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路徑定位以產(chǎn)生泡沫的方式設(shè)計的。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，已知一種具有儲器的裝置，牛奶可被加注到該儲器中。儲器中的旋轉(zhuǎn)部件(例如設(shè)置在儲器底面處的攪拌器)引起牛奶的發(fā)泡。但是，這種用于產(chǎn)生奶泡的裝置僅會同時(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施。
[0003]此外，現(xiàn)有技術(shù)包括將熱蒸汽噴射到注入儲器中的牛奶中以便引起發(fā)泡的裝置。但是，這些裝置不能與例如飲料生產(chǎn)設(shè)備的流體流動路徑嵌入地使用。
[0004]對于上述現(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)明的目標是克服上述缺點，并改進現(xiàn)有技術(shù)。特別地，本發(fā)明的一個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，該裝置能實施為嵌入流體流動路徑。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。最后，本發(fā)明的目的是提供一種使用壽命長的簡單且可靠的裝置。
[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所示一般以某種方式提供牛奶和空氣兩者。可選地，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現(xiàn)高剪切能量。
[0008]庫艾特流指的是粘性流體在兩個平行的板之間的空間中的層狀流動。庫艾特流的基本原理在圖2中示出。在圖2中，可移動的二維邊界板相對于固定的二維邊界板以特定速率u移動。在兩個邊界板之間存在流體。可移動的邊界板的移動引起流體移動。兩個邊界條件決定流體的移動。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。因此，速率U為零。直接在可移動的邊界板處，摩擦引起流體以可移動的邊界板的速率U移動。
[0009]在簡單模型中，流體的速率u沿從固定邊界板測定的方向y線性地增加。由此，在流體中產(chǎn)生剪應(yīng)力τ，其取決于兩個邊界板之間的距離、流體的精度和運動的邊界板的絕對速率。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)明將描述細節(jié)。
[0010]本發(fā)明利用根據(jù)附后獨立權(quán)利要求的裝置實現(xiàn)了上述原理。獨立權(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)點在附后從屬權(quán)利要求中顯現(xiàn)。
[0011]具體地，本發(fā)明關(guān)于一種用于產(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。
[0012]圖2所示的兩個邊界板分別通過內(nèi)缸筒的外壁和外缸筒的內(nèi)壁來實現(xiàn)。圖2中的可移動的邊界板相對于靜止邊界板上的移動由內(nèi)缸筒相對于外缸筒的移動引起。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。
[0013]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。由于膨脹而實現(xiàn)了發(fā)泡效果，這是因為牛奶內(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。
[0014]該裝置被設(shè)計成使得它可以嵌入牛奶的流動路徑定位，這是因為牛奶可以流入流體入口、通過該間隙并從流體出口流出。因此，裝置I適于連續(xù)從儲器接收牛奶并將它轉(zhuǎn)化成奶泡。
[0015]影響奶泡特性的因素例如是間隙的寬度、缸筒相對于彼此的切向速度、缸筒表面和牛奶承受剪應(yīng)力的時間(即在裝置中消耗的時間)。這些參數(shù)容易理解并且可精確地控制。此外，該裝置可以相當簡單地設(shè)計，但仍可產(chǎn)生非?？煽康慕Y(jié)果。
[0016]優(yōu)選地，該間隙在內(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)。
[0017]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。當談及泡沫的特性時，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。
[0018]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)。
[0019]流體出口相比于間隙寬度的擴寬導(dǎo)致由兩個缸筒的相對旋轉(zhuǎn)引起的高剪應(yīng)力產(chǎn)生的牛奶-空氣乳劑的膨脹。該膨脹增大了牛奶-空氣混合物內(nèi)的氣泡的尺寸，并且因此產(chǎn)生發(fā)泡效果。流體出口的優(yōu)選直徑引起實現(xiàn)具有最佳特性的奶泡的膨脹。
[0020]優(yōu)選地，內(nèi)缸筒包括具有較大直徑的第一部分和具有較小直徑的第二部分，間隙形成在內(nèi)缸筒的第一部分與外缸筒之間，且腔室形成在內(nèi)缸筒的第二部分與外缸筒之間。
[0021]兩個缸筒之間的偏離形成兩個缸筒之間的第一區(qū)域(這種情況下為間隙)和兩個缸筒之間的第二區(qū)域(這種情況下為腔室)，第一區(qū)域中牛奶-空氣混合物承受較高剪應(yīng)力，第二區(qū)域中牛奶-空氣混合物承受較低剪應(yīng)力。高剪切區(qū)域用于牛奶-空氣混合物的乳化，而低剪切區(qū)域用于乳劑的膨脹。由此，可以在兩個同心缸筒之間產(chǎn)生發(fā)泡效果。如果此外流體出口的直徑進一步大于兩個缸筒之間的腔室，則會發(fā)生進一步的膨脹和發(fā)泡效果。該裝置甚至可以設(shè)計成這樣或可以在裝置中設(shè)置另一裝置，使得腔室直徑是可調(diào)節(jié)的。因此，可以控制和調(diào)節(jié)奶泡的發(fā)泡效果和特性。
[0022]優(yōu)選地，該腔室在內(nèi)缸筒和外缸筒的半徑方向上的寬度在2mm至1mm的范圍內(nèi)。
[0023]利用腔室寬度的優(yōu)選值，可以在該裝置內(nèi)實現(xiàn)最佳泡沫特性。
[0024]優(yōu)選地，該裝置還包括用于使內(nèi)缸筒相對于外缸筒旋轉(zhuǎn)的馬達。
[0025]優(yōu)選地，該馬達適合于使內(nèi)缸筒相對于外缸筒以在4000rpm至8000rpm的范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
[0026]兩個缸筒之間的剪應(yīng)力取決于移動速率，即兩個缸筒的相對轉(zhuǎn)速。已發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)速的優(yōu)選值產(chǎn)生最佳發(fā)泡效果。這意味著所產(chǎn)生的奶泡具有最佳特性?？梢酝ㄟ^固定外缸筒并以上述給出的速度值轉(zhuǎn)動內(nèi)缸筒來實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)速，或反之亦然。也可以通過沿彼此相反的方向轉(zhuǎn)動兩個缸筒來實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)速。
[0027]優(yōu)選地，該馬達包括設(shè)置有頭部的軸，所述頭部包括至少一個第一磁體，內(nèi)缸筒包括至少一個第二磁體，并且所述至少一個第一磁體和所述至少一個第二磁體適合于以不接觸的方式將馬達軸的旋轉(zhuǎn)傳遞到內(nèi)缸筒上。
[0028]由于內(nèi)缸筒被磁驅(qū)動的事實，該軸無需與內(nèi)缸筒機械連接或插入其中。因此，裝置中將發(fā)生更小的摩擦，這是因為軸和到達內(nèi)缸筒或進入其中的引導(dǎo)之間不存在用于使裝置旋轉(zhuǎn)的摩擦。更小的摩擦引起裝置更少的能量消耗和更長的使