专利名称：非研磨式咖啡豆粉碎设备的制作方法
技术领域：
本发明属于咖啡豆的工业加工领域，特别涉及一种工业用的非研磨式咖啡豆粉碎 设备。
背景技术：
工业上加工咖啡豆通常是先将新鲜的咖啡豆洗净干燥后去壳，然后对咖啡豆进 行烘培，烘培后的咖啡豆经粉碎设备磨成粉状，制成咖啡粉或带泡咖啡等。目前，工业上用 于粉碎咖啡豆的设备较多的仍然采用机械粉碎方式，如现有的咖啡磨豆机是利用磨心在外 力作用下，通过转动对咖啡豆产生机械挤压作用进而形成粉体。由于工业化加工咖啡豆的 数量庞大，磨心的损耗严重，因此磨豆机磨心材料的选择很关键，直接影响机器的使用寿 命。通常磨心都会选择金属材料制作，其中铸铁因强度大、硬度高等优异的物理特性成为很 多厂家的首选。铸铁是含碳量在2%以上的铁碳合金，除碳外，铸铁中还含有镍、铬、钼、铝、 铜、硼、钒等元素。这些金属材料的磨心或部件在长时间的工作的磨损消耗很大，磨削下来 的金属材料成为杂质渗入咖啡粉体中，造成重金属污染，危害人体健康。此外，机械式加工方法不可避免地会导致咖啡升温，经色谱法气体分析结果，证明 咖啡的香味是由酸、醇、乙醛、酮、酯、硫磺化合物、苯酚、氮化合物等近百种挥发成分复合而 成的。现有的咖啡磨豆机在加工过程中，磨心与咖啡豆摩擦产热严重，因此间接地使咖啡豆 在研磨的过程中被加热而导致芳香成粉提前释放出来，影响烹煮后咖啡的香味，质量较差 的会明显感觉咖啡粉温度较高。基于这些问题，很多人致力于咖啡豆研磨方式的改进研究， 一定程度上改善了研磨效率，但始终治标不治本。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产低污染、高品质咖啡粉末的咖啡豆粉碎设备。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种非研磨式咖啡豆粉碎设备，它包 括输送通道；以及自上游向下游设置的加料口；制冷系统，用于对咖啡豆进行低温预处理；粉碎系统，所述的粉碎系统包括与所述的输送通道相连通的气流喷吹装置和设置 在所述的输送通道内部的粉碎部件，所述的粉碎部件位于所述的气流喷吹装置的下游并位 于所述的输送通道的中央，所述的输送通道内的咖啡豆随气流撞击在所述的粉碎部件的迎 风面上并粉碎形成咖啡颗粒或咖啡粉末，所述的咖啡颗粒或咖啡粉末通过所述的输送通道 与粉碎部件之间的间隙继续流向下游；分离筛分系统，用于对所述的咖啡颗粒或咖啡粉末分类并收集。本发明进一步地技术方案是所述的粉碎部件为平板，所述的粉碎部件的迎风面 为平面，并且所述的粉碎部件大致垂直于送风方向。
或者，在过所述的输送通道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影 为圆弧，且所述的圆弧向着送风方向拱起。进一步地说，所述的粉碎部件为球体，所述的粉碎部件的迎风面为球面；或者所述 的粉碎部件为圆柱体，所述的粉碎部件的迎风面为圆柱面；或者所述的粉碎部件为具有圆 柱面的弯板，所述的粉碎部件的迎风面为圆柱面。或者，在过所述的输送通道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影 为抛物线，且所述的抛物线的开口方向与送风方向相背。进一步地说，所述的粉碎部件的外表面为抛物面，且该抛物面为所述的粉碎部件 的迎风面；或者所述的粉碎部件为沿垂直于所述的输送通道的轴心线的方向延伸的弯板或 柱体，所述的粉碎部件的迎风面为所述的弯板或柱体的外侧表面。或者，粉碎部件还可以采用以下技术方案在过所述的输送通道的轴心线的截面 上，所述的粉碎部件的迎风面的投影为三角形，且所述的三角形的顶角正对着送风方向，所 述的顶角大于0°小于180°。进一步地，所述的粉碎部件为圆锥体，所述的粉碎部件的迎风面为圆锥面，所述的 圆锥体的顶角面对送风方向；或者所述的粉碎部件为三棱柱，所述的粉碎部件的迎风面为 所述的三棱柱的两个相交的侧面；或者所述的粉碎部件为棱锥体，所述的粉碎部件的迎风 面为棱锥体的侧面，所述的棱锥体的顶角面对送风方向。