发明内容
本发明的一个目的在于提供对由于提高空气引入而获得的肥皂状的且不稳定泡沫的上述问题的解决方法,这样使得可以在不对泡沫质量进行妥协的情况下执行引入空气的新方法。所述目的是借助于根据权利要求1所述的用于使液体起泡的装置来实现。
本发明是基于供应管的高度、腔室的高度、出口管的直径和腔室的直径分别是所述装置的临界尺寸的见解。
供应管的高度值与腔室的高度之间的比在0.2与0.7之间的范围中,并且其中出口管的直径值与腔室的直径值之间的比在0.6到0.95的范围中,以产生好品质的乳沫。超过这些比值导致不足的泡沫形成。未达到这些比值导致具有非常粗糙气泡的过量泡沫。通过本发明,有可能产生具有可接受品质的泡沫,而不管供应到发生起泡过程的腔室中的发泡气体量(假设发泡气体量大于允许形成泡沫所需要的最小量)。为了完整起见,应注意,术语“过量气体”是指未用于起泡过程中的气体,并且鉴于泡沫的预定品质要求,该气体相对于液体量来说过多。
如果所述腔室被适配成允许将在操作装置过程中获得的液体与发泡气体的混合物与过量发泡气体进行旋风分离,那么这是有利的。通过具有分离过程,一方面确保了起泡的液体并且另一方面确保了过量发泡气体以分离流动的方式离开所述腔室,其中过量的发泡气体不可能与起泡的液体相互作用并且不可能影响泡沫品质。
当液体和气体被供应到所述腔室时,获得旋风,这导致液体与一部分气体相互作用,从而使得形成起泡的液体。在离心力的影响下,起泡的液体与过量气体分离,其中起泡的液体比过量气体更远离旋风中心而移动。
应注意,使用圆柱形的腔室和液体和发泡气体的切向供应是本身已知的。例如,US4,715,274披露了一种乳化单元,该乳化单元包括乳化腔室,该乳化腔室具有向外分配开口、喷嘴构件(所述喷嘴构件界定蒸汽递送通道并且导致喷嘴定位成与所述腔室间隔开以界定吸入腔室)、乳引入导管和外部空气引入导管,所述外部空气引入导管与所述吸入腔室连通,所述吸入腔室继而与所述乳化腔室连通,通过所述乳化腔室被引入到所述蒸汽递送通道中的蒸汽喷射离开所述喷嘴,从而在所述吸入腔室中产生真空,进而将乳和空气吸到所述吸入腔室中以在所述乳化腔室中进行混合和乳化并从其排出。
在根据本发明的装置中,蒸汽也可能被用于加热待起泡的液体,并且用于引导液体的流动,如本身从US4,715,274中所已知的那样。为此,所述腔室的供应管也可以用于将蒸汽供应到所述腔室。通常,所述供应管也可以用于供应受压的气体,以引导液体的流动。
权利要求3提供本发明的有利实施例。这个选择非常适用于被适配成用作旋风分离器的腔室的上下文中,如以上所述。除了非常实用之外,这个选择具有意料之外的效果,这同时在对液体进行起泡和加热的领域是非常有利的。这么看来在起泡液体和过量发泡气体的流出流被组合时,起泡液体的最终温度对液体的入口温度的敏感度大大降低。因此,当在使用冷却状态的液体与使用周围温度的液体之间进行切换时,用户将不会体会到令人烦恼的温度差。
如果在包括出口管的腔室的壁与出口管的连接到所述壁的端部之间存在平滑过渡,那么这是有利的,其中所述平滑过渡包括半径在0至3mm的范围中的圆形表面。通过存在如所述的平滑过渡,在操作过程中积累在腔室中的旋风外部的精细泡可以更容易流向所述管。
就有待起泡的液体来说,供应过多的气体可能以各种方式发生。就这点而言,应注意,根据本发明的装置有可能是组件的一部分,所述组件进一步包括液体供应单元,所述液体供应单元具有在有待起泡的液体流过所述组件的流动方向上观察时相对于所述装置处于上游的上游布置,并且具有用于允许来自所述供应单元的内容物流出所述供应单元的出口,其中所述装置的供应构件对液体供应单元而言是打开的,并且通过自由空间与所述液体供应单元的出口分隔开,所述自由空间用于包含发泡气体并且用于允许在液体从所述液体供应单元到所述装置的供应管的流动的影响下向所述装置的供应构件供应发泡气体。在此组件中,发泡气体的引入并不通过限流器来执行。相反,实际上在两个空间彼此开放的位置处自由引入发泡气体。例如,所述装置的供应构件可以具有面对液体供应单元的出口的开放侧。当根据本发明的装置应用于此组件中,所有过量的发泡气体可以被排出,而不存在过多气体影响起泡品质的风险。
