(57)【要約】蓋を有する容器内の液体の量を測定する超音波システムであって、超音波システムの蓋の裏側に配置されたセンサ・サブシステムによって超音波信号の発信と受信が行われるシステム。超音波システムは、超音波信号がセンサ・サブシステムから液体の表面まで伝播し、そこから超音波信号が反射して超音波センサ・サブシステムに戻ってくるまでに要する往復時間を処理することによって、容器に収容されている液体の正確な量または水位を測定することができる。固体三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジが、三相交流電流（ＡＣ）を、容器に移される前に煮沸器サブシステム内の液体を加熱するための直流（ＤＣ）電源に変換する。第２のトライアック制御ヒータに、三相電源のうちの１つの相によって電力供給し、このヒータを使用して容器内に収容された液体を加温して一定温度に維持する。【選択図】図３
2004538441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の液体の量を測定する超音波システムであって、
制御盤と、
前記容器の蓋と、
前記制御盤に電子的に結合され、前記蓋の裏面に配置された超音波センサ・サブシステムとを含み、前記超音波センサ・サブシステムは前記容器内の液体の水位を判断するように適合され、前記超音波センサ・サブシステムは、前記システムの蓋の裏面に位置している間に超音波信号の送信と受信の両方を行う少なくとも１つの超音波パルス変換器を含み、前記少なくとも１つの変換器は前記容器内に入れられた下の液柱の液体／空気界面に向かって超音波パルスを発信し、前記システムの蓋の裏面に配置された前記超音波パルス変換器は前記蓋に反射してきた前記超音波パルスを受け取って前記容器内の液体の水位を判断する、超音波システム。
【請求項２】
前記液体を加熱する煮沸器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記煮沸器内部の液体の存在を検出する第１の煮沸器センサをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記煮沸器に入っている液体の温度を測定する第２の煮沸器センサをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記煮沸器内の液体の存在を検出する第１の煮沸器センサと、前記煮沸器に入っている液体の温度を測定する第２の煮沸器センサとをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記煮沸器に電子的に結合され、前記煮沸器内の液体を所望の温度に加熱する単一の加熱素子をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記加熱素子が、前記液体が所定の低温度に達するとオンになり、前記液体が所定の高温度に達するとオフになる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記加熱素子がＤＣ電力で動作する、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記加熱素子が固体三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジによって制御され、前記ブリッジが三相交流電流（ＡＣ）電力を直流（ＤＣ）電力に変換する、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記容器の下の加熱素子と、前記容器内の液体を処理するプロセッサと、前記加熱素子に、処理された前記液体を高温に維持させる制御回路とをさらに含み、前記加熱素子は、前記三相交流電流のうちの単一の相に電子的に結合され、前記加熱素子は、前記システムの動作中にＡＣ電流の正領域と負領域の両方を導通することが可能な半導体トライアックによって制御される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記超音波センサ・サブシステムが、抽出器ポケット内に前記容器が存在することを検出し、前記容器を検出すると前記システム・コントローラにイネーブル信号を供給するようにさらに適合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記超音波センサ・サブシステムが、超音波パルスを送受信し、前記超音波パルスの受信を処理し、前記超音波パルスが伝播した往復時間を計算することによって、下にある前記液体容器内に含まれた液体の正確な水位を計算するように適合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記超音波パルス送信器によって発信される前記