CN113115962B - 双热源的传导对流辐射自选烘豆机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双热源的传导对流辐射自选烘豆机，供烘焙复数咖啡豆，上述烘豆机包括：一中空导热搅豆装置，形成有一内部的容置空间，和一导接前述内部的容置空间、供将上述咖啡豆置入上述内部的容置空间或由上述内部的容置空间取出上述咖啡豆的开口；一设置于上述容置空间内的辐照加热装置，供直照烘焙上述咖啡豆；一形成有至少一对应上述内部的容置空间的风口、且可选择性启闭前述风口的遮挡装置；和一供选择性加热上述中空导热搅豆装置，和当上述风口开启时加热空气，并使被加热空气经上述风口对流进入上述容置空间的非明火鼓风加热装置。

Description

双热源的传导对流辐射自选烘豆机

技术领域

本发明涉及一种烘豆机装置，尤其系指一种双热源的传导对流辐射自选烘豆机。

背景技术

咖啡因有提神、抗忧郁、促进消化和降低胆结石的发生机率等有益功效而成为人类社会广泛流行的饮料之一，且因为咖啡经过烘焙而产生额外的风味更使得人们更加喜爱。咖啡是将咖啡豆经过烘焙之后研磨冲泡而成的饮料，除考虑咖啡豆的品种及种植环境之外，严格的消费者，甚至会讲究磨粉的颗粒大小、冲泡的水温、水流快慢等，其中又以咖啡豆的烘焙时间、温度以及加热方式等对咖啡的风味影响最大。目前咖啡业者或咖啡的爱好者，经常都是依赖烘焙师的经验来决定咖啡豆烘焙的时间、温度和加热方式。

目前，市面上将烘豆机依照加热方式主要可区分为明火直火式、半明火直火式以及热气流式等三种，明火直火式主要是采用瓦斯炉火，直接加热有孔滚筒而烧烤滚筒内的咖啡豆，但是一方面瓦斯加热滚筒火焰也会透过孔洞直接接触咖啡豆，不仅开关控制较需经验，另方面火焰直接探入滚筒，尤其瓦斯火焰中各层温差极大热传速率很不稳定，容易造成滚筒中的咖啡豆受热不均，整批产品的风味将无法恒定，而咖啡豆内外受热不均时，很容易出现外层焦黑或烘焦整颗咖啡豆。尤其对于要求水平较高的消费者而言，即使相同的瓦斯火力，还要考虑烘焙当时空气中的湿度高低，例如下大雨时过高的湿度将会比干燥空气火力降低、且吸取更多热量而影响加热效果，进一步造成风味不能恒定，影响烘焙的效果。

例如，中国专利CN201320220937.0，就是在滚筒外部设置多个瓦斯喷嘴，其中部分瓦斯喷嘴喷出的瓦斯经燃烧直接加热滚筒，且部分火焰可以经过滚筒上的穿孔而接触咖啡豆，另一部份的瓦斯喷嘴上方则额外设置陶瓷板遮蔽火焰，陶瓷板受到火焰加热后升温，借此发出红外光而穿透金属滚筒，烘焙咖啡豆。然而，依照红外线光谱，约从760nm至1mm都被归类于红外线，能够穿透金属表面的红外线波长主要仅在2.0至2.8μm范围，长波长的红外光主要都会被金属滚筒所吸收，尤其此结构要先将瓦斯燃烧所发的热能传递给陶瓷板吸收，再由陶瓷板受热后发出红外光，所发红外光经过金属滚筒的吸收和反射，更使得这种结构下，能直接穿透滚筒而加热咖啡豆的红外线比例相当低，能量运用效率非常差。

另有采用电热管取代瓦斯明火的烘豆机出现，电热管直接照射咖啡豆加热，一方面仍有烘焙不均匀的风险，另方面相较于瓦斯加热，电热管会有余温续热也容易造成烘焙过头的问题。至于热气流式烘豆机则是借由高温热气吹拂咖啡豆，依靠热气的强制对流来烘焙咖啡豆，因此加热效果佳，而且热风加热较为均匀，但一方面因需加热大量空气故有高耗能的缺点，尤其不适合少量烘豆，另方面加热和降温都会有明显的延迟，也使得操控难度有所提升。

