ITTO20121158A1 - Apparecchio di cottura con bruciatore a gas di potenza termica elevata e metodo per il suo funzionamento - Google Patents

Description

“APPARECCHIO DI COTTURA CON BRUCIATORE A GAS DI POTENZA TERMICA ELEVATA E METODO PER IL SUO FUNZIONAMENTOâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un apparecchio di cottura con bruciatore a gas di potenza termica maggiorata.

In questa descrizione e nelle successive rivendicazioni, col termine apparecchio di cottura si intende indicare qualunque tipo di apparato, di uso domestico, professionale o industriale, quali cucine, piani cottura, fornelli e similari, destinato alla preparazione di alimenti per mezzo del loro riscaldamento con calore prodotto da combustione, preferibilmente di gas o altro combustibile similare.

In questo contesto sono pertanto da ricomprendere nell’ambito della presente invenzione sia gli elettrodomestici a fiamma libera come le cucine a gas tipicamente in uso nelle abitazioni, sia gli apparecchi con bruciatori radianti (nei quali la fiamma ha uno sviluppo molto basso e rimane tipicamente al di sotto di un elemento di ricoprimento, l’effetto radiante di ausilio alla cottura avvenendo poiché la fiamma rende incandescente la propria sezione di uscita).

Pertanto, dove nel seguito si farà riferimento per brevità solo alle cucine a gas, ciò non dovrà essere inteso in modo limitativo e potrà essere esteso anche agli altri apparati di cottura sopra indicati ed a quelli che meglio risulteranno dalla presente descrizione.

Come à ̈ noto, le cucine per applicazioni domestiche o anche professionali di cui si à ̈ detto, prevedono un piano cottura sul quale sono disposti i punti di cottura alimentati con gas.

Questi ultimi comprendono rispettivi bruciatori atmosferici i quali hanno una parte inferiore configurata a coppa o a Venturi, disposta sotto al piano cottura e nella quale affluisce una miscela di gas e aria primaria, nonché una parte superiore che affiora dal piano cottura ed à ̈ sormontata da uno sparti-fiamma, che contribuisce a formare la fiamma a corona che tutti siamo abituati a vedere nelle cucine domestiche.

La miscela gas-aria primaria formata nella coppa sottostante il piano di cottura, viene arricchita dall’aria secondaria presente nell’ambiente così da raggiungere il livello stechiometrico necessario per la sua accensione ed il mantenimento della fiamma e da garantire il rispetto delle normative del settore per quanto riguarda le emissioni.

L’afflusso di gas ai bruciatori à ̈ regolato con manopole disposte sul piano cottura o frontalmente rispetto alle cucine; esse consentono all’utilizzatore di alzare o abbassare il livello della fiamma e, solitamente, negli elettrodomestici moderni sono associate a dispositivi di sicurezza che arrestano il flusso del gas nel caso di spegnimento della fiamma per cause accidentali.

Questa configurazione degli apparecchi di cottura noti ha il pregio di essere semplice ed affidabile; tuttavia, se si desiderano dei punti cottura con potenze termiche superiori (cioà ̈ quelle che servono per pentole grosse o comunque per cicli di cottura impegnativi) occorre aumentare le dimensioni dei bruciatori e ciò non à ̈ sempre possibile.

Ad esempio, nel caso di cucine a gas o piani cottura con grandezze usuali (60 x 60 cm) vi sono dei limiti alle dimensioni dei bruciatori, dovuti alla presenza di quelli adiacenti; a tale riguardo occorre precisare che oltre alla mancanza di spazio fisico, bisogna anche tenere conto che à ̈ necessaria una certa distanza tra i punti cottura, in modo che le rispettive fiamme non interferiscano o si influenzino reciprocamente, provocando una cattiva combustione ed il rischio di formazione di gas incombusti nocivi.

La presente invenzione si propone di superare questo stato della tecnica.

