EP2643588A1 - Pompe a liquide volumetrique comprenant une cartouche chauffante - Google Patents

Pompe a liquide volumetrique comprenant une cartouche chauffante

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EP2643588A1
EP2643588A1 EP11787886.8A EP11787886A EP2643588A1 EP 2643588 A1 EP2643588 A1 EP 2643588A1 EP 11787886 A EP11787886 A EP 11787886A EP 2643588 A1 EP2643588 A1 EP 2643588A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
cylinder
piston
heating
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11787886.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Grenon
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GOTEC SA
Original Assignee
GOTEC SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GOTEC SA filed Critical GOTEC SA
Publication of EP2643588A1 publication Critical patent/EP2643588A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J31/00—Apparatus for making beverages
    • A47J31/44—Parts or details or accessories of beverage-making apparatus
    • A47J31/46—Dispensing spouts, pumps, drain valves or like liquid transporting devices
    • A47J31/468—Pumping means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J31/00—Apparatus for making beverages
    • A47J31/44—Parts or details or accessories of beverage-making apparatus
    • A47J31/54—Water boiling vessels in beverage making machines
    • A47J31/542—Continuous-flow heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing

Definitions

  • volumetric liquid pump comprising a heating cartridge
  • the present invention relates to a volumetric liquid pump comprising a heating cartridge. This pump is used to pump liquid, heat it and also measure volume.
  • Patent application FR2780262 discloses a coffee machine comprising a hollow piston pump driven by an engine
  • the hollow piston traversed by the liquid is difficult to clean; in addition, it does not allow to move a constant volume of water with each actuation.
  • a flowmeter is therefore required, formed in this case of a crazy wheel with blades rotated by the flow of liquid.
  • WO2005108849 discloses a lubricant pump which comprises at least one metering piston driven by an actuator which includes a heating element.
  • the heating element heats a material that expands to cause the displacement of the metering piston. This pump does not heat the liquid in the cylinder.
  • US3508845 discloses a method and a device for obtaining high pressures with a membrane compressor.
  • the oil pumped by a piston is preheated by a heating resistor in a tank. This device causes significant losses since the heat produced by the heating resistor is transmitted to the liquid upstream of the pumps.
  • Patent application EP-A1 -496939 discloses another pump for a coffee machine comprising a piston sliding in a cylinder actuated by a motor and an actuator.
  • the stroke of the piston which determines the volume of liquid sucked and then rejected in the cylinder, is controlled using micro-connectors or an encoder connected to the engine.
  • the signals from the microswitches or the encoder are processed by electronics that generate control signals for the motor.
  • the volume of water in the cylinder is heated using a wound resistive wire around the outer surface of the cylinder and traversed by an electric current.
  • the tube is heated using a discrete wire wrapped around the cylinder. Only a part of the heat emitted by the wire is transmitted to the cylinder and then to the liquid; the rest is dissipated in the air.
  • the thermal resistance between the wire and the cylinder is indeed important, unless expensive measurements, for example the use of an electrically conductive paste, are implemented.
  • the heating of the cylinder begins only when it is full of liquid.
  • the significant thermal inertia of the heating wire and the cylinder slows the heat transfer and increases the time required to heat the volume of liquid sucked. This inertia also makes it difficult to precisely maintain a constant temperature of the liquid; the reaction time of the system is too important, especially when the external conditions change, for example during the evacuation of the liquid.
  • the system remains hot for a relatively long time even when the electric current is interrupted.
  • an electric circuit for heating the cylinder with at least two branches in order to electrically heat the liquid in the cylinder, the branches being made in the form of an electrically conductive thin track deposited on or in the wall of the cylinder and occupying different longitudinal portions on the cylinder; along said cylinder, in order to control the longitudinal portion of the heated cylinder by selecting the branches traversed by a current as a function of the volume of heated liquid to be produced.
  • This pump thus makes it possible to deliver a volume of controlled water at a controlled flow rate and with a constant temperature throughout the flow. It is known that the quality of a coffee depends greatly on the temperature of the water passing through the powder; a precisely controlled and constant temperature throughout
  • the flow through the powder can significantly improve the quality of the coffee obtained. Indeed, a temperature too low does not allow the water to carry all the aromas of the coffee, while a too high temperature burns some aromas, or even produces vapor bubbles which simply pass through the coffee powder without take the taste.
  • branches powered by current a number of branches will be fed depending on the amount of volume to be heated, so as to avoid dissipating heat over large portions of the cylinder above the upper stroke limit of the piston.
  • only the bottom half of the cylinder is heated with a branch when it is desired to produce a half volume of hot water cylinder.
  • This pump has various disadvantages. First of all, the industrial manufacture of conductive tracks on a cylinder proves, unexpectedly, delicate and expensive.
  • the horizontal position of the pump is also advantageous for reducing the temperature gradient of the liquid, which improves the quality of the coffee produced and reduces energy waste.
  • a temperature sensor measures the temperature of the liquid output, in order to interrupt or modify the electric current branches depending on the temperature of the liquid, for example 94 ° C.
  • the temperature measured by the probe does not correspond to the temperature of the liquid, since this temperature also depends on the external temperature.
  • An object of the present invention is to avoid or mitigate one or more of the disadvantages mentioned above. According to the invention, these objects are achieved in particular by means of a liquid pump according to claim 1 and a method for heating a given volume of liquid of a cylinder according to claim 15.
  • the pump according to the invention comprises a cylinder, a cylinder head in which there is an intake valve and a valve for expelling the liquid, a piston actuated by a transmission tube.
  • the piston slides in the cylinder so as to suck and / or expel the liquid in respectively out of the cylinder.
  • At least one heating cartridge is present in the chamber to heat the liquid present.
  • the transmission tube slides around the heating cartridge of which at least a portion is immersed in the liquid, especially when the piston is recessed so as to allow the filling of the cylinder.
  • the heat transfer from the cartridge to the liquid is thus optimal.
  • Heating cartridges are in themselves known in fields far removed from the field of liquid pumps for coffee machines, for example in the field of metallurgy or the production of plastics.
  • the use of such a heating cartridge within a volumetric liquid pump, for example for a hot drink dispenser, especially a coffee machine, including a coffee machine for car or caravan etc., is completely new and solves the problems mentioned, in particular the problem of
  • This cartridge may comprise one or more heating zones, corresponding to one or more electrical circuits. In another variant it may comprise a progressive heating zone, corresponding to a non-regularly wound resistance. In this way it is possible not only to obtain the same effects of "ad hoc" heating of the liquid according to its volume, thereby reducing the energy waste, but also to use the pump when the piston slides in a horizontal direction, this which allows a more homogeneous distribution of the temperature in the liquid to be heated thus making it possible to better adapt to the use of such a pump in a car or a caravan for example.
  • the pump according to the invention comprises several resistors in parallel in the same heating cartridge, or even several heating cartridges, for heating a larger quantity of liquid more rapidly.
  • the pump according to the invention comprises several resistors in parallel in the same heating cartridge, or even several heating cartridges, for heating a larger quantity of liquid more rapidly.
  • each heating cartridge comprises a temperature sensor for measuring the temperature of the liquid: unlike the known solutions, this measurement is effective and accurate, since it is performed in the center of the volume of heated liquid.
