專利名稱：非研磨式咖啡豆粉碎設備的制作方法
技術領域：
本發明屬于咖啡豆的工業加工領域，特別涉及一種工業用的非研磨式咖啡豆粉碎 設備。
背景技術：
工業上加工咖啡豆通常是先將新鮮的咖啡豆洗凈干燥后去殼，然后對咖啡豆進 行烘培，烘培后的咖啡豆經粉碎設備磨成粉狀，制成咖啡粉或帶泡咖啡等。目前，工業上用 于粉碎咖啡豆的設備較多的仍然采用機械粉碎方式，如現有的咖啡磨豆機是利用磨心在外 力作用下，通過轉動對咖啡豆產生機械擠壓作用進而形成粉體。由于工業化加工咖啡豆的 數量龐大，磨心的損耗嚴重，因此磨豆機磨心材料的選擇很關鍵，直接影響機器的使用壽 命。通常磨心都會選擇金屬材料制作，其中鑄鐵因強度大、硬度高等優異的物理特性成為很 多廠家的首選。鑄鐵是含碳量在2%以上的鐵碳合金，除碳外，鑄鐵中還含有鎳、鉻、鉬、鋁、 銅、硼、釩等元素。這些金屬材料的磨心或部件在長時間的工作的磨損消耗很大，磨削下來 的金屬材料成為雜質滲入咖啡粉體中，造成重金屬污染，危害人體健康。此外，機械式加工方法不可避免地會導致咖啡升溫，經色譜法氣體分析結果，證明 咖啡的香味是由酸、醇、乙醛、酮、酯、硫磺化合物、苯酚、氮化合物等近百種揮發成分復合而 成的。現有的咖啡磨豆機在加工過程中，磨心與咖啡豆摩擦產熱嚴重，因此間接地使咖啡豆 在研磨的過程中被加熱而導致芳香成粉提前釋放出來，影響烹煮后咖啡的香味，質量較差 的會明顯感覺咖啡粉溫度較高。基于這些問題，很多人致力于咖啡豆研磨方式的改進研究， 一定程度上改善了研磨效率，但始終治標不治本。
發明內容
本發明的目的是提供一種生產低污染、高品質咖啡粉末的咖啡豆粉碎設備。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是一種非研磨式咖啡豆粉碎設備，它包 括輸送通道；以及自上游向下游設置的加料口；制冷系統，用于對咖啡豆進行低溫預處理；粉碎系統，所述的粉碎系統包括與所述的輸送通道相連通的氣流噴吹裝置和設置 在所述的輸送通道內部的粉碎部件，所述的粉碎部件位于所述的氣流噴吹裝置的下游并位 于所述的輸送通道的中央，所述的輸送通道內的咖啡豆隨氣流撞擊在所述的粉碎部件的迎 風面上并粉碎形成咖啡顆粒或咖啡粉末，所述的咖啡顆粒或咖啡粉末通過所述的輸送通道 與粉碎部件之間的間隙繼續流向下游；分離篩分系統，用于對所述的咖啡顆粒或咖啡粉末分類并收集。本發明進一步地技術方案是所述的粉碎部件為平板，所述的粉碎部件的迎風面 為平面，并且所述的粉碎部件大致垂直于送風方向。
或者，在過所述的輸送通道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影 為圓弧，且所述的圓弧向著送風方向拱起。進一步地說，所述的粉碎部件為球體，所述的粉碎部件的迎風面為球面；或者所述 的粉碎部件為圓柱體，所述的粉碎部件的迎風面為圓柱面；或者所述的粉碎部件為具有圓 柱面的彎板，所述的粉碎部件的迎風面為圓柱面。或者，在過所述的輸送通道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影 為拋物線，且所述的拋物線的開口方向與送風方向相背。進一步地說，所述的粉碎部件的外表面為拋物面，且該拋物面為所述的粉碎部件 的迎風面；或者所述的粉碎部件為沿垂直于所述的輸送通道的軸心線的方向延伸的彎板或 柱體，所述的粉碎部件的迎風面為所述的彎板或柱體的外側表面。或者，粉碎部件還可以采用以下技術方案在過所述的輸送通道的軸心線的截面 上，所述的粉碎部件的迎風面的投影為三角形，且所述的三角形的頂角正對著送風方向，所 述的頂角大于0°小于180°。進一步地，所述的粉碎部件為圓錐體，所述的粉碎部件的迎風面為圓錐面，所述的 圓錐體的頂角面對送風方向；或者所述的粉碎部件為三棱柱，所述的粉碎部件的迎風面為 所述的三棱柱的兩個相交的側面；或者所述的粉碎部件為棱錐體，所述的粉碎部件的迎風 面為棱錐體的側面，所述的棱錐體的頂角面對送風方向。再或者，在過所述的輸送通道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的 投影為梯形，且所述的梯形的上底正對著送風方向，所述的梯形的頂角大于90°并小于 180°，且所述的梯形的上底的寬度小于0.5mm。