(57)【要約】  プレインフュージョン中および抽出中に水流量を動的に制御してショットの一貫性を向上させるエスプレッソブリューイングシステム。単純なユーザ制御でプログラムによる「ブリューイング環境」が作成され、非常に反復性のある共有されるショットが可能になり、このシステムを有する他のマシンでショットを再現することが可能になる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エスプレッソショットシステムのブリューイング環境を作成する方法であって、前記方法が、
ａ）ショット重量、ショット時間、粉量、プレインフュージョン時間および抽出目標圧力の値をシステムに入力するステップと、
ｂ）前記入力された値に従って前記システムからショットを抽出するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記入力された値に従ってプレインフュージョンおよび抽出の流量情報を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ユーザの好みに対応するために、前記システムに機能的に関連付けられたグラインダを調節するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ブリューイングシステムのエスプレッソパックに水を注入するための流量および圧力の進行を決定する方法であって、前記方法が、
ａ）抽出目標圧力および抽出目標流量を決定するステップと、
ｂ）前記抽出目標圧力で前記ブリューイングシステム中の水量を計算するステップと、
ｃ）抽出時間前の１回のシステムサンプル期間にブリューイングシステム中の現在の水量を計算するステップと、
を含む、方法。
【請求項５】
前記抽出目標圧力で前記ブリューイングシステム中の水量を計算するステップは、現在の量（グラム）＝システムの空の量（グラム）×［｛絶対パック圧力（ＰＳＩ）−１４．７（ＰＳＩ）｝／絶対パック圧力（ＰＳＩ）］として計算される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
抽出時の１つ前のシステムサンプル期間における前記ブリューイングシステム中の現在の水量を計算するステップは、システムの量（t-1）（グラム）＝抽出目標圧力でのシステムの量（グラム）-［（抽出流量（グラム／秒）×システムサンプル時間（秒）］として計算される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
時間（t0）での抽出目標圧力の１つ前のシステムサンプルの時間（t-1）でのパック圧力を決定するために、前記抽出目標圧力の１サンプル前の前記ブリューイングシステム中の計算された現在の水量を使用するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記時間（t-1）での前記パック圧力が、パック圧力（t-1）＝［システムの量Ｖａ（グラム）×１４．７（ＰＳＩ）］／［システムの量Ｖａ（グラム）-システムの現在の量（t-1）（グラム）］である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記決定するステップは、プレインフュージョン時間、粉量、ショット時間およびショット重量を決定するステップも含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
プレインフュージョン表を作成するために全てのステップを繰り返すことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
複数のパック圧力の流量を決定し、チャネリングを最小限に抑える、対応する流量を計算するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
式Ｋext＝（抽出目標圧力でのパック圧力０）／（抽出目標圧力の１サンプル前のパック圧力−１  ）を使用して圧力変化率（Ｋext）を計算するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
式Ｋave＝（圧力比）＾（１／（プレインフュージョン時間×１秒あたりのシステムサンプル））を使用して平均圧力変化率（Ｋave）を計算するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ａ．圧力n-1＝圧力n×nの１／Ｋn＝（プレインフュージョン時間×１秒中のシステムサンプル）−２、
ｂ．Ｖn＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［圧力n−１４．７（ＰＳＩ）］／圧力n、
ｃ．ｔn-1からｔn-2の期間の流量はＦＲn-2＝（Ｖn-1−Ｖn-2）／サンプル時間（秒）であり、単位はグラム／秒であり、各システムサンプル時間について繰り返される、
ｄ．Ｋn＝［（圧力n−Ｐプレインフュージョン開始圧力）／（Ｐ抽出−Ｐプレインフュージョン開始圧力）］×（Ｋext−Ｋspi）＋Ｋspi、式中、
ｅ．Ｋspi＝Ｋave＋（（Ｋave−Ｋext）×ｋspi_調節_係数）、式中、ｋspi_調節_係数は、前記プレインフュージョン表を指定されたプレインフュージョン時間内に維持するために、ｋspi＿ａｄｊ＿係数を解くアルゴリズムを使用して決定される、
のアルゴリズムを使用して、プレインフュージョン表の定式化全体を通してＫ係数を計算するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
抽出をいつ開始するかを決定するために、プレインフュージョン中のパック圧力勾配の変化を検出するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
抽出検出後にパックに入らない水流を補正するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項１７】
プレインフュージョン挙動を変更するために所定の圧力に対するプレインフュージョン流量を変えることにより、プレインフュージョン中の前記エスプレッソパックの変化を動的に補正するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
キャプチャレジスタからのいくつかのカウントを使用してカウントを順番に保存し、制御区間中の端数エッジを決定することにより水流量を測定するために、流量計を使用するステップをさらに含み、前記カウントが、制御区間の開始（０）、最初の流量計エッジ（１）、流量計エッジ（２）、流量計エッジ（ｎ−１）、最後の流量計エッジ（ｎ）、および（現在の）制御区間の終わり（０）である、請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
複数の制御区間について流量を測定するステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ａ）Ｐ（１）＝流量計エッジ（２）−流量計エッジ（１）を使用して、制御区間内の流量計エッジの最初の期間を計算するステップと、
ｂ）ｆ（０）＝［最初の流量計エッジ（１）−制御区間の開始（０））］／［流量計エッジ（２）−最初の流量計エッジ（１）］を使用して、最初の制御区間（０）から最初の流量計エッジ（１）までのエッジの端数ｆ（０）を計算するステップと、
ｃ）ｆ（ｎ）＝［制御区間の終わり（ｘ）−流量計エッジ（ｎ）］／［流量計エッジ（ｎ）−流量計エッジ（ｎ−１）］を使用して、最後の流量計エッジ（ｎ）から制御区間の終わり（ｎ）までのエッジの端数を計算するステップと、
ｄ）制御区間のエッジカウントを、予め決定された流量から計算されたエッジカウントと比較するステップと、
をさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ショット中にエスプレッソパックからコーヒーを抽出するための水量および水流量を決定する方法であって、前記方法が、
ａ）目標ショット重量、粉量および抽出率に応じて前記ショットに必要な水量を決定するステップと、
ｂ）前記必要な水量および決定されたショット時間から平均流量を決定するステップと、
ｃ）前記流量に１つ以上の適応を適用するステップと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記ショットに必要な水量を決定するステップは、ショット重量−（粉量×抽出率）により計算される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記平均流量を決定するステップは、前記必要な水量を前記決定されたショット時間で除算するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ショット時間を制御更新間の時間で除算することにより、前記ショット中に制御ループ更新の数ｎを計算するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記１つ以上の適応を適用するステップが、（必要な水量／ショット時間）×（１＋抽出流量調節）に等しい開始抽出流量を決定するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記１つ以上の適応を適用するステップは、開始流量＋デルタ流量×制御期間（ｎ）で各制御期間の抽出流量を計算するために、（平均抽出流量−開始流量）／（（ショット時間／２）×（１／抽出制御更新期間））に等しいデルタ流量を決定するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
抽出表を作成するために全てのステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
抽出流量を制御することにより、抽出中のパックの変化を動的に補正するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つ以上の適応を適用するステップは、前記平均流量未満の値％で始まり、前記ショットの中間で前記平均流量を超える値％まで増加し、その後、前記ショットの終わりで前記平均流量未満の値％まで減少する負のコサイン形状を適用することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記平均流量未満の値％が１５％以下である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記平均流量を超える値％が１５％以下である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
原水温度とボイラ水温度との水密度差を調節するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
現在のパック圧力での検出レベルを調べ、それをプレインフュージョン中に現在のパック圧力で計算された勾配を表す値と比較して、抽出をいつ開始するかを決定するために、検出表を使用するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項３４】
抽出検出後に前記パックに入らない水流の補正を
ａ．Ｖ調節（グラム）＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［｛１４．７／Ｐｅｘｔ（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐｐｅａｋ（ＰＳＩ）｝］
のように決定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
抽出検出後に前記パックに入らない水流の補正を、Ｖシステムの空の量（グラム）×［｛１４．７／Ｐｅｘｔ（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐｐｅａｋ（ＰＳＩ）｝］、Ｐｎ＝抽出中のパック圧力のように決定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３６】
抽出検出後に前記パックに入らない水流を補正するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３７】
キャプチャレジスタからのいくつかのカウントを使用して、カウントを順番に保存し、制御区間中の端数エッジを決定することにより水流量を測定するために流量計を使用するステップをさらに含み、前記カウントが、制御区間の開始（０）、最初の流量計エッジ（１）、流量計エッジ（２）、流量計エッジ（ｎ−１）、最後の流量計エッジ（ｎ）、および（現在の）制御区間の終わり（０）である、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
ａ）Ｐ（１）＝流量計エッジ（２）−流量計エッジ（１）を使用して、制御区間内の流量計エッジの最初の期間を計算するステップと、
ｂ）ｆ（０）＝［最初の流量計エッジ（１）−制御区間の開始（０））］／［流量計エッジ（２）−最初の流量計エッジ（１）］を使用して、最初の制御区間（０）から最初の流量計エッジ（１）までのエッジの端数ｆ（０）を計算するステップと、
ｃ）ｆ（ｎ）＝［制御区間の終わり（ｘ）−流量計エッジ（ｎ）］／［流量計エッジ（ｎ）−流量計エッジ（ｎ−１）］を使用して、最後の流量計エッジ（ｎ）から制御区間の終わり（ｎ）までのエッジの端数を計算するステップと、
ｄ）制御区間のエッジカウントを、予め決定された流量から計算されたエッジカウントと比較するステップと、
をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３９】
エスプレッソショットをブリューイングするためにプログラムで構成されたシステムであって、前記システムが、
ａ．前記システム内に水を受け入れるための水入口と、
ｂ．パックに動作可能に関連付けられた出口パック圧力センサと、
ｃ．プレインフュージョン中および抽出期間中に前記水入口から前記パック内への水流量を制御するように機能する制御弁と、
ｄ．ショットの充填段階中に水が高流量で通過する交互配管経路を提供するためのバイパス弁と、
ｅ．前記水流量を測定して、プレインフュージョン表および／または抽出表に従って水流を規制する方法を前記制御弁に伝えるための、前記制御弁に関連付けられた流量計と、
ｆ．前記システムの要素を収容するためのマニホールドと
を含む、システム。
【請求項４０】
入口ポンプ圧力センサをさらに含む、請求項３９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１７年７月１１日に提出された米国仮出願第６２／５３１，１２０号の利益を主張し、その全開示は、あらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
既存のエスプレッソマシンには、抽出されるショット上の物理的なコーヒーパックの変動に対応する能力がない。これらのマシンは、圧力制御と圧力プロファイルの組み合わせを使用し、コーヒーパックへの水流を間接的に制御して、コーヒー粉砕物からコーヒーを抽出するが、コーヒーやユーザの好みの変動に合わせてシステムを調節する能力は最小限である。パックからの液体の抽出は、パックとコーヒー粉砕物の特性に依存し、これはショットの抽出中はもちろんショットごとに変わる可能性がある。
【０００３】
実際には、バリスタやエスプレッソマシンのその他のユーザは、ショットの一貫性と制御を達成しようとする。結果として得られるショットは、量、クレマの品質、溶存固形物の総量、および風味が異なる。これらの変動は、例えばグラインダの性能、粉の重量、タンピング力、豆の選択、豆の年齢、および湿度の変動を含む様々な要因に依存する。これらの各要因は、パック透過性、および結果として生じるエスプレッソショットに違いを引き起こす可能性がある。パック透過性が変化すると、エスプレッソマシンシステムへの背圧が変化し、その結果、パックを通る流体の流量も変化する。パックの変動は、全てのショットである程度発生する。上記の変動と変化は、つがれる全てのショット間の非一貫性の一因となる。
【０００４】
現在、バリスタがエスプレッソショットを準備する場合、バリスタは、コーヒーの粉量または量、およびグラインダに対処して、エスプレッソマシンで所望のショット重量を作り出し、ショット重量は、所望のショット時間で抽出されるそのショットのためのコーヒーの目標重量である。通常、グラインダを「ダイヤルイン」して望ましい粉砕サイズに達するまでに数ショットかかる。豆と湿度が変化するため、グラインダは一日中何度も調節する必要がある。これらの調節の結果ショットは破棄され、コーヒーと時間が無駄になる。
【０００５】
グラインダを設定すると、バリスタはショットをいつ停止するかを管理する必要があるが、これにはいくつかの方法がある。バリスタは、エスプレッソマシンをいつ停止するかを判断するためにショットの色、ショット時間、および／またはショット量を監視することができる。これらの方法では、バリスタはショットの間ほぼずっと、特にショットが終わるはずの時間付近では注意を払う必要がある。これはバリスタの時間を取り、バリスタはミルクをスチームしたり顧客に注意を払ったりすることが難しくなる。
【０００６】
一部のエスプレッソマシンには「量測定」投与機能があり、ショットをつぐ過程で、手動でプログラムした水量が通過した後マシンが停止する。通常、この機能をプログラミングするには、バリスタがショットを準備し、プログラムモードでマシンを始動する必要がある。バリスタがショットを停止すると量が設定され、使用する水量がマシンに保存される。この状況で、バリスタはショットを開始でき、プログラムされた量の水が通過するとマシンは停止する。ただし、このプロセスは終点を制御するだけであり、水がパックをどのように通過するかは制御しない。ショットは予想よりもはるかに短い時間またははるかに長い時間を要する可能性があるが、マシンはいつ停止するかのみを知っている。別のショット量が必要な場合は、手動のプログラミング方法を繰り返す必要がある。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態では、本発明は、エスプレッソショットシステムのブリューイング環境を作成する方法に関し、ショット重量、ショット時間、粉量、プレインフュージョン時間および抽出目標圧力の値をシステムに入力するステップと、入力された値に従ってシステムからショットを抽出するステップとを含む。
【０００８】
