CH716873B1 - Dispositivo per il riscaldamento di liquidi. - Google Patents

Abstract

Dispositivo (10) per il riscaldamento di liquidi, comprendente almeno un corpo cavo (12) a sviluppo longitudinale, un avvolgimento elettrico (18) disposto intorno al corpo cavo (12), e un serpentino (20) a sviluppo longitudinale passante all'interno del corpo cavo (12) e percorso internamente da un flusso di liquido, l'avvolgimento elettrico (18) essendo configurato per generare un campo elettromagnetico atto a indurre una corrente elettrica nel serpentino (20) per il riscaldamento a induzione elettromagnetica del serpentino (20), il serpentino (20) essendo in contatto termico con il flusso di liquido; il corpo cavo (12) comprende una prima estremità (14) e una seconda estremità (16), la cavità del corpo cavo (12) comprendendo una prima apertura disposta in corrispondenza della prima estremità (14) e una seconda apertura disposta in corrispondenza della seconda estremità (16); e la prima apertura della cavità del corpo cavo (12) è almeno parzialmente occlusa da una prima piastra di chiusura (25), e la seconda apertura della cavità del corpo cavo (12) è almeno parzialmente occlusa da una seconda piastra di chiusura, il serpentino (20) essendo racchiuso all'interno del corpo cavo (12) tramite la prima e la seconda piastra di chiusura.

Description

[0001] Il presente trovato ha come oggetto un dispositivo per il riscaldamento di liquidi particolarmente, seppur non esclusivamente, utile e pratico nelle operazioni di riscaldamento di acqua, latte od oli da utilizzare in ambito civile o industriale per innumerevoli finalità, ad esempio per il riscaldamento domestico (i.e. acqua corrente calda).

[0002] Attualmente, è noto l'utilizzo di bollitori elettrici oppure caldaie a gas - tipicamente metano - specificamente dedicati al riscaldamento di liquidi, principalmente acqua ma anche sostanze di altra natura.

[0003] Tuttavia, queste soluzioni note non sono scevre da inconvenienti, tra i quali va annoverato il fatto che esse presentano una dispersione energetica estremamente elevata, di conseguenza risultando altamente inefficienti dal punto di vista sia energetico sia operativo.

[0004] Infatti, un bollitore elettrico deve essere sempre acceso e in funzione per garantire che il liquido al suo interno abbia una temperatura - tipicamente impostata dall'utente - costante nel tempo.

[0005] Analogamente, una caldaia a gas deve riscaldare una quantità di liquido superiore rispetto a quella richiesta dall'utente per garantire un'erogazione del liquido ad una temperatura costante nel tempo.

[0006] Inoltre, come accennato sopra, queste caldaie sono alimentate a gas metano e svolgono il loro compito bruciando quest'ultimo, e quindi presentano rischi sia di perdite di gas metano o monossido di carbonio sia di incidenti dovuti all'elevata infiammabilità dello stesso gas metano.

[0007] La domanda di brevetto europeo EP2868242A1 descrive un dispositivo per riscaldare acqua in una macchina per la preparazione e l'erogazione di bevande, costituito sostanzialmente da un rocchetto cavo, un avvolgimento di induzione elettromagnetica disposto intorno al rocchetto cavo, e un condotto alloggiato all'interno del rocchetto cavo e percorso internamente da un flusso di acqua.

[0008] Compito precipuo del presente trovato è quello di superare i limiti dell'arte nota sopra esposti, escogitando un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che consenta di ottenere effetti migliori rispetto a quelli ottenibili con le soluzioni note e/o effetti analoghi a minor costo e con prestazioni più elevate.

[0009] Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di concepire un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che permetta di riscaldare un liquido da una qualsiasi temperatura iniziale ad una temperatura finale desiderata, fino allo stato gassoso.

[0010] Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di concepire un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che garantisca un'elevata sicurezza, in particolare per il soggetto - sia utente comune sia tecnico specializzato - che manipola il dispositivo, ad esempio durante l'installazione o eventuali operazioni di manutenzione dello stesso dispositivo, oppure durante eventuali operazioni di manutenzione della macchina o dell'apparato dove lo stesso dispositivo è installato.

[0011] Un altro scopo del presente trovato è quello di escogitare un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che consenta di ottenere un risparmio energetico rispetto alla tecnica nota.

[0012] Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di concepire un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che non debba essere costantemente attivo per poter effettuare il riscaldamento del liquido in maniera adeguata.

[0013] Un altro scopo del presente trovato è quello di escogitare un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che consenta il riscaldamento di una quantità di liquido sostanzialmente limitata alla reale necessità dell'utilizzatore.

[0014] Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di concepire un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che permetta di fare a meno di una caldaia a gas - tipicamente metano - riducendo conseguentemente i rischi che derivano dall'utilizzo di questo gas estremamente infiammabile. Analogamente, uno scopo del presente trovato è quello di concepire un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che permetta di fare a meno anche di un bollitore elettrico.

[0015] Ancora, scopo del presente trovato è quello di escogitare un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che abbia dimensioni ridotte, permettendo di ridurre l'ingombro.

[0016] Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo per il riscaldamento di liquidi che sia di elevata affidabilità, di relativamente semplice realizzazione e installazione, ed economicamente competitivo se paragonato alla tecnica nota.

