ES2587335T3 - Dispositivo calefactor con un termobloque integrado para una máquina de preparación de bebidas - Google Patents

Abstract

Una combinación de un medidor de flujo (95) y placa de circuito impreso (4) o impresión flexible, cuya placa o impresión flexible se conecta rígidamente a un medidor de flujo magnético, en donde el medidor de flujo comprende: un detector de campo magnético, tal como un sensor de estancia (90'), que se incorpora en la placa de circuito impreso o impresión flexible y una hélice o turbina magnética que se sitúa dentro de un conducto (5') o tubería que se dispone para la circulación de líquido y que está rígidamente fijado a la placa de circuito impreso o impresión flexible.

Description

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Con la evitación del empleo de cables flexibles, deformables, se reduce el número de operaciones durante el proceso del conjunto de una máquina de preparación de alimento líquido y bebidas, en particular se reduce el número de intervenciones humanas. Por tanto los costes de fabricación y montaje se reducen correspondientemente así como los riesgos de fallo debido a error humano. Con la evitación de conexiones de cable flexible y deformable puede aumentarse la automatización del conjunto.

Breve descripción de los dibujos

El invento se describirá ahora con referencia a los dibujos esquemáticos, en donde:

La figura 1 muestra un dispositivo calefactor que incorpora un termobloque y una placa de circuito impreso en su alojamiento de conformidad con el invento;

Las figuras 2 y 3 muestran detalles adicionales de la misma placa de circuito impreso en su alojamiento;

La figura 4 muestra una placa de circuito impreso con un medidor de flujo de conformidad con el invento;

Las figuras 5 y 6 muestran el montaje de un componente de energía eléctrica a una masa de metal de un termobloque y a una placa de circuito impreso de conformidad con el invento;

Las figuras 7 a 9 muestran el conjunto de un sensor a una masa de metal de un termobloque y a una placa de circuito impreso de conformidad con el invento;

La figura 10 muestra una conexión de energía eléctrica entre un componente de energía en la masa de metal y una placa de circuito impreso de un termobloque de conformidad con el invento;

Las figuras 11a y 11b ilustran una deflexión de conformidad con una primera dirección de la conexión de energía mostrado en la figura 10;

Las figuras 12a y 12b ilustran una deflexión de conformidad con una segunda dirección de la conexión de energía mostrado en la figura 10; y

La figura 13 muestra un dispositivo de calentamiento con un termobloque y un circuito impreso flexible de conformidad con el invento.

Las figuras 14 y 15 ilustran esquemáticamente dos modalidades del invento de un circuito eléctrico de una máquina de bebidas con un fusible de seguridad reversible por el usuario de conformidad con el invento.

Descripción detallada

La figura 1 muestra una vista en explosión de un dispositivo de calentamiento de una máquina de preparación de alimento líquido o bebida, en donde el líquido circula a través de un termobloque y luego es guiado a una cámara de formación de bebidas para la formación de un ingrediente de alimento o bebida suministrado en la cámara formadora de bebidas. Por ejemplo, se suministra un ingrediente formador de bebida a la máquina en forma preempaquetada, por ejemplo contenida en una cápsula o una vaina. Típicamente, ese tipo de máquina de preparación de alimento líquido o bebida es apropiado para preparar café, té y/u otras bebidas o aún sopas y preparados alimenticios similares. La presión del líquido que circula en la cámara formadora de bebidas puede alcanzar, por ejemplo, alrededor de 10 a 20 atm.

El dispositivo de calentamiento incorpora un termobloque y una placa de circuito impreso de conformidad con el invento. Las figuras 2 y 3 muestran otros detalles de la placa de circuito impreso 4 en su alojamiento 3 del dispositivo calefactor de la figura 1.

El dispositivo de calentamiento mostrado en las figuras 1 a 3 tiene un termobloque con una masa de metal de aluminio 1 y un bloque funcional 2 que incluye un alojamiento de plástico térmico y eléctricamente aislante 3 que contiene una placa de circuito impreso 4.

La masa de metal 1 incorpora una admisión de agua, una salida de agua y un conducto de calentamiento de agua que se extiende entre estos parta formar un paso de flujo libre rígido (no mostrado) para guiar agua en circulación de un depósito de agua vía una bomba a través de la masa de metal 1.

