SE517992C2 - Metod för rengöring av tvätt/diskgods i en tvätt/diskmaskin och anordning för genomförande av metoden - Google Patents

Description

25 30 517 992 2 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 schematiskt visar metoden och anordningen enligt uppfinningen, fig. 2-4 visar exempel på igenkänningsmönster som utnyttjas för styrningen av rengöringsprocessen, och fig. 5 och 6 visar exempel på valda rengöringsprocesser i en maskin som resultat av detekterat vatteninnehàll.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Uppfinningen baseras delvis på tillämpningen av en principiellt tidigare känd teknik i ett nytt sammanhang, nämligen användningen av en ”elektronisk tunga" för styrning av maskiner för särskilt hushållstvätt/disk. Principen för den elektroniska tungan som används för denna tillämpning är baserad på elektrokemisk mätning av typ voltammetri. Denna mätteknik utnyttjar elektroder som tjänstgör som arbetselektroder och är företrädesvis framställda av platina, rhodium eller rostfritt, vilka "tillsammans med en motelektrod står i kontakt med en elektriskt ledande vätska, i den aktuella tillämpningen det i en tvätt/diskmaskin tillförda vattnet. Med vatten menas här den vätska som inmatas i maskinen och används under tvättldiskprocessen samt utsläppes från maskinen. Detta vatten är således inte kemiskt rent vatten, utan innehåller i de olika stadierna olika lösliga eller olösliga ämnen såsom mineraler och andra föroreningar, kemiska tvätt/diskmedel och/eller föroreningar från tvätt/diskgodset.

Mättekniken voltammetri är baserad på att en varierande potential tillföres elektroderna, varvid växling sker mellan arbetselektroderna och strömsvaret mätes i den bildade, slutna strömkretsen. Strömsvaret, inklusive transienter detekteras och utvärderas vid olika potential och för varje inkopplad arbetselektrod, varvid uppstår ett igenkänningsmönster som ger information om vätskans innehåll eller karaktär. Den voltammetriska mätningen som sådan är inte föremål för föreliggande uppfinning, men beskrives utförligt i 10 15 20 25 30 517 992: 3 den publicerade internationella patentansökningen med publiceringsnummer WO 99/13325 till vilken hänvisas och härmed inkluderas i denna ansökan genom hänvisning.

Genom att utnyttja det igenkänningsmönster som uppstår vid den voltammetriska mätningen kan skapas information som är representativt för vattnets sammansättning såväl före en rengöringsprocess som under och efter processen. Denna information utnyttjas enligt uppfinningen för styrning av rengöringsprocessen, varvid kan styras delar av processens förlopp eller hela förloppet vad beträffar olika parametrar. Exempel på parametrar är tider och temperaturer för olika cykler, dosering av rengöringsmedel, vattenmängd, val av typ och antal cykler, såsom förtvätt/disk, huvudtvätt/disk, sköljning och (vid tvätt) centrifugering.

Med systemschemat enligt flg. 1 àskàdliggöres metoden och anordningen enligt uppfinningen för rengöring av tvätt/diskgods i en tvätt/diskmaskin. Med ett punktstreckat block àskàdliggöres den elektrokemiska sensorenheten 1 som utnyttjar voltammetri. För detta ändamål är en tvätt/diskmaskin försedd med en elektrodenhet 2 med en eller flera arbetselektroder 3, 4, som består av en stabil metall, såsom platina, rhodium eller rostfritt, inkapslade i ett elektriskt isolerande material med fördel så att en ändyta står i kontakt med tvätt/diskvattnet. l fallet med två eller flera arbetselektroder 3, 4 väljes olika metaller för varje elektrod, vilket ger olika elektrokemiska förlopp och därmed kompletterande information om vattnets innehåll. På ett lämpligt avstånd i arbetselektrodernas närhet är anordnad en motelektrod 5 av exempelvis rostfritt stål. Elektrodenheten 2 och motelektroden 5 är anordnade på lämpligt sätt i tvätt/diskmaskinen, antingen direkt i maskinens rengöringsutrymme eller i en särskild behållare som står i kommunikation med utrymmet, exempelvis utrymme för cirkulationspump. Eventuellt kan ytterligare elektroduppsättningar vara anordnade, exempelvis en uppsättning vid vatteninloppet och utloppet för att selektivt detektera inloppsvatten, processvatten och utloppsvatten. l den elektrokemiska sensorenheten 1 10 15 20 25 30 annu o 517 992 4 ingår en styrenhet 6 som är inrättad att applicera en varierande potential, se t.ex. kurvan E(t), över en arbetselektrod 3, 4 i sänder och motelektroden 5 efter ett bestämt mönster. Potentialen kan variera kontinuerligt, t.ex. linjärt, eller vara pulsad. Minst två olika typer av pulsvoltammetri kan användas i detta sammanhang, vilka ger olika strömsvar. Dessa benämnes vanligen LAPV (pulsvoltammetri med stor amplitud) och SAPV (pulsvoltammetri med liten amplitud). Vidare är elektroderna och styrenheten 6, så kopplade att det bildas en sluten elektrisk strömkrets 7, genom vilken flyter en elektrisk ström, se t.ex. kurvan E(t), som svar på den applicerade potentialen. l styrenheten 6 ingår en potentiostat som tillser att den vid ett visst ögonblick förutbestämda potentialen upprätthålles och som mäter den uppkomna svarsströmmen.

