WO2023243991A1 - 로스팅 장치 및 로스팅의 균일성을 위하여 예열을 수행하는 이것의 제어 방법 - Google Patents

로스팅 장치 및 로스팅의 균일성을 위하여 예열을 수행하는 이것의 제어 방법 Download PDF

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roasting chamber
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PCT/KR2023/008118
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우종욱
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주식회사 스트롱홀드테크놀로지
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    • A23N12/12—Auxiliary devices for roasting machines
    • A23N12/125—Accessories or details

Definitions

  • the present invention relates to a roasting device and a control method thereof, and more specifically, to a roasting device in which an object is roasted while being stirred in a roasting chamber, and a control method for performing preheating for uniformity of roasting.
  • This type of coffee roaster automatically roasts coffee beans when you set the roasting operation mode using a temperature sensor and microcomputer.
  • the present invention seeks to provide a roasting device with improved productivity and a control method thereof by reducing the roasting preheating operation time.
  • the radiation temperature measuring unit is disposed on an upper unit disposed above the roasting chamber and faces the inner space of the roasting chamber, and the radiation temperature measuring unit measures the temperature of the object based on infrared rays. It may include a sensing unit facing the roasting chamber, an external space temperature measurement unit for measuring the temperature of a space outside the chamber, and a substrate on which the sensing unit and the external space temperature measurement unit are mounted.
  • the space temperature outside the reference chamber may be in the range of 55 degrees Celsius to 90 degrees Celsius.
  • the body-side through-hole communicates with the measurement hole and the sensing unit is located in the body-side through-hole, one side of the filter part faces the sensing part, and the other side directly faces the roasting chamber.
  • the emissivity of the filter unit may vary depending on temperature.
  • T measure,l is the measured temperature of the object measured by the sensing unit (based on absolute temperature)
  • T outside,k is the temperature outside the roasting chamber (based on absolute temperature)
  • E 0 is the emissivity of the filter part at 0 degrees Celsius
  • FIG. 2 is a diagram showing a projected state of the internal configuration of the roasting device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view showing the roasting chamber of FIG. 3 viewed from above.
  • Figure 6 is a view showing the upper unit of the roasting chamber part of Figure 3.
  • FIG. 8 is a diagram showing a disassembled state of the first temperature sensing unit of the roasting device of FIG. 1.
  • the stirring blade units 181 of the rotating stirring unit 180 rotate around a stirring axis formed in a vertical direction. Therefore, the roasting chamber unit 100 according to the present embodiment is formed to extend in a vertical direction, and the stirring blade units 181 of the rotary stirring unit 180 are rotated around the stirring axis formed in the vertical direction, By stirring the object, roasting of the object is performed more efficiently and there is an advantage that the roasting device 1 can be arranged more efficiently.
  • the first heat source unit 310 includes a flow pipe 311 through which air flows, and a heating unit 312 disposed on one side of the flow pipe 311 and through which the flowing air is heated.
  • the flow pipe 311 is connected to a blow unit 313 for supplying air, and one side of the heating unit 312 and the flow pipe 311 is connected to the upper unit 110.
  • the heating unit 312 has a plurality of heating elements arranged in a mesh or coil form, and is heated as air passes through the heating elements.
  • a diffuser portion 118 whose diameter increases downward to guide the hot air supplied from the first heat source portion 310 is formed on the lower side of the upper unit 110.
  • the diffuser unit 118 extends from the lower surface of the upper unit 110 to the rotating stirring unit 180 disposed on the lower side of the roasting chamber 120, and has a stirring wing unit 181 of the rotating stirring unit 180.
  • a recessed groove (not shown) may be formed to avoid interference with the diffuser unit 118.
  • the roasting device 1 includes measuring units 510, 520, 530, and 540 for measuring the heat source supply temperature of the heat source units 310, 320, and 330 supplied to the roasting chamber 120. Includes more.
  • FIG. 8 is a view showing the first temperature sensing unit of the roasting device of FIG. 1 in an exploded state
  • FIG. 9 is a view showing the disassembled state of the first temperature sensing unit of the roasting device of FIG. 1. This is a diagram showing a cross section of the first temperature sensing unit.
