用于饮料制备设备的泵送系统和方法

本申请是申请日为2014年5月21日、申请号为201480029622.5、发明名称为“用于饮料制备设备的泵送系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于饮料制备设备的泵送系统和泵送方法。特别地，本发明提出了一种用于从加压容器中泵送预加热的液体到例如饮料制备设备的冲煮或提取单元的泵送系统和方法。

背景技术

在现有技术中，已知在饮料制备设备中使用各种泵送系统，特别是用于从容器中泵送液体到冲煮或提取单元的泵送系统。

图1示出了在已知饮料制备设备中使用的一种液体泵送系统11。所述泵送系统11包括其中含有液体13的容器12，所述液体13通过主泵14经由流量计17和加热器20被泵送至提取单元16。所述加热器20设置在主泵14的下游。

图2示出了在已知多种饮料制备设备中使用的另一泵送系统11。所述泵送系统11包括液体供应装置19，用于泵送液体13通过高压煮器12至多个提取单元16的主泵14，所述高压煮器12包括加热器121。所述加热器121同样设置在主泵14的下游。

鉴于上述现有技术，希望分别使用被预加热的容器和被预加热的液体，即，在主泵的上游设置加热器。如果被预加热的液体能通过主泵被有效地泵送，则饮料制备例如能更快地进行。

但是，当从被预加热的容器中泵送热的液体时，由该泵所产生的抽吸压力会导致在泵入口的气穴现象。由于在较低压力下蒸发的被泵送液体而发生气穴现象，并且其不可避免地导致泵送性能的下降。

图3示出了气穴现象背后的物理原理。特别地，示出了水的相态图，其中水在固相、液相和气相之间的相态转换条件分别用实线表示。从液态到气态的相态转换(即蒸发)能够通过温度增加或者通过压力降低而发生。例如，在环境温度(约20℃)下，引起气穴所需的用于液体-蒸汽相态改变的绝对压力(蒸发压力)为约23毫巴(mbar)绝对压力。在已知饮料制备设备中使用的主泵典型地产生约500毫巴绝对压力的抽吸压力。这意味着在抽吸侧的绝对压力(1巴-0.5巴＝0.5巴)大于上述的23毫巴的值，因此当水在环境温度泵送时不会发生问题。

但是，在较高的水温时，例如在90℃时，引起气穴所需的压力较高并且为约700毫巴。所述泵的抽吸压力(还是1巴-0.5巴＝0.5巴)现在低于所需的0.7巴的值，因此在泵的入口处可能产生气穴，并且会显著地减低泵送性能。

图4示出了泵送性能的所述降低。任何泵的泵送性能都能通过输出流量vs.输出压力表示。随着增加的温度，泵送性能显著下降。例如，在94℃的水温时，甚至是在较低的输出压力下，流量严重下降。

发明内容

本发明的一个目的是改进现有技术的现状。因此，本发明的一个目的是克服上述的缺点。特别地，本发明旨在提供一种用于饮料制备设备的泵送系统，其能够从被预加热的容器中泵送热的液体，而没有泵送性能的任何显著下降。另外，本发明旨在提供一种能够抑制在泵的入口(泵的抽吸侧)的气穴现象的泵送系统。

本发明的上述目的通过所附独立权利要求实现。本发明的主要思想是通过加压容器来增加抽吸压力。从属权利要求实现了本发明的其它优点。

本发明涉及一种用于饮料制备设备的泵送系统，其包括用于储存和加热液体的容器，用于从所述容器中泵送所述液体优选至所述饮料制备设备的至少一个提取单元的至少一个主泵，和用于对所述容器加压的加压装置。

通过对所述容器加压，即，通过提供一个加压容器，增加了泵所产生的绝对抽吸压力。通过对所述容器加压，在容器内的液体也被加压。由于所述的压力增加，在泵的入口的气穴现象能够避免或至少减少。这导致了在较高的液体温度时的泵送性能的恢复。换言之，被预加热的液体的主泵的泵送性能与环境温度的同种液体的主泵的泵送性能几乎同样好。

