에스프레소 머신 이해하기 part 1 - 싱글보일러, 열교환방식(HX)보일러, 듀얼보일러, HX 듀얼보일러

에스프레소 머신의 핵심적인 부분이 보일러의 구조입니다.

추출을 위해 적정 온도의 물을 그룹헤드에 전달하고, 스팀완드에 적정한 스팀을 전달하기 위해 물을 가열을 해야하는데,  보일러가 이 역할을 합니다.  구조는 크게 싱글single보일러, 열교환방식Heat Exchanger 보일러, 듀얼dual보일러로 구분됩니다. 보일러의 구조가 추출온도의 안정성과 머신의 가격에 많은 영향을 주기때문에 가정용 에스프레소 머신을 구매하기 전에 반드시 그 구조에 대한 이해가 선행되는게 좋습니다. 

 

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에스프레소 머신 보일러의 구조 - 싱글보일러, 열교환방식(HX)싱글보일러, 듀얼보일러, 열교환방식(HX) 듀얼 보일러

 

●싱글 보일러 에스프레소머신

왼쪽 그림 처럼 하나의 보일러를 스팀관과 추출을 위한 그룹헤드가 공유하는 구조입니다. 

추출하는 동안 그룹헤드를 통해 뜨거운 물은 빠져 나가 상온의 물이 물탱크에서 보충이 됩니다. 온도가 떨어지고 온도 조절기/압력조절기 또는 PID 온도제어기가 보일러를 동작 시켜서 원하는 원도까지 히팅하는데 시간이 걸릴것입니다.(온도 조절기보다 PID 온도 제어기가 셑팅된 정확한 온도에 빠른시간에  도달하게 해줍니다.)

이때  보일러의 용량이 크다면 온도의 변화는 작을것이고 빠른 시간에 셑팅되어 있는 온도에 도달 하게 되어 높은 온도 안정성을 유지할수 있습니다. 상업용 머신들에서는 충분히 보일러의 용량을 크게 할수 있어 이러한 단점을 극복할수 있습니다.

예들들면 14ℓ의 보일러 용량의 머신에서 에스프레소 추출을 위해 50㎖을 물을 사용했다면 온도의 변화는 거의 없을겁니다. 반대로 0.3ℓ 보일러 용량을 가지는 가정용 에스프레소머신에서는 1회추출후 다음추출을위한 온도가 제어되기까지 어느정도 시간이 걸리는게 당연한 결과 입니다. 이러한 원리를 잘알고 사용한다면 가정용 싱글 보일러 에스프레소 머신에서도 좋은 에스프레소를 추출해 낼수 있습니다. 실제로 가정에서는 연속추출 할일이 많이 없어서 큰 문제가 되지 않습니다. 스팀까지 필요한 경우라면 좀 달라집니다. 에스프레소를 추출하고, 스팀이 연속 동작으로 이뤄져야 하는데, 추출로 인해 보일러의 온도와 압력이 떨어졌다면 적정 스팀압이 될때가지 기다려야 하는데, 에스프레소의 크레마가 이 시간을 기다려 주지 않기 때문에 바리스타에겐 슬픈 일이 되어버립니다. 

싱글보일러를 머신을 선택할때는 보일러 용량을 여러모델들과 비교 확인해 보는것을 추천 드린다. 듀얼 보일러 머신의 경우에도 brew용(에스프레소추출용) 보일러 용량을 확인해 보는게 좋습니다. 

※란실리오 실비아 사용기 하나 공유 합니다.(싱글보일러 머신)

https://skyskin.blog.me/221192919191

Heat Exchanger 구조 in Espresso Machine

●열교환방식(Heat Exchanger) 싱글 보일러

왼쪽 이미지들이 Heat Exchanger의 일반적인 구조를 잘 보여주고 있습니다. 스팀 보일러가 있고 Heat Exchanger가 그곳을 관통하는 간접가열, 일종의 중탕 가열방식을 채택 하고 있습니다. 

스팀보일러의 온도를 조절하여 Heat Exchanger가 그룹헤드에 도달하는 물의 온도를 정확하게 제어하는게 핵심입니다.

좌측 2, 3번째 그림을 한번 볼까요? 상온의 물이 Heat Exchanger를 통과하여 물이 간접적으로 가열되고 그룹헤드로 전달됩니다. 그 물이 그룹헤드를 통과해서 나오고 이동간 어느정도 열손실이 발생할것이고 온도가 떨어질것 입니다. 온도가 다소 떨어진 물은 다시 Heat Exchanger로 들어가서 재 가열되는 형태를 지속적으로 반복하고 있습니다. 스팀 보일러의 온도는 이용하여 Heat Exchanger를 간접 가열시키고, 그룹헤드에 전달되는 물을 추출하기에 적합한 온도를 유지하는게 중요합니다. 

