PT1253844E - Módulo de aquecimento de líquido, um sistema compreendendo o referido módulo e um processo de aquecimento de líquido - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "MÓDULO DE AQUECIMENTO DE LÍQUIDO, UM SISTEMA COMPREENDENDO O REFERIDO MÓDULO E UM PROCESSO DE AQUECIMENTO DE LÍQUIDO" A presente invenção refere-se a um módulo de aquecimento de liquido para utilização numa máquina de bebidas quentes. A invenção refere-se ainda a um processo para o aquecimento de um liquido num dispositivo compreendendo o referido módulo.

Na área das máquinas de café, é, actualmente, conhecida a existência de um sistema termobloco de aquecimento na máquina, em que o referido sistema de aquecimento está permanentemente em carga e permite a obtenção de água quente no momento em que o consumidor decide accionar a máquina para preparar um café. Os problemas associados a esta solução são os seguintes: em primeiro lugar, não existe uma consistência de temperatura, isto é, não é possivel ter permanentemente uma temperatura da água num intervalo especifico, como entre 85 e 90 °C. Esta situação tem uma influência negativa na qualidade do café obtido. Em segundo lugar, o sistema de aquecimento por bloco utilizado é muito pesado, o que não é conveniente quando a máquina de café tem de ser movida. Em terceiro lugar, existe uma ineficiência energética, devido à perda de energia durante todo o periodo em que a máquina está em carga.

Também é possivel ter, pelo menos, dois dispositivos de aquecimento ao longo do cano em que a água flúi. Por exemplo, a Patente DE 4038462, Patente NL 8101610 e Patente FR 2685187 têm em consideração uma tal solução: a primeira parte de aquecimento 1 proporcionando um pré-aquecimento da água e a segunda parte proporcionando um aquecimento à temperatura necessária. Utilizam-se dois sistemas de aquecimento separados, que são colocados em diferentes locais do tubo. 0 problema associado a esta solução reside no facto de o dispositivo não ser suficientemente compacto, ocupar mais espaço e consumir mais energia. 0 objectivo da presente invenção consiste em minimizar todos os três problemas anteriormente mencionados. A presente invenção permite proporcionar ao consumidor um sistema de aquecimento com um intervalo muito preciso de temperatura, sem uma máquina estar sempre em carga e com um dispositivo de aquecimento muito leve e compacto. A presente invenção refere-se a um módulo de aquecimento de liquido para utilização numa máquina de bebidas quentes, que compreende um tubo oco de material metálico, pelo menos uma resistência eléctrica numa primeira parte do exterior do tubo para pré-aquecimento de liquido que flúi através do referido tubo oco, e pelo menos uma outra resistência eléctrica numa segunda parte do exterior do tubo para ajustamento de temperatura do liquido que flúi através do tubo, caracterizado por se dispor um elemento de inserção cilíndrico no interior do tubo oco, substancialmente ao longo do mesmo eixo de simetria, de um modo tal que melhore a transferência de calor do tubo aquecido para o líquido. 2 0 líquido a aquecer no módulo da invenção não é um factor crítico, podendo ser qualquer tipo de líquido. De um modo preferido, o líquido aquecido é água, para preparar, por exemplo, chá, café ou outros tipos de bebidas. Também é possível aquecer leite para a preparação de, por exemplo, bebidas de cacau. Também se pode tomar em consideração a produção de vapor para, por exemplo, aquecer água directamente numa chávena ou para produzir espuma de leite. Pode tomar-se em consideração a utilização do módulo de aquecimento para máquinas pequenas, tais como máquinas de café ou para máquinas maiores, tais como máquinas de venda automáticas.

