KR20100045504A - 물때-방지 시스템 및 관련 방법에 의해 음료, 특히 커피를 제조하기 위한 기계 - Google Patents

Abstract

온수를 사용하여 음료, 특히 커피와 기타 식품을 제조하기 위한 기계(1)로서, 물 탱크(5), 물을 가열하기 위한 보일러(11), 물을 공급하기 위한 펌프(9), 상기 보일러(11)로부터 물을 수용하고 커피 또는 기타 식품을 제조하기 위한 제품이 삽입되는 추출 유닛(3)을 포함하는 유압 회로를 구비한 기계가 제공된다. 이 기계(1)는 상기 유압 회로 내의 석회질 퇴적물 형성이 감소되도록 물을 처리하기 위한 자기장 발생기(31)를 갖는다.

Description

물때-방지 시스템 및 관련 방법에 의해 음료, 특히 커피를 제조하기 위한 기계{MACHINE FOR PREPARING BEVERAGES, IN PARTICULAR COFFEE, WITH LIMESCALE-PREVENTION SYSTEMS AND RELATIVE METHOD}

본 발명은 식품, 특히 음료를 제조하기 위한 기계에 관한 것이며, 특히 온수를 사용하여 커피를 제조하기 위한 기계에 관한 것이다.

소형 실내 전기 기구들 중에서 그 사용 빈도가 늘어나는 것은 온수로 추출(brewing)하여 음료를 제조하기 위한 기계이다. 통상 이들 기계 중에서도 커피를 제조하기 위한 자동, 반자동 또는 수동 형태의 기계가 특히 지배적이다.

이 형태의 음료 제조용 전기 기계는 통상, 물 용기와, 대체로 공급 펌프, 보일러 및 추출 유닛을 포함하는 유압(hydraulic) 회로를 제공한다. 추출 유닛에는 추출 챔버가 형성되어 있으며, 이 챔버 내에는 식품[느슨한 분쇄 커피(ground coffee), 분쇄 커피의 단일 카트리지, 물에 희석되거나 용해될 제품의 카트리지 등]이 채워진다. 추출 챔버에 채워진 식품으로부터 음료 성분을 추출하기 위해 가압 온수가 추출 챔버를 통해서 공급된다.

이들 기계의 사용 시에 마주치는 가장 큰 단점들 중 하나는 석회질 퇴적물, 특히 탄산칼슘과 적게는 탄산마그네슘의 형성이다. 이들 퇴적물은 대개 보일러에 형성되지만, 온수가 지나가는 파이프에도 형성되며, 점진적으로 온수의 흐름에 장애가 된다. 보일러 내에 형성되는 축적물은 단열층을 형성하는 물질에서와 같이 열교환 효율을 저하시킨다.

형성되는 퇴적물은 조밀하고 보일러 및 물 파이프의 벽에 부착되며, 화학 물질을 사용하여 주기적으로 제거되어야 한다. 스케일제거(descaling) 작업은 사용자에게 있어서 비싼 화학 제품을 요하는 지루하고 번거로운 일이며, 스케일제거에 사용된 화학 제품의 잔류물을 제거하기 위해서는 기계의 후속 세척 사이클(수복)이 필요하다. 사실, 기계에 의해 제조된 음료에 이러한 제품이 존재하면 건강에 해로우며 음료의 관능기(organoleptic) 변화를 초래한다.

그러나, 일부 경우에 스케일제거 사이클의 사용은 만족스럽지 않으며, 이 형태의 기계의 유압 회로에서 탄산염 축적물을 효과적으로 제거할 수 없다.

본 발명의 목적은 전술한 단점이 전부 또는 일부 해소되는, 온수를 사용하여 음료를 제조하기 위한 기계, 특히 커피 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은 탄산칼슘 및 탄산마그네슘 퇴적물과 유압 회로에서 제거하기 어려운 기타 퇴적물의 형성이 지연, 방지 또는 임의의 경우에는 감소되는 기계를 제공하는 것이다.

