CH672713A5

CH672713A5 -

Info

Publication number: CH672713A5
Application number: CH3030/86A
Authority: CH
Inventors: Karl Joachim-Potschak Mayer; David Newton
Original assignee: Barth Maschf G W
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1989-12-29
Also published as: GB2182234B; IT1197177B; IT8621617A0; IT8621617A1; GB2182234A; GB8625442D0; DE3538352C1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Rösten von ölhaltigen Samen, wie Kakao, Kaffee, Ceralien u.dgl. mit einer in Drehbewegungen versetzbaren Trommel.

Bei den herkömmlichen Röstverfahren mit einer Trommel werden die Samen fast ausschliesslich trocken geröstet, wobei als Medium der Wärmeübertragung ein mechanisch erzeugter Luft- oder Gasstrom verwendet wird. Diesen Vorgang nennt man erzwungene Konvektion. Gewöhnlich wird dabei ein heisser Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit über und durch das Röstgut geführt.

Alle warmen Körper geben Energie in Form von elektromagnetischen Wellen ab. Bei Konvektionsröstern kommt der heisse Luftstrom nicht nur mit dem Röstgut, sondern auch mit anderen Maschinenteilen in Berührung und heizt diese auf. Von den heissen Flächen um das Röstgut herum geht somit ein Teil der Wärmeenergie durch Strahlung auf das Röstgut über. Der Anteil der Strahlung ist aber bei allen Heissluftröstern sehr gering und kann bei der Betrachtung des herkömmlichen Röstverfahrens vernachlässigt werden.

Neben der Konvektion und der Strahlung gibt es noch die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung. Dabei pflanzt sich die Wärme innerhalb eines Stoffes fort, d.h. die Wärme wird von Molekül zu Molekül übertragen. Beim Rösten tritt diese Form der Wärmeübertragung beim Kontakt des Röstgutes mit einer beheizten Fläche auf. Ein Teil der Wärmeenergie wird bei Heissluftröstern also auch durch Wärmeleitung zwischen heissen Maschinenteilen und dem Röstgut übertragen. Ihr Anteil an der Gesamtbilanz der Wärmeübertragung ist aber ebenfalls vernachlässigbar.

Bei der erzwungenen Konvektion läuft der Röstprozess in vier Phasen ab. Die erste Phase ist die reine Oberflächenverdunstung mit einer konstanten Feuchtigkeitsabgabe. Dieser Trocknungsabschnitt dauert so lange an, wie Wasser auf dem Gutinnern durch kapillare Leitung an die Oberfläche nachgeliefert wird. In der zweiten Phase reicht der Flüssigkeitstransport über die Kapillaren nicht mehr aus, um die an der Oberfläche des Röstgutes verdunstete Wassermenge zu ersetzen. Es findet eine teilweise Austrocknung der Oberfläche statt, verbunden mit einer Abnahme der Trocknungsgeschwindigkeit. Im dritten Trocknungsabschnitt, der Phase der Dampfdiffusion, wandert der Trockenspiegel langsam in das Gutinnere. Das Wasser verdunstet jetzt an der Flüssig-lceitsoberfläche der Kapillaren und diffundiert aufgrund des Dampfdruck-Unterschiedes durch die mit Luft gefüllten Poren nach aussen in die Trocknungsluft. Durch die Verschiebung des Trockenspiegels ins Innere des Röstgutes tritt gleichzeitig ein erhöhter Diffusionswiderstand auf und dementsprechend nimmt die Trocknungsgeschwindigkeit ab. In der vierten Trocknungsphase wird das Röstgut hygroskopisch. Diese Phase nimmt die grösste Zeit in Anspruch, denn die Trocknungsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmendem Trocknungsgrad ab.

