(57)【要約】植物バルク材、特にコーヒー豆用の焙煎装置は、前記植物バルク材を焙煎する焙煎容器（３）を備える。焙煎容器（３）は、これに加熱されたガスを供給するガス加熱炉（４）と連結している。さらに、焙煎装置は、排出ガス管（２４）を介して焙煎容器（３）と連結された排出ガス浄化手段（３９）を有する。排出ガス浄化手段（３９）は、排出ガスを浄化するために、多孔性で熱蓄積及び熱交換を行う材料で構成された酸化床（１１）を備える。また、排出ガス浄化手段には、酸化温度および自己分解温度もしくはその一方に酸化床の中央部の領域（１６）を加熱する発熱体（４０）と、酸化床（１１）を通過する焙煎排出ガスが流れる方向を逆転させる逆流手段（２０、２１）とが備えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物バルク材、特にコーヒー豆用の焙煎装置であって、
前記植物バルク材を焙煎する焙煎容器（３）と、
前記焙煎容器（３）に加熱されたガスを供給する前記焙煎容器（３）と連結されたガス加熱炉（４）と、
排出ガス管（２４）を介して前記焙煎容器（３）と連結された排出ガス浄化手段（３９）とを有し、
前記排出ガス浄化手段（３９）は、焙煎排出ガスを酸化するための多孔性の熱蓄積及び熱交換をする材料で構成された酸化床（１１）を有し、
酸化のために反応温度に、または焙煎排出ガスに固有の汚染物質のために自己分解温度にするか、もしくはその一方に前記酸化床の中心部領域（１６）を加熱する発熱体（４０）と、
前記酸化床（１１）を通る前記焙煎排出ガスの流れる方向を逆転させる逆流手段（２０、２１）とを備えることを特徴とする焙煎装置。
【請求項２】
前記酸化床（１１）がガス透過性で特に穴の開いた２つの底部（４１、４２）間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の焙煎装置。
【請求項３】
前記酸化床（１１）が単層構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の焙煎装置。
【請求項４】
前記排出ガス浄化手段（３９）が吸気口開口部（４６）と排気口開口部（４７）を有し、その間に２つの流路（１２、１３）が配置されており、前記吸気口開口部（４６）と前記排気口開口部（４７）は、それぞれ前記２つの流路（１２、１３）のそれぞれ一つと接続させるためのバルブ（２０、２１）で、それらの流路と連結していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の焙煎装置。
【請求項５】
エネルギー供給手段（２５）が前記排出ガス浄化手段（３９）の上流に配置されて、前記排出ガス浄化手段に供給される前記排出ガスにエネルギー特に燃料ガスを注入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の焙煎装置。
【請求項６】
前記排出ガス浄化手段（３９）の上流に、新鮮な空気およびその他の部分からのにおい物質が詰まった排出空気もしくはその一方を供給する供給手段（１９）が配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の焙煎装置。
【請求項７】
前記焙煎容器（３）からの前記焙煎排出ガス用の前記排出ガス浄化手段の上流に配置された分流手段（２８）と、前記排出ガスの一部を前記ガス加熱炉（４）へ戻す導管（２９）とを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の焙煎装置。
【請求項８】
熱で浄化された焙煎排出ガスの前記排出ガス浄化手段（３９）の下流に配置された分流手段（３１）と、前記分流手段（３１）は前記排出ガスの一部を前記ガス加熱炉（４）へ戻す導管（３２）とを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の焙煎装置。
【請求項９】
前記導管（３２）に排出ガス用の制御弁（３５）と新鮮空気用の制御弁（３６）とを備え、それらを組み合わせて適合させることによって互いに反対方向に開放および閉鎖することを特徴とする請求項８に記載の焙煎装置。
【請求項１０】
