JP6255535B2 - 液体容積測定装置 - Google Patents

Description

本願は、容器、タンクまたは入れ物に収容された液体の容積を測定するための測定装置に関する。前記測定装置は、特に、飲料販売機に適用されても良い。そのような飲料販売機の一例は、手動、半自動、完全自動の、任意のタイプのシングルサーブコーヒーおよび／またはエスプレッソコーヒーマシンである。ただし、提供される測定装置は、そのような器具における使用に限定されるものではない。

飲料販売機は、しばしば、水タンクのような液体容器を備え、これは通常、機械の背面に配置される。これらの液体容器は、所定の量の液体を収容し、これを用いて、選択されたレシピに基づいて、一組のドリンク、例えばコーヒードリンクが調製される。しばしば、これらの液体容器には、最小レベルセンサが備えられ、液体容器から液体を抽出するために使用されるポンプが始動した際に、液体が枯渇することが回避される。また、これらの最小レベルセンサは、通常、ユーザに信号を送信し、これにより、液体容器が空であり、再充填が必要であることが示される。

近年、コーヒーマシンには、しばしば、最小レベルセンサが使用され、これらのセンサは、ホールセンサに関連する磁石を有するフロートを有する。ホールセンサは、水タンクの最小レベルに配置され、これにより装置は、レシピ、すなわちユーザによって選択されたコーヒーの種類が、水タンク内の利用可能な水量で生成可能かどうかを指し示す。

前述の最小レベルセンサに関する問題は、これらがあまり正確ではないことである。また、これらのセンサは、通常、機械において許容可能な最大ドリンク／レシピの容積に関係する、最小液体レベルに配置される。従って、ある場合には、ユーザが少量のドリンク（例えばエスプレッソ）しか選択しないことが生じ得るが、この場合、電気器具は、実際には不要であっても、水タンクに再充填が必要であることを表示してしまう。例えば、最小液体レベルが180mlに設定されると、システムは、ユーザにより注文されたレシピでは80mlしか必要ではなくても、いかなるコーヒーまたはエスプレッソの抽出も許容しなくなる。

水タンクは、通常、機械の背面に配置されるため、ユーザがタンクの水量を目視で判断することも難しい。従って、正確な方法で水タンクの容積を測定し、利用できる水量が、ユーザに選択された種類のコーヒーまたはエスプレッソの抽出に適する場合、機械がコーヒーまたはエスプレッソを抽出できるようにすることに関して、ニーズがある。

従来の手動のコーヒーマシンは、しばしば、水タンクに流体接続されたライザーパイプに配置された、手動のスケール目盛りを使用する。そのようなシステムは、例えば欧州特許出願第EP1514500A1号で知られている。示されたシステムは、メインタンクおよびライザーパイプを有し、これらは、連通容器として、相互に流体接続される。ライザーパイプは、フロートを収容しており、これにより、ユーザは、メインタンク内の水レベルを視覚的に判断することができる。しかしながら、そのようなシステムは、メインタンク内の相対的な水レベルを表すことを支援するのみであり、前述の問題、すなわちユーザがメインタンク内の残りの水量が、彼/彼女が選択したレシピにとって十分であるかどうかを知り得る必要があるという問題、およびコーヒーの抽出中にポンプが枯渇して、メインタンクが空になることを電子的に回避する必要があるという問題を、解決することはできない。

当然のことながら、市販されている、より複雑な測定装置およびセンサがある。これらは、前述の要求に合致し、水タンク内の水の容積を、極めて正確に測定することができる。しかしながら、これらの測定装置およびセンサには、ほとんどの場合、高価な設備が必要となり、製造コストが不均衡に上昇してしまう。

国際公開第WO98／27853A1号には、水リザーバ、フィルタ装置に熱水を供給する水加熱および供給装置を有するコーヒーメーカが示されており、抽出コーヒーは、フィルタ装置から容器に流出される。コーヒーメーカは、リザーバ内の水レベルを検出するための、レベル検出回路を有し、この水レベルは、抽出プロセスの制御に使用され、リザーバ内の水レベルに応じて、フィルタ装置へのお湯の流れが変化する。水レベルは、連続ヒータの加熱素子のパワーの制御に使用され、あるいは排気システムにおけるポンプの操作の制御に使用される。

米国特許出願公開第2004／118292A1号には、ホットドリンク調製用の電気器具が記載されている。この電気器具は、容器出口を有する水容器を有し、この出口から、加熱装置およびライザーを介して、加熱装置により加熱された水が混合装置に供給される。ライザーにおける特定の水レベル高さは、定レベル維持装置により、少なくともある程度一定に維持される。

英国特許出願第GB2320093A号には、一組のポンプにより、容器からまたは容器に排出される液体の容積を合算する方法が記載されている。

本発明の目的は、容器に収容された液体の容積を測定する、測定装置を提供することである。前記測定装置は、飲料販売機に利用可能である。特に、本発明の目的は、容器内の液体量の正確な測定が可能な測定装置であって、製造コストに関してコスト効果のある測定装置を提供することである。

本発明の第1の態様では、容器に収容された液体の容積を測定する測定装置であって、
液体を受容するメイン容器と、
前記メイン容器よりも小さな容積を有する参照容器であって、前記メイン容器と前記参照容器は、連通容器として、相互に流体的に接続可能である、参照容器と、
前記メイン容器および前記参照容器から液体を抽出するため、前記メイン容器および前記参照容器に接続されたポンプと、
前記参照容器内の最小液体レベルに達した際に、参照信号を送信するように構成された最小レベルセンサと、
前記参照容器と前記ポンプとを流体接続する第1のバルブであって、前記参照容器内の前記最小液体レベルに到達した際に、閉止するように構成された、第1のバルブと、
前記最小レベルセンサおよび前記ポンプに接続され、前記ポンプの活性化と前記参照信号の受信の間の参照時間を測定するように構成された制御ユニットであって、さらに、前記参照時間および前記ポンプの流速に基づいて、前記メイン容器内の液体容積、および／または前記メイン容器内と前記参照容器内との全液体容積を、計算するように構成された、制御ユニットと、
を有する、測定装置が提供される。

