СПОСОБ ОБЖАРИВАНИЯ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН Российский патент 2023 года по МПК A23F5/04 A23N12/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к обжариванию кофейных зерен нагретым воздухом, в частности к обжариванию предварительно частично обжаренных зерен, предпочтительно относительно небольших количеств кофейных зерен, особенно подходящих для использования дома или в магазинах и кафе.

Уровень техники

Обычно обжаривание кофейных зерен заключается в обжаривании зеленых кофейных зерен. Такое обжаривание занимает определенное время и вызывает образование некоторого количества дыма, особенно на первой стадии обжаривания. Более того, обжаривание требует определенных знаний для достижения наилучшего обжаривания различных зеленых зерен и соответствия предпочтениям конечных потребителей.

В качестве более простой альтернативы обжаривания зеленых зерен было предложено обжаривание частично обжаренных зерен. Эти зерна частично обжаривают на предприятии-изготовителе до состояния, позволяющего проводить второе окончательное обжаривание перед употреблением. Преимущество первого частичного обжаривания заключается в сокращении времени окончательного обжаривания, которое может составлять всего несколько минут. Другое преимущество состоит в том, что во время окончательного обжаривания образуется меньше дыма. Использование частично обжаренных зерен описано в публикациях WO 03/082705, US 2013/180406, WO 2015/110337, WO 2015/162021.

Благодаря этой альтернативе обжаривание упрощается для лиц, не являющихся специалистами в этой области, и можно предложить новую линейку аппаратов для обжаривания для использования дома, в магазинах и кафе. Такие аппараты для обжаривания могут быть в достаточной степени автоматизированными, чтобы операторы без опыта обжаривания могли осуществлять эту операцию.

Если аппарат для обжаривания выполнен с возможностью обжаривания только предварительно частично обжаренных зерен, существует риск того, что пользователь по ошибке загрузит в аппарат зеленые зерна, особенно если пользователь не является специалистом. Проблема заключается в том, что профиль нагревания для предварительно частично обжаренных зерен отличается от профиля нагревания для зеленых. Использование профиля нагревания, не предназначенного для зеленых зерен, приведет к тому, что в конце процесса обжаривание зеленых зерен может оказаться недостаточным, что сопряжено с риском повреждения такими зернами устройства, используемого для измельчения обжаренных зерен на последующей стадии, и приготовления из таких обжаренных и молотых зерен кофе, содержащего большое количество акриламида.

Аналогично в случае, если аппарат для обжаривания используется неспециалистом, существует риск того, что пользователь забудет вынуть полностью обжаренные зерна из аппарата в конце операции обжаривания и запустит новое обжаривание этих же уже обжаренных зерен. В результате пережаренные зерна могут загореться и вызвать возгорание внутри аппарата. Может также случиться так, что пользователь по какой-либо причине начнет операцию обжаривания предварительно частично обжаренных зерен и остановит процесс обжаривания до его завершения. Позже пользователь может вернуться к обжариванию, запустив новый цикл обжаривания с самого начала. Такой «перезапуск» обжаривания может привести к вышеупомянутому риску возгорания или к неправильному обжариванию зерен и, следовательно, низкому качеству конечного продукта.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является улучшение обжаривания кофейных зерен в аппаратах, осуществляющих обжаривание частично обжаренных зерен.

Преимущество может состоять в обеспечении аппарата для обжаривания, исключающего риск возгорания из-за загрузки неподходящих кофейных зерен, таких как зеленые или полностью обжаренные зерна.

Цели изобретения достигаются аппаратом для обжаривания кофейных зерен по п. 1, способом по п. 9 и компьютерной программой по п. 11.

В данной заявке термин «предварительно частично обжаренные зерна» означает зерна, полученные путем нагревания зеленых кофейных зерен и прекращения указанного процесса нагревания до завершения первого крека. Это определение включает зерна, полученные путем нагревания зеленых кофейных зерен и прекращения указанного процесса нагревания до начала первого крека.

В данной заявке термин «полностью обжаренные зерна» означает зерна, обжаренные после второго крека.

В первом аспекте изобретения предлагается аппарат для обжаривания кофейных зерен, содержащее:

- сосуд для размещения кофейных зерен,

- нагреватель для нагрева кофейных зерен, содержащихся в сосуде,

- по меньшей мере один датчик температуры для измерения температуры в сосуде,

- систему управления, выполненную с возможностью управления нагревателем,

причем система управления выполнена с возможностью:

- применения рецептуры обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен, включающей в себя по меньшей мере профиль изменения температуры во времени,

- измерения концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) в дыме, образующемся в сосуде в процессе применения рецептуры обжаривания,

- обнаружения увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени,

- прекращения нагрева в случае, если по истечении установленного контрольного времени t₁ не происходит увеличения измеренной концентрации.

