CN100560006C - 用于生成起泡液体的可更换管嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适配于被设计成使液体例如牛奶起泡的咖啡机的蒸汽出口的管嘴。所述管嘴沿蒸汽流动路径的方向包括：蒸汽进口(3)，具有适于加快蒸汽流的速度的受限的横截面的限制区域(4)，具有大于限制区域(4)的横截面并且起泡液体可从中排出的至少一个腔(5)。该管嘴还包括外部壳体(30)，该外部壳体包括平稳贮液器(31)和面对开口(6)的射流阻断面(34)以及至少一个相对于扩大的混合腔部分的开口(6)沿径向偏置的出口(32)。外部壳体(30)设置成至少部分地围绕管状混合腔部分(5)。

Description

用于生成起泡液体的可更换管嘴
技术领域
本发明涉及一种可附装在咖啡机的蒸汽出口上的管嘴。尤其对于适于生成卡普齐诺(cappuccino)风味咖啡的咖啡机，已知设置一个与牛奶供给源配合从而可生成热起泡牛奶的水蒸汽出口。
背景技术
为了生成起泡牛奶，通常将规定数量的空气吸入牛奶和蒸汽流。
当重复执行此发泡操作时，易被细菌污染的热牛奶的残留物将最终污染管嘴。因此，众所周知，理想地是在每次使用之后冲洗和清洁这种发泡管嘴。
从US 6,499,389 B1已知一种用于为卡普齐诺产生牛奶泡沫的装置，该装置具有设置在蒸汽管下游并具有真空室的管嘴结构，牛奶供给管路接入该真空室。空气管道在真空室上游连接到牛奶供给管路。在真空室下游设置有乳化室，其中该乳化室具有室壁、带有中心偏流突出部的底部、以及出口。该中心偏流突出部为在流程中的围绕出口的阻流器，从而该突出部使基本沿主流方向流动的混合物转向到基本与主流方向相反的方向。US6,499,389还教导(见第3列，第50-55行)，乳化室的元件可由半硬质合成材料特别是氯丁二烯生橡胶(“氯丁橡胶”)制成。该合成材料当暴露在热蒸汽中时具有足够的尺寸稳定性。另一方面，由于设计的复杂以及用于该已知装置的材料的成本，所以不能以合理成本生产该装置以便用作在有限次数的使用之后被更换的可丢弃管嘴。
WO 2004/054413 A1提出一种适合于咖啡机的蒸汽出口并设计成使液体起泡的管嘴。该管嘴由一体部件制成，并且包括用于蒸汽供给源的开口，在所述开口的延伸部分内的限制区域，以及在所述限制区域的轴线上的扩大区域。所述开口为液体提供了出口，该出口的横截面基本上等于该开口的横截面。垂直于该开口设置有用于供给液体和空气进口的管道。
根据该已知的现有技术，管嘴可由例如聚丙烯(PP)塑料材料或金属例如Inox制成。据称可在一整天的常规使用循环中一直使用这种已知管嘴。
现有技术的装置在实践中遇到的一个问题是，该装置易于导致产品或蒸汽喷溅，尤其是在牛奶短缺的情况下。例如，当牛奶供给源耗尽时，蒸汽与牛奶的比率增大(更多蒸汽)，这样会导致从该装置流出能量过高的蒸汽或混合物流。这是一个严重的问题，因为蒸汽流将通过以不受控制的方式喷溅而直接地弄脏场所，或通过吹出杯子内已生成的牛奶泡沫而间接地弄脏场所。
US 5,295,431涉及一种用于制备奶油状空气-牛奶-蒸汽乳液的附件，其中在第一流动部件的一个侧向出口处设有防喷溅部件。这种装置具有一些缺点。在附件一侧上的开口构型是不合适的，因为为了有效起作用，防喷溅室必须足够大以允许起泡液体在离开该室之前在该室内打漩。因此，这种构型体积庞大，并且在经济上和环境上不适于在有限次数的使用之后进行丢弃的应用。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术中已知管嘴的缺陷。
