DE102022124087B3

DE102022124087B3 - Ofenkörper für einen Trommelröster zum Rösten von Bohnen sowie Trommelröster und Verfahren zum Betreiben

Info

Publication number: DE102022124087B3
Application number: DE102022124087.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Koziorowski; Dietmar Wißen; Michael Damen; auf Antrag nicht genannt. Ort(e)
Original assignee: Probat Ag
Current assignee: Probat Se De
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2042-09-21
Also published as: WO2024061881A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ofenkörper für einen Trommelröster (2) zum Rösten von Bohnen, mit einer Gehäuseanordnung (4), in der eine Rösttrommel (12) zur Aufnahme der Bohnen drehbar gelagert ist, wobei eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Rösttrommel (12) und eine Erhitzungsanordnung (20) zum Erhitzen der Bohnen zumindest mittels Heizluft vorgesehen sind, wobei die Erhitzungsanordnung (20) zumindest eine in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen vor der Rösttrommel (12) angeordnete Verbrennungsanordnung (14) für ein Brenngas zum Erhitzen von Zuluft mit einem Ofenkörper (13), in dem zumindest die Brennflamme geführt ist, und mindestens ein in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen hinter der Rösttrommel (12) angeordnetes Unterdruckgebläse (18) zum Absaugen der Heizluft aus der Rösttrommel (12) aufweist, wobei als Brenngas ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorgesehen ist, wobei die Erhitzungsanordnung (20) ein Brenngasgebläse (16) aufweist, dass das Wasserstoff-Luft-Gemisch erzeugt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen derartigen Trommelröster (2) und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Trommelrösters (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofenkörper für einen Trommelröster der Teil einer Verbrennungsanordnung für ein Brenngas zum Erhitzen von Zuluft ist und in dem zumindest eine Brennflamme geführt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Trommelröster zum Rösten von Bohnen, mit einer Gehäuseanordnung, in der eine Rösttrommel zur Aufnahme der Bohnen drehbar gelagert ist, wobei eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Rösttrommel und eine Erhitzungsanordnung zum Erhitzen der Bohnen zumindest mittels Heizluft vorgesehen sind, wobei die Erhitzungsanordnung zumindest eine in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen vor der Rösttrommel angeordnete Verbrennungsanordnung für ein Brenngas zum Erhitzen von Zuluft mit einem Ofenkörper, in dem zumindest eine Brennflamme geführt ist, und mindestens ein in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen hinter der Rösttrommel angeordnetes Unterdruckgebläse zum Absaugen der Heizluft aus der Rösttrommel aufweist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Trommelrösters.
Trommelröster sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden insbesondere als so genannte Klein-, Shop- oder Ladenröster in kleineren Röstereien oder Geschäften beziehungsweise Cafés eingesetzt. Als Beispiel hierfür ist der in der europäischen Patentanmeldung EP 2 689 677 A1 beschriebene Trommelröster zu nennen. Hierbei ist eine Verbrennungsanordnung für ein Brenngas, hier Erdgas vorgesehen, deren erzeugte Heizluft durch ein Unterdruckgebläse in die Rösttrommel gesogen wird und damit die Bohnen in der Rösttrommel röstet. Steigende Energiepreise und der Mangel an fossilen Energiestoffen, erfordern ein Umdenken bei der Heizlufterzeugung und den Einsatz alternativer Energiestoffe. Es wird angemerkt, dass es grundsätzlich aus der DE 10 2020 126 276 B3 bekannt ist Wasserstoff als Brenngas einzusetzen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ofenkörper für einen Trommelröster, einen Trommelröster sowie ein zugehöriges Verfahren bereit zu stellen, die den Einsatz von alternativen Energieträgern auf einfache und kostengünstige Weise ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Ofenkörper bereitgestellt wird, bei dem als Brenngas ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorgesehen ist, wobei eine Hohlzylinderanordnung vorgesehen ist, die zumindest einen einwandigen Hohlzylinder aufweist, der einen Brennraum einschließt und in dem ein Brennerpad und eine Zündvorrichtung als Verbrennungsanordnung angeordnet sind und dessen erste Grundfläche fluidisch mit einer Brenngaszuführung verbunden ist und dessen zweite Grundfläche zur Abgabe der Heizluft geöffnet ist. Hierdurch wird eine sehr kompakte und sichere, im Ofenkörper integrierte Verbrennungsanordnung geschaffen. Zudem ist der Ofenkörper lediglich einwandig ausgeführt und damit wesentlich einfacher aufgebaut als herkömmliche Ofenkörper, die auch noch ein Flammrohr aufweisen.