[0017] Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dispositivo per il riscaldamento di liquidi, comprendente almeno un corpo cavo a sviluppo longitudinale e realizzato in materiale elettricamente isolante, un avvolgimento elettrico disposto intorno a detto corpo cavo e realizzato in materiale metallico elettricamente conduttivo, e un serpentino a sviluppo longitudinale passante all'interno di detto corpo cavo e percorso internamente da un flusso di liquido e comprendente materiale metallico elettricamente conduttivo, detto avvolgimento elettrico essendo configurato per generare un campo elettromagnetico atto a indurre una corrente elettrica in detto serpentino per il riscaldamento a induzione elettromagnetica di detto serpentino, detto serpentino essendo in contatto termico con detto flusso di liquido; caratterizzato dal fatto che: detto corpo cavo comprende una prima estremità e una seconda estremità, la cavità di detto corpo cavo comprendendo una prima apertura disposta in corrispondenza di detta prima estremità e una seconda apertura disposta in corrispondenza di detta seconda estremità; e detta prima apertura di detta cavità di detto corpo cavo è almeno parzialmente occlusa da una prima piastra di chiusura, e detta seconda apertura di detta cavità di detto corpo cavo è almeno parzialmente occlusa da una seconda piastra di chiusura, detto serpentino essendo racchiuso all'interno di detto corpo cavo tramite dette prima e seconda piastra di chiusura.

[0018] Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio dei disegni allegati, in cui: la figura 1 è una vista prospettica di una forma di realizzazione del dispositivo per il riscaldamento di liquidi, secondo il presente trovato; le figure 2a e 2b sono una vista prospettica e una vista in sezione lungo un piano verticale di una prima variante di una forma di realizzazione del dispositivo per il riscaldamento di liquidi, secondo il presente trovato; le figure 3a e 3b sono una vista prospettica e una vista in sezione lungo un piano verticale di una seconda variante di una forma di realizzazione del dispositivo per il riscaldamento di liquidi, secondo il presente trovato; le figure 4a e 4b sono una vista prospettica e una vista in sezione lungo un piano verticale di una terza variante di una forma di realizzazione del dispositivo per il riscaldamento di liquidi, secondo il presente trovato; la figura 5 è una vista in pianta dall'alto di una forma di realizzazione del dispositivo per il riscaldamento di liquidi, secondo il presente trovato.

[0019] Con riferimento alle figure citate, il dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 10, comprende sostanzialmente almeno un corpo cavo 12 a sviluppo longitudinale, un avvolgimento elettrico 18 disposto intorno al corpo cavo 12, in particolare lungo la parete esterna di quest'ultimo, e un serpentino 20 a sviluppo longitudinale passante all'interno del corpo cavo 12, in particolare attraverso la cavità del corpo cavo 12. Analogamente al corpo cavo 12, anche la cavità del corpo cavo 12 ha sviluppo longitudinale.

[0020] Il corpo cavo 12 rappresenta l'elemento portante del dispositivo di riscaldamento 10 e comprende una prima estremità 14 e una seconda estremità 16. La cavità del corpo cavo 12 comprende una prima apertura, disposta in corrispondenza della prima estremità 14, e una seconda apertura, disposta in corrispondenza della seconda estremità 16. La cavità del corpo cavo 12 è delimitata dalla parete interna di quest'ultimo.

[0021] Vantaggiosamente, come illustrato in figura 1, la prima apertura della cavità del corpo cavo 12 è occlusa, parzialmente o completamente, da una prima piastra di chiusura 25, disposta e fissata in corrispondenza della prima estremità 14. Analogamente, la seconda apertura della cavità del corpo cavo 12 è occlusa, parzialmente o completamente, da una seconda piastra di chiusura (non illustrata), disposta e fissata in corrispondenza della seconda estremità 16.

[0022] A titolo esemplificativo, la prima 25 e la seconda piastra di chiusura possono essere fissate alla prima 14 e alla seconda estremità 16 del corpo cavo 12, rispettivamente, tramite vincoli ad incastro oppure serrate con grani filettati.

[0023] In pratica, il serpentino 20 è sostanzialmente racchiuso all'interno del corpo cavo 12 tramite le piastre di chiusura di cui sopra, costituendo un corpo unico. In alcune forme di realizzazione, le porzioni di estremità del serpentino 20, in particolare una porzione di ingresso e una porzione di uscita, possono fuoriuscire dal corpo cavo 12, e quindi dal corpo unico.

[0024] La chiusura sostanzialmente completa del serpentino 20 all'interno del corpo cavo 12 tramite le piastre di chiusura garantisce sia un corretto e sicuro funzionamento del dispositivo 10 secondo il trovato, in particolare secondo le specifiche di funzionamento, sia una corretta e sicura installazione dello stesso dispositivo 10 in una macchina o in un apparato, non lasciando spazio a eventuali errori durante l'installazione.

[0025] In merito al corretto e sicuro funzionamento, si nota che se il serpentino 20 fosse passante ma non completamente racchiuso all'interno del corpo cavo 12, si avrebbe un'alterazione del valore totale d'induttanza del dispositivo 10 secondo il trovato, che produrrebbe guasti nella scheda elettronica di potenza 30, ad esempio la rottura dei relativi componenti, e assorbimenti anomali dalla rete di energia elettrica.

