專利名稱：具有增強的蒸汽注入特性的烹飪擠壓機的制作方法
技術領域：
本發明寬泛地涉及用于將材料加工成動物飼料或人類食品類型的烹飪擠壓機。具體來說，本發明涉及這樣一種烹飪擠壓機，其專門設計成允許能夠將大量的蒸汽納入到正在加工的材料中，使得擠壓機能成功地處理含有諸如米糠之類廉價成分的飼料混合物，只需很少的機械能量和切碎材料。
背景技術：
擠壓式烹飪裝置用于多種場合，例如，用來加工動物飼料和人類食品。一般地說，單螺桿式擠壓機包括細長筒，其一端具有入口，而在另一端具有裝備有限制孔板模的出口。細長螺紋的沿軸向可轉動的螺桿定位在筒內，并用來從入口朝向出口并穿過出口移動材料。雙螺桿擠壓機也被廣泛地使用，其在擠壓機筒內包括一對并排螺紋的互相嚙合的螺桿。所有這樣的擠壓機裝置用來烹飪并將初始材料加工成最終的擠壓的產品。在擠壓過程中，起始材料經受逐步提高的壓力水平和剪切，以便生產出理想的完全烹飪好的最終擠壓產品O為了達到較高水平的烹飪(通常以含淀粉的組分的膠凝程度和/或蛋白酶組分的變性水平來衡量)，通常的做法是將高壓蒸汽注入到擠壓機筒內以包含到正在加工的材料中。為此目的，蒸汽注入端口形成在擠壓機筒內并與筒內部相連通。諸端口設計成容納與蒸汽管線聯接的常規蒸汽注射器。毫無例外地，現有技術的烹飪擠壓機中的注入端口都相對于筒內部定向成垂直關系，或垂直于擠壓機螺桿的縱向軸線。然而，常規擠壓機設計的蒸汽可能注射程度有一些限制。即，只有約3-5重量％的蒸汽可成功地注射并包含到正在加工的材料中。如果蒸汽注入過多，則蒸汽趨于直接通過擠壓機的長度，并流出擠壓機的入口開口(有時是出口模)而不包含到正在擠壓的材料中。這樣，添加過度的蒸汽起不到有效的目的。由此可知，達到較高水平的烹飪并由此避免要對正在加工的材料施加過高的壓力、剪切和機械加工而注入蒸汽可以是非常有利的。例如，某些水生飼料產品對高強度的壓力、剪切和機械能很敏感，因此，使用常規擠壓機會使飼料產品受到不利的影響。此外，這些飼料有時會利用諸如米糠那樣相對便宜的組分，這樣的組分最好使用高級別的蒸汽噴射進行加工。因此，本技術領域內確實需要有改進的烹飪擠壓機裝置，與傳統的擠壓機設計相比其可用來對正在加工的材料注射大量的蒸汽。本發明還提供了一種擠出螺桿，包括細長的軸；位于所述軸上且沿著所述軸的長度延伸的螺旋形螺紋，所述擠出螺桿的特點在于所述螺紋呈現一對間隔開的節距長度短的部分和介于該對節距長度短的部分之間的節距長度長的部分，所述節距長度短的部分各自的節距長度約為O. 25-1. O倍的螺桿直徑，并且所述節距長度長的部分的節距長度約為1-2倍的螺桿直徑。較佳地，在本發明的擠出螺桿中，所述螺桿的螺紋直徑對根部直徑之比約為I. 9_2· 5ο較佳地，在本發明的擠出螺桿中，所述節距長度短的部分各自的節距長度約為O. 33倍的螺桿直徑，并且所述節距長度長的部分的節距長度約為I. 5倍的螺桿直徑。較佳地，在本發明的擠出螺桿中，由所述節距長度長的部分所限定的自由容積大于由所述節距長度短的部分中的任一部分所限定的自由容積。較佳地，在本發明的擠出螺桿中，所述節距長度長的部分的長度大于所述節距長
度短的部分中的任一部分的長度。
發明內容
本發明克服了上述諸多問題，并提出能夠成功地將相當大量的蒸汽包含到正在加工的材料中的改進的烹飪擠壓機。寬泛地說，本發明的烹飪擠壓機包括具有入口和與入口間隔開的出口的細長的管狀筒，以及在入口與出口之間延伸并具有縱向軸線的細長內孔。至少一個細長的沿軸向可轉動的螺旋形螺紋的擠出螺桿位于該內孔內，并可操作以從入口朝向出口并穿過出口輸送材料。多個細長的蒸汽注射端口形成在筒內介于筒的入口與出口之間并與筒的內孔連通。這些端口的定向可相對于筒縱向軸線成斜角，最好是朝向筒出口的方向。在本發明的其它有利方面，擠壓機筒和螺桿協作地形成提供鄰近于蒸汽注射端口的注射區域，使蒸汽限流區域在注射區域的對側。注射區域的特征在于筒的填料較少(即，筒內由正在加工的材料所占據的自由容積的量)且螺桿部分的節距較長，而限制區域卻有較多的筒裝料且螺桿部分的節距顯然短。這樣，注入到注射區域內的蒸汽可包含到正在加工的材料中去，而限制區域用來阻止注入的蒸汽朝向筒入口或出口軸向地流動。在實踐中，業已發現，本發明的擠壓機可用來注入至少約6重量％的蒸汽到正在加工的材料中去，更佳地注入至少約8重量％的蒸汽，通常約為6-8重量％，因此實現本發明的主要目標。
