专利名称：在饮料制备机中检测水垢形成的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测热水生产器的液体供给装置中水垢沉淀的方法，特别是饮料 制备机，和执行该方法的设备。
背景技术：
任何饮料制备机中都有一个公知的问题，例如为了在热水的基础上制备饮料而加 热水的蒸煮器，蒸煮器和水加热的其它部件在长时间使用后倾向于形成水垢沉淀。水垢来 源于供水中的水垢形成离子，在所谓的硬水中水垢含量尤其高。除垢(注意“除垢”在以下 部分与“脱钙”通用)是周期性地在水垢沉淀管道中通入脱钙剂(如醋)，脱钙剂在通入设 备时可以溶解任何沉淀的水垢。测量热水供给装置中水垢的形成非常重要，这样就可以在 早期除垢，否则热水供给装置将不可挽回地坏掉。
发明内容
本发明的目的就是解决尽快检测热水生产器的液体供给装置中水垢沉淀的问题。根据第一个方面，本发明涉及一种检测特别是饮料制备机的泵驱动设备的液体供 给装置中水垢沉淀的方法，所述泵驱动设备至少包括水箱、泵和加热装置，其中从水箱中 将水泵送入加热装置，并且通过控制器对泵提供激励信号以提供希望的流速F来激励泵， 其中测量实际水流速度f，将实际水流速度f与希望水流速度F之间的差值△直接和/或 间接与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较。本发明的方法由产生加压热水的设备执行，加压热水由液体供给装置提供，所述 液体供给装置至少包括水箱、泵和在液体供给装置中连续集成的加热装置。通常将冷水存 储在水箱中并通过泵泵送以提供加压冷水。然后将加压冷水输送到加热装置以产生加压热 水。通过控制器激励泵，所述控制器为泵提供激励信号以设置提供给泵的能量，其至少部分 地与输送的希望水流速度相关联。根据本发明的方法，测量实际水流速度f并将其与希望 水流速度F相比较。在泵的正常使用情况下，希望和实际水流速度(f和F)之间几乎没有 差别。但是，如果水垢堵塞一部分供给装置，那么泵就不能达到正常使用情况下的希望水流 速度F——特别是在设置正常能量值时。然后，希望和实际水流速度(f和F)之间的差值增 大。在本发明中，将实际水流速度f和希望水流速度F之间的差值与最初设置在设备处理 器中的运行指示相比较。运行指示值通常通过在设备上进行实验测试来确定。根据第一实施例，水泵驱动设备可以包括泵，通过与希望水流速度F相关联的固 定能量激励所述泵。将实际水流速度f与希望水流速度F之间的差值Δ直接与相关于水 垢沉淀的水流运行指示相比较。在该实施例中，通过激励信号激励泵，所述激励信号的值取 决于希望水流速度值。该值是固定的，不会在泵送操作中发生变化。该值可以由设备的处 理器固定。根据第二实施例，水泵驱动设备可以包括控制器，控制器至少部分地响应于实际 水流速度指示信号来设定泵的能量值。如果实际水流速度f值来自希望水流速度F值，则控制器可以修改泵的能量值，从而最终达到希望流速F。该过程可以通过控制器和测量实际 水流速度f的流量计之间的反馈回路来实现。在该实施例中，如果水垢堵塞供给装置的一 部分，实际水流速度f和执行的激励信号分别不同于希望水流速度F和为了达到希望水流 速度F最初设置的激励信号。这样在该实施例中，实际水流速度f和希望水流速度F之间 的差值△和/或激励信号可以与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较。在激励信号与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较的情况下，实际水流速度f和 希望流速F之间的差值△间接地与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较，因为该差值用于 调节激励信号。实际上，运行指示是实际水流速度和希望水流速度F之间差值Δ的特定值，和/ 或是液体供给装置中与出现水垢相关的激励信号的特定值。