IT9047727A1

IT9047727A1 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR COMMANDING CHOCOLATE TEMPERING MACHINES, WORKING CONTINUOUSLY.

Info

Publication number: IT9047727A1
Application number: IT047727A
Authority: IT
Inventors: Ernst-Friedrich Bruns; Dieter Runge
Original assignee: Nagema Ag
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1991-09-06
Also published as: DK42390A; DK42390D0; DE4004491A1; DD280252A1; IT1240082B; IT9047727A0

Description

di temperatura di 20 K fino a 40 K fra la massa di cioccolato ed il refrigerante, e nel secondo stadio di raffreddamento la differenza di temperatura tra refrigerante e cioccolato ammonta soltanto ancora 6 K fino a 14 K. temperature of 20 K up to 40 K between the chocolate mass and the coolant, and in the second cooling stage the temperature difference between the coolant and the chocolate is still only 6 K up to 14 K.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione viene applicata in macchine temperatrici e riguarda un procedimento nel quale la tempera della massa di cioccolato ha luogo in tre stadi, cioè due stadi di raffreddamento ed uno stadio di riscaldamento, nel qual caso, mediante mescolamento intenso e asportazione della massa di cioccolato in corrispondenza della parete nel primo stadio di raffreddamento, la massa di cioccolato viene raffreddata fino a raggiungere la temperatura di cristallizzazione, e nel secondo stadio di raffreddamento viene mantenuta in un campo di temperature richiesto tecnologicamente per generare la necessaria quantità di cristalli. Nello stadio di riscaldamento, la massa di cioccolato viene portata alla temperatura di lavorazione. The invention is applied in tempering machines and relates to a process in which the tempering of the chocolate mass takes place in three stages, i.e. two cooling stages and a heating stage, in which case, by intense mixing and removal of the chocolate mass in correspondence with the wall in the first cooling stage, the chocolate mass is cooled until it reaches the crystallization temperature, and in the second cooling stage it is maintained in a temperature range technologically required to generate the necessary quantity of crystals. In the heating stage, the chocolate mass is brought to processing temperature.

L'apparecchiatura pertinente riguarda un dispositivo di comando, costituito da uno scambiatore termico con due stadi di raffreddamento ed uno stadio di riscaldamento, nel qual caso è presente ogni volta un flusso separato di refrigerante per gli stadi di raffreddamento e per lo stadio di riscaldamento, e sono predisposti organi di regolazione per influenzare la portata di refrigerante e, oppure la temperatura di refrigerante . The relevant equipment relates to a control device, consisting of a heat exchanger with two cooling stages and a heating stage, in which case there is each time a separate flow of refrigerant for the cooling stages and for the heating stage, and adjustment members are arranged to influence the refrigerant flow rate and / or the refrigerant temperature.

Molte delle note macchine temperatrici funzionanti in continuo sono costituite da due stadi di raffreddamento e da uno stadio di riscaldamento. Una tale soluzione è nota dal brevetto della Repubblica Democratica Tedesca 136570. La massa fluida di cioccolato, riscaldata, viene raffreddata per mezzo di refrigeranti in una zona di preraffreddamento di grande volume fino al raggiungimento della temperatura di cristallizzazione. Nel secondo stadio di raffreddamento, per l'ottenimento della quantità tecnologicamente necessaria dei cristalli, essa viene mantenuta e poi portata, nell'ultimo stadio di raffreddamento, alla temperatura di lavorazione. Ciò ha luogo in quanto le particelle della massa, per mezzo di un processo combinato di trasporto e di mescolamento, vengono fatte passare in maniera forzata e continua attraverso i singoli stadi di tempera. Nel campo di temperatura dove è raggiunto uno stato di equilibrio fra fase grassa cristallina e quella liquida, la massa di cioccolato deve permanere per 1 fino a 3 minuti per la formazione della quantità necessaria di cristalli. Ciò viene ottenuto mediante rallentamento del flusso di trasporto e, oppure mediante prolungamento del tratto di trasporto. Il comando ha luogo in quanto i sensori termometrici, incorporati negli stadi separati di tempera e nei circuiti chiusi di refrigerante, in combinazione con regolatori e attuatori, mantengono la temperatura costante del cioccolato nei rispettivi stadi di tempera. La scelta di questa temperatura costante ha luogo secondo un regime di temperatura-tempo dipendente dalla ricetta. Questo regime di temperatura-tempo si basa su valori empirici. Many of the known continuously operating tempering machines consist of two cooling stages and a heating stage. Such a solution is known from the German Democratic Republic patent 136570. The fluid mass of chocolate, heated, is cooled by means of refrigerants in a large volume pre-cooling zone until the crystallization temperature is reached. In the second cooling stage, in order to obtain the technologically necessary quantity of crystals, it is maintained and then brought, in the last cooling stage, to the working temperature. This takes place because the particles of the mass, by means of a combined transport and mixing process, are forced and continuously passed through the individual tempering stages. In the temperature range where a state of equilibrium between the crystalline and liquid fat phase is reached, the chocolate mass must remain for 1 to 3 minutes for the formation of the necessary quantity of crystals. This is achieved by slowing down the transport flow and / or by extending the transport section. The control takes place because the thermometric sensors, incorporated in the separate tempering stages and in the closed coolant circuits, in combination with regulators and actuators, keep the chocolate temperature constant in the respective tempering stages. The choice of this constant temperature takes place according to a recipe-dependent temperature-time regime. This temperature-time regime is based on empirical values.

