ITVI20000160A1 - Forno a convezione forzata per la cottura di alimenti - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente titolo:”FORNO A CONVEZIONE FORZATA PER LA COTTURA DI ALIMENTI”.

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un forno per la cottura di alimenti del tipo a convezione forzata con lo scambiatore di calore all'interno della camera di cottura.

I tipi di forni di questo genere prevedono che nella camera di cottura sia disposto uno scambiatore di calore, generalmente un tubo avvolto a forma di spirale nel quale circolano i gas provocati dalla combustione di un bruciatore generalmente a gas.

I gas combusti, che generalmente sono spinti in sovrapressione all’interno di questo scambiatore di calore, cedono il calore alla camera di cottura anche con l'ausilio di un ventilatore posto all’interno della camera di cottura e più particolarmente nello spazio cilindrico delimitato dallo scambiatore di calore avvolto a spirale. In tal modo viene ottimizzato lo scambio di calore.

Per i forni di cottura dei cibi esiste la necessità della regolazione della temperatura che deve essere diversa per i diversi tipi di cottura e per i diversi tipi di cibi che vengono cotti e che deve variare anche nel tempo, con innalzamenti ed abbassamenti della temperatura secondo intervalli temporali predeterminati.

Generalmente la variazione della quantità di calore scambiata nella camera di cottura in questo tipo di forni avviene aumentando o diminuendo la quantità di gas che viene inviata al bruciatore. Difatti la velocità dei gas di scarico è generalmente costante all’interno dello scambiatore di calore ed è dovuta alla sovrapressione creata da ventilatori posti a monte o a valle dello scambiatore di calore stesso.

Il brevetto italiano IT 1220069 propone un forno alimentato a gas in cui lo scambiatore di calore presente all'interno del vano forno è costituito da un tubo avvolto a spirale all'interno del quale circolano i fumi di scarico dovuti alla combustione di un bruciatore a gas. Tali fumi vengono velocizzati attraverso un eiettore posto sulla parte terminale del tubo di scarico il quale per mezzo di un ventilatore crea una corrente d’aria che trascina i fumi all'esterno creando una depressione in corrispondenza dello scarico che velocizza l’uscita dei fumi stessi.

Secondo il Brevetto Europeo EP 0 526 768 nei mezzi scambiatori avvolti a spirale la velocizzazione dei fumi è ottenuta disponendo di un solo ventilatore a monte del bruciatore. Il ventilatore fornisce aria in eccesso in una camera di miscelazione aria/combustibile così che l'eccesso di aria non utilizzato per la combustione viene utilizzato per velocizzare l’uscita dei fumi.

Uno dei limiti di questo tipo di costruzione consiste nel fatto che variando l’aria in entrata, varia anche il rapporto di miscela aria/gas e ciò preclude l'ottimizzazione dei parametri della combustione.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un forno a convezione forzata in cui sia possibile aumentare o diminuire lo scambio termico all’interno della camera di cottura anche aumentando la velocità dei gas di scarico della combustione senza per questo influire sulla qualità della combustione che si ottiene.

Si vuole in sostanza riuscire a mantenere ottimali i parametri della combustione al variare della velocità dei fumi di scarico.

Un altro scopo che si prefigge l’invenzione è quello di porre in relazione diretta l'aumento o la diminuzione di temperatura all'interno della camera del forno e la portata di miscela aria/combustibile fornita al bruciatore.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di realizzare la regolazione della temperatura in aumento o in diminuzione all’interno della camera del forno, con mezzi semplici e funzionali.

Non ultimo scopo dell'invenzione è quello di realizzare un forno con dispositivi affidabili ed economici.

Tutti gli scopi prima ricordati ed altri che verranno meglio evidenziati in seguito vengono raggiunti da un forno a convezione forzata per la cottura di alimenti che in accordo con il contenuto della prima rivendicazione comprende:

- una camera di cottura presentante al proprio interno mezzi scambiatori di calori costituiti da almeno un tubo avvolto percorso da fumi di scarico di gas combusti;

- un bruciatore provvisto di mezzi di miscelazione aria/combustibile la cui testa di fiamma è affacciata all'ingresso di detto scambiatore di calore;

- mezzi di ventilazione adatti ad assicurare la portata necessaria al bruciatore della miscela aria/combustibile, dove detto forno si caratterizza per il fatto che detti mezzi di miscelazione aria/combustibile sono una valvola miscelatrice che assicura il rapporto costante aria/combustibile al variare della portata e che la portata di detta miscela è variabile tramite la variazione del numero di giri dei mezzi di ventilazione, detta variazione essendo funzione della differenza tra la temperatura richiesta al forno e la temperatura rilevata nella camera di detto forno.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione la miscelazione tra aria e combustibile che è generalmente costituito da gas metano, propano o simile avviene attraverso una valvola miscelatrice che assicura il rapporto costante tra aria e gas, più specificamente secondo la preferita forma di costruzione la valvola miscelatrice assicura un rapporto costante 1 : 1.

