(57)【要約】【課題】加熱される容器、及び当該容器の底部に配置され、略水平方向に回転する送風機、当該容器の上部に配置されている天井をそれぞれ設けている粒状材料の焙煎装置において、効率的な焙煎が可能な装置の構成を提供すること。【解決手段】加熱される容器１、当該容器１の底部に配置され、略水平方向に回転する送風機３、当該容器１の上部に配置されている天井２をそれぞれ設けている粒状材料６の焙煎装置において、送風機３の突出孔３１における風速、送風機３の回転速度、突出孔３１の数を調整することによって、送風機３から突出し、かつ容器１内を上昇した風７の大半が、天井２に沿って容器１の略中央部側に移行せずに、天井２から反射されて、容器１を下降するように設計したことに基づき、粒状材料６が容器１の略中央部に移行せずに、容器１の内壁、またはその近傍に沿って上昇、及び下降するというような撹拌を実現することができる粒状材料６の焙煎装置。【選択図】　　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱される容器、当該容器の底部に配置され、略水平方向に回転する送風機、当該容器の上部に配置されている天井をそれぞれ設けている粒状材料の焙煎装置において、送風機の突出孔における風速、送風機の回転速度、突出孔の数を調整することによって、送風機から突出し、かつ容器内を上昇した風の大半が、天井に沿って容器の略中央部側に移行せずに、天井から反射されて、容器を下降するように設計したことに基づく粒状材料の焙煎装置。
【請求項２】
突出孔における風速を予め設定し、送風機の回転速度をωとし、突出孔を１個設けた場合に、送風機から出発した風が天井に衝突した後、容器内を下降し、送風機の近辺にまで戻ってくる時間を約Ｔとした場合、Ｔ≦２π／（Ｎω）を充足するように、突出孔の数Ｎを設定することを特徴とする請求項１記載の粒状材料の焙煎装置。
【請求項３】
突出孔を１個または２個に選択したことを特徴とする請求項１記載の粒状材料の焙煎装置。
【請求項４】
突出孔を複数個設け、かつ隣接し合う突出孔の断面積が相互に異なるように設計したことを特徴とする請求項１記載の粒状材料の焙煎装置。
【請求項５】
容器に対する加熱装置として、電熱線を容器と一体に固着していることを特徴とする請求項１記載の粒状材料の焙煎装置。
【請求項６】
複数本の電熱線を容器の底部から上部にかけて、略放射状に配置し、かつ各電熱線が並列回路を形成していることを特徴とする請求項５記載の粒状材料の焙煎装置。
【請求項７】
既に過熱している熱風を送風することを特徴とする請求項１記載の粒状材料の焙煎装置。
【請求項８】
熱風を外部に排出する際、加熱していない風を合流したうえで排出することを特徴とする請求項１、７記載の粒状材料の焙煎装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコーヒー豆、ナッツ等の粒状材料を効率的に焙煎することを可能とする焙煎装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒状材料を焙煎する装置として、加熱された容器の底部に、略水平方向に回転する送風機を設け、容器内において粒状材料を移動させながら焙煎する方法、及び当該方法に対応する装置が既に設計されており、例えば特開平１１−５６３２１号公報に示される方法及び装置は、その典型例に該当する。
【０００３】
しかしながら、このような従来技術における装置においては、送風機の周囲に多数の風が突出する突出孔が設けられており、このために送風機の周囲から概略一様に風が突出することによる送風が行われている。
【０００４】
しかしながら、送風機の周囲から概略一様に送風を行った場合には、容器内において上昇した風は、天井に衝突した後、容器内において下降しようとするも、図６（ａ）に示すように、その直後に突出孔３１から送風された風７が到来し、相互に衝突せざるを得ないような状態となっている。
【０００５】
このため、天井２に衝突した風７は、後続して上昇しようとする風７のために、完全に下降することが不可能となり、結局概略天井２に沿って、図６（ｂ）に示すように、容器１の中央方向に移行していくことにならざるを得ない。
【０００６】
しかしながら、図６（ｂ）に示すように、天井２に衝突した風７が容器１の略中央に移行した場合には、焙煎の対象となる粒状材料６もまた、容器１の壁部から離れ、略中央方向に移行するという状態が少なからず発生する。
【０００７】
しかしながら、このような状態では、粒状材料６が容器１の壁部によって加熱される機会が奪われ、効率的な焙煎を行うことができない。