No que refere à resistência eléctrica para a primeira parte do tubo, no caso de uma máquina de café, estão presentes uma ou duas resistências no caso de uma máquina de venda automática, é possível ter 1 a 5 resistências. No que se refere às resistências eléctricas para a segunda parte do tubo, aplica-se o mesmo número de resistências que para o caso da primeira resistência eléctrica. De um modo mais preferido, apenas é utilizada uma resistência. 0 material para o tubo oco é um metal. De um modo preferido, o tubo é feito de aço inoxidável. 0 tamanho do tubo pode variar, dependendo do tipo de utilização. Por exemplo, se for utilizado para uma máquina de café, ele pode ter um diâmetro de cerca de 6 a 20 mm e um comprimento de cerca de 100 a 200 mm. A espessura do tubo é de, aproximadamente, 1 a 4 mm. No caso de uma utilização numa máquina de venda automática, o tubo tem um diâmetro de cerca de 30 a 50 mm e um comprimento de cerca de 200 a 400 mm. A espessura do tubo é a mesma que a anterior. 3 A razão do diâmetro - comprimento do referido tubo está compreendida entre cerca de 1:5 e cerca de 1:40. O módulo de aquecimento, de acordo com a invenção, ainda compreende ainda um elemento de inserção cilíndrico, que é disposto no interior do tubo oco e, substancialmente, ao longo do seu eixo de simetria. 0 facto de se ter um elemento de inserção presente melhora a transferência de calor da superfície do tubo para o líquido com o elemento de aquecimento em carga. Esta situação permite uma boa transferência de energia e um rápido aquecimento da água. 0 elemento de inserção é feito de material plástico ou metálico, que seja apropriado para utilização com produtos alimentares e tenha uma boa condutividade térmica. 0 elemento de inserção é, de um modo preferido, feito de cobre ou Teflon (tetrafluoroetileno) . É possível ter, quer um elemento de inserção fixo, quer um elemento de inserção que pode rodar ao longo do seu eixo de simetria. No caso de um elemento de inserção rotativo, o referido elemento de inserção é ligado a um dispositivo rotativo de um fluxómetro disposto na parte inferior do elemento de inserção, podendo, assim, ser accionado por intermédio do fluxo de água fria, que flúi num ângulo tangente ao propulsor do fluxómetro. O elemento de inserção cilíndrico rotativo compreende uma escova metálica. Estas cerdas de escova metálica estão integradas no elemento de inserção num plano longitudinal (num lado apenas ou em dois lados simétricos do elemento de inserção) ou em espiral, por exemplo 1 ou 2 espirais. São construídas apenas na parte de elemento de inserção no interior do tubo oco. A escova deve ter uma tensão mecânica e resistência apropriadas de forma a que possa desincrustar a superfície interna de tubo. Ambas as extremidades das cerdas de escova devem estar ligeiramente em contacto com a superfície interior 4 do tubo a 90 °C. Todas as cerdas devem ser concebidas para impelir a água para cima quando é accionada a rotação por intermédio do propulsor de fluxómetro. O elemento de inserção também pode ser um objecto oco, que introduzirá um fluxo invertido de parte da água quente para se misturar com a água fria e, assim, melhorar a mistura de água quando a água é aquecida.

As resistências eléctricas do tubo são feitas de uma forma seleccionada do grupo consistindo em fios metálicos e película espessa. A tecnologia de película espessa é conhecida na área electrónica e é, actualmente, utilizada para o fabrico de resistências. A tecnologia utiliza tintas condutoras (como massa) sobre um substrato de quartzo, metal, alumina ou óxido de berílio. Como se referiu anteriormente, é, de um modo preferido, um substrato metálico. O tubo oco compreende ainda, pelo menos, uma outra resistência eléctrica para o controlo de temperatura. Esta resistência é disposta à entrada ou saída da água fria/quente do tubo.

As resistências eléctricas têm uma densidade de potência de, entre, 30 a 70 Watt/cm2. Esta densidade de potência das resistências permite um aumento muito rápido da temperatura da água, desde a temperatura ambiente até, aproximadamente, 85-90 °C. Com o fim de se obter um bom isolamento do tubo oco, prefere-se ter uma aplicação de tinta de esmalte no exterior do referido tubo por baixo das resistências. A espessura desta tinta está, normalmente, compreendida entre 100 e 300 mícrones. Finalmente, as resistências eléctricas 5 do tubo oco são cobertas com um material não condutor electricamente, por exemplo um plástico. Este isolamento pode ser, ou um tubo ou uma camada de um material não condutor. 0 módulo de aquecimento de liquido da invenção é utilizado como uma parte de uma máquina para o aquecimento de um liquido para a preparação de uma bebida. A presente invenção refere-se ainda a um processo para o aquecimento de um liquido compreendendo as caracteristicas combinadas da reivindicação 14.

