专利名称：适用于高海拔的饮料制造机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括蒸煮器和泵的饮料制造机，所述蒸煮器用于加热水，所述泵用于通过排放通道将加热的水从蒸煮器排放流过饮料冲泡单元。在这种饮料制造机内，通常由于水被加热时在蒸煮器内膨胀，导致水在蒸煮器内被加热的过程中一些水通过排放通道溢出。实践中，这一现象常常导致用户对泄漏的投诉并使放置杯子或其它容器以装纳冲泡饮料的平台被弄脏。
国际专利申请WO 02/088580中描述了一种阀，当被设置在从蒸煮器到向蒸煮器供水的蓄水器的回流通道内且处于正常打开状态时，该阀使过量体积的水从蒸煮器流回到蓄水器，从而使得由于水在蒸煮器内膨胀而产生的过量体积的水不会通过排放通道溢出。当为了获得所需的冲泡条件而在高压下将水从蒸煮器泵送到咖啡冲泡单元时，穿过所述阀的压降响应阀的闭合而超过中断值。在闭合位置，阀防止被加热的水回流到蓄水器内，从而被加热的水仅流到冲泡单元。
如上所述的饮料制造机的缺点是当该饮料制造机被用在相当高的海拔下时，蒸煮器内的水在极低的温度下达到水的沸点以至于不能够进行高质量饮料的冲泡，特别是考虑到在冲泡之间和冲泡过程中会发生热损耗。这种具有热力控制加热器的饮料制造机的另一个问题是当用在高海拔下时，在水温达到加热器关闭的温度之前水就开始沸腾。从而产生过多的水蒸气，并在水已达到沸点温度以后继续在蒸煮器内对其进行加热，浪费了能量。
本发明的一个目的是提供一种饮料制造机，即使该饮料制造机被用在高海拔下，其中的水也可被加热到足以冲泡饮料的高温，而且由于水在蒸煮器内膨胀而产生的过量体积的水仍可回流到蓄水器内。
依照本发明这一目的通过提供如权利要求1所述的饮料制造机来实现。通过在蒸煮器内的压力低于预定的高于大气压力的释放压力的情况下防止水流至回流出口和排放出口，确保了在用于冲泡饮料的高压下排出水之前在蒸煮器内具有过压。这样又确保了即使在高海拔下进行饮料制造水也可被加热到足以冲泡高质量饮料的沸点温度。
具有热力控制加热器的饮料制造机的另一个优点是可靠地达到了加热器被关闭或被控制在低能耗下运行的温度。
而且，由于水温受热力控制加热器的限制，因此当冲泡饮料的水从增压的蒸煮器排到主要是低压的饮料冲泡单元内或其下游时，可以使这种饮料制造机蒸煮器内的压力相当高而不会形成大量的水蒸气。因此，无论在多大海拔高度上冲泡饮料，水被加热所达到的温度都将相同。据观察，在排放过量的水时形成的一些水蒸气对补偿热损耗是有利的。
在从属权利要求中提出了本发明详细的实施例。参照在附图中示出的实施例对本发明进一步的特征、效果和细节进行描述。
图1示意性地表示依照本发明的饮料制造机的一个实施例，包括阀系统的第一实施例，图2示意性地表示用于本发明饮料制造机的阀系统的第二实施例，以及图3示意性地表示用于本发明饮料制造机的阀系统的第三实施例。
首先参照图1。在这一实施例中，饮料制造机包括煮咖啡机，但应该指出本发明也涉及其它类型例如用于制茶和热可可的饮料制造机。所示的煮咖啡机1包括蓄水器2、具有热力控制加热器30的密闭水蒸煮器5以及咖啡冲泡单元8。蒸煮器5完全充满水6并被设计成抵抗流体相对于周围大气压力的过压。
煮咖啡机1具有在蓄水器2和蒸煮器5之间的供水通道25。供水通道25通过用于泵水的泵3从蓄水器2延伸到蒸煮器5。在开始冲泡咖啡之前，蒸煮器5将水加热到所需水温。通道25进而穿过止回阀4延伸。
排水通道19穿过阀结构7从蒸煮器5延伸到咖啡冲泡单元8。阀结构7是一个整体的阀结构，其中回流控制阀13与排放控制阀10结合形成排放控制阀10的隔膜11的一部分。阀结构7的进水口9与连接蒸煮器5的排水通道19的一部分相连，而且与回流控制阀13的入口部分14连通。回流控制阀13具有与通向蓄水器2的回水通道16相连的回流出口18，蓄水器2与大气连通，使得蓄水器内的压力大体上与大气压力相等。
