CN104640640B - 生产泡沫的喷嘴、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种从液体加压混合物中生成泡沫的喷嘴、系统和方法，所述液体包括气泡，例如空气泡。所述喷嘴包括限定喷嘴主体的喷嘴外壳，并且接收加压混合物以及从喷嘴外壳向外输送泡沫。喷嘴外壳容置多个系列设置的卡板。所述卡板连续地隔挡加压混合物，并且每个卡板通过隔挡间隙与连续的卡板间隔开。加压混合物的连续卡板逐步地转化液体中的气泡为更小且通常统一尺寸的泡沫气泡，从而生产泡沫。系统应用具有多个引入口的歧管，所述引入口在压力作用下引入气体、溶质、溶剂或者液体至腔室，从而生成包含气泡的加压混合物。所述混合物通过输出口从腔室中传输至喷嘴外壳。

Description

生产泡沫的喷嘴、系统和方法

技术领域

本发明涉及一种生产例如饮品制造工业用的泡沫的装置、系统和方法。更具体地，在一个优选的应用中，本发明涉及一种从不同类型的液体/空气混合物中机械制造“微泡沫”的喷嘴、系统和方法。

背景技术

微泡沫在本领域是已知。术语“微泡沫”通常理解为大量的小气泡。以“微泡沫”为特征的泡沫物质通常具有小于常规泡沫的气泡，这给予了微泡沫液体状的稠度。

微泡沫在饮品工业中是需要的。大多数的饮品微泡沫通常通过应用蒸汽使液体“起泡”来进行生产。

在预备咖啡饮品的特定领域中，由牛奶、奶油、巧克力或者任何其他原料制成的更滑和更亮的微泡沫是非常需要的。行家欣赏并且通常需要微泡沫状物质的光滑、柔软的味道，所述的物质漂浮于他们的饮品上面并且是他们饮用咖啡经验中令人愉悦的地方。这种微泡沫可以手工地由咖啡师制造，咖啡师通常是发泡领域中的行家，并且同样地可以制造与咖啡混合的奶味可口的泡沫，从而来制造例如拿铁咖啡。还可以控制微泡沫来制造“拿铁艺术”(例如微泡沫的图案)。这种方式生产的微泡沫的稠度通常可以是变化的。例如，对于经典的“干”卡布奇诺，泡沫应该是较轻的并且浮在更稠的浓缩咖啡上面。然而，拿铁需要可以与咖啡混合的更重的“湿润”泡沫。

已知当蒸汽被引入到溶液时泡沫会被生产，例如牛奶。牛奶由于其较低的表面张力而可以起泡。牛奶中的蛋白质，例如酪蛋白和乳清，有助于生产泡沫因为它们从蒸汽中吸收和锁定空气，空气起到乳化剂的作用。空气与牛奶的比率是可以确定泡沫密度和粘度并且可以影响制造几种类型的特定咖啡饮品的能力的参数。还已知的是泡沫中气泡的尺寸影响其纹理，有时涉及到关于其“口感”或者“乳脂状”的方面。在泡沫中能够制造越小的气泡，则饮品的消费者会感受到泡沫更为乳脂状的口感。

尽管微泡沫可以通过多种方法制成，最高质量的微泡沫目前是手工获得的，通过咖啡师或者其他操作者使用与专业浓缩咖啡机相连的蒸汽棒。然而，生产微泡沫的这种技术是依赖咖啡师的，并且微泡沫的质量可以随着咖啡师的不同而变化。这种系统的另一个缺点是蒸汽微泡沫的制造包含设计复杂和昂贵的供水系统，这必须遵守很多消费者安全标准。

在较凉的专用饮品中也期望使用微泡沫，最常见的这些专用饮品是冰卡布奇诺和冰拿铁。典型地，用于制造这些类型饮品的微泡沫是由大概4摄氏度的冷牛奶制成的。蒸汽棒不适于制造冷的微泡沫。此外，制造所需的新鲜冷微泡沫是非常耗时的并且商业上是不可行的，尤其是在当今咖啡店忙碌的环境中。

用于制造微泡沫的已知技术的额外缺点是它们在制造由同质液体例如牛奶和奶油制成的微泡沫时能相对良好的工作，但是不能够自己轻易地从不同的、非同质液体中例如通过不足预混合水和一个或者多个如炼乳的浓缩溶质获得的液体中制造微泡沫。

仍然存在一种用于制造泡沫的装置和/或者方法的需要，所述泡沫具有通常与微泡沫相关的稠度，凭借它们的元件、步骤和设计来满足一些上述的需要并且从而改善本领域已知的其他相关装置和/或者方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于制造泡沫的喷嘴，所述泡沫来自加压混合物，所述混合物包括包含有气泡的液体，所述喷嘴包括：

喷嘴外壳，具有接收加压混合物的入口和从喷嘴外壳向外传送泡沫的出口；以及

多个连续设置在喷嘴外壳内的卡板(screen)，用于连续地隔挡 (screening)加压混合物，每个卡板具有多个孔并且所述系列的连续卡板在其间具有卡板间隙，加压混合物的连续隔挡逐步地使得其中的气泡转化为较小的一般统一尺寸的泡沫气泡，从而生成泡沫。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用于生产泡沫的系统，所述系统包括：

歧管，包括具有多个引入口的腔室，每个引入口在压力下引入气体和溶质、溶剂以及液体中的至少一个到腔室中，从而产生包括气泡的加压混合物，所述腔室还具有至少一个从歧管往外传送加压混合物的排放口；以及

