JP2020512066A - 水温を調整する改良システムを備えたエスプレッソコーヒーマシン及びエスプレッソコーヒーマシンの水温を調整する方法 - Google Patents

水温を調整する改良システムを備えたエスプレッソコーヒーマシン及びエスプレッソコーヒーマシンの水温を調整する方法 Download PDF

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Abstract

エスプレッソコーヒーマシンが開示されている。このマシンは、注出グループと、対応する、加圧された水を収容するコーヒーボイラーと、コーヒーボイラー内の水を加熱する加熱装置と、コーヒーボイラー内の水の温度を計測するための温度センサと、センサに接続され、コーヒーボイラー内の水が設定参照温度になるように、加熱装置を駆動するように構成されているプロセッサと、を備えている。プロセッサは、フィードバックシステムを備えている。そして、設定参照温度の値は、(a)マシンの動作サイクルからの経過時間又は時間間隔内のマシンの使用頻度の関数である第1のパラメータ、(b)マシンの部品の温度の関数である第2のパラメータ、(c)環境の関数である第3のパラメータの少なくとも1つの関数として変化する。【選択図】図1

Description

本発明は、一般に、飲料を調製するためのマシンに関する。より具体的には、本発明は、ボイラー内の水の温度を調整するための改良されたシステムを備えた、エスプレッソコーヒー(又は別の飲料)を調製するためのマシンに関する。本発明は、エスプレッソコーヒーマシン内の水の温度を調整する方法にも関する。
欧州特許第2490580号(特許文献1)は、コーヒーなどを調製するためのマシンに関する。マシンは、それぞれが少なくとも1つのボイラー、ポンプ、加熱ユニット、及び関連付けられたダクトを介してアロマを抽出しエスプレッソコーヒーを注出するユニットを含む、1つ以上の動作グループを備えている。各グループには、エスプレッソコーヒーの生産に関するパラメータを制御及び調整するシステムが設けられている。一実施形態によれば、マシンは、エスプレッソコーヒーの抽出のための圧力を調整する手段を備えている。一実施形態によれば、マシンは、エスプレッソコーヒーの抽出のための温度を調整する手段を備えている。一実施形態によれば、マシンは、オペレータにより呼び出され得る様々な保存された圧力プロファイルを含む制御ユニットを備えている。
コーヒーの浸透に必要な水は、通常、加熱素子(通常は電気抵抗)との直接又は間接的な接触によって加熱される。
十分に安定した水の温度を確保するために、閉ループ調整システムを使用するエスプレッソコーヒーマシンが知られている。このシステムは、水収容器(タンク)、加熱素子(例えば電気抵抗など)、温度センサ、及び調整装置を備えている。
調整装置は、温度センサによって検知された温度に応じて、発熱体をスイッチオン又はスイッチオフする。特に、センサの温度が参照温度(所望の温度)よりも低い場合、調整装置は、加熱素子をスイッチオンして、そうでなければ調整装置は加熱素子をスイッチオフする。
本出願人による、国際公開第2017009186号(特許文献2)及び国際公開第2017009189号(特許文献3)には、レバー又はピストンマシンが開示しされている。
欧州特許第2789276号(特許文献4)には、モジュラーマシンが開示されている。
欧州特許第2490580号 国際公開第2017009186号 国際公開第2017009189号 欧州特許第2789276号
出願人は、既知のマシンに採用されている温度調整システムでは十分な温度の精度が保証されていないことに着目した。特に、出願人は、システムの精度が、マシンの使用頻度及び/又は他の要因、例えばマシンの構造及び/又は環境要因によって、悪影響を受け得ることに着目した。
出願人はまた、水が、その流路に沿って(加熱された瞬間からコーヒー粉末のパックに到達するまでに)熱を放出し、或いは、場合によっては熱を受け取る金属(又は非金属)部分と接触することにも着目した。
出願人はまた、コーヒー粉末のパックに到達する水の温度は、マシンが設置されている部屋の温度による影響を受け得ることにも着目した。
