IT202000011188A1

IT202000011188A1 - Macchina per il trattamento di capsule di caffe’ esauste

Info

Publication number: IT202000011188A1
Application number: IT102020000011188A
Authority: IT
Inventors: Riccardo GRILLO; Matteo Sarti
Original assignee: Caffe Toscano S R L
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-11-15

Description

Titolo: ?MACCHINA PER IL TRATTAMENTO DI CAPSULE DI CAFFE?

ESAUSTE?

CAMPO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una macchina per il trattamento delle capsule esauste di caff?, in particolare ad una macchina che realizza la triturazione e la separazione dei componenti delle capsule al fine di permettere la raccolta differenziata dei materiali che costituiscono l?involucro delle capsule e del caff? esausto in esse contenuto, impiegabile per ulteriori utilizzi.

TECNICA ANTERIORE

Come noto, il consumo di caff? in capsule a livello mondiale sta aumentando in maniera impressionante. Si parla di circa 10 miliardi di vendite all?anno nel mondo.

E non c?? da stupirsi vista l?elevata qualit? raggiunta, le numerose miscele fra cui poter scegliere e la facile reperibilit? che l?online ha donato ai suoi navigatori. Questo nuovo mercato ha generato per? oltre 20 mila tonnellate di rifiuti, costituiti per la maggior parte da capsule di caff? in plastica, che rappresentano sicuramente in questo ambito, i rifiuti pi? complicati da smaltire.

Attualmente infatti questi rifiuti non possono essere destinati alla raccolta differenziata essendo costituiti in parte da plastica ed in parte da materiale organico, pertanto vengono conferiti alla raccolta indifferenziata, con enorme aggravio economico ed ambientale. Le capsule di plastica necessitano infatti di decine e decine di anni per essere smaltite.

Le attuali pratiche di smaltimento inoltre impediscono di valorizzare la materia organica contenuta nelle capsule, ovvero il caff? esausto, che ? in realt? un materiale che all?atto del suo conferimento in discarica, contiene ancora moltissimi principi nutritivi e sostanze antiossidanti preziose che potrebbero essere reimpiegate secondo principi di ecosostenibilit?.

Anche per questo motivo, soluzioni tecniche capaci di condurre verso sistemi di trattamento di questa tipologia di rifiuti, sarebbero altamente desiderate.

In particolare sarebbero assai desiderati sistemi efficienti in grado di effettuare una corretta separazione delle capsule nei loro materiali costituenti, le plastiche o l?alluminio di cui sono costituiti gli involucri, ed il caff? esausto, in modo da favorire la raccolta differenziata di questi materiali, consentendo in particolare il recupero ed il riutilizzo del caff? esausto.

In letteratura sono descritti molti sistemi per lo svuotamento, la triturazione o la separazione di capsule, per la maggior parte di piccole dimensioni, adatti per l?uso domestico, in cui le capsule vengono trattate, perlopi? manualmente, una alla volta.

Il razionale ? infatti che questi dispositivi possano avere una loro logica posizionati negli ambienti domestici o aziendali al fine semplicemente di consentire il corretto conferimento dei materiali alla raccolta differenziata (al riciclo della plastica/alluminio, da un lato, alla raccolta dell?umido dall?altro).

WO2014/135550 ad esempio descrive un dispositivo per l?apertura delle capsule costituito da uno specifico sistema di perforazione, WO2011/051867 descrive un ulteriore sistema che opera il taglio e lo svuotamento delle capsule, con la possibilit? di recuperare in due diversi contenitori i due residuati della separazione, FR2944420 descrive un complicato sistema manuale per lo svuotamento e separazione del caff? dalle capsule, basato sull?impiego di un pistone che schiacciando la capsula, favorisce la fuoriuscita del caff?.

EP3250331 descrive invece un sistema dimensionalmente pi? scalabile, in grado di processare pi? capsule contemporaneamente, che prevede una camera forata in cui avviene, allo stesso tempo, sia la triturazione delle capsule, per mezzo di alcune lame collegate ad una girante azionata da un motore elettrico, che la separazione dei materiali. La camera di triturazione ? infatti forata, pertanto consente la fuoriuscita dalla stessa per gravit? del caff? esausto, in un sacco di raccolta, mentre i frammenti del contenitore, in plastica o alluminio, vengono sospinti verso l?alto per mezzo della forza centrifuga derivante dal movimento della girante, aiutati da un?elica fissata solidalmente con la girante stessa, ricadendo in un secondo contenitore di raccolta. Il sistema, in una sua configurazione alternativa, pu? prevedere anche un setaccio posto prima del contenitore di raccolta dei frammenti della capsula, sul quale tali frammenti andrebbero ad impattare nel loro percorso di uscita dal sistema di triturazione, cos? consentendo una loro pi? spinta separazione dal caff? residuo eventualmente trascinato, che verrebbe recuperato in un terzo contenitore.

