IT202100032408A1 - Macchina tostatrice dotata di sistema di riscaldamento a induzione - Google Patents
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Description
Titolo: ?MACCHINA TOSTATRICE DOTATA DI SISTEMA DI RISCALDAMENTO A INDUZIONE?
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una macchina di tostatura per materiale in semi a tamburo orizzontale per processi discontinui dotata di riscaldamento mediante induzione elettromagnetica.
Stato dell?arte
Il processo di tostatura del materiale in semi ? un processo che avviene in pi? fasi generalmente in un'unica macchina o impianto. Nel seguito faremo riferimento a macchine di tostatura a tamburo orizzontale in cui il processo ? di tipo discontinuo con una fase di carico e una fase di scarico.
Le macchine in oggetto sono dotate di un tamburo orizzontale forato rotante che gira a bassa velocit? dotato internamente di una serie di palette che hanno lo scopo di mescolare il materiale durante il processo di tostatura. La velocit? di rotazione viene mantenuta bassa in modo tale che la forza centrifuga agente sul materiale da processare sia inferiore alla forza di gravit? e di conseguenza il materiale durante la rotazione tende sempre a ricadere sulla parte bassa del tamburo rimescolandosi per effetto delle palette.
Le palette hanno andamento elicoidale in modo tale, che con un determinato senso di rotazione, il materiale interno viene portato verso una delle testate del tamburo per facilitare lo scarico al momento dell'apertura della bocca di scarico.
Il processo di tostatura tipicamente ha inizio introducendo nel tamburo il materiale da tostare (chicchi di caffe, ecc.) dopo una fase di preriscaldo, in cui il tamburo rotante ? portato ad una temperatura prefissata adatta per ricevere il materiale da tostare. Con questa fase di preriscaldo si vuole evitare che il processo di riscaldamento del materiale da tostare sia eccessivamente lungo.
Le fasi principali del processo di tostatura sono:
- fase di riscaldamento con disidratazione
- prima fase di cracking
- seconda fase di cracking
- raffreddamento.
Nel seguito una breve descrizione delle fasi elencate:
Fase di riscaldamento: durante questa prima fase il materiale in chicchi (nel seguito verranno chiamati indifferentemente anche grani o semi) che entra nella macchina a temperatura ambiente, assorbe calore dal tamburo e dall'aria. Si tratta di una fase endotermica in cui il materiale in semi assorbendo calore perde l'acqua ancora contenuta trasferendola sotto forma di vapore all'aria per poi essere estratta dalla macchina.
Durante questa prima fase avvengono altre trasformazioni chimiche indotte dalla temperatura a carico dell'acido clorogenico e della trigonellina. Durante questa fase avvengono anche delle trasformazioni fisiche del materiale in semi: aumento di volume dovuto alla pressione interna indotta dalla trasformazione dell'acqua contenuta in vapore, perdita di peso con conseguente cambiamento di densit?. Importante in questa prima fase limitare la discesa di temperatura e evitare che il ripristino della temperatura di preriscaldo sia eccessivamente lungo. Un?asciugatura troppo veloce comporter? una distribuzione del calore all'interno del chicco meno uniforme con un maggior rischio di bruciature esterne, mentre un tempo troppo prolungato porta a una tostatura poco sviluppata.
Prima fase di cracking: questa fase richiede un controllo accurato della salita della temperatura di riscaldamento in modo da permettere l'innesco della reazione di Maillard e il suo sviluppo.
Questa prima fase di cracking che inizia sopra la temperatura di 140?C prevede la reazione di condensazione tra il gruppo amminico di un amminoacido e quello carbonilico di uno zucchero riducente che produce composti di Amadori che rappresentano nei primi stadi della reazione un composto chimico stabile. In questa fase non si ha produzione di composti colorati o profumati. Durante questa fase i prodotti volatili fuoriescono dalle piccole crepe che si creano nei chicchi.
