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专利名称:用于监测和控制混合室中液体量的方法和装置的制作方法
技术领域:
本发明总体上涉及饮料机,更具体地讲,涉及用于监测和控制冷冻碳酸饮料机的混合室中液体量的方法和装置,以便控制所分配的饮料制品的稠度和质量。
本发明背景冷冻碳酸饮料机在本领域中是众所周知的,并且已经使用多年。该装置能通过在一个混合室中冷冻包括糖浆、水和二氧化碳在内的成分的混合物而生产出冷冻碳酸饮料。所述混合物在所述混合室的内表面冷冻,所述混合室周围有螺旋形线圈,制冷剂从该线圈中通过。在所述混合室里边设有一个转动轴,该轴具有若干向外突出的浆叶,由这些浆叶将所述混合物从所述混合室的内壁上刮掉。一旦所述碳酸饮料成为所需要的冷冻状态,即通过一个产品阀从所述混合室中分配该产品。
通过一个控制所述制冷系统的控制系统,维持所述混合室中的成分的温度和稠度。所述控制系统还控制注入所述混合室中的成分的量,以保持所述混合室中这些成分的量处于预定数量。所述控制系统通常包括一个压力响应装置,由该装置根据室内压力控制输入所述混合室中的成分量。
保持所述混合室中二氧化碳的压力高于大气压力,并保持所述混合室中液体的温度低于大气压力下水的冰点,但高于在所述混合室内的压力下该液体容易结冰的温度。所述液体的稠度也必须保持在预定范围内。在所述温度和压力条件下,并稳定保持其稠度,通过所述产品阀将该饮料以类似于冷冻泡末的半冷冻状态从所述混合室中分配到大气压力中。
从所述混合室中分配出的产品的体积被定义为“溢出量”。如果以半冷冻状态从所述混合室中分配出的液体为其体积的两倍,则被定义为具有100%的溢出量。通常,加入所述混合室中的二氧化碳越多,其溢出量越高。从质量角度讲,希望能够控制溢出量,以便能够控制该产品的稠度。
所述产品的质量还可以通过所述糖浆、水、和二氧化碳成分混合物的比例决定。控制和调节该混合物的能力受精确调节和控制压力、温度、和二氧化碳量的能力的影响。尽管诸如糖浆含量的其它因素也会影响该产品的质量,但碳酸量是主要因素。已知冷冻碳酸饮料机的一个主要缺陷是它不能精确控制压力、温度以及进入所述混合室中的二氧化碳量,以便产生一致的优质产品。
已知冷冻碳酸饮料机的另一个主要缺陷是它不能有效控制所述产品的稠度,无论该机器的“排放速度”如何,即在特定时间内无论从所述机器中排出多少产品,在高排放速度下,饮料会被过度的碳酸化,而在低的排放速度下,加入该混合物中的二氧化碳不足。诸如控制气体与液体比例的该机器工作不稳定的因素,例如,压力调节器和电磁阀,以及流体管路中的压力降可能导致上述问题。现有的机械一直不能解决这一问题,这主要是由于现有机器不能监测并进而控制所述混合室中的液体量。
人们很早就认识到,为了生产出优质的碳酸饮料,无论排放速度如何,都必须精确控制其液位。不过,在能够控制所述液位之前,必须能测定液位,这一点迄今都无法做到。监测混合室中液位所遇到的问题是,由于二氧化碳与冷冻液体在所述混合室中连续混合而产生的发泡效应,其液位是不可见的。例如,即使所述混合室有一半是空的,而且该室是冷冻的,该室看上去也是满的。只有当对该混合室进行除霜时才可以检测已知装置中的液位。
现有机器的另一个问题是,如果在对所述产品进行除霜时以液体状态将饮料从该机器中排出,或者在该产品还处于部分为液体状态的开始冷冻时期将所述饮料排出,很多机器都不会重新填充所述混合室。这会使所述混合室中液体与气体的比例失调,以致在很多情况下都需要进行维修,以便校正其平衡。所述维修通常是通过手工向所述混合室中添加液体而实现的。如果出现这种情况,产品的质量将会受到损害,以致于该产品根本就无法接受。
本发明涉及一种改进的饮料机,该饮料机克服或至少减轻了上述问题中的某一些。
