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专利名称：冰箱及其自动液体配送器的制作方法
技术领域：
一方面，本发明涉及自动液体配送器，具体来说该自动液体配送器比对被充入液体的容器高度检测被配送液体的液位以防止溢出。另一个方面，本发明涉及装有自动液体配送器的冰箱。
背景技术：
现在，冰箱通常设有位于冰箱门上的水/饮料配送器，该配送器用于从冰箱向外部配送液体，通常是冰水。经常与液体配送器一起还设有冰配送器。参见美国专利6,425,425、5,551,598和4,807,086中的配送器。
一些配送器通过压敏开关触发，在将容器例如茶杯或玻璃杯放入配送器中时，容器压下压敏开关。另一些是使用按钮，使用者持续按住按钮直到配送出需要的水量。这两种系统都需要使用者一直呆在冰箱旁，或是将容器保持在适当位置，或是在配送时按住按钮。此外，如果使用者不能持续触发配送器的话，配送过程就会令人不快地被中断并且要花费比所需更久的时间。
这种配送器所已知的一个问题是，比较粗心的使用者会把容器装得过满而溢出，导致液体洒落到冰箱或周围地板上。因此希望提供一种可以不管使用者的输入而停止液体配送的防溢出配送器。
防溢出系统是已知的，并且效果都相当好。大多数已知的防溢出系统都依赖于多个用来检测容器高度和液位的传感器。使用多个传感器增加了系统的成本。在象家用冰箱这样的日用品市场上，非常不希望因多个传感器而增加成本。因此，一直期待着有此功能的低成本系统。

发明内容
本发明一个方面涉及一种将液体配送到顶部开口容器中的自动液体配送器，包括壳体、配送喷管以及第一和第二反射器阵列。壳体限定出容纳容器的顶部开口配送区域；从壳体中伸出的液体配送喷管，位于配送区域的上方用于将液体配送到容器中；第一和第二反射器阵列设置于配送区域相对侧，当顶部开口容器安放在配送区域中时，顶部开口容器处于第一和第二阵列之间。每个反射器阵列包括多个竖直间隔开的反射器，第一阵列上的反射器与第二阵列上的反射器彼此成对。安装于一个位置上的发射器将信号发射到第一反射器阵列的多个反射器上，从而该信号被反射穿过配送区域并落到第二阵列上相应成对的反射器之上，而安装于一个位置上的接收器接收从第二阵列的反射器反射的发射信号并且产生容器高度信号。此外配送器还包括用于确定容器中液位并且产生液位信号的液位检测器，以及连接到接收器和液位检测器的控制器，该控制器用于根据接收到的容器高度信号和液位信号来控制容器中的液体填充。
第一和第二反射器阵列可以在壳体上拆装。还有，第一反射器阵列装在第一面板上，第二反射器阵列装在第二面板上，其中第一和第二面板可在壳体上拆装。反射器可以与面板整体形成并且优选地由热塑材料模制形成。
反射器被设置成相对于与发射信号正交的平面成预定角度，从而被第一阵列反射器反射的发射信号水平地穿过配送区域，到达第二阵列的相对的反射器上并且随后到达接收器。第一阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角度优选地为顺时针45度，并且第二阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角度优选地为逆时针45度。
每一个阵列反射器布置成在相邻反射器之间存在竖直偏移和侧向偏移的台阶构造，其中竖直偏移量可以在0.75和2英寸之间，侧向偏移量可以为.25到1.00英寸。
液位检测器为宽带宽的传感器，例如压电膜片或微电机械系统(MEMS)。
容器高度信号是穿过配送区域反射并且没有被顶部开口容器阻挡的所有信号的合成信号。
