一种橡木桶内壁烘烤与碳化的装置及方法与流程

本发明属于橡木桶烘烤装置，特别涉及一种橡木桶内壁烘烤与碳化的装置及方法。

背景技术：

1、橡木由纤维素、半纤维素和木质素组成。制造橡木桶时，明火的烘烤不仅可以让橡木条达到很好的塑形效果，同时也产生了非常多易溶于威士忌的风味。比如，半纤维素在烘烤的过程中，会生成焦化的糖，核桃、杏仁、榛子等坚果的味道，偶尔还会形成甘草、太妃糖的香甜气味。橡木中的木质素，则会在烘烤的过程中释放出肉桂和丁香香料、香草、巧克力以及绿色水果的香味。橡木桶碳化的作用可简单概括为两种，一是进一步释放分解橡木中的风味，二是让橡木桶达到一定的过滤作用。在橡木桶的碳化过程中，橡木桶内壁被碳化的程度越深，那么威士忌原酒所能获得的木质素香气也就会越多，同时也会产生烟熏香味。

2、橡木桶在碳化之后，它内壁的表面积在原来的基础上又扩大的许多，所以碳化还在一定程度上影响着威士忌的熟成速率。此外，由于炭是一种非常好的过滤物，威士忌在蒸馏过程中生成的硫等物质，也会在橡木桶中陈年一段时间后，被内壁的碳化层所吸附。

3、目前工业化的发展，橡木桶制作过程中明火的烘烤逐渐被炭炉或电加热取代。因为明火烘烤采用的燃料一般是橡木桶生产的下脚料，用橡木燃烧的火焰对橡木桶内壁进行烘烤。传统工艺中橡木桶竖直放置，燃料燃烧炉处于橡木桶下端中央位置，对燃料以及火焰的控制和对内壁烘烤的均匀性等均需要人工控制，不利于工业化生产。而炭炉或电加热有利于对内壁烘烤的温度控制，对烘烤质量的掌控要优于传统燃料烘烤，但是失去了橡木燃烧释放的芬芳和橡木桶内壁烘烤的香气的交互作用。此外，现代碳化直接采用了燃气点火燃烧，使橡木桶内壁自燃后，用冷水浇灭形成碳化层，加深碳化层靠延长内壁自燃时间获取，一般取15-55秒的燃烧时间，获取轻中重的碳化效果。通过这种燃烧的方式难以真正加深碳化层，因为再延长时间，桶内壁将燃烧成灰烬，而且一旦出现不可控的桶内壁不均匀燃烧，易导致形成的碳化层严重脱落。另外，为了安全使用燃气，市售的民用燃气内混合有硫化氢气体，在燃气泄漏时能够产生容易闻到的臭味，从而察觉气体的泄露。但是这种味道如果在桶中残留，将对酒的风味产生恶劣的影响。所以使用燃气处理橡木桶不可取。

4、专利号为2023224621643，专利名称为一种通过橡木桶烘焙咖啡豆的装置记载的直火烘焙装置能够充分且均匀的加热橡木桶，但是该装置使用燃气作为燃料，而且难以将橡木桶内壁的碳化程度提高到现有技术之上。因此，迫切需要一种能够使内壁均匀碳化，并且碳化层深度可控而不脱落的碳化装置及方法。

技术实现思路

1、本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种橡木桶内壁烘烤与碳化的装置及方法，具有碳化效果均匀、碳化层深度可控且碳化层不脱落的特点。

2、本发明包括如下技术方案：

3、一种橡木桶内壁烘烤与碳化的装置，包括机架、可移动的燃具以及外壁至少设有两条环形轨道的橡木桶；所述环形轨道分别对应安装在设置于机架顶面的电动滚轮上，电动滚轮转动带动橡木桶转动；

4、所述燃具靠近橡木桶一端设有燃烧炉和点火装置，另一端安装有上下移动装置和料斗，料斗和燃烧炉之间通过送料通道连接，送料通道内设有送料螺杆；所述燃具平行于x轴方向安装，所述燃烧炉安装在燃具末端且位于顶部，燃烧炉下方设置点火装置；所述点火装置的底面设置温度传感器和桶内二氧化碳出口；所述上下移动装置安装在沿y轴移动的横向移动装置侧面，所述横向移动装置底部安装有带动其沿x轴移动的水平移动装置；所述燃烧炉在水平移动装置带动下进入橡木桶内并烘烤其内壁。

5、进一步的，所述燃具中部装有吸尘套管，所述吸尘套管套设在送料通道和气源通道外侧，吸尘套管通过软管接口连接至吸尘器，吸尘套管的顶面设有除尘口。

6、进一步的，所述点火装置的主体为电加热装置，电加热装置侧面设有所述气源通道的气源出口，气源通道的气源接口通过三通接头分别连接压缩空气气源和二氧化碳气源。当被加热的燃料温度达到燃点后，关闭电加热装置，送入适量的压缩空气，燃料开始燃烧，完成点火工作。需要熄火时，关闭压缩空气，同时引入二氧化碳气体来快速灭火。

7、进一步的，所述吸尘套管底部外侧设有线缆管和二氧化碳输送管，线缆管内有电加热装置的电线穿过，二氧化碳输送管连接用于扑灭橡木桶内壁火焰的桶内二氧化碳出口。

8、进一步的，所述温度传感器采集的温度数据实时发送给控制系统；所述电动滚轮的转速、吸尘套管的风量、桶内二氧化碳出口的出气量，送料螺杆的送料速率，电加热装置的开关和通气状况以及燃烧炉的位置均由控制系统控制。