Vidare tillser styrenheten 6 att växling sker mellan arbetselektroderna 3, 4 i kombination med variation av potentialen, varigenom strömsvaret, inklusive dess transienter, ger information om det elektrokemiska förloppet i rengöringsvattnet. l den ovan angivna intemationella patentansökningen beskrivna tekniken kan utnyttjas för den aktuella elektrokemiska sensom 1, men tekniken kan även modifieras för anpassning till den aktuella tillämpningen.

Mätningen av strömmen vid olika potential och ändringar i potential vid vissa bestämda tidsögonblick och med användande av viss arbetselektrod vid olika moment under rengöringsprocessen resulterar i en mängd data, som skall reduceras och sorteras för att utvärderas och utnyttjas för styming av rengöringsprocessen. För detta ändamål ingår ett analysteg 8, som mottager den stora mängden data från sensorenheten 1. Analysstegets funktion är baserad på en i princip känd analysmetod, kallad multivariat dataanalys MVDA. MVDA har två huvudsyften, ett är att uppnå struktur och korrelation av data, det andra är att åstadkomma kalibreringsmodeller som kan förutsäga grupperingar av data. MVDA kan utnyttja olika metoder att behandla data från sensorenheten. 10 15 20 25 30 517 992 5 En multivariat dataanalysmetod, som kan användas i föreliggande uppfinning är huvudkomponentanalys PCA (Principal Component Analysis). Med PCA skapas en överblick över den från sensorenheten 1 mottagna mycket stora mängden data, i detta fall voltammogrammet. Information om följande kan erhållas: o Viktigalmindre viktiga variabler o Korrelation mellan variabler o Systematisk variation separerad från brus o Avvikande objekt o Grupper av objekt PCA är en matematisk transformation som användes för att förklara variansen i en matris (kallad X-matrisen) med antalet N objekt (dvs mätningar) och antalet K variabler (dvs. utgàngssignaler från sensorenheten 1). Detta skapar ett flerdimensionellt rum av K dimensioner, innehållande N punkter.

Genom att utnyttja PCA beräknas en vektor, som beskriver den största varianser, dvs., den riktning som beskriver den största skillnaden mellan observationerna. Denna är den första huvudkomponenten PC1. Den andra huvudkomponenten PC2 är vinkelrät mot PC1. PC2 beskriver så mycket som möjligt av den återstående informationen. Detta fortgår till dess att all information har redovisats.