本发明也涉及一种适用于制作如咖啡的含有起泡液体的饮料的器具,包括用于递送起泡液体的根据本发明的装置。
此外,本发明涉及一种用于使液体起泡的方法,其中将预定量的有待起泡的液体供应到腔室,其中也将用于使液体起泡的气体供应到所述腔室,所述气体的量比使所述液体的量起泡所需要的量高到预定程度,其中在所述腔室内,所述液体与所述发泡气体的仅一部分混合,其中允许液体与发泡气体的混合物(即,起泡状态下的液体)流出所述腔室,并且其中也允许未使用的发泡气体流出所述腔室。
在本发明的范围内,所述方法可以具有各种方面,与关于根据本发明的装置的上述论述中的许多论述相符合。例如,起泡液体与过量发泡气体的流动的分离可以通过在所述腔室内执行所获得的液体和发泡气体的混合物与过量发泡气体的旋风分离过程来发生。另外,液体与发泡气体的混合物离开所述腔室的流动与未使用的发泡气体离开所述腔室的流动可以被组合,这具有降低对液体的入口温度的敏感度的优点。具体来说,可以使得液体与发泡气体的混合物离开所述腔室的流动围绕未使用的发泡气体离开所述腔室的流动。
根据本发明的方法涉及将有待起泡的液体和发泡气体供应到腔室。一种选择是将受压气体也供应给所述腔室,其中此气体可以用于引导液体的流动。根据非常实际的可能性,可以将蒸汽供应给所述腔室,这可以具有如上提及的引导液体流动的功能和在所述过程中加热液体的另一个功能。
本发明的上述和其它方面将通过装置的以下详细说明而明晰并且被阐明,所述装置根据本发明的原理来设计并且用于借助空气来使乳起泡并且借助蒸汽对所述乳进行加热。另外,将对所述装置应用于如下组件中进行描述,即该组件具有两个空间并在所述空间之间的位置处具有充足的空气供应。
具体实施方式
图1图解地展示根据本发明的发泡装置1的一实施例的截面图,并且图2展示发泡装置1的顶视图。
发泡装置1包括腔室10,所示腔室具备供应管11和出口管12。腔室10是圆柱形的,并且具有圆形圆周。出口管12在腔室的纵轴线延伸的方向上延伸,而供应管11具有切向布置。
出口管12被提供在所述腔室的底部,并且相对于此底部同心地布置。“腔室的底部”由所述装置界定在其正常操作位置中。
在发泡装置1的操作过程中,通过供应管11将乳、蒸汽和空气供应到腔室10。由于供应管11的切向布置,乳、蒸汽和空气首先与腔室10的内部表面13相撞,并且由于所述碰撞和内部表面13的弯曲形状而被置于旋风运动中,其中旋风运动的纵向轴或多或少与腔室的纵向轴线一致。所述过程中所需要的动能由压缩在乳中的蒸汽提供。由于乳、蒸汽和空气具有运动这个事实,空气开始与乳混合,其结果是获得起泡的乳。
在腔室10中,由于乳、蒸汽和空气的旋风运动,相对重的起泡乳与相对轻的空气发生分离。大空气泡积聚在中央位置处,而乳沫积聚在用于围绕所述空气泡的位置处。因此,发生分离,其中未用于所述起泡过程中的空气与起泡的乳分离。在图1中,为了清楚起见,展示了描绘过量空气与起泡乳之间的分离线的线1。线1示出在腔室10的顶侧存在最多空气的事实,鉴于仅空气倾向于上升而起泡的乳倾向于下降的事实这是符合逻辑的。然而,在供应管11的下游,除了空气之外还存在相当多的乳沫。当将起泡乳与过量气体的组合流动放出腔室10时,空气自由逸出,并且起泡的乳可以被接收在杯子或类似物中。在图1中,起泡乳遵循的离开路径通过弯曲箭头指示。此外,出口管12的通过其放出过量气体的中央部分通过图1中的虚线指示,其中出口管12的那个部分由参考数字12’指示,并且其中出口管12的具有放出起泡乳的作用的另一个部分由参考数字12’’指示。
从以上内容得出,发泡装置1的腔室10被设计成如用作分离器,其中应用离心与旋风分离方法。此腔室10的设计与常规设计不同。在已知的分离器中,入口被供应有气体或液体的流动,所述流动用作连续相,其中分散有另一种液体或固态颗粒。在这种应用中,连续相是蒸汽,在起泡过程中所述蒸汽将完全压缩在液相的乳上。第三种流动是空气,所述空气的一部分应与乳混合。空气相也是连续相,可能已经与蒸汽混合。
