ES2306932T3 - Una cafetera electrica. - Google Patents
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Abstract
Una cafetera eléctrica provista de medios de mando y regulación para: - alimentar agua a la cámara extractora de café a la temperatura de precolación alcanzada en la caldera (1) gracias a por lo menos una primera resistencia eléctrica (9) situada en la prolongación de la caldera y por lo menos una segunda resistencia eléctrica (11) provista en la parte más alta de la caldera; - bombear agua fría a la parte baja de la caldera, al salir dicha agua a temperatura de precolación por la parte alta de la caldera, que está provista de separadores (4) que definen por lo menos dos compartimientos (5) superpuestos y comunicados entre sí por orificios (8) hechos en los separadores, estando el compartimiento de más arriba en comunicación con la salida (7) de agua a la temperatura de precolación, caracterizándose porque la caldera comprende medios (P1, P2) para tomar energía de dos fuentes de electricidad, los medios de mando se alimentan con dicha energía y dirigen todas las funciones de la cafetera y viene de una fuente de energía eléctrica de baja tensión y corriente continua o de una red convencional de energía eléctrica que proporciona corriente alterna y provista de equipo eléctrico convencional que hace que dicha primera resistencia eléctrica (9) facilite fuerza elegida a entre 60 V hasta un máximo de 400 V y en la que la segunda resistencia eléctrica (11) tiene una fuerza no superior a 360 V, y los medios de mando eligen automáticamente que la cafetera sea alimentada por la red eléctrica comercial cuando la cafetera está conectada a ambas fuentes de suministro.
Description
Una cafetera eléctrica.
La invención presente se refiere a una cafetera
eléctrica y más en particular a una cafetera para hacer café exprés
que funciona con la electricidad de baja potencia del suministro de
un vehículo.
Las cafeteras exprés siempre tienen un sistema
de calentamiento cuya función es elevar la temperatura del agua
desde un valor inicial, generalmente comprendido entre 10°C y 30°C,
hasta el valor final necesario para la preparación correcta del
café, un valor que convencionalmente se denomina temperatura de
precolación y está generalmente comprendido entre 90°C y 100°C. Los
sistemas más ampliamente utilizados para calentar el agua en el
campo de las cafeteras exprés se pueden clasificar en dos
tipologías: de caldera o de calentador instantáneo, éste último
llamado también termo-bloque. La caldera tiene la
forma de un recipiente cerrado y estanco equipado con un medio de
calentamiento, un medio para regular la temperatura, un medio de
seguridad para evitar la presión excesiva y un medio que permita
que el agua fría entre en la caldera y que el agua caliente salga
de la misma. La función de la caldera en la primera fase consiste
en calentar el agua que contiene a la temperatura deseada por medio
de una resistencia eléctrica y luego, en la segunda fase, mantener
esta temperatura y así hacer posible que la cafetera pueda
utilizarse. Cuando se necesita agua caliente, se activa una bomba
que, al enviar agua fría a la caldera, hace que expulse el agua
caliente, que entonces sirve para preparar la bebida. El calentador
instantáneo, por el otro lado, es un sinfín dispuesto en un bloque
de materia metálica, que es mantenido a la temperatura deseada
mediante medios de calentamiento y regulación. Durante la fase de
espera, el aparato está generalmente vacío, pero en el momento de la
demanda, el agua lo atraviesa y al entrar en contacto con las
paredes interiores del sinfín calentadas de antemano, sube a la
temperatura deseada.
En el momento en que se sirve el café, estos dos
sistemas de calentamiento experimentan un descenso significativo de
temperatura debido a la entrada de agua fría en el sistema. Por la
necesidad de servir café a toda hora, los usuarios requieren cables
calculados para que la potencia térmica pueda mantener el aparato
siempre listo para proporcionar café. En las cafeteras destinadas al
hogar, esta potencia está generalmente comprendida entre 800 y
1.200 V. Esta potencia, en efecto, hace posible restablecer la
temperatura de trabajo de la caldera del termobloque durante un
plazo razonable después de hacer una taza de café.
Las calderas antedichas se conocen por GB 1 373
990 A y ES 2 120 323 A.
El mayor inconveniente es que no es posible
producir un cierto número de tazas de café en rápida secuencia, a
menos que la cantidad de energía eléctrica sea mayor de 500 Watios.
El enfriamiento de la caldera o el termobloque por la entrada de
agua fría en el momento en que se hace el café, exige un
calentamiento posterior que vuelva a poner la caldera o el
termobloque a la temperatura de trabajo, pero en el caso de que la
potencia sea inferior a 500 V, el calentamiento tarda un tiempo que
el usuario encuentra inaceptablemente largo. En un automóvil por
ejemplo, la potencia eléctrica máxima disponible en una toma normal
para encender cigarrillos u otros accesorios no es mayor de 120 V
(10 Amperios, 12 Voltios).
