IT201800005011U1 - Forno di cottura ad uso alimentare - Google Patents

Description

Forno di cottura ad uso alimentare

DESCRIZIONE

Il trovato concerne un forno di cottura ad uso alimentare avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n. 1. Il trovato si colloca in particolare nell’ambito dei forni di cottura per alimenti concepiti per uso professionale, del tipo a convezione o di tipo combinato, vale a dire realizzati per effettuare cotture con aria, vapore o una combinazione degli stessi.

Tipicamente, questi forni presentano una camera di cottura costituita da un corpo scatolare termicamente isolato ed accessibile internamente attraverso una imboccatura frontale sulla quale è prevista una portella, all’interno della camera di cottura essendo previsti una pluralità di moduli di cottura, in cascata verticale l’uno rispetto all’altro, nei quali ciascun modulo comprende un elettro-ventilatore in combinazione con resistenze elettriche riscaldanti. Soluzioni tipiche prevedono in ciascun modulo un ventilatore centrifugo, tradizionalmente con girante radiale, il quale è idoneo a garantire una circolazione forzata di aria nella corrispondente zona di cottura. Una configurazione nota prevede che le resistenze elettriche siano realizzate in forma di cavi scaldanti avvolti a circondare esternamente la girante del ventilatore, in una disposizione sostanzialmente coassiale con l’asse di rotazione del ventilatore.

In questi forni di cottura professionali l’uniformità di cottura è uno dei parametri più significativi per valutare la qualità di cottura ottenibile dal forno. Si consideri infatti che in un processo di cottura ottimale, il grado di cottura finale è il medesimo per tutto il cibo posto su ciascuna delle teglie disposte sovrapposte una all’altra all’interno della camera di cottura, nell’ipotesi che il cibo introdotto sia omogeneo.

Se questa uniformità non si verifica, possono insorgere diverse problematiche, quali la scarsa riproducibilità del processo di cottura (in quanto il risultato dipende ad esempio dall’altezza a cui è stato posizionato il cibo nella camera di cottura), o i possibili rallentamenti e difficoltà nella gestione della cottura del cibo perché si rende necessario l’intervento manuale per migliorare il risultato della cottura (scambiando la posizione di una teglia con l’altra durante la cottura, per esempio).

In un forno configurato per svolgere una cottura a convezione, la mancanza di uniformità nella cottura del cibo è causata principalmente dalla mancata uniformità nella distribuzione del flusso d’aria calda sulle teglie che contengono il cibo. Ad esempio, il cibo posizionato in una teglia sulla quale il flusso d’aria calda è mediamente minore durante il processo di cottura cuocerà di meno a parità di tempo di cottura rispetto al cibo di una teglia su cui il flusso d’aria calda è maggiore.

Per cercare di risolvere almeno in parte questo problema è possibile invertire il senso di rotazione dei ventilatori durante il processo di cottura, in modo da uniformare nel tempo la distribuzione del flusso di aria. A seconda del processo di cottura, l’inversione viene attuata per un certo numero di volte a prefissati intervalli di tempo.

Questa soluzione è largamente impiegata nei forni professionali ma talvolta non è comunque sufficiente a garantire il livello di uniformità di cottura desiderato.

Per migliorare ulteriormente l’uniformità di cottura sarebbe opportuno aumentare il flusso di aria all’interno della camera di cottura. Infatti, si osserva che garantendo un flusso d’aria minimo medio in ogni punto della camera di cottura si potrebbe ottenere un netto miglioramento dell’uniformità di cottura perché si assicurerebbe sufficiente turbolenza affinché avvenga un efficiente scambio termico con tutto il cibo.

Per ottenere questo effetto sarebbe necessario aumentare la portata di aria totale dei mezzi di ventilazione utilizzati per la convezione e quindi il numero di ventilatori (ovviamente a parità di diametro dei ventilatori).

