JP5410705B2 - 液体食品供給装置、液体食品供給方法、およびコーヒーメーカ - Google Patents

液体食品供給装置、液体食品供給方法、およびコーヒーメーカ Download PDF

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Description

本発明は、液体食品、特にミルクまたはシロップを供給するための供給装置、液体食品供給方法、およびそのような液体食品供給装置を備えたコーヒーメーカに関する。
この種の液体食品供給装置において液体食品は容器からポンプによって送り出される。同時にセンサによって容器の液位が監視されるため、容器が空になるかまたは少なくとも最低液位を下回ると、ポンプによるポンピングプロセスを中止することができる。
この種の液体食品供給装置の代表的な使用分野は、抽出ユニットによって作られたコーヒーとともに、その他の液体食品、例えばミルクまたはシロップあるいはその両方をカップに注ぎ出すことが求められるコーヒーメーカである。この種のコーヒーメーカは一般に、例えばミルク容器を収納した冷却ユニットを有する。ミルクは必要に応じてミルク容器からポンプ吸引されるが、この場合、容器が空になるとポンピングプロセスが中止されるため、ポンプは「空運転」されることはなく、つまり液体供給なしで運転されることはない。
この場合、容器の液位を容器に配置されたセンサの静電容量値又は抵抗値によって監視することが知られている。容器内にもはや液体食品がなければ、静電容量値又は抵抗値が変化するため、抵抗の測定信号に応じてポンピングプロセスを中止することができる。
この種の液体食品供給装置の問題点は、液位監視の機能がセンサと容器との間の配置に依存しているとともに、さらに、測定が不正確なため、なおかなりの残量の液体食品が容器内にあっても、ポンピングプロセスが中止されてしまうことが頻繁に生ずることである。加えてさらに、正確な静電容量値又は抵抗値の調節および監視は制御システムに高度の仕様を要求することになり、正確なキャリブレーションが不可欠であると同時に、ちょっとした調整不良も許されなくなる。
一般に、液体食品用の容器としてフレキシブルな材料製の容器、例えばプラスチックバッグが使用されるが、このような容器では、液体食品が取り出されていくと容器の体積全体も減少する。
本発明の目的は、液体食品を輸送するための従来の液体食品供給装置を改良し、液体食品用容器の液位を低コストで同時に十分正確に監視できるようにすることである。また、この監視をできるだけ信頼性の高いものとし、調整不良が生じにくくし、再キャリブレーションを不要にし、外部要因による誤測定を減少させることである。
前記課題を解決するための、本発明による液体食品供給装置は、少なくとも1つの液体食品用容器から前記液体食品を送り出せるように前記液体食品用容器と接続される少なくとも1台のポンプと、前記液体食品用容器の液位を測定するための少なくとも1つのセンサとを備え、前記センサの測定信号が所定の測定信号限度を下回るかまたは上回ることに応じて前記ポンプのポンピングプロセスが中止されるように構成され、前記センサが圧力センサとして形成され、かつ、前記センサが前記液体食品用容器内の圧力が前記センサによって測定可能なように配置され
前記ポンプが吸引口と吸引流路とを備え、前記吸引流路はその一端が前記吸引口に接続されているとともにその他端が前記液体食品用容器に接続され、
前記圧力センサが前記吸引流路に配置されて、前記圧力センサによって前記吸引流路内の圧力が測定可能である。
前記課題を解決するための、本発明による液体食品供給方法は、前記液体食品供給装置を用い、ポンプによって容器から液体食品が送り出され、センサによって前記容器の液位が監視されるステップと、前記センサの測定信号が所定の信号値を下回るかまたは上回る場合にポンピングプロセスを中止するステップとを含み、前記容器内の圧力が圧力センサにより測定されることによって前記容器の液位が監視され、所定の圧力を下回ることを前記圧力センサの測定信号に応じて検知されると前記ポンプのポンピングプロセスが中止される。