Como se ha indicado antes el conducto de calentamiento puede comprender una porción de flujo superior seguida de una porción de flujo descendente, por ejemplo porciones de un conducto generalmente helicoidal que se extiende a lo largo de un eje horizontal o inclinado no vertical. Estas porciones de flujo superior y descendentes pueden tener una sección transversal estrechada para promover una velocidad en aumento del agua que pasa a lo largo para inhibir una acumulación de burbujas en la porción de flujo superior empujándolas hacia abajo de la porción de flujo

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descendente mediante el flujo de aguas con velocidad aumentada. En esta configuración el conducto se dispone de modo que el tamaño de su sección transversal cambie a lo largo de la cámara, para aumentar la velocidad de flujo en áreas, usualmente áreas superiores, que podrán de otro modo servir para capturar burbujas, en particular burbujas de vapor. La velocidad de líquido aumentada en estas áreas “lava” todas las posibles burbujas apartándolas de estas áreas con el flujo rápido de líquido en estas áreas. Para evitar sobrecalentamiento en estas áreas con sección transversal reducida, puede reducirse la energía de calentamiento en las partes correspondientes del calentador, por ejemplo, ajustando los medios resistentes en estas partes.

En una variación este conducto tiene una sección transversal reducida a lo largo de toda la longitud para proporcionar una velocidad suficiente del flujo de agua para eliminar posibles burbujas de vapor formadas durante el calentamiento.

La masa de metal 1 del termobloque incluye además una abertura 1b que forma o ancla rígidamente una parte ascendente de la cámara formadora de bebida (no representado) de modo que el paso rígido de la masa de metal 1 se extiende en la cámara formadora de bebida. La máquina de preparación de alimento líquido o bebida comprende también una parte descendente (no mostrada) que tiene una salida de alimento líquido o bebida y que coopera con la parte ascendente para formar la cámara formadora de bebida, la parte descendente y la parte ascendente pueden ser móviles independientemente y móviles conjuntamente para el suministro en la cámara formadora de bebidas y la evacuación de la cámara formadora de bebida del ingrediente.

Típicamente la parte ascendente de la cámara formadora de bebida integrada en el termobloque, se fijará en la máquina de preparación de alimento líquido o bebida y la parte descendente de la cámara formadora de bebidas será móvil. La cámara formadora de bebidas puede tener una orientación generalmente horizontal, o sea una configuración y orientación tales que el agua fluya a través del ingrediente de alimento o bebida en la cámara formadora de bebidas a lo largo de una dirección generalmente horizontal, y la parte ascendente y/o descendente puede ser móvil en la misma dirección o en la dirección puesta del flujo de agua en la cámara. Modalidades de un termobloque y cámara formadora de bebidas se describen, por ejemplo, en la EP 07117853.7 (NO8405), cuyo contenido se incorpora aquí a título de referencia.

El bloque funcional 2 se fija a la masa de metal 1 vía broches de presión 3a del alojamiento 3 que coopera con cavidades correspondientes 1a en la superficie de la masa de metal 1 cuando el alojamiento 3 se ensambla a la masa de metal 1 en la dirección de la flecha 3’.

El alojamiento de dos partes 3 del bloque funcional 1 incluye la placa de circuito impreso 4 sobre todos los laterales, en particular en una forma sustancialmente impermeable de modo que proteja la placa 4 contra líquido y vapores en la máquina. Las dos partes del alojamiento 3 pueden ensamblarse mediante tornillos 3b o cualquier otro medio de ensamblaje apropiado, tal como corchetes, cola, soldadura, etc... El bloque funcional 2 incluye una interfase de usuario con un interruptor maestro 2a y dos interruptores de control 2b que se conectan vía el alojamiento 3 a la placa de circuito impreso 4. Es posible, evidentemente utilizar interfases más elaboradas incluyendo pantallas o pantallas táctiles. La palca de circuito impreso 4 incluye conectadores de energía 80 para suministrar energía de calentamiento eléctrico a la masa de metal 1 vía clavijas de alimentación 11 que se extienden a través de aberturas correspondientes del alojamiento 3, conectadores eléctricos adicionales 4a para uno o más dispositivos eléctricos en la máquina de preparación de alimento líquido o bebida, tal como una interfase de usuario, bomba, ventilador, válvula, elemento de enfriamiento de líquido, etc... según se requiera, y un conectador 4b a la red eléctrica para el suministro de energía eléctrica central.