В устройстве для обжаривания происходит нагревание кофейных зерен и предпочтительно смешивание для достижения равномерного распределения тепла между зернами.

Смешивание можно осуществлять с помощью псевдоожиженного слоя горячего воздуха или механически с помощью перемешивающих лопастей или путем вращения вращающегося барабана.

Предпочтительно сосуд представляет собой камеру с псевдоожиженным слоем горячего воздуха. Внутри такого сосуда нагретый воздух пропускают через сито или перфорированную пластину, расположенную под кофейными зернами, с усилием, достаточным для подъема зерен. Тепло передается зернам по мере их перемешивания и циркуляции в этом псевдоожиженном слое.

В альтернативном варианте осуществления сосуд может представлять собой камеру барабана, в которой происходит перемешивание кофейных зерен в нагретой среде. Камера барабана может представлять собой горизонтально вращающийся барабан, или камера барабана может содержать перемешивающие лопасти для перемешивания кофейных зерен в нагретой среде.

Предпочтительно в качестве источника тепла аппарат содержит электрический нагреватель. Этот электрический нагреватель обычно имеет электрическое сопротивление. Кроме того, предпочтительно нагреватель содержит рабочий орган подачи воздуха для обеспечения циркуляции воздуха, нагретого нагревателем. В некоторых аппаратах рабочий орган подачи воздуха не требуется, например, если аппарат содержит перемешивающие лопасти или представляет собой вращающийся барабан.

Преимущество электрического нагревателя состоит в том, что в процессе обжаривания образуются лишь те загрязняющие воздух вещества, которые выделяются при нагревании самих кофейных зерен, а не при сжигании газов, как это происходит, когда источником нагрева является газовая горелка с применением природного газа, пропана, сжиженного нефтяного газа (СНГ) или даже дров.

Аппарат содержит по меньшей мере один датчик температуры для измерения температуры в сосуде. Датчик может быть расположен внутри объема сосуда или около его впускного отверстия для нагретого воздуха.

Аппарат содержит систему управления, предназначенную для управления электрическим нагревателем для применения профиля изменения температуры во времени внутри сосуда. Обычно такое управление осуществляется на основе результатов измерений по меньшей мере одного датчика температуры, установленного в сосуде, с использованием контура обратной связи.

Профиль изменения температуры во времени соответствует рецептуре обжаривания предварительно частично обжаренных зерен. Обычно продолжительность такого профиля короче, чем у профиля обжаривания зеленых кофейных зерен.

Кроме того, система управления выполнена с возможностью измерения концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС), предпочтительно по меньшей мере одного компонента из следующего списка: CO, CO₂, NO, NO₂, SO₂, формальдегид, в дыме, образующемся в сосуде во время применения рецептуры обжаривания.

Предпочтительно датчик ЛОС расположен внутри сосуда или ниже по потоку от него, например, на выходном канале сосуда.

Система управления выполнена с возможностью обнаружения увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени.

В предпочтительном варианте измеряется концентрация CO и/или CO₂.

В процессе обжаривания кофейных зерен, при котором сырьем выступают зеленые кофейные зерна, а обжаривание выполняется до состояния зерен, позволяющего приготовить кофейный напиток путем инфузии воды, кофейные зерна проходят несколько стадий, в частности:

- первую стадию, на которой уровень выделяющихся веществ остается низким, затем

- первую стадию крека, на которой протекают внутренние экзотермические реакции, образуются и выделяются такие соединения, как CO, CO₂ и другие ЛОС, затем

- вторую стадию, на которой снижается уровень выделяющихся веществ,

- вторую стадию крека, на которой протекают внутренние экзотермические реакции и вновь выделяются ЛОС.

В зависимости от того, какие зерна нагреваются, зеленые или предварительно частично обжаренные, время первой стадии крека различается:

- для зеленых зерен оно больше, чем для предварительно частично обжаренных, обычно на по меньшей мере 2 минуты,

- у полностью обжаренных зерен стадия первого крека отсутствует.

Это означает, что зеленые зерна и полностью обжаренные зерна можно отличить от предварительно частично обжаренных зерен тем, что при применении одного и того же профиля обжаривания первый крек происходит у зеленых зерен позже, чем у частично обжаренных, и он отсутствует в случае полностью обжаренных зерен. В результате с установкой контрольного времени, в которое обычно происходит первый крек предварительно частично обжаренных зерен, можно определить, действительно ли в сосуде находятся и подвергаются обжариванию предварительно частично обжаренные зерна.

Система управления выполнена с возможностью останова работы нагревателя, если по истечении установленного контрольного времени не происходит увеличения измеренной концентрации CO, CO₂ и т. п. Таким образом, если установить контрольное время как время первого крека предварительно частично обжаренных зерен, то отсутствие снижения потребления электроэнергии означает, что в сосуд были загружены зеленые или полностью обжаренные зерна, либо в сосуде отсутствуют зерна. По соображениям безопасности нагревание необходимо прекратить.

