具有电容水位感测的制冰机的制作方法
本发明总体上涉及自动制冰机，并且更具体地，涉及包括各种系统和使用各种方法的制冰机，其中由控制系统通过放置在外部的电容传感器装置感测集槽罐中的水位并且利用导出的信息来判断制冰循环的完成、检测制冰机的各种故障模式或执行自动清洁循环。
背景技术：
采用包括格子型立方体模具的冻结板并具有重力水流和冰收获的制冰机器或制冰机是众所周知的并且广泛使用。这样的机器已经被广泛接受，并且对于对鲜冰具有高持续需求的商业设施诸如餐馆、酒吧、汽车旅馆和各种饮料零售商而言尤其需要这样的机器。
在这些制冰机中，在冻结板的顶部处供给水，冻结板在曲折路径中将水引向水泵。供给的水的一部分集中在冻结板上，冻结成冰，并且通过合适的装置被识别为充分冻结，藉此冻结板被解冻，使得冰稍微融化并从其中排出到箱/桶中。典型地，这些制冰机可以根据它们制作的冰的类型进行分类。一种这样的类型是网格式制冰机，其制作在冻结板的各个网格内形成的大致方形的冰块，所述方形冰块然后随着冰的厚度增加超过冻结板的厚度而形成连续的冰块板。在收获之后，冰块板在冰块落入桶中时会破碎成单独的立方体。另一类型的制冰机是单独的冰块制造装置，其制作大致呈圆形的冰块，这些冰块在单独模具内形成并不会形成连续的冰块板。因此，在收获之后，各个冰块从模具掉落到桶中。本发明的各种实施例可以适合于这些批量型制冰机中任一种，以及其它未识别的制冰机，例如片状和块状连续型制冰机，而不脱离本发明的范围。因此，如本文所述的冻结板涵盖用于形成连续的冰块板、单独的冰块和/或不同形状的立方体的任何数量的模具类型。提供了控制装置以控制制冰机的操作，从而确保冰的恒定供给。
在批量型制冰机中，在蒸发器组件的顶部供给水，该蒸发器组件在曲折路径中将水引向水泵。当水被喷射到蒸发器上时，供给的水的一部分回落到储罐中，在此它通过泵再循环，直至水达到冻结温度。当冰聚集在冻结板上时，再循环罐内的水位开始下降。控制系统通过外部感测装置的方式监测集槽罐水位。一旦水高度已下降到预定水位，控制装置就假定在蒸发器板上必定冻结有足量的冰，并且它然后终止循环的制冰部分。然后使用从压缩机再定向的热气体使板缓慢地解冻，或收获，使得冰稍微融化并从其中排出到储冰桶中。收获循环持续到升温或解冻完成计时器完成为止；此后，罐被重新供给新鲜水，并且针对下一批次的冰冻结循环重新开始。
重要的是确定冰何时已形成为具有足够的厚度以使得可以收获它。收获太早产生可能未正确地收获的小冰块。收获过迟产生大块冰，其不容易分离成更小片或单独的块。通常，冰厚度传感器检测在冻结板上形成的冰的厚度。当达到期望厚度时，传感器用信号告知制冰机结束冻结循环并开始收获循环。在收获循环中，制冷循环被颠倒且冻结板被加热以使所形成的冰块融化离开冻结板。
多年来已使用不同装置来确定冰厚度，进而确定适当的收获时点。美国在售的大部分商用制冰机利用位于冻结板和蒸发器前方的铰接传感器来检测冰厚度以便在适当时间启动冰块的收获。铰接传感器可以使用电气连续性传感器或声学传感器来直接测量冰厚度。铰接传感器方案的优点是直接测量冰厚度，而不是由其它测量结果来推断厚度。该类型的系统非常普遍，因为它相对容易机械地调节并提供相对准确的冰厚度测量结果。
但是，该方案具有许多缺点。由于传感器处于食品区中，所以它必须符合nsf(国家卫生基金会)针对饮用水的规定。因此，传感器必须由合适的材料制成且具有如nsf规定的适合在制冰机的食品区中使用的几何形状。此外，传感器暴露于流动的水，因为必须谨慎确保它不会被水本身或水可能留在传感器上的水垢不利地影响。
由于传感器被安置在蒸发器组件和冻结板的前方，所以在收获冰时必须将传感器移开以使得传感器不会受到掉落的冰的撞击。因此，传感器是可能由于未正确地移动而失效的运动部件。所感测到的冰的厚度取决于传感器离冰有多远。因此，该传感器必须刚好处于正确位置，否则它不会按需工作。该距离由必须手动进行调节且因此可能被不正确地调节或随时间流逝而改变的定位螺钉控制。另外，由于冰厚度受定位螺钉或其它机械装置的位置控制，所以冰厚度不能电子地调节。因此，仅可机械地调节冰厚度。
在一些情况下，铰接传感器方案使用导电性，其中传感器上的电气探针紧邻蒸发器的表面和冻结板定位。当冰积累到期望厚度时，电气探针与水流相接触，从而闭合电路，这会触发收获循环。该方法容易发生传感器由于将粘附于传感器的矿物或其它污染物而积垢并妨碍用信号通知冰厚度所需的导电性。此外，传感器必须与会提供替代的导电路径的污染物隔离。该传感器还必须设计成使得传感器将检测到水，即使水具有极低的导电性，如去离子水或“di”水的情况一样。
在现有制冰机器中用于该判断的一种方法是测量再循环罐中的水量。用于测量水量的现有方法包含将某种形式的传感器放置在罐内与水接触，例如简易浮子或电导率计。其它系统结合了声学传感器或空气压力传感器。这些现有方法中的每一种方法就成本、精度和时间可靠性而言具有某些益处和缺点。不论使用的现有方法如何，如果感测装置与水直接接触，则我们可以预期长期性能显著改变。溶解的固体和矿物质如钙和镁倾向于积聚并影响传感器性能，从而导致传感器过早失效。因此，希望使用不与水直接接触的传感器。
rosenlund等人的题为“system,apparatus,andmethodforicedetection(用于冰检测的系统、设备和方法)”的美国专利申请系列号no.13/368814公开了一种用于感测所形成的冰的厚度的声学传感器。该申请提出了一种以特定频率发射声波的声发射器和感测发射的声波的反射的声学传感器。当感测到的反射波达到一定预期振幅时，该系统判定为冰已达到期望厚度。该传感器仍服从于nsf食品区要求，仍必须在收获循环期间被移开，并且仍通过机械装置(例如，定位螺钉)安置在制冰机中。因此，即使使用声学传感器，也仅可以手动而不是电子地调节冰厚度。类似于声学传感器，也可使用安置在集槽罐中的电容传感器，但存在类似缺点。