La cuestión se puede analizar como un problema
de equilibrio energético; dicho de otro modo, uno puede calcular la
energía y el tiempo necesarios para poner el sistema de nuevo en el
estado térmico en que estaba antes de introducir agua fría. En el
siguiente cálculo, para simplificarlo, se ha ignorado el calor que
pierde el sistema de calentamiento al ambiente circundante, mientras
se calienta. En correspondencia a cada entrega de 30 ml de café en
la taza, hay una entrega de alrededor de 50 ml de agua caliente
desde la caldera y la correspondiente entrada de la misma cantidad
de agua fría en la caldera. En realidad, una parte del agua que
suministra la caldera va a humedecer el lecho de café molido y
llenar la cámara de extracción, de manera que dicha agua no se
sirve en la taza como parte del café. Por lo tanto, por cada
entrega de 30 ml de café bebible, entran en la caldera 50 ml de
agua a alrededor de 20°C y 50 ml de agua a unos 100°C salen de la
caldera. El mantenimiento del estado térmico de la caldera significa
subir la temperatura del agua entrada (50 ml) a su valor final
(unos 100°C; para que esos 50 ml de agua suban de la temperatura
inicial de 20°C a la final de 100°C, la cantidad de energía
necesaria viene de esta fórmula:
Q = m x C x
(t_{2} -
t_{1})
en
caloría-gramo
siendo:
- m:
- la masa de agua en gramos
- C:
- la temperatura específica del agua = 1 caloría/°C x g
t_{2} - t_{1}: La diferencia
térmica en
°C
Los valores indicados arriba se introducen en la
fórmula y tenemos:
Q = 50 x 1 (100
- 20) = 50 x 80 = 4.000
calorías
que corresponde
a:
4.000 x 4,186 =
16.744 Julios (Vatios x
segundos)
siendo 4,186 el factor de
conversión caloría>Vatio x
seg.
Suponiendo se disponga de 120 V, teóricamente el
tiempo necesario para subir el agua de la caldera a la temperatura
de trabajo, anulando el efecto de caída de temperatura por la
entrada de 50 ml de agua fría, sería de 16.744/120 = 140 segs.
En otras palabras, sería necesario esperar 2
minutos y 20 segundos desde que se termina de hacer una taza de
café hasta que se empieza a hacer la siguiente; si se considera
que una taza de café tarda en hacerse unos 30 segundos (entrega de
la bebida), para facilitar cuatro tazas, por lo menos serían
necesarios:
30 x 40 + 140 x 3 = 540 segundos, que equivalen
a 9 minutos, contra los 30 minutos que tarda una cafetera
ordinaria.
Se señala que el cálculo anterior es optimista,
ya que no tiene en cuenta la cantidad de energía que se pierde en
el ambiente, una energía que no es despreciable en el equilibrio
energético global.
Evidentemente, esta lentitud de funcionamiento
de las cafeteras de las técnicas anteriores, no es aceptable para
el consumidor.
Una segunda desventaja es la fluctuación de la
temperatura del agua que sale del calentador, que depende del
régimen de caudal/cantidad a que se sirve el café y suele oscilar
en una excursión térmica que puede llegar a 20°C. Esta excursión es
consecuencia de la sencillez técnica de los medios de regulación
aplicados, normalmente termostatos bimetálicos que, aunque baratos
de producir, tienen tolerancias, ciclos histerésicos y retrasos de
operación que afectan negativamente a la estabilidad térmica.
Una tercera desventaja es que para que funcione
la caldera ha de absorber normalmente una corriente eléctrica
equivalente a 1 Kw.
En el ambiente doméstico, esta absorción crea
problemas de incompatibilidad eléctrica cuando funcionan varios
electrodomésticos al mismo tiempo. De hecho, las casas están
reguladas por un interruptor general que actúa cortando la
electricidad si la potencia total excede del umbral de seguridad
del sistema doméstico, en muchos casos de 3 Kw.
La presente invención se dispone a ofrecer una
cafetera en la que sea posible hacer una serie de tazas de café
exprés en un tiempo de trabajo idéntico al de las cafeteras
domésticas, aunque sólo se disponga de una fuente de electricidad de
poca potencia. Esta cafetera, en particular, está provista de una
caldera que hace posible proporcionar en sucesión y sin
interrupciones indeseables, la cantidad de agua que se precisa para
preparar un número determinado de tazas de café exprés, incluso
cuando se dispone de una fuente de electricidad de poca
potencia.
