发明背景

周知有用于烘烤包括鲜或绿咖啡豆在内的多种物质的烘烤设备。咖啡 的味道和香味在很大程度上取决于如何对咖啡豆进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 时间最少以使鲜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，为了能保证适当的烘烤，有经验的烘烤师一般都在用来分发给 多个出售和消费目的地的中心地点处烘烤绿咖啡豆。

由于目前在诸如超市、仓库和专卖店以及咖啡吧之类的多个零售地点 的销售中心车间内烘烤咖啡豆，故必须在烘烤咖啡豆到达消费者之前储 存并发运烘烤咖啡豆。这样是耗时的并且是高成本的。此外，就成本和 运输而言，不能为在某一天在多个零售店进行销售而有效地分配同一天 烘烤出来的咖啡。因此，目前零售店销售的咖啡豆很少是新鲜的，并且， 这些咖啡豆一般在到达消费者手中之前是隔了几天至几周的。这就会牺 牲咖啡的质量特别是咖啡的香味，而且还会增加咖啡的成本，因为，需 要从烘烤地到零售地进行多次分发。如果烘烤咖啡豆在被消费掉之前被 存放了任何长度的时间，那么，例如通过在烘烤之后将烘烤咖啡豆放在 真空袋内来保持烘烤咖啡豆的新鲜度的尝试实际上并不能显著地延长搁 置寿命或阻止咖啡豆的香味变差。

目前的烘烤技术有其它的问题。由于在较高的温度下一般在约500 °F(约260℃)左右进行烘烤，因此会产生诸如白烟、碳氢化合物和 挥发性有机化合物(“VOC”)之类的大量的烟和其它副产品，除非 是先清除废气，否则它们会污染大气。这就需要昂贵和耗能的补燃器， 这种补燃器通常嵌在穿过周围墙壁或天花板的烘烤机废气烟道内，因此， 能适当地清洁排出的废气，从而废气不会产生污染。

对废气排放和清洗设备的安装和维护是较为昂贵的并且要对建筑物进 行修改。因此，以前并不真地考虑在单个的零售地烘烤咖啡。相反，将 所述设备安装在几个较大的烘烤车间，在这样的车间内，可将有关的成 本分摊到要加以烘烤以分发给并在多个零售地出售的大量咖啡豆上。在 单个的零售地烘烤咖啡豆是不可行的，因为，需要由有经验的烘烤师来 监视烘烤过程。每日的烘烤咖啡豆的销售量一般都太小，无法满足烘烤 师的高额成本。

由于以上所有的原因，  目前在实际上用上述同样方式烘烤和分发的咖 啡都要进行非常长的时间。但是，如果能在向消费者出售的地点而不是 在远距离的中心车间有效地对咖啡豆进行烘烤，那么，就能极大地改善 味道和香味，并且，如果不需要烘烤后的咖啡豆分发系统且可在不需要 有经验烘烤师进行监视的情况下对咖啡豆进行烘烤，那么，就可以降低 烘烤咖啡豆的成本。从而能降低提供给消费者的咖啡的成本，并且/或 者，能提高咖啡烘烤者和销售者的利润。

正如以下进一步说明的那样，本发明达到了上述目的，同时能确保恒 定、均匀地烘烤咖啡豆，从而导致有预定的恒定和均匀的香味。

发明概要

本发明的烘烤方法和设备能非常廉价地进行建造、安装和操控，因此， 可在诸如超市、咖啡店等之类的单个烘烤咖啡豆销售地使用该设备。该 设备可清除烘烤用热气并将其冷却至约为室温，因此，可将气体排放到 内部位置例如排放到商店内而不会导致室内污染或不当的加热。不需要 将废气排放到建筑物的外部，不需要补燃器来清除污染，并且，可在不 需要有经验的烘烤师进行监视的情况下自动地烘烤咖啡豆。

所以，本发明的主要特点是，能自动地烘烤豆、坚果等特别是烘烤咖 啡豆，并且，不再依赖烘烤师的主观判断以确定如何及在何时咖啡豆达 到了香味、滋味和质量(以下一般称为“香味”)  并终止烘烤。这一点 可通过下述方式来实现：连续地观察咖啡豆的可测定特征或参数最好是 其深浅度，以及有选择地观察咖啡豆的颜色，并在达到了预定特征时终 止烘烤咖啡豆。在目前的最佳实施例中，用反射计或用于测定颜色的光 谱仪来监视咖啡豆的深浅度，反射计或光谱仪可以观察到经过窗口的咖 啡豆流，所述窗口则能提供在视觉上对烘烤鼓内部的进行观测。一个最 佳实施例使用了大致水平放置的带有内部叶片的旋转烘烤鼓，所述叶片 从烘烤鼓的外缘径向地朝中心延伸并遍布烘烤鼓的轴向长度。所述叶片 是弯曲的，因此，在烘烤鼓旋转时，每个叶片都会在咖啡豆经过烘烤鼓 的低点时接收到咖啡豆并向上运载一定量的咖啡豆。一旦叶片的大致径 向定向的边缘变得向下倾斜时，咖啡豆就会滚落并掉回至烘烤鼓的底部， 从而在可用光谱仪来加以观察的窗口处形成间断的咖啡豆流。

反射计将波长为约600-800nm的激光照射到咖啡豆上。在本 发明的一个实施例中，激光的具体波长是680nm，在另一个实施例 中，激光的具体波长是750nm。反射计对反射的激光进行分析，以 便实时地监视咖啡豆的深浅度的变化。

