JP4810435B2 - 計量された体積の加熱された水を単一の飲料調合器の調合チャンバに分配するシステム - Google Patents

Description

本願は、出願番号が未知の米国出願の部分継続出願であり、これは2004年4月26日付けで出願された米国出願第10／832,474号の部分継続出願であり、これは2003年12月12日付けで出願された米国出願第10／734,657号の部分継続出願である。

１．発明の分野
本願は一般的に、廃棄可能な単一の給仕飲料カートリッジを受け付けて且つ穿孔するように構成され且つ寸法を有する調合チャンバを有するタイプの飲料調合器、ならびに膜媒体の層の間に閉じ込められた溶解性飲料物質を有する廃棄可能な単一の給仕飲料ポッドを受け付ける調合器に関しており、特に、そのようなカートリッジ又はポッド内に収容された溶解性飲料物質との混和のために、計量された体積の加熱された水をそのような調合チャンバに分配（ディスペンス；dispense）するシステムに関している。

２．従来技術の記述
米国特許第6,142,063号に開示されたタイプの熱水分配システムは、広く使用されている。そのようなシステムは、適当な度合いの計量の正確さで信頼性高く動作する一方で、それらの計量部品のあるものは、高い度合いの計量の正確さを達成するために必要な精度で製造することが困難である。さらに、ミネラルレベルが高い水を処理するとき、計量部品の正確さ及び信頼性がミネラル堆積物によって低減されることがある。

他の分配システムは、ミネラル堆積物によってより低減され難いより安価な部品を使用するが、そのような利点のいずれもが、低減された分配の正確さ及び信頼性によってオフセットされる。

米国特許第６，１４２，０６３号明細書

したがって、ミネラル堆積物に実質的に影響されないより低コストの部品を使用するだけではなく、高い度合いの分配の正確さで常に動作することができる、改良された熱水分配システムに対する必要性が存在する。

本発明によれば、単一の給仕飲料カートリッジ又はポッドを使用する単一の給仕飲料ディスペンサの調合チャンバに、計量された体積の加熱された水を分配するためのシステムが提供される。このシステムは、加熱されていない水の供給分を収容するための貯蔵タンクと、この貯蔵タンクに比べて実質的に低減された容積の別個の分配タンクとを含む。配達ラインは、分配タンクの内部を上部及び下部コンパートメントに区分する中間レベルで調合チャンバ及び分配タンクと連通し、上部コンパートメントの容積は、調合サイクルの間に調合チャンバに分配される計量された体積に等しい。上部コンパートメントは、ライン孔を介してバルブ口に、及び空気ラインを介して空気ポンプに接続されている。ライン孔及び空気ラインは分配タンクに別個に且つ直接に接続され得て、且つ分配タンクに接続された共通マニホールドラインに連結され得る。

供給ラインが、貯蔵タンクを分配タンクの下部コンパートメントに接続し、供給ライン内の水ポンプが水を前者から後者に配達する役割を果たす。水ヒータが分配タンク内に受け取った水を加熱する。センサが戦略的に配置されて、分配タンク内の水温及び水のレベルを示す制御信号を生成する。コントローラが、センサ制御信号とユーザによって生成された調合信号とによって動作可能とされる。水及び空気ポンプ、ヒータ及びバルブ口は、コントローラからのコマンド信号に応答して動作して、分配タンクの上部コンパートメントを貯蔵タンクから供給ラインを介して受け取った未加熱の仕上げ水によって充填し、且つ配達ラインを介して上部コンパートメントを調合チャンバへ空にする。

他の特徴及び付随する利点は、添付の図面を参照して、より詳細にここで記述される。

最初の図１を参照すると、本発明にしたがったシステムは、未加熱の水のための取り外し可能で且つ再充填可能な貯蔵タンク１０と、実質的により小さい分配タンク１２とを有している。典型的には、タンク１０は約１．７リットルの水を保持し、タンク１２は約７００ｍｌを保持する。配達ライン１４は、その一端で、単一の給仕飲料調合器の調合チャンバ１６と連通し、反対側の端では、タンク内部を上部及び下部コンパートメント１２ａ、１２ｂに区分する中間レベル「Ｌ」にて分配タンク１２に連通する。上部コンパートメント１２ａの容積は、調合サイクルの間に調合チャンバに配達される熱水の計量された体積に等しい。