In altre parole, il problema tecnico che si pone alla base della presente invenzione à ̈ quello di predisporre un apparecchio di cottura a gas con caratteristiche di struttura e funzionamento tali da ottenere una potenza termica elevata, ma utilizzabile in modo analogo ad un normale bruciatore per cucine a gas.

Ulteriormente, nell’ambito di questo problema à ̈ uno scopo del trovato quello di rendere disponibile un bruciatore che non interferisca con la fiamma di eventuali punti cottura adiacenti.

L’idea di soluzione di questo problema à ̈ quella di utilizzare per almeno un punto cottura, un bruciatore del tipo cosiddetto soffiato, cioà ̈ che non richiede l’apporto di aria secondaria: in questo modo à ̈ possibile alimentare la fiamma con una miscela aria-gas controllata, così da raggiungere potenze termiche superiori variando la portata del gas e/o dell’aria in funzione del rapporto stechiometrico ottimale.

Preferibilmente il punto cottura così realizzato à ̈ di tipo radiante, eliminando il rischio di interferenza con la fiamma degli altri bruciatori ed ottenendo una efficienza termica superiore.

L’invenzione comprende inoltra un metodo per il controllo del funzionamento dell’apparecchio così realizzato.

Le caratteristiche dell’invenzione sono enunciate specificamente nelle rivendicazioni annesse a questa descrizione; tali caratteristiche, gli effetti che ne derivano ed i vantaggi conseguiti, risulteranno maggiormente alla luce dell’esempio di realizzazione del trovato che viene qui di seguito riportato con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

fig. 1 mostra una vista assonometrica di una cucina a gas in accordo con l’invenzione;

fig. 2 mostra una vista assonometrica del piano cottura della cucina a gas di fig. 1;

fig. 3 Ã ̈ una vista assonometrica da diversa angolazione del piano cottura di fig. 2;

fig. 4 Ã ̈ una vista dal basso del piano cottura delle figure 2, 3;

fig. 5 Ã ̈ una vista assonometrica con una parte asportata del piano cottura delle figure 2-4;

fig. 6 Ã ̈ una vista sezionata lungo una linea mediana del piano cottura delle figure 2-6;

fig. 7 mostra uno schema di funzionamento della cucina a gas delle figure precedenti.

Con riferimento ai disegni appena elencati, in essi con 1 à ̈ complessivamente indicato un elettrodomestico di cottura di alimenti secondo l’invenzione, in questo caso costituito da una cucina a gas dotata di un piano di cottura 2 nel quale sono disposti quattro punti cottura 3, 4, 5 e 6 ai vertici di un quadrilatero, in mezzo ai quali si trova un quinto punto cottura 7.

Quest’ultimo à ̈ del tipo cosiddetto soffiato, vale a dire in cui la miscela aria-gas à ̈ alimentata mediante un ventilatore 28, al quale à ̈ collegato da un collettore 29; il ventilatore 28 aspira aria dall’esterno e la mescola con il gas combustibile (es. metano, propano o altro) proveniente da un condotto 20 collegato alla rete di distribuzione, in una percentuale stechiometrica o leggermente superiore.

Nelle figure per semplicità à ̈ stata mostrata solo la parte terminale del condotto 20 (cioà ̈ non quella fino alla rete di distribuzione), nella quale à ̈ presente un ugello 21 di iniezione del gas nel flusso di aria proveniente dal ventilatore 28; l’ugello 21 à ̈ sostanzialmente simile a quello delle normali cucine a gas e pertanto à ̈ mostrato schematicamente in fig. 7.

In questo modo la combustione al bruciatore soffiato 27 può avvenire senza l’apporto di aria secondaria: infatti la miscela aria-gas può essere controllata imponendo da una parte una portata prefissata di aria soffiata dal ventilatore, dall’altra parte una portata di gas regolata attraverso l’ugello 21, così da rispettare il rapporto stechiometrico ottimale per la combustione nel bruciatore 27, in considerazione della potenza nominale di tale bruciatore 27.