申请人已经确定，用于确定何时达到了给定咖啡豆的预定光洁度即味 道和香味的可靠参数是咖啡豆的深浅度，它与按烘烤时间和其它烘烤参 数获得光洁度的方式有关。反映出咖啡豆光洁度的主要参数是烘烤速度、 烘烤咖啡豆的时间以及烘烤鼓内的压力，该压力会随大气压力变化而变。

在进行销售烘烤之前，由烘烤师在中央控制站靠经验大致按目前烘烤 师确定给定咖啡豆的预定外形的方式来确定各类型咖啡豆的理想或预定 的烘烤外形。一旦在样本烘烤过程中达到了这一点，就以电子的方式根 据波长或波长范围将所监视到的烘烤参数例如咖啡豆的深浅度或光谱压 力特征以及烘烤时间、烘烤鼓温度变化并且如果有的话还将大气压力变 化的影响记录并存储起来以供以后使用。

申清人还已确定，在用咖啡豆制作咖啡时，烘烤过程中咖啡豆深浅度 的变化在加工这种咖啡豆时起作用。与过去的方法相反，过去的方法是 由主观确定何时应对烘烤鼓温度进行调节以及何时应终止烘烤的烘烤师 来对烘烤进行监视，而本发明则是依靠对烘烤参数的实时和客观监视来 实时地调节烘烤过程，以便重复烘烤师先前在各个机器上所确定的最佳 烘烤过程。

因此，如果烘烤机的反射计传感到正被烘烤的咖啡豆迅速或缓慢变暗， 那么，就实时地对烘烤过程进行调节，如改变烘烤热气的温度和/或流 速。这就会确保每个单个烘烤机的烘烤过程都能精确地重复烘烤师先前 在样本烘烤过程中于中央控制站所执行的烘烧过程和外形，从而保证了 恒定和均匀的咖啡豆光洁度。将所形成的烘烧参数记录、存储并下载下 来，以供以后在单个的烘烤机上使用。这就提供了一种烘烤咖啡豆的改 进方法，具体说是一种烘烤咖啡豆的最佳改进方法，这种方法在已前是 不能实现的，因为，过去是根据烘烤师对烘烤过程的主观观察和判断而 不是靠对决定烘烤咖啡豆的香味的参数的客观监视和使用来烘烤咖啡豆 的。因此，本发明能确保烘烤咖啡豆有以前无法获得的一致的质量和香 味。

本发明的一个很重要的优点是，允许通过下述方法来重复烘烤结果： 用烘烤咖啡豆的深浅度(或颜色)演变时机在整个烘烤过程中实时地控 制烘烤鼓的温度，从而精确地重复所说的演变以及咖啡豆的最终味道和 香味。这是保证烘烤一致性的中心并且不仅仅是咖啡豆的最终深浅度(或 颜色)的函数。如何获得所说的深浅度还取决于烘烤产品例如烘烤咖啡 豆的最终外形，因为，可在多个烘烤时间内获得相同的深浅度(或颜色)， 还取决于诸如烘烤温度之类的其它参数。烘烤咖啡豆的外观在很大程序 上取决于如何获得最终的颜色。例如，如果咖啡豆烘烤得太快以致不能 获得给定的深浅度，那么，外侧就会比内部暗，并且无法获得咖啡豆的 预定膨胀度，这就会影响烘烤咖啡豆的外观。因此，保持外观一致性的 关键是按同样的方式、时间来烘烤咖啡豆。这一点是利用反射计(或光 谱仪)并保持预定深浅度(或颜色)演变时机和参数来实现的。过去， 尽管不是不可能的，但这一点是不可行的，因为，无法对烘烤鼓内的烘 烤咖啡豆进行实时的颜色监控。

可在现场例如在商店或咖啡店内用单个的按本发明构成的自含式咖啡 烘烤机来烘烤供消费用(例如店内零售或在咖啡店内调制咖啡等)咖啡 豆。可用中央控制站内的计算机将各个烘烤机联网，所述计算机具有必 要的处理器和存储器，以记录和存储控制和终止咖啡豆烘烤所需的烘烤 外形/配方和参数。

可将所存储的要发送给店内机器的用于各种咖啡豆的烘烤参数下载到 构成店内烘烤机一部分的计算机中。以后，可通过启动店内烘烤机并选 择咖啡豆的类型和质量以及烘烤的预定深浅度而用该机来烘烤咖啡豆。 利用所存储的用于预定烘烤的配方，正如主要根据咖啡豆深浅度的实时 变化所确定的那样，所述机器能确保烘烤的预定进程。烘烤过程继续， 直至烘烤的咖啡豆与所存储的用于咖啡豆类型和光洁度的深浅度相匹 配。在达到了预定颜色时，从烘烤机中除去咖啡豆并例如在冷却盘内进 行冷却。

一般地说，咖啡零售商时常希望有多种不同的咖啡豆，包括按不同程 度对给定类型的咖啡豆进行烘烤以提供口味变化。就每一种咖啡豆类型 而言，可如上所述那样形成烘烤参数。此外，如果希望的话，可就任何 一种或所有咖啡豆类型进行不同程度的烘烤，以提供对给定类型的咖啡 豆来说是可能的光洁度选择。可将所有需要的参数下载至各个烘烤机， 然后，在达到了选定咖啡豆类型的选定光洁度时，使用选定咖啡豆类型 的烘烤参数来控制并终止烘烤。

将在开始确定的烘烤参数下载至一个单个烘烤机与将该参数下载至多 个单个烘烤机同样容易。所以，本发明的自动烘烤方法可很理想地适用 于将中央控制站与多个单个的在地理上是分隔开的烘烤机连接起来的系 统。由于各个烘烤机使用相同的参数(颜色随时间的演变)来控制和终 止烘烤，故即使在无烘烤师的监视的情况下对咖啡豆进烘烤，烘烤的咖 啡豆也有完全均匀的光洁度，而与在哪里对它们进行了烘烤无关。