  • the sensing unit 511, the first through hole 519, the second through hole 526, and the filter unit 514 are aligned with the measuring hole 115 of the upper unit 110, and the first bracket 513 ) and the second bracket 521, a filter unit 514 is installed.
  • the sensing unit 511 is inserted into the second through hole 526 of the second bracket 521, and with the substrate 512 seated on the seating surface 524, the third fastening member 610 penetrates the substrate 512 and is fixed to the fastening hole 527 of the second bracket 521, so that the substrate 512 and the second bracket 521 can be firmly fixed.
  • a cylindrical guide portion 116 is formed on the lower surface of the upper unit 110 and protrudes downward surrounding the measurement hole 115, and the guide portion 116 is aligned with the measurement hole 115. That is, as the guide portion 116 surrounding the measuring hole 115 protrudes toward the inner space 121 of the roasting chamber 120, the internal space 121 of the roasting chamber 120 is generated during the roasting process. It is possible to prevent dust, etc. from flowing into the measurement hole 115 and contaminating the surface of the filter unit 514.
  • the sensing unit 511 can irradiate light for measurement to the internal space 121 of the roasting chamber 120 through the measurement hole 115 surrounded by the guide unit 116 or receive light emitted from the object. there is.
  • FIG. 10 is a diagram showing a control method of the roasting device of FIG. 1.
  • a preheating operation is performed to raise the temperature of the internal space 121 of the roasting chamber 120 to a desired preheating temperature. do.
  • the roasting device 1 according to this embodiment has the advantage of being able to more quickly raise the temperature of the internal space 121 to the desired preheating temperature by performing the preheating operation by using three heat sources in combination.
  • the roasting device 1 according to this embodiment controls the three heat sources differently according to the user's taste after the preheating operation is completed, so that roasting of the flavor desired by the user can be achieved.
  • the first heat source unit 310 1 when the measured first preheating temperature (T 1 ) is greater than or equal to the first reference temperature (T ref1 ) (S120), the first heat source unit 310 1 A first heat source temperature maintenance operation step (S130) that provides convection heat is performed so that the preheating temperature (T 1 ) is maintained at the first reference temperature (T ref1 ).
  • the first preheating temperature (T 1 ) may be the convection temperature of the hot air measured by the convection temperature measuring unit 530, and in the first heat source temperature maintenance operation step (S130), the first heat source preheating operation Power at a lower level than in step S110 is supplied to the first heat source unit 310.
  • a second heat source preheating operation step (S130) is performed in which the second heat source unit 330 provides conductive heat to the internal space 121 of the roasting chamber 120.
  • the second heat source unit 330 In the second heat source preheating operation step (S130), when the measured second preheating temperature (T 2 ) is greater than or equal to the second reference temperature (T ref2 ) (S150), the second heat source unit 330 operates at the second preheating temperature ( A second heat source temperature maintenance operation step (S160) that provides conduction heat is performed so that T 2 ) is maintained at the second reference temperature (T ref2 ) (S160).
  • the second preheating temperature (T 2 ) may be the conduction temperature of the second heat source unit 330 measured by the conduction temperature measuring unit 540, and the second heat source temperature maintenance operation step (S160) In the second heat source preheating operation step (S140), power at a lower level is supplied to the second heat source unit 330.
  • the second heat source preheating operation step (S140) is repeatedly performed.
  • a third heat source preheating operation step (S170) is performed in which the third heat source unit 320 provides radiant heat to the internal space 121 of the roasting chamber 120.
  • the third heat source unit 320 operates at the third preheating temperature.
  • a third heat source temperature maintenance operation step (S190) of providing radiant heat is performed so that (T 3 ) is maintained at the third reference temperature (T ref3 ).
  • the third preheating temperature (T 3 ) may be the radiation temperature of the inner space 121 of the roasting chamber 120 measured by the radiation temperature measurement unit 510, and the third heat source temperature maintenance operation In step S190, a lower level of power is supplied to the third heat source unit 320 than in the third heat source preheating operation step S170.
