IT201600077849A1 - Dispositivo per il riscaldamento di fluidi in continuo. - Google Patents

Dispositivo per il riscaldamento di fluidi in continuo.

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IT201600077849A1 IT102016000077849A IT201600077849A IT201600077849A1 IT 201600077849 A1 IT201600077849 A1 IT 201600077849A1 IT 102016000077849 A IT102016000077849 A IT 102016000077849A IT 201600077849 A IT201600077849 A IT 201600077849A IT 201600077849 A1 IT201600077849 A1 IT 201600077849A1
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IT
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hollow cylindrical
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heating
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IT102016000077849A
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Paolo Rognoni
Michele Tresoldi
Claudio Mosconi
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Gruppo Cimbali Spa
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Description

Titolo: Dispositivo per il riscaldamento di fluidi in continuo.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per il riscaldamento in continuo di fluidi, o miscele di liquidi con aeriformi mediante Timpiego di vapore d’acqua, comprendente un primo circuito tubolare, provvisto di una entrata ed una uscita, entro il quale viene fatto circolare il fluido o la miscela di liquidi con aeriformi da riscaldare ed un secondo circuito tubolare entro il quale viene fatto circolare il vapore riscaldante.
In particolare il liquido da riscaldare può essere latte o cioccolata e la miscela con aeriforme è preferibilmente costituita da latte montato con aria.
Con la definizione di riscaldamento in continuo si intende il riscaldamento effettuato mentre i due fluidi, quello da riscaldare e quello che effettua il riscaldamento, scorrono attraverso il dispositivo, in equi corrente oppure in controcorrente, ciascuno entro un proprio circuito. In accordo con la tecnica nota, ad esempio quella mostrata in EP 0485350, il circuito, in forma di condotto tubolare in cui viene fatto circolare il fluido da riscaldare è disposto all’ interno del circuito anch’esso in forma di un condotto tubolare, entro cui viene fatto circolare il vapore e lo scambio termico avviene per convezione e prevalentemente per conduzione tra le pareti degli elementi tubolari che compongono i circuiti e che sono lambite dai fluidi scorrenti al loro interno.
Tale soluzione tecnica, tuttavia, presenta l’inconveniente funzionale che la condensa del vapore che si forma lungo il condotto non può essere facilmente rimossa dallo stesso flusso di vapore dal momento che questo, in tale soluzione tecnica, costringe la condensa a spostarsi lungo il perimetro esterno del condotto entro il quale scorre il liquido da scaldare tendendo ad accumularla verso la parte superiore del condotto stesso.
La presenza della condensa crea un effetto coibentante che determina una diminuzione dello scambio termico con la conseguenza di non poter garantire una temperatura costante al liquido in fase di riscaldamento.
Inoltre la caduta della condensa per gravità può determinare la ostruzione dell’ingresso del flusso di vapore che diventa pertanto irregolare.
In accordo con una diversa soluzione che comporta però la immissione di parte del fluido riscaldante, vale a dire del vapore, entro il fluido da riscaldare, è mostrata in US 2014/0299001 Al. Infatti, in accordo con quest’ ultima soluzione, il condotto tubolare percorso dal vapore è posto concentricamente all’interno del condotto tubolare percorso dal fluido da riscaldare ed una pluralità di fori radiali, distribuiti lungo la estensione assiale di questo e sfocianti all’interno del condotto del fluido da riscaldare, sono previsti nella parete del condotto del vapore.
Questa soluzione tecnica nota di riscaldamento presenta l’inconveniente di provocare l’aggiunta di acqua entro il liquido da riscaldare con conseguente diluizione di quest’ultimo. L’inconveniente sopra indicato risulta poi particolarmente significativo, nel caso in cui il liquido sottoposto al riscaldamento è costituito da latte oppure da una miscela di latte ed aria per fornire latte montato.