授予billman等人的标题均为“icemakercontrolandharvestmethod(制冰机控制和收获方法)”的美国专利号6,405,546和6,705,090中描述了另一种用于测量冰厚度的系统。另一示例是us2014/0208781中描述的控制系统。这些专利和公报中的每一个的公开内容通过引用并入本文。
billman公开的方法利用压力传感器来确定制冰机的集槽中的水的高度且因此可确定何时集槽中不再有期望的水量而是已在冻结板上冻结成冰块以使得可以开始收获冰。然而，billman方法并不直接测量冰厚度，因此会将系统中的水泄漏误认为在冻结板上形成或未形成冰。例如，如果水从制冰机的水系统泄漏到环境，则billman将推测降低的水高度起因于冻结板上形成了冰而不是水从系统泄漏。billman描述的系统和方法会被这种泄漏所欺骗，即使冰块没有完全形成也会引起收获循环发生，从而导致冰块尺寸过小。
如果水从水供给源泄漏到制冰机器的供水系统中，将导致超大的冰块，因为billman的控制器将错误地检测到较高的水位是较少冻结的结果，而不是额外的水进入系统的结果。这些超大尺寸的冰板可能难以分成小块冰或单个立方体。在水从水供给源严重泄漏到制冰机供水系统中的情况下，billman的传感器将在已达到期望的冰厚度很久以后还继续制冰并且将导致制冰机的严重故障，该故障可包括不受控地向制冰机器的周围环境泄漏。
另外，空气压力传感器易于在配件处泄漏，并且在制冰机的寿命期间积累的日常使用的无限小量空气损失可能导致故障。空气压力读数也可能受到气压和循环水温度的波动的影响。当再循环水在制冰阶段期间冷却时，感测装置内的压力也将冷却，导致电压下降，尽管水位可保持相同。
因此，需要这样一种制冰机，其包括一种设备并结合了一种方法以用于精确地检测制冰机中的冰厚度，其中：冰厚度传感器未位于食品区中，冰厚度传感器不受水供给源的杂质影响，冰厚度传感器不是在冰收获循环期间需要脱离下落的冰来移动的运动部件，冰厚度传感器不需要精确地机械定位和调节，并且冰厚度传感器可电子地调节。另外，本领域中需要一种制冰机，其包括一种设备并且结合了一种方法以用于检测制冰机的构件的会导致制冰机和制冰机周边设备损坏的故障模式。
制冰机中的四种可能的故障模式可包括：(i)制冰机的水供给源的故障；ii)制冰机的进水阀的故障；iii)制冰机的清洗阀的故障；和iv)制冰机的水泵的故障。例如，水供给源的故障可能由供水阀(例如，制冰机外部的建筑物或设施供水阀)被关闭或制冰机中的进水阀的打开故障而导致。这种故障可能导致制冰机缺水并且不再能够制冰。如果制冰机的进水阀无法关闭，则进水阀的故障会阻止制冰机取水，从而阻止制冰机制冰。如果进水阀无法打开，则可能向制冰机供给太多的水，从而可能导致制冰性能的损失(由于有太多的水要冻结)或水泄漏到制冰机周围的环境中。制冰机的清洗阀的故障可能导致过量的水杂质聚集在集槽内的水中并且可能导致冰混浊和/或制冰机由于矿物质积聚而停止运转。水泵的故障阻止水在制冰机的冻结板上循环，从而阻止制冰。
因此，需要一种制冰机，其包括一种设备并且结合了一种方法，以用于精确地检测制冰机中的水位，使得可以检测一种或多种以下故障模式：水供给源的故障，进水阀的故障，清洗阀的故障，和/或水泵的故障。
技术实现要素：
因此，简而言之，本发明的一个实施例针对于一种制冰机，其中该制冰机包括制冷系统，该制冷系统包括压缩机、冷凝器、热膨胀阀、蒸发器组件、与蒸发器组件热耦合的冻结板和热气阀。该制冰机还包括水系统，该水系统包括水泵、水分配管、清洗阀、进水阀和适于保持水的位于冻结板下方的集槽。该制冰机还包括控制系统，该控制系统包括适于感测储水器中的水位的水位传感器和适于控制制冷系统和水系统的操作的控制器。
本发明的另一实施例是一种控制制冰机的方法，其中该制冰机包括制冷系统，该制冷系统包括压缩机、冷凝器、热膨胀阀、蒸发器组件、与蒸发器组件热耦合的冻结板和热气阀。该制冰机还包括水系统，该水系统包括水泵、水分配管、清洗阀、进水阀和适于保持水的位于冻结板下方的集槽。该制冰机还包括控制系统，该控制系统包括适于感测储水器中的水位的水位传感器和适于控制制冷系统和水系统的操作的控制器。该控制制冰机的方法包括在显热冷却循环期间测量集槽中的水位以判断水位是否变化超过可接受的范围以及检测故障模式。
本发明在制冰机的水再循环集槽罐的外部结合电容流体料位传感器以监测水位。传感器优选位于罐的外部，远离任何有害的结垢影响，这允许在所有环境中的增强和寿命延长性能。控制器适于基于集槽中的水位来控制制冷系统的操作和水系统的操作，并且可用来基于集槽中的水位来检测水系统的一种或多种故障模式。
本发明提供了一种“无接触”水感测装置，其成本相对较低，并且消除了其它无接触感测理念(例如空气压力监测仪——其需要连接管延伸回到远程印刷电路板上的压力传感器位置)中发现的潜在差错源。管连接器提供了空气压力泄漏源，并且管本身可能受到挤压，从而导致可读性的损失。此外，无接触式空气压力装置必须是每个循环恒定地校准；而电容传感器在于工厂组装期间的初始化时将仅需要一次校准。从电容传感器收集的信息可用于终止冻结循环，用于水回路构件的诊断，或用于在电容传感器判定为沿水面积累了一线水垢之后运行自动清洁循环。多次清洁可以相继运行，直到所有污垢都被移除。然后可以使用传感器信息来将建议的清洁频率编程，以确保制冰机的正常运转。水位可以通过硬线传输到显示器，例如lcd屏幕，或者经由wi-fi传输到外部设备，例如手机。
附图说明
通过以下具体实施方式、所附权利要求和附图，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更加显而易见，其中附图示出了根据本发明的示例性实施方案的特征，并且其中：