半直火式及半热风式烘豆机，则是利用上述直火式烘豆机，搭配鼓风装置，滚筒与炉火的接触面无孔，强制对流的空气被加热后利用滚筒侧边小孔引导热气流入滚筒内部，同步利用直火加热滚筒进行热传导、使咖啡豆受热更均匀，然而其加热方式比较间接，当发现热气流温度过低，想增加火力以拉高风温却经常发现反应太慢或效用不如预期。

由于上述三种加热方式的烘豆机，即使可以更改风量或瓦斯供应量，但加热方式都已经被固定，无法依照烘豆者的意愿，自行决定传导/对流/辐射热各自的占比，不仅容易烘焙过焦或未完熟而失败，即使一次烘焙成功，也难以再次重现相同风味。因此，如何改善烘豆机的设计以让使用者可以重复不断烘焙出具有相同而良好风味的咖啡豆，一直是此领域技艺人士们致力研究和改善的目标。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种双热源的传导/对流/辐射自选烘豆机，借由提供传导/对流/辐射等三种配比自选的加热方式，使得专业使用者可自行烘焙操作，摆脱对于烘焙师的依赖；还希望提供一种具有储存装置的双热源的传导/对流/辐射自选烘豆机，可储存烘焙过程的操作参数，使用者可借此重复执行成功的烘焙过程而大量稳定烘焙出相同而风味良好的咖啡豆；并且希望提供一种双热源的传导/对流/辐射自选烘豆机，没有明火热源，避免咖啡豆外皮烤焦，提升烘焙出良好风味的咖啡豆的良率；此外，还进一步希望提供一种具有冷却装置的双热源的传导/对流/辐射自选烘豆机，供将空气和烘焙完成的咖啡豆热交换，借此一方面冷却已烘焙咖啡豆，另一方面将吸收咖啡豆热能的受热空气再加热，供下一批生咖啡豆的烘焙之用以节省大量能源消耗。

根据实施例，本发明提供的一种双热源的传导/对流/辐射自选烘豆机，供烘焙复数咖啡豆，上述烘豆机包括：一中空导热搅豆装置，形成有一内部的容置空间，和一个导接前述内部的容置空间、供将上述咖啡豆置入上述内部的容置空间或由上述内部的容置空间取出上述咖啡豆的开口；一个设置于上述容置空间内的辐照加热装置，供直照烘焙上述咖啡豆；一个形成有至少一对应上述内部的容置空间的风口、且可选择性启闭前述风口的遮挡装置；和一个供选择性加热上述中空导热搅豆装置，和当上述风口开启时加热空气，并使被加热空气透过上述风口对流进入上述内部的容置空间的非明火鼓风加热装置。

相对于现有技术，由于本发明的烘豆机具有红外线加热单元与外加热装置的双热源，其中直照的红外线加热单元可以对咖啡豆瞬间加热至200-300度提供热辐射的加热功能，不仅功率大，少有延迟，且因其加热为直接照射的热辐射形式，热能使用效率相当高，烘焙效果也较不受空气湿度等外在条件影响。

本发明的烘豆机具有非明火鼓风加热装置可借由操作启闭装置，而调配提供至内部的容置空间的热对流烘焙和热传导烘焙的热能比例，而设置于上述容置空间内的辐照加热装置则可以调配热辐射烘焙的热能比例，使得本发明的烘豆机可以供使用者自由调配上述三种热能传输的配比，使得烘焙咖啡豆的加热方式更具有弹性，并可将烘焙的操作参数储存在烘豆机的储存装置中，用户重复执行相同烘焙过程，可以轻易再现相同风味的咖啡豆，而无需依赖烘焙师的经验与服务。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例烘豆机装置的立体示意图。