本发明的设备因此能加速饮料的制备。另外，不需要主泵下游的加热器。对于移动的饮料制备设备，这是尤为有利的，其能够构造得更紧凑和具有更轻的重量。

有利地，所述加压装置配置为加压所述容器至约0.5至1.0巴，优选为0.7至1.0巴的绝对压力。

通过这些优选压力值，在实际的泵入口之前实现了比蒸发压力更高的绝对压力，其能十分有效地抑制气穴现象。所述优选值考虑到了在所述容器和泵之间的液体回路中的所有压力损失，例如，阀、流量计、管道等。

根据本发明的一个方面，所述加压装置为气泵。

所述气泵优选内置在所述容器中或者设置在所述容器的上游。气泵便宜且易于实施。

根据本发明的另一方面，所述加压装置为用于控制在容器内的液位和液体温度的单元。

当在容器中的液体被加热时，蒸汽压力增加。通过控制在所述容器中的液位，蒸汽压力能用于设定在容器中的绝对压力。很多饮料制备设备已具有控制单元，其可以相应地设置程序。因此该方案特别容易。

根据本发明的另一方面，所述加压装置为活塞。

所述活塞优选为机械活塞，其设置在容器内或容器上。所述活塞配置为在所述容器上推压，以增加绝对压力。所述活塞能电动地或机械地工作。

根据本发明的另一方面，所述加压装置为液泵，优选为低压水泵。

液泵能很容易地集成在液体流动回路中，例如，可以设置在水供应装置和容器之间。所述液泵能保持在容器中的液体的特定压力。

所述泵送系统能设计为用于移动的饮料制备设备，其中容器优选为保温瓶。

当使用保温瓶作为容器时，在液体填充到所述容器中之前它就能够被加热，并且在保温瓶中保持其温度。通过本发明的泵送系统，不需要主泵下游的加热器。与所述保温瓶结合，可以设计用于制备热饮料的小型移动制备设备。

泵送系统也可以设计为用于多种饮料的制备设备，其优选地包括用于从容器泵送液体到多个提取单元的多个主泵。

每一主泵可优选为独立操作，以制备各种不同饮料中的一种。每一提取单元还可包括其自身的主泵。因此，作为使用昂贵的单个主泵——如现有技术已知的——给每一提取头提供类似的提取压力的替代，可以安装多个较小且较便宜的主泵。

优选地，多个主泵中的每一个配置为以各自的压力泵送液体至多个提取单元中的一个。

每一个提取头可以通过所述主泵中的一个被供应液体，其中优选地，对于每一提取头，液体以专用压力被供应。因此，所述饮料制备设备更为通用。

另外，由于对于待制备的不同饮料而言不同的液体压力是最佳的或是必须的，因此能改进由所述多种饮料制备设备所提供的饮料的质量。

优选地，所述容器为低压煮器，其支持约1至3巴的压力。

由于泵送系统的主泵能从所述煮器中泵送液体，即，以高的泵送性能泵送被加热的液体，所以在容器的上游不需要主泵。优选地，仅低压液泵设置在所述容器的上游，以便为容器加压。因此，现有技术所使用的高压煮器能由低压煮器替代，由此泵送系统的设计变得更简单、更小、更便宜。

优选地，所述液泵配置为接收来自液体供应装置的液体。

优选地，所述容器配置为加热所述液体至约90℃或更高的温度。

高温允许用于制备饮料所需时间显著缩短，因为从所述容器泵送的液体已经适合饮料的制备。由于所述加压容器，高温能够用于预加热液体，而不必牺牲泵送性能。因此，即使是需要高的泵输出压力(即高泵送性能)的饮料，例如意式浓缩咖啡(espresso)，也能够十分快速地以高的质量制备。

优选地，所述至少一个主泵配置为在分别约14至3巴的最大输出压力下以约100至300ml/min的最大流量泵送加热至90℃或更高温度的液体。

这意味着，所述至少一个主泵能够在14巴的最大输出压力下以100ml/min的最大流量和在3巴的最大输出压力下以300ml/min的最大流量泵送90℃的液体，例如水。在这些值所限定的范围内，所述最大流量随着输出压力的减小而基本成线性地增加。在这样的泵的情况下，由于所述预加热的容器，能够迅速地制备各种饮料(一些饮料仅需要低的输出压力但是高流量，其它的饮料需要高的输出压力但是低流量)。