El termobloque incluye componentes eléctricos, o sea un sensor de temperatura 70 conectado al miembro de enchufe 52, fusibles térmicos 75, un conmutador de energía en forma de un triac 60 en una cavidad cuya abertura se forma entre paredes sobresalientes 102 y un reostato de calentamiento (no mostrado) con clavijas de conector 11, que se fijan rígidamente en la masa de metal 1 y se conectan rígidamente a la placa de circuito impreso, como se expondrá con mayor detalle a continuación en conexión con las figuras 5 a 12b. Además, la placa de circuito impreso 4 se conecta eléctricamente a través de un conectador rígido o cable 91 a un sensor de estancia 90 de un medidor de flujo que se sitúa sobre el circuito de agua de la máquina de preparación de bebidas, típicamente entre una bomba y una fuente de agua u otro líquido tal como un depósito de agua o líquido, o entre una bomba y un dispositivo calefactor, o dentro del dispositivo de calentamiento.

Además la placa de circuito impreso 4 puede comportar un microcontrolador o procesador y eventualmente un reloj de cuarzo para controlar la intensidad de la corriente que pasa al elemento calefactor de resistencia basado en el caudal de flujo del agua circulante medido con el medidor 5 de flujo y la temperatura del agua calentada medido con el sensor de temperatura. Para aumentar la precisión del control de temperatura, pueden incorporarse uno o mas sensores de temperatura en la masa de metal 1 y/o en la cámara formadora de bebida y/o corriente arriba de la masa de metal 1 o en su entrada de agua. El controlador o procesador puede controlar también otras funciones de la máquina de preparación de alimento líquido o bebida, tal como una bomba, un detector de nivel de líquido en un depósito de suministro de agua, una válvula, una interfase de usuario, una organización de administración de energía, un suministrador de ingrediente de bebida automático tal como un molturador de café integrado o un suministrador automático de cápsulas o vainas de ingrediente, etc...

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La figura 4 ilustra otra modalidad de conformidad con el invento de un medidor de flujo 95 para una máquina de preparación de alimento líquido o bebida de conformidad con el invento. El medidor de flujo 95 incluye un sensor de estancia 90’ que se incorpora en la placa de circuito impreso 4 como un componente integrado de la placa de circuito impreso 4 o como un componente discreto montado de forma rígida o conectado a esta, típicamente mediante soldadura. El medidor de flujo 95 está también integrado en el circuito de circulación de agua 5 y se conecta a un conducto de entrada de agua 5’ y un conducto de salida de agua 5” y a la placa de circuito impreso 4 vía el sensor de estancia 90’. Los conductos de agua 5’, 5” pueden ser flexibles, por ejemplo obtenidos de silicona o rígidos para facilitar el montaje automático. El medidor de flujo 95 incluye una hélice o rotor (no mostrado) a través del cual circula agua. El flujo de agua acciona dentro del medidor de flujo 95 la hélice magnética o rotor en rotación a una velocidad angular que es proporcional a la velocidad del flujo del agua con lo que causa un giro correspondiente del campo magnético generado por la hélice magnética o rotor, que se detecta por el sensor de estancia 90’ y convierte en una señal eléctrica correspondiente sobre la placa de circuito impreso 4.

Al proporcionar el medidor de flujo 95 con el sensor de estancia 90’ directamente sobre la placa de circuito impreso 4, las etapas de fabricación correspondientes de la máquina de preparación de alimento líquido o bebida no requiere intervención humana, menos componentes, en particular sin enlace de conector separado, en particular sin cable eléctrico, y así se reducen los costos de producción del conjunto de la máquina de preparación de alimento líquido o bebida así como su fiabilidad puesto que al existir menos parte implicadas se reduce también el factor humano.