したがって、本発明による液体食品を有するための液体食品供給装置は、液体食品用の容器と連結可能な、前記容器から前記液体食品を送り出すことのできるポンプを備えている。この場合、代表的な液体食品は既述したように特にミルクであるが、ただし、本発明による前記液体食品供給装置はその他の任意の液体食品、特に遥かに高い粘度を有した液体、例えばシロップの供給搬送にも適している。前記液体食品用容器の液位はセンサによって監視され、その際、前記センサの測定信号が所定の測定信号限度を下回るかまたは上回るとポンプのポンピングプロセスが中止される。
重要な点は、前記センサが圧力センサとして形成されていることである。この圧力センサはこの圧力センサによって前記液体食品用容器内の圧力が測定可能であるように配置されている。
したがって、液体食品用容器内の液位の測定は、公知の従来の技術とは異なり、静電容量値又は抵抗値によって(液体がセンサのところに存在するかしないかによる静電容量や抵抗値の変化によって)ではなく、前記液体食品用容器内圧力の圧力測定によって行われる。容器に液体が入っているときと、容器が空であるかまたはほぼ空のときとでは前記容器内圧力は変化するため、この圧力変化に基づいて前記容器が空であることを検出して、ポンピングプロセスを中止することが可能である。
この場合、前記ポンプは吸引口と吸引流路とを有していれば特に好適である。前記吸引流路は一方で前記ポンプの前記吸引口に接続されているととともに他方で前記液体食品用容器に接続可能である。したがって、通常運転中、前記液体食品は前記ポンプにより前記吸引流路を通して前記容器から吸い出される。この場合、フレキシブル容器が使用されれば前記容器は収縮されていくため、前記容器内の圧力はほぼ不変である。前記吸引流路と接続された出口のみが開口しているフレキシブル容器が使用されれば特に好適である。この場合、この容器から前記吸引流路を経て液体が供給されれば、前記容器は周囲から空気が前記容器内に侵入して吸い出された液体に取って代わるということがないために、圧縮される。したがって、前記容器の内部容量は前記液体の吸出しとともに減少する。
ただし、容器が空になると前記ポンプは吸引プロセスによって負圧を発生させ、これが前記圧力センサによって検出される。これは容器が空であることの一義的な証拠であることから、この測定圧力に基づいて、つまり、周囲圧力に比較した相対的な低圧が測定される場合に、容器が空であることが一義的に検知されて、ポンピングプロセスを中止することができる。
前記圧力センサは基本的に、前記容器との間で圧力連通が実現していることで前記容器内の圧力測定が可能であれば、どこにでも配置することができる。
ただし、前記圧力センサを前記吸引流路に配置するならば、前記圧力センサによって前記吸引流路内の圧力と共に前記容器内の圧力も測定可能となり、特に好適である。この構成によって前記容器の交換が容易になる。圧力センサを新たに取り付けることなしに、単に前記容器を前記吸引流路から取り外して新たな満杯容器と交換しさえすればよいからである。
前記吸引流路が3つの開口部を有する管路として構成されることも好適である。この管路は第1の開口部によって前記液体食品用容器に接続され、また、第2の開口部によって前記ポンプの前記吸引口に接続され、さらに、前記圧力センサは前記管路の第3の開口部に配置されている。流れ抵抗の低減するには、第1の開口部と第2の開口部との間はほぼ直線状に延びる管部分でつなぐと好適である。これにより、前記液体食品は基本的に真っ直ぐに、つまり相対的に大きな乱流を生ずることなく、前記液体食品用容器から前記ポンプに達するため、流れ抵抗は極めて低く抑えられる。
前記管路はT形管路として形成されていれば特に好適である。T形管路はおおよそ“T”の形の管路を有するので、前記圧力センサが配置された第3の開口部に至る管部分は好ましくは第1と第2の開口部間を直線状に延びる前記管部分に対してほぼ直交するように配置される。これにより、前記容器から前記ポンプへの液体は直線的に流れ、この液体が前記液体食品が負圧を検出する圧力センサ周りを高い流れ圧力で流れて行くことがないために、誤測定が生じにくくなるというさらなる利点をもたらす。
本発明による液体食品供給装置のコンパクトな構造を実現するには、前記吸引流路をY形管路として、つまり、3つの開口部を有した“Y”字形の管路として形成すれば、前記圧力センサを前記吸引流路を形成するYアームの残っているアーム(枝管)に相当する管路に配置することができる。好適には、隣接した狭角を形成するアームに前記ポンプと前記圧力センサとが接続され、第3のアームに前記容器が接続される。