  • the pump comprises a position sensor, for example an angular sensor arranged to cooperate with the teeth of a driving pulley which rotates through an electric motor a thrust screw for moving the piston, in order to measure the position of the piston and, therefore, how much liquid has been sucked in and / or expelled.
  • a light barrier and / or a switch can advantageously be provided on the transmission tube to determine the zero point of the piston stroke.
  • the sealing of the piston is guaranteed by means of at least one seal, for example of the X-ring type.
  • two seals are used, one between the piston and the transmission tube, the other between the piston and the cylinder.
  • the "X" shaped section of the preferential seal avoids possible twisting movements. Other geometries of joints are possible.
  • FIG 1 illustrates an overview of an embodiment of the pump according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates an exploded view of the pump of FIG. 1.
  • Figure 3 illustrates an exploded view of an embodiment of the third part or transmission part of the pump according to the invention.
  • Figure 4 illustrates an exploded view of an embodiment of the first piece of the pump or complete cylinder head (assembly valves, seals and cartridge).
  • Figure 5 illustrates an exploded view of one embodiment of the complete piston (transmission tube assembly, piston and seals).
  • Figure 6 illustrates an embodiment of the heating cartridge, comprising two electrical circuits.
  • Fig. 7 illustrates another embodiment of the heating cartridge, comprising a non-regularly wound resistor.
  • FIG. 1 illustrates an overall view of one embodiment of the pump according to the invention: it comprises a first piece 4 or complete breech, exploded in FIG. 4, a second piece 2 which comprises all the accessories mounting of the pump and a third part 3 or transmission, exploded in FIG.
  • the first piece 4 or complete breech which is integral with at least one heating cartridge 41, is inserted into the part 5, detailed in FIG. 5: in particular the cartridge 41 is inserted into a hole longitudinal through the piston 52 and in the transmission tube 51.
  • the piston 52 is actuated by the tube of
  • the latter is inserted in a guide 22 of anti-rotation square section which engages the endless thrust screw 31 of the part 3.
  • the rotation of this screw 31 determines the displacement of the piston 52 of the pump; its direction of rotation determines the direction of movement.
  • a portion of the heating cartridge 41 is thus housed in the tube 51 while the upper portion of this cartridge is directly immersed in the liquid to be heated.
  • the depth of immersion of the cartridge in the hole of the tube 51 depends on the longitudinal position of this tube.
  • the screw 31 is rotated by a motor 32 through a driving pulley 37, a driven pulley 36 and a belt 35, for example a toothed belt.
  • a driving pulley 37 may be provided with a clipping washer 38, for example a Starlock washer, for a quick and efficient assembly on the shaft of the electric motor 32.
  • the two pulleys and the belt make it possible to reduce the speed and an increase in the torque transmitted by the motor 32 to the screw 31.
  • the motor 32 is preferably an electric linear cylinder capable of moving alternately in one direction and then in the other when an electric current is supplied thereto.
  • the motor can be powered at 12 or 24 volts, or at a lower voltage, which allows it to be used in an automobile with the current produced by a battery.
  • Other DC or alternating voltage sources are also conceivable within the scope of the invention.
  • Rotary motors with a worm, cam, connecting rod or toothed belt system for converting rotation into a translation, or pneumatic cylinders can also be employed.
  • the motor 32 comprises a geared motor to change the speed ratio or / and torque provided.
  • the pulleys 36, 37, the belt 35 and the washers are engaged in a housing 33 through screws 34, for example screws of the tapered Torx type. This housing cooperates with the motor 32 and, through the nut 312 and the
  • the third transmission piece 3 in a variant may comprise a position sensor 39 arranged to cooperate with the driving pulley 37 in order to measure the position of the piston 52 in the cylinder 24 and, therefore, how much liquid has been sucked up and / or expelled.
  • this circuit 39 comprises an angular encoder which, according to the number of turns made by the screw 31 during its rotation, determines the position of the piston 52 during its stroke.
  • this position sensor 39 is replaced by any other position sensor, for example a Hall sensor, placed in the cylinder 24.
  • Angular position sensors mounted on other rotary elements of the gearmotor or the device, or sensors from Linear positions directly measuring the position of the piston, can also be used.
  • the transmission tube 51 comprises a light barrier and / or a switch or any other means suitable for determining the zero point of the piston stroke.
  • the stroke of the piston 52 can be controlled to vary the amount of liquid sucked by the valve 42 and expelled via the valve 43.
  • the stroke is preferably controlled by a microcontroller not shown by changing the duration of supply of the motor 32.
  • the control can be performed in open circuit, that is to say by applying a pulse duration which depends solely on the set value chosen for the stroke and the volume, or preferably in circuit closed with a feedback loop taking into account a measurement value provided by the circuit or the position sensor 39.
  • Figure 2 further illustrates a second part 2 of the pump, which includes its mounting accessories.
  • These accessories comprise a cylinder 24, intended to contain liquid, fixed through a square spacer 23 to a cover 20 through screws 21.
  • the cylinder 24 is surrounded by one or more traction rods, which cooperate with screws 26, to ensure stability at the pump and maintain its parts.
  • FIG. 4 illustrates an exploded view of an embodiment of the first piece of the pump or complete breech (set of valves, seals and cartridge): the cylinder head 40 has two holes for respectively engaging the intake valve 42 and the valve expulsion 43 of the liquid. In a preferred embodiment these valves 42, 43 are non-return valves.
  • the yoke 40 cooperates through an internal seal 46, for example an O-ring, with at least one heating cartridge 41 and, through a outer seal 47, for example an O-ring, with the cylinder 24 to ensure sealing.
  • an internal seal 46 for example an O-ring
  • a outer seal 47 for example an O-ring
  • the heating cartridge 41 may comprise one or more heating zones, corresponding to one or more electrical circuits 410, 41 1, for example resistive circuits.
  • it may comprise a progressive zone of heating, corresponding to a resistance 412 of variable resistivity along its length.
  • the heating cartridge 41 can heat only a reduced portion of the cylinder, lower than the heated portion for the cappuccino. It is also possible to reduce the heating of the cartridge portion inserted in the transmission tube 51, and to further heat the cartridge portion.
  • the heating cartridge 41 comprises a thermocouple which can be integrated into the cartridge itself. In a variant such
  • cartridge 41 may comprise an unillustrated temperature sensor for measuring the temperature of the liquid.
  • the temperature measurement thus carried out is precise and effective, since it is carried out in the center of the volume of liquid, avoiding that the temperature of the environment can modify it in a wrong way.
  • the choice of the number of heating zones to be supplied with current can also depend on the temperature of the desired liquid.
  • the heating power, and therefore the time required to obtain a given liquid temperature can be controlled by acting on one or more of the following parameters: Number of electrical circuits 410, 41 1 supplied with current
  • Intensity of the current in each electrical circuit 410, 41 1 or resistor 412, or modulation of this intensity as a function of time depends on the volume of liquid to be heated and on the set temperature introduced with a control circuit 12 not shown, and possibly on the initial temperature of the cylinder if it is known.
  • the temperature of the cartridge 41 or an external temperature sensor may furthermore be used to measure the temperature of the liquid, in order to interrupt or modify the electric current as a function of the measured temperature and thus to effect a closed-loop regulation.
