CN113367564A - 饮料制备机的压力传感器溢出互锁系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种饮料制备机设备。在实施例中，该设备包括外部壳体和经由入口连接到供水系统的水箱。饮料制备机在壳体内包括歧管，该歧管控制水经由电磁阀分配到上菜用具中或通过水龙头。饮料制备机包括压力换能器，该压力换能器耦接到入口并且能够感测通过入口的水的流量压力、基于确定的流量压力将压力信号发送到饮料制备机控制电路系统。控制电路系统接收压力信号并基于流量压力确定通过入口的水的流量体积；如果流量体积达到流量阈值，那么控制电路系统经由电磁阀切断水流。
Description
相关申请的交叉引用
本申请援引35U.S.C§§119和/或120要求以下美国专利申请的优先权：于2019年6月6日提交的标题为“BEVERAGE MAKER PLATEN OVERFLOW SENSING SYSTEM”的美国专利申请序列No.16/433,207。
本申请涉及同时提交的标题为“DIFFERENTIAL PRESSURE FLOW METER FORBEVERAGE MAKER”且案卷号为124541US01的美国专利申请16/784,922。
所述美国专利申请16/433,207和16/784,922的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
机上饮料制备机设备(Aircraft beverage maker devices)可以冲泡咖啡或茶或经由外部水龙头提供热水。所述设备连接到机上饮用水供给系统(aircraft potablewater supply)并且例如由于软件或电子传感器故障而可能有溢出的风险。例如，软件或传感器故障可能造成控制水分配的螺线管无限期地保持打开，从而导致压盘排水系统溢出。
发明内容
公开了一种饮料制备机设备。在实施例中，饮料制备机设备包括可安装在机上厨房(aircraft galley)中的外部壳体。壳体包括水箱(例如，热水水箱)，该水箱由耦接到机上供水系统的入口馈送。该设备包括位于壳体内的歧管，用于经由一个或多个电磁阀控制水的分配(例如，用于热水或咖啡/茶冲泡)。该设备包括压力换能器，该压力换能器垂在入口中并且能够传输与入口内的水压对应的信号。该设备包括在壳体内并且包括控制处理器以及与电磁阀通信的控制电路系统的过程控制板(PCB)。控制电路系统接收压力信号，从而确定通过入口的水的流量体积。如果流量体积达到预定阈值(例如，上菜用具(server)的内部体积)，那么控制电路系统将引导电磁阀停止通过出口分配水。
还公开了一种饮料制备机设备。在实施例中，饮料制备机设备包括可安装在机上厨房或厨房结构中的外部壳体。壳体包括水箱(例如，热水水箱)，该水箱由耦接到机上供水系统的入口馈送。该设备包括位于壳体内的歧管，用于经由一个或多个电磁阀控制水的分配(例如，用于热水或咖啡/茶冲泡)。该设备包括入口主体，该入口主体连接到水箱和入口耦接器(例如，将入口连接到机上供水系统)。在入口主体内垂有两个压力换能器，分别位于节流孔的任一侧(例如，水箱侧和耦接器侧)。水箱侧和耦接器侧压力换能器感应在节流孔的其相应侧上的流量压力，并生成水箱侧和耦接器侧的流量压力信号。在壳体内，过程控制板(PCB)包括控制处理器和与电磁阀通信的控制电路系统。PCB控制处理器基于接收到的水箱侧和耦接器侧的压力信号确定与水流相关联的压差(differential pressure)。
本发明内容仅作为在具体实施方式和附图说明中充分描述的主题的介绍。本发明内容不应当被认为是描述基本特征，也不被用于确定权利要求书的范围。而且，应理解的是，前述发明内容和以下具体实施方式都仅仅是示例和解释性的，并且不一定限制所要求保护的主题。
附图说明
参考附图描述详细描述。在说明书和附图中的不同情况下使用相同的附图标记可以指示相似或完全相同的项目。在以下详细描述和附图中公开了本公开的各种实施例或示例(“示例”)。附图不一定按比例绘制。一般而言，除非在权利要求中另外提供，否则所公开的处理的操作可以以任意次序执行。在附图中：
图1是根据本公开的示例实施例的饮料制备机设备的前视图；
图2A是图1的饮料制备机设备的局部剖视图；
图2B和2C是图1的饮料制备机设备的示意图；
