NO159692B

NO159692B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR FAST BURNING OF SMALL COFFEE BEANS.

Info

Publication number: NO159692B
Application number: NO84842133A
Authority: NO
Inventors: Ernest C Brown; Walter E Buske; Norman A Putnam
Original assignee: Wolverine Corp
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1984-05-29
Publication date: 1988-10-24
Also published as: NO842133L; NO159692C

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for rask brenning av små mengder kaffebønner. This invention relates to a method and an apparatus for rapidly roasting small quantities of coffee beans.

Det er velkjent at grønne kaffebønner må brennes for oppnåelse av duft-, smak- og aroma-egenskaper som vanligvis er knyttet til nybrent kaffe, idet grønne kaffebønner ikke har noen av disse egenskaper. Brenning utvikler ikke baire en ønskelig brun kaffefarge, men bevirker også en forandring av naturlige elementer som finnes i de grønne bønner for tilveiebringelse av aromatiske egenskaper samt smak og duft som er ønskelig i kaffedrikken. Den fulle utvikling av ønskelig aroma, duft og smaksverdier avhenger av et antall faktorer inklusive typen og blandingen av kaffebønner, temperaturen og varigheten av brenneprosessen. It is well known that green coffee beans must be roasted to achieve the scent, taste and aroma properties that are usually associated with freshly roasted coffee, since green coffee beans do not have any of these properties. Roasting not only develops a desirable brown coffee color, but also causes a change in natural elements found in the green beans to provide aromatic properties as well as taste and fragrance that are desirable in the coffee drink. The full development of desirable aroma, fragrance and taste values depends on a number of factors including the type and blend of coffee beans, the temperature and duration of the roasting process.

Industrielle kaffebrennere er vanligvis utviklet for brenning av store mengder kaffebønner. Slike brenneprosesser brukes i forbindelse med rotasjonssylinderanordninger som mottar kaffebønneladninger og gjennom hvilke varme resirkula-sjonsgasser føres, og fluidiserte sjiktsystemer hvor kaffebønner beveger seg progressivt gjennom en brennesone, mens de utsettes for strøm av fluidiserende gasser for brenning av bønnene. Det er velkjent at mens grønne kaffebønner holder seg friske nesten uendelig, mister brente bønner sin friskhet meget raskt. Av denne grunn har man gjort forsøk på å utvikle systemer for brenning av små mengder kaffe til husholdnings- og butikkbruk, både for å skaffe nybrent kaffe og skaffe forskjellige typer brent kaffe. Industrial coffee roasters are usually designed for roasting large quantities of coffee beans. Such roasting processes are used in connection with rotary cylinder devices which receive coffee bean charges and through which hot recycling gases are passed, and fluidized bed systems where coffee beans move progressively through a roasting zone, while being exposed to a stream of fluidizing gases for roasting the beans. It is well known that while green coffee beans stay fresh almost indefinitely, roasted beans lose their freshness very quickly. For this reason, attempts have been made to develop systems for roasting small quantities of coffee for household and shop use, both to obtain freshly roasted coffee and to obtain different types of roasted coffee.

Den fremgangmåte for brenning av kaffebønner som oppfinnelsen er knyttet til omfatter plassering av en porsjon grønne kaffebønner som skal brennes i et brennekammer, oppheting av luft til kaffebrennetemperatur i området 250 - 315°C, og føring av luften i strøm gjennom innløpsrøret for utløp som en luftsøyle med stor hastighet i retning mot bunnen av kammeret og avbøyning radialt utover for oppover-strømning med mindre hastighet, hvilken luftsøyle med stor hastighet frembringer fluidisering i kammeret, hvorved varme overføre til kaffebønner i kammeret ved termisk konveksjon fra nevnte søyle med stor hastighet og ved konduksjon mellom individuelle kaffebønnér for tilveiebringelse av ensartet brenning av kaffebønnene i en brennesyklus som har en varighet på mindre enn 3 minutter. The method of roasting coffee beans to which the invention relates includes placing a portion of green coffee beans to be roasted in a roasting chamber, heating air to a coffee roasting temperature in the range of 250 - 315°C, and passing the air in current through the inlet pipe for outlet as a column of high velocity air towards the bottom of the chamber and deflecting radially outwards for upward flow at lower velocity, which column of high velocity air produces fluidization in the chamber, whereby heat is transferred to coffee beans in the chamber by thermal convection from said column of high velocity and by conduction between individual coffee beans to provide uniform roasting of the coffee beans in a roasting cycle having a duration of less than 3 minutes.

En fremgangsmåte for brenning av små mengder kaffebønner A method for roasting small amounts of coffee beans

og et apparat til utførelse av en slik fremgangsmåte er beskrevet i SP-patentsøknad Al-0 055 462. Et apparat til brenning av kaffebønner og andre bønner hvor fluidisering av bønnemassen forekommer er beskrevet i US patent 3 372 489. and an apparatus for carrying out such a method is described in SP patent application Al-0 055 462. An apparatus for roasting coffee beans and other beans where fluidization of the bean mass occurs is described in US patent 3 372 489.

