ES2565529T3

ES2565529T3 - Calentadores de flujo

Info

Publication number: ES2565529T3
Application number: ES12783263.2T
Authority: ES
Inventors: Colin Peter Moughton
Original assignee: Strix Ltd
Current assignee: Strix Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2016-04-05
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: EP2768359A1; KR20140084048A; AU2012324650A1; EP2768359B1; CN103889288A; WO2013057506A1; CN103889288B; AU2012324650B2; GB201118226D0

Abstract

Un aparato calentador (1) de flujo para calentar líquido a medida que fluye a través del mismo, que comprende: una fuente (50) de líquido; un conducto (4, 5) para transportar líquido desde la fuente de líquido hacia una salida (22), comprendiendo secuencialmente dicho conducto al menos una primera zona (4) y una segunda zona (5); un medio (2) de calentamiento para calentar líquido en dicho conducto; y un medio (52) de control para controlar el caudal de fluido a través de dicho conducto, estando dicho medio de control en comunicación de datos con un primer sensor (54) de temperatura sensible a una temperatura del líquido contenido en el conducto, en un punto entre dicha primera y dicha segunda zonas, un segundo sensor (56) de temperatura sensible a una temperatura del líquido aguas arriba de dicho primer sensor de temperatura, caracterizado por que el aparato calentador de flujo comprende un tercer sensor (58) de temperatura sensible a una temperatura del líquido aguas abajo de dicho primer sensor de temperatura.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Calentadores de flujo

La presente invencion se refiere a la construccion y operacion de calentadores que calientan un Ifquido que fluye a traves de los mismos, de manera que pueda dispensarse el lfquido calentado mientras se calienta el lfquido.

Ha habido muchas propuestas anteriores para calentadores de flujo, que calientan agua u otros lfquidos, y una aplicacion particular ha sido el uso de calentadores de flujo para maquinas de bebidas automatizada o semiautomatizadas. Tradicionalmente, los calentadores de flujo han mostrado limitaciones en su rendimiento en varios aspectos. En particular, los calentadores de flujo no podfan utilizarse para producir agua hirviendo, debido a los problemas de sobrecalentamiento y de salpicaduras causados por la ebullicion localizada dentro del tubo de agua. Tambien resultaba diffcil regular la temperatura a la que se dispensaba el agua, ya que esto dependfa de varios factores incluyendo la velocidad precisa de la bomba y la temperatura inicial del agua en el deposito. El documento EP 0 771 542 da a conocer un aparato calentador de flujo.

Los Solicitantes han superado en gran medida estos problemas con sus propuestas anteriores establecidas en sus solicitudes anteriores WO 2010/106349, WO 2010/l06348 y WO 2011/077135. Sin embargo, los Solicitantes han ideado mejoras adicionales en la tecnologfa de calentadores de flujo y, vista desde un primer aspecto, la presente invencion proporciona un aparato calentador de flujo para calentar lfquido a medida que fluye a traves del mismo, que comprende: una fuente de lfquido; un conducto para transportar lfquido desde la fuente de lfquido hacia una salida, comprendiendo secuencialmente dicho conducto al menos una primera zona y una segunda zona; medios de un medio de calentamiento para calentar lfquido en dicho conducto; y un medio de control para controlar el caudal de fluido a traves de dicho conducto, estando dicho medio de control en comunicacion de datos con un primer sensor de temperatura, sensible a una temperatura del lfquido contenido en el conducto, en un punto entre dichas primera y segunda zonas, un segundo sensor de temperatura sensible a una temperatura del lfquido aguas arriba de dicho primer sensor de temperatura, y un tercer sensor de temperatura sensible a una temperatura del lfquido aguas abajo de dicho primer sensor de temperatura.

Tambien se da a conocer un metodo de calentamiento de lfquido que fluye a traves de un aparato calentador de flujo, comprendiendo el metodo las etapas de: transportar lfquido desde una fuente de lfquido, a traves de un conducto que comprenda secuencialmente una primera zona y una segunda zona, hasta una salida; calentar dicho lfquido que se transporta a traves de dicho conducto; detectar una primera temperatura representativa de la temperatura del lfquido en el conducto, en un primer punto entre dicha primera y segunda zonas, detectar una segunda temperatura representativa de la temperatura del lfquido aguas arriba de dicho primer punto, detectar una tercera temperatura representativa de la temperatura del lfquido aguas abajo de dicho primer punto; y controlar el caudal de fluido a traves de dicho conducto, basandose en al menos una de dichas primera, segunda y tercera temperaturas.