操作中，在蒸煮器5内被加热的水6膨胀超过蒸煮器，从而形成了过量体积的水。如果回流控制阀13打开，来自蒸煮器5的过量体积的水可通过回流控制阀13流回到蓄水器2内。但是，水在蒸煮器5内的初始加热过程中回流控制阀13和排放控制阀10最初都是闭合的。阀10、13处于闭合位置确保了蒸煮器5内的压力上升并随后保持在大气压力以上。回流控制阀13仅在穿过其的压降超过预定的释放压力值时才被调节为打开。因此过量体积的水可以流回到蓄水器2内，但仅在蒸煮器5内的压力已经达到预定的释放压力值时。
回流控制阀13另外还适于在穿过其的压降超过比释放压力值更高的预定中断值时闭合，并且排放控制阀10适于响应穿过其的压降超过预定排放压力值而打开。
排放控制阀10具有通过排水通道19的另外部分与冲泡单元8相连的排放出口20。在水已经在蒸煮器5内被加热到预定温度并且咖啡冲泡单元8已经准备好冲泡咖啡以后，泵3被起动并从蓄水器2向蒸煮器5泵水。由此，泵送到蒸煮器5内的水在高压下取代蒸煮器5内的其它水。由这种泵送作用产生的压力促使回流控制阀13闭合并使排放控制阀10打开，从而泵送压力将水推送到并穿过咖啡冲泡单元8。
泵3可响应蒸煮器5内预定的流体温度而自动起动。优选地是，回流控制阀13在排放控制阀10打开之前闭合，从而由于避免了泵送作用而使被加热的水流回到蓄水器内。
阀结构7包括刚性壳体26和在壳体26内部以适当柔性材料例如橡胶的隔膜形式的阀体11。隔膜11具有大体上呈盘形的平面形状，其外缘夹紧在壳体26两部分之间。图1表示阀结构7穿过隔膜11的中心线的径向相交。壳体26也具有大体上呈盘形的平面形状。阀结构7的多个构件，其中有上述的进水口9、第二压力控制阀10以及第一压力控制阀13，每个都相对于壳体26和隔膜11的中心线对中。
回流控制阀13封装在刚性的回流控制阀壳体27内，该壳体27结合在隔膜11内作为对隔膜11橡胶部分的固定。回流控制阀13的状态受回流控制阀壳体27内部第一螺旋弹簧15动作的控制。回流控制阀壳体27还具有出流孔18。回流控制阀13的打开和闭合受几个结构选择尤其是与第一弹簧15、回流控制阀13、回流控制阀壳体27、入口部分14以及出流孔18相关的结构选择的影响。作出这些选择使得回流控制阀13适于仅在蒸煮器5内的过压高于释放压力值但低于中断压力值时处于开放位置并在蒸煮器5内的过压为其它值时处于闭合位置。
更具体地说，当蒸煮器5内的过压低于释放压力值时，作用在回流控制阀13上的压力使得第一弹簧15的弹簧力将回流控制阀13保持在封闭入口部分14的位置上。当蒸煮器15内的过压高于释放压力值但低于中断压力值时，回流控制阀壳体27内的回流控制阀13既不封闭入口部分14也不封闭出流孔18。并且当蒸煮器5内的过压高于中断压力值时，阀13封闭出流孔18。
优选地是，释放压力值被选择在0.1巴到0.5巴之间的范围内，最优选是大约0.3巴。这样即使在高达约3000米的海拔高度上冲泡咖啡也可以确保蒸煮器内水的沸点温度足够高，而无需使蒸煮器承受所需特殊高压设计下的压力。海拔高度范围从海平面到海平面以上大约3000米几乎涵盖了饮料制造机通常应用的所有海拔高度。蒸煮器内水被加热到的温度可由沸点温度限制，但优选是由热力控制加热器来限制。这样就可以将水加热到相同温度，而不受水被加热时所处的海拔高度的影响。而且，水温的热力控制可使释放压力值的容许范围相对较宽，因为在穿过回流控制阀13的压降上的偏差不会使被加热水的温度达到偏离冲泡咖啡所需的温度，只要保证沸点温度高于热力控制断开或减少加热能量的温度。
