JP2019517833A - 飲料ディスペンサ用のギヤポンプを備える液体圧送デバイス - Google Patents

Abstract

飲料ディスペンサ用の液体圧送デバイス（１）であって、液体入口（３）と液体出口（４）とを有するハウジング（２）と、ハウジング内に配置されたギヤポンプ（５）であって、液体入口がギヤポンプと連通している、ギヤポンプ（５）とを備え、流量計（６）が、好ましくはギヤポンプ（５）と液体出口（４）との間でハウジング（２）内に配置されている、デバイス。【選択図】 図３

Description

本発明は、液体ポンプを使用して、１回分の飲料原材料に例えば水などの液体を供給する、コーヒーマシン又は茶マシンなどの飲料ディスペンサの分野に関する。

ある飲料ディスペンサは、抽出又は溶解される原材料を収容するカプセルを使用する。他のディスペンサでは、原材料はマシン内に格納されて自動的に１回量が供給される、又は飲料の調製の時点で加えられる。

コーヒーマシンなどの種々の飲料ディスペンサは、冷却された又は加熱手段により加熱された水源から、液体、通常は水を、混合又は浸出チャンバに流通させるように配置されている。混合又は浸出チャンバでは、流通する液体をバルク又は（例えばカプセル内に）予め充填した原材料に暴露させることにより飲料が実際に調製される。調製された飲料は、このチャンバから、通常、飲料出口に導かれ、そこで受容器（例えば、カップ、マグ、ボトル）内に注出される。

大部分の飲料ディスペンサは、水源（例えば、水タンク）から、任意選択的にヒータ（例えば、サーモブロック、管ヒータ）を通過させて混合又は浸出チャンバに水を圧送する液体ポンプ手段を有する。

混合又は浸出チャンバに流通する液体及び流れの量を制御するために、こうしたマシンは、典型的には、流量計を含む。こうした飲料マシンで用いられる流量計は食品に安全な材料で作製されており、こうしたマシンで使用されるには経済的に手頃でなければならない。

米国特許第４，６６６，０６１号、欧州特許第０８４１５４７号、国際公開第２０１１０６７１７１号などの多くの特許公報は、個々の流量計及びその特定の構造に関連する。

従来技術の既存のデバイスの課題の１つは、流体回路の構成要素（ポンプ、流量計）をホース及びカラーによって組み立てる必要があるということにある。これら構成要素の組立体に関連するリスクは多い。組立体に欠陥がある可能性があり（例えば、誤って曲がったホース）、より急速に摩耗する及び／又は漏れる可能性がある。ホースの長さは、流量測定の精度にも影響を及ぼすことがある。加えて、これらのアセンブリはあまりコンパクトではなく、小型の飲料調製機器に組み込むことは容易ではない。

本発明は、流量測定性能を組み込んだ、シンプルでコンパクトな信頼性の高い液体圧送デバイスを提供することにより上記課題を解決することを目的とする。

本発明は、したがって、飲料ディスペンサ用の液体圧送デバイスであって、
液体入口と液体出口とを有するハウジングと、
ハウジング内に配置されたギヤポンプであって、液体入口がギヤポンプと連通している、ギヤポンプとを備え、
流量計がハウジング内に配置されている、液体圧送デバイスに関する。

好ましくは、流量計は、ギヤポンプと液体出口との間でハウジング内に配置されている。

「液体入口」及び「液体出口」とは、ディスペンサの流体回路の他の構成要素（例えば、ホース、水タンク、ヒータ、抽出又は浸出チャンバ）との流体連通を可能にする液体コネクタ又はオリフィスを意味する。

流量計とギヤポンプの両方を同じハウジング内に有することは利点であり、流量計をポンプの「加圧側」に配置し、ポンプによるプライミングの課題を回避することは更なる利点である。

好ましくは、流量計は、流量計を通る液体流によって回転可能な測定部材と、測定部材の回転に関連するパラメータを検出するセンサとを備える。測定部材は、例えば、流量計内を流通する液体の流れの効果により回転するインペラであり得る。