Por lo tanto, los expertos en la materia observaran que, de acuerdo con la invencion, se proporcionan al menos tres sensores de temperatura para detectar la temperatura en diferentes partes de la ruta de flujo del lfquido, a medida que se calienta el mismo. Como se explicara mas adelante, los Solicitantes han observado que esto permite un buen control, tanto de la temperatura a la que se dispensa lfquido a la salida, como del volumen de lfquido que se dispensa, mediante un calculo preciso del flujo de lfquido a traves del calentador. Al menos en las realizaciones preferidas, esto se puede lograr sin requisito alguno de medir el caudal directamente (los sensores para esto inflanan considerablemente el costo). Por otra parte, los Solicitantes han observado que se puede mantener un buen control de la temperatura y el volumen de dispensado, incluso cuando el rendimiento del calentador se vea afectado por la acumulacion de incrustacion de cal en el conducto de lfquido.

Como se menciono anteriormente, las temperaturas medidas por los tres sensores pueden dar una indicacion de la temperatura de salida y del caudal. Mas espedficamente, el caudal se puede calcular usando los siguientes parametros: la diferencia entre las temperaturas medidas por el primer y el segundo sensores de temperatura; la potencia de calentamiento aplicada al lfquido entre los puntos en los que el primer y el segundo sensores de temperatura miden la temperatura; y la capacidad termica espedfica del lfquido que se calienta - por ejemplo, agua. Asf, en el conjunto preferido de realizaciones, el aparato esta dispuesto para calcular un caudal de lfquido a traves del mismo usando la diferencia en las temperaturas detectadas por el primer y el segundo sensores de temperatura, respectivamente, y para dispensar un volumen predeterminado de lfquido calentado usando el caudal calculado.

Ademas de para calcular el caudal, los sensores de temperatura pueden utilizarse para tener en cuenta los efectos de la acumulacion de incrustacion de cal en el conducto de lfquido. Mas en particular, la diferencia entre la primera y la segunda temperaturas se puede utilizar para predecir cual debena ser la temperatura detectada por el tercer sensor de temperatura, basandose en un conocimiento de la potencia de calentamiento proporcionada entre las posiciones detectadas por el primer y tercer sensores de temperatura, respectivamente. Esto se puede comparar entonces con la temperatura real, medida por el tercer sensor de temperatura, para dar una indicacion de los efectos de la acumulacion de incrustacion de cal, que reducen la potencia efectiva transmitida al lfquido desde el medio de calentamiento.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

El tercer sensor de temperatura puede detectar la temperatura en cualquier lugar aguas abajo de la ubicacion en la que el segundo sensor de temperatura detecta la temperatura, aunque en un conjunto preferido de realizaciones esta dispuesto para detectar la temperatura del lfquido a medida que sale por la salida. Esto permite al medio de control determinar si se esta alcanzando la temperatura correcta en la salida, y hacer los ajustes necesarios.

La fuente de lfquido puede ser una fuente de lfquido de alimentacion u otra fuente a la que el aparato este conectado. Sin embargo, en un conjunto de realizaciones, la fuente de lfquido comprende un deposito, que por ejemplo un usuario puede llenar periodicamente. El deposito podra ser extrafble para permitir llenar el mismo directamente desde un grifo.

El segundo sensor de temperatura puede estar dispuesto para detectar la temperatura en cualquier punto aguas arriba de donde el primer sensor de temperatura detecta la temperatura, pero esta dispuesto preferiblemente para detectar la temperatura del lfquido en el deposito del cual se extrae lfquido antes de que el medio de calentamiento caliente el mismo. Esto permite que el medio de control controle apropiadamente el caudal de lfquido a traves del conducto para alcanzar la temperatura de salida deseada, ya que el caudal requerido depende de la temperatura del lfquido antes de que entre en el conducto.

