WO2019190300A1 - Máquina para preparar bebidas calientes - Google Patents

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Fabián SÁNCHEZ ARREOLA
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Sanchez Arreola Fabian
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    • A47J31/5255—Alarm-clock-controlled mechanisms for coffee- or tea-making apparatus ; Timers for coffee- or tea-making apparatus; Electronic control devices for coffee- or tea-making apparatus the electronic control being based on monitoring of specific process parameters of flow rate
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    • A47J31/46—Dispensing spouts, pumps, drain valves or like liquid transporting devices
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    • A47J31/46—Dispensing spouts, pumps, drain valves or like liquid transporting devices
    • A47J31/468—Pumping means

Definitions

  • the present invention relates to a machine for the preparation of beverages, especially those designed for the preparation of espresso coffee.
  • Espresso machines basically work by running hot water or steam under pressure through a "tablet" of ground coffee. From this operation, the technology used in these machines consists in obtaining said hot water or / and water vapor from a tank or boiler, the main component of the machine to produce said hot water or water vapor.
  • espresso machines One of the main problems presented by espresso machines is the gradual deterioration of the quality of the coffee that is prepared from said machines, due to the accumulation of scale in the boiler, in the valves and in the hot water or steam ducts of Water. This problem is regularly corrected by deep cleaning the machine, which involves disassembling it and submerging the components in cleaning liquids or descaling of the scale, to subsequently rub with abrasive fiber until removing any trace of dirt caused by the accumulation and deposit of salts present in water. This is a laborious process that means to suspend the use of the machine for a considerable amount of hours.
  • FIG.l. & a side view of the machine's main body showing its Internal components, among which you can tighten: thermistors (13), electrical resistors (14), the coil (17) in the boiler body, the coil (18 ) on the machine head, the extraction duct (21) and the three-way solenoid valve (16).
  • FIG 2. Shows a rear view of the main body of the machine, where one of the electrical resistors (14), several of the thermistors (13) and the three-way solenoid valve (16) can be seen.
  • FIG. 3 It shows a front view of the main body of the machine, where the boiler body (1) and the three-way solenoid valve (16) are indicated.
  • FIG. 4. It shows a side view of the main body of the machine, where several thermistors (13), the extraction duct (21), one of the electrical resistors (14), the coil (18) in the extraction head and the location can be seen of the copy of the secondary liquid filling (11).
  • FIG. 5 It shows a side cut of the machine where you can see the pair of ducts (2) in the center of the coil that forms the coil (17), housed in the boiler, one of the electrical resistors (14), one of the thermistors ( 13) and the coil (18) on the machine head.
  • FIG. 6 It shows a top view of the main body of the machine where you can see the location of several thermistors (13), one of the electrical resistors (14) and the filling copies of the secondary liquid (11).
  • FIG. 7 It shows a bottom view of the main body of the machine where the location of one of the surface mounting bolts (5), one of the safety copies (6), of the valve mounting plate (7), of one of the resistors (14), of the copy of primary liquid inlet (15), three-way solenoid valve (16) and slotted ring (19).
  • It is a machine for preparing espresso coffee comprising a boiler, preferably built in food grade stainless steel, which houses a pair of water ducts (2) that integrate heating elements controlled by RTD probes and flow meters or flowmeters to control the volume of liquid in relation to the required temperature in the pair of water pipes
  • the machine also comprises a metallic coil (18) located prior to the coffee infusion extraction point which allows to obtain gain from the heat generated in the pair of ducts (2) and transfer it to the extraction duct (21), to carry the
  • the liquid must be primed at the temperature established as a parameter for the extraction of each * shot * of espresso, without mixing with the water contained in the pair of ducts (2), which we will hereinafter refer to as 'secondary liquid', to differentiate it from water which is used for extraction (primary liquid).
