CN104653448A - 流体泵 - Google Patents

Abstract

一种流体泵(10)，其具有：具有入口(240)和出口(210)的腔室(230)、分别与入口和出口(240和210)相关联的第一阀门和第二阀门(801和802)，以及泵送构件(410)。该泵送构件(410)伸进腔室(230)并得到支撑，以便在吸入冲程中沿一个往腔室(230)外的方向进行相对于腔室(230)的移动，从而将流体经由入口(240)引入该腔室(230)，以及在排出冲程中沿一个往腔室(230)内的相反方向经由出口(210)将流体排出腔室(230)。驱动机制促使泵送构件(410)在与腔室(230)相对的两个相反方向上进行所述运动。第二阀门(802)位于第一阀门(801)的运动路径上，以便至少在所述第二阀门(802)被卡住的异常状况中，由第一阀门(801)进行位移并且打开。

Description

流体泵

技术领域

本发明涉及一种流体泵。

背景技术

毫无疑问，流体泵是众所周知的。为了在小型电器中泵送加压水，人们经常会用到AC柱塞泵，其中比较引人注目的是咖啡机或咖啡壶，尤其是胶囊咖啡机。此类柱塞泵的外形紧凑，并且是与处于其出口的窄的软管或管道一起使用的，其中在其出口处装配了小型阀门，以便控制水的流动。除非每天或者定期使用咖啡机，否则，如果使所述泵在过长的时间中处于无水状况，那么出口阀门很容易被水中的矿物质和/或沉淀物堵塞或卡住。

本发明试图通过提供一种改进的流体泵来消除或者至少是缓解此类问题或缺陷。

发明内容

根据本发明，所提供的是一种流体泵，包括：具有入口和出口的腔室、与入口相关联的第一阀门、与出口相关联的第二阀门，以及泵送构件。该泵送构件伸进腔室并得到支撑，以便在吸入冲程中沿一个往腔室外的方向进行相对于腔室的移动，从而将流体经由入口引入该腔室，以及在排出冲程中沿一个往腔室内的相反方向经由出口将流体排出腔室。驱动机制被适配成促使泵送构件在与腔室相对的两个相反方向上进行所述运动。第二阀门位于第一阀门的运动路径上，以便至少在所述第二阀门被卡住的异常状况中，由第一阀门进行位移并且打开。