本发明概述本发明涉及一种用于改进冷冻碳酸饮料制品的稠度和质量的方法和装置。本发明是通过使用监测饮料机的混合室中的液位的方法实现这一目的的。根据本发明的一个方面,在填充循环中,即当将成分注入所述混合室中时,监测该混合室内的压力。通常,在一个填充循环之后马上会出现一个压力峰值。测定该压力峰值。该压力峰值的大小是所述混合室中液体量的指标。如果在所述混合室中气体太多,而液体不足,则将会出现一个小的压力峰值。另一方面,如果所述混合室中气体不足,而液体太多,则会出现大的压力峰值。通过调节注入该混合室中的气体和液体量,即气体与液体的比例,可以将在填充循环之后出现的压力峰值的大小保持在可以接受的范围内,并从而调节该混合室中的液体量。这样可以对产品的稠度和质量进行精确控制。
根据本发明的另一方面,在排放循环中,即当产品从所述混合室中分配出去时监测所述混合时中的压力。与填充循环类似,通常,在排放循环期间或之后,该混合室中的压力会发生突然的变化。如果该混合室中的液体太多,而气体不足,则压力会有较大量的突然下降,即出现大的负峰值。另一方面,如果该混合室中液体不足,而气体太多,则该混合室中的压力变化很小,即不会出现峰值或出现很小的负峰值。通过调节气体与液体的比例,可以将在排放循环期间或之后出现的压力降稳定控制在可以接受的范围内,因此,也能对该产品的稠度和质量进行精确控制。
在本发明的一种方法中,可以选择低的和高的设定压力值。低的设定压力值是指将所述成分注入所述混合室中的压力,而高的设定压力值是指减少或停止向所述混合室输送成分的压力。所述设定压力值相当于在所述混合室中测定的压力,该压力取决于向所述混合室输送气体的压力。所述设定压力优选低于气体输送压力。所述低的设定压力值优选设定为比所述气体输送压力低3-7psi(磅/英寸2),而所述高的设定压力值优选设定为比所述其他输送压力低1-5psi(磅/英寸2)。
根据该方法的一个方面,测定填充循环之后出现的压力峰值。如果该压力峰值超过了预定的可接受范围,则对测定的压力值进行重新调节。当所述混合室中的压力高于可接受的预定范围时,将所述设定压力值重新调节至低于所述预先选择的值,如果所述混合室中的压力低于所述预定的可接受的范围时,则将设定压力值重新调节至高于所述预先选择的值。当所述低的设定压力值为25psi,而所述高的设定压力值为27psi时,所述压力峰值优选为3-7psi,即如果将压力提高到30-34psi的话,所述压力处在可接受的范围内。应当指出的是,所述可接受压力峰值的大小可以根据所述低的和高的设定压力值的设定而变化。
通常,在分配阀开启之后一直到关闭该分配阀之后3秒钟,压力峰值可随时出现。在这段时间内连续测定所述混合室中的压力。在本发明的优选实施方案中,大约每
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在该方法的另一方面,在排放循环中测定所述混合室中的压力。如果在该排放循环中,所述混合室中的压力变化超过可接受的量,则对所述设定压力值进行重新调节。当所述混合室中的压力下降太多时,将所述设定压力值重新调节至低于预先选择的值,当所述混合室中的压力下降不太多时,将所述设定压力值重新调节至高于预先选择的值。优选地,当低的设定压力值为25psi,而高的设定压力值为27psi时,所述混合室中的压力在排放循环期间下降2-10psi。如果压力的下降大于或小于上述数量,则需要改变其偏移值。通常,一个负的压力峰值会出现0-2秒。在此期间连续测定所述混合室中的压力。
在本发明的一种实施方案中,本发明的用于控制冷冻碳酸饮料制品的质量的装置包括一个传感器,一个可编程记忆装置,压力控制阀,以及一台微机。由所述传感器测定所述混合室中冷冻碳酸饮料制品的压力。所述可编程记忆装置采用一种算法,该算法根据被注入所述混合室中的气体压力选择低的设定压力值和高的设定压力值。所述控制阀根据接受到的、由所述微机发出的指令调节向该混合室输送的成分,所述微机与所述传感器、可编程记忆装置、以及控制阀呈电力连接,并控制所述成分注入所述混合室。在填充循环过程中,由所述微机监测所述混合室中冷冻碳酸饮料制品的压力,并且在紧接着填充循环之后出现的压力峰值超过预定的可接受范围时,重新调节所述设定压力值中的一个或两个。