出願人はまた、マシンの使用頻度がコーヒー粉末のパックに到達する水の温度に大きく影響することにも着目した。つまり、マシンが実質的に連続して使用されている場合、コーヒー粉末のパックに到達する水の温度は実質的に一定で予測可能であるが、他の使用条件では、温度はかなり変化する。よく知られているように、エスプレッソコーヒーマシンにはピーク期間、頻繁に使用される期間があるが、アクティブでない期間又は散発的に使用される期間もあり、これらでは先験的に完全には予測可能ではない。例えば、アクティブでない夜の後、朝に最初に注出されるコーヒーは、通常、望ましい温度より低い温度で注出される。
いずれにせよ、前述した理由の少なくともいくつかによって、コーヒー粉末と接触する水の温度は、温度センサによって検知された参照温度とは異なる。
出願人によって提案目的は、飲料の注出中において高い再現性と品質の均一性とを得るために、マシンの使用頻度、水の流路、及び部品との接触、及び/又は環境要因とは無関係に、所定の温度でコーヒー粉末のパックに到達するように、加熱された水を供給するエスプレッソコーヒー(又は他の飲料)を調製するためのマシンを提供することである。
第1の態様によれば、本発明は、エスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシンであって、
給水具と、
抽出グループ及び対応する、加圧された水を収容するコーヒーボイラーと、
コーヒーボイラー内の水を加熱する加熱装置と、
コーヒーボイラー内の水の温度を計測する温度センサと、
温度センサに接続され、コーヒーボイラー内の水が設定参照温度Trif、Trif_newになるように、加熱装置を駆動するように構成されているプロセッサ(8)と、を備え、
プロセッサは、フィードバックシステムを備え、
設定参照温度の値は、
(a) マシンの動作サイクルからの経過時間又は時間間隔内のマシンの使用頻度の関数である第1のパラメータ、
(b) マシンの部品の温度の関数である第2のパラメータ、そして
(c) マシンが設置されている環境の関数である第3のパラメータ
の少なくとも1つの関数として変化する、マシンに関する。
プロセッサは、温度センサによって検知された温度に基づいて、加熱装置のスイッチオン又はスイッチオフを制御するように構成されていることが好ましい。
加熱装置は、電気抵抗を備えていてもよい。
フィードバックシステムは、比例(Proportional)−積分(Integral又はIntegrative)−微分(Derivative)コントローラを備え得る。
第1のパラメータは、最後のマシン動作サイクルからの経過時間の関数であり得る。
設定参照温度(Trif、Trif_new)を変化させるための第1のパラメータは、最後の飲料抽出サイクルからの経過時間であり、最後の注出の動作からの経過時間がtとされる場合、Trifは、以下のとおり変化し得る。
<t : Trif_new=Trif+ΔT1、
<t<t : Trif_new=Trif+ΔT2、
<t<t : Trif_new=Trif+ΔT3、
・・・
n−1<t<t : Trif_new=Trif+ΔTn、
ここで、
<t<・・・<tは時間であり、
ΔT1、ΔT2、・・・、ΔTnは(正、負又はゼロの)温度であり、
ここで、n=1、2、3、・・・である。
有利には、第2のパラメータは、飲料注出動作中にコーヒーボイラーからの水の流れと接触する、マシンの部品の温度の関数であり得る。
第3のパラメータは、マシンが設置されている環境の温度の関数であり得る。
別の態様によれば、本発明は、エスプレッソコーヒーを調製及び注出する方法であって、
加圧された水を収容するコーヒーボイラーに水を供給するステップと、
注出グループを提供するステップと、
コーヒーボイラー内の水を加熱するステップと、
コーヒーボイラー内の水の温度を計測するステップと、
コーヒーボイラー内の水が設定参照温度になるようにコーヒーボイラー内の水の加熱を制御するステップと、
フィードバックシステムを提供するステップと、
設定参照温度の値を、
(a) マシンの動作サイクルからの経過時間又は時間間隔内のマシンの使用頻度の関数である第1のパラメータ、
(b) マシンの部品の温度の関数である第2のパラメータ、そして
(c) マシンが設置されている環境の関数である第3のパラメータ
の少なくとも1つの関数として変化させるステップと、
を含む、方法を提供する。
本発明は、添付の図面を参照して読まれる非限定的な例として提供される、以下の詳細な説明から完全に明らかになるであろう。