焙煎排出ガスを受取る排出ガス貯蔵タンク（１７）を備え、前記排出ガス貯蔵タンク（１７）が、逆流手段（２０、２１）の切り替え中に前記排出ガス浄化手段から浄化されていない焙煎排出ガスを受け取り、続いて前記浄化されていない焙煎排出ガスを前記排出ガス浄化手段（３９）に戻すように、前記排出ガス浄化手段（３９）と連結されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の焙煎装置。
【請求項１１】
植物バルク材用の焙煎装置、特に請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の焙煎装置を操作する方法であって、
排出ガス浄化手段（３９）内に配置された酸化床（１１）を予熱するステップと、
前記排出ガス浄化手段（３９）に前記焙煎排出ガスを供給して、焙煎排出ガスを前記酸化床（１１）の第１の領域（４５、４４、４３）内で加熱するステップと、
前記酸化床（１１）の第２の領域（１６）内で前記焙煎排出ガスに固有の汚染物質を熱により熱回生式無炎酸化するステップと、
前記焙煎排出ガスが前記酸化床（１１）の第３の領域（４３、４４、４５）を流れる場合に、前記酸化床（１１）の熱蓄積材料に浄化された排出ガス中の燃焼ガスの燃焼熱を伝達するステップと、
逆流により熱回生式熱交換が維持されるように、前記酸化床（１１）を通る前記焙煎排出ガスが流れる方向を周期的に変化させるステップと、
前記ガス加熱炉（４）および大気中もしくはその一方に、前記浄化された焙煎排出ガスを戻すために前記焙煎排出ガスを流すステップとを有する焙煎装置の操作方法。
【請求項１２】
前記酸化床（１１）の前記第２の領域（１６）が焙煎排出ガスに固有の汚染物質を酸化する反応温度に保たれる請求項１１に記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１３】
前記反応温度が最小目標値未満に下がる場合に、前記焙煎排出ガスに燃料ガスを混合させることによって、前記酸化床（１１）の前記第２の領域（１６）の温度を上昇させる請求項１１または１２に記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１４】
前記焙煎排出ガスの放出温度が前記酸化床（１１）の吸気口温度より約５０℃高い請求項１１乃至１３のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１５】
前記酸化床（１１）の前記第２の領域（１６）の予熱が自動的に制御及びモニターされ、好ましくは前記焙煎装置の始動前のみに行われる請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１６】
前記酸化床（１１）を備える前記排出ガス浄化手段（３９）に前記焙煎排出ガスを導入する前に、新鮮な空気とともに冷却器排出空気および他の部分から取り込まれたにおい物質が詰まった排出空気もしくはその一方が混合される請求項１１乃至１５のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１７】
浄化される前記焙煎排出ガスが焙煎空気循環からの過剰な部分であって、前記焙煎空気循環の残りの部分が前記ガス加熱炉に戻されてそこで再加熱される請求項１１乃至１６のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１８】
前記酸化床（１１）を通る前記焙煎排出ガスの流れる方向を変更する各段階で、切り替え段階終了後に非浄化焙煎排出ガスを排出ガス貯蔵タンク（１７）から浄化される前記焙煎排出ガスに戻すことを目的として、前記排出ガス浄化手段（３９）から部分的体積の非浄化焙煎排出ガスが前記排出空気貯蔵タンク（１７）に導入される請求項１１乃至１７のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項１９】
自動的に作動する温度制御装置は、前記酸化床（１１）の作動温度とスタンバイ温度をモニターし、目標値が前記酸化床の前記第２の領域で達成されない場合には、前記酸化床（１１）へ送る前記焙煎排出ガスにガス管を介して燃料ガスを導入する請求項１１乃至１８のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【請求項２０】
