JP2018534963A - 液体、特に飲料を温めて泡立てる装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は液体、特に、例えばミルク含有飲料などの飲料を温めて泡立てる装置と方法に関係しており、装置は、蒸気発生器（１）と、加圧ガス源（２）と、蒸気／ガス混合物を液体内に送り込むための、蒸気発生器（１）及び加圧ガス源（２）に接続されているポンプ手段（３、３０）とを含んでおり、加圧ガス源（２）は圧力パルス（ｐ）を発生させる制御可能な切替バルブ（２ｂ）を含んでおり、加圧ガス源によって発生される圧力パルス（ｐ）はポンプ手段（３、３０）内に送り込まれ、ポンプ手段内で液体と混合され、液体は泡立てられ、泡の特質、クリーム質感、泡密度、多孔質感及び泡密度などの泡立てられた液体の泡の特性は圧力パルス（脈動）の周波数、振幅及びパルス持続時間によって影響を及ぼすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のプレアンブルによる、液体、特に飲料を温めて（熱して）泡立てる装置に関する。本発明はまた、請求項３１のプレアンブルによる液体を温めて泡立てる方法にも関する。この装置と方法は、特に、例えば、カプチーノ、ラテマキアート又はココア飲料などの温かいミルク含有飲料を準備するために、ミルクを温めて泡立てるために利用することができる。

飲料製品、特にミルクを温めて泡立てる装置はＤＥ１０２０１１０７７７７６Ａ１から知られている。この装置は蒸気発生器と、加圧空気源であって、加圧空気源から蒸気発生器へ加圧空気を送るための空気パイプを備えた加圧空気源と、蒸気／空気混合物を蒸気発生器から飲料製品に送るための、蒸気発生器に接続されている蒸気／空気パイプとを備えている。空気パイプ及び／又は蒸気／空気パイプは（それぞれ）、例えばバルブの形態の遮断要素を備えている。この装置は飲料製品の改善された泡立てを提供する。なぜなら、加圧空気が加圧空気源から蒸気発生器に直接的に供給されるからである。その結果、加熱された蒸気／空気混合物が蒸気発生器において既に利用可能にされており、よって、蒸気パイプ内での凝縮を低減させる。空気パイプ及び／又は蒸気／空気パイプで遮断要素を開閉することにより、飲料製品内への空気の流れ及び／又は蒸気／空気混合物の流れを制御及び調節することができる。

ミルクを温めて泡立てる類似装置、特にコーヒーマシンでカプチーノを準備するための類似装置はＥＰ１５０１３９８Ａ１に記述されている。この装置は、蒸気を発生させる熱湯発生器と、ミルクを収容した容器に沈めることができる開口端を備えたポンプ手段と、熱湯発生器とポンプ手段との間を相互接続する、蒸気を輸送するための蒸気パイプと、遮断要素と、加圧空気源と、加圧空気源とポンプ手段との間を相互接続する、加圧空気をポンプ手段に輸送するための加圧空気パイプと、容器内のミルクの温度を測定するための、ポンプ手段の端部に接続される温度センサであって、端部をミルク内に沈めることができる温度センサと、遮断要素、加圧空気源及び温度センサに接続されており、遮断要素を開閉し、加圧空気源を相互に独立的に、及び、ミルクの所望の温度、及び／又は所望の泡立ち状態に応じて作動するようにプログラムされている制御ユニットと、を備えている。従って、ミルクは要求される温度にまで温められ、所定の泡／液体比となるように泡立てられることができる。これにより、泡立ちミルクの泡／液体比を流行の需要に合わせて一定範囲で調節することができる。

