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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmebehandlung
eines schüttfähigen pflanzlichen
Produktes nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 22, insbesondere
zum Rösten und
Kühlen
eines rieselfähigen
pflanzlichen Guts.
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Als
schüttfähige pflanzliche
Produkte werden Bohnen, Kerne und Samen verstanden, die sich durch
Fliehkraft in eine radial-periphere Umwälzung versetzen lassen. Die
Wärmebehandlung
des Produktes ist eine Wärmeübertragung überwiegend durch
Konvektion von strömender
Heißluft.
Die Wärmebehandlung
erfolgt vorzugsweise mit automatisch geregelter Temperatur und automatisch
geregeltem Mengenstrom. Die für
die Konvektion nötige
Relativgeschwindigkeit wird vorzugsweise durch die durch die Fliehkraftwirkung
schnell bewegten Produktteilchen gegenüber der langsamer strömenden Heißluft hergestellt.
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Nach
dem Stand der Technik sind verschiedene Einrichtungen zur Wärme-, Kälte- und/oder Stoffbehandlung
bekannt.
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In
DE 21 03 281 C3 ist
eine Einrichtung zur Wärme-,
Kälte-
und/oder Stoffbehandlung eines körnigen
rieselfähigen
Guts, insbesondere zum Rösten von
Kaffeebohnen oder Kakaobohnen beschrieben, bei der das Gut unter
der Fliehkraftwirkung über
den Rand eines Behälters
hinausgefördert
wird. Der Behälter
hat zumindest annähernd
die Form eines Rotationsparaboloids. Dabei ist oberhalb des Behälters in
gegenüber
den Abmessungen des Gutes geringem Abstand vom Rand des Behälters ein
relativ gegensinnig zu dem Behälter
umlaufender Deckel mit bogenförmigen
Leitschaufeln bzw. Rippen angeordnet, die sich bis in die Nähe der Mitte
des Deckels erstrecken. Der Behälter
und der umlaufende Deckel sind von einem Gehäuse umgeben, das die beim Entleeren
des Behälters
aus dem Spalt zwischen Behälterrand
und Deckel austretenden Kaffeebohnen aufnimmt.
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In
DE 23 41 099 C2 ist
eine Einrichtung zur Wärme-,
Kälte-
und/oder Stoffbehandlung eines körnigen,
rieselfähigen
Guts, insbesondere zum Rösten von
Kaffee- oder Kakaobohnen mit einem mit senkrechter Achse angeordneten
sich nach unten verjüngenden
Behälter,
in dem das Gut einem im wesentlichen nach oben gerichteten Behandlungsstrom
ausgesetzt ist, beschrieben. Das Gut wird dabei unter der Fliehkraftwirkung über den
Rand des Behälters hinausgefördert und
oberhalb des Behälters
von bogenförmigen,
leicht drallverwundenen Leitschaufeln bzw. Rippen eines gegensinnig
zu dem Behälter
umlaufenden Deckels umgelenkt. Der Behandlungsstrom wird dabei durch
ein sich durch den Deckel hindurch in den Behälter hinein erstreckendes,
koaxial zum Behälter
verlaufendes Rohr zugeführt.
Das Rohr ist mit seiner Umlenkkante zum Boden des Behälters einstellbar
und macht damit den Behandlungsstrom steuerbar. Über das Rohr werden auch die
zu röstenden
Kaffeebohnen zugeführt.
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Der
Behandlungsstrom ist eine Mischung aus heißer Abluft und in einem Heißlufterzeuger
erwärmter
Frischluft, die dem oben genannten Rohr aus einer Mischstation zugeführt wird.
Stromaufwärts vor
der Mischstation sind eine Leitung und ein Nachbrenner angeordnet,
der aus einem Brenner und einer Brennkammer besteht.
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Die
Lösungen
nach dem Stand der Technik weisen vielfach einen großen Raumbedarf
für die
Zusatzeinrichtungen der Anlage, wie den Heißlufterzeuger auf. Dabei sind
lange und aufwendig isolierte Rohrleitungen notwendig. Die Wärmerückgewinnung einerseits
und die Prozessführung
andererseits sind schwierig zu steuern und häufig nicht reproduzierbar durchzuführen. Bei
einer Veränderung
der Masse des schüttfähigen Produktes
kann die Umwälzbewegung
nur in begrenztem Umfang optimiert werden.