A questo riguardo, va osservato che, lungo la direzione di sviluppo verticale del forno, ciascun modulo di cottura (formato dalla corrispondente girante e dai cavi scaldanti della resistenza elettrica avvolti a fascio sulla stessa) presenta un certo ingombro dimensionale. Spesso tra moduli di cottura adiacenti è inoltre interposto un distanziale ad esempio in lamiera, configurato per separare i flussi tra i due ventilatori adiacenti ed evitare la formazione di turbolenze nel volume racchiuso tra i ventilatori.

Tenendo conto dello spessore del distanziale, vi è inoltre una distanza minima da rispettare, lungo l’asse verticale, tra i fasci di resistenze che avvolgono le giranti di ventilatori adiacenti, distanza che serve ad evitare che le resistenze possano toccare il distanziale, tenendo in considerazione le tolleranze di montaggio dei ventilatori, delle resistenze, e delle loro dilatazioni termiche.

Pertanto, una volta stabilita questa distanza minima, e fissata la dimensione verticale della camera di cottura, esiste un numero massimo di ventilatori che è possibile posizionare, in cascata verticale, all’interno della camera di cottura. In questa configurazione, se si volesse aggiungere anche solo un ventilatore con il relativo fascio di resistenze avvolte concentricamente sulla rispettiva girante, sarebbe necessario aumentare la dimensione della camera di cottura lungo la linea di sviluppo verticale, ma variare questa dimensione può comportare altre problematiche.

Infatti, per la sicurezza dell’utente del forno, l’altezza massima a cui può essere posizionata una teglia rispetto al pavimento è compresa tipicamente tra 1,60 m e 1,70 m. Questo limite va quindi considerato nel caso di forni di grandi dimensioni.

Inoltre, per consentire la pulizia degli spazi tra il piano di appoggio del forno ed il fondo del forno, l’altezza dei piedini del forno deve rispettare certe dimensioni standard dettate dalle normative vigenti.

Per esempio, secondo lo standard NSF/ANSI 4 l’altezza dei piedini per i forni da banco deve essere almeno 100 mm mentre per i forni da pavimento l’altezza dei piedini deve essere almeno di 150 mm.

Risultano quindi evidenti i limiti dimensionali dello sviluppo verticale della camera di cottura, entro i quali si deve operare, qualora si intenda cercare di aumentare il numero di ventilatori alloggiati all’interno della camera di cottura.

È altrettanto evidente che se si riuscisse ad aumentare il numero dei ventilatori senza variare le dimensioni della camera di cottura questa modifica sarebbe senza dubbio più semplice ed economica.

Scopo principale del trovato è quello di mettere a disposizione un forno di cottura ad uso alimentare, strutturalmente e funzionalmente concepito così da consentire il superamento dei limiti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Questo ed altri scopi sono raggiunti dal trovato mediante un forno di cottura realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di un suo preferito esempio di attuazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

- la figura 1 è una vista in alzato frontale di un forno di cottura di tipologia nota,

- la figura 2 è una vista prospettica parziale, in scala ingrandita, di un particolare del forno di figura 1,

- la figura 3 è una vista in alzato frontale di un esempio di forno di cottura realizzato in accordo con il trovato,

- la figura 4 è una vista in alzato ed in scala ingrandita di un particolare del forno di cottura di figura 3.

Con riferimento iniziale alle figure 1 e 2, con 1 è complessivamente indicato un forno di cottura ad uso alimentare di tipo noto, comprendente una camera di cottura 2 supportata in un involucro scatolare 3 termicamente isolato e provvisto inferiormente di piedini 4 di appoggio.

Con P è indicato un piano ideale orizzontale di appoggio del forno dal quale quest’ultimo si eleva verticalmente.

Nel seguito i termini “orizzontale” e “verticale”, così come “superiore” ed “inferiore” sono quindi da riferirsi alla disposizione spaziale del forno sull’ipotetico piano P di appoggio, rispetto al quale il forno si estende in direzione verticale da una base inferiore sino ad una contrapposta porzione sommitale superiore.

Il forno è del tipo a convezione e comprende mezzi di ventilazione, in sé convenzionali, per la ricircolazione di aria all’interno della camera di cottura. In questa tipologia nota di forni i mezzi di ventilazione prevedono la disposizione di ventilatori collocati in cascata verticale, sovrapposti l’uno all’altro.