飲料、特にミルク飲料を温めて泡立てるための従来技術による装置は、設定された飲料温度を維持しながら飲料を自動的に温めて泡立てることを可能にするが、泡立ち飲料の望まれる特性（濃度、粘度）、特に、形成された泡の所定の泡／液体比を予め設定して製造することは、限定された範囲でのみ可能である。泡立ち飲料の所定の泡／液体比の所望の特性を提供するため、予め規定された制御プログラムが従来技術の装置の制御ユニットにプログラムされ、そのプログラムは、複数の制御プログラムの１つを選択することによりオペレータ（装置の操作者）は泡温度及び所望の特性を予め設定することが可能になり、その装置は、選択された制御プログラムに従って自動的に制御される。これにより、完全に自動化されたオペレーション（操作）が保証されるが、一方、オペレータは、例えば、泡の所望の特性が得られないことが泡立て工程中に既に明白となったときに、必要な操作工程への割り込みができなくなる。さらに、オペレータは予めプログラムされた制御プログラムによる実行を強いられ、その温度及び泡の特質、並びにその他の泡の特性に関して泡立てられた液体の構成をカスタマイズすることができない。

しかし、例えば、“Katja Borcherding, University of Kiel, “Untersuchungen zur Charakterisierung der Makro- and Mikrostruktur von Milkschaumen”［“ミルクの泡のマクロ構造及びミクロ構造の特徴の研究”］（２００４年１１月）に記載されているように、泡立ち温度に加えて、ミルクの泡立ち特性は、使用されるミルクの特性である、例えば、脂肪含有量、低温滅菌及び先行熱処理（短時間熱処理、高温熱処理又は超高温熱処理）、ｐＨ値、タンパク質含有量、及び保存期間にも大きく依存している。従って、個別に望まれ、異なる特質及び安定性を備えた液体の泡、特にミルクフォーム（ミルク泡）が形成できるように、ミルクを温めて泡立てるための従来技術の装置を改良することが非常に望ましい。

ＤＥ１０２０１１０７７７７６Ａ１ ＥＰ１５０１３９８Ａ１

Katja Borcherding, University of Kiel, "Untersuchungen zur Charakterisierung der Makro- and Mikrostruktur von Milkschaumen

このことを出発点として、本発明によって解決されるべき課題は液体を温めて泡立てる装置と方法を利用可能にすることであり、この手段によって、オペレータには発生する泡の特質、例えば、その特性（濃度、粘度）、クリーミーさ、多孔性、泡密度及び泡安定性（排液性）に関してさらに大きな柔軟性が与えられる。

この課題は請求項１の特徴を備えた装置及び請求項３１の特徴を備えた方法によって解決される。これら装置と方法の好適な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明による液体を温めて泡立てる装置は、蒸気発生器、加圧ガス源及び蒸気／ガス混合物を液体内に輸送するためのポンプ手段を備えており、このポンプ手段は蒸気発生器と加圧ガス源に接続されている。蒸気を蒸気発生器からポンプ手段に輸送するために、ポンプ手段は好適には蒸気パイプを介して蒸気発生器に接続される。同様に、ポンプ手段は好適には加圧ガスパイプを介して加圧ガス源に接続されており、ポンプ手段に加圧ガスを供給する。本発明によれば、加圧ガス源は、加圧ガスパイプを介してポンプ手段に周期的に送り込まれる圧力パルス（圧力脈動）（ｐ）を発生させる制御可能な切替バルブを備えている。制御可能な切替バルブに加えて、加圧ガス源はさらに、ガス（特に空気）を圧縮することによって加圧ガス（特に加圧空気）を発生させ、パイプを介してそれを切替バルブに供給するコンプレッサを備えている。この制御可能な切替バルブは、圧力パルスを発生させるために、交互に、好適には周期的に開閉されるように作動される。