  • the external dimensions of the cartridge 41 can be defined very precisely and adapted to the pump: for example in a variant its outer diameter can be normalized and even rectified, thereby simplifying the seal with the piston.
  • the pump according to the invention may comprise several heating cartridges 41 in parallel, either to heat more liquid or to heat the same amount of liquid in a shorter time.
  • the presence of such a cartridge also makes the pump safer, since the source of heat is internal to the transmission tube 51 and is not directly accessible by a user, which reduces the risk of burns .
  • the pump comprises an electronic circuit 8, not shown, for example a microcontroller controlled by a
  • FIG. 5 illustrates an exploded view of an embodiment of the part 5 of the pump according to the invention, comprising the transmission tube 51, in which at least one heating cartridge 41 is engaged, which at one end cooperates with a nut 50 which prevents its rotation, and at the other end with the piston 52.
  • An inner ring 53 in the form of a ring seals between the piston 52 and the transmission tube 51.
  • An outer seal 54 ensures the seal between the piston 52 and the cylinder 24,
  • the section of these seals 53, 54 can be in shape of "X" - so it's about "X-ring” seals - to avoid
  • the pump may comprise two or more pistons operating advantageously out of phase to transfer and heat controlled liquid quantities several times. This makes it possible to supply a hot liquid continuously without any dead point when filling the piston. Moreover, by modifying the number of pistons actually used, it is possible to control the volume of heated and transferred liquid.
  • the number of pistons used can be modified using numerical controls to control the valves that must be opened or closed during each cycle, and possibly the pistons that need to be moved.
  • the different pistons can be driven by the same engine or cylinder, or by individual cylinders.
  • the race of the different postons can be identical, or different. It is also possible to use a double-acting piston, which sucks and delivers the liquid continuously to reduce the pulling time.
  • the pump will include two cylinder heads, two valves
  • the pressure of the liquid ejected from the cylinder is also controlled by means of a reaction loop, in order to employ a pressure of the liquid through the beverage powder adapted to the desired type of beverage.
  • the pressure of the liquid directly influences the quality of the coffee or drink.
  • the device of the invention advantageously comprises a pressure sensor downstream of the cylinder, not shown, providing a measurement value used by a control circuit to control the current applied to the piston translation system and thus obtain a constant liquid pressure during the evacuation and close to the set point depending on the desired beverage.
  • At least one heating zone 140, 141, 142 is activated in order to circulate an electric current in the heating cartridge 41, so as to preheat the cylinder.
  • the heat produced by the heating cartridge 41 is transmitted to the corresponding portion of the walls of the cylinder 24.
  • the inlet valve 42 is opened while the expulsion valve 43 is closed, for example electromechanically under the control of an electronic control circuit, or mechanically, for example using springs.
  • the piston 52 is then raised under the action of the motor 32, so as to suck the liquid inside the cylinder 24 and through the intake valve 42.
  • the heating of the cylinder is preferably continued during the suction.
  • the stroke of the piston 52 is preferably regulated to correspond to the volume of liquid to be produced using the open loop control or closed feedback loop discussed above.
  • the piston 52 When the piston 52 has reached the end stroke or the height corresponding to the desired liquid volume, it is preferably maintained at this position for the time necessary for heating the liquid to the desired temperature. This time can be determined according to the volume of liquid, or preferably interrupted when the cartridge temperature probe or an external probe indicates that the liquid has reached the desired temperature, for example 94 ° C for the coffee.
  • the electric current injected into the circuit, as well as the number of electrical circuits traversed by a current, can be regulated according to the volume of liquid to be heated and / or the target temperature to be reached.
  • the inlet valve 42 is preferably closed as soon as the piston 52 has reached its maximum height, in order to prevent the heated liquid does not come out through the inlet channel or heat escapes by convection or mixture of liquid.
  • the expulsion valve 43 is then opened, and the piston 52 back down to expel the heated liquid.
  • the heating of the cylinder can be maintained and regulated during this expulsion phase so as to ensure a constant temperature of the liquid throughout the expulsion.
  • the heating is interrupted, or at least reduced by decreasing the electric current, before the complete expulsion of the liquid out of the cylinder. This exploits the thermal inertia of the cylinder and it avoids transmitting heat to the cylinder which will not have time to be communicated to the liquid.
  • the speeds during aspiration or expulsion may be variable to allow the desired modulation of the pressure / depression as well as the flow rates of the liquid.
  • the interruption or the rapid reduction of the heating also makes it possible to avoid excessive temperature differences between the last drops of liquid expelled and those leaving the cylinder first, which makes it possible, for example, to avoid the production of unnecessary steam. by evaporation of the last drops of liquid. It is also possible to modify the electrical connections of the heating circuit during the displacement of the piston, and for example to interrupt more quickly the supply of printed tracks which cover the bottom of the emptied cylinder first.
  • the device and method of the invention can be used for example for a hot drink dispenser, in particular a coffee machine, including a coffee machine for car or caravan or mobile home, or any electrically autonomous vehicles such as planes, taxi, trains, boats, etc.
  • a similar pump can also be used for the dosing of heated liquid, in the food industry, for gluing with a heated glue, for condensate removal, etc.

Landscapes

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Abstract

Pompe à liquide volumétrique (1) comprenant: - un cylindre (24) - une soupape d'admission (42) de liquide dans ledit cylindre (24) - une soupape d'expulsion (43) du liquide hors dudit cylindre (24) - un piston (52) actionnée par un tube de transmission (51) et coulissant dans ledit cylindre (24) de manière à aspirer ledit liquide dans ledit cylindre (24), puis à l'expulser hors dudit cylindre (24) caractérisé en ce que ledit cylindre (24) comprends au moins une cartouche chauffante (41) afin de chauffer le liquide dans ledit cylindre(24).

Description

Pompe à liquide volumétrique comprenant une cartouche chauffante
Domaine technique
La présente invention concerne une pompe volumétrique à liquide comprenant une cartouche chauffante. Cette pompe permet de pomper du liquide, de le chauffer et de faire aussi une mesure de volume.
Etat de la technique On connaît de nombreux exemples de pompes à liquide
fonctionnant selon différents principes. Il existe par ailleurs différents types de dispositifs de chauffage d'eau. De nombreuses machines à café emploient un réservoir dans laquelle l'eau est préchauffée avant d'être pompée à travers la poudre de café puis versée dans les tasses. Ces dispositifs nécessitent de préchauffer un volume d'eau plus important que celui qui sera finalement utilisé, ce qui occasionne un gaspillage
énergétique. Lorsqu'inversement on a besoin d'un volume de café supérieur à la contenance du réservoir, il est nécessaire d'attendre après le remplissage que l'eau nouvellement introduite ait été chauffée. On connaît par ailleurs des dispositifs de chauffage de liquide en continu dans lesquels l'eau est chauffée lors de son passage dans un tube ou un tuyau. De tels dispositifs sont décrits par exemple dans la demande de brevet EP-A1 -1380243 (Nestec SA), qui illustre un module de chauffage de liquide comportant un tube creux revêtu d'au moins deux résistances chauffantes, par exemple des fils ou des encres conductrices déposées sur un substrat. Une solution similaire est aussi décrite dans EP-A1 -1097663.
