烘焙咖啡豆的方法与流程

1.本发明涉及用于在安全环境中烘焙咖啡豆的设备。


背景技术：

2.烘焙咖啡豆是众所周知的过程。主要步骤包括将咖啡豆加热至期望的烘焙水平，然后对经加热的咖啡豆冷却或淬火以停止烘焙。在加热期间，散发出烟气。此烟气包含所有安全且期望的组分，特别是常见的烘焙咖啡香味，但也包含不期望的不太安全的挥发性有机化合物(voc)voc诸如吡啶、2-呋喃甲醇、咖啡因糠醛、甲醛、乙醛
……
和颗粒物(pm
2.5
,pm
10
)
……
3.在生产大量烘焙型咖啡豆的制造场所中实施烘焙时，通常提供用于捕获不安全组分的所有条件。
4.但是，最近的趋势是在顾客能够消费由经新鲜烘焙的咖啡豆冲煮的咖啡的商店、餐厅和咖啡馆中利用小烘焙机实施小批量烘焙。烘焙机不仅提供新鲜度和剧院的优点，而且还将令人愉悦的经烘焙的咖啡香味分配在商店或咖啡馆内。
5.然而，如上所述，也会散发有害的组分。当烘焙机用于封闭环境(如商店、咖啡馆或餐厅)中时，一些组分的排放可根据房间的尺寸、房间的通风而变得有害，...对于在房间内工作数小时的人，闻到烘焙机的烟气可导致健康问题。
6.因此，在这种环境中，建议停止从烘焙机排放烟气，以避免对商店中存在的人的任何健康问题。现有的解决方案包括破坏污染物，诸如能够热氧化污染物的后燃器或催化后燃器，或将污染物保留在设备内，如机械过滤器(金属筛或纸过滤器)、活性炭过滤器或静电沉降器或它们的组合。
7.静电沉降器捕获一些尺寸通常包括在1.0μm至10μm之间的pm。静电沉降器的优点是其购买和使用成本低，在其使用期间不会产生噪音或热量。因为静电沉降器捕集仍然附着在静电沉降器的带电隔间上的污染物，所以该设备必须定期清洁。
8.可以基于操作烘焙机期间的最大时数或基于经烘焙的咖啡豆的最大量来设置清洁警告。但是此警报只是一种估计并不完全准确，并且可请求操作者过晚清洁过滤器，导致在最后的烘焙操作期间缺乏过滤效率并且不能保证烘焙机周围的人员的安全环境。另外，操作者可忽略此警报并继续烘焙，因为烘焙机和过滤器的系统仍是可操作的，尽管在过滤方面效率不高。
9.具体地，如果清洁操作未按时操作，则静电沉降器特有的问题是由于装置内颗粒的存在而产生击穿。虽然这些击穿可能很短，但在其发生的时间内，烟气没有被过滤，至少有两种不期望的影响：
[0010]-首先，人在场的咖啡馆、商店或餐馆的房间里可能会排放出颗粒物，
[0011]-其次，一部分未过滤的颗粒物质可堵塞定位在静电沉降器下游的其他过滤器，如活性炭过滤器。因此，voc不再被此过滤器过滤，
[0012]
这增加了公用室内的健康问题。
[0013]-最后，静电沉降器装置可能损坏。
[0014]
当静电沉降器达到其收集颗粒的极限时，发生这些击穿的风险尤其会增加，这发生在操作者忽略了早期的清洁警报时。


技术实现要素：

[0015]
本发明的目的是解决上述存在的问题。
[0016]
具体地，本发明的目的是解决通知操作者清洁静电沉降器烟气过滤器绝对必要的时刻的问题，并以准确的方式提供所述信息。
[0017]
避免因结垢增加而造成的电击穿并预计电击穿发生的时刻将是有利的。
[0018]
在本发明的第一方面，提供了在烘焙系统中烘焙咖啡豆的方法，所述系统包括：
[0019]-烘焙设备，和
[0020]-烟气处理单元，该烟气处理单元被配置成处理由该烘焙设备产生的烟气，所述烟气处理单元包括静电沉降器，
[0021]
·
所述静电沉降器包括至少一个隔间，并且
[0022]
·
所述隔间包括电离线、收集电极和排斥电极，并且
[0023]
·
所述隔间被供应电力，以便向所述电离线和所述电极的至少一部分施加高电压，
[0024]
其中在该烘焙设备中实施的每次烘焙操作期间，该方法包括以下步骤：
[0025]-在该烘焙操作的过程中监测这些电离线处的电压和/或这些电极处的电压，
[0026]-将所监测的电压与至少一个预定上限电压阈值v1和一个预定下限电压阈值v2进行比较，和
[0027]-如果在该烘焙操作的时间段δt期间，所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2，
[0028]
则显示清洁状态要求。
[0029]
该方法涉及借助于系统来烘焙咖啡豆，该系统包括两个设备：第一，在其中加热咖啡豆以进行烘焙的烘焙设备；以及第二，被配置成处理在咖啡豆烘焙期间于第一烘焙设备内产生的烟气的烟气处理单元。
[0030]
这两个设备可为单个主系统的子部件，或另选地，可将这两个设备视为在烘焙过程中协同工作的单独模块。
[0031]
可使用任何类型的烘焙设备。在烘焙设备中，咖啡豆被加热并且优选地进行混合以使咖啡豆的加热均匀化。
[0032]
加热源可以是由天然气、液化石油气(lpg)或甚至木材进料的燃烧器(意指燃烧)。另选地，热源可为电阻器、陶瓷加热器、卤素源、红外源或微波源。
[0033]
优选地，加热源是电动的，使得在烘焙期间产生的空气污染物是仅由咖啡豆本身的加热产生的污染物，而不是由在加热源是使用天然气、丙烷、液化石油气(lpg)或甚至木材的气体燃烧器时发生的气体燃烧产生的污染物。
[0034]
在烘焙操作期间，咖啡豆的混合可用热空气的流化床或用搅拌叶片或转筒以机械方式获得。
[0035]
优选地，烘焙设备为热空气流化床室。在此类室内，以足够的力迫使加热的空气通
过咖啡豆下方的筛网或穿孔板以提升豆。当豆在此流化床内翻滚和循环时，热量被传递到豆。
[0036]
另选地，烘焙设备可为筒室，其中咖啡豆在加热环境中翻滚。筒室可由沿着水平轴线旋转的筒组成，或者筒室可包括搅拌叶片以在加热环境中使咖啡豆翻滚。