圖I是根據本發明的烹飪擠壓機的側視圖，其裝備有斜向的蒸汽注入端口和注射器；圖2是圖I所示烹飪擠壓機的前端視圖；圖3是沿圖2中的線3-3截取的垂直截面圖；圖4是沿圖I中的線4-4截取的垂直截面圖；以及圖5是擠壓機筒注射端口之一的縱向軸線的正交分解示意圖，顯示出分解的分量。
具體實施方式
現轉到附圖中來，根據本發明的烹飪擠壓機10包括細長的管狀的多節的筒12，筒12具有并置的相互連通的腔室或內孔14、16 ;以及一對位于內孔14、16內的細長而螺旋形螺紋的可軸向轉動的并置的互相插入的螺桿18和20。筒12包括入口 22和間隔開的出口 24，它們與內孔15、16連通。盡管未予示出，但將會理解到橫貫于出口 24通常設置有限流孔板模以用于擠壓之目的。此外，螺桿18、20的驅動端26可操作地與驅動組件(未示出)聯接以使螺桿18、20可軸向地轉動，驅動組件通常包括驅動電動機和減速齒輪箱組件。詳細地說，從圖I和3的右邊到左邊，筒12包括一系列管狀部分，它們用常規螺栓或其它固定件端對端地連接。具體說來，筒12具有入口段28、第一短蒸汽限制段30、第一蒸汽注射段32、第二短蒸汽限制段34、中間筒可調節閥組件段36、可調節的蒸汽出口段38、第二蒸汽注射段40，以及第三短蒸汽限制段42。如圖所示，每段28-34和38-42裝備有末端的徑向擴大的連接凸緣28a-34a和38a_42a，所有這些段28_42具有對準的貫通內孔，它們協作地形成筒內孔14和16。同樣地，段36具有與這些凸緣32a和38a相匹配的貫穿內孔。筒12的段32和40各裝備有兩個系列的蒸汽注射端口 44或46，其中，每個端口容納一細長的蒸汽注射器48或50。段32內的兩個系列的端口 44定位成分別與段的內孔14和16相連通(見圖4)。同樣地，段40內的兩個系列的端口 46也分別與該段的內孔14和16相連通。重要的是，端口 44和46定向成相對于對應內孔14和16的縱向軸線成斜角。在實踐中，這些端口相對于這些軸線定向成約30-85度的角度，較佳地定向成約30-60度的角度，最好是定向成約45度的角度。此外，端口 44、46較佳地定向成朝向出口 24的方向。具體來說，參照圖5，可以看到，每個相應的端口 44具有縱向軸線52。如果該軸線52正交地分解為分量54和56，則分量54朝向出口 24方向延伸。中間筒可調節閥組件段36是屬于美國專利申請S/N11/279，379所述的類型，該專利申請于2006年4月11日提交，并以參見的方式納入本文。簡言之，段36包括可滑動的相對的兩個流動限制部件58和60，它們可有選擇地調整為朝向和遠離擠壓機螺桿18和20的中心軸，以改變對材料流動的限制，因此提高擠壓機10內的壓力和剪切。另一方面，蒸汽出口段38具有帶有可調蓋板64的蒸汽出口 62，在擠壓過程中能夠使蒸汽有選擇地逸出。在某些情形中，可采用真空裝置(未示出)代替蓋板64，以便更有效地抽出蒸汽和/或降低加工處理的壓力。螺桿18和20彼此相同，因此只需詳細地描述其中一個螺桿。參照圖3，圖中可見，全部的螺桿20廣泛地包括中心軸66，其具有從軸66向外突出的螺旋形的螺紋68。然而，螺桿20是專門設計的和具有多種新穎的特征。最佳地描述這些特征，是考慮螺桿20的某些幾何特征，以及其與相關內孔16的關系。尤其是，軸66具有一個由圖3的箭頭70定義的根部直徑私，以及由螺桿螺紋68所定義并由尖頭72示出的最外面的螺桿直徑SD。在較佳的做法中，最外面的螺桿直徑對根部直徑之比Sd/Rd約為I. 9-2. 5，最佳約為2. 35。螺桿螺紋68的各個部分沿螺桿20還具有不同節距，由于以下所述的理由，這是很重要的。此外，沿著螺桿20的某些部分，在內孔6內有不同的自由容積，S卩，各部分內的總的內孔容積減去該部分內螺桿所占據的容積沿著螺桿20的長度而不同。詳細來說，螺桿20包括饋入部分74、位于段30內的第一節距短的限制部分76、位于段32內的第一節距較長的部分78、位于段34內的第二節距長的限制部分80、位于段38和40內的第二節距較長的部分82、以及位于段42內的第三節距短的限制部分84。