ES2382789A1 - Sistema de caldera y distribuidor para una maquina expendedora de bebidas calientes. - Google Patents
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Abstract
Sistema de caldera y distribuidor para una máquina expendedora de bebidas calientes.Comprende una caldera (1) de presión, una primera válvula (5) de tres vías, un distribuidor (2) y una tarjeta de control. La primera válvula (5) comprende un asiento (6) integrado en la caldera (1) y un piloto (7) roscado en el asiento (6). El distribuidor (2) recibe agua caliente desde la caldera (1) a través de un primer conducto (8) y comprende una pluralidad de piezas de servicio (18) conectadas consecutivamente, cada una con tres brazos (19, 20, 21), que incorporan unos medios de cierre (22) controlados por la tarjeta, que permiten dirigir agua caliente hacia un servicio de bebida seleccionada. La primera válvula (5) permite dirigir agua caliente desde la caldera (1) hacia el distribuidor (2) y aire hacia el distribuidor (2), vaciando el agua aguas abajo de la caldera (1) para que no se quede retenida y no se enfríe entre dos servicios consecutivos. La caldera (1) y el distribuidor (2) pueden estar distantes.
Description
Sistema de caldera y distribuidor para una
máquina expendedora de bebidas calientes.
La presente invención se puede incluir en el
campo técnico de las máquinas expendedoras de bebidas calientes.
En particular, el objeto de la invención trata
de un sistema caldera-distribuidor para una máquina
expendedora de bebidas calientes.
Las máquinas expendedoras de bebidas calientes
conocidas en la actualidad comprenden una caldera en la que se
calienta agua hasta unas condiciones adecuadas preestablecidas, así
como comprenden adicionalmente unos medios de conducción de dicha
agua caliente hacia un distribuidor, que a su vez dirige el agua
hacia un servicio de bebida en función de la bebida seleccionada. En
función de la necesidad o no de presurizar el agua, se distinguen
dos tipos de máquinas de bebidas calientes: las denominadas de grano
y las denominadas de soluble. Las máquinas denominadas de soluble
sirven exclusivamente bebidas calientes que no precisan de
presurizar el agua caliente, es decir, sirven tanto bebidas de
productos solubles, tales como cacao, café soluble, y similares, así
como sirven bebidas calientes del tipo infusión. Dichas máquinas de
soluble se caracterizan porque el agua empleada en el servicio del
producto puede ser empleada a presión atmosférica. Las máquinas
denominadas de grano, por el contrario, sirven alternativa o
adicionalmente productos que precisan en su elaboración del empleo
de agua a una presión no inferior a 9 bares, como por ejemplo café
molido no soluble, en sus distintas variedades.
En el caso de las máquinas de soluble, la
caldera debe ser una caldera abierta de acero inoxidable de gran
volumen. En el caso de las máquinas de grano, se emplea una caldera
presurizada cerrada, más económica.
Uno de los inconvenientes de las máquinas de
bebidas calientes es que la primera o primeras bebidas de soluble
que se sirven tras un período de ausencia de servicios son servidas
a una temperatura sensiblemente inferior de lo habitual. Esto es
debido a que el agua acumulada en los conductos que hay entre la
caldera y los distribuidores, así como los propios conductos y otros
elementos, tales como asientos de válvulas, que generalmente están
constituidos por cuerpos de latón de masa elevada, se enfrían
transcurrido un determinado período de tiempo, de modo que el
primero o los primeros servicios subsiguientes ceden parte de su
calor para calentar todos los elementos mencionados hasta las
condiciones de diseño.
Se han propuesto soluciones a dicho problema,
como son, por ejemplo, establecer una circulación de agua caliente,
bien periódicamente o bien mediante control de temperatura. Sin
embargo, este sistema no resulta suficientemente efectivo porque el
grado de enfriamiento depende en gran medida de las condiciones
exteriores a la máquina, que son extremadamente variables en función
de la ubicación de dicha máquina, lo cual requeriría de un control
excesivamente complejo para determinar las condiciones óptimas de
circulación. Como consecuencia de no establecer dicho control, la
recirculación mencionada palia los efectos del enfriamiento pero no
resuelve el problema de forma total y efectiva.