本発明の好適な態様によれば、ギヤポンプは、変形不能な導管によってハウジング内の流量計と連通している。このため、摩耗及び／又は漏洩のリスクが防止又は低減される。「変形不能」とは、導管がギヤポンプと流量計との間に延在しており、これら２つの構成要素は組み立てられると互いに対して動くことができないため、導管が固定の所定位置に留まることを意味する。導管は、剛性プラスチック又は金属などの容易には変形不能な剛性材料で形成されることが好ましい。好ましくは、中間導管は、ギヤポンプが延在する延在面に垂直な軸線方向に延びている。この配置構成は、デバイスの小型化に寄与し、小型の飲料ディスペンサにおけるその組み込みを容易にする。

好ましくは、ギヤポンプは、ハウジングの第１の側から突出するように配置された駆動軸を備え、センサは、第１の側とは反対側の、ハウジングの第２の側に配置されている。この配置構成により、デバイスの最適な小型化がもたらされ、電気駆動モータによるセンサへの電気及び／又は電磁妨害のリスクが低下する。

好ましくは、回転可能な測定部材は、ギヤポンプの駆動軸のうちの１つと同じ方向に配置された回転軸受を有する。換言すると、最大限の小型化が得られるとともに、良好な測定精度のために低減された内部流路が実現されるように、ギヤポンプと流量計は、互いに実質的に隣接し、かつ平行に配置されている。加えて、ギヤポンプと流量計との間でハウジング内に、短い剛性の液体導管を配置することができる。このような液体導管は、好ましくは、軸線方向に、ギヤポンプ及び測定デバイスの延在面に垂直に、すなわち駆動軸及び回転軸受の方向に配置されている。

好ましくは、ハウジングは、隣接して組み立てられたいくつかのブロックで構築されている。最も好ましくは、ブロックは、プラスチック又は金属などの剛性材料で形成されており、ブロック内にキャビティ及び導管が形成されている。

ギヤポンプは、第１のハウジングブロック内に設けられたポンプキャビティを備えることができる。ギヤポンプの駆動ギヤ及び従動ギヤは、したがって、ポンプキャビティ内に収容されている。

第２のハウジングブロックもまた、好ましくはポンプキャビティを閉じるために第１のハウジングブロックに隣接して設けることができる。流量計は、第２のハウジングブロック内に設けられたフローキャビティと、フローキャビティ内に回転可能に収容されたインペラとを備えることができる。

第３のハウジングブロックを、好ましくはフローキャビティを閉じるために第２のハウジングブロックに隣接して設けることができる。

好ましくは、センサは、第３のハウジングブロックに収容されている。例えば、センサは、ハウジングブロック内に設けられたキャビティ内に収容されている。

センサは、例えばインペラなど測定部材の回転に関連するパラメータを測定することができる任意の適切なセンサであり得る。

好ましくは、第１のハウジングブロックと、第２のハウジングブロックと、第３のハウジングブロックは、ギヤポンプ及びインペラが延在する横断面に垂直な軸線方向に積み重ねられている。このような配置構成によって、デバイスは非常に小型のままとなり、小型の家庭用飲料機器に容易に組み込むことができる。

センサは、ホール効果、誘導、容量効果、超音波、赤外線のうちのいずれか１つ又はこれらの組み合わせにより測定部材から情報を得るためのものであってもよい。

好適な態様では、回転可能な測定デバイスは少なくとも１つの磁石を備え、センサはホールセンサである。ホールセンサは１つ以上の磁石により発生した回転磁界を検出し、回転磁界を、インペラなどの測定デバイスの回転速度に関連する対応する電気信号、すなわち、電気パルスの周波数又は数に変換する。

このデバイスは、また、駆動軸に接続された電気回転モータを備えることが好ましい。

ここで、本発明を図面を参照して説明する。

本発明のデバイスの斜視図である。 本発明のデバイスのプロファイルの図である。 本発明のデバイス（入口、出口コネクタのない）の分解図である。 断面平面Ａ−Ａにおけるデバイスの図である。 断面平面Ｂ−Ｂにおけるデバイスの図である。

