CN106455859B - 泵送和发泡设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了泵送和发泡设备(100)，所述泵送和发泡设备包括：储存可发泡流体(1)的容器隔室(20)、通过其将空气提供至所述设备(100)内的空气入口(13)以及泵送流体并利用空气使流体发泡的加工隔室(10)，所述加工隔室(10)包括可相对于彼此移动的至少一个可移动部件和静止部件；所述部件被布置成使得所述部件的相对运动通过抽吸将流体从所述容器隔室(20)相应地泵送到所述加工隔室(10)中，并且还驱动空气和流体的混合物通过提供特定水平剪切应力的窄间隙，所述剪切应力使所述混合物发泡。
Description
技术领域
本发明涉及用于泵送和发泡流体、优选地用于生产奶泡的设备。具体地讲，本发明涉及以快速、简单、可重复且清洁的方式按需生产非常高质量的流体泡沫的泵送和发泡设备。
背景技术
泡沫由两相组成：水相和气(空气)相。因此，流体泡沫是通过使许多气泡捕获于流体结构中而形成的物质：生产流体泡沫不仅涉及生成这些气泡，还涉及将这些气泡填充和保留在整个流体结构中以提供稳定的泡沫。
理想的是，生产得自食物流体产品的具有微小稳定气泡的食物泡沫，以提供轻盈质地和不同的口感。在大部分食物泡沫中，蛋白质是帮助分散气相的形成和稳定、产生蛋白质稳定的泡沫的主要表面活性剂。蛋白将始终具有一定的应力，以克服诸如机械力和引力：蛋白质稳定抵抗这些应力所形成的发泡结构的能力将确定泡沫稳定性，通常表示为50％的流体从泡沫中排出所需的时间，即泡沫体积减少50％所需的时间。
当使流体发泡时，期望按需生产具有优良质量的泡沫。另外，期望尽快并以可重复的方式提供这种优质泡沫，这意味着泡沫质量是受控的，且在不同流体之间可重复。
最常用的食物流体泡沫之一是奶泡。生产奶泡的设备是现有技术中众所周知的：通常，这些设备包括其中灌装乳的贮存器，贮存器还设有旋转部件，旋转部件通常是布置在贮存器下表面的搅拌器，通过搅拌乳使空气被捕获在液膜内，从而引起乳发泡。但是，在这些已知设备中生产奶泡需要时间、很多的操作并且每次生产泡沫后都要清洁。另外，为了控制所得泡沫的品质，需要控制搅拌器的几何结构，有时这很难理解和精确控制，使得任何方法的可重复性都太复杂而难以实现。
例如，现有技术中的文献EP 2478804A1公开了一种通过气体加压的乳贮存器，加压的乳被引至混合区，以用于与另一种气体进一步混合。随后在起泡装置中进行起泡并减小泡沫尺寸，起泡装置通常包括静态混合器和旋转搅拌器。然而，在这种系统中调控发泡复杂而不精确，还需要复杂的构型。另外，这些系统在生产泡沫后需要清洁，这既麻烦又费时。
现有技术中已知的其他文献，如US 2013/0043274A1，描述了包装解决方案，这些包装解决方案提供了特别适于食物流体产品(通常是饮料)的储存、定量给料和分配功能，包括容器、定量给料装置和阀门。定量给料装置包括转子，该转子具有被旋转驱动的至少一截断部分，并用作定量给料设备，将液体从定量给料入口取出，然后驱至定量给料出口，从而将来自容器的液体输送到混合室，液体在混合室中混入稀释剂：当该稀释剂为气体(N2或CO2)时，在饮料的上层上形成泡沫顶。但是，这种系统的发泡方法不是可控且精确的方法，很难对其进行监控和调节，因此在不同流体之间很难获得可重复的发泡结果。
因此，提出了允许以受控且可调的方式生产发泡流体的其他解决方案。属于同一申请人的EP 12199185.5(其中公开了一种用于生产奶泡的设备)中提供了一种示例：在两个相对于彼此旋转的筒之间的间隙中将高剪切应力施加于乳-空气混合物，剪切应力导致形成乳和空气的乳液，随后一旦发生膨胀就会产生发泡效果。采用该解决方案，能够以可控的方式生产奶泡。然而，该设备相对复杂，并在生产奶泡后需要经常清洁，这耗时且对用户没有吸引力。
也有现有技术中众所周知的发泡设备，它们通过文丘里效应使用蒸汽发泡，例如EP 2695556A1或EP 2636343A1中所示的设备。文献EP2695556A1公开了一种用于制备热奶泡的设备，其具有抽吸装置，该抽吸装置包括有蒸气和乳的混合室，使得该混合物通过利用文丘里效应被抽吸，从而提供奶泡。文档EP 2636343A1提供了另一种示例，其中描述了一种用于生产热奶泡的设备：这种设备采用收口喷嘴(特别是文丘里喷嘴)来获得对乳和蒸汽的抽吸作用，以便生产奶泡。然而，这些利用文丘里效应的已知系统并非以清洁的方式运行，乳与设备反复接触，这不仅增加了经常清洁的负担，还可成为产品污染的来源。另外，这些设备只允许生产热奶泡：当使用这种系统时，不能选择生产冷奶泡。除此之外，通过使用这些系统获得的泡沫质量无法令人满意。