超音波パルスの長さが、前記超音波パルスが伝播する最短往復時間よりも短い、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記超音波センサ・サブシステムが、前記超音波パルスが伝播した往復時間を計算し、前記超音波パルスが伝播した距離に空気中の音の速度を適用することによって、前記超音波パルスが伝播した距離を判断する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記蓋が加熱液体受け領域と、前記領域内の穴とをさらに含み、前記加熱液体が前記領域内に集まり、前記穴を通って容器内に流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記液体が、コーヒーを抽出する水であり、前記プロセッサがコーヒー抽出器であり、前記容器が抽出コーヒー・ポットである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記蓋が前記システムに取外し可能に結合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記蓋が前記システムのすべての構成要素の筐体の役割を果たす、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記構成要素が、前記センサ・サブシステムに直接取り付けられた前記超音波パルス送信器と前記超音波パルス受信器とを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
データと測定結果とを記憶し、前記システムの所定のメンテナンス・スケジュールに合わせた電子信号を供給するメモリ回路と、前記電子メンテナンス信号の発生を示す表示装置とを有するメンテナンス装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記制御盤が、前記動作システムの少なくとも一部を制御するために手動操作可能なアクチュエータを備えたキーボードを含み、前記手動アクチュエータが抽出サイクルの開始を制御し、前記システムへの温水および冷水の導入を制御し、前記抽出器をオンおよびオフにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
航空機内用コーヒー抽出器内の抽出コーヒーの量を測定する超音波システムであって、
前記抽出器の蓋と、
制御盤と、
前記制御盤に電子的に結合され、前記システムの蓋の裏側に配置され、超音波信号の発信と受信を行うように適合され、前記信号を処理して下にあるポット内に存在する抽出済みコーヒーの正確な水位を判断することができる超音波センサ・サブシステムと、
コーヒーを抽出する水を加温し、コーヒーを抽出する水を比較的一定した温度に維持する単一の加熱素子とを含み、前記加熱素子は、航空機の交流電流を直流電力に変換する三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジによって制御される、超音波システム。
【請求項２３】
航空機内用抽出システムの煮沸器内の単一の加熱素子に電力供給するために航空機の電源システムの交流電流を直流電力に変換する、三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジ。
【請求項２４】
前記交流電流が４００Ｈｚである、請求項２３に記載の三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般には容器に入った液体の水位を測定する測定システムに関する。より詳細には、本発明は、超音波信号を送受信し、超音波信号を処理して、下にある容器に入った液体の水位を決定し、システムの動作の制御において重要な役割を果たす測定システムに関する。
【０００２】
（従来の技術の説明）
コーヒーを抽出する装置、特に航空機内でコーヒーを抽出する装置は、当業界でよく知られている。図１は、従来の技術で一般的な航空機内用コーヒー抽出装置を示すブロック図である。
【０００３】
従来技術のシステムは、通常はディスクリート集積回路で構成された制御盤１０と、三相１１５ボルト、４００Ｈｚの航空機電源システム１２からの入力電源と、コイル２０が制御盤１０からの信号２２によって付勢されるとコイル２０によって作動する機械リレー接点１４、１６、および１８とを備える。機械リレー接点１４、１６、および１８は、加熱素子２４、２６、２８に電源供給する高電圧ＡＣ電源線から、低電圧の制御盤１０を電気的に分離する。加熱素子２４、２６、２８は、電源システム１２の三相に個別に接続されている。複数のポット水位プローブ３０が、この例では２個の自由揺動金属プローブとして使用されている。プローブ３０は、レベル４および参照番号７２（図３）に示すようにポットが満杯になると、コーヒー抽出装置内の水と接触する。ポットがコーヒー抽出装置ポケットに挿入されるかまたは取り外されると、プローブ３０は瞬間的に揺動して所定位置から外れる。プローブ３０がポット内の導電性のコーヒーと接触すると、煮沸器３９に冷水を供給する冷水注入バルブ３４を閉じる機能を果たす信号３２を発生し、煮沸器３９が抽出に備えてそれ自体を加熱する。