調合チャンバ１６は、例えば米国特許第6,079,315号に記述されているタイプのものであり、その記述は参照によってここに援用される。調合チャンバは、乾燥した溶解性飲料物質を収容したフィルタカートリッジ１８を受け取ってカートリッジをインレット及びアウトレットプローブ２０、２２で穿孔するように適合されている。インレットプローブは配達ライン１４に接続されて、乾燥飲料物質を上部タンクコンパートメント１２ａから受け取った計量された体積の加熱された水と混和するように作用する。アウトレットプローブは、結果として得られる調合された飲料を下向きにカップ２４などに向けるように作用する。あるいは、ポッドシステムでは、調合チャンバはポッドを所定の位置に保持する装置を含み、入口及び出口ポートはポッドのインレット及びアウトレット側とそれぞれ適切に動作する。インレットポート（単数又は複数）から入ってくる水は、フィルタ媒体のインレット側を通過し、飲料物質を溶解し、それによって飲料を生成し、その飲料はフィルタ媒体のアウトレット側及びその後にアウトレットポート（単数又は複数）を通過する。

バルブ口２６は、ライン孔２８を介して上部コンパートメント１２ａ及び貯蔵タンク１０に接続されている。空気ポンプ３０が、加圧空気を上部コンパートメント１２ａに空気ライン３２を介して配達するように動作可能である。

ヒータ３４は、下部タンクコンパートメント１２ｂにて受け取った水を加熱するように動作する。水ポンプ３６が、仕上げ水を、供給ライン３８を介して貯蔵タンク１０から分配タンク１２の下部コンパートメント１２ｂに汲み上げるように動作する。チェックバルブ４０は、タンク１０からの外向きの流れを許容し、タンク１０への逆流を防ぐ。水ポンプ３６と分配タンク１２との間のチェックバルブ４１は、タンク１２からタンク１０への逆流を防ぐ。

この後に明らかになる理由によって、ライン孔２８の流量は、好ましくは供給ライン３８の容量よりも少ない。

センサがシステム中に戦略的に配置されて、動作状態をモニタし且つ指示的な制御信号を生成する。これらは、下部タンクコンパートメント１２ｂ内の水温を表す制御信号４４を生成する温度センサ４２、供給ライン３８の水ポンプ配達側の圧力を計測することによってタンク１２内の圧力を表す制御信号４８を生成する圧力トランスデューサ４６、貯蔵タンク１０内の水レベルがあらかじめ選択された最小値よりも低く落ち込むと制御信号５２を生成する水レベルセンサ５０、及び、調合チャンバがカートリッジ又はポッドでロードされて適用可能であり、且つこれによって調合サイクルを開始する準備ができていることを示す制御信号５６を生成するステータス指示器５４を含む。

コントローラ５８は、前述の制御信号によって動作可能とされる。コントローラは、システムが調合準備ができているかどうか且つできていることを示すステータス信号６４を制御パネル６２に提供する。コントローラは、制御パネルにて生成された調合信号６０に応答して動作的になり、調合サイクルを通じてシステムを動作させる。