因此，仍需要提供一种能够以可靠且可重复的方式在短时间内按需生产高质量泡沫并且清洁的简单设备。本发明旨在提供满足这些需求的发泡设备。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及泵送和发泡设备100，其包括：容器隔室20，其中储存可发泡流体1；空气入口13，空气通过该空气入口被提供到设备100中；以及加工隔室10，空气和流体在其中被泵送并发泡。加工隔室10至少包括可移动部件和静止部件，它们相对彼此可移动，并且其布置方式使得它们的相对运动分别从空气入口13和容器隔室20通过抽吸将空气和流体泵送到加工隔室10中，并且还在特定水平的剪切应力下驱动泵送的空气与流体混合物，使该混合物发泡。
根据第一实施方案，可移动部件包括泵送齿轮11和圆盘121，静止部件包括外室122：圆盘121相对于外室122可旋转，泵送齿轮11包括可旋转传动齿轮111和可旋转从动齿轮112，它们的相对旋转产生抽吸区域113，其中空气和流体通过抽吸被泵送并预混合；以及推压区域114，其中泵送的空气和流体预混物在特定水平的剪切应力下于圆盘121和外室122之间被驱动，使其发泡。
根据第二实施方案，可移动部件包括圆盘121，静止部件包括外室122：圆盘121相对于外室122可旋转，容器隔室20被构造成胶囊，使得圆盘121相对于外室122的相对旋转利用离心力通过抽吸来泵送空气和流体，并且还通过剪切应力使泵送的空气和流体发泡。
根据第三实施方案，可移动部件包括泵送和发泡齿轮110，静止部件包括外室122，相对于外室122可旋转的圆盘121包括上圆盘部分122’和下圆盘部分122”，使得泵送和发泡齿轮110被布置在上圆盘部分122’和下圆盘部分122”之间。泵送和发泡齿轮110包括可旋转传动齿轮111和可旋转从动齿轮112，它们的相对旋转产生抽吸区域113，其中空气和流体通过抽吸被泵送并预混合；以及推压区域114，其中空气和流体的发泡混合物被驱至设备100外部。
根据第二方面，本发明涉及泵送和发泡系统，其包括上述泵送和发泡设备100以及机器30，使得发泡设备100可与机器30相连接，并且机器30包括移动可移动部件的驱动装置31。
如将进一步详细描述的那样，本发明的设备100能够按需提供具有可调泡沫质地和厚度并且稳定性非常高的优质泡沫，且泡沫输送具有快速而稳定的泡沫沉降。此外，本发明的设备紧凑，在机械方面需要的装备非常有限，对于用户而言易于使用且便于清洁。此外，该设备使所得到的泡沫具有可重复性，从而基本上可针对两个不同的饮料获得相同泡沫，这是由于在该设备中实施的方法通过在有限且稳定的参数下运行而受到控制，由此使结果具有高可靠性。
在本说明书中，术语“流体”表示液体或液体和气体的混合物。
附图说明
当结合附图阅读本发明的非限制性实施方案的以下详细描述时，本发明的其他特征、优点和目的对于本领域的技术人员而言将变得显而易见，其中：
图1示出了根据第一优选实施方案的本发明的泵送和发泡设备的主要部件的示意图。
图2a-b示出了图1中所示的根据第一优选实施方案的本发明的泵送和发泡设备中的加工隔室的结构。
图3示出了根据第二优选实施方案的本发明的泵送和发泡设备的主要部件的示意图。
图4示出了根据第三优选实施方案的本发明的泵送和发泡设备的主要部件的示意截面图。
图5示出了根据第三优选实施方案的本发明的泵送和发泡设备中的加工隔室的示意俯视图。
具体实施方式
根据本发明的泵送和发泡设备100包括加工隔室10和容器隔室20。容器隔室20包括旨在被发泡的流体1，而加工隔室10被设计用于从容器隔室20泵送流体1并用于使其发泡。通常，在本发明的发泡设备100中加工的流体1优选地为食品或饮料液体诸如乳，但也可使用任何类型的可发泡流体，诸如奶油、酸奶、冰淇淋液体混合物、非乳制品或混合物等。
在本发明的一个优选实施方案中，加工隔室10被构造成盖或帽，容器隔室20可被构造成多剂量容器(诸如瓶或袋)或者单剂量容器(诸如胶囊或小袋或荚包)。然而，很明显，本发明的任何其他可能的实施方案也将包括在本专利申请的范围内和所附权利要求书的范围内。
