JP2016193262A - 消費者製品内における液体の温度を精密に制御するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】限定されるものではないが、コーヒーメーカー、ティメーカー、電気湯沸かし器及びエスプレッソメーカーのような液体を加熱する消費者製品として、高価高精度でない一般部品を使用しつつ、現在の技術水準よりも一層精密で正確な温度制御を可能とするシステムを提供する。【解決手段】このシステムの１つの特徴は、液体の絶対温度を高精度に検出することなしに、液体の沸点の検出時の個体差のあるセンサーデータ及びシステムの設置高度を参照して、液体温度を得る点にある。【選択図】図１

Description

本発明は、消費者製品における液体の温度を、精密に、かつ正確に制御するためのシステムに関する。

消費者製品内に収められた液体、例えば水のような液体の温度を精密に、かつ正確に制御することが、様々の異なる状況の下で望まれている。例えば、水温は、コーヒー又はお茶を淹れる時に重要な役割を果たす。このような状況では、水温が違うと、コーヒー又はお茶から抽出される風味、色合い及び特性が違ったものとなる。抽出過程で使用される水温の僅かな変化が、得られる生成物の風味の傾向に顕著な違いをもたらすことになる。消費者は、ある水温により生成された風味の傾向の方が、別の水温で生成された風味の傾向よりも好ましいと感じることがある。

より一般的に言うと、多数の化合物を含んでいる基質から液体をベースにした抽出を行う場合には、液体温度が変化すると、抽出による最終製品における１又はそれ以上の抽出成分の割合を変化させることになる。従って、この抽出操作で使用する液体温度に関しては、精密かつ正確な制御を行うことが有利である。

コーヒーメーカー、ティメーカー、電気湯沸かし器、及び同様なものといった現在の大量生産されている消費者製品は、比較的劣る温度制御機能を備えている。温度検出用プローブ、サーミスター及び同様な測定装置といった構成部品における変動と、これらの製品の設計における精密かつ正確な温度制御に対する注意の欠如が、大幅な温度変動をもたらしている。例えば、競業者の製品と区別する特徴として、その抽出水温を宣伝材料にしている最先端の消費者用コーヒーメーカーの１つでは、目標温度に対して上又は下に３°C（５°Ｆ）、合計で６°C（１０°Ｆ)もの違いをもたらすことがある水を生成する。消費者が目標水温を選択することのできる最先端の消費者用電気湯沸かし器の１つは、目標温度に対して上又は下に４°C（６°Ｆ）、合計で７°C（１２°Ｆ）もの違いをもたらすことがある水を生成する。

特表２００６−５１７８３４号公報 米国特許第０６３８０５２１号明細書 特開２０００−２５３９９９号公報 特開平１１−３３２７４８号公報 特開昭６２−２０２９４１号公報 特表２００９−５２５０５６号公報 米国特許出願公開第２００６／０１２４６２８号明細書 米国特許第０４６６５２９２号明細書 米国特許出願公開第２０１０／２０４８４９号明細書 特表２００４−５１０９４３号公報 国際公開第０２／０２９３３６号 米国特許出願公開第２００５／００７６７８８号明細書 米国特許出願公開第２００１／０００９６０９号明細書 米国特許５５８２７５５号明細書

従って、消費者製品において液体を加熱する際に、より精密で正確な温度制御を可能にするシステムについての必要性が残っている。

本発明は、消費者製品において液体を加熱する際に、現在の技術水準のものと比較して一層精密で正確な温度制御を可能にするシステムを提供する。このシステムは、製品が消費者に提供される前に、製品に選択され、かつ設定された目標温度の液体を生成するのに使用することができるものであり、或いは、このシステムは、消費者により選択された目標温度の液体を生成するのに使用することができるものである。

該システムは、水又は他の液体を収容する要素と、該液体を加熱する要素と、液体の温度を判定する要素と、入力に応答して該加熱用要素を制御する要素とを有するものであれば、どのような消費者製品においても実施することができる。当該システムが実施されて有用性が得られる形式の製品の例としては、本発明の範囲を限定するものではないが、コーヒーメーカー、ティメーカー、電気湯沸かし器及びエスプレッソメーカーがある。