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Ein
Verfahren zum Rösten
von Kaffeebohnen mit Heißluft
ist ferner aus
DE
101 56 887 C1 bekannt. Hierbei wird ein Teilstrom der Röstabluft
aus der Röstkammer
wieder durch die Brennkammer eines Prozesslufterhitzers geführt. Ein
weiterer Teilstrom der Röstabluft
wird einer Abgasreinigungsanlage zugeführt. Der Heißluftstrom
wird im Prozesslufterhitzer in zwei unabhängig voneinander bzgl. Menge
und Temperatur geregelte Teilströme
aufgeteilt, von denen einer in die Röstkammer und der andere als überschüssiger Abgasstrom
der Abgasreinigungsanlage zugeführt
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung
eines schüttfähigen pflanzlichen
Produktes zu schaffen, die sehr kompakt gebaut werden kann. Ferner
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung
eines schüttfähigen pflanzlichen
Produkts effektiver zu gestalten.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch
22.
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Als
zu behandelnde Produkte im Sinne der Erfindung werden grundsätzlich alle
schüttfähigen und
rieselfähigen
pflanzlichen Produkte verstanden. Zur Vereinfachung der weiteren
Darstellung der Erfindung wird als Wärmebehandlung eines Produktes im
Folgenden das Rösten
und Kühlen
von Kaffeebohnen, die in die Vorrichtung eingebracht werden, verstanden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Wärmebehandlung
eines schüttfähigen pflanzlichen
Gutes, die insbesondere zum Rösten
von Kaffeebohnen geeignet ist, weist einen Röstbehälter auf, in den die Kaffeebohnen
eingebracht werden. Der Röstbehälter umfasst
eine Rotorschale und eine Deckeleinrichtung. Die Rotorschale und/oder
die Deckeleinrichtung sind mit einer Antriebseinrichtung zum Drehen der
Rotorschale relativ zur Deckeleinrichtung verbunden. Vorzugsweise
erfolgt ein Drehen der Rotorschale, wobei die Deckeleinrichtung
insbesondere stationär
ist. Die Drehung erfolgt hierbei um eine vertikale Achse. Durch
Drehen der Rotorschale wirken auf die Kaffeebohnen Fliehkräfte, so
dass diese in der Schale entlang der Innenwand der Schale nach oben
in Richtung einer Deckelinnenseite eines Deckels der Deckeleinrichtung
gefördert
werden. Von dem Deckel, der vorzugsweise im Wesentlichen radial
verlaufende, ggf. gekrümmte
Leitbleche aufweist, werden die Bohnen in Richtung der Rotationsachse
nach innen zurück
gefördert
und gelangen somit wieder in einen unteren bzw. Bodenbereich der
Rotorschale. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Heißlufterzeuger
zum Erwärmen
von zugeführter Luft
auf. Der Heißlufterzeuger
ist über
ein Zuführrohr mit
dem Röstbehälter verbunden.
Erfindungsgemäß ist der
Heißlufterzeuger
sowie der Zuführkanal
Bestandteil der vorzugsweise stationären Deckeleinrichtung. Hierdurch
ist eine äußerst kompakte
Bauweise möglich.
Es ist somit nicht erforderlich, lange, insbesondere zu isolierende
Rohrleitungen, vorzusehen, die den Heißlufterzeuger mit dem Röstbehälter verbinden.
Hierdurch ist nicht nur eine kompakte Bauweise sondern auch eine
kostengünstige
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rösteinrichtung möglich.
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Durch
die neuartige Anordnung und Ausbildung des Heißlufterzeugers wird einerseits
eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung realisiert und
andererseits wird der Wärmeverlust
minimiert und die Wärmerückgewinnung
wird verbessert. Es erweist sich als sehr vorteilhaft, dass die
erfindungsgemäße Vorrichtung
beim Start jeweils nach einer besonders kurzen Aufheizzeit in Betrieb
genommen werden kann. Die Temperatur- und Mengenregelung der Heißluft wird
nicht nachteilig durch unterschiedlich lange Zuführleitungen beeinflusst, wie
sie nach dem Stand der Technik verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist der Heißlufterzeuger
oberhalb der Rotorschale angeordnet. Das Gewicht des Heißlufterzeugers
wird hierbei vorzugsweise von der Deckeleinrichtung getragen. Hierbei
ist es besonders bevorzugt, den Heißlufterzeuger symmetrisch zur Rotationsachse
der Rotorschale vorzusehen. Hierbei ist es bevorzugt, den Zuführkanal
zumindest im Bereich einer Deckelöffnung, durch die die Heißluft in den
Röstbehälter eintritt,
vertikal anzuordnen. Besonders bevorzugt ist es, dass der Zuführkanal
zwischen dem Heißlufterzeuger
und dem Röstbehälter vollständig vertikal
verläuft.