Hensikten med denne oppfinnelse er å forbedre den innled-ningsvis omtalte fremgangmåte med tanke på å forkorte brenne-syklusen til et minimum uten at dette går ut over kvaliteten og produktet. Fremgangmåte ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at den radialt utover rettede strøm av gasser fra den nedoverrettede luftsøyle anordnet sentralt i kammeret avbøyes oppover ved brennekammerets omkrets ved hjelp av en jevnt krummet vegg av kammeret for å tvinge kaffebønnene til å fluidiseres under en toroidal sirkulasjon rundt søylen. The purpose of this invention is to improve the method mentioned at the outset with a view to shortening the firing cycle to a minimum without compromising the quality and the product. Method according to the invention is distinguished by the fact that the radially outwardly directed flow of gases from the downwardly directed air column arranged centrally in the chamber is deflected upwards at the combustion chamber's circumference by means of a smoothly curved wall of the chamber to force the coffee beans to fluidize during a toroidal circulation around the column.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er av den art som omfatter The apparatus according to the invention is of the type that comprises

et tilførselskammer, et brennekammer under tilførselskammeret, a supply chamber, a combustion chamber below the supply chamber,

et innløpsrør anordnet i kammeret og forløpende nedover fra tilførselskammeret, og en utløpsport ved toppen av brennekammeret, vifteinnretninger for føring av en luftstrøm fra tilførselskammeret gjennom røret for utløp som søyle med stor hastighet mot bunnen av kammeret og avbøyning av strømmen an inlet pipe arranged in the chamber and extending downwardly from the supply chamber, and an outlet port at the top of the combustion chamber, fan means for directing a stream of air from the supply chamber through the pipe for discharge as a column at high velocity towards the bottom of the chamber and deflecting the flow

radialt utover for strømning oppover med liten hastighet og utløp gjennom utløpsporten, der luft-søylen med stor hastighet frembringer fluidisering og toroidal resirkulasjon av en porsjon kaffebønner i kammeret, og opphetningsinnretninger for opphetning av luft og en forutbestemt brennetemperatur for kaffebønner, hvorved varme overføres til kaffebønner i nevnte kammer ved termisk konveksjon fra nevnte søyle med stor hastighet og ved konduksjon mellom individuelle kaffebønner for tilveiebringelse av ensartet brenning av kaffebønnene, og det særegne ved apparatet ifølge oppfinnelsen er at brennkammeret har sylindrisk konfigurasjon, innløpsrøret er anordnet koaksialt i kammeret og kammerets omkretsparti omfatter innretninger til å avbøye radialt oppover luften som strømmer fra innløpsrøret oppover langs kammerets omkrets for dannelse av en toroidformet sirkulasjon av kaffe-bønnene i kammeret rundt innløpsrøret. radially outward for low velocity upward flow and discharge through the discharge port, where the high velocity column of air produces fluidization and toroidal recirculation of a portion of coffee beans in the chamber, and heating means for heating air and a predetermined roasting temperature of coffee beans, whereby heat is transferred to coffee beans in said chamber by thermal convection from said column at high speed and by conduction between individual coffee beans to provide uniform roasting of the coffee beans, and the distinctive feature of the apparatus according to the invention is that the roasting chamber has a cylindrical configuration, the inlet pipe is arranged coaxially in the chamber and the peripheral part of the chamber includes devices to deflect radially upwards the air flowing from the inlet pipe upwards along the chamber's circumference to form a toroidal circulation of the coffee beans in the chamber around the inlet pipe.

Kammeret har fortrinnsvis en diameter som er omtrent tre til seks ganger diameteren på innløpsrøret. I en spesiell utførelse er kammerets innerdiameter på omtrent 22 cm og røret har en innerdiameter på omtrent 5 cm. De øvrige trekk ved apparatet fremgår av patentkravene. Det kan imidlertid nevnes at ved en spesiell utførelse er avstanden mellom luftrørets utløpsport og brennekammerets plane bunn omtrent 7,5 cm. I denne utførelse er porsjonen av grønne kaffebønner vanligvis i strørrelsesordenen på en halv til et kilogram, og brenne-gasstemperaturen er typisk i området 250 - 315°C og brenne-syklusvarigheten ligger i området fra 1 1/2 til 2 1/2 minutt avhengig av den ønskede brenningsgrad. I denne utførelse har en kiloladning grønne kaffebønner en sjiktdybde på omtrent 2 1/2 cm, og når kaffebønneladningen fluidiseres til det toroidale resirkulasjonsmønster løftes sjiktet til en høyde på omtrent 10 cm over bunnen. Fortrinnsvis har kammeret en overgang mellom den sylindriske vegg og den plane bunn i form av en jevnt kurvet kontinuerlig flate med en radius på minst omtrent 2 cm. The chamber preferably has a diameter that is approximately three to six times the diameter of the inlet pipe. In a particular embodiment, the inner diameter of the chamber is about 22 cm and the tube has an inner diameter of about 5 cm. The other features of the device appear from the patent claims. However, it can be mentioned that in a particular embodiment the distance between the outlet port of the air pipe and the flat bottom of the combustion chamber is approximately 7.5 cm. In this embodiment, the portion of green coffee beans is usually on the order of one half to one kilogram, and the roasting gas temperature is typically in the range of 250 - 315°C and the roasting cycle duration is in the range of 1 1/2 to 2 1/2 minutes depending of the desired degree of burning. In this embodiment, a kiloload of green coffee beans has a bed depth of about 2 1/2 cm, and when the coffee bean charge is fluidized into the toroidal recirculation pattern, the bed is raised to a height of about 10 cm above the bottom. Preferably, the chamber has a transition between the cylindrical wall and the flat bottom in the form of a smoothly curved continuous surface with a radius of at least about 2 cm.