При этом может отображаться сообщение, информирующее оператора об ошибке и побуждающее его проверить, какие зерна были загружены в сосуд.

Преимущество заключается в достижении целей изобретения, поскольку указанное выше определение момента первого уменьшения потребления электроэнергии нагревателем позволяет проверить вид зерен внутри сосуда.

Контрольное время t₁ может быть определено в соответствии с особенностями предварительно частично обжаренных зерен, произведенных для использования в аппарате для обжаривания с применением рецептуры обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен. Предпочтительно контрольное время первого увеличения измеренной концентрации установлено на уровне 5 минут.

Практические наблюдения показывают, что для зеленых зерен первое увеличение измеренной концентрации обычно происходит спустя по меньшей мере 5 минут.

Существует возможность того, что оператор по ошибке загрузит внутрь сосуда зерна, предварительно обжаренные до состояния между завершением первого крека и началом второго крека, или что он забудет удалить зерна из сосуда после предыдущей операции обжаривания. В этом случае при применении профиля обжаривания первый крек не произойдет, а второй крек наступит очень быстро после начала нагрева этих зерен. При такой ошибке проблема возгорания менее вероятна, чем в случае полностью обжаренных зерен, но окончательное обжаривание не приведет к получению оптимального продукта, и такое обжаривание не рекомендуется.

В предпочтительном варианте осуществления, чтобы избежать подобного обжаривания, система управления может быть выполнена с возможностью останова работы электрического нагревателя в случае, если первое увеличение измеренной концентрации происходит до установленного контрольного времени t₀. Предпочтительно это контрольное время t₀ можно установить на уровне 3 минут.

В одном варианте осуществления система управления выполнена с возможностью получения результата идентификации кофейных зерен, загруженных в сосуд пользователем. Идентификация зерен связана с их видом, от которого напрямую зависит процесс обжаривания зерен. Как правило, вид связан с происхождением зерен (арабика, робуста и т. п.).

Идентификацию зерен можно получить:

- путем ручного ввода данных пользователем,

- от устройства идентификации, выполненного с возможностью автоматического считывания средства идентификации с упаковки зерен, представленной пользователем.

Во всех случаях пользователь загружает зерна в сосуд, что и объясняет проблему, которая заключается в том, что зерна в сосуде могут быть не предварительно частично обжаренными зернами.

Система управления может быть выполнена с возможностью получения рецептуры обжаривания, соответствующей идентифицированным кофейным зернам, перед стадией применения рецептуры обжаривания. Рецептуру обжаривания можно получить:

- от запоминающего устройства,

- от сервера,

- от устройства идентификации.

Приведенные выше аспекты изобретения можно комбинировать в любой подходящей комбинации. Более того, различные элементы, описанные в настоящем документе, можно комбинировать с одним или более из приведенных выше аспектов для обеспечения комбинаций, отличных от конкретно проиллюстрированных и описанных комбинаций. Дополнительные цели и преимущественные элементы изобретения будут очевидны из формулы изобретения, подробного описания и прилагаемых графических материалов.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания характеристик и преимуществ изобретения рекомендуется изучить описание следующих фигур:

- на фиг. 1 схематически изображено типичный аппарат для обжаривания, позволяющий реализовать способ по настоящему изобретению,

- на фиг. 2 приведена блок-схема системы управления аппарата в соответствии с фиг. 1,

- на фиг. 3 схематически представлены кривые профиля нагревания, применяемого для зеленых и предварительно частично обжаренных зерен,

- на фиг. 4 схематически изображена первая кривая изменения потребления электроэнергии нагревателем на стадии обжаривания предварительно частично обжаренных кофейных зерен и вторая кривая потребления электроэнергии нагревателем на стадии обжаривания зеленых зерен.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично изображен аппарат 1 для обжаривания. Функционально аппарат 1 для обжаривания предназначен для обжаривания кофейных зерен, содержащихся в сосуде 11, посредством потока горячего воздуха, вводимого внутрь этого сосуда. На первом уровне аппарат содержит корпус 15, блок 10 обжаривания и систему 180 управления. Ниже приводится последовательное описание перечисленных компонентов.

Корпус аппарата для обжаривания

Корпус 15 вмещает и поддерживает вышеупомянутые компоненты и содержит основание 151 и остов 152. Основание 151 предназначено для прилегания к опорной поверхности, предпочтительно на ножках 154, которые обеспечивают зазор между основанием и опорной поверхностью. Остов 152 предназначен для установки в нем компонентов.

Блок обжаривания аппарата для обжаривания

Блок 10 обжаривания выполнен с возможностью приема и обжаривания кофейных зерен.

Блок 10 обжаривания обычно содержит на втором уровне аппарата 1 для обжаривания сосуд 11, рабочий орган 12 подачи воздуха, нагреватель 13, которые будут последовательно описаны.