本发明的管嘴适配于被设计成使液体例如牛奶起泡的咖啡机的蒸汽出口。该管嘴沿蒸汽流动路径的方向包括：
-蒸汽进口，
-具有适于加快蒸汽流的速度的受限的横截面的限制区域，
-具有大于限制区域的横截面并且包含出口的至少一个管状混合腔部分。该管嘴还包括用于液体或液体/空气混合物进入的管道，该管道在限制区域处或限制区域的上游处与蒸汽流动路径连接。
根据本发明的一个独创性方面，管嘴还包括外部壳体，该外部壳体包括平稳贮液器和面对所述出口的射流阻断面，以及至少一个相对于扩大的混合腔部分的所述出口沿径向偏置的出口。
此外，外部壳体设置成至少部分地围绕管状混合腔部分。因此，可在更紧凑的结构内解决喷溅问题，该结构更适合于一次性应用。
优选地，该壳体形成具有环形截面的平稳贮液器，该环形截面围绕管状混合腔部分同心地延伸。这种构型不仅设计更紧凑而且可以更有效地操作。环形贮液器形成特别有效的缓冲效果，这是因为：a)使起泡液体从在混合腔出口的分配位置转向大约180度，以及b)起泡液体在该环形贮液器内分布在装置的较大接触面上，因此产生更大的摩擦力以便在液体能够最终离开装置之前对液体缓冲。
根据另一个方面，WO 2004/054413的管嘴的主体的垂直分隔部被水平分隔部代替。
根据另一个方面，管嘴的尺寸和使用的材料选择成，使得管嘴仅能够在有限次数的使用循环中生成起泡液体。从而可避免用户在过长的时间期间内使用该管嘴。
根据又一个方面，两个部件之间的分隔部是旋转对称的。这一点并不必须与水平分隔部相结合，当使用垂直分隔部时这也是有利的。
令人惊奇的是，已发现水平分隔部尤其能够解决泄漏问题，同时仍可保持以下优点：装置简单、易于组装、保护成本低、以及出于安全原因的有限耐久性。
通过本文所述的主要特征来实现上述目的。本文所述优选特征进一步改进了本发明的中心思想。
混合腔还可包括用于在起泡液体离开该腔之前削弱该起泡液体的喷射能量的第一部件。
管嘴可由当热蒸汽冲击时会发生磨损、腐蚀或变形的材料制成。
管嘴可由例如聚丙烯(PP)或聚酰胺制成。
构成管嘴的主体的两个部件可夹持在一起(手动地或例如通过自动装置自动地实现)。因此，有利于在制造期间组装该装置，从而使该装置便宜到使管嘴适合于在使用数次之后被丢弃的程度。
夹持部件优选地构造成包括至少一个密封部件，例如设置成与至少一个凹陷部配合的至少一个密封凸缘。因此，该装置不需要任何附加的密封部件例如O型圈等。也不需要任何用于密封这两个部件的外部部件例如套筒。
此外，密封凸缘可以仅在有限次数的使用循环内具有预期的密封性能。
构成管嘴主体的两个部件可拆卸地相互连接。
这两个部件的水平连接部可包括密封部件。
管嘴可设计成使轴向密封力作用在密封部件上。
该密封部件可包括环形肋部。
根据本发明的再一个方面，管嘴由这样选择的材料制成，即，该材料在来自蒸汽开口的热蒸汽所冲击的区域内发生磨损、腐蚀或变形，从而管嘴最多的使用循环次数有限。
具体地，当超过使用循环的最多次数时，生成的牛奶泡沫的品质可能恶化到促使用户更换管嘴的程度。
蒸汽路径和管嘴的材料的组合可设计成，使得重复使用循环的最少次数至少是1次，重复使用循环的最多次数被限制为50，优选地为30，更优选地为20个使用循环或更少。
最后，本发明还涉及一种具有蒸汽出口并设有上述可丢弃管嘴的咖啡机。