Les solutions de l'art antérieur nécessitent en général une pompe pour faire circuler l'eau dans un tube chauffant ou un thermobloc, et un débitmètre pour contrôler la quantité d'eau fournie. Le dispositif complet comporte donc de nombreuses pièces discrètes distinctes, complexes à combiner, et dont l'assemblage nécessite un volume important. Par ailleurs, la température de l'eau dépend à la fois du courant électrique dans le module de chauffage et du débit de l'eau dans le tube, ce qui nécessite une régulation assez complexe. La demande de brevet FR2780262 décrit une machine à café comportant une pompe à piston creux animé par un moteur
électromagnétique. Le piston creux traversé par le liquide est difficile à nettoyer ; en outre, il ne permet pas de déplacer un volume d'eau constant à chaque actionnement. Un débitmètre est donc requis, formé dans ce cas d'une roue folle à ailettes mise en rotation par le flux de liquide.
D'autres exemples de distributeur de boisson chaude comportant une pompe à piston sont décrits dans les brevets US2654505 et FR2012636.
WO2005108849 décrit une pompe pour lubrifiant qui comprend au moins un piston de dosage entraîné par un actionneur qui comporte un élément chauffant. L'élément chauffant chauffe un matériau qui se dilate afin d'entraîner le déplacement du piston de dosage. Cette pompe ne permet pas de chauffer le liquide dans le cylindre.
US3508845 décrit un procédé et un dispositif permettant d'obtenir de hautes pressions avec un compresseur à membrane. L'huile pompée par un piston est chauffée au préalable par une résistance chauffante dans un réservoir. Ce dispositif entraîne des déperditions importantes puisque la chaleur produite par la résistance chauffante est transmise au liquide en amont des pompes. La demande de brevet EP-A1 -496939 décrit une autre pompe pour machine à café comportant un piston coulissant dans un cylindre actionné par un moteur et un actuateur. La course du piston, qui détermine le volume de liquide aspiré puis rejeté dans le cylindre, est contrôlée à l'aide de micro-connecteurs ou d'un encodeur connectés au moteur. Les signaux des microswitches ou de l'encodeur sont traités par une électronique qui génère des signaux de commande pour le moteur. Le volume d'eau dans le cylindre est chauffé à l'aide d'un fil résistif bobiné autour de la surface externe du cylindre et parcouru par un courant électrique.
Cet arrangement permet de chauffer le liquide directement à l'intérieur de la pompe, de sorte qu'un tube chauffant additionnel n'est pas requis. Par ailleurs, l'usage d'une pompe à piston permet de contrôler facilement le volume de liquide aspiré, simplement en modifiant la course du piston. Toutefois, le temps nécessaire à l'obtention d'une tasse de café chaud est important, pour plusieurs raisons :
Tout d'abord, le tube est chauffé à l'aide d'un fil discret enroulé autour du cylindre. Seule une partie de la chaleur émise par le fil est transmise au cylindre puis au liquide ; le reste est dissipé dans l'air. La résistance thermique entre le fil et le cylindre est en effet importante, à moins que des mesures coûteuses, par exemple l'utilisation d'une pâte conductrice électriquement, ne soient mises en œuvre. D'autre part, le chauffage du cylindre commence uniquement lorsque celui-ci est plein de liquide. L'inertie thermique importante du fil chauffant et du cylindre ralentit la transmission de chaleur et augmente le temps nécessaire au chauffage du volume de liquide aspiré. Cette inertie rend en outre difficile le maintien précis d'une température du liquide constante ; le temps de réaction du système est trop important, notamment lorsque les conditions externes changent, par exemple lors de l'évacuation du liquide. Par ailleurs, en raison de l'inertie thermique importante et de la résistance thermique entre le fil et le cylindre, le système reste chaud pendant une durée relativement importante même lorsque le courant électrique est interrompu.
Enfin, la chaleur de la résistance est transmise sur toute la longueur du cylindre, même lorsqu'une faible quantité de liquide doit être chauffée pour un espresso par exemple. Les spires de la résistance au-dessus du- piston, dans la zone vide de liquide, fournissent une chaleur qui n'est guère utilisée et qui est transmise à l'environnement en pure perte. Si le gaspillage de courant électrique qui en résulte peut à la rigueur être toléré dans une installation alimentée par le courant électrique du réseau, il n'en va pas de même dans le cas d'une machine destinée à être alimentée par une source de courant autonome, par exemple une batterie automobile. Le document WO2009/087203 décrit une pompe à liquide
comprenant un circuit électrique de chauffage du cylindre avec au moins deux branches afin de chauffer électriquement le liquide dans le cylindre, les branches étant réalisées sous la forme de piste mince électriquement conductrice déposée sur ou dans la paroi du cylindre et occupant des portions longitudinales différentes le long dudit cylindre, afin de contrôler la portion longitudinale du cylindre chauffée en sélectionnant les branches parcourues par un courant en fonction du volume de liquide chauffé à produire.
Cette pompe permet donc de délivrer un volume d'eau contrôlé, à une vitesse d'écoulement contrôlée, et avec une température constante tout au long de l'écoulement. Il est connu en effet que la qualité d'un café dépend fortement de la température de l'eau traversant la poudre ; une température précisément contrôlée et constante tout au long de
l'écoulement au travers de la poudre permet d'améliorer considérablement la qualité du café obtenu. En effet, une température trop basse ne permet pas à l'eau d'emporter tous les arômes du café, tandis qu'une température trop élevée brûle certains arômes, ou produit même des bulles de vapeur qui traversent simplement la poudre de café sans en prendre le goût.
Grâce à cette pompe il est possible de choisir la portion
longitudinale du cylindre qui est chauffée en chaque instant en
sélectionnant les branches alimentées en courant. On alimentera donc un nombre de branches qui dépend de la quantité de volume à chauffer, de manière à éviter de dissiper de la chaleur sur de larges portions du cylindre au-dessus de la limite de course supérieure du piston. Dans un exemple, seule la moitié inférieure du cylindre est chauffée avec une branche lorsqu'on souhaite produire un demi-volume de cylindre d'eau chaude. Cette pompe présente cependant différents inconvénients. Tout d'abord la fabrication industrielle de pistes conductrices sur un cylindre s'avère, de manière inattendue, délicate et onéreuse.
D'autre part, dans le cas d'une installation avec le cylindre en position horizontale, c'est-à-dire lorsque le piston coulisse selon une direction horizontale, et que le cylindre contient peu de liquide, la vapeur qui se forme au-dessus du liquide dans le cylindre peut détruire ou décoller les branches résistives. Une telle installation à l'horizontal est cependant utile pour certaines configurations de machine à café, par exemple dans le cas d'une utilisation dans une voiture, une caravane, un camion ou tout véhicule autonome électriquement.
La position horizontale de la pompe est également avantageuse pour réduire le gradient de la température du liquide, ce qui améliore la qualité du café produit et réduit le gaspillage énergétique. Une telle utilisation à l'horizontal de la pompe décrite dans
WO2009/087203 n'est cependant pas indiquée, puisque son
fonctionnement correct est garanti seulement dans le cas où son piston coulisse selon une direction verticale.