La combustione così ottenuta à ̈ in grado di fornire una potenza termica superiore, a parità di altre condizioni rispetto a quella dei comuni bruciatori atmosferici (cioà ̈ quelli ad aria primaria e secondaria).

Ulteriormente, in accordo con una forma realizzativa preferita, sopra il bruciatore soffiato 27 si trova uno sparti-fiamma 30 costituito essenzialmente da una piastra con forellini di dimensioni ridotte (nell’ordine di 0,8-3 mm) ed uniformemente distribuiti: lo sparti-fiamma 30 serve a formare un tappeto di fiamme uniforme sulla sua superficie.

Lo sparti-fiamma 30 si trova ad una distanza da 10 a 30 mm da una lastra trasparente 32 di copertura, la quale viene quindi riscaldata in maniera uniforme a temperature dell’ordine di alcune centinaia di gradi. Vantaggiosamente, la lastra 32 à ̈ realizzata in materiale vetroceramico o in un materiale similare che garantisca un’analoga resistenza alla temperatura e allo shock termico, nonché un’analoga trasparenza alla radiazione infrarossa nel visibile.

Lo sparti-fiamma 30 può essere realizzato in qualunque materiale appropriato: ad esempio, in accordo con possibili soluzioni, esso può essere in metallo, in materiale ceramico quale ad esempio cordierite o altro. Relativamente al materiale scelto, varierà lo spessore dello spartifiamma 30 (che ad esempio à ̈ maggiore in caso di utilizzo di materiali ceramici) e la dimensione dei forellini di uscita delle fiamme.

Ciò che conta à ̈ che sia un materiale resistente alle alte temperature corrispondenti a quelle di fiamma (600-1000 °C) e che abbia buone proprietà di irraggiamento, così da emettere radiazioni nel campo dell’infrarosso con una elevata efficienza di riscaldamento.

Come sopra accennato, il punto cottura 7 così configurato à ̈ in grado di esplicare una potenza termica di circa 4-6 kW che à ̈ doppia, rispetto a quelle di un punto cottura con bruciatore atmosferico come quelli 2-6 circostanti; si deve sottolineare che questo risultato viene conseguito senza fiamme libere sul piano cottura 2, così che il punto cottura 7 non interferisce con, né à ̈ influenzato da, quelli circostanti.

L’efficienza di riscaldamento à ̈ dettata dal fatto che il calore viene trasmesso sia sotto forma radiante dallo sparti-fiamma 30 con irraggiamento diretto dallo spartifiamma 30 alla pentola P, sia dapprima per convezione dallo sparti-fiamma 30 alla lastra 32 e quindi per conduzione dalla lastra 32 alla pentola P; la lastra 32 à ̈ trasparente nel campo di lunghezze d’onda degli infrarossi emessi dalla griglia 30, così che non interferisce con il calore radiante emesso.

I fumi della combustione prodotta nel bruciatore soffiato 27 vengono evacuati attraverso un condotto o camino 14 che si estende dalla zona di espansione e miscelazione del bruciatore 27 fino al bordo posteriore del piano di cottura 2, dove sono le aperture 15 di scarico.

I punti cottura 3-6 sono dotati di rispettivi bruciatori 23-26 di tipo atmosferico, cioà ̈ ad aria primaria e secondaria, collegati a dei condotti per l’alimentazione del gas, non mostrati nei disegni in quanto noti in sé; sia il punto cottura centrale 7 sia quelli adiacenti 3-6 sono comandati mediante rispettivi selettori quali ad esempio manopole, alle quali sono associati i rubinetti di regolazione 33-36 dei punti cottura 3-6 e l’elettrovalvola 42 di comando del punto cottura 7.

I mezzi di sicurezza comprendono, ad esempio, una termocoppia come nelle comuni cucine a gas prodotte dalla odierna richiedente.

Tuttavia in accordo con la forma preferita della presente invenzione, à ̈ possibile integrare il funzionamento delle termocoppie con un dispositivo di esclusione di uno o più dei punti cottura 3, 4, 5, 6 esterni e dei relativi bruciatori 23-26, quando viene acceso il punto cottura 7. Con riferimento allo schema di fig. 7 à ̈ possibile comprendere meglio il funzionamento del trovato.