Seconda fase di cracking: in questa fase la reazione di Maillard diventa pi? complessa e i precursori aromatici a basso peso molecolare sono trasformati in composti ad alto peso molecolare; inoltre la reazione di degradazione di Strecker produce, attraverso la condensazione tra composti alfa-amminoacidi e composti alfa-dicarbonilici, nuovi composti chimici in parte volatili tra cui anidride carbonica e pigmenti bruni che danno la tipica colorazione ai grani del materiale in semi.
In fase finale la reazione di Maillard produce composti polimerici comunemente chiamati melanoidine.
Raffreddamento: questa fase, per accelerare i tempi di esecuzione, avviene all?esterno del tamburo di tostatura in una vasca di raffreddamento. ? importante che i chicchi vengano riportati a temperatura ambiente il pi? presto possibile (4-5 minuti al massimo).
Gli aspetti critici del processo possono essere sintetizzati nei seguenti punti, che a loro volta necessitano dei seguenti accorgimenti:
1. limitare la caduta di temperatura del tamburo e dell'aria all'interno dell'unit? di tostatura al momento dell'introduzione del materiale in semi e consentire un rapido recupero di temperatura per il tamburo e per il materiale introdotto 2. controllare il rate di salita di temperatura durante le fasi in cui avvengono le reazioni di Maillard
3. minimizzare il flusso di aria attraverso il tamburo, limitandolo allo stretto necessario per rimuovere i prodotti volatili e il vapore d?acqua, al fine di evitare l'ossidazione (bruciatura) superficiale del chicco
4. velocizzare lo scarico per bloccare la tostatura al momento definito dal processo.
Per superare le criticit? sopra esposte, le macchine di tostatura secondo la tecnica nota utilizzano due modalit? di riscaldamento:
- diretto
- indiretto.
La definizione di diretto o indiretto ? associata alla condizione di come viene riscaldato il tamburo, con una termocoppia di controllo solitamente posizionata all'interno del tamburo.
Nel primo caso (si faccia riferimento alla fig. 1) si tratta di riscaldamento elettrico ottenuto posizionando una serie di resistenze 103 attorno al tamburo rotante 101 con asse 102, posto all'interno di una struttura 104 circondata da un elemento isolante 105. Completano la macchina di tostatura il condotto di alimentazione aria 106 e lo scarico dei fumi 107.
Il riscaldamento avviene sfruttando l'irraggiamento dalla superficie delle resistenze e i fenomeni convettivi prodotti dal flusso d'aria entrante dal basso che fuoriesce dall'interno del tamburo.
Poich? la superficie dei riscaldatori ? piccola relativamente alla potenza da fornire, la temperatura della superficie del riscaldatore ? molto alta. Questo fatto limita la potenza massima dei riscaldatori.
Relativamente ai punti critici del processo, questa soluzione risulta essere critica relativamente al punto 1, in quanto al momento dell?entrata del materiale la limitazione della discesa di temperatura ? determinata esclusivamente dalla capacit? termica del tamburo. Siccome il riscaldamento dei grani richiede prima il riscaldamento del tamburo e successivamente per contatto (grazie al rimescolamento) avviene il riscaldamento dei grani, questo modo di operare ? condizionato dalla bassa capacit? di scambio termico. Quest?ultimo punto pu? essere in parte limitato facendo passare aria riscaldata dalle resistenze attraverso il tamburo per avere una cessione termica ai grani non solo per contatto ma anche per convezione. Il passaggio di aria deve essere comunque limitato per tre ragioni:
1. rischio di ossidare la superficie dei chicchi quando la temperatura si avvicina alla temperatura massima di processo
2. estrazione troppo rapida dell'umidit? che causa una rottura dei grani 3. perdita di energia e conseguente riduzione di rendimento della macchina.
Con questo tipo di riscaldamento, pur avendo una buona corrispondenza tra la temperatura letta sulla termocoppia e la temperatura dei grani, grazie al fatto che il flusso di aria attraverso il tamburo ? mantenuto basso, risulta non semplice controllare con efficacia la rampa di salita della temperatura nella seconda e terza fase del processo in quanto il processo di riscaldamento avviene per tramite del tamburo la cui temperatura non viene misurata.