La cafetera eléctrica inventada se define en la
reivindicación 1 y comprende:
- i)
- una caldera que puede contener un volumen de agua equivalente a por lo menos dos tazas de café exprés, provista de por lo menos una primera resistencia eléctrica cuya potencia se elige entre 100 vatios y un máximo de 400, que previamente calienta dicho volumen de agua a la temperatura de precolación deseada, y una segunda resistencia eléctrica, de una potencia no mayor de 300 vatios, situada en la parte alta de la caldera;
- ii)
- separadores dentro de la caldera que definen por lo menos dos compartimientos superpuestos y comunicados entre sí, estando el compartimiento superior en comunicación con la entrada de agua fría y el compartimiento inferior comunicado con la salida de agua caliente, estando todos los compartimientos cruzados por dicha primera resistencia eléctrica; los separadores se conocen por el documento LU 40639 que revela un calentador de agua provisto de varios compartimientos definidos por separadores o diafragmas horizontales.
- iii)
- un sistema de mando que regula y distribuye la energía de las resistencias eléctricas con arreglo a la condición térmica de la caldera.
Es bien sabido que las resistencia eléctricas
convierten esencialmente la potencia del suministro eléctrico
disponible en energía térmica que, a su vez, se transmite al
volumen de agua de la caldera de la cafetera; es decir, el volumen
total de agua que ha de tratarse, aunque esté dividido en volúmenes
de agua en cada compartimiento; esta energía determina el tiempo
que el usuario ha de esperar para tener, en general, el agua a la
temperatura de precolación en el compartimiento superior, o en el
caso del primer ciclo de trabajo de la cafetera, antes de que el
agua llegue a la temperatura de precolación para hacer la primera
taza de café.
Como puede verse, p. ej. en la figura 1, la
caldera puede comprender el cuerpo cilíndrico y los separadores
hechos de acero inoxidable y dos cabezas en los extremos, hechas de
materia plástica para reducir la absorción y dispersión del calor.
Una alternativa a las soluciones como la que acabamos de indicar es
producir la caldera con materiales y con un espesor que aumenten la
acumulación de energía, y por tanto, el rendimiento de la caldera en
lo que concierne a la estabilización de la temperatura de
salida.
Como se sabe, los separadores sirven para
limitar la mezcla y el cambio de calor entre el agua caliente que
está en la caldera y el agua fría que entra en la misma, reduciendo
los efectos térmicos debidos a la entrada de agua fría en el
sistema.
La segunda resistencia eléctrica calienta sólo
el agua presente en el compartimiento superior, haciendo posible
efectuar una intervención reducida para corregir la temperatura
únicamente del agua que sale de la caldera.
Estas características hacen posible servir al
menos dos tazas de café a la temperatura deseada, compatible con
los tiempos naturales que tardan las cafeteras y sin los tiempos
muertos adicionales que se necesitarían para poner la temperatura
del sistema en el valor de trabajo normal.
El funcionamiento de la cafetera se basa en tres
principios fundamentales:
- d)
- dedicar la primera resistencia eléctrica a poner todo el volumen de agua a la temperatura de precolación;
- e)
- reducir el cambio de calor por conducción entre el agua fría que entra en la caldera para reemplazar el agua caliente con la que se hace el café, y el resto de agua caliente de la caldera, por medio de:
- -
- una serie de separadores internos que dividen el volumen de la caldera en compartimientos, esencialmente superpuestos y horizontales, conectados mediante orificios de comunicación que permiten que el agua suba de un compartimiento al inmediatamente superior, siguiendo así una ruta obligatoria, o bien,
- -
- un elemento helicoidal definido entre la pared perimetral de la caldera y el alojamiento que contiene la primera resistencia eléctrica, dispuesto preferiblemente a lo largo del eje vertical de la caldera; el extremo inferior del elemento helicoidal es adyacente al extremo inferior (cabeza) de la caldera, donde se define el compartimiento más bajo con la toma de agua fría, mientras que el extremo superior es adyacente al extremo superior (cabeza) de la caldera, donde se define el compartimiento más alto con la salida de agua caliente, de manera que el agua está obligada a pasar a través de la caldera siguiendo una ruta obligatoria entre las dos paredes de la espiral.
- f)
- la subida del agua en el compartimiento más alto a la temperatura de percolación, se consigue mediante la segunda resistencia eléctrica de baja potencia, situada en dicho compartimiento y capaz de subir un volumen reducido de agua ya caliente a la temperatura de precolación.