附图说明
通过结合附图阅读下面对本发明的实施例的详细说明，本领域技术人员可清楚看到本发明的其它优点、特征和目的，在附图中：
图1示出根据本发明的管嘴的第一横截面视图，
图2示出沿图1的线A-A的截面，
图3示出构成根据图1的管嘴的主体的两个部件的连接区域的详细视图，
图4示出对根据图1-3的管嘴的进一步改进的横截面视图，
图5示出图4的透视图，
图6示出包括根据图4和5的进一步改进的管嘴的外部，
图7示出图2-6的管嘴的一种变型的横截面视图，
图8示出在装配之前从注塑模具得到的图7的管嘴的横截面视图，
图9示出图8的管嘴的仰视图。
具体实施方式
图1示出可安装在用于制备卡普齐诺的咖啡机的蒸汽出口12上的管嘴1的横截面视图。蒸汽出口12可插入管嘴1的蒸汽进口3内，该蒸汽进口3或者适合于特定尺寸的相配合的蒸汽出口12(在蒸汽进口3使用非弹性材料的情况下)，或者适合于不同尺寸的蒸汽出口(在蒸汽进口3使用柔性材料例如硅树脂的情况下)。
在管道2内可插入例如用于从牛奶供给源吸取液体例如牛奶的吸管15。
在设想生产热牛奶的情况下，将经由管道2供给的牛奶与从蒸汽进口3供给的蒸汽混合就足够了。在要生产卡普齐诺风味的咖啡时，需要使热牛奶起泡。为此，设置接入用于供给牛奶的管道2的空气进口40。
管嘴1的主体，即两个部件7、8优选通过注塑成型制成。由于空气进口40的进气孔必须以很高精度制成，所以空气进口40优选地设置成单独机加工形成的空气进口插件11，即与部件7、8分别制造的构件。进气孔的直径例如小于0.3mm，优选地在0.20mm和0.28mm之间。
在蒸汽进口3的下游设置有限制区域4。根据流量连续性定律，在限制区域4内水蒸汽速度将加快。这将导致公知的文丘里(Venturi)效应，即，在限制区域4内由于水蒸汽速度加快静压降低。该压降导致对来自管道2的液体或液体/空气混合物产生真空抽吸。
还利用类似的文丘里效应将空气从空气进口40吸入管道2。为此，在管道2和水蒸汽流动路径的交叉位置设置限制区域41。
在限制区域4的下游侧设有具有增大的横截面尺寸的扩大区域5，该扩大区域使离开限制区域4的起泡液体流的流动减慢并变得平稳。
从限制区域4到扩大区域5的过渡可如参考标号21所指示的成台阶状，或可选择地，如示意性示出并且用参考标号22指示的那样是平滑(连续)的。
为了防止起泡液体喷溅到放置在管嘴1的出口6下面的杯子内，在管嘴1的出口区域设置喷射阻断部件10。该喷射阻断部件10在几何上这样布置，即，使得至少从限制区域4高速离开的起泡液体的主要部分不能直接通过出口6离开管嘴1，而是在朝出口6溢出之前被引导进入围绕出口6的环形稳定腔19。
管嘴1的主体由两个部件7、8构成，这两个部件在垂直于水蒸汽流动路径的分隔部内连接在一起。该分隔部被称为“水平分隔部”(对比于从WO 2004/054413 A1已知的“垂直分隔部”)，因为在实际应用中水蒸汽流动路径通常垂直向下。
这两个部件7、8优选地封接在一起而不需要第三元件或密封件。
优选地，该分隔部具有旋转对称的形状例如圆形。
在图2和3内，分隔轴线由参考标号9指示。
构成管嘴1的主体的两个部件7、8实际上以可拆卸的方式连接。这两个部件优选地夹持在一起。
在两个部件7、8的连接接合(构造)中，可设置附加的密封部件例如至少一个环形肋部13。密封部件13可优选地由相同材料制成，并且与主要部件7、8之一制成一体。