如前所述，运行指示的值通常 通过在设备上进行实验测试而确定。泵优选是直流(DC)电动机驱动泵或螺线管泵，包括可以在弹簧加载位置和弹簧 释放端位置之间轴向移动的弹簧加载线性泵部件，由控制器进行控制，控制器对电流波形 作出响应并产生激励信号用于利用所述电流波形控制泵部件，其中从激励信号中排除将泵 部件激励到位于弹簧释放端位置和弹簧加载位置之间的中间位置的部分电流波形。但其它 种类的泵也可以用于本发明的方法中。在后一种泵中，激励信号优选是相位角(phase-angled)正弦信号，能量值由相位 角(Θ)确定，更优选地，相位角正弦信号是交流电整流半周期的相位角部分。根据本发明的优选实施例，当泵运行状况稳定后，将实际水流速f和希望水流速 度F之间的差值△直接和/或间接与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较。根据使用泵 的种类，在泵接通一定时间后可以进行这种比较。根据本发明的另一个优选实施例，如果实际水流速度f和希望水流速度F之间的 差值△大于相关于水垢沉淀的水流运行指示，和/或如果激励信号高于相关于水垢沉淀的 泵功率运行指示，就会发出报警消息。设备可以被编程，使得只有当实际水流速度和希望水 流速度之间的差值△高于相关于水垢沉淀的水流运行指示和/或激励信号高于相关于水 垢沉淀的泵功率运行指示一段时间后，或者如果是饮料机制备一定数量的饮料后，才发出 水垢沉淀报警消息。在上述第二个实施例中，泵可以被设置一定比例，以便利用少于其额定功率一定 比例的功率，如90%，达到饮料制备机的最大水流。在这种设置下，相关于水垢沉淀的泵功 率运行指示可以与泵额定功率的固定比例相同。这样，如果控制器为泵提供的功率高于它 的额定功率的固定比例，例如高于90%，就会发出报警信号。本发明还涉及一种饮料分配设备，至少包括水箱、泵、加热装置、检测实际流速f 的流量计、设定提供给泵的能量值的控制器、和报警装置，报警装置用于将实际水流速度f 和希望水流速度F之间的差值△和/或激励信号与相关于水垢沉淀的相应运行指示进行 比较。在一个实施例中，该设备包括信号处理器，其中控制器由信号处理器中的软件执 行。饮料分配设备通常包括饮料制备室，饮料制备室被设计为，使从液体供给装置泵 送的热水与放置在制备室中的饮料成分相接触，饮料成分是松散材料的形式，例如咖啡粒或茶叶，或包装在垫、胶囊或其他适宜的包装内。本发明的优点是可以在液体供给装置的管道中开始出现水垢沉淀后尽快检测到， 并警告操作者从而其可在设备发生不可逆转的损坏前为设备除垢。
本发明的特点和优点通过以下附图可以更好地理解；图IA是实施本发明第一实施例方法的液体供给装置的示意图；图IB是实施本发明第二实施例方法的液体供给装置的示意图；图2是更详细示出本发明第二实施例液体供给装置中泵的示意图；图3是示出本发明第二实施例液体供给装置中可选泵的示意图；图4是示出本发明第二实施例螺线管泵控制信号的示意图；以及图5是示出本发明第二实施例的可选方式的螺线管泵控制信号的示意图。
具体实施例方式附图IA示出了根据本发明用来制造加压热水的设备的液体供给装置10。液体供 给装置10包括水箱1和用来分配加压热水的出水口 11。泵3安装在水箱1和出水口 11之 间，将水从水箱1泵送到出口 11。泵3由控制器5控制，稍后有详细的描述。在水箱1和出水口 11之间的通道上还包括流量计2和加热装置4，流量计可能是 一个蹼轮式流量计。另外，液体供给装置10可以具有任何适当的结构，因为流体供给装置 的具体形式并不是本发明的关键。例如，水箱1和出水口 11之间的通道上还可以包括一个 温度传感器，如果这个设备是饮料制备机，包括用来接收饮料成品如咖啡或茶的支撑体，支 撑体内放着散状物，如咖啡豆或茶叶，或包装在垫、胶囊或其他适宜的包装内。其他具体形 式也同样适宜。控制器5安置成为泵3提供激励信号8。