CN108135395B - 泵送系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于饮料制备设备的泵送系统(100)，所述泵送系统包括：用于储存液体的贮存器(10)；用于将所述液体从所述贮存器(10)泵送到所述饮料制备设备的饮料制备装置(50)的泵送装置(30)；以及用于将空气注入所述系统(100)中的加压装置(20)；其中所述泵送系统(100)还包括驱动所述泵送装置(30)和所述加压装置(20)两者的一个马达(40)；所述系统还包括被构造成根据所述马达(40)的旋转方向接合所述泵送装置(30)或使所述泵送装置脱离接合的接合装置(60)。本发明还涉及在饮料制备设备中使用的泵送方法。

Description

泵送系统和方法
技术领域
本发明涉及用于饮料制备装置的泵送系统和泵送方法。具体地讲，本发明涉及用于将预加热液体从贮存器泵送到饮料制备装置的泵送系统和泵送方法。
背景技术
饮料制备装置中使用的各种泵送系统在本领域中是已知的，尤其是用于将液体从贮存器泵送到饮料制备装置的泵送系统。
已知的泵送系统包括容纳液体的贮存器：其中的液体被泵送，稍后通过加热器加热，之后再提供到饮料制备装置中。然而，当已经预加热的液体可被有效泵送时，这些装置中的饮料制备将以快得多的方式被执行并且设备将紧凑且更小，特别适用于移动或途中应用。
移动性是热饮料例如咖啡的新驱动力。要在途中(可能是在汽车中或公共交通设施中)获得咖啡，可用于加热和泵送水的能力是有限的。由此有必要泵送热水(这对于家用电器不是常见的)，因此需要较少的部件，从而节省空间，允许机器更小且更便宜。
然而，当从预加热的贮存器泵送热液体时，由泵产生的抽吸压力可导致泵入口处的气穴现象。出现气穴现象的原因是泵送的液体在降低的压力下蒸发，并且不可避免地导致泵送性能降低。为了避免气穴现象，需要增大由泵产生的绝对抽吸压力。得益于压力增大，泵入口处的气穴现象可得以避免或至少被降低，从而导致泵送性能在高液体温度下恢复。目的将是使得泵对预加热液体的泵送性能类似于泵对环境温度下相同液体的泵送性能。
在采用已知现有技术的系统中，使用两个泵：一个用于泵送空气，并且另一个用于泵送热水：这两个泵不同时工作，因为首先需要在水罐中积聚空气压力，然后再泵送热水，以避免气穴问题。一旦开始泵送热水，热水罐中的水体积需要由空气来取代，从而维持过压，因此在从罐中泵送热水时需要运行空气泵。因此，在采用已知现有技术的这些系统中，使用两个泵(空气和水)，每个泵由马达驱动，从而使用两个泵和两个马达。因此，这些系统需要更多空间并且更昂贵，从而使得它们不太适用于移动或途中应用。
本发明的目的是改进现有技术状况。因此，本发明的目的是克服上述缺点。具体地讲，本发明旨在提供用于饮料制备装置的泵送系统，该系统能够从预加热的贮存器泵送热液体且泵送性能无任何明显降低，从而抑制泵入口处的气穴现象，该系统被构造用于同时保持减小的空间和成本效益。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及用于饮料制备设备的泵送系统，该泵送系统包括用于储存液体的贮存器、用于将液体从贮存器泵送到饮料制备设备的饮料制备装置的泵送装置以及用于向系统中注入空气的加压装置。泵送系统还包括一个用于驱动泵送装置和加压装置两者的马达/电机。该系统还包括被构造成根据马达的旋转方向接合泵送装置或使泵送装置脱离接合的接合装置。
加压装置可将空气注入贮存器中以对其加压，或者可将空气注入饮料制备装置中。
优选地，接合装置为布置在泵送装置中的自由轮单元/活轮单元。更优选地，接合装置为布置在泵送装置外部并与其直接连接的自由轮单元。
通常，接合装置被进一步构造成也根据马达的旋转方向接合加压装置或使加压装置脱离接合。
优选地，接合装置还可包括布置在加压装置中的自由轮单元。
根据本发明，泵送装置通常为热水泵，优选地为活塞泵。通常，加压装置为空气泵，优选地为活塞泵。
优选地，本发明的泵送系统中的马达为直流(DC)电机。通常，贮存器为热水瓶。
另外，贮存器可为支持约1至3巴压力的低压煮器。
根据本发明，贮存器优选地被构造成将液体加热至优选地高达约40℃、更优选地高达约90℃或更高的温度。
根据第二方面，本发明涉及用于饮料制备设备中的泵送方法，该方法包括：使用加压装置加压贮存器；任选地加热贮存器中的液体；通过使用驱动泵送装置和加压装置两者的单个马达将液体从贮存器泵送到饮料制备设备的饮料制备装置，泵送装置根据马达的旋转方向接合或脱离接合。
通常，加压装置还根据本发明系统中的马达旋转方向接合或脱离接合。
优选地，根据本发明，液体被加热至约90℃或更高温度，并且贮存器被加压至约0.7至1.0巴的绝对压力。
