УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЖАРКИ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАРКИ КОФЕ И СПОСОБ ОБЖАРКИ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН
COFFEE BEANS FRYING DEVICE, COFFEE BOILING DEVICE AND COFFEE BEANS FRYING METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится к устройству для обжарки кофейных зерен, содержащему камеру для размещения в ней кофейных зерен, обжарочный элемент для обжарки кофейных зерен в камере, а также контроллер для управления обжарочным элементом.
[002] Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству для варки кофе, содержащему такое устройство для обжарки кофейных зерен.
[003] Настоящее изобретение кроме того относится к способу обжарки кофейных зерен, включающему нагрев кофейных зерен для их обжарки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[004] Кофе стал одним из наиболее популярных напитков в современном обществе, причем большой ассортимент кофе различных типов и вкусов ежедневно доступен потребителю как в специализированных кофейных магазинах, так и в супермаркетах товаров домашнего потребления. Рост популярности кофе как напитка обусловил перемены  в том, как кофе потребляется, например в домашних условиях.
[005] В прошлом кофе можно было приготовить преимущественно из растворимых кофейных гранул или из пакетированного молотого кофейного порошка с использованием, например, домашних кофеварок, таких как кофемашины для варки кофе эспрессо или капельные кофеварки, однако теперь большое внимание уделяется свежести сваренного кофе, что вызвало рост популярности устройств для обжарки кофейных зерен. В таком устройстве свежие, то есть зеленые, кофейные зерна могут быть обжарены посредством термообработки, например с использованием горячих газов или благодаря физическому контакту с горячей поверхностью. Во время обжарки при температурах выше 170°C происходит высушивание, перераспределение воды, и вызываются сложные химические реакции, такие как реакция Майяра и пиролиз. Свежий кофейный порошок в дальнейшем может быть получен путем измельчения свежеобжаренных кофейных зерен, что облегчает варку свежего кофе. Обычно считают, что такой кофе имеет превосходный вкус по сравнению с кофе, сваренным из пакетированного молотого кофейного порошка.
[006] Однако управление таким процессом обжарки кофейных зерен не является простым. Различным пользователям может быть необходима различная степень обжарки кофейных зерен, например слабая обжарка или сильная обжарка, с учетом персональных вкусовых пристрастий пользователей. Кроме того, для достижения конкретной степени обжарки различные кофейные зерна требуют различной длительности обжарки. В действительности, для достижения необходимой степени обжарки даже кофейные зерна одного сорта, но различных урожаев могут требовать разной длительности обжарки. Таким образом, oдной из основных проблем создания устройства для обжарки кофейных зерен является обеспечение соответствия обжаренного продукта ожиданиям покупателя, например необходимой степени обжарки.
[007] Существующие устройства для обжарки кофейных зерен, такие как обжарочные устройства модели «Nesco Model CR-1000 Series» для обжарки кофейных зерен позволяют пользователю указывать длительность обжарки кофейных зерен для получения необходимой обжарки. Другие обжарочные устройства oбеспечивают управление процессами обжарки путем задания пользователем температуры обжарки. Однако, как указано выше, было обнаружено, что необходимая степень обжарки не может стабильно обеспечиваться (только) путем управления длительностью и/или температурой обжарки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[008] Настоящее изобретение направлено на обеспечение устройства для обжарки кофейных зерен, посредством  которого можно получать обжаренные кофейные зерна более стабильным образом.
[009] Настоящее изобретение дополнительно направлено на обеспечение устройства для варки кофе, содержащего такое устройство для обжарки кофейных зерен.
[0010] Настоящее изобретение также направлено на создание способа обжарки кофейных зерен более стабильным образом.
[0011] Согласно одному из аспектов предложено устройство для обжарки кофейных зерен, содержащее камеру для размещения в ней кофейных зерен, обжарочный элемент для обжарки кофейных зерен в камере и контроллер для управления обжарочным элементом, выполненный с возможностью управления обжарочным элементом в зависимости от изменения объема кофейных зерен, находящихся в камере, причем контроллер выполнен с возможностью управления обжарочным элементом (140) в ответ на превышение изменением объема предварительно заданного порогового значения, указывающего на первое растрескивание кофейных зерен.
