KR102484335B1 - 에스프레소 샷의 항상성을 개선하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

예비-주입 및 추출 중에 물의 유량을 동적으로 제어하여 샷 항상성을 개선하기 위한 에스프레소 브루잉 시스템. 단순한 사용자 제어는, 샷이 상당히 반복될 수 있게 하고 공유될 수 있게 하는 프로그래밍 가능 "브루잉 환경"을 생성하여, 샷이 이러한 시스템을 갖춘 다른 기계에서 재생될 수 있게 한다.

Description

에스프레소 샷의 항상성을 개선하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING THE CONSISTENCY OF ESPRESSO SHOTS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은 2017년 7월 11일자로 출원되고, 그 전체 개시 내용이 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함되는 미국 가출원 제62/531,120호의 이익을 주장한다.

기존 에스프레소 기계는 물리적인 커피 퍽의 변동을 추출된 샷에서 수용할 수 있는 능력이 없다. 이러한 기계는, 커피를 커피 분말로부터 추출하기 위해서, 커피 퍽 내로의 물의 유동을 간접적으로 제어하는 압력 제어 및 압력 프로파일의 조합을 이용하고, 커피 또는 사용자 선호도에 대한 변동을 수용하기 위해서 시스템을 조정하는 것에 대한 최소의 능력을 갖는다. 포타필터 내의 커피 퍽("퍽")으로부터의 유체의 추출은 퍽 준비 및 커피 분말의 특성에 따라 달라지고, 그러한 특성은 샷마다 다를 수 있고 또한 샷의 추출 동안 달라질 수 있다.

실제로, 바리스타 및 에스프레소 기계의 다른 사용자는 샷의 항상성 및 제어를 달성하고자 한다. 결과적인 샷의 부피, 크레마 품질, 전체 용해 고체, 및 풍미가 달라진다. 이러한 변동은, 예를 들어, 분쇄기 성능, 건조 커피 1회분(dose)의 중량("1회분"), 다지는 힘, 원두 선택, 원두의 나이, 습도의 변동을 포함하는, 여러 가지 인자에 따라 달라진다. 이러한 인자의 각각은 퍽 투과도 및 결과적인 에스프레소 샷에서의 차이를 유발할 수 있다. 퍽 투과도의 변화는 에스프레소 기계 시스템에 대한 배압을 변화시키고, 결과적으로, 퍽을 통한 유체의 유량을 또한 변화시킨다. 퍽의 변동은, 어느 정도까지, 모든 샷에서 발생된다. 전술한 변동 및 변화는 뽑아지는 모든 샷 사이의 비항상성에 기여한다.

현재, 바리스타가 에스프레소 샷을 준비하기 위해서, 바리스타는, 희망하는 샷 시간에 추출되는, 샷을 위한 커피의 목표 중량인, 희망 샷 중량을 에스프레소 기계가 생산하도록, 1회분의 또는 소정량의 건조 커피 및 분쇄기와 함께 작업한다. 일반적으로 몇 번의 샷으로 분쇄기를 조정하여, 희망하는 분말 크기에 도달한다. 원두 및 습도가 변화됨에 따라, 분쇄기는 하루 전체 중에 몇 차례 조정되어야 한다. 이러한 조정은 낭비되는 샷을 초래하여, 커피 및 시간을 허비한다.

분쇄기가 일단 설정되면, 바리스타는 샷을 중단하는 때를 관리하여야 하고, 이를 위한 몇 가지 방법이 있다. 바리스타는 샷의 색채, 샷 시간 및/또는 샷 부피를 모니터링하여, 에스프레소 기계를 중단시키는 때를 결정할 수 있다. 이러한 방법은 바리스타가, 샷의 대부분 동안, 특히 샷이 종료되어야 하는 때에 근접하여 주의를 기울여야 할 것을 요구한다. 이는 바리스타의 시간을 차지하고, 바리스타가 우유를 스팀처리하고 고객에게 주의를 기울여야 하는 해결과제에 추가적인 부담이 된다.

일부 에스프레소 기계는, 샷을 뽑아 내는 프로세스 중에 수작업으로-프로그래밍된 물 부피가 통과한 후에, 기계를 중단시키기 위한 "부피" 1회분 특징을 갖는다. 이러한 특징을 프로그래밍하는 것은 일반적으로 바리스타가 샷을 준비하고 기계를 프로그램 모드로 시작할 것을 요구한다. 그러한 부피는, 바리스타가 샷을 중단하고 사용된 물 부피를 나타내는 유량계 카운트가 기계에 의해서 저장될 때 설정된다. 이러한 상황에서, 바리스타는 샷을 시작할 수 있고, 기계는, 프로그래밍된 수의 유량계 카운트가 발생된 후에 중단될 것이다. 기계는, 퍽으로의 경로 내의 빈 공간을 충진하고, 커피의 샷 내의 물 및 퍽을 포화시키기 위한 물의 양인, 예를 들어 ml의, 물의 양을 나타낼 수 있다. 일부 기계는 "총 ml 1회분"을 바리스타 입력으로서 이용한다. 양 방법은 종료점을 제어하는 것이고, 물이 단지 퍽을 통해서 그리고 샷 컵 내로 이동하는 방식은 제어하지 않는다. 샷은 예상보다 상당히 더 짧은 시간 또는 상당히 더 긴 시간이 걸릴 수 있고, 기계는 정지할 때만을 알 것이다. 상이한 샷 부피를 원하는 경우에, 수작업적인 프로그래밍 방법은 반복되어야 할 것이다.

일 실시예에서, 본 발명은 에스프레소 샷 시스템을 위한 브루잉 환경을 생성하는 방법에 관한 것으로, 그러한 방법은 샷 중량, 샷 시간, 1회분, 예비-주입 시간 및 추출 목표 압력의 값을 시스템 내로 입력하는 단계; 및 입력된 값에 따라 샷을 시스템으로부터 추출하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 이러한 발명은 예비 주입 압력으로부터 추출 목표 압력까지 브루잉 시스템 내의 에스프레소 퍽 내로의 물의 유량 및 주입을 위한 압력 진행을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은 추출을 위한 추출 목표 압력 및 목표 유량을 결정하는 단계, 추출 목표 압력에서 브루잉 시스템 내의 물의 부피를 계산하는 단계, 및 추출 목표 압력으로부터 예비 주입 압력까지 유량의 표를 결정하기 위한 시작으로서 추출 시간 전의 하나의 시스템 샘플 기간에서 브루잉 시스템 내의 물의 현재 부피를 계산하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 이러한 발명은 샷 중에 에스프레소 퍽으로부터 커피를 추출하기 위한 물의 유량을 결정하는 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은 목표 샷 중량, 1회분 및 추출 백분율에 따른 샷에 필요한 물의 양을 결정하는 단계, 필요한 물의 양 및 결정된 샷 시간으로부터 평균 유량을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 적응(adaptation)을 적용하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 이러한 발명은 에스프레소 샷을 브루잉하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 그러한 시스템은 시스템 내로 물을 도입하기 위한 물 유입구, 퍽과 동작 가능하게 연관되는 배출구 퍽 압력 센서, 예비-주입 기간 및 추출 기간 중에 물 유입구로부터 퍽 내로의 물 유량을 제어하는 기능을 하는 제어 밸브, 샷의 충진 위상(phase) 중에 더 큰 유량으로 물이 통과하는 배관 경로를 제공하기 위한 우회 밸브, 예비-주입 및/또는 추출 표에 따라 물 유동을 조절하는 방식을 제어 밸브에 통신하기 위해서 물 유량을 측정하는, 제어 밸브와 연관된, 유량계; 및 시스템의 요소들을 수용하기 위한 매니폴드를 포함한다.

본 발명의 보다 양호한 이해를 위해서 그리고 본 발명이 어떻게 효과적으로 실행되는지를 보여주기 위해서, 예로서, 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 예비-주입 표의 예이다.
도 2는 추출 표의 예이다.
도 3은 검출 표의 예이다.
도 4는 본 발명의 시스템의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 기계적 시스템의 실시예의 측면 입면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 기계적 시스템의 실시예의 상면 평면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 기계적 시스템의 실시예의 등각도이다.
도 8은 매니폴드의 실시예의 등각도이다.
도 9는 -80에서 설정된 분쇄기에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 10은 -70에서 설정된 분쇄기에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 11은 -60에서 설정된 분쇄기에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 12는 28.5 그램 샷에서의 Compak 분쇄기 테스트의 결과의 그래프이다.
도 13은 38.9 그램 샷에서의 Vario 분쇄기 테스트의 결과의 그래프이다.
도 14는 22.5 그램 샷에서의 Compak 분쇄기 테스트의 결과의 그래프이다.
도 15는 8일이 지난 로스팅에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 16은 1일이 지난 로스팅에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 17은 38.9 그램 샷에서의 테스트의 결과의 그래프이다.
도 18은 22.5 그램 샷에서의 테스트의 결과의 그래프이다.
도 19는 5월 16일 브로잉 날짜에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 20는 9월 14일 브로잉 날짜에서의 압력 및 부피 변화의 그래프이다.
도 21은 몇개의 테스트 샘플의 음료 중량의 그래프이다.

일 실시예에서, 본 발명은, 예비-주입 및 추출 중에 퍽을 통한 물의 유량을 실시간으로 동적으로 제어하여, 반복 가능한 브루잉 환경을 생성한다. 퍽 압력은 물의 유량 및 퍽 투과도의 결과이다. 유량을 초래하는 압력을 단순히 인가하는 대신, 본 발명의 양태는, 퍽에 걸친 압력을 초래하는 유량을 제어한다. 정밀하게 제어된 그리고 프로그래밍이 가능한 유량은 예비-주입 및 추출을 반복가능하게 하고, 추출이 퍽 투과도에 덜 민감하게 하며, 샷들 사이에서 물 접촉 시간이 보다 항상성을 가지게 한다. 시스템의 실시예의 폐쇄 루프 제어는 퍽 준비에서 큰 변동을 실시간으로 보상할 수 있게 하며, 항상성을 갖는 샷을 유지하면서, 큰 범위의 분쇄기 설정 및 로스팅 날짜를 수용한다.

본 발명의 실시예에서, 본 방법 및 시스템은 채널링의 발달을 촉진하는 퍽 압력의 급격한 증가를 방지한다. 채널링은, 압력 하의 물이 최소 저항의 경로를 찾고 커피 퍽 내에 홀을 "드릴링"할 때 발생된다. 이는 과다 추출된 샷의 부분을 생성하고, 과소 추출된 퍽의 나머지를 남긴다. 과다 추출된 커피는 더 쓰고, 과소 추출된 커피는 시다.

