ES2633598T3

ES2633598T3 - Caldera de almacenamiento

Info

Publication number: ES2633598T3
Application number: ES13779368.3T
Authority: ES
Inventors: Matteo ADOBATI; Alessandro Magno
Original assignee: N&W Global Vending SpA
Current assignee: Evoca SpA
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: EP2893265A1; RU2015108342A; CN104781617A; US20150226452A1; ITTO20120726A1; EP2893265B1; WO2014027310A1; BR112015003294A2; RU2635747C2; US10077919B2

Abstract

Una caldera de agua (1; 1a) que tiene una entrada de agua individual (22) y una salida de agua individual (20); la caldera de agua (1; 1a) comprende: - un calentador de agua almacenada, que comprende: - un depósito de agua (2) con una entrada de agua que define la entrada de agua individual (22) de la caldera de agua (1; 1a) y una salida de agua (19); y - un primer calentador (25) dispuesto en el depósito de agua (2) para calentar y mantener el agua almacenada allí a una primera temperatura (T1); el calentador de agua (1; 1a) está caracterizado porque comprende, además: - un calentador de agua de flujo continuo en el depósito de agua dispuesto en el depósito de agua (2) del calentador de agua almacenad, y que comprende: - un cuerpo hueco (9) con una entrada de agua (19; 19, 39, 38) conectada en comunicación de fluido con la salida de agua (19) del depósito de agua (1), y una salida de agua que define la salida de agua individual (20) de la caldera de agua (1; 1a); y - un segundo calentador (17) dispuesto en el cuerpo hueco (9) y operativo de forma seleccionada para calentar agua que fluye allí hasta una segunda temperatura (T2) más alta que la primera temperatura (T1).

Description

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DESCRIPCION

Caldera de almacenamiento Campo tecnico

La presente invencion se refiere a una caldera de almacenamiento, es dedr, una caldera disenada para calentar una cantidad dada de Kquido hasta una temperatura dada y para mantenerla a esa temperatura dada.

Mas espedficamente, la presente invencion se refiere a una caldera de almacenamiento para uso en maquina de expendedoras de bebidas calientes, por ejemplo maquinas expendedoras para producir bebidas de cafe, tales como cafe expresso (ES), cafe instantaneo (INST) y/o cafe suave (FB), y del tipo que comprende un deposito con una camara para alojar una cantidad dada de agua; una entrada para alimentar agua dentro de la camara; una salida para descargar agua desde el deposito; y medios de calentamiento equipados dentro de la camara para calentar y mantener el agua dentro de la camara hasta una temperatura de disponibilidad.

Tecnica anterior

Las calderas de almacenamiento ordinarias, tales como las utilizadas para uso domestico, pueden ser 'individuals', es decir, que comprenden un deposito y un calentador, o 'dobles', es decir, que comprenden dos calderas de almacenamiento en serie, y una dentro de la otra, tal como se describe en los documentos DE3218442 o US2004/0079749. En el ultimo caso, la caldera de almacenamiento comprende un deposito principal con un primer calentador para calentar y mantener el agua hasta una temperatura de disponibilidad dada T1; y un deposito secundario mas pequeno en el interior y aislado termicamente del deposito principal, y que tiene un segundo calentador para calentar el agua hasta una segunda temperatura de disponibilidad dada T2 mas alta que T1 y para mantenerla a esta segunda temperatura de disponibilidad dada. Otro ejemplo de una caldera de almacenamiento 'doble' se describe en el documento CH367610, en el que el segundo calentador solo es activado para producir vapor; en cuyo caso, en respuesta al incremento de la presion en el interior del deposito secundario, una valvula corta la conexion de fluido entre los dos depositos, de manera que solo el agua en el deposito secundario es convertida en vapor.

Otro ejemplo de una caldera de almacenamiento 'doble' se describe en el documento EP0422738, en el que se describe un aparato para dispensar pequenas cantidades de agua de temperaturas variables, que comprende un deposito conectado a los medios para calentar y almacenar agua a una temperatura por encima de su punto de ebullicion atmosferico, y una salida para agua en ebullicion. El aparato esta totalmente lleno con agua en condiciones operativas normales. El aparato tiene al menos una salida conectada a una fuente de agua que tiene una temperatura inferior al punto de ebullicion atmosferica. En una forma de realizacion, se proporciona una seccion de agua en ebullicion, que esta dispuesta total o parcialmente dentro de una seccion principal de agua caliente.