[0012] Изобретатели обнаружили, что непостоянство времени, требующегося для достижения необходимой степени обжарки, связано с непостоянством времени появления первого растрескивания кофейных зерен в процессе обжарки кофейных зерен. Это первое растрескивание возникает в результате вызванных нагревом изменений в структуре кофейных зерен, включая образование пор в кофейном зерне, что связано с существенным увеличением объема кофейного зерна. Было обнаружено, что дальнейшая обжарка кофейного зерна после первого растрескивания может быть оценена с высокой точностью с использованием простых математических моделей. Таким образом, путем прямого или косвенного отслеживания существенных изменений объема, связанных с первым растрескиванием кофейных зерен, в устройстве для обжарки кофейных зерен согласно настоящему изобретению достигается улучшенный контроль над воспроизводимостью процесса обжарки кофейных зерен.
[0013] Контроллер может быть выполнен с возможностью управления обжарочным элементом в зависимости от отслеживаемой скорости изменения объема, поскольку скорость (изменение скорости) изменения объема может, в частности, указывать на возникновение первого растрескивания.
[0014] В частности, контроллер может быть выполнен с возможностью управления обжарочным элементом с реагированием на увеличение отслеживаемой скорости изменения объема, указывающее на начало первого растрескивания кофейных зерен, и/или уменьшение отслеживаемой скорости изменения объема, указывающее на завершение первого растрескивания кофейных зерен.
[0015] В одном из вариантов реализации устройство для обжарки кофейных зерен дополнительно содержит измерительное приспособление для определения незанятого объема камеры, причем контроллер выполнен с возможностью управления обжарочным элементом под воздействием измерительного приспособления. Поскольку общий объем камеры является постоянным, любое изменение (уменьшение) верхнего пространства, находящегося поверх кофейных зерен в камере, можно, таким образом, прямо связать с увеличением объема кофейных зерен в камере.
[0016] Для этих целей измерительное приспособление может содержать датчик, выполненный с возможностью передачи сигнала в камеру по направлению к кофейным зернам и с возможностью обнаружения отражения указанного сигнала. Из обнаруженного отражения может быть определено, например, время прохождения сигнала, которое может быть преобразовано в расстояние, которое сигнал прошел через камеру, причем расстояние представляет собой меру вышеописанного верхнего пространства. Таким сигналом, например, может являться оптический сигнал или акустический сигнал.
[0017] Измерительное приспособление может быть выполнено с возможностью определения первоначального объема, занимаемого кофейными зернами, и с возможностью отслеживания изменения первоначального объема для упрощения обнаружения фазы первого растрескивания кофейных зерен во время обжарки. Это может быть достигнуто, например, путем отслеживания изменений во времени прохождения сигнала или путем передачи множества сигналов на различных уровнях высоты камеры и отслеживания того, какой из передаваемых сигналов может проходить (по горизонтали) сквозь камеру, то есть какие сигналы не заблокированы уровнем кофейного зерна в камере. В этом варианте реализации изменения уровня кофейного зерна будут обнаружены посредством различного (меньшего) количества сигналов, проходящих сквозь камеру.
[0018] После обнаружения фазы первого растрескивания путем отслеживания изменений объема кофейных зерен дальнейшим процессом обжарки можно управлять путем отслеживания изменений объема или другими альтернативными способами.
[0019] В одном из иллюстративных вариантов реализации контроллер может быть выполнен с возможностью включения обжарочного элемента на заданный период времени после того, как изменение объема достигло заданного значения. Еще в одном иллюстративном варианте реализации устройство для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать дополнительное измерительное приспособление для обнаружения изменения веса и/или цвета кофейных зерен, причем контроллер выполнен с возможностью управления обжарочным элементом в зависимости от указанного изменения объема, веса и/или цвета. При определенных условиях это может улучшать управление процессом обжарки, поскольку изменения объема кофейных зерен после завершения фазы первого растрескивания в процессе обжарки являются совсем незначительными, так что эти изменения объема может быть сложно точно обнаружить, например, если устройство для обжарки кофейных зерен содержит только небольшое количество кофейных зерен.
[0020] Устройство для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать пользовательский интерфейс для задания степени обжарки кофейных зерен, при этом контроллер выполнен с возможностью реагирования на пользовательский интерфейс. Это обеспечивает возможность обжарки кофейных зерен пользователем устройства для точного задания необходимой степени обжарки кофейных зерен.
[0021] В одном из вариантов реализации устройство для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать элемент хранения данных для хранения данных об измеренном изменении незанятого объема в камере в виде функции от времени для задания режима обжарки кофейных зерен некоторого типа, причем контроллер выполнен с возможностью программирования элемента хранения данных. Такой режим обжарки может быть рассчитан во время последующего использования устройства для обжарки кофейных зерен того же самого типа, например для улучшения процесса обжарки зерен. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью управления обжарочным элементом в соответствии с сохраненным режимом обжарки с реагированием на задание пользователем степени обжарки кофейных зерен указанного типа. Это обеспечивает оптимизированный режим обжарки зерен  и таким образом улучшает качество обжарки.