因此，本发明的一个方面是这样一种方法，该方法按下述对咖啡豆进 行烘烤：在开始时形成随时间而变的对咖啡豆进行烘烤以便在样本烘烤 过程中获得预定光洁度的烘烤程度。生成并存储一可测定的第一参数， 该参数表示对咖啡豆进行充分的烘烤以形成预定的光洁度。当要在现场 烘烤机之一中烘烤一批绿咖啡豆时，就监视烘烤的咖啡豆，并且，生成 一与第一参数相兼容的第二参数并将其与第一参数作比较。在检测到第 一与第二参数之间的匹配信号时，就停止烘烤，所述第一和第二参数例 如是表示样本烘烤(在中央控制站)和在现场烘烤的咖啡豆的深浅度的 变化。此外，可实时地监视烘烤操作的进度特别是烘烤过程中咖啡豆的 深浅度或演变结果的变化，并将其与样本烘烤过程中遇到的深浅度变化 相比较。如果在以后的现场产品烘烤过程中咖啡豆的深浅度(或颜色) 演变偏离了在样本烘烤过程中记录的深浅度(或颜色)演变，就调节诸 如烘烤热气温度和/或烘烤气流流速之类的其它烘烤参数，直至深浅度 的变化对应于样本烘烤所形成的深浅度变化。这就确保了在构成整个系 统的一部分的各个单个烘烤机上进行的产品烘烤过程中能精确地重复在 样本烘烤过程中获得的并且被认为是对该咖啡豆来说是最佳的咖啡豆光 洁度。

为了按以上段落所述的方式烘烤咖啡和其它坚果和豆类，本发明提供 了自含式烘烤机，它可例如安装在零售店的内部，而不需要有通向室外 的通风口或排气口。一般地说，这种烘烤机包括一容器，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。一空气循环系统以可 操作的方式与上述容器相连，以便使加热的输入空气在咖啡豆上流过， 从而对咖啡豆进行烘烤。加热的空气作为包括有烟和其它污染物的废气 离开所述容器。一空气清洁装置以可操作的方式与空气循环系统相连并 且位于前述容器的下游，以便在废气流过所述容器时基本上清除包含在 废气中的所有的颗粒、烟尘和挥发物，从而提供基本上无污染的废气。 一空气冷却装置在所述容器的下游处以可操作的方式与空气循环系统相 连，以便将废气冷却至约为室温。一废气排放器位于空气清洁和冷却装 置的下游处，以便在基本上不对环境有负面影响的情况下将至少一部分 废气排放进室内环境。

输入的空气最好被电加热至预定的烘烤温度，以便能阻止产生大量的 废气。对离开所述容器的废气进行过滤以便从中基本上除掉尺寸大于约 1微米的所有颗粒物质，并且，在将废气排放进周围的商店之前，将其 冷却成不高于约115°F(约46℃)的温度最好是冷却成不高于约1 00°F(约38℃)的温度。在排放经过过滤和冷却的空气时，它基本 上不会导致污染并且仅能以被忽略的方式加热商店内的空气。

所有单个烘烤机的全局安装和操作以及它们与中央烘烤站的计算机互 连和配合构成了本发明的另一个方面，一般地说，本发明的这一方面包 括将烘烤机设置在各个零售地或零售店并使每个机器均配备有：一烘烤 鼓或容器，它用于在烘烤绿咖啡豆时盛放绿咖啡豆；一热气供给器，它 用于将绿咖啡豆加热至烘烤温度；以及，一空气清洁系统，它用于将废 气引导成离开所说的鼓并清除掉其中的基本上所有的粉尘、油、烟等， 因此，废气会在经过容器内的咖啡豆之后被排放进商店的大气中，而不 会污染商店的大气。在烘烤过程中，可用反射计或颜色分析仪来观察鼓 内的咖啡豆，并且，用反射计或颜色分析仪来生成反映所观察到的咖啡 豆的深浅度的输出信号。

在一个当前最佳实施例中，各烘烤机均具有一机载计算机，可将上述 输出信号馈送给该计算机。在中央控制站处确定用于各种咖啡豆类型的 能产生预定光洁度的颜色和其它参数，并生成相应的控制信号，且将该 信号存储和下载至单个的现场烘烤机的计算机内。在任何给定的烘烤机 的烘烤过程中，将所存储的控制信号与前述装置生成的输出信号相比较。 如果所比较的信号在烘烤过程中的任何时间内都不匹配，就自动地调节 热气流，以获得匹配的信号。当比较的最终深浅度(或颜色)信号相匹 配时，就生成一命令并将该命令用于终止对容器内的咖啡豆的烘烤。

在另一个实施例中，可取消各个现场烘烤机上的机载计算机。相反， 在中央控制站设置一主机并使其与烘烤机相连，以便从中央控制站直接 控制烘烤机。这就能有助于阻止因单个机载计算机出故障而导致的可能 烘烤误差。

