技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于均匀且一致地向食品(特别是
淀粉类食品)施用调味材料的气动调味系统和方法。更具体而言，本发明通过将气动喷射器与一个或多个产生
真空、引发漩涡的直联式
喷嘴组合使用，提供更好的滚筒式调味。
背景技术
[0003] 快餐食品、特别是经调味的片状快餐食品十分受到消费者的喜爱。例如，
马铃薯片、玉米饼、谷物饼等食品在烹制之后
包装之前经常需要对快餐片增加一道或多道调味工序。快餐片的调味通常是在片状食品的表面上零星喷洒一种或多种调味料。经过调味的片状食品表面具有悦目且引人注意的外观，在食用时可产生直接的味觉刺激。受到消费者喜爱的一些常见调味料诸如盐、烧烤调料、酸奶油和洋葱调料、醋调料、奶酪等。这些调味料中有些具有吸湿性，且很容易吸油。
[0004] 调味料通常在烹制之后涂在片状食品表面上。通常这样做的好处是，在烹制后，特别是在油炸之后，片状食品的表面将留有一层油，而且很热。当粉状调味料沉积在片状食品外表面上时，一部分调味料将被留在其上。
[0005] 当前在快餐片上分撒调味料的技术包括在一个装有调味料的圆柱形旋转滚筒内翻滚片状食品，以及当片状食品从调料涂抹器下通过时在其上喷洒调味料。例如，采用圆柱形旋转滚筒，未加调料的快餐片经过一个漏斗在升高的一端进入滚筒。调味料通过一个分配器送入滚筒的内部，以涂覆旋转的片状食品。在片状食品在重
力作用下会被引向滚筒的底部时，内部
挡板66将提起并翻动片状食品，以促进调味料均匀
覆盖。其后，经过调味的片状食品退出滚筒，并进行包装。
[0006] 调味料通常通过螺旋进料器或振动进料装置送入调味滚筒中，然后单纯在重力作用下涂覆在食品上。除非食品特别潮湿或表面多油，这种调味料输送方法并不能达到理想的覆盖或均一度
水平。因此，在多数采用
现有技术的滚筒式调料涂抹器中，在最终产品上进行成功涂覆需要预先涂覆一层粘性溶液或其他液体(如糖溶液、油或卵磷脂)，之后再进行一个干燥步骤。尽管可以采用调料下落与产品预涂覆的组合来实现理想的覆盖效果，这种粉末与
流体近距离同时涂抹会高度的复杂化调味工序的控制。例如，喷洒浆状物可能阻塞喷嘴或在喷口周围造成堆积，改变喷射形状并最终影响产品均匀度。浆状物浓度、浆状物
温度、喷射液滴大小以及产品保持时间都会影响调料分布、调料附着度，由此也会影响产品口味和
颜色。
[0007] 因此，需要有一种能够在片状食品上均匀、高效地涂抹调味料而同时又将整体复杂度保持在最低水平的调味装置和工艺。具体而言，经改进的滚筒式调料涂抹器应能够对食品(如快餐片、酥脆快餐及其他淀粉类食品)均匀地涂抹调味料，而无需预先喷洒液体调味料以及涂抹调味料之后的干燥工序。
发明内容
[0008] 传统的局部调味技术通过一个滴落式调味帘分配调料，其中调料只是简单地从振动进料盘上落下(仅在重力作用下)，或通过螺旋钻(或旋转螺杆)送至一根水平布置的带槽
转轴(或滚筒)上。在这种调料主要推动力为重力的现有技术系统中，涂覆的有效性严重依赖于预先喷油的使用以及附着特性。由于涂覆调料前涂油和涂覆调料的综合可变性，局部均匀度和附着度并非最佳。
[0009] 相比而言，本发明的
气动系统的主要特点是采用直联式气动真空喷嘴将调味料喷射至片状食品(或其他食品)上。一个专
门设计的卷轴形喷嘴在调料的稀相气流周围引入一个空气漩涡包层，以促进颗粒的均匀分布。围绕喷嘴的下游环带所布置的多个压缩空气口将提供真空力，用以在喷嘴出口处形成回旋
湍流。
[0010] 系统中设计有规定数量的喷嘴，以提供合适的食品覆盖和调料容量。这些喷嘴在机械上由一个分路器连接在一起，可由一个公共定体积或失重补偿进料器进料。调料颗粒的动力和相对高速度的冲击(约为30fps级别)有利于出色附着和/或植入被涂覆的食品。无需采用预先喷油即可实现理想的附着和均匀的分布。
[0011] 本发明的上述及附加特点和优势将在以下书面详细说明中进行清晰的说明。
附图说明
[0012] 本发明的被认为的新特性在所附
权利要求中被阐明。而在结合附图阅读时，参照以下示例实施方式的详细说明，可以对本发明本身及其优选应用模式、更多目标及优势进行最佳的理解，其中：
