CN101588741A - 用于加热饮料和/或使饮料起沫的设备 - Google Patents

用于加热饮料和/或使饮料起沫的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于加热饮料(19)和/或使饮料(19)起沫的设备，包括：第一管路(21)，其可连接至上游蒸汽源并具有能够打开和关闭并能够允许或阻止蒸汽流入该管路内的第一阀(31)；第二管路(22)，其可连接至上游蒸汽源并具有能够打开和关闭并能够允许或阻止蒸汽流入该管路内的第二阀(32)；混合装置(14)，其被连接至第一和第二管路(21，22)的公共位置，并且位于第一管路(21)和第一阀(31)的下游以及第二管路(22)和第二阀(32)的下游并被设置用于至少将蒸汽引导和混合到饮料内。所述设备还包括文丘里装置(22a)，文丘里装置(22a)能够在两条管路中的一条关闭时通过文丘里效应进行操作以在两条管路中的另一条管路内将空气与蒸汽混合。由于本发明的设备，能够在相当快的时间内获得热饮。本发明还涉及一种用于加热和/或使饮料起沫的方法，以及一种包含所述设备的意式咖啡机。

Description

用于加热饮料和/或使饮料起沫的设备
技术领域
本发明总的涉及一种用于利用蒸汽加热例如牛奶的饮料和/或使饮料起沫的设备。
更具体地，本发明涉及一种应用到意式咖啡(espresso coffee)机中用于制备热牛奶或卡布奇诺(cappuccino)的设备，并且参照这种被认为是优选用途的应用进行以下的说明。
背景技术
用于加热牛奶和/或使牛奶起沫的设备是公知的。
例如，从文献EP0607759A1中可以获知一种与用于制备咖啡和其他热饮的机器协同使用的用于制备泡沫饮料的设备。
该现有技术中的设备包括喷嘴，其由手动阀控制并具有用于蒸汽入口的第一腔室和用于蒸汽出口的第二腔室。两个腔室通过缩小了截面尺寸的通道连接，通道上设有与周围环境相通的孔。
由于文丘里(Venturi)效应，蒸汽流经缩小了截面尺寸的通道会造成足够的压降以确保来自周围空气环境的进气与通过第二腔室排出的蒸汽相混合并被引入到例如牛奶的液体中以使其起沫。
这种现有技术的第一个问题是喷嘴对于制备泡沫饮料来说是有效的，但是对于制备不起沫的热饮来说则是无效的，因为缩小了截面尺寸的通道通常使空气和蒸汽都引入饮料中以使其起沫，或者需要对手动阀进行精确控制以限制蒸汽入口和随后通过文丘里效应吸入的空气。
当然，蒸汽入口控制带来的进一步的问题是用于制备热饮所需的时间要明显长于用于制备泡沫饮料所需的时间。
从文献EP0472272A2中可以获知一种用于制备意式咖啡的自动机器，该机器包括用于生成要被添加到意式咖啡中的热牛奶或泡沫牛奶的设备。
该现有技术中咖啡机的设备包括用于通过位于腔室上游的管路引入蒸汽的两个阀，其具有比管路更窄的截面尺寸。通过文丘里效应进行操作的腔室包括用于从周围环境中进气的孔。设备中的两个阀具有不同的流速。
结果，打开具有较高流速的阀会导致更多的蒸汽流入腔室内并因此能够制备泡沫牛奶，因为通过文丘里效应在腔室内产生的压降较大。
相反，关闭具有较高流速的阀并打开具有较低流速的阀就能够制备热牛奶，因为通过文丘里效应在腔室内产生的压降最小且因此不足以使气流能够从周围的环境进入腔室内。
这样的现有技术尽管能够制备热牛奶和泡沫牛奶，但是在任何情况下都存在制备热牛奶通常需要很长时间的问题，在任何情况下都会比用于制备泡沫牛奶所需的时间更长。
作为本领域普通技术人员应该很容易意识到，这样的问题在公共场合是非常令人苦恼的，在公共场合饮料制备时间必须非常短以提供短暂的服务时间和良好的顾客满意度。
基本上，申请人已经意识到无论是制备热饮还是泡沫饮料都能够确保大幅度地缩短制备时间、特别是缩短对于热饮的制备时间的设备尚未实现商用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于加热饮料和/或使饮料起沫的设备，该设备克服了现有技术中的上述缺点。
