CN102112026A - 具有离心泵的饮料形成装置 - Google Patents

Abstract

一种饮料形成装置，包括储液箱以及离心泵，该离心泵具有通过供给管道连接到储液箱的入口。离心泵可包括位于储液箱的充满液位下方的起动通气口，并允许当液体起动泵时进行通气。计量箱可具有通过泵管道连接到离心泵的入口、连接到泡制室的出口，泡制室使用从计量箱接收的液体形成饮料。在一实施例中，诸如止回阀之类的流动控制阀可设置在泵管道内以允许从泵到计量箱的流动，但阻止相反的流动。在另一实施例中，泵管道内的通气阀可布置成使泵管道的至少一部分例如通向环境空气压力。

Description

具有离心泵的饮料形成装置

背景技术

1.技术领域

本发明涉及饮料形成机器，诸如使用桶形成饮料的饮料泡制机器。

2.相关技术

饮料形成机器通常包括水源，水源诸如储液箱或到城市水源的管道连接。尤其对于具有储液箱的机器，通常需要泵或其它装置来将水从储液箱输送到机器的各个部分，诸如输送到泡制室，在泡制室水与饮料介质混合以形成饮料。

由Reading，Ma的库里格股份有限公司(Keurig，Incorporated)某些咖啡泡制器包括电磁操作泵以从储液箱将水输送到计量室，水在计量室内被加热。各电磁操作泵包括一个或多个止回阀或其它防倒流件，止回阀和防倒流件防止水沿反方向从计量箱流到储液箱。

发明内容

发明人已理解到在某些情况下电磁运行的泵会产生比所期望的高的噪声。但是，这些泵提供的优点在于它们是自起动的，而很多其它泵并非如此。例如当最初将水引入泡制器或其它饮料形成装置时，或当饮料形成装置具有可拆除储水箱时，泵的自起动特征会是有利的。即，当最初使用泡制器时或当储水箱从泡制器移除时，空气可能引入水源。当储液箱再连接到泡制器时，这种空气可能会使非自起动泵被空气阻塞且不能从储液箱将水泵吸到泡制器的其它部分。这会产生严重问题，尤其是家庭用户没有办法使泵起动。相信家用饮料形成装置、诸如咖啡泡制器的制造商为此原因而未使用非自起动泵。例如，使用有些被空气阻塞且不能泵吸泡制水的非自起动泵的泡制器制造商会致使泡制器无效。

本发明的各方面能够在泡制器或其它饮料形成装置中采用非自起动泵类型，诸如离心泵，即使在泡制器包括可拆卸储水箱时也是如此。例如，在本发明的一方面，离心泵包括起动通气口，该起动通气口允许水流入泵内到达足够液位以允许泵自身起动。起动通气口可保持永久打开，而不影响泵运行，例如允许泵产生足够的压力以提供适于进行冲泡的水。起动通气口可连接到储液箱，例如使得泵运行期间从起动通气口发生的任何流动可通入储水箱用于再供给到泵。起动通气口可设置在储液箱的充满液位下方，其中箱内水的顶部液位位于储液箱充满的位置。这可有助于将水通过重力馈送流入泵内进行起动。

在本发明的另一方面，从储液箱向计量箱提供液体的液体供给回路可包括离心泵和泵下游的止回阀或其它防倒流件，当跨越装置有适当压差时，止回阀或其它防倒流件打开以允许单向流动。防倒流件可使泵能够将液体输送到计量箱，还防止例如虹吸引起的从计量箱到泵的流动。即使例如因为由重力产生的压力不足以打开止回阀或其它装置，防倒流件防止液体在重力的拉动下从储液箱流到离心泵来起动离心泵，离心泵内的起动通气口也可允许液体充分流动和空气的通气以允许泵起动。在一实施例中，起动通气口可总是保持打开，即使在泵运行期间也是如此，因此允许相对廉价的起动布置，该布置不需要阀的开/闭控制。