一种从加压混合物中生产泡沫的喷嘴，所述喷嘴包括：

喷嘴壳体，具有通过混合物导管接收来自歧管的至少一个排放口的加压混合物的引入口，以及从喷嘴壳体向外传送泡沫的排放口，以及

喷嘴壳体内的至少一个卡板，用于隔挡加压混合物，至少一个卡板具有多个孔，加压混合物的隔挡使得其中的气泡转化为较小的以及一般统一尺寸的泡沫气泡，从而生成泡沫。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种应用喷嘴从加压混合物中生产泡沫的方法，所述加压混合物包括包含气泡的液体，所述喷嘴包括喷嘴外壳和多个连续设置在喷嘴壳体内部的卡板，所述系列连续卡板在其间具有卡板间隙，所述方法包括步骤：

a)引入加压混合物到喷嘴外壳内；以及

b)使加压混合物连续流经多个卡板，加压混合物的连续隔挡逐步地使得其中的气泡转化为较小的一般统一尺寸的泡沫气泡，从而生成泡沫。

根据一个实施例，允许加压混合物在流经卡板之前设置为过渡容积(transitional volume)。所述过渡容积位于引入口和多个卡板之间，并且接收来自引入口的加压混合物并且运输混合物穿过排放口区域。

在另一个实施例中，过渡容积是通过混合室供给的。混合室接收来自引入口的加压混合物并且运输加压混合物到过渡容积的引入口。湍流机械装置(turbulencemechanism)在混合室内搅动或者混合加压混合物，从而在气泡被多个卡板隔挡之前保证加压混合物中的同质和非同质液体两者的适当混合。

优选地，存在二到八个卡板来隔挡加压混合物中的气泡至期望的尺寸。在其他的因素中，卡板的尺寸以及每个卡板的开口面积域也可以根据期望的特定微泡沫以及正在使用的加压混合物变化。卡板隔挡还可以影响生成的微泡沫。

根据另一个实施例，水或者清洗液可以在系统或者喷嘴使用后冲洗它们，从而清洁它们。同样地，加压单元可以结合系统和喷嘴进行应用以引入或者加压液体或者空气到系统或者喷嘴中。

根据本发明的另一个方面，提供了一种结合饮品制造机器的用于制造泡沫的喷嘴的使用。

通过阅读下面参考附图的仅作为例子给出的优选实施例的非限制性描述，本发明的目标、优点及其他特性将更加清楚。

附图说明

图1A是根据本发明优选实施例的生产泡沫的喷嘴的立体图。

图1B是沿着1B-1B线获得的图1A喷嘴内部的剖视图。

图2是根据本发明另一个实施例的生产泡沫的系统歧管的示意图。

图3A到3H是图1B喷嘴内部的剖视图，示出了加压混合物以及清洁液穿过所述喷嘴的运动。

图4是根据本发明另一个实施例的用于生产泡沫的系统立体图。

具体实施方式

在下面的描述中，相同的数字标号表示相似的元件。此外，为了简单和清楚起见，即为了不会使附图过度地负担多个附图标记，不是所有的附图都包含本发明所有元件和特性的标记并且针对一些元件和特性的标记可能仅存在于一个附图中，其他附图中示出的本发明的元件和特性可以很容易地从其中推测得到。实施例、几何构型、涉及的材料和/或者附图中示出的尺寸仅是为了举例的目的而优选的。

此外，对本领域的技术人员显而易见的是，尽管本发明的描述实施例涉及饮品的微泡沫生产，很容易理解的是其他的实施例可以用于泡沫或者泡沫剂生产的不同领域以及其他用途中。为此，这里应用的如“饮品”、“牛奶”、“咖啡”等表述不应被当作是限制本发明的范围至饮品工业或者饮品自身，它们只是作为例子给出的。例如，本发明的实施例可以用于食品工业来生产鲜奶油状的产品。

此外，在说明书的上下文中，术语“泡沫”被理解为包含具有所有尺寸和稠度的气泡的泡沫和/或者微泡沫。因此，表述“泡沫”和“微泡沫”，以及本领域中已知的其他等效表述将可交换地进行应用。

此外，尽管附图中示出的本发明的实施例包括多种元件以及尽管示出的喷嘴、系统和方法的描述实施例包括在此说明和示出的确定几何构型，不是所有的这些元件和几何体是本发明所必要的，因此不应该理解为限制概念，也就是说，不应该被当作是限制本发明的范围。本领域的技术人员清楚的是如简略描述的以及本领域的技术人员能够由此很容易推测到的，其他合适的元件以及它们的协作和其他的几何构型可以用于根据本发明的喷嘴、系统和相应的部件上，而没有超出本发明的范围。

参考图1A和1B，示出了根据一个实施例的从加压混合物中制造泡沫的喷嘴10。可以理解的是喷嘴10可以是任何管子、导管或者其他结构，可以传输和改变加压混合物。为此，如“导管”、“管子”、“管道”“斜槽”、“输送管”等的元件以及具有在此所述功能的元件被看作是这里使用的“喷嘴”。喷嘴10可以被合并到如咖啡机的饮品制造机器中，或者它可以是在任何这种机器外部的单独组件，例如通过桥接元件连接到机器上的喷嘴的一部分。本领域的技术人员因此很容易理解术语“喷嘴”未必指的是最后传送泡沫到杯子或者类似件上的元件，而可能是饮品制造机器内置的元件。

