커피 및 차 음료의 질소 냉추출 공정에서 진공 압력 제어 솔루션

콜드 브루잉은 커피와 차를 뜨거운 물로 추출하는 전통적인 방식과는 반대로, 오랜 세월 동안 전 세계적으로 사랑받아온 독특한 질감과 맛으로 유명합니다. 콜드 브루 음료의 제조 과정은 저온 추출 원리에 기반합니다. 즉, 진공 상태에서 물의 끓는점을 정상 압력(100°C)보다 훨씬 낮춰 저압, 저온에서 음료를 추출하는 방식입니다.

게다가 최근 등장한 질소 강화 음료는 저온 추출 후 고압 질소를 주입하여 커피나 차와 같은 음료의 질감, 맛, 시각적 효과를 크게 변화시켰습니다.





(그림 1. 진공 압력 자동 제어 솔루션의 개략도)

그림 1에 나타낸 솔루션은 음료 용기의 진공도와 고압을 개별적으로 제어할 수 있으며, 진공 게이지와 압력 게이지를 각각 사용하여 음료 용기의 진공도와 질소 충전 중 질소 압력을 측정합니다.


위의 솔루션에서는 진공도 및 압력 제어를 위해 각각 두 개의 폐루프 제어 루프가 설계되었습니다. 비용과 부피를 줄이기 위해 이 두 폐루프 루프의 공통 부분은 입구 및 출구 밸브와 컨트롤러이고, 독립적인 부분은 진공 게이지와 압력 게이지입니다.

(1) 진공도의 자동 제어

진공도를 조절하는 과정에서 먼저 진공 펌프와 고압 공기 공급원을 가동합니다. 이때 고압 공기 공급원을 연결하지 않거나 일반 대기압을 사용할 수도 있습니다. 용기의 가스 배출 속도가 공기 흡입 속도보다 크면 용기 내부에 자연스럽게 저압 진공이 형성됩니다.

제어기는 설정된 진공 값 또는 프로그램과 수집된 진공 게이지 신호를 비교합니다. 비교 후 차이에 따라 PID 제어 알고리즘에 따라 제어 신호를 출력하고, 동시에 흡기 밸브와 배기 밸브의 개방 정도를 조절합니다. 진공 게이지의 측정값이 설정값에 빠르게 근접하여 같아짐으로써 진공도 제어의 동적 조정이 실현됩니다.

저온 추출 과정에서 커피와 차 종류에 따라 진공도 및 변화 속도에 대한 요구 사항이 다르기 때문에 컨트롤러는 프로그래밍 가능한 설계 기능을 갖추어야 하며, 밸브는 더 빠른 조절 속도를 가져야 한다는 점에 유의해야 합니다.

(2) 질소 충전 고압의 자동 제어

진공도 제어 공정과 저온 추출 공정이 완료되면 질소 충전 공정과 고압 제어 공정을 바로 진행할 수 있으며, 이때 진공 펌프를 끌 수 있습니다. 용기의 공기 배출 속도가 공기 흡입 속도보다 낮아지면 밀폐된 음료 용기 내부에 자연스럽게 고압 상태가 형성됩니다.

마찬가지로, 제어기는 수집된 압력계 신호를 설정된 압력 값 또는 프로그램에 따라 비교합니다. 비교 후 차이에 따라 PID 제어 알고리즘에 의해 제어 신호를 출력하고, 동시에 공기 흡입 밸브와 배기 밸브의 개방을 조절하여 압력계 측정값이 설정값에 빠르게 접근하고 같아지도록 함으로써 고압 제어의 동적 특성을 구현합니다.

또한 커피와 차 종류에 따라 질소 충전 과정에서 필요한 압력 및 변화 속도가 다르기 때문에 컨트롤러는 프로그래밍 가능한 기능을 갖춰야 하며, 밸브 또한 더 빠른 조절 속도를 가져야 한다는 점에 유의해야 합니다.

그림 1에 나타낸 솔루션 설계 내용의 공학적 구현을 달성하기 위해, 상기 진공 압력 제어 요구 사항에 따라 상응하는 진공 압력 제어 시스템을 구성하였으며, 구체적인 구조는 그림 2에 나타내었다.



(그림 2. 진공 압력 자동 제어 시스템의 개략도)

Kao Lu의 QKL-B4H 비례 압력 조절기는 기체나 액체와 같은 유체의 압력을 원하는 범위 내에서 유지 또는 제어하는 데 사용되는 장치입니다. 일정한 압력을 유지하는 것이 최종 제품의 품질과 일관성을 보장하는 데 매우 중요한 산업 및 제조 공정에서 널리 사용됩니다.

Kao Lu의 QKL-B4H 비례 압력 조절기는 고속, 0.05% FS의 높은 정확도, 1kPa의 고해상도를 자랑하며, 무엇보다 목표 압력에서 매우 안정적입니다. 고객들은 이 전자식 조절기를 사용하여 고가의 데스크탑 압력 조절기를 대체해 왔습니다(맞춤 사양은 문의하십시오).

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