附图简述

图1是概略说明按本发明构成的集中受控的烘烤系统的透视图；

图2是说明按本发明制成的并构成了图1所示系统一部分的单个烘烤 机的外部的透视图；

图3是说明图2的烘烤机的旋转进料器的俯视图；

图4是部分以剖面的形式概略说明图2的烘烤机的内部的侧剖图；

图5是说明构成图2的烘烤机的一部分的烘烤鼓的细节的局部剖面的 侧视图；

图5a是图5的烘烤鼓的局部正视剖面图；

图5b是沿图5a的5-5线的局部剖面的侧剖图，它说明由反射计 监视的烘烤鼓内的咖啡豆流；

图6是概略说明从图2烘烤机的绿咖啡豆存储进料器到烘烤咖啡豆冷 却盘的咖啡豆流；

图7是图6中所说明的咖啡豆流的框图；

图8是说明图2的烘烤机的气体控制和处理系统的框图；

图9是图8的内部空气控制和处理系统的框图，它概略地说明了图2 的烘烤机中使用的处理传感器的结构；

图10是说明咖啡豆流与图2的烘烤机中使用的受热烘烤空气清洁系 统的相互作用的框图。

发明详述

本发明涉及对食品的烘烤，具体地说，本发明涉及咖啡豆的烘烤方法 和设备，该设备带有一内部空气清洁系统，此系统可消除对将烘烤气排 至建筑物外部的需要以及对补燃器的需要，所述补燃器用于在排放烘烤 气体之前对烘烤气体进行清洁，所述内部空气清洁系统可按在内部进行 通风的室温或接近室温的温度排放清洁气体，并且，所述内部空气清洁 系统能在不需要有值班烘烤师的情况下确保一致和均匀的咖啡豆口味、 香味和质量。因此，按本发明制造的烘烤机可设置在商店内并且可进行 操作以提供当天的烘烤咖啡豆，这种咖啡豆有一致和均匀的口味。所有 这些都可按这样的成本来获得，所说的成本一般要低于如以前所做的那 样集中地烘烤咖啡豆并分将烘烤咖啡豆分发给零售商的成本。尽管本申 请主要涉及了烘烤咖啡豆，但本发明可应用于烘烤其它的食品如其它类 型的豆、种子、坚果、果仁等。

本发明的一个方面是用计算机进行烘烤的自动方法，所述计算机能在 无需主观判断的情况下进行监视和控制。申请人业已确定，当用烘烤咖 啡豆制做咖啡时，在烘烤和加工咖啡过程中，烘烤咖啡豆的深浅度或颜 色是咖啡豆演变的可靠指示标志。用一反射计(或光谱仪)来监视咖啡 豆在烘烤过程中的深浅度(或颜色)的变化。当咖啡豆达到了预定的深 浅度时，反射计就将一信号发送给计算机以终止烘烤。为了提高烘烤咖 啡豆的质量和一致性，可以并且应该监视对最终光洁度产生影响的其它 参数并将这些参数输入给计算机以对烘烤进行控制。例如，可对烘烤速 度或烘烤咖啡豆的时间、预定烘烤时间中的颜色或深浅度的演变、烘烤 箱内的压力、烘烤温度等进行监视并用它们来确定应在何时终止烘烤和 /或应调节什么样的烘烤参数如热量、气流或压力等。

图1概略地说明了一集中受控的多工作站咖啡烘烤系统10，它是按 本发明来构成并且操作的。所述系统具有一中央控制站11，它包括一 计算机或主控服务器12以及多个多个在地理上是分散的单个烘烤机1 4，它们与计算机12相联网。每个单个烘烤机14均包括一机载计算 机，它带有可编程的逻辑控制器(PLC)的和/或带机载存储器的中 央处理器(CPU)，所述计算机(靠电话或无线技术)与控制服务器相 联网。

所述控制站包括一样本烘烤机11a，它是基本上以与单个烘烤机1 4相同的方式构成的，烘烤师可利用样本烘烤机来进行不同类型的咖啡 豆的样本烘烤，以便就各种咖啡豆类型形成一个或多个预定咖啡豆外形 和光洁度。监视和记录相关特征的可记录的参数主要是进行样本烘烤的 咖啡豆的深浅度其次是烘烤时间、烘烤压力、烘烤温度等。在烘烤师获 得了他或她想用安装在零售店的烘烤机14来进行重复的特定深浅度 时，就将相应的烘烤参数11b存储在主控服务器12的存储器内。烘 烤师一般选择多种例如十二、十五种不同类型的咖啡豆，形成用于这些 咖啡豆的必需的烘烤参数，并将这些参数存储存中央处理器的存储器内。 然后，将所有的参数或者至少用于要在一个或多个构成上述系统一部分 的单个烘烤机上进行烘烤的咖啡豆的那些参数下载至构成了包含在各单 个烘烤机内的计算机的一部分的存储器内。此后，如以下将详细说明的 那样，可用所存储的参数来控制并终止各单个烘烤机中的咖啡豆烘烤。

另外，如上所述，可用中央控制站的主机来直接控制各个单个的烘烤 机，从而，能消除对各个单个的烘烤机的机载计算机的需要。

除了由单个烘烤机对咖啡豆的烘烤进行控制以外，主控服务器12还 可最佳地用来监视和帮助管理单个的烘烤机。例如，可监视单个烘烤机 的绿咖啡豆的存量，然后，自动地从适当的供应商那里重新订购鲜咖啡 豆，以便在接收到低存量信号时确保总是有足够的咖啡豆，从而保证各 个单个的烘烤机处有适当的咖啡豆供给量。此外，所述烘烤机、计算机 和中央计算机可用来监视和记录机器的使用情况(例如根据所处理的咖 啡豆重量、烘烤时间或类似的条件)并在系统范围和各单个烘烤机内用 来开列帐单、形成咖啡豆类型的外观和/或香味选择等等。

可按同样的方法将所述烘烤机的计算机和中央控制服务器用于诊断目 的，以便通过存取多个构成烘烤机一部分的烘烤过程监视器和传感器来 例如确定各单个烘烤机的故障或所需的调节。