よって、加圧ガス源によって発生される圧力パルスのパラメータ、例えば振幅、パルス持続時間（パルス幅）及びパルス繰り返し数（パルス周波数）などのパラメータは好適にはオペレータによって装置上で、例えば、切替ボタン又は回転式制御ボタンによって変更及び調節できる。蒸気と圧縮ガスの圧力パルスを導入することで、ポンプ手段において蒸気／ガス混合物が発生され、ポンプ手段を介して液体内に輸送され、その液体を温めて泡立てる。このように形成された泡の特性、特に泡の液体に対する比、及び泡のその他のパラメータ、例えば、クリーミーさ、多孔性、泡密度及び泡安定性（排液性）は圧縮ガスの圧力パルスの選択されたパラメータに応じて得られるため、適した圧力パルスパラメータを選択することによって泡の特性やパラメータを調節できる。従って、泡立て工程の前に、又はその最中にオペレータが圧力パルスのパラメータを変えることで泡の特性に影響を及ぼすことが可能である。よって、例えば、周期的にポンプ手段に導入される圧力パルスのパルス繰り返し数（パルス周波数）を泡立て工程中であっても変更が可能である。圧力パルスのパルス周波数を変えることで、液体内に形成される泡の特質は影響を受ける。よって、装置に設置された回転式制御ボタンによって、例えば、最小値と最大値との間で無段階にパルス周波数を調節し、細かい泡と粗い泡との間の所定の範囲内で形成された泡の特質を決定することが可能である。よって、本発明による装置及び本発明による方法の手段によって、任意の特質の泡を形成し、同時に泡立て工程中であっても（一定の程度）泡の特質を変更することが可能である。

加圧パルスを発生させる有利な実施例によれば、加圧ガス源は、例えば、レシプロピストンコンプレッサであるコンプレッサと、ソレノイドバルブの形態の切替バルブとを備えている。このソレノイドバルブはコンプレッサの下流の加圧ガス源に設置されている。コンプレッサは継続的に圧縮ガス（加圧ガス）を発生させ、この加圧ガスを使用して加圧ガスパイプに圧力を印加する。圧力パルスを発生させるため、ソレノイドバルブは交互に、好適には周期的に開閉され、加圧ガスパイプを介してポンプ手段に圧力パルスが周期的に供給されるようにしている。このため、制御可能なソレノイドバルブが好適には制御ユニットによって作動される。特に、所定のパルス繰り返し数（パルス周波数）で周期的にソレノイドバルブを開閉するため、制御ユニットはソレノイドバルブをパルス幅変調によって作動させる。ソレノイドバルブに異なる開閉時間を設定することも可能である。ソレノイドバルブのための所定の開閉時間は圧力パルスのパルス持続時間を規定する。ポンプ手段に供給される圧力パルスの振幅は、加圧ガス源でコンプレッサが継続的に発生させる（所定の、好適には調節可能な）圧力の結果であり、加圧ガスパイプがポンプ手段に接続されているそのポイントまでの流路に沿った圧力降下によるものである。

切替バルブ（ソレノイドバルブ）を加圧ガス源でその出力（出力部）と直列的に配置することができるため、加圧ガス源の出力に接続されている加圧ガスパイプ内に圧力増加又は圧力降下をそれぞれ引き起こすソレノイドバルブの開動作及び閉動作時に、コンプレッサから加圧ガスパイプへの流路をそれぞれブロック解除及び妨害をすることが可能になる。この場合には、切替バルブの開時間は圧力パルスのパルス持続時間を規定する。代案として、分岐パイプジョイントを加圧ガス源の出力に設置でき、その分岐パイプジョイントから切替バルブは周囲環境に延びる。この場合には、バルブが開及び閉すると、コンプレッサから加圧ガスパイプへの流路はそれぞれ周囲環境に接続又は周囲環境から遮断され、それによって、加圧ガス源の出力に接続されている加圧ガスパイプ内における圧力降下又は圧力増加が引き起こされる。この場合には、切替バルブの閉時間が圧力パルスのパルス持続時間を規定する。

加圧ガス源によって、好適には周期的に発生される圧力パルスのパルス繰り返し数（パルス周波数）は、好適には０．１Ｈｚから２００Ｈｚの範囲であり、特には１Ｈｚから５０Ｈｚの範囲である。パルス周波数に加えて、加圧ガス源によって発生される圧力パルスのパルス持続時間及び／又は振幅も好適には調節が可能である。所望のパルス周波数、パルス持続時間及びパルス振幅を設定するために、好適には、装置はプッシュボタン又は回転式制御ボタンを備えた適切な入力手段を備え、その入力手段によって、圧力パルスの所望のパラメータをオペレータは入力することができ、それに応じて制御ユニットによって設定することができる。最小値と最大値の間で圧力パルスのパルス繰り返し数（パルス周波数）を設定可能とするために、最小位置と最大位置の間で好適には無段階に調節可能な回転式制御ボタンが特にパルス周波数を設定する目的で設けられている。この回転式制御ボタンを使用することで、オペレータは、例えば、泡立て工程の開始時に所望の泡の特質を選択でき、回転式制御ボタンの手段によってこの特質を設定することができる。しかし、設定が完了していても、泡立て工程中にその設定を変更すること、特に再調節することができるため、特殊な要求に合わせた泡の品質と特質を生み出すことが可能である。