Dimensionema K reduceras därmed till ett mindre antal dimensioner, som definieras av huvudkomponenterna. Ej endast har dimensionema reducerats, utan dessutom kan den latenta strukturen av ràdata, såsom kemiska eller fysikaliska förändringar, visualiseras. Huvudkomponenterna definierar ett plan, som maximerar variationen i ràdata, varvid data projiceras pá detta plan. Detta skapar en resultatbild , så kallad score-plot. 10 15 20 25 30 517 992. 6 En ahnan MVDA-metod utgöres av "Partial Least Square” PLS, som även kallas "Projection to Latent Structures”. PLS erfordrar ej endast process- eller sensordata i en X-matris, utan även data för en Y-matris, som exempelvis kan utgöras av resultat, kända koncentrationer eller biologisk aktivitet. En modell skapas för att: o Finna ett förhållande mellan X och Y o Förutsäga nya Y o Skapa modell för en eller flera y-variabler Ett PLS skapas genom att utföra en PCA på X-matrisen och Y-matrisen, varefter utföres en linjär regression för varje PC imellan resultaten för X- och Y-matrisema. Algoritmerna försöker maximera kovarianser mellan X och Y.

Syftet är att erhålla en regressionsmodell mellan den X- och Y-matriser som kan användas för att exempelvis förutsäga okända ämnen. PLS kan hantera ”saknad data", dvs icke-kompletta matriser, i likhet med/PCA.

En ytterligare, altemativ MVDA-metod, som kan utnyttjas i föreliggande uppfinning är Artificiella Neurala Nät ANN (Artificlal Neural Networks).

Med hjälp av ANN kan skapas en modell som kan anta i det närmaste varje matematisk transformation. Dessutom är ANN tolerant mot brus och fel.

Nackdelarna är att nätverket kräver fler mätningar och längre lnlärningstid jämfört med PLS. ANN kan ej hantera många variabler, eftersom antalet erforderliga observationer därvid kommer att snabbt öka. Efter inlärning och optimering kan modellen: o Klassificera komplicerade (även icke-linjära) mönster o Förutsäga nya objekt 10 15 20 25 30 517 992 7 ANN är uppbyggt för att efterlikna det sätt, på vilket den mänskliga hjärnan arbetar. l hjärnan är funktionen baserad på signalöverföringar mellan neuronerna i ett komplicerat nätverk. Neuronerna är förbundna via synapser (synapses).

I MVDA-steget 8 (som utgöres av en mikrodator) har neuronerna ersatts av noder. En nod mottager information från många andra noder, utför en enkel beräkning av informationen och sänder den vidare till de andra noderna.

Informationsstyrkan bestämmes av nodens kopplingskonstant, vilken multipliceras med singalens styrka. Ett dylikt nät har en förmåga till inlärning och minneslagring.

ANN är en lagerstruktur, det finns ett ingàngsIag-er, dolt (dolda) lager och ett utgàngslager. Det (de) dolda lagret (lagren) och utgångslagret är de som är aktiva och behandlar information. Antalet noder i varje lager och antalet dolda på problemet.

Egenskaperna och kunskapen i nätverket bestämmes av den enskilda nodens karaktäristik (viktningsfaktom) och nodernas inbördes arrangemang (topologi). lager bestämmes av användaren och beror Det finns många tillgängliga inlämingsalgoritmer som är användbara för inlärning av nätet. Under inlärning jämföres utgångsvärden från ANN med verkliga värde, varvid kopplingskonstanten justeras för att ge minimala skillnader genom minimering av summan av det kvadrerade felet "square"- fel.

Exempel pà andra MVDA-metoder som kan användas i detta sammanhang är: o Multipel Linjär Regression MLR (Multiple Linear Regression) en enkel linjär metod för förutsägelse och kalibrering 10 15 20 25 30 517 992 a v Huvudkomponentregression PCR (Principal Component Regression) en linjär metod för förutsägelse och kalibrering o Projektionföljningsregression PPR (Projection Pursuit Regression), en icke-linjär metod för förutsägelse och kalibrering Efter den ovan beskrivna reduceringen och struktureringen av data från sensorenheten 1 med hjälp av analyssteget 8 MVDA, se fig. 1, kan således erhållas data som indikerar innehållet i rengöringsvattnet, vilket närmare förklaras nedan. lnnehàllet i rengöringsvattnet detekteras eller mätes med fördel i olika stadier av rengöringsprocessen, antingen med olika tidsintervall eller kontinuerligt.

Det är också tänkbart att två eller flera sensorenheter placeras i maskinen för att parallellt eller i sekvens detektera rengöringsvattnet.

