ITMI20000525A1 - Unita' di bollitura per la preparazione di bevande calde - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"UNITA' DI BOLLITURA PER LA PREPARAZIONE DI BEVANDE CALDE"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una unità di bollitura per la preparazione di bevande calde, con un bollitore per la preparazione dell'acqua calda, un condotto per l'alimentazione di acqua fredda e un dispositivo per miscelare l'acqua calda e l'acqua fredda ricavando acqua miscelata, per cui il dispositivo di miscelazione presenta un condotto di ingresso per l'acqua calda, un condotto di ingresso per l'acqua fredda e un condotto di uscita per l'acqua miscelata.

Questi tipi di unità di bollitura vengono impiegati in generale nelle macchine per preparare bevande calde per uso alimentare: però anche nelle case private e negli uffici vengono impiegate particolari macchine da caffè provviste di tali unità di bollitura. L'acqua calda preparata dall'unità di bollitura dovrebbe nella maggior parte dei casi rientrare in un intervallo di temperature molto limitato, allo scopo di garantire una elevata qualità della bevanda calda preparata. Nel caso delle macchine da caffè, si è riscontrato ad esempio che fornisce i migliori risultati una temperatura di bollitura pari a circa 85°C.

La preparazione dell'acqua calda in unità di bollitura del tipo citato all'inizio si effettua in un bollitore il quale, in funzione del suo livello di riempimento e in relazione alla pressione esistente nell'unità di bollitura, fornisce di solito acqua calda con una temperatura notevolmente superiore a 85°C. Per questo motivo, a valle del bollitore si trova un dispositivo di miscelazione, il quale è collegato ad un condotto di alimentazione di acqua fredda e aggiunge nella miscela al flusso di acqua calda una quantità dosata di acqua fredda, al fine di ricavare in questo modo la voluta temperatura di bollitura con l'acqua miscelata così prodotta che viene ulteriormente addotta alla valvola di bollitura.

Il rapporto di miscela esistente tra l'acqua fredda e l'acqua calda non è regolato nel caso dei dispositivi di bollitura di tipo più semplice, bensì è rigidamente stabilito in precedenza in fabbrica, ad esempio mediante un corrispondente dimensionamento delle sezioni del condotto di ingresso dell'acqua calda e del condotto di ingresso dell'acqua fredda nel dispositivo -di miscelazione. La temperatura di bollitura dell'acqua miscelata può quindi variare in funzione delle condizioni ai bordi; il rapporto fisso di miscela tra l'acqua calda e l'acqua fredda corrisponde ad un valore medio che viene stabilito in modo empirico al momento della produzione.

Nelle macchine più costose per la preparazione di bevande calde, la regolazione della temperatura dell'acqua di bollitura viene effettuata in modo che l'acqua che viene scaricata nella valvola di bollitura venga controllata da un sensore di temperatura, il quale per mezzo di un circuito elettronico di regolazione agisce sul riscaldamento del bollitore. La potenza di riscaldamento del bollitore viene regolata quindi in base a questo principio, per cui la temperatura dell'acqua bollita rimane più o meno costante, secondo un valore che può venire regolato in precedenza, anche se cambiano le condizioni di impiego, come la pressione dell'acqua esistente o la temperatura dell'acqua fredda.

La regolazione sopra citata della temperatura dell'acqua bollita aumenta considerevolmente i costi in termine di produzione e di manutenzione, come pure la facilità che una unità di bollitura possa subire guasti di funzionamento, a causa dei componenti aggiuntivi necessari, come il sensore di misura, il gruppo elettronico di regolazione e l'elemento per il comando della corrente di riscaldamento .

Partendo da questo stato della tecnica, alla base dell'invenzione sta il problema di realizzare una unità di bollitura per la preparazione di bevande calde, in modo tale che rimanga costante la temperatura dell'acqua bollita messa a disposizione dall'unità di bollitura senza l'impiego di costosi elementi di regolazione e di comando, e indipendentemente dalle variazioni delle condizioni stabilite ai bordi.

