ITMI20100359A1 - Impianto idraulico per macchina da caffe', macchina da caffe' che incorpora tale impianto idraulico, e metodo di controllo di tale macchina da caffe' - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un impianto idraulico per macchina da caffà ̈, ad una macchina da caffà ̈ che incorpora tale impianto idraulico, e ad un metodo di controllo di tale macchina da caffà ̈.
Come noto le macchine da caffà ̈ automatiche o semiautomatiche ad uso domestico o professionale oggi in uso presentano un impianto idraulico avente in genere una linea con una prima caldaia di produzione di acqua calda da alimentare all’infusore per la preparazione dell’infuso di caffà ̈, ed una linea con una seconda caldaia di produzione di vapore generalmente utilizzato per emulsionare il latte che poi va a formare il cappuccino.
Tali macchine da caffà ̈ possono lamentare dei costi di funzionamento importanti legati al consumo di energia elettrica necessario per portare la prima caldaia e la seconda caldaia alla temperatura di lavoro ogni volta che à ̈ richiesto.
La previsione delle due caldaie può inoltre comportare una penalizzazione nelle scelte di progetto in relazione all’ingombro complessivo della macchina da caffà ̈.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione à ̈, pertanto, quello di realizzare un impianto idraulico per macchina da caffà ̈, una macchina da caffà ̈ che incorpora tale impianto idraulico, ed un metodo di controllo di tale macchina da caffà ̈ che consentano di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota. Nell’ambito di questo compito tecnico uno scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto idraulico per macchina da caffà ̈, una macchina da caffà ̈ che incorpora tale impianto idraulico, ed un metodo di controllo di tale macchina da caffà ̈ che conseguano un risparmio tangibile dell’energia elettrica necessaria al funzionamento della macchina da caffà ̈ stessa.
Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare una macchina da caffà ̈ ad ingombro ridotto.
Non ultimo scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare una macchina da caffà ̈ strutturalmente semplificata.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un impianto idraulico per macchina da caffà ̈ del tipo comprendente almeno una prima caldaia per la produzione di acqua calda idraulicamente collegata ad un infusore, ed almeno una seconda caldaia per la produzione di vapore idraulicamente collegata ad un erogatore di vapore, caratterizzato dal fatto che detta almeno una prima caldaia e detta almeno una seconda caldaia sono a contatto tra di loro attraverso mezzi di scambio termico per conduzione.
Preferibilmente l’impianto idraulico presenta mezzi di collegamento idraulico tra la mandata della prima caldaia e l’ingresso della seconda caldaia.
I mezzi di collegamento idraulico comprendono preferibilmente una valvola a tre vie.
La valvola a tre vie presenta preferibilmente una via di ingresso idraulicamente collegata alla mandata della prima caldaia, una prima via di uscita idraulicamente collegata all’ingresso dell’infusore ed una seconda via di uscita idraulicamente collegata all’ingresso della seconda caldaia.
In una realizzazione preferita dell’invenzione la valvola a tre vie à ̈ una elettrovalvola.
Preferibilmente la prima e seconda caldaia sono collocate all’interno di un contenitore termicamente isolante.
Preferibilmente i mezzi di scambio termico conduttivo mettono a contatto la prima caldaia e la seconda caldaia in corrispondenza di una prima zona di contatto ed almeno una seconda zona di contatto remota dalla prima zona di contatto.
Preferibilmente i mezzi di scambio termico conduttivo comprendono in corrispondenza della prima zona di contatto un primo elemento di presa con cui la prima o rispettivamente seconda caldaia abbraccia una prima porzione della superficie esterna della seconda o rispettivamente prima caldaia.
Preferibilmente sono previsti mezzi di connessione meccanica tra la prima e seconda caldaia associati ai mezzi di scambio termico conduttivo.
Preferibilmente i mezzi di connessione meccanica comprendono almeno una molletta a filo avvolta attorno alla prima o seconda caldaia in corrispondenza della prima zona di contatto e vincolata al primo elemento di presa.
