专利名称：提取设备和方法
本申请是于1999年3月4日提交的序号为No.09/262560的未决申请的部分继续申请。
本发明涉及提取和干燥设备。
在美国专利No.5572923、5170697和4776104(该专利的内容在此引入作为参考)中公开的设备包括用于从例如麦芽、大豆等物料中提取有效成分的提取系统。这种设备包括一个粉状微粒产生罐，该粉状微粒产生罐包括用于将水箱加热到预定温度所用的装置以及一个用于使水雾化或喷雾的装置；一个与粉状微粒产生罐相连的提取装置，该提取装置装有一个原材料层以便当粉状微粒经过该原材料层时使得原材料中的有效成分粘附到粉状微粒上；一个与提取装置相连的冷凝装置，以便使已经经过的且已从原材料层中提取出有效成分的粉状微粒液化；一个贮存罐，在冷凝装置处液化的水被排空到该贮存罐中；一个设置在贮存罐和粉状微粒产生罐之间的路径中的鼓风机，以便降低提取装置中原材料层的压力；以及一个用于对冷凝装置和贮存罐进行冷却的冷却装置。
特别是从包括希望降低全球变暖等的环境因素方面考虑，希望提高这种设备的提取和干燥效率。另外，希望简化该设备的操作、节省最终使用者的时间和人力。
本发明已经解决了现有技术的问题，本发明提供了一种用于从原材料中有效回收成分的加热、提取和冷凝系统及方法。冷凝器是一个具有一个或多个冷却叶片等的壳体，该冷却叶片由一个或多个热电冷却器来冷却。多个冷凝器可以串联使用以便提高设备的效率。
图1是本发明提取设备的透视图；图2是本发明提取设备的内部结构的后部透视图；图3是本发明提取设备的内部结构的前视图；图4是本发明提取设备的冷凝部分的剖视图；图5是本发明提取设备的冷凝部分的顶视图；图6是本发明提取设备的内部结构的后部透视图；以及图7是按照本发明另一个实施方案的设备的内部结构的前视图。
在下文中，将参照附图更加详细地描述本发明的一个优选实施方案。图1示出根据本发明一个实施方案的提取设备的外壳体。冷凝物被配送到一个具有手柄12的杯子或其它容器33中。提供控制以便自动调节各个工艺参数。例如，设置了计时器5以便设定用以提取的预定时间。还示出了一个启动按钮6，例如为各个LED显示器7a、7b和7c，以便指示出例如容器液体水位(如一个低水位报警灯)、加热器状态和鼓风机状态等参数。加热器和鼓风机也可以手动启动。
下面参照图2和3，标号1是一个在其内具有液体储箱、优选为水箱的壳体或容器。容器1优选由不锈钢制造。容器1的尺寸不受到特别的限制，在图示的提取实施方案中，该容器1的尺寸大体取决于所使用的原材料量以及所希望的有效成分提取率。容器1包括将储箱加热的装置，该装置不受到特别的限定，并且可以包括一个电热元件或线圈、一个UV或IR加热元件、一个燃烧器等。加热装置必须足以将容器1中的液体加热到使其汽化所需的温度。容器1中受到加热器作用的液体表面积越大，该设备的效率越高。加热器可以连接于一个测量计，以便使操作者能够规定所需的液体温度，并且该加热器可以连接于一个开关以便对其进行启动。加热装置可以位于容器1的内部或外部。在图示的实施方案中，加热装置是一个位于容器1下方的电线圈。装置(未示出)可以选择性地设置成与容器1相关连，以便产生水的粉状微粒或雾。合适的装置包括超声波产生装置，它包括一组或多组(取决于罐的尺寸)设置在容器1底部的振动器，每个振动器能够使水雾化并产生雾。用于家用超声波加湿器中的常规超声波发生器是合适的。也可采用离心雾化装置。
容器1通过管路P等与提取装置2以流体方式连通，以便从容器内盛装的原材料中提取有效的成分。提取装置2包括优选由不锈钢制造的第一外缸体2a和第二外缸体2b，该外缸体围绕着盛装原材料S的杯子等设置。缸体2a、2b中的一个或这两个可以是弹簧卡装的，以便有利于卸除(和装上)杯子。用于在提取操作过程中检测温度的温度传感器(未示出)可以在例如外缸体2a的底侧固定于提取装置。优选地，提取装置2盛装着粉碎状态的原材料，从而可以获得用于提取的最大表面积。提取装置2通过管路P2与冷凝装置3以流体方式连通。