Infatti, l’impatto del vapore, seppure parzializzato, contro la vena del flusso di latte ed aria in fase di riscaldamento si ritiene che sia una causa della impossibilità di conseguire montature con elevata compattezza, come quelle tipiche della montatura a freddo, a causa dell’effetto cinetico delle molecole del vapore su quelle dell’aria presenti nella miscela di latte ed aria. Inoltre, la diluizione del materiale proteico contenuto nel latte diminuisce la capacità di questo a formare la schiuma.
Lo scopo della presente invenzione è quello di presentare un dispositivo per il riscaldamento in continuo di fluidi mediante vapore d’acqua senza che questo si mescoli con il fluido da riscaldare eliminando l’effetto cinetico imputabile alle molecole d’acqua del vapore e le conseguenze di tale effetto sulla miscela di latte ed aria.
Ulteriore scopo è quello di consentire la eliminazione del liquido di condensazione senza dover ricorrere allo smontaggio del dispositivo con tutto vantaggio della pulizia delle parti del dispositivo stesso e della efficienza e regolarità del riscaldamento.
Inoltre, in accordo con una forma alternativa di realizzazione del dispositivo, lo scopo dell’invenzione è anche quello di consentire la regolazione della intensità del riscaldamento in funzione delle esigenze ed in funzione della portata del fluido da riscaldare nonché della natura e composizione del fluido stesso.
Questi ed altri scopi che meglio appariranno dalla descrizione che seguirà, vengono raggiunti dal dispositivo di riscaldamento in continuo secondo l’invenzione in accordo con la rivendicazione 1 che seguirà.
L’invenzione verrà ora maggiormente descritta con riferimento ad alcune sue forme di attuazione preferite illustrate nei disegni allegati, dati solo a titolo indicativo e non limitativo, in cui:
- la Figura 1 mostra, in vista prospettica, la struttura esterna del dispositivo di riscaldamento; - la Figura 2 mostra una vista in sezione longitudinale del dispositivo di Figura 1;
- la Figura 3 mostra schematicamente una forma di attuazione alternativa della parte di condotto del fluido riscaldante all’ interno del dispositivo che consente di effettuare la regolazione del flusso dello stesso fluido riscaldante;
- la Figura 4 mostra schematicamente una ulteriore forma di attuazione della parte di condotto del fluido riscaldante all’interno del dispositivo che consente di effettuare la regolazione del flusso dello stesso fluido riscaldante.
Con riferimento alle suddette figure, il dispositivo di riscaldamento, in accordo con la sua forma di attuazione mostrata in sezione longitudinale nella figura 2, comprende un primo corpo cilindrico cavo 1 ed un tratto tubolare 2, avvolto ad elica attorno ad almeno un tratto della estensione assiale di detto primo corpo cilindrico cavo.
Preferibilmente il tratto avvolto ad elica è costituito da un tubo di acciaio o di rame avente diametro esterno compreso tra 2,4 mm e 4,0 mm e diametro interno compreso tra 2,0 mm e 3,6 mm
Il tratto avvolto ad elica cilindrica forma parte del primo circuito tubolare nel quale scorre il fluido da riscaldare, particolarmente latte con o senza l’aggiunta di aria, e si estende, preferibilmente ma non esclusivamente, con una lunghezza compresa tra 700 mm e 1700 mm. Preferibilmente, la conformazione cilindrica con cui il tratto 2 è avvolto attorno al primo corpo cilindrico cavo 1, presenta un diametro interno maggiore del diametro esterno del detto primo corpo cilindrico cavo 1 rispetto al quale forma una intercapedine 2a.
II dispositivo comprende anche un secondo corpo cilindrico cavo, indicato con 3, che fa parte del circuito tubolare nel quale scorre il fluido di riscaldamento, in particolare il vapore d’acqua. In detto secondo corpo cilindrico 3 sono alloggiati, coassialmente, sia il detto primo corpo cilindrico cavo 1 che il detto tratto 2 avvolto ad elica. L’estremità 4 del corpo cavo 1 è provvista di una parete di chiusura 5 conformata a flangia provvista di foro 6 collegato al raccordo 7 per il collegamento ad una sorgente di vapore non illustrata sui disegni perché in sé convenzionale.