[0026] In particolare, poiché il serpentino 20 comprende materiale metallico elettricamente conduttivo, preferibilmente ferromagnetico, lo stesso serpentino 20 altererebbe il valore totale d'induttanza se non completamente racchiuso all'interno del corpo cavo 12. Infatti, il serpentino 20 di cui sopra ha un accoppiamento magnetico con l'avvolgimento elettrico 18 disposto attorno al corpo cavo 12. Il dispositivo 10 secondo il trovato è configurato in modo che il serpentino 20 e l'avvolgimento elettrico 18 del corpo cavo 12 lavorino entro determinati limiti o intervalli di accoppiamento magnetico. Se questo accoppiamento magnetico tra il serpentino 20 e l'avvolgimento elettrico 18 non fosse entro i limiti o intervalli di cui sopra, il dispositivo 10 secondo il trovato rischierebbe di guastarsi.

[0027] Se anche solo un terzo della lunghezza del serpentino 20 non fosse racchiuso all'interno del corpo cavo 12, si avrebbero assorbimenti dalla rete di energia elettrica fino a 2 volte e mezzo superiori rispetto a quelli realmente richiesti durante il normale funzionamento. Ad esempio, una condizione di normale funzionamento del dispositivo 10 secondo il trovato per una determinata applicazione potrebbe avere un assorbimento dalla rete di energia elettrica di 1 Kw; se il serpentino 20 fosse racchiuso per due terzi della sua lunghezza nel corpo cavo 12, l'assorbimento dalla rete di energia elettrica sarebbe superiore a 2,3 Kw e porterebbe alla rottura della scheda elettronica di potenza 30.

[0028] In merito alla corretta e sicura installazione, si nota che il fatto che il corpo cavo 12 e il serpentino 20 facciano sostanzialmente parte di un corpo unico rende più veloce l'installazione del dispositivo 10 secondo il trovato da parte dell'operatore, che deve semplicemente collegare le due estremità del dispositivo 10, ad esempio tramite il collettore di ingresso 24 e il collettore di uscita 26, e i collegamenti elettrici 32.

[0029] Un altro vantaggio della soluzione in un corpo unico, comprendente il corpo cavo 12, il serpentino 20, la prima piastra di chiusura 25 e la seconda piastra di chiusura, consiste nel fatto che la cavità del corpo cavo 12, dove è disposto il serpentino 20 riscaldato per induzione elettromagnetica, non è accessibile durante il funzionamento del dispositivo 10 secondo il trovato.

[0030] Il corpo cavo 12 può avere qualsiasi geometria, qualsiasi sezione e qualsiasi lunghezza, da definire di volta in volta a seconda delle necessità del caso. Nelle forme di realizzazione preferite ed illustrate, il corpo cavo 12 ha una sezione circolare. Conseguentemente, sia la parete esterna del corpo cavo 12 sia la parete interna del corpo cavo 12 hanno sezione circolare. Nelle forme di realizzazione preferite ed illustrate, il corpo cavo 12 ha una forma tubolare, vale a dire che esso è un corpo cavo cilindrico di lunghezza variabile. In altre forme di realizzazione, diverse da quelle preferite ed illustrate, il corpo cavo 12 ha una forma troncoconica. In altre forme di realizzazione, diverse da quelle preferite ed illustrate, il corpo cavo 12 ha una sezione poligonale semplice, preferibilmente regolare, come ad esempio una sezione quadrata, una sezione rettangolare, una sezione esagonale, e così via.

[0031] Il corpo cavo 12 può essere realizzato in un qualsiasi materiale resistente al calore, come ad esempio un materiale plastico (e.g. Poliammide 66). Il corpo cavo 12 è realizzato in un materiale elettricamente isolante.

[0032] L'avvolgimento elettrico 18 del dispositivo di riscaldamento 10, come detto disposto intorno al corpo cavo 12, è realizzato in materiale metallico elettricamente conduttivo, ad esempio rame o alluminio di tipo monofilare o multifilare. In una forma di realizzazione preferita del trovato, l'avvolgimento elettrico 18 è disposto a contatto con la parete esterna del corpo cavo 12. In un'altra forma di realizzazione del trovato, l'avvolgimento elettrico 18 è disposto in prossimità della parete esterna del corpo cavo 12. Nelle forme di realizzazione preferite ed illustrate, dove il corpo cavo 12 ha sezione circolare, l'avvolgimento elettrico 18 ha una forma elicoidale cilindrica, con passo variabile a seconda delle necessità del caso.

[0033] Vantaggiosamente, come illustrato in figure 1 e 4, l'avvolgimento elettrico 18 è esternamente ricoperto da uno strato isolante 22. In generale, lo strato isolante 22 è realizzato in un qualsiasi materiale elettricamente e termicamente isolante, ad esempio una resina epossidica, una resina siliconica o una resina termoplastica. Preferibilmente, lo strato isolante 22 è realizzato in una resina termoplastica, come ad esempio il polietilene tereftalato (e.g. Mylar®).

[0034] L'avvolgimento elettrico 18 è configurato per trasferire l'energia necessaria per il riscaldamento a induzione elettromagnetica del serpentino 20. In particolare, l'avvolgimento elettrico 18 è configurato per generare un campo elettromagnetico atto a indurre una corrente elettrica nel serpentino 20 per il riscaldamento a induzione elettromagnetica dello stesso serpentino 20. In pratica, l'avvolgimento elettrico 18 opera come un induttore o una bobina.