Nella configurazione dell’esempio di figura 1, i mezzi di ventilazione comprendono cinque ventilatori 6 (con rispettivi motori elettrici di comando) con giranti radiali, tutte indicate con 5 (ciascuna provvista di pale assiali 5a), disposte in sovrapposizione verticale l’una all’altra, la cui funzione è quella di indurre una circolazione forzata di aria idonea a garantire lo scambio termico per convezione richiesto dai processi di cottura.

Con X è indicato l’asse di rotazione di ciascuna girante 5.

Il forno è altresì provvisto di mezzi di generazione di calore, includenti resistenze elettriche 7 realizzate in forma di cavi scaldanti avvolti ad anello esternamente a ciascuna girante 5, e solo schematicamente rappresentati nelle figure 1 e 2.

Il forno 1 è mostrato nelle figure con una configurazione convenzionale delle giranti, in cui esse sono disposte in sovrapposizione verticale l’una all’altra ed aventi gli assi di rotazione X paralleli fra loro. In questo esempio gli assi di rotazione X sono contenuti in un piano verticale V ideale, la cui proiezione sul piano del foglio di figura 1 è identificata dalla direzione assiale V’. E’ inteso che in altri esempi realizzativi di forni di tipo convenzionale non sia previsto un allineamento verticale degli assi, potendo questi ultimi essere anche leggermente sfalsati fra loro nella direzione verticale.

Su detta direzione V’ sono quindi identificati gli interassi, contrassegnati con I, fra ciascuna coppia di giranti adiacenti.

Con r è indicato il raggio esterno di ciascuna girante 5 rispetto al proprio asse X, mentre con R è indicato il raggio esterno di curvatura del fascio di resistenze R avvolte sulla corrispondente girante.

L’assieme costituito da ciascun ventilatore 6 con rispettiva girante 5 e corrispondente fascio di resistenze 7 a cavo avvolte sulla girante, è ripetuto, in questo esempio, in modo identico per cinque volte lungo lo sviluppo verticale della camera di cottura. In questa configurazione, il piano verticale V contenente gli assi di rotazione X delle giranti, è diretto sostanzialmente perpendicolare al piano orizzontale P di appoggio del forno.

Con 8 è contrassegnato un distanziale, convenientemente realizzato da lamiera sagomata, il quale è interposto fra ciascuna coppia di ventilatori 6 adiacenti, sviluppandosi trasversalmente al piano verticale P, e rimanendo sostanzialmente equidistanziato dalla coppia di ventilatori. Ciascun distanziale 8 ha la principale funzione di separare i flussi di aria dei due ventilatori adiacenti (di ciascuna coppia di ventilatori) al fine di evitare la formazione di turbolenze nel volume racchiuso fra i ventilatori.

Come si evince dalla figura 1, il raggio R di curvatura delle resistenze 7 circolari è, per costruzione, sempre maggiore del raggio esterno r dei ventilatori 6, e di conseguenza la distanza di interasse I fra gli assi X di due ventilatori adiacenti è necessariamente maggiore del diametro delle resistenze 7 (pari a 2·R).

Stante questo criterio valido per qualsiasi forno del tipo descritto, la distanza di interasse I tra i ventilatori può variare a seconda della coppia di ventilatori considerata e per ciascun particolare modello, sulla base delle specifiche caratteristiche di quel forno, come per esempio lo spessore del distanziale 8 (se presente).

Vi è comunque un valore minimo della distanza di interasse I tra le coppie di ventilatori che deve essere necessariamente rispettata nel caso si voglia ridurre detta distanza I per guadagnare spazio lungo la direzione verticale V’. La distanza minima Imin tra gli assi X di due ventilatori adiacenti è determinata sostanzialmente dallo spessore del distanziale 8 e dalla distanza minima tra distanziale 8 e resistenze 7 tale da evitare che le resistenze possano toccare il distanziale, tenendo conto della tolleranza in fase di montaggio dei ventilatori, delle resistenze, delle loro dilatazioni termiche.