本発明の別の態様では、前述の測定装置を有する飲料販売機が提供される。

本測定装置では、2つの連通容器、すなわちメイン容器および参照容器が使用される。メイン容器は、電気器具のメイン液体タンクを表し、参照容器は、ライザーパイプの形態で具現化され得る。2つの連通容器としての、これらの2つの容器の水力（hydraulic）接続のため、液体は、これらの容器の形状および容積にかかわらず、両方の容器内でバランス化される。そのような連通容器の物理的な原理は、時折、静水圧パラドックス（hydrastatic paradox）としても表される。換言すれば、これは、周囲圧力（例えば大気圧）は、両方の容器で等しいと仮定されるため、液体レベルの高さが両容器において等しいことを意味する。

参照容器がメイン容器に比べて小さな容積を有し、両容器がポンプに接続されることに留意することは、さらに重要である。参照容器の容積は、メイン容器の容積よりも著しく小さいことが好ましい。参照容器の容積は、例えば、メイン容器の容積の20%以下のオーダであり、好ましくは10%以下のオーダーである。従って、ポンプの作動により、参照容器は、メイン容器に比べて早く空になる。

ポンプは両方の容器と流体接続されるため、ポンプは、最初、両方の容器から、参照容器が空になるまで、液体を抽出する。その後、ポンプは、メイン容器のみから液体を抽出する。ポンプが稼働し始める前のメイン容器および参照容器に含まれる液体容積に応じて、参照容器が空になるまで、ある時間量が必要となる。当該測定装置は、最小レベルセンサを有し、このセンサは、参照容器にまたはその内部に配置される。この最小レベルセンサは、参照容器内の最小液体レベルを検出し、例えば、参照容器が空であるかどうかを検出する。最小レベルセンサは、単に、参照容器が空かどうかを測定するように構成されれば良いため、より単純でコスト効果のあるセンサが使用できる。最小レベルセンサが参照容器が空であることを検出すると、これは、制御ユニットに速やかに信号（本願では参照信号と称する）を送信する。また、制御ユニットは、ポンプにも接続され、ポンプを制御するため、制御ユニットは、ポンプが作動した時間を把握することができる。従って、制御ユニットは、ポンプの活性化／始動と、参照容器が空であることを示す参照信号の受信との間の時間（本願では、参照時間と称される）を測定する。この測定された参照時間は、参照容器が空になるまでの時間を表す。

ポンプは、時間に対して一定の流速を提供すると仮定されるため、参照時間を用いて、参照容器に元来存在した（ポンプの作動前の）液体容積を計算することができる。これは、参照時間は、ポンプの活性化前の参照容器内の液体容積と比例近似され、または正確に比例するという事実から、容易に理解される。従って、前記容積は、以下のように計算される：

ここで、V_refは、最初の参照容器内の液体容積を表し、θ_pumpは、ポンプの流速を表し、t_refは、参照時間を表す。この計算は、本願で示された測定装置の実施形態に応じて、より正確または不正確になることに留意する必要がある。ポンプの流速が時間にわたって一定の場合、および最初から参照容器が空になるまでは、参照容器からのみ液体が抽出されることが確実な場合、計算はかなり正確になる。ただし、参照容器およびメイン容器の両方から液体が直接抽出される場合、参照容器V_refも、正確な方法で計算され得る。参照容器が空になるまで、メイン容器と参照容器から、同じ量の液体がなくなることが仮定されるからである。従って、測定された参照時間t_refは、参照容器からなくなる液体の量に対するメイン容器からなくなる液体の量の比のみで、補正されれば良い。例えば、最初、同じ量の液体が各容器から抽出されると仮定すると、前述の計算において、t_refを2で除算するだけで良い。ポンプの流速が時間にわたって確実に一定の場合、比較的良好な近似が提供されることに留意する必要がある。この場合、平均流速が、θ_pumpとして使用される。また、測定装置は、液体流速を測定する手段を有しても良い。これにより、ポンプを用いて、メイン容器および参照容器から液体が抽出される。ただし、ポンプが規定の流速を有する場合、そのような手段は、必ずしも必要ではない。

連通容器の前述の原理により、さらに、ポンプが活性化する前の参照容器内の容積V_refは、ポンプが活性化する前のメイン容器内の液体容積V_mainに比例し（V_ref〜V_main）、ポンプが活性化する前の全測定装置（メイン容器および参照容器内）における、全液体容積V_totalにも比例する（V_ref〜V_total）。従って、参照時間およびポンプの流速に基づき、制御ユニットは、参照容器内の液体容積V_refを計算し得る上、メイン容器内の液体容積V_main、および／またはメイン容器と参照容器双方内の全液体容積V_totalを計算することができる。まとめると、これは、測定装置が、水タンク（メイン容器）内の液体容積、および／または装置内の全液体容積を計算できることを意味する。この場合、単に単純で、コスト効果のあるセンサ（最小レベルセンサ）しか必要ではない。従って、本測定装置は、いかなる種類の飲料販売機に適用されても良く、これは実施が容易で、製造の際にコスト効果がある。

一実施形態では、測定装置は、さらに、抽出イベント中にポンプにより、メイン容器および参照容器から抽出される液体の量を選択するセレクタを有しても良い。抽出イベントは、ポンプの活性化と後続の不活性化の間の事象を表す。

従って、コーヒーマシンでは、そのような抽出は、一杯のコーヒーを入れるプロセスとなる。ユーザは、直接、または間接的に、コーヒーに使用される液体の量を選択しても良い。セレクタは、機械的にまたは電子的に実施されても良い。ポンプの一定の（平均的な）流速が得られる限り、抽出される液体の量の選択は、焙じるプロセス／抽出イベント中に、ポンプが活性化される時間に等しいことに留意する必要がある。

セレクタは、制御ユニットがポンプを制御できるように、制御ユニットに接続されることが好ましい。この場合、制御ユニットは、追加で、メイン容器内の液体容積および／または全液体容積を、選択された液体の量に基づいて計算するように構成されても良い。換言すれば、制御ユニットは、抽出イベント中に抽出される液体の量を認識するため、制御ユニットは、抽出イベント後のメイン容器内の液体容積を計算することができる：

