CN101026982A - 混合装置、具有该混合装置的咖啡机以及该混合装置的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向包括流体组分和至少另一种组分的产品充气并使该产品起泡沫的混合装置，该混合装置包括：具有旋转轴线(102)和回转表面(4)的转子，所述回转表面由该转子(101)在围绕其旋转轴线(102)旋转时限定，所述回转表面(4)从第一轴向端部(105)延伸到第二轴向端部(106)，并且所述第一轴向端部(105)设置在所述第二轴向端部(106)的上游；与所述转子(101)驱动地联接以使该转子围绕所述旋转轴线(102)旋转的马达；以及设置在所述转子的下游的产品出口管，该产品出口管构造成分配由所述流体和至少另一种组分构成的被充气和起泡沫的产品，所述转子(101)包括下游部分(108)和上游部分(107)。本发明还涉及一种具有上述混合装置的饮料机器。

Description

混合装置、具有该混合装置的咖啡机以及该混合装置的使用
技术领域
本发明涉及一种提供起泡沫的流体产品的混合装置。更具体地，本发明涉及一种用于混合饮料、使饮料起泡沫以及分配饮料的混合装置，还涉及具有这种混合装置的咖啡机以及该混合装置的使用。
更明确地，本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的混合装置。
根据权利要求1的前序部分所述的混合装置可从Sociétédes ProduitsNestle S.A，Switzerland名下的WO 03/068039中获知。
背景技术
爱斯普利索咖啡(浓咖啡/Espresso)以及其他咖啡和牛奶饮料经常通过在水中混合粉末来调制。传统上，通过蒸汽起泡向饮料提供牛奶泡沫。
已知混合装置用于通过使粉末状食物组分与液体例如水混合来迅速调制这类饮料和其他食物。这些装置通常将粉末状组分供给到水中，水经常用泵沿切向送入混合室内以产生漩涡而将粉末混合到水中。随后混合物被供应给混合机构——也称为搅打机构，该机构通常是一旋转板。该板向混合物充气并产生泡沫。起泡沫的混合物通常被分配到容器内以便饮用。
例如，US-A-5,927,553公开了一种具有十字形起泡叶片的混合和分配装置。还已知其他形状的起泡叶片。例如，某些公司例如Rhea和Zanussi使用带有圆盘的搅打器，该圆盘沿轴向较短并且具有非常陡的斜壁。其他搅打器具有转子(rotor)，该转子带有从一基本平的板延伸出的独立的斜坡。已知的装置通常在制备一小组的产品时效率最高。
Bravilor的EP 1,116,464公开了一种包括马达14的混合装置，所述马达具有承载转子16、17的驱动轴15。所述转子包括具有肋片17的圆盘16。肋片17设置在圆盘16的圆形端面上，并且从该端面沿轴向延伸出。在EP1,116,464中没有说明和示出肋片17是如何精确地沿所述圆形端面延伸的。在侧视图中仅示出了一个肋片。该肋片看起来是在圆盘16的圆形端面上大致沿对角线延伸。所述一个肋片17在其径向外端部沿上游方向逐渐变得尖细。EP 1,116,464的产品出口管11设置在圆盘16的上游侧，并沿径向位于所述肋片旁边。
Nestle的WO 03/068039公开了一种根据权利要求1的前序部分所述的混合装置。在该混合装置中，转子主要包含锥形的、优选地为圆锥形的转子体部，该体部在锥形转子表面上具有扭曲的、较小的和精确形成尺寸的凹槽。转子壳体具有对应的锥形内表面，但是该内表面稍大从而在所述壳体和锥形转子表面之间具有小的、精确限定的间隙。同样在转子的下游侧，在转子的背面和转子壳体之间也存在小的、精确限定的间隙。所述转子和设置在其内的凹槽的精确形状和精确尺寸以及所述间隙的精确尺寸可实现非常好的起泡和充气，这是速溶咖啡和牛奶饮料机所非常需要的。当转子的转速足够高时，该混合装置在长期内的可靠性也非常好。但是，当转子转速低于10,000转每分钟(rpm)时，会产生未溶解或部分溶解的组分在转子和壳体上的沉积，该沉积会导致所述间隙和凹槽的堵塞。在那些类型的装置中是不希望发生这种堵塞的。考虑到间隙和凹槽的尺寸必须满足非常精确的要求以实现最优结果，这种已知的混合装置制造起来比较昂贵，并且在发生堵塞时性能容易降低。
