ITPN970031A1 - Gruppo di riscaldamento elettrico a passaggio dell'acqua, in particolare per macchine da caffe' e simili - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "GRUPPO DI RISCALDAMENTO ELETTRICO A PASSAGGIO DELL'ACQUA, IN PARTICOLARE PER MACCHINE DA CAFFÈ' E SIMILI"

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo di riscaldamento elettrico dell'acqua del tipo a passaggio per macchine da caffè, o simili.

In particolare, l'invenzione si riferisce ad un gruppo ad azionamento elettrico atto a riscaldare l'acqua in una macchina da caffè di tipo domestico, del tipo cosiddetto caffettiera-filtro, in cui l'acqua contenuta in un serbatoio viene fatta circolare, passando lungo un condotto di riscaldamento, fino ad una tramoggia-filtro contenente caffè in polvere al di sotto della quale la bevanda calda infusa e filtrata si raccoglie in un bricco riscaldato.

Il condotto di riscaldamento, normalmente sagomato sostanzialmente a ferro di cavallo, è in rapporto di scambio termico con una resistenza elettrica, alloggiata in una guaina preferibilmente di alluminio, con la quale forma il suddetto gruppo di riscaldamento elettrico.

In definitiva, il gruppo di riscaldamento ha una struttura sostanzialmente a ferro di cavallo, ad esempio costituita da un profilato a doppio tubo di alluminio, comprendente principalmente due porzioni sostanzialmente affiancate ed in mutuo rapporto di scambio termico in corrispondenza di una sottile zona di collegamento longitudinale: una porzione è formata dalla guaina in cui è alloggiata la resistenza elettrica di riscaldamento, e l'altra porzione è formata dal condotto di riscaldamento lungo il quale scorre l'acqua che deve essere riscaldata a circa 100° C. In aggiunta, al di sopra del gruppo di riscaldamento è disposto, pure in contatto di scambio termico, un piattello metallico atto a supportare il bricco di raccolta della bevanda infusa.

Normalmente, l'azionamento del gruppo di riscaldamento è asservito ad un controllo termostatico atto a rivelare la temperatura del condotto di riscaldamento e a diseccitare la resistenza elettrica, con un certo tempo di ritardo, quando il condotto di riscaldamento<’ >rimane sostanzialmente "a secco” dopo che tutta l'acqua si è trasferita dal serbatoio nel bricco di raccolta della bevanda. In assenza d'acqua all'interno del condotto di riscaldamento, infatti, la temperatura della resistenza aumenta bruscamente e tende a surriscaldare anche il condotto di riscaldamento stesso. La temperatura di tale condotto è rivelata dal termostato, normalmente tarato a circa 130°C 150°C, che diseccita la resistenza elettrica al raggiungimento del valore di soglia predeterminato .

Si preferisce fare in modo che il termostato riveli la temperatura del condotto di riscaldamento, anziché della resistenza elettrica, per consentire alla stessa di continuare a funzionare "a secco" per un periodo di tempo supplementare, come già detto, sufficiente a mantenere la bevanda raccolta nel bricco ad una temperatura adeguata, che è normalmente di circa 80°C.

In linea di principio, i gruppi di riscaldamento in alluminio del tipo descritto sono tecnicamente efficaci, ma in pratica non risultano del tutto soddisfacenti in guanto appare plausibile che il contatto dell'acqua (o di un analogo liquido per bevanda) con le pareti di alluminio del condotto di riscaldamento possa provocare problemi igienici nella bevanda risultante.

Questo problema può essere minimizzato se il gruppo di riscaldamento è realizzato come descritto ad esempio nel modello di utilità tedesco G 9400 205.3, in cui l'acqua da riscaldare viene fatta circolare lungo un tubo di acciaio inossidabile. Il tubo di acciaio è avvolto da una lamiera la cui superficie interna è rivestita con lega di brasatura, e l'intero condotto di riscaldamento così realizzato è posto in contatto di scambio termico, mediante un cordone longitudinale di saldobrasatura, con la guaina di una tradizionale resistenza riscaldante corazzata.

