專利名稱：烘烤系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
周知有用于烘烤包括鮮或綠咖啡豆在內(nèi)的多種物質(zhì)的烘烤設(shè)備?？Х鹊奈兜篮拖阄对诤艽蟪潭壬先Q于如何對咖啡豆進(jìn)行烘烤和烘烤咖啡豆的程度以及在烘烤之后多快地因制造咖啡而用掉咖啡豆。希望能以存放時間最少以使鮮咖啡味道最佳的方式加工出在味道和香味上有一致性的烘烤咖啡豆。
目前，為了能保證適當(dāng)?shù)暮婵荆薪?jīng)驗(yàn)的烘烤師一般都在用來分發(fā)給多個出售和消費(fèi)目的地的中心地點(diǎn)處烘烤綠咖啡豆。
由于目前在諸如超市、倉庫和專賣店以及咖啡吧之類的多個零售地點(diǎn)的銷售中心車間內(nèi)烘烤咖啡豆，故必須在烘烤咖啡豆到達(dá)消費(fèi)者之前儲存并發(fā)運(yùn)烘烤咖啡豆。這樣是耗時的并且是高成本的。此外，就成本和運(yùn)輸而言，不能為在某一天在多個零售店進(jìn)行銷售而有效地分配同一天烘烤出來的咖啡。因此，目前零售店銷售的咖啡豆很少是新鮮的，并且，這些咖啡豆一般在到達(dá)消費(fèi)者手中之前是隔了幾天至幾周的。這就會犧牲咖啡的質(zhì)量特別是咖啡的香味，而且還會增加咖啡的成本，因?yàn)?，需要從烘烤地到零售地進(jìn)行多次分發(fā)。如果烘烤咖啡豆在被消費(fèi)掉之前被存放了任何長度的時間，那么，例如通過在烘烤之后將烘烤咖啡豆放在真空袋內(nèi)來保持烘烤咖啡豆的新鮮度的嘗試實(shí)際上并不能顯著地延長擱置壽命或阻止咖啡豆的香味變差。
目前的烘烤技術(shù)有其它的問題。由于在較高的溫度下一般在約500°F(約260℃)左右進(jìn)行烘烤，因此會產(chǎn)生諸如白煙、碳?xì)浠衔锖蛽]發(fā)性有機(jī)化合物(“VOC”)之類的大量的煙和其它副產(chǎn)品，除非是先清除廢氣，否則它們會污染大氣。這就需要昂貴和耗能的補(bǔ)燃器，這種補(bǔ)燃器通常嵌在穿過周圍墻壁或天花板的烘烤機(jī)廢氣煙道內(nèi)，因此，能適當(dāng)?shù)厍鍧嵟懦龅膹U氣，從而廢氣不會產(chǎn)生污染。
對廢氣排放和清洗設(shè)備的安裝和維護(hù)是較為昂貴的并且要對建筑物進(jìn)行修改。因此，以前并不真地考慮在單個的零售地烘烤咖啡。相反，將所述設(shè)備安裝在幾個較大的烘烤車間，在這樣的車間內(nèi)，可將有關(guān)的成本分?jǐn)偟揭右院婵疽苑职l(fā)給并在多個零售地出售的大量咖啡豆上。在單個的零售地烘烤咖啡豆是不可行的，因?yàn)椋枰捎薪?jīng)驗(yàn)的烘烤師來監(jiān)視烘烤過程。每日的烘烤咖啡豆的銷售量一般都太小，無法滿足烘烤師的高額成本。
由于以上所有的原因，目前在實(shí)際上用上述同樣方式烘烤和分發(fā)的咖啡都要進(jìn)行非常長的時間。但是，如果能在向消費(fèi)者出售的地點(diǎn)而不是在遠(yuǎn)距離的中心車間有效地對咖啡豆進(jìn)行烘烤，那么，就能極大地改善味道和香味，并且，如果不需要烘烤后的咖啡豆分發(fā)系統(tǒng)且可在不需要有經(jīng)驗(yàn)烘烤師進(jìn)行監(jiān)視的情況下對咖啡豆進(jìn)行烘烤，那么，就可以降低烘烤咖啡豆的成本。從而能降低提供給消費(fèi)者的咖啡的成本，并且／或者，能提高咖啡烘烤者和銷售者的利潤。
正如以下進(jìn)一步說明的那樣，本發(fā)明達(dá)到了上述目的，同時能確保恒定、均勻地烘烤咖啡豆，從而導(dǎo)致有預(yù)定的恒定和均勻的香味。
發(fā)明概要本發(fā)明的烘烤方法和設(shè)備能非常廉價地進(jìn)行建造、安裝和操控，因此，可在諸如超市、咖啡店等之類的單個烘烤咖啡豆銷售地使用該設(shè)備。該設(shè)備可清除烘烤用熱氣并將其冷卻至約為室溫，因此，可將氣體排放到內(nèi)部位置例如排放到商店內(nèi)而不會導(dǎo)致室內(nèi)污染或不當(dāng)?shù)募訜帷２恍枰獙U氣排放到建筑物的外部，不需要補(bǔ)燃器來清除污染，并且，可在不需要有經(jīng)驗(yàn)的烘烤師進(jìn)行監(jiān)視的情況下自動地烘烤咖啡豆。
所以，本發(fā)明的主要特點(diǎn)是，能自動地烘烤豆、堅果等特別是烘烤咖啡豆，并且，不再依賴烘烤師的主觀判斷以確定如何及在何時咖啡豆達(dá)到了香味、滋味和質(zhì)量(以下一般稱為“香味”)并終止烘烤。這一點(diǎn)可通過下述方式來實(shí)現(xiàn)連續(xù)地觀察咖啡豆的可測定特征或參數(shù)最好是其深淺度，以及有選擇地觀察咖啡豆的顏色，并在達(dá)到了預(yù)定特征時終止烘烤咖啡豆。在目前的最佳實(shí)施例中，用反射計或用于測定顏色的光譜儀來監(jiān)視咖啡豆的深淺度，反射計或光譜儀可以觀察到經(jīng)過窗口的咖啡豆流，所述窗口則能提供在視覺上對烘烤鼓內(nèi)部的進(jìn)行觀測。一個最佳實(shí)施例使用了大致水平放置的帶有內(nèi)部葉片的旋轉(zhuǎn)烘烤鼓，所述葉片從烘烤鼓的外緣徑向地朝中心延伸并遍布烘烤鼓的軸向長度。所述葉片是彎曲的，因此，在烘烤鼓旋轉(zhuǎn)時，每個葉片都會在咖啡豆經(jīng)過烘烤鼓的低點(diǎn)時接收到咖啡豆并向上運(yùn)載一定量的咖啡豆。一旦葉片的大致徑向定向的邊緣變得向下傾斜時，咖啡豆就會滾落并掉回至烘烤鼓的底部，從而在可用光譜儀來加以觀察的窗口處形成間斷的咖啡豆流。
反射計將波長為約600—800nm的激光照射到咖啡豆上。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，激光的具體波長是680nm，在另一個實(shí)施例中，激光的具體波長是750nm。反射計對反射的激光進(jìn)行分析，以便實(shí)時地監(jiān)視咖啡豆的深淺度的變化。
申請人已經(jīng)確定，用于確定何時達(dá)到了給定咖啡豆的預(yù)定光潔度即味道和香味的可靠參數(shù)是咖啡豆的深淺度，它與按烘烤時間和其它烘烤參數(shù)獲得光潔度的方式有關(guān)。反映出咖啡豆光潔度的主要參數(shù)是烘烤速度、烘烤咖啡豆的時間以及烘烤鼓內(nèi)的壓力，該壓力會隨大氣壓力變化而變。
在進(jìn)行銷售烘烤之前，由烘烤師在中央控制站靠經(jīng)驗(yàn)大致按目前烘烤師確定給定咖啡豆的預(yù)定外形的方式來確定各類型咖啡豆的理想或預(yù)定的烘烤外形。一旦在樣本烘烤過程中達(dá)到了這一點(diǎn)，就以電子的方式根據(jù)波長或波長范圍將所監(jiān)視到的烘烤參數(shù)例如咖啡豆的深淺度或光譜壓力特征以及烘烤時間、烘烤鼓溫度變化并且如果有的話還將大氣壓力變化的影響記錄并存儲起來以供以后使用。
申清人還已確定，在用咖啡豆制作咖啡時，烘烤過程中咖啡豆深淺度的變化在加工這種咖啡豆時起作用。與過去的方法相反，過去的方法是由主觀確定何時應(yīng)對烘烤鼓溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)以及何時應(yīng)終止烘烤的烘烤師來對烘烤進(jìn)行監(jiān)視，而本發(fā)明則是依靠對烘烤參數(shù)的實(shí)時和客觀監(jiān)視來實(shí)時地調(diào)節(jié)烘烤過程，以便重復(fù)烘烤師先前在各個機(jī)器上所確定的最佳烘烤過程。
