(57)【要約】  バルブアセンブリ８は、飲料製造装置１の熱交換部分において加熱又は冷却された或る流体の温度を微調整する。バルブアセンブリ８は、熱交換部分６の出口と流体連結される第１の入口２１と、前記流体のより温かいか又はより冷たいバージョンのソースと流体連結される第２の入口２２と、第１及び第２の入口をそれぞれ通る流量を変えるための第１及び第２の閉鎖手段と、混合バルブを通る全体流量が実質的に一定のままになるように、前記入口のうち一方の入口を通る流量の増大が、他方の入口を通る流量の実質的に同様のサイズの減少により整合されるような態様で、第１及び第２の閉鎖手段を制御する制御手段とをもつ混合バルブ１０を有する。
2011501995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料を調製する装置であって、
熱交換部分を通って流体を冷却又は加熱するための少なくとも１つの熱交換部分を備えた流体供給システムと、
混合バルブを備えたバルブアセンブリとを有し、
前記混合バルブは、
前記熱交換部分の出口と流体連結される第１の入口と、
前記流体のより温かいか又はより冷たいバージョンのソースと流体連結される第２の入口と、
前記第１の入口及び前記第２の入口をそれぞれ通る流量を変えるための第１の閉鎖手段及び第２の閉鎖手段と、
前記混合バルブを通る全体流量が実質的に一定のままになるように、前記入口のうち一方の入口を通る流量の増大が、他方の入口を通る流量の実質的に同様のサイズの減少により整合されるような態様で、前記第１の閉鎖手段及び前記第２の閉鎖手段を制御する制御手段とを有する、装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記混合バルブの出口の近くに設けられた温度センサを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の閉鎖手段及び前記第２の閉鎖手段は、機械的に相互接続される、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の閉鎖手段及び前記第２の閉鎖手段は、プランジャの部分を形成し、前記ブランジャは、前記第１の入口及び前記第２の入口のうち一方が完全に閉鎖されて他方が完全に開口される２つの最終位置、並びに、任意の中間位置の間で移動される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記バルブアセンブリは、入口及び２つの出口をもつ第２のバルブを有し、
前記入口は、前記混合バルブの出口と流体連結され、
閉鎖手段は、前記２つの出口のうち一方の出口を選択的にブロックするために設けられる、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記混合バルブ及び前記第２のバルブは、実質的に同様の構成である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記混合バルブの前記閉鎖手段、及び、前記第２のバルブの前記閉鎖手段は、１つのモータにより動作される、請求項５又は請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混合バルブ及び前記第２のバルブの前記閉鎖手段を実質的に互いに独立して動作させるように設けられた、第１及び第２の偏心カム面をもつカムが設けられる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１及び第２の偏心カム面は、それぞれ、前記カムが回転される間に関連する閉鎖手段を動作させるため専用の、変動半径をもつ少なくとも第１の部分と、前記カムが回転される間に関連する閉鎖手段を一の位置に維持させるため専用の、実質的に一定半径をもつ少なくとも第２の部分とを有し、
前記第１及び第２の偏心カム面の前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記第２のバルブの前記閉鎖手段が一の位置に維持されながら、前記混合バルブの前記閉鎖手段が動作され、逆の場合も同じであるように、カムの円周に沿って配向される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の偏心カム面は、直径方向で向かい合う対となる４つのセグメントに分割され、
前記第１の偏心カム面の半径は、セグメントの第１の対において一定であり、セグメントの第２の対において変化し、
前記第２の偏心カム面の半径は、セグメントの第２の対において一定であり、セグメントの第１の対において変化する、請求項８又は請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