Сосуд 11 выполнен с возможностью приема и удерживания кофейных зерен, загруженных оператором. Съемная крышка 17 позволяет загружать и удалять зерна. Нижняя часть сосуда выполнена с возможностью прохождения через него воздуха, в частности, она может представлять собой перфорированную пластину 14, на которой могут лежать зерна и через которую воздушный поток может двигаться вверх.

Сборник 16 половы сообщается по потоку с сосудом 1 для приема половы, которая постепенно отделяется от зерен и по причине своей меньшей плотности сдувается в сборник половы.

Сосуд 11 содержит ручку 112, позволяющую пользователю вынуть сосуд из корпуса 15 и достать обжаренные зерна.

Рабочий орган 12 подачи воздуха выполнен с возможностью создания потока воздуха в направлении нижней части сосуда. Создаваемый поток предназначен для нагрева зерен, перемешивания и подъема зерен, т. е. формирования псевдоожиженного слоя воздуха. В результате зерна равномерно нагреваются. В частности, рабочий орган подачи воздуха может быть вентилятором, приводимым в действие мотором 121. Отверстия 153 подачи воздуха могут быть предусмотрены внутри основания 151 корпуса для подачи воздуха внутрь корпуса, причем рабочий орган подачи воздуха выдувает этот воздух в направлении сосуда 11.

В альтернативном варианте осуществления обжарочной машины (не изображена) сосуд может содержать вращающееся устройство для вращения зерен внутри сосуда. В этом случае может обеспечиваться простой поток воздуха, а вращающееся устройство обеспечивает равномерный нагрев зерен.

Нагреватель 13 выполнен с возможностью нагрева потока воздуха, создаваемого рабочим органом 12 подачи воздуха. В проиллюстрированном варианте осуществления нагреватель представляет собой электрическое сопротивление, расположенное между вентилятором и перфорированной пластиной 14, в результате чего поток воздуха нагревается до поступления в сосуд 11 для нагрева и поднятия зерен.

Нагреватель 13 и/или рабочий орган подачи воздуха выполнены с возможностью применения профиля обжаривания зерен, определяемого в виде кривой изменения температуры в зависимости от времени.

Система управления аппарата для обжаривания

Далее в данном документе со ссылкой на фиг. 1 и 2 будет рассмотрена система 180 управления: система 180 управления выполнена с возможностью управления компонентами блока обжаривания для обжаривания кофейных зерен. Система 180 управления обычно содержит на втором уровне аппарата для обжаривания: пользовательский интерфейс 20, блок 18 обработки, по меньшей мере один датчик 23, источник 21 питания, запоминающее устройство 19, необязательно считыватель кода, необязательно интерфейс связи для удаленного соединения.

Пользовательский интерфейс 20 содержит аппаратное обеспечение, позволяющее пользователю взаимодействовать с блоком 1 обработки посредством сигнала пользовательского интерфейса. Более конкретно, пользовательский интерфейс получает команды от пользователя, сигнал пользовательского интерфейса передает указанные команды в блок 18 обработки в виде входных данных. Команды могут, например, представлять собой информацию о виде зерен, загруженных в сосуд (например, происхождение, данные поставщика), инструкцию о выполнении процесса обжаривания (запуск процесса) и/или настройки рабочего параметра (желаемый уровень окончательного обжаривания, количество зерен, подлежащих обжариванию) аппарата 1 для обжаривания и/или команды включения или выключения аппарата 1 для обжаривания. Блок 18 обработки может также передавать сигнал обратной связи на пользовательский интерфейс 20 в рамках процесса обжаривания, например, чтобы указать на начало процесса обжаривания, или сообщить о выборе параметра, связанного с процессом, или указать изменение параметра в ходе применения способа, или подать сигнал тревоги.

Аппаратное обеспечение пользовательского интерфейса может содержать любое (-ые) подходящее (-ие) устройство (-а), например аппаратное обеспечение содержит одно или более из следующего: кнопки, такие как кнопка джойстика, ручка или нажимная кнопка, джойстик, светодиоды, графические или символьные ЖК-дисплеи, графический экран с сенсорным датчиком и/или кнопки по краю экрана. Пользовательский интерфейс 20 может быть выполнен в виде единого блока или множества отдельных блоков.

Часть пользовательского интерфейса также может быть в мобильном приложении, если аппарат снабжен интерфейсом 24 связи, как описано ниже.

По меньшей мере один датчик 23 выполнен с возможностью передачи входного сигнала в блок 18 обработки для отслеживания процесса обжаривания и/или состояния аппарата для обжаривания. Входной сигнал может представлять собой аналоговый или цифровой сигнал. Датчики 23 обычно содержат по меньшей мере один датчик 231 температуры и необязательно один или более из следующих датчиков: датчик уровня зерен, связанный с сосудом 1, датчик положения, связанный с сосудом 11 и/или сборником 16 половы.