由于两个部件7、8被水平地分隔开，因此与现有技术相比较已经使用了密封面。此外，由于密封面是旋转对称的，因此与现有技术中已知的纵向非旋转对称分隔部相比，该水平分隔部可在较高位置处形成。
两个部件7、8的夹持接合例如可通过将其中一个部件8的环形凸缘18沿轴向推入另一个部件7的环形凹部20来实现。这可在制造管嘴时手动完成或自动地完成。
因此，夹持力作用在两个部件7、8的密封接合部分的整个长度上。
环形凹部20被限定在第一部件7的两个接合壁16、17之间，这两个接合壁16、17在接合壁16、17与环形凸缘18的相应壁之间的界面上施加轴向载荷。因此密封力是轴向的，即平行于管嘴1的主轴线，该主轴线还限定蒸汽流动路径的方向。
夹持接合优选地在没有附加的焊接例如超声波焊接、化学焊接或热焊接的情况下足以确保紧密的密封。
根据本发明的管嘴1优选地由可被注塑成型的材料例如聚丙烯或聚酰胺制成。这些材料还使得生产根据本发明的管嘴1的成本允许用户在较少数量的使用循环之后丢弃管嘴。因此，用户不再必须彻底冲洗和清洁在重复使用之后将被牛奶残留物污染的管嘴。
由于几何设计和使用的材料，管嘴1被制成为使最多可能的重复使用循环次数被设定为小于通常会发生细菌污染的使用循环次数。优选地，管嘴的材料和几何设计被设定为使得在3到50个、优选地5到20个、最优选地7到10个使用循环后管嘴将不再执行发泡功能。例如，由于基于文丘里效应的吸力不再充分和/或小管道被阻塞或破坏，液体食物例如牛奶不再能被吸入装置内。例如，该装置还可能由于密封部件被磨领而使密封变松弛并且可能在达到有限数量的循环之后开始泄漏。
另一个对管嘴重复使用的限制作用是，例如由于吸入的液体(牛奶等)上升进入空气进口40内并且在固化时阻塞该空气进口，使得空气进口40的进气孔至少局部地被阻塞。一旦空气进口40至少局部地被阻塞，则由于缺乏空气将不再产生泡沫。
在上述任何情况下，管嘴将失去正常的发泡功能，从而将促使用户丢弃该管嘴并使用新管嘴以用于以后的发泡操作。
因此，优选地用于根据本发明的管嘴的材料是例如热塑性食物级材料，该材料对于重复暴露在蒸汽热中具有比较适度的抵抗力，例如为聚丙烯或聚酰胺，而不是例如硅树脂或金属。优选地(管嘴的)几何设计和使用的材料使得，管嘴1的主体的第一部件8的区域14由于热水蒸汽以加速的速度和例如80℃的温度冲击在该区域上而变形。一旦这些区域开始磨损乃至被腐蚀，则发生文丘里效应的流动条件将不再存在，从而管嘴1的发泡功能将明显地被破坏。
下面将参照图4到6说明本发明的进一步改进。
当使用如图1到3所示的管嘴时会发生的问题是加速的蒸汽流可至少部分地直接(即没有进入稳定腔19)通过出口6离开。然后，蒸汽将带着高能量冲击例如位于管嘴下面的咖啡杯。
上述问题尤其会在牛奶供给源(参见图1，经由管道15被吸入)开始耗尽时发生。由于吸入的牛奶降低了蒸汽流的能量，所以吸入的牛奶量的降低将导致在出口6处的蒸汽能量更高。
为了克服这一问题，根据本发明，可围绕部件7的外壁沿圆周设置附加的外部壳体30。该外部壳体30可夹持在管嘴1的外壁上。从图4到6可以看出，外部壳体30和部件7的外壁限定一个附加的平稳贮液器31。
再次应用溢流原理，使得离开出口6的起泡液体冲击到位于出口6前面较短距离处的外部壳体30的射流阻断面34上。该射流阻断面有利地是外部壳体30的底壁，从而一旦该平稳贮液器内的起泡液体的液位达到高度L2，起泡液体将溢流到外部壳体的出口32内，其中出口32向上伸入平稳贮液器内的高度为L2。如图4和5所示，出口32的上端35在出口6下面稍微向内延伸(例如低1-2mm)。