参照图4和图5，冷凝装置3包括一个可以由塑料制成的壳体，该壳体内具有一个或多个优选为所示叶片形状的间隔开的冷却表面4a-4n。这些冷却表面4a-4n可以由任何导热的材料、优选为金属、最优选为铝制成。冷却表面4a-4n优选延伸穿过壳体3的大部分，如下所述在壳体3中形成了与进入的物料相接触的扩展表面积。间隔开的表面4a-4n的数量将取决于冷凝装置壳体3的尺寸以及所需的最佳冷凝速率。优选的，如图所示，冷却表面4a-4n朝向其自由端渐薄。在优选的实施方案中，冷却表面4a-4n包括一个共同延伸的隔板5以便将冷凝装置壳体分隔成两个独立的隔室或区域；一个隔室用于进入物料的流动，另一个隔室用于未被冷凝装置3冷凝的流出物料的再循环流动。更具体地说，从管子P2流入的物料向下流动(根据图2所示设备的定向)到第一隔室中，在此第一隔室中该物料与设置在其内的冷却表面4a-4n接触。然后，任何未被冷凝的物料都会从该第一隔室进入到冷凝腔室30中的第二隔室，，然后向上流动(也参照图2所示设备的定向而言)经过第二隔室，其中在该第二隔室中该物料与设置在其内的冷却表面4a-4n接触，在该冷凝腔室30处这两个隔室相连通。在第二隔室中未被冷凝的任何物料流出管子P3并通过鼓风机8回收到容器1中。
冷却表面4a-4n的冷却是通过在工业中常用的一个或多个热电冷却器实现的。简单地说，热电冷却器是固态热泵，从而流经冷却器的直流(DC)电流产生热传递，产生冷侧和热侧。热电冷却器20被设置成例如通过使用导热油脂等与冷却表面4a-4n形成导热关系。冷却器20被设置成使其冷却侧冷却冷却表面4a-4n。根据所需的冷却，可以采用包含多个热电冷却器20的模块化设计。优选地，还将一个散热器21设置成与热电冷却器20形成导热关系，以便从其散热。如图所示，可以采用一个邻近于散热器21设置的风扇22，以便增强散热。
令人惊讶的是，本发明人已经发现，如果冷却表面4a-4n的温度在3℃至60℃之间、更优选在10℃至30℃之间，则由包括热电冷却器20的冷凝装置3所产生的冷凝量是最优的。此范围下限的温度需要多个热电冷却器，因此需要更大的散热器、更高的风扇功率和用于带动冷却器和风扇的更大的电力。
由冷凝装置中的冷却所产生的冷凝物流入冷凝腔室30，该冷凝腔室30位于冷凝装置3的下端、处在冷却表面4a-4n终止的那一点的下面。冷凝物从冷凝腔室30流入排放管31，该排放管将物料引入例如杯子31(图1)等提取贮存箱且收集在其中。未被冷凝的任何蒸汽通过管路P3和鼓风机8被回收到容器1中以便进一步加工(图6)。
设置了优选为风扇或鼓风机形式的至少一个或多个空气循环或驱动装置。鼓风机8的尺寸应当足以降低压力并形成流经系统的流动。降低的压力应该处在约5至500mmH2O的范围内。已经发现一个常规的家用真空吸尘器风扇是有效的。
图7示出本发明的另一个实施方案。容器1′是一个例如在前面实施方案中所述的用于液体、优选为水的储箱。容器1′包括用于加热储箱的装置，该装置不受到特别的限制，如前所述，它可以包括一个电热元件或线圈、一个UV或IR加热元件、一个燃烧器等。加热装置必须能足以将容器1′中的液体加热到使该液体汽化所需的温度。容器1′中受到加热器作用的液体表面积越大，该设备的效率越高。装置(未示出)可以选择性地设置成与容器1′相关连，以便产生水的粉状微粒或雾。容器1′通过管路P′等与提取装置2′以流体方式连通，用于从该容器1′内盛装的原材料中提取有效成分。提取装置2′可以与图2所示的相同。提取装置2′通过管路P2′与冷凝装置3′以流体方式连通。
