ES2350473T3 - Dispositivo para preparar agua caliente y máquina de café provista de tal dispositivo. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo (30) para preparar agua caliente, provisto de una bomba de presión (34) con una tubería de suministro (33) para suministrar agua relativamente fría a la bomba de presión y una salida (35) conectada a una tubería de calentamiento (37, 38) que está en contacto intercambiante del calor con un cuerpo de calentamiento, con una salida en el tubo de calentamiento (37, 38), y un soporte del café (42), conectado al tubo de calentamiento (37, 38), para acomodar un lecho de café (43), donde el cuerpo de calentamiento comprende un depósito (36) que está conectado abiertamente al ambiente, con un elemento de calentamiento (40) y agua en el depósito como medio de intercambio del calor, un depósito de agua fría (31) que está en comunicación abierta con los alrededores estando conectado a la entrada de la bomba de presión (34), caracterizado por el hecho de que una tubería de desvío (54) conecta la entrada (57') y salida (35) de la bomba de presión (34) la una a la otra, con una válvula accionada por presión (56) en la tubería de desvío, un caudalímetro (52) siendo incorporado en un conducto entre el depósito de agua fría (31) y la bomba a presión (34), siendo conectada una salida de la señal del caudalímetro a un dispositivo de regulación (55) para la operación de la bomba de presión (34), en donde la entrada de la bomba a presión (34) está en comunicación fluida abierta con el depósito de agua fría (31) mediante el caudalímetro (52), en donde el depósito (36) está conectado con una tubería de suministro de agua (46) y con una tubería de entrega de agua caliente (47) para entregar agua caliente del depósito, comprendiendo la salida una válvula de salida accionada eléctricamente (39), un dispositivo de entrega accionado eléctricamente (48) que está incorporado en la tubería de entrega de agua caliente (47), el dispositivo de regulación (55) estando conectado a la válvula de salida eléctricamente accionada (39) y al dispositivo de entrega (48) para su operación, y donde el dispositivo de regulación (55) está conectado a una unidad de selección accionada por el usuario (60) para seleccionar la operación de la válvula de salida (39) o del dispositivo de entrega (48) en la tubería de entrega de agua caliente (47).
Description
Dispositivo para preparar agua caliente y
máquina de café provista de tal dispositivo.
La invención se refiere a un dispositivo para
preparar agua caliente provisto de una bomba de presión con una
tubería de suministro para suministrar agua relativamente fría a la
bomba de presión y una salida conectada a una tubería de
calentamiento, que está en contacto intercambiante del calor con un
cuerpo de calentamiento, con una válvula de salida en la tubería de
calentamiento y un soporte de café, conectado al tubo de
calentamiento, para acomodar un lecho de café, por lo cual el cuerpo
de calentamiento comprende una reserva que está conectada
abiertamente al ambiente, con un elemento de calentamiento y agua en
la reserva como medio de intercambio del calor.
Tal dispositivo es conocido, por ejemplo, en una
máquina de expreso que se describe en US-5,498,757.
En tal unidad, el extracto de café es obtenido forzando agua no
hervida a una temperatura de aproximadamente 85ºC a 105ºC a través
de un lecho de café molido a una presión de aproximadamente 10 bar,
como resultado de lo cual los requeridos sabores y sustancias
aromáticas acaban en el agua. De esta manera entre 25 ml y 130 ml de
extracto de café se producen con aproximadamente 15 g de café
molido.
Cuando se prepara café, es usado un aparato
especialmente diseñado que más o menos, lleva a cabo el
procedimiento de producción de café automáticamente. En la mayoría
de estos aparatos el agua fría es presurizada con una bomba, a fin
de entonces ser pasada a través de un elemento de calentamiento
donde es calentada a la temperatura requerida. La presión requerida
es conseguida presionando el lecho de café molido a una masa más o
menos compacta que restringe el flujo de agua a través de ella,
consiguiendo así una acumulación de presión.
A fin de reducir la presión después del proceso
de producción de café, el flujo de agua es llevado a una salida
abierta después de lo cual el agua restante se dirige generalmente a
un drenaje.
El drenaje de agua todavía restante en el
sistema también previene que hierva esta agua restante como
resultado del sobrecalentamiento y producción de vapor, o la
expansión del agua fría aún presente, que en ambos casos podría
llevar a un incremento inaceptable en la presión como resultado de
lo que podrían ocurrir daños en el sistema. La desventaja de drenar
el agua caliente es, no obstante, que el conocido sistema no es
eficaz en cuanto al uso de agua caliente. Además, un drenaje
especial tiene que ser aplicado que se conecta bien a un drenaje de
agua central, o tiene que recoger el agua en un depósito que
entonces se debe vaciar regularmente.