Nessuno di questi sistemi consente per? un trattamento di tipo industriale delle capsule, qualora si tentasse di realizzare un sistema virtuoso di raccolta delle capsule esauste dai luoghi in cui esse vengono consumate, per poterle separare nei loro materiali costituenti e riutilizzare il caff? recuperato per altri scopi, secondo i dettami dell?economia circolare.

Inoltre, nessuno dei sistemi ad oggi noti risolve il problema dell?eliminazione delle microplastiche dal caff? esausto raccolto.

Tutti i descritti processi di triturazione delle capsule generano infatti anche frammenti di plastiche di dimensioni piccolissime, difficilmente separabili, che si mescolano con la polvere di caff? esausto, inquinandola, e rendendola di fatto non utilizzabile per la maggior parte degli ulteriori usi cui potrebbe essere destinata, ad esempio in ambito agricolo, come ammendante naturale per i terreni.

Scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i problemi lasciati aperti dalla tecnica nota.

SOMMARIO DELL?INVENZIONE

Lo scopo dell?invenzione ? stato raggiunto da una macchina per il trattamento delle capsule di caff? esausto come definita nella rivendicazione 1.

La macchina secondo l?invenzione opera in particolare la triturazione e la separazione delle capsule di caff?.

La macchina secondo l?invenzione ? vantaggiosamente impiegabile su scala industriale, quindi utilizzabile da aziende che intendessero avviare un sistema virtuoso di raccolta e recupero delle capsule esauste, per il riutilizzo dei materiali separati, in particolare del caff? esausto.

La macchina secondo l?invenzione ? inoltre in grado di separare il caff? esausto con contenuti ridottissimi di microplastiche, addirittura inferiori allo 0.02%.

Pertanto, un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire un caff? esausto avente un contenuto in almeno una microplastica inferiore allo 0.5%(p/p), preferibilmente inferiore allo 0.1%(p/p), pi? preferibilmente inferiore allo 0.02%(p/p).

Sotto un altro aspetto l?invenzione ? relativa ad un procedimento per l?ottenimento di caff? esausto comprendente una quantit? di microplastiche inferiore allo 0.5%(p/p), preferibilmente inferiore allo 0.1%(p/p), pi? preferibilmente inferiore allo 0.02%(p/p) in cui una pluralit? di capsule di caff? esauste vengono trattate da una macchina secondo l?invenzione.

I vantaggi, assieme alle caratteristiche ed alle modalit? di impiego della presente invenzione, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Nel seguito di questa descrizione verr? fatto riferimento ai disegni riportati nelle figure allegate, in cui:

? la figura 1A ? una vista prospettica della macchina secondo l?invenzione;

? la figura 1B ? una ulteriore vista prospettica della macchina secondo l?invenzione;

? le figure 2A, 2B e 2C sono rispettivamente una vista frontale, una vista laterale ed una vista superiore della macchina di figura 1A e 1B; e

? la figura 3 ? una vista in sezione della macchina secondo l?invenzione, in particolare della camera di triturazione 2 e relativi mezzi di triturazione 3.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

L?invenzione pertanto ? relativa ad una macchina per il trattamento di una pluralit? di capsule di caff? esauste 9, comprendente:

? una tramoggia di carico 1 della pluralit? di capsule di caff? esauste; ? una camera di triturazione 2 comprendente mezzi di triturazione 3 alimentati da un motore 4 atti a triturare detta pluralit? di capsule di caff? esauste ottenendo un materiale triturato;

? un sistema per la movimentazione 5 del materiale triturato proveniente dalla camera di triturazione 2 verso il sistema di separazione 6;

? un sistema di separazione 6 del materiale triturato, atto a separare un caff? esausto da una pluralit? di capsule esauste triturate;

? un contenitore 7 per il caff? esausto che fuoriesce dal sistema di separazione 6; e

? un contenitore 8 per la pluralit? di capsule esauste triturate che fuoriescono dal sistema di separazione 6.

