CN113905620B - 烘焙设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烘焙咖啡豆的设备，该设备包括：‑烘焙室(1)，该烘焙室具有底部开口(11)，‑空气驱动器(2)，该空气驱动器被构造成驱动烘焙室内部的空气流通过所述室的底部开口，‑电加热器，该电加热器定位在室的底部开口下方并被构造成加热被驱动至烘焙室的底部开口的所述空气流，其中设备包括用于将热空气流从加热器驱动至烘焙室的底部开口(11)的导管(6)，并且其中所述导管(6)包括局部横向收缩部(61)，并且其中至少一个温度探头定位在导管的所述局部横向收缩部(61)处。

Description

烘焙设备

技术领域

本发明涉及用于用加热的空气烘焙咖啡豆并且特别适用于家庭中或商店和咖啡馆中的设备。

背景技术

在家庭中或在商店和咖啡馆中小规模烘焙咖啡豆通常用小尺寸设备来实施，其中在热空气中搅拌咖啡豆。一种类型的设备使用旋转的穿孔转筒，其中咖啡豆被引入并在供应热的同时翻滚。

另一种类型的设备使用实施热空气流化床室的流化床技术。在此类室内，以足够的力迫使加热的空气通过咖啡豆下方的筛网或穿孔板以提升咖啡豆。当咖啡豆在此流化床内翻滚和循环时，热量被传递到咖啡豆。

该技术来源于US3964175中所述的工业烘焙机，经调整以用于小型家用装置，如US4484064、US4494314、US4631838、US5269072、US5564331。

在烘焙设备中，可使用不同类型的加热器，如煤气灶或电加热器。对于小尺寸的烘焙机，通常优选电加热器，诸如加热电阻。

大多数实施流化床技术的烘焙机具有与烘焙室、加热器和空气驱动器相同的关键元件构型。非常普遍且显然的是，这些元件沿竖直轴线一个叠一个地放置，其中空气驱动器定位在最低位置处，电阻定位在其上方，并且烘焙室定位在电阻上方。

通过将特定的热-时间曲线(称为烘焙特征图)应用于咖啡豆来进行烘焙。通过控制加热器的功率和/或空气驱动器的功率来控制该烘焙特征图，而这通常通过用温度传感器监测温度来实现(通过反馈回路进行过程控制)。理想的是，该传感器定位在烘焙室内部，以便测量咖啡豆本身的温度。还优选地，在小型烘焙机中，热空气流化床室可从设备移除，以便手动引入和移除咖啡豆以及用于清洁操作。对于此类可移除室，不建议将温度探头定位在室内部，并且通常在该构型中，优选的是将温度传感器定位在可移除室的下方，即，定位在将热空气传导到室的管道内部。还在该构型内观察到测量不是非常准确并且没有提供最佳烘焙效果，原因是温度反馈回路中缺乏精确信息。

本发明的目的是解决该问题。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种用于烘焙咖啡豆的设备，该设备包括：

-烘焙室，该烘焙室具有底部开口，

-空气驱动器，该空气驱动器被构造成驱动烘焙室内部的空气流通过所述室的底部开口，

-电加热器，该电加热器定位在室的底部开口下方并被构造成加热被驱动至烘焙室的底部开口的所述空气流，

其中该设备包括用于将热空气流从加热器驱动至烘焙室的底部开口的导管，并且

其中所述导管包括局部横向收缩部，其将导管的截面减小至最小横向截面，并且

其中至少一个温度探头定位在导管的局部横向收缩部的所述最小横向截面处。

烘焙设备包括具有底部开口并且通常具有顶部开口的烘焙室。该烘焙室被设计成当热空气通过底部开口被引入时能够产生热空气的流化床。

一般来讲，底部开口包括网格以将咖啡豆保持在室内同时使得热空气能够从其中穿过。

顶部开口使得能够排出在烘焙操作期间生成的烟雾和颗粒。这还使得能够引入待烘焙的咖啡豆并且在烘焙操作结束时移除经烘焙的咖啡豆。为进行这些最后的操作，烘焙室可从设备的壳体移除。

设备包括空气驱动器，该空气驱动器被构造成驱动烘焙室内部的空气流通过所述室的底部开口。通常，该空气驱动器是被设计成将空气向上吹到烘焙室的鼓风机或风扇。

设备包括电加热器，该电加热器定位在室的底部开口下方并被构造成在空气流被引入烘焙室内之前加热空气流。

一般来讲，加热器定位在室的底部开口的正下方，以便在热空气从加热器移动到烘焙室期间限制热损失。加热器的该位置也在烘焙室中的烘焙过程期间提供良好的温度调节：实际上加热器的任何温度变化都会立即影响烘焙室内的温度。