본 발명의 다른 실시예에서, 복수의 수학식을 이용하여, 예비-주입 표로 일반적으로 지칭되는, 예비-주입 중에 이용하기 위한 퍽 압력 및 유량의 목록을 생성한다. "예비-주입"은, 퍽 내의 커피 분말에 물이 초기에 주입되는 때로서 정의된다. "예비-주입 시간"이라는 용어는, 대략적으로, 시작 압력의 인가로 인한, 예비-주입의 시작과, "추출 압력"에 도달되는 때에 발생되는 추출이 시작되는 시간 사이의 시간이다. 추출 압력은 추출의 시작을 위한 희망 목표 압력이지만, 퍽 준비 및 결과적인 퍽 투과도에 따라, 추출은 목표 추출 압력에 도달하기 이전에 또는 이후에 발생될 수 있다.

본 시스템 및 방법의 실시예에 의해서 이용되는 예비-주입 표는, 미리 결정된 퍽 압력을 이용하는 것 그리고 이하의 문단에서 더 구체적으로 설명되는 계산으로부터 해당 압력에 대한 계산된 유량을 찾는 것에 의해서 생성된다. 예비-주입 표의 예가 도 1에 도시되어 있다. 그러한 표는, 현재의 예에서 30 PSI인, 구체적인 예비-주입 시작 압력에서 시작되고, 선택된 압력은 목표 추출 압력 보다 높은 임의의 증가된 압력이다. 이러한 실시예에서, 압력이 60 PSI에 도달할 때까지 압력은 1 PSI의 증분만큼 증가되고, 60 PSI에서는 압력 증분이 2 PSI까지 증가된다. 그러한 표는 이러한 예에서 130 내지 170 PSI의 추출 목표 압력을 지날 때까지 계속된다. 추출 목표 압력 초과의 표의 기재는, 추출이 예상된 바와 같이 시작되지 않았을 때의 상황을 위한 것이고, 표는, 압력이 증가할 때 유량을 계속 적용한다. 이는 압력 증가를 늦추고 추출 시작을 위한 더 많은 시간을 허용하여, 퍽 압력이 추출 목표 압력보다 상당히 더 높게 증가하는 양을 감소시킨다.

예비-주입 시작 압력은 사용자에 의해서 입력될 수 있거나 시스템에 의해서 자동적으로 결정될 수 있다. 시작 압력을 결정하는 시스템의 장점은, 그러한 것이 더 적은 사용자 입력에 상당한다는 것 그리고 시작 유량이 시스템 용량을 초과하지 않도록 시스템이 보장할 수 있다는 것이다. 유량이 시스템이 전달할 수 있는 것을 초과하는 경우에, 시작 압력은, 유량이 최대 유량 이하가 될 때까지 상승된다. 유량이 측정 가능한 유량 미만인 경우에, 유량이 최소 유량 이상이 될 때까지 시작 압력이 낮아진다.

예비-주입 알고리즘은, 부드럽게 증가되는 퍽 압력을 생성하는, 진행 중의 퍽 시작 압력으로부터 퍽 추출 압력까지의 유량을 계산할 수 있다. 이러한 시스템은 분말의 크기에 대한 적응을 허용한다. 예를 들어, 거친 분말로 인해서 퍽 투과도가 예상보다 큰 경우에, 퍽 압력은 빨리 증가되지 않고, 희망 퍽 압력의 성취까지 더 긴 시간 간격 동안 유량이 더 높게 유지된다. 역으로, 예를 들어 미세한 분말 커피로 인해서 퍽 투과도가 예상보다 작은 경우에, 퍽 압력은 보다 신속하게 증가되고, 유량은, 퍽 압력이 증가되는 속도를 줄이기 위해서 시간과 관련하여 더 빨리 감소된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 예비-주입 표는, 물의 유량을 제어하여 퍽에 가해지는 압력을 부드럽게 증가시키도록 생성될 수 있고, 그러한 부드러운 증가는 채널링을 제거할 수 있는데, 이는, 전술한 바와 같이, 채널링은 과다 압력 및/또는 미세한 분말에 의해서 일반적으로 유발되고 과다-추출된 커피를 초래하기 때문이다.

예비-주입 표를 생성하기 위해서 이용된 알고리즘은, 본 발명의 일 실시예에서, 예비-주입 시작 압력에서의 초기 유량으로부터 시작하여 추출 목표 압력에서의 추출 유량까지일 수 있는, 유량 및 압력 진행을 계산한다. 예비-주입 표 알고리즘을 위한 일차적인 사용자 입력은 예비-주입 시간, 추출 목표 압력, 1회분, 샷 시간, 및 샷 중량이다. 그러한 알고리즘이 시작 추출 유량을 이용하기 때문에, 추출 유량 조정% 사용자 입력이 또한 이용될 수 있고, 이는 예비-주입 알고리즘 결과에 영향을 미칠 것이다. 사용자가 조정하지 않는 시스템 매개변수, 예를 들어 커피 추출 백분율 및 기계의 "빈 물(empty water)" 부피를 나타내는 값이 또한 알고리즘에서 이용된다. 커피 추출 비율은 1회분 대 추출된 커피의 양의 비율이다. 전형적으로, 용인되는 이러한 비율의 범위는 18% 내지 22%이다. 어떠한 바구니가 사용되는지 그리고 그룹 헤드의 기하형태 그리고 3-방향 밸브에 대한 배관을 알 것을 필요로 하는 에스프레소 기계의 "빈 물" 부피(V_a)가 또한 예비-주입 표 값을 생성하기 위해서 이용될 수 있다. 그러나, 표 생성을 위해서 모든 입력이 요구되는 것이 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서, 사용자는 시작 예비-주입 압력을 입력할 수 있다.

예비-주입 표 알고리즘은 추출 목표 압력, 사용자 입력, 및 추출을 위한 시작 유량에서 표를 생성하는 것을 시작한다. 시작 추출 유량은 샷 중량, 추출 비율, 물 밀도 조정, 추출 유량 조정% 및 샷 시간을 고려한다. 수학식은, 내부 물(Water In) = 샷 중량 - (1회분*추출 비율)이다. 다른 실시예에서, 물 밀도 조정이 포함될 수 있고 수학식은 내부 물 = (샷 중량 - (1회분*추출 비율))*물 밀도 조정일 수 있다. 유량계에서의 물 온도가 퍽 내로 진행되는 그룹 헤드 내의 물 온도와 상이한 경우에, 물 밀도 조정이 필요하다. 퍽에서의 물 온도가 유량계에서의 물 온도보다 높은 경우에, 물 밀도는 퍽에서 더 낮다. 유량계를 통해서 이동하는 동일한 물 부피의 양이 그룹 헤드 내에서 유사한 부피를 변위시킬 것이나, 밀도는 더 낮다. 더 낮은 밀도를 보상하지 않는 한, 이는 샷 중량이 작아지게 할 것이다. 물 밀도 조정은 (유량계에서의 물밀도/그룹 헤드에서의 물 밀도)와 동일하다. 이러한 보상은 시스템을 개선하고, 그에 따라, 샷을 위해서 필요한 물의 양을 결정하기 위한 "학습 모드"가 없이, 사용자가 입력한 "샷 중량"이 달성될 수 있다. 시작 유량은 내부 물/샷 시간이다. 다른 실시예에서, 시작 유량은 추출 유량 조정% 및 시작 유량 = (내부 물/샷 시간)*(1 + 추출 유량 조정%)에 의해서 조정된다. 그러나, 시스템은 "빈" 부피에서 샷을 시작한다. 물이 시스템 내로 유동됨에 따라, 빈 부피가 감소되고 압력이 증가된다. 관심 부피는 시스템 내로의 물의 부피 또는 "현재 부피"이고 본원에서 설명된 바와 같이 계산된다. 본 발명의 일 실시예에서, 예비-주입 표를 생성하기 위해서, 추출 목표 압력에서의 시스템의 현재 부피가 먼저 계산된다. "현재 부피"는 해수면 레벨에 있을 때 이하의 수학식으로부터 계산된다: 현재 부피(그램) = 시스템의 빈 부피(그램)*[{절대 퍽 압력(PSI) - 14.7 (PSI)}/절대 퍽 압력(PSI)]. 이러한 제1 계산을 위한 절대 퍽 압력은, 게이지 압력으로서 사용자에 의해서 입력되었던, 그러나 절대 압력으로 변환된, 목표 추출 압력이다. 이러한 실시예에서, 사용된 변환은 절대 압력 = 게이지 압력 + 14.7 psi이다. 현재 부피 또는 "시스템 내로의 물" 수학식은 기체 법칙 VP = V₀P₀으로 부터 유도된다. 시스템 내로의 물 = V₀ - V = V₀ - (V₀P₀/P)이다. 수학식의 대안적인 형태는 단열 가열을 포함할 수 있고, P₀/P = (V/V₀)^γ일 수 있고, 여기에서 γ는 감마이고 전형적으로 1.0 내지 1.4이다. 유사한 유도가 전술한 바와 같이 이루어져 시스템 내로의 물을 결정할 수 있다.

다음에, 이전의 샘플 시간 부피가 결정된다. 이는, 추출에서의 시간(t_o) 이전의 하나의 시스템 샘플 기간(t_-1)에서의 현재 부피이다. 이러한 실시예에서, 그 시간은 추출 시간 전 10 ms이나, 시스템 동작 선호 사항을 기초로 다른 샘플 시간이 선택될 수 있다. 시작 추출 유량 곱하기 시스템 샘플 기간은, 하나의 시스템 샘플 시간 내에 얼마나 많은 물이 부피 내로 유동될 것("계산된 델타 물 부피")인지를 나타낸다. 하나의 시스템 샘플 시간 내의 그러한 "계산된 델타 물 부피"를, 사용자가 입력한, 추출 목표 압력에서의 부피로부터 차감하고, 그 결과는 샘플(t₀)인 추출 목표 압력 이전의 하나의 시스템 샘플(샘플(t_-1))의 부피이다. t_-1에서의 시스템의 부피는 이하의 수학식을 이용하여 계산된다: 시스템의 부피(t_-1)(그램) = 추출 목표 압력에서의 시스템의 부피(그램) - [(추출 유량(그램/초)*시스템 샘플 시간(초)].

다음 단계에서, 추출 목표 압력 이전의 하나의 샘플의 시스템의 이전에-계산된 부피를 이용하여 이러한 시간에서의 퍽 압력을 결정한다. 이하의 수학식을 이용하여 시간(t_-1)에서의 퍽 압력을 계산한다: 퍽 압력(t_-1) = [시스템의 Va 부피(그램)*14.7(PSI)]/[시스템의 Va 부피(그램) - 시스템의 현재 부피(t_-1)(그램)]. 계산된 퍽 압력은, 유량이 추출 목표 압력에서의 추출 유량일 때, 퍽 압력의 변화의 레이트(rate)를 구축한다.