Una volta determinata tale distanza minima Imin, esiste un numero massimo di ventilatori 6 che è possibile posizionare all’interno della camera di cottura 2, a parità di dimensione dell’altezza utile h della camera di cottura.

A partire da questa configurazione, se si volesse aggiungere un ulteriore ventilatore con le relative resistenze concentriche avvolte sul medesimo, al fine di aumentare il flusso di aria calda nella camera di cottura, sarebbe necessario aumentare le dimensioni (nello sviluppo verticale) della camera di cottura, lungo la direzione V’.

Tuttavia, per la sicurezza dell’utente che opera con il forno, l’altezza massima a cui può essere posizionata una teglia rispetto al pavimento di appoggio non può superare generalmente valori compresi far 1.60 m e 1.70 m.

Inoltre, per consentire la pulizia degli spazi tra il piano di supporto e il fondo del forno, l’altezza dei piedini 4 del forno è regolamentata da norme specifiche, ad esempio secondo lo standard NSF/ANSI 4 l’altezza dei piedini per i forni da banco deve essere almeno 100 mm mentre per i forni da pavimento l’altezza dei piedini deve essere 150 mm. Ne consegue che la dimensione dell’ingombro verticale della camera di cottura deve sottostare a certi limiti che non consentono, in un forno convenzionale del tipo mostrato in figura 1, di aumentare il numero di ventilatori previsto.

La soluzione alle problematiche sopra evidenziate è mostrata in figura 3, che rappresenta una vista in alzato frontale di un forno 1’ realizzato secondo il presente trovato, in cui particolari analoghi a quelli del forno di figura 1 sono contrassegnati con gli stessi riferimenti numerici.

Va osservato che nel forno 1’ sia l’altezza utile h della camera di cottura che il raggio esterno r delle giranti dei ventilatori 6 sono rispettivamente uguali, in dimensione, all’altezza di camera di cottura e al raggio esterno dei ventilatori del forno convenzionale di figura 1.

Secondo il trovato, all’interno della camera di cottura del forno 1’ sono previste almeno una coppia di giranti 5 di rispettivi ventilatori, disposte in sovrapposizione verticale l’una all’altra con rispettivi assi di rotazione X paralleli fra loro, gli assi di rotazione di giranti adiacenti giacendo su di un rispettivo piano V, e sono altresì previsti mezzi di generazione del calore includenti resistenze elettriche 7’ riscaldanti.

In accordo con una principale prerogativa del forno secondo il trovato, le resistenze elettriche 7’ riscaldanti sono disposte da parti lateralmente contrapposte rispetto alle giranti in modo da non intersecare alcuno dei piani V su cui giacciono gli assi di rotazione X di giranti 5 fra loro adiacenti.

Più in particolare, ciascun piano V su cui giacciono gli assi di rotazione di giranti 5 adiacenti fra loro è orientato verticalmente rispetto al piano P di appoggio del forno. Nell’esempio preferito qui descritto, è altresì previsto, in modo tuttavia non limitativo, che gli assi di rotazione X delle giranti siano tutti giacenti su di uno stesso piano V orientato verticalmente rispetto al piano P di appoggio del forno, ed in particolare orientato perpendicolarmente al piano P.

Con una tale configurazione, come apparirà più chiaramente nel seguito, le resistenze 7’, non essendo più avvolte ad anello attorno alle giranti 5, non incidono più sulla distanza di interasse I’ fra coppie di giranti adiacenti, di conseguenza ne deriva un guadagno nell’ingombro verticale che può far ridurre l’interasse. Il guadagno di ingombro verticale in ciascuna coppia di ventilatori può quindi sommarsi per il numero di ventilatori previsti, consentendo di liberare uno spazio utile per l’inserimento di un ulteriore ventilatore. Nell’esempio indicato resta individuato lo spazio utile per l’inserimento di un sesto ventilatore rispetto alla configurazione del forno di tipo noto di figura 1 avente cinque ventilatori, ed in cui è inteso che ciascuno dei sei ventilatori sia identico, in dimensione, al corrispondente ventilatore che ricorre nella serie di cinque ventilatori del forno convenzionale.