Una solución alternativa, de mayor eficacia,
consiste en producir un vaciamiento de los conductos en cada
servicio, provocando una entrada de aire en la parte final de cada
servicio. Mediante este sistema se han conseguido mejoras sensibles,
puesto que no se queda agua acumulada en los conductos entre dos
servicios consecutivos. Para implementar esta solución, se dispone
una electro válvula de tres vías en la parte superior de la caldera.
Una de las vías es la entrada de agua desde la caldera, otra es la
entrada de aire desde el exterior y la tercera es la salida de agua
hacia el distribuidor.
Sin embargo, esta solución no es definitiva: una
cantidad de agua queda retenida en los asientos de la electro
válvula, entre la caldera y las conducciones, en cada servicio, y
cuando esa agua se enfría el inconveniente persiste.
El problema técnico consiste en proporcionar una
máquina expendedora de bebidas calientes donde después de cada
servicio no quede agua fuera de la caldera y adicionalmente se
minimice la cantidad de calor cedida por los elementos exteriores a
la caldera después de cada servicio, así como la cantidad de calor
adicional necesaria para mantener el servicio de bebida caliente a
la temperatura de diseño.
La presente invención resuelve el problema
planteado por medio de un sistema de
caldera-distribuidor para una máquina expendedora de
café, donde la caldera es una caldera cerrada presurizada que
incorpora una primera válvula de tres vías conectada por un primer
conducto a un distribuidor adaptado para el servicio de bebidas
solubles.
La primera válvula de tres vías está adaptada
para soportar condiciones de presión de entre 9 y 16 bares y
comprende dos partes: un piloto, preferentemente de acero
inoxidable, y un asiento. La primera válvula presenta la
característica ventajosa de que el asiento está integrado en la
caldera, formando parte de dicha caldera. De este modo, una primera
vía de dicha primera válvula está conectada a una entrada de agua
desde la caldera, una segunda vía está conectada a una entrada
exterior de aire y una tercera vía está conectada a una salida de
agua o de aire hacia el distribuidor de bebidas de soluble. Por
bebidas de soluble se entienden en el presente documento, así como
en el campo de la técnica en el cual se incluye la presente
invención, las bebidas calientes solubles, tales como cacao, café
soluble, etc., así como las bebidas calientes de tipo infusión. La
primera válvula permite seleccionar entre: a) salida de agua desde
la caldera hacia el distribuidor de soluble; b) entrada de aire
hacia el distribuidor de soluble para que por gravedad se vacíe de
agua el conducto entre la primera válvula y el distribuidor de
soluble.
El sistema de la invención es de aplicación en
máquinas expendedoras de bebidas calientes exclusivamente del tipo
soluble, así como en el servicio de bebidas calientes de tipo
soluble en máquinas que adicionalmente incorporen bebidas de grano.
Para este último caso de máquinas de grano, la invención incorpora
una segunda válvula adicional para el servicio de grano, que no
forma parte de la invención.
Puesto que el asiento está integrado en la
caldera, tras el vaciado del primer conducto en cada servicio no
queda nada de agua retenida entre la caldera y el distribuidor, con
lo cual queda definitivamente resuelto el problema del enfriamiento
de dicha agua retenida. Adicionalmente, se consigue un ahorro en la
adquisición de la primera válvula, puesto que solo es necesario
adquirir el piloto de la primera válvula y no el conjunto piloto más
asiento.