En fördelaktig mätning eller detektering kan göras av inkommande vatten antingen i form av en särskild vid inloppet placerad sensorenhet eller mätning under kort tid vid påfyllning, innan vattnet hinner påverkas av rengöringsgodset. Mätningen kan ske före och efter tillsats av kemiska rengöringsmedel. En viktig parameter i Vattenkvalitet är vattenhårdhet, som beror av innehåll av kalcium och magnesium. Denna mätning kan utnyttjas för övervakning av avhärdare i exempelvis en diskmaskin, exempelvis genom styrning av tillsats av salt. Emellertid finns andra parametrar i vattnet som är viktiga för den allmänna vattenkvaliteten, såsom koppar och järn.

Ett andra mätningssteg är mätning av vattnet innan rengöringsprocessen startas. l detta stadium kan enligt uppfinningen bestämmas vad slags och vilken mängd av smuts och föroreningar, som finns i maskinen genom att låta tvättgodset eller diskgodset komma i kontakt med rengöringsvattnet, så att innehållet kan blandas eller lösas i vattnet och detekteras av sensorenheten 1. På basis av de utförda mätningarna är det möjligt att välja ett 10 15 20 25 30 517 992? 9 rengöringsprogram som är optimalt för rengöring med så lite vatten och energi som möjligt.

Ett tredje mätsteg kan göras under själva rengöringsprocessen, varvid processen kan följas och styras så att processen löper enligt plan. Om något oväntat uppstår, exempelvis att användaren öppnar luckan till diskmaskinen och sätter in ytterligare smutsigt diskgods, kan maskinen reagera på detta och anpassa processen genom ändring av vissa parametrar så, att metoden säkerställer att önskat diskresultat erhålles, vanligen att godset blir rent.

Ett fjärde mätsteg kan göras under sköljningsprocessen, varvid kan följas upp att utloppsvattnet är tillräckligt rent innan godset är klart. Förutom smuts och föroreningar är det väsentligt att tlllförsäkra att allt rengöringsmedel har avlägsnats genom sköljning.

Fig. 2 visar en konkret exempel på den ovan beskrivna score-plotten som erhålles vid mätningar av olika typer av inkommande vattenkvaliteter och efter multivariabel dataanalys MVDA av typen PCA. Scoreplotten visar resultat av flera olika mätningar dels före tillsats av kemiskt rengöringsmedel och dels efter tillsats av kemisk rengöringsmedel. Resultatet uppträder såsom ett koordinatsystem där mätresultaten grupperas i olika positioner i koordinatsystemet. Således representerar i det aktuella exemplet position 9 och 10 destillerat vatten före respektive efter tillsats av rengöringsmedel, position 11 och 12 mjukt sjövatten, position 13, 14 relativt hårt kranvatten, position 15 och 16 avhärdat, hårt kranvatten samt position 17 och 18 icke avhärdat hårt vatten, samtliga i var sin grupp representerande vatten före och efter tillsats av rengöringsmedel. Genom de olika gruppernas positioner kan på detta sätt erhållas en detektering av vattnets kvalitet som konsekvent ges en ny position efter tillsats av rengöringsmedel. Genom att resultaten är återkommande med begränsade avvikelser kan positionerna utnyttjas för att ge styrinstruktioner till maskinen i beroende av vattenkvalitén. 10 15 20 25 30 517 992 1o Fig. 3 visar ett exempel på en score-plot eller resultatbild som erhållits efter fyra typfallsmätningar i en tvättmaskin i början av tvättprocessen, då tvättgodset blötlagts. Varje punkt kommer från en mätning, där tvättgodset i maskinen var smutsat med den aktuella smutsen. Score-plotten har även i detta fall erhållits efter multivariat dataanalys av typ huvudkomponentanalys (PCA). Även efter denna analys kan konstateras att smuts av olika karaktär har erhållit klart åtskilda positioner i score-plotten. Här har tvättgodset före varje mätning nedsmutsats med en sort i sänder av de smutssorter som användes i förekommande standardtester, nämligen vin som uppträder i punkt eller position 19, blod i position 20, olja i position 21 och choklad i position 22. Det kan tilläggas att mätningen i detta fall har gjorts efter tillsats av tvättmedel och således med en smutssort i sänder för varje testkörning.