Hierbei erfolgt das Zuführen
der Heißluft über einen
vorzugsweise mittig bezogen auf den Röstbehälter angeordneten Zuführkanal. Die
Rotorachse, d.h. die Drehachse der Rotorschale ist somit achssymmetrisch
zu der Mittelachse des vorzugsweise kreiszylindrischen Zuführkanals,
so dass die beiden Achsen identisch sind.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Rösteinrichtung
ferner mindestens einen Zusatzkanal auf. Der mindestens eine Zusatzkanal
umgibt vorzugsweise den Zuführkanal,
wobei der mindestens eine Zusatzkanal sodann kreisringförmig ausgebildet sein
kann. Durch den mindestens einen Zusatzkanal werden vorzugsweise
Abluftströme,
d.h. aus dem Röstbehälter abgeführte Luft
geleitet.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Rösteinrichtung ist
zusätzlich
eine Rezirkulationseinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe der Rezirkulationseinrichtung
werden Teilströme
der Abluft erneut dem Röstbehälter zugeführt. Hierzu
ist die Rezirkulationseinrichtung mit dem mindestens einen Zusatzkanal
bzw. den Zusatzkanälen
verbunden. Zur Regelung des Volumens eines dem Röstprozess erneut zugeführten Prozessabluftstroms
weist die Rezirkulationseinrichtung vorzugsweise mehrere Regeleinrichtungen,
bei denen es sich insbesondere um regelbare Klappen handelt, auf.
Hierdurch ist es möglich,
den Prozessabluftstrom in zwei oder mehrere Teilströme aufzuteilen. Vorteilhaft
ist hierbei insbesondere, dass die Prozessabluftströme zur Isolation
und zum Wärmeaustausch
durch Zusatzkanäle
geleitet werden, die den Zuführkanal
zumindest teilweise umgeben. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung
der Rezirkulationseinrichtung im Eintrittsstutzen des Heißlufterzeugers
angeordnet.
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Der
Deckel der Deckeleinrichtung weist vorzugsweise an einer Innenseite
mehrere, insbesondere radial verlaufende Leitschaufeln auf, die
vorzugsweise gekrümmt
sind. Durch die Leitschaufeln werden die auf Grund der Fliehkraft
an der Innenseite der Rotorschale nach oben geförderten Kaffeebohnen wieder
nach innen in Richtung der Rotationsachse gelenkt und fallen in
die Rotorschale zurück.
Um ein möglichst
schonendes Rösten
der Kaffeebohnen ermöglichen
zu können,
sind die Leitschaufeln vorzugsweise gekrümmt ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist in dem Röstbehälter ein beispielsweise
mit der Deckeleinrichtung verbundener Formkörper vorgesehen. Der Formkörper ist
vorzugsweise im Kopfraum, d.h. im oberen Bereich des Röstbehälters angeordnet.
Bei dem Formkörper
handelt es sich vorzugsweise um einen Blechformkörper. Der Formkörper ist
vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Unterseite des Formkörpers in
Richtung der Rotationsachse nach innen geneigt ist, so dass durch
den Formkörper
von den Leitschaufeln nach innen geförderte Kaffeebohnen nach unten
in die Rotorschale abgelenkt werden. Ferner ist der Formkörper vorzugsweise
derart ausgebildet, dass zwischen dem Formkörper und einer Deckelinnenseite
ein Abstand vorgesehen ist. Hierdurch ist ein Abluftkanal ausgebildet,
durch den aus dem Röstbehälter Abluft in
einen der Zusatzkanäle
geleitet werden kann. Hierbei weist der Abluftkanal bzw. der zwischen
der Deckelinnenseite und dem Formkörper ausgebildete Spalt vorzugsweise
einen ringförmigen
Querschnitt auf, der insbesondere in Richtung des Zusatzkanals kegelstumpfförmig zuläuft.