因此，显然需要一种尤其用于速溶饮料机的具有即使没有改进但仍然非常好的起泡和充气效果的混合装置，该混合装置的性能比较不易于——优选为不会——由于堵塞而降低。本发明的目的是提供这样一种改进的混合装置。
发明内容
根据本发明，该目的通过提供根据权利要求1所述的混合装置来实现。
从WO 03/068039开始，即一种用于向包括流体组分和至少另一种组分的产品充气并使该产品起泡的混合装置，该混合装置包括：
具有旋转轴线和回转表面的转子，该回转表面是由该转子在围绕其旋转轴线旋转时限定的，该回转表面从第一轴向端部延伸到第二轴向端部，所述第一轴向端部朝向输入容器并设置在所述第二轴向端部的上游；所述转子包括下游部分和上游部分；
与所述转子驱动地联接以便使该转子围绕所述旋转轴线旋转的马达；以及
设置在所述转子下游的产品出口管，该产品出口管构造成分配由所述流体和至少另一种组分形成的被充气和起泡沫的产品。
该目的之所以可以实现，是因为：所述下游部分包括一旋转体，该旋转体具有面向上游的第一端面、面向下游的第二端面和面向沿径向向外的方向的下游旋转面；所述上游部分包括面向沿径向向外的方向的上游旋转面，该上游旋转面具有沿轴向(A)和径向(R)方向延伸的肋片，这些肋片具有面向沿径向向外的方向的径向边缘，在相邻的肋片、所述第一端面和所述下游旋转面之间限定有腔室，并且所述回转表面由所述下游旋转面和所述肋片的径向边缘限定。
通过设置腔室，形成了未溶解的或部分溶解的颗粒在其中可溶解的空间，该溶解被产生剧烈湍流的肋片大大促进。另外，空气易于卷陷在那些腔室中并被剧烈的湍流搅拌到液体中，这可增强起泡效果。
在一优选模式中，下游旋转面具有从第一端面延伸到第二端面的凹槽。因此，由肋片引起的更剧烈的湍流在该凹槽内以及在转子和转子壳体之间传播。由此更剧烈的湍流还阻止颗粒沉积在位于肋片和腔室的下游的转子和转子壳体上。优选地，在每个所述腔室中引出(debouch)至少一个所述凹槽。
所述腔室相对于所述凹槽较大。在一个腔室内引出的凹槽沿轴向看去的通道宽度(以mm2计)小于这个腔室的也沿轴向看去的通道宽度(以mm2计)。在一个腔室内引出的凹槽的该(轴向)通道宽度(以mm2计)为所述这个腔室的(轴向)通道宽度(以mm2计)的5％到25％。以不同方式表示并沿切向看去，每个腔室的宽度(以mm计)大于在其中引出的凹槽的宽度(以mm计)。
转子的下游部分内的凹槽用于保持流体的旋转运动(由转子的上游部分引起)继续进行。
对本发明的其他试验表明，由于这种新的和有发明性的转子设计，对于间隙、凹槽和转子的尺寸精度的要求远不如在WO 03/068093的设计中那么重要。一方面，这更加易于制造；另一方面，这减小了在颗粒产生一定沉积的情况下性能降低的可能性。换句话说，本发明的混合器的性能不易于受到由颗粒沉积导致的负面影响。
为了利用向心力进行起泡和充气，回转表面在第一轴向端部处的直径小于回转表面在第二轴向端部处的直径是有利的。
为了支持产品从腔室传送到凹槽再传送到转子的下游，肋片的各径向边缘相对于旋转轴线朝上游方向逐渐聚缩(逐渐尖细/taper)、优选为成圆锥形地逐渐聚缩是有利的。
为了支持产品沿转子下游部分的传送并抵制——优选为防止——早期形成的湍流剧烈程度的降低，根据本发明，下游旋转面相对于旋转轴线朝上游方向逐渐聚缩、优选为成圆锥形地逐渐聚缩是有利的。
根据本发明的另一个实施例，上游旋转面为圆柱形表面是有利的。一方面这使得腔室的通道宽度沿轴向朝下游方向增大，而另一方面这更加易于制造。
根据本发明的另一个实施例，从更加易于转子生产的角度来说，肋片基本严格地沿轴向和/或基本严格地沿径向延伸是有利的。
为了促使较大的固体颗粒在进入转子的腔室时破碎以及增强湍流效果，根据本发明，肋片具有倒圆的上游边缘是有利的。
根据本发明的又一个实施例，上游部分的轴向长度和下游部分的轴向长度大致相等是有利的。下游部分越长，气泡将越均匀。然而同样，上游部分越长，成分和空气会更好地溶解在液体内。考虑到转子的可用长度有限，所以取折衷使两个部分的长度基本相同。
对于本发明的与WO 03/068039的装置类似或相同的特征和优点，可参考WO 03/068039的说明，尤其是但不仅仅是参考WO 03/068039的第2和3页。