Questo problema viene risolto con una unità di bollitura del tipo citato all'inizio, per il fatto che il dispositivo di miscelazione è provvisto di un elemento che agisce sul condotto di ingresso dell'acqua calda e/o sul condotto di ingresso dell’acqua fredda allo scopo di regolare il rapporto di miscela, per cui l'azionamento dell'elemento di regolazione si effettua mediante un elemento di regolazione che agisce per effetto di una variazione in funzione della temperatura delle sue caratteristiche meccaniche e/o a seguito di una variazione di forma dipendente dalla temperatura, direttamente sull'elemento di regolazione, ed è disposto almeno parzialmente nel flusso dell'acqua miscelata.

La disposizione dell'elemento di regolazione nel flusso dell'acqua miscelata garantisce che le sue reazioni in funzione della temperatura avvengano in funzione della temperatura dell'acqua miscelata. Poiché la variazione di forma dell'elemento di regolazione in funzione della temperatura o la variazione delle sue caratteristiche meccaniche agiscono in maniera meccanica diretta sull'elemento di regolazione, il quale poi varia in modo corrispondente il rapporto di miscela tra l'acqua calda e l'acqua fredda, diventano superflui elementi ulteriori come un sensore di temperatura o un gruppo elettronico di regolazione. Il sistema si regola da solo senza comandi esterni. In tal caso, è particolarmente vantaggioso il fatto che non si debba regolare il bollitore dell'acqua calda o il suo riscaldamento.

Si ottengono vantaggi particolari quando l'elemento di regolazione è prodotto in una lega la cui struttura cristallina varia con una trasformazione macroscopica all'interno di -un intervallo di temperatura in funzione del materiale. Tali leghe sono note con il nome di "lega a memoria di forma" o "lega-memory". Queste hanno due possibili strutture cristalline, e precisamente alle basse temperature hanno la struttura cristallina della martensite, e alle alte temperature hanno la struttura cristallina della austenite. La variazione microscopica della struttura cristallina in funzione della temperatura si trasforma in una variazione macroscopica secondo una variazione di forma della lega o almeno in una variazione delle sue caratteristiche meccaniche. Queste variazioni avvengono entro un intervallo di temperature che può venire regolato in modo preciso mediante la composizione della lega.

Un elemento di memoria prodotto a partire da una tale lega termosensibile a memoria di forma, può presentare un effetto reversibile di variazione della forma, ossia passando attraverso l'intervallo di temperatura nel quale si modifica la struttura cristallina, può assumere ogni volta automaticamente la forma ad alta temperatura o la forma a bassa temperatura con una corrispondente variazione di forma. Vi sono però anche elementi memory che modificano automaticamente la loro forma in una sola direzione. In questo caso è necessario agire dall'esterno per ripristinare ogni volta l'altra forma dell'elemento memory. Poiché le leghe con memoria di forma attraversano l'intera possibile variazione della forma entro un ristretto intervallo di temperature pari ad esempio al 10 K, esse si adattano particolarmente bene per la produzione di un elemento di regolazione secondo l'invenzione. In tal caso si impiega preferibilmente una lega al nichel e titanio.

Di preferenza, l'elemento di regolazione prodotto a partire da una lega termosensibile a memoria di forma viene realizzato con la forma di una molla a elica. Fino a che la lega presenta una struttura cristallina martensitica, è molto ridotta la forza elastica di una tale molla a elica; la molla è flessibile. Non appena, aumentando la temperatura, la struttura martensitica si trasforma in una struttura austenitica, la forza della molla diventa notevolmente maggiore; la molla diventa più rigida. Se quindi una tale molla a elica viene installata con un precarico nel dispositivo di miscelazione dell'unità di bollitura secondo l'invenzione, in modo tale per cui la forza della molla agisca sull'elemento di regolazione, l'elemento di regolazione viene allora spostato dalla molla a elica quando questa arriva nell'intervallo di temperatura entro il quale avviene la trasformazione della struttura cristallina; solo allora aumenta in funzione del materiale il precarico della molla - la molla "si risveglia" .

