CN101331352B - 用于饮料机的水路的起动注水阀设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于饮料机的起动注水阀设备(1)，包含：壳体组件(2)，该壳体组件(2)包括进水口(6)、出水口(7)和用于在起动注水期间排出水和/或空气的排水和通风部(5)；与该壳体组件相关联的阀组件(3)，该阀组件(3)包含阀构件(9)；其中，当进水口内的压力降到低于阀构件的弹性回复压力时，所述泵构件(9)可通过弹性回复而移动到出水口的关闭位置。

Description

用于饮料机的水路的起动注水阀设备
技术领域
本发明涉及一种可确保水路内的泵的起动注水(priming)的起动注水阀设备。本发明还涉及一种包含这种起动注水阀设备的饮料机，例如咖啡机。
背景技术
在现代咖啡机内，可通过使热水在一定压力下通过容纳饮料配料的容器或室来制备饮料。水由压力泵例如活塞泵从水箱泵送，该压力泵将水推入用于加热的加热器，通常是热块(thermobloc)、锅炉或即时加热器，并且喷射热水穿过饮料配料。饮料配料在压力下被提取或溶解，并且饮料提取物或混合物从容器被释放。压力泵可输送超过5巴、通常为15巴到20巴的压力；该压力取决于容器所对抗的背压、配料(例如粒度测定、床的尺寸等)、背压阀等，而且还取决于容器的具体打开模式和/或饮料的具体过滤模式。一些容器需要泵输送高压，并且通过撕破容器的塑料或铝膜来实现用于释放饮料提取物的开口。
通常当水箱变成空的、空气进入泵并且水箱必须由用户重新填充时会发生压力泵的起动注水问题。泵中的压差在泵的入口和出口之间过高，并且水不再能够被泵送，其中在泵的入口处的压力大约为大气压力，在泵的出口处的压力要高得多。为了解决此问题，在泵的下游的一部分水必须被排出，这可能需要打开饮料室并且造成容器损耗。
另一个问题涉及加热器的石灰石结垢。加热器必须优选地被保持处于一定压力下以便确保热水保持为液态。压力降低导致液态水转化成蒸汽，这将导致严重的石灰石结垢问题。特别地，由于盘管加热回路内的管的剖面很窄，将会很快阻塞，所以加热器例如热块对结垢问题非常敏感。
在现有技术中，尤其是在EP 1003997B1中已经尝试开发用于振动泵的起动注水阀设备。该设备实现泵的自起动注水、当锅炉冷却下来时平衡锅炉内的负压，以及保护锅炉不受过压影响的功能。该设备包含逆止阀或止回阀，设置在该逆止阀上游以执行泵自起动注水功能的放气阀，以及允许空气进入锅炉和相关联的止回阀下游并且与放气阀并行的安全阀。这种设备比较复杂，并且由于需要多个单独的阀以协调方式操作，所以可能导致泄漏问题；每个阀作用于具有不同耐压强度的单独的弹性装置。特别地，该设备在用于给活塞泵起动注水时易于泄漏。由于以泵的频率发生的水流波动，所以该设备不稳定(即，对应于泵的振动，该设备执行非常小的重复的打开/关闭)。这种现有技术的另一个问题是，由于止回阀仅能够在泵产生的动态压力下打开，因此止回阀产生数巴的背压。结果，在没有背压阀的情况下，饮料配料的提取在低于最佳压力范围的压力下执行。
发明内容
因此，需要提出一种用于对饮料机水路内的压力泵起动注水的方案，该方案更简单和更高效地运行，即，该方案应当减少现有技术的设备的泄漏问题以及严重的压力损失。
本发明可满足这些要求。
为此，本发明的起动注水阀设备包含壳体组件，该壳体组件包含可连接到泵一侧的进水口，可连接到加热器一侧的出水口，和用于在起动注水期间将水和/或空气排放到外部的排水和通风部。该设备包含与壳体组件相关联的阀组件，该阀组件包含阀构件，该阀构件构造成在提取或煮泡期间当进水口在压力泵的作用下达到一定水压时选择性地移动到该排水和通风部的关闭位置。在本发明的一个方面中，当进水口内的压力降到低于阀构件的弹性回复压力时，所述泵构件可通过弹性回复而移动到出水口的关闭位置。