Par ailleurs, dans WO2009/087203 une sonde de température mesure la température du liquide en sortie, afin d'interrompre ou de modifier le courant électrique des branches en fonction de la température du liquide, par exemple 94° C. Cependant si l'environnement où la pompe est placée est froid, au début la température mesurée par la sonde ne correspond pas à la température du liquide, puisque cette température dépend aussi de la température externe.
Il existe donc un besoin pour une pompe à liquide qui permette de délivrer un volume d'eau contrôlé avec une température constante tout au long de l'écoulement comme la pompe de WO2009/087203, mais qui puisse aussi être utilisée quand le piston coulisse selon une direction horizontale Il existe aussi un besoin pour une pompe à liquide qui permette une mesure plus efficace de la température du liquide chauffé.
Bref résumé de l'invention
Un but de la présente invention est d'éviter ou d'atténuer un ou plusieurs inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'une pompe à liquide selon la revendication 1 et d'un procédé pour chauffer un volume déterminé de liquide d'un cylindre selon la revendication 15.
La pompe selon l'invention comprend un cylindre, une culasse dans laquelle se trouvent une soupape d'admission et une soupape d'expulsion du liquide, un piston actionné par un tube de transmission. Le piston coulisse dans le cylindre de manière à aspirer et/ou expulser le liquide dans respectivement dehors du cylindre. Au moins une cartouche chauffante est présente dans la chambre afin de chauffer le liquide présent.
Avantageusement, le tube de transmission coulisse autour de la cartouche chauffante dont au moins une portion est immergée dans le liquide, notamment lorsque le piston est en retrait de manière à permettre le remplissage du cylindre. La transmission de chaleur de la cartouche au liquide est ainsi optimale.
Des cartouches chauffantes sont en soi connues dans des domaines très éloignés du domaine des pompes à liquide pour machine à café, par exemple dans le domaine de la métallurgie ou de la production de la plastique. L'utilisation d'une telle cartouche chauffante à l'intérieur d'une pompe à liquide volumétrique, par exemple pour un distributeur de boisson chaude, notamment une machine à café, y compris une machine à café pour voiture ou caravane etc., est tout à fait nouvelle et permet de résoudre les problèmes mentionnés, notamment le problème de
l'utilisation d'une pompe dans laquelle le piston coulisse selon la direction horizontale uniquement. Cette cartouche peut comprendre une ou plusieurs zones de chauffe, correspondant à un ou plusieurs circuits électriques. Dans une autre variante elle peut comprendre une zone progressive de chauffe, correspondant à une résistance bobinée de façon non régulière. De cette façon il est possible non seulement d'obtenir les mêmes effets de chauffage « ad hoc » du liquide selon son volume, en réduisant ainsi le gaspillage énergétique, mais aussi d'utiliser la pompe quand le piston coulisse selon une direction horizontale, ce qui permet une distribution plus homogène de la température dans le liquide à chauffer permettant de ce fait de mieux s'adapter à l'utilisation d'une telle pompe dans une voiture ou une caravane par exemple.
Dans une variante la pompe selon l'invention comprend plusieurs résistances en parallèle dans la même cartouche chauffante, voire plusieurs cartouches chauffantes, pour chauffer plus rapidement une plus grande quantité de liquide. De cette façon il est ainsi possible d'allumer une machine à café comprenant une telle pompe et d'obtenir un chauffage quasi instantané. Par exemple, il est possible de monter trois cartouches chauffantes espacées angulairement de 120°, ou quatre cartouches chauffantes espacées de 90°, dans un seul volume d'eau ou dans plusieurs volumes d'eau indépendants, ou traversés successivement par la même portion de liquide.
Dans une autre variante chaque cartouche chauffante comprend un capteur de température pour mesurer la température du liquide : à la différence des solutions connues, cette mesure est efficace et précise, puisqu'elle est effectuée au centre du volume de liquide chauffé.
Dans une autre variante la pompe comprend un capteur de position, par exemple un capteur angulaire agencé pour coopérer avec les dents d'une poulie menante qui met en rotation à travers un moteur électrique une vis de poussée permettant de déplacer le piston, afin de mesurer la position du piston et, donc, combien de liquide a été aspiré et/ou expulsé. Une barrière lumineuse et/ou un interrupteur peut avantageusement être prévue sur le tube de transmission pour déterminer le point zéro de la course du piston.
L'étanchéité du piston est garantie à l'aide d'au moins un joint, par exemple du type X-ring. Dans une variante préférentielle deux joints sont utilisés, l'un entre le piston et le tube de transmission, l'autre entre le piston et le cylindre. La section en forme de « X » du joint préférentiel permet d'éviter de possibles mouvements de torsion. D'autres géométries de joints sont possibles.
Brève description des figures
Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
La figure 1 illustre une vue d'ensemble d'un mode de réalisation de la pompe selon l'invention.
La figure 2 illustre une vue éclatée de la pompe de la figure 1.
La figure 3 illustre une vue éclatée d'un mode de réalisation de la troisième pièce ou partie de transmission de la pompe selon l'invention.
La figure 4 illustre une vue éclatée d'un mode de réalisation de la première pièce de la pompe ou culasse complète (ensemble soupapes, joints et cartouche).
La figure 5 illustre une vue éclatée d'un mode de réalisation du piston complet (ensemble tube de transmission, piston et joints).
La figure 6 illustre un mode de réalisation de la cartouche chauffante, comprenant deux circuits électriques. La figure 7 illustre un autre mode de réalisation de la cartouche chauffante, comprenant une résistance bobinée de façon non régulière.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
La figure 1 illustre une vue d'ensemble d'un mode de réalisation de la pompe selon l'invention : elle comprend une première pièce 4 ou culasse complète, éclatée sur la figure 4, une deuxième pièce 2 qui comprend l'ensemble des accessoires de montage de la pompe et une troisième pièce 3 ou transmission, éclatée sur la figure 3.
Comme illustré sur la figure 2, la première pièce 4 ou culasse complète, qui est solidaire d'au moins une cartouche chauffante 41, est insérée dans la pièce 5, détaillée sur la figure 5 : en particulier la cartouche 41 est insérée dans un trou longitudinal à travers le piston 52 et dans le tube de transmission 51. Le piston 52 est actionné par le tube de
transmission 51 mobile. Ce dernier est inséré dans une guide 22 de section carré anti-rotation qui engage la vis de poussée sans fin 31 de la pièce 3. La rotation de cette vis 31 détermine le déplacement du piston 52 de la pompe ; son sens de rotation détermine la direction du déplacement. Une portion de la cartouche chauffante 41 est ainsi logée dans le tube 51 tandis que la portion supérieure de cette cartouche est directement immergée dans le liquide à chauffer. La profondeur d'immersion de la cartouche dans le trou du tube 51 dépend de la position longitudinale de ce tube.
Comme détaillé sur la figure 3, la vis 31 est mise en rotation par un moteur 32 à travers une poulie menant 37, une poulie menée 36 et une courroie 35, par exemple une courroie crantée. Chaque poulie peut être dotée d'une rondelle à clipsage 38, par exemple une rondelle Starlock, pour un assemblage rapide et efficace sur l'arbre du moteur électrique 32. Les deux poulies et la courroie permettent d'assurer une réduction de la vitesse et une augmentation du couple transmis par le moteur 32 à la vis 31.