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Ein
insbesondere oberhalb des Deckels ggf. seitlich neben dem Zuführkanal
angeordnetes Einfüllrohr
ist mit dem Röstbehälter verbunden.
Das Einfüllrohr
ist vorzugsweise durch den Formkörper
hindurch geführt.
Das Einfüllrohr
weist vorzugsweise einen Schieber auf, dem in Einführrichtung
ein Vorlagebehälter
vorgeordnet ist. Über
den Vorlagebehälter können durch
Betätigen
des Schiebers Kaffeebohnen chargenweise dem Röstbehälter zugeführt werden. Die Zufuhr erfolgt
hierbei insbesondere durch Schwerkraft.
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Ferner
weist der Röstbehälter eine
Auslassöffnung
auf, die vorzugsweise in der Deckeleinrichtung angeordnet ist. Insbesondere
ist die Auslassöffnung
im Bereich der Leitschaufeln, d.h. in einem äußeren Bereich des Deckels,
angeordnet. Die Auslassöffnung
weist vorzugsweise einen insbesondere nach oben entfernbaren Verschluss,
der insbesondere kreisabschnittförmig
ausgebildet ist, auf. An diesem können eine oder mehrere Leitschaufeln
befestigt sein. Somit ist es möglich,
durch ein einfaches Öffnen
der Auslassöffnung
und ein hierdurch erfolgendes Entfernen von einer oder mehreren
Leitschaufeln Röstbohnen
aus dem Röstbehälter zu
entnehmen. Hierbei erfolgt ein Herausfordern der Kaffeebohnen aus
dem Röstbehälter auf
Grund der auf die Kaffeebohnen wirkenden Fliehkräfte. Die aus dem Röstbehälter geförderten
Kaffeebohnen werden einer Kühleinrichtung,
wie einem Wirbelbettkühler, zugeführt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Wärmebehandlung
eines schüttfähigen pflanzlichen
Gutes, die eine selbständige
Erfindung darstellt, weist eine mehrteilige Rotorschale auf. Insbesondere
weist die Rotorschale eine doppelwandige Außenschale auf, die zwischen
zwei vorzugsweise kegelstumpfförmigen
Wänden
aus Blech mit einem insbesondere mineralischen Isolierstoff gefüllt ist.
Das hat den Vorteil, dass ein zwischen der Rotorschale und der stationären Deckeleinrichtung
vorhandener Ringspalt relativ klein ausgebildet sein kann. Hierdurch
ist vermieden, dass durch den Ringspalt Kaffeebohnen geschleudert
werden.
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Von
oben in die Außenschale
ist vorzugsweise eine einwandige, vorzugsweise aus Blech hergestellte
Innenschale eingesetzt und verschraubt. Hierdurch ist es möglich, auf
einfache Weise die Innenschale auszuwechseln und beispielsweise
durch eine Schale mit anderer Innenkontur zu ersetzen. Dadurch ist
es möglich,
beispielsweise die Neigungen der Innenschale an den Durchmesser
anzupassen.
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Ferner
kann die Oberflächenbeschaffenheit der
Innenschale derart gewählt
werden, dass diese auf die spezifische Masse der Einzelpartikel
des schüttfähigen Produktes
abgestimmt ist. Auch kann durch die Wahl der Form der Innenschale
eine gute Anpassung an die Drehzahl der Rotorschale erfolgen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vorzugsweise als Chargenanlage konzipiert und beinhaltet im
Wesentlichen neben dem Röstbehälter, in dem
die Wärmebehandlung
stattfindet, einen Wirbelbettkühler
zum abrupten Kühlen
des Produkts mit kalter Luft, unmittelbar nach der Wärmebehandlung.
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In
dieser Weiterbildung der Erfindung kann die mehrwandige Schale des
Rotors für
unterschiedliche Kaffeebohnensorten mit unterschiedlich geformten
Innenschalen bestückt
werden. Die Rohkaffeebohnen sowie letztendlich die fertigen Röstkaffeebohnen
werden kaffeespezifisch in eine bestmögliche Umwälzbewegung versetzt.