Die Röstung durch erzwungene Konvektion hat verschiedene Nachteile. Da die äussere Kernschicht des Röstgutes schon gegen Ende der ersten Röstphase auszutrocknen beginnt, kommt es zu einer chemischen und physikalischen Veränderung der Oberflächenschicht. Dabei treten schon in der zweiten Röstphase in der äusseren Randschicht des Kerns Röstprozesse auf, die eine Art Isolierschicht bilden und den weiteren Wärmeaustausch behindern. Es wird daher die optimale Entgasung des Röstgutes verhindert, was sich auf eine Verschlechterung der Aroma- und Geschmacksentwicklung auswirkt. Ausserdem ist bei der Röstung mit erzwungener Konvektion nicht sichergestellt, dass die jeweils richtige Rösttemperatur gleichmässig durch den ganzen Kernquerschnitt erreicht wird.

Wie die DE-OS 2 831 073 zeigt, ist es auch schon bekannt, Kakaobohnen dadurch zu enthülsen, dass man sie einer Infrarot-Bestrahlung in einem Zeitraum von 30 Sekunden bis 180 Sekunden unterwirft, wobei man eine Wellenlänge von 2 (im bis 6 um für die Infrarotstrahlung wählt. Diese Behandlung bewirkt, dass der Pektinklebstoff zwischen der Haut und der Bohne schmilzt, so dass in einer nachfolgenden Würfelmethode die Haut leichter von der Bohne entfernt werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass mit weniger Energieaufwand ein absolut gleichmässiger Röstvorgang durchgeführt werden kann, bei dem das Röstgut vollständig entgast und kontinuierlich geröstet werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist.

Diese Infrarotröstung erlaubt es, innerhalb einer kurzen Zeit eine grosse Energiemenge zu übertragen, ohne das Röstgut zu beschädigen.

Dabei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass der Röstvorgang gegenüber dem konventionellen Röstverfahren nur dann verbessert und beschleunigt werden kann, wenn der Wärmetransport ins Innere des Röstgutes verbes-

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sert werden kann. Bei der schlechten Wärmefähigkeit des Röstgutes geht das nur, wenn die Rösttemperatur wesentlich erhöht und ohne erzwungene Konvektion gearbeitet wird, wie es durch die Infrarotstrahlung ermöglicht ist. Die Leistungsfähigkeit der Infrarotröstung beruht auf dem Zusammenwirken von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich und der Konvektionshitze, die dem Röstgut aber nicht durch einen mechanisch erzeugten Luftstrom zugeführt wird, sondern durch die natürliche Ausbreitung der heissen Konvektionsgase.

Durch die Drehung der Trommel wird das Röstgut in einem kontinuierlichen Fluss durch das Infrarot-Strahlenfeld geführt und zwar für die gesamte Dauer des Durchlaufes, d.h. während des Durchlaufes ist das Röstgut ständig der Wärmestrahlung und der Konvektionshitze ausgesetzt. Der geringe Abstand des Infrarotstrahlers zum Röstgut erlaubt eine grosse Energiekonzentration auf einem kleinen Raum, nämlich auf den Teil der Trommel, der von dem durchlaufenden Röstgut bedeckt ist. Dies lässt sich dadurch optimieren, dass der Infrarotstrahler im Bereich der Drehachse der Trommel so angeordnet ist, dass sein Strahlenfeld in das aufsteigende vorlaufende Umfangsviertel des Trommelquerschnittes gerichtet ist. An dem Infrarotstrahler entstehen Temperaturen von 580° bis 1 150 °C, je nach Druck des Gas-Luft-Gemisches bei einem Gasbrenner.

Es lassen sich jedoch auch Elektrobrenner und Ölbrenner für den Infrarotstrahler verwenden. Entscheidend ist, dass sich der Infrarotstrahler über die gesamte Länge der Trommel erstreckt und dass mit der Drehzahl der Trommel die richtige Verweilzeit des Röstgutes für den Durchlauf durch die Trommel vorgegeben ist. Durch die Drehbewegung der Trommel wird das Röstgut gerade im Strahlenfeld des Infrarotstrahlers in einer Rollbewegung gehalten, die die Durchmischung fördert, was übrigens auch durch den axialen Transport des Röstgutes durch die Trommel bewirkt wird.

