ITUB20154123A1

ITUB20154123A1 - Metodo di comando di un ozonizzatore in banchi frigoriferi per la conservazione ed esposizione di alimenti freschi.

Info

Publication number: ITUB20154123A1
Application number: ITUB2015A004123A
Authority: IT
Inventors: Carlo Corbino
Original assignee: Arneg
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-04-06
Also published as: WO2017060838A1

Description

METODO DI COMANDO DI UN OZONIZZATORE IN BANCHI

FRIGORIFERI PER LA CONSERVAZIONE ED ESPOSIZIONE DI

ALIMENTI FRESCHI

La presente invenzione si riferisce a un metodo per la regolazione e controllo di un ozonizzatore istallato in banchi frigoriferi per la conservazione ed esposizione di prodotti alimentari freschi.

L'ozono è un allotropo dell'ossigeno caratterizzato da un elevato potere ossidante che gli conferisce una spiccata attività microbicida.

Per sua natura l'ozono non è stabile sul lungo periodo e quindi non può essere prodotto e commercializzato in bombole come accade per gli altri gas industriali.

Questo svantaggio porta al fatto che l'ozono deve essere necessariamente preparato al momento dell'utilizzo attraverso apparecchi detti ozonizzatori. Il principio di generazione dell'ozono prevede, secondo diverse modalità, la dissociazione dell'ossigeno molecolare e la formazione intermedia di radicali di ossigeno, che reagiscono con 1' ossigeno. Le principali modalità di formazione dell'ozono sono:

• radiazione UV (via fotochimica);

• per via elettrolitica;

• per effetto di una scarica elettrica (effetto corona);

• mediante la tecnologia del "plasma freddo".

Le prime applicazioni industriali dell'ozono riguardano la disinfezione chimica dell'acqua e nei processi di depurazione dei reflui. Esso viene dì norma utilizzato in fase gassosa o liquida nel trattamento post-raccolto di prodotti ortofrutticoli o come agente conservante negli ambienti di stoccaggio e conservazione. Diversi studi hanno comprovato come l'ozono si dimostri efficace nel prolungare significativamente la "shelflife" e ridurre la carica microbica indesiderata di frutta e vegetali, quali frutti di bosco, uva da tavola, peperoni, pomodoro, e di altra natura inclusi prodotti ittici, carne e pollame. L'azione microbicida dell'ozono viene espletata mediante la capacità del composto di compromettere in modo permanente le componenti cellulari vitali dei microrganismi {DNA, enzimi e proteine) mediante danno ossidativo, senza per altro rilasciare alcun tipo di residuo chimico potenzialmente pericoloso per la salute del consumatore.

L'impiego simultaneo di ozono e refrigerazione è una delle applicazioni congiunte più interessanti per i fini di una corretta conservazione e controllo della qualità igienico-sanitaria degli alimenti. L'azione microbicida dell'ozono si trova, infatti, coadiuvata dal potere batteriostatico e preservante del freddo. Sulla base dei suddetti vantaggi dell'utilizzo dell'ozono nel settore alimentare, la Richiedente ha condotto una serie di test su prototipi di banco refrigerato per la conservazione ed esposizione di alimenti non imballati e ha verificato che molteplici sono i benefici derivanti da tale applicazione.

I vantaggi risultano di particolare rilevanza nel caso in cui nel banco refrigerato venga conservata carne fresca non confezionata.

I test condotti hanno infatti evidenziato non solo la capacità dell'ozono di sanificare tutte le superfici in cui la carne viene a contatto, ma anche il fatto che l'ozono svolge un'azione antibatterica che garantisce una durata di conservazione dell'alimento maggiore del 40% rispetto alle condizioni di conservazioni standard. Uno dei maggiori problemi dei banchi refrigerati per la conservazione della carne fresca, è quello di riuscire a mantenere la carne ben conservata per tempi relativamente lunghi (maggiori di 24h) per cui generalmente i banchi vengono sempre svuotati a fine giornata perché altrimenti la carne si ossiderebbe e sarebbe invendibile. Con l'ozonizzatore invece sarebbe possibile aumentare di molto il periodo di conservazione evitando quindi lo svuotamento del banco con tutti gli oneri in termini di tempi e di costi che ciò comporterebbe ,

Tuttavia la Richiedente ha verificato anche che gli apparati standard oggi noti per generazione ozono quando installati nel banco refrigerato perdono la loro capacità di controllo con conseguente scarsa attendibilità del risultato.