优选地，该流体泵包括位于第一阀门与第二阀门之间的刚性部分，其中至少在所述异常状况中，第二阀门借助该刚性部分而被第一阀门位移并且打开。

更为优选的是，该刚性部分与第一阀门相连，并且朝向第二阀门。

进一步优选的是，该刚性部分是第一阀门的组成部分。

优选地，该刚性部分是长形的，并且是在穿过第一阀门和第二阀门的方向上延伸的。

进一步优选的是，该刚性部分的截面明显小于第一阀门和第二阀门的截面。

优选地，第一阀门和第二阀门能在同一第一方向上操作，以及在与第一方向相反的同一第二方向上闭合。

在一个优选实施例中，泵送构件具有延伸到腔室中的开放端，以及端接在该开放端的中空通道，其中流体是经由该中空通道而被引入腔室的，并且所述开放端充当了入口。

更为优选的是，第一阀门包括第一阀门构件和第一阀座，其中第一阀门构件与第一阀座通过协作来执行阀门操作，所述第一阀座是由泵送构件的开放端提供的。

优选地，第二阀门包括第二阀门构件和第二阀座，其中第二阀门构件与第二阀座通过协作来执行阀门操作，所述第二阀座是由腔室的受限区段提供的。

优选地，第二阀门位于第一阀门的移动路径上，以便仅仅在第二阀门被卡住的状况下，由所述第一阀门进行位移并且打开。

优选地，第二阀门位于第一阀门的移动路径上，以便在包括流体泵的正常操作在内的所有状况中，由所述第一阀门进行位移并且打开。

优选地，该驱动机制包括一个电机驱动机制。

更为优选的是，该驱动机制包括一个具有围绕铁磁滑块的铁磁线圈的螺线管，其中所述铁磁滑块的前端充当泵送构件。

附图说明

现在将参考附图并借助示例来更具体地描述本发明，其中：

图1是根据本发明的流体泵的实施例的剖面侧视图；

图2是与图1相对应且显示了处于“INITIAL POSITION(初始位置)”状况的流体泵的剖面侧视图；

图2A是图2中的流体泵的A部分的放大视图；

图3是与图1相对应且显示了处于“CONTACT POINT(接触点)”状况的流体泵的剖面侧视图；

图3A是图3中的流体泵的A部分的放大视图；

图4是与图1相对应且显示了处于“DRY OPERATION(无水操作)”状况的流体泵的剖面侧视图；

图4A是图4中的流体泵的A部分的放大视图；

图5是与图1相对应且显示了处于“PRESSURIZED FLOW/FREE FLOW(加压流动/自由流动)”状况的流体泵的剖面侧视图；以及

图5A是图5中的流体泵的A部分的放大视图。

具体实施方式

首先参考图1，该图显示的是一个用于实施本发明的流体泵10，该流体泵具有细长的圆柱形主壳体100(以直立位置显示)、与主壳体100同轴连接并且位于其下方的管状次壳体200、围绕主壳体100的线圈300，以及大致上位于主壳体100内部的长形滑块400。流体泵10的用途是在胶囊咖啡机提供处于诸如9到10帕的压力下的加压热水，以使其穿过并冲泡保持在咖啡胶囊中的研磨得很细的咖啡粉末。

次壳体200的内部限定了一个大致上为圆柱形的腔室230，其两端具有入口240和出口210。第一阀门801与入口230相关联，第二阀门802则与出口210相关联，并且这两个阀门801和802都是能在流体通过流体泵10的流动方向上开放的单向阀门。

主壳体100的上端具有很小的管状入口110，用于借助软管连接到流体源，例如这里描述的胶囊咖啡机的水箱。次壳体200的最下端充当的是水泵10的出口210，经由管道来向本示例中的咖啡胶囊提供加压热水。主壳体100和次壳体200的相邻开放端120和220借助圆形耦合器510而被连接在一起，该圆形耦合器410则继而被螺丝522固定于包含线圈300的圆柱形外壳320。

滑块400具有圆形截面，并且是用铁磁材料制成的。该滑块被支撑在主壳体100中并受其引导，以便如活塞圆筒式装置那样在相反的向上和向下方向上沿轴向滑动。滑块400由位于两端的一对上部和下部螺旋弹簧610和620定位，其中该等弹簧会被压缩并且在内部分别与位于主壳体100的上端和下端协作，以使滑块400在相对于线圈300向下偏移的位置保持静止。

线圈300是围绕铁磁滑块400的电磁线圈，所述线圈通过作用于滑块400来将其驱动，由此共同构成了一个包含螺线管的电机驱动机制。

一旦被AC电源通电，则线圈300会在AC电流的每个正半周期间歇性地产生吸力，以便向上拉动滑块400来抵抗上部弹簧610的作用，由此，所述弹簧将被压缩，并且将会执行一个前进冲程。在每一个负半周期，AC电流会被电子控制器或是简单的二极管切断，以使线圈300断电并且继而放开弹簧610。一旦被放开，则弹簧610会在反向的向下方向上将滑块400推回，以使所述滑块400返回到其原来的下部位置，由此产生一个后退冲程。下部弹簧620则通过提供缓冲来使滑块400软性着陆。

滑块400的下部前端被缩小成一个非常细的管状物，以便充当类似于活塞的泵送构件410，其中所述泵送构件经由次壳体200的开放端220进入次壳体200中的腔室230。在开口端220安装了一个密封环700，该密封环封闭了腔室230与泵送构件410之间的环形间隙，但是允许泵送构件410进行相对于腔室230的滑动。

当受到主壳体100的引导而在两个相反的方向上沿轴向滑动时，滑块400将会携带泵送构件410，以便进行相对于腔室230的滑动。具有泵送构件410的滑块400将会由驱动机制中的线圈300驱动，以便沿着主壳体100进行轴向往复运动，或者如显示的那样在两个相反方向上进行垂直的往复运动。