セグメントの前記第１の対は、セグメントの前記第２の対の円周の長さよりも小さい、より特に、セグメントの前記第２の対の円周の長さの半分よりも小さい円周の長さをもつ、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の装置において述べられたバルブアセンブリの特徴を有する、バルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブアセンブリ及び斯様なバルブアセンブリを使用する装置、特に所望の温度の飲料を調製するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの飲料調製装置においては、調製プロセスにおける幾つかのステージで、飲料又はその幾つかの流体原料が、前記の流体を所望の温度に加熱又は冷却するために熱交換部分を通る。例えば、水及びフォーミュラ（formula）から赤ちゃん用ミルクを調製するときには、水は、最初に、水を消毒するために加熱手段を通り、次に、適切な消費温度に水を冷却するために冷却手段を通る。前記熱交換部分を出る流体の正確な温度は、例えばその部分に入るときの流体の温度、その部分を通る流量等に依存して変化し得る。
【０００３】
より正確に前記温度を制御するために、流体を自己のより冷たいか又はより熱いバージョンと混合するためのバルブアセンブリが提供される。より冷たいか又はより熱いバージョンは、装置又は或る外部ソースにおいて或る上流又は下流ポイントからタップされ得る。前記流体間の適切な混合比率を設定するために、既知の混合バルブは、混合された流体の温度が所望の温度から外れるときに膨張する感熱体を備えている。この膨張は、一方の流体の流入が削減され、従って、混合比率及び生ずる混合温度が変化されることをもたらす。
【０００４】
これらの既知の混合バルブの欠点は、感熱体が適切に機能するためにかなり大きな流量を必要とすることである。斯様な大きな流量は、多くの場合、本発明の装置において利用可能ではないだろう。そして、利用可能であるときには、斯様な大きな流量は、バルブが最適な設定に達する時までに、大量の冷た過ぎるか又は熱過ぎる流体をバルブに通過させることをもたらすだろう。また、既知の混合バルブの出力フローは、選択された混合比率に依存して変化する。従って、（本発明の装置の場合にしばしば当てはまる）混合バルブが特定量の流体を供給すべきときには、特別な流量センサ又は他の適切なセンサが所望の量を測定するために必要とされるだろう。これは、装置をより高価で複雑なものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故、飲料を調製するための装置のような、比較的小さいが好ましくは一定の流量で動作する装置で使用する改良された温度制御バルブアセンブリの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明の装置は、熱交換部分を通る流体を冷却又は加熱するための少なくとも１つの熱交換部分を備えた流体供給システムと、混合バルブをもつバルブアセンブリとを有する。前記混合バルブは、当該装置の前記熱交換部分の出口と流体連結された第１の入口と、前記流体のより熱いか又はより冷たいバージョンのソースと流体連結された第２の入口と、前記第１及び第２のバルブのそれぞれを通る流量を変える第１及び第２の閉鎖手段と、一方の前記入口を通る流量の増大が、他方の前記入口を通る流量の実質的に同様のサイズの減少により整合されるような態様で、前記第１及び第２の閉鎖手段を制御するように設けられた制御手段とをもつ。
【０００７】
斯様なバルブアセンブリのおかげで、混合バルブを通る全体流量は、出力流体の温度を制御するために必要な混合比率に関わらず、実質的に一定のままであるだろう。従って、本発明のバルブアセンブリによれば、バルブアセンブリが開口されている間の時間を簡単に制御することにより、正確に制御された温度の予め決められた量の流体を供給することが可能となる。
【０００８】
更に、混合比率が、或る感熱体によっては設定されないが、例えばバルブアセンブリを出る流体の温度測定に基づいて第１及び第２の閉鎖手段の位置を積極的に制御する制御手段により設定されるアセンブリは、小さな流量で機能することができる。
【０００９】
第１及び第２の閉鎖手段は、別個の駆動手段により制御され得る。しかしながら、有利な態様によれば、第１及び第２の閉鎖手段が機械的に相互接続され、１つの駆動手段により制御され得る。斯様な場合において、第１の閉鎖手段及び第１の入口は、第２の閉鎖手段及び第２の入口の鏡像（mirror image）になるように設計され、その結果、第１の閉鎖手段の位置の変化、及び、第１の入口の通路の付随する変化は、同様のサイズであるが反対符号の第２の入口の通路の変化をもたらす。しかしながら、第１の入口を通って混合バルブに入る流体が、第２の入口を通って混合バルブに入る流体とは異なる圧力で前記バルブに入る場合には、第１の閉鎖手段のデザインは、第２の閉鎖手段のデザインとは若干異なるだろう。第１の入口でのより高い圧力の場合において、第１の閉鎖手段及び第２の閉鎖手段の各デザインは、前記閉鎖手段の位置を変化させる時に、第１の入口の通路のサイズが、第２の入口の通路のサイズの付随する減少又は増大と比較して、少ししか増大又は減少しないようになる。