3개의 압력 변화 계수의 레이트를 또한 이용하여, 예비-주입 표 기재를 생성한다. 예비-주입은 예비-주입 시작 압력에서 시작할 수 있고, 이어서, 퍽 압력은 매끄럽게 변화되고, 예비-주입 시간의 사용자 기재와 동일한 경과 시간 후에 추출 압력에 도달한다. 이러한 제어된 압력 전이는 사용자가 입력한 예비-주입 시간과 동일한 시간에 걸쳐 부피를 충진하기 위한 계산된 유량으로 이루어진다. 제1 압력 계수(K_ext)는 추출 목표 압력에서의 압력 변화의 레이트이고, 이하의 수학식을 이용하여 계산된다: K_ext = (추출 목표 압력에서의 퍽 압력)/(퍽 압력(t_-1)), 여기에서 퍽 압력(t_-1)은 추출 목표 압력 이전의 퍽 압력 하나의 시스템 샘플이다. 추출 목표 압력은 사용자 입력이다. 압력은 절대 압력이다.

예비-주입 시작 압력으로부터 추출 목표 압력으로의 압력 변화의 평균 레이트인, 제2 압력 레이트 계수(K_ave)는 추출 목표 압력 대 예비-주입 시작 압력의 비율로부터 부분적으로 계산된다. 그러한 계산은, 예비-주입 중에 샘플의 전체 수의 역수까지 상승된, 전체 예비-주입 압력 범위에 걸친 샘플 당 평균 압력 변화를 결정한다: K_ave = (추출 목표 압력/예비-주입 시작 압력)^(1/(예비-주입 시간*초 당 샘플). 예비-주입 시간은 사용자 입력이거나, 이는 디폴트 수일 수 있다. 초 당 샘플은 시스템 매개변수이고 사용자 입력이 아니다. 다시, 압력은 절대 압력이다.

제3 압력 레이트 계수는 K_spi이고, K는 예비-주입 시작 압력에서의 인자이다. K_ext 및 K_ave의 조합을 이용하여, 추출 목표 압력(압력_n=o) 하에서, 제1 퍽 압력(압력_n-1)으로부터 예비-주입 시작 압력까지의 진행에서 나머지 퍽 압력을 결정한다. K_spi는 이하의 수학식으로 결정된다: K_spi = K_ave + ((K_ave-K_ext)*k_{spi_조정_인자}). k_{spi_조정_인자}는 본원에서 더 설명된다.

다음의 낮은 압력이 계산되고, 새로운 부피가 계산되며, 시스템 샘플 시간 내의 필요 부피 변화에 대해서 유량이 결정된다. "다음" 압력의 계산은 이러한 수학식을 이용하여 K_n 인자를 결정한다: K_n = [(압력_n - P_{예비 주입 시작 압력})/(P추출 - P_{예비 주입 시작 압력})]*(K_ext - K_spi) + K_spi.

압력_n-2은 n = -2에 대한 압력_n-1 1/K_n-1에 의해서 결정된다(예비-주입 시간*초의 시스템 샘플). 압력_n=0은 추출 목표 압력이다.

다음에, 새로운 부피가 이하로부터 계산된다:

V_n-2 ⁼ V_{시스템의 빈 부피}(그램)*[압력_n-2 - 14.7(PSI)]/압력_n-2.

t_n-1 내지 t_n-2 중의 유량은 FR_n-2 = (V_n-1 - V_n-2)/샘플 시간 기간(초)이고, 유량의 단위는 그램/초이다. 또한, 단열 가열을 고려하기 위해서, 조정이 이러한 FR_n-2에 대해서 이루어질 수 있다.

이는, 계산된 압력이, 전형적으로 30 PSI(게이지)인, 예비-주입 시작 압력이 될 때까지, 각각의 시스템 샘플 시간(예를 들어 10 ms)에 대해서 반복된다. 예비-주입 시작 압력은 "0.000" 초이어야 하는데, 이는 이러한 것이 예비-주입의 시작이기 때문이다. 예비-주입의 시작 시의 계산된 시간은 "0.000"초가 아닐 수 있다. K_spi 의 초기 값이 잘못된 경우에, 예비-주입의 시작 시의 계산된 시간은 0.000 초가 아니다. 이는, K_spi 의 초기 값이 정확하지 않은 경우에 발생될 수 있다.

k_{spi_조정_인자}는, 예비-주입 시작 압력에서의 생성된 데이터 표 내의 시간이 "0.000 초"가 될 때까지 해당 항을 변화시키는 반복적인 루틴에 의해서 결정된다. 표는 추출 목표 압력, 시작 추출 유량에서, 그리고 예비-주입 시간과 동일한 시간에서 시작하여 생성되고, 예비-주입 시작 압력 및 "0.000" 초의 시간에 대해서 역으로 작용한다. 반복적 동작이 "0.000"까지의 시작 시간을 달성할 때, 압력, 부피 및 유량의 진행이 계산되었다. 예비-주입 표는 예비-주입으로부터 추출까지 원활한 전이를 위한 추출 표로 직접적으로 전이되도록 설계된다.

예비-주입 표는 추출 압력 보다 높은 압력으로 계속된다. 퍽 내의 변동은 목표 추출 압력 위에서 추출이 시작되게 할 수 있다. 예비-주입 표 기재 내용은, 목표 압력 미만의 압력에 대한 기재에서와 같이, 추출 목표 압력 위에서 유사한 방식으로 계산된다. 차이는, K_n 값이 반전되지 않도록, 압력이 증가된다는 것이다: n = 0에서 200 PSI에 도달하는데 필요한 많은 시간 간격까지에 대한 압력_n+1 = 압력_n=0*K_n=0. 압력_n=0은 추출 목표 압력이다.

부가적인 수정이 예비-주입 표를 생성하는 시스템 및 방법에 대해서 이루어질 수 있다. 예비-주입 시작 압력으로부터 추출 목표 압력으로의 전이의 많은 "형상"이 가능하다. 본원에서 설명된 그러한 방법의 하나의 수정은, 예비-주입이 진행될 때, 예를 들어 압력 증가의 기울기가 1 이상으로 유지되는 것이다.

이전의 설명은, 예비-주입 중에 퍽 내로 유동되는 물을 고려하지 않은 예비-주입 표를 생성하기 위한 방법의 일 실시예이다. 퍽 내로의 물을 추정하는 하나의 방법은, 물이 통과할 수 있는 커피의 부피 내의 공간을 추정하는 것이다. 이는, 물 및 1회분의 밀도의 약 57%인 커피의 밀도 추정으로 이루어진다. 이어서, 퍽 내로의 물이, 충진 및 예비-주입 중의 시간에 분산된다. 이러한 실시예는, 샷의 시작에서 가장 큰 유량으로부터 시작하여 예비-주입의 종료 시의 0까지 감소되는, 선형적으로 감소되는 유량을 이용한다. 이러한 수학식에서의 시간은, 퍽 내로의 물의 발생이 추정되는 시간을 줄이도록, 스케일링될(scaled) 수 있다. 다른 수정예에서, 다른 방법이, 퍽을 통한 평균 유량을 나타내는, 샷 중량 및 샷 시간에 대한 퍽을 모델링할 수 있다. 이어서, 추출 목표 압력 및 퍽을 통한 평균 유량을 이용하여 대표적인 퍽 투과도를 유도할 수 있다. 퍽 내로의 물 유동을 추정하기 위해서 이용되는 방법과 관계없이, 추정된 물은 부피 내로의 유동을 감소시킬 것이다. 그 효과는, 퍽 내로의 유동을 고려하지 않은 모델보다 더 느린 레이트로 발생되는 예비-주입 압력 변화일 것이다. 퍽 내로의 물 유동은 또한 예비-주입 유량에 더해질 수 있다. 이는, 원래의 방법보다 실제 사용자 입력 시간에 더 근접한 예비-주입 시간을 가능하게 할 수 있다.

예비-주입 알고리즘 결정의 다른 수정예는, 예비-주입 결정이 퍽 거동에 대해서 적응되게 할 수 있다. 주어진 유량에 대한 퍽 압력 변화가 주어진 시간 또는 압력 변화 중에 평가되는 경우에, 예비-주입의 시작 후에, 예비-주입 거동을 변화시키기 위해서 주어진 압력에 대한 예비-주입 유량을 변경할 수 있다. 그러한 의도는 퍽 내의 변화를 동적으로 보상하기 위한 것이고, 더 일정한 예비-주입 시간을 유지하기 위한 것이다. 예를 들어, 압력 변화가 평가 간격 중에 예상보다 훨씬 더 빨리 발생되는 경우에, 압력 변화를 늦추기 위해서 유량이 인자에 의해서 스케일링될 수 있다. 마찬가지로, 압력 변화가 예상보다 느리게 발생되는 경우에, 예비-주입 유량이 인자에 의해서 증가되어 압력 변화의 레이트를 증가시킬 수 있다. 이는, 시간에 걸친 압력의 거동이 퍽 투과도의 범위와 보다 유사해지게 하는 그리고 샷 거동이 샷마다 보다 일정해지게 하는 효과를 가질 수 있다.

다른 수정예는, 시스템의 겉보기 부피를 계산하기 위해서 충진 중에 시간 대 압력을 측정하는 것에 의한, 예비-주입 알고리즘을 이용하는 시스템의 항상성과 관련될 수 있다. 보일러 및 배관 내의 물 레벨은, Va 값을 변화시킬 수 있는 기계 구성에 따라 샷마다 달라질 수 있다. 이는 특정 압력까지의 시간에 영향을 미칠 것이다. 시간은 시스템의 부피에 비례하고, 모델에서 주어진 압력까지의 시간에 따라 예비-주입 표 내의 유량을 "스케일링"하기 위해서 사용될 수 있다. 측정된 시간 대 모델 내에서 계산된 시간에 대한 압력의 비율은 실제 부피 대 모델 내에서 사용된 부피의 비율을 나타낸다. 상이한 겉보기 부피들을 보상하기 위해서, 유량에 이러한 비율 또는 이러한 비율과 관련된 인자를 곱할 수 있다. 겉보기 부피가 모델 부피보다 큰 경우에, 유량을 증가시켜 예비-주입 중의 유사한 압력 증가를 보상 및 유지할 수 있다.

추출 표 알고리즘은, 추출을 위한 유량 대 시간의 목록을 포함하는 추출 표를 생성한다. 추출 목표 압력은, 예상된 초기 추출 유량이 도달되는, 목표 압력이다. 추출 표의 예가 도 2에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 사용된 시작 추출 유량은 또한 추출 목표 압력에서의 예비-주입 유량이다.

기본적인 추출 유량은 샷 중량 및 샷 시간 사용자 입력으로부터 계산된다. 유량은 샷 시간으로 나눈 샷 중량이다. 알고리즘은, 예를 들어, 샷 중량 및 샷 시간으로부터 평균 유량을 결정하는 것에 의해서 시작된다;

평균 유량 = 1 온스/25 초 = 초당 0.040 온스.

