WO2010015743A1 - Motopompe a ecoulement axial - Google Patents

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WO2010015743A1
WO2010015743A1 PCT/FR2009/000967 FR2009000967W WO2010015743A1 WO 2010015743 A1 WO2010015743 A1 WO 2010015743A1 FR 2009000967 W FR2009000967 W FR 2009000967W WO 2010015743 A1 WO2010015743 A1 WO 2010015743A1
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WO
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water
valve
cylinder block
motor pump
passage
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/000967
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English (en)
Inventor
Rolland Versini
Original Assignee
Rolland Versini
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    • 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
    • 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
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/046—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the fluid flowing through the moving part of the motor
    • 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
    • F04B53/06—Venting

Definitions

  • the present invention relates to an axial flow motor pump and a coffee machine equipped with such a motor pump.
  • FIG. 12 of this document discloses an axial flow pump comprising a flowmeter connected to a free piston configured to bring a dose of water in a water supply conduit connected to a water outlet. The latter communicates with the boiler and then the infusion chamber. The inlet of the flow meter is connected to the water tank, the displacement of the free piston for pumping a dose of water in said tank.
  • the water supply pipe is equipped with a single non-return valve. The Applicant has found that on this type of motor pump, layers of air can be formed in the water supply conduit.
  • the motor pump disclosed in FIG. 12 of the patent document FR 2.780.26 comprises, for example, a bi-pass capable of passing the overpressure from the boiler towards the mobile piston and the flow meter. It is easy to understand that this can not be acceptable, with the risk of seriously damaging the various elements of the motor pump.
  • some machines can be equipped with an exhaust valve on the water supply line, between the motor pump and the boiler. This technical solution also requires an additional connection that causes problems of tightness, size and price. Given this state of things, the main objective of the invention is to improve the motor pump described in Figure 12 of the document FR
  • Another object of the invention is to improve the safety of the motor pump by preventing an overpressure in the boiler from damaging its various constituent elements and by proposing a solution which optimizes the space requirement, minimizes the costs and limits the problems of sealing with known solutions of the prior art.
  • the solution proposed by the invention is an axial flow motor pump, comprising a free piston configured to bring a dose of water into a feed pipe integrated in a cylinder block and connected to a water outlet.
  • This motor pump is remarkable in that a first bypass is integrated in the cylinder block and connects the water supply duct to an exhaust duct, said first bypass being equipped with means for:
  • This technical feature allows to integrate directly into the cylinder block of the motor pump a priming system to evacuate only the air without discharging the water, the arrival of the latter closing the passage to the evacuation duct .
  • the fluid that evacuated through the outlet is a stream of water cleared of any layers of air. Integrating this first bypass directly into the cylinder block avoids any problem - AT -
  • Another aspect of the invention relates to an automatic or manual coffee machine equipped with the motor pump according to one of the preceding characteristics.
  • Yet another aspect of the invention is a cylinder block for axial flow motor pump, incorporating a first bypass equipped with means for allowing the passage of air and block the passage of water under pressure.
  • FIG. 1 is an axial section of the water pump according to the invention
  • FIG. 2 is an enlargement of the cylinder block of the motor pump of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a sectional view along AA of the cylinder block of FIG. 2, showing part of a second and third bypass;
  • FIG. 4 is a sectional view along BB of the cylinder block of FIG. the figure
  • FIG. 5 is a sectional view along C-C of the cylinder block of FIG.
  • FIG. 6 shows the position of the different valves in the cylinder block of Figure 2 when air is injected into the water supply duct; the upper part of this figure is a partial section of the same block cylinder showing the position of a safety valve in the third branch,
  • FIG. 7a is an enlargement of the detail of FIG. 6 showing an embodiment of a priming valve disposed in the first branch
  • FIG. 7b is an alternative embodiment showing a baffle disposed in the first branch
  • FIG. 7c is a sectional view along DD of the only baffle shown in FIG. 7b;
  • FIG. 8 shows the position of the various valves in the cylinder block of FIG. 2 when water is injected normally into the FIG. water supply duct; the upper part of this figure is a partial section of the same cylinder block showing the position of the safety valve in the third branch,
  • - Figure 9 shows the position of the various valves in the cylinder block of Figure 2 when a fluid is in back pressure at the outlet of water; the upper part of this figure is a partial section of the same cylinder block showing the position of the safety valve in the third branch.
  • the motor pump object of the invention is of the type shown in Figures 12 to 15 of FR 2,780,262. Referring to the figure
  • the motor pump 1 advantageously comprises a free piston 3 configured to bring a dose of water into a water supply pipe 40 arranged in a cylinder block 4 and connected to a water outlet 5. This last communicates with the boiler 90 of the coffee machine (not shown) itself connected to the percolation chamber 91.
  • the machine The coffee machine in which is intended to be mounted the pump 1 is similar to that described in the patent FR 2,780,262.
  • motor pump 1 in any other automatic or manual coffee machine, adapted as well as for other applications where relatively low flow rates (up to 100 L / H) are pumped: dosing of fuel oil, d gasoline, alcohol, etc.
  • the motor pump 1 advantageously consists of three distinct parts:
  • the operation of this type of piston is well known to those skilled in the art.
  • a piston 3 driven by a rotary motor could be equivalently provided.
  • the upstream end of the metal belt 10 is sealingly coupled to a block 12 containing a flow meter 2.
  • the block 12 is preferably made of plastic.
  • the flow meter 2 is directly connected to the water inlet 11 which communicates with the water reservoir 93 of the coffee machine.
  • the flowmeter 2 is formed of a vaned impeller 21 driven by water and comprises one or more permanent magnets 22 whose passage is detected by an external electromagnetic sensor 23, whose dual function is to stop the motor pump 1 once the desired amount of water has been obtained, and to indicate a possible upstream water inlet fault or a downstream obstruction, for example as a result of clogging.