集中式系统10的一个主要优点是能保证一致、均匀、高质量的咖啡 豆烘烤。此外，由于各烘烤机均是在现场的并且在需要时加以启动，故 零售者可限制各次烘烤，因此，不会烘烤出多于一天的咖啡豆需要量， 从而为消费者保证了有新鲜度和可能的最佳产品。

参照图2、4和6，按本发明制造的单个的烘烤机14具有一旋转存 储进料器22，它用于存放并分发要加以烘烤的食品(例如咖啡豆)。所 述进料器位于外罩24的顶部并被外罩24所支承，一烘烤鼓44位于 所述外罩的内部。一咖啡豆处理系统将选定类型的咖啡豆从进料器22 引导进烘烤鼓，并在烘烤之后将烘烤过的咖啡豆排放到水平突出于外罩 的冷却盘26上。一空气提供系统也设置在外罩24的内部，该空气提 供系统将进入的气体加热到预定的烘烤温度、将加热后的空气引导进烘 烤鼓并使废气从烘烤鼓中经过空气冷却和空气清洁系统，以便在以后按 约为室温的温度将废气排放进烘烤机周围的大气中。因此，例如在安装 在超市中时，所述废气可被排放进周围建筑物的内部。为了能完全在室 内进行安装和操作，所述废气清洁系统可除掉诸如包括渣滓、挥发物、 碳氢化合物在内的白烟、油烟、颗粒物质之类的所有污染物，这些污染 物是在从烘烤机中排放空气之前的烘烤过程中生成的。

参照图2和3，旋转进料器22具有一柱形外部，包括例如十六个扇 形直立的隔室30，它们设置在该进料器的中心周围，并且，所述进料 器可绕垂直的轴30旋转。一驱动器(未单独示出)使进料器在垂直轴 周围渐增地向前，以便根据烘烤机的绿咖啡豆秤42来变换位于各隔室 底部处的咖啡豆排放开口31的位置。门116使得隔室排放开口36 一般是关闭的。在给定隔室的开口与所说的秤相对齐并且咖啡豆要被传 送至烘烤鼓时，启动器117在烘烤机的机载计算机的控制下开启所说 的门，因此，咖啡豆会靠重力流到秤上。在将预定量的咖啡豆传送给了 所说的秤时，隔室的门会再度关闭。在本发明的一个实施例中，所说的 秤的适当电子线路42a会生成对重量进行响应的电信号，在秤上接收 到预定量的咖啡豆时，所述电信号可用于关闭隔室的门。进料器22包 括一可拆卸的盖或罩盖34(图2)，以保护咖啡豆并提供对进料器隔室 的访问，从而例如将咖啡豆补充到隔室内。

参照图5、5a和5b，在由共心的内鼓和外鼓82、84构成的烘 烤鼓44中烘烤咖啡豆。外鼓是柱形的、静止的、密封的并且具有一直 立的前板，它固定例如拧在框架上。外鼓构成了一水平的管状箱室，它 向后延伸，并且，在外鼓的后端安装有一后端板102，它限定了一向 下延伸的废气出口90。在一个当前最佳实施例中，外鼓的后端和后板 102的前端构成了啮合凸缘，它们用通常的概略说明的凸缘夹持件1 03保持在一起，所述夹持器允许快速地拆卸该夹持器并拆开所说的鼓。

内鼓上有开孔并具有一后壁83以及一带最好是三个等距的径向支臂 的支架85，所述支劈相对内鼓向内突出，或者，所述内鼓带有两个支 架(第二个支架代替后壁83)。所述后壁和支架在所说的鼓的轴向中心 处固定于鼓轴87，该鼓轴可在外鼓的前板104和后板103的轴承 87a和87b内旋转。通过传动带89a受电机(未单独示出)驱动 的滑轮89使轴87旋转并使内鼓沿给定的方向例如顺时针方向(如在 图5a中看到的那样)旋转。

内鼓还包括多个细长的大致纵向延伸的叶片94，它们以垂直于内鼓 壁面的方式突出并沿螺纹或螺旋线遍及内鼓的长度。在当前的最佳实施 例中，有四个这种叶片在内鼓的内侧等距地间隔，并且，所述叶片穿过 支架85的径向支臂所构成的扇形开口。

为了清除可能陷入内鼓与外鼓之间的环形空间内的咖啡豆，可有选择 地提供一螺旋形咖啡豆清除刷91。该刷由耐热材料例如不锈钢制成、 以螺旋的方式遍及内鼓的长度并相对内鼓的边缘突出进环形空间到达靠 近但与外鼓84的内表面略有间隔的位置。当鼓旋转时，内外鼓之间环 形空间内的咖啡豆会因刷91而向后移动并最终被排放进向下延伸的废 气出口90(或被排放进咖啡豆收集容器或单独设置的咖啡豆清除管(未 示出))。

烘烤鼓44的前板104具有一管状咖啡豆进入导管86，该导管的 开放端位于秤排放开口43的正下方，因此，在秤上称重量的新的一批 绿咖啡豆会在被秤称过重量之后靠重力通过开启的门43a流进鼓内以 进行烘烤。

通过开启鼓排放门122，经由前板104上的咖啡豆出口88并经 由排放斜道110将烘烤过的咖啡豆从鼓44中清除到冷即盘26上。

在烘烤过程中，烘烤鼓内的压力超过了大气压力，在目前的最佳实施 例中超过大气压力约1.5psi。为了防止烘烤热气逃逸，将一门——在本 发明的当前最佳实施例中是一蝶式盘86a——在秤42与鼓的内部之 间设置在管状导管86内。蝶式盘包括一耐热密封件(未单独示出)，它 可阻止鼓内的热压缩空气经由咖啡豆进入导管逃逸。所述蝶式盘在除要 将新一批绿咖啡豆靠重力从秤中传至鼓内以外的所有时间内都保持关 闭。蝶式盘由一适当的驱动器(未单独示出)来控制，所述驱动器受控 于烘烤机的计算机并最好与用于秤门43a的启动器(未示出)同步。