附图说明
图1是用于定义权利要求1中使用的一些术语的转子的示意性透视图；
图2是根据本发明的转子的透视图；
图3是包含根据图2的转子的本发明的一优选实施例的透视图；
图4是图3的实施例的剖视图；以及
图5是图3的实施例的分解视图。
具体实施方式
图1通过示意性透视图说明权利要求1中使用的术语。图1示出转子1，作为示例，该转子具有矩形板的形式。此转子1可围绕旋转轴线2旋转。转子1具有径向外缘3。当某物使转子1围绕其旋转轴线2旋转时，外缘3将描绘出旋转轮廓4，该轮廓在此示例中为圆柱形。此旋转轮廓4被称为“由转子在围绕其旋转轴线旋转时所限定的回转表面”，简称为“回转表面”。因此从数学涵义上说，此“回转表面”主要是标记式的或假想的表面。在转子例如是其圆柱轴线与旋转轴线重合的圆柱的情况下，此圆柱的圆柱形外表面将与其“回转表面”一致。
仍参照图1，回转表面4在第一轴向端部5和第二轴向端部6之间延伸。假设第一轴向端部5面向上游方向，则第一轴向端部5设置在第二轴向端部的上游，并且转子可划分成上游部分7和下游部分8。相应地，外缘3被划分成上游部分3b和下游部分3a。
另外在图1中，箭头A指示轴向方向(指向下游方向的箭头A)，箭头R指示径向方向(指向沿径向向外的方向的箭头)，而箭头T指示切向方向。
图2示出根据本发明的转子。如图1内所说明的术语在图2用相同的参考标号加上100来表示。整个转子用101表示。省略了参考标号104以便使图2清楚。但是应当明白，在图2的情况下，回转表面是由锥形表面部分103a和锥形边缘103b限定的圆锥形表面。
转子101包括下游部分108和上游部分107。
下游部分108为旋转体109。旋转体109具有：面向上游(与箭头A相反的方向)的第一端面110；面向下游(沿箭头A的方向)的第二端面106；以及下游旋转面103a。下游旋转面103a面向沿径向向外的方向，并从第一端面110延伸到第二端面106。在此情况下，第二端面106对应于转子101的所谓的第二轴向端部。
上游部分107具有上游旋转面112。此上游旋转面112面向沿径向向外的方向(图1内的箭头R)。上游旋转面112具有肋片113。肋片113沿径向和轴向延伸，即肋片的延伸具有径向以及轴向分量。这样，肋片的延伸还可具有大于零的切向分量(箭头T的方向)。在所示实施例中，肋片的延伸的切向分量为零，从而肋片113严格地沿轴向和径向方向延伸。
在相邻的肋片113、旋转体9的第一端面110和上游旋转面112之间限定有腔室114。这些腔室114沿径向向外的方向(箭头R)和上游方向(与箭头A相反的方向)敞开。
每个腔室114经由至少一个凹槽111与旋转体109的下游侧106连接。这些凹槽111设置在下游旋转面103a内。
转子101的回转表面(未用参考标号表示，但是可对照图1内的参考标号4)由下游旋转面103a和肋片113的径向边缘103b限定。
在图2的实施例中，下游旋转面103a和肋片113的径向边缘103b均相对于旋转轴线逐渐聚缩/尖细。如在此实施例中，两个锥形具有基本恒定的锥角(对于旋转面103a，此锥角也被称为表面角)，该转子101的回转表面基本为圆锥形。但是应指出，两个锥形也可不相同；径向边缘103b和/或旋转面103a也可不逐渐聚缩；以及径向边缘103b和/或旋转面103a也可具有不恒定的锥度(即该锥形顺应一曲线)。
下面将结合在图3-5内示出的根据本发明的混合装置来说明根据本发明的转子101，其中所述混合装置包括该转子。除了一些例外例如转子以外，如图3-5所示的本发明的实施例与如WO 03/068039内所述的混合装置相同。在这方面，WO 03/068039全文结合于此作为参考。尽管本发明的根据图3-5的实施例是优选实施例，但是应清楚本发明的范围由权利要求限定而不是由优选实施例限定。
参照图3和4，本发明的优选实施例是包括输入容器12的混合装置10。输入容器12包括碗状部分14，该碗状部分具有在压力下进给流体的切向入口16。优选地，设置自动控制阀以控制进入输入容器12的流体流。流体以选定为可产生回旋流——优选为基本产生漩涡效果——的速度通过所述入口被引入。
