ITMI20081724A1 - Valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni, valvola di erogazione per caffettiere a pressione e caffettiera comprendente tale valvola - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

"Valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni, valvola di erogazione per caffettiere a pressione e caffettiera comprendente tale valvola"

La presente invenzione ha per oggetto una valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni, una valvola di erogazione per caffettiere a pressione ed una caffettiera comprendente tale valvola.

Con il termine bassa pressione si intende, nella presente descrizione e nelle allegate rivendicazioni, una pressione relativa misurata tra i due ambienti messi in comunicazione attraverso la valvola minore di o uguale a circa 1 bar. Sono note caffettiere a pressione, comunemente chiamate moka, comprendenti una caldaia atta a contenere acqua da riscaldare, un porta-caffè a forma di imbuto alloggiabile in corrispondenza di un'apertura superiore della caldaia ed atto ad accogliere una predeterminata quantità di caffè macinato, un filtro disposto sopra al porta-caffè ed un serbatoio per la bevanda montato sopra al porta-caffè ed al filtro ed in comunicazione di fluido con la caldaia tramite un condotto di erogazione. La caldaia viene caricata con l'acqua ed il porta-caffè con il caffè macinato. Il vapore generato dall'ebollizione dell'acqua nella caldaia riscaldata sul fuoco spinge l'acqua stessa attraverso il caffè disposto nel porta-caffè ed attraverso il filtro. L'infuso di caffè risale quindi nel condotto di erogazione fino a sgorgare nel serbatoio .

Nelle caffettiere di tipo tradizionale sopra descritte è frequente che la presenza di aria residua in caldaia provochi, durante il riscaldamento, la fuoriuscita anticipata di acqua fredda dal condotto di erogazione, a detrimento della qualità dell'infuso ottenuto.

Sono anche note caffettiere a pressione del tipo sopra descritto che comprendono inoltre mezzi valvolari disposti nel condotto di erogazione con lo scopo di generare nella caldaia una prestabilita sovra-pressione e che si aprono quando nella caldaia viene raggiunta tale sovra-pressione.

Un siffatto tipo di caffettiera è descritto nei documenti EP0932355 ed EP1208781, i quali documenti mostrano entrambi, come mezzi valvolari, un otturatore di peso predeterminato mobile tra una posizione di chiusura del condotto, determinata per gravità dal peso dell'otturatore stesso, ed una posizione di apertura, in cui l'otturatore è trattenuto da opportuni mezzi di ritenzione che impediscono che si distacchi dal condotto .

La caffettiera nota sopra descritta presenta tuttavia alcuni inconvenienti, in particolare correlati alla qualità aromatica dell'infuso ottenuto.

Infatti, innanzitutto, nei due citati documenti l'apertura della rispettiva valvola è provocata dal vapore misto ad infuso che superano la temperatura di 110°. Tale temperatura è troppo elevata e va a discapito della qualità del caffè ottenuto.

Inoltre, dal momento che la chiusura dell'otturatore è demandata al peso dello stesso, non appena la pressione dell'infuso eroqato scende al di sotto del valore di apertura sopra citato, la valvola si richiude, impedendo la corretta eroqazione a pressioni.relative prossime a quella atmosferica ed a temperature al di sotto dei 100°C (valori che garantiscono la preparazione di un infuso di caffè con ottime qualità).

Sono anche noti complicati meccanismi (ad esempio, cinematismi a ginocchiera) che permettono di mantenere aperta la valvola che però inducono attriti che si sommano a quello di primo distacco inducendo errori per basse pressioni.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre una valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni, una valvola di erogazione per caffettiere a pressione ed una caffettiera comprendente tale valvola che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

E' scopo della presente invenzione mettere a disposizione una valvola ad apertura controllata applicabile a circuiti di diverse tipologie (non solo caffettiere) che sia sensibile a basse pressioni relative. Tale valvola deve aprirsi già a pressioni relative uguali a o minori di circa 1 bar e rimanere successivamente bloccata nella posizione aperta.

E' inoltre scopo della presente invenzione mettere a disposizione una valvola di erogazione per caffettiere a pressione ed una caffettiera comprendente tale valvola che permettano di ottenere un infuso di ottima qualità. In particolare, è scopo della presente invenzione ritardare la risalita dell'infuso di caffè nelle caffettiere a pressione così che l'acqua raggiunga la temperatura ideale (di circa 80°-90°) senza superare la temperatura di ebollizione.