Nella presente invenzione quando si indica:

- ?una pluralit? di capsule? si intende indicare due o pi? capsule di caff? esauste;

- ?capsula/e esausta/e? si intende una capsula gi? usata per la preparazione del caff?;

- ?microplastica? si intende una particella solida estremamente piccola, in genere di dimensioni inferiori ai 5 mm, composta da uno o pi? polimeri eventualmente in miscela anche con additivi funzionali, quali ad esempio polipropilene, poliestere, polietilentereftalato, etc.

La presente invenzione sar? di seguito descritta facendo riferimento alle figure suindicate.

Con riferimento alle figure da 1 a 2, queste mostrano una forma realizzativa preferita della macchina per il trattamento delle capsule di caff? esauste secondo la presente invenzione.

La macchina 9 dunque comprende:

- una tramoggia di carico 1 della pluralit? di capsule esauste;

- una camera di triturazione 2 comprendente mezzi di triturazione 3 alimentati da un motore 4 atti a triturare detta pluralit? di capsule di caff? esauste ottenendo un materiale triturato;

- un sistema per la movimentazione 5 del materiale triturato in arrivo dalla camera di triturazione 2 verso il sistema di separazione 6;

- un sistema di separazione 6 del materiale triturato atto a separare un caff? esausto da una pluralit? di capsule esauste triturate;

- un contenitore 7 per il caff? esausto che fuoriesce dal sistema di separazione 6; e - un contenitore 8 per la pluralit? di capsule esauste triturate che fuoriescono dal sistema di separazione 6.

I mezzi di triturazione 3 possono essere sistemi di taglio a lama centrale, mulini a lame o sistemi comprendenti almeno due alberi portanti i mezzi di taglio. Preferibilmente detti mezzi di triturazione 3 sono costituiti da un sistema bialbero a lame con denti contrapposti.

La camera di triturazione 2 pu? comprendere anche degli ulteriori mezzi di triturazione, posizionati a monte dei mezzi di triturazione 3 lungo la direzione di avanzamento delle capsule esauste nella camera di triturazione 2, allo scopo di eseguire una pre-triturazione grossolana della pluralit? di capsule esauste e dunque aumentare l?efficienza e la velocit? complessiva di trattamento della macchina.

Il materiale triturato, comprendente le capsule esauste triturate e il caff? esausto, passa dalla camera di triturazione 2 al sistema di movimentazione 5 mediante semplice caduta attraverso un imbuto a caduta 10.

Il sistema di movimentazione 5 pu? essere una coclea o un tappeto. Preferibilmente ? una coclea.

Il sistema di separazione 6 pu? essere un tamburo forato rotante, un tappeto elettrostatico o un vibrovaglio. Preferibilmente ? un tamburo forato rotante.

La macchina 9 pu? inoltre essere disposta ad una altezza qualsiasi, in funzione della praticit? di carico/scarico della macchina.

In una forma di realizzazione preferita i mezzi di triturazione 3 sono costituiti da un sistema bialbero a lame con denti contrapposti, il sistema di movimentazione 5 del materiale triturato ? una coclea ed il sistema di separazione 6 ? un tamburo rotante forato.

In una forma di realizzazione ancor pi? preferita quando i mezzi di triturazione 3 sono costituiti da un sistema bialbero a lame con denti contrapposti, preferibilmente le lame hanno larghezza inferiore ai 20 mm, pi? preferibilmente hanno larghezza di circa 10 mm.

In figura 3 ? riportata una forma di realizzazione preferita della macchina 9 in cui ? evidente la presenza di mezzi di triturazione 3 a bialbero a lame a denti contrapposti ed il sistema per la movimentazione 5 del materiale triturato a coclea.

Secondo una forma di realizzazione preferita e vantaggiosa, quando le lame hanno dimensioni di circa 10 mm si ottengono i migliori risultati in termini di efficacia di triturazione e di limitazione di formazione di microplastiche.

Quando il sistema di movimentazione 5 del materiale triturato ? una coclea, preferibilmente essa ha un diametro compreso nell?intervallo da 150 a 300 mm, preferibilmente di circa 200 mm ed una lunghezza nell?intervallo da 50 a 200 cm, preferibilmente di circa 80 cm.