ここで、V_main(t2)は、抽出イベント後のメイン容器内の液体容積を表し、V_main(t1)は、抽出イベント前のメイン容器内の液体容積を表し、V_doseは、抽出イベント中に、メイン容器および参照容器の双方から抽出された選択容積を表す。前述の式は、V_mainよりも顕著に小さなV_refを必要とし、その結果、V_main≒V_totalとなることに留意する必要がある。そうでない場合、抽出イベント前の参照容器における容積V_ref（V_ref(t1)）、および抽出イベント後の参照容器における容積V_ref（V_ref(t2)）を、追加で検討する必要がある。次に、式2は、以下のように修正される：

ここで、V_ref(t1)およびV_ref(t2)は、前述の式1に基づいて計算される。ただし、式1に基づくV_ref(t2)の計算には、t_ref(t2)が測定される第2の抽出ステップが必要となる。

V_refとV_mainの間の前記比例関係を用いて、メイン容器内の液体容積を計算する一つの策は、メイン容器と参照容器の形状寸法を使用することである。

ある実施形態では、制御ユニットは、メイン容器および参照容器の形状寸法に基づいて、追加で、メイン容器内の液体容積、および／または全液体容積を計算するように構成されても良い。これは、例えば、以下のように行われても良い：前述のように、参照時間t_refおよびポンプの流速θ_pumpを使用して、参照容器V_ref内の液体容積が計算される。連通容器としてのメイン容器と参照容器の接続のため、さらに、液体レベルの高さhは、メイン容器内と参照容器内で等しくなることが把握される。これにより、以下の式が導かれる：

前述の式において、A_mainは、メイン容器の断面積を表し、A_refは、参照容器の断面を表す。従って、メイン容器の断面A_mainおよび参照容器の断面A_refは、単に制御ユニット内でプログラム化されれば良い。最も簡単な場合、A_mainおよびA_refは、各容器の高さに沿って、一定のままである。しかしながら、A_mainおよびA_refが容器の高さに沿って一定ではない場合、前述の式は変化する。この場合、A_mainおよびA_refは、単に2つの容器の高さの関数として、制御ユニット内でプログラム化されれば良い。全液体容積V_totalは、V_mainとV_refを合計することにより、容易に計算できる。

さらに別の実施形態では、制御ユニットは、（i）第1の抽出イベント中に測定された参照時間、（ii）第1の抽出イベントに続く第2の抽出イベント中に測定された参照時間、（iii）ポンプの流速、（iv）第1の抽出イベントにおいて選択された液体の量、および（v）第2の抽出イベントにおいて選択された液体の量に基づいて、メイン容器内の液体容積、および／または全液体容積を計算するように構成されても良い。

この場合、制御ユニットは、メイン容器と参照容器からの2つの連続する液体抽出後に、メイン容器および参照容器内の全液体容積を定める。しかしながら、参照時間およびポンプの流速に基づいて、メイン容器内の液体容積、および／または全液体容積を計算する基本原理は、依然として同じままである。制御ユニットは、参照時間t_ref(t1)に平均流速θ_pumpをかけ算することにより、第1の抽出イベント中に参照容器から排出される容積V_ref(t1)を計算する。制御ユニットは、第1の抽出イベントにおいて選択された液体の量V_dose(t1)とともに、V_ref(t1)をセーブする。次の後続の抽出イベントが生じた場合、例えば、2杯目のコーヒー用の液体が抽出された場合、θ_pumpおよびt_ref(t2)に基づいて、参照容積_Vref(t2)が再度、直ぐに計算される。次に、メイン容器と参照容器（相互の）内の全液体容積は、以下の式に基づいて計算される：

ここで、V_total(t1)は、第1の抽出イベント前のメイン容器と参照容器（双方）内の全液体容積であり、V_total(t2)は、（第1の抽出イベント後であって）第2の抽出イベント前のメイン容器と参照容器（双方）内の全液体容積であり、V_ref(t1)は、第1の抽出イベント中に参照容器から抽出される液体容積であり（各抽出イベント中に参照容器が完全に空になる場合、V_ref(t1)は、さらに、第1の抽出イベント前の参照容器内の液体容積を表す）、V_ref(t2)は、第2の抽出イベント中に抽出される参照容器内の液体容積（第1の抽出イベント後であって、第2の抽出イベント前の参照容器内の液体容積）であり、V_dose(t1)は、第1の抽出イベント中にメイン容器および参照容器の双方から抽出された液体容積である。

前述の式6は、抽出前の全容積V_total(t1)と相関する機器内の全容積の変化ΔV_totalは、抽出前の参照容器内の液体容積V_ref(t1)と相関する参照容器内の容積変化ΔV_refと等しいという考察に基づくことに留意する必要がある。

最後に、メイン容器内の液体容積V_mainは、以下のように計算される：

ここで、V_main(t1)は、第1の抽出イベント前のメイン容器内の液体容積を表し、V_main(t2)は、第1の抽出イベント後であって第2の抽出イベント前のメイン容器内の液体容積を表し、V_main(t3)は、第2の抽出イベント後のメイン容器内の（現在の）容積を表し、V_dose(t2)は、第2の抽出イベント中にメイン容器および参照容器（の双方）から抽出される選定された液体の量を表す。前述の式10および11では、V_mainよりも著しく小さなV_refが必要となり、すなわち、V_main≒V_totalとなることに留意する必要がある。そうでない場合、V_refを考慮した前述の修正式2’で説明したように、前述の方法と同様の方法で、式10および11を修正する必要がある。

また、V_total(t1)に関する前述の計算は、最初に参照容器V_ref(t1)およびV_ref(t2)を計算する代わりに、直接、参照時間t_ref(t1)およびt_ref(t2)に基づくことに留意する必要がある。

ここで、t_ref(t1)は、第1の抽出イベント中に測定された参照時間であり、t_ref(t2)は、第2の抽出イベント中に測定された参照時間である。従って、この実施形態では、式8または式12のいずれかを使用して、V_total(t1)が計算されても良い。いずれの方法でも、メイン容器内の液体容積V_mainは、式9乃至11から得られる。