[0035] In generale, il riscaldamento a induzione elettromagnetica è una tecnica sviluppata per riscaldare materiali elettricamente conduttivi, in particolare materiali ferromagnetici. Il riscaldamento a induzione elettromagnetica prevede che la corrente elettrica alternata scorra attraverso l'avvolgimento elettrico 18 che, generando un campo elettromagnetico, induce la stessa corrente elettrica alternata al serpentino 20, riscaldando quest'ultimo. Questo processo fisico è noto come induzione elettromagnetica, o legge di Faraday.

[0036] Dopo essere stato riscaldato per induzione elettromagnetica, il serpentino 20 trasferisce calore verso il flusso di liquido che scorre al suo interno, in particolare tramite il contatto tra serpentino 20 e liquido.

[0037] In pratica, la corrente elettrica alternata indotta nel serpentino 20 lo riscalda ad una temperatura desiderata, in modo tale che il flusso di liquido che scorre all'interno del serpentino 20 sia a sua volta riscaldato.

[0038] Il dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato comprende ulteriormente almeno una scheda elettronica di potenza 30 collegata all'avvolgimento elettrico 18, in particolare alle sue estremità, tramite cavi elettrici 32, ad esempio di tipo monofilare o multifilare. Vantaggiosamente, i collegamenti elettrici 32 dalla scheda elettronica di potenza 30 all'avvolgimento elettrico 18 hanno una lunghezza inferiore o uguale a un metro. Ovviamente, è possibile utilizzare anche collegamenti elettrici 32 di lunghezza superiore a un metro, tuttavia in questo caso si ha un rilevante calo della potenza erogata.

[0039] La scheda elettronica di potenza 30 è alimentata dalla rete di distribuzione di energia elettrica. La scheda elettronica di potenza 30 è configurata per fornire all'avvolgimento elettrico 18 la corrente elettrica alternata necessaria per la generazione del campo elettromagnetico per il riscaldamento a induzione elettromagnetica del serpentino 20. In pratica, la scheda elettronica di potenza 30 opera come un generatore di corrente elettrica a radiofrequenza.

[0040] Il valore o l'intervallo di frequenza operativa della scheda elettronica di potenza 30 dipende esclusivamente dalla temperatura desiderata, dalla quantità di liquido da riscaldare che scorre all'interno del serpentino 20, e dal coefficiente di riscaldamento del liquido in oggetto.

[0041] Il serpentino 20 del dispositivo di riscaldamento 10, come detto passante all'interno del corpo cavo 12, è un tubo o condotto percorso internamente dal flusso di liquido da riscaldare. In una forma di realizzazione, il serpentino 20 è realizzato in materiale metallico elettricamente conduttivo, preferibilmente ferromagnetico. In un'altra forma di realizzazione, il serpentino 20 è realizzato in materiale siliconico, ossia materiale a base di silicone, ricoperto da una treccia in materiale metallico elettricamente conduttivo, preferibilmente ferromagnetico. Questa combinazione di materiale siliconico e treccia metallica permette una più facile costruzione del serpentino 20 e amplia le possibilità di utilizzo del dispositivo 10 secondo il trovato, ad esempio in ambito alimentare.

[0042] Il serpentino 20 è in contatto termico con il flusso di liquido. In particolare, il serpentino 20 è configurato per trasferire calore verso il flusso di liquido che scorre al suo interno. Il flusso di liquido in uscita dal serpentino 20 può raggiungere qualsiasi temperatura, fino allo stato gassoso.

[0043] Inoltre, il serpentino 20 è configurato per contenere il flusso di liquido da riscaldare, e per guidarne lo scorrimento da una porzione di ingresso dello stesso serpentino 20, ad esempio disposta in prossimità della prima estremità 14 del corpo cavo 12 e/o della prima apertura della cavità del corpo cavo 12, ad una porzione di uscita dello stesso serpentino 20, ad esempio disposta in prossimità della seconda estremità 16 del corpo cavo 12 e/o della seconda apertura della cavità del corpo cavo 12.

[0044] Il serpentino 20 può avere qualsiasi geometria, qualsiasi sezione e qualsiasi lunghezza, da definire di volta in volta a seconda delle necessità del caso. Nelle forme di realizzazione preferite ed illustrate, il serpentino 20 ha una sezione circolare. In una forma di realizzazione del trovato, ad esempio come illustrato in figure 2a, 2b, 3a e 3b, il serpentino 20 ha una forma elicoidale, preferibilmente cilindrica, con passo variabile a seconda delle necessità del caso.

[0045] Con particolare riferimento alle figure 2a e 2b, in una variante di una forma di realizzazione, il serpentino 20 ha una forma elicoidale, preferibilmente cilindrica, e almeno una parte delle sue spire, preferibilmente tutte, sono disposte a contatto con la parete interna del corpo cavo 12.

[0046] Con particolare riferimento alle figure 3a e 3b, in un'altra variante di una forma di realizzazione, il serpentino 20 ha una forma elicoidale, preferibilmente cilindrica, e almeno una parte delle sue spire, preferibilmente tutte, sono associate con il corpo cavo 12. In pratica, in questa variante, il serpentino 20 e il corpo cavo 12 sono associati in un corpo unico.

[0047] In un'altra variante (non illustrata) di una forma di realizzazione, il serpentino 20 ha una forma elicoidale, preferibilmente cilindrica, e almeno una parte delle sue spire, preferibilmente tutte, sono disposte in prossimità della parete interna del corpo cavo 12.

