ES2342187T3 - Generador de agua caliente y/o de vapor. - Google Patents
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Abstract
Generador de agua caliente y/o de vapor (1) que comprende medios de calentamiento eléctrico (2) y una cámara (3) para la producción de la mencionada agua caliente y/o vapor, estando definida dicha cámara por una cavidad (4), delimitada por los mencionados medios de calentamiento (2) en cooperación con un elemento de demarcación (5) a través del cual fluye el agua mientras se calienta, presentando el referido elemento de demarcación (5) una cavidad interna donde están dispuestos dichos medios de calentamiento (2), comprendiendo el antedicho elemento de demarcación (5) una carcasa tubular (6) y los referidos medios de calentamiento (2), que comprenden un calentador de cartucho dispuesto de manera coaxial en el interior de dicha carcasa tubular (6), estando la mencionada cavidad (4) comprendida entre la superficie lateral externa del referido calentador de cartucho y la superficie lateral interna de la mencionada carcasa (6), caracterizado porque dicho calentador de cartucho presenta un núcleo central cilíndrico (7) para soportar al menos una resistencia filiforme (8) enrollada en espiral sobre la superficie lateral de dicho núcleo (7) e incorporada a una matriz tubular (9) que presenta elevadas propiedades de aislamiento dieléctrico y transmisión de calor, y una camisa tubular (10) montada en la referida matriz tubular (9), que presenta elevadas propiedades de conducción térmica y de resistencia al esfuerzo térmico, estando dispuesta la mencionada resistencia (8) fuera del mencionado eje del calentador de cartucho y separada de la antedicha cavidad (4) sólo para que dicha camisa (10) mantenga razonablemente baja la temperatura de funcionamiento de la mencionada resistencia (8) para obtener la temperatura del agua deseada.
Description
Generador de agua caliente y/o de vapor.
La presente invención se refiere a un generador
de agua caliente y/o de vapor, que se puede utilizar en aparatos de
uso doméstico o industrial para cuya operación sea necesaria la
producción de agua caliente, particularmente, pero no en forma
exclusiva, en cafeteras automáticas o semiautomáticas y
electrodomésticos similares. Las calderas para cafeteras han estado
disponibles durante mucho tiempo en el mercado, y consiste en un
cuerpo de alta conductividad térmica, con un armazón, donde existe
un medio de calentamiento eléctrico especial y una cámara de
calentamiento interna en la que se calienta el agua. La transmisión
de la energía térmica proveniente del medio de calentamiento hacia
el agua dentro de la cámara de calentamiento se realiza por
conducción a través de la masa del cuerpo de la caldera, cuya
inercia térmica, sin embargo, afecta el tiempo necesario para
llevar el agua a la temperatura deseada, incrementándolo. Asimismo,
las mencionadas calderas presentan una cámara de calentamiento
concebida para contener una cantidad de agua que, algunas veces, es
superior a la requerida para el ciclo operativo del aparato.
El exceso de agua puede ser eliminado o puede
estacionarse durante un cierto período dentro de la cámara de
calentamiento para ser reutilizado en el siguiente ciclo, lo que,
por supuesto, implica evidentes problemas de higiene.
En cualquier caso, el consumo de energía de
dichas calderas no es óptimo ya que el exceso de agua se calienta
sin ninguna utilidad.
Las referidas calderas, en general, funcionan
reteniendo el agua dentro de la cámara de calentamiento, la cual,
al calentarse, se presuriza.
A fin de contener la presión del agua y/o del
vapor generados en la cámara de calor, ésta deberá presentar una
resistencia mecánica adecuada y medios especiales de sellado, los
cuales algunas veces restringen o complican las opciones de diseño
para su estructura.
Finalmente, dichas calderas podrían presentar
poca flexibilidad de adaptación cuando es necesario cambiar la
temperatura de salida del agua y/o del vapor a fin de cumplir con
las distintas variables operacionales del aparato en el que está
instalada.
Las patentes WO 2005/072587,
US-A-2680802, WO 00/11914, EP
0325678, EP 0044040 y FR 2331232 describen un generador según el
preámbulo de la reivindicación 1.
La tarea técnica de la presente invención, por
lo tanto, es la de proporcionar un generador de agua caliente y/o
de vapor que permita eliminar las desventajas técnicas de los
estados anteriores del arte.
En el marco de esta tarea, un objeto de la
invención es el de proporcionar un generador de agua caliente y/o
de vapor que posea una elevada flexibilidad en el uso, optimice el
consumo de energía, presente una estructura simple, sea económico,
eficaz, mantenga las condiciones operativas de higiene y minimice
los requerimientos de mantenimiento ordinario y extraordinario.