由于蒸汽的相变,体积的输入流速比输出流速小得多。这意味着非常多的动能进入到分离器中,这用于供应将一些空气分散到乳中所需要的能量。然而,起泡乳通过重力驱动穿过底部的出口管12以温和的方式离开腔室10。不需要存在于用于放出连续相的常规分离器中的顶部处的出口,因为在起泡过程结束时所有蒸汽已经压缩压缩到乳中。被迫进入旋风中心的过量空气与起泡乳一样穿过相同的出口管12离开所述旋风。在这个位置处,流动是如此温和以致于不会再发生混合/分散。
在所示的实例中,出口管12与已知起泡腔室相比具有相对大的直径。通常,用于使乳起泡的装置的出口的直径值低于10mm。然而,在具有过量空气的应用中,大出口管12是有利的,因为这样的出口管12能够容纳起泡乳的流动以及过量气体的流动,并且也能够保证防止吹动出口管12中的气泡。应注意,在图1中,出口管12的直径由双头箭头d指示。
应注意在图1中,腔室10的直径由双头箭头D指示。腔室10的高度由H指示。供应管11的从所述供应管的底部开始的高度由h指示。
如已经提及,供应管11被相对于腔室10相切地定位。以此方式,实现了最大旋转速度。
尺寸d、D、h和H在获得高品质乳沫方面是关键的。供应管的高度(h)的值与腔室的高度(H)之比在0.2至0.7之间的范围内,并且出口管的直径(d)的值与腔室的直径(D)的值之比在0.6至0.95之间的范围内。
下表提供关于尺寸d、D、h和H的多个有利组合。
D |
d |
H |
h |
18 |
17 |
12 |
3 |
18 |
15 |
20 |
10 |
14 |
12 |
16 |
6 |
14 |
10 |
24 |
14 |
通过这些尺寸,可以获得具有约50%的泡沫百分比的高品质乳沫。
可能对腔室10内的过程产生影响的另一个参数是出口管12连接到腔室10的位置处的半径,所述半径在图1中由R指示。当这个半径R具有相对大的值时,积累在旋风外部的精细泡沫可能更容易地流向出口管12。通过选择出口管12和腔室10的直径d、D与半径R的适当比值,可以设置对泡沫从旋风外部流向出口管12的适当抵抗。另外,腔室10的高度可以被选择成使得整个腔室10用于暂时存储起泡的乳并且允许发生分离过程。另外,出口管12的直径d可以足够大以致于不会被起泡的乳阻塞。
在使用过程中,在腔室10内,可以存在起泡乳的第二旋转运动,这有助于实现分离过程。在图1中,这个运动由椭圆形区域M的箭头来图解地指示。第二旋转运动的功能在于防止粗糙泡沫被吸入到出口管12的方向中,因为这个运动可以导致粗糙泡沫存储在稳定环中,这样使得在腔室10存在使泡沫崩溃的可能性。
过量空气可以以各种方式来供应。例如,空气可以通过空气泵或者通过两个分离的文丘里管引入到腔室10中,其中两个文丘里管都可以是蒸汽驱动的,其中一个文丘里管可以用于供应待起泡的液体,并且其中另一个文丘里管可以用于供应充足量的空气。
现在将基于图3来描述可以获得空气的充足供应的另一种方式,其中根据本发明的发泡装置1的组件20可以被部分地图解地展示。
除了发泡装置1之外,组件20包括液体供应单元30。这个单元30包括具有内部空间32的出口喷嘴31、通过限流器34连接到内部空间32的蒸汽供应通道33以及通过限流器36也连接到内部空间32的乳供应通道35,并且该乳供应通道垂直于蒸汽供应通道33延伸。然而,液体供应单元30不包括空气供应通道。当操作装置20时,在液体供应单元30的出口喷嘴31的内部空间32中不会发生起泡过程。相反,获得蒸汽与乳的混合物,其中所述乳在蒸汽的影响下被吸入到内部空间32中,并且由蒸汽加热。此外,蒸汽与乳的混合物被作为穿过内部空间32的开放侧37的喷射而排出,所述开放侧用作内部空间32的出口37。
类似于液体供应单元30的出口喷嘴31,发泡装置1的供应管11具有内部空间14和开放侧15,所述开放侧允许从外部进入到内部空间14中。所提及的开放侧15存在于距离液体供应单元30的出口喷嘴31的内部空间32的开放侧37一定距离处,与液体供应单元30的出口喷嘴31的内部空间32的开放侧37处于同心布置,其中空间14、32的开放侧15、37由自由空间40(即,由空气)分离。因此,当蒸汽与乳的混合物的喷射从液体供应单元30流动时,这种喷射横穿自由空间40,并且由发泡装置1的供应管11接收,其中供应管11的内部空间14的开放侧15用作空间14的入口15。应注意,在横穿自由空间40时,仅部分蒸汽已被压缩到乳上。因此,提及蒸汽与乳的混合物仍是合理的。