由此可見，螺桿部分76、80和84的螺桿螺紋68的節距長度顯然小于螺桿部分78和82的螺桿螺紋68的對應節距長度。在較佳的做法中，螺桿部分76、80和84的節距長度范圍約在O. 25-1. O倍的螺桿直徑，最佳是約O. 33倍的螺桿直徑。螺桿部分78和82的節距長度范圍在約1-2倍的螺桿直徑，較佳地是約I. 5倍的螺桿直徑。為實現本發明的目的，這些幾何特征是重要的，具體來說，與常規設計相比，這些幾何特征允許將更大量的蒸汽包含到通過擠壓機10的材料中。本質上，限制段30和34以及34和42連同其中節距長度短的螺桿部分76、80和84 —起協作地形成蒸汽限流區域，其阻止穿過這些區域的注入蒸汽通過。這樣，這些區域是蒸汽鎖定的一種形式。此外，在限制區域之間，段32、38和40設有較長節距長度的螺桿部分78和82，這形成允許注入比現今為
止所可能的量更大量的蒸汽的蒸汽注射區域。較長節距的螺桿部分78和82導致筒填料減少(不一定大于自由容積)，因此，形成蒸汽注入區域。最后，注射端口 44和46的定向以及其中對應的注射器48和50還進一步提高將蒸汽納入到穿過擠壓機10的材料內。與常規擠壓機設計相比，擠壓機10內的這些因素的組合允許注入顯著更大量的蒸汽。在常規擠壓機中，僅可注入約3-5%的蒸汽，而任何多余量則直接通過擠壓機而流出筒入口。然而，在本發明中，根據作為100重量％的筒12內在任何時刻取得的干材料的總重量(即，僅含固有水的干材料成分的總重量，減去在通入到擠壓機內之前通常添加到干材料成分內的任何水分)，可成功地注入約6-8重量％或更多的蒸汽，而沒有不合適的蒸汽注入損失。在某些動物飼料的情形中，這一點特別重要，該種動物飼料通過在擠壓機內的附加烹飪而不強加過度的剪切和機械能量的烹飪得到改進。盡管附圖中所示的擠壓機10包括使用可調閥組件段36和蒸汽出口段38，但不需要使用這種段。段36可有利地用作為防止蒸汽損失的另一限制，在需要中間筒蒸汽排氣的情形中，例如，需要更稠產品的情形，可使用段38。此外，雖然所示實施例呈雙螺桿擠壓機的形式，但將會理解到，本發明的原理和結構特征也可用于單螺桿擠壓機的情形中。最后，本發明的擠壓機是烹飪的擠壓機，其設計成至少部分地或全部地烹飪通過其中的材料，同時還將材料形成為離散的形狀。這樣，擠壓機裝備有賦予剪切和機械能量的螺桿，這是烹飪過程的一部分，該烹飪過程通過蒸汽的注入而得到加強。此外，盡管未予示出，但這種烹飪擠壓機可裝備有引入熱交換介質的外部套，以便間接地加熱或冷卻穿過擠壓機的材料。
權利要求
1.一種擠出螺桿,包括 細長的軸； 位于所述軸上且沿著所述軸的長度延伸的螺旋形螺紋，所述擠出螺桿的特征在于所述螺紋呈現一對間隔開的節距長度短的部分和介于該對節距長度短的部分之間的節距長度長的部分， 所述節距長度短的部分各自的節距長度約為O. 25-1. O倍的螺桿直徑，并且所述節距長度長的部分的節距長度約為1-2倍的螺桿直徑。
2.如權利要求I所述的擠出螺桿，其特征在于，所述螺桿的螺紋直徑對根部直徑之比約為 I. 9-2. 5。
3.如權利要求I所述的擠出螺桿，其特征在于，所述節距長度短的部分各自的節距長度約為O. 33倍的螺桿直徑，并且所述節距長度長的部分的節距長度約為I. 5倍的螺桿直徑。
4.如權利要求I所述的擠出螺桿，其特征在于，由所述節距長度長的部分所限定的自由容積大于由所述節距長度短的部分中的任一部分所限定的自由容積。
5.如權利要求I所述的擠出螺桿，其特征在于，所述節距長度長的部分的長度大于所述節距長度短的部分中的任一部分的長度。
全文摘要
一種具有增強的蒸汽注入特性的烹飪擠壓機。本發明提供了一種擠出螺桿，包括細長的軸；位于所述軸上且沿著所述軸的長度延伸的螺旋形螺紋，所述擠出螺桿的特點在于所述螺紋呈現一對間隔開的節距長度短的部分和介于該對節距長度短的部分之間的節距長度長的部分，所述節距長度短的部分各自的節距長度約為0.25-1.0倍的螺桿直徑，并且所述節距長度長的部分的節距長度約為1-2倍的螺桿直徑。
文檔編號A23P1/12GK102845822SQ20121028692
公開日2013年1月2日 申請日期2008年2月1日 優先權日2007年3月16日
發明者L·溫格爾, G·J·洛基, A·斯佩爾梅爾 申請人:溫吉爾制造公司