알고리즘은 또한, 예를 들어, 샷 시간/제어 루프 업데이트 시간으로부터, 샷 동안의 제어 루프 업데이트의 수를 계산한다;

25 초/제어 업데이트들 사이의 0.25 초 = 100번의 제어 루프 업데이트.

이러한 실시예에서, 샷이 25초 이상 소요된다면, 표 내의 마지막 유량이 샷의 나머지에 대한 목표 유량으로 계속된다. 유량은, 바람직한 경우에, 목표 샷 시간 중에 특유하게 계속될 수 있다. 추출 표는 샷 전체를 통해서 일정한 유량으로 또는 더 느린 시작 및 더 빠른 종료를 위해서 샷의 경향을 수용하기 위한 추출 유량 조정 백분율로 생성될 수 있다. 퍽 투과도는 추출 중에 증가될 것인데, 이는 재료가 제거되기 때문이다. 적은 재료는 더 큰 퍽 투과도를 초래한다. 도 2에 도시된 예시적인 추출 표는, -10% 추출 유량 조정 백분율에서, 25초, 28.5 그램 샷에 대한 것이다. 그러한 표는, 분쇄기 설정이 예상보다 더 미세할 때 작은 퍽 투과도로 인해서 샷 시간이 연장되는 경우의 사용을 위해서, 25초를 계속 초과할 수 있다. 이러한 상황에서, 유량은, 바람직한 경우에, 샷 시간을 넘어서(예를 들어, 25초 초과) 계속 변화될 수 있다. 제어 루프 업데이트 시간은, 바람직한 경우에, 시스템 성능을 위해서 더 빈번해질 수 있다.

추출 알고리즘은 희망 유량에 대한 임의의 적응을 적용할 수 있거나, 샷 항상성에 더 기여할 수 있다. 하나의 적응은 추출이 진행될 때 유량의 선형적 변화를 만들 수 있다. 예를 들어, 추출 유량 조정 백분율은 초기 유량을 최종 유량의 변화에 반대되는 비율로 변화시키고, 그에 따라 초기 추출 유량이 -5%의 조정에 의해서 감소되는 경우에, 유량은 샷 중량/샷 시간 계산보다 5%만큼 느리게 시작된다. 샷 중에, 유량은, 샷 중량/샷 시간 계산보다 조정%만큼 더 크게 증가된 최종 유량까지 선형적으로 전이된다. 이러한 방법은 샷 시간을 일정하게 유지한다. 다른 실시예에서, 추출은 평균 유량의 -10%에서 시작할 수 있고, 샷 시간의 종료에서 평균 유량보다 10% 더 선형적으로 증가될 수 있다. 이는 원래의 샷 중량 및 샷 시간 입력을 유지할 것이다. 백분율 조정이 넓은 범위에 걸쳐 가능하다. 다른 실시예에서, 추출 유량은 시작 추출 유량에서 시작될 수 있고, 이어서, 샷 중에, 유량 감소를 시작할 수 있다. 감소는 샷 중의 임의의 시간에 발생될 수 있고 임의의 양으로 감소될 수 있다. 또한, 샷 중에 퍽 내로의 물에 접근할 수 있고, 유량은 특정 샷 시간에 종료되도록 조정될 수 있다.

다른 적응이 평균 유량보다 낮은 추출에서 시작될 수 있고, 추출의 중간을 통해서 유량을 증가시킬 수 있고, 이어서 추출의 마지막 부분 중에 유량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 실시예는 -10%의 평균 유량에서 시작되고, 샷의 중간에서 +10%까지 증가되고, 이어서 샷의 종료에서 -10%까지 감소되는 음의 코사인 형상이다. -10%로부터 +10%까지 그리고 다시 -10%까지의 전이는 음의 코사인 파형의 형상으로 이루어진다. 임의의 바람직한 형상 적응이 이용될 수 있다.

동적 유량은, 예비-주입 및 추출 모두 중에 적용될 수 있는 구현 가능한 시스템 프로세스이고, 샷 항상성을 크게 개선하는 반복 가능한 브루잉 환경을 생성한다. 시스템은, 예비-주입 표 및 추출 표에 의해서 결정되는 바와 같은 정밀하게 제어된 유량을 이용함으로써, 퍽 투과도와 관계없이, 퍽에 대한 물의 일정한 적용을 유지한다. 퍽 투과도가 큰 경우에, 표준 에스프레소 기계는 압력을 인가할 수 있고 큰 물 유량이 발생될 수 있다. 샷 시간은 희망하는 것보다 짧을 수 있다. 퍽 투과도가 작은 경우에, 동일하게 인가된 압력은 더 작은 유량 및 더 긴 희망 샷 시간을 초래할 것이다. 이러한 일정하지 않은 유량은 매우 상이한 샷들을 생성할 수 있다. 퍽 투과도 차이는 모든 퍽마다 어느 정도 발생된다. 본 발명의 이러한 시스템 실시예에서, 물은 특정 유량으로 인가되고, 퍽 압력은 유량 및 퍽 투과도의 결과이다. 퍽 투과도가 큰 경우에, 결과적인 압력은 더 낮으나, 유량은, 샷의 상태에 따라 예비-주입 표 또는 추출 표로부터, 목표 유량까지 제어된다. 퍽 투과도가 작은 경우에, 결과적인 압력은 높으나, 다시, 유량은 표 내의 목표까지 제어된다.

또한, 전술한 유량은 퍽 투과도에 따라 동적으로 제어될 수 있다. 예비-주입 및/또는 추출 중에 유량을 퍽 압력에 합치시키는 것은 퍽 내로의 물을 제어하고, 그에 따라 이는 샷들 사이에서 일정하다. 추출 중의 제어된 유량은 물과 퍽의 접촉 시간을 보다 일정하게 유지하고, 이는 인가된 압력보다 중요하다. 이러한 시스템은, 넓은 범위의 퍽 투과도에 걸쳐, 유사한 중량 및 추출 시간의 샷을 생성할 것이다.

샷 중의 이러한 동적 유량 제어의 다른 장점은, 하루 중에 새로운 원두가 사용되고 조건들이 변화됨에 따라 분쇄기가 매일 다이얼링됨(dialled)으로써, 더 적은 샷을 버리게 될 것이라는 점이다. 폐쇄 루프 동적 유량 제어는 퍽 준비 중의 이러한 그리고 다른 변수의 영향을 크게 감소시켜, 퍽 투과도가 변화될 때 일정한 샷을 초래한다.

사용자는 또한 추출 검출 알고리즘을 이용하여, 추출이 시작될 때의 표시로서 예비-주입 중의 퍽 압력 기울기의 변화를 확인할 수 있다. 이는 기계의 동작을 "완전" 자동으로부터 "반" 자동으로 변화시킬 것이다. 전형적인 샷에서, 샷 시간이 진행됨에 따라 압력은 증가된다. 퍽 압력의 변화의 레이트는, 더 많은 물이 퍽을 통과하고 기계의 부피 내로 전달되지 않음에 따라, 추출이 시작될 때, 감소되기 시작할 것이다. 이는 퍽 압력의 감소되는 기울기를 초래한다. 예를 들어, 비록 다른 범위가 이용될 수 있지만, 퍽 압력을 2.56초 범위에 비교하면, 1.28초의 범위는 선행 부분 또는 가장 최근의 퍽 압력이고 나머지 1.28초는 지체 부분 또는 오래된 퍽 압력이다. 선행 퍽 압력 대 지체 퍽 압력의 비율은 기울기이다. 이러한 예에서, 각각의 범위의 시작 및 종료에서의 샘플들의 압력의 차이는 기울기를 나타낸다. 그러한 수학식은 다음과 같다:

기울기 = (P₂₅₅ - Ρ₁₂₈)/(Ρ₁₂₇ - P₀)이고, 아래 첨자는 2.56 초 범위 내의 압력 샘플 번호를 나타낸다.

예를 들어, 추출 검출 알고리즘을 이용하여, 0.8의 기울기가 추출의 시작을 나타내는 것으로 결정되었다. 기울기가 0.8인 시간은, 관찰 범위의 길이로 인해서 추출이 시작된 후의 1.28초이다. 추출 시작으로서 이용된 시간은, 기울기가 0.8 빼기 1.28초였던 시간이다. 이어서, 이러한 계산된 시간은 추출의 시작이다. 추출의 시작 이후에 물의 목표량이 퍽 내로 유동되었을 때, 샷이 완료되고, 에스프레소 기계가 중단되는데, 이는 그 동작이 완전히 자동 모드이기 때문이다. 샷을 위한 물의 양이 1회분, 추출 백분율 및 목표 샷 중량에 의해서 결정된다. 예를 들어, 19.5% 추출 비율에서 20-그램의 1회분은 샷 내로 3.9 그램의 커피를 초래할 것이다. 샷 중량 목표가 28.5 그램이었다면, 퍽 내로의 총 물은 28.5 그램 - 3.9 그램 = 24.6 그램의 물일 것이다. 시스템 내의 유량계는 퍽 내로의 물을 측정하여, 28.5 그램 샷을 위한 24.6 그램의 목표 물 목표치에 도달되는 때를 결정한다.

대안적인 구현예가, 예비-주입 표 생성 중에 추정된 퍽 거동을 기초로, 기울기 목표 적응을 할 수 있다. 퍽 압력의 기울기는, 예비-주입 표가 생성될 때, 계산될 수 있다. 기울기 목표는 이러한 기울기 추정치로부터 결정될 수 있고 샷을 위한 사용자 입력의 각각의 세트에 대해서 동적으로 변화될 수 있다. 이러한 상황에서, 사용자가 입력을 변경하지 않은 경우에, 기울기 목표는 변화되지 않을 것이다.

각각의 압력이 검출 레벨과 쌍을 이루는, 예비-주입 표와 유사한 압력의 목록을 생성하는 것에 의해서, 검출 표가 또한 생성될 수 있다. 실제 퍽 압력 기울기의 시스템 계산이 검출 레벨과 비교될 것이고, 퍽 압력 기울기가 현재 퍽 압력에 대한 검출 레벨 이하일 때, 추출의 시작이 시스템 내에서 기록될 것이다.