I en spesiell brenneprosess har luften en temperatur på omtrent 295°C og ved et tilførselsplenumstrykk på omtrent 12 cm vannsøyle brennes en ladning på to tredels kg med grønne kaffebønner i omtrent 1 1/2 minutt. Under brenningen holdes kaffebønnene i fluidisert, toroidalt resirkulasjonsmønster med brenning både ved konduksjon og konveksjon. Den strømmende omrøring og termiske behandling av kaffebønner frembringer agner som føres bort i eksosstrømmen. Etter brenning avkjøles kaffebønnene og deretter enten overføres til en beholder eller sendes videre langs en strømningsbane til et etterfølgende behandlingstrinn f.eks. for oppmaling. In a special roasting process, the air has a temperature of approximately 295°C and at a supply plenum pressure of approximately 12 cm water column, a charge of two-thirds of a kg of green coffee beans is roasted for approximately 1 1/2 minutes. During roasting, the coffee beans are kept in a fluidised, toroidal recirculation pattern with roasting by both conduction and convection. The flowing agitation and thermal treatment of coffee beans produces chaff which is carried away in the exhaust stream. After roasting, the coffee beans are cooled and then either transferred to a container or sent further along a flow path to a subsequent processing step, e.g. for painting.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et eksempel og under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 er et perspektivriss av en kaffebrenner ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 viser et snitt tatt langs linjen 2-2 på fig. 3 med noen deler brukket av og viser detaljer av kaffebrenneren fra fig. 1, Fig. 3 og 4 viser snitt tatt henholdsvis langs linjen 3-3 og 4-4 på fig. 2, Fig. 5 er et riss av kaffebrennekammeret i kaffebrenneren ifølge fig. 1. med brennekammeref åpent og med styreventilen i bypasstilling, Fig. 6 er et skjematisk riss som viser luftstrømningsbaner i brenningsprosessen i apparatet ifølge fig.l, Fig. 7 er et skjematisk strømhingsskjerna ved kaffebrenning, og Fig. 8 viser skjematisk luftstrømningsbaner under forbi-føring og kjøling i apparatet ifølge fig'. 1. Fig. 1 viser kaffebrenner 10 som er montert på en ramme 12. Kaffebrennekammeret 14 henger ned fra termisk isolert tilførselskammer 16 og omfatter gjennomsiktig glassylinder 18 og bunn 20 av rustfritt stål. Røret 22 (diameter 5 cm) strekker seg nedover koaksialt med sylinderen 18 fra tilførsels-kammeret 16. En porsjon kaffebønner som skal brennes, tilføres kammeret 14 gjennom en matningstrakt 24. Opphetet luft som beveges ved hjelp av en vifte som drives fra en motor 26, strømmer nedover gjennom tilførselskammeret 16 gjennom røret 22 i en søyle med stor hastighet som støter mot basisen 20 The invention will be explained in more detail below by means of an example and with reference to the drawings where: Fig. 1 is a perspective view of a coffee roaster according to the invention, Fig. 2 shows a section taken along the line 2-2 in fig. 3 with some parts broken off and showing details of the coffee roaster from fig. 1, Fig. 3 and 4 show sections taken respectively along lines 3-3 and 4-4 in fig. 2, Fig. 5 is a view of the coffee roasting chamber in the coffee roaster according to fig. 1. with the combustion chamber open and with the control valve in the by-pass position, Fig. 6 is a schematic drawing showing air flow paths in the roasting process in the apparatus according to Fig. 1, Fig. 7 is a schematic current hinge core during coffee roasting, and Fig. 8 schematically shows air flow paths during passing conduction and cooling in the apparatus according to fig'. 1. Fig. 1 shows a coffee roaster 10 which is mounted on a frame 12. The coffee roasting chamber 14 hangs down from a thermally insulated supply chamber 16 and comprises a transparent glass cylinder 18 and a bottom 20 of stainless steel. The tube 22 (diameter 5 cm) extends downward coaxially with the cylinder 18 from the supply chamber 16. A portion of coffee beans to be roasted is supplied to the chamber 14 through a feed funnel 24. Heated air which is moved by means of a fan driven from a motor 26 , flows downward through the supply chamber 16 through the tube 22 in a high velocity column impinging on the base 20

(som forårsaker toroidal resirkulasjon av fluidiserte kaffe-bønner) og tømmes oppover fra kammeret 14. Parametere for brenningen, såsom tidsvarighet og lufttemperatur reguleres og anvises av innretninger som er montert på et kontrollpanel 28. (which causes toroidal recirculation of fluidized coffee beans) and is emptied upwards from the chamber 14. Parameters for the roasting, such as duration and air temperature are regulated and indicated by devices mounted on a control panel 28.

Kjøleregion 30 er plassert under brennekammeret 14 og omfatter perforert støtteflate 32 og kontrollport 34. Under kjøling suges luft gjennom og over de ristede kaffebønner på støtten 32, ned gjennom støtten og deretter tømmes gjennom baksiden av brenneenheten 10, til vasker 36. Etter at de brente bønner er nedkjølt, betjenes porten 34 ved hjelp av et styre-håndtak 40 for å tillate nedkjølte bønner å strømme fra kjøleområdet 30 direkte til oppmalingstrinnet (ikke vist) for videre forarbeidelse eller til en beholder 42 for lagring eller transport til annet sted. Et håndtak 44 er koblet til en aksel 46 som betjener en strømstyreventilanordning og åpner en port i brennekammeret på en samstemt måte for overføring av brente bønner til kjøleområdet 30. Kontroll 48 betjener en dumpeventil for overføring av samlede agner til en beholder 50 under rammen 12. Cooling region 30 is located below the roasting chamber 14 and comprises perforated support surface 32 and control port 34. During cooling, air is drawn through and over the roasted coffee beans on the support 32, down through the support and then discharged through the rear of the roasting unit 10, to washers 36. After they have roasted beans are cooled, the gate 34 is operated by a control handle 40 to allow cooled beans to flow from the cooling area 30 directly to the grinding stage (not shown) for further processing or to a container 42 for storage or transport to another location. A handle 44 is connected to a shaft 46 which operates a flow control valve device and opens a gate in the roasting chamber in a coordinated manner for the transfer of roasted beans to the cooling area 30. Control 48 operates a dump valve for the transfer of collected chaff to a container 50 under the frame 12.

Andre detaljer ved brenneren 10 kan sees på fig. 2-4. Tilførselsenheten 16 omfatter et isolert tilførselskammer 52 som har et innløp 54 fra viftekammer 56, hvori viftehjul 58 er anordnet for rotasjon ved hjelp av en viftemotor 26 på 1/2 HK. Other details of the burner 10 can be seen in fig. 2-4. The supply unit 16 comprises an insulated supply chamber 52 which has an inlet 54 from fan chamber 56, in which fan wheel 58 is arranged for rotation by means of a fan motor 26 of 1/2 HP.