要与流体混合的组分优选为粉末状食品物质被供给到粉末入口18中，该入口优选在碗状部分14的顶部包含开口。粉末可用手进给，或由优选设置在装置10上方的粉末源自动进给。粉末源优选具有定量机构例如定量螺杆，以自动地将预定量的粉末定量供给到输入容器12内。一唇缘20围绕粉末入口18的内侧延伸，突进碗状部分14中以防止回旋流体通过输入容器12的上沿离开该容器。向连接到唇缘20下侧的孔口12施加吸力以便抽出任何溅射的材料。所述粉末入口足够大以接纳灌注于其中的粉末并且还接纳足够量的用于与流体和组分混合的空气。
在所示实施例中，在碗状部分14下方设置有输入容器12的咽喉状部分22。该咽喉状部分22优选具有比碗状部分14窄的直径，并且如图2所示具有设置在一侧面上的咽喉开口24。咽喉状部分22优选地大致与碗状部分14同轴，并且沿碗状部分14的轴线基本均匀地变窄。这改善了其中的流体流动，并减小了粉末的任何截留(trapping)。优选地，碗状部分14和咽喉状部分22之间的过渡部分在横截面中具有向内弯曲部25，其后接有倾斜部27，在该倾斜部后面接有向外弯曲部29。
参照图4和5，一转子组件优选地在咽喉开口24处与输入容器12成流体连通。该转子组件包括转子101。一马达30驱动转子轴32，该转子轴驱动转子101，从而马达30围绕转子轴线34即旋转轴线102驱动转子，该旋转轴线也被称为转子轴线。优选地，设置马达控制器以控制马达30的运行和速度。
优选的转子101具有圆锥形回转表面104。圆锥形回转表面104优选地相对于转子轴线102面向外侧，并且可如该实施例所示具有基本平直的横截面，或者其在横截面内可弯曲并具有沿转子101的轴向长度变化的锥角。所示实施例中的回转表面与转子轴线102成表面角42地延伸。表面角42是第一和第二轴向端部105、106之间的平均角，并且回转表面104优选地在轴向端部105、106之间围绕其圆周基本连续。该角度可在轴向端部105、106之外改变。表面角42优选地大约在5°和85°之间，更优选地大约在10°和45°之间，还更优选地大约在15°和35°之间，并且最优选地大约在20°和30°之间。
优选的回转表面104基本在第一和第二轴向端部105、106之间延伸。由于回转表面104为圆锥形或逐渐聚缩，所以第一轴向端部105的直径小于第二轴向端部106。第一轴向端部105优选面向输入容器12的内部，而第二轴向端部106设置在回转表面104的相对侧上。在优选实施例中，第二轴向端部106的直径至少比第一轴向端部105的直径大10％左右。更优选地，第二轴向端部的直径大约为第一轴向端部的直径尺寸的1.25倍到2.5倍。优选地，回转表面104的轴向长度大约为第一轴向端部直径的四分之一到两倍。在一个实施例中，第一轴向端部的直径大约为13到25mm，第二轴向端部的直径大约为30到35mm，而轴向端部之间的轴向长度在大约10到25mm之间。转子的直径，包括轴向端部的直径都优选在沿轴线102的测量位置处测量至最宽的点。因此，具有突出部例如肋片13的转子的直径是测量至该突出部的尖端处的。在优选实施例中，回转表面内的凹槽111不深于大约6mm。
回转表面104的表面积优选至少为大约800mm2且更优选至少为大约100mm2，并且优选至多为大约3000mm2，且更优选至多为大约2000mm2。最优选地，该表面积为大约1000mm2到1200mm2。该表面积是在将该表面的横截面看作圆形并且具有如上所述的在相关轴向剖面处的转子直径的情况下计算的。
另外，在所示实施例中，轴向端部105、106位于截头圆锥形转子101的最末端。在其他实施例中，轴向端部105、106可远离转子的端部而定位。在一个实施例中，第一、较小的轴向端部105被限定为位于锥形转子的直径至少为大约13mm的部分处。因此，该实施例具有从转子上的直径至少为大约13mm的位置处测量的回转表面。该可选实施例还可具有沿远离第二轴向端部的方向延伸的转子的第二表面部分，该表面部分可是连续的且紧随相邻的回转表面。该第二表面部分可延伸至转子的最上游的端部。在另一个实施例中，该表面部分是从转子上的直径至少为大约20mm的位置处测量的，而在又一个实施例中，该表面部分是从转子上的直径至少为大约25mm的位置处测量的。
