ES2233464T3 - Combinacion de horno con atomizador de agua en tres etapas. - Google Patents
Combinacion de horno con atomizador de agua en tres etapas.Info
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Abstract
Un atomizador (18) para uso en una combinación de horno (10) de vapor y de convección, para la preparación de alimentos, cuyo horno tiene un elemento de caldeo (16) y un conducto (64) de agua para el suministro de ella, cuyo atomizador comprende: - un ventilador (20) giratorio en torno a un eje (42) para distribuir el aire radialmente desde él, y situado para ser rodeado por el elemento de caldeo (16) en un camino del aire distribuido, cuyo ventilador cuenta con una cara abierta para proporcionar acceso a su interior; y - una copa (22, 22A, 22B) unida al eje del ventilador (20) dentro de dicho ventilador, para girar con éste, cuya copa tiene una cara abierta (54) que proporciona acceso a su interior, definida dicha copa por unas paredes extendidas axialmente (48, 48A, 48B) dispuestas para recibir el agua procedente del conducto de ésta, y en la que al menos una pared (48) de dicha copa incluye una abertura (60) a través de la cual puede pasar el agua del interior de la copa; caracterizada porque: - la distancia de las paredes de la copa varía desde el eje (42) en función de un ángulo en torno a dicho eje; y - las paredes de la copa (48, 48A, 48B) proporcionan superficies de impacto para el choque y atomización del agua introducida a través de la cara abierta (54) de la copa (22, 22A, 22B) al interior de ella, con lo que los bordes de la abertura (60) producen el cizallamiento del agua de modo que ésta se fragmente aún más al pasar a través de dicha abertura, antes de hacer contacto con las paletas (28) del ventilador (20).
Description
Combinación de horno con atomizador de agua en
tres etapas.
La presente invención se refiere a hornos de
cocinar, y en particular a una combinación de hornos de cocinar y
vaporizadores.
La combinación de hornos permite cocinar
alimentos con el uso de vapor de agua, aire caliente, o una
combinación de estos medios. Un ventilador accionado por un motor es
utilizado para hacer circular el aire dentro de la cámara de
cocinar, rebasando unos elementos de caldeo eléctrico o tubos de gas
encendido, para el intercambio térmico. La combinación de hornos
puede estar diseñada con o sin hervidor. Para producir vapor dentro
de la cámara de cocinar, un conducto de agua suministra ésta a dicha
cámara de cocinar cerca de los elementos de caldeo, para vaporizar
el agua.
Es bien sabido que el régimen de transferencia
térmica aumenta en proporción a la superficie sobre la que se
produce el caldeo. Por tanto, en la combinación de hornos el agua es
enviada típicamente al diámetro interior del ventilador, de modo que
el agua sea succionada a través de dicho ventilador. El contacto del
agua con las paletas de aquél separan dicha agua en pequeñas
gotitas, de modo que el agua presenta así un área superficial
efectiva suficientemente grande, y puede ser vaporizada de modo más
eficiente. Para mejorar más la eficiencia térmica, algunas
combinaciones de hornos de la técnica anterior incluyen un elemento
atomizador en el cubo del ventilador, que es girado por el motor. El
elemento atomizador actúa para fragmentar el agua antes de que sea
más reducida por las paletas del ventilador. Este procedimiento de
atomización en dos etapas produce una neblina fina de agua que rodea
los elementos de caldeo.
Un tipo de atomizador de dos etapas se describe
en la patente de EE.UU. núm. 5.014.679, en la que el elemento
atomizador es un tambor cilíndrico que forma una cubeta con un
extremo abierto, dentro de la cual es enviada el agua. Al girar el
tambor, la fuerza centrífuga dirige el agua para que pase a través
del extremo abierto, donde es fragmentada por las fuerzas
cizallantes en el borde circular. El agua fragmentada es luego
dirigida radialmente hacia fuera, a un ventilador. Una variación de
este diseño incluye un tambor cilíndrico perforado, con una fuerza
centrífuga que dirige el agua fuera de las perforaciones. El agua es
dividida aún más finamente con este diseño, debido al aumento de su
cizallamiento por las perforaciones.