激励信号8由控制器5确定，以保证出水 口 11处的水具有需要的性质，特别是流速。控制流速对于保证加热装置4能适当地调节水温也是非常重要的。当流速过快， 加热装置4不足以调节温度。流速在酿造或分解食品物质时也扮演重要的角色。例如，如 果是饮料制备机，控制流速对于保证流速相对恒定并保持为使饮料分配机用户感觉舒适的 速度是很重要的。当饮料分配机包括饮料成品保持体时，控制流速对于保证液体出口处饮 料的强度与用户要求相适应很重要。希望的水流速度应与用户选择的水流出要求相适应，并且可以存在任何适当的数 据存储介质中，如SRAM、R0M，查找表等等。如果是饮料分配机，液体供给装置10可以包括用 户界面，如一个或多个按钮，供用户设定水的流出要求，如待分配的饮料的强度或者温度。 希望水流速度也可以与设备的数据存储介质中存储的预设流速分布相对应。控制器5设置必须施加在泵上以达到数据存储介质中设置的希望水流速度F的能 量。控制器5可以是以硬件实施的液体供给装置10的分离部件。可选地，控制器5可以是 信号处理器9的一部分，信号处理器9还进一步可以处理其它控制器(例如，控制加热装置 4的温度的控制器)和温度传感器的反馈信号。控制器5可以由信号处理器9中的软件执 行。控制器5的激励信号8与泵3的功率直接关联。功率由控制器5设定，以达到希望的水流范围F。信号处理器9还包括水垢检测模块6，来自流量计2的用于显示实际水流速度f的 反馈信号7被提供给水垢检测模块6。水垢检测模块6比较实际水流速度f和希望水流速 度F。检测模块6可以计算希望水流速度F和实际水流速度f之间的差值Δ。如果差值Δ 高于与水垢沉淀相关的水流运行指示，那么报警装置就会产生警告告知用户液体供给装置 已沉淀水垢，必须进行除垢处理，或者必须更换过滤桶。附图IB示出本发明的第二个实施例，其中提供可以调整泵功率的控制器5，以保 证达到希望流速。为此，控制器5响应于来自水流量计2的指示读数的信号。控制器5设 置成将来自水流量计2的指示实际水流速度f的反馈信号7与希望水流速度F进行比较， 并根据实际水流速度f和希望水流速度F之间的差值调整激励信号8。控制器5的激励信 号8直接与泵3所用功率相关联。功率由控制器5例如响应于来自流量计2的反馈信号7 动态调整，所述反馈信号7指示实际水流速度f和希望水流速度F之间的差值。该差值可 能是由于水垢沉淀而造成的管道阻塞。水垢检测模块6将实际水流速度f和希望水流速度之间的差值△跟相关于水垢 沉淀的水流运行指示相比较，和/或将激励信号8跟相关于水垢沉淀的泵功率运行指示相 比较。如果差值△高于相关于水垢沉淀的水流运行指示，和/或如果激励信号8高于相关 于水垢沉淀的泵功率运行指示，那么就会产生报警告知用户在流体供给装置中有水垢，必 须进行除垢处理，或者必须更换过滤桶。可以用于第二个实施例的泵的具体结构在图2中详细示出。在图2中，螺线管泵 包括进水口 202和出水口 204，其可包括阀(未示出)。螺线管泵还包括轴向可移动的泵部 件206，例如，活塞或隔膜，其被轴向可移动地置于轴208上，并由螺线管220控制。为此， 泵部件206包括磁性材料。弹簧210置于泵部件206的后面，这样当泵部件206在螺线管 220的控制下向进口 202移动时，弹簧210被压缩。图2中，螺线管泵106在进口 202、出口 204和螺线管泵的腔室212之间具有T连 接配置。然而，需要强调的是这种结构仅仅是一种没有限制性的举例，其它形式的螺线管泵 也同样是可行的，例如还可以选择将图1中的螺线管泵替换为图3所示的螺线管泵。在图 3所示的螺线管泵中，腔室212位于进口 202和出口 204之间。这种螺线管泵也是公知的； 例如可以参看美国专利No. 6，942，470。泵部件206可以在螺线管220的控制下在端部位置230和弹簧加载位置240之间 轴向移动，在端部位置弹簧210处释放压力，在加载位置弹簧210处被充分压缩。