液体加热设备和操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于将预定体积的水加热到所期望的温度(例如用于在制备婴幼儿配方奶或其他婴幼儿食物中使用的温水)的方法和设备。
【背景技术】
[0002]当前的制造技术使得生产和储存随后用于制作婴幼儿奶的无菌婴幼儿配方粉不可行。世界卫生组织(WHO)指导婴幼儿配方奶的制备(“婴幼儿配方粉的安全制备、储存和处理:指导”，WHO，2007)，因此建议通过将婴幼儿配方粉与温度大于70°C的水混合而使其重组，以使可能被诸如阪崎肠杆菌和沙门氏菌的有害细菌污染的婴幼儿配方粉灭菌。
[0003]目前的婴幼儿配方粉或婴幼儿食物典型地通过使用新近在壶中煮沸的水重组，以使婴幼儿配方粉灭菌，然后允许液体冷却到适合于给婴幼儿的温度一一例如，典型地，大约为体温或略高几度。然而，这是耗时间的操作且其可能难以准确地判断正确的温度。
[0004]即使婴幼儿配方奶在使用非常热的水(例如>70°C )调兑之前没有被灭菌，也仍然期望制备使得奶在被给予到婴幼儿时具有约体温(例如37°C)的最终温度的配方。在实践中，这通常意味着在将温水或热水与配方混合之后制备品必须冷却到所期望的最终温度。没有可靠的方式在正确的温度处立即重组配方粉。尽管冷水可以添加到制备品中，以加速冷却过程，但是这存在冷水不是无菌的风险并且这能够影响正确的剂量以及最终温度。
[0005]仍然需要一种改进的方法，以在可控的温度下分配可控体积的温水，用于重组婴幼儿配方奶、婴幼儿食物以及其它目的。
【发明内容】
[0006]当从第一方面看时，本发明提供操作包括加热装置和分配预定体积的温液体的泵的设备的方法，所述方法包括以下步骤:测量加热装置上游的液体的温度；计算用于加热装置将预定体积的液体从上游温度加热到所期望的最终温度所需要的能量；计算用于加热装置通电以递送所计算的能量所需要的“开”时间段；使加热装置通电所计算的“开”时间段；在第一时间段期间操作泵，以从设备的出口分配在预定初始温度处或在预定初始温度之上的第一体积的被加热的液体，其中第一时间段与所计算的“开”时间段至少部分地处于相同时段；使加热装置断电；以及在第一时间段之后使泵操作第二时间段，以从设备的出口分配第二体积的液体，从而从加热装置去除余热，第一体积和第二体积一起提供预定体积，其中第一体积和第二体积的液体的平均温度是在预定体积已经分配之后的所期望的最终温度。
[0007]当从第二方面看时，本发明提供用于分配预定体积的温液体的设备，该设备包括加热装置、泵、对加热装置上游的液体的温度敏感的温度传感器以及控制装置，该控制装置设置成:接收来自温度传感器的上游温度数据，计算用于加热装置将预定体积的液体从上游温度加热到所期望的最终温度所需要的能量，计算用于使加热装置通电以递送所计算的能量所需要的“开”时间段，使加热装置通电所计算的“开”时间段，在第一时间段期间操作泵，以从设备的出口分配在预定初始温度处或预定初始温度之上的第一体积的被加热的液体，其中第一时间段与所计算的“开”时间段至少部分地处于相同时段，使加热装置断电，以及在第一时间段之后使泵操作第二时间段，以从设备的出口分配第二体积的液体，从而从加热装置去除余热，第一体积和第二体积一起提供预定体积，其中第一体积和第二体积的液体的平均温度是在分配预定体积之后的所期望的最终温度。
[0008]由此，计算使液体的温度从上游温度上升到所期望的最终温度所需要的热能量的总量，并且这在第一体积的液体和第二体积的液体之间是分离的，其中第一体积的液体例如可以用于在大于70°C的初始温度处重组婴幼儿配方粉，由此满足WHO对于制备婴幼儿配方粉的指导，第二体积的液体处于较低的温度，以给总预定体积的分配的液体等于适合于供给到婴幼儿的所期望的最终温度(例如37°C处)的平均温度。即，一旦所有液体已经被分配，期望的最终温度为容器(例如婴儿奶瓶)中的液体的平均温度。
