CN103957755B - 多种饮料自动售卖机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种速溶饮品自动售卖机，其包括用于获得具有一温度(T3’、T3”)的混合温水的供水系统(100)，所述温度选自一组被包括在对应于待混合的热水温度和冷水温度的上限值(T2)和下限值(T1)之间的预定温度，所述供水系统包括恒温形状记忆合金装置(70、70’)。

Description

多种饮料自动售卖机
技术领域
本发明涉及多种饮料自动售卖机，该多种饮料自动售卖机包括供水系统，所述供水系统用于获得温度选自一组预定温度的混合温水，该一组预定温度被包括在对应于待混合的热水温度和冷水温度的上限值和下限值之间。在该多种饮料自动售卖机中，利用该供水系统获得的温水用于制备速溶饮品。在下文中，术语多种饮料自动售卖机和速溶饮品自动售卖机都将用作描述同一机器的可替代表述。
背景技术
多种饮料自动售卖机被广泛用于和出现在大多数公共场所和工作地点。这些自动售卖机被设计为制备大范围的不同饮料，例如，咖啡、茶、巧克力饮料、牛奶等。饮料制备基本在于从水加热器供应温水以通过渗滤(在咖啡的情况下)或通过溶解速溶粉末原料(在除咖啡之外的大多数饮料的情况下)获得期望种类的饮品。
例如，Fuji Denki Reiki KK的日本专利公布JP04529531公开了一种自动售卖机，其包含存储在真空隔热加热器中的热水。通过两个或更多个不同的出口供应热水，每个出口连接到存在于自动售卖机中的已有混料罐。每个混料罐用于仅仅混合可用于制备选定饮料的一种可溶粉末产品。
对于确保最后的优质饮料来说，良好地控制温水温度非常重要，这是因为在被用于渗滤过程或溶解过程时温水的理想温度改变，并且在第二种情形中，温水的理想温度与装载在自动售卖机中的具体速溶粉末原料相关地改变。因此，近来已经进行了一些尝试来改进该控制。
即使在最小化加热器的功率消耗的同时改进了对水温的控制，但是JP04529531中描述的热水供应设备仅关注于对一个温度值(即，容纳在加热器中的水的温度)进行控制，并且因此未教导如何与在每个混料罐使用的不同可溶粉末产品相关地将水温调整到对于每个混料罐来说最佳的值。
Fuji Electric Retail Systems的日本专利申请JP2008264486公开了一种已知的可替代方案。该方案在于利用两个或更多个水加热器，每个水加热器被设定为在期望温度下操作。这是很简单的方案但是其存在一些缺陷。实际上，如果系统具有两个加热器，则明显意味着制造成本加倍、尺寸增大以及操作期间的功率消耗高。
实际上，自动售卖机制造商优选使用单个加热器。在这种情况下，例如，加热器被设定在咖啡制备所需的温度(即，如果使用渗滤的话，100-120℃)下并且其具有多个出口，一个用于咖啡的出口和至少一个饮料出口，其用于需要溶解粉末原料。热水“照原样(asis)”用于咖啡制备，然而热水与来自供水总管(即，导水管线)的冷水混合，用于制备可溶饮品，如茶、牛奶、巧克力饮料等。
通过利用被称作“枢转管”的多通道混合管来实现热水和冷水混合，该枢转管聚集来自加热器的出口的水和来自供水总管的水，并且通过存在于枢转管上的电阀门从此枢转管释放混合后的水。当选择具体种类的饮料时，打开相应的电阀门，可将水引导至合适的混合(或渗滤)罐。该方案的主要缺陷是由来自导水管线的冷水温度的极大变化性(可包括在5-40℃的范围)而导致对出水温度的控制很差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的设备的缺陷，即，提供包括适于实现对供水的有效温度控制的供水系统的速溶饮品自动售卖机。
本发明包括一种速溶饮品自动售卖机，该速溶饮品自动售卖机包括供水系统，该供水系统包括连接装置、加热器以及至少一个恒温形状记忆合金装置，该连接装置通到用于供应第一温度T1的水的供水总管，该加热器供应高于所述第一温度T1的第二温度T2的热水并且具有由阀控制以用于从其释放水的至少两个出口，该恒温形状记忆合金装置：具有连接到供水总管的第一水入口；连接到加热器的所述出口之一的第二水入口；和供应选定温度T3的水的出口，所述选定温度T3被包括在T1和T2之间。
附图说明
将参照以下附图进一步描述本发明：
图1示出了根据本发明的用于速溶饮品自动售卖机的供水系统的示例性示意图，