【００１０】
本発明の他の有利な態様によれば、２つの方向のうちいずれかの混合バルブを出る流量を再指向するように設けられた第２のバルブが提供されてもよい。それ故、この第２のバルブは、所望の温度の流体を通過させ、他の温度の流体をそらすことができる。
【００１１】
本発明の更に他の有利な態様によれば、第２のバルブは、混合バルブと同一の構成をもってもよい。これは、バルブアセンブリのコストを削減するのに役立つ。
【００１２】
本発明の他の有利な態様によれば、第２のバルブ及び混合バルブの制御が同一の駆動手段で行われてもよい。これは、アセンブリのコストを削減するのに非常に役立つ。
【００１３】
本発明は、更に、本発明の飲料製造装置で使用する前述された特徴のいずれかを備えたバルブアセンブリに関する。
【００１４】
本発明の装置及びバルブアセンブリの他の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
【００１５】
本発明を説明するために、その例となる実施形態が添付図面を参照して後述されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】飲料を調製するための本発明の装置のレイアウトを概略的に示す。
【図２ａ】図１の装置で用いるための本発明の混合バルブを断面図で概略的に示す。
【図２ｂ】図１の装置で用いるための本発明の他の混合バルブを断面図で概略的に示す。
【図３】図１の装置で使用する本発明のバルブアセンブリを断面図で示す。
【図４】各バルブが１つの駆動手段で動作され得る、図３のバルブアセンブリの代替実施形態を断面図で示す。
【図５ａ】図４のバルブアセンブリにおける各バルブを駆動させるために用いられ得るカムの一実施形態を更に詳細に示す。
【図５ｂ】図４のバルブアセンブリにおける各バルブを駆動させるために用いられ得るカムの一実施形態を更に詳細に示す。
【図５ｃ】図４のバルブアセンブリにおける各バルブを駆動させるために用いられ得るカムの一実施形態を更に詳細に示す。
【図５ｄ】図４のバルブアセンブリにおける各バルブを駆動させるために用いられ得るカムの一実施形態を更に詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明では、本発明のバルブアセンブリ８が、飲料を調製するための装置１におけるそのアプリケーションを参照して述べられるだろう。しかしながら、バルブアセンブリ８が他のアプリケーション、特に、流体が所望の温度に加熱及び／又は冷却される必要がある任意の装置において有利に用いられることが理解されるべきである。
【００１８】
図１は、例えば水及びフォーミュラから赤ちゃん用ミルクを調製する、飲料を調製するための装置１を概略的に示している。本装置１は、所望の量の水及びフォーミュラを混合システム３にそれぞれ投与するための水供給システム２及び（矢印Ａで概略的に示された）フォーミュラ供給システム、又は、後に混合が手動で行われ得る哺乳瓶２０のような容器を有する。
【００１９】
水供給システム２は、水容器４、第１の熱交換部分５、第２の熱交換部分６、バルブアセンブリ８、並びに、前述された構成要素を通って水を輸送するための適切な供給ライン及びポンピング手段９を有する。水容器４の代わりに又はこれに加えて、水供給システム２は、タップウォータメイン（tap water main）への直接接続を有してもよい。
【００２０】
本実施形態において、第１の熱交換部分５は、バクテリアを死滅又は不活性化させるために、水を加熱するように設けられる。この部分５は、例えば、ボイラ、電気コイル又は任意の他の加熱手段を有し得る。
【００２１】
第２の熱交換部分６は、水を所望の温度、例えば消費状態の温度まで冷却するために設けられる。赤ちゃん用ミルクに関して、斯様な温度は、例えば、室温からおよそ摂氏４５℃の範囲にあり、好ましくはおおよそ摂氏３７℃である。この第２の熱交換部分６は、冷却されるべき水と冷却流体とが互いに対向するフロー方向で流される、例えば熱交換器、より特に逆流熱交換器を含む。斯様な逆流熱交換器によれば、比較的大量の熱が温水から除去され、比較的短い冷却時間をもたらす。有利な実施形態によれば、冷却流体は、第１の熱交換部分５に向かって進む水を有する。それ故、第１の熱交換部分５に入る水が既に予め加熱されるので、エネルギが節約され得る。従って、少量のエネルギだけがこの水を所望の温度に加熱するために必要とされるだろう。
【００２２】