Die Wirkung der Infrarotstrahlen beruht auf der Strahlendurchlässigkeit organischer Materialien, die der Wellenlänge der eindringenden Strahlen proportional ist, wobei die Durchlässigkeit mit der Wellenlänge zunimmt. Solche Materialien absorbieren Strahlen mit Wellenlängen von 1,8 bis 3,4 |im.

Die von dem Infrarotstrahler abgegebene Strahlung liegt mit 1,5 bis 4 um bei 580° bis 1 150 °C Brennertemperatur gerade in diesem günstigsten Absorptionsbereich. Dadurch ist es möglich, in kurzer Zeit eine grosse Energiemenge ins Innere des Röstgutes zu transportieren und dieses entsprechend schnell aufzuheizen.

Dieser Wirkung der Infrarotstrahler überlagert sich bei der neuen Anordnung die Wirkung der Konvektionshitze. Die heissen Konvektionsgase treffen mit geringer Geschwindigkeit auf das Röstgut auf. Die Oberflächenverdunstung erfolgt daher mit konstanter Feuchtigkeitsabgabe und das Röstgut bleibt so lange feucht, wie Wasser aus dem Gutinneren durch die Poren an die Oberfläche nachgeliefert wird. Die zum Verdunsten notwendige Energie entzieht das Wasser der Umgebungsluft. Dadurch wird Verdunstungskälte erzeugt, die das Röstgut abkühlt und die Temperatur auf einem festen Wert knapp unter dem Siedepunkt hält. Der kapillare Transport des Kernwassers zur Oberfläche reisst bei der Konvektionshitze nicht ab. Am Ende der Entfeuchtungsphase verdunstet nicht mehr genügend Wasser an der Oberfläche des Röstgutes, um dieses kühl und feucht zu halten. Die Temperatur des Röstgutes steigt rapide an. Da es aber nicht von einem schnellen und heissen Luftstrom umspült wird, verkarstet die Oberfläche des Röstgutes nicht, trotz der hohen Temperatur. Dazu kommt noch, dass das Röstgut ständig durchmischt wird und sich immer nur kurz in der obersten Schicht des Gutes befindet.

Ohne die Verkapselung der äusseren Schichten durch das Verkarsten kann die Hitze durch die offenen Poren schnell in das Gutinnere eindringen. Die offenen Poren spielen bei der Wärmeaufnahme eine wichtige Rolle, da poröses, kapillares Material mehr Energie absorbiert als dicht gepacktes Material mit geschlossenen Poren. In die Kapillaren eindringende Hitze wird fast völlig absorbiert und zwar durch die vielfache Reflexion an den Kapillarwänden.

Um die günstigste Richtung des Strahlenfeldes und die optimale Rösttemperatur einstellen zu können, sieht eine Ausgestaltung vor, dass der Infrarotstrahler radial und/oder auf einer Kreisbahn um die Drehachse der Trommel verstellbar ist.

Für den gleichmässigen axialen Transport des Röstgutes sorgt eine Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fördermittel als eine mit der Innenwandung der Trommel verbundene Förderschnecke ausgebildet sind.

Damit die entstehenden Röstgase das Aroma und den Geschmack des Röstgutes nicht merklich beeinträchtigen können, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass am Eingang und Ausgang der Trommel Absaugleitungen abgehen, die zu einem die Röstgase absaugenden, motorgetriebenen Ventilator führen.

Für den kontinuierlichen Durchlauf des Röstgutes durch die Trommel ist eine Ausgestaltung von Vorteil, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zu röstende Gut mittels einer Vibrationsrinne und einer Zufuhrrinne aus einem Vorbehälter der Trommel zuführbar ist und dass das die Trommel verlassende, geröstete Gut in einem Nachbehälter leitbar ist, aus dem es über eine Vibrationsrinne einem Kühlband zuführbar ist. Die Zufuhr des zu röstenden Gutes und die Abfuhr des gerösteten Gutes erfolgt dann in einfacher Weise ebenfalls kontinuierlich.