[0048] Con particolare riferimento alle figure 4a e 4b, in un'altra forma di realizzazione del trovato, il serpentino 20 è parallelo, preferibilmente coincidente, all'asse centrale longitudinale del corpo cavo 12.

[0049] La forma e/o la dimensione di alcuni componenti del dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato, come ad esempio il diametro del corpo cavo 12 oppure le curvature e il diametro del serpentino 20, dipendono esclusivamente dalla temperatura desiderata, dalla quantità di liquido da riscaldare che scorre all'interno del serpentino 20, e dal coefficiente di riscaldamento del liquido in oggetto.

[0050] In una forma di realizzazione del trovato, come illustrato in figura 1, il dispositivo di riscaldamento 10 comprende ulteriormente un collettore di ingresso 24 e un collettore di uscita 26 configurati per collegare il serpentino 20 con un sistema di condotti per il flusso del liquido. Il collettore di ingresso 24 è collegato all'ingresso del serpentino 20, ad esempio disposto in prossimità della prima estremità 14 del corpo cavo 12 e/o della prima apertura della cavità del corpo cavo 12. Il collettore di uscita 26 è collegato all'uscita del serpentino 20, ad esempio disposta in prossimità della seconda estremità 16 del corpo cavo 12 e/o della seconda apertura della cavità del corpo cavo 12. Opzionalmente, il collettore di ingresso 24 è vincolato alla prima piastra di chiusura 25, come detto disposta in corrispondenza della prima estremità 14 del corpo cavo 12, e il collettore di uscita 26 è vincolato alla seconda piastra di chiusura, come detto disposta in corrispondenza della seconda estremità 16 del corpo cavo 12.

[0051] In una forma di realizzazione del trovato, come illustrato in figura 1, il dispositivo di riscaldamento 10 comprende ulteriormente un'elettrovalvola 28 di tipo a tre vie, configurata per caricare e scaricare il liquido nel serpentino 20. Preferibilmente, l'elettrovalvola 28 è associata al collettore di uscita 26.

[0052] In fase di carico, l'elettrovalvola 28 è configurata per caricare il liquido da riscaldare all'interno del circuito idraulico, in particolare nel serpentino 20, prima delle operazioni di riscaldamento (e successiva erogazione), cioè prima del riscaldamento a induzione elettromagnetica dello stesso serpentino 20. Lo scorrimento del flusso di liquido nel serpentino 20 può avvenire per caduta o tramite pompa o tramite pressione di un impianto idrico. In pratica, l'elettrovalvola 28 apre la circolazione del liquido all'interno del serpentino 20 prima che il dispositivo 10 secondo il trovato è acceso. Dal momento in cui l'elettrovalvola 28 apre la circolazione del liquido nel serpentino 20, il dispositivo 10 secondo il trovato può avviare le operazioni di riscaldamento. Ciò è utile per evitare il funzionamento „a secco“ del dispositivo 10, cioè senza scorrimento del flusso di liquido al suo interno, in particolare nel serpentino 20. Infatti, il funzionamento del dispositivo 10 „a secco“ può portare a temperature molto elevate in pochi secondi e al conseguente danneggiamento dello stesso dispositivo 10.

[0053] In fase di scarico, l'elettrovalvola 28 è configurata per scaricare il liquido residuo presente all'interno del circuito idraulico, in particolare nel serpentino 20, dopo le operazioni di riscaldamento (e successiva erogazione), cioè dopo il riscaldamento a induzione elettromagnetica dello stesso serpentino 20. In pratica, l'elettrovalvola 28 non lascia liquido all'interno del serpentino 20 dopo che il dispositivo 10 secondo il trovato è spento. Questa operazione di scarico eseguita dall'elettrovalvola 28 è utile per evitare che il liquido ristagni all'interno del circuito idraulico, in particolare nel serpentino 20, e che lo stesso liquido si congeli in caso di basse temperature.

[0054] In una forma di realizzazione alternativa, l'elettrovalvola 28 a tre vie può essere sostituita da un'elettrovalvola di carico, preferibilmente associata al collettore di ingresso 24, e un'elettrovalvola di scarico, preferibilmente associata al collettore di uscita 26.

[0055] In una forma di realizzazione del trovato, il dispositivo 10 per il riscaldamento di liquidi secondo il trovato comprende una pluralità di corpi cavi 12 reciprocamente collegati in serie, in un numero variabile a seconda delle necessità del caso, dove il serpentino 20 è passante all'interno della pluralità di corpi cavi 12. Preferibilmente, i corpi cavi 12 della suddetta pluralità hanno tutti la stessa sezione.

[0056] In generale, il dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato è controllato e azionato da una o più schede elettroniche (tra cui la scheda elettronica di potenza 30) che possono avere diverse configurazioni di tipo hardware e/o software, da definire di volta in volta a seconda delle necessità del caso, ad esempio in base alla lunghezza del corpo cavo 12 e del serpentino 20, oppure in base alla temperatura desiderata che il liquido deve raggiungere in uscita dal serpentino 20.

[0057] Pertanto, la regolazione della temperatura del liquido in uscita dal serpentino 20 avviene tramite un'opportuna configurazione hardware e/o software delle schede elettroniche di cui sopra. Ad esempio, mediante queste configurazioni, si possono impostare diverse soglie di temperatura del liquido in uscita dal serpentino 20.