【０００４】
煮沸器３９内には、別のプローブまたはセンサ３６が配置されている。センサ３６は、煮沸器に水が満たされると、煮沸器３９の外部にある処理回路３７と連動して制御盤入力３８を供給する。センサ３６と処理回路３７は、加熱素子２４、２６、および２８に電力を供給するリレー接点１４、１６、および１８を閉じる働きもする。加熱素子は、煮沸器に水が満たされた後で安全に付勢することができる。
【０００５】
煮沸器３９内には温度センサ４０も配置されている。水の目標温度を維持するために加熱素子２４、２６、および２８に電力が必要になると、温度センサ４０の外部処理回路４１が、制御盤１０に入力信号４２を供給する。
【０００６】
上記の従来技術例の問題の１つは、プローブ３０の摺動電気面上に、水によってもたらされた堆積物が形成されると、満杯になったポットの検出方法が機能しなくなることである。従来技術の他の問題は、容器内の水の各中間水位の測定が、きわめて困難または不可能であることである。これはコーヒー抽出システムの他の重要な性能特性を左右する処理能力に制約を加える。
【０００７】
米国特許第５８８０３６４号（ダム）では、ポットの開いた口の上に向かい合って超音波センサが配置された、ポット内の液体の量を決定する非接触超音波システムが開示されている。回路によって超音波エネルギーのパルスが供給され、空気を介してポット内の液体の空気と液体との界面まで送られ、センサから界面までとセンサに戻ってくるまでの往復伝達時間を測定する。このシステムは、複数のセンサを使用して複数のポット内の液体の水位を決定することができ、この複数のセンサを単一のセンサを基準にして移動させ、それによって各センサの量を順次測定する。
【０００８】
５８８０３６４号特許では、構成要素がポットの蓋部にコンパクトに配置されていない。本発明のシステムは、超音波変換器とその信号処理機能を蓋部に設け、それによってシステムをよりコンパクトにし、費用効率を高め、航空機または移動車両内で使用したときの揺れ条件での液飛びに強くすることによって、このシステムを改良しようとするものである。
【０００９】
したがって、システムの信頼性を大幅に向上させた、複雑でなくより費用効率の高いコーヒー抽出システムを実現するという満たされていない必要がある。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、超音波信号によってポット内の液体水位を測定するシステムを対象とする。さらに、本発明は、すべての超音波構成要素がシステムの蓋に配置されたシステムを対象とする。この設計によって、よりコンパクトで費用効率が高く、軽量で信頼性の高いシステムができる。
【００１１】
本発明によると、超音波信号送信変換器から細い超音波ビームが発信され、下の液柱に向けられる。この超音波ビームは、液体／空気界面で上方に反射され、システム上の信号プロセッサとインタフェースする超音波信号受信変換器によって検出される。空気中の音の速度がわかっていることによって、システムは超音波信号が伝播した正確な距離を判断することができる。さらに、ポットの寸法が分かっていることによって、ポット内の液体の正確な量を判断することができるか、またはポットの寸法にかかわらずポット内の液体の水位を判断することができる。本明細書では、本発明を航空機内で使用する場合について説明するが、本発明は、家庭など他の環境、または列車や巡航船舶などの他の種類または方式の輸送手段で使用するように適合することができる。
【００１２】
本発明の一実施形態では、従来技術の３本のＡＣ線のそれぞれにおける機械リレー接点を、ヒータ電力を制御する電気的に分離された光結合トライアックに置き換える。本実施形態では、本発明によって、単一の加熱素子を、航空機用システムで一般的に使用されている整流された三相の４００Ｈｚ交流電源から直接駆動することができる。この設計により、システムの信頼性と費用効率が従来技術より向上する。
【００１３】
本発明の目的は、従来技術に付随する典型的な形態の電源障害をなくす抽出システムを提供することである。
本発明の他の目的は、従来の技術より費用効率とスペース効率が高く、軽量で信頼性の高い抽出システムを提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、ポット内の液体の水位を測定するすべての構成要素が蓋部に配置された抽出システムを提供することである。