No processo da invenção, o tubo é disposto quer horizontalmente quer verticalmente. 0 tubo é, de um modo preferido, disposto verticalmente. 0 módulo de aquecimento de liquido constitui parte de uma máquina de café ou outra máquina similar baseada na extracção de uma substância, como café ou chá. Neste caso, é possível ter directamente a substância a extrair, como uma base de café, e depois uma máquina expresso, ou a substância a extrair em cartuchos ou cápsulas já preparados, como os que são objecto das Patentes Europeias N°s. 512'468 e 602'203.

De acordo com uma segunda forma de realização, o processo da invenção é utilizado para máquinas de venda automáticas, isto é, uma máquina em que o consumidor obtém directamente a chávena de chá, de café ou de cacau, em que o líquido aquecido é misturado pouco antes de ser distribuído para uma chávena com o pó correspondente. O processo da invenção também integra outros elementos habituais, normalmente presentes em máquinas de café ou de venda 6 automáticas, como uma válvula, um controlo de temperatura, e um fluxómetro. É possível, de acordo com o processo da invenção, aquecer a água em poucos segundos desde a temperatura ambiente até, entre, 85 e 90 °C, sem a necessidade de ter a máquina permanentemente ligada. O aquecimento das resistências eléctricas ocorre apenas quando o consumidor solicita um café. A primeira resistência eléctrica, por exemplo, aumenta a temperatura da água desde 20 até, aproximadamente, 60 °C, e o segundo grupo de resistência eléctrica necessita apenas de aumentar desde 60 até 85 °C. Por esse motivo, apenas se necessita de ter um aquecimento permanente nesta segunda resistência eléctrica. Neste caso, a resistência eléctrica na segunda parte do tubo está permanentemente ligada à energia eléctrica durante cerca de 50 a 100% do tempo.

No caso de variação de tensão eléctrica de caudal, a segunda resistência liga-se e desliga-se numa relação percentual de tempo de forma a que a temperatura de saida seja a correcta. A potência deste grupo de resistência está em valores tais que o ajustamento através de ligar/desligar não produzirá oscilações de tensão.

No caso da primeira forma de realização do sistema da invenção, isto é, uma máquina de café, o caudal da água a aquecer está compreendido entre 150 e 300 mL/min. No caso de uma máquina de venda automática, o caudal da água está compreendida entre 300 e 1000 mL/min.