別の実施形態では、本発明は、ブリューイングシステムのエスプレッソパックに水を注入するための流量および圧力の進行を決定する方法に関し、抽出目標圧力および抽出目標流量を決定するステップと、抽出目標圧力でブリューイングシステム中の水量を計算するステップと、抽出時間前の１回のシステムサンプル期間にブリューイングシステム中の現在の水量を計算するステップとを含む。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、ショット中にエスプレッソパックからコーヒーを抽出するための水流量を決定する方法に関し、目標ショット重量、粉量および抽出率に応じてショットに必要な水量を決定するステップと、必要な水量および決定されたショット時間から平均流量を決定するステップと、流量に１つ以上の適応を適用するステップとを含む。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、エスプレッソショットをブリューイングするためのシステムに関し、システムは、システム内に水を受け入れるための水入口と、パックに動作可能に関連付けられた出口パック圧力センサと、プレインフュージョン中および抽出期間中に水入口からパック内への水流量を制御するように機能する制御弁と、ショットの充填段階中に水が高流量で通過する配管経路を提供するためのバイパス弁と、水流量を測定してプレインフュージョン表および／または抽出表に従って水流を規制する方法を制御弁に伝えるための、制御弁に関連付けられた流量計と、システムの要素を収容するためのマニホールドとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明をよりよく理解するため、および本発明がどのように実施され得るかを示すために、ここで例として添付の図面を参照する。
【００１２】
【図１】図１は、プレインフュージョン表の例である。
【００１３】
【図２】図２は、抽出表の例である。
【００１４】
【図３】図３は、検出表の例である。
【００１５】
【図４】図４は、本発明のシステムの実施形態を表す図である。
【００１６】
【図５】図５は、機械システムの実施形態の側面図である。
【００１７】
【図６】図６は、図５に示す機械システムの実施形態の平面図である。
【００１８】
【図７】図７は、図５に示す機械システムの実施形態の等角図である。
【００１９】
【図８】図８は、マニホールドの実施形態の等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
一実施形態では、本発明は、プレインフュージョンおよび抽出中にパックを介してリアルタイムで水流量を動的に制御し、反復可能なブリューイング環境を作成する。パック圧力は、水流量とパック透過性の結果である。本発明の態様は、ただ圧力を加えて流量を生じさせるのではなく、パック全体に圧力がかかるように流量を制御する。正確に制御された、プログラム可能な流量により、プレインフュージョンと抽出が反復可能になり、抽出はパック透過性に影響されにくくなり、水との接触時間がショット間でより一貫する。システムの一実施形態における閉ループ制御は、パックの準備における大きな変動をリアルタイムで補正することを可能にし、広範囲のグラインダ設定と焙煎日に対応し、一方では一貫したショットを維持する。
【００２１】
本発明の一実施形態では、本方法およびシステムは、チャネリングの発生を助長するパック圧力の急激な上昇を回避する。チャネリングは、水が圧力下で最も抵抗の少ない経路を見つけ、コーヒーパックに穴を「開ける」ときに発生する。これはショットの一部が過抽出の状態を作り出し、残りのパックは未抽出のままになる。過抽出のコーヒーは苦く、未抽出のコーヒーは酸っぱくなる。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、複数の式を使用して、プレインフュージョン中に使用するパック圧力と流量のリストを生成し、これは一般的にプレインフュージョン表と呼ばれる。「プレインフュージョン」とは、パック中のコーヒー粉砕物に水が初めに注入されるときと定義される。「プレインフュージョン時間」という用語は、開始圧力の適用によるプレインフュージョンの開始と、「抽出圧力」に達したときに発生する抽出開始時間との間のおおよその時間である。抽出圧力は、抽出を開始するための望ましい目標圧力であるが、パックの準備とその結果生じるパック透過性に応じて、抽出は目標抽出圧力に達する前または後に発生する場合がある。
【００２３】
本システムおよび方法の実施形態で使用するプレインフュージョン表は、所定のパック圧力を使用し、かつ以下の段落で詳述する計算からその圧力に対する計算された流量を見つけることによって生成される。プレインフュージョン表の例を図１に示す。表は、指定されたプレインフュージョン開始圧力（この例では３０ＰＳＩ）で始まり、選択された圧力は、目標抽出圧力を超える圧力まで増加する。この実施形態では、圧力が６０ＰＳＩに達するまで圧力は１ＰＳＩの増分で増加し、６０ＰＳＩで圧力の増分は２ＰＳＩに増加する。この例では、表は１３０〜１７０ＰＳＩの抽出目標圧力を超えて続く。抽出目標圧力を超える表の入力値は、抽出が予想どおりに開始されない状況のためのものであり、表は圧力が上昇するにつれて減少する流量を適用する。これによって圧力の上昇が遅くなり、抽出の開始により長い時間をかけることが可能になり、パック圧力が抽出目標圧力を超えて上昇する程度を軽減する。
【００２４】
プレインフュージョン開始圧力は、ユーザが入力するか、システムが自動的に決定することができる。開始圧力を決定するシステムの利点は、ユーザ入力が１つ少なくなり、開始流量がシステムの能力を超えないことをシステムが保証できることである。流量がシステムで供給できる量を超えている場合、流量が最大流量以下になるまで開始圧力が上がる。流量が測定可能な流量を下回る場合、流量が最小流量以上になるまで開始圧力が下がる。
【００２５】
プレインフュージョンのアルゴリズムは、緩やかに上昇するパック圧力を作り出す進行の中で、パック開始圧力からパック抽出圧力までの流量を計算する。このシステムは、粉砕物のサイズへの適合を可能にする。例えば、粗い粉砕物によりパック透過性が予想よりも高い場合、パック圧力はそれほど速く上昇せず、所望のパック圧力を達成する時間のより長い区間で流量が多いままである。逆に、例えば、細かく挽いたコーヒーによりパック透過性が予想よりも低い場合、パック圧力はより速く上昇し、流量は、パック圧力が上昇する速さの程度を減らす時間に関して、より速く減少する。本発明の別の実施形態では、プレインフュージョン表を生成して水流量を制御し、パックに緩やかに上昇する圧力を与えて、チャネリングを排除することができ、これは前述のように、チャネリングが通常、過剰な圧力および／またはより細かい粉砕物によって引き起こされ、コーヒーの過剰抽出につながるためである。
【００２６】
プレインフュージョン表を生成するために使用するアルゴリズムは、流量および圧力の進行を計算し、本発明の一実施形態では、進行はプレインフュージョンの開始圧力での初期流量から始まり、抽出目標圧力での抽出流量までであってもよい。プレインフュージョン表のアルゴリズムの主なユーザ入力は、プレインフュージョン時間、抽出目標圧力、粉量、ショット時間およびショット重量である。アルゴリズムは開始抽出流量を使用するため、抽出流量調節％のユーザ入力も使用でき、これはプレインフュージョンのアルゴリズムの結果に影響する。アルゴリズムでは、コーヒー抽出％やマシンの「空の水」の量を表す値など、ユーザが調節しないシステムパラメータも使用される。コーヒーの抽出比は、粉量と抽出されたコーヒーの量との比である。通常、この比の許容範囲は１８〜２２％である。エスプレッソマシンの「空の水」の量（Ｖａ）は、使用中のバスケット、グループヘッドの形状、および三方弁への配管の知識を必要とし、プレインフュージョン表の値を生成するためにも使用できる。ただし、表を生成するために全ての入力が必要なわけではない。例えば、一実施形態では、ユーザは、プレインフュージョンの開始圧力を入力することができる。
【００２７】
プレインフュージョン表のアルゴリズムは、抽出目標圧力、ユーザ入力、および開始抽出流量で表の生成を開始する。開始抽出流量は、ショット重量、抽出比、水密度調節、抽出流量調節％およびショット時間を考慮に入れる。水分（Ｗａｔｅｒ  Ｉｎ）の式＝ショット重量−（粉量×抽出比）。別の実施形態では水密度調節が含まれ、式は、水分＝（ショット重量−（粉量×抽出比））×水密度調節である。開始流量は、水分／ショット時間に等しい。別の実施形態では、開始流量は抽出流量調節％によって調節され、開始流量＝（水分／ショット時間）×（１＋抽出流量調節％）である。ただし、システムは「空の」量でショットを開始する。システムに水が流入すると、空の量は減少し、圧力が上昇する。問題の量はシステムに入る水量または「現在の量」であり、本明細書で説明するように計算される。本発明の一実施形態では、プレインフュージョン表を生成するために、抽出目標圧力におけるシステムの現在の量が最初に計算される。「現在の量」は、次の式から計算される：現在の量（グラム）＝システムの空の量（グラム）×［｛絶対パック圧力（ＰＳＩ）−１４．７（ＰＳＩ）｝／絶対パック圧力（ＰＳＩ）］。この最初の計算の絶対パック圧力は、ユーザがゲージ圧力として入力した目標抽出圧力であるが、絶対圧力に変換される。この実施形態では、使用される変換は、絶対圧力＝ゲージ圧＋１４．７ｐｓｉである。
【００２８】
次に、前のサンプル時間量が決定される。これは、抽出時（ｔ0）の１つ前のシステムサンプル期間（ｔ-1）における現在の量である。この実施形態では、その時間は抽出時間の１０ｍｓ前であるが、システム動作設定に基づいて異なるサンプル時間が選択されてもよい。開始抽出流量とシステムサンプル期間の積は、１システムサンプル時間でその量に流入する水量（「計算されたデルタ水量」）である。１システムサンプル時間の「計算されたデルタ水量」は、抽出目標圧力（ユーザ入力）での量から差し引かれ、その結果は、抽出目標圧力（サンプルｔ0）の１つ前のシステムサンプル（サンプルｔ-1）の量である。ｔ-1でのシステムの量は、次の式を使用して計算される：システム（ｔ-1）の量（グラム）＝抽出目標圧力（グラム）でのシステムの量−［（抽出流量（グラム／秒）×システムサンプル時間（秒）］。
【００２９】
次のステップでは、抽出目標圧力の１サンプル前のシステムの以前に計算された量を使用して、この時点でのパック圧力を決定する。次の式を使用して、時間（ｔ-1）でのパック圧力を計算する：パック圧力（ｔ-1）＝［システムの量Ｖａ（グラム）×１４．７（ＰＳＩ）］／［システムの量Ｖａ（グラム）-システムの現在の量（ｔ-1）（グラム）］。計算されたパック圧力は、流量が抽出目標圧力での抽出流量である場合のパック圧力の変化率を確立する。
【００３０】
圧力変化係数の３つの比率を使用して、プレインフュージョン表の入力値を生成することもできる。プレインフュージョンは、プレインフュージョン開始圧力で開始され得、その後、パック圧力がスムーズに上昇し、ユーザ入力のプレインフュージョン時間に等しい時間が経過した後、抽出圧力に達する。この制御された圧力移行は、計算された流量で行われ、ユーザが入力したプレインフュージョン時間に等しい時間で量を満たす。第１の圧力率係数（Ｋext）は、抽出目標圧力での圧力変化率であり、Ｋext＝（抽出目標圧力でのパック圧力）／（パック圧力（ｔ-1））の式を使用して計算され、パック圧力（ｔ-1）は、抽出目標圧力の１つ前のシステムサンプルのパック圧力である。抽出目標圧力はユーザ入力である。圧力は絶対圧力である。
【００３１】
プレインフュージョン開始圧力から抽出目標圧力までの平均圧力変化率である第２の圧力率係数（Ｋave）は、抽出目標圧力とプレインフュージョン開始圧力との比から部分的に計算される。計算はプレインフュージョンの全圧力範囲にわたるサンプルあたりの平均圧力変化を決定し、プレインフュージョンのサンプル総数の逆数に累乗される：Ｋave＝（抽出目標圧力／プレインフュージョン開始圧力）＾（１／（プレインフュージョン時間×１秒あたりのサンプル）。プレインフュージョン時間はユーザ入力であるか、デフォルトの数値であり得る。１秒あたりのサンプルはシステムパラメータであり、ユーザ入力ではない。ここでも、圧力は絶対圧力である。
【００３２】
第３の圧力率係数はＫspiであり、プレインフュージョン開始圧力でのＫ係数である。ＫextとＫaveの組み合わせを使用して、抽出目標圧力（圧力n=0）での第１のパック圧力（圧力n-1）からプレインフュージョン開始圧力までの進行における残りのパック圧力を決定する。Ｋspiは次の式で決定される：Ｋspi＝Ｋave＋（（Ｋave−Ｋext）×ｋspi_調節_係数）。ｋspi_調節_係数については、本明細書でさらに説明する。
【００３３】
次に低い圧力が計算されると、新しい量が計算され、システムサンプル時間で必要な量変化に対して流量が決定される。「次」の圧力の計算では、この式を使用してＫn係数を決定する：Ｋn＝［（圧力n−Ｐプレインフュージョン開始圧力）／（Ｐ抽出−Ｐプレインフュージョン開始圧力）］×（Ｋext−Ｋspi）＋Ｋspi。
【００３４】
圧力n-2は、（プレインフュージョン時間×１秒中のシステムサンプル）に対するn=-2の圧力n-1×１／Ｋn-1によって決定される。圧力n=0は、抽出目標圧力である。
【００３５】
次に、新しい量が以下から計算される：
【００３６】
Ｖn-2＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［圧力n-2−１４．７（ＰＳＩ）］／圧力n-2。
【００３７】
ｔn-1からｔn-2の間の流量は、ＦＲn-2＝（Ｖn-1−Vn-2）／サンプル時間（秒）、流量の単位はグラム／秒である。
【００３８】
これは、計算された圧力がプレインフュージョン開始圧力（通常３０ＰＳＩ（ゲージ））になるまで、各システムサンプル時間（例えば１０ｍｓ）で繰り返される。プレインフュージョン開始圧力は「０．０００」秒であるべきであり、これがプレインフュージョンの開始であるためである。プレインフュージョンの開始時に計算される時間は、「０．０００」秒ではない可能性がある。Ｋspiの初期値が間違っている場合、プレインフュージョンの開始時に計算される時間は０．０００秒ではない。これは、Ｋspiの初期値が正しくない場合に発生する。
【００３９】
ｋspi_調節_係数は、プレインフュージョン開始圧力での生成されたデータ表の時間が「０．０００秒」になるまでこの項を変更する再帰ルーチンによって決定される。表は、抽出目標圧力、抽出流量、およびプレインフュージョン時間に等しい時間から生成され、プレインフュージョン開始圧力と「０．０００」秒の時間まで逆方向に機能する。再帰的操作が「０．０００」までの開始時間を達成すると、圧力、量および流量の進行が計算される。プレインフュージョン表は、プレインフュージョンから抽出までシームレスに移行するために、抽出表に直接移行するように設計されている。
【００４０】
プレインフュージョン表は、抽出圧力を超える圧力まで続く。パックの変動により、抽出が目標抽出圧力を超えて開始される場合がある。プレインフュージョン表の入力値は、目標圧力を下回る圧力の入力値と同様に、抽出目標圧力を超えて同様の方法で計算される。違いは、Ｋn値が反転しないように圧力が増加していることであり、すなわち、圧力n+1＝圧力n=0×Ｋn=0であり、ここでｎは０から２００ＰＳＩに達するのに必要な時間の区間である。圧力n=0は抽出目標圧力である。
【００４１】
プレインフュージョン表を生成するシステムおよび方法には、以下の追加の改変を加えることができる。プレインフュージョン開始圧力から抽出目標圧力への移行における多くの「形状」が可能である。本明細書に記載された方法の１つの改変は、プレインフュージョンが進むときに、圧力上昇の勾配が１を超えるように維持することである。これは、以下でさらに説明する抽出検出アルゴリズムを用いる場合に、抽出をいつ開始するかを決定する際のマージンを提供する。
【００４２】
前述の説明は、プレインフュージョン中にパックに流入する水を考慮しないプレインフュージョン表を生成する方法の一実施形態である。パックに入る水を推定する１つの方法は、水が通過できるコーヒーの量内の空間を推定することである。これは、コーヒーの密度が水および粉量の密度の約５７％であると推定することによって行う。パックに入った水は、充填およびプレインフュージョン中の時間に分散する。この実施形態は、直線的に減少する流量を使用し、充填の開始時に最高流量で開始し、プレインフュージョンの終わりにゼロまで減少する。この式の時間を調整して、ある時間を超えるとパックに入る水が発生すると推定される時間を短縮できる。別の改変として、別の方法は、ショット重量とパックを通る平均流量を表すショット時間でパックをモデル化することである。次に、抽出目標圧力とパックを通る平均流量を使用して、代表的なパック透過性を導き出すことができる。パックに入る水流を推定するために使用する方法に関係なく、推定された水は、その量に入る流れから差し引くことができる。その効果は、パックに入る流れを考慮しないモデルよりも遅い速度で発生するプレインフュージョン圧力の変化である。パックに入る水流もプレインフュージョン流量に追加することができる。これにより、プレインフュージョン時間は、元の方法に比べて実際のユーザ入力時間に近づく。
【００４３】
プレインフュージョンのアルゴリズム決定の別の改変は、プレインフュージョンの決定をパックの挙動に適合させることである。プレインフュージョンの開始後に、所定の時間または圧力変化中に所定の流量に対するパック圧力の変化を評価した場合、所定の圧力に対するプレインフュージョン流量を変化させて、プレインフュージョンの挙動を変更することができる。この目的は、パックの変化を動的に補正し、より一貫したプレインフュージョン時間を維持することである。例えば、評価区間中に圧力変化が予想よりもはるかに速く発生している場合、圧力変化を遅らせる係数によって流量を調整できる。同様に、圧力変化が予想よりも遅く発生している場合、圧力変化率を増加させる係数によってプレインフュージョン流量を増加させることができる。これは、ある期間にわたる圧力挙動をパックの浸透性の範囲全体でより類似させ、ショットの挙動をショット間でより一貫させる効果がある。
【００４４】
別の改変は、充填中にある圧力までの時間を測定してシステムの見かけの量を計算することによりプレインフュージョンのアルゴリズムを使用して、システムの一貫性に関連し得る。ボイラの水位は、マシンの構成に応じてショットごとに変わる場合がある。これは、ある一定の圧力までの時間に影響する。時間は、システムの量に比例し、モデル内の所定の圧力までの時間に応じてプレインフュージョン表の流量を「調整（ｓｃａｌｅ）」するために使用できる。ある圧力までの測定された時間とモデルで計算された時間との比は、実際の量とモデルで使用された量との比を表している。流量にこの比またはこの比に関連する係数を掛けて、異なる見かけの量を補正する。見かけの量がモデルの量よりも大きかった場合、流量を増やして補正し、プレインフュージョン中に同様の圧力上昇を維持する。