图3A至图3D是图1的饮料制备机设备的溢出缓解电路的示意图；
图4A是根据本公开的示例实施例的饮料制备机设备的示意图；
图4B是图4A的饮料制备机设备的压差流量计的局部横截面视图；
图5是图4A的饮料制备机设备的压差流量计和控制电路系统的示意图；
图6是图4B的压差流量计的操作的二维图。
具体实施方式
在详细解释本公开的一个或多个实施例之前，应理解的是，实施例的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中图示的组件或步骤或方法的构造和布置的细节。在实施例的以下详细描述中，可以阐述许多具体细节以便提供对本公开的更透彻的理解。但是，对于受益于本公开的本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实践本文公开的实施例。在其它情况下，可以不详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使本公开复杂化。
如本文中所使用的，在附图标记后的字母旨在引用可以与具有相同附图标记的先前描述的元件或特征相似但不一定完全相同的特征或元件的实施例(例如，1、1a、1b)。这样的速记符号仅出于方便的目的而使用，并且不应当被解释为以任何方式限制本公开，除非有相反的明确陈述。
另外，除非明确陈述为相反，否则“或”是指包含性的“或”而不是排他性的“或”。例如，下列条件中的任何一个都满足条件A或B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。
此外，可以采用“一”或“一个”来描述本文公开的实施例的元件和组件。这样做仅仅是为了方便起见，并且“一”和“一个”旨在包括“一个”或“至少一个”，并且单数形式也包括复数形式，除非显而易见的是另有所指。
最后，如本文所使用的，对“一个实施例”或“一些实施例”的任何引用表示结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特点包括在本文公开的至少一个实施例中。说明书中各个地方出现的短语“在一些实施例中”不一定都指同一个实施例，并且实施例可以包括本文明确描述或固有存在的特征中的一个或多个，或两个或更多个这样的特征的任何组合或子组合，以及在本公开中可能不一定明确描述或固有地存在的任何其它特征。
概括地说，本文公开的发明构思的实施例涉及用于饮料制备机设备(例如，可安装在机上厨房中用于冲泡或分配咖啡、茶和/或热水的设备)的溢出缓解和流量监视系统。溢出缓解系统监视通过该设备的流量压力，并可以通过基于流量压力跟踪流量体积来防止任何角度的溢出，即使在软件或传感器故障的情况下也防止溢出。
图1和2A至图2C–一般而言的饮料制备机
参考图1，公开了饮料制备机设备100。饮料制备机设备100可以包括可插入压盘104中的上菜用具(server)102和外部水龙头106。
在实施例中，饮料制备机设备100可以可安装在机上厨房结构或建造物(monument)的标准尺寸厨房插入设备(standard-size galley insert，GAIN)壁中，可经由GAIN接口(未示出)连接到板载供水系统、电源和飞行器网络。例如，饮料制备机设备100可以接收操作功率和饮用水(potable water)，或者向飞行器网络提供使用和诊断数据。热水可以被分配到上菜用具102中，例如用于冲泡茶或咖啡，或者可以经由外部水龙头106直接分配到杯子或其它容器中。
还参考图2A至2C，饮料制备机设备100可以包括热水水箱202、歧管204、电磁阀206a-c、过程控制板208(PCB)、水箱加热器210、压盘加热器212、上菜用具水位传感器(server level sensor)214、压盘排水口216、人机接口218(HMI)、外部排水口220、入口主体222和压力换能器224。
热水水箱202可以垂至歧管204，以从热水水箱中分配热水，例如，用于(经由冲泡头226)将咖啡冲泡到外部冲泡杯(经由电磁阀206a)、用于冲泡茶(经由茶漏斗228和电磁阀206b)，或用于通过外部水龙头106分配热水(经由电磁阀206c)。由饮料制备机设备100分配的水可以由热水水箱202内的水箱加热器210加热，并由压盘104内的压盘加热器212保持温暖(例如，当存在上菜用具时，直接在上菜用具102下方并且与其接触)。热水水箱202可以包括外部排水口220；另外，压盘104可以垂至压盘排水口216，从而允许压盘内的任何溢出物流到机上废水系统。