本发明的另一方面在泡制器中泵与计量箱之间的管道内提供通气口，例如以有助于防止液体从计量箱流到泵和/或有助于阻止诸如管道内的止回阀之类的防倒流件的泄漏。发明人已经发现，供给泵与计量箱之间管道内的用于防止从计量箱到泵的倒流的止回阀有时会泄漏，尤其是当止回阀下游的管道内的压力相对高时。根据本发明的各方面，提供通气口以释放防倒流件下游的管道内的压力，由此有助于阻止液体的不合要求的倒流。在本发明的另一方面，通气口可断开泵与计量箱之间管道内的虹吸。这可有助于防止不合要求的倒流，即使没有止回阀或其它防倒流件也是如此。在一实施例中，泵与计量箱之间的管道可通到计量箱顶部上方的位置，从而可防止形成重力驱动的虹吸。

在本发明的另一方面，饮料形成装置包括：储液箱以容纳液体源，其中当储液箱充满液体时液体具有充满液位；以及离心泵，该离心泵具有起动通气口和通过供给管道连接到储液箱的入口。起动通气口可位于储液箱的充满液位下方，并当来自储液箱的液体在例如重力下充注泵时，允许离心泵内的空气排出。计量箱具有入口和出口，计量箱的入口通过泵管道连接到离心泵的出口，且泡制室通过计量箱管道连接到计量箱的出口并使用从计量箱接收的液体形成饮料。

在一实施例中，诸如止回阀之类的流动控制阀可选配地设置在泵管道内以允许从泵到计量箱的流动，但阻止泵管道内从计量箱到泵的流动。在另一实施例中，泵管道内的通气阀可布置成将泵管道的至少一部分通向与泵管道内压力不同的压力处，例如将泵管道部分通向环境空气压力。因此，流动控制阀和通气阀可一起包括在该装置内，或可单独使用。

在一实施例中，通气阀和起动通气口可通过共同管道连接到储液箱。通气阀可在计量箱顶部上方的位置连接到流动控制阀(如果设置的话)下游的泵管道。这种不知可有助于断开否则可能形成在计量箱与离心泵之间的虹吸。

在另一实施例中，起动通气口可总是打开并连接到环境空气压力。例如，起动通气口可包括适当设置尺寸的小孔，该小孔允许空气的充分流动以起动离心泵，而限制液体的流动，从而在泵运行时防止实际泄露。

在一实施例中，空气泵可将加压空气输送到计量箱以迫使液体从计量箱流到泡制室。例如，离心泵可向计量箱提供所要求量的液体(例如由计量箱内的导体探针或其它液位传感器测量)，然后通过空气泵对计量箱加压而并迫使液体流出计量箱管道进入泡制室而迫使这些液体流出计量箱。可设置加热器来加热计量箱内的液体或以其它方式向泡制室提供热液体。

本发明的这些和其它方面将会从以下说明书和权利要求书中显现出来。

附图说明

参照附图描述本发明的各方面，其中相同的附图标记表示相同的构件，且附图中：

图1是饮料形成装置的立体图；

图2是接纳饮料筒的饮料形成装置的侧视图；

图3是说明性实施例中饮料形成装置的所选部件的示意性框图；以及

图4是说明性实施例中离心泵的分解图。

具体实施方式

应当理解，参照附图描述本发明的各方面，附图示出根据本发明各方面的说明性实施例。本文中描述的说明性实施例不一定要示出本发明的所有方面，而是用于描述几个说明性实施例。因此，本发明的各方面并不意味着由于各说明性实施例而进行较窄解释。此外，应当理解本发明的各方面可单独使用或与本发明的其它方面以任何适当的组合使用。