Nel caso di riscaldamento indiretto, invece, si tratta prevalentemente di macchine (fig. 2) dotate di riscaldamento a gas dove il tamburo rotante 201 ? attraversato da un flusso d?aria che entra da un condotto di alimentazione 202 dopo essere passato attraverso uno scambiatore di calore 203 dove riceve la potenza termica dai fumi provenienti da un bruciatore (non rappresentato in figura) e passante nello scambiatore dal condotto 204 verso il condotto 205. Il flusso d'aria dopo aver attraversato il tamburo rotante 201 esce dal condotto 206.
Questa soluzione ha il vantaggio di poter realizzare elevate potenze con costi contenuti, ma per contro ha alcuni limiti con riferimento alle criticit? del processo indicate in precedenza:
1. la risalita di temperatura per essere rapida richiede un grande flusso di aria molto calda che tende ad ossidare la superficie del grano del materiale in semi;
2. il sistema di controllo della temperatura, essendo indiretto, riscalda direttamente l?aria che attraversa il tamburo dove ? posta la termocoppia, ma per contro la termocoppia fornisce una rappresentazione della temperatura del materiale da tostare solo in condizioni stazionarie; nei transitori, dovendo essere l?aria l'elemento che cede calore al materiale, la termocoppia fornisce una temperatura molto superiore a quella del materiale da tostare;
3. per via della temperatura i grani a contatto con il flusso di aria calda nella seconda e terza fase tendono ad ossidarsi.
In conclusione, questo tipo di macchina determina un processo di tostatura di minore qualit? rispetto alla soluzione con riscaldamento diretto. Inoltre, il fatto di utilizzare il gas come elemento per alimentare il riscaldamento rende la sua applicabilit? non sempre agevole in particolare in alcuni ambienti di installazione.
Sommario dell?invenzione
Scopo della presente invenzione ? pertanto quello ? eliminare i punti limitanti delle soluzioni della tecnica nota illustrata.
In particolare, scopo dell'invenzione ? quello di realizzare un sistema di riscaldamento, applicato ad una macchina di tostatura a tamburo orizzontale, che consente di ottenere un?elevata potenza specifica senza le limitazioni alla geometria imposte dai riscaldatori elettrici applicato ad una macchina di tostatura a tamburo orizzontale.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di realizzare una macchina di tostatura per materiale in semi o chicchi con trasferimento di calore indiretto in grado di superare i punti critici sopra esposti.
Ulteriore scopo ? quello di realizzare una macchina di tostatura in grado di realizzare un controllo accurato della potenza necessaria agli elementi riscaldanti sulla base dei valori di temperatura rilevati in vari punti della struttura.
Questi e altri scopi sono raggiunti da un dispositivo di tostatura per materiali in semi in accordo all?invenzione avente le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.
Realizzazioni vantaggiose dell?invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.