外部壳体30具有相对于管嘴1的主轴线沿径向偏置(并且不同轴)的出口32。因此，出口32也相对于出口6、文丘里限制区域4和/或用于蒸汽供给的蒸汽进口3沿径向偏置。
本发明已发现，这种附加的外部壳体30可添加到管嘴上，而不会破坏离开出口32的产品的泡沫结构。
图7示出本发明的管嘴的另一种变型。利用相同的数字标号指示与前面的实施例相同的技术特征。根据该新实施例的管嘴由两个注塑的塑料部件70、80形成，这两个部件通过夹持、焊接或粘结或这些方法的组合装配在一起。第一部件80由下列构件构成一个一体的注塑元件：蒸汽进口3、牛奶管道2和与牛奶管道2交汇的空气管道42、限制区域4、除了其横向底端之外的扩大的管状混合腔部分5、以及除了其横向底端之外的外部壳体30。第二部件70形成该装置底端的封闭插入件。具体地，第二部件包括射流阻断面34、壳体的出口32以及混合腔部分的出口6。像其它实施例一样，管状混合腔部分5的出口6通过管状溢流部分10向内延伸，该管状溢流部分用作起泡液体离开混合腔之前的第一阻断装置。因此，该管状部分通过小的壁部46、47在不连续的位置附装到外部壳体30的底部上。按照水平分隔线即起泡液体的离开方向的横向组装这两个部件70、80。
如图8所示，该装置可通过注塑成型模制成单独一个构件。在部件70通过可断开的塑料舌部43连接到部件80的情况下模制两个部件70、80。为了在模制之后组装该装置，通过断开舌部的每一端来分离部件70，并将部件70压入配合到部件80的开口端44内。为了获得更坚固的和流体密封的连接，沿密封线45执行超声波焊接或热焊接。
在更广泛的意义上，通常根据所选择的直径值D1和D2来选择距离L2。然后，可用距离L2来确定最佳的距离L1以便获得最佳的牛奶起泡效果。
作为对通过多次反复操作和试验得到的一个良好效果实例的非限制性举例，已证明以下尺寸(参见图4)对获得起泡产品是有利的：
-出口32的直径D2优选地比出口6的直径D1大2倍或更多。
-出口6和外部壳体的底壁34之间的轴向距离优选地大于3.0mm，或甚至大于4.0mm。

Claims (23)

1.一种管嘴，该管嘴适配于被设计成使液体起泡的咖啡机的蒸汽出口，所述管嘴(1)沿蒸汽流动路径的方向包括：
-蒸汽进口(3)，
-具有适于加快蒸汽流的速度的受限的横截面的限制区域(4)，
-具有大于限制区域(4)的横截面并且包含开口(6)的至少一个管状混合腔部分(5)，
其中管嘴(1)还包括用于液体或液体-空气混合物的管道(2)，该管道在限制区域(4)处或限制区域(4)的上游处与蒸汽流动路径连接，
其特征在于，
该管嘴还包括外部壳体(30)，该外部壳体包括平稳贮液器(31)和面对开口(6)的射流阻断面(34)以及至少一个相对于管状混合腔部分的开口(6)沿径向偏置的出口(32)，并且，
外部壳体(30)至少部分地围绕管状混合腔部分(5)设置。
2.根据权利要求1的管嘴，其特征在于，所述外部壳体(30)形成具有环形截面的平稳贮液器(31)，该环形截面围绕管状混合腔部分(5)同心地延伸。
3.根据权利要求2的管嘴，其特征在于，所述外部壳体(30)形成封闭整个管状混合腔部分(5)的管部。
4.根据权利要求1-3中任一项的管嘴，其特征在于，所述管嘴(1)由当反复暴露在蒸汽中时会磨损的材料制成。