图1和2分别示出包含本发明的一个或多个方面的饮料形成装置100的立体图和侧视图。尽管可使用饮料形成装置100来形成诸如茶、咖啡、冲剂型饮料、由液体或粉末浓缩物或其它形成的饮料之类的任何适当的饮料，但在该说明性实施例中，装置100设置成形成咖啡或茶饮料。在该实施例中，装置100包括外部框架或壳体6，该外部框架或壳体6具有用户界面8，用户可操作该用户界面8以控制该装置100的各种特征。如本领域中所已知的那样，可为装置100提供饮料桶1(参见图2)，且饮料桶用于形成放入杯子2或其它适当容器内的饮料，杯子2或其它适当容器放置在承滴盘9或其它支承件上(如果有的话)。桶1可人工或自动放置在饮料形成装置100的第一部分3和第二部分4限定的桶接纳部分内。例如，通过提升手柄5，用户可将第一部分3和第二部分4移动到打开位置以露出可放置桶1的杯形或其它适当形状的区域。在放置桶1之后，可以人工地或自动地移动手柄5或其它致动件以将第一部分3和第二部分4移动到关闭位置(如图1所示)，由此至少部分将桶1封闭在泡制室内。但是，应当理解，桶1可以以任何适当的方式由装置100接纳，因为装置100接纳或以其它方式使用桶1的方式对于本发明的各方面并不关键。

一旦接纳桶1，则饮料形成装置100可使用桶1来形成饮料。例如，与第一部分3关联的一个或多个入口针7可刺穿桶1以将热水或其它液体注入桶1。注入的液体可形成所要求的饮料或饮料前体(即用于诸如通过添加牛奶、调味料等的进一步操作以形成饮料的物质)。如本领域所已知的那样，桶1可采用诸如袋、袋网、囊、容器或其它的通常已知的任何适当形式。例如，桶1可包括不可渗透的外部罩，在外部罩内容纳有饮料介质，诸如烘烤和研磨的咖啡或其它物质。桶1还可包括过滤器，从而液体和饮料介质相互作用形成的饮料在进入容器2之前通过过滤器。如本领域的技术人员会理解的那样，袋网形式(例如，具有封入饮料介质的、可渗透过滤纸的相对层)的桶可使用桶1的外部来过滤形成的饮料。第二部分4还可包括一个或多个出口针或其它构件以在出口侧(根据需要)刺穿或刺破桶1以允许形成的饮料排出桶1。但是，也可能是其它布置，例如桶可具有可刺穿下部，可在液体在压力下引入桶内时打开等。

图3示出包括在根据本发明各方面的饮料形成装置100内的各部件的示意性框图。可通过供给管道11将来自储液箱10的水和其它液体提供给离心泵12，该离心泵12通过泵管道15将液体泵送到计量箱或计量室18。可通过控制器30控制装置100的水泵和其它部件的运行，控制器30例如包括连同适当软件或其它运行指令的编程处理器和/或其它数据处理装置、一个或多个存储器、温度和液位传感器、压力传感器、输入/输出接口、通信总线或其它链路、显示器、开关、继电器、触发三极管或进行所要求输入/输出或其它功能所必需的各部件。计量箱18可通过任何适当技术充注所要求量的液体，任何适当技术诸如使泵12运行预定时段，使用导电探针传感器或电容传感器感测计量箱18内的水位，当液体充注箱体时探测计量箱18内的压力升高，或使用任何其它可行技术。例如，可当压力传感器探测到指示水已经达到计量箱18顶部的压力升高时，控制器30可探测计量箱18已被完全充注。如果需要，可通过加热件23来对箱体进行加热，加热件23的运行可以使用来自温度传感器或其它适当输入装置的输入通过控制器30进行控制。可通过计量箱管道19将计量箱18内的水分配到泡制室20或其它饮料形成工位。泡制室20可包括任何饮料形成成分，诸如咖啡粉、茶、调味饮用混合物或例如容纳在桶1内的其它物质。可通过用借助空气泵21提供的空气对计量箱加压而从计量箱18排放液体，空气泵21使液体排放出管17并排入计量箱管道19。可以以任何方式探测从计量箱18的分配的完成，适当方式诸如通过探测计量箱18内的压降、通过探测计量箱18内的水位变化或使用任何其它可行技术。或者可通过泵12运行以迫使附加液体进入箱体18而使液体从计量箱18排出，由此使水移出箱体18并移入泡制室。可使用流量传感器或其它适当装置来确定输送到箱体18的液体的量，且因此确定输送到泡制室的液体的量。