端部位置 230可以包括止动件，例如震动吸收部件。泵部件206从端部位置230向弹簧加载位置204 的移动将使水从进口 202被吸入螺线管泵106的腔室212，反之弹簧210释放压力将使得泵 部件206向端部位置230移动，这样将收集在腔室212中的水通过出口 204泵送。如前面所描述的，弹簧210在螺线管泵106泵送过程中的压力释放会加速泵部件 206向端部位置230移动，在端部位置230处泵部件210的冲击会产生巨大的噪音。为此， 根据本发明，设置控制器108来控制螺线管220，使得泵部件不会充分缩回到腔室212中，而 是从端部位置230移动到中间位置235，中间位置235位于端部位置230和弹簧加载位置 240之间。换句话说，以压力(压缩)形式存储在弹簧210中的能量比能够存储在弹簧210 中最大能量要少。因此，当弹簧210释放时，泵部件206上的力比完全负载的弹簧210产生的力要小，这样就减少了泵部件206对端位置230的冲击和由此冲击产生的噪音。将泵部件206部分缩回腔室212中的另一个优点是，当在供给设备的液体供给装 置10和/或控制器5的交流电的每个相循环仍保持螺线管泵处于激活状态时，可以调节螺 线管泵产生的水流速度。这可以通过动态调节中间位置235来实现，例如将其向端部位置 230或向弹簧加载位置240移动。这在其中弹簧210在泵部件206上施加的力不能调节的 螺线管泵中是不可能的。在这种泵中，流速必须通过改变泵启动期间相循环的数量来调节， 例如点射模式控制螺线管泵。然而，如前面所描述的，这些泵在一段时间内流速会有较大变 化，这就使得在用蹼轮式流量计测流速时会出现问题，因为这些流量计不能正确地反映水 流速度的突变，而水流速度的突变对于点射模式控制螺线管泵是非常典型的。在控制器5 每个相周期内螺线管泵的激活状态可以保证通过液体供给装置10管道的水流速度在一段 时间内较少地显著变化，这样就可以使用蹼轮式流量计2准确测量水流速度。图4示出了控制器5产生的激励信号8。图4中的激励信号8来自交流电整流半 周期，所述交流电的频率f例如是50Hz或60Hz。激励信号8的振幅是螺线管泵3的驱动 电压V。控制器5用来对螺线管泵3的螺线管220提供该半周期的相位角部分。相位角θ 有效限定激励信号8下的区域412。区域412的面积与存储在弹簧210中的能量相关。相 位角θ的变化引起存储在螺线管泵3的弹簧210中能量的变化，或者换种说法，引起腔室 212中中间位置235的位置的变化。区域414表示激励信号8之外的交流电半周期部分。 激励信号8的周期在时间上以距离Ι/f隔开，也就是在交流电的每个相循环发生。例如，响应于来自流量计2的实际流速信号7，控制器5动态调整相位角θ，实际 流速信号7表示特别是由水垢沉淀堵塞管道引起的希望水流速度和实际水流速度之间的 差值。可以理解，图4中激励信号8的形态仅是没有限制性的举例。其它形态也是同样可 行的。例如附图5所示，激励信号8之外的区域414可以位于交流电半周期的末端而不是 在它的始端。可选地，控制信号不一定由交流电产生，也不必是被截取的正弦曲线的形式。 其它波形式，例如方形波，也同样可行。值得注意的是，上述实施例用于说明本发明而不会限制本发明，本领域技术人员 可以在不偏离权利要求的范围下设计多个可选实施例。在权利要求中，圆括号内的任何附 图标记都不能理解为对权利要求的限制。词组“包括”并不排除权利要求没有列出的元件 或步骤。在元件前面的“一个”并不排除具有多个该元件的情况。本发明可以通过包含若 干不同元件的硬件来实施。在权利要求中列举了多个装置，这些装置中的一些可以由一个 相同的硬件来实施。在互不相同的从属权利要求中陈述的特定特征并不意味着这些特征的 组合不能带来优势。1 水箱2流量计3 泵4加热装置5泵控制器6警报装置7实际水流速度信号
8激励信号
9信号处理器
10液体供应装置
11,204 出水口