Durante el uso circula un líquido que ha de calentarse, por ejemplo utilizando una bomba, vía el medidor de flujo 90,90’,91,95 y luego libremente a través de la entrada de masa de metal 1, a través del conducto de calentamiento y a través de la salida de masa 1 en la cámara formadora de bebida para formar la bebida del ingrediente contenido. El controlador sobre la placa de circuito impreso 4 se dispone para controlar el triac 60 para ajustar la corriente de calentamiento que pasa a través de las clavijas 11 al reostato de calentamiento en la masa de metal 1, basado en medidas del flujo de líquido por medio del medidor de flujo 90,90’,91,95 y de la temperatura del líquido calentado por medio del sensor de temperatura 70 conectado al miembro de enchufe 52.

Las figuras 5 y 6 en donde las mismas referencias numéricas designan los mismos elementos, ilustran con mayor detalle el montaje rígido de un componente de energía discreto en forma de un triac 60 a la masa de metal 1 y a una placa de circuito impreso 4 de conformidad con el invento. Si bien la figura 5 muestra el ensamblaje en una vista en perspectiva explotada, la figura 6 describe el ensamblaje en sección transversal.

La masa de metal 1, una parte de la cual se muestra en las figuras 5 y 6, tiene una cavidad 101 para recibir el componente de energía 60. La cavidad 101, cuya abertura se forma entre paredes salientes 102, está asociada con un elemento de resorte 103, por ejemplo en forma de un resorte laminar, ensamblado a la masa de metal 1, por ejemplo vía un tornillo 104. Evidentemente puede utilizarse otro resorte y sistemas de ensamblaje, por ejemplo el resorte laminar puede ser solidario con la masa de metal 1 o soldarse a esta de modo a reducir del número de piezas. El elemento de resorte 103 solicita el componente de energía 60 contra las paredes 102 de la cavidad 101 de la masa de metal 1 cuando el componente 60 se inserta en la cavidad 101, para asegurar el componente 60 en la masa 1 y proporcionar un contacto óptimo entre la masa 1 y el componente 60.

El componente de energía 60 tiene una o más clavijas de conectador eléctrico rígidas 61, por ejemplo tres clavijas para el triac mostrado en las figuras 5 y 6, que se conectan rígidamente a la placa de circuito impreso 4. Además, el componente de energía 60 está cubierto con una tapa opcional 62, por ejemplo obtenida de silicona, que puede asistir la fijación del componente de energía 60 en la cavidad 101, así como un manguito no conductor opcional 63 entorno de sus clavijas de conectador 61 que espacia el cuerpo principal del componente de energía 60 de la placa de circuito impreso 4 y protege las clavijas 61 contra el ambiente. Además la tapa 62 y manguito 63 proporcionan un aislamiento eléctrico entorno del componente de energía 60.

Así pues, la masa de metal 1 sirve como un disipador de calor para el componente de energía 60 evacuando, vía la masa 1 y opcionalmente vía el agua que circula a través de la masa 1, el calor generado por el componente de energía durante el uso. Para este fin la masa 1 se configura y obtiene de un metal, tal como aluminio o acero, que permite la evacuación óptima de calor del componente de energía a lo largo de la trayectoria de evacuación de calor a través de la masa 1.

El componente de energía 60 puede ser un interruptor o elemento de regulación, por ejemplo un triac como se ha indicado antes, para ajustar la potencia eléctrica requerida que se suministra a los medios resistivos, por ejemplo un resistor de calentamiento, para generar el calor deseado en la masa de metal 1 con el fin de calentar el agua circulante a la temperatura apropiada.

Las figuras 7 a 9, en donde las mismas referencias numéricas designan los mismos elementos, ilustran el montaje rígido de un componente electrónico discreto 70 en la masa de metal 1 y a una placa de circuito impreso 4. Este componente electrónico puede ser un sensor tal como un sensor de temperatura, un medidor de flujo, un fusible térmico u otro componente similar, tal como un amperímetro para proporcionar una retroalimentación de la corriente que pasa a través de los medios de calentamiento resistivos, por ejemplo el reostato de calentamiento. Para la finalidad de ilustración se describe un sensor térmico 70 para el control de la corriente eléctrica calefactora que pasa

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calentador 1 tiene una temperatura que excede una temperatura límite, por ejemplo una temperatura límite en el rango de 120ºC a 180ºC, en particular 140ºC a 160ºC, indicativo de un malfuncionamiento del calentador 1 o de su unidad de control 4.

