ITPD20100093A1 - Metodo di controllo della concentrazione di un componente di una miscela gassosa ricircolata in una camera di cottura, particolarmente in forni di cottura di alimenti. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un metodo di controllo della concentrazione di un componente di una miscela gassosa in una camera di cottura per forni di cottura di alimenti, avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n. 1.

Nel settore tecnico di pertinenza à ̈ noto prevedere la misurazione di alcuni parametri correlati con i processi di cottura al fine di controllare detti processi all’interno della camera di cottura di un forno. Fra questi parametri vi sono la temperatura della camera, la pressione e la concentrazione di vapore acqueo, normalmente significativi per il processo di cottura desiderato. Per la misurazione della concentrazione di vapore acqueo à ̈ noto l’impiego di sensori inseriti nella camera di cottura che sfruttano la correlazione tra detto parametro ed altri parametri misurabili. Ad esempio sono noti sensori che sfruttano il differenziale di pressione misurabile tra l’ingresso e l’uscita della palettatura della ventola disposta all’interno della camera di cottura. Poiché il differenziale di pressione à ̈ correlato alla densità dell’aria che varia da aria secca al 100% di vapore acqueo, à ̈ possibile misurare la percentuale di vapore presente. Un altro esempio à ̈ costituito da dispositivi misuratori dell’ossigeno presente nella massa di aria all’interno del forno, mediante sonde opportunamente calibrate per tali misurazione.

Un principale limite nell’utilizzo di mezzi sensori della concentrazione di vapore all’interno della camera di cottura à ̈ costituito dalle condizioni di temperatura raggiungibili nei processi di cottura che possono comprometterne la funzionalità o addirittura impedirne l’impiego. Questi sensori infatti sono predisposti per funzionare in ambienti con temperature massime ben inferiori a quelle massime raggiungibili all’interno della camera. Inoltre la presenza di grassi di cottura all’interno della camera rende difficoltosa e poco affidabile la misurazione mediante tali sensori.

Un altro metodo per il controllo della concentrazione di vapore acqueo all’interno della camera di cottura à ̈ noto da US 6662628. Il metodo ivi descritto prevede di correlare lo scorrimento di un motore asincrono, che conduce in rotazione un mezzo di ventilazione dell’aria all’interno della camera di cottura, con la concentrazione di vapore acqueo. Infatti, la variazione del carico resistente sul motore dovuta alla densità dell’aria che varia in funzione della concentrazione di vapore in essa contenuto e della temperatura, determina una variazione della velocità del motore, correlabile allo scorrimento inteso quale differenza tra la velocità di sincronismo del motore asincrono e la velocità assunta dal motore per effetto del carico resistente.

Questa variazione à ̈, in generale dipendente dalle caratteristiche del motore, della ventola, della tensione e frequenza di alimentazione, della temperatura nonché della concentrazione di vapore acqueo, e nella maggior parte dei casi risulta o troppo grande o troppo piccola rispetto alla velocità ideale e desiderabile per la cottura, tutto ciò rendendo poco affidabile e precisa l’applicazione del metodo nell’ottica di un controllo della concentrazione di vapore al fine di raggiungere una migliore qualità di cottura.

Scopo principale dell’invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un metodo di controllo della proporzione di un componente di una miscela gassosa all’interno delle camere di cottura di forni per alimenti, concepito così da consentire il superamento dei limiti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata. Questo scopo à ̈ raggiunto dall'invenzione mediante un metodo di controllo realizzato in accordo con le rivendicazione accluse.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di un suo preferito esempio di attuazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alla unica figura acclusa in cui à ̈ mostrata una vista schematica di un forno di cottura predisposto per l’applicazione del metodo secondo l’invenzione.

Con riferimento alla figura citata, un metodo di controllo della concentrazione di vapore acqueo secondo l’invenzione à ̈ applicabile ad un forno di cottura per alimenti, contrassegnato con 1 e solo schematicamente rappresentato in figura.