图2是本发明的第一较佳实施例一种烘豆机的正视示意图。

图3是本发明的第一较佳实施例一种烘豆机的翻板的一侧视示意图。

图4是本发明的第一较佳实施例一种烘豆机的翻板的另一侧视示意图。

图5是本发明的第一较佳实施例一种烘豆机的翻板的一正视示意图。

图6为本发明第二较佳实施例烘豆机装置的侧视示意图。

图7为本发明第三较佳实施例烘豆机装置的正视示意图。

图8为本发明第四较佳实施例烘豆机装置的正视示意图。

其中：

1、1”、1”’为烘豆机；                  42为出入口；

11、11”为入料口；                    5、5’、5”、5”’为辐照加热装置；

2为自动控制装置；                   6为非明火鼓风加热装置；

22为人机接口单元；                  61、61’、61”、61”’为非明火加热单元；

24为温度感测单元；                  62为风扇组；

25为定时单元；                      7、7’、7”为启闭装置；

26为储存单元；                      70”为通孔；

28为处理单元；                      71、71”为风口；

3、3’、3”、3”’为中空导热搅豆装置；     72、72’、72”为遮板；

31、31’、31”’为内侧壁；               73为翻板；

32为外侧壁；                        74为旋动机构；

33、33”、33”’为容置空间；             75为齿轮；

34、34”、34”’为开口；                 76为导螺杆；

35、35”、35”’为穿孔；                 77为步进马达；

36、36’为转动装置；                  78’、78”为辅助板；

37、37’为传动单元；                  8、8”为冷却装置；

38”、38”’为排料出口；                81、81”为不锈钢冷却盘；

39”、39”’为搅拌单元；                82为搅动器；

4为接料装置；                       θ为倾斜夹角；

41为通口；                          9为出料装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

第一较佳实施例

请同时参阅图1至图5，本发明第一较佳实施例的烘豆机1包括自动控制装置2、中空导热搅豆装置3、接料装置4、辐照加热装置5、非明火鼓风加热装置6、启闭装置7、冷却装置8以及出料装置9。

用户可在自动控制装置2中，例释为触控面板的人机接口单元22选择热辐射、热对流以及热传导三种加热方式的比例与先后，建立一组烘焙咖啡豆的参数，例如先以温度140℃加热20分钟然后继续以200℃加热10分钟并储存于储存单元26。随后将未经烘焙的生咖啡豆倒入入料口11，此时接料装置4是以开口朝上方向，导引咖啡豆经由开口34进入中空导热搅豆装置3。因在烘焙初期需要快速烘焙以去除咖啡豆的大量水分，定时单元25在预定时间内致能例释为电热红外线热源的辐照加热装置5，使其发出红外线直照咖啡豆，选择以热辐射方式烘焙咖啡豆，而转动装置36则持续转动中空导热搅豆装置3以搅动咖啡豆而产生均匀的烘焙功效。

在本实施例中，当达到上述脱除水分的预定时间后，一方面同时开启例释为外侧红外管的非明火加热单元61，另方面启闭装置7的每个翻板73朝向水平方向转动，使得风口71的开口被部分遮蔽达到一个预定比例，非明火加热单元61发出的红外光一部份照射至中空导热搅豆装置3的外侧壁32，将热能经由中空导热搅豆装置3的侧壁，以热传导的方式对咖啡豆加热烘焙；非明火加热单元61发出的其余热能则由空气直接吸取或经翻板73再传至空气，使得周遭空气被加热，并且受风扇组62的驱动而经过翻板处的风口71而进入中空导热搅豆装置3，此部分则是以热对流方式对咖啡豆加热烘焙。此加热过程维持例如20分钟，温度感测单元24实时测量咖啡豆的温度并上传处理单元28，并且由处理单元28指令储存单元26储存；并且同步指令辐照加热装置5和非明火加热单元61开关，确保烘豆时的恒温。

