CN101257823A - 双模态轧辊磨机 - Google Patents

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Abstract

一种用于磨碎原料的磨碎机。该磨碎机(250)包括多个用于将原料磨碎成基本上为第一预定颗粒尺寸磨粒的第一辊子(260，270)和多个用于将第一预定颗粒尺寸中的一部分磨粒磨制成基本上为第二预定颗粒尺寸磨粒的可调节的第二辊子(280)。

Description

双模态轧辊磨机
技术领域
本发明总地涉及用于磨碎咖啡豆或者类似原料的方法和装置，更特别地涉及用于磨碎咖啡豆或者类似原料使其形成既有大颗粒又有微粒和/或任何希望的颗粒尺寸分布的方法和装置。
背景技术
制作一杯好的浓咖啡通常被认为是一种艺术形式。传统地，最好的浓咖啡是由咖啡师制作，擅长控制各种参数的咖啡师通过控制各种参数制作出一杯完美的浓咖啡。这些变量包括煮制水的温度和压力、咖啡重量、年份、水分、颗粒尺寸、压紧力等等。这些参数共同影响咖啡产生的阻力，并且该阻力允许水完成需要的煮制工作。
咖啡师通常使用一种可调节的磨盘式磨碎机磨碎咖啡。颗粒尺寸由磨盘式磨碎机确定，不过，颗粒尺寸可以在很大范围内变化。可变的颗粒尺寸分布可以导致咖啡具有不同的味道。例如，具有过多大颗粒的磨粒不能很好地被煮制而具有过多小颗粒的磨粒又会被过度煮制。尤其是，太小的颗粒会产生一种不希望的苦味。
因此，希望提供能制作出所需要的一致的颗粒尺寸分布的咖啡的方法和装置。优选地，这些方法和装置应该适合于制作具有任何希望的颗粒尺寸分布的磨粒。
发明内容
由此本申请将要描述一种用于磨碎原料的磨碎机。该磨碎机包括多个用于将原料磨碎成基本上为第一预定颗粒尺寸的磨粒的第一辊子和多个可调节的用于将具有所述第一预定颗粒尺寸的磨粒中的一部分磨制成基本上为第二预定颗粒尺寸的磨粒的第二辊子。
该磨碎机可以是一个轧辊磨机。第一辊子可以包括一对轧碎辊子。第一辊子也可以包括一对精轧辊子。第一预定颗粒尺寸为约200至约300微米。可调节的第二辊子包括一对细料辊子。该可调节的第二辊子的长度可小于第一辊子的长度。该可调节的第二辊子的长度约是第一辊子长度的一半。该可调节第二辊子与第一辊子的啮合从0到大约100％。第二预定颗粒尺寸至少约为四十微米。可调节的第二辊子包括一固定辊子和一可调辊子。
本申请更进一步地描述了用于磨碎咖啡豆的磨碎机。该咖啡磨碎机包括多个将咖啡豆磨碎成咖啡磨粒的轧碎辊子，多个将咖啡磨粒的尺寸磨成基本为第一预定颗粒尺寸的精轧辊子，多个将咖啡磨粒中的一部分磨粒的尺寸磨成基本为第二预定颗粒尺寸的可调节细料辊子。
本申请更进一步地描述了用于磨碎咖啡豆的方法。该方法的步骤为：在第一组辊子中将第一批咖啡豆的颗粒尺寸磨制到基本上大约为250微米，在第二组辊子中将第二批咖啡豆的颗粒尺寸磨制到基本上大约为40微米，混合第一批咖啡豆和第二批咖啡豆。所述基本上约为250微米的颗粒尺寸可以是250微米正负约20微米，基本上大约为40微米的颗粒尺寸可以是40微米正负约10微米。该第二批咖啡豆可包括一部分第一批咖啡豆。
附图说明
图1是此处描述的本发明所使用容器的顶部透视图。
图2是图1中容器的底部透视图。
图3是图1中容器的侧剖视图。
图4是图1中容器的俯视图。
图5是图1中容器的仰视图。
图6是示出了盖的容器的侧剖视图。
图7是其内装盛有一定量的煮制原料的容器筒的侧剖视图。
图8是此处描述的磨碎机的主视图。
图9是图8中磨碎机的侧视图。
图10A-10D是图8中的磨碎机所使用的细料辊子位置透视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中相同的数字在不同的视图中表示相同的元件，图1-7示出了可以用在此处的容器筒100的一实施例。该容器筒100可以与记载于公众已能获知的第6,786,134号美国专利中的饮料分配器系统或其它类型的饮料系统一起使用。在这里虽然对该容器筒100做了详细说明，但是任何其它类型的容器也可以用在这里。该容器筒100可以装盛适量的煮制原料105，例如咖啡粉、茶叶、粉末或者任何种类的可混合原料、调味料、添加剂或者其它种类的原料。
