CN101311535A - 齿轮泵和泡沫分配器 - Google Patents

Abstract

用于混合第一和第二组分的齿轮泵，包括入口、预混腔和第二组分阀。该预混腔具有与所述入口连通的第一端和与第一组分源连通的第二端，这样提供流体路径，以随着齿轮泵的运行携带第一组分通过入口。所述第二组分阀调节第二组分源和预混腔之间的流体连通。随着齿轮泵的运行，第一组分从它的源抽入预混腔，第二组分通过第二组分阀从它的源抽入，并进入预混腔，同时第一和第二组分的预混物从预混腔通过所述入口馈送。

Description

齿轮泵和泡沫分配器

技术领域

本发明通常涉及齿轮泵，尤其是涉及用于混合两种或多种组分的齿轮泵。在特定实施例中，本发明涉及用齿轮泵分配泡沫产品的分配器。

背景技术

齿轮泵已用于混合多种组分，这可以从对下面的美国专利的回顾中看到：2,324,116；3,628,893；3,764,238；4,059,714；4,193,745；4,264,214和4,601,645。尽管这些不同的专利公开了混合两种组分的齿轮泵，值得注意的是，它们在齿轮泵的齿轮的外壳内混合那些组分。根据本发明，提供一种齿轮泵，其在其内部而不仅仅在容纳齿轮的外壳内混合两种组分。特定实施例描述的是用于皮肤护理和皮肤消毒的泡沫产品的分配，但是本发明将更广泛地应用于混合任何适于根据这里的教导而泵出的组分。

对于皮肤护理和皮肤消毒产品的分配，在现有技术中，常见的是提供分配器，其中提供有永久的外壳，用于接收可置换的再装单元，该可置换的再装单元包括带有相应的泵机构的适合于皮肤护理或皮肤消毒液体的容器。该再装单元容纳在永久外壳中，该外壳提供元件以驱动由再装单元提供的泵机构。当再装单元的容器空了时，可简单地用新的再装单元代替。这些再装单元中的泵机构有许多种类，包括，最常见的，活塞式和膜式泵，及不太常见的，齿轮泵(比如在美国专利5,836,482中)。至少在皮肤护理和皮肤消毒剂分配技术中，膜式泵还通常以“圆顶泵”为人所知。活塞式和膜式泵适于产生泡沫产品。然而，用于分配器再装单元中的齿轮泵不曾用于产生泡沫产品，本发明专注于分配技术中的这种需要，然而更广泛地提供泵和适于分配可能的任何合适的单个或多个组分的分配器机构。

发明内容

本发明提供一种用于混合第一和第二组分的齿轮泵。该齿轮泵包括入口、预混腔和第二组分阀。该预混腔具有与所述入口连通的第一端和与第一组分源连通的第二端，这样提供流体路径，以随着齿轮泵的运行携带第一组分通过入口。第二组分阀调节在第二组分源和预混腔之间的流体连通。随着齿轮泵的运行，第一组分从它的源被抽入预混腔，第二组分通过第二组分阀从它的源抽入，并进入预混腔，同时第一和第二组分的预混物从预混腔通过所述入口馈送。