Per aumentare la sicurezza di esercizio di tali macchine temperatrici, da singoli fabbricanti vengono proposte macchine con più dei tre stadi di tempera generalmente usuali. Esistono impianti nei quali sono realizzati sette stadi. In order to increase the operational safety of such tempering machines, machines with more than the three generally usual tempering stages are proposed by individual manufacturers. There are plants in which seven stages are made.

Queste macchine hanno l'inconveniente che diventa necessario un dispendio tecnico disuniformemente più elevato per macchine e regolazione. Il bilancio energetico è sfavorevole perchè non ha luogo alcun movimento intenso del refrigerante e quindi la trasmissione di calore è relativamente sfavorevole. A ciò si aggiunge che la conduzione della temperatura nei singoli stadi non può venire resa ottima dal personale di servizio. These machines have the drawback that an unevenly higher technical expenditure for machines and adjustment becomes necessary. The energy balance is unfavorable because no intense movement of the coolant takes place and therefore the heat transfer is relatively unfavorable. In addition, the conduction of the temperature in the individual stages cannot be made optimal by the service personnel.

Dal brevetto della Repubblica Democratica Tedesca 241009 è nota una soluzione nella quale gli inconvenienti vengono ampiamente evitati. La macchina temperatrice ivi presentata dispone parimenti di due stadi di raffreddamento e di uno stadio di riscaldamento. Sono nuovi l'accoppiamento tecnico nella regolazione degli stadi di raffreddamento fra loro, e la disposizione dell’addizionale generatore di valori misurati a ciò necessario. I circuiti refrigeranti nel doppio mantello degli stadi di raffreddamento sono aperti, cioè il refrigerante non circola. Tramite l'afflusso di refrigerante si agisce sulla temperatura della massa di cioccolato. From the German Democratic Republic patent 241009 a solution is known in which the drawbacks are largely avoided. The tempering machine presented therein also has two cooling stages and a heating stage. The technical coupling in the regulation of the cooling stages between them is new, and the arrangement of the additional generator of measured values necessary for this. The refrigerant circuits in the double casing of the cooling stages are open, i.e. the refrigerant does not circulate. The temperature of the chocolate mass is influenced by the flow of coolant.