图1是根据本发明的一个实施例的具有各种构件的制冰机的示意图；
图2是用于控制制冰机的各种构件的操作的控制器的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的具有配置在柜橱内的制冰机的制冰机组件的右透视图，其中柜橱配置在储冰桶组件上；
图4是根据本发明的一个实施例的具有配置在柜橱内的制冰机的制冰机组件的右透视图，其中柜橱配置在储冰桶组件上；
图5是根据本发明的一个实施例的电容水位传感器的剖视图；
图6a是描述根据本发明的一个实施例的制冰机的操作的流程图；
图6b是描述根据本发明的一个实施例的制冰机的操作的流程图；
图6c是描述根据本发明的一个实施例的制冰机的操作的流程图；
图6d是描述根据本发明的一个实施例的制冰机的操作的流程图；以及
图7是电容式水位传感器的剖视图以及在制冰期间水位下降时保留在初始表面处的潜在污垢积累。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应理解本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在下图中示出的构件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并以不同方式实践和/或实施。此外，应该理解的是，文中使用的措辞和术语出于描述的目的且不应当被视为限制性的。文中对“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在涵盖其后所列的项目及其等同物以及其它项目。
本文描述的制冰机的实施例包括控制器和电容式水位传感器，其容许检测制冰机的集槽储器中的水量。另外，控制器和水位传感器允许控制器确定已变换成冰的水量并确定启动冰收获循环的适当时间。通过在整个制冰循环中监测水位，控制器还可以确定和控制所产生的冰块的厚度、每个循环清除的剩余制冰水的量、何时打开和关闭进水阀以维持制冰机中的适当水位、水是否泄漏进入或离开制冰机以及水泵或制冰机的其它构件是否正常工作。因此，控制器可以检测制冰机的一种或多种故障模式。
图1示出了具有制冷系统和制冰系统或水系统的制冰机10的一个实施例的某些主要构件。制冰机10的制冷系统可包括压缩机12、用于冷凝从压缩机12排出的压缩制冷剂蒸气的冷凝器14、用于降低制冷剂的温度和压力的热膨胀装置18、蒸发器组件20、与蒸发器组件20热耦合的冻结板60和热气阀24。在某些实施例中，冻结板60可在其表面上包含大量凹窝/凹槽(通常呈孔室网格的形式)，流过表面的水可聚集在这些凹窝中(参见图4)。
热膨胀装置18可包括但不限于毛细管、恒温膨胀阀或电子膨胀阀。在某些实施例中，其中热膨胀装置18为恒温膨胀阀或电子膨胀阀，制冰机10还可包括放置在蒸发器组件20的出口处用以控制热膨胀装置18的感温球/测温包26。在另一些实施例中，其中热膨胀装置18是电子膨胀阀，制冰机10还可包括放置在蒸发器组件20的出口处用以控制热膨胀装置18的压力传感器(未示出)，如本领域已知。在利用气态冷却介质(例如，空气)来提供冷凝器冷却的某些实施例中，冷凝器风扇15可定位成吹送气态冷却介质穿过冷凝器14。如文中在别处更详细描述的，一种形式的制冷剂经由管线23、25、27和28循环通过这些构件。
制冰机10的水系统可包括水泵62、水管线63、水分配歧管或管66和适于保持水的位于冻结板60下方的集槽70。在制冰机10的操作期间，随着水由水泵62从集槽70泵送通过水管线63并离开分配器歧管或管66，水撞击在冻结板60上，流过冻结板60的凹窝并且冻结成冰。集槽70可位于冻结板60下方以捕获从冻结板60下落的水以使得水可通过水泵62再循环(见图4和5)。另外，热气阀24可用于将温热制冷剂从压缩机12直接引导到蒸发器组件20以在冰已达到期望厚度时从冻结板60除去或收获冰块。
制冰机10还可包括水供给管线50和配置在其上的进水阀52，用以给集槽70充填来自水源(未示出)的水，其中一部分或全部所供给的水可冻结成冰。制冰机10还可包括清洗管线54和配置在其上的清洗阀56。在已形成冰之后残留在集槽70中的水和/或任何污染物可经由清洗管线54和清洗阀56被清除。在各种实施例中，清洗管线54可与水管线63流体连通。因此，当水泵62运行时，可通过打开清洗阀56来从集槽70排出集槽70中的水。
如图5所示，制冰机10还可包括收获传感器58，其可在从冻结板60收获冰时感测门59何时被冰打开。在某些实施例中，例如，如图5所示，收获传感器58可通过感测门59的旋转来感测门59何时打开或关闭。在另一些实施例中，例如，收获传感器58可通过门59是否接触或紧邻收获传感器58来感测门59何时打开或关闭。应理解，可使用可以感测门59是否打开或关闭的任何类型的收获传感器而不脱离本发明的范围。制冰机10可具有文中未描述的其它传统构件而不脱离本发明的范围。
如图1和5所示，制冰机10还可包括控制和水位测量系统，其具有配置在集槽70的外壁上的电容式流体料位传感器90和控制器80。控制器80可远离蒸发器组件20和集槽70定位。控制器80可包括用于控制制冰机10的操作并用于判断制冰机10的制冷系统和水系统的各种构件是否失效的处理器82。集槽70中的水位可与冻结板60上的冰的厚度相关联。利用来自电容传感器90的输出，处理器82可在整个冷却循环中确定集槽70中的水位。水位传感器90的使用还允许处理器82确定启动冰收获循环的适当时间，控制充填和清洗功能，由于沿着水面的污垢积累而自动运行清洁循环，以及检测制冰机10的水系统的构件的任何故障模式，包括但不限于，水供给源故障、进水阀故障、水泵故障、清洗故障和水泄漏。