在实施例中，PCB 208可以容纳将压力换能器224连接到歧管204上的电磁阀206a-b的溢出缓解电路230。可以从基于飞行器的电源系统向PCB 208供应输入功率(232)(例如，经由厨房插入设备(GAIN)接口，饮料制备机设备100通过该接口连接到机上电源和飞行器网络)。PCB 208可以附加地容纳板载控制处理器208a和存储器234，该存储器234能够存储可由控制处理器以及PCB上的溢出缓解电路230和其它控制电路系统执行的经编码的指令。
在实施例中，压力换能器224可以感测通过入口主体222进入热水水箱202中的水流的压力，从而使溢出缓解电路230不允许分配超过预定体积的水(例如，进入上菜用具102)。例如，感测到的压力数据可以是到PCB 208上的溢出缓解电路230的信号的形式。基于接收到的压力数据，溢出缓解电路230可以确定所分配的水的体积(例如，在饮料制备机设备100的给定餐饮周期期间)是否已达到预定阈值。例如，流量阈值可以被设置为1.5升或上菜用具102的内部体积，以防止溢出。在一些实施例中，流量阈值可以由控制处理器208a或者手动地(例如，基于操作者经由HMI 218提交的控制输入)或自动地(例如，当馈送入口主体222和热水水箱202的基于飞行器的供水系统遇到低水位时)降低或以其它方式进行调整。
在实施例中，如果在饮料制备机设备100仍在分配时溢出缓解电路230指示达到了预定的体积阈值，那么溢出缓解电路230可以关闭对应的电磁阀206a-b，从而防止热水的进一步分配直到下一个餐饮周期。
图3A-图3D：溢出缓解电路的细节
参考图3A至图3D，示出了溢出缓解电路230。
在实施例中，溢出缓解电路230可以利用来自饮料制备机设备(图1-图2C中的100)内的传感器的信号以及由压力换能器224生成的压力信号在给定的餐饮周期内将由饮料制备机设备分配的热水的体积限制到预定阈值(例如，1.5L或上菜用具(图1中的102)的内部体积)。例如，溢出缓解电路230可以允许乘务人员利用饮料制备机设备100来考虑餐饮周期中的中断。在一些实施例中，溢出缓解电路230可以在基于飞行器的饮用水供给系统不足或波动的情况下提供低水位保护。
在实施例中，特别参考图3A，溢出缓解电路230的第一级和第二级230a-b可以接入+5V电源(302)以便为数字电子器件和压力换能器224供电，以及接入+24V电源(304)以便为模拟电子器件供电(例如，经由+18V线性调节器306)。例如，压力换能器224的电压输出可以被划分为可用范围、被缓冲(例如，经由放大器308)、被电平移位和反相以生成与进入热水水箱(图2B中的202)的流量压力对应的压力电压310以及处于供电电压一半的虚拟接地参考312。压力电压310可以被进一步处理(例如，经由放大器314和模拟乘法器316)并通过精度限制器318进行设置，该精度限制器318允许低于阈值电压的电压通过但一旦达到阈值电压就将输出电压32维持在阈值电压。
还参考图3B，示出了溢出缓解电路230的第三级230c。在实施例中，在第三级230c内，输出电压320与水流的速度成正比，并且可以被溢出缓解电路230用作控制电压以运行高度线性的压控振荡器322(VCO)。VCO 322的电压输出可以被进一步处理成互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容信号324。在AND(“与”)门326处，如果计数禁止信号328或分配限制信号330中的任一个是有效的，那么可以由计数禁止信号328或分配限制信号330选通CMOS兼容信号324(导致CMOS兼容输出信号332)。
还参考图3C，示出了溢出缓解电路230的第四级230d。在实施例中，在第四级230d内，可以将CMOS兼容输出信号332发送到级联的计数器334a-b，级联的计数器334a-b确定在激活门336、338之前VCO 322的多少个信号周期构成可允许分配的水的体积，通过停用控制水流的电磁阀(图2A-C中的206a-b)的信号来停止分配水。例如，当达到流量阈值时(如由门336的输入确定)，门336的输出为HIGH(例如，分配限制信号330)，而门338的输出为LOW(“低”)，从而馈送门340、342(例如，经由相应的咖啡和茶螺线管输入信号344、346)并停用咖啡螺线管输出信号(344a；例如，至电磁阀206a)和茶螺线管输出信号(346a；例如，至电磁阀206b)。