在本发明的一方面，饮料形成装置可包括离心泵，该离心泵提供从储液箱到计量箱和/或泡制室的液体。在一实施例中，储液箱10可以例如在与供给管道11的连接处从装置100拆除。如上所述，储液箱10从供给管道11脱开、储液箱10完全排空(或“放干”)、或装置100的第一次运行可能将空气引入供给管道11内。多种离心泵自身在泵体和/或到泵的供给管道内存在空气的情况下不能适当地起动。根据本发明的一方面，离心泵12可包括起动通气口13，该起动通气口13使空气能够从供给管道11和/或泵12的腔室逸出，由此允许液体从储液箱10流出并流入管道11和/或泵12。起动通气口13可位于储液箱10的充满液位101的下方，即当水箱10充满时储液箱10内液体顶部的液位的下方。因而，当空气通过起动通气口13通出时，重力可使液体流入供给管道11和泵12。起动通气口13无需使供给管道11和泵12完全充注液体。而是，该充注可仅足以使泵12在初始运行期间完全自身起动。

在一示例性实施例中，起动通气口13可永久打开，即可包括不打算关闭的通路。例如，起动通气口13可包括适当设置尺寸的小孔(例如具有约1-3mm的直径，但也可能是更大或更小的尺寸)，小孔使空气能够相对自由地通过，但又用作液体流动的适当流动限制件，使得通过起动通气口13的泄漏对离心泵12向计量箱18提供液体的能够力没有显著影响。起动通气口13可通向环境空气压力，并可在充满液位101的上方、该液位处或下方连接到储液箱10。起动通气口13到储液箱10的连接可允许收集在泵12运行期间将通过起动通气口13泄漏的液体并提供回给泵12。

根据本发明的另一方面，该装置可包括泵管道内的流动控制阀，该流动控制阀允许从离心泵到计量箱的流动，但阻止从计量箱到离心泵的流动。在一实施例中，流动控制阀14可以是止回阀。但是，流动控制阀14也可采用其它适当形式，诸如其它无源单向阀、在控制器30等的控制下运行的电动或气动控制阀。(图3示出流动控制阀14与控制器30之间的控制管线，但应当理解，如果流动控制阀14是止回阀或其它无源装置则这种控制管线是不必要的。)因此，流动控制阀14可允许在泵12运行的同时从泵12到计量箱18的流动，但阻止当泵12不运行时从计量箱18到泵12的流动。该布置可有助于防止液体例如在重力下通过虹吸，或当空气泵21对计量箱18加压追使水从计量箱18流到泡制室20时从计量箱18到泵12的回流。包括流动控制阀14也可使得包括起动通气口13非常重要，因为流动控制阀14可能阻止通过泵管道15的流动，否则该流动会辅助泵起动。例如，如果流动控制阀14是止回阀、缝隙或开口，则当泵不运行时打开该阀所需的压力可能大于泵管道15内存在的压力。(在这种情况下泵管道15内的压力可以是储液箱10内液体高度的函数。)于是，可能不会在重力下发生从泵12到计量箱18的流动。但是，起动通气口13的存在可允许流动足以起动离心泵12，如上所述。(在其中不包括起动通气口的另一实施例中，止回阀的缝隙压力可能适当较低，或者可以另外布置流动控制阀以允许储液箱10与泵12之间的流动，该流动适于起动泵。)