典型的な調合サイクルの間、コントローラ５８は、コマンド信号６６、６８、７０、及び７２をそれぞれ発して、バルブ口２６、空気ポンプ３０、水ポンプ３６、及びヒータ３４を以下のシーケンスステージで動作させる。
（i）バルブ口２６を開ける；
（ii）水ポンプ３６を動かして、未加熱の仕上げ水を貯蔵タンク１０から分配タンク１２の下部コンパートメント１２ｂに汲み上げて、これによって加熱された水をコンパートメント１２ｂから上向きにコンパートメント１２ａに移す；
（iii）ヒータ３４を駆動して、コンパートメント１２ｂにて受け取った仕上げ水を加熱する；
（iv）タンクコンパートメント１２ａが充填されたら水ポンプ３６を止めて、圧力トランスデューサ４６からの信号が、水がより小さなライン孔２８に向けられる結果として生じるタンク１２内の圧力の上昇を示す；
（v）バルブ口２６を閉める；
（vi）空気ポンプ３０を動かして、加圧空気を上部タンクコンパートメント１２ａに配達し、それによって加熱された水をそこから調合チャンバ１６に送って、フィルタパッケージ１８（又はポッドシステムの場合にはポッド）内の飲料物質と混和する。圧力トランスデューサ４６は、調合チャンバへの水の配達の間にタンク１２内の圧力の上昇を検知して、その制御信号４８が、最終パージの間にコンパートメント１２ａが空になって空気がライン１４を介して調合チャンバを通って出ているときに、圧力低下を記録する；
（vii）前述のパージを行うためのプログラムされた遅延の後に、空気ポンプ３０を止める。

調合信号６０は、上部タンクコンパートメント１２ａが空のときには、ステージ（i）の間に生成され得る。システムはこれより、ステージ（i）からステージ（vii）をサイクルする。ステージ（iv）の完了時に水ポンプが止まると、上部コンパートメント１２ａの容積を越えてタンク１２に配達された水は、バルブ口２６を閉じることによってライン孔２８内に受け取られてトラップされる。この過剰な水は、バルブ口２６が再び開けられるまでは、タンク１２内に戻されず、これより調合チャンバへの配達の正確さに悪影響を与えることはない。

あるいは、調合信号６０は、タンク１２の上部コンパートメント１２ａが選択された調合温度まで加熱された水で既に充填されていると、ステージ（iv）と（v）との間に生成され得る。システムはステージ（v）から（vii）までをサイクルし、それからステージ（i）から（iv）までをサイクルする。この代替方式は、調合信号の生成と調合チャンバへの水の配達の開始との間の経過時間を最小化する。しかし、次の調合サイクルは、調合サイクルが完了した後にタンク１２を仕上げ水で再充填するために必要とされる時間だけ、遅らさせる必要がある。

さらに他の代替方式では、上部タンクチャンバ１２ａが、タンク１２のコンパートメント１２ａを完全に充填するために必要とされるよりも短い特定の時間期間の間だけ水ポンプを動作させることに基づいてレベルＬ´まで部分的にのみ充填されるとき、ステージ（iv）の間に水ポンプ３６の動作を中断する。通常の全容積配達、例えば８オンスの間、コントローラ５８は、コンパートメント１２ａを充填するために必要な時間を記録し、貯蔵し、平均する。部分容積はそれから、調合信号６０を介して選択されることができる。部分容積が選択されると、コントローラ５８は、ステージ（iv）の間の水ポンプ３６の動作時間を調節して、圧力トランスデューサ４６によって検出された圧力上昇よりも、むしろ時間に基づいて所望の体積を配達する。これより、例えば６オンスの体積の配達が、水ポンプ３６を、全８オンスを配達するための平均動作時間の７５％だけのみ動作するようにタイミングを取ることによって得られる。他の体積は、水ポンプ３６の動作時間を適切に調節することによって、同様に配達されることができる。調合サイクルの開始時に、調合信号６０が水ポンプを再駆動してステージ（iv）を完了し、それからステージ（v）から（vii）まで、及びステージ（i）からステージ（iv）の別の中断までを続ける。この代替方式では、連続する調合サイクルは、コンパートメント１２ａを部分的に充填するために必要とされる時間だけ遅延され、調合信号の生成と調合チャンバへの水の配達の開始との間に経過した時間が、コンパートメント１２ａの充填の完了までに必要とされる時間だけ遅延される。

ステージ（iv）の間の水ポンプ３６の中断のタイミングを取る別の代替方式として、温度トランスデューサ４３が分配タンク１２内にレベルＬ´にて配置されることができる。トランスデューサ４３は、下部タンクコンパートメント１２ｂから移された加熱された水がレベルＬ´に到達すると、制御信号４５を発する。調合信号６０がレベルＬ´にて提供される部分容積を選択すると、コントローラ５８は、ステージ（iv）の間に水ポンプ３６を再駆動することによって、制御信号４５に反応する。