液体を加熱するための要素は、液体と直接的に接触する加熱要素、間接的な加熱、その他、この分野で知られる他の加熱方法のように、この分野で知られている要素のいずれであっても良い。加熱用要素を制御するための要素は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、これらの幾つか又は全ての組み合わせ、或いはこの分野で知られた要素など、この分野で知られている要素のいずれであっても良い。制御用要素は又、パーソナルコンピューター、「スマートフォーン」、タブレット型コンピューター装置、その他の望ましい装置のような、外部のコンピューター装置とすることができる。制御用要素がこのような外部のコンピューター装置である場合には、該制御用要素とシステムの他の要素との間の通信は、ユニバーサルシリアルバスポートを通じた直接的な接続、又は無線通信のような、この分野で公知の手段のいずれかにより達成することができる。液体温度を判定するための要素としては、検出した温度を表す信号を伝達するものであれば、この分野で公知のどのような要素でもよい。制御用要素は、加熱用要素と温度検出用要素に作動的に接続される。前述の諸要素を含む製品例としては、これらに限定されるものではないが、コーヒーメーカー、ティメーカー、電気湯沸かし器がある。

このシステムは、較正機能を有するものとすることができる。この較正機能は、消費者製品に使用することが意図されている要素に固有の変動に対処するものである。この較正機能は、既知の温度を選定すること、製品を充分な量の液体で満たすこと、該液体を設定温度まで加熱又は冷却すること、及びその選定温度に達したことを制御用要素に指示することを含む。次いで、制御用要素は、較正温度を参照してその後の複数の温度を判定する。較正機能は、時間の経過に伴って一度又は複数回実施することができる。この較正機能は、流通過程のどのような場所でも、例えば工場、卸売店、小売店又は消費者などで、或いは、流通過程での多くの場所で実施することができる。この較正機能は、加熱システムを最初に起動した際に、自動的に実行するようにすることができる。

この較正機能の一実施形態は、当該器具に水を満たすこと、該水が特定の時間にわたって沸騰するまで加熱をすること、次いで、測定された温度が水の沸騰点であることを制御機構に指示すること、を含んでいる。制御機構への指示は、１又はそれ以上のスイッチ、ボタン又は他のこの分野で知られる手動入力などのような手動入力とすることができ、或いは、蒸気、抵抗値を検出するもの、又は、この分野で知られている水の沸騰を判定することができる他の自動的センサーのように、１つ又はそれ以上の自動的センサーとすることもできる。この較正機能は、周辺の大気圧又は高度による変化に基づく沸騰水温度の変化にも対処できるものとしてもよいが、そうでなくてもよい。その場合には、この機能は、高度又は周辺の大気圧を手動入力するものとしてもよく、又は周辺の大気圧又は高度がこの分野で公知のあらゆる手段によって自動的に検出されるようにしてもよい。

この精密で正確な温度制御システムは、「漸次移行」機能を含むことができる。この「漸次移行」機能は、目標温度を超えて余分に液体加熱するのを最小にするか、防止する。余分な加熱は、液体を加熱する速度が殆ど又は全く制御されていないために生じる。この「漸次移行」機能は、温度検出用要素と制御用要素と加熱用要素の組み合わせによって作動する。この「漸次移行」機能の基本的な着想は、目標温度に近づくにつれて液体を加熱する速度を遅くして、目標温度に緩やかに「漸次移行させる」ことを助けるものである。液体の加熱は、加熱用要素に供給するエネルギー量を減少させるか、加熱用要素を作動状態と不作動状態との間で反復作動させるか、これらの組み合わせ、又は、液体加熱の速度を減少させる、公知の他のいかなる手段を使うことによって、遅くすることができる。このような加熱用要素の制御は、制御用要素において目標温度と温度検出用要素からの入力を参照することによって行うことができる。温度検出用要素の監視は、時間にわたり連続的に行うか、間欠的に行うことができる。液体を加熱する速度の調整は、作動時間にわたり連続的に行うか、間欠的に行うことができ、或いは、液体が１又はそれ以上の指定温度に近づくことに基づいて行うことができる。液体加熱の速度を減少させる時の温度は、ここでは「初期漸次移行温度」と定義される。液体が目標温度に達する直前に加熱用要素を遮断する時の温度は、「最終漸次移行温度」と定義される。