在本发明装置的另一种实施方案中,所述微机在排放循环期间起着监测所述混合室中的压力的作用,并且在该排放循环期间或紧接着该排放循环之后,当所述混合室中所出现的压力降超过预定的可接受范围时,对所述设定压力值的一个或两个进行重新调节。
上述方法和装置可应用于除冷冻碳酸饮料行业以外的目的。本文所披露的原理可应用于一切饮料制品的生产,无论该饮料是否是碳酸饮料,也无论该饮料是否是冷冻的。在以上用途中,所述偏移值以及低的和高的设定压力值应当优选设定为本领域已知的能生产出优质制品的值。本发明的方法和装置能确保对该制品的质量进行精确维持。
在本发的另一种方法中,当出现正的或负的压力峰值时,通过将更多(或更少)气体或液体注入所述混合室,以调节气体与液体的比例。例如,如果压力的提高超过了预定范围或压力的降低低于预定的范围,则有更多的气体被注入混合室。这一目的可以通过仅将气体加入该混合室以排除所述液体而实现,或通过每单位体积的液体加入更大体积的气体而实现。如果所述混合室中压力的提高低于所述预定范围或压力的降低高于所述预定范围,则将更多的液体加入所述混合室。这也可以通过仅向该混合室中加入液体以排除气体而实现,或通过每单位体积的气体加入更大体积的液体而实现。
根据所述另一种方法,需要加入所述混合室中的气体或液体量取决于压力峰值的大小。这是一种直接的关系,例如,无论是正的或负的压力峰值,压力峰值越大,需要加入所述混合室中的气体越多。类似的,无论是正的或负的压力峰值,压力峰值越小,需要加入混合室中的液体越多。为了优化这一关系,可以进行经验研究。储存在所述可编程记忆装置中的一种控制算法优选被用于直接确定对于特定压力峰值而言需要多少气体或液体加入所述混合室中。本发明的微机也可用于完成上述另一种技术。
附图的简单说明通过阅读以下详细说明并结合附图可以了解本发明的其它方面和优点,其中
图1是本发明的冷冻碳酸饮料机的基本元件的示意图。
图2是用于本发明的流通处理组件的详细视图。
图3是所述成分之一通过图2所示流通处理组件流动的代表性流通途径。
图4是表示一种含有糖浆和水的混合物的溶液通过用于本发明的二级流通处理组件流动的代表性流通途径。
图5是用于控制有关成分流入所述混合室的控制电路的示意图。
图6是即将进行填充循环之前、之中以及紧接着填充周期之后,所述混合室中压力变化的曲线图。
图7是即将进行排放循环之前、之中以及紧接着之后,所述混合室中压力变化的曲线图。
本发明详细说明参见附图中的图1,本发明的一种冷冻碳酸饮料机的系统示意图总体上用编号10表示。系统10包括一个成分供应源12,一个控制电路14,一个流通处理组件16,一对混合室18和20,以及一个制冷系统22。所述成分供应源12包括一个供水箱24,一对糖浆供应箱26和27(用于两种不同风味)以及一个二氧化碳箱28。
通过一个供水软管30将水由供水箱24输送到流通处理组件16,供水软管30通过一个“T型”接头31分入两个独立的供水软管32和34,如图2所示。供水软管32通向流通处理组件16的左侧,而供水软管34通向流通处理组件16的右侧。正如下文将要进一步说明的,流通处理组件16的左侧控制所述成分流入混合室18,而流通处理组件16的右侧控制所述成分流入混合室20。
通过一个接头36将供水软管32安装到流通处理组件16上,如图2所示,所述接头以压入配合形式压入设在所述流通处理组件的一个入口。类似地,通过接头38将供水软管34安装在流通处理组件16上,同样将该接头以压入配合形式压入设在该流通处理组件上的一个入口。水通过出口流出流通处理组件