Sostanzialmente, la presente invenzione riguarda una macchina di tostatura per materiale in semi comprendente un condotto di carico per l?introduzione del materiale da tostare in un tamburo orizzontale supportato da un albero rotante e definente una camera di tostatura e un condotto di scarico per il recupero del materiale trattato, detto tamburo orizzontale rotante essendo provvisto internamente di una serie di palette per il rimescolamento del materiale, in cui, in funzione, detto tamburo rotante ? attraversato da un flusso d?aria tra un condotto di entrata d?aria e un condotto di uscita per lo scarico dei gas volatili che si sviluppano durante l?operazione di tostatura, in cui esternamente e coassialmente al tamburo rotante ? previsto un cilindro esterno in acciaio, il quale ? a sua volta circondato da un isolamento all?esterno del quale ? posta almeno una bobina per indurre un campo elettromagnetico nel cilindro in modo che le correnti indotte nel cilindro creino per effetto Joule la generazione di calore che, per irraggiamento e convezione, sar? trasferito verso il tamburo rotante e quindi un riscaldamento indiretto dello stesso e della camera di tostatura.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche dell?invenzione risulteranno pi? chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa, e quindi non limitativa, di realizzazione illustrata nei disegni annessi, in cui:
la figura 1 mostra in sezione trasversale una macchina di tostatura a tamburo orizzontale con riscaldatore elettrico secondo la tecnica nota;
la figura 2 mostra in sezione trasversale una macchina di tostatura a tamburo orizzontale con riscaldamento mediante flusso d'aria riscaldata mediante scambiatore con un flusso di fumi provenienti da un bruciatore a gas secondo la tecnica nota;
la figura 3 mostra in sezione assiale la struttura di riferimento del sistema di riscaldamento ad induzione oggetto dell?invenzione;
la figura 4 mostra in sezione trasversale, secondo la linea A-A di fig. 3, la struttura di riferimento del sistema di riscaldamento ad induzione oggetto dell'invenzione; e
le figure 5a, 5b, 5c, 5d e 6 illustrano schemi di controllo e regolazione in una macchina tostatrice con sistema di riscaldamento a induzione secondo l?invenzione.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
Verr? ora descritto in dettaglio, con riferimento alle figure allegate e in particolare alla figura 3, una macchina di tostatura con riscaldamento ad induzione elettromagnetica in accordo con la presente invenzione. In fig. 3, la macchina tostatrice ? mostrata in sezione longitudinale sull'asse di rotazione del tamburo nella sua versione di base comune a tutte le versioni derivate ed ? indicata globalmente con il numero di riferimento 100.
La macchina di tostatura 100 consiste di un tamburo rotante 1, forato su tutta la superficie chiuso su un lato da un disco 2 solidale con esso e mediante esso collegato in modo solidale a un albero centrale 3. Il tamburo 1 ? a sua volta collegato, mediante una ruota a raggi 4, all?albero centrale 3 in prossimit? dell?altro lato ad una certa distanza da esso, per non andare in interferenza con gli altri dispositivi durante la rotazione. La ruota a raggi 4 ha raggi sottili tali da consentire il carico dei grani attraverso il condotto di carico 5 e lo scarico mediante il condotto di scarico 6. Il tamburo 1 ? dotato internamente di una serie di palette 7 ad andamento elicoidale tale da portare il materiale per effetto della rotazione verso lo scarico 6 e l?interno del tamburo 1 definisce una camera di tostatura 61.
Sul lato di carico e scarico ? posta una piastra 8 e sul lato opposto una seconda piastra 9, che costituiscono la struttura della macchina di tostatura 100. Dette piastre 8 e 9 possono essere dotate esternamente di due elementi di isolamento termico 11, 11? per ridurre le perdite termiche dalle estremit?. La piastra 8 ? posta a pochi decimi di millimetro dal tamburo rotante 1 in modo da impedire che i chicchi possano fuoriuscire dal tamburo durante la rotazione.
La struttura costituita dalle piastre 8 e 9 porta mediante opportuni elementi di isolamento 12, 12? un cilindro 13 in acciaio inox, preferibilmente della serie 400 (acciaio inox con caratteristiche ferromagnetiche) che costituisce l'involucro esterno della zona di tostatura. Il cilindro 13 ? coassiale al tamburo rotante 1 e esternamente ad esso ? posta una bobina 15 per indurre un campo elettromagnetico nel cilindro 13; le correnti parassite che si generano nel cilindro producono per effetto resistivo (joule) una potenza termica nel cilindro 13 che a sua volta trasferisce calore al tamburo rotante 1 mediante irraggiamento e convezione. ? prevista una termocoppia 27 affacciata all?intercapedine tra tamburo rotante 1 e cilindro esterno 13, tale da leggere la temperatura dell'aria tra di essi.
Preferibilmente, la bobina 15 ? suddivisa in due semi-bobine 15' e 15?, in modo tale che tra di esse nella parte bassa ci sia lo spazio per realizzare un foro di entrata 16 per l'aria e in alto un foro di uscita 17 per i gas volatili che si sviluppano durante le reazioni di tostatura.