[0022] В одном из вариантов реализации контроллер может быть выполнен с возможностью отключения обжарочного элемента после того, как изменение объема превысит заданное пороговое значение. Поскольку изменение объема может быть прямо связано со степенью обжарки, такое автоматическое выключение предотвращает чрезмерную обжарку зёрен.
[0023] Устройство для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать устройство передачи данных для передачи данных об обнаруженном изменении объема на удаленное устройство. Это, например, упрощает сбор данных об обжарке от различных устройств для обжарки кофейных зерен, которые могут быть использованы для выработки более точных (усредненных) режимов обжарки кофейных зерен различных типов.
[0024] В одном из вариантов реализации камера содержит впускное отверстие, а обжарочный элемент содержит источник горячего воздуха, соединенный с впускным отверстием, причем устройство для обжарки кофейных зерен дополнительно содержит перемешивающий элемент, установленный в камере для перемешивания кофейных зерен во время обжарки. Было обнаружено, что такая обжарка горячим воздухом является особенно эффективна при объединении с принципом обнаружения изменения объема согласно настоящему изобретению.
[0025] Согласно еще одному аспекту предложено устройство для варки кофе, содержащее устройство для обжарки кофейных зерен согласно одному или более из вышеописанных вариантов реализации. Такое устройство для варки кофе имеет преимущества благодаря улучшенной стабильности устройства для обжарки кофейных зерен, благодаря чему устройство для варки кофе может варить кофе с более стабильным вкусом.
[0026] Согласно еще одному аспекту предложен способ обжарки кофейных зерен, согласно которому нагревают кофейные зерна для их обжарки, отслеживают изменение объема кофейных зерен во время нагрева и завершают нагрев, когда изменение объема превысит заданное пороговое значение, которое указывает на первое растрескивание кофейных зерен. Такой способ обжарки обеспечивает возможность изготовления обжаренных кофейных зерен особенно стабильным способом, что обеспечивает возможность превосходного управления степенью обжарки кофейных зерен.
[0027] Отслеживание изменения объема кофейных зерен во время нагрева может включать отслеживание скорости изменения объема.
[0028] В частности, отслеживание скорости изменения объема может включать отслеживание увеличения отслеживаемой скорости изменения объема, указывающего на начало первого растрескивания кофейных зерен, и/или отслеживание уменьшения отслеживаемой скорости изменения объема, указывающего на завершение первого растрескивания кофейных зерен.
[0029] Завершение нагрева при превышении изменением объема заданного порогового значения может включать завершение нагрева по истечению заданного периода времени после того, как изменение объема превысит заданное пороговое значение, для завершения процесса обжарки кофейных зерен стабильным способом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0030] Варианты реализации настоящего изобретения описаны более подробно посредством неограничивающих примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи.
[0031] На фиг. 1 схематически показано устройство для обжарки кофейных зерен согласно одному из вариантов реализации.
[0032] На фиг. 2 схематически показан принцип работы устройства для обжарки кофейных зерен, показанного на фиг. 1.
[0033] На фиг. 3 схематически показан режим обжарки кофейных зерен в зависимости от изменения объема кофейных зерен со временем.
[0034] На фиг. 4 показана совокупность изображений различных этапов процесса обжарки кофейных зерен.
[0035] На фиг. 5 схематически показано устройство для обжарки кофейных зерен согласно другому варианту реализации.
[0036] На фиг. 6 схематически показан экспериментально определенный режим обжарки кофейных зерен в зависимости от изменения объема и цвета кофейных зерен со временем.
[0037] На фиг. 7 схематически показано устройство для обжарки кофейных зерен согласно еще одному варианту реализации.
[0038] На фиг. 8 схематически показана блок-схема способа обжарки кофейных зерен согласно одному из вариантов реализации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следует понимать, что чертежи являются всего лишь схематическими и не выполнены в масштабе. Следует понимать, что одни и те же ссылочные номера на всех чертежах указывают на те же самые или схожие части.
[0039] На фиг. 1 схематически показано устройство 100 для обжарки кофейных зерен согласно одному из вариантов реализации. Устройство 100 для обжарки кофейных зерен обычно содержит камеру 110 для хранения в ней кофейных зерен 10. Камера 110 может дополнительно содержать перемешивающее приспособление, содержащее перемешивающие элементы 116, например смесительные лопасти, установленные на перемешивающем валу 114 или другим образом скрепленные с ним для перемешивания кофейных зерен 10 во время обжарки кофейных зерен. Это перемешивающее приспособление способствует однородной обжарке кофейных зерен 10 в камере 110. Перемешивающим приспособлением можно управлять любым подходящим способом, например посредством контроллера 130, что будет пояснено более подробно ниже.