泡立て工程中に所望の液体温度を維持するため、装置は好適には液体及び形成された液体の泡の温度を測定するための温度センサを備えている。この温度センサは制御ユニットに接続されている。加えて蒸気バルブが蒸気パイプに設置されており、この蒸気バルブも制御ユニットに接続されており、制御ユニットによって開閉される。オペレータが指定した製品温度（液体温度又は液体の泡の温度）を温度センサが測定すると直ちに蒸気パイプの蒸気バルブが閉じられ、同時に圧力パルスのポンプ手段内への導入が停止される。このため、オプションで加圧ガス源に設置された切替バルブは閉じられ、及び／又は加圧ガス源のコンプレッサはスイッチが切られる。

蒸気や液体が加圧ガス源に入るのを防止するため、チェックバルブが好適には加圧ガスパイプに設置され、加圧ガスのみを加圧ガス源からポンプ手段に通過させることを可能にするが、反対方向への蒸気流は防止する。

使用するコンプレッサ性能で加圧ガスパイプを通ってポンプ手段内に送られるガスの圧力はコンプレッサからポンプ手段に繋がる流路の流れ抵抗に依存するため、この流れ抵抗を所定値に設定できるよう、加圧ガスパイプにスロットルバルブを設置することが推奨される。この最も単純な場合には、一定の流れ抵抗のスロットルバルブが使用できる。可変流れ抵抗を有するスロットルバルブはポンプ手段に送られるガスの圧力を調節するための更なる自由度を提供する。

さらに、圧力パルスに圧力オフセット、すなわち、周囲環境の空気圧よりも大きな継続的なベース圧力を提供することも可能である。加圧ガス源の制御可能な切替バルブが閉じられる時間（期間）中に、加圧ガス源は加圧ガスを加圧ガスパイプに供給し、その加圧ガスの圧力はオフセット圧力に対応する。圧力オフセットを、例えば、切替バルブを制御可能なスロットルバルブの形態に構成することによって発生させることができ、加圧ガス源が所定のオフッセット圧力で加圧ガスを輸送している間、その切替バルブは完全には閉じられず、その結果、加圧ガス源のコンプレッサによって発生される加圧ガスは減少した圧力でスロットルバルブを流れることができ、よって、圧力オフセットを発生させることができる。続いて切替バルブがその後のサイクル（すなわち、言い換えれば、圧力パルスの後の期間）で完全に開かれると、加圧ガスはコンプレッサによって発生される全圧力で切替バルブを通って流れることができ、それによって、オフセット圧力よりも高い圧力振幅を有した圧力パルスを発生させることができる。

加圧ガス源によって加圧ガスパイプに供給される加圧ガスの圧力プロファイルは、所定の周波数と期間を有して厳格に周期的なものにすることができ、特に方形波又は正弦波にすることができる。しかし、圧力パルスを不規則に発生させ、加圧ガスパイプ内に供給することもできる。

本発明のこれら並びにその他の利点は、添付の図面に言及して以下で詳細に説明されている実施例から理解されるであろう。

図１は切替バルブによって加圧ガス源により送られる圧力を制御するためのユニットを備えた本発明の第１実施例である。 図２は、切替バルブによって加圧ガス源により送られる圧力を制御するためのユニットを備えた本発明の第２実施例である。 図３は、蒸気／ガス混合物を発生させるための加熱ユニットを備えた本発明の第３実施例である。 図４は、図３で示す装置の加熱ユニットの長手断面（図４ａ）と平面Ｂ−Ｂを通る断面（図４ｂ）の詳細図である。 図５は、第１モードの作動（図５ａ）と第２モードの作動（図５ｂ）で加圧ガス源によって送られる圧力の経時的動向である。