다른 양태에 따르면, 본 발명의 목적은 뜨거운 음료, 특히 커피를 제조하기 위한 방법으로서, 음료의 관능 특징을 변화시키지 않고 화학적 스케일제거 제품을 사용할 필요없이 또는 임의의 경우에는 그 사용 빈도를 줄여서 물때 퇴적물의 형성을 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

실질적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온수를 사용하여 음료 및 기타 식품, 특히 커피를 제조하기 위한 기계로서, 물 탱크, 물을 가열하기 위한 보일러, 물을 공급하기 위한 펌프, 상기 보일러로부터 물을 수용하고 음료 제조용 제품 또는 기타 식품이 삽입되는 추출 유닛을 포함하는 유압 회로를 구비하는 기계가 제공된다. 상기 기계는 유압 회로에서의 물때 퇴적물 형성을 감소시킬 목적으로 물 처리를 수행하기 위해 배치된 자기장 발생기를 또한 포함하는 것을 특징으로 한다.

탄산칼슘 및 탄산마그네슘의 침전 조건에 영향을 미치기 위한 자기장의 사용은 효능 및 얻을 수 있는 결과에 관한 모순된 결과와 더불어 수많은 연구의 주제가 되어왔다. 일반적으로, 물의 산업적 처리와 침전에 의한 탄산칼슘 및 탄산마그네슘 제거에 있어서 자기장을 사용하려는 시도는 있어왔다.

1865 미국 특허 제50,773호에는 보일러 내의 석회질 퇴적물 형성을 감소시키기 위해 영구 자석에 의해 발생되는 자기장을 사용하는 것이 이미 기재되어 있다. US-A-4216092호 및 US-A-2,652,925호는 물 처리용 자기(magnetic) 장치를 기재하고 있다. 이들 장치들은, 칼슘 및 마그네슘 이온을 함유하는 물이 그 안을 흐르고 그 내부 또는 외부에는 열교환기 및 보일러 내부에 칼슘 및 마그네슘 침전물이 부착되는 것을 감소시키기 위한 목적을 갖는 일련의 영구 자석이 파이프에 대해 동축 위치에 배열되는 파이프를 포함한다. EP-A-1006083호는 탄산염 퇴적물을 감소시키기 위해 산업용수를 처리하기 위한 유사 시스템을 기재하고 있다. 자기장을 사용하여 산업용수를 처리하기 위한 추가 장치가 EP-A-0325185에 기재되어 있다.

산업적 목적으로 물 유동을 처리하기 위한 추가 자기 시스템이 WO-A-2006/029203호 및 WO-A-03/000596호에 기재되어 있다.

그러나, 자기장을 이용하여 탄산칼슘 및 탄산마그네슘의 침전 조건에 영향을 미칠 가능성은 일세기 넘게 알려져 왔지만, 지금까지 이 현상은 식품을 제조하기 위한 기계 및 특히 커피 제조기 내부의 탄산염 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키기 위한 시스템으로는 사용되지 않은 것 같다.

이 상황은, 앞서 강조되었듯이, 커피 제조기의 유압 회로에서의 탄산염의 침전 및 접착으로부터 초래되는 실질적인 결점을 고려할 때 특히 연관되어 있다.

커피 기계에서의 축적물 형성을 감소시키기 위해 자기장을 사용하면, 이하의 것들을 포함하는 실질적인 장점이 얻어진다:

- 보일러의 수명 증가 및 그에 따른 기술적 보조 비용의 감소;

- 제조된 식품의 관능 특성의 향상;

- 축적물의 형성에 노출되는 영역을 청소하기 위한 화학 작용제 사용의 제거 또는 이들 화학 작용제의 사용의 적어도 실질적인 감소;

- 화학적 스케일제거 작용제의 사용 이후 설비의 수복을 위한 세척 사이클의 제거(또는 적어도 감소);

- 물때 방지 자기 장치가 없는 동일한 작동 시간에 비해, 그 안에 형성되는 축적물의 두께 감소에 의한 보일러 내의 열교환 효율의 감소 저하로 인한 에너지 절감.

