JP4966970B2 - 液体レベルを判断する方法と液体レベル判断システム - Google Patents

Description

本発明は、液体レベル検知の方法と装置に関連する。

コーヒーメーカで水を保管、加熱、および／または計量するためのタンクなどのタンクにおけるレベル検知は、タンクの補充が必要であることをユーザに通知するため、タンク内の容量を判断するため、および／またはタンク内に充分な水が存在しない状態での機械の動作を防止するためなど、いくつかの理由から重要である。このような用途でのレベル検知は様々な方法で行われる。一つのアプローチでは、回路内の水抵抗が比較的低いことを示す絶対閾値未満、例えば３０００オーム未満までプローブを含む回路の抵抗が低下しているかどうかを判断することによりタンク内の水の存在を検出するのに、導電性プローブが使用される。

従来のいくつかのプローブ検出機構を使用してもある条件下ではうまく作動しないことを発明者らは認識している。例えば、逆浸透脱イオン（ＲＯＤＩ）ろ過水などの高度ろ過水を用いる用途では、ろ過水の比較的高い抵抗のため水のレベルを検出することが困難である。例えば、ある検出機構では導電性プローブとタンク壁との間の常開回路の抵抗を測定し、この回路は一般的に、プローブとタンクとの間に空気が存在する時に比較的高い抵抗を持つ。導電性の高い水が使用される時には、プローブとタンクとの間の回路に水が存在すると回路の抵抗がかなり低下する。しかし、ある種の高度ろ過水では水の抵抗が比較的高く、システムによってはプローブとタンクとの間の水の存在の検出が妨げられる。

あるシステムに見られる別の問題は、プローブ、タンク壁、および／または検知回路の他の部分に存在するかもしれない湯垢その他の沈殿物である。このような沈殿物は、例えば調合目的のためタンク内で水が加熱されるシステムでは、比較的よく見られる。湯垢その他の沈殿物は、時間とともに、例えば１００回以上のタンク充填／加熱／供給サイクルの過程でプローブ回路の抵抗を変化させるだけでなく、１回の充填作業の過程でもプローブ回路抵抗を変化させる。例えば、タンクが新しい、または沈殿物が比較的少ない時にはプローブに水が存在しない状態ではプローブ回路の抵抗は比較的高い。多数のタンク充填／加熱／供給サイクルの過程で、タンクに発生した湯垢がプローブ回路の抵抗を、タンクが新品だった時の抵抗よりも低下させる。また、タンクが新しい時には概ね、タンク壁が高温であってタンクが再充填される際にプローブ回路の抵抗はそれほど変化しない。しかしタンク壁および／またはプローブに湯垢が存在すると、タンクが排水された直後には湯垢がある量の水分を含有している。タンク壁が高温である場合には、例えばタンクが充填される際に湯垢が含有する水分が蒸発する傾向があり、プローブ回路の抵抗を上昇させる。その結果、レベル検知機構の性能は、システムの寿命中に比較的予想不可能な形で変化し、あるシステムではタンク内の水レベルの確実な検出を不可能にする。

米国特許第５２０２６６７号明細書 欧州特許第１０２０７３５号明細書 英国特許第２３５０００４号明細書

本発明の一面において、タンク内の液体のレベルを判断する方法は、液体レベルが可変であるタンクを用意することと、プローブがタンク内の液体と接触していない状態で、タンクに関連するプローブを含むプローブ回路の基準特徴を測定することとを含む。基準特徴は、プローブを含む回路の電圧、抵抗、他の特徴である。基準特徴は、タンクがプローブレベルより下まで排水された直後など、プローブがタンク内の液体と接触していないことが分かっている時に測定される。プローブ回路の第１特徴は、基準特徴を測定した後、例えばタンクに充填されている間に測定される。基準特徴に基づき、第１特徴が測定される時点とほぼ一致する時にタンク内の液体レベルが判断される。例えば、第１特徴が基準特徴と比較され、この比較に基づいて液体レベルがプローブの下、あるいはプローブの位置か上であるかどうかが判断される。一実施例においては、第１特徴と基準特徴との間の差が判断され、差が閾値を超える場合に、液体がプローブレベルまたはそれより上であると判断される。