La estremità 8, solidale al corpo cilindrico cavo 3, racchiude la parete a flangia 5 e la estremità 4 del corpo cavo 1 con la interposizione di una guarnizione 9. La detta parete a flangia 5 è bloccata sulla estremità 8 tramite viti 10 che, tramite una rispettiva rondella 11, si impegnano sopra il bordo 12 della stessa parete a flangia 5 del corpo cilindrico 1.
Le viti, come quella indicata con 10 nelle Figure 1 e 2, sono distribuite attorno al bordo 12 e si impegnano in corrispondenti fori 10a ricavati sulla estremità 8 del corpo cilindrico 3. L’estremità opposta 13 del corpo cilindrico 1 risulta chiusa da un codolo 14 che, con la interposizione di una guarnizione anulare 15, si inserisce assialmente all’ interno della cavità dello stesso corpo cilindrico 1.
Il codolo 14 è solidale ad una flangia 16 che, con la interposizione di una guarnizione anulare 17, chiude la estremità 18 del secondo corpo cilindrico cavo 3.
La flangia 16 è provvista di una apertura 19 alla quale è collegato a tenuta il raccordo 20 per consentire l’uscita del fluido di riscaldamento e, come si vedrà nel seguito, anche della condensa, che perviene nella cavità del secondo corpo cilindrico 3 attraverso una pluralità di passaggi radiali 21 ricavati nella parete del primo corpo cilindrico 1.
Preferibilmente tali passaggi radiali sono costituiti da fori circolari con diametro compreso tra 0,5 mm e 2,0 mm, distribuiti assialmente e circonferenzialmente nella parete del corpo cilindrico 1, in numero dipendente dalle esigenze di riscaldamento da attuare nel dispositivo e di conseguenza dalla quantità di vapore da erogare.
La stessa flangia 16 è provvista anche di un ulteriore passaggio 22 attraverso il quale si inserisce, a tenuta tramite una guarnizione 23, la estremità 24 del tratto tubolare 2 avvolto ad elica la cui altra estremità 25 fuoriesce dal corpo cilindrico 3 attraverso l’apertura 26, con guarnizione 27, ricavata nella estremità 8.
La estremità 24 e la estremità 25 costituiscono rispettivamente la entrata e l’uscita, oppure, viceversa, l’uscita e l’entrata del primo circuito tubolare entro il quale viene fatto circolare il fluido da riscaldare, particolarmente latte, sia esso montato o non montato con aria, proveniente da una sua sorgente e diretto ad un suo punto di utilizzazione non mostrati sui disegni.
Il detto primo corpo cilindrico cavo 1, il detto secondo corpo cilindrico cavo 3 ed i detti passaggi radiali 21 formano parte del detto secondo circuito tubolare.
In accordo con l’invenzione, la parete del corpo cilindrico cavo 1 è provvista anche di un foro passante 28 sfociante nel secondo corpo cilindrico cavo 3 posto fuori dal tratto 2 avvolto ad elica cilindrica e quindi in prossimità della apertura 19 collegata con il raccordo di uscita 20 del flusso di vapore.
Il foro passante 28 è provvisto di diametro uguale od inferiore al diametro presentato dai passaggi 21 e svolge la funzione di scarico della condensa, formatasi lungo la parete del corpo cilindrico 1 e raccoltasi sia per gravità che per la differenza di pressione tra monte e valle del circuito del fluido riscaldante.
Lo scarico avviene dall’interno di detto corpo 1 portandola in corrispondenza del raccordo di uscita 20 in prossimità del quale fluisce anche la condensa che si forma attorno al condotto tubolare 2 avvolto ad elica dal quale viene rimossa dallo stesso flusso di vapore proveniente dai passaggi 21 ed incidente radialmente sulle pareti di tale condotto 2 avvolto ad elica. Le pareti, rimanendo con le loro superfici sgombre da condensa, aumentano la loro efficienza di scambio termico.