図１が示すように、本発明の装置の第１実施例は、蒸気発生器１と、その蒸気発生器から延びる蒸気パイプ６と、加圧ガス源２と、その加圧ガス源から延びる加圧ガスパイプ４と、ポンプパイプ３ａ及び泡立ての対象である液体１０内に蒸気／ガス混合物を輸送するために前記ポンプパイプの端部に設置されているノズル３ｂの形態であるポンプ手段３とを備える。容器１１に入れられた液体１０は、特に、ミルク等である飲料又はミルク含有飲料であり得る。液体１０を泡立てるために、ノズル３ｂが設置されているポンプパイプ３ａの開口端は液体１０内に沈められる。蒸気パイプ６を介して、蒸気発生器１内に発生された蒸気がポンプ手段３に供給され、加圧ガスパイプ４を介して、加圧ガス源２内で圧縮されているガスがポンプ手段３内に送り込まれ、それによって蒸気／ガス混合物をポンプ手段内に発生させ、その蒸気／ガス混合物はポンプパイプ３ａを介して液体１０内に供給される。

蒸気パイプ６及び加圧ガスパイプ４は分岐パイプジョイント１２にて相互に接続されており、ポンプパイプ３ａは分岐パイプジョイント１２からノズル３ｂの方向に延びている。加圧ガス源２は、コンプレッサ２ａと、ソレノイドバルブ２ｂの形態の電気的に制御可能な切替バルブとを備えており、このソレノイドバルブは、コンプレッサ２ａと、加圧ガス源２の出力から分岐パイプジョイント１２に導く加圧ガスパイプ４との間に配置されている。ガス輸送パイプ１３を介して、ガスはコンプレッサ２ａに低圧で送られる。コンプレッサ２ａは送られたガスを圧縮し、加圧ガスパイプ４を介してガスを加圧して排出する。そのガスは好適には空気であるが、他のガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）又は窒素（Ｎ_２）又はガス混合物などであってもよい。好適には、コンプレッサ２ａはガス輸送パイプ１３を介して周囲環境から空気を引き込む。

加圧ガスパイプ４において、チェックバルブ５とスロットルバルブ（絞り弁）１４が、加圧ガス源２と分岐パイプジョイント１２との間に配置される。加圧ガスパイプ４内の圧力が降下した場合は、チェックバルブ５が、蒸気パイプ６からの蒸気又は容器１１からの液体１０が加圧ガス源２に侵入することを防止する。好適にはチェックバルブ５と分岐パイプジョイント１２との間に配置されるスロットルバルブ１４は、コンプレッサ２ａとスロットルバルブ１４との間の加圧ガスパイプ４の部分において、規定された圧力がコンプレッサ２ａによって形成されることを確実にする。最も単純な場合には、スロットルバルブ１４は一定の流れ抵抗を有することができる。しかしながら、そのバルブは制御可能なバルブの形態としても構成することができ、その流れ抵抗は所望の値に設定でき、必要なら変更することもできる。

蒸気発生器１と分岐パイプジョイント１２との間の蒸気パイプ６には、ソレノイドバルブの形態で構成することも可能である電気的に制御可能な蒸気バルブ７が配置される。蒸気バルブ７、ソレノイドバルブ２ｂ及びコンプレッサ２ａは、それらに関連する制御ラインを介して接続される電気制御ユニット９によって制御される。制御ユニット９は、ユーザとの交信のために、キー、回転式ボタン、及びタッチスクリーンであってもよいディスプレイの形態であるヒューマンマシーンインターフェースを含んでいる。このインターフェースを介してユーザは制御コマンドを入力し、表示された稼働状況とエラーメッセージを読むことができる。