在优选实施例中，第二或后部转子表面48优选地包括凹入部分50，该凹入部分面向与正面44相反的方向。在附图中，第一转子表面44和第二转子表面48设置在第一和第二轴向端部105、106。在所述的其中轴向端部105、106之一或两者远离转子本身的端部而定位的可选实施例中，轴向端部之一或两者和各自的转子表面也相互远离地设置。
转子101设置在转子壳体52内，在所示实施例中该壳体是与输入容器12成一体的整体结构的一部分。优选的转子壳体52具有内部壳体表面54，该内部壳体表面的形状基本对应于回转表面104。在壳体表面54和回转表面104之间限定了剪切间隙(shear gap)56，该间隙的宽度选择为可提供足以实现预期起泡效果的流量和能量，并传送给混合物。
沿垂直于转子轴线102的方向测量，剪切间隙56优选至少为大约1.5mm，更优选至少为大约1.8mm，并且最优选至少为2mm。仍沿该方向测量，剪切间隙56优选至多为大约3mm并且更优选至多为大约2.5mm。在一个实施例中，剪切间隙为大约2至2.5mm，例如2.25mm。回转表面104的圆锥形状提供了用于对流体混合物起作用的长剪切间隙56，同时提供了抽吸作用而无需很大的半径。
如图2和5所示，下游表面103a优选地限定多个在第一端面110和第二端面106之间延伸的圆形凹槽111。优选的凹槽111可沿转子的轴向长度扭曲成螺旋形，但是在所示实施例中，它们沿轴向延伸而没有扭曲。本实施例的凹槽111的深度大约在0.5到3mm之间。凹槽111优选地构造成以及其尺寸设定为保持流体的相关联运动持续进行。同时，转子和壳体之间的剪切间隙56用于通过打破较大的气泡并从中产生较小的气泡而在泡沫中产生尺寸更均匀的气泡。气泡的更均匀的尺寸可使泡沫具有胀满的(belly)外观，并且较小的尺寸可提供更好的稳定性。在凹槽111扭曲的情况下，马达30可根据所期望的抽吸和起泡效果而使转子101顺着或逆着凹槽111的方向转动。但是在凹槽111未扭曲的情况下，马达可使转子沿两个相反的方向转动。
包括后壁58的壁部件57设置在转子的后方，面向第二轴向端部106和后部转子表面48。像WO 03/068039中一样，后壁58可包括突出部，该突出部优选为至少一个朝转子101突出的肋片。但是，与WO 03/068039相反，由于本发明的转子设计，后壁58也可不具有突出部。
转子101优选与壁部件57隔开。在优选实施例中，转子101的第二轴向端部106与壁部件57隔开一间隔90，该间隔至少为大约1.5mm，更优选至少为大约2mm且最优选至少为大约3mm。转子101和壁部件之间的该间隔优选至多为大约8mm，更优选至多为大约6mm且最优选至多为大约5mm。一实际的实施例在中心附近具有大约为2.5mm的间隔，而在第二端面106的外缘附近具有大约为4mm的间隔。
为了提供充足的空间以供混合和起泡沫的流体离开混合装置，后壁58优选具有比转子101大的外径，优选至少大20％左右且更优选至少大30％左右，并且还优选至多大60％左右，更优选至多大40％左右。例如，后壁58的直径可比转子的第二轴向端部的直径大37.5％左右。优选实施例的后壁58的外径至少为大约40mm，且至多为大约60mm。
产品出口管72设置在转子101和后壁58的下游，并且设置成分配起泡沫的流体混合物。产品出口管72示出为与输入容器12成一体的整体结构的一部分。产品出口管72优选地包括导管，该导管的直径根据要分配的最终产品而选择。对于用来调制多种不同的牛奶和咖啡饮料的实施例，优选的产品出口管72的内径大约在2mm到8mm之间。主要用于咖啡的实施例优选具有内径大约在2mm到5mm之间的产品出口管72，而在主要用于牛奶的实施例中，内径优选为从大约4mm到8mm。产品出口管72的直径被选择为可从转子101获得所期望的抽吸性能。增大导管的直径允许流动得更快，而减小直径可提供更大的背压以使流体混合物在转子组件和输入腔室12内保持更长时间。在用于牛奶和咖啡饮料的实施例中，根据本发明，出口管72的内径在4mm到6mm之间。内径小于2mm的出口管72的缺点在于用于制造管的材料的特性将逐渐增加地(随着直径的减小)开始妨碍流体。这会导致液体由于例如粘附、粘聚、疏水和亲水特性而难以通过出口管。