Como já se referiu anteriormente, é útil controlar temperatura da água aquecida. Neste caso, a temperatura do 7 líquido à saída do tubo é medida, de forma a que se a temperatura for demasiado elevada a resistência eléctrica na segunda parte do tubo suspende o seu funcionamento, e se a temperatura do líquido não for suficientemente elevada, esta resistência eléctrica continua ligada à energia eléctrica. A invenção é, de seguida, descrita com mais detalhe em relação aos desenhos, em que A Fig. 1 representa uma vista esquemática do módulo de aquecimento de liquido da invenção, A Fig. 2 representa uma vista esquemática de uma máquina de café compreendendo o módulo da figura 1, e A Fig. 3 representa uma vista esquemática de uma máquina de venda automática compreendendo o módulo da figura 1. 0 módulo (1) de aquecimento compreende um tubo (2) oco feito de aço inoxidável, um elemento (3) de inserção cilíndrico feito de plástico (Teflon), uma primeira resistência (4) eléctrica na primeira parte do tubo e uma segunda resistência (5) eléctrica na segunda parte do tubo. Estas resistências eléctricas são, ambas, feitas de uma película espessa e estão ligadas à energia (11, 12) . 0 sentido do fluxo de água no tubo oco é indicado por intermédio das setas A e B. 0 tubo oco é instalado verticalmente para minimizar a acumulação de ar ou vapor no interior do tubo. Ambas as extremidades do elemento de inserção são fixadas na tampa (6) de água fria e na tampa (7) de água quente. 0 elemento (3) de inserção é ligado ao dispositivo de rotação do fluxómetro (8) e, assim, pode ser accionado por intermédio do fluxo de água fria e rodar de acordo 8 com a seta C. A resistência (9) é, além disso, disposta na extremidade do tubo oco para medição e controlo da temperatura da água quente que sai do módulo. São construídas cerdas (10) de escova metálicas no elemento de inserção no interior do tubo oco. Aplica-se um isolamento (13) dieléctrico, como esmalte, no tubo por baixo das resistências. Para evitar uma perda de energia demasiado elevada e assegurar uma maior segurança, um isolamento (14) cobre as resistências a toda a altura do tubo oco. Proporciona-se um espaço (15) livre no interior da tampa (7) de água quente para o tamponamento e a recolha de vapor produzido e ar separado. O módulo de aquecimento de líquido actua como se descreve de seguida: quando o consumidor decide preparar uma bebida, ambas as resistências (4, 5) estão em carga. A resistência (4) fica, permanentemente, em carga durante o fluxo de água através do tubo oco, enquanto a resistência (5) se liga e desliga de acordo com uma determinada frequência baseada na solicitação de necessidades restantes de energia para atingir a temperatura final de água necessária à preparação do café. Por exemplo, a resistência (4) permite um aumento de temperatura desde 20 até 65 °C e a segunda resistência (5) só tem, depois, que proporcionar a energia para o aumento da temperatura de água desde 65 até 85 °C. Devido ao fluxo da água, o fluxómetro (8) roda accionando o elemento (3) de inserção. A escova (10) metálica no elemento de inserção impede qualquer depósito de cálcio no interior do tubo oco. A Figura 2 apresenta uma forma de realização da utilização do módulo (1) numa máquina de café. A máquina compreende um reservatório (16) de água fria ligado, através de um cano (17), a uma bomba (18) que distribui a água fria para o módulo (1) de 9 aquecimento. À saída do módulo (1), a água quente flúi através de uma conduta (19) e chega a um cartucho (20) contendo café torrado e moído. Este cartucho é um cartucho fechado que se abre sob pressão, de acordo com a Patente EP N°. 512'468. O café pronto a consumir flúi para uma chávena (21) . A máquina de café pode integrar outros elementos, como uma válvula e controlos electrónicos. A Figura 3 apresenta uma segunda forma de realização da utilização do módulo (1) numa máquina de venda automática. A água fria do reservatório (22) flúi através de um cano (24) com o auxílio de uma bomba (23) no módulo (1) de aquecimento. À saída do referido módulo, a água atinge uma temperatura de, aproximadamente, 85 °C e flúi através de uma conduta (25) para um misturador (26). Simultaneamente, com a chegada de água quente, o pó, tal como pó de café, é fornecido ao misturador a partir de um recipiente (27) de pó através de um parafuso ou sem-fim (28) e o referido pó é misturado com a água quente e distribuído para uma chávena (29) . Como já se referiu anteriormente, a presente máquina também pode integrar outros elementos normalmente presentes em tais tipos de máquinas.

Procede-se de seguida à descrição pormenorizada fazendo referência a um exemplo específico relacionado com um módulo de aquecimento para uma máquina de café.

Exemplo

Utiliza-se um tubo oco de aço inoxidável tendo um diâmetro de 12 mm, e um comprimento de 160 mm. O elemento de inserção é feito de plástico e tem um diâmetro de 4 mm e o mesmo 10 comprimento que o do tubo oco. As resistências (4) e (5) têm, cada uma, uma potência de 600 Watts. O tubo deve suportar uma pressão máxima de 20 bar. A água flúi com um caudal de 200 mL/min. A temperatura necessária é atingida em 7 seg. E a segunda resistência está em funcionamento durante 60% do tempo. Com este módulo de aquecimento, a temperatura é extremamente constante ao longo do tempo e apenas tem uma variação de, aproximadamente, 2 °C.