喷嘴10生产泡沫或者微泡沫。通过“生产”，可以理解的是通过使加压混合物流经喷嘴10，加压混合物被改变以使得泡沫，优选微泡沫，从加压混合物的所述通道中生成。加压混合物包括加入有气体的液体，从而分布气泡遍及所述液体。许多不同类型的气体可以用于生产微泡沫。例如，碳酸微泡沫需要使用二氧化碳。然而，为了清楚和简洁起见，空气将是这里用于描述实施例的气体。然而本领域的技术人员将理解的是其他实施例可以应用不超出本发明范围的不同气体来制造泡沫。术语“混合物”意味着液体和气体已经有所混合到了一起，但是如果应用确定的液体可能需要附加的搅动。术语“加压”可以表示为液体/气体气泡的加压混合物在一定的压力下，即在大于由重力引起的力的力的作用下，经过喷嘴10。

加入空气从而生成加压混合物的液体可以概括地分为两个类别：同质和非同质。同质液体可以是那些具有相对统一稠度的液体。在通过喷嘴10转化为微泡沫之前，同质液体通常仅需要加入空气。一些同质液体包括：部分脱脂的牛奶、脱脂牛奶、UHT牛奶、巧克力牛奶、酸奶、奶粉(根据本发明的应用之前与水充足地预先混合时)、巧克力和其他含糖类型的饮品、人工和天然的风味饮品。术语“非同质”可以指的是那些不具有相对统一稠度的液体。典型地，这些液体是包含溶于水的浓缩溶质的溶液剂，充当溶剂的作用。当空气被加入到这些非同质液体中从而生成加压混合物时，所述加压混合物在可以转化为微泡沫之前仍然可能需要进一步的混合/搅拌。可以用于生产这些非同质液体的浓缩溶质的例子包括：脱水牛奶、炼乳、巧克力和其他含糖类型的糖浆、以及人工和天然调味品。

更具体地，参考图1B，根据示出实施例的喷嘴10包括具有引入口 14和排放口16的喷嘴外壳12。喷嘴外壳12给出支撑喷嘴10的结构并且确定加压混合物可以经过的液体通道。在示出实施例中，喷嘴壳体12 在形状上通常是圆柱形的，并且因此类似于管子。喷嘴外壳12的形状可以变化。图1B示出了一个这种变化形状的喷嘴壳体12，其中喷嘴壳体 12示例为包括与较宽的下游部分12b相结合的较窄的上游部分12a。在其圆柱形实施例中，喷嘴壳体12可以具有能够根据特定应用所需要的喷嘴壳体12的尺寸而变化的直径。喷嘴壳体12的直径值的一个典型范围是从大约0.375英寸到大约1英寸。

喷嘴外壳12的引入口14接收来自喷嘴10上游的加压混合物。优选地，引入口14接收来自歧管的加压混合物。引入口14可以是例如容积、空间或者导管。在另一个实施例中，引入口14可以连接到定制的物理元件上例如管子或者外壳，它们可以不同于或者集合到喷嘴壳体12并且从喷嘴10的上游传输加压混合物到引入口14。所述空间和/或者元件接收加压混合物以便优选地在喷嘴外壳内部向下游传送加压混合物。排放口16从喷嘴外壳12向外传送微泡沫(对比加压混合物)因为加压混合物已经被转化为排放口16上游的泡沫。与引入口14一样，排放口16可以是空间并且它可以连接到单独的物理元件上。在如图1B所示的实施例中，排放口16是可以从喷嘴外壳12向外运输微泡沫至排放口模块的这种空间，准备运送微泡沫至使用者的杯子内，或者直接至杯子本身。

仍然参考图1B，喷嘴10还包括多个卡板24。卡板24的目的是减小加压混合物中气泡的尺寸，如下所述。在某些情况下，卡板24可以提供附加的搅动或者“起泡”至加压混合物中。这里应用的术语“卡板”涉及安装在支架上的任何的穿孔界面例如表面、网状线或者织物。卡板可以用于从较小的物体(也就是较小的气泡)中分离较大的物体(也就是较大的气泡)，同时仅允许这些较小的物体经过所述界面。因此，可以理解的是每个卡板可以通过本领域中已知的其中一个装置进行呈现例如网丝、滤网或者过滤器或类似物。卡板24连续或者顺序地进行设置，意味着来自一个卡板24的加压混合物的流出直接传到下游的后面或者连续的卡板24的流入中。每个卡板24包括多个孔，所述孔的配置在本领域中被称为作为卡板24“尺寸”和其“开口面积”。优选地，每个卡板24是由适当的材料制成的，例如不锈钢、铝、聚酯、尼龙、纸、织物等等，或者它们的组合物。卡板24通过这里被指定为卡板间隙26的空隙与相互分离开。微泡沫是通过连续地隔挡所述加压混合物生产的，加压混合物通过卡板24、卡板尺寸和开口区以及卡板间隙26的相互作用转化加压混合物中的气泡为泡沫气泡，所述泡沫气泡更小并且通常比未经隔挡的加压混合物的气泡尺寸上更加统一。

在本发明的一个实施例中，卡板24可以作为可移动卡板组件24a的一部分。卡板组件24a例如可以包括容置在管壳24b内部的多个卡板24。在一定数目的循环后，为了修补或者更换的目的，管壳24b可以从喷嘴 10中移除。在一个实施例中，卡板24a可以连接到或者移除于排放口16 上游的喷嘴外壳12。