例如，当水泵在提取或煮泡之后关断时，进水口内的压力充分降低。由于当泵停止时弹性装置施加的压力超过进水口内的水压，所以阀构件被迫返回出水口的关闭位置。
应指出，该弹性装置可以是阀构件本身的结构的一体式部分，或者是单独的部件例如弹簧。
因此，本发明的一个方面在于用同一个阀构件来选择性地阻断排水/通风路径或水路内的正常水流路径。与现有技术的设备不同，本发明的设备更加简单和可靠，并且避免了泄漏问题。此外，与使用多个阀构件不同，同一个阀构件整块地(in one block)从两个位置移动，因此可消除由于各种因素-例如水垢累积或部件疲劳-而导致阀构件以不协调方式移动的问题。
在本发明的一个方面中，阀构件可沿相对于出水口的纵向轴线的大致横向方向移动到出水口的关闭位置。在这种设置中，与仅要求动态压力来打开阀的现有技术的纵向设置不同，流体的静压力足以保持阀打开。另外，用于关闭出水口的弹性回复力或压力可以比较低，同时仍可有效地适当关闭出水口。结果，使设备内的压力损失最小。因此，饮料的煮泡或提取可用的压力较高。
在本发明的一个方面中，可使阀构件对泵的正弦频率模式导致的流量波动不敏感。为此，阀构件可具有至少一个柔性部分。特别地，阀构件可包含隔膜部。
根据本发明的另一个方面，为了以水密方式(不透水方式)关闭出水口，阀构件包含具有第一密封表面的第一端部，该第一密封表面构造成以水密方式与在进水口处的密封支承表面配合。阀构件优选地还包含密封部分，该密封部分以水密方式将出水口与排水和通风部隔开。因此，阀构件同时实现两种功能：首先，当没有施加压力或压力很低时选择性地密封进水口，其次，将出水口和排水/通风流径分隔开。
在本发明的另一个方面中，为了对进水口排水或通风，阀组件还在进水口与排水和通风部之间包含至少一个通风/排水节流部(restriction)或小间隙。
通风/排水节流部或间隙可设置在阀构件之前或阀构件本身内。
在一个优选模式中，该节流部或间隙设置在一连通通道的入口，该连通通道横穿阀构件设置以用于通过阀构件排放空气。该节流部还可以是整个通道本身。该节流部或间隙可具有各种形状、尺寸和数量。但是，该节流部或间隙应足够小，以便仅由该排水/通风节流部或间隙通过存在于进水口内的低压的空气或水/空气产生的压力损失过小而不能移动阀构件以封闭通风和排水部。相反，当在泵送期间进水口内的水处于压力下时，该节流部或间隙产生的压力损失变得足够高以使阀构件移动到通风和排水部的关闭位置，并从而打开出水口。换句话说，水和空气之间的粘度差使得能够关闭阀或保持阀打开。
结果，如果泵是与空的水箱一起工作，则通过平衡泵下游的压力并且通过最终除去已被泵送的空气对泵起动注水。因此，空气通过阀组件被移到通风和排水部。
该节流部或间隙的尺寸与阀组件的弹性装置(例如弹簧)的力有关。例如，通风/排水节流部或间隙的表面可在0.1mm2和2mm2之间，更优选地在0.25mm2和1mm2之间。
此外，根据另一个方面，为了在排水和通风部的关闭位置阻断水/空气连通通道，阀构件还包含具有第二密封表面的第二端部，该第二密封表面构造成以水密方式与排水和通风部的密封支承表面配合。第二端部通常位于阀构件的相对侧。因此，根据阀构件在壳体组件内的相对端部定位，一个或另一个密封表面形成预期位置的水密装置。
在一些情况下、即，为了冲洗或除垢目的，阀构件可被定位在中间位置，在该位置密封表面不与壳体组件水密地接合，从而使得固体和灰尘能够从设备表面被除去并且通过出水口和排水/通风部两者被更有效地冲刷。为此，进水口内的压力可降低到一定值，在该值阀构件被弹性装置部分回复但没有到达完全关闭位置。弹性装置的部分回复压力被确定为等于在冲洗期间泵施加的压力。因此，在冲洗期间的泵压力来自于当没有待提取或煮泡的饮料配料以充分增加压力时在水路内产生的较低背压。