Como el conocido tubo de calentamiento está en
contacto por intercambio del calor con el agua en el depósito que
está abierto a la atmósfera, por ejemplo por el paso de la tubería
de calentamiento a través del depósito, la temperatura del agua en
la tubería de calentamiento nunca puede ser superior al punto de
hervor del agua. De esta manera se previenen la formación indeseable
de vapor y acumulación de presión en la tubería de
calentamiento.
Al hacer café, la bomba de presión debe forzar
el agua presurizada a través de la tubería de calentamiento al lecho
de café. Dimensionando correctamente la tubería de calentamiento, se
alcanza la temperatura correcta. Al cerrar la válvula de
dispensación, la presión en la sección aguas abajo de la válvula de
dispensación es equivalente a la presión atmosférica.
Un inconveniente del conocido dispositivo es que
la bomba está conectada mediante una válvula de exceso de presión al
intercambiador térmico. Cuando la presión en la tubería aguas arriba
del intercambiador térmico incrementa, esta válvula de exceso de
presión libera agua a los alrededores. Se requieren dispositivos por
separado para recoger esta agua, lo que hace el conocido dispositivo
relativamente complejo. Además, en el caso de un exceso de presión,
tiene lugar una pérdida de agua, como resultado de lo cual ocurren
pérdidas innecesarias de energía.
Es por tanto, un objetivo de la invención
proporcionar un dispositivo para prepara agua caliente que es de
baja complejidad. Otro objetivo más de la invención es proporcionar
un dispositivo para preparar agua caliente en el que un dispositivo
de seguridad de exceso de presión está incorporado que limita la
pérdida de energía. Otro objetivo es proporcionar un dispositivo que
es relativamente compacto.
A este fin, un dispositivo de conformidad con la
invención es definido, como en la reivindicación 1.
Aplicando una línea de derivación paralela a la
bomba de presión, en el caso de incrementar fuertemente la presión,
el agua se puede suministrar al lado de succión de la bomba, el lado
de succión de la cual está conectado a la atmósfera mediante el
depósito. De esta manera, en el caso de un exceso de presión, no es
necesario retirar externamente agua del dispositivo, de modo que no
son necesarias ningunas provisiones adicionales para la recogida de
agua o drenaje. Como resultado de esto, el dispositivo se puede
diseñar de forma relativamente sencilla. En adición, en el caso de
un exceso de presión el agua caliente fluirá al lado de baja presión
de la bomba y en el siguiente ciclo de entrega se devolverá por la
bomba al intercambiador térmico, preservando la calor contenida. De
esta manera el dispositivo de conformidad con la invención se puede
diseñar para poder ahorrar relativamente energía. Como la tubería de
calentamiento no tiene una válvula de exceso de presión adicional
entre la bomba y el intercambiador térmico, esta tubería se puede
diseñar para ser relativamente corta y la bomba se puede colocar
relativamente cerca de la tubería de calentamiento, de modo que se
obtiene un dispositivo compacto.
El depósito está conectado a una tubería de
suministro de agua y a una tubería de entrega de agua caliente para
suministrar agua caliente del depósito. El agua caliente en el
depósito puede en adición a intercambio térmico ser usada para la
preparación de agua caliente con la cual se puede preparar agua
caliente y bebidas que no sean café, tales como té, chocolate, sopas
de sobre y similares.
Una segunda bomba se puede conectar a la tubería
de suministro del agua, que es diseñada para suministrar agua al
depósito, mientras la bomba de presión no opera si no se está
haciendo café. La segunda bomba se puede incorporar en la tubería de
suministro de la bomba de presión, por lo cual esta tubería de
suministro está conectada al depósito mediante una tubería
ramificada. En una forma alternativa de la forma de realización, la
segunda bomba está conectada con una tubería de suministro paralela
que se abre directamente en el depósito de agua caliente.
La tubería de suministro de la bomba de presión
tiene un caudalímetro integrado en el que está conectado a una
unidad de regulación para controlar al menos una bomba en base al
volumen que fluye a través del caudalímetro por cada unidad de
tiempo. Con el caudalímetro la cantidad de agua suministrada al
depósito puede ser determinada con precisión, por lo cual la segunda
bomba se controla por la unidad de regulación en base a la señal de
entrada que se origina del caudalímetro.
Alternativamente la segunda bomba está conectada
mediante la tubería de suministro paralela al depósito y la cantidad
de agua suministrada al depósito es determinada por el tiempo
operativo y velocidad de la segunda bomba.
La unidad de regulación está conectada
preferiblemente a una unidad de selección accionada por el usuario
para seleccionar la válvula de entrega o la válvula en la tubería de
entrega de agua caliente.