図1は、本発明を理解するための必須要素のみを示す簡略化された流水系統図である。 図2は、第1の温度と時間とのグラフである。 図3は、他の温度と時間とのグラフである。
図1は、簡略化された流水系統図である。特に、図1の流水系統図は、エスプレッソコーヒーマシンのいくつかの部品、つまり本発明を理解するために必要な部品のみを示している。
以下の説明は、便宜上、特にエスプレッソコーヒーマシンに関するものであるが、本発明はそのようなマシンに限定されず、他の飲料を注出するためのマシンに適用可能である。例えば、コーヒー粉末の代わりに大麦粉末又は他の穀物粉末が使用されてもよい。したがって、「エスプレッソコーヒーマシン」という表現は、他の飲料を調製するためのマシンも含むと理解されるべきである。同様に、「エスプレッソコーヒー」という表現は、飲料の調製に使用される製品(コーヒー、大麦、又は他の穀物)に対応する、より広い意味を持つと理解されるべきである。
本発明が関係するマシンは、レバー又はピストンタイプのマシンであってもよい。さらなる代替として、本発明は、例えば欧州特許第2789276号に記載されている種類のモジュラー型のマシンに適用されてもよい。
通常、エスプレッソコーヒーマシン10はタンク又はパイプ1から水を受け取り、ポンプ2を使用して、この冷水を加圧して下流にある部品に送る。他の実施形態では、(通常、給水具により)マシンの正常な動作に十分な圧力が確保されるため、ポンプ2は存在しない。この圧力は、例えば、約3バールであってもよい。
ポンプ2の下流には、ソレノイドバルブ3及びコーヒーボイラー4がある。コーヒーボイラー4の内部では、水は、以下にTrifとして示される、参照温度まで加熱される。
(エスプレッソコーヒーなどの)飲料を注出するためのグループ9は、コーヒーボイラー4と流体接続されている。いくつかのマシンでは、2つ以上の注出グループ9が同じコーヒーボイラーに接続されている。各注出グループ9は、ポルタフィルター5(フィルターホルダーとも呼ばれる)が取り外し可能に取り付けられるように構成されている。次に、各ポルタフィルター5は、典型的には実質的に円筒形であり、閉じた底部に1つ以上のノズル51が設けられた本体を含んでいる。ポルタフィルター5の本体は、少なくとも部分的に圧縮されたコーヒー粉末53で満たされたフィルター52を支持するように構成されている。
エスプレッソコーヒーを調製するために、コーヒーボイラー4の内部に収容された、加圧された温水は、コーヒー粉末53を通過し、フィルター52から浸透し、そして、(1つ以上の)ノズル51から流出する。
マシン10はまた、好ましくは、飲料の注出中にカップ又は他の容器を置くために、実質的に閉じた箱状の本体及び支持面と、関連するドリップトレイとを備えている。
図1はまた、マシンの特定の電気的及び/又は電子的機能を管理するための(CPUなどの)プロセッサ8を概略的な形で示している。好ましくは、プロセッサ8は、電子基盤に搭載されている。本発明の目的のために、用語「プロセッサ」は、CPUなどだけでなく、1つ以上のメモリ(好ましくは不揮発性メモリ)、リレー、コネクタ、又は同様の部品などの、他の電気及び/又は電子部品も含む。
本発明の目的のために、プロセッサ8は、コーヒーボイラー内の水の温度を検知するように構成された温度センサ7に接続されている。プロセッサ8は、コーヒーボイラー内の水を加熱するための加熱素子にも接続されている。加熱素子は、典型的には電気抵抗を備えていてもよい。明らかなように、プロセッサ8と加熱素子との間の接続は、(例えばケーブルを介した)物理的接続であってもよいが、間接的又は論理的接続であることが好ましい。例えば、プロセッサ8は、リレーなどを動作させることにより、加熱素子(例えば、電気抵抗)のスイッチオン又はスイッチオフを制御することができる。
前述のとおり、プロセッサは、マシンの他の重要な機能を管理することができるが、しかしながら、それらは本発明の目的のために関連するものではない。図1に示す図に基づいて、プロセッサは、ポンプ2及び/又はソレノイドバルブ3に接続されていてもよい。
図1の系統図の接続は、物理ケーブル接続として示されているが、Bluetooth、Zigbeeなどのワイヤレス・パーソナル・エリア・ネットワーク(WPAN)の任意のデータ伝送規格を使用したワイヤレス接続であってもよい。いずれにしても、ケーブル接続が優先される。