还参考图3D，示出了溢出缓解电路230的第五级和最后一级230e。在实施例中，在第五级230内，溢出缓解电路230的数字组件可以确定是否激活计数禁止信号328和低真实计数重置信号348。例如，计数禁止信号328可以考虑服务中的例行中断(例如，基于手柄抬起(handle-up)信号350、低水位信号352和按钮输入(pushbutton-in)信号354(与外部水龙头(106，图1)相关联)，这可能要求级联的计数器334a-b暂停信号计数。类似地，当饮料制备机设备100完成餐饮周期(例如，冲泡一壶咖啡或茶)以重置级联的计数器334a-b中的计数器值时，可以使用计数重置信号348，用于随后的餐饮功能。
图4A/B-压差流量计
参考图4A，除饮料制备机设备100a可以结合垂入供水系统入口中并与存储到存储器234并由控制处理器208a执行以向PCB 208的控制电路系统402发送信号的软件兼容的压差流量计400之外，饮料制备机设备100a可以被实现并且可以类似于图1至图3D的饮料制备机设备100起作用。
整个基于飞行器的水系统中的水需求的改变可以例如将水系统压力降低到饮料制备机设备(如果系统压力降至低于其设计的最小工作压力)可能会排回到供水系统中并进入低水位保护模式的程度。在实施例中，压差流量计400可以感测供应给它的水压以及进出饮料制备机设备100a的水的流量。
在实施例中，还参考图4B，压差流量计400可以包括垂于水箱202和通向供水系统的入口耦接件222a之间的入口主体404。在入口主体404内，节流孔406将水流限制到预定直径(例如，0.062英寸)。在节流孔406的任一侧，耦接件侧压力换能器408和水箱侧压力换能器410分别感测当水流入饮料制备机设备中时的供应流量压力408a和水箱侧流量压力410a。基于供应流量压力408a与水箱侧流量压力410a之间的压降，或更一般地基于供应流量压力与水箱侧流量压力之间的压差，PCB 208可以确定水的流率。
作为非限制性示例，对于相应的入口和出口密度ρ1和ρ2、节流孔直径d、入口直径D、高压侧P1(例如，供应流量压力408a与水箱侧流量压力410a中的较高者)和低压侧P2，可以经由Bernoulli方程确定流率QM
其中
图5－双压力控制电路系统
参考图5，示出了控制电路系统402。
在实施例中，除控制电路系统402可以接收来自压力换能器408、410的输入信号408b，410b(例如，分别指示供应流量压力(图4B中的408a)和水箱侧流量压力(图4B中的410a))之外，控制电路系统402可以被实现并且可以类似于图2B至图3D的溢出缓解电路230(结合级230b-d)来操作。例如，在与另一个输入信号408b进行进一步处理(506；例如，求和、缩放)之前，输入信号之一410b可以被反转(504)。PCB(图4A中的208)的控制处理器208a可以基于经处理的输入信号来确定流率并且如果流量体积超过流量阈值，那么向控制电路系统发信号通知(例如，以禁用螺线管(图4A中的206a-b))(例如，经由门340、342)。
图6-流量关系
还参考图6，PCB 208可以(例如，附加地乘以排放系数以解决几何损失)跟踪随时间变化的流量压力和流率，从而绘制在每个个体餐饮周期中流量压力相对于流率的性能关系。
在实施例中，压差602(例如，P1-P2)与高压604(例如，P1)之间的曲线图(600)可以识别由于例如流量控制冲洗器(washer)结垢或变化引起的流动性能的偏差。基于识别出的偏差，PCB(图4A中的208)可以警告机组人员。例如，曲线图600可以识别标称流量状况(606)以及例如高流量警报608、低流量警报610或泄漏状况612(例如，如果当没有分配水时检测到流量进入饮料制备机设备(图4A中的100a))，从而导致水箱侧流量压力(图4B中的410a)可忽略或为零。