I bunnen av tilførselskammeret 52 finnes en første port 60 i direkte forbindelse med et dyserør 22 og en annen port 62 i forbindelse med forbiføringskammer 64. Ventilanordning 66 er montert for svingbar bevegelse på aksel 68 og omfatter ventil-legemer 70 og 72, hvor ventillegemet 70 er anordnet til å lukke port 60 i en ventilstilling og ventillegemet 72 er anordnet til å lukke port 62 i en annen (alternativ) ventilstilling. En betjeningsmekanisme styrt fra aksel 46 beveger ventilanordningen mellom en første stilling, hvor port 60 er åpen og port 62 er lukket (brenning) og en annen stilling hvor port 60 er lukket og port 62 er åpen (forbiføring). Rør 74 strekker seg gjennom tilførselskammer 50 fra trakt 24 til en port ved toppen av brennekammeret 14 og tilveiebringer en kanal for føring av fortynningsluft under brenning. At the bottom of the supply chamber 52 there is a first port 60 in direct connection with a nozzle tube 22 and a second port 62 in connection with a bypass chamber 64. Valve device 66 is mounted for pivotable movement on shaft 68 and comprises valve bodies 70 and 72, where the valve body 70 is arranged to close port 60 in one valve position and the valve body 72 is arranged to close port 62 in another (alternative) valve position. An operating mechanism controlled from shaft 46 moves the valve device between a first position, where port 60 is open and port 62 is closed (burning) and another position where port 60 is closed and port 62 is open (bypass). Pipe 74 extends through supply chamber 50 from funnel 24 to a port at the top of combustion chamber 14 and provides a channel for conducting dilution air during combustion.

Et utløpssamlekammer 80 er plassert umiddelbart under tilførselskammeret 52 med plate 82 som skiller kamrene 52 og 80. Nedhengende fra platen 82 er sylindrisk hylse 84 av rustfritt stål anordnet og danner toppen av brennekammeret 14 og har et mønster med utløpsporter 86 som tilveiebringer forbindelse mellom kammeret 14 og eksossamlekammeret 80. Ved bunnen av hylsen 84 finnes en flens 88 som bærer en tetning 90 og mottar den øvre ende av gassylinderen 18. Sylinderen har en innerdiameter på 22 cm, en veggtykkelse på omtrent 1 cm og en aksial lengde på 20 cm. Sylinderens 18 nedre ende er plassert på tetning 92 som bæres av flens 94 av bunnanordningen 20. Ører 96 som stikker radialt ut av basisanordningen 20 mottar støttestenger 98 som er festet med festere 100, 102 og støtter brennekammeranordningen. An outlet collection chamber 80 is located immediately below the supply chamber 52 with a plate 82 separating the chambers 52 and 80. Suspended from the plate 82 is a stainless steel cylindrical sleeve 84 which forms the top of the combustion chamber 14 and has a pattern of outlet ports 86 which provide communication between the chambers 14 and the exhaust collection chamber 80. At the bottom of the sleeve 84 is a flange 88 which carries a seal 90 and receives the upper end of the gas cylinder 18. The cylinder has an inner diameter of 22 cm, a wall thickness of about 1 cm and an axial length of 20 cm. The lower end of the cylinder 18 is placed on the seal 92 which is carried by the flange 94 of the base device 20. Ears 96 which protrude radially from the base device 20 receive support rods 98 which are attached with fasteners 100, 102 and support the combustion chamber device.

Brennepanneanordningen 20 av rustfritt stål omfatter et sylindrisk hus 104 med dybde på omtrent 6 cm og en innerdiameter på 24 cm med en overgangsflate 106 (med omtrent 2 1/2 cm radius) ved den nedre ende. Panneanordningen 20 er lukket med plan bunnplate 110 med omkretstetning 112 (fig. 5) langs omkretsen som tetter mot den ytre flate av kårhuset 104 i lukket stilling og som er festet med hengselanordningen 114 for svingbar bevegelse mellom en lukket stilling som vist på fig. 4 og en åpen stilling som vist på fig. 5. I den lukkede stilling er pannebunnen 110 i en avstand på 7 1/2 cm fra dyserørets 22 The stainless steel kettle assembly 20 comprises a cylindrical housing 104 with a depth of approximately 6 cm and an inner diameter of 24 cm with a transition surface 106 (of approximately 2 1/2 cm radius) at the lower end. The pan device 20 is closed with a flat bottom plate 110 with a circumferential seal 112 (fig. 5) along the circumference which seals against the outer surface of the boiler housing 104 in the closed position and which is attached with the hinge device 114 for pivotable movement between a closed position as shown in fig. 4 and an open position as shown in fig. 5. In the closed position, the pan base 110 is at a distance of 7 1/2 cm from the nozzle tube 22

nedre ende 116. lower end 116.

En foret kanal av rustfritt stål for luft som avgis fra brennekammeret 14 sterkker seg fra porter 86 gjennom eksoskammer 80, nedover en vertikal passasje 120 forbi den nedre ende 112 A stainless steel lined channel for air discharged from combustion chamber 14 extends from ports 86 through exhaust chamber 80, down a vertical passage 120 past lower end 112