再或者，在过所述的输送通道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的 投影为梯形，且所述的梯形的上底正对着送风方向，所述的梯形的顶角大于90°并小于 180°，且所述的梯形的上底的宽度小于0.5mm。进一步地，所述的粉碎部件为圆台，所述的粉碎部件的迎风面为所述的圆台的上 底面以及侧面，所述的圆台的上底面正对送风方向；或者所述的粉碎部件为梯形截面棱柱 体，所述的梯形截面棱柱体的侧表面形成所述的迎风面，所述的梯形截面棱柱体的侧表面 中宽度最窄的一个侧表面正对送风方向。优选地，所述的粉碎部件与咖啡豆接触部分的材质为不锈钢、合金、特种陶瓷、金 刚石、人造钻石中的一种。优选地，所述的气流喷吹装置包括出风口与所述的输送通道相连通的风机、设置 在所述的风机和粉碎装置之间的气流加速器。优选地，所述的制冷系统位于所述的加料口的下方，所述的制冷系统包括内部装 有制冷剂的冷冻箱，所述的输送通道至少有部分浸润在冷冻箱的制冷剂中。或者，所述的制冷系统包括用于提供制冷剂的冷源以及用于将制冷剂喷洒在咖啡 豆上的喷淋装置。优选地，所述的分离筛分系统分别包括位于所述的粉碎部件下游的减速合流装 置、入口与所述的减速合流装置的出口相连通的分级机、入口与所述的分级机的出口相连 通的多级旋风分离组件，所述的减速合流装置的内腔的口径远大于所述的输送通道的内 径，裹挟着经粉碎的咖啡颗粒或咖啡粉末的气流在所述的减速合流装置内减速混合。利用本发明粉碎咖啡豆的工作过程如下，首先，将一定量烘培后的咖啡豆从加料 口倒入输送通道，咖啡豆经过冷冻箱迅速降温，使其脆性和韧性改变，然后咖啡豆经过加速 器加速后高速撞击在粉碎部件上从而将粉碎形成咖啡颗粒或粉末，粉碎后的咖啡颗粒和粉末由气流带至分离筛分系统内，在分离筛分系统内依照咖啡颗粒的粒径进行筛选，粒径过 大的再次送入加料口内进行循环粉碎，其余的粉末状的咖啡再次按照粒径进行分级和分类。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果本发明采 用非研磨的方式粉碎咖啡豆，由于减少了咖啡豆与金属部件之间的磨擦，因此可以减少金 属屑污染，并且在粉碎的过程中还不会导致咖啡豆升温，能够更好的保持咖啡豆的原味。此 外，由于咖啡豆在粉碎前经过冷冻处理，因此即便粉碎过程处理时间加长，也不会出现机械 挤压方式导致的因粉体长时间与空气接触，而使香气流失的问题，能够很好的保留了咖啡 豆原有的香味。
附图1为本发明的结构原理图。附图2为本发明的实施例一中的粉碎部件的截面图。附图3为本发明的实施例二中的粉碎部件的截面图。附图4 6分别为当本发明的粉碎部件为球体、圆柱体以及弯板时的立体图。附图7为本发明的实施例三中的粉碎部件的截面图。附图8当为本发明的粉碎部件为抛物形部件时的立体图。附图9当为本发明的粉碎部件为截面为抛物面的柱体时的立体图。附图10为本发明的实施例四中的粉碎部件的截面图。附图11 13分别为当本发明的粉碎部件为圆锥体、三棱柱、三棱锥时的立体图。附图14为本发明的实施例五中的粉碎部件的截面图。附图15和附图16分别为当本发明的粉碎部件为圆台或梯形截面棱柱体时的立体图。其中:1、冷源；2、加料口 ；3、冷冻箱；4、推进器；5、阀门；6、风机；11.风机；7、加速 器；9、减速合流设备；10 ；分级机；12、旋风分离器；13、输送通道；15、粉碎部件。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述一种非研磨式咖啡豆粉碎设备，它包括输送通道13 ；以及自上游向下游设置的加料口2;制冷系统，用于对咖啡豆进行低温预处理，经过低温处理后的咖啡豆更松脆，更利 于粉碎，所述的制冷系统位于所述的加料口 2的下方，所述的制冷系统包括冷源1、内部装 有制冷剂的冷冻箱3，所述的输送通道13经过制冷系统，并至少有部分浸润在冷冻箱3的制 冷剂中，当咖啡豆在输送通道13内传输时被冷却降温，或者制冷剂也可以从加料口 2直接 喷洒在咖啡豆上，由于在下游的加工过程中，制冷剂逐渐蒸发或挥发(如液氮或干冰)，并 不会留到咖啡成品中；粉碎系统，所述的粉碎系统包括与所述的输送通道13相连通的风机6和设置在所 