该容器筒100的形状基本上为杯件110的形状。该杯件110可以由传统的热塑塑料，例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和类似材料制造。或者，也可以使用不锈钢或者基本上不生锈的其它种类材料制造。该杯件110基本为刚性从而可经受煮制过程中的热度和压力而不会产生异味。其中的术语″刚性″，是指杯件110在压力作用下可以轻微弯曲或者变形。
杯件110包括一个基本上为圆形的侧壁120和一个基本上为平面的底部130。也可以使用其它形状。杯件110的侧壁120和底部130可以模塑并形成一个一体件，单独的侧面120和底部130也彼此安装结成一体。侧壁120和底部130以及作为一个整体的杯件110的直径可以是任何合适的尺寸，从而适合所需要的饮料分配器系统或者类似的装置。
杯子110的侧壁120和底部130可以采用任何希望的或合适的尺寸或者形状。例如，如果需要，侧壁120可以是直的，锥形的，阶段状的或者弯曲的。举例来说，侧壁120的内径可以大约为39.3毫米(大约1.549英寸)，壁厚度大约为1.1毫米(大约0.043英寸)。在这里如果需要可以使用任何其它尺寸。
作为整体的该容器筒100的深度根据所要使用的煮制原料105的量而改变。在该容器筒100被用于制作大约355毫升饮料(大约十二(12)盎司)的情况时，该容器筒100的总高度可以大约为28.7毫米(大约1.13英寸)，可用内高可以大约为17.1毫米(大约0.674英寸)。因此，容积为355毫升的容器筒100的总高度与直径的比值大约为0.73，可用内高与直径的比值大约为0.435。该容器筒100可具有大约6.4克的聚丙烯材料。
例如，一个用于制作大约237毫升饮料(大约八(8)盎司)的容器筒100，其高度大约为22.5毫米(大约0.887英寸)，其可用内高大约为11.8毫米(大约0.463英寸)。由此总高度与直径的比值大约为0.57，可用内高与直径的比值大约为0.3。该容器筒100可具有大约5.8克的聚丙烯材料。
在使用最少量的材料制作容器筒时，这些直径和深度的比值能保证杯件110和作为一个整体的容器筒100具有足够的强度和硬度。当使用最少量的材料，作为一个整体的容器筒100所使用的塑料，例如聚丙烯均聚物的重量大约为五(5)至八(8)克。这样，杯件110和作为一个整体的容器筒100可以在大约超过十(10)巴(大约150磅/平方英寸)的水压和温度高于大约93摄氏温度(大约200华氏度数)的环境中坚持六十(60)秒以上。虽然具有上述比值的容器筒100可能会稍微弯曲或者变形，但是作为一个整体的容器筒100经得起预计的流过水压。这些尺寸和特征仅仅是为了方便举例。
底部130上具有多个孔140。孔140是底部130宽度方向上的通孔。孔140可以基本为圆形，其直径约1.6毫米(约0.063英寸)。然而，可以使用任何希望的形状或者尺寸。在该实施例中，虽然可以使用许多个孔，但是此处孔140的数目大约为54个。当使用给定的尺寸的容器筒100时，所选择的孔140的数目和尺寸可以提供合适的压差。
在底部130上也设置了许多支撑肋条150。可以采用任何希望的肋条150的数目、形状和/或位置。在本实施例中，使用了一内圆肋条、一外圆肋条和若干径向肋条。虽然可以使用任何希望的厚度，但是该肋条150的高度大约为一(1)毫米(大约0.04英寸)。肋条150可以为使用最少量材料制成的整体容器筒100提供增强的支撑和稳固性。
容器筒100的侧壁120还可以包括一上唇部160。该上唇部160可以包括一个基本上是平面的平顶部分170。该平顶部分170的宽度大约为3.45毫米(大约0.136英寸)，并且在垂直方向上的高度大约为3.4毫米(大约0.135英寸)。该上唇部160可被制成适配于所需要的饮料分配器系统或者类似装置的尺寸，并且在使用尽可能少的材料制成容器筒的情况下能抵抗热水产生的预计作用力。在注液过程中，如果作为整体的容器筒100一般仅绕其上唇部160被支撑，则情况尤为如此。