另一个方面，本发明涉及一种配有将液体配送到顶部开口容器中的液体配送器的冰箱，该冰箱包括具有至少一个有开口面的制冷室的箱体以及可拆装的制冷室门，制冷室门用于在门盖住开口面的关闭位置和门脱离开口面的打开位置之间移动。与冰箱结合的液体配送器包括位于门中凹入部分内的壳体，壳体限定出用于容纳容器顶部开口的配送区域。液体配送喷管从壳体中伸出并且位于配送区域的上方用于将液体配送到容器中。第一和第二反射器阵列设置于配送区域相对侧，当顶部开口容器安放在配送区域中时，顶部开口容器处于第一和第二阵列之间，并且每个反射器阵列包括多个竖直间隔开的反射器，第一阵列上的反射器与第二阵列上的反射器彼此成对。安装于一个位置上的发射器将信号发射到第一反射器阵列的多个反射器上，从而该信号穿过配送区域反射并且落到第二阵列相对的反射器上。安装于一个位置上的接收器，用于接收从第二阵列的反射器反射的发射信号并且产生容器高度信号。此外，配送器还包括用于确定容器中液位并且产生液位信号的液位检测器，以及连接到接收器和液位检测器的控制器，控制器用于根据接收到的容器高度信号和液位信号来控制容器中的液体填充。
第一和第二反射器阵列可以在壳体上拆装。第一反射器阵列可以装在第一面板上，第二反射器阵列可以装在第二面板上，第一和第二面板可在壳体上拆装。壳体包括相对的两侧，每一侧都具有通道，面板被容纳在该通道之中从而将面板安装在壳体上。反射器可以与面板整体形成并且优选地由热塑材料模制形成。
壳体进一步包括横跨侧壁的顶壁，发射器、接收器和液位检测器安装到顶壁上。配送喷管穿过顶壁延伸。
反射器被设置成相对于与发射信号正交的平面成预定角度，从而发射信号被第一阵列的反射器反射水平穿过配送区域，到达第二阵列的相对的反射器上，并随后到达接收器。第一阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角度优选地为顺时针45度。第二阵列反射器相对于与发射信号正交的平面的所成的预定角度优选地为逆时针45度。
每个阵列反射器被布置成在相邻反射器之间存在竖直偏移和侧向偏移的台阶构造。竖直偏移量可以在0.75和2英寸之间，而侧向偏移量可以为.25到1.00英寸。
液面检测器为宽带宽的传感器，例如压电膜片或微电机械系统(MEMS)。
容器高度信号是穿过配送区域反射并且没有被顶部开口容器阻挡的所有信号的合成信号。


在附图中图1是本发明的门上装有自动液体配送器的冰箱透视图，配送器包括容纳在门上凹入部分的壳体。
图2是图1壳体的透视图，壳体具有安装确定容器顶部位置的第一、第二反射器阵列的第一、第二面板。
图3是图2中的第一面板和第一反射器阵列的透视图。
图4a是图1的自动液体配送器的示意图，该图示出了用于确定容器顶部和液位的控制器和检测器，包括发射器和接收器以及从发射器送出、被反射器反射和被接收器接收的各种信号的传送通道。
图4b是与图4b相同的透视图，区别在于部分填充有液体的容器被设置于第一和第二反射器阵列之间并且示出了信号的发射和接收通道，从发射器发射出信号用于确定容器顶部的位置，从转换器发射出信号用于确定液位。
图5的示意图表示来自发射器的信号，当没有容器放置于壳体中时被接收器接收到的信号，以及当图4b中的容器放置于壳体中时由接收器接收到的信号。
具体实施例方式
附图1-3图示出装有本发明自动液体配送器10的冰箱1。冰箱1具有传统的构造，包括被分为冷藏室3和冷冻室4的箱体2，这两个室都具有开口面，可依选择被相应的门5、6所关闭。利用传统的制冷系统来将冷气送入两个室3、4中。
配送器被设置在门5、6中的一个上。如图所示，配送器10被设置于盖住冷冻室4的门6上。当然，配送器可以设置于任意一个门中。配送器设置在门6上的凹入部分，其形状、尺寸和总体外观与传统的冰箱门配送器相同。
参见图1和图2，配送器10包括设置于门6上的凹入部分的壳体14。壳体14支撑配送器10的各组件或者说作为界面。例如，配送喷管16从壳体14的顶壁27穿出并且顶壁27对配送喷管16起导向作用。除顶壁27(在图2中没有示出)之外，壳体14具有平行的第一和第二侧壁20、22，连接侧壁20、22后边缘的后壁24，以及连接侧壁20、22底部边缘的底板26。侧壁20、22分别具有基本上从顶壁27延伸至底壁26的竖直通道34。壳体14限定出开面凹入部分28，用于容纳要被填充的容器的至少一部分，并且当配送器10被设置于冰箱1上时，凹入部分28的开口面与冰箱门6的外表面基本重合。如果容器被完全置于凹入部分28内，则容器可放置于壳体底板26之上。