根据另外一个实施例，本发明提供一种分配器，该分配器包括保留有再装单元的外壳。该外壳具有安装于其上的电机，所述电机提供有随着电机运行而旋转的输出轴。所述再装单元包括第一组分容器和齿轮泵。该第一组分容器保留有用于分配的第一组分。该齿轮泵包括泵外壳并具有保留在泵外壳内的第一齿轮，该第一齿轮具有旋转轴和径向延伸的齿。电机的输出轴接合到第一齿轮，以随着电机的运行旋转第一齿轮。第二齿轮保留在泵外壳内，该第二齿轮具有旋转轴和径向延伸的齿，其中第一齿轮径向延伸的齿与第二齿轮径向延伸的齿在咬合点处互相啮合，从而第一齿轮的旋转带动第二齿轮的旋转。在这样的旋转过程中，第一和第二齿轮径向延伸的齿接合，以在所述咬合点的一侧互相啮合，并在所述咬合点的另外一侧从互相啮合中脱离。入口在第一和第二齿轮的径向延伸的齿从互相啮合中脱离的咬合点的一侧与泵外壳连通；出口在第一和第二齿轮的径向延伸的齿接合以互相啮合的咬合点的一侧与泵外壳连通。该再装单元还包括预混腔，该预混腔具有通过入口与外壳连通的第一端，和与保留在第一组分容器内的第一组分连通的第二端，这样提供流体路径以携带所述第一组分进入泵外壳。该再装单元还包括第二组分阀，该第二组分阀调节第二组分和预混腔的流体路径之间的流体连通。随着第一和第二齿轮的旋转，第一组分通过预混腔的流体路径抽入，第二组分通过第二组分阀抽入到流体路径，并且第一和第二组分的预混物通过入口馈送到泵外壳。

附图说明

为全面理解本发明的目的、技术和结构，需要参考下面的具体描述和相应的附图，其中：

图1是根据本发明的分配器的透视图，包括带有根据本发明的齿轮泵的再装单元；

图2根据本发明的再装单元的总体元件的侧视图；

图3是与分配器的电机相配合的再装单元的截面图，其中该截面通过沿齿轮泵的驱动齿轮的中心截取，并且平缓地通过汲取管和分配管的中心延伸。

图3A是图3中标为3A的部分的分解图；

图4是再装单元的截面图，该截面沿图2中的4-4线截取，其中齿轮泵的泡沫调节阀部打开；

图5是处于关闭状态的齿轮泵的泡沫调节阀部的闭合图；和

图6是可供选择的分配系统的一般示意图，其中两种液体组分和空气被吸入并由公共齿轮泵进行分配。

具体实施方式

现在参见图1-3和3A，根据本发明的分配器用数字10表示和指出。该分配器10包括再装单元12，该再装单元选择性地容纳在具有背板16和盖18的分配器外壳14中。正如看到的和通常所知的，盖18在铰链20(图3)处结合到背板16，从而盖18可以在打开位置和关闭位置之间转动，在打开位置，再装单元12可以放进分配器外壳14中，在关闭位置，再装单元12保留在分配器外壳14中并准备使用。背板16可以包括任何众所周知的结构，以用于容纳电池22并将其电力传送到电机24。也可以使用任何合适的电源。电机24用于推进再装单元12的齿轮泵组件26的齿轮。该再装单元12包括齿轮泵组件26及其所结合的容器28。该容器容纳易起泡的液体S，并且齿轮泵组件26的齿轮的推进引起该易起泡的液体S和空气混合，以产生通过分配管30分配的泡沫产品。

参见图2-5，其中更具体地公开了再装单元12的不同组件。该再装单元12包括容器28和齿轮泵组件26。该齿轮泵组件26包括颈帽部32，该颈帽部安装在提供于容器28的颈部36的开口端34上。该安装表示为卡扣安装，但是也可采用其它的形式，比如螺纹安装。泵外壳38从颈帽部32延伸，并最终通过预混腔40、单向阀42和汲取管44与容器28中的易起泡液体S相通。该单向阀42表示为带球46的球阀，其以已知的方式密封该汲取管44，且可以理解的是，可使用其他类型的单向阀，比如鸭嘴阀(duckbill valves)。泵外壳38的内部在入口48与预混腔40连通，并通过设在泵外壳38上的出口50与分配管30连通。

泵外壳38限定出保留有第一齿轮56的第一齿轮部54和保留有第二齿轮60的第二齿轮部58。第一齿轮56包括径向延伸的齿62，该齿与第一齿轮部54的侧壁64啮合。同样地，第二齿轮58包括径向延伸的齿66，该齿与第二齿轮部58的侧壁68啮合。该径向延伸的齿62和66在咬合点(nip)70处啮合，在此处第一和第二齿轮部54、58的齿62、68交迭着。