本発明の他の目的は、ごくわずかな設計変更でＡＣとＤＣの両方の航空機電源システムの加熱素子に配電する単一の設計を有する抽出システムを提供することである。
【００１５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
以下に、本発明について図面を参照しながら説明し、同様の要素は同様の参照番号を使用して参照する。本発明を十分に理解することができるように、以下の説明では説明のために多くの特定の詳細を記載する。しかし、本発明はこれらの特定の詳細がなくても実施可能であることは、当業者には明らかであろう。
【００１６】
図２を参照すると、本発明のシステムのブロック図が示されており、全体を番号５０で示している。最新の航空機内用抽出器の多くの動作確認、制御システム機能、および視覚信号は、従来技術に見られるものよりもはるかにコンパクトな設計を最もよく備えていることがわかっている。また、本発明のシステム５０については、航空機内で使用するものとして説明するが、システム５０を、家庭用、旅客列車内、営業用列車、または船舶内など、他の任意の環境で使用される抽出器に適用することも本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００１７】
システム５０は、制御盤５１と、制御盤プロセッサ５２と、ユーザ入力受付け可能キーボード５３とを備える。制御盤プロセッサ５２は、ソフトウェア制御されたフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）またはマイクロプロセッサ、あるいは、システム５０の異なるモデル、場所、設置技法、または動作修正のために行われる変更を受け付けることができる他の任意のプログラマブル装置で実現される。このような動作変更または変形が行われる可能性が低い場合や、システム５０の製造台数が製造コストに見合うものである場合、より製造価格の低い特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が実現可能な選択肢である。システム５０は、さらに、コーヒー細粒が入った区画に通す前に水を水の沸騰温度直下近くの目標温度まで加熱する煮沸器５７（図２Ａ）を含む。抽出後、コーヒーは蓋７３の凹部１０４（図３）に移動してから、通路１０６を通ってポット６５（図３）に入る。
【００１８】
制御盤プロセッサ５２は、システム５０に、システム５０の動作に関する様々な変量を監視する機能を提供する。プロセッサ５２は、情報を処理し、システム・リセット・コントローラ９４を介してシステム５０のリセットを制御し、電力切断モニタ９２を介してシステム電力切断を制御し、ボタン５４とすることができるオン／オフ・コントローラを介してシステム５０のオン／オフ、抽出サイクル・ボタン５６を介してコーヒー抽出サイクル、温水蛇口バルブ・コントローラ５８を介して温水、冷水蛇口バルブ・コントローラ６０を介して冷水を制御し、水温センサ８０およびそのプロセッサ８２を介してポット水位６６、６８、７０、および７２、煮沸器５７内の低水温を判断する。プロセッサ８２の制御盤５２上の入力は６１の位置にある。煮沸器５７内の高水温は、同じ温度センサとプロセッサで検出し、制御盤の６２の位置に入力される。システム５０の制御盤５１へのユーザ入力は、システム５０のフロント・パネル上にあるキーボード５３によって行う。キーボード５３は、ボタン５４とすることができるシステム・オン／オフ・コントローラと、プロセッサ５２が必要条件をすべて受け取ると抽出サイクルを開始するコーヒー抽出サイクル・ボタン５６と、未抽出の温水を出水蛇口に供給する温水蛇口バルブ・コントローラ５８と、未加熱の水に対して同様のことを行う冷水蛇口バルブ・ボタン６０とを含む。システム５０の抽出サイクルは、煮沸器水温センサ８０およびその温度センサ・プロセッサ８２によって測定された煮沸器５７内の水温が、所定の低温閾値に達するかまたはそれより下がったとプロセッサ５２が判断すると、自動的に休止する。あるいは、抽出サイクルは、煮沸器水温センサ８０によって測定された煮沸器５７内の水温が、所定の高温に達するかまたはそれを超えたときに、ヒータ８４への電力を停止する。
【００１９】
システム５０の抽出サイクルは、ポット６５（図３）が、水位７２（図３）に示す満杯になったときにも終了する。この水位を水位４とも呼ぶ。ポット６５が満杯になるのに要する時間が設定可能制限時間に達するかまたはそれを超えた場合、抽出サイクルが休止するか、または誤動作警報を発するか、あるいはその両方が行われる。
【００２０】