凹入部分28限定出的配送区域可以容纳填充来自配送喷管16的液体的顶部开口容器。如图所示，配送喷管16最好设置于配送区域的上方并且位于相对于配送区域宽度的中间处，这样配送喷管16大致与正确放置于配送区域中的容器的中心对齐。在图4a和4b中示意性示出的阀56，例如螺线管阀，控制亦即打开和关闭通过喷管16进行的液体配送。配送喷管和阀在本领域中是公知的，并且与本发明没有密切关系。
配送区域不需要与凹入部分28一致。配送区域由凹入部分28的一部分形成也落入本发明的范围之内。当配送器10包括配送到凹入部分的冰块配送器时尤其是这样。
配送器10进一步包括可拆装的分别位于配送区域相对侧的第一和第二侧壁20、22上的第一和第二反射器阵列36、38。阵列36、38具有在每一级设置有单个反射器40a-40e的竖直楼梯台阶结构，其中反射器40a-40e彼此相对在纵横方向上发生偏移，从而一个反射器的至少一部分在设置于其上的反射器下方竖直地延伸并在水平方向上超过其上的反射器。纵横方向上的偏移量分别由反射器40的水平中心线之间和竖直中心线之间的距离确定。依据所需要的容器高度分辨率，各反射器40之间的竖直偏移量最好为在0.75和2英寸之间的定值，。反射器40之间的距离越�。直媛试骄�。尽管每个阵列36、38可以具有任意合适数量的反射器40，但每个阵列36、38优选地包括五个反射器40；这样从位置最低的反射器到最高的反射器能够测量的阵列36、38的总高度可以在3到8英寸的范围内变化。每个反射器之间的侧向偏移量也优选地为在.25到1.00英寸之间的定值。反射器40优选地由热塑料组成。
阵列36、38的反射器40a-40e成对设置。也就是，阵列36的反射器40a对应于阵列38的反射器40a。每个反射器40相对于侧壁20、22所取的角度，最好为顺时针45度或-逆时针45度，从而第一阵列36中的反射器40对着第二阵列38的反射器，并且第二阵列38的反射器对着第一阵列36的反射器。
如图2和3所示，阵列36、38被装在第一和第二面板30、32上。阵列36、38可以与第一和第二面板30、32制成一体。阵列36、38所在的平面与面板30、32的平面以及侧壁20、22的平面平行；然而，阵列36、38不限于平行布置，可以安装成与侧壁20、22垂直或者以一个与侧壁在平行和垂直之间的角度安装。面板30、32通过通道34从侧壁20、22上拆装。在这种构造中，面板30、32从壳体14的上端分别插入到各自的通道34中，并滑动到其适当位置。面板30、32也可以通过其它方法例如爪配合、压力配合、扣件或夹具来保持固定。作为另一种选择阵列36、38可以与壳体14形成整体而不是装在面板上。
现在参见图4a，自动液体配送器10进一步包括分别设置在第一和第二反射器阵列36、38之上的超声波发射器42和超声波接收器44，并且它们优选地处于各个阵列36、38上每个反射器40的瞄准线上。当发射器42发射出信号，第一阵列36中的所有反射器40因为存在侧向偏移故而都能接收到信号并依次地反射信号。因为第一反射器40a离发射器42最近，因此它首先接收到并反射信号。相似地，最远的反射器40e最后接收到并反射信号。假定反射器40相对于侧壁20、22和信号的正交平面为顺时针45度角，则发射信号穿过配送区域朝着第二阵列38的反射器40反射。第一阵列36的反射器40a反射的信号最早被第二阵列3 8接收和反射，具体而言是被第二阵列38的反射器40a接收和反射。同样地，从第一阵列36的反射器40e反射的信号最晚被第二阵列38接收和反射，具体而言是被第二阵列37的反射器40e接收和反射。由于信号通道长度不同，接收器44接收到由第二阵列38以一系列脉冲形式反射出的信号，因而通过时间随着反射器40与发射器42或接收器44之间距离的增加而增加。如图5所示，发射出的信号46是单个的脉冲而接收到的信号48是一系列脉冲的合成，每一个脉冲都对应着来自反射器40组中一个反射器的反射。脉冲的数量依次对应着壳体14中的竖直位置。