La produzione di una tale molla a elica a partire da una lega termosensibile a memoria di forma viene semplificata notevolmente nel caso che la variazione di forma provocata dalla variazione di temperatura non debba essere automaticamente reversibile. E' quindi conveniente che cooperi con l'elemento di regolazione della unità di bollitura secondo l'invenzione una molla di compressione antagonista, la cui forza elastica agisce in modo da impedire la deformazione termica della molla a elica termosensibile, e quindi porta la molla a elica nella sua forma che assume a bassa temperatura dopo che è avvenuto un abbassamento al di sotto della temperatura critica.

Per una regolazione fine, si può di preferenza regolare il precarico di questa molla di compressione antagonista.

L'elemento di regolazione impiegato secondo l'invenzione può essere formato in alternativa anche da un bimetallo termico, il quale in relazione ala sua forma presenta un intervallo proporzionale della deformazione propria in funzione della temperatura, il quale è ben adatto per regolare il rapporto di miscela.

L'elemento di regolazione dell'unità di bollitura secondo l'invenzione può essere realizzato come un cursore, con il quale coopera convenientemente soprattutto un elemento di regolazione realizzato a forma di una molla a elica .

Nel caso di un elemento di regolazione realizzato come un cursore, il dispositivo di miscelazione è di preferenza realizzato in modo tale, per cui esso presenta tra il condotto di ingresso dell'acqua calda e il condotto di uscita dell'acqua miscelata una camera di miscelazione, con la quale è collegato il condotto di entrata dell'acqua fredda mediante un canale di miscelazione, per cui il cursore nella sua posizione di riposo chiude il canale di miscelazione. Proprio per preparare le bevande calde, la quantità di acqua fredda che deve essere aggiunta in miscela all'acqua calda è in generale ridotta, poiché le bevande calde vengono preparate in genere con acqua che si trova il più possibile vicino al punto di evaporazione.

A questo proposito, è ulteriormente conveniente che il cursore sia realizzato in prossimità del canale di miscelazione con una forma conica che si restringe nella direzione rivolta a valle rispetto al flusso. Questo garantisce che azionando il cursore si verifica un aumento continuo della sezione del canale di miscelazione liberato dal cursore, il quale canale stesso ha convenientemente una forma cilindrica.

La cooperazione tra l'elemento di regolazione formato da una lega termosensible con memoria di forma e realizzato a forma di una molla a elica, e di un elemento di regolazione realizzato a forma di un cursore, si può convenientemente realizzare in modo tale, per cui la molla a elica alloggia in modo coassiale sul gambo del cursore e si appoggia nella zona di passaggio tra la camera di miscelazione e il condotto di uscita della camera.

La molla a elica termosensibile viene quindi lavata meglio dall'acqua di miscelazione. Inoltre, la parete interna del condotto di uscita dell'acqua miscelata, la quale presenta una inerzia per quanto riguarda il suo riscaldamento, non è in grado di falsificare l'effetto di variazione di forma della molla a elica.

Nel seguito verrà descritto e spiegato più in dettaglio un esempio di esecuzione dell'invenzione in base ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 mostra un diagramma schematico delle unità funzionali di una unità di bollitura secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra una rappresentazione in sezione del dispositivo di miscelazione di una unità di bollitura secondo l'invenzione;

la figura 3 mostra un disegno in esploso del dispositivo di miscelazione illustrato in figura 2.

L'unità di bollitura illustrata in figura 1 è formata da un bollitore 1, uno scambiatore di calore 2, ad esempio uno scambiatore di calore tubolare, nel quale il vapore surriscaldato 3 produce l'acqua calda 4, da un condotto 5 per l'alimentazione di acqua fredda e da un dispositivo di miscelazione 6 nel quale l'acqua calda 4 proveniente dal bollitore 1 viene miscelata con l'acqua fredda 7 proveniente dal condotto 5 di alimentazione dell'acqua fredda per formare l'acqua miscelata 8. L'acqua miscelata 8 viene alla f-ine scaricata nella valvola di bollitura (non illustrata) allo scopo di preparare una bevanda calda. Il condotto 5 per l'alimentazione dell'acqua fredda non viene in tal caso impiegato soltanto per regolare l'acqua miscelata 8 scaricata dall'unità di bollitura fino alla temperatura voluta, bensì anche per alimentare con acqua corrente il bollitore 1. Il rapporto di miscela tra l'acqua calda 4 e l'acqua fredda 7, il quale viene regolato secondo l'invenzione nel dispositivo di miscelazione 6 in funzione della temperatura dell'acqua miscelata 8, può venire regolato impiegando una vite di regolazione 9 accessibile dall'esterno, allo scopo di regolare con precisione la temperatura dell'acqua miscelata.