Fig. 4 visar en motsvarande mätning i en diskmaskin, dock i detta fall före tillsats av diskmedel. Även här utfördes en serie testkömingar, där i varje körning en enda smutssort förekom. Det kunde konstateras att de olika ämnessorterna hade relativt god spridning över scoréd-plotten. Således har margarin erhållit position 23, ägg position 24, köttfärs position 25, spenat position 26, te position 27, mjölk position 28 och gröt position 29. Det kan konstateras att ägg och köttfärs ligger relativt nära varandra, beroende på att köttfärsen innehåller ägg. Likaså ligger spenat och te relativt nära varandra, vilket beror på likhet i karaktären. Det kan också konstateras att av denna anledning behöver de ämnen som ligger nära varandra i position därmed en likartad rengöringsprocess.

Oavsett hur många smutssorter tvätt/diskgodset innehåller resulterar varje mätning efter behandling i MVDA-steget 8 en enda mätpunkt. Mätpunktens position påverkas av de enskilda smutssorterna och omfattningen av deras förekomst och ger således information om detta.

Mätpunkterna från de enskilda smutssorterna och blandningar därav kommer alltså att hamna någonstans i den av score-plotten beskrivna rymden. 10 15 20 25 30 517 992š 11 Genom att lära upp maskinstyrningssteget 30, se fig. 1, vilket område som motsvarar vilken smutsblandning (och vilket tvätt/diskprogram som är nödvändigt för varje område) kan man dela in score-plotten i många specificerade områden. i Fig. 5 visas en schematisk skiss över hur en sådan indelning kan tänkas se ut i en tvàdimensionell score-plot. Upplärningssteget kräver många mätningar av många olika smutsblandningar. Varje område 36 motsvarar således en viss smutsblandning.

Då mätningar sker kontinuerligt kommer mätpunkterna att flytta på sig från område till område och programmet anpassar sig därmed för att processen ska följa en optimal väg till det önskade slutresultatet. Detta är illustrerat i fig. 6, där en diskmaskinsprocess är följd (från höger till vänster) genom snabb, kontinuerlig mätning.

F ig. 7 och 8 åskådliggör exempel på ändring av rengöringsprocessen utifrån ett normalprogram. Fig. 7 visar exempel på ett normaldiskprogram som åskådliggöres med en streckad kurva 32, där temperaturens ändringar med tiden under diskprocessens gång åskådliggöres. För årskådlighets skull har här valts ett fall där smutsen enbart utgöres av margarin. Härvid valdes i maskinstyrningssteget 30 ett program som åskådliggöres med kurvan 33.

Den totala förändringen som resultat av den enligt uppfinningen utförda mätningen är: Tid: -20% Diskmedel: -20% Tillförd energi: ingen förändring Vatten: -40% Genom mätningen av vatteninnehàllet medelst sensorenheten 1, dataanalys av mätinformationen i analyssteget 8 och val i maskinstyrningssteget 30 av diskprocess erhölls en temperaturkurva över tiden, som visas med heldragen kurva 33 och således avviker påtagligt från normalprogrammet. 10 15 20 25 30 517 992 12 Pà motsvarande sätt åskådliggöres i fig. 8 en enkel situation i en tvättmaskin för att visa principen enligt uppfinningen. Ett normalprogram visas med streckad linje 34, tvättprocessens gång. Vid detektering av enbart blod i tvätten valde maskinstyrningssteget 30 följande förändring, som även resulterade i en som innebär relativt höga temperaturer under kurva 35 enligt heldragen linje.

Tid: -15% Diskmedel: -20% Tillförd energi: -75% Vatten: ingen förändring Punkterna 37 på score-plotten i fig. 6 representerar således aktuell status hos rengöringsvattnet vid varje mätning, varvid en indikation på slutligt tvätt/diskresultat 38 kan ställas i relation till vattenkvaliten (eventuellt efter avhärdning) i processvattnet eller utloppsvattnet fDetta innebär dock i praktiken ej att utloppsvattnet skall ha samma kvalitet som inloppsvattnet. I vissa fall önskar man avsluta processen, utan att uppnå slutlig renhet i godset t.ex. om man önskar enbart avsköljning av diskgods, eller om man av någon anledning nöjer sig med mindre ren tvätt. Därvid väljer man en slutpunkt 40,se fig.6, dvs avbryter processen vid en punkt, som avviker från en slutpunkt, som normalt motsvarar slutligt disk/tvättresultat.