典型的には、プロセッサ8は、コーヒーボイラー内における所定の所望の参照温度を維持するように構成されている。プロセッサは、温度センサによって検知された温度に基づいて、加熱素子のスイッチオン又はスイッチオフを制御する。特に、センサの温度が参照温度(所望の温度)よりも低い場合、プロセッサ8は加熱素子のスイッチをオンにし、そうでなければプロセッサ8は加熱素子のスイッチをオフにする。
好ましくは、熱安定性を高めるために、プロセッサ8は、参照温度と温度センサ7によって検出された温度との間の単なる比較を実行するのではなく、より洗練された論理システムを使用する。好ましくは、本発明によれば、プロセッサ8は、いわゆる比例−積分−微分(PID)コントローラシステムを使用する。周知のように、PIDシステムは、一般に制御システムで使用されるフィードバックシステムである。現在の値を決定する入力により、システムは0値に向かう正又は負のエラーに応答することができる。エラーへの応答が調整されることによって、このシステムは非常に幅広い用途に使用される。基本的に、PID手法は、温度差の微分及び積分も考慮する。
本発明によれば、参照温度Trifは一定ではなく、
(a)マシンの使用頻度及び/又は参照抽出サイクルからの経過時間を示す第1のパラメータ、
(b)マシンの部品の温度、好ましくは、飲料の調製中及び/又は注出中の水の流れのそばで動作する部品の温度、を示す第2のパラメータ、及び、
(c)マシンが設置されている環境を示す第3の環境パラメータ、
のうちの少なくとも1つの関数として変化する。
パラメータ(a)に関して、出願人は、注出する水の温度及び飲料の温度が、とりわけエスプレッソコーヒーマシンが使用される頻度及び/又は参照サイクルとされた抽出サイクルからの経過時間による影響を受けることを認識している。有利なことに、マシンによって実行される最後の(又は最後から2番目の)コーヒー注出動作が、参照抽出サイクルとされてもよい。
出願人によると、さまざまな頻度(1時間あたり大量のコーヒー又は1時間あたり少量のコーヒー)でのマシンの使用により、水から放出される熱量が異なる。これは、コーヒー粉末に達する水の温度が、使用に応じて異なることを意味する。
本発明によれば、プロセッサ8は、マシンが使用される頻度が低いことにより引き起こされる温度低下を補填するために、ボイラー内の水の参照温度Trifを経時的に適切に変更するように構成されている。つまり、水の温度の大幅な低下が予想される場合、Trifがそれに応じて増やされる。一方、温度のわずかな低下のみが予想される場合、Trifが前述の場合よりも少量だけ増やされる。マシンが通常の状態で動作しており、所定の連続性で使用されている場合、Trifは増やされない、つまり、変化しないまま維持される。
例えば、最後の飲料抽出サイクルからの経過時間が参照温度Trifを変更するための重要なパラメータと見なされ、最後の注出動作からの時間がtとされる場合、Trifは、以下のとおり変更され得る。
<t : Trif_new=Trif+ΔT1、
<t<t : Trif_new=Trif+ΔT2、
<t<t : Trif_new=Trif+ΔT3、
・・・
n−1<t<t : Trif_new=Trif+ΔTn、
ここで、
<t<・・・<tは時間であり、
ΔT1、ΔT2、・・・、ΔTnは(正、負又はゼロの)温度であり、
ここで、n=1、2、3、・・・であり、通常、nは2から4で構成される。
例えば、
<30秒 : Trif_new=Trif+0℃、
30秒<t<60秒 : Trif_new=Trif+1℃、
60秒<t<90秒 : Trif_new=Trif+2℃、
>90秒 : Trif_new=Trif+3℃、
とされる。
明らかなように、通常の使用頻度が再度確立されるとすぐに、(例えばTrifの3℃の増加を含む)長期間のアクティブでない期間の後であっても、Trif_newは、Trif_new=Trif+0℃となる。
最後の注出動作からの経過時間に基づく前述の基準に加えて、又はそれに換えて、温度調整システムのプロセッサは、所定の時間間隔内の抽出サイクルの数に基づいて参照温度Trifを変更するように構成されていてもよい。この時間間隔は、数秒又は数分、例えば1分、5分又は10分であってもよい。
本発明によれば、期間中の抽出サイクルの数が所定の閾値より少ない場合、コーヒーボイラー内の水の温度を上昇させる必要があり、したがってTrifを上昇させる必要がある。したがって、プロセッサ8は、それに応じて、加熱装置の温度を上昇させるように動作する。
