ITTV20120158A1

ITTV20120158A1 - Forno per cottura di alimenti a convezione o a convezione e vapore alimentato a gas.

Info

Publication number: ITTV20120158A1
Application number: IT000158A
Authority: IT
Inventors: Fabbro Claudio Del
Original assignee: Gico Spa
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-07

Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

Avente per titolo : FORNO PER COTTURA DI ALIMENTI A CONVEZIONE O A CONVEZIONE E VAPORE ALIMENTATO A GAS

DESCRIZIONE

Stato della tecnica: Lo stato della tecnica più vicino al presente trovato è costituito dal brevetto FR 2728656 A1-B1.I tipi di forni considerati comprendono un involucro esterno, una camera di cottura, una porta, un gruppo di comandi e controlli, un eventuale gruppo generatore di vapore, mezzi per la circolazione dellaria nella camera di cottura e mezzi per il riscaldamento di detta aria.l mezzi per la circolazione dellaria nella camera di cottura vengono realizzati con ventilatori costituiti da motori elettrici e da ventole. I mezzi per il riscaldamento del'aria nella camera di cottura vengono realizzati con bruciatori a gas a premiscelazione totale e scambiatori di calore. I bruciatori a premiscelazione totale sono costituiti da valvole di sicurezza, ventilatori, mixer, schede elettroniche, elettrodi di accensione e controllo fiamma, condotto di alimentazione della miscela aria e gas, ed infine dalla testa del bruciatore da cui si sprigiona la fiamma. Gli scambiatori di calore sono costituiti dalla camera di combustione, dal collettore di scarico gas combusti e da due fasci tubieri che escono dalla camera di combustione in direzioni opposte fra loro e che, seguendo un percorso avvolgente attorno alla ventola di circa mezzo giro, si riuniscono nel collettore di scarico dei gas combusti. L’asse di simmetria degli scambiatori di calore è sostanzialmente obliquo-diagonale rispetto all’asse verticale della ventola. Un difetto degli scambiatori di calore dello stato della tecnica è quello di riscaldare l'aria in modo disuniforme causando di conseguenza una scarsa uniformità di cottura dei cibi. Un altro difetto degli scambiatori di calore dello stato della tecnica è quello di avere forma e dimensioni ingombranti. La scarsa uniformità di riscaldamento dell’aria dello scambiatore di calore è dovuta alla presenza di ostacoli ingombranti, come la camera di combustione e il collettore di scarico entrambi di forma rotonda e di dimensioni notevoli, che ostruiscono localmente il passaggio dell’aria proveniente dalla ventola e provocano di conseguenza una scarsa uniformità della distribuzione dell’aria nelle aperture di entrata nella camera di cottura. L’asse di simmetria dello scambiatore di calore è obliquo rispetto all'asse verticale della ventola da cui deriva una distribuzione dissimmetrica dell’aria nelle aperture di entrata nella camera di cottura causando una macroscopica disuniformità di cottura nel forno. La forma e dimensioni ingombranti dello scambiatore di calore sono dovute al basso coefficiente totale di scambio termico nei tubi scambiatori di calore, a sua volta causato dal basso coefficiente di convezione sia nel lato aria che nel lato gas combusti. Il basso coefficiente di convezione nel lato aria deriva dalla bassa velocità dell’aria che lambisce esternamente i tubi scambiatori di calore e dalla notevole distanza fra detti tubi e la ventola. Il basso coefficiente di convezione nel lato gas combusti è dovuto ai fatto che detti gas corrono nei tubi scambiatori di calore strisciano lungo pareti lisce generando un flusso a regime laminare a cui notoriamente corrisponde un basso coefficiente di convezione. Per sopperire al basso coefficiente di trasmissione totale di calore è necessario disporre di grandi superfici di scambio termico al fine di ottenere rendimenti termici accettabili. In questo modo però si devono adottare scambiatori di calore grossi ed ingombranti:

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Uno scopo dell’invenzione è quello di migliorare l’uniforme distribuzione dell’aria all’uscita dello scambiatore di calore sotto l’aspetto del flusso e della temperatura. Questo requisito è fondamentale per realizzare una distribuzione del calore uniforme nella camera di cottura e ottenere così una cottura uniforme di tutto il cibo contenuto nel forno. Un altro scopo dell’invenzione è di realizzare uno scambiatore di calore con forma e dimensioni compatte e alta efficienza termica. Un altro scopo dell’ invenzione è quello di ridurre le sollecitazioni termiche dovute alla dilatazione dello scambiatore di calore al fine di evitare rotture per stress termico specialmente nelle saldature.