Il carico avviene attraverso il condotto 5 che, dopo l'introduzione del materiale da tostare, viene richiuso mediante un coperchio 18 o dispositivo simile.
Lo scarico viene effettuato attraverso il condotto di scarico 6 chiuso mediante lo sportello 19, progettato in modo tale che nella condizione chiusa non lasci nessuno spazio cieco in cui potrebbe ristagnare il materiale da tostare. Lo sportello pu? essere dotato di uno spioncino per verificare lo stato di colorazione dei chicchi durante il processo di tostatura.
Il condotto di estrazione dell'aria 17 ? dotato di una valvola 25 (valvola di parzializzazione o di regolazione del flusso) regolabile manualmente o mediante comando elettrico per limitare il flusso di aria che attraversa il cilindro di tostatura. In particolare, nel caso di valvola a comando elettrico, l'apertura della valvola pu? essere regolata durante il ciclo di tostatura per ridurre il flusso nelle fasi in cui si vuole limitare l'ossidazione o per aumentare il flusso nelle prime fasi di estrazione dell'umidit?.
L?albero 3 ? realizzato con un diametro il pi? grande possibile compatibilmente con le dimensioni della camera, la quantit? di materiale da tostare e il volume minimo da lasciare libero per consentire il rimescolamento del materiale da tostare. Quanto pi? ? grande il diametro, maggiore ? la superficie di scambio termico per irraggiamento e convezione.
L?albero 3, forato internamente per ridurne la massa, ha al suo interno un secondo albero di rotazione 20 di diametro minore, supportato alle sue estremit? da due cuscinetti 21, 21? e posto in rotazione da un motore 22 posto nella parte opposta alla zona di carico e scarico. L?albero 20 ? solidale con l'albero 3 e con esso al tamburo 1. Vantaggiosamente, all?esterno della zona in cui avviene la tostatura, l?albero 3 ? circondato da una protezione di isolamento termico 23 fissata alla struttura della macchina, attorno alla quale ? posta una seconda bobina 24 per indurre un campo elettromagnetico nell?albero 3. Le correnti parassite che si generano nell?albero producono per effetto resistivo una potenza termica nell?albero 3. In questo modo, la potenza termica introdotta nell?albero rotante, non potendosi diffondere all'esterno nella zona dove ? presente l'isolamento termico 23, si diffonde verso l'interno del tamburo irraggiandosi verso la superficie interna del tamburo rotante.
In questo modo, quando una seconda bobina 24 ? posta all?esterno dell'albero rotante 3 in una posizione esterna alla camera di tostatura 61, le correnti indotte nell'albero 3 creano per effetto Joule potenza termica nell?albero stesso che a sua volta trasferisce calore mediante irraggiamento e convezione al tamburo rotante 1, all'aria all'interno del tamburo e direttamente al materiale da tostare quando ? presente.
L?albero 3 in materiale elettricamente conduttivo deve avere inoltre un?elevata conducibilit? termica; pu? essere realizzato in alluminio, con trattamenti superficiali adatti per l'applicazione, oppure, pi? vantaggiosamente, pu? essere realizzato con un tubo bimettalico internamente in rame o alluminio per il trasferimento del calore e un tubo esterno di rivestimento preferibilmente in acciaio inox della serie 400 (acciaio inox con caratteristiche ferromagnetiche) dove vengono indotte le correnti parassite.
Sulla piastra frontale 8 ? montata una termocoppia 28 affacciata all?interno del tamburo in modo tale da poter misurare la temperatura dell'aria all'interno della macchina di tostatura. All?esterno delle bobine 15?, 15?? e 24 sono posti elementi di schermatura 10 e 26.
? inoltre presente una termocoppia a contatto 29 sul cilindro esterno 13. Completano la macchina elementi di tenuta non mostrati nelle figure sull?albero rotante e tra le flange che compongono la struttura.