【００４５】
抽出表のアルゴリズムから抽出表が生成され、この表には、抽出の流量対時間のリストが含まれている。抽出目標圧力は、予想される初期抽出流量に達する目標圧力である。抽出表の例を図２に示す。この実施形態では、使用される開始抽出流量は、抽出目標圧力でのプレインフュージョン流量でもある。
【００４６】
基本的な抽出流量は、ショット重量とショット時間のユーザ入力から計算される。流量は、ショット重量をショット時間で割ったものである。アルゴリズムは、例えば、ショット重量とショット時間から平均流量を決定することで開始される。
【００４７】
平均流量＝１オンス／２５秒＝０．０４０オンス／秒。
【００４８】
アルゴリズムは、ショット時間／制御ループ更新時間から、例えば以下のようにショット中の制御ループ更新数も計算する。
【００４９】
２５秒／制御更新間の０．２５秒＝１００制御ループ更新。
【００５０】
この実施形態では、ショットに２５秒よりも長くかかる場合、以降のショットの目標流量は表の最後の流量で続く。必要に応じて、流量は目標ショット時間中、一意に保つことができる。抽出表は、ショットの全体を通じて一定の流量で生成するか、または開始が緩やかで終了が速いショットの傾向に合わせて、抽出流量調節％を用いて生成できる。パック透過性は、材料が除去されることにより抽出中に増加する。材料が少ないと、パック透過性は高くなる。図２に示す抽出表の例は、−１０％の抽出流量調節率を用いた２５秒、２８．５グラムのショットのものである。グラインダ設定が予想よりも細かく、パック透過性が低いためにショット時間が延長される場合に使用するために、表は２５秒を超えて続いてもよい。この状況では、必要に応じて、流量はショット時間を超えて（例えば、２５秒を超えて）変化を続けることができる。制御ループ更新時間は、システムのパフォーマンスを優先する場合、より頻繁になり得る。
【００５１】
抽出アルゴリズムは、希望する任意の適応、またはショットの一貫性にさらに寄与する可能性のある任意の適応を流量に適用できる。１つの適応は、抽出が進むにつれて流量を直線的に変化させることである。例えば、抽出流量調節率によって初期流量を最終流量における変化の反対の比率に変更し、初期抽出流量が−５％の調節で減少する場合には、流量がショット重量／ショット時間の計算に比べて５％少なく開始されるようにする。ショット中、流量は最終流量へ直線的に移行し、最終流量はショット重量／ショット時間の計算に比べて調節％高く増加している。この方法により、ショット時間が一定に保たれる。別の実施形態では、抽出は平均流量の−１０％で開始され、直線的に増加して、ショット時間の終わりに平均流量よりも１０％多くなり得る。これにより、元のショット重量とショット時間の入力が維持される。パーセントの調節は広範囲にわたって可能である。通常、−３０％が使用される。
【００５２】
別の適応は、平均流量よりも少ない流量で抽出を開始し、抽出の途中で流量を増加させ、その後、抽出の最後の部分で流量を減少させることである。例えば一実施形態は、平均流量の−１０％から始まり、ショットの途中で＋１０％まで増加し、その後ショットの終わりで−１０％まで減少する負のコサイン形状である。−１０％から＋１０％へ移行し−１０％に戻る移行は、負の余弦波の形で行われる。任意の好ましい形状の適応が使用できる。
【００５３】
動的流量は実装可能なシステムプロセスであり、プレインフュージョンと抽出の両方に適用でき、反復可能なブリューイング環境を作成してショットの一貫性を大幅に向上させる。プレインフュージョン表および抽出表によって決定される正確に制御された流量を使用することにより、システムは、パック透過性に関係なく、パックへの水の一貫した適用を維持する。パック透過性が高い場合、標準的なエスプレッソマシンは圧力をかけ、高い水流量が発生する。ショット時間は希望よりも短くなるであろう。パック透過性が低い場合、同じ圧力をかけると流量は低下し、ショット時間は希望よりも長くなるであろう。この一貫性のない流量は、非常に異なるショットを作り出す。パック透過性の違いは、パックごとにある程度発生する。本発明のこのシステムの実施形態では、水は特定の流量で適用され、パック圧力は流量とパック透過性の結果である。パック透過性が高い場合、結果として生じる圧力は低くなるが、流量は、ショットの状態に応じてプレインフュージョン表または抽出表のいずれかに由来して目標流量に制御される。パック透過性が低い場合、結果として生じる圧力は高くなるが、この場合も流量は表の目標に制御される。
【００５４】
また、前述のように、流量はパック透過性に応じて動的に制御できる。プレインフュージョン中および／または抽出中の流量とパック圧力との整合により、パックに入る水が制御されるため、ショット間で一貫性が保たれる。抽出中の流量を制御することによって、パックと水との接触時間はより一貫性を保ち、これは加えられる圧力よりも重要である。このシステムは、広範囲のパック透過性にわたって同様の重量と抽出時間のショットを作る。
【００５５】
ショット中のこの動的な流量制御の別の利点は、新しい豆が使用され１日中状況が変化するためにグラインダが毎日ダイヤルされる際に、捨てられるショットが少なくなることである。閉ループの動的流量制御により、パックの準備におけるこれらの変数およびその他の変数の影響が大幅に減少し、パック透過性が変化しても一貫したショットが得られる。
【００５６】
ユーザは、抽出開始時の指標としてプレインフュージョン中のパック圧力勾配の変化を求める抽出検出アルゴリズムを使用することもできる。これにより、マシンの動作は「半」自動から「全」自動に変わる。一般的なショットでは、ショット時間が進むにつれて圧力が上昇する。パック圧力の変化率は、抽出が開始されると減少し始め、これはより多くの水がパックを通過し、マシンの量には入らないためである。これにより、パック圧力の勾配が減少する。例えば、パック圧力を２．５６秒の範囲で比較した場合（他の範囲を使用することもできるが）、範囲の１．２８秒が先行する部分または最新のパック圧力であり、残りの１．２８秒が遅れている部分または古いパック圧力である。先行するパック圧力と遅れているパック圧力との比が勾配である。この例では、各範囲の最初と最後のサンプル圧力の差が勾配を表す。式は次のとおりである。
【００５７】
勾配＝（Ｐ255−Ｐ128）／（Ｐ127−Ｐ0）、下付き文字は２．５６秒の範囲の圧力サンプル数を表す。
【００５８】
例えば、抽出検出アルゴリズムを使用して、０．８の勾配が抽出開始の指標であると決定された。勾配が０．８になる時間は、観測範囲の長さにより、抽出が開始されてから１．２８秒後である。抽出開始として使用される時間は、勾配が０．８マイナス１．２８秒であった時間である。したがって、この計算された時間が抽出開始である。抽出開始以降に目標量の水がパックに流れ込むと、ショットが完了し、エスプレッソマシンは全自動モードで動作しているため停止する。ショット用の水量は、粉量、抽出％、および目標ショット重量によって決まる。例えば、抽出比１９．５％における２０グラムの粉量では、ショットに３．９グラムのコーヒーが生じる。ショット重量の目標が２８．５グラムの場合、パックに入る水の総量は２８．５グラム−３．９グラム＝２４．６グラムの水である。システム内の流量計は、２８．５グラムのショットに対して目標の水２４．６グラムに達したかどうかを判定するために、パック内の水を測定する。
【００５９】
別の実装は、プレインフュージョン表の生成中に推定されるパックの挙動に基づいて、勾配目標を適合させることである。パック圧力の勾配は、プレインフュージョン表が生成されるときに計算され得る。勾配目標は、これらの勾配推定値から決定され、ショットに対するユーザ入力の各セットに対して動的に変わり得る。この状況では、ユーザ入力が変更されなければ、勾配目標は変わらない。
【００６０】
各圧力を検出レベルと組み合わせてプレインフュージョン表に類似した圧力のリストを作成することにより、検出表を生成することもできる。実際のパック圧力勾配のシステム計算を検出レベルと比較し、パック圧力勾配が現在のパック圧力の検出レベル以下である場合には、抽出開始がシステムに記録される。
【００６１】
別の適応は、検出表を使用して現在のパック圧力での「検出レベル」を調べ、それをショットのプレインフュージョンが進むにつれて現在のパック圧力で計算される勾配を表す値と比較することである。検出表の例を図３に示す。パック圧力の勾配は、プロファイルによって、およびプレインフュージョン全体を通して変化する。使用中のプロファイルについて生成された検出表を使用すると、パックの挙動を動的に追跡し、固定された検出レベルに比べてより正確に抽出が検出される。検出表には、計算されたパック圧力勾配の「調整された」値である検出レベルを含めることができる。プレインフュージョン表の生成中に決定された勾配の計算は、パックではなくシステムの量に流入する水を表す勾配である。抽出のために流れる水は、圧力上昇速度を遅らせ勾配を減少させるプレインフュージョン中の圧力増加に寄与しない水である。調整係数と計算された勾配との積は、抽出中に水がパックに流れ込むときの圧力変化を示す勾配の推定値である。この実施形態では、調整係数０．８を使用して検出表の値を決定する。プレインフュージョン中に計算される勾配は、特定のパック圧力で決定される。
【００６２】
本発明の別の実施形態では、デルタ圧力、デルタ水アルゴリズムを使用して、抽出検出後にパックに入らない水流を補正することができる。パックには入らないがシステムの量に入る水は、パック圧力を高める効果があるため、抽出時に入る水としてカウントすべきではない。考慮されていない量に入る水は、パックを通る水の測定に誤差を引き起こし、ショット重量の誤差をもたらす。このシステムの目的はショットの一貫性であるため、システムに入る水を考慮することにより、各ショットの抽出重量の精度が向上する。
【００６３】
デルタ水アルゴリズムは、ショット中のピークパック圧力を決定する。そのピーク圧力を抽出開始時のパック圧力と比較する。計算は次の式に基づいており、絶対圧力を使用する。
【００６４】
Ｖ新＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［Ｐパック（ＰＳＩ）−１４．７（ＰＳＩ）］／Ｐパック（ＰＳＩ）
【００６５】
対象の２つの圧力を用いたこの式のバージョンは次のとおりである。
【００６６】
Ｖ調節（グラム）＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［｛１４．７／Ｐext（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐpeak（ＰＳＩ）｝］
【００６７】
別の式は、Ｖシステムの空の量グラム）×［｛１４．７／Ｐｅｘｔ（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐｎ（ＰＳＩ）｝］であり、Ｐｎ＝抽出中のパック圧力に対する数値である。
【００６８】
この式の結果は、パックにではなくシステムに流入する前述の水の説明となる、パックに入る目標の水に追加される水量である。これにより、抽出時間が長くなり、抽出されるショット重量の精度を向上させることができる。
【００６９】
一貫性を改善するための本発明の別の実施形態は、原水温度とボイラ水温度との水密度差に関して調節することである。システム流量計８は、後で詳述するように、ボイラ内の水、またはグループヘッド１７、さらにはポルタフィルタおよびコーヒーパックへの経路内の水を置換する、入ってくる原水を測定し、これらの構成要素は図４で識別される。華氏５０度の原水の密度は、華氏２０３度のボイラ水よりも約３．９％高い。これはショットに必要な水および流量の計算に影響する。この例では、ショットに必要な水量は３．９％増加する。
【００７０】
本発明の別の実施形態では、端数エッジアルゴリズムを用いてシステムに入る水の測定精度を高め、制御システムの精度を高めることができる。本開示で提示するシステムは、流量計を使用して、システムを通る水流量を測定することができる。システムは、所定の制御区間において流量計の「方形波」出力で生成された出力「エッジ」（どちらかの極性遷移）をカウントし、それをショットの状態に応じてプレインフュージョン中または抽出中の目標流量に関連付けられたエッジカウント目標と比較する。単純なシステムでは、制御区間中のエッジは整数カウントのみになる。整数カウントは、制御区間の最初のエッジの前に流れる水量、または制御区間の最後のエッジの後の水流を考慮しない。この実施形態では、システムは、例えば、高速（例えば２０ＭＨｚ）で動作する３２ビットカウンタを含む「キャプチャレジスタ」に接続されているマイクロコントローラへの入力を使用することができる。この例では、２０ＭＨｚクロックおよび最短の制御ループ区間が０．０５０秒の場合、カウンタは１００万カウントのうち１カウントの時間差を分解できる。システムはこのカウンタを使用して、制御区間の開始から最初の流量計エッジまでの時間、制御区間中の流量計エッジ間の時間、および最後の流量計エッジから制御区間の終わりまでの時間を表すカウントを捕捉する。
【００７１】
制御区間中の端数エッジを決定するために、キャプチャレジスタからのいくつかの「カウント」を使用する。保存される「カウント」は順に、制御区間の開始（０）、最初の流量計エッジ（１）、流量計エッジ（２）、流量計エッジ（ｎ−１）、最後の流量計エッジ（ｎ）、および（現在の）制御区間の終わり（０）である。これが全ての制御区間で繰り返される。（ｎ）は（ｎ−１）よりも新しいサンプルを表す。制御区間内の流量計エッジの最初の「期間」を次のように決定する。
【００７２】
Ｐ（１）＝流量計エッジ（２）−流量計エッジ（１）。
【００７３】
次に、最初の制御区間（０）から最初の流量計エッジ（１）までのエッジの端数ｆ（０）を次の式で決定する。
【００７４】
ｆ（０）＝［最初の流量計エッジ（１）−制御区間の開始（０）］／［流量計エッジ（２）−最初の流量計エッジ（１）］。
【００７５】
最後の流量計エッジ（ｎ）から制御区間の終わり（ｎ）までのエッジの端数を次の式で決定する。
【００７６】
ｆ（ｎ）＝［制御区間の終わり（ｎ）−流量計エッジ（ｎ）］／［流量計エッジ（ｎ）−流量計エッジ（ｎ−１）］。
【００７７】
次に、制御区間全体について、端数ｆ（０）およびｆ（ｎ）を整数エッジカウントｎに加算する。制御区間のエッジカウント全体を、抽出の状態に応じてプレインフュージョン表または抽出表の流量から計算されるエッジカウントと比較する。エッジカウントが目標エッジカウントと異なる場合、システムは必要に応じて制御弁を調節して流量を修正する。
【００７８】
典型的な抽出流０．０５０オンス／秒または制御区間０．５秒あたり１１４．２８エッジの間にこのアルゴリズムがないと起こり得る誤差は、制御区間の開始ならびに制御区間の終わり、または１１４．２８エッジのうち２つのエッジにおけるエッジの欠失であり、これは抽出中にシステムを通過する流量および水における１．７％の誤差である。このアルゴリズムは、誤差の可能性を１０，０００，０００カウント中、各端数エッジの決定ごとに約＋／−１カウントまたは０．５００秒中２カウントに減らし、これは０．００００２％である。これは桁違いの改善である。
【００７９】
パックに入る水の温度制御は、エスプレッソマシンの一機能であり得る。本発明の別の実施形態では、このシステムは、充填、プレインフュージョンおよび抽出中のエスプレッソのブリューイングを表す水流をポルタフィルタ内にコーヒーがない状態で、また特別なポルタフィルタであるフローリストリクタなしで作り出すことができるため、エスプレッソマシンのより正確な水温測定および熱特性評価を可能にし得る。充填、プレインフュージョン、抽出時間、およびショット全体の流量の記録を使用して、対象のショットを再度作成することができる。制御ループはこれらの記録を使用して記録された時間間隔中の流量を制御し、ショット中に行われたとおりに水流を制御する。この正確なショットの記録と再現は、ショットが行われたとおりに熱システムに負荷をかける。
【００８０】
水を排出するための開口部と熱電対を備えた単純な容器をグループヘッドに挿入することができ、コーヒーをブリューイングするときのパックとは異なり、背圧がほとんど生じない。熱電対ホルダは、ポルタフィルタを使用するよりもはるかに弱い材料で作成でき、ポルタフィルタよりも安価に作成できる。また、熱電対をマシンの電子機器に接続して熱電対の出力を測定することもでき、熱電対を読み取るための特別な別個のメータは必要ない。温度性能の計算とレポートは、マシン上に電子的に表示できる。データをファイルに出力して、別のコンピューティングデバイスで読み取ることもできる。
【００８１】
本明細書で説明するプログラム制御により、ブリューイング環境のパラメータを入力し保存することが可能になる。これらのパラメータを、この技術を用いる他のエスプレッソマシン間で共有して、ブリューイング環境を再現し、同様のエスプレッソショットを作り出すことができる。
【００８２】
本明細書で開示するシステムは、半自動モードで動作でき、半自動モードでは、バリスタがショットを開始すると、マシンは充填を経て、予め保存されたプレインフュージョン表の値に基づいてプレインフュージョンを開始する。システムは抽出に移行し、抽出表の値に基づいて流れ制御を開始することができる。バリスタは、時間、重量または量でショットをいつ停止するかを判断する。あるいは、抽出を開始するときに、バリスタは、流れ制御が開始され目標重量でショットが停止するように、抽出を手動で指示することができる。
【００８３】
本明細書で開示されるシステムは、全自動モードでも機能することができ、その場合バリスタはショットを開始し、システムが充填、プレインフュージョン、抽出検出および抽出を進める。前述のプレインフュージョン表と抽出表を使用して、ショットのブリューイング環境を制御する。前述のように、流れ制御を利用してショットをブリューする。ショットは目標ショット重量で自動的に停止する。システムは、前述の抽出検出アルゴリズムを使用して、抽出がいつ行われるかを決定する。システムは、目標ショット重量に対して適切なショットに入る水量を測定し、必要なブリュー水量を決定する際に抽出されるコーヒーの重量を考慮する（例えば、２０グラムの粉量＝＞３．９グラムの抽出されるコーヒー＋２４．６グラムの水＝抽出収率１９．５％で２８．５グラムのショット）。
【００８４】