[0037]
烘焙设备包括出口，在烘焙操作期间产生的烟气可从该出口排放。
[0038]
一般来讲，系统的烟气处理单元包括烟气入口，该烟气入口被配置成与烘焙设备的此烟气出口配合并且通过此烟气入口收集烟气。
[0039]
烟气处理单元处理烟气，以便减少或消除烟气中包含的有害污染物，特别是颗粒物，诸如pm1、pm
2.5
和pm
10
。
[0040]
此烟气处理单元包括至少一个静电沉降器。
[0041]
静电沉降器是一种颗粒收集装置，该颗粒收集装置通过使用静电荷从烟气流中去除颗粒来过滤烟气。
[0042]
静电沉降器包括一个或多个隔间。各个隔间都是相同的，并且包括：
[0043]-上游电离区中的电离线或电晕金属线，和
[0044]-下游收集区中的收集电极和排斥电极。通常，电极以板形成呈现。电场通过电极生成，并垂直于烟气流。此电场是通过向该对电极施加不同的电压或通过向一个电极施加电压并将另一个电极接地来产生的。多对彼此间隔开的收集板和排斥板可相关联，并允许烟气在该收集板与排斥板的空间中流动。
[0045]
通常，电离线被供应电力，以便向电离线施加高电压v。流过所述电离区的烟气的颗粒被电离，带正电或带负电。
[0046]
然后，当烟气流穿过下游金属板时，收集电极成为经电离的颗粒的收集器：带电颗粒被吸引到板并向该板移动，并形成停留在该板上的层。因此，排出的烟气流从已经在收集电极上收集的带电颗粒中清洁。
[0047]
静电沉降器可用于捕集以包括在1,0μm与10μm之间的尺寸呈现的颗粒。
[0048]
如果静电沉降器包括多个隔间，这些隔间相继地定位在烟气流中，第一个隔间过滤大部分的烟气颗粒，并且第二隔间过滤由第一隔间处理的烟气，以实现经改善的分离。
[0049]
当在烘焙设备中实施烘焙操作时，该方法包括以下步骤：
[0050]-在该烘焙操作的过程中监测这些电离线处的电压和/或这些电极处的电压，
[0051]-将所监测的电压与至少一个预定上限电压阈值v1和一个预定下限电压阈值v2进行比较，和
[0052]-如果在该烘焙操作的时间段δt期间，所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2，
[0053]
则显示清洁状态要求。
[0054]
已经观察到，在烘焙操作期间，在电离线处或电极处监测的电压v变化，并呈现从初始电压v0(对应于施加到线或电极的高电压)下降，然后达到电压的最低值v低，并且然后在烘焙操作结束时从所述最低值上升到初始电压v0的一般模式。从最近清洁过的静电沉降器开始并实施多次烘焙操作，已经观察到最低电压的值v低在每次烘焙操作时变得越来越低。事实上，此最低值是可测量参数，提供了关于收集电极上的颗粒收集水平的信息。
[0055]
当所监测的电压的一部分，并且特别是最低值变得低于电压阈值时，会显示警报，
以引起操作者注意需要清洁操作的事实。
[0056]
可设置不同的上限电压阈值，这为操作者提供了关于清洁要求，并且特别是关于清洁紧迫性的渐进类型的信息。
[0057]
此上限电压阈值v1可被预定义，使得当实施烘焙操作并且所监测的电压高于所述上限电压阈值时，烘焙操作可被实施而不会发出任何警报。但是，当在一个特定的操作期间，所监测的电压变得低于所述上限电压阈值时，这意味着在实施未来的烘焙操作期间发生击穿的风险几乎是肯定的，并且所述未来的操作不能在达到有效过滤烟气的同时被实施。因此，该方法检测需要清洁静电沉降器的时刻。
[0058]
清洁状态要求可提供不同类型的信息，从在一定数量的操作发生之前进行清洁的简单建议，到在当前烘焙操作结束时的紧急清洁，这取决于如下所示的预定上限电压阈值v1的设置。
[0059]
通常，考虑到施加到电离线或电极上的高电压，并进一步考虑到如下所述的实验，设置上限电压阈值v1。
[0060]
在一个优选实施方案中，此上限阈值v1表示施加到电离线或电极的高电压v0的值的超过50％。
[0061]
在静电沉降器使用期间，由于在排斥电极和收集电极之间建立接触的颗粒的瞬时存在，电压经常下降到非常低的值。当颗粒在烟气流中被带走时，电压在上升到正常水平之前，在这一时刻降到极低。
[0062]
在非常短的时间期间，这些非常低的电压值不被考虑以分析隔间的肮脏状态，并且为此，根据该方法，所监测的电压也与一个预定下限电压阈值v2进行比较，并且如果所监测的电压低于所述预定下限电压阈值v2，则不需要显示清洁状态要求。
[0063]
可设置此预定下限电压阈值v2，以消除假击穿，并且在此现象期间，必须不考虑所监测的电压的低值。
[0064]
通常，下限电压阈值v2取决于静电沉降器构型，特别是所施加的高电压，并且可进一步通过实验来确定。
[0065]
通常，此下限阈值远低于施加到电离线和电极上的高电压以及上限电压阈值v1。通常v1/v2的比率大于10。
[0066]
在一个优选实施方案中，下限预定电压阈值v0可低于100v。
[0067]
具体地，对于施加到电离线或电极的高于5kv的高电压，下限预定电压阈值v0可低于100v。
[0068]
优选地，如果满足以下条件，则显示该清洁状态要求：
[0069]-所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2；
[0070]
并且
[0071]-该时间段δt高于预定时间阈值δt1。
[0072]
通过提供关于时间段δt的长度的第二条件，在此期间，所监测的电压低于预定上限电压阈值v1，不考虑电压的瞬间异常低值，-即使其高于预定下限电压阈值v2，-并且然后不显示清洁状态要求。