Um mit ausreichend hohen Rösttemperaturen arbeiten zu können, sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Temperatur in der Trommel mittels eines Temperatur-Reglers bis auf etwa 220 °C einregelbar ist.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Längsschnitt eine Anordnung zur Infrarotröstung und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch die Trommel der Anordnung nach Fig. 1.

Wie der Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 zeigt, wird das zu röstende Gut in den Vorbehälter 23 eingebracht und darin überwachen Pegelstandsmesser 24 und 25 einen minimalen und maximalen Pegelstand. Die mit dem Motor 22 angetriebene Vibrationsrinne 21 führt über die Zulaufrinne 20 das zu röstende Gut in einem gleichmässigen Fluss der wärmeisolierten Trommel 10 zu. Diese Trommel 10 wird über den motorgetriebenen Rollenantrieb mit den Rollen 11 und 12 in Drehbewegungen um die Drehachse 14 versetzt. Auf der Innenwandung der Trommel 10 ist die Förderschnecke 13 als Fördermittel angebracht, so dass das Röstgut in der Trommel 10 gleichsinnig axial dem Ausgang 26 zu transportiert wird. Die Drehzahl der Trommel 10 ist einstellbar, so dass die Durchlaufzeit des Röstgutes von etwa 60 Sekunden bis etwa 900 Sekunden betragen kann.

Über die Absaugleitungen 39 wird an den Trommelöffnungen 40 und 41 das Röstgas abgesaugt und zwar über den mittels der Abzweigleitung 42 an die Absaugleitung 39 angeschlossenen, motorgetriebenen Ventilator 43. Die Abgangsleitung 44 kann das abgesaugte Röstgas z.B. einem Wärmetauscher zuführen, um dessen Wärme in einem Rückgewin-nungsprozess zu entziehen.

Das Röstgut gelangt über den Ausgang 26 der Trommel 10 in den Nachbehälter 27, dessen Pegelstand durch die Pegelmesser 28 und 29 wieder auf einen minimalen und maxi5

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malen Wert überwacht wird. Das den Nachbehälter 27 verlassende geröstete heisse Gut gelangt über die mittels des Motors 31 angetriebene Vibrationsrinne 30 zu dem Kühlband 33, das in dem geschlossenen Gehäuse 32 untergebracht ist. Das Kühlband wird durch den Motor 34 angetrieben. Über das Luftansaugfilter 38 wird Luft durch das Gehäuse 32 gesaugt mittels des motorgetriebenen Ventilators 35. Am Ausgang des Gehäuses 32 wird das abgekühlte, geröstete Gut abgegeben. Der Ventilator 35 führt die abgesaugte heisse Luft dem Zyklon-Abscheider 36 mit dem Auffangbehälter 37 zu.

Die Temperatur in der Trommel 10 wird mit einer Tem-peraturmess- und -regeleinrichtung 19 auf einer vorgegebenen Rösttemperatur am Röstgut eingehalten. Die Rösttemperatur kann bis zu 220 CC eingestellt werden.

Die Aufheizung des Röstgutes erfolgt über den Infrarotstrahler 15, der sich über die gesamte Länge der Trommel 10 erstreckt. Mit 16 ist die Brennereinheit des Infrarotstrahlers 15 angegeben, wenn es sich z. B. um einen Gasbrenner handelt, dem über die Leitung 17 und den Ventilator 18 die Verbrennungsluft zugeführt wurden. Anstelle des Gasbrenners kann auch ein Elektrobrenner oder Ölbrenner eingesetzt werden. Wichtig ist nur, dass der Infrarotstrahler 15 über seine gesamte Länge die erforderliche Temperatur 580° bis 1150 ;C erreicht, um die Strahlung mit der gewünschten Wellenlänge von etwa 1,5 bis etwa 2,7 Jim zu erhalten.