En un conjunto preferido de realizaciones, se hace que el lfquido fluya a traves del conducto, preferiblemente desde la fuente de lfquido, por medio de una bomba. Sin embargo, esto no es esencial y en su lugar podna utilizarse un sistema de alimentacion por gravedad, es decir, uno en el que la presion hidrostatica del lfquido contenido en un deposito elevado proporcione la presion de flujo necesaria. El caudal de lfquido a traves del conducto podra controlarse mediante una valvula variable adecuada, pero si se proporciona una bomba, el control de caudal se ejerce preferiblemente mediante el control de la velocidad de la bomba.

En un conjunto de realizaciones, el aparato esta dispuesto para calentar el lfquido a una temperatura inferior a su punto de ebullicion. En estas circunstancias, y cuando se proporcione el tercer sensor de temperatura en la salida, tal como resulta preferible, la temperatura de salida del lfquido, prevista por extrapolacion del diferencial de temperatura entre el primero y segundo sensores, se corresponded aproximadamente a la temperatura real detectada excepto por el efecto de la acumulacion de incrustacion de cal.

Sin embargo, en otro conjunto de realizaciones el aparato esta dispuesto para calentar el lfquido hasta el punto de ebullicion. Esto es particularmente ventajoso en el contexto de una maquina de bebidas destinada a proporcionar agua hirviendo para bebidas que lo requieran, tal como el te negro. En estas realizaciones, la temperatura "prevista" utilizando el diferencial entre el primer y segundo sensores sera mas elevada que el punto de ebullicion del lfquido, y por lo tanto mayor que la temperatura real del lfquido dispensado. Esto es debido a que, con el fin de garantizar que el lfquido no hierva realmente, por lo general se elegira el caudal de modo que la temperatura "prevista" este unos pocos grados por encima del punto de ebullicion. Por supuesto, la energfa adicional no aumenta la temperatura, sino que mas bien suministra el calor latente necesario para la ebullicion.

No es deseable que la temperatura "prevista" sea significativamente mayor que el punto de ebullicion, ya que esto resulta en un desperdicio de energfa y, ademas, crea un exceso de vapor que puede causar problemas por presion de retorno a lo largo del conducto. Sin embargo, a medida que el conducto se incrusta, la temperatura "prevista" necesaria para alcanzar la ebullicion aumentara, a medida que se reduce la potencia efectiva de calentamiento en la zona mas incrustada. Por lo tanto, el diferencial entre la temperatura "prevista" y la temperatura medida real es, tal como se ha mencionado anteriormente, un indicador del grado de incrustacion que ha sufrido el conducto. En un conjunto de realizaciones, por lo tanto, se establece un umbral de temperatura "prevista", por encima del cual se emite una advertencia de incrustacion. Esto puede actuar como un recordatorio para que un usuario desincruste el aparato.

Como se ha mencionado anteriormente, es necesario conocer la potencia del medio de calentamiento dispuesto entre las ubicaciones en las que el primer y segundo sensores de temperatura detectan la temperatura, y tambien entre las ubicaciones en las que el segundo y tercer sensores de temperatura detectan la temperatura. En el conjunto preferido de realizaciones, se proporciona un unico elemento de calentamiento y, por lo tanto, las proporciones relativas de la potencia del elemento de calentamiento proporcionado aguas arriba y aguas abajo de la ubicacion de deteccion del primer sensor de temperatura, respectivamente, pasan a ser un parametro importante.

El elemento de calentamiento es preferiblemente un elemento de calentamiento revestido, unido al exterior del conducto. En un conjunto de realizaciones, el elemento de calentamiento esta unido por dos lados del mismo a unas respectivas partes del conducto, que en el conjunto preferido de realizaciones corresponden a la primera y segunda zonas. El primer sensor de temperatura esta por tanto dispuesto para detectar la temperatura del lfquido en la union entre las dos zonas, que podna ser, por ejemplo, una forma de bucle de conexion.

Los sensores de temperatura pueden adoptar cualquier forma conveniente. Es factible que queden situados a distancia del donde detectan la temperatura, pero preferiblemente los sensores estaran situados en las ubicaciones en las que detectan la temperatura. En una serie de realizaciones preferidas, comprenden termistores, por ejemplo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

termistores de coeficiente negativo de temperatura. Por supuesto, no es esencial que los sensores de temperatura sean todos del mismo tipo.

El conducto puede extenderse hasta la salida, si bien en un conjunto de realizaciones se proporciona una zona, entre el conducto y la salida, que proporciona una ruta de escape separada para vapor. Esta caractenstica se describe con mas detalle en el documento WO 2010/106349.