进一步，如果在烘焙后期需要以低温处理长时间以产生预期的风味时，亦可指令各翻板73朝向垂直方向转动，使风口71开口扩大，让热风流入更多，并减少电热红外线热源的占比甚至将辐射热源关闭，直到烘豆完成。接着转动接料装置4方向，将已烘焙完成咖啡豆从中空导热搅豆装置3中的容置空间转移到冷却装置8处，图式中位于下方的风扇组62鼓动空气向上流动过程中，空气会接触到已烘焙完成的咖啡豆而进行热交换，让咖啡豆冷却，同时预热这部分的空气而回收部分热能，使得在冷却前一批烘完的咖啡豆时，还可以同步烘下一批咖啡豆，而且烘豆过程中上述热对流的能量不需完全由非明火加热单元61提供，进一步节约能源。再经预定冷却时间例如20分钟后，由出料装置9将冷却完成的咖啡豆移出烘豆机1外。

本实施例中，自动控制装置2包括人机接口单元22、感测上述咖啡豆温度的温度感测单元24、定时单元25、储存单元26和处理单元28，其中主要电路是整合为一的单片机(single-chip microcomputer)，人机接口单元22例如是一触控显示面板，温度感测单元24例如是一热电偶组件。本实施例中的中空导热搅豆装置3则是由复数片锁固在一长直圆筒上的可导热的陶瓷板包围结合而成，具有一内侧壁31和一相反于内侧壁31的外侧壁32，且内侧壁31包围形成有一内部的容置空间33，以及一个导接前述内部的容置空间33、供将咖啡豆置入内部的容置空间33或由内部的容置空间33取出咖啡豆的开口34，中空导热搅豆装置3远离入料口11的一侧上还形成有多个开孔小于咖啡豆的尺寸的穿孔35，供烘焙过咖啡豆的热气从中空导热搅豆装置3释出。

接料装置4则是一端具有一通口41而另一端具有一出入口42的可转动漏斗，通口41借由一滚珠轴承嵌卡在开口34上供借由转动接料装置4而在一个把咖啡豆送入内部的容置空间33的导入位置、和一个把经过烘焙的咖啡豆由容置空间33中导入冷却装置8的输出位置间移动。转动装置36在此是一步进马达，而传动单元37例如是一组对应设置在上述转动装置36和外侧壁32之间的齿轮组。辐照加热装置5例如是设置于中空导热搅豆装置3的相对于开口34的内侧壁31上的电热红外线热源，由于辐射直接致能咖啡豆内的水分与有机成分的加热功能，故不易受空气温湿度之影响而可以提供稳定再现的加热能力和烘焙效果。

当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，虽然本实施例中的非明火鼓风加热装置是设置于中空导热搅豆装置的外侧，且启闭装置7是设置于中空导热搅豆装置3和非明火鼓风加热装置6之间的复数翻板73，以及驱动翻板73转动的旋动机构74；旋动机构74则包括齿轮75一导螺杆76和步进马达77；但上述结构都只是举例，并非局限。

本实施例中，每一翻板73分别对应一个由遮板72所界定出的风口71，使得翻板73可以在一个暴露前述风口71的开启位置、和一个遮蔽前述风口71的遮蔽位置之间变角度旋动；借此调整风口71开启大小比例而决定非明火鼓风加热装置6提供的热对流与热传导的比例。步进马达77受控于自动控制装置2而驱动导螺杆76和齿轮75齿合转动而翻动翻版73，遮板72与翻板73在本实施例中，都是由可吸收非明火加热单元61发出的红外线电磁波的黑化铁板制成。冷却装置8包括不锈钢冷却盘81、设置于不锈钢冷却盘81底部的搅动器82，出料装置9则包括在不锈钢冷却盘81底部的一片掀板(图未示)，当烘焙完的咖啡豆已经冷却后，掀板被开启，由搅动器82推送咖啡豆至掀板开启位置而向下掉落至出口。

本实施例的烘豆机同时使用辐照加热装置与非明火鼓风加热装置的双热源烘焙咖啡豆，其中辐照加热装置对咖啡豆提供热辐射烘焙的功能，而非明火鼓风加热装置可借由旋动翻板来对咖啡豆调配提供热对流烘焙和热传导烘焙的比例，而且使用者可以把烘焙成功所使用参数储存，以便重复执行相同烘焙过程以轻易再现相同风味的咖啡豆而无需依赖烘焙师的经验与服务。并借由上述冷却装置回收已烘焙咖啡豆的热能供烘焙下一批量咖啡豆使用，而达到节能的额外功效；且借由上述接料装置和出料装置的操作，而达到连续大量烘焙出风味相同咖啡的咖啡豆的额外功效。