图2示出了适于在图1所示的速溶饮品自动售卖机的供水系统中使用的恒温形状记忆合金装置的示例性剖视图，
图3示出了根据一个可替代实施例的适于在图1所示的速溶饮品自动售卖机的供水系统中使用的恒温形状记忆合金装置的示例性剖视图，以及
图4示出了适于在图1所示的速溶饮品自动售卖机的供水系统中使用的恒温形状记忆合金装置的一个优选实施例的剖面图。
在以上附图中，所描绘的元件的尺寸和尺寸比可以不按实际比例或比率，而在一些实施例中，为了附图清楚起见，已经进行了改变。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的速溶饮品自动售卖机的供水系统100的示例性示意图，该供水系统可用于三种饮料自动售卖机，即，咖啡和两种不同的可溶饮品。加热器10通过导管30被供应以来自供水总管20的温度为T1的冷水。加热器10供应制备一饮料所需的温度为高于T1的T2的水，在自动售卖机中可选择的饮料中该饮料需要最高温度(处于最高温度的饮料)。当需要时，通过控制阀40、40’、40”之一利用导管50、50’、50”释放热水。优选地，控制阀40、40’、40”位于加热器10的出口处。
如果不得不制备处于最高温度的饮料，则热水“照原样”(即，T3＝T2)通过阀40和导管50被供应到渗滤罐或混合罐。如果需要降低温度，则通过控制阀40’、40”之一释放的热水通过相应的导管50’、50”被供应到恒温形状记忆合金装置70、70’，在该处，温度为T2的水通过与公共供应管20相通的相关连接导管60、60’供应的冷水(温度为T1)相混合。然后，处于期望温度T3’或T3”的混合水(T3’和T3”是在T1和T2之间的范围内的不同温度)借助于相关导管80、80’被供应到合适的混合罐。
图1的供水系统100只是根据本发明的一个示例性和且优选的实施例，其还可包括等效变型。例如，连接导管60、60’可被单个输送管道代替，类似的考虑也可应用于导管50、50’、50”，即，同一导管可对更多恒温形状记忆合金装置进行供应。
还有，对于在图1中已经被描述为具有箱形状和结构的加热器10的结构来说，其它常见的变型也是所固有，但是它也可以是在水的流路中被适当地供电和控制的加热管或加热元件，诸如蛇形管。
短语“恒温形状记忆合金装置”表示利用形状记忆合金作为温度响应和执行元件的恒温装置。
形状记忆合金在本领域中通常用首字母缩写“SMA”表示。尽管SMA的各种成分是已知的，但是实践中最常用使用的SMA是基于Ni-Ti成分(表示镍和钛占合金的至少70wt％)的那些，最常见的成分是优选包括54％至55.5％重量比的镍以及平衡钛(可包括痕量其它组分，典型地，它们的总含量小于1wt％)。
还有，其它有用的合金想到加入一些量的一种或多种其它元素。对此，在本领域可想到的其它合金是Ni-Ti-Cu合金，诸如美国专利4144057中描述的合金。
已知由Ni-Ti合金制成的机械零件能够在两种形状之间互换，因为温度变化的结果导致在合金微结构中发生相变。在较高温度下的稳定相被称作奥氏体，而在较低温度下的稳定相被称作马氏体。根据温度-形变图中的滞后周期发生在两个相之间的转化，该曲线由四个温度值描绘：当加热时，从马氏体相稳定的低温开始，达到开始向奥氏体相转化的温度As，然后达到完成向奥氏体转化的温度Af(Af＞As)；当冷却时，从奥氏体相稳定的温度开始，达到开始向马氏体相转化的温度Ms，之后达到完成这种转化的温度Mf(Mf＜Ms)。
在最常见的配置之一中，使用呈卷绕金属丝以形成弹簧形式的SMA元件，因为这是利用SMA合金相变所产生的力的最有用配置之一，SMA合金相变由SMA元件的长度变化引起。还有，向形状记忆合金(诸如在弹簧形配置中)施加负荷可通过改变所施加的负荷或偏压(如通常所限定的)来更改和改变其工作温度，如本申请人名下的国际专利申请WO2009/000859中所描述的。因此，该机构可用作用于混合水温度的设定装置。
图2示出了适于被插入根据本发明的速溶饮品自动售卖机的供水系统中的恒温形状记忆合金装置70的示例性剖视图。该装置具有：通过导管50’连接到加热器10的出口的第一入口71；和通过导管60连接到供水总管的第二入口72。形状记忆合金弹簧73和可移动元件74存在于该装置中。该可移动元件74的实际位置是通过形状记忆合金弹簧73和偏压元件75施加给可移动元件74的力引起的，并且在正常操作中，通过由形状记忆合金弹簧73所施加的力和由偏压元件75所施加的力的平衡来确定可移动元件的静止位置。
