ES2280274T3 - Modulo para calentar un liquido, dispositivo comprendiendo dicho modulo y un procedimiento para calentar liquido. - Google Patents

Modulo para calentar un liquido, dispositivo comprendiendo dicho modulo y un procedimiento para calentar liquido. Download PDF

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Abstract

Módulo para calentar líquido para utilizarlo en una máquina de bebidas calientes, el cual comprende: - un tubo hueco (2) de material metálico - por lo menos una resistencia eléctrica (4) en una primera parte del exterior del tubo para precalentar líquido que fluye a través de dicho tubo hueco y - por lo menos otra resistencia eléctrica (5) en una segunda parte del exterior del tubo para el ajuste de la temperatura del líquido que fluye a través del tubo caracterizado porque está dispuesto un inserto cilíndrico (3) en el interior del tubo hueco (2) sustancialmente a lo largo del mismo eje de simetría de una manera que mejora la transferencia de calor del tubo caliente (2) al líquido.

Description

Módulo para calentar un líquido, dispositivo comprendiendo dicho módulo y un procedimiento para calentar líquido.
La presente invención concierne a un módulo para calentar líquidos para utilizarlo en una máquina de bebidas calientes. La invención concierne adicionalmente a un proceso para calentar un líquido en un dispositivo que comprende dicho módulo.
En el área de las máquinas de café, ya es conocido disponer de un calentador termobloque en la máquina, en el que dicho calentador está permanentemente bajo potencia y permite obtener agua caliente en el momento en el que el consumidor decide accionar la máquina para preparar un café. Los problemas de esta solución son los siguientes: primero, existe una incoherencia en la temperatura, esto es, no es posible tener una temperatura del agua permanentemente dentro de una gama específica, como por ejemplo entre 85 y 90°C. Esto tiene una influencia negativa en la calidad de café obtenido. En segundo lugar, el calentador de bloque utilizado es muy pesado, lo cual no es conveniente cuando se tiene que mover la máquina de café. En tercer lugar, existe una falta de rendimiento energético debido a la pérdida de energía durante todo el tiempo en el que la máquina está bajo
potencia.
También es posible tener por lo menos dos dispositivos calefactores a lo largo de la tubería en la que fluye el agua. Por ejemplo, la patente DE 4038462, la patente NL 8101610 y la patente FR 2685187 consideran una solución de este tipo: la primera parte calefactora proporciona un precalentamiento del agua y la segunda parte calefactora proporciona un calentamiento a la temperatura requerida. Se utilizan dos calentadores separados, los cuales están colocados en sitios diferentes de la tubería. El problema de esta solución es que el dispositivo no es suficientemente compacto, ocupa más espacio y consume más energía.
El propósito de la presente invención es minimizar los tres problemas mencionados anteriormente. La presente invención permite proporcionar al consumidor un sistema de calentamiento con una gama muy precisa de temperaturas, sin que la máquina esté todo el tiempo bajo potencia y con un dispositivo de calentamiento muy ligero y compacto.
La presente invención concierne a un módulo para calentar líquido para utilizarlo en una máquina de bebidas calientes, el cual comprende:
- un tubo hueco de material metálico
- por lo menos una resistencia eléctrica en una primera parte del exterior del tubo para precalentar líquido que fluye a través de dicho tubo hueco y
- por lo menos otra resistencia eléctrica en una segunda parte del exterior del tubo para el ajuste de la temperatura del líquido que fluye a través del tubo caracterizado porque está dispuesto un inserto cilíndrico en el interior del tubo hueco sustancialmente a lo largo del mismo eje de simetría de una manera que mejora la transferencia de calor del tubo caliente al líquido.
El líquido que se tiene que calentar en el módulo de la invención no es crítico y puede ser cualquier tipo de líquido. Preferiblemente, el líquido que se calienta es agua, por ejemplo para preparar té, café o bien otros tipos de bebidas. También es posible calentar leche, por ejemplo para la preparación de bebidas de cacao. La generación de vapor también se puede considerar, por ejemplo para calentar directamente agua en una taza o para espumar leche. La utilización del módulo calefactor se puede considerar para máquinas pequeñas, como por ejemplo máquinas de café o para máquinas mayores, como por ejemplo máquinas automáticas distribuidoras.