Il forno 1 à ̈ provvisto di una camera di cottura 2 all’interno della quale sono accoglibili gli alimenti da assoggettare a cottura. Detta camera à ̈ delimitata da pareti 2a definenti una imboccatura del forno chiudibile mediante una porta 3 di accesso alla camera per l’introduzione e l’estrazione dei cibi di cottura. Il forno à ̈ provvisto di mezzi di generazione del calore, non rappresentati, ad esempio includenti resistenze elettriche ovvero uno scambiatore di calore collegato ad un bruciatore a gas combustibile. Per effettuare la ricircolazione di aria all’interno della camera di cottura à ̈ altresì prevista una ventola 4, azionata in rotazione da un motore elettrico 5, disposta all’interno della camera di cottura, la cui funzione à ̈ quella di indurre una circolazione forzata di aria idonea a garantire lo scambio termico per convezione idoneo al processo di cottura prescelto. Mezzi per generare vapore acqueo o per diminuire la sua concentrazione (non rappresentati) sono altresì previsti, ad esempio mediante il convogliamento di acqua all’interno della camera di cottura al fine di aumentare la concentrazione di vapore acqueo idonea al processo di cottura o mediante l’introduzione di aria ambiente all’interno della camera di cottura al fine di diminuirne la concentrazione.

Il forno à ̈ alimentato alla prefissata frequenza e tensione di rete, rispettivamente indicate con Fre Vr.

Il motore 5 à ̈ scelto come motore asincrono, avente pertanto una velocità di sincronismo nota ed à ̈ provvisto di un dispositivo di alimentazione elettrica del motore, indicato con 6 e solo schematicamente raffigurato, con il quale à ̈ possibile alimentare il motore con una tensione V di alimentazione per ottenere una prefissata velocità di rotazione, come apparirà chiaramente nel seguito. Nel dispositivo à ̈ previsto un misuratore 6a di tensione V o di grandezze ad essa correlata (ad esempio il taglio di fase) ed un misuratore 5a di velocità di rotazione del motore.

Con 7 à ̈ indicato un sensore di temperatura per rilevare la temperatura all’interno della camera di cottura.

Qualora la camera di cottura sia aperta verso l’esterno, in essa tende a prevalere la pressione atmosferica, detta pressione dipendendo sostanzialmente dalla altitudine alla quale si trova il forno, ed à ̈ pertanto da considerarsi conosciuta o comunque determinabile. In alternativa à ̈ possibile prevedere, se opportuno, un sensore di pressione disposto all’interno della camera di cottura.

Con 8 Ã ̈ globalmente indicato un apparato di elaborazione dati, quale un computer o una centralina di controllo a microprocessore, nel quale vengono elaborati i dati rilevati dai sensori anzidetti e tramite algoritmi opportuni vengono ottenuti, in uscita, i valori dei parametri necessari per controllare la concentrazione C di vapore acqueo nella camera di cottura con il metodo descritto in dettaglio nel seguito.

Nella descrizione che segue si farà riferimento all’aria quale miscela gassosa e alle modalità per controllare la concentrazione di vapore acqueo, quale componente della miscela, presente nell’aria all’interno della camera.

Il metodo secondo il trovato si basa sul concetto che la velocità di rotazione della ventola (e quindi del motore), la quale interagisce con la miscela gassosa ricircolata all’interno della camera di cottura, si può assumere che sia una funzione della geometria del forno, delle caratteristiche del motore, della pressione, della temperatura, della tensione, della frequenza di alimentazione del motore nonché della concentrazione di vapore acqueo. In ragione infatti della diversa densità dell’aria, che varia con la percentuale di vapore acqueo in essa presente e della temperatura, il carico resistente sulla ventola varia in modo correlato, sulla base dei parametri anzidetti.

In un primo esempio di attuazione del metodo à ̈ previsto innanzitutto di ricavare delle curve che mettano in relazione la tensione V con la temperatura T e la concentrazione C di vapore a frequenza e pressione costanti nonché per un prefissato valore della velocità.