阀构件的第二密封表面可优选地具有环形形状，例如至少一个截头圆锥或圆化的(成圆形的，rounded)表面，该表面优选地与排水/通风部的环形凹入的、平的或倾斜的表面适配。
阀构件可沿位于阀构件每一侧上的壳体组件的至少一个导向装置被引导，以便从一个位置移动到另一个位置。每个导向装置可采取不同形式，例如销或其它等同装置的形式。
此外，该阀组件还在阀构件的每一端部包含导向衬套，该导向衬套装配在阀构件的凹腔内；每个衬套被其中一个导向装置例如导向销互补地引导。导向衬套可用比阀构件的材料更耐用和更硬的材料制成。较硬的材料提高了在进水口侧在衬套和销之间所保持的用于水/空气排放的间隙的精度。该材料还可比阀构件的材料磨损更少，从而能够重复进行往复运动。
例如，衬套可用金属或耐用(耐磨)塑料制成。
与此不同，阀构件可由弹性体材料制成。选择弹性体材料是因为它能够在密封表面上反复压缩，能够承受水压状况的频繁变化而不会破裂或断开，并能够延长设备的寿命。作为替换，阀构件也可由硅酮材料制成。
附图说明
通过阅读下文结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的其它优点、特征和目标将显而易见，在附图中：
图1示出本发明的阀设备的总体平面图；
图2是沿纵向中间垂直平面得到的图1的视图的横截面视图；
图3示出构成本发明的阀设备的元件的分解视图；
图4是类似于图2的横截面视图，但是位于在提取或煮泡期间的出水口的打开位置；
图5示出阀构件的横截面视图；
图6示出阀构件的左侧视图；
图7示出沿纵向中间垂直平面的第一壳体组成部件或“主壳体”的横截面视图；
图8是壳体组成部件的左侧视图；
图9是壳体组成部件的右侧视图；
图10示出第二壳体组成部件或“起动注水冲洗连接器”的横截面视图；
图11是第二壳体组成部件的透视图；
图12是第二壳体组成部件的右侧视图或内视图。
具体实施方式
在图1-3内，示出根据优选实施例的起动注水阀设备1。起动注水阀包含壳体组件2，该壳体组件2包括连接在一起以在内部容纳阀组件3的两个组成部件。由于仅需要有限数量的部件就可实现预期的泵起动注水、水路压力控制和清洁/冲洗功能，所以起动注水阀设备1具有简单结构。
壳体组件2包含在图7-9内详细示出的第一组成部件或主壳体4，和在图10-12内详细示出的形成设备的排水和通风部的第二组成部件或低压连接器5。
主壳体4具有包含短管部的进水口6，所述短管部具有的连接装置适于将该进水口连接到在一个可选压力泵的下游侧的水路的管道。可选压力泵通常是可输送在大约5巴到20巴的范围内的高压的活塞泵。主壳体4还具有出水口7，该出水口7形成可连接到下游水路的管道的短管部，以便水在被泵加压时离开设备。通常，该出水口连接到与水路的加热器连接的管。加热器可以是热块、锅炉或即时加热器，例如筒形加热器或厚膜管式加热器。
进水口6和出水口7均与壳体组件的阀室8连通。进水口和出水口优选地被定向为相互成角度A，角度A小于180度、优选地在10度和175度之间、最优选地在90度和120度之间(图7)。出水口相对于进水口的角度定位是该设备的创新性概念的一部分，其中，如下文将说明的，同一阀组件能够执行水路的选择性打开/关闭以及排水/通风。