前記酸化床の前記第２の領域内での前記焙煎排出ガスに固有の汚染物質の熱による熱回生式無炎酸化が、約８５０℃〜約１０００℃の範囲の温度で起こる請求項１１乃至１９のいずれか一つに記載の焙煎装置の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物バルク材用、特にコーヒー豆用の焙煎装置に関する。さらに本発明は、植物バルク材用、特にコーヒー豆用の焙煎装置を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物製品を焙煎すると、有機物の焙煎損失により、におい物質とガス状の有機物大気汚染物質が発生する。コーヒー豆を焙煎すると、基本的には以下のような物質を発生する。例えば、アルデヒド類、アルコール類、アミン類、フェノール類、炭素酸類、エステル類、ケトン類、メルカプタン類、一酸化炭素である。適切な排出ガス浄化プロセスを用いて焙煎排出ガスは、大気に放出される前に浄化して製品固有のにおい物質から遊離しなければならない。法定の放出限界値は順守されなければならない。ドイツでは、連邦環境保護法（Federal Immission Protection Law）の行政規則「TA Luft」（大気汚染防止に関する技術的指示書）に排出要件が明記されている。すなわち、排出ガスの濃度は以下の値に制限される。
【０００３】
最大５０ｍｇ／ｍ３  CGes、
最大１００ｍｇ／ｍ３  CO、
最大２０ｍｇ／ｍ３  ホルムアルデヒド、
最大１００ｍｇ／ｍ３  酢酸、
最大３５０ｍｇ／ｍ３  SO２、
３５０ｍｇ／ｍ３未満  NOｘ、
【０００４】
コーヒーの焙煎プロセスの特徴は、焙煎反応中に多量の窒素化合物がコーヒー豆により生成されて、その窒素化合物が焙煎により排出され空気中で濃縮することである。触媒を用いた排出ガスの燃焼中に、その窒素化合物の大半は酸化してNOｘを形成する、ここで、酸化される炭素化合物濃度が高いほど、多くのNOｘが浄化された排出ガス中に生成される。
【０００５】
焙煎排出ガス中の汚染物質を酸化してCO２とH2Oを形成するために、また、焙煎排出ガスから製品固有のにおい物質を取り除くために、基本的には２種の先行技術の方法が知られており、従来の産業用装置に用いられている（例えば、２００３年２月のVDI指令VDI３８９２）。
【０００６】
I．熱による焙煎排出ガスの燃焼
【０００７】
このプロセスでは、焙煎排出ガス流はファンバーナーのバックアップ炎でおよそ８００℃超まで加熱される。熱い反応域での焙煎排出ガスの十分な乱流と滞留時間を確保しなければならない（例えば、欧州特許公開第０８６２，３７０号公報）。その方法は、焙煎排出ガス流を加熱するのに大量のエネルギーを必要とするため、高い費用がかかる。焙煎排出ガスの熱を回収するために熱交換器を追加して取り付けたとしても、その約７０％が利用されるにすぎない。
【０００８】
II．触媒による焙煎排出ガスの燃焼
【０００９】
触媒による燃焼プロセスは、比較的低温で実行できる。しかし、そのプロセスは温度変化にかなり影響されやすい。多くの場合、焙煎排出ガスが触媒に入る前に、それらガスの温度を上げるのに、ファンバーナーのような制御された予熱手段が必要である。触媒活性層は、汚染物質濃度の増加に敏感である。それらは、可燃物質の過剰な濃度を処理することができず、過度の反応温度により破壊されることから保護されなければならない。通常の操作においてでさえ、触媒活性層は時間が経つと、その効率を失う。触媒は貴金属触媒であるので、それらの交換は高額となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、焙煎排出ガス中の汚染物質とにおい物質の放出削減を実現でき、同時に高い熱効率を達成できる植物バルク材、特にコーヒー豆を焙煎する焙煎装置を提供することである。本発明のもうひとつの目的は、前記焙煎装置の操作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は請求項１に記載された焙煎装置および請求項１１に記載された焙煎装置の操作方法によって達成される。