システム５０は、さらに、図２および図３に示す超音波水位センサ・サブシステム６４を含む。サブシステム６４は、まず音響信号を送信し、次に水平面から反射した音響信号を受信する。音響信号は、音響パルスの往復時間を計算することによって処理される。ポット６５が空であるかまたは抽出器ポケットから外されているときに、最長往復時間になる。この場合、ポケット信号が、抽出サイクルを可能にするのに必要な第１の水位６６を表す。また、サブシステム６４は、抽出サイクル中にポット６５の水位６８、７０、および７２（図３）になったときにも同じ機能を実行する。上述のように、センサ・サブシステム６４の超音波技法は、送信音響パルスが目標に達し、その後超音波受信器に跳ね返ってくるまでの往復時間に依存する。超音波信号を使用して容器内の液体の量を決定する実際のプロセスは、当技術分野で周知であり、この技法の技術的説明の例は、米国特許第５８８０３６４号に記載されている。ただし、米国特許第５８８０３６４号では、本出願に記載されているようには構成要素が容器のアセンブリの蓋にコンパクトに配置されていない。
【００２１】
図４および図５の１０１に示す超音波パルス送信器は、センサ・サブシステム６４上に配置され、適切に駆動されると、きわめて短い超音波パルスを送信する。超音波パルスの選定有効長は、予想最短往復時間よりも十分に短い。この選定は、装置の共振周波数によっても左右される。たとえば、４０ＫＨｚの装置の場合、１．０ミリ秒のパルスで十分な長さである。共振周波数がより高く、それに伴って波長がより短い装置の場合は、それに相応してより短いパルスが受容可能である。装置は、２５ＫＨｚから２ＭＨｚまでの範囲の周波数で有効に構成される。一般に、超音波変換器の共振周波数が高くなり、装置が小さくなり、分解能が高くなり、駆動パルスの後の修正時間が短くなるにつれて、より近い距離での跳ね返り測定が可能になる。同様に、周波数の高い装置ほど、構成が困難になり、費用も高くなる。
【００２２】
送信器１０１は、空気を介して細い超音波ビームを下方にあるポット６５中の液柱の表面に送信した後、そこから反射してくるように調整されている。送信器１０１は、測定プロセスを行う環境に適合した任意の適切な材料でできたほぼ円柱状の本体を有する。サブシステム６４は、送信器１０１までの導線（図示せず）を備え、制御盤５１に動作信号を供給するのに必要なすべての出力線も有する。送信器１０１とプロセッサ６４は、当該用途のために蓋７３に用意されたスペースに収めるのに適合した寸法である。蓋７３は、軟質ゴム、柔軟ゴム、プラスチック、または蓋７３の構造振動とその結果生じる干渉を和らげるのに適した他の任意の材料などの適合する材料でできていることが好ましく、それによって、複数の変換器を使用した場合に変換器間のクロストークの可能性を低減するものであることが好ましい。超音波パルス送信の立上がりによって、プロセッサ・サブシステム６４による時間測定が開始する。この時間測定は、サブシステム６４内の受信センサ１０２による戻り信号の検出時に完了する。摂氏０度の空気中の音の速度が約３３２ｍ／ｓであることと、周囲温度に合わせたその補正とがわかっているため、センサ・サブシステム６４は超音波信号が伝播する距離を計算することができる。センサ・サブシステム６４が超音波信号の伝播距離を検出する機能によって、センサ・サブシステム６４は、抽出器ポケット６７にポット６５が存在することを判断することができるとともに、抽出サイクル中の任意の時点でポット６５内の水位も判断することができる。さらに、ポット６５の水位の判断によって、ユーザは所与の時点でポット６５に何杯分残っているかを知ることができる。
【００２３】
測定領域に蒸気が通常存在する用途のための超音波変換器の選択は、慎重に行わなければならないことに留意されたい。これは、蒸気の結露により変換器を収容した蓋７３の表面上に水滴が付着するようなサブシステム６４の場合には特にそうである。たとえば変換器を２個有するサブシステムは、蓋７３とその変換器素子の設計が適切に考慮されていない場合、水滴が生じて送信器から受信器への音波の短絡を起こす可能性がある。
【００２４】
本発明の他の実施形態では、多湿環境の最良の解決策は、サブシステム６４において同じ変換器に超音波信号の送信と受信の両方を行わせるシステム５０である。ただし、この実施形態でも、送信パルス終了後の変換器振動が十分に迅速に安定化するのは、高周波のより高価な装置に付随する小型物理的サイズと低質量を用いた場合に限る。
【００２５】
以上、システム５０における様々な機能とその目的について説明したが、以下に、典型的な抽出サイクル・シーケンスについて簡単に説明する。システム５０への電力が供給可能であり、システムのオン／オフ・ボタン５４を作動させたとすると、煮沸器水センサ７４は、水センサ信号処理回路（または煮沸器プロセッサ）７６と共に、煮沸器５７内に水が存在することを検出する。煮沸器５７内に十分な量の水があることを検出すると、プロセッサ７６は、新たな抽出サイクルを開始するのに必要な第１のイネーブル信号７８を供給する。やはり煮沸器５７に設けられた第２の煮沸器センサ８０が、所与の時点での煮沸器内の水の温度を検出する。煮沸器の水温が上限閾値より下の場合、温度プロセッサ８２は、第２、すなわちヒータイネーブル信号を制御盤５２に供給する。抽出器ポケットにポットが存在することを、水位サブシステム６４が検出し、第３のイネーブル信号６６をコントローラ５２に供給する。最後に、抽出ボタン５６が押され、他のすべてのイネーブル信号が存在する場合、ＳＣＲ／ダイオード三相整流ブリッジ９６が作動して、１個の加熱素子８４に電力を送り、それによって煮沸器５７内の水の加熱サイクルが開始される。水は、予想キャビン圧力を考慮に入れて、水の沸点の直下まで加熱される。