  • This type of flow meter is similar to that described in patent document FR 2,780,262.
  • the downstream end of the metal belt 10 is sealingly coupled to the body 16 forming the chamber where is housed the cylinder block 4.
  • the body 16 is preferably made of plastic. This chamber sealingly encloses the cylinder block 4 inside which the base of the piston 3, and in which are integrated the various conduits, branches and valves which will be described in more detail in the following description.
  • the arrangement of the water inlet 11 and the flowmeter 2 opposite the outlet 5 causes a passage of water through the driving part of the motor pump 1, along the axis of the latter, which allows to have a direct flow substantially improving the operation and reliability of said motor pump as the tests have demonstrated.
  • the piston 3 moves in a sleeve 14 which provides the sealed connection between the flow meter 2 and the body 16 the chamber where the cylinder block 4 is housed.
  • a multi-stage cylinder block 4 is preferably used, each of said stages carrying out one or more specific functions:
  • the cylinder block 4 consists of three distinct parts, referenced respectively 4a, 4b and 4c. These different parts are plastic and fit into each other sealingly for the realization of different functions.
  • the water supply duct 40 is a cylindrical bore made along the axis of the motor pump 1 and the piston 3, passing through the first two parts 4a and 4b of the cylinder block 4.
  • a plug 4c is pressed against the downstream portion 4b
  • This cap 4c is fixed on the upstream part 4a by means of screws 40c, the latter passing through the downstream part 4b so as to secure the different parts of the cylinder block 4.
  • the cap 4c also makes it possible to mount separately the different valves in the different ducts and branches.
  • the end swallows the supply duct 40 opens out towards the water outlet 5 communicating with the boiler 90.
  • the outlet 5 consists of a bore 50 opening on one side into the supply duct 40 and on the other side in an annular groove 51 formed on the entire periphery of the cylinder block 4 and more precisely on the periphery of the downstream part 4b of the latter.
  • the annular groove 51 communicates with a conduit 5000 formed on the body 16 forming the housing chamber of the cylinder block 4, said conduit 5000 for bringing water to the boiler 90.
  • the use of the annular groove 51 makes it possible to have permanently the outlet 5 which communicates with the duct 5000, whatever the angular position of the cylinder block 4 in the body 16.
  • a first bypass 60 connects the supply duct 40 to a discharge duct 6.
  • the bypass 60 and the evacuation duct 6 are formed by means of bores and / or casts made in the parts 4a, 4b of the cylinder block 4.
  • the exhaust duct 6 consists of a bore 600 opening on one side in the first branch 60 and the other side in an annular groove 601 formed on the entire periphery of the cylinder block 4 and more precisely on the periphery of the upstream portion 4a of the latter.
  • the exhaust duct 6 communicates with a duct 6000 formed on the body of the chamber 16 housing the cylinder block 4 and which allows to bring the air and / or water in a recovery tank (not shown), in principle the water tank 93 of the coffee machine.
  • This first branch 60 is equipped with a priming valve 60a configured to allow the passage of air to the exhaust duct 6 and to block the passage of water to said exhaust duct.
  • the use of the annular groove 601 makes it possible to have at all times the evacuation duct 6 which communicates with the duct 6000, whatever the angular position of the cylinder block 4 in the body of the chamber 16.
  • valve boot 60a is preferably a ball movably mounted with play in the first branch 60, the clearance allowing the passage of air but preventing the passage of water around said ball.
  • the clearance is less than 0.2 mm, preferably less than 0.1 mm.
  • the air being compressible, it can pass through this interval.
  • the water is more consistent than air and in any case incompressible, it can not go through this interval and drive the ball to press against its seat.
  • the ball forming the valve priming 60a may be associated with a spring so that said ball takes naturally against a seat formed in the first branch 60, the spring being calibrated so that the pressure of the water moves said ball away from its seat and the plate against a second seat making it possible to close said first bypass.
  • the spring is tared at about 0.05x10 5 Pa (bar).
  • any other type of valve allowing to obtain a similar result can be used by those skilled in the art. The operation of the valve 60a will be described in more detail in the following description, with reference to Figures 6 and 7a.
  • baffle 60b is configured to allow the passage of air to the exhaust duct 6 and to block the water passage to said exhaust duct.
  • This baffle 60b may consist of a succession of grooves 600b, having a clearance in the first branch 60 not exceeding 0.2 mm, preferably less than 0.1 mm.
  • the downstream end of the baffle 60b is provided, after the grooves 600b, an orifice 601b allowing the passage of air to the exhaust duct 6.
  • the water can no longer cross the other grooves, which helps block the flow.
  • the supply duct 40 is equipped with two successive valves allowing passage to the water outlet, the first upstream valve 40a having a lower calibration than the second downstream valve 40b, the bypass 60 being disposed between the two said valves .
  • the first valve 40a opens when the pressure in the supply duct 40 is greater than approximately 0.05x10 5 Pa (bar)
  • the second valve 40b opens when the pressure in said supply duct is greater than about 0.1x10 5 Pa (bar).
  • valves 40a, 40b may consist of spring shutters naturally bearing against seats made in the supply duct 40 to close the latter.
  • the springs are calibrated so that the water pressure pushes the shutters off their respective seats and releases the passage.
  • any other types of valves allowing to obtain a similar result can be used by those skilled in the art. The operation of these valves 40a, 40b will be described in more detail in the following description, with reference to FIGS. 6 to 9.
  • a second branch 70 communicating the portion of the supply duct 40 located between the first valve 40a and the second valve 40b, with the base of the free piston 3.
  • This second derivative 70 is formed by means of bores and / or moldings made in the parts 4a, 4b of the cylinder block 4.
  • This branch 70 is equipped with a valve 70a adapted to allow the passage of water towards the piston 3 when the pressure in the portion of the supply duct 40 is greater than about 10x10 5 Pa (bar).