有关多个卡板24的若干因素可以影响微泡沫的产生。现在分别讨论其中的一些因素，例如卡板24的数量、卡板24的卡板尺寸和开口面积，以及卡板间隙26。

当加压混合物经过给定的卡板24时，气泡被分为较小的气泡，从而生成微气泡的凝聚。可选地或者额外地，由于气泡是可高度压缩的，它们可以在穿过卡板24的孔时在压力的作用下被压缩。拥有越多的卡板24 可以促进气泡转化为微气泡，从而获得改进的微泡沫。优选地，多个卡板24可以包括二至八个卡板24，尽管根据整体需要还可以应用更大数目的卡板24。在一个典型的实施例中，从而可以应用最少两个卡板24保证依次的或者“连续”的少量隔挡存在。认为每增加一个卡板24、使得加压混合物穿过卡板24所需的压力增加，并且较大数目的卡板24可以潜在地导致它们被阻塞。另一方面，应用越大数目的卡板，微泡沫的气泡可以变得更加精炼(也就是更小并且分布得更均匀)。因此，根据特定应用的需要应该打破平衡。

在给出的喷嘴10可能的卡板24变化的一个例子中，认为对于一些具有三个卡板24的实施例，应该减小压力需求、堵塞的潜在性，并且还应该促进喷嘴10的清洗，但是可能导致较少精炼的微泡沫。通过比较，装配有六个卡板24的喷嘴10可以生成相对精炼的微泡沫，但是可能产生伴随的堵塞以及清洗问题。卡板24最后的数目可以取决于给定应用或者使用者的期望输出。此外，卡板24的数目可以不只取决于精炼、堵塞和清洗的问题，而是可能还取决于其他的因素，例如但是不限于卡板间隙26、卡板尺寸和开口面积、抽吸能力、清洗能力、使用的液体等等。因此，给出实施例的卡板24最佳数目的最终确定可能需要考虑并且综合一个或者更多的所述因素。

卡板24的孔的配置也可以影响微泡沫的产生。在一些实施例中，可以选择两个参数来限定卡板24上孔的配置：卡板尺寸和开口面积。参数“卡板尺寸”或者“卡板孔尺寸”可以指的是卡板24中给出孔的直径(也就是其中卡板24具有圆孔)，或者可以指的是卡板24中给出孔的长度和宽度(也就是其中卡板24具有矩形孔)。参数“开口面积”应用于本申请的上下文中表示“开口”的或者液体经过的卡板24面积的百分比。开口面积是通过将卡板24上孔占据的总面积除以卡板24的总表面面积计算得到。

每个卡板24的卡板面积可以变化，并且可以以微米(μm)进行测量。对于典型的实施例，卡板尺寸可以在大约40μm到300μm的范围内，尽管适当的话可以应用较小或者较大尺寸的卡板。开口面积典型地以百分比进行测量，并且卡板24的开口面积可以在大约25％到50％之间变化。很容易理解的是所述范围仅作为例子给出并且不认为是限制本发明的范围。典型地，“粗糙”卡板24将具有相对大的卡板尺寸以及相对大的开口面积，例如具有300μm卡板尺寸和50％开口面积的卡板24。相比之下，“精细”卡板24可以认为是具有相对较小的卡板尺寸以及相对小的开口面积，例如具有40μm卡板尺寸和25％开口面积的卡板24。

在一个实施例中，所有卡板24的卡板尺寸和开口面积是相同的。在这种实施例中，例如，每个卡板24的卡板尺寸和开口面积分别为大约 80μm×80μm和约30％。可选地，如前所述，每个卡板24的卡板尺寸和开口面积可以变化，并且每个卡板24可以比连续的卡板24更大或者更“粗糙”。在仅有的一个这种实施例中，如图1B所示，认为喷嘴10装配有三个连续的卡板24i，24ii，24iii。第一卡板24i可以具有大约为300μm 的相对较大的卡板尺寸和大约为50％的开口面积。随着加压混合物经过卡板24i，卡板24i减小气泡的尺寸。这可以生成统一微气泡的稠密的“云”。依次的且位于第一卡板24i下游的第二卡板24ii可以是更小的或者“更精细的”，并且可以具有大约为200μm的卡板尺寸以及大约为30％的开口面积。第二卡板24ii以与第一卡板24i同样的方式隔挡加压混合物的气泡，从而生成比第一隔板24i产生的气泡甚至更小的气泡。第三隔板24iii接续第二隔板24ii，并且可以比第二隔板24ii更精细。第三隔板24iii可以具有大约为40μm的卡板尺寸以及大约为25％的开口面积。第三卡板24iii 以与第一和第二卡板24i、24ii相同的方式隔挡气泡。这个普通的例子说明了微泡沫如何可以通过加压混合物经过依次设置的多个卡板24来生成微泡沫，每个卡板24在气泡经过它时减小气泡的尺寸直到达到了微泡沫可接受的气泡尺寸。