该目的通过如权利要求所述的用于加热饮料和/或使饮料起沫的设备实现。
本发明还涉及一种用于加热饮料和/或使饮料起沫的方法，以及一种包括上述设备的用于饮料制备的机器。
权利要求书是本申请所提供的关于本发明的技术教导的一个整体部分。
根据一种优选实施方式，根据本发明的设备包括第一管路、第二管路，第一管路具有用于使蒸汽流入该管路内的能够打开和关闭的第一阀，第二管路具有用于使蒸汽流入该管路内的能够打开和关闭的第二阀以及被设置用于在所述第一阀关闭时通过文丘里效应进行操作的文丘里装置。
根据本发明进一步的特征，文丘里装置被连接至第三阀，该第三阀被设置用于在某些情况下阻止文丘里装置通过文丘里效应进行操作。
根据本发明的另一特征，通过由指令单元控制的控制单元来控制阀的打开和关闭。
根据本发明的又一特征，该设备包括用于检测饮料的瞬时温度的温度检测设备，并且为了制备热饮和/或泡沫饮料，控制单元被设置用于根据瞬时饮料温度选择性地控制阀的打开和关闭。
附图说明
本发明的上述以及其他的特征和优点将根据以下对优选实施方式的说明而变得更加清楚，这些结合附图给出的优选实施方式是为了示范性说明和非限制性的目的，其中用相同或类似的附图标记表示的元件对应于具有相同或类似功能和结构的部件，并且在附图中：
图1是在一种优选实施方式中根据本发明的设备的整体视图；
图2示出了图1中的设备在另一种实施方式中的细部结构；和
图3示出了图1中的设备在第三种实施方式中的细部结构。
具体实施方式
参照图1，适用于意式咖啡机的用于加热例如牛奶的饮料19和/或使饮料19起沫的设备10包括第一管路21和第二管路22。管路具有连接至被设置用来产生例如加压蒸汽的公知类型的锅炉12的公共入口，以及连接至例如喷嘴的公知类型的混合元件14的公共出口，混合元件14被设置用于将可能包含空气的加压蒸汽引导和混合到例如容器内容纳的液体19中，正如以下将要详细介绍的那样。
设备10还包括控制单元25和指令单元39，指令单元39被连接至控制单元25并且被设置用于例如传输来自用户的指令来控制设备10的操作。
正如以下将要详细介绍的那样，控制单元25被设置用于利用在设备设计阶段开发并存储在例如相同的控制单元25内的程序来控制设备10的操作。
第一管路21包括第一阀31，例如为具有3.5mm内径的电致动阀，可以通过控制单元25控制第一阀的打开和关闭以能够允许或者阻止加压蒸汽从锅炉12流至喷嘴14。
第二管路22优选具有与第一管路相等或基本相等的内径，该第二管路在上游部分包括第二阀32，例如为具有3.5mm内径的电致动阀，可以通过控制单元25控制第二阀的打开和关闭以能够允许或者阻止加压蒸汽从锅炉12流至喷嘴14。在下游部分中，朝向喷嘴14，该第二管路包括优选通过文丘里效应进行操作的管路元件22a。
管路元件22a(文丘里装置或文丘里管)包括管段42和孔43，管段的直径例如为2.5mm，上游和下游被连接至第二管路22，孔43的直径例如为1.5mm，形成在管段42内并在大气压下与周围环境直接连通，如图2所示。
根据图1中示出的优选实施方式，孔被连接至阀33(文丘里阀)，例如直径等于孔直径的电致动阀，可以通过控制单元25来控制阀33的打开和关闭以使空气能够或者不能从周围环境中进入文丘里管22a，或者相反地使蒸汽能够或者不能从孔43向周围环境排出。
根据优选实施方式的变形，文丘里阀33例如是设置用于仅防止蒸汽从孔43向周围环境排出的止回阀。当然，正如本领域普通技术人员能够轻易理解的那样，这种阀不需要由控制单元25控制。
根据第三种实施方式，孔43被连接至另一管段44(图1、图3)，管段44具有比孔43更小的直径，例如0.5mm的直径。
正如以下将要详细介绍的那样，该实施方式能够减少通过文丘里管22a进入的空气量并能够获得与用孔43所能获得的发泡相比更好的发泡。
在所有的实施方式中，优选设有温度检测设备27，例如温度传感器或温度计，其以公知的方式连接至控制单元25并被设置成用于将表示其中浸入有喷嘴14的液体19的温度的信号传输至控制单元25用于制备热饮和/或泡沫饮料。