类似地，压差流量计(图4A/B中的400)可以跟踪由于压力损失而从热水水箱(图4A中的202)流回饮用水供给系统的水(例如，如图4B所示，水从左向右流过节流孔(图4B中的406)，并且耦接器侧流量压力(图4B中的408a)低于水箱侧流量压力410a)。此外，压差流量计400可以在开始发起加热循环(例如，经由图4A的水箱加热器210)之前确定热水水箱(图4A中的202)是否充满水。例如，由于缺少背压，在系统填充期间从热水水箱202排出的空气(例如，经由排气阀(图4A中的202a))可以大大增加压差602。在一些实施例中，可以例如经由视觉警报灯(图4A中的218a)或结合到HMI(图4A中的218)中的指示器或经由发送到飞行器网络(例如，发送到飞行器范围内的系统监视器)的警报消息将PCB 208检测到的警报条件报告给乘务人员和/或饮料制备机设备100a的其他用户。在一些实施例中，基于所确定的压差，PCB 208可以激活排气阀202a以从水箱202释放过量的空气。
应理解的是，本文公开的方法的实施例可以包括本文所述的步骤中的一个或多个。另外，可以以任何期望的次序执行此类步骤，并且可以彼此同时执行这些步骤中的两个或更多个步骤。本文公开的步骤中的两个或更多个步骤可以在单个步骤中组合，并且在一些实施例中，步骤中的一个或多个步骤可以作为两个或更多个子步骤来执行。另外，除了本文公开的步骤中的一个或多个步骤之外，或者替代本文公开的步骤中的一个或多个步骤，可以执行其它步骤或子步骤。
虽然已经参考附图中图示的实施例描述了发明构思，但是在不脱离权利要求的范围的情况下，可以在本文中采用等同物并进行替换。本文示出和描述的组件仅仅是可以用于实现本发明构思的实施例的系统/设备和组件的示例，并且在不脱离权利要求的范围的情况下可以被其它设备和组件替代。此外，除非在权利要求中另有规定，否则本文提供的任何维度、程度和/或数值范围都应被理解为非限制性示例。
Claims (10)
1.一种饮料制备机设备，包括：
可安装在机上厨房中的壳体；
被配置为容纳一定体积的流体的水箱，所述水箱经由入口耦接至流体供应；
歧管，所述歧管被部署在壳体内并包括一个或多个电磁阀，所述一个或多个电磁阀被配置为控制流体从水箱通过出口的分配；
可操作地耦接到入口的至少一个压力换能器，所述压力换能器被配置为传输与流体通过入口的压力对应的至少一个压力信号；
以及
被部署在壳体内的过程控制板PCB，所述PCB包括：
至少一个控制处理器；
通信地耦接到电磁阀和压力换能器的控制电路系统，所述控制电路系统被配置为：
接收所述至少一个压力信号；
基于接收到的压力信号，确定流体通过入口的流量体积；并且
如果确定的流量体积达到或超过流量阈值，则指示电磁阀停止流体的分配。
2.如权利要求1所述的饮料制备机设备，还包括：
可插入到壳体中的上菜用具，所述出口能够将流体分配到所述上菜用具中；
其中
所述流量阈值与所述上菜用具的内部体积对应。
3.如权利要求1所述的饮料制备机设备，其中出口包括外部水龙头，所述外部水龙头附接到壳体并且耦接到水箱，所述外部水龙头能够分配流体。
4.如权利要求1所述的饮料制备机设备，还包括：
与PCB通信的至少一个存储器，所述存储器能够存储与电磁阀相关联的经编码的指令，所述经编码的指令可由所述控制处理器执行。
5.如权利要求1所述的饮料制备机设备，其中所述控制处理器被配置为调整流量阈值。
6.如权利要求1所述的饮料制备机设备，还包括：
与所述控制电路系统通信的至少一个警告指示器；
其中所述控制电路系统被配置为：
生成与所确定的压差对应的至少一个警报信号；
并且
将警报信号传输到警告指示器；
其中所述警告指示器被配置为响应于警报信号而生成至少一个可见警报。
7.如权利要求6所述的饮料制备机设备，其中所述至少一个警告指示器包括在壳体中设置的警告灯。
8.如权利要求1所述的饮料制备机设备，其中所述控制电路系统被配置为生成以下至少之一：
能够重置流量体积的重置信号；
以及
能够暂停流量体积的禁止信号。
9.如权利要求8所述的饮料制备机设备，其中重置信号和禁止信号与由控制电路系统接收的至少一个触发信号相关联。
10.如权利要求9所述的饮料制备机设备，其中触发信号包括以下至少之一：
与出口相关联的手柄抬起信号；
与出口相关联的按钮开启信号；
以及
低水位信号。
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