由于当处于高于形状记忆合金相变温度As的温度T2的热水流过第一入口71时，形状记忆合金弹簧73经历奥氏体相变，这导致可移动元件74转移到图2所示的位置，从而允许温度为T1的冷水通过第二入口72流入，冷水的量适于使通过装置的出口76流出的水达到期望温度T3’。
应该注意，由于允许在短间隔(其是滞后周期的宽度的函数)内设定饮料温度的上述滞后周期，利用恒温形状记忆合金装置调节自动售卖机中的水温尤其有利。这简化了系统并且避免持续调节，因为仅当温度在由材料的滞后曲线和所施加的偏压确定的要求范围之外时，恒温SMA装置才借助于所使用材料的特性进行调整，因而实现不连续调节，该不连续调节对系统施加较小压力(较少量的致动)并且不消耗能量。因此，获得仅仅在需要时进行操作的被动智能系统。
图3示出了适于被插入根据本发明的速溶饮品自动售卖机的供水系统中的恒温形状记忆合金装置700的一个可替代实施例的示例性剖视图。同样，在此情形中，呈弹簧73’形式的形状记忆元件与入口71’直接接触，该入口71’通过导管50’与加热器10的出口连接，而呈弹簧75’形式的偏压元件与第二入口72’直接接触，该第二入口72’通过导管60连接到供水总管。形状记忆装置700还包含可移动元件74’，可移动元件的实际位置是通过形状记忆合金元件73’和偏压元件75’施加到可移动元件上的力的结果。
该实施例还包括密封O形环77’，该O形环密封可移动元件74’的与供水总管接触的那部分。该布置允许形状记忆装置自身控制冷水入口，而不需要安装在供水总管上的电操作阀。
在该形状记忆合金装置中，仅在以下情况能够实现不同温度的水的混合：当温度为T2的热水通过入口71’进入装置700，由此，由于元件73’的形状记忆转变所施加的力，可移动元件74’向左移动合适量，通过入口72’进入的冷水与热水混合以使通过装置的出口76’离开的水达到期望温度T3’。
已经观察到，利用根据本发明的速溶饮品自动售卖机，通过混合不同温度的水而制备的饮品消耗的热水更少(可降低多达30％)，致使加热器10的相应动力消耗更少。
作为第二方面和另外的优点，本发明允许的改进在于，对于与根据当前季节有关的微小改变，可能容易且精细地调节温度T3’：实际上，相对于冬季，在夏季期间降低饮料温度可增加最终消费者对其的欣赏程度。
这可通过如上述国际专利申请WO2009/000859中所描述的偏压负荷来实现。
这种类型的布置出现在图4所示的恒温形状记忆合金装置的优选实施例的剖视图中。在这种情况中，除了偏压元件750(例如，弹簧)之外，恒温形状记忆合金装置700’包括与形状记忆合金弹簧730联接的负荷调节装置701。形状记忆合金弹簧730的力与偏压元件750的力之间的平衡确定可移动元件740的位置，当流入装置700’的水的温度高于合金转变温度(考虑到其由于偏压负荷所导致的改变)时，可移动元件740由于致使SMA弹簧伸长的SMA的转变而向右移动。由于可移动元件740的位移，用于供水总管的入口720与可移动元件740的中心孔口对齐，因此允许温度为T1的低温水与从入口710进入的温度为T2的高温水混合。这种混合确定定通过出口760离开的水的温度T3’。
在图4所示的实施例中，入口710和720形成在恒温装置700’的相对侧上，并且都与偏压弹簧750相一致地接收不同温度的水。这提供的优点是热水和冷水之间更均匀的混合以及装置的更稳定操作(黑圆770、770’表示改进可移动元件740防止水泄漏的密封的O形环)。
上述恒温形状记忆合金装置是优选的且更有用的配置，其易于插入速溶饮品自动售卖机的水分配系统，但是本发明可合适地使用和包括恒温形状记忆合金装置的其它配置，诸如，例如使用相邻放置的两个形状记忆合金的恒温装置。
还可通过改装现有自动售卖机来获得根据本发明的速溶饮品自动售卖机，这种改装通过简单地添加一个或多个形状记忆合金混合装置和通过形成供水管的必要分支来实施。

Claims (13)

