CN101528100B - 生产泡沫牛奶等的乳化装置及相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种装置，包括：牛奶供给管(11)；空气输入管(15)；加压蒸汽供给管(17)；乳化室(41)，利用加压蒸汽汲取的牛奶和空气在该乳化室中混合并乳化；沿着蒸汽供给管(17)，阀将蒸汽供给管设置为与外界连通并排空牛奶供给管。
Description
技术领域
本发明涉及对乳化装置的改进，该乳化装置通过利用蒸汽流吸入空气和牛奶来生产乳化牛奶(emulsified milk)。
背景技术
在一些情况下，用于生产咖啡的机器设置有生产牛奶泡沫的装置，以制备卡布奇诺或类似饮料。这些装置包括从专门的储液器汲取牛奶的管以及环境空气输入管。来自适合的蒸汽发生器并被供给到如文丘里管(Venturi tube)的适当管中的的蒸汽流产生了汲取牛奶和空气的真空压力。空气流、牛奶流和蒸汽流产生了乳化，热蒸汽加热牛奶并因此可获得在所需温度的乳化。
在例如EP-A-719514中描述了这种类型的乳化装置。空气和牛奶的混合物通过由乳化室中的蒸汽流产生的吸力被汲取，泡沫在该乳化室中形成，并且从该乳化室经由分配喷口被分配到杯子或其它容器中。
WO-A-0016674和EP-858757描述了具有与乳化室轴向对齐的文丘里管的类似的乳化装置，牛奶和空气通过由加压蒸汽流在文丘里管中产生的吸力汲取到该乳化室中。等同专利USA n.6499389中描述了类似的装置。
WO-A-9100041描述了用于生产咖啡的机器，其分配喷口被连接到乳化装置，该乳化装置接收来自如袋装牛奶等的容器中的牛奶、以及通过在专门的煮器中产生的蒸汽汲取的空气。
US-A-4779819、US-A-5265519、US-A-5330266、US-A-4715274、EP-A-1441626中描述了其它的乳化装置。
在一些乳化装置中，也可以切断空气吸入，以通过将热加压蒸汽和由真空压力汲取到文丘里管中的牛奶混合来只生产热牛奶。在这种情况下，蒸汽和牛奶在乳化室中混合，以生产不具有泡沫的热牛奶。EP-A-1688074中描述了具有这种功能的装置，其内容被全部结合在本说明书中。
EP-A-1132032、EP-A-0803220和US-B-6253667描述了具有套管(double pipe)的乳化装置，该套管用于从位于冷藏室中的容器中吸取牛奶。两个吸取管使得可以在同一个的乳化室中通过仅与热蒸汽混合或与热蒸汽和空气混合来获得热牛奶或泡沫牛奶。
在EP-A-1688074和US-A-6253667中，排放阀设置在牛奶吸取管中，以在乳化过程的最后向该牛奶吸取管中供给空气。这个阀位于管的最高点，并与牛奶储液器相连通，从而空气通过打开阀而进入牛奶管，这使得所述管由于重力而排空。这避免了牛奶残留在吸取管中而产生的对乳化的牛奶质量的不利后果以及本来将会残留在管中的牛奶的变质而对卫生方面的消极影响。清空出现牛奶的其它区域并不是那么有效。事实上，乳化室中没有适当背压不允许安全排空牛奶与空气相混合的点的装置下游的区域。
此外，这些装置需要具有分别的打开控制专用阀，以从管中排出牛奶。阀打开和关闭装置需要额外的控制元件，其会被磨损、可能引起故障、并且无论如何增加了乳化装置的整体成本。
发明内容
根据具体的方面，本发明的一个目的是提供一种克服了前述缺点中的全部或一部分的乳化装置。更具体地，根据优选实施例，本发明的目的是生产一种乳化装置，其使得牛奶能够更好、更有效率且更可靠地从乳化装置的管中排出。
实际上，根据一个可能的实施例，提供一种乳化装置，其包括：牛奶供给管；空气输入管；加压蒸汽供给管；乳化室，通过加压蒸汽汲取的牛奶和空气在该乳化室中混合并乳化。受控通道沿着蒸汽供给管设置，以可选择地使蒸汽供给管与外界连通并在该受控通道打开时(即在操作循环的最后)使牛奶供给管排出。因此，这可以使蒸汽供给管与外界连通以在仍有残留的蒸汽压力时向装置提供足量的空气。这确保更好地清洁装置。
根据优选的实施例，控制通道的打开和关闭的阀设置在该通道中。优选地，阀被设置成使得打开和关闭由蒸汽供给管中的蒸汽压力控制。这样，阀的打开以及由此造成的牛奶从管中排出会仅通过蒸汽供给管中的压力的变化而自动发生，而无需第二控制设备。当生产循环开始时，蒸汽供给管中的蒸汽压力迅速升高以几乎立刻关闭该阀，并且由此防止加压蒸汽从蒸汽供给管和外界之间的流通通道离开。在操作循环的最后(即当已经生产了适当量的乳化牛奶时)，蒸汽压力会通过节流阀或任何其它适当的方式或多或少地逐渐减小，这导致连接蒸汽供给管和外界的排放阀自动打开。
