JP2018529424A - 圧送システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
飲料調製装置のための圧送システム(100)であって、この圧送システム(100)は、液体を貯蔵するためのリザーバ(10)と、リザーバ(10)から飲料調製装置の飲料調製手段(50)に液体を圧送するための圧送手段(30)と、圧送システム(100)において空気を注入するための加圧手段(20)と、を備えており、圧送システム(100)は、圧送手段(30)及び加圧手段(20)の両方を駆動する1つのモータ(40)を更に備えており、圧送システム(100)は、モータ(40)の回転方向に応じて圧送手段(30)を接続するか又は接続解除するように構成された接続手段(60)を更に備える。本発明は、更に、飲料調製装置で使用するための圧送方法に関する。
【選択図】 図6
【選択図】 図6
Description
本発明は、飲料調製手段のための圧送システム及び圧送方法を対象とする。特に、本発明は、リザーバから飲料調製手段に予熱された液体を圧送するための圧送システム及び圧送方法を対象とする。
飲料調製手段で使用される種々の圧送システム、特に、リザーバから飲料調製手段に液体を圧送するための圧送システムが、現行の技術水準において知られている。
既知の圧送システムは、液体が収容されたリザーバを備え、その内部の液体が圧送され、その後、飲料調製手段に供給される前に、ヒータを通して加熱される。しかし、既に予熱された液体を効率的に圧送することができれば、これらの手段における飲料の生成は、はるかに迅速に実行され、各装置はコンパクトで小型になり、特に、移動性又は移動中の用途に適応することになるだろう。
移動性は、例えば、コーヒーなどの高温飲料では新しい牽引力である。移動中、できれば車の中又は公共交通機関の中でコーヒーを飲むには、水を加熱し圧送するのに使用できる能力は限定されている。このように、温水を圧送する(家庭用電化製品では通常行われない)必要があるため、必要な部品は少なくなり、それによってスペースが節約され、マシンの小型化及び低コスト化が可能になる。
しかし、予熱されたリザーバから高温液体が圧送されるとき、ポンプによって生成された吸込圧力が、ポンプ入口でキャビテーション現象をもたらす可能性がある。キャビテーション現象は、圧送された液体が低下した圧力で蒸発することに起因して発生し、必然的に圧送性能の低下をもたらす。キャビテーション現象を回避するためには、ポンプによって生成される絶対吸込圧力を増加させる必要がある。圧力増加の結果、ポンプ入口でのキャビテーション現象を回避することができ、又は少なくとも低減することができ、高液体温度での圧送性能の回復につながる。目的は、予熱された液体を用いるポンプの圧送性能を、周囲温度の同じ液体を用いるこのポンプの圧送性能と同程度で提供することになる。
既知の従来技術のシステムでは、2つのポンプが使用される。一方は空気を圧送するためのポンプ、他方は温水を圧送するためのポンプであり、これらの2つのポンプは、キャビテーションの問題を回避するために、温水を圧送する前にまず水タンク内に空気圧を構築する必要があるので、同時には作動しない。温水を圧送し始めたら、温水タンクの水量を空気で置換して過剰圧力を維持する必要があり、このように、タンクから温水を圧送しながら空気ポンプを稼働させる必要がある。したがって、既知の先行技術のこれらのシステムでは、2つのポンプ(空気及び水)が使用され、各ポンプはモータによって駆動され、したがって2つのポンプ及び2つのモータが使用される。結果として、これらのシステムは、より多くのスペースを必要とし、より高コストであり、そのことにより、これらのシステムは移動性又は移動中の用途には適さない。
本発明の目的は、現行の技術水準を改善することである。それに関して、本発明の目的は、上記の不都合を克服することである。特に、本発明は、圧送性能を著しく低下させることなく、予熱されたリザーバから高温液体を圧送し、ポンプ入口でのキャビテーション現象を抑制することができる、飲料調製手段のための圧送システムを提供することを目的とし、本システムは、省スペース及びコスト効率性を同時に維持するように構成される。
