ITMI20100976A1 - Dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte e relativometodo - Google Patents

Description

Titolo: “Dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte e relativo metodo.â€

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte.

Più particolarmente, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte con controllo della temperatura di riscaldamento e, preferibilmente, della quantità di schiuma prodotta.

L’invenzione trova principale ma non esclusiva applicazione nel campo della produzione di macchine per espresso da bar del tipo capaci di fare caffà ̈, cappuccino e simili.

Le operazioni di riscaldamento e montatura del latte per la realizzazione di bevande a base di latte, quali il cappuccino e il latte macchiato, vengono generalmente effettuate convogliando un getto di vapore in un contenitore, ad esempio un bricco, contenente latte freddo attraverso un beccuccio posto all’estremità di un condotto di vapore, indicata nel seguito con lancia vapore, generalmente provvisto di una valvola di intercettazione per il controllo del flusso di vapore.

Quando l’operazione di riscaldamento e montatura viene affidata ad un operatore, questi termina l’erogazione del flusso di vapore dopo aver riscaldato il latte e aver inglobato una quantità sufficiente di aria tale da formare la schiuma con consistenza desiderata.

Il brevetto US 4,753,133 descrive un dispositivo per il riscaldamento ed emulsionamento del latte con l’ausilio dei getto di vapore che comprende una camera di depressione attorno all’ugello, avente un’apertura di scarico per l’emulsione, un passaggio per il richiamo dell’aria, ed almeno un passaggio per il latte che per effetto della depressione che entra nella camera. In questo modo, aria, vapore e latte vengono miscelati nella camera.

In alcune circostanze, le operazioni manuali possono tuttavia risultare alquanto complesse e di difficile calibrazione in quanto per ottenere la montatura voluta alla temperatura desiderata bisogna compiere delle manovre che richiedono una abilità specifica del settore.

Esistono soluzioni che permettono l’arresto automatico del flusso di vapore al raggiungimento della temperatura desiderata.

La domanda di brevetto WO 03/092458 descrive un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte, con controllo della temperatura e della quantità di schiuma, che consente di ottenere latte riscaldato alla temperatura desiderata senza la necessità dell’ausilio di un esperto del settore. In particolare, il dispositivo descritto in WO 03/092458 comprende una caldaia generatrice di vapore, mezzi convogliatori (i.e. lancia) provvisti di una estremità aperta immergibile in un bricco contenente il latte da riscaldare e montare, un primo condotto per l’adduzione del vapore collegato tra detta caldaia e detti mezzi convogliatori, un organo di intercettazione posto su detto primo condotto, un compressore per generare aria in pressione, un motore per azionare detto compressore, un secondo condotto per l’adduzione dell’aria in pressione collegato tra detto compressore di aria in pressione e detti mezzi convogliatori, un elemento sensibile alla temperatura associato a detta estremità immergibile dei mezzi convogliatori per rilevare la temperatura del latte in detto recipiente, una unità di controllo collegata con l’organo di intercettazione, con il compressore generatore di aria in pressione nonché con l’elemento sensibile alla temperatura.

In accordo con la soluzione tecnica sopra illustrata la temperatura à ̈ controllata tramite un trasduttore di temperatura connesso alla estremità immergibile del convogliatore, atto a rilevare la temperatura del latte quando detta estremità à ̈ immersa nel latte.

La Richiedente ha osservato che, nel corso della vita operativa di un dispositivo per il riscaldamento e montatura del latte, la lancia vapore, specialmente se di tipo snodabile, deve essere spostata (alzata, abbassata, girata, etc.) un numero molto elevato di volte, se non continuamente. Poiché il trasduttore di temperatura, quale una termocoppia, disposto sulla parte terminale della lancia à ̈ collegato elettricamente ad un generatore di corrente e ad una unità di controllo (CPU) che si trovano all’esterno della lancia, lungo la lancia vapore corrono uno o più fili elettrici necessari per il collegamento elettrico. I fili elettrici possono pertanto essere danneggiati o addirittura subire una rottura a fatica a causa delle continue flessioni dovute alla movimentazione della lancia vapore nella quale sono inseriti.