Una forma de realización de la invención se
describirá en más detalle usando los adjuntos dibujos. En los
dibujos
La Fig. 1 muestra esquemáticamente un
dispositivo de conformidad con la técnica anterior;
La Fig. 2 muestra una visión esquemática de
conjunto de una primera forma de realización de un dispositivo de
conformidad con la invención; y
La Fig. 3 muestra una visión de conjunto
esquemática de una forma de realización en la que una tubería de
suministro adicional está provista entre el depósito de agua fría y
el depósito de agua caliente.
La Fig. 1 muestra una máquina de producción de
café de conformidad con la técnica anterior con un depósito de agua
fría 10 al que es adicionada agua fría, de un suministro de agua
principal por ejemplo, mediante un grifo 20. Un sensor de nivel 18
en el depósito 10 está conectado a un regulador 19 que opera el
grifo 20. Mediante una bomba 15, se lleva agua del depósito a la
unidad de calentamiento 11 que está generalmente llena de agua que
se mantiene, por ejemplo, a una temperatura de 100ºC por medio del
elemento de calentamiento 17. El elemento de calentamiento es
controlado por un regulador 21 que también opera la bomba 15 en base
de la medición de valores originado del caudalímetro 22. Mediante la
tubería de calentamiento 14, agua caliente puede fluir al soporte 13
en el que un lecho de café 16 está presente en forma prensada. En
caso de una acumulación de presión de aprox. 10 bar el extracto de
café puede fluir a una taza 18. Tal dispositivo se describe en NL
1023023 a nombre del solicitante.
Mediante una válvula 8, que es operada por el
regulador 21, después de hacer café el agua es retirada de la
tubería 14 a una tubería de salida 9, y de allí a un depósito de
recogida o a un drenaje.
La figura 2 muestra un dispositivo 30 de
conformidad con la invención, con un depósito de agua fría 31 que
mediante una bomba 32 está conectado a una tubería de suministro 33.
La tubería de suministro 33 se abre en una bomba de presión 34 que
en su lado de salida 35 está conectado a un depósito de agua
caliente 36. La tubería de calentamiento se extiende a lo largo de
un trayecto serpenteante en el depósito de agua caliente 36, por
ejemplo en forma de una bobina 37, y está conectado mediante una
tubería 38 a una válvula de salida 39. Mediante la válvula de salida
39, agua presurizada puede ser suministrada a un soporte de café 42
conteniendo un lecho 43 encerrado y comprimido de café molido.
Mediante una tubería ramificada 45 la bomba 32
está conectada al tubo de suministro de agua 46 del depósito de agua
caliente 36. El depósito 36 comprende un elemento de calentamiento
40 y está conectado abiertamente a la atmósfera. El agua caliente
puede, mediante una tubería de entrega de agua caliente 47, ser
suministrada del depósito 36 a un cabezal de entrega 48 para
entregar agua caliente a un usuario.
El depósito de agua fría 31 está conectado a una
tubería de suministro 50 que mediante una válvula 51 suministra agua
al depósito 31. Un caudalímetro 52, que se conecta a una unidad de
control 55, se coloca en la tubería 33.
Una válvula de presión regulada 56 se conecta al
lado de salida 35 de la bomba de presión 34 con el lado de entrada
57'.
Una unidad de regulación 55 también está
provista que con una salida 59 está conectada (en la figura los
contactos eléctricos se muestran esquemáticamente por una línea
discontinua) con la segunda bomba 32 y con la bomba de presión 34
para la alternación del encendido y apagado de las bombas. Una
unidad de regulación 55 con una salida 61 se conecta a un elemento
de calentamiento 40, con una salida 64 con el cabezal de entrega 48.
En una entrada 57 la unidad de regulación 55 también recibe una
medición del caudal originado del caudalímetro 52 y en una entrada
58 un valor de entrada originado de una unidad de selección 60.
Cuando se hace café, el usuario, mediante la
unidad de selección 60 avanza la selección a la unidad de regulación
55 de modo que esto establece el dispositivo 30 en la correcta
condición operativa. A través de la unidad de regulación 55 (cuando
se selecciona hacer café por el usuario) la bomba de presión 34 se
enciende y la válvula de entrega 39 se abre. El elemento de
calentamiento 40, que está conectado a un sensor de la temperatura
en el depósito 36, es operado entonces de modo que el agua en el
depósito 36 se mantiene a una temperatura constante. El agua fría
que se bombea por la bomba de presión 34 a través de la bobina 37 se
calienta a una temperatura de aproximadamente 97ºC. Mediante la
válvula abierta 39 el agua caliente es forzada a través del lecho de
café a una presión de aproximadamente 10 bar.
Después de entregar una predeterminada cantidad
de agua, que se especifica precisamente en la unidad de regulación
55 en base a los valores que originan del caudalímetro, la válvula
de entrega 39 se cierra de modo que la presión en el lecho de café
43 y en el tubo entre el soporte 42 y la válvula de entrega 39 puede
volver a la presión atmosférica.