[0013] 图1为根据本发明的一种优选实施方式以气动方式向食品涂覆调料的装置的示意侧面立视图；
[0014] 图2为本发明的一种优选实施方式的示意部分侧面立视图，图中示出多个气动输送管、分路器和喷嘴；
[0015] 图3为图2中所示气动输送管、分路器和喷嘴的部分侧面透视图；
[0016] 图4为一调料滚筒的部分侧面透视图，图中有一
切除部分，显示其中所包含的气动输送管和喷嘴；
[0017] 图5为根据本发明的一种优选实施方式的气动调味系统的侧面透视图；
[0018] 图6A为根据一种优选实施方式的喷嘴卷轴的透视图；
[0019] 图6B为图6A中所示喷嘴卷轴的侧面截面图；
[0020] 图6C为图6B中所示喷嘴卷轴在6C-6C线处所取的截面图；
[0021] 图6D为图6B中所示喷嘴卷轴在6D-6D线处所取的截面图；
[0022] 图6E为图6A中所示喷嘴卷轴的前方侧面立视图；
[0023] 图6F为图6E中所示喷嘴卷轴在6F-6F线处所取的截面图；
[0024] 图6G为图6F中所示喷嘴卷轴突出显示部分的部分放大截面图；
[0025] 图7为根据一种优选实施方式的一个压缩空气整流罩和一个喉管延长件的透视图，图中有部分切除，以显示其所含的喷嘴卷轴。
[0026] 参考编号
[0027] 2调料
[0028] 4调料料斗
[0029] 6料位计
[0030] 8调料进料器
[0031] 10漏斗
[0032] 12气动喷射器
[0033] 14空气流量计
[0034] 16第一输送管
[0035] 18第一分路器
[0036] 20第二输送管
[0037] 22第三输送管
[0038] 24第二分路器
[0039] 26第三分路器
[0040] 28第四输送管
[0041] 30第五输送管
[0042] 32第六输送管
[0043] 34第七输送管
[0044] 36第一喷嘴
[0045] 38第二喷嘴
[0046] 40第三喷嘴
[0047] 42第四喷嘴
[0048] 44第一喷嘴用压缩空气
[0049] 46第二喷嘴用压缩空气
[0050] 48第三喷嘴用压缩空气
[0051] 50第四喷嘴用压缩空气
[0052] 52第一羽流
[0053] 54第二羽流
[0054] 56第三羽流
[0055] 58第四羽流
[0056] 60产品流
[0057] 62喷嘴出口
[0058] 64滚筒
[0059] 66纵向挡板
[0062] 72喷嘴卷轴
[0063] 74卷轴芯
[0065] 78第二法兰
[0066] 80环面
[0067] 82中心通道
[0069] 86压缩空气整流罩
[0070] 88环形涡流口进料腔
[0071] 90压缩空气入口
[0072] 92整流罩锥形部分
[0073] 94整流罩出口
[0074] 96喉管延长段
[0076] θ羽流分散角
[0077] χ与产品的靶距
[0080] R32第六输送管曲率半径
[0081] R34第七输送管曲率半径
[0082] D28距第一喷嘴的直线距离
[0083] D30距第二喷嘴的直线距离
[0084] D32距第三喷嘴的直线距离
[0085] D34距第四喷嘴的直线距离
[0086] L72卷轴长度
[0087] L76-78法兰段长度
[0088] τ84横摆角
[0089] D74卷轴芯直径
[0091] Φ间隔弧度
[0092] ID72卷轴芯内径
[0093] OD72法兰外径
[0094] OD74卷轴芯端部外径
[0095] α80环面倾斜角
具体实施方式
[0096] 在以下书面说明中以及所有图中，共用参考数字和共用参考字符在所有图中均表示相同或类似的元件，除非另有说明。应注意，尽管在本文中详细讨论的是一种或多种实施方式，这些实施方式并无排他性，明显和/或可预见的变化形式也可包含在本发明中。
[0097] 尽管在现有技术中气动调料分配器已结合调味前喷油得以使用，所述系统往往依赖于所述调味前喷油的粘性：更具体而言，即喷射涂层须能捕获自由下落的颗粒，又不会变得过粘而导致不良的食品集