 

 

좋은 아이디어인것 처럼 보이지만, 해결해야할 공학적인 어려움도 있어 보입니다. 두가지 case로 나누어서 생각해 볼수 있습니다. 

첫번째 유휴 상태에서 새로운 물의 유입이 없이 Heat Exchanger와 그룹헤드간에 계속해서 순환하고 있는 경우이고, 두번째는 추출을 위해 상온의 물이 Heat Exchanger로 들어 올때입니다.  두번째의 경우는 상온의 물이 들어오니 Heat Exchanger의 물의 온도가 순간적으로 어느정도 떨어지고, 물을 재 가열되고, 그룹헤드로 다시 전달될것입니다. 위 2가지 CASE에 대해 모두 온도의 안정성을 확보해야하는데, 직접적으로 Heat Exchanger를 제어하는 방식이 아니다 보니 한계가 있을것이라고 생각이 듭니다.  그 한계가 일정 시간 유휴 상태가 지속되면 적정 추출 온도 이상으로 과열되는 현상입니다. 

보통 에스프레소 추출전에 여러가지 이유로 쿨링 플러시(추출수를 적정시간 동안 흘러 보내는 행위)해주는데, HX 보일러가 적용된 에스프레소 머신의 경우는 유휴 시간동안 적정온도 이상으로 가열될수 있고 이를 극복하기 위해 쿨링 플러시가 필수적입니다. 

 

어떻게 Heat Exchanger가 개별적인 히팅 장치없이 적정한 추출온도의 물을 그룹헤드에 전달하는지 알아 보았습니다. 완벽하진 않더라도, 이 역시도 잘만 사용한다면 싱글 보일러의 단점인 스팀과 추출을 연속동작으로 가능하면서 좋은 품질의 에스프레소를 만들어 낼수 있습니다. 

 

 

●듀얼 보일러 에스프레소 머신 

추출용 보일러와 스팀용 보일러를 별로도 두는 방식으로 개별적으로 온도제어가 되고 서로 영향을 주지 않으니 위 두가지 방식의 불편했던점을 모두 해소해 줄것입니다. 단 추출용 보일러의 용량이 너무 작다면 싱글보일러러 일때의 문제점을 가질수 있으니 여러 모델 비교해 볼 필요가 있습니다. 가정용인데 듀얼 보일러라고 하면 아마 가격대는 최소 200만원이상으로 본인 예산을 초과 할 가능성이 큽니다. 

 

 

 

●열교환방식(HX) 듀얼 보일러 

듀얼 보일러인데 추출용 보일러에 주입되는 물이 물탱크에서 직접 오지 않고 중간에 스팀보일러에 내장된 Heat Exchanger를 통과 시키게 만들었습니다. 즉, 추출brew 보일러에 공급되는 물이 HX exchanger에 의해 pre-heating 되기떼문에 열효율, 추출brew 온도의 안정성을 더욱 끌어올린 방식입니다. 이 방식은 라마르조꼬 La Marzocco GS/3 가 채택한 방식 이기도 합니다. 고가의 에스프레소 머신에서 볼수 있는 방식입니다. 그러나 꼭 그렇지만은 않네요. :) 가정용 듀얼 보일러로 알려진 브레빌 BES920 모델은 정확히는 HX dual boiler입니다.

 

 

 

 

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가정용 에스프레소 머신을 선택하는데, 도움을 주고자 작성된 글이다보니 1구 위주로 설명하였습니다. 가격은 위 설명한 순서대로 입니다. 상업용이 아니다보니 본인이 집에서 어떤용도로 사용할것이냐에 따라서 선택을 결정하는게 좋아 보입니다.  하루에 한두잔의 에스프레소가 필요하고, 스팀이 굳이 필요가 없다면 듀얼보일러는 오버 스펙일수 있고, 싱글 보일러로도 충분하다는 의미입니다. 

 

관련글입니다. . 

2019/09/08 - [커피 ] - 에스프레소 머신 이해하기 part2 - PID, 바이브레이션 펌프, 로터리 펌프

2019/09/23 - [커피 ] - 에스프레소 머신 이해하기 part3 - 그룹헤드, 프리인퓨젼, 가변압 조절, 3way 솔레노이드 밸브

 

 

 

※글 중간중간에 이미지들은 아래의 사이트에서, 참조하였습니다.

https://beanshere.com/posts/espresso-machine-type-part-1/