Come si vede, i rubinetti 33-36 comandano l’apertura e la chiusura dei corrispondenti punti cottura 3-6 aventi rispettivi bruciatori atmosferici 23-26.

La manopola 37 serve invece all’utente per comandare il punto di cottura 7 con bruciatore soffiato 27.

A tal fine la manopola 37, che potrà essere associata ad un potenziometro oppure un encoder o altro elemento generatore di segnali elettrici, à ̈ operativamente collegata ad una scheda elettronica 40 che comprende elementi di per sé noti (es. processore, memorie, circuiti stampati ecc.) per elaborare i segnali provenienti dai vari componenti della cucina 1 ed impartire di ritorno agli stessi, i comandi necessari al funzionamento, secondo una logica che meglio risulterà nel prosieguo.

Infatti, oltre alla manopola 37, sono collegati alla scheda 40 un raccordo a tre vie 41 per lo smistamento del gas proveniente dalla rete di fornitura civile (o eventualmente da una bombola) ai punti cottura atmosferici 3-6 o al condotto 20 con l’ugello 21 di iniezione del gas, ed una elettrovalvola 42 attiva a monte dell’ugello.

In accordo con una forma preferita di realizzazione, il bruciatore soffiato 27 Ã ̈ dotato di un sistema di accensione elettrico (piezoelettrico o similari) con un elettrodo di accensione 43 ed uno di rilevamento fiamma 44, entrambi collegati alla scheda 40.

Quest’ultima riceve inoltre il segnale da un sensore ad infrarossi 45 per il rilevamento della temperatura di una pentola P posata sulla copertura trasparente 32, il quale sensore si trova al di sotto della lastra 32 e in prossimità dello sparti-fiamma 30 del bruciatore 27 ed à ̈ posizionato in modo tale che il suo raggio emesso sia orientato verso il fondo della pentola.

Si deve osservare come la scelta di un sensore agli infrarossi risulta vantaggiosa in quanto che essendo la lastra di copertura 32 trasparente ai raggi infrarossi per favorire la trasmissione del calore radiante, il sensore 45 potrà operare in condizioni adatte al suo funzionamento. Infine, opzionalmente l’apparecchio di cottura secondo l’invenzione à ̈ dotato di uno schermo o comunque di un indicatore 48 (in figura 7 “display†) per visualizzare lo stato di funzionamento e consentire all’utente di effettuare le necessarie operazioni.

A tal fine si deve infatti rilevare che quando si vuole utilizzare il punto cottura 7 a alta potenza, viene impostato con la manopola 37 un ciclo operativo o una temperatura desiderati per una pentola posata sul punto cottura 7.

La scheda elettronica 40 riceve il segnale dalla manopola 47 e comanda l’accensione del punto cottura mediante l’afflusso al bruciatore 27 della miscela aria-gas fornita dal ventilatore 28, che genera un flusso d’aria primaria esterna nel quale viene mescolato il gas proveniente dall’iniettore 21.

In questo contesto si deve osservare come di preferenza, ma non necessariamente, il raccordo a tre vie 41 à ̈ dotato di mezzi attuatori asserviti alla scheda di controllo 40, che impediscono l’afflusso del gas ai bruciatori 3-6 quando il bruciatore soffiato 27 à ̈ operativo.

In queste condizioni il gas à ̈ quindi convogliato solo verso il collettore 20 e l’ugello 21, in modo da avere livelli di pressione e portata predefiniti per ottenere una miscela aria-gas stechiometrica o comunque con percentuali controllate dei suoi componenti, così da avere una combustione regolare al bruciatore 27.