Secondo il metodo viene innanzitutto rilevata la temperatura T’ dell’aria all’interno della camera. Viene quindi variata la tensione di alimentazione V del motore (a frequenza costante ad es. uguale a quella di rete) per mantenere la velocità n di rotazione del motore ad un valore prefissato n’. Si procede quindi alla misura della differenza fra la tensione di rete Vr, con la quale à ̈ alimentato il motore, e la tensione V’ con la quale il motore gira alla velocità n’. Questa differenza (Vr-V’), la temperatura T’ e la pressione nota (ad es. quella atmosferica) dipendono dalla concentrazione C’ del vapore acqueo nella miscela d’aria. Se ad esempio si crea una condizione di aria sostanzialmente secca all’interno della camera vengono ottenuti valori di tensione V’, temperatura T’, e velocità n’ corrispondenti ad una concentrazione di vapore C’ pari sostanzialmente allo 0%. Se ad esempio si crea nella camera una condizione di aria sostanzialmente satura di vapore si ottengono valori V’’, T’ ed n’’ corrispondenti ad una concentrazione C’’ di vapore pari al 100%.

Per determinare i valori compresi tra lo 0% ed il 100% à ̈ possibile procedere con tecniche di interpolazione fra i valori estremi anzidetti, lineari o meno, oppure si creano condizioni intermedie fra 0% e 100% di concentrazione di vapore d’acqua e si ripete quanto sopra.

Con tale metodo à ̈ quindi possibile ottenere al variare della temperatura T, sequenze di valori ovvero diagrammi (ottenuti con prescelte interpolazioni) in cui la tensione V di alimentazione del motore à ̈ una funzione correlata con la temperatura T della camera ad una prefissata velocità n del motore 5, questi valori essendo correlati ad una certa concentrazione C di vapore acqueo presente nella camera.

Questi diagrammi possono quindi essere impiegati per valutare, in una determinata condizione operativa del forno, durante il suo funzionamento, il valore della concentrazione di vapore acqueo, per confrontarlo con valori desiderati e regolare di conseguenza la concentrazione di vapore all’interno della camera in base al confronto ottenuto.

In questa fase infatti à ̈ possibile, conoscendo la tensione di alimentazione ad una prefissata velocità del motore, e la temperatura T della camera, valutare, usando i diagrammi anzidetti, il valore di concentrazione C di vapore con il quale procedere al controllo del medesimo in funzione di un valore desiderato.

Questa sequenza di operazioni di calcolo à ̈ implementata con un appropriato algoritmo in un programma residente nell’unità 8 di elaborazione dati, in cui vengono memorizzate le sequenze ovvero i diagrammi ottenuti in precedenza ed i valori desiderati di concentrazione di vapore unitamente agli altri parametri (temperatura, tempo e velocità) dei processi di cottura prescelti.

Il metodo può altresì prevedere la sequenza di fasi sopra descritte, ripetute al variare della temperatura T, mantenendo ad esempio la velocità n del motore costante (e pari ad un valore prefissato), questa modalità privilegiando la costanza della velocità del motore e quindi della ventola, che può rappresentare la scelta più opportuna per certi processi di cottura.

In alternativa si può prevedere che la sequenza di fasi del metodo venga ripetuta al variare della temperatura T, facendo variare altresì la velocità n del motore, e preferibilmente all’aumentare della temperatura T venga aumentato il valore prefissato della velocità n della ventola. Una proporzionalità lineare fra temperatura T e velocità n può rappresentare una delle possibili scelte. Con questa modalità à ̈ invece privilegiata la costanza dello scambio termico all’aumentare della temperatura, scelta che può essere più opportuna per altri prescelti processi di cottura.

Si fa notare che la misura della differenza di tensione (Vr-V’) per un certa prefissata velocità n’ del motore può essere ottenuta mediante una misura del taglio di fase con cui si alimenta il motore 5 (ad una velocità inferiore a quella di sincronismo), sfruttando la correlazione fra tensione e taglio di fase.

Qualora inoltre si scelga di variare la tensione V di alimentazione del motore, à ̈ inteso che la frequenza F resti costante, ad esempio uguale a quella fornita dalla rete elettrica. In questo caso, la tensione di alimentazione del motore può essere variata, in alternativa o in combinazione con il taglio di fase, mediante alimentazione di una o più resistenze elettriche (non rappresentate) poste in serie agli avvolgimenti del motore. In alternativa ovvero in combinazione al taglio di fase e alle resistenze elettriche aggiuntive, può essere altresì previsto di alimentare il motore con la tensione di uscita di un trasformatore (o autotrasformatore) ad una o più uscite. Il dispositivo 6 di regolazione della velocità può inoltre essere concepito con una combinazione di una o più delle modalità anzidette previste per variare la tensione di alimentazione del motore, a frequenza costante.