La invención comprende adicionalmente un
distribuidor de bebidas solubles hacia el cual es conducida el agua
desde la primera válvula a través del primer conducto. El agua
procedente de la primera válvula a través del primer conducto llega
al distribuidor, que comprende consecutivamente dispuestas una
pluralidad de piezas de servicio con tres brazos. Un primer brazo
está adaptado para recibir el agua procedente de la pieza de
servicio ubicada anteriormente o, en el caso de la pieza de servicio
ubicada en primer lugar, procedente de la caldera a través del
primer conducto, así como un segundo brazo está adaptado para
conducir el agua hacia un servicio de bebida caliente seleccionada,
y un tercer brazo está adaptado para conducir el agua hacia el
primer brazo de la pieza de servicio siguiente. El tercer brazo de
la última pieza de servicio está cerrado para taponar dicha última
pieza de servicio y evitar el escape de agua. Todos primeros brazos
y terceros brazos de las piezas de servicio forman parte de un
segundo conducto. Cada pieza de servicio comprende unos medios de
cierre cuya apertura y cierre selectiva provoca la circulación de
agua a través del segundo conducto hacia el servicio de bebida
caliente seleccionado.
La invención comprende una tarjeta de control
encargada de controlar diferentes aspectos del funcionamiento de la
invención, tales como la entrada de agua en la caldera, el
calentamiento y presurización del agua en la caldera, así como la
apertura y cierre de la primera válvula y el funcionamiento de los
medios de cierre.
Preferentemente, las piezas de servicio están
fabricadas por moldeado de un material polimérico resistente a las
condiciones de presión y temperatura de funcionamiento de la
máquina. De manera preferente, el tercer brazo de cada pieza de
servicio está unido al primer brazo de la pieza de servicio
siguiente por mediación de un casquillo metálico y de juntas
estancas, resistentes a las condiciones de presión y temperatura
mencionadas. De manera preferente, se obtiene la última pieza de
servicio a través de un molde adaptado para producir una última
pieza de servicio con el tercer brazo cerrado.
Según una realización preferida, la caldera está
fabricada por medio de latón estampado. Según otra realización
preferida, la caldera está compuesta de dos cuerpos iguales unidos
por uno de sus extremos. Uno de los cuerpos presenta un taladro en
el asiento de la primera válvula, mientras que el otro cuerpo
presenta un taladro de entrada de agua.
Según una realización preferente de la
invención, la primera válvula está comandada por la tarjeta de
control, comprendiendo dicha primera válvula piloto que posee un
elemento roscado al asiento, en el interior del cual está ubicado un
núcleo móvil metálico de forma cilíndrica, que se desplaza entre una
posición que permite el paso de aire hacia el primer conducto,
tapando la salida de agua hacia el primer conducto, y otra posición
que permite el paso de agua, cerrando el paso de aire.
Según una realización preferida de la invención,
los medios de cierre de las piezas de servicio comprenden un vástago
metálico ubicado de manera estanca en el interior de dichas piezas
de servicio, adaptado para ser excitado de manera electromagnética
por un núcleo fijo metálico cercano. El desplazamiento del vástago
permite, sin impedir la circulación de agua a través de todo el
segundo conducto, seleccionar el paso de agua hacia el segundo brazo
de la pieza de servicio asociada a la bebida caliente
seleccionada.
Debido a que no existen solicitaciones de
presión en el interior del distribuidor, las piezas de servicio no
necesitan ser de tipo metálico, por lo que preferentemente se
emplean piezas de servicio de materiales poliméricos de calidad
alimentaria, tales como por ejemplo el polisulfón.
De manera preferente y ventajosa, el
distribuidor no está necesariamente ubicado en una posición
adyacente a la caldera, sino que el primer conducto puede ser lo
suficientemente largo como para permitir la ubicación del
distribuidor dentro de la máquina de bebidas calientes en un lugar
distante de la caldera que resulte más conveniente por motivos de
espacio o de cualquier otra índole. La distancia del distribuidor a
la caldera, esto es, la longitud del conducto, ya no es, según lo
expuesto, un parámetro crítico con la ventaja de aportar
flexibilidad de diseño, ya que no resulta necesario ubicar el
distribuidor adyacente a la caldera.
Mediante la presente invención se consigue que
la temperatura de las bebidas calientes de soluble no sea
dependiente de la temperatura del último servicio ni del tiempo
transcurrido desde dicho último servicio.