[0073]
通常，时间段δt1约为几秒，例如约5秒。
[0074]
在一个实施方案中，如果在该烘焙操作的多于一个时间段δt期间，所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值，则可显示该清洁状态要求。
[0075]
在一个实施方案中，监测该电压的步骤和比较所监测的电压的步骤仅在该烘焙操作的一部分时间期间实施，优选地在该烘焙操作的最后20％时间期间实施，或在咖啡豆的温度高于150℃的该烘焙操作部分期间实施。
[0076]
如上所述，已经观察到，在烘焙操作期间，在电离线处或电极处的电压v变化，并呈现从初始电压v0下降，然后达到电压的最低值v低，并且然后在烘焙操作结束时从所述最低值上升到初始电压v0的一般模式。也观察到在烘焙操作的最后部分期间达到电压的最低值(如下图所示)。因此，在烘焙操作的最后部分期间监测和比较电压足以分析清洁状态要求。烘焙操作的最后部分也可对应于高于150℃的咖啡豆的温度。
[0077]
通常，该烟气处理单元包括被配置成控制该静电沉降器的高压过程控制面板。优选地，可从所述过程控制面板读取所监测的电压。
[0078]
在一个优选实施方案中，该静电沉降器包括至少两个隔间，所述隔间沿由烘焙机排放的烟气流一个接一个地相继地定位，并且所述方法至少施加于沿该烟气流的第一隔间，优选地施加于每个隔间。
[0079]
已经观察到，在此优选实施方案内，第一隔间捕集该隔间被配置成捕集的烟气中约90％的颗粒物，这意味着随后的隔间捕集10％剩余颗粒物的90％。因此，将本方法施加于第一隔间可足以检测此隔间的结垢和击穿风险。
[0080]
优选地，该方法施加于每个隔间，这意味着在每个隔间处监测电压。
[0081]
优选地，烟气处理单元包括除了静电沉降器以外的至少一个其他过滤装置。此其他过滤装置可包括在以下列表中：高效颗粒累积器过滤器、金属过滤器、活性炭过滤器、纸过滤器、棉、布。任选地，烟气处理单元可以包括额外的过滤装置，比如湿式洗涤器、催化转化器、后燃器。
[0082]
被配置用于捕集voc的过滤器优选地为活性炭过滤器或木炭过滤器。
[0083]
优选地，根据烟气流在烟气处理单元内的方向，烟气过滤子单元相继地包括至少一个过滤器以去除颗粒物，然后包括静电沉降器，然后包括活性炭过滤器。此顺序防止活性炭过滤器被颗粒物阻塞。
[0084]
借助于被配置成通过烟气处理单元将烟气从烟气处理单元的入口循环到出口的烟气驱动器将烟气驱动到烟气处理单元和不同的过滤器内。在出口处，由于烟气和污染物已被捕集，因此可安全地将经处理的流释放到房间的大气中。
[0085]
烟气驱动器通常是将烟气驱动到出口的风扇。
[0086]
优选地，风扇靠近烟气处理单元的出口定位。因此，风扇不被未经处理的烟气污染并且其维护更容易。
[0087]
根据一个优选实施方案，烟气过滤子单元至少相继地包括：
[0088]-金属网，然后
[0089]-静电沉降器，然后
[0090]-根据烟气处理单元内的烟气流的移动的活性炭过滤器。
[0091]
优选地，在此实施方案内，活性炭过滤器物理地定位在静电沉降器上方。因此，烟
气通过后续装置被向上引入。
[0092]
在一个实施方案中，该预定上限电压阈值v1的值根据自该静电沉降器的最后一次清洁操作以来实施的烘焙操作的次数而变化，并且优选地，所述值随着烘焙操作次数的增加而减小。
[0093]
由于隔间在每次烘焙操作中变得越来越脏，因此对自隔间最后一次清洁操作以来的操作次数进行计数提供了对其结垢的高水平估计。基于实验，可估计隔间需要清洗之前的最大烘焙操作次数。
[0094]
基于所述估计，当烘焙操作的次数分别达到对应的烘焙操作的预定次数n1、n2、n3时，预定上限电压阈值v1的值可以逐步减小，并且上限电压阈值可分别设置为值v11、v12、v13。
[0095]
该值可逐步减小，并且在每一步骤处，该值可对应于最大预定上限电压阈值的百分比。
[0096]
在另一个实施方案中，该系统可包括计量器，该计量器被配置成估计在需要该静电沉降器的该清洁操作之前仍能够操作的烘焙操作的次数，并且该预定上限电压阈值v1的值根据所估计的次数而变化，优选地，所述值随着烘焙操作的估计次数的减少而减小。
[0097]
此类计量器可被配置成估计静电沉降器的隔间的结垢状态，并且估计在需要清洁之前仍能够操作的烘焙操作的次数。此估计可基于已经实施的烘焙操作的次数和/或已经实施的烘焙操作的类型和/或在已经实施的烘焙操作期间烘焙的咖啡豆的类型。
[0098]
具体地，当仍能够实施的烘焙操作的估计次数分别达到烘焙操作的对应预定次数n1、n2、n3时，可逐步减小，并且预定上限电压阈值的值可分别设置为值v11、v12、v13。
[0099]
当预定上限电压阈值v1的值变化时，优选地，根据该预定上限电压阈值v1的值，能够显示对应类型的清洁状态要求。
[0100]
具体地，随着预定上限电压阈值v1的值降低，清洁状态可从简单信息或预警演变为紧急清洁要求警报。
[0101]
在一个实施方案中，该系统包括传感器，该传感器被配置成测量由该静电沉降器处理的该烟气的颗粒物，并且该方法包括以下步骤：
[0102]-在该烘焙操作期间测量该颗粒物的浓度，
[0103]-将该清洁要求状态与该测量值进行比较。
[0104]
传感器使得能够确认基于所监测的电压的分析显示的清洁要求状态是正确的。
[0105]
在第二方面，提供了用于烘焙咖啡豆的系统，所述系统包括：
[0106]-烘焙设备，和