阀可被适当地校准，从而使其在蒸汽供给管中的压力降低到与环境压力相关的预定值之前打开。举例来说，根据优选的实施例，阀可被设计成当蒸汽相对于环境压力的过压力在5到45毫巴(mbar)之间、优选地在10到40毫巴之间、更优选地在20到40毫巴之间时打开。这样，阀打开以允许在蒸汽流向乳化室的流动停止之前，大量的空气流入。这产生了对可能出现牛奶的全部区域的清洗效果，以及通过牛奶的重力自动排放在牛奶与蒸汽混合的区域上游的吸取管。
另外，阀可被适当地校准，从而使其在蒸汽供给管中的压力到达与坏境压力相关的预定值时关闭所述通道。举例来说，根据优选的实施例，阀可被设计成当蒸汽相对于环境压力的过压力在60到150毫巴(mbar)之间、优选地在80到120毫巴之间、更优选地在90到100毫巴之间时关闭。
因此，除了作为蒸汽供给管内的压力变化的函数获得自动打开和关闭的优点之外，利用本发明的这个具体实施例，还能够实现更有效的清洁作用，并使残留牛奶从乳化装置排出。
本发明装置的更多的有利特征和实施例在所附权利要求书中指出，并将在下面参考本发明实施例的非限定性例子来更详细地说明。
本发明还涉及通过上述类型的装置生产乳化牛奶的方法，其包括以下步骤：
-在所述通道关闭时，将加压蒸汽供给到所述蒸汽供给管；
-通过加压蒸汽，分别通过所述牛奶供给管和所述空气输入管汲取牛奶和空气；
-分配通过混合空气和牛奶而乳化过的牛奶；
-在分配后，降低蒸汽压力，打开所述通道并允许空气通过所述通道进入牛奶供给管，从而排出容纳在其中的牛奶并通过剩余的蒸汽流从混合区域和乳化区域排出剩余牛奶。
附图说明
本发明将通过下面的描述和附图而被更好地理解，其中附图示出了本发明的非限定性实际实施例。更具体地，在附图中：
图1示出了仅概略示出的、被安装到用于分配咖啡的机器上的根据本发明的装置的简图；
图2示出了在可能的实施例中，用于打开和关闭蒸汽流入管的阀的截面；
图3示出了实际的乳化装置的截面，其具有乳化室、用于汲取牛奶和空气的文丘里管以及乳化牛奶的排放管；以及
图3A示出了装置的细节以限定空气通道的截面。
具体实施方式
图1以结构图的形式示出了用于生产咖啡和乳化牛奶的机器。在被整体表示为1的该机器中，咖啡生产单元3可以是任何形式的，并且这里不会非常详细地描述。在这个说明书中，仅涉及它具有单喷口或双喷口5以分配咖啡到可放置在该机器的平面P上杯子T中，这是足够的。
被定位在用于分配咖啡的喷口5的侧面的是第二喷口7，该第二喷口7用于分配从乳化装置输送来的乳化牛奶，即泡沫牛奶。该乳化装置的主体部表示为9。乳化装置9通过牛奶供给管11与储液器13相连，准备乳化的牛奶被容纳在该储液器13中。
乳化装置9还具有汲取环境空气的开口15(参照图3详细描述)和由蒸汽发生器19或其它适当的蒸汽源以适当的压力和温度供给的加压蒸汽供给管17。阀21被沿着管17放置，以为了在下面描述的目的而使加压蒸汽供给管17的内部与外界环境连通。图2示出了阀21的可能的实施例。阀21具有阀体23，在该阀体23中有隔间25，隔间25的顶部被在27A处穿孔的盖27关闭，以使隔间25的内部与外界相连通。设置在阀的阀体23内的是具有出口31的隔板29，该出口31可在蒸汽管17内呈现的压力的作用下由通过杆35引导的可移动关闭件33关闭。通过管17中的蒸汽的压力按压在隔板29上的关闭件33关闭了出口31，从而阻止管17的内部与外界环境之间的连通。当管17中的压力下降至低于由阀的机械规格决定的一定值时，关闭件33通过其自重的作用或可选地借助于弹性件(未示出)而下降，以打开出口31并使管17的内部通过关闭阀体23的隔间25的盖27上的孔27A与外界环境相连通。
应当理解，图2中的示出的仅仅是阀21的多个可能结构中的一个，其可以采用任何适当的形式。优选地，阀可以被设计成使得该阀在管17中的压力降低至低于一最小值时打开以使管17的内部与外界环境相连通，并使得在管17中的压力超过第二预定压力值时关闭以关闭管17的内部与外界环境之间的连通。
这样，如上面指出的那样，根据加压蒸汽供给管17内的压力值阀21会打开或关闭，以允许或避免空气进入管17。
