ITFI20090074A1

ITFI20090074A1 - "caldaia per macchine per la produzione di bevande e macchina comprendente detta caldaia"

Info

Publication number: ITFI20090074A1
Application number: IT000074A
Authority: IT
Inventors: Gianni Remo
Original assignee: Saeco Strategic Services Ltd
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-10-10

Description

“CALDAIA PER MACCHINE PER LA PRODUZIONE DI BEVANDE E MACCHINA COMPRENDENTE DETTA CALDAIA”

DESCRIZIONE

Campo Tecnico

La presente invenzione riguarda le macchine per la produzione di bevande, in particolare, ma non esclusivamente, macchine per la produzione di caffè, per uso domestico, professionale ed anche per distributori automatici.

Secondo un altro aspetto l'invenzione riguarda perfezionamenti a caldaie per la produzione di acqua calda in piccole quantità e modesta portata, ad esempio ed in particolare per macchine per la produzione di bevande calde, come caffè o simili. Stato della Tecnica

In molte macchine per la produzione di caffè ed altre bevande calde, sia per uso domestico, sia per uso professionale ed anche in distributori automatici, vengono utilizzate caldaie rapide per il riscaldamento in breve tempo di piccole quantità di acqua che viene successivamente alimentata a gruppi di infusione, cioè genericamente a dispositivi per la produzione di bevande. Questi possono essere dispositivi di infusione per la produzione di caffè, in cui in una camera di infusione viene caricata una dose di caffè (in polvere sfusa o in capsule, cialde o cartucce) attraverso cui viene fatta fluire l'acqua calda in pressione per l'estrazione degli aromi e la produzione della bevanda.

Queste caldaie possono essere caldaie ad accumulo, in cui una certa quantità di acqua viene mantenuta in temperatura ed alimentata al gruppo di infusione a richiesta, cioè quando l'utilizzatore attiva la macchina per effettuare un ciclo di erogazione.

In soluzioni costruttive più recenti le caldaie ad accumulo sono state sostituite da caldaie a flusso, dette anche caldaie istantanee. Queste caldaie contengono un volume molto limitato di acqua ed una o più resistenze di elevata potenza. La caldaia viene attivata soltanto quando è necessario erogare l'acqua calda. Le condizioni di flusso dell'acqua, il volume di acqua nella caldaia e la potenza della resistenza elettrica di riscaldamento sono tali da consentire il riscaldamento istantaneo dell'acqua mentre questa fluisce attraverso la caldaia verso il gruppo di infusione.

Le caratteristiche funzionali delle caldaie di queste macchine sono soggette ad un decadimento a causa dell'accumulo di calcare che riduce il coefficiente di scambio termico tra la resistenza e l'acqua e quindi abbassa il rendimento della caldaia.

In WO-A-2009/022365 è descritta una macchina da caffè comprendente un condotto di alimentazione dell'acqua da un serbatoio alla caldaia e da qui al gruppo di infusione, nella quale per ridurre i problemi dell'accumulo di calcare è previsto un generatore di campo magnetico associato al condotto di alimentazione dell'acqua verso la caldaia. In alcune forme di realizzazione descritte in questa domanda di brevetto il generatore di campo magnetico è disposto a valle di un dispositivo di preriscaldamento, così da agire su acqua parzialmente riscaldata.

L'interazione dell'acqua con il campo magnetico riduce la formazione di depositi di carbonato di calcio, in particolare nella forma di calcite, che risulta più dannosa per quanto concerne la formazione di incrostazioni nella caldaia ed in altre parti del dispositivo a contatto con l'acqua.

Sommario dell’Invenzione

Secondo un aspetto l'invenzione propone una caldaia che consente di risolvere o ridurre in modo più efficiente il problema della formazione di depositi di calcare.

In una forma di realizzazione l'invenzione prevede una caldaia istantanea a flusso, cioè una caldaia che viene accesa quando l'acqua fluisce attraverso di essa ed in cui l'acqua viene riscaldata durante il suo passaggio nella caldaia anziché accumulata in essa e mantenuta in temperatura. Caratteristicamente la caldaia comprendente un condotto di forma sostanzialmente allungata, a cui è associata almeno una resistenza elettrica per il riscaldamento dell'acqua in flusso lungo il condotto, ed in cui al condotto di flusso dell'acqua è associato almeno un generatore di campo magnetico.