Por lo que se refiere a la resistencia eléctrica para la primera parte del tubo, en el caso de una máquina de café, están presentes una o dos resistencias, en el caso de una máquina automática distribuidoras es posible tener de 1 a 5 resistencias. Por lo que se refiere a las resistencias eléctricas para la segunda parte del tubo, se puede aplicar el mismo número de resistencias que para la primera resistencia eléctrica. Más preferiblemente, se utiliza sólo una resistencia.
El material para el tubo hueco es metal. Preferiblemente, el tubo está fabricado de acero inoxidable. El tamaño del tubo puede variar, dependiendo del tipo de utilización. Por ejemplo, si se va a utilizar para una máquina de café, puede tener un diámetro de aproximadamente 6 a 20 mm y una longitud de aproximadamente 100 a 200 mm. El grosor del tubo está alrededor de 1 a 4 mm. En el caso de la utilización en una máquina automática distribuidora, el tubo tiene un diámetro de aproximadamente 30 a 50 mm y una longitud de aproximadamente 200 a 400 mm. El grosor del tubo es el mismo que antes.
La relación del diámetro a la longitud de dicho tubo está comprendida entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 1:40.
El módulo calefactor de acuerdo con la invención comprende adicionalmente un inserto cilíndrico, el cual está dispuesto en el interior del tubo hueco y sustancialmente a lo largo de su eje de simetría. El hecho de que esté presente un inserto mejora la transferencia de calor desde la superficie del tubo al líquido con el elemento calefactor bajo potencia. Esto permite una buena transferencia de energía y un calentamiento rápido del agua. El inserto está fabricado de material plástico o metálico, que sea de grado alimenticio y puede ser de una buena conductividad térmica. El inserto preferiblemente está fabricado de cobre o teflón (tetra-fluoruro-etileno). Es posible tener tanto un inserto fijo como un inserto que pueda ser girado a lo largo de su eje de simetría. En el caso de un inserto giratorio, dicho inserto está unido con una rueda giratoria de un caudalímetro dispuesto en la parte inferior del inserto y de tal forma que puede ser activado por el flujo de agua fría que fluye con un ángulo tangente sobre la hélice del caudalímetro. El inserto cilíndrico giratorio comprende un cepillo de alambre de metal. Estos haces de cepillo de metal están integrados a través del inserto en un plano longitudinal (sólo en un lado o en dos lados simétricos del inserto) o en forma de espiral, por ejemplo 1 o 2 espirales. Están incorporadas únicamente en la parte del inserto en el interior del tubo hueco. El cepillo debe ser de una tracción y una resistencia mecánicas apropiadas de forma que pueda descascarillar la superficie interior del tubo. Ambos extremos de los haces del cepillo deben estar ligeramente en contacto con la superficie interior del tubo a 90°C. Todos los haces deben estar diseñados para empujar el agua hacia arriba cuando es accionado para girar por la hélice del caudalímetro.
El inserto también puede ser un objeto hueco, el cual introducirá un flujo invertido de parte del agua caliente para mezclarla con el agua fría y mejorar de ese modo el mezclado del agua cuando se calienta el agua.
Las resistencias eléctricas del tubo están fabricadas de una forma seleccionada a partir de un grupo que consiste en cables y película gruesa. La tecnología de la película gruesa es conocida en el área electrónica y ahora se utiliza para la fabricación de resistencias. La tecnología utiliza tintas conductoras (como por ejemplo pasta) sobre un sustrato de cuarzo, metal, alúmina o bien óxido de berilio. Como se ha indicado antes, es preferible un sustrato metálico.
El tubo hueco comprende adicionalmente por lo menos otra resistencia eléctrica para el control de la temperatura. Esta resistencia está dispuesta en la entrada o en la salida del agua fría/caliente del tubo.