D'autres types de motoréducteurs sans courroies, par exemple des réducteurs à engrenages, peuvent être employés. De même il est possible de monter le moteur ou motoréducteur directement en ligne, sans utiliser de renvoi.
Le moteur 32 est de préférence un vérin linéaire électrique capable de se déplacer alternativement dans un sens puis dans l'autre lorsqu'un courant électrique lui est fourni. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le moteur peut être alimenté en 12 ou en 24 volts, ou à une tension inférieure, ce qui permet de l'utiliser dans une automobile avec le courant produit par une batterie. D'autres sources de tension continues ou alternatives sont également envisageables dans le cadre de l'invention. Des moteurs rotatifs avec un système de vis sans fin, de came, de bielle ou de courroie crantée, pour convertir la rotation en une translation, ou des vérins pneumatiques, peuvent aussi être employés.
Dans une variante préférentielle le moteur 32 comprend un motoréducteur pour modifier le rapport de vitesse ou/et le couple fournis. Les poulies 36, 37, la courroie 35 et les rondelles sont engagées dans un carter 33 à travers des vis 34, par exemple des vis du type Torx coniques. Ce carter coopère avec le moteur 32 et, à travers l'écrou 312 et le
roulement 310, avec la vis de poussée 31.
La troisième pièce 3 de transmission dans une variante peut comprendre un capteur de position 39 agencé pour coopérer avec la poulie menante 37 afin de mesurer la position du piston 52 dans le cylindre 24 et, donc, combien de liquide a été aspiré et/ou expulsé. Dans une variante préférentielle ce circuit 39 comprend un encodeur angulaire qui, selon le nombre de tours faits par la vis 31 lors de sa rotation, détermine la position du piston 52 lors de sa course.
Dans une autre variante ce capteur de position 39 est remplacé par tout autre capteur de position, par exemple un capteur de Hall, placé dans le cylindre 24. Des capteurs de position angulaire montés sur d'autres éléments rotatifs du motoréducteur ou du dispositif, ou des capteurs de position linéaires mesurant directement la position du piston, peuvent aussi être employés.
Dans une variante le tube de transmission 51 comprend une barrière lumineuse et/ou un interrupteur ou tout autre moyen adapté pour déterminer le point zéro de la course du piston.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la course du piston 52 peut être contrôlée afin de varier la quantité de liquide aspirée par la soupape 42 puis expulsée via la soupape 43. La course est de préférence contrôlée par un microcontrôleur non représenté en modifiant la durée d'alimentation du moteur 32. La commande peut être effectuée en circuit ouvert, c'est-à-dire en appliquant une durée d'impulsion qui dépend uniquement de la valeur de consigne choisie pour la course et le volume, ou de préférence en circuit fermé avec une boucle de contre-réaction prenant en compte une valeur de mesure fournie par le circuit ou le capteur de position 39.
La figure 2 illustre en outre une deuxième pièce 2 de la pompe, qui comprend ses accessoires de montage. Ces accessoires comprennent un cylindre 24, destiné à contenir du liquide, fixé à travers une entretoise carrée 23 à un couvercle 20 à travers des vis 21. Le cylindre 24 est entouré par une ou plusieurs tiges de tractions, qui coopèrent avec des vis 26, pour assurer la stabilité à la pompe et maintenir ses pièces.
La figure 4 illustre une vue éclatée d'un mode de réalisation de la première pièce de la pompe ou culasse complète (ensemble soupapes, joints et cartouche) : la culasse 40 présente deux trous pour engager respectivement la soupape d'admission 42 et la soupape d'expulsion 43 du liquide. Dans une variante préférentielle ces soupapes 42, 43 sont des soupapes anti-retour.
La culasse 40 coopère à travers un joint interne 46, par exemple un joint O-ring, avec au moins une cartouche chauffante 41 et, à travers un joint externe 47, par exemple un joint O-ring, avec le cylindre 24 pour garantir l'étanchéité.
Dans une variante la cartouche chauffante 41 , détaillée sur la figure 6, peut comprendre une ou plusieurs zones de chauffe, correspondant à un ou plusieurs circuits électriques 410, 41 1 , par exemple des circuits résistifs. Dans une autre variante, illustrée sur la figure 7, elle peut comprendre une zone progressive de chauffe, correspondant à une résistance 412 de résistivité variable sur sa longueur. Dans les deux cas il est possible d'obtenir un chauffage « ad hoc » du liquide selon son volume, en réduisant ainsi le gaspillage énergétique : par exemple si la pompe selon l'invention est utilisée dans un distributeur de boisson chaude et qu'après la commande d'un cappuccino un expresso est commandé, la cartouche chauffante 41 pourra chauffer seulement une portion réduite du cylindre, inférieure à la portion chauffée pour le cappuccino. Il est aussi possible de réduire le chauffage de la portion de cartouche insérée dans le tube de transmission 51 , et de chauffer davantage la portion de cartouche
immergée dans le liquide à chauffer. La portion de cartouche chauffée, et le courant circulant dans cette cartouche, peut en outre varier lors du déplacement du piston. La cartouche chauffante 41 comprend un thermocouple qui peut être intégré dans la cartouche même. Dans une variante une telle
cartouche 41 peut comprendre un capteur de température non illustré pour mesurer la température du liquide. La mesure de température ainsi effectuée est précise et efficace, puisqu'elle est effectuée au centre du volume de liquide, en évitant que la température de l'environnement puisse la modifier de façon erronée.
Le choix du nombre de zones de chauffe à alimenter en courant peut aussi dépendre de la température du liquide souhaitée. De manière générale, la puissance de chauffe, et donc le temps nécessaire à l'obtention d'une température de liquide donnée, peut être contrôlée en agissant sur un ou plusieurs des paramètres suivants : Nombre de circuits électriques 410, 41 1 alimentés en courant
- Connexion des circuits électriques 410, 41 1 entre eux (série,
parallèle, etc.)
- Durée du courant dans les circuits électriques 410, 41 1. Il est possible d'alimenter certains circuits électriques 410, 41 1 plus longtemps, ou différemment, que d'autres.
- Intensité du courant dans chaque circuits électriques 410, 41 1 ou résistance 412, ou modulation de cette intensité en fonction du temps. Le choix du ou des paramètres ci-dessus dépend du volume de liquide à chauffer et de la température de consigne introduite avec un circuit de commande 12 non représentée, et éventuellement de la température initiale du cylindre si elle est connue. Le capteur de
température de la cartouche 41 ou un capteur de température externe peut en outre être utilisé pour mesurer la température du liquide, afin d'interrompre ou de modifier le courant électrique en fonction de la température mesurée et d'effectuer ainsi une régulation en boucle fermée.
Les dimensions externes de la cartouche 41 peuvent être définies de façon très précise et adaptée à la pompe : par exemple dans une variante son diamètre externe peut être normalisé et même rectifié, d'où une simplification de l'étanchéité avec le piston.
