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REGISTRO DE LA PROPIEDAD INDUSTRIAL

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˜ ESPANA

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k ES 2 001 272 kN´umero de solicitud: 8601401 kInt. Cl. : A23N 12/08

11 N.◦ de publicaci´ on:

PATENTE DE INVENCION

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73 Titular/es: Ullate Irujo, Rosario

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72 Inventor/es: Esta˜ nol Figueras, Enric

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74 Agente: Elzaburu M´ arquez, Fernando

22 Fecha de presentaci´ on: 27.08.86

45 Fecha de anuncio de la concesi´ on: 01.05.88

46 Fecha de publicaci´ on del folleto de patente:

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J. M. de Sagarra, 4-2-4, L’Hospitalet de Llobregat, Barcelona ES

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01.05.88

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k kResumen

54 T´ıtulo: M´ aquina tostadora de cafe perfeccionada. 57

Se describe una m´aquina tostadora de caf´e con capacidades de carga variables, ciclo de tostado autom´atico y selecci´on a voluntad de la funci´ on de temperaturas adecuadas a cada tipo de caf´e. La m´aquina tostadora de caf´e comprende un dep´osito de granos de caf´e en el que est´an incorporados una v´alvula de cierre, un mando de apertura y cierre a distancia y un detector del contenido de la tolva. Mediante esta m´aquina se obtiene uniformidad de temperaturas en todos los puntos del flujo de aire del circuito, para lo cual dicha m´aquina incorpora un intercambiador de calor para el flujo de aire, quedando asegurado el intercambio de calor mediante la fluidificaci´on a la que se somete la carga de caf´e.

Venta de fasc´ ıculos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

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1 repartici´ on uniforme de la temperatura en todo el flujo del circuito;

DESCRIPCION El presente invento se refiere a una m´ aquina tostadora de caf´e perfeccionada, de acuerdo con la cl´ausula precaracterizante de la reivindicaci´on 1. La tostaci´ on de granos de caf´e crudos o verdes ha sido de siempre, un proceso altamente delicado y del cual depende en un alto porcentaje, el sabor de la infusi´ on de caf´e. La complejidad de las reacciones internas que experimenta el grano de caf´e, las cuales transforman alguna de sus sustancias componentes en verde en otras de alto contenido arom´ atico no ha sido descubierta hasta la fecha, dado que la presencia de peque˜ n´ısimas cantidades de estas sustancias dif´ıcilmente detectables por los medios corrientes de an´ alisis en laboratorio influyen decisivamente en las caracter´ısticas finales de aroma y sabor de la infusi´ on de caf´e. As´ı, variaciones imperceptibles en el proceso de tostaci´on de los granos de caf´e crudos dan como resultado caracter´ısticas muy diferenciados en la infusi´on final. Por la patente espa˜ nola 506.054, expedida a Enrique Esta˜ nol Figueras, el 17 de Febrero de 1.983, ya abandonada, se conoce una m´ aquina tostadora de caf´e autom´ atica para obtener un cierto n´ umero de dosificaciones de caf´e. Por otra parte, el proceso de tostado convencional de m´aquinas industriales existentes actualmente en el mercado, los gases de combusti´on, bien sea de combustible s´ olido o l´ıquido, son los que est´ an en contacto con los granos de caf´e, en los que provocan un aumento de temperatura. La temperatura existente en la llamada combusti´ on oscila entre aproximadamente 1200◦C y 1500◦C. El caudal de aire que se precisa para la tostaci´on es superior a los gases que se desprenden durante la combusti´on, por lo que se precisa una mezcla de dichos gases con aire atmosf´erico. La mezcla resultante no es isot´ermica en toda su extensi´on y, como resultado de ellos, se produce una diferencia de temperaturas en diferentes puntos del flujo de aire. Por otra parte, la elevada masa de hierro que se precisa en la construcci´on del c´ omputo refractor de caf´e representa una reserva de calor´ıas m´as elevada que el caf´e que contiene, reserva que activa el final de proceso de tostado acelerando el grado de tostaci´ on sin que se pueda controlar dicha aportaci´ on de calor a no ser que se vac´ıe el caf´e del bombo en el momento oportuno operaci´on ´esta que resulta ciertamente complicada y que s´ olo puede ser efectuada por la atenta observaci´on visual de un experto tostador. El hecho de que la autometizaci´ on completa en los procesos convencionales de tostaci´on de caf´e haya sido posible en m´ aquina de gran capacidad de carga se debe a que la relaci´on existente entre los par´ametros kg de carga de caf´e/kg de hierro para retenerlo es mucho mayor en las m´ aquinas de gran capacidad, reduciendo el efecto de la radiaci´on t´ermica de la envolvente met´alica sobre la carga de caf´e. Frente a las m´aquinas tostadoras de caf´e conocidas, el presente invento pretende mejorar el proceso de tostaci´on propiamente dicho de los granos de caf´e crudos, para lo cual es necesario que se cumplan las tres siguientes condiciones: 2

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2 fluidificaci´ on de la carga de caf´e; 5

3 circuito cerrado del aire de tostaci´ on.

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Para ello, las diferencias b´asicas existentes entre el proceso conocido de tostaci´ on de caf´e y el que desarrolla la nueva m´ aquina objeto del invento empieza por la obtenci´ on de la uniformidad de temperaturas en todos los puntos del flujo de aire del circuito. Por ello, la m´ aquina objeto del invento incorpora un intercambiador de calor para el flujo de aire que funciona en r´egimen de alta turbulencia con Reynolds comprendidos entre 20×103 y 50×103 . Esta caracter´ıstica da como resultado un elevado coeficiente de transmisi´on resistencia-aire (Nusselt) y adem´ as una total uniformidad t´ermica en el flujo de aire. Por otra parte, la fluidificaci´ on a que se somete la carga de caf´e asegura el mejor intercambio de calor entre el flujo de aire y el grano de caf´e crudo, ya que en este r´egimen la carga l´ımite en torno al grano de caf´e es m´ınima. El ciclo de aire completa la recuperaci´on del calor existente en el flujo por medio de un circuito cerrado, en el cual el intercambiador de calor aporta al aire solamente el calor cedido al caf´e y el perdido en puntos no aislados en contacto con la atm´ osfera. De acuerdo con el invento, la m´aquina tostadora de caf´e perfeccionada, con capacidades de carga variables, ciclo de tostado autom´atico, selecciona a voluntad de la funci´ on de temperaturas adecuadas a cada tipo de caf´e, est´a caracterizada porque se compone de un dep´ osito de granos de caf´e crudos o verdes, en el que est´ an incorporados una v´ alvula de cierre, un mando de apertura y cierre a distancia y un detector del contenido de la tolva, colector de aspiraci´ on de aire, un recipiente para el caf´e tostado, constituido a su vez por un separador de laberintos selectivo en el que quedan retenidos granos de caf´e que son devueltos a la tolva de tostados disponiendo asimismo el recipiente de un cristal que mantiene una estanqueidad del circuito de aire, un colector para el reciclaje en proceso de tostaci´on, una clapeta que retiene al caf´e con la tolva de tostado cuando no circula corriente fluidificadora, una tobera ajustable, una corredera con mecanismo de anclaje, un detector del estado del recipiente que funciona por c´edula fotoel´ectrica un cabezal lector destinado a seleccionar el calor de tostaci´on de caf´e y un sacamuestras, un dispositivo intercambiador de calor que incorpora un colector canalizador del flujo de aire y que se desplaza conjuntamente con la corredera en cuyo interior est´an ubicadas resistencias distribuidoras del calor a la corriente de aire, un separador de cascarilla de caf´e del aire del circuito, constituido por una turbina de aceleraci´on de flujo situada a la boca de salida de aire de cicl´ on, estando dispuesta una chapeta de salida de humos de modo que est´a conectada a un mando de la corredera que lleva incorporado el colector de aire caliente, estando dispuesto en la parte inferior del cicl´on un recogedor de cascarilla, un dep´ osito de recogida de caf´e tostado,