In alcune forme di realizzazione, il generatore di campo magnetico può essere applicato in corrispondenza o direttamente a monte di dell'ingresso della caldaia, oppure in corrispondenza di o direttamente a valle dell'uscita della caldaia. Preferibilmente, tuttavia, il generatore di campo magnetico è disposto in una posizione intermedia tra l'ingresso e l'uscita della caldaia, così da interessare un volume di acqua che si trova in fase di riscaldamento, cioè che sta transitando nel volume della caldaia in cui avviene il riscaldamento per scambio termico con la o le resistenze della caldaia.

Il generatore di campo magnetico può comprendere uno o più magneti permanenti, uno o più elettromagneti od una combinazione di uno o più elettromagnetici con uno o più magnetici permanenti.

Le caratteristiche dei generatori magnetici possono essere sostanzialmente analoghe a quelle descritte in WO-A-2009/022365, il cui contenuto è incorporato nella presente descrizione.

In alcune forme di realizzazione preferite dell'invenzione, il generatore di campo magnetico è posizionato attorno al corpo, in materiale permeabile al campo magnetico, entro cui è definito il condotto di flusso dell'acqua. Una o più resistenze elettriche possono essere alloggiate all'interno del condotto od all'esterno del condotto. Migliori efficienze si ottengono con caldaie in cui la resistenza è posta all'interno del condotto di flusso, perché questo comporta migliori condizioni di funzionamento sia per quanto riguarda lo scambio termico, sia per quanto riguarda l'interazione tra acqua e campo magnetico. In alcune forme di realizzazione il condotto di forma allungata formante il volume al cui interno si ha il riscaldamento dell'acqua in flusso attraverso la caldaia e la resistenza elettrica alloggiata all'interno del condotto definiscono un volume anulare per il flusso dell'acqua, il quale circonda la resistenza ed è esternamente delimitato da una parete cilindrica o parzialmente cilindrica od equivalente. Si forma così un volume di piccolo spessore, cioè con una piccola sezione trasversale, in cui circola l'acqua che può riscaldarsi ad elevate temperature nel breve intervallo di tempo richiesto per il flusso attraverso il condotto. La limitata sezione trasversale della vena fluida all'interno della caldaia consente anche di ottenere una interazione ottimale fra acqua in transito e linee di del campo magnetico.

Non si esclude la possibilità di realizzare la caldaia predisponendo una o più resistenze all'esterno del condotto di flusso dell'acqua. In questo caso il generatore di campo magnetico può essere disposto all'esterno del condotto, tra questo ed una o più resistenze di riscaldamento. In altre forme di realizzazione il generatore di campo magnetico può essere disposto per abbracciare almeno in parte anche le resistenze di riscaldamento. Queste possono essere inglobate all'interno di un blocco, ad esempio in alluminio, al cui interno è formata la cavità definente il condotto di forma sostanzialmente allungata per il passaggio dell'acqua da riscaldare.

Ulteriori vantaggiose forme di realizzazione e possibili caratteristiche di esempi di attuazione di una caldaia secondo l'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni e verranno meglio descritte nel seguito con riferimento ad alcuni esempi di configurazione di una caldaia secondo l'invenzione.

L'invenzione riguarda anche una macchina per la produzione di bevande, in particolare una macchina per la produzione di caffè, comprendente: un serbatoio di acqua o altra sorgente per l'alimentazione di acqua; una caldaia istantanea del tipo sopra definito a cui è associato almeno un generatore di campo magnetico; ed un gruppo di infusione per la produzione di bevande, tipicamente caffè.

Breve Descrizione dei Disegni

L'invenzione verrà meglio compresa seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra pratiche forme di realizzazione non limitative dell'invenzione.

Più in particolare, nel disegno mostrano: la

Fig.1 un diagramma a blocchi di una macchina da caffè incorporante l'invenzione; la

Fig.2 una sezione longitudinale di una caldaia istantanea secondo l'invenzione in una possibile forma di attuazione; la

Fig.3 una vista prospettica della caldaia di Fig.2; la

Fig.4 una vista esterna laterale con parti asportate di una caldaia in una seconda forma di realizzazione; la

Fig.5 una vista prospettica della caldaia della Fig.4; la

Fig.6 una sezione trasversale di una caldaia in una terza forma di realizzazione; e la

Fig.7 una vista prospettica della caldaia della Fig.6.

