KR101906020B1

KR101906020B1 - 에스프레소 머신의 그룹헤드 예열장치가 구비된 추출수 온도 유지장치

Info

Publication number: KR101906020B1
Application number: KR1020160183699A
Authority: KR
Inventors: 방정호
Original assignee: 주식회사 비다스테크
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-10-10
Also published as: KR20180078687A

Abstract

본 발명은 에스프레소 머신의 그룹헤드 예열장치가 구비된 추출수 온도 유지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 판상 발열체를 이용하여 그룹헤드를 예열하여 미리 설정한 온도 범위 내로 유지함으로써 에스프레소 추출 시 보일러에서 공급되어 포터필터에 결합된 커피바스켓으로 공급되는 가압수(추출수)의 급격한 온도 변화가 없도록 한 에스프레소 머신의 그룹헤드 예열장치가 구비된 추출수 온도 유지장치에 관한 것이다.

Description

에스프레소 머신의 그룹헤드 예열장치가 구비된 추출수 온도 유지장치 {THERMAL MAINTAINING DEVICE OF BREWING WATER WITH GROUP HEAD PREHEATING APPARATUS FOR ESPRESSO COFFEE MACHINE}

가열된 물로 원두를 가압하여 뽑아낸 커피를 데미타세(Demitasse)잔에 마시는 이탈리안 정통 커피인 에스프레소(espresso)를 추출하기 위한 다양한 종류의 기계가 만들어져 있다. 에스프레소 머신이 1906년에 발명되었는데, 압력은 9기압 정도, 온도는 90℃ 전후에서 30초 안에 약 30㎖의 커피를 뽑아내도록 설계되어 있다. 드립식 기계를 이용할 때보다 원두를 3배 정도 곱게 갈아야 한다. 에스프레소의 맛을 결정하는 요소는 원두의 굵기와 양, 물의 배출 압력 및 커피바스켓에 넣어진 커피분말를 가압하는 가압수의 온도, 떨어지는 속도 등이다.

에스프레소 커피를 뽑으면 크레마(crema)라는 옅은 갈색의 크림층이 생긴다. 이는 커피 원두에 포함된 오일이 거품화 되어 표면 위로 떠오른 것으로서 커피 향을 담고 있다. 따라서 크레마의 정도로 에스프레소가 잘 추출되었는지의 여부를 알 수 있다. 위와 같은 에스프레소 장치는 한 개 이상의 추출그룹헤드(brew group head)가 구비되어 있고, 각각의 추출그룹헤드는 정해진 분량의 커피파우더를 담는 용기, 예를 들면 포터필터가 결합되도록 구성되어 있다.

또한, 에스프레소 머신에는 물을 가열하기 위한 보일러와, 이 보일러에서 미리 설정된 온도로 가열된 온수를 일정한 압력으로 가압하여 가압된 고온수(高溫水)를 상기 추출그룹헤드로 공급하는 펌프를 포함한다. 위와 같은 에스프레소 머신은 추출된 커피 맛의 균일성 따라 그 가격이 좌우된다.

따라서 에스프레소의 맛을 결정하는 요소인 가열 가압된 추출수의 온도를 일정하게 유지하여 추출그룹헤드에 결합된 포터필터까지 공급하는 것은 대단히 중요하다. 대다수의 에스프레소 머신은 보일러에서 가열되어 일정한 압력으로 배출되는 가압된 추출수가 에스프레소를 추출 직전에는 필연적으로 추출그룹헤드, 그룹헤드의 사워스크린 등과 접촉하여야만 하는 구조이다.

일반적인 에스프레소 추출의 커피의 추출온도는 90~95℃로서, 배출되는 추출수의 온도를 추출 전까지 위 온도로 유지하려면 당연히 금속재질로 된 추출그룹헤드와 그 내부에 결합된 샤워스크린을 항상 적정한 온도로 예열하지 않으면 안 되었다. 에스프레소 머신의 추출그룹헤드의 온도가 가압온수의 온도보다도 매우 낮은 경우 추출온도가 급격하게 떨어져 크레마의 양도 현저하게 줄어들게 되고 맛과 향도 떨어지는 문제가 발생한다.