预定的中断压力值优选是在0.4巴到1.4巴之间并且更优选是在大约1巴。这样可以确保响应泵3的起动和相应压力的形成而快速中断，从而避免了大量被加热的水流回到蓄水器2内。
第二螺旋弹簧12夹紧在阀结构壳体26上部的内侧和回流控制阀壳体27的外侧之间并控制排放控制阀10的状态。排放控制阀10的打开和闭合受几个结构选择尤其是与第二弹簧12、具有排放控制阀10的隔膜11以及进水口9相关的结构选择的影响。作出这些选择使得排放控制阀10适于响应蒸煮器5内的过压高于排放压力值而打开。也就是说，当蒸煮器5内的过压小于排放压力值时，第二弹簧12的弹簧力将排放控制阀10保持在封闭进水口9的位置上。阀10响应蒸煮器5内的高压超过预定排放压力值而打开并在满足这一压力条件下一直保持开放。
优选地是，排放压力值被选择为在0.8巴以上并且更优选是在大约1.2巴。这样就确保了压力的快速形成，使回流控制阀快速可靠地闭合。泵送压力可以是任何所需的压力例如对于低压饮料制造机采用1.5-2.5巴，对于典型的蒸馏型饮料咖啡机采用高达大约15巴。
泵送过程可被分成早期泵送阶段和后期泵送阶段。在后期泵送阶段，从蒸煮器5流到冲泡单元8的流体使得排水口20、管道19以及冲泡单元8充满热水。冲泡单元8具有相对较细的咖啡排出口29。排水口20，管道19以及具有咖啡排出口29的冲泡单元8对流体流形成了足够大的阻力以在后期泵送阶段使排放控制阀10保持处于持续开放状态。也就是说，那时在隔膜11下的压力分布稳定地保持的足够高。
但在早期泵送阶段，尤其是紧接在排放控制阀10打开之后，排水口20、管道19以及冲泡单元8还没有完全充满热水。因此在早期泵送阶段它们不会对流体流形成足够的阻力以将排放控制阀10保持处于持续开放状态。为了避免这样可能导致的排放控制阀10的间断动作，排水口20在排放控制阀下游并接近排放控制阀处设有限流部21。狭窄的限流部21提供了足够的阻力以确保在泵送阶段开始时空间22内的压力快速升高，由此避免了阀10的间断动作。需要说明的是，从隔膜11的使用寿命考虑，壳体26上部的形状与隔膜11顶面的形状一致以与隔膜11的结合部分一起接纳并支承隔膜11。
阀体11在闭合状态下防止水从进水口9流至排水口，其具有与蒸煮器5连通的第一表面面积。阀体11在打开状态下使水从进水口9流至排水口，其具有与蒸煮器5连通的第二表面面积，第二表面面积大于第一表面面积。这样还有助于使排放阀11突然并完全地打开，而不会产生初始的在打开和闭合状态之间的摆动，它使排放阀11响应比使其打开压力更低的压力而闭合。因此，当泵3在足量的水已经流过咖啡冲泡单元8后停止并且随着最后一部分水流过冲泡单元8而压力逐渐下降时，排放阀11保持打开直至进水口9处的压力完全处于使排放阀11打开所需的排放压力以下。由此，排放阀11立即可靠地闭合，这样还有助于水从排放通道滴下。
当泵3停止泵水时，系统内的剩余压力通过冲泡单元8释放。空间22内的压力一降至弹簧12能够再次闭合阀10的程度阀10就闭合。蒸煮器5内的流体的收缩可导致蒸煮器5内出现负压，如果蒸煮器5足够坚固或是止回阀4可以使水流入蒸煮器5，则上述现象不会产生任何问题。
据观察，尽管回流控制阀13和排放控制阀10被设计成响应对预定值的超出而打开或闭合，但实践中在这些预定值附近的偏差也是可接受的。这些偏差的产生可能有不同的原因，例如在弹簧12和15弹簧力特性上的偏差，或者例如由阀结构7不同构件上的沉积物所引起的变化。如果将第一、第二以及第三偏差范围应用于各自的预定压力值，那么优选是所述第一、第二和第三偏差范围相互不重叠。这些偏差范围重叠会使阀结构7在实际的预定压力值极为不相关的各种情形下出现错误动作。