Descrizione Dettagliata di Forme di Attuazione dell’Invenzione

In Fig.1 è schematicamente mostrata una macchina da caffè, limitatamente alle sue parti principali, in cui può essere incorporata la presente invenzione. Della macchina verranno in seguito indicati e brevemente descritti soltanto i componenti principali. La macchina può essere una macchina per uso domestico o professionale, oppure anche un distributore automatico. In alcune forme di realizzazione la macchina, indicata nel suo complesso con 1, comprende una tramoggia 3 per l'alimentazione di grani di caffè verso una coclea 5 di alimentazione di un macinacaffè 7. In altre forme di realizzazione il caffè può essere contenuto direttamente in forma di polvere all'interno di uno o più contenitori della macchina. In varianti di realizzazione, il caffè può essere confezionato in capsule, cartucce, cialde o simili confezioni monodose.

Il caffè macinato dal macinacaffè 7 viene alimentato attraverso un passaggio schematicamente indicato con 10 ad un gruppo di infusione complessivamente indicato con 11 e di tipo di per sé noto. Il gruppo di infusione eroga una bevanda a base di caffè attraverso un erogatore 13 entro una tazzina T od altro contenitore che può essere appoggiato sul piano di appoggio P della macchina.

Il gruppo di infusione 11 viene alimentato con acqua in pressione proveniente da un serbatoio di acqua 15, collegato attraverso un condotto 17 ad una pompa di alimentazione 19. In altre forme di realizzazione l'alimentazione può avvenire direttamente attraverso una linea di alimentazione di acqua da un rubinetto, eventualmente con l'aggiunta di una pompa per portare l'acqua alla pressione desiderata.

Quando il gruppo di infusione 11 è realizzato per produrre caffè espresso, la pompa 19 può essere controllata per alimentare acqua ad esempio ad una pressione tra 7 e 15 bar, preferibilmente tra 8 e 13 bar, valori da considerarsi indicativi e non limitativi. Non si esclude la possibilità di utilizzare pompe con minore prevalenza, ad esempio per alimentare gruppi di infusione di caffè filtro o gruppi di infusione per la produzione di bevande di altro tipo. Si possono anche prevedere pompe che vengono regolate per ottenere pressioni di erogazione diverse a seconda del tipo di bevanda da erogare.

L'acqua alimentata dalla pompa 19 attraversa una caldaia complessivamente indicata con 21, la cui uscita alimenta tramite un condotto 23 l'acqua calda in pressione al gruppo di infusione 11. In altre forme di realizzazione, non mostrate, l'acqua riscaldata può essere fatta percolare su un filtro oppure può attraversare a bassa pressione una camera di infusione per la produzione di caffè filtro.

Gli elementi sin qui descritti sono tradizionali e conosciuti e sono utilizzati in una pluralità di macchine per la produzione di caffè note nel settore, cosicché una descrizione dettagliata dei singoli gruppi non è necessaria.

L'invenzione riguarda in modo particolare perfezionamenti alla caldaia 21. In una forma di realizzazione la caldaia 21 può essere realizzata come illustrato nelle Figg.2 e 3.

In questa forma di realizzazione, la caldaia comprende un corpo di forma approssimativamente cilindrica 31 al cui interno è definito un vano 33 che forma un condotto per il flusso dell'acqua da riscaldare. Il condotto formato dal corpo 31 presenta un raccordo di ingresso 35 ed un raccordo di uscita 37 per consentire l'ingresso di acqua fredda e l'uscita di acqua riscaldata. Come detto in precedenza la caldaia è di tipo a riscaldamento istantaneo, cioè in cui l'alimentazione elettrica alla resistenza di riscaldamento viene attivata soltanto a richiesta, quando viene avviata l'erogazione di acqua al gruppo di infusione 11. Per ottenere un riscaldamento efficace e rapido dell'acqua la resistenza può essere alloggiata all'interno del volume 33. Nell'esempio illustrato la resistenza è complessivamente indicata con 39 ed è in collegamento la rete elettrica tramite connettori elettrici 41.

Con questa disposizione, come si osserva nella sezione di Fig.2, il volume libero per il flusso dell'acqua assume una forma sostanzialmente a sezione trasversale anulare di modesto spessore, con una elevata superficie di contatto tra l'acqua e la resistenza 39, che vantaggiosamente può essere realizzata in materiale ceramico. Questa conformazione è particolarmente utile per quanto concerne l'efficienza di riscaldamento e la velocità di riscaldamento dell'acqua.