La regolazione della portata del fluido riscaldante, particolarmente vapore, può venire effettuata con varie modalità.
Una di queste consiste nella previsione di una elettrovalvola a portata variabile del tipo proporzionale oppure a memoria di forma, inserita, in modo convenzionale, nel condotto di alimentazione del vapore e gestita da una convenzionale unità elettronica di controllo (CPU). In alternativa alla valvola a portata variabile la regolazione del flusso del vapore di riscaldamento può avvenire variando per via meccanica il numero dei passaggi 21 da mantenere aperti tra il corpo cilindrico 1 ed il corpo cilindrico 3.
Con riferimento alla Figura 3 che mostra schematicamente una forma di attuazione alternativa della parte di condotto del fluido riscaldante all’interno del dispositivo per consentire la regolazione del flusso dello stesso fluido riscaldante, si osserva che il corpo cilindrico cavo 1 è provvisto di mezzi per chiudere almeno un gruppo di detti passaggi radiali 21 lasciando ovviamente aperti i rimanenti passaggi.
Sempre con riferimento alla Figura 3, il dispositivo comprende un terzo corpo cilindrico cavo 29 penetrante nel primo corpo cilindrico cavo 1 attraverso la estremità di questo chiusa dalla piastra 8.
Detto terzo corpo cilindrico 29 a sua volta comprende una sua estremità 30 chiusa posizionata fuori dal detto primo corpo cilindrico cavo 1 ed una estremità opposta aperta 31 posizionata all’interno del detto primo corpo cilindrico 1 e comunicante con la cavità di questo.
Detto terzo corpo cilindrico 29 è montato scorrevole telescopicamente, come indicato dalla doppia freccia F, con tenuta radiale rispetto alla cavità del detto primo corpo cilindrico 1 costituita, ad esempio, da una guarnizione toroidale 32, ed è bloccabile assialmente in una determinata posizione a seconda del numero dei detti passaggi radiali 21 da mantenere chiusi che, indicati come 2 la, si vengono a trovare tra la detta tenuta radiale 32 e la estremità chiusa dalla flangia 5 del corpo cilindrico 1.
Ovviamente il raccordo 7 per il collegamento con la sorgente di vapore deve ritenersi montato sulla estremità chiusa 30 del terzo corpo cilindrico cavo 29 e sfociante all’interno di questo, con la eventuale interposizione di un elemento flessibile per consentire la movimentazione assiale del detto terzo corpo cilindrico 29.
Una ulteriore forma di attuazione della parte di condotto del fluido riscaldante all’interno del dispositivo che consente di effettuare la regolazione del flusso dello stesso fluido riscaldante è illustrata in modo schematico in figura 4.
Con riferimento a tale figura, si osserva che la parete del corpo cilindrico cavo 1 è provvista di gruppi 2 Ibi, 21b2, 21b3 e 21b4 di aperture radiali, separati gli uni dagli altri e disposti secondo rispettive disposizioni elicoidali, indicate con A, B, C e D in Figura 4, nella parete del corpo l.Un terzo corpo tubolare cilindrico 33 è destinato ad essere alloggiato coassialmente entro il corpo 1.
Al corpo 33, in corrispondenza della sua estremità 34, viene fatto pervenire il vapore tramite un elemento di collegamento flessibile non illustrato. Detto corpo cilindrico 33, il cui fondo 34a è chiuso, è provvisto di una serie di finestre 35bl, 35b2, 35b3 e 35b4, sfasate angolarmente fra di loro di 90° e distanziate assialmente in modo da risultare in corrispondenza ad altrettante sequenze elicoidali, A, B, C e D di passaggi 21b. Spostando angolarmente il corpo cilindrico 33, ognuna delle finestre 35bl, 35b2, 35b3 e 35b4 apre progressivamente i fori delle sequenze di fori 2 Ibi, 21b2, 21b3 e 21b4 determinando una distribuzione omogenea del vapore sia in senso radiale che in senso assiale verso il condotto 2 attraversato dal fluido da riscaldare. Ad ogni intervallo incrementale di regolazione corrisponde, per ogni finestra, un numero crescente ed uguale di passaggi 21b aperti.