자기장 발생 장치는 하나 이상의 영구 자석 또는 하나 이상의 전자석 또는 전자석과 영구 자석의 조합체를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 자기장 발생기는 펌프가 물을 기계의 보일러에 공급하기 위해 물을 흡입하는 물 탱크 내부에 배치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 자기장 발생 장치는 기계의 유압 회로의 파이프들 중 하나를 따라서 배치된다. 일 실시예에서, 자기장 발생기는 보일러의 상류에서 펌프와 보일러 사이의 파이프를 따라서 배치되어, 펌프로부터 보일러로 흐르는 물에 작용하고, 물에 인가된 자기장의 효과가 제거하기 어려운 보일러 내부의 퇴적물 형성을 감소시키도록 보장해준다. 일 실시예에서는, 하나 이상의 영구 자석이 물 유동 파이프를 따라서 그 외부에 배치된다.

일부 실시예에서, 보일러는, 역시 코일에 권선되는 전기 저항 요소의 외부 또는 내부에 대략 동축적으로 배치되는, 물이 통과되기 위한 코일을 구비하는 형태의 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 보일러는 입구와 출구를 갖고 그 내부에 저항 요소가 배치되는 물 용기 또는 탱크를 포함하는 형태의 것일 수 있다.

일 실시예에서, 자석들은 반대 극성들을 갖고 배치된다. 예를 들어, 한 쌍의 자석이 제공될 경우, 이들 자석은 파이프의 외부에 배치되며, 하나는 N극을 갖는 파이프와 대면하고 다른 하나는 S극을 갖는 파이프와 대면한다. 둘 이상의 자석, 예를 들면 두 쌍의 자석을 파이프 주위에 배치하는 것도 가능할 것이다. 일 실시예에서, 자석들은 N-S 극이 물 유동 방향을 따라서 정렬되도록 배치된다. 단일 자석 또는 단일 쌍의 자석 또는 동일 위치에, 즉 상호 인접하여 배치되거나 그 안에 물이 흐르는 파이프의 길이를 따라서 정렬되는 여러 쌍의 자석을 사용할 수 있다.

파이프는 파이프의 외부에 배치된 자석의 자력선의 통과를 방해하지 않도록 식품과 접촉하기에 적합한 테플론, 실리콘 또는 기타 재료와 같은 플라스틱 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 자석을 파이프의 내부에 배치하는 것도 가능할 것이다.

자기장이 대기 온도보다 높은 온도에서 물에 작용하면 더 좋은 효능이 얻어지는 것이 알려졌다. 특히, 자기장이 60℃ 근처 또는 심지어 80℃ 근처의 온도를 갖는 물에 인가될 때 양호한 결과가 나타났다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 물은 보일러의 상류에서 예열되고, 상기 자기장 또는 대기 온도 이상, 예를 들면 40℃보다 높고 바람직하게는 60℃보다 높으며, 이 값 이상, 예를 들면 70℃ 이상의 온도에서 이미 자기장 발생기에 의해 발생된 자기장들을 통해서 흐르게 된다. 탄산염의 침전 문제가 기계의 보일러에서 보일러 상류의 유압 회로 섹션으로 옮겨가는 것을 방지하기 위해서는, 자기장이 작용하는 영역의 상류에 석회질 축적물이 형성될 수 없도록 유동 조건에서 물의 예열이 이루어지는 것이 바람직한 바, 즉 예를 들어 전기 저항 요소를 자기장 발생기에 근접 배치함으로써 물이 파이프를 통해서 이동할 때 물을 가열하는 것이 바람직하다.

가능한 실시예에서, 사용되는 자기장은 0.1 내지 5 T(Tesla), 바람직하게는 0.2 내지 1.5 T, 더 바람직하게는 0.4 내지 1.2 T 범위의 자기 유도를 갖는다. 일 실시예에서, 단일 또는 다수의 자기장이 작용하는 파이프를 통한 물의 유량은 90g/min 정도이고 일반적으로 50 내지 200g/min, 바람직하게는 70 내지 150g/min이다.

자기장의 가장 중요한 효과, 수많은 연구의 요지와 논란 중 하나는 탄산칼슘의 구조에 대한 것이다. 이 다형(polymorphic) 결정성 화합물은 세가지 다른 방식으로 결정화된다:

1. 방해석: 이는 육방정이며, 사실상 가장 보편적인 광물들 중 하나일 뿐 아니라 CaCO₃의 열역학적으로 가장 안정한 형태이다.

2. 바테라이트(vaterite): 이는 육방정면서 또한 안정적이고, 가장 작은 안정적인 결정 형태이다.