在使用时，流体通过切向入口16沿切向引入输入容器12。在优选实施例中，流体包括水，并且流量大约在3mL/sec到30mL/sec之间，更优选地大约在5mL/sec到15mL/sec之间，并且最优选地大约在9mL/sec到12mL/sec之间。在水开始流入输入容器12时或优选地在流入之后，将粉末状食品成分例如粉末状咖啡制品和/或奶粉通过粉末入口18定量供给到水中。优选地，粉末的定量供给在水的定量供给开始之后的至少大约0.1秒后、更优选地至少大约0.3秒后并且优选地至多大约3秒后、更优选地至多大约1.0秒后开始。优选地，水被持续注入输入容器12直到粉末的定量供给停止，并且优选地在粉末的定量供给停止之后的至多大约8秒后、更优选地至多大约3秒后且优选地至少大约1秒后停止。
水和粉末开始在包括咽喉状部分22的输入容器12内在回旋流中混合。马达30使转子101以足以朝产品出口管72抽吸混合物并产生所期望的起泡和充气效果的速度旋转。转子12吸入空气以便将其混入混合物中。后壁58相对于转子101的构造和位置可使起泡沫效果持续下去，从而提高该装置的效率。转子101的旋转和后壁58的形状可利用离心力防止流体产品在转子后方积聚。转子101的转速优选为可变的，以便可进行转速选择，以向混合物输送预期量的能量而产生预期的泡沫。为了获得具有一定质量的产品，在单个产品的制备期间，转子101的转速优选地在两个或多个速度之间变化。
装置10在同一个单元内提供高的比能损耗以产生牛奶泡沫，而提供适度低的比能损耗以获得高质量的咖啡克丽玛(coffee crema/浓缩咖啡上的浓稠的红棕色泡沫)。然后通过产品出口管72分配起泡沫的产品。
已发现，当在饮料分配器中使用奶粉时，为了产生地道品质的牛奶泡沫，比能损耗应高于大约每克产品1J，该产品将奶粉和水包含在一起。在本申请中提到的地道牛奶泡沫是指牛奶泡沫体的体积至少等于液体体积的起泡产品。具有地道牛奶泡沫的产品内的牛奶泡沫体的密度优选在50mg/L到300mg/L之间。可用本发明的装置得到地道的卡布其诺咖啡，其体积由大约1/3的咖啡、大约1/3的起泡牛奶泡沫体和大约1/3的在起泡后仍保持为液体的牛奶构成。地道的卡布其诺咖啡中的牛奶部分的体积优选至少与液体部分的体积一样大。最终制备的饮料产品中的起泡牛奶的泡沫体优选是稳定的，在10分钟之后仍剩余至少大约2/3的泡沫体体积。
所述装置的能量损耗可通过调节剪切间隙、转子转速和产品流量来控制，尽管这些量是相互依赖的。剪切间隙的减小、转子转速的增大以及流量的减小将提供更高的能量损耗。优选的流量在至少大约5g/sec到高达大约30g/sec之间，并且更优选地在至少大约8g/sec到高达大约15g/sec之间。如果间隙的尺寸减小，则流量将相应减小并且抽入间隙中的空气的量也会减小，从而减小了起泡和充气，并增大了摩擦。另外，如果转速(即“rpm”)增大，则机器的噪声和成本也会增加。
上述实施例允许装置具有紧凑的尺寸，并且可提供制备各种饮料所需的流量而无需非常高的例如高于大约30,000rpm的转子转速。用于起泡沫的咖啡或泡沫牛奶的优选的转子转速为从10,000到30,000rpm，最优选地在10,000到25,000rpm之间。
但是，在低于10,000rpm的范围中，与在相同的低于10,000rpm的转子转速下操作的现有技术的装置相比，本发明的装置具有改进的性能并和良好的起泡沫效果。与现有技术相比，通过从3,000rpm开始、优选从5,000rpm开始、更优选从7,500rpm开始但仍低于或等于10,000rpm的转子转速可获得良好的结果。
根据本发明的转子设计例如使得根据WO 03/068039的装置可以在较低的转子转速(即较低的rpm)下运行而不会降低其稳定性。
在旋转的上游部分(即来自上方的输入容器12的热水/成分的混合物从该处进入转子组件的部分)设置肋片为形成(小)腔室12创造了条件，未溶解的较大的成分颗粒可进入这些腔室而不会阻碍转子的运动或导致任何其他的损害。因此这为使用更粗糙的成分(组分)提供了条件。同样，空气也会卷陷在腔室112内，当转子旋转时，空气被搅入热水-成分-混合物中，从而改善了起泡过程。