Dicho de otro modo, lo que así se hace posible,
es la adopción de una técnica de acumulación de agua caliente en
la fase inicial y luego extraerla sin que sufra en exceso del
efecto de enfriamiento producido por el agua entrante. La necesidad
de una segunda resistencia eléctrica se debe al hecho de que la
separación térmica entre el agua fría y la parte de agua caliente
acumulada, no se puede realizar en términos absolutos, porque la
cafetera sigue produciendo café, sacando parte del agua caliente de
la caldera, ocurriendo una disminución gradual de la temperatura del
agua en el compartimiento más alto. La segunda resistencia
eléctrica hace posible concentrar la energía térmica reducida
disponible en la zona más decisiva de la caldera y lograr así una
temperatura adecuada para preparar el café con sólo una pequeña
corrección de la energía.
El proceso llega a su fin cuando se ha sacado
toda el agua caliente acumulada en la caldera; en cuyo momento es
necesario empezar otro ciclo de calentamiento con la resistencia
eléctrica para poder producir una nueva sucesión de tazas de
café.
Así, la invención hace posible superar los
inconvenientes de los sistemas de calentamiento convencionales
(caldera y termobloque) y preparar una serie finita de tazas de café
sin interrupciones especiales en la fase de elaboración, aunque
sólo se disponga de una fuente de energía de poca potencia. Esta
situación ocurre generalmente cuando un grupo de personas viaja en
un vehículo, y más generalmente cuando la fuente de energía
consiste en un acumulador de 12 ó 24 V que suministra corriente en
el orden de 10 ó 15 Amperios.
Por lo tanto, la invención elimina el mayor
obstáculo técnico que cierra el paso a la construcción de cafeteras
exprés capaces de funcionar en vehículos de ocio, tales como
caravanas, autobuses, automóviles y embarcaciones de motor, y en
vehículos comerciales, tales como camiones.
Dado que la solución propuesta no exige
modificar el sistema eléctrico del medio de transporte, ya que es
posible servirse de la toma de corriente provista en todos loe
medios de transporte y normalmente destinada para encender
cigarrillos y conectar otros accesorios eléctricos, las ventajas de
su uso son previsibles en el mercado de productos para fines de ocio
o de trabajo que incluyen viajar.
Otra ventaja la constituye el hecho de que una
versión especialmente versátil de la invención es compatible con
una fuente de suministro de baja tensión (12/24 V cc) y con una de
alta tensión (110/230 V ca), por lo que el uso de la cafetera no
está limitado a vehículos de transporte, sino que se extiende al
ambiente doméstico.
Una ventaja más de la cafetera es que es
utilizable en un camping turístico o una caravana que casi
únicamente disponen de fuentes de alimentación de 230 V ca y de
baja potencia, como de 500-600 V.
En el último caso, constituye la ventaja el
consumo de baja potencia, que hace la cafetera compatible con el
funcionamiento simultáneo con otros electrodomésticos de gran
consumo, como lavadoras, hornos eléctricos, etc.
La constancia de la temperatura aplicada al
sistema supone aún otra ventaja en el caso de la elaboración de
café exprés, que por su propia naturaleza es especialmente sensible
a la temperatura del agua que pega en el paquete de café.
Ahora se explica la invención con detalle en
ejemplos de versión con referencia a las figuras, en las que:
La figura 1 presenta un primer alzado y sección
parcial (de una caldera),
La figura 2 presenta una sección por la línea
X-X de la figura 1,
La figura 3 presenta un segundo alzado y sección
parcial (de una caldera),
La figura 4 presenta una sección por la línea
X-X de la figura 1,
La figura 5 presenta un tercer alzado y sección
parcial (de una caldera),
La figura 6 presenta un primer esquema
funcional, y
La figura 7 presenta un segundo esquema
funcional.
Las figuras 1 y 3 muestran una caldera 1 que
consiste en un cuerpo metálico cilíndrico 2, hecho de acero
inoxidable, cerrado por arriba y abajo por dos cabezas, 3A y 3B
respectivamente, hechas de materia plástica para reducir la
absorción y dispersión de calor. El cuerpo cilíndrico 2 se puede
hacer de otras aleaciones metálicas o de materias plásticas
adecuadas. Dentro de la caldera hay tres separadores 4, hechos de
acero inoxidable, de forma circular y de un espesor comprendido
entre 0,5 y 1,0 mm que se sostienen separados por unos soportes
(omitidos en la figura) de tal modo que constituyen cuatro
compartimientos separados 5 dentro de la caldera. El tubo de
entrada de agua 6 pasa por un orificio hecho en la cabeza inferior
3B, en tanto que el tubo de salida de agua pasa por un orificio
hecho en la cabeza superior 3A.