本明細書で開示するシステムは、パドル制御を用いて操作することもでき、その場合、バリスタはこのシステムを備えたエスプレッソマシンのパドル制御をプレインフュージョン位置に移動する。マシンは充填を開始し、移行圧力でプレインフュージョンに進む。プレインフュージョンは、流れ制御を備えたプレインフュージョン表を用いて前述のように制御される。ショットが始まると、バリスタはパドルをブリュー位置に移動する。システムは抽出段階に移行し、抽出の流れ制御が開始される。抽出は、抽出表および流れ制御を用いて前述のように制御される。マシンは目標ショット重量が達成されると自動的に停止するか、またはバリスタがパドルを「オフ」に移動してショットを停止することができる。あるいは、バリスタがパドルを直接「ブリュー」位置に移動し、マシンが全自動モードで動作する。
【００８５】
プロファイルはブリューイング環境を定義する。プロファイルには、ユーザが入力した値および／またはシステムが決定した値が含まれる。基本的なユーザ入力値は、ショット重量、ショット時間、粉量、プレインフュージョン時間および抽出目標圧力である。粉量は、そのショットおよび以降のショットに使用されるコーヒーの量である。プレインフュージョン時間は、水がパックに流れ込む時間、および抽出圧力を高めるためのパックへの圧力を記述するユーザ入力である。抽出目標圧力は、抽出が発生する「目標」圧力である。これらの５つのパラメータのみで、システムはブリューイング環境を生成できる。別のユーザ入力である抽出流量調節％は、パック透過性の実際の変化にエスプレッソマシンをよりよく整合させる。これらの少数のパラメータを共有して、本発明を利用する他のマシンでブリューイング環境を再び作り出すことができる。
【００８６】
プロファイルの別の側面は、アルゴリズムの一部として生成されるパラメータ、またはアルゴリズムで使用されエスプレッソマシンに送信される定数である。このようなプロファイルの２つは、抽出量、またはプロファイルで定義されたショットに必要な水、およびＶａ、すなわち前述のようにデルタ水、デルタ圧力アルゴリズムに使用されるマシンの量である。
【００８７】
プロファイルの用途の１つは、焙煎器で特定の様々な豆に対して好ましいプロファイルを決定するためである。焙煎器は、豆を購入した顧客とプロファイルを共有できる。顧客は、本発明を備えたマシンにプロファイルを入力し、プロファイル内の粉量を使用し、ショットをつぐことができる。これは、コーヒーの風味に違いを引き起こす可能性があるマシンの実際の動作温度を考慮していない。
【００８８】
プロファイルは、特定のグラインダ設定で動作するようにマシンをセットアップすることや、特定のプロファイルで作動するようにグラインダを調節することを可能にする。標準のエスプレッソマシンにはこの能力がない。
【００８９】
本方法およびシステムの使用の一実施形態では、流れ制御が発生する最大圧力を設定するようにプログラムされたエスプレッソマシンと共に、ソフトウェアを使用する。一実施形態では、最大圧力は１６０ｐｓｉ（１１バール）に設定される。この圧力を超えると、システムは、目標流量が達成されない場合に流量を増加させず、これは低透過性パックの場合であり得る。パック圧力が最大圧力設定を下回ると、流れ制御が再開する。パック圧力がプログラムされた最大値を超えている期間に流量制御が中断された場合でも、流量とシステムに入る水の監視は継続される。透過性の低いパックでは、ショット時間が予想よりも長くなる可能性がある。本発明を使用しない標準的なマシンのようにわずか１３５ＰＳＩ（９バール）の圧力では、本発明を使用する場合に比べて、ショットにはるかに長い時間がかかり、圧力の急速な印加のためにチャネリングが発生する可能性が高い。
【００９０】
以下は、エスプレッソショットをつぐ際のいくつかの変数の効果を示す。このような変数は本明細書で説明されており、開示のアルゴリズムおよび改変を用いて説明されている。グラフ１、グラフ２およびグラフ３で示す以下の例では、コンパックグラインダの設定はより細かい（−８０）からより粗い（−７０、−６０）まで変化し、これらはコンパックグラインダの相対的なデジタル数値であるが、パック透過性が変化すると結果として生じるパック圧力は変化するが、流量制御のために抽出は非常に類似している様子を実証する。以下の例示では、左の「Ｙ」軸は圧力（ＰＳＩ）、右の「Ｙ」軸はグラム単位の液体、「Ｘ」軸は時間（秒）である。コーヒーの出は実線、パック圧力は一点鎖線、ポンプ圧力は点線である。グラフからわかるように、抽出されたコーヒーまたは「コーヒーの出」は経時的に３つの試験で非常に類似している。
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【００９１】
グラフ１、２および３は、細かいエスプレッソ粉砕物では、細かくない粉砕物と比較して、パック圧力がより高い圧力に達することを示す。３種類のサンプルの各々における経時的なポンプ圧力は同様であり、パック圧力が最大レベルに達した時点で（約２００ＰＳＩで）圧力が平準化する。細かい粉砕物は、粗い粉砕物よりも遅くこのポイントに到達する。
【００９２】
次のグラフ４、５、６は、結果として生じるショット重量にグラインダ設定がどのように影響するかを比較するために、流れを制御するプレインフュージョン表および抽出表を使用する本発明の実施形態（ＥＥＳテックとラベル付け）と他のシステムとの比較を示す。グラフに表示された全てのショットは、開示のシステムを用いて同じショット重量でつぎ、同じブリューイングパラメータを使用した。グラフ４で最も重要なのは、２８．５グラムのショット重量と２５秒のショット時間のパラメータである。全てのショットに同じ２０グラムの粉量を使用した。ブリューイングパラメータは異なるショット重量に対して変更した。グラフは、本明細書に開示されるシステムを使用することにより、グラインダの設定に関係なく、飲料重量が比較的一定のままであることを示す。しかし、他のシステムでは、グラインダの設定が結果として得られるショット重量に直接影響する。システムがオフのときに測定したショットでは、タイマーを使用して２５秒でショットを停止した。
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【００９３】
次のグラフ７及び８は、所望のショットを得ることに対する焙煎日の最小限の影響を示し、抽出曲線の類似性として最もよく見ることができる。これは、同じパラメータで反復可能なブリューイングパラメータを作成することにより、焙煎日を含む焙煎の種類における差を最小限に抑え、ユーザが同じショットをつぐことを可能にすることを示す。
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【００９４】
次の例のセットであるグラフ９および１０は、それぞれ３８．９グラムと２２．５グラムの異なる目標ショット重量を有するショットを示す。ショット重量は、このシステムでユーザが簡単に変更できるプログラム可能なブリューイングパラメータである。抽出中のプログラム可能な流量制御の結果として、両方の例の重量または抽出の線は、同様の抽出時間で抽出重量が増加する異なる勾配を有する斜面であることに注目されたい。言い換えれば、システムが同じショット時間でより重いショットを生成するようにプログラムされている場合、増加した流れが適用される。
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【００９５】
次のグラフ１１及び１２は、４か月間隔で行ったショットの例であり、異なるグラインダおよび異なる焙煎日のショットであるが、同じプレインフュージョン表とほぼ同じ抽出表を使用している。１回目のショットは３９グラムで、２回目のショットは３８．９グラムであった。両方とも粉量は２０グラムであった。ショット重量の実線で示されているように、抽出挙動の類似性が注目される。
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2020527442.tif 000013
【００９６】
グラフ１３は、グラインダ設定を維持しつつ一連のショットに１つのプロファイルを使用して、入力した目標ショット重量に非常に近い一貫したショットを得る方法を示す。カフェで一般的に受け入れられているショット重量の変動は、目標ショット重量の２グラム以内のショット重量である。グラフ１３に示す例では、目標重量は３０グラムで、２日間にわたって１日中ショットをつぎ、システムは全自動モードで動作した。
2020527442.tif 000014
【００９７】
【００９８】
本発明の一実施形態では、システムコントローラ１６および他の電子機器と連携する機械アセンブリ１０により、前述のシステムアルゴリズムがエスプレッソマシンをプログラム的に構成して、バリスタが望むショットをブリューすることが可能になる。アセンブリ１０およびシステムコントローラ１６は、エスプレッソマシンを手動で調節することなく、ほぼ瞬時にブリューイング特性を変更することを可能にする。
【００９９】
例えば、図４は、機械アセンブリ１０の構成要素、およびシステムコントローラ１６へのその接続を表す。水の経路を太線で示し、矢印は給水部２３からポンプ２６を通る流れ方向を示す。充填中の水の経路は、バイパス弁４を通ってグループヘッド１７までである。プレインフュージョン中および抽出中にポンプ２６を通過した後の水の経路は、制御弁３、流量計８を通ってグループヘッド１７までである。流量計８および制御弁３の使用は、システムコントローラ電子機器１６によって可能になるリアルタイムの閉フィードバックループアルゴリズムと組み合わせて、機械アセンブリ１０を通ってコーヒーパックに入る水流量を制御する手段を提供する。流量計８の出力パルスがカウントされ、パルスタイミングが測定され、システムコントローラ１６が水流量の推定値を決定する。測定された流量は、流量の表と比較され、表内の流量と整合するように制御される。一実施形態では、前に例示したように、流量の１つの表がプレインフュージョン用に生成され、第２の表が抽出用に生成される。測定された流量が現在の「目標」流量に等しくない場合、システム電子機器１６は、制御弁３への制御信号を変更して、弁の開度を変更する。例えば、一実施形態では、制御信号は０ｍＡ〜２００ｍＡの範囲の電流である。０ｍＡで制御弁３は完全に閉じ、２００ｍＡで弁３は完全に開く。異なる弁を選択することによって他の電流範囲が可能である。他の制御手段は、コイルに電圧を印加するか、またはパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用して、電圧駆動装置の制御電圧、コイルを通る平均電流、または電流駆動装置の基準電圧を作成することであり得る。
【０１００】
バイパス弁駆動装置２０は、バイパス弁４をオンまたはオフするように構成されている。制御弁駆動装置２２は、電流を印加するように構成され、非常に小さな電流変化が可能であり、流量制御中の弁の微調整を可能にする。エスプレッソマシンシステム電子機器２４は、エスプレッソのブリューイング中にポンプおよびグループヘッド１７内の三方弁を制御する。ユーザ入力手段２８は、電話またはタブレットアプリケーションであってもよく、例えばブルートゥースを介して接続されてもよい。または、入力デバイスは、エスプレッソマシンのキーボードまたはタッチスクリーンであってもよく、エスプレッソマシンシステム電子機器に直接接続されてもよい。
【０１０１】
制御弁３の挙動は、弁全体の差圧の関数である。差圧は、ポンプ圧力からパック圧力を引いたものが広く用いられ、第１のまたは図４のポンプ圧力センサ２、および第２のまたはパック圧力センサ１５によって測定される。配管経路と付属部品の流量抑制によって発生する小さな圧力が存在する。ポンプ圧力とパック圧力を測定する１つの利点は、配管経路の流量抑制による圧力への小さな影響が考慮され、差圧が正確に測定されることである。所定の弁設定では、例えば１０ｐｓｉまたは１５０ｐｓｉの差圧では流量が異なる。手動流量制御弁を備えたシステムの場合、弁全体の圧力が変化すると弁の性能は変化するが、通常バリスタはショット中に手動弁を変更しない。弁性能の式は、ＣＶ＝流量（ｇａｌ／分）／平方根（入口圧力−出力圧力）である。ＣＶは、弁の設定と有効開口サイズを表す。流量はＣＶ×平方根（入力圧力−出力圧力）に等しく、これは差圧が結果の流量にとって重要であることを示す。別の実施形態は、ポンプ圧力センサを備えず、プレインフュージョンのための初期流量で初期ポンプ圧力を推定して、事前に弁を開始設定に設定することである。次に、制御ループが必要に応じて制御弁を調節し、実際の入口（ポンプ）圧力について仮定を行う。制御ループ制御は目標流量を維持し、実際の入口圧力またはポンプ圧力を持たないことによる誤差を最小限に抑える。
【０１０２】
より小さいポンプでは、流量が変化するとポンプ圧力が大きく変化する。例えば、小さい振動ポンプは、最大流量で作動する場合、ゼロに近い出力圧力を有し得る。ピークポンプ圧力は、出力流量なしで発生する。例えば、より小さいポンプでは、ポンプ圧力は、最大流量（６５０ｃｃ／分）での約０バール（またはＰＳＩ）から、０ｃｃ／分の流量での約１５バール（２１８ＰＳＩ）まで変化する。ショット中、パック圧力は０付近から始まり、例えば５バール（７２ＰＳＩ）〜１１バール（１６０ＰＳＩ）の範囲のより高い圧力まで上昇する。流量の閉ループ制御は、測定された圧力を考慮して、所望の流量で制御弁を適切に制御する。ショットの全体を通した差圧の変化によるショットへの影響は、閉ループ制御によって最小限に抑えられる。市販のエスプレッソマシンには、高流量でも高い圧力を維持するポンプがある。本システムは、流量の閉ループ制御により、どちらの種類のポンプ圧力特性にも対応できる。
【０１０３】
典型的なエスプレッソマシンの圧力限界は約９バール（１３１ＰＳＩ）である。ポンプをオンにすると、パックに圧力がかかり、パック透過性に応じてパックに水が流れ込む。本明細書で説明するように、流量はパック圧力の範囲を超えて制御されるため、実施形態の上限は標準的なエスプレッソマシンよりも高く、パック準備の変動によりパック透過性が予想よりも低い場合に、より高い圧力が存在できるようになる。一部のマシンでは、ボイラ内のヒータのサイクル中にポンプ圧力の変動が発生する。本明細書で説明する閉ループ制御は、パックに入る水流量に対するポンプ圧力変動の影響を最小限に抑える。
【０１０４】
図５〜図７は、本発明の実施形態の３つの図である。図８はマニホールドの図である。アセンブリは第１の水路１４を含み、第１の水路１４は、入口ポート１１で始まり、バイパス弁４に接続される。水路１４をバイパス弁４に接続することにより、充填中の高流量が可能になる。バイパス弁４は充填中は開いており、パック領域への流量を増やして、パックの上部およびエスプレッソマシンの配管内の空の量を素早く満たす。水路１４は、ポンプ圧力を測定するために第１のまたはポンプ圧力センサ２に続き、次に制御弁３に続いて水流量を規制する。次に、水路１４の水は、パイプ接続部５を通り、管６を通り、接続部７を通って流量計８に流れ、水流量を測定し、次に第２の圧力センサ１５に流れてパック圧力を測定し、続いて流体接続部９から流体接続部１２に至る。流体接続部１２から、水路は図４に示すグループヘッド１７に至る。第２の水路１３は、第２のまたはパック圧力センサ１５へのバイパス弁の出力で始まる。プラグ２７は穴を埋めて、第２の水路１３（図８）の機動を可能にする。
【０１０５】
プレインフュージョンは、前に説明したように、システムのアルゴリズムによって生成されるプレインフュージョン表の第１の圧力で始まる。プレインフュージョンが開始すると、バイパス弁４が閉じ、水は主要水流路１４を通って流れ、主要水流路１４は、第１のまたはポンプ圧力センサ２の下にある入口ポート１１から流れ、第１の圧力センサ２から制御弁３の入口まで延出する。制御弁３の出口は、パイプ接続部５の継手に接続されている。この経路は、管６を通って流量計８まで続き、次に再びマニホールド１に入り、出口圧力センサ２に接続され、さらに出力ポート１２に接続される。この経路は、抽出中の主要経路でもある。主要水路は流量計８を含み、これにより、プレインフュージョン中および抽出中の水流量は、システムコントローラ１６によってプレインフュージョン表および抽出表に従って流量を動的かつリアルタイムに制御できる。
【０１０６】
マニホールド１のコンポーネントとシステムコントローラ１６との間の電気接続には、バイパス弁制御信号、制御弁制御信号、入口および出口圧力センサの電力、戻り信号および出力信号、ならびに流量計センサの電力、戻り信号および出力信号が含まれる。
【０１０７】
本発明は、説明された特定の実施形態に限定されず、均等の原則、または文言の範囲を超えて特許の法的強制力のある範囲を拡大するその他の原則を含む現行法の原則に従って解釈されるように、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができることが理解されよう。文脈がそうでないことを示さない限り、要素のインスタンスの数への特許請求における参照は、それが１つのインスタンスへの参照であっても複数のインスタンスへの参照であっても、少なくとも要素のインスタンスの規定された数を必要とするが、その要素のインスタンスが記載されているよりも多い構造または方法を特許請求の範囲から除外することは意図していない。特許請求の範囲で使用される場合、「含む」という言葉またはその派生語は、特許請求された構造または方法における他の要素またはステップの存在を除外することを意図しない非排他的な意味で使用される。
【図１】
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【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月9日(2019.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エスプレッソショットシステムのブリューイング環境を作成する方法であって、前記方法が、
ａ）ショット重量、ショット時間、粉量、プレインフュージョン時間および抽出目標圧力の値をシステムに入力するステップと、
ｂ）前記入力された値に従って前記システムからショットを抽出するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記入力された値に従ってプレインフュージョンおよび抽出の流量情報を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ユーザの好みに対応するために、前記システムに機能的に関連付けられたグラインダを調節するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ブリューイングシステムのエスプレッソパックに水を注入するための流量および圧力の進行を決定する方法であって、前記方法が、