La presente invenzione rivela anche un metodo di controllo di una macchina da caffà ̈ del tipo comprendente un impianto idraulico avente almeno una prima caldaia per la produzione di acqua calda idraulicamente collegata ad un infusore, ed almeno una seconda caldaia per la produzione di vapore idraulicamente collegata ad un erogatore di vapore, caratterizzato dal fatto di recuperare almeno parte dell’energia termica dissipata da detta prima caldaia durante un ciclo di produzione di un infuso di caffà ̈ per il preriscaldamento di detta seconda caldaia per un successivo ciclo di produzione di vapore e viceversa.
Il metodo di controllo prevede l’attivazione preferibilmente selettiva della prima e seconda caldaia.
Nel metodo di controllo, durante il ciclo di produzione del vapore, preferibilmente la seconda caldaia à ̈ disattivata ad intermittenza, e negli intervalli di disattivazione della seconda caldaia preferibilmente à ̈ attivata la prima caldaia.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva dell’impianto idraulico per macchina da caffà ̈, della macchina da caffà ̈ che incorpora tale impianto idraulico, e del metodo di controllo di tale macchina da caffà ̈ secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 mostra lo schema idraulico della macchina da caffà ̈ durante il ciclo di produzione dell’infuso di caffà ̈;
la figura 2 mostra lo schema idraulico della macchina da caffà ̈ durante il ciclo di produzione del vapore;
la figura 3 mostra una vista prospettica dell’assieme della prima e seconda caldaia;
la figura 4 mostra una vista prospettiva della prima e seconda caldaia prima della reciproca associazione;
la figura 5 mostra una vista in pianta dell’assieme della prima e seconda caldaia; e
la figura 6 mostra una vista in pianta dell’assieme della prima e seconda caldaia all’interno del contenitore termoisolante, parzialmente illustrato.
Con riferimento alle figure citate, l’impianto idraulico della macchina da caffà ̈ comprende un primo circuito di produzione dell’infuso di caffà ̈, comprendente una prima caldaia 3, ed un secondo circuito di produzione del vapore, comprendente una seconda caldaia 14.
Il primo circuito presenta una linea di collegamento idraulico 1 tra un serbatoio 2 dell’acqua ed un infusore 5.
Lungo la linea di collegamento idraulico 1 sono presenti, collegati idraulicamente in cascata, un flussimetro 7, una pompa di alimentazione 6, la prima caldaia 3, ed una elettrovalvola 8 a tre vie.
L’elettrovalvola 8 a tre vie presenta un particolare una via di ingresso 9 idraulicamente collegata alla mandata della prima caldaia 3, una prima via di uscita 10 a cui à ̈ idraulicamente collegato l’infusore 5, ed una seconda via di uscita 11.
Il secondo circuito presenta una linea di collegamento idraulico 13 tra il serbatoio 2 ed un erogatore di vapore 12, ad esempio un ugello.
Vantaggiosamente l’impianto idraulico presenta mezzi di collegamento idraulico tra la mandata della prima caldaia 3 e l’ingresso della seconda caldaia 14, comprendenti in particolare almeno l’elettrovalvola 8.
La linea di collegamento idraulico 13 coincide con la linea di collegamento idraulico 1 a monte della elettrovalvola 8, mentre a valle della elettrovalvola 8 si prolunga dalla seconda via di uscita 11 differenziandosi dalla linea di collegamento idraulico 1 che si prolunga invece dalla prima via di uscita 10.
In particolare la linea di collegamento idraulico 13 che si sviluppa tra la seconda via di uscita 11 della elettrovalvola 8 e l’erogatore di vapore 12 comprende, idraulicamente collegati in cascata, la seconda caldaia 14 ed una seconda elettrovalvola 16 a tre vie.
