팅 진행 여부 판단 단계(S350)가 수행된다. 추가 로스팅 진행 여부 판단 단계(S350)에서 추가 로스팅을 진행하는 것으로 판단되는 경우, 기설정된 로스팅 프로파일 정보에 따라 로스티 예약 동작 개시 단계(S310)가 수행된다.. 이때, 추가 로스팅을 진행하는 경우, 이전 로스팅 동작에 의해 로스팅 챔버가 가열된 상태이므로, 예열의 시간이 단축될 수 있다. 한편, 추가 로스팅 진행 여부 판단 단계(S350)에서 추가 로스팅을 진행하지 않는 경우, 제어를 종료하게 된다.
제안되는 실시예에 의하면, 보다 로스팅 품질을 향상시킬 수 있는 로스팅 챔버(120)에 대한 예열 기능을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signalprocessor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 관리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 관리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 관리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 관리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 관리 장치가 복수 개의 관리요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 관리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 관리장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 관리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 관리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 (collectively) 관리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 관리 장치에 의하여 해석되거나 관리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (11)

  1. 대상물을 가열하는 로스팅 장치에 있어서,
    내부에서 대상물이 교반되며 상하 방향으로 연장 형성되는 원통형의 로스팅 챔버와 상기 로스팅 챔버에 수용되는 상기 대상물을 교반하기 위하여 회전되는 회전 교반부를 포함하고, 상기 회전 교반부는 수직한 방향으로 형성되는 교반축을 중심으로 회전되는 로스팅 챔버부;
    상기 로스팅 챔버부를 둘러싸는 케이싱 유닛;
    상기 로스팅 챔버부에 복사열을 제공하는 제1 열원부를 포함하는 열원부; 및
    상기 열원부에 의하여 가열되는 로스팅 챔버부의 내면 또는 상기 대상물의 표면에서 발산되는 적외선에 기초하여 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 온도와, 상기 케이싱 유닛과 상기 로스팅 챔버부 사이의 챔버 외부 공간의 챔버 외부 공간 온도를 측정하는 복사온도 측정유닛;을 포함하고,
    상기 로스팅 챔버의 챔버 내부 온도 및 상기 챔버 외부 공간 온도가 기설정된 기준 챔버 내부 온도 및 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달할 때까지 예열 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복사온도 측정유닛은, 상기 로스팅 챔버의 상측에 배치되는 상부유닛에 배치되어 상기 로스팅 챔버의 내부 공간 측을 향하며,
    상기 복사온도 측정유닛은, 적외선에 기초하여 대상물의 온도를 측정하며 상기 로스팅 챔버를 향하는 센싱부와, 상기 챔버 외부 공간의 챔버 외부 공간 온도를 측정하기 위한 외부공간 온도측정유닛과, 상기 센싱부 및 상기 외부공간 온도측정유닛이 실장되는 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기준 챔버 외부 공간 온도는 섭씨 55 도 내지 섭씨 90 도의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 복사온도 측정유닛에서 측정된 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 측정 온도(Tmeasure)를, 상기 챔버 외부 공간 온도(Toutside)에 기초하여 보정하여 상기 로스팅 챔버 또는 상기 대상물의 실질 온도를 연산하는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 상부유닛에는 관통 형성되어 상기 로스팅 챔버와 연통되는 측정홀이 형성되며,
    상기 복사온도 측정유닛은, 적외선에 기초하여 대상물의 온도를 측정하는 센싱부와, 상기 상부유닛의 상면에 배치되며 상기 로스팅 챔버와 연통되는 몸체측 관통홀이 형성되는 측정유닛 몸체와, 상기 측정유닛 몸체의 일측에 배치되며 상기 센싱부가 실장되는 기판과, 상기 센싱부의 전방에 배치되며 기설정된 파장 대역의 광이 통과되는 필터부를 포함하고,
    상기 몸체측 관통홀은 상기 측정홀과 연통되고 상기 몸체측 관통홀에 상기 센싱부가 위치되며,
    상기 필터부의 일면은 상기 센싱부와 마주보며, 이면은 상기 로스팅 챔버와 직접 마주보고,
    상기 필터부는 온도에 따라 방사율이 달라지는 로스팅 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 실질 온도(Treal)는 상기 측정 온도(Tmeasure)에서 상기 외부 온도(Toutside)에 기초한 상기 필터부의 방사율 변화를 고려하여 연산되며,
    상기 실질 온도(Treal)와 상기 측정 온도(Tmeasure)는 이하의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.

    Treal,k은 대상물의 보정된 실질 온도(절대온도 기준)
    Tmeasure,l은 센싱부가 측정한 대상물의 측정 온도(절대온도 기준)
    Toutside,c는 로스팅 챔버 외부온도(섭씨온도 기준),
    Toutside,k는 로스팅 챔버 외부온도(절대온도 기준),
    E0는 섭씨 0도 일때 필터부의 방사율(Emissivity),
    e는 필터부의 절대온도 1도(또는 섭씨온도 1도) 당 방사율의 변화량임
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 열원부의 상기 제1 열원부는, 상기 로스팅 챔버의 내부에 배치된 상태에서 상기 상부 유닛에 설치되며,
    상기 상부 유닛에는 상기 제1 열원부에서 발산되는 빛의 일부가 상기 챔버 외부 공간 측으로 누설되도록 하는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 열원부는 상기 로스팅 챔버에 대류열을 제공하며 기류가 상기 로스팅 챔버부 측으로 유도되는 유입관 및 상기 유입관에 설치되는 히터 유닛을 포함하는 제2 열원부와, 상기 로스팅 챔버부의 외주면의 적어도 일부를 감싸며 상기 로스팅 챔버부를 통하여 상기 로스팅 챔버측으로 전도열을 제공하기 위한 제3 열원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치.
  9. 로스팅 챔버가 형성되는 로스팅 챔버부 및 상기 로스팅 챔버부를 둘러싸는 케이싱 유닛을 포함하는 로스팅 장치의 제어 방법에 있어서,
    로스팅 챔버에 대한 예열을 수행하는 로스팅 예열 동작 개시 단계;
    상기 로스팅 챔버의 예열 상태가 예열 조건을 만족하는 지 여부를 판단하는 예열 조건 만족 여부 판단 단계; 및
    로스팅 동작이 개시되는 로스팅 동작 개시 단계;를 포함하고,
    상기 예열 조건은, 상기 예열 조건은, 기설정된 온도 프로파일 정보에 따라 로스팅 챔버(120)의 측정온도(Tmeasure)가 상기 기준 내부 온도에 도달되었는지 여부 및 상기 로스팅 챔버와 상기 케이싱 유닛 사이에 형성되는 챔버 외부 공간에 대한 챔버 외부 공간 온도(Toutside)가 상기 기준 챔버 외부 공간 온도에 도달되었는지 여부인 것을 특징으로 하는 로스팅 장치의 제어 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 기준 챔버 외부 공간 온도는 섭씨 55 도 내지 섭씨 90 도의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치의 제어 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    추가 로스팅 진행 여부를 판단하는 추가 로스팅 진행 여부 판단 단계;를 더 포함하고,
    상기추가 로스팅 진행 여부 판단 단계에서 추가 로스팅을 진행하는 것으로 판단되는 경우, 기설정된 로스팅 프로파일 정보에 따라 연속적으로 상기 로스팅 예열 동작 개시 단계 및 상기 로스팅 동작 개시 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 로스팅 장치의 제어 방법.
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