Adicionalmente, la invención proporciona mayor
flexibilidad de diseño y construcción, evitando las restricciones de
diseño asociadas a la necesidad de disponer el distribuidor
adyacentemente a la caldera, tal como se ha comentado
anteriormente.
El vaciado de agua después de cada servicio
aumenta la robustez de la instalación, puesto que, al no existir
agua en ninguno de los conductos entre la caldera y el distribuidor,
no se producen depósitos de cal en la primera válvula ni en las
piezas de servicio, con lo que se aumenta su duración.
El hecho de no necesitar adquirir más que los
pilotos de la primera válvula, puesto que los asientos forman parte
de la caldera, abarata sensiblemente el coste de la máquina de
bebidas calientes. Otra fuente de ahorro supone el empleo de piezas
de servicio de materiales poliméricos, de coste más reducido que las
electro válvulas metálicas.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en sección del
conjunto caldera más distribuidor.
Figura 2.- Muestra una vista en sección de la
caldera.
Figura 3.- Muestra una vista en sección del
distribuidor.
Tal como se aprecia en la figura 1, la invención
se refiere a un sistema caldera (1) más distribuidor (2) de empleo
en una máquina expendedora de bebidas calientes de tipo soluble y/o
infusión.
En la figura 2 se aprecia que el sistema de
caldera (1) y distribuidor (2) de la invención comprende una caldera
(1) presurizada cerrada compuesta por dos cuerpos (3) iguales
fabricados por estampación de latón unidos de manera estanca, así
como comprende adicionalmente un distribuidor (2) adaptado para
dirigir agua caliente procedente de la caldera (1) hacia un servicio
de bebida caliente de tipo soluble o infusión previamente
seleccionada. La caldera (1) comprende adicionalmente una toma (4)
de agua procedente de un depósito (no mostrado) llenado con agua de
red.
Siguiendo con la figura 2, el sistema incorpora
una primera válvula (5) de tres vías que comprende un asiento (6) y
un piloto (7). El asiento (6) está integrado ventajosamente en uno
de los cuerpos (3) de la caldera (1). Los cuerpos (3) son
sustancialmente iguales e intercambiables, por motivos de economía
de moldes y sencillez de fabricación. De este modo, uno de los
cuerpos (3) tiene mecanizada la toma (4) de agua a la caldera (1),
mientras que el otro cuerpo (3) tiene mecanizados sobre el asiento
(6) la salida de agua y aire hacia el distribuidor y la unión con el
piloto (7).
Resulta sencillo incorporar el piloto (7) por
simple roscado sobre el asiento (6) mecanizado o mediante unión
funcionalmente equivalente. La primera válvula (5) está conectada
por medio de un primer conducto (8) de teflón, o material
funcionalmente equivalente, al distribuidor (2).
La primera válvula (5) es una electro válvula de
tres vías. La primera vía está conectada a la toma (4) de agua desde
la caldera (1), mientras que la segunda vía está conectada a una
entrada exterior (13) de aire y la tercera vía está conectada a una
salida de agua hacia el distribuidor (2).
Una tarjeta de control (no mostrada) controla el
funcionamiento del sistema caldera (1) más distribuidor (2) y de la
máquina expendedora de bebidas calientes en general. En particular,
la tarjeta de control controla que mediante la primera válvula (5)
se seleccione el tránsito de agua desde la caldera (1) hacia el
distribuidor (2) a través del primer conducto (8), o el tránsito de
aire hacia el distribuidor (2) a través del primer conducto (8).
Mediante el tránsito de aire a través del primer
conducto (8) hacia el distribuidor (2) se produce en cada servicio
un vaciado de agua del primer conducto (8) aguas abajo de la caldera
(1), por gravedad. De este modo se evita la retención de agua entre
dos servicios consecutivos en todos los elementos ubicados a
continuación de la caldera, que son el piloto (5), el primer
conducto (8), y el segundo conducto, con lo cual no se produce el
enfriamiento de dicha agua retenida en el caso de que dichos
servicios consecutivos estén separados considerablemente en el
tiempo.