3. 아라고나이트(aragonite): 이는 저온 및 대기압에서 준안정적인 사방정이다: 이는 좁은 범위의 물리-화학 조건에서 용액 중에 침전되고, 대략 60 내지 70℃에서 침전되기 시작한다.

방해석 결정은 저항성 축적물을 초래하는 반면, 보통 바늘형 결정 형태로 존재하는 아라고나이트의 존재는 보다 부드럽고, 다공성이며, 용해성이고 보다 쉽게 제거되는 퇴적물 형성의 주 원인이라고 가설을 세울 수 있다. 이것이 자기장이 축적물의 퇴적에 영향을 미치는 메커니즘이어야 하지만, 이 현상의 속성은 여전히 정밀한 과학적 설명이 없는 상태로 남아있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 음료나 다른 식품을 제조하기 위한, 특히 분쇄 커피를 온수로 추출하여 커피를 제조하기 위한 방법으로서, 석회질 퇴적물의 형성을 감소시키거나 제거하기 위해 물이 적어도 하나의 자기장의 효과를 겪는 방법에 관한 것이다.

특정 실시예에 따르면, 상기 방법은 물이 보일러에 진입하기 전에 물 처리를 제공한다. 본 발명의 개선된 실시예에 따르면, 상기 방법은 물 유동이 예열되고, 적어도 하나의 자기장을 통과하며, 이후 보일러에 진입하여 온도가 추출에 유용한 온도로 상승하는 단계를 제공한다.

본 발명에 따른 방법 및 기계의 추가적인 유리한 특징이 청구범위에 나타나있다.

본 발명에 따른 뜨거운 음료, 특히 커피를 제조하기 위한 방법은 음료의 관능 특징을 변화시키지 않고 화학적 스케일제거 제품을 사용할 필요없이 또는 그 사용 빈도를 줄여서 석회질 퇴적물의 형성을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 본 발명의 실제 비제한적인 실시예를 나타내는 하기의 설명과 첨부도면에 의해 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 자동 커피 기계의 도시도이다.
도 2는 본 발명의 이해를 위해 관련된 도 1의 커피 기계의 부분들의 도시도이다.
도 3은 자석들의 배치의 상세도이다.
도 4는 테스트 사이클에서 얻어진 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 U형 파이프에 대한 한 쌍의 영구 자석의 적용을 도시하는 도면이다.
도 6, 도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시한 자석 배치에 의한 추가 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 개선된 실시예에서의 도 2와 유사한 도시도이다.

본 발명은 이하에서 자동 커피 기계에 대한 적용이 설명될 것이지만 반자동 또는 수동 전기 커피 기계에 사용되거나 일반적으로 온수를 사용하여 음료나 기타 식품을 제조하기 위한 기계에도 사용될 수 있다.

도 1은 본래 공지된 자동 형태의 추출 유닛(3)을 포함하는 커피 기계(1)를 개략 도시하고 있다.

도 2는 다시, 대개 커피 기계(1)의 후방 영역에 설치되는 탱크(5)로부터 나오는 물이 후술하는 방식으로 공급되는 자동 추출 유닛(3)을 도시하고 있다. 유량을 측정하기 위한 유량계(7)(예를 들면, 터빈 유량계)를 통해서, 물은 펌프(9)에 의해 탱크(5)로부터 흡입되어 보일러(11)에 공급된다. 도면부호 13은 펌프(9)와 보일러(11)를 연결하는 파이프를 지칭하고, 도면부호 15는 보일러(11)를 추출 유닛(3)에 연결하는 파이프를 지칭한다. 펌프(9)는 펌프(9)로부터 그 입구를 향해 송출되는 물을 재순환시킬 수 있는 재순환 파이프(17)를 구비할 수 있다. 재순환 파이프(17)는 3방 밸브(19, 21)를 통해서 펌프(9)에 연결된다.