別の実施形態では、測定装置は、さらに、制御ユニットに接続されたメモリユニットを有しても良い。制御ユニットは、メイン容器の計算された液体容積をメモリユニットに保管するように構成される。これにより、各抽出イベント後に、メイン容器の計算された液体容積V_mainをメモリユニットに保管することが可能になる。従って、計算された液体容積V_mainは、別の計算の際にメモリユニットから再度呼び出される。

制御ユニットが、測定された参照時間t_refとともに、計算されたメイン容器の液体容積V_mainおよび／または計算された全液体容積V_totalを合わせてメモリユニットに保管するように構成されることが特に好ましい。各抽出イベント後にこれが実施されると、メモリユニットは、複数回のイベントの後、表を備え、この表には、メイン容器のそれぞれの計算された液体容積V_main、および／またはそれぞれの計算された全液体容積V_totalに、複数の測定された参照時間t_refがマップ化される。これは、計算フェーズの後、制御ユニットは、もはや前述の方法の一つで、メイン容器内の液体容積V_main、および／または全液体容積V_totalを計算する必要がないことを意味し、代わりに、メモリユニットに保管された前記表において、ある参照時間t_refに対応する、メイン容器の計算された液体容積V_main、および／または全液体容積V_totalが直接ルックアップされる。これは、さらに、ユーザが、例えば、メイン容器を（部分的に）充填したり、（部分的に）空にしたりして、メイン容器内の液体容積を事前に変更したとしても、各抽出イベント後に、制御ユニットが正確なV_mainおよび／またはV_totalを速やかに定めることができるという利点を提供する。さらに、そのようなメモリユニットに保管された表は、より多くの抽出イベントが生じ、すなわちより多くのコーヒーが入れられると、測定が正確になるという利点を提供する。

別の実施形態では、さらに、測定装置は、メイン容器からポンプへの液体を制限する、制限素子を有する。この制限素子により、各抽出イベント中、ポンプは、最初、参照容器が空になるまで、液体の大部分を参照容器から抽出するという利点が提供される。これは、さらなる測定の精度向上につながる。参照時間t_refの測定は、もはや、メイン容器から抽出される液体の、いかなる影響も含まなくなり、あるいは少なくとも、メイン容器から抽出される液体の影響が緩和されるからである。参照容器が空になると、ポンプは、直ちに、抽出イベントに必要な液体の全ての残りを、メイン容器から抽出する。制限素子は、メイン容器をポンプに接続するホース／チューブ内の狭窄部により、実施されても良い。あるいは、メイン容器とポンプの間に配置されたバルブにより、実施されても良い。

別の実施形態では、測定装置は、第1のバルブおよび第2のバルブを有しても良い。参照容器は、第1のバルブを介してポンプと流体接続され、メイン容器は、第2のバルブを介してポンプと流体接続される。第1のバルブは、最小レベルセンサが、参照容器内の最小液体レベルに到達したことを検出した際に、直ぐに閉止するように構成され、第2のバルブは、最小レベルセンサが、参照容器内の最小レベルに到達したことを検出した際に、直ぐに開にするように構成される。

換言すれば、これらの2つのバルブは、ポンプへの液体の供給を制御し、各抽出イベントの始まりでは、参照容器がまず空にされ、メイン容器からは液体が抽出されないようにされる。参照容器が空になり、あるいはほぼ空になると、直ぐに第1のバルブは、参照容器とポンプの間の接続を閉にする一方、それと同時に、第2のバルブは、メイン容器とポンプとの間の接続を開にする。その結果、抽出イベントに必要な残りの液体は、メイン容器のみから供給される。制限素子を提供することに比べて、この実施形態では、より正確な測定が提供されるが、一方で、幾分複雑で高コストな機器が必要となる（2つの追加のバルブ）。

測定装置は、前述の2つのバルブを任意に備えても良いことに留意する必要がある。別の実施形態では、測定装置は、第1のバルブのみを有し、これは、参照容器とポンプの間に配置されても良い。この第1のバルブは、最小レベルセンサが、参照容器内の最小液体レベルを検出した際に、直ぐに閉止するように構成されても良い。この場合、第1のバルブは、制御ユニットにより閉止されても、自動で閉止されても良い。例えば、最小レベルセンサは、フロートを有しても良い。該フロートは、参照容器内の最小液体レベルに到達した際に、第1のバルブを閉止するように構成される。また、第1のバルブは、受容素子（例えば一種のボール）を有し、これは、フロートを受容するように構成されても良い。すなわち、これはフロートの形状に適合され、参照容器の底部またはその近傍に配置されても良い。参照容器内の液体容積が最小液体レベルに到達すると、フロートは、直ちに受容素子と結合され、これにより第1のバルブが閉止される。

最小レベルセンサは、さらに、第1の接触センサを有しても良い。第1の接触センサは、第1のバルブの位置またはその近傍に配置され、フロートと第1のバルブの接触を検出するように構成される。最小レベルセンサおよび第1の接触センサの機能は、比較的コスト効果のある賢明な方法で、相互に組み合わされる。

さらに別の実施形態では、測定装置は、
（i）参照容器内に配置され、フロートが参照容器内で、所定の高さを超えて浮遊することを抑制するように構成されたストッパ、および
（ii）ストッパの位置またはその近傍に配置され、フロートとストッパの接触を検出するように構成された第2の接触センサ
を有しても良い。

前記ストッパは、例えば、第1のバルブの上部の、参照容器の高さの10%以下の位置に配置されても良い。ストッパと第2の接触センサの組み合わせにより、いくつかの利点が提供される：
1）ストッパは、ユーザが手動で両方の容器を空にした際に、参照容器からフロートが落下することを抑制する。
2）第2の接触センサは、メイン容器および／または参照容器が正確に装置に取り付けられたかどうかを検出する検出器として機能しても良い。メイン容器が参照容器と正確に接続されない場合、液体は参照容器に流れなくなり、その結果、フロートは、第2の接触センサと接触せず、参照容器の底部に沈んだままとなる。メイン容器が参照容器と正確に接続されると、液体は、直ちに参照容器に流れ、フロートがストッパに対抗して上方に押し上げられる。これは、第2の接触センサ3により検出され得る。
3）さらに、第2の接触センサは、メイン容器内の最小液体レベルを検出する検出器として機能しても良い。ストッパは、メイン容器内の高さに対応する高さで、参照容器内に配置されても良い。この高さでは、メイン容器内の液体容積は、例えば、飲料販売機で一般に販売される、想定される最大の飲料に必要なものよりも少ない。