在杯件110的侧壁120上也可包括多个形成于其内的开口180。在本实施例中，可以使用三(3)个开口180。然而，在这里根据装盛原料的量可以使用任何数量的开口180。例如，对于237毫升(大约八(8)盎司)的容器筒100可以仅使用两个(2)开口180。该开口180可以连续环绕侧壁120的内圆周和/或间断环绕侧壁的内圆周。
该开口180与盖190配合。盖190具有插入到开口180中基本为楔形形状的边缘200。通过利用该开口180确保盖190保持不动。边缘200可以是连续的或者间断的，从而与开口180紧密配合。盖190的形状优选向内弯曲或基本内凹。盖190可具有约0.8克的聚丙烯材料。
根据容器筒100内的煮制原料105的量，盖190被置于其中一个开口180中。盖190向下弯曲成一个凹面形状从而在压力作用下向下压紧煮制原料105并且防止煮制原料105移动。盖190提供给煮制原料105合适的压紧力并且在负荷作用下由盘形垫圈原理压紧该原料。盖190压紧煮制原料105也使在装填容器筒100时具有更快的填充率。在盖190上也有多个孔210，从而可使饮料分配器系统或类似的装置中的水通过。根据饮料分配器系统的种类，盖190的作用不是必需的。
该容器筒100内可衬有一层或多层滤纸220。滤纸为标准滤纸，当饮料流过时，其用来收集煮制原料105。然而，滤纸220应该具有足够的强度、刚度和/或孔隙率，这样它就不会下垂到底部130的孔210中和/或让煮制原料105的微粒封闭或者阻塞孔210。阻塞孔210会造成容器筒100内压差数值不均衡。由于纸220的刚性基本上可以抵抗变形，可以稍微增大杯件110的底部130上孔210的直径从而增加流通性。
例如，滤纸220由纤维素和热塑性纤维合成制造。合适的滤纸220，如由乔治亚州根斯维J.R.Crompton有限公司出售的PV-377和PV347C型滤纸。例如，PV-347c型的材料可具有每平方米约为四十(40)克的克重并且湿抗破强度大约是62千帕。类似的材料也可使用。还可使用多层纸。该多层滤纸中的每层可以具有相同或者不同特性。
容器筒100可以具有多层滤纸220，本案为可以包括一顶层和一过滤底层。滤纸220的底层通常不使用胶粘剂定位。滤纸220的顶层的强度不需要像底层那么大。滤纸220的顶层通常用来提供水分散作用并且防止磨粒堵塞饮料分配器系统或者类似的装置。该煮制原料105本身位于上下层滤纸220之间。优选地，该煮制原料105直接接触侧壁120，也就是杯件110的内径周围没有设置滤纸220。这样的设置迫使水流过煮制原料105，而非借助滤纸220流过杯件110。
该煮制原料105可以用一个箔封套或者其它类型的基本不透气的隔板安置。该箔封套可以使煮制原料105保持新鲜并且阻止其接触环境空气。或者，整个容器筒100在使用前可被单独或成组地封装于箔封套内。
该可煮制原料105通常是由磨碎机250磨制。磨碎机250可以将原料，在本实施例中为咖啡豆，磨碎成咖啡磨粒。在这里也可以使用其它原料。如图8-10所示，该磨碎机250优选轧辊磨机。轧辊磨机250可以是由伊利诺斯州芝加哥的Modern Process Equipment公司制造的型号为660FX、666EX.WC、888EX.WC和类似型号的机器。如下所述，该轧辊磨机250比其它类型的磨碎机，例如磨盘式磨碎机更好。
在本实施例中，该磨碎机250具有三个(3)辊子级。第一级是一对轧碎辊子260。第二级是一对精轧辊子270。末级是一对细料辊子280。此处可采用任意数量的辊子260、270、280。通过调节辊子260、270、280可以生产出任何希望的颗粒尺寸的磨粒。该磨碎机250还包括一进料斗290和一出料口300。磨碎机250的其他配置可用于此。