E' pertanto scopo della presente invenzione proporre una valvola di erogazione che assicuri la tenuta anche agli aeriformi fino ad una pressione relativa di circa 0,7-1 bar (preferibilmente 0,8-0,9 bar), impedendo che l'acqua raggiunga il macinato di caffè sino a quando la temperatura non sia quella desiderata. Una volta aperta, tale valvola deve rimanere in tale posizione onde consentire lo sfogo di tutta la pressione residua e permettere la fuoriuscita dell'infuso sospinto solo dalla tensione di vapore e dalla pressione del cuscino d'aria vantaggiosamente presente nella caldaia.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da una valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni, da una valvola di erogazione per caffettiere a pressione e da una caffettiera a pressione, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di una caffettiera comprendente una valvola di erogazione, come illustrate negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 illustra una vista in sezione di una caffettiera a pressione provvista di una valvola di erogazione secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra una vista ingrandita della valvola di erogazione di cui alla figura 1 in una prima posizione operativa; e

- la figura 3 mostra una vista ingrandita della valvola di erogazione di cui alla figura 1 in una seconda posizione operativa.

Con il numero di riferimento 1 è indicata nelle allegate figure una valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni in accordo con la presente invenzione, applicata come valvola di erogazione ad una caffettiera a pressione 2.

La valvola 1 può formare parte integrante di una caffettiera 2 o può essere prodotta e venduta separatamente per essere installata successivamente su caffettiere sprovviste di valvola e/o dotate di altri tipi di valvole.

In figura 1 è illustrata una caffettiera a pressione 2 la quale comprende, in modo di per sé noto, una caldaia 3 definita da un serbatoio presentante "una base destinata ad essere appoggiata su una fonte di calore ed un'apertura superiore, opposta alla base, la quale accoglie un contenitore 4 per caffè macinato. Il contenitore 4 presenta una parete forata 4a affacciata alla caldaia 3 ed in comunicazione di fluido con quest'ultima attraverso un condotto 5 di transito dell'acqua riscaldata. Sulla caldaia 3 è montato un recipiente di raccolta 6 destinato ad accogliere l'infuso di caffè. Una parete di fondo 7 del recipiente 6 giace affacciata al contenitore 4 con l'interposizione di un filtro 8 e un condotto di erogazione 9 si estende come un corpo tubolare all'interno del recipiente 6 in allontanamento dalla citata parete di fondo 7. Il condotto di erogazione 9 presenta un'estremità prossimale 10 vincolata alla parete di fondo 7 ed in comunicazione di fluido con il contenitore 4 ed un'estremità distale 11 opposta a quella prossimale 10. Vantaggiosamente, sull'estremità distale 11 del condotto di erogazione 9 è installata la valvola 1. Tale valvola 1 (figure 2 e 3) comprende uno stelo 12 presentante una cavità interna 13 a sviluppo assiale aperta verso un'estremità prossimale 12a dello stelo 12 stesso. La cavità interna 13 presenta un fondo cieco in prossimità di un'estremità distale 12b opposta a quella prossimale 12a. Lo stelo 12 è realizzato in metallo magnetico e preferibilmente ma non esclusivamente in acciaio alimentare .

Nella forma realizzativa esemplificativa illustrata, lo stelo 12 presenta inoltre una filettatura esterna in corrispondenza della propria estremità prossimale 12a, per consentire il montaggio solidale dello stesso sull'estremità distale 11 del condotto di erogazione 9. Le figure allegate mostrano infatti che l'estremità distale 11 del citato condotto di erogazione 9 presenta una filettatura interna accoppiata a quella dello stelo 12.

Una volta installata la valvola 1 sul condotto di erogazione 9, il condotto stesso 9 prosegue all'interno della cavità interna 13 (figure 2 e 3).