在可选实施例中，给出的“网格型”卡板24的卡板尺寸可以遍及卡板24的网格变化。每个所述不同尺寸的网格面积可以称为“网格区域”。每个网格区域、或者至少一个网格区域，可以具有不同于相邻网格区域的卡板尺寸/开口面积的独特的卡板尺寸以及/或者开口面积。在卡板24 的网格的例子中，考虑圆形卡板24。第一网格区域m1可以由从网格的中心延伸至给出的半径，r1上的圆形带定界。网格区域m1的卡板尺寸和开口面积可以例如分别是大约40μm和25％。相邻的第二网格区域m2是从半径r1延伸至另一个半径r2的另一个圆形带。网格区域m2的卡板尺寸和开口面积可以例如分别是大约200μm和40％。第三和最后的网格区域m3毗邻网格区域m2，并且仍然是从半径r2延伸至网格的外半径r3 的另一个圆形带。网格区域m3的卡板尺寸和开口面积可以例如分别是大约300μm和50％。从m1到m3的每个网格区域是逐渐粗糙的。因此，多个网格区域m1、m2、m3可以支持气泡横跨给出的卡板均匀分布，这可以改善隔挡过程。随后的卡板24可以具有如描述m1、m2、m3的网格区域的类似分布，但是具有分别比网格区域m1、m2、m3更精细的卡板尺寸和开口面积。

最后，卡板间隙26还可以通过促进气泡以及加压混合物的分布而影响微泡沫的产生，从而有助于生成更加统一的微泡沫。卡板间隙26可以是连续卡板24之间的任何距离、容积、或者空间。认为如果卡板间隙26 太小的话(也就是卡板24相互靠的太近)，生成的微泡沫的质量可能不足以用于很多应用中，因为一系列卡板24基本上充当单个卡板24的作用，失去了一系列卡板的有益作用。相反地，如果卡板间隙26太大的话 (也就是卡板24相互离得太远)，卡板间隙26内的加压混合物的搅动可能减小，使得气泡再合并并且尺寸上增加，从而使得之前隔挡无效。因此，与应用的卡板24的数目一样，卡板间隙26优选地打破平衡。可以应用的卡板间隙26值的典型范围包括大约千分之几英寸到大约千分之 250英寸。在典型的实施例中，连续的卡板24之间的卡板间隙26可以是大约千分之60英寸。

仍然参考图1B，根据实施例，喷嘴壳体12在引入口 14和卡板24 之间进一步包括过渡容积18。过渡容积18理解为由任何适当结构限定的任何间隔、空间、空腔等等(也就是喷嘴壳体12的壁，单独的物理元件等等)，有利地允许在被卡板24隔挡之前设置和/或者积聚加压混合物。在一个可选实施例中，过渡容积18在尺寸和直径上类似于卡板间隙26。过渡容积18形状上可以是圆柱形的，并且具有从引入口14接收加压混合物的输入范围18a。过渡容积18还包括输出区域18b，其中加压混合物被传输到卡板24下游。在图1B示出的优选实施例中，输入区域18a示出为比输出区域18b更窄，尽管输入区域18a也可能是相同的尺寸或者大于输出区域18b。

在一个实施例中，喷嘴壳体12进一步包括混合腔室20。混合腔室 20在形状上优选地为圆柱形，并且为了加压混合物的搅动允许穿过其中。加压混合物的混合对于由非同质液体构成的加压混合物可以是有用的。这些非同质液体可能需要额外的混合以便在加压混合物经过多个卡板24 之前生成更加均匀混合的加压混合物以便生成微泡沫。对于相对地同质的液体，可以应用混合室20但是通常不是必须的。可以理解的是混合室 20不一定是物理上有区别的腔室或者外壳；与引入口14、输出口16和过渡容积18一样，混合腔室也可以包括由喷嘴外壳12的壁定界的空间或者间隔。在加压混合物经过的所有不同主体件(也就是引入口14、过渡容积18、混合室20等等)中，可以产生湍流并且维持它，从而保证加压混合物在经过卡板24之前被适当地混合，或者“同质”。

如图1B所示，混合室20优选地设置在引入口14和过渡容积18之间。它接收来自引入口14的加压混合物并且运输进一步被搅动或者混合的加压混合物至输入区域18a。在从引入口14接收加压混合物以及传送加压混合物至输入区域18a的时期内，发生搅动或者混合。优选地，这通过湍流机械装置22实现，所述湍流机械装置使得湍流和/或者搅动产生于加压混合物中。湍流机械装置22可以容置在混合室20内。可选地，湍流机械装置22可以是外部元件或者功能地连接到混合室20上的独立部件。湍流机械装置22还可以允许维持需要的液体与空气比率。

优选的实施例中，湍流机械装置22包括混合室20的引入端口22a 和输出端口22b。引入端口22a设置在引入口14和混合室20(或者由此限定的空间20a)之间。引入端口22a可以是允许加压混合物从引入口14 至混合室20的限制通过的任何孔穴、孔、管道或者类似的通道。引入端口22a基本上比引入口14和间隙20a都更窄。表述“基本更窄”意味着引入端口22a的尺寸(也就是宽度、周长、直径、横截面积等等)远小于引入口14和间隙20a的尺寸。换种方式，从加压混合物经过喷嘴10的角度来看，在最后进入到更大的空间20a之前加压混合物首先将通过引入口 14然后随着它通过引入端口22a其被限制在更窄的容积内。引入端口22a 因此限制加压混合物从引入口14至混合室20的流动，从而增加进入空间20a的加压混合物的压力。

