ITPD20100039U1 - Dispositivo nebulizzatore per forni di cottura e forno comprendente detto dispositivo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato concerne un dispositivo nebulizzatore per forni di cottura, avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n. 1. Il trovato è altresì diretto ad un forno di cottura comprendente il dispositivo nebulizzatore anzidetto.

Il trovato si colloca in modo particolare nello specifico ambito tecnico dei forni di cottura per alimenti, provvisti di dispositivi nebulizzatori di acqua iniettata all’interno della camera di cottura.

La produzione del vapore per la cottura nei forni può essere interna o esterna al forno, intendendo che il forno sia provvisto di una camera di cottura comprensiva di mezzi di ventilazione e di mezzi di convogliamento dell’aria e/o del vapore.

I forni con produzione interna di vapore prevedono l’immissione di acqua all’interno della camera di cottura del forno e dei sistemi di atomizzazione per facilitare la successiva evaporazione causata dalla temperatura del forno e/o da mezzi di riscaldamento.

Sono noti diversi sistemi di atomizzazione. Il più semplice, e generalmente poco efficace, prevede l’immissione dell’acqua direttamente in corrispondenza del ventilatore, o nella zona di aspirazione o in quella di mandata, senza l’ausilio di ulteriori mezzi di atomizzazione (esempi di mezzi di atomizzazione si trovano ad esempio in US6188045, o US5619983 o EP0640310)

Il trovato si colloca nell’ambito dei sistemi di nebulizzazione nei quali l’immissione dell’acqua avviene direttamente nella bocca di aspirazione del ventilatore.

Sono altresì noti diversi tipi di ventilatore: il trovato fa riferimento, in particolare, ai ventilatori radiali, vale a dire ventilatori aventi pale che si sviluppano in direzione radiale, cosiddetti “bidirezionali”. Il trovato si presta comunque anche al’impiego nei ventilatori non bidirezionali, che fanno uso di pale curvate in avanti o indietro. Configurazioni tipiche di tali ventilatori prevedono che il rapporto fra il diametro esterno (D) ed il diametro interno (d) sia minore di 0,5.

La pratica corrente prevede di immettere l’acqua in una zona che si può definire “centrale”, intendendo come centrale una zona che, prendendo come riferimento l’asse di rotazione del ventilatore, è coassiale con il medesimo e può essere caratterizzata da un diametro pari a metà del diametro interno delle palette della girante.

L’idea che sta alla base di questa configurazione è che l’acqua che entra nella zona di aspirazione, a causa dell’alta velocità dell’aria e/o del vapore aspirato dal ventilatore, si distribuisce abbastanza uniformemente sulla superficie interna delle palette le quali, girando ad alta velocità (tipicamente da 1000 a 3000 giri al minuto), riescono ad atomizzarla.

In realtà, immettendo l’acqua in quella zona, questa viene aspirata e trascinata verso il fondo del ventilatore (la parte posteriore delle palette con riferimento alla direzione assiale) e solo una ridotta percentuale del flusso d’acqua riesce a raggiungere la superficie interna delle palette limitando molto l’efficacia dell’atomizzazione.

Non solo, oltre alla poco efficiente atomizzazione, si ha che la superficie delle palette interessate dal flusso dell’acqua si riduce molto (si limita ad una frazione di quella disponibile che va dal fondo fino a una certa distanza da questo: da prove eseguite ad alta velocità di rotazione si riduce del 60-70% rispetto a quella disponibile). Siccome nei forni sono spesso utilizzate delle resistenze elettriche in forma di cavi scaldanti estesi in configurazioni coassiali con il ventilatore e abbastanza uniformemente distribuiti lungo l’asse della ventola in modo da coprire la lunghezza delle palette, si ha che viene penalizzata molto la successiva evaporazione delle micro goccioline prodotte dall’impatto dell’acqua con le alette perché solo una percentuale della superficie delle resistenze elettriche viene interessata dal flusso delle goccioline (da prove sperimentali ad alta velocità di rotazione, come sopra accennato, tipicamente solo il 30-40% delle resistenze viene investito dal flusso di goccioline).

In sintesi, le problematiche incontrate nelle soluzioni note riguardano principalmente

1) scarsa efficienza di atomizzazione con produzione di gocce anche di grosso diametro e:

a) diminuzione dell’efficienza del processo di evaporazione con conseguente i) maggior consumo di acqua e ii) maggior consumo di potenza termica (es. elettrica) a causa del riscaldamento inutile alla temperatura della camera di cottura dell’acqua non evaporata a causa della suddetta inefficienza,

b) possibile danneggiamento del cibo in cottura (es. cotture di pasticceria – bakery)

2) Elevata percentuale della superficie delle resistenze elettriche non investita dalle goccioline d’acqua con conseguente innalzamento della loro temperatura superficiale e diminuzione della loro durata (più alta è la temperatura, minore è la durata).

