CN108782256A - 用于制备牛奶泡沫的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制备可调温度的牛奶泡沫的方法和设备(1),所述设备(1)包括:泵(20),其用于将牛奶从至少一个容器(12,14)经过管路(16,34)输送到出口(36);空气供应设备(22),其用于将空气递送至管路(16);连续流加热器(28)和节流设备(32)。此外,预知连续流加热器(28)被设置在泵(20)的压力侧,并且节流设备(32)被设置在连续流加热器(28)的下游。
Description
技术领域
本发明记载了用于制备可调温度的牛奶泡沫的方法以及用于制备可调温度的牛奶泡沫的设备。
技术背景
牛奶泡沫,即牛奶或相应地代乳品与空气或气体的相对稳定的混合物(如果必要可将其加热)的制备是众所周知的并且以多种方式用于各种咖啡机中。
因此,WO2008/083941 A1(也以US 2010/0075007公开)记载了用于制备牛奶泡沫的方法和设备,其中提供单个泵用于输送牛奶和吸入产生牛奶泡沫所必需的空气,并且在泵的下游,将混合物经由节流点输送到出口。为了产生热牛奶泡沫,在节流点之后,借助所提供的阀门,将牛奶-空气混合物经由设置在平行管路段中的连续流加热器(continuousflow heater)加热,并且将其输送到出口。
由DE 10 2014 216 534 B3(也以US 2016/0051083公开)知晓一种用于使牛奶发泡的设备和方法,将混合有空气的牛奶通过供给泵输送到出口,并且在供给泵的压力侧,至少设置节流阀和连续流加热器。该设备能够在冷泡沫模式和热泡沫模式下工作。在热泡沫模式中,控制单元启动设置在节流阀下游的连续流加热器,并且设定节流阀的预定流通横截面,这与冷泡沫模式不同。
由EP 1 593 330 A2(也以US 2005/0233043公开)知晓一种用于制备牛奶泡沫的方法和设备,其中将富含空气或气体的牛奶经由连续流加热器和节流点输送至出口,所述节流点被设置在连续流加热器的下游。由于在泵的下游设置节流点,连续流加热器中的压力比未被优化以防止形成大的气泡。
已知的用于制备不同温度的牛奶泡沫的系统通常包括供给泵,所述供给泵用于从容器中吸入牛奶或者通常待发泡的流体,并且将其经过管路系统输送到出口。此外还提供例如可调的空气供应设备和温度调节装置,以根据需要使牛奶或相应地牛奶-空气混合物达到可调节的温度。
通常,在已经将空气引入至牛奶流时,第一次泡沫形成步骤发生,其产生一种粗的、多分散性预制泡沫(pre-foam)。为制备尽可能均匀且单分散的泡沫,增压元件或相应地节流设备或通道阻力元件是已知的,设置它们是为了通过产生反压力从而由牛奶-空气混合物制备泡沫,其原因在于空气以具有一定尺寸分布的气泡形式分散。增压元件可以用混合元件替代,其将流过的气流分成部分气流(partial current),并且以产生牛奶泡沫的方式提供部分气流的混合。
发明内容
本发明的目的是提供用于制备可调节的温度的牛奶泡沫的方法和设备,由此以简单的方式且以不依赖于温度的方式,使所制备的泡沫的一致性和质量相对于已知方法和设备而言得到改善。本发明的方法优选被设计成借助本发明的设备来制备可调温度的牛奶泡沫。
关于本发明,术语牛奶/空气混合物或相应地牛奶-空气乳液是以通用术语的意思使用的,还包含牛奶泡沫。牛奶泡沫具有包封空气或相应地气泡的蛋白质和脂肪结构。在制备均匀、稳定的泡沫时,本发明意义上的泡沫具有更好的一致性和质量。应理解,术语“稳定的泡沫”为在整个分配时间内具有尽可能均匀的气泡分布的泡沫。
该目的通过根据权利要求1所述的用于制备牛奶泡沫的方法以及根据权利要求3所述的设备来实现。本发明方法和设备的有利的实施方案变型将由从属权利要求获知。
本发明的用于制备可调温度的牛奶泡沫的方法设想到,将来自至少一个容器的牛奶和由泵供应的空气作为牛奶/空气混合物吸入,通过连续流加热器输送并由此加热,并且以经加热的方式将混合物(通过节流设备转化成牛奶泡沫)输送到出口。此外,所述方法预见到将牛奶/空气混合物通过连续流加热器加热,并且在泵的压力侧转化成牛奶泡沫。
根据本发明预知,在泵的压力侧,通过节流设备在牛奶/空气混合物中产生反压力。以这种方式对牛奶/空气混合物进行的压缩带来了细孔泡沫的产生。这至少部分基于由下游节流设备产生的反压力在连续流加热器中所产生的作用,其中反压力用于抵抗待加热的牛奶/空气混合物中较大气泡的形成。此外,连续流加热器中的温度调节可简单化并且变得更加精确。
