一种智能化红茶发酵设备的制作方法

本发明涉及一种智能化红茶发酵设备，属于茶叶加工机械技术领域。

背景技术：

红茶制作通常包括鲜叶萎凋、揉捻、发酵、干燥和提香等工序。发酵是很关键的步骤，只有发酵适度，发酵叶中茶黄素(TF)与茶红素(TR)含量丰富、比例适中，发酵过程中香气成分大量增加，才会出现清鲜花香或水果香气，才能加工出高品质的红茶。传统发酵工序是将揉捻好的茶叶摊放在专用房间的地上，或将茶叶堆放在器具里再迭放到专用的箱体里，在自然环境下或在给定的温湿环境下使茶叶发酵，一般春季发酵时间6～8h、夏季3～4h，发酵时间和程度由人工凭经验掌握，并且在发酵过程中还需要人工对茶叶进行翻动。这种方法费时费力效率低。

近年来，红茶发酵的各种机械设备已经有了很大改进。公开日为2016年08月24日、公开号为CN 205492429U的专利文件公开了一种智能红茶发酵机，包括主机外壳、传送皮带、出口控制阀、湿度检测装置、加热除湿装置、水汽雾化装置、换气扇叶和茶叶入口阀门，茶叶入口阀门安装在茶叶入口漏斗上，传送皮带安装在智能控制传动轮上，湿度检测装置安装在主机外壳的内部右下方，主机外壳的右下方设置有茶叶出口，出口控制阀安装在茶叶出口上，主机外壳的下方设置有控制面板，温度检测装置、智能控制传动轮、电机、湿度检测装置、加热除湿装置、水汽雾化装置和换气电机均与控制面板电性连接。该设备操作安全方便，通过温度检测装置可以实时监控机体内部温度，实现红茶发酵温度的控制，通过传送履带可以将茶叶匀速的送出。但无法在线监测发酵过程发酵叶颜色的变化和香气的变化。

公开日为2016年08月10日、公开号为CN 205431903U的专利文件公开了一种内循环式红茶发酵机，包括发酵室和配气装置，以及用于控制所述配气装置工作的控制模块，其中在所述发酵室内设有用于带动发酵室内气体循环流动的气体循环装置，在发酵室外设有用于向发酵室内提供氧气的供氧装置，供氧装置与控制模块连接，设置的供氧装置保证了在发酵过程中发酵室内氧气浓度的恒定，同时设置的气体循环装置，增加了发酵室内气体的流通，使得发酵室内的湿度、温度，以及氧气能够均匀的分布在发酵室内，极大的提升了红茶发酵的品质。但该设备发酵过程茶叶是静止的，不能够实现连续化。

公开日为2015年02月11日、公开号为CN 204146240U的专利文件公开了一种智能控制高压红茶快速发酵机，包括箱体，箱体上连接有进气管和出气管，箱体内设有氧气浓度传感器、气压传感器、CCD传感器、温度传感器、湿度传感器，箱体外设有控制器，氧气浓度传感器、气压传感器、CCD传感器、温度传感器、湿度传感器与控制器连接。该设备能够加快红茶的发酵过程，实现红茶快速发酵的效果，能够准确判别红茶的发酵程度，使得红茶的质量提高。但是该设备发酵过程叶是静止的，不能够实现连续化。

公开日为2014年03月12日、公开号为CN 203467587U的专利文件公开了一种连续化红茶发酵机，包括箱体和设置在该箱体内腔中的多层回转式输送网带，多层回转式输送网带的层间具有间隙腔，在多层回转式输送网带的外围具有空腔；箱体的顶部设有进茶口和排气窗，多层输送网带的顶层输送网带的一侧正好位于所述进茶口的正下方，多层输送网带的底层输送网带的回转未端与出茶口相适配；箱体内腔中，在每层输送网带的回转处设有毛刷，在每层输送网带的间隙腔内均设有风扇，在底部设有风循环组件；在箱体的外侧壁上，设有电控装置和汽循环组件，汽循环组件由增湿器、温水器和进汽管构成，进汽管与所述箱体的内腔相连通。本机程序化控制，具有连续化作业的优点。但该设备也无法在线监测发酵过程发酵叶颜色的变化和香气的变化。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种智能化红茶发酵设备，集连续化生产、温湿度自动调控、动态供氧、在线监测茶叶颜色变化和茶叶发酵香气变化等功能于一体，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种智能化红茶发酵设备，包括发酵箱体、设置在该箱体内腔中的多层回转式传输带，以及用于控制发酵设备工作的控制器，在发酵箱体上部设有进料口，其中多层回转式传输带的顶层传输带的一侧位于所述进料口的下方，在发酵箱体下部设有出料口，其中多层回转式传输带的底层传输带的末端与所述出料口相适配，在所述多层回转式传输带的层间具有间隙腔，在所述间隙腔内设有分层供氧气及氧气浓度监控装置、分层雾化加湿及湿度监控装置、分层加热及红外线温度监控装置、分层视觉颜色监测装置、香气气味监测装置，其中分层供氧气及氧气浓度监控装置、分层雾化加湿及湿度监控装置、分层加热及红外线温度监控装置、分层视觉颜色监测装置、香气气味监测装置均分别与控制器导线连接。