【００１２】
本発明は、植物バルク材を焙煎する方法と装置に関連しており、焙煎プロセス中に生成された焙煎排出ガスを熱回生式無炎酸化して大気汚染物質とにおい物質を取り除くもので、焙煎排出ガス中の汚染物質の酸化中に放出されたエネルギーが直接その焙煎プロセスに提供されることが好ましい。
【００１３】
植物バルク材、特にコーヒー豆、カカオ豆等のための本発明による焙煎装置は、バルク材が焙煎される焙煎容器を備える。この容器は焙煎ドラムであって、例えば、バルク材を焙煎するための加熱されたガス、通常は空気が焙煎容器に送り込まれる。この目的のために、焙煎容器はガス加熱炉と連結される。さらに、排出ガス浄化手段は一つあるいは複数の排出ガス管を介して焙煎容器と連結される。おそらく、固体物質除去手段、ファン等の中間要素が、さらに焙煎容器と排出ガス浄化手段との間に配置される。
【００１４】
本発明による排出ガス浄化手段は、焙煎排出ガス中に含まれる汚染物質を酸化する酸化床を備える。この目的のために、酸化床は多孔性の熱蓄積および熱交換する材料を含む。排出ガス浄化手段に酸化床を備えることにより、大気汚染物質及びにおい物質と若しくはその一方との熱回生式無炎酸化が起こることが可能となる。この目的のために、本発明によると、排出ガス浄化手段は、さらに発熱体を備える。その発熱体は、酸化床の中央部を、例えば酸化目的の反応温度まで、および焙煎排出ガスに固有の汚染物質の自己分解温度、もしくはその一方まで加熱することができる。本発明によれば、酸化床内で焙煎排出ガス中の汚染物質の酸化により、酸化床を加熱するので、より少量の追加エネルギーを排出ガスに導入すれば済むことになって、その結果、かなりのコスト低減が可能となる。さらに、本発明によれば、酸化床を備える排出ガス浄化手段を備えることにより、排出ガス浄化手段の機能が広範な汚染物質濃度で確実に機能することになるので、触媒の不利な点が排除される。例えば、特に過度の温度でも酸化床は破壊されないか若しくは損傷を受けないであろう。
【００１５】
酸化床は、２つのガス透過性の底部、特に穴の開いた底部間に配置されることが好ましい。これにより、酸化床がその底部により安定化するため、酸化床を容器に入っていない個々のパーツから構成することが可能となる。
【００１６】
本発明の重要な特徴は、排出ガス浄化手段が逆流手段を有することである。この逆流手段は、焙煎排出ガスが適切な間隔で酸化床を通って流れる方向を逆転させる。このことは、酸化床の中央部あるいは第２の領域の汚染物質を酸化する間に、それによって生成された熱が中央部あるいは第２の領域に隣接した酸化床の第１あるいは第３の領域で回収されることができるという利点を提供する。焙煎排出ガスが一方向へ流れる場合、酸化床の第１領域が加熱される。例えば、この第１領域が中央の第２の領域の下流に配置されている場合のことである。流れの方向が逆転すると、まず浄化されるべき焙煎排出ガスは加熱された第１の領域を流れて加熱される。続いて、中央部あるいは第２の領域中で焙煎排出ガスを酸化し、その後に第３の領域の加熱が起こる。その第３の領域は、酸化が起こる中央部の領域の下流に配置される。従って、流れの方向が逆転することにより、酸化中に発生して酸化床内に蓄積された熱は、焙煎排出ガスをその酸化直前に反応温度まで予熱するのに使用することができる。
【００１７】
酸化床は、任意の充填材であって、同一サイズのセラミック充填材で構成されることが好ましい。充填材は、熱蓄積および熱交換特性を持つ耐火性材料である。好ましくは、充填材は、内部織物と裂かれた外壁を有するリング状のものであるが、ポールリング、ラシヒリング、バールサドル、蒸留又は整流技術から知られている他の充填材などの他の材料を使用することができる。充填材で構成される充填形態の酸化床は、加熱される多孔性材層であって、作動状態ではその中央部で特徴的な温度分布を有する。物理的に均一な層は、理論的に局所的に卓越する温度に応じて、層の形態で目に見えるようにすることができる。
【００１８】