All'entrata ed all'uscita del mantello doppio di ciascuno stadio di raffreddamento, attraversato dal refrigerante, sono applicati comparatori per i confronti di temperatura fra le relative temperature di entrata e di uscita. In ciascuno stadio di raffreddamento sono parimenti previsti comparatori fra il valore ricavato mediante un generatore di valori misurati, per lo stato parzialmente cristallino, ed un valore prestabilito, dipendente dalla ricetta. Fra gli stadi di raffreddamento è prevista una uscita di coordinazione e, per tutto l'impianto, è presente un noto visualizzatore centrale. In tal caso l'uscita di coordinamento è collegata, attraverso la erogazione, con un comparatore fra corrente di motore e un valore nominale dipendente dalla ricetta. Sul visualizzatore centrale sono visibili i valori misurati per il refrigerante, i valori misurati per lo stato semicristallino, i valori misurati per la corrente di motore ed i valori misurati per la temperatura nello stadio di riscaldamento, e sono richiamabili i valori nominali. Il superamento dei valori limiti, forniti dai valori nominali, è visibile sul visualizzatore centrale . At the inlet and outlet of the double jacket of each cooling stage, crossed by the refrigerant, comparators are applied for temperature comparisons between the relative inlet and outlet temperatures. In each cooling stage, comparators are likewise provided between the value obtained by means of a generator of measured values, for the partially crystalline state, and a predetermined value, dependent on the recipe. A coordination output is provided between the cooling stages and a known central display is present for the whole system. In this case the coordination output is connected, through the supply, with a comparator between motor current and a nominal value depending on the recipe. The measured values for the coolant, the measured values for the semi-crystalline state, the measured values for the motor current and the measured values for the temperature in the heating stage are visible on the central display, and the nominal values can be called up. The exceeding of the limit values, given by the nominal values, is visible on the central display.

In tal caso è svantaggioso il fatto che il dispendio per le numerose postazioni di misura e per l'accoppiamento tecnico nella regolazione è elevato. Il bilancio energetico si dimostra relativamente sfavorevole in ragione della scadente trasmissione di calore nel secondo stadio di raffreddamento. In this case, the disadvantage is that the effort for the numerous measuring stations and for the technical coupling in the control is high. The energy balance proves to be relatively unfavorable due to the poor heat transfer in the second cooling stage.

Per evitare questo inconveniente è stato già proposto di impiegare un solo stadio di raffreddamento. Con ciò viene meno una parte notevole del dispendio tecnico per la regolazione. Tuttavia non è possibile realizzare in modo ottimo il processo di raffreddamento e cristallizzazione. To avoid this drawback it has already been proposed to use a single cooling stage. This eliminates a considerable part of the technical effort required for adjustment. However, the cooling and crystallization process cannot be carried out optimally.

Scopo dell'invenzione è di abbassare il dispendio tecnico per la regolazione e migliorare il bilancio energetico. The object of the invention is to lower the technical expenditure for regulation and to improve the energy balance.

A base dell'invenzione sta il compito di trovare una soluzione la quale consenta una ottimizzazione della conduzione del processo con minimo dispendio tecnico per la regolazione. At the basis of the invention lies the task of finding a solution which allows an optimization of the conduction of the process with minimum technical expenditure for the regulation.

Il problema viene risolto secondo l'invenzione per mezzo degli aspetti caratterizzanti delle rivendicazioni principali. The problem is solved according to the invention by means of the characterizing aspects of the main claims.

La soluzione secondo l'invenzione ha il vantaggio che nel primo stadio di raffreddamento è da registrare un buono sfruttamento delle superfici di scambio di calore. Con ciò si raggiunge molto presto un livello di temperatura a partire dal quale inizia la cristallizzazione con esiguo abbassamento della temperatura del cioccolato. Per questo processo di cristallizzazione, che ha luogo nel secondo stadio, sussistono premesse favorevoli perchè in tutto lo stadio è presente una distribuzione uniforme di temperatura. Una buona trasmissione termica è garantita dalla circolazione del refrigerante e dalla possibilità di prestabilire una temperatura ottima per il refrigerante. Questa temperatura può venire impostata in maniera che venga raggiunto un equilibrio del bilancio termico, cioè la massa di cioccolato, nell'abbandonare il secondo stadio di raffreddamento, ha raggiunto la temperatura ottima di sotto-raffreddamento ed uno stato soddisfacente di cristallizzazione. The solution according to the invention has the advantage that in the first cooling stage there is a good use of the heat exchange surfaces. With this, a temperature level is reached very quickly, starting from which crystallization begins with a small decrease in the temperature of the chocolate. For this crystallization process, which takes place in the second stage, favorable conditions exist because a uniform temperature distribution is present throughout the stage. Good thermal transmission is guaranteed by the circulation of the refrigerant and by the possibility of pre-setting an optimal temperature for the refrigerant. This temperature can be set in such a way that an equilibrium of the thermal balance is reached, ie the chocolate mass, upon leaving the second cooling stage, has reached the optimal sub-cooling temperature and a satisfactory state of crystallization.