从第一反射器阵列36中的一个反射器40反射的信号可能会发散并接触到第二反射器阵列38中多个反射器40。阵列36、38当然最好能避免出现这种状况；然而，如果不可能围绕发散信号来设计，则壳体14中的容器顶部位置可以通过接收到的信号的长度而不是接收到的信号中的脉冲数量来确定。
为了检测容器中的液位，配送器10包括设置于容器开口上方并且靠近喷管16的液位检测器，例如超声波传感器52。传感器52向容器内部发出信号，如果容器内有液体的话，信号从液体的表面反射出来，如果容器内没有液体存在的话，信号或者从壳体14的底板26或者从容器的底部反射出来。优选地，配送器使用在信号被发射出去以后变换成接收器的单个传感器52，但是传感器同样可以是发射器/接收器组。在信号被反射以后，它被传感器52接收。
因为传感器52被设置于靠近反射表面并且必须快速地在接收器与接收器之间变换，因此它优选地为宽带宽的传感器，也就是已知的“低Q”传感器，例如压电膜片或微电机械(MENS)装置。宽带宽的传感器中的振动在信号发射出以后迅速地衰减；因此传感器可以快速地变换，以接收反射信号。
自动液体配送器10进一步包括与发射器42、接收器44、传感器52和阀56通信的控制器54。控制器54在要发出信号时指示发射器42，接收来自接收器44的信号并且接收来自转换器52的信号。控制器54分析接收到的信号并计算容器顶部的相对位置和容器中的液位。
在运行时，控制器54指示发射器42定期发出象图5中的信号46一样的脉冲信号。如果信号通道不存在阻碍，如图4a所示，接收器44接收到具有与反射器组数量一样多的脉冲的信号。例如，图5中的信号48具有五个对应着图4a中五个反射器组的脉冲。接收器44将接收到的信号转换成具有合适格式的输出信号，例如数字的或模拟的，并且将输出信号送到控制器54。控制器54分析该信号并且确定在配送区域没有容器。
当使用者至少将容器的开口顶部放入配送区域中时，容器阻碍了第一和第二反射器阵列36、38之间的通道，从而被容器顶部下方第一阵列36上的反射器40所反射的信号没有到达第二发射器阵列38并且没有被接收器44所接收。例如，当图4b中的容器放入到配送器10中时，容器阻止从第一阵列36的反射器40c、40d和40e反射的信号并且阻止信号到达第二阵列38的反射器40c、40d和40e。结果，接收器44接收到的信号，其脉冲数与位于容器顶部上方的反射器组40的数量相对应。如图5所示，图4b中被接收器44接收的信号50包括两个从第二阵列38的反射器40a和40b接收到的脉冲，接收器44将信号50转换成容器高度信号并且将容器高度信号送到控制器54。
在控制器54接收到信号以后，控制器54检测到容器高度信号与未受阻碍时的信号不同并且确定容器被放置于配送区域中。由此，控制器54从控制器高度信号中的脉冲数量确定容器顶部在壳体14中的位置，并使传感器52检测容器中的液体液面，并可打开配送灯(未示出)。传感器52发出的信号，最初由壳体14的底板26或者容器的底壁反射，传感器52接收信号并将信号转换成关于配送器中液位信息的液位信号。
接着，传感器52将容器高度信号传给控制器54，控制器在已经确定在容器中没有液体存在以后，通过打开阀56由喷管16开始配送液体。传感器52送出并且接收由容器中的液体表面所反射的信号。这些信号随后被转换成液位信号并且被通信传给控制器54。当容器被填充时，信号从转换器52发出并且返回到转换器52所需的时间减少；因而越短的传送时间对应着越高的液位。