  • the machine comprises a boiler (1); at least one pair of boiler filling valves (11); at least one filling valve for the primary liquid conduits (15); at least one pair of soienoid valves for the control of the passage and flow of water that is conducted through a food grade stainless steel coil (17), housed inside the boiler (1); at least a pair of electrical resistors (14) housed one in the part upper and another in the lower part of the main body of the machine, at least four safety mechanisms (6) of the liquid temperature, consisting of current switches; at least one pair of heat exchangers to raise the temperature of the primary liquid; At least one pair of RIO temperature transmitting probes; a slotted stainless steel ring and airtight gasket (19), integrated into the base of the boiler (1); a hydraulic variable speed and pressure pump; at least one three-way valve (16), located at the base of the boiler (1); digital pressure readers; at least one pair of current transformers; a printed circuit board to control, through software, analog and digital outputs and wireless data connections such as wi-fi
  • the operation of the espresso machine is assisted by a computer program which completely automates its operation.
  • Said computer program controls each parameter of pressure and temperature of the machine by sending and receiving signals from the temperature sensors, pressure meters, flow meters, pump, valves and RTD probes, recording the parameters of each extraction to reproduce them indefinitely from a memory of data induced in the hardware where the computer program runs, the prindpal component of said hardware being a printed circuit board that has analog outputs, digital outputs and wireless data connection devices.
  • B smelting of the espresso machine object of the present invention has as its first step the ignition of the machine and introduction, through the touch screen, the desired temperature and pressure parameters for the extraction of a "coffee shoT, immediately after select the option to "start extradition", triggering signals to the heating heaters (14) and to the pump to start raising the temperature of the secondary liquid in the boiler (1) and raising the pressure of the primary liquid.
  • the computer program automatically sends a signal to the solenoid valve ( 16) to release the amount of water required for an extradition
  • the primary liquid it raises its temperature by drcularing through the first coil (17), located inside the boiler (1), where said first coil (17) is maintained in a medium saturated by the secondary liquid, said secondary liquid being distilled water or other non-toxic liquid, whose thermal qualities and expansion coefficient make it an efficient means for a first heat transfer to the primary liquid.
  • the heating resistor (14) located prior to the extraction duct (21) and surrounded by the second coil (18), raising its temperature, where the primary liquid flowing through said section of extraction duct (21), has a sufficient temperature gain so that when passing through the extraction tablet said primary liquid is precisely at the temperature initially set as a parameter for said extraction.
  • the pump speed variator maintains the operation of the pump in a range such that the pressure of the primary liquid to exit in the extraction line (21) is precisely that initially established as a pressure parameter for said extraction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
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Abstract

Máquina para preparar bebidas calientes, en concreto, café, que permite controlar la temperatura y presión del agua antes de su paso por la pastilla de café que comprende una caldera dentro de la cual hay un primer serpentín (17, y por cuyo centro discurren un par de conductos (2). En la parte superior de la máquina, se encuentra el conducto de extracción de agua (21), habiendo un segundo serpentín (18) situado en la parte superior de la máquina. En la máquina hay flujómetros para controlar el volumen de agua requerida en los conductos (2) en función de la temperatura. El control de la maquina es electrónico con una pantalla táctil. Para dicho control se utilizan sondas RTD, transmisores de presión, electroválvulas.

Description

MÁQUINA PARA PREPARAR BEBIDAS CALIENTES
APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una máquina para la preparación de bebidas, especialmente aquellas diseñadas para la preparación de café espresso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Desde el descubrimiento del café como bebida, el hombre ha desarrollado diversas técnicas de preparación, basadas principalmente en formas de infusionar el grano tostado y molido.
COn el desarrollo industrial, surge la Invención de la máquina de café espresso, la cual hasta la fecha puede considerarse la de mayor espedalizadón en cuanto a tecnología y procedimientos de preparación.
Las máquinas de espresso, básicamente funcionan haciendo pasar agua caliente o vapor de agua a presión por una "pastilla" de café molido. A partir de este funcionamiento, la tecnología utilizada en estas máquinas consiste en obtener dicha agua caliente o y/o vapor de agua de un depósito o caldera, componente principal de la máquina para producir dicha agua caliente o vapor de agua.
Dentro de las tecnologías para conducir el agua o vapor a presión a través de la "pastilla" de café molido (extracción del espresso), existen las primeras máquinas inventadas, las cuales liberaban vapor a través de diferentes conductos según el tipo de café a preparar; las máquinas de pistón manual y de muelle, y las máquinas de bomba eléctrica. Por ei tipo de caldera, se conocen actualmente las de caldera única, caldera única de doble uso, caldera única con intercambiador de calor y de caldera doble.