此外，设备包括导管、管道、通道或管以将热空气流从加热器驱动至烘焙室的底部开口。因此，该导管将热空气流从加热器引导至室的底部开口。

该导管包括局部横向收缩部，其将导管的截面减小至最小横向截面，并且至少一个温度探头在导管的所述最小横向截面处定位在导管的该局部横向收缩部中。

该局部横向收缩部使得导管的水力直径沿导管的小长度减小。循环通过该缩减部的空气流变得比上游更均匀，因此，在该位置处测量的温度更准确且更可靠。

一般来讲，设备包括被布置成控制所述设备的控制器，该控制器适于基于由至少一个温度探头测量的空气流的温度来控制电加热器和/或空气驱动器。

由于对引入烘焙室中的热空气流的更准确且更可靠的测量，通过反馈回路对电加热器和/或空气驱动器的控制得到改善，并且可将预定烘焙特征图曲线彻底应用于咖啡豆。因此，可重复地应用一致的烘焙。

至少两个温度探头可定位在所述最小横向截面处，每个探头定位在不同的径向位置处。在最小横向截面的平面的不同点处存在测量温度的若干探头能够验证热空气流的均匀性。

在优选的实施方案中，最小横向截面的水力直径可包括在15mm和25mm之间。

在这样的区域内，具有不同温度的不同空气流的风险被最小化。

水力直径是指具有圆形截面的导管的直径，该圆形截面呈现与具有不同形状的截面的导管相同的横截面积。

优选地，收缩部的设计包括导管的横向截面减小至最小横向截面的渐进式缩减部和导管的横向截面从所述最小横向截面开始的渐进式增大部。

因此，收缩部包括渐进收敛的区域，然后是渐进发散的区域。除了在最小横向截面处使气流均质化的效果之外，该设计还加速了收缩部下游的热空气流的速度。因此，可以较高速速将热空气引入烘焙室中，并且实现形成空气的流化床并搅拌咖啡豆的效果，即使在咖啡豆像具有高湿度水平的生豆一样致密的情况下也是如此。咖啡豆在能量上受到室的底部开口处的热空气流的影响并且向上喷射，这使得其他咖啡豆能够定位在底部。因此，咖啡豆另选地定位在室的底部，这保证了所有咖啡豆的均质烘焙并且避免了它们中的一些过热。

优选地，最小横向截面的水力直径包括在收缩部上游的导管的水力直径(D)的1/3和2/3之间。

一般来讲，导管在最小横向截面的上游和下游呈现相同的水力直径和相同的形状。

优选地，烘焙室的底部以距离d定位在最小横向截面上方，所述距离d包括在最小横向截面的水力直径的2倍和3倍之间。

由于烘焙室的底部支撑引入室内的咖啡豆，该距离使得能够在室的底部开口处以增加的速度产生热空气流以便搅拌咖啡豆。

在一个实施方案中，导管可包括静态混合器，所述静态混合器定位在收缩部的上游。

该静态混合器被构造成在加热器下游中断热空气流并混合呈现不同温度的潜在不同空气区域。然后，收缩部使得所述混合流能够在温度和压力下均质化，之后再向烘焙室供应所述均质化热空气。

静态混合器可被设计成产生热空气的湍流、旋流或漩涡。

可使用任何类型的空气静态混合器。静态混合器可设计在导管的横向壁中，例如设计为在横向壁内中空的沟槽并且呈现螺旋或螺纹的形状。静态混合器可包括从导管的横向壁延伸穿过导管的截面的翅片。

如上所述，优选地，烘焙室可移除地安装到壳体，当烘焙室被安装到设备的壳体时，烘焙室的底部开口与导管的热空气出口端部配合。

本发明的以上方面可按任何合适的组合方式进行组合。此外，本文中的各种特征可以与上述方面中的一者或多者组合，以提供除了具体示出和描述的那些以外的组合。根据具体实施方式以及附图，本发明的另外的目的和有利特征将显而易见。

附图说明

现将参考以下附图以举例的方式描述本发明的具体实施方案，其中：

-图1是根据本发明的烘焙设备的示意图，

-图2是图1的设备的热空气流生成单元的示意图，

-图3是示出根据本发明的设备中的导管和烘焙室底部的垂直截面和横向截面的示意图，

-图4示出根据图1的设备的控制系统的框图。

具体实施方式

烘焙设备

图1示出了烘焙设备10的示例性侧视图部分。在功能上，烘焙设备10可操作以借助于引入室1内的热空气流烘焙保持在该室中的咖啡豆。在第一层级处，该设备包括：壳体4、烘焙单元和控制系统80。现在将按顺序描述这些部件。