Secondo l'invenzione, al corpo 31 definente il condotto di flusso dell'acqua in caldaia è associato un generatore di campo magnetico complessivamente indicato con 43. Come accennato in precedenza, il generatore di campo magnetico 43 può essere un magnete permanente, oppure un elettromagnete. Si può anche prevedere l'impiego di due o più elettromagneti o magnetici permanenti, oppure anche si possono prevedere soluzioni miste con magneti permanenti ed elettromagneti tra loro combinati.

In alcune forme di realizzazione il generatore di campo magnetico 43 presenta uno sviluppo toroidale, pur non escludendosi altre forme di realizzazione. Nella forma illustrata il generatore di campo magnetico 43 ha uno sviluppo assiale inferiore allo sviluppo del corpo 31 definente il condotto di flusso dell'acqua, pur non escludendosi la possibilità di realizzare un generatore di campo magnetico a maggiore lunghezza assiale, ad esempio con una lunghezza assiale circa pari a quella della caldaia.

Preferibilmente, come mostrato nel disegno, il generatore di campo magnetico 43 circonda il corpo 31 definente il volume entro cui l'acqua fluisce riscaldandosi in contatto con la resistenza elettrica 39. In altri termini il generatore di campo magnetico abbraccia, cioè circonda un volume al cui interno si estendono la resistenza elettrica ed il condotto di flusso dell'acqua, nel quale si ha il riscaldamento per scambio termico con la resistenza.

In questo modo la caldaia presenta un volume di passaggio dell'acqua a sezione anulare, al cui interno si trova la resistenza di riscaldamento ed al cui esterno si trova il generatore di campo magnetico, con una disposizione ottimale per quanto concerne l'efficienza di scambio termico e l'effetto di interazione con il campo magnetico.

Come si può rilevare da quanto sin qui descritto, in una caldaia secondo l'invenzione il campo magnetico agisce direttamente nella zona più soggetta a inconvenienti nel caso di accumulo di calcare, dove l'acqua ha già subito almeno un parziale riscaldamento. Ciò è vantaggioso in termini di efficacia dell'azione anticalcare del campo magnetico, azione che migliora con l'aumentare della temperatura dell'acqua. Questo migliore effetto preventivo, di riduzione dei depositi calcarei, si ottiene senza necessità di disporre un dispositivo di pre-riscaldo a monte della caldaia, con notevoli semplificazioni costruttive e riduzione dei costi della macchina.

In forme di realizzazione meno vantaggiose il generatore di campo magnetico può essere disposto attorno al raccordo di ingresso 35 o direttamente a monte di esso, ma comunque in associazione alla caldaia.

Le Figg.4 e 5 mostrano una variante di realizzazione dell'invenzione. In questa forma di realizzazione viene previsto un corpo 131 delimitante un condotto di flusso 133. Con 135 e 137 sono indicati l'ingresso e l'uscita della caldaia. All'esterno del condotto 131 sono disposte due resistenze di riscaldamento 139A e 139B, in contatto termico con il corpo 131 definente il condotto o cavità 133 di flusso dell'acqua. La forma del condotto, la forma e la disposizione delle resistenze, nonché il loro numero, e i materiali utilizzati sono tali da garantire comunque una efficiente scambio termico tra le resistenze elettriche 139A, 139B (che possono anche essere in numero maggiore di due, oppure che può essere singola) e il condotto 131 e quindi l'acqua che fluisce nel vano 133 interno del condotto.

Secondo l'invenzione anche in questo caso alla caldaia 21 è associato almeno un generatore di campo magnetico, ancora indicato con 43. In questa forma di realizzazione il generatore di campo magnetico presenta (Fig.5) due contrapposte espansioni polari, fra le quali si estende il corpo 131 definente il condotto di flusso dell'acqua. Fra le espansioni polari del generatore 43 sono disposte le resistenze di riscaldamento 139A e 139B.

Non si esclude la possibilità di disporre il generatore di campo magnetico 43 in modo diverso e/o di realizzarlo con una forma diversa rispetto a quella rappresentata nelle Figg.4 e 5.