当以足够高的速度旋转时，肋片112产生更剧烈的湍流，这增强了水和未溶解的成分(组分)之间的接触。实际上，此更剧烈的湍流不仅扩展在转子的上游部分，而且还覆盖下游部分(从而基本覆盖整个转子)，这使得所有成分在粘附在转子上之前都被溶解。在一些未溶解的或部分溶解的成分仍然粘附于转子表面或转子腔室内侧的情况下，该粘附成分将被水的剧烈运动去除。
如实验所示，改进的转子设计还使得在WO 03/068039中给出的尺寸的重要性降低。
尽管在本文中公开了本发明的示例性实施例，但是可以认识到本领域的技术人员可设想出多种变型和其他的实施例。因此，应当理解，所附权利要求将覆盖在本发明的精神和范围内的所有变型和实施例。

Claims (31)

1.一种用于向包括流体组分和至少另一种组分的产品充气并使该产品起泡沫的混合装置，该混合装置包括：
具有旋转轴线(102)和回转表面(4)的转子，所述回转表面由该转子(101)在围绕其旋转轴线(102)旋转时限定，所述回转表面(4)从第一轴向端部(105)延伸到第二轴向端部(106)，并且所述第一轴向端部(105)设置在所述第二轴向端部(106)的上游；所述转子包括下游部分(108)和上游部分(107)；
与所述转子驱动地联接以使该转子(101)围绕所述旋转轴线(102)旋转的马达；以及
设置在所述转子的下游的产品出口管，该产品出口管构造成分配由所述流体和至少另一种组分形成的被充气和起泡沫的产品；
其特征在于，所述下游部分(108)包括旋转体(109)，该旋转体具有面向上游的第一端面(110)、面向下游的第二端面(106)和面向沿径向向外的方向的下游旋转面(103a)；
所述上游部分(107)包括面向沿径向向外的方向的上游旋转面(112)，该上游旋转面(112)具有沿轴向(A)和径向(R)延伸的肋片(113)，这些肋片具有面向沿径向向外的方向的径向边缘(103b)，在相邻的肋片(113)、所述第一端面(110)和所述上游旋转面(112)之间限定有腔室(114)；以及
所述回转表面由所述下游旋转面(103a)和所述肋片(113)的径向边缘(103b)限定。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其特征在于，所述下游旋转面(103b)具有从所述第一端面(110)延伸到所述第二端面(106)的凹槽(111)。
3.根据权利要求2所述的混合装置，其特征在于，在每个所述腔室(114)中引出至少一个所述凹槽(111)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合装置，其特征在于，所述回转表面在所述第一轴向端部(105)处的直径小于所述回转表面在所述第二轴向端部(106)处的直径。
5.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述肋片(113)的径向边缘(103b)相对于所述旋转轴线朝上游方向逐渐聚缩，优选为成圆锥形地逐渐聚缩。
6.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述下游旋转面(103a)相对于所述旋转轴线(102)朝上游方向逐渐聚缩，优选为成圆锥形地逐渐聚缩。
7.根据权利要求6所述的混合装置，其特征在于，所述上游旋转面(112)是圆锥形表面，该表面以比所述下游旋转面(103a)逐渐聚缩的角度更小的角度朝上游方向逐渐聚缩。
8.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述上游旋转面(112)是圆柱形表面。
9.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述回转表面的由所述肋片(113)的径向边缘(103b)确定的部分朝上游方向逐渐聚缩，优选为成圆锥形地逐渐聚缩。
10.根据权利要求9和6所述的混合装置，其特征在于，所述下游旋转面(103a)逐渐聚缩的角度不同于、优选为大于所述回转表面的由所述肋片(113)的径向边缘(103b)确定的部分逐渐聚缩的角度。
11.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述肋片(113)基本严格地沿轴向(A)和径向(R)延伸。