[0009]因此，可以了解本发明的方法和设备允许在准确且可重复的递送中提供在所期望的最终温度处的预定体积的液体。与计算加热装置通电的“开”时间(即确定液体可以获得的热能的量)一样，该方法可以计算用于分配第一体积的液体和第二体积的液体的第一时间段和第二时间段，即确保第一体积和第二体积一起提供用户希望分配的预定体积。因此，在所计算的第一时间段期间以及在第一时间段之后的所计算的第二时间段，泵可以被操作。如下文将要解释地，第二计算的时间段可以紧接在第一计算的时间段之后，或在泵操作的第一时间段和第二时间段之间可以有停顿。将要理解的是，可以计算用于使加热装置通电的所计算的“开”时间段以及所计算的泵操作的第一时间段和第二时间段，使得预定体积的液体在其完全分配之后具有所期望的最终温度。这意味着用户仅仅需要开始分配过程，结果将是预定体积的液体以所期望的最终温度分配。计算泵操作的第二时间段，以从加热装置去除余热，使得预定体积的液体具有所期望的最终温度，例如37°C。
[0010]在第一时间段和第二时间段之间分配的分离还可以允许用户将第一体积的液体与婴幼儿粉在分配第二体积的液体之前混合。在一组实施例中，这可以通过优选地在第一时间段与第二时间段之间提供泵操作的停顿而变得方便，如下文将要讨论的。在其他的实施例中，泵可以贯穿第一时间段和第二时间段而连续地被操作，仅有的区别在于第一时间段与加热装置的通电同时发生，而第二时间段在加热装置断电之后。例如，在液体通过出口处的奶粉保持器进行分配的情况下，或者在用户在液体分配之前、分配期间或分配之后将奶粉手动添加到液体的情况下，用户并不需要停顿来将婴幼儿配方粉单独地添加到被加热的液体。
[0011]加热装置可以包括配料加热器，在该配料加热器中，预定体积的液体在离开加热装置之前被加热所计算的“开”时间段。然而，在一组实施例中，加热装置包括流体加热器(flow heater)，在该流体加热器中，液体允许在加热发生时进入和离开加热装置。加热装置可以包括标准的流体加热器或例如在申请人公开的申请WO 2010/106349及其【背景技术】中讨论的流体加热器。这种流体加热器的一个实例是“双管”类，在该“双管”类中，液体流导管和包含带护套的加热元件的管彼此邻近地设置，例如钎焊在一起。如果具有“双管”设计的传统的流体加热器用于将液体加热到沸腾，那么夹带的蒸汽可以引起防止液体均匀地加热到沸点的问题。这种问题的解决方案是允许蒸汽单独离开的流体加热器，例如，如由WO2010/106349所公开的。在流体加热器被用于将液体加热到沸腾以下的温度的情况下，则蒸汽可以允许单独地逸出，例如，如在申请人公开的申请W02011/077135中所讨论的，或蒸汽和液体可以从同一流导管简单地一起离开。在本实施例中，优选地，所期望的最终温度在沸腾以下，并且可以不需要流体加热器或其他加热装置，以将液体加热到沸点。加热装置(例如流体加热器)可以设置成将液体加热到沸腾以下的温度，从而减小或避免由于热蚀和局部沸腾导致的溅射现象。加热装置可以具有固定功率，例如，其标称加热功率额定在800W。在不同的实例中，加热装置(优选地为流体加热器)可以在诸如800W、900W或IKW的相对低的功率下操作。
[0012]设备可以直接地(例如永久地)连接到用于将液体供应到泵和加热装置的液体源，例如铅垂到供水干路中。然而，在一组实施例中，设备包括用于将液体供应到加热装置的蓄存器。优选地，蓄存器可移除，以允许其由用户容易地例如从龙头重新填充。蓄存器可以包括例如连接到控制装置的最小填充传感器，该最小填充传感器设置为在蓄存器中的液位在最小填充位以下时阻止设备(或至少加热装置和/或泵)的操作。设备的此禁用保护加热装置过热，即可能损坏加热装置的干烧情形。