述的输送通道13内部的粉碎部件15，所述的粉碎部件15位于所述的风机6的下游并位于所述的输送通道13的中央，所述的输送通道13内的咖啡豆随气流撞击在所述的粉碎部件 15的迎风面上并粉碎形成咖啡颗粒或咖啡粉末，所述的咖啡颗粒或咖啡粉末通过所述的输 送通道13与粉碎部件15之间的间隙继续流向下游；分离筛分系统，用于收集初次粉碎后的咖啡粉末并将其分类，所述的分离筛分系 统包括与所述的输送通道13相连通的减速合流装置9、入口与所述的减速合流装置9相连 通的分级机10、入口与所述的分级机10的出口相连通的多级旋风分离组件12，所述的减速 合流装置9的内腔的口径远大于所述的输送通道13的内径，裹挟着经粉碎的咖啡颗粒或咖 啡粉末的气流在所述的减速合流装置9内减速合流，气流速度迅速减小，为后续的分级做 准备；在分级机10内，咖啡粉末和不完全粉碎的咖啡豆被分离，不完全粉碎的咖啡豆被送 回到加料口 2循环粉碎，而咖啡粉末继续进入下游的多级旋风分离组件12，并按照粉末粒 径被分类收集，为使咖啡粉末能够顺利进入下游旋风分离组件12中，分级机10的侧部设置 有风机11，为分级机10补充风压。具体地说，该粉碎部件15可以有多种形式，如附图2所示的实施例1中，粉碎部件 15为平板，粉碎部件的迎风面为平面，并且粉碎部件15大致垂直于气流喷吹方向。或者，如附图3所示的实施例2中，在过所述的输送通道13的轴心线的截面上，所 述的粉碎部件15的迎风面的投影为圆弧，且所述的圆弧向着送风方向拱起，附图3中箭头 所指方向为送风方向。其有三种结构可以实现，1、如附图4所示，粉碎部件15为球体，所述的粉碎部件15 的迎风面为球面；2、如附图5所示，粉碎部件15为圆柱体，而粉碎部件15的迎风面为圆柱 面；3、如附图6所示，粉碎部件15为具有圆柱外表面的弯板，粉碎部件15的迎风面为圆柱附图7至附图9为本发明的实施例3，其采用的技术方案是在过所述的输送通道 的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影为抛物线，且所述的抛物线的开口方 向与送风方向相背。该粉碎部件可以有多种结构实现，如所述的粉碎部件采用如附图8所示的形状， 粉碎部件为外表面为抛物面的回转体，且该抛物面构成所述的粉碎部件的迎风面；或者， 所述的粉碎部件采用如附图9所示的形状，该粉碎部件为垂直于输送通道的轴心线延伸的 柱体，且该柱体的外表面在过输送通道轴心线的平面内的投影为抛物线，所述的粉碎部件 的迎风面为柱体的外侧表面；根据该柱体，我们可以简单的变换得到该粉碎部件也可以 是呈抛物线形弯曲的弯板，所述的粉碎部件的迎风面为所述的弯板的外侧表面(图中未显 示)°如附图10所示的实施例4中，在过所述的输送通道13的轴心线的截面上，所述的 粉碎部件15的迎风面的投影为三角形，且所述的三角形的顶角正对着送风方向。这样当咖 啡豆撞击在粉碎部件15上的时候，三角形的顶角可以为咖啡豆提供侧向的剪切力，这更有 利于提高咖啡豆的粉碎效率粉碎部件15有三种结构可以实现1、如附图11所示，粉碎部件15为圆锥体，所述 的粉碎部件15的迎风面为圆锥面，所述的圆锥体的顶角面对送风方向；2、如附图12所示， 粉碎部件15为三棱柱，所述的粉碎部件15的迎风面为所述的三棱柱的两个相交的侧面；3、 如附图13所示，粉碎部件15为棱锥体，所述的粉碎部件15的迎风面为棱锥体的侧面，所述的棱锥体的顶角面对送风方向。附图14所示的实施例5中，在过所述的输送通道13的轴心线的截面上，所述的粉 碎部件15的迎风面的投影为梯形，且所述的梯形的上底正对着送风方向，所述的梯形的顶 角大于90°并小于180°，且所述的梯形的上底的宽度小于0.5mm。在与咖啡豆接触时，该 梯形的两个顶角提供侧向剪切力，同样可以提高咖啡豆的粉碎效率。粉碎部件15有两种结构可以实现1、如附图15所示，粉碎部件15为圆台，所述的 粉碎部件15的迎风面为所述的圆台的上底面以及侧面，所述的圆台的上底面正对送风方 向；2、如附图16所示，粉碎部件15为具有梯形横截面的梯形截面棱柱体，梯形截面棱柱体 指其截面为梯形的棱柱，所述的梯形截面棱柱体的侧表面形成所述的迎风面，所述的梯形 截面棱柱体的侧表面中宽度最窄的一个侧表面正对送风方向。