Las resistencias eléctricas tienen una densidad de potencia de entre 30 y 70 W/cm^{2}. Esta densidad de potencia de las resistencias permite un incremento muy rápido de la temperatura del agua a partir de la temperatura ambiente hasta aproximadamente 85-90°C. A fin de tener un buen aislamiento del tubo hueco, se prefiere disponer una pintura de esmalte sobre el exterior de dicho tubo por debajo de las resistencias. El grosor de esta pintura normalmente está comprendido entre 100 y 300 micras. Finalmente, las resistencias eléctricas del tubo hueco están cubiertas con un material eléctricamente no conductor, por ejemplo un plástico. Este aislamiento tanto puede ser un tubo como una capa de material no conductor.
El módulo para calentar el líquido de la presente invención se utiliza como una parte de una máquina para calentar líquido para la preparación de una bebida. La presente invención concierne adicionalmente a un proceso para calentar un líquido comprendiendo las características combinadas de la reivindicación 14.
En el proceso de la invención, el tubo está dispuesto tanto horizontalmente como verticalmente. El tubo preferiblemente está dispuesto verticalmente.
El módulo para calentar el líquido es parte de una máquina de café o bien otra máquina similar que se basa en la extracción de una sustancia, como por ejemplo café o té. En este caso, es posible obtener ya sea directamente la sustancia que se va a extraer, como por ejemplo un lecho de café y entonces una máquina expreso, ya sea que la sustancia se puede extraer de cartuchos o cápsulas previamente preparados, como aquellos objeto de las patentes europeas Nº 512.468 y 602.203.
Según una segunda forma de realización, el proceso de la invención se utiliza para máquinas automáticas distribuidoras, esto es una máquina en la que el consumidor obtiene directamente la taza de té, de café o de cacao, en la que el líquido caliente se mezcla justo antes de ser distribuido en una taza con el polvo correspondiente.
El proceso de la invención integra también otros elementos usuales presentes normalmente en máquinas de café o máquinas automáticas distribuidoras, como por ejemplo una válvula, un control de la temperatura y un caudalímetro.
Según el proceso de la invención es posible calentar en unos pocos segundos el agua desde la temperatura ambiente entre 85 y 90°C, sin la necesidad de tener permanentemente conectada la máquina. El calentamiento de las resistencias eléctricas únicamente ocurre cuando el consumidor solicita un café. La primera resistencia eléctrica, por ejemplo aumenta la temperatura del agua desde 20 hasta aproximadamente 60°C y el segundo grupo de resistencia eléctrica sólo necesita incrementarla desde 60 a 85°C. Por lo tanto, no se necesita tener permanentemente el calentamiento en esta segunda resistencia eléctrica. En este caso, la resistencia eléctrica en la segunda parte del tubo está conectada a la energía eléctrica completa durante aproximadamente del 50 al 100% del tiempo.
La segunda resistencia se conecta y se desconecta en un porcentaje de tiempo de forma que la temperatura de salida sea correcta, en caso de variación de la tensión eléctrica de la línea y del caudal. La potencia de este grupo de resistencias es de unos valores tales que el ajuste de conexión/desconexión no generará parpadeos.
En el caso de la primera forma de realización del sistema de la invención, esto es en una máquina de café, el caudal del agua que se va a calentar está comprendido entre 150 y 300 ml/minuto. En el caso de una máquina automática distribuidora, el caudal del agua está comprendido entre 300 y 1000 ml/minuto.
Como ya se ha indicado antes, es útil tener un control de la temperatura del agua caliente. En este caso, se mide la temperatura del líquido a la salida del tubo, de forma que si la temperatura es demasiado alta la resistencia eléctrica en la segunda parte del tubo se apaga y si la temperatura del líquido no es suficientemente alta, esta resistencia eléctrica continúa conectada a la energía eléctrica.
La invención se describe ahora con más detalle con relación a los dibujos, en los cuales:
la figura 1 representa una vista esquemática del módulo para calentar líquido de la invención;
la figura 2 representa una vista esquemática de una máquina de café que comprende el módulo de la figura 1 y
la figura 3 representa una vista esquemática de una máquina automática distribuidora que comprende el módulo de la figura 1.