測定された基準特徴を用いることにより、高度ろ過水が使用される、および／または湯垢その他の沈殿物がタンク、プローブ、プローブ回路の他の部分に存在する時でも、液体レベル判断アプローチによりプローブにおける液体の存在をより確実に検出することが可能である。（例えばタンク充填作業中に）基準特徴を測定すると、システムは、周知の条件下（プローブが液体と接触していない時）におけるプローブ回路の抵抗または他の特徴を判断し、この特徴を用いて後で測定される特徴と比較することができる。こうして、プローブ回路の抵抗または他の特徴を変化させる湯垢その他の沈殿物が存在する場合には、基準特徴を測定すると、液体レベルを測定する時に、湯垢または他の沈殿物により生じる回路の変化を効果的に考慮することができる。また、基準特徴は正確に測定されるので、高度ろ過水または他の高抵抗の液体が使用される時に生じる比較的小さな抵抗の変化が検出される。

本発明の別の面において液体レベル判断システムは、液体レベルが可変であるタンクにおいて液体と接触する構造および構成を持つ導電性プローブを含むプローブ回路を含む。制御装置は、導電性プローブがタンク内の液体と接触していない状態でプローブ回路の基準特徴を測定し、基準特徴の測定後にプローブ回路の第１特徴を測定し、第１特徴が測定される時点とほぼ一致する時にタンク内の液体レベルを判断するのに適している。

一実施例においては、充填中に基準特徴が更新されるように、制御装置はタンク充填作業中に基準特徴を反復的に測定する。例えば、基準特徴が第１特徴と比較され、液体がプローブの位置またはその上にないとの判断が為された場合には、後で液体レベルを判断する時に使用される基準特徴には第１特徴の値が指定される。あるいは、基準特徴が単独で再測定および再設定されてもよい。このプロセスは、液体がプローブの位置またはその上にあると判断されるまで充填作業中に反復され、判断された時、充填作業が停止する。

本発明の以上および他の面は、以下の説明および請求項から明らかになるだろう。

同様の要素に同様の数字が付けられた例示的実施例を参照して、本発明のいくつかの面について以下で説明する。

プローブセンサの適当な機構および／または関連の飲料調製システムを用いて、本発明のいくつかの面が実行される。例示を目的としていくつかの異なる実施例について説明する。しかし、これらの例示的実施例は、発明の範囲を狭く解釈するのに使用されるべきでない。例えば、単一のプローブセンサを用いてタンク内の液体レベルを判断する実施例について後述する。しかし、タンク内の二つ以上の液体レベルをシステムが判断できるように二つ以上のプローブが多数のレベルで使用されてもよい。そのうえ、本発明の様々な面について説明され、これらの様々な面は適当な相互の組合せで、または単独で使用される。

本発明の一面では、液体レベル検知機構は実際にレベル検知プローブ回路の基準特徴を測定し、測定された基準特徴を用いて液体レベルを判断する。これは、プローブ回路の抵抗が所定の絶対閾値を下回った時に液体レベルを検出するプローブ機構を有するシステムと対照的である。上記のように、高い抵抗を有する液体を検出する時、および／または湯垢または他の沈殿物がタンク、プローブ、プローブ回路の他の部分に存在する時には、このようなシステムは不正確となる。一実施例において、液体レベル検知機構はタンクの１回の充填作業中に２回以上、プローブ回路の基準特徴を更新し、これにより一層正確な基準を入手して後の測定値と比較し、液体レベルを判断する。

本発明の一面において、基準特徴は電気プローブ回路の抵抗または電圧であるが、キャパシタンス、（回路充電時間など）回路のキャパシタンスを表す値、インピーダンス、光透過率または他の性質（例えば、レベル検知機構が光学検出器を用いて液体レベルを検出する場合）、圧力その他など、他の特徴が使用されてもよい。ゆえに、抵抗／電圧に基づくアプローチばかりでなく、適当な測定／検出技術とともに本発明のいくつかの面が用いられてもよい。