烘焙设备的烘焙单元

烘焙单元可操作以接收并烘焙咖啡豆。

烘焙单元通常在烘焙设备10的第二层级包括：室1、气流驱动器2、加热器3，将按顺序描述这些部件。

室1被构造成接收和保持由操作者引入的咖啡豆。在优选的实施方案中，室1可从壳体4移除。室可放在烘焙设备旁边：

-用于引入或移除咖啡豆，或者

-用于在移除咖啡豆后清洁和维护室，或者

-用于清洁室后面的竖直壳体部件43。

室的底部开口11被构造成使空气能够穿过，具体地讲，其可包括穿孔板，咖啡豆可位于穿孔板上并且空气可通过穿孔板向上流动。室1包括柄部，以便使得用户能够从壳体移除室并在壳体外部握住室。

麸皮收集器(未示出)与室1流体连通以接收逐渐与咖啡豆分离的麸皮，并且由于麸皮的轻密度而被吹到麸皮收集器。

气流驱动器2可操作以在室底部的方向上产生空气流(虚线箭头)。所产生的流被配置成加热咖啡豆并搅拌和提起咖啡豆。因此，咖啡豆被均匀地加热。具体地讲，气流驱动器可以是由马达供电的风扇。空气入口42可设置在壳体的基部内，以便将空气送入壳体的内部，气流驱动器如虚线箭头所示沿室1的方向向上将该空气通过通道5吹送到空气出口孔41。

加热器3可操作以加热由气流驱动器2产生的空气流。在具体例示的实施方案中，加热器是定位在风扇2与室的底部开口板11之间的电阻，其结果是空气流在进入室1之前被加热以加热并提升咖啡豆。加热器3通常定位在空气出口孔41的正下方通常至多约10cm，以更好地控制加热并避免热损失。

加热器3可操作以将烘焙特征图应用于咖啡豆，该烘焙特征图被定义为温度对时间的曲线。

当室被安装到壳体时，室的底部紧密连接到空气出口孔41以避免热空气流的流在连接处泄漏。

室的顶部开口12连接到烟雾和颗粒排出装置(未示出)。

图2更精确地示出了图1的热空气流生成单元，并且具体地示出了将热空气流从加热器驱动至烘焙室的底部开口11的导管或管道6。该导管6包括局部横向收缩部61，并且一个温度探头7定位在所述局部横向收缩部处。

当穿过该收缩部时，热空气流被匀化，并且由探头7测量的温度准确地提供被进一步供应到烘焙室的底部11的所述热空气的温度。示意性地示出了通道5的其中空气流接触加热器3的大截面可如何包括各自由加热器的不同部分加热并且或多或少靠近通道5的横向侧的若干空气流。这些流以不同方式被处理，并且虽然它们可呈现相同度数范围内的温度，但定位在通道5的横截面中的不同径向位置处的温度探头将测量不同的温度。当监测温度信息以控制反馈回路中的加热器和/或空气驱动器以便施加特定烘焙特征图(温度相对于时间的曲线)时，该温度差值是不可接受的并且导致不一致的烘焙。

如收缩部区域中的箭头所示，所述收缩部迫使不同的非均匀流混合，导致空气流在收缩部的所有其他它截面呈现相同的温度。因此，收缩均匀的空气流和由探头7在收缩处测量的温度恰好反映了供应到室的底部11的热空气流的温度，并且可以可靠地用于控制加热的反馈回路。

图3通过沿竖直平面BB的竖直剖视图和沿水平面AA的在收缩部61处横跨导管最小横向截面的横截面视图提供关于导管6中的收缩部61的更多细节。

导管6将刚刚接触加热器的热空气流F引导至烘焙室的底部开口11。烘焙室1包括咖啡豆16。咖啡豆通过网格或筛网保留在室内部。因此，热空气自由地通过网格或筛网。

导管6包括收缩部61：导管的上游直径D通过渐进式缩减部61a减小至较小直径优选地，导管的截面是圆形的，但取决于烘焙设备的架构，可设想截面的其他形状。

优选地，通过该渐进式缩减部61a，收缩部61上游的导管的水力直径D以包括在1/3和2/3之间的比率(即)减小至最小横向截面的水力直径/>

如剖视图所示，至少一个探头(此处为两个探头)设置在收缩部处，以测量穿过收缩部的空气的温度。由于横截面小，无论探头在横截面中的径向位置如何，所测量的温度都是均匀的。优选地，收缩部的最小横向截面的水力直径包括在15mm和25mm之间。