即ち、前記従来技術は、折角加熱される容器１と、略水平方向に回転する送風機３によって粒状材料６の撹拌に基づく効率的な焙煎を行うことを目的としながら、当該目的を十分達成し得ないという重大な欠陥を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような問題点を包摂している前記従来技術に着目し、送風機から容器内を上昇した風の大半が、天井に衝突した後、再び容器内において下降できるような焙煎装置の構成を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の構成は、加熱される容器、当該容器の底部に配置され、略水平方向に回転する送風機、当該容器の上部に配置されている天井をそれぞれ設けている粒状材料の焙煎装置において、送風機の突出孔における風速、送風機の回転速度、突出孔の数を調整することによって、送風機から突出し、かつ容器内を上昇した風の大半が、天井に沿って容器の略中央部側に移行せずに、天井から反射されて、容器を下降するように設計したことに基づく粒状材料の焙煎装置からなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
予め容器の形状、大きさが設定されている場合において、容器内を上昇した風が天井に衝突した後、その大半が天井に沿って略中央位置に移行せずに、容器内において下降するか否かを左右する要因としては、突出孔における風速、送風機の回転速度、及び突出孔の数である。
【００１１】
一般には、突出孔における風速が大きく、かつ突出孔の数、及び回転速度が小さい場合には、先に天井に衝突した風に対し、下降しようとする風と、後続して上昇してくる風とが衝突する度合（確率）が小さいことになり、結局天井に反射した風が容器内において下降しやすい状態となる。
【００１２】
そして、突出孔における風速、送風機の回転速度、及び突出孔の数について様々な組合せを行ったうえで、天井に衝突した風の大半が、天井に沿って略中央部に移行せずに、容器内を下降するか否かについて試行錯誤を伴う具体的な実験によって、上記下降を実現し得る組合せを確認していくことになる。
但し、上記確認による実験は、あくまで加熱の対象となる焙煎材料を容器内に存置させた状態にて行うことが不可欠であり、焙煎材料を存置させない状態による実験結果は、あくまで参考資料に過ぎず、決して本発明の課題を解決し得るか否かを明らかにする保証、またはメルクマールとはならない。
【００１３】
容器内に焙煎材料を存置させたうえで、突出孔内の風速を、事前に特定の値に設定し、かつ突出孔の数を１個とし、送風機の回転速度をωとした場合において、送風機から出発した風が天井に衝突した後、送風機の近辺に戻ってくることが実現され、しかも戻ってくるまでの時間が約Ｔであることが確認された場合には、突出孔の数Ｎについては、
Ｔ≦２π／（Ｎω）……（１）
である場合には、天井に反射した大半の風は、容器の内壁に沿って格別の支障なく下降することができる。
【００１４】
上記（１）式は、以下のように証明することができる。
即ち、図５（ｃ）に示すように、突出孔３１の回転中心からの半径をｒとした場合、風７が突出孔３１から突出した場合の、送風機３の回転方向の速度成分はωｒであり、かつ当該速度成分と、突出孔３１から突出した風７の進行方向（突出孔３１におけるＶと、突出孔３１の回転速度ωｒとの合成による風７の移動方向）との角度をαとし、突出孔３１から風７が突出した位置と、時間Ｔを経て送風機３の周辺に戻ってきた位置との回転中心における角度差をβとした場合、図５（ｃ）からも明らかなように、前記時間Ｔの間に、前記速度成分ωｒによる移動距離ωｒＴでは、
ωｒＴ＝２×（図５（ｃ）においてｌによって示す長さ）×ｓｉｎα
＝２ｒｓｉｎ（β／２）ｓｉｎα／ｓｉｎ（α−β／２）……（２）
が成立する。
【００１５】
しかして、前記角度差βとする送風機３の外周における円弧の長さは、ｒβであるが、
ｒβ＜２ｒｔａｎ（β／２）……（３）
が一般式として成立する。
ここで、前記（２）式と、前記（３）式の右辺である２ｒｔａｎ（β／２）
の大小関係を検討する。
【００１６】
三角関数の初等的な加法定理により、
ｓｉｎ（α−β／２）
＝ｓｉｎα・ｃｏｓ（β／２）−ｃｏｓα・ｓｉｎ（β／２）
である以上、
ｓｉｎ（α−β／２）＜ｓｉｎα・ｃｏｓ（β／２）
であり、
１／ｃｏｓ（β／２）＜ｓｉｎα／ｓｉｎ（α−β／２）
が成立する。
したがって、
２ｒｔａｎ（β／２）
＝２ｒｓｉｎ（β／２）／ｃｏｓ（β／２）＜２ｒｓｉｎ（β／２）・ｓｉｎα／ｓｉｎ（α−β／２）
が成立し、前記（２）式は、前記（３）式の右辺よりも大きい。
【００１７】
したがって、
ｒβ＜（ｒω）Ｔ……（４）
が成立する。
【００１８】
前記（１）式により、
（ｒω）Ｔ≦（２πｒ）／Ｎ
が成立し、前記（４）式を考慮するならば、
ｒβ＜（２πｒ）／Ｎ……（５）
が成立する。
【００１９】