[0040] Устройство 100 для обжарки кофейных зерен обычно также содержит нагревающее приспособление для нагрева кофейных зерен 10 во время обжарки. В одном из вариантов реализации нагревающим приспособлением можно управлять контроллером 130. Нагревающее приспособление обеспечивает нагрев кофейных зерен 10 до подходящей температуры, при которой происходит обжарка кофейных зерен 10, то есть до подходящей температуры, при которой происходят необходимые химические реакции, такие как реакция Майяра и пиролитические реакции. В качестве неограничивающего примера на фиг. 1 нагревающее приспособление реализовано в виде генератора 140 горячего воздуха, соединенного с впускным отверстием 112 камеры 110 посредством канала 142. В этом варианте реализации впускное отверстие 112 обычно расположено таким образом, что горячий воздух направляется через кофейные зерна 10 во время обжарки, например при перемешивании кофейных зерен 10 с использованием перемешивающего приспособления. Впускное отверстие 112 может иметь мелкую сетку или тому подобное для предотвращения попадания кофейных зерен 10 в канал 142.
[0041] Однако следует понимать, что может быть использовано любое подходящее нагревающее приспособление для нагрева кофейных зерен 10, такое как один или более нагревательных элементов, прикрепленных к одной или более стенок камеры 110 или встроенных в них, при этом в данном случае впускное отверстие 112 может быть опущено. Поскольку такие нагревающие приспособления сами по себе хорошо известны, то в целях краткости они не будут описаны более подробно.
[0042] Контроллер 130 выполнен с возможностью управления нагревающим приспособлением по меньшей мере частично с реагированием на изменение объема кофейных зерен 10, находящихся в камере 110 во время обжарки. В одном из вариантов реализации для содействия такому механизму управления устройство 100 для обжарки кофейных зерен может содержать измерительное приспособление 120, содержащее передатчик 122 и приемник 124, которые могут быть установлены в любом подходящем месте камеры 110, например на верхней части или крышке камеры 110. Работа этого измерительного приспособления будет пояснена более подробно со ссылкой на фиг. 2.
[0043] Передатчик 122 измерительного приспособления 120 обычно размещен с возможностью передачи сигнала 121 в направлении кофейных зерен 10, а приемник 124 измерительного приспособления 120 обычно размещен с возможностью обнаружения отражения 123 переданного сигнала 121. Это отражение 123 обычно возникает, когда сигнал 121 прошел верхнее пространство поверх кофейных зерен 10 в камере 110, причем сигнал 121 отражается кофейными зернами 10 и в силу этого представляет собой характеристику верхнего пространства, то есть высоту H свободного объема в камере 110 поверх кофейных зерен 10.
[0044] Увеличение объема кофейных зерен 10 в камере 110 во время обжарки, вызванное расширением кофейных зерен 10, как указано посредством перехода от левой части фиг. 2 к правой части фиг. 2, приведет к уменьшению свободного объема или верхнего пространства, то есть к уменьшению высоты H до H’, причем это уменьшение верхнего пространства может быть определено на основании величины уменьшения времени прохождения сигнала 121 и его отражения 123 от передатчика 122 к приемник 124: H = (V * t)/2, где
V представляет собой скорость сигнала, а
t представляет собой время прохождения сигнала 121 и его отражения 123.
[0045] Поскольку верхнее пространство может быть связано с объемом Vhead камеры 110, общий объем Vtot камеры 110 может быть выражен как Vtot = Vbeans + Vhead, где Vbeans представляет собой часть объема от объема камеры, занятого кофейными зернами 10. Поскольку любое изменение, то есть уменьшение измеренного объема верхнего пространства Vhead, вызвано изменением объема кофейных зерен Vbeans, измеренное значение Vhead может быть прямо преобразовано в объем кофейных зерен: Vtot - Vhead = Vbeans при условии, что обычно известно значение общего объема Vtot камеры 110. Другими словами, H ~ Vhead, так что результат определения H может быть прямо преобразован в Vhead.
[0046] Таким образом, в одном из вариантов реализации измерительное приспособление 120 размещено с возможностью периодического определения времени прохождения сигнала 121 и его отражения 123 таким образом, что изменение объема кофейных зерен 10 можно отслеживать как функцию от времени посредством устройства 100 для обжарки кофейных зерен: ΔH = H – H’ = (V * Δt)/2. Может быть применен любой подходящий период времени между результатами последовательных определений верхнего пространства, например, измерительное приспособление 120 может быть размещено с возможностью выполнения такого периодического измерения при частоте, составляющей один раз в секунду или менее, например при частоте в диапазоне 0,1 – 1,0 Гц, например при частоте, составляющей один раз в секунду или более, например при частоте в диапазоне 1,0 – 50 или 60 Гц и т.д.