前記吸引流路をT形またはY形管路として形成する場合には、末端に前記圧力センサが配置される管路部分には、流れ速度と前記管路の寸法とに応じて、前記容器から流れ出す液体食品で常時置き換わることのない液体食品が残留してしまう可能性がある。それゆえ、前記第3の開口部を前記第1と第2の開口部間を延びる前記管部分と結合するT形管路またはY形管路の前記アーム管はできるだけ短くしておくことが好ましい。本出願人のテストによれば、この管部分の長さは20cm以下、特に10cm以下、とりわけ5cm以下であれとば好都合であることが判明した。
上述したように、前記ポンプは、前記ポンプが空であれば、前記ポンプおよび前記吸引流路に負圧を発生する。したがって、前記液体食品供給装置は、好ましくは、前記圧力センサの所定の圧力限度値を下回るとポンピングプロセスが中止されるように構成されている。
本出願人の実験によれば、前記液体食品供給装置は圧力限度値が−2.5psi(約−0.172バール)〜−12.5psi(約−0.862バール)の範囲内で予め任意に設定しておくことができるように構成されているのが好都合であることが判明した。
前記圧力値は、周囲の支配的圧力に比較した相対的低圧であることを明確にするため、負数として表されている。したがって、周囲圧力が例えば14.5psi(約1バール)の場合には、圧力値が12psi(約0.826バール)以下であれば少なくとも−2.5psiの負圧(低圧)が存在し、圧力値が2psi(約0.138バール)以下であれば少なくとも−12.5psiの負圧(低圧)が存在する。
したがって、この場合、ユーザは前記所定の限度値範囲内で、場合により例えば前記液体食品用容器の特別な態様等の仕様が存在すればそうした仕様に適合した、あるいは前記液体食品の粘度に適合した圧力限度値を前設定することができる。
ただし、本出願人の実験によれば、代表的な使用範囲については固定の限度値を前設定し得ることが判明した。したがって、前記液体食品供給装置は−2.5psi〜−12.5psiの範囲内で圧力限度値が固定的に前設定されるように構成されるのが好適であり、特に、本出願人の実験によれば、例えば5psi(約−0.345バール)の所定の圧力限度値が好都合であることが判明した。この場合にも、所定の圧力値は周囲圧力(環境圧または大気圧)に比較した相対的な低圧であることが−符号(つまり負圧)によって表されている。
したがって、この好適な態様において、ユーザによる前記圧力限度値の入力は不必要であり、前記液体食品供給装置は−5psi以下の低圧が存在すると自動的にポンピングプロセスを電源遮断によって中止する。
前記圧力限度値を−5psiに選択することにより、特にミルクの供給搬送時に、ミルクバッグは空もしくはほぼ空であるが、前記液体食品供給装置の前記ミルク供給管、特に上述したT形管路になお前記液体食品、例えばミルクが満たされている場合にも、前記圧力限度値の選択によってはポンピングプロセスが中止されるという利点が得られる。したがって、前記容器の交換後にも前記管路内に気泡が生ずることがないため、エア抜きまたは「呼び水」は不要となる。
既述したように、前記容器内の絶対圧力ではなく、周囲との圧力差が測定される。ただし、圧力差に代えて前記容器内の絶対圧力を測定し、これに応じて、限度値として絶対圧力を指定することも同じく本発明に含まれる。標準圧力は約14.5psi(約1バール)であることから、12psi(約0.826バール)〜2psi(約0.138バール)の間で絶対限界値を設定することが好適であり、特に9.5psi(約0.655バール)を設定することが好ましい。
本発明による液体食品供給装置の代表的な使用分野はコーヒーメーカ、特に、例えばレストランで使用されるような大量注出用のコーヒーメーカである。
この種のコーヒーメーカはコーヒーを作るための抽出ユニットを含んでいる。前記抽出ユニットでは抽出されたコーヒーが保温され、必要に応じて供給されるかまたは、例えば必要に応じて新しいコーヒー豆が挽かれて抽出されるように構成されている。重要な点は、前記コーヒーメーカが液体食品を供給するための液体食品供給装置を含んでおり、これにより、例えばコーヒーにミルクを加えることができ、場合によっては、ミルク発泡器を通してミルクフォームの形でミルクを加えることができる。