【００２６】
システム５０は、抽出器ポケットの基部６７に配置された加温パッド８６も含む（図３）。加温パッド８６は、煮沸器ヒータ８４と比較して低電力の装置であり、そのため、一般には三相航空機用電源システムの単一の相に接続してもシステムに電気的不平衡を生じさせる恐れはない。したがって、加温パッド８６は、半導体トライアックによって制御されるので好都合である。半導体トライアックは、ＯＮ状態にトリガされるとＡＣ波の正領域と負領域の両方を伝導することができる。図３のレベル６６で示すようにポット６５内に十分な量の水を検出すると、加温パッド８６はＯＮになって、ポット６５に溜まったコーヒーに熱を加える。加温パッド８６は、抽出サイクルが開始した後、一定の温度を維持するために使用され、したがって、ポット６５内の抽出されたコーヒーが、抽出サイクル中も抽出サイクルが完了した後も同じ一定の温度に維持される。
【００２７】
システム５０はさらに抽出カウンタ／メンテナンス表示器８８も備える。メンテナンス表示器８８は、ユーザがシステム５０の所定のメンテナンス・スケジュールを作成することができるようにメモリ機能を備える。メンテナンス表示器８８は、所定の保守時期または抽出サイクルに達すると、ユーザに通知する機能を果たす。抽出状況は、抽出器の寿命全体を通じて表示される。メンテナンス表示器８８は、サービス灯９０を備える。また、メンテナンス表示器８８は、タイムアウト・エラーの発生を監視し、発生するとサービス灯９０によって表示する。サービス灯９０は、システム５０のメンテナンス補正の必要性も示す。
【００２８】
抽出サイクルの進行中に何らかの理由で入力ＡＣ電力が失われると、電力切断コントローラ９２が制御盤５１に、事前選択された期間中現在の抽出サイクル状況を保存させる。そのような電力中断の一例は、航空機の始動時に起こる。事前選択された時間内に電力が回復すると、抽出器状況が復元される。しかし、事前選択された時間内に電力が回復しない場合は、抽出サイクル状況が失われ、ユーザはリスタートを指示しなければならない。
【００２９】
前述のように、本発明の煮沸器５７は、単一のＤＣ加熱素子８４を備える。この技法は、システム５０のコスト、スペース、および重量の節約のために意図されたものであり、航空機の応用分野では特に有用な要素である。単一の加熱素子８４を介して加熱力を制御する方法には、オン／オフ制御可能なスイッチである、固体三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジ９６が含まれる。ブリッジ９６は、煮沸器５７内の水温を制御するために、三相４００ＨｚのＡＣ航空機用電力をＤＣ電力に変換する。ブリッジ９６は、従来技術の抽出器の機械リレー１９（図１）を置き換えるものであり、これにより、本発明の煮沸器ヒータに必要な高負荷電流と共に使用すると「ピット」または「溶接」により閉じることが多い接点１４、１６、１８の短寿命による典型的な形態の障害がなくなる。
【００３０】
ブリッジ９６の「オン」状態は、複数の長寿命光結合固体スイッチ９８によって「オン」または「オフ」に切換可能なＳＣＲ（シリコン制御整流器）の低電流ゲート、あるいは、各接点と直列接続された抵抗器およびダイオードを有する三接点低電流機械リレーへの適切な信号によって制御される。本発明では、各ＳＣＲゲートに１つずつ、３個の固体スイッチ９８が示されているが、任意の数のスイッチを使用することができる。機械ゲート・スイッチまたは光ゲート・スイッチ９８は、制御盤５１とＡＣ電源の信号間に必要な分離を行う。ブリッジ９６のＳＣＲは、９８からの「オン」信号の切断時、およびＳＣＲのカソード−アノード接合の三相逆バイアスの電圧の総和によってオフになる。
【００３１】
次に図３を参照すると、蓋７３と、距離６６、６８、７０、および７２の超音波測定のための様々な領域とを有するポット６５の側面図が示されている。図４および図５に、蓋７３の上面図および下面図をそれぞれ示す。ただし、抽出器ポケットの床６７に挿入したり取り外したりすると、蓋７３がポット６５に被さったり開いたりする取付け構造は図示されていない。
【００３２】