BREVE DESCRIZIONE DELLE TAVOLE

Le caratteristiche e i vantaggi dell’invenzione vengono evidenziati dalle tavole allegate seguenti :La TAV 1 rappresenta la vista frontale di un forno a convezione generico. La TAV. 2 rappresenta la sezione AA come richiamata nella TAV. 1. La TAV.3 rappresenta la sezione BB come richiamata nella TAV.2. La TAV 4 rappresenta la sezione CC come richiamata nella TAV 3.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Facendo riferimento alle figure sopra descritte viene rappresentato un forno sostanzialmente costituito da un involucro esterno (1) , da una porta (2) , da un pannello comandi (3) , da una camera di cottura (4) in cui sono contenuti i cibi da cuocere non indicati, da una camera di riscaldamento (5) in cui sono contenuti i mezzi per la circolazione del'aria e mezzi per il riscaldamento dell' aria. I mezzi per la circolazione dell’aria sono costituiti da una ventola (9) e un motore elettrico (10) del tipo a inversione automatica del senso di rotazione, e da un convogliatore d’aria (6) che obbliga l’aria a muoversi in circuito chiuso attraversando la camera di cottura (4) e la camera di riscaldamento (5) passando attraverso un foro di aspirazione (7) e attraverso le due fessure verticali (8). I mezzi per il riscaldamento dell' aria sono costituiti da un bruciatore a gas a premiscelazione totale e da uno scambiatori di calore che scarica i gas combusti all’esterno del forno con un condotto (26). Il bruciatore a premiscelazione totale è costituito da valvola di sicurezza, ventilatore, mixer, schede elettroniche, elettrodi di accensione e controllo fiamma non indicati nelle figure, da un condotto di alimentazione (17) della miscela aria e gas, ed infine dalla testa del bruciatore (16) da cui si sprigiona la fiamma dentro la camera di combustione (12).Lo scambiatore di calore (11) è costituito dalia camera di combustione (12) , dal collettore di scarico gas combusti (14), da due fasci tubieri (13) che escono dalla camera di combustione in direzioni opposte fra loro e che, seguendo un percorso avvolgente attorno alla ventola di circa mezzo giro, si riuniscono nel collettore di scarico dei gas combusti. I due fasci tubieri (13) sono costituiti ciascuno da almeno due tubi (20) scambiatori di calore ciascuno dei quali contiene nella parte finale un turbolatore (15).l vantaggi che si vogliono realizzare con l invenzione sono Migliorare l uniformità di cottura dei cibi ottimizzando lo scambiatore di calore.- Realizzare uno scambiatore di calore di forma e dimensioni compatte e buon rendimento termico.- Ridurre le sollecitazioni termiche nelle saldature e nelle altre parti deboli dello scambiatore di calore. Per migliorare P uniformità di cottura dei cibi si deve migliorare l'uniforme distribuzione dell’aria all’uscita dallo scambiatore di calore (11) sia sotto l’aspetto del flusso che della temperatura. Infatti una disuniformità di flusso e di temperatura dell’aria uscente dallo scambiatore di calore (11) genera una corrispondente disuniformità della distribuzione dell’aria nelle due fessure verticali (8) di entrata nella camera di cottura (1) che a sua volta costituisce una macroscopica causa di disuniformità di cottura del cibo nel forno. Per migliorare la distribuzione uniforme del flusso dell’aria all’uscita dallo scambiatore di calore il trovato prevede che l’asse dello scambiatore di calore (11), passante per il centro della sua camera di combustione (12) e il centro del suo collettore di scarico (14), coincida con l’asse verticale (18) della ventola (9) rendendo il flusso dell’aria nelle due fessure verticali di distribuzione (8) dì entrata nella camera di cottura (1) equivalente e simmetrico. Si ottiene così che la cottura dell' intero carico di cibo nel forno sia uguale nel lato destro e nel lato sinistro .Il trovato prevede anche che la camera di combustione (12) e il collettore di scarico dei gas combusti (14) abbiano entrambi una forma aerodinamica ovale in modo da offrire una resistenza al passaggio dell'aria sostanzialmente minore di quella dei corpi a forma rotonda di grande diametro usati attualmente, riducendo così l’effetto locale di disturbo all’ uniformità della distribuzione del flusso dell’ aria all’uscita dallo scambiatore di calore (11).lnoltre il trovato prevede l’uso di una ventola (9) a inversione automatica del senso di rotazione che riduce e compensa in modo determinante la disuniformità residua nelle due fessure verticali (8) di entrata nella camera di cottura (1) migliorando così l’uniformità della cottura del forno. La somma degli effetti delle tre azioni suddette permette quindi migliorare drasticamente l'uniformità della cottura dell’ intero carico di cibo nel forno. Per migliorare la distribuzione uniforme della temperatura dell’aria all'uscita dello scambiatore di calore (11) l’invenzione si prefigge dì ridurre la differenza di calore scambiato fra la parte inferiore dello scambiatore di calore notoriamente più calda, e la parte superiore notoriamente più fredda. Per ridurre detta differenza di calore scambiato