La tarea técnica, así como estos y otros objetos
de conformidad con la presente invención, se logra mediante un
generador de agua caliente y/o de vapor que comprenda medios de
calentamiento eléctrico y una cámara para la producción de agua
caliente y/o vapor, caracterizado porque la mencionada cámara se
defina por una cavidad, delimitada por dichos medios de
calentamiento en cooperación con un elemento de demarcación, a
través de la cual fluya el agua mientras se calienta.
Las características adicionales de la presente
invención, además, se definen en las reivindicaciones que
siguen.
Otras características y ventajas de la invención
surgirán con mayor claridad a partir de la descripción de una
realización preferida, pero no exclusiva, del generador de agua
caliente y/o de vapor según la conclusión, que se ilustra a modo de
ejemplo no limitativo, en el dibujo adjunto, donde: la Figura 1
muestra una vista de alzado lateral y parcialmente seccionada en
forma axial de un generador de agua caliente y/o de vapor, según
una realización preferida de la invención. Con referencia a la
figura anterior, se muestra un generador de agua caliente y/o de
vapor, globalmente indicado con el número de referencia 1, del tipo
que comprende unos medios de calentamiento eléctrico 2 y una
cámara 3 para la producción de agua caliente y/o de vapor.
Un aspecto especialmente ventajoso del generador
1 es que la cámara 3 se define por una cavidad 4, delimitada por
los medios de calentamiento 2 en cooperación con un elemento de
demarcación 5, a través de la cual fluye el agua mientras se
calienta.
A modo de ejemplo no limitativo, se hará
referencia a un generador 1 apto para la producción de agua caliente
y/o vapor en una cafetera automática o semiautomática, pero
claramente su uso puede ampliarse a cualquier aparato que requiera
la producción de agua caliente y/o de vapor para su funcionamiento,
por ejemplo una plancha, entre otras cosas.
En la solución que se ilustra, el elemento de
demarcación 5 presenta una cavidad interna donde se disponen los
medios de calentamiento 3 y, en particular, el elemento de
demarcación 5 comprende una carcasa tubular 6, mientras que los
medios de calentamiento 3 comprenden un calentador de cartucho
dispuesto en forma coaxial dentro de la carcasa tubular 6, de modo
que la cavidad 4 queda comprendida entre la cara lateral externa del
calentador de cartucho y la superficie lateral interna de la
carcasa tubular 6.
El calentador de cartucho presenta un núcleo
central cilíndrico 7 para soportar al menos una resistencia
filiforme 8 enrollada en espiral alrededor de la superficie lateral
del núcleo 7 e incorporada a una matriz tubular 9 en la cual está
montada una camisa tubular 10, cuya superficie lateral externa, en
particular, delimita la cavidad 4 con la superficie lateral interna
de la carcasa 6. Preferentemente, el núcleo central 7 es de óxido
de magnesio; la resistencia 8 es de cromo-níquel
80/20, ideal por sus propiedades de resistencia a altas
temperaturas de funcionamiento, de naturaleza resistente a la
oxidación, con ausencia total de magnetismo y bajo coeficiente de
variación de la resistividad ante los cambios de temperatura; la
matriz 9 es de óxido de magnesio, cuya estructura granular
garantiza un elevado aislamiento dieléctrico y una excelente
transmisión del calor generado por la resistencia 8 a la camisa 10;
la camisa 10 es de un metal que presenta excelente conductividad
térmica, alta resistencia a la oxidación a altas temperaturas,
elevada resistencia a la corrosión química, estabilidad
estructural, incluso después de varios ciclos de calentamiento y
enfriamiento.
Cabe señalar que la disposición de la
resistencia 8, alejada del eje del calentador de cartucho y separada
de la cavidad 4 sólo por la camisa 10, permite mantener
razonablemente baja la temperatura de funcionamiento de la
resistencia 8 misma para lograr la temperatura deseada del agua, lo
que limita la formación de incrustaciones en el calentador de
cartucho, un fenómeno que, como es sabido, aumenta considerablemente
a medida que se incrementa la temperatura y ocasiona una pérdida de
eficacia del calentador de cartucho mismo. Preferentemente, la
distribución espacial de las espiras de la resistencia 8 es
variable a lo largo del desarrollo axial del calentador del núcleo
7, de manera que, a nivel local, el calentador de cartucho
suministre temperaturas de funcionamiento eficaces. La estructura
del calentador de cartucho se completa con los terminales eléctricos
11 para alimentar la resistencia 8, dispuestos a través de una tapa
12 que cierra una base abierta de la camisa 10, camisa 10 que
tiene, por otro lado, otra base cerrada. El calentador de cartucho
también puede presentar al menos un sensor de temperatura, por
ejemplo un termopar, y un sensor de gas, conectados a la unidad de
control (no ilustrada) del dispositivo 1.