所述分层供氧气及氧气浓度监控装置包括安装在间隙腔侧壁的用于检测间隙腔内氧气浓度的氧气浓度传感器、和设置于发酵箱体外的用于向间隙腔内提供氧气的供氧装置，氧气浓度传感器与控制器连接，控制器与供氧装置导线连接。采用分层供氧气，这样可以根据茶叶发酵过程需要的氧气量是动态变化情况而提供氧气量，即在发酵开始阶段需要高浓度(≥90％)的氧气、发酵中期阶段需要中等浓度的氧气，在茶叶刚进入输送传输带的时候，供应高浓度的氧气，并根据茶叶发酵过程各个阶段各层氧气浓度监测数据实时调整供给氧气浓度。这样利于茶叶中多酚类的氧化及其氧化聚合物茶黄素(TF)、茶红素(TR)的生成，以及茶黄素和茶红素含量的增加，提高红茶内含物的含量和品质。

所述分层雾化加湿及湿度监控装置包括安装在间隙腔侧壁的用于检测间隙腔内湿度的湿度传感器、和设置于发酵箱体外的用于向间隙腔内提供雾化湿气的雾化加湿装置，湿度传感器与控制器连接，控制器与雾化加湿装置导线连接，这样便于对各间隙层湿度进行实时监测和调控。

所述分层加热及红外线温度监控装置包括安装在间隙腔侧壁的用于检测间隙腔内温度的红外线温度测温仪、和安装在间隙腔内用于加热的加热元件，红外线温度测温仪与控制器连接，控制器与加热元件导线连接，这样便于对各间隙层温度进行实时监测和调控。

所述分层视觉颜色监测装置包括安装在间隙腔内用于检测红茶颜色的视觉颜色传感器，该视觉颜色传感器与控制器导线连接。这样可以实时监测红茶发酵过程中发酵叶的颜色由青绿、黄绿、黄、黄红、红、紫红到暗红等动态变化的过程，如果发酵叶达到设定的黄红色(对应的RGB值)，即发酵叶发酵程度适中，完成发酵，该层发酵叶在传动输送控制系统的控制下迅速输送到发酵设备的出口位置，该发酵叶发酵结束，实现对该层加工茶叶的颜色的实时监测。

所述香气气味监测装置包括安装在间隙腔内用于对茶叶香气气味进行检测的香气气味传感器，该香气气味传感器与控制器导线连接。这样可以实时监测发酵过程发酵叶香气的变化由清香、花香、果香等动态变化的过程，如果发酵叶香气达到花香或果香，该发酵叶发酵程度适中，该层发酵叶在传动输送控制系统的控制下迅速输送到发酵设备的出口位置，该发酵叶发酵结束。实现对即将发酵结束的茶叶香气气味进行实时监测。

在所述发酵箱体的一对角处安装有用于实现空气循环对流的风扇。

在所述发酵箱体的底部一侧设有排水管。

在所述发酵箱体一侧面安装有透明的观察窗口，有利于人的视觉直接观察发酵叶的真实情况。

所述多层回转式传输带的每层传输带由安装于传输带两端的传动轴，以及与其中一端传动轴连接的蜗杆涡轮减速电机驱动，且该蜗杆涡轮减速电动机与控制器连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：其一，本发明红茶发酵过程连续化、自动化程度高。其二，本发明红茶发酵温度均匀、湿度均匀，发酵时间短，发酵工作效率高。其三：本发明可根据茶叶发酵过程需要的氧气量动态变化而自动供给氧气量，利于茶叶中多酚类的氧化及其氧化聚合物茶黄素(TF)、茶红素(TR)的生成，以及茶黄素和茶红素含量的增加，提高红茶内含物的含量和品质。其四：本发明红茶发酵过程中对发酵叶的颜色由青绿、黄绿、黄、黄红、红、紫红到暗红等动态变化的过程以及发酵叶香气的变化由清香、花香、果香等动态变化的过程可以实现颜色和香气的实时监测。其五：本发明可以对红茶整个发酵过程各层发酵叶温度、发酵环境湿度、发酵环境氧气浓度、发酵叶颜色变化、发酵叶香气气味、传输带传输速度分别实时监测和控制，证生产出高品质的红茶。其六：本发明的发酵时间短、连续化、自动化、智能化程度非常高，保证了红茶发酵的品质。