因此，如果烘烤機(jī)的反射計傳感到正被烘烤的咖啡豆迅速或緩慢變暗，那么，就實(shí)時地對烘烤過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，如改變烘烤熱氣的溫度和／或流速。這就會確保每個單個烘烤機(jī)的烘烤過程都能精確地重復(fù)烘烤師先前在樣本烘烤過程中于中央控制站所執(zhí)行的烘燒過程和外形，從而保證了恒定和均勻的咖啡豆光潔度。將所形成的烘燒參數(shù)記錄、存儲并下載下來，以供以后在單個的烘烤機(jī)上使用。這就提供了一種烘烤咖啡豆的改進(jìn)方法，具體說是一種烘烤咖啡豆的最佳改進(jìn)方法，這種方法在已前是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)椋^去是根據(jù)烘烤師對烘烤過程的主觀觀察和判斷而不是靠對決定烘烤咖啡豆的香味的參數(shù)的客觀監(jiān)視和使用來烘烤咖啡豆的。因此，本發(fā)明能確保烘烤咖啡豆有以前無法獲得的一致的質(zhì)量和香味。
本發(fā)明的一個很重要的優(yōu)點(diǎn)是，允許通過下述方法來重復(fù)烘烤結(jié)果用烘烤咖啡豆的深淺度(或顏色)演變時機(jī)在整個烘烤過程中實(shí)時地控制烘烤鼓的溫度，從而精確地重復(fù)所說的演變以及咖啡豆的最終味道和香味。這是保證烘烤一致性的中心并且不僅僅是咖啡豆的最終深淺度(或顏色)的函數(shù)。如何獲得所說的深淺度還取決于烘烤產(chǎn)品例如烘烤咖啡豆的最終外形，因?yàn)?，可在多個烘烤時間內(nèi)獲得相同的深淺度(或顏色)，還取決于諸如烘烤溫度之類的其它參數(shù)。烘烤咖啡豆的外觀在很大程序上取決于如何獲得最終的顏色。例如，如果咖啡豆烘烤得太快以致不能獲得給定的深淺度，那么，外側(cè)就會比內(nèi)部暗，并且無法獲得咖啡豆的預(yù)定膨脹度，這就會影響烘烤咖啡豆的外觀。因此，保持外觀一致性的關(guān)鍵是按同樣的方式、時間來烘烤咖啡豆。這一點(diǎn)是利用反射計(或光譜儀)并保持預(yù)定深淺度(或顏色)演變時機(jī)和參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。過去，盡管不是不可能的，但這一點(diǎn)是不可行的，因?yàn)?，無法對烘烤鼓內(nèi)的烘烤咖啡豆進(jìn)行實(shí)時的顏色監(jiān)控。
可在現(xiàn)場例如在商店或咖啡店內(nèi)用單個的按本發(fā)明構(gòu)成的自含式咖啡烘烤機(jī)來烘烤供消費(fèi)用(例如店內(nèi)零售或在咖啡店內(nèi)調(diào)制咖啡等)咖啡豆。可用中央控制站內(nèi)的計算機(jī)將各個烘烤機(jī)聯(lián)網(wǎng)，所述計算機(jī)具有必要的處理器和存儲器，以記錄和存儲控制和終止咖啡豆烘烤所需的烘烤外形／配方和參數(shù)。
可將所存儲的要發(fā)送給店內(nèi)機(jī)器的用于各種咖啡豆的烘烤參數(shù)下載到構(gòu)成店內(nèi)烘烤機(jī)一部分的計算機(jī)中。以后，可通過啟動店內(nèi)烘烤機(jī)并選擇咖啡豆的類型和質(zhì)量以及烘烤的預(yù)定深淺度而用該機(jī)來烘烤咖啡豆。利用所存儲的用于預(yù)定烘烤的配方，正如主要根據(jù)咖啡豆深淺度的實(shí)時變化所確定的那樣，所述機(jī)器能確保烘烤的預(yù)定進(jìn)程。烘烤過程繼續(xù)，直至烘烤的咖啡豆與所存儲的用于咖啡豆類型和光潔度的深淺度相匹配。在達(dá)到了預(yù)定顏色時，從烘烤機(jī)中除去咖啡豆并例如在冷卻盤內(nèi)進(jìn)行冷卻。
一般地說，咖啡零售商時常希望有多種不同的咖啡豆，包括按不同程度對給定類型的咖啡豆進(jìn)行烘烤以提供口味變化。就每一種咖啡豆類型而言，可如上所述那樣形成烘烤參數(shù)。此外，如果希望的話，可就任何一種或所有咖啡豆類型進(jìn)行不同程度的烘烤，以提供對給定類型的咖啡豆來說是可能的光潔度選擇?？蓪⑺行枰膮?shù)下載至各個烘烤機(jī)，然后，在達(dá)到了選定咖啡豆類型的選定光潔度時，使用選定咖啡豆類型的烘烤參數(shù)來控制并終止烘烤。
將在開始確定的烘烤參數(shù)下載至一個單個烘烤機(jī)與將該參數(shù)下載至多個單個烘烤機(jī)同樣容易。所以，本發(fā)明的自動烘烤方法可很理想地適用于將中央控制站與多個單個的在地理上是分隔開的烘烤機(jī)連接起來的系統(tǒng)。由于各個烘烤機(jī)使用相同的參數(shù)(顏色隨時間的演變)來控制和終止烘烤，故即使在無烘烤師的監(jiān)視的情況下對咖啡豆進(jìn)烘烤，烘烤的咖啡豆也有完全均勻的光潔度，而與在哪里對它們進(jìn)行了烘烤無關(guān)。
因此，本發(fā)明的一個方面是這樣一種方法，該方法按下述對咖啡豆進(jìn)行烘烤在開始時形成隨時間而變的對咖啡豆進(jìn)行烘烤以便在樣本烘烤過程中獲得預(yù)定光潔度的烘烤程度。生成并存儲一可測定的第一參數(shù)，該參數(shù)表示對咖啡豆進(jìn)行充分的烘烤以形成預(yù)定的光潔度。當(dāng)要在現(xiàn)場烘烤機(jī)之一中烘烤一批綠咖啡豆時，就監(jiān)視烘烤的咖啡豆，并且，生成一與第一參數(shù)相兼容的第二參數(shù)并將其與第一參數(shù)作比較。在檢測到第一與第二參數(shù)之間的匹配信號時，就停止烘烤，所述第一和第二參數(shù)例如是表示樣本烘烤(在中央控制站)和在現(xiàn)場烘烤的咖啡豆的深淺度的變化。此外，可實(shí)時地監(jiān)視烘烤操作的進(jìn)度特別是烘烤過程中咖啡豆的深淺度或演變結(jié)果的變化，并將其與樣本烘烤過程中遇到的深淺度變化相比較。如果在以后的現(xiàn)場產(chǎn)品烘烤過程中咖啡豆的深淺度(或顏色)演變偏離了在樣本烘烤過程中記錄的深淺度(或顏色)演變，就調(diào)節(jié)諸如烘烤熱氣溫度和／或烘烤氣流流速之類的其它烘烤參數(shù)，直至深淺度的變化對應(yīng)于樣本烘烤所形成的深淺度變化。這就確保了在構(gòu)成整個系統(tǒng)的一部分的各個單個烘烤機(jī)上進(jìn)行的產(chǎn)品烘烤過程中能精確地重復(fù)在樣本烘烤過程中獲得的并且被認(rèn)為是對該咖啡豆來說是最佳的咖啡豆光潔度。
為了按以上段落所述的方式烘烤咖啡和其它堅果和豆類，本發(fā)明提供了自含式烘烤機(jī)，它可例如安裝在零售店的內(nèi)部，而不需要有通向室外的通風(fēng)口或排氣口。一般地說，這種烘烤機(jī)包括一容器，它具有咖啡豆入口和咖啡豆出口，以盛放要加以烘烤的咖啡豆。一空氣循環(huán)系統(tǒng)以可操作的方式與上述容器相連，以便使加熱的輸入空氣在咖啡豆上流過，從而對咖啡豆進(jìn)行烘烤。加熱的空氣作為包括有煙和其它污染物的廢氣離開所述容器。一空氣清潔裝置以可操作的方式與空氣循環(huán)系統(tǒng)相連并且位于前述容器的下游，以便在廢氣流過所述容器時基本上清除包含在廢氣中的所有的顆粒、煙塵和揮發(fā)物，從而提供基本上無污染的廢氣。一空氣冷卻裝置在所述容器的下游處以可操作的方式與空氣循環(huán)系統(tǒng)相連，以便將廢氣冷卻至約為室溫。一廢氣排放器位于空氣清潔和冷卻裝置的下游處，以便在基本上不對環(huán)境有負(fù)面影響的情況下將至少一部分廢氣排放進(jìn)室內(nèi)環(huán)境。
輸入的空氣最好被電加熱至預(yù)定的烘烤溫度，以便能阻止產(chǎn)生大量的廢氣。對離開所述容器的廢氣進(jìn)行過濾以便從中基本上除掉尺寸大于約1微米的所有顆粒物質(zhì)，并且，在將廢氣排放進(jìn)周圍的商店之前，將其冷卻成不高于約115°F(約46℃)的溫度最好是冷卻成不高于約100°F(約38℃)的溫度。在排放經(jīng)過過濾和冷卻的空氣時，它基本上不會導(dǎo)致污染并且僅能以被忽略的方式加熱商店內(nèi)的空氣。