[0047] Передатчик 122 и приемник 124 могут сообщаться любым подходящим способом. Например, приемник 124 может быть размещен с возможностью обнаружения одиночного импульса сигнала, передаваемого передатчиком 122, или может быть размещен с возможностью обнаружения совокупностей импульсов сигналов, передаваемых передатчиком 122, причем t или Δt определяют с использованием среднего времени прохождения совокупности импульсов. Последний подход имеет преимущество, которое состоит в возможности отбрасывания аномальных статистических значений, например отраженных сигналов, которые не созданы поверхностью кофейных зерен 10, что потенциально увеличивает точность определения времени прохождения.
[0048] Сигнал 121 может представлять собой любой подходящий сигнал, такой как оптический сигнал, акустический сигнал или электромагнитный сигнал любого другого подходящего типа. Оптический сигнал, такой как лазерный сигнал или инфракрасный сигнал, обеспечивает возможность более точного определения объема кофейных зерен, однако он имеет относительно высокую стоимость генерации, при этом акустический сигнал, такой как ультразвуковой сигнал, может быть создан более дешевым способом, однако он может иметь меньшую точность по сравнению с оптическим сигналом. Сигнал 121 может иметь любую подходящую форму, такую как одиночным импульс или совокупность импульсов, для каждого результата определения объема кофейных зерен.
[0049] В одном из вариантов реализации измерительное приспособление 120 размещено с возможностью преобразования определенного времени прохождения сигнала 121 и его отражения 123 в объем кофейных зерен 10, как, например, пояснено выше. Для этой цели измерительное приспособление 120 может содержать преобразователь сигналов и/или процессор обработки сигналов, выполняющий необходимые преобразования сигналов и/или расчеты, что в результате обеспечивает выдачу управляющего сигнала на контроллер 130, который указывает на величину данного объема или на изменение объема. Этот управляющий сигнал может быть выдан на контроллер 130 в любом подходящем виде, например в аналоговой или цифровой форме.
[0050] В альтернативном варианте измерительное приспособление может быть размещено просто для передачи определенного времени прохождения сигнала 121 и его отражения 123 на контроллер 130, при этом контроллер 130 может быть выполнен с возможностью преобразования определенного времени прохождения в объем кофейных зерен 10 например, как было пояснено ранее. Для этой цели контроллер 130 может содержать вышеописанный процессор обработки сигналов.
[0051] Еще в одном варианте реализации устройство 100 для обжарки кофейных зерен может содержать отдельный процессор обработки сигналов, размещенный с возможностью приема данных о времени прохождения от измерительного приспособления 120, возможностью преобразования принятых данных о времени прохождения в объем кофейных зерен 10 например, как было пояснено ранее, и возможностью выдачи на контроллер 130 управляющего сигнала, характеризующего данный объем.
[0052] Контроллер 130 может быть выполнен с возможностью управления нагревающим приспособлением в соответствии с определением измерительным приспособлением 120 времени прохождения . В частности, контроллер может быть выполнен с возможностью реагирования на увеличение скорости изменения объема кофейных зерен 10, что указывает на наступление фазы первого растрескивания.
[0053] Контроллер 130 может быть выполнен с возможностью реагирования на пользовательский интерфейс 150, что может, например, упростить задание пользователем необходимой степени обжарки кофейных зерен 10 любым подходящим способом, например с использованием наборного диска, совокупности кнопок, программируемого дисплея, которым может являться сенсорный дисплей, и т.п. Для этой цели может быть использован пользовательский интерфейс 150 любого подходящего типа.
[0054] Понятно, что эти варианты реализации представляют собой неограничивающие примеры возможных конструкций и что в равной мере подходят и многие другие конструкции; например, несмотря на то, что вариант реализации устройства 100 для обжарки кофейных зерен, показанного на фиг. 1, был пояснен с использованием дискретного контроллера 130, в равной мере допустимо, чтобы по меньшей мере некоторые из дискретных компонентов образовывали часть одиночной конструкции. Например, контроллер 130 может образовать часть измерительного приспособления 120 и т.п.