バルブアセンブリ８は、前の水の温度を所望のバルブに微調整させるために、第２の熱交換部分６を出る冷却された水をより温かい水と混合するために設けられる。この目的を達成するために、バルブアセンブリ８は、図２に最も良く示されるように、２つの入口２１，２２、出口２４及びピストン２５を備えた混合バルブ１０を有する。第１の入口２１は、第２の熱交換部分６の出口と流体連結されている。第２の入口２２は、第１の熱交換部分５の出口と流体連結されている。各入口２１，２２を通る流量比率を制御するために、ピストン２５は、入口２１，２２のうち一方が完全に開口されて他方が完全に閉鎖されるような２つの最終位置、及び、任意の中間位置の間で移動される。
【００２３】
代替実施形態によれば、第２の入口２２は、他の温水ソース、例えば外部ソース又は水供給システム２の他の部分と流体連結され得る。しかしながら、第１の熱交換部分５の水を用いることは、この水が概して十分に知られた及び／又は十分に制御された温度であるという利点を提供する。これは、混合バルブ１０の制御、特に正確な混合比率の設定を容易に提供するだろう。更に、前記温水は、温度が制御される水と同じ浄化処理を第１の熱交換部分５において行うという点で、きれいなものであることが保証されるだろう。
【００２４】
バルブアセンブリ８は、特定の温度を通過させ、全ての他の水をそらすための第２のバルブ１２を更に有する。この目的を達成するために、第２のバルブ１２は、図３に最良に示されるような、入口２６、２つの出口２７，２８、及びピストン３０を備えた３方向バルブとして構成される。入口２６は、混合バルブ１０の出口２４に流体連結されている。第１の出口２７は、混合システム３の入口と流体連結されている。第２の出口２８は、容器４と流体連結されている。ピストン３０は、第１の出口２７が完全に開口されて第２の出口２８が完全に閉鎖されるか、又は、第１の出口２７が完全に閉鎖されて第２の出口２８が完全に開口されるかのいずれかであるような２つの最終位置の間でのみ移動される。
【００２５】
バルブアセンブリ８は、例えば混合バルブ１０の出口２４の近くに設けられ得る温度センサ３２と、前記センサ３２から受信された測定データに基づいて各ピストン２５，３０の移動を制御するための制御ユニット（図示省略）とを更に含み得る。
【００２６】
前述された装置は以下のように機能する。赤ちゃん用ミルクが調製されるべき場合には、容器４からの水が、バクテリアを死滅させるために水が加熱される第１の熱交換部分５を通ってポンピングされる。その後、水は、所望の温度、例えば消費温度まで水を冷却するための第２の熱交換部分６を通過する。好ましくは、この第２の熱交換部分６は、この部分を出る水の温度が所望の温度とある低い値との間で変化するように寸法される。そして、この水は、水温がセンサ３２で測定されるバルブアセンブリ８を通過する。水温が所望の値である場合には、制御ユニットは、混合システム３に水を通すために、第２のバルブ１２の第１の出口２７を完全に開口するようにピストン３０を制御するだろう。一方、実際の水温が所望の温度から外れた場合には、制御ユニットは、前記水を容器４に戻すために、第２の出口２８を完全に開口するようにピストン３０を制御するだろう。同時に、制御ユニットは、混合バルブ１０の混合比率を変えるために、より特に、第１の入口２１を通る水の流れを削減させ、第２の入口２２を通る温水の流れを増大させるために、ピストン２５の位置を変えるだろう。水が所望の温度に達したときには、ピストン３０の位置は、この水を混合システム３に通過させるために、再びシフトされ得る。
【００２７】
図２ａから、ピストン２５並びに第１及び第２の入口２１，２２のデザインが左右対称であることが見られる。これは、入口２１，２２のうち一方を通る流量の増大が、他方の入口２２，２１を通る流量の同等サイズの減少により達成されるという利点を提供する。それ故、混合バルブ１０を出る全体流量は、実質的に一定のままである。２つの方向（即ち、混合システム３又は容器４）のうちの一方にこの全体流量を再指向させるように単純に機能する第２のバルブ１２についても同じである。従って、バルブアセンブリ８を出る流量は、実質的に一定であるだろう。これは、水供給システム２が（しばしば飲料調製装置の場合に当てはまる）特定の予め決められた量の流体を供給する場合に特に有益である。バルブアセンブリ８を出る流量が一定であるので、斯様な予め決められた量は、第１の出口２７が開口される時間を制御することにより容易に制御され得る。従って、追加の流量センサの必要性が省略され得る。図２ｂにおいて、ピストンの異なるデザイン、この場合においてはプランジャ２５が示される。この非対称のプランジャ２５は、第１の入口２１を通って供給された水と第２の入口２２を通って供給された水との圧力が異なる場合において用いられる。第１の入口２１を介して混合バルブ１０に入る水が比較的高い圧力で供給され、第２の入口２２を介して混合バルブ１０に入る水が比較的低い圧力で供給される場合において、前記入口２１，２２の流量の増大及び減少は、依然として同等サイズであり、バルブアセンブリ８を出る一定流量をもたらすだろう。