ａ）抽出目標圧力および抽出目標流量を決定するステップと、
ｂ）前記抽出目標圧力で前記ブリューイングシステム中の水量を計算するステップと、
ｃ）抽出時間前の１回のシステムサンプル期間にブリューイングシステム中の現在の水量を計算するステップと、
を含む、方法。
【請求項５】
前記抽出目標圧力で前記ブリューイングシステム中の水量を計算するステップは、現在の量（グラム）＝システムの空の量（グラム）×［｛絶対パック圧力（ＰＳＩ）−１４．７（ＰＳＩ）｝／絶対パック圧力（ＰＳＩ）］として計算される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
抽出時の１つ前のシステムサンプル期間における前記ブリューイングシステム中の現在の水量を計算するステップは、システムの量（ｔ-1）（グラム）＝抽出目標圧力でのシステムの量（グラム）−［（抽出流量（グラム／秒）×システムサンプル時間（秒）］として計算される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
時間（ｔ0）での抽出目標圧力の１つ前のシステムサンプルの時間（ｔ-1）でのパック圧力を決定するために、前記抽出目標圧力の１サンプル前の前記ブリューイングシステム中の計算された現在の水量を使用するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記時間（ｔ-1）での前記パック圧力が、パック圧力（ｔ-1）＝［システムの量Ｖａ（グラム）×１４．７（ＰＳＩ）］／［システムの量Ｖａ（グラム）-システムの現在の量（ｔ-1）（グラム）］である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記決定するステップは、プレインフュージョン時間、粉量、ショット時間およびショット重量を決定するステップも含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
プレインフュージョン表を作成するために全てのステップを繰り返すことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
複数のパック圧力の流量を決定し、チャネリングを最小限に抑える、対応する流量を計算するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
式Ｋext＝（抽出目標圧力でのパック圧力0）／（抽出目標圧力の１サンプル前のパック圧力-1 ）を使用して圧力変化率（Ｋext）を計算するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
式Ｋave＝（圧力比）＾（１／（プレインフュージョン時間×１秒あたりのシステムサンプル））を使用して平均圧力変化率（Ｋave）を計算するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ａ．圧力n-1＝圧力n×nの１／Ｋn＝（プレインフュージョン時間×１秒中のシステムサンプル）−２、
ｂ．Ｖn＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［圧力n−１４．７（ＰＳＩ）］／圧力n、
ｃ．ｔn-1からｔn-2の期間の流量はＦＲn-2＝（Ｖn-1−Ｖn-2）／サンプル時間（秒）であり、単位はグラム／秒であり、各システムサンプル時間について繰り返される、
ｄ．Ｋn＝［（圧力n−Ｐプレインフュージョン開始圧力）／（Ｐ抽出−Ｐプレインフュージョン開始圧力）］×（Ｋext−Ｋspi）＋Ｋspi、式中、
ｅ．Ｋspi＝Ｋave＋（（Ｋave−Ｋext）×ｋspi＿調節＿係数）、式中、ｋspi＿調節＿係数は、前記プレインフュージョン表を指定されたプレインフュージョン時間内に維持するために、ｋspi＿ａｄｊ＿係数を解くアルゴリズムを使用して決定される、
のアルゴリズムを使用して、プレインフュージョン表の定式化全体を通してＫ係数を計算するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
抽出をいつ開始するかを決定するために、プレインフュージョン中のパック圧力勾配の変化を検出するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
抽出検出後にパックに入らない水流を補正するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項１７】
プレインフュージョン挙動を変更するために所定の圧力に対するプレインフュージョン流量を変えることにより、プレインフュージョン中の前記エスプレッソパックの変化を動的に補正するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
キャプチャレジスタからのいくつかのカウントを使用してカウントを順番に保存し、制御区間中の端数エッジを決定することにより水流量を測定するために、流量計を使用するステップをさらに含み、前記カウントが、制御区間の開始（０）、最初の流量計エッジ（１）、流量計エッジ（２）、流量計エッジ（ｎ−１）、最後の流量計エッジ（ｎ）、および（現在の）制御区間の終わり（０）である、請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
複数の制御区間について流量を測定するステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ａ）Ｐ（１）＝流量計エッジ（２）−流量計エッジ（１）を使用して、制御区間内の流量計エッジの最初の期間を計算するステップと、
ｂ）ｆ（０）＝［最初の流量計エッジ（１）−制御区間の開始（０））］／［流量計エッジ（２）−最初の流量計エッジ（１）］を使用して、最初の制御区間（０）から最初の流量計エッジ（１）までのエッジの端数ｆ（０）を計算するステップと、
ｃ）ｆ（ｎ）＝［制御区間の終わり（ｘ）−流量計エッジ（ｎ）］／［流量計エッジ（ｎ）−流量計エッジ（ｎ−１）］を使用して、最後の流量計エッジ（ｎ）から制御区間の終わり（ｎ）までのエッジの端数を計算するステップと、
ｄ）制御区間のエッジカウントを、予め決定された流量から計算されたエッジカウントと比較するステップと、
をさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ショット中にエスプレッソパックからコーヒーを抽出するための水量および水流量を決定する方法であって、前記方法が、
ａ）目標ショット重量、粉量および抽出率に応じて前記ショットに必要な水量を決定するステップと、
ｂ）前記必要な水量および決定されたショット時間から平均流量を決定するステップと、
ｃ）前記流量に１つ以上の適応を適用するステップと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記ショットに必要な水量を決定するステップは、ショット重量−（粉量×抽出率）により計算される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記平均流量を決定するステップは、前記必要な水量を前記決定されたショット時間で除算するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ショット時間を制御更新間の時間で除算することにより、前記ショット中に制御ループ更新の数ｎを計算するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記１つ以上の適応を適用するステップが、（必要な水量／ショット時間）×（１＋抽出流量調節）に等しい開始抽出流量を決定するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記１つ以上の適応を適用するステップは、開始流量＋デルタ流量×制御期間（ｎ）で各制御期間の抽出流量を計算するために、（平均抽出流量−開始流量）／（（ショット時間／２）×（１／抽出制御更新期間））に等しいデルタ流量を決定するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
抽出表を作成するために全てのステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
抽出流量を制御することにより、抽出中のパックの変化を動的に補正するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つ以上の適応を適用するステップは、前記平均流量未満の値％で始まり、前記ショットの中間で前記平均流量を超える値％まで増加し、その後、前記ショットの終わりで前記平均流量未満の値％まで減少する負のコサイン形状を適用することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記平均流量未満の値％が１５％以下である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記平均流量を超える値％が１５％以下である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
原水温度とボイラ水温度との水密度差を調節するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
現在のパック圧力での検出レベルを調べ、それをプレインフュージョン中に現在のパック圧力で計算された勾配を表す値と比較して、抽出をいつ開始するかを決定するために、検出表を使用するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項３４】
抽出検出後に前記パックに入らない水流の補正を
ａ．Ｖ調節（グラム）＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［｛１４．７／Ｐｅｘｔ（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐｐｅａｋ（ＰＳＩ）｝］
のように決定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
抽出検出後に前記パックに入らない水流の補正を、Ｖシステムの空の量（グラム）×［｛１４．７／Ｐｅｘｔ（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐｐｅａｋ（ＰＳＩ）｝］、Ｐn＝抽出中のパック圧力のように決定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３６】
抽出検出後に前記パックに入らない水流を補正するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３７】
キャプチャレジスタからのいくつかのカウントを使用して、カウントを順番に保存し、制御区間中の端数エッジを決定することにより水流量を測定するために流量計を使用するステップをさらに含み、前記カウントが、制御区間の開始（０）、最初の流量計エッジ（１）、流量計エッジ（２）、流量計エッジ（ｎ−１）、最後の流量計エッジ（ｎ）、および（現在の）制御区間の終わり（０）である、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
ａ）Ｐ（１）＝流量計エッジ（２）−流量計エッジ（１）を使用して、制御区間内の流量計エッジの最初の期間を計算するステップと、
ｂ）ｆ（０）＝［最初の流量計エッジ（１）−制御区間の開始（０））］／［流量計エッジ（２）−最初の流量計エッジ（１）］を使用して、最初の制御区間（０）から最初の流量計エッジ（１）までのエッジの端数ｆ（０）を計算するステップと、
ｃ）ｆ（ｎ）＝［制御区間の終わり（ｘ）−流量計エッジ（ｎ）］／［流量計エッジ（ｎ）−流量計エッジ（ｎ−１）］を使用して、最後の流量計エッジ（ｎ）から制御区間の終わり（ｎ）までのエッジの端数を計算するステップと、
ｄ）制御区間のエッジカウントを、予め決定された流量から計算されたエッジカウントと比較するステップと、
をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３９】
エスプレッソショットをブリューイングするためにプログラムで構成されたシステムであって、前記システムが、
ａ．前記システム内に水を受け入れるための水入口と、
ｂ．パックに動作可能に関連付けられた出口パック圧力センサと、
ｃ．プレインフュージョン中および抽出期間中に前記水入口から前記パック内への水流量を制御するように機能する制御弁と、
ｄ．ショットの充填段階中に水が高流量で通過する交互配管経路を提供するためのバイパス弁と、
ｅ．前記水流量を測定して、プレインフュージョン表および／または抽出表に従って水流を規制する方法を前記制御弁に伝えるための、前記制御弁に関連付けられた流量計と、
ｆ．前記システムの要素を収容するためのマニホールドと
を含む、システム。
【請求項４０】
入口ポンプ圧力センサをさらに含む、請求項３９に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１７年７月１１日に提出された米国仮出願第６２／５３１，１２０号の利益を主張し、その全開示は、あらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
既存のエスプレッソマシンには、抽出されるショット上の物理的なコーヒーパックの変動に対応する能力がない。これらのマシンは、圧力制御と圧力プロファイルの組み合わせを使用し、コーヒーパックへの水流を間接的に制御して、コーヒー粉砕物からコーヒーを抽出するが、コーヒーやユーザの好みの変動に合わせてシステムを調節する能力は最小限である。パックからの液体の抽出は、パックとコーヒー粉砕物の特性に依存し、これはショットの抽出中はもちろんショットごとに変わる可能性がある。
【０００３】
実際には、バリスタやエスプレッソマシンのその他のユーザは、ショットの一貫性と制御を達成しようとする。結果として得られるショットは、量、クレマの品質、溶存固形物の総量、および風味が異なる。これらの変動は、例えばグラインダの性能、粉の重量、タンピング力、豆の選択、豆の年齢、および湿度の変動を含む様々な要因に依存する。これらの各要因は、パック透過性、および結果として生じるエスプレッソショットに違いを引き起こす可能性がある。パック透過性が変化すると、エスプレッソマシンシステムへの背圧が変化し、その結果、パックを通る流体の流量も変化する。パックの変動は、全てのショットである程度発生する。上記の変動と変化は、つがれる全てのショット間の非一貫性の一因となる。
【０００４】
現在、バリスタがエスプレッソショットを準備する場合、バリスタは、コーヒーの粉量または量、およびグラインダに対処して、エスプレッソマシンで所望のショット重量を作り出し、ショット重量は、所望のショット時間で抽出されるそのショットのためのコーヒーの目標重量である。通常、グラインダを「ダイヤルイン」して望ましい粉砕サイズに達するまでに数ショットかかる。豆と湿度が変化するため、グラインダは一日中何度も調節する必要がある。これらの調節の結果ショットは破棄され、コーヒーと時間が無駄になる。
【０００５】
グラインダを設定すると、バリスタはショットをいつ停止するかを管理する必要があるが、これにはいくつかの方法がある。バリスタは、エスプレッソマシンをいつ停止するかを判断するためにショットの色、ショット時間、および／またはショット量を監視することができる。これらの方法では、バリスタはショットの間ほぼずっと、特にショットが終わるはずの時間付近では注意を払う必要がある。これはバリスタの時間を取り、バリスタはミルクをスチームしたり顧客に注意を払ったりすることが難しくなる。
【０００６】
一部のエスプレッソマシンには「量測定」投与機能があり、ショットをつぐ過程で、手動でプログラムした水量が通過した後マシンが停止する。通常、この機能をプログラミングするには、バリスタがショットを準備し、プログラムモードでマシンを始動する必要がある。バリスタがショットを停止すると量が設定され、使用する水量がマシンに保存される。この状況で、バリスタはショットを開始でき、プログラムされた量の水が通過するとマシンは停止する。ただし、このプロセスは終点を制御するだけであり、水がパックをどのように通過するかは制御しない。ショットは予想よりもはるかに短い時間またははるかに長い時間を要する可能性があるが、マシンはいつ停止するかのみを知っている。別のショット量が必要な場合は、手動のプログラミング方法を繰り返す必要がある。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態では、本発明は、エスプレッソショットシステムのブリューイング環境を作成する方法に関し、ショット重量、ショット時間、粉量、プレインフュージョン時間および抽出目標圧力の値をシステムに入力するステップと、入力された値に従ってシステムからショットを抽出するステップとを含む。
【０００８】
別の実施形態では、本発明は、ブリューイングシステムのエスプレッソパックに水を注入するための流量および圧力の進行を決定する方法に関し、抽出目標圧力および抽出目標流量を決定するステップと、抽出目標圧力でブリューイングシステム中の水量を計算するステップと、抽出時間前の１回のシステムサンプル期間にブリューイングシステム中の現在の水量を計算するステップとを含む。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、ショット中にエスプレッソパックからコーヒーを抽出するための水流量を決定する方法に関し、目標ショット重量、粉量および抽出率に応じてショットに必要な水量を決定するステップと、必要な水量および決定されたショット時間から平均流量を決定するステップと、流量に１つ以上の適応を適用するステップとを含む。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、エスプレッソショットをブリューイングするためのシステムに関し、システムは、システム内に水を受け入れるための水入口と、パックに動作可能に関連付けられた出口パック圧力センサと、プレインフュージョン中および抽出期間中に水入口からパック内への水流量を制御するように機能する制御弁と、ショットの充填段階中に水が高流量で通過する配管経路を提供するためのバイパス弁と、水流量を測定してプレインフュージョン表および／または抽出表に従って水流を規制する方法を制御弁に伝えるための、制御弁に関連付けられた流量計と、システムの要素を収容するためのマニホールドとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明をよりよく理解するため、および本発明がどのように実施され得るかを示すために、ここで例として添付の図面を参照する。
