用于產(chǎn)生奶泡的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使流體發(fā)泡、優(yōu)選用于產(chǎn)生奶泡的裝置。特別地，該裝置是以它可以嵌入流體流動(dòng)路徑定位以產(chǎn)生泡沫的方式設(shè)計(jì)的。本發(fā)明的裝置使用該裝置中的流體經(jīng)歷的高剪切能量作為用于產(chǎn)生泡沫的發(fā)泡能量。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，已知用于產(chǎn)生奶泡的裝置，其中牛奶的發(fā)泡通常在批量處理中執(zhí)行。例如，已知一種具有儲(chǔ)器的裝置，牛奶可被加注到該儲(chǔ)器中。儲(chǔ)器中的旋轉(zhuǎn)部件(例如設(shè)置在儲(chǔ)器底面處的攪拌器)引起牛奶的發(fā)泡。但是，這種用于產(chǎn)生奶泡的裝置僅會(huì)同時(shí)(即在一次批量處理中)產(chǎn)生預(yù)定量的奶泡。此后，需要將該裝置清空，優(yōu)選進(jìn)行清潔，并在可以開始下一次批量處理之前再加注牛奶。此外，這種裝置不能嵌入流體流動(dòng)路徑并因此不能例如在用于產(chǎn)生或提供牛奶或其它飲料的裝置中實(shí)施。
[0003]此外，現(xiàn)有技術(shù)包括將熱蒸汽噴射到注入儲(chǔ)器中的牛奶中以便引起發(fā)泡的裝置。但是，這些裝置不能嵌入例如飲料生產(chǎn)設(shè)備的流體流動(dòng)路徑使用。
[0004]對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)裝置，影響牛奶發(fā)泡的因素例如為旋轉(zhuǎn)部件如攪拌器的幾何形狀，或噴射到牛奶中的蒸汽的溫度和/或壓力。這些因素難以理解，并且在不構(gòu)建更復(fù)雜的裝置的情況下不易精確地控制。因此，許多簡(jiǎn)單現(xiàn)有技術(shù)發(fā)泡裝置的奶泡通常不可靠地產(chǎn)生，即泡沫的特性如體積、發(fā)泡水平、泡沫穩(wěn)定性等從一次批量處理到另一次批量處理不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是克服上述缺點(diǎn)，并改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于使流體發(fā)泡、優(yōu)選用于產(chǎn)生奶泡的裝置，該裝置能嵌入流體流動(dòng)路徑實(shí)施。此夕卜，本發(fā)明意圖提供一種裝置，能使用該裝置更可靠地并以一致的方式產(chǎn)生泡沫。因此，影響發(fā)泡效果的因素應(yīng)該更好理解并且更容易精確地控制。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用壽命長的簡(jiǎn)單且可靠的裝置。
[0006]在下文中，將就牛奶的發(fā)泡給出本發(fā)明的描述。但是，本發(fā)明不限于作為流體的牛奶，而是也可應(yīng)用于其它流體，例如巧克力或咖啡。因此，也可通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)不同于奶泡的泡沫。
[0007]為使牛奶發(fā)泡，必須如圖1所示以某種方式提供牛奶和空氣兩者?？蛇x地，可以加熱牛奶和/或空氣。此外，必須向牛奶和空氣提供某種類型的發(fā)泡能量，以便產(chǎn)生奶泡。本發(fā)明基于分開控制空氣和牛奶的供給并且將發(fā)泡能量作為高剪切能量提供的思想。通過將該裝置設(shè)計(jì)成使得牛奶-空氣混合物至少部分地通過庫艾特流從該裝置通過來實(shí)現(xiàn)高剪切能量。
[0008]庫艾特流指的是粘性流體在兩個(gè)平行的板之間的空間中的層狀流動(dòng)。庫艾特流的基本原理在圖2中示出。在圖2中，可移動(dòng)的二維邊界板相對(duì)于固定的二維邊界板以特定速率U移動(dòng)。在兩個(gè)邊界板之間存在流體?？梢苿?dòng)的邊界板的移動(dòng)引起流體移動(dòng)。兩個(gè)邊界條件決定流體的移動(dòng)。直接在固定邊界板處，由于固定邊界板處的摩擦力，流體根本不移動(dòng)。因此，速率U為零。直接在可移動(dòng)的邊界板處，摩擦引起流體以可移動(dòng)的邊界板的速率U移動(dòng)。
[0009]在簡(jiǎn)單模型中，流體的速率u沿從固定邊界板測(cè)定的方向y線性地增加。由此，在流體中產(chǎn)生剪應(yīng)力τ，其取決于兩個(gè)邊界板之間的距離、流體的精度和運(yùn)動(dòng)的邊界板的絕對(duì)速率。流體中的剪應(yīng)力引起可以被用作發(fā)泡能量的剪切能量。本發(fā)明將描述細(xì)節(jié)。
[0010]本發(fā)明利用根據(jù)附后獨(dú)立權(quán)利要求的裝置實(shí)現(xiàn)了上述原理。獨(dú)立權(quán)利要求解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)在附后從屬權(quán)利要求中顯現(xiàn)。
[0011]如已經(jīng)提到的，本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵特征在于經(jīng)由兩個(gè)單獨(dú)的供給回路(即牛奶供給回路和空氣供給回路)來提供牛奶和空氣。