粉碎部件选用高硬度材料，如不锈钢、合金、特种陶瓷、金刚石、人造钻石等，但完 全使用这些材料会提高设备的成本，为降低设备成本，可以仅将所述的粉碎部件与咖啡豆 接触部分的材质选择上述高硬度材料。优选地，为进一步提高粉碎效率，提高咖啡豆在输送通道13内的运动速度，在所 述的风机6和粉碎装置8之间还设置有气流加速器7，该加速器7采用缩小气体出口的口径 增压的原理实现，由于加速器 的入口的口径大于出口的口径，因此咖啡豆在加速器7的出 口处能够加速，从而提高撞击时的粉碎效率。本发明中提供压力气体的可以如本实施例中所举例的风机，也可以是压缩气源， 而气体载体可为氮气，二氧化碳，氧气等。利用本发明粉碎咖啡豆的工艺流程如下1、加料将一定量烘培后的咖啡豆从加料口 2倒入输送通道。2、冷冻咖啡豆经过冷冻箱3时，由于部分管道浸润在制冷剂中，因此咖啡豆温度可以在 短时间内迅速降温至-40°C -200°C，从而使其物理性能(如脆性、韧性等)发生改变，更 加容易粉碎，经冷却处理还可以有效的防止咖啡豆芳香成分的挥发，冷冻箱出口由阀门5 控制；通过控制阀门5可以控制冷冻时间，制冷剂可以选择如液氮、干冰等。3、加速冷冻后的咖啡豆进入风口，在风机风力推动下，在输送通道13内咖啡豆动能增 加，并经过加速器7进一步提速后，达到较高速度，通过控制和调节咖啡豆的运行速度还可 以调节粉碎效率，达到最佳粉碎效果。4、粉碎咖啡豆高速撞击粉碎部件，形成粉末。5、减速混有咖啡颗粒和粉末的气流通过减速合流装置9时，迅速降压降流速，并在减速 合流装置的出口合并为一路气流，为下一步分离收集做准备。6、分离收集减速合流装置9的出口与分级机10的入口相连，分级机10的出口收集直径不达 标的颗粒，并将其送入循环粉碎过程。旋风分离组件12可根据需要设置级数，在每级的出口处收集不同粒径范围的粉末，随后根据咖啡粉粗细标准进行分装。7、循环在分级机10出口收集到的颗粒过大或不均勻的咖啡颗粒被送入加料口 2，进行循 环撞击，直至粉体粒径达标。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于，它包括输送通道；以及自上游向下游设置的加料口；制冷系统，用于对咖啡豆进行低温预处理；粉碎系统，所述的粉碎系统包括与所述的输送通道相连通的气流喷吹装置和设置在所述的输送通道内部的粉碎部件，所述的粉碎部件位于所述的气流喷吹装置的下游并位于所述的输送通道的中央，所述的输送通道内的咖啡豆随气流撞击在所述的粉碎部件的迎风面上并粉碎形成咖啡颗粒或咖啡粉末，所述的咖啡颗粒或咖啡粉末通过所述的输送通道与粉碎部件之间的间隙继续流向下游；分离筛分系统，用于对所述的咖啡颗粒或咖啡粉末分类并收集。
2.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的粉碎部件为 平板，所述的粉碎部件的迎风面为平面，并且所述的粉碎部件大致垂直于送风方向。
3.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于在过所述的输送通 道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影为圆弧，且所述的圆弧向着送风方 向拱起。
4.根据权利要求3所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的粉碎部件为 球体，所述的粉碎部件的迎风面为球面；或者所述的粉碎部件为圆柱体，所述的粉碎部件的 迎风面为圆柱面；或者所述的粉碎部件为具有圆柱面的弯板，所述的粉碎部件的迎风面为 圆柱面。
5.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于在过所述的输送通 道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影为抛物线，且所述的抛物线的开口 方向与送风方向相背。
6.根据权利要求5所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的粉碎部件的 外表面为抛物面，且该抛物面为所述的粉碎部件的迎风面；或者所述的粉碎部件为沿垂直 于所述的输送通道的轴心线的方向延伸的弯板或柱体，所述的粉碎部件的迎风面为所述的 弯板或柱体的外侧表面。