Tale soluzione risulta particolarmente complicata e costosa, sia dal punto di vista della fabbricazione, sia dal punto di vista strutturale. Dal punto di vista funzionale, inoltre, il coefficiente di conduzione termica e la resistenza alla corrosione del tubo d'acciaio risultano indesideratamente insufficienti.

Dalla domanda italiana di brevetto PD93 A 000091, depositata il 22.04.93, è noto realizzare tubi di alluminio la cui superficie interna è rivestita da una pellicola di materiale resinoso atossico che può entrare in contatto con liquidi per usi alimentari senza provocarne inquinamento. Inoltre, il rivestimento di materiale resinoso riduce vantaggiosamente la formazione di calcare all'interno dei tubi, che risultano anche protetti da corrosione e abrasione.

Peraltro, dati i valori di temperatura relativamente bassi che possono essere sopportati senza inconvenienti dal materiale resinoso (preferibilmente non oltre 200°C), tali tubi sono impiegati solo per normali usi idrotermosanitari, ma ovviamente non si prestano all'impiego in gruppi di riscaldamento, ad esempio per macchine da caffè, o simili, in cui le temperature nel condotto di riscaldamento possono in certi momenti raggiungere valori piuttosto elevati, sostanzialmente superiori a 230°C.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un semplice gruppo di riscaldamento elettrico a passaggio dell'acqua, in particolare per macchine da caffè e simili, il quale sia sostanzialmente esente da problemi di tossicità nei confronti dell'acqua riscaldata.

In particolare, è scopo dell'invenzione fornire un gruppo di riscaldamento del tipo citato il quale abbia una struttura particolarmente semplice, possa essere fabbricato in modo semplice e rapido, e presenti nel contempo un funzionamento efficiente e affidabile.

Secondo l'invenzione, tali scopi sono ottenuti in un gruppo di riscaldamento elettrico a passaggio dell'acqua, in particolare per macchine da caffè e simili, incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate.

Le caratteristiche e i vantaggi dell'invenzione saranno chiariti dalla seguente descrizione, avente solo titolo di esempio non limitativo, con riferimento agli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente una vista parziale in pianta del gruppo di riscaldamento elettrico a passaggio dell'acqua; e

- la figura 2 mostra in scala ingrandita la sezione II-II di figura 1, in cui è parzialmente visibile anche il piattello di supporto.

Il gruppo di riscaldamento secondo l'invenzione è atto ad essere impiegato preferibilmente in macchine da caffè, o simili, del noto tipo cosiddetto caffettiera-filtro, in cui l'acqua contenuta in un serbatoio viene fatta circolare, passando lungo un condotto che fa parte del gruppo di riscaldamento, fino ad una tramoggia-filtro contenente caffè in polvere al di sotto della quale la bevanda calda infusa e filtrata si raccoglie in un bricco supportato da un piattello riscaldato.

Con riferimento alle figure, il gruppo di riscaldamento secondo l'invenzione comprende principalmente una resistenza elettrica riscaldante 3 di tipo corazzato, costituita da una guaina 4, preferibilmente sagomata ad U ed avente ad esempio sezione romboidale, nella quale è alloggiata una massa 5 di materiale elettro-isolante e termoconduttore {quale ossido di magnesio) in cui è annegato un elemento elettrico riscaldante 6. In modo in sé noto, i terminali 7 dell'elemento riscaldante fuoriescono assialmente dalla guaina 4 e sono atti ad essere collegati ad un adatto circuito elettrico di alimentazione (non mostrato) comprendente anche almeno un termostato di controllo 8.

La resistenza corazzata 3 è in rapporto di scambio termico con almeno un condotto affiancato 9 di materiale termoresistente e termoconduttore, atto a riscaldare a passaggio acqua (indicata con 10 in figura 2) che viene fatta fluire al suo interno.