  • the valve 70a may consist of a spring shutter naturally bearing against a seat made in the second bypass 70 to close this last, the spring being calibrated so that the water pressure moves said shutter from its seat and frees the passage.
  • this second bypass 70 acts as an internal pressure limiter forming a bypass for recycling only water, without driving the flow meter 2 when the second downstream valve 40b is in the closed position.
  • This pressure limiter will be described in more detail in the following description, with reference to FIG. 9. The fact of integrating this second bypass 70 directly into the cylinder block 4 avoids any problem of tightness, limits the size of the machine and reduces costs.
  • This third bypass 80 communicating the water outlet 5 with the exhaust duct 6.
  • This third branch 80 is formed by means of bores and / or casts made in the parts 4a, 4b of the cylinder block 4. It is located in a plane other than the second bypass 70. It opens on one side in the annular groove 51 communicating with the outlet 5 and on the other side in the annular groove 601 communicating with the discharge duct 6.
  • This third bypass 80 is equipped with a safety valve 80a adapted to allow the passage of water to the discharge duct 6 when the pressure at the outlet water 5 is greater than or equal to 15x10 5 Pa (bar).
  • the safety valve 80a may consist of a spring shutter naturally bearing against a seat made in the third bypass 80 to close the latter, the spring being calibrated so that the pressure of the water apart said shutter its seat and frees the passage.
  • This third bypass 80 now makes it possible to discharge the water against the pressure at the outlet 5, towards the delivery pipe 6, and no longer towards the sealed connecting sleeve 14 in which the free piston 3 moves. integrate this third branch 80 directly in the cylinder block 4 avoids any sealing problem, limits the size of the machine and reduces costs. The commissioning of this third branch 80 will be described in more detail in the rest of the description, with reference to FIG. 8.
  • the air exerts a thrust on the first valve 40a and opens it.
  • the air exerts a thrust on the second valve 40b, but the calibration of the latter being greater than the air pressure, said second valve remains closed.
  • the air By passing the first valve 40a, the air also exerts pressure on the valve 60a disposed in the first bypass 60. Referring to FIG. 7a, the air being compressible, it can pass through this priming valve. 60a and escapes to the exhaust duct 6, without having the possibility of reaching the water outlet 5. In the same way, in the case where the priming valve 60a is replaced by a baffle 60b (FIG. 7b), the air can pass through the grooves 600b of the latter and reach the evacuation duct 6.
  • the air By passing the first valve 40a, the air also exerts a thrust on the valve 70a disposed in the second bypass 70, but the calibration of this valve being greater than the air pressure, said valve remains closed.
  • the piston 3 delivers water into the supply conduit 40 (represented by the black arrows), the liquid arrives at a pressure of about 0.1x10 5 Pa (bar). Arriving in the feed duct 40, the water exerts a thrust on the first valve 4a and opens it. By passing the first valve 40a, the water exerts a thrust on the second valve 40b and opens it also. The water can thus be discharged through the outlet 5. The water also exerts a thrust on the valve 60a disposed in the first bypass 60. The water being more consistent than the air and incompressible, it pushes the priming valve 60a against the second seat for closing the bypass 60. The water is no longer able to escape through the exhaust duct 6.
  • the water does not. it is not possible to cross all of the successive grooves 600b to reach the evacuation duct 6 and thus remain blocked.
  • the water also exerts a thrust on the valve 70a disposed in the second bypass 70, but the calibration of this valve being greater than the pressure of the water delivered, said valve remains closed.
  • the water may exert a thrust on the safety valve 80a disposed in the third bypass 80, but the calibration of this valve being greater than the pressure of the water delivered, said valve remains closed.
  • the liquid By passing through the annular groove 51, the liquid exerts a thrust on the safety valve 80a disposed in the third branch 80 and opens it. Then emerging through the other annular groove 601, the liquid can reach the exhaust duct 6 and be evacuated without having to penetrate into the sealed connecting sleeve 14 in which the piston 3 moves.
  • the piston 3 continues to flow water which exerts a thrust on the first valve 40a and opens.
  • the water closes the priming valve 60a (or does not pass through the baffle 60b), that is to say that the water can not escape through the
  • the water exerts a thrust on the valve 70a disposed in the second bypass 70 and opens it to return to the base of the piston 3: the water is recycled.

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Abstract

La présente invention a pour objet une motopompe à écoulement axial, comportant un piston libre (3) configuré pour amener une dose d'eau dans un conduit d'alimentation (40) intégré dans un bloc-cylindre (4) et relié à une sortie d'eau (5), se caractérisant par le fait qu'une première dérivation (60) est intégrée dans ledit bloc-cylindre et relie ledit conduit d'alimentation en eau à un conduit d'évacuation (6), ladite première dérivation étant équipée d'un moyen (60a) pour : autoriser le passage d'air vers ledit conduit d'évacuation; bloquer le passage d'eau sous pression vers ledit conduit d'évacuation. Cette caractéristique technique permet d'intégrer directement dans le bloc-cylindre de la motopompe un système d'amorçage permettant d'évacuer uniquement l'air sans évacuer l'eau, l'arrivée de cette dernière obturant le passage vers le conduit d'évacuation.

Description

MOTOPOMPE A ECOULEMENT AXIAL
Description
Domaine technique de l'invention.
La présente invention a pour objet une motopompe à écoulement axial ainsi qu'une machine à café équipée d'une telle motopompe.
Elle concerne principalement, mais non exclusivement, le domaine technique général des machines à café automatique ou manuelle permettant la confection de café chaud du type « express », c'est-à-dire délivré et mis à la disposition du consommateur immédiatement au sortir de la phase de percolation.
État de la technique.