本発明の好適実施形態は、従属請求項に記載されている。請求項に記載の方法は、請求項に記載の装置および従属請求項に記載のものと同様の、および／または等しい好適実施形態を有することが理解される。

本発明のこれらのおよび他の態様は、以降に示す実施例を参照することにより、明らかとなる。

本発明による測定装置の第1の実施形態を示す図である。図1Aは、第1の動作位置における測定装置を示し、図1Bは、第2の動作位置にある測定装置を示し、図1Cには、第3の動作位置にある測定装置を示し、図1Dは、第4の動作位置にある測定装置を示す。 本発明による第2の実施形態を示す図である。 本発明による測定装置のメモリユニット内に保管された、ルックアップ表の一例を示した図である。

図1には、本発明による測定装置の第1の実施形態を示す。この測定装置は、全体において、参照符号10で表されている。

測定装置10は、メイン容器12、参照容器14、およびポンプ16を有する。測定装置10が飲料販売機に適用された場合、メイン容器12は、機械のメイン液体タンクにより具現化され、参照容器14は、ライザーパイプとして具現化され得る。メイン容器12と参照容器14の双方は、いかなる任意の構成および形状を有しても良い。唯一重要なことは、参照容器14がメイン容器12に比べて小さな容積を有することである。通常の配置では、参照容器14の容積は、メイン容器12の容積の10%以下のオーダであり、あるいは5%以下のオーダである。

さらに重要なことは、メイン容器12および参照容器14が、2つの流通容器として、相互に流体接続されることである。メイン容器12内の液体および参照容器14内の液体に、同等の圧力（大気圧）が印加される限り、液体は、両方の容器12、14において、同じレベルh₁でバランス化される。

ポンプ16は、両方の容器12、14に流体接続される。従って、ポンプ16は、両容器12、14から液体を抽出し得る。通常、一般的なポンプがポンプ16に使用され得る。ただし、一定の流速を有するポンプ16を使用することが好ましい。この場合、以下に詳細に説明するように、測定装置10の測定が容易になるからである。

図1に示した第1の実施形態では、メイン容器12は、制限素子18を介してポンプ16に接続される。この制限要素18は、メイン容器12からポンプ16への液体流を制限するように構成される。ただし、制限要素18は、液体流を部分的にのみ制限するように構成される必要があることに留意する必要がある。そうでなければ、2つの流通容器12、14の機能上の原理が妨害されるからである。他方、強すぎる制限は、ポンプ16によるメイン容器12からの液体の抽出を妨げる。制限素子18は、例えば、メイン容器12をポンプ16に接続する管またはホース内の狭窄部として具現化されても良い。ただし、制限素子18は、参照容器14が空になるまで、メイン容器12からポンプ16への液体の流れを制限または停止するバルブを有しても良い。その後、メイン容器12とポンプ16の間の接続が、再び開にされる。

第1の実施形態では、参照容器14は、バルブ20を介してポンプ16に接続される。バルブ20は、参照容器14内に配置される。図1に示した一実施形態では、このバルブ20は、フロート動作バルブとして具現化される。これは、フロート22を有し、このフロートは、参照容器14に収容された液体中に浮遊するように構成される。従って、フロート22は、測定装置10において使用される液体よりも小さな密度を有する材料で構成される必要がある（測定装置10が飲料販売機に適用される場合、液体は、通常水である）。この例では、バルブ20は、さらに、受容素子24を有し、これは、フロート22を受容するように構成される。この受容素子24は、フロート22の形状に適合された、一種のボールとして具現化されても良い。受容素子24は、参照容器14の下側端部またはその近傍、すなわち、参照容器14内の最小液体レベルの領域に、配置されることが好ましい。

一例として示されたフロート動作バルブ20は、以下のように作動する：参照容器14に収容された液体が、最小液体レベルを超えている場合、フロート22は、液体内に浮遊し、これは、受容素子24には接続されない。参照容器14内の液体レベルが、最小液体レベル未満まで低下すると、フロート22は、直ぐに受容素子24と接続し、これにより、バルブ20が閉止され、すなわち参照容器14とポンプ16の間の接続が遮断される。後者の場合、バルブ20は、メイン容器12と参照容器14との間の接続も遮断する。従って、メイン容器12および参照容器14は、バルブ20が開である場合にのみ、相互に連通される。

測定装置10は、さらに、最小レベルセンサ26を有し、このセンサは、参照容器14内の最小液体レベルを検出する。例えば、これは、参照容器14が空であるかどうかを検出しても良い。図1に示した一実施形態では、前記最小レベルセンサ26は、バルブ20と組み合わされる。最小レベルセンサ26は、接触センサ28を有し、これは、バルブ20の受容素子24の位置またはその近傍に配置されても良い。前記接触センサ28は、バルブ20／受容素子24とフロート22との接触を検知するように構成される。接触センサ28により、バルブ20とフロート22の接触が検出されると、最小レベルセンサ26は、直ちに、本願において参照信号と称される信号を発する。

本発明は、図1の実施形態に示した、フロート動作バルブと、接触センサを有する最小レベルセンサとの使用に限定されないことに留意する必要がある。電子的に活性化されるバルブ20と、光学的、機械的、誘電的、または容量的に、参照容器14内の最小液体レベルを検出する最小レベルセンサ26とにより、同じ機能の原理を達成しても良い。

示された測定装置10は、さらに、装置10の動作を制御する制御ユニット30を有する。この制御ユニット30は、測定装置10の各種素子を制御するために保管されたソフトウェアを有する、プロセッサまたはマイクロ制御器として、具現化されても良い。制御ユニット30は、ポンプ16および最小レベルセンサ26に接続されることが好ましい。これは、図1において破線で示されている。制御ユニット30、ポンプ16、および最小レベルセンサ26の間の接続は、無線接続として具現化されても、ハードワイヤ接続として具現化されても良い。