In particolare, il condotto di riscaldamento 9 è sagomato ad U ed è in contatto di scambio termico con la guaina 4 della resistenza attraverso un cordone di collegamento longitudinale 11 (figura 2), che secondo un aspetto dell'invenzione è dimensionato con sezione e/o conformazione tale da formare un ponte termico accentuato fra la resistenza 3 ed il condotto 9. In ogni caso, a parità di lunghezza e a parità di coefficiente di trasmissione termica, il cordone di collegamento 11 secondo l'invenzione ha preferibilmente un volume pari a circa 2 -3 volte il volume di un cordone di collegamento tradizionale.

Il termostato 8 è montato ad esempio su una staffa termoconduttrice 12 fissata a contatto col tubo di riscaldamento 9, preferibilmente in una zona localizzata adiacente al suddetto ponte termico 11.

A tale proposito, si noti che la sezione del cordone di collegamento 11 può essere sostanzialmente costante per tutta la sua estensione longitudinale, oppure può essere maggiorata, per formare il suddetto ponte termico accentuato, solo in corrispondenza della zona localizzata del condotto 9 nella quale è fissata la staffa 12 che supporta il termostato 8. Nel primo caso risulta semplificata la fabbricazione della guaina 4 e del condotto 9, che possono essere vantaggiomente formati da un singolo profilato (preferibilmente di alluminio) a sezione costante; nel secondo caso risulta migliorata la funzionalità del gruppo di riscaldamento, come apparirà più evidente in seguito, grazie ad una maggiore tempestività di intervento del termostato 8.

Il gruppo di riscaldamento comprende inoltre un piattello metallico 14 (mostrato parzialmente in figura 2) che è in contatto di scambio termico con la resistenza 3 e serve a supportare, riscaldandolo, il bricco di raccolta della bevanda infusa.

Secondo un aspetto dell'invenzione, la superficie interna del condotto di riscaldamento 9 viene rivestita da almeno uno strato 13 di materiale resinoso atossico che evita qualsiasi inquinamento dell'acqua da parte dell'alluminio (o altro metallo) di cui è formato il condotto 9.

Lo strato di materiale 13 può essere formato ad esempio da vernice epossidica con uno spessore di alcuni micron e consente anche di proteggere il condotto 9 dalla corrosione e dall'abrasione, nonché dai depositi calcarei.

Come già detto, tubi rivestiti internamente da un tale strato di materiale resinoso atossico sono in sé noti (ad esempio dalla citata domanda italiana di brevetto PD93 A 000091) , ma è stato finora impensabile impiegarli in condizioni di temperatura relativamente elevata, poiché il materiale 13 ha un basso punto di fusione e può rapidamente deteriorarsi se riscaldato a temperature superiori a circa 200°C. In definitiva, l'impiego del materiale resinoso 13 nel condotto 9 di un gruppo di riscaldamento elettrico per macchine da caffè e simili è stato finora contrario ad un pregiudizio tecnico consolidato.

Infatti, in un gruppo di riscaldamento tradizionale la resistenza 3 raggiunge a regime, quando circola acqua nel condotto 9, una temperatura di circa 230°C, mentre il condotto 9 viene riscaldato a circa 120°C.

Quando il condotto 9 è "a secco" la resistenza 3 rimane ancora temporaneamente in funzione, per mantenere adeguatamente caldo il piattello 14 e la bevanda contenuta nel bricco da questo supportato, finché la resistenza non viene diseccitata per l'intervento del termostato 8 (ad esempio dopo circa 10 sec.) . In questa fase la temperatura del condotto 9 aumenta bruscamente e tende ad aumentare ulteriormente, anche dopo la diseccitazione della resistenza 3, poiché per alcuni secondi questa (che raggiunge circa 330°C) continua a fornire calore al condotto di riscaldamento, che raggiunge una temperatura di picco di circa 280°C. In tali condizioni, pertanto, un eventuale strato 13 di resina atossica si degraderebbe rapidamente.