Debe observarse que, aunque de acuerdo con la invencion el medio de control controla el caudal de fluido a traves del conducto, por ejemplo mediante el control de la velocidad de la bomba, no es necesario precalibrar de manera precisa este sistema de control para que suministre un valor determinado del caudal, dado que el caudal se puede determinar de forma independiente mediante las mediciones de la temperatura, como se ha explicado anteriormente. Esto elimina la necesidad de una bomba de alta precision, o similar.

A continuacion se describiran ciertas realizaciones preferidas de la invencion, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos adjuntos. en los que:

Las Figs. 1 y 2 muestran vistas isometricas de dos lados de un calentador de flujo, de acuerdo con la presente invencion;

Las Figs. 3 y 4 muestran vistas en seccion transversal, a traves de la camara de calentamiento, del calentador de flujo mostrado en la Figs. 1 y 2;

La Fig. 5 muestra los canales de flujo de lfquido, y el elemento de calentamiento, del calentador de flujo mostrado en las Figs. 1 y 2; y

Las Figs. 6 y 7 muestran vistas esquematicas del calentador de flujo, representando la ubicacion de tres termistores.

Las Figs. 1 y 2 muestran un calentador 1 de flujo de acuerdo con la invencion, que se puede utilizar para calentar agua hasta el punto de ebullicion, por ejemplo para su uso en un dispensador de bebidas calientes. El calentador de flujo comprende una longitud de un elemento 2 de calentamiento revestido, de tipo inmersion que, aunque no se representa, comprende una carcasa de aluminio y un alambre de resistencia en espiral, envasado en polvo aislante de oxido de magnesio. Dos canales 4, 5 de aluminio, de flujo de agua, estan dispuestos en los lados opuestos del elemento 2 de calentamiento, y soldados al mismo. En un extremo del elemento 2 de calentamiento, dos extremos adyacentes de los canales 4, 5 estan conectados entre sf por medio de un tubo 6 de plastico, que esta sellado en los canales 4, 5 por medio de unas abrazaderas 8 situadas en cada extremo. Esto crea una trayectoria de flujo para el agua a traves del calentador de flujo, desde una entrada 10 hasta una salida 12 (veanse las Figs. 3, 4 y 5), hacia el interior de una camara 14 de calentamiento. El elemento 2 de calentamiento y los canales 4, 5 de flujo de agua se ajustan estrechamente entre sf, y estan dispuestos en una forma de J (que se observa mas claramente en la Fig. 5), que permite proporcionar un calentador de flujo compacto para su instalacion en un dispositivo pequeno, por ejemplo una cafetera de cocina.

La camara 14 de calentamiento, que tambien se muestra en las Figs. 3 y 4, comprende una tapa 16 con una salida 18 de vapor (omitida en la Fig. 3 para mayor claridad), y un cuerpo principal 20 hacia el que se extiende el elemento 2 de calentamiento. La salida 18 de vapor permite expulsar el vapor a la atmosfera, lejos del usuario, o capturarlo y condensarlo en un purgador, bandeja de goteo, o similar, adecuado. El cuerpo principal 20 de la camara 14 de calentamiento tiene una forma general rectangular y alargada, en la que la porcion del elemento 2 de calentamiento situada en el interior de la misma ocupa la parte inferior, aunque el agua puede pasar alrededor de ella. Una extension lateral 21 aloja una salida 22 de agua caliente en su base, en el extremo aguas abajo de la camara 14 de calentamiento. La salida 22 de agua caliente se extiende verticalmente hacia arriba, hacia el cuerpo principal 20 de la camara 14 de calentamiento justo por encima de la altura del elemento 2 de calentamiento, pero desplazada con respecto al lateral del mismo, para formar un rebosadero 23. Una rendija estrecha 25, situada en el rebosadero 23, permite drenar cualquier agua restante en la camara 14 de calentamiento, tras la operacion.