控制器54通过比较容器高度信号和不断变化的液位信号来调节容器的填充，以确定液体何时到达相对于容器顶部位置的所需平面。例如，如果容器要被几乎完全填充满，控制器54就会在液体液面为容器顶部下方一定距离或已经到达对应于容器高度一定百分比例如95％的高度时，通过关闭阀56来停止液体的配送。相似地，如果容器要被填充一半，控制器54可以在液体液面已经到达对应于容器高度50％的高度时停止液体的配送。可以对控制器54进行编程来得到数个配送液位，并且可以设置默认液位。如果不需要默认液位，可以通过使用者的操作控制来选择优选的液位，例如配送器10上的按钮或数字显示器。一旦容器被填充到所需液位并且阀56已经被关闭，使用者就可以从配送区域拿走填充好的容器。
尽管到这里为止，已经结合超声波信号一起来描述了配送器10，但是使用其它类型的信号也落入本发明的范围内。但要求容器能够阻挡信号，不能被信号穿过。此外，配送器不限于在冰箱中使用。配送器可以用于饭店饮料配送机、便携式液体存储箱和配送冷箱。
本发明提供了一种防止容器溢出和不需要使用者呆在配送机旁的自动液体配送器。此外，反射器阵列的设计简单，只包括很少的几个部分，从而减少了发生机械或结构故障的可能性。在反射器阵列需要更换或修理的情况下，可以很容易地从壳体中取出。配送器有效的节省了成本，由于配送器仅需要一个发射器/检测器对来确定容器的高度，因此有效的节约了成本。而且由于玻璃高度系统使用已知的传送通道长度，如果需要的话它可以用来校准水高度系统，例如如果超声波信号的速度因温度变化而发生了改变。
虽然本发明已经根据其某些特定的实施例进行了特定描述，但仍然应当明了这只是用来示例而不是用来限制，所附的权利要求的范围应当被解释为与现有技术所允许的范围一样宽。
权利要求
1.一种将液体配送到顶部开口容器中的自动液体配送器，包括壳体、液体配送喷管、第一和第二反射器阵列、发射器、接收器、液位检测器以及控制器；壳体限定出容纳容器顶部开口的配送区域；液体配送喷管从壳体中伸出，并位于配送区域的上方用于将液体配送到容器中；第一和第二反射器阵列设置于配送区域相对侧，当顶部开口容器安放在配送区域中时，顶部开口容器处于第一和第二阵列之间；每个反射器阵列包括多个竖直间隔开的反射器，第一阵列上的反射器与第二阵列上的反射器彼此成对；安装于一个位置上的发射器将信号发射到第一反射器阵列的多个反射器上，从而该信号被反射穿过配送区域并落到第二阵列上相应成对的反射器之上；安装于一个位置上的接收器接收从第二阵列的反射器反射的发射信号并且产生容器高度信号；液位检测器用于确定容器中液位并且产生液位信号；控制器连接到接收器和液位检测器，用于根据接收到的容器高度信号和液位信号来控制容器中的液体填充。
2.根据权利要求1所述的自动液体配送器，其特征在于第一和第二反射器阵列可在壳体上拆装。
3.根据权利要求2所述的自动液体配送器，其特征在于第一反射器阵列装在第一面板上，第二反射器阵列装在第二面板上，其中第一和第二面板可在壳体上拆装。
4.根据权利要求3所述的自动液体配送器，其特征在于反射器与面板整体形成。
5.根据权利要求1所述的自动液体配送器，其特征在于反射器被设置成相对于与发射信号正交的平面成预定角度，从而该发射信号被第一阵列反射器反射穿过配送区域，到达第二阵列的成对反射器上并且随后到达接收器。
6.根据权利要求5所述的自动液体配送器，其特征在于第一阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角为45度。
7.根据权利要求6所述的自动液体配送器，其特征在于第二阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角为-45度。
8.根据权利要求1所述的自动液体配送器，其特征在于每一阵列的反射器被布置成在相邻反射器之间存在竖直偏移和侧向偏移的台阶构造。
9.根据权利要求8所述的自动液体配送器，其特征在于竖直偏移量在0.75和2英寸之间。
10.根据权利要求9所述的自动液体配送器，其特征在于侧向偏移量为.25到1.00英寸。
11.根据权利要求1所述的自动液体配送器，其特征在于液位检测器为宽带宽的转换器。
12.根据权利要求11所述的自动液体配送器，其特征在于液位检测器为压电膜片。