优选地，本发明的泵送和发泡设备100是完全一次性的，因此不需要清洗操作。任选地，泵送和发泡设备100是可清洁的，因此可以是可重复使用的。
通常，泵送和发泡设备100允许多次泵送和发泡操作，直到容器隔室20中的流体1被排空。在进行的不同发泡应用之间，泵送和发泡设备100保存在适当的保存区域内(通常在冰箱中)，以保持流体1处于适当的条件下。
如以下优选实施方案的描述中将详细描述的那样，本发明的设备能够按需提供优质泡沫：其将输送微泡沫，这种微泡沫比目前市场上的泡沫质量高，并具有可调的泡沫质地和厚度，因此泡沫输送将具有快速而稳定的泡沫沉降。此外，本发明的设备紧凑，在机械方面需要的装配非常有限，对于用户而言易于使用，并且清洁，因为没有流体接触机器。另外，如将详细说明的那样，由该设备提供的泡沫可以是热的或冷的，并且将具有非常高的稳定性。还有，该设备使所得到的泡沫具有可重复性，从而基本上可由不同的饮料获得相同泡沫，这是由于该设备中实施的方法通过在有限且稳定的参数下运行而受到控制，由此使结果具有高可靠性。
根据本发明的第一实施方案，如图1和图2所示，泵送和发泡设备100包括加工隔室10(优选地成形为帽或盖)和包括待发泡流体1的容器隔室20(优选地成形为瓶)。加工隔室10包括泵送齿轮11和发泡元件12。发泡元件12包括在外部环绕的静止部件122内旋转的可移动部件121，使得在这两个部件之间形成间隙123。优选地，可移动部件121被构造成圆盘，而静止部件122被构造成围绕内部旋转圆盘的外室，这两个部件均相对于共同旋转轴线15同心地布置，如图2a和图2b所示。
泵送齿轮11优选地包括两个齿轮：传动齿轮111和从动齿轮112。加工隔室10还包括空气入口13，该空气入口的布置使得泵送齿轮11的旋转对包括在容器隔室20内的流体1与来自空气入口13的空气两者一起产生抽吸作用，所述泵送齿轮布置在容器隔室20的下方。在进入发泡元件12之前，通过将空气和流体一起夹带并驱动穿过泵送齿轮11来使其预混合。更详细地说，如图2b(其中为清楚起见示出了部分内切图)所示，当传动齿轮111旋转时，其驱动从动齿轮112反向旋转，从而在泵送齿轮11中形成两个区域：抽吸区域113，其中流体1和来自空气入口13的空气被抽吸；以及推压区域114，其中被抽吸的流体1和空气被预混合并向发泡元件12驱动。在该方法中，空气和流体实际上在进入发泡元件12之前被预混合。
泵送齿轮11的传动齿轮111和从动齿轮112可具有相同的直径，或者可具有不同的直径，从而具有不同的旋转速度。
一旦在起泡元件12中后，尤其是一旦在间隙123中后，流体和空气的混合物即通过库埃特流穿过：库埃特流是指粘性流体在两个平行板之间的空间中的层流，使得一个板相对于另一个移动；该流由作用于包括在两个板之间的流体上的剪切力驱动，从而通过高剪切能量对该流体提供发泡能量，使其乳化。根据本发明，随着圆盘121相对于静止外室122旋转，流体和空气的预混物在间隙123中被剪切应力驱动。提供给间隙123内的流体和空气混合物的剪切应力使包括在流体结构中的气泡尺寸能够减小，从而可更有效地使这些气泡捕获于流体基质内，这高度增加了所得泡沫的稳定性。泡沫通过泡沫出口14提供。
通过泵送齿轮11抽吸的空气量可通过空气入口13的尺寸和泵送齿轮11的旋转速度来调节。优选地，通过(典型地包括可调螺丝的类型的)机动的或非机动的空气调节器调节空气入口13的尺寸，这允许从空气入口13的较大截面或较小截面来调节空气入口13的截面。优选地，在加工隔室10和机器30之间的连接处设置弹性密封接头，以防止在该连接处发生任何渗漏。调整空气入口13的截面允许调节将通过泡沫出口14提供的泡沫的厚度。
相对于现有技术中已知的设备，使用本发明的构型会减少启动时间，因为空气被直接抽吸并与流体混合，所以不需要等待空气和流体压力稳定，而现有技术下的发泡设备则需要这种等待。而且，由于该设备不用许多变量或参数进行操作，所以提高了不同发泡操作的可重复性。甚至，由泵送齿轮11操作的预混合使发泡集中在发泡元件12中，从而允许构造发泡元件12的构成部分尺寸更小：如图2a和图2b所示，实现库埃特流动效应的发泡元件的已知构型包括相对于彼此可旋转的两个筒，在本发明中现已被具有低高度(即，基本上扁平)的圆盘121所取代，该圆盘由也具有低高度的外室122围绕。