ポンプ手段３の開口端には、液体内に沈められ、好適にはノズル３ｂに設置される温度センサ８であって、液体１０の温度を測定し、その温度を、測定リード線を介して制御ユニット９に送信する温度センサ８が取り付けられている。この制御ユニットによって制御される蒸気発生器１に制御ユニット９から繋がる追加の制御ライン、及び、制御可能なスロットルバルブ１４が使用される場合に、制御ユニット９からスロットルバルブ１４に繋がる制御ラインは、図１には示されていない。

本発明の装置を稼働するために、蒸気発生器１が始動すると、蒸気バルブ７が制御ユニット９によって開かれ、同時に加圧ガス源２が駆動される。蒸気発生器１によって発生される蒸気は蒸気パイプ６を通過して分岐パイプジョイント１２に送られる。この分岐パイプジョイントにて、蒸気と、コンプレッサ２ａから排出され、制御ユニット９により制御されるソレノイドバルブ２ｂを通り、加圧ガスパイプ４を通って流れ、チェックバルブ５及びスロットルバルブ１４を通過し、分岐パイプジョイント１２に到達する加圧空気とが混合される。そこから、蒸気／空気混合物はポンプパイプ３ａを通ってノズル３ｂに流れ、そこで液体１０に入り、液体１０を泡立てる。

、ソレノイドバルブ２ｂは蒸気バルブ７が開かれる時点で始動し、周期的に連続的に開閉されるように制御ユニット９によって作動され、加圧ガスパイプ４内の圧力は図５ａで概略的に示すように経時的に変動して交互に繰り返す。同時に、所定の振幅ｐ０、パルス持続時間ｔ０、周波数ｆ及び周期１／ｆを有する個別の圧力パルスｐの列が発生される。振幅ｐ０はコンプレッサ２ａによって発生される圧力とスロットルバルブ１４の作用とによって予め規定される。所望の振幅ｐ０を設定するため、コンプレッサ２ａはユーザによる入力に従って制御ユニット９によって作動される。スロットルバルブ１４を制御できる場合、振幅ｐ０を設定することに関する追加の自由度が提供される。２つの連続する圧力パルスの間では、図５ａの図で示される動作モードでの圧力はゼロである。すなわち、切替バルブ２ｂは完全に閉じられているので加圧ガス源２は加圧ガスを輸送しない。

図５ａで示す動作モードとは異なり、圧力パルスの圧力プロファイルによって図５ｂのグラフで概略的に図示されている動作モードにおいて、圧力オフセットｐ１が提供されており、それは加圧ガスパイプ４に継続的に存在しており、すなわち加圧ガス源２は圧力オフセットｐ１に等しい所定の圧力振幅を備えた加圧ガスを継続的に発生させる。この圧力オフセットｐ１に対して、好適には周期的に発生される圧力パルスが、図５ｂで概略的に示されるようにパルス振幅ｐ０で適用される。圧力パルスが発生されている間、加圧ガス源は総圧力振幅ｐ０＋ｐ１である圧縮ガスの圧力パルスを発生させる。例えば、切替バルブ２ｂが完全には閉じておらず、わずかに開いている場合に、２つの連続する圧力パルスの間に圧力オフセットｐ１を発生させることができ、コンプレッサ２ａによって発生される加圧ガスを加圧ガスパイプ４内に（減圧状態で）流すことができる。この動作モードでは、切替バルブ２ａはスロットルバルブとして作動し、言い換えると圧力補償流体制御バルブとして作動する。ここでは圧力オフセットｐ１の圧力振幅は切替バルブ２ｂの開位置によって決定される。

別例として、圧力オフセットｐ１を、加圧ガスパイプ４におけるバイパスによって発生させることもでき、バイパスは切替バルブ２ｂを迂回し、バイパスはバイパス内の流路断面積を減少させ好適にはバイパス内の流路断面積を調整できる好適には制御可能なスロットルバルブを含む。