En cuanto al grado de automatización, existen máquinas semiautomáticas cuyo funcionamiento comprende principalmente una bomba y una combinación de válvulas, y las máquinas automáticas, las cuales cuentan con dispositivos para controlar el volumen de líquido que se envía a la "pastilla" de café molido.
Uno de los principales problemas que presentan las máquinas de espresso, es el deterioro paulatino de la calidad del café que se prepara de dichas máquinas, por la acumulación de sarro en la caldera, en las válvulas y en los conductos de agua caliente o vapor de agua. Este problema regularmente se corrige realizando una limpieza profunda a la máquina, lo cual implica desarmarla y sumergir los componentes en líquidos limpiadores o desincrustantes del sarro, para posteriormente frotar con fibra abrasiva hasta eliminar cualquier vestigio de suciedad provocada por la acumulación y depósito de sales presentes en el agua. Este es un proceso laborioso que significa suspender el uso de la máquina por una cantidad considerable de horas.
Existe algunas tecnologías que han tratado de resolver el problema de acumulación de sarro mediante sistemas que incluyen un proceso de "autoHmpíeza", tal como se describe en el documento de patente siguiente:
" WO2017067854A1 ' - Solicitud de patente PCT de origen italiano (La Marzocco, S.R.L.), publicada en 2017, ia cual redama ia invención de una máquina de espresso con un sistema para ia limpieza de! sistema dispensador de café y de! sistema de descarga. B aspecto principal de novedad se basa en la configuración de la máquina para operar en tos modos: servir café, descargar ei agua dei sistema y limpieza dei circuito. B sistema de limpieza se enfoca especialmente en ei cedazo (screen) ubicado previo ai portafíitno, señalando que se puede automatizar electrónicamente ia máquina para que active ei modo de limpieza después de cada preparación o de determinado número de preparaciones Afirman que este sistema permite que ia máquina requiera un mantenimiento de limpieza cada vez que una máquina convencional requiere 9 mantenimientos (desmontado).
Una solución eficiente para evitar la acumulación de sarro es eliminar la caldera tradicional de la máquina de espresso lo cual significa que el agua no se almacena y callenta en el depósito de la caldera tradicional, teniendo que calentar el agua en el momento en que esta fluye hada ei dispensador que la hace pasar por la "pastilla" de café molido. Sin embargo, dada la necesidad de mantener temperatura y presión controladas para obtener un buen espresso, este sistema no se habla logrado desarrollar de manera exitosa hasta antes de nuestra Invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
FIG.l. & una vista lateral del cuerpo prindpal de la máquina dejando ver sus componentes Internos, entre los que se puede apredar: termistores (13), resistencias eléctricas (14), el serpentín (17) en el cuerpo de la caldera, el serpentín (18) en el cabezal de la máquina, el conducto de extracción (21) y la electroválvula de tres vías (16). FIG 2. Muestra una vista posterior del cuerpo principal de la máquina, donde pueden apreciarse una de las resistencias eléctricas (14), varios de los termistores (13) y la eiectroválvula de tres vías (16).
FIG.3. Muestra una vista frontal del cuerpo principal de la máquina, donde están señalados el cuerpo de la caldera (1) y la eiectroválvula de tres vías (16).
FIG.4. Muestra una vista lateral del cuerpo principal de la máquina, donde puede apreciarse varios termistores (13), el conducto de extracción (21), una de las resistencias eléctricas (14), el serpentín (18) en el cabezal de extracción y la ubicación del copie de llenado del líquido secundario (11).
FIG.5. Muestra un corte lateral de la máquina donde se puede apreciar el par de conductos (2) en el centro de la helicoidal que conforma el serpentín (17) alojando en la caldera, una de las resistencias eléctricas (14), uno de los termistores (13) y el serpentín (18) en el cabezal de la máquina.
FIG.6. Muestra una vista superior del cuerpo principal de la máquina donde se aprecia la ubicación de varios termistores (13), una de las resistencias eléctricas (14) y los copies de llenado del líquido secundario (11).