加工隔室10可通过通常包括轴的连接装置19连接到驱动装置31(优选地为马达)：驱动装置31以给定的旋转速度ω1相对于外室122旋转内圆盘121。由于圆盘121和泵送齿轮11是机械连接的，驱动装置31也带动泵送齿轮11同时旋转，泵送齿轮以同一旋转速度ω1旋转，由此以旋转速度-ω1旋转从动齿轮112(参见图2a和图2b)。因此，根据本发明，通过驱动装置31提供的相同旋转ω1获得了两种效果：由泵送齿轮11的旋转获得的泵送或抽吸效果，以及通过内圆盘121相对于外室122旋转获得的发泡效果。因此，本发明使泵送和发泡比现有技术中已知的任何其他解决方案更有效。
本发明的泵送和发泡设备100可连接至机器30，该机器30包括驱动发泡元件12的内圆盘121和泵送齿轮11旋转的驱动装置31。
任选地，机器30可包括可连接至加工隔室10并通过空气入口13提供空气的空气泵，所提供的空气通常随着施加到该空气泵的电压而变化。还可在空气泵与加工隔室10的连接处设置调节器。
另外任选地，机器30可包括加热元件，以在形成泡沫并离开泡沫出口14之后加热泡沫，方式为使得泡沫和机器30之间不存在接触。
任选地，机器30还可包括控制装置36，其将管理并控制泵送和发泡设备100中的发泡工艺参数，如将进一步详细说明的那样。作为替代，机器30还可能不包括控制装置36，这意味着用户随后将手动调节泵送和发泡设备100中发泡过程的部分或全部参数。
从流体获得的泡沫类型主要取决于用于发泡的流体类型。例如，当使乳发泡时，所获得的泡沫类型根据所用乳的类型(诸如生全脂乳、巴氏杀菌均化全脂乳、巴氏杀菌脱脂乳、UHT均质全脂乳、UHT脱脂乳等)而变化。对于给定类型的乳，不考虑在其制造过程中使用的加工条件，发泡性在很大程度上是由乳发泡的温度以及其脂肪含量决定的。一般来说，低脂乳在低温下发泡更好：这也适用于全脂乳和奶油，但程度更低。
另一方面，流体泡沫的质量由泡沫性质决定，诸如：发泡后流体结构中气泡的数量和尺寸；泡沫稳定性和发泡水平，其中泡沫稳定性定义为稳定泡沫量，即基本上保持其体积的泡沫量，通常表示为50％的流体从泡沫中排出所需的时间(泡沫体积减少50％所需的时间)，发泡水平定义为进入加工隔室10的流体体积相对于泡沫出口14提供的泡沫体积的比(也称作泡沫膨胀度(foam overrun)，定义为特定初始体积的流体通过发泡效应增加的体积)。
因此，对于给定类型的流体1(即脂肪含量和流体制造期间的加工条件是固定值)，将由在本发明的泵送和发泡设备100中进行的发泡过程(特别是通过如下详述的过程参数)来决定针对该流体1所获得泡沫的性质(气泡的数量/大小、稳定性和膨胀度)。
-从容器隔室20传入加工隔室10的流体流量，其取决于泵送齿轮11的旋转速度ω1、取决于从容器隔室20提供流体1的流体入口21的直径，并且取决于泵送齿轮11的齿的大小。
-来自空气入口13的空气量，其取决于泵送齿轮11的旋转速度ω1并取决于空气入口13的大小，可通过调节器进行调节。
在本发明的泵送和发泡设备100中实现的库埃特流动效应中，发泡元件12中的流体和空气混合物经受的剪切应力很大程度上取决于在内圆盘121的外壁和外室122的内壁之间形成的间隙123的宽度。根据本发明，泵送和发泡设备100具有间隙123的给定宽度，该宽度根据容器隔室20中待发泡流体1的类型选择，选择的方式为使得通过剪切(库埃特流动)获得最佳发泡效果。通常，间隙123的宽度随着待发泡流体1的粘性增大而增大：例如，乳所需要的间隙123将比液体酸奶小得多。通常，乳的间隙123的宽度为约0.3mm，而液体酸奶的宽度为约0.4mm。
根据本发明，圆盘121和泵送齿轮11的旋转速度ω1的优选值为介于2000rpm和10000rpm之间，优选地介于4000rpm和8000rpm之间。
优选地，根据本发明，泵送和发泡设备100还包括代码，通常为条形码，该代码可布置在容器隔室20上或布置在加工隔室10上。代码包括以下详细描述的至少一个以下过程参数的信息，该信息被提供给机器30的控制装置36，从而以最佳方式进行发泡过程。
-圆盘121的旋转速度ω1以及因此所得的泵送齿轮11的旋转速度ω1。
-空气入口13的大小或任选地通过空气泵所泵送的空气量。
根据本发明，还可能优选地以可拆卸的方式邻近泵送和发泡设备100增加添加剂隔室(未示出)，在泡沫出口14处提供泡沫的同时，该添加剂隔室提供其中包含的添加剂。优选地，机器30的控制装置36使用包含在代码中的信息来控制添加剂输送相对于泡沫出口14处所输送泡沫的比。