図１は、本発明のいくつかの面によるレベル検知機構を取り入れた飲料調製システム１の概略ブロック線図を示す。上記のように、本発明のいくつかの面は、飲料調製システムばかりでなくいかなるタイプのシステムとともに使用されてもよい。この例示的実施例では、飲料調製システム１は、飲料の調製に使用される一定量の水または他の液体を保管するのに適している保管タンク２を含む。保管タンク２からの水はポンプ３により計量タンク４へ供給される。計量タンク４の水は、電気抵抗加熱要素などのヒータ５により加熱される。計量タンク４を加圧してタンク４からの水を、調合室７へ流入させるための導管６へ誘導する空気ポンプ９により、加熱された水は計量タンクから排出される。調合室７は、水を飲料媒体（例えば焙煎・粉砕済みのコーヒー）と接触させて飲料（例えばコーヒー飲料）を調製するなど、適当な方法で作動して導管６により供給された水から飲料を調製する。調合室７は、加熱された水が容器へ注入されて飲料媒体を浸出させるように飲料媒体とフィルタ要素とを含む密封容器などの使い捨て飲料カートリッジを使用する構造を持ち、ろ過された飲料がカートリッジから取り出される。紅茶、あるいは水溶性物質を含有する他の調合または無調合の飲料など、他の飲料が調製されてもよいことは、当該技術の熟練者には理解できるだろう。

水ポンプ３、ヒータ５、空気ポンプ９、システム１の他の部分の動作は制御装置８により制御される。制御装置８は、一つ以上の汎用計算装置、メモリ、適当なソフトウェアまたは他の操作指示部、ユーザ入出力装置、通信バスまたは他のリンク、センサ、スイッチ、リレー、トライアック、および／または所望の入出力または他の機能を実施するのに必要な構成要素を含む。タンク４内の水のレベルは、タンクから電気絶縁されるとともに液体が特定レベルまたはその上にある時にタンク内の液体と接触するように配置された導電性部材を含むプローブ１０を介して制御装置８により検出される。例えば、空気ポンプ９によりタンク４から液体が排出される時には、液体レベルは、タンク４内の導管６の底部のレベルのほぼ等しい低レベルＬである。（圧力センサ１１を介してタンク４内の圧力低下を検出する制御装置８により、タンク４からの液体の排出の終了が検出される。つまり、タンク４から導管６へ水が誘導されると、液体が完全に排出されて空気がタンク４から導管６へ導入された時のタンク４内の圧力と比較して、圧力は比較的高い。タンク４内の水供給ラインなど適当な箇所に設けられる圧力センサ１１は、液体排出の終了を表すこの圧力低下を検出する。）その後、制御装置８は水ポンプ３を制御してタンク４の充填を開始し、別の飲料の調製のためにシステム１を準備させる。

タンク４の充填中、制御装置８は、プローブ１０を含む回路の特徴を監視して、タンク４内の液体レベルがプローブ１０に達した、つまりレベルが高レベルＨまたはその上であることを示す特徴の変化を検出する。例えば、制御装置８は、液体がプローブ１０に接触したことを示す抵抗および／または電圧の変化についてプローブ回路を監視する。（ある実施例では、水の抵抗は概ね低く、ゆえに、水がプローブ１０とタンク４との間の回路を完成させて回路の抵抗を低下させるまで、プローブ１０とタンク壁との間の常「開」回路は高い抵抗を持つ。ＲＯＤＩ水がシステムに使用される時でも、本発明のいくつかの面にしたがって抵抗／電圧／キャパシタンスの検出可能な変化が検出される）。

一実施例において、制御装置８は一定の直流信号をプローブ回路に印加し、例えば８．３ミリ秒ごとに電圧の変化について回路を監視する。タンクの充填作業が停止するまで、タンク排出作業の終了時に低圧が検出される時間、直流信号が印加される。その後、直流信号が中断し、次のタンク排出の終了時に再開する。長時間プローブに通電されたままとなっている場合には特に、ある用途でプローブの湯垢および／または他の沈殿物を減少させるのに役立つ交流信号など、必要に応じて他の信号がプローブ回路に印加されてもよいことを理解すべきである。そのうえ、タンク充填作業が開始した時に始まる時間の間、制御装置８がプローブ回路からの出力を使用しないように、制御装置８はプローブ回路のための「ブラインド」時間（ｂｌｉｎｄ ｐｅｒｉｏｄ）を持つ。こうして、最初の充填時にプローブを濡らすタンク内の液体のはね（おそらくは間違ったレベル表示を引き起こす）は、無視される。また、基準特徴と測定された特徴との間の差が、液体レベルの検出には１／３秒などといった所定時間の閾値より上（または下）であることを必要とするフィルタなど、プローブ回路から送られる信号の適当なフィルタリングが使用されてもよい。このタイプのフィルタリングは、「誤判定」の検出を回避するのに役立つ。