Wie der Schnitt durch die Trommel 10 nach Fig. 2 zeigt, ist der Infrarotstrahler 15 ausserhalb der Drehachse 14 in dem in Drehrichtung 46 der Trommel vorlaufenden unteren Querschnittsviertel angeordnet und wie die Pfeile 47 und 48 zeigen, auf einer Kreisbahn um die Drehachse 14 und radial zur Trommelinnenwandung verstellbar, um das Strahlenfeld 45 optimal auf das Röstgut zu richten. Durch die Förderschnecke 13 wird das Röstgut bis etwa zum horizontalen Durchmesser der Trommel 10 hochgefördert und fällt danach in Richtung unterstem Querschnittspunkt der Trommel. Dabei passiert das Röstgut das Strahlenfeld 45 und wird der Infrarotstrahlung ausgesetzt. Ausserdem macht das Röstgut beim Hochtransportieren an der Trommelinnenwandung eine Rollbewegung, so dass das Röstgut beim Durchlauf durch die Trommel 10 intensiv bewegt und gemischt wird. Dies führt zu einem gleichmässigen Röstvorgang, wie er bis jetzt bei keinem bekannten Röstverfahren erreicht wurde.

Die Verstellung des Infrarotstrahlers 15 in den Pfeilrichtungen 47 und 48 kann ausserhalb der Trommel 10 eingeleitet werden, wobei die Drehbewegung der Trommel 10 nicht beeinträchtigt wird.

Mit dieser neuen Anordnung lässt sich ein absolut gleich-massiger Durchlauf des Röstgutes durch die Trommel 10 erreichen, wobei das Röstgut dauernd gemischt und einer intensiven Infrarotstrahlung ausgesetzt wird, um die eingangs erläuternden Röstphasen optimal ablaufen zu lassen.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Anordnung zum Rösten von ölhaltigen Samen, mit einer in Drehbewegungen versetzbaren Trommel, dadurch gekennzeichnet,

dass die Trommel (10) wärmeisoliert ist und auf ihrem Innenumfang eine kontinuierliche Durchlaufbewegung des zu röstenden Röstgutes bewirkende Fördermittel trägt,

dass die Durchlaufzeit des Röstgutes durch Regelung der Drehzahl der Trommel (10) zwischen 60 Sekunden bis 900 Sekunden einstellbar ist und dass in der Trommel (10) ein längsgerichteter, durchgehender Infrarotstrahler (15) angeordnet ist, der das durchlaufende Röstgut ständig einer Infrarotstrahlung im Wellenbereich von 1,5 |im bis 4 um aussetzt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler (15) im Bereich der Drehachse (14) der Trommel (10) so angeordnet ist, dass sein Strahlenfeld (45) in das aufsteigende, vorlaufende Umfangsviertel des Trommelquerschnittes gerichtet ist (Fig. 2).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler (15) radial (48) und/oder auf einer Kreisbahn (47) um die Drehachse (14) der Trommel (10) verstellbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermittel als eine mit der Innenwandung der Trommel (10) verbundene Förderschnecke (13) ausgebildet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang und Ausgang der Trommel (10) Absaugleitungen (39) abgehen, die zu einem die Röstgase absaugenden, motorgetriebenen Ventilator (43) führen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu röstende Gut mittels einer Vibrationsrinne (21) und einer Zuführrinne (20) aus einem Vorbehälter (23) der Trommel (10) zuführbar ist und dass das die Trommel (10) verlassende, geröstete Gut in einen Nachbehälter (27) leitbar ist, aus dem es über eine Vibrationsrinne (30) einem Kühlband (32) zuführbar ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Trommel (10) mittels eines Temperatur-Reglers (19) bis auf 220 °C einregelbar ist.