In besonders vorteilhafter Weise liegt das Durchmesser-Längen-Verhältnis D_Hz/L_Hz des Durchmessers zur Länge des Hohlzylinders zwischen 0,5 und 0,9. Hierdurch wird eine besonders effiziente Heizlufterzeugung gewährleistet. Dadurch, dass der Hohlzylinder einen Anschlussflansch mit einem verringerten Durchmesser zur Verbindung mit der Brenngaszuführung aufweist, wird ein Venturi-Effekt erzeugt, wodurch es zu einer besonders vorteilhaften Vermischung von angesaugter, atmosphärischer Zuluft mit dem Wasserstoff-Luft-Gemisch kommt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Anschlussflansch zumindest teilweise das Brennerpad und die Zündvorrichtung aufnimmt. Hierbei kann der Anschlussflansch in vorteilhafter Weise einen Durchmesser D_Af aufweisen, der zwischen 0,6 x D_Hz und 0,9 x D_Hz des Durchmessers D_Hz des Hohlzylinders beträgt.
Um eine besonders gleichmäßige Heizluftverteilung zu erzeugen, weist die Hohlzylinderanordnung in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen, in ihrer oberen Hälfte eine Prallwandanordnung auf. Hierbei weist in vorteilhafter Weise die Prallwandanordnung eine Prallwandscheibe und einen Prallwandring auf, die durch Stegorgane miteinander verbunden sind. Dadurch, dass die Prallwandscheibe in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen auf einer ersten niedrigeren Höhenebene und der Prallwandring auf einer zweiten, höheren Höhenebene vorgesehen sind, wird die erzeugte Heizluft zunächst nach außen in Richtung einer Innenwand des Hohlzylinders geführt, um dann durch den Prallwandring wieder zur Mitte des Hohlzylinders geführt zu werden.
Um auf einfache Weise eine Zufuhr von Zuluft zu ermöglichen, ist im unteren Bereich der Hohlzylinderanordnung eine Zuluftscheibe vorgesehen. Hierbei kann die Zuluftscheibe den Anschlussflansch umschließen und fluidisch mit dem Anschlussflansch verbunden sein, wobei eine Mantelfläche der Zuluftscheibe Zuluftöffnungen aufweist. Hierdurch wird ein besonders bauraum-optimierter Ofenkörper geschaffen.
Um eine Isolation des Brennraumes zu gewährleisten, kann der Hohlzylinder durch ein Dämmmaterial umschlossen sein. Das Dämmmaterial besteht hierbei in vorteilhafter Weise aus Mineralwolle die alu-kaschiert ist. Das Dämmmaterial kann hierbei an die Zuluftscheibe anschließen, um einen besonders kompakten Ofenkörper bereit zu stellen.
Zur Überwachung des Brennraumes können ein Schauglas und ein Flammensensor, zum Beispiel eine UV-Zelle, in Öffnungen des Hohlzylinders vorgesehen sein. Hierbei sind das Schauglas und der Flammensensor außerhalb des Hohlzylinders angeordnet und über angewinkelt verlaufende Prüfzylinder mit dem Brennraum verbunden. Auf einfache und sichere Weise können so das Brennerpad und die Zündvorrichtung überwacht werden.
Auch wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Trommelröster gelöst, bei dem als Brenngas ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorgesehen ist, wobei die Erhitzungsanordnung ein Brenngasgebläse aufweist, das das Wasserstoff-Luft-Gemisch erzeugt, wobei ein derartiger Ofenkörper vorgesehen ist. Hierdurch ist auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein Wasserstoff-Luft-Gemisch als Brenngas einzusetzen. Der Röstprozess bedingt für den Nutzer keine besondere Umstellung in Bezug auf den herkömmlich bekannten Röstprozess mit Erdgas als Energieträger.
In vorteilhafter Weise ist zumindest für die Erhitzungsanordnung eine Steuervorrichtung vorgesehen.