Attraverso la parete laterale dello stelo 12 sono ricavate aperture radiali 14, ciascuna delle quali preferibilmente diverge dalla cavità 13 verso l'esterno. Il condotto di erogazione 9 può essere messo in comunicazione di fluido con il volume interno del recipiente 6 solo attraverso tali aperture radiali 14. La valvola 1 comprende inoltre un otturatore 15 definito da un corpo sostanzialmente cilindrico il quale presenta un foro assiale cieco 16 che accoglie in modo scorrevole almeno una porzione dello stelo 12. L'otturatore 15 è realizzato preferibilmente in lega leggera oppure in resina sintetica (ad esempio in bakelite , teflon , vulkolan<®>) e presenta preferibilmente un peso trascurabile rispetto alla forza di apertura dovuta alla pressione relativa.

L'otturatore 15 presenta, in corrispondenza di una propria estremità distale presso la quale termina il foro cieco 16, una sede 17 affacciata su una superficie di testa dell'otturatore stesso 15. Nella sede 17 prende posto almeno un magnete permanente 18, il quale, nella forma realizzativa illustrata, è assialmente allineato allo stelo 12 ed è separato da quest'ultimo da un sottile setto 18a di spessore adeguato.

In una forma realizzativa alternativa non illustrata, il magnete 18 è montato sullo stelo 12 e l'otturatore 15 è almeno in parte formato da metallo magnetico. In ogni caso, la chiusura della valvola 1 è assicurata dal magnete 18 e non dalla forza peso (trascurabile) dell'otturatore 15.

Tra lo stelo 12 e l'otturatore 15 viene delimitata un'intercapedine 19, la quale nella posizione di chiusura è in comunicazione di fluido con la cavità interna 13 attraverso le aperture radiali 14. L'intercapedine 19 si estende attorno allo stelo 12 e tra il setto 18a e l'estremità distale 12b dello stelo 12 stesso.

L'otturatore 15 presenta inoltre in corrispondenza di una propria estremità prossimale, nella quale si apre il foro cieco 16, una sede anulare 20 che accoglie una guarnizione anulare 21 trattenuta in sede e chiusa da un anello Seeger 22. La guarnizione anulare 21 rimane assialmente interposta tra il citato anello Seeger 22 e una superficie anulare della sede 20 ortogonale all'asse comune "X-X" dello stelo 12 e dell'otturatore 15.

Nella forma realizzativa illustrata nelle allegate figure, la guarnizione anulare 21 comprende un labbro anulare flessibile 23 la cui estremità poggia contro alLo stelo 12 per assicurare la tenuta. Più in dettaglio, il labbro 23 delimita insieme alla sede anulare 20 un volume anulare 24, il quale comunica, almeno nella posizione di chiusura della valvola 1, con l'intercapedine 19. In alternativa, la guarnizione anulare 21 può essere più semplicemente un O-ring disposto in una sede appropriata.

Lo stelo 12 presenta una sagoma sostanzialmente cilindrica ma la propria superficie radialmente esterna può essere vantaggiosamente trattata e sagomata in modo da minimizzare l'attrito di primo distacco dalla guarnizione 21 e da limitare la corsa dell'otturatore 15, come più avanti dettagliato.

In accordo con una variante realizzativa non illustrata, la valvola 1 comprende mezzi di regolazione atti a variare la posizione del magnete 18 sull'otturatore 15, in modo che quest'ultimo eserciti una forza di attrazione variabile ed impostabile a piacere dall'utilizzatore . Ad esempio, il magnete 18 può essere montato su un eccentrico girevolmente applicato sulla testa dell'otturatore 15.

La rotazione dell'eccentrico determina uno spostamento del magnete 18 su un piano ortogonale all'asse comune "X-X" dello stelo 12 e dell'otturatore 15. Lo spostamento dell'asse del magnete 18 rispetto al citato asse comune "X-X" si traduce in una differente forza di attrazione tra i due elementi dipendente dall'entità di tale spostamento.

Preferibilmente, la caffettiera 2 secondo la presente invenzione presenta inoltre una caldaia 3 termicamente isolata o comunque ad alta inerzia termica, in modo da mantenere il calore necessario ad erogare l'infuso anche se, una volta apertasi la valvola 1, viene tolta dalla fonte di calore sulla quale è appoggiata.

In uso, la caffettiera 2 caricata con acqua e caffè viene posta su una fonte di calore con la valvola 1 nella posizione di chiusura illustrata nella figura 2. In tale posizione, l'estremità distale 12b dello stelo 12 giace in corrispondenza del setto 18a ed in prossimità del magnete 18, il quale magnete 18 esercita un'azione di attrazione sullo stelo 12. Le aperture radiali 14 sono coperte dall'otturatore 15 ed il labbro 23 della guarnizione 21 poggia contro allo stelo 12 in una zona dello stesso interposta tra le citate aperture 14 e l'estremità prossimale 12a.