Una valvola di sicurezza 15 ha la via di ingresso 17 idraulicamente collegata alla linea idraulica che collega la via di uscita 11 dell’elettrovalvola 8 alla via di ingesso della caldaia 14 seconda via di uscita 11 della elettrovalvola 8, ed una via di uscita 18 idraulicamente collegata ad una prima via di ingresso 20 di una camera di espansione 21.
La seconda elettrovalvola 16 ha una prima via di ingresso 22 idraulicamente collegata alla mandata della seconda caldaia 14, una prima via di uscita 23 idraulicamente collegata all’erogatore di vapore 12, ed una via seconda di uscita 24 idraulicamente collegata ad una seconda via di ingresso 25 della camera di espansione 21 che ha a sua volta una via di uscita 26 atta a scaricare l’acqua in un vassoio di raccolta 27.
La prima caldaia 3 presenta un corpo 30 sostanzialmente a forma di cilindro schiacciato, realizzato da pressofusione di un materiale a base di alluminio, in cui à ̈ presente un canale di alloggiamento di una resistenza elettrica 32 ed un canale ospitante un tubetto in acciaio 33 conformato a elica cilindrica in cui à ̈ atto a circolare il flusso di acqua da riscaldare.
La seconda caldaia 14 presenta un corpo 34 tubolare, realizzato da estrusione di un materiale a base di alluminio, avente un tratto centrale 35 curvato di circa 90° sostanzialmente con lo stesso raggio di curvatura della parete di delimitazione laterale 31 del corpo 30 della prima caldaia 3.
Il corpo tubolare 34 in particolare circoscrive con il suo tratto centrale 35 curvo una porzione della parete di delimitazione 31 del corpo 30.
Il corpo tubolare 34 presenta, lungo tutto il suo sviluppo assiale, un canale ospitante un tubetto in acciaio 37 in cui à ̈ atto a circolare il flusso di acqua da vaporizzare e, in posizione diametralmente opposta rispetto al canale ospitante il tubetto 37, due canali di alloggiamento ciascuno di una resistenza elettrica 36.
Vantaggiosamente la prima caldaia 3 e la seconda caldaia 14 sono a contatto tra di loro attraverso mezzi di scambio termico conduttivo che mettono a contatto la prima caldaia 3 e la seconda caldaia 14 in corrispondenza di una prima zona di contatto 28 e di una seconda zona di contatto 29 remota dalla prima zona di contatto 28.
La prima zona di contatto 28 e la seconda zona di contatto 29 sono sostanzialmente in corrispondenza delle estremità opposte del tratto centrale curvo 35 del corpo tubolare 34.
I mezzi di scambio termico conduttivo comprendono in corrispondenza della prima zona di contatto 28 un primo elemento di presa 38, portato fisso dal corpo 30, con cui il corpo 30 abbraccia una prima porzione della superficie esterna del corpo 34, ed in corrispondenza della seconda zona di contatto 29 un secondo elemento di presa 39, portato fisso dal corpo 30, con cui il corpo 30 abbraccia una seconda porzione della superficie esterna del corpo 34. La presa in entrambi i casi avviene sulla porzione del corpo 34 in cui à ̈ ricavato sia il canale di alloggiamento delle resistenze elettriche 36 sia il canale di alloggiamento del tubetto 37.
Vantaggiosamente sono presenti mezzi di connessione meccanica tra il corpo 30 ed il corpo 34 associati ai mezzi di scambio termico conduttivo.
I mezzi di connessione meccanica comprendono in particolare una prima molletta a filo 50 applicata attorno al corpo 34 in corrispondenza della prima zona di contatto 28 e vincolata a fori 52 del primo elemento di presa 38, ed una seconda molletta a filo avvolta attorno al corpo 34 in corrispondenza della seconda zona di contatto 29 e vincolata fori 53 del secondo elemento di presa 39. Vantaggiosamente il fissaggio meccanico in due zone distanziate permette di posizionare il corpo 34 a ridosso del corpo 30 lasciando libero il tratto curvo 35 del corpo 34 di compensare la propria deformazione elastica derivante dal gradiente termico a cui à ̈ assoggettato in uso.