Una brida 24 de sellado, sujeta en su sitio por una abrazadera 26 y unos tornillos 28, proporciona una entrada estanca para el elemento 2 de calentamiento y el canal superior 5 que se proyectan hacia dentro del cuerpo principal 20 de la camara 14 de calentamiento. El canal superior 5 termina justo en el interior de la camara 14 de calentamiento, mientras que el elemento 2 de calentamiento se extiende a traves de la camara 14 de calentamiento para proyectarse a traves del otro lado del cuerpo principal 20, en el que esta sellado por una junta 30 de anillo alrededor de su derivacion fna 32. La derivacion fna 34 en el otro extremo del elemento 2 de calentamiento esta dispuesta para proyectarse alejandose de los canales 4, 5, cerca del tubo 6 de conexion de plastico. Esto permite efectuar una conexion electrica en las derivaciones fnas 32, 34 a ambos extremos del elemento 2 de calentamiento.

La salida 12 del canal superior 5 se abre hacia la camara 14 de calentamiento, adyacente a un disipador de calor 36, por ejemplo un lingote de aluminio, que esta unido a la parte superior de la porcion del elemento 2 de calentamiento en la camara 14 de calentamiento (mostrada tambien en la Fig. 5). El disipador 36 de calor actua como una masa termica adicional para la porcion del elemento 2 de calentamiento, que se extiende hacia la camara 14 de calentamiento.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Un termostato 38 de disco bimetalico, tambien conocido como disco de 12,7 mm, esta sujeto al lado de los canales 4, 5 de flujo de agua y el elemento 2 de calentamiento, mediante una abrazadera 40 y unos tomillos 42. Tal como se muestra en la Fig. 5, se ha formado una zona aplanada 43 en los canales 4, 5 de flujo de agua y el elemento 2 de calentamiento, para aumentar el area de contacto del termostato 38 en el calentador de flujo. El termostato 38 tiene dos terminales 46 que estan acopladas a unos contactos de conmutacion (no mostrados) dentro del termostato 38, y que estan accionados por el disco bimetalico (no mostrado), que esta sujeto en buena comunicacion termica con la cara conductora 44 del termostato 38. En uso, los terminales 46 estan conectados a un circuito de control que puede proporcionar energfa al elemento 2 de calentamiento, o suprimir la alimentacion de energfa al mismo.

Aunque no se muestra en las Figs. 1-5, el calentador de flujo tambien comprende un deposito 50 de agua fna, conectado fluidamente a la entrada 10 del canal inferior 4, a traves de una bomba 52 que se muestra esquematicamente en la Fig. 6. Tres termistores 54, 56, 58 de coeficiente negativo de temperatura estan situados en tres puntos diferentes a lo largo del calentador de flujo, con el fin de medir la temperatura del agua en estos puntos. Un primer termistor 54 se proyecta a traves de la pared del tubo 6 de plastico, entre los canales 4, 5 de flujo de agua inferior y superior. Un segundo termistor 56 se proyecta a traves de la pared 50 del deposito, y un tercer termistor 58 se proyecta a traves de la salida 22 de agua caliente.

Los tres termistores 54, 56, 58 estan conectados a un circuito de control (no mostrado), que a su vez esta conectado a la bomba 52 y al elemento 2 de calentamiento.

A continuacion se describira el funcionamiento del calentador 1 de flujo, con referencia a las Figs. 1-6.

Cuando un usuario desea dispensar agua, enciende el calentador 1 de flujo para activar un circuito de control (no mostrado). Esto activa inicialmente el elemento 2 de calentamiento mediante la aplicacion de energfa electrica a traves de las derivaciones fnas 32, 34, mediante unas conexiones (no mostradas) al circuito de control. Despues de un retraso, habitualmente de cinco segundos (en funcion de la temperatura del agua ya presente en el calentador), se hace funcionar la bomba 52 para bombear agua del deposito de agua fna 50 hasta el extremo aguas arriba del canal 4 de flujo de agua inferior a traves de la entrada 10, desde donde fluye a traves del tubo 6 de conexion de plastico y hacia el canal 5 de flujo de agua superior. En otras realizaciones, se puede iniciar la bomba 52 antes que el elemento 2 de calentamiento, o se pueden iniciar ambos al mismo tiempo. La velocidad de la bomba se establece mediante el circuito de control, dependiendo de la temperatura del agua en el deposito 50, medida por el segundo termistor 56, y la temperatura deseada del agua a dispensar desde el aparato, es decir el punto de ebullicion, utilizando tambien la potencia del elemento 2 de calentamiento. Por ejemplo, si la temperatura del agua en el deposito 50 es mas fna de lo normal, se reducira la velocidad de la bomba (y viceversa) con el fin de aumentar el tiempo de calentamiento del agua en el calentador de flujo, para asegurar que alcance el punto de ebullicion.