La Richiedente ha capito che un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte, nel quale il controllo della temperatura del latte all’interno del contenitore nel quale viene scaldato e/o montato avviene per mezzo di un sensore di temperatura esternamente alla lancia risolve gli inconvenienti sopra descritti.

Secondo una caratteristica principale della presente invenzione, il dispositivo à ̈ provvisto di un trasduttore di temperatura senza contatto con il liquido da misurare. Nelle forme di realizzazione preferite, il trasduttore di temperatura comprende un sensore ad infrarossi. Preferibilmente, la rilevazione della temperatura del liquido contenuto nel recipiente avviene tramite rilevazione della temperatura di almeno una porzione della superficie esterna del recipiente.

Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti, alla lettura della descrizione seguente, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con l’ausilio delle figure che seguono che sono rappresentazioni schematiche non su scala: - la figura 1 à ̈ una vista prospettica schematica di una porzione di un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ uno schema semplificato per illustrare il principio di funzionamento di un termometro ad infrarossi.

- la figura 3 à ̈ una vista prospettica schematica di una porzione di un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte secondo una ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione.

Con il solo scopo di semplificare l’esposizione della presente invenzione, nel seguito della descrizione verrà fatto riferimento in modo non limitativo al latte, intendendo con ciò riferirsi anche a qualsiasi bevanda scaldabile, quale l’acqua per la preparazione di tà ̈ o infusioni o la cioccolata.

La figura 1 mostra una vista prospettica parziale di un dispositivo per riscaldare e montare il latte secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Il dispositivo 1 può essere parte di una macchina di caffà ̈ atta a preparare bevande calde quali il latte macchiato e il cappuccino. Il dispositivo comprende un condotto di adduzione 3 del vapore, uno snodo 13 e una lancia vapore 5 avente un’estremità aperta 7 formata ad esempio da un beccuccio erogatore, l’estremità essendo atta ad essere introdotta in un recipiente 6 per il liquido da riscaldare ed eventualmente da montare. Facoltativamente, a valle dello snodo 13, la lancia vapore comprende un’impugnatura 4. L’estremità 7 può presentare una sola apertura oppure prevedere una pluralità di fori di forma e dimensioni appropriate, radialmente, assialmente o diversamente orientati rispetto alla lancia vapore, da cui far fuoriuscire vapore ed eventualmente aria in pressione, come descritto nel seguito.

Il vapore à ̈ generato da una caldaia generatrice di vapore (non mostrata in figura) e diretto al condotto di adduzione 3. La caldaia generatrice di vapore può essere quella presente in una macchina di caffà ̈ destinata al riscaldamento necessario per la bevanda.

La lancia vapore 5 può essere alzata o abbassata a partire dallo snodo 13, ad esempio mediante l’impugnatura 4, in modo da essere immersa nel latte contenuto nel recipiente o rimossa da quest’ultimo. Alternativamente, la lancia vapore può essere orientabile ad angoli diversi rispetto al condotto di adduzione 3 e/o essere realizzata in materiale flessibile. Tipicamente, durante la fase di riscaldamento e/o di montatura, l’estremità aperta 7 della lancia vapore à ̈ completamente o quasi completamente immersa nel latte da riscaldare e montare.

La forma realizzativa di figura 1 prevede un controllo manuale del vapore emesso dalla lancia vapore 5 da parte dell’operatore. Sul condotto di adduzione 3 à ̈ disposta una valvola a saracinesca 2 regolabile tra due posizioni: una prima posizione di chiusura del condotto di adduzione ed una seconda posizione di completa apertura del condotto.

Quando parte di una macchina di caffà ̈, il dispositivo può includere uno chassis 12 che comprende una base 10 sulla quale à ̈ appoggiato il recipiente 6.