以下、図1A乃至1Dを参照して、測定装置10の動作について詳しく説明する。

図1Aには、初期の状態を示す。この状態では、液体がメイン容器12に充填され、液体は、メイン容器12と参照容器14との間でバランス化される。従って、両方の容器12、14内の液体は、同じ高さh₁である。バルブ20は開の位置にあり、ポンプ16は、メイン容器12と参照容器14の両方から、液体を抽出できる。ここで、ユーザは、ポンプ16を活性化させ、液体抽出を開始しても良い。これは、ディスプレイ34およびセレクタ36を有するユーザインターフェース32により、実施可能である。飲料販売機内での適用において、ユーザが、例えば、液体の量V_doseを選択すると、これは、メイン容器12および参照容器14から合わせて抽出される。従って、セレクタ36は、機械式のボタン、またはタッチスクリーンを有しても良く、これによりユーザは、前記液体量V_doseを選択することができる。ただし、飲料販売機のユーザは、常に、抽出される液体のある量がV_doseとなるように直接選択するのではなく、むしろ所定のタイプのレシピ（例えばエスプレッソ、少量のコーヒーまたは多めのコーヒーなど）を選定することに留意する必要がある。そのような場合、制御ユニット30は、V_doseを計算し、または制御ユニット30に接続されたメモリユニット38に保管されたルックアップ表から、V_doseを採用する。次に、制御ユニット30は、量V_doseを抽出する際にポンプ16が活性化されるために必要な時間t_pumpを計算する。この情報も、メモリユニット38のルックアップ表に保管されても良い。その場合、これを、必ずしも毎回、ポンプ16の流速θ_pumpに基づいて計算する必要がなくなる。

次に、ポンプ16が活性化されると、ポンプ16は、メイン容器12および参照容器14からの液体の抽出を開始する。制限素子18のため、大部分の液体は、参照容器14の方から抽出され始める。従って、参照容器14は、最初に空になる。空になるには、参照容器14内の液体レベルに応じてある量の時間がかかるが、最小液体レベルセンサ26により、これが通知される。参照容器14内の液体レベルが最小液体レベルに到達すると、フロート22は、直ちにバルブ20と接触し、これが閉止される（図1B参照）。接触センサ28は、この接触を検出し、参照信号を制御ユニット30に送信する。次に、参照容器14とポンプ16の間の接続が解除され、ポンプ16は、メイン容器12からの液体の抽出のみを継続する（図1C参照）。ポンプ16は、選定された量V_doseが全て抽出されるまで、液体の抽出を継続する。その後、液体が制限要素18を介して抽出されても、ポンプ16は、一定のレベルで流速を維持するように構成される。例えば、ポンプ16は、この制限の変化に自動で適合するように構成されても良い。選択された量V_doseが全て抽出されると、制御ユニット30は、直ぐにポンプ16を停止／不活性化し、これにより抽出イベントが完了する。抽出イベントとは、ポンプ16の活性化とその後の被活性化の間の事象を表し、すなわち選択された量の液体V_doseをシステムから抽出するフルサイクルを表す。制御ユニット30によりポンプ16が不活性化されると、バルブ20は、自動で直ちに開となる。フロート22が、参照容器14内で上昇するためである。次に、メイン容器12および参照容器14は、再度相互に連通され、その結果、両方の容器12、14の液体レベルが、再度バランスされる（図1D参照）。その後、両容器12、14内の液体レベルは、高さh₂となり、ここでh₂＜h₁である（図1Aおよび図1Dの比較）。

抽出イベントの間、制御ユニット30は、ポンプ16の活性化と参照信号の受信との間の時間（本願では、参照時間と称する）を測定しても良い。（第1の）抽出イベントの後、制御ユニット30は、抽出イベントの前にメイン容器12に収容されている液体容積V_main(t1)を計算しても良い。また、制御ユニット30は、抽出イベントの後にメイン容器12に収容されている液体容積V_main(t2)を計算しても良い。この計算は、参照時間t_refおよびポンプ16の流速θ_pumpに基づいても良い。

V_mainを計算する簡単な方法では、ユーザによって選定される液体の量V_dose、およびメイン容器12と参照容器14の形状寸法が追加で考慮される。そのような計算の一例を以下に示す。

（例1）
メイン容器12には、断面積A_main＝3925mm²を有するものを使用した。前記断面積A_mainは、メイン容器12の高さに沿って一定である。参照容器14には、A_ref＝200mm²を有するものを使用した。この断面積も、高さに沿って一定である。抽出イベント中、10sの参照時間t_refが測定された。ポンプ16は、4ml／s（4000mm³／s）で一定の流速θ_pumpを有する。本記載の導入部分に示された式5を採用すると、メイン容器12内の容積は、以下のように計算される：

前述の例において、V_mainが抽出イベント前のメイン容器12内の液体容積を表すことは明らかである（V_main(t1)）。しかしながら、全体の抽出された液体の選択された量V_doseが既知の場合、抽出イベントの後の、メイン容器12と参照容器14を合わせた全体の液体容積V_main(t2)は、以下のように容易に計算される：

また、前述の計算は、全ての液体が、最初に参照容器14から抽出され、その際に、制限要素18において、いかなるリークも生じないと仮定した場合のみ、正確になることは明らかである。また、前述の計算例は、メイン容器12と参照容器14の形状寸法A_mainおよびA_refが既知のときのみ、可能となることに留意する必要がある。

寸法A_mainおよびA_refが既知ではない場合、制御ユニット30は、別の方法で、V_mainを計算しても良い。これは、以下の例2に示されている。例2における計算は、依然として、測定された参照時間t_refおよびポンプの流速θ_pumpに基づく。ただし、ここでは、V_mainは、2つの連続する抽出イベントの後、例えば、ユーザが2杯のドリンクをシステムから抽出した後に、計算される。次に、抽出前の全容積V_total(t1)により除算された、電気器具内の全容積の変化ΔV_totalは、抽出前の参照容器内の液体容積V_ref(t1)で除算された、参照容器内の容積変化ΔV_refに等しいという考察に基づいて、V_mainが計算される（明細書の導入部分に記載された式6乃至8参照）。