滑块400具有沿着其中心轴并从滑块400的最上端贯穿至泵送构件410的最下端的贯穿钻孔401。钻孔401是一个最下端端接于泵送构件510的最下端240的中空通道，并且充当了腔室230的入口240，以便通过所述通道来将水引入腔室230。所述腔室230与整个流体泵10共用了同一个位于次壳体200的最下端的出口210。

钻孔401允许水从位于滑块400上方的主壳体100的内部经由入口110进入，以便纵向地通过包括泵送构件410在内的滑块400并向下流入腔室230。穿过滑块400的壁部并与钻孔401相交的侧孔402能使位于滑块400的上方和下方的主壳体100的内部部分之间流通，由此能使压力平衡。

水经由入口240以及相关联的入口阀门801进入腔室230，并且经由出口210以及相关联的出口阀门802排出。这两个阀门801和802都是能在通过腔室230的相同水流方向上打开的单向阀门，并且会在同一反方向上闭合。

入口阀门801具有入口阀门构件810和入口阀座811，其中在弹性地将阀门构件810向上偏置到抵住阀座811的螺旋弹簧812的作用下，阀门构件810能够通过与入口阀座811协作来执行阀门操作。阀座811由泵送构件410的开口端240提供。出口阀门802由出口阀门构件820和出口阀座821形成，其中在另一个弹性地将阀门构件820向上推动至抵住阀座821的螺旋弹簧822的作用下，所述阀门构件820与出口阀座821能够通过协作来执行阀门操作。阀座821是由腔室230的受限区段提供的，其采用的是围绕腔室内壁表面的环形内部凸缘的形式。

腔室230占用了第二壳体200介于入口阀门801与出口阀门802之间的区段中的空间。入口阀门801位于出口阀门802的上游(即在其上方，如所示)。入口和出口阀门801和802与它们的阀门构件810和820是以同轴的方式相互对齐的，并且与次壳体200以及由此与腔室230的中心轴是以同轴的方式对齐的。

具体参考入口阀门801，阀门构件810包括位于其底部且采用钉状物813形式的长形刚性部分。所述钉状物813优选是阀门构件810的组成部分，或者电可以是与之相连的不同部分。钉状物813具有明显小于入口和出口阀门构件810和820的截面。钉状物813与入口阀门构件810相连，并且通过相关联的弹簧812朝向或者垂直地向下指向出口阀门构件820。所述钉状物813是在交叉或者穿过入口和出口阀门构件810和802的方向(即垂直方向)上延伸的。

在操作中，一旦像上文中描述的那样通过电磁线圈300来使滑块400进行垂直的往复运动，那么泵送构件410会在重复的吸入和排出冲程中通过与入口和出口阀门801和802协作而在腔室230内部执行泵送作用。

在沿着向上的方向往腔室230外进行的吸入冲程中，泵送构件410将会收缩，以便通过吸力将水经由入口240引入腔室230，其中当泵送构件410连带阀座811从阀门构件810后退时，入口阀门801将被打开，而出口阀门820则保持关闭。随后，在沿着相反方向往腔室230内进行的排出冲程中，泵送构件410会向前冲击，由此压缩腔室230中的水，然后，当水压增强至足以打开出口阀门802(即达到阈值压力)时，这时将会经由出口210来从腔室230中排出加压水，而入口阀门801此时则是保持关闭的。

出口阀门弹簧822的强度是一个用于确定水被加压的程度的关键因素，例如加压至0.7帕到10帕的压力。泵送构件410的行程规定了在每个泵送周期中被排出的水的体积。

入口阀门801的钉状物813指向以同轴的方式位于其下方的出口阀门802的出口阀门构件820。钉状物813的长度被确定成使其至少在出口阀门802卡住或是不可移动的异常情况下，碰撞并位移出口阀门802的阀门构件820，由此打开出口阀门802。