抽出サイクルの数が設定値に対応している場合、又は抽出サイクルの設定時間間隔内にある場合、プロセッサは温度Trifを上昇させない。
場合によって、(何らかの理由により)コーヒーボイラー内の温度が高すぎる場合、プロセッサは、抵抗への電源をスイッチオフにするように動作し得る。
前述のとおり、前述のTrifの変更に加えて、又はそれに換えて、参照温度Trifは、マシンの部品の温度を示す、好ましくは、飲料の注出中の水の流れのそばで動作する部品の温度を示す、第2のパラメータの関数として変更され得る。
つまり、コーヒーボイラー内の水の温度を調整するシステムのプロセッサは、注出グループを含む、エスプレッソコーヒーマシンの1つ以上の部品の温度情報によって制御されることもできる。
例えば、プロセッサは、ソレノイドバルブ、ユニオン、パイプ、コネクタ、ポルタフィルター、それが収容されるフィルターバスケット、又はボイラーから流れ出てフィルターに達する水の流れが通過する他の部品の温度に関する温度情報を受信するように構成されていてもよい。このように、プロセッサは、ボイラーから注出グループに流れる水に影響を与える温度の低下を示す1つ以上の部品の温度の関数として温度Trifを上昇させるように動作する。したがって、所定の部品の温度が所定の値より低い場合、コーヒーボイラー内の水の温度を上昇させる必要がある。したがって、プロセッサは、対応する方法で加熱装置の温度を上昇させるように動作する。
明らかなように、マシンの特定の部品が最適でない温度であることに応じて温度を上昇させる必要がある場合に加えて、その部品の温度が所定の最適な温度範囲内にある場合、或いは、反対に高すぎる場合もあり得る。これらの場合、プロセッサはそれに応じて動作する。
前述のとおり、Trifの変更の基準(単独又は組み合わせで考慮)に加えて、又はそれに換えて、参照温度は、マシンが設置されている環境を示す第3の環境パラメータの関数として変更されてもよい。
この環境情報には、例えば、マシンが設置されている部屋の周囲温度、外気温、気圧、又は湿度などが含まれる。例えば、マシンが設置されている室内の温度が所定の値より低い場合、温度Trifを上昇させることが必要になる。
図2は、時間に対する水の温度の変化を示すグラフである。図に示されているように、(PID又は同様のタイプのフィードバックシステムを含む)本発明による調整システムの効果により、温度が設定参照温度(Trif)の領域の値に調整されている。グラフの形式は、純粋に定性的な性質のものである。
図3もまた、時間に対する水の温度の変化を示すグラフである。図3のグラフは、前述の基準(a)、(b)、及び/又は(c)の1つ以上に対するTrifの変動を定性的に示している。図3に示されているように、(PID又は類似のタイプのフィードバックシステムを含む)本発明による調整システムの効果により、温度が設定参照温度(Trif)の領域の値又は新しい設定温度Trif_newの領域の値に調整されている。

Claims (12)

  1. エスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)であって、
    給水具(1)と、
    注出グループ(9)及び対応する、加圧された水を収容するコーヒーボイラー(4)と、
    前記コーヒーボイラー(4)内の前記水を加熱する加熱装置(6)と、
    前記コーヒーボイラー(4)内の前記水の温度を計測する温度センサ(7)と、
    前記温度センサ(7)に接続され、前記コーヒーボイラー内の前記水が設定参照温度(Trif、Trif_new)になるように、前記加熱装置(6)を駆動するように構成されているプロセッサ(8)と、を備え、
    前記プロセッサは、フィードバックシステム(PID)を備え、
    前記設定参照温度(Trif、Trif_new)の値は、マシンの動作サイクルからの経過時間又は時間間隔内の前記マシンの使用頻度の関数である第1のパラメータの関数として変化する、マシン。
  2. 前記プロセッサは、前記温度センサによって検知された前記温度に基づいて、前記加熱装置(6)のスイッチオン又はスイッチオフを制御するように構成されている、請求項1に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