如图10A-10D所示，细料辊子280可彼此相对调整，以改变加入到较大颗粒中的细料的百分比。在该实施例中，细料辊子280之间的啮合数值可在0至大约百分之百(100％)变化。然而，细料辊子280的长度可小于其它辊子260、270。具体地说，如果辊子260、270的长度大约为三十(30)英寸(大约76.2厘米)，那么细料辊子280的长度大约为十五(15)英寸(大约38.1厘米)。因而，细料辊子的啮合数值最大时可以生产出大约占百分之五十(50％)的细料。然而，可以调整出任何需要的细料辊子280的啮合值。并且，可以任意设置细料辊子280的长度。
如图10A所示的辊子280之间没有啮合则不能提供细料颗粒，如图10B所示的啮合数值为百分之二十(20％)则提供约百分之十(10％)的细料，如图10C所示的啮合数值为百分之五十(50％)则提供约百分之二十五(25％)的细料，啮合数值为百分之百(100％)则提供约百分之五十(50％)的细料。可以产生出任何所需百分比的细料。细料颗粒可以小至约四十(40)微米。可以采用任何需要的尺寸。
细料辊子280中的一个可以是可调辊，另一个可以是固定辊。该可调辊子280在调节到需要的啮合数值后由一锁紧套环或者一类似的装置锁定。在这里可以使用任何类型的调节装置。
本案中咖啡豆作为煮制原料105，可被置于进料斗290中。该煮制原料105经过轧碎辊子260后基本上被压碎到需要的颗粒尺寸，然后经过精轧辊子270。设置精轧辊子270是为了基本得到希望的颗粒尺寸。例如，在这里所希望的颗粒尺寸在大约200微米至大约300微米之间，对于某些煮制原料更好为250微米。可以生产出任何希望的颗粒尺寸。由轧碎辊子260和精轧辊子270制造出相对较大的颗粒使成品饮料具有希望的强度、浓度和其它味道特征。
如果需要一定量的细料颗粒，则设置该细料辊子280以提供所需的细料颗粒的尺寸和细料百分比。下面将更详细地描述，由细料辊子280制造的细颗粒会影响煮制原料105的阻力和煮制时间。更多细料颗粒通常具有更大的阻力和更长的煮制时间。
该磨碎机250也可以包括一台增密机310。该增密机310可以设置在细料辊子270之下。该增密机310包括许多叶片从而使磨粒具有更统一的尺寸与形状。具体地说，磨粒看起来具有更均一的球形形状并且看起来稍微变硬。对磨粒的增密导致煮制特征发生改变，体现在密度增加改变了水流经过磨粒的特性。
除制造基本均匀球粒之外，增密机310似乎还通过将较小颗粒“粘连”到较大颗粒而减少细料颗粒或小颗粒的数量。该粘连是由磨粒中的油份形成，或其它原因。例如，有增密时，咖啡中的固体颗粒大约为百分之六(6)。然而，没有增密时，所述固体颗粒约为7.5％，其形成的成品的口感太浓。最后的结果是更小、更均匀的颗粒尺寸分布。虽然增密常被用来改进咖啡的包装，但增密尚未被用于改变所述磨粒的煮制特性。
如上所述，该轧辊磨机表现出能够提供更好的颗粒尺寸分布，也就是，该颗粒尺寸分布更一致。该轧辊磨机250几乎不产生易导致不充分析出并导致变味的大颗粒，并几乎不产生由于过分析出而产生苦味从而改变最终饮料味道细小颗粒。该细料在容器筒100内也会对反压力有影响，因为反压力与颗粒尺寸的平方成反比。由此当颗粒尺寸减小时该反压力增大。
下面示出了轧辊磨机与磨盘式磨碎机之间的比较。该轧辊磨机的颗粒尺寸分布(该“雨林”(Rainforest)磨粉的波峰在左边)在颗粒尺寸约为8.0微米处终止，而磨盘式磨碎机的颗粒尺寸分布(该“米拉诺”(Milano)磨粉的波峰在右边)延续到颗粒尺寸约为0.1微米。而且，轧辊磨机具有更少的大颗粒：
Figure A20068003253500131
如图所示，用轧辊磨机250处理过的磨粒超过百分之八十(80％)颗粒尺寸分布在大约220至大约250微米之间，并且超过百分之九十九(99％)的磨粒的颗粒尺寸分布在大约八(8)至大约650微米之间。概括地讲，超过百分之七十五(75％)的咖啡磨粒的颗粒尺寸分布在大约200至大约300微米之间。尽管250微米附近范围的一致颗粒尺寸分布改进了某种类型的饮料煮制，但也需要有一定量的细小颗粒从而在煮制期间提供阻力和希望的压力。缺乏足够的细料颗粒会使水透过得太快。因而，尺寸大约为四十(40)微米的颗粒在大约百分之十(10)至大约百分之四十(40)之间。在这里可以使用任何希望的细料颗粒百分比。