따라서 대다수의 에스프레소 머신은 추출그룹헤드에 그룹헤드의 온도가 미리 설정된 온도로 예열하는 헤드예열장치가 부가되어 있다. 이러한 추출그룹헤드의 예열장치들은 에스프레소 머신의 내부에서 물을 가열하는 보일러에서 뜨겁게 가열된 가열수를 이용하는 방식이 주종을 이룬다. 그 첫 번째가 열사이폰(Themosyphon) 방식으로 보일러에서 가열된 가열수(heated water)가 그룹헤드를 거치도록 순환시킴으로써 그룹헤드를 일정한 온도로 유지되도록 하는 것이고, 두 번째는 독립된 추출보일러의 가열수가 추출 서킷과는 별개로 그룹헤드를 직접 데워주는 방식이다.

그러나 추출용 온수로 그룹헤드를 가열하는 방식은 다량의 커피가 제조되어 추출용 온수의 온도가 낮아지거나 주변 환경의 온도 변화 시 그에 따라 즉각적인 온도 반응이 수행되지 않아 신뢰할 만한 온도 유지, 가열이 어렵고 가열된 보일러 내부의 용해 고형물이 고온의 보일러 내에서 점차 농축, 축적되어 여러 가지의 화학적 또는 물리적 작용을 받아 결정화 되는 스케일 현상이 발생한다.

스케일은 금속면에 부착된 피막상의 불순물, 금속 산화물을 말하며 열전도율이 0.7~3㎉/mh˚C인 열의 불량 도체이기 때문에 이것이 부착 생성되면 열원으로로부터 보일러수로의 열전달이 저해되고, 그로 인해 표와 같이 에너지 손실(보일러의 효율 저하)을 초래함과 동시에, 보일러 전열면판의 과열이란 장해를 초래하며 또한 스케일의성분에 따라서는 부식성까지 있어 부식의 폐해까지 초래하게 되어 추출된 커피의 맛과 향을 저하시킴은 물론 커피 머신의 수명을 단축시킨다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 출원인에게 허여된 특허 제147069호(2015. 02. 23. 등록) "에스프레소 머신의 추출그룹헤드 예열장치"가 있다. 위 특허문헌에 개시된 종래의 기술은 미리 설정된 온도로 추종 제어되는 가열부의 온도를 히트파이프(heat pipe)를 통해 에스프레소 머신의 추출그룹헤드로 전달하여 그룹헤드의 온도를 제어하는 기술적 구성을 갖는다.

그러나 위 선행기술은 특정 모양과 형상으로 제작되는 파이프 형상의 히트파이프로서 가열부의 열에너지를 그룹헤드 본체로 전달함으로써 그룹헤드의 온도가 급격하게 낮아지는 문제를 해결할 수 있었으나, 비교적 큰 평면을 갖는 그룹헤드바디 전체 면의 온도를 균일하게 제어할 수 없었다.

즉, 그룹헤드 바디의 전체면의 온도가 균일하지 않아 가압온수탱크로부터 이송되는 추출 가압수가 그룹헤드 바디의 인테이크(intake)로 유입되었을 때 그룹헤드 바디의 드레인 캐비티(drain Cavity)에 형성된 가압수 배출구로 배출되는 가압수의 온도 편차가 크므로 그룹헤드 바디에 결합된 포터필터의 커피바스켓에 담아진 커피 파우더를 가압 시 커피의 맛이 균일하지 않은 문제가 있었다.