本発明の一面によれば、プローブが周知の状態にある時、例えばプローブが「乾燥している」つまりタンク４内の液体と接触していないことが分かっている時に、制御装置８はプローブ回路の抵抗または他のいくつかの特徴を測定する。一実施例において、制御装置８は、圧力センサ１１がタンクからの液体の排出の終了を検出した時にプローブ１０がタンク４内の液体と接触していないと判断する。この時点またはその後、制御装置８はプローブ回路の特徴を測定し、測定された特徴をプローブ回路の基準特徴として用いる。この基準は次の充填作業および／または何回かの後続充填サイクルに使用される。あるいは、充填作業ごとに基準が更新される。基準特徴は、タンクが充填されている間に他の特徴測定値と比較され、この比較に基づいて、制御装置８は、液体がプローブレベルまたはその上、例えば高レベルＨまたはその上にあるかどうかを判断する。例えば、充填作業が開始した直前に制御装置８により測定される基準抵抗は、水ポンプ３によりタンクの充填が実施される際にプローブ回路の後続抵抗測定値と比較される。

一実施例において、基準特徴と測定特徴との間の差が判断され、この差に基づいて制御装置は液体がプローブレベルまたはその上にあるかどうかを判断する。例えば、制御装置はプローブ回路について特定の基準電圧を検出し、その後、プローブ回路の別の電圧を検出する。基準電圧と後で測定された電圧との間の差は閾値と比較され、差が閾値を超える場合には、液体レベルがプローブの位置にあると制御装置は判断する。超えない場合、制御装置は、後で回路の電圧を再び測定し、電圧を基準と比較し、液体レベルがプローブにあると判断されるまで液体のレベルなどを判断する。基準と後で測定された特徴との間の差を用いることにより、ＲＯＤＩ水がプローブに接触することにより生じるプローブ回路抵抗の小さな変化など、比較的小さな特徴変化が検出される。一実施例では、基準電圧と測定電圧との差が約３６２ミリボルト以上である時に、制御装置８はプローブ１０に水が存在することを検出する。

一実施例において、タンクの充填作業中に２回以上、基準特徴が更新またはリフレッシュされる。例えば、制御装置が基準特徴を測定してからプローブ回路特徴を測定して液体レベルがプローブの下であるかどうかを判断する場合、制御装置は、後で測定された特徴の値を基準特徴に指定する。液体レベルがプローブの位置であると判断されるまで制御装置はこのプロセスを適宜反復する。一実施例では、基準特徴より高い（または低い）値のみが使用されて基準特徴をリフレッシュまたは更新する。このタイプのアプローチは、タンク、プローブ、プローブ回路の他の部分が、回路の抵抗または他の特徴に影響する湯垢その他の沈殿物を有する時には、有益である。上記のように、このような沈殿物は、１回の充填サイクルと次のサイクルで、および／または１回の充填作業中に、プローブ回路の抵抗を変化させる。充填作業中に基準特徴を更新またはリフレッシュすることにより、制御装置は、湯垢、沈殿物、他の要因（特に充填作業中にプローブ回路特徴に影響するもの）により生じるプローブ回路の変化を考慮に入れ、プローブに液体が存在することを正確に検出する。このようなアプローチは信号ノイズ比を上昇させることにより、検知作業の精度を高める。検出にさらに精度を加える別の特徴は、例えば長い時間範囲の間に生じる変動の回避を助けるために、比較的短い時間範囲内でのレベル変化を判断するための回路特徴を測定することである。

別の実施例においてシステムは、システムで使用される水または他の液体のタイプを判断し、これに応じてシステム動作を調節する。例えばシステムは、ＲＯＤＩまたは標準的な水道水がシステムで使用されるかどうかを判断し、基準特徴と測定特徴との間の差を判断する時に適当な閾値を使用することができる。ゆえに、閾値は可変であり、つまり水または使用される他の液体のタイプに基づいて調節される。