A medida que el agua fluye a traves de los canales 4, 5, el elemento 2 calienta la misma hasta que sale por la salida 12 hacia la camara 14 de calentamiento, a una temperatura de aproximadamente 85 ° C, y comienza a llenar esta camara 14. El rebosadero 23 de la salida 22 de agua caliente que se proyecta hacia arriba, hacia el cuerpo principal 20 de la camara 14 de calentamiento, hace que el nivel de agua en la camara 14 de calentamiento se eleve, cubriendo de este modo la porcion expuesta del elemento 2 que se extiende hacia la camara 14 de calentamiento. La parte expuesta del elemento 2 de calentamiento continua calentando el agua en la camara 14 de calentamiento, produciendose durante este tiempo la ebullicion localizada en la superficie del elemento, que da lugar a un movimiento violento del agua y la generacion de grandes burbujas de vapor. Sin embargo, el vapor de agua puede escapar facilmente de la camara de calentamiento por medio de la salida 18 de vapor situada en la tapa 16.

Cuando el agua en ebullicion libre alcanza el nivel de la parte superior del rebosadero 23 de la salida 22 de agua caliente, entonces puede fluir libremente bajando por el tubo y salir por la boca de descarga del aparato (no mostrado), hacia el recipiente de un usuario. Podra observarse por tanto que el rebosadero 23 del tubo 22 de salida, que esta dentro de la camara 14 de calentamiento, actua para mantener un nivel mmimo de agua dentro de la camara 14 de calentamiento. Puesto que este nivel mmimo de agua esta por encima de la parte superior del elemento 2 de calentamiento, puede garantizarse que durante el funcionamiento normal el elemento 2 quede cubierto con agua y, por tanto, no pueda sobrecalentarse.

En caso de que el deposito se quede sin agua o que se encienda el aparato sin agua en el mismo, la temperatura del elemento 2 aumentara muy rapidamente. Este aumento rapido de la temperatura se comunica por medio de la cara conductora 44 del termostato 38 al actuador bimetalico de su interior, que le hace entrar en funcionamiento, abriendo de este modo su respectivo contacto de conmutacion e interrumpiendo el suministro de energfa al elemento 2. Asf se evita el sobrecalentamiento peligroso y/o los danos. En caso de sobrecalentamiento del elemento 2, el disipador 36 de calor unido a la porcion expuesta del elemento de calentamiento 2 en la camara 14 de calentamiento actua como un disipador de calor, de manera que esta porcion del elemento 2 no se sobrecaliente de manera irreparable.

Ademas de utilizar el segundo termistor 56 para controlar la velocidad de la bomba, el primer y segundo termistores 54, 56 tambien se usan para controlar el volumen dispensado de agua calentada. Usando la siguiente relacion, se

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

calcula el caudal del agua a traves del calentador 1 de flujo, a partir de las mediciones de la temperatura del agua utilizando el primer y segundo termistores 54, 56.

m_dot = R x Q_dot/(Cp x ("h - T2))

donde:

Q_dot = potencia total del calentador (en W) m_dot = caudal de masa (en kg/s)

Cp = calor espedfico del agua (en J/kg/K)

Ti, = temperatura del agua (en K) en el tubo 6 de plastico, medida por el primer termistor 54,

T2 = temperatura del agua (en K) en el deposito, medida por el segundo termistor 56

y R es la relacion entre el aumento de temperatura del agua en el canal inferior 4 y el aumento de la temperatura del agua en todo el calentador, que se establece durante la calibracion y viene dada por:

imagen1

donde T3 = temperatura del agua (en K) en la salida, medida por el tercer termistor 58.

Por lo tanto, se hace funcionar la bomba 52 durante el periodo de tiempo necesario, en funcion del caudal calculado, para dispensar la cantidad deseada de agua, por ejemplo 200 g.

El primer y segundo termistores 54, 56 tambien se utilizan para predecir la temperatura del agua calentada en la salida 22 de agua caliente, es decir en la ubicacion del tercer termistor 58, utilizando la siguiente relacion:

imagen2

en donde R, Ti y T2 se definen como antes, y T3_calc es la temperatura prevista en la salida 22 de agua caliente.