Auch wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Trommelrösters gelöst, bei dem die Heizluft und damit die Heizleistung durch die Drehzahl des Brenngasgebläses auf einfache Weise geregelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Trommelrösters,
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ofenkörpers des Trommelrösters aus 1, und
3 eine Draufsicht auf den Ofenkörper aus 2.

1 zeigt einen typischen Trommelröster 2 als Shopröster. Der Trommelröster 2 besitzt eine Gehäuseanordnung 4, die im Wesentlichen ein Trommelgehäuseteil 6 und ein Basisgehäuseteil 8 aufweist. Der Deutlichkeit halber ist das Basisgehäuseteil 8 geöffnet, also ohne Verkleidungsbleche dargestellt. Das Trommelgehäuseteil 6 ist hierbei auf das Basisgehäuseteil 8 aufgesetzt, wobei das Basisgehäuseteil 8 einen Auffangbehälter 10 für geröstete Bohnen besitzt. In und an dem Trommelgehäuseteil 6 sind auf bekannte Weise eine Rösttrommel 12, die hier teilweise geschnitten dargestellt ist, sowie eine nicht weiter dargestellte Antriebseinrichtung zum Drehen der Rösttrommel 12 und eine in einem Ofenkörper 13 angeordnete Verbrennungsanordnung 14 zum Erhitzen der in der Rösttrommel 12 befindlichen Heizluft (siehe hierzu insbesondere auch 2 und 3). Der Ofenkörper 13 mit der Verbrennungsanordnung 14 bildet hierbei zusammen mit einem Brenngasgebläse 16 und einem Unterdruckgebläse 18 eine Erhitzungsanordnung 20, die die Versorgung mit Zuluft als Heizluft in die Rösttrommel 12 sowie die Abfuhr als Abluft durch einen an sich bekannten Zyklon 22 gewährleistet und durch eine Steuervorrichtung 23 gesteuert wird. Als Brenngas wird durch das Brenngasgebläse 16 ein Wasserstoff-Luft-Gemisch erzeugt, wobei das Brenngasgebläse 16 hierzu mit einer nicht weiter dargestellten Wasserstoffquelle fluidisch verbunden ist. Ein am Trommelgehäuseteil 6 angeordnetes Display 24 dient hierbei dem Nutzer als Eingabe- und Darstellungspanel.
Des Weiteren sind in der Ansicht ein Bohneneinlasstrichter 26, eine Probenzieheranordnung 28 und eine Bohnenauslassanordnung 30, zu der auch der Auffangbehälter 10 zu zählen ist, dargestellt. Unterhalb des Auffangbehälters 10 ist zunächst eine Mischantriebseinrichtung 32 für eine in dem Auffangbehälter 10 drehbar gelagerte, nicht weiter dargestellte Mischeinrichtung und ein Kühlluftgebläse 34 zur Beaufschlagung des Auffangbehälters 10 mit Kühlluft vorgesehen.
Wie oben bereits angemerkt, ist zur Brenngaserzeugung das Brenngasgebläse 16 vorgesehen, das in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen, vor der Verbrennungsanordnung 14 angeordnet ist und über eine Brenngaszuführung 36 mit dem Ofenkörper 13 fluidisch verbunden ist.
Wie in 1 nur schematisch angedeutet, ist zur Überwachung der Verbrennungsanordnung 14 ein Schauglas 38 und ein Flammensensor 40, der hier als UV-Zelle ausgebildet ist, im Ofenkörper 13 vorgesehen. Die Heizluft wird im Wesentlichen durch die Drehzahl des Brenngasgebläses 16 mittels der Steuervorrichtung 23 geregelt. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 23 im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch noch mit dem Unterdruckgebläse 18, einem nicht weiter dargestellten Temperatursensor zur Ermittlung einer Rösttemperatur in der Rösttrommel 12, der Verbrennungsanordnung 14 und dem Flammensensor 40 steuerungstechnisch verbunden.