Кроме того, датчики 23 содержат датчик 232 для измерения концентрации по меньшей мере одного компонента ЛОС. Этот датчик 232 обычно располагается на выходном канале сосуда. Если выходной канал сосуда соединен с блоком обработки дыма, этот датчик 232 устанавливают перед (выше по потоку) каким-либо фильтром или каталитическим преобразователем, чтобы обработка дыма не влияла на результаты измерений.

Блок обработки может содержать считыватель 3 кода, связанный, например, с системой считывания кода с упаковки зерен.

Блок обработки может содержать интерфейс 24 связи для передачи данных аппарата 1 для обжаривания другому устройству и/или другой системе, такой как серверная система и/или мобильное устройство. Интерфейс 24 связи может применяться для передачи и/или приема информации, относящейся к способу обжаривания кофейных зерен, такой как информация о способе обжаривания, сорте зерен, количестве зерен. Интерфейс 24 связи может включать первый и второй интерфейс связи для обмена данными с несколькими устройствами одновременно или для обмена данными через различные среды.

Интерфейс 24 связи может быть сконфигурирован для проводной среды или беспроводной среды или их комбинации, например, проводное соединение, такое как RS-232, USB, I2C, Ethernet, определенное IEEE 802.3, беспроводное соединение, такое как беспроводная локальная сеть (LAN) (например, IEEE 802.11), или связь ближнего поля (NFC), или сотовая система, такая как GPRS или GSM. Интерфейс 24 связи взаимодействует с блоком 18 обработки посредством сигнала интерфейса связи. Как правило, интерфейс связи содержит отдельный блок обработки (примеры которого приведены выше) для управления аппаратным обеспечением связи (например, антенной) для взаимодействия с главным блоком 18 обработки. Однако могут применяться менее сложные конфигурации, например простое проводное соединение для последовательного обмена данными непосредственно с блоком 18 обработки.

Блок 18 обработки, как правило, содержит запоминающее устройство, компоненты ввода-вывода системы, смонтированные на интегральной схеме, как правило, в виде микропроцессора или микроконтроллера. Блок 18 обработки может содержит другие подходящие интегральные схемы, такие как ASIC, программируемое логическое устройство, такое как PAL, СПЛИС, ПЛИС, PSoC, систему на микросхеме (SoC), аналоговую интегральную схему, такую как контроллер. Для таких устройств, в случае необходимости, вышеуказанный программный код может считаться программируемой логикой или дополнительно содержать программируемую логику. Блок 18 обработки может также содержать одну или более из перечисленных выше интегральных схем. В качестве примера последнего можно привести несколько интегральных схем, взаимодействующих друг с другом в рамках модульной схемы, например, подчиненная интегральная схема управляет пользовательским интерфейсом 20, связанным с главной интегральной схемой для управления блоком 10 обжаривания.

Блок 18 обработки, как правило, содержит блок 19 памяти для хранения инструкций в виде программного кода и необязательно данных. Для этого блок памяти, как правило, содержит: энергонезависимое запоминающее устройство, например СППЗУ, ЭСППЗУ или флеш-память, для хранения программного кода и рабочих параметров в виде инструкций; энергозависимое запоминающее устройство (ОЗУ) для временного хранения данных. Блок памяти может содержать отдельную и/или интегрированную (например, на полупроводниковом кристалле) память. Для программируемых логических устройств инструкции могут храниться в виде программируемой логики.

Инструкции, которые хранятся в блоке 19 памяти, в упрощенном виде представляют собой программу обжаривания кофейных зерен. Программа обжаривания кофейных зерен может выполняться блоком 18 обработки в ответ на указанные входные данные, такие как команды от пользовательского интерфейса 20 и/или сигнал датчиков 23, например датчика 231 температуры, датчика 232 концентрации, датчика уровня или количества зерен, считывателя 3 кода. Выполнение программы обжаривания кофейных зерен побуждает блок 18 обработки управлять следующими компонентами: нагреватель 13 и рабочий орган 12 подачи воздуха.

Блок 18 обработки выполнен с возможностью:

- приема входных данных, т. е. команд от пользовательского интерфейса 20 и/или сигнала датчиков (например, датчика 231 температуры, связанного с сосудом 1, датчика уровня зерен) и/или считывателя 3 кода,

- обработки входных данных в соответствии с кодом программы обжаривания (или программируемой логикой), который хранится в блоке 19 памяти и/или поступает из внешнего источника, такого как интерфейс 24 связи,

- обеспечения выходного сигнала, соответствующего процессу обжаривания. Более конкретно, выходной сигнал охватывает работу по меньшей мере нагревателя 13 и/или рабочего органа 12 подачи воздуха.