所有單個烘烤機(jī)的全局安裝和操作以及它們與中央烘烤站的計算機(jī)互連和配合構(gòu)成了本發(fā)明的另一個方面，一般地說，本發(fā)明的這一方面包括將烘烤機(jī)設(shè)置在各個零售地或零售店并使每個機(jī)器均配備有一烘烤鼓或容器，它用于在烘烤綠咖啡豆時盛放綠咖啡豆；一熱氣供給器，它用于將綠咖啡豆加熱至烘烤溫度；以及，一空氣清潔系統(tǒng)，它用于將廢氣引導(dǎo)成離開所說的鼓并清除掉其中的基本上所有的粉塵、油、煙等，因此，廢氣會在經(jīng)過容器內(nèi)的咖啡豆之后被排放進(jìn)商店的大氣中，而不會污染商店的大氣。在烘烤過程中，可用反射計或顏色分析儀來觀察鼓內(nèi)的咖啡豆，并且，用反射計或顏色分析儀來生成反映所觀察到的咖啡豆的深淺度的輸出信號。
在一個當(dāng)前最佳實(shí)施例中，各烘烤機(jī)均具有一機(jī)載計算機(jī)，可將上述輸出信號饋送給該計算機(jī)。在中央控制站處確定用于各種咖啡豆類型的能產(chǎn)生預(yù)定光潔度的顏色和其它參數(shù)，并生成相應(yīng)的控制信號，且將該信號存儲和下載至單個的現(xiàn)場烘烤機(jī)的計算機(jī)內(nèi)。在任何給定的烘烤機(jī)的烘烤過程中，將所存儲的控制信號與前述裝置生成的輸出信號相比較。如果所比較的信號在烘烤過程中的任何時間內(nèi)都不匹配，就自動地調(diào)節(jié)熱氣流，以獲得匹配的信號。當(dāng)比較的最終深淺度(或顏色)信號相匹配時，就生成一命令并將該命令用于終止對容器內(nèi)的咖啡豆的烘烤。
在另一個實(shí)施例中，可取消各個現(xiàn)場烘烤機(jī)上的機(jī)載計算機(jī)。相反，在中央控制站設(shè)置一主機(jī)并使其與烘烤機(jī)相連，以便從中央控制站直接控制烘烤機(jī)。這就能有助于阻止因單個機(jī)載計算機(jī)出故障而導(dǎo)致的可能烘烤誤差。
附圖簡述

圖1是概略說明按本發(fā)明構(gòu)成的集中受控的烘烤系統(tǒng)的透視圖；圖2是說明按本發(fā)明制成的并構(gòu)成了圖1所示系統(tǒng)一部分的單個烘烤機(jī)的外部的透視圖；圖3是說明圖2的烘烤機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器的俯視圖；圖4是部分以剖面的形式概略說明圖2的烘烤機(jī)的內(nèi)部的側(cè)剖圖；圖5是說明構(gòu)成圖2的烘烤機(jī)的一部分的烘烤鼓的細(xì)節(jié)的局部剖面的側(cè)視圖；圖5a是圖5的烘烤鼓的局部正視剖面圖；圖5b是沿圖5a的5—5線的局部剖面的側(cè)剖圖，它說明由反射計監(jiān)視的烘烤鼓內(nèi)的咖啡豆流；圖6是概略說明從圖2烘烤機(jī)的綠咖啡豆存儲進(jìn)料器到烘烤咖啡豆冷卻盤的咖啡豆流；圖7是圖6中所說明的咖啡豆流的框圖；圖8是說明圖2的烘烤機(jī)的氣體控制和處理系統(tǒng)的框圖；圖9是圖8的內(nèi)部空氣控制和處理系統(tǒng)的框圖，它概略地說明了圖2的烘烤機(jī)中使用的處理傳感器的結(jié)構(gòu)；圖10是說明咖啡豆流與圖2的烘烤機(jī)中使用的受熱烘烤空氣清潔系統(tǒng)的相互作用的框圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及對食品的烘烤，具體地說，本發(fā)明涉及咖啡豆的烘烤方法和設(shè)備，該設(shè)備帶有一內(nèi)部空氣清潔系統(tǒng)，此系統(tǒng)可消除對將烘烤氣排至建筑物外部的需要以及對補(bǔ)燃器的需要，所述補(bǔ)燃器用于在排放烘烤氣體之前對烘烤氣體進(jìn)行清潔，所述內(nèi)部空氣清潔系統(tǒng)可按在內(nèi)部進(jìn)行通風(fēng)的室溫或接近室溫的溫度排放清潔氣體，并且，所述內(nèi)部空氣清潔系統(tǒng)能在不需要有值班烘烤師的情況下確保一致和均勻的咖啡豆口味、香味和質(zhì)量。因此，按本發(fā)明制造的烘烤機(jī)可設(shè)置在商店內(nèi)并且可進(jìn)行操作以提供當(dāng)天的烘烤咖啡豆，這種咖啡豆有一致和均勻的口味。所有這些都可按這樣的成本來獲得，所說的成本一般要低于如以前所做的那樣集中地烘烤咖啡豆并分將烘烤咖啡豆分發(fā)給零售商的成本。盡管本申請主要涉及了烘烤咖啡豆，但本發(fā)明可應(yīng)用于烘烤其它的食品如其它類型的豆、種子、堅果、果仁等。
本發(fā)明的一個方面是用計算機(jī)進(jìn)行烘烤的自動方法，所述計算機(jī)能在無需主觀判斷的情況下進(jìn)行監(jiān)視和控制。申請人業(yè)已確定，當(dāng)用烘烤咖啡豆制做咖啡時，在烘烤和加工咖啡過程中，烘烤咖啡豆的深淺度或顏色是咖啡豆演變的可靠指示標(biāo)志。用一反射計(或光譜儀)來監(jiān)視咖啡豆在烘烤過程中的深淺度(或顏色)的變化。當(dāng)咖啡豆達(dá)到了預(yù)定的深淺度時，反射計就將一信號發(fā)送給計算機(jī)以終止烘烤。為了提高烘烤咖啡豆的質(zhì)量和一致性，可以并且應(yīng)該監(jiān)視對最終光潔度產(chǎn)生影響的其它參數(shù)并將這些參數(shù)輸入給計算機(jī)以對烘烤進(jìn)行控制。例如，可對烘烤速度或烘烤咖啡豆的時間、預(yù)定烘烤時間中的顏色或深淺度的演變、烘烤箱內(nèi)的壓力、烘烤溫度等進(jìn)行監(jiān)視并用它們來確定應(yīng)在何時終止烘烤和／或應(yīng)調(diào)節(jié)什么樣的烘烤參數(shù)如熱量、氣流或壓力等。
圖1概略地說明了一集中受控的多工作站咖啡烘烤系統(tǒng)10，它是按本發(fā)明來構(gòu)成并且操作的。所述系統(tǒng)具有一中央控制站11，它包括一計算機(jī)或主控服務(wù)器12以及多個多個在地理上是分散的單個烘烤機(jī)14，它們與計算機(jī)12相聯(lián)網(wǎng)。每個單個烘烤機(jī)14均包括一機(jī)載計算機(jī)，它帶有可編程的邏輯控制器(PLC)的和／或帶機(jī)載存儲器的中央處理器(CPU)，所述計算機(jī)(靠電話或無線技術(shù))與控制服務(wù)器相聯(lián)網(wǎng)。
所述控制站包括一樣本烘烤機(jī)11a，它是基本上以與單個烘烤機(jī)14相同的方式構(gòu)成的，烘烤師可利用樣本烘烤機(jī)來進(jìn)行不同類型的咖啡豆的樣本烘烤，以便就各種咖啡豆類型形成一個或多個預(yù)定咖啡豆外形和光潔度。監(jiān)視和記錄相關(guān)特征的可記錄的參數(shù)主要是進(jìn)行樣本烘烤的咖啡豆的深淺度其次是烘烤時間、烘烤壓力、烘烤溫度等。在烘烤師獲得了他或她想用安裝在零售店的烘烤機(jī)14來進(jìn)行重復(fù)的特定深淺度時，就將相應(yīng)的烘烤參數(shù)11b存儲在主控服務(wù)器12的存儲器內(nèi)。烘烤師一般選擇多種例如十二、十五種不同類型的咖啡豆，形成用于這些咖啡豆的必需的烘烤參數(shù)，并將這些參數(shù)存儲存中央處理器的存儲器內(nèi)。然后，將所有的參數(shù)或者至少用于要在一個或多個構(gòu)成上述系統(tǒng)一部分的單個烘烤機(jī)上進(jìn)行烘烤的咖啡豆的那些參數(shù)下載至構(gòu)成了包含在各單個烘烤機(jī)內(nèi)的計算機(jī)的一部分的存儲器內(nèi)。此后，如以下將詳細(xì)說明的那樣，可用所存儲的參數(shù)來控制并終止各單個烘烤機(jī)中的咖啡豆烘烤。
另外，如上所述，可用中央控制站的主機(jī)來直接控制各個單個的烘烤機(jī)，從而，能消除對各個單個的烘烤機(jī)的機(jī)載計算機(jī)的需要。
