专利名称：改进的用于涂敷物体的回旋滚筒的设计和方法
技术领域：
本发明涉及涂敷技术的改进，具体地说是改进回旋滚筒的设计，和一种操作回旋滚筒以得到更好质量、具有较少缺陷的产品的方法。
背景技术：
回旋滚筒是用于混合和涂敷例如食品块等物体的设备零件。当回旋滚筒旋转时，被涂覆的物体或块，以及流体涂料或颗粒涂料都混合在一起。反过来，混合会促进被涂覆的块和涂料之间的接触。通常在应用液体喷射涂敷时回旋滚筒用于回旋原料产品，比如用于RTE谷物的糖浆，用于将调料粘附到片上的植物油，和用于宠物食物的基于油的香料。在这些情形下，滚筒设计和用于使原料产品在喷射下回旋，如此以致于覆盖所有原料产品的表面。分批回旋烘干机(panners)利用相同的方式来建立巧克力或糖涂层。
从操作的观点来看，希望回旋滚筒尽可能有效地制造最好质量的产品。效率由许多因素来确定，包括如何加速使物体被适当的涂覆。反过来，快速和适当的涂敷取决于被涂覆物体和涂料之间如何有效的接触，如此以致于在回转滚筒内最少的滞留时间内可以实现期望的涂敷度。另一个涉及效率的因素是多少没有涂敷的材料(要被涂覆的物体，过多涂料，或不适当的涂覆材料)从回旋滚筒离开，用于再循环或者丢弃作为废物。其它涉及效率的因素是添加多少额外的涂料到回旋滚筒内以实现期望的涂敷等级。使用额外的产品占据了回旋滚筒内大量的体积且由此降低可能的输出速率。使用额外的涂料增大了手柄循环不使用的涂敷材料的需要，且同时增大这样的可能性，即一部分用于再循环的涂覆材料可能不适合重新使用，因此产生废品。
至于质量由产品的设计来决定，即离开回旋滚筒的材料应该涂覆至适当的涂敷等级。在称为最高等级的涂敷中，不能接受欠涂覆的物体。同样，利用回旋滚筒涂覆物体产生的频繁缺陷是其中两个或更多物体接合形成多个物体粘合在一起的聚块，其中产品设计为不接合的覆盖有涂层的单个物体。
发明内容
本发明的一个方面提供了改进的回旋滚筒设计和方法来制备涂覆具有颗粒或其它固体件的物体。特别的是，回旋滚筒设计成利用滚压或回旋来最小化原料产品。可选的是，回旋滚筒在旋转时提升产品，然后产品落下至滚筒底部。这避免产品在回旋滚筒内的回旋。产品的落下驱动颗粒进入物体，从而促进了与物体的粘附，因此促进了颗粒保持在下游的过程和减少在装填和操作期间离开物体的颗粒量。
任意的适当物体(比如食品块)可以被涂覆。如果物体本身没有粘性，可在物体上预涂覆有粘性物质，例如流体、液体、或半流体涂料。该涂层在颗粒注入期间保持流体或半流体状态以提供粘性表面。
在特殊方面，食物原料物体被预涂覆具有粘性的涂层，然后涂覆颗粒。回旋滚筒的操作是用于提供一种颗粒涂覆物体的方式使颗粒接触预涂覆食品物体。例如，在一个实施例中，给松散的谷物原料球涂敷有格兰诺拉麦片。
回旋滚筒的加工设计和方法，举例来说，部分地通过如何完全将格兰诺拉麦片覆盖预涂覆食品块，如何更好的使颗粒粘附在预涂覆食品块上，减小实现期望涂敷等级的格兰诺拉麦片的额外用量，以及减少废品和再循环的格兰诺拉麦片。
本发明的方面包括改进回旋滚筒的设计和提高操作效率的处理，同时减少缺陷产品的可能性，减少再循环材料的需要，并减少实现期望涂敷程度所需的额外涂敷量。
本发明的方面提供了一种新颖的改进在要被涂覆物体和涂料之间的接触过程和接触碰撞等级的回旋滚筒的设计和方法。
另一个方面提供了一种新颖的回旋滚筒的加工设计和方法，以减小未涂层产品的频率和/或减小缺陷和不希望的聚结块的频率和/或减小再循环的和无法使用的材料量。
这些本发明的方面、特征和优点仅由本发明的优选实施例进行了示例和说明。对本领域的技术人员而言显而易见的是这些实施例仅仅是示意性的且不进行任何限制，仅作为本发明的实例。在说明书中公开的特征可以通过用于相同的、等效的或者类似目的的可选择的特征来替换，除了清楚的声明的之外。因此，众多其它改进的实施例是预期的限定在本发明范围内的和在其等效范围内的。
图1为用于给预涂敷球涂敷格兰诺拉麦片的回转滚筒实施例的示意图。
图2为具有刮板的回旋滚筒的示意图。
图3a-3b显示了选择的刮板形状。