12.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述上游部分(107)的轴向长度和所述下游部分(108)的轴向长度大致相同。
13.根据前述权利要求中的一项、尤其是权利要求2或3中的一项所述的混合装置，其特征在于，沿切向方向看去，每个所述腔室(114)的宽度大于在该腔室内引出的凹槽(111)的宽度。
14.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述马达和转子设置成在大约为5g/sec到30g/sec之间的产品流量下，向所述产品提供大约在1J/g到2.5J/g之间的能量损耗。
15.根据权利要求1至13中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述马达和转子设置成在大约为5g/sec到30g/sec之间的产品流量下，向所述产品提供至少在大约0.5J/g到1.5J/g的范围内选择的能量损耗。
16.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述回转表面(4)定向为与所述旋转轴线成大约在5°到 85°之间的表面角。
17.根据权利要求16所述的混合装置，其特征在于，所述表面角大约在10°到 45°之间。
18.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述回转表面(4)的面积大约在1000mm2到3000mm2之间，更优选为从大约1000mm2到1200mm2。
19.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述回转表面(4)的轴向长度大约为该回转表面在所述第一轴向端部处的直径的1/8到4倍，优选地大约为1/4到2倍。
20.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述回转表面(4)为圆锥形表面，并且在所述第一轴向端部(105)和第二轴向端部(106)之间具有基本恒定的表面角。
21.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，转子壳体的形状基本对应于所述回转表面。
22.根据权利要求21所述的混合装置，其特征在于，在所述壳体和转子之间限定有一剪切间隙，该剪切间隙在垂直于所述旋转轴线的方向上的宽度大约为1.0mm到3.0mm。
23.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述凹槽(111)的深度至多为大约8mm。
24.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，该混合装置还包括设置在所述第二轴向端部的下游并面向该第二轴向端部的第一壁部件，该第一壁部件与所述第二轴向端部隔开大约2.0mm到6mm。
25.根据权利要求24所述的混合装置，其特征在于，所述第一壁与所述第二轴向端部隔开大约3mm到5mm。
26.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置，其特征在于，该混合装置还包括设置用于以不同速度进行选择性操作的马达控制器。
27.根据权利要求26所述的混合装置，其特征在于，所述马达控制器设置成在单个产品的生产期间使所述马达的转速在第一速度和第二速度之间变化。
28.具有根据前述权利要求中的一项所述的混合装置的饮料机器，该机器包括用于所述流体组分的供水系统和至少一个用于所述至少另一种组分的容器。
29.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置在制备咖啡、可可和/或牛奶饮料中的使用。
30.根据前述权利要求中的一项所述的混合装置的使用，其中该混合装置以低于或等于10,000rpm的转速运行。
31.根据权利要求1至29中的一项所述的混合装置的使用，其中该混合装置以高于10,000rpm的转速运行。
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