この種のコーヒーメーカは、液体食品を供給搬送するための液体食品供給装置として本発明による液体食品供給装置を採用し、その結果、特に液体食品用容器の液位が圧力センサによって監視されると好適である。
この種のコーヒーメーカは一般に、液体食品を供給輸送するための前記液体食品供給装置に必要に応じてミルクの供給を要求する制御ユニットも備えている。前記制御装置によって要求されたミルクの供給中に前記容器が完全に空になると、上述したように、前記容器内に低圧(負圧)が生じ、これが前記圧力センサによって検出される。前記圧力センサは前記コーヒーメーカの前記制御ユニットに接続されているため、前記制御ユニットにより一方で前記抽出プロセスが中止され、他方で前記制御ユニットが液体食品を輸送するための前記液体食品供給装置の前記ポンプとも接続されているため、同じくポンピングプロセスも中止される。
好ましくは、前記制御ユニットは、前記容器内で前記所定の圧力限度値を下回ると、つまり、前記容器が空になると、光学信号または音響信号あるいはその両方が出力され、ユーザが前記容器を交換できるように構成されている。
上記では、コーヒーメーカにおける本発明による液体食品供給装置の使用はミルクの供給のために行われことが述べられた。もちろん、その他の任意の食品の輸送、特にシロップの供給にも本発明による液体食品供給装置を使用することができる。
前記コーヒーメーカの前記制御ユニットにより液体食品の供給が選択的に要求される複数の液体食品用容器をコーヒーメーカに備えることも同じく本発明に含まれる。
この場合、1台のポンプがバルブ系を経て複数の容器に連結され、これにより、前記制御ユニットによってバルブ調節が行なわれて、前記ポンプが所望の液体食品を所望の容器から送り出せるように構成することに可能である。これにより、その都度前記液体食品が送り出される容器の液位を監視するために、前記吸引流路において前記ポンプの直前に1つの真空センサが必要となるだけという利点が得られる。
同じく、各々の容器用に専用の負圧検出の圧力センサを設けるかまたは各々の容器用に専用のミルクポンプと専用の圧力センサとを設けることも本発明の範囲内である。
図1は本発明による液体食品輸送装置を備えたコーヒーメーカの概略構成図である。
図1に示したコーヒーメーカは、2台のポンプ2aおよび2bを内蔵した液体食品輸送装置1を備えている。各々のポンプはT形管路として形成された吸引流路3a、3bによってそれぞれ1つの液体食品用容器4a、4bに接続されている。容器4aは全乳を含んだミルクバッグであり、他方、容器4bは脱脂乳を含んだミルクバッグである。
吸引流路3aおよび3bはそれぞれ第1の開口部によって容器4aおよび4bと接続され、第2の開口部によってミルクポンプ2aおよび2bと接続されている。この場合、吸引流路3aおよび3bは、第1と第2の開口部間を直線状に延びており、ミルクが容器からミルクポンプへ流れる際の流れ抵抗ができるだけ小さくなるように形成されている。
吸引流路3aおよび3bの第3の開口部には圧力センサ5aおよび5bが配置されており、この場合、第3の開口部を第1と第2の開口部間を直線状に延びる管部分と結合する吸引流路管部分(図1中、図番AおよびA’が付与されている)は1cm以下の長さしかなく、そのため、この管部分内には無視し得る程度の僅少量のミルクしか残留しない。
さらに、管部分AおよびA’は吸引流路3aおよび3bの第1と第2の開口部間を直線状に延びる管部分に対して直角をなしていることから、液体の流れによって圧力センサ5aおよび5bには無視し得る程度の流れ圧力しか発生せず、したがって、誤測定となる圧力測定の偽化が発生することはない。
図1に示したコーヒーメーカは、さらに、コーヒー抽出ユニット6ならびに制御ユニット7を含む。制御ユニット7は鎖線で表された制御線を経てコーヒー抽出ユニット6ならびに液体食品輸送装置1(ポンプ2aおよび2bならびに圧力センサ5aおよび5bを含む)と接続されており、制御ユニット6には異なった飲み物、例えばカプチーノ、ミルクコーヒー等のための複数のプログラムが格納されている。