Dans une variante la pompe selon l'invention peut comprendre plusieurs cartouches chauffantes 41 en parallèle, soit pour chauffer plus de liquide, soit pour chauffer la même quantité de liquide dans un temps inférieur. La présence d'une telle cartouche rend aussi la pompe plus sûre, puisque la source de la chaleur est interne au tube de transmission 51 et qu'elle n'est pas directement accessible par un utilisateur, ce qui permet de réduire le risque de brûlure. Avantageusement la pompe comprend un circuit électronique 8 non représenté, par exemple un microcontrôleur contrôlé par un
programme d'ordinateur ou un circuit FPGA, qui commande de préférence les événements suivants :
- Ouverture et fermeture des soupapes 42, 43. - Alimentation du moteur 32 de manière à provoquer le
déplacement du piston 52
- Commande des différentes zones chauffantes 410, 41 1, 412 de la cartouche chauffante 41
- Prise en compte des signaux fournis par le capteur de position 39 du piston, par le capteur de température, et par un circuit de commande non représenté permettant d'introduire des valeurs de consigne pour le volume à chauffer et/ou la température à obtenir.
La figure 5 illustre une vue éclatée d'un mode de réalisation de la pièce 5 de la pompe selon l'invention, comprenant le tube de transmission 51 , dans le quel au moins une cartouche chauffante 41 est engagée, qui à une extrémité coopère avec un écrou 50 qui permet d'empêcher sa rotation, et à l'autre extrémité avec le piston 52. Un joint interne 53 en forme d'anneau assure l'étanchéité entre le piston 52 et le tube de transmission 51. Un joint externe 54 assure l'étanchéité entre le piston 52 et le cylindre 24, Avantageusement la section de ces joints 53, 54 peut être en forme de « X » - il s'agit donc de joints « X-ring » - pour éviter des
mouvements de torsion.
Dans une autre variante la pompe peut comprendre deux pistons ou plus travaillant avantageusement de façon déphasée pour transférer et chauffer plusieurs fois des quantités de liquide contrôlées. Cela permet de fournir un liquide chaud en continu, sans point mort lors du remplissage du piston. Par ailleurs, en modifiant le nombre de pistons effectivement utilisés, on peut contrôler le volume de liquide chauffé et transféré. Le nombre de pistons utilisés peut être modifié à l'aide de commandes numériques pour contrôler les soupapes qui doivent être ouvertes ou fermées lors de chaque cycle, et éventuellement les pistons qui doivent être déplacés. Les différents pistons peuvent être entraînés par le même moteur ou vérin, ou par des vérins individuels. La course des différents postons peut être identique, ou différente. II est également possible d'employer un piston à double effet, qui aspire et refoule le liquide en continu afin de réduire le temps de tirage. Dans ce cas la pompe comprendra deux culasses, deux soupapes
d'admission et deux soupapes d'expulsion.
Dans un mode de réalisation avantageux, la pression du liquide éjecté hors du cylindre est également contrôlée à l'aide d'une boucle de réaction, afin d'employer une pression du liquide à travers la poudre de boisson adaptée au type de boisson désiré. La pression du liquide influence en effet directement la qualité du café ou de la boisson. Dans ce but, le dispositif de l'invention comporte avantageusement un détecteur de pression en aval du cylindre, non représenté, fournissant une valeur de mesure utilisée par un circuit de régulation pour contrôler le courant appliqué au système de translation du piston et obtenir ainsi une pression de liquide constante au cours de l'évacuation et proche de la valeur de consigne dépendant de la boisson désirée. Nous allons maintenant décrire le procédé mis en œuvre pour produire une quantité désirée de liquide chaud. Dans une première étape, au moins une zone de chauffe 140, 141 , 142 est activée afin de faire circuler un courant électrique dans la cartouche chauffante 41 , de manière à préchauffer le cylindre. La chaleur produite par la cartouche chauffante 41 est transmise à la portion correspondante des parois du cylindre 24.
Simultanément, ou peu de temps avant ou après, la soupape d'admission 42 est ouverte tandis que la soupape d'expulsion 43 est fermée, par exemple de manière électromécanique sous le contrôle d'un circuit électronique de commande, ou de façon mécanique, par exemple à l'aide de ressorts.
Le piston 52 est ensuite relevé sous l'action du moteur 32, de manière à aspirer le liquide à l'intérieur du cylindre 24 et au travers de la soupape d'admission 42. Le chauffage du cylindre est de préférence poursuivi au cours de l'aspiration. La course du piston 52 est de préférence régulée de manière à correspondre au volume de liquide à produire à l'aide de la commande à boucle ouverte ou à boucle de contre-réaction fermée évoqué plus haut.
Lorsque le piston 52 est arrivé en bout en course ou à la hauteur correspondant au volume de liquide désiré, il est de préférence maintenu à cette position pendant la durée nécessaire au chauffage du liquide à la température désirée. Cette durée peut être déterminée en fonction du volume de liquide, ou de préférence interrompue lorsque la sonde de température de la cartouche ou une sonde externe indique que le liquide a atteint la température souhaitée, par exemple 94° C pour le café.
Le courant électrique injecté dans le circuit, ainsi que le nombre de circuits électriques traversés par un courant, peuvent être régulés en fonction du volume de liquide à chauffer et/ou de la température de consigne à atteindre. La soupape d'admission 42 est de préférence fermée dès que le piston 52 a atteint sa hauteur maximale, afin d'éviter que le liquide chauffé ne ressorte par le canal d'admission ou que la chaleur ne s'échappe par convexion ou mélange de liquide.
La soupape d'expulsion 43 est ensuite ouverte, et le piston 52 redescendu de manière à expulser le liquide chauffé. Le chauffage du cylindre peut être maintenu et régulé pendant cette phase d'expulsion de manière à garantir une température du liquide constante tout au long de l'expulsion. Dans une variante préférentielle, le chauffage est interrompu, ou au moins réduit par diminution du courant électrique, avant l'expulsion complète du liquide hors du cylindre. On exploite ainsi l'inertie thermique du cylindre et on évite de transmettre une chaleur au cylindre qui n'aura pas le temps d'être communiquée au liquide. Dans une variante les vitesses lors de l'aspiration ou de l'expulsion peuvent être variables pour permettre de moduler à souhait la pression / dépression ainsi que les débits du liquide.
L'interruption ou la réduction rapide du chauffage permet en outre d'éviter des différences de température trop importantes entre les dernières gouttes du liquide expulsées et celles qui quittent le cylindre en premier, ce qui permet par exemple d'éviter la production de vapeur inutile par évaporation des dernières gouttes de liquide. Il est aussi possible de modifier les connexions électriques du circuit de chauffage durant le déplacement du piston, et par exemple d'interrompre plus rapidement l'alimentation des pistes imprimées qui recouvrent le bas du cylindre vidé en premier.