本发明还涉及一种用于饮料制备设备中的泵送方法，其包括：在容器中加热液体，利用加压装置对所述容器加压，使用至少一个主泵从所述容器泵送液体优选地至饮料制备设备的至少一个提取单元。

优选地，所述液体被加热至90℃或更高温度，所述容器被加压至约0.5至1.0bar的绝对压力。

所述泵送方法实现了与上述泵送系统相同的优点，即，被加热的液体能以高的泵送性能被泵送。因此，饮料能被更快地制备并且具有改善的质量。

附图说明

现在将结合附图对于本发明做更详细的描述。

图1示出了现有技术的饮料制备设备的泵送系统。

图2示出了现有技术的多种饮料制备设备的泵送系统。

图3示出了水的相态图。

图4示出了在不同液体温度下现有技术的泵送性能的对比。

图5示出了根据本发明的一种泵送系统。

图6示出了根据本发明的一种泵送系统。

图7示出了根据本发明的一种泵送系统。

图8示出了根据本发明的一种泵送系统。

图9示出了在不同液体温度和不同的容器压力下的泵送性能。

具体实施方式

图5示出了本发明的一种泵送系统1。所述泵送系统1包括容器2，其配置为储存并且加热液体3。容器2因而是设计为提供被加热的液体的预加热容器。所述液体3可以例如为水、牛奶、汤、水基液体、巧克力基液体、咖啡基液体、牛奶基液体等。特别地，液体3可以为适于制备温或热饮料的任何液体。

在图5中示出的泵送系统1对于移动饮料制备设备特别地有用。优选地，容器2为用于保持液体热的保温瓶。但是，所述容器2也可以为罐或煮器。容器2也可设置有用于加热液体3的有源加热装置，例如，加热线圈、加热丝或者加热块。所述容器2还可设置有或连接至控制单元(未示出)，所述控制单元适于至少控制在容器2中的液体温度。

容器2经由液体流动回路(例如通过管道8)连接至主泵4。所述主泵4配置为从容器2中泵送液体3。优选地，所述主泵4配置为从容器2泵送液体3至饮料制备设备的冲煮或提取单元6。主泵4可以为液压泵、齿轮泵、蠕动泵或者用于泵送液体3的其它任何合适的泵。优选地，主泵4通过流量计7连接至容器2，所述流量计7配置为用于测量和控制通过主泵4的流量。所述流量计7能反馈测量值至控制单元或者其自身能够调节流入至主泵4的液体流量。

泵送系统1还设置有用于对容器2和/或容器2中的液体3加压的加压装置5。如在图5中示出的，加压装置5可以为气泵51。气泵51内置在容器2中或者设置在容器2的上游。气泵51配置为当被启动时增加或降低在容器2中的压力。气泵51可以由控制单元控制。

优选地，加压装置5配置为实现容器2内的一定的绝对压力，所述绝对压力为约0.5至1巴，更优选地为0.7至1巴。考虑到在容器2和主泵4之间的液体回路中的所有压力损失原因(例如阀、流量计、管道8等)，该预压力值选择为用于在主泵入口前增加压力至能够有效地抑制液体3的气穴的值。

通过加压装置5，在容器2内提供在压力下的被加热的液体。这意味着在容器2内的绝对压力增加了。因而在主泵4入口的绝对抽吸压力也增加了，因此抑制了气穴现象。所以，即使是在70℃或更高的液体温度，或甚至在90℃或更高的液体温度，主泵4的泵送性能也能显著地增加。

在图5中示出的气泵51是增加在容器2中的绝对压力的一个优选方式。图6示出了用于增加容器2中的压力的一种替代的优选方式。特别地，在图6中使用机械活塞52作为加压装置5，所述活塞被设计为在容器2上推压。机械活塞52可以例如由马达驱动，并且可以通过上述的控制单元控制。机械活塞也可以被机械地驱动，并且可以例如设置为由用户手动地操作。