Работа блока обжаривания обычно имеет управление с обратной связью, использующее входной сигнал от датчика 231 температуры в качестве обратной связи для применения профиля изменения температуры во времени при обжаривании кофейных зерен.

Система 80 управления выполнена с возможностью выполнения этого способа обжаривания кофейных зерен путем управления рабочим органом 12 подачи воздуха и/или нагревателем 13, обычно с использованием сигнала датчика 231 температуры.

Температура, измеренная датчиком 231 температуры, используется для регулирования мощности нагревателя 13 и/или рабочего органа 12 подачи воздуха в контуре обратной связи, чтобы применить к зернам рецептуру R обжаривания.

В зависимости от типа управления нагреватель 13 может запитываться с одной предварительно определенной мощностью, что означает постоянство его температуры, и в этом случае мощность рабочего органа 12 подачи воздуха может регулироваться на основе температуры, контролируемой датчиком 231, таким образом, чтобы изменять время контакта с нагревателем проходящего через него потока воздуха.

В альтернативном варианте осуществления рабочий орган 12 подачи воздуха может иметь одну предварительно заданную мощность, что означает постоянство скорости воздушного потока, и в этом случае мощность нагревателя 13 можно регулировать на основе температуры, контролируемой датчиком 231, таким образом, чтобы нагревать больше или меньше воздуха во время его прохождения через нагреватель.

В последнем альтернативном варианте осуществления как нагревателем 13, так и рабочим органом 12 подачи воздуха можно управлять на основе данных контроля температуры датчиком 231.

Часть программы обжаривания основана на рецептуре обжаривания, содержащей профиль изменения температуры во времени для обжаривания зерен. Программа обжаривания кофейных зерен выполнена с возможностью обжаривания предварительно частично обжаренных зерен.

На фиг. 3 приведены профили нагревания (графики зависимости температуры от времени) для обжаривания зеленых кофейных зерен (кривая A_{зеленые}) и предварительно частично обжаренных зерен того же происхождения (кривая A_{предварительно обжаренные}) в аппарате 1. t_{1крек-начало} - время, соответствующее началу первого крека, t_{1крек-завершение} - время, соответствующее завершению первого крека, t_{2крек-начало} - время, соответствующее началу второго крека.

Кривая A_{предварительно обжаренные} показывает, что в случае предварительно частично обжаренных зерен профиль нагревания короче по времени: первая часть кривой A_{зеленые} не применяется, но профиль нагревания начинается до t_{1крек-завершение}. Соответственно, в аппарате 1 для обжаривания система управления выполнена с возможностью применения рецептуры обжаривания или программы обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен, как показано на кривой A_{предварительно обжаренные} профиля нагревания.

Источник 21 питания выполнен с возможностью обеспечения электрическим питанием указанных управляемых компонентов и блока 18 обработки. Источник 21 питания может содержать различные средства, такие как аккумулятор или блок, для получения и регулирования основного сетевого электропитания. Источник 21 питания может быть функционально связан с частью пользовательского интерфейса 20 для включения или выключения питания аппарата 1 для обжаривания.

Блок 18 обработки выполнен с возможностью осуществления на основе другой части инструкций, хранящихся в блоке 19 памяти:

- измерения концентрации по меньшей мере одного компонента ЛОС в дыме, образующегося в сосуде в процессе применения рецептуры обжаривания,

- обнаружения увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени,

- прекращения нагрева в случае, если по истечении установленного контрольного времени t₁ не происходит увеличения измеренной концентрации.

Во время процесса обжаривания входные данные 230 концентрации по меньшей мере одного компонента ЛОС, предпочтительно из следующего списка: CO, CO₂, NO, NO₂, SO₂, формальдегид, в дыме, образующемся в сосуде, контролируются блоком 18 обработки.

Блок 18 обработки выполнен с возможностью обнаружения на основании измерений концентрации во время применения рецептуры обжаривания увеличения указанной концентрации в зависимости от времени.

Предпочтительно достаточно важно, чтобы обнаруживаемое увеличение концентрации соответствовало образованию компонентов ЛОС во время первого крека кофейных зерен.

Блок 18 обработки выполнен с возможностью останова, на основании отслеживания концентрации, работы электрического нагревателя в случае, если не происходит увеличения концентрации по прошествии установленного контрольного времени t₁.

Фактически, если не происходит увеличения концентрации в течение относительно короткого времени после начала процесса, это означает, что в аппарат не были загружены предварительно частично обжаренные зерна и что сосуд 11 содержит либо зеленые зерна, либо полностью обжаренные зерна, либо вообще никаких зерен.

Как проиллюстрировано кривыми на фиг. 3, при применении одного и того же профиля нагревания применительно к предварительно частично обжаренным кофейным зернам и зеленым зернам одного и того же происхождения (т. е. предварительно частично обжаренные кофейные зерна были получены из указанных зеленых зерен) первый крек зеленых зерен происходит позже первого крека предварительно частично обжаренных.