在本发明的另一方面，该装置可包括泵管道内的通气阀，例如以释放泵管道内的压力和/或断开否则可能形成在泵管道内的虹吸。通气阀可位于计量箱顶部上方的位置，以例如确保通气时，可能使从计量箱到离心泵的流动的虹吸断开。在说明性实施例中，通气阀16是在控制器30的控制下打开和关闭的电动控制的电磁阀。当离心泵12运行时，通气阀16关闭，允许通过泵管道15流到计量箱18。但是，当泵12停止时，可仅暂时地打开通气阀16，从而在计量箱顶部上方的位置将泵管道15通到环境空气压力。该通气可释放通过离心泵12的运行和/或通过空气泵21对计量箱18加压积聚在泵管道15内的压力。在某些情况下，发明人已发现泵管道15内的压力可引起流动控制阀14(例如止回阀)不合要求地沿从计量箱18到泵12的方向的泄漏。通过释放过量压力，可防止流动控制阀14泄漏。此外，通过在计量箱18顶部上方的位置对泵管道15通气，可将可能引起从计量箱18到泵12的流动的虹吸断开。当不设置流动控制阀14或流动控制阀14具有较差低压性能时，该虹吸断开可能是有利的。

如在图3中可以看出的那样，通气阀16可使泵管道15通到储液箱10或其它合适位置。还可以看到，在一实施例中，计量箱通气阀22(当计量箱18通过离心泵12充有液体时打开，而当空气泵21对箱体18加压以迫使水流到泡制室时关闭)也可连接到储液箱10。这样，从泵管道15和/或计量箱18通出的任何液体可通到储液箱10或其它位置。

如上文中不言而喻的，本发明的各方面可单独使用和/或以任何适当地组合使用。例如，尽管图3示出具有起动通气口13、流动控制阀14以及通气阀16的装置100，但其它实施例可仅使用起动通气口13、仅使用流动控制阀14、仅使用通气阀16或者起动通气口13和流动控制阀14、起动通气口13和通气阀16、或流动控制阀14和通气阀16的多种组合。当仅使用起动通气口13时，当装置100停用时，可防止空气进入计量箱18，由此防止液体从计量箱18虹吸到泵12。当单独使用通气阀16时，通气阀16可打开以允许流动以起动离心泵12，以及在计量箱18充注之后打开以断开可能的虹吸。当单独使用流动控制阀14时，流动控制阀14可布置成允许以适于使离心泵12起动的缝隙低压进行的流动。当然，应当理解，如果需要，流动控制阀14和通气阀16可组合成单个三通阀。

图4示出可用于本发明各方面的离心泵12，但任何适当的离心泵布置都可用于本发明的各方面。在说明性实施例中，泵12包括马达121和固定到马达121的叶轮基部122。磁夹持板123和磁体124固定到马达121轴并用于驱动泵叶轮。密封板125配装在磁体124上并与叶轮基部122配合以防止泵腔室内的液体泄漏。因此，磁体124位于密封板125的“干”侧上，在叶轮127所在的泵腔室的外部。轴126位于泵腔室内的密封板125上，且叶轮127安装在轴126上。叶轮127包括连结在一起以形成一体单元的几个部件，包括(如图4所示从左向右)支架、金属板、磁体、磁体盖和叶轮叶片。叶轮127内的磁体与磁体124磁性联接，从而当磁体124通过马达121转动时，叶轮127转动以将液体从入口到出口泵送通过泵腔室。密封环128放置在基部122与盖129之间，且基部122和盖129固定在一起。盖129包括泵入口和出口，以及两个起动通气口13。两个起动通气口13可以以不同角度设置，以适应泵12相对于重力的不同位置并允许适当通气。当然，可仅设置一个起动通气口13，且通气口13可设置在任何适当位置。

已经描述了本发明的至少一个实施例的几个方面，但应当理解，对本领域的技术人员易于进行各种改变、更改和改进。这些改变、更改和改进也意味着本公开的一部分，并意味着在本发明的精神和范围内。因而，前述说明书和附图仅是示例性的。

Claims (20)