除了由單個烘烤機(jī)對咖啡豆的烘烤進(jìn)行控制以外，主控服務(wù)器12還可最佳地用來監(jiān)視和幫助管理單個的烘烤機(jī)。例如，可監(jiān)視單個烘烤機(jī)的綠咖啡豆的存量，然后，自動地從適當(dāng)?shù)墓?yīng)商那里重新訂購鮮咖啡豆，以便在接收到低存量信號時確?？偸怯凶銐虻目Х榷?，從而保證各個單個的烘烤機(jī)處有適當(dāng)?shù)目Х榷构┙o量。此外，所述烘烤機(jī)、計算機(jī)和中央計算機(jī)可用來監(jiān)視和記錄機(jī)器的使用情況(例如根據(jù)所處理的咖啡豆重量、烘烤時間或類似的條件)并在系統(tǒng)范圍和各單個烘烤機(jī)內(nèi)用來開列帳單、形成咖啡豆類型的外觀和／或香味選擇等等。
可按同樣的方法將所述烘烤機(jī)的計算機(jī)和中央控制服務(wù)器用于診斷目的，以便通過存取多個構(gòu)成烘烤機(jī)一部分的烘烤過程監(jiān)視器和傳感器來例如確定各單個烘烤機(jī)的故障或所需的調(diào)節(jié)。
集中式系統(tǒng)10的一個主要優(yōu)點(diǎn)是能保證一致、均勻、高質(zhì)量的咖啡豆烘烤。此外，由于各烘烤機(jī)均是在現(xiàn)場的并且在需要時加以啟動，故零售者可限制各次烘烤，因此，不會烘烤出多于一天的咖啡豆需要量，從而為消費(fèi)者保證了有新鮮度和可能的最佳產(chǎn)品。
參照圖2、4和6，按本發(fā)明制造的單個的烘烤機(jī)14具有一旋轉(zhuǎn)存儲進(jìn)料器22，它用于存放并分發(fā)要加以烘烤的食品(例如咖啡豆)。所述進(jìn)料器位于外罩24的頂部并被外罩24所支承，一烘烤鼓44位于所述外罩的內(nèi)部。一咖啡豆處理系統(tǒng)將選定類型的咖啡豆從進(jìn)料器22引導(dǎo)進(jìn)烘烤鼓，并在烘烤之后將烘烤過的咖啡豆排放到水平突出于外罩的冷卻盤26上。一空氣提供系統(tǒng)也設(shè)置在外罩24的內(nèi)部，該空氣提供系統(tǒng)將進(jìn)入的氣體加熱到預(yù)定的烘烤溫度、將加熱后的空氣引導(dǎo)進(jìn)烘烤鼓并使廢氣從烘烤鼓中經(jīng)過空氣冷卻和空氣清潔系統(tǒng)，以便在以后按約為室溫的溫度將廢氣排放進(jìn)烘烤機(jī)周圍的大氣中。因此，例如在安裝在超市中時，所述廢氣可被排放進(jìn)周圍建筑物的內(nèi)部。為了能完全在室內(nèi)進(jìn)行安裝和操作，所述廢氣清潔系統(tǒng)可除掉諸如包括渣滓、揮發(fā)物、碳?xì)浠衔镌趦?nèi)的白煙、油煙、顆粒物質(zhì)之類的所有污染物，這些污染物是在從烘烤機(jī)中排放空氣之前的烘烤過程中生成的。
參照圖2和3，旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器22具有一柱形外部，包括例如十六個扇形直立的隔室30，它們設(shè)置在該進(jìn)料器的中心周圍，并且，所述進(jìn)料器可繞垂直的軸30旋轉(zhuǎn)。一驅(qū)動器(未單獨(dú)示出)使進(jìn)料器在垂直軸周圍漸增地向前，以便根據(jù)烘烤機(jī)的綠咖啡豆秤42來變換位于各隔室底部處的咖啡豆排放開口31的位置。門116使得隔室排放開口36一般是關(guān)閉的。在給定隔室的開口與所說的秤相對齊并且咖啡豆要被傳送至烘烤鼓時，啟動器117在烘烤機(jī)的機(jī)載計算機(jī)的控制下開啟所說的門，因此，咖啡豆會靠重力流到秤上。在將預(yù)定量的咖啡豆傳送給了所說的秤時，隔室的門會再度關(guān)閉。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所說的秤的適當(dāng)電子線路42a會生成對重量進(jìn)行響應(yīng)的電信號，在秤上接收到預(yù)定量的咖啡豆時，所述電信號可用于關(guān)閉隔室的門。進(jìn)料器22包括一可拆卸的蓋或罩蓋34(圖2)，以保護(hù)咖啡豆并提供對進(jìn)料器隔室的訪問，從而例如將咖啡豆補(bǔ)充到隔室內(nèi)。
參照圖5、5a和5b，在由共心的內(nèi)鼓和外鼓82、84構(gòu)成的烘烤鼓44中烘烤咖啡豆。外鼓是柱形的、靜止的、密封的并且具有一直立的前板，它固定例如擰在框架上。外鼓構(gòu)成了一水平的管狀箱室，它向后延伸，并且，在外鼓的后端安裝有一后端板102，它限定了一向下延伸的廢氣出口90。在一個當(dāng)前最佳實(shí)施例中，外鼓的后端和后板102的前端構(gòu)成了嚙合凸緣，它們用通常的概略說明的凸緣夾持件103保持在一起，所述夾持器允許快速地拆卸該夾持器并拆開所說的鼓。
內(nèi)鼓上有開孔并具有一后壁83以及一帶最好是三個等距的徑向支臂的支架85，所述支劈相對內(nèi)鼓向內(nèi)突出，或者，所述內(nèi)鼓帶有兩個支架(第二個支架代替后壁83)。所述后壁和支架在所說的鼓的軸向中心處固定于鼓軸87，該鼓軸可在外鼓的前板104和后板103的軸承87a和87b內(nèi)旋轉(zhuǎn)。通過傳動帶89a受電機(jī)(未單獨(dú)示出)驅(qū)動的滑輪89使軸87旋轉(zhuǎn)并使內(nèi)鼓沿給定的方向例如順時針方向(如在圖5a中看到的那樣)旋轉(zhuǎn)。
內(nèi)鼓還包括多個細(xì)長的大致縱向延伸的葉片94，它們以垂直于內(nèi)鼓壁面的方式突出并沿螺紋或螺旋線遍及內(nèi)鼓的長度。在當(dāng)前的最佳實(shí)施例中，有四個這種葉片在內(nèi)鼓的內(nèi)側(cè)等距地間隔，并且，所述葉片穿過支架85的徑向支臂所構(gòu)成的扇形開口。
為了清除可能陷入內(nèi)鼓與外鼓之間的環(huán)形空間內(nèi)的咖啡豆，可有選擇地提供一螺旋形咖啡豆清除刷91。該刷由耐熱材料例如不銹鋼制成、以螺旋的方式遍及內(nèi)鼓的長度并相對內(nèi)鼓的邊緣突出進(jìn)環(huán)形空間到達(dá)靠近但與外鼓84的內(nèi)表面略有間隔的位置。當(dāng)鼓旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)外鼓之間環(huán)形空間內(nèi)的咖啡豆會因刷91而向后移動并最終被排放進(jìn)向下延伸的廢氣出口90(或被排放進(jìn)咖啡豆收集容器或單獨(dú)設(shè)置的咖啡豆清除管(未示出))。
烘烤鼓44的前板104具有一管狀咖啡豆進(jìn)入導(dǎo)管86，該導(dǎo)管的開放端位于秤排放開口43的正下方，因此，在秤上稱重量的新的一批綠咖啡豆會在被秤稱過重量之后靠重力通過開啟的門43a流進(jìn)鼓內(nèi)以進(jìn)行烘烤。
通過開啟鼓排放門122，經(jīng)由前板104上的咖啡豆出口88并經(jīng)由排放斜道110將烘烤過的咖啡豆從鼓44中清除到冷即盤26上。
在烘烤過程中，烘烤鼓內(nèi)的壓力超過了大氣壓力，在目前的最佳實(shí)施例中超過大氣壓力約1．5psi。為了防止烘烤熱氣逃逸，將一門——在本發(fā)明的當(dāng)前最佳實(shí)施例中是一蝶式盤86a——在秤42與鼓的內(nèi)部之間設(shè)置在管狀導(dǎo)管86內(nèi)。蝶式盤包括一耐熱密封件(未單獨(dú)示出)，它可阻止鼓內(nèi)的熱壓縮空氣經(jīng)由咖啡豆進(jìn)入導(dǎo)管逃逸。所述蝶式盤在除要將新一批綠咖啡豆靠重力從秤中傳至鼓內(nèi)以外的所有時間內(nèi)都保持關(guān)閉。蝶式盤由一適當(dāng)?shù)尿?qū)動器(未單獨(dú)示出)來控制，所述驅(qū)動器受控于烘烤機(jī)的計算機(jī)并最好與用于秤門43a的啟動器(未示出)同步。