圧力トランスデューサ４６は、図示されているように供給ライン３８に配置される代わりに、調合ライン１４、ライン孔２８、空気ポンプライン３２、又はタンク１２に、代わりに配置され得る。これらの配置は、図１に示されているものと同様に、タンク１２内の圧力を示す信号を提供する。

圧力トランスデューサ４６からの増加圧力信号４８を利用してステージ（iv）を完了する代わりに、センサ７４を使用して、ライン孔２８内の水の圧力を示す制御信号を生成してもよい。このセンサ７４は、チャンバ１２ａからライン孔に入る水の上昇した温度に反応するタイプであることができ、あるいは、ライン孔内の水の流れに反応することができる。熱電対又はサーミスタのような温度センサ素子を使用して、熱水の上昇レベルを検出することができる。リードスイッチ、流れセンサのようなレベル又は流れ計測装置、水の導電率に反応するセンサ、又はその他のレベルセンサ機器もまた、ライン孔２８の水の上昇カラムを検出するために使用されることができる。

本発明に従ったシステムの第２の実施形態は、図２に描かれている。第１の実施形態のものと共通の第２の実施形態の構成要素は、同じ参照番号によって示されている。

第２の実施形態において、第１の実施形態の圧力トランスデューサ４６が取り除かれ、空気ポンプ３０への電源に直列に接続されたセンサ抵抗器７８で置き換えられ、空気ポンプはＤＣモータによって電気的に駆動される。センサ抵抗器７８における電圧降下は、空気ポンプの電流に直接に比例し、より高い負荷又は仕事の増加を示す電力消費の増加を示す。制御信号８０は、電力消費の変化をコントローラ５８へリレーする。

調合信号６０に反応して、図２のシステムのコントローラ５８は、最初にバルブ口２６を閉じ、水ポンプ３６及び空気ポンプ３０の両方を同時に動作するように動作する。加熱された水がコンパートメント１２ｂからコンパートメント１２ａに移され、空気がコンパートメント１２ａから移される。この移された空気は、空気ポンプ３０によってそのコンパートメント内に汲み上げられた空気と共に、ライン孔２８を介して排気される。ライン孔２８を介した空気の排出は、空気ポンプへの仕事負荷を低減し、それが比較的低レベルの電力消費で動作することを可能にする。しかし、コンパートメント１２ａが最終的に水で充填されると、空気ポンプの電力消費のレベルは、ライン孔２８を通した空気に対抗して水を注入するために必要とされる増加した仕事の結果として、第２の高レベルに上昇する。電力消費のこの増加したレベルを示す制御信号８０に反応して、コントローラはバルブ口２６を閉じて、水ポンプ３６を止める。空気ポンプ３０の連続した動作は、ここでは空気に、コンパートメント１２ａ内の水を、配達ライン１４を介して調合チャンバ１６に移させる。

コンパートメント１２ａが空になり、且つ空気が配達ライン１４を介して調合チャンバ１６及び穿孔されたカートリッジ又はポッドを通して排出されると、空気を汲み上げるために必要とされる仕事の減少が、センサ抵抗器７８における電圧降下での減少をもたらす結果となる。コントローラ５８は、この電圧変化の突然の率を水の分配プロセスの完了と解釈し、空気ポンプ３０に付加的な短い時間期間の間、例えば約３秒間動作を維持させて、配達システム内の残存している水のパージを達成する。

図３に示されている第３の実施形態は、センサ抵抗器７８´が水ポンプ３６への電源に直列に接続されている点を除いて、図２の実施形態と同様である。センサ抵抗器７８´における電圧降下は再び、水ポンプの電流に直接に比例し、分配タンク１２の上部コンパートメント１２ａが水で充填されて且つ水がライン孔２８に流されているときの電力消費の増加を示す。制御信号８０´は、水ポンプの電力消費の変化をコントローラ５８にリレーする。