图4为显示了使用2.7L/D滚筒时操作变量影响产品缺陷水平的柱状图。
图5为显示了使用4L/D滚筒时操作变量影响产品缺陷水平的柱状图。
图6为滚筒内平均滞留时间影响缺陷水平的线图。
对本领域的技术人员而言显而易见的是，在此公开了下面描述的一些食品物体的示例性实施例得到的益处，至少本发明的某些实施例提高或改进的明确表述适当的提供了希望品尝的外形，营养特征等等。这些以及其它本发明的方面、特征和优点或一些本发明的实施例通过本领域的技术人员由下面示例性实施例的说明进行理解。
具体实施例方式
依照本发明的方面当用于涂敷操作时改进的回旋滚筒的操作设计和导致更好的加工效率、降低浪费和需要循环来使用的材料、并且改进了产品质量的操作方法。改进的回旋滚筒设计实际上去除了大量通常与回旋滚筒有关的回旋和滚压运动量。作为替代的是，改进的设计实际上提升且然后落下滚筒内的物体。该运动生成冲击力来促使颗粒进入要被涂覆的物体表面。
本发明操作的设计和方法适用于涂敷多种类的物体，包括食品原料物体在内，例如，但是并不限于松散的谷物原料块、格兰诺拉麦片、水果块(例如，干的或半软的水果块)、挤压的或其它烘烤的或膨胀的谷粒原料芯、谷物原料片、糖果块、坚果、凝胶体、口香糖和其它甜的或可口的食品块。
这些物体通常进行预涂覆从而具有例如糖浆或脂肪原料食品涂料的粘性涂层。适当的预涂料包括但是并不限于，巧克力、调味或非调味植物油涂料、碳水化合物糖浆、白明胶溶液、蛋白质溶液和水胶质溶液。
用于涂敷物体的颗粒可以是任意类型的食用类片，包括但是并不限于水果块、挤压出的或其它膨胀颗粒原料块、挤压烘烤块(比如碎裂的甜饼块)、糖果块、坚果、凝胶体、口香糖、滚压整个谷粒(比如滚压麦片)和预涂覆滚压整个谷粒(例如糖涂覆滚压麦片)、麦麸或麦芽、整个谷粒的碎片和其它甜的或可口的食品块。通常颗粒包括谷粒或谷粒的混合物，包括但不限于格兰诺拉麦片混合物。
例如，松散的谷类原料球首先预涂覆有液体或半液体状粘性材料。然后，预涂覆球涂敷有格兰诺拉麦片颗粒。
其它非食品相关工业同样可以依照该发明的教导来用于非食品物体。
参见图1，物体沿着传送带101通过浸挂糖衣机102传输，所述浸挂糖衣机将物体预涂敷有粘性物质。预涂覆物体然后被传递至另一个传送带103。颗粒经颗粒供料器104和传送带105添加至传送带103。预涂覆物体和颗粒然后经开口端(入口)107传递至滚筒106。涂覆物体的颗粒经过相对于入口的开口端(出口)108离开滚筒。所述滚筒可以由任意合适的金属或塑料或其组合物形成。
如图2所示，滚筒106具有纵向附着在滚筒内部以在回旋滚筒旋转时提升回旋滚筒的包含物201的刮板200。包含物201包括预涂敷物体和颗粒。包含物被刮板200截留在一般由203显示的滚筒底部。包含物201在滚筒旋转时被刮板200提升且然后一般如202显示的包含物那样落下。包含物落到滚筒底部203。对滚筒表面的冲击促使颗粒进入预涂敷物体并进一步打破了任何已经形成的聚块。滚筒的旋转持续提升和落下的循环过程。滚筒的一个向下角度为产品提供从滚筒入口到出口的通过的动量。
回旋滚筒的设计和操作参数是可调的，用来提升涂敷效率和使缺陷产品减到最少。这些变量包括滚筒容量，长度直径比，刮板设计(高度和间距)，滚筒操作温度，滚筒转速和角度，材料结构。
通过本发明的设计，物体和颗粒之间的接触和冲击程度可以增大，降低实现彻底的格兰诺拉麦片涂敷所需的额外的格兰诺拉麦片的量。在混合期间在回旋滚筒内的冲击力减小了缺陷聚结块的数目。
长度(L)和直径(D)显示在图1中。示例性滚筒尺寸包括具有1英尺直径和4英尺长度的滚筒，和具有1.5英尺直径和4英尺长度的滚筒。本领域的普通技术人员可以理解一般这些尺寸表示的是L/D值(长度直径比)。在此，L/D值为4和2.7。通常本发明适用的L/D范围为从大致1到大致10。示例性L/D范围包括从大约3到大约5。如果需要，所述L/D值可以用于按比例缩小或放大回旋滚筒的大小。例如，根据滚筒是用于实验室还是生产中，D可以在1和5英尺之间。
下表显示了具有不同直径和长度的滚筒得到的表面区域和容量。