La problematica che si presenta infatti è che la misura e il relativo dosaggio di ozono all'interno del volume refrigerato non sono attendibili in termini di quantità di ozono erogata che si potrebbe attestare su valori medi ampiamente superiori ai limiti imposti per legge. Tutto questo nonostante l'apparecchiatura sia programmata per stare ben al di sotto di detti valori. Indagando ulteriormente la Richiedente ha verificato che problema risiede nei limiti imposti dalla tecnologia costruttiva del sensore di misura della concentrazione dell'ozono che comanda in retroazione il generatore di ozono.

Questo avviene in particolare perché a temperature inferiori a 5°C l'andamento del segnale in uscita dal sensore non è più lineare nonché per il fatto che l'umidità in determinati stati di funzionamento del banco pregiudica la capacità del sensore di effettuare misure attendibili,

Tale componente, oltre ad essere come sopra riportato molto sensibile alle variazioni di temperatura e umidità che si verificano continuamente all'interno di un banco refrigerato per cui la precisione di misura risulta essere molto variabile, soffre di altri inconvenienti .

Infatti il sensore è dotato di una membrana protettiva in teflon particolarmente sensibile agli agenti pulenti, come in particolare l'alcool e altri derivati del petrolio.

Tali agenti anche in modiche concentrazioni annullano la capacità di lettura del sensore e spesso a livelli anche modesti lo danneggiano in modo irreversibile. Il tradizionale sistema di controllo utilizzato dall'apparecchio standard, di tipo PID, non è quindi in grado di rispondere adeguatamente alle variabili di funzionamento del banco che, per sua caratteristica (è un banco aperto), non si trova mai ad operare in condizioni di regime stazionario.

A partire da tale tecnica nota lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo per il controllo di un ozonizzatore istallato in banchi frigoriferi per la conservazione ed esposizione di alimenti freschi che sia in grado di risolvere i problemi precedentemente descritti.

Le caratteristiche e i vantaggi di un metodo secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- figura 1 mostra la suddivisione degli stati operativi di un banco frigo ove all'interno dei singoli stati sono presenti fasi ad alta e bassa umidità ove il controllo dell'ozonizzatore avviene tramite il sensore o tramite algoritmi che bypassano il sensore medesimo. In generale questi scopi sono stati raggiunti dalla Richiedente grazie ad un innovativo metodo di controllo dell'ozonizzatore ove il normale controllore PID {regolazione tradizionale basata su un modello di tipo analogico) viene sostituito con un opportuno algoritmo matematico basato sulla modellizzazione di un sistema discreto suddiviso fra stati osservabili, nei quali le informazioni ottenute dal sensore sono attendibili, e stati ove la lettura del sensore non è più affidabile. Particolare attenzione si è dovuta porre quindi nel valutare le variazioni del segnale di errore del feedback, considerandone il gradiente ed il suo segno. Si è reso necessario riconsiderare i valori dell'uscita correlandoli ai valori precedenti dell'ingresso e del feedback attuando una modellizzazione di tipo correttivo.

Inoltre si è reso necessario, per garantire il miglior livello di regolazione, aggiungere anche un modello di tipo predittivo che in base ai risultati ottenuti correggesse sia la variabile di errore che la stima della concentrazione di ozono in uscita dalla macchina per ovviare i difetti di lettura sopra evidenziati.

In particolare, in caso di valori di umidità relativa elevati la centralina esclude il sensore per un lasso di tempo variabile o prestabilito e provvede a comandare il generatore di ozono secondo altre logiche. In particolare l'esclusione del sensore dalla funzione di comando del generatore di ozono avviene quando un algoritmo di stima dell'umidità presente nel banco, algoritmo che fa le veci di un sensore di umidità, ritiene che nel banco si sia superato un valore soglia di umidità oltre il quale il comando tramite il sensore di concentrazione di ozono potrebbe portare ad errori. Inoltre, il rischio di danneggiamento del sensore di concentrazione di ozono da contatto con sostanze aggressive è stato risolto togliendo alimentazione al sensore durante le fasi di pulizia e successivamente, prima di riattivarlo, per un periodo di tempo, per esempio di 20 minuti circa, immergendolo in una corrente di ozono. Così facendo l'elevato potere ossidante dell'ozono annulla l'aggressività degli agenti pulenti garantendo la funzionalità del sensore. Come indicato in precedenza l'aspetto inventivo alla base della presente domanda di brevetto prevede la suddivisione delle fasi operative di un banco frigo in stati finiti, identificabili in funzione di temperatura, stima ad algoritmo di umidità nel banco e scopi, per poi individuare all'interno di questi stati dei parametri di controllo dell'ozonizzatore che selettivamente aziona il controllo sulla base del relativo sensore di concentrazione di ozono oppure lo esclude per un lasso di tempo variabile o prestabilito. Il sistema banco refrigerato è stato assimilato ad una macchina a stati finiti, i cui tali stati sono stati definiti come:

a) refrigerazione

b) pausa termostatica

c) defrost

d) pulizia

All'interno di ognuno di questi stati possono essere individuati due sottosistemi, rispettivamente una fase osservabile e raggiungibile tramite uso corretto del sensore, e un sottosistema non raggiungibile all'interno del quale le misure del sensore potrebbero comandare la generazione dell'ozono in modo non corretto.

La non raggiungibilità dei sottosistemi non raggiungibili è dovuta principalmente dall'elevato tasso di umidità relativa che talvolta è presente nei banco frigo.

Poiché tali situazioni di alta umidità sono tuttavia eventi brevi, è possibile riportare il sottosistema instabile e non raggiungibile ad un livello di stabilità e raggiungibilità mediante opportune correzioni. In altre parole in tali situazione, ovvero quando l'algoritmo di stima dell'umidità ritiene che nel banco si sia superato un valore soglia di umidità, si bypassano i dati rilevati dal sensore di concentrazione dell'ozono agendo sull'ozonizzatore tramite particolari algoritmi alternativi.

In questi sotto stati non osservabili è quindi necessario prevedere appositi controlli della concentrazione ozono.

Per il controllo della concentrazione ozono sono previste due possibili gestioni, ugualmente efficaci. La prima prevede la modellizzazione del banco frigorifero in intervalli temporali. In tale caso il controllo presenta una dinamica consolidata per cui la transizione avviene dopo un tempo fisso.

In alternativa il controllo della concentrazione ozono è realizzato in funzione del gradiente di concentrazione dell'ozono quando la curva di concentrazione dell'ozono presenta un gradiente che supera un determinato valore soglia.

Come visibile nel diagramma allegato infatti durante l'uso del banco si alternano stati nei quali selettivamente affidarsi al sensore o bypassarlo a seconda dell'umidità presente nel banco.

Nella prima fase (Al) si procede ad iniziare la refrigerazione e si è in presenza di aria con umidità relativa elevata. In tali condizioni è necessario bypassare il sensore ed azionare l'ozonizzatore con comandi alternativi. Tale stato è mantenuto per circa un minuto.

Dopo tale fase è presente una fase centrale della refrigerazione ove l'aria è secca e consente l'uso del sensore senza incappare in errori di comando.

Raggiunta la temperatura ha inizio la fase di pausa termostatica (Bl) si può prevedere lo stesso comando dell'ozonizzatore a sensore azionato.

Al protrarsi della la fase di pausa termostatica (B2) l'umidità aumenta e il sistema torna ad escludere il sensore per controllo dell'ozonizzatore.

A fine ciclo ha inizio la fase di inizio defrost (Cl) con aria a 5 °C e relativamente umida. Tale fase ha una durata di circa 5'.

La fase successiva è di defrost (C2) con aria molto umida. Durante questa fase (che di solito dura almeno 40') il sensore progressivamente perde di affidabilità e può essere sia disalimentato che alimentato.

Nella parte finale del defrost (C3) con aria satura di umidità e forte rischio condensazione il sensore è completamente cieco e quindi il funzionamento avviene bypassando il sensore medesimo.

Durante la fase finale di pulizia (P) il sensore viene o disattivato manualmente dall'operatore oppure la disattivazione viene programmata tramite opportuno schedulatore, per cui la transizione in questo stato, avviene tramite comando esterno e noto all'algoritmo. Durante tale fase il sensore viene disalimentato e al termine di detta fase l'ozonizzatore è attivo, per esempio per 7', con il sensore ancora disalimentato. Successivamente il sensore viene riattivato in quanto l'ozono prodotto nei precedenti 7' ha degradato le molecole nocive presenti sul sensore.