10-1479069 B1(2015. 023. 23. 등록)

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그룹헤드의 드레인 캐비티으로부터 드레인되는 가압 추출수의 온도가 균일하게 되도록 상기 그룹헤드를 가열하여 안정적으로 유지하도록 하는 에스프레소 머신의 추출그룹헤드 예열장치를 구비한 추출수 온도 유지장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기 에너지(electric energy)의 공급에 의해 가열되는 판상 또는 면상 발열체로 그룹헤드 바디의 추출수 이송경로 및 배출구를 형성하는 드레인 캐비티의 상면 전체를 가열하여 그룹헤드 바디 전체면의 온도를 균일하게 유지하여 커피 추출수의 낙하 온도가 균일하도록 하여 커피 추출이 최적 상태로 이루어지도록 하는 에스프레소 머신의 추출그룹헤드 예열장치를 구비한 추출수 온도 유지장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그룹헤드 바디의 추출수 이송로의 저면에 드레인 캐비티(drain cavity)를 형성하고, 상기 드레인 캐비티에 모아진 추출수를 포터필터의 커피바스켓으로 효율적으로 공급되도록 확산시키는 열확산용 디퓨저 홀더를 갖는 에스프레소 커피머신의 그룹헤드 및 이 그룹헤드를 효율적으로 가열하여 일정한 온도를 유지하는 추출그룹헤드 예열장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 에스프레소 머신의 본체 내의 가압온수탱크로부터 공급되는 가압수를 이송하도록 중앙부분에 하향 개구된 드레인 캐비티가 형성된 바디; 상기 바디의 상면에 밀착 결합되고 바디 전체를 균일하게 가열하도록 전극에 의해 발열 판상 발열체; 상기 바디의 하부에 설치되고 드레인 캐비티에 채워진 추출수를 확산 배출하는 디퓨저가 구비되되, 가열된 바디의 열에너지를 축적하여 드레인 캐비티에 모인 추출수의 온도 저하를 방지하는 디퓨저 홀더; 상기 디퓨저 홀더 하부에 결합되고 디퓨저에 의해 확산된 추출수를 하부의 샤워스크린으로 확산 배출하되, 디퓨저 홀더에 축적된 열에너지의 전열로 가열되면서 바디의 온도를 유지하도록 하는 확산디스크블록;을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 발열체의 상부에 설치되고 커버로 덮인 상태로 바디에 고정되는 전열시트; 및 상기 바디와 발열체 사이에 설치되고 발열체의 발열에 의한 열을 바디 상면으로 균일하게 전달하는 열전패드;를 더 포함한다.

아울러, 상기 바디의 일측에 설치되어 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서에서 감지된 바디의 온도가 미리 설정된 온도가 되도록 상기 발열체의 전극으로 공급되는 전기에너지의 공급량을 제어하는 제어기;를 더 포함한다.

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본 발명에 따른 에스프레소 커피머신의 그룹헤드는 열전도가 우수한 재료로 만들어진 그룹헤드 바디와 그 상부에 결합된 그룹헤드 커버 사이에 시트 형상을 갖는 판상 발열체를 설치하고, 그룹헤드 바디의 드레인 캐비티 하부에 드레인 관통구가 등간격으로 형성된 디퓨저를 갖는 그룹헤드 디퓨저 홀더 및 추출수의 온도가 균일하도록 하는 확산디스크블록을 설치함으로써 그룹헤드의 온도를 균일하도록 하여 추출수의 온도 분포를 일정하게 함에 따라 커피 추출 시 맛을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에스프레소 커피머신의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 그룹헤드의 평면도
도 3는 도 2에 도시된 그룹헤드의 D-D선 단면도.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 그룹헤드의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 그룹헤드의 예열 온도 분포도를 설명하기 위한 것으로, 적외선열상카메라로 촬영한 사진.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 아래 설명되는 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에스프레소 커피머신(1)은, 물을 가열하여 높은 온도와 압력으로 배출하는 보일러, 펌프 등이 내부에 설치된 본체(2)를 포함한다. 즉, 상기 본체(2)는 커피 추출신호에 응답하여 미리 설정된 온도로 가열된 추출수를 일정한 압력으로 토출하는 가압온수탱크(21)가 설치되어 있다.