水位传感器90优选地包括位于集槽70旁边并通过集槽70的竖壁与水分开的电容传感器。传感器90可包括设置为能够与集槽70的外部贴合的长形条带的柔性不导电的介电基板。为了确定集槽70中的水位，传感器90设置有沿着基板的纵向轴线排列的多个导电电极。优选地，电极在水可被储存在其内的集槽70区域中沿着基板的长度延伸。各电极的一端优选地联接到连接器86b，用以通过连接器86a经由接口件86向控制器80提供模拟或数字信号。
当水在集槽70内上升和下降时，水的介电效应改变感测电容器的有效电容。与水相邻的有效电极区域与传感器90的电容直接相关。有效电容的这种变化由位于传感器90或控制器80中的电子电路检测。
当集槽70中的水位变化时，水位传感器90向控制器80产生与传感器90中的介电变化对应的信号。已知传感器90的位置以及集槽70的几何形状和尺寸，容易根据测定的电容计算出在给定时刻集槽70中的水量。
集槽70通常由注塑塑料——丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)或高抗冲聚苯乙烯(hips)——构成。如果集槽70的壁厚被设计为在传感器90的公差范围(通常为1/16至3/16英寸)内，则传感器90应该能够检测由于壁的相对侧的水位而引起的电容变化。在某些实施例中，传感器90可包括多电容阵列以监测多个位置或不连续的水位。与电导率计和浮子不一样，只需要一个装置来测量多个设定点。一种可接受的传感器90由molex制作并作为零件号131960001销售，其包括具有保形涂层的聚酰亚胺电路、安装粘合剂、屏蔽层、微控制器和终止于连接器的线束。该特定的流体料位传感器符合工业标准的i2c总线协议，尽管其它总线协议在本发明的精神内，例如脉冲宽度调制(pwm)。使用该传感器，控制器80将通过与传感器90内的微控制器通信来控制所有i2c消息的启动和定时。
控制器80的处理器82可包括存储代表使处理器82执行一过程的指令的代码的处理器可读介质。处理器82可以是例如商售微处理器、专用集成电路(asic)或asic的组合，其设计为实现一个或多个特定功能，或实现一个或多个特定装置或应用。在另一实施例中，控制器80可以是模拟或数字电路，或多个电路的组合。控制器80还可以包括用于以可由控制器80检索的形式存储数据的一个或多个存储器构件(未示出)中。控制器80可以将数据存储在一个或多个存储器构件中或从一个或多个存储器构件中检索数据。控制器80还可以包括用于测量经过的时间的计时器。该计时器可以经由硬件和/或软件在控制器80和/或处理器82上或其中以本领域已知的任何方式实现而不脱离本发明的范围。
在各种实施例中，参考图1和2，控制器80还可包括用于与制冰机10的各种构件通信和/或控制它们的输入/输出(i/o)构件(未示出)。在某些实施例中，例如，控制器80可接收来自水位传感器90、收获传感器58(参见图5)、电源(未示出)、用户控制面板102(参见图4)和/或各种传感器和/或开关——包括但不限于压力传感器、温度传感器、声学传感器等——的输入。在各种实施例中，例如基于这些输入，控制器80能够控制压缩机12、冷凝器风扇15、水泵62、进水阀52、清洗阀56、热气阀24和/或热膨胀装置18。控制器80还能够控制用户控制面板102上的显示器104(参见图4)。显示器104能够显示由控制器80向显示器104报告和/或指示的消息，包括错误或故障消息。显示器104可以是任何类型的显示器——包括但不限于led屏幕、一个或多个led等——而不脱离本发明的范围。在某些实施例中，制冰机10可包括可以提供控制器80已检测到故障模式的听觉提醒的警报器(未示出)。警报器可包括但不限于扬声器、蜂鸣器、钟、铃声和/或能够发出人类可听和/或非人类可听声音的某种其它设备。在某些实施例中，制冰机10的警报器可发出可通过电话、手机、平板电脑、便携计算机和/或任何用于诊断故障模式的便携装置检测的非人类可听声音。显示器104和/或警报器可容许人判断制冰机10是否正在工作或是否已检测到故障模式。因此，在各种实施例中，制冰机10可指示已检测到故障模式。
根据本发明的一个或多个实施例，i/o构件可以包括各种合适的通信接口。例如，i/o构件可以包括有线连接，例如标准串行端口、并行端口、通用串行总线(usb)端口、s-video端口、局域网(lan)端口和小型计算机系统接口(scsi)端口。另外，i/o构件可包括例如无线连接，例如红外端口、光学端口、
通过将水位传感器90放置在集槽70的外部，传感器90未位于食品区中。由于这种放置，水位传感器90可以不受供水可能留下的矿物质或污垢影响，因为水位传感器90不与水相接触。另外，由于水位传感器90不与水相接触，所以它可以不受水的电气性能影响，因此可用于确定去离子供水以及具有高矿物质含量的供水的冰厚度。此外，在某些实施例中，水位传感器90不具有运动部件，因此可能不易于发生在制冰机10内放置方面的不协调问题或随着制冰机10老化而随时间改变。
该类型的控制和水位测量系统的实施例具有另外的优点。首先，如前所述，可以在制冰机10中使用低成本、高可靠性的电容传感器。其次，在各种实施例中，由于水位传感器90检测制冰机10的集槽70中的水位，水位传感器90和控制器80可用于启动收获循环并且还可控制水填充和清洗功能。亦即，当制冰机10的集槽70正在充填时，控制器80可以控制进水阀52在集槽70中的水位达到通过水位传感器90感测到的期望水位时关闭的时机。第三，在某些实施例中，控制器80可以在收获循环期间打开清洗阀56。因此，当在收获循环开始时清除残留在集槽70中的矿物质浓缩水时，水位传感器90可以向控制器80提供何时已从集槽70中清除掉所需量的水的指示。因此，控制和水位测量系统的实施例可以代替典型制冰机中存在的冰厚度传感器和集槽水位传感器两者。