[0012]因此，可以單獨(dú)控制空氣和牛奶的供給量，這允許特別好地控制泡沫特性。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，牛奶供給回路包括具有流量計(jì)和調(diào)節(jié)器的反饋控制環(huán)路。優(yōu)選地，空氣供給回路同樣包括具有流量計(jì)和調(diào)節(jié)器的反饋控制環(huán)路，例如PID調(diào)節(jié)器。
[0014]根據(jù)期望的泡沫特性(堅(jiān)固度、一致性、比重等)，可以選擇用于發(fā)泡過程中的牛奶和空氣的不同比率，使得該裝置可以產(chǎn)生寬范圍的不同泡沫配方。典型地，牛奶與空氣體積的比率可以在從3:1至1:7的范圍內(nèi)。與不同配方對(duì)應(yīng)的不同牛奶和空氣流量的目標(biāo)值可以存儲(chǔ)在該裝置的控制單元中并用來根據(jù)期望的配方相應(yīng)地調(diào)節(jié)流量。
[0015]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，一種用于產(chǎn)生奶泡的裝置包括外缸筒、同心地設(shè)置在外缸筒內(nèi)的內(nèi)缸筒、流體入口和流體出口，其中外缸筒和內(nèi)缸筒可相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，其中在外缸筒與內(nèi)缸筒之間形成間隙，并且其中該間隙將流體入口與流體出口連接。
[0016]例如，外缸筒具有內(nèi)壁并且內(nèi)缸筒具有外壁，內(nèi)壁和外壁實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)平行的邊界板，內(nèi)缸筒關(guān)于外缸筒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成兩個(gè)平行的板之間的空間中流體的庫艾特流。
[0017]替代地，該裝置可以包括代替內(nèi)缸筒的可旋轉(zhuǎn)攪拌器或任何其它旋轉(zhuǎn)元件。
[0018]圖2所示的兩個(gè)邊界板分別通過內(nèi)缸筒的外壁和外缸筒的內(nèi)壁來實(shí)現(xiàn)。圖2中的可移動(dòng)的邊界板相對(duì)于靜止邊界板上的移動(dòng)由內(nèi)缸筒相對(duì)于外缸筒的移動(dòng)引起。缸筒具有共同的旋轉(zhuǎn)軸線。圖2中的邊界板之間的距離由流體(優(yōu)選牛奶和空氣)從流體入口流到流體出口流動(dòng)通過的間隙的寬度決定。這意味著牛奶和空氣優(yōu)選被提供給該裝置的流體入口。因此，根據(jù)參考圖2所述的原理，牛奶-空氣混合物在該間隙中經(jīng)歷高剪應(yīng)力。
[0019]該高剪應(yīng)力引起空氣和牛奶的乳化。只要乳化的牛奶-空氣混合物離開該間隙，它就膨脹。由于膨脹而實(shí)現(xiàn)了發(fā)泡效果，這是因?yàn)榕Ｄ虄?nèi)的氣泡的尺寸突然增大。因此，一般而言，牛奶-空氣混合物中包含的高剪切能量用來提供產(chǎn)生奶泡所需的發(fā)泡能量。
[0020]該裝置被設(shè)計(jì)成使得它可以嵌入牛奶的流動(dòng)路徑定位，這是因?yàn)榕Ｄ炭梢粤魅肓黧w入口、通過該間隙并從流體出口流出。因此，該裝置適于連續(xù)從儲(chǔ)器接收牛奶并將它轉(zhuǎn)化成奶泡。
[0021 ] 影響奶泡特性的因素例如是間隙的寬度、缸筒相對(duì)于彼此的切向速度、缸筒表面和牛奶承受剪應(yīng)力的時(shí)間(即在裝置中消耗的時(shí)間)。這些參數(shù)容易理解并且可精確地控制。此外，該裝置可以相當(dāng)簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)，但仍可產(chǎn)生非?？煽康慕Y(jié)果。
[0022]優(yōu)選地，該間隙例如在內(nèi)缸筒和外缸筒的半徑方向上的寬度在0.2mm至1.0mm的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選在0.3mm至0.6mm的范圍內(nèi)。
[0023]如上所述，該設(shè)備中的牛奶-空氣混合物承受的剪應(yīng)力在很大程度上取決于形成在兩個(gè)缸筒壁之間的間隙的寬度。這里，該間隙直徑被選擇成使得實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生牛奶的最佳發(fā)泡效果的剪應(yīng)力。例如，這意味著發(fā)泡效果引起具有最佳特性的奶泡。當(dāng)談及泡沫的特性時(shí)，本發(fā)明理解為例如期望的體積、良好的泡沫穩(wěn)定性和/或充分的發(fā)泡水平。穩(wěn)定性由奶泡穩(wěn)定(即基本保持其體積)的時(shí)間量決定。發(fā)泡水平由給送到流體入口中的牛奶的體積與從流體出口分配出來的奶泡的體積之比決定。
[0024]優(yōu)選地，流體出口的直徑大于間隙的寬度，優(yōu)選在2mm至1mm的范圍內(nèi)。
[0025]流體出口相比于間隙寬度的擴(kuò)寬導(dǎo)致由兩個(gè)缸筒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)引起的高剪應(yīng)力產(chǎn)生的牛奶-空氣乳劑的膨脹。該