Di conseguenza il flusso di vapore viene convogliato unicamente ai passaggi che risultano in comunicazione con la relativa finestra affacciata, mentre tutti gli altri passaggi risultano chiusi.
Per agevolare la selezione della posizione angolare delle finestre 35bl, 35b2, 35b3 e 35b4 e quindi la diffusione del vapore entro il corpo 1, una ghiera numerata 36 viene prevista sulla estremità 34 del corpo tubolare 33. Lo spostamento angolare del corpo 33 può essere effettuato manualmente però, in alternativa, esso può avvenire anche tramite motore con selezione di spostamento eseguita su comanda programmato dalla CPU.
Come si può apprezzare da quanto sopra descritto, il dispositivo di riscaldamento secondo la presente invenzione consente di conseguire un programmato riscaldamento del fluido da riscaldare e raggiunge anche lo scopo di eliminare efficacemente la condensa utilizzando lo stesso flusso di vapore che lambisce il condotto entro il quale scorre il fluido da riscaldare mantenendo una elevata funzionalità al dispositivo.

Claims (18)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo per il riscaldamento in continuo di fluidi mediante vapore d’acqua, comprendente un primo circuito tubolare, provvisto di una entrata ed una uscita, entro il quale viene fatto circolare il fluido da riscaldare proveniente da una sua sorgente e diretto ad un suo punto di utilizzazione, un secondo circuito tubolare entro il quale viene fatto circolare il vapore riscaldante, caratterizzato per il fatto che detto primo circuito tubolare comprende un tratto (2) avvolto ad elica attorno ad almeno un tratto della estensione assiale di un primo corpo cilindrico cavo (1), chiuso ad entrambe le estremità (5,14), un secondo corpo cilindrico cavo (3) nel quale sono alloggiati coassialmente sia il detto primo corpo cilindrico cavo (1) che il detto tratto (2) avvolto ad elica del primo detto circuito, detto secondo corpo cilindrico cavo (3) essendo chiuso ad entrambe le sue estremità (8,16), passaggi radiali (21) comunicanti tra la cavità del detto primo corpo cilindrico cavo (1) e la cavità del detto secondo corpo cilindrico cavo (3), detto primo corpo cilindrico cavo (1), detto secondo corpo cilindrico cavo (3) e detti passaggi radiali (21) formando parte di detto secondo circuito tubolare, mezzi di raccordo (7) per collegare detto primo corpo cilindrico cavo (1) con la sorgente di vapore e mezzi di raccordo (20) per collegare detto secondo corpo cilindrico cavo (3) con Γ esterno di questo.
  2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato per il fatto che detto primo corpo cilindrico cavo (1) comprende una apertura (28), comunicante con la cavità del detto secondo corpo cilindrico cavo (3), posta in un tratto assiale del corpo cilindrico cavo (1) esterno al tratto (2) del detto primo circuito tubolare.
  3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato per il fatto che il detto tratto (2) avvolto ad elica attorno al detto primo corpo cilindrico cavo (1) è avvolto secondo un’elica cilindrica il cui diametro interno dell’elica è maggiore del diametro esterno del detto primo corpo cilindrico cavo (1).
  4. 4) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto fluido è un liquido.
  5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4 in cui detto liquido è latte.
  6. 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui detto liquido è cioccolata.
  7. 7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui detto fluido è una miscela di liquidi con aeriformi.
  8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7, in cui detta miscela è formata da latte e aria.
  9. 9) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato per il fatto che la lunghezza lineare del tratto (2) avvolto ad elica del primo circuito tubolare è compresa tra 700 e 1700 mm.