上記（５）式によれば、図５（ｃ）において、特定の突出孔３１から突出した風７が、時間Ｔを経て、風７が戻ってきた送風機３の周辺の位置は、送風機３の回転方向の円弧に沿った距離ｒβであるが、当該突出孔３１に対して隣接している突出孔３１は、時間Ｔを経る前から、回転方向の円弧に沿って、（２πｒ）／Ｎの距離にあり、前ｒβよりも、風７が当初突出した位置よりも遠距離にある。したがって、隣接する突出孔３１から時間Ｔを経る前に突出した風７は、前記のように時間Ｔを経て戻ってくる風７の位置の近辺よりも、回転方向を基準とした場合、更に遠方に位置していることになり、結局前記時間Ｔの間に、送風機３の側に戻ってくる風が、隣接する突出孔３１から突出した風の上昇によって、天井２から反射した風７の下降が妨げられることがない。
【００２０】
上記Ｔは、天井２を透明または半透明の素材によって形成し、天井２上側から観察しながら、所定の突出速度（Ｖ）にて、送風機３から風７を突出させた後、焙煎材料６が風７と共に上昇し、次に容器１の底部まで下降するのに要する時間を観察することによって測定することができる。
【００２１】
風７の突出孔３１における速度（Ｖ）が大きいほど、上記Ｔは小さい値となる。
但し、送風機３の回転速度ωが大きい場合には、風７の回転速度成分ωｒも大きいため、風７の移動距離も大きくなり、粒状材料６による抵抗の影響のため、上記Ｔの値もまた、回転速度ωの影響を受ける場合がある。
【００２２】
したがって、このような影響を考慮し、実際の測定では、単に上記突出孔３１における速度（Ｖ）だけでなく、送風機３の回転速度ωを色々と設定した上で、試行錯誤的に確認し、かつ上記不当式（１）を満たすように、回転速度ω、及び突出孔の数Ｎを設定すると良い。
【００２３】
無論、前記（１）式による不等式を充足しない場合においても、大半の風７が天井２の中央部に移行せずに、容器１の内壁に沿って下降する状態を実現することが可能である。
但し、このような状態は、結局、予め設定された容器１の大きさ、及び形状を元に、突出孔３１による風速（Ｖ）、送風機３の回転速度（ω）、突出孔３１の数（Ｎ）を様々な状態にて設定した上で、試行錯誤の実験を繰り返しながら経験則的に定めることが不可欠である（純理論的に、一挙に割り出すことが不安だから。）。
【００２４】
このように、本発明においては、天井２に衝突した風７の大半は、再び容器１内を下降するので、粒状素材６もまた、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、容器１の壁、またはその近傍を上昇、及び下降するという撹拌動作を行い、風７の上昇、及び下降に伴って、図６（ａ）、（ｂ）に示す従来技術の場合のように、加熱された容器１の内壁から離れた容器１の略中央位置に移行するという従来技術の欠点を克服することができる。
尚、本発明において、送風する風７として、加熱された熱風７を採用した場合には、焙煎材料６は、容器１からの加熱だけでなく、熱風による過熱も併用することができ、効率的、かつ均一な焙煎を実現することができる。
【００２５】
以下、実施例にしたがって説明する。
【００２６】
【実施例１】
実施例１においては、突出孔３１の数を１個または２個としている。
即ち、前記（１）式の設計を採用した場合には、Ｎ＝１、または２の場合を選択しており、Ｎが小さい分だけ回転速度ωを大きく設定することができる。
【００２７】
このように、回転速度ωを大きく設定した場合には、図１に示すように、風７の突出孔３１から突出した風７は、回転方向速度成分ωｒが大きいため、粒状材料６もまた容器１の略水平方向に沿って移動する割合が増大することになり、風７が天井２に反射して底部に戻るまでの間に、より多量の粒状材料６を撹拌することが可能となる。
【００２８】
【実施例２】
実施例２においては、複数の突出孔３１を設けた場合、隣接し合う突出孔３１断面積の大きさを同一とせずに、相互に異なる大きさに設計している。
【００２９】
このような設計においては、大きな突出孔３１から突出した風７の場合には、突出孔３１自体の抵抗が小さく、また突出した後の粒状材料６から受ける単位面積あたりの抵抗も小さいことから、小さな突出孔３１から突出した風７よりも、突出方向の速度（Ｖ）は大きな速度となっている。
【００３０】
他方、突出する風７の回転方向の成分ωｒは、大きな突出孔３１の場合と小さな突出孔３１の場合とでは、同等である。
【００３１】
したがって、大きな突出孔３１から突出した風７は、回転方向成分が相対的に小さく、短時間にて天井２に反射して底部に戻ってくるのに対し、小さな突出孔３１からの風７は、天井２に反射して底部に戻ってくるのに、より長い時間を要し、その分だけ回転方向、即ち容器の横方向において長い距離を移動することになる。
【００３２】