图3详细示出了在优选的实施例中乳化装置的主体9的中间平面的剖视图。应当理解，下面参考图3的描述应用于生产乳化装置的主体(其可以相对于那些示出的发生改变并采用不同的形式)的可能的方法中的一个，尽管由于将在下面解释的一系列原因这些是特别有利的。
乳化器的主体9基本上由表示为9A、9B和9C的三个零件或部件构成，零件9A、9B和9C可通过具有足够硬度的适当的塑料材料模制而成。零件9A形成乳化室41，由蒸汽流汲取的牛奶和空气在该乳化室40中形成泡沫，该泡沫经由设置在乳化室的底部上的孔43从乳化室排出。孔43被连接到联结器45，该联结器45安装在乳化装置的主体9的零件9A中。联结器45与喷口7(图1)直接或间接地流体连通。孔47(加压蒸汽供给管17与其连接)产生在零件9B上。孔47具有截面较大的部分47A和截面较小的部分47B，其与形成文丘里管的零件9C同轴。换句话说，零件9C具有轴向孔，该轴向孔的截面从位于管47B的出口前面的入口向朝向乳化室41的出口逐渐减小。
形成文丘里管的零件9C设置成槽嵌在零件9A的基座49中，零件9B的突起被插入到该基座49中以保持中间零件9C位于适当的位置上，为此其具有特定的肩部以及靠在限定基座49的底部的凸起上的凸缘，如图3所示。
同时，在零件9B中还设置有孔51，孔51具有部分51A和具有较小截面的部分51B，杆或销53插入到该部分51A中，部分51B引导进入文丘里管上方的容积55，该文丘里管由零件9C形成并被限定在零件9B的围绕通道或管47B的表面部分和零件9C之间。在容积55中和由孔51A、51B限定的容积中，牛奶与由供给到由零件9C限定的文丘里管中的蒸汽流汲取的外界空气混合。杆53具有在图3A中更好地示出的适当的截面。
从如图3A中可以看到的那样，杆53具有斜切(bevel)或平坦部分53A，因此杆53的横截面与孔51(杆53安装到该孔51中)的横截面不一致。斜切53A与孔51的内表面一起限定了从外界所汲取的空气穿过的开口。通过同样的开口，从通道57汲取牛奶，用于从储液器13汲取牛奶的管11被连接到该通道57。
上面描述的机器的操作如下。当乳化的或泡沫化的牛奶被生产出来时，在将杯子T放置在分配喷口7下面之后，位于加压蒸汽流入管17上的突起或阀18(图1)打开。管17中的蒸汽立刻达到足够高的压力，例如，相对于外界环境约为80毫巴的过压力，这致使阀91几乎立刻关闭，从而相对于外界环境隔离了蒸汽流入管17的内部。加压蒸汽到达乳化器的主体9并经由管47A、47B流入到由主体9的零件9C限定的文丘里管中。
文丘里管中的蒸汽的加速作用导致在容积55中产生吸力，该吸力从储液器13经由管11汲取待乳化的牛奶。与牛奶一起，环境空气也经由限定在孔51和杆53之间的开口被汲取。空气和牛奶在室41中被乳化，并且高温加压的蒸汽同时加热牛奶。
乳化饮料经由排放管43向喷口7排放。
乳化室41的横截面远大于文丘里管，并由此限定了具有下述功能的补偿容积。如果蒸汽的量和/或其温度相对于牛奶的量来说过多，牛奶趋向于达到沸点。在乳化室41中没有适当空间的情况下，沸腾会阻塞流体的供应并由此阻碍泡沫的形成以及乳化牛奶的正常流出。乳化室41的较大容积确保了由牛奶的局部沸腾而产生的过压能被补偿，以避免阻塞乳化室中流体的供应。因此，使用具有这种在文丘里管的出口下游充分增大的横截面的乳化室还形成了本发明的特别重要的方面。
本发明的另一重要方面在于杆53的结构。根据所示出的包括杆的实施例，其中该杆具有侧向平坦区域并插入到孔中，该孔的横截面与该杆的横截面不一致，可以限定供空气通过的且尺寸非常小的简单的通孔，而无需在形成乳化器的主体9的塑料材料中加工校准的孔。实际上，这使得能够在无需特别注意空气流入开口的公差的情况下生产乳化装置9。此外，杆53的平坦化构造使其可以通过它在它的孔51中的旋转而去除牛奶的任何积垢，该积垢可能形成并且可能会阻碍空气流。因为牛奶流入管的出口靠近该杆，并且空气和牛奶混合的区域在围绕杆53的容积中开始，因此杆的构造和截面还可以调节空气进入口的截面以及用于供给牛奶的开口的截面。
乳化器主体9的三个零件9A、9B、和9C的结构允许乳化器主体可以利用相对刚性的材料通过模制工艺形成，这使得可以生产具有显著的尺寸一致性(dimensional consistency)的零件，确保能够遵循在彼此相连的不同部件上的甚至相对苛刻的公差。这对于避免液体通过渗流泄露是重要的，并且对便于不同零件的组装来说也是重要的。