[0107]-烟气处理单元，该烟气处理单元被配置成处理由该烘焙设备产生的烟气，所述烟气处理单元包括至少一个静电沉降器，
[0108]
所述静电沉降器包括至少一个隔间，并且
[0109]
所述隔间包括电离线、收集电极和排斥电极，并且
[0110]
所述隔间被供应电力，以便向这些电离线和这些电极的至少一部分施加高电压，和
[0111]-控制系统，该控制系统可操作以根据诸如以上所述的烘焙方法来控制烘焙过程。
[0112]
根据烘焙设备和烟气处理单元的集成，控制系统可在两个设备之间共享，并且该
方法的步骤可在至少这两个设备的控制单元之间共享。
[0113]
在一个实施方案中，该方法可由烘焙设备的控制单元和烟气处理单元的控制单元执行，两个控制单元一起通信。具体地：
[0114]-烟气处理单元的控制单元可执行以下步骤：
[0115]
·
监测电压v，
[0116]
·
将所述监测的电压v与上限电压阈值和下限电压阈值进行比较，以及
[0117]
·
如果需要，将清洁要求状态传送给烘焙设备，
[0118]-烘焙设备的控制单元可实施显示清洁要求状态的步骤。
[0119]
在另一个实施方案中，
[0120]-烟气处理单元的控制单元可执行以下步骤：
[0121]
·
监测电压v，并且
[0122]
·
将所述监测的电压v的值传送到烘焙设备，以及
[0123]-烘焙设备的控制单元可实施以下步骤：
[0124]
·
将所述监测的电压v与上限电压阈值和下限电压阈值进行比较，
[0125]
·
如果必要，显示清洁要求状态。
[0126]
在另一个实施方案中，烟气处理单元的控制单元可在从烘焙设备接收到烘焙步骤开始的信息后实施所有步骤。
[0127]
优选地，烘焙设备可包括显示单元，以便显示清洁要求状态。
[0128]
另选地，静电沉降器可包括显示清洁要求状态的装置，诸如照明按钮。
[0129]
在另一个替代方案中，控制系统可被配置成在与系统通信的移动装置上显示清洁要求状态。
[0130]
在第三方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括使根据第二方面所述的上述系统执行根据第一方面所述的上述方法的指令。
[0131]
在一个实施方案中，该计算机程序可由烘焙设备的控制单元和烟气处理单元的控制单元执行，两个控制单元一起通信。具体地：
[0132]-烟气处理单元的控制单元可执行以下步骤：
[0133]
·
监测电压v，
[0134]
·
将所述监测的电压v与上限电压阈值和下限电压阈值进行比较，以及
[0135]
·
如果需要，将清洁要求状态传送给烘焙设备，
[0136]-烘焙设备的控制单元可实施显示清洁要求状态的步骤。
[0137]
在另一个实施方案中，
[0138]-烟气处理单元的控制单元可执行以下步骤：
[0139]
·
监测电压v，并且
[0140]
·
将所述监测的电压v的值传送到烘焙设备，以及
[0141]-烘焙设备的控制单元可实施以下步骤：
[0142]
·
将所述监测的电压v与上限电压阈值和下限电压阈值进行比较，以及
[0143]
·
如果必要，显示清洁要求状态。
[0144]
在另一个实施方案中，烟气处理单元的控制单元可在从烘焙设备接收到烘焙步骤开始的信息后实施所有步骤。
[0145]
在第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的根据第三方面所述的上述计算机程序。
[0146]
本发明的以上方面可按任何合适的组合方式进行组合。此外，本文中的各种特征可以与上述方面中的一者或多者组合，以提供除了具体示出和描述的那些以外的组合。根据权利要求书、具体实施方式以及附图，本发明的另外的目的和有利特征将显而易见。
附图说明
[0147]
现将参考以下附图以举例的方式进一步描述本发明的具体实施方案。
[0148]-图1是根据本发明的一个系统的视图，示出了烟气通过系统的路径，
[0149]-图2示出了图1的烟气处理单元的静电沉降器部分的隔间中的一个隔间，
[0150]-图3示出了根据图1和图2的系统的控制系统的框图，
[0151]-图4和图5示出了在收集电极的两种不同的结垢状态下，烘焙操作期间所监测的电压和排放的颗粒的演变，
[0152]-图6是图4所示的一次烘焙操作的放大视图。
具体实施方式
[0153]
用于烘焙的系统
[0154]
图1示出了烘焙设备1和烟气处理单元2的系统的示意图。在功能上，烘焙设备能被操作以烘焙咖啡豆，并且烟气处理单元能够操作以处理在烘焙期间由烘焙设备产生的烟气。
[0155]
烘焙设备
[0156]
烘焙设备1可操作以在烘焙室12内接收并烘焙咖啡豆。
[0157]
优选地，烘焙设备1包括烘焙室12，热空气流被引入该烘焙室中以搅拌并加热咖啡豆。热空气流通常由气流驱动器和加热器产生。这些装置定位在烘焙室下方并通过烘焙室的底部引入热空气流。在所示的附图中，室的底部被构造成使空气能够穿过，具体地讲，其可以是穿孔板，咖啡豆可位于该穿孔板上并且空气可穿过该穿孔板向上流动。
[0158]
气流驱动器能被操作以在容器底部的方向上向上生成空气流。所生成的流被配置成加热豆并搅拌和提升豆。因此，咖啡豆被均匀地加热。具体地讲，空气流驱动器可以是由马达供电的风扇。空气入口可设置在壳体的基部内，以便将空气馈送到壳体内，气流驱动器在室12的方向上吹送此空气。
[0159]
加热器能被操作以加热由空气流驱动器生成的空气流。优选地，加热器是定位在风扇与穿孔板之间的电阻，其结果是空气流在进入室12之前被加热以加热并提升咖啡豆。
[0160]