前記のような相違は、図２に示すとおりであるが、このように、実施例２においては、隣接し合う突出孔３１の断面積を異ならせることによって、風７の進行方向、及び速度に変化を生じさせ、粒状材料６に対し、複雑な撹拌を実現することができる。
【００３３】
【実施例３】
従来、粒状材料６に対する焙煎装置の加熱を行う容器１においては、電熱装置に対し、容器１を載置する構成が採用されている。
【００３４】
これに対し、実施例３においては、電熱装置と容器１とを一体形成を行っている。
【００３５】
具体的には、ニクロム線等の電熱線４を、加熱を行う容器の外壁に固着する構成を採用している。
【００３６】
このような固着方法としては、電熱線４を容器１の外壁に溶接する方法、更には容器１の壁に孔１１を設け、電熱線４を当該孔１１に挿通する方法等が存在する。
【００３７】
図３は、複数本の電熱線４を上記の底部から上部に略放射状に設け、かつ底部、及び上部において、導電線４１によって各電熱線４を相互に接続することによって、並列回路を形成した場合を示すが、このような並列回路を設けることによって、一部の電熱線４が断線、または破損したとしても、他の電熱線４の作動によって、容器１に対する加熱を継続することができる。
【００３８】
【実施例４】
コーヒー豆、ナッツ等の粒状材料６の焙煎装置は、専門的な工場だけでなく、コーヒーショップ、レストラン等の小規模の店舗においても使用する場合がある。
【００３９】
通常、送風機３から容器１内に突出させている風７は、当初から加熱されているが、容器１に対する加熱によって、風７が容器１から排出される場合には、更に加熱された状態となっている。
【００４０】
コーヒーショップ、レストラン等の一般の店舗において、加熱された風７を外部に排出するには、火災事故発生の防止を目的として、排出温度に上限が設定されている（大抵の場合は、保健所などによって６０℃と規定されている。）。
【００４１】
しかしながら、ほとんど大抵の場合、粒状材料６を焙煎のために加熱された風７を容器１から外部に排出した場合には、排出温度の上限値を超えている。
【００４２】
実施例４においては、容器１から排出する風７に対し、加熱されていない風７’を合流したうえで排出している。
【００４３】
具体的には、図４に示すように、容器１からの排出ダクト５に対し、加熱されていない風７’を導通している他のバイパスダクト５１を当該排出ダクト５に接合し、相互の風７及び７’を合流させることによって、排出ダクト５における風７の温度を低下させることによって、上記排出風７の温度の上限値を充足するような構成を採用している。
【００４４】
このように、実施例４の場合には、コーヒーショップ、レストラン等の店舗においても、極めて安全な状態にて粒状材料６に対する焙煎装置を使用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、突出孔における風速、回転速度、突出孔の数を試行錯誤的に設定しながらテストすることによって、風の大半が天井に衝突した後、底部に戻るように設計しているため、粒状材料を容器の内壁、またはその近傍にて撹拌することが可能となり、従来技術のように、粒状材料が、加熱を行っている容器の内壁から離れるという致命的な欠陥を防止することができる。
【００４６】
しかも、上記のような設計には、格別の装置を必要とする訳ではない。
【００４７】
このように、本発明は、粒状材料の焙煎において、画期的な意義を有しており、その価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の特徴点を説明する上面図である。
【図２】実施例２の特徴点を示す上面図である（尚、太線は風速が大きい場合を示し、細線は風速が小さい場合を示す。）。
【図３】実施例３のうち、特に電熱線によって並列回路を形成した場合の平面図である。
【図４】実施例４の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の基本原理を示しており、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（１）式を導出することを目的とする上面図である。
【図６】従来技術の構成を示しており、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１：容器
１１：孔
２：天井
３：送風機
３１：突出孔
４：電熱線
４１：導電線
５：排出ダクト
５１：バイパスダクト
６：粒状材料
７：風
７’：加熱されていない風
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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