El módulo calefactor (1) comprende un tubo hueco (2) fabricado de acero inoxidable, un inserto cilíndrico (3) fabricado de plástico (teflón), una primera resistencia eléctrica (4) en la primera parte del tubo y una segunda resistencia eléctrica (5) en la segunda parte del tubo. Ambas resistencias eléctricas están fabricadas de una película gruesa y están conectadas a la potencia (11, 12). La dirección del flujo de agua en el tubo hueco se proporciona mediante las flechas A y B. El tubo hueco está instalado verticalmente para hacer mínima la acumulación de aire o de vapor en el interior del tubo. Ambos extremos del inserto están fijados en el grifo de agua fría (6) y en el grifo de agua caliente (7). El inserto (3) está conectado a la rueda giratoria del caudalímetro (8) de forma que puede ser activado por el flujo de agua fría y gira de acuerdo con la flecha C. Una resistencia (9) está adicionalmente dispuesta en el extremo del tubo hueco para medir y controlar la temperatura del agua caliente que deja el módulo. Haces de cepillo de metal (10) están incorporados en el inserto en el interior del tubo hueco. Un aislante dieléctrico (13), como por ejemplo esmalte, está pintado sobre el tubo por debajo de las resistencias. Para evitar pérdidas muy altas de energía y garantizar una mejor seguridad, un aislante (14) cubre las resistencias en toda la altura del tubo hueco. Un espacio libre (15) está provisto dentro del grifo de agua caliente (7) para el amortiguamiento y la recogida del vapor generado y del aire separado.
El módulo para calentar líquido funciona como sigue: cuando el consumidor decide preparar una bebida, ambas resistencias (4, 5) están bajo potencia. La resistencia (4) permanece permanentemente bajo potencia durante el flujo del agua a través del tubo hueco, mientras la resistencia (5) se conecta y se desconecta de acuerdo con una cierta frecuencia sobre la base del resto de la demanda requerida de energía para alcanzar la temperatura final del agua necesaria para la preparación de café. Por ejemplo, la resistencia (4) permite un incremento de temperatura desde 20 hasta 65°C y la segunda resistencia (5) tiene entonces que proveer únicamente la energía para incrementar la temperatura del agua desde 65 hasta 85°C. Debido al flujo de agua, el caudalímetro (8) gira y acciona con él el inserto (3). El cepillo metálico (10) en el inserto evita cualquier depósito de calcio en el interior del tubo hueco.
La figura 2 proporciona una forma de realización de la utilización del módulo (1) en una máquina de café. La máquina comprende un depósito de agua fría (16) conectado a través de una tubería (17) a una bomba (18) que suministra el agua fría al módulo calefactor (1). A la salida del módulo (1), el agua caliente fluye a través de un conducto (19) y llega sobre un cartucho (20) que contiene café tostado y molido. Este cartucho es un cartucho herméticamente cerrado que se abre bajo presión según la patente europea EP Nº 512.468. El café a punto para beber fluye en la taza (21). La máquina de café puede integrar elementos adicionales, como por ejemplo una válvula, controles electrónicos.
La figura 3 proporciona una segunda forma de realización de la utilización del módulo (1) en una máquina automática distribuidora. El agua fría del depósito (22) fluye a través de una tubería (24) con la ayuda de una bomba (23) en el módulo calefactor (1). A la salida de dicho módulo, el agua alcanza una temperatura de aproximadamente 85°C y fluye a través de un conducto (25) hasta un mezclador (26). Simultáneamente con la llegada del agua caliente, el polvo, como por ejemplo polvo de café, es alimentado en el mezclador desde el almacén de polvo (27) a través de un tornillo o un sinfín transportador (28) y dicho polvo es mezclado con el agua caliente y distribuido en una taza (29). Como ya se ha indicado antes, la máquina actual también puede integrar elementos adicionales normalmente presentes en tales tipos de máquinas.
La memoria se describe ahora con relación a un ejemplo específico relacionado con un módulo calefactor para una máquina de café.