ユーザが制御ユニット7で(不図示の)入力装置により、例えばミルクコーヒー(全乳入り)をセレクトすると、制御ユニット7は、注出口6aから先ず所定量の、大体カップ一杯分の3/4に相当するコーヒーが注ぎ出されるように、抽出ユニット6を制御する。続いて制御ユニット7は液体食品輸送装置1のポンプ2aを制御して、容器4aから全乳が吸引流路3aを経て吸い出され、圧送管8aを経て抽出ユニット6に送られるようにする。抽出ユニット6内には出口6aに至る(不図示の)管が配置されているため、全乳は同じく出口6aを経てカップに注がれる。
ポンピングプロセスの間に容器4aが完全に空になると、容器4aと吸引流路3aに低圧(負圧)が生じ、これによって、圧力センサ5aにも低圧(負圧)が生ずる。
圧力センサ5aおよび5bは同じく制御ユニット7に接続されており、制御ユニット7は少なくとも−5psiの低圧(負圧)が生ずるとポンピングプロセスを中止するように設定されている。
こうして、本実施例において、制御ユニット7はポンプ2aによるポンピングプロセスを中止して、(不図示の)表示ユニットを経て、全乳用の容器4aが交換されなければならない旨の信号を出力する。
全乳用の容器が交換されると直ちにユーザは入力装置でその旨を制御ユニット7に入力するため、ポンピングプロセスが続行されて、ミルクコーヒーの抽出プロセスが完了される。容器4bの液位の監視も同様にして行なわれる。
吸引流路3aおよび3bと容器4aおよび4bとの結合には気密性が重要である。本装置が、例えばねじ込み継手付き容器を使用するように形成されていれば、吸引流路3aおよび3bも容器4aおよび4bのねじ込み継手に螺合するための相応な手段を備えるため、螺合によって気密結合を作り出すことができる。
本発明による装置が比較的粘度の高い液体、例えばシロップの供給搬送に使用される場合には、特に吸引流路3aおよび3bは十分な直径を有していることが重要である。この場合、吸引流路の第1の開口部から第2の開口部までの直線状に延びる管は一貫して少なくとも3/8インチ(約0.9525cm)の直径を有している必要がある。他方、圧力センサ5aおよび5bが配置された第3の開口部に至る管部分は相対的に小さな直径を有していてよいが、ただしその直径は少なくとも1/4インチ(約0.635cm)である必要がある。
上記では、図1に示した実施形態は容器4aおよび4bが異なった種類のミルクを含んでいると述べられたが、ただし、同一の液体食品を収容した複数の容器を使用すること、例えば容器4aも容器4bも共に全乳を含んでいるようにすることも同じく本発明に含まれる。
制御ユニット7は、好適には、先ず容器4aがポンプ2aによって必要に応じて空にされるように構成されており、圧力センサ5aによって容器4aが空であることが検出されると直ちに制御ユニット7はポンプ2bへの切換えを行うために、飲み物の抽出プロセスを中断することなく、空となった容器4aから満杯の容器4bへの切換えが行われることになる。
同時に制御ユニット7は容器4aが空である旨の音響信号または光学信号あるいはその両方を出力するため、コーヒーメーカの運転中に容器4aの交換が行われ、この交換中にミルクは必要に応じて容器4bから供給される。
同様に、容器4bが空になった場合には、制御ユニット7による容器4aへの自動的切換えが行われ、容器4bが空である旨の相応した音響信号または光学信号あるいはその両方が出力される。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
本発明による液体食品輸送装置を備えたコーヒーメーカを示す概略構成図
符号の説明
1:液体食品輸送装置
4a、4b:液体食品用容器
2a、2b:ポンプ
5a、5b:圧力センサ
6:コーヒー抽出ユニット

Claims (12)

  1. 少なくとも1つの液体食品用容器(4a、4b)から液体食品を送り出せるように前記液体食品用容器(4a、4b)と接続される少なくとも1台のポンプ(2a、2b)と、前記液体食品用容器の液位を測定するための少なくとも1つのセンサ(5a、5b)とを備え、前記センサの測定信号が所定の測定信号限度を下回るかまたは上回ることに応じて前記ポンプのポンピングプロセスが中止されるように構成した液体食品供給装置において、