在许多实施例中，如图3所示，制冰机10可配置在柜橱16的内部，柜橱16可安装在储冰桶组件30的顶部，从而形成制冰机组件200。柜橱16可由合适的固定和可移除面板封闭，以提供温度完整性和隔室通路，如本领域技术人员将理解的。储冰桶组件30包括储冰桶31，其具有供由制冰机10产生的冰掉落通过的冰孔37(参见图4)。冰然后被储存在空腔36中，直至被取出。储冰桶31还包括提供通向空腔36和储存在其中的冰的通路的开口38。空腔36、冰孔37和开口38由左壁33a、右壁33b、前壁34、后壁35和底壁(未示出)形成。储冰桶31的壁可利用各种绝热材料——包括但不限于玻璃纤维，或包括例如聚苯乙烯或聚氨酯等的开孔或闭孔泡沫——绝热，以便延迟储存在储冰桶31中的冰的融化。门40可以打开以提供通向空腔36的通路。
已经描述了制冰机10的实施例的各个构件中的每个，现在可描述构件相互作用和操作的方式。在制冰机10于包括显热循环和潜热循环的冷却循环中操作期间，压缩机12经吸入管线28从蒸发器组件20接收低压的大致气态制冷剂并对制冷剂加压，并且将高压的大致气态制冷剂经排出管线25排出到冷凝器14。在冷凝器14中，从制冷剂去除热量，从而使大致气态的制冷剂冷凝为大致液态的制冷剂。
在离开冷凝器14之后，高压的、大致液态的制冷剂经液体管线27被传送到膨胀装置18，其降低大致液态的制冷剂的压力以引入蒸发器组件20中。随着低压膨胀的制冷剂经过蒸发器组件20的管子，制冷剂从蒸发器20内包含的管吸热并且随着制冷剂从各管通过而气化。低压的、大致气态的制冷剂从蒸发器组件20的出口经吸入管线28排出，并被重新引入压缩机12的入口中。
在某些实施例中，假设所有构件都正确工作，那么在冷却循环开始时，进水阀52可被开启以将水供应到集槽70。在将所需水位的水供给到集槽70之后，可以关闭进水阀52。水泵62将水从集槽70经由水管线63和分配器歧管或管66循环到冻结板60。压缩机12使制冷剂流经制冷系统。由水泵62供给的水然后在显热冷却循环期间在其接触冻结板60时开始冷却，返回到冻结板60下方的水集槽70，并由水泵62再循环到冻结板60。一旦冷却循环进入潜热冷却循环，流过冻结板60的水便开始形成冰块。在冰块形成之后，热气阀24打开，从而允许来自压缩机12的热高压气体流经热气旁通管线23以进入蒸发器组件20，由此通过将冻结板60加温以使所形成的冰以这样的程度熔化来收获冰：冰可以从冻结板60释放并经孔37(参见图4)掉落到储冰桶31中，在此冰可以被暂时储存在其中并在随后取出。热气阀24然后关闭并且冷却循环可以重复。
为了检测并保护以防水泄漏进出制冰机10，控制器80可在未预期集槽70中的水位上升或下降的周期期间监测集槽70中的水位(x)。在显热冷却循环期间，水被冷却到水的冰点。换句话说，在显热冷却循环期间，从水除去的能量仅有助于水的温度变化而不是将水的状态从液态变成固态。在潜热冷却循环期间，当水开始达到冰点时，从水中除去的能量开始有助于从液态到固态的状态改变。
因此，在显热循环期间，在冰尚未形成时集槽70中的水位(x)不应当改变。如果在显热冷却循环期间集槽70中的水位(x)改变，则这将指示制冰机10的制冷系统和水系统的各种构件的故障模式的发生。在典型的制冰机中，显热冷却循环可持续约3分钟。然而，显热冷却循环的长度高度依赖于供给到制冰机10的水的温度和环境条件。因此，在更暖的气候下供给的更温热的水冷却到其冰点的时间更长。因此，在某些实施例中，显热冷却循环可持续约15分钟以上。因此，在每个冷却循环的显热冷却循环期间发生的集槽70中的水位(x)的任何升高或降低超过由于水湍流或一些其它瞬态事件导致的可接受的水位(x)的范围可归咎于泄漏。因此，集槽70中的水位的不可接受的变化可能导致控制器80关闭制冰机10。替代地或附加地，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。在又一实施例中，控制器80可在检测到泄漏时判断泄漏是否在可接受的范围内并且可使得指示被显示在显示器104上和/或在警报器上播放已经检测到泄漏，但继续操作以制备冰。
在各种实施例中，控制器80可在制冰机10由于检测到的泄漏而停止操作之后的一段时间内继续监测集槽70中的水位(x)。如果集槽70中的水位(x)在这段时间内保持恒定，则控制器80可以重新开始制冰机10的冷却循环。这样，如果感测到的导致关机的水位变化归因于瞬态事件(例如，人或其它外部因素导致的集槽70中的溅泼)，则控制器80可重新起动制冰机10。
以类似的方式，制冰机10的各种实施例可以确定制冰机10用水重新充填集槽70的能力，从而指示进水阀52是否供给制冰所需量的水。具体而言，如果在冷却循环的再充填部分——其发生在冰已经从冻结板释放并且水泵已再次开启之后——期间集槽70中的水位(x)不上升，则控制器80可以判定为已经无法向制冰机10供给水。该故障模式可以是供水故障或进水阀25的故障。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。控制器80可以可选地关闭制冰机10。同样地，制冰机10的各种实施例可以检测进水阀52是否无法处于打开位置。如果在控制器80已经尝试关闭进水阀52之后集槽70中的水位(x)继续上升，则控制器80可检测到这种情况。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。控制器80可以可选地关闭制冰机10。