再根据第三方面，本发明涉及用于饮料制备设备中的泵送方法，该方法包括：任选地加热贮存器中的液体；首先将液体从贮存器泵送到饮料制备设备的饮料制备装置，以制备饮料；然后将空气注入饮料制备装置中以排空其内含物；由此使用单个马达驱动泵送装置和加压装置两者，泵送装置和加压装置两者均根据马达的旋转方向接合或脱离接合。
优选地，液体被加热至约40℃的最高温度。
附图说明
结合附图，在阅读本发明实施方案的以下详细描述后，本发明的其他特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见。
图1示出了根据本发明的泵送系统的示意图。
图2示出了在根据本发明的泵送系统中，由直流电机驱动的热水泵和空气泵的详细视图。
图3示出了在根据本发明的泵送系统中，包括偏心轮和自由轮单元的热水泵的详细视图。
图4示出了在根据本发明的泵送系统中，包括偏心轮的空气泵的详细视图。
图5a-e示出了本发明的泵送系统的另一个可能实施方案，其中自由轮单元布置在热水泵外部并与其直接连接。
图6示出了根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意图。
具体实施方式
本发明的上述目的通过所附的从属权利要求得以解决。本发明的主旨是提供用于饮料制备装置的泵送系统，该泵送系统能够从贮存器泵送热液体，该贮存器优选地被加压。该泵送系统被构造成在工作时泵送性能没有任何显著降低，从而抑制泵入口处的气穴现象，并且被构造成用于同时保持减小的空间和成本效益。
从属权利要求进一步阐述出了本发明的优势。
液体可例如为水、牛奶、汤、基于水的液体、基于巧克力的液体、基于咖啡的液体、基于牛奶的液体等。具体地讲，液体可为适于制备温饮或热饮的任何液体。
在本发明中，使用了术语热水泵或水泵以及空气泵：然而，本发明不应限于此类泵，但也不限于任何类型的泵。水泵30优选地为活塞泵，但可为用于泵送液体的任何其它合适的泵。空气泵20也优选地为活塞泵，但可为适于泵送空气的任何其它类型的泵。
如图1中所示(泵送系统表示为流体系统，因此至马达40的线为虚线)，本发明的泵送系统100包括用于储存液体以及任选地加热液体的贮存器10、空气泵20和热水泵30，两个泵均由直流电机40驱动。系统100能够优选地将液体从贮存器10泵送到至少饮料制备装置50。饮料制备装置50可为例如饮料制备设备诸如咖啡机中的冲煮单元，或者可被构造为优选地在饮料制备机器中(但并非必须)制备饮料所用的胶囊。
本发明的泵送系统100使用两个泵，热水泵30和空气泵20，两个泵由同一马达40驱动，马达优选地为直流电机。因此，与使用两个泵和两个马达的传统解决方案相比，该解决方案需要较少空间并且较为便宜，因此尤其适用于移动和途中解决方案。
在系统100中，空气泵20开始将空气泵入贮存器10中以对其加压。一旦贮存器10内的液体被加压，热水泵30就开始将液体从贮存器10泵送到饮料制备装置50：空气泵20同时继续将空气泵入贮存器10中(而热水泵30将液体泵送至饮料制备装置50)，使得保持对其加压。通过对贮存器加压，热水泵入口处的气穴现象可得以避免或至少减小。这导致对高液体温度泵送性能的恢复(优选地，如下文中将更详述的那样，由热水泵30从贮存器10泵送的液体被同时加压和加热)。通过加压，气穴现象得以避免；通过在泵送时预加热液体，饮料制备执行得更快并且更高效，并且具体地讲，热水泵不再需要下游加热器，这对于可构造得更紧凑且更轻的移动饮料制备设备尤其有利。
为了允许首先仅空气泵20工作然后两个泵(热水泵30和空气泵20)同时工作，通常在热水泵30中提供自由轮单元60，例如，如图2或图3所示。热水泵30中的自由轮单元60允许该泵30在马达/电机在一个方向上转动时使用，而在马达在相反方向上转动时不泵送。在本发明的系统100的主要应用中，仅需要一个自由轮单元60，因为每次转动马达40时需要泵送空气(以保持贮存器10被持续加压)。
本发明系统100中的直流(DC)电机40允许其旋转方向在其极性变化时也跟着变化，从而直接允许当一个自由轮单元60布置在热水泵30中时仅空气泵20运行或两个泵(空气泵20和水泵30)同时运行。
自由轮单元60为传输设备，其允许在布置有单元(在本例中为热水泵30的单元)时根据由电机40旋转的驱动轴41的旋转方向来接合或脱离接合所述单元，以及接合泵20和30两者。
如图2中所示，自由轮单元60通常布置在热水泵30中。然而，如图5a-e中任一个所示，自由轮单元60也可以布置在热水泵30的外部。
自由轮单元60置于热水泵30中的驱动轴41与水泵偏心轮31之间，该偏心轮生成泵送所需的位移(通常，在热水泵30为活塞泵的情况下)。当轴41的旋转方向使得接合(阻塞)自由轮单元60时，泵偏心轮31转动并生成泵30的泵送动作。如果旋转反向，自由轮单元60滑动，使得泵偏心轮31不转动并且泵30不生成泵送动作。