En calderas de almacenamiento conocidas utilizadas en maquinas expendedoras de bebidas calientes, los medios de calentamiento comprenden normalmente una o mas resistencias electricas para calentar el agua en el deposito hasta una temperatura de disponibilidad igual a la temperatura a la que el agua es dispensada y para mantenerla a esa temperatura, y que esta normalmente proxima a 100°C, pero vana de una bebida a otra.

Las calderas de almacenamiento conocidas de tipo indicado anteriormente tienen numerosos inconvenientes, entre ellos:

- una temperatura de disponibilidad relativamente alta que, por sf misma y debido a las presiones generadas, excluye al plastico como un material de fabricacion para el deposito, que esta fabricado normalmente de metal, con preferencia de acero;

- pobre eficiencia termica, debido a grave perdida de calor hacia el exterior causada por la temperatura de disponibilidad relativamente alta y el metal del que el deposito esta fabricado;

- pobre versatilidad, debido a la imposibilidad, incluso por modulacion de resistencias electricas, de alterar la temperatura de todo el agua en el deposito de manera relativamente rapida; las bebidas calientes a diferentes temperaturas deben equiparse normalmente con un numero de calderas, con preferencia una para cada tipo de bebida.

Descripcion de la invencion

Un objeto de la presente invencion es proporcionar una caldera de almacenamiento del tipo descrito anteriormente, disenado para eliminar los inconvenientes anteriores.

De acuerdo con la presente invencion, se proporciona una caldera de almacenamiento de acuerdo con la reivindicacion 1 t con preferencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones que dependen directa o

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indirectamente de la reivindicacion 1.

Breve descripcion de los dibujos

Una forma de realizacion no limitativa de la invencion se describira a modo de ejemplo con referencia a los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 muestra una vista lateral esquematica, parcialmente en seccion, con partes retiradas para claridad, de una forma de realizacion preferida de la caldera de almacenamiento de acuerdo con la presente invencion.

La figura 2 muestra una seccion axial de la caldera de almacenamiento de la figura 1.

La figura 3 muestra una seccion de una variacion de la caldera de almacenamiento de las figuras 1 y 2.

Mejor modo de realizacion de la invencion

El numero 1 en las figuras 1 y 2 indica en conjunto una caldera, en particular una caldera de almacenamiento, que comprende un deposito 2 que, en el ejemplo mostrado (pero no necesariamente) sustancialmente cilmdrico con un eje longitudinal vertical 3.

El deposito 2 comprende una pared lateral cilmdrica 4 coaxial con el eje longitudinal 3 y con preferencia fabricada de plastico; una pared superior 5 y una pared inferior 6, cada una fabricada con preferencia de plastico y definidas por una placa circular que tiene una muesca anular periferica 7 que aloja una junta de estanqueidad 8; y un tirante tubular 9, que esta fabricado generalmente de metal, esta coaxial con el eje longitudinal 3, y conecta las paredes superior e inferior 5 y 6 entre sf y con la pared lateral 4.

Mas espedficamente, el tirante 9 esta cerrado en extremos opuestos por dos paredes 10 y 11 transversalmente al eje longitudinal 3, tiene dos porciones extremas opuestas que se acoplan a traves de taladros pasantes 12 y 13 respectivos formados en la pared superior 5 y en la pared inferior 6, respectivamente, y retiene cada una de las paredes superior e inferior 5 y 6 en posicion con su periferia exterior y la junta de estanqueidad 8 acoplada dentro de una muesca anular interior 14 respectiva sobre el extremo respectivo de la pared lateral 4, y con su periferia exterior descansando sobre un saliente anular respectivo definido por la muesca anular 14 respectiva.

Dentro del deposito 2, el tirante 9 define dos camaras anulares 15 y 16 coaxiales con el eje longitudinal 3, y cuya camara 15 esta localizada fuera de la camara 16, y esta delimitada axialmente por las paredes superior e inferior 5 y 6, y lateralmente por la pared lateral 4 y el tirante 9. La camara 16 esta localizada dentro del tirante 9, es de volumen menor que la camara 15, esta delimitada axialmente por las paredes 10 y 11, y esta delimitada internamente por una resistencia 17 protegida modulable, que esta coaxial con el eje longitudinal 3, esta montada de manera hermetica a fluido a traves de taladros en las paredes 10 y 11, y tiene dos porciones extremas opuestas que se proyectan hacia fuera del tirante 9 y el deposito 2 y provistas con terminales 18 respectivos.