도 1은 본체(2)가 커피를 추출 작업하는 작업대의 하부에 넣어지는 언더 카운터(under counter)형으로, 상면에는 에스프레소 커피 샷 컵이 놓아지는 작업 플레이트(3)가 설치되어 있고, 상기 작업 플레이트(3)의 상부에는 그룹헤드(5)가 지지대(4)를 통해 설치되어 있다. 상기 지지대(4)는 단순히 그룹헤드(5)를 본체(2)의 윗면으로 지지하기 위한 것으로, 그 내부에는 본체(2)의 가압온수탱크(21)와 그룹헤드(5) 간에 연결된 파이프 등이 내장된다.

본 발명의 실시 예에서는 언더 카운터 형(type)의 에스프레소 커피머신의 예를 들었으나, 테이블 위에 놓아지는 통상의 에스프레소 머신인 경우, 상기 지지대(4)는 그룹헤드(5)가 설치된 본체(2)의 전면부 또는 전면 측벽이 될 수 있어, 본 발명은 그룹헤드(5)를 갖는 에스프레소 커피머신에는 모두 적용이 가능 하다.

상기 본체(2)의 가압온수탱크로부터 일정한 압력, 예를 들면, 9기압으로 토출되는 추출수는 지지대(4)의 내부 추출수 이송파이프를 통해 그 상부에 결합된 그룹헤드(5)로 토출된다. 상기 그룹헤드(5)에는 분쇄된 커피가 담겨진 커피바스켓을 갖는 포터필터(6)가 결합되어 있다. 따라서 본체(2)로부터 높은 온도의 추출수가 높은 압력으로 토출되면, 이 추출수는 그룹헤드(5)에 결합된 포터필터(6)의 커피바스켓으로 공급되며, 이로 인하여 에스프레소 커피가 추출되어 작업 플레이트(3)의 상부에 놓아진 에스프레스 샷 컵 안으로 떨어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 에스프레소 커피머신(1)의 그룹헤드(5)는 온도가 바디 전체에 균질하도록 유지하는 가열 또는 예열장치가 내장되며, 이러한 예열장치에 의해 그룹헤드(5)로부터 확산배출되는 추출수의 온도도 균일하게 배출된다. 이에 따른 동작을 도 2 내지 도 5을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 그룹헤드(5)는 열전도가 우수한 금속재로 만들어진 그룹헤드바디(50)를 포함한다. 상기 그룹헤드바디(50)는 판 형상에서 하향(下向) 개구된 드레인 캐비티(51)가 중앙부분에 형성되고, 에스프레소 머신(1)의 본체(2) 내의 가압온수탱크(21)로부터 공급되는 가압수를 입력하는 인테이크(52)는 이송로(53)를 통해 상기 드레인 캐비티(51)에 연동되어 있다. 이와 같이 구성된 그룹헤드바디(50)는 인테이크(52)로 유입되는 높은 온도의 추출수를 드레인캐비티(51)로 배출함을 알 수 있다.

이때, 상기 그룹헤드바디(50)의 윗면에는 전극(55)으로 공급되는 전기 에너지의 입력에 의해 발열되는 발열체가 시트(sheet) 형태를 이루는 판상 발열체(54)가 설치된다. 상기 판상 발열체(54)와 그룹헤드바디(50)의 윗면 사이에는 열을 효율적으로 그룹헤드바디(50)의 표면으로 확산 전달하는 열전패드(57)가 설치되고, 상기 판상 발열체(54)의 윗면에는 절연시트(56)가 적층되어 헤드커버(58)에 덮어진다.

상기 그룹헤드바디(50)의 일측면에는 온도센서(70)가 결합되어 있다. 상기 온도센서(70)는 판상 발열체(54)의 발열에 의한 열에너지가 열전패드(57)를 통해 그룹헤드바디(50)의 상면으로 균질하게 전달됨에 따라 상승되는 그룹헤드바디(50)의 온도를 감지한다. 상기 온도센서(70)의 출력은 판상발열체(54)의 전극(55)으로 공급되는 전기 에너지를 제어하는 제어기(도시하지 않았음)로 공급된다.