泵外壳38与电机安装件72连接，并且在此具体实施例中模制为电机安装件72的一部分。驱动轴74从电机24延伸出来，穿过泵外壳38的轴孔75，进入第一齿轮部54内部，与在第一齿轮56中的驱动孔76啮合。该驱动轴74与驱动孔76啮合，使得驱动轴围绕其轴线的旋转引起第一齿轮56的旋转。这可以通过许多方式实现，在具体实施例中，通过用于驱动孔76的非圆形的形状和用于至少延驱动轴74的伸入驱动孔76中的部分的互补的形状来实现。如图所示，该电机安装件72具有这样的形状，使得它安全地容纳电机24上。在一些例子中，这种接合能够有助于将再装单元12保持在分配器10的背板16上。这也有助于将电机24的驱动轴74与轴孔75和驱动孔76对齐。在所示的例子中，电机安装件72安装在电机24上并通过卡扣安装接合，并且，由于电机安装件72与电机24配合，驱动轴74也与驱动孔76配合。密封78设在泵外壳38中，在第一齿轮56和泵外壳38之间，以防止泵外壳38在轴孔75处泄漏。一旦所述再装单元12以这种方式安装到分配器上，电机24能够运转起来，以旋转第一齿轮56和第二齿轮60，第二齿轮60由于与第一齿轮56在咬合点70处的咬合而被驱动。正是齿轮56、60的驱动引起易起泡液体和空气的泵出，以在分配管30中产生想要的泡沫产品。

更特别地，如图4所示，第一齿轮56在箭头A方向上被驱动，这样第二齿轮60在箭头B方向上被驱动。当齿轮56、60以这种方式驱动时，沿着入口路径82并在入口48处产生负压，因为齿62、66是沿着该路径在咬合点70处从它们的咬合中脱离的。相似地，沿着出口路径84并在出口50处产生正压，因为齿62、66是沿着该路径在咬合点70处接合以啮合的。在入口48处的负压将易起泡液体S抽上汲取管44，通过单向阀42并进入预混腔40。空气也通过泡沫调节阀80抽进预混腔40，这将在后面更全面地解释。由于空气和易起泡液体S都抽入到预混腔40中，空气和易起泡液体S的过程预混物在预混腔40中产生，在入口48处抽入泵外壳38的正是该预混物。

该预混物从入口48抽入，通过入口路径82，到达咬合点70。当该预混物接近咬合点70，它被存储在第一和第二齿轮56和60的相邻齿之间，并在齿和泵外壳38之间携带，沿着周围从齿62、66脱离的入口路径82运动到齿62、66接合的出口路径84。齿接合处产生正压，从而向咬合点70出口侧运动的预混物通过出口路径84压向与分配管30连通的出口50。这样，当第一齿轮56和第二齿轮60在它们各自的第一和第二齿轮部54、58内旋转时，空气和易起泡液体S的预混物在预混腔中产生，从预混腔通过齿轮泵外壳38抽出，并在出口50处压出。

在第一和第二齿轮56、60的齿62、66之间携带的预混物进一步在出口路径84处均质化，因为保存在邻近的齿之间的预混物的不连续的体积在出口路径84处相互挤压。在一些实施例中，这可能在出口50产生满意的泡沫产品。这种情况下，分配管30可以是用于起泡产品的简单的管，其长度适合于任何特殊的分配器类型。在当前的图中，示出的是壁挂型的分配器，但是其他分配器，包括手持型和柜台型的与此处公开的容器和泵的接合也是可行的。在其他实施例中，出口路径84处产生的混合可能不足以产生合适的均质化泡沫产品，这种情况下，分配管30最好包括用于均质化泡沫并产生想要的泡沫产品的混合腔。