Per ulteriore cautela la custodia del sensore può essere :

• riscaldata con una resistenza termostatata (es NTC o PTC) al fine di evitare fenomeni di condensa;

• alloggiata con la parte sensibile verso il basso al fine di evitare/ agevolare lo smaltimento di eventuale condensa;

• nel caso di banchi canalizzati alimentata per altri successivi 5' dopo il termine del defrost;

• monitorata in temperatura al fine di poter compensare in modo esatto la deriva in temperatura dello stesso.

Si è così visto che il metodo secondo la presente invenzione realizzano gli scopi in precedenza evidenziati prevedendo, sulla base di opportune stime di umidità ad algoritmo, fasi in cui l'ozonizzatore sia controllato sulla base dei dati misurati dal sensore di concentrazione di ozono e fasi in cui il controllo sia realizzato eludendo il sensore e agendo secondo alternative logiche di comando.

Il metodo della presente invenzione così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali utilizzati, nonché le loro dimensioni, potranno essere di qualsiasi tipo a seconda delle esigenze tecniche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Metodo per il controllo di un gruppo ozonizzatore istallato in un banco frigorifero per la conservazione ed esposizione di alimenti freschi; detto banco frigorifero comprendendo un compressore frigorifero comandato da un sensore di temperatura; detto gruppo ozonizzatore comprendendo una centralina di comando da un lato connessa ad un sensore di misurazione della concentrazione di ozono e da un altro lato connessa ad un generatore di ozono; caratterizzato dal fatto che detto generatore di ozono è comandato in funzione di un algoritmo di stima dell'umidità relativa all'interno di detto banco in modo tale che: - quando il valore di umidità stimato è al di sotto di un valore soglia di umidità detto generatore di ozono è comandato in funzione dei valori misurati da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono; - quando il valore di umidità stimato è sopra a detto valore soglia di umidità detto generatore di ozono è comandato con logiche di comando indipendenti escludendo i valori misurati da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono.
2) Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che al superamento di detto valore soglia di detta umidità relativa stimata detta logica di comando indipendente provvede all'azionamento di detto generatore di ozono secondo intervalli di temo prefissati.
3) Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che al superamento di detto valore soglia di detta umidità relativa stimata detta logica di comando indipendente provvede all'azionamento di detto generatore di ozono in funzione della curva di concentrazione dell'ozono.
4) Metodo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che al superamento di detto valore soglia di detta umidità relativa stimata detta logica di comando indipendente provvede all'azionamento di detto generatore di ozono quando detta curva di concentrazione dell'ozono presenta un gradiente che supera un determinato valore.
5) Metodo secondo una qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto di comprende la fase di refrigerazione in cui detto compressore frigorifero è azionato sino abbassamento della temperatura oltre un valore soglia; all'interno di detta fase di refrigerazione detto generatore di ozono è inizialmente comandato da detta logica di comando indipendente e solo successivamente in funzione dei valori misurati da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono.
6) Metodo secondo una qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto di comprende la fase di pausa termostatica in cui detto compressore frigorifero è spento sino all'innalzamento della temperatura oltre un valore soglia; all'interno di detta fase di pausa termostatica detto generatore di ozono è inizialmente comandato in funzione dei valori misurati da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono e solo successivamente da detta logica di comando indipendente.
7) Metodo secondo una qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto di comprende anche la fase di defrost a partire dalla fase di refrigerazione o di pausa termostatica; detta fase di defrost prevede un prima sotto-fase di controllo del generazione di ozono in funzione del valore di concentrazione di ozono misurato da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono e una successiva seconda sotto-fase in cui detto generatore di ozono è comandato in maniera indipendente dal valore di concentrazione di ozono misurato da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono.
8) Metodo secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che il passaggio da detta prima a detta secondo sotto-fase avviene automaticamente al superamento di un lasso di tempo prestabilito.
9) Metodo secondo una qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto di comprende anche la fase finale di pulizia, detta finale di pulizia prevede un prima sotto-fase di controllo del generazione di ozono in funzione del valore di concentrazione di ozono misurato da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono e una successiva seconda sotto-fase in cui detto generatore di ozono è comandato in maniera indipendente dal valore di concentrazione di ozono misurato da detto sensore di misurazione della concentrazione di ozono.
10) Metodo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che il passaggio da detta prima a detta secondo sotto-fase avviene manualmente oppure automaticamente al superamento di un lasso di tempo prestabilito.