La fornitura di calore necessario per raggiungere una certa temperatura viene data daM’aumento di portata della miscela combustibile aria/gas, dove detta portata viene variata tramite la variazione del numero di giri di almeno un ventilatore che è posto indifferentemente a valle o a monte della valvola miscelatrice e che ha l'effetto di variare la portata della miscela aria/combustibile in funzione diretta del numero di giri.

Secondo una preferita forma di esecuzione dell’invenzione una centralina elettronica alla quale perviene il segnale proporzionale alla temperatura rilevata nella camera del forno, emette un segnale proporzionale alla differenza tra la temperatura impostata prefissata e la temperatura rilevata nella camera del forno, in modo tale da variare il numero dei giri del ventilatore. E' evidente che in tal modo con l’aumento del numero di giri aumenta la portata della miscela aria/gas e quindi, aumentando i gas combusti, aumenta il calore apportato allo scambiatore di calore e conseguentemente alla camera di cottura. Diminuendo il numero di giri del ventilatore, diminuisce la portata e quindi diminuisce il calore fornito alla camera di cottura.

Ulteriori caratteristiche e particolarità dell'invenzione verranno meglio evidenziate durante la descrizione di due preferite forme di esecuzione dell’invenzione date a titolo indicativo, ma non limitativo ed illustrate in figure nelle tavole di disegno allegate dove:

- la figura 1 rappresenta uno schema di principio di una speciale esecuzione dell’invenzione;

- la fig. 2 è una variante dello schema di principio della fig.

1 .

Con riferimento alle figure citate e specificamente in fig. 1 si osserva che il forno a convezione forzata indicato con 1 presenta al proprio interno uno scambiatore di calore indicato con 2 che nel caso dell’esempio è avvolto a spirale sulle generatrici ideali di un cilindro, così da lasciare lo spazio cilindrico interno per il collocamento di un ventilatore 7 atto ad aumentare lo scambio di calore con la camera di cottura 3 utilizzata per la cottura dei cibi.

Il tubo 2 presenta un ingresso 21 ed una parte terminale 22. All'ingresso 21 è posizionata la testa 41 di un bruciatore indicato nel suo complesso con 4, per cui i fumi di combustione dopo aver percorso l’interno del tubo dello scambiatore 2, escono dalla parte terminale 22 e proseguono per il camino di uscita dei fumi non rappresentato in figura.

Il gruppo bruciatore 4 presenta il tubo di ingresso dell'aria 42 che si affaccia alla valvola miscelatrice indicata nel suo complesso con 43 che, come si osserva schematicamente nella fig. 1 , è formata sostanzialmente da un tubo Venturi 44 e da un corpo valvola vero e proprio 48.

Il condotto 45 alimenta il gas che si miscela con l’aria proveniente dall’ingresso 42 e che si immette nell’ingresso 441 del tubo Venturi 44. La miscela aria/gas perviene al ventilatore 46 che quindi velocizza la portata di miscela aria/gas e che perviene alla testa del bruciatore 41 innescando la fiamma. Quando il ventilatore 46 varia la propria velocità, si comprende come, aumentando i giri aumenta il richiamo della miscela aria/gas uscente dalla bocca 442 per cui inizialmente si crea una depressione nel tubo venturi 44 che viene sentita dal tubo 47 pieno di aria che è in collegamento con il corpo valvola 48. Secondo la tecnica nota, tale corpo valvola 48 è tale da assicurare che al diminuire della pressione dell’aria, dovuto all’aumento di portata richiamato dal ventilatore 46, si realizza una pari maggiorazione dell'apertura della valvola di apertura e chiusura del gas cosicché aumenta il gas che passa attraverso il tubo 45. Conseguentemente all'aumento dei giri del ventilatore 46, corrisponde un aumento della portata della miscela aria/gas con le proporzioni tra aria e gas invariate.

Allo scopo di mettere in relazione le variazioni della portata del ventilatore 46 con la temperatura del forno, la camera 3 del forno 1 presenta un sensore di temperatura Tf, il quale fa pervenire ad una centralina 6 elettronica il segnale Tf di temperatura che viene confrontato con la temperatura previamente impostata e desiderata. La differenza tra la temperatura Ti impostata e la temperatura Tf misurata nella camera, fa emettere un segnale ΔΤ che esce dalla centralina T6 e permette la variazione dei giri del ventilatore 46, in un modo noto al tecnico del settore, ad esempio variando la frequenza elettrica dell’alimentazione del ventilatore. Naturalmente se la temperatura Tf è superiore alla temperatura Ti impostata, il segnale ΔΤ che esce dalla centralina 6 sarà nel senso di abbassare il numero dei giri del ventilatore e quindi di creare una sovrapressione momentanea nel condotto 47 e conseguentemente un decremento della fuoriuscita del gas nel condotto 45 con conseguente riduzione della portata di miscela combustibile. La centralina 6 può prevedere che oltre all'impostazione di temperatura prefissata per la cottura del forno, prevede anche la possibilità che certe temperature vengano raggiunte entro un certo tempo e mantenute per un certo intervallo di tempo e così sia in salita che in discesa.