2 zeigt nun in einer Seitenansicht den Ofenkörper 13. Der Ofenkörper 13 weist eine Hohlzylinderanordnung 42 auf. Die Hohlzylinderanordnung 42 weist im vorliegendem Ausführungsbeispiel einen einwandigen, einen Brennraum 43 einschließenden Hohlzylinder 44 mit einem sich an dessen ersten Grundfläche 45 anschließenden Anschlussflansch 46 mit einem verringerten Durchmesser D_Af zur Verbindung mit der Brenngaszuführung 36 auf. Auf der gegenüber gelegenen Seite ist die zweite Grundfläche 47 des Hohlzylinders 44 geöffnet, um eine Abgabe der erzeugten Heizluft in das Trommelgehäuseteil 6 zu ermöglichen. Die Wärmeübertragung auf die Bohnen findet hierbei durch direkten Kontakt mit der Heizluft durch Konvektion und über die Rösttrommel 12 durch Konduktion statt. Ein Durchmesser-Längen-Verhältnis D_Hz/L_Hz des Durchmessers zur Länge des Hohlzylinders 44 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,72. Der Durchmesser D_Af des Anschlussflansches 46 beträgt 0,86 x D_Hz des Durchmessers des Hohlzylinders 44. Der Hohlzylinder 44 wird durch ein Dämmmaterial 48 in Form einer alukaschierten Mineralwolle umgeben (siehe 2)
Mit 49 ist ein zweiteiliges Flanschelement dargestellt, das den Anschluss an das Trommelgehäuse ermöglicht. Wie oben bereits erläutert, ist mit dem Bezugszeichen 38 das Schauglas und mit dem Bezugszeichen 40 der Flammensensor zur Überwachung des Brennraumes 43 bezeichnet. Das Schauglas 38 und der Flammensensor 40 sind hierbei außerhalb des Hohlzylinders 44 angeordnet und über angewinkelt verlaufende Prüfzylinder 50, 51, die durch entsprechende Öffnungen 52, 53 des Hohlzylinders 44 hindurchreichen, mit dem Brennraum 43 verbunden. Durch die angewinkelte Positionierung der Prüfzylinder 50, 51 ist insbesondere eine Überwachung der Verbrennungsanordnung 14, bestehend aus einem Brennerpad 54 und einer Zündvorrichtung 56 (siehe hierzu 3), möglich. So erscheint die Zündvorrichtung 56 im Betrieb rotglühend und das Brennerpad 54 weist im Normalzustand Glutfelder auf. Die Brennerflamme ist im Normalbetrieb nicht zu erkennen. Dadurch, dass der Hohlzylinder 44 einen Anschlussflansch 46 mit einem verringerten Durchmesser zur Verbindung mit der Brenngaszuführung 36 aufweist, wird ein Venturi-Effekt erzeugt, wodurch es zu einer besonders vorteilhaften Vermischung von angesaugter, atmosphärischer Zuluft mit dem Wasserstoff-Luft-Gemisch kommt.
Um eine optimale Verteilung der Heizluft im Brennraum 43 zu gewährleisten, weist die Hohlzylinderanordnung 42 in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen, in ihrer oberen Hälfte eine Prallwandanordnung 58 auf. Die Prallwandanordnung 58 besteht aus einer Prallwandscheibe 60 und einem Prallwandring 62, die durch Stegorgane 64 miteinander verbunden sind. Die Prallwandscheibe 60 ist in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen auf einer ersten niedrigeren Höhenebene h₁ und der Prallwandring 62 auf einer zweiten, höheren Höhenebene h₂ angeordnet. Hierdurch wird die Heizluft zunächst nach außen an eine Innenwand 65 des Hohlzylinders 44 geführt und dann wieder durch den Prallwandring 62 zur Mitte geleitet, um nachfolgend den Brennraum 43 über die geöffnete zweite Grundfläche 47 zu verlassen.
Im unteren Bereich der Hohlzylinderanordnung 42 ist eine Zuluftscheibe 66 zur Zuführung von atmosphärischer Zuluft vorgesehen, die den Anschlussflansch 46 umschließt und fluidisch mit dem Anschlussflansch 46 verbunden ist, wobei eine Mantelfläche 68 der Zuluftscheibe 66 Zuluftöffnungen 70 aufweist, durch die die atmosphärische Zuluft in den Brennraum 43 und zum Brennerpad 54 gelangt. Das Dämmmaterial 48 schließt im vorliegendem Ausführungsbeispiel an die Zuluftscheibe 66 an.