Nella forma di realizzazione in cui il sistema di separazione 6 ? un tamburo rotante forato, con lunghezza nell?intervallo da 50 a 200 cm, preferibilmente esso ? lungo circa 100 cm e i fori hanno diametro di dimensioni inferiori ai 3.5 mm, preferibilmente inferiori ai 2.5 mm, ancor pi? preferibilmente inferiori ad 1 mm.

In una forma di realizzazione preferita e vantaggiosa dell?invenzione il tamburo rotante forato ha lunghezza di circa 1 m ed i fori hanno diametro di circa 2 mm; queste dimensioni permettono un efficace compromesso tra scorrevolezza dei materiali all?interno del tamburo e separazione delle capsule esauste triturate e delle microplastiche dal caff? esausto.

In una forma ancor pi? preferita dell?invenzione, detto tamburo rotante forato come sistema di separazione 6 presenta al suo interno anche dei setti collocati in posizioni sfalsate, per garantire una maggiore quantit? di urti delle capsule sminuzzate, favorendo ancora di pi? la fuoriuscita del caff? esausto.

Inoltre, vantaggiosamente il tamburo rotante contiene anche delle sezioni metalliche esterne volte a facilitare il convogliamento dei materiali in uscita verso i rispettivi contenitori di raccolta, evitando che vengano dispersi nell?ambiente circostante.

Preferibilmente il motore 4 ? un motore elettrico, pi? preferibilmente un motore asincrono da 2.2 kW, che genera, con il relativo riduttore, una coppia di 600 N/m sulla capsula della pluralit? di capsule, che ? una pressione adeguata a provocare con facilit? la rottura della capsula. Con questo motore ? possibile lavorare fino a 200 capsule al secondo, rendendo di fatto possibile un impiego industriale della macchina.

Nella configurazione preferita secondo l?invenzione il caff? esausto uscente dal sistema di separazione 6 ha un ridotto contenuto di almeno una microplastica, inferiore allo 0.5%(p/p), preferibilmente inferiore allo 0.1%(p/p), ancor pi? preferibilmente inferiore alle 0.02%(p/p).

Pertanto, un ulteriore oggetto della presente invenzione ? un caff? esausto avente un contenuto in microplastiche inferiore allo 0.5%(p/p), preferibilmente inferiore allo 0.1%(p/p), ancor pi? preferibilmente inferiore alle 0.02%(p/p).

In una forma realizzativa preferita dell?invenzione la macchina viene controllata e gestita da un pc industriale o da un PLC, sul quale ? installato un software di controllo e monitoraggio, che permette sia l?abilitazione dei vari organi della macchina, quali ad esempio il sistema di triturazione, di movimentazione del triturato e di separazione dello stesso, che l?acquisizione dei dati ed il trasferimento telematico degli stessi verso piattaforme web-based.

Di seguito viene riportato un esempio di funzionamento della macchina 9 dell?invenzione a titolo esemplificativo e non limitativo dell?invenzione.

Esempio

3 kg di capsule di caff? esausto vennero alimentati ad una macchina 9 secondo l?invenzione, in cui:

- i mezzi di triturazione 3 erano costituiti da un sistema bialbero a lame con larghezza di circa 10 mm, con denti contrapposti, alimentati da un motore elettrico 4 asincrono da 2.2 kW;

- il sistema di movimentazione 5 era una coclea di diametro di circa 200 mm e lunghezza 96 cm; ed

- il sistema di separazione 6 era un tamburo rotante forato della lunghezza di circa 1 m e avente fori con diametro di circa 2 mm.

Le capsule erano costituite da polipropilene (PP) e la pellicola microforata superiore (lid) era costituita da un copolimero di polipropilene e polietilene.

Dopo 35 secondi circa dall?avvio della macchina, tutte le capsule risultarono completamente triturate e separate. Alla fine del processo si ottennero, nel contenitore di raccolta del caff? esausto, circa 2 kg di caff?, e nel contenitore di raccolta dei frammenti di plastiche, circa 1 kg di plastiche contenenti tracce di caff?, destinabili alla raccolta differenziata.

Il contenuto residuo in microplastiche nel caff? esausto raccolto, fu rilevato tramite vagliatura con setacci delle seguenti dimensioni: 2000 ?m, 800 ?m, 500 ?m, 200 ?m, 100 ?m, 50?m. I contenuti di microplastiche trattenuti da ogni setaccio furono pesati. Il contenuto totale di microplastiche rispetto al campione di caff? esausto analizzato si dimostr? inferiore allo 0.02%(p/p).