다른 적응은 현재 퍽 압력에서의 "검출 레벨"을 검색하기 위해서 검출 표를 이용하고, 이를, 샷이 예비-주입을 통해서 진행될 때 현재 퍽 압력에서의 계산된 기울기를 나타내는 값에 비교하는 것이다. 검출 표의 예가 도 3에 도시되어 있다. 퍽 압력의 기울기는 프로파일을 가지고 예비-주입 전체를 통해서 변화된다. 사용 시에 프로파일을 위해서 생성된 검출 표를 이용하는 것은 퍽 거동을 동적으로 따를 것이고, 고정된 검출 레벨보다 더 정확하게 추출을 검출할 것이다. 검출 표는, 계산된 퍽 압력 기울기의 "스케일링된" 값인 검출 레벨을 포함할 수 있다. 예비-주입 표 생성 중에 결정된 기울기의 계산은, 시스템 부피 내로 유동되는 그리고 퍽 내로 유동되지 않은 물을 나타내는 기울기이다. 추출을 위해서 유동하는 물은, 압력 증가의 레이트를 늦추고 기울기를 감소시키는, 예비-주입 중에 압력의 증가에 기여하지 않는 물이다. 스케일링 인자 곱하기 계산된 기울기는, 물이 추출 중에 퍽 내로 유동될 때의 압력 변화의 기울기의 추정이다. 이러한 실시예에서, 예를 들어, 0.8의 스케일링 인자를 이용하여 검출 표 값을 결정한다. 다른 스케일 인자가 사용될 수 있다. 예비-주입 중에 계산된 기울기는 특정 퍽 압력에서 결정된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 델타 압력, 델타 물 알고리즘을 이용하여, 추출 검출 후에 퍽 내로 가지 않는 물 유동을 보상할 수 있다. 퍽 내로 가지 않고 시스템 부피 내로 가는 물은 퍽 압력을 증가시키는 효과를 갖고, 추출 내로의 물로서 카운트되지 않아야 한다. 고려되지 않은 부피 내로의 물은 퍽을 통한 물의 측정에서 오류를 유발할 것이고, 결과적으로 샷 중량의 오류를 초래할 것이다. 샷 항상성이 이러한 시스템의 목표이기 때문에, 시스템 내로의 물을 고려하는 것은 각각의 샷의 추출 중량의 정확도를 개선한다. 알고리즘은 건조 커피 1회분, 물 온도, 및 측정되었고 압력 증가를 위해 유지되었던 보일러 내에서 유지되는 물을 보상한다.

델타 물 알고리즘의 일 실시예는 샷 중의 피크 퍽 압력을 결정한다. 피크 압력은 추출 시작에서의 퍽 압력과 비교된다. 계산은 해수면 레벨에 있을 때, 이하의 수학식을 기초로 하고 절대 압력을 이용한다:

V_new = V_{시스템의 빈 부피}(그램)*[P_puck(PSI) - 14.7(PSI)]/P_puck(PSI)

2개의 관심 압력을 갖는 이러한 수학식의 버전은 다음과 같다:

V_조정(그램) = V시스템의 빈 부피(그램)*[{14.7/P_ext(PSI)} -{14.7/P_peak(PSI)}]

대안적인 수학식은, 해수면 레벨에 있을 때, V_{시스템의 빈 부피}(그램)*[{14.7/P_ext(PSI)} -{14.7/P_n(PSI)}]이고, P_n = 추출 중의 퍽 압력이다.

이러한 수학식의 결과는, 시스템 내로 유동되나 퍽 내로는 유동되지 않는 언급된 물을 고려하기 위해서 퍽 내로의 목표 물에 더해지는 물의 양이다. 이는 추출 시간을 연장시켜 추출된 샷 중량의 정확도를 개선할 수 있다.

항상성을 개선하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 공급원 물 온도와 보일러 물 온도 사이의 물 밀도 차이에 대한 조정이다. 시스템 유량계(8)는 보일러 또는 경로 내의 물을 그룹헤드(17)로 그리고 추가적으로 포타필터(portafilter) 및 커피 퍽으로 변위시키는 유입 공급원 물을 측정하고, 그 구성요소는, 구체적으로 후술되는 바와 같이, 도 4에서 식별되어 있다. 50℉에서의 공급원 물의 밀도는, 203℉에서의 보일러 물보다 약 3.9% 더 크다. 이는, 샷에 필요한 물 및 유량의 계산에 영향을 미친다. 샷에 필요한 물의 양은 이러한 예에서 3.9% 증가될 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 단편적 엣지 알고리즘(Fractional Edge Algorithm)을 이용하여, 시스템 내로의 물의 측정에 관한 정확도를 높일 수 있고 제어 시스템의 정밀도를 높일 수 있다. 이러한 개시 내용에서 제시된 시스템은, 시스템을 통한 물의 유량을 측정하기 위해서 유량계를 이용할 수 있다. 시스템은 주어진 제어 간격에서 유량계 "구형파(square wave)" 출력에 의해서 생성되는 출력 "엣지"(또한 극성 전이)를 카운트하고, 이를, 샷의 상태에 따라, 예비-주입 또는 추출 중의 목표 유량과 연관된 엣지 카운트 목표에 비교한다. 단순한 시스템 내의 제어 간격 중의 엣지는 단지 정수 카운트일 것이다. 정수 카운트는, 제어 간격 내의 제1 엣지 이전에 유동하는 물의 전체 양, 또는 제어 간격 내의 마지막 엣지 이후의 물의 유동을 고려하지 않는다. 이러한 실시예에서, 시스템은, 예를 들어, 고속에서, 예를 들어 20 MHz에서 동작되는 32 비트 카운터를 포함하는 "캡쳐 등록기"에 연결되는 마이크로제어기에 대한 입력을 이용할 수 있다. 이러한 예에서, 20 MHz 클록 및 0.050초의 가장 짧은 제어 루프 간격에서, 카운터는 1 백만 카운트 중의 1 카운트의 시간 차이를 분해할 수 있다. 시스템은 이러한 카운터를 이용하여, 제어 간격의 시작으로부터 제1 유량계 엣지까지의 시간, 제어 간격 중의 유량계의 엣지들 사이의 시간, 및 마지막 유량계 엣지로부터 제어 간격의 종료까지의 시간을 나타내는 카운트를 캡쳐한다.

제어 간격 중에 단편적 엣지를 결정하기 위해서, 캡쳐 등록기로부터의 몇 개의 "카운트"가 이용된다. 저장되는 "카운트"는, 순서대로, 이하이다: 제어 간격의 시작(0), 제1 유량계 엣지(1), 유량계 엣지(2), 유량계 엣지(n-1), 마지막 유량계 엣지(n), 및 (현재) 제어 간격(0)의 종료. 이는 모든 제어 간격에 대해서 반복되고, (n)은 (n-1)보다 더 최근인 샘플을 나타낸다. 제어 간격 내의 유량계 엣지의 "기간"은 이하에 의해서 결정된다:

P(n) = 유량계 엣지(n) - 유량계 엣지(n-1).

*이어서, 제1 제어 간격(0)으로부터 제1 유량계 엣지(1)까지 엣지의 단편(f(0))이 이하에 의해서 결정된다:

f(0) = [제1 유량계 엣지(1) - 제어 간격의 시작(0)]/[유량계 엣지(-2) - 유량계 엣지(-1)].

마지막 유량계 엣지(n)로부터 제어 간격의 종료(n)까지의 엣지의 단편이 이하에 의해서 결정된다:

f(n) = [제어 간격(n)의 종료 - 유량계 엣지(n)]/[유량계 엣지(n) - 유량계 엣지(n-1)]. 제어 간격의 종료에서의 펄스의 단편적 단부의 값("x")을 결정하기 위한 대안적인 계산이 있을 수 있고, 다음 제어 간격에서의 시작 단편의 값으로서 1-x를 이용할 수 있다.

이어서, 단편(f(0) 및 f(n))은, 전체 제어 간격에 대해서, 정수 엣지 카운트(n)에 더해진다. 전체 제어 간격 엣지 카운트는, 추출의 상태에 따라, 예비-주입 또는 추출 표 내의 유량으로부터 계산된 엣지 카운트에 비교된다. 엣지 카운트가 목표 엣지 카운트와 다른 경우에, 시스템은 유량을 교정하는데 필요한 바에 따라 제어 밸브를 조정한다.

0.050 oz/초의 전형적인 추출 유동 또는 0.5초의 제어 간격 당 114.28 엣지 중에 이러한 알고리즘이 없는 상태에서 발생될 수 있는 오류는, 제어 간격의 시작에서의 그리고 다시 제어 간격의 종료에서의 손실 엣지 또는 추출 중에 유량에서의 그리고 시스템을 통과한 물에서의 1.7% 오류인 114.28 엣지 중 2개의 엣지일 수 있다. 이러한 알고리즘은, 0.00002%인, 10,000,000 카운트 중의, 0.500초 내의 2개의 카운트 또는 각각의 단편적 엣지 결정에 대한 약 +/- 1 카운트까지 오류 가능성을 줄인다. 이는 많은 자릿수(many orders of magnitude)의 개선이다.

퍽 내로의 물의 온도 제어는 에스프레소 기계의 특징일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이러한 시스템은 에스프레소 기계의 더 정확한 물 온도 측정 및 열적 특성화를 가능하게 할 수 있는데, 이는, 포타필터 내의 커피가 없이 그리고 특별한 포타필터인 유동 제한부가 없이, 충진, 예비-주입 및 추출 중에 에스프레소의 브루잉을 나타내는 물의 유동이 생성되기 때문이다. 샷의 전체를 통한 충진, 예비-주입 및 추출 시간 및 유량의 기록을 이용하여 관심 샷을 재생성할 수 있다. 제어 루프는, 기록된 시간 간격 동안 유량을 제어하여 샷 중에 실시되었던 바와 같은 물의 유동을 제어하기 위해서, 이러한 기록을 이용할 수 있다. 샷의 이러한 정확한 기록 및 재생성은, 샷이 하였던 것과 마찬가지로, 열적 시스템을 로딩(load)할 것이다.

물을 배수하기 위한 개구부를 갖춘 단순한 컨테이너 및 열전쌍이 그룹 헤드 내로 삽입될 수 있고 커피를 브루잉할 때의 퍽과 달리 배압을 거의 생성하지 않을 것이다. 포타필터가 사용할 수 있는 것보다 상당히 적은 재료로 열전쌍 홀더가 제조될 수 있고, 포타필터보다 저렴하게 제조할 수 있을 것이다. 열전쌍은 또한 기계 전자기기에 연결되어, 열전쌍 출력을 측정할 수 있고, 열전쌍을 판독하기 위한 특별한 별도의 계량기를 필요로 하지 않을 수 있다. 온도 성능의 계산 및 기록이 기계 상에서 전자적으로 디스플레이될 수 있다. 데이터는 또한 다른 컴퓨팅 장치 상에서 파일로 출력될 수 있다.

프로그램적인 제어는, 본원에서 설명되는 바와 같이, 브루잉 환경을 위한 매개변수가 입력 및 저장될 수 있게 한다. 이러한 매개변수는 이러한 기술을 갖춘 다른 에스프레소 기계들 사이에서 공유될 수 있고, 그에 따라 브루잉 환경을 재생할 수 있고 유사한 에스프레소 샷을 생산할 수 있다.