焙煎排出ガスに固有の大気汚染物質の無炎酸化は、多孔性充填材層の最も熱い領域で起こる。自由な炎の先端で起こるような温度ピークは防止される。従って、焙煎排出ガスにおける熱による窒素形成は無炎酸化ではかなりの程度まで抑制される。
【００１９】
焙煎排出ガスに固有の大気汚染物質の無炎酸化は、少なくとも約３％の焙煎排出ガス中の酸素含有量と約８５０℃〜１０００℃の充填層での反応温度を必要とする。
【００２０】
酸素含有量と反応温度に関する上記要件が満たされる場合、焙煎排出ガス中の低濃度の大気汚染物質は、通常の燃焼を促進することができず、確実に酸化および分解、もしくは酸化または分解される。
【００２１】
驚いたことに、排出ガス浄化手段と酸化床の被覆物を効果的に熱絶縁する場合、焙煎排出ガス中の大気汚染物質が通常濃度の場合の継続的焙煎操作では、反応温度まで酸化床を加熱するのに外部エネルギーの供給は全く必要ないことが判明した。
【００２２】
逆流手段は、排出ガス浄化手段の吸気口開口部と排気口開口部それぞれの領域に備えられた２つのバルブを有するように構成されていることが好ましい。吸気口開口部と排気口開口部との間には、２つの流路が備えられており、それを通って排出ガスはバルブの位置に応じて異なる方向に流れる。
【００２３】
酸化床の中央部の領域が常に要求された温度に保たれることを確実にするために、閾値温度に達しない場合に、この領域を加熱することが可能である。中央部の領域で閾値温度に達しないことを防止するために、付加的なエネルギー供給手段が提供される。この付加的なエネルギー供給手段は、特に排出ガスを加熱する目的で排出ガスに燃料ガスを注入するという間接的なエネルギー供給手段である。その後、排出ガスに注入される燃料ガスは酸化床の中央部の領域で酸化し、それによって望むとおりに、この領域は加熱されることになる。
【００２４】
焙煎装置で起こる全プロセスは関連するセンサー、特に温度センサーを介して自動的に制御されるように、それらのセンサーは制御手段と連結される。
【００２５】
本発明による方法が、上記の焙煎装置を操作するのに適していることが好ましく、その操作方法では、排出ガス浄化手段に配置された酸化床は、酸化のための反応温度および焙煎排出ガスに固有の汚染物質の自己分解温度もしくはその一方まで予熱される。続いて、排出ガス流は、焙煎容器から排出ガス浄化手段へと送り込まれ、ここで、排出ガスは酸化床の第１の領域で加熱される。酸化床の第２あるいは中央部の領域では、それを通って焙煎排出ガスが流れ、焙煎排出ガスに固有の汚染物質は、熱回生式無炎酸化が行われる。次のステップでは、焙煎排出ガスが第３の領域を通って流れる際に、酸化中に発生した燃焼熱が酸化床に放出される。酸化床を通る焙煎排出ガスの流れる方向を変更することによって、焙煎排出ガスは、酸化によって予熱された酸化床の領域を流れ、その後酸化床の中央部あるいは第２の領域で酸化する。次に、例えば、浄化された焙煎排出ガスが大気中に排気筒または同種のものを通して放出される。同様に、浄化された焙煎排出ガスの一部は、焙煎容器に送り込まれる空気を加熱するガス加熱炉に供給してもよい。このことは、焙煎排出ガスに含まれる熱がさらに焙煎プロセスにも利用される利点を与える。
【００２６】
酸化床の中央部は、焙煎排出ガスに固有の汚染物質の酸化反応温度に維持される。この目的のためには、温度の最低目標値が達成されていないときは、直ぐに酸化層の中央部あるいは第２の領域を加熱する必要がある。この目的のために、この領域は、排出ガスに燃料ガスを混合することによって間接的に加熱することも可能である。
【００２７】
酸化床の第２の領域での本発明による熱による無炎酸化、およびそれに続く回生式熱交換によって、焙煎排出ガスの放出温度は、酸化床の吸気口温度より４０〜６０℃程度高く、５０℃程度高くすることが好ましい。
【００２８】
酸化床の中央部の温度を所定の設定温度に維持することは、特に複数の温度センサーを用いて自動的に制御されモニターされることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明による焙煎装置および本発明による焙煎装置の操作方法の重要な利点は、焙煎プロセスと排出ガス浄化プロセスとが原則として互いに分離されることであって、熱および触媒による焙煎排出ガス燃焼の不利な点が避けられる。