av vertikal barriere 124 til deflektor 126 og deretter oppover gjennom trevleduk 130 som danner den nedre begrensning av heteavdeling 132, gjennom avdeling 132 og perforert dekkplate 134 inn i viftekammer 56 for resirkulasjon ved hjelp av vifte 58 inn i tilførselskammer 52. Når luftretningen skifter rundt barrieren i24, frigjøres agner som bæres av utløpsstrømmen for avleiring i samleområdet 135 for agner. Mindre partikler som følger med, blokkeres av og avsettes på duk 130. Et batteri på tolv heteelementer 136 (hver på 1 KVA) er anordnet i heteavdelingen 132 og styres ved kontrollpanel 28 for tilveiebringelse av den ønskede temperatur av den opphetede og fluidiserende luftgass. Sliss 138 ved den bakre basis av heteavdelingen 132 tilveiebringer en forbindelse mellom heteluft-sirkulasjonsbanen og utløpsvifte 152 i kjøleluftkretsen. of vertical barrier 124 to deflector 126 and then upwards through fiber cloth 130 which forms the lower boundary of heating compartment 132, through compartment 132 and perforated cover plate 134 into fan chamber 56 for recirculation by means of fan 58 into supply chamber 52. When the air direction changes around the barrier i24, chaff carried by the outlet stream is released for deposition in the chaff collection area 135. Smaller particles that come with it are blocked off and deposited on cloth 130. A battery of twelve heating elements 136 (each of 1 KVA) is arranged in the heating department 132 and is controlled by control panel 28 to provide the desired temperature of the heated and fluidizing air gas. Slot 138 at the rear base of the hot compartment 132 provides a connection between the hot air circulation path and exhaust fan 152 in the cooling air circuit.

To ledninger 140 strekker seg nedover fra bunnen av hjelpekammeret 64 og gjennom barriere 124 inn i hete-kammer 132. Hver ledning 140 slutter i et horisontalt anordnet rør 142 som har et mønster av utløpsåpninger 144 rettet i det vesentlige nedover mot duk 130. Two conduits 140 extend downward from the bottom of the auxiliary chamber 64 and through barrier 124 into hot chamber 132. Each conduit 140 terminates in a horizontally arranged tube 142 which has a pattern of outlet openings 144 directed substantially downward toward cloth 130.

Kjølepartiet av brenneren 10 omfatter område 30 med kammer 150 under det område som er delvis bundet på sin øvre side av støtte 32 i kjøleområdet. Anbrakt på baksiden av brenneenheten under hete-kammer 132 finnes utløpsvifte 152 som drives av en motor 154 på 1/3 KH. Innløpet 156 til vifte 152 er i forbindelse med kammer 150 gjennom en passasje 158 som strekker seg forbi oppsamlingsområdet 134 for agner og luft fra vifte 152 strømmer gjennom utløp 160 til vasker 36. The cooling part of the burner 10 includes area 30 with chamber 150 below the area which is partially bound on its upper side by support 32 in the cooling area. Placed on the back of the combustion unit under the hot chamber 132 is an exhaust fan 152 which is driven by a motor 154 of 1/3 KH. The inlet 156 to fan 152 is in connection with chamber 150 through a passage 158 which extends past the collection area 134 for chaff and air from fan 152 flows through outlet 160 to washer 36.

Ytterligere detaljer ved brennekammeret 14 og kontroll-ventilanordningen 66 kan sees på fig. 5. Ventilanordningen 66 har en første stilling hvor port 62 er åpen og ventilplate 70 lukker kammerport 60 (som vist på fig.5) og en annen stilling hvor port 60 er åpen og ventillegemet 72 lukker igjen kammerport 62 (som vist med prikket linje på fig. 5). Denne ventilanordning omfatter en ventilplate 70 som er anbrakt for rotasjon om ventilaksel 68 og som har en flikk 162 stikkende opp fra platen 70. På platen 70 er montert en støtte 164 som ventillegemet 72 er festet til. En flikk 166 strekker seg fra støtte 164 og er festet til en ende av et fjærledd 168 mens fjærens 168 andre ende er festet til en pinne 170 ved bunnen av kammeret 52. Et betjeningsledd 172 er festet til flikken 162 og trekker seg gjennom et hull 174 i kammerskilleplate 82 og er festet til armen 176 som er festet for rotasjon med betjeningsaksel 46. I den ventilstilling som er vist på figur 5 plasserer fjærleddet 168 ventilplate 70 mot port 60 for lukking av porten. Når aksel 46 dreies i urviserens retning 120° trekker armen 176 virkningsledd 172 til den prikkede stilling, som dreier ventilanordningen til stilling som er vist med prikket linje hvor ventillegemet 72 legger seg an mot og lukker port 62 i hjelpekammeret og åpner porten 60 til dyse-rør 22. Når ventilen 66 er i stilling som er vist med heltrukken linje på fig. 5, er den i forbiførings-stilling og brenne-kammerporten 60 er lukket og luft strømmer fra tilførselskammeret 52 gjennom port 62 inn i hjelpekammer 64. I den andre ventilstilling (prikket linje) er hjelpekammer-port 62 lukket og brennekammerport 60 åpen. Further details of the combustion chamber 14 and the control valve device 66 can be seen in fig. 5. The valve device 66 has a first position where port 62 is open and valve plate 70 closes chamber port 60 (as shown in fig.5) and a second position where port 60 is open and valve body 72 closes again chamber port 62 (as shown with dotted line on Fig. 5). This valve device comprises a valve plate 70 which is arranged for rotation about the valve shaft 68 and which has a tab 162 sticking up from the plate 70. On the plate 70 is mounted a support 164 to which the valve body 72 is attached. A tab 166 extends from the support 164 and is attached to one end of a spring link 168 while the other end of the spring 168 is attached to a pin 170 at the bottom of the chamber 52. An operating link 172 is attached to the tab 162 and extends through a hole 174 in chamber partition plate 82 and is attached to arm 176 which is attached for rotation with operating shaft 46. In the valve position shown in figure 5, spring link 168 places valve plate 70 against gate 60 to close the gate. When shaft 46 is turned clockwise 120°, arm 176 pulls action link 172 to the dotted position, which turns the valve device to the position shown by the dotted line where the valve body 72 abuts and closes port 62 in the auxiliary chamber and opens port 60 to the nozzle pipe 22. When the valve 66 is in the position shown by the solid line in fig. 5, it is in the bypass position and the combustion chamber port 60 is closed and air flows from the supply chamber 52 through port 62 into the auxiliary chamber 64. In the second valve position (dotted line), the auxiliary chamber port 62 is closed and the combustion chamber port 60 is open.