Ejemplo
Se utiliza un tubo hueco de acero inoxidable provisto de un diámetro de 12 mm con una longitud de 160 mm. El inserto está fabricado de plástico y tiene un diámetro de 4 mm y la misma longitud que el tubo hueco. Las resistencias (4) y (5) tienen cada una de ellas una potencia de 600 W. El tubo debe soportar una presión de un máximo de 20 bares. El agua fluye con un caudal de 200 ml/minuto. La temperatura requerida se alcanza en un intervalo de 7 segundos. Y la segunda resistencia está conectada durante el 60% del tiempo. Con este módulo calefactor, la temperatura es muy constante en el tiempo y sólo tiene una variación de alrededor de 2°C.

Claims (19)

1. Módulo para calentar líquido para utilizarlo en una máquina de bebidas calientes, el cual comprende:
- un tubo hueco (2) de material metálico
- por lo menos una resistencia eléctrica (4) en una primera parte del exterior del tubo para precalentar líquido que fluye a través de dicho tubo hueco y
- por lo menos otra resistencia eléctrica (5) en una segunda parte del exterior del tubo para el ajuste de la temperatura del líquido que fluye a través del tubo caracterizado porque está dispuesto un inserto cilíndrico (3) en el interior del tubo hueco (2) sustancialmente a lo largo del mismo eje de simetría de una manera que mejora la transferencia de calor del tubo caliente (2) al líquido.
2. Módulo para calentar líquido según la reivindicación 1 en el que el inserto cilíndrico (3) es de material plástico o metálico.
3. Módulo para calentar líquido según las reivindicaciones 1 o 2 en el que el tubo hueco (2) es de acero inoxidable.
4. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que la relación del diámetro a la longitud del tubo (2) está comprendida entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 1:40.
5. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que el exterior del tubo hueco (2) comprende por lo menos una resistencia eléctrica adicional (9) para la medición y el control de la temperatura.
6. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que el inserto (3) está fijo o puede ser giratorio a lo largo de su eje de simetría.
7. Módulo para calentar líquido según la reivindicación 6 en el que el inserto (3) gira debido a su unión con una rueda giratoria de un caudalímetro (8) conectado a un extremo de dicho inserto.
8. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que las diferentes resistencias eléctricas del tubo son películas gruesas.
9. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que las diferentes resistencias eléctricas del tubo son cables.
10. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el inserto cilíndrico giratorio (3) comprende un cepillo de alambre de metal (10).
11. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el que todas las resistencias eléctricas tienen una densidad de potencia de entre 30 y 70 W/cm^{2}.
12. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en el que el tubo hueco comprende pintura de esmalte (13) en su exterior por debajo de las resistencias.
13. Módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el que las resistencias eléctricas (4, 5) están cubiertas o aisladas con un material eléctricamente no conductor (14).
14. Proceso para calentar un líquido en un dispositivo comprendiendo:
- un depósito de suministro de agua (16)
- una bomba (18) adaptada para suministrar dicha agua a un módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho líquido es alimentado a través del módulo para calentar líquido a un caudal entre 150 y 1000 ml/minuto y es calentado hasta una temperatura de aproximadamente 85 a 90°C en 3 a 10 segundos y en el que la resistencia eléctrica (4) en la primera parte del tubo está permanentemente conectada a la energía eléctrica y por lo menos una de las resistencias eléctricas (5) en la segunda parte del tubo se conecta y se desconecta selectivamente a la energía eléctrica de acuerdo con una cierta frecuencia que depende de la temperatura resultante requerida del líquido.
15. Proceso según la reivindicación 14 en el que la por lo menos otra resistencia eléctrica (5) en la segunda parte del tubo está conectada a la energía eléctrica completa entre aproximadamente del 50 hasta el 100% del tiempo deseado.
16. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15 en el que el caudal de líquido se mantiene entre 150 y 300 ml/minuto cuando se utiliza una máquina de café y entre 300 y 1000 ml/minuto cuando se utiliza una máquina automática distribuidora.
17. Proceso según las reivindicaciones 15 o 16 en el que se mide la temperatura del líquido a la salida del tubo, de forma que si la temperatura es demasiado alta la resistencia eléctrica en la segunda parte del tubo se desconecta y si la temperatura del líquido no es suficientemente alta, esta resistencia eléctrica continúa conectada a la energía.
18. Máquina de café que comprendiendo un módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
19. Máquinas automática distribuidora comprendiendo un módulo para calentar líquido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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