【００１２】
【図１】図１は、プレインフュージョン表の例である。
【００１３】
【図２】図２は、抽出表の例である。
【００１４】
【図３】図３は、検出表の例である。
【００１５】
【図４】図４は、本発明のシステムの実施形態を表す図である。
【００１６】
【図５】図５は、機械システムの実施形態の側面図である。
【００１７】
【図６】図６は、図５に示す機械システムの実施形態の平面図である。
【００１８】
【図７】図７は、図５に示す機械システムの実施形態の等角図である。
【００１９】
【図８】図８は、マニホールドの実施形態の等角図である。
【００２０】
【図９】図９は、グラインダを−８０に設定した場合の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００２１】
【図１０】図１０は、グラインダを−７０に設定した場合の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００２２】
【図１１】図１１は、グラインダを−６０に設定した場合の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００２３】
【図１２】図１２は、２８．５グラムのショットによるコンパックグラインダ試験の結果を示すグラフである。
【００２４】
【図１３】図１３は、３８．９グラムのショットによるバリオグラインダ試験の結果を示すグラフである。
【００２５】
【図１４】図１４は、２２．５グラムのショットによるコンパックグラインダ試験の結果を示すグラフである。
【００２６】
【図１５】図１５は、焙煎から８日後の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００２７】
【図１６】図１６は、焙煎から１日後の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００２８】
【図１７】図１７は、３８．９グラムのショットによる試験の結果を示すグラフである。
【００２９】
【図１８】図１８は、２２．５グラムのショットによる試験の結果を示すグラフである。
【００３０】
【図１９】図１９は、５／１６にブリューした場合の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００３１】
【図２０】図２０は、９／１４にブリューした場合の圧力と量の変化を示すグラフである。
【００３２】
【図２１】図２１は、いくつかの試験サンプルの飲料重量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
一実施形態では、本発明は、プレインフュージョンおよび抽出中にパックを介してリアルタイムで水流量を動的に制御し、反復可能なブリューイング環境を作成する。パック圧力は、水流量とパック透過性の結果である。本発明の態様は、ただ圧力を加えて流量を生じさせるのではなく、パック全体に圧力がかかるように流量を制御する。正確に制御された、プログラム可能な流量により、プレインフュージョンと抽出が反復可能になり、抽出はパック透過性に影響されにくくなり、水との接触時間がショット間でより一貫する。システムの一実施形態における閉ループ制御は、パックの準備における大きな変動をリアルタイムで補正することを可能にし、広範囲のグラインダ設定と焙煎日に対応し、一方では一貫したショットを維持する。
【００３４】
本発明の一実施形態では、本方法およびシステムは、チャネリングの発生を助長するパック圧力の急激な上昇を回避する。チャネリングは、水が圧力下で最も抵抗の少ない経路を見つけ、コーヒーパックに穴を「開ける」ときに発生する。これはショットの一部が過抽出の状態を作り出し、残りのパックは未抽出のままになる。過抽出のコーヒーは苦く、未抽出のコーヒーは酸っぱくなる。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、複数の式を使用して、プレインフュージョン中に使用するパック圧力と流量のリストを生成し、これは一般的にプレインフュージョン表と呼ばれる。「プレインフュージョン」とは、パック中のコーヒー粉砕物に水が初めに注入されるときと定義される。「プレインフュージョン時間」という用語は、開始圧力の適用によるプレインフュージョンの開始と、「抽出圧力」に達したときに発生する抽出開始時間との間のおおよその時間である。抽出圧力は、抽出を開始するための望ましい目標圧力であるが、パックの準備とその結果生じるパック透過性に応じて、抽出は目標抽出圧力に達する前または後に発生する場合がある。
【００３６】
本システムおよび方法の実施形態で使用するプレインフュージョン表は、所定のパック圧力を使用し、かつ以下の段落で詳述する計算からその圧力に対する計算された流量を見つけることによって生成される。プレインフュージョン表の例を図１に示す。表は、指定されたプレインフュージョン開始圧力（この例では３０ＰＳＩ）で始まり、選択された圧力は、目標抽出圧力を超える圧力まで増加する。この実施形態では、圧力が６０ＰＳＩに達するまで圧力は１ＰＳＩの増分で増加し、６０ＰＳＩで圧力の増分は２ＰＳＩに増加する。この例では、表は１３０〜１７０ＰＳＩの抽出目標圧力を超えて続く。抽出目標圧力を超える表の入力値は、抽出が予想どおりに開始されない状況のためのものであり、表は圧力が上昇するにつれて減少する流量を適用する。これによって圧力の上昇が遅くなり、抽出の開始により長い時間をかけることが可能になり、パック圧力が抽出目標圧力を超えて上昇する程度を軽減する。
【００３７】
プレインフュージョン開始圧力は、ユーザが入力するか、システムが自動的に決定することができる。開始圧力を決定するシステムの利点は、ユーザ入力が１つ少なくなり、開始流量がシステムの能力を超えないことをシステムが保証できることである。流量がシステムで供給できる量を超えている場合、流量が最大流量以下になるまで開始圧力が上がる。流量が測定可能な流量を下回る場合、流量が最小流量以上になるまで開始圧力が下がる。
【００３８】
プレインフュージョンのアルゴリズムは、緩やかに上昇するパック圧力を作り出す進行の中で、パック開始圧力からパック抽出圧力までの流量を計算する。このシステムは、粉砕物のサイズへの適合を可能にする。例えば、粗い粉砕物によりパック透過性が予想よりも高い場合、パック圧力はそれほど速く上昇せず、所望のパック圧力を達成する時間のより長い区間で流量が多いままである。逆に、例えば、細かく挽いたコーヒーによりパック透過性が予想よりも低い場合、パック圧力はより速く上昇し、流量は、パック圧力が上昇する速さの程度を減らす時間に関して、より速く減少する。本発明の別の実施形態では、プレインフュージョン表を生成して水流量を制御し、パックに緩やかに上昇する圧力を与えて、チャネリングを排除することができ、これは前述のように、チャネリングが通常、過剰な圧力および／またはより細かい粉砕物によって引き起こされ、コーヒーの過剰抽出につながるためである。
【００３９】
プレインフュージョン表を生成するために使用するアルゴリズムは、流量および圧力の進行を計算し、本発明の一実施形態では、進行はプレインフュージョンの開始圧力での初期流量から始まり、抽出目標圧力での抽出流量までであってもよい。プレインフュージョン表のアルゴリズムの主なユーザ入力は、プレインフュージョン時間、抽出目標圧力、粉量、ショット時間およびショット重量である。アルゴリズムは開始抽出流量を使用するため、抽出流量調節％のユーザ入力も使用でき、これはプレインフュージョンのアルゴリズムの結果に影響する。アルゴリズムでは、コーヒー抽出％やマシンの「空の水」の量を表す値など、ユーザが調節しないシステムパラメータも使用される。コーヒーの抽出比は、粉量と抽出されたコーヒーの量との比である。通常、この比の許容範囲は１８〜２２％である。エスプレッソマシンの「空の水」の量（Ｖa）は、使用中のバスケット、グループヘッドの形状、および三方弁への配管の知識を必要とし、プレインフュージョン表の値を生成するためにも使用できる。ただし、表を生成するために全ての入力が必要なわけではない。例えば、一実施形態では、ユーザは、プレインフュージョンの開始圧力を入力することができる。
【００４０】
プレインフュージョン表のアルゴリズムは、抽出目標圧力、ユーザ入力、および開始抽出流量で表の生成を開始する。開始抽出流量は、ショット重量、抽出比、水密度調節、抽出流量調節％およびショット時間を考慮に入れる。水分（Ｗａｔｅｒ  Ｉｎ）の式＝ショット重量−（粉量×抽出比）。別の実施形態では水密度調節が含まれ、式は、水分＝（ショット重量−（粉量×抽出比））×水密度調節である。開始流量は、水分／ショット時間に等しい。別の実施形態では、開始流量は抽出流量調節％によって調節され、開始流量＝（水分／ショット時間）×（１＋抽出流量調節％）である。ただし、システムは「空の」量でショットを開始する。システムに水が流入すると、空の量は減少し、圧力が上昇する。問題の量はシステムに入る水量または「現在の量」であり、本明細書で説明するように計算される。本発明の一実施形態では、プレインフュージョン表を生成するために、抽出目標圧力におけるシステムの現在の量が最初に計算される。「現在の量」は、次の式から計算される：現在の量（グラム）＝システムの空の量（グラム）×［｛絶対パック圧力（ＰＳＩ）−１４．７（ＰＳＩ）｝／絶対パック圧力（ＰＳＩ）］。この最初の計算の絶対パック圧力は、ユーザがゲージ圧力として入力した目標抽出圧力であるが、絶対圧力に変換される。この実施形態では、使用される変換は、絶対圧力＝ゲージ圧＋１４．７ｐｓｉである。
【００４１】
次に、前のサンプル時間量が決定される。これは、抽出時（ｔ0）の１つ前のシステムサンプル期間（ｔ-1）における現在の量である。この実施形態では、その時間は抽出時間の１０ｍｓ前であるが、システム動作設定に基づいて異なるサンプル時間が選択されてもよい。開始抽出流量とシステムサンプル期間の積は、１システムサンプル時間でその量に流入する水量（「計算されたデルタ水量」）である。１システムサンプル時間の「計算されたデルタ水量」は、抽出目標圧力（ユーザ入力）での量から差し引かれ、その結果は、抽出目標圧力（サンプルｔ0）の１つ前のシステムサンプル（サンプルｔ-1）の量である。ｔ-1でのシステムの量は、次の式を使用して計算される：システム（ｔ-1）の量（グラム）＝抽出目標圧力（グラム）でのシステムの量−［（抽出流量（グラム／秒）×システムサンプル時間（秒）］。
【００４２】
次のステップでは、抽出目標圧力の１サンプル前のシステムの以前に計算された量を使用して、この時点でのパック圧力を決定する。次の式を使用して、時間（ｔ-1）でのパック圧力を計算する：パック圧力（ｔ-1）＝［システムの量Ｖａ（グラム）×１４．７（ＰＳＩ）］／［システムの量Ｖａ（グラム）-システムの現在の量（ｔ-1）（グラム）］。計算されたパック圧力は、流量が抽出目標圧力での抽出流量である場合のパック圧力の変化率を確立する。
【００４３】
圧力変化係数の３つの比率を使用して、プレインフュージョン表の入力値を生成することもできる。プレインフュージョンは、プレインフュージョン開始圧力で開始され得、その後、パック圧力がスムーズに上昇し、ユーザ入力のプレインフュージョン時間に等しい時間が経過した後、抽出圧力に達する。この制御された圧力移行は、計算された流量で行われ、ユーザが入力したプレインフュージョン時間に等しい時間で量を満たす。第１の圧力率係数（Ｋext）は、抽出目標圧力での圧力変化率であり、Ｋext＝（抽出目標圧力でのパック圧力）／（パック圧力（ｔ-1））の式を使用して計算され、パック圧力（ｔ-1）は、抽出目標圧力の１つ前のシステムサンプルのパック圧力である。抽出目標圧力はユーザ入力である。圧力は絶対圧力である。
【００４４】
プレインフュージョン開始圧力から抽出目標圧力までの平均圧力変化率である第２の圧力率係数（Ｋave）は、抽出目標圧力とプレインフュージョン開始圧力との比から部分的に計算される。計算はプレインフュージョンの全圧力範囲にわたるサンプルあたりの平均圧力変化を決定し、プレインフュージョンのサンプル総数の逆数に累乗される：Ｋave＝（抽出目標圧力／プレインフュージョン開始圧力）＾（１／（プレインフュージョン時間×１秒あたりのサンプル）。プレインフュージョン時間はユーザ入力であるか、デフォルトの数値であり得る。１秒あたりのサンプルはシステムパラメータであり、ユーザ入力ではない。ここでも、圧力は絶対圧力である。
【００４５】
第３の圧力率係数はＫspiであり、プレインフュージョン開始圧力でのＫ係数である。ＫextとＫaveの組み合わせを使用して、抽出目標圧力（圧力n=0）での第１のパック圧力（圧力n-1）からプレインフュージョン開始圧力までの進行における残りのパック圧力を決定する。Ｋspiは次の式で決定される：Ｋspi＝Ｋave＋（（Ｋave−Ｋext）×ｋspi_調節_係数）。ｋspi_調節_係数については、本明細書でさらに説明する。
【００４６】
次に低い圧力が計算されると、新しい量が計算され、システムサンプル時間で必要な量変化に対して流量が決定される。「次」の圧力の計算では、この式を使用してＫn係数を決定する：Ｋn＝［（圧力n−Ｐプレインフュージョン開始圧力）／（Ｐ抽出−Ｐプレインフュージョン開始圧力）］×（Ｋext−Ｋspi）＋Ｋspi。
【００４７】
圧力n-2は、（プレインフュージョン時間×１秒中のシステムサンプル）に対するｎ＝−２の圧力n-1×１／Ｋn-1によって決定される。圧力n=0は、抽出目標圧力である。
【００４８】
次に、新しい量が以下から計算される：
【００４９】
Ｖn-2＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［圧力n-2−１４．７（ＰＳＩ）］／圧力n-2。
【００５０】
ｔn-1からｔn-2の間の流量は、ＦＲn-2＝（Ｖn-1−Ｖn-2）／サンプル時間（秒）、流量の単位はグラム／秒である。
【００５１】
これは、計算された圧力がプレインフュージョン開始圧力（通常３０ＰＳＩ（ゲージ））になるまで、各システムサンプル時間（例えば１０ｍｓ）で繰り返される。プレインフュージョン開始圧力は「０．０００」秒であるべきであり、これがプレインフュージョンの開始であるためである。プレインフュージョンの開始時に計算される時間は、「０．０００」秒ではない可能性がある。Ｋｓｐｉの初期値が間違っている場合、プレインフュージョンの開始時に計算される時間は０．０００秒ではない。これは、Ｋspiの初期値が正しくない場合に発生する。
【００５２】
ｋspi_調節_係数は、プレインフュージョン開始圧力での生成されたデータ表の時間が「０．０００秒」になるまでこの項を変更する再帰ルーチンによって決定される。表は、抽出目標圧力、抽出流量、およびプレインフュージョン時間に等しい時間から生成され、プレインフュージョン開始圧力と「０．０００」秒の時間まで逆方向に機能する。再帰的操作が「０．０００」までの開始時間を達成すると、圧力、量および流量の進行が計算される。プレインフュージョン表は、プレインフュージョンから抽出までシームレスに移行するために、抽出表に直接移行するように設計されている。
【００５３】
プレインフュージョン表は、抽出圧力を超える圧力まで続く。パックの変動により、抽出が目標抽出圧力を超えて開始される場合がある。プレインフュージョン表の入力値は、目標圧力を下回る圧力の入力値と同様に、抽出目標圧力を超えて同様の方法で計算される。違いは、Ｋn値が反転しないように圧力が増加していることであり、すなわち、圧力n+1＝圧力n=0×Ｋn=0であり、ここでｎは０から２００ＰＳＩに達するのに必要な時間の区間である。圧力ｎ＝０は抽出目標圧力である。
【００５４】
プレインフュージョン表を生成するシステムおよび方法には、以下の追加の改変を加えることができる。プレインフュージョン開始圧力から抽出目標圧力への移行における多くの「形状」が可能である。本明細書に記載された方法の１つの改変は、プレインフュージョンが進むときに、圧力上昇の勾配が１を超えるように維持することである。これは、以下でさらに説明する抽出検出アルゴリズムを用いる場合に、抽出をいつ開始するかを決定する際のマージンを提供する。
【００５５】
前述の説明は、プレインフュージョン中にパックに流入する水を考慮しないプレインフュージョン表を生成する方法の一実施形態である。パックに入る水を推定する１つの方法は、水が通過できるコーヒーの量内の空間を推定することである。これは、コーヒーの密度が水および粉量の密度の約５７％であると推定することによって行う。パックに入った水は、充填およびプレインフュージョン中の時間に分散する。この実施形態は、直線的に減少する流量を使用し、充填の開始時に最高流量で開始し、プレインフュージョンの終わりにゼロまで減少する。この式の時間を調整して、ある時間を超えるとパックに入る水が発生すると推定される時間を短縮できる。別の改変として、別の方法は、ショット重量とパックを通る平均流量を表すショット時間でパックをモデル化することである。次に、抽出目標圧力とパックを通る平均流量を使用して、代表的なパック透過性を導き出すことができる。パックに入る水流を推定するために使用する方法に関係なく、推定された水は、その量に入る流れから差し引くことができる。その効果は、パックに入る流れを考慮しないモデルよりも遅い速度で発生するプレインフュージョン圧力の変化である。パックに入る水流もプレインフュージョン流量に追加することができる。これにより、プレインフュージョン時間は、元の方法に比べて実際のユーザ入力時間に近づく。
【００５６】
プレインフュージョンのアルゴリズム決定の別の改変は、プレインフュージョンの決定をパックの挙動に適合させることである。プレインフュージョンの開始後に、所定の時間または圧力変化中に所定の流量に対するパック圧力の変化を評価した場合、所定の圧力に対するプレインフュージョン流量を変化させて、プレインフュージョンの挙動を変更することができる。この目的は、パックの変化を動的に補正し、より一貫したプレインフュージョン時間を維持することである。例えば、評価区間中に圧力変化が予想よりもはるかに速く発生している場合、圧力変化を遅らせる係数によって流量を調整できる。同様に、圧力変化が予想よりも遅く発生している場合、圧力変化率を増加させる係数によってプレインフュージョン流量を増加させることができる。これは、ある期間にわたる圧力挙動をパックの浸透性の範囲全体でより類似させ、ショットの挙動をショット間でより一貫させる効果がある。