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Die
praktisch vorteilhaften Neigungen der Innenschale am jeweiligen
Durchmesser werden jeweils durch die Masse der Kaffeebohnen bzw.
schüttfähigen Produkte
in Verbindung mit der Drehzahl des Rotors bestimmt. Die Vorrichtung
kann damit vorteilhaft für
die wahlweise Wärmebehandlung
hinsichtlich der Masse sehr unterschiedlicher schüttfähiger Produkte
eingesetzt werden.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehenden
Vorrichtung zur Wärmebehandlung
eines schüttfähigen pflanzlichen Gutes,
bei dem es sich insbesondere um ein Rösten von Kaffeebohnen handelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren
dient zum Betreiben der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Dabei erfolgt während
des Betriebs ein Zirkulieren des Heißluftstroms durch einen Röstbehälter, insbesondere
unter Zwischenschalten eines Feststoffabscheiders. Hierbei wird
dem Heißluftstrom
ein über
einen Heißlufterzeuger
erzeugter Zuluftstrom zugeführt.
Erfindungsgemäß wird während des
Betriebs ein Mengenstrom Heißluft
mit im Wesentlichen gleichbleibender Größe im Kreislauf gefördert. Das
Fördern
erfolgt hierbei vorzugsweise über
einen Feststoffabscheider, wie einen Zyklon. Zum Fördern des
Heißluftstroms
ist insbesondere ein Ventilator vorgesehen. Gleichzeitig wird die
Röstluft
vorzugsweise derart in der Menge geregelt, dass entsprechend den
technologischen Erfordernissen aus dem Heißlufterzeuger in den Röstbehälter die
Luft zugeführt
wird.
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Besonders
bevorzugt ist es, in der ersten Prozessphase, in der die Kaffeebohnen
im Röstbehälter getrocknet
werden, die Volumina der Teilströme
in Abhängigkeit
eines Drucks im Röstbehälter insbesondere
automatisch zu regeln. Bei der daran anschließenden Röstung der Kaffeebohnen mit
Heißluft können die
chemischen Umwandlungen in den Kaffeebohnen und damit die Bildung
der Aroma- und Geschmacksstoffe gezielt gesteuert werden. Dazu ist
es notwendig, dass bei einer vorbestimmten Röstzeit sowohl der zeitliche
Verlauf des Wärmeflusses
in das Innere der Kaffeebohnen als auch der zeitliche Verlauf der
Kaffeebohnentemperatur an der Oberfläche exakt nach vorgegebenen
Kurvenprofilen gesteuert werden.
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In
der Röstphase
verändert
sich der Wärmefluss
in das Innere der Kaffeebohnen im Wesentlichen einerseits in Abhängigkeit
von der Temperaturdifferenz zwischen der Heißluft und den Kaffeebohnen
und andererseits abhängig
vom Wärmeübergangskoeffizienten
an der Kaffeebohnenoberfläche. Dieser
Wärmeübergangskoeffizient ändert sich
bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten
der Heißluft
entlang den Oberflächen
der Kaffeebohnen. Daher werden bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung
des Verfahrens in der Röstphase
mit einer programmierten Steuerung sowohl der zeitliche Verlauf
der Temperatur der in den Röstbehälter einströmenden Heißluft, als
auch der Mengenstrom dieser Heißluft
nach Soll-Verlaufskurven
gesteuert.
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Erfindungsgemäß erfolgt
eine Aufteilung des relativ konstanten Heißluftstroms, den der Ventilator fördert, in
mindestens drei Teilströme.
Ein erster Teilstrom zirkuliert vollständig, d.h. in den Heißlufterzeuger,
wo er sich durch Vermischen mit den Brennerabgasen im direkten Wärmeaustausch
erwärmt
und dann in den Röstbehälter gelangt.