Un diseño alternativo se describe en la patente
de EE.UU. núm. 5.530.223. Esta patente muestra una combinación de
horno en la que el agua es dirigida hacia una superficie exterior de
un preatomizador, al ser éste girado. El preatomizador es una
esfera, una semiesfera, o una placa sin aberturas. El contacto del
agua con la superficie exterior del elemento atomizador giratorio
fragmenta de modo preliminar el agua antes de que ésta sea
succionada dentro del ventilador. Sin embargo, en este diseño hay
unas fuerzas cizallantes relativamente escasas que actúan sobre el
agua que choca, en comparación con el tambor perforado, de modo que
el agua no resulta dividida de modo tan fino.
De acuerdo con ello, es deseable una combinación
de horno de convección y vapor, que mejore la atomización del
agua.
El documento
EP-A-0 530 477 describe un aparato
de acuerdo con la sección precaracterizante de la reivindicación
1.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un atomizador para uso en una combinación de horno de
vapor y de convección para la preparación de alimentos, cuyo horno
cuenta con un elemento de caldeo y un conducto de agua para la
entrega de ésta, y el atomizador comprende:
- un ventilador giratorio en torno a un eje para
dispersar el aire radialmente desde él, y situado para quedar
rodeado por el elemento de caldeo en un camino del aire dispersado,
y el ventilador tiene una cara abierta que proporciona acceso a un
interior de él; y
- una copa unida al eje del ventilador en el
interior de él, para girar con dicho ventilador, cuya copa tiene una
cara abierta que proporciona acceso a un interior de dicha copa,
definida por unas paredes de copa extendidas axialmente y dispuestas
para recibir el agua procedente del conducto de ella, y en el que al
menos una pared de la copa incluye una abertura a través de la cual
puede pasar el agua del interior de dicha copa,
caracterizado porque:
- la distancia de las paredes de la copa varía
desde el eje en función de un ángulo en torno a dicho eje; y
- las paredes de la copa proporcionan unas
superficies de impacto para el choque y atomización del agua
introducida a través de la cara abierta de la copa al interior de
ésta, con lo que los bordes de la abertura producen un cizallamiento
del agua para fragmentarla aún más al pasar a través de dicha
abertura, antes de hacer contacto con las paletas del
ventilador.
Las realizaciones preferidas que seguidamente se
describen e ilustran permiten la disposición de una combinación de
horno de vapor y de convección para la preparación de alimentos, que
cuenta con un atomizador de tres etapas que proporciona un
funcionamiento vaporizador de energía eficiente. Una copa
atomizadora fragmenta previamente el agua al chocar ésta con las
superficies interiores, antes de ser cizallada a través de la
abertura en las paredes, y de ser succionada hacia dentro y a través
de un ventilador.
Específicamente, el atomizador incluye un
ventilador rotatorio en torno a un eje, para distribuir el aire
radialmente hacia fuera. El ventilador tiene una cara abierta que
proporciona acceso a su interior. Unos elementos de caldeo rodean
dicho ventilador en el camino del aire dispersado. Una copa está
unida al ventilador a lo largo del eje, dentro de aquél, para girar
con dicho ventilador. La copa tiene una cara abierta que proporciona
acceso a su interior, definido por unas paredes de copa extendidas
axialmente que reciben el agua procedente de un conducto de ella. La
distancia de las paredes de la copa varía desde el eje, en función
de un ángulo en torno a dicho eje. Al menos una pared de la copa
incluye una abertura a través de la cual pasa el agua al interior de
dicha copa. De este modo, las paredes de la copa proporcionan unas
superficies de impacto con las que choca y se atomiza el agua
introducida a través de la cara abierta de dicha copa al interior de
ella. Los bordes de la abertura producen el cizallamiento del agua,
de modo que ésta se fragmenta aún más al pasar a través de la
abertura, antes de hacer contacto con las paletas del
ventilador.
En un aspecto de la invención, la copa puede
incluir una pluralidad de aberturas. Dichas aberturas pueden ser
perforaciones, aunque preferiblemente, dichas aberturas son ranuras
dispuestas a lo largo de la unión de paredes adyacentes.