在正常操作条件下，当水泵62开启时，集槽70中的水位(x)将随着水由水泵62从水槽70除去并移动通过水管线63和穿过制冰机10的冻结板60而下降。因此，通过在水泵62开启时监测水位(x)，可以判断水泵62是否正常运行。如果在水泵62开启之后的几秒钟内水位(x)没有下降，则控制器80可检测到水泵62的故障模式并且可以采取适当的措施。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。控制器80可以可选地关闭制冰机10。
现在参照图6a-6d，详细描述制冰机10的某些实施例的操作方法。在图6a中，在步骤600，该方法开始，并且在步骤602，控制器80开启压缩机12并打开热气阀24以开始收获循环。当控制器80在步骤603等待第一段时间时，压缩机12保持开启并且热气阀24保持打开，从而可以收获在冻结板60上形成的任何冰。在某些实施例中，例如，第一段时间可以是约30秒至约5分钟(例如，约30秒、约45秒、约1分钟、约1.5分钟、约2分钟、约2.5分钟、约3分钟、约3.5分钟、约4分钟、约4.5分钟、约5分钟)。在第一段时间已经过之后，收获循环完成。
在步骤604，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)，以判断水位(x)是否在空水位以下。如果水位(x)在空水位以下，则步骤612的水泵试验不会工作，引起该方法移动到步骤606。在步骤606，控制器80开启水泵62，开启冷凝器风扇15，并且关闭热气阀24，然后移至图6b中的步骤622。如果集槽70中的水位(x)高于空水位，则控制器80开启水泵62，开启冷凝器风扇15，并在步骤608关闭热气阀24。控制器80然后在步骤610等待第二段时间，以给水泵62足够的时间以从集槽70除去一些水。在某些实施例中，例如，第二段时间可以是从约零(0)秒至约15秒(例如，约零(0)秒、约5秒、约10秒、约15秒)。在任意情况下，无论集槽70中的水位(x)是否处于空水位，水泵62可在热气阀24关闭之前开启，或者水泵62可开启并且热气阀24可同时关闭。因此，在制冷系统开始冷却冻结板60之前和/或同时，水开始流过冻结板60。
在步骤612，控制器80判断集槽70中的水位(x)是否已下降超过所需范围。在某些实施例中，所需范围可以是测定水位(x)的约+/-1％至测定水位(x)的约+/-25％。在一个实施例中，例如，所需范围可以是测定水位(x)的约+/-1％。在另一实施例中，例如，所需范围可以是测定水位(x)的约+/-5％。在又一实施例中，例如，所需范围可以是测定水位(x)的约+/-10％。在又一实施例中，例如，所需范围可以是测定水位的约+/-15％。在又一实施例中，例如，所需范围可以是测定水位的约+/-20％。在又一实施例中，例如，所需范围可以是测定水位的约+/-25％。如果水位(x)确实下降超过所需范围，这表明水泵62正在工作，则该方法移至图6b中的步骤622。如果水位(x)未下降超过所需范围，则水泵62很可能失效；因此，在步骤614，控制器80关闭制冰机10的所有构件。在步骤616，控制器80等待第三段时间。在某些实施例中，例如，第三段时间可以是约10秒至约1.5分钟(例如，约10秒、约20秒、约30秒、约40秒、约50秒、约1分钟、约1.5分钟)。
在第三段时间已经过之后，控制器80在步骤618开启水泵62。然后，在步骤620，控制器80再次判断集槽70中的水位(x)是否已超过所需范围。如果水位(x)未下降超过所需范围，则该方法返回步骤614并且控制器关闭所有构件。可选地，控制器80能够记录、报告和/或指示水泵62已经发生故障。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。通过延迟一段时间，控制器80可等待集槽70中的水的任何湍流和/或瞬时移动停止并且可以检查以确保水泵62的正常运转。如果在步骤620中，集槽70中的水位(x)确实降低超过所需范围，则控制器80开启压缩机12，在步骤621开启冷凝器风扇15并转入图6b中的步骤622。
当该方法继续到图6b时，压缩机12开启，冷凝器风扇15开启，热气阀24关闭，并且水泵62开启。因此，制冰机10的制冷系统和水系统操作并开始冷却任何在冻结板60上循环的水。在步骤622，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)，以判断水位(x)是否高于制冰水位。制冰水位可以是用来制备所需厚度的冰的标称水位。如果水位(x)高于制冰水位，则控制器80在步骤624打开清洗阀56以从集槽70除去任何过剩的水。如果集槽70中的水位(x)处于制冰水位，则控制器80在步骤626关闭清洗阀56。然后，在步骤628，控制器80打开进水阀52，以开始使用要通过制冰机10冻结成冰的水充填集槽70。
在步骤630，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)，以判断集槽70中的水位(x)是否高于制冰水位。如果集槽70的水位(x)处于制冰水位，则该方法移至图6c中的步骤646。如果集槽70中的水位(x)未处于制冰水位，则在步骤632控制器80可判断集槽70中的水位是否正在上升。如果集槽70中的水位(x)未正在上升，则很可能已经发生供水故障模式。该故障模式可能是已经供给到集槽70的水量不足。因此，在步骤636，控制器80关闭压缩机12，关闭冷凝器风扇15，并且封闭进水阀52。在步骤638，控制器80等待第四段时间。在某些实施例中，例如，第四段时间可以是约10秒至约1.5分钟(例如，约10秒、约20秒、约30秒、约40秒、约50秒、约1分钟、约1.5分钟)。