Også festet til akselen 46 er en annen arm 180 som er forbundet med virkningsledd 182, som med sin annen ende er forbundet med punkt 184 på panneplaten 110. Dreining av akselen 46 beveger arm 180 mellom stillingen som er vist på fig. 5 hvor brennekammeret er åpent og innholdet av kammeret overføres til kjøleområdet 30, og en annen stilling hvor ledd 182 dreier plate 110 oppover for lukking av kammeret. Also attached to the shaft 46 is another arm 180 which is connected to the action link 182, which at its other end is connected to point 184 on the face plate 110. Turning the shaft 46 moves the arm 180 between the position shown in fig. 5 where the combustion chamber is open and the contents of the chamber are transferred to the cooling area 30, and another position where link 182 turns plate 110 upwards to close the chamber.

Dreining av aksel 46 utvirker således koordinert bevegelse av ventilanordningen 66 og kammerbunnen 110. I en første akselstilling (vist på fig. 6 og i prikket stilling på fig. 5) er brennekammeret 14 lukket og opphetet luft drevet frem av vifte 58 strømmer fra tilførselskammer 52 nedover gjennom røret 22 med en hastighet på 2400 til 3000 meter pr. minutt, som antydet med piler 200. Med hensyn til diagrammet på fig. 7 støter den nedover rettede luftsøyle 200 med stor hastighet mot bunnen 20 og avbøyes jevnt utover i radialretninger som er antydet med piler 202 og deretter avbøyes oppover av den jevnt avrundede omkretskant 106 som vist med piler 204. Deretter strømmer luften oppover gjennom kammeret som vist med piler 206. Denne gasstrøm fluidiserer porsjonen 208 med grønne kaffebønner i kammeret og øker porsjonens høyde fra det opprinnelige (ikke~fluidiserte) nivå 210 til et nivå 212 over rørets 22 utløpsport 116, hvor fluidiserte kaffebønner 208 strømmer i et toroidformet sirkulasjonsmønster som vist med piler 214. Rotation of shaft 46 thus produces coordinated movement of valve arrangement 66 and chamber bottom 110. In a first shaft position (shown in Fig. 6 and in dotted position in Fig. 5) combustion chamber 14 is closed and heated air driven forward by fan 58 flows from supply chamber 52 downwards through pipe 22 at a speed of 2400 to 3000 meters per minute, as indicated by arrows 200. With regard to the diagram in fig. 7, the downwardly directed column of air 200 impinges at high velocity on the bottom 20 and is deflected uniformly outwards in radial directions indicated by arrows 202 and is then deflected upward by the uniformly rounded circumferential edge 106 as shown by arrows 204. The air then flows upward through the chamber as shown by arrows 206. This gas flow fluidizes the portion 208 of green coffee beans in the chamber and increases the height of the portion from the original (non-fluidized) level 210 to a level 212 above the tube 22 outlet port 116, where fluidized coffee beans 208 flow in a toroidal circulation pattern as shown by arrows 214.

Den øvre del av kammeret 14 er under et svakt undertrykk, og den oppover-strømmende gass (piler 206) fører med seg agner som er frigjort fra bønnene 208 under brenneprosessen og fortynnes med omgivende luft som suges inn gjennom rør 74 (som vist med piler 216) for nedsettelse av gasstemperaturen. Den fortynnede luftstrøm strømmer gjennom utløpsporter 86 og ned passasje 120 (antydet med pil 216), rundt vertikalbarriere 124 som antydet med piler 220 (fig. 6) og oppover gjennom duken 130 inn i hetekammer 132 og tilbake inn i viftekammer 56 som vist med piler 222. Agner som er fanget opp i luftstrømmen frigjøres når luftstrømmens retning dreier oppover (pil 220) og avsettes i oppsamlingsområdet 135 idet mindre, oppfangende partikler oppfanges av trevleduken 130. En del av luften som strømmer inn i opphetningskammeret 132 trekkes ut gjennom slisse 138 ved hjelp av vifte 152 som antydet med pil 224, og resten gjenopp-hetes til den valgte brenne-gasstemperatur og strømmer inn i viftekammer 52 for resirkulasjon. The upper part of the chamber 14 is under a slight negative pressure, and the upward-flowing gas (arrows 206) carries with it chaff that has been released from the beans 208 during the roasting process and is diluted with ambient air drawn in through pipe 74 (as shown by arrows 216) for reducing the gas temperature. The diluted airflow flows through outlet ports 86 and down passage 120 (indicated by arrow 216), around vertical barrier 124 as indicated by arrows 220 (Fig. 6) and up through cloth 130 into heating chamber 132 and back into fan chamber 56 as indicated by arrows 222. Chaff that is caught in the air flow is released when the direction of the air flow turns upwards (arrow 220) and is deposited in the collection area 135, as smaller, catching particles are caught by the fiber cloth 130. Part of the air that flows into the heating chamber 132 is drawn out through slot 138 by by means of fan 152 as indicated by arrow 224, and the remainder is reheated to the selected fuel gas temperature and flows into fan chamber 52 for recirculation.

I en annen stilling av aksel 46 flyttes ventil 66 til en forbiføringsstilling (vist i heltrukken linje på fig. 5) og kammerets 14 basis 20 åpnes (som vist med heltrukken linje på fig. 5 og 8). Porsjoner med ristede kaffebønner overføres til kjølesonen 30 dannet ved plate 32 og port 34. Kjøleluft suges gjennom de brente kaffebønner 228 og overflate 32 som vist med piler 230 for strøm bakover forbi opsamlingsområde 134 for agner som vist med pil 232 og fjernes av viften 152 gjennom port 158 (som antydet med pil 234) til vaskeenhet 36. In another position of shaft 46, valve 66 is moved to a bypass position (shown in solid line in Fig. 5) and the base 20 of the chamber 14 is opened (as shown in solid line in Figs. 5 and 8). Portions of roasted coffee beans are transferred to the cooling zone 30 formed by plate 32 and port 34. Cooling air is drawn through the roasted coffee beans 228 and surface 32 as shown by arrows 230 for flow backward past chaff collection area 134 as shown by arrow 232 and removed by fan 152 through port 158 (as indicated by arrow 234) to washing unit 36.