图2表示用于本发明的饮料制造机的阀结构47的第二实施例。图2所示的阀结构47在许多方面与图1所示的阀结构相同。因此，对两个阀结构一些相一致的部分给出相同的附图标记。
两个阀结构4和47的本质区别是图2所示的阀结构47具有不同的回流控制阀43。在图2中所示的这种回流控制阀43完全与隔膜11一体，并且在这一实施例中其由与隔膜11相同的柔性材料制成。阀43的通路是在阀43上的切口44。具有切口44的阀43被设计成使得切口44仅在穿过阀43的压降大于预定的释放压力时打开。阀结构47还包括与壳体26上部的内侧相连以与具有切口44的阀43相配合的刚性阀座45。当泵3(参见图1)开始泵水且阀10打开时，隔膜11升高，使阀43与其切口44一起被压靠在阀座45上，由此将阀43封闭。在这一状态下使水排放到通向咖啡冲泡单元的排水口20，但防止水流回到蓄水器。因为排放控制阀10的打开使回流控制阀43被封闭，因此可靠地确保了回流控制阀43不会在排放控制阀10打开时保持开放。
图3表示处于不工作位置的用于本发明饮料制造机的阀结构107的第三实施例。图3所示的阀结构107包括与蒸煮器相连的进水口109、与蓄水器相连的回流出口116以及与咖啡冲泡单元相连的排水口120。阀结构107还包括刚性壳体126以及在壳体126内部具有由适当的柔性材料例如橡胶制成的隔膜111的阀110。隔膜111具有大体上呈盘形的平面形状，其外缘夹紧在壳体126的两部分之间。壳体126也具有大体上呈盘形的平面形状。刚性材料的盘150结合在隔膜111的中心区域。盘150具有中心开口，插塞151塞紧在该开口中。
螺旋弹簧112被夹紧在阀结构壳体126上部内侧和盘150之间并控制隔膜111的位置。在如图所示的阀结构107的不工作位置，弹簧112将隔膜111压靠在环形凸缘152上，该环形凸缘152在壳体126内部向上延伸离开壳体126的底部。隔膜111和凸缘152之间的压力接触是一种对从进水口109通向排水口120的水通道进行封闭的密封接触。
插塞151由适当的柔性材料制成。其包括从盘150上侧突出的伞形回流控制阀部分153。伞形部分153沿盘150的外缘密封地压靠在盘150的上侧，由此限定出环形空间155。插塞151通过其边缘密封地压靠在盘150的中心开口的边缘上，只留下小的细长的轴向通路154。通路154使空间155与盘150下方的空间相连，盘150下方的空间与进水口109直接连通。
操作中，如果由蒸煮器内水的加热引起的蒸煮器5内的过压超过预定的释放压力值，则水将伞形回流控制阀部分153沿其外缘向上推动。这使得过量体积的水溢向回流出口116，在隔膜111和密封边缘156之间的水通道打开。
当泵被起动时，在隔膜入口侧的压力升高并超过排放压力值。这样使隔膜111在螺旋弹簧112施加的力的作用下向上压靠，从而促使在隔膜111和密封边缘152之间从进水口109到排水口120的通道打开，而同时由于部件111、156之间的密封接触还促使隔膜111和密封边缘156之间通向回流出口116的通道闭合。因此，隔膜111形成了排放和回流控制阀110的阀体。
在依照图2和3的实施例中，通向咖啡冲泡单元8的水通道响应排放压力而打开，从蒸煮器5回到蓄水器2的水通道响应中断压力而封闭，所述排放压力等于所述中断压力。尽管如此，仍非常可靠地确保了在允许排水时停止水的回流。
已经参照实施例对本发明进行了描述，但是对本领域技术人员显而易见的是在不脱离由附加权利要求的范围限定的本发明的前提下可以对其作出许多变化。例如，可以采用具有与蒸煮器相连的独立入口的两个独立的液压控制阀代替采用将第一和第二压力控制阀结合在一起的阀结构。
权利要求