본원에서 개시된 시스템은 반-자동 모드로 동작될 수 있다: 반자동 모드에서, 바리스타가 샷을 시작할 때, 기계는 충진을 통해서 이동하고, 이어서, 이전에 저장된 예비-주입 표 값을 기초로, 예비-주입을 시작한다. 추출 표 값을 기초로, 시스템이 추출로 전이될 수 있고 유동 제어가 시작된다. 바리스타는, 샷을 중단하고자 하는 시간, 중량 또는 부피를 결정한다. 대안적으로, 추출이 시작될 때, 유동 제어가 시작되도록, 그리고 목표 중량에서 샷이 중단되도록, 바리스타는 수작업으로 추출을 표시할 수 있다.

본원에서 개시된 시스템은 또한 완전 자동 모드로 기능할 수 있고, 완전 자동 모드에서 바리스타는 샷을 시작하고, 시스템은 충진, 예비-주입, 추출 검출 및 추출을 통해서 이동한다. 전술한 예비-주입 표 및 추출 표를 이용하여 샷의 브루잉 환경을 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유동 제어를 이용하여 샷을 브루잉할 수 있다. 샷은 목표 샷 중량에서 자동적으로 중단된다. 시스템은, 전술한 추출 검출 알고리즘을 이용하여 추출이 발생되는 때를 결정한다. 시스템은 목표 샷 중량을 위한 샷 내로의 적절한 물의 양을 측정하고, 필요한 브루잉 물의 양을 결정할 때, 추출되는 커피 중량을 고려한다(예를 들어, 20 그램의 1회분 => 3.9 그램의 추출된 커피 더하기 24.6 그램의 물은 19.5% 추출 수득에서 28.5 그램 샷이다).

본원에서 개시된 시스템은 또한 패들 제어를 이용하여 동작될 수 있고: 바리스타는 이러한 시스템을 갖춘 에스프레소 기계의 패들 제어부를 예비-주입 위치로 이동시킨다. 기계는 충진을 시작하고 전이 압력에서 예비-주입으로 이동한다. 예비-주입은, 유동 제어를 갖는 예비-주입 표로 전술한 바와 같이 제어될 수 있다. 샷이 시작될 때, 바리스타는 패들을 브루잉 위치로 이동시킨다. 시스템은 추출 위상으로 전이되고, 추출을 위한 유동 제어가 시작된다. 추출은, 추출 표 및 유동 제어로, 전술한 바와 같이 제어될 수 있다. 기계는 목표 샷 중량이 달성된 때 자동적으로 중단되거나, 바리스타가 패들을 "오프"로 이동시켜 샷을 중단시킬 수 있다. 대안적으로, 바리스타는 패들을 직접적으로 "브루잉" 위치로 이동시키고, 기계는 완전 자동 모드에서 동작된다.

프로파일은 브루잉 환경을 형성한다. 프로파일은 사용자에 의해서 입력된 값 및/또는 시스템에 의해서 결정된 값을 포함할 수 있다. 기본적인 사용자 기재는 샷 중량, 샷 시간, 1회분, 예비-주입 시간 및 추출 목표 압력이다. 1회분은 샷을 위해서 이용되는 커피의 양이고, 예비-주입 시간은, 물을 퍽 내로 유동시키기 위한 그리고 추출 압력을 증가시키기 위한 퍽 상의 압력을 위한, 시간의 양을 설명하는 사용자 입력이다. 추출 목표 압력은 추출 발생을 위한 "목표" 압력이다. 이러한 5개의 매개변수만으로, 시스템은 브루잉 환경을 생성할 수 있다. 다른 사용자 입력인, 추출 유량 조정%은 에스프레소 기계를 퍽 투과도의 실제 변화에 보다 양호하게 합치시킨다. 본 발명을 이용하는 다른 기계에서 브루잉 환경을 재생하기 위해서, 이러한 몇몇 매개변수가 공유될 수 있다.

다른 프로파일의 양태는 알고리즘의 일부로서 생성된 매개변수 또는 알고리즘에 의해서 이용되고 에스프레소 기계에 송신되는 상수이다. 2개의 그러한 프로파일은, 전술한 바와 같이, 추출 부피, 또는 프로파일에서 규정된 샷에 필요한 물, 및 델타 물, 델타 압력 알고리즘을 위해서 이용되는 기계 부피(V_a)이다.

하나의 프로파일의 이용은, 특정의 다양한 원두를 위한 바람직한 프로파일을 결정하기 위한 로스터에 대한 것일 수 있다. 로스터는 그러한 프로파일을, 원두를 구매한 고객들과 공유할 수 있다. 고객들은 본 발명을 갖춘 기계 내로 프로파일을 입력할 수 있고, 프로파일에서 1회분을 이용할 수 있고, 샷을 뽑아낼 수 있다. 이는, 커피의 풍미 차이를 유발할 수 있는 기계의 실제 동작 온도를 고려하지 않는다.

프로파일은 특정 분쇄기 설정으로 동작하도록 기계를 설정할 수 있게 하거나, 특정 프로파일로 작업하도록 분쇄기를 조정한다. 이러한 능력은 표준 에스프레소 기계에 존재하지 않는다.

본 방법 및 시스템의 이용에 관한 실시예에서, 소프트웨어는, 유동 제어가 발생되는 최대 압력을 설정하도록 프로그래밍된 에스프레소 기계와 함께 이용된다. 일 실시예에서, 최대 압력은 160 psi(11 바아)로 설정된다. 이러한 압력 초과에서, 낮은 투과성의 퍽의 경우에 발생될 수 있는, 목표 유량이 달성되지 않은 경우에, 시스템은 유량을 증가시키지 않는다. 퍽 압력이 최대 압력 설정 미만이 될 때, 유동 제어가 개재된다. 유량 및 시스템 내로의 물의 모니터링은, 프로그래밍된 최대치보다 큰 퍽 압력 중에 유량 제어가 중단된 때에도, 계속된다. 작은 투과도의 퍽은 샷 시간이 예상보다 길어지게 할 수 있다. 본 발명이 없는 표준 기계에서와 같이 단지 135 PSI(9 바아)의 압력을 가지는 것은, 본 발명에서보다, 샷이 상당히 더 긴 시간을 소비하게 할 수 있고, 급속한 압력 인가로 인해서 채널링을 가질 가능성이 더 크다.

이하는 에스프레소 샷을 뽑아내는데 있어서의 몇몇 변수의 효과를 보여준다. 그러한 변수는 본원에서 설명되었고, 개시된 알고리즘 및 수정예를 이용하여 고려된다. 도 9, 도 10, 및 도 11로 라벨이 부여된, 이하의 예에서, Compak 분쇄기 설정은, 퍽 투과도가 변화됨에 따라 결과적인 퍽 압력이 어떻게 변화되는지 그러나 유량 제어로 인해서 추출은 매우 유사하다는 것을 보여주는, Compak 분쇄기 상의 상대적인 디지털 숫자인, 미세(-80)로부터 조대(-70, -60)까지 변경된다. 이하에서 설명된 바와 같이, 좌측 "Y" 축은 압력(PSI)이고, 우측 "Y" 축은 그램의 액체이고, "X" 축은 시간(초)이다. 빠져 나온 커피는 실선이고, 퍽 압력은 쇄선 - 점 - 쇄선이며, 펌프 압력은 쇄선 라인이다. 도면에서 확인될 수 있는 바와 같이, 시간에 걸친 추출된 커피 또는 "빠져 나온 커피"는 3개의 테스트에서 매우 유사하다.

도 9, 도 10, 및 도 11은, 미세한 에스프레소 분말이, 덜-미세한 분말에 비해서, 퍽 압력이 더 높은 압력에 도달하게 한다는 것을 보여준다. 3개의 샘플 유형의 각각에 대한 경시적인 펌프 압력은 유사하고, 압력은, 퍽 압력이 그 최대 레벨에 도달할 때, 시간에 따라 (약 200 PSI에서) 평탄화된다. 더 미세한 분말은 더 조대한 분말보다 더 늦게 이러한 지점에 도달한다.

이하의 도 12, 도 13, 및 도 14는, 분쇄기 설정이 결과적인 샷 중량에 어떻게 영향을 미치는지를 비교하기 위해서, 다른 시스템과 관련된, EES Tech로 라벨링된, 유동-제어되는 예비-주입 및 추출 표를 이용하는 본 발명의 실시예의 비교를 도시한다. 그래프 상에서 제시된 모든 샷은, 개시된 시스템으로 그리고 동일한 브루잉 매개변수를 이용하여, 동일한 샷 중량으로 뽑은 것이다. 도 12의 일차적인 중요점은, 28.5 그램 샷 중량 및 25초의 샷 시간의 매개변수이다. 20 그램의 동일한 1회분을 모든 샷에 대해서 이용하였다. 브루잉 매개변수들이 상이한 샷 중량들을 위해서 변경되지 않았다. 그래프는, 본원에서 개시된 시스템을 이용하는 것에 의해서, 분쇄기 설정과 관계없이, 음료 중량이 비교적 일정하게 유지된다는 것을 보여준다. 그러나, 다른 시스템에서, 분쇄기 설정은 결과적인 샷 중량에 직접적인 영향을 미친다. 시스템이 오프되었을 때 측정된 샷을 위해서, 타이머를 이용하여 25초에서 샷을 중단시켰다.

이하의 도 15 및 도 16은, 추출 곡선의 유사성으로 가장 잘 확인될 수 있는 바와 같은, 희망 샷을 달성하는데 미치는 로스팅 날짜의 최소의 영향을 보여준다. 이는, 반복 가능한 브루잉 매개변수를 생성하는 동일한 매개변수가, 로스팅 날짜를 포함하여, 로스팅 유형의 차이를 최소화하고, 사용자가 동일한 샷을 뽑아낼 수 있게 한다는 것을 보여준다.

예의 다음 세트인, 도 17 및 도 18은, 각각, 38.9 그램 및 22.5 그램의 상이한 목표 샷 중량을 갖는 샷을 보여준다. 샷 중량은, 이러한 시스템에서 사용자에 의해서 용이하게 변경될 수 있는 프로그래밍 가능 브루잉 매개변수이다. 양 예에서 중량 또는 추출 라인이, 추출 중의 프로그래밍 가능 유량 제어의 결과로서 유사한 추출 시간에 걸쳐 증가되는 추출 중량의 상이한 기울기를 갖는 램프라는 것을 주목하여야 한다. 다시 말해서, 동일한 샷 시간에 더 많은-중량의 샷을 생성하도록 시스템이 프로그래밍 된 경우에, 증가된 유동이 인가된다.

이하의 도 19 및 도 20은, 상이한 분쇄기, 상이한 로스팅 날짜로, 그러나 동일한 예비-주입 표 및 거의 동일한 추출 표로, 4달의 간격을 두고 실시된 샷의 예이다. 하나의 샷은 39 그램을 위한 것이었고, 제2 샷은 38.9 그램을 위한 것이었다. 그 둘 모두에 대한 1회분은 20 그램이었다. 샷 중량에 대한 실선에서 보여지는 바와 같은 추출 거동의 유사성을 주목하여야 한다.