目標温度まで達する全所要時間を短縮するためには、できる限り長く、加熱要素の最大出力を維持することが、一般的には好ましい。しかし、該加熱要素への供給電力量に加えて、他の要因もまた、液体温度の上昇率に影響を及ぼすことが理解されるであろう。従って、「初期漸次移行温度」と「最終漸次移行温度」とは、要因の数に基づいて変化する。例えば、温度の上昇は、液量が多い時よりも、少ない時の方が大きくなる。従って、「漸次移行」機能は、制御用要素への追加の入力として、リザーバー内の液体量を用い、「初期漸次移行温度」と「最終漸次移行温度」を修正することにより、加熱の速度を異ならせることで対処するものとすることができる。制御用要素への液体量の入力は、キーパッド、その他の公知の手段のいずれかを介して手動で指定するか、液体レベルセンサー、その他の公知の手段により自動的に検出することにより行うことができる。更に、温度上昇は、加熱用要素の蓄熱容量が大きい場合に、小さい容量のものに較べてより大きくなる。加熱用要素の蓄熱容量、つまり、加熱用要素への電力供給量が減少されるか、遮断された後においても加熱用要素が加熱を継続する傾向も、制御用要素のプログラミング、又は他の公知の手段により対処することができる。従って、制御用要素は、「初期漸次移行温度」と「最終漸次移行温度」を調整することができる。

本発明の較正機能の好ましい実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の「漸次移行」機能の好ましい実施形態の動作を示すフローチャートである。

以下の説明は、本発明の好ましい実施形態にのみ関するものであり、いかなる意味でも本発明の請求の範囲を制限するものではない。好ましい実施形態においては、本システムは、コーヒーメーカーにおいて実施される。通常の操作において、コーヒーメーカーの適切な個所に、水と挽かれたコーヒー粉が満たされて、消費者が手動入力か、ある決まった時間に抽出が始まるように、コーヒーメーカーをプログラムするか、のどちらかで抽出過程を開始する。制御用モジュールは、１又はそれ以上のプログラム可能なマイクロコントローラー、又は適切にプログラム可能な公知の同等の装置を含むことができる。コーヒーメーカーは、水を抽出する目標温度を消費者が指定することを可能とするものであり、かつ該コーヒーメーカーを現在の技術水準よりも、遥かに精密で正確な温度領域にある抽出水の生成を可能にする、較正機能と漸次移行機能とを含んでいる。

較正機能は、消費者が、適量の水をリザーバーに満たして、制御用要素に較正サイクルを実行させることを指示する手動入力を与えることにより、実施される。較正サイクルを指示する入力は、消費者の間違いにより実行されることがないような操作により起動されるものとすることが望ましい。例えば、消費者が、２つのボタンを同時に押すようにするとか、適切な信号を発生する特定のコードをキーパッド入力するものとする、などである。較正サイクルの開始により、制御ユニットは加熱用要素を起動させ、極力迅速に水を加熱する。水が完全な沸騰に達すると、消費者は第２手動入力により、水が完全に沸騰していることを示す信号を、制御用要素に与える。代替的には、水が完全に沸騰した時を自動的に検出するセンサーを、該コーヒーメーカーに備えてもよい。次いで、制御用要素は、該制御用要素が温度検出用要素から受けている現在の信号が、水の沸騰点に対応するものであることを、記録その他の手法で保存し、この記録された信号を参照として、その後に受ける全ての信号と比較するように、それ自身の較正を行う。制御用要素は、その後に、リザーバーから、コーヒーの挽き粉の入ったバスケットを通して、水をカラフ、又は抽出したコーヒーを貯める他の容器に移すようにすることが好ましい。システムにおけるこのフラッシングは、コーヒーメーカー内を通る流路の最初の、及びその後のクリーニングの助けとなる。

「漸次移行」機能は、温度検出用要素から取得される信号を監視して、較正サイクル中に確立された参照信号と、消費者が入力した目標温度とを比較する制御用要素によって実行される。ひとたび現在の水温が「初期漸次移行温度」に達すると、該制御用要素は、加熱用要素への電力供給を減少させる。「初期漸次移行温度」は、リザーバー内の水量と、加熱用要素の熱維持容量とを参照して制御用要素により判定される。この過程は、目標温度が近づくにつれて何回も繰り返され、これは、電力の連続的又は連続的に近い低減がなされることになる。好ましい実施形態においては、加熱用要素へ供給される電力量は、水の加熱過程で、１４００ワットと４００ワットの間で変化する。

ひとたび現在の水温が「最終漸次移行温度」に達すると、加熱用要素に供給される電力は、水温が目標温度に移行できるように完全に遮断される。「最終漸次移行温度」は、リザーバー内の水量と加熱用要素の熱維持容量とを参照して制御用要素により判定される。水温が目標温度に達すると、バスケット内のコーヒーの挽き粉上に水が開放されて、カラフ中に流し出される。リザーバーからバスケットへ水を移動させる間、リザーバーに残存している水の温度が監視され、残りの水が目標温度に維持できるように、「漸次移行」工程が多数回繰り返されるようにしてもよい。目標温度に水温を維持することは、水が完全に無くなるまで電力を、連続的又はほぼ連続的に低減させることを含む。