Il problema alla base del presente trovato è quello di mettere a disposizione un dispositivo di nebulizzazione strutturalmente e funzionalmente concepito così da consentire il superamento dei limiti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Questo problema è risolto dal trovato mediante un dispositivo nebulizzatore realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di un suo preferito esempio di attuazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di un dispositivo nebulizzatore secondo il trovato,

- la figura 2 è una vista schematica in sezione assiale del dispositivo di figura 1,

- la figura 3 è una vista in sezione assiale ed in scala ingrandita di un particolare del dispositivo delle figure precedenti,

- le figure 4 e 5 sono viste rispettivamente in alzato frontale e in alzato laterale, in parziale sezione, di un ventilatore operativamente associato al dispositivo delle figure precedenti,

- la figura 6 è una vista schematica, ed in parziale sezione di un forno di cottura provvisto di un dispositivo nebulizzatore secondo il trovato. Con riferimento alle figure citate, con 1 è complessivamente indicato un dispositivo nebulizzatore, concepito per l’impiego in un forno 2 di cottura, solo schematicamente e parzialmente rappresentato, il quale è provvisto di una camera di cottura 3.

Per effettuare la ricircolazione di aria all’interno della camera di cottura 3 sono altresì previsti mezzi di ventilazione includenti un ventilatore radiale 4, azionato in rotazione da un motore elettrico non rappresentato, disposto all’interno della camera di cottura, la cui funzione è quella di indurre una circolazione forzata di aria idonea a garantire lo scambio termico per convezione idoneo al processo di cottura prescelto.

Il ventilatore 4 è convenientemente scelto di tipo radiale, con asse di rotazione X, ed è provvisto di una pluralità di pale 5 a profilo 5a rettilineo, disposte a passo angolare regolare ed assialmente estese tra un anello di fondo 6, solidarizzato con il mozzo centrale 7 del ventilatore, ed un contrapposto anello 8, assialmente distanziato dal mozzo. Detti anelli di supporto 6,8 individuano rispettivi piani F, G, perpendicolari all’asse X, tra i quali sono delimitate assialmente le pale 5 del ventilatore, come chiaramente illustrato in figura 2. Con D è indicato il diametro esterno della girante di ventilatore, mentre con d è indicato il diametro interno, come mostrato in figura 5. Nella stessa figura con L è indicata la dimensione assiale di sviluppo di ciascuna pala 5, sostanzialmente delimitata tra i piani F e G.

Il forno è inoltre provvisto di mezzi di generazione del calore, ad esempio includenti resistenze 9 elettriche, realizzate in forma di cavi scaldanti piegati ad anelli coassiali con il ventilatore ed avvolti, esternamente alla girante, con distribuzione sostanzialmente uniforme a coprire l’intera estensione assiale delle palette del ventilatore, come emerge chiaramente nelle figure 1 e 2. Nel forno sono altresì previsti mezzi per generare vapore acqueo internamente alla camera di cottura 3, i quali prevedono l’alimentazione di un flusso di acqua all’interno della camera di cottura, ed una nebulizzazione o atomizzazione di tale flusso al fine di facilitare l’evaporazione dell’acqua causata dalla temperatura del forno e/o dalle resistenze scaldanti.

Il forno comprende pertanto un condotto 10 di adduzione di acqua, alimentato opportunamente da una sorgente esterna, il quale si estende con la sua estremità libera 10a di erogazione del flusso sino alla zona di aspirazione del ventilatore 4. Nella sezione di estremità 10a del condotto, preferibilmente di conformazione circolare, è individuabile un punto inferiore di tale sezione, di distacco del flusso dal condotto, il quale è contrassegnato con P e rappresenta il punto della sezione 10a più vicino al profilo 5a delle pale 5 ad esso affacciate, come illustrato in figura 2.

Secondo una principale caratteristica del trovato, il posizionamento del punto di distacco P del flusso dalla sezione 10a è scelto, relativamente alla posizione della palettatura di girante, nel modo specificato in dettaglio di seguito.

Con Q è indicato il piano assiale di simmetria della girante contenente l’asse X nonché coincidente con il piano mediano principale del condotto 10, in altri termini, il piano Q corrisponde al piano della sezione assiale mostrata in figura 2, a detto piano Q appartenendo altresì il punto P di distacco del flusso dal condotto 10.

Con A è indicata la distanza misurata radialmente (in direzione perpendicolare all’asse X) sul piano Q, tra il punto di distacco P dal condotto ed il bordo interno del profilo 5a di pala 5 (intendendo con bordo interno quello rivolto verso l’asse della girante) affacciata al punto P e passante per il piano Q, mentre con H = d/2 è indicata la distanza radiale, misurata nel piano Q, tra l’asse X e detto bordo interno del profilo di pala. Con R è indicato il rapporto A/H.