  • the third heat source preheating operation step (S170) is repeatedly performed.
  • the third heat source temperature maintenance operation (S190) is repeatedly performed.
  • the first heat source temperature maintenance operation step (S130) and the second heat source temperature maintenance operation step (S160) are also continuously performed.
  • the measurement positions of the first preheating temperature (T 1 ), the second preheating temperature (T 2 ), the third preheating temperature (T 3 ), and the fourth preheating temperature (T 4 ) according to this embodiment are formed differently from each other.
  • the first preheating temperature (T 1 ), the second preheating temperature (T 2 ), and the third preheating temperature (T 3 ) are the first heat source unit 310, the second heat source unit 330, and the third heat source unit 320.
  • the fourth preheating temperature (T 4 ) is the temperature of the external space adjacent to the roasting chamber 120 and is the temperature of the internal space 121 of the roasting chamber 120. This is the temperature that can be estimated.
  • a roasting device with improved productivity and a control method thereof can be provided by reducing the roasting preheating operation time.
  • the user can achieve the desired roasting.
  • FIG. 11 is a diagram showing the internal configuration of a roasting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a cross section of the radiation temperature measuring unit of FIG. 11, and
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the radiation temperature measuring unit of FIG. 11.
  • This embodiment differs only in the configuration of the radiation temperature measurement unit and the mechanism for correcting the radiation temperature measurement results, but in other configurations, it is substantially the same as the configuration of the roasting device shown in FIGS. 1 to 10, so as follows. The description will focus on the characteristic parts of this embodiment.
  • the roasting device 1 includes a cylindrical roasting chamber 120 that extends in the vertical direction and an object is stirred inside, and the roasting chamber 120 is accommodated in the roasting chamber 120. It includes a rotary stirring part 180 that is rotated to stir the object, and the rotary stirring part 180 includes a roasting chamber part 100 that rotates about a stirring axis formed in a vertical direction, and a roasting chamber part ( 100) and includes a heat source unit including a first heat source unit 310 that supplies heat to the roasting chamber unit 100 and provides convective heat inside the roasting chamber unit 100.
  • the roasting device 1 measures the temperature of the roasting chamber 120 or the object based on infrared rays emitted from the inner surface of the roasting chamber 120 or the surface of the object heated by the heat source unit. Includes a measurement unit 560.
  • the radiation temperature measuring unit 560 is disposed on the upper unit 110 disposed on the upper side of the roasting chamber 120 and faces the inner space of the roasting chamber 120.
  • a measuring hole 115 is formed through the upper unit 110 and communicates with the roasting chamber 120.
  • a cylindrical guide portion 116 is formed on the lower surface of the upper unit 110 and protrudes downward surrounding the measurement hole 115, and the guide portion 116 is aligned with the measurement hole 115. That is, as the guide portion 116 surrounding the measuring hole 115 protrudes toward the inner space 121 of the roasting chamber 120, the internal space 121 of the roasting chamber 120 is generated during the roasting process. It is possible to prevent dust, etc. from flowing into the measurement hole 115 and contaminating the surface of the filter unit 514.
  • the sensing unit 511 can irradiate light for measurement to the internal space 121 of the roasting chamber 120 through the measurement hole 115 surrounded by the guide unit 116 or receive light emitted from the object. there is.
  • the radiation temperature measuring unit 560 includes a sensing unit 561 that measures the temperature of an object based on infrared rays, and a body-side through hole 566 that is disposed on the upper surface of the upper unit 110 and communicates with the roasting chamber 120. ) is formed, a substrate 562 disposed on one side of the measurement unit body 565 and on which the sensing unit 561 is mounted, and a preset wavelength disposed in front of the sensing unit 561. It includes a filter unit 564 through which light in the band passes.
  • the sensing unit 561 may be illustratively formed in a pillar shape, or more specifically, in a cylindrical shape.
  • the substrate 562 is disposed in the external space of the roasting chamber 120 and includes an external space temperature measurement unit (not shown) to measure the temperature of the external space.
  • the external space is disposed between the casing 190 (see FIG. 1) and the roasting chamber 120.