L'invenzione verrà illustrata ora in dettaglio con riferimento ad un esempio die secuzione. Le figure dei disegni annessi hanno il seguente significato : The invention will now be illustrated in detail with reference to an example of implementation. The figures in the annexed drawings have the following meaning:

la figura 1: rappresentazione di principio dello scambiatore termico della macchina temperatrice , con l'apparecchiatura di comando secondo l'invenzione; Figure 1: principle representation of the heat exchanger of the tempering machine, with the control apparatus according to the invention;

la figura 2: schema circuitale a blocchi dell'apparecchiatura di comando per il primo stadio di raffreddamento; Figure 2: block circuit diagram of the control apparatus for the first cooling stage;

la figura 3: schema circuitale a blocchi dell'apparecchiatura di comando per il secondo stadio di raffreddamento; Figure 3: block circuit diagram of the control apparatus for the second cooling stage;

la figura 4: schema circuitale a blocchi dell'apparecchiatura di comando per lo stadio di riscaldamento . Figure 4: block circuit diagram of the control apparatus for the heating stage.

A partire da un recipiente di scorta e di mescolamento, qui non rappresentato, una pompa non rappresentata convoglia la massa di cioccolato non temperata, attraverso una entrata 1, nello scambiatore termico rappresentato nella figura 1. Lo scambiatore termico è costituito da un primo stadio 2 di raffreddamento, da un secondo stadio 3 di raffreddamento e da uno stadio 4 di riscaldamento. All'interno dello scambiatore termico, il quale su tutta la sua lunghezza è munito di un doppio mantello 7, ruota un organo 5 di mescolamento il quale viene azionato tramite un motore 6. Nel doppio mantello 7 scorre refrigerante, preferibilmente acqua. Al circuiti di refrigerante per ciascuno stadio 2, 3 di raffreddamento nonché per lo stadio 4 di riscaldamento sono associati organi di impostazione 13. Starting from a storage and mixing vessel, not shown here, a pump (not shown) conveys the non-tempered chocolate mass, through an inlet 1, into the heat exchanger shown in figure 1. The heat exchanger consists of a first stage 2 cooling, a second cooling stage 3 and a heating stage 4. Inside the heat exchanger, which along its entire length is provided with a double skirt 7, rotates a mixing member 5 which is driven by a motor 6. Coolant, preferably water, flows in the double jacket 7. Setting members 13 are associated with the refrigerant circuits for each cooling stage 2, 3 as well as for the heating stage 4.

Il circuito di refrigerante del primo stadio 2 di raffreddamento è aperto, cioè il refrigerante non circola. Il flusso volumico e la temperatura bassa del refrigerante provocano l'effetto di raffreddamento. La temperatura della massa di cioccolato viene percepita attraverso un trasduttore termometrico 9.1 e confrontata, tramite un comparatore 14.1 (vedere anche figura 2), con il valore nominale 15.1, prestabilito tecnologicamente. Poi un segnale corrispondente viene inviato all'organo di impostazione 13.1 il quale immette il refrigerante. The refrigerant circuit of the first cooling stage 2 is open, i.e. the refrigerant does not circulate. Volume flow and low refrigerant temperature cause the cooling effect. The temperature of the chocolate mass is perceived by means of a thermometric transducer 9.1 and compared, by means of a comparator 14.1 (see also figure 2), with the nominal value 15.1, technologically pre-established. Then a corresponding signal is sent to the setting member 13.1 which injects the coolant.

Nel secondo stadio 3 di raffreddamento viene impiegato un circuito chiuso del refrigerante, cioè nel sistema di tubazioni 8.2 del secondo stadio di raffreddamento circola il refrigerante. A tale scopo, oltre ad un organo di impostazione 13.2 per il secondo stadio di raffreddamento, nel sistema di tubazioni 8.2 sono inseriti una pompa 11.1 di circolazione ed un trasduttore termometrico 10.1 per la temperatura del refrigerante. A closed coolant circuit is used in the second cooling stage 3, i.e. the coolant circulates in the piping system 8.2 of the second cooling stage. For this purpose, in addition to a setting member 13.2 for the second cooling stage, a circulation pump 11.1 and a thermometric transducer 10.1 for the refrigerant temperature are inserted in the piping system 8.2.