3 zeigt nun eine Draufsicht auf den Ofenkörper 13 aus 2, wobei lediglich ein Flanschelementteil deutlich zu erkennen ist, hier insbesondere die Prallwandanordnung 58 sowie die Verbrennungsanordnung 14.

Claims

Ofenkörper (13) für einen Trommelröster (2) der Teil einer Verbrennungsanordnung (14) für ein Brenngas zum Erhitzen von Zuluft ist und in dem zumindest eine Brennflamme geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenngas ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorgesehen ist, wobei eine Hohlzylinderanordnung (42) vorgesehen ist, die zumindest einen einwandigen Hohlzylinder (44) aufweist, der einen Brennraum (43) einschließt und in dem ein Brennerpad (54) und eine Zündvorrichtung (56) als Verbrennungsanordnung (14) angeordnet sind und dessen erste Grundfläche (45) fluidisch mit einer Brenngaszuführung (36) verbunden ist und dessen zweite Grundfläche (47) zur Abgabe der Heizluft geöffnet ist.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesser-Längen-Verhältnis D_Hz/L_Hz des Durchmessers zur Länge des Hohlzylinders (44) zwischen 0,5 und 0,9 liegt.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (44) einen Anschlussflansch (46) mit einem verringerten Durchmesser zur Verbindung mit der Brenngaszuführung (36) aufweist.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussflansch (46) zumindest teilweise das Brennerpad (54) und die Zündvorrichtung (56) aufnimmt.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussflansch (46) einen Durchmesser D_Af aufweist, der zwischen 0,6 × D_Hz und 0,9 × D_Hz des Durchmessers D_Hz des Hohlzylinders (44) beträgt.
Ofenkörper (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlzylinderanordnung (42) in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen, in ihrer oberen Hälfte eine Prallwandanordnung (58) aufweist.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwandanordnung (58) eine Prallwandscheibe (60) und einen Prallwandring (62) aufweist, die durch Stegorgane (64) miteinander verbunden sind.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwandscheibe (60) in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen auf einer ersten niedrigeren Höhenebene (h₁) und der Prallwandring (62) auf einer zweiten, höheren Höhenebene (h₂) vorgesehen sind.
Ofenkörper (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich der Hohlzylinderanordnung (42) eine Zuluftscheibe (66) vorgesehen ist.
Ofenkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftscheibe (66) den Anschlussflansch (46) umschließt und fluidisch mit dem Anschlussflansch (46) verbunden ist, wobei eine Mantelfläche (68) der Zuluftscheibe (66) Zuluftöffnungen (70) aufweist.
Ofenkörper (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (44) durch ein Dämmmaterial (48) umschlossen ist.
Ofenkörper (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schauglas (38) und ein Flammensensor (40) in Öffnungen (52, 53) des Hohlzylinders (44) vorgesehen sind.
Ofenkörper (13) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schauglas (38) und der Flammensensor (40) außerhalb des Hohlzylinders (44) angeordnet sind und über angewinkelt verlaufende Prüfzylinder (50, 51) mit dem Brennraum (43) verbunden sind.
Trommelröster (2) zum Rösten von Bohnen, mit einer Gehäuseanordnung (4), in der eine Rösttrommel (12) zur Aufnahme der Bohnen drehbar gelagert ist, wobei eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Rösttrommel (12) und eine Erhitzungsanordnung (20) zum Erhitzen der Bohnen zumindest mittels Heizluft vorgesehen sind, wobei die Erhitzungsanordnung (20) zumindest eine in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen vor der Rösttrommel (12) angeordnete Verbrennungsanordnung (14) für ein Brenngas zum Erhitzen von Zuluft mit einem Ofenkörper (13), in dem zumindest eine Brennflamme geführt ist, und mindestens ein in Strömungsrichtung der Heizluft gesehen hinter der Rösttrommel (12) angeordnetes Unterdruckgebläse (18) zum Absaugen der Heizluft aus der Rösttrommel (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenngas ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorgesehen ist, wobei die Erhitzungsanordnung (20) ein Brenngasgebläse (16) aufweist, das das Wasserstoff-Luft-Gemisch erzeugt, wobei ein Ofenkörper (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Trommelröster (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für die Erhitzungsanordnung (20) eine Steuervorrichtung (23) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Trommelrösters nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizluft durch die Drehzahl des Brenngasgebläses (16) geregelt wird.