5.根据权利要求1-3中任一项的管嘴，其特征在于，所述管嘴(1)由聚丙烯或聚酰胺制成。
6.根据权利要求1的管嘴，其特征在于，所述蒸汽进口(3)、限制区域(4)和管状混合腔部分(5)由两个部件(7，8；70，80)限定，这两个部件相对于蒸汽流动路径被水平地分隔开并被密封。
7.根据权利要求6的管嘴，其特征在于，所述两个部件(7，8；70，80)可拆卸地彼此连接。
8.根据权利要求7的管嘴，其特征在于，所述两个部件(7，8；70，80)被夹持在一起。
9.根据权利要求7或8的管嘴，其特征在于，所述两个部件的水平分隔部包括密封部件(13，45)。
10.根据权利要求9的管嘴，其特征在于，所述密封部件包括至少一个环形凸缘(18)。
11.根据权利要求6的管嘴，其特征在于，所述两个部件(70，80)焊接在一起。
12.根据权利要求1-3中任一项的管嘴，其特征在于，所述出口(32)形成在射流阻断面(34)上方向内突出的小的管部(10)。
13.根据权利要求1的管嘴，其特征在于，所述液体为牛奶。
14.一种管嘴，该管嘴适配于被设计成使液体起泡的咖啡机的蒸汽出口(12)，所述管嘴(1)沿蒸汽流动路径的方向包括：
-蒸汽进口(3)，
-具有适于加快蒸汽流的速度的受限的横截面的限制区域(4)，
-至少一个管部(5)，该管部限定具有大于限制区域的横截面的混合腔，起泡液体从该混合腔排出，
其中管嘴(1)还包括用于液体或液体-空气混合物的管道(2)，该管道(2)在限制区域(4)处或限制区域(4)的上游处与蒸汽流动路径连接，
其特征在于，
蒸汽进口(3)、限制区域(4)和管部(5)由两个部件(7，8)限定，这两个部件相对于蒸汽流动路径被水平地分隔开并被密封。
15.根据权利要求14的管嘴，其特征在于，所述液体为牛奶。
16.一种管嘴，该管嘴适配于被设计成使液体起泡的咖啡机的蒸汽出口，所述管嘴(1)沿蒸汽流动路径的方向包括：
-蒸汽进口(3)，
-具有适于加快蒸汽流的速度的受限的横截面的限制区域(4)，以及
-至少一个管状混合腔部分(5)，该管状混合腔部分具有大于限制区域(4)的横截面并且起泡液体从中排出，
其中管嘴(1)还包括用于液体或液体-空气混合物的管道(2)，该管道在限制区域(4)处或限制区域(4)的上游处与蒸汽流动路径连接，
其特征在于，
该管嘴(1)由这样选择的材料制成，该材料在来自蒸汽进口(3)的蒸汽反复冲击的区域内发生磨损，从而管嘴(1)的使用循环的最多次数是有限的。
17.根据权利要求16的管嘴，其特征在于，所述管嘴在几何上布置成，当超过最多次数的使用循环时，所产生的泡沫的品质变差。
18.根据权利要求16的管嘴，其特征在于，所述液体为牛奶。
19.根据权利要求18的管嘴，其特征在于，所述管嘴在几何上布置成，当超过最多次数的使用循环时，牛奶和/或空气不再被吸入管嘴。
20.根据权利要求19的管嘴，其特征在于，所述管嘴在几何上布置成，当超过最多次数的使用循环时，该管嘴泄漏。
21.根据权利要求19的管嘴，其特征在于，这样选择蒸汽流动路径和管嘴(1)的材料的组合，使得使用循环被限定为1到50个循环。
22.根据权利要求19的管嘴，其特征在于，所述管嘴(1)由聚丙烯或聚酰胺制成。
23.根据权利要求21的管嘴，其特征在于，使用循环被限定为5到20个循环。
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