図２は、タンクまたは他の容器内の液体レベルを判断するための方法の段階のフローチャートを示す。段階Ｓ１０において、プローブ回路の基準特徴が測定される。導電性プローブを用いる機構では、導電性プローブを含む電気回路の抵抗、電圧、キャパシタンス、他の特徴が測定される。他の機構では、光学インピーダンス、光学信号振幅、圧力、温度など、液体レベルを検出するのに用いられる別の適当な特徴が測定される。一定量の液体がタンクから排出された直後またはすぐ後でプローブが液体と接触していないことが分かっている時など、プローブが周知の状態である時に、基準特徴が測定される。

段階Ｓ２０では、基準特徴が測定された後でプローブ回路の第１特徴が測定される。例えば、タンクの充填作業が開始した後で基準特徴が測定された直後に、第１特徴が測定される。別の実施例では、例えばタンクの多数の充填作業に基準特徴が使用される時など、基準特徴が測定された後に多数の充填／排出サイクルで第１特徴が測定される。基準特徴と同じように第１特徴が測定される。例えば、プローブ回路が光学検出器を用いて発光装置と検出器との間の液体の存在／不在を検出する場合、発光装置は、基準特徴を測定する時と同じ強度、頻度、持続時間で光線を発するように制御される。

段階Ｓ３０では、基準特徴に基づいて液体レベルの判断が行われる。例えば、基準特徴に基づいて液体がプローブの下、あるいはプローブの位置または上にあるかどうかの判断が行われる。一実施例では、第１特徴が基準特徴と比較され、この比較に基づいて液体レベル判断が行われる。この場合、液体レベルの判断は、第１特徴が測定された時点またはおよその時点と一致するだろう。基準特徴と第１特徴との間の差が判断され、差の値に基づいて液体レベルが判断される。例えば、基準特徴が抵抗である場合には、基準特徴と第１特徴との間の抵抗の差が閾値を超えると、液体がプローブの位置またはその上にあるとの判断が行われる。閾値を適当な値に設定することにより、ＲＯＤＩ水など比較的抵抗の高い液体に検知機構が使用される時でも、液体レベルの正確な判断が行われる。

一実施例では、第１特徴と基準特徴との比較では液体がプローブまたはその上にあると判断されない場合に、第１特徴の値が基準特徴に指定される。こうして、プローブ回路特徴が測定されるたびにシステムは基準特徴を更新し、場合によっては、タンクまたは他の容器の充填作業中に非常に多くの回数これを行う。上記のように、ある用途、例えばプローブ回路に影響する湯垢その他の沈殿物の乾燥により充填作業中にプローブ回路抵抗が変化する場合には、基準特徴の更新は有益である。その後、第１特徴が測定された後で第２特徴が測定され、第２特徴が基準特徴と比較されて、第２特徴が測定された時点またはおよその時点と一致する時に液体レベル判断を行う。

特定の実施例に関連して本発明を説明したが、当該技術の熟練者には多くの代替例、変形例、変更が可能であることは明らかである。したがって、ここに記載した本発明の実施例は、限定でなく例示を意図したものである。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに様々な変更が可能である。

飲料調製システムに組み込まれた本発明によるレベル検知システムの概略図を示す。 本発明によるタンク内の液体レベルを判断する方法の段階を示す。

Claims (16)