상기 제어기는 상기 온도센서(70)에 의해 감지된 그룹헤드바디(50)의 온도가 미리 설정된 예열온도를 추종하도록 판상 발열체(54)의 전극(55)으로 공급되는 전기 에너지를 단속한다. 이와 같이 동작되는 제어기의 제어에 의해 그룹헤드바디(50)의 온도를 항상 일정한 온도를 유지할 수 있다.

상기 그룹헤드바디(50)의 드레인 캐비티(51)의 출구 측에는 고온 고기압으로 유입된 추출수의 온도변화가 최소화되도록 분산 또는 확산시켜 배출하는 디퓨저(61)가 형성된 그룹헤드 디퓨저 홀더(Group head diffuser holder)(59)가 결합되어 있다.

상기 디퓨저(61)에는 추출수를 효과적으로 분산 또는 확산시기 위한 관통구(60)가 적어도 2개 이상 바람직하기론 4개 내지 6개가 등 간격으로 형성되어 있다. 따라서 상기 그룹헤드바디(50)의 드레인 캐비티(51)에 모아진 추출수는 상기 디퓨저(61)의 관통구(60)를 통해 효과적으로 그 하부로 배출된다. 이때, 상기 그룹헤드디퓨저 홀더(59)는 가열된 그룹헤드바디(50)의 열에너지를 축적함으로써 상기 드레인 캐비티(51)에 모아진 추출수의 온도가 떨어지는 것을 방지한다.

상기 그룹헤드 디퓨저 홀더(59)에 축적된 열에너지는 그 하부에 결합된 확산디스크블록(63)으로도 전열됨으로써 그룹헤드 바디(50), 그룹헤드 디퓨저 홀더(59) 및 확산디스크블록(63)은 상기 판상 발열체(54)의 지속적인 발열 제어에 의해 거의 같은 온도로 열에너지가 축적되어 동일한 온도를 유지하게 된다.

상기 확산디스크블록(63)에는 상기 디퓨저(61)에 형성된 관통구(60)의 개수보다 많은 확산구(62)가 등간격으로 형성되어 있으며, 아래에는 다수의 구멍이 천공된 샤워 스크린(64)이 스크린 볼트(65)에 의해 확산디스크블록(63)에 결합되어 있다. 상기 확산디스크블록(63) 역시 열전도가 우수한 금속재로 구성되는 것이 좋다.

상기 그룹헤드 디퓨저 홀더(59)의 아래에는 중앙의 중공에 상기 확산디스크블록(63)에 결합된 샤워 스크린(64)이 노출되도록 한 포터필터 링(66)이 결합되고, 상기 포터필터 링(66)과 최상부에 설치된 헤드커버(58)는 결합볼트(69)에 의해 체결되어 견고하게 결합된다.

상기와 같은 구성 중 그룹헤드 바디(50)의 드레인 캐비디(51)와 그룹헤드 디퓨저 홀더(59)의 디퓨저(61)의 사이와, 그룹헤드 디퓨저 홀더(59)와 포터필터 오링(68) 사이에는 오링(67)과 포터필터 오링(68)을 결합하여 추출수가 밖으로 새어나지 않도록 하고, 결합 시 유격이 없도록 하는 것이 바람직하다.

도 2 내지 도 4와 같이 구성된 그룹헤드(5)의 전극(55)에 제어부의 제어에 의한 전기 에너지가 공급되면 판상 발열체(54)가 발열되며, 이 발열에 의한 열에너지가 열전패드(57)에 의해 그룹헤드 바디(50)의 전체로 전열되고, 상기 그룹헤드 바디(50)의 전면적으로 전열된 열에너지는 그 하부에 순차적으로 결합된 그룹헤드 디퓨저 홀더(59), 확산디스크블록(63)으로 전열됨으로써 그룹헤드(5)는 전체가 고른 온도를 유지하게 된다.