In maggior dettaglio, le resistenze 7’ presentano una conformazione a prevalente sviluppo rettilineo e si estendono in direzione sostanzialmente parallela al piano verticale V, da parti lateralmente contrapposte di ciascuna girante.

In una forma realizzativa ciascuna resistenza 7’ presenta una conformazione ad “U”, i cui due bracci principali sono estesi parallelamente al piano verticale V. E’ previsto inoltre che ciascuna resistenza 7’ si estenda verticalmente in corrispondenza di due o più ventilatori 6, e le resistenze siano collocate in modo specularmente simmetrico, rispetto al piano V, da entrambi i lati dei ventilatori.

Con riferimento alla configurazione di figura 3, ciascuna resistenza 7’, di forma ad “U” si estende lungo l’ingombro verticale di tre ventilatori, le resistenze essendo collocate simmetricamente, rispetto al piano verticale V, da entrambi i contrapposti lati dei ventilatori.

Resta inteso che ulteriori configurazioni sono possibili, con disposizione simmetrica o asimmetrica delle resistenze, che si può ottenere variando le dimensioni, la collocazione e la forma delle resistenze stesse, ogni combinazione mantenendo la prerogativa di riscaldare l’aria proveniente da tutti e sei i ventilatori.

Qualora le resistenze 7’ siano predisposte per intercettare il flusso d’aria proveniente da più ventilatori, la forma del distanziale 8 è modificata prevedendo delle aperture o smanchi idonei a consentire il passaggio dei rami delle resistenze.

Da osservare che nella realizzazione del forno secondo il trovato, l’altezza utile h della camera di cottura e l’altezza (dal piano di appoggio P) dell’ultima teglia superiore, rimangono invariate rispetto al forno convenzionale di figura 1, per cui il passaggio a sei ventilatori nel forno 1’ non richiede ulteriori modifiche progettuali sostanziali.

In tal modo, con l’aggiunta di un ventilatore, a parità di ingombri dimensionali del forno ed a parità di ventilatori impiegati, è possibile aumentare la portata d’aria totale circolata all’interno della camera di cottura, migliorando la prerogativa di uniformità del processo di cottura. L’aumento del numero di ventilatori (a parità di diametro) è quindi ottenuto senza variare la dimensione della camera di cottura, consentendo un aumento del flusso di aria calda che migliora l’uniformità di cottura in modo semplice ed economico.

Di seguito viene descritto un esempio numerico basato su dimensioni reali, normalmente riscontrabili su forni del tipo indicato.

Nel forno 1 convenzionale ciascun ventilatore 6 è contraddistinto da un diametro esterno di 195 mm /- 5 mm. Per semplicità, nel seguito si fa riferimento alla dimensione nominale del diametro esterno (2·r = 195 mm) tralasciando la tolleranza di /- 5mm. Il fascio di resistenze avvolte sulla girante di ciascun ventilatore presenta un diametro esterno di circa 238,5 mm (2·R = 238,5 mm). L’interasse I fra due ventilatori adiacenti è pari a 289,5 mm, così che la distanza, lungo l’asse V’, fra due fasci adiacenti di resistenze 7 è pari a 51 mm (289,5 mm – 238,5 mm = 51 mm). Questa distanza è formata da quattro tratti, in aggiunta allo spessore del distanziale 8, che servono a garantire una certa distanza tra ciascun ventilatore ed corrispondente fascio di resistenze nonché tra detto fascio di resistenze e distanziale.

Ora, considerando che nel forno secondo il trovato, i fasci di resistenze non incidono più sulla distanza di interasse I tra ciascuna coppia di ventilatori, l’ingombro lungo l’asse V’ di ciascun ventilatore è pari al suo diametro di 195 mm, e rispetto al forno convenzionale (con resistenze avvolte sul ventilatore) si ottiene un guadagno di 43,5 mm (238,5 mm – 195 mm).