在本文的范围内，特别有利的是生产具有限定乳化室41的主要部分9A和关闭乳化室的部分9B的乳化器的主体，其中蒸汽供给管和牛奶流入管与空气流入开口一起形成在部分9B中。同样特别有利的是，在第三部件或部分9C中形成文丘里管，该第三部件或部分9C具有凸缘或其它接触元件，利用该凸缘或其它接触元件通过上部的带凸缘的部分将文丘里管阻止在基座上，其中该基座例如形成在下部9A中。
应当理解，附图仅示出了以本发明实际设置的形式所给出的示例，然而在不脱离本发明范围的前提下，本发明可以在形式上和设置上变化。所附权利要求书中给出的任何附图标记是为了有利于参照说明书和附图阅读权利要求，但不用于限制由权利要求体现的保护范围。
Claims (13)
1.一种生产泡沫牛奶的乳化装置，包括：牛奶供给管；空气输入管；加压蒸汽供给管；乳化室，通过加压蒸汽汲取的牛奶和空气在该乳化室中混合并乳化；其特征在于，所述乳化装置包括：沿着所述加压蒸汽供给管的受控通道，所述受控通道使所述加压蒸汽供给管与外界连通，以排空所述牛奶供给管，其中控制所述通道的打开和关闭的阀安装在所述通道中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，将所述阀设计成通过所述加压蒸汽供给管中的蒸汽的压力来控制打开和关闭。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述阀校准成：在所述蒸汽到达第一压力值时关闭所述通道，并在所述蒸汽达到第二压力值时打开所述通道，所述第二压力值小于所述第一压力值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一压力值相对于所述加压蒸汽供给管外的压力的过压力介于60到150毫巴之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一压力值相对于所述加压蒸汽供给管外的压力的过压力介于80到120毫巴之间。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一压力值相对于所述加压蒸汽供给管外的压力的过压力介于90到100毫巴之间。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二压力值相对于所述加压蒸汽供给管外的压力的过压力介于5到45毫巴之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二压力值相对于所述加压蒸汽供给管外的压力的过压力介于10到40毫巴之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二压力值相对于所述加压蒸汽供给管外的压力的过压力介于20到40毫巴之间。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气输入管和所述牛奶供给管在混合容积中会聚，所述混合容积与文丘里管的入口相连通，所述加压蒸汽供给管的出口引导进入所述文丘里管，所述文丘里管中的蒸汽流产生将牛奶和空气经由所述文丘里管向所述文丘里管下游的乳化区域汲取的真空。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述乳化区域包括乳化室。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述乳化区域与乳化牛奶流出管流体连通，所述乳化牛奶流出管的排放开口位于与所述加压蒸汽供给管的内部和外部之间的所述通道的高度相比更低的高度上。
13.一种通过根据前述权利要求任何一个所述的装置来生产乳化牛奶的方法，所述方法包括如下步骤：
-在所述通道关闭时，将加压蒸汽供给到所述加压蒸汽供给管；
-通过所述加压蒸汽，分别经由所述牛奶供给管和所述空气输入管汲取牛奶和空气；
-分配通过混合空气和牛奶而乳化的牛奶；
-在分配后，降低蒸汽压力，打开所述通道并允许空气经由所述通道进入牛奶供给管，排出容纳在所述牛奶供给管中的牛奶，并通过剩余的蒸汽流从混合区域和乳化区域逐出剩余牛奶。
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