【００３０】
他の処理段階（例えば、焙煎コーヒー冷却器、穴開け段階、空気コンベヤ、他の拡散性排出空気源）からにおい物質排出削減目的のために、排出ガス浄化手段ににおい物質を多く含んだ排出空気を供給することが特に適切であることが判明している。焙煎装置と焙煎された製品の処理装置からの汚染物質及びにおい物質の総合放出レベルは、この方法でさらに低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の幾つかの実施形態は以下の図面を参照としてさらに詳細に記載される。
【実施例１】
【００３２】
図１に概略的に示されるコーヒー豆の焙煎装置は、焙煎ドラムあるいは焙煎容器３を有する焙煎器を備えており、自動的に駆動する充填フラップ２が開くとすぐに、成形機ホッパー１から焙煎ドラムあるいは焙煎容器３に、焙煎されるコーヒー豆が供給される。コーヒー豆は、ガス加熱炉あるいは空気加熱炉４から出る熱い空気流により焙煎ドラム３で焙煎され、それから冷却器１０に供給される。冷却器１０では、コーヒー豆は、冷却空気流で冷却され、続いて図示されていない穴あけ装置に送り込まれる。
【００３３】
成形機ホッパー１と焙煎ドラム３との間の連結パイプ３６は、焙煎ドラム３の排出ガス排気口３８と連結していてさらに焙煎ドラム３と連結した状態で焙煎サイクロン６まで達する分岐管３７を有する。
【００３４】
生のコーヒー豆は、成形機ホッパー１から連結パイプ３６を通って焙煎ドラム３の中へ重力によって散発的に移動する。連結パイプ３６の途中に分岐管３７が接続されている。焙煎ドラム３からの焙煎排出ガスは、分岐管３７を通って取り除かれる。この焙煎排出ガスは、排出ガス排気口３８で焙煎ドラム３からの焙煎排出ガスと合わさるが、前者は焙煎ドラム３を外側から間接的に加熱させる。分岐管３７からの焙煎排出ガスと排出ガス排気口３８からの焙煎排出ガスとは、単一の焙煎排出ガスとして処理され、焙煎サイクロン６中で被膜と粉塵から遊離される。
【００３５】
また、一括処理の場合と継続的処理の場合の両方で作動する他の焙煎器タイプ及び焙煎装置に使用されてもよく、さらには他の植物バルク材、例えばカカオ、ナッツ、あるいはシリアルを焙煎する装置に使用されることも可能である。
【００３６】
空気加熱炉４から焙煎される製品の詰まった焙煎ドラム３へと熱風を自動的に制御して送ることに続いて、焙煎による焙煎排出ガスが詰まっている焙煎ドラム３から、焙煎排出ガスは焙煎サイクロン６を通って焙煎ファン７により吸引される。焙煎サイクロン６では、被膜と粉塵は遠心分離される。
【００３７】
焙煎装置の初期操作で、排出ガス浄化手段３９内に配置された酸化床１１は、電気的発熱体４０（図４および図５参照）により、その酸化床１１の中央部あるいは第２の領域１６で約８５０℃から１０００℃の間の温度に加熱される。酸化床１１は、効果的に熱絶縁されて容器２６の中心部の底部４１、４２間に配置されたセラミック充填材の多孔性材層で構成される。
【００３８】
排出ガス浄化手段３９内に配置されていて２つの底部４１、４２によって特徴付けられた酸化床１１は、局所的な温度範囲に基づいて理論的に層１６、４３、４４、４５に分割されてもよい。まずは、酸化床１１の中央部あるいは第２の領域１６を画定する。この領域１６で酸化が起こる。おそらく、この酸化は、第２の領域１６に隣接した層４３の中でまで生じている。流れの方向に応じて、層４４、４５は、酸化床１１の第１あるいは第３の領域を明確にする。また、これらの領域は境界層４３内まで達していてもよい。
【００３９】
焙煎ファン７は、機械的に浄化された焙煎排出ガスを排出ガス管２４を通して焙煎排出空気ファン１４に供給する。ファン１４は、周波数制御された方法で所定流量の焙煎排出ガスを設定温度に自動的に維持される酸化床１１を通すように送り出す。酸化床１１は、焙煎排出ガスのにおい物質と大気汚染物質を無炎酸化するのに役立ち、さらに反応熱の熱蓄積器として役立つ。焙煎排出ガスに固有の大気汚染物質の酸化中に放出されるエネルギーは、酸化床１１での処理温度を維持するのに実質的に寄与する。
【００４０】
熱損失が酸化床１１で起こることは避けられない。酸化域が酸化床１１の中央の第２の領域１６に保持されることを確実にし、均一な酸化を達成するためには、酸化床１１を通る焙煎排出ガスが流れる方向を周期的に変更させる。ある段階（図４）では、吸気口開口部４６の領域に配置された円盤状バルブ２０は、焙煎排出ガスの通路を一掃して下部空気分散室１２あるいは下部流路１２に移動する。排気口開口部４７の領域に配置された円盤状バルブ２１は、容器排気口２７で下部空気分散室１２を閉じる。図４に示されるように、浄化される焙煎排出ガスは、底部４２から酸化床１１を通って底部４１へと流れる。まず、焙煎排出ガスは、第１の領域、すなわち下部の層４５、４４を通って流れ、この領域で加熱され、その後境界層４３を通って流れて中央の領域１６に移動し、境界層４３の内側の第２の領域１６で酸化される。次に、酸化された焙煎排出ガスは、第３の領域、すなわち図４に示される上部の層４３、４４、４５を通って流れ、それによって上部の層を加熱する。浄化された焙煎排出ガスは、上部空気分散室あるいは上部流路１３を経て容器排気口２７から送り出される。
【００４１】
次の段階では、円盤状バルブ２０と２１が切り替えられ、浄化される焙煎排出ガスは、図５に示されるように上部空気分散室１３から底部４１と酸化床１１を通って底部４２へと流れる。従って図示された実施形態では、円盤状バルブ２０、２１が逆流手段となる。
【００４２】
それぞれの流れの方向に応じて、浄化される焙煎排出ガスは、底部４１、４２の排出ガスの入り口から酸化床１１の中へ移動するとき、酸化床１１のそれぞれの最初の半分で加熱される。次いで酸化床１１の中央の第２の領域１６で酸化され、続いて酸化床１１の後の半分では、熱により浄化された焙煎排出ガスはセラミック材に熱を放出する。酸化中に放出された熱エネルギーは、流れの方向が反転した後に、酸化温度まで焙煎排出ガスを加熱することを目的として、酸化床１１のセラミック材に高いエネルギー効率で蓄積される。浄化された焙煎排出ガスは、排気筒１８を介して大気中に放出される。
【００４３】
円盤状バルブ２０と２１の切り替えの中に、比較的少量の浄化されない焙煎排出ガスが容器排気口２７から漏れる。この浄化されない焙煎排出ガスが時間平均して許容できないほどの排出量増加を引き起こさない場合、焙煎排出ガスを排出筒１８を介して大気中に放出することが可能である。
【００４４】
さらに浄化されない焙煎排出ガスを低減する目的で、本焙煎装置は、排出ガス貯蔵タンク１７と、これに焙煎排出ガスを適切に導く手段を付加的に追加してもよい。この場合、浄化されない焙煎排出ガスは、円盤状バルブ２０と２１の切り替えの間には、容器排気口２７から開放した切り替え弁２２を通って、排出空気貯蔵タンク１７の中へ入る。切り替え操作が終了すると、円盤状バルブ２０と２１の次の切り替えまでの時間、焙煎排出ガスは、排出ガス貯蔵タンク１７から排出ガスファン１４の上流に配置された開放した切り替え弁２３と導管１５を通って、排出ガス浄化手段３９に戻される。この段階では、排出筒１８から出る浄化された焙煎排出ガスは、排出筒１８の上部から排出ガス貯蔵タンク１７へと供給される。
【００４５】
焙煎排出ガスの酸化中に酸化床１１が所定温度まで下がるほど、前記の浄化される排出ガス中の炭化水素と一酸化炭素の混合物の濃度が減少すると直ぐに、自動温度制御装置は、確実にエネルギー供給手段として役立つガス管２５を介して燃料ガス、例えば天然ガスを排出ガスファン１４の吸気管の中へ注入する。ガス供給の開始と停止は、熱電対から自動温度制御装置へと送り込まれる信号によって自動的に行われる。
【００４６】
この自動温度制御装置は、スタンバイ操作中でも動作し、例えば、空気加熱炉４が運転休止中であるかもしくは焙煎操作が中断されている場合でも動作する。
【００４７】
焙煎装置とともに、熱回生式無炎酸化を用いた排出ガス浄化手段３９が自動的に制御され且つモニターされる。
【００４８】
必要ならば、新鮮な空気を焙煎排出ガスに投入してもよく、それは排出ガスファン１４によって送り込まれるもので、新鮮な空気吸入用のフラップ弁１９の開放制御することによって行われてもよい。
【００４９】