El piloto (7) de la primera válvula (5)
comprende un elemento (14) roscado al asiento (6), en el interior
del cual está ubicado un núcleo móvil (15) metálico de forma
cilíndrica, desplazable en dirección vertical en el interior del
elemento (14) por medio de excitación electromagnética inducida por
una bobina (16). Cuando la bobina (16) induce un campo
electromagnético, el interior del elemento (14), a excepción del
núcleo móvil (15), está lleno de agua, por lo cual el núcleo móvil
(15) presenta una ranura (no mostrada) a lo largo de una generatriz
que permite reducir el rozamiento viscoso, facilitando el
desplazamiento vertical de dicho núcleo móvil (15). En condiciones
de no excitación electromagnética, un primer resorte (17) mantiene
el núcleo móvil (15) en posición inferior cerrando el paso de agua
desde al caldera (1) hacia el primer conducto (8). En este caso, la
entrada exterior (13) de aire está abierta y se permite el paso de
aire desde el exterior hacia el primer conducto (8). Cuando se
produce excitación electromagnética, el campo creado por la bobina
(16) impulsa el núcleo móvil (15) hacia arriba, venciendo la
resistencia del primer resorte (17) hasta que dicho núcleo móvil
(15) impide el paso de aire desde el exterior hacia el primer
conducto (8). De este modo, queda abierto el paso de agua desde la
caldera (1) hacia el primer conducto (8).
Tal como se aprecia en la figura 3, la invención
incorpora un distribuidor (2) adaptado para conducir el agua
caliente a un servicio de bebida caliente soluble o de tipo infusión
seleccionada. El agua caliente accede al distribuidor (2) a través
del primer conducto (8). El distribuidor (2) comprende una
pluralidad de piezas de servicio (18) conectadas en serie a
continuación unas de otras. Cada una de las piezas de servicio (18)
comprende tres brazos (19, 20, 21). Un primer brazo (19) de entrada
está adaptado para recibir el agua procedente de la pieza de
servicio (18) ubicada anteriormente (en el caso de la pieza de
servicio (18) ubicada en primer lugar, procedente del primer
conducto (8)), así como un segundo brazo (20) está adaptado para
conducir el agua desde el primer conducto (8) hacia un servicio de
bebida caliente seleccionada, y un tercer brazo (21) está adaptado
para conducir el agua hacia el primer brazo (19) de la pieza de
servicio (18) siguiente. El tercer brazo (21) de la última pieza de
servicio (18) está cerrado para evitar el escape de agua. Todos
primeros brazos (19) y terceros brazos (21) de las piezas de
servicio (18) forman parte de un segundo conducto. Cada pieza de
servicio (18) comprende unos medios de cierre (22) cuya apertura y
cierre selectiva, controlada por la tarjeta de control, produce la
circulación de agua a través del segundo conducto hacia el segundo
brazo (20) correspondiente al servicio de bebida caliente
seleccionada.
Las piezas de servicio (18) están fabricadas por
moldeo de un material polimérico resistente a las condiciones de
presión y temperatura propias del sistema. El material es
preferentemente polisulfón. El tercer brazo (21) de una pieza de
servicio (18) está unido al primer brazo (19) de la pieza de
servicio (18) dispuesta a continuación por medio de un casquillo
(23) metálico y segundas juntas de estanqueidad (11).
Los medios de cierre (22) comprenden un vástago
(24) metálico ubicado de manera estanca en el interior de las piezas
de servicio (18), adaptado para ser excitado de manera
electromagnética por un núcleo fijo (25) metálico cercano. El
desplazamiento controlado de todos los vástagos (24) en conjunto,
comandado por la tarjeta de control, determina la circulación de
agua a través de todo el segundo conducto, así como la salida de
agua exclusivamente por el segundo brazo (20) de la pieza de
servicio (18) asociada a la bebida caliente seleccionada. Un segundo
resorte (12) favorece el desplazamiento del vástago (24).