En otro aspecto de la invención, la copa
atomizadora tiene unas paredes rectilíneas que definen unas
secciones transversales rectangulares. No obstante, dichas paredes
pueden ser de sección transversal con N lados, siendo N entre 3 y
10. De este modo, las paredes pueden estar configuradas para
extenderse radialmente hacia fuera, de modo que las paredes
adyacentes definen unas bolsas receptoras de agua. Estas paredes
pueden también estar curvadas, para definir bolsas interiores
cóncavas para recibir el agua. En cualquier caso, el agua enviada
dentro de la copa impacta con las paredes y es agitada por ellas, en
particular en sus bordes, antes de que el agua salga por las
aberturas.
En una forma preferida, la presente invención
proporciona un horno de convección para alimentos, que posee unas
capacidades de generación de vapor de agua mejoradas. El horno
incluye una envuelta de él que contiene un conducto de agua y al
menos un elemento de caldeo. Un ventilador radial accionado por
motor, situado cerca del elemento de caldeo, gira en torno a un eje
de giro. Una copa atomizadora está unida a un cubo del ventilador, y
cuenta con una pluralidad de paredes rectilíneas con bordes
ranurados. Así pues, el agua procedente del conducto de ella es
atomizada en tres etapas. En la primera, el agua que choca es
fragmentada por contacto con las superficies interiores de las
paredes. En la segunda etapa, el agua es cizallada al pasar a través
de las ranuras. Finalmente, en la tercera etapa, el agua es
atomizada aún más por contacto con las paletas del ventilador.
Estas y otras ventajas de la presente invención
se apreciarán en la siguiente descripción de sus realizaciones
preferidas.
La fig. 1 es una vista lateral de un atomizador
de la presente invención y de una unidad de accionamiento y de
conducción de agua, dentro de una combinación de horno de convección
y vapor, cuya unidad de accionamiento y el conducto de agua se
muestran esquemáticamente.
La fig. 2 es una vista en perspectiva ampliada de
una copa atomizadora, un ventilador, un conducto de agua, y los
elementos de caldeo, del atomizador de la fig. 1.
La fig. 3 es una vista lateral del atomizador de
la fig. 2, mostrado con un juego de elementos de caldeo
retirado.
La fig. 4 es una vista frontal del
atomizador.
La fig. 5 es una vista frontal ampliada de una
realización alternativa de la copa atomizadora; y
La fig. 6 es una vista ampliada de otra
realización de la copa atomizadora.
Con referencia a la fig. 1, una combinación de
horno de cocinar de convección y de vapor incluye una envuelta 12
que define la cámara de cocinar 14 para contener los alimentos.
Dicha cámara de cocinar incluye también los elementos de caldeo 15,
así como un atomizador 18 que comprende un ventilador 20 accionado
por un motor y una copa atomizadora 22, en un lado de la cámara de
cocinar 14. Los elementos de caldeo 16 son conductos de un material
metálico a través del cual circula el gas que calienta los
quemadores del horno (no mostrados). Preferiblemente, los elementos
de caldeo 16 incluyen dos juegos de tres conductos que se extienden
en proximidad inmediata al diámetro exterior del ventilador 20,
preferiblemente a cada lado, delante y detrás de dicho ventilador
20. Alternativamente, los elementos de caldeo 16 pueden ser
elementos resistivos sólidos adecuados. Dichos elementos de caldeo
16, el ventilador 20, y la copa atomizadora 22, están situados
adyacentes a un tabique 24 que separa la cámara de cocinar 14 de la
zona electrónica 26.
El ventilador 20 es de diseño de jaula de
ardilla, y cuenta con una pluralidad de aletas de copa 28 hacia
dentro unidas por un extremo fijo 30 a unas pestañas circulares
paralelas 32. Las aletas 28 están orientadas para succionar el aire
a través de un lado abierto 34 y expulsarlo radialmente hacia fuera,
hacia los elementos de caldeo 16, cuando gira en sentido a la
derecha. Opuesto al lado abierto 34, el ventilador 20 incluye una
pared 36 que tiene una abertura concéntrica 38 para montar
adecuadamente el ventilador 20 a un árbol 40 de motor situado a lo
largo de un eje de giro 42.
El árbol 40 del motor se extiende también a
través de una abertura 44 en el tabique 24, detrás del área
electrónica 26, en la que está dispuesto un motor eléctrico adecuado
46. Preferiblemente, el motor 46 está montado por medio de unos
soportes adecuados (no mostrados) al tabique 24. El motor 46 está
acoplado a un módulo de control (no mostrado) que cuenta con un
teclado adecuado del usuario (no mostrado) en interfaz con un
visualizador desde el exterior de la envuelta 12, para el ajuste del
tiempo y temperatura de la cocción.