一態様によれば、本発明は、飲料調製装置のための圧送システムに関し、この圧送システムは、液体を貯蔵するためのリザーバと、リザーバから飲料調製装置の飲料調製手段に液体を圧送するための圧送手段と、圧送システムにおいて空気を注入するための加圧手段と、を備える。圧送システムは、圧送手段及び加圧手段の両方を駆動する1つのモータを更に備える。本システムは、モータの回転方向に応じて圧送手段を接続するか又は接続解除するように構成された接続手段を更に備える。
加圧手段は、リザーバを加圧するためにリザーバに空気を注入することができる、又は飲料調製手段に空気を注入することができる。
好ましくは、接続手段は、圧送手段内に配置されたフリーホイールユニットである。より好ましくは、接続手段は、圧送手段の外部に配置され圧送手段に直接連結されたフリーホイールユニットである。
典型的には、接続手段は、またモータの回転方向に応じて加圧手段を接続するか又は接続解除するように更に構成される。
好ましくは、接続手段は、加圧手段内に配置されたフリーホイールユニットを更に備えることができる。
本発明によれば、圧送手段は、典型的には温水ポンプであり、好ましくはピストンポンプである。典型的には、加圧手段は空気ポンプであり、好ましくは、ピストンポンプである
好ましくは、本発明の圧送システムのモータは直流(DC)モータである。典型的には、リザーバは魔法瓶である。
好ましくは、本発明の圧送システムのモータは直流(DC)モータである。典型的には、リザーバは魔法瓶である。
また、リザーバは、約1〜3バールの圧力を受ける低圧ボイラとすることができる。
本発明によれば、好ましくは、リザーバは、液体を、好ましくは約40℃の温度まで、より好ましくは約90℃以上の温度まで加熱するように構成される。
第2の態様によれば、本発明は、更に、飲料調製装置で使用するための圧送方法に関し、この方法は、加圧手段を用いてリザーバを加圧することと、任意で、リザーバ内の液体を加熱することと、圧送手段及び加圧手段の両方を駆動する1つのモータを使用することによって、リザーバから飲料調製装置の飲料調製手段に液体を圧送することと、を含み、圧送手段は、モータの回転方向に応じて接続されるか又は接続解除される。
典型的には、加圧手段が、本発明の圧送システムのモータの回転方向に応じて更に接続されるか又は接続解除される。
好ましくは、本発明によれば、液体は約90℃以上に加熱され、リザーバは絶対圧力約0.7〜1.0バールに加圧される。
更に、第3の態様によれば、本発明は、飲料調製装置で使用するための圧送方法に関し、この方法は、任意で、リザーバ内の液体を加熱することと、飲料を調製するために、まず、リザーバから飲料調製装置の飲料調製手段に液体を圧送することと、次いで、飲料調製手段の内容物を空にするために、飲料調製手段に空気を注入することと、を含み、1つのモータを使用して圧送手段及び加圧手段の両方を駆動するように、圧送手段及び加圧手段の両方は、モータの回転方向に応じて接続されるか又は接続解除される。
好ましくは、液体は、最高温度約40℃まで加熱される。
本発明の更なる特徴、利点及び目的は、当業者には、以下の本発明の発明を実施するための形態を読み、包含された図面の図と併せて解釈すると明らかになるであろう。
本発明の上記目的は、添付の独立請求項によって解決される。本発明の主たる思想は、リザーバから高温液体を圧送することができる、飲料調製手段のための圧送システムを提供することであり、リザーバは、好ましくは、加圧される。本圧送システムは、圧送性能を著しく低下させることなく作動し、ポンプ入口でのキャビテーション現象を抑制するように構成され、省スペース及びコスト効率性を同時に維持するように構成される。
従属形式請求項は、本発明の更なる利点を展開する。
液体は、例えば、水、ミルク、スープ、水ベースの液体、チョコレートベースの液体、コーヒーベースの液体、ミルクベースの液体とすることができる。特に、液体は、温かい又は熱い飲料を調製するのに適した任意の液体とすることができる。