與此相似，咖啡豆排放門122配備有一由高溫密封環(huán)(未單獨(dú)示出)構(gòu)成的密封件，它可在所說的門處于關(guān)閉位置時阻止熱壓縮空氣逃離鼓的內(nèi)部。在本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例中，排放門122沿上部邊緣鉸接于前板104，并且，設(shè)置在一線性驅(qū)動器(未單獨(dú)示出)，以開啟和關(guān)閉排放門。用于排放門的驅(qū)動器也受控于烘烤機(jī)的計算機(jī)。
正如以下詳細(xì)說明的那樣，用反射計108(或用于監(jiān)視顏色的光譜儀)來監(jiān)視對咖啡豆的烘烤，所述反射計用支架108a適當(dāng)?shù)匕惭b在與前板104相鄰的位置處。反射使激光束107經(jīng)由前板上的窗口98射進(jìn)烘烤鼓的內(nèi)部。
最后，后板104包括一烘烤熱氣入口92，它可接收來自進(jìn)氣導(dǎo)管92a的烘烤熱氣。
以下說明按本發(fā)明烘烤新或綠咖啡豆的方式，將不同類型的綠咖啡豆放進(jìn)進(jìn)料器隔室30，并將要對哪種咖啡豆進(jìn)行烘烤的適當(dāng)命令輸入烘烤機(jī)的機(jī)載計算機(jī)40。計算機(jī)選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料器隔室并啟動進(jìn)料器驅(qū)動器(圖中未示出)以使進(jìn)料器旋轉(zhuǎn)地前進(jìn)，直至所選定的隔室的排放開口36位于秤42的正上方。啟動器117開啟進(jìn)料器門116，綠咖啡豆靠重力落進(jìn)所說的秤，在秤中對咖啡豆稱重。當(dāng)秤中業(yè)已接收到了要加以烘烤的預(yù)定重量的咖啡豆時，所述啟動器最好是通過來自秤的電子線路42a的信號關(guān)閉進(jìn)料器門并因此而終止傳送咖啡豆。
計算機(jī)然后啟動用于咖啡豆入口封閉盤86a的驅(qū)動器，以開啟該盤并開啟秤排放開口43上的門43a，從而使得咖啡豆靠重力從秤經(jīng)由咖啡豆入口86流進(jìn)內(nèi)鼓82的內(nèi)部。此后，入口盤門86a以及咖啡豆排放門122均關(guān)閉或保持關(guān)閉，以便形成一密封并阻止壓縮空氣經(jīng)由咖啡豆入口或出口逃離鼓的內(nèi)部。
鼓驅(qū)動器(未單獨(dú)示出)被加電，從而通過滑輪89在鼓82內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且，啟動空氣循環(huán)系統(tǒng)，從而使烘烤熱氣流過熱氣入口92及鼓的內(nèi)部，以便經(jīng)由廢氣出口90排放出來，因此能使咖啡豆經(jīng)歷烘烤溫度。
在烘烤開始時輸入進(jìn)鼓內(nèi)的綠咖啡豆位于內(nèi)鼓82的底部。在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，徑向向內(nèi)延伸的葉片將一定量的咖啡豆接收到由各個葉片和內(nèi)鼓與該葉片相鄰的那部分所限定的空腔內(nèi)。在鼓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，空腔內(nèi)的咖啡豆向上提升，直至葉片上升至軸87的軸線的上方，在該位置處，葉片朝向空腔的那一側(cè)會向下傾斜，從而咖啡豆會因重力的影響而滾離葉片。所述葉片以螺旋的方式彎曲，因此，構(gòu)成空腔的側(cè)面會向下朝烘烤鼓前板104傾斜。因此，在內(nèi)鼓旋轉(zhuǎn)時，還會朝前板擠壓空腔內(nèi)的咖啡豆。因此，每當(dāng)葉片之一(及空腔內(nèi)的咖啡豆)上升至軸中心線上方時，在窗口98的附近就會有間隔地形成來自上升了的葉片的咖啡豆流95。
在上述過程中，咖啡豆會被加熱至烘烤溫度，并且，隨著烘烤時間的繼續(xù)，咖啡豆會經(jīng)歷逐漸的顏色變化并變暗，就咖啡豆而言，從綠咖啡豆的開始時的灰綠色逐漸變成淺顏色，從而使咖啡豆有脫色的外觀，然后漸增地變成褐色的暗顏色。
連續(xù)或間斷地啟動反射計108的激光(未單獨(dú)示出)，以使得激光射到鼓內(nèi)的咖啡豆流95上。射到咖啡豆上的激光會被反射回來，反射計例如通過確定其波長來傳感和分析所反射的激光。將加工過的烘烤咖啡豆的預(yù)定深淺度(事先從中央控制站的計算機(jī)中下載)存儲在烘烤機(jī)的機(jī)載計算機(jī)40的存儲器內(nèi)，并將其與反射計生成的實(shí)時地表示咖啡豆深線度的輸出信號作比較。當(dāng)來自反射計的信號與存儲在機(jī)載計算機(jī)內(nèi)的信號相匹配時，就終止烘烤。在一個最佳實(shí)施例中，通過下述方式終止烘烤在開始時停止對流進(jìn)鼓內(nèi)的烘烤空氣進(jìn)行加熱，同時繼續(xù)使內(nèi)鼓在逐漸冷卻的環(huán)境中旋轉(zhuǎn)(咖啡豆出口門122是關(guān)閉的)約30至45秒，這能增強(qiáng)按多種咖啡豆獲得的光潔度。
此外，在繼續(xù)對咖啡豆作完全的熱烘烤時，用反射計108來監(jiān)視鼓內(nèi)咖啡豆的淺／暗的演變，所述反射計會生成相應(yīng)的信號，這些信號被饋送給機(jī)載計算機(jī)。在一個最佳實(shí)施例中，機(jī)載計算機(jī)的存儲器包括淺／暗度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是在中央控制站的樣本烘烤過程中生成的，通常是烘烤時間和／或烘烤溫度的函數(shù)。在正被烘烤的咖啡豆的深淺度偏離了所存儲的相應(yīng)深淺度數(shù)據(jù)時，就對諸如烘烤氣溫和／或烘烤氣流速率之類的操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得正被烘烤的咖啡豆的深淺度符合機(jī)載計算機(jī)的存儲器內(nèi)存儲的深淺度信息。通過這種方式，可在任何及所有與控制站11的中央計算機(jī)12相聯(lián)網(wǎng)的單個烘烤機(jī)上的每次操作中精確地重復(fù)試驗(yàn)性烘烤，進(jìn)行試驗(yàn)性烘烤是為了就給定類型的咖啡豆和／或烘烤外形形成最佳的烘烤參數(shù)。
一旦咖啡豆準(zhǔn)備好了進(jìn)行排放，機(jī)載計算機(jī)就通過將用于咖啡豆排放的122的驅(qū)動器(未示出)移至圖6所示的開啟位置而啟動該驅(qū)動器。與葉片94的螺旋形狀相連的內(nèi)鼓83的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)會使咖啡豆沿咖啡豆排放開口88方向逐漸移動，烘烤過的咖啡豆會從該開口處靠重力落到冷卻盤26上。
冷卻盤在形狀上最好是圓形的(見圖2)并且包括一個或多個滑臂27，這些滑臂隨突出于冷卻盤的直立軸27a緩慢地旋轉(zhuǎn)?；凼箍Х榷乖诶鋮s盤上逐漸移動，以利于它們的冷卻，并且，在冷卻結(jié)束之后，滑臂將咖啡豆經(jīng)由最終的烘烤咖啡豆排放開口124推至一適當(dāng)?shù)膮R集點(diǎn)或推進(jìn)一容器(未示出)。所述排放開口最好位于與冷卻盤的邊緣相鄰的位置處，而且，所述滑臂的形狀能使得滑臂將咖啡豆緩慢地引導(dǎo)至冷卻盤的邊緣。所述排放開口通常因門125而關(guān)閉，門125則借助一適當(dāng)?shù)膯悠?未示出)而開啟，所述啟動器可在咖啡豆已充分冷卻之后(通過機(jī)載計算機(jī))手動或自動地開啟。冷卻盤最好包括開孔26a(未示出，這些開孔有足夠小的尺寸，從而能阻止咖啡豆從中經(jīng)過而下落或滯留在這些開孔內(nèi))，因此，冷卻空氣可在冷卻盤中的咖啡豆上流過，以加速它們的冷卻，并且，依照本發(fā)明的一個實(shí)施例，為了烘烤被放在鼓內(nèi)的新的一批綠咖啡豆，可在加熱新空氣之前將冷卻咖啡豆的熱量用于預(yù)熱新空氣。