Le document brevet FR 2.780.262 du même demandeur, décrit une machine à café comportant une motopompe monté sur le circuit d'alimentation en eau provenant d'un bac d'eau. La figure 12 de ce document divulgue une motopompe à écoulement axial comportant un débitmètre relié à un piston libre configuré pour amener une dose d'eau dans un conduit d'alimentation en eau relié à une sortie d'eau. Cette dernière communique avec la chaudière puis la chambre d'infusion. L'entrée du débitmètre est reliée au réservoir d'eau, le déplacement du piston libre permettant de pomper une dose d'eau dans ledit réservoir. Outre le clapet situé en tête du piston, le conduit d'alimentation en eau est équipé d'un seul clapet anti-retour. Le demandeur s'est aperçu que sur ce type de moîopompe, des couches d'air peuvent être formées dans le conduit d'alimentation en eau. Ces couches d'air sont générées lors de la première utilisation de la motopompe, ou lorsque l'alimentation en eau de la pompe est interrompue, ce qui se produit par exemple quand le réservoir est retiré ou est vide, la partie du cylindre en amont du piston pouvant se trouver à sec et aspirer de l'air. La formation d'un matelas d'air dans le circuit d'alimentation en eau, empêche l'eau d'être absorbée par la motopompe et donc empêche cette dernière d'être amorcée. Il est donc nécessaire d'évacuer ces couches d'air en créant un évent au en ouvrant le robinet pour la production d'eau chaude. Certaines machines sont équipées d'un clapet d'échappement sur la ligne d'alimentation en eau, entre la motopompe et la chaudière. Cette solution technique n'est pas totalement satisfaisante car est nécessite un branchement supplémentaire sur la ligne d'eau qui engendre des problème d'étanchéité (on observe souvent des fuites), d'encombrement et de prix.
Un autre inconvénient des motopompes connues de l'art antérieur réside dans le fait qu'il n'y a aucune sécurité efficace en cas de surpression dans la chaudière. En effet, cette surpression peut venir attaquer l'ensemble des éléments constitutifs de la machine. La motopompe divulguée sur la figure 12 du document brevet FR 2.780.26 comporte par exemple un bi-pass susceptible de laisser passer la surpression provenant de la chaudière, vers le piston mobile et le débitmètre. On comprend aisément que cela ne peut être acceptable, au risque d'endommager sérieusement les différents éléments de la motopompe. De la même manière que mentionnée précédemment, certaines machines peuvent être équipées d'un clapet d'échappement sur la ligne d'alimentation en eau, entre la motopompe et la chaudière. Cette solution technique nécessite également un branchement supplémentaire qui engendre des problèmes d'étanchéité, d'encombrement et de prix. Face à cet état des choses, le principal objectif de l'invention est de perfectionner la motopompe décrite sur la figure 12 du document brevet FR
2.780.262, afin d'évacuer plus facilement, à moindre coûts et en limitant les problèmes d'étanchéité, les couches d'air présentes dans le conduit d'alimentation en eau.
Un autre objectif de l'invention est d'améliorer la sécurité de la motopompe en évitant qu'une surpression dans la chaudière puisse endommager ses différents éléments constitutifs et en proposant une solution qui optimise l'encombrement, minimise les coûts et limite les problèmes d'étanchéité par rapports aux solutions connues de l'art antérieur.
Divulgation de l'invention.
La solution proposée par l'invention est une motopompe à écoulement axial, comportant un piston libre configuré pour amener une dose d'eau dans un conduit d'alimentation intégré dans un bloc-cylindre et relié à une sortie d'eau.
Cette motopompe est remarquable en ce qu'une première dérivation est intégrée dans le bloc-cylindre et relie le conduit d'alimentation en eau à un conduit d'évacuation, ladite première dérivation étant équipée d'un moyen pour :
• autoriser le passage d'air vers ledit conduit d'évacuation,
• bloquer le passage d'eau sous pression vers ledit conduit d'évacuation.
Cette caractéristique technique permet d'intégrer directement dans le bloc-cylindre de la motopompe un système d'amorçage permettant d'évacuer uniquement l'air sans évacuer l'eau, l'arrivée de cette dernière obturant le passage vers le conduit d'évacuation. Le fluide qui s'évacue par la sortie est donc une veine d'eau débarrassée d'éventuelles couches d'air. Le fait d'intégrer cette première dérivation directement dans le bloc-cylindre évite tout problème - A -
d'étanchéité, limite l'encombrement de la machine et permet de réduire les coûts.
Un autre aspect de l'invention concerne une machine à café automatique ou manuelle équipée de la motopompe conforme à l'une des caractéristiques précédentes.
Encore un autre aspect de l'invention est un bloc-cylindre pour motopompe à écoulement axiale, intégrant une première dérivation équipée d'un moyen pour autoriser le passage d'air et bloquer le passage d'eau sous pression.
Description des figures.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une coupe axiale de la motopompe à eau selon l'invention,
- la figure 2 est un agrandissement du bloc-cylindre de la motopompe de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en coupe selon A-A du bloc-cylindre de la figure 2, montrant une partie d'une deuxième et d'une troisième dérivation, - la figure 4 est une vue en coupe selon B-B du bloc-cylindre de la figure
2, montrant une autre partie de la deuxième et de la troisième dérivation,
- la figure 5 est une vue en coupe selon C-C du bloc-cylindre de la figure
3, montrant la troisième dérivation,
- la figure 6 montre la position des différents clapets dans le bloc-cylindre de la figure 2 lorsque de l'air est injecté dans le conduit d'alimentation en eau ; la partie supérieure de cette figure est une coupe partielle du même bloc- cylindre montrant la position d'un clapet de sécurité dans la troisième dérivation,
- la figure 7a est un agrandissement du détail de la figure 6 montrant un mode de réalisation d'un clapet d'amorçage disposé dans la première dérivation, la figure 7b est une variante de réalisation montrant une chicane disposée dans la première dérivation,
- la figure 7c est une vue en coupe selon D-D de la chicane seule représentée sur la figure 7b, - la figure 8 montre la position des différents clapets dans le bloc-cylindre de la figure 2 lorsque de l'eau est injectée normalement dans le conduit d'alimentation en eau ; la partie supérieure de cette figure est une coupe partielle du même bloc-cylindre montrant la position du clapet de sécurité dans la troisième dérivation, - la figure 9 montre la position des différents clapets dans le bloc-cylindre de la figure 2 lorsque qu'un fluide est en contre-pression au niveau de la sortie d'eau ; la partie supérieure de cette figure est une coupe partielle du même bloc-cylindre montrant la position du clapet de sécurité dans la troisième dérivation.