Luftstrømningsbanen i opphetningskretsen i denne prosess The air flow path in the heating circuit in this process

er vist på fig. 8. Luften som føres av vifte 58 inn i til-førselskammer 52, blåses ut gjennom port 62 som vist med piler 238 og strømmer gjennom;rør 140 for utløp gjennom porter 144 og i et mønster med nedadrettede stråler 240 som støter mot trevleduk 130 og frigjør partiklene som har festet seg til samme og luften strømmer deretter oppover med lavere hastighet og gjennom opphetningsavdelingen som vist med piler 242 for tilbakeføring til vifteavdeling 56 idet en mindre fraksjon igjen avledes til kjøléluft-strømningsbanen som vist med pil 244. is shown in fig. 8. The air drawn by fan 58 into supply chamber 52 is blown out through port 62 as shown by arrows 238 and flows through outlet pipe 140 through ports 144 and in a pattern of downward jets 240 impinging on fiber cloth 130 and releases the particles that have attached to it and the air then flows upwards at a lower speed and through the heating section as shown by arrows 242 for return to the fan section 56, a smaller fraction being again diverted to the cooling air flow path as shown by arrow 244.

I en bestemt brenneopérasjon opphetes luften til en temperatur på omtrent 305°C i avdelingen 132, og vifte 58 sirkulerer luften med hastighet 5,7 m<3> pr. minutt (frembringer et trykk i tilførselskammeret på omtrent 12 cm vannsøyle) med en resulterende hastighet på omtrent 3 000 m pr. minutt i luft-søylen 200. En porsjon på 0,45 kg grønne kaffebønner brennes i løpet av omtrent 1 1/2 minutt og overføres deretter til kjølesonen ved påvirkning av håndtaket 44 som dreier aksel 46 for å åpne kammeret 14 og frigjøring av bønnene for å strømme inn i kjølesonen 30 med samtidig avledning av brennegass-strømmen til hjelpekammeret 64. In a particular burning operation, the air is heated to a temperature of approximately 305°C in compartment 132, and fan 58 circulates the air at a speed of 5.7 m<3> per second. minute (producing a pressure in the supply chamber of about 12 cm water column) with a resulting speed of about 3,000 m per minute in the air column 200. A portion of 0.45 kg of green coffee beans is roasted in about 1 1/2 minutes and is then transferred to the cooling zone by the action of the handle 44 which rotates the shaft 46 to open the chamber 14 and release the beans for to flow into the cooling zone 30 with simultaneous diversion of the fuel gas flow to the auxiliary chamber 64.

Kjøleluftstrømmen som er frembrakt av vifte 152 suger damper fra den brente kaffe og fra brennekammeret nedover gjennom støtte 32 for utblåsning av vifte 152 inn i vaskeenheten 36. Samtidig beveges ventilen 66 til forbiføringsstillingen, The cooling air stream produced by fan 152 sucks vapors from the roasted coffee and from the combustion chamber downwards through support 32 for blowing out fan 152 into washing unit 36. At the same time, valve 66 is moved to the bypass position,

og resirkulerende luft ledes gjennom porten 62 av hjelpekammeret 62 og frembringer nedoverrettede stråler som antydet med piler 240 for å fjerne partikkelformet materiale fra duk 130. Det fjernede materiale oppsamles i samleområdet 135 ved hjelp av luften som strømmer med liten hastighet nedover gjennom hete-kammeret 132 for resirkulasjon gjennom vifteavdelingen 56. and recirculating air is directed through the port 62 of the auxiliary chamber 62 and produces downwardly directed jets as indicated by arrows 240 to remove particulate material from cloth 130. The removed material is collected in the collection area 135 by the air flowing at low velocity downward through the hot chamber 132 for recirculation through the fan section 56.

En spesiell utførelsesform av oppfinnelsen er vist og beskrevet, men forskjellige modifikasjoner kan forekomme, hvilket vil være klart for fagfolk på området. F. eks. kan kontrollanordninger av annen type enn ventilen 66 benyttes. Bønneporsjoner kan fylles i og fjernes fra kammeret 14 på andre måter, og prosessparametere for brenneren kan varieres ved innstilling av vifter 54 og 156 og/eller innstilling av luftstrømmer under brenning og kjøling. A particular embodiment of the invention is shown and described, but various modifications may occur, which will be clear to those skilled in the art. For example control devices of a different type than the valve 66 can be used. Bean portions can be filled in and removed from the chamber 14 in other ways, and process parameters for the burner can be varied by setting fans 54 and 156 and/or setting air flows during burning and cooling.

Claims

1. Method for rapid roasting of small amounts of coffee beans comprising placing a portion (208) of green coffee beans to be roasted in a roasting chamber (10), heating air to a coffee roasting temperature in the range of 250-315°C, and passing the air in current through the inlet pipe (22) for discharge as a high velocity column of air towards the bottom (110) of the chamber and deflecting radially outward for lower velocity upward flow, which column of high velocity air produces fluidization in the chamber, whereby heat is transferred to coffee beans in the chamber by thermal convection from said column at high speed and by conduction between individual coffee beans to provide uniform roasting of the coffee beans in a roasting cycle having a duration of less than 3 minutes, characterized in that the radially outwardly directed flow of gases from the downwardly directed air column arranged centrally in the chamber is deflected upwards at the perimeter of the combustion chamber by means of a smoothly curved wall (1 06) of the chamber to force the coffee beans to fluidize in a toroidal circulation around the column.