Infatti il ventilatore 28 fornisce una portata ed una pressione dell’aria che sono regolate dalla scheda di controllo 40 mediante ad esempio variazione del numero di giri del ventilatore 28, in funzione della temperatura o del ciclo di cottura impostati dall’utilizzatore con la manopola 37. Tipicamente la regolazione della temperatura (in funzione dell’impostazione dell’utente attraverso la manopola 37) avviene comandando le accensioni e gli spegnimenti del bruciatore 27 che quindi alterna fasi di lavoro a potenza nominale fissa a fasi di riposo.

In questo modo il bruciatore 27 fornisce una combustione controllata, con una potenza termica desiderata e minimizzando i gas nocivi incombusti generati dalla combustione.

In questo contesto il sensore di temperatura 45 rileva la temperatura del fondo della pentola P e nel caso essa risulti fuori dai valori impostati e/o elaborati dalla scheda di controllo 40, impone l’arresto del bruciatore 27 per un periodo di tempo prefissato fin tanto che la temperatura della pentola P non ritorni entro i valori stabiliti.

L’arresto del bruciatore 27 viene ottenuto fermando il flusso di gas nel condotto 20, tramite la elettrovalvola 42; di preferenza, contestualmente alla elettrovalvola 42, o con un leggero ritardo, la scheda 40 comanda anche l’arresto del ventilatore 28 così da fermare al flusso di aria al bruciatore.

Quando il sensore 45 rileva che la temperatura della pentola P Ã ̈ inferiore al livello prestabilito, la scheda di controllo 40 comanda la riaccensione del bruciatore 27, in maniera analoga a quanto visto prima.

Pertanto vengono ripristinati i flussi del gas aprendo la elettrovalvola 42 e dell’aria avviando il ventilatore 28, mentre l’elettrodo di accensione 43 comanda la combustione della miscela e l’elettrodo di rilevazione della fiamma 44 rileva che vi sia effettivamente la presenza della fiamma. Gli elettrodi 43 e 44 possono essere integrati in un unico elettrodo o in un unico dispositivo con analoghe funzioni. Il punto cottura 7 riprende quindi a funzionare per portare a termine il ciclo di cottura impostato dall’utente con la manopola 37 o per ripristinare la temperatura impostata dall’utente.

Alla luce di quanto spiegato finora à ̈ possibile comprendere come la cucina a gas 1 risolva il problema tecnico che à ̈ alla base dell’invenzione.

Infatti, l’uso di un bruciatore 27 di tipo soffiato permette di raggiungere potenze termiche elevate, superiori rispetto a quelle dei normali bruciatori atmosferici.

La cucina a gas 1 offre quindi delle prestazioni assai più elevate sotto questo profilo, con il bruciatore 27 che à ̈ di fatto controllato in maniera del tutto simile a quella dei normali bruciatori 23-26.

Si noti a questo riguardo che sarebbe possibile controllare il bruciatore soffiato 27 diversamente da quanto spiegato sopra, ad esempio mediante un controllo modulato nel tempo (cioà ̈ non discontinuo come nell’esempio sopra) seguendo delle curve di funzionamento nel tempo che dipendono dal ciclo di cottura o della temperatura della pentola P, impostati dall’utente. Alternativamente, il controllo del bruciatore 27 può seguire un profilo di cottura memorizzato nella scheda elettronica 40, in cui a diverse fasi della cottura corrispondono temperature differenti (ad esempio in un ciclo di cottura di un’ora, si può imporre la temperatura di 120°C per i primi 15 minuti, la temperatura di 250°C per i successivi 30 minuti e la temperatura di 90°C per gli ultimi 15 minuti).

Tuttavia la soluzione qui considerata ha il pregio della semplicità, in quanto non richiede complicati sistemi di controllo perché di fatto sono sufficienti il sensore di temperatura 45, la elettrovalvola 42 e il ventilatore 28, per realizzare dei cicli di accensione e spegnimento di tipo “on/off†del bruciatore 27, secondo quanto impostato dall’utente.

Naturalmente sono possibili varianti dell’invenzione rispetto a quanto finora descritto.