Modes de réalisation de l'invention.
La motopompe objet de l'invention est du type représentée sur les figures 12 à 15 du document brevet FR 2.780.262. En se rapportant à la figure
1 de la présente demande, la motopompe 1 comporte avantageusement un piston libre 3 configuré pour amener une dose d'eau dans un conduit d'alimentation en eau 40 disposé dans un bloc-cylindre 4 et relié à une sortie d'eau 5. Cette dernière communique avec la chaudière 90 de la machine à café (non représentée) elle même reliée à la chambre de percolation 91. La machine à café dans laquelle est destinée à être montée la motopompe 1 est similaire à celle décrite dans le document brevet FR 2.780.262.
On peut toutefois montée la motopompe 1 dans n'importe quelle autre machine à café automatique ou manuelle, adaptée ainsi que pour d'autres applications où des débits relativement faibles (jusqu'à 100 L/H) sont pompés : dosage de fuel, d'essence, d'alcool, etc.
Conformément à la figure 1 , la motopompe 1 est avantageusement constituée de trois parties distinctes :
- Une ceinture métallique 10 contenant une bobine 30 formant le moteur électromagnétique commandant le déplacement axial du piston 3, ce dernier étant préférentiellement creux. Le fonctionnement de ce type de piston est bien connu de l'homme du métier. On pourrait toutefois prévoir de manière équivalente un piston 3 entraîné par un moteur rotatif.
- L'extrémité amont de la ceinture métallique 10 est accouplée de manière étanche à un bloc 12 renfermant un débitmètre 2. Le bloc 12 est préférentiellement réalisé en plastique. Le débitmètre 2 est directement relié à l'arrivée d'eau 11 qui communique avec le réservoir d'eau 93 de la machine à café. Le débitmètre 2 est formé d'une roue folle à palettes 21 entraînée par l'eau et comporte un ou plusieurs aimants permanents 22 dont le passage est détecté par un capteur électromagnétique 23 extérieur, ayant pour double fonction de permettre d'arrêter la motopompe 1 une fois la quantité d'eau désirée obtenue, et de signaler un éventuel défaut d'arrivée d'eau en amont ou une obstruction en aval, par exemple suite à un bouchage. Ce type de débitmètre est similaire à celui décrit dans le document brevet FR 2.780.262.
- L'extrémité avale de la ceinture métallique 10 est accouplée de manière étanche au corps 16 formant la chambre où est logé le bloc-cylindre 4. Le corps 16 est réalisé préférentiellement en plastique. Cette chambre renferme de manière étanche le bloc-cylindre 4 à l'intérieur duquel se déplace la base du piston 3, et dans lequel sont intégrés les différents conduits, dérivations et clapets qui seront décrits plus en détail dans la suite de la description.
La disposition de l'arrivée d'eau 11 et du débitmètre 2 à l'opposé de la sortie 5 entraîne un passage de l'eau à travers la partie motrice de la motopompe 1 , suivant l'axe de cette dernière, ce qui permet d'avoir un flux direct améliorant sensiblement le fonctionnement et la fiabilité de ladite motopompe comme les essais l'ont démontré. En se rapportant à la figure 1 , le piston 3 se déplace dans un fourreau 14 qui assure la liaison étanche entre le débitmètre 2 et le corps 16 la chambre où est logé le bloc-cylindre 4.
Les détails de conception du bloc-cylindre 4 vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux figures 2 à 5. On utilise préférentiellement un bloc-cylindre 4 à plusieurs étages, chacun desdits étages réalisant une ou plusieurs fonctions spécifiques :
- un premier étage qui assure les fonctions d'amorçage et éventuellement d'attaque d'un bi-pass,
- un second étage qui assure la sécurité de la motopompe en cas de surpression dans la chaudière 90 et/ou au niveau de la sortie d'eau 5.
En se rapportant à la figure 2, le bloc-cylindre 4 est constitué de trois parties distinctes, référencées respectivement 4a, 4b et 4c. Ces différentes parties sont en plastique et s'emboîtent l'une dans l'autre de manière étanche pour la réalisation des différentes fonctions. Le conduit d'alimentation en eau 40 est un alésage cylindrique réalisé suivant l'axe de la motopompe 1 et du piston 3, traversant les deux premières parties 4a et 4b du bloc-cylindre 4. Un bouchon 4c est accolé contre la partie avale 4b du bloc-cylindre 4. Ce bouchon 4c se fixe sur la partie amont 4a au moyen de vis 40c, ces dernière traversant la partie avale 4b de manière à solidariser les différentes parties du bloc- cylindre 4. Le bouchon 4c permet en outre de monter séparément les différentes clapets dans les différents conduits et dérivations. L'extrémité avale du conduit d'alimentation 40 débouche vers la sortie d'eau 5 communiquant avec la chaudière 90. En se rapportant à la figure 3, la sortie 5 est constituée d'un perçage 50 débouchant d'un côté dans le conduit d'alimentation 40 et de l'autre côté dans une gorge annulaire 51 réalisée sur toute la périphérie du bloc-cylindre 4 et plus précisément sur la périphérie de la partie avale 4b de ce dernier. En se rapportant à la figure 1 , la gorge annulaire 51 communique avec un conduit 5000 réalisé sur le corps 16 formant la chambre de logement du bloc-cylindre 4, ledit conduit 5000 permettant d'amener l'eau vers la chaudière 90. L'utilisation de la gorge annulaire 51 , permet d'avoir en permanence la sortie 5 qui communique avec le conduit 5000, quelle que soit la position angulaire du bloc-cylindre 4 dans le corps 16.