fra le due parti dello scambiatore di calore(11) il trovato prevede di aumentare fortemente il calore scambiato nella parte superiore dello scambiatore con l’adozione dei turbolatori (15), progressivi e massimizzati, e con una forma puramente indicativa e non esclusiva come riportato nelle figure. Ciò produce un riscaldamento più simmetrico rispetto all’asse orizzontale (19) della ventola che determina a sua volta una più uniforme distribuzione del calore nelle due fessure verticali (8) di entrata nella camera di cottura (1) e quindi in tutto il carico di cibo nel forno. Anche in questo caso è determinante la funzione uniformatrice e compensatrice della ventola (9) del tipo a inversione automatica del senso di rotazione. Per realizzare uno scambiatore di calore con forma e dimensioni compatte e buon rendimento termico il trovato si prefigge di aumentare fortemente il coefficiente totale di scambio termico nei tubi scambiatori di calore (20) agendo sia sul coefficiente di convezione del lato aria che su quello del lato gas combusti. Per aumentare sostanzialmente il coefficiente di convezione del lato aria è determinante che i tubi scambiatori di calore (20), facenti parte dei due fasci tubieri (13), corrano il più vicino possibile alla ventola (9), circa 20 - 30 mm , in modo da aumentare sostanzialmente la velocità con cui l’aria li lambisce. Per aumentare sostanzialmente il coefficiente di convezione del lato gas combusti è determinante dotare ogni tubo scambiatore di calore (20), facente parte dei due fasci tubieri (13), nella seconda parte del suo percorso, di un turbolatore (15) del tipo a turbolazione progressiva e massimizzata in modo tale da sfruttare tutta la pressione disponibile del ventilatore del sistema bruciatore a premiscelazione totale. Applicando le due azioni suddette si riesce ad aumentare fortemente il coefficiente di trasmissione totale del calore in modo da poter mantenere contenuto il valore della superficie necessaria per lo scambio termico. Essendo sufficiente una superfice di scambio termico ridotta si è potuto realizzare uno scambiatore di calore con forma e dimensioni compatte sempre assicurando un buon rendimento termico. Per ridurre drasticamente le sollecitazioni termiche nello scambiatore di calore {11) è necessario partire dalla constatazione che esso raggiunge temperature elevate e molto maggiori della parete posteriore (25) della camera di cottura (1) a cui è vincolato. Pertanto la differente dilatazione termica dei due corpi suddetti genera forze di reazione notevoli in corrispondenza dei punti di fissaggio delia camera di cottura (12) e del collettore di scarico (14) alla parete posteriore (25) della camera di cottura (1).ll dispositivo prevede che alla flangia (24) del collettore di scarico (14) venga applicato un pattino autolubrificante (21) con funzione anche di guarnizione di tenuta che permette la libera dilatazione dello scambiatore di calore senza compromettere la tenuta dei gas di scarico. Per realizzare ciò si applica una forza controllata sul pattino autolubrificante (21) generata serrando i dadi filettati (23) e le rondelle elastiche (22) con chiave dinamometrica a coppia tarata o altro mezzo equivalente. Si permette così la libera dilatazione termica in senso verticale dello scambiatore di calore (11 ) evitando sostanzialmente le sollecitazioni termiche. Si noti che lo scambiatore di calore (11) è rimasto libero di dilatarsi anche in senso orizzontale per mancanza di vincoli in tale senso. Viene cosi evitata la possibilità di rottura nelle saldature e nelle altre parti deboli dello scambiatore di calore (11).