La camara 16 se comunica en un extremo con la camara 15 a traves de un numero de orificios 19 formados a traves de la pared lateral del tirante 9, cerca de la pared 10, y se comunica en el otro extremo con un flujo de salida radial o conducto de salida 20 controlado por una valvula de solenoide 21 y montado en una porcion extrema 9a del tirante 9 que se proyecta hacia fuera del deposito 2, en la pared inferior 6. La camara 15 se comunica con el lado exterior a lo largo de un flujo de entrada axial o conducto de entrada 22 montado a traves de la pared de fondo 6 y conectado al suministro de una bomba 23 con la interposicion de una valvula 24 de no-retorno.

La camara 15 aloja una resistencia 25 protegida, que comprende una porcion central bobinada 26 coaxial con eje longitudinal 3 y bobinado alrededor del tirante; y dos porciones extremas 27, cada una de las cuales se extiende paralela al eje longitudinal 3, esta montada de manera hermetica a fluido a traves de un taladro 28 respectivo en la pared superior 5, y termina, fuera del deposito 2, con un terminal 29 respectivo.

La caldera 1 esta equipada con un dispositivo de medicion del flujo 30 conectado, lo mismo que la valvula de solenoide 21, las resistencias 17 y 25, y la bomba 23, a juna unidad de control central (no mostrada). El dispositivo de control del flujo 23 esta localizado curso arriba de la bomba 23, y sirve para controlar el flujo de entrada de agua en la camara 15, de manera que la camara 15 esta completamente llena en todo momento.

La caldera 1 esta equipada tambien con dos dispositivos de medicion de la temperatura, conectados tambien a la unidad de control central (no mostrada) y uno de los cuales mide la temperatura del agua dentro de la camara 15 a un nivel proximo a los orificios 19, y el otro mide la temperatura del agua dentro de la camara 16, cerca del conducto 20. En el ejemplo mostrado, un dispositivo de medicion de la temperatura esta definido por una sonda de temperatura 31 montada a traves de la pared lateral 4 a la altura de los orificios 19, y el otro esta definido por una sonda de temperatura 32 montada e traves de la porcion extrema 9a del tirante 9.

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En uso y en reposo, la unidad de control central activa dclicamente la resistencia 25 para mantener todo el agua en la caldera 1 a una temperatura de disponibilidad T1 relativamente baja, por ejemplo de 50-60°C, y la resistencia 17 se mantiene desconectada.

Cuando se solicita una bebida que implica dispensar una cantidad espedfica Q de agua a una temperatura de dispensacion T2 espedfica al menos igual, pero normalmente mas alta que T1 y que oscila normalmente entre 85 y 98°C, la unidad de control central activa la resistencia 17 para calentar el agua dentro de la camara 16 casi instantaneamente a la temperatura T2, abre la valvula de solenoide 21, y activa la bomba 23 para alimentar la cantidad Q de agua - en este caso, agua a temperatura ambiente - al fondo de la camara 15, y al mismo tiempo provoca que una cantidad Q de agua rebose dentro de la camara 16 y salga a lo largo del conducto de salida 20. A medida que fluye a lo largo de la camara 16 hasta el conducto de salida 20, la cantidad Q de agua a temperatura T1 se calienta instantaneamente a temperatura T2 por la resistencia 17.

Una vez que la cantidad Q de agua a temperatura T2 es dispensada, se desconectan la bomba 23 y la resistencia 17, se cierra la valvula de solenoide, y se activa la resistencia 25 dclicamente para calentar el agua en la caldera y mantenerla a la temperatura T1.

Las ventajas de la caldera 1 con respecto a las calderas de almacenamiento conocidas son evidentes:

- la temperatura T1 de la pared lateral 4 que entra en contacto con el agua y de las paredes superior e inferior 5 y 6 son suficientemente bajas para que estas paredes se puedan fabricar de plastico, reduciendo de esta manera en gran medida el corte de produccion de la caldera 1, y eliminando problemas causados por metales pesados en el agua dispensada;

- como en el ejemplo de las figuras 1 y 2, la caldera 1 puede fabricarse con preferencia en un numero de partes (pared lateral 4, pared superior 5, y pared inferior 6) conectadas con la interposicion de juntas de estanqueidad y desconectables facilmente para permitir el acceso completo y facil a la caldera 1 para inspeccion, mantenimiento y reparacion;

- la dispersion del calor hacia el exterior y mucho menor que el calor de las calderas de almacenamiento conocidas, porque la temperatura 1 es menor que la temperatura de dispensacion T2, porque se mejora el aislamiento termico fabricando la pared lateral 4 y las paredes superior e inferior 5 y 6 de plastico, y por que el agua a la temperatura de dispensacion T2 - solamente presente dentro de la camara 16 cuando se dispensa el agua - esta protegida del exterior por la masa de agua, a temperatura T1, dentro de la camara 15;