[0058] In una forma di realizzazione del trovato, per la misurazione indiretta della temperatura del liquido e la successiva regolazione della stessa temperatura, il dispositivo di riscaldamento 10 comprende ulteriormente un termistore disposto in contatto termico con il serpentino 20, preferibilmente con una porzione di estremità del serpentino 20, e operativamente collegato con un'unità di controllo del dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato, ed opzionalmente anche con la scheda elettronica di potenza 30. Il termistore può essere a contatto con la parete esterna o la parete interna del serpentino 20. Il termistore può essere disposto in corrispondenza di una qualsiasi delle piastre di chiusura delle aperture della cavità del corpo cavo 12.

[0059] In questa forma di realizzazione, il termistore è caratterizzato in base alla temperatura rilevata sul serpentino 20. Il termistore è sensibile alla temperatura del serpentino 20. Il termistore è configurato per rilevare la temperatura del serpentino 20 e per comunicare la temperatura rilevata sul serpentino 20 all'unità di controllo, ad esempio attraverso un apposito circuito.

[0060] Ancora in questa forma di realizzazione, l'unità di controllo è configurata per calcolare la temperatura del flusso di liquido che scorre all'interno del serpentino 20 in base alla temperatura rilevata dal termistore sul serpentino 20, tramite un opportuno algoritmo. L'unità di controllo è ulteriormente configurata per comandare la scheda elettronica di potenza 30 e variare la frequenza operativa della stessa scheda elettronica di potenza 30, in base alla potenza necessaria per raggiungere la temperatura desiderata del liquido rispetto alla temperatura reale precedentemente calcolata dall'unità di controllo.

[0061] In una forma di realizzazione alternativa del trovato, per la misurazione diretta della temperatura del liquido e la successiva regolazione della stessa temperatura, il dispositivo di riscaldamento 10 comprende ulteriormente un termistore disposto in contatto termico con il flusso di liquido che scorre all'interno del serpentino 20, e operativamente collegato con l'unità di controllo del dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato, ed opzionalmente anche con la scheda elettronica di potenza 30. Il termistore può essere disposto in corrispondenza di una qualsiasi delle piastre di chiusura delle aperture della cavità del corpo cavo 12.

[0062] In questa forma di realizzazione, il termistore è caratterizzato in base alla temperatura rilevata sul flusso di liquido. Il termistore è sensibile alla temperatura del flusso di liquido. Il termistore è configurato per rilevare la temperatura del flusso di liquido che scorre all'interno del serpentino 20 e per comunicare la temperatura rilevata sul flusso di liquido all'unità di controllo, ad esempio attraverso un apposito circuito.

[0063] Ancora in questa forma di realizzazione, l'unità di controllo è configurata per comandare la scheda elettronica di potenza 30 e variare la frequenza operativa della stessa scheda elettronica di potenza 30, in base alla potenza necessaria per raggiungere la temperatura desiderata del liquido rispetto alla temperatura reale precedentemente rilevata dal termistore.

[0064] In una forma di realizzazione preferita, il termistore del dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato è di tipo NTC (dall'inglese Negative Temperature Coefficient), in pratica con resistenza che decresce con l'aumentare della temperatura.

[0065] La regolazione della temperatura del liquido ha una precisione inferiore a 0,5° C e permette un utilizzo minimo dell'energia elettrica assorbita dal dispositivo 10 secondo il trovato per effettuare il riscaldamento del liquido al suo interno.

[0066] Per esempio, si ipotizzi un circuito idraulico chiuso contenente una determinata quantità di liquido da riscaldare che scorre al suo interno. L'unità di controllo del dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato, interagendo con il termistore disposto in contatto termico con il serpentino 20, è in grado di regolare la potenza minima dell'induzione elettromagnetica necessaria per portare o mantenere il liquido alla temperatura desiderata.

[0067] L'unità di controllo del dispositivo di riscaldamento 10 permette di consumare solo la quantità di liquido e di energia strettamente necessari, tramite la regolazione della temperatura del liquido e la gestione dell'elettrovalvola 28.

[0068] In una forma di realizzazione del trovato, il dispositivo di riscaldamento 10 comprende ulteriormente un dispositivo di sicurezza 45 disposto in contatto termico con il serpentino 20, preferibilmente con una porzione di estremità del serpentino 20, e operativamente collegato con la scheda elettronica di potenza 30. Il dispositivo di sicurezza 45 può essere a contatto con la parete esterna o la parete interna del serpentino 20. Il dispositivo di sicurezza 45 può essere disposto in corrispondenza di una qualsiasi delle piastre di chiusura delle aperture della cavità del corpo cavo 12.

[0069] Il dispositivo di sicurezza 45 è sensibile alla temperatura del serpentino 20. Il dispositivo di sicurezza 45 è configurato per rilevare la temperatura del serpentino 20 e per interviene in caso di temperatura del serpentino 20 superiore a un valore di soglia. In particolare, il dispositivo di sicurezza 45 è configurato per fermare il riscaldamento a induzione elettromagnetica del serpentino 20, interrompendo l'alimentazione elettrica della scheda elettronica di potenza 30, in caso di superamento di una temperatura di soglia (ad esempio preimpostata a 120° C) sul serpentino 20. In pratica, il dispositivo di sicurezza 45 è configurato per fermare il dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato nel caso in cui il relativo serpentino 20 raggiunga una temperatura superiore al valore di soglia (ad esempio 120° C).