參照圖4和7—10，各個單個的烘烤機(jī)14均包括一空氣提供或循環(huán)系統(tǒng)，它包括一吹風(fēng)機(jī)48，以生成經(jīng)過烘烤鼓44的氣流，從而最終將空氣排放出烘烤機(jī)。在對6—1b批綠咖啡豆烘烤約12分鐘的烘烤機(jī)的當(dāng)前最佳實(shí)施例中，吹風(fēng)機(jī)具有2—1／2HP電機(jī)、通過空氣循環(huán)系統(tǒng)在約50cfm生成約1．5psi的壓力升高并且因空氣的壓縮而將空氣加熱約30°F—50°F(約17℃—28℃)。
如圖8所示，空氣循環(huán)系統(tǒng)最好接收新鮮的輸入空氣，該空氣因在冷卻盤26的剛烘烤過的還是熱的咖啡豆上流過并流過開孔26a而被預(yù)熱，從而能降低烘烤機(jī)的總能耗。由于進(jìn)入的空氣在冷卻盤中的烘烤過的咖啡豆上經(jīng)過時會接收有顆粒和白煙，故設(shè)置一預(yù)過濾器50，以便在空氣進(jìn)入風(fēng)扇48之前除掉所說的煙和塵埃。過濾器50最好包括一3微米的HEPA過濾器，它具有較低的壓降，因此，該過濾器可從進(jìn)入的空氣中消除掉白煙和煙塵顆粒。
風(fēng)扇48與換熱器54相連，換熱器對來自風(fēng)扇的空氣進(jìn)行預(yù)熱。以下詳細(xì)說明換熱器的結(jié)構(gòu)和操作。預(yù)熱后的空氣從換熱器54中流到加熱器56，以便將其加熱至預(yù)定的烘烤溫度。加熱器56最好是一通流的電子管(管狀)加熱器56，它能將輸入的空氣從約120°F(約49℃)和50cmf加熱至烘烤溫度例如約500°F(約260℃)。烘烤空氣從加熱器經(jīng)由導(dǎo)管92a并經(jīng)過烘烤空氣入口92流進(jìn)并流過烘烤鼓，烘烤空氣從烘烤鼓經(jīng)過廢氣出口90離開。
在烘烤鼓中，綠咖啡豆釋放出包括渣滓在內(nèi)的顆粒以及白煙、油煙、揮發(fā)物、碳?xì)浠衔锏?，它們被空氣帶出烘烤鼓。為了能將空氣排放進(jìn)各個單個烘烤機(jī)14周圍的室內(nèi)環(huán)境，必須在排放出烘烤廢氣之前對其進(jìn)行清潔并加以冷卻。
在渣滓收集器60中除掉渣滓即從烘烤鼓中的咖啡豆上剝落下來的洋蔥皮狀的副產(chǎn)品，所述渣滓收集器位于烘烤鼓44的下游處并與之相連。渣滓收集器60包括一渦流顆粒分離器(未示出)，它能捕獲渣滓并使空氣經(jīng)過。按需周期性地清除和清潔渣滓收集盤。
主過濾器64通過導(dǎo)管(未示出)與渣滓收集器60相連，以便清除焦油和渣滓碎屑。在一個實(shí)施例中，主過濾器64由超細(xì)鋼綿介質(zhì)制成。在另一個實(shí)施例中，由超細(xì)的30微米的介質(zhì)制成的預(yù)過濾器62位于主過濾器的上游，以便從氣流中除掉碎屑并防止過濾器被碎屑過早地堵塞。
廢氣會從主過濾器64流至換熱器54，以便進(jìn)行冷卻。在當(dāng)前的最佳實(shí)施例中，換熱器是由多個與冷卻翼片相連的散熱管(未示出)構(gòu)成的。較涼的輸入空氣沿一個方向在散熱管陣列的一端上流動，通過一壁面與涼氣分隔開的較熱的廢氣則沿相反的方向在散熱管陣列的另一端上移動。來自熱廢氣的熱量經(jīng)由散熱管被傳至流自吹風(fēng)機(jī)48的涼的輸入空氣，以便在該空氣進(jìn)入加熱器56之前對其進(jìn)行預(yù)熱，從而提高了烘烤機(jī)的能效。換熱器效率為80％，通常能將廢氣從約350°F(約177℃)冷卻至100°F(約38℃)。
另外，所述換熱器還可由雙共心的逆流管構(gòu)成。在這種情況下，外管66沿一個方向傳送較涼的輸入空氣，內(nèi)管68沿相反的方向傳送較熱的廢氣，反之亦然。來自廢氣的熱量經(jīng)由內(nèi)管68被傳送至朝風(fēng)扇48流動的涼輸入空氣，以便在該空氣進(jìn)入加熱器56之前對其進(jìn)行預(yù)熱，從而提高了烘烤機(jī)的能效。
然后，在后冷卻器72內(nèi)將空氣冷卻至約100°F(約38℃)，所述后冷卻器設(shè)置在換熱器54的下游并接收來自該換熱器的空氣。后冷卻器72將空氣從約350°F(約177℃)即主換熱器的出口溫度冷卻至約100°F(約38℃)。在所說明的另一個實(shí)施例中，后冷卻器72使用了具有彎曲結(jié)構(gòu)的翼管式散熱器，它具有足夠的長度以獲得預(yù)定的溫度降。
一高效的顆粒聚集器(“HEPA”)過濾器74與換熱器相連，一碳過濾器76與HEPA過濾器74相連。HEPA過濾器74最好是一3微米的介質(zhì)，它能按99％+的效率捕獲白煙和小至1／2微米的顆粒。碳過濾器76使用了活性碳，它可在將廢氣流從烘烤機(jī)中排放出來之前濾掉廢氣流中的VOC和碳?xì)浠衔?SO2、NO2等)。碳過濾器76可用于對VOC的量進(jìn)行控制并且可對源于烘烤機(jī)的咖啡香味進(jìn)行控制。
因此，如圖8所示，輸入的空氣進(jìn)入預(yù)過濾器50，它可濾掉空氣中的煙和／或塵埃。風(fēng)扇48會產(chǎn)生這樣的氣流，該氣流會在不超過約1秒鐘內(nèi)最好是在少至約1／4秒內(nèi)經(jīng)過整個的烘烤機(jī)，而所述空氣則從進(jìn)入時的環(huán)境溫度被加熱至約500°F(約260℃)以便進(jìn)行烘烤，然后，再將該空氣冷卻至約為室溫(約100°F，38℃)。所以，熱氣會按連續(xù)的高溫流流過烘烤鼓44，以便對咖啡豆進(jìn)行有效的烘烤。
參照圖9，在整個的單個烘烤機(jī)中使用了傳感器，以便對咖啡豆的烘烤進(jìn)行監(jiān)視和控制。
例如，將一測溫計或溫度計132以及一測壓計134設(shè)置在預(yù)加熱器50的入口處，以便測定入口的空氣溫度和壓力。測壓計136測定風(fēng)扇48的入口壓力，另一測壓計138測定風(fēng)扇的出口壓力。用測溫計142和144測定換熱器54的入口和出口處的空氣壓力。加熱器56出口處的另一個測溫計146測定空氣的烘烤溫度。可設(shè)置溫度計150和測壓計152以測定烘烤箱44內(nèi)的溫度和壓力。煙過濾器64的入口和出口處的一對測壓計154、156測定該過濾器兩端的壓力降。用設(shè)置在換熱器入口和出口處的一對溫度計158、162來測定換熱器54兩端的廢氣溫度降。設(shè)置在后冷卻器72出口處的另一個溫度計測定該后冷卻器所導(dǎo)致的溫度降。HEPA過濾器74的入口處的測壓器168測定入口壓力。HEPA過濾器74的出口處的測壓器170測定HEPA過濾器74的出口壓力以及碳過濾器76的入口壓力。碳過濾器76的出口處的測壓計172測定出口壓力。如果希望的話，可用適當(dāng)?shù)牧魉儆媮頊y定所述系統(tǒng)各點(diǎn)處的流速。
如上所述，盡管最好是使用反射計來監(jiān)視咖啡豆在烘烤過程中的深淺度，但是，也可以使用光譜儀來監(jiān)視咖啡豆的顏色?？晒┍景l(fā)明使用的能檢測顏色的光譜儀或色度計是周知的。例如，1994年11月4日頒發(fā)給Eastman等人的美國專利第5684582號以及1996年4月2日頒發(fā)給Stafford的美國專利等5504575號公開了可用的光譜儀，本文引用了上述專利。Stafford的專利具體說明了用光譜儀來監(jiān)視食品的顏色，以便為消費(fèi)者確保有均勻的顏色。
烘烤機(jī)14的機(jī)載烘烤計算機(jī)軟件還用作以下的功能1、接收店內(nèi)操作者的烘烤請求并啟動烘烤過程，包括根據(jù)請求進(jìn)行預(yù)熱系統(tǒng)檢查；2、將旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的綠咖啡豆位置并將適當(dāng)量的咖啡豆釋放進(jìn)秤漏斗42；3、將咖啡豆從秤漏斗42釋放進(jìn)烘烤箱44；