- el hecho de que todo el agua en la caldera 1 se mantenga a temperatura T1, en oposicion a la temperatura de dispensacion T2, en el modo de disponibilidad, y solo el agua en la camara 16, que es de volumen menor que la camara 15, se calienta a la temperatura T2 cuando es dispensada, reduce el gran medida el consumo de energfa;

- el agua de alimentacion al fondo de la camara 15 y el agua de extraccion desde la parte superior de la camara 15, a traves de orificios 19, permite aprovechar a las capas de agua dentro de la camara el efecto maximo a medida que el agua relativamente fna fluye a lo largo del conducto 22; la afluencia de esta agua fna, de hecho, no tiene practicamente ningun efecto sobre la temperatura del agua en los orificios 19, que permanece sustancialmente a la temperatura T1;

- modulando temporalmente la operacion de la resistencia 17, se puede adaptar la temperatura T2 a la temperatura seleccionada de la bebida utilizando una caldera para un numero de tipos de bebidas, en oposicion a cada tipo de bebida , reduciendo el coste y el tamano;

- ajustando con software la temperatura T1 sobre la base de localizacion/ mercado, se puede adaptar la operacion de la caldera de tal manera que se privilegia el consumo disponible (temperatura mas baja T1) o actuacion (temperatura T1 mas proxima a la temperatura de dispensacion T2), como se requiera.

En una variacion no mostrada, la resistencia 25 en la camara 15 puede ser sustituida con dos resistencias, cada una de una potencia aproximadamente la mitad de la resistencia 25. La utilizacion de dos elementos calefactores de baja potencia, es decir, inercia termica baja, en oposicion a un elemento calefactor de potencia mas alta, tiene la ventaja doble de permitir un control mas exacto de la temperatura del agua y prevenir las "fluctuaciones", es decir, la perturbacion causada por conectar y desconectar una carga grande que funciona de forma discontinua conectada a la red de electricidad - mejorando de esta manera el rendimiento de la caldera.

La variacion de la figura 3 se refiere a una caldera 1a disenada para alimentar agua al fondo de la camara 15, descargar agua a la temperatura T2 desde el extremo superior de la camara 16 y, si es posible, mejorar la eficiencia termica.

De acuerdo con ello, el tirante 9 de la caldera 1a no tiene una porcion extrema 9a, y la pared 10 tiene un taladro central 33 coaxial con el eje longitudinal 3 y acoplado de una manera hermetica a fluido por un cuerpo tubular 34, que se extiende dentro del tirante 9 y comprende una porcion 35, que esta cerrada axialmente por una pared extrema 36, se proyecta hacia fuera de la pared superior 5, y tiene un conducto de salida 20. El cuerpo tubular 34 comprende tambien una porcion 37, que se extiende dentro del tirante 9, coaxialmente con el eje longitudinal 3, y

termina a una distancia dada desde la pared 11 para definir, con la pared 11, un paso anular 38.

Dentro del tirante 9, el cuerpo tubular 34 define internamente la camara 16, y externamente define, junto con el tirante 9, una camara intermedia 39, que se comunica con la camara 15 a traves de orificios 19, y con la camara 16 5 a traves del peso anular 38.

La resistencia 17 de la caldera 1a esta fijada de una manera hermetica a fluido a traves de un taladro 40 en la pared 11, y a traves de un taladro 41 formado en la pared extrema 36 y coaxial con el eje longitudinal 3 y el taladro 40.

10 El funcionamiento de la caldera 1a difiere del funcionamiento de la caldera 1 porque la camara 15 se comunica con la camara 16 no solo a traves de orificios 19, sino a traves de orificios en combinacion con la camara intermedia 39; y por que la camara intermedia 39 no solo invierte el flujo a lo largo de la camara 16 para extraer agua caliente desde la parte superior, sino que protege tambien termicamente la camara 16 mas eficientemente de la camara 15.