FIG.7. Muestra una vista Inferior del cuerpo principal de la máquina donde se aprecia la ubicación de uno de los pernos de montaje a superficie (5), uno de los copies de seguridad (6), de la placa de montaje de válvulas (7), de una de las resistencias (14), del copie de entrada del liquido primario (15), de la etectroválvula de tres vías (16) y del anillo ranurado (19).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es una máquina para preparación de café espresso que comprende una caldera, preferentemente construida en acero inoxidable grado alimenticio, la cual aloja un par de conductos de agua (2) que integran elementos calefactores controlados mediante sondas RTD y caudalímetros o flujómebos para controlar el volumen de líquido en relación con la temperatura requerida en el par de conductos de agua
(2).
La máquina comprende también un serpentín (18) metálico ubicado previo al punto de extracción de la infusión de café el cual permite obtener ganancia del calor generado en el par de conductos (2) y transferirlo al conducto de extracción (21), para llevar el líquido primarlo a la temperatura establecida como parámetro para la extracción de cada *shot* de espresso, sin mezclarse con el agua contenida en el par de conductos (2), la cual nombraremos de aquí en adelante 'líquido secundario", para diferenciarla del agua que se utiliza para la extracción (líquido primario).
En su composición integral, la máquina comprende una caldera (1); al menos un par de válvulas de llenado de la caldera (11); al menos una válvula de llenado para los conductos de liquido primario (15); al menos un par de válvulas soienoides para el control del paso y caudal del agua que se conduce a través de un serpentín (17) de acero Inoxidable de grado alimenticio, alojado dentro de la caldera (1); al menos un par de resistencias eléctricas (14) alojadas una en la parte superior y otra en la parte inferior del cuerpo principal de la máquina, al menos cuatro mecanismos de seguridad (6) de la temperatura de líquido, consistentes en interruptores de corriente; al menos un par de intercambiadores de calor para elevar la temperatura del líquido primario; Al menos un par de sondas RIO transmisoras de temperatura; un anillo ranurado de acero inoxidable y empaque hermético (19), integrado a la base de la caldera (1); una bomba hidráulica de velocidad y presión variable; al menos una etedroválvula de tres vías (16), ubicada en la base de la caldera (1); lectores digitales de presión; ai menos un par de transformadores de corriente; una placa de circuito impreso para controlar, mediante un software, salidas análogas y digitales y conexiones Inalámbricas de datos como wi-fi y bluetooth; al menos un volador de velocidad de la bomba; un potenciómetro; al menos una pantalla táctil; una pluralidad de botones electrónicos; una pluralidad de relevadores de estado sólido; un interruptor principal de encendido y apagado; una estructura de soporte, fabricada preferentemente en material metálico ligero, la cual cumple con la función de alojar todos los componentes internos de la máquina; una carcasa exterior (10) que puede fabricarse en materiales plásticos, metálicos, fibra de carbono, fibra de vidrio, madera o una combinación de estos, la cual cubre todos los componentes internos de la máquina, incluyendo la estructura metálica de soporte.
El funcionamiento de la máquina de espresso es asistido por un programa de cómputo el cual automatiza por completo la operación de la misma. Dicho programa de cómputo controla cada parámetro de presión y temperatura de la máquina mediante el envió y recepción de señales de ios sensores de temperatura, medidores de presión, medidores de caudal, bomba, válvulas y sondas RTD, grabando los parámetros de cada extracción para reproducirlos de manera indefinida desde una memoria de datos induida en el hardware donde corre el programa de cómputo, siendo el componente prindpal de dicho hardware una placa de circuito impreso que cuenta con salidas análogas, salidas digitales y dispositivos de conexión inalámbrica de datos.