根据本发明的第二实施方案，如图3所示，泵送和发泡设备100包括加工隔室10和容器隔室20：容器隔室20附接到加工隔室10，优选地构造一胶囊，如图3所示。发泡元件优选地包括相对于具有共同旋转轴线15的外室122同心布置的内圆盘121，使得在外室122的内壁和内圆盘121的外壁之间形成间隙123。流体1保持在容器隔室20中，即保持在胶囊的上部容积部分中。容器隔室20包括优选地被布置成在胶囊上侧的单个空气入口13：将空气入口13连接到两个通道，允许空气进入容器隔室20以便取代已经被驱赶到发泡元件12的流体1的初级空气通道133，以及驱动空气进入发泡元件12(特别是进入间隙123，流体1与空气在该间隙中混合)的次级空气通道132。
根据该第二实施方案，驱动装置31带动发泡元件12旋转，特别是驱动内圆盘121以相对于保持静止的外室122的旋转速度ω1旋转。由于所形成的离心力，圆盘121的旋转抽吸保持在容器室20内部的流体1，并且同时通过空气入口13抽吸空气。通过空气入口13抽吸的空气被部分地导向初级空气通道133，取代已被泵送进入发泡元件12中的流体，并且被部分地导向次级空气通道132并被驱赶进入间隙123。在间隙123中，来自次级空气通道132的空气和流体1混合，进一步由剪切应力驱动，该剪切应力的计算使得该混合物通过圆盘121在库埃特流动效应下以ω1旋转而乳化，如已针对第一实施方案所描述的。泡沫通过泡沫出口14提供。
在该第二实施方案的构型中，泵送和发泡设备100的泵送能力稍微低于第一实施方案的泵送能力，但是作为回报，该设备的构型简单得多。
加工隔室10可通过通常包括轴的连接装置19连接到驱动装置31(优选地为马达)：驱动装置31以给定的旋转速度ω1相对于外室122旋转内圆盘121。因此，在由驱动装置31提供的一个旋转ω1下，获得两个效果：通过内圆盘121相对于外室122的旋转而获得的泵送效果或抽吸效果以及发泡效果，因此以非常有效的方式进行泵送和发泡。
本发明的泵送和发泡设备100可连接至机器30，该机器30包括驱动发泡元件12的内圆盘121旋转的驱动装置31。
任选地，机器30可包括可连接至加工隔室10并通过空气入口13提供空气的空气泵，所提供的空气通常随着施加到该空气泵的电压而变化。还可在空气泵与加工隔室10的连接处设置调节器。
另外任选地，机器30还可包括加热元件，以在形成泡沫并离开泡沫出口14之后加热泡沫，方式为使得泡沫和机器30之间不存在接触。
任选地，机器30还可包括控制装置36，该控制装置将管理和控制泵送和发泡设备100的发泡过程参数，类似于先前针对第一实施方案所解释的。作为替代，机器30还可能不包括控制装置36，这意味着用户随后将手动调节泵送和发泡设备100中发泡过程的部分或全部参数。
将由在本发明的泵送和发泡设备100中进行的发泡过程(特别是通过如下详述的过程参数)来决定针对流体1所获得泡沫的性质(气泡的数量/大小、稳定性和膨胀度)。
-从容器隔室20传入加工隔室10的流体流量，其取决于圆盘121的旋转速度ω1并且取决于从容器隔室20提供流体1的流体入口21的直径。
-来自空气入口13的空气量，其取决于圆盘121的旋转速度ω1并取决于空气入口13的大小，可通过调节器进行调节。
泵送和发泡设备100具有间隙123的给定宽度，该宽度根据容器隔室20中待发泡流体1的类型选择，选择的方式为使得通过剪切(库埃特流动)获得最佳发泡效果。通常，间隙123的宽度随着待发泡流体1的粘性增大而增大：例如，乳所需要的间隙123将比液体酸奶小得多。通常，乳的间隙123的宽度为约0.3mm，而流体酸奶的宽度为约0.4mm。
根据本发明，圆盘121和泵送齿轮11的旋转速度ω1的优选值为介于2000rpm和10000rpm之间，优选地介于4000rpm和8000rpm之间。
优选地，根据本发明，泵送和发泡设备100还包括代码，通常为条形码，该代码可布置在容器隔室20上或布置在加工隔室10上。代码包括以下详细描述的至少一个以下过程参数的信息，该信息被提供给机器30的控制装置36，从而以最佳方式进行发泡过程。
-圆盘121的旋转速度ω1。
-空气入口13的大小或任选地通过空气泵所泵送的空气量。
根据本发明，还可能优选地以可拆卸的方式邻近泵送和发泡设备100增加添加剂隔室(未示出)，在泡沫出口14处提供泡沫的同时，该添加剂隔室提供其中包含的添加剂。优选地，机器30中的控制装置36通过代码中的信息来控制添加剂输送相对于泡沫出口14处所输送泡沫的比。