如图3所示，阀组件3被容纳在阀室8内。阀组件由阀构件9、两个导向衬套10、11以及弹性复位装置12构成。阀构件9在图5和6内被详细示出。阀构件包含第一端部13和与该第一端部相对的第二端部14。第一端部具有大致为圆形的横截面并且具有管式形状，其大于结合在该阀室内的进水口的横截面，并且包含环形第一密封表面15。表面15向外倾斜以便在进水口关闭期间的密封接合时，与位于进水口6的出口周边的阀室的外展表面16接合。从图2可见，当阀构件朝进水口被挤压时表面15、16的密封接合使得能够将进水口6与出水口7隔离。
第二部分14上设置有第二密封表面17，该表面17例如形成类似于截头圆锥环形表面的锥形表面，其构造成与低压连接器5的具有大致互补形状的密封支承表面18接合。图10-12内详细示出低压连接器5。该连接器向内终止于稍微圆化的管状表面18，该表面18与阀构件的第二密封表面17配合。
阀构件被两个销-分别位于阀室8的相对侧的入口销19和排出销20-引导在阀室8内往复运动。所述销沿该阀室的主纵向轴线I纵向对齐，并且伸入阀室8内。该阀构件形成有两个相对的凹腔21、22，所述凹腔的尺寸制成可分别接纳导向衬套10、11。该衬套优选地由耐磨材料例如抗蚀金属-如不锈钢或铝-或者具有低摩擦系数的硬质塑料(例如，PTFE)形成。由于摩擦和磨损降低，该衬套有利于阀构件沿所述销的滑动或往复运动，从而该设备可频繁使用。
为了从进水口朝排水和通风部排水或通风，水连通通道23横穿阀构件。该通道是具有位于阀构件的第一凹腔21内的入口24和在阀构件的侧面上的出口25的一种管道。
阀构件还包含隔膜部26，该隔膜部形成终止于密封接合端部27的法兰式密封部，该端部27通过设备的两个组成部件4、5组装在环形密封子腔室28内而被紧固。该法兰式密封部具有确保在设备的出水口7和排水/通风部5之间形成防水布置的功能。因此，阀构件的连通通道的出口25在阀室的间隙环形凹腔30内开口，该凹腔30与排水/通风部连通但是与设备的出水口7隔离开。结果，当阀构件处于出水口的关闭位置时，由于第一端部的第一密封表面15和阀构件的隔膜部26，所以可在出口侧上保持水压；同时可通过该连通通道向/从该排水/通风部5排水和通风。
回到进口侧，从图7可见，该进口具有壁31，壁31横向于水的方向被定向并且包含使水可进入阀构件的小孔32。当阀构件处于朝向进水口的关闭位置时，水可以通过在衬套10和入口销19之间的小空隙或间隙进入阀构件。当然，该间隙可由设置在衬套、销和/或阀构件本身内的孔和/或通道等形成。
在排水和通风部5一侧，阀构件被弹性装置12推动，弹性装置12可以是围绕排出销20放置的螺旋管形弹簧。该弹性装置抵抗阀构件直接或间接在导向衬套11上施加恒定的压缩作用，以便在进水口6内的压力降到低于阈值-该阈值例如对应于泵停止时的压力-时迫使阀构件关闭进水口6。计算弹性装置的力以便当设备上游的压力充分降低时由阀构件对进水口施加有效的密封力。但是，重要地是应指出，即使较小的回复力也足以使阀构件移动，从而可大大减少设备内的压力损失。结果，设备内的较小压力损失使得能够利用来自泵的更多压力进行饮料配料的煮泡或提取。这还提供了使用较小的从而更便宜的压力泵的机会。
如图2、7和10所示，主壳体4和连接器5通过卡扣配合装置连接在一起。为此，主壳体4具有大致为圆柱形的基部34，该基部34具有在基部的壁上沿圆周分布的一系列端口35，即至少两个、优选地四个端口。连接器5大致为圆柱形并且具有一系列挠曲舌片36，当连接器被引入主壳体的圆柱形基部时该舌片可朝连接器的中心线偏斜。每个舌片在其周边延伸出邻接部37，该邻接部37构造成接合在对应端口35内以便连接器被固定在基部内的合适位置。应注意到，连接器还沿其中心线在外部延伸出直径较小的管状部分38，该管状部分38可用于连接柔性管部(未示出)。结果，从设备排出的水可返回水箱，或者被丢弃到废水容器内。排水管部分38具有设置在支承所述销20的横向壁40内的小孔39。在一替换实施例中，代替卡扣配合装置，主壳体4和连接器5也可通过螺纹连接在一起。