    前記センサ(5a、5b)が圧力センサとして形成され、かつ、前記センサが前記液体食品用容器(4a、4b)内の圧力が前記センサによって測定可能なように配置され
    前記ポンプ(2a、2b)が吸引口と吸引流路(3a、3b)とを備え、前記吸引流路はその一端が前記吸引口に接続されているとともにその他端が前記液体食品用容器(4a、4b)に接続され、
    前記圧力センサ(5a、5b)が前記吸引流路に配置されて、前記圧力センサによって前記吸引流路(3a、3b)内の圧力が測定可能であることを特徴とする液体食品供給装置。
  2. 前記吸引流路(3a、3b)が3つの開口部を有する管路として形成され、第1の開口部は前記液体食品用容器(4a、4b)に接続され、第2の開口部が前記ポンプ(2a、2b)の前記吸引口に接続され、前記圧力センサ(5a、5b)が前記管路の第3の開口部に配置されてることを特徴とする請求項に記載の液体食品供給装置。
  3. T形管路として形成された前記吸引流路(3a、3b)が、前記第1と第2の開口部間がほぼ直線的な接続部で接続され、前記第3の開口部の接続が第1と第2の開口部間の直線的な接続部に対してほぼ直交するように配置されていることを特徴とする請求項に記載の液体食品供給装置。
  4. 前記吸引流路(3a、3b)がT形管路または前記Y形管路として形成され、前記第3の開口部を前記第1と第2の開口部間の接続部と接続する前記T形管路または前記Y形管路の管部分(A、A’)が20cm以下の長さであることを特徴とする請求項に記載の液体食品供給装置。
  5. 前記圧力センサが所定の圧力限度値以下の低圧を測定するとポンピングプロセスが中止されるように構成されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の液体食品供給装置。
  6. 前記圧力限度値が任意に−2.5psi〜−12.5psiの範囲内で前設定可能であるように構成されていることを特徴とする請求項に記載の液体食品供給装置。
  7. 前記圧力限度値が、−5psiであることを特徴とする請求項に記載の液体食品供給装置。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載の液体食品供給装置と、コーヒーを抽出するための抽出ユニット(6)とを備え、
    前記抽出ユニット(6)によって作られたコーヒーと前記ポンプによって送り出された前記液体食品とは共通の注出箇所(6a)または隣接した複数の注出箇所で注ぎ出されるコーヒーメーカ。
  9. 前記圧力センサ(5a、5b)と前記ポンプ(2a、2b)とを接続しているとともに、前記液体食品用容器(4a、4b)内で所定の圧力を下回ったことを前記圧力センサの信号に応じて検知されるとポンピングプロセスを中止する制御ユニット(7)が備えられ、さらに前記制御ユニット(7)が前記抽出ユニット(6)に接続され、前記液体食品用容器内で所定の圧力を下回ることが検知されるとポンピングプロセスと抽出プロセスの両方が中止されることを特徴とする請求項に記載のコーヒーメーカ。
  10. 前記制御ユニット(7)が前記液体食品用容器(4a、4b)内で所定の圧力を下回ることが検知される光学信号または音響信号あるいはその両方を出力することを特徴とする請求項に記載のコーヒーメーカ。
  11. 請求項1から7のいずれか一項に記載の液体食品供給装置を用いた液体食品供給方法であって、
    ポンプ(2a、2b)によって容器(4a、4b)から液体食品が送り出され、センサ(5a、5b)によって前記容器の液位が監視されるステップと、前記センサの測定信号が所定の信号値を下回るかまたは上回る場合にポンピングプロセスを中止するステップとを含む液体食品供給方法において、
    前記容器内の圧力が圧力センサにより測定されることによって前記容器の液位が監視され、所定の圧力を下回ることを前記圧力センサの測定信号に応じて検知されると前記ポンプのポンピングプロセスが中止されることを特徴とする液体食品供給方法。
  12. 前記容器(4a、4b)内の低圧が少なくとも−2.5psiに達するとポンピングプロセスが中止されることを特徴とする請求項1に記載の液体食品供給方法。
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