第二较佳实施例

本发明第二较佳实施例如图6所示，本实施例与前一较佳实施例相同之处不再赘述。在本实施例中，非明火加热单元61’是被设置在中空导热搅豆装置3’内，并且将中空导热搅豆装置3’以启闭装置7’区分为上下两部分，上方作为容置空间，让咖啡豆进入其中接受烘焙，中空导热搅豆装置3’则受到例如一组包括例释为皮带轮的转动装置36’和例释为皮带的传动单元37’驱动旋转。

启闭装置7’包括一片遮板72’和一片辅助板78’，两片板上分别形成有多个通孔70’，两片板上的通孔70’孔径至少有一片是小于咖啡豆尺寸的，借此形成复数风口(图未示)。由于辅助板78’可以相对于遮板72’移动，借此可以选择风口的开启大小，进而界定热对流和热传导的调配比例；本实施例中的辅助板78’和遮板72’是以可吸收红外线的石墨板为例。

由于启闭装置7’相对于水平轴有一个小于45°的倾斜夹角θ，使得容置空间中的咖啡豆会朝向一侧倾斜，在中空导热搅豆装置3’转动时，也会引导贴近中空导热搅豆装置3’内侧壁31’的咖啡豆翻滚搅动，以便均匀承受上方辐照加热装置5’的辐射热，达到均匀烘焙的效果。非明火加热单元61’的热能不仅透过遮板72’传导，也有一部份是透过下半部的中空导热搅豆装置传导，热风则由风口以热对流方式对咖啡豆加热。

第三较佳实施例

本发明第三较佳实施例与上述各较佳实施例相同之处不再赘述。请参阅图7，在本实施例中，烘豆机1”是以少量烘焙例如50～150公克的咖啡豆的机台为例，烘豆机1”的顶部形成有一个入料口11”，中空导热搅豆装置3”则包括一个底部有孔的不锈钢振动盘，振动盘的容置空间33”上方形成有一个广阔的开口34”，对应于上述入料口11”，使得要烘焙的咖啡豆可以被投入振动盘中而可省略接料装置。辐照加热装置5”则是设置于不锈钢振动盘上方的电热红外线热源，供直照烘焙咖啡豆。中空导热搅豆装置3”进一步包括一个搅拌单元39”，在本实施例中的搅拌单元39”例释为一活塞连杆，供上下驱动振动盘，以均匀搅动翻转烘焙中咖啡豆，让少量的咖啡豆轮流面对红外线照射，使其均匀受热。

而非明火加热单元61”则例释为一电磁线圈，电磁线圈和振动盘间设置有一组可拆卸的启闭装置7”包括一片固定式的遮板72”和一辅助板78”，本实施例中的辅助板78”和遮板72”是以可感应电磁扰动的铸铁板为例，当通孔70”大幅开启时，电磁线圈的扰动可以直接传输至振动盘，使得振动盘因涡电流而发热，直接将热能传导至咖啡豆；电磁线圈的电磁扰动也可以作用到遮板72”和辅助板78”使其产生涡电流而发热，并且进一步加热周遭气流产生热风而后从穿孔35”进入容置空间33”对咖啡豆进行热对流烘焙；因为辅助板78”可以相对于遮板72”移动，故使用者可借此调整风口71”的开启大小而界定热对流和热传导的调配比例。当烘焙完成时，则使中空导热搅豆装置3”倾斜，使烘焙完成的咖啡豆在重力作用下自排料出口38”落入冷却装置8”的不锈钢冷却盘81”。

借由简便的结构设计，使得本发明所揭露的烘豆机甚至可以将例如仅适合单杯冲泡的少量生咖啡豆放入中空导热搅豆装置3”的容置空间33”，并自由选择使用上方辐照加热装置5”的辐射热及/或依上述方法调整热对流和热传导的调配比例达到预定烘焙程度且均匀的烘焙效果，使得咖啡爱好者可以完全自由地烘烤自己喜爱的口味。