Para permitir que el agua pase de un
compartimiento de la caldera al que está encima, como indican las
flechas F, hay una abertura en cada separador en forma de 8, con un
diámetro de pocos milímetros. En una versión preferente que vemos
en las figuras 1 y 2, la abertura del separador más alto está hecha
en correspondencia con la segunda resistencia eléctrica 11, con el
fin de que el agua entrante obtenga el mejor efecto de
calentamiento.
En el centro de la caldera, en posición axial,
está situada la primera resistencia eléctrica 9, que tiene forma
cilíndrica, tiene una potencia de 120 V y corre desde el
compartimiento de más arriba al compartimiento de más abajo, en
tanto que la segunda resistencia eléctrica 11, que también tiene
forma cilíndrica y tiene una potencia de 75 V, está situada en el
compartimiento de más arriba y su longitud es algo menor que la
altura del compartimiento.
La cabeza del cilindro 3A también lleva un
transductor de temperatura electrónico 12, que va conectado al
interior del compartimiento más alto mediante un puente térmico
hecho de cobre, de manera que pueda medir la temperatura del agua
de ese compartimiento.
La capacidad total de la caldera es del orden de
200 cm^{3}; esta dimensión hace posible preparar en sucesión un
máximo de seis tazas de café exprés -cada taza de unos 30 cm^{3}-
sin interrupción, tras una espera de unos 15 minutos antes de poder
hacer la primera taza de café del ciclo; obviamente, el número
máximo de tazas de café que se pueden hacer en sucesión depende de
la capacidad total de la caldera. Por tanto, la dimensión definitiva
de la caldera depende del uso al que se destine la cafetera y del
máximo número de tazas de café que el usuario quiera hacer en
sucesión, lo que ha de definirse en la fase inicial del diseño.
Como ya se ha citado, una caldera que tenga una
masa aumentada expresamente, como la descrita arriba, comparada
con la solución convencional, mejora la eficacia térmica de la
caldera. Por ejemplo, si la masa del cuerpo cilíndrico de 1 Kg y
las cabezas de la caldera hechas de aluminio, se llevaran a la
temperatura del agua en la primera fase de calentamiento: 100°C,
requeriría una cantidad de calor al menos igual a la del agua, de
modo que el calor total disponible al final de la primera fase sea
al menos el doble de la proporcionada sólo por el agua, como se
demuestra abajo, donde se ignora el calor absorbido por una caldera
de estructura convencional, p. ej. un cilindro delgado de acero
inoxidable y cabezas hechas de materia plástica:
Q agua = 200 g
x 1 x (100 - 20) = 16.000
calorías
Q aluminio =
1000 g x 0,214 x (100-20) = 17.120
calorías
Los ejemplos descritos contemplan una caldera de
cafetera exprés que trabaja con dosis sencillas preempaquetadas de
café. Esta elección se deriva de la necesidad de que una cafetera
que vaya a utilizarse la mayor parte del tiempo fuera de la casa ha
de ser práctica y fácil de manejar, aunque esta consideración no
constituye una limitación de la presente invención.
En algunas versiones, la primera resistencia 9
puede realizarse con dos elementos resistivos distintos y
diferenciados que ambos recorran toda la altura de la caldera, p.
ej. una resistencia de 120 V y la otra de 300 V de manera que la
primera pueda funcionar cuando se dispone de una fuente de energía
de baja potencia (en vehículos) y la otra cuando se dispone de una
fuente de energía de más potencia (en casa); de este modo, la
duración de la fase 1 se puede acortar considerablemente siempre
que el suministro de energía lo haga posible.
Obviamente el sistema está provisto de medios
que aseguran la estanqueidad y el aprovisionamiento de agua que no
se describen en este documento.
Tanto los separadores como sus soportes se
pueden hacer con aleaciones metálicas o bien de materias plásticas y
su número máximo es variable con arreglo a las dimensiones de la
caldera y de las modalidades de trabajo en que se funda el diseño,
p. ej. desde un mínimo de dos hasta un máximo, generalmente de
diez.
Las figuras 3 y 4 muestran una solución que
difiere de la ilustrada en las figuras anteriores los tres
separadores 4 son de forma ovalada y dispuestos inclinados dentro
del cuerpo cilíndrico, y la abertura que permite el agua pasar de
una región a la de arriba tiene forma de 8 definida al quitar de la
parte terminal superior del separador. Cada separador está
inclinado en sentido opuesto a la de los separadores adyacentes.
La figura 5 muestra una estructura de la caldera
igual a las ilustradas en las figuras anteriores, de manera que
los números de referencia son los mismos que antes, pero en la que
el medio destinado a parcializar el volumen de agua está
constituido por una cinta helicoidal 15 hecha de acero inoxidable y
definida entre la pared interior cilíndrica de la caldera y el
alojamiento que contiene la primera resistencia eléctrica 9, que
coincide con el eje vertical de la caldera; el extremo inferior de
la cinta helicoidal va fijado cerca de la cabeza inferior de la
caldera, donde se define una región inferior por la que entra el
agua, y el extremo superior de la cinta helicoidal se fija cerca de
la cabeza superior de la caldera, donde se define la región por la
que el agua sale de la caldera, de modo que, sustancialmente, el
agua avanza por este camino helicoidal cada vez que la cafetera
produce una taza de café.
La figura 8 muestra las siguientes piezas
principales de una cafetera exprés:
- -
- la caldera 1 antes descrita
- -
- un depósito de agua 20
- -
- una dosis única 20 de café, contenida entre dos capas de papel que el agua puede pernear,
- -
- un cable 28' que efectúa la conexión eléctrica entre la cafetera y la fuente de suministro de electricidad que puede ser la red comercial a 230 Vca, a la que el cable conecta la cafetera por medio del enchufe C1 y conectado a la toma de electricidad por un enchufe macho convencional P1,
- -
- un cable 28'' que efectúa la conexión eléctrica de la cafetera y una fuente de suministro de electricidad que puede ser el encendedor de cigarrillos de un vehículo de motor, al que el cable conecta la cafetera por medio del enchufe P2, conectado a la toma de electricidad por un enchufe macho adecuado P2,
y los siguientes medios operativos:
- -
- una bomba de agua 21,
- -
- una cámara extractora del café 22,
- -
- una válvula electromagnética de alimentación 23,
- -
- un sistema electrónico digital 24 que es un mando programable, p. ej. un microprocesador en el que está instalado el programa necesario para realizar las funciones descritas más adelante, demás de las funciones presentes convencionalmente en una cafetera,
- -
- un cuadro de mando 25 para el usuario.
\newpage
Se entiende fácilmente que, en una realización
limitada, esta cafetera sólo se puede alimentar con una fuente de
energía de baja tensión, p. ej. el encendedor de cigarrillos de un
vehículo de motor. En tal caso, el medio de regulación eléctrico
está convencionalmente reducido y el circuito eléctrico está por lo
tanto simplificado.
En una realización completa de la cafetera, por
otro lado, el ejemplo de funcionamiento de la cafetera sería:
Fase 1: activación de la cafetera y
calentamiento inicial; en esta primera fase el sistema de mando 24
activa la primera resistencia eléctrica 9 y la mantiene activa
hasta que una señal de temperatura dada por el sensor 12 indica
que el agua ha llegado a la temperatura de trabajo (98°C); dada la
poca potencia disponible, esta fase puede durar 15 minutos, tras los
cuales la cafetera comienza la fase de suministrar seis tazas
consecutivas de café exprés. La primera resistencia eléctrica 9
comprende una resistencia complementaria, como se deduce del hecho
de que la resistencia 9 se conecta al sistema de mando por medio de
dos cables.
Fase 2: elaboración de la bebida: una vez
colocado el paquete de café 26 en el filtro de la cámara extractora
22 y cerrada la cámara, el usuario hace el café accionando el
mando correspondiente del cuadro 25 que pone en marcha la bomba 21
y abre la válvula electromagnética 23. El agua fría, tomada del
depósito 20, es enviada por la bomba al interior de la caldera 1, y
al mismo tiempo, una cantidad equivalente de agua caliente sale por
el tubo de salida 7 de la caldera, pasa por la válvula
electromagnética 23 y llega a la cámara extractora 22 donde se
produce la extracción del café. Una parte del agua generada por la
caldera contribuye a la saturación de la zona donde se extrae el
café e impregna el café molido del paquete 26, mientras la cantidad
de agua principal llega a la taza en forma de café hecho. En esta
fase, el mando 24 apaga la primera resistencia eléctrica 9 y regula
la temperatura del agua en la región más alta 5A por la señal de
temperatura que da el sensor 12, y la segunda resistencia eléctrica
11, que actúa únicamente sobre el agua contenida en el
compartimiento de más arriba. La potencia que emite la segunda
resistencia eléctrica 11 es modulada debidamente por el sistema de
mando 24 de modo que mantiene la temperatura del agua que sale de
la caldera dentro del campo conveniente para preparar un buen café
exprés.
Con vistas a conseguir este resultado, el
sistema de mando actúa del siguiente modo: cuando se comienza a
suministrar café, apaga la primera resistencia eléctrica 9 y el
mando pasa a la segunda resistencia 11, que en cierta versión del
sistema de mando actúa con un umbral de
ENCENDIDO-APAGADO lógico (unos 98°C); la resistencia
se activa siempre que la temperatura caiga debajo de ese umbral y se
apaga cuando la temperatura está por encima del umbral.