根据本发明的第三实施方案，如图4和图5所示，泵送和发泡设备100包括加工隔室10和容器隔室20：容器隔室20包含待发泡流体1并且附接到加工隔室10，通过流体入口21连接，流体1从该流体入口被抽入加工隔室10内。流体入口21处还设置有空气入口13，如图4所示。因此，流体和空气都通过进料口210进入加工隔室10。优选地，调节器设置在空气入口13处，使得可通过作用于该调节器来调节空气入口13的大小。
在该实施方案中，加工隔室10包括类似于第一实施方案中的泵送和发泡齿轮110，但本质上更大，因为它同时进行两个操作，通过进料口210抽吸/泵送空气和流体以及在泵送和发泡齿轮110的表面上发泡，通过泡沫出口14提供泡沫。泵送和发泡齿轮110包括驱动从动齿轮112旋转的传动齿轮111。如图4所示，泵送和发泡齿轮110被布置在被构造为圆盘的静止外室122的中间部分中，该静止外室包括两个部分，上圆盘部分122'和下圆盘部分122”。如图5更详细所示，上圆盘部分122'内部包括至少一个突伸区域130(在图5中，例示了上圆盘部分122'中的两个突伸区域)。下圆盘部分122”也可能可包括至少一个突伸区域，下圆盘部分122”也可能包括与上圆盘部分122'中的那些突伸区域对称布置的突伸区域130。在泵送和发泡齿轮110的层处，即在上圆盘部分122'和下圆盘部分122”的中间，还形成抽吸区域113和推压区域114，如图5所示，并且类似于第一实施例所述的。由上圆盘部分122'限定的上层包括至少一个突伸区域130，该突伸区域包括门131，通过该门在上层(即上圆盘部分122')和中间层(即泵送和发泡齿轮110中的一者)之间存在流体连通。当提供其他的突伸区域130时，还可能提供其他的门131。
图4示出了发泡区域1,2,3,4的实施例，但是任何其他构型也是可能的。在图4中，发泡区域1、2、3和4被布置成：在上层，介于传动齿轮111和上圆盘部分122'之间，介于从动齿轮112和上圆盘部分122'之间；在下层，介于传动齿轮111和下圆盘部分122”之间，并介于从动齿轮112和下圆盘部分122”之间。事实上，这些发泡区域位于泵送和发泡齿轮110和静止外室122的圆盘部分的接合处，其中流体由高剪切应力驱动，并且发泡实际上通过库埃特流动效应发生。发泡区域的任何其他可能构型和数量也是可能的。
如图4所示，例示性实施方案包括上圆盘部分122'中的进料口210和也布置在上圆盘部分122'中的泡沫出口14。然而，取决于突伸区域130，其他构型也是可能的，例如上圆盘部分122'中也可具有两个进料口，并且例如下圆盘部分中可具有两个泡沫出口。
现将更详细地描述本发明的第三实施方案的例示性构型如下。空气和流体的混合物通过进料口210进入上圆盘部分122'，其中混合物在第一发泡区域1中混合并发泡，然后通过泵送和发泡齿轮110的旋转穿过第一门131进入抽吸区域113。然后混合物被夹带到传动齿轮111和从动齿轮112周围，到达推压区域114，并从该推压区域再通过第二门131'被推送至上圆盘部分122'。混合物在第四发泡区域4中进一步发泡，随后通过泡沫出口14输送。
在图4中，增加第二发泡区域2和第三发泡区域3以增加发泡面积并因此增加产品的发泡。
根据本发明的第三实施方案，期望在通过泡沫出口14输送的最终产品中获得的发泡随着以下参数中的一个或其组合而变化，其可以根据目标水平进行修改：
-门的数量和定位
-进料口及泡沫出口的数量和定位
-发泡区域的数量和定位
本发明的泵送和发泡设备100可通过通常包括轴的连接装置19连接到驱动装置31(优选地为马达)：驱动装置31以给定的旋转速度ω1相对于上圆盘部分122'和下圆盘部分122”旋转泵送和发泡齿轮110。事实上，传动齿轮111以ω1旋转，而从动齿轮112以-ω1旋转。如已经解释的那样，在上圆盘部分122'中形成抽吸区域113和推压区域114。
本发明的第三实施方案使得由泵送和发泡设备100执行的过程非常有效，如已经解释的那样，并且还因为在加工中起作用的元件被布置在同一层级或舞台(stage)中，以使得在同一层级/平面、在一个简单的操作中发生泵送和发泡。
任选地，机器30可包括可连接至加工隔室10并通过空气入口13提供空气的空气泵，所提供的空气通常随着施加到该空气泵的电压而变化。还可在空气泵与加工隔室10的连接处设置调节器。
另外任选地，机器30还可包括加热元件，以在形成泡沫并离开泡沫出口14之后加热泡沫，方式为使得泡沫和机器30之间不存在接触。