El calculo de esta temperatura permite predecir la temperatura del agua dispensada desde el calentador de flujo. Esto permite hacer coincidir el caudal bombeado y la potencia del elemento 2 de tal manera que, para cuando el agua salga de la camara 14 de calentamiento por derrame sobre la parte superior de la salida 22 de agua caliente, este efectivamente en ebullicion. Esto incluye un "exceso de asignacion" de entrada de energfa en comparacion con la energfa que teoricamente se requiere para elevar la temperatura del agua a 100 ° C, para asegurar un punto de ebullicion y por lo tanto que el agua alcance una temperatura real muy cercana a la ebullicion. Por ejemplo, la velocidad de la bomba se puede ajustar de tal manera que la temperatura "prevista", T3_calc, sea 104 ° C.

Como se apreciara, no es posible medir o calcular el exceso de asignacion de entrada de energfa a partir de la medicion de la temperatura con el tercer termistor 58 dado que, incluso si se suministra un elevado exceso de asignacion de energfa al agua que fluye a traves del calentador, el tercer termistor 58 solamente medira un maximo de 100 ° C (o cualquiera que sea el punto de ebullicion local del agua). Por tanto, puede controlarse el exceso de asignacion de energfa, es decir aumentando la velocidad de la bomba si el exceso de asignacion de energfa es demasiado elevado, y viceversa, de modo que no se genere una cantidad excesiva de vapor ("sobre-ebullicion"), que podna dar lugar a una presion de retorno en los canales 4, 5 de flujo, asegurando al mismo tiempo que el agua este efectivamente hirviendo durante su dispensacion.

Sin embargo, el tercer termistor 58 se puede utilizar para medir si el agua ha alcanzado la temperatura objetivo de ebullicion, para no dispensar la misma a una temperatura mas fria que la de ebullicion ("sub-ebullicion"). Si la temperatura medida por el tercer termistor 58 esta por debajo de cierto umbral, por ejemplo 98 ° C, se puede disminuir la velocidad de la bomba 52 para aumentar la temperatura de salida. Claramente, las determinaciones de sobre-ebullicion y de sub-ebullicion se pueden utilizar juntas para optimizar la temperatura a la que se dispensa el agua, y la eficiencia con la que se opera el calentador de flujo.

Cuando se ha dispensado el volumen requerido de agua caliente, cualquier cantidad de agua restante en la camara 14 de calentamiento se drena al exterior por el tubo 22 de salida, a traves de la ranura 25 en el rebosadero 23.

A medida que la incrustacion se acumula en los canales 4, 5 de flujo, por ejemplo si se utiliza el calentador de flujo con agua dura, puede monitorizarse el valor de T3_calc para evaluar el nivel de acumulacion de incrustacion. A medida que la incrustacion se acumula, las paredes de los canales 4, 5 de flujo se ven aisladas gradualmente con respecto al elemento 2 de calentamiento, y por lo tanto debera reducirse la velocidad de la bomba 52 para asegurar que el agua alcance la ebullicion antes de su dispensacion. La incrustacion generalmente se acumulara mas en el canal 5 de flujo superior, dado que el agua esta mas caliente alli, de modo que la temperatura medida por el primer termistor 54 aumentara. Esto dara como resultado un valor calculado mayor de T3_calc. Una vez que este ha

alcanzado un valor umbral, por ejemplo 118 ° C, la reduccion de la velocidad de la bomba ya no sera eficaz para garantizar que la temperatura del agua dispensada este en ebullicion, es decir debido a la cantidad de la deposicion de incrustaciones en los canales 4, 5 de flujo. Esto es, por lo tanto, una indicacion de que debe llevarse a cabo la desincrustacion del calentador de flujo. Puede suministrarse al usuario una advertencia adecuada a traves de la 5 interfaz de usuario.