制御ユニット９はパルス持続時間ｔ０とパルス周波数ｆを、ユーザ入力に従って、ソレノイドバルブ２ｂを作動することで互いに独立して設定し、デューティサイクル、すなわち周期１／ｆに対するパルス持続時間ｔ０の比を同様に変えることができることが保証される。よって、全部で４つのパラメータが利用可能になる。すなわち、周波数ｆ、振幅ｐ０、パルス持続時間ｔ０及び圧力オフセットｐ１が利用可能であり、それら全ては相互に独立して変更することができ、泡立て工程の結果を最適化でき、装置が作動中であっても、進行中の泡立て工程に応じてこれらのパラメータを好適に変更する可能性をユーザに提供できる。図５に示される圧力パルスの圧力プロファイルｐ（ｔ）は、圧力パルスｐの実際の上昇及び下降傾斜が制限されている限りにおいて、圧力パルスｐは厳密な長方形にはなり得ず、概略的であり、理想化されたものである。

温度センサ８によって測定された信号は泡立て工程が完了した指標として機能する。液体１０に供給される蒸気は液体を温める。従って、所定の温度閾値に到達すると泡立て工程は停止する。このことは、使用される液体１０がミルクである場合に特に有用である。なぜなら、ミルクのタンパク質の凝固によって特定の温度で泡の発生が停止するからである。この場合には、制御ユニット９は、温度センサ８が所定の温度閾値に到達すると直ちにソレノイドバルブ２ｂと蒸気バルブ７との両方を同時に閉じる。

図２に示す本発明の第２実施例は図１に示す第１実施例とは異なり、切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）はコンプレッサ２ａと加圧ガスパイプ４との間で加圧ガス源２の出力に直列には接続されておらず、その代りに、分岐パイプジョイント２ｃがコンプレッサ２ａと加圧ガスパイプ４との間で加圧ガス源２の出力に設置されており、この分岐パイプジョイントは切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）のポートに連結されている。切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）の他方のポートは周囲環境内に延びている。その他の点で、装置の構成は第１実施例のものとは異ならず、図２で示す装置の要素は図１のものと同じ参照番号で指定されている。

図１で示される第１実施例において切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）を閉じることは加圧ガスパイプ４内の圧力降下を招き、すなわち、切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）は圧力パルスｐの間は開いており、２つの圧力パルスｐの間のインターバルでは閉じているということを意味し、第２実施例においては正にその逆関係になる。なぜなら開いた切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）のために、分岐パイプジョイント２ｃは周囲環境に直接接続され、それは加圧ガスパイプ４内の圧力の降下を招くからである。よって、第２実施例では、制御ユニット９は切替バルブ（ソレノイドバルブ２ｂ）を逆順序で駆動しなければならない。

図３は本発明の第３実施例を示しており、第３実施例において、蒸気／ガス混合物を液体内に送るためのポンプ手段は加熱ユニット３０であり、そこで蒸気／ガス混合物、特に蒸気／空気混合物が発生され、蒸気／ガス混合物は、加熱ユニット３０内の蒸気／ガス混合物を液体内に導入するために、加熱・泡立て対象の液体に供給される。

図４に詳細に示される加熱ユニット３０は、プラスチック製、特にＰＥＥＫ、ＰＳＵ又はＰＥＩ製のリアクタブロック３４を備え、リアクタブロック３４は長手中心軸Ａを有した本質的に筒状である。このリアクタブロック３４内には、内側蒸気チャネル（内側蒸気流路）３１と、内側蒸気チャネルを全長に沿って同軸的に包囲する外側環状チャネル３２と、蒸気チャネル３１に対して同軸に設置されているドレイン（排液）チャネル３３とが形成されている。蒸気チャネル３１はリアクタブロック３４内の前面開口部３４ａによって形成される上流端部３１ａを有している。さらに、内側蒸気チャネル３１は、ドレインチャネル３３内で開いており、蒸気チャネル３１から下流方向に同軸に延びている下流端部３１ｂも有している。ドレインチャネル３３はリアクタブロック３４の前面開口部３４ｂ内まで延びている。ドレインチャネル３３の直径は蒸気チャネル３１の直径よりも大きく、例えば２倍の大きさである。

蒸気チャネル３１の上流端部３１ａの領域には接続ポート４３が配置されている。この接続ポート４３を介して、内側蒸気チャネル３１を蒸気／空気混合物を供給するための蒸気輸送パイプ６（図５では非図示）に接続することができる。ドレインