Un dispositivo de calentamiento e incineración, que comprende:

una cámara (15; 38) de calentamiento con una entrada (16; 48) de cámara para admitir una corriente de proceso, y una salida (18; 49) de cámara para descargar la citada corriente de proceso;

un tubo de incineración (22; 40) que se extiende por la citada cámara (15; 38) de calentamiento y que se extiende hacia fuera desde la citada cámara (15; 38) de calentamiento, teniendo dicho tubo de incineración una entrada (31; 42) que está situada en el interior de la citada cámara (15; 38) de calentamiento y que tiene una salida (32) que está situada por fuera de la citada cámara (15; 38) de calentamiento, y una fuente de calor (11; 35; 39) posicionada en el interior de la citada cámara (15; 38) de calentamiento, y el tubo de incineración (22; 40) se extiende por la cámara (15; 38) de calentamiento, a través de una pared de la cámara de calentamiento, y

la fuente de calor (11; 35; 39) está situada en alineamiento coaxial con la citada entrada (31; 42) del tubo de incineración a efectos de:

(a) producir y dirigir una columna de gases calientes hacia la citada entrada (31; 42) del tubo de incineración para calentar con ello el interior de dicho tubo de incineración (22; 40) a una temperatura alta, suficientemente caliente como para incinerar los contaminantes, y

(b) calentar dicha corriente de proceso hasta una temperatura de trabajo más baja, cuando se hace pasar la citada corriente de proceso a través de dicha cámara (15; 38) de calentamiento entre la citada entrada (16; 48) de cámara y la citada salida (18; 49) de cámara, y

(c) incinerar dichos contaminantes que pasan a través del citado tubo de incineración (22; 40) antes de ser evacuados a través de la citada salida (32) del tubo de incineración

caracterizado porque dicha corriente de proceso se hace pasar a través de la citada cámara de calentamiento de modo que dicha corriente de proceso entra en contacto con los citados gases calientes pero se impide en general que se mezcle con los citados gases calientes.

Dispositivo de calentamiento y de incineración

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención La presente invención se refiere en general a tostadoras de café y a otros dispositivos de calentamiento similares.

2. Técnica anterior

El tueste del café se realiza haciendo circular una corriente de aire caliente o corriente de proceso a varios cientos de grados a través de los granos de café. La corriente de proceso está inevitablemente contaminada con materia particulada, tal como cascarilla o vainas, y componentes orgánicos volátiles del café. En el tueste industrial del café, las normas de control de la polución establecidas por la Agencia de Protección del Medioambiente deben ser cumplidas para limitar la emisión de humos y olores. Específicamente, el aire evacuado desde una tostadora debe ser calentado a al menos 760 º C (1400 grados Fahrenheit) durante al menos 0, 3 segundos para asegurar una incineración completa de los compuestos orgánicos volátiles y de la materia particulada. Adicionalmente al control de las emisiones, la cascarilla debe ser extraída del café durante el tueste.

Se conocen diversas tostadoras de café en el estado de la técnica. Las Patentes núms. U.S. 5.394.623 de Sewell;

5.372.833 de Farina; 5.230.281 de Wireman et al., y 3.189.460 de Smith, Jr, muestran cada una de ellas una tostadora con un quemador para calentar la corriente de proceso, y un separador de ciclón para extraer la cascarilla desde la corriente de proceso. El quemador está separado del separador de ciclón. La Patente núm. U.S. 4.484.064 de Murray muestra una tostadora de café con un ventilador que hace que circule la corriente de proceso a través de un contenedor de café ventilado. La Patente núm. U.S. 2.212.120 de Kneale et al., muestra una tostadora en la que se hace circular la corriente de proceso entre una cámara de tueste y un espacio con calentadores eléctricos. Algunas de estas tostadoras requieren un quemador de incineración además de un quemador de calentamiento, que incrementan sustancialmente el consumo de energía. Otras mezcladoras mezclan completamente los gases de combustión procedentes del quemador con la corriente de proceso. Los gases de combustión son enfriados durante el proceso de mezcla, y son descargados a la atmósfera a la temperatura de la corriente de proceso, la cual es demasiado baja para incinerar los contaminantes. Muchas de estas tostadoras son sistemas de paso único que arrastran aire desde el exterior, lo hacen pasar a través del proceso de calentamiento una sola vez, y lo descargan. Un sistema típico de paso único consume 29 kW (100.000 btu/h) para calentar el flujo de proceso con un quemador de calentamiento, y 250 kW (700.000 btu/h) para incinerar contaminantes con un quemador de incineración, de modo que el consumo total de energía es muy alto.

Las Patentes núms. U.S. 5.709.542 de Rentzel et al., y 5.427.746 de Pereira et al., muestran dispositivos de control de contaminación. Cada uno de ellos dirige la corriente de proceso pasada una llama desde un quemador fijo hacia un tubo de llamas donde la corriente de proceso se mezcla uniformemente con los gases de combustión antes de que salgan por la misma salida. Si la temperatura del interior del tubo de llamas es suficientemente alta como para incinerar los contaminantes, entonces la corriente de proceso podría ser calentada hasta una temperatura innecesariamente alta, pero si la temperatura del interior del tubo de llamas está a la temperatura de la corriente de proceso, los contaminantes no serán incinerados. Por lo tanto, estos dispositivos no son adecuados para su uso en aplicaciones de calentamiento en las que se hace que recircule la corriente de proceso. Una desventaja similar se presenta con el convertidor de energía que utiliza calentamiento vertical por implosión divulgado en la Patente núm.

U.S. 5.359.966, la cual divulga un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Por lo tanto, se considera deseable proporcionar un dispositivo de calentamiento e incineración que pueda ser utilizado:

• para calentar una corriente de proceso durante una aplicación de calentamiento;

• para incinerar contaminantes de los gases de evacuación con anterioridad a la descarga de los mismos a la atmósfera;

• para extraer partículas pesadas de la corriente de proceso;

• para calentar la corriente de proceso e incinerar contaminantes con una eficacia energética significativamente mayor, y

• para que sea ajustable durante el funcionamiento a efectos de optimizar la eficacia energética.

Breve sumario de la invención

Un dispositivo de calentamiento e incineración, que comprende:

una cámara de calentamiento con una entrada de cámara para admitir una corriente de proceso y una salida de cámara para descargar la citada corriente de proceso;

un tubo de incineración que se extiende por la citada cámara de calentamiento y que se extiende hacia el exterior desde dicha cámara de calentamiento, teniendo dicho tubo de incineración una entrada que está situada en el interior de la citada cámara de calentamiento y que tiene una salida que está situada por fuera de la citada cámara de calentamiento, y una fuente de calor posicionada en el interior de dicha cámara de calentamiento, con lo que el tubo de incineración se extiende hacia la cámara de calentamiento a través de una pared de la cámara de calentamiento, y la fuente de calor está dispuesta en alineamiento coaxial con la citada entrada del tubo de incineración con el fin de:

(a) producir y dirigir una columna de gases calientes hacia la citada entrada del tubo de incineración para calentar con ello el interior de dicho tubo de incineración a una temperatura alta, suficientemente caliente como para incinerar los contaminantes, y

(b) calentar dicha corriente de proceso hasta una temperatura de trabajo más baja, cuando se hace pasar la corriente de proceso a través de dicha cámara de calentamiento entre la citada entrada de cámara y la citada salida de cámara, de modo que dicha corriente de proceso entra en contacto con los citados gases calientes pero se impide por lo general que se mezcle con dichos gases calientes, y

(c) incinerar dichos contaminantes que pasan a través del citado tubo de incineración antes de ser evacuados a través de la citada salida del tubo de incineración.

Con preferencia, la cámara de calentamiento comprende un separador de ciclón.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos La Figura 1 es una vista lateral en perspectiva y esquemática de una primera realización de un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la invención; La Figura 2 es una vista en corte y esquemática del dispositivo de calentamiento e incineración de la Figura 1; La Figura 3A es un gráfico que muestra una relación entre la temperatura de incineración y la distancia;

La Figura 3B es un gráfico que muestra la relación entre la temperatura de incineración y el tamaño de la llama; La Figura 4 es una vista en corte y esquemática de una segunda realización del dispositivo de calentamiento e incineración;

La Figura 5 es una vista en corte y esquemática de una tercera realización del dispositivo de calentamiento e incineración.

Números de referencia de los dibujos

10. Separador de ciclón

11. Quemador Sistema de regulación de temperatura

13. Alojamiento tubular

14. Porción cónica

15. Cámara de calentamiento

16. Entrada de corriente de proceso

17. Aplicación de calentamiento

18. Salida de corriente de proceso

19. Ventilador Tubo de conexión

21. Tolva

22. Tubo de incineración

23. Chimenea

24. Controlador

25. Sensor de temperatura

26. Actuador

27. Pared

28. Tubo de guía

29. Abertura

30. Extremo del quemador

31. Entrada del tubo de incineración

32. Salida del tubo de incineración

33. Válvula

34. Llama

35. Elemento de calentamiento eléctrico

36. Tubo de montaje

37. Alojamiento

38. Cámara de calentamiento

39. Quemador

40. Tubo de incineración

41. Extremo del quemador

42. Entrada del tubo de incineración

43. Aplicación de calentamiento

44. Llama de alta velocidad

45. Sistema de regulación de temperatura

46. Controlador

47. Sensor de temperatura

48. Entrada

49. Salida

Descripción detallada de la invención

Figura 1:

Una primera realización de un dispositivo de calentamiento e incineración ha sido... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de calentamiento e incineración, que comprende:

una cámara (15; 38) de calentamiento con una entrada (16; 48) de cámara para admitir una corriente de proceso, y una salida (18; 49) de cámara para descargar la citada corriente de proceso;

un tubo de incineración (22; 40) que se extiende por la citada cámara (15; 38) de calentamiento y que se extiende hacia fuera desde la citada cámara (15; 38) de calentamiento, teniendo dicho tubo de incineración una entrada (31; 42) que está situada en el interior de la citada cámara (15; 38) de calentamiento y que tiene una salida (32) que está situada por fuera de la citada cámara (15; 38) de calentamiento, y una fuente de calor (11; 35; 39) posicionada en el interior de la citada cámara (15; 38) de calentamiento, y el tubo de incineración (22; 40) se extiende por la cámara (15; 38) de calentamiento, a través de una pared de la cámara de calentamiento, y la fuente de calor (11; 35; 39) está situada en alineamiento coaxial con la citada entrada (31; 42) del tubo de incineración a efectos de:

(a) producir y dirigir una columna de gases calientes hacia la citada entrada (31; 42) del tubo de incineración para calentar con ello el interior de dicho tubo de incineración (22; 40) a una temperatura alta, suficientemente caliente como para incinerar los contaminantes, y

(b) calentar dicha corriente de proceso hasta una temperatura de trabajo más baja, cuando se hace pasar la citada corriente de proceso a través de dicha cámara (15; 38) de calentamiento entre la citada entrada (16; 48) de cámara y la citada salida (18; 49) de cámara, y

(c) incinerar dichos contaminantes que pasan a través del citado tubo de incineración (22; 40) antes de ser evacuados a través de la citada salida (32) del tubo de incineración

caracterizado porque dicha corriente de proceso se hace pasar a través de la citada cámara de calentamiento de modo que dicha corriente de proceso entra en contacto con los citados gases calientes pero se impide en general que se mezcle con los citados gases calientes.

2. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo comprende un separador de ciclón (10) como dicha cámara (15) de calentamiento, en el que, la fuente de calor (11; 35) está posicionada coaxialmente en el interior de dicho separador de ciclón (10) sustancialmente en alineamiento con, y separada de, la citada entrada (31) del tubo de incineración;

el separador de ciclón (10) sirve además para hacer girar la citada corriente de proceso en un ciclón en el interior del mismo, para separar la materia en partículas de la citada corriente de proceso, y dicha corriente de proceso está más fría y es más pesada que los citados gases calientes de modo que dicha corriente de proceso es lanzada hacia el exterior, estando dichos gases calientes más calientes y siendo más ligeros de modo que los citados gases calientes están confinados alrededor de un eje de dicho separador de ciclón (10) .

3. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha fuente de calor (11; 35; 39) es móvil de forma generalmente axial en relación con la citada entrada (31; 42) del tubo de incineración para ajustar dicha temperatura en el interior del citado tubo de incineración (22; 40) .

4. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, y que incluye además un sistema (12) de regulación de la temperatura del tubo de incineración que comprende un sensor de temperatura (25) posicionado en general en el citado tubo de incineración (22; 40) , un controlador (24) conectado a dicho sensor de temperatura (25) y un actuador (26) conectado a dicho controlador (24) y a dicha fuente de calor (11; 35; 39) , causando dicho controlador (24) que el citado actuador (26) mueva la citada fuente de calor (11; 35; 39) de forma generalmente axial en relación con la citada entrada (31; 42) del tubo de incineración para ajustar dicha temperatura en el interior de dicho tubo de incineración (22; 40) .

5. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una aplicación de calentamiento (17; 43) que extrae calor desde la corriente de proceso y para hacer recircular la corriente de proceso, en el que la cámara (15; 38) de calentamiento está conectada a dicha aplicación de calentamiento (17; 43) , dicha entrada (16, 48) de cámara se utiliza para admitir la citada corriente de proceso procedente de la citada aplicación de calentamiento (17; 43) y dicha salida (18; 49) de cámara se utiliza para hacer que retorne la citada corriente de proceso hasta dicha aplicación de calentamiento, siendo la citada corriente de proceso recirculada entre dicha aplicación de calentamiento (17; 43) y la citada cámara (15; 38) de calentamiento.

6. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la reivindicación 5, que incluye además un sistema (45) de regulación de temperatura de la aplicación de calentamiento que comprende un sensor de temperatura (47, 50) posicionado en la citada aplicación de calentamiento (17) y un controlador (46) conectado a dicho sensor de temperatura y a dicha fuente de calor, ajustando dicho controlador la intensidad de la citada fuente de calor para ajustar dicha temperatura de trabajo en el interior de la citada aplicación de calentamiento.

7. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que dicha fuente de calor (11; 35; 39) es móvil de manera generalmente axial en relación con dicha entrada (31; 42) del tubo de incineración para ajustar dicha temperatura en el interior del citado tubo de incineración (22; 40) .

8. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha fuente de calor (11; 35; 39) comprende un quemador de gas (11) .

9. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha fuente de calor (11; 35; 39) comprende un quemador (11) de gas a presión para producir una llama de alta velocidad de al menos alrededor de 60 m/s (200 pies/segundo) .

10. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9 cuando es dependiente de la reivindicación 6, que incluye además una válvula (33) conectada a dicho quemador de gas (11) , ajustando dicho controlador (24; 40) la citada válvula (33) para ajustar dicha temperatura de trabajo.

11. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha fuente de calor (11; 35; 39) comprende un elemento (35) de calentamiento eléctrico.

12. Un dispositivo de calentamiento e incineración de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la cámara (15; 38) de calentamiento comprende un separador de ciclón (10) para hacer girar dicha corriente de proceso según un ciclón en el interior de la misma, para separar la materia en partículas de la citada corriente de proceso.