Si ottiene così una perfetta regolazione della camera di cottura variando il numero dei giri del ventilatore 46 che come abbiamo detto comporta una variazione della portata della miscela che va alla testa del bruciatore 41. Uguale effetto si può ottenere con un bruciatore realizzato secondo lo schema di fig. 2, dove il ventilatore 46 è in questo caso posto a monte della valvola 43. E' evidente infatti che se in questo caso dalla centralina 6 parte un segnale delta T dovuto alla differenza di temperatura rilevata Tf rispetto alla temperatura impostata Ti, ad esempio un segnale che richiede l’aumento di portata della miscela aria/gas, il ventilatore 46, aumentando il numero di giri, aumenta la portata dell’aria nel condotto 42. Cosi facendo si crea una momentanea depressione nel condotto 47 influisce sul corpo valvola 48 e si ottiene un aumento di portata del gas nel condotto 45 tramite la valvola miscelatrice a rapporto costante che nel caso dell’esempio ha rapporto 1 :1. Pertanto all’uscita 442 del tubo Venturi 44 si ottiene un aumento della portata di miscela aria/combustibile, rimanendo comunque costante il rapporto tra aria e combustibile. Ugualmente avviene se il segnale ΔΤ e’ nel senso di richiedere una diminuzione della miscela aria/combustibile e un abbassamento della temperatura e quindi una diminuzione del numero di giri del ventilatore 46. Relativamente allo scambiatore di calore 2, si osserva che questo potrà essere realizzato sia avvolto a spirale sia a tubi concentrici ad uno, a due o più tubi concentrici a secondo delle esigenze e dei vantaggi costruttivi che questi possono rappresentare.

Si vuole evidenziare anche che nella fig. 1 e nella fig. 2 lo scambiatore di calore è provvisto anche di turbolatori 21 che aumentano l’intensità dello scambio di calore al quale contribuisce anche il ventilatore 7 all'interno dello spazio cilindrico creato dallo scambiatore di calore.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Forno a convezione forzata per la cottura di alimenti comprendente: una camera di cottura (3) presentante al proprio interno mezzi scambiatori di calore (2) costituiti da almeno un tubo avvolto percorso da fumi di scarico di gas combusti; un bruciatore (4) provvisto di mezzi di miscelazione aria/combustibile la cui testa (41 ) è affacciata alla fiamma di detto scambiatore di calore; mezzi di ventilazione (46) adatti ad assicurare la portata necessaria del bruciatore della miscela aria/combustibile, caratterizzato dai fatto che detti mezzi di miscelazione aria/combustibile sono una valvola miscelatrice (43) che assicura il rapporto costante aria/combustibile al variare della portata e dal fatto che detta portata di detta miscela è variabile tramite la variazione del numero di giri dei mezzi di ventilazione, detta variazione essendo funzione della differenza tra la temperatura (Ti) richiesta al forno e la temperatura rilevata (Tf) della camera di detto forno.
2. 2) Forno secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detta valvola miscelatrice (43) assicura un rapporto aria/combustibile pari ad 1 :1.
3. 3) Forno secondo la rivendicazione 1 ) o 2) caratterizzato dai fatto di presentare una centralina elettronica (6) alla quale perviene un segnale (Tf) funzione della temperatura rilevata nella camera del forno, detto segnale essendo confrontato con la temperatura (Ti) impostata richiesta, la differenza tra dette temperature generando un segnale in uscita dalla centralina atta a variare i giri dei mezzi di ventilazione (46).
4. 4) Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ventilazione sono costituiti da un ventilatore posto tra detta valvola miscelatrice (43) e detta testa di miscelazione (41 ).
5. 5) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 3) caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ventilazione sono costituiti da un ventilatore (46) posto a monte di detta valvola miscelatrice (43).
6. 6) Forno secondo una delie rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi scambiatori di calore sono costituiti da uno o più tubi (2) avvolti a spirale sulle generatrici di un cilindro ideale.
7. 7) Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti uno o più tubi presentano al loro interno elemento turbolatori (21 ).
8. 8) Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i mezzi di ventilazione per incrementare lo scambio termico tra scambiatore di calore e pareti del forno sono costituiti da un ventilatore (7) posto all’interno del foro sostanzialmente cilindrico generato da detto almeno un tubo avvolto a spirale.