4、按在中央控制站11形成的適當(dāng)配方烘烤咖啡豆，并且，如果需要的話，根據(jù)實(shí)時的氣壓計輸入來修改所述配方；5、用來自激光反射計108的實(shí)時輸入引導(dǎo)烘烤進(jìn)程和最終的烘烤程度(深淺度)；6、啟動冷卻盤清掃臂并在光譜儀108確定烘烤結(jié)束時將烘烤過的咖啡豆從烘烤箱44中排放到冷卻盤26；7、攪動／冷卻所述冷卻盤26上的經(jīng)加工的咖啡豆并在準(zhǔn)備好時將咖啡豆排放進(jìn)排放容器；8、在將前一批咖啡豆排放到冷卻盤26時開始裝載／烘烤下一批咖啡豆。
圖10中的框圖說明了這樣的烘烤系統(tǒng)，它包括了圖7的咖啡豆處理系統(tǒng)以及圖6的內(nèi)部空氣控制系統(tǒng)的組合結(jié)構(gòu)。箭頭說明了咖啡豆流和氣流。這兩股流之間的交叉點(diǎn)位于烘烤箱44處，在烘烤箱內(nèi)，加熱的空氣用于烘烤咖啡豆。在這一實(shí)施例中，進(jìn)入的空氣按接近室溫的溫度來自于周圍的環(huán)境，并且，廢氣按接近室溫的溫度被釋放進(jìn)周圍的環(huán)境。通過使來自烘烤設(shè)備20外部環(huán)境的空氣循環(huán)并將其釋放回外部環(huán)境，所述內(nèi)部空氣控制系統(tǒng)是一開循環(huán)系統(tǒng)。
另一種是閉循環(huán)空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與開循環(huán)系統(tǒng)基本上相同的組件。主要的區(qū)別在于，僅將少量的例如20％的廢氣排放至大氣環(huán)境，而其余的空氣則在完全清潔之后經(jīng)由烘烤機(jī)進(jìn)行再循環(huán)。前述HEPA和碳過濾器74、76僅在約為100°F(約38℃)的較低溫度下有效。為了防止在閉循環(huán)空氣循環(huán)系統(tǒng)中需要將廢氣冷卻至這么低的溫度同時又能除掉白煙、VOC、碳?xì)浠衔锏?，可用催化轉(zhuǎn)換器(未示出)來代替所說的過濾器。利用催化轉(zhuǎn)換器，可使清潔后的空氣按顯著高的溫度再循環(huán)至烘烤機(jī)的風(fēng)扇，這能減少烘烤機(jī)的能耗。按前述少量例如20％的廢氣釋放率將在烘烤過程中從綠咖啡豆中除掉的并且夾帶在再循環(huán)的烘烤廢氣中的水排出所說的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種烘烤食品的方法，該方法包括下列步驟建立必須烘烤食品的程度(等級)以獲得預(yù)定的香味；生成可測定的第一參數(shù)，它可指示已充分地烘烤了所述食品，以產(chǎn)生預(yù)定的香味；將上述第一參數(shù)存儲起來；按烘烤溫度來烘烤新鮮食品；監(jiān)視一第二參數(shù)，它與上述第一參數(shù)是相兼容的并且是由新鮮食品在烘烤過程中產(chǎn)生的；以及，在檢測到第一與第二參數(shù)相匹配時，就中斷烘烤步驟。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第一參數(shù)是食品的顏色或深淺度，所述第二參數(shù)是新鮮食品在烘烤步驟中的顏色或深淺度。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述監(jiān)視步驟包括在烘烤步驟中對新鮮食品作光譜分析。
4.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述作光譜分析的步驟包括在烘烤步驟中使激光束照射到新鮮食品上并用激光束來確定正被烘烤的食品的深淺度。
5.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟提供多種不同的食品類型；建立并存儲用于各食品類型的第一參數(shù)；在烘烤步驟之前選定多種食品類型中的一種以便進(jìn)行烘烤，并且，在用于選定食品類型的第一參數(shù)與第二參數(shù)相匹配時，執(zhí)行所述中斷步驟。
6.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟建立用于多種食品類型中至少一種的多個第一參數(shù)，每個參數(shù)都限定了必須烘烤食品的程度以獲得相應(yīng)的不同的預(yù)定香味；在烘烤步驟之前選定用于至少一種食品類型的多個第一參數(shù)中的一個；以及，在所述第二參數(shù)與第一參數(shù)中選定的一個相匹配時，執(zhí)行所述中斷步驟。
7.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述烘烤步驟包括使加熱的空氣在新鮮食品上流過，并且，所述方法包括下列步驟從位于被加熱的新鮮食品的下游處的空氣中除掉基本上所有的污染物；將位于新鮮食品的下游處的空氣冷卻至基本上為室溫；此后，將冷卻的空氣排放至建筑物的室內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述烘烤步驟包括使加熱的空氣在新鮮食品上流過，并且，所述方法包括下列步驟在烘烤步驟之后從加熱的空氣中除掉基本上所有的污染物；此后，對基本上無污染物的空氣的大部分進(jìn)行預(yù)熱并使之在新鮮食品上再循環(huán)，以便繼續(xù)上述烘烤步驟；以及，在使上述大部分空氣預(yù)熱和再循環(huán)之前排放出過濾后空氣中的一小部分。
9.一種自動烘烤咖啡豆以獲得預(yù)定咖啡香味的方法，該方法包括下列步驟將咖啡豆的樣本烘烤至用該咖啡豆制做的咖啡能體現(xiàn)出預(yù)定香味這樣的程度；在咖啡豆達(dá)到上述烘烤程度時傳感咖啡豆的顏色或深淺度，并根據(jù)所傳感到的顏色或深淺度生成一第一參數(shù)，它表示所傳感到的咖啡豆樣本的顏色或深淺度；將所述第一參數(shù)存儲起來；此后，烘烤新鮮咖啡豆；對正被烘烤的新鮮咖啡豆的顏色或深淺度進(jìn)行監(jiān)視并生成一第二參數(shù)，它表示新鮮咖啡豆的顏色或深淺度；在烘烤新鮮咖啡豆的過程中比較上述第一和第二參數(shù)；以及，在上述第一和第二參數(shù)相匹配時終止對新鮮咖啡豆的烘烤。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征在于，在人們常去的基本上為封閉的屋子里執(zhí)行上述對新鮮咖啡豆進(jìn)行烘烤以及對空氣進(jìn)行加熱、清潔和冷卻等步驟；并且，所述排放空氣的步驟包括將空氣排放到室內(nèi)。
11.用于烘烤咖啡豆的設(shè)備，該設(shè)備包括一容器，它具有咖啡豆入口和咖啡豆出口，以盛放要加以烘烤的咖啡豆；一空氣循環(huán)系統(tǒng)，它以可操作的方式與上述容器相連，以便使加熱的空氣在咖啡豆上流過，從而對咖啡豆進(jìn)行烘烤，加熱的空氣作為廢氣離開所述容器；一空氣清潔裝置，它以可操作的方式與空氣循環(huán)系統(tǒng)相連并且位于前述容器的下游，以便在廢氣流過所述容器時基本上清除包含在廢氣中的所有的顆粒、煙塵和揮發(fā)物，從而提供基本上無污染的廢氣；一空氣冷卻裝置，它在所述容器的下游處以可操作的方式與空氣循環(huán)系統(tǒng)相連，以便將廢氣冷卻至約為室溫；以及，一廢氣排放器，它位于空氣清潔和冷卻裝置的下游處，以便在基本上不對環(huán)境有負(fù)面影響的情況下將至少一部分廢氣排放進(jìn)室內(nèi)環(huán)境。
12.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，所述容器包括一內(nèi)鼓(筒)，它可繞一大致水平軸線旋轉(zhuǎn)；以及，一靜止的外鼓，它設(shè)置在所述內(nèi)鼓的周圍。