加热器和/或风扇能被操作以将烘焙曲线应用于咖啡豆，该烘焙曲线被定义为温度对时间的曲线。
[0161]
优选地，烘焙设备包括用户界面13，该用户界面能够：
[0162]-输入关于烘焙(特别是关于引入烘焙室内的豆的量和期望的烘焙水平)的信息以及输出关于烘焙操作的信息(状态、温度、时间)，以及
[0163]-优选地关于有关烟气处理单元2的信息的输出，特别是关于静电沉降器222的清洁的信息的输出。
[0164]
烘焙咖啡豆生成烟气，由于气流驱动器生成的气流，烟气被驱动到烘焙室的顶部开口121，如图1中的箭头s1所示。
[0165]
一般来讲，麸皮收集器与室的顶部开口121流体连通以接收在烘焙期间逐渐与咖啡豆分离并且由于其较轻密度而被吹到麸皮收集器的麸皮。
[0166]
烟气的其余部分通过位于烘焙设备的顶部的烟气出口11排放。
[0167]
烟气处理单元
[0168]
烟气处理单元2能被操作以接收并处理在烘焙设备的烟气出口11处散发的烟气s1。
[0169]
首先，烟气处理单元2包括适于收集烟气的烟气收集装置21。该烟气收集装置21或收集装置形成内部空隙空间或管道，该内部空隙空间或管道从烘焙设备的出口11沿烟气过滤子单元22的过滤装置的方向引导烟气(虚线s1、s2、s3)。
[0170]
烟气过滤子单元22包括适于过滤小颗粒物质，诸如pm1、pm
2.5
和pm
10
的静电沉降器222。该静电沉降器222包括在烟气流中一个接一个地相继地定位的两个相同的隔间222a、222b。
[0171]
图2示出了隔间222a的主要部件。隔间222a被配置成被烟横穿，并且根据烟气流的方向相继地包括：
[0172]-多个电离线2221，然后
[0173]-多个收集电极2222和排斥电极2223，通常为平行板的形式，以交替的方式定位在几毫米的距离处。这些板被定向成产生烟气流的通道。
[0174]
在电离线2221上施加高电压水平(在这种情况下在8kv的范围内)，以产生电晕放电，该电晕放电对进入隔间的烟气颗粒充电。
[0175]
通过在收集电极和排斥电极之间施加电压差(例如，在这种情况下，向收集电极施加4kv，并将排斥电极拟合到地面)，由收集电极和排斥电极产生电场。
[0176]
当带电颗粒在由交替的收集电极和排斥电极限定的通道中流动时，这些带电颗粒被垂直于流动方向的电场吸引到收集电极2222上。
[0177]
静电沉降器222的清洁操作包括从烟气过滤单元去除静电沉降器的隔间222a、222b，并用水和任选地用洗涤剂例如在洗碗机中洗涤它们。
[0178]
另外，在具体示出的实施方案中，烟气过滤子单元22可包括：
[0179]-适于过滤如pm
10
的大颗粒物的装置223，例如金属网和相关联的扩散器，该扩散器通常为定位于网前面(即，上游)的金属格栅。
[0180]-适于去除烟气中的voc的活性炭过滤器221。
[0181]
优选地，用于去除颗粒物的装置定位在活性炭过滤器的上游。此上游位置确保颗粒物不污染活性炭过滤器。
[0182]
在物理上，静电沉降器定位在活性炭过滤器的下方，以避免当静电沉降器被断电时，颗粒从静电沉降器落在活性炭过滤器上。
[0183]
烟气过滤子单元22包括烟气驱动器23，通常为风扇，用于通过烟气过滤子单元22(烟气在此处进行处理)将被污染的烟气从收集装置的入口211抽吸到烟气过滤子单元22的出口25(烟气在此处安全地分配到环境大气中)。
[0184]
烘焙设备和烟气处理单元的系统的控制系统
[0185]
参考图1、图2和图3，现在将考虑控制系统3：控制系统3能被操作以控制烟气过滤单元2，并且特别是烟气处理单元的静电沉降器222。
[0186]
根据烘焙设备1和烟气过滤单元2的集成水平，控制系统可在这两个设备的控制单元之间共享：
[0187]-如果烟气处理单元2是烘焙设备1的一部分，通常，烘焙设备的控制单元是主单元，而过滤器的控制单元是从单元。
[0188]-如果烘焙设备1和烟气处理单元2形成两个不同的设备(它们中的每个设备都具有其自身独立的控制单元)，则这些控制单元可被配置成通信以实施该方法。
[0189]
也可在这两个设备的系统与移动装置之间建立通信，特别是显示信息。
[0190]
图3示出了图1的烟气过滤单元2的控制系统。
[0191]
控制系统3通常在烟气过滤单元2的第二水平处包括：处理或控制单元30、功率源33、存储器单元31、用于电离电极的电压传感器34。
[0192]
控制单元30被配置成向烘焙设备的用户界面13输出反馈，特别是显示静电沉降器的清洁要求状态。在另选的构型中，一些处理单元2可包括其自身的用户界面来显示此状态，例如可根据该状态点亮的照明按钮。
[0193]
控制单元30还可将关于以下内容的信息显示给用户界面13：
[0194]-清洁指令，如教程、关于清洁操作的历史数据，
……
[0195]-警报状态的重置。
[0196]
用户界面的硬件可包括任何合适的装置，例如，硬件包括以下各项中的一个或多个：按钮(诸如操纵杆按钮、旋钮或按压按钮)、操纵杆、led、图形或字符ldc、带触摸感测的图形屏幕和/或屏幕边缘按钮。用户界面20可被形成为一个单元或多个离散单元。
[0197]
当设备设置有如下所述的通信接口32时，用户界面的一部分也可以位于移动应用程序上。在该情况下，输入和输出的至少一部分可以通过通信接口32传输到移动装置。
[0198]