Claims (17)

1. 水を加熱する消費者用器具の精密で正確な温度制御を改良するシステムにおいて、
   液体を保持するリザーバーと；
   該液体を加熱するために設けられた少なくとも１つの加熱用要素と；
   該液体温度を検出するために設けられ、検出した温度を表す信号を発生する少なくとも１つの温度センサーと；
   前記信号を受けるために、前記少なくとも１つの温度センサーに接続された少なくとも１つの制御用要素と；
   前記少なくとも１つの制御用要素に対して、前記信号が参照信号を表すものであることを示す指示手段と；
   を有し、
   前記少なくとも１つの制御用要素が、前記少なくとも１つの温度センサーから受ける複数のその後の信号を前記参照信号と比較できるものである、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記参照信号が、前記液体の沸騰点であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記指示手段が、該システムの使用者によって起動される手動入力を含む、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 前記指示手段は、前記液体が沸騰したことを自動的に検出する手段を含む、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
5. 水を加熱する消費者用器具の精密で正確な温度制御を改良するシステムにおいて、
   液体を保持するリザーバーと；
   該液体を加熱するために設けられた少なくとも１つの加熱用要素と；
   該液体の温度を検出するために設けられ、検出した温度を表す信号を発生する少なくとも１つの温度センサーと；
   前記信号を受けるために、前記少なくとも１つの温度センサーに接続された少なくとも１つの制御用要素と；
   を有し、
   前記少なくとも１つの制御用要素は、前記少なくとも１つの加熱用要素が液体を加熱する速度を制御するために、前記少なくとも１つの加熱用要素に接続されており、
   前記少なくとも１つの制御用要素は、前記信号が予め決められた温度を示す所定レベルに近づくにつれて、液体加熱の速度を減少させるために、前記少なくとも１つの加熱用要素と相互作用するようになった、
   ことを特徴とするシステム。
6. 前記少なくとも１つの制御用要素は、前記少なくとも１つの加熱用要素に供給される電力を減少させることにより、液体加熱の速度を減少させることを特徴とする請求項５記載のシステム。
7. 前記少なくとも１つの制御用要素は、前記少なくとも１つの加熱用要素に供給される電力の断続の繰り返しにより、液体加熱の速度を減少させることを特徴とする請求項５記載のシステム。
8. 水を加熱する消費者用器具の精密で正確な温度制御を改良するシステムにおいて、
   液体を保持するリザーバーと；
   該液体を加熱するために設けられた少なくとも１つの加熱用要素と；
   該液体の温度を検出するために設けられ、検出した温度を表す信号を発生する少なくとも１つの温度センサーと；
   前記信号を受けるために、前記少なくとも１つの温度センサーに接続された少なくとも１つの制御用要素と；
   前記少なくとも１つの制御用要素に、前記信号が参照信号を表すものであることを示す指示手段と；
   を有し、
   前記少なくとも１つの制御用要素は、前記少なくとも１つの温度センサーからその後に受ける複数の信号を前記参照信号と比較することができるものであり、
   前記少なくとも１つの制御用要素は、前記少なくとも１つの加熱用要素が液体を加熱する速度を制御するために、前記少なくとも１つの加熱用要素に接続されており、
   前記少なくとも１つの制御用要素は、その後に受ける前記信号が予め決められた温度を示す所定レベルに近づくにつれて、液体加熱の速度を減少させるために、前記少なくとも１つの加熱用要素と相互作用するものである、
   ことを特徴とするシステム。
9. 前記参照信号が、前記液体の沸騰点であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
10. 前記指示手段が、該システムの使用者により起動される手動入力を含む、ことを特徴とする請求項８記載のシステム。
11. 前記指示手段が、液体が沸騰したことを自動的に検出する手段を含む、ことを特徴とする請求項８記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つの制御用要素が、前記少なくとも１つの加熱用要素へ供給される電力を減少させて、液体加熱の速度を減少させる、ことを特徴とする請求項８記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの制御用要素が、前記少なくとも１つの加熱用要素に供給される電力の断続の繰り返しにより、液体加熱の速度を減少させることを特徴とする請求項８記載のシステム。
14. 前記消費者器具が、コーヒーメーカーであることを特徴とする請求項８記載のシステム。
15. 前記消費者器具が、ティメーカーであることを特徴とする請求項８記載のシステム。
16. 前記消費者器具が、電気湯沸かし器であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
17. 前記消費者器具が、エスプレッソメーカーであることを特徴とする請求項８記載のシステム。

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