起动注水阀设备按以下方式工作。
参照图1，起动注水阀设备用于连接到饮料装置例如espresso型或多饮料型咖啡机的水路，该咖啡机通常包含自身不能很好地起动注水的压力泵。通常使用以大约50/60Hz的频率往复运动的活塞泵来满足起动注水问题。通常，当泵充满空气并且此空气不能离开水路时，这种泵不会起动注水。进水口6连接到泵的下游侧，而出水口7连接到加热器的上游侧。
当泵没有运行时，起动注水设备如图1所示静止。弹簧12迫使阀构件紧靠进水口密封表面16。因此，在设备的进口侧的水压低，并且通过阀构件-尤其经由连通通道23-可使压力在进水口和排水/通风部之间相等。进口内的低压保持了泵的很小压差，这促进了自起动注水。同时，阀构件密封出水口，从而确保加热器可被保持处于足够的水压下，以防止水在加热器仍很热时转化成蒸汽。
当制备饮料时，饮料机通常被装载一部分饮料配料，例如容纳烘培和研磨咖啡的胶囊，并且泵被开启。阀构件因此被水施加的压力向后推动，从而压缩弹簧。由于阀构件的加压表面远大于阀组件的通风/排水间隙的横截面表面，所以如图4所示，阀构件被迫使迅速打开并且出水口7被打开。此模式是饮料机的正常提取或煮泡模式。
如果例如由于水箱变空而停止向泵供水，则空气将充满所述泵。可停止饮料机并且向水箱补充水。起动注水设备因而将再次位于图1的位置。由于阀构件在进水口侧关闭，所以在进水口侧的水压将降低。当泵被重新启动时，空气由于粘度低将容易地通过阀构件，并且将通过排出管部分38被排出。在进水口内将建立足够的压力，以便随后迫使阀构件在正常提取/煮泡模式下打开出水口。
在一种可能的构型内，阀构件9可被定位在中间冲洗位置，其中密封表面15、17分别与壳体组件2的密封支承表面16、18脱离接合。因此，阀组件可在进水口内建立的水压的作用下部分地打开。这种压力低于当饮料装置被装载饮料配料时的正常提取压力；这种降低的“冲洗压力”足以打开阀组件但是不足以将弹性装置-即弹簧12-压缩到在排水/通风部实现密封的位置。结果，灰尘或水垢颗粒能够通过排水/通风部即经由通道23和出水口7被排出。
本发明的设备也可被集成为水泵的可拆装或不可拆装部分，或者热水器的一部分。因此，本发明还涉及一种包含本发明的设备的水泵或热水器。

Claims (22)

1.一种用于饮料机的起动注水阀设备(1)，包含：
壳体组件(2)，该壳体组件(2)包含能够连接到泵一侧的进水口(6)，能够连接到加热器一侧的出水口(7)，以及用于在起动注水期间将水和/或空气排放到外部的排水和通风部(5)，
与该壳体组件(2)相关联的阀组件(3)，该阀组件包含阀构件(9)，该阀构件(9)构造成在提取或煮泡期间当进水口(6)在压力泵的作用下达到一定水压时选择性地移动到该排水和通风部(5)的关闭位置，
其特征在于，当进水口(6)内的压力降到低于阀构件的弹性回复压力时，所述阀构件(9)能够通过弹性回复而移动到出水口(7)的关闭位置。
2.根据权利要求1的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件(9)能够沿相对于所述出水口(7)的纵向轴线的大致横向方向移动到该出水口(7)的关闭位置。
3.根据权利要求1的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件包含隔膜部(26)。
4.根据权利要求3的起动注水阀设备，其特征在于，所述隔膜部(26)以水密方式将所述出水口(7)与所述排水和通风部(5)分隔开。