排放端口22b优选地与引入端口22a相似。排放端口22b设置在混合室20和输入区域18a之间。与引入端口22a一样，输出端口22b也基本上比空间20a和输入区域18a都更窄。因此，输出端口22b也可以增加加压混合物的压力。优选地，在限制加压混合物流出混合室20中，输出端口22b也允许在混合室20内部生成压力。因此，在这种实施例中，可以采用两种方法增加混合室20里面的压力：第一，通过增加从引入端口22a 进入的加压混合物的压力，第二，通过应用输出端口22b限制从混合室 20流出的加压混合物的流量。这种由引入和输出端口22a、22b引起的压力的增大可以显著地增加混合室中的湍流，从而搅动加压混合物并且引起进一步的混合。当然，本领域的技术人员将理解引入和输出端口22a、 22b仅是优选的结构，并且任何其他在混合室20内增加湍流的技术、机械装置或者设备是在本发明的范围内的。作为这种可替代结构的一个例子，适当地在混合室20内设置的折流板还可以有助于在混合室20中产生的湍流。

根据本发明的另一个方面，以及参照图1B，提供了一种结合饮品制造机械40的喷嘴10的应用，用以生成泡沫，例如微泡沫。饮品制造机器40可以是咖啡机、热巧克力机、浓缩咖啡机、或者其他能够制造热的或者冷的饮品的机器。可以理解的是用于描述喷嘴10与饮品制造机器40 关系的表述“结合”可以表示为喷嘴10可以是在饮品制造机器40的外部或者是功能地连接至所述饮品制造机的单独的元件。可选地，喷嘴10 可以合并到饮品制造机器40中。有关饮品制造机器40的喷嘴10的定位和设置可以取决于很多因素，例如，但是不限于，式样美观、机器空间限制、喷嘴10需求、以及其他类似的因素。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种用于生产泡沫的系统。图4示例了系统50的实施例，所述系统包括歧管、如上所述的喷嘴10。

现在参考图2，歧管30可以是任何腔室、导管、容器、存储区、或者其他容器，可以容置多个输入口并且混合由此接收的元素，并且可以通过至少一个输出口运输这些混合的元素至歧管30的下游。根据本发明实施例的歧管30包括可以容置和混合在其中接收的元素的腔室32。腔室 32具有多个引入口34，所述引入口34引入加压空气至腔室32，以及具有至少一个下面的元素：溶质、溶剂、或者同质液体。引入到腔室的元素在压力下混合到一起，从而生成加压混合物。溶质完全没有必要引入到腔室32中。例如，加压混合物可以通过仅引入空气和同质液体例如牛奶等至腔室32而生成。可选地，溶质例如炼乳可以溶入溶剂例如水中来生成非同质液体。在任何一个实施例中，可以添加加压空气来制造加压混合物。加压混合物通过至少一个输出口36被转移至喷嘴的引入口。所述转移可以通过应用桥接元件例如混合导管发生，所述桥接元件连接歧管30的输出口36与喷嘴的引入口。这种混合导管的例子包括塑料管或者软管。

系统的喷嘴类似于上述的喷嘴实施例。然而，在一些实施例中，系统的喷嘴可以仅包括一个卡板以转化加压混合物的气泡至更小和更统一尺寸的泡沫气泡。这种结构在需要较小一致泡沫的情况下可以是有用的并且可以减小任何相关的堵塞和系统压力的问题。

阀38可以和引入口34结合应用。所述阀38可以是止回阀、单向阀、或者止逆阀，用于引入来自引入口34的元素至腔室32并且用于防止它们返回。所述阀38还可以是控制元素流动至腔室32和/或者输出口36的控制阀。可选地，元素至腔室32的流动控制可以通过专用的供料系统或者泵实现，当其与监控软件和适当的传感器共同操作下，可以控制引入至腔室32的元件的确切数量，从而有助于控制和维持液体与空气的比率。

有利地，在系统的实施例中，因为可以控制空气精确的量、特定的溶剂、特定的溶质或者通过引入口34的特定的同质液体，所以有可能建立和维持加压混合物的液体与空气比率(LAR)或者液体与气体比率 (LGR)。LAR是可以影响生成的微泡沫质量的变量。其他输入变量也可以影响生成的微泡沫，它的例子包括液体和空气温度、液体和空气流量、流速、以及流脉冲。因此，歧管30可以结合空气的精确用量、固体成分、以及液体来生成加压混合物。

在一个实施例中，系统可以在每次使用完后、在预定次数的应用后、和/或者响应使用者的输入被清洁。清洁可以通过冲洗水或者其他清洗液经过歧管30以及喷嘴和其输出口完成。可选地，空气可以通过同样的元件被冲洗以将其干燥。用于冲洗的水或者空气可以从引入这些元素的歧管30的多个引入口34中获得。可选地，水或者清洁液可以结合到外部元件例如专用泵中，所述外部元件抽吸水和/或者清洁液经过歧管30的其中一个引入口34，然后经过喷嘴并且从其输出口流出。另一个外部元件可以是加压单元60。所述加压单元60可以包括至少一个连接至歧管30 的其中一个引入口34的混合泵62。混合泵62可以抽取液体或者气体至歧管30的腔室32内，提供压力至加压混合物中。在可选的实施例中，可能不需要混合泵来增压引入到腔室32内的气体。例如，气体例如二氧化碳可以通过两个物质之间的化学反应生成，然后被引入系统中。增压空气也可以通过气体/空气容器被引入，所述容器在压力下存储气体/空气。引入加压空气至腔室32的所有技术可以有助于控制LGR。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制造加压混合物泡沫的方法。现在将参考下面的附图描述该方法的步骤。