  3. 前記加熱装置(6)は、電気抵抗を含む、請求項1又は2に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
  4. 前記フィードバックシステムは、比例−積分−微分コントローラ(PIDコントローラ)を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
  5. 前記第1のパラメータは、最後のマシン動作サイクルからの経過時間の関数である、請求項1から4のいずれか一項に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
  6. 前記設定参照温度(Trif、Trif_new)を変化させるための前記第1のパラメータは、最後の飲料抽出サイクルからの前記経過時間であり、最後の注出の動作がtとされる場合、Trifは以下のとおり変更される、請求項5に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
    <t : Trif_new=Trif+ΔT1、
    <t<t : Trif_new=Trif+ΔT2、
    <t<t : Trif_new=Trif+ΔT3、
    ・・・
    n−1<t<t : Trif_new=Trif+ΔTn、
    ここで、
    <t<・・・<tは時間であり、
    ΔT1、ΔT2、・・・、ΔTnは(正、負又はゼロのいずれかの)温度であり、
    ここで、n=1、2、3、・・・である。
  7. 前記設定参照温度(Trif、Trif_new)の前記値は、飲料注出動作中に前記コーヒーボイラーからの水の流れと接触する前記マシンの部品の前記温度の関数である第2のパラメータの関数として更に変化する、請求項1から6のいずれか一項に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
  8. 前記設定参照温度(Trif、Trif_new)の前記値は、前記マシンが設置されている環境の前記温度の関数である第3のパラメータの関数として更に変化する、請求項1から7のいずれか一項に記載のエスプレッソコーヒーを調製及び注出するためのマシン(10)。
  9. エスプレッソコーヒーを調製及び注出する方法であって、
    加圧された水を収容するコーヒーボイラー(4)に水(1)を供給するステップと、
    注出グループ(9)を提供するステップと、
    コーヒーボイラー内の水(4)を加熱(6)するステップと、
    前記コーヒーボイラー(4)内の前記水の温度を計測するステップと、
    前記コーヒーボイラー(4)内の前記水が設定参照温度(Trif、Trif_new)になるように前記コーヒーボイラー内の水の前記加熱を制御するステップと、
    フィードバックシステム(PID)を提供するステップと、
    前記設定参照温度(Trif、Trif_new)の値を、マシン動作サイクルからの経過時間又は時間間隔内の前記マシンの使用頻度の関数である第1のパラメータの関数として変化させるステップと、
    を含む、方法。
  10. 前記第1のパラメータは、最後のマシン動作サイクルからの前記経過時間の関数である、請求項9に記載の方法。
  11. 前記設定参照温度(Trif、Trif_new)を変化させるための前記第1のパラメータは、最後の飲料抽出サイクルからの前記経過時間であり、最後の注出の動作の前記時間がtとされる場合、Trifは以下のとおり変更される、請求項9又は10に記載の方法。
    <t : Trif_new=Trif+ΔT1、
    <t<t : Trif_new=Trif+ΔT2、
    <t<t : Trif_new=Trif+ΔT3、
    ・・・
    n−1<t<t : Trif_new=Trif+ΔTn、
    ここで、
    <t<・・・<tは時間であり、
    ΔT1、ΔT2、・・・、ΔTnは(正、負又はゼロのいずれかの)温度であり、
    ここで、n=1、2、3、・・・である。
  12. 前記設定参照温度(Trif、Trif_new)の前記値は、注出動作中に前記コーヒーボイラーからの水の流れと接触する前記マシンの部品の前記温度の関数である第2のパラメータの関数として更に変化する、請求項9に記載の方法。
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