1. タンクからの液体を飲料媒体と接触させて飲料を調製する飲料調製システムにおいて、前記タンク内の液体レベルを判断する方法であって、
   液体ポンプによって、液体レベルが低レベルから高レベルに可変であるタンクを用意することと、
   導電性プローブが前記タンク内の液体と接触していない状態で、該タンクと関連する導電性プローブを含むプローブ回路の基準特徴を測定することと、
   前記液体ポンプによって、前記導電性プローブが前記液体と接触していないレベルから前記タンクの充填を開始することと、
   前記タンクの充填中に、前記基準特徴を測定した後で前記プローブ回路の第１特徴を測定することと、
   前記第１特徴と前記基準特徴の差が所定のしきい値を超えたことに基づいて、前記液体が前記導電性プローブ位置と同一またはそれより上であると、前記第１特徴が測定される時点とほぼ一致して前記タンク内の前記液体レベルを判断する判断段階と、
   前記判断段階で、前記液体が前記導電性プローブ位置に至らず、前記液体が前記導電性プローブと接触していないと判断すると、前記方法がさらに、
   前記タンクの充填中に、測定した第１特徴に基づいて基準特徴の値を更新することと、
   前記第１特徴の測定後、前記タンクの充填中に、前記プローブ回路の第２特徴を測定することと、
   更新された基準特徴と前記第２特徴の差が所定のしきい値を超えたことに基づき、液体が前記導電性プローブ位置と同一またはそれより上であると、前記第２特徴が測定される時点とほぼ一致してタンク内の液体レベルを判断することと、
   を包含する方法。
2. 前記判断段階は、前記第１特徴が測定される時とほぼ一致してタンク内の液体レベルを判断することと、前記液体レベルが前記導電性プローブの位置または上、あるいは該導電性プローブの下であるかどうかを判断することを包含する、請求項１の方法。
3. 前記測定した第１特徴に基づいて基準特徴の値を更新することは、前記第１特徴の値を前記基準特徴に指定することを含む請求項１の方法。
4. 前記基準特徴が、前記プローブ回路に見られる抵抗、電圧、キャパシタンスを表す、請求項１の方法。
5. 前記プローブ回路が前記タンクの少なくとも一部分を含む、請求項１の方法。
6. 前記液体が水であり、前記飲料がコーヒー、紅茶、水溶性物質を含む他の飲料である、請求項１の方法。
7. タンクからの液体を飲料媒体と接触させて飲料を調製する飲料調製システムにおけるタンク内の液体レベルを判断する液体レベル判断システムであって、
   液体ポンプによって低レベルから高レベルに液体レベルが可変であるタンク内の液体と接触する構造および構成を持つ導電性プローブを含むプローブ回路と、
   前記導電性プローブが前記タンク内の液体と接触していない状態で前記プローブ回路の基準特徴を測定し、液体ポンプによって液体の前記タンクへの供給を開始し、前記タンクの充填中に、該基準特徴を測定した後で該プローブ回路の第１特徴を測定し、該第１特徴と該基準特徴の差が所定のしきい値を超えたことに基づいて、前記液体が前記導電性プローブ位置と同一またはそれより上であると、該第１特徴が測定される時とほぼ一致して該タンク内の該液体レベルを判断する制御装置と、
   を包含し、
   前記制御装置は、前記液体が前記導電性プローブ位置と同一またはそれより上に至らず前記導電性プローブに接触していないと判断された時とほぼ一致して第１特徴を測定した場合に、前記タンクの充填中に測定された第１特徴を前記基準特徴に指定して更新し、
   前記制御装置は、前記第１特徴の測定後、前記タンクの充填中に、前記プローブ回路の第２特徴を測定し、前記第２特徴と該基準特徴の差が所定のしきい値を超えたことに基づき、前記液体が前記導電性プローブ位置と同一またはそれより上であると、該第２特徴が測定される時とほぼ一致して液体レベルを判定するシステム。
8. 前記制御装置が、前記第１特徴の値を前記基準特徴に指定する請求項７のシステム。
9. 前記第１特徴が測定される時点にほぼ一致して前記液体レベルが前記導電性プローブの下であると判断された時に前記第１特徴の値が前記基準特徴に指定される、請求項８のシステム。
10. 前記基準特徴が、前記プローブ回路に見られる抵抗、電圧、キャパシタンスの変動により変化する値を表す、請求項７のシステム。
11. 前記プローブ回路が前記タンクの少なくとも一部分を含む、請求項７のシステム。
12. 前記制御装置が、前記タンクの充填中に前記基準特徴を反復的に測定する、請求項７のシステム。
13. 前記液体が水であり、前記飲料がコーヒー、紅茶、水溶性物質を含む他の飲料である、請求項７のシステム。
14. 前記飲料調製システムが、飲料媒体を含む使い捨てカートリッジを受け取る調合室を含み、該飲料媒体を前記液体と接触させることにより前記飲料が調製される、請求項７のシステム。
15. 前記飲料調製システムが、前記飲料媒体と接触する液体を加熱するヒータを含む、請求項１４のシステム。
16. 前記飲料調製システムが水保管タンクと、該水保管タンクからの水が加熱されるとともに該水が前記室へ提供される計量タンクとを含む、請求項７のシステム。

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