しかしながら、各通路は、この場合においては、同等サイズではない。混合バルブ１０を通過させるためにプランジャ２５の高圧側２５ｂで水を配分する通路は、混合バルブ１０を通過させるためにプランジャ２５の低圧側２５ａで水を配分する付随する通路よりも小さなサイズで増大又は減少するだろう。これは、図２ｂで示される非対称構造をもつプランジャ２５で達成され得る。前記プランジャ２５のデザインは、各入口２１，２２を通過する供給水のそれぞれ異なる圧力に適合されることが明らかである。プランジャ２５の位置の変化、例えば、第１の入口２１に向かうプランジャ２５のシフトは、第１の入口２１での通路のサイズの変化、それ故にサイズのより小さな減少に比べて、第２の入口２２での通路のサイズのより大きな変化、それ故にサイズのより大きな増大をもたらし、及び、その逆をもたらす。プランジャ２５が図２ｂに示されたものとは異なる形状をもつことができ、これにより、述べられたような２つの入口２１，２２の通路を制御する同一の手法を依然として提供することが明らかである。
【００２８】
図３の実施形態において、混合バルブ１０及び第２のバルブ１２は実質的に同一の構成のものである。これは、バルブアセンブリ８の生産コストを最小限にするのに役立つ。更に、各バルブ１０，１２のピストン２５，３０は、２つの別個のモータＭ１，Ｍ２により駆動されることに留意されたい。図４の実施形態８´に従って（モータ自体は示されていない）、１つのモータＭにより双方のピストン２５，３０を駆動させることにより、更なる生産コストが節約され得る。ピストン２５，３０が互いに独立して移動されることを可能にするために、特別なカム３５が用いられ、その実施形態が図５に示される。
【００２９】
カム３５は、ピストン２５を駆動させるための上部リング状カム面４０と、ピストン３０を駆動させるための下部リング状カム面４２とを有する。カム面４０，４２は、カム３５の主回転軸Ｓに対して偏心して設けられ、それぞれが、直径方向で向かい合う対となる４つのセグメントＩ〜ＩＶに分割される。セグメントＩＩ，ＩＶの第２の対の円周の長さは、第１の対Ｉ，ＩＩＩのものよりも大幅に長い。各セグメントＩ〜ＩＶにおいて、カム面４０，４２の半径Ｒは、予め決められた経路に従って異なる。
【００３０】
上部カム面４０は、セグメントＩに最小の半径Ｒ（ａ）をもち、セグメントＩＩＩに最大半径Ｒ（ｂ）をもつ。中間セグメントＩＩ，ＩＶにおいて、半径Ｒは、最小値Ｒ（ａ）から最大値Ｒ（ｂ）まで非常に緩やかに増大する。反対に、下部カム面４２は、セグメントＩＶに最小半径Ｒ（ａ）をもち、セグメントＩＩに最大半径Ｒ（ｂ）をもつ。中間セグメントＩ，ＩＩＩにおいて、その半径Ｒは、最小値Ｒ（ａ）から最大値Ｒ（ｂ）まで非常に急速に増大する。
【００３１】
最小半径Ｒ（ａ）と最大半径Ｒ（ｂ）との間の差分は、ピストン２５，３０の最大可能ストロークに対応する。付勢手段４５は、各カム面４０，４２に向かってピストン２５，３０を付勢するために設けられる（図４参照）。
【００３２】
スペシャルカムデザインのおかげで、ピストン２５，３０は、互いに独立して調節され得る。より特に、セグメントＩは、ピストン２５が影響を受けることなく入口２１をブロックする最終位置のままでありながら、その２つの最終位置の間でピストン３０を素早く移動させるために用いられる（これは、図４に示された位置に対応する）。セグメントＩＩＩは、ピストン２５が影響を受けることなく入口２２をブロックする他方の最終位置のままでありながら、その２つの最終位置の間でピストン３０を素早く移動させるために用いられる。同様の手法において、セグメントＩＩ及びＩＶは、ピストン３０が影響を受けることなく第２の出口２８及び第１の出口２７をそれぞれ完全にブロックするこれらの最終位置のうち一方のままでありながら、その最終位置と各中間位置との間でピストン２５を移動させるために用いられる。
【００３３】
本発明は、如何なる手法においても、説明及び図面で提示された例となる実施形態に限定されるものではない。示された及び説明された実施形態の（部分の）全ての組み合わせは、この説明の範囲内に組み込まれることが明確に理解され、本発明の範囲内に収まることが明確に理解される。更に、多くのバリエーションが、特許請求の範囲で記載されたような本発明の範囲内で可能である。
【図１】
2011501995.tif 000003
【図２ａ】
2011501995.tif 000004
【図２ｂ】
2011501995.tif 000005
【図３】
2011501995.tif 000006
【図４】
2011501995.tif 000007
【図５ａ】
2011501995.tif 000008
【図５ｂ】
2011501995.tif 000009
【図５ｃ】
2011501995.tif 000010
【図５ｄ】
2011501995.tif 000011
【国際調査報告】
2011501995.tif 000012
2011501995.tif 000013