2. Method according to claim 1, characterized in that the air column is introduced into the chamber at a speed in the range of 2400 - 3000 m/min.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized by the step of passing the air in current through an air flow path outside the chamber, which path connects the chamber's outlet port (86) and the inlet pipe and has heating devices (136) connected to the flow path and where the air is passed through an auxiliary path which passes the roasting chamber during the transfer of a portion of roasted coffee beans from the roasting chamber so that the air flow through the heating device is maintained during this interval.

4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that high-velocity air flows are led in the opposite direction through a fiber cloth structure (130) arranged in the flow path between the outlet of the combustion chamber and the heating device in order to remove fibers from the cloth while the air flows through the auxiliary lane.

5. Method according to one or more of claims 1-4, characterized in that dilution air is introduced to reduce the temperature of the air sent out of the combustion chamber through the outlet port so that the temperature of chaff transported from the combustion chamber to a collection area (135) for chaff which is connected to the structure forming the flow path between the outlet of the chamber and the heating device is below the self-ignition temperature of the bait.

6. Apparatus for roasting coffee beans, comprising a supply chamber (16), a combustion chamber (14) below the supply chamber, an inlet pipe (22) arranged in the chamber and extending downward from the supply chamber, and an outlet port (86) at the top of the combustion chamber, fan devices (58) for guiding an air flow from the supply chamber through the tube for discharge as a column at high speed towards the bottom (110) of the chamber and deflecting the flow radially outwards for upward flow at low speed and discharge through the outlet port, where the air column at high speed produces fluidization and toroidal recirculation of a portion of coffee beans in the chamber, and heating devices (136) for heating air and a predetermined roasting temperature for coffee beans, whereby heat is transferred to the coffee beans in said chamber by thermal convection from said column at high speed and by conduction between individual coffee beans for providing uniform roasting of the coffee beans, characterize t in that the combustion chamber (14) has a cylindrical configuration, the inlet pipe (22) is arranged coaxially in the chamber and the peripheral portion of the chamber includes devices (106) to deflect radially upwards the air flowing from the inlet pipe upwards along the perimeter of the chamber to form a toroidal circulation of the coffee beans in the chamber around the inlet pipe.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the chamber (14) has a diameter that is 3 - 6 times the diameter of the inlet pipe (22).

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the combustion chamber (14) holds 0.1 to 2 kg of coffee beans.

9. Apparatus according to claim 6, 7 or 8, characterized in that a construction which forms an air flow path outside the chamber (14), which flow path connects the outlet port (86) of the chamber with the inlet pipe (22) and the heating device (136) is connected to the flow path , a structure forming a collection area (135) for chaff in the flow path between the outlet port (86) of the chamber and the heating device (136), and a device (74) connected to the structure forming the flow path for introducing dilution air to reduce the temperature of air emitted from the combustion chamber (14) through a port (86) so that the temperature of chaff transported from the combustion chamber to the collection area for chaff is below the chaff's self-ignition temperature.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the air introduction device comprises a port (24) for filling a portion of coffee beans in the chamber (14).

11. Apparatus according to one of claims 6-10, characterized in that it comprises a construction which forms an air flow path (120) outside the chamber, which flow path connects the outlet port (86) of the chamber and the inlet pipe (22) and where heating devices (136) are connected to the flow path structure, a bypass circuit (64) connected to the flow path structure for providing an auxiliary path passing the combustion chamber, a valve structure (66) having a first position connecting the combustion chamber in the flow path and a second position connecting the auxiliary - the flow path in the flow path and devices (48, 46) for positioning the valve structure in said second position during transfer of a portion of burnt coffee beans from the combustion chamber so that the air flow through the heating device is maintained during this interval.

12. Apparatus according to claim li, characterized in that it comprises a fiber cloth structure (130) placed in said flow path between the outlet from the combustion chamber (14) and the heating device (132) and a nozzle structure (140, 144) connected to the auxiliary path (64) for passing air currents at high velocities in the opposite direction through the fiber cloth structure to release fibers from the cloth when the valve structure is in the second position.

13. Apparatus according to claim 12, characterized in that the fibrous cloth (130) and the nozzle structure are arranged in such a way in relation to a collection area (135) for chaff that fibers that are removed from the cloth construction are deposited in the collection area (135) for chaff.

14. Apparatus according to one or more of claims 6-13, characterized in that it comprises a closing plate construction (110) in the combustion chamber (14), devices (46) which coordinate the operation of the closing plate construction and the valve construction (66) for placing the valve construction in the other position when the closing plate is in the open position.

15. Apparatus according to claim 14, characterized in that it comprises a construction which forms a cooling zone (30) below the roasting chamber, other devices (152) for guiding air along a different flow path through the cooling zone (30) for cooling a portion of roasted coffee beans transferred from the combustion chamber to the cooling zone, and a port structure (138) connecting the first and second flow paths for transferring a portion of the air flowing in the first flow path to the second flow path.

16. Apparatus according to one or more of claims 6-15, characterized in that it comprises a cooling zone (30) at the roasting chamber (14) and devices (46, 180) for transferring roasted beans to the cooling zone as soon as the roasting is complete.

17. Apparatus according to claims 15 or 16, character sert in that the cooling zone comprises a permeable bearing surface (32) for the beans and devices (152) for guiding ambient air through said support surface for cooling roasted coffee beans.

18. Appatate according to one or more of claims 6-17, characterized in that the combustion chamber (14) hangs down from the supply chamber (16) and comprises a flat bottom (110) and that the outlet from the nozzle tube (22) is at a distance of one to three times its diameter above the flat bottom.

19. Apparatus according to claim 17 or 18, character sert in that it includes a transition between burning the walls of the chamber (14) and the flat bottom (110) in the form of an evenly rounded, continuous surface (106).

20. Apparatus according to one or more of claims 6-19, characterized in that the heating device

(136) comprises a number of electric heating elements (132) arranged in a heating compartment connected to the flow path. \, ■ ■