전체가 고른 온도로 유지되는 그룹헤드(5)의 인테이크(52)로 고온 고압의 추출수가 입력되면, 이는 균일한 온도 분포를 갖는 그룹헤드 바디(50), 그룹헤드 디퓨저 홀더(59) 및 확산디스크블록(63)을 통해 확산되어 샤워스크린(64)을 통해 외부로 분사됨에 따라 도 1의 포터필터(6)의 커피바스켓으로는 균일한 온도를 갖는 추출수가 분사됨으로써 커피 맛을 균일하게 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 그룹헤드의 예열 온도 분포도를 설명하기 위한 것으로, 실시예에 따라 만들어진 그룹헤드(5)를 적외선 열상 카메라로 촬영한 사진이다. 도 5에서 세로측은 온도축으로 섭씨(℃)를 나타낸다. 적외선 열상 카메라로 촬영한 결과 절연패드(56)에 의해 열에너지의 전달이 차단된 헤드커버(58) 부분을 제외한 나머지 전부분은 약 90.22℃로 유지되고 있음을 알 수 있다.

즉, 추출그룹헤드(5)의 전체가 고른 온도를 유지하고 있음을 알 수 있다.

1 : 에스프레소 커피머신 2 : 본체
21 : 가압온수탱크 3 : 작업플레이트
4 : 지지대 5 : 그룹헤드
6 : 포터필터 50 : 그룹헤드 바디
51 : 드레인 캐비티 52 : 인테이크
53 : 이송로 54 : 판상 발열체
55 : 전극 56 : 절연시트
57 : 열전패드 58 : 헤드커버
59 : 디퓨저 홀더 60 : 관통구
61 : 디퓨저 62 : 확산구
63 : 확산디스크블록 64 : 샤워스크린
65 : 스크린 볼트 66 : 포터필터링
67 : 오링 68 : 포터필터 오링
69 : 결합볼트 70 : 온도센서

Claims

에스프레소 머신의 본체 내의 가압온수탱크로부터 공급되는 가압수를 이송하도록 중앙부분에 하향 개구된 드레인 캐비티가 형성된 바디;
상기 바디의 상면에 밀착 결합되고 바디 전체를 균일하게 가열하도록 전극에 의해 발열 판상 발열체;
상기 바디의 하부에 설치되고 드레인 캐비티에 채워진 추출수를 확산 배출하는 디퓨저가 구비되되, 가열된 바디의 열에너지를 축적하여 드레인 캐비티에 모인 추출수의 온도 저하를 방지하는 디퓨저 홀더; 및
상기 디퓨저 홀더 하부에 결합되고 디퓨저에 의해 확산된 추출수를 하부의 샤워스크린으로 확산 배출하되, 디퓨저 홀더에 축적된 열에너지의 전열로 가열되면서 바디의 온도를 유지하도록 하는 확산디스크블록;을 포함하고,
상기 발열체의 상부에 설치되고 커버로 덮인 상태로 바디에 고정되는 전열시트; 및
상기 바디와 발열체 사이에 설치되고 발열체의 발열에 의한 열을 바디 상면으로 균일하게 전달하는 열전패드;를 더 포함함을 특징으로 하는 에스프레소 머신의 그룹헤드 예열장치가 구비된 추출수 온도 유지장치.
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제1항에 있어서,
상기 바디의 일측에 설치되어 온도를 감지하는 온도센서; 및
상기 온도센서에서 감지된 바디의 온도가 미리 설정된 온도가 되도록 상기 발열체의 전극으로 공급되는 전기에너지의 공급량을 제어하는 제어기;를 더 포함함을 특징으로 하는 에스프레소 머신의 그룹헤드 예열장치가 구비된 추출수 온도 유지장치.