도면부호 23은 하나의 분출구(25) 또는 한 쌍의 분출구(25)에서 종료되는 커피의 송출 파이프를 지칭하며, 상기 분출구 아래에는 유닛(3)에 형성된 추출 챔버 내부에서의 추출로부터 얻어지는 커피를 수집하기 위해 하나 또는 두 개의 컵(T)이 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 덕트(13)를 따라서 자기장 발생기(31)가 배열된다. 일 실시예에서, 자기장 발생기(31)는 파이프(13) 주위에 상호 대향 배치되는 제 1 영구 자석(33) 및 제 2 영구 자석(35)을 구비한다. 이 파이프는 예를 들어 테플론, 실리콘 또는 식품 접촉에 적합한, 즉 음료를 제조하도록 의도된 물과의 접촉에 친화적인 다른 재료와 같은 플라스틱 재료로 제조되는 것이 유리하다. 파이프(13)를 구성하는 재료는 또한 두 개의 영구 자석(33, 35)에 의해 발생한 자기장의 자력선의 통과를 방해하지 않게 되어 있다.

일 실시예에서, 자석(33, 35)은 반대되는 극성을 갖고 배치되는 바, 자석(33)은 파이프(13)와 대면하여 N극을 갖고 배치되고 자석(35)은 상기 덕트와 대면하여 S극을 갖고 배치된다.

영구적인 탄산칼슘 축적물의 형성을 감소시키는데 있어서의 자기 시스템의 효능을 입증하기 위해, 자기장 발생기(31)가 한 대에는 존재하고 다른 한 대에는 존재하지 않는 점을 제외하고는 동일한 두 대의 커피 기계에 대해 실험이 이루어졌다. 상기 커피 기계는 동일한 시간 동안 스위치온 상태가 유지되었으며 동일한 양의 물이 그 내부를 순환하여 동일한 수의 커피를 생성하고 동일한 양의 증기를 동일한 작동 조건에서 제조하였다. 물때의 축적은 두 대의 커피 기계의 보일러를 여러번 분해하고 압축 공기를 쏘아보내 대기 온도에서 건조시킴으로써 잔류 물을 제거한 후에 중량 측정함으로써 평가되었다. 시간에 따른 중량의 증가는 보일러의 벽에 탄산칼슘 축적물이 형성되는 탓이다. 커피 기계는 코일형 보일러, 물 통과를 위한 나선형 파이프, 물 파이프의 턴에 의해 둘러싸이는 체적 내부에 배치되는 역시 나선 권선된 저항 요소를 구비한다.

상기 커피 기계는, 퇴적 횟수를 가속화하여 보일러 내에 물때의 관련 양을 얻기 위해 다수의 커피를 제조하고 다량의 온수와 소량의 증기를 인출함으로써 실험 기간 동안 집중적으로 사용되었다. 사용된 물의 전체 체적은 감시 및 기록되었다.

도 4는 이들 실험에서 얻어진 결과를 도시한다. 가로축은 실험의 일수를 나타내고, 세로축은 신규 보일러의 중량에 대한 각 중량에서의 보일러 중량의 차이에 의해 주어지는 탄산칼슘(CaCO₃)의 그램당 양을 나타낸다. 곡선 C1은 자기장 발전기를 구비한 기계에 대해 실시한 측정 지점들 간의 보간을 형성하는 반면, 곡선 C2는 비교 대상 기계에서 얻어진 결과의 보간 곡선이다. 하기 표는 각각 11일, 18일, 46일의 실험 이후 얻어진 실험 데이터를 요약한 것이다.

도 4는 그래프와 상기 표에서는 자기장 발생기(31)의 사용으로 인해 물때 형성이 40% 감소한 것을 알 수 있다.

테스트 이후의 보일러 검사에 의하면, 자석이 구비되지 않은 제어 보일러에서의 물때 축적이 매우 일관성있고 조밀하며 다량으로 존재하는 것으로 나타났다. 스캐닝 전자현미경으로 찍은 사진에 의하면 긴 각기둥 모양의 결정이 불균일하게 분포하는 것으로 나타났다. 결정 검사에 의하면 혼합된 칼슘 성분 및 상당한 아라고나이트 성분이 나타났다. 이들 관측은 X선 분석에 의해서도 확인되었다.

