用于感測制冰裝置中的冰厚度的裝置和方法
【專利說明】用于感測制冰裝置中的冰厚度的裝置和方法
[0001]1.本申請要求美國臨時專利申請N0.61/758，080的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容通過引用清楚地并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]2.本發(fā)明總的涉及制冰裝置，具體涉及一種包括用于更精確和可控地確定何時啟動收獲循環(huán)的系統(tǒng)和方法的制冰裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]3.商用制冰機(jī)產(chǎn)生透明的冰塊而不是白濁的冰塊。家用、冰箱內(nèi)置型制冰裝置通常產(chǎn)生白濁的冰塊。這是因?yàn)榧矣弥票b置通過將水沉積在附著于蒸發(fā)器的?；虮P中并允許水在靜止?fàn)顟B(tài)凍結(jié)來形成冰塊。以此方式形成的冰塊是白濁的，因?yàn)榭諝夂碗s質(zhì)在水凍結(jié)時被截留在水中。商用制冰機(jī)通過使水流過稱為冷凍板的冷凍表面來形成冰。隨著水流過冷凍表面，形成了冰層，這些冰層內(nèi)不會截留空氣或許多礦物。
[0004]4.在典型的商用制冰機(jī)中，水傾瀉在豎直地布置的冷凍板的表面上。冷凍板包括多個凹窩或孔格，冰塊在這些凹窩或孔格中形成。傾瀉在冷凍板上但不凍結(jié)的水被捕集在位于冷凍板下方的集槽中且最終從集槽被泵送回到冷凍板的頂部并被允許一次又一次傾瀉在冷凍板上，直至水冷卻至其冰點(diǎn)并然后逐漸凍結(jié)成冰塊。在適當(dāng)?shù)臅r候，冷凍板被加熱并且所形成的冰從冷凍板釋放并掉落到儲冰盒內(nèi)。
[0005]5.在冷凍板的每個孔格都充滿凍結(jié)的水時，各孔格開始變成互相連接而形成一大塊凍結(jié)冰。當(dāng)收獲循環(huán)啟動以從冷凍板釋放該大塊時，搭接各個孔格的冰趨于斷裂而形成較小塊的冰和單獨(dú)的冰塊。
[0006]6.重要的是確定冰何時已形成為具有充分的厚度以使得可以收獲它。過早收獲產(chǎn)生小的冰塊，或在一些情況下根本不產(chǎn)生冰，因?yàn)樾K在它們可以被收獲之前已熔化。過遲收獲產(chǎn)生大而厚的冰塊，其不容易分離成較小的片或單獨(dú)的塊。冰厚度傳感器檢測在冷凍板上形成的冰的厚度。當(dāng)達(dá)到期望厚度時，傳感器用信號告知制冰裝置結(jié)束冷凍循環(huán)并開始收獲循環(huán)。在收獲循環(huán)中，致冷循環(huán)被顛倒且冷凍板被加熱以使所形成的冰塊熔化離開冷凍板。
[0007]7.多年來已使用不同裝置來確定冰厚度，進(jìn)而確定合適的收獲時點(diǎn)。美國在售的大部分商用制冰機(jī)利用位于冷凍板和蒸發(fā)器前方的鉸接傳感器來確定冰的厚度何時已達(dá)到期望點(diǎn)以便啟動冰塊的收獲。鉸接傳感器方案的優(yōu)點(diǎn)是直接測量冰厚度，而不是由其它測量結(jié)果來推斷厚度。該類型的系統(tǒng)非常普遍，因?yàn)樗鄬θ菀讬C(jī)械地調(diào)節(jié)并提供相對準(zhǔn)確的冰厚度測量結(jié)果。
[0008]8.但是，該方案具有許多缺點(diǎn)。由于傳感器處于食品區(qū)中，所以它必須符合國家衛(wèi)生基金會(NSF)針對飲用水的規(guī)定。因此，傳感器必須由合適的材料制成且具有如NSF規(guī)定的適合在制冰機(jī)的食品區(qū)中使用的幾何形狀。此外，傳感器暴露于流動的水，因?yàn)楸仨氈?jǐn)慎確保它不會被水或水可能留在傳感器上的水垢不利地影響。
[0009]9.由于傳感器被安置在蒸發(fā)器和冷凍板的前方，所以在收獲冰時必須將傳感器移開以使得傳感器不會受到掉落的冰的撞擊。因此，傳感器是可能由于未正確地移動而失效的運(yùn)動部件。所感測到的冰的厚度取決于傳感器離冰有多遠(yuǎn)。因此，該傳感器必須剛好處于正確位置，或者它不會按需工作。該距離必須由手動進(jìn)行調(diào)節(jié)且因此可能被不正確地調(diào)節(jié)或久而久之改變的定位螺釘控制，并且由于冰厚度受定位螺釘或其它機(jī)械裝置的位置控制，所以冰厚度僅可機(jī)械地調(diào)節(jié)，而不能電子地調(diào)節(jié)。