Conformément à l'invention, une première dérivation 60 relie le conduit d'alimentation 40 à un conduit d'évacuation 6. En pratique, la dérivation 60 et le conduit d'évacuation 6 sont formés par l'intermédiaire de perçages et/ou moulages réalisés dans les parties 4a, 4b du bloc-cylindre 4. En se rapportant à la figure 4, le conduit d'évacuation 6 est constitué d'un perçage 600 débouchant d'un côté dans la première dérivation 60 et de l'autre côté dans une gorge annulaire 601 réalisée sur toute la périphérie du bloc-cylindre 4 et plus précisément sur la périphérie de la partie amont 4a de ce dernier. En se rapportant à la figure 1 , le conduit d'évacuation 6 communique avec un conduit 6000 réalisé sur le corps de la chambre 16 de logement du bloc-cylindre 4 et qui permet d'amener l'air et/ou l'eau dans un réservoir de récupération (non représenté), en principe le bac à eau 93 de la machine à café. Cette première dérivation 60 est équipée d'un clapet d'amorçage 60a configuré pour autoriser le passage d'air vers le conduit d'évacuation 6 et pour bloquer le passage d'eau vers ledit conduit d'évacuation. L'utilisation de la gorge annulaire 601 , permet d'avoir en permanence le conduit d'évacuation 6 qui communique avec le conduit 6000, quelle que soit la position angulaire du bloc-cylindre 4 dans le corps de la chambre 16. En se rapportant à la figure 7a, le clapet d'amorçage 60a est avantageusement une bille montée mobile avec du jeu dans la première dérivation 60, le jeu autorisant le passage d'air mais interdisant le passage d'eau autour de ladite bille. En pratique le jeu est inférieur à 0.2 mm, préférentiellement inférieur à 0.1 mm. L'air étant compressible, il peut passer par cet intervalle. L'eau étant plus consistante que l'air et dans tous les cas incompressible, elle ne peut pas passer par cet intervalle et entraîner la bille pour la plaquer contre son siège.
En tout état de cause, la bille formant le clapet d'amorçage 60a pourra être associé à un ressort de sorte à ce que ladite bille prenne naturellement appui contre un siège réalisé dans la première dérivation 60, le ressort étant calibré de façon à ce que la pression de l'eau écarte ladite bille de son siège et la plaque contre un second siège permettant d'obturer ladite première dérivation. En pratique le ressort est taré à environ 0.05x105 Pa (bar). Toutefois, n'importe quel autre type de clapet permettant d'obtenir un résultat similaire peut être utilisé par l'homme du métier. Le fonctionnement du clapet 60a sera décrit plus en détail dans la suite de la description, en se référant aux figures 6 et 7a.
Dans une autre variante de réalisation représentée sur les figures 7b et
7c, il est possible de remplacer le clapet d'amorçage 60a par une chicane 60b, fixe ou mobile, disposée dans la première dérivation 60. La chicane 60b est configurée pour autoriser le passage d'air vers le conduit d'évacuation 6 et pour bloquer le passage d'eau vers ledit conduit d'évacuation. Cette chicane 60b pourra être constituée d'une succession de gorges 600b, ayant un jeu dans la première dérivation 60 n'excédant pas 0.2 mm, préférentiellement inférieur à 0.1 mm. En se rapportant à la figure 7c, l'extrémité avale de la chicane 60b est pourvue, après les gorges 600b, d'un orifice 601b autorisant le passage de l'air vers le conduit d'évacuation 6. En pratique, au bout de la deuxième ou troisième gorges 600b, l'eau n'arrive plus à traverser les autres gorges, ce qui permet de bloquer l'écoulement. En pratique, le conduit d'alimentation 40 est équipé de deux clapets successifs autorisant le passage vers la sortie d'eau, le premier clapet amont 40a ayant un tarage inférieur au second clapet aval 40b, la dérivation 60 étant disposée entre les deux dits clapets. Préférentiellement, le premier clapet 40a s'ouvre lorsque la pression régnant dans le conduit d'alimentation 40 est supérieure à environ 0.05x105 Pa (bar), et le second clapet 40b s'ouvre lorsque la pression régnant dans ledit conduit d'alimentation est supérieure à environ 0.1x105 Pa (bar). Cette configuration permet de créer une chambre entre les deux clapets 40a, 40b qui évite les effets de succion (aspiration/refoulement) et qui évite tout refoulement d'eau vers le fourreau de liaison étanche 14, en cas de surpression en aval de la sortie d'eau 5. Les clapets 40a, 40b pourront être constitués d'obturateurs à ressort prenant naturellement appui contre des sièges réalisés dans le conduit d'alimentation 40 pour obturer ce dernier. Les ressorts sont calibrés de façon à ce que la pression de l'eau écarte les obturateurs de leur siège respectif et libère le passage. Toutefois, n'importe quels autres types de clapets permettant d'obtenir un résultat similaire peuvent être utilisés par l'homme du métier. Le fonctionnement de ces clapets 40a, 40b sera décrit plus en détail dans la suite de la description, en se référant aux figures 6 à 9.