为了达到此功能，出口阀门802位于入口阀门801、尤其是其阀门构件810的移动路径中。钉状物813是位于入口阀门801与出口阀门802之间的刚性部分，其中所述出口阀门802是借助于该刚性部分、即钉状物813而至少在所述异常状况中被入口阀门801位移并且打开的。

这种出口阀门802卡住或者不可移动的异常状况往往会在长时间未使用流体泵10的时候出现，或者尤其是在购买了胶囊咖啡机之后首次使用的时候出现。在这种环境下，水泵10是干的(即无水操作)，和/或是被来自水的矿物质或沉淀物堵塞的。

在该实施例中，为了依照水压需求以及水泵10的设计、例如腔室230的直径和长度(即其入口240与出口210之间的分离度)，而执行正常操作，钉状物813被布置成无法到达(即不能达到)出口阀门802的阀门构件820。在水泵10启动时的无水操作过程中，当且仅当出口阀门构件820初始被卡住或者不可移动的时候，钉状物813才会到达并碰撞出口阀门构件820。

图2和2A显示的是水泵10在操作之前的初始状况，其中以下图例表示的是泵送构件410的最下端(即出口210)的位置，从近端到远端：

“INITIAL POSITION(初始位置)”

启动或静止位置

“PRESSURIZED FLOW/FREE FLOW(加压流动/自由流动)”

在正常(加压)操作或自由流(未加压)状况中的最远位置

“CONTACT POINT(接触点)”

钉状物813到达出口阀门构件820(假设是固定的)，由物理测量所得

“DRY OPERATION(无水操作)”

在无水操作中的最远的位置

在正常操作过程中，当腔室230中的水达到阈值压力并且迫使打开出口阀门802时，钉状物813只会行进至到达与处于“CONTACT POINT”位置(图3和3A)上游的“PRESSURIZED FLOW/FREEF LOW”位置(图5和5A)相对应的位置。因此，如图5和5A所示，钉状物813不会碰撞出口阀门构件820。

应该注意的是，在正常(加压)操作过程中以及自由流动(不加压测试)状况中，推动包括钉状物813在内的入口阀门构件810的泵送构件410行进的距离是大致相同的。因此，“PRESSURIZED FLOW”和“FREE FLOW”位置大致上是相同的。自由流动状况只会在测试中出现，并且泵的出口210是断开的，由此，离开出口210的水是未加压的。

如图4和4A所示，在启动时，在无水操作过程中，如果出口阀门构件820被卡住或者不可移动，那么，在腔室230中没有(不可压缩的)水的情况下，钉状物813能够行进的更远，并且到达一个与超出“CONTACT POINT”位置的“DRYOPERATION”位置相对应的位置，由此将会碰撞并推动出口阀门构件820，从而打开出口阀门802。一旦释放出口阀门802，那么该出口阀门会在后续的泵送周期中正常运作。

在将流体泵10存放了相对较长的时间、例如数月之后，这时有可能会再次遭遇到异常状况(即出口阀门802被卡住)。通过使用这里的流体泵10，此类问题甚至可以在未引起注意的情况下被自动解决，因此不会对用户构成问题。

如果经常使用相关联的咖啡机，那么泵10的出口阀门802预计是不会被卡住的，这是因为在泵10没有过长时间地处于无水状况时，水中的矿物质或沉淀物是不太可能凝结得过硬的。当腔室230中有水时，例如在泵10的操作之间的很短的中断期间，出口阀门802被卡住的可能性甚至更小，这是因为水中的矿物质或沉淀物在潮湿时是很难凝结的。

在一个不同的实施例中，为了满足所述很不可能发生的场景，钉状物813被制造的相对较长，由此，在泵的工作过程中，所述钉状物813将会到达并且略微超出与“CONTACT POINT”位置相对应的位置，其中在阀门构件820被意外地卡住的情况下，该位置正好足以使钉状物813碰撞并释放出口阀门构件820。