進一步地，所述的粉碎部件為圓臺，所述的粉碎部件的迎風面為所述的圓臺的上 底面以及側面，所述的圓臺的上底面正對送風方向；或者所述的粉碎部件為梯形截面棱柱 體，所述的梯形截面棱柱體的側表面形成所述的迎風面，所述的梯形截面棱柱體的側表面 中寬度最窄的一個側表面正對送風方向。優選地，所述的粉碎部件與咖啡豆接觸部分的材質為不銹鋼、合金、特種陶瓷、金 剛石、人造鉆石中的一種。優選地，所述的氣流噴吹裝置包括出風口與所述的輸送通道相連通的風機、設置 在所述的風機和粉碎裝置之間的氣流加速器。優選地，所述的制冷系統位于所述的加料口的下方，所述的制冷系統包括內部裝 有制冷劑的冷凍箱，所述的輸送通道至少有部分浸潤在冷凍箱的制冷劑中。或者，所述的制冷系統包括用于提供制冷劑的冷源以及用于將制冷劑噴灑在咖啡 豆上的噴淋裝置。優選地，所述的分離篩分系統分別包括位于所述的粉碎部件下游的減速合流裝 置、入口與所述的減速合流裝置的出口相連通的分級機、入口與所述的分級機的出口相連 通的多級旋風分離組件，所述的減速合流裝置的內腔的口徑遠大于所述的輸送通道的內 徑，裹挾著經粉碎的咖啡顆粒或咖啡粉末的氣流在所述的減速合流裝置內減速混合。利用本發明粉碎咖啡豆的工作過程如下，首先，將一定量烘培后的咖啡豆從加料 口倒入輸送通道，咖啡豆經過冷凍箱迅速降溫，使其脆性和韌性改變，然后咖啡豆經過加速 器加速后高速撞擊在粉碎部件上從而將粉碎形成咖啡顆粒或粉末，粉碎后的咖啡顆粒和粉末由氣流帶至分離篩分系統內，在分離篩分系統內依照咖啡顆粒的粒徑進行篩選，粒徑過 大的再次送入加料口內進行循環粉碎，其余的粉末狀的咖啡再次按照粒徑進行分級和分類。由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果本發明采 用非研磨的方式粉碎咖啡豆，由于減少了咖啡豆與金屬部件之間的磨擦，因此可以減少金 屬屑污染，并且在粉碎的過程中還不會導致咖啡豆升溫，能夠更好的保持咖啡豆的原味。此 外，由于咖啡豆在粉碎前經過冷凍處理，因此即便粉碎過程處理時間加長，也不會出現機械 擠壓方式導致的因粉體長時間與空氣接觸，而使香氣流失的問題，能夠很好的保留了咖啡 豆原有的香味。
附圖1為本發明的結構原理圖。附圖2為本發明的實施例一中的粉碎部件的截面圖。附圖3為本發明的實施例二中的粉碎部件的截面圖。附圖4 6分別為當本發明的粉碎部件為球體、圓柱體以及彎板時的立體圖。附圖7為本發明的實施例三中的粉碎部件的截面圖。附圖8當為本發明的粉碎部件為拋物形部件時的立體圖。附圖9當為本發明的粉碎部件為截面為拋物面的柱體時的立體圖。附圖10為本發明的實施例四中的粉碎部件的截面圖。附圖11 13分別為當本發明的粉碎部件為圓錐體、三棱柱、三棱錐時的立體圖。附圖14為本發明的實施例五中的粉碎部件的截面圖。附圖15和附圖16分別為當本發明的粉碎部件為圓臺或梯形截面棱柱體時的立體圖。其中:1、冷源；2、加料口 ；3、冷凍箱；4、推進器；5、閥門；6、風機；11.風機；7、加速 器；9、減速合流設備；10 ；分級機；12、旋風分離器；13、輸送通道；15、粉碎部件。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述一種非研磨式咖啡豆粉碎設備，它包括輸送通道13 ；以及自上游向下游設置的加料口2;制冷系統，用于對咖啡豆進行低溫預處理，經過低溫處理后的咖啡豆更松脆，更利 于粉碎，所述的制冷系統位于所述的加料口 2的下方，所述的制冷系統包括冷源1、內部裝 有制冷劑的冷凍箱3，所述的輸送通道13經過制冷系統，并至少有部分浸潤在冷凍箱3的制 冷劑中，當咖啡豆在輸送通道13內傳輸時被冷卻降溫，或者制冷劑也可以從加料口 2直接 噴灑在咖啡豆上，由于在下游的加工過程中，制冷劑逐漸蒸發或揮發(如液氮或干冰)，并 不會留到咖啡成品中；粉碎系統，所述的粉碎系統包括與所述的輸送通道13相連通的風機6和設置在所 述的輸送通道13內部的粉碎部件15，所述的粉碎部件15位于所述的風機6的下游并位于所述的輸送通道13的中央，所述的輸送通道13內的咖啡豆隨氣流撞擊在所述的粉碎部件 