块，也不应达到另一极端，即保持流动性而从食品上脱落。本发明并不依赖于调味前的喷油，而是得益于其将重点放在气动输送和控制上。本发明并非简单采用气动输送作为另一种以相对较低的速度分撒调料(例如通过传统的自由下落或滴落方法实现的效果)，而是着重采用气动输送和直联式真空发生器推动调料颗粒以显著更高的
动能到达被调味的食品上，由此提高调料在食品上的保持力。此外，产生真空的压缩空气出口的具体布置将促使产生湍流涡旋调料羽流52、54、56、58，这些羽流将使调料均匀分撒，在某些情况下，将使分撒的可能面积达到原来的2倍或3倍。
[0098] 参见所有附图(即图1、2、3、4、5、6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和7)，根据一种优选实施方式的气动调味系统具有以下常规元件：调料料斗4，用于提供调料粉末2；调料进料器8，用于将经计量的调料2送入调味系统；由气流推动的气动喷射器12，气流可由干燥压缩空气、
涡轮推动空气或业界人员所熟知的其他来源提供；漏斗10，用于引导所述经计量的调料2由调料进料器8进入气动喷射器12的低压抽吸区域内，由此以流态化的空气与颗粒混合流(优选为稀相气流)推动调料2；第一输送管16，将流态化流由气动喷射器12引出，引向至少一个分路器，以便将流态化流分为至少两路(即第二输送管20和第三输送管22)；以及位于每一输送管端部的调料分撒喷嘴，以输送其相应的流态化流。直接引向喷嘴的每一输送管均设有缓弯，将流态化流转向约90度，以使调味装置的下游部分(从喷射器12后方的第一输送管16开始)可以被置于可旋转的调料滚筒64内，喷嘴指向调料滚筒64内的食品60。喷嘴优选在沿滚筒64长度方向的线上等距离布置。如现有技术中所熟知的，滚筒
64优选有一轻微的下倾(从入口到出口)，以便在食品片60在滚筒64内翻滚时协助其向下游移动，特别是在需被调味的食品60在其上游上端被连续引入滚筒64的连续系统中更是如此。
[0099] 上述常规元件将在以下段落中参照本发明的一种优选实施方式进行更为详细的讨论。然而应注意，上述元件的特定变化形式及准确的运行条件和/或范围并无限定性，除非另有说明；具有熟练技术的业内人员将能够进行明显的调整，以适应即将进行的特定技术应用。
[0100] 在本发明的一种优选实施方式中，调料2由配有料位计6的调料料斗4提供，料位计6的读数可用于警告操作人员重新装填调料料斗4并/或在控制环系统内提供反馈，以维持足够的调料量，确保可向气动调味系统内提供调料2的连续流。在调料料斗4底部，调料进料器8(可以是定体积进料器或失重补偿进料器)通过漏斗10向气动喷射器12内提供经计量的调料2。在一种实施方式中，例如，调料进料器8是一个螺旋输送器或旋转螺杆。在另一种情况下，调料进料器8则可包含振动输送器与称重器的组合。在一种典型应用中，调料速率处于每小时数百磅的量级，优选在每小时100(壹佰)至每小时400(肆佰)磅的范围内。
[0101] 当调料通过漏斗10送入气动喷射器12时，气流(将用于推动载液)由空气流量计14提供并加以调节。为支持前述的调料速率，加压空气通常经直软管(外径在约1英寸量级，内径0.93英寸)提供，速率范围为每平方英寸10(拾)磅至75(柒拾伍)磅，优选为每平方英寸10(拾)磅至35(叁拾伍)磅，更优选为每平方英寸10(拾)磅至25(贰拾伍)磅。
[0102] 应注意，本文中所讨论的实施方式的特定设置和特性基于具有以下颗粒尺寸大致分布的调料：25％处于10(拾)微米(直径)量级，50％处于80(捌拾)微米量级，25％处于300(叁佰)微米量级。所述调料的体积
密度约为每立方米1800(壹仟捌佰)千克。
[0103] 调料和空气优选以稀相气流(与浓相气流相反)通过第一输送管16和其他所有输送管，以便最大限度降低颗粒间的相互作用和/或碰撞。而在某些情况下，浓相气动输送可用于将易于分离的调料混合物移动至更靠近分撒喷嘴处，之后再推动其成为稀相气流。在这种情况下，优选方式可能不是组合采用位于系统前端的喷射器12和位于系统后端的直联式真空发生器，而是放弃采用前端喷射器12，仅依赖于一个后端直联式真空发生器。而一种优选实施方式则从喷射器12与直联式真空发生器均可获益。