[0070] Al superamento del valore di soglia della temperatura del serpentino 20, il dispositivo di sicurezza 45 interviene aprendo il circuito, quindi operando come un interruttore, e interrompendo l'alimentazione elettrica della scheda elettronica di potenza 30. Dopo che il dispositivo di sicurezza 45 è intervenuto, il dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato deve raffreddarsi ed essere riacceso. Il dispositivo di riscaldamento 10 riparte quando la temperatura del serpentino 20 torna al di sotto del valore di soglia.

[0071] In una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di sicurezza 45 del dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato comprende una flangia metallica disposta in contatto termico con il serpentino 20, e un termoregolatore associato alla flangia e operativamente collegato con la scheda elettronica di potenza 30. Vantaggiosamente, il termoregolatore comprende una sicurezza termica riarmabile (ad esempio una sicurezza termica riarmabile a 120° C), anch'essa metallica, associata alla flangia ad esempio tramite avvitamento.

[0072] Il dispositivo di sicurezza 45 permette, in caso di un eventuale malfunzionamento, di fermare il dispositivo di riscaldamento 10 secondo il trovato ed evitare che il serpentino 20 sciolga il copro cavo 12 o, peggio, provochi un incendio dei componenti. In qualsiasi situazione di guasto, il dispositivo di sicurezza 45 permette che la temperatura del serpentino 20 rimanga sotto controllo, che la scheda elettronica di potenza 30 non si danneggi, e che la temperatura operativa del serpentino 20, e quindi del dispositivo di riscaldamento 10, resti entro i termini di sicurezza previsti dalle norme vigenti e dalle specifiche tecniche dei materiali impiegati.

[0073] In una forma di realizzazione del trovato, come illustrato in figura 5, il dispositivo di riscaldamento 10 è incluso in un corpo scatolare 50 atto a proteggere i vari componenti, in particolare il corpo cavo 12, l'avvolgimento elettrico 18 e la scheda elettronica di potenza 30. Il liquido da riscaldare entra nel serpentino 20 del dispositivo di riscaldamento 10 attraverso, nell'ordine: una bocca di ingresso 36, un condotto di ingresso 34 e il collettore di ingresso 24. Il liquido riscaldato esce dal serpentino 20 del dispositivo di riscaldamento 10 attraverso, nell'ordine: il collettore di uscita 26, un condotto di uscita 38 e una bocca di uscita 40.

[0074] Il funzionamento di una forma di realizzazione del dispositivo 10 per il riscaldamento di liquidi secondo il trovato è brevemente riassunto qui di seguito.

[0075] Inizialmente, il liquido da riscaldare alla temperatura desiderata entra nel serpentino 20 del dispositivo di riscaldamento 10, come detto passante all'interno del corpo cavo 12. Durante lo scorrimento del flusso di liquido all'interno del serpentino 20, l'avvolgimento elettrico 18 del dispositivo di riscaldamento 10, come detto disposto intorno al corpo cavo 12, genera un campo elettromagnetico atto a indurre una corrente elettrica per il riscaldamento a induzione elettromagnetica dello stesso serpentino 20. Successivamente, il serpentino 20 trasferisce calore verso il flusso di liquido che scorre al suo interno, in particolare tramite il contatto termico tra serpentino 20 e liquido. Infine, il liquido riscaldato alla temperatura desiderata esce dal serpentino 20 del dispositivo di riscaldamento 10.

[0076] Si è in pratica constatato come il trovato assolva pienamente il compito e gli scopi prefissati. In particolare, si è visto come il dispositivo per il riscaldamento di liquidi così concepito permette di superare i limiti qualitativi dell'arte nota, in quanto consente di ottenere effetti migliori rispetto a quelli ottenibili con le soluzioni note e/o effetti analoghi a minor costo e con prestazioni più elevate.

[0077] Un vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso permette di riscaldare un liquido da una qualsiasi temperatura iniziale ad una temperatura finale desiderata, fino allo stato gassoso, durante il tempo di percorrenza all'interno del serpentino.

[0078] Un ulteriore vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso garantisce un'elevata sicurezza, in particolare per il soggetto - sia utente comune sia tecnico specializzato - che manipola il dispositivo, ad esempio durante l'installazione o eventuali operazioni di manutenzione dello stesso dispositivo, oppure durante eventuali operazioni di manutenzione della macchina o dell'apparato dove lo stesso dispositivo è installato.

[0079] Un altro vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso consente di ottenere un risparmio energetico elevato rispetto alla tecnica nota.

[0080] Un ulteriore vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso non deve essere costantemente attivo per poter effettuare il riscaldamento del liquido in maniera adeguata.

[0081] Un altro vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso consente il riscaldamento di una quantità di liquido sostanzialmente limitata allo stretto necessario.

[0082] Un ulteriore vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso permette di fare a meno di una caldaia a gas - tipicamente metano - riducendo conseguentemente i rischi che derivano dall'utilizzo di questo gas estremamente infiammabile. Analogamente, un vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso permette di fare a meno anche di un bollitore elettrico.

[0083] Ancora, un vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso ha dimensioni ridotte, permettendo di ridurre notevolmente l'ingombro.

[0084] Non ultimo vantaggio del dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il presente trovato consiste nel fatto che esso è di elevata affidabilità, di relativamente semplice realizzazione e installazione, ed economicamente competitivo se paragonato alla tecnica nota.