图7示出了增加在容器2中的压力的另一优选方式。这里，加压装置5通过单元53实现，单元53能通过上述的控制单元实现，但是也可以是一个独立的单元。单元53优选配置为控制在容器2中的液位。优选地，单元53也配置为控制在容器2中的液体温度。因此，由加热所述液体3所引起的蒸汽压力可用于增加在容器2内的压力。为了控制液位，单元53优选地连接至某类型的液体供应装置，并且优选地能够增加或减少在容器2中的液体3的量。

图8示出了本发明的另一泵送系统1，其对于多种饮料制备设备特别地有利。所述多种饮料制备设备可以例如为能够制备茶、咖啡、意式浓缩咖啡和/或巧克力饮品等的设备。因此，所述多种饮料制备设备优选地设置有多个冲煮或提取单元6。例如，图8示出4个冲煮或提取单元61-64，其可分别用于制备不同的饮料。

在该示例中的本发明的泵送系统1包括多个主泵4，其中每一主泵4专用于饮料制备设备的冲煮或提取单元61-64中的一个。主泵4均被配置为从被预加热的容器2中经由管道8并且优选地通过多个流量计7泵送液体3进入各自的饮料提取单元61-64。主泵4可根据上述说明设计。

容器2优选为煮器。因此，容器2优选设置有加热装置21。加热装置21可以例如为加热丝、加热线圈或加热块。容器2具有液体入口和液体出口，并且配置为优选当液体3被泵送通过容器2时加热液体3。优选地，容器2被设计为低压煮器，即，支持至多约1-3巴压力的煮器。现有技术典型地使用高压煮器，其支持至多约10至15巴的压力。但是，高压煮器更为复杂并且制造更为昂贵。

泵送系统1同样包括加压装置5。加压装置5优选为低压泵54。加压装置5优选地连接至液体供应装置9，液体供应装置9用于供应液体3至容器2内。

图8的泵送系统1避免了如在现有技术中所使用的昂贵的单个主泵14。典型地，单个主泵14对于每一提取单元161-164提供类似的提取压力(见图2)。优选地，在根据图8的本发明的泵送系统1中，每一主泵4可以独立地操作。

另外，优选地每一饮料提取单元61-64能独立地操作并且具有不同的操作参数。从不同的饮料配料中制备不同饮料需要不同的操作参数，例如，所供应液体的不同压力。例如，意式浓缩咖啡需要较高的液体压力，而茶需要较低的液体压力。因此，优选地，每一提取单元61-64具有专用的主泵4，主泵4根据由饮料提取单元61-64所分别制备的饮料而选择。换言之，用于制备意式浓缩咖啡的饮料提取单元61连接至高压主泵4。用于制备茶的饮料提取单元62连接至较便宜的低压主泵4。本发明的泵送系统1因此提供比现有技术更好的通用性。

图9示出如何使用本发明的泵送系统1和方法通过加压容器2而可以实现即使是在升高的液体温度下的高的泵送性能。图9特别地示出了本发明的主泵4的性能图表(即流量vs.输出压力)。可以看出，通过在环境温度的主泵4和不加压的容器2实现的理想的性能曲线与当容器2中的压力增加至0.7巴或更高时在95℃液体温度的性能曲线大致匹配。

由于通过增加容器压力来抑制气穴，主泵4的泵送性能也增加了。因此，从容器2泵送经预加热的液体至饮料制备设备的提取单元6而没有泵送性能的任何损失成为可能。在主泵4之后(下游)设置的加热器、煮器或任何其它加热装置可以省略。还需要注意的是，气穴的抑制也反映在泵的声音中。主泵4不仅能够以增加的性能泵送(或者至少不比在环境温度显著更差的性能)，还能够更加安静地操作。

总之，本发明描述了一种泵送系统1，其具有被预加热的容器2，用于泵送所述被预加热的液体3的主泵4，和用于对容器2中的液体3加压的加压装置5。本发明实现了对气穴现象的几乎完全抑制，和因而在升高的液体温度下增加的泵送性能。