（例2）
第1の抽出イベント中、ユーザにより選定された抽出液体の量V_dose(t1)は、V_dose(t1)＝120mlである。平均流速θ_pumpは、4ml／sである。第1の抽出イベント中に測定される参照時間t_ref(t1)は、t_ref(t1)＝3.1sである。従って、抽出イベントの前に、参照容器14が収容する液体容積は、以下のように計算される：

第2の抽出ステップでは、ユーザは、100mlの液体量V_dose(t2)を選択する。第2の抽出イベント中に制御ユニット30により測定される参照時間t_ref(t2)は、2.8sである。θ_pumpは、同じ値（4ml／s）に維持される。従って、第2の抽出イベントの前に、参照容器14は、以下の容積V_ref(t2)を収容する。

全液体容積V_totalおよび／または第1の抽出イベントの前のメイン容器12内の液体容積V_main（V_total(t1)および／またはV_main(t1)）、第1の抽出イベントの後（V_total(t2)および／またはV_main(t2)）、ならびに第2の抽出イベントの後（V_total(t3)および／またはV_main(t3)）は、前述の式8乃至11により、計算される：

第1の抽出イベントの前にメイン容器12および参照容器14内に存在していた液体容積V_total(t1)が、式8の代わりに、式12により計算されても良いことは明らかである：

従って、メイン容器12および参照容器14の形状寸法が未知の場合、メイン容器12内の容積が計算されても良い。計算された液体容積V_totalおよび／またはV_mainは、ユーザのため、ディスプレイ34に表示されても良い。ただし、例2における計算では、2つの抽出イベント（2回のドリンク抽出）が必要となる。ユーザは、通常、十分な液体が装置内に残っているかどうかを、直接視認することを望むため、これは不利である。

示された測定装置10は、ディスプレイ34での液体容積のそのような直接的な示唆が可能となるように、改善されても良い。各抽出イベントの後、制御ユニット30は、メモリユニット38内のルックアップ表に、計算された容積V_totalおよび／またはV_mainとともに、測定された参照時間t_refを保管しても良い。これが複数回行われれると、すなわち複数回の抽出イベントの後、メモリユニット38内のルックアップ表には、十分なデータが収容される。この初期化フェーズの後では、制御ユニット30は、前述のいずれか一つの方法により、もはやV_totalおよび／またはV_mainを毎回計算する必要がなくなる。代わりに、メモリユニット38内に保管されたルックアップ表から、V_totalおよび／またはV_mainが直接参照される。図3には、そのようなルックアップ表の一例が概略的に示されている。図3に示したルックアップ表には、V_mainとt_refの関係のみが示されている。しかしながら、V_totalが同様に、ルックアップ表に含まれても良いことは明らかである。

従って、前述のルックアップ表は、測定を迅速化し、各抽出イベント後の測定がより正確になるという利点を提供する。測定された参照時間t_refが、前記ルックアップ表に含まれていない場合、前述の一つの方法において、V_totalおよび／またはV_mainが計算され、ルックアップ表に新たなエントリが導入されても良い。あるいは、制御ユニット30は、メモリユニット30に既に含まれている、2つの隣接する参照時間t_refの間を内挿するように構成され得る。この場合、当然のことながら、t_refとV_totalの間に、実質的に直線関係が必要となり、および／またはt_refとV_mainの間に直線関係が必要となる。

測定装置10は、ある別の改善をさらに有しても良い：
図1に示した測定装置10の一実施形態では、測定装置10は、さらに、ストッパ40を有し、これは、参照容器14内に配置される。このストッパ40は、参照容器14内で、フロート22が所定の高さを超えて浮上することを回避するように構成される。これは、参照容器14のある高さにおいて突出する、単純な機械的ストッパ素子により、具現化されても良い。測定装置10は、さらに、第2の接触センサ42を有しても良い。このセンサは、ストッパ40の位置またはその近傍に配置され、フロート22のストッパ40との接触を検出するように構成される。そのようなストッパ40および接触センサ42の提供により、以下の利点が得られる：
1）ストッパ40により、ユーザが手動で2つの容器12、14を空にした際に、意図せずに、フロート22が参照容器40から落下することが防止される。

2）第2の接触センサ42は、メイン容器12の存在の検出に、使用されても良い。メイン容器12は、例えば、装置10から別個に脱着され得る。例えば充填のため、ユーザがメイン容器12を取り外すと、参照容器14内の液体レベルは、低下する。その結果、フロート22は、ストッパ40に対して押し付けられなくなる。これは、接触センサ42で検出することができる。

3）また、ストッパ40および第2の接触センサ42は、メイン容器12内の液体レベルがある最小閾値を超えているかどうかを検出するための、最小レベル検出器として使用され得る。

また、第1および第2の接触センサ26、42を、最小レベルセンサ26と相互に組み合わせることも可能である。ストッパ40は、最小レベルセンサ26の近傍に、すなわち参照容器14内の最小液体レベルに近接して、配置される必要がある。この場合、第1および第2の接触センサ26、42は、単一のセンサに一体化されても良い。

図2には、測定装置10の第2の実施形態を示す。機能上の原理は、前述の図1に示した第1の実施形態におけるものと同じである。ただし、いくつかの修正がなされている。フロー動作バルブ20の代わりに、バルブ20’が設けられ、これは、制御ユニット30により、電子的に活性化されても良い。この場合、制御ユニット30は、参照信号の受信の際に、バルブ20’を閉止するように構成される。制限要素18の代わりに、ポンプ16とメイン容器12の間に、第2のバルブ44が提供される。この第2のバルブ44は、電子的に活性化されるバルブとして具現化されることが好ましい。従って、制御ユニット30は、バルブ20’および44を以下のように制御する：
始動の際、両バルブ20’、44は開にされ、メイン容器12および参照容器14が相互に連通され、液体レベルがバランス化される。ポンプ16が始動すると速やかに、第1のバルブ20’が開になり、第2のバルブ44が閉止される。これにより、ポンプ16により、参照容器14のみから最初の液体を抽出することが確実に行える。参照容器14が空になると（最小レベルセンサ26’により検出される）、第1のバルブ20’は閉止され、第2のバルブ44は開にされる。第1のバルブ20’は、抽出イベントの完了まで閉止を維持し、その後、再度開にされる。その結果、2つの容器12、14が再度、相互に連通される。