L’assieme composto dalla prima caldaia 3 e dalla seconda caldaia 14 à ̈ collocato all’interno di un contenitore termicamente isolante 54. Tale contenitore in particolare à ̈ realizzato con una plastica termoresistente, preferibilmente un materiale composito a base di una resina caricata con fibre di rinforzo. La presenza di una apposita intercapedine d’aria tra le pareti del contenitore l’assieme composto dalla prima caldaia 3 e dalla seconda caldaia 14 ottimizza anche lo scambio convettivo e per irraggiamento tra la caldaia più calda e quella più fredda.
Il controllo della macchina da caffà ̈ prevede il recupero di almeno parte dell’energia termica dissipata dalla prima caldaia 3 durante un ciclo di produzione di un infuso di caffà ̈ per il preriscaldamento della seconda caldaia 14 per un successivo ciclo di produzione di vapore.
Durante l’attivazione del primo circuito idraulico per la produzione dell’infuso, la prima caldaia 3 à ̈ attivata per portare l’acqua di infusione a circa 90°.
Parte dell’energia termica dissipata dalla prima caldaia 3 in questa fase viene convogliata per via conduttiva, attraverso gli elementi di presa 38 e 39, dal corpo 30 al corpo 34. In questo modo la seconda caldaia 14 à ̈ assoggettata ad un preriscaldamento che consente un significativo risparmio dell’energia elettrica di alimentazione della resistenza 36 necessaria a portare la seconda caldaia 14 alla temperatura di circa 140°C quando viene successivamente attivato il secondo circuito idraulico per la produzione di vapore.
Deve essere rimarcato che, per la produzione del vapore, al risparmio energetico dovuto al recupero dell’energia termica dissipata dalla prima caldaia 3 si aggiunge quello dovuto al fatto che l’acqua da vaporizzare entra nella seconda caldaia 13 non alla temperatura ambiente di circa 20°C bensì ad una temperatura già di circa 90°C per il fatto che proviene dalla prima caldaia 3 da cui à ̈ stata precedentemente riscaldata.
Naturalmente l’energia termica può fluire per via conduttiva anche in senso opposto quando viene attivato prima il secondo circuito idraulico e successivamente il primo circuito idraulico. In questo caso la prima caldaia 3 à ̈ assoggettata ad un preriscaldamento che consente un significativo risparmio dell’energia elettrica di alimentazione della resistenza 32.
La macchina deve poter garantire la massima efficienza possibile nel rispetto di un valore massimo di potenza elettrica assorbita, e per questo si à ̈ trovato conveniente, durante il ciclo di produzione del vapore, disattivare ad intermittenza per brevi intervalli di tempo la seconda caldaia 14, ed in questi brevi intervalli di tempo attivare la prima caldaia 3. Ciò consente di avere in ingresso alla seconda caldaia 14 acqua riscaldata ad una temperatura ottimale dalla prima caldaia 3. In particolare si à ̈ trovato vantaggioso attivare la seconda caldaia 14, per un periodo complessivo compreso tra 85% e 95% del tempo di esecuzione del ciclo di produzione del vapore, e la prima caldaia 3 per un periodo complessivo compreso tra 15% e 5% del tempo di esecuzione del ciclo di produzione del vapore. Naturalmente tale accorgimento particolarmente utile non à ̈ applicabile ad una possibile differente realizzazione dell’invenzione in cui la prima caldaia 3 e la seconda caldaia 14 non sono idraulicamente collegate.
L’impianto idraulico per macchina da caffà ̈ così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ del tipo comprendente almeno una prima caldaia (3) per la produzione di acqua calda idraulicamente collegata ad un infusore (5), ed almeno una seconda caldaia (14) per la produzione di vapore idraulicamente collegata ad un erogatore di vapore (12), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di scambio termico per conduzione che mettono a contatto detta almeno una prima caldaia (3) con detta almeno una seconda caldaia (14).