In figura 4 ? mostrata una sezione trasversale della macchina di tostatura nella zona del tamburo, dove ? possibile vedere il condotto di entrata aria 16 e di uscita fumi 17 con la valvola di parzializzazione 25
Questa soluzione di riscaldamento ad induzione rende possibile riscaldare la zona di tostatura sia dall?esterno del tamburo rotante che dall?interno del tamburo superando le limitazioni delle soluzioni dello stato dell?arte. Utilizzando il riscaldamento ad induzione ? possibile fornire direttamente l'energia all'elemento, cilindro esterno e albero interno, per effetto delle correnti indotte senza il tramite di una resistenza da accoppiare all'elemento da riscaldare.
La soluzione, consentendo di limitare il flusso di aria attraverso il tamburo, unita alla possibilit? di isolare completamente l'involucro esterno, ? in grado di ridurre i consumi energetici rispetto alle soluzioni attuali a resistenza elettrica, garantendo una maggiore sicurezza rispetto alle soluzioni indirette che utilizzano riscaldamento a gas.
Inoltre, nella configurazione adottata le bobine sono poste all'esterno del volume di tostatura in una zona facilmente manutenibile e le bobine possono essere mantenute in una zona raffreddata.
Con riferimento alle condizioni critiche per ottenere un processo di tostatura ottimale la soluzione proposta presenta significativi vantaggi. In particolare permette di:
1) Limitare la caduta di temperatura del tamburo e dell'aria all'interno La soluzione proposta fornisce il calore per irraggiamento da parte del cilindro esterno e dell'albero interno e per convezione tra le pareti calde e il tamburo; applicando un corretto dimensionamento ? possibile avere a disposizione una capacit? termica con una elevata superficie di irraggiamento e scambio termico pronta a fornire la potenza termica supplementare alla potenza termica della sorgente per compensare la discesa di temperatura causata dall'introduzione del materiale da tostare.
2) Consentire un rapido recupero di temperatura per il tamburo e per il materiale introdotto
La soluzione proposta grazie alla presenza di una superficie di irraggiamento e di scambio termico convettivo anche all'interno ? in grado di riscaldare rapidamente l'aria all'interno del tamburo e di fornire direttamente per irraggiamento al materiale da tostare l'energia per il recupero termico, che senza questa sorgente avverrebbe solo per convezione con l'aria e per contatto con il tamburo rotante.
3) Controllare il rate di salita di temperatura durante le fasi in cui avvengono le reazioni di Maillard
La doppia sorgente termica consente di controllare in modo pi? preciso i rate di salita della temperatura rispetto alle soluzioni con una sola sorgente termica in quanto ? possibile associare il controllo della potenza del riscaldatore ad induzione presente sul cilindro esterno alla termocoppia posta tra il cilindro esterno e il tamburo rotante, e il controllo della potenza del riscaldatore ad induzione dell'albero interno alla termocoppia posta all'interno del tamburo rotante. In questo modo ? possibile controllare completamente l'ambiente di tostatura sia all'esterno che all'interno del tamburo, senza dover far passare un eccesso di aria attraverso il tamburo per portare potenza termica all'interno del tamburo.
4) Limitare il flusso di aria attraverso il tamburo
La configurazione di macchina di tostatura proposta non richiede un flusso termico per riscaldare il materiale all'interno. Il flusso d'aria ? limitato al solo flusso necessario per estrarre l'umidit? e i componenti volatili presenti nel materiale da tostare. A tale scopo la valvola posta sul condotto di estrazione consente di ridurre la sezione di passaggio.
La regolazione della potenza alle bobine di induzione (o induttori) ? realizzata secondo la seguente logica di controllo:
- per l?induttore 15, nel caso non si utilizzi l'induttore sull'albero 24, la regolazione ? effettuata secondo la figura 5a usando come segnale di controllo la temperatura letta con la termocoppia 28 e ponendo un limite di temperatura al cilindro esterno 13 ed utilizzando come segnale di verifica del raggiungimento della soglia la termocoppia 29;
- per l?induttore 15, nel caso si utilizzi anche l'induttore sull'albero 24, la regolazione ? effettuata secondo la figura 5b usando come segnale di controllo la temperatura letta con la termocoppia 27 e ponendo un limite di temperatura al cilindro esterno 13 ed utilizzando come segnale di verifica del raggiungimento della soglia la termocoppia 29;
- in alternativa per l?induttore 15, sia nel caso di presenza o assenza dell'induttore 24, ? possibile eseguire il controllo di temperatura usando come segnale di controllo la temperatura del tamburo esterno letta con la termocoppia 29 secondo lo schema 5c;
- per l'induttore 24 la regolazione ? effettuata secondo la figura 5d usando come segnale di controllo la temperatura letta con la termocoppia 28.