[0013]无论设备是与液体源(例如供水干路)串联还是设置有蓄存器，申请人已经了解可以期望在液体到达设备的出口之前处理(并且优选地灭菌)液体。这通过在泵和/或加热装置的上游提供处理装置可以非常方便地实现，但是在实践中，处理装置可以设置在出口的上游的任何地方。在设备包括蓄存器的一组实施例中，处理装置可以设置在蓄存器的上游/下游，或在蓄存器中，或在蓄存器的入口 /出口处。处理装置可以采取过滤器的形式，优选地为抗菌过滤器。如果使用过滤器，则优选地将其设置在蓄存器的上游，以在设备的操作期间不会过度地限制从蓄存器流出的流体的流率。然而，可以使用其他形式的处理来代替过滤器，或除了过滤器之外可以使用其他形式的处理，例如紫外线处理、氯气处理、臭氧处理或这些灭菌处理的任何组合。处理装置的目的是消除微生物污染和其他物质，使得液体在被分配之前净化，这在分配温水以制作婴幼儿配方奶或食物时是尤其重要的。
[0014]在一组实施例中，设想处理装置可以包括加热装置，该加热装置设置成以最少的时间段煮沸液体，以实现灭菌。为此目的，处理装置可以使用其自身的加热装置，但是优选地处理在所计算的“开”时间段被执行，在该所计算的“开”时间段，加热装置通电，以将所计算的能量递送到预定体积的液体。这可能需要设备将所计算的“开”时间段与最少的时间段比较，以确保实现灭菌。例如，WHO指导规定水应当被煮沸“若干分钟”，以使致病微生物失去活性或杀死致病微生物。在这种实施例中，设备可以进一步包括热交换器，使得被处理的液体可以在被分配之前冷却。
[0015]在设备包括蓄存器的一组实施例中，设备可以包括在蓄存器与泵之间的中间保持腔室，以及用于从蓄存器将保持腔室填充到预定水位的装置。根据这种实施例，泵不会直接地从蓄存器汲取液体，而是从中间保持腔室汲取液体。因为中间保持腔室被填充到预定水位，因此泵入口处的压头将已知，因而在计算泵速、流率等时，其可以作为一个因素被加以考虑。优选地，中间保持腔室具有比蓄存器更小的体积。即使中间保持腔室中的液位在分配期间可以减少，但是压力的变化比液体从较大的蓄存器汲取时覆盖更小的范围。
[0016]在提供蓄存器的情况下，优选地，上游温度在蓄存器中(或在设置有中间保持腔室的情况下，在中间保持腔室中)测量。在一组实施例中，计算用于加热装置将预定体积的液体从上游温度加热到所期望的最终温度所需要的能量的步骤包括测量加热装置的温度或加热装置下游的温度，即设备包括对加热装置的温度或加热装置下游的温度敏感的温度传感器。测量加热装置的温度或下游温度给出了设备中的残余能量的指示，例如由于环境温度和/或设备最近被操作，因此加热元件提供一些余热，其可以作为一个因素在计算将预定体积加热到所期望的最终温度所需要的能量时加以考虑。例如，如果设备包含一些来自先前操作的一些余热，则用于将预定体积加热到所期望的最终温度所需要的能量将低于设备还没有被使用很长一段时间所需要的能量。由此，对于固定功率的加热装置，例如，所计算的用于使加热装置通电的“开”时间段将较短。
[0017]下游温度可以对设备中的任何残余液体敏感，但是优选地，其对用于将液体从加热装置输送到分配出口(例如导管或管)的任何装置的温度敏感。由此，至少在一些实施例中，所计算的能量包括加热装置的热容量和加热装置下游的任何其他的散热。所计算的能量还可以补偿系统的热损失，尤其是如果在第一时间段和第二时间段之间有停顿。在所计算的能量的计算中，停顿的持续时间可以由控制装置测量并使用。然而，实际上，能量损失可能由所计算的能量的估计的或先前校准的常量(例如10% )而导致。
[0018]供应到加热装置的功率可以变化，例如由控制装置控制，以将加热装置的功率与经过加热装置的液体的流率匹配。相比于第一时间段中