本発明の液体圧送デバイスを添付の図１〜図５に示す。デバイス１は、液体入口３と液体出口４とを含むハウジング２を備える。入口及び出口は、ハウジングから突出している液体コネクタの形態をとることができる。コネクタは、飲料ディスペンサの液体ホースに接続されるように設計されている。特に、液体入口３は、デバイスに真水を供給するためのディスペンサの水タンクと連結するホースに接続することができる。液体出口４は、デバイスから出て来る加圧された水を加熱するためのサーモブロック又は管ヒータなどのヒータと連結するホースに接続することができる。

本発明の一態様によれば、ハウジングは、スペースを節約し、内部導管が最も短くなるように配置された、ギヤポンプ５及び流量計６の両方を備える。図３に関して、ハウジングは、例えば、ブロックの頑丈な一体組立体を形成するために、例えばネジ７等の接続手段によって組み立てられた複数のブロックから構成されている。ギヤポンプ５を備える第１のハウジングブロック８が設けられている。第１のハウジングブロックに隣接する、流量計を備える第２のハウジングブロック９が設けられており、第２のハウジングブロック９に隣接する、流量計のセンサ１１を備える第３のハウジングブロック１０が設けられている。

第１のハウジングブロック８（図４）には、ギヤポンプの駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４を受け入れるポンプキャビティ１２が設けられている。駆動ギヤ１３は、電動モータ１６に接続された駆動軸１５を有する。必要に応じて、駆動軸は、直接又は歯車減速機を介して接続されてもよい。

駆動軸１５は、好ましくは、ハウジングの第１の側１７に突出し、センサ１１は、第１の側の反対側であるハウジングの第２の側１８に配置されている。この配置構成は電磁妨害の防止のために好まれるが異なることも可能であり、例えば、センサがハウジングの別の側にある。

液体入口３は、ギヤポンプの入口に達する入口導管１９によってポンプキャビティ１２に連通する。ポンプキャビティ１２は、第１のハウジングブロックの横断面ＦＴ内に延びている出口導管２０と連通する。導管の長さは、例えば０．５〜２ｃｍと最小限にすることができる。出口導管２０は、また、キャビティの単なる拡張部であり得ることに留意しなければならない。

ギヤポンプのキャビティ１２は、２つのギヤと出口導管２０とを覆い囲むシーリングガスケット２１を更に備える。

第２のハウジングブロック９は、測定部材又はインペラ２３を収容するためのフローキャビティ２２を備える。インペラは、回転軸受２４によってキャビティ２２内に回転可能に取り付けられている。好ましくは、回転軸受２４は、ギヤポンプの駆動軸１５と同じ横断面ＦＴ内に延びている。このため、ギヤポンプと流量計の平行配置が得られる。この結果、軸線方向Ｄにおける第１及び第２のブロックの厚さを低減してデバイスを非常にコンパクトにし、２つのブロック間の流路の長さを制限することができる。

第２のハウジングブロック９は、同じくデバイスの軸線方向Ｄに配置された中間導管２５によって第１のハウジングブロックに流体接続されている。この軸線方向導管２５は、フローキャビティ２２を、ギヤポンプのポンプキャビティ１２の横断方向出口導管２０に連結している。軸線方向導管２５の長さは、例えば０．５〜１ｃｍと短いことが好ましい。導管２５がハウジングブロック９内に直接形成され、ハウジングブロック８、９が隣接しており、互いに接続されているので、導管２５の位置及び形態はデバイス内で良好に画定され、デバイスが飲料ディスペンサ内に実装され作動される際にも依然として良好に画定されている。

フローキャビティ２２は更に、好ましくはキャビティの接線方向に配置された液体出口導管３１と連通している。同じく横断面ＦＴ内にある導管３１の位置はまた、中間導管２５から１８０度未満の角度で離れて好ましくは位置決めされている。より好ましくは、この角度は９０〜１２０度である。