根据本发明的用于制备可调温度的牛奶泡沫的方法,本发明的用于制备可调温度的牛奶泡沫的设备包括:用于将牛奶从至少一个容器输送到出口的泵、用于递送空气的空气供应设备、连续流加热器和节流设备。该基本结构与已知的设备基本对应。除此之外,所述设备还提供有设置在泵的压力侧的连续流加热器和在连续流加热器下游的节流设备。通过本发明的这种布置实现了在节流设备中产生的反压力也以有利的方式在连续流加热器中产生作用。具体而言,较细小的气泡因此也可以在加热的牛奶/空气混合物中产生。连续流加热器的温度控制也以有利的方式得以提高。
根据本发明提供有连续流加热器,其中将通过泵在管路系统中输送的牛奶或相应地牛奶-空气混合物加热至所需的可调温度。
根据本发明,将连续流加热器优选设计成具有可调节温度的电阻加热器元件的厚膜加热器。厚膜加热器包括传热元件,所述传热元件用于将电阻加热器元件产生的热量传递至待加热的流体,具体而言是牛奶/空气混合物。传热元件为待加热的流体提供流动路径,例如以螺旋形通道的形式。供入连续流加热器中的牛奶/空气混合物因此沿着螺旋形通道从外向内流动,由此将混合物加热到所需的可调温度。此外还提供有与控制单元连接的适当放置的温度传感器。采用这种厚膜加热器,可快速控制温度,同时伴随更有利的成本和能源效率。
对设置在本发明设备中的节流设备进行设计,以至少部分促进牛奶泡沫形成。在泵的下游,即在压力侧,已存在牛奶/空气混合物,其在连续流加热器之后具有所需的可调温度,并且随后在节流设备中转化成稳定的牛奶泡沫,即进一步发泡。因此节流设备在节流点处产生反压力,从而在整体效果上使供入的牛奶/空气混合物发泡成具有所需的一致性和质量的牛奶泡沫。在节流点处,根据文丘里效应,在狭窄点处随流速增加产生比其上游更小的压力;这在很大程度上引起了突然舒张,并且与此相关的是气泡的产生。
通过本发明的将节流设备设置于连续流加热器下游的布置,在该节流设备中也产生反压力,使得存在于加热的牛奶/空气混合物中的空气或相应地气泡不能以无阻碍的方式膨胀。产生的泡沫为细孔的。除此以外的结果是,改善了连续流加热器中的热传递,这是因为所存在的空气或相应地气泡较小,并且由此防止了空气的较差的热传递。因此,连续流加热器可以有利的方式进行更快速且有效地调节。
节流设备为可调节的或被设计具有固定设置以在节流点处使牛奶/空气混合物的流动路径收缩,具体而言是通过局部横截面变窄(例如以渐进过程)产生节流功能。由此可以将横截面变窄设计成具有可变的自由横截面面积或具有固定设置的自由横截面面积。所提供的横截面面积的横截面变窄可以通过喷嘴、挡板(例如孔板或环形间隙板)、阀门(例如针阀或节流阀)来实现。夹紧设备例如软管夹可提供有柔性管路。变窄对应于相对于紧邻的上游管路而言减小的横截面流动面积。预知在节流点下游流动横截面变宽或相应地扩大,例如,以递减过程。变窄的和变宽的管路横截面之间的间距最大为0.5至2mm。
为了制备高质量泡沫,在节流点处的流动横截面的直径范围为0.5至2mm。
在一个实施方案中,节流设备可通过控制单元控制,即流动横截面是可调节的。已表明泡沫一致性取决于温度。
高质量、细孔泡沫的制备基于泵、节流设备、管路横截面和管路长度的协调配合,其中特别地在节流设备下游存在的压力条件对于泡沫质量是至关重要的,为此压力范围为4至15bar。
本发明预知,控制设备控制泵、阀门、连续流加热器以及可能的计量装置。
根据本发明,在节流设备的下游提供有管路段,对所述管路段的横截面及其距出口的长度以一定方式进行选择以便改善牛奶泡沫的泡沫质量。该管路段为一种平稳段(calming section),在所述平稳段中牛奶/空气混合物中的空气——其至少部分仍然可以为大气泡形式——分散成细小气泡。除此之外,节流设备下游的管路段也影响牛奶/空气混合物的流动,其局部地仍然具有湍流部分,这是因为混合物流动的层流部分增加。
将该管路段优选设计成具有恒定的内径,其不同于上游存在的内径,并且在长度上延伸0.5至2m,优选约1.5m。在该管路段中,随着每长度单位的微小压力差,会出现逐渐的压降。
附图说明
下面将参照实施例和附图来进一步说明优选特征和优选实施方案。