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REIVINDICACIONES

1. - Una caldera de agua (1; 1a) que tiene una entrada de agua individual (22) y una salida de agua individual (20); la caldera de agua (1; 1a) comprende:

- un calentador de agua almacenada, que comprende:

• un deposito de agua (2) con una entrada de agua que define la entrada de agua individual (22) de la caldera de agua (1; 1a) y una salida de agua (19); y

• un primer calentador (25) dispuesto en el deposito de agua (2) para calentar y mantener el agua almacenada allf a una primera temperatura (T1);

el calentador de agua (1; 1a) esta caracterizado porque comprende, ademas:

- un calentador de agua de flujo continuo en el deposito de agua dispuesto en el deposito de agua (2) del calentador de agua almacenad, y que comprende:

• un cuerpo hueco (9) con una entrada de agua (19; 19, 39, 38) conectada en comunicacion de fluido con la salida de agua (19) del deposito de agua (1), y una salida de agua que define la salida de agua individual (20) de la caldera de agua (1; 1a); y

• un segundo calentador (17) dispuesto en el cuerpo hueco (9) y operativo de forma seleccionada para calentar agua que fluye allf hasta una segunda temperatura (T2) mas alta que la primera temperatura (T1).
2. - La caldera de agua de la reivindicacion 1, en la que la entrada de agua (22) y la salida de agua (20) de la caldera de agua (1) estan dispuestas en uno y el mismo lado de entrada/salida de agua de la caldera de agua (1); en la que el deposito de agua (2) tiene un eje longitudinal (2), y el cuerpo hueco (9) esta coaxial con el eje longitudinal (2), y define con el segundo calentador (17) dispuesto allf una camara anular (16) destinada a ser recorrida por el flujo de agua, coaxial con el eje longitudinal (2), y conectada en comunicacion de fluido con el deposito de agua (2) a traves de un numero de orificios (19) formados en un lado opuesto del deposito de agua (2) al lado de entrada/salida de la caldera de agua.
3. - La caldera de agua de la reivindicacion 1, en la que la entrada de agua (22) y la salida de agua (20) de la caldera de agua (1a) estan dispuestas en lados opuestos de la caldera de agua (1a); en la que el deposito de agua (2) tiene un eje longitudinal (3), y el cuerpo hueco (9) esta coaxial con el eje longitudinal (2), y define con el segundo calentador (17) allf, una camara anular (16) destinada para ser recorrida por el flujo de agua, coaxial con el eje longitudinal (3), y conectada en comunicacion de fluido con el deposito de agua (2) a traves de un numero de orificios (19) formadas en un lado opuesto del deposito de agua (2) hasta el lado de entrada de la caldera de agua (1a), y traves de otra camara anular (39) externa y coaxial con la camara anular (16), definida por un cuerpo tubular (34) dispuesto en el cuerpo hueco (9) y en comunicacion de fluido con la camara anular (16) en un lado opuesto de la camara anular interna (16) hasta el lado de salida de la caldera de agua (1a).
4. - Una caldera de agua de acuerdo con la reivindicacion 2 o 3, en la que el deposito (2) tiene un eje longitudinal (3) sustancialmente vertical, y comprende una pared lateral (4) coaxial con el eje longitudinal (2); y una pared superior (5) y pared inferior (6) montadas de manera hermetica a fluido en la pared lateral (4); siendo el cuerpo hueco (9) un cuerpo tubular coaxial con el eje longitudinal (2), y estando disenado para definir un tirante que conecta la pared lateral (4), la pared superior (5), y la pared inferior (6).
5. - Una caldera de agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer calentador (25) comprende una primera resistencia (25) que tiene una porcion (26) bobinada alrededor del cuerpo hueco (9).
6. - Una caldera de agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el segundo calentador (17) comprende una segunda resistencia (17) que se extiende a lo largo del cuerpo hueco (9) y a traves de la camara anular (16).
7. - Una maquina expendedora de bebida, que comprende una caldera de agua (1; 1a) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y una unidad de control conectada a la caldera de agua (1; 1a) para accionar selectivamente el segundo calentador (17) sensible a una seleccion debida caliente, como consecuencia de lo cual la caldera de agua (1; 1a) debe preparar agua a una temperatura mas alta que la primera temperatura (T1).
8. - Un metodo de funcionamiento de una caldera de agua (1; 1a) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 6, que comprende accionar selectivamente el segundo calentador (17) sensible a una seleccion de bebida caliente, como consecuencia de lo cual la caldera de agua (1; 1a) debe preparar agua a una temperatura mas alta que la primera temperatura (T1).
9.- Uso de una caldera de agua (1; 1a) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 6 en

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una maquina expendedora de bebida que comprende una unidad de control conectable a la caldera de agua (1; 1a) y configurada para accionar selectivamente el segundo calentador (17) sensible a una seleccion de bebida caliente, como consecuencia de lo cual la caldera de agua (1; 1a) debe preparar agua a una temperatura mas alta que la primera temperatura (T1).

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