フローキャビティ２２はシーリングガスケット２６を更に備える。

好ましい配置構成では、第２のハウジングブロック９の外部表面がギヤポンプのキャビティ１２をシールガスケット２１に対して液密に閉じる。この配置構成では、デバイスの追加空間は不要である。しかし、別の配置構成では、中間ハウジング蓋を２つのハウジングブロックの間に配置してキャビティ１２を閉じることができ、圧縮してシールガスケット２１と密封係合させる。

第３のハウジングブロック１０は、その内面が流量計のシーリングガスケット２６に対して液密にフローキャビティ２２を閉じるように、第２のハウジングブロックに隣接して配置されている。

流量センサ１１は、専用のセンサキャビティ２７内などの第３のハウジングブロック１０に収容されている。このセンサは、インペラ内に挿入された１つの磁石、より好ましくは２つの直径方向に対向する磁石２８、２９と相互作用するホールセンサであることが好ましい。ホールセンサは、センサによりインペラの回転中に磁石の磁界が適切に検出されるように、磁石の回転経路と方向Ｄに軸線方向に位置合わせされて配置されている。

流量計の使用中、液体はギヤポンプによりインペラとフローキャビティとの間に設けられた空隙を通って入口から出口へと流通される。液体の流れをインペラの羽根で遮ることで、インペラの羽根がその軸受２４を中心に回転駆動する。インペラの回転速度は、流量計を流通する液体の流れに比例する。インペラを回転させることにより、磁石をホールセンサの近傍で回転させる。ホールセンサは、磁石により発生した回転磁界を検出し、インペラの回転速度に対応する周波数を持つ対応する電気信号に変換する。センサは、ホール効果感知素子及び抵抗（例えば５ＫΩ）を有することが好ましい。センサはまた、飲料ディスペンサの制御ユニットの入力回路にセンサを電気的に取り付けることを容易にする電気ピン３０も備える。

デバイスの圧力作動範囲（すなわち、０．４〜３ｂａｒ）において、ホールセンサによって生成されるパルスの周波数又は数は、ギヤポンプの出口の圧力に応じて実際の流量からずれてもよい。このずれは線形であり、圧力が高くなるほどずれが大きくなることが判明している。このため、このずれは、飲料ディスペンサの制御ユニットの適切なアルゴリズムによって自動的に補正することができる。その結果、ギヤポンプの全圧力範囲において非常に精度の高い流量が得られる。

流量計の入口における中間導管２５の径を小さくすることにより、流量測定の精度を向上させることができる。例えば、水を流量５０〜４００ｍＬ／分で導出可能なデバイスにおいては、１〜２ｍｍの小ささの径が、許容可能な圧力損失における適正な精度をもたらすようである。

一例として、本発明のデバイスは、わずか約１７ｃｍ^２のハウジングを有する大きさであり得るが、０〜３ｂａｒの圧力範囲内において５０〜４００ｍＬ／分の制御可能な水流量を導出可能である。４００ｍＬ／分におけるパルス数は７０００パルスにもなり得る。インペラの直径は８ｍｍの小ささとすることができ、歯車間の距離はわずか約６ｍｍとすることができる。中間導管の直径は２ｍｍの小ささとすることができ、その長さは２．６ｍｍの短さとすることができる。

１ デバイス
２ ハウジング
３ 液体入口
４ 液体出口
５ ギヤポンプ
６ 流量計
７ ネジ
８ 第１のハウジングブロック
９ 第２のハウジングブロック
１０ 第３のハウジングブロック
１１ 流量計センサ
１２ ギヤポンプキャビティ
１３ 駆動ギヤ
１４ 従動ギヤ
１５ 駆動軸
１６ 電気モータ
１７ 第１の側（ハウジング）
１８ 第２の側（ハウジング）
１９ 入口導管
２０ 出口導管
２１ シーリングガスケット
２２ フローキャビティ
２３ インペラ
２４ 軸受
２５ 中間導管
２６ シーリングガスケット
２７ センサキャビティ
２８ 磁石
２９ 磁石
３０ 電気ピン
３１ 液体出口導管