5.根据权利要求1至4中任一项的起动注水阀设备，其特征在于，为了以水密方式关闭所述出水口(7)，所述阀构件(9)包含具有第一密封表面(15)的第一端部(13)，该第一密封表面(15)构造成以水密方式与在所述进水口处的密封支承表面(16)配合。
6.根据权利要求5的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀组件(3)还包含位于进水口(6)与排水和通风部(5)之间的至少一个小节流部或间隙。
7.根据权利要求6的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件(9)还包含具有第二密封表面(17)的第二端部(14)，该第二密封表面(17)构造成以水密方式与所述排水和通风部(5)的密封支承表面(18)配合。
8.根据权利要求7的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件(9)容纳在阀室(8)中，并被两个导向销(19，20)引导在阀室(8)内往复运动；所述两个导向销(19，20)分别位于阀室(8)的相对侧，并沿该阀室(8)的主纵向轴线(I)纵向对齐，并且伸入阀室(8)内。
9.根据权利要求8的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀组件(3)在所述阀构件的每个端部(13，14)还包含导向衬套(10，11)，该导向衬套(10，11)装配在阀构件的凹腔(21，22)内；每个导向衬套(10，11)被一个导向销(19，20)互补地引导。
10.根据权利要求9的起动注水阀设备，其特征在于，所述间隙设置在所述导向衬套(10)和导向销(19)之间。
11.根据权利要求3的起动注水阀设备，其特征在于，所述壳体组件(2)包含两个组成部件，所述两个组成部件连接在一起以便以水密方式与所述隔膜部(26)接合。
12.根据权利要求11的起动注水阀设备，其特征在于，所述隔膜部(26)延伸出密封接合端部(27)。
13.根据权利要求11或12的起动注水阀设备，其特征在于，所述壳体组件(2)的两个组成部件通过卡扣配合装置连接。
14.根据权利要求11或12的起动注水阀设备，其特征在于，所述壳体组件(2)的两个组成部件通过螺纹连接。
15.根据权利要求1至4中任一项的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件(9)由弹性体材料制成。
16.根据权利要求15的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件由硅酮材料制成。
17.根据权利要求1至4中任一项的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀组件(3)包含弹性装置(12)，该弹性装置(12)与所述阀构件(9)相关联以便当所述进水口(6)内的压力降低时促使所述阀构件返回出水口(7)的关闭位置。
18.根据权利要求17的起动注水阀设备，其特征在于，所述弹性装置(12)是单独的弹簧或者所述阀构件(9)本身的弹性一体式部分。
19.根据权利要求7至10中任一项的起动注水阀设备，其特征在于，所述阀构件能够定位在中间冲洗位置，在该位置所述阀构件的密封表面(15，17)分别与所述壳体组件(2)的密封支承表面(16，18)脱离接合。
20.包含根据权利要求1至19中任一项的起动注水阀设备(1)的饮料机。
21.包含根据权利要求1至19中任一项的起动注水阀设备(1)的替代压力泵。
22.包含根据权利要求1至19中任一项的起动注水阀设备(1)的热水器。
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