通常，例如如图2中所示，空气泵20被构造为活塞泵并且包括生成泵送泵20中的空气所需的位移的空气泵偏心轮21。
如已经描述的那样，另一个实施方案也可以如图5a-e中任一个所示：在该实施方案中，自由轮单元60不布置在热水泵30中(如图2中所示)，而是布置在热水泵外部并与其直接连接。从工业视角来看，该实施方案尤其有利，因为将自由轮60制得足够小使得其被正确整合到热水泵30中是昂贵的，因此从制造角度来看该实施方案将代表较便宜的解决方案。
优选地，根据本发明，空气泵20被构造成对贮存器10加压到约0.5至1.0巴，优选地为0.7至1.0巴的绝对压力。具有这些优选的压力值时，在实际水泵入口之前获得高于蒸气压的绝对压力(泵抽吸侧处的压降)，从而在通常为90℃或94℃的液体温度下非常有效地抑制了气穴现象。优选值考虑了贮存器与热水泵30之间的液体回路(例如阀、流量计、管件等)中的所有压力损失。
泵送系统100可优选地针对移动饮料制备设备设计。贮存器10可被设计成热水瓶：在这种情况下，液体被加热，然后其被填充到贮存器中，并且在热水瓶中保持其温度，使得泵送出热水。
另外，贮存器可包括能够在贮存器中的液体被泵送之前主动加热液体的加热装置。在这种情况下，贮存器10将配备用于加热液体的主动加热装置，例如加热线圈、加热箔等。贮存器10还可配备或连接到适于至少控制贮存器10中的液体温度的控制单元(未示出)。空气泵20可由控制单元控制。
贮存器可为热水瓶并且还可包括加热装置，例如使得加热装置可在系统接上电(例如在扩展坞中)时被启动并且随后液体可由热水瓶构造保持为热的，从而泵出热液体。对于其中液体不需要加热(稍后说明)或者因为在系统100中与贮存器分开提供了其它加热装置的实施方案，贮存器10也可以不为热水瓶，或可以不为任何加热装置。然而，本发明的优选实施方案是其中水泵30不需要下游加热器的那些情况，因为系统100要紧凑并且是针对移动饮料制备设备设计的。
当谈到被加热的液体时，通常以相应地约14至3巴的最大输出压力采用约100至300mL/min的最大流速将其温度升至高达约90℃或更高。优选地，贮存器10为承受约1至3巴压力的低压煮器或罐。当便携式或途中应用中没有无限制加热能力可用时，从贮存器泵出的液体需要已经适于饮料制备；因此，液体需要在已经加热的情况下泵送，如前所述。
这意味着，水泵30能够在14巴的最大输出压力下采用100mL/min的最小流速以及在3巴的最小输出压力下采用300mL/min的最大流速泵送90℃的液体，例如水。就此类泵而言，由于泵送预加热的液体，因此可快速制备各种饮料(一些饮料需要仅小输出压力但高流速，另一些饮料需要高输出压力但仅低流速)。
本发明的泵送系统100的另一个可能实施方案(未在附图中示出)将具有两个自由轮单元，一个在空气泵20中，并且另一个在热水泵30中。采用此类构造时，空气泵20将在热水泵30自由旋转(即，与驱动轴41脱离接合)时运行，并且热水泵30将在空气泵20自由旋转时运行。因此，采用该构造时，通过反转DC电机40上的极性，可选择并启动空气或热水(这样，将不可能同时泵送空气和水两者)。
此类构造在例如其中饮料制备装置50将被构造成胶囊的情况下将尤其有用，系统100向胶囊提供热水用于制备饮料，然后热水将停止并且空气将被注入胶囊中以排空其内含物并完成饮料制备。因此，空气泵20将首先自由旋转，然后电机极性将反转并且热水泵30将自由旋转。
当由水泵30泵送的液体被加热(通常，如已经描述的那样，被加热至高达约90℃或94℃的温度)，以避免泵入口处的气穴时，泵抽吸侧处的液体压降(从贮存器10到泵30)将需要为约0.5至1.0巴，优选地为0.7至1.0巴。因此，在泵送水的全部时间期间，在任何液体被泵送并且继续被加压之前，贮存器10由空气泵20加压。
然而，在如上所述的应用中，当首先将水泵入饮料制备装置50中然后再将空气泵入这些装置50中以便将其排空的情况下，空气不对贮存器10加压，而是直接注入饮料制备装置50中，如图6中所示(示出的是流体系统，因此至电机的线为虚线)。通常在这些情况下，水泵30的入口处的水处于较低温度(通常为约40℃)，因此不会遇到气穴问题并且贮存器10不需要加压。
根据第二方面，本发明还涉及在饮料制备设备中使用的泵送方法。当使用图1中所示的实施方案时，方法包括以下步骤：优选地加热贮存器10中的液体，用来自空气泵20的空气对贮存器10加压，用热水泵30将液体(通常之前已加热)从贮存器10泵送到饮料制备设备的饮料制备装置50。
当对本发明的泵送系统100使用图6中所示的实施方案时，则方法包括以下步骤：优选地加热贮存器10中的液体，首先用水泵30将液体(通常之前已加热)从贮存器10泵送到饮料制备设备的饮料制备装置50，然后用空气泵20将空气泵入饮料制备装置50中。
虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下作出许多修改和更改。

Claims (20)

1.一种用于饮料制备设备的泵送系统(100)，包括：
用于储存液体的贮存器(10)；
泵送装置(30)，所述泵送装置用于将所述液体从所述贮存器(10)泵送到所述饮料制备设备的饮料制备装置(50)；
和
加压装置(20)，所述加压装置用于将空气注入所述系统(100)中；
其中所述泵送系统(100)还包括驱动所述泵送装置(30)和所述加压装置(20)两者的一个马达(40)；
所述系统还包括被构造成根据所述马达(40)的旋转方向接合所述泵送装置(30)或使所述泵送装置脱离接合的接合装置(60)。
2.根据权利要求1所述的泵送系统(100)，其中所述加压装置(20)将空气注入所述贮存器(10)中以对其加压。
3.根据权利要求1所述的泵送系统(100)，其中所述加压装置(20)将空气注入所述饮料制备装置(50)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述接合装置(60)是布置在所述泵送装置(30)中的自由轮单元。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述接合装置(60)是布置在所述泵送装置(30)外部并与其直接连接的自由轮单元。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述接合装置(60)被进一步构造成也根据所述马达(40)的旋转方向接合所述加压装置(20)或使所述加压装置脱离接合。
7.根据权利要求6所述的泵送系统(100)，其中所述接合装置(60)还包括布置在所述加压装置(20)中的自由轮单元。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述泵送装置(30)是热水泵。
9.根据权利要求8所述的泵送系统(100)，其中所述泵送装置(30)为活塞泵。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述加压装置(30)是空气泵。
11.根据权利要求10所述的泵送系统(100)，其中所述加压装置(30)为活塞泵。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述马达(40)是直流(DC)电机。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述贮存器(10)是热水瓶。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述贮存器(10)是支持约1至3巴压力的低压煮器。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的泵送系统(100)，其中所述贮存器(10)被构造成将所述液体加热至高达约40℃的温度。
16.根据权利要求15所述的泵送系统(100)，其中所述贮存器(10)被构造成将所述液体加热至高达约90℃或更高的温度。
17.一种利用根据权利要求1至16中任一项所述的泵送系统(100)在饮料制备设备中使用的泵送方法，包括：
用加压装置(20)对贮存器(10)加压；
加热所述贮存器(10)中的液体至约90℃或更高温度；
通过使用驱动泵送装置(30)和加压装置(20)两者的单个马达(40)将所述液体从所述贮存器(10)泵送到所述饮料制备设备的饮料制备装置(50)，所述泵送装置(30)根据所述马达(40)的旋转方向接合或脱离接合。
18.根据权利要求17所述的泵送方法，其中所述加压装置(20)还根据所述马达(40)的旋转方向接合或脱离接合。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的泵送方法，其中所述贮存器(10)被加压至约0.7至1.0巴的绝对压力。
20.一种利用根据权利要求1至16中任一项所述的泵送系统(100)在饮料制备设备中使用的泵送方法，包括：
不加热贮存器(10)中的液体或者将所述液体加热至约40℃的最高温度；首先将所述液体从所述贮存器(10)泵送到所述饮料制备设备的饮料制备装置(50)，以制备饮料；
然后将空气注入所述饮料制备装置(50)中以排空其内含物；
由此使用单个马达(40)驱动泵送装置(30)和加压装置(20)两者，所述泵送装置(30)和所述加压装置两者均根据所述马达(40)的旋转方向接合或脱离接合。
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