13.如權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)鼓具有一開放的軸向端部，所述外鼓具有一端板，它疊置在內(nèi)鼓的開放端上，所述端板包括一咖啡豆入口，它用于將新鮮咖啡豆引進(jìn)內(nèi)鼓以便以后進(jìn)行烘烤；以及，一出口，它用于從內(nèi)鼓中清除烘烤過的咖啡豆；一窗口，它用于從外鼓的外部觀察內(nèi)鼓的內(nèi)部；并且，所述內(nèi)鼓包括徑向向內(nèi)突出的葉片，它們大致沿內(nèi)鼓的縱向方向延伸并且有這樣的形狀即在內(nèi)鼓旋轉(zhuǎn)且將咖啡豆放進(jìn)內(nèi)鼓中時葉片會形成間斷的正被烘烤并流過所述窗口的咖啡豆流。
14.如權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括一反射計，它安裝在所述窗口附近，以確定流過該窗口的間斷咖啡豆流中的流動咖啡豆的深淺度。
15.如權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括一新鮮咖啡豆存儲進(jìn)料器，它帶有多個新鮮咖啡豆存儲隔室；一傳送器，它用于將咖啡豆從所述隔室中引導(dǎo)進(jìn)咖啡豆入口；以及，用于將咖啡豆從選定的一個隔室中傳送到所述傳送器的裝置。
16.如權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于，所述空氣循環(huán)系統(tǒng)包括一無燃燒的主加熱器，它用于將空氣加熱至烘烤溫度；以及，一輔助加熱器，它用于對主加熱器上游處的空氣進(jìn)行預(yù)熱。
17.如權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括這樣裝置，該裝置以可操作的方式與所述空氣循環(huán)系統(tǒng)相連，以便在空氣排放器的上游處將離開前述容器的廢氣的溫度降至約為室溫。
18.一種在商店中烘烤咖啡豆的方法，該方法包括下列步驟將新鮮咖啡豆放進(jìn)一容器內(nèi)；將空氣電加熱至預(yù)定的烘烤溫度；使加熱的空氣流過所述容器并在其中的新鮮咖啡豆周圍流過，以便烘烤咖啡豆；對離開所述容器的熱氣進(jìn)行過濾，以便從中除掉基本上所有的油煙和白煙、揮發(fā)性有機(jī)化合物、碳?xì)浠衔镆约捌渌叽绱笥诩s1微米的顆粒物質(zhì)，因此，此后的空氣基本上是無污染物的；將離開所述容器的廢氣冷卻至不超過47℃的溫度；以及，在此后將過濾后和冷卻后的空氣直接排放進(jìn)商店，從而，排放的空氣基本上不會導(dǎo)致對商店內(nèi)空氣的污染。
19.如權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所述過濾步驟包括設(shè)置多個通流過濾器；使廢氣連續(xù)地流過該過濾器，以便從中清除基本上所有的污染物；監(jiān)視各過濾器兩端的氣壓降；在相關(guān)的氣壓降超過預(yù)定值時拆除并清潔各個過濾器；以及，此后重新安裝清潔過的過濾器。
20.一種用于在多個地理上分開的地點(diǎn)均勻地烘烤咖啡豆的方法，該方法包括下列步驟將一烘烤機(jī)放置到各個地點(diǎn)；使每個烘烤機(jī)均配備有一烘烤容器，它用于在烘烤新鮮咖啡豆時盛放新鮮咖啡豆；一熱氣供給器，它用于將新鮮咖啡豆加熱至烘烤溫度；以及，空氣清除系統(tǒng)，它用于將廢氣引導(dǎo)成離開所說的容器并清除掉其中的基本上所有的粉塵、煙、油等，因此，廢氣會在經(jīng)過容器內(nèi)的咖啡豆之后被排放進(jìn)大氣中，而不會污染大氣；在烘烤過程中用反射計來觀察容器內(nèi)的咖啡豆并用該反射計來生成反映所觀察到的咖啡豆的深淺度的輸出信號；使每個烘烤機(jī)均配備有一計算機(jī)，該計算機(jī)包括一存儲器；將所述輸出信號饋送給中央控制站的計算機(jī)，以確定要由烘烤機(jī)來加以烘烤的各類型咖啡豆的最佳深淺度；在中央控制站處生成一控制信號，它反映了各類型的烘烤過的咖啡豆的最佳深淺度；從中央控制站下載控制信號至各烘烤機(jī)的計算機(jī)；在任何給定的烘烤機(jī)的烘烤過程中，將存儲在相關(guān)存儲器內(nèi)的控制信號與前述裝置生成的輸出信號相比較；在所比較的信號匹配時，就生成一命令信號；以及，用上述命令來終止對容器內(nèi)的咖啡豆的烘烤。
21.如權(quán)利要求20的方法，其特征在于，各個烘烤機(jī)均具有可加以烘烤的多種不同的新鮮咖啡豆類型，并且，所述方法包括下列步驟在中央控制站處生成用于各種咖啡豆類型的最佳深淺度信號；將各個深淺度信號下載至所述系統(tǒng)的烘烤機(jī)的計算機(jī)內(nèi)；以及，在任何給定的一個烘烤機(jī)的烘烤過程中，將來自所述裝置的輸出信號與所存儲的對應(yīng)于在前述容器內(nèi)進(jìn)行烘烤的咖啡豆類型的深淺度信號相比較。
22.一種用于對這樣的物質(zhì)進(jìn)行處理的方法，所述物質(zhì)在受熱時會釋放出對大氣有污染的材料，所述方法包括這樣的步驟設(shè)置一箱室，它包括一入口和一出口；將所述物質(zhì)放進(jìn)上述箱室內(nèi)；生成空氣流并使其沿一上游流路經(jīng)由所述入口進(jìn)入前述箱室；對所述上游流路中的氣流進(jìn)行加熱，以形成熱氣流；以及，使熱氣流經(jīng)由所述入口進(jìn)入前述箱室，從而，前述物質(zhì)所釋放出來的污染材料會被夾帶在熱氣流中，因而會產(chǎn)生受到污染的熱氣流；使受污染的熱氣流經(jīng)由所述出口進(jìn)入下游流路；在該下游流路中從受污染的氣流中除掉大部分污染材料，從而生產(chǎn)清潔的氣流，該氣流可被排放進(jìn)大氣環(huán)境而不會造成明顯的空氣污染；將下游流路中的氣流冷卻至適于將空氣釋放進(jìn)封閉環(huán)境內(nèi)的溫度；以及，將氣流從上游流路的上游端到下游流路的下游的流動時間限制于基本上不超過約1秒。
23.如權(quán)利要求22的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括這樣的步驟將所述氣流中的大部熱能經(jīng)由下游流路傳給上游流路中的氣流。
24.如權(quán)利要求22的方法，其特征在于，所述限制步驟包括這樣的步驟將前述流動時間限制于不超過約1／4秒。
全文摘要
烘烤諸如咖啡豆之類的食品的設(shè)備和方法使用了一烘烤箱(44),它用于烘烤咖啡豆。一以可操作的方式與上述烘烤箱相連的空氣循環(huán)系統(tǒng)(48)使加熱的空氣在咖啡豆上流過,從而對咖啡豆進(jìn)行烘烤。一空氣清潔裝置(74、76) 以可操作的方式與空氣循環(huán)系統(tǒng)相連并且位于前述烘烤箱的下游,以便在廢氣流過所述烘烤箱進(jìn)入該空氣清潔裝置時基本上清除包含在廢氣中的所有的顆粒、煙塵和揮發(fā)物,從而提供基本上無污染的廢氣。所述循環(huán)系統(tǒng)使用了大氣中的空氣并在少至1/4秒內(nèi)對空氣進(jìn)行加熱、清潔和冷卻。設(shè)置在傳感器和電子控制器(10)以監(jiān)視烘烤設(shè)備中的各種參數(shù)并對烘烤特征進(jìn)行控制。可通過下述方法來控制多個地理上是分離的地點(diǎn)處的烘烤機(jī)中進(jìn)行烘烤時咖啡豆的深淺度或顏色即:使各烘烤機(jī)配備有帶存儲器的計算機(jī)并提供中央控制站(12)以將控制信號下載至所述計算機(jī),從而對烘烤進(jìn)行控制。
文檔編號A23G1/02GK1278705SQ98811044
公開日2001年1月3日 申請日期1998年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月11日
發(fā)明者羅杰·A·阿林頓, 菲利普·A·托貝特 申請人:新穎烘烤系統(tǒng)公司