도 21은, 입력된 목표 샷 중량에 매우 근접한 일정한 샷을 획득하기 위해서, 분쇄기 설정을 유지하면서, 프로파일이 연속적인 샷과 함께 어떻게 이용될 수 있는지를 보여준다. 카페에서 일반적으로 용인되는 샷 중량의 변동은, 목표 샷 중량의 2 그램 이내의 샷 중량이다. 도 21에 도시된 예에서, 목표 중량은 30 그램이고, 샷은 2일의 기간에 걸쳐 하루 전체를 통해서 취해졌고, 시스템은 완전 자동 모드로 작동되었다.

본 발명의 실시예에서, 시스템 제어기(16) 및 다른 전자기기와 관련된 기계적 조립체(10)는 전술한 시스템 알고리즘이 에스프레소 기계를 프로그래밍 가능하게 구성할 수 있게 하여, 바리스타가 희망하는 샷을 브루잉할 수 있게 한다. 조립체(10) 및 시스템 제어기(16)는 브루잉 특성을, 거의 순간적으로 그리고 에스프레소 기계의 어떠한 수작업적인 조정도 없이, 변경할 수 있게 한다.

예를 들어, 도 4는 기계적 조립체(10)의 구성요소 및 시스템 제어기(16)에 대한 그 연결을 도시한다. 물 경로는, 물 공급부(23)로부터 펌프(26)를 통한 유동 방향을 나타내는 화살표를 갖춘 굵은 선으로서 도시되어 있다. 충진 중의 물 경로는 그룹 헤드(17)까지 우회 밸브(4)를 통과한다. 예비-주입 및 추출 중에 물이 펌프(26)를 통과한 후의 물의 경로는, 제어 밸브(3), 유량계(8)를 통해서 그룹 헤드(17)까지 이어진다. 시스템 제어기 전자기기(16)에 의해서 가능해진 실시간의, 폐쇄 피드백 루프 알고리즘과 조합된, 유량계(8) 및 제어 밸브(3)의 이용은, 기계적 조립체(10)를 통한 그리고 커피 퍽 내로의 물 유량을 제어하기 위한 수단을 제공한다. 유량계(8) 출력 펄스가 카운트되고, 펄스 타이밍이 측정되며, 시스템 제어기(16)는 물 유량의 추정치를 결정한다. 측정된 유량은 유량의 표와 비교되고, 표의 유량과 합치되도록 제어된다. 일 실시예에서, 앞서 예시한 바와 같이, 유량에 관한 하나의 표가 예비-주입에 대해서 생성되고, 제2 표가 추출에 대해서 생성된다. 측정된 유량이 현재의 "목표" 유량과 동일하지 않은 경우에, 시스템 전자기기(16)는 제어 밸브(3)에 대한 제어 신호를 변경하여 밸브 개구부를 변화시킨다. 예를 들어, 실시예에서, 제어 신호는, 0 mA 내지 200 mA 범위의 전류이다. 0 mA에서, 제어 밸브(3)는 완전히 폐쇄되고, 200 mA에서 밸브(3)는 완전히 개방된다. 상이한 밸브 선택에서, 다른 전류 범위가 가능하다. 다른 제어 수단은, 전압 구동기를 위한 제어 전압, 코일을 통한 평균 전류 또는 전류 구동기를 위한 기준 전압을 생성하기 위한, 코일에 인가되는 전압 또는 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 이용일 수 있다.

우회 밸브 구동기(20)는 우회 밸브(4)를 턴 온 또는 턴 오프하도록 구성된다. 제어 밸브 구동기(22)는 전류를 인가하도록 구성되고, 매우 작은 전류 변화가 유량 제어 중에 밸브를 미세하게 제어할 수 있게 한다. 에스프레소 기계 시스템 전자기기(24)는, 에스프레소의 브루잉 중에, 펌프 및 그룹 헤드(17) 내의 3방향 밸브를 제어한다. 사용자 기재 수단(28)은 전화기 또는 태블릿 애플리케이션일 수 있고, 예를 들어 블루투스를 통해서 연결될 수 있다. 또는, 입력 장치가 에스프레소 기계 상의 키보드 또는 터치스크린일 수 있고, 에스프레소 기계 시스템 전자기기에 직접적으로 연결될 수 있다.

제어 밸브(3)의 거동은 밸브에 걸친 상이한 압력에 따라 달라진다. 차압은, 도 4의 제1 또는 펌프 압력 센서(2) 및 제2 또는 퍽 압력 센서(15)에 의해서 측정된, 퍽 압력을 펌프 압력으로부터 빼는 것에 의해서 결정된다. 배관 경로 및 부착된 구성요소의 유동 제한에 의해서 작은 압력이 생성된다. 펌프 압력 및 퍽 압력을 측정하는 것의 하나의 장점은, 배관 경로의 유동 제한으로 인해서 압력에 미치는 작은 영향이 고려된다는 것 그리고 차압이 정확하게 측정된다는 것이다. 주어진 밸브 설정에서, 유량은 예를 들어 10 psi 또는 150 psi의 차압에서 상이할 것이다. 수작업적인 유동 제어 밸브를 갖춘 시스템에서, 밸브의 성능은 밸브에 걸쳐 압력이 변화됨에 따라 달라지나, 일반적으로, 바리스타는 샷 중에 수작업 밸브를 변경하지 않을 것이다. 밸브 성능에 대한 수학식은 CV = 유량(갤런/분)/제곱근(유입구 압력 - 출력 압력)이다. CV는 밸브 및 유효 개구 크기의 설정을 나타낸다. 유량은 CV*제곱근(입력 압력 - 출력 압력)이고, 이는 차압이 결과적인 유량에 있어서 중요하다는 것을 보여준다. 대안적인 실시예가 펌프 압력 센서를 가지지 않을 수 있고, 시작 설정을 위해 밸브를 예비-설정하기 위해서 예비-주입을 위한 초기 유량에서 초기 펌프 압력을 추정할 수 있다. 이어서, 실제 유입구 (펌프) 압력에 관한 가정을 하는데 필요한 바에 따라, 제어 루프가 제어 밸브를 조정할 수 있다. 제어 루프 제어는 목표 유량을 유지할 것이고 실제 입력 또는 펌프 압력을 가지지 않는 것과 관련된 오류를 최소화할 것이다.

더 작은 펌프의 경우에, 펌프 압력은 유량이 변화됨에 따라 크게 변화된다. 예를 들어, 작은 진동 펌프는, 최대 유량에서 작동될 때, 거의 0의 출력 압력을 가질 수 있다. 피크 펌프 압력은 출력 유량이 없이 발생된다. 예를 들어, 더 작은 펌프에서, 펌프 압력은 최대 유량(650 cc/분)에서의 약 0 바아(또는 PSI)로부터 0 cc/의 유량에 대한 약 15 바아(218 PSI)까지 변경될 수 있다. 샷 중에, 퍽 압력은 거의 0에서 시작되고 더 높은 압력까지 증가되며, 그러한 더 높은 압력은, 예를 들어 5 바아 (72 PSI)로부터 예를 들어 11 바아(160 PSI)까지의 범위를 가질 수 있다. 유량의 폐쇄 루프 제어는, 희망 유량을 위해서 제어 밸브를 적절히 제어하기 위해, 측정된 압력을 고려한다. 샷 전체를 통한 차압의 변화로 인한 샷의 영향은 폐쇄 루프 제어로 최소화된다. 상업적인 에스프레소 기계는, 더 큰 유량에서도 더 높은 압력을 유지하는 펌프를 갖는다. 이러한 시스템은, 유량의 폐쇄 루프 제어로 인해서, 각각의 종류의 펌프 압력 특성을 핸들링할 수 있다.

전형적인 에스프레소 기계는 약 9 바아(131 PSI)의 압력 한계를 갖는다. 펌프가 턴 온될 때, 압력이 퍽에 인가되어, 퍽 투과도에 따른 퍽 내로의 물의 유동을 초래한다. 유량이 퍽 압력의 범위에 걸쳐 제어되기 때문에, 본원에서 설명된 바와 같이, 실시예에서의 상한선은 표준 에스프레소 기계에서보다 높고, 그에 따라, 퍽 준비 중의 변동으로 인해서 퍽 투과도가 예상치보다 낮은 경우에, 더 높은 압력이 존재할 수 있게 한다. 일부 기계는 보일러 내의 가열기의 사이클링 중에 펌프 압력 변동을 경험한다. 본원에서 설명된 폐쇄 루프 제어는 퍽 내로의 물의 유량에 미치는 펌프 압력 변동의 영향을 최소화한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예의 3개의 도면이다. 도 8은 매니폴드의 도면이다. 조립체는, 유입구 포트(11)에서 시작되고 우회 밸브(4)에 연결되는, 제1 물 경로(14)를 포함한다. 우회 밸브(4)에 대한 물 경로(14)의 연결은 충진 중에 큰 유량을 가능하게 한다. 우회 밸브(4)는 충진 중에 개방되어, 퍽 지역 내로의 큰 유량을 가능하게 하며 그에 따라 퍽 위의 그리고 에스프레소 기계의 배관 내의 빈 부피를 신속하게 충진할 수 있게 한다. 물 경로(14)는 펌프 압력을 측정하기 위한 제1 또는 펌프 압력 센서(2)로, 그리고 이어서 물 유량을 조절하기 위한 제어 밸브(3)로 계속된다. 물 경로(14) 내의 물은 이어서 파이프 연결부(5)를 통해서 그리고 관(6)을 통해서 유동되고, 연결부(7)를 통해서, 물 유량을 측정하기 위한 유량계(8)까지 유동되고 이어서 퍽 압력을 측정하기 위한 제2 압력 센서(15)까지, 그 후에 유체 연결부(9)를 통해서 유체 연결부(12)까지 유동된다. 유체 연결부(12)로부터, 물 경로는 도 4에 도시된 그룹 헤드(17)까지 이어진다. 제2 물 경로(13)는 우회 밸브의 출력부에서 시작하여 제2 또는 퍽 압력 센서(15)까지 이어진다. 도 8에서, 플러그(27)가 홀을 충진하여 제2 물 경로(13)의 가공을 가능하게 한다. 도 4는 유량계 주위로 진행하는 우회 물 경로를 도시한다. 대안적으로, 유량계가 우회 밸브 물 경로 내에 포함될 수 있고, 그에 따라 그룹헤드 내로의 모든 물이 유량계를 통과할 수 있다. 퍽 압력 센서가 퍽에 대한 그룹헤드 물 경로 상에 장착될 수 있다. 유량계는 매니폴드 상의 2개의 밸브와 보일러로의 물 유입구 사이의 임의의 곳에 장착될 수 있다.