El dispositivo de fusible térmico 200 es usuario reversible. Con la desconexión de seguridad del circuito 57 mediante el dispositivo de fusible 200, el conmutador 205 puede ser operado por un usuario para reconectar el circuito 57 y reestablecer la energía eléctrica del PCI 4, Por tanto, si el dispositivo de fusible térmico 200 se desconecta inapropiadamente o si el calentador 1 tiene meramente una condición de sobrecalentamiento una vez accidental, la máquina de alimento líquido o bebida del invento no precisa ser restituida para el servicio con el fin de sustituir el dispositivo de fusible, a diferencia de las máquinas de bebida o alimento líquido existentes con fusibles térmicos de una vez.

El dispositivo de fusible 200 tiene un actuador 201,201’ que se dispone para empujar hacia fuera una espiga, varilla

o pistón 202 contra el interruptor de usuario, por ejemplo un interruptor del tipo botón pulsador, cuando dicha temperatura límite se excede por el calentador de modo a actuar el interruptor de usuario y abrir el circuito 57.

La modalidad mostrada en la figura 14 tiene un dispositivo de fusible 200 con un actuador 201 que incluye una espiga 202 móvil a lo largo de la dirección de la flecha 202’ y un componente termo-mecánico montado sobre el calefactor 1 y en comunicación térmica con este. El componente termo-mecánico puede ser cualquier organización apropiada para convertir el paso de un nivel de temperatura a una acción mecánica o desplazamiento, tal como un elemento obtenido de una aleación de memoria de forma que recuerde su forma, o un elemento de tira bi-metálico.

Por lo tanto, cuando el calentador 1 excede el límite de temperatura, el componente termo-mecánico del actuador 201 se activa y solicitará la espiga 202 contra el interruptor de usuario 205. Esto desconectará las partes eléctricas de la máquina del suministro de energía conectado al circuito 57. Cuando la temperatura del calentador cae por debajo de la temperatura límite, el componente termo-mecánico volverá a su estado normal y la espiga 202 seguirá el componente termo-mecánico o puede ser empujada de nuevo a su posición normal por un usuario que actúe el interruptor 205 para restablecer la conexión de energía de la máquina.

En la modalidad mostrada en la figura 14 el interruptor de usuario 205 que coopera con el fusible térmico puede servir también como un interruptor principal que puede operarse de forma independiente de cualquier situación de exceso de calor con el fin de conectar y desconectar ordinariamente la máquina de bebida o alimento líquido.

Por contra, en la modalidad mostrada en la figura 15, el interruptor de usuario 205 que coopera con el fusible térmico es un interruptor dedicado separado del interruptor principal 205’.

El dispositivo de fusible 200 comprende un sensor de temperatura eléctrico de seguridad 203 montado mecánicamente contra el calentador 1 y en comunicación térmica con este. Además, para simplificar el montaje e integrar además los componentes eléctricos de la máquina, el sensor de temperatura 203 se conecta rígidamente al PCI 50 en forma similar a la antes expuesta. En una modalidad menos preferida este sensor de temperatura puede conectarse también por otros medios al PCI, en particular en una forma parcial o totalmente flexible.

El sensor de temperatura 203 controla la temperatura del calentador 1. El sensor de temperatura 203 está asociado con un medio de control que controla la potencia eléctrica del actuador 201’ vía su circuito de conexión 204, dependiendo de la temperatura medida. Por ejemplo, los medios de control incluyen un interruptor de energía, por ejemplo un transmisor, sobre el circuito de conexión 204 conectado al sensor de temperatura 203.

Ventajosamente, el sensor de temperatura 203, el interruptor de energía asociado con este, los interruptores de usuario 205 y aún el actuador 201’ están rígidamente montados sobre el PCI 4. De preferencia estos componentes se montan sobre una sección 41 del PCI 4 que está eléctricamente aislada de la unidad de control ordinaria de la máquina de bebida y alimento líquido sobre el PCI 4. Por tanto, teniendo sustancialmente todas las partes electrónicas y eléctricas en el mismo PCI 4 pero dispuestas en dos circuitos eléctricos distintos, se facilita el montaje mecánico de los componentes y se aumenta la seguridad de la máquina.

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