任选地，机器30还可包括控制装置36，该控制装置将管理和控制泵送和发泡设备100的发泡过程参数，类似于先前针对第一实施方案和第二实施方案所解释的。作为替代，机器30还可能不包括控制装置36，这意味着用户随后将手动调节泵送和发泡设备100中发泡过程的部分或全部参数。
将由在本发明的泵送和发泡设备100中进行的发泡过程(特别是通过如下详述的过程参数)来决定针对流体1所获得泡沫的性质(气泡的数量/大小、稳定性和膨胀度)。
-从容器隔室20进入加工隔室10的流体流量，其取决于泵送齿轮11的旋转速度ω1、取决于从容器隔室20提供流体1的流体入口21的直径，并且取决于泵送和发泡齿轮11的齿的大小。
-来自空气入口13的空气量，其取决于泵送齿轮11的旋转速度ω1并取决于空气入口13的大小，可通过调节器进行调节。
泵送和发泡设备100具有发泡区域1、2、3和4的给定宽度，该宽度根据容器隔室20中待发泡流体1的类型选择，从而获得通过剪切(库埃特流动)的最佳发泡效果。通常，发泡区域1、2、3和4的宽度基本上相同，待发泡流体1的粘性越大，该宽度越大：乳的典型值为约0.3mm，液体酸奶的典型值为约0.4mm。
根据本发明，泵送齿轮11的旋转速度ω1的优选值为介于2000rpm和10000rpm之间，优选地介于4000rpm和8000rpm之间。
泵送齿轮11的传动齿轮111和从动齿轮112可具有相同的直径，或者可具有不同的直径，从而具有不同的旋转速度。
优选地，根据本发明，泵送和发泡设备100还包括代码，通常为条形码，该代码可布置在容器隔室20上或布置在加工隔室10上。代码包括以下详细描述的至少一个以下过程参数的信息，该信息被提供给机器30的控制装置36，从而以最佳方式进行发泡过程。
-泵送齿轮11的旋转速度ω1。
-空气入口13的大小或任选地通过空气泵所泵送的空气量。
根据本发明，还可能优选地以可拆卸的方式邻近泵送和发泡设备100增加添加剂隔室(未示出)，在泡沫出口14处提供泡沫的同时，该添加剂隔室提供其中包含的添加剂。优选地，机器30的控制装置36通过代码中的信息来控制添加剂输送相对于泡沫出口14处所输送泡沫的比。
通常，构造完整的泵送和发泡系统，该系统包括泵送和发泡设备100以及机器30。通常，泵送和发泡设备100将包括加工隔室10和容器隔室20；任选地，还可在加工隔室10中或容器隔室20中提供代码。
虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下作出许多修改和变化。
标记列表
100泵送和发泡设备
10加工隔室
11泵送齿轮
111传动齿轮
112从动齿轮
113抽吸区域
114推压区域
110泵送和发泡齿轮
122'上圆盘部分
122”下圆盘部分
130突伸区域
131门
131'门
210进料口
1第一发泡区域
2第二发泡区域
3第三发泡区域
4第四发泡区域
12发泡元件
121圆盘
ω1圆盘的旋转速度
122外室
123间隙
15旋转轴线
13空气入口
133初级空气通道
132次级空气通道
14泡沫出口
19连接装置
20容器隔室
21流体入口
30机器
31驱动装置
36控制装置
Claims (18)
1.泵送和发泡设备(100)，所述泵送和发泡设备包括：储存可发泡流体(1)的容器隔室(20)、通过其将空气提供到所述设备(100)内的空气入口(13)以及泵送流体并利用空气使流体发泡的加工隔室(10)，所述加工隔室(10)包括可相对于彼此移动的至少一个可移动部件和静止部件；所述部件被布置成使得所述部件的相对运动通过抽吸将流体从所述容器隔室(20)相应地泵送到所述加工隔室(10)中，并且还驱动空气和流体的混合物通过提供特定水平剪切应力的窄间隙，所述剪切应力使所述混合物发泡，其中所述可移动部件包括将流体泵送到所述加工隔室(10)中的泵送齿轮(11)和驱动所述混合物通过所述窄间隙的圆盘(121)。
2.根据权利要求1所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述间隙(123)形成于所述加工隔室(10)的可移动部件和静止部件之间；所述可移动部件被布置成相对于所述静止部件旋转，并且所述部件被布置成基本上彼此并行和/或同心。
3.根据权利要求2所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述间隙(123)的宽度在0.2mm至0.6mm的范围内。