예비-주입은, 전술한 바와 같이, 시스템의 알고리즘에 의해서 생성된 예비-주입 표 내의 제1 압력에서 시작된다. 예비-주입이 시작될 때, 우회 밸브(4)가 폐쇄되고 이어서 물이 일차 물 유동 경로(14)를 통해서 유동되고, 일차 유동 경로는, 제1 또는 펌프 압력 센서(2) 아래에 위치되는 유입구 포트(11)로부터 시작되고, 제1 압력 센서(2)로부터 제어 밸브(3)의 유입구까지 연장된다. 제어 밸브(3)의 배출구는 파이프 연결부(5)를 위한 피팅에 연결된다. 경로는 관(6)을 통해서 유량계(8)까지, 이어서 매니폴드(1) 내로 계속되어, 배출구 압력 센서(2)와 다시 그리고 이어서 배출구 포트(12)에 연결된다. 이러한 경로는 또한 추출 중의 일차적 경로이다. 일차적 물 경로는 유량계(8)를 포함하고, 유량계로 예비-주입 및 추출 중의 물의 유량은 시스템 제어기(16)가 동적으로 그리고 실시간으로 예비-주입 표 및 추출 표에 따라 유량을 제어하게 할 수 있다. 대안적인 구성에서, 정상 상태 폐쇄형 우회 밸브가 정상 상태 개방형 밸브를 대체하여, 기계가 공회전될 때, 시스템 입력 압력이 인가되게 할 수 있다. 샷이 시작될 때, 우회 밸브가 개방되어 유지될 수 있고, 그에 따라 충진 중에 유량이 증가될 수 있다. 충진이 완료되고 예비 주입이 시작될 때, 밸브가 폐쇄될 수 있고, 그에 따라 모든 물이 제어 밸브를 통해서 유동될 수 있다.

매니폴드(1) 구성요소와 시스템 제어기(16) 사이의 전기적 연결부는: 우회 밸브 제어 신호, 제어 밸브 제어 신호, 유입구 및 배출구 압력 센서 전력, 복귀 및 출력 신호 그리고 유량계 센서 전력, 복귀 및 출력 신호를 포함한다.

본 발명은 설명된 특정 실시예로 제한되지 않는다는 것, 그리고 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같은, 청구범위를 그 문헌적 범위를 넘어서 실행할 수 있는 범위로 확대하는 균등론 또는 다른 임의의 원리를 포함하여, 적용되는 법의 원칙에 따라 해석되는 바와 같은, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 문맥에 달리 기재되지 않는 한, 하나의 예에 대한 또는 하나 초과의 예에 대한 언급이든 간에, 요소의 예의 수에 대한 청구항에서의 언급은 요소의 예의 기술된 수를 적어도 요구하나, 해당 요소의 기술된 것보다 더 많은 예를 가지는 구조물 또는 방법을 청구항의 범위로부터 배제하지 않는다. "포함한다"라는 단어 또는 그 파생어는, 청구항에서 사용될 때, 청구된 구조물 또는 방법 내의 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하기 의도를 가지지 않는, 비배타적 의미로 사용된다.

Claims (17)

1. 브루잉 시스템 내의 에스프레소 퍽 내로의 물의 주입을 위한 압력 진행 및 유량을 결정하기 위한 방법이며:
   a) 추출을 위한 추출 목표 압력 및 목표 유량을 결정하는 단계;
   b) 추출 목표 압력에서 브루잉 시스템 내의 물의 부피를 계산하는 단계; 및
   c) 추출 시간 전의 하나의 시스템 샘플 기간에서 브루잉 시스템 내의 물의 현재 부피를 계산하는 단계와
   시간(t₀)에서의 추출 목표 압력 이전의 하나의 시스템 샘플의 시간(t_-1)에서의 퍽 압력을 결정하기 위해서 추출 목표 압력 이전의 하나의 샘플 시간에서 브루잉 시스템 내 물의 계산된 현재 부피를 이용하는 단계를 더 포함하고,
   시간(t_-1)에서의 퍽 압력이, 퍽 압력(t_-1) = [시스템의 Va 부피(그램)*14.7(PSI)]/[시스템의 Va 부피(그램) - 시스템의 현재 부피(t_-1)(그램)]이고,
   여기서 현재 부피는 추출 샘플 시간인 t₀로부터 하나의 시스템 샘플 기간 이전인 t_-1 에서 에스프레소 기계의 물의 부피이고, Va 는 에스프레소 기계의 빈 물(empty water)의 부피로부터 계산되는 물의 무게를 나타내고, 상기 시스템의 현재 부피(t_-1)은 t₀의 추출 목표 압력에서의 물의 부피와 하나의 샘플 기간의 시간 동안의 추출 목표 유량만큼 상이하고,
   d) 압력 진행에서의 압력 및 물의 부피를 추출 목표 압력으로부터 예비-주입 시작 압력까지 계산하고, 압력 진행의 각각의 샘플에 대해서, 유량은 샘플 기간들 사이에 물의 부피의 변화로 계산되는,
   방법.
2. 제1항에 있어서,
   추출 목표 압력에서 브루잉 시스템 내의 물의 부피를 계산하는 단계는, VP = V₀P₀ 로부터 유도된 또는 대안적으로 P₀y/P = (V/V₀)^γ로부터 유도된, 현재 부피(그램) = 시스템의 빈 부피(그램)*[{절대 퍽 압력(PSI) - 14.7y(PSI)}/절대 퍽 압력(PSI)]로서 계산되고, 여기에서 y는 해수면 레벨보다 높은 고도에 대한 조정이고,
   여기서
   V는 부피이고,
   V₀는 P_o 또는 P_0y에서의 부피를 의미하고,
   시스템의 빈 부피(그램)은 기계의 빈 물(empty water)의 부피에 해당하는 물의 무게를 나타내고, P는 현재 압력이고,
   P₀는 대기압이며,
   P_0y는 해수면 레벨 보다 높은 고도에 대해 조정된 대기압이며,
   14.7은 PSI 단위의 표준 대기압을 의미하고,
   y는 해수면 레벨 보다 높은 고도에 대한 조정이며,
   γ는 단열 가열의 조정을 의미하는 것인,
   방법.
3. 제1항에 있어서,
   추출 시간 전의 하나의 시스템 샘플 기간에서 브루잉 시스템 내의 물의 현재 부피를 계산하는 단계가, 시스템의 부피(t_-1)(그램) = 추출 목표 압력에서의 시스템의 부피(그램) - [(추출 유량(그램/초)*시스템 샘플 시간(초)]로서 계산되고,
   여기서 t-1은 추출 시간으로부터 하나의 시스템 샘플 기간 이전인,
   방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 결정하는 단계가 또한, 예비-주입 시간, 건조 커피 1회분의 양, 샷 시간, 및 샷 중량을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제1항에 있어서,
   예비-주입 표를 만들기 위해서 모든 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
8. 제1항에 있어서,
   하나 초과의 퍽 압력의 유량을 결정하고 채널링을 최소화하는 상응 유량을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
9. 제7항에 있어서,
   수학식 K_ext = (추출 목표 압력에서의 퍽 압력(t₀))/(추출 목표 압력 하나의 샘플 이전의 퍽 압력(t-1))을 이용하여 압력 변화의 레이트(K_ext)를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
10. 제7항에 있어서,
    수학식: K_ave = (압력비)^(1/(예비 주입 시간*초당 시스템 샘플))를 이용하여 압력 변화의 평균 레이트(K_ave)를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
11. 제1항에 있어서,
    알고리즘을 이용하여 예비-주입 표의 형성 전체를 통해서 K 인자를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 알고리즘은:
    a. 압력_n=-2 = 압력_n=-1*1/K_n=-1, 압력_n 은 n= -2 부터 -(예비 주입시간 * 1초의 시스템 샘플들) 동안 계산되고;
    b. V_n ⁼ V_{시스템의 빈 부피}(그램)*[압력_n - 14.7(PSI)]/압력_n;
    c. t_n-1 내지 t_n-2 중의 유량은 FR_n-2 = (V_n-1 - V_n-2)/샘플 시간 기간(초)이고, 유량의 단위는 그램/초이고, 각각의 시스템 샘플 시간에 대해서 반복되고;
    d. K_n = [(압력_n - P_{예비 주입 시작 압력})/(P_추출 - P_{예비 주입 시작 압력})]*(K_ext - K_spi) + K_spi; 여기에서
    e. K_spi ⁼ K_ave + ((K_ave-K_ext)*k_{spi_조정_인자})이고; k_{spi_조정_인자}는, 특정 예비 주입 시간 이내에 예비 주입 표를 유지하기 위해서 k_{spi_조정_인자}에 대해서 풀이되는 알고리즘으로 결정되는, 방법.
12. 제1항에 있어서,
    추출이 시작되는 때를 결정하기 위해서 예비-주입 중에 퍽 압력 기울기의 변화를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
13. 삭제
14. 제1항에 있어서,
    주어진 압력에 대한 예비-주입 유량을 변경하여 예비-주입 거동을 변화시킴으로써 예비-주입 중에 에스프레소 퍽 내의 변화를 동적으로 보상하는 단계를 더 포함하는, 방법.
15. 제1항에 있어서,
    제어 간격 중에 단편적 엣지를 결정함으로써 물의 유량을 측정하기 위해서 유량계를 이용하고, 캡쳐 등록기로부터 몇 개의 카운트를 이용하고, 순서대로 카운트를 저장하는 단계를 더 포함하고, 카운트는: 제어 간격의 시작(0), 제1 유량계 엣지(1), 유량계 엣지(2), 유량계 엣지(n-1), 마지막 유량계 엣지(n), 및 (현재) 제어 간격의 종료(x)이고, “x”는 제어 간격의 정수 인덱스 값이며, n은 제어 간격(x) 내의 유량계 엣지의 정수 갯수인, 방법.
16. 제15항에 있어서,
    복수의 제어 간격에 대해서 유량을 측정하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
17. 제15항에 있어서,
    a) P(1) = 유량계 엣지(2) - 유량계 엣지(1)를 이용하여 제어 간격 내에서 유량계 엣지의 제1 기간을 계산하는 단계
    b) f(0) = [제1 유량계 엣지(1) - 제어 간격의 시작(0)]/[유량계 엣지(2) - 제1 유량계 엣지(1)]를 이용하여, 제1 제어 간격(0)으로부터 제1 유량계 엣지(1)까지 엣지의 단편((f0))을 계산하는 단계
    c) f(n) = [제어 간격의 종료(x) - 유량계 엣지(n)]/[유량계 엣지(n) - 유량계 엣지(n-1)]를 이용하여, 마지막 유량계 엣지(n)로부터 제어 간격의 종료(n)까지 엣지의 단편을 계산하는 단계; 및
    d) 제어 간격 엣지 카운트를 미리 결정된 유량으로부터 계산된 엣지 카운트에 비교하는 단계를 더 포함하고,
    유량계 엣지는 엣지가 감지된 시간을 의미하는 것인, 방법.

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