在第四段时间已经过之后，控制器80在步骤640打开进水阀52。然后，在步骤642，控制器80再次判断集槽70中的水位(x)是否正在上升。如果水位(x)未正在上升，则该方法返回步骤636，并且控制器80关闭压缩机12，关闭冷凝器风扇15，并且关闭进水阀52。可选地，控制器80能够记录、报告和/或指示“水量不足”故障模式。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。通过延迟一段时间，控制器80可等待集槽70中的水的任何湍流和/或瞬时移动停止并且可以检查以确保集槽70有水。如果在步骤642集槽70中的水位(x)正在上升，则控制器80在步骤644开启压缩机12并开启冷凝器风扇15，然后转入步骤630以检查集槽70中的水位(x)是否处于制冰水位。如果集槽70中的水位(x)处于制冰水位，则该方法移至图6c中的步骤646。
如果回到步骤632集槽70中的水位(x)正在上升，则控制器80可判断显热冷却循环时间是否已经过。通过检查以查看显热冷却时间是否已经过，控制器80可以判定通过进水阀52的水的流速是否不足和/或过低。各种因素可能导致进水流速的不足和/或过慢，包括但不限于水压力的损失、闭塞、部分打开的清洗阀56等。因此，如果在显热冷却循环时间已经过之后集槽70仍被充填至制冰水位，则制冰机10无法正确地制冰。作为替代，希望集槽70中的水位(x)在进入潜热冷却循环之前处于制冰水位。在某些实施例中，例如，显热冷却循环时间可为约1分钟至约15分钟(例如，约1分钟、约1.5分钟、约2分钟、约2.5分钟、约3分钟、约3.5分钟、约4分钟、约4.5分钟、约5分钟、约5.5分钟、约6分钟、约6.5分钟、约7分钟、约7.5分钟、约8分钟、约8.5分钟、约9分钟、约9.5分钟、约10分钟、约10.5分钟、约11分钟、约11.5分钟、约12分钟、约12.5分钟、约13分钟、约13.5分钟、约14分钟、约14.5分钟、约15分钟)。如果显热冷却循环时间尚未经过，则该方法循环回到步骤630。如果显热冷却循环时间已经过，则该方法循环到如上所述的步骤636。因此，步骤632和步骤634可供用于检测水不足。在某些实施例中，例如，控制器80可跳过步骤632并从步骤630转入步骤634而不判定集槽70中的水位(x)是否上升。
当该方法继续到图6c时，压缩机12开启，冷凝器风扇15开启，热气阀24关闭，并且水泵62开启。因此，制冰机10的制冷系统和水操作并开始冷却任何在冻结板60上循环的水。在步骤646，由于集槽中的水位(x)处于制冰水位(图6b中的步骤630)，所以控制器80关闭进水阀52。在步骤648，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)，以判断水位(x)是否变化超过制冰水位的可接受范围。在某些实施例中，可接受范围可以是制冰水位的约+/-1％至制冰水位的约+/-25％。在一个实施例中，例如，可接受范围可以是制冰水位的约+/-1％。在另一实施例中，例如，可接受范围可以是制冰水位的约+/-5％。在又一实施例中，例如，可接受范围可以是制冰水位的约+/-10％。在又一实施例中，例如，可接受范围可以是制冰水位的约+/-15％。在又一实施例中，例如，可接受范围可以是制冰水位的约+/-20％。在又一实施例中，例如，可接受范围可以是制冰水位的约+/-25％。此时，在显热冷却循环期间，由水泵62供给的水在它接触冻结板60时冷却，返回到冻结板60下方的水集槽70，并通过水泵62再循环到冻结板60。在显热冷却期间，集槽70中的水位(x)不应该下降，因为水仅在温度上降低但还没有在冻结板60上冻结成冰。
因此，如果水位(x)从制冰水位变化超过可接受的范围，则集槽70中可能存在泄漏，和/或进水阀24或清洗阀52可能泄漏。在步骤650，控制器80关闭制冰机10的制冷和水系统的所有构件。可选地，控制器80能够记录、报告和/或指示泄漏故障模式。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。在步骤652，控制器80等待第五段时间。在某些实施例中，例如，第五段时间可以是约1分钟至约7分钟(例如，约1分钟、约1.5分钟、约2分钟、约2.5分钟、约3分钟、约3.5分钟、约4分钟、约4.5分钟、约5分钟、约5.5分钟、约6分钟、约6.5分钟)。在第五时间段已经过之后，该方法移至图6a中的步骤600。
如果在步骤648控制器80判定为水位(x)未变化超过可接受的范围，则控制器80在步骤654期间检查显热冷却循环时间是否已经过。显热冷却循环时间可为约1分钟至约15分钟(例如，约1分钟、约1.5分钟、约2分钟、约2.5分钟、约3分钟、约3.5分钟、约4分钟、约4.5分钟、约5分钟、约5.5分钟、约6分钟、约6.5分钟、约7分钟、约7.5分钟、约8分钟、约8.5分钟、约9分钟、约9.5分钟、约10分钟、约10.5分钟、约11分钟、约11.5分钟、约12分钟、约12.5分钟、约13分钟、约13.5分钟、约14分钟、约14.5分钟、约15分钟)。如果显热冷却循环时间尚未经过，则该方法循环回到步骤648。在显热冷却循环时间已经过之后，制冰机进入潜热冷却循环。在潜热冷却循环期间，聚集在冻结板60中的水开始形成冰并且集槽70中的水位(x)开始下降。因此，集槽70中的水位(x)将随着形成在冻结板60中的冰的厚度增加而继续下降。
在步骤656，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)，以判断集槽70中的水位(x)是否已达到所需的收获水位。所需的收获水位可对应于所需的冰厚度。因此，当控制器80经由水位传感器90测定集槽70中的水位(x)处于收获水位时，冻结板60中的冰的所需厚度已经达到并且收获循环可以开始。该方法因此移至图6d中的步骤660。如果集槽70中的水位(x)尚未达到收获水位，则控制器80在步骤658期间检查最大冻结时间是否已经过。在某些实施例中，例如，最大冻结时间可以是约30分钟至约1.5小时(例如，约30分钟、约45分钟、约1小时、约1.25小时、约1.5小时)。在各种实施例中，最大冻结时间可以是约1小时。如果最大冻结时间已经过，则该方法移至图6d中的步骤660。因此，在某些实施例中，即使未达到所需的收获水位，表示未达到所需的冰厚度，制冰机10在最大冻结时间已经达到之后仍可收获冰。如果最大冻结时间尚未经过，则该方法将循环回到步骤656。