如图2所示，这样的混合腔86将包括入口网88和出口网90，通过混合腔86压出的预混物通过这两个其必须穿过的网88、90的作用将变得更加均质化。在由入口网88和出口网90之间限定的混合腔的容积中还可以充满海绵材料91，用以帮助进一步均质化泡沫产品。特别地，混合腔86最好位于紧接分配管30出口92的地方，因为推进预混物比推进均质化泡沫产品所需要的能量更少。可能会发现，这尤其适合于壁挂型分配器和柜台型分配器，其中再装单元12可以安装在远离分配器出口的地方，这要求分配管30具有相当的长度。

泡沫调节阀80用于调节齿轮56、60旋转过程中抽入预混腔40的空气量。尽管事实上任何适于起到本目的的阀都可以用，特定实施例如图4和5所示。其中，泡沫调节阀80包括调节阀外壳94，该调节阀外壳限定出通过空气口98连通预混腔40、并最终连通空气源的空气路径96。该空气源可以是容器28内的空气或外部大气。在所示实施例中，该空气路径96与容器28相通以从中抽吸空气。在一些实施例中，容器有通风口，这样空气通过该通风口抽入容器28中，使得容器不会塌陷。在其他实施例中，容器不包括通风口，结果当空气和液体从容器28抽出时，容器28塌陷下去。

调节阀外壳94还限定出了密封腔100和螺纹轴腔102，这二者都与空气路径96和空气口98连通。调节阀轴104与调节阀外壳94啮合，且被操作用来选择性地打开和关闭空气口98到更大或更小的程度，以允许齿轮56、60旋转过程中更多或更少空气进入预混腔40中。更特别地，调节阀轴104的螺纹部106从把手108开始延伸并螺合到螺纹轴腔102。调节阀轴104的密封部114通过O型圈116接合到调节阀外壳94的密封腔100，从而空气路径96与螺纹轴腔102相封闭。针头118从调节阀轴104的密封部114延伸出，跨穿过空气路径96，终止在阀座120处。针头118的尺寸至少略小于空气路径96，从而空气可以流入空气路径96。

如图5所示，调节阀轴104可以在把手108处进行操作，以完全关闭泡沫调节阀80，此时针头118的阀座120紧紧接触与预混腔40相通的空气口98。这样，没有空气能够被抽入预混腔40，使得齿轮泵组件26仅仅泵出容器12内的液体，而不混合有空气。然而，正如可以从图4看到，调节阀轴104可以在把手108处操作使其在箭头C方向上运动，从而将针头118的阀座120从空气口98处移开，并允许空气通过空气路径96进入预混腔40。可以知道的是，空气路径96的容积可以通过调节阀轴104的运动进行调节。通过使空气路径96的容积变得更大，在齿轮56、60旋转过程中将有更多的空气被抽入预混腔40，这样最终将产生更轻的、富含空气的(airy)泡沫。通过使空气路径96的容积变得更小，在齿轮56、60旋转过程中将有更少的空气被抽入预混腔40，这样产生更重的、更湿的泡沫。泡沫调节阀80可以被操作用以增加或减少通过预混腔40抽入泵机构的空气量，并用于产生具有期望质量的泡沫产品。

需要注意的是，图中所示的再装单元12在分配器10(图1和3)的壁挂型分配器实施例中特别有用，但是此处公开的一般结构和概念可以用于手持型和柜台型分配器。在手持型的例子中，再装单元12可以简单地构建，从而产生圆滑的外观，并将携带选择性地激发以推进泵的齿轮的电机。在柜台型分配器中，再装单元的结构元件可以是适合于将电机容易地安装于柜台下方，分配管延伸通过柜台，使产品出口在水槽盆的上面。

如果驱动轴74连续驱动，易起泡液体和空气组分将持续地抽入以及排出齿轮泵组件26。尽管这在有些应用中是合适的，可以预想的是，在有些例子中，比如产生泡沫肥皂时，只需要“定量”的终端产品。这个时候，驱动轴76最好只驱动足以排出想要剂量的混合产品的时间。驱动轴76需要驱动的时间依赖于混合产品的想要剂量和齿轮泵组件26的流通速率。