Per esempio à ̈ facile dotare la cucina a gas 1 di mezzi temporizzatori per il funzionamento del punto cottura 7 con il bruciatore soffiato 27; in pratica si tratterebbe di aggiungere un comando oltre alla manopola 37, che consenta all’utilizzatore di impostare a piacimento il tempo di funzionamento del punto cottura 7 (un po’ come avviene per i forni), spegnendo il bruciatore 27 una volta trascorso l’intervallo di tempo impostato.

E’ poi evidente che sebbene si sia fatto riferimento a delle manopole per il comando dei punti cottura 3-7, si potranno predisporre apparecchi di cottura con dei pulsanti di comando o altri sistemi equivalenti.

Un'altra variante possibile à ̈ quella che prevede che i punti cottura 3-6 bruciatori atmosferici 23-26 non siano esclusi quando viene attivato il punto cottura 7 con bruciatore soffiato 27 (ciò ad esempio può avvenire nel caso in cui la cucina a gas 1 abbia una larghezza di 90 cm tale da consentire l’utilizzo contemporaneo di cinque pentole): si tratterebbe di avere in tal caso un raccordo a tre vie 41 che di fatto sia sempre aperto.

Queste varianti rientrano comunque nell’ambito delle

rivendicazioni che seguono.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di cottura a gas, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un punto cottura (7) al quale à ̈ associato un bruciatore (27) di tipo soffiato, in cui una miscela di aria e gas à ̈ alimentata mediante mezzi ventilatori (20, 21, 28).
2. 2. Apparecchio di cottura secondo la rivendicazione 1, in cui il punto cottura (7) con bruciatore soffiato (27) Ã ̈ di tipo radiante.
3. 3. Apparecchio di cottura secondo la rivendicazione 3, in cui detto punto cottura (7) comprende una piastra radiante (30) disposta sopra il bruciatore soffiato (27).
4. 4. Apparecchio di cottura secondo la rivendicazione 3, in cui la piastra radiante (30) presenta una pluralità di fori, così da formare sostanzialmente un tappeto di fiamme .
5. 5. Apparecchio di cottura secondo le rivendicazioni 3 o 4, in cui la piastra radiante (30) Ã ̈ realizzata in materiale metallico, ceramico o vetroceramico e similari .
6. 6. Apparecchio di cottura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente una lastra (32) di copertura trasparente ai raggi infrarossi e soprastante la piastra radiante (30).
7. 7. Apparecchio di cottura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente un sensore (45) alloggiato in corrispondenza del bruciatore soffiato (27), per rilevare la temperatura del punto cottura (7) o di un oggetto posato su di esso.
8. 8. Apparecchio di cottura secondo la rivendicazione precedente, in cui il sensore di temperatura (45) Ã ̈ di tipo ottico.
9. 9. Apparecchio di cottura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi (40-45) per lo spegnimento e l’accensione autonomi del bruciatore di tipo soffiato (27), lo spegnimento e/o l’accensione del bruciatore di tipo soffiato avvenendo in relazione a intervalli di tempo o valori di temperatura predeterminati.
10. 10. Apparecchio di cottura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre almeno un punto cottura (3-6) con bruciatore di tipo atmosferico, e un dispositivo (45-49, 50) per escludere selettivamente tale punto cottura atmosferico (3-6) quando à ̈ attivo il punto cottura (7) con bruciatore di tipo soffiato (27).
11. 11. Metodo di funzionamento dell’apparecchio secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente le fasi di: - impostare un ciclo operativo del punto cottura (7) con bruciatore (27) di tipo soffiato, - accendere e spegnere il bruciatore (27) di tipo soffiato per intervalli di tempo prefissati in funzione del ciclo operativo impostato.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui gli intervalli di tempo sono prefissati in funzione della temperatura di una pentola (P) o oggetto similare disposta sul punto cottura.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, comprendente la fase di rilevare la temperatura della pentola (P).
14. 14. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 10 a 13, comprendente inoltre la fase di escludere il funzionamento degli altri bruciatori (3-6) dell’apparecchio.