冷凝装置3′与图4和图5所示的相似，只是多个这种装置彼此连通。例如，在图7中示出六个这样的冷凝装置。因此，蒸汽进入第一冷凝器3a的顶部，沿箭头50的方向流动并与冷却叶片4接触。冷却叶片4的表面积可以是最优化的，例如带有凸棱或波浪形，以便增大叶片的可利用表面积来进行更有效的冷却。冷凝器3a通过位于其底部处或其底部附近的一个开口与冷凝器3b以流体方式连通，从而在冷凝器3a中未被冷凝的任何蒸汽流入冷凝器3b并在此与冷凝器3b中的冷却叶片4接触。冷凝器3b通过位于其顶部处或其顶部附近的一个开口与冷凝器3c以流体方式连通，在冷凝器3b中未被冷凝的任何蒸汽流入冷凝器3c，诸如此类。如果在流经最后的冷凝器(在图示实施方案中为冷凝器3f)之后仍存在任何蒸汽，则该蒸汽如图所示利用鼓风机8′通过管路P3′被回收到容器1′。如图所示采用多个串联的冷凝器可以在冷凝过程中获得更加稳定的温度，并且循环回到冷凝器1′中的蒸汽较少。
每个冷凝器都具有一个排放装置，在该排放装置中冷凝物被收集并且通过排放管31′沿箭头51的方向流动且被收集在提取储箱33′中。优选地，排放管31′在刚好位于各冷凝器3′出口点下面的位置40′处具有一个弯头，以便阻止冷凝物由于系统中存在的负压(减压)而流回到冷凝器中。
冷却表面4的冷却优选是通过一个或多个如上所述的热电冷却器来实现的。可以采用一个散热器和/或多个风扇(未示出)来从热电冷却器等上散热。
下面基于上述的结构将描述本设备的操作，并且将描述制造方法的一个优选实施方案。
首先，可以包括香草、蔬菜、海藻、谷物、肉类、鱼类、贝类、大豆等的原材料通过任何适当的装置被粉碎成近似米粒大小，并且放置到图2所示提取装置2的杯子(未示出)中。一旦装满，将一个网罩到原材料上以便将原材料稳定地保持在杯子中。
容器1充满足够量的液体，以便可以产生雾或蒸汽。水是优选的液体，并且在下文中为了描述而被采用。水可以连续保持在相同的水位，或者可以分批加入。启动加热器(例如通过摁下启动按钮6)将水加热到一个合适的温度，使得提取装置2中的温度处于不会破坏原材料中有效成分的这样一个水平(通常低于100℃)。例如，在原材料为大豆的情况下，水的温度优选被加热到约85℃，使得当水到达提取装置时其温度为约60-70℃，优选约为65℃。可以采用一个温度计来设定合适的温度。
一旦容器1中的水温达到所需的水平，计时器5启动，该计时器5又将启动鼓风机8来开始贯穿系统的流动。鼓风机8使得空气在由容器1、提取装置2以及冷凝装置3和用以将这些相应装置相连的管路所形成的一个闭合循环路径中循环流动。在容器1中产生的水雾由此与流动的空气一起流经管路P且到达提取装置2。提取装置2中的温度可以用一个温度传感器来测量以便确保在其内达到合适的温度。可以根据提取装置2中的温度来控制容器1中的温度。
如上所述，通过操作鼓风机8使得空气在各装置之间循环流动，但是由于提取装置2充满了原材料的粉碎颗粒，原材料对空气流动产生了阻力，从而在提取装置2中产生了一个压力降低的空间。一旦达到了压力降低的状态，原材料中的成分将被提取到原材料粉碎粒的表面上，并且然后由流经的水雾所捕获。由于提取装置中的温度、更确切地说由于用以盛装原材料的杯子中的温度被维持在所需的范围内，原材料中包含的成分被提取到水中而不会因受热而遭到破坏。
然后，包含原材料有效成分的所得到的水与来自鼓风机8的空气一起通过连接管路P2流至冷凝装置3。启动热电冷却装置，使得它能将冷却表面4a-4n冷却至一个足以使流入的蒸汽产生冷凝的温度。当流入的蒸汽流经冷却表面4a-4n时，产生冷凝。液化或冷凝的物料流入冷凝腔室30，经排放装置31排放，且最后可以被收集到一个合适的贮存罐33中。
在冷凝装置3中未被液化的颗粒通过管路P3和鼓风机8沿图6中箭头所示的方向被回收到容器1中。
原材料可以被粉碎到大约米粒大小。然而，可以通过改变原材料的尺寸来控制在最终产品中包含的有效成分的浓度。例如，如果原材料被粉碎成细微的颗粒，可以获得有效成分浓度高的最终产品。然而，在这种情况下，最终产品的生产率降低了。当原材料的尺寸增大时，最终产品中有效成分的浓度降低，生产率提高。