자석이 구비된 보일러는 벽에서 떼어내기 위해 임의의 특정 힘을 사용할 필요없이 쉽게 제거될 수 있는 형태의 퇴적물의 존재를 나타냈다. 퇴적물의 양은 제어 보일러의 경우에 대해 분명히 낮았다. 현미경 검사에 의하면, 제어 보일러의 경우에 대해 적은 치수의 긴 각기둥 모양의 결정이 균일한 치수로 분포됨이 나타났다. 또한 이 경우에 X선 분석에 의하면 아라고나이트 상이 우세하게 존재하는 것으로 나타났다. 더욱이, 자석이 구비된 보일러에서 얻어진 퇴적물은 자석이 구비되지 않은 보일러에 형성된 것에 비해 고도의 공극(void)을 갖는 것으로 나타났다.

도 5는 다시 33, 35로 지칭되는 자석의 상이한 배치를 개략 도시하며, 이들 자석은 이 경우 C형 또는 U형이고, 파이프(13)의 곡선 또는 엘보우에 적용된다. 이 형태의 구성은 4mm의 내경과 7mm의 외경 및 30mm의 길이를 갖는 스틸 튜브 엘보우 주위에 적용되는 반원주 형상의 0.1 T의 강도를 갖는 자석을 채용하는 실험의 제 2 사이클 동안 채용되었다. 도 6은 도 4의 곡선과 유사한 곡선을 도시한다. 곡선 C1과 C2는 작동 시간(가로축에서 일자)의 함수로서 중량(g)(세로축)의 추이를 나타낸다. 곡선 C1은 자석이 구비된 보일러에 대한 것이며, 곡선 C2는 자석이 구비되지 않은 보일러(제어 보일러)에 대한 것이다.

도 7a는 시간 함수로서 물때의 퍼센트 감소를 나타내는 곡선이며, 도 7b는 제어 보일러에서의 물때 축적(가로축에서, g단위)의 함수로서 자석이 구비된 보일러에서의 석회질 퍼센트 감소(세로축)를 나타내는 곡선이다.

얻어지는 상당한 실험 결과를 초래할 수 있는 복잡한 현상의 물리-화학적 설명의 특정 형태에 제한되지 않는 상태에서, 자기장의 관련 효과는 물의 화학 평형을 변경시키지 않으며, 세균 주위의 과포화 레벨에 작용하는 결정들의 핵형성 공정과 간섭하지 않고 결정화학 상의 변경을 초래함을 알 수 있다. 전술했듯이, 그 결정 형태의 탄산칼슘은 세 가지의 다른 상으로 존재할 수 있다:

1. 세 개의 축을 갖는 사방면체 정계의 결정을 갖는 방해석

2. 하나의 축을 갖는 사방정계의 결정을 갖는 아라고나이트

3. 구형(spherical type) 결정을 갖는 바테라이트

세가지 형태 중에, 대기 온도와 압력에서 열역학적으로 가장 개연성있는 것은 안정적인 방해석 형태이다.

열 회로에서 물을 가열하기 위한 통상의 공정에서, 탄산염 종들의 형성에 의한 그 후속 분해에서의 중탄산칼슘은, 금속 벽에 강력히 부착되는 조밀한 축적물을 형성한다. 진화의 이해 및 방해석의 형성은 탄소 원자에서의 전자 쌍을 결핍시키고, 도너(donor) 능력을 갖는 원자로부터 전자 쌍을 포획함으로써 탄소 원자가 제거되는 경향을 결핍시킨다. 이러한 형태는 일반적으로 공유될 수 있는 자유 전자 쌍을 갖는 금속의 통상적인 것이다.

대다수의 경우에, 이 작용은, 한 쌍의 전자를 탄소와 공유하고, 결정 배아를 벽에 안정적으로 고정하는 금속-탄소 결합을 형성함으로써 그 미세 조도에 의해 결정 배아의 형성을 촉진하는 물과 접촉하는 표면에 의해 나타나며, 상기 배아는 일정하게 성장할 것이다. 이 성장은, 전하 잔유물이 잔류하고, 차후 응집되는 다른 분자들에 대한 견인 및 배향 지점으로서 작용하는 쌍극자를 촉발시키는 결합을 형성하도록 작용하는 원자에서 발견된다. 결정화 공정에서의 분자 사이의 결합은 혼돈 상태로 발생하지 않을 것이며, 기존 전기 쌍극자의 배향 및 전자에 의해 발생한 자기장의 배향에 따라 발생할 것이다. 분자의 부착은, 인력은 더 크고 자기 간섭은 더 적은 방향에 따라 공간에 배향될 것이다.