1.一种饮料制造机，其包括蓄水器(2)；闭合的水蒸煮器(5)；饮料冲泡单元(8)；与所述蓄水器(2)和蒸煮器(5)相互连通的供水通道(25)；与所述蒸煮器(5)和饮料冲泡单元(8)相互连通的排水通道(19)；用于从所述蒸煮器(5)向所述饮料冲泡单元(8)泵水的泵(3)；与所述蓄水器(2)和蒸煮器(5)相互连通的回流通道(25)；以及阀结构(7；47；107)，其具有连通的用于使水从所述蒸煮器(5)和泵(3)流入的进水口(9；109)、连通的用于使水回流到所述蓄水器(2)的回流出口(16；116)以及连通的用于使水出流到所述冲泡单元(8)的排水口(20；120)，所述阀结构(13；43；153)适于在所述进水口(9；109)处的水压低于释放压力值的情况下防止水从所述进水口(9；109)流至所述回流出口(16；116)；在所述进水口(9；109)处的水压高于所述释放压力值并低于中断压力值的情况下使水可以从所述进水口(9；109)流至所述回流出口(16；116)；在所述进水口(9；109)处的水压高于所述中断压力值的情况下防止水从所述进水口(9；109)流至所述回流出口(16；116)；在所述进水口(9；109)处的水压低于排放压力值的情况下防止水从所述进水口(9；109)流至排水口(20；120)；以及在所述进水口(9；109)处的水压高于所述排放压力值的情况下使水可以从所述进水口(9；109)流至所述排水口(20；120)；其中，所述释放压力值、所述中断压力值以及所述排放压力值被预先设定为至少达到这样的程度；所述释放压力值高于大气压力；所述释放压力值低于所述中断压力值和所述排放压力值中的每一个；以及当所述泵运行时，所述中断压力值和所述排放压力值每一个都低于在所述进水口(9；109)处由所述泵(3)产生的泵送压力。
2.如权利要求1所述的饮料制造机，其特征在于，所述阀结构(7；47)包括在连通的用于使水从所述蒸煮器(5)和泵(3)流入的入口部分(14)和所述回流出口(18)之间的回流控制阀(13；43)，所述回流控制阀(13；43)适于在所述入口部分(14)的水压低于所述释放压力值的情况下防止水从所述进水口(9)流至所述回流出口(16)；在所述入口部分(14)的水压高于所述释放压力值并低于所述中断压力值的情况下使水可以从所述进水口(9)流至所述回流出口(16)；以及在所述入口部分(14)的水压高于所述中断压力值的情况下防止水从所述进水口(9)流至所述回流出口(16)；以及在所述进水口(9)和排水口(20)之间的排放控制阀(10)，所述排放控制阀(10)适于在所述进水口(9)处的水压低于所述排放压力值的情况下防止水从所述进水口(9)流至所述排水口(20)；以及在所述进水口(9)处的水压高于所述排放压力值的情况下使水可以从所述进水口(9)流至所述排水口(20)。
3.如权利要求1所述的饮料制造机，其特征在于，所述阀结构(107)包括在连通的用于使水从所述蒸煮器(5)和泵(3)流入的入口部分(154)和所述回流出口(116)之间的回流控制阀(153)，所述回流控制阀(153)适于在所述入口部分(154)的水压低于所述释放压力值的情况下防止水从所述进水口(109)流至所述回流出口(116)；以及在所述入口部分(154)的水压高于所述释放压力值并低于所述中断压力值的情况下使水可以从所述进水口(109)流至所述回流出口(116)；以及在所述进水口(109)下游并在所述排水口(120)和回流出口(116)上游的排放和回流控制阀(110)，所述排放和回流控制阀(110)适于在所述进水口(109)处的水压高于所述中断压力值的情况下防止水从所述进水口(109)流至所述回流出口(116)；在所述进水口(109)处的水压低于所述排放压力值的情况下防止水从所述进水口(109)流至所述排水口(120)；以及在所述进水口(109)处的水压高于所述排放压力值的情况下使水可以从所述进水口(109)流至所述排水口(120)。