该轧辊磨机900由此形成一个更窄和更一致的颗粒尺寸分布。类似地，当保持一个一致的压力时，通过监控细料颗粒的数量可以减少咖啡的苦味。这样的颗粒尺寸分布可提供口味改善且一致的咖啡饮料。
在使用中，滤纸220可以沿着底部130放置在容器筒100的杯件110中。紧接着在其中放置一定量的煮制原料105。如果需要，可以在煮制原料105上再放置一层滤纸220。盖190随后可被置于杯件110内，以便用约13.6千克(大约三十(30)磅)的力向下压紧煮制原理150。力的数值可以变化。一旦盖190压紧该煮制原料105，盖190的边缘200就定位于杯件110的侧壁120内的相应开口180内。然后该容器筒100在封装或不封装的情况下使用于需要的饮料分配器系统或者类似的装置。
流过容器筒100的水压可以随煮制原料105的种类而改变。可从任何来源向容器筒105提供增压热水。流过作为整体的容器筒100的水的特性部分取决于筒100的几何结构和尺寸、煮制原料105的种类和尺寸以及密度、水压力、水温和煮制时间。关于煮制时间和温度，在大约10至大约14巴时，典型地煮制温度在大约85至大约100摄氏温度(大约185至大约212华氏度数)之间或者有时温度更高。改变其中的任何参数就可以改变该煮制饮料的特征。
如上所述，更好的是保持颗粒尺寸均匀。尺寸不合适的咖啡磨粒通常会从咖啡中过分析出或不充分析出可溶性固体颗粒。通过利用该磨碎机250有助确保更一致的颗粒尺寸。通过利用增密机310同样可促进颗粒尺寸均匀。通过压紧咖啡磨粒有助于液体均匀通过容器筒100。如上所述，颗粒尺寸关系到对煮制饮料作“功”的反压力。

Claims (16)

1.一种用于磨碎原料的磨碎机，包括：多个用于将原料磨碎成基本上为第一预定颗粒尺寸的磨粒的第一辊子；和多个用于将第一预定颗粒尺寸中的一部分磨粒磨碎成基本上为第二预定颗粒尺寸磨粒的可调节第二辊子。
2.如权利要求1中所述的磨碎机，其中该磨碎机包括一轧辊磨机。
3.如权利要求1中所述的磨碎机，其中该多个第一辊子包括一对轧碎辊子。
4.如权利要求1中所述的磨碎机，其中该多个第一辊子包括一对精轧辊子。
5.如权利要求1中所述的磨碎机，其中第一预定颗粒尺寸为大约200至大约300微米。
6.如权利要求1中所述的磨碎机，其中该多个可调节第二辊子包括一对细料辊子。
7.如权利要求1所述中的磨碎机，其中该多个可调节第二辊子的长度小于该多个第一辊子的长度。
8.如权利要求1中所述的磨碎机，其中该多个可调节第二辊子的长度约是第一辊子长度的一半。
9.如权利要求7中所述的磨碎机，其中该多个可调节第二辊子与多个第一辊子的啮合值从0到大约100％。
10.如权利要求1中所述的磨碎机，其中第二预定颗粒尺寸至少大约为四十微米。
11.如权利要求1中所述的磨碎机，其中该多个可调节第二辊子包括一固定辊子和一可调辊子。
12.一种用于磨碎咖啡豆的咖啡磨碎机，包括：多个用于将原料磨碎成咖啡磨粒的轧碎辊子；多个用于精轧咖啡磨粒使其尺寸基本上为第一预定颗粒尺寸的精轧辊子；和多个用于磨碎一部分咖啡磨粒使其尺寸基本上为第二预定颗粒尺寸的可调细料辊子。
13.一种磨碎咖啡豆的方法，包括：在多个第一辊子中磨碎咖啡豆得到颗粒尺寸基本上约为250微米的第一批咖啡豆；在多个第二辊子中磨碎咖啡豆得到颗粒尺寸基本上约为40微米的第二批咖啡豆；混合第一批咖啡豆和第二批咖啡豆。
14.如权利要求13中所述的方法，其中基本上约为250微米的颗粒尺寸包括约250微米正负约20微米。
15.如权利要求13中所述的方法，其中基本上约为40微米的颗粒尺寸包括约40微米正负约10微米。
16.如权利要求13中所述的方法，其中第二批咖啡豆包含一部分第一批咖啡豆。
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