本発明では、温水ポンプ又は水ポンプ及び空気ポンプという用語が使用されるが、本発明は、このようなポンプだけではなく、いかなるタイプのポンプにも限定されないものとする。水ポンプ30は、好ましくは、ピストンポンプであるが、液体を圧送するのに適した任意の他のポンプであってもよい。空気ポンプ20もまた、好ましくは、ピストンポンプであるが、空気を圧送するのに適した任意の他の種類のポンプであってもよい。
図1に示すように(本圧送システムは流体系として表され、このためモータ40への線は破線である)、本発明の圧送システム100は、液体を貯蔵し、任意で加熱するためのリザーバ10と、空気ポンプ20と、温水ポンプ30とを含み、空気ポンプ20及び温水ポンプ30の両方は、直流モータ40によって駆動される。システム100は、リザーバ10から、好ましくは、少なくとも飲料調製手段50に液体を圧送することができる。飲料調製手段50は、例えば、コーヒーマシンなどの飲料調製装置内の淹出ユニットとすることができるか、又は、必須ではないが、好ましくは飲料調製マシンにおいて飲料の調製に使用されるカプセルとして構成することができる。
本発明の圧送システム100は、2つのポンプ、すなわち、温水ポンプ30及び空気ポンプ20を使用し、両方のポンプは、好ましくは直流モータである同じモータ40によって駆動される。したがって、このソリューションは、2つのポンプ及び2つのモータを使用する従来のソリューションよりもスペース及びコストが少なくて済むため、移動性及び移動中のソリューションに特に適している。
システム100において、空気ポンプ20は、リザーバ10を加圧するためにリザーバ10への空気の圧送を開始する。リザーバ10内の液体が加圧されると、温水ポンプ30が、リザーバ10から飲料調製手段50へ液体の圧送を開始し、空気ポンプ20は、同時に(温水ポンプ30が飲料調製手段50に液体を圧送している間に)空気をリザーバ10に圧送し続け、そのため、リザーバ10は加圧された状態に維持される。リザーバを加圧することにより、キャビテーション現象は、温水ポンプ入口で回避されるか、又は少なくとも低減されることができる。これは、高い液体温度(好ましくは、より詳細に後述するように、リザーバ10から温水ポンプ30によって圧送される液体は、加圧されるのみならず加熱される)での圧送性能の回復をもたらす。加圧によって、キャビテーション現象が回避される。圧送時に液体が予熱されることにより、飲料の生成がより迅速かつ効率的に行われ、特に、温水ポンプの下流にヒータは不要である。これは、移動式飲料調製装置には特に有利であり、移動式飲料調製装置は、よりコンパクトかつより軽量に構築することができる。
まず空気ポンプ20のみが作動し、次いで両方のポンプ(温水ポンプ30及び空気ポンプ20)が同時に作動することを可能にするために、フリーホイールユニット60が、典型的には、例えば、図2又は図3に示されるように、温水ポンプ30内に設けられている。温水ポンプ30内のフリーホイールユニット60は、モータが一方向に回転するときには、このポンプ30の使用を可能にし、逆方向に回転するときには、このポンプが圧送しないようにする。本発明のシステム100の主な用途では、(リザーバ10を継続的に加圧状態に維持するために)モータ40が回転する度に空気を圧送する必要があるので、必要なフリーホイールユニット60は1つだけである。
本発明のシステム100における直流(DC)モータ40は、その極性が変更されたときにその回転方向もまた変化することが可能であり、それにより、1つのフリーホイールユニット60が温水ポンプ30内に配置されているときに、空気ポンプ20のみが稼働すること、又は両方のポンプ(空気ポンプ20及び水ポンプ30)が同時に稼働することのいずれかを直接的に可能にする。
フリーホイールユニット60は、モータ40によって回転され、両方のポンプ20、30に接続しているドライブシャフト41の回転方向に応じて、フリーホイールユニット60が配置されているユニット(この場合、温水ポンプ30)の接続又は接続解除を可能にする伝動装置である。
図2に表されるように、フリーホイールユニット60は、典型的には、温水ポンプ30内に配置される。しかし、図5a〜図5eのいずれかに示すように、フリーホイールユニット60を温水ポンプ30の外部に配置することも可能である。