[0010]10.另一方案是使用導(dǎo)電性，其中電探針緊鄰蒸發(fā)器和冷凍板的表面定位。當(dāng)冰積累到期望厚度時，板與水流相接觸，從而閉合電路，這會觸發(fā)收獲循環(huán)。該方法容易發(fā)生傳感器由于將粘附于傳感器并妨礙用信號通知冰厚度所需的導(dǎo)電性的礦物或其它污染物而積垢。此外，傳感器必須與會提供替代的導(dǎo)電路徑的污染物隔離。該傳感器還必須設(shè)計(jì)成使得傳感器將檢測到水，即使水具有極低的導(dǎo)電性，比如去離子或“DI”水。
[0011]11.Rosenlund等人的美國專利申請公報N0.2012/0198864A1公開了一種用于感測所形成的冰的厚度的聲傳感器。該申請?zhí)岢隽艘环N以特定頻率發(fā)射聲波的聲發(fā)射器和感測發(fā)射的聲波的反射的聲傳感器。當(dāng)感測到的反射波達(dá)到一定預(yù)期振幅時，該系統(tǒng)判定為冰已達(dá)到期望厚度。該傳感器仍滿足NSF食品區(qū)要求，仍必須在收獲循環(huán)期間被移開，仍通過機(jī)械裝置安置在制冰裝置中，且因此只能手動而不能電子地調(diào)節(jié)冰厚度。類似于聲傳感器，也可使用電容傳感器，但存在同樣的缺點(diǎn)。
[0012]12.授予Billman等人的美國專利號6，405, 546和6，705, 090中記載了又一種用于測量冰厚度的系統(tǒng)。這些專利的內(nèi)容通過引用并入本文。Billman公開的方法利用壓力傳感器來確定制冰裝置的集槽中的水的高度且因此可確定何時集槽中不再有期望的水量而是已在冷凍板上凍結(jié)成冰塊以使得可以開始冰收獲。不過，Billman的一個問題在于，由于Billman不直接測量冰厚度，所以Billman會將系統(tǒng)的水泄漏誤認(rèn)為在冷凍板上形成或未形成冰。例如，如果水從制冰裝置的水回路泄漏到環(huán)境，則Billman將推測這種泄漏起因于冷凍板上形成了冰。結(jié)果將是冰塊的尺寸過小。
[0013]13.如果水從水供給源泄漏到制冰機(jī)的水回路中，則會導(dǎo)致尺寸過大的大冰塊(其可能難以分離成小的冰片或單獨(dú)的塊)，因?yàn)锽illman的控制器會不正確地檢測出已作為冰形成在冷凍板上的水不足。在水從水供給源嚴(yán)重泄漏到制冰裝置水回路的情況下，Billman的傳感器將在已達(dá)到期望的冰厚度很久以后還繼續(xù)制冰并且將導(dǎo)致制冰機(jī)的嚴(yán)重故障，該故障可包括水不受控地向制冰機(jī)的環(huán)境中泄漏。
[0014]14.Rosenlund鑒別了 Billman公開的系統(tǒng)的三個缺點(diǎn):1)冰厚度會由于諸如環(huán)境條件(溫度，濕度)的因素而變化，2)冰厚度會由于水中的總?cè)芙夤腆w的水平而變化(僅水凍結(jié)，礦物不凍結(jié))，3)以及集槽中的水損失會導(dǎo)致不正確的讀數(shù)。對Billman的前兩個評價不正確。關(guān)于第一評價，從集槽損失的水的重量剛好等于冷凍板上的冰的重量。溫度或濕度對此不會有任何影響。關(guān)于第二評價，盡管真實(shí)的是僅水在帶有豎直冷凍板的制冰裝置中凍結(jié)且礦物幾乎完全返回集槽，但同樣真實(shí)的是從集槽損失的水的重量恰好等于冷凍板和蒸發(fā)器上的冰的重量(認(rèn)為體積可能稍微不同)。這與水完全不存在礦物并無不同。因此，評價2也不正確。如上所述，最后一個評價仍為Billman的系統(tǒng)的一個嚴(yán)重問題。
[0015]15.因此，本領(lǐng)域需要這樣一種制冰裝置，其包括并加入了用于精確地檢測制冰機(jī)中的冰厚度的裝置和方法，其中:冰厚度傳感器未位于食品區(qū)中，冰厚度傳感器不會遭受水供給源的雜質(zhì)，冰厚度傳感器在冰收獲循環(huán)期間不必移動以避開掉落的冰，冰厚度傳感器無需精確地進(jìn)行機(jī)械定位和調(diào)節(jié)，冰厚度傳感器可電子地調(diào)節(jié)，并且冰厚度傳感器包括用于防止水泄漏到制冰機(jī)水回路內(nèi)外的防護(hù)裝置，以防止畸形的冰而且還防止會導(dǎo)致?lián)p壞制冰機(jī)和制冰機(jī)的環(huán)境的重大制冰機(jī)故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]16.一種控制制冰裝置的方法，具有以下步驟:用水充填制冰裝置的集槽；將水傾瀉到冷凍板上以制成冰塊；在水的推定的可感測冷卻時間段期間，感測集槽中的水位是否已下降；以及如果在可感測冷卻時間段期間感測到集槽內(nèi)的水位已改變預(yù)定量以上，則指示制冰裝置中存在故障。