이들 전기화학적 양태에 기초하여, 외부로부터 인가되는 자기장에 의해 제공되는 일체의 영향은, 화합물의 용해성에 영향을 주지 않고 따라서 제품의 용해도를 변경시키지 않을 것이므로 화학적이 아닌 물리적 구조 변경을 초래한다.

자기장의 강도 증가에 비례하게 관련하여 증가하는 이 영향은 결정 배아의 진화 및 발전에 있어서 결정적이다. 용매화 현상에 있어서, 각각의 금속 이온은, 그 충전 단부들이 이온의 정전 인력에 따라 공간에 배향되는 전자 쌍극자의 존재의 결과로서 특정 개수의 물 분자에 의해 둘러싸인다. 이 물-이온 복합체에서, 이온은 중앙 공동을 차지하며, 이온의 유효 반경은 이 쌍극자의 배향에 의존한다. 유효 반경은 결정 반경보다 크며, 양이온에 있어서 외력이 전혀 가해지지 않을 때 이 차이는 0.1 A이다.

전자에 의해 생성된 자기장을 소거시킬 수 있는 고강도의 자기장의 영향은 자유롭고 조화로운 배향을 방지한다. 따라서 쌍극자는 인가되는 자기장의 자력선에 따라 배향되어야 하며, 이 강제된 배향은 이온의 유효 반경에 영향을 미칠 것이다.

칼슘 이온의 경우에, 쌍극자의 이 강제 배향은 이런 식으로 결정 반경에 대한 유효 반경의 현저한 증가를 초래하며, 이는 0.1 A를 초과하는 이온 반경을 갖는 이온과 같이 거동하여, 사방면체 정계가 아닌 사방정계의 결정을 초래한다. 이러한 이온의 변형은, 침전하도록 이송되고, 아라고나이트 상으로 조성되며, 방해석보다 높은 에너지 함량에서 준안정적인 시스템에 의한 에너지 흡수에 대응한다. 그러나, 안티스케일링(antiscaling) 효과는 아마도 방해석과 아라고나이트에 의해 다른 결정화학적 형성 형태로만 발견되지는 않을 것인 바, 상기 양자, 특히 방해석은 조밀한 응집물 및 퇴적물을 초래하기 때문이다. 실제로, 아라고나이트의 형성에 있어서, 분자들은 전기 쌍극자가 존재함으로 인한 자기장의 자력선에 따라 배향되고, 이러한 수정은 결정 망의 구조에 공간적 장애를 초래할 것인 바, 이것이 공간에 자유롭게 배향될 수 없고 그것에 존재하는 전기 쌍극자의 인력선에 따라 결합되기 때문이다. 상기 인력은 결정 응집을 초래하는 분자간 힘을 형성한다. 이것이 없으면, 물의 유체역학적 동작에 의해 쉽게 제거될 수 있는 매우 가벼운 침상 체형을 갖는 다수의 소결정으로 구성되는 가볍고 일관성없는 분말 활석 형태를 갖는 비정질 퇴적물의 형성이 초래된다.

도 8에 개략 도시된 본 발명의 개선된 실시예에 의하면 전술한 것과 더 관련된 결과가 얻어질 수 있다. 동일한 도면부호는 도 2에서와 동일하거나 동등한 부분을 지칭한다.

도 8의 실시예에서는, 도 2를 참조하여 이미 기술한 부품들에 추가하여, 자기장 발생기(31)와 연관하여, 파이프(13)를 통해서 보일러(11)를 향해 흐르는 물을 예열하기 위한 예열 시스템(41)이 제공된다. 상기 예열 시스템(41)은 파이프(13) 주위에 권선된 전기저항 요소로서 개략 도시되어 있다. 실제로, 예열 시스템은, 자기장 발생기(31)의 바로 상류에서 또는 심지어 자기장 발생기가 배치된 영역의 내부에서 물의 유동 예열이 가능하도록, 예를 들어, 금속 재료 또는 다른 열전도성 재료로 제조된 파이프(13)의 일부로 구성될 수 있다. 따라서 자기장 발생기(31)의 자석(들)에 의해 발생된 자기장이 작용하는 곳에 바로 인접하거나 그 곳과 일치하는 영역에서 보일러를 향해 유동하는 도중에 있는 물을 가열할 수 있다.