B fundonamiento de la máquina de espresso objeto de la presente invención tiene como primer paso el encendido de la máquina e introducción, a través de la pantalla táctil, los parámetros de temperatura y presión deseados para la extracción de un "shoT de café, enseguida se selecciona la opción de "iniciar extracdón", disparándose señales a las resistendas calefactores (14) y a la bomba para empezar a elevar la temperatura del líquido secundario en la caldera (1) y elevar la presión del liquido primario. Al momento en que las señales de temperatura enviadas por las sondas RTD y por el transmisor de presión conectado al convertidor análogo-digital, indican que tanto la temperatura como la presión del líquido primario han llegado a los parámetros establecidos, el programa de cómputo envía automáticamente una señal a la etectroválvula (16) para liberar la cantidad de agua precisa para una extracdón. En ei funcionamiento interno de la máquina, el liquido primario eleva su temperatura al drcular a través del primer serpentín (17), ubicado en el interior de la caldera (1), donde dicho primer serpentín (17) se mantiene en un medio saturado por el líquido secundario, podiendo ser dicho líquido secundario agua destilada u otro líquido no tóxico, cuyas cualidades térmicas y coeficiente de expansión lo vuelven un medio eficiente para una primer transferencia de calor al líquido primario. Cuando el programa de cómputo que controla la máquina envía la señal a la etectroválvula (19) para liberar el flujo del líquido primario hada el cabezal de extracción (21), la resistencia calefactora (14) ubicada previo al conducto de extracción (21) y rodeada por el segundo serpentín (18), elevando su temperatura, donde el líquido primario que fluye a través de dicha sección de conducto de extracción (21), tiene una ganancia de temperatura suficiente para que al pasar por la pastilla de extracción dicho líquido primario se encuentre precisamente a la temperatura inicialmente establecida como parámetro para dicha extracción. Al mismo tiempo, el variador de velocidad de la bomba mantiene el funcionamiento de la bomba en un rango tal que la presión del líquido primario ai salir en el conducto de extracción (21) es precisamente la inicialmente establecida como parámetro de presión para dicha extracción.

Claims

REIVINDICACIONES
Establecido todo lo anterior, reclamo como de mi exclusiva propiedad lo que señalo en las siguientes cláusulas:
1. Una máquina para preparar bebidas calientes, caracterizada porque comprende una caldera (1); un par de conductos de agua (2); al menos un par de flujómetros para controlar el volumen de líquido en relación con la temperatura requerida en el par de conductos de agua (2); un serpentín (18) metálico ubicado previo al conducto de extracción (21); al menos un par de válvulas de llenado de la caldera (11); al menos una válvula de llenado para los conductos de líquido primario
(15); al menos un par de válvulas solenoides; al menos un par de resistencias eléctricas (14) atojadas en el par de conductos (2); al menos cuatro mecanismos de seguridad (6) de la temperatura de líquidos; al menos un par de intercambiadores de calor para elevar la temperatura del liquido primario; Al menos un par de sondas RTD transmisoras de temperatura; un anillo ranurado de acero Inoxidable y empaque hermético (19), Integrado a la caldera (1); una bomba hidráulica de velocidad y presión variable; al menos una electroválvula de tres vías
(16) ubicada en la base de la caldera (1); al menos un par de lectores digitales de presión; al menos un par de transformadores de corriente; una placa de circuito impreso para controlar, mediante un software, salidas análogas y digitales y conexiones Inalámbricas de datos como wi- fi y bluetooth; al menos un variador de velocidad de la bomba; un potenciómetro; al menos una pantalla táctil; una pluralidad de botones electrónicos; una pluralidad de relevadores de estado sólido; un Interruptor principal de encendido y apagado; una estructura de soporte, preferentemente hecha de material metálico ligero; una carcasa exterior (10), la cual cubre todos los componentes internos de la máquina.
2. La máquina para preparar bebidas calientes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el par de conductos de agua (2) están alojados dentro de la caldera (1) e integran elementos calefactores controlados mediante sondas RTD.
3. La máquina para preparar bebidas calientes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la caldera (1) conforma un medio de saturación para el serpentín (17) que conduce el líquido primario.
4. La máquina para preparar bebidas calientes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el par de conductos (2) del líquido primario estas dispuestos en el centro de la helicoidal que conforma el serpentín (17) alojado en el Interior de la caldera (1), uniéndose dichos conductos (2) en uno solo fuera de la caldera (1) y prolongándose por el cabezal de extracción, pasando primeramente por el centro del serpentín (18) de dicho cabezal.
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