导管6可被制造成具有该特定的收缩部内部设计。另选地，插件可被定位并连结在直导管内。

收缩部限于局部区域。在最小横向截面的下游，导管通常呈现与最小横向截面的上游相同的横截面。优选地，收缩部包括渐进式张开部61b。渐进式缩减部61a的纵向长度可为约15mm，并且类似地，渐进式张开部61b可为约15mm。

除了收缩部下游的渐进式张开部61b之外，收缩部下游的空气流F的速度增大。当热空气冲击烘焙室中的咖啡豆16时，这种增加的空气速度是特别有用的，因为空气流可对咖啡豆施加足够的力以提升咖啡豆，即使这些咖啡豆像生豆一样致密。咖啡豆彼此分开并且存在定位在室的最低位置处的咖啡豆的补充，从而限制了咖啡豆翻倒的风险。如果收缩部61不远离室11的底部，则效果得到增强。优选地，烘焙室的底部11以距离d定位在最小横向截面上方，所述距离d包括在最小横向截面的水力直径的2倍和3倍之间。

此外，即使在收缩部下游的空气流中产生一些湍流，收缩部61和底部11之间的短距离也不会导致由探头测量的温度变化并且反馈回路是可靠的。

烘焙设备的控制系统

参考图1和图4，现在将考虑控制系统80：控制系统80可操作以控制设备的部件来烘焙咖啡豆。控制系统80通常在烘焙设备的第二层级包括：用户界面17、处理单元8、温度探头7、功率源14、存储器单元9、传感器18、任选的用于远程连接的通信接口13、任选的代码读取器15。

用户界面17包括使得用户能够通过用户界面信号与处理单元8进行交互的硬件。更具体地，用户界面接收来自用户的命令，用户界面信号将所述命令作为输入传输到处理单元8。命令例如可以是执行烘焙过程和/或调节烘焙设备10的操作参数和/或对烘焙设备10通电或断电的指令。处理单元8还可将反馈输出到用户界面17作为烘焙过程的一部分，例如以指示已经启动烘焙过程或已经选择与过程相关联的参数或指示该过程期间参数的演变或形成警报。

在具体实施方案中，用户界面可用于通过手动输入诸如选择预先选择的咖啡豆列表中的标识类型或通过输入例如从咖啡豆包装读取的咖啡的数字参考来提供由用户引入室内的咖啡豆的标识。

用户界面的硬件可包括任何合适的装置，例如，硬件包括以下各项中的一个或多个：按钮(诸如操纵杆按钮、旋钮或按压按钮)、操纵杆、LED、图形或字符LDC、带触摸感测的图形屏幕和/或屏幕边缘按钮。用户界面20可被形成为一个单元或多个分立单元。

当设备具有如下所述的通信接口13时，用户界面的一部分也可位于移动应用程序上。在这种情况下，输入和输出可通过通信接口13传输到移动装置。

传感器18可操作以将输入信号提供给处理单元8，用于监测烘焙过程和/或烘焙设备的状态。输入信号可为模拟或数字信号。传感器18通常包括以下传感器中的一者或多者：与室1相关联的咖啡豆料位传感器，空气流速传感器，与室和/或麸皮收集器相关联的位置传感器。

以类似的方式，温度探头7向处理单元8提供输入信号，用于监测局部横向收缩部61处的烘焙过程。

代码读取器15可被提供并且可操作以读取咖啡豆包装上的代码，并且自动提供输入，该输入是引入室1中的咖啡豆的标识。

处理单元8通常包括被布置为集成电路(通常为微处理器或微控制器)的存储器、输入及输出系统部件。处理单元8可包括其他合适的集成电路，诸如：ASIC、可编程逻辑设备(诸如PAL、CPLD、FPGA、PSoC)、片上系统(SoC)、模拟集成电路(诸如控制器)。对于这样的装置，在适当的情况下，上述程序代码能够被认为是编程逻辑或者另外包括编程逻辑。处理单元8还可包括上述集成电路中的一者或多者。后者的示例是若干集成电路以模块化方式被布置成彼此通信，例如：用以控制用户界面17的从集成电路与用以控制烘焙单元10的主集成电路通信。

功率源14可操作以向所述受控部件和处理单元8供应电能。功率源14可包括各种器件，诸如电池或用以接收和调节主电源的单元。功率源14可操作地连接到用户界面17的用于使烘焙设备10通电或断电的部分。