El árbol 40 del motor monta también la copa
atomizadora 22 en el centro del ventilador 20. En una realización
preferida, la copa atomizadora 22 incluye una pluralidad de paredes
rectilíneas 48 unidas por los bordes 50, que definen un volumen 52
de la copa, que tiene un lado abierto 54 y unas paredes laterales
opuestas 56. Las paredes laterales 56 incluyen una abertura 58 a
través de la cual se inserta el árbol 40 del motor. La copa
atomizadora 22 puede estar montada en el árbol 40 del motor mediante
cualquier conexión adecuada, tal como ajuste a presión, sujeción a
rosca, o conexión de pasador y ranura. En una realización preferida,
la copa atomizadora 22 incluye cuatro paredes 48 unidas en ángulo
recto. Preferiblemente, las paredes 48 tienen unas ranuras
longitudinales 60 en sus bordes y un reborde 62 ahusado hacia dentro
en los lados opuestos 54, para proporcionar una cubeta que mantenga
el agua en las superficies interiores de la paredes 48 y no se salga
por el lado abierto 54 de la copa atomizadora 22. Las ranuras 60
están dimensionadas preferiblemente de modo suficientemente grande,
para que no se obstruyan fácilmente por la acumulación de depósitos
del calcio del agua. Las paredes 48 están hechas preferiblemente de
un material resistente a los efectos del calor y de la corrosión,
tal como acero inoxidable.
Un conducto 64 de agua de tubería adecuada se
extiende desde el adaptador 66 dentro del área electrónica 26 de la
envuelta 12, en la cual un conducto de suministro de agua (no
mostrado) está unido a una válvula 68 de control de flujo, tal como
un solenoide, acoplada a un módulo de control electrónico (no
mostrado). Desde la válvula 68 de control, el conducto 64 de agua
continúa a través de una abertura 69 (véase la fig. 1) en el tabique
24, hacia la cámara de cocinar 14, según un camino adecuado para
evitar la interferencia con el ventilador 20. El conducto 64 de agua
termina en un extremo abierto 70 dentro del espacio 52 de la copa
atomizadora 22.
La combinación de horno 10 puede ser utilizada
para cocinar sólo por convección. En este caso, la válvula 68 de
control de flujo permanece cerrada, de modo que no se envíe agua al
atomizador 18. El motor 46 gira el ventilador 20 para tomar y hacer
circular calor radiado desde los elementos de caldeo 16 activados.
Cuando se desea cocinar con vapor, la válvula 68 de control de flujo
es accionada para permitir que el suministro de agua fluya a través
del conducto 53 de agua hacia el atomizador 18. La válvula 68 de
control de flujo puede ser controlada para proporcionar una
corriente de agua intermitente o sostenida a través del conducto 64
de agua. En cualquier caso, el caudal es controlado para
proporcionar sólo el volumen de agua que pueda ser vaporizado
inmediatamente mediante los elementos de caldeo 16, de modo que no
se acumule un exceso de agua en la parte inferior de la cámara de
cocinar 14.
Al girar la copa atomizadora 22 y el ventilador,
el agua que choca es fragmentada y dirigida de modo que rebasa los
elementos de caldeo 16. La copa atomizadora 22 y el ventilador 20
actúan para la división del agua en tres etapas. En la primera, el
agua que abandona el conducto 64 de ella choca sobre la superficie
interior de las paredes 48 de la copa atomizadora. Las paredes
rectilíneas giratorias 48 rompen y agitan el agua que choca en mayor
cuantía que las superficies curvilíneas lisas. En la segunda etapa,
la fuerza centrífuga generada por el giro dirige el agua dentro del
espacio 52 de la copa, radialmente hacia fuera, hacia las ranuras 60
de borde. Al pasar el agua a través de las ranuras 60 es cizallada
por sus bordes. En la tercera, el ventilador 20 succiona este agua y
la pone en contacto con las paletas giratorias 28, que la subdividen
aún más. El agua es fragmentada para aumentar su área superficial, y
pasa por los elementos de caldeo 16. De acuerdo con principios de
transferencia térmica conocidos, el área superficial aumentada de un
cuerpo aumenta el régimen con el que el calor es transferido a ese
cuerpo. Aquí, el agua que fluye desde el conducto 64 de agua será
vaporizada más preferiblemente por los elementos de caldeo 16 debido
a la atomización de aquélla. Por tanto, los elementos de caldeo
consumirán menos energía, al tiempo que generan una cuantía de calor
dada.