滚筒角度限定为一个以水平方向为基准滚筒从入口朝出口向下倾斜的角度。该角度在图1内显示为Φ。该角度通常小于20，典型的小于5，虽然，本发明具有滚筒和刮板，角度可以减小至小于3，至最小为0。如果需要，角度可以大于4，大于10，和差不多为20度。
刮板宽度(w)(见图2)将取决于被涂覆物体的大小。例如，用于处理具有1/2英寸直径的形状为球的物体的滚筒具有的刮板宽度通常大于大约1/4英寸。也就是说，1/4英寸刮板通常足够提升具有1/2英寸直径的球，但可以调节以适合特定物体的尺寸和特性。例如，刮板宽度在1英尺直径滚筒内通常为1/4英寸至2英寸，相对于具有1/2英寸直径的球。本领域的普通技术人员可以理解如何调节刮板宽度来用于不同类型的球。刮板宽度取决于例如球的尺寸和形状，和球具有怎样的粘性或光滑表面，和在任意的瞬间有多少产品被保持在滚筒内。理论上，刮板宽度不超过滚筒直径的1/2。通常，刮板宽度小于滚筒直径的1/6。例如，合适的刮板宽度为大约滚筒直径的1/12。
图2内，刮板200的是形状直的且固定垂直于滚筒的壁，但是它也可以以不同的角度附着到滚筒，或由多个角度组成。刮板200也可以设计成具有很小的螺旋角度以提供附加的动量来将产品从滚筒入口移动到出口。例如，刮板可以在滚筒顶部入口开始，形成螺旋弯曲通过滚筒，到滚筒顶部的出口结束。如果使用螺旋刮板，滚筒角度可以减小到最低或者为零，因为螺旋刮板同时提供一种推动颗粒和物体通过滚筒的向前运动。刮板200同样可以中断或作为非连续的零件只要它被设计为提升和落下包含物201同时最小化滚压和回转包含物201时。
如图3a所示，刮板可以弯曲来铲挖物体和颗粒。可选择地，如图3b所示，刮板的纵向内边缘可以弯曲，形成诸如U或V形，以便同样铲挖物体和颗粒。当应用铲挖形状的设计，物体和颗粒将在滚筒内落下前传送到更高。附着在滚筒上的刮板设计和刮板的数量都是现有技术所公知的。
滚筒形状通常为圆筒形，但也可以使用其他现有技术公知的形状。例如，滚筒可以形成一个旋转盒。刮板可以附着在旋转盒的侧壁上来实现类似于圆筒状滚筒的功效。此外，具有刮板的分批回旋烘干机通常用来给待涂覆物体涂覆颗粒，分批回旋烘干机通常为圆筒状滚筒但仅有一个开口来添加和移除滚筒的包含物。回转滚筒连续操作，而分批回旋烘干机分批操作。在每一批的端部，包含物必须从分批回旋烘干机内移除，诸如通过倾斜所述滚筒来卸出包含物。
其它由本发明教导的特征包括滚筒的旋转速度，物体在滚筒内的滞留时间(依次确定物体在滚筒内混合时被提升和落下的次数)，和刮板数量。取决于产品的性质(被涂敷的物体和涂敷材料)，在滚筒内混合导致物体被刮板提升，且然后落入滚筒底部。提升和落下导致了物体落到其它物体内的冲击和滚筒内颗粒的松散。在物体和颗粒(例如球和格兰诺拉麦片)之间的接触冲击导致提高了涂敷效率。因为物体落入颗粒中，很大可能的是一些颗粒更加粘住预涂覆物体，且得到增大覆盖的结果。额外的好处是实现期望等级的涂敷只需要较少的额外颗粒。此外，在物体之间的接触冲击将帮助打破不希望的聚结。
物体和颗粒在滚筒内保持足够的时间来得到对物体的期望涂敷。通常，花费在滚筒内的时间至少为15秒，典型的至少为30秒，例如30秒至5分钟。
比需要涂敷在物体上的颗粒的更多的额外量将被添加至滚筒。通常，对应1份需要涂敷在物体上的颗粒，需要添加2-5份的颗粒，典型的是对于1份所需要的颗粒需添加3份颗粒。在完全涂敷后，额外的颗粒进行循环。例如如果涂敷在物体(碎片)上需要100磅颗粒，则添加300磅颗粒。这种过量保证物体完全被颗粒涂覆。
实施例因为本发明的非限制的实施例，当滚筒具有3个刮板以及滚筒以大约20转/分旋转时能实现期望的结果，它反过来又会导致物体球和颗粒以大约60次每分的速度提升和落下和物体通过滚筒平均需要一分钟。由于回旋滚筒是连续混合装置，一些物体将在较少的时间内通过和一些将以较多的时间通过(即，在滞留时间范围内，一些物体比平均滞留时间更快的通过，和一些物体比平均滞留时间更慢的通过)。本领域的普通技术人员可以从本发明的引导和教导中理解如何调节滚筒设计和加工情况来导致调节滞留时间的范围，由此即使那些比平均滞留时间更快的通过滚筒的物体能经历适当数量的提升和落下来得到适当的涂敷量。落下的最大数量通常由物体和颗粒抵抗破碎的能力来限定。
实施例1测试显示出使用2.7L/D滚筒时操作变量影响产品缺陷水平的结果。产品缺陷包括不希望的多个或聚结块的发生率。这种结果显示在图4的柱状图中。柱状图所显示的控制缺陷(不希望的聚合或聚结块发生率)的调节变量为滚筒转速和滚筒角度。被公开的是，使用具有刮板的滚筒，通过降低螺旋转速或减少滚筒角度实现产品缺陷水平的改进。下面的观察仅仅示例性的表示了这些变量如何被调节，且本领域的普通技术人员能够利用这些观测来适当的设计和调节操作情况从而用于其它的使用。在该实施例中，物体为松散的球状谷物且颗粒为格兰诺拉麦片。
·比较变量#1和#2，滚筒转速从24减少到16，在这种情况下缺陷从11.9％下降到4.0％。
·比较变量#2和#3，滚筒角度从3.3度降到1.1度。缺陷等级从4.0％下降到0.8％。滚筒角度限定为以水平方向为基准滚筒从入口向出口的倾斜角度。
·比较所有三个变量，缺陷水平与平均滞留时间(产品从入口到出口逗留在回转滚筒内的平均时间)成反比。
·在该实施例中，当同时减少滚筒角度和减少滚筒转速时得到最小的缺陷等级。
·同样显示在图中，在右边联合了滚筒角度和滚筒速度(变量#4)，格兰诺拉麦片的速度从3.2磅/分降低到2.2磅/分，没有对产品缺陷率产生相反的影响。这说明了本发明中降低格兰诺拉麦片的速度没有作用。
实施例2
测试显示出使用4L/D滚筒时处理变量影响产品缺陷水平的结果。结果显示在图5的柱状图中。相似于2.7L/D滚筒的结果，减少滚筒角度降低了缺陷水平。4L/D滚筒得到了至少同样良好(如果不是更好)的缺陷水平。
·比较变量#1和#2，滚筒转速等于22转/分和15转/分时一样好。
·比较变量#2和#3，滚筒角度从1.1度升到3.3度。缺陷水平从0.0％上升到1.5％。
·具有1英尺直径和4英尺长度(4L/D)的滚筒尺寸生产出卓越的0.0％的缺陷水平。
图6显示了产品在滚筒中滞留时间的影响。调节产品滞留时间能控制缺陷(不希望的聚合或聚结块发生率)。例如，图6显示了减少平均滞留时间少于20秒导致缺陷等级上升到10％以上。
实施例3涂敷产品由满载生产率生产。用于该实施例的滚筒尺寸为2.5英尺直径和10英尺长度。结果显示在下表中。
回转滚筒操作情况满载生产率的目标处理情况
由此，本发明的方面包括用颗粒进行涂敷物体的装置，所述装置包括一绕滚筒旋转轴线支撑旋转的滚筒，所述滚筒包括至少一个入口，长度(L)和直径(D)，所述滚筒包括至少一个轴向附着在滚筒内壁的刮板；其中当滚筒旋转时，每个刮板提升且然后落下物体和颗粒，这样落下物体和颗粒的冲击驱动颗粒进入物体。滚筒可以包括至少2至20个刮板且刮板可以间隔开0.3至2.0英尺。每个刮板可以具有小于回转滚筒直径的1/6的宽度且宽度至少为被涂敷物体宽度的1/2。滚筒L/D比率为1至10，通常为3至5。滚筒以水平方向为基准从入口到出口向下倾斜的角度小于20度，例如小于5度。滚筒的形状可以为圆筒形。刮板可以为扁平状，可以形成槽状来铲挖物体和颗粒或者可以为螺旋状。
上面参考附图进行的讨论不作为对本发明示教的实施例的限制。这些本发明的方面、特征和优点仅仅为示例性的和对本发明的优选实施例进行说明。对本领域的技术人员而言显而易见的是这些实施例仅仅是示意性的且不进行限制，仅仅作为本发明的实例。在本说明书中公开的所有特征可以通过用于相同的、等效的或者类似目的的可选择的特征来替换，除了清楚地声明的之外。因此，众多其它改进的实施例是预期的作为限定在本发明范围内的和在其等效范围内的。
权利要求