13.根据权利要求12所述的自动液体配送器，其特征在于液位检测器为微电机械系统(MEMS)。
14.根据权利要求1所述的自动液体配送器，其特征在于容器高度信号是穿过配送区域反射并且没有被顶部开口容器阻挡的所有信号的合成信号。
15.一种配有将液体配送到顶部开口容器中的液体配送器的冰箱，该冰箱包括具有至少一个有开口面的制冷室的箱体；可拆装在制冷室的门，制冷室门用于在门盖住开口面的关闭位置和门脱离开口面的打开位置之间移动；液体配送器，包括壳体、液体配送喷管、第一和第二反射器阵列、发射器、接收器、液位检测器以及控制器；壳体位于门内的凹入部分内并限定出容纳容器的顶部开口配送区域；液体配送喷管从壳体中伸出，并位于配送区域的上方用于将液体配送到容器中；第一和第二反射器阵列设置于配送区域相对侧，当顶部开口容器安放在配送区域中时，顶部开口容器处于第一和第二阵列之间；每个反射器阵列包括多个竖直间隔开的反射器，第一阵列上的反射器与第二阵列上的反射器彼此成对；安装于一个位置上的发射器将信号发射到第一反射器阵列的多个反射器上，从而该信号被反射穿过配送区域并落到第二阵列上相应成对的反射器之上；安装于一个位置上的接收器接收从第二阵列的反射器反射的发射信号并且产生容器高度信号；液位检测器用于确定容器中液位并且产生液位信号；控制器连接到接收器和液位检测器，用于根据接收到的容器高度信号和液位信号来控制容器中的液体填充。
16.根据权利要求15所述的组合装置，其特征在于第一和第二反射器阵列可在壳体上拆装。
17.根据权利要求16所述的组合装置，其特征在于第一反射器阵列装在第一面板上而第二反射器阵列装在第二面板上，其中第一和第二面板可在壳体上拆装。
18.根据权利要求17所述的组合装置，其特征在于壳体包括相对的侧边，每一侧都具有通道，面板被容纳在该通道之中从而将面板安装到壳体上。
19.根据权利要求18所述的组合装置，其特征在于壳体包括横越侧壁的顶壁，并且发射器、接收器和液位检测器安装到顶壁上。
20.根据权利要求19所述的组合装置，其特征在于配送喷管穿过顶壁伸出。
21.根据权利要求17所述的组合装置，其特征在于反射器与面板整体形成。
22.根据权利要求15所述的组合装置，其特征在于反射器被设置成相对于与发射信号正交的平面成预定角度，从而该发射信号被第一阵列的反射器反射穿过配送区域，到达第二阵列的成对反射器上，并随后到达接收器。
23.根据权利要求22所述的组合装置，其特征在于第一阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角度为45度。
24.根据权利要求23所述的组合装置，其特征在于第二阵列反射器相对于与发射信号正交的平面所成的预定角度为-45度。
25.根据权利要求15所述的组合装置，其特征在于每一阵列的反射器被布置成在相邻反射器之间存在竖直偏移和侧向偏移的台阶构造。
26.根据权利要求25所述的组合装置，其特征在于竖直偏移量在0.75和2英寸之间。
27.根据权利要求26所述的组合装置，其特征在于侧向偏移量为.25到1.00英寸。
28.根据权利要求15所述的组合装置，其特征在于液位检测器为宽带宽的转换器。
29.根据权利要求28所述的组合装置，其特征在于液位检测器为压电膜片。
30.根据权利要求15所述的组合装置，其特征在于液位检测器为微电机械系统(MEMS)。
31.根据权利要求15所述的组合装置，其特征在于容器高度信号是穿过配送区域反射并且没有被顶部开口容器阻挡的所有信号的合成信号。
全文摘要
本发明涉及利用超声波检测来比对将要被填充的容器高度，确定配送液位的自动液体配送器。本发明还涉及具有利用超声波检测的自动液体配送器的冰箱。
文档编号G01F23/296GK1576228SQ200410055039
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月9日 优先权日2003年7月9日
发明者D·E·詹克 申请人:惠尔普尔公司