De este modo, la temperatura de la región más
alta de la caldera se puede mantener a un nivel idóneo para
producir la bebida durante el tiempo preciso para hacer cierto
número de cafés.
Cuando transcurre alrededor de 1 minuto después
que se ha servido la última taza de café, se entiende que el
usuario ha interrumpido o acabado la preparación de tazas de café
que deseaba; por lo tanto, el mando vuelve a la primera resistencia
9, que entonces asume la tarea de poner todo el contenido de agua
de la caldera a la temperatura óptima.
Fase 3: restablecimiento de la temperatura: en
el momento en que la temperatura del compartimiento de más arriba
5A cae bajo el umbral mínimo, p. ej. porque tras hacer una serie
larga de café la potencia eléctrica de la segunda resistencia ya no
puede asegurar la temperatura correcta de salida, el sistema de
mando 24 bloquea la posibilidad de hacer más cafés y comienza la
fase de reestablecer la temperatura de la caldera, al fin de la cual
vuelve a ser posible preparar otra serie de cafés como se describe
en la Fase 2. El modo de operación de la Fase 3 es el mismo que en
la Fase 1, excepto por el hecho de que dura sólo la mitad, porque la
temperatura media inicial del sistema es más alta que en el caso de
la Fase 1.
La figura 7 describe el circuito eléctrico de la
figura 6 con más detalle. Los componentes 32, 31, 28 y 30
constituyen en conjunto el componente 24 de la figura 6. El inversor
6 transforma la corriente continua de la entrada (12 ó 24 V cc) en
corriente alterna a 230 V ca. El alimentador 31 transforma la
entrada alterna en la corriente continua que necesita para funcionar
el microprocesador 32, que regula y coordina todos los elementos
eléctricos de la cafetera, incluso el cuadro para el usuario (25 en
la fig. 6).
Al excitarse el relé 26 por medio de los cuatro
contactos 29 que están normalmente cerrados, se desactiva el
inversor.
El equipo eléctrico está representado como
sigue:
- R9/1
- es la primera resistencia 9 de la figura 6, potencia 120 V,
- R9/2
- es la resistencia suplementaria alojada en la carcasa de 9, potencia 300 V,
- R11
- es la segunda resistencia 11 de la figura 6,
- R21
- es la bomba 21 de la figura 6,
- V23
- es la válvula electromagnética de la figura 6.
El aparato funciona del siguiente modo:
Puede funcionar a 12/24 V cc ó a 230 V cc, sin
que el usuario tenga que hacer ajustes especiales.
- iii)
- Cuando el usuario enchufa la cafetera en una toma de 230 V ca, el relé 28 se excita y abre los contactos 29 (cerrados normalmente), desconectando así el inversor y alimentando el microprocesador 32 y los diversos elementos del equipo R9/1, R9/2, R11, P21, V23. Cuando el usuario enchufa la cafetera en una toma de 12/24 V cc, el inversor transforma la corriente continua en corriente alterna y la alimenta al microprocesador y a los diversos equipos R9/1, R9/2, R11, P21, V23.
- iv)
- Si el usuario enchufa la cafetera en ambas fuentes de energía, el sistema prefiere la fuente de 239 V ca, porque en este caso, el relé 28 vuelve a excitarse y abre los contactos 29 (normalmente cerrados) desconectando así el inversor y la línea de baja tensión que lo alimenta.
En todos los casos antes descritos, en cuanto se
hace la conexión, el micro-procesador 32 empieza a
ejecutar el programa de mando que permite a la cafetera realizar las
funciones previstas por el diseñador.
Las cafeteras distintas a la de la invención
tienen un equipo eléctrico adaptado para funcionar únicamente con
una fuente de energía de 12/24 V cc. Para que estas cafeteras
puedan trabajar con una fuente de suministro más potente, hay que
dotarla de un convertidor eléctrico auxiliar, por ejemplo de 230 V
ca a 12 V cc.
En general, la cinta helicoidal y sus soportes
se fijan a la caldera con medios que permiten quitarlos del cuerpo
cilíndrico 2, de manera que se pueden desmontar con facilitad en la
fase de mantenimiento para limpiar las incrustaciones calcáreas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citada por el
solicitante, es únicamente para conveniencia del lector. No forma
parte del documento de la patente europea. Aunque se ha puesto
mucho cuidado en recopilar las referencias, no se pueden excluir
errores u omisiones y la EPO declina toda responsabilidad al
respecto.