在使用易起泡液体肥皂的泡沫肥皂的实施例中，泡沫调节阀调节为使得抽入泵外壳的空气对液体肥皂的比率为从30∶1到3∶1。在特定实施例中该比率可以为20∶1到5∶1，并且在其他实施例中，从12∶1到8∶1。

需要注意的是，此处教导的再装单元可以应用于不同分配器以提供不同混合产品，不管这些产品仅仅是单一组分产品(当泡沫调节阀处的空气入口闭合时)还是液体和空气混合物的泡沫产品或两种液体组分——其中含或不含空气——混合物的泡沫产品(液/液混合在下面讨论)。这样，可提供一种其中具有特殊组分的再装单元，并且这种再装单元将专门用于给定的设计应用。这种情况下，很重要的是，避免将专门的再装单元放入专门设计以用于不同再装单元的分配器。比如，避免将洗手用的肥皂再装单元插入手消毒分配器是重要的。因此，本发明的再装单元和分配器外壳可以随意地提供物理的或电子按键系统，用于防止不合适的再装单元装入给定分配器，或者容许该安装，但是防止分配。物理的或电子的按键系统将建立在给定的分配器和给定的再装单元之间。如果再装单元上的按键与分配器外壳上的按键不相匹配，就将禁止再装单元的安装或产品的分配。

根据此处的教导，需要注意的是，本发明不需要限于单一流体组分和空气的混合。其他气体可以在泡沫调节阀80处导入，只要简单地将该阀连接到特殊气体源。还有，正如图6一般描述的，多个液体源能够抽入公共的齿轮泵组件26。特别地，可替换单元212，包括第一组分容器228A和第二组分容器228B，二者都通过各自的汲取管244A和244B与齿轮泵组件26连通，其中，汲取管244A和244B在汇合处245连接在一起以形成连通齿轮泵组件26的单一汲取管244C，与关于汲取管44所公开的一样。如同已经公开的，该齿轮泵组件包括预混腔、调节阀、齿轮、入口和出口。该齿轮泵组件26被操作时，第一组分通过单向阀242A从第一组分容器228A中抽出，第二组分通过单向阀242B从第二组分容器228B中抽出，这些组分在汲取管244C中混合，然后如已经公开的那样，抽入并通过齿轮泵组件，如同关于调节阀80和预混腔40所公开的那样，第三组分在齿轮泵组件处可选择地导入。需要注意的是，这两种组分接触时起反应，最好正好在齿轮泵之前使这些组分结合，以使反应和汲取管244A、244B和244C中的残余物最少化。

还需要注意的是，尽管本发明提供了在齿轮泵中混合多种组分的优点，但齿轮泵是通常所知的。本发明提供的是应用于外部齿轮泵设计的特定实施例子，但是需要注意的是，此处的教导可以用于作为可供选择的内部齿轮泵设计。

关于泡沫分配器通常的问题是当泡沫产品中止时将滴回到液体组分。这在分配器出口指向下面时尤其如此，因为简单的重力将引起液体组分从出口滴出。本发明通过在给定产品分配之后使电机短时间反转而能够用于阻止这种下滴。电机的反转将导致泵组件内正压和负压区的颠倒(也就是，反转过程中，分配期间，齿在它们通常连接的地方分开，在通常分开的地方连接)，这将引起产品流向的颠倒，这样将泡沫产品从出口吸回。电机反转的程度将依赖于产品必须吸回多少以防止下滴。比如，在图1所示的实施例中，该反转需要足以将泡沫产品经过整个向下方向的分配管长度吸回。

按照以上说明，显然本发明提供了根本地改进现有技术的齿轮泵和泡沫分配器。根据专利条例，上面只具体描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限于此。更正确的，本发明的范围包括落入后面权利要求书的范围内的所有变形和改变。

Claims (16)