[0055] Обычный режим обжарки кофейных зерен схематически показан на фиг. 3, на которой объем V кофейных зерен 10 схематически показан в виде функции от длительности t обжарки. Эти фазы (обозначены как фазы I, II и III) могут быть идентифицированы в процессе обжарки. Во время фазы I перед первым растрескиванием кофейных зерен 10 наблюдается небольшое постепенное увеличение объема кофейных зерен, которое обычно меньше 10%. Во время фазы II первое растрескивание кофейных зерен 10 возникает, например, вследствие образования пор в кофейных зернах 10, что вызывает более быстрое расширение объема кофейных зерен. Во время фазы II кофейные зерна 10 могут демонстрировать увеличение в объеме в диапазоне от 40%-100% или более. После завершения фазы II, кофейные зерна 10 во время окончательной фазы III обжарки демонстрирует меньшее расширение объема, например менее 50%, например в диапазоне 10-30%, причем скорость расширения существенно меньше скорости расширения во время фазы II первого растрескивания.
[0056] Эти этапы дополнительно показаны на фиг. 4, на которой показаны совокупности изображений кофейных зерен «Mandheling» весом 14 г, полученных в различные моменты времени во время воздействия на эти зерна термического процесса обжарки кофейных зерен. Наглядным является внезапное увеличение объема кофейных зерен во время фазы II, то есть во время фазы первого растрескивания.
[0057] Важно, что изобретатели поняли, что можно предсказать момент времени, в который происходит переход из фазы I в фазу II, то есть при условии изменения, тогда как завершение фазы II и последующая фаза III являются более предсказуемыми, то есть при условии меньшего изменения. Таким образом, устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть выполнено с возможностью управления процессом обжарки путем отслеживания за изменением объема кофейных зерен 10 для обнаружения наступления фазы II первого растрескивания, что обеспечивает выявление момента времени, после которого процесс обжарки становится более предсказуемым.
[0058] В одном из вариантов реализации устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть выполнено с возможностью отслеживания скорости изменения объема кофейных зерен 10, причем увеличение этой скорости указывает на начало процесса первого растрескивания, а последующее уменьшение этой скорости указывает на завершение процесса первого растрескивания. Скорость изменения объема может быть определена любым подходящим способом, например путем прямого или непрямого определения разницы между последующими результатами определения объема. Результат непрямого определения может представлять собой результат определения разницы между временем прохождения последующих сигналов 121 и их отражения 123, например разницы между двумя результатами последовательных измерений, разделенными заданным временным интервалом.
[0059] Следует понимать, что как только определено первое растрескивание кофейных зерен 10 путем обнаружения внезапного увеличения в изменении объема (скорости изменения объема) кофейных зерен 10, как было пояснено ранее, устройством 100 для обжарки кофейных зерен можно в дальнейшем управлять контроллером 130 любым подходящим способом. Например, контроллер 130 может сохранять возможность реагирования на измерительное приспособление 120 и может завершать процесс обжарки после того, как кофейные зерна 10 увеличились в объеме на заданную величину.
[0060] В одном из вариантов реализации для предотвращения того, чтобы обжаренные кофейные зерна имели слишком сильную обжарку контроллер 130 может завершать процесс обжарки, если объем кофейных зерен 10 или увеличение данного объема превышает заданное пороговое значение, например заданное пороговое значение или заданное пользователем пороговое значение. Например, для обеспечения необходимой степени обжарки кофейных зерен 10 контроллер 130 может завершать процесс обжарки в случае, если после завершения фазы первого растрескивания, как, например, указано путем уменьшения скорости расширения объема кофейных зерен 10, объем кофейных зерен 10 расширился на заданную величину или заданную пользователем величину. В альтернативном варианте контроллер 130 может завершать процесс обжарки после увеличения первоначального объема кофейных зерен 10 на заданную величину, то есть при увеличении до целевого объема, который больше первоначального объема, поскольку величина увеличения объема характеризует степень обжарки кофейных зерен 10.
[0061] В одном из вариантов реализации устройством 100 для обжарки кофейных зерен можно управлять путем сочетания вышеописанного отслеживания объема и по меньшей мере одного другого параметра, такого как время, цвет зерен и/или температура. Это, например, может обеспечивать преимущество в виде улучшения управления процессом обжарки, в частности в случае, если имеются небольшие изменения объема кофейных зерен 10 для завершения фазы первого растрескивания, и их сложно обнаружить путем отслеживания изменения объема или только изменения объема. Это, например, может представлять собой случай, когда кофейные зерна 10 в камере 110 занимают относительно небольшой общий объем.