La carcasa tubular 6 presenta, preferentemente,
una entrada radial 13 para el agua, practicada a través de la pared
lateral de aquélla, y una salida axial 14 para el agua, practicada a
través de una base cerrada de la misma, cuya segunda base, del otro
lado, puede abrirse a través de una tapa (no representada) para la
introducción y la extracción del calentador de cartucho.
La cavidad 4 puede estar libre, como se muestra,
a fin de conducir el agua de la entrada 13 a la salida 14 a lo
largo de una vía de conducción que se despliega en forma
prácticamente paralela al eje del calentador de cartucho. En una
realización diferente según la presente invención, la cavidad 4
puede presentar en su interior un alimentador helicoidal, apto para
conducir el agua de la entrada 13 a la salida 14 a lo largo de una
vía de conducción que se despliega en forma helicoidal en torno al
eje del calentador de cartucho para incrementar el tiempo de
intercambio térmico entre el agua y el calentador de cartucho.
En otra realización preferente (no representada)
según la presente invención, los medios de calentamiento comprenden
una carcasa tubular en la cual se imprime un circuito de
resistencia, mientras que el elemento de demarcación es un mandril
dispuesto en forma interna y coaxial a la carcasa tubular, quedando
comprendida la cavidad entre la superficie lateral interna de la
carcasa tubular y la superficie lateral externa del mandril.
El funcionamiento del generador 1, según la
invención, surge claramente de lo que se describe e ilustra y, en
particular, con referencia a su uso en una cafetera, que es
fundamentalmente como sigue.
Cuando el usuario requiere una dosis de café, la
unidad de control recibe la orden y controla la expendición a
través del generador 1 de la cantidad de agua necesaria para
producir la dosis requerida. El agua caliente producida se utiliza
entonces para la infusión a través de una de café en polvo dispuesta
adecuadamente en una unidad de infusión de la cafetera. Puesto que
la superficie de intercambio térmico entre el calentador de
cartucho y el agua de la cavidad 4, constituida por la superficie
lateral externa de la camisa 10, está muy elevada en relación con
el flujo de agua que pasa por la cavidad 4, y dado que la
resistencia 8 está ubicada cerca de la superficie de intercambio
térmico, el tiempo de intercambio térmico para llevar el agua a la
temperatura deseada es muy breve y el límite de temperatura deseada
del agua
no se logra reteniendo el agua en la cavidad 4, sino sosteniendo un flujo continuo de agua a través de la cavidad 4.
no se logra reteniendo el agua en la cavidad 4, sino sosteniendo un flujo continuo de agua a través de la cavidad 4.
En la práctica, el agua entra en el generador a
través de la entrada 13, fluye por la cavidad 4 donde se somete al
intercambio térmico y sale del generador a través de la salida
14.
Puesto que no es necesario retener el agua para
su calentamiento dentro de la cavidad, no es siquiera necesario
diseñar el generador 1 para que sea capaz de soportar altas
presiones y tampoco que cuente con complicados sistemas de sellado a
presión.
La pequeñez del volumen de la cavidad 4 y del
flujo de agua que pasa por la misma permite eliminar el residuo y
estancamiento del agua dentro del generador 1.
El consumo de energía es reducido y la eficacia
del generador se mantiene en valores óptimos dado que la resistencia
8 puede funcionar a temperaturas razonablemente bajas.
Puede ser importante controlar la temperatura
del agua a la salida del generador 1, ya que la temperatura
requerida para el agua puede variar en función de varios factores,
por ejemplo, en función de la granulometría del polvo de café que
se use para preparar la infusión.
Con este fin, la unidad de control puede
controlar la resistencia 8, de acuerdo también a las señales que
recibe de cualquiera de los sensores de temperatura y a los gases
que entran en el calentador de cartucho, interrumpiendo y
restableciendo el suministro eléctrico de la resistencia 8 a
intervalos adecuados. De acuerdo con las necesidades, por lo tanto,
la unidad de control puede variar el patrón de temperatura de
funcionamiento de la resistencia 8 entre un ciclo operativo de la
cafetera y otro, o incluso dentro de un mismo ciclo de operación.
Además, la unidad de control puede sincronizar el inicio de la
alimentación del agua hacia el generador 1 en relación con el
momento en el cual la resistencia 8 se eleva a una temperatura
predeterminada, por ejemplo a la temperatura de funcionamiento.
Se pueden introducir varios cambios y
variaciones en el generador de agua caliente y/o de vapor así
concebido, todos incluidos en el campo del concepto inventivo;
asimismo, todos los detalles pueden ser reemplazados por elementos
técnicamente equivalentes.