【００５７】
別の改変は、充填中にある圧力までの時間を測定してシステムの見かけの量を計算することによりプレインフュージョンのアルゴリズムを使用して、システムの一貫性に関連し得る。ボイラの水位は、マシンの構成に応じてショットごとに変わる場合がある。これは、ある一定の圧力までの時間に影響する。時間は、システムの量に比例し、モデル内の所定の圧力までの時間に応じてプレインフュージョン表の流量を「調整（ｓｃａｌｅ）」するために使用できる。ある圧力までの測定された時間とモデルで計算された時間との比は、実際の量とモデルで使用された量との比を表している。流量にこの比またはこの比に関連する係数を掛けて、異なる見かけの量を補正する。見かけの量がモデルの量よりも大きかった場合、流量を増やして補正し、プレインフュージョン中に同様の圧力上昇を維持する。
【００５８】
抽出表のアルゴリズムから抽出表が生成され、この表には、抽出の流量対時間のリストが含まれている。抽出目標圧力は、予想される初期抽出流量に達する目標圧力である。抽出表の例を図２に示す。この実施形態では、使用される開始抽出流量は、抽出目標圧力でのプレインフュージョン流量でもある。
【００５９】
基本的な抽出流量は、ショット重量とショット時間のユーザ入力から計算される。流量は、ショット重量をショット時間で割ったものである。アルゴリズムは、例えば、ショット重量とショット時間から平均流量を決定することで開始される。
【００６０】
平均流量＝１オンス／２５秒＝０．０４０オンス／秒。
【００６１】
アルゴリズムは、ショット時間／制御ループ更新時間から、例えば以下のようにショット中の制御ループ更新数も計算する。
【００６２】
２５秒／制御更新間の０．２５秒＝１００制御ループ更新。
【００６３】
この実施形態では、ショットに２５秒よりも長くかかる場合、以降のショットの目標流量は表の最後の流量で続く。必要に応じて、流量は目標ショット時間中、一意に保つことができる。抽出表は、ショットの全体を通じて一定の流量で生成するか、または開始が緩やかで終了が速いショットの傾向に合わせて、抽出流量調節％を用いて生成できる。パック透過性は、材料が除去されることにより抽出中に増加する。材料が少ないと、パック透過性は高くなる。図２に示す抽出表の例は、−１０％の抽出流量調節率を用いた２５秒、２８．５グラムのショットのものである。グラインダ設定が予想よりも細かく、パック透過性が低いためにショット時間が延長される場合に使用するために、表は２５秒を超えて続いてもよい。この状況では、必要に応じて、流量はショット時間を超えて（例えば、２５秒を超えて）変化を続けることができる。制御ループ更新時間は、システムのパフォーマンスを優先する場合、より頻繁になり得る。
【００６４】
抽出アルゴリズムは、希望する任意の適応、またはショットの一貫性にさらに寄与する可能性のある任意の適応を流量に適用できる。１つの適応は、抽出が進むにつれて流量を直線的に変化させることである。例えば、抽出流量調節率によって初期流量を最終流量における変化の反対の比率に変更し、初期抽出流量が−５％の調節で減少する場合には、流量がショット重量／ショット時間の計算に比べて５％少なく開始されるようにする。ショット中、流量は最終流量へ直線的に移行し、最終流量はショット重量／ショット時間の計算に比べて調節％高く増加している。この方法により、ショット時間が一定に保たれる。別の実施形態では、抽出は平均流量の−１０％で開始され、直線的に増加して、ショット時間の終わりに平均流量よりも１０％多くなり得る。これにより、元のショット重量とショット時間の入力が維持される。パーセントの調節は広範囲にわたって可能である。通常、−３０％が使用される。
【００６５】
別の適応は、平均流量よりも少ない流量で抽出を開始し、抽出の途中で流量を増加させ、その後、抽出の最後の部分で流量を減少させることである。例えば一実施形態は、平均流量の−１０％から始まり、ショットの途中で＋１０％まで増加し、その後ショットの終わりで−１０％まで減少する負のコサイン形状である。−１０％から＋１０％へ移行し−１０％に戻る移行は、負の余弦波の形で行われる。任意の好ましい形状の適応が使用できる。
【００６６】
動的流量は実装可能なシステムプロセスであり、プレインフュージョンと抽出の両方に適用でき、反復可能なブリューイング環境を作成してショットの一貫性を大幅に向上させる。プレインフュージョン表および抽出表によって決定される正確に制御された流量を使用することにより、システムは、パック透過性に関係なく、パックへの水の一貫した適用を維持する。パック透過性が高い場合、標準的なエスプレッソマシンは圧力をかけ、高い水流量が発生する。ショット時間は希望よりも短くなるであろう。パック透過性が低い場合、同じ圧力をかけると流量は低下し、ショット時間は希望よりも長くなるであろう。この一貫性のない流量は、非常に異なるショットを作り出す。パック透過性の違いは、パックごとにある程度発生する。本発明のこのシステムの実施形態では、水は特定の流量で適用され、パック圧力は流量とパック透過性の結果である。パック透過性が高い場合、結果として生じる圧力は低くなるが、流量は、ショットの状態に応じてプレインフュージョン表または抽出表のいずれかに由来して目標流量に制御される。パック透過性が低い場合、結果として生じる圧力は高くなるが、この場合も流量は表の目標に制御される。
【００６７】
また、前述のように、流量はパック透過性に応じて動的に制御できる。プレインフュージョン中および／または抽出中の流量とパック圧力との整合により、パックに入る水が制御されるため、ショット間で一貫性が保たれる。抽出中の流量を制御することによって、パックと水との接触時間はより一貫性を保ち、これは加えられる圧力よりも重要である。このシステムは、広範囲のパック透過性にわたって同様の重量と抽出時間のショットを作る。
【００６８】
ショット中のこの動的な流量制御の別の利点は、新しい豆が使用され１日中状況が変化するためにグラインダが毎日ダイヤルされる際に、捨てられるショットが少なくなることである。閉ループの動的流量制御により、パックの準備におけるこれらの変数およびその他の変数の影響が大幅に減少し、パック透過性が変化しても一貫したショットが得られる。
【００６９】
ユーザは、抽出開始時の指標としてプレインフュージョン中のパック圧力勾配の変化を求める抽出検出アルゴリズムを使用することもできる。これにより、マシンの動作は「半」自動から「全」自動に変わる。一般的なショットでは、ショット時間が進むにつれて圧力が上昇する。パック圧力の変化率は、抽出が開始されると減少し始め、これはより多くの水がパックを通過し、マシンの量には入らないためである。これにより、パック圧力の勾配が減少する。例えば、パック圧力を２．５６秒の範囲で比較した場合（他の範囲を使用することもできるが）、範囲の１．２８秒が先行する部分または最新のパック圧力であり、残りの１．２８秒が遅れている部分または古いパック圧力である。先行するパック圧力と遅れているパック圧力との比が勾配である。この例では、各範囲の最初と最後のサンプル圧力の差が勾配を表す。式は次のとおりである。
【００７０】
勾配＝（Ｐ255−Ｐ128）／（Ｐ127−Ｐ0）、下付き文字は２．５６秒の範囲の圧力サンプル数を表す。
【００７１】
例えば、抽出検出アルゴリズムを使用して、０．８の勾配が抽出開始の指標であると決定された。勾配が０．８になる時間は、観測範囲の長さにより、抽出が開始されてから１．２８秒後である。抽出開始として使用される時間は、勾配が０．８マイナス１．２８秒であった時間である。したがって、この計算された時間が抽出開始である。抽出開始以降に目標量の水がパックに流れ込むと、ショットが完了し、エスプレッソマシンは全自動モードで動作しているため停止する。ショット用の水量は、粉量、抽出％、および目標ショット重量によって決まる。例えば、抽出比１９．５％における２０グラムの粉量では、ショットに３．９グラムのコーヒーが生じる。ショット重量の目標が２８．５グラムの場合、パックに入る水の総量は２８．５グラム−３．９グラム＝２４．６グラムの水である。システム内の流量計は、２８．５グラムのショットに対して目標の水２４．６グラムに達したかどうかを判定するために、パック内の水を測定する。
【００７２】
別の実装は、プレインフュージョン表の生成中に推定されるパックの挙動に基づいて、勾配目標を適合させることである。パック圧力の勾配は、プレインフュージョン表が生成されるときに計算され得る。勾配目標は、これらの勾配推定値から決定され、ショットに対するユーザ入力の各セットに対して動的に変わり得る。この状況では、ユーザ入力が変更されなければ、勾配目標は変わらない。
【００７３】
各圧力を検出レベルと組み合わせてプレインフュージョン表に類似した圧力のリストを作成することにより、検出表を生成することもできる。実際のパック圧力勾配のシステム計算を検出レベルと比較し、パック圧力勾配が現在のパック圧力の検出レベル以下である場合には、抽出開始がシステムに記録される。
【００７４】
別の適応は、検出表を使用して現在のパック圧力での「検出レベル」を調べ、それをショットのプレインフュージョンが進むにつれて現在のパック圧力で計算される勾配を表す値と比較することである。検出表の例を図３に示す。パック圧力の勾配は、プロファイルによって、およびプレインフュージョン全体を通して変化する。使用中のプロファイルについて生成された検出表を使用すると、パックの挙動を動的に追跡し、固定された検出レベルに比べてより正確に抽出が検出される。検出表には、計算されたパック圧力勾配の「調整された」値である検出レベルを含めることができる。プレインフュージョン表の生成中に決定された勾配の計算は、パックではなくシステムの量に流入する水を表す勾配である。抽出のために流れる水は、圧力上昇速度を遅らせ勾配を減少させるプレインフュージョン中の圧力増加に寄与しない水である。調整係数と計算された勾配との積は、抽出中に水がパックに流れ込むときの圧力変化を示す勾配の推定値である。この実施形態では、調整係数０．８を使用して検出表の値を決定する。プレインフュージョン中に計算される勾配は、特定のパック圧力で決定される。
【００７５】
本発明の別の実施形態では、デルタ圧力、デルタ水アルゴリズムを使用して、抽出検出後にパックに入らない水流を補正することができる。パックには入らないがシステムの量に入る水は、パック圧力を高める効果があるため、抽出時に入る水としてカウントすべきではない。考慮されていない量に入る水は、パックを通る水の測定に誤差を引き起こし、ショット重量の誤差をもたらす。このシステムの目的はショットの一貫性であるため、システムに入る水を考慮することにより、各ショットの抽出重量の精度が向上する。
【００７６】
デルタ水アルゴリズムは、ショット中のピークパック圧力を決定する。そのピーク圧力を抽出開始時のパック圧力と比較する。計算は次の式に基づいており、絶対圧力を使用する。
【００７７】
Ｖ新＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［Ｐパック（ＰＳＩ）−１４．７（ＰＳＩ）］／Ｐパック（ＰＳＩ）
【００７８】
対象の２つの圧力を用いたこの式のバージョンは次のとおりである。
【００７９】
Ｖ調節（グラム）＝Ｖシステムの空の量（グラム）×［｛１４．７／Ｐext（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐpeak（ＰＳＩ）｝］
【００８０】
別の式は、Ｖシステムの空の量グラム）×［｛１４．７／Ｐｅｘｔ（ＰＳＩ）｝−｛１４．７／Ｐn（ＰＳＩ）｝］であり、Ｐn＝抽出中のパック圧力に対する数値である。
【００８１】
この式の結果は、パックにではなくシステムに流入する前述の水の説明となる、パックに入る目標の水に追加される水量である。これにより、抽出時間が長くなり、抽出されるショット重量の精度を向上させることができる。
【００８２】
一貫性を改善するための本発明の別の実施形態は、原水温度とボイラ水温度との水密度差に関して調節することである。システム流量計８は、後で詳述するように、ボイラ内の水、またはグループヘッド１７、さらにはポルタフィルタおよびコーヒーパックへの経路内の水を置換する、入ってくる原水を測定し、これらの構成要素は図４で識別される。華氏５０度の原水の密度は、華氏２０３度のボイラ水よりも約３．９％高い。これはショットに必要な水および流量の計算に影響する。この例では、ショットに必要な水量は３．９％増加する。
【００８３】
本発明の別の実施形態では、端数エッジアルゴリズムを用いてシステムに入る水の測定精度を高め、制御システムの精度を高めることができる。本開示で提示するシステムは、流量計を使用して、システムを通る水流量を測定することができる。システムは、所定の制御区間において流量計の「方形波」出力で生成された出力「エッジ」（どちらかの極性遷移）をカウントし、それをショットの状態に応じてプレインフュージョン中または抽出中の目標流量に関連付けられたエッジカウント目標と比較する。単純なシステムでは、制御区間中のエッジは整数カウントのみになる。整数カウントは、制御区間の最初のエッジの前に流れる水量、または制御区間の最後のエッジの後の水流を考慮しない。この実施形態では、システムは、例えば、高速（例えば２０ＭＨｚ）で動作する３２ビットカウンタを含む「キャプチャレジスタ」に接続されているマイクロコントローラへの入力を使用することができる。この例では、２０ＭＨｚクロックおよび最短の制御ループ区間が０．０５０秒の場合、カウンタは１００万カウントのうち１カウントの時間差を分解できる。システムはこのカウンタを使用して、制御区間の開始から最初の流量計エッジまでの時間、制御区間中の流量計エッジ間の時間、および最後の流量計エッジから制御区間の終わりまでの時間を表すカウントを捕捉する。
【００８４】
制御区間中の端数エッジを決定するために、キャプチャレジスタからのいくつかの「カウント」を使用する。保存される「カウント」は順に、制御区間の開始（０）、最初の流量計エッジ（１）、流量計エッジ（２）、流量計エッジ（ｎ−１）、最後の流量計エッジ（ｎ）、および（現在の）制御区間の終わり（０）である。これが全ての制御区間で繰り返される。（ｎ）は（ｎ−１）よりも新しいサンプルを表す。制御区間内の流量計エッジの最初の「期間」を次のように決定する。
【００８５】
Ｐ（１）＝流量計エッジ（２）−流量計エッジ（１）。
【００８６】
次に、最初の制御区間（０）から最初の流量計エッジ（１）までのエッジの端数ｆ（０）を次の式で決定する。
【００８７】
ｆ（０）＝［最初の流量計エッジ（１）−制御区間の開始（０）］／［流量計エッジ（２）−最初の流量計エッジ（１）］。
【００８８】
最後の流量計エッジ（ｎ）から制御区間の終わり（ｎ）までのエッジの端数を次の式で決定する。
【００８９】
ｆ（ｎ）＝［制御区間の終わり（ｎ）−流量計エッジ（ｎ）］／［流量計エッジ（ｎ）−流量計エッジ（ｎ−１）］。
【００９０】
次に、制御区間全体について、端数ｆ（０）およびｆ（ｎ）を整数エッジカウントｎに加算する。制御区間のエッジカウント全体を、抽出の状態に応じてプレインフュージョン表または抽出表の流量から計算されるエッジカウントと比較する。エッジカウントが目標エッジカウントと異なる場合、システムは必要に応じて制御弁を調節して流量を修正する。
【００９１】
典型的な抽出流０．０５０オンス／秒または制御区間０．５秒あたり１１４．２８エッジの間にこのアルゴリズムがないと起こり得る誤差は、制御区間の開始ならびに制御区間の終わり、または１１４．２８エッジのうち２つのエッジにおけるエッジの欠失であり、これは抽出中にシステムを通過する流量および水における１．７％の誤差である。このアルゴリズムは、誤差の可能性を１０，０００，０００カウント中、各端数エッジの決定ごとに約＋／−１カウントまたは０．５００秒中２カウントに減らし、これは０．００００２％である。これは桁違いの改善である。
【００９２】
パックに入る水の温度制御は、エスプレッソマシンの一機能であり得る。本発明の別の実施形態では、このシステムは、充填、プレインフュージョンおよび抽出中のエスプレッソのブリューイングを表す水流をポルタフィルタ内にコーヒーがない状態で、また特別なポルタフィルタであるフローリストリクタなしで作り出すことができるため、エスプレッソマシンのより正確な水温測定および熱特性評価を可能にし得る。充填、プレインフュージョン、抽出時間、およびショット全体の流量の記録を使用して、対象のショットを再度作成することができる。制御ループはこれらの記録を使用して記録された時間間隔中の流量を制御し、ショット中に行われたとおりに水流を制御する。この正確なショットの記録と再現は、ショットが行われたとおりに熱システムに負荷をかける。
【００９３】
水を排出するための開口部と熱電対を備えた単純な容器をグループヘッドに挿入することができ、コーヒーをブリューイングするときのパックとは異なり、背圧がほとんど生じない。熱電対ホルダは、ポルタフィルタを使用するよりもはるかに弱い材料で作成でき、ポルタフィルタよりも安価に作成できる。また、熱電対をマシンの電子機器に接続して熱電対の出力を測定することもでき、熱電対を読み取るための特別な別個のメータは必要ない。温度性能の計算とレポートは、マシン上に電子的に表示できる。データをファイルに出力して、別のコンピューティングデバイスで読み取ることもできる。
【００９４】
本明細書で説明するプログラム制御により、ブリューイング環境のパラメータを入力し保存することが可能になる。これらのパラメータを、この技術を用いる他のエスプレッソマシン間で共有して、ブリューイング環境を再現し、同様のエスプレッソショットを作り出すことができる。
【００９５】
本明細書で開示するシステムは、半自動モードで動作でき、半自動モードでは、バリスタがショットを開始すると、マシンは充填を経て、予め保存されたプレインフュージョン表の値に基づいてプレインフュージョンを開始する。システムは抽出に移行し、抽出表の値に基づいて流れ制御を開始することができる。バリスタは、時間、重量または量でショットをいつ停止するかを判断する。あるいは、抽出を開始するときに、バリスタは、流れ制御が開始され目標重量でショットが停止するように、抽出を手動で指示することができる。
【００９６】
本明細書で開示されるシステムは、全自動モードでも機能することができ、その場合バリスタはショットを開始し、システムが充填、プレインフュージョン、抽出検出および抽出を進める。前述のプレインフュージョン表と抽出表を使用して、ショットのブリューイング環境を制御する。前述のように、流れ制御を利用してショットをブリューする。ショットは目標ショット重量で自動的に停止する。システムは、前述の抽出検出アルゴリズムを使用して、抽出がいつ行われるかを決定する。システムは、目標ショット重量に対して適切なショットに入る水量を測定し、必要なブリュー水量を決定する際に抽出されるコーヒーの重量を考慮する（例えば、２０グラムの粉量＝＞３．９グラムの抽出されるコーヒー＋２４．６グラムの水＝抽出収率１９．５％で２８．５グラムのショット）。