En se rapportant aux figures 1 et 2, on peut prévoir une seconde dérivation 70 mettant en communication la portion du conduit d'alimentation 40 située entre le premier clapet 40a et le second clapet 40b, avec la base du piston libre 3. Cette seconde dérivation 70 est formée par l'intermédiaire de perçages et/ou moulages réalisés dans les parties 4a, 4b du bloc-cylindre 4. Cette dérivation 70 est équipée d'un clapet 70a apte à autoriser le passage de l'eau vers le piston 3 lorsque la pression régnant dans la portion du conduit d'alimentation 40 est supérieure à environ 10x105 Pa (bar). Le clapet 70a pourra être constitué d'un obturateur à ressort prenant naturellement appui contre un siège réalisé dans la seconde dérivation 70 pour obturer cette dernière, le ressort étant calibré de façon à ce que la pression de l'eau écarte ledit obturateur de son siège et libère le passage. Toutefois, n'importe quel autre type de clapet permettant d'obtenir un résultat similaire peut être utilisé par l'homme du métier. En pratique, cette seconde dérivation 70 joue le rôle d'un limiteur de pression interne formant un by-pass permettant de recycler uniquement de l'eau, sans entraîner le débitmètre 2 lorsque le second clapet aval 40b est en position fermée. Le fonctionnement de ce limiteur de pression sera décrit plus en détail dans la suite de la description, en se référant à la figure 9. Le fait d'intégrer cette seconde dérivation 70 directement dans le bloc- cylindre 4 évite tout problème d'étanchéité, limite l'encombrement de la machine et permet de réduire les coûts.
En se rapportant aux figures 3, 4 et 5 on prévoit avantageusement une troisième dérivation 80 mettant en communication la sortie d'eau 5 avec le conduit d'évacuation 6. Cette troisième dérivation 80 est formée par l'intermédiaire de perçages et/ou moulages réalisés dans les parties 4a, 4b du bloc-cylindre 4. Elle est située dans un autre plan que la seconde dérivation 70. Elle débouche d'un côté dans la gorge annulaire 51 communiquant avec la sortie 5 et de l'autre côté dans la gorge annulaire 601 communiquant avec le conduit d'évacuation 6. Cette troisième dérivation 80 est équipée d'un clapet de sécurité 80a apte à autoriser le passage de l'eau vers le conduit d'évacuation 6 lorsque la pression régnant au niveau de la sortie d'eau 5 est supérieure ou égale à 15x105 Pa (bar). Le clapet de sécurité 80a pourra être constitué d'un obturateur à ressort prenant naturellement appui contre un siège réalisé dans la troisième dérivation 80 pour obturer cette dernière, le ressort étant calibré de façon à ce que la pression de l'eau écarte ledit obturateur de son siège et libère le passage. Toutefois, n'importe quel autre type de clapet permettant d'obtenir un résultat similaire peut être utilisé par l'homme du métier. Cette troisième dérivation 80 permet maintenant de refouler l'eau en contre-pression au niveau de la sortie 5, vers le conduit de refoulement 6, et non plus vers le fourreau de liaison étanche 14 dans lequel se déplace le piston libre 3. Le fait d'intégrer cette troisième dérivation 80 directement dans le bloc-cylindre 4 évite tout problème d'étanchéité, limite l'encombrement de la machine et permet de réduire les coûts. La mise en service de cette troisième dérivation 80 sera décrite plus en détail dans la suite de la description, en se référant à la figure 8.
Le fonctionnement des différentes dérivations va maintenant être décrit plus en détail en se référant aux figures 6 à 9. En se rapportant à la figure 6, lorsque le piston 3 débite de l'air dans le conduit d'alimentation 40 (représenté par les flèches blanches) lors de la première utilisation de la motopompe 1 ou lorsque l'alimentation en eau est interrompue, cet air injecté dans le conduit d'alimentation 40 a une pression d'environ 0.05x105 Pa (bar).
En arrivant dans le conduit d'alimentation 40, l'air exerce une poussée sur le premier clapet 40a et l'ouvre. En passant le premier clapet 40a, l'air exerce une poussée sur le second clapet 40b, mais le tarage de ce dernier étant supérieur à la pression de l'air, ledit second clapet reste fermé.
En passant le premier clapet 40a, l'air exerce également une poussée sur le clapet 60a disposé dans la première dérivation 60. En se rapportant à la figure 7a, l'air étant compressible, il peut passer au travers de ce clapet d'amorçage 60a et s'échappe vers le conduit d'évacuation 6, sans avoir la possibilité d'atteindre la sortie d'eau 5. De la même façon, dans le cas où le clapet d'amorçage 60a est remplacé par une chicane 60b (figure 7b), l'air peut passer au travers des gorges 600b de cette dernière et atteindre le conduit d'évacuation 6.
En passant le premier clapet 40a, l'air exerce en outre une poussée sur le clapet 70a disposé dans la seconde dérivation 70, mais le tarage de ce clapet étant supérieur à la pression de l'air, ledit clapet reste fermé.
En se rapportant à la figure 8, lorsque le piston 3 débite de l'eau dans le conduit d'alimentation 40 (représenté par les flèches noires), le liquide arrive à une pression d'environ 0.1x105 Pa (bar). En arrivant dans le conduit d'alimentation 40, l'eau exerce une poussée sur le premier clapet 4a et l'ouvre. En passant le premier clapet 40a, l'eau exerce une poussée sur le second clapet 40b et l'ouvre également. L'eau peut ainsi être évacuée par la sortie 5. L'eau exerce également une poussée sur le clapet 60a disposé dans la première dérivation 60. L'eau étant plus consistante que l'air et incompressible, elle repousse le clapet d'amorçage 60a contre le second siège permettant d'obturer la dérivation 60. L'eau n'a donc plus la possibilité de s'échapper par le conduit d'évacuation 6. Dans le cas où la chicane 60b est utilisée, l'eau n'a pas la possibilité de traverser la totalité des gorges successives 600b pour atteindre le conduit d'évacuation 6 et reste donc bloqué. L'eau exerce en outre une poussée sur le clapet 70a disposé dans la seconde dérivation 70, mais le tarage de ce clapet étant supérieur à la pression de l'eau débitée, ledit clapet reste fermé.
En passant par la gorge annulaire 51 , l'eau peut exercer une poussée sur le clapet de sécurité 80a disposé dans la troisième dérivation 80, mais le tarage de ce clapet étant supérieur à la pression de l'eau débitée, ledit clapet reste fermé.