フリーホイールユニット60は、温水ポンプ30内のドライブシャフト41と、(典型的には、温水ポンプ30がピストンポンプである場合に)圧送に必要な変位を発生させる水ポンプ偏心輪31との間に配置される。シャフト41の回転方向が、フリーホイールユニット60が接続される(固定される)ようになっているとき、ポンプ偏心輪31は回転して、ポンプ30の圧送作用を発生させる。回転が反転されると、フリーホイールユニット60が滑るため、ポンプ偏心輪31は回転せず、ポンプ30による圧送作用は発生しない。
典型的には、例えば、図2に表されるように、空気ポンプ20は、ピストンポンプとして構成され、ポンプ20内で空気の圧送に必要な変位を発生させる空気ポンプ偏心輪21を備える。
既に説明したように、図5a〜図5eのいずれかに表されるように、別の実施形態も可能である。この実施形態では、フリーホイールユニット60は(図2に示すように)温水ポンプ30内には配置されず、温水ポンプ30の外部に配置され、温水ポンプ30に直接連結されている。この実施形態は工業的な観点から特に有利である。フリーホイール60を温水ポンプ30に正確に組み込まれるように十分に小さくするには費用がかかるため、この実施形態は、製造面から見れば、より安価な解決ソリューションとなるであろう。
好ましくは、本発明によれば、空気ポンプ20は、リザーバ10を絶対圧力約0.5〜1.0バール、好ましくは0.7〜1.0バールに加圧するように構成される。これらの好ましい圧力値で、蒸気圧よりも高い絶対圧力(ポンプ吸込側での圧力降下)が実際の水ポンプ入口より前に達成され、典型的には、90℃又は94℃の液体温度でキャビテーション現象を非常に効果的に抑制する。好ましい値は、リザーバと温水ポンプ30との間の液体回路、例えば、弁、流量計、管などの全てにおける圧力損失を考慮する。
圧送システム100は、好ましくは、移動式飲料調製装置用に設計することができる。リザーバ10は、魔法瓶として設計することができる。この場合、液体は、リザーバに充填される前に加熱され、高温で圧送されるように魔法瓶内でその温度を維持する。
また、リザーバは、リザーバ内の液体を、その液体が圧送される前に能動的に加熱することができる加熱手段を備えることができる。この場合、リザーバ10は、例えば、加熱コイル、加熱フォイルなど、液体を加熱するための能動的加熱手段を備えることになる。リザーバ10は、リザーバ10内の少なくとも液体温度を制御するのに適した制御ユニット(図示せず)を更に備える、又は制御ユニットに接続することができる。空気ポンプ20は、制御ユニットによって制御することができる。
リザーバは魔法瓶とすることができ、更に加熱手段を備えることができる。例えば、本システムを(例えば、ドッキングステーションで)電気に接続すると、加熱手段を起動させることができ、次いで、魔法瓶構成によって液体を高温に保つことができるため、液体は高温で圧送される。液体を加熱する必要がない(後述する)実施形態について、又はシステム100内に他の加熱手段がリザーバから分離して設けられているという理由により、リザーバ10は、魔法瓶でなくてもよく、加熱手段を有さなくてもよい。しかし、本発明の好適な実施形態は、システム100がコンパクトであるように、かつ移動式飲料調製装置用に設計されるように、水ポンプ30の下流にヒータを必要としない実施形態である。
液体が加熱されると述べるとき、液体の温度は約90℃以上まで上昇され、典型的には、最大流量約100〜300mL/分で、それぞれ最大出力圧力約14〜3バールである。好ましくは、リザーバ10は、約1〜3バールの圧力に耐える低圧ボイラ又はタンクである。携帯型又は移動中の用途では加熱のための電力が無制限に利用できない場合、リザーバから圧送される液体は、飲料製造に既に適している必要があり、したがって、前述したように、液体は、既に加熱された状態で圧送される必要がある。
つまり、水ポンプ30は、90℃の液体(例えば、水)を、最大出力圧力14バール、最小流量100mL/分で、また、最小出力圧力3バール、最大流量300mL/分で圧送することができる。このようなポンプでは、予熱された液体が圧送されるため、様々な種類の飲料(低出力圧力しか必要としないが高流量を必要とする飲料もあれば、高出力圧力を必要とするが低流量しか必要としない飲料もある)を迅速に生成することができる。