Con B è indicata la distanza misurata assialmente (parallelamente all’asse X), sul piano Q, tra il punto di distacco P ed il piano G di supporto delle pale (contrapposto al piano F di fondo), delimitante le pale da parte assialmente contrapposta all’anello 6 di attacco al mozzo della girante. Con R’’ è indicato il rapporto B/L.

Secondo il trovato la posizione del punto di distacco, da cui è iniettato il flusso d’acqua nella zona di aspirazione è tale per cui i rapporti R’ ed R’’ sono scelti nei seguenti intervalli di valori

0 < R’ < 0.5

0 < R’’ < 0.5

Test condotti dalla stessa Richiedente hanno inoltre mostrato che una ulteriore più ristretta combinazione di intervalli di valori per R’ ed R’’ è la seguente: R’ ≤ 0.33

R’’ ≤ 0.33

Uno specifico test condotto con una girante radiale avente diametri D= 197mm e d=166.2 mm nonché L= 81.5mm, ha evidenziato una coppia preferita per le distanze A e B, rispettivamente A pari a circa 10 mm e B pari a circa 11 mm. In accordo con il posizionamento del punto di distacco del flusso nella zona di aspirazione, è previsto di iniettare l’acqua il più possibile vicino alle palette (distanza A) ed il più possibile vicino all’inizio delle palette dal lato opposto al fondo del ventilatore (distanza B). In questo modo l’effetto di trascinamento dell’acqua iniettata verso il fondo del ventilatore è minimizzato perché l’acqua tende, per gravità, ad andare verso il fondo e a toccare le palette a breve distanza dal punto di immissione. Le gocce che toccano le palette vengono in parte frantumante ed in parte “rimbalzate” nel senso di rotazione del ventilatore verso altre zone provocando una buona atomizzazione ma soprattutto interessando praticamente tutta la superficie interna del ventilatore.

Va sottolineato che il condotto di immissione dell’acqua che in figura 1 è diretto verticalmente, potrebbe essere ruotato fino ad un angolo all’incirca orizzontale senza che l’efficienza di atomizzazione e la percentuale di superficie bagnata dalle goccioline diminuisca in modo apprezzabile; naturalmente garantendo il posizionamento secondo le distanze A e B più sopra indicate.

Il trovato risolve così il problema proposto conseguendo i vantaggi enunciati rispetto alle soluzioni note.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di nebulizzazione per forni di cottura comprendenti una camera di cottura, un mezzo ventilatore condotto in rotazione attorno ad un asse di rotazione, e mezzi di alimentazione per introdurre in detta camera un liquido da nebulizzare, detto mezzo ventilatore includendo una girante a pale radiali nonché sviluppate e definite assialmente tra un piano di fondo solidarizzato ad un mozzo del ventilatore ed un contrapposto piano di supporto assialmente distanziato da detto piano di fondo, detti mezzi di alimentazione comprendendo un condotto di adduzione del liquido da nebulizzare, il condotto recando una sezione ad una sua estremità libera per l’erogazione del liquido collocata in una zona di aspirazione del ventilatore, in detta sezione di estremità essendo definito un punto di distacco del flusso di liquido in direzione delle pale di girante, detto punto di distacco interessando la zona di detta sezione più prossima alla palettatura della girante, caratterizzato dal fatto che in un piano (Q) contenente l’asse (X) della girante ed il punto (P) di distacco del flusso di liquido dal condotto di adduzione, indicando come primo rapporto (R’) il rapporto tra la distanza (A) misurata radialmente su detto piano (Q), tra il punto di distacco (P) e la corrispondente paletta ad esso affacciata e passante per detto piano (Q), e la distanza radiale (H) di un bordo di profilo interno di paletta dall’asse (X), ed indicando come secondo rapporto (R”) il rapporto tra la distanza (B) misurata assialmente in detto piano (Q), tra il punto di distacco (P) ed il piano di supporto delle pale contrapposto a detto piano di fondo nonché delimitante assialmente le palette da parte opposta al piano di fondo, e la distanza (L) tra detti piani contrapposti, detti primo (R’) e secondo (R’’) rapporto sono scelti nei seguenti intervalli di valori: 0 < R’ < 0.5 con R’ = A/H 0 < R’’< 0.5 con R” = B/L 2. Dispositivo di nebulizzazione secondo la rivendicazione 1, in cui il primo (R’) ed il secondo (R’’) rapporto sono scelti come segue: R’ ≤ 0.33 R” ≤ 0.33 3. Dispositivo di nebulizzazione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui per un diametro esterno (D) di girante pari a 197mm, e diametro interno (d) pari a 166.2mm, il posizionamento del punto di distacco del flusso presenta valori A=10mm e B=11mm. 4. Forno di cottura, particolarmente per alimenti comprendente una camera di cottura, un mezzo ventilatore provvisto in detta camera, mezzi di alimentazione per introdurre nella camera un liquido da nebulizzare ed un dispositivo nebulizzatore realizzato in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti.