БЫТОВОЙ ПРИБОР С ДОЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМОЙ
HOUSEHOLD APPLIANCE WITH METERING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к бытовому прибору с резервуаром для вязкой жидкости, содержащему выпуск для выпускания жидкости и выполненную с возможностью перемещения заглушку для закрывания выпуска.
Уровень техники
Дозирующие системы для жидких веществ в бытовых приборах существуют во многих вариантах и с различными клапанами. Например, патентный документ DE 102011083299 А1 описывает клапан, в котором несколько заглушек расположены в одной клапанной камере.
Раскрытие сущности изобретения
Задача, лежащая в основе изобретения - предоставить такой бытовой прибор, в котором дозировка вязкой жидкости может быть проведена с более высокой точностью.
Эта задача решена посредством объекта изобретения с признаками согласно независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются объектом фигур, описания и зависимых пунктов.
Согласно одному из аспектов изобретения задача решена посредством бытового прибора с дозирующей системой, которая содержит резервуар для вязкой жидкости с выпуском для выпускания жидкости и подвижную заглушку для закрывания выпуска, причем дозирующая система содержит исполнительное устройство для приложения силы к подвижной заглушке, регистрирующее устройство для регистрации положения подвижной заглушки во времени и вычислительное устройство для расчета вязкости вязкой жидкости на основании данных о положении подвижной заглушки во времени. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что дозирование вязкой жидкости в зависимости от рассчитанной вязкости может быть проведено более точно.
Под бытовым прибором понимают прибор, который используется для ведения домашнего хозяйства. Он может представлять собой крупный бытовой прибор, например стиральную машину, сушильную машину для белья, посудомоечную машину, аппарат для термообработки пищи, кухонную вытяжку или холодильный аппарат, например холодильник, морозильник или комбинированный холодильник-морозильник.
Однако он может представлять собой и мелкий бытовой прибор, например водонагреватель, автоматическую кофемашину, кухонный комбайн или пылесос.
В предпочтительном варианте осуществления бытового прибора резервуар содержит измерительный канал с постоянным поперечным сечением, в котором размещена заглушка с возможностью перемещения. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что могут быть созданы однородные условия для потока вязкой жидкости на протяжении пути перемещения.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора измерительный канал имеет цилиндрическую форму или форму прямоугольного параллелепипеда с закругленными углами. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что используются формы, которые допускают равномерное обтекание заглушки.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора измерительный канал имеет направляющую для направления заглушки. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что заглушка перемещается по заданному пути и улучшена точность измерения вязкости.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора измерительный канал содержит прорезь, проходящую в продольном направлении, для пропускания жидкости. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что жидкость протекает мимо заглушки по заданному поперечному сечению.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора измерительный канал наклонен относительно нижней поверхности бытового прибора. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что при перемещении заглушки возможно использование воздействия силы тяжести.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора измерительный канал содержит отверстие, снабженное обратным клапаном. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что в направлении движения расположен предусмотренный зазор в виде сужения для измерения вязкости, а в обратном направлении жидкость протекает через обратный клапан.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора исполнительное устройство содержит электромагнит для перемещения заглушки посредством магнитной силы. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что сила может быть приложена к заглушке бесконтактным образом.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора бытовой прибор и/или резервуар содержит полюсные наконечники для изменения магнитной силы, так что магнитная сила на пути перемещения заглушки остается постоянной. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что создают более равномерное изменение силы, так что вязкость может быть рассчитана точнее.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора регистрирующее устройство образовано устройством регистрации импеданса для регистрации импеданса электромагнита. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что посредством электромагнита может быть определено положение простым образом.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора резервуар содержит пружину для прижимания заглушки к уплотнительному посадочному месту. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что улучшается плотность закрытия.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора заглушка выполнена из ферромагнитного материала. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что возможно перемещение заглушки посредством магнитной силы бесконтактным образом.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора заглушка имеет шарообразную форму. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что заглушка имеет форму, на основании которой возможен простой расчет вязкости жидкости.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора резервуар содержит устройство регистрации уровня для регистрации уровня вязкой жидкости в резервуаре. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что при расчете вязкости возможен учет уровня жидкости.
В следующем предпочтительном варианте осуществления бытового прибора регистрирующее устройство предназначено для регистрации скачкообразного изменения скорости подвижной заглушки. Техническое преимущество данного решения состоит, например, в том, что может быть зарегистрирован момент, когда уровень жидкости понижается до уровня заглушки.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения представлены на чертежах и более подробно описаны ниже.