图1示出了本发明的用于制备牛奶泡沫的设备的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于制备可调温度的牛奶泡沫的设备1。如图1所示,在由10表示的区域中设置有第一容器12和第二容器14,其中存储有第一类型和第二类型的牛奶。区域10优选被冷却。将第一和第二容器12、14连接于第一管路16,在每种情况下为进料到管路16中而装备阀门18,以便选择性地从第一和第二容器12、14之一中取出牛奶或代乳品。管路16将第一容器12和第二容器14连接于泵20,其被设置以便输送在管路16中的牛奶或相应的代乳品和空气。空气经由空气供应设备22,例如从周围区域中吸入,并且经由回流阀24和可变阀设备26输送到泵20的吸入侧。在泵的压力侧连接连续流加热器28,优选将其设计成厚膜加热器形式的连续流加热器。这种连续流加热器为富含空气的牛奶——即牛奶/空气混合物——提供例如螺旋形的流动路径。在启动厚膜加热器的情况下,使牛奶/空气混合物沿着流动路径加热到所需的可调温度,其由所包括的控制单元30调节。通过控制单元30,可以触发一部分具有所需的可调温度的牛奶泡沫的制备,其中同样可以限定空气的量、牛奶的量和类型。
此外,从图1中得知,在连续流加热器28的下游设置有节流设备32,其将已经存在的、可能加热的牛奶/空气混合物制备成稳定且均匀的牛奶泡沫。节流设备32可设计为喷嘴、挡板、固定的或可调的节流阀,由此预知节流点处的流动横截面面积变窄。除狭窄处以外,节流设备32可在其下游具有变宽的流动横截面。特别地,可将节流设备32设计成可借助控制单元30或其他设备调节的流量控制阀或计量阀。节流设备32产生反压力,在连续流加热器28所包含的流动路径中同样感受到所述反压力。因此实现了防止气泡在较高温度下趋向于膨胀从而变得更大。在牛奶/空气混合物中较小的气泡有利于混合物的加热,否则其会受到作为不良热导体的空气的负面影响。
可调节的节流设备32使空气和牛奶最佳混合成牛奶/空气混合物以及小气泡分散于混合物中——与所供应的空气量与温度相关——成为可能,其代表高质量泡沫。
在节流设备32和出口36——此处所需温度的牛奶泡沫或者冷或热的牛奶是可分配的,例如分配在所提供的杯子中——之间装备有管路段34,其也可被视为平稳段。在该管路段34中,流经的牛奶泡沫的流动特性受到影响。特别地,管路段34以恒定内径(Di)来构建,其优选与节流设备32上游的内径不同。管路段34的长度范围为0.5至2m,优选约1.5m。
Claims (11)
1.用于制备可调温度的牛奶泡沫的方法,其中将来自至少一个容器(12、14)的牛奶和由泵(20)递送的空气作为牛奶/空气混合物吸入,通过连续流加热器(28)输送并因此加热,并且随后在节流设备(32)中将混合物转化成牛奶泡沫,并输送到出口(36),其中将牛奶/空气混合物加热并在泵(20)的压力侧将其转化成牛奶泡沫。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在泵(20)的压力侧通过节流设备(32)在牛奶/空气混合物中产生反压力。
3.用于根据权利要求1或2所述的方法制备可调温度的牛奶泡沫的设备(1),包括:泵(20),其用于将牛奶从至少一个容器(12,14)经过管路(16,34)输送到出口(36);空气供应设备(22),其用于将空气递送至管路(16);连续流加热器(28)和节流设备(32);其中将连续流加热器(28)设置在泵(20)的压力侧,并且将节流设备(32)设置在连续流加热器(28)的下游。
4.根据权利要求3所述的设备(1),其中将连续流加热器(28)设计成具有可调节温度的电阻加热器元件的厚膜加热器。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的设备(1),其中连续流加热器(28)为待加热的牛奶/空气混合物提供螺旋形通道。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备(1),其中节流设备(32)为可调节的。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备(1),其中提供控制单元(30)以控制泵(20)、阀门(18,26)、连续流加热器(28)和/或节流设备(32)。
8.根据权利要求7所述的设备(1),其中控制单元(30)为节流设备(28)设定了流通横截面面积。
9.根据权利要求8所述的设备(1),其中根据待加热的牛奶/空气混合物的温度通过控制单元(30)来调节节流设备(28)的流通横截面面积。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的设备(1),其中在节流设备(32)的下游提供有至出口(36)的管路段(34),其长度为0.5至2m。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的设备(1),其中管路(16)和管路段(34)的内径是不同的。
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