参考图3A到3H，该方法使用喷嘴10。图3A和3B说明了步骤a)，加压混合物被引入至喷嘴外壳12。优选地，如果已提供加压混合物，所述方法包括引入加压混合物首先经过引入口14，然而经过混合室20的引入端口22a。如前所述，加压混合物的压力可以随着它经过引入端口22a 而增加，从而引起混合室20内部加压混合物中的搅动和湍流，如图3B 示意性地所示。

现在参考图3C和3D，加压混合物优选地继续流经喷嘴10，流经混合室20并且从输出端口22b流出。随着它流经输出端口22b，加压混合物的压力增加，这可以导致进一步的混合，如图3C示意性地所示。一旦流出输出端口22b，加压混合物可以在进入多个卡板24之前进入过渡容积18的引入和输出区域18a、18b。

图3E至3G说明了步骤b)，加压混合物经过一连串的卡板24，所述卡板使得气泡转化为更小尺寸的气泡。图3E到3F例证了随着加压混合物连续地经过每个卡板24，加压混合物的气泡尺寸的减小。最后，加压混合物优选地变为微泡沫，如图3G所示所述微泡沫从喷嘴10排出。

图3H展示了由清洁液清洗的喷嘴10。清洁液例如水可以冲洗流经喷嘴10并且从喷嘴的输出口16流出。经过水后，增压空气流可以冲洗流经系统/喷嘴10，从而至少部分地干燥喷嘴10。

根据一个实施例，并且先于所述方法的步骤，加压混合物的LAR例如可以通过歧管进行控制和/或者确定。

最后，喷嘴10、系统、和相应的部件优选地由大体上刚性的材料制成，例如金属、合金、硬化的聚合物、复合材料和/或类似物等等，根据本发明期望的特定应用以及引出的不同参数(液体温度、腐蚀、卡板堵塞、尺寸等等)。

根据所述实施例生产微泡沫的喷嘴、系统和方法与本领域的其他已知的方法和装置相比展现了优点。有利地，喷嘴、系统和方法能够允许以相对快速的方式实现微泡沫的可控和自动化生产，尤其是与本领域已知的蒸汽棒技术相比时。这种生产可以通过应用涉及的流体和固体材料基本的物理和化学特性而机械地和重复地完成。不同密度、粘性、感觉等的微泡沫可以根据本发明通过控制变量例如LAR、卡板的数目、卡板的尺寸和开口面积、以及卡板间隙很容易地进行生产。此外，微泡沫的生产不包括复杂的机械装置例如蒸汽棒，这可以减小执行昂贵测试的需要以便获得监管批准。

此外，可以使用一些低到4摄氏度的液体温度从冷的和热的液体中生产微泡沫。因此，冷的和热的微泡沫可以通过相同的喷嘴、系统或者方法制成，优点是通过当前已知的装置很难实现。这有利地允许生产冷的特色咖啡饮品例如冰卡布奇诺和冰拿铁。

本发明具有的另一个优点是可以快速地和自动地清洗并且风干所述喷嘴和系统，从而减少人为的介入的需要。

此外，混合室进一步允许在加压混合物中应用非同质液体，从而显著地增加可以生产的微泡沫的数量和类型。举例来说，巧克力是应用在饮品例如摩卡其诺和咖啡摩卡中基本特定咖啡原料。此外，很多经营者在他们可选的范围内愿意提供热可可和热巧克力奶。混合室的存在和应用允许生产基于巧克力的微泡沫，从而发明新的饮品并且扩大提供的选择。

此外，喷嘴结合饮品制造机的应用可以允许控制生产的微泡沫与杯中的液体的比率。举例来说明这种控制，如果需要的话，饮水杯可以完全填满微泡沫。可选地，机器可以生产填满杯子一半的微泡沫，杯子另一半装有饮品例如咖啡。当然，可以生产和使用其他比率和类型的液体。因此，可以通过喷嘴和机器应用和生产的热的和冷的消费品包括，但是不限于，卡布奇诺、可可、咖啡拿铁、巧克力奶、印度拿铁、蒸汽、咖啡摩卡、冰沙、摩卡其诺、以及鲜奶油。

当然，对本领域技术人员显而易见的是可以对上述实施例进行多种不超出本发明范围的修改。

Claims (28)

1.一种用于从加压混合物中生产饮品的泡沫的饮品制造机器的喷嘴，所述加压混合物包括含有气泡的液体，所述喷嘴包括：

-喷嘴外壳，具有接收加压混合物的引入口和从喷嘴外壳向外传送泡沫的出口；以及

-多个连续设置在喷嘴外壳内的卡板，用于连续地隔挡加压混合物，设置在引入口和多个卡板之间的过渡容积，设置在引入口和过渡容积之间的混合室，传递湍流至在所述混合室中的加压混合物的湍流机械装置，所述湍流机械装置包括设置在喷嘴外壳引入口和混合室之间的引入端口，引入端口比引入口和混合室更窄，每个卡板具有多个孔，并且所述多个连续卡板在其间具有卡板间隙，加压混合物的连续隔挡逐步地使得其中的气泡转化为较小的统一尺寸的泡沫气泡，从而生成泡沫。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述过渡容积包括从引入口接收加压混合物的输入区域，以及运输加压混合物至多个卡板的输出区域。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其中，