冷却器１０からのにおい物質が詰まった焙煎排出空気をフラップ弁５０を介して排出ガス浄化手段３９に付加的に供給して、酸化床１１中の焙煎排出ガス流とともに前記排出空気を浄化してもよい。冷却器排出空気ファン５１、冷却器排出空気導管５２、冷却器排出空気サイクロン５３、冷却器排出空気導管５４を通って冷却排出空気を供給することは、関連する制御による一括操作で行ってもよいし、冷却プロセスの初期段階でのみ散発的に行ってもよい。
【００５０】
酸化床１１中で焙煎排出ガスとともに排出空気を浄化する目的で、排出ガスファン１４の前から下流方向に向かうように、さらに排出空気が付加的に供給されてもよい。この目的のためには、図示されていない導管、フラップ弁、ファンが連結される。
【実施例２】
【００５１】
以下の記載では、図２および図３で示される実施形態は、図１を参照として説明される。同じ目的を果たす部品は、図１の引用数字によって指示される。このため、図１の記載を参照されたい。
【００５２】
図２は、図１に示された焙煎装置の一種を示すが、主として、それは、焙煎排出ガスが分流手段２８によって２つの部分流に分けられるという点において図１に示されたものと異なる。焙煎排出ガスの主流は、再循環用の導管２９と制御弁３０を通って空気加熱炉４に戻され、そこで焙煎に必要な供給空気温度に再加熱される。その他の部分流は焙煎空気循環からの過剰量であって、におい物質および汚染物質の濃度が比較的高く、排出ガス導管２４と排出ガスファン１４を通って容器２６に供給される。熱回生式無炎酸化を行う排出ガス浄化手段は、図１を参照して説明したとおりに機能する。
【００５３】
焙煎空気循環からの過剰量の中での炭化水素および一酸化炭素の混合物の濃度が比較的高いために、外部から供給される燃料ガスを節約することが可能であり、すなわち焙煎操作中にガス管２５を通って比較的少ないガスが注入される。
【実施例３】
【００５４】
図３は、図１で示された焙煎装置の一種を示すが、主として、それは、容器排気口２７から出る浄化された焙煎排出ガスの一部が空気加熱炉４に戻って、そこで焙煎に必要な供給空気温度に再加熱されるという点において図１に示されたものと異なる。従って、浄化された焙煎排出ガスは、焙煎供給空気として少なくとも部分的に使用される。この方法では、浄化された焙煎排出ガスの熱エネルギーは可能なかぎり最高レベルまで利用される。
【００５５】
容器排気口２７と排出筒１８との間では、２つに分流するための分流手段３１が配置される。分流手段３１は、浄化された焙煎排出ガスの分流した一方を排出筒１８を通って大気中に導く。分流した他方は、導管３２を通ってファン３３に導かれる。ファン３３は、焙煎排出ガスを再循環管３４を通して空気加熱炉４に送り込む。周波数制御された駆動モータで駆動されるファン３３を用いて、あるいは導管内の制御弁３５、３６を用いて、自動的に時間に応じて体積流量調節が本来知られた方法で実行される。
【００５６】
汚染物質及びにおい物質の排出低減のための高い熱効率が得られ、また、焙煎される製品が汚染物質及びにおい物質の濃度が比較的低い焙煎供給空気を有する焙煎ドラム３内で処理されることが利点である。従って、焙煎される製品の風味が落ちることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による、熱回生式排出ガス浄化手段を含む植物バルク材、特にコーヒー豆用の焙煎装置の概略ブロック図を示す。
【図２】図１に示された焙煎装置の一種を示し、それは焙煎空気供給用に備えられた空気加熱炉に焙煎排出ガスの一部を戻すように配管したものである。
【図３】図１に示された焙煎装置の一種を示し、排出ガス浄化装置から焙煎空気供給用に備えられた空気加熱炉まで熱で浄化された焙煎排出ガスの一部を戻すものである。
【図４】焙煎排出ガスが一方の底部から他方の底部へと流れる酸化床を有する排出ガス浄化手段の概略断面図を示す。
【図５】焙煎排出ガスが他方の底部から一方の底部へと流れる酸化床を有する排出ガス浄化手段の概略断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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