Tale infinitesimo contenuto di microplastiche rende vantaggiosamente e direttamente impiegabile il caff? esausto cos? ottenuto, senza alcun ulteriore trattamento, per svariati usi, compreso quello agricolo, come concime.

La possibilit? di ottenere una nuova materia prima direttamente reimpiegabile in altri settori, quali il caff? esausto dell?invenzione, contenente una percentuale in peso di microplastiche inferiore allo 0.5%, preferibilmente inferiore allo 0.1%, ancor pi? preferibilmente inferiore allo 0.02%, ? da considerarsi eccezionale se comparata a tutti i processi ad oggi noti che non riescono a scendere a valori apprezzabilmente inferiori al 2%(p/p) di contenuto in microplastiche.

La descrizione di cui sopra di composizioni realizzative dell?invenzione ? in grado di mostrare l?invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tali forme realizzative specifiche senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti delle forme realizzative specifiche. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione. S?intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e, per questo, non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Una macchina per il trattamento di una pluralit? di capsule di caff? esauste (9), comprendente:

? una tramoggia di carico (1) della pluralit? di capsule di caff? esauste;

? una camera di triturazione (2) comprendente mezzi di triturazione (3) alimentati da un motore (4) atti a triturare detta pluralit? di capsule di caff? esauste ottenendo un materiale triturato;

? un sistema per la movimentazione (5) del materiale triturato proveniente dalla camera di triturazione (2) verso il sistema di separazione (6);

? un sistema di separazione (6) del materiale triturato, atto a separare un caff? esausto da una pluralit? di capsule esauste triturate;

? un contenitore (7) per il caff? esausto che fuoriesce dal sistema di separazione (6); e

? un contenitore (8) per la pluralit? di capsule esauste triturate che fuoriescono dal sistema di separazione (6).

2. La macchina secondo la rivendicazione 1 in cui i mezzi di triturazione (3) sono sistemi di taglio a lama centrale, mulini a lame o sistemi comprendenti almeno due alberi portanti i mezzi di taglio, preferibilmente sono un sistema bialbero a lame con denti contrapposti.

3. La macchina secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui la camera di triturazione (2) comprende anche dei mezzi di pre-triturazione, posizionati a monte dei mezzi di triturazione (3) lungo la direzione di avanzamento delle capsule esauste nella camera di triturazione (2).

4. La macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il sistema di movimentazione (5) ? una coclea o un tappeto, preferibilmente una coclea.

5. La macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il sistema di separazione (6) ? un tamburo forato rotante, un tappeto elettrostatico o un vibrovaglio, preferibilmente ? un tamburo forato rotante.

6. La macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui i mezzi di triturazione (3) sono costituiti da un sistema bialbero a lame con denti contrapposti, il sistema (5) di movimentazione del triturato ? una coclea ed il sistema di separazione (6) ? un tamburo rotante forato.

7. La macchina secondo la rivendicazione 6 in cui i mezzi di triturazione (3) sono costituiti da un sistema bialbero a lame con denti contrapposti, in cui le lame hanno larghezza inferiore ai 20 mm, preferibilmente di circa 10 mm, il sistema (5) di movimentazione del triturato ? una coclea con diametro compreso nell?intervallo da 150 a 300 mm, preferibilmente di circa 200 mm ed una lunghezza nell?intervallo da 50 a 200 cm, preferibilmente di circa 80 cm ed il sistema di separazione (6) ? un tamburo rotante forato, di lunghezza compresa tra 50 e 200 cm, preferibilmente di circa 100 cm, con fori di diametro inferiore a 3.5 mm, preferibilmente inferiore a 2.5 mm, ancor pi? preferibilmente inferiore a 1 mm.

8. La macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il sistema di separazione (6) ? un tamburo rotante forato che presenta al suo interno dei setti collocati in posizioni sfalsate per aumentare la quantit? di urti delle capsule sminuzzate.

9. Procedimento per l?ottenimento di caff? esausto comprendente una quantit? di microplastiche inferiore allo 0.5%(p/p), preferibilmente inferiore allo 0.1%(p/p), pi? preferibilmente inferiore allo 0.02%(p/p) in cui capsule di caff? esauste vengono trattate da una macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10.

10. Caff? esausto comprendente una quantit? di microplastiche inferiore allo 0.5%(p/p), preferibilmente inferiore allo 0.1%(p/p), pi? preferibilmente inferiore allo 0.02%(p/p).