이런 식으로 보일러(11)에서 예열 시스템으로의 석회질 퇴적물의 문제 및 형성을 간단히 이전하는 문제가 방지된다. 동시에, 석회질 퇴적물의 형성을 방지하는데 있어서 자기장의 보다 기민한 효과를 얻는 부분 가열된 물을 자기적으로 처리할 수 있다. 적절한 예열 온도 값은 40 내지 80℃이고 바람직하게는 50 내지 70℃ 이상일 수 있다.

도면은 본 발명의 기초가 되는 개념의 범위 내에서 그 형태 및 배치가 변화될 수 있는 본 발명의 실제 예시로서만 제공되는 단 하나의 예를 도시하는 것임을 알아야 한다. 청구범위에서의 일체의 도면부호는 명세서 및 도면을 참조하여 청구범위의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 청구범위에 의해 제공되는 보호 범위를 제한하는 것은 아니다.

Claims (27)

1. 온수를 사용하여 음료 및 기타 식품을 제조하기 위한 기계로서, 물 탱크, 물을 가열하기 위한 보일러, 물을 공급하기 위한 펌프, 상기 보일러로부터 물을 수용하고 상기 음료 또는 기타 식품 제조용 제품이 삽입되는 추출 유닛을 포함하는 유압 회로를 구비하는 기계에 있어서,
   상기 유압 회로에서의 석회질 퇴적물 형성이 감소되도록 물을 처리하기 위한 자기장 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 적어도 하나의 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 적어도 하나의 전자석을 포함하는 제조 기계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 물 유동 파이프를 따라서 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는, 상호 대향하여 배치된 한 쌍의 자석들을 포함하고, 상기 자석들 사이에는 물을 담는 체적이 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 한 쌍의 자석들은 반대 극성들을 갖고 상호 대면하여 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 체적은 물 유동 파이프의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 상기 보일러의 상류에서 유동 파이프를 따라서 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 상기 펌프와 상기 보일러 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보일러의 상류에서 물을 예열하기 위한 예열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 예열 장치는 상기 자기장 발생기와 연관되고, 상기 자기장을 통과하는 물이 대기 온도보다 높은 온도에 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 예열 장치는 물이 자기장을 통해서 흐르는 동안 물을 가열하도록 배치 및 설계되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
13. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 예열 장치는 상기 자기장 발생기에 의해 발생된 자기장 내에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 커피 기계인 것을 특징으로 하는 제조 기계.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 보일러로부터 공급된 물 유동이 통과하고 분쇄 커피를 수용하는 추출 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 기계.
16. 음료 또는 기타 식품을 제조하기 위한 방법으로서,
    온수 유동을 발생시키는 단계,
    상기 온수 유동을 상기 음료 또는 상기 식품의 제조에 사용되는 식품 물질에 통과시키는 단계를 포함하는 제조 방법에 있어서,
    석회질 퇴적물을 감소시키기 위해, 물을 적어도 하나의 자기장으로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 음료는 커피인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 자기장을 가로지르는 유동 파이프를 따라서 물이 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 자기장은 물을 가열하기 위한 보일러의 상류에서 발생되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상호 대향하여 배치되고 그 사이로 물이 유동하는 적어도 한 쌍의 자석들을 사용하여 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 자석들은 서로 반대되는 극성들을 갖고 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장에 의해 물을 처리하기 이전에 물을 예열하고 상기 자기장에 의한 처리 이후 물을 더 가열하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
23. 제 22 항에 있어서, 물을 유동 조건들에서 예열하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 자기장에 적어도 부분적으로 포함되는 영역에서 물을 예열하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 40℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상, 더 바람직하게는 55℃ 내지 80℃의 온도에서 물을 예열하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
26. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장은 0.1 내지 5 테슬라, 바람직하게는 0.2 내지 1.5 테슬라, 더 바람직하게는 0.4 내지 1.2 테슬라 범위의 자기 유도를 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
27. 제 16 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 70 내지 150 g/min의 유량으로 상기 물 유동을 상기 자기장을 통과시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    

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