Nelle Figg.6 e 7 è mostrata una terza forma di realizzazione della caldaia 21. In questo caso sono previste ancora due resistenze elettriche di riscaldamento indicate con 239A e 239B disposte all'esterno di un volume di flusso 233 realizzato in un corpo 231 presentante un ingresso 235 ed una uscita 237 per l'acqua. Le resistenze 239A, 239B ed il corpo 231 formano un unico blocco, ad esempio all'interno di un corpo di alluminio estruso 250, per aumentare l'efficienza di scambio termico tra le resistenze 239A, 239B ed il condotto 233 delimitato dal corpo 231.

In questa forma di realizzazione all'esterno del blocco 250 è disposto un generatore di campo magnetico ancora indicato con 43. In alcune forme di realizzazione, come quella qui mostrata, il generatore di campo magnetico 43 è realizzato con due espansioni polari contrapposte, analogamente a quanto indicato nella forma di realizzazione delle Figg.4 e 5. Non si escludono disposizioni e forme diverse del generatore di campo magnetico.

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica dell'invenzione, la quale può variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto alla base dell'invenzione. L'eventuale presenza di numeri di riferimento nelle rivendicazioni accluse ha lo scopo di facilitare la lettura delle rivendicazioni con riferimento alla descrizione ed al disegno, e non limita l'ambito della protezione rappresentata dalle rivendicazioni.

Claims

“CALDAIA PER MACCHINE PER LA PRODUZIONE DI BEVANDE E MACCHINA COMPRENDENTE DETTA CALDAIA” Rivendicazioni 1. Una caldaia istantanea a flusso, comprendente un condotto di forma sostanzialmente allungata, per il passaggio dell'acqua da riscaldare, al quale è associata almeno una resistenza elettrica di riscaldamento dell'acqua in flusso lungo detto condotto, caratterizzata dal fatto che a detto condotto è associato almeno un generatore di campo magnetico.
2. Caldaia come da rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto generatore di campo magnetico è posizionato in modo tale che almeno una parte delle linee del campo magnetico generato attraversano un volume di acqua riscaldata da detta resistenza.
3. Caldaia come da rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto condotto di forma sostanzialmente allungata comprende un ingresso ed un'uscita disposti in vicinanza di opposte estremità di detto condotto, e che detto generatore di campo magnetico è disposto in una posizione intermedia tra detto ingresso e detta uscita.
4. Caldaia come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto almeno un generatore di campo magnetico è posizionato attorno ad un corpo realizzato in un materiale permeabile al campo magnetico, delimitante detto condotto.
5. Caldaia come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto generatore di campo magnetico circonda almeno parzialmente detto condotto di forma allungata e che detta almeno una resistenza elettrica di riscaldamento definisce una zona di scambio termico con l'acqua che fluisce attraverso detta caldaia, detta zona di scambio termico trovandosi almeno in parte nel campo magnetico generato da detto generatore di campo magnetico.
6. Caldaia come da rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto generatore di campo magnetico è disposto in corrispondenza di detta almeno una resistenza di riscaldamento.
7. Caldaia come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto condotto è realizzato in un corpo definente una cavità allungata formante detto condotto, e che lungo lo sviluppo assiale di detto condotto si estende almeno una resistenza elettrica di riscaldamento.
8. Caldaia come da rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta almeno una resistenza elettrica di riscaldamento si estende all'interno della cavità allungata formante detto condotto.
9. Caldaia come da rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che tra detta resistenza ed una parete di detto condotto è definito un volume a sezione anulare per il flusso dell'acqua.
10. Caldaia come da rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il generatore di campo magnetico è disposto e configurato in modo tale che linee del campo magnetico da esso generato attraversano volume a sezione anulare.
11. Caldaia come da una o più delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzata dal fatto che detto condotto è realizzato in un corpo definente una cavità allungata formante detto condotto, all'esterno della quale è disposta detta almeno una resistenza elettrica di riscaldamento.
12. Caldaia come da rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che detta almeno una resistenza elettrica di riscaldamento è incorporata nella parete di detto corpo.
13. Caldaia come da rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto almeno un generatore di campo magnetico è disposto all'esterno di detto corpo e di detta almeno una resistenza.
14. Una macchina per la produzione di bevande calde, comprendente almeno un gruppo di infusione ed una caldaia come da una o più delle rivendicazioni precedenti.
15. Macchina come da rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detto gruppo di infusione è configurato per l'erogazione di caffè.
16. Macchina come da rivendicazione 14 o 15, caratterizzata dal fatto di comprendere un contenitore di acqua ed una pompa per l'erogazione di acqua, attraverso detta caldaia, a detto almeno un gruppo di infusione.