在正常操作过程中，由于出口阀门构件820被布置成在钉状物813到达与“CONTACTPOINT”相对应的位置之前是脱离相关联的阀座821(也就是水达到压力阈值)的，因此，钉状物813是不会到达或接触出口阀门构件820。这样做将会避免所述泵的组件在正常操作过程中发生不必要的碰撞。

在另一个实施例中，钉状物813被制造得足够长，由此，在泵送过程中，所述泵在阀门构件820被意外卡住以及正常的操作过程中都会到达并略微超出与“CONTACT POINT”位置相对应的位置，并且所述位置足以使得钉状物813碰撞并释放出口阀门构件820。在该布置中，腔室230中的水几乎会在钉状物813到达与“CONTACTPOINT”位置相对应的位置的时候达到阈值压力。由此，在包括流体泵10的正常操作在内的所有状况中，钉状物813都会碰撞并位移出口阀门构件820，以便将其打开。

本发明仅仅是作为示例给出的，在不脱离附加权利要求规定的发明范围的情况下，本领域技术人员可以对所描述的实施例执行其他不同的修改和/或变更。

Claims (14)

1.一种流体泵，包括：

具有入口和出口的腔室；

与入口相关联的第一阀门；

与出口相关联的第二阀门；

泵送构件，所述泵送构件伸进腔室并得到支撑，以便在吸入冲程中沿一个往腔室外的方向进行相对于腔室的移动，从而将流体经由入口引入该腔室，以及在排出冲程中沿一个往腔室内的相反方向经由出口将流体排出腔室；以及

驱动机制，其被适配成促使泵送构件在与腔室相对的两个相反方向上进行所述运动；

其特征在于：第二阀门位于第一阀门的运动路径上，以便至少在所述第二阀门被卡住的异常状况中，由第一阀门进行位移并且打开。

2.如权利要求1所述的流体泵，其特征在于其包括位于第一阀门与第二阀门之间的刚性部分，其中至少在所述异常状况中，第二阀门借助该刚性部分而被第一阀门位移并且打开。

3.如权利要求2所述的流体泵，其特征在于该刚性部分与第一阀门相连，并且朝向第二阀门。

4.如权利要求3所述的流体泵，其特征在于该刚性部分是第一阀门的组成部分。

5.如权利要求2所述的流体泵，其特征在于该刚性部分是长形的，并且是在穿过第一阀门和第二阀门的方向上延伸的。

6.如权利要求5所述的流体泵，其特征在于该刚性部分的截面明显小于第一阀门和第二阀门的截面。

7.如权利要求1所述的流体泵，其特征在于第一阀门和第二阀门能在同一第一方向上操作，以及在与第一方向相反的同一第二方向上闭合。

8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的流体泵，其特征在于泵送构件具有延伸到腔室中的开放端，以及端接在该开放端的中空通道，其中流体是经由该中空通道而被引入腔室的，并且所述开放端充当了入口。

9.如权利要求8所述的流体泵，其特征在于第一阀门包括第一阀门构件和第一阀座，其中第一阀门构件与第一阀座通过协作来执行阀门操作，所述第一阀座是由泵送构件的开放端提供的。

10.如权利要求1-7中任一权利要求所述的流体泵，其特征在于第二阀门包括第二阀门构件和第二阀座，其中第二阀门构件与第二阀座通过协作来执行阀门操作，所述第二阀座是由腔室的受限区段提供的。

11.如权利要求1-7中任一权利要求所述的流体泵，其特征在于第二阀门位于第一阀门的移动路径上，以便仅仅在第二阀门被卡住的状况下，由所述第一阀门进行位移并且打开。

12.如权利要求1-7中任一权利要求所述的流体泵，其特征在于第二阀门位于第一阀门的移动路径上，以便在包括流体泵的正常操作在内的所有状况中，由所述第一阀门进行位移并且打开。

13.如权利要求1-7中任一权利要求所述的流体泵，其特征在于该驱动机制包括一个电机驱动机制。

14.如权利要求13所述的流体泵，其特征在于该驱动机制包括一个具有围绕铁磁滑块的铁磁线圈的螺线管，其中所述铁磁滑块的前端充当泵送构件。