La Figura 2 mostra l'elemento centrale dell'invenzione, il dispositivo di alimentazione 6 in sezione. Il dispositivo di alimentazione 6 è formato da un involucro 10 con un condotto 11 di ingresso dell'acqua calda, un condotto 12 di ingresso dell'acqua fredda e un condotto 13 di uscita dell'acqua miscelata. Tra il condotto 11 di ingresso dell'acqua calda e il condotto di uscita 13 dell'acqua miscelata è disposta una camera di miscelazione 14, con la quale il condotto 12 di ingresso dell'acqua fredda è collegato mediante un canale di miscelazione 15, allo scopo di aggiungere una quantità dosata di acqua fredda. Nel canale di miscelazione 15 si trova un elemento di regolazione realizzato come un cursore 16, il quale nella posizione di riposo chiude il canale di miscelazione 15 e viene azionato da un elemento di regolazione realizzato a forma di una molla a elica 17, prodotto da una lega termosensibile a memoria di forma e disposto praticamente nella camera di miscelazione 14. Il cursore 16 è inoltre provvisto di una molla di compressione antagonista 18, la quale agisce contro la molla a elica 17 termosensibile e si appoggia su di un piatto 19 della molla ricavato di formatura sul cursore 16. Il precarico della molla di compressione antagonista 18 può venire modificato mediante la vite di regolazione 9. Una guarnizione 20 con un 0-Ring garantisce che in corrispondenza della vite di regolazione 9 l'acqua non può fuoriuscire all'esterno .

Se ora l'acqua calda fluisce nella camera di miscelazione 14 per mezzo del condotto di ingresso 11, e da lì passa ulteriormente nel condotto 13 di uscita della camera di miscelazione, per cui essa supera la temperatura voluta dell'acqua bollita, varia la struttura cristallina della molla a elica 17 che qui viene installata con un precarico come molla di compressione, per cui aumenta fortemente la forza della molla che agisce sul cursore 16. La molla a elica 17 sposta allora il cursore 16 contro la forza della molla di compressione antagonista 18 nella direzione del condotto 12 di ingresso dell'acqua fredda, per cui attraverso il canale di miscelazione 15 - che è continuamente crescente per effetto della forma conica del cursore 16 l'acqua fredda arriva nella camera di miscelazione 14 e riduce la temperatura dell'acqua bollita prelevata dal condotto 13 di scarico dell'acqua miscelata. L'inerzia di questa operazione è intenzionale, dal momento che l'acqua calda iniziale che arriva nel condotto 13 di scarico della camera di miscelazione e che effettivamente è troppo calda, riscalda convenientemente i condotti ancora freddi e (nel caso delle macchine da caffè) riscalda vantaggiosamente il caffè macinato freddo.

Non appena si riduce la temperatura nella camera di miscelazione 14, la molla a elica 17 diventa nuovamente cedevole, per cui il cursore 16 viene spinto nuovamente dalla molla di compressione antagonista 18 nella direzione della sua posizione di riposo. L'aggiunta in miscela dell'acqua fredda viene quindi regolata in modo autonomo senza un circuito esterno di regolazione, per cui come risultato è possibile prelevare dal condotto 13 di scarico dell'acqua miscelata acqua bollita a temperatura costante, indipendentemente dalle variazioni di temperatura dell'acqua calda oppure dell'acqua fredda.

Qualora questa temperatura costante non dovesse essere ottimale, essa può venire modificata per mezzo della vite di regolazione 9, la quale agisce sul precarico della molla di compressione antagonista 18, senza alcuna difficoltà.