Estendendo questo guadagno dimensionale per tutti e cinque i ventilatori del forno si ottiene un guadagno complessivo pari a 217,5 mm (43,5 mm x 5), superiore al diametro di un ventilatore, che consente quindi, tramite opportuna ridistribuzione delle distanze fra i ventilatori, di inserire nel forno il sesto ventilatore.

Nel forno convenzionale è inoltre possibile cercare di ridurre al minimo la distanza fra ventilatori adiacenti, tenendo conto della presenza del distanziale e delle distanze minime possibili da prevedere tra ventilatore e resistenza e tra resistenza e distanziale. E’ ragionevole che la distanza complessiva tra i ventilatori sia riducibile sino a circa 30 mm, in tal caso si avrebbe un interasse minimo pari a 268,5 mm (238,5 mm 30 mm). Ne deriva che il rapporto tra questo interasse minimo ed il diametro dei ventilatori, indicato con R’, è pari a 1,38 (268,5 mm/195 mm = 1,38). Pertanto, se si volesse aumentare il numero di ventilatori e diminuire il loro interasse, in un forno convenzionale con resistenze avvolte sulle giranti, non si potrebbe scendere con il rapporto R’ al di sotto del valore di 1,38. Al contrario, in un forno secondo il trovato, tale rapporto è di valore inferiore o uguale a 1,38.

Il trovato raggiunge così gli scopi proposti conseguendo numerosi vantaggi rispetto alla tecnica anteriore nota.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1.Forno di cottura ad uso alimentare del tipo comprendente una camera di cottura all’interno della quale sono previste almeno una coppia di giranti di rispettivi ventilatori, disposte in sovrapposizione verticale l’una all’altra con rispettivi assi di rotazione paralleli fra loro, gli assi di rotazione di giranti adiacenti giacendo su di un rispettivo piano, e mezzi di generazione del calore nella camera di cottura includenti resistenze elettriche riscaldanti, caratterizzato dal fatto che dette resistenze elettriche riscaldanti sono disposte da parti lateralmente contrapposte rispetto a dette giranti in modo da non intersecare alcuno dei piani su cui giacciono gli assi di rotazione di giranti fra loro adiacenti.
2. 2. Forno secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun piano su cui giacciono gli assi di rotazione di giranti adiacenti fra loro è orientato verticalmente rispetto ad un piano di appoggio del forno.
3. 3. Forno secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi di ventilazione comprendono una pluralità di giranti di rispettivi ventilatori, disposte in sovrapposizione verticale l’una all’altra, gli assi di rotazione di dette giranti giacendo su di uno stesso piano orientato verticalmente rispetto al piano di appoggio del forno.
4. 4. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette resistenze sono sviluppate lungo una prevalente dimensione longitudinale.
5. 5. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette resistenze hanno profilo rettilineo.
6. 6. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette resistenze sono allineate lungo la direzione di sviluppo verticale del forno.
7. 7. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette resistenze sono disposte a coppie in modo specularmente simmetrico rispetto a detto piano verticale.
8. 8. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette resistenze presentano una estensione longitudinale che si sviluppa in corrispondenza di due o più ventilatori disposti in cascata verticale l’uno all’altro.
9. 9. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette resistenze hanno una conformazione ad “U”, con i contrapposti rami estesi lungo detta prevalente dimensione longitudinale.
10. 10. Forno secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, in cui dette resistenze sono disposte con detta prevalente dimensione longitudinale perpendicolare al piano di appoggio del forno.
11. 11. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui, il rapporto tra l’interasse tra coppie di ventilatori adiacenti ed il diametro esterno delle giranti, è di valore uguale o inferiore a 1,38.
12. 12. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti sei ventilatori con rispettive giranti disposte in cascata verticale l’una sull’altra.
13. 13. Forno secondo la rivendicazione 12, in cui sono previste coppie di resistenze sviluppate in modo specularmente simmetrico rispetto al piano contenente gli assi di rotazione delle giranti, dette resistenze avendo una estensione longitudinale che interessa sostanzialmente l’ingombro verticale di tre ventilatori fra loro adiacenti.
14. 14. Forno secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui dette giranti hanno diametro esterno di dimensione pari a circa 195 /- 5 mm.