Показаны:
фиг. 1 - схематический вид бытового прибора;
фиг. 2 - несколько видов резервуара при различных положениях заглушки; и
фиг. 3А-3Е - различные измерительные каналы с заглушкой.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан схематический вид стиральной машины в качестве бытового прибора 100. Стиральная машина содержит дверь 123 для загрузки стиральной машины бельем. Дополнительно стиральная машина содержит резервуар 101, который может быть заполнен моющими средствами или другими жидкими веществами.
На фиг. 2 показаны несколько видов резервуара 101 с различными положениями заглушки 107 для закрывания выпуска 105. Резервуар 101 представляет собой часть дозирующей системы, которая позволяет определять вязкость содержащейся в ней жидкости 103. Качество дозирования дозирующей системы может быть повышено за счет учета вязкости при подаче жидкости 103. В управляемой в зависимости от времени дозирующей системе жидкость 103 вытекает из резервуара 101 под воздействием силы тяжести через выпускной клапан до тех пор, пока выпускной клапан открыт. Дозирующая система позволяет измерять вязкость жидкости 103 в резервуаре 101. Вязкость жидкости 103 оказывает большое влияние на время открытого состояния выпускного клапана, необходимое для дозирования заданного количества.
Если вязкость для действительного рабочего режима известна, то, учитывая ее при определении времени открытого состояния выпускного клапана, достигают высокой точности дозируемого количества. Вязкость зависит не только от вида жидкости, но и изменяется, например, экспоненциально с температурой. Наряду с этим старение жидкости также воздействует на вязкость. Большинство жидкостей, используемых в бытовых приборах, можно с достаточной степенью аппроксимации рассматривать как ньютоновские жидкости. Для ньютоновских жидкостей действует соотношение:
η
где h - это уровень жидкости в резервуаре 101, а  - вязкость жидкости. K - константа, по существу, зависящая от геометрических характеристик выпуска.
Для нахождения уровня жидкости в резервуаре 101 могут быть использованы датчики уровня наполнения, которые подходят для использования в бытовых приборах. Резервуар 101 позволяет производить измерение вязкости жидкости, используя характеристическую кривую перемещения заглушки 107 при открывании и/или закрывании выпускного клапана. Выпускной клапан предпочтительно представляет собой электромагнитный клапан, в котором на ферромагнитную заглушку 107 воздействует магнитное поле, производимое вне резервуара 101.
Заглушка 107 представляет собой ферромагнитный шар, который сначала удерживается в уплотнительном посадочном месте без внешнего магнитного поля в первую очередь постоянным магнитом. Наряду с этим на заглушку 107 действуют сила тяжести, давление жидкости и выталкивающая сила. Для открывания выпускного клапана прикладывают внешнее магнитное поле, которое создают электромагнитом. Электромагнит 125 образует исполнительное устройство 109 для заглушки 107. Исполнительное устройство 109 прикладывает к шару магнитную силу, которая превосходит остальные силы и перемещает шар, удаляя его от уплотнительного посадочного места.
На пути удаления шара от уплотнительного посадочного места расположена цилиндрическая область измерительного канала 113. Диаметр цилиндрической области больше, чем диаметр шара. В то время как шар перемещается через цилиндрическую область измерительного канала 113 к электромагниту, жидкость просачивается сквозь серповидный зазор между шаром и стенкой измерительного канала 113.
Устанавливающаяся скорость шара следует из равновесия сил, т.е., прежде всего, магнитной силы, преодолевающей сопротивление, обусловленное вязкостью, при перемещении жидкости в зазоре измерительного канала 113. Изменение положения шара, используемого в качестве заглушки 107, во времени, например, при открывании выпускного клапана, позволяет определить вязкость жидкости 103 в резервуаре 101. Положение шара может быть определено регистрирующим устройством 111, которое регистрирует посредством измерения импеданса катушки электромагнита 125 по меньшей мере при одной подходящей частоте. Как абсолютная величина, так и фаза импеданса систематически изменяются с положением шара в магнитном поле и поэтому могут быть использованы для измерения. В простейшем случае достаточно регистрировать время между активированием электромагнита и подходом шара к упору на стороне электромагнита. Исходя из этого времени можно, зная длину отрезка пути, определить скорость, на основании которой может быть найдена действительная вязкость жидкости.
На фиг. 3А-3Е показаны различные измерительные каналы 113 с заглушкой 107.
На фиг. 3А показано поперечное сечение горизонтального цилиндрического измерительного канала 113 с шарообразной заглушкой 107. Над шарообразной заглушкой 107 возникает серповидный вытеснительный зазор 121.
На фиг. 3В показано также поперечное сечение горизонтального цилиндрического измерительного канала 113 с диаметром, который приблизительно соответствует диаметру сферической заглушки 107. Над сферической заглушкой 107 выполнена проходящая продольно прорезь 117, через которую жидкость 103 протекает мимо заглушки 107.
На фиг. 3С показано поперечное сечение горизонтального измерительного канала 113, имеющего квадратную форму поперечного сечения с закругленными углами, со сферической заглушкой 107.
На фиг. 3D показано поперечное сечение горизонтального измерительного канала 113, имеющее U-образную форму поперечного сечения. Дополнительно сферическая заглушка 107 удерживается на намеченной траектории посредством стержней 119, которые образуют конструкцию в виде клетки.
На фиг. 3Е показано поперечное сечение горизонтального измерительного канала 113 с направляющей 115 для направления сферической заглушки 107. Над направляющей расположены два стержня 119, которые удерживают заглушку 107 в направляющей. Этот вариант осуществления предпочтителен, так как сферическая заглушка 107 относительно свободно перемещается жидкостью 103.
Показанные меры позволяют уменьшать измерительный канал 113 в зависимости от регистрируемого диапазона вязкости, например, от открытой канавки до более или менее свободного перемещения сферической заглушки 107 без специального измерительного канала 113. Чем больше свободного места вокруг заглушки 107, тем быстрее она двигается при заданной силе. При низкой вязкости возможно изменение скорости путем адаптации измерительного канала. Вместо сферической заглушки 107 в виде шара в качестве заглушки 107 могут быть использованы другие проходные детали, например клапаны, задвижки или поршни/плунжеры.
Поскольку ориентация резервуара 101 в бытовом приборе 100 однозначна, сила тяжести может быть использована целенаправленно для приложения к заглушке 107 дополнительной составляющей силы. Для этого возможно выполнение измерительного канала 113 с наклоном относительно горизонтали. Создание силы уплотнения возможно и за счет других сил, отличных от магнитных сил, например посредством пружины, которая прижимает заглушку к уплотнительному посадочному месту.
Магнитная сила электромагнита уменьшается с расстоянием по меньшей мере пропорционально третьей степени. В начальной точке шара, т.е. в уплотнительном посадочном месте, сила электромагнита 125 незначительна. Посредством полюсных наконечников можно адаптировать распределение силы в измерительном канале 113 таким образом, что на протяжении траектории заглушки 107 сила остается приблизительно постоянной.
Наряду с измерением импеданса катушки во время ее использования в качестве электромагнита 125 предложено измерять импеданс без активирования катушки в качестве электромагнита, например во время обратного отведения шара к уплотнительному посадочному месту. В этом случае электромагнит активируют в начале процесса дозирования, шар притягивается и при высоких значениях магнитных сил достигает упора на стороне катушки. По истечении некоторого времени ожидания, после которого можно считать, что шар достиг упора, электромагнит деактивируют и переключают в режим измерения импеданса. После этого шар первоначально возвращается в первую очередь под воздействием постоянного магнита назад в уплотнительное посадочное место силой, которая меньше, чем сила при открывании. Более низкая скорость позволяет легче производить измерение. Во время возвращения импеданс измеряют непрерывно и на основании него делают выводы о положении шара.
Исходя из скорости возвращения рассчитывают действительную вязкость. В сочетании с известным временем открытого состояния выпускного клапана получают уже вытекшее на этом этапе количество жидкости. После этого процесса известны все данные для того, чтобы вторично открыть выпускной клапан и соответствующим образом уточнить общее дозируемое количество на основании рассчитанной вязкости. В целесообразном случае возвращение шара при втором разе также регистрируют и используют для уточнения измерения вязкости.
Способ функционирует начиная с минимальной дозируемого количества жидкости 103, которая вытекает уже во время измерения. В этом случае возможно использование значений из предыдущих измерений, которые сохранены, например, в энергонезависимой памяти. В частности, при дозировках менее минимальной дозируемого количества для расчета вытекающего количества возможно обращение к ранее записанным значениям из энергонезависимой памяти.
Типичный случай относится к процессу дозирования в стиральной машине. Сначала посредством описанного способа в ходе двух этапов дозируют относительно большое основное количество и регистрируют вязкость. В затребованных стиральной машиной дополнительных дозах возможно дозирование жидкости 103 с учетом последнего записанного значения вязкости непосредственно по времени без дополнительного измерения вязкости. В предпочтительном случае этот способ осуществляют в сочетании со свободным перемещением шара, так как при таком измерении реализуют открытый путь.