  10. 10) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato per il fatto che il diametro interno almeno del tratto tubolare (2) avvolto ad elica cilindrica del detto primo circuito tubolare, è compreso tra 2 e 3,6 mm.
  11. 11) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato per il fatto che il diametro esterno almeno del tratto tubolare (2) avvolto ad elica cilindrica del detto primo circuito tubolare è compreso tra 2,4 e 4,0 mm.
  12. 12) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui una parte dei detti passaggi radiali (21) comunicanti tra il primo (1) ed il secondo corpo cilindrico cavo (3) sono distribuiti assialmente in corrispondenza del tratto avvolto ad elica cilindrica (2) del primo detto circuito tubolare.
  13. 13) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12 caratterizzato per il fatto che comprende mezzi per regolare la portata del detto fluido riscaldante.
  14. 14) Dispositivo in accordo con la rivendicazione 13, in cui detti mezzi per regolare la portata del fluido riscaldante comprendono una valvola a portata variabile inserita nel condotto(7) di alimentazione del fluido riscaldante.
  15. 15) Dispositivo in accordo con la rivendicazione 13, in cui detti mezzi per regolare la portata del fluido riscaldante comprendono mezzi (29, 33) per chiudere almeno un gruppo di detti passaggi radiali (21, 21b).
  16. 16) Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato per il fatto che detti mezzi per chiudere almeno un gruppo (2 la) dei detti passaggi radiali (21) comprendono un terzo corpo cilindrico cavo (29) penetrante nel primo corpo cilindrico cavo (1) attraverso una relativa apertura ricavata in una estremità chiusa (5) di questo, detto terzo corpo cilindrico (29) avendo una estremità chiusa (30) posizionata fuori dal detto primo corpo cilindrico cavo (1) ed una estremità aperta (31) posizionata all’ interno del detto primo corpo cilindrico (1) e comunicante con la cavità di questo, detto terzo corpo cilindrico (29) essendo scorrevole telescopicamente con tenuta radiale (32) rispetto alla cavità del detto primo corpo cilindrico (1) ed essendo posizionabile assialmente, a seconda del numero dei detti passaggi radiali (2 la) da mantenere chiusi tra la detta tenuta radiale (32) e la estremità chiusa (5) del primo detto corpo cilindrico (1) attraverso la quale il terzo corpo cilindrico penetra nel primo, detti mezzi di raccordo (7) per collegare detto primo corpo cilindrico cavo (1) con la sorgente di vapore essendo portati dalla estremità chiusa (30) di detto terzo corpo cilindrico cavo (29) e sfocianti all’ interno di questo.
  17. 17) Dispositivo in accordo con la rivendicazione 13, in cui detti mezzi per regolare la portata del fluido riscaldante comprendono mezzi per selezionare un gruppo (A, B, C, D) di aperture (21 b 1 , 21b2, 21b3, 21b4) attraverso il quale convogliare il flusso del fluido riscaldante.
  18. 18) Dispositivo in accordo con la rivendicazione 17 caratterizzato per il fatto che detti mezzi per selezionare un gruppo (A, B, C, D) di aperture (21 b 1 , 21b2, 21b3, 21b4) attraverso il quale convogliare il flusso del fluido riscaldante comprendono una pluralità di gruppi (A, B, C, D) di aperture (21 b 1 , 21b2, 21b3, 21b4) ricavate sulla parete del detto corpo cilindrico cavo 1, dette aperture essendo disposte, entro ciascun gruppo, secondo una rispettiva distribuzione elicoidale, un terzo corpo tubolare cilindrico (33) alloggiato coassialmente entro il corpo 1 e suscettibile di subire spostamenti angolari entro quest’ultimo, una serie di finestre (35bl, 35b2, 35b3 e 35b4) ricavate nella parete di detto terzo corpo tubolare, sfasate angolarmente fra di loro di 90° e distanziate assialmente in modo da risultare posizionabili in corrispondenza di rispettivi gruppi (A, B, C, D) di aperture (21 b 1 , 21b2, 21b3, 21b4).
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