15的迎風面上并粉碎形成咖啡顆粒或咖啡粉末，所述的咖啡顆粒或咖啡粉末通過所述的輸 送通道13與粉碎部件15之間的間隙繼續流向下游；分離篩分系統，用于收集初次粉碎后的咖啡粉末并將其分類，所述的分離篩分系 統包括與所述的輸送通道13相連通的減速合流裝置9、入口與所述的減速合流裝置9相連 通的分級機10、入口與所述的分級機10的出口相連通的多級旋風分離組件12，所述的減速 合流裝置9的內腔的口徑遠大于所述的輸送通道13的內徑，裹挾著經粉碎的咖啡顆粒或咖 啡粉末的氣流在所述的減速合流裝置9內減速合流，氣流速度迅速減小，為后續的分級做 準備；在分級機10內，咖啡粉末和不完全粉碎的咖啡豆被分離，不完全粉碎的咖啡豆被送 回到加料口 2循環粉碎，而咖啡粉末繼續進入下游的多級旋風分離組件12，并按照粉末粒 徑被分類收集，為使咖啡粉末能夠順利進入下游旋風分離組件12中，分級機10的側部設置 有風機11，為分級機10補充風壓。具體地說，該粉碎部件15可以有多種形式，如附圖2所示的實施例1中，粉碎部件 15為平板，粉碎部件的迎風面為平面，并且粉碎部件15大致垂直于氣流噴吹方向。或者，如附圖3所示的實施例2中，在過所述的輸送通道13的軸心線的截面上，所 述的粉碎部件15的迎風面的投影為圓弧，且所述的圓弧向著送風方向拱起，附圖3中箭頭 所指方向為送風方向。其有三種結構可以實現，1、如附圖4所示，粉碎部件15為球體，所述的粉碎部件15 的迎風面為球面；2、如附圖5所示，粉碎部件15為圓柱體，而粉碎部件15的迎風面為圓柱 面；3、如附圖6所示，粉碎部件15為具有圓柱外表面的彎板，粉碎部件15的迎風面為圓柱附圖7至附圖9為本發明的實施例3，其采用的技術方案是在過所述的輸送通道 的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影為拋物線，且所述的拋物線的開口方 向與送風方向相背。該粉碎部件可以有多種結構實現，如所述的粉碎部件采用如附圖8所示的形狀， 粉碎部件為外表面為拋物面的回轉體，且該拋物面構成所述的粉碎部件的迎風面；或者， 所述的粉碎部件采用如附圖9所示的形狀，該粉碎部件為垂直于輸送通道的軸心線延伸的 柱體，且該柱體的外表面在過輸送通道軸心線的平面內的投影為拋物線，所述的粉碎部件 的迎風面為柱體的外側表面；根據該柱體，我們可以簡單的變換得到該粉碎部件也可以 是呈拋物線形彎曲的彎板，所述的粉碎部件的迎風面為所述的彎板的外側表面(圖中未顯 示)°如附圖10所示的實施例4中，在過所述的輸送通道13的軸心線的截面上，所述的 粉碎部件15的迎風面的投影為三角形，且所述的三角形的頂角正對著送風方向。這樣當咖 啡豆撞擊在粉碎部件15上的時候，三角形的頂角可以為咖啡豆提供側向的剪切力，這更有 利于提高咖啡豆的粉碎效率粉碎部件15有三種結構可以實現1、如附圖11所示，粉碎部件15為圓錐體，所述 的粉碎部件15的迎風面為圓錐面，所述的圓錐體的頂角面對送風方向；2、如附圖12所示， 粉碎部件15為三棱柱，所述的粉碎部件15的迎風面為所述的三棱柱的兩個相交的側面；3、 如附圖13所示，粉碎部件15為棱錐體，所述的粉碎部件15的迎風面為棱錐體的側面，所述的棱錐體的頂角面對送風方向。附圖14所示的實施例5中，在過所述的輸送通道13的軸心線的截面上，所述的粉 碎部件15的迎風面的投影為梯形，且所述的梯形的上底正對著送風方向，所述的梯形的頂 角大于90°并小于180°，且所述的梯形的上底的寬度小于0.5mm。在與咖啡豆接觸時，該 梯形的兩個頂角提供側向剪切力，同樣可以提高咖啡豆的粉碎效率。粉碎部件15有兩種結構可以實現1、如附圖15所示，粉碎部件15為圓臺，所述的 粉碎部件15的迎風面為所述的圓臺的上底面以及側面，所述的圓臺的上底面正對送風方 向；2、如附圖16所示，粉碎部件15為具有梯形橫截面的梯形截面棱柱體，梯形截面棱柱體 指其截面為梯形的棱柱，所述的梯形截面棱柱體的側表面形成所述的迎風面，所述的梯形 截面棱柱體的側表面中寬度最窄的一個側表面正對送風方向。粉碎部件選用高硬度材料，如不銹鋼、合金、特種陶瓷、金剛石、人造鉆石等，但完 全使用這些材料會提高設備的成本，為降低設備成本，可以僅將所述的粉碎部件與咖啡豆 接觸部分的材質選擇上述高硬度材料。