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situado en la parte inferior de la m´ aquina, a efectos de aprovechar la caida por gravedad desde la tolva de tostador, estando conformado y dimensionado el fondo de este dep´ osito de recogida de tal manera que constituye un venturi de aspiraci´on para el transporte del caf´e tostado a los hilos; en la parte frontal superior de la m´ aquina est´a dispuesto un panel de mandos que contiene un term´ometro de la regulaci´on de temperatura del aire, term´ ometro de detenci´ on de la temperatura del caf´e, estando conectados estos dos term´ ometros con un microordenador en el que est´an centralizadas todas las funciones del mando para el ciclo de la m´aquina; existiendo asimismo medios mec´anicos manuales que est´an ubicados en una placa frontal intermedia, por u ´ltimo, un dispositivo aspirador de humos que asegura la canalizaci´ on de los vapores de esencia de caf´e junto con el CO2 desprendido del mismo hacia las cloacas de desag¨ ue, as´ı como, opcionalmente una central hidr´ aulica monobloc de mandos autom´ aticos destinada a comandar los mecanismos de accionamiento de los cambios de fase que precisan un elevado parmotor. El tostado tiene lugar, conforme a la invenci´ on, en un punto de un circuito cerrado y por fluidificaci´on con atm´ osfera saturada de gases del caf´e y a la presi´ on que le proporciona la adici´ on de estos gases y la temperatura alcanzada por los mismos. El micro-ordenador, incorporado en la m´ aquina objeto del invento, permite seleccionar el programa de tostado cuyo programa representa una funci´ on de las temperaturas. La m´aquina tostadora de caf´e lleva montado en el tramo final de la fluidificaci´ on un laberinto dise˜ nado de tal forma, que frena la inercia de los granos haci´endoles caer nuevamente en la tolva de tostado y permitiendo el paso libre de cascarilla y aire sin posibilidad de obstrucci´on. La fuente de calor est´ a constituida por un intercambiador de gran eficacia con n´ umeros de Reynolds comprendidos entre 5×103 y 8×103 y con n´ umeros de Nusselt mejorados. Conforme a la invenci´on, a la entrada de aire caliente en la tolva de tostado, la m´aquina tostadora lleva incorporado un deflector que regula la uniformidad en el flujo de fluidificaci´ on repartiendo el caudal de aire por la secci´on. Por u ´ ltimo, de acuerdo con el invento, aparte del detector de temperatura para determinar el final de tostado, la m´ aquina lleva incorporado un detector de calor que es el que finalmente da la se˜ nal para el enfriado del caf´e. A continuaci´ on se explicar´a con mayor detalle la m´ aquina tostadora de caf´e objeto de la presente solicitud con ayuda de la u ´ nica figura que se acompa˜ na en los dibujos. Debe entenderse, naturalmente, que cualquier experto en la materia podr´ a incorporar modificaciones en dicha m´ aquina, las cuales han de considerarse dentro del alcance del invento, siempre y cuando no lo alteren en esencia. Tal como se puede observar por la figura 1, la m´aquina tostadora de caf´e objeto del invento est´ a constituida por un dep´ osito (01) de granos de caf´e crudos que en el presente caso tiene un volumen de 25 dm3 y est´a previsto para una capacidad de

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10-15 kg de granos de caf´e crudos. Este dep´osito est´a constituido a su vez por una v´ alvula de cierre (01-1), un mando de apertura y cierre a distancias (01-2) y un detector del contenido en la tolva (013). Inmediatamente situado a continuaci´ on se encuentra un colector de aspiraci´ on de aire (02) el cual tiene por misi´ on reducir la velocidad de flujo de aire para entregarlo a un cicl´ on. A continuaci´ on del colector de aspiraci´on de aire est´a dispuesto un recipiente de tostado de los granos de caf´e crudos. Este recipiente se compone de un separador de laberinto selectivo (03-1) en el que quedan retenidos los granos de caf´e y que son devueltos a la tolva de tostado dejando paso libre a la cascarilla que es arrastrada por el aire. A una r´ apida extracci´ on del cristal se ha adoptado un sistema de sujeci´ on por muelles, indicado en la figura 1 con la cifra 03-2. El cristal mencionado (03-5) permite observar el proceso de tostaci´ on a la vez que mantiene la estanqueidad del circuito de aire. La cifra 03-4 muestra al colector para el reciclaje de la corriente de caf´e en tostaci´on, colector que asegura una perfecta distribuci´ on del caf´e en toda la masa de caf´e. La clapeta (03-5) retiene al caf´e en la tolva de tostado cuando no circula corriente fluidificadora. Una tobera ajustable designada con la cifra 03-6, permite orientar el flujo de aire para regular la distribuci´ on de velocidades del mismo en el colector 03-4. Una corredera (03-7) con mecanismo de anclaje se utilizaba en el cambio de aire fr´ıo en el proceso de enfriado. Esta corredera es accionada conjuntamente con la clapeta (05-3) por la misma palanca manual (07-7). Para el control del final del proceso de tostaci´ on se ha dispuesto un term´ ometro programable (no representado) para seleccionar la temperatura final del tostado. El detector de estado del recipiente (lleno/vac´ıo), marcado con la cifra 03-9, funciona por c´elula fotoel´ectrica, cuyo cabezal lector es utilizado a la vez para la selecci´on del calor de tostado de los granos de caf´e. Por u ´ltimo, y para mantener la posibilidad de manejo artesanal de la m´ aquina, se ha provisto al recipiente tostador de un sacamuestras (03-10). La m´aquina tostadora de caf´e objeto del invento comprende tambi´en un intercambiador de calor (04), en su parte de salida del aire caliente, consta de un colector (04-1) que canaliza el flujo de aire y que se desplaza conjuntamente con la corredera (04-7). Dentro del intercambiador de calor propiamente dicho, una distancia de 0,9 m, est´an ubicadas una serie de resistencias (04-3), dispuestas de tal forma que distribuyen regularmente el calor producido por ellas en la corriente de aire. Novedad esencial de la m´aquina tostadora objeto de este invento es la incorporaci´on de un separador de cascarillas de caf´e del aire del circuito, incorporando la m´ aquina de este invento la turbina de aceleraci´on de flujo (05-1) en la misma boca de salida de aire en un cicl´on (05-2). Esta disposici´on reduce considerablemente la longitud del canal y, por consiguiente, las p´erdidas de carga. Una clapeta (05-3) de salida de humos est´ a conectada a un mando (07-7) de la corredera (03-3) que lleva incorporada el colector de aire caliente (04-1). En la parte inferior del cicl´ on (05-2) est´ a 3

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dispuesto un recogedor de cascarilla, f´ acilmente retirable para su limpieza. La m´aquina tostadora de caf´e incorpora asimismo un dep´ osito de recogida de caf´e tostado, el cual est´a ubicado en la parte inferior de la m´ aquina, a efectos de aprovechar la ca´ıda por gravedad desde la tolva del tostador. El fondo del dep´ osito est´a conformado y dimensionado de tal manera que constituya un tubo venturi de aspiraci´ on para transporte de caf´e tostado a los hilos. En la parte frontal superior de la m´ aquina tostadora de caf´e (figura 2) est´ a dispuesta una caja para el panel de mandos. Esta caja contiene un term´ometro de regulaci´ on de temperatura del aire (07-1.1) y el term´ ometro de detenci´ on de temperatura del caf´e (07-1.2), estando ambos conectados con un microordenador en el cual est´ an centralizadas todas las funciones de mando para el ciclo de la m´aquina. La placa (07-3) sirve de sustentaci´on a los contactores y regletas de conexi´on. En lo que se refiere a los mandos mec´ anicos manuales, ´estos est´an ubicados en una placa frontal intermedia, en la que la cifra 07-4 designa la palanca de vaciado de granos de caf´e crudos, con 07-6 se designa a la palanca de cambio de

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flujo de aire fr´ıo y con 07-7 se describe la palanca de vaciado de caf´e tostado. Finalmente, la m´aquina objeto del invento puede incorporar una central hidr´ aulica de mandos autom´ aticos (08). Si no se incorpora dicha central hidr´ aulica, la m´aquina pueda automatizada en lo que se refiere al ciclo de temperaturas de tostaci´on del caf´e pero manual en lo que se refiere a completar el ciclo de carga, descarga y transporte de caf´e, ya sea crudo o tostado. La inclusi´ on de dicha central supone en la automatizaci´on completa del ciclo de tostaci´on y la inclusi´ on de este ciclo en un proceso continuo de tostaci´on, a saber, automatizaci´ on de carga y descarga de caf´e crudo, ciclo de temperatura de tostaci´ on con regulaci´ on de tiempo y temperatura de secado, regulaci´ on de tiempo y temperatura de tostado y regulaci´on de tiempo y temperatura final de tostado y revenido, de m´ as de descarga y transporte de caf´e tostado a silos. Asimismo, la m´ aquina objeto del invento se incorpora un aspirador de humos (09) el cual asegura la canalizaci´on de los vapores de esencias de caf´e, junto con el CO2 desprendido del mismo hacia las cloacas de desag¨ ue.

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REIVINDICACIONES 1. M´ aquina tostadora de caf´e perfeccionada, con capacidades de carga variables, ciclo de tostado autom´ atico, selecciona a voluntad de la funci´on de temperaturas adecuadas a cada tipo de caf´e, caracterizada porque se compone de un dep´ osito de granos de caf´e crudos o verdes, en el que est´ an incorporados una v´ alvula de cierre, un mando de apertura y cierre a distancia y un detector del contenido de la tolva, conector de aspiraci´on de aire, un recipiente para el caf´e tostado, constituido a su vez por un separador de laberintos selectivo en el que quedan retenidos granos de caf´e que son devueltos a la tolva de tostados disponiendo asimismo el recipiente de un cristal que mantiene una estanqueidad del circuito de aire, un colector para el reciclaje en proceso de tostaci´on, una clapeta que retiene al caf´e con la tolva de tostado cuando no circula corriente fluidificadora, una tobera ajustable, una corredera con mecanismo de anclaje, un detector del estado del recipiente que funciona por c´edula fotoel´ectrica un cabezal lector destinado a seleccionar el calor de tostaci´on de caf´e y un sacamuestras, un dispositivo intercambiador de calor que incorpora un colector canalizador del flujo de aire y que se desplaza conjuntamente con la corredera en cuyo interior est´an ubicadas resistencias distribuidoras del calor a la corriente de aire, un separador de cascarilla de caf´e del aire del circuito, constituido por una turbina de aceleraci´ on de flujo situada a la boca de salida de aire de cicl´on, estando dispuesta una clapeta de salida de humos de modo que est´ a conectada a un mando de la corredera que lleva incorporado el colector de aire caliente, estando dispuesto en la parte inferior del cicl´ on un recogedor de cascarilla, un dep´osito de recogida de caf´e tostado, situado en la parte inferior de la m´ aquina, a efectos de aprovechar la caida por gravedad desde la tolva de tostador, estando conformado y dimensionado el fondo de este dep´ osito de recogida de tal manera que constituye un venturi de aspiraci´ on para el transporte del caf´e tostado a los hilos; en la parte frontal superior de la m´ aquina est´ a dispuesto un panel de mandos que contiene un term´ ometro de la regulaci´on de temperatura del aire, term´ ometro de detenci´ on de la temperatura del caf´e, estando conectados

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estos dos term´ometros con un microordenador en el que est´ an centralizadas todas las funciones del mando para el ciclo de la m´aquina; existiendo asimismo medios mec´anicos manuales que est´an ubicados en una placa frontal intermedia, por u ´ltimo, un dispositivo aspirador de humos que asegura la canalizaci´on de los vapores de esencia de caf´e junto con el CO2 desprendido del mismo hacia las cloacas de desag¨ ue, as´ı como, opcionalmente, una central hidr´ aulica de monobloc de mandos autom´ aticos destinada a comandar los mecanismos de accionamiento de los cambios de fase que precisan un elevado parmctor. 2. M´ aquina tostadora de caf´e seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizada porque el tostado tiene lugar en un punto de circuito cerrado y por fluidificaci´ on con atm´ osfera saturada de gases del caf´e y a la presi´on que le proporciona la adici´ on de estos gases y la temperatura alcanzada por los mismos. 3. M´ aquina tostadora de caf´e seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizada porque el microordenador permite seleccionar el programa de tostado cuyo programa representa una funci´ on de las temperaturas. 4. M´ aquina tostadora de caf´e seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizada porque lleva montado en el tramo final de la inercia de los granos haci´endoles caer nuevamente en la tolva de tostado y permitiendo el paso libre de cascarilla y aire sin posibilidad de obstrucci´ on. 5. M´ aquina tostadora de caf´e seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizada porque la fuente de calor est´a constituida por un intercambiador de gran eficacia con n´ umeros de Reynolds comumeros de prendidos entre 5×103 y 8×103 y con n´ Nusselt mejorados. 6. M´ aquina tostadora de caf´e seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizada porque a la entrada de aire caliente en la tolva de tostado, lleva incorporado un deflector que regula la uniformidad en el flujo de fluidificaci´ on repartiendo el caudal de aire por la secci´ on. 7. M´ aquina tostadora de caf´e seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizada porque aparte del detector de temperatura para determinar el final de tostado, lleva incorporado un detector de calor que es el que finalmente da la se˜ nal para el enfriado del caf´e.

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