Claims (15)

1. 飲料ディスペンサ用の液体圧送デバイス（１）であって、
   液体入口（３）と液体出口（４）とを有するハウジング（２）と、
   前記ハウジング内に配置されたギヤポンプ（５）であって、前記液体入口が前記ギヤポンプと連通している、ギヤポンプ（５）と
   を備える、液体圧送デバイス（１）において、
   流量計（６）が前記ハウジング（２）内に配置されていることを特徴とする、
   液体圧送デバイス（１）。
2. 前記流量計（６）は、前記ギヤポンプ（５）と前記液体出口（４）との間で前記ハウジング（２）内に配置されている、請求項１に記載の液体圧送デバイス（１）。
3. 前記流量計（６）は、前記流量計（６）を通る液体流によって回転可能な測定部材と、前記測定部材の回転に関連するパラメータを検出するセンサ（１１）とを備えている、請求項１又は２に記載の液体圧送デバイス（１）。
4. 前記ギヤポンプ（５）は、変形不能な中間導管（２５）によって前記ハウジング（２）内の前記流量計（６）と連通している、請求項３に記載の液体圧送デバイス（１）。
5. 前記中間導管（２５）は、前記ギヤポンプが延在する延在面（ＦＴ）に垂直な軸線方向（Ｄ）に延びている、請求項４に記載の液体圧送デバイス（１）。
6. 前記ギヤポンプ（５）は、前記ハウジング（２）の第１の側（１７）から突出するように配置された駆動軸（１５）を備え、前記センサ（１１）は、前記第１の側（１７）とは反対側の、前記ハウジングの第２の側（１８）に配置されている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の液体圧送デバイス（１）。
7. 前記回転可能な測定部材は、前記ギヤポンプの前記駆動軸（１５）のうちの１つと同じ軸線方向（Ｄ）に配置された回転軸受（２４）を有する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の液体圧送デバイス（１）。
8. 前記ギヤポンプ（５）は、第１のハウジングブロック（８）内に設けられたポンプキャビティ（１２）と、前記ポンプキャビティ（１２）内に収容された、ギヤポンプの駆動ギヤ（１３）及び従動ギヤ（１４）とを備えている、請求項７に記載の液体圧送デバイス（１）。
9. 第２のハウジングブロック（９）が、前記ポンプキャビティ（１２）を閉じるために前記第１のハウジングブロック（８）に隣接して設けられており、前記流量計（６）は、前記第２のハウジングブロック（９）内に設けられたフローキャビティ（２２）と、前記フローキャビティ（２２）内に回転可能に収容されたインペラ（２３）とを備えている、請求項８に記載の液体圧送デバイス（１）。
10. 第３のハウジングブロック（１０）が、前記フローキャビティ（２２）を閉じるために前記第２のハウジングブロック（９）に隣接して設けられている、請求項９に記載の液体圧送デバイス（１）。
11. 前記流量計の前記センサ（１１）は、前記第３のハウジングブロック（１０）に収容されている、請求項１０に記載の液体圧送デバイス（１）。
12. 前記第１のハウジングブロックと、前記第２のハウジングブロックと、前記第３のハウジングブロックとは、前記ギヤポンプ及び前記インペラが延在する前記横断面（ＦＴ）に垂直な軸線方向（Ｄ）に積み重ねられている、請求項１０又は１１に記載の液体圧送デバイス（１）。
13. 前記回転可能な測定デバイスは少なくとも１つの磁石（２８、２９）を備え、前記センサはホールセンサである、請求項３〜１２のいずれか一項に記載の液体圧送デバイス（１）。
14. 前記センサは、回転に関連するパラメータを誘導、容量効果、超音波、赤外線によって検出する、請求項３〜１２のいずれか一項に記載の液体圧送デバイス（１）。
15. 前記駆動軸（１５）に接続された電気回転モータ（１６）を備えている、請求項６に記載の液体圧送デバイス（１）。

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