[0062] В одном из иллюстративных вариантов реализации контроллер 130 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с нагревающим приспособлением в течение заданного периода времени после завершения процесса первого растрескивания, обнаруженного посредством вышеописанных изменений объема кофейных зерен 10. Заданный период времени может соответствовать заданной пользователем степени обжарки кофейных зерен 10, причем более длительный период времени обычно соответствует сильной обжарке кофейных зерен 10. Для этой цели контроллер 130 может содержать таблицу соответствия, в которой период времени задан в виде функции от степени обжарки, или может иметь доступ к ней или т.п. Контроллер 130 может дополнительно содержать таймер для управления нагревающим приспособлением в соответствии с заданным периодом времени. Поскольку также известно управление нагревающим приспособлением устройства 100 для обжарки кофейных зерен с использованием времени в качестве управляющего параметра, то в целях краткости это не будет описано более подробно. Указано, что аспект управления временем в вышеописанном варианте реализации может быть реализован любым подходящим способом.
[0063] В одном из иллюстративных вариантов реализации устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть дополнительно выполнено с возможностью управления процессом обжарки путем определения цвета кофейных зерен 10, например после завершения фазы первого растрескивания кофейных зерен 10, как определено по изменению объема кофейных зерен 10, как было пояснено ранее. Для этой цели дополнительный датчик 220 может быть представлен в камере 110, что схематически показано на фиг. 5, на которой дополнительный датчик 220 размещен с возможностью определения цвета кофейных зерен 10 в камере 110. Дополнительный датчик 220 функционально соединен с контроллером 130 таким образом, что контроллер 130 может дополнительно управлять нагревающим приспособлением устройства для обжарки кофейных зерен 100 под воздействием дополнительного датчика 220. Поскольку процесс определения цвета кофейных зерен сам по себе хорошо известен, то в целях краткости этот процесс не будет пояснен более подробно. Следует отметить, что может быть использовано любое подходящее приспособление для определения цвета кофейных зерен.
[0064] На фиг. 6 показан график экспериментальных данных, иллюстрирующий изменения объема V кофейных зерен 10 «Mandheling» (точки) и изменения цвета этих кофейных зерен 10 «Mandheling» (квадратики) в виде функции от длительности обжарки. Масштаб данных об объеме (в мл) показан на графике вертикальной оси слева, а масштаб данных о цвете (в координатах цвета «Hunterlab») показан на графике на вертикальной оси справа. Горизонтальная ось (или x-ось) иллюстрирует длительность обжарки (в минутах). Этот график в явном виде демонстрирует, что цвет при обжарке может быть использован в качестве вспомогательного параметра для определения состояния процесса обжарки кофейных зерен 10.
[0065] На данном этапе указывается, что изменение объема кофейных зерен 10 в камере 110 может быть определено любым подходящим способом, причем данное определение не ограничено ранее поясненным принципом измерения времени прохождения. Альтернативный иллюстративный вариант реализации схематически показан на фиг. 7, на которой измерительное приспособление 120 заменено на измерительное приспособление 310, содержащее множество оптических датчиков 320 вдоль боковой стенки камеры 110. Такие оптические датчики 320 могут, например, быть размещены с возможностью обнаружения уровня освещенности на высоте датчика 320 в камере 110, причем оптический датчик 320 покрыт объемом кофейных зерен 10, что указывает на сниженный уровень освещенности.
[0066] Контроллер 130 может быть размещен с возможностью обнаружения того, какие оптические датчики 320 сообщают о таком сниженном уровне освещенности, информация о котором может быть преобразована в объем кофейных зерен 10 благодаря тому, что оптические датчики 320 имеют фиксированное (по высоте) положение вдоль боковой стенки камеры 110. В альтернативном варианте измерительное приспособление 310 может содержать процессор обработки сигналов, функционально соединенный с оптическими датчиками 320 для преобразования сигналов оптических датчиков 320 в сигнал, характеризующий изменение объема кофейных зерен 10, и для направления этого характеристического сигнала в контроллер 130.
[0067] Оптические датчики 320 могут быть размещены с возможностью обнаружения окружающего света в камере 110. В альтернативном варианте устройство 100 для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать источник света в камере 110 для создания света внутри камеры 110, который может быть обнаружен оптическими датчиками 320.
[0068] Специалисту в данной области техники будут очевидны любые подходящие способы обнаружения изменения объема, при этом следует отметить, что в устройстве 100 для обжарки кофейных зерен согласно настоящему изобретению могут быть реализованы любые из этих подходящих способов.