[0104] 气流优选进行两次分路，以形成4个均等的气流。因此，第一分路器18将第一输送管16分入第二输送管20和第三输送管22，第二分路器24将来自第二输送管20的气流分入第四输送管28和第五输送管30，第三分路器26将来自第三输送管22的气流分入第六输送管32和第七输送管34。每个分路器均应采用平缓分路的锐角(而非直角或钝角)，以最大限度降低流体扰动和阻力。例如，每一分路角α优选为20°(贰拾度)左右。第二输送管20和第三输送管22的外径为0.75英寸，内径为0.68英寸。第四输送管28、第五输送管30、第六输送管32和第七输送管34的外径为0.625英寸，内径为0.46英寸。第四、第五、第六和第七输送管28、30、32、34被分别连接至第一喷嘴36、第二喷嘴38、第三喷嘴40和第四喷嘴42，并与之端接。在这种实施方式中，喷嘴间距为10(拾)英寸，即4个喷嘴间隔均匀，以10英寸间隔排列成一行。理想情况下，这些喷嘴距被调味食品的靶距χ将为12(拾贰)英寸左右。因此，调味系统将在约40英寸长、10英寸宽的连续区域上施用调料2。应注意，4根最终输送管28、30、32、34的曲率半径R28、R30、R32、R34均分别大致与其长度成正比。还应注意，输送管的内径在经过每一组分路器18、24、26之后都将减小。为使到达每一喷嘴的流量分布均匀，应对管道尺寸和几何形状进行选择，以最大限度减小调料料斗4与每一喷嘴之间管道长度的差异，由此降低压降和/或速度降。因此，理想措施是在喷射器12与每一喷嘴之间保持大致恒定的流动横截面积以及大致恒定的压降。为了对相比长度较短的第五输送管30、更短的第六输送管32以及更更短的第七输送管34较长的第四输送管28长度进行补偿，第四输送管90°肘弯段的曲率半径R28更为平缓，因此比其他3根输送管每一个的曲率半径R30、R32、R34都要大。例如，在这种具体实施方式中，输送管的曲率半径如下：第四输送管的曲率半径为8.0英寸；第五输送管的曲率半径为7.0英寸；
第六输送管的曲率半径为6.0英寸；第七输送管的曲率半径为5.0英寸。从肘弯段到喷嘴的直线引出距离D28、D30、D32、D34如下：第四输送管的直线距离(至第一喷嘴)D28为5.7英寸；第五输送管的直线距离(至第二喷嘴)D30为5.6英寸；第六输送管的直线距离(至第三喷嘴)D32为5.7英寸；第七输送管的直线距离(至第四喷嘴)D34为6.0英寸。
[0105] 压缩空气44、46、48、50经四分之一英寸的管道送至4个喷嘴中的每一个，用于生成直联真空，以便将调料气流从喷嘴抽出，并进一步将其推动到被调味食品上。压缩空气压力范围通常在每平方英寸0(零)至60(陆拾)磅，而更优选则为每平方英寸10(拾)至20(贰拾)磅。在运行中，送至4个喷嘴中每一个的压缩空气的量可以被独立监测和调整，由此可实现对每一喷嘴内真空力的独立控制。这在一个或更多喷嘴被短时插塞或功能失常的情况下特别有用。
[0106] 整个系统内的压力、管道尺寸以及几何形状均应谨慎选择，以确保调料的流态化流总是保持在高于沉积速度(即流态颗粒开始从流体中沉积的速度)的速度。在对这种具体实施方式进行试验时，观察到的沉积速度通常在每秒10英尺到每秒20英尺之间。因此，如果要对这种具体实施方式进行改造，须注意确保系统内所有点处流态化流的速度要快于每秒20英尺。喷嘴出口62处的调料速度优选处于每秒30(叁拾)英尺的量级。这样的高速度有利于在玉米糊脆饼等食品上实现出色的颗粒附着，而无需进行调味前喷油。
[0107] 对于喷嘴设计方面，根据本发明的引发涡流、真空拖动式喷嘴对现有的气动调料
喷雾器实现了显著的改进。通过在调料羽流上引入涡流运动，羽流分散角θ被有效加倍，而有效喷洒面积则达到原来的3倍左右。发明者已发现，在对给定目标区域上施用给定量的调料时，相比采用距目标区域较远而喷洒跨度较窄的喷嘴，采用接近目标区域且有较宽喷洒跨度的喷嘴更为理想。通过在相对较近的范围内使出自每一喷嘴的调料尽可能远且均匀地散布，可以减少喷洒给定量调料所需的空气量(并减少受此类喷洒影响的空气量)，由此提高效率，并减少由调料滚筒64逸出的灰尘量。