正如以下将要详细介绍的那样，设备10的控制单元25被设置成通过在设备设计阶段开发并存储在例如相同的控制单元25内的程序来控制设备10的操作。控制单元25优选地包括连接至或包含多端口输入-输出接口(I/O接口)55的公知类型的微控制器51，例如富士通公司的MB90F4097G型微控制器。
在优选的实施方式中，I/O接口55分别连接至第一阀31和第二阀32、温度检测设备(温度计)27、指令单元39和文丘里阀33，只要设有相应部分即可。
指令单元39，例如双键式键盘，被设置用于例如在致动其中一个键时将用于使设备10的各种功能开始和/或停止的指令传输至控制单元25。更具体地，在优选实施方式中，指令单元(键盘)39包括用于指令控制单元25制备加热和起沫的饮料的第一键39a，和对应地用于指令制备热饮的第二键39b。更优选地，键盘39与信号单元38相关联或者包括信号单元38，信号单元38例如是蜂鸣器或LED，其连接至控制单元25并设置用于听觉地和/或视觉地指示通过键39a或39b发送的指令的完成，如以下将要详细介绍的那样。
设备10优选地还与参数设定单元37相关联，该参数设定单元37例如是公知类型的具有显示装置的键盘，其连接至控制单元25并被设置用于设定要被存储在例如控制单元内的设备10的操作参数。
以下参照图1中所示的包括由控制单元25控制的文丘里阀33的实施方式来公开上述设备的操作。
而且，在介绍操作时，开始状态被假设为第一阀31和第二阀32以及文丘里阀33关闭而喷嘴14被浸入容纳在容器内的饮料或液体(牛奶)19中。
最后，还要假设锅炉12在例如从0.8到1.4bar的压力范围内运行，并且牛奶的最高加热温度被设想为例如70℃。当然，在其它实施方式中，上述量值可以不同于列举出的那些值而并不背离所介绍和要求保护的范围。
设备10用于制备热饮和泡沫饮料例如牛奶的操作如下所述。
在第一阶段，在为了开始制备热的且起沫的牛奶而致动键39a之后，控制单元25根据在设备10的设计阶段期间开发的程序保持文丘里阀33关闭，并指令将第一阀31和第二阀32都打开，因此能够从喷嘴14喷出快速的蒸汽流并相应地快速加热牛奶。
在该阶段期间，如果没有文丘里阀33，在阀31和32都打开时，文丘里管22a内就会出现估计例如高于大气环境压力50mbar的过压并阻止空气从周围环境流入文丘里管22a。
在该阶段期间，如果设有止回阀，那么在任何情况下都会阻止蒸汽流向周围环境。
在第二阶段，例如在温度计27向控制单元25指示第一预定温度例如30℃的温度时，控制单元25根据在设备10的设计阶段期间开发的程序指令关闭第一阀31并打开文丘里阀33。
由于第一阀31的关闭，文丘里管22a内会产生能够使空气从周围环境流入蒸汽中的低压。
申请人已经经过实验证实，考虑到锅炉12内采用的压力值，文丘里管内的压力处在低于大气环境压力260到130mbar的范围内，并因此能够使空气从周围环境流入管段42内。
与蒸汽混合的空气到达喷嘴14并因此到达容纳在容器内的牛奶19，牛奶在此开始起沫并通过在其内部生成小气泡而发展。在这个阶段，离开喷嘴14的空气/蒸汽混合物中的蒸汽继续加热牛奶，当然速度要比第一阶段慢，因为蒸汽只从第二管路22送达。然而，这样的慢速加热状态对于生成高质量的泡沫或奶油来说正是理想的。
在第三阶段，例如在温度计27向控制单元25指示第二预定温度例如55℃的温度时，控制单元25根据在设备10的设计阶段期间开发的程序指令打开第一阀31并关闭文丘里阀33。
类似于第一阶段，在该阶段会产生流向喷嘴的强蒸汽流并相应地高速加热牛奶。
在该阶段期间，如果没有文丘里阀33，那么仍然应用已经提供给第一阶段的指示。
在第四阶段，例如在温度计27向控制单元25指示最高牛奶加热温度时，控制单元25根据在设备10的设计阶段期间开发的程序指令分别关闭第一阀31和第二阀32，并通过信号单元38指示泡沫牛奶制备完成。
设备10用于制备热饮例如牛奶的操作如下所述。