[0069] В одном из вариантов реализации устройство 100 для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать элемент хранения данных, такой как оперативное запоминающее устройство (RAM) или флеш-память, таблица соответствия или т.п., которые функционально связаны с контроллером 130 для хранения режима обжарки кофейных зерен 10. Устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть выполнено с возможностью программного кодирования режима обжарки, обнаруженного путем отслеживания изменений объема кофейных зерен 10, в элемент хранения данных, например посредством контроллера 130 или посредством отдельного процессора обработки сигналов. Такой сохраненный режим обжарки может быть использован во время послених обжарок, например для проверки необходимой степени обжарки путем сравнения определенного относительного изменения объема или абсолютного изменения объема по отношению к сохраненному режиму обжарки, для определения того, насколько далеко продвинулся процесс обжарки.
[0070] В одном из вариантов реализации устройство 100 для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать устройство передачи данных, например беспроводной или проводной передатчик, для передачи данных об обжарке на внешний источник, например посредством беспроводной связи и/или через сеть Интернет или т.п. Эта информация, например, может быть использована для улучшения встроенных режимов обжарки будущих устройств для обжарки кофейных зерен.
[0071] Устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть встроено в устройство для варки кофе, дополнительно содержащее кофемолку для измельчения кофейных зерен и этап варки кофе. Например, устройство для варки кофе может быть размещено с возможностью автоматической передачи части обжаренных кофейных зерен в кофемолку для измельчения кофейных зерен, после чего молотый кофе автоматически передают на этап варки кофе для варки чашки свежего кофе. Поскольку такие устройства для варки кофе сами по себе хорошо известны, так что в целях краткости они не будет описаны более подробно. Следует понимать, что конкретный вариант реализации такого устройства для варки кофе не является критичным для настоящего изобретения и что может быть предусмотрена любая подходящая конструкция такого устройства для варки кофе.
[0072] Иллюстративный вариант реализации способа 800 варки кофе согласно настоящему изобретению будет пояснен более подробно со ссылкой на фиг. 8, на которой показана блок-схема данного иллюстративного варианта реализации. Способ начинается на этапе 810, например, со включения устройства для обжарки кофейных зерен 100 и/или заполнения камеры 110 обжариваемыми кофейными зернами 10. Способ затем переходит к этапу 820, согласно которому пользователь задает необходимую степень обжарки кофейных зерен 10, например с использованием пользовательского интерфейса 150.
[0073] На этапе 830 измерительное приспособление 120 (или любое другое подходящее измерительное приспособление, такое как измерительное приспособление 310) определяет первоначальные парамеры кофейных зерен 10, например первоначальный объем, занимаемый кофейными зернами 10 в камере 110. Будет понятно, что несмотря на то, что этап 830 показан как этап, следующий за этапом 820, в равной мере допустимо, чтобы этап 830 выполняли перед этапом 820 или параллельно ему. Способ затем переходит к этапу 840, согласно которому определяют целевой объем кофейных зерен 10, соответствующий необходимой степени обжарки, указанной пользователем на этапе 820. Данный пример может быть реализован путем просмотра сохраненного режима обжарки и задания величины увеличения объема, необходимой для достижения необходимой степени обжарки. Целевой объем кофейных зерен 10 обычно основан на первоначальном объеме кофейных зерен 10, определенном на этапе 830.
[0074] Затем кофейные зерна 10 обжаривают на этапе 850, а объем кофейных зерен 10 отслеживают на этапе 860 во время обжарки на этапе 850. На этапе 870 проверяют, соответствует ли фактический объем кофейных зерен 10, определенный на этапе 860, целевому объему, определенному на этапе 840. Если определено, что фактический объем меньше целевого объема, то способ возвращается обратно к этапу 850, при этом продолжают обжарку кофейных зерен. С другой стороны, если определено, что фактический объем кофейных зерен 10, определенный на этапе 860, соответствует целевому объему, процесс обжарки завершается на этапе 880, после чего способ завершается на этапе 890, поскольку процесс обжарки оказывается завершенным.
[0075] Следует отметить, что вышеописанные варианты реализации иллюстрируют настоящее изобретение, а не ограничивают его, а специалисты в данной области техники смогут создать множество альтернативных вариантов реализации без выхода за пределы объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, заключенные в скобки, не следует толковать как ограничение пункта формулы. Слово «содержащий» не исключает наличие элементов или этапов, отличных соответственно от элементов или этапов, перечисленных в пункте формулы. Грамматические показатели единственного числа, предшествующие элементу, не исключают наличие множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов. В пункте формулы на устройство, в котором перечислены несколько средств, некоторое количество из этих средств могут быть реализованы посредством одного и того же элемента из числа аппаратных средств. Сам факт, что конкретные средства измерения приведены во взаимно несвязанных зависимых пунктах формулы, не указывает на то, что сочетание таких средств измерения не может быть использовано с обеспечением достижения некоторого преимущества.