In una forma realizzativa, la lancia 5, tramite un condotto dedicato, posto ad esempio all’interno della stessa lancia, oltre ad un getto di vapore, convoglia un flusso di aria in pressione facendo sì che l’estremità aperta 7 della lancia emetta una miscela di vapore e aria compressa. Ad esempio, l’aria compressa à ̈ generata da un compressore azionato da un motore elettrico (non mostrati), entrambi compresi nel dispositivo. In un’altra forma realizzativa, la miscelazione dell’aria compressa e del vapore avviene a monte della lancia vapore, ad esempio nel modo descritto in WO 03/092458.

In una ulteriore forma di realizzazione, al condotto di adduzione 3 à ̈ diretto un getto di vapore ed un flusso di aria compressa erogato da una relativa sorgente di aria in pressione, nel quale il flusso di aria in pressione à ̈ costituito da una pluralità di impulsi di aria di durata prestabilita ed intervallati da pause. In particolare, l’erogazione d’aria può aver luogo nel modo descritto nella domanda di brevetto EP 1 776 905 A1.

In prossimità di almeno una regione della superficie esterna del recipiente 6 à ̈ disposto un trasduttore di temperatura senza contatto 8 per la misura senza contatto della temperatura del latte contenuto nel recipiente. Nella forma realizzativa mostrata in figura, il trasduttore di temperatura 8 à ̈ montato su un supporto verticale 9 che alloggia, oltre al trasduttore, un circuito elettronico (non visibile) per l’elaborazione del segnale elettrico generato dal sensore. Preferibilmente, il circuito elettronico à ̈ un chip per il condizionamento del segnale che amplifica e preferibilmente digitalizza le tensioni generate, in generale di valore molto piccolo. L’elaborazione del segnale può utilizzare dei parametri di taratura impostati dal produttore e memorizzati nel chip per calcolare la temperatura. Il chip à ̈ collegato elettricamente ad un’unità di controllo, ad esempio una CPU (Computer Programmable Unit), non indicati in figura, che elabora i dati ottenuti e, preferibilmente, fornisce su un display 11, quale un display LCD, l’indicazione della misurazione della temperatura. In questo modo, durante la fase di riscaldamento e montatura, l’operatore può controllare la temperatura del latte e aumentare o ridurre il getto di vapore o vapore/aria per mezzo della valvola a saracinesca 2 al fine di raggiungere o mantenere un valore di temperatura prestabilito, ad esempio circa 70°C per un latte molto schiumato, oppure di circa 80°C per un latte moderatamente montato.

Nella forma realizzativa di figura 1, il supporto verticale 8 à ̈ fissato ad una parete verticale 13 dello chassis 12 del dispositivo. L’altezza del trasduttore 8 rispetto alla base 10 dello chassis, ed in generale rispetto all’estensione verticale del recipiente, à ̈ selezionata in modo che la regione superficiale del recipiente misurata corrisponda almeno per una sua porzione principale alla regione del recipiente in contatto termico con il latte.

Nelle forme di realizzazione preferite il trasduttore di temperatura senza contatto à ̈ un termometro ad infrarossi. Ad esempio, può essere utilizzato un termometro ad infrarossi MLX90614 prodotto dalla Melexis Semiconductors.

Il principio di funzionamento di un termometro ad infrarossi à ̈ di per sé noto. Brevemente, le radiazioni emesse da un corpo caldo, i.e. raggi infrarossi, hanno una lunghezza d’onda che varia in funzione della temperatura della superficie dell’oggetto. Il termometro cattura i raggi infrarossi emessi che vengono focalizzati, attraverso un sistema ottico di misura, su di un sensore ad infrarossi che provvede a trasformarli in un segnale elettrico analogico. In particolare, il sensore ad infrarossi rileva la lunghezza d’onda della radiazione catturata e da essa à ̈ possibile ricavare la temperatura. Tipici termometri esistenti in commercio permettono la misura della temperatura senza contatto in modo rapido e con una accuratezza che può essere anche elevata, dell’ordine del decimo di grado.