本発明の圧送システム100の別の可能な実施形態(図面には図示せず)は、2つのフリーホイールユニット、つまり、空気ポンプ20に1つと温水ポンプ30にもう1つのフリーホイールユニットを有することになる。このような構成を用いると、温水ポンプ30がフリーホイール(すなわち、ドライブシャフト41から接続解除)しているときに空気ポンプ20が稼働していることになり、空気ポンプ20がフリーホイールしているときに温水ポンプ30が稼働していることになる。したがって、この構成を用いると、DCモータ40の極性を反転させることによって、空気又は温水のいずれかを選択して起動させることができる(このため、空気及び水の両方を同時に圧送する可能性はない)。
このような構成は、例えば、飲料調製手段50がカプセルとして構成される場合に、特に興味深いものになる。システム100は飲料の生成のためにカプセルに温水を供給し、次いで、カプセルの内容物を空にして飲料調製を終了させるために、温水が止められ、空気がカプセルに注入されることになる。したがって、まず、空気ポンプ20がフリーホイールすることになり、次いで、モータ極性が反転されて、フリーホイールするのは温水ポンプ30となる。
水ポンプ30によって圧送される液体が(典型的には、既述したように、約90℃又は94℃までの温度に)加熱される場合、ポンプ入口でのキャビテーションを回避するために、(リザーバ10からポンプ30までの)ポンプ吸込側の液体の圧力降下が、約0.5〜1.0バール、好ましくは、0.7〜1.0バールである必要があることになる。したがって、リザーバ10は、何らかの液体が圧送される前に空気ポンプ20によって加圧され、水が圧送される間は常に加圧され続ける。
ただし、説明したような用途、すなわち、まず、水が飲料調製手段50に圧送され、その後、飲料調製手段50を空にするために、空気がこれらの飲料調製手段50に圧送されるような用途では、空気はリザーバ10を加圧せずに、図6に表されるように飲料調製手段50に直接注入される(流体系が表されているため、モータへの線は破線である)。典型的には、これらの場合、水ポンプ30の入口の水は低温(典型的には、約40℃)であるため、キャビテーションの問題にはならず、リザーバ10を加圧する必要はない。
第2の態様によれば、本発明は、更に、飲料調製手段で使用するための圧送方法を対象とする。図1に示す実施形態が使用されるとき、本方法は、好ましくは、リザーバ10内の液体を加熱するステップと、空気ポンプ20からの空気を用いてリザーバ10を加圧するステップと、温水ポンプ30を用いてリザーバ10から飲料調製装置の飲料調製手段50に(典型的には予め加熱された)液体を圧送するステップとを含む。
図6に表された実施形態が本発明の圧送システム100に使用されるとき、本方法は、好ましくは、リザーバ10内の液体を加熱するステップと、まず、水ポンプ30を用いてリザーバ10から飲料調製装置の飲料調製手段50に(典型的には、予め加熱された)液体を圧送するステップと、次いで、空気ポンプ20を用いて飲料調製手段50内で空気を圧送するステップとを含む。
本発明は、本発明の好適な実施形態を参照して説明されているが、添付の特許請求の範囲によって規定されている、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの修正及び変形を実施することができる。
Claims (18)
- 飲料調製装置のための圧送システム(100)であって、
液体を貯蔵するためのリザーバ(10)と、
前記リザーバ(10)から前記飲料調製装置の飲料調製手段(50)に前記液体を圧送するための圧送手段(30)と、
前記圧送システム(100)において空気を注入するための加圧手段(20)と、を備え、
前記圧送システム(100)は、前記圧送手段(30)及び前記加圧手段(20)の両方を駆動する1つのモータ(40)を更に備えており、