La regolazione della valvola di parzializzazione 25 del condotto di scarico 17 ? effettuata secondo lo schema di figura 6 in funzione dei seguenti parametri:
- errore tra set e valore reale della temperatura esterna al tamburo rotante riferita alla termocoppia 27;
- errore tra set e valore reale della temperatura interna al tamburo rotante riferita alla termocoppia 28;
- potenza applicata dalla bobina di induzione 15;
- potenza applicata dalla bobina di induzione 24
Tutti e quattro i termini danno un contributo proporzionale negativo con peso diverso all?apertura della valvola.
Da quanto esposto appaiono evidenti i vantaggi di una macchina di tostatura secondo la presente invenzione, che permette di ottenere un processo di tostatura migliorato in termini di qualit? del materiale tostato e allo stesso tempo pi? efficiente, attraverso un controllo diretto delle potenze in gioco.
La presente invenzione non ? limitata alla particolare forma di realizzazione precedentemente descritta e illustrata nei disegni annessi, ma ad essa possono essere apportate numerose modifiche di dettaglio, alla portata del tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall?ambito dell?invenzione stessa, come definito nelle rivendicazioni annesse.
Claims (14)
1. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi comprendente un condotto di carico (5) per l?introduzione del materiale da tostare in un tamburo orizzontale (1) supportato da un albero rotante (3) e definente una camera di tostatura (61), e un condotto di scarico (6) per il recupero del materiale trattato, detto tamburo orizzontale rotante (1) essendo provvisto internamente di una serie di palette (7) per il rimescolamento del materiale, in cui, in funzione, detto tamburo rotante (1) ? attraversato da un flusso d?aria tra un condotto di entrata d?aria (16) e un condotto di uscita (17) per lo scarico dei gas volatili che si sviluppano durante l?operazione di tostatura,
caratterizzata dal fatto che esternamente e coassialmente al tamburo rotante (1) ? previsto un cilindro esterno (13) in acciaio, il quale ? a sua volta circondato da un isolamento (14) all?esterno del quale ? posta almeno una bobina (15) per indurre un campo elettromagnetico nel cilindro (13) in modo che le correnti indotte nel cilindro (13) creino per effetto Joule la generazione di calore che, per irraggiamento e convezione, ? trasferito verso il tamburo rotante (1) e quindi un riscaldamento indiretto dello stesso e della camera di tostatura (61).
2. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che sono previste due semi-bobine (15', 15?) disposte specularmente ai lati del condotto di entrata d?aria (16) e del condotto di uscita (17) per consentire l?entrata del flusso di aria dal basso e la fuoruscita dei prodotti volatili dall?alto.
3. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che all?esterno della camera di tostatura (61) l?albero (3) ? circondato da una protezione fissa di isolamento termico (23) attorno alla quale ? posta una seconda bobina (24) configurata per indurre un campo elettromagnetico nell?albero (3), il quale, attraverso la potenza termica creatasi per effetto Joule, a sua volta trasferisce ulteriore calore mediante irraggiamento e convezione al tamburo rotante (1), all?aria nella camera di tostatura (61) e direttamente al materiale da tostare, quando ? presente.
4. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l?albero (3) ? internamente cavo per ridurne la massa, ha al suo interno un secondo albero di rotazione (20) di diametro minore che ? supportato alle sue estremit? da due cuscinetti (21, 21?) ed ? posto in rotazione da un motore in modo tale che il secondo albero (20) ? solidale con l?albero (3) e con il tamburo (1).
5. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l?albero rotante (3) ? realizzato in un materiale elettricamente conduttore con alta conducibilit? termica ed ? preferibilmente realizzato in alluminio, con trattamenti superficiali adatti per l'applicazione, o realizzato con un tubo bimetallico internamente in rame o alluminio e esternamente in acciaio inossidabile.
6. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti condotti di carico (5) e di scarico (6) sono disposti in corrispondenza di un lato aperto del tamburo rotante (1), a pochi decimi di millimetro di distanza dal quale ? posta una piastra (8) atta ad impedire che il materiale in semi fuoriesca dal tamburo durante la rotazione, mentre il lato opposto del tamburo ? chiuso da un disco (2), esternamente al quale ? disposta una seconda piastra (9), dette piastre (8, 9) costituendo la struttura della macchina di tostatura (100) ed essendo opzionalmente dotate esternamente di due elementi di isolamento termico (11, 11?) per ridurre le perdite termiche dalle estremit?.
7. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un elemento di schermatura (10) esternamente a detta almeno una prima bobina (15) e, quando dipendente direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 3, comprendente inoltre un elemento di schermatura (26) attorno a detta seconda bobina (24) prevista esternamente alla camera di tostatura (61).
8. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere una prima termocoppia (28) posta all?interno del tamburo rotante (1) per rilevare la temperatura all?interno della camera di tostatura (61), una seconda termocoppia (27) affacciata all?intercapedine tra tamburo rotante (1) e cilindro (13), tale da leggere la temperatura dell'aria nello spazio tra tali componenti, e una terza termocoppia (29) a contatto sul cilindro (13) esterno al tamburo rotante (1).
9. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che la regolazione della potenza a detta almeno una bobina di induzione (15) ? ottenuta utilizzando come segnale di controllo la temperatura (T_29) del cilindro esterno (13) letta con detta terza termocoppia (29).
10. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo la rivendicazione 1 o 2 o una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 8 quando non dipendenti dalla rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la regolazione della potenza a detta almeno una bobina di induzione (15) ? ottenuta utilizzando come segnale di controllo in ingresso a un controllore PID la temperatura dell?aria (T_28) all?interno del tamburo rotante rilevata mediante la termocoppia (28) posta all'interno del tamburo rotante (1) e ponendo un limite massimo alla temperatura (T_29) del cilindro esterno (13) rilevata mediante detta terza termocoppia (29).
11. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 8, caratterizzata dal fatto che la regolazione della potenza a detta almeno una bobina di induzione (15) ? ottenuta utilizzando come segnale di controllo in ingresso a un controllore PID la temperatura (T_27) nell?intercapedine tra tamburo rotante (1) e cilindro (13) letta con la seconda termocoppia (27) e ponendo un limite massimo di temperatura del cilindro esterno (13) ed utilizzando come segnale di controllo la termocoppia (29) posta su di esso.
12. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo la rivendicazione 11 o secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 9, caratterizzata dal fatto che la regolazione della potenza a detta seconda bobina di induzione (24) ? ottenuta utilizzando come segnale di controllo la temperatura (T_28) all?interno del tamburo rotante rilevata mediante la prima termocoppia (28) in ingresso a un controllore PID.
13. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto condotto di scarico (17) ? dotato di una valvola (25) di regolazione del flusso d?aria di scarico regolabile manualmente o mediante comando elettrico per limitare il flusso di aria che attraversa il cilindro di tostatura.
14. Macchina di tostatura (100) per materiale in semi secondo la rivendicazione 13, quando dipendente dalla rivendicazione 11 o da una delle rivendicazioni da 3 a 9, in cui la regolazione del flusso di aria in scarico dalla valvola (25) ? effettuata in funzione dell?errore di temperatura interna alla camera di tostatura (61) riferita alla termocoppia (28), dell?errore della temperatura esterna al tamburo rotante (1) riferita alla termocoppia (27), alla potenza applicata a detta almeno una bobina di induzione (15) e alla potenza applicata alla seconda bobina di induzione (24).
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