Quando l'acqua inizia a scaldarsi, la dilatazione dei fluidi interni alla caffettiera 2 genera una sovra-pressione (pressione relativa), rispetto alla pressione atmosferica esterna, all'interno della caldaia 3, del condotto di erogazione 9, della cavità interna 13 e, attraverso le aperture radiali 14, nell'intercapedine 17 . Tale sovra-pressione è presente anche nella camera anulare 24 e contribuisce ad aumentare la tenuta data dalla guarnizione 21, poiché preme la stessa contro allo stelo 12.

Una volta raggiunto un valore predeterminato di pressione relativa (che corrisponde ad un valore ottimale di temperatura dell'acqua preferibilmente compreso tra circa 80°C e circa 90°C), superiore alla pressione atmosferica di un ΔΡ compreso preferibilmente tra circa 0,7 bar e 1 bar (più preferibilmente tra circa 0,8 e circa 0,95 bar), l'azione della stessa contro al setto 18b vince la forza di attrazione del magnete 18 e determina lo scorrimento dell'otturatore 15 sullo stelo 12 e l'allontanamento del magnete 18 stesso dall'estremità distale 12b.

Più in particolare, la sola pressione dell'aria posta al di sopra del caffè e contenuta all'interno del condotto di erogazione 9 è sufficiente a provocare l'apertura della valvola 1.

L'otturatore 15 libera le aperture radiali 14 mettendo in comunicazione di fluido il condotto di erogazione 9 con il recipiente di raccolta 6, che si trova alla pressione atmosferica, e consentendo la fuoriuscita dell'infuso di caffè spinto solo dalla tensione di vapore e dal cuscino d'aria contenuto nella caldaia 3 (figura 3).

L'otturatore 15 viene trattenuto sullo stelo 12 e mantenuto nella posizione di apertura della valvola 1 tramite mezzi di ritegno che operano per attrito o tramite altro tipo di impegno meccanico. In una forma realizzativa preferita, la superficie radialmente esterna dello stelo 12 e/o la superficie radialmente interna dell'otturatore 15 sono trattate e sagomate in modo che, una volta liberate le aperture radiali 14 e raggiunta una posizione di sfilamento parziale dell'otturatore 15 dallo stelo 12, l'attrito tra le due citate superfici blocchi e mantenga bloccato lo stelo 12 rispetto all'otturatore 15 nella posizione di apertura della valvola 1. Tale forza di attrito è sufficiente pertanto a vincere l'attrazione esercitata dal magnete 18 che comungue, essendosi allontanato dallo stelo 12, è in grado di esercitare sullo stelo 12 una forza molto più debole rispetto a quella esercitata nella posizione di chiusura.

Prima di riutilizzare la caffettiera 2, è necessario riportare manualmente l'otturatore 15 nella posizione di chiusura esercitando, ad esempio, una pressione con un dito.

In accordo con una forma realizzativa non illustrata, la valvola 1 comprende inoltre mezzi di segnalazione, preferibilmente luminosi e/o acustici (ad esempio un cicalino con batteria incorporata), in grado di segnalare l'apertura della valvola 1 stessa. Tali mezzi possono essere vantaggiosamente azionati dalla variazione di campo magnetico dovuta allo spostamento del magnete 18 insieme all'otturatore 15 al fine corsa superiore. I mezzi di segnalazione sono inoltre preferibilmente omologabili in ambiente a rischio di esplosione (ATEX).

La valvola 1 funzionante secondo il principio sopra illustrato può inoltre essere applicata, debitamente dimensionata, anche su un condotto appartenente a circuiti di altro tipo non descritti, ad esempio come valvola di sicurezza sensibile a basse pressioni relative.

La presente invenzione raggiunge gli scopi proposti e presenta indubbi vantaggi.

Innanzitutto, la valvola secondo la presente invenzione assicura che la risalita dell'infuso di caffè nelle caffettiere a pressione avvenga a pressioni relative basse (0,7-1 bar) ed a temperature ideali (solitamente di circa 80°-90°) per ottenere un'ottima qualità dell'infuso stesso.