前記圧送システム(100)は、前記モータ(40)の回転方向に応じて前記圧送手段(30)を接続するか又は接続解除するように構成された接続手段(60)を更に備えている、圧送システム(100)。 - 前記加圧手段(20)は、前記リザーバ(10)を加圧するために前記リザーバ(10)に空気を注入する、請求項1に記載の圧送システム(100)。
- 前記加圧手段(20)は、前記飲料調製手段(50)に空気を注入する、請求項1に記載の圧送システム(100)。
- 前記接続手段(60)は、前記圧送手段(30)内に配置されたフリーホイールユニットである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記接続手段(60)は、前記圧送手段(30)の外部に配置され前記圧送手段(30)に直接連結されたフリーホイールユニットである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記接続手段(60)は、また前記モータ(40)の回転方向に応じて前記加圧手段(20)を接続するか又は接続解除するように更に構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記接続手段(60)は、前記加圧手段(20)内に配置されたフリーホイールユニットを更に備えている、請求項6に記載の圧送システム(100)。
- 前記圧送手段(30)は、温水ポンプであり、好ましくは、ピストンポンプである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記加圧手段(20)は、空気ポンプであり、好ましくは、ピストンポンプである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記モータ(40)は、直流(DC)モータである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記リザーバ(10)は、魔法瓶である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記リザーバ(10)は、約1〜3バールの圧力を受ける低圧ボイラである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 前記リザーバ(10)は、前記液体を、好ましくは、約40℃の温度まで、より好ましくは、約90℃以上の温度まで加熱するように構成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の圧送システム(100)。
- 飲料調製装置で使用するための圧送方法であって、
加圧手段(20)を用いてリザーバ(10)を加圧することと、
任意で、前記リザーバ(10)内の液体を加熱することと、
圧送手段(30)及び前記加圧手段(20)の両方を駆動する1つのモータ(40)を使用することによって、前記リザーバ(10)から前記飲料調製装置の飲料調製手段(50)に前記液体を圧送することと、を含み、前記圧送手段(30)は、前記モータ(40)の回転方向に応じて接続されるか又は接続解除される、圧送方法。 - 前記加圧手段(20)が、前記モータ(40)の回転方向に応じて更に接続されるか又は接続解除される、請求項13に記載の圧送方法。
- 前記液体は、約90℃以上に加熱され、前記リザーバ(10)は絶対圧力約0.7〜1.0バールに加圧される、請求項14又は15に記載の圧送方法。
- 飲料調製装置で使用するための圧送方法であって、
任意で、リザーバ(10)内の液体を加熱することと、
前記飲料を調製するために、まず、前記リザーバ(10)から前記飲料調製装置の飲料調製手段(50)に前記液体を圧送することと、
次いで、前記飲料調製手段(50)の内容物を空にするために、前記飲料調製手段(50)に空気を注入することと、を含み、
1つのモータ(40)を使用して圧送手段(30)及び加圧手段(20)の両方を駆動するように、前記圧送手段(30)及び前記加圧手段(20)の両方は、前記モータ(40)の回転方向に応じて接続されるか又は接続解除される、圧送方法。 - 前記液体は、最高温度約40℃まで加熱される、請求項17に記載の圧送方法。
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