  • a connection terminal 568 for transmitting temperature measurement data is formed on the upper surface of the substrate 562, and the substrate 562 is connected by a first fastening member 581 that penetrates the substrate 562 and the washer member 582. It is fixed to the measurement unit body 565.
  • the measuring unit body 565 may be formed as a single body, and a fastening hole passing through the upper surface to the lower surface is formed in the measuring unit body 565. And, the measuring unit body 565 is fixed to the upper surface of the upper unit 110 by the second fastening member 583 inserted into the fastening hole.
  • the roasting device 1 further includes a ventilation unit 570, one side of which communicates with the flow pipe 311 and the other side of which communicates with the ventilation hole 567.
  • the air flow flowing into the ventilation hole 567 through the ventilation unit 570 is formed on the back side (the surface facing the roasting chamber 120) of the filter unit 564.
  • dust generated during the roasting process is suppressed from flowing into the measuring hole 116 by the guide unit 116, and when dust flows into the measuring hole 116, it is filtered from the ventilation unit 570.
  • the air flow generated from the ventilation unit 570 toward the measurement hole 116 is formed toward the internal space 121 of the roasting chamber 120 through the guide portion 116, thereby flowing through the guide portion 116. The inflow of dust into the measurement hole 116 can be minimized.
  • negative pressure is formed from the outside of the guide unit 116 to the inside of the guide unit 116 by the ventilation unit 570 that forms an airflow from the filter unit 564 side to the outside of the guide unit 116.
  • the ventilation unit 570 has a pipe unit 575 on one side in communication with the flow pipe 311, a plug on one side connected to the other side of the pipe unit 575, and on the other side connected to the ventilation hole 567. Includes unit 571.
  • the plug unit 571 is formed in a bent shape, and a plug portion 573 that is inserted into the ventilation hole is formed on the other side of the plug unit 571.
  • T real,k is the corrected real temperature of the object (based on absolute temperature)
  • T measure,k is the measured temperature of the object measured by the sensing unit (based on absolute temperature)
  • T outside,c is the temperature outside the roasting chamber (based on Celsius temperature)
  • T outside,k is the temperature outside the roasting chamber (based on absolute temperature)
  • e is the change in emissivity per 1 degree Celsius (or 1 degree Celsius) of the absolute temperature of the filter section.
  • the roasting device 1 measures the temperature of the roasting chamber 120 or the object by measuring infrared rays emitted from the surface of the roasting chamber 120 or the object, thereby measuring the temperature of the roasting chamber 120 or the object more accurately. It has the advantage of being able to measure temperature quickly.
  • Figure 14 is a diagram showing the internal configuration of a roasting device according to another embodiment of the present invention.
  • This embodiment differs only in the configuration of controlling the preheating operation of the roasting device by measuring the temperature of the space outside the chamber of the roasting device, and in other configurations it is substantially different from the configuration of the roasting device shown in FIGS. 1 to 13. Since they are the same, the following description will focus on the characteristic parts of this embodiment.
  • the roasting device 1 includes a roasting chamber portion 120 disposed inside the roasting device 1, and a roasting device surrounding the roasting chamber portion 120.
  • a preheating operation is performed until the chamber external space temperature (T outside ) reaches the reference chamber internal temperature and the reference chamber external space temperature, respectively.
  • the roasting device 1 determines whether the preheating operation is completed by determining only whether the measured temperature (T measure ) inside the roasting chamber reaches the reference chamber internal temperature, the space temperature (T outside ) outside the chamber is determined. If is formed excessively low or high, a problem of deterioration of roasting quality occurs due to unintended heat transfer between the roasting chamber 121 and the space outside the chamber 160 during the roasting process after the end of preheating.
  • the roasting device 1 includes a radiant heat source unit 320 that provides radiant heat to the roasting chamber 120, and an inflow pipe that provides convection heat to the roasting chamber 120 and guides airflow toward the roasting chamber unit ( 311) and a convection heat source unit 310 including a heater unit 312 installed in the inlet pipe 311, surrounding at least a portion of the outer peripheral surface of the roasting chamber unit 120 and forming a roasting chamber through the roasting chamber unit 120. It includes a conduction heat source unit 330 for providing conduction heat to the (121) side.