1.一种用颗粒浸渗物体表面的方法，包括a.可选择地，将液体或半流体粘合剂施加至物体上以形成预涂覆物体；b.将物体和颗粒添加至具有至少一个入口、长度(L)和直径(D)的可旋转的滚筒中，所述滚筒包括至少一个刮板；和c.旋转所述滚筒，其中每个刮板提升然后落下物体和颗粒，其中，落下的物体和颗粒的冲击驱使颗粒进入物体或进入预涂覆物体的涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于滚筒包括2至20个刮板。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于滚筒包括8至12个刮板。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于滚筒刮板在滚筒圆周上间隔开0.3至2.0英尺。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于滚筒刮板在滚筒圆周上间隔开大约0.6至大约1英尺。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于每个刮板具有小于滚筒的1/6直径的宽度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于每个刮板具有至少物体的1/2宽度的宽度。
8.如权利要求1所述的方法进一步包括以大约为70转/分或更少的速度旋转滚筒。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述速度大约为30转/分更少。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于L/D比率为1至10。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于L/D比率为3至5。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于滚筒以水平方向为基准从入口向出口向下倾斜的角度小于20度。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述角度小于5度。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于物体和颗粒在滚筒内保持至少15秒。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于涂敷物体所需的颗粒和添加至滚筒内的全部颗粒的重量比为1∶2-5。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于额外的颗粒被再循环利用。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于物体被预涂敷且在预涂敷物体上的粘合剂保持流体或半流体状态。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于刮板为扁平状。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于刮板形成槽状以便铲挖物体和颗粒。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于刮板为螺旋状。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于颗粒为格兰诺拉麦片颗粒。
22.通过权利要求1所述方法制备的颗粒涂敷物体。
全文摘要
一种用颗粒浸渗物体表面的方法包括可选择的，将液体或半流体粘合剂施加至物体上以形成预涂覆物体；将物体和颗粒添加至具有至少一个入口、长度(L)和直径(D)的可旋转的滚筒中，所述滚筒包括至少一个刮板；旋转所述滚筒，其中每个刮板提升然后落下物体和颗粒，其中，落下的物体和颗粒的冲击驱动颗粒进入物体或进入预涂覆物体的涂层。
文档编号A23G9/24GK101057624SQ200710109708
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月7日
发明者加里·穆尔, 贾里尔·阿布－阿里 申请人:桂格燕麦公司