所述混合室接收来自引入口的加压混合物并且运输所述加压混合物至过渡容积的输入区域。

4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述湍流机械装置包括设置在混合室和过渡容积的输入区域之间的输出端口，输出端口比混合室和输入区域更窄从而限制从混合室流出并且流入输入区域的加压混合物的流动。

5.根据权利要求3所述的喷嘴，其中所述湍流机械装置包括设置在混合室和过渡容积的输入区域之间的输出端口，输出端口比混合室和输入区域更窄从而限制从混合室流出并且流入输入区域的加压混合物的流动。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡容积和混合室具有圆柱形形状。

7.根据权利要求1到5中任一项所述的喷嘴，其中多个卡板包括二到八个所述卡板。

8.根据权利要求1到5中任一项所述的喷嘴，其中多个卡板包括至少三个所述卡板。

9.根据权利要求7所述的喷嘴，其中多个卡板包括六个所述卡板。

10.根据权利要求1到5,9中任一项所述的喷嘴，其中多个卡板容置在管壳内，所述管壳可移动地安装至喷嘴外壳上。

11.根据权利要求1到5,9中任一项所述的喷嘴，其中每个卡板包括卡板尺寸和开口面积，所述卡板尺寸在40μm到300μm的范围内，所述开口面积在25％到50％的范围内。

12.根据权利要求11所述的喷嘴，其中每个卡板的卡板尺寸和开口面积对于所有的所述卡板是等同的。

13.根据权利要求11所述的喷嘴，其中所述多个卡板中的至少一个的卡板尺寸和开口面积不同于至少另外一个所述卡板的卡板尺寸和开口面积。

14.根据权利要求13所述的喷嘴，其中每个卡板的卡板尺寸和开口面积比流动方向的下一个卡板的卡板尺寸和开口面积更大。

15.根据权利要求11所述的喷嘴，其中每个卡板包括多个相邻的网格区域，每个网格区域包括卡板尺寸和开口面积，至少一个所述多个网格区域的卡板尺寸和开口面积不同于至少一个相邻的网格区域的卡板尺寸和开口面积。

16.根据权利要求1到5,9,12至15中任一项所述的喷嘴，其中连续卡板之间的卡板间隙在千分之几英寸到千分之250英寸之间。

17.根据权利要求16所述的喷嘴，其中卡板间隙为千分之60英寸。

18.一种用于生产饮品的泡沫的饮品制造机器，所述机器包括：

歧管，包括具有多个引入口的腔室，每个引入口在压力下引入气体以及液体中的至少一个到腔室中，从而产生包括气泡的加压混合物，所述腔室还具有至少一个从歧管往外传送加压混合物的排放口；以及

一种从加压混合物中生产泡沫的喷嘴，所述喷嘴包括：

喷嘴壳体，具有通过混合物导管接收来自至少一个歧管排放口的加压混合物的引入口，以及从喷嘴壳体向外传送泡沫的排放口，以及

二到八个连续设置在喷嘴外壳内的卡板，用于连续地隔挡加压混合物，设置在引入口和多个卡板之间的过渡容积，设置在引入口和过渡容积之间的混合室，传递湍流至在所述混合室中的加压混合物的湍流机械装置，所述湍流机械装置包括设置在喷嘴外壳引入口和混合室之间的引入端口，引入端口比引入口和混合室更窄，二到八个卡板中的每个具有多个孔，加压混合物的隔挡使得其中的气泡转化为较小的统一尺寸的泡沫气泡，从而生成饮品的泡沫。

19.根据权利要求18所述的机器结合加压单元，所述加压单元具有至少一个功能地连接至歧管多个引入口其中至少一个上的混合泵，至少一个混合泵在压力下抽吸至少液体和气体中的至少一个至歧管的腔室，从而生成加压混合物。

20.根据权利要求18或19所述的机器，所述液体包括溶质、溶剂。

21.一种通过应用饮品制造机器的喷嘴从加压混合物中生产饮品的泡沫的方法，所述加压混合物包括含有气泡的液体，所述喷嘴包括喷嘴外壳和多个连续配置在喷嘴外壳内的卡板，设置在喷嘴外壳的引入口和多个卡板之间的过渡容积，设置在引入口和过渡容积之间的混合室，传递湍流至在所述混合室中的加压混合物的湍流机械装置，所述湍流机械装置包括设置在喷嘴外壳引入口和混合室之间的引入端口，引入端口比引入口和混合室更窄，所述多个连续卡板在它们之间具有卡板间隙，所述方法包括步骤：

a)引入加压混合物到喷嘴外壳内；以及

b)使加压混合物连续流经多个卡板，加压混合物的连续隔挡逐步地使得其中的气泡转化为较小的统一尺寸的泡沫气泡，从而生成泡沫。

22.根据权利要求21所述的方法，包括控制加压混合物的液体与气体比率的预备步骤。

23.根据权利要求21所述的方法，其中液体在步骤b)之前进一步混合。

24.根据权利要求22所述的方法，其中液体在步骤b)之前进一步混合。

25.根据权利要求21到24中任一项所述的方法，其中在步骤b)后抽吸清洁液经过所述喷嘴。

26.根据权利要求25所述的方法，其中清洁液包括水。

27.根据权利要求25所述的方法，其中在清洁液后空气被抽吸经过所述喷嘴。

28.根据权利要求26所述的方法，其中在清洁液后空气被抽吸经过所述喷嘴。