202进水口
206泵部件
208轴
210弹簧
212腔室
220螺线管
230端位置
235中间位置
240弹簧负载位置
权利要求
一种检测水泵驱动设备的液体供给装置(10)中水垢沉淀的方法，所述水泵驱动设备至少包括水箱(1)、泵(3)和加热装置(4)，其中将水从所述水箱泵送入所述加热装置，并且通过由控制器(5)向所述泵提供用于提供希望水流速度F的激励信号(8)来激励所述泵，其中测量实际水流速度f(7)，并且，将所述实际水流速度f与所述希望水流速度F之间的差值Δ直接和/或间接与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过根据所述希望水流速度F设置的固定能量激励 所述泵，并且将所述实际水流速度f与所述希望水流速度F之间的差值△直接与相关于水 垢沉淀的水流运行指示进行比较。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制器(5)至少部分地响应于所述实际水流速 度指示信号(7)设置所述泵的能量值，并且将所述实际水流速度f与所述希望流速F之间 的差值△和/或所述激励信号(8)与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述泵是螺线管泵，包括可以在弹簧加载位置和弹 簧释放端位置之间轴向移动的弹簧加载线性泵部件，所述弹簧加载线性泵部件由控制器 (5)进行控制，所述控制器响应于电流波形并被设置为产生激励信号(8)用于利用所述电 流波形控制所述泵部件，所述控制通过从所述激励信号(8)中排除一部分电流波形使得将 所述泵部件激励到在所述弹簧释放端位置和弹簧加载位置之间的中间位置。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述激励信号(8)是具有相位角的正弦信号，所述能 量值由所述相位角(Θ)限定。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述具有相位角的正弦信号是交流电整流半周期的 具有相位角的部分。
7.如前述权利要求任一项所述的方法，其中当所述泵达到稳定运行状态时，将所述实 际水流速度f与所述希望水流速度F之间的差值△直接和/或间接与相关于水垢沉淀的 运行指示相比较。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果所述实际水流速度f与希望水流速 度F之间的差值△高于与相关于水垢沉淀的水流运行指示和/或如果所述激励信号(8) 高于与相关于水垢沉淀的泵功率运行指示，提供报警消息。
9.一种饮料分配设备，至少包括水箱(1)、泵(3)、加热装置(4)、用于测量实际流速 f的流量计(2)、用于设置为泵提供的能量值的控制器(5)、以及报警装置，所述报警装置用 于将所述实际水流速度(7)和希望水流速度F之间的差值△和/或激励信号(8)与相关 于水垢沉淀的相应运行指示进行比较。
10.如权利要求9所述的设备，还包括信号处理器(9)，其中所述控制器(5)在所述信 号处理器上的软件中实施。
全文摘要
一种检测水泵驱动设备的液体供给装置(10)中水垢沉淀的方法，水泵驱动设备至少包括水箱(1)、泵(3)和加热装置(4)，其中从水箱将水泵送入所述加热装置，并且通过由控制器(5)向所述泵提供用于提供希望水流速度F的激励信号(8)来激励所述泵，其中测量实际水流速度f(7)，并且，将所述实际水流速度f与所述希望水流速度F之间的差值Δ直接和/或间接与相关于水垢沉淀的运行指示进行比较。
文档编号A47J31/44GK101947064SQ20101026527
公开日2011年1月19日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者M·奥赞 申请人:雀巢产品技术援助有限公司