La regione spaziale, generalmente di forma circolare, dalla quale viene catturata l’energia emessa viene indicata con campo di vista (FOV, “field of view†). E’ opportuno che la regione da misurare sia maggiore del FOV per evitare che la temperatura misurata sia una media tra la temperatura della regione di interesse e la temperatura “esterna†, ad esempio di superfici circostanti a quelle del contenitore di liquido o dell’ambiente. La figura 2 à ̈ uno schema semplificato che illustra il campo di vista (FOV) di un termometro ad infrarossi 30. Il FOV à ̈ una sezione circolare 32 in un cono di misura 31 che à ̈ definito dal rapporto tra la distanza di misura e il diametro della regione circolare di misura. Secondo il cono di misura, il campo di vista sarà maggiore quanto maggiore à ̈ la distanza tra la superficie di misura e la superficie di raccolta della radiazione del termometro.

Preferibilmente, il recipiente à ̈ posizionato ad una distanza predeterminata dalla superficie del trasduttore che cattura la radiazione, nel seguito indicata come superficie di raccolta, dove la distanza à ̈ definita lungo una direzione sostanzialmente perpendicolare alla superficie da misurare.

In una forma realizzativa, la distanza tra la superficie irraggiante e la superficie di raccolta del trasduttore à ̈ compresa tra 0,5 cm e 10 cm, preferibilmente tra 1 cm e 8 cm.

Nelle forme di realizzazione preferite, come quelle mostrate nelle figure 1 e 3, la temperatura del latte à ̈ determinata dalla rilevazione della temperatura della superficie esterna del recipiente che lo contiene.

Ciascun materiale à ̈ caratterizzato da un valore di emissività, e, definita come il rapporto tra l’energia spettrale emessa da un oggetto e quella del corpo nero alla stessa temperatura, che si assume essere uguale a 1. All’interno dello stesso materiale, ad esempio acciaio, l’emissività può assumere dei valori che variano da 0,09 a 0,96, a seconda di una pluralità di fattori, quali la lucentezza (opacità) della superficie, la sporcizia depositata sulla superficie o trattamenti superficiali.

In considerazione del fatto che la potenza della radiazione emessa dall’oggetto da misurare à ̈ proporzionale al prodotto e×T<4>, dove T à ̈ la temperatura, à ̈ preferibile selezionare dei recipienti aventi una superficie di materiale che esibisce un valore di emissività relativamente elevato, ad esempio maggiore di 0,7.

In una forma realizzativa preferita, il recipiente à ̈ di acciaio la cui superficie esterna à ̈ rivestita da uno strato sottile di materiale plastico termo-conduttivo. In un’altra forma realizzativa, il recipiente à ̈ realizzato in materiale plastico termo-conduttivo. Ad esempio, il recipiente può essere fatto in solfuro di polifenilene, quale il CoolPoly® D5108. In una ulteriore forma realizzativa, il contenitore à ̈ in acciaio con la superficie rivestita di un sottile strato di acciaio inox nero satinato. Una vernice per il rivestimento della superficie esterna di un contenitore in metallo (e.g. acciaio o alluminio) può essere utilizzata per aumentare il valore dell’emissività. A tale scopo può essere utilizzata una verniciatura a polveri nera, opaca, per uso alimentare con valori di e pari a 0,93-0,98 e applicata con uno spessore di circa 0,1 mm. Infine, un ulteriore esempio di materiale superficiale per il recipiente à ̈ alluminio anodizzato (e=0,84).

In una forma realizzativa alternativa, non mostrata nelle figure, la temperatura del latte à ̈ determinata dalla rilevazione della temperatura della superficie esterna del liquido contenuto nel recipiente, per mezzo di un trasduttore di temperatura senza contatto disposto superiormente alla e in prossimità della superficie esterna del liquido.