附图说明

图1是本发明智能化红茶发酵设备的一种主视结构示意图；

图2是本发明智能化红茶发酵设备的另一种主视结构示意图；

图3是本发明智能化红茶发酵设备的一种后视结构示意图；

图4是本发明智能化红茶发酵设备的分层供氧气及雾化加湿装置的一种俯视结构示意图；

图5是本发明智能化红茶发酵设备的加热元件的一种俯视结构示意图；

图中：1.发酵箱体，2.进料口，3.观察窗口，4.排水管，5.万向双刹脚轮，6.出料口，7.集成供给板，8.视觉颜色传感器，9.多层回转式传输带，10.加热元件，11.输送带侧面托板，12.湿度传感器，13.风扇，14.香气气味传感器，15.雾化加湿供给管，151.雾化加湿供给支管，152.加湿喷嘴，16.氧气供给管，161.氧气供给支管，162.氧气供给微孔，17.红外线温度测温仪，18.氧气浓度传感器，19.蜗杆涡轮减速电动机，20.挡料板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明一种智能化红茶发酵设备，包括发酵箱体1、设置在该箱体内腔中的多层回转式传输带9，用于控制发酵设备工作的控制器，分层供氧气及氧气浓度监控装置，分层雾化加湿及湿度监控装置，分层加热及红外线温度监控装置，分层视觉颜色监测装置，香气气味监测装置，其中分层供氧气及氧气浓度监控装置、分层雾化加湿及湿度监控装置、分层加热及红外线温度监控装置、分层视觉颜色监测装置、香气气味监测装置的控制端口均分别与控制器导线连接。

在发酵箱体1上部设有进料口2，其中多层回转式传输带9的顶层传输带的一侧位于所述进料口2的下方，在发酵箱体1下部设有出料口6，其中多层回转式传输带9的底层传输带的末端与所述出料口6相适配，在所述多层回转式传输带9的层间具有间隙腔，在发酵箱体1的一对角处安装有用于实现空气循环对流的、防水带温控的风扇13，在发酵箱体1的底部一侧设有排水管4，该排水管4与布置在发酵箱体1下面的用于收集多余水蒸气的长方体敞口容器连接，在发酵箱体1一侧面安装有透明的观察窗口3，观察窗口3安装有经过纳米玻璃驱水镀晶的透明无色钢化玻璃，这样经过纳米玻璃驱水镀晶的透明无色钢化玻璃，纳米玻璃驱水分子能渗透到玻璃缝隙，并且可以填充缝隙使玻璃变的非常顺滑，即使在温度高、湿度非常大(RH≥95％)的环境下,也不会有水蒸气或水滴凝结在透明无色钢化玻璃，这样有利于人的视觉直接观察发酵叶的真实情况。

分层供氧气及氧气浓度监控装置包括安装在间隙腔内输送带侧面托板11的用于检测间隙腔内氧气浓度的氧气浓度传感器18、和设置于发酵箱体1外的用于向间隙腔内提供氧气的供氧装置，氧气浓度传感器18与控制器连接，控制器与供氧装置导线连接，其中供氧装置包括设置在发酵箱体1外的制氧机，以及设置在发酵箱体1内的供氧供给管，氧气供给支管161和氧气供给微孔162，制氧机通过供氧供给管与氧气供给支管161连通，在氧气供给支管161上布置有多个氧气供给微孔162，制氧机的控制端口与控制器连接。

分层雾化加湿及湿度监控装置包括安装在间隙腔内输送带侧面托板11的用于检测间隙腔内湿度的湿度传感器12、和设置于发酵箱体1外的用于向间隙腔内提供雾化湿气的雾化加湿装置，湿度传感器12与控制器连接，控制器与雾化加湿装置导线连接，其中雾化加湿装置包括置在发酵箱体1外的加湿器，以及设置在发酵箱体1内的雾化加湿供给管15，雾化加湿供给支管151和加湿喷嘴152，加湿器通过雾化加湿供给管15与雾化加湿供给支管151连通，在雾化加湿供给支管151上布置有多个加湿喷嘴152，加湿器的控制端口与控制器连接。

分层加热及红外线温度监控装置包括安装在间隙腔内输送带侧面托板11的用于检测间隙腔内温度的红外线温度测温仪17、和安装在间隙腔内用于加热的加热元件10，红外线温度测温仪17与控制器连接，控制器与加热元件10导线连接，其中加热元件10为安装在每个输送带中间位置的与传输带面积相近的PTC碳晶加热板，采用与传输带面积相近的PTC碳晶加热板，一方面可以是发酵叶升温的速度更快、受热均匀、自动恒温，另一方面可以使输入的电能超过69％转变成热能和超过30％的远红外辐射能、吸收的热量更充足。

分层视觉颜色监测装置包括安装在间隙腔内输送带侧面托板11用于检测红茶颜色的视觉颜色传感器8，该视觉颜色传感器8与控制器导线连接。

香气气味监测装置包括安装在间隙腔内输送带侧面托板11用于对茶叶香气气味进行检测的香气气味传感器14，该香气气味传感器14与控制器导线连接。为了节约成本，可只在后两个间隙腔内安装。

多层回转式传输带9的每层传输带由安装于传输带两端的传动轴，以及与其中一端传动轴连接的蜗杆涡轮减速电动机19驱动，该端传动轴与蜗杆涡轮减速电动机19的联轴器连接，蜗杆涡轮减速电动机19的控制端口与控制器连接。在多层回转式传输带9的最高传输带与最低传输带中间包含奇数(2n+1，n≥1)个输送传输带。为了防止发酵茶叶在传输过程中掉出，在每两层传输带之间的端部设置有挡料板20。

另外，为了便于移动，可在本发酵设备的底面四角处安装万向双刹脚轮5。可将供氧装置的供氧供给管、氧气供给支管161，和雾化加湿装置的雾化加湿供给管15、雾化加湿供给支管151安装在同一集成供给板7上，以实现每个输送传输带能够获得均匀的氧气量和水蒸气雾化量，并实现供氧和雾化供给区域的高效、综合利用。

本发明中的控制器采用PLC控制系统，另外，为了便于操作控制，可外接与控制器连接的触摸屏。

通过触摸屏实现对2n+1(n≥1))个蜗杆涡轮减速电动机19、供氧装置、氧气浓度传感器18、雾化加湿装置、湿度传感器12、加热元件10、红外线温度测温仪17、视觉颜色传感器8以及两个香气气味传感器14和两个风扇13的参数设置、调整及显示；通过PLC控制系统实现对2n+1(n≥1))个蜗杆涡轮减速电动机19、变频器、氧气供给装置、氧气浓度传感器18、雾化加湿装置、外置湿度传感器12、PTC碳晶加热板、红外线温度测温仪17、视觉颜色传感器8以及两个香气气味传感器14和两个智能风扇13等自动化、连续化、智能化控制。

工作原理：在事先已经设置好氧气浓度、湿度、温度等相关参数情况下，叶从进料口2进入最高层输送带，在输送带两端传动轴的驱动下继续向前移动，刚开始阶段茶叶发酵需要高浓度(≥90％)的氧气，就在最高层设置氧气供给装置提供高浓度的氧气，这样有利于发酵茶叶中多酚类的氧化及其氧化聚合物茶黄素(TF)、茶红素(TR)的生成，以及茶黄素和茶红素含量的增加，提高红茶内含物的含量和品质；通过各层雾化加湿装置及湿度传感器12分别控制各层的茶叶发酵湿度，通过各层加热元件10和红外线温度测温仪17分别控制各层的茶叶发酵的温度，通过各层视觉颜色传感器8实时监测红茶发酵过程中发酵叶的颜色由青绿、黄绿、黄、黄红、红、紫红到暗红等动态变化的过程，如果发酵叶达到设定的黄红色(对应的RGB值)，即发酵叶发酵程度适中，完成发酵，该层发酵叶在传动输送控制系统的控制下迅速输送到发酵设备的出茶口位置，该发酵叶发酵结束。通过最低层输送带和倒数第二层输送带安装香气气味传感器14，实时监测发酵过程发酵叶香气的变化由清香、花香、果香等动态变化的过程，如果发酵叶香气达到花香或果香，该发酵叶发酵程度适中，该层发酵叶在传动输送控制系统的控制下迅速输送到发酵设备的出料口6位置，该发酵叶发酵结束。这样，经过40min～60min发酵茶叶，得到高茶黄素(TF)和茶红素(TR)含量且两者比例适中的高品质的红茶，并且整个茶叶发酵过程各层发酵叶温度、发酵环境湿度、发酵环境氧气浓度、发酵叶颜色变化、发酵叶香气气味、传输带传输速度分别实时监测和控制，该发明时间短、连续化和自动化程度高，真正实现红茶发酵智能化加工。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。