優選地，為進一步提高粉碎效率，提高咖啡豆在輸送通道13內的運動速度，在所 述的風機6和粉碎裝置8之間還設置有氣流加速器7，該加速器7采用縮小氣體出口的口徑 增壓的原理實現，由于加速器 的入口的口徑大于出口的口徑，因此咖啡豆在加速器7的出 口處能夠加速，從而提高撞擊時的粉碎效率。本發明中提供壓力氣體的可以如本實施例中所舉例的風機，也可以是壓縮氣源， 而氣體載體可為氮氣，二氧化碳，氧氣等。利用本發明粉碎咖啡豆的工藝流程如下1、加料將一定量烘培后的咖啡豆從加料口 2倒入輸送通道。2、冷凍咖啡豆經過冷凍箱3時，由于部分管道浸潤在制冷劑中，因此咖啡豆溫度可以在 短時間內迅速降溫至-40°C -200°C，從而使其物理性能(如脆性、韌性等)發生改變，更 加容易粉碎，經冷卻處理還可以有效的防止咖啡豆芳香成分的揮發，冷凍箱出口由閥門5 控制；通過控制閥門5可以控制冷凍時間，制冷劑可以選擇如液氮、干冰等。3、加速冷凍后的咖啡豆進入風口，在風機風力推動下，在輸送通道13內咖啡豆動能增 加，并經過加速器7進一步提速后，達到較高速度，通過控制和調節咖啡豆的運行速度還可 以調節粉碎效率，達到最佳粉碎效果。4、粉碎咖啡豆高速撞擊粉碎部件，形成粉末。5、減速混有咖啡顆粒和粉末的氣流通過減速合流裝置9時，迅速降壓降流速，并在減速 合流裝置的出口合并為一路氣流，為下一步分離收集做準備。6、分離收集減速合流裝置9的出口與分級機10的入口相連，分級機10的出口收集直徑不達 標的顆粒，并將其送入循環粉碎過程。旋風分離組件12可根據需要設置級數，在每級的出口處收集不同粒徑范圍的粉末，隨后根據咖啡粉粗細標準進行分裝。7、循環在分級機10出口收集到的顆粒過大或不均勻的咖啡顆粒被送入加料口 2，進行循 環撞擊，直至粉體粒徑達標。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于，它包括輸送通道；以及自上游向下游設置的加料口；制冷系統，用于對咖啡豆進行低溫預處理；粉碎系統，所述的粉碎系統包括與所述的輸送通道相連通的氣流噴吹裝置和設置在所述的輸送通道內部的粉碎部件，所述的粉碎部件位于所述的氣流噴吹裝置的下游并位于所述的輸送通道的中央，所述的輸送通道內的咖啡豆隨氣流撞擊在所述的粉碎部件的迎風面上并粉碎形成咖啡顆粒或咖啡粉末，所述的咖啡顆粒或咖啡粉末通過所述的輸送通道與粉碎部件之間的間隙繼續流向下游；分離篩分系統，用于對所述的咖啡顆粒或咖啡粉末分類并收集。
2.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的粉碎部件為 平板，所述的粉碎部件的迎風面為平面，并且所述的粉碎部件大致垂直于送風方向。
3.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于在過所述的輸送通 道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影為圓弧，且所述的圓弧向著送風方 向拱起。
4.根據權利要求3所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的粉碎部件為 球體，所述的粉碎部件的迎風面為球面；或者所述的粉碎部件為圓柱體，所述的粉碎部件的 迎風面為圓柱面；或者所述的粉碎部件為具有圓柱面的彎板，所述的粉碎部件的迎風面為 圓柱面。
5.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于在過所述的輸送通 道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影為拋物線，且所述的拋物線的開口 方向與送風方向相背。
6.根據權利要求5所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的粉碎部件的 外表面為拋物面，且該拋物面為所述的粉碎部件的迎風面；或者所述的粉碎部件為沿垂直 于所述的輸送通道的軸心線的方向延伸的彎板或柱體，所述的粉碎部件的迎風面為所述的 彎板或柱體的外側表面。