測定は、メイン容器12および参照容器14から抽出される液体の流速を測定する手段の提供により、さらに改善されても良い。これは、ポンプ16の前段または後段に配置されたフローメータ46により、実現されても良い。また、このフローメータ46は、制御ユニット30に接続されても良い。

第2の実施例の改変部材は、別個にまたは合わせて、第1の実施形態による測定装置10において実施されても良いことに留意する必要がある。第1の実施形態は、例えば、制限要素18を単に第2のバルブ44で置換することにより、改変され得る。また、フローメータ46を単に追加することにより、および／またはフロート動作バルブ20を電子的に活性化されるバルブ20’と置換することにより、改変され得る。

図面および前述の記載において、本発明について詳細に説明したが、そのような図示および記載は、一例または例示として考慮され、限定的なものとは解されない。本発明は、記載された実施形態に限定されない。当業者には、図面、記載、および特許請求の範囲の精査から、請求項に記載の発明を実施する際に、開示された実施形態に対する他の変更が理解され、実現できる。

請求項において、「有する」と言う用語は、他の素子またはステップを排斥するものではなく、「一つの」という用語は、複数の存在を排除するものではない。単一の素子または他のユニットが、請求項に記載のいくつかの事項の機能を満たす場合がある。単に、ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されていることから、これらの手段の組み合わせが有意に使用できないと解してはならない。

請求項におけるいかなる参照符号も、本発明の範囲を限定するものと解してはならない。

Claims (14)

1. 容器に収容された液体の容積を測定する測定装置であって、
   液体を受容するメイン容器と、
   前記メイン容器よりも小さな容積を有する参照容器であって、前記メイン容器と前記参照容器は、連通容器として、相互に流体的に接続可能である、参照容器と、
   前記メイン容器および前記参照容器から液体を抽出するため、前記メイン容器および前記参照容器に接続されたポンプと、
   前記参照容器内の最小液体レベルに達した際に、参照信号を送信するように構成された最小レベルセンサと、
   前記参照容器と前記ポンプとを流体接続する第1のバルブであって、前記参照容器内の前記最小液体レベルに到達した際に、閉止するように構成された、第1のバルブと、
   前記最小レベルセンサおよび前記ポンプに接続され、前記ポンプの活性化と前記参照信号の受信の間の参照時間を測定するように構成された制御ユニットであって、さらに、前記参照時間および前記ポンプの流速に基づいて、前記メイン容器内の液体容積、および／または前記メイン容器内と前記参照容器内との全液体容積を、計算するように構成された、制御ユニットと、
   を有する、測定装置。
2. さらに、抽出イベント中に、前記ポンプにより前記メイン容器および前記参照容器から抽出される液体の量を選択する、セレクタを有し、
   抽出イベントは、前記ポンプの活性化とその後の不活性化の間の事象を表す、請求項1に記載の測定装置。
3. 前記制御ユニットは、前記選択された液体の量に基づいて、前記メイン容器内の液体容積、および／または全液体容積を、追加で計算するように構成される、請求項2に記載の測定装置。
4. 前記制御ユニットは、前記メイン容器および前記参照容器の形状寸法に基づいて、前記メイン容器内の前記液体容積、および／または全液体容積を、追加で計算するように構成される、請求項1に記載の測定装置。
5. 前記制御ユニットは、
   （i）第1の抽出イベント中に測定された前記参照時間、
   （ii）前記第1の抽出イベントに続く、第2の抽出イベント中に測定された前記参照時間、
   （iii）前記ポンプの流速、
   （iv）前記第1の抽出イベントの際に選択された液体量、および
   （ｖ）前記第2の抽出イベントの際に選択された液体量、
   に基づいて、前記メイン容器内の前記液体容積、および／または全液体容積を、計算するように構成される、請求項2に記載の測定装置。
6. さらに、前記制御ユニットに接続されたメモリユニットを有し、
   前記制御ユニットは、前記測定された参照時間、前記メイン容器の前記計算された液体容積、および／または前記計算された全液体容積を、前記メモリユニットに保管するように構成される、請求項1に記載の測定装置。
7. さらに、前記メイン容器から前記ポンプへの液体の流れを制限する、制限素子を有する、請求項1に記載の測定装置。
8. 前記最小レベルセンサは、フロートを有し、該フロートは、前記参照容器内の前記最小液体レベルに達した際に、前記第1のバルブを閉止するように構成される、請求項7に記載の測定装置。
9. 前記最小レベルセンサは、第1の接触センサを有し、該第1の接触センサは、前記第1のバルブの位置またはその近傍に配置され、前記フロートと前記第1のバルブとの接触を検出するように構成される、請求項8に記載の測定装置。
10. さらに、
    （i）前記参照容器内に配置され、前記フロートが、前記参照容器内で所定の高さを超えて浮遊することを回避するように構成されたストッパ、および
    （ii）前記ストッパの位置またはその近傍に配置され、前記フロートと前記ストッパの接触を検出するように構成された第2の接触センサ
    を有する、請求項8に記載の測定装置。
11. さらに、第2のバルブを有し、
    前記メイン容器は、前記第2のバルブを介して前記ポンプに接続され、
    前記第1のバルブは、前記最小レベルセンサが前記参照容器内の最小液体レベルに達したことを検出すると、速やかに閉止するように構成され、
    前記第2のバルブは、前記最小レベルセンサが、前記参照容器内の前記最小液体レベルに達したことを検出すると、速やかに開にするように構成される、請求項1に記載の測定装置。
12. 前記ポンプは、活性化の際に、時間に対して一定の液体流速を発生するように構成される、請求項1に記載の測定装置。
13. さらに、前記メイン容器および前記参照容器から抽出された前記液体の流速を測定するフローメータを有する、請求項1に記載の測定装置。
14. 請求項1乃至13のいずれか一つに記載の測定装置を有する飲料販売機。

Images