与此相似，咖啡豆排放门122配备有一由高温密封环(未单独示出) 构成的密封件，它可在所说的门处于关闭位置时阻止热压缩空气逃离鼓 的内部。在本发明的当前实施例中，排放门122沿上部边缘铰接于前 板104，并且，设置在一线性驱动器(未单独示出)，以开启和关闭排 放门。用于排放门的驱动器也受控于烘烤机的计算机。

正如以下详细说明的那样，用反射计108(或用于监视颜色的光谱 仪)来监视对咖啡豆的烘烤，所述反射计用支架108a适当地安装在 与前板104相邻的位置处。反射使激光束107经由前板上的窗口9 8射进烘烤鼓的内部。

最后，后板104包括一烘烤热气入口92，它可接收来自进气导管 92a的烘烤热气。

以下说明按本发明烘烤新或绿咖啡豆的方式，将不同类型的绿咖啡豆 放进进料器隔室30，并将要对哪种咖啡豆进行烘烤的适当命令输入烘 烤机的机载计算机40。计算机选择适当的进料器隔室并启动进料器驱 动器(图中未示出)以使进料器旋转地前进，直至所选定的隔室的排放 开口36位于秤42的正上方。启动器117开启进料器门116，绿 咖啡豆靠重力落进所说的秤，在秤中对咖啡豆称重。当秤中业已接收到 了要加以烘烤的预定重量的咖啡豆时，所述启动器最好是通过来自秤的 电子线路42a的信号关闭进料器门并因此而终止传送咖啡豆。

计算机然后启动用于咖啡豆入口封闭盘86a的驱动器，以开启该盘 并开启秤排放开口43上的门43a，从而使得咖啡豆靠重力从秤经由 咖啡豆入口86流进内鼓82的内部。此后，入口盘门86a以及咖啡 豆排放门122均关闭或保持关闭，以便形成一密封并阻止压缩空气经 由咖啡豆入口或出口逃离鼓的内部。

鼓驱动器(未单独示出)被加电，从而通过滑轮89在鼓82内旋转， 并且，启动空气循环系统，从而使烘烤热气流过热气入口92及鼓的内 部，以便经由废气出口90排放出来，因此能使咖啡豆经历烘烤温度。

在烘烤开始时输入进鼓内的绿咖啡豆位于内鼓82的底部。在进行旋 转时，径向向内延伸的叶片将一定量的咖啡豆接收到由各个叶片和内鼓 与该叶片相邻的那部分所限定的空腔内。在鼓继续旋转时，空腔内的咖 啡豆向上提升，直至叶片上升至轴87的轴线的上方，在该位置处，叶 片朝向空腔的那一侧会向下倾斜，从而咖啡豆会因重力的影响而滚离叶 片。所述叶片以螺旋的方式弯曲，因此，构成空腔的侧面会向下朝烘烤 鼓前板104倾斜。因此，在内鼓旋转时，还会朝前板挤压空腔内的咖 啡豆。因此，每当叶片之一(及空腔内的咖啡豆)上升至轴中心线上方 时，在窗口98的附近就会有间隔地形成来自上升了的叶片的咖啡豆流 95。

在上述过程中，咖啡豆会被加热至烘烤温度，并且，随着烘烤时间的 继续，咖啡豆会经历逐渐的颜色变化并变暗，就咖啡豆而言，从绿咖啡 豆的开始时的灰绿色逐渐变成浅颜色，从而使咖啡豆有脱色的外观，然 后渐增地变成褐色的暗颜色。

连续或间断地启动反射计108的激光(未单独示出)，以使得激光射 到鼓内的咖啡豆流95上。射到咖啡豆上的激光会被反射回来，反射计 例如通过确定其波长来传感和分析所反射的激光。将加工过的烘烤咖啡 豆的预定深浅度(事先从中央控制站的计算机中下载)存储在烘烤机的 机载计算机40的存储器内，并将其与反射计生成的实时地表示咖啡豆 深线度的输出信号作比较。当来自反射计的信号与存储在机载计算机内 的信号相匹配时，就终止烘烤。在一个最佳实施例中，通过下述方式终 止烘烤：在开始时停止对流进鼓内的烘烤空气进行加热，同时继续使内 鼓在逐渐冷却的环境中旋转(咖啡豆出口门122是关闭的)约30至 45秒，这能增强按多种咖啡豆获得的光洁度。

此外，在继续对咖啡豆作完全的热烘烤时，用反射计108来监视鼓 内咖啡豆的浅/暗的演变，所述反射计会生成相应的信号，这些信号被 馈送给机载计算机。在一个最佳实施例中，机载计算机的存储器包括浅 /暗度数据，该数据是在中央控制站的样本烘烤过程中生成的，通常是 烘烤时间和/或烘烤温度的函数。在正被烘烤的咖啡豆的深浅度偏离了 所存储的相应深浅度数据时，就对诸如烘烤气温和/或烘烤气流速率之 类的操作参数进行调节，以使得正被烘烤的咖啡豆的深浅度符合机载计 算机的存储器内存储的深浅度信息。通过这种方式，可在任何及所有与 控制站11的中央计算机12相联网的单个烘烤机上的每次操作中精确 地重复试验性烘烤，进行试验性烘烤是为了就给定类型的咖啡豆和/或 烘烤外形形成最佳的烘烤参数。