4.根据权利要求2所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述至少一个可移动部件和所述静止部件被布置成使其相对运动通过抽吸来泵送空气，并在所述加工隔室(10)内将所述空气与所述流体混合。
5.根据权利要求4所述的泵送和发泡设备(100)，其中通过修改所述空气入口(13)的大小和/或通过调节所述可移动部件相对于所述静止部件的速度可调节进入设备(100)的空气的量。
6.根据权利要求4所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述泵送和发泡设备包括携带数据的可读代码，所述数据指示所述空气入口的大小和/或所述可移动部件相对于所述静止部件的速度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述容器隔室和所述加工隔室通过单次使用连接装置连接，以使得所述设备(100)是一次性的。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述加工隔室(10)被构造成盖，所述容器隔室(20)被构造成多剂量容器或者单剂量容器。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的泵送和发泡设备(100)，还包括可拆卸地附接到所述设备(100)上的添加剂隔室，在提供泡沫的同时，所述添加剂隔室提供添加剂。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述静止部件包括外室(122)，所述圆盘(121)相对于所述外室(122)可旋转，所述泵送齿轮(11)包括可旋转传动齿轮(111)和可旋转从动齿轮(112)，所述可旋转传动齿轮和所述可旋转从动齿轮的相对旋转形成抽吸区域(113)和推压区域(114)，在所述抽吸区域中空气和流体通过抽吸被泵送并预混合，在所述推压区域中所述泵送的空气和流体的预混物在特定水平的剪切应力下于所述圆盘(121)和所述外室(122)之间的所述窄间隙中被驱动，使其发泡。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述静止部件包括外室(122)，所述圆盘(121)相对于所述外室(122)可旋转，并且所述容器隔室(20)被构造成胶囊，使得所述圆盘(121)相对于所述外室(122)的相对旋转使用离心力通过抽吸来泵送空气和流体，并且还通过剪切应力使所述泵送的空气和流体发泡。
12.根据权利要求11所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述空气入口(13)被布置在所述容器隔室(20)的上侧，所述空气入口(13)被连接至允许空气进入所述容器隔室(20)以便替代已发泡流体的初级空气通道(133)，所述空气入口(13)还被连接至提供待与所述流体混合以便产生泡沫的空气的次级空气通道(132)。
13.根据权利要求3所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述间隙(123)的宽度在0.3mm至0.4mm的范围内。
14.根据权利要求8所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述多剂量容器是瓶或袋。
15.根据权利要求8所述的泵送和发泡设备(100)，其中所述单剂量容器是胶囊、小袋或荚包。
16.泵送和发泡系统，所述泵送和发泡系统包括根据权利要求1-15中任一项所述的泵送和发泡设备(100)以及机器(30)，所述泵送和发泡设备(100)可与所述机器(30)连接，并且所述机器(30)包括用于驱动所述可移动部件的驱动装置(31)。
17.根据权利要求16所述的泵送和发泡系统，其中所述机器(30)包括加热元件，所述加热元件在形成泡沫并离开所述设备(100)之后加热所述泡沫。
18.根据权利要求16-17中任一项所述的泵送和发泡系统，其中所述机器(30)包括控制装置(36)，所述控制装置调节所述空气入口(13)的大小以及所述可移动部件相对于所述静止部件的速度。
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