Le dispositif et le procédé de l'invention peuvent être employés par exemple pour un distributeur de boisson chaude, notamment une machine à café, y compris une machine à café pour voiture ou caravane ou mobil- home, ou tous véhicules autonomes électriquement tels qu'avions, taxi, trains, bateaux, etc. Une pompe similaire peut aussi être employée pour le dosage de liquide chauffé, dans l'industrie alimentaire, pour le collage avec une colle chauffée, pour l'évacuation de condensais, etc. Numéros de référence employés sur les figures
1 Pompe
2 Deuxième pièce ou ensemble des accessoires de montage
20 Couvercle
21 Vis pour le couvercle
22 Elément carré avec guide
23 Entretoise carrée
24 Cylindre de traction
25 Tige(s) de traction
26 Vis pour les tiges de traction
3 Troisième pièce ou partie de transmission
31 Vis de poussée
310 Roulement
312 Ecrou
32 Moteur
33 Carter
34 Vis pour le carter
35 Courroie
36 Poulie menée
37 Poulie menant
38 Rondelle
39 Capteur de position
4 Première pièce ou culasse complète (ensemble soupapes, j cartouche)
40 Culasse
41 Cartouche chauffante Premier circuit électrique
Deuxième circuit électrique
Résistance bobinée de façon non régulière
Soupape d'admission
Soupape d'expulsion
Joint O-ring interne de la culasse
Joint O-ring externe de la culasse
Piston complet (ensemble tube de transmission, piston et joints)
Ecrou anti-rotation
Tube de transmission
Piston
Joint X-ring interne du piston
Joint X-ring externe du piston

Claims

Revendications
1. Pompe à liquide volumétrique (1) comprenant :
-un cylindre (24)
-une soupape d'admission (42) de liquide dans ledit cylindre (24)
- une soupape d'expulsion (43) du liquide hors dudit cylindre (24)
- un piston (52) actionné par un tube de transmission (51) et coulissant dans ledit cylindre (24) de manière à aspirer ledit liquide dans ledit cylindre (24), puis à l'expulser hors dudit cylindre (24)
caractérisé en ce que au moins une cartouche chauffante (41) est logée au moins partiellement dans ledit tube de transmission (51) afin de chauffer le liquide dans ledit cylindre (24).
2. La pompe selon la revendication 1 , dans laquelle ledit tube de
transmission (51) coulisse le long de ladite au moins une cartouche chauffante (41).
3. La pompe selon la revendication 2, dans laquelle ladite cartouche chauffante est au moins partiellement immergée dans ledit liquide.
4. La pompe selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, pour au moins une position du piston, ladite cartouche chauffante est partiellement immergée dans ledit liquide et traverse le piston pour s'engager au moins partiellement dans ledit tube de transmission.
5. La pompe selon l'une des revendications 1 à 4, ladite cartouche chauffante (41) comprenant une ou plusieurs zones de chauffe.
6. La pompe selon la revendication 5, lesdites une ou plusieurs zones correspondant à un ou plusieurs circuits électriques (410 ; 41 1) contrôlables individuellement afin d'y faire circuler des courants électriques.
7. La pompe selon l'une des revendications 1 à 6, ladite cartouche chauffante (41) comportant une résistance (412) dont la résistivité varie sur la longueur de la cartouche
8. La pompe selon l'une des revendications 1 à 7, ladite pompe
comprenant au moins deux cartouches chauffantes (41) en parallèle.
9. La pompe selon l'une des revendications 1 à 8, ladite cartouche chauffante (41) comprenant un capteur de température pour mesurer la température dudit liquide.
10. La pompe selon l'une des revendications 1 à 9, ladite cartouche chauffante (41) étant contenue dans un tube de transmission (51) autour duquel ledit piston (52) coulisse.
1 1. La pompe selon l'une des revendications 1 à 10, ledit piston (52) étant actionné par un moteur électrique (32), la course du piston pouvant être ajustée en fonction du volume de liquide chauffé à produire.
12. La pompe selon la revendication 1 1 , comprenant au moins une poulie menante (37), une poulie menée (36), une courroie (35) et une vis de poussée (31) qui coopèrent avec ledit moteur électrique (32).
13. La pompe selon la revendication 12, comprenant un capteur de position (39) agencé pour coopérer avec ladite poulie menante (37) afin de mesurer la position dudit piston (52) et combien de liquide a été aspiré et/ou expulsé.
14. La pompe selon la revendication 13, ledit tube de transmission (51) comprenant une barrière lumineuse et/ou un interrupteur pour déterminer le point zéro de la course dudit piston (52).
15. La pompe selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant un joint X- ring (53) entre ledit piston (52) et ledit tube de transmission (51) et un joint X-ring (54) entre ledit piston (52) et ledit cylindre (24).
16. La pompe selon l'une des revendications 1 1 à 15, comprenant un circuit électronique qui commande au moins un des événements suivants :
- Ouverture et fermeture desdites soupapes d'amission (42) et expulsion (43)
Alimentation dudit moteur (32) de manière à provoquer le déplacement dudit piston (42)
Commande desdites zones (410, 41 1 , 412) de ladite cartouche
chauffante (41)
- Prise en compte des signaux fournis par ledit capteur de position (39) dudit piston (52), par ledit capteur de température, et par un circuit de commande permettant d'introduire des valeurs de consigne pour le volume à chauffer et/ou la température à obtenir.
17. La pompe selon l'une des revendications 1 à 16, ledit piston (52) étant un piston à double effet.
18. La pompe selon l'une des revendications 1 à 17, comportant :
une sonde de température pour mesurer la température du liquide dans le cylindre,
et un circuit de régulation (8) agencé pour réduire le courant électrique dans ladite cartouche chauffante et pour commencer l'expulsion du liquide hors du cylindre dès que la température du liquide a atteint une valeur de consigne prédéterminée.
19. La pompe de la revendication 18, caractérisée en ce que le courant électrique est réduit dès que la température du liquide a atteint ladite valeur de consigne prédéterminée, et régulée tout au long de l'expulsion du liquide de manière à garantir une température de liquide constante tout au long de l'expulsion.
20. Procédé pour chauffer un volume déterminé de liquide d'un cylindre (24), comportant les étapes suivantes :
- Chauffage d'au moins une partie d'au moins une cartouche chauffante (41) à l'intérieur dudit cylindre (24) pour permettre de chauffer ledit liquide,
- Ouverture d'une soupape d'admission (42) de liquide afin de permettre au liquide de pénétrer dans ledit cylindre (24),
- Déplacement longitudinal dans un premier sens d'un piston (52) dans ledit cylindre (24), de manière à aspirer ledit volume déterminé de liquide dans ledit cylindre (24),
- Fermeture de ladite soupape d'admission (42) et ouverture d'une soupape d'expulsion (43),
- Déplacement longitudinal dans un deuxième sens opposé audit premier sens dudit piston (52) dans ledit cylindre (24), de manière à expulser le liquide chauffé hors dudit cylindre.
21. Le procédé selon la revendication 20, ledit chauffage d'au moins une partie d'au moins une cartouche chauffante comprenant la circulation d'un courant électrique dans un ou plusieurs circuits électriques (410, 41 1) de ladite cartouche chauffante (41).
22. Le procédé selon la revendication 21 , ledit chauffage d'au moins une partie d'au moins une cartouche chauffante comprend la circulation d'un courant électrique dans une résistance de résistivité variable (412) dans ladite cartouche (41).
23. Le procédé de la revendication 20, comportant en outre les étapes suivantes :
- Circulation d'un courant électrique dans ladite cartouche
chauffante pendant ledit déplacement longitudinal dans un premier sens du piston (52) dans ledit cylindre (24), ,
-Réduction dudit courant électrique dès que la température du liquide a atteint une valeur de consigne prédéterminée,
-Fermeture de ladite soupape d'admission (42), et ouverture de ladite soupape d'expulsion (43),
-Déplacement longitudinal dans un deuxième sens opposé audit premier sens dudit piston (52) dans ledit cylindre (24), de manière à expulser le liquide chauffé hors dudit cylindre.
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