最终产品是无色、透明且清澈的不具营养价值(例如无脂肪、蛋白质、维生素、矿物质、碳水化合物等)的液体。
由原材料中提炼出的健康饮料具有显著的功效，已报道了许多由于在饭后饮用了加5cc至180cc水稀释的最终产品而活化人体细胞的例子。当将其加入矿泉水等中时，最后得到的饮料具有不明气味和原材料的微弱味道，例如大豆的味道。
在上述实施方案中，尽管大豆是所提到的原材料，但本发明并不受其限制，它可以制造出全新的饮料、美容品(例如乳液、面霜)、香水等。本发明可以通过利用上述结构和操作从各种物料中提取成分来获得特别有效且新型的用于保持人体健康的健康饮料，而这些成分在此前是无法提取的。
权利要求
1.从选自植物、动物和矿物的原材料中提取成分所用的设备，包括一个用于盛装液体的壳体；加热所述液体以形成蒸汽的装置；与所述壳体以流体方式连通的提取装置，所述提取装置包含所述原材料；与所述提取装置以流体方式连通的冷凝装置，所述冷凝装置包括一个或多个由至少一个热电冷却器来冷却的冷却表面；以及与所述壳体以流体方式连通的空气循环装置，所述提取装置和所述冷凝装置使空气从中循环流过。
2.权利要求1的设备，还包括一个与所述热电冷却器相关联的散热器，以便从其散热。
3.权利要求1的设备，其特征在于，在所述壳体、所述提取装置、所述冷凝装置和所述空气循环装置之间形成了一个闭合的循环路径。
4.权利要求1的设备，其特征在于，所述液体是水。
5.权利要求1的设备，其特征在于，所述冷却表面包括多个间隔开的叶片。
6.权利要求1的设备，其特征在于，所述冷凝装置被分隔成用于流入所述蒸汽的第一隔室和用于回收到所述容器中的第二隔室。
7.权利要求1的设备，其特征在于，所述一个或多个冷却表面被冷却到3-60℃的温度。
8.权利要求1的设备，其特征在于，所述一个或多个冷却表面被冷却到10-30℃的温度。
9.权利要求1的设备，其特征在于，所述冷凝装置包括串联操作的多个冷凝器。
10.权利要求9的设备，其特征在于，所述多个冷凝器包括与所述提取装置以流体方式连通的第一冷凝器和与所述空气循环装置以流体方式连通的第二冷凝器。
11.权利要求1的设备，其特征在于，所述冷凝装置包括一个用于冷凝物的排放装置，所述排放装置包括一个与用于贮存所述冷凝物的贮存罐以流体方式连通的管路，所述管路包括一个弯头，以便阻止所述冷凝物流回到所述冷凝装置中。
12.一种从选自植物、动物或矿物的原材料中提取成分的方法，包括a.将水加热到一个预定的温度以便产生蒸汽；b.使所述成分在降低压力的状态下与所述蒸汽接触；c.通过使所述蒸汽经过由至少一个热电冷却器冷却的一个或多个表面来使所述蒸汽冷凝；以及d.收集所得到的冷凝物。
13.权利要求12的方法，其特征在于，所述预定温度是85℃。
14.权利要求12的方法，其特征在于，与所述成分接触的所述蒸汽的温度是60-70℃。
15.权利要求12的方法，其特征在于，所述蒸汽的一部分在所述冷凝步骤中未被冷凝，它被回收到所述加热步骤。
16.权利要求12的方法，其特征在于，所述一个或多个表面被冷却到3-60℃的温度。
17.权利要求12的方法，其特征在于，所述一个或多个表面被冷却到10-30℃的温度。
18.权利要求12的方法，其特征在于，通过使所述蒸汽经过串联设置的多个冷凝器来使其冷凝。
全文摘要
用于从空气流中冷凝水分的设备和方法。该设备是一个用于从原材料中有效回收成分的加热、提取和冷凝系统和方法。冷凝器是一个具有一个或多个叶片等的壳体,这些叶片由一个或多个热电冷却器来有效地加以冷却。多个冷凝器可以串联设置以便提高效率。
文档编号A47J31/00GK1269254SQ0010385
公开日2000年10月11日 申请日期2000年3月3日 优先权日1999年3月4日
发明者N·库伯亚马 申请人:青木有限公司