Il funzionamento della regolazione secondo l'invenzione della temperatura del refrigerante e della massa di cioccolato nel secondo stadio 3 di raffreddamento, verrà ora illustrato con riferimento alla figura 3. Un comparatore 14.2 confronta i valori forniti da un valore nominale 15.2 per la temperatura del cioccolato e da un trasduttore termometrico 9.2 per la temperatura di uscita della massa di cioccolato. Successivamente, attraverso un regolatore 17 a passi, viene emessa una correzione del valore nominale 15.3 per la temperatura del refrigerante nel secondo stadio di raffreddamento. Ciò avviene con ritardo di tempo, il che è da attribuire all'azione di un temporizzatore 16, inserito fra il comparatore 14.2 e il regolatore 17 a passi. Questo valore nominale variabile 15.3 per la temperatura del refrigerante nel secondo stadio di raffreddamento viene ora confrontato tramite un comparatore 14.3 con un trasduttore termometrico 10.1 per la temperatura del refrigerante, e viene comandato l'organo di impostazione 13.2 per l'immissione di refrigerante nel secondo stadio di raffreddamento. Il valore nominale variabile 15.3 viene modificato a passi finché il valore misurato di temperatura sul trasduttore termometrico 9.2 coincide con il valore nominale 15.2 per la temperatura del cioccolato nel secondo stadio di raffreddamento. The operation of the regulation according to the invention of the temperature of the coolant and of the chocolate mass in the second cooling stage 3, will now be illustrated with reference to Figure 3. A comparator 14.2 compares the values provided by a nominal value 15.2 for the temperature of the chocolate and by a thermometric transducer 9.2 for the outlet temperature of the chocolate mass. Subsequently, a correction of the setpoint value 15.3 for the coolant temperature in the second cooling stage is output via a step controller 17. This occurs with a time delay, which is to be attributed to the action of a timer 16, inserted between the comparator 14.2 and the step regulator 17. This variable nominal value 15.3 for the coolant temperature in the second cooling stage is now compared by means of a comparator 14.3 with a thermometric transducer 10.1 for the coolant temperature, and the setting element 13.2 is controlled for introducing coolant into the second. cooling stage. The variable setpoint 15.3 is changed in steps until the temperature measured value on the thermometer 9.2 coincides with the setpoint value 15.2 for the chocolate temperature in the second cooling stage.

Nello stadio 4 di riscaldamento viene adoperato parimenti un circuito chiuso di refrigerante, ma già noto dallo stato della tecnica. Addizionalmente al trasduttore termoelettrico 10.2 per la temperatura del refrigerante, all'organo di impostazione 13.3 e alla pompa 11.2 di circolazione, nel sistema 8.3 di tubazioni è qui inserito un riscaldatore 12. Il funzionamento è ricavabile della figura 4. Un valore nominale 15.4 per la temperatura del refrigerante ed un trasduttore termometrico 10.2 per la temperatura del refrigerante vengono confrontati per mezzo di un comparatore 14.4. Da ciò deriva un segnale per l'organo di impostazione 13.3. In the heating stage 4 a closed refrigerant circuit is also used, but already known from the state of the art. In addition to the thermoelectric transducer 10.2 for the coolant temperature, the setting element 13.3 and the circulation pump 11.2, a heater 12 is inserted in the pipe system 8.3. The operation can be found in figure 4. A nominal value 15.4 for the coolant temperature and a thermometric transducer 10.2 for the coolant temperature are compared by means of a comparator 14.4. From this derives a signal for the setting element 13.3.

Per mezzo della sopra descritta apparecchiatura di comando secondo l'invenzione, può venire realizzato un procedimento di tipo nuovo. La conduzione della temperatura è ricavabile dalla figura 5. By means of the above described control apparatus according to the invention, a new type of method can be implemented. The conduction of the temperature can be obtained from figure 5.