Ein zweiter Teilstrom wird durch einen Zusatzkanal geführt, wo
er sich indirekt an der Wand des Zusatzkanals erwärmt und
danach durch eine Abgasreinigung ins Freie abgeführt wird. Der dritte Teilstrom
wird nicht in den Heißlufterzeuger
und nicht in den Röstbehälter, sondern
als Beipassstrom an beiden vorbei unmittelbar dem Feststoffabscheider,
wie dem Zyklon, zugeführt.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
das zum Betreiben der Vorrichtung eingesetzt wird, ist es somit
möglich,
bei verringertem technischen Aufwand eine hohe Produktivität zu erzielen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine verbesserte
vollautomatisierte Prozessführung
bei hoher Wärmerückgewinnung
und hoher Verfügbarkeit
möglich ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Als
Ausführungsbeispiel
ist eine Kaffeeröstmaschine
mit angebautem Wirbelbettkühler
dargestellt.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist einen Röstbehälter 1,
mit einem unteren Rotor der motorisch mittels eines Motors M angetrieben
ist und sich um seine vertikale Achse A dreht, auf. Der Rotor hat
die Form einer Rotorschale 2 und weist eine leicht austauschbare
Innenschale 10 auf. Der Antrieb des Rotors erfolgt mit
solcher Geschwindigkeit, dass in der Innenschale 10 enthaltene
Kaffeebohnen unter der Fliehkraftwirkung über den Rand der Rotorschale 2 hinaus
gefördert
werden. Oberhalb des Rotors ist eine feststehende Deckeleinrichtung 3 angeordnet, deren
Unterkante während
des Betriebs nur einen geringen Abstand zur Oberkante der Rotorschale 2 aufweist.
Die Deckeleinrichtung 3 trägt in einem äußeren Ringbereich
auf ihrer Unterseite Leitschaufeln 4, die so geformt sind,
dass die Kaffeebohnen schlag- und
stoßfrei
an den inneren Oberflächen
entlang gleiten und dabei in zentrische Richtung, d.h. nach innen
umgelenkt werden.
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Die
Deckeleinrichtung 3 bildet erfindungsgemäß vorzugsweise
mit dem Heißlufterzeuger 5 eine Einheit
zum oberen Abschluss des Röstbehälters 1. Aus
dem Heißlufterzeuger 5 wird
senkrecht nach unten die Heißluft
symmetrisch in den Röstbehälter 1 eingeblasen.
Nach der Wärmeübertragung
von der Heißluft
an die Kaffeebohnen wird die Prozessabluft durch den Zusatzkanal 12 abgeführt. Den
Zusatzkanal 12 begrenzt auf einer Seite ein Blechformkörper 11 und
auf der anderen Seite der Außenmantel
der Deckeleinrichtung 3. Der Prozessabluftstrom 8 gelangt
sodann durch den Kanal 6 in den Umgehungskanal 27.
Dort vermischt sich der Prozessabluftstrom 8 mit dem Teilstrom 25.
Die beiden vereinigten Abluftströme
gelangen in einen Feststoffabscheider, wie einen Zyklon 21.
Im Zyklon 21 werden die Feststoffanteile aus der Abluft
abgeschieden. Der Ventilator 22 saugt die so gereinigte
Luft an und fördert
sie zum Eintrittstutzen 18 weiter. Im Eintrittstutzen 18 sind Leitbleche
und Regelklappen 19, 20 so angeordnet, dass der
eintretende Luftstrom sich in drei Teilströme verzweigt. Der erste Teilstrom 23 gelangt
in das Innere des Heißlufterzeugers 5 und
wird dort im direkten Wärmeaustausch
von der Gasflamme des Gebläsebrenners 30 mit
einer an sich bekannten Temperaturregeleinrichtung automatisch geregelt auf
das Temperaturniveau der Röstzuluft
gebracht. Die Regelklappe 19 reguliert automatisch, abhängig vom
Absolutdruck im Röstbehälter 1 den
freien Querschnitt für den Überschussvolumenstrom 9.
Dieser strömt
in den konzentrisch um den Heißlufterzeuger 5 ausgebildeten
Kanal 7 und heizt sich durch indirekte Wärmeaufnahme
an der Wand des Heißlufterzeugers 5 auf.
Der Überschussvolumenstrom 9 wird
danach durch die Abgasreinigungsanlage 26 geführt, wo
die in der Abluft enthaltenen gasförmigen organischen Stoffe verbrannt
werden. Die Verbrennung kann grundsätzlich katalytisch, thermisch
oder flammenlos regenerativ sein. In jedem Fall erweist es sich
als sehr vorteilhaft, dass vor der Verbrennung der Überschussvolumenstrom 9 im
Kanal 7 auf ein höheres Temperaturniveau
aufgeheizt wird. Die Abluft aus der Abgasreinigungsanlage 26 erfüllt nach
der Verbrennung der gasförmigen
organischen Stoffe die Emissionsanforderungen und wird ins Freie
abgelassen.