第四较佳实施例

请参阅图8，在本发明第四较佳实施例中的烘豆机1”’，具有和前一实施例类似的直照光源作为辐照加热装置5”’，中空导热搅豆装置3”’例释为包括一导热良好的铜制固定圆筒，由内侧壁31”’包围形成一内部的容置空间33”’、使用者可以经由上方的开口34”’将咖啡豆置入容置空间33”’、在圆筒的内侧壁31”’上还形成有复数穿孔35”’供热风进入容置空间33”’对咖啡豆进行热对流烘焙、圆筒底部则形成有一个排料出口38”’，以及搅拌单元39”’供搅拌烘焙中的咖啡豆使其受热均匀。

本实施例中的搅拌单元39”’是一个具有复数螺带的螺杆搅拌器；而非明火加热单元61”’则是包覆在内侧壁31”’外的电热片，用以对圆筒加热而热传导烘焙圆筒内的咖啡豆，且非明火加热单元61”’可上下移动，借以调整电热片直接包覆圆筒和突出于圆筒下方空间的比例，并且借此调整热能直接加热圆筒的配比，当电热片相对向下移动而有较大比例暴露在圆筒下方时，可以将主要的发热针对周遭气流加热而产生热风，借此可以增高热对流烘焙的占比。

当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，本发明各实施例中的启闭装置、辐照加热装置、非明火鼓风加热装置等，皆可互相调配使用以及采用其他类似机构，甚至将非明火鼓风加热装置分为二部分，其一部分对空气加热产生热风以对咖啡豆提供热对流烘焙，而另一部分对中空导热搅豆装置加热使其对咖啡豆提供热传导烘焙，均无碍于本发明的实施。

本发明的烘豆机的特点在于具有辐照加热装置与非明火鼓风加热装置的双热源，可自由选择对咖啡豆提供热辐射、热传导和热对流等三种加热方式的配比，大幅提升烘豆的选择弹性；两种加热装置的加热时间与温度以及上述三种加热方式配比的参数，都可以透过接口单元自由调整，甚至让使用者把烘焙成功所使用的上述温度、时间与热传导/热对流的占比等参数储存，即可重复执行相同烘焙过程，轻易再现相同风味的咖啡豆而无需依赖烘焙师的经验与服务，降低烘豆的技术门坎。加以，可借由冷却装置回收已烘焙咖啡豆的热能供烘焙下一批量咖啡豆使用，进一步达到节能的额外功效，且借由上述接料装置和上述出料装置的操作而达到连续大量烘焙出风味相同咖啡的咖啡豆的功效。此外，因为本发明烘豆机可以重复大量烘焙出相同良好风味的咖啡豆大大提高了咖啡豆烘焙的成功率以及使用者购买烘豆机的意愿，因此有益于咖啡饮料市场以及烘豆机市场的推广。

Claims (1)

1.一种双热源的传导对流辐射自选烘豆机，供烘焙复数咖啡豆，其特征是，上述烘豆机包括：

一中空导热搅豆装置，形成有一内部的容置空间，并形成有至少一个导接上述容置空间，供将上述咖啡豆置入上述容置空间或由上述容置空间取出上述咖啡豆的开口，以及一个形成有至少一对应上述容置空间的穿孔；该中空导热搅豆装置包括至少一振动盘，且该中空导热搅豆装置上形成有多个开孔小于咖啡豆的尺寸的穿孔；

一个设置于上述容置空间内的辐照加热装置，供直照烘焙上述咖啡豆；

一启闭装置，包括一位于上述中空导热搅豆装置下方，且形成有复数风口的遮板，以及一组分别在一暴露前述风口的开启位置和一遮蔽前述风口的遮蔽位置间旋动的翻板；以及

一组供选择性加热上述中空导热搅豆装置而传导加热上述咖啡豆的非明火鼓风加热装置，且供选择性加热空气，并使被加热空气透过上述穿孔对流进入上述容置空间而对流加热上述咖啡豆；该非明火鼓风加热装置包括一位于上述遮板下方的非明火加热单元。

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