Фиг. 4 схематически иллюстрирует измеренную концентрацию Q CO в дыме, образующемся в сосуде при нагревании:

- зеленых зерен (кривая B_{зеленые}) и

- предварительно частично обжаренных кофейных зерен того же происхождения, что и зеленые (кривая B_{предварительно обжаренные}),

в соответствии с профилем нагревания (график зависимости температуры от времени) кривой A_{предварительно} обжаренные на фиг. 3.

В обоих случаях кривая содержит пик, соответствующий выделению CO. Концентрация CO начинает увеличиваться в момент первого крека зерен и продолжает увеличиваться, пока не достигнет максимума после второго крека.

Увеличение концентрации CO, соответствующее первому креку предварительно частично обжаренных зерен, происходит в момент времени t_{предварительно обжаренные}, т. е. раньше времени t_{зеленые}, соответствующего увеличению концентрации CO и первому креку зеленых зерен.

С установкой контрольного времени t₁ больше, чем t_{предварительно обжаренные}, но меньше, чем t_{зеленые}, можно отличить предварительно частично обжаренные зерна от зеленых. Как правило (но это может зависеть от типа предварительно частично обжаренных зерен), контрольное время t₁ устанавливают на уровне 5 минут.

Если в сосуд помещают полностью обжаренные зерна, обжаренные до завершения второго крека, вместо частично обжаренных зерен, никакого увеличения концентрации CO, аналогично зеленым зернам, не будет обнаружено до или после момента t1.

Если зерна обжарены до степени между завершением первого крека и началом второго крека, выделение CO будет обнаружено немедленно, т.е. до t_{предварительно обжаренные}. Соответственно, с установкой контрольного времени t0 меньше, чем t_{предварительно обжаренные}, можно отличить эти зерна от предварительно частично обжаренных. Как правило (но это может зависеть от типа предварительно частично обжаренных зерен), контрольное время t₀ устанавливают на уровне 3 минут.

Наконец, система управления выполнена с возможностью продолжения или останова работы нагревателя 13 в зависимости от типа зерен, идентифицированных в сосуде.

Если зерна определены как предварительно частично обжаренные, можно продолжить нагревание в соответствии с рецептурой обжаривания.

Если зерна идентифицируются как зеленые или полностью обжаренные, нагрев прекращается, а пользователю направляется предупреждение, например, через пользовательский интерфейс 20.

В результате зерна загружаются внутрь сосуда пользователем, и информация об их типе может передаваться пользователем в блок обработки в более совершенном режиме (вручную или автоматически с помощью кода). Тем не менее, каким бы ни был режим, поскольку зерна загружаются внутрь сосуда вручную, существует риск того, что пользователь не загрузит предварительно частично обжаренные зерна в сосуд и, в частности, забудет удалить полностью обжаренные в прошлый раз зерна или загрузит в сосуд зеленые зерна.

Аппарат согласно настоящему изобретению обеспечивает преимущество, состоящее в исключении любого риска возгорания из-за ошибок пользователя без использования сложных и дорогостоящих устройств.

На стадии применения рецептуры обжаривания, содержащей по меньшей мере профиль изменения температуры во времени, посредством управления электрическим нагревателем и/или рабочим органом подачи воздуха на основе измерений датчика температуры, рецептура обжаривания может быть рецептурой по умолчанию для обжаривания предварительно частичного обжаренных зерен или может быть рецептурой, предназначенной именно для тех предварительно частично обжаренных зерен, которые были идентифицированы на необязательной стадии идентификации, и полученной в ходе необязательной стадии получения специальной рецептуры обжаривания для этих идентифицированных зерен.

Такую специальную рецептуру обжаривания можно получить из блока 19 памяти аппарата для обжаривания, или загрузить с сервера через интерфейс 24 связи, или считать считывателем кода во время необязательной стадии считывания кода, причем рецептура является частью информации, относящейся к идентификации зерен.

Хотя изобретение описано со ссылкой на проиллюстрированные выше варианты осуществления, следует понимать, что заявленное изобретение не ограничено каким-либо образом этими проиллюстрированными вариантами осуществления.

Возможны изменения и модификации, не выходящие за рамки объема изобретения, как определено в формуле изобретения. Более того, если существуют эквиваленты конкретных признаков, такие эквиваленты включены так, как если бы они были конкретно упомянуты в настоящем описании.

В данном описании слова «содержит», «содержащий» и аналогичные слова не следует интерпретировать в исключительном или исчерпывающем смысле. Иными словами, предполагается, что они означают «включая, без ограничений».