【００９７】
本明細書で開示するシステムは、パドル制御を用いて操作することもでき、その場合、バリスタはこのシステムを備えたエスプレッソマシンのパドル制御をプレインフュージョン位置に移動する。マシンは充填を開始し、移行圧力でプレインフュージョンに進む。プレインフュージョンは、流れ制御を備えたプレインフュージョン表を用いて前述のように制御される。ショットが始まると、バリスタはパドルをブリュー位置に移動する。システムは抽出段階に移行し、抽出の流れ制御が開始される。抽出は、抽出表および流れ制御を用いて前述のように制御される。マシンは目標ショット重量が達成されると自動的に停止するか、またはバリスタがパドルを「オフ」に移動してショットを停止することができる。あるいは、バリスタがパドルを直接「ブリュー」位置に移動し、マシンが全自動モードで動作する。
【００９８】
プロファイルはブリューイング環境を定義する。プロファイルには、ユーザが入力した値および／またはシステムが決定した値が含まれる。基本的なユーザ入力値は、ショット重量、ショット時間、粉量、プレインフュージョン時間および抽出目標圧力である。粉量は、そのショットおよび以降のショットに使用されるコーヒーの量である。プレインフュージョン時間は、水がパックに流れ込む時間、および抽出圧力を高めるためのパックへの圧力を記述するユーザ入力である。抽出目標圧力は、抽出が発生する「目標」圧力である。これらの５つのパラメータのみで、システムはブリューイング環境を生成できる。別のユーザ入力である抽出流量調節％は、パック透過性の実際の変化にエスプレッソマシンをよりよく整合させる。これらの少数のパラメータを共有して、本発明を利用する他のマシンでブリューイング環境を再び作り出すことができる。
【００９９】
プロファイルの別の側面は、アルゴリズムの一部として生成されるパラメータ、またはアルゴリズムで使用されエスプレッソマシンに送信される定数である。このようなプロファイルの２つは、抽出量、またはプロファイルで定義されたショットに必要な水、およびＶａ、すなわち前述のようにデルタ水、デルタ圧力アルゴリズムに使用されるマシンの量である。
【０１００】
プロファイルの用途の１つは、焙煎器で特定の様々な豆に対して好ましいプロファイルを決定するためである。焙煎器は、豆を購入した顧客とプロファイルを共有できる。顧客は、本発明を備えたマシンにプロファイルを入力し、プロファイル内の粉量を使用し、ショットをつぐことができる。これは、コーヒーの風味に違いを引き起こす可能性があるマシンの実際の動作温度を考慮していない。
【０１０１】
プロファイルは、特定のグラインダ設定で動作するようにマシンをセットアップすることや、特定のプロファイルで作動するようにグラインダを調節することを可能にする。標準のエスプレッソマシンにはこの能力がない。
【０１０２】
本方法およびシステムの使用の一実施形態では、流れ制御が発生する最大圧力を設定するようにプログラムされたエスプレッソマシンと共に、ソフトウェアを使用する。一実施形態では、最大圧力は１６０ｐｓｉ（１１バール）に設定される。この圧力を超えると、システムは、目標流量が達成されない場合に流量を増加させず、これは低透過性パックの場合であり得る。パック圧力が最大圧力設定を下回ると、流れ制御が再開する。パック圧力がプログラムされた最大値を超えている期間に流量制御が中断された場合でも、流量とシステムに入る水の監視は継続される。透過性の低いパックでは、ショット時間が予想よりも長くなる可能性がある。本発明を使用しない標準的なマシンのようにわずか１３５ＰＳＩ（９バール）の圧力では、本発明を使用する場合に比べて、ショットにはるかに長い時間がかかり、圧力の急速な印加のためにチャネリングが発生する可能性が高い。
【０１０３】
以下は、エスプレッソショットをつぐ際のいくつかの変数の効果を示す。このような変数は本明細書で説明されており、開示のアルゴリズムおよび改変を用いて説明されている。図９、図１０および図１１で示す以下の例では、コンパックグラインダの設定はより細かい（−８０）からより粗い（−７０、−６０）まで変化し、これらはコンパックグラインダの相対的なデジタル数値であるが、パック透過性が変化すると結果として生じるパック圧力は変化するが、流量制御のために抽出は非常に類似している様子を実証する。以下の例示では、左の「Ｙ」軸は圧力（ＰＳＩ）、右の「Ｙ」軸はグラム単位の液体、「Ｘ」軸は時間（秒）である。コーヒーの出は実線、パック圧力は一点鎖線、ポンプ圧力は点線である。図からわかるように、抽出されたコーヒーまたは「コーヒーの出」は経時的に３つの試験で非常に類似している。
【０１０４】
図９、図１０および図１１は、細かいエスプレッソ粉砕物では、細かくない粉砕物と比較して、パック圧力がより高い圧力に達することを示す。３種類のサンプルの各々における経時的なポンプ圧力は同様であり、パック圧力が最大レベルに達した時点で（約２００ＰＳＩで）圧力が平準化する。細かい粉砕物は、粗い粉砕物よりも遅くこのポイントに到達する。
【０１０５】
次の図１２、図１３および図１４は、結果として生じるショット重量にグラインダ設定がどのように影響するかを比較するために、流れを制御するプレインフュージョン表および抽出表を使用する本発明の実施形態（ＥＥＳテックとラベル付け）と他のシステムとの比較を示す。グラフに表示された全てのショットは、開示のシステムを用いて同じショット重量でつぎ、同じブリューイングパラメータを使用した。図１２で最も重要なのは、２８．５グラムのショット重量と２５秒のショット時間のパラメータである。全てのショットに同じ２０グラムの粉量を使用した。ブリューイングパラメータは異なるショット重量に対して変更した。グラフは、本明細書に開示されるシステムを使用することにより、グラインダの設定に関係なく、飲料重量が比較的一定のままであることを示す。しかし、他のシステムでは、グラインダの設定が結果として得られるショット重量に直接影響する。システムがオフのときに測定したショットでは、タイマーを使用して２５秒でショットを停止した。
【０１０６】
次の図１５と図１６は、所望のショットを得ることに対する焙煎日の最小限の影響を示し、抽出曲線の類似性として最もよく見ることができる。これは、同じパラメータで反復可能なブリューイングパラメータを作成することにより、焙煎日を含む焙煎の種類における差を最小限に抑え、ユーザが同じショットをつぐことを可能にすることを示す。
【０１０７】
次の例のセットである図１７および図１８は、それぞれ３８．９グラムと２２．５グラムの異なる目標ショット重量を有するショットを示す。ショット重量は、このシステムでユーザが簡単に変更できるプログラム可能なブリューイングパラメータである。抽出中のプログラム可能な流量制御の結果として、両方の例の重量または抽出の線は、同様の抽出時間で抽出重量が増加する異なる勾配を有する斜面であることに注目されたい。言い換えれば、システムが同じショット時間でより重いショットを生成するようにプログラムされている場合、増加した流れが適用される。
【０１０８】
次の図１９および図２０は、４か月間隔で行ったショットの例であり、異なるグラインダおよび異なる焙煎日のショットであるが、同じプレインフュージョン表とほぼ同じ抽出表を使用している。１回目のショットは３９グラムで、２回目のショットは３８．９グラムであった。両方とも粉量は２０グラムであった。ショット重量の実線で示されているように、抽出挙動の類似性が注目される。
【０１０９】
図２１は、グラインダ設定を維持しつつ一連のショットに１つのプロファイルを使用して、入力した目標ショット重量に非常に近い一貫したショットを得る方法を示す。カフェで一般的に受け入れられているショット重量の変動は、目標ショット重量の２グラム以内のショット重量である。図２１に示す例では、目標重量は３０グラムで、２日間にわたって１日中ショットをつぎ、システムは全自動モードで動作した。
【０１１０】
本発明の一実施形態では、システムコントローラ１６および他の電子機器と連携する機械アセンブリ１０により、前述のシステムアルゴリズムがエスプレッソマシンをプログラム的に構成して、バリスタが望むショットをブリューすることが可能になる。アセンブリ１０およびシステムコントローラ１６は、エスプレッソマシンを手動で調節することなく、ほぼ瞬時にブリューイング特性を変更することを可能にする。
【０１１１】
例えば、図４は、機械アセンブリ１０の構成要素、およびシステムコントローラ１６へのその接続を表す。水の経路を太線で示し、矢印は給水部２３からポンプ２６を通る流れ方向を示す。充填中の水の経路は、バイパス弁４を通ってグループヘッド１７までである。プレインフュージョン中および抽出中にポンプ２６を通過した後の水の経路は、制御弁３、流量計８を通ってグループヘッド１７までである。流量計８および制御弁３の使用は、システムコントローラ電子機器１６によって可能になるリアルタイムの閉フィードバックループアルゴリズムと組み合わせて、機械アセンブリ１０を通ってコーヒーパックに入る水流量を制御する手段を提供する。流量計８の出力パルスがカウントされ、パルスタイミングが測定され、システムコントローラ１６が水流量の推定値を決定する。測定された流量は、流量の表と比較され、表内の流量と整合するように制御される。一実施形態では、前に例示したように、流量の１つの表がプレインフュージョン用に生成され、第２の表が抽出用に生成される。測定された流量が現在の「目標」流量に等しくない場合、システム電子機器１６は、制御弁３への制御信号を変更して、弁の開度を変更する。例えば、一実施形態では、制御信号は０ｍＡ〜２００ｍＡの範囲の電流である。０ｍＡで制御弁３は完全に閉じ、２００ｍＡで弁３は完全に開く。異なる弁を選択することによって他の電流範囲が可能である。他の制御手段は、コイルに電圧を印加するか、またはパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用して、電圧駆動装置の制御電圧、コイルを通る平均電流、または電流駆動装置の基準電圧を作成することであり得る。
【０１１２】
バイパス弁駆動装置２０は、バイパス弁４をオンまたはオフするように構成されている。制御弁駆動装置２２は、電流を印加するように構成され、非常に小さな電流変化が可能であり、流量制御中の弁の微調整を可能にする。エスプレッソマシンシステム電子機器２４は、エスプレッソのブリューイング中にポンプおよびグループヘッド１７内の三方弁を制御する。ユーザ入力手段２８は、電話またはタブレットアプリケーションであってもよく、例えばブルートゥースを介して接続されてもよい。または、入力デバイスは、エスプレッソマシンのキーボードまたはタッチスクリーンであってもよく、エスプレッソマシンシステム電子機器に直接接続されてもよい。
【０１１３】
制御弁３の挙動は、弁全体の差圧の関数である。差圧は、ポンプ圧力からパック圧力を引いたものが広く用いられ、第１のまたは図４のポンプ圧力センサ２、および第２のまたはパック圧力センサ１５によって測定される。配管経路と付属部品の流量抑制によって発生する小さな圧力が存在する。ポンプ圧力とパック圧力を測定する１つの利点は、配管経路の流量抑制による圧力への小さな影響が考慮され、差圧が正確に測定されることである。所定の弁設定では、例えば１０ｐｓｉまたは１５０ｐｓｉの差圧では流量が異なる。手動流量制御弁を備えたシステムの場合、弁全体の圧力が変化すると弁の性能は変化するが、通常バリスタはショット中に手動弁を変更しない。弁性能の式は、ＣＶ＝流量（ｇａｌ／分）／平方根（入口圧力−出力圧力）である。ＣＶは、弁の設定と有効開口サイズを表す。流量はＣＶ×平方根（入力圧力−出力圧力）に等しく、これは差圧が結果の流量にとって重要であることを示す。別の実施形態は、ポンプ圧力センサを備えず、プレインフュージョンのための初期流量で初期ポンプ圧力を推定して、事前に弁を開始設定に設定することである。次に、制御ループが必要に応じて制御弁を調節し、実際の入口（ポンプ）圧力について仮定を行う。制御ループ制御は目標流量を維持し、実際の入口圧力またはポンプ圧力を持たないことによる誤差を最小限に抑える。
【０１１４】
より小さいポンプでは、流量が変化するとポンプ圧力が大きく変化する。例えば、小さい振動ポンプは、最大流量で作動する場合、ゼロに近い出力圧力を有し得る。ピークポンプ圧力は、出力流量なしで発生する。例えば、より小さいポンプでは、ポンプ圧力は、最大流量（６５０ｃｃ／分）での約０バール（またはＰＳＩ）から、０ｃｃ／分の流量での約１５バール（２１８ＰＳＩ）まで変化する。ショット中、パック圧力は０付近から始まり、例えば５バール（７２ＰＳＩ）〜１１バール（１６０ＰＳＩ）の範囲のより高い圧力まで上昇する。流量の閉ループ制御は、測定された圧力を考慮して、所望の流量で制御弁を適切に制御する。ショットの全体を通した差圧の変化によるショットへの影響は、閉ループ制御によって最小限に抑えられる。市販のエスプレッソマシンには、高流量でも高い圧力を維持するポンプがある。本システムは、流量の閉ループ制御により、どちらの種類のポンプ圧力特性にも対応できる。
【０１１５】
典型的なエスプレッソマシンの圧力限界は約９バール（１３１ＰＳＩ）である。ポンプをオンにすると、パックに圧力がかかり、パック透過性に応じてパックに水が流れ込む。本明細書で説明するように、流量はパック圧力の範囲を超えて制御されるため、実施形態の上限は標準的なエスプレッソマシンよりも高く、パック準備の変動によりパック透過性が予想よりも低い場合に、より高い圧力が存在できるようになる。一部のマシンでは、ボイラ内のヒータのサイクル中にポンプ圧力の変動が発生する。本明細書で説明する閉ループ制御は、パックに入る水流量に対するポンプ圧力変動の影響を最小限に抑える。
【０１１６】
図５〜図７は、本発明の実施形態の３つの図である。図８はマニホールドの図である。アセンブリは第１の水路１４を含み、第１の水路１４は、入口ポート１１で始まり、バイパス弁４に接続される。水路１４をバイパス弁４に接続することにより、充填中の高流量が可能になる。バイパス弁４は充填中は開いており、パック領域への流量を増やして、パックの上部およびエスプレッソマシンの配管内の空の量を素早く満たす。水路１４は、ポンプ圧力を測定するために第１のまたはポンプ圧力センサ２に続き、次に制御弁３に続いて水流量を規制する。次に、水路１４の水は、パイプ接続部５を通り、管６を通り、接続部７を通って流量計８に流れ、水流量を測定し、次に第２の圧力センサ１５に流れてパック圧力を測定し、続いて流体接続部９から流体接続部１２に至る。流体接続部１２から、水路は図４に示すグループヘッド１７に至る。第２の水路１３は、第２のまたはパック圧力センサ１５へのバイパス弁の出力で始まる。プラグ２７は穴を埋めて、第２の水路１３（図８）の機動を可能にする。
【０１１７】
プレインフュージョンは、前に説明したように、システムのアルゴリズムによって生成されるプレインフュージョン表の第１の圧力で始まる。プレインフュージョンが開始すると、バイパス弁４が閉じ、水は主要水流路１４を通って流れ、主要水流路１４は、第１のまたはポンプ圧力センサ２の下にある入口ポート１１から流れ、第１の圧力センサ２から制御弁３の入口まで延出する。制御弁３の出口は、パイプ接続部５の継手に接続されている。この経路は、管６を通って流量計８まで続き、次に再びマニホールド１に入り、出口圧力センサ２に接続され、さらに出力ポート１２に接続される。この経路は、抽出中の主要経路でもある。主要水路は流量計８を含み、これにより、プレインフュージョン中および抽出中の水流量は、システムコントローラ１６によってプレインフュージョン表および抽出表に従って流量を動的かつリアルタイムに制御できる。
【０１１８】
マニホールド１のコンポーネントとシステムコントローラ１６との間の電気接続には、バイパス弁制御信号、制御弁制御信号、入口および出口圧力センサの電力、戻り信号および出力信号、ならびに流量計センサの電力、戻り信号および出力信号が含まれる。
【０１１９】
本発明は、説明された特定の実施形態に限定されず、均等の原則、または文言の範囲を超えて特許の法的強制力のある範囲を拡大するその他の原則を含む現行法の原則に従って解釈されるように、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができることが理解されよう。文脈がそうでないことを示さない限り、要素のインスタンスの数への特許請求における参照は、それが１つのインスタンスへの参照であっても複数のインスタンスへの参照であっても、少なくとも要素のインスタンスの規定された数を必要とするが、その要素のインスタンスが記載されているよりも多い構造または方法を特許請求の範囲から除外することは意図していない。特許請求の範囲で使用される場合、「含む」という言葉またはその派生語は、特許請求された構造または方法における他の要素またはステップの存在を除外することを意図しない非排他的な意味で使用される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2020527442.tif 000024
【図３】
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【図４】
2020527442.tif 000026
【図５】
2020527442.tif 000027
【図６】
2020527442.tif 000028
【図７】
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【図８】
2020527442.tif 000030
【図９】
2020527442.tif 000031
【図１０】
2020527442.tif 000032
【図１１】
2020527442.tif 000033
【図１２】
2020527442.tif 000034
【図１３】
2020527442.tif 000035
【図１４】
2020527442.tif 000036
【図１５】
2020527442.tif 000037
【図１６】
2020527442.tif 000038
【図１７】
2020527442.tif 000039
【図１８】
2020527442.tif 000040
【図１９】
2020527442.tif 000041
【図２０】
2020527442.tif 000042
【図２１】
2020527442.tif 000043
【国際調査報告】
2020527442.tif 000044
2020527442.tif 000045
2020527442.tif 000046