1.一种速溶饮品自动售卖机，其包括供水系统(100)，所述供水系统(100)包括：连接装置和加热器(10)，所述连接装置用于连接到供应第一温度(T1)的水的供水总管，所述加热器供应被包括在100℃和120℃之间的第二温度(T2)的热水，并且所述加热器具有由阀(40、40’)控制的至少两个出口，其特征在于，所述供水系统进一步包括至少一个恒温形状记忆合金装置(70、700、700’)，所述恒温形状记忆合金装置(70、700、700’)具有：连接到所述加热器(10)的所述出口之一的第一水入口(71、71’、710)；连接到所述供水总管(20)的第二水入口(72、72’、720)；和供应选定温度(T3’)的水的出口(76、76’、760)，所述选定温度被包括在所述第一温度(T1)与所述第二温度(T2)之间的范围内。
2.根据权利要求1所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述阀(40、40’)置于加热器的所述出口上。
3.根据权利要求1或2所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述供水系统包括两个恒温形状记忆合金装置，并且所述加热器(10)具有三个出口。
4.根据权利要求3所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述恒温形状记忆合金装置(70、70’)中的每一个具有用于从加热器(10)接收第二温度(T2)的水的专用导管(50、50’)和用于从供水总管(20)接收第一温度(T1)的水的专用导管(60、60’)。
5.根据权利要求3所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述恒温形状记忆合金装置(70、70’)共享用于从加热器(10)接收第二温度(T2)的水的共用导管和/或用于从供水总管(20)接收第一温度(T1)的水的共用导管。
6.根据权利要求1所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述恒温形状记忆合金装置(70、700、700’)包括形状记忆合金弹簧(73、73’、730)。
7.根据权利要求6所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述形状记忆合金弹簧(73、73’、730)由含有至少70wt％的镍和钛的Ni-Ti基合金制成。
8.根据权利要求7所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述Ni-Ti基合金含有至少99wt％的镍和钛。
9.根据权利要求7所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述Ni-Ti基合金还含有铜。
10.根据权利要求6所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述恒温形状记忆合金装置(70、700、700’)包括偏压元件(75、75’、750)和具有孔口的可移动元件(74、74’、740)，所述可移动元件(74、74’、740)布置在所述偏压元件(75、75’、750)与所述形状记忆合金弹簧(73、73’、730)之间，其中，在第一平衡位置，所述可移动元件(74、74’、740)的所述孔口与经由第二水入口(72、72’、720)供应第一温度(T1)的水的导管(60)连通，在第二平衡位置，所述可移动元件(74、74’、740)使形状记忆合金弹簧(73、73’、730)与所述导管(60)隔离开。
11.根据权利要求10所述的速溶饮品自动售卖机，其中，与所述偏压元件(750)相应地形成第一水入口(710)和第二水入口(720)。
12.根据权利要求10所述的速溶饮品自动售卖机，其中，与所述形状记忆合金弹簧(73’)相应地形成第一水入口(71’)，而与所述偏压元件(75’)相应地形成第二水入口(72’)。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的速溶饮品自动售卖机，其中，所述恒温形状记忆合金装置(700’)还包括负荷调节装置(701)，所述负荷调节装置与所述形状记忆合金弹簧(730)联接，从而提供在所述恒温形状记忆合金装置(700’)操作期间保持恒定的额外的且可选择的偏压。
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