Nel primo stadio 2 di raffreddamento, a partitore da una temperatura di partenza si raffredda fino ad una temperatura nominale T2 all'uscita del primo stadio 2 di raffreddamento. In tal caso ha luogo un rapido raffreddamento della massa di cioccolato, cioè si lavora con una grande differenza di temperatura fra massa di cioccolato e refrigerante. La differenza di temperatura oscilla nel campo di 20 K fino a 40K. Nella figura 5, ciò si può vedere dalla caduta ripida della curva. In tal caso non ha importanza che si lavori con o senza preraffreddamento in gruppi o dispositivi di trasporto collegati in serie. In the first cooling stage 2, a divider from a starting temperature cools down to a nominal temperature T2 at the outlet of the first cooling stage 2. In this case, a rapid cooling of the chocolate mass takes place, i.e. one works with a large temperature difference between the chocolate mass and the coolant. The temperature difference fluctuates in the range of 20K up to 40K. In figure 5, this can be seen from the steep drop of the curve. In this case it does not matter whether you are working with or without pre-cooling in groups or transport devices connected in series.

Con la temperatura di uscita, la massa di cioccolato entra nel secondo stadio di raffreddamento. All'interno del secondo stadio di raffreddamento si lavora con un gradiente molto esiguo di temperatura, cioè la differenza fra la temperatura della massa di cioccolato e la temperatura del refrigerante è molto piccola. Essa dovrebbe oscillare nel campo fra 6K e 14 K. With the outlet temperature, the chocolate mass enters the second cooling stage. Inside the second cooling stage, a very small temperature gradient is worked, i.e. the difference between the temperature of the chocolate mass and the temperature of the coolant is very small. It should range between 6K and 14K.

All'interno del secondo stadio 3 di raffreddamento, al raggiungimento della temperatura T3 di cristallizzazione, inizia la formazione di cristalli. All'uscita del secondo stadio 3 di raffreddamento è raggiunta la temperatura nominale T4 . La formazione di cristalli è sostanzialmente terminata e la massa di cioccolato viene ora di nuovo leggermente riscaldata, come usuale, finché è raggiunta la temperatura T5 di lavorazione. Con ciò è a disposizione una massa di cioccolato temperata, adatta per la lavorazione. Within the second cooling stage 3, when the crystallization temperature T3 is reached, the formation of crystals begins. At the outlet of the second cooling stage 3, the target temperature T4 is reached. The formation of crystals is substantially finished and the chocolate mass is now again slightly heated, as usual, until the processing temperature T5 is reached. This provides a tempered chocolate mass which is suitable for processing.

Claims

CLAIMS 1. Process for controlling tempering machines operating continuously, in which * the tempering of the chocolate mass takes place in three stages, that is * two cooling stages e * a heating stage, in which case * by intense mixing * and scraping of the chocolate mass in correspondence with the wall, * in the first cooling stage the chocolate mass is cooled until the crystallization temperature is reached, e * in the second stage it is maintained in a technologically required temperature range to generate the necessary quantity of crystals, and * in the heating stage it is brought to the processing temperature, characterized by what: * cooling in the first stage, cooling takes place with a large temperature difference of 20 K to 40 K between the chocolate mass and the coolant, and * in the second cooling stage the temperature difference between the coolant and the chocolate still amounts to only 6K up to 14K.

2. Equipment for controlling tempering machines operating continuously, consisting of: * a heat exchanger with ** two cooling stages e ** a heating stage, in which case it is present every time * a separate coolant flow for the cooling stages and for the heating stage, and are present * setting bodies ** to influence the refrigerant flow rate and / or the refrigerant temperature, characterized by what: * a comparator (14.2) ** for the temperature of the chocolate it is paired with * a nominal value (15.2) ** for the temperature of the chocolate and with * a thermometric transducer (9.2) ** for the outlet temperature of the chocolate mass from the second cooling stage, and is connected via * k a timer (16), k * k delayed in time, with * a step regulator (17) which generates * a variable nominal value (15.3) which in turn is linked, * via a comparator (14.3) * * k for the coolant temperature, with * k the thermometric transducer (10.1) * * for the coolant temperature, and with k the setting organ (13.2)