LEGENDA DI RIFERIMENTO DELLE TAVOLE DEL BREVETTO

GICO

1 Involucro

2 Porta

3 Gruppo comandi

4 Camera di cottura

5 Camera di riscaldamento

6 Convogliatore

7 Foro di aspirazione

8 Fessure verticali

9 Ventola

10 Motore

1 1 Scambiatore di calore

12 Camera di combustione

13 Fasci tubieri

14 Collettore di scarico

15 Turbolatore

16 Testa bruciatore

17 Condotto aria gas

18 Asse verticale ventola

19 Asse orizzontale ventola

20 Tubo scambiatore di calore

21 Pattino

22 Rondella elastica

23 Dado filettato

24 Flangia collettore di scarico

25 Parete posteriore camera di riscaldamento

26 Condotto scarico gas combusti all’esterno

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Forno a convezione o a convezione e vapore , alimentato a gas , comprendente almeno un involucro esterno (1), una camera di cottura dei cibi (4), il forno essendo dotato di mezzi per la circolazione deH’aria costituiti da una ventola (9) e un motore elettrico (10), e mezzi per il riscaldamento deH’aria costituiti da un bruciatore a premiscelazione totale e da uno scambiatore di calore (11), quest’ultimo costituito da due fasci tubieri (13) ciascuno dei quali costituito a sua volta da almeno due tubi scambiatori di calore (20) che conducono i gas combusti seguendo un percorso sostanzialmente semicircolare e concentrico alla ventola (9), da una camera di combustione (12) e da un collettore di scarico dei gas combusti (14). caratterizzato dal fatto che - La ventola (9) ed il motore elettrico (10) sono del tipo a inversione automatica del senso di rotazione I due fasci tubieri (13) dello scambiatore di calore (11) si sviluppano a breve distanza, circa 20-30 mm, dalla ventola (9)Ogni tubo scambiatore di calore (20) dei due fasci tubieri (13) contiene un turbolatore (15). Lo scambiatore di calore (11) nel suo insieme ha una forma simmetrica rispetto all’asse verticale (18) della ventola (9).
2) Forno secondo la rivendicazione (1), in cui i turbolatori (15) sono posti nella parte terminale dei tubi scambiatori di calore (20) ed hanno un effetto di turbolazione progressiva e massimizzata.
3) Forno secondo la rivendicazione (1), in cui la camera di combustione (12) ha una forma sostanzialmente ovale con l’asse verticale minore dell'asse orizzontale.
4) Forno secondo la rivendicazione (1 ), in cui il collettore di scarico dei gas combusti (14) ha una forma ovale con l’asse verticale minore dell’asse orizzontale.
5) Forno secondo la rivendicazione 1 - 3 - 4 in cui la camera di combustione (12) e il collettore di scarico dei gas combusti (14) hanno, oltre che la stessa forma, anche le stesse dimensioni per cui lo scambiatore di calore (11) assume una forma complessiva simmetrica, sia rispetto all’asse verticale (18) che all’asse orizzontale (19) della ventola (9).
6) Forno secondo la rivendicazione (1), in cui la flangia (24) del collettore di scarico dei gas combusti (14) viene fissata alla parete posteriore (25) della camera di riscaldamento (5) con interposizione di una guarnizione-pattino di scorrimento (21) e serrata da dadi (23) con coppia di serraggio controllata e con uso di rondelle elastiche (22) o con altri dispositivi elastici equivalenti.