第３の実施形態の調合サイクルは、ステージ（iv）において、上部タンクコンパートメント１２ａが水で充填されているときに水ポンプの電力消費の上昇を示す制御信号８０´に反応して水ポンプ３６が止められることを除いて、第１の実施形態のものと同一である。

上記を考慮すると、当業者は、本発明のシステムがまた、ヒータ３４及び温度センサ４２を単純に止めるか又は除去することによって、未加熱の水を配達する際にも有用であることを認識するであろう。

本発明の第１の実施形態に従ったシステムの模式的なダイアグラム図である。 本発明の第２の実施形態に従ったシステムの模式的なダイアグラム図である。 本発明の第３の実施形態に従ったシステムの模式的なダイアグラム図である。

Claims (13)

1. 飲料生成装置にて、計量された体積の液体を分配するためのシステムであって、
   液体の供給分を収容する貯蔵タンク（１０）と、
   前記貯蔵タンクから物理的に分かれていて、且つ前記計量された体積の液体を提供するように構成され且つ配置された分配タンク（１２）と、
   前記分配タンクと飲料を生成するためのチャンバ（１６）とを連通させる配達ライン（１４）と、
   前記貯蔵タンクを前記分配タンクに接続する供給ライン（３８）と、
   液体を前記貯蔵タンクから前記分配タンクに配達する、前記供給ライン内のポンプ（３６）と、
   前記計量された体積の液体の前記分配タンクから前記チャンバへの注入を起こさせるように適合されたコントローラ（５８）と、
   を備え、
   前記コントローラは、規定された少なくとも２値の体積の液体が、選択的に前記分配タンクに収容されるように前記ポンプを制御し、前記規定された少なくとも２値の体積のうちの少なくとも一つは、前記分配タンクの部分的な充填により実現される、
   システム。
2. 前記配達ラインは、前記分配タンクの内部を上部及び下部コンパートメント（１２ａ、１２ｂ）に区分する中間レベル（Ｌ）にて前記分配タンクと連通し、前記上部コンパートメントの容積が前記計量された体積に等しい、請求項１に記載のシステム。
3. 加圧空気を前記分配タンクに導入して、前記計量された体積の液体を前記チャンバに配達させる空気ポンプ（３０）をさらに備える、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記コントローラが、前記計量された体積の液体が前記分配タンクから配達された後に前記チャンバの空気パージを実行するように前記空気ポンプを制御する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記分配タンク内の液体を加熱するヒータ（３４）をさらに備える、請求項１から４のいずれか一つに記載のシステム。
6. 前記分配タンク内の圧力を検知するセンサ手段（４６）をさらに備える、請求項１から５のいずれか一つに記載のシステム。
7. 前記分配タンク内の液体レベルを検出するセンサ（４３、４６、５０、７４、７８、７８´）をさらに備えており、前記コントローラが、前記センサからの情報に基づいて規定された体積の液体を配達するように前記ポンプを制御する、請求項１から６のいずれか一つに記載のシステム。
8. 前記センサが前記分配タンク内の液体の導電率に反応する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記コントローラが、前記分配タンクを完全に充填するように前記ポンプを制御可能な、請求項１に記載のシステム。
10. 前記コントローラが、規定時間だけ動作して規定の体積の液体を前記分配タンクに配達するように前記ポンプを制御する、請求項１から９のいずれか一つに記載のシステム。
11. 前記コントローラが、ポンプ動作時間または前記分配タンク内の検知された液体レベルに基づいて前記分配タンクの部分的な充填を行い、且つ分配タンク内の圧力または前記分配タンク内が満たされてあふれた液体の検出に基づいて前記分配タンクの完全な充填を行う、請求項９に記載のシステム。
12. 前記チャンバが、廃棄可能な飲料カートリッジ（１８）を受け取り且つ液体を前記分配タンクから前記飲料カートリッジに導入する、請求項１から１１のいずれか一つに記載のシステム。
13. 前記飲料カートリッジが飲料媒体及びフィルタ要素を含み、前記廃棄可能な飲料カートリッジに導入された液体が前記飲料媒体に接触し且つ前記フィルタ要素を通過して、前記飲料を生成する、請求項１２に記載のシステム。

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