在蒸汽与乳的混合物喷射的影响下,空气被吸入到发泡装置1的供应管11的内部空间14中。为了防止溅射,所提及的空间14的开放侧15具有比液体供应单元30的空间32的开放侧37大的面积。喷射对空气的抽吸效果可能相对低,但是由于空气可能仅从自由空间40进入发泡装置1的供应管11的内部空间14中的事实,所述效果可能足以实际上导致所需的空气进入流动。
在发泡装置1中,蒸汽的未压缩到液体供应单元30中的乳上的部分终究压缩到乳上。此外,发生乳的起泡过程,这样使得当流动继续时,获得起泡的热乳,其中过量空气与起泡的热乳分离,如先前已经描述的那样。图3示出在发泡装置1的出口管12内施加截面16的实际选择。基于截面16的存在,使得流出流动的旋转运动停止。
组件20的显著特征在于,供应或空气并不要求应用空气供应通道。相反,使得蒸汽与乳的混合物的喷射横穿两个空间14、32之间的距离,其中在那个过程中引入了气流。这意味着组件20不需要空气供应通道。基于这个事实,只要涉及空气供应就不存在堵塞的问题。自由空间40仅仅过大。另一方面,过量空气被引入到发泡装置1中,但是这不会影响起泡产品的品质,这是因为应用根据本发明的发泡装置1的有利结果,所述发泡装置被适配成用作起泡液体与发泡气体的分离器。
为了完整起见,应注意,组件20的蒸汽供应通道33可以连接到用于递送蒸汽的任何适合的构件上。此外,可以从任何适合的储器获得乳。
在液体供应单元30的空间14、32的开放侧15、37与发泡装置1彼此面对的位置处,组件20的这些部件1、30由空气分离。然而,这并不改变这些部件1、30可以在一个或多个其它位置处互连的事实,并且例如可以布置在一个支撑框架中。基本上,发泡装置1和液体供应单元30为单独的单元1、30(只要涉及到它们的内部空间14、32),因为这些空间14、32由空气分离。
基于组件20包括发泡装置1的事实(所述发泡装置被适配成用作过量发泡气体与起泡液体的分离器),获得了组件20的最实用且有利的功能,其中通过将过量气体与起泡液体分离并且将过量气体从具有适当尺寸的发泡装置1排出,将避免了发泡气体的吸入堵塞的优点与实现所需要的泡沫品质的可能性相组合。
本领域技术人员将清楚的是,本发明的范围并不限于以上所论述的实例,而是其许多修正和修改在不偏离如随附权利要求中界定的本发明的范围的情况下是可能的。虽然已经在图中和说明中详细图示和描述了本发明,但是这类图示和说明仅被认为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。
本领域技术人员在实施所主张的发明时,从对图、说明书和所附的权利要求的学习中,可以理解并实现所公开的实施例的变体。在权利要求中,词语“包括”并不排除其它步骤或元件,并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在互相不同的从属权利要求中详述的某些措施的简单事实并不指示这些措施的组合不能被利用以取得益处。权利要求中的任何附图标记并不被解释为限制本发明的范围。
为了完整起见,应注意,如上下文中使用的术语“沫”和“泡沫”紧密相关,并且被作为同义词使用。
当在根据本发明的起泡装置1与从US4,715,274中获知的乳化单元之间进行比较时,发现以下重要区别:
–已知单元被馈送有一定量的空气,所述空气被精确地适配于有待起泡的液体的量,而根据本发明的装置1被馈送有过多空气;
–在已知单元中,流体的旋转运动用于精制泡沫,而在根据本发明的装置1中,也存在过量空气与起泡的液体的旋风分离的效果;并且
–在已知单元中,出口不比用于放出起泡液体所必需的出口大,而在根据本发明的装置1中,出口12足够大以放出起泡液体并且允许去除过量空气。