Inoltre, la valvola in oggetto consente la fuoriuscita completa dell'infuso sospinto solo dalla tensione di vapore e dal cuscino d'aria contenuto nella caldaia, poiché una volta aperta mantiene tale posizione anche in assenza di sovra-pressione .

La qualità è inoltre assicurata dal fatto che la guarnizione della valvola, data la sua posizione, non viene mai in contatto con l'infuso, poiché l'otturatore si solleva sempre oltre i bordi delle aperture radiali. La valvola secondo l'invenzione può essere installata sulle caffettiere tradizionali, sprovviste di alcun dispositivo di controllo dell'erogazione, oppure può sostituire valvole note di altro tipo di caffettiere esistenti .

La valvola secondo l'invenzione può inoltre essere applicata, ad esempio come valvola di sicurezza, su altri tipi di circuito, dove è necessario che intervenga e rimanga aperta a seguito del superamento di una soglia prestabilita di pressione relativa molto bassa (0,7-1 bar) .

Infine, la valvola in oggetto presenta una struttura semplice ed è pertanto affidabile e poco costosa.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola ad apertura controllata per fluidi a basse pressioni, comprendente un otturatore (15) operativamente impegnabile ad un condotto (9) e mobile rispetto a detto condotto (9) tra una posizione di chiusura ed una posizione di apertura di detto condotto (9); caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un magnete (18) solidale all'otturatore (15) o al condotto (9), per trattenere l'otturatore (15) nella posizione di chiusura fino ad una predeterminata sovra-pressione presente all'interno di detto condotto (9).
2. 2. Valvola secondo la rivendicazione 1, comprendente uno stelo (12), montabile in modo fisso sull'estremità (11) del condotto (9) e presentante una cavità interna (13) in comunicazione di fluido con il condotto (9), in cui l'otturatore (15) è montato scorrevolmente sullo stelo (12) ed il magnete (18) è solidale allo stelo (12) o all'otturatore (15).
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione 2, in cui nella posizione di chiusura il magnete (18) giace in prossimità di un'estremità distale (12b) dello stelo (12) e nella posizione di apertura il magnete (18) giace distanziato da detta estremità distale (12b).
4. 4. Valvola secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, comprendente mezzi di ritegno operanti preferibilmente per attrito, per mantenere l'otturatore (15) nella posizione di apertura anche in assenza di sovrapressione.
5. 5. Valvola secondo la rivendicazione 2, 3 o 4, in cui lo stelo (12) presenta aperture radiali (14), in cui nella posizione di chiusura l'otturatore (15) copre dette aperture radiali (14) e nella posizione di apertura l'otturatore (15) libera dette aperture radiali (14).
6. 6. Valvola secondo la rivendicazione 5, in cui lo stelo (12) e l'otturatore (15) delimitano tra loro un'intercapedine (19); detta intercapedine (19) nella posizione di chiusura essendo in comunicazione di fluido con la cavità interna (13) attraverso le aperture radiali (14).
7. 7. Valvola secondo la rivendicazione 5, comprendente una guarnizione anulare (21) montata sull'otturatore (15) ed impegnata contro lo stelo (12); in cui nella posizione di chiusura detta guarnizione anulare (21) giace distanziata dall'estremità distale (12b) dello stelo (12) e chiude a tenuta la cavità interna (13) ed il condotto di erogazione (9).
8. 8. Valvola secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, in cui l'otturatore (15) presenta un peso trascurabile rispetto alla forza magnetica generata dal magnete (18) ed alla forza dovuta alla sovra-pressione presente nel condotto (9).
9. 9. Valvola secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta valvola (1) è una valvola di erogazione per caffettiere a pressione (2) ed il condotto (9) è un condotto di erogazione (9) di una caffettiera a pressione (2).
10. 10. Caffettiera a pressione, comprendente una caldaia (3), un contenitore (4) per caffè in comunicazione di fluido con la caldaia (3) e con un condotto di erogazione (9), un filtro (8) interposto tra il contenitore (4) per caffè ed il condotto di erogazione (9) ed un recipiente di raccolta (6) dell'infuso di caffè erogato dal condotto (9); caratterizzata dal fatto di comprendere una valvola di erogazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9.