La figura 3 mostra una vista parziale prospettica di un dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte secondo una ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione. Il dispositivo può essere parte di una macchina di caffà ̈ atta a preparare bevande calde quali il latte macchiato e il cappuccino. Il dispositivo 15 comprende una lancia vapore 18 che termina con un’estremità aperta 24 per l’erogazione del vapore ed eventualmente di aria compressa in un recipiente contenente latte, non mostrato in figura per una migliore chiarezza dei rimanenti dettagli. Il dispositivo comprende un elemento di alloggio 20 per l’alloggio del recipiente contenente latte che include una base di appoggio 23, comprende una superficie di appoggio, e una porzione rialzata che comprende una parete verticale 22. Sulla tale parete verticale à ̈ disposto un trasduttore di temperatura senza contatto 21, che può ad esempio essere montato nella porzione rialzata dell’elemento 20. Quando il recipiente à ̈ posizionato sulla base di appoggio 23, la parete verticale 22 e quindi il trasduttore di temperatura si trova in prossimità di almeno una porzione di superficie del recipiente per la misurazione della temperatura del latte contenuto nel recipiente. Il posizionamento verticale del trasduttore rispetto alla superficie della base di appoggio à ̈ preferibilmente selezionato in modo che la regione di misurazione sia collocata nella parte inferiore del contenitore che con maggiore probabilità à ̈ riempita dal liquido da scaldare. Nella forma realizzativa mostrata in figura, la parete verticale 22 à ̈ concava verso l’esterno per facilitare l’inserimento ed il centraggio rispetto al cono di lettura di recipienti cilindrici o bricchi di forma arrotondata. Tuttavia, la forma della parete verticale non deve essere intesa come limitativa. In generale, la struttura mostrata dell’elemento di alloggio può avere forme diverse, ad esempio essere un semplice elemento di supporto collocato sulla parete verticale dello chassis del dispositivo, in modo analogo a quanto descritto con riferimento alla figura 1.

Il dispositivo della figura 3 à ̈ di tipo automatico, nel quale il riscaldamento e la montatura del latte sono gestiti da un’unità di controllo, quale una CPU programmabile (non mostrato in figura).

In una forma preferita, il trasduttore di temperatura 21 à ̈ un termometro ad infrarossi che raccoglie la radiazione emessa alla regione di misura del recipiente per essere rilevata da un sensore ad infrarossi che genera un segnale analogico contenente l’informazione sulla temperatura rilevata. Il sensore ad infrarossi à ̈ collegato elettricamente ad un chip elettronico di elaborazione del segnale, del tipo descritto in precedenza. Il segnale amplificato, digitalizzato ed eventualmente filtrato per eliminare il rumore elettrico, à ̈ inviato alla CPU per il controllo della temperatura. Se la temperatura rilevata si discosta da una temperatura prestabilita, ad esempio selezionata dall’operatore per mezzo di un pulsante esterno 17 collegato alla CPU, un sistema di controllo collegato alla CPU agisce sul flusso vapore, oppure su una miscela di vapore e aria compressa, che sono convogliati sulla lancia vapore in modo da riportare la temperatura al valore prestabilito. In una forma realizzativa, l’erogazione di vapore può arrestarsi automaticamente quando la temperatura prestabilita à ̈ stata raggiunta o à ̈ stata mantenuta per un periodo di tempo prestabilito. Poiché tipicamente il flusso di vapore à ̈ convogliato da una caldaia attraverso un condotto di vapore connesso alla lancia, il sistema di controllo può agire su una valvola regolabile, collegata alla CPU, in modo da regolare il flusso che arriva alla lancia. Nel caso di riscaldamento e montatura del latte con una miscela di aria compressa e vapore, l’aria compressa generata da una sorgente di aria compressa, quale una pompa a motore, viene immessa in un condotto di aria compressa anch’esso connesso con la lancia. Il condotto può essere provvisto con una valvola di apertura e chiusura regolabile collegata alla CPU, in modo da regolare il flusso di aria compressa che confluisce nella lancia assieme al vapore. In questo modo, il rapporto tra flusso di vapore e flusso d’aria può essere controllato e, se necessario, regolato.