在第一阶段为了开始制备例如热牛奶而致动键39b之后，控制单元25根据在设备10的设计阶段期间开发的程序保持文丘里阀33关闭并指令将第一阀31和第二阀32都打开，因此能够从喷嘴14喷出快速的蒸汽流并相应地快速加热牛奶，类似于已经对泡沫牛奶制备的第一阶段进行的介绍。
在该阶段期间，应用已经给出的用于泡沫牛奶制备第一阶段的所有指示。
在第二阶段，例如在温度计27向控制单元25指示最高牛奶加热温度时，控制单元25根据在设备10的设计阶段期间开发的程序指令分别关闭第一阀31和第二阀32，并通过信号单元38指示热牛奶制备完成。
根据上述说明，在优选实施方式中，例如在控制单元内存储的至少三个操作温度被设想用于制备泡沫牛奶：
-第一操作温度t1，对应于例如30℃的温度，在此温度下开始将空气引入蒸汽；
-第二操作温度t2，对应于例如55℃的温度，在此温度下停止将空气引入蒸汽；
-第三操作温度t3，例如70℃，对应于最高牛奶加热温度。
根据三种可行实施方式中的一种，设想第三温度t3通过参数设定单元(辅助键盘)37设定并且可能被存储在控制单元内，而第一温度t1和第二温度t2分别由控制单元25根据通过辅助键盘37设定的起沫水平参数(例如低、中、高)来确定和存储。
正如本领域普通技术人员能够轻易理解的那样，随着已被设定的起沫水平的提高，控制单元被设置用于根据在设备10的设计阶段期间开发的程序确定增加温度间隔t1-t2，以扩大温度范围并相应地增加空气与蒸汽相混合的时间。
当然，其他的实施方式也提供了分别直接设定所有温度t1、t2和t3的可能性。
正如本领域普通技术人员能够轻易理解的那样，文丘里阀33的设置使得能够通过保持文丘里阀33一直关闭来实现饮料的变速加热，例如通过辅助键盘37来设定加热速度参数(例如低速、中速和高速)。
实际上，通过保持文丘里阀33一直关闭和通过分别控制第一阀31和第二阀32的打开和关闭，就能够改变饮料的加热速度而不会使饮料起沫。
这样的特征在希望制备热饮例如热巧克力或香料热饮酒时特别有用。在这样的情况下，实际上过快的加热速度会对成品质量带来不利影响，不过更快的加热速度可以用于其他饮料。
优选实施方式规定要将温度计与喷嘴14相关联并且连接至控制单元25。
当然，在其他的实施方式中，可以不设温度计并且可以由控制单元根据与例如达到温度t1所需时间、达到温度t2所需时间和达到温度t3所需时间对应的时间参数来进行用于制备例如泡沫饮料的控制。相同的方法也可以被应用于制备热饮。
当然，可以对上述说明进行明显的关于尺寸、形状、材料、部件、电路元件和连接以及关于所公开的结构和操作方法的细节方面的修改和变形，而并不会背离由后附的权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于加热饮料(19)和/或使饮料(19)起沫的设备，包括：
第一管路(21)，其可连接至上游蒸汽源和下游混合装置(14)，所述下游混合装置被设置用于至少将蒸汽引导和混合到所述饮料中，所述第一管路具有能够打开和关闭并能够允许或阻止蒸汽流入该管路内的第一阀(31)；
第二管路(22)，其可连接至上游蒸汽源和所述下游混合装置(14)，所述第二管路具有能够打开和关闭并能够允许或阻止蒸汽流入该管路内的第二阀(32)；
其特征在于，所述两条管路(21，22)中的一条管路包括文丘里装置(22a)，文丘里装置(22a)能够在所述两条管路中的另一条管路关闭时通过文丘里效应进行操作以在所述两条管路中的所述一条管路内将空气与所述蒸汽混合。
2、如权利要求1所述的设备，其特征在于，第三阀(33)被连接至所述文丘里装置(22a)并被设置用于使空气能够流入所述文丘里装置并防止蒸汽从所述两条管路中的所述一条管路流出。
3、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述文丘里装置(22a)包括具有确定的内径并被连接至管段(44)的孔(43)，管段(44)的相应内径小于所述孔的内径。