Lisboa, 27 de Fevereiro de 2007 11

Claims (19)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Módulo de aquecimento de líquido para utilização numa máquina de bebidas quentes, que compreende um tubo (2) oco de material metálico, pelo menos uma resistência (4) eléctrica numa primeira parte do exterior do tubo para pré-aquecimento do líquido que flúi através do referido tubo oco, e pelo menos uma outra resistência (5) eléctrica numa segunda parte do exterior do tubo para ajustamento de temperatura do líquido que flúi através do tubo, caracterizado por se dispor um elemento (3) de inserção cilíndrico no interior do tubo (2) oco, substancialmente ao longo do mesmo eixo de simetria, de um modo tal que melhore a transferência de calor do tubo (2) aquecido para o liquido.
2. 2. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com a reivindicação 1, em que o elemento (3) de inserção cilíndrico é de material plástico ou metálico.
3. 3. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com as reivindicações 1 ou 2, em que o tubo (2) oco é de aço inoxidável.
4. 4. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a razão do diâmetro - comprimento do tubo (2) está compreendida entre cerca de 1:5 e cerca de 1:40. 1
5. 5. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que o exterior do tubo (2) oco compreende, pelo menos, uma outra resistência (9) eléctrica para medição e controlo de temperatura.
6. 6. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em que o elemento (3) de inserção é fixado ou pode rodar ao longo do seu eixo de simetria.
7. 7. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com a reivindicação 6, em que o elemento (3) de inserção roda devido à sua ligação com um dispositivo de rotação de um fluxómetro (8) ligado a uma extremidade do referido elemento de inserção.
8. 8. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que as diferentes resistências eléctricas do tubo são películas espessas.
9. 9. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que as diferentes resistências eléctricas do tubo são fios metálicos.
10. 10. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o elemento (3) de inserção cilíndrico rotativo compreende uma escova (10) metálica.
11. 11. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, em que todas as resistências eléctricas têm uma densidade de potência de, entre, 30 e 70 watt/cm2. 2
12. 12. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em que o tubo oco compreende tinta (13) de esmalte no seu exterior por baixo das resistências.
13. 13. Módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, em que as resistências (4, 5) eléctricas são cobertas ou isoladas com um material (14) não condutor electricamente.
14. 14. Processo de aquecimento de um líquido num dispositivo compreendendo um reservatório (16) de fornecimento de água, uma bomba (18) adaptada para o fornecimento da referida água para um módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que 0 referido líquido é fornecido através do módulo de aquecimento de líquido com um caudal que varia entre 150 e 1000 mL/min e aquecido a uma temperatura de cerca de 85 a 90 °C em 3 a 10 segundos, e em que a resistência (4) eléctrica na primeira parte do tubo está permanentemente ligada à energia eléctrica e, pelo menos, uma da resistência (5) eléctrica na segunda parte do tubo é, selectivamente, ligada à energia eléctrica e desligada da energia de acordo com uma determinada frequência que depende da temperatura necessária de líquido resultante.
15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 14, em que, pelo menos, a outra resistência (5) eléctrica na segunda parte 3 do tubo está sempre ligada à energia eléctrica entre cerca de 50 a 100% do tempo desejado.
16. 16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, em que o caudal de liquido se mantém entre 150 e 300 mL/min quando se utiliza uma máquina de café e entre 300 e 1000 mL/min quando se utiliza uma máquina de venda automática.
17. 17. Processo de acordo com as reivindicações 15 ou 16, em que a temperatura do liquido à saida do tubo é medida, de forma a que se a temperatura for demasiado elevada a resistência eléctrica na segunda parte do tubo suspende o seu funcionamento e se a temperatura do líquido não for suficientemente elevada, esta resistência eléctrica continua ligada à energia eléctrica.
18. 18. Máquina de café compreendendo um módulo de aquecimento de liquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13.
19. 19. Máquina de venda automática compreendendo um módulo de aquecimento de líquido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13. Lisboa, 27 de Fevereiro de 2007 4