- \bullet GB 1373990 A [0004]
- \bullet LU 40639 [0016]
\bullet ES 2120323 A [0004]
Claims (6)
1. Una cafetera eléctrica provista de medios de
mando y regulación para:
- -
- alimentar agua a la cámara extractora de café a la temperatura de precolación alcanzada en la caldera (1) gracias a por lo menos una primera resistencia eléctrica (9) situada en la prolongación de la caldera y por lo menos una segunda resistencia eléctrica (11) provista en la parte más alta de la caldera;
- -
- bombear agua fría a la parte baja de la caldera, al salir dicha agua a temperatura de precolación por la parte alta de la caldera, que está provista de separadores (4) que definen por lo menos dos compartimientos (5) superpuestos y comunicados entre sí por orificios (8) hechos en los separadores, estando el compartimiento de más arriba en comunicación con la salida (7) de agua a la temperatura de precolación,
caracterizándose porque la
caldera comprende medios (P1, P2) para tomar energía de dos fuentes
de electricidad, los medios de mando se alimentan con dicha energía
y dirigen todas las funciones de la cafetera y viene de una fuente
de energía eléctrica de baja tensión y corriente continua o de una
red convencional de energía eléctrica que proporciona corriente
alterna y provista de equipo eléctrico convencional que hace que
dicha primera resistencia eléctrica (9) facilite fuerza elegida a
entre 60 V hasta un máximo de 400 V y en la que la segunda
resistencia eléctrica (11) tiene una fuerza no superior a 360 V, y
los medios de mando eligen automáticamente que la cafetera sea
alimentada por la red eléctrica comercial cuando la cafetera está
conectada a ambas fuentes de
suministro.
2. Una cafetera eléctrica con arreglo a la
reivindicación 1 en la que la primera resistencia eléctrica (9)
comprende un resistor suplementario que eleva la potencia total de
la primera resistencia hasta 500 Vatios cuando la cafetera se
alimenta de corriente de la red eléctrica comercial.
3. Una cafetera eléctrica con arreglo a las
reivindicaciones 1 y 2, que se alimenta sólo de una fuente de
energía eléctrica que suministra corriente continua de baja tensión
y que los medios de mando son capaces de hacer que la primera
resistencia eléctrica (9) facilite una fuerza inferior a 400 Vatios
y que la segunda resistencia eléctrica facilite una fuerza inferior
a 360 Vatios.
4. Una cafetera eléctrica con arreglo a la
reivindicaciones de 1 a 3, caracterizada porque la abertura
(8) del separador (4) más alto está puesto en correspondencia con la
segunda resistencia eléctrica (11).
5. Una cafetera eléctrica con arreglo a la
reivindicaciones de 1 a 4, en la que el órgano de mando realiza las
fases de:
- i)
- activar la cafetera para que empiece a calentar agua cuando el medio de mando introduce la primera resistencia eléctrica (9) que lleva el agua a la temperatura de percolación dirigida por la señal de temperatura dada por un sensor de temperatura (12, 13) situado en el compartimiento más alto;
- ii)
- enviar una orden que pone en marcha la bomba (21) y abre la válvula electromagnética (23) que rige el paso del agua después de que la cafetera ha sido cargada con café, de manera que el agua fría sacada del depósito (20) sea enviada a la caldera (1) por la bomba al mismo, siendo una cantidad de agua igual al volumen de café que sale de la cafetera;
- iii)
- apagar la primera resistencia eléctrica (9) y regular la temperatura del agua en el compartimiento de más arriba de acuerdo con la señal de temperatura dada por el sensor de temperatura (12, 13), mediante la activación o desactivación de la segunda resistencia eléctrica (11) para mantener la temperatura del agua de dicho compartimiento dentro del campo idóneo para la elaboración de café;
- iv)
- bloquear la función de elaboración de café y empezar a calentar el agua en la caldera (1) en el momento en que la temperatura de dicho compartimiento caiga por debajo de un umbral mínimo predeterminado y la potencia disponible ya no sea capaz de asegurar la temperatura de precolación a la salida (7) de la caldera.
6. Una cafetera eléctrica con arreglo a la
reivindicación 1, que en la fase iii) causa la desactivación de la
primera resistencia eléctrica (9) y la regulación de la temperatura
del agua del compartimiento más alto de la caldera con arreglo a
una señal de temperatura dada por el sensor de temperatura (12, 13)
mediante la activación y desactivación de la segunda resistencia
eléctrica (11) con el fin de mantener la temperatura del agua en
dicho compartimiento dentro del campo idóneo para elaborar el café
en las fases de suministrar el agua, desactivar la segunda
resistencia eléctrica (11) y activar la primera resistencia
eléctrica (9) para calentar toda el agua contenida en la caldera
(1) en las fases intermedias entre el suministro de una serie de
tazas de café y la segunda.
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