η
Возможно также использование электромагнитной индукции регистрирующим устройством 111 для измерения положения или скорости шара. Постоянный магнит в уплотнительном посадочном месте создает в шаре электромагнитное поле, так что сам шар становится магнитом, сила которого зависит от положения шара в магнитном поле. Так как намагниченный таким образом шар перемещается в области воздействия катушки электромагнита, в нем индуцируется электрический ток, который можно измерить для регистрации положения. Поскольку при заданном значении силы F вязкость и скорость шара обратно пропорциональны друг другу (вязкость по Стоксу:  где v - скорость шара,  - вязкость жидкости), возможен непосредственный расчет вязкости.
Дополнительно возможно использование электромагнита для регистрации наличия резервуара 101 в бытовом приборе 100, например, по наличию шара в области регистрации катушки.
При определении дозируемого количества может быть использован уровень жидкости в резервуаре 101 для повышения точности дозирования. Для этого возможно проведение относительно грубого измерения уровня жидкости, которое выполнимо простыми техническими средствами. Так как дополнительно может быть оценено уже изъятое из резервуара 101 количество жидкости, для этого достаточно знания нескольких немногих опорных значений уровня жидкости. Для измерения уровня жидкости могут быть использованы датчики, для которых не нужен электрический контакт в резервуаре 101, например использующие емкостные методы, индуктивные методы или отражение света и звука от поверхности жидкости.
Время цикла для измерения вязкости может быть уменьшено за счет асимметрии значений скорости шара на прямом пути и обратном пути, т.е. время открытого состояния выпускного клапана до подхода шара к упору и закрывания выпускного клапана. Цилиндрический измерительный канал 113 имеет на конце, обращенном к катушке, отверстие, которое снабжено обратным клапаном. В направлении движения обратный клапан закрыт, и в нем есть только предусмотренные зазоры или прорези в виде сужения для измерения вязкости. В обратном направлении движения обратный клапан открыт и жидкость протекает в первую очередь через обратный клапан. Если жидкость 103 в резервуаре 101 иссякает, то уровень жидкости опускается ниже верхнего края закрытого измерительного канала 113. В этом случае зависимость f(weg) скорости шара имеет скачок. При перемещении шара в измерительном канале 113, только частично наполненном жидкостью, сначала, во время накапливания жидкости перед шаром, вытесняется воздух.
После этого, когда скопившаяся перед шаром жидкость заполняет весь остаточный объем измерительного канала 113, это приводит к значительному замедлению шара. Исходя из наступления скачка скорости во время измерения вязкости можно сделать заключение о пониженном уровне жидкости в резервуаре 101. Эту ситуацию можно использовать, например, располагая верхний уровень измерительного канала 113 таким образом, что в резервуаре 101 еще находится определенное количество дозируемых порций, когда скачок появляется впервые. В этом случае возможна выдача соответствующего указания пользователю.
В открытых измерительных каналах со свободным перемещением шара скорость шара на протяжении всего его пути изменяется без скачков. Однако измеренное значение вязкости содержит скачок, который можно регистрировать, сравнивая с предыдущими измерениями вязкости, и соответствующим образом оценивать.
В бытовом устройстве реализуют простую систему для определения вязкости, имеющую только одну подвижную деталь, что позволяет производить дозирование жидкости с высокой точностью. В регулируемых по времени дозирующих системах, в которых жидкость вытекает через выпускной клапан до тех пор, пока он открыт, благодаря использованию предварительно определяемой вязкости достигается значительное повышение точности дозирования.
Все загрязняемые части дозирующей системы выполнены с возможностью их изъятия пользователем. Наряду с простым измерением уровня жидкости возможно осуществление точного дозирования. Возможно выполнение резервуара без электрических элементов во внутренней части. Благодаря магнитной связи заглушки 107 осуществляют отделение электрических компонентов от влажных зон.
Все признаки, раскрытые и показанные в сочетании с отдельными вариантами исполнения изобретения, могут быть предусмотрены в объекте изобретения в различных комбинациях, чтобы одновременно реализовать их предпочтительные воздействия.
Область охраны данного изобретения определена пунктами формулы и не ограничена признаками, раскрытыми в описании или показанными на чертежах.
Список обозначений
100
бытовой прибор
101
резервуар
103
жидкость
105
выпуск
107
заглушка
109
исполнительное устройство
111
регистрирующее устройство
113
измерительный канал
115
направляющая
117
прорезь
119
стержень
121
вытеснительный зазор
123
дверь
125
электромагнит