9、进一步的，所述料斗顶部设有料斗盖，从料斗盖向料斗及送料通道内引入低压压缩空气或二氧化碳气体来实现熄火过程中防反烧。

10、进一步的，所述机架的顶面中部设有安装凹槽，安装凹槽内设有水平轨道，水平轨道上方安装有水平气缸；所述水平气缸通过滑动座安装在水平轨道上，所述滑动座顶部固装横向移动装置。

11、进一步的，所述横向移动装置包括垂直于机架的箱体，所述箱体朝向橡木桶一侧的外壁上安装有至少两条横向直线滑轨，横向直线滑轨上安装有横向滑块；所述箱体内安装有与横向直线滑轨配套的伺服电机，所述伺服电机驱动横向直线滑轨上的钢丝皮带转动，从而带动横向滑块沿横向直线滑轨移动。

12、进一步的，所述横向滑块固装在上下移动装置的轨道固定板上，所述轨道固定板一侧固装有横向滑块，另一侧固装有竖向轨道；所述竖向轨道上安装竖向滑块，竖向滑块侧面固定在竖向气缸的伸缩杆上；所述竖向气缸和竖向滑块均固装在上下移动装置的竖向活动板一侧，竖向活动板另一侧固装所述燃具。

13、一种使用上述装置进行橡木桶内壁烘烤与碳化的方法，包括以下步骤：s1、送料；向料斗中加入颗粒状燃料，驱动送料螺杆按照设定速度转动将颗粒燃料沿送料通道移动并连续均匀地进入燃烧炉内；s2、点火；启动电加热装置加热颗粒燃料直至到达其燃点后关闭电加热装置，同时向点火装置输送压缩空气促进颗粒燃料燃烧，完成点火工作；s3、烘烤；燃具在数控系统控制下移动并进入待烘烤的橡木桶内部，同时启动电动滚轮使橡木桶旋转，燃烧炉的火焰在数控系统控制下沿着桶内壁曲线按照设定动作进行均匀烘烤，烘烤过程中通过温度传感器获取桶内壁温度即为工作温度，工作温度达到设定温度后装置自动恒温运行10-35分钟，烘烤时间越长得到的烘烤效果越重；s4、碳化；烘烤完成后接着要对桶内壁进行碳化，碳化过程中数控系统控制火焰温度按照设定的温度曲线变化并使桶内壁缓慢升温，工作温度达到内壁燃点前或达到燃点时引入二氧化碳气体，扑灭内壁火焰阻止内壁燃烧，从而实现可控碳化，随着工作温度升高，碳化层逐渐加深，纹路逐渐加密而不脱落；s5、降温归位；碳化结束后停止向桶内二氧化碳出口输送气体，向桶内壁喷洒纯净水降温，同时将燃烧炉熄火；当温度传感器采集的温度低于80℃后关闭纯净水，燃具退出橡木桶回到机架原位，同时橡木桶停止旋转并将其卸下更换下一个待加工橡木桶。

14、进一步的，所述步骤s3中烘烤温度的的高低通过调整烘烤距离或调整火焰强度来控制；调整燃烧炉相对桶内壁的距离时，距离越小工作温度越高，距离越大工作温度越低；通过调整颗粒燃料的输送速度和压缩空气的送入量来调整火焰强度时，压缩空气和燃料加量后，工作温度升高，反之，工作温度降低。

15、进一步的，所述步骤s4中的温度曲线为t＝t*(tc-t0)*ɑ/(s*l)+t0，其中t为内壁温度，单位℃；t时间，单位小时；tc为设定碳化温度，单位℃；t0为内壁初始温度，单位℃；s为设定碳化层厚度，单位米；l为设定碳化层长度，单位米；ɑ为导温系数，单位平方米/小时。

16、进一步的，所述步骤s5中燃烧炉熄火时停止向气源通道输送压缩空气并向其输送二氧化碳防止死灰复燃，同时向料斗及送料通道输送二氧化碳以防止熄火过程中发生沿送料通道的反烧。

17、本发明具有的优点和积极效果：

18、1、本发明通过料斗和送料螺杆向燃烧炉输送橡木木屑挤压成的颗粒燃料，通过点火装置燃烧颗粒状的燃料产生能够满足内壁烘烤碳化需求的火焰；同时通过连接气源出口向点火装置适时适量输送助燃或阻燃气体来控制火焰的燃烧状态。

19、2、本发明的燃具上还设置有用于扑灭橡木桶内壁火焰的桶内二氧化碳出口，在橡木桶内壁达到燃点前或刚刚起火时引入二氧化碳气体，从而使桶内壁的可控碳化，将碳化层逐渐加深，纹路逐渐加密而不脱落。

20、3、本发明采用的燃具上设有温度传感器和吸尘套管，便于随时调节内壁烘烤温度；该燃具可以沿x轴方向、y轴方向和竖直方向移动，有利于对控制火焰沿着橡木桶内壁曲线进行均匀烘烤；根据温度传感器采集的桶内壁温度，对火焰的燃烧和运行进行自动控制，达到设定温度后熄灭火焰。压缩空气的引入能够使燃料完全燃烧，但是有可能产生灰烬，因此在燃烧炉旁边设有除尘口，吸尘套管通过软管接口连接除尘风机或吸尘器将灰烬排出。