4、如权利要求1或2或3所述的设备，其特征在于，控制单元(25)连接至所述第一阀(31)和第二阀(32)并被设置用于控制所述第一阀(31)和第二阀(32)的选择性打开和关闭。
5、如权利要求4所述的设备，其特征在于，第三阀(33)连接至所述文丘里装置(22a)，并且所述控制单元(25)被设置用于控制所述第三阀(33)的选择性打开和关闭。
6、如权利要求4或5所述的设备，其特征在于，与所述混合装置(14)相关联的温度检测装置(27)连接至所述控制单元(25)，并被设置用于将表示所述饮料(19)的温度的信号传输至所述控制单元。
7、如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制单元被设置用于基于由所述温度检测装置(27)检测到的温度来控制饮料(19)的加热和/或起沫。
8、如权利要求4至7中的任意一项所述的设备，其特征在于，指令单元(39)连接至所述控制单元(25)并包括被设置用于选择性地指示制备热饮或者泡沫饮料的指令装置(39a，39b)。
9、如权利要求4至8中的任意一项所述的设备，其特征在于，参数设定单元(37)连接至所述控制单元(25)并包括被设置用于将用于制备热饮或泡沫饮料的参数存储到所述控制单元内的参数设定装置。
10、如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述参数包括至少一个用于泡沫饮料制备的温度范围(t1-t2)。
11、一种利用包括具有第一阀(31)的第一管路(21)、具有第二阀(32)和文丘里装置(22a)的第二管路(22)的设备来加热饮料(19)和/或使饮料(19)起沫的方法，所述文丘里装置(22a)被设置用于通过文丘里效应进行操作以将空气引入所述第二管路(22)内，所述第一管路(21)和第二管路(22)可连接至上游蒸汽源(12)和下游混合装置(14)，所述方法的特征在于包括以下步骤：
打开所述第一阀(31)和第二阀(32)以加热所述饮料；
关闭所述第一阀(31)并打开所述第二阀(32)以使所述文丘里装置(22a)通过文丘里效应进行操作。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，打开所述第一阀(31)和第二阀(32)以及关闭所述第一阀(31)并打开所述第二阀(32)的所述各个步骤分别包括致动指令装置(39)的步骤，指令装置(39)连接至被设置用于控制所述第一阀(31)和第二阀(32)的打开和关闭的控制单元。
13、如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，为了使饮料起沫，所述方法包括以下步骤：
检测所述饮料(19)附近的温度值；
根据检测到的温度控制所述第一阀(31)和第二阀(32)的打开和/或关闭。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，控制所述第一阀(31)和第二阀(32)的打开和/或关闭的所述步骤包括以下步骤：
指令打开所述第一阀(31)和第二阀(32)直到达到第一温度值(t1)为止；
在从所述第一温度值(t1)到高于第一温度值(t1)的第二温度值(t2)的温度范围内，指令关闭所述第一阀(31)并打开所述第二阀(32)；
指令打开所述第一阀(31)和第二阀(32)直到达到高于或等于所述第二温度值(t2)的第三温度值(t3)为止。
15、如权利要求11至14中的任意一项所述的方法，其特征在于，还包括控制空气通过第三阀(33)进入所述文丘里装置(22a)内的步骤，由此能够通过指令关闭所述第一阀(31)并打开所述第二阀(32)来加热所述饮料。
16、一种用于制备热饮特别是意式咖啡的机器，其特征在于，其包含如权利要求1至10中的任意一项所述的设备。
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