La figura 3 mette in evidenza ancora una volta la struttura dell'esempio di esecuzione già illustrato nella figura 2 di un dispositivo di miscelazione secondo l'invenzione: mediante la spinta della molla a elica 18 su di un gambo 21 del cursore 16 e con l'interposizione della molla di compressione antagonista 18 tra il piatto 19 della molla del cursore 16 e la vite di regolazione 9, come anche con l'inserimento di questi componenti citati nell'involucro 10 di forma cilindrica, si realizza un dispositivo di miscelazione che sorprendentemente ha una struttura semplice e quindi molto compatta, e presenta una possibilità di autoregolazione.

Elenco dei numeri di riferimento 1. Bollitore

2. Scambiatore di calore

3. Vapore

4 . Acqua calda

5. Condotto di alimentazione dell'acqua fredda 6. Dispositivo di miscelazione

7 . Acqua fredda

8. Acqua miscelata

9. Vite di regolazione

10. Involucro

11. Condotto di ingresso dell'acqua calda

12. Condotto di ingresso dell'acqua fredda

13. Condotto di uscita dell'acqua miscelata

14. Camera di miscelazione

15. Canale di miscelazione

16. Cursore

17. Molla a elica (elemento memory)

18. Molla di compressione antagonista 19. Piatto della molla

20. Guarnizione con O-Ring

21. Gambo

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Unità di bollitura per la preparazione di bevande calde, con un bollitore (1) per la preparazione di acqua calda, con un condotto -(5) per l'alimentazione di acqua fredda e con un dispositivo (6) per miscelare l'acqua calda (4) con l'acqua fredda (7) ricavando acqua miscelata (8), per cui il dispositivo di miscelazione (6) presenta un condotto (11) di ingresso dell'acqua calda, un condotto (12) di ingresso dell'acqua fredda e un condotto (13) di uscita dell'acqua miscelata, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di miscelazione (6) contiene un elemento di regolazione il quale agisce sul condotto (11) di ingresso dell'acqua calda e/o sul condotto (12) di ingresso dell'acqua fredda, allo scopo di regolare il rapporto di miscela, per cui l'azionamento dell'elemento di regolazione si effettua per mezzo di un elemento di regolazione, il quale mediante variazione delle sue caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura e/o mediante variazione di forma in funzione della temperatura agisce direttamente sull'elemento di regolazione, ed è disposto almeno parzialmente nel flusso dell'acqua miscelata. 2. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'elemento di regolazione è prodotto- da una lega la cui struttura cristallina varia nell'ambito di un intervallo di temperatura, e con una trasformazione macroscopica. 3. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l'elemento di regolazione è realizzato a forma di una molla a elica (17). 4. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto, che viene impiegata una molla di compressione (18) antagonista, la quale impedisce la deformazione termica della molla a elica (17). 5. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto, che si può regolare il precarico della molla di compressione antagonista (18). 6. - Unità di bollitura secondo una delle rivendicazioni 2-5, caratterizzata dal fatto, che l'elemento di regolazione è formato da una lega di nichel e titanio. 7. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto, che l'elemento di regolazione è formato da un bimetallo termico. 8. - Unità di bollitura secondo una delle rivendicazioni 1-7, caratterizzata dal fatto che l'elemento di regolazione è realizzato come un cursore (16). 9. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di miscelazione (6) presenta tra il condotto (11) di ingresso dell'acqua calda e il condotto (13) di uscita dell'acqua miscelata una camera di miscelazione (14), con la quale è collegato un condotto (12) di ingresso dell'acqua fredda mediante un canale di miscelazione (15), per cui cursore (16) nella sua posizione di riposo chiude il canale di miscelazione (15). 10. - Unità di bollitura secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il cursore (16) in prossimità del canale di miscelazione (15) è realizzato con una forma conica, la quale si restringe nella direzione rivolta a valle rispetto al flusso. 11. - Unità di bollitura secondo le rivendicazioni 3 e 8 e secondo una delle rivendicazioni 9 o 10, caratterizzata dal fatto che la molla a elica (17) alloggia con posizione coassiale sul gambo (21) del cursore (16) e si appoggia nella zona di passaggio compresa tra la camera di miscelazione (14) e il condotto (13) di uscita dalla camera di miscelazione.