Перечень обозначений на графических материалах

обжарочная машина 1 блок обжаривания 10 сосуд 11 ручка 112 вентилятор 12 мотор 121 нагреватель 13 перфорированная пластина 14 корпус 15 основание 151 остов 152 отверстие подачи воздуха 153 ножки 154 сборник половы 16 крышка 17 блок обработки 18 система управления 180 запоминающее устройство 19 пользовательский интерфейс 20 источник питания 21 датчик 23 входные данные 230 датчик температуры 231 датчик концентрации 232 интерфейс связи 24 считыватель кода 3

Изобретение относится к аппарату для обжаривания предварительно частично обжаренных кофейных зерен, содержащему сосуд (1) для размещения кофейных зерен, электрический нагреватель (13) для нагрева кофейных зерен, содержащихся в сосуде, по меньшей мере один датчик (23) температуры для измерения температуры в сосуде, систему (180) управления, выполненную с возможностью управления нагревателем. Система управления выполнена с возможностью применения рецептуры обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен, включающей в себя, по меньшей мере, профиль изменения температуры во времени, измерения концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения в дыме, образующемся в сосуде в процессе применения рецептуры обжаривания, обнаружения увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени, прекращения нагрева в случае, если по истечении установленного контрольного времени не происходит увеличения измеренной концентрации. Изобретение исключает риск возгорания кофейных зерен при обжаривании в аппаратах, осуществляющих обжаривание частично обжаренных зерен. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Аппарат для обжаривания предварительно частично обжаренных кофейных зерен, содержащий:

- сосуд (1) для размещения кофейных зерен,

- электрический нагреватель (13) для нагрева кофейных зерен, содержащихся в сосуде,

- по меньшей мере один датчик (23) температуры для измерения температуры в сосуде,

- систему (180) управления, выполненную с возможностью управления нагревателем,

причем система управления выполнена с возможностью:

- применения рецептуры обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен, включающей в себя, по меньшей мере, профиль изменения температуры во времени,

- измерения концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) в дыме, образующемся в сосуде в процессе применения рецептуры обжаривания,

- обнаружения увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени,

- прекращения нагрева в случае, если по истечении установленного контрольного времени t₁ не происходит увеличения измеренной концентрации.

2. Аппарат по п. 1, в котором измеряют концентрацию по меньшей мере одного компонента из списка: CO, CO₂, NO, NO₂, SO₂, формальдегид.

3. Аппарат по п. 1 или 2, в котором контрольное время t₁ установлено на уровне 5 минут.

4. Аппарат по любому из предшествующих пунктов, в котором система управления выполнена с возможностью останова работы электрического нагревателя в случае, если первое увеличение измеряемой концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) происходит до установленного контрольного времени t₀.

5. Аппарат по предшествующему пункту, в котором контрольное время t₀ установлено на уровне 3 минут.

6. Аппарат по любому из предшествующих пунктов, в котором система управления выполнена с возможностью получения идентификации типа зерен, загруженных в сосуд пользователем.

7. Аппарат по предшествующему пункту, в котором идентификацию зерен можно получить:

- путем ручного ввода данных пользователем,

- от устройства идентификации, выполненного с возможностью считывания средства идентификации с упаковки зерен, представленной/отсканированной пользователем.

8. Способ обжаривания кофейных зерен с использованием аппарата по любому из пп. 1-7, включающий:

- применение рецептуры обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен, включающей в себя, по меньшей мере, профиль изменения температуры во времени,

- измерение концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) в дыме, образующемся в сосуде в процессе применения рецептуры обжаривания,

- обнаружение увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени,

- прекращение нагрева в случае, если по истечении установленного контрольного времени t₁ не происходит увеличения измеренной концентрации.

9. Способ по предшествующему пункту, включающий останов работы электрического нагревателя в случае, если первое увеличение измеряемой концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) происходит до установленного контрольного времени t₀.

10. Блок обработки системы управления аппарата для обжаривания кофейных зерен, содержащего сосуд для размещения кофейных зерен, электрический нагреватель для нагрева кофейных зерен, содержащихся в сосуде, и по меньшей мере один датчик для измерения концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) в дыме, образующемся в сосуде, причем блок обработки хранит компьютерную программу, содержащую программный код и/или программную логику, которая при выполнении в блоке обработки приводит к осуществлению следующих стадий:

- применение рецептуры обжаривания, предназначенной для обжаривания предварительно частично обжаренных зерен, включающей в себя, по меньшей мере, профиль изменения температуры во времени,

- измерение концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) в дыме, образующемся в сосуде в процессе применения рецептуры обжаривания,

- обнаружение увеличения измеряемой концентрации в зависимости от времени,

- прекращение нагрева в случае, если по истечении установленного контрольного времени t₁ не происходит увеличения измеренной концентрации.

11. Блок обработки по предшествующему пункту, причем программный код и/или программная логика приводят к осуществлению стадий останова работы электрического нагревателя в случае, если первое увеличение измеряемой концентрации по меньшей мере одного летучего органического соединения (ЛОС) происходит до установленного контрольного времени t₀.