4.如权利要求1或2所述的饮料制造机，其特征在于，所述排放压力值被预先设定为等于或高于所述中断压力值。
5.如权利要求1或2所述的饮料制造机，其特征在于，所述释放压力值至少比大气压力高0.1巴。
6.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，所述释放压力值至多比大气压力高0.5巴。
7.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，所述中断压力值至少比大气压力高0.4巴。
8.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，所述中断压力值至多比大气压力高1.4巴。
9.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，所述排放压力至少比大气压力高0.8巴。
10.如至少权利要求2或3所述的饮料制造机，其特征在于，所述排放控制阀具有阀体(11；111)，所述回流控制阀(13；43；153)是所述排放控制阀阀体(11；111)的一体部分。
11.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，所述阀结构的尺寸被设计成将由于压力处于所述释放压力以上而由所述蒸煮器内的膨胀所导致的并由所述加热器(30)引起的所有水流排出。
12.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，还包括在所述排放通道(19)内处于所述排放控制阀(10；110)的阀体(11)下游并接近所述排放控制阀(10；110)的阀体(11)的限流部(21)。
13.如前述任意一项权利要求所述的饮料制造机，其特征在于，阀体(11)在闭合状态下防止水从所述进水口(9)流至所述排水口，此时所述阀体(11)具有与所述蒸煮器(5)连通的第一表面面积，并且阀体(11)在打开状态下使水可以从所述进水口(9)流至所述排水口，此时所述阀体(11)具有与所述蒸煮器(5)连通的第二表面面积，所述第二表面面积大于所述第一表面面积。
14.如至少权利要求2或3所述的饮料制造机，其特征在于，所述排放控制阀(10；110)和回流控制阀(43)被连接在一起用于使所述回流控制阀(43)响应所述排放控制阀(10；110)的打开而被闭合。
全文摘要
一种饮料制造机具有阀结构(13；43；153)，该阀结构用于响应来自蒸煮器的水压超过中断压力值而阻止水从蒸煮器(5)回流到蓄水器(2)。阀结构(7；47；107)还包括连通的用于使水出流到冲泡单元(8)的排水口(20；120)，并且该阀结构(7；47；107)适于响应在进水口(9；109)处的水压超过在泵送压力下的排放压力值而打开从进水口(9；109)到排水口(20；120)的水通道。阀结构(7；47；107)还适用于也响应来自蒸煮器的水压低于在大气压力以上的释放压力值并低于中断压力值而阻止水从蒸煮器(5)回流到蓄水器(2)。因此在加热到沸腾的过程中蒸煮器内的压力始终保持在大气压力以上。
文档编号A47J31/52GK1822784SQ200480020231
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月12日 优先权日2003年7月15日
发明者S·范德米尔, D·J·T·亨廷克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司