处理单元8通常包括用于存储指令作为程序代码和任选数据的存储器单元9。为此，存储器单元通常包括：用于存储程序代码和操作参数作为指令的非易失性存储器，例如EPROM、EEPROM或闪存，用于临时数据存储的易失性存储器(RAM)。存储器单元可包括单独或集成的(例如在半导体管芯上)的存储器。对于可编程逻辑设备，指令可被存储为编程逻辑。

存储在存储器单元9上的指令可被理想化为包括咖啡豆烘焙程序。

咖啡豆烘焙程序可使用温度传感器7的信号来实现对气流驱动器2和/或加热器3的控制。

处理单元8可操作以：

-接收温度传感器7的输入，

-根据存储在存储器单元9上(或最终从诸如通信接口13的外部源输入的)烘焙程序代码(或编程逻辑)处理输入，

-提供输出，该输出为根据烘焙配方的烘焙过程。更具体地讲，输出包括至少加热器3和气流驱动器2的操作。

由温度探头7测量的温度用于调整反馈回路中的加热器3的功率和/或空气驱动器2的功率，以便将预定烘焙特征图应用于咖啡豆。

取决于在烘焙机中应用的控制的类型，可以一个预定功率向加热器3供电，这意味着其温度是恒定的，并且在这种情况下，可基于在探头7处监测到的温度来控制空气驱动器2的功率，以便改变通过加热器的流动空气在其移动期间的接触时间。

另选地，可以一个预定功率向空气驱动器2供电，这意味着空气的流速是恒定的，并且在这种情况下，可基于在探头7处监测到的温度来控制加热器2的功率，以便在空气穿过加热器期间加热更多或更少的空气。

在最后的另选方案中，可基于探头7对温度的监测来控制加热器3和空气驱动器2两者。

虽然已参考以上所示的实施方案描述了本发明，但应当理解，如权利要求书所保护的本发明不以任何方式受限于这些示出的实施方案。

在不背离如权利要求书所限定的本发明范围的情况下，可以做出各种变化和修改。此外，对于具体的特征如果存在已知的等同物，则应如同在本说明书中明确提到的那样来并入此类等同物。

如本说明书中所用，词语“包括”、“包含”和类似词语不应理解为具有排他性或穷举性的含义。换句话讲，这些词语旨在表示“包括但不限于”的意思。

附图中的标引列表：

烘焙室 1

底部开口 11

顶部开口 12

空气驱动器 2

加热器 3

壳体 4

空气出口孔 41

空气入口 42

竖直部件 43

空气通道 5

管道 6

收缩部 61

缩减部 61a

张开部 61b

温度探头 7

控制系统 8

处理单元 80

烘焙设备 10

通信接口 13

功率源 14

代码读取器 15

咖啡豆 16

用户界面 17

传感器 18

Claims (8)

1.一种用于烘焙咖啡豆的设备，所述设备包括：

-烘焙室(1)，所述烘焙室具有底部开口(11)，

-空气驱动器(2)，所述空气驱动器被构造成驱动所述烘焙室内部的空气流通过所述室的所述底部开口，

-电加热器，所述电加热器定位在所述室的所述底部开口下方并被构造成加热被驱动至所述烘焙室的所述底部开口的所述空气流，其中所述设备包括用于将热空气流从所述电加热器驱动至所述烘焙室的所述底部开口(11)的导管(6)，并且

其中所述导管(6)包括局部横向收缩部(61)，其将所述导管的横向截面减小至最小横向截面，并且

其中至少一个温度探头(7)定位在所述导管的所述最小横向截面处，

其中所述设备包括被布置成控制所述设备的控制器，所述控制器适于基于由所述至少一个温度探头(7)测量的所述空气流的温度来控制所述电加热器和/或所述空气驱动器(2)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中至少两个温度探头(7)定位在所述导管的所述最小横向截面处，每个探头定位在不同的径向位置处。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述局部横向收缩部的所述最小横向截面的水力直径包括在15mm和25mm之间。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述收缩部的设计包括所述导管的所述横向截面减小至所述最小横向截面的渐进式缩减部(61a)和所述导管的所述横向截面从所述最小横向截面开始的渐进式张开部(61b)。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述最小横向截面的水力直径包括在所述收缩部上游的所述导管的水力直径(D)的1/3和2/3之间。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述烘焙室的所述底部开口(11)以距离d定位在所述最小横向截面上方，所述距离d包括在所述最小横向截面的水力直径的2倍和3倍之间。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述导管(6)包括静态混合器，所述静态混合器定位在所述收缩部的上游。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述烘焙室可移除地安装到所述设备的壳体(4)，当所述烘焙室安装到所述设备的壳体(4)时，所述烘焙室的所述底部开口(11)与所述导管的热空气出口端部配合。