1.一种用于混合第一和第二组分的齿轮泵，包括：

入口；

预混腔，该预混腔具有与所述入口连通的第一端和与第一组分源连通的第二端，这样提供流体路径，以随着齿轮泵的运行携带第一组分通过入口；和

第二组分阀，该第二组分阀调节第二组分源和所述预混腔之间的流体连通，其中，随着齿轮泵的运行，第一组分从所述第一组分源抽入所述预混腔，第二组分从所述第二组分源抽入，通过所述第二组分阀，并进入所述预混腔，同时第一和第二组分的预混物通过所述入口馈送。

2.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分阀适于操作，以调节齿轮泵运行过程中抽入所述预混腔中的第二组分的量。

3.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分是气体。

4.根据权利要求3所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分是空气，并且所述第二组分源是周围大气。

5.根据权利要求3所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分是空气，并且所述第二组分源是保留在第一组分源里的空气。

6.根据权利要求3所述的齿轮泵，其特征在于，所述第一组分是液体肥皂。

7.根据权利要求3所述的齿轮泵，其特征在于，所述第一组分是手消毒剂。

8.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分阀包括通过阀口与所述预混腔连通的阀外壳。

9.根据权利要求8所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分阀进一步包括与阀外壳配合的阀轴，并且适于操作以选择性地打开和关闭阀口到更大或更小程度，以在齿轮泵的运行过程中允许更多或更少的第二组分进入所述预混腔。

10.一种分配器，包括：

安装有电机的外壳，所述电机具有随着电机运行而旋转的输出轴；

再装单元，该再装单元包括：

容纳第一组分的第一组分容器；

齿轮泵，其包括：

泵外壳；

第一齿轮，该第一齿轮保留在所述泵外壳内，并具有旋转轴和径向延伸的齿，所述电机的所述输出轴与所述第一齿轮接合，以随着电机的运行旋转所述第一齿轮；

第二齿轮，该第二齿轮保留在所述泵外壳内，并具有旋转轴和径向延伸的齿，其中第一齿轮的径向延伸的齿与第二齿轮的径向延伸的齿在咬合点处互相啮合，从而所述第一齿轮的旋转带动所述第二齿轮的旋转，所述第一和第二齿轮的径向延伸的齿接合，以在所述咬合点的一侧互相啮合，并在所述咬合点的另外一侧从互相啮合中脱离；

入口，该入口在所述第一和第二齿轮的所述径向延伸的齿从互相啮合中脱离的咬合点的一侧与所述泵外壳连通；和

出口，该出口在所述第一和第二齿轮的所述径向延伸的齿接合以互相啮合的咬合点的一侧与所述泵外壳连通；

预混腔，该预混腔具有通过所述入口与所述泵外壳连通的第一端，和与保留在所述第一组分容器内的第一组分相通的第二端，这样提供流体路径以携带所述第一组分进入所述泵外壳；和

第二组分阀，该第二组分阀调节第二组分和所述预混腔的所述流体路径之间的流体连通，其中，随着所述第一和第二齿轮的旋转，所述第一组分通过所述预混腔的所述流体路径抽入，所述第二组分通过所述第二组分阀抽入到所述流体路径，同时所述第一和第二组分的预混物通过所述入口馈送到所述泵外壳。

11.根据权利要求10所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分阀适于操作，以调节齿轮泵运行过程中抽入所述预混腔中的第二组分的量。

12.根据权利要求10所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分是气体。

13.根据权利要求12所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分是空气，并且所述第二组分源是周围大气。

14.根据权利要求12所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分是空气，并且所述第二组分源是保留在第一组分源里的空气。

15.根据权利要求10所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分阀包括通过阀口与所述预混腔连通的阀外壳。

16.根据权利要求15所述的齿轮泵，其特征在于，所述第二组分阀进一步包括与阀外壳配合的阀轴，并且适于操作以选择性地打开和关闭阀口到更大或更小程度，以在齿轮泵的运行过程中允许更多或更少的第二组分进入所述预混腔。

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