当该方法继续到图6d时，压缩机12开启，冷凝器风扇15开启，热气阀24关闭，并且水泵62开启。在步骤660，控制器80关闭冷凝器风扇15，打开热气阀24，并且打开清洗阀56。打开热气阀24允许来自压缩机12的热高压气体流经热气旁通管线23以进入蒸发器组件20。由此通过将冻结板60加温以使所形成的冰以使得冰可从冻结板60释放并经孔37(参见图4)掉入储冰桶组件30中的程度融化来收获冰。在步骤662，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)，以判断集槽70中的水位(x)是否正在下降。如果集槽70中的水位(x)未在下降，则可能存在清洗阀52故障并且控制器80能够可选地记录、报告和/或指示清洗阀52的故障模式。在某些实施例中，显示器104和/或警报器可指示已检测到这种故障模式。例如，该指示可以是消息、指示灯和/或专用于检测到的故障模式的声音。该方法然后转入步骤665。
如果水位(x)正在下降，则在步骤665，控制器80经由水位传感器90测量集槽70中的水位(x)以判断集槽70中的水位(x)是否已达到所需的空位。如果集槽70中的水位(x)已达到空位，则控制器80在步骤668关闭水泵62并关闭清洗阀56。该方法然后继续到步骤670。然而，如果在步骤665，集槽70中的水位(x)尚未达到空位，则控制器80在步骤670期间检查收获传感器58是否开启。如果收获传感器58开启，则该方法进行至步骤672，其中控制器80保持水泵62开启或开启水泵62并关闭清洗阀56。在步骤674，控制器80等待第六段时间，保持水泵62开启。在某些实施例中，例如，第六段时间可以是从约零(0)秒至约15秒(例如，约零(0)秒、约5秒、约10秒、约15秒)。然后，在第六段时间已经过之后，控制器80在步骤676开启冷凝器风扇14并关闭热气阀24。因此，在某些实施例中，集槽70中的任何水在制冷系统冷却蒸发器组件20和冻结板60之前可以循环经过冻结板60。该方法然后返回图6b中的步骤622，以开始用于制作另一批次冰的另一冷却循环。
然而，如果在步骤670收获传感器58关闭，则控制器80可在步骤678期间检查最大收获时间是否已经过。在某些实施例中，例如，最大收获时间可以是约1分钟至约5分钟(例如，约1分钟、约1.5分钟、约2分钟、约2.5分钟、约3分钟、约3.5分钟、约4分钟、约4.5分钟、约5分钟)。在各种实施例中，例如，最大收获时间可以是约3.5分钟。如果最大冻结时间已经过，则该方法转入如上所述的步骤672。
参照图7，本发明还可用来检测在集槽70的上部积聚的污垢96的量。在制冰阶段期间，集槽70中的水量将从初始水位92过渡到较低位(通过下降水位94表示)。当水位下降时，电容传感器90可检测污垢96，并且控制器80可将该水位解释为需要清洁循环。例如，使用由在传感器90的长度上延伸的一系列电容器形成的电容传感器90，传感器将收集从各个电容器中的每一个电容器读取的电容。传感器90内的微控制器可被编程以识别其中集槽70的顶部附近的电容器正在读取稳定电容(用信号通知集槽中的稳定水量)的状况，而集槽70的中间或下部区域附近的电容器正在读取下降的电容(指示下降的水位)。在这种状况下，微控制器可检测到出错状态，发出有污垢的信号并采取替代步骤。例如，微控制器可忽略上部电容器读数并且仅采用来自下部电容器的读数作为故障安全机制。或者，微控制器可向控制器80发送信号，该信号可提醒用户检查制冰机，运行清洁循环，或以其它方式处理污垢状态。
在检测到预定量的污垢时，控制器80然后可采用多种方式启动清洁循环。例如，控制器80可以自动停止制冰和收获阶段并启动清洁循环以去除污垢。控制器80可以继续正常操作制冰机，然后在稍后的时间点(例如在冰桶足够满之后或在一定预定关机时间期间)启动清洁循环。或者，控制器可以利用预先编程到控制器80中的事先确定的循环时间将制冰机置于默认的安全操作模式，然后在清洁循环完成之后恢复正常操作。控制器80还可以向操作人员推送通知，以使得操作人员将手动启动清洁循环。该通知可以是在外部显示器上显示的或者经由例如通过wifi或蜂窝通信技术对移动设备推送的通知发送给操作人员的某种形式的警报或指示。如有必要，控制器80可以指示或指导连续进行多个清洁循环，或者如果在第一次清洁之后污垢未被除去或在测定的污垢量低于预定阈值之前，建议操作人员使用更高浓度的除垢化学品。控制器80还可基于在清洁循环之间测定的结垢率来自动调整清洁循环的频率。
虽然本文中以一种次序描述了各个步骤，但是应该理解的是，方法的其它实施方式可按任何次序和/或不使用全部上述步骤执行而不脱离本发明的范围。
因此，已经示出和描述了具有适合测量集槽中的水位并检测各种故障模式的控制器的制冰机的新颖方法和设备，其克服了上述现有技术的许多问题。电容式水位传感器的使用提供了许多益处，包括恒定、可重复的精度，其测量结果不受温度影响(在设备的额定值内)。然而，对本领域的技术人员来说将显而易见的是，主题装置和方法的许多变更、变型、改型以及其它用途和应用是可以的。不脱离本发明的精神和范围的所有这些变更、变型、改型以及其它用途和应用被视为由本发明所涵盖，本发明仅通过以下权利要求来限制。
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