Per contro, è stato verificato anche sperimentalmente che in un corrispondente gruppo di riscaldamento secondo l'invenzione la resistenza 3 raggiunge a regime, quando circola acqua nel condotto 9 rivestito dallo strato di resina 13, una temperatura di circa 180°C, mentre il condotto 9, 13 viene riscaldato a circa 130°C. Il ponte termico accentuato 11 favorisce infatti lo scambio termico fra i due componenti. Pertanto, quando il condotto 9, 13 è "a secco" e la resistenza 3 rimane ancora in funzione, il suo brusco aumento di temperatura viene rapidamente trasmesso al condotto 9, 13 (attraverso il ponte termico accentuato 11) e quindi al termostato 8 (attraverso la staffa 12), che viene fatto intervenire in modo corrispondentemente anticipato (dopo circa 8 sec.) per diseccitare la resistenza 3. Quest'ultima non ha quindi la possibilità di surriscaldarsi eccessivamente e riscalda il condotto 9, 13 fino ad un valore di picco di circa 180°C, cioè fino ad una temperatura che può essere sicuramente sopportata dalla resina atossica 13, anche nel tempo, sostanzialmente senza alcun inconveniente. Peraltro, il suddetto ritardo di circa 8 sec. nella diseccitazione della resistenza 3 è sufficiente a mantenere una temperatura adeguata del piattello 14 e della bevanda raccolta nel bricco da questo supportato.

Ovviamente, il funzionamento sopra descritto risulta ulteriormente migliorato nel caso citato in cui il ponte termico accentuato 11 sia previsto solo in corrispondenza della zona localizzata del condotto 9 nella quale è fissata la staffa 12 che supporta il termostato 8.

In ogni caso, il ponte termico accentuato 11 costituisce mezzi di sicurezza atti ad indurre una diseccitazione della resistenza 3 prima che essa possa riscaldare il condotto 9, 13 ad una soglia termica di danneggiamento dello strato di materiale resinoso 13.

Ovviamente, il gruppo di riscaldamento descritto può subire numerose modifiche rientranti nell'ambito dell'invenzione, ad esempio variando la forma dei componenti e/o i materiali impiegati.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di riscaldamento elettrico a passaggio dell'acqua, in particolare per macchine da caffè e simili, comprendente almeno una resistenza elettrica riscaldante di tipo corazzato disposta in contatto di scambio termico con almeno un condotto affiancato di riscaldamento dell'acqua che fluisce all'interno dello stesso, la resistenza elettrica essendo asservita a mezzi di controllo termostatico che rivelano la temperatura del condotto di riscaldamento, quest'ultimo essendo realizzato in materiale termoresistente e termoconduttore, caratterizzato dal fatto che la superficie interna di detto condotto di riscaldamento (9) è rivestita da almeno uno strato (13) di materiale resinoso atossico avente un predeterminato basso punto di fusione, il gruppo di riscaldamento comprendendo inoltre mezzi di sicurezza (11) atti a pilotare detti mezzi di controllo termostatico (8) in modo tale da diseccitare la resistenza elettrica (3), in caso di surriscaldamento della resistenza stessa, prima che la sua temperatura raggiunga un valore tale da riscaldare detto condotto (9) oltre una predeterminata soglia di danneggiamento del materiale resinoso.
2. 2. Gruppo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di sicurezza sono formati da almeno un ponte termico accentuato (11) estendentesi fra la resistenza corazzata (3) ed il condotto di riscaldamento (9), detto ponte termico accentuato (11) essendo atto ad accelerare la trasmissione di calore dalla resistenza (3) ai mezzi di controllo termostatico (8) e provocare quindi una diseccitazione anticipata della resistenza stessa.
3. 3. Gruppo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di controllo termostatico sono atti a rivelare la temperatura di una zona localizzata del condotto di riscaldamento, caratterizzato dal fatto che detto ponte termico accentuato (11) si estende solo fra la resistenza corazzata (3) e detta zona localizzata del condotto di riscaldamento (9).