控制单元30通常包括被布置为集成电路(通常为微处理器或微控制器)的存储器、输入和输出系统部件。控制单元30可包括其他合适的集成电路，诸如：asic、可编程逻辑设备(诸如pal、cpld、fpga、psoc)、片上系统(soc)、模拟集成电路(诸如控制器)。对于此类装置，在适当的情况下，上述程序代码能够被认为是编程逻辑或另外包括编程逻辑。控制单元30还可包括上述集成电路中的一个或多个集成电路。后者的示例是多个集成电路以模块化方式被布置成彼此通信，例如：用于控制烟气处理单元2的从集成电路与用于控制烘焙设备10的主集成电路通信。
[0199]
功率源33能被操作以向所述受控部件和控制单元30供应电能。功率33可包括各种装置，诸如电池或用于接收和调节主电源的单元。
[0200]
控制单元30通常包括用于存储指令作为程序代码和任选地数据的存储器单元31。为此，存储器单元通常包括：用于存储程序代码和操作参数作为指令的非易失性存储器，例如eprom、eeprom或闪存，用于临时数据存储的易失性存储器(ram)。存储器单元可包括单独和/或集成的(例如在半导体管芯上)的存储器。对于可编程逻辑装置，指令可被存储为编程逻辑。
[0201]
存储在存储器单元31上的指令可理想化为包括用于确定系统的烟气处理单元的肮脏程度的程序，并且特别是清洁状态要求(不需要清洁，在当前烘焙操作结束时紧急清
洁
……
)。
[0202]
控制单元30被配置成输出由传感器34测量的电离线2221处的电压v的值。在优选实施方案中，电压可从静电沉降器的高压pcb直接读取。
[0203]
在烘焙操作期间，控制系统3可操作以：
[0204]-在烘焙操作的过程中监测电离线处的电压和/或电极处的电压，
[0205]-将所监测的电压与预定上限电压阈值v1和一个预定下限电压阈值v2进行比较，和
[0206]-如果在烘焙操作的时间段δt期间，所监测的电压低于所述预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2，则显示清洁状态要求。
[0207]
图4示出了在连续烘焙操作(n
°
1至6)期间，排放的pm和所监测的电压的演变。
[0208]
曲线c示出了在烘焙操作期间排放的并且在静电沉降器的上游测量的(即在通过此过滤装置处理之前)的pm
2.5
的测量值。
[0209]
在这些烘焙操作期间，上游隔间222a和下游隔间222b各自的电离线2221处的电压分别由曲线a和曲线b表示。
[0210]
观察到在烘焙操作期间，在电离线处的电压v变化，并呈现从初始电压v0(约7kv)下降，然后达到电压的最低值v低(由黑点示出)，并且然后在烘焙操作结束时从所述最低值上升到初始电压v0的一般模式。从最近清洁过的静电沉降器开始并实施多次烘焙操作，已经观察到最低电压的值v低在每次烘焙操作时变得越来越低，如虚线所示。此最低值是可测量参数，提供了关于收集电极上的颗粒收集水平的信息。
[0211]
当所监测的电压的一部分，诸如最低值v低，变得低于上限电压阈值v1(在图4中在4.5kv下设置并表示)时，会显示警报，以引起操作者注意需要清洁操作的事实。
[0212]
通过曲线b，可注意到另一个隔间222b的所监测的电压没有相当地降低。这是由于上游隔间222a捕集了约90％的pm的这一事实。因此，下游隔间222b不会很快结垢。
[0213]
上限电压阈值v1可通过耐久性测试来预定义，在此期间，重复排放最高水平的pm的烘焙操作(优选地将咖啡豆烘焙到深度水平)，并监测电压。随着操作的重复和最低电压值的降低，第一击穿的出现表明板中沉积了非常高水平的pm。由于这些击穿是不期望的(pm被分配在房间中或阻塞下游活性炭过滤器，如果存在)，上限电压阈值v1被定义为使得即使电压在烘焙操作期间达到此阈值，在所述操作期间无击穿发生。
[0214]
图5示出了在标识为n
°
x至n
°
x+5的连续烘焙操作期间排放的pm和所监测的电压的演变，其中操作n
°
x+1是第一操作，在此期间所监测的电压低于在4.5kv下设置的电压阈值v1。
[0215]
如图4所示，曲线c示出了在烘焙操作期间排放的并且在静电沉降器的上游测量的pm
2.5
的测量值，并且在这些烘焙操作期间，上游隔间222a和下游隔间222b的电离线2221处各自的电压分别由曲线a和曲线b表示。
[0216]
曲线a示出了这样的情况，在烘焙操作n
°
x和两个随后的操作n
°
x+1和n
°
x+2之间，隔间222a的所监测的电压在每个烘焙操作期间变得低于v1。在这两个操作期间，无击穿发生，并且过滤操作仍是安全的，但是如果在烘焙操作n
°
x+2之后发生进一步的操作，注意在所有随后的烘焙操作n
°
x+3至n
°
x+5期间，所监测的电压极低地下降到低于v1的值，这意味着在这些操作期间系统地发生击穿。因此，以安全的方式，上限阈值v1被设置在高于击穿时
观察到的第一最低电压的电压处(在操作n
°
x+3期间为3.2kv)。
[0217]
通过对曲线b进行分析，可注意到在烘焙操作n
°
x+1至n
°
x+3期间，第二下游隔间仍有效地捕集pm，但是此第二隔间也变得迅速结垢，并且在没有过滤烟气的能力的情况下经受击穿。因此，非常优选的是，在烘焙操作n
°
x+1结束并且检测到第一上游隔间中的问题之后，立即显示敦促操作者清洁静电沉降器的警报。
[0218]
图6是取自图4的烘焙操作n
°
6的放大视图。很明显，在时间t1处，所监测的电压在非常短的周期期间下降到几乎等于零的值。该值低于100v，并且周期低于5秒。此类低电压对应于假击穿。这可能是由于颗粒在两个电极之间建立的短暂接触，并且所述接触几乎立即消失，颗粒被烟气流带走。此假击穿不能提供关于静电沉降器的隔间结垢的信息。因此，如果所监测的电压低于下限阈值v2，其本身低于上限阈值v1，则无清洁状态要求显示。下限电压阈值v2可被设置为约100v。
[0219]
用诸如图4和图5所示的静电沉降器的系统和烘焙设备进行的烘焙操作实验使得能够预先确定上限阈值v1的值。
[0220]
另外，由于曲线a和b的最低电压逐渐降低，所以可定义多个预定上限电压阈值v
11
、v
12
、
……
，其中v
11
》v
12
》v1，诸如图4中的虚线所示，以便逐渐警告操作者不同的清洁状态要求变得越来越令人担忧。例如，当所监测的电压保持高于上限阈值v
11
时，可显示消息，在需要清洁之前，可实施多于n1烘焙操作，n1对应于已清洁隔间可能的通常操作总数的2/3。然后，当所监测的电压在上限阈值v12和v11之间时，可显示消息，在需要清洁之前，可在n1和n2之间实施烘焙操作，n2对应于已清洁隔间可能的通常操作总数的1/3。
[0221]
然后，当所监测的电压在上限阈值v1和v12之间时，可显示消息，在需要清洁之前，可实施小于n2的烘焙操作。
[0222]
最后，当所监测的电压低于上限阈值v1时，显示消息，即在操作新烘焙之前必须进行清洁。
[0223]
通常，基于这些预定实验，在烘焙系统的设置菜单中设置上限阈值v1(或任选地预定电压阈值v
11
、v
12
、
……
)。此阈值存储在控制单元30的存储器31中。基于此阈值，一旦在一次烘焙操作期间所监测的变得接近此阈值，则显示用于清洁的警报。
[0224]
一般来讲，当在烘焙操作期间所监测的电压达到上限阈值v1时，警报敦促操作者在实施任何新的烘焙操作之前清洁静电沉降器，因为击穿将在下一次烘焙操作中系统地发生，其结果是pm没有被过滤。
[0225]
当操作者忘记清洁静电沉降器时，此方法特别有用，尽管她/他已经通过另一个用于清洁的警报的显示得到通知，例如基于烘焙操作的时数的警报。用于在下一次烘焙操作之前进行紧急清洁的新显示敦促她/他采取行动。此新显示器保证，如果操作者遵循清洁的建议，则在接下来的操作中静电沉降器将无击穿发生，并且民众将保持在烘焙系统周围的安全环境中。
[0226]
优选地，在烘焙操作期间，如果满足以下条件，控制系统3可操作来显示清洁状态要求：
[0227]-如果在烘焙操作的时间段δt期间，所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2，并且
[0228]-此时间段δt高于预定时间阈值δt1。优选地，此预定时间阈值δt1为约5秒。
[0229]
在图5中，可观察到，在烘焙操作n
°
x+1期间，在高于1分钟的时间段δt期间，隔间222a的所监测的电压低于阈值v1(实际上，图5中的时间尺度使得一次烘焙操作在图5中持续至少15分钟)。在如此长的时间段期间如此低的电压不能被视为是孤立的低值电压，并且因此此测量的电压被保留以启动清洁警报的显示。
[0230]
如果此时间段δt已非常短，例如小于5秒，则此测量的电压将不会被保留以启动清洁警报的显示。
[0231]
考虑时间段δt的长度的事实提供了更准确的清洁要求状态。
[0232]
在替代方案或补充方法中，控制系统可以是可操作的以用于：
[0233]-在烘焙操作的过程中监测电离线处的电压和/或电极处的电压，
[0234]-计算烘焙操作期间所监测的电压的移动平均值，
[0235]-将所述计算的移动平均值与预定下限电压阈值v1进行比较，以及
[0236]-如果在烘焙操作的时间段δt期间，移动平均值低于所述预定上限电压阈值v1，则显示清洁状态要求。
[0237]
用移动平均值计算电压值提供了平滑波动和排除多个测量点上的异常值的优点，特别是在非常短的时间段内发生的假击穿或异常低的电压值(低于v1)。
[0238]
虽然已参考以上所示的实施方案描述了本发明，但应当理解，如权利要求书所保护的本发明不以任何方式受限于这些示出的实施方案。
[0239]
在不背离如权利要求书所限定出的本发明范围的情况下，可以做出各种变化和修改。此外，对于具体的特征如果存在已知的等同物，则应如同在本说明书中明确提到的那样来并入此类等同物。
[0240]
如本说明书中所用，词语“包括”、“包含”和类似词语不应理解为具有排他性或穷举性的含义。换句话讲，这些词语旨在表示“包括但不限于”的意思。
[0241]
附图中的标引列表：
[0242]
烘焙设备1
[0243]
烟气出口11
[0244]
烘焙室12
[0245]
顶部出口121
[0246]
用户界面13
[0247]
烟气处理单元2
[0248]
烟气收集装置21
[0249]
烟气过滤子单元22
[0250]
活性炭过滤器221
[0251]
静电沉降器222
[0252]
隔间222a、222b
[0253]
电离电极2221
[0254]
收集板2222
[0255]
排斥板2223
[0256]
pm过滤器223
[0257]
烟气驱动器23
[0258]
出口25
[0259]
控制系统3
[0260]
控制单元30
[0261]
存储器单元31
[0262]
隔间电流源32
[0263]
功率源33
[0264]
电离电极电压传感器34

技术特征：
1.一种在烘焙系统(10)中烘焙咖啡豆的方法，所述系统包括：-烘焙设备(1)，和-烟气处理单元(2)，所述烟气处理单元被配置成处理由所述烘焙设备产生的烟气，所述烟气处理单元包括至少一个静电沉降器(222)，
·
所述静电沉降器包括至少一个隔间(222a,222b)，并且
·
所述隔间包括电离线(2221)、收集电极(2222)和排斥电极(2223)，并且
·