En la práctica, los materiales utilizados, así
como los tamaños, pueden variar de acuerdo a los requerimientos
técnicos y el estado de la técnica.
\vskip1.000000\baselineskip
En la lista de documentos indicados por el
solicitante se ha recogido exclusivamente para información del
lector, y no es parte constituyente del documento de patente
europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la
EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u
omisiones.
- \bullet WO 2005072587 A [0007]
- \bullet EP 0325678 A [0007]
- \bullet US 2680802 A [0007]
- \bullet EP 0044040 A [0007]
- \bullet WO 0011914 A [0007]
- \bullet FR 2331232 A [0007]
\bullet JP H6510552 A [0004]
Claims (10)
1. Generador de agua caliente y/o de vapor (1)
que comprende medios de calentamiento eléctrico (2) y una cámara
(3) para la producción de la mencionada agua caliente y/o vapor,
estando definida dicha cámara por una cavidad (4), delimitada por
los mencionados medios de calentamiento (2) en cooperación con un
elemento de demarcación (5) a través del cual fluye el agua
mientras se calienta, presentando el referido elemento de
demarcación (5) una cavidad interna donde están dispuestos dichos
medios de calentamiento (2), comprendiendo el antedicho elemento de
demarcación (5) una carcasa tubular (6) y los referidos medios de
calentamiento (2), que comprenden un calentador de cartucho
dispuesto de manera coaxial en el interior de dicha carcasa tubular
(6), estando la mencionada cavidad (4) comprendida entre la
superficie lateral externa del referido calentador de cartucho y la
superficie lateral interna de la mencionada carcasa (6),
caracterizado porque dicho calentador de cartucho presenta
un núcleo central cilíndrico (7) para soportar al menos una
resistencia filiforme (8) enrollada en espiral sobre la superficie
lateral de dicho núcleo (7) e incorporada a una matriz tubular (9)
que presenta elevadas propiedades de aislamiento dieléctrico y
transmisión de calor, y una camisa tubular (10) montada en la
referida matriz tubular (9), que presenta elevadas propiedades de
conducción térmica y de resistencia al esfuerzo térmico, estando
dispuesta la mencionada resistencia (8) fuera del mencionado eje del
calentador de cartucho y separada de la antedicha cavidad (4) sólo
para que dicha camisa (10) mantenga razonablemente baja la
temperatura de funcionamiento de la mencionada resistencia (8) para
obtener la temperatura del agua deseada.
2. Generador de agua caliente y/o de vapor,
según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha carcasa
tubular (6) presenta una entrada radial (13) para la referida agua,
practicada a través de la pared lateral de ésta, y una salida axial
(14) para dicha agua y/o vapor, practicada a través de una base de
aquélla.
3. Generador de agua caliente y/o de vapor según
una o varias de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la distribución espacial de las espiras
de dicha resistencia (8) es variable a lo largo del desarrollo
axial del mencionado núcleo.
4. Generador de agua caliente y/o de vapor según
una o varias de las reivindicaciones precedentes, se
caracteriza porque el mencionado núcleo (7) es de óxido de
magnesio.
5. Generador de agua caliente y/o de vapor según
una o varias de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la mencionada camisa (10) es de
metal.
6. Generador de agua caliente y/o de vapor según
una o varias de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la mencionada matriz (9) es de óxido de
magnesio.
7. Generador de agua caliente y/o de vapor,
según la reivindicación 1, caracterizado porque los
mencionados medios de calentamiento (2) comprenden una carcasa
tubular en la cual se imprime un circuito de resistencia, mientras
que el mencionado elemento de demarcación es un mandril dispuesto
internamente y coaxial a la referida carcasa tubular, quedando
comprendida la cavidad entre la superficie lateral interna de dicha
carcasa tubular y la superficie lateral externa del mencionado
mandril.
8. Generador de agua caliente y/o de vapor según
una o varias de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la mencionada cavidad (4) está libre
para poder conducir la referida agua desde la antedicha entrada
(13) hasta la mencionada salida (14) a lo largo de una vía de
conducción que se despliega en forma paralela al eje de dicha
cavidad (4).
9. Generador de agua caliente y/o de vapor según
una o varias de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la mencionada cavidad (4) presenta en
su interior un alimentador helicoidal apto para poder conducir la
referida agua de la antedicha entrada (13) a la mencionada salida
(14) a lo largo de una vía de conducción que se despliega en forma
helicoidal en torno al eje de la mencionada cavidad.
10. Una cafetera caracterizada porque
presenta un generador de agua caliente y/o de vapor (1) según una o
varias de las reivindicaciones precedentes.
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