一旦咖啡豆准备好了进行排放，机载计算机就通过将用于咖啡豆排放 的122的驱动器(未示出)移至图6所示的开启位置而启动该驱动器。 与叶片94的螺旋形状相连的内鼓83的继续旋转会使咖啡豆沿咖啡豆 排放开口88方向逐渐移动，烘烤过的咖啡豆会从该开口处靠重力落到 冷却盘26上。

冷却盘在形状上最好是圆形的(见图2)并且包括一个或多个滑臂2 7，这些滑臂随突出于冷却盘的直立轴27a缓慢地旋转。滑臂使咖啡 豆在冷却盘上逐渐移动，以利于它们的冷却，并且，在冷却结束之后， 滑臂将咖啡豆经由最终的烘烤咖啡豆排放开口124推至一适当的汇集 点或推进一容器(未示出)。所述排放开口最好位于与冷却盘的边缘相邻 的位置处，而且，所述滑臂的形状能使得滑臂将咖啡豆缓慢地引导至冷 却盘的边缘。所述排放开口通常因门125而关闭，门125则借助一 适当的启动器(未示出)而开启，所述启动器可在咖啡豆已充分冷却之 后(通过机载计算机)手动或自动地开启。冷却盘最好包括开孔26a (未示出，这些开孔有足够小的尺寸，从而能阻止咖啡豆从中经过而下 落或滞留在这些开孔内)，因此，冷却空气可在冷却盘中的咖啡豆上流过， 以加速它们的冷却，并且，依照本发明的一个实施例，为了烘烤被放在 鼓内的新的一批绿咖啡豆，可在加热新空气之前将冷却咖啡豆的热量用 于预热新空气。

参照图4和7-10，各个单个的烘烤机14均包括一空气提供或循 环系统，它包括一吹风机48，以生成经过烘烤鼓44的气流，从而最 终将空气排放出烘烤机。在对6-1b批绿咖啡豆烘烤约12分钟的烘 烤机的当前最佳实施例中，吹风机具有2-1/2 HP电机、通过空气 循环系统在约50cfm生成约1.5psi的压力升高并且因空气的压缩而将空 气加热约30°F-50°F(约17℃-28℃)。

如图8所示，空气循环系统最好接收新鲜的输入空气，该空气因在冷 却盘26的刚烘烤过的还是热的咖啡豆上流过并流过开孔26a而被预 热，从而能降低烘烤机的总能耗。由于进入的空气在冷却盘中的烘烤过 的咖啡豆上经过时会接收有颗粒和白烟，故设置一预过滤器50，以便 在空气进入风扇48之前除掉所说的烟和尘埃。过滤器50最好包括一 3微米的HEPA过滤器，它具有较低的压降，因此，该过滤器可从进 入的空气中消除掉白烟和烟尘颗粒。

风扇48与辅助加热器54相连，辅助加热器对来自风扇的空气进行预热。 以下详细说明辅助加热器的结构和操作。预热后的空气从辅助加热器54中流到 无燃烧主加热器56，以便将其加热至预定的烘烤温度。加热器56最好是一通流 的电子管(管状)加热器56，它能将输入的空气从约120°F(约4 9℃)和50cmf加热至烘烤温度例如约500°F(约260℃)。烘烤 空气从加热器经由导管92a并经过烘烤空气入口92流进并流过烘烤 鼓，烘烤空气从烘烤鼓经过废气出口90离开。

在烘烤鼓中，绿咖啡豆释放出包括渣滓在内的颗粒以及白烟、油烟、 挥发物、碳氢化合物等，它们被空气带出烘烤鼓。为了能将空气排放进 各个单个烘烤机14周围的室内环境，必须在排放出烘烤废气之前对其 进行清洁并加以冷却。

在渣滓收集器60中除掉渣滓即从烘烤鼓中的咖啡豆上剥落下来的洋 葱皮状的副产品，所述渣滓收集器位于烘烤鼓44的下游处并与之相连。 渣滓收集器60包括一涡流颗粒分离器(未示出)，它能捕获渣滓并使空 气经过。按需周期性地清除和清洁渣滓收集盘。

主过滤器64通过导管(未示出)与渣滓收集器60相连，以便清除 焦油和渣滓碎屑。在一个实施例中，主过滤器64由超细钢绵介质制成。 在另一个实施例中，由超细的30微米的介质制成的预过滤器62位于 主过滤器的上游，以便从气流中除掉碎屑并防止过滤器被碎屑过早地堵 塞。

废气会从主过滤器64流至换热器54，以便进行冷却。在当前的最 佳实施例中，换热器是由多个与冷却翼片相连的散热管(未示出)构成 的。较凉的输入空气沿一个方向在散热管阵列的一端上流动，通过一壁 面与凉气分隔开的较热的废气则沿相反的方向在散热管阵列的另一端上 移动。来自热废气的热量经由散热管被传至流自吹风机48的凉的输入 空气，以便在该空气进入加热器56之前对其进行预热，从而提高了烘 烤机的能效。换热器效率为80％，通常能将废气从约350°F(约1 77℃)冷却至100°F(约38℃)。

另外，所述换热器还可由双共心的逆流管构成。在这种情况下，外管 66沿一个方向传送较凉的输入空气，内管68沿相反的方向传送较热 的废气，反之亦然。来自废气的热量经由内管68被传送至朝风扇48 流动的凉输入空气，以便在该空气进入加热器56之前对其进行预热， 从而提高了烘烤机的能效。