La fig. 5 muestra una realización alternativa del
horno 10A, con una copa atomizadora 22A que tiene seis paredes
rectilíneas 48A unidas por sus bordes 50A, en ángulos alternativos
obtusos y agudos. Las paredes separadas por los ángulos agudos
comprendidos definen unas bolsas 80 en las que el agua que choca
puede ser captada y agitada antes de ser dirigida hacia fuera por
las ranuras 60A de los bordes, hacia el ventilador 20. Esta
realización proporciona unas superficies y bordes adicionales para
hacer contacto con el agua que choca y fragmentarla, antes de salir
a través de las ranuras 60.
La fig. 6 muestra otra realización de una copa
atomizadora 22B que tiene cuatro paredes arqueadas 48B unidas por
sus bordes 50B. Las paredes arqueadas 48B definen unas bolsas
interiores cóncavas 80B, que captan y agitan el agua a enviar a la
copa atomizadora 22B, antes de ser dirigida hacia fuera por las
ranuras 60B. Esta realización, así como la mostrada en la fig. 5,
incluyen preferiblemente una pestaña dirigida hacia dentro (no
mostrada) en el lado abierto de la copa atomizadora, para la
retención del agua.
Claims (10)
1. Un atomizador (18) para uso en una combinación
de horno (10) de vapor y de convección, para la preparación de
alimentos, cuyo horno tiene un elemento de caldeo (16) y un conducto
(64) de agua para el suministro de ella, cuyo atomizador
comprende:
- un ventilador (20) giratorio en torno a un eje
(42) para distribuir el aire radialmente desde él, y situado para
ser rodeado por el elemento de caldeo (16) en un camino del aire
distribuido, cuyo ventilador cuenta con una cara abierta para
proporcionar acceso a su interior; y
- una copa (22, 22A, 22B) unida al eje del
ventilador (20) dentro de dicho ventilador, para girar con éste,
cuya copa tiene una cara abierta (54) que proporciona acceso a su
interior, definida dicha copa por unas paredes extendidas axialmente
(48, 48A, 48B) dispuestas para recibir el agua procedente del
conducto de ésta, y en la que al menos una pared (48) de dicha copa
incluye una abertura (60) a través de la cual puede pasar el agua
del interior de la copa;
caracterizada porque:
- la distancia de las paredes de la copa varía
desde el eje (42) en función de un ángulo en torno a dicho eje;
y
- las paredes de la copa (48, 48A, 48B)
proporcionan superficies de impacto para el choque y atomización del
agua introducida a través de la cara abierta (54) de la copa (22,
22A, 22B) al interior de ella, con lo que los bordes de la abertura
(60) producen el cizallamiento del agua de modo que ésta se
fragmente aún más al pasar a través de dicha abertura, antes de
hacer contacto con las paletas (28) del ventilador (20).
2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que las paredes (48) de la copa son rectilíneas.
3. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que hay cuatro paredes (48) de copa que forman entre ellas ángulos
esencialmente rectos.
4. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que las paredes (48) de la copa tienen una sección transversal con
respecto al eje, de N lados, siendo N de 3 a 10.
5. El dispositivo de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la abertura (60) es una
ranura.
6. El dispositivo de la reivindicación 5, en el
que la abertura (60) está dispuesta a lo largo de la unión de
paredes (48) de la copa adyacentes.
7. El dispositivo de la reivindicación 6, que
tiene una ranura (60) en la unión de cada juego de paredes (48) de
copa adyacentes.
8. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que las paredes de la copa se extienden radialmente hacia fuera, de
modo que las paredes adyacentes definen unas bolsas receptoras de
agua.
9. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que las paredes (48B) de la copa son cóncavas hacia dentro, unidas
por sus bordes axiales para definir bolsas cóncavas (80B) receptoras
de agua.
10. El dispositivo de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las paredes (48, 48A, 48B)
de la copa definen una pestaña que sobresale hacia dentro en la cara
abierta.
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