Il dispositivo di figura 3 può essere provvisto di un display 16 per la visualizzazione della temperatura rilevata dal trasduttore di temperatura.

In una forma realizzativa, sulla parete verticale 22 sono disposti due trasduttori di temperatura senza contatto ad una certa distanza laterale l’uno dall’altro, ad esempio disposti simmetricamente rispetto al centro della superficie di appoggio. In questo caso, i segnali generati dai due trasduttori sono inviati ad un rispettivo chip elettronico (oppure ad un unico chip elettronico) che li fornisce alla CPU. La CPU riceve quindi due misurazioni di temperatura e può farne una media al fine di ottenere un valore più accurato della temperatura del latte.

In una diversa forma di realizzazione (non mostrata nelle figure), il dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte comprende una lancia vapore che riceve un flusso di vapore e include un ingresso per l’aspirazione dell’aria e una camera di depressione, nella quale il latte entra e viene miscelato al vapore e all’aria aspirata per effetto Venturi. Ad titolo d’esempio, la lancia vapore può essere del tipo descritto in US 4,735,133.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il riscaldamento e la montatura del latte comprendente: - una superficie di appoggio per alloggiare un recipiente contenente latte; - una lancia vapore provvista di una estremità aperta atta ad essere immersa nel recipiente, e - almeno un trasduttore di temperatura senza contatto disposto in prossimità della superficie di appoggio per la rilevazione della temperatura del latte quando contenuto nel recipiente.
2. 2. Il dispositivo della rivendicazione 1, nel quale l’almeno un trasduttore di temperatura comprende un sensore ad infrarossi.
3. 3. Il dispositivo della rivendicazione 2, nel quale la rilevazione della temperatura del latte avviene tramite rilevazione della temperatura di almeno una porzione della superficie esterna del recipiente.
4. 4. Il dispositivo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, nel quale sulla lancia vapore à ̈ disposta una valvola a saracinesca regolabile manualmente per la regolazione del flusso di vapore convogliato lungo la lancia vapore.
5. 5. Il dispositivo della rivendicazione 4, comprendente inoltre una unità di controllo collegata con il trasduttore di temperatura ed un display collegato all’unità di controllo per la visualizzazione della temperatura rilevata.
6. 6. Il dispositivo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, comprendente inoltre un condotto di vapore connesso alla lancia vapore per l’immissione di un flusso di vapore nella lancia, una unità di controllo collegata con l’almeno un trasduttore di temperatura e primi mezzi di controllo del flusso di vapore introdotto nella lancia, detti primi mezzi di controllo essendo collegati all’unità di controllo per regolare automaticamente la temperatura del latte regolando il flusso di vapore.
7. 7. Il dispositivo della rivendicazione 6, comprendente inoltre un condotto di aria compressa connesso alla lancia vapore o al condotto vapore a monte della lancia vapore e secondi mezzi di controllo del flusso di aria compressa, detti secondi mezzi essendo collegati all’unità di controllo per regolare automaticamente il grado di montatura del latte regolando il flusso d’aria compressa.
8. 8. Metodo per il riscaldamento e la montatura del latte comprendente: - posizionare un recipiente contenente latte da riscaldare su una superficie di appoggio, il recipiente avendo una superficie esterna; - introdurre un flusso di vapore all’interno del latte contenuto nel recipiente per mezzo di un’estremità aperta di una lancia vapore, e - misurare senza contatto la temperatura del latte per mezzo di un trasduttore di temperatura senza contatto posizionato in prossimità della superficie esterna del recipiente, ad una distanza tale da consentire la misurazione della temperatura di una porzione di misurazione della superficie esterna del recipiente.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, nel quale trasduttore di temperatura comprende un sensore ad infrarossi e il misurare senza contatto la temperatura comprende rilevare la radiazione emessa dalla porzione di misurazione della superficie esterna del recipiente.