7.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于在過所述的輸送通 道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影為三角形，且所述的三角形的頂角 正對著送風方向。
8.根據權利要求7所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的粉碎部件為 圓錐體，所述的粉碎部件的迎風面為圓錐面，所述的圓錐體的頂角面對送風方向；或者所述 的粉碎部件為三棱柱，所述的粉碎部件的迎風面為所述的三棱柱的兩個相交的側面；或者 所述的粉碎部件為棱錐體，所述的粉碎部件的迎風面為棱錐體的側面，所述的棱錐體的頂 角面對送風方向。
9.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于在過所述的輸送通 道的軸心線的截面上，所述的粉碎部件的迎風面的投影為梯形，且所述的梯形的上底正對 著送風方向，所述的梯形的頂角大于90°并小于180°，且所述的梯形的上底的寬度小于 0. 5mmο
10.根據權利要求9所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的粉碎部件為圓臺，所述的粉碎部件的迎風面為所述的圓臺的上底面以及側面，所述的圓臺的上底面 正對送風方向；或者所述的粉碎部件為梯形截面棱柱體，所述的梯形截面棱柱體的側表面 形成所述的迎風面，所述的梯形截面棱柱體的側表面中寬度最窄的一個側表面正對送風方 向。
11.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的粉碎部件與 咖啡豆接觸部分的材質為不銹鋼、合金、特種陶瓷、金剛石、人造鉆石中的一種。
12.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的氣流噴吹裝 置包括出風口與所述的輸送通道相連通的風機、設置在所述的風機和粉碎裝置之間的氣流 咖速器。
13.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的制冷系統位 于所述的加料口的下方，所述的制冷系統包括內部裝有制冷劑的冷凍箱，所述的輸送通道 至少有部分浸潤在冷凍箱的制冷劑中。
14.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的制冷系統包 括用于提供制冷劑的冷源以及用于將制冷劑噴灑在咖啡豆上的噴淋裝置。
15.根據權利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎設備，其特征在于所述的分離篩分系 統分別包括位于所述的粉碎部件下游的減速合流裝置、入口與所述的減速合流裝置的出口 相連通的分級機、入口與所述的分級機的出口相連通的多級旋風分離組件，所述的減速合 流裝置的內腔的口徑遠大于所述的輸送通道的內徑，裹挾著經粉碎的咖啡顆粒或咖啡粉末 的氣流在所述的減速合流裝置內減速混合。
全文摘要
一種非研磨式咖啡豆粉碎設備，包括輸送通道；加料口；制冷系統，用于對咖啡豆進行低溫預處理；粉碎系統，粉碎系統包括與輸送通道相連通的氣流噴吹裝置和設置在輸送通道內部的粉碎部件，粉碎部件位于氣流噴吹裝置的下游并位于輸送通道的中央，輸送通道內的咖啡豆隨氣流撞擊在粉碎部件的迎風面上并粉碎形成咖啡顆粒或咖啡粉末，咖啡顆粒或咖啡粉末通過輸送通道與粉碎部件之間的間隙繼續流向下游；分離篩分系統，用于對咖啡顆粒或咖啡粉末分類并收集。本發明采用非機械擠壓和磨擦的方式粉碎咖啡豆，能夠減少咖啡豆與金屬部件的摩擦，從而避免因金屬屑的產生而引發的污染，此外利用本發明加工的咖啡粉末還能夠更好的保留咖啡豆的香味。
文檔編號A23N15/00GK101904546SQ201010229309
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月19日 優先權日2010年7月19日
發明者李旭 申請人:蘇州先闊生物科技有限公司