[0085] Benché il dispositivo per il riscaldamento di liquidi secondo il trovato sia stato concepito in particolare per le operazioni di riscaldamento di acqua, latte od oli da utilizzare in ambito civile o industriale per innumerevoli finalità, ad esempio per il riscaldamento domestico (i.e. acqua corrente calda), esso potrà comunque essere utilizzato, più generalmente, per riscaldare qualsiasi tipo di liquido o per produrre vapore.

[0086] Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito delle rivendicazioni allegate. Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

[0087] In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

[0088] In conclusione, l'ambito di protezione delle rivendicazioni non deve essere limitato dalle illustrazioni o dalle forme di realizzazione preferite illustrate nella descrizione sotto forma di esempi, ma piuttosto le rivendicazioni devono comprendere tutte le caratteristiche di novità brevettabile che risiedono nella presente invenzione, incluse tutte le caratteristiche che sarebbero trattate come equivalenti dal tecnico del ramo.

[0089] Il contenuto della domanda di brevetto italiana N. 102019000003373 la cui priorità è rivendicata nella presente domanda, è incorporato quale referenza.

[0090] Laddove le caratteristiche tecniche nelle rivendicazioni sono seguite da riferimenti numerici e/o sigle, detti riferimenti numerici e/o sigle sono stati aggiunti all'unico scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e pertanto detti riferimenti numerici e/o sigle non producono alcun effetto sull'ambito di ciascun elemento identificato solo a titolo indicativo da detti riferimenti numerici e/o sigle.

Claims (15)

1. Dispositivo (10) per il riscaldamento di liquidi, comprendente almeno un corpo cavo (12) a sviluppo longitudinale e realizzato in materiale elettricamente isolante, un avvolgimento elettrico (18) disposto intorno a detto corpo cavo (12) e realizzato in materiale metallico elettricamente conduttivo, e un serpentino (20) a sviluppo longitudinale passante all'interno di detto corpo cavo (12) e percorso internamente da un flusso di liquido e comprendente materiale metallico elettricamente conduttivo, detto avvolgimento elettrico (18) essendo configurato per generare un campo elettromagnetico atto a indurre una corrente elettrica in detto serpentino (20) per il riscaldamento a induzione elettromagnetica di detto serpentino (20), detto serpentino (20) essendo in contatto termico con detto flusso di liquido; caratterizzato dal fatto che: detto corpo cavo (12) comprende una prima estremità (14) e una seconda estremità (16), la cavità di detto corpo cavo (12) comprendendo una prima apertura disposta in corrispondenza di detta prima estremità (14) e una seconda apertura disposta in corrispondenza di detta seconda estremità (16); e detta prima apertura di detta cavità di detto corpo cavo (12) è almeno parzialmente occlusa da una prima piastra di chiusura (25), e detta seconda apertura di detta cavità di detto corpo cavo (12) è almeno parzialmente occlusa da una seconda piastra di chiusura, detto serpentino (20) essendo racchiuso all'interno di detto corpo cavo (12) tramite dette prima e seconda piastra di chiusura.

2. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente almeno una scheda elettronica di potenza (30) collegata a detto avvolgimento elettrico (18), detta scheda elettronica di potenza (30) essendo configurata per fornire a detto avvolgimento elettrico (18) una corrente elettrica per la generazione di detto campo elettromagnetico per il riscaldamento a induzione elettromagnetica di detto serpentino (20).

3. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento elettrico (18) è esternamente ricoperto da uno strato isolante (22).

4. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto serpentino (20) ha una forma elicoidale.

5. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che almeno una parte delle spire di detto serpentino (20) sono disposte a contatto con la parete interna di detto corpo cavo (12).

6. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che almeno una parte delle spire di detto serpentino (20) sono associate con detto corpo cavo (12).

7. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che almeno una parte delle spire di detto serpentino (20) sono disposte in prossimità della parete interna di detto corpo cavo (12).

8. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto serpentino (20) è parallelo all'asse centrale longitudinale di detto corpo cavo (12).

9. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto serpentino (20) comprende un ingresso disposto in prossimità di detta prima estremità (14) di detto corpo cavo (12) e un'uscita disposta in prossimità di detta seconda estremità (16) di detto corpo cavo (12).

10. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che detto corpo cavo (12) ha sezione circolare.

11. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che detto corpo cavo (12) ha sezione poligonale semplice, preferibilmente regolare.

12. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un'elettrovalvola (28) configurata per caricare detto liquido in detto serpentino (20), prima di detto riscaldamento a induzione elettromagnetica, e per scaricare il residuo di detto liquido presente in detto serpentino (20), dopo detto riscaldamento a induzione elettromagnetica.

13. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 12, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un dispositivo di sicurezza (45) disposto in contatto termico con detto serpentino (20) e operativamente collegato con detta scheda elettronica di potenza (30), detto dispositivo di sicurezza (45) essendo configurato per rilevare la temperatura di detto serpentino (20) e per fermare detto riscaldamento a induzione elettromagnetica di detto serpentino (20), interrompendo l'alimentazione elettrica di detta scheda elettronica di potenza (30), in caso di superamento di una temperatura di soglia su detto serpentino (20).

14. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un collettore di ingresso (24) e un collettore di uscita (26) configurati per collegare detto serpentino (20) con un sistema di condotti per detto flusso di liquido.

15. Dispositivo di riscaldamento (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di detti corpi cavi (12) collegati in serie, detto serpentino (20) essendo passante all'interno di detta pluralità di corpi cavi (12).