[0108] 每一喷嘴通常均采用卷轴的形状，其中喷嘴卷轴72包括上游端有第一法兰76的卷轴芯74(主要的圆柱体部分)、靠近下游端的第一法兰78以及在调料输送中可通过流态调料的中心通道82。在卷轴芯74的下游端，在卷轴芯外表面与卷轴芯内表面之间形成环面80(卷轴芯内表面自身形成中心通道82)。环面80的倾斜角α80在从假设端平面测量时约为15°，在相对卷轴芯中心线表示时则约为75°。多个涡流口84穿
过喷嘴卷轴72的下游端部分，这些部分起始于第一法兰78上游侧与卷轴芯外表面交汇处，通向环面80并在其周围出现。这些涡流口84围绕环面80均匀分布；在这一具体实施方式中，有6个涡流口84，但也可以采用更多或更少的涡流口。每一涡流口的俯仰角α84优选为15°(大致指向卷轴芯的几何中心线上超出喷嘴卷轴72端部的下游某个距离处)，横摆角τ84优选为15°(在环面80上看为逆
时针方向；此方向只要在整个卷轴上均一致，即无所谓)。当每一涡流口的出口端围绕环面80均匀分布时，每一涡流口的间隔弧度Φ为60°。
[0109] 在一种优选实施方式中，喷嘴卷轴72由不锈
钢制成，且尺寸如下：卷轴总长度L72为1.26英寸；法兰段长度L76-78为1.02英寸(从第一法兰76的上游侧测量至第一法兰78的下游侧)；喷嘴卷轴总直径(对应于法兰外径OD72)为1.88英寸；卷轴芯直径D74(在第一法兰76与第一法兰78之间的部分为卷轴芯的外径)为1.0英寸；卷轴芯端部稍大的外径OD74为1.127英寸；卷轴芯内径ID72为0.75英寸。
[0110] 压缩空气整流罩86围绕喷嘴卷轴贴合地滑动，罩住从第一法兰76至第一法兰78的部分，由此将卷轴芯74包围，在压缩空气整流罩86内表面、卷轴芯74外表面、第一法兰76下游侧以及第一法兰78上游侧之间形成一个环形涡流口进料腔88。在使用中，压缩空气通过压缩空气入口90进入环形涡流口进料腔88。之后压缩空气以类似于调料流态化流周围空气涡流环的涡流方式通过涡流口84。因为从涡流口84排出的空气速度要快于从卷轴芯中心通道82排出的调料2流态化流的速度，由涡流口84排出的空气将生成真空，拖动乃至驱动调料运动。如果需要，整流罩86可以延长超过卷轴的下游端，以作为喉管延长段
96。该喉管延长段96由整流罩锥形部分92和整流罩出口94组成。在某些情况下，采用这种喉管延长段96(例如0.5英寸至1.0英寸的延长段)可有助于减少羽流边界处及喷嘴出口62附近生成的灰尘，而不会显著减小羽流尺寸。喉管延长段96还可用于增加每一喷嘴所产生的诱导气流量。
[0111] 当调味装置被正确置于可旋转(或在用时旋转)调料滚筒64内时，喷嘴将被排列成与可旋转(或在用时旋转)滚筒64的纵轴平行的一排。喷嘴的布置应使其距离预期的产品料床(product bed)高度表面(或不论距产品的理想偏离(stand-off)距离χ如何)约12(拾贰)英寸。喷嘴倾斜度可选，但优选要使调料2以30°左右的角度撞击食品。为促进被调味产品的翻滚，滚筒64应具备沿整个滚筒64内壁间隔布置的纵向挡板66(堰或是“栏板”)。如果需要，气动输送管可以由支撑杆68固定，并/或一起封闭在导管70中。在调味过程中，被调味食品被送至滚筒64的上游端和/或高端，在该点处滚筒64的转动开始对食品进行翻滚。与此同时，各喷嘴向翻转的食品提供稳定且均匀的调料颗粒流。在食品片翻转时，它们也沿滚筒64的内壁向下游纵向移动，直至退出滚筒64接受进一步的加工。
[0112] 上述具体尺寸和角度可能随应用而变化。但应注意，对于某些参数，特别是涡流口84的俯仰角α84和横摆角τ84，极端偏离优选实施方式可能对调味效率造成不利影响。例如，当涡流口84的俯仰角α84接近30°时，排出涡流口84的压缩空气将不能再生成有用的真空。在任何情况下，俯仰角α84和横摆角τ84均应为非零值。
[0113] 尽管已参照一种优选实施方式对本发明进行具体的显示和说明，具有熟练技术的业内人员应理解，在不偏离本发明精神和适用范围的条件下，可以进行形式和细节的各种变化。