Que ce soit dans le cas de la bille ou de la chicane, lorsque la motopompe 1 s'arrête de fonctionner, l'eau s'évacuera lentement mais naturellement par le conduit d'évacuation 6, la pression régnant dans la première dérivation 60 étant alors supérieure à la pression de l'air ambiant
(c'est-à-dire la pression régnant dans le conduit d'évacuation 6).
En se rapportant à la figure 9, lorsque de l'eau en surpression est refoulé depuis la chaudière 90 et/ou lorsque la pression régnant au niveau de la sortie 5 dépasse 15x105 Pa (bar) (par exemple suite à un bouchage de la ligne d'eau provoqué par du tartre et combiné à une surchauffe), l'eau exerce une contre- poussée sur le second clapet 40b et le ferme.
En passant par la gorge annulaire 51, le liquide exerce une poussée sur le clapet de sécurité 80a disposé dans la troisième dérivation 80 et l'ouvre. En ressortant alors par l'autre gorge annulaire 601 , le liquide peut atteindre le conduit d'évacuation 6 et être évacué sans avoir à pénétrer dans le fourreau de liaison étanche 14 dans lequel se déplace le piston 3.
Dans cette configuration, le piston 3 continue à débiter de l'eau qui exerce une poussée sur le premier clapet 40a et l'ouvre. Pour les même raisons que celles décrites au paragraphe précédent, l'eau ferme le clapet d'amorçage 60a (ou ne traverse pas la chicane 60b), c'est-à-dire que l'eau ne peut pas s'échapper par le conduit d'évacuation 6. L'eau exerce toutefois une poussée sur le clapet 70a disposé dans la seconde dérivation 70 et l'ouvre pour retourner à la base du piston 3 : l'eau est recyclée.
II faut noter que le fonctionnement de la deuxième et troisième dérivation, respectivement 70, 80, est indépendant du fonctionnement de la première dérivation 60 permettant d'évacuer l'air.

Claims

Revendications
1. Motopompe à écoulement axial, comportant un piston libre (3) se déplaçant dans un fourreau (14) pour amener une dose d'eau dans un conduit d'alimentation (40), ce dernier étant intégré dans un bloc-cylindre (4) et relié à une sortie d'eau (5), une première dérivation (60) étant intégrée dans ledit bloc-cylindre et reliant ledit conduit d'alimentation en eau à un conduit d'évacuation (6), ladite première dérivation étant équipée d'un clapet d'amorçage (60a) autorisant le passage d'air vers ledit conduit d'évacuation et bloquant le passage d'eau sous pression vers ledit conduit d'évacuation, se caractérisant par le fait qu'une autre dérivation (80) intégrée dans le bloc- cylindre (4) met en communication la sortie d'eau (5) avec le conduit d'évacuation (6), ladite autre dérivation étant équipée d'un clapet (80a) apte à autoriser le passage de l'eau vers ledit conduit d'évacuation lorsque la pression régnant au niveau de ladite sortie d'eau est supérieure ou égale à 15x105 Pa.
2. Motopompe selon la revendication 1 , dans lequel le clapet d'amorçage (60a) est une bille montée mobile avec du jeu dans la première dérivation (60), le jeu autorisant le passage d'air mais interdisant le passage d'eau autour de ladite bille.
3. Motopompe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le conduit d'alimentation en eau (40) est équipé de deux clapets successifs (40a, 40b) autorisant le passage vers la sortie d'eau (5), le premier clapet amont (40a) ayant un tarage inférieur au second clapet aval (40b), la première dérivation (60) étant disposée entre les deux dits clapets.
4. Motopompe selon la revendication 3, dans lequel le premier clapet (40a) s'ouvre lorsque la pression régnant dans le conduit d'alimentation (40) est supérieure à 0.05x105 Pa, et le second clapet (40b) s'ouvre lorsque la pression régnant dans ledit conduit d'alimentation est supérieure à 0.1x105 Pa.
5. Motopompe selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel encore une autre dérivation (70) intégrée dans le bloc-cylindre (4) met en communication la portion du conduit d'alimentation (40) située entre le premier clapet (40a) et le second clapet (40b) avec la base du piston libre
(3), ladite encore autre dérivation étant équipée d'un clapet (70a) apte à autoriser le passage de l'eau vers ledit piston lorsque la pression régnant dans ladite portion du conduit d'alimentation est supérieure à 10x105 Pa.
6. Motopompe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la sortie d'eau (5) est constituée d'un perçage (50) débouchant d'un côté dans le conduit d'alimentation (40) et de l'autre côté dans une gorge annulaire (51) réalisée sur toute la périphérie du bloc-cylindre (4).
7. Motopompe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le conduit d'évacuation (6) est constitué d'un perçage (600) débouchant d'un côté dans la première dérivation (60) et de l'autre côté dans une gorge annulaire (601) réalisée sur toute la périphérie du bloc- cylindre (4).
8. Motopompe selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 8, dans lequel l'autre dérivation (80) débouche d'un côté dans la gorge annulaire (51) communiquant avec la sortie (5) et de l'autre côté dans la gorge annulaire (601) communiquant avec le conduit d'évacuation (6).
9. Motopompe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, le bloc-cylindre 4 est constitué de trois parties distinctes (4a, 4b, 4c) en plastique s'emboîtant l'une dans l'autre de manière étanche, le conduit d'alimentation en eau (40) étant un alésage cylindrique réalisé suivant l'axe de ladite motopompe et du piston (3), traversant les deux premières parties (4a, 4b), un bouchon (4c) étant accolé contre la partie avale (4b) et se fixant sur la partie amont (4a) au moyen de vis (40c), ces dernière traversant ladite partie avale (4b) de manière à solidariser les différentes parties dudit bloc- cylindre.
10. Machine à café, se caractérisant par le fait qu'elle est équipée de la motopompe (1) conforme à l'une des revendications précédentes.
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