En una realizacion alternativa del calentador de flujo, como se muestra esquematicamente en la Fig. 7, no se proporciona camara de calentamiento final alguna, aunque el resto del calentador de flujo es el mismo que el mostrado en las Figuras anteriores. En esta realizacion, el agua caliente se dispensa directamente desde la salida 10 112 del canal superior 105, y el tercer termistor 158 se proyecta a traves de la pared del canal superior 105 justo

aguas arriba de la salida 112. La operacion del calentador de flujo en esta realizacion es la misma que en la realizacion anterior, excepto por que el agua no se lleva a ebullicion en la camara de calentamiento final. Sin embargo, la temperatura del agua en la salida 112 y el volumen dispensado de agua pueden controlarse utilizando los tres termistores 154, 156, 158, de la misma manera que en la realizacion anterior.

15

Los expertos en la materia observaran que pueden efectuarse muchas variaciones y modificaciones en las realizaciones anteriormente descritas, dentro del alcance de los diversos aspectos de la invencion expuesta en el presente documento. Por ejemplo, no es necesario colocar los termistores en las posiciones exactas que se muestran, es decir, en ambos lados de los canales de flujo que entran en contacto con el elemento de 20 calentamiento, podnan proporcionarse en cualquier punto adecuado a lo largo del calentador de flujo, siempre y cuando esten separados por una porcion del elemento de calentamiento, para poder dar una indicacion del aumento de temperatura entre los dos puntos, de manera que esto pueda extrapolarse para obtener la temperatura de salida o volumen dispensado previstos.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

REIVINDICACIONES

1. Un aparato calentador (1) de flujo para calentar Ifquido a medida que fluye a traves del mismo, que comprende: una fuente (50) de lfquido; un conducto (4, 5) para transportar Kquido desde la fuente de Kquido hacia una salida (22), comprendiendo secuencialmente dicho conducto al menos una primera zona (4) y una segunda zona (5); un medio (2) de calentamiento para calentar lfquido en dicho conducto; y un medio (52) de control para controlar el caudal de fluido a traves de dicho conducto, estando dicho medio de control en comunicacion de datos con un primer sensor (54) de temperatura sensible a una temperatura del lfquido contenido en el conducto, en un punto entre dicha primera y dicha segunda zonas, un segundo sensor (56) de temperatura sensible a una temperatura del lfquido aguas arriba de dicho primer sensor de temperatura, caracterizado por que el aparato calentador de flujo comprende un tercer sensor (58) de temperatura sensible a una temperatura del lfquido aguas abajo de dicho primer sensor de temperatura.
2. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1, dispuesto para calcular una caudal de lfquido a traves del mismo, utilizando la diferencia entre las temperaturas detectadas por el primer y el segundo sensores (54, 56) de temperatura, respectivamente, y para dispensar un volumen predeterminado de lfquido calentado utilizando el caudal calculado.
3. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, dispuesto para utilizar la diferencia entre las temperaturas detectadas por el primer y el segundo sensores (54, 56) de temperatura, respectivamente, para predecir cual debena ser la temperatura detectada por el tercer sensor (58) de temperatura, basandose en un conocimiento de la potencia de calentamiento proporcionada entre las posiciones detectadas por el primer y tercer sensores de temperatura, respectivamente.
4. Un aparato de flujo calentador de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que se establece una temperatura prevista de umbral, por encima de la cual se emite una advertencia de incrustacion.
5. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que el tercer sensor (58) de temperatura esta dispuesto para detectar la temperatura del lfquido a medida que sale por la salida (22).
6. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que la fuente de lfquido comprende un deposito (50).
7. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que el segundo sensor (56) de temperatura esta dispuesto para detectar la temperatura del lfquido, contenido en el deposito (50) desde el que se extrae lfquido, antes de que el medio (2) de calentamiento caliente el mismo.
8. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que lfquido se hace fluir a traves del conducto (4, 5) por medio de una bomba (52).
9. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el control de caudal se ejerce mediante el control de la velocidad de la bomba (52).
10. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, dispuesto para calentar el lfquido hasta la ebullicion.
11. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que el medio de calentamiento comprende un elemento (2) de calentamiento revestido, unido a la parte exterior del conducto.
12. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que el elemento (2) de calentamiento esta unido en dos lados del mismo a unas respectivas porciones del conducto (4, 5).
13. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que las respectivas porciones del conducto (4, 5) corresponden a la primera y segunda zonas.
14. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que los sensores (54, 56, 58) de temperatura comprenden termistores.
15. Un aparato calentador de flujo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, que comprende una zona (16) entre el conducto (4, 5) y la salida (22), que proporciona una ruta (18) de escape separada para vapor.