所述隔间被供应电力，以便向所述电离线和所述电极的至少一部分施加高电压，其中在该烘焙设备中实施的每次烘焙操作期间，该方法包括以下步骤：-在所述烘焙操作的过程中监测所述电离线处的电压和/或所述电极处的电压，-将所监测的电压与预定上限电压阈值v1和一个预定下限电压阈值v2进行比较，以及-如果在所述烘焙操作的时间段δt期间，所监测的电压低于所述预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2，则显示清洁状态要求。2.根据权利要求1所述的方法，其中比率v1/v2大于10。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中如果满足以下条件，则显示所述清洁状态要求：-所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值v2；并且-所述时间段δt高于预定时间阈值δt1。4.根据前一权利要求所述的方法，其中所述预定时间阈值δt1低于10秒，优选约5秒。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中如果在所述烘焙操作的多于一个时间段δt期间，所监测的电压低于所述至少一个预定上限电压阈值v1，同时高于所述预定下限电压阈值，则显示所述清洁状态要求。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中监测所述电压的步骤和比较所监测的电压的步骤仅在所述烘焙操作的一部分时间期间实施，优选地在所述烘焙操作的最后20％时间期间实施，或在咖啡豆的温度高于150℃的所述烘焙操作部分期间实施。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烟气处理单元包括被配置成控制所述静电沉降器的高压过程控制面板，并且其中从所述过程控制面板读取所监测的电压。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述静电沉降器包括至少两个隔间(222a,222b)，所述隔间沿由烘焙机排放的烟气流相继地定位，并且其中所述方法至少应用于沿所述烟气流的第一隔间(222a)。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定上限电压阈值v1的值根据自所述静电沉降器的最后一次清洁操作以来实施的烘焙操作的次数而变化，优选地，所述值随着烘焙操作次数的增加而减小。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述系统包括计量器，所述计量器被配置成估计在需要所述静电沉降器的所述清洁操作之前仍能够操作的烘焙操作的次数，并且所述预定上限电压阈值v1的值根据所估计的次数而变化，优选地，所述值随着烘焙操作的估计次数的减少而减小。10.根据权利要求9或10所述的方法，其中根据所述预定上限电压阈值v1的值，能够显示对应类型的清洁状态要求。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述系统包括传感器，所述传感器被配置成测量由所述静电沉降器处理的所述烟气的颗粒物，并且所述方法包括以下步骤：-在所述烘焙操作期间测量所述颗粒物的浓度，-将所述清洁要求状态与所测量的浓度进行比较。12.一种用于烘焙咖啡豆的系统(10)，所述系统包括：-烘焙设备(1)，和-烟气处理单元(2)，所述烟气处理单元被配置成处理由所述烘焙设备产生的烟气，所述烟气处理单元包括至少一个静电沉降器(222)，所述静电沉降器包括至少一个隔间(222a,222b)，并且所述隔间包括电离线(2221)、收集电极(2222)和排斥电极(2223)，并且所述隔间被供应电力，以便向所述电离线和所述电极的至少一部分施加高电压，和-控制系统(3)，所述控制系统能够操作以根据权利要求1至11中任一项所述的方法来控制烘焙过程。13.一种计算机程序，所述计算机程序包括使根据权利要求12所述的系统执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的指令。14.根据前述权利要求所述的计算机程序，其中所述计算机程序由烘焙设备的控制单元(30)和烟气处理单元的控制单元执行，两个控制单元一起通信。15.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有存储在其上的根据权利要求13所述的计算机程序。

技术总结
本发明涉及一种在烘焙系统(10)中烘焙咖啡豆的方法，所述系统包括：-烘焙设备(2)，以及-烟气处理单元(3)，该烟气处理单元被配置成处理由该烘焙设备产生的烟气，所述烟气处理单元包括至少一个静电沉降器(222)，其中在该烘焙设备中实施的每次烘焙操作期间，该方法包括以下步骤：-在该烘焙操作的过程中监测电离线处的电压和/或电极处的电压；-将所监测的电压与预定上限电压阈值V1和一个预定下限电压阈值V2进行比较；以及-如果在该烘焙操作的时间段Δt期间，所监测的电压低于所述预定上限电压阈值V1，同时高于所述预定下限电压阈值V2，则显示清洁状态要求。则显示清洁状态要求。则显示清洁状态要求。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：雀巢产品有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2023/9/7