Claims (6)
1. Sistema de caldera (1) y distribuidor (2)
para una máquina expendedora de bebidas calientes, que
comprende:
- una caldera (1) cerrada presurizada, que
comprende una toma (4) de agua,
- una primera válvula (5) de tres vías, que
comprende un asiento (6) y un piloto (7) unido a dicho asiento (6),
dispuesta dicha primera válvula (5) en situación adyacente a la
caldera (1), donde una primera vía está conectada a una entrada de
agua desde la caldera (1), una segunda vía está conectada a una
entrada (13) de aire exterior y una tercera vía está conectada a una
salida de agua o de aire hacia un distribuidor (2), estando la
primera válvula (5) adaptada para selectivamente:
- a)
- permitir la circulación de agua hacia el distribuidor (2) por la tercera vía a través de la primera vía, o
- b)
- permitir la circulación de aire hacia el distribuidor (2) por la tercera vía a través de la segunda vía,
- un distribuidor (2) de bebidas calientes
solubles y/o infusiones, conectado con la primera válvula (5) a
través de un primer conducto (8), adaptado el distribuidor (2) para
permitir el paso de agua hacia la bebida caliente seleccionada,
y
- una tarjeta de control adaptada para controlar
la apertura de la primera válvula (5) y el funcionamiento del
distribuidor (2),
caracterizado porque el asiento (6) de la
primera válvula (5) está integrado en la caldera (1), para permitir
el vaciado del primer conducto (8) y la ausencia de agua aguas abajo
de la caldera (1) hasta el distribuidor (2).
2. Sistema de caldera (1) y distribuidor (2)
para una máquina expendedora de bebidas calientes de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el distribuidor (2)
comprende una pluralidad de piezas de servicio (18), conectadas
consecutivamente, cada una de las cuales comprende tres brazos (19,
20, 21), donde el primer brazo (19) de entrada está adaptado para
permitir la entrada de agua desde el primer conducto (8) o desde la
pieza de servicio (18) anterior, el segundo brazo (20) está adaptado
para conducir el agua hacia un servicio de bebida seleccionado y el
tercer brazo (21) está adaptado para permitir la salida de agua
hacia el primer brazo (19) de la pieza de servicio (18) siguiente,
comprendiendo el distribuidor (2) adicionalmente unos medios de
cierre (22) que permiten la circulación selectiva de agua a través
de un segundo conducto constituido por los primeros brazos (19) y
los terceros brazos (21) de las piezas de servicio (18) hacia
exclusivamente el segundo brazo (20) de la pieza de servicio (18)
relacionada con el servicio de bebida caliente seleccionada.
3. Sistema de caldera (1) y distribuidor (2)
para una máquina expendedora de bebidas calientes de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la caldera (1) está
conformada por dos cuerpos (3) estampados unidos entre sí.
4. Sistema de caldera (1) y distribuidor (2)
para una máquina expendedora de bebidas calientes de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque los cuerpos (3) son
sustancialmente iguales e intercambiables, así como uno de los
cuerpos (3) tiene mecanizada la toma (4) de agua a la caldera (1),
mientras que el otro cuerpo (3) tiene mecanizado sobre el asiento
(6) la salida de agua y aire hacia el distribuidor (1) y la unión
con el piloto (7).
5. Sistema de caldera (1) y distribuidor (2)
para una máquina expendedora de bebidas calientes según la
reivindicación 2, caracterizado porque los primeros y los
terceros brazos (21) forman un segundo conducto, estando cada tercer
brazo (21) de una pieza de servicio (18) unido de manera estanca al
primer brazo (19) de la pieza de servicio (18) siguiente por medio
de casquillos (23) de cierre metálicos.
6. Sistema de caldera (1) y distribuidor (2)
para una máquina expendedora de bebidas calientes de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la caldera (1) y el
distribuidor (2) están en disposición distante unidos por el primer
conducto
(8).
(8).
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