1.一种饮料形成装置，包括：

储液箱，所述储液箱容纳液体源，所述液体具有当所述储液箱充满液体时的充满液位；

离心泵，所述离心泵具有起动通气口、出口和通过供给管道连接到所述储液箱的入口，所述起动通气口位于所述储液箱的所述充满液位下方并在来自所述储液箱的液体充注所述离心泵时允许所述离心泵内的空气通出；

计量箱，所述计量箱具有入口和出口，所述计量箱的入口通过泵管道连接到所述离心泵的所述出口；以及

泡制室，所述泡制室通过计量箱管道连接到所述计量箱的所述出口并用于使用从所述计量箱接收的液体形成饮料。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

流动控制阀，所述流动控制阀在所述泵管道内，并允许从所述泵到所述计量箱的流动并阻止所述泵管道内从所述计量箱到所述泵的流动；以及

通气阀，所述通气阀在所述泵管道内布置成使所述泵管道的至少一部分通向与所述泵管道内的压力不同的压力。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述流动控制阀是止回阀。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述通气阀布置成选择性地将所述泵管道通向环境空气压力。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述通气阀和所述起动通气口通过共同管道连接到所述储液箱。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述通气阀在所述计量箱顶部上方的位置连接到所述泵管道。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述通气阀布置成防止所述泵管道内所述储液箱与所述计量箱之间形成虹吸。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述起动通气口总是打开并连接到环境空气压力。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

空气泵，所述空气泵将加压空气输送到所述计量箱以迫使液体从所述计量箱流到所述泡制室。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

加热器，所述加热器加热所述计量箱内的液体。

11.一种饮料形成装置，包括：

储液箱，所述储液箱容纳液体源，所述液体具有当所述储液箱充满液体时的充满液位；

离心泵，所述离心泵具有起动通气口、出口和通过供给管道连接到所述储液箱的入口，所述起动通气口位于所述储液箱的所述充满液位下方并在来自所述储液箱的液体充注所述泵时允许所述泵内的空气通出；

计量箱，所述计量箱具有入口和出口，所述计量箱的入口通过泵管道连接到所述离心泵的所述出口；

流动控制阀，所述流动控制阀在所述泵管道内，并允许从所述离心泵到所述计量箱的流动并阻止从所述计量箱到所述离心泵的流动；以及

泡制室，所述泡制室通过计量箱管道连接到所述计量箱并用于使用从所述计量箱接收的液体形成饮料。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述流动控制阀是止回阀。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述通气阀是电磁控制阀。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述起动通气口永久向环境空气压力打开。

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：

通气阀，所述通气阀在所述泵管道内布置成使所述泵管道的在所述流动控制阀下游的至少一部分通向与所述泵管道内的压力不同的压力处。

16.一种饮料形成装置，包括：

储液箱，所述储液箱容纳液体源，所述液体具有当所述储液箱充满液体时的充满液位；

离心泵，所述离心泵具有起动通气口、出口和通过供给管道连接到所述储液箱的入口，所述起动通气口位于所述储液箱的所述充满液位下方并在来自所述储液箱的液体充注所述泵时允许所述泵内的空气通出；

计量箱，所述计量箱具有入口和出口，所述计量箱的所述入口通过泵管道连接到所述离心泵的所述出口；

通气阀，所述通气阀在所述泵管道内布置成使所述泵管道的至少一部分通道与所述泵管道内的压力不同的压力处；以及

泡制室，所述泡制室通过计量箱管道连接到所述计量箱并用于使用从所述计量箱接收的液体形成饮料。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括：

流动控制阀，所述流动控制阀在所述泵管道内，并允许从所述泵到所述计量箱的流动并阻止所述泵管道内从所述计量箱到所述泵的流动。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述通气阀在所述流动控制阀与所述计量箱之间所述计量箱顶部上方的位置连接到所述泵管道。

19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括：

控制器，所述控制器控制所述离心泵和所述通气阀的运行。

20.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述起动通气口永久向环境空气压力打开。

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