然后，在后冷却器72内将空气冷却至约100°F(约38℃)，所 述后冷却器设置在换热器54的下游并接收来自该换热器的空气。后冷 却器72将空气从约350°F(约177℃)即主换热器的出口温度冷 却至约100°F(约38℃)。在所说明的另一个实施例中，后冷却器7 2使用了具有弯曲结构的翼管式散热器，它具有足够的长度以获得预定 的温度降。

一高效的颗粒聚集器(“HEPA”)过滤器74与换热器相连，一 碳过滤器76与HEPA过滤器74相连。HEPA过滤器74最好是 一3微米的介质，它能按99％+的效率捕获白烟和小至1/2微米的 颗粒。碳过滤器76使用了活性碳，它可在将废气流从烘烤机中排放出 来之前滤掉废气流中的VOC和碳氢化合物(SO2、NO2等)。碳过滤器7 6可用于对VOC的量进行控制并且可对源于烘烤机的咖啡香味进行控 制。

 因此，如图8所示，输入的空气进入预过滤器50，它可滤掉空气中 的烟和/或尘埃。风扇48会产生这样的气流，该气流会在不超过约1 秒钟内最好是在少至约1/4秒内经过整个的烘烤机，而所述空气则从 进入时的环境温度被加热至约500°F(约260℃)以便进行烘烤， 然后，再将该空气冷却至约为室温(约100°F，38℃)。所以，热气 会按连续的高温流流过烘烤鼓44，以便对咖啡豆进行有效的烘烤。

参照图9，在整个的单个烘烤机中使用了传感器，以便对咖啡豆的烘 烤进行监视和控制。

例如，将一测温计或温度计132以及一测压计134设置在预加热 器50的入口处，以便测定入口的空气温度和压力。测压计136测定 风扇48的入口压力，另一测压计138测定风扇的出口压力。用测温 计142和144测定换热器54的入口和出口处的空气压力。加热器 56出口处的另一个测温计146测定空气的烘烤温度。可设置温度计 150和测压计152以测定烘烤箱44内的温度和压力。烟过滤器6 4的入口和出口处的一对测压计154、156测定该过滤器两端的压 力降。用设置在换热器入口和出口处的一对温度计158、162来测 定换热器54两端的废气温度降。设置在后冷却器72出口处的另一个 温度计测定该后冷却器所导致的温度降。HEPA过滤器74的入口处 的测压器168测定入口压力。HEPA过滤器74的出口处的测压器 170测定HEPA过滤器74的出口压力以及碳过滤器76的入口压 力。碳过滤器76的出口处的测压计172测定出口压力。如果希望的 话，可用适当的流速计来测定所述系统各点处的流速。

 如上所述，尽管最好是使用反射计来监视咖啡豆在烘烤过程中的深浅 度，但是，也可以使用光谱仪来监视咖啡豆的颜色。可供本发明使用的 能检测颜色的光谱仪或色度计是周知的。例如，1994年11月4日 颁发给Eastman等人的美国专利第5684582号以及1996年4 月2日颁发给Stafford的美国专利等5504575号公开了可用的光 谱仪，本文引用了上述专利。Stafford的专利具体说明了用光谱仪来监 视食品的颜色，以便为消费者确保有均匀的颜色。

烘烤机14的机载烘烤计算机软件还用作以下的功能：

1、接收店内操作者的烘烤请求并启动烘烤过程，包括根据请求进 行预热系统检查；

2、将旋转进料器旋转至预定的绿咖啡豆位置并将适当量的咖啡豆 释放进秤漏斗42；

3、将咖啡豆从秤漏斗42释放进烘烤箱44；

4、按在中央控制站11形成的适当配方烘烤咖啡豆，并且，如果 需要的话，根据实时的气压计输入来修改所述配方；

5、用来自激光反射计108的实时输入引导烘烤进程和最终的烘 烤程度(深浅度)；

6、启动冷却盘清扫臂并在光谱仪108确定烘烤结束时将烘烤过 的咖啡豆从烘烤箱44中排放到冷却盘26；

7、搅动/冷却所述冷却盘26上的经加工的咖啡豆并在准备好时 将咖啡豆排放进排放容器；

8、在将前一批咖啡豆排放到冷却盘26时开始装载/烘烤下一批 咖啡豆。

图10中的框图说明了这样的烘烤系统，它包括了图7的咖啡豆处理 系统以及图6的内部空气控制系统的组合结构。箭头说明了咖啡豆流和 气流。这两股流之间的交叉点位于烘烤箱44处，在烘烤箱内，加热的 空气用于烘烤咖啡豆。在这一实施例中，进入的空气按接近室温的温度 来自于周围的环境，并且，废气按接近室温的温度被释放进周围的环境。 通过使来自烘烤设备20外部环境的空气循环并将其释放回外部环境， 所述内部空气控制系统是一开循环系统。

另一种是闭循环空气系统，该系统包括与开循环系统基本上相同的组 件。主要的区别在于，仅将少量的例如20％的废气排放至大气环境， 而其余的空气则在完全清洁之后经由烘烤机进行再循环。前述HEPA 和碳过滤器74、76仅在约为100°F(约38℃)的较低温度下有 效。为了防止在闭循环空气循环系统中需要将废气冷却至这么低的温度 同时又能除掉白烟、VOC、碳氢化合物等，可用催化转换器(未示出) 来代替所说的过滤器。利用催化转换器，可使清洁后的空气按显著高的 温度再循环至烘烤机的风扇，这能减少烘烤机的能耗。按前述少量例如 20％的废气释放率将在烘烤过程中从绿咖啡豆中除掉的并且夹带在再 循环的烘烤废气中的水排出所说的系统。