蓋７３は、送信器１０１と受信変換器１０２の筐体の役割を果たし、送信器と受信変換器は両方ともセンサ・サブシステム６４に直接取り付けられている。前述のように、蓋７３は複数の変換器／受信器の組合せを実質的に組み込むことができる。蓋７３は、容器の開口部の大きさに応じて、任意のサイズとすることができ、任意の寸法を有することができ、それによって、送信器１０１と受信器１０２を収容しながらもきわめてコンパクトな設計が実現される。たとえば、４０ＫＨｚの範囲では、蓋７３内の変換器の直径は、１／２インチ（１．３ｃｍ）とすることができ、２５０ＫＨｚでは、変換器の直径は約３／８インチ（０．９ｃｍ）以下とすることができる。蓋７３は変換器とそのプロセッサの筐体であるが、抽出コーヒー受け領域１０４も含み、抽出されたコーヒーは領域１０４内の穴１０６を通ってポット６５に流れ込む。センサ・サブシステム６４が音響パルスの送信を制御する。音響パルスが発信されると、サブシステム６４は往復伝播時間測定を開始する。戻り信号を受け取ると、センサ・サブシステム６４は、超音波信号が実際に伝播した距離の値を記録し、直ちに制御盤５１に信号を発信してどの目標範囲が記録された、すなわち、空水位６６、第２の水位６８、第３の水位７０、またはポット満杯水位７２のいずれが記録されたかを示す。この場合も、空のポット６５に関連づけられた距離および時間が第１の水位６６で検出され、煮沸器５７に水が満たされ、水温が所定の低温閾値以下になった後は、ユーザが抽出ボタン５６を押すと抽出サイクルの加熱部分を開始することができる。
【００３３】
抽出サイクルの進行中、ポット６５に所定の量の水が入り水が第２の水位６８に達すると、第２の超音波距離が発生する。第２の水位６８に達すると、加温パッド８６が起動され、それによって抽出コーヒーの適切な温度が維持される。この距離／水位測定は、第３の水位７０に達するまで繰り返される。第３の水位７０に達すると、その信号に関連づけられた時間が、ポット６５に水が適切な速度で流入していることを示す標識として制御盤５１にフィードバックされる。ポット６５が高水位７２で満杯になると、最後の測定が行われる。高水位７２に達すると、冷水注入バルブ１００が閉じられ、抽出サイクルは終了する。
【００３４】
次に図６を参照すると、ｘ軸上に各相の相角、ｙ軸に測定電圧がボルトで示された三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジ入力／出力波形のグラフが示されている。図６には、三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジ９６を介してＤＣ電力に整流された後に、三相ＡＣ入力がどのようになるかが示されている。図６に示すＤＣ出力は、ブリッジ９６が「オン」状態に切り換えられると加熱素子８４への電力を配電または切断する機能を有するが、三相のいずれか一相へのオン／オフ状態を独立して制御して、抽出器の配電段階の柔軟性を高める追加の機能も有する。システム５０のターンオフ時間が十分に速くない場合、ブリッジ９６に次のＡＣサイクルがかかると再導通することによって、ブリッジ９６は「暴走」状態になる。したがって、４００Ｈｚ（またはそれ以上）の電源システムに存在するより高速の移行による効果的で安全な動作を保証するために、構成要素の選択には慎重な注意を払う必要がある。
【００３５】
以上、本発明の好ましい態様について説明した。当然ながら、本発明について説明するために構成要素または方法の考えられるあらゆる組合せを説明することは不可能であるが、本発明の他の多くの組合せおよび置換えが可能であることは当業者にはわかるであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に含まれるそのような変更、組合せ、修正、および変形態様をすべて含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
従来技術に見られる典型的な航空機内用抽出器の回路を示すブロック図である。
【図１Ｂ】
従来技術に見られる典型的な航空機内用抽出器の回路を示すブロック図である。
【図１Ｃ】
従来技術に見られる典型的な航空機内用抽出器の回路を示すブロック図である。
【図２Ａ】
本発明の抽出システムの回路を示すブロック図である。
【図２Ｂ】
本発明の抽出システムの回路を示すブロック図である。
【図２Ｃ】
本発明の抽出システムの回路を示すブロック図である。
【図３】
本発明の抽出システムにおいて液体水位測定に使用される構成要素を示す側面図である。
【図４】
図３に示す抽出システムの蓋の上面図である。
【図５】
図３に示す抽出システムの蓋の下面図である。
【図６】
本発明の三相ＳＣＲ／ダイオード・ブリッジ入出力波形を示すグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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