A fin de restringir la presión en los tubos 35,
38 y para prevenir un incremento en presión, por ejemplo como un
resultado de la expansión del agua fría que es calentada en estos
tubos, el lado de salida 35 de la bomba de presión 34 es conectada
al lado de entrada 57' de la bomba de presión 34 a modo de una línea
de cortocircuito 54 y una válvula accionada por resorte 56.
Cuando se entrega agua caliente mediante el
cabezal de entrega 48, la selección de esta por el usuario es
transmitida a la unidad de regulación 55, es transmitida mediante la
unidad de selección 60, por ejemplo presionando o girando un botón.
Entonces la unidad de regulación 55, con la válvula 39 cerrada,
enciende la segunda bomba 32 y agua fría es bombeada del tubo 46 al
depósito 36, y agua caliente, preferiblemente a una temperatura de
entre 85ºC y 97ºC es transportada del depósito 36 mediante el tubo
47 al cabezal de entrega 48.
En la forma de realización de conformidad con la
figura 3 una tubería de suministro paralela 33' se incorpora entre
el depósito de agua fría 31 y el depósito de agua caliente 36. Esto
es ventajoso en aquellos casos cuando la bomba bien puede,
suministrar insuficiente flujo a la bomba de presión 34 o causar
demasiada turbulencia en el caudalímetro 52 de modo que la operación
de estos sea perjudicada. A modo del tubo paralelo 33' el agua se
suministra al depósito de agua caliente 36, mientras sólo la
cantidad del agua suministrada a la bomba de presión 34 es medida
por el caudalímetro. La cantidad de agua entregada al depósito de
agua caliente 36 es determinada por el rendimiento de la bomba
conocido de la bomba 32, multiplicado por la duración de tiempo que
la bomba 32 está en operación.
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Esta lista de referencias citada por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector. No forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con 5 la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
US 5498757 A [0002]
NL 1023023 [0018]
Claims (5)
1. Un dispositivo (30) para preparar agua
caliente, provisto de una bomba de presión (34) con una tubería de
suministro (33) para suministrar agua relativamente fría a la bomba
de presión y una salida (35) conectada a una tubería de
calentamiento (37, 38) que está en contacto intercambiante del calor
con un cuerpo de calentamiento, con una salida en el tubo de
calentamiento (37, 38), y un soporte del café (42), conectado al
tubo de calentamiento (37, 38), para acomodar un lecho de café (43),
donde el cuerpo de calentamiento comprende un depósito (36) que está
conectado abiertamente al ambiente, con un elemento de calentamiento
(40) y agua en el depósito como medio de intercambio del calor, un
depósito de agua fría (31) que está en comunicación abierta con los
alrededores estando conectado a la entrada de la bomba de presión
(34),
caracterizado por el hecho de que una
tubería de desvío (54) conecta la entrada (57') y salida (35) de la
bomba de presión (34) la una a la otra, con una válvula accionada
por presión (56) en la tubería de desvío, un caudalímetro (52)
siendo incorporado en un conducto entre el depósito de agua fría
(31) y la bomba a presión (34), siendo conectada una salida de la
señal del caudalímetro a un dispositivo de regulación (55) para la
operación de la bomba de presión (34), en donde la entrada de la
bomba a presión (34) está en comunicación fluida abierta con el
depósito de agua fría (31) mediante el caudalímetro (52), en donde
el depósito (36) está conectado con una tubería de suministro de
agua (46) y con una tubería de entrega de agua caliente (47) para
entregar agua caliente del depósito, comprendiendo la salida una
válvula de salida accionada eléctricamente (39), un dispositivo de
entrega accionado eléctricamente (48) que está incorporado en la
tubería de entrega de agua caliente (47), el dispositivo de
regulación (55) estando conectado a la válvula de salida
eléctricamente accionada (39) y al dispositivo de entrega (48) para
su operación, y donde el dispositivo de regulación (55) está
conectado a una unidad de selección accionada por el usuario (60)
para seleccionar la operación de la válvula de salida (39) o del
dispositivo de entrega (48) en la tubería de entrega de agua
caliente (47).
2. Un dispositivo (30) según la reivindicación
1, en donde una segunda bomba (32) está conectada con la tubería de
suministro de agua (46).
3. Dispositivo (30) de conformidad con la
reivindicación 2, donde la segunda bomba (32) está incorporada en la
tubería de suministro (33) de la bomba a presión (34), donde el tubo
de suministro (46) está conectado al depósito (36) mediante una
tubería ramificada (45).
4. Dispositivo (30) de conformidad con la
reivindicación, donde una tubería de suministro paralela (33') está
conectada por un lado a la segunda bomba (33) y por el otro al
depósito (36).
5. Una máquina de hacer café provista de un
dispositivo (30) de conformidad con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes.
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