Uppfinningen är ej begränsad till ovan beskrivna och på ritningama visade exempel, utan kan varieras inom ramen för efterföljande patentkrav.Exempelvis kan som en del av processen ingå dosering av tvätt/ diskmedel, dvs doseringen styres i beroende av 'dels den detekterade vattenkvaliteten och dels det kontinuerligt mätta resultatet.l styrningen av doseringen kan även ingå val mellan olika tvätt/diskmedelstyper.Det skall tilläggas, maskinstyrningssteget 30 är förverkligade i form av mikrodatorer att såväl tungstyrningssteget 6 som analyssteget 8 och 517 992š* 13 (mikrochips) programmerade med datorprogram för att utföra de ovan beskrivna funktionerna. Exempelvis är tungstymingen 6 utförd som ett mikrochip som även innehàlier den ovan nämnda potentiostaten och en AID- omvandlare, medan analyssteget 8 och maskinstyrningssteget 30 ingår i ett andra mikrochip.

Claims (2)

10 15 20 25 30 517 992 .u n n ø v o o ; n n n u c ~ o ø nu 14 PATENTKRAV

1. Metod för rengöring av tvätt/diskgods i en tvätt/diskmaskin, i vilken godset inplaceras i ett tillslutbart rengöringsutrymme, vatten tillföres i en eller flera cykler till rengöringsutrymmet med eller utan kemiska rengöringsmedel, godset rengöres under viss tid och med viss temperatur i en eller flera cykler i en rengöringsprocess (31), vattnet med rengöringsrester utsläppes i en eller flera cykler från rengöringsutrymmet varvid tillförsel av vatten, rengöringsprocessen och utsläpp av vatten styres i beroende av bland annat och detektering av förekomsten av rengöringsrester rengöringsmedel i vattnet, k ä n n e t e c k n a d a v stegen: - elektrokemisk detektering av vattnet medelst voltammetri genom applicering av en varierande elektrisk potential över minst två elektroder (3, 4, 5), som står i kontakt med vattnet för att bilda en strömkrets och mätning av den uppträdande elektriska strömstyrkan i strömkretsen (7), - analys av strömstyrkan som svar på tillförd potential medelst multivariat dataanalys (MVDA (8)) för att erhålla information i beroende av innehållet i vattnet, - jämförelse med referensdata för fastställande av innehållet i vattnet under rengöringsprocessen (31), - styrning (30) av rengöringsprocessen på grundval av det fastställda innehållet i vattnet med avseende på förutbestämda parametrar, åtminstone processtid och processtemperatur.

2. Anordning för rengöring av tvätt/diskgods i en tvätt/diskmaskin med ett tillslutbart rengöringsutrymme i vilket godset är inplacerat, varvid vatten tillföres i en eller flera cykler till rengöringsutrymmet med eller utan kemiska rengöringsmedel, godset rengöres under viss tid och med viss temperatur i en eller flera cykler i en rengöringsprocess (31), vattnet med rengöringsrester utsläppes i en eller flera cykler från rengöringsutrymmet varvid tillförsel av vatten, rengöringsprocessen och utsläpp av vatten styres i 10 s171g92 v I - v ø o u , o o 1 o | u - en beroende av bland annat detektering av förekomsten av rengöringsrester och rengöringsmedel i vattnet, k ä n n e t e c k n a d a v sensororgan (1) för elektrokemisk detektering av vattnet medelst voltammetri genom applicering av en varierande elektrisk potential över minst två elektroder (3, 4, 5), som står i kontakt med vattnet för att bilda en strömkrets (7) och mätning av den uppträdande elektriska strömstyrkan i strömkretsen, av organ (8) för analys av strömstyrkan som svar på tillförd potential medelst multivariat dataanalys (MVDA) och organ (30) för jämförelse med referensdata för fastställande av innehållet i vattnet under rengöringsprocessen (31) och styrning (30) av rengöringsprocessen på grundval av det fastställda innehållet i vattnet med avseende på förutbestämda parametrar, åtminstone processtid och processtemperatur.