7.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于在过所述的输送通 道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影为三角形，且所述的三角形的顶角 正对着送风方向。
8.根据权利要求7所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的粉碎部件为 圆锥体，所述的粉碎部件的迎风面为圆锥面，所述的圆锥体的顶角面对送风方向；或者所述 的粉碎部件为三棱柱，所述的粉碎部件的迎风面为所述的三棱柱的两个相交的侧面；或者 所述的粉碎部件为棱锥体，所述的粉碎部件的迎风面为棱锥体的侧面，所述的棱锥体的顶 角面对送风方向。
9.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于在过所述的输送通 道的轴心线的截面上，所述的粉碎部件的迎风面的投影为梯形，且所述的梯形的上底正对 着送风方向，所述的梯形的顶角大于90°并小于180°，且所述的梯形的上底的宽度小于 0. 5mmο
10.根据权利要求9所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的粉碎部件为圆台，所述的粉碎部件的迎风面为所述的圆台的上底面以及侧面，所述的圆台的上底面 正对送风方向；或者所述的粉碎部件为梯形截面棱柱体，所述的梯形截面棱柱体的侧表面 形成所述的迎风面，所述的梯形截面棱柱体的侧表面中宽度最窄的一个侧表面正对送风方 向。
11.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的粉碎部件与 咖啡豆接触部分的材质为不锈钢、合金、特种陶瓷、金刚石、人造钻石中的一种。
12.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的气流喷吹装 置包括出风口与所述的输送通道相连通的风机、设置在所述的风机和粉碎装置之间的气流 咖速器。
13.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的制冷系统位 于所述的加料口的下方，所述的制冷系统包括内部装有制冷剂的冷冻箱，所述的输送通道 至少有部分浸润在冷冻箱的制冷剂中。
14.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的制冷系统包 括用于提供制冷剂的冷源以及用于将制冷剂喷洒在咖啡豆上的喷淋装置。
15.根据权利要求1所述的非研磨式咖啡豆粉碎设备，其特征在于所述的分离筛分系 统分别包括位于所述的粉碎部件下游的减速合流装置、入口与所述的减速合流装置的出口 相连通的分级机、入口与所述的分级机的出口相连通的多级旋风分离组件，所述的减速合 流装置的内腔的口径远大于所述的输送通道的内径，裹挟着经粉碎的咖啡颗粒或咖啡粉末 的气流在所述的减速合流装置内减速混合。
全文摘要
一种非研磨式咖啡豆粉碎设备，包括输送通道；加料口；制冷系统，用于对咖啡豆进行低温预处理；粉碎系统，粉碎系统包括与输送通道相连通的气流喷吹装置和设置在输送通道内部的粉碎部件，粉碎部件位于气流喷吹装置的下游并位于输送通道的中央，输送通道内的咖啡豆随气流撞击在粉碎部件的迎风面上并粉碎形成咖啡颗粒或咖啡粉末，咖啡颗粒或咖啡粉末通过输送通道与粉碎部件之间的间隙继续流向下游；分离筛分系统，用于对咖啡颗粒或咖啡粉末分类并收集。本发明采用非机械挤压和磨擦的方式粉碎咖啡豆，能够减少咖啡豆与金属部件的摩擦，从而避免因金属屑的产生而引发的污染，此外利用本发明加工的咖啡粉末还能够更好的保留咖啡豆的香味。
文档编号A23N15/00GK101904546SQ201010229309
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者李旭 申请人:苏州先阔生物科技有限公司