  • the radiant heat source unit 320 is installed in the upper unit 110 while being placed inside the roasting chamber 121, and a portion of the light emitted from the radiant heat source unit 320 is stored in the upper unit 110 outside the chamber.
  • a through hole is formed to allow leakage toward the space 160. That is, the light emitted from the radiant heat source 320 is transmitted to the roasting chamber 121, heating the roasting chamber 121 and/or the object, and some of the light is directly transmitted from the radiant heat source 320 to the through hole. It may leak into the outer space of the chamber 160 through, or it may be reflected inside the roasting chamber 121 and leak into the outer space of the chamber 160 through the through hole. The space outside the chamber 160 may be heated by the leaked light. Additionally, heat may be transferred from the upper unit 110, which is also heated, to the outer space 160 of the chamber by the heat supplied to the roasting chamber 121.
  • FIG 15 is a diagram showing a control method of the roasting device of Figure 14.
  • a roasting preheating operation start step (S310) is first performed to preheat the roasting chamber 121 of the roasting device 1.
  • a preheating condition satisfaction determination step (S320) is performed to determine whether the preheating state of the roasting chamber 121 satisfies the preheating condition.
  • the preheating condition determines whether the measured temperature (T measure ) of the roasting chamber 120 has reached the reference internal temperature according to preset temperature profile information and whether the temperature of the space outside the chamber (T outside ) is determined by the temperature outside the reference chamber. It may be whether the temperature has been reached.
  • a roasting operation initiation step (S320) in which the roasting operation is started is performed. Meanwhile, if the preheating state of the roasting chamber 121 does not satisfy the preheating condition in the determining whether the preheating condition is satisfied (S320), a roasting preheating operation (S310) is performed.
  • a roasting completion determination step (S340) is performed to determine whether roasting has ended.
  • a determination step (S350) to determine whether to proceed with additional roasting is performed. If it is determined that additional roasting is to be performed in the additional roasting determination step (S350), the roastie reservation operation initiation step (S310) is performed according to the preset roasting profile information. At this time, when additional roasting is performed, Since the roasting chamber has been heated by the previous roasting operation, the preheating time can be shortened. Meanwhile, if additional roasting is not performed in the determination step (S350) of whether to proceed with additional roasting, control is terminated.
  • a preheating function for the roasting chamber 120 that can further improve roasting quality can be provided.
  • the system or device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components.
  • the systems, devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), etc. , may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the management device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. Additionally, the management device may access, store, manipulate, manage, and create data in response to the execution of software.
  • OS operating system
  • the management device may access, store, manipulate, manage, and create data in response to the execution of software.
  • the management device includes multiple processing elements and/or multiple types of management elements. It can be seen that it may include.
  • the management device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.
  • Software may include computer programs, code, instructions, or a combination of one or more of these, configured to configure a managed device to operate as desired, or managed independently or collectively. You can command the device.
  • Software and/or data may be used by any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to the Management Device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave.
  • Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
  • the present invention relates to a roasting device and a control method thereof, and has repeatability and industrial applicability in a roasting device for roasting materials such as coffee.

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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 로스팅의 균일성을 위하여 예열을 수행하는 이것의 제어 방법
본 발명은 로스팅 장치 및 이것의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 대상물이 로스팅 챔버에서 교반되며 로스팅 되는 로스팅 장치 및 로스팅의 균일성을 위하여 예열을 수행하는 이것의 제어 방법에 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.
Figure PCTKR2023008118-appb-img-000001
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.
Figure PCTKR2023008118-appb-img-000002
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.
발명의 실시를 위한 형태는 위의 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 함께 기술되었다.
본 발명은 로스팅 장치 및 이에 대한 제어 방법에 관한 것으로, 커피 등과 같은 물질을 로스팅 하기위 한 로스팅 장치 등에서의 반복 가능성 및 산업상 이용 가능성이 있다.

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.
    Figure PCTKR2023008118-appb-img-000003
    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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