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Die
Regelklappe 20 reguliert automatisch abhängig von
einer variablen Führungsgröße für den Prozessluft-Mengenstrom
die Größe des Teilstroms 25.
Der Teilstrom 25 wird zum Umgehungskanal 27 geführt und
bleibt damit im Heißluftkreislauf,
ohne jedoch den Heißlufterzeuger 5 und
den Röstbehälter 1 zu
passieren.
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Für die Feststoffabscheidung
im Zyklon 21 und für
die Heißluftförderung
des Ventilators 22 ist es vorteilhaft, dass deren Mengenstrom
als Summe der Teilströme 8 und 25 immer
relativ konstant bleibt, während
gleichzeitig die einzelnen Teilströme 23, 24 und 25,
die in der Summe 100% des Kreislauf-Mengenstroms bilden, den Prozesserfordernissen
entsprechend, in weiten Bereichen geregelt werden können.
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Die
Zuführung
der zu röstenden
Kaffeebohnen in den Röstbehälter 1 erfolgt
durch Schwerkraft aus dem Vorlagebehälter 15 durch einen
absperrbaren Schieber 14 und durch ein Einlaufrohr 13,
welches durch den Blechformkörper 11 geführt ist.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kaffeebohnen außerhalb
des Zentrums, im inneren Drittel der drehenden Innenschale 10 auftreffen.
Die Kaffeebohnen werden unmittelbar nach dem Auftreffen auf die Innenschale 10 in
eine radial-tangentiale Bewegungsrichtung und danach im äußeren Innenschalenabschnitt
zunehmend in eine vertikal-tangentiale Bewegungsrichtung versetzt.
Die Drehzahl der Rotorschale 2 wird so gewählt, dass
die Kaffeebohnen durch die kinetische Energie über den oberen Rand der Rotorschale 2 hinaus
bis in die Leitschaufeln 4 der Deckeleinrichtung 3 bewegt
werden. Im Wirkbereich der Leitschaufeln 4 gleiten die
Kaffeebohnen stoßfrei
an der inneren Oberfläche
der Leitschaufeln 4 entlang und werden dabei im Wesentlichen
von der vertikal-tangentialen Bewegungsrichtung in eine zentrische
Richtung umgelenkt. Nach dem Verlassen der Leitschaufeln 4 fliegen
die Kaffeebohnen wieder in die Innenschale 10 und der Kreislauf
einer gleichmäßigen, intensiven
Umwälzung
der Kaffeebohnen beginnt erneut, wobei die Heißluft die Kaffeebohnen gleichzeitig
und allseitig umströmt.
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In
der Deckeleinrichtung 3 befindet sich eine Ausschleusungsöffnung,
die in der Verfahrensphase Rösten
durch den anhebbaren Kreisabschnitt 16 kanten- und spaltfrei verschlossen
ist. Zur Entleerung der fertig gerösteten Charge Kaffeebohnen
wird der anhebbare Kreisabschnitt 16 mittels nicht dargestellter
pneumatischer oder hydraulischer Zylinder senkrecht nach oben gefahren.
Wie am übrigen
Umfang der Deckeleinrichtung 3 sind auch an dem Kreisabschnitt 16 Leitschaufeln 4 befestigt.
Die in der Rotorschale 2 auf Grund der Fliehkraft hoch
geförderten Kaffeebohnen
treten bei angehobenem Kreisabschnitt 16, von dessen Leitschaufeln 4 gelenkt,
aus dem Röstbehälter 1 aus.
Die Klappe 28 öffnet
sich und lässt
die Kaffeebohnen auf den Siebboden 29 des Wirbelbettkühlers 17 gleiten.
Danach erfolgt in an sich bekannter Weise die Kühlung der Kaffeebohnen mit
durchgeblasener kalter Luft.
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Wie
sich insbesondere aus der Zeichnung ergibt, ist der Heißlufterzeuger 5 sowie
der durch ein zylindrisches Rohr gebildete Zuführkanal 5a, der zwischen
dem Heißlufterzeuger 5 und
dem Röstbehälter 1 angeordnet
ist, Bestandteil der Deckeleinrichtung 3.