E’ altresì possibile prevedere di variare la frequenza F del motore 5 per mantenere la velocità n dello stesso ad un valore prefissato, come insegnato dal metodo dell’invenzione. Ad esempio può essere previsto che il dispositivo 6 comprenda un inverter per ottenere una frequenza F di uscita variabile, a tensione V costante, con cui alimentare il motore. Si può anche prevedere che l’inverter fornisca una tensione ed una frequenza di uscita entrambe variabili. Il metodo di controllo della concentrazione di vapore secondo il trovato raggiunge così gli scopi proposti conseguendo numerosi vantaggi rispetto alle soluzioni note.

Un vantaggio à ̈ legato al fatto che grazie al metodo del trovato vengono superati i limiti riscontrati nell’utilizzo di sensori di umidità noti da collocare all’interno della camera di cottura, limiti dovuti alle alte temperature raggiunte nel processo di cottura che ne possono compromettere la funzionalità ovvero impedirne l’impiego.

Un altro vantaggio à ̈ che il metodo rivendicato permette di valutare la concentrazione di vapore e regolarla di conseguenza e di garantire il mantenimento dei valori desiderati, soprattutto la velocità di rotazione, tenendo conto dell’andamento della variazione dei parametri di cottura che si hanno normalmente nei processi di cottura, migliorando così la qualità finale ottenibile da tali processi.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il controllo della concentrazione di un componente gassoso di una miscela gassosa, detta miscela essendo ricircolata da un mezzo di ventilazione in una camera di cottura di un forno, per la cottura di alimenti in detta camera, detto forno essendo alimentato ad una prefissata frequenza e tensione di rete, detto mezzo di ventilazione essendo condotto da un motore elettrico asincrono con velocità di sincronismo nota, detta miscela gassosa essendo assoggettata in detta camera ad una pressione nota, caratterizzato dalle fasi di: rilevare la temperatura della miscela gassosa nella camera di cottura, variare la tensione o la frequenza di alimentazione del motore per mantenere la velocità di rotazione del motore ad un valore prefissato, misurare la differenza fra la tensione o frequenza di rete con la quale à ̈ alimentato il motore e la tensione o, rispettivamente, la frequenza di alimentazione del motore a detta velocità prefissata, usare detta differenza di tensione ovvero detta differenza di frequenza, detta temperatura e detta pressione nota per determinare la concentrazione di detto componente nella miscela, confrontare la concentrazione del componente determinata con un valore di concentrazione desiderato e, regolare la concentrazione di detto componente nella camera di cottura in base al confronto effettuato.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto componente à ̈ vapore acqueo e detta miscela gassosa à ̈ aria.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la velocità prefissata del motore à ̈ ottenuta con taglio di fase della tensione di alimentazione del motore, a frequenza costante.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detta misura della differenza di tensione à ̈ ottenuta tramite misura del taglio di fase, sulla base della correlazione esistente fra tensione e taglio di fase.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la velocità prefissata del motore à ̈ ottenuta alimentando una o più resistenze elettriche poste in serie agli avvolgimenti del motore, a frequenza costante.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la velocità prefissata del motore à ̈ ottenuta alimentando detto motore con la tensione in uscita di un trasformatore ad una o più uscite, con frequenza costante.
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la velocità prefissata del motore à ̈ ottenuta mediante una combinazione di due o più delle fasi secondo le rivendicazioni da 3 a 6, a frequenza costante.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la velocità prefissata del motore à ̈ ottenuta alimentando detto motore con la frequenza variabile in uscita da un dispositivo inverter, con tensione costante.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la velocità prefissata del motore à ̈ ottenuta alimentando detto motore con frequenza e tensione variabili in uscita da un dispositivo inverter.
10. 10. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il valore prefissato della velocità del motore viene mantenuto costante al variare della temperatura.
11. 11. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il valore prefissato della velocità del motore varia al variare della temperatura.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui il valore prefissato della velocità aumenta all’aumentare della temperatura.