【附圖說明】
[0017]17.圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的制冰裝置的正面透視圖；
[0018]18.圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的制冰裝置的控制圖；
[0019]19.圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的結(jié)合了壓力傳感器的電路板的圖；
[0020]20.圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的集槽的截面圖；以及
[0021]21.圖5A-C是描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于制冰機(jī)的控制器的操作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]22.盡管本發(fā)明容易以許多不同形式來實(shí)施，但在附圖中示出了并且文中將在理解本公開內(nèi)容應(yīng)被視為本發(fā)明的原理的范例且并非旨在將本發(fā)明的寬泛范圍限制于所說明的實(shí)施例的前提下詳細(xì)描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。
[0023]23.本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括用于檢測在制冰機(jī)中的冷凍板上形成的冰的厚度的獨(dú)特系統(tǒng)。優(yōu)選實(shí)施例包括由單片硅壓力傳感器形成的壓阻式傳感器。最優(yōu)選地，該傳感器向具有A/D輸入的微控制器或微處理器提供模擬信號。在該優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器使用應(yīng)變儀來提供與制冰裝置集槽內(nèi)的水的作用壓力成正比的模擬輸出信號。這樣一來，微控制器或微處理器可以確定已變換成冰的水量并確定啟動冰收獲循環(huán)的合適時間。
[0024]24.有利地，該傳感器未位于食品區(qū)內(nèi)。該傳感器不受給水會留下來的礦物或水垢影響，因?yàn)閭鞲衅魑丛庥隽鲃拥乃?。該傳感器不受水的電氣性能影響。亦即，針對去離子的給水，它同樣可以感測冰厚度，因?yàn)樗梢杂糜陔婋x礦物含量高的水。此外，該傳感器不具有運(yùn)動部件，因此它不會隨著制冰裝置老化而發(fā)生在制冰裝置內(nèi)的安置的不一致或隨時間推移的變化。傳感器的位置是固定的，不可調(diào)節(jié)，并且可以電子地控制和調(diào)節(jié)冰厚度。
[0025]25.該類型的水位測量系統(tǒng)具有另外的優(yōu)點(diǎn)。首先，該系統(tǒng)可以使用低成本、高可靠性的壓力傳感器，例如來自德克薩斯州Austin的Freescale Semiconductor的零件號MPXV5004。該構(gòu)件還在家電行業(yè)中用于感測洗衣機(jī)中的沖洗水位并且能以低成本大量購得。由于傳感器檢測制冰機(jī)的集槽中的水位，所以它既可用來啟動收獲循環(huán)，又可用來控制充填和清洗功能。亦即，當(dāng)制冰機(jī)正在充填時，傳感器可以控制水供給閥在集槽達(dá)到期望水位時的關(guān)閉時點(diǎn)。當(dāng)收獲循環(huán)開始時清洗殘留在集槽中的殘留礦物濃縮水時，傳感器可以提供所有殘留的水何時已從集槽被清洗到排水管的指示。因此，該系統(tǒng)可以取代制冰裝置中通常設(shè)置的冰厚度傳感器以及集槽