- 2. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di presentare mezzi di collegamento idraulico tra la mandata di detta prima caldaia (3) e l’ingresso di detta seconda caldaia (14).
- 3. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento idraulico comprendono una valvola (8) a tre vie.
- 4. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta valvola (8) a tre vie presenta una via di ingresso (9) idraulicamente collegata alla mandata di detta prima caldaia (3), una prima via di uscita (10) idraulicamente collegata all’ingresso di detto infusore (5) ed una seconda via di uscita (11) idraulicamente collegata all’ingresso di detta seconda caldaia (14).
- 5. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo una qualunque rivendicazione 3 e 4, caratterizzato dal fatto che detta valvola (8) a tre vie à ̈ una elettrovalvola.
- 6. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta prima e seconda caldaia (3, 14) sono collocate insieme all’interno di un contenitore termicamente isolante.
- 7. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di presentare una apposita intercapedine d’aria tra le pareti del detto contenitore l’assieme composto dalla detta prima caldaia (3) e dalla detta seconda caldaia (14) per ottimizzare anche lo scambio convettivo e per irraggiamento tra la caldaia più calda e quella più fredda.
- 8. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di scambio termico conduttivo mettono a contatto detta prima caldaia (3) e detta seconda caldaia (14) in corrispondenza di una prima zona di contatto (28) ed almeno una seconda zona di contatto (29) remota da detta prima zona di contatto (28).
- 9. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di scambio termico conduttivo comprendono in corrispondenza di detta prima zona di contatto (28) un primo elemento di presa (38) con cui detta prima caldaia (3) o rispettivamente detta seconda caldaia (14) abbraccia una prima porzione della superficie esterna di detta seconda caldaia (14) o rispettivamente di detta prima caldaia (3).
- 10. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di presentare mezzi di connessione meccanica tra detta prima e seconda caldaia (3, 14) associati a detti mezzi di scambio termico conduttivo.
- 11. Impianto idraulico per macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di connessione meccanica comprendono almeno una molletta a filo avvolta attorno a detta prima o seconda caldaia (3 o 14) in corrispondenza di detta prima zona di contatto (28) e vincolata a detto primo elemento di presa (38).
- 12. Macchina da caffà ̈ caratterizzata dal fatto di comprendere un impianto idraulico conforme ad una o più rivendicazioni precedenti.
- 13. Metodo di controllo di una macchina da caffà ̈ del tipo comprendente un impianto idraulico avente almeno una prima caldaia (3) per la produzione di acqua calda idraulicamente collegata ad un infusore (5), ed almeno una seconda caldaia (14) per la produzione di vapore idraulicamente collegata ad un erogatore di vapore (12), caratterizzato dal fatto di recuperare almeno parte dell’energia termica dissipata da detta prima caldaia (3) durante un ciclo di produzione di un infuso di caffà ̈ per il preriscaldamento di detta seconda caldaia (14) per un successivo ciclo di produzione di vapore e viceversa.
- 14. Metodo di controllo di una macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta prima e seconda caldaia (3, 14) sono attivate selettivamente.
- 15. Metodo di controllo di una macchina da caffà ̈ secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che durante detto ciclo di produzione del vapore detta seconda caldaia (14) à ̈ disattivata ad intermittenza, e negli intervalli di disattivazione di detta seconda caldaia (14) à ̈ attivata detta prima caldaia (3).
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| EP4008224A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-08 | Simonelli Group S.P.A. | Steam production system for professional coffee machines |
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| DE4204746A1 (de) * | 1992-02-18 | 1993-10-14 | Arthur Eugster Ag Romanshorn | Kaffeemaschine mit Dampfeinrichtung |
| EP1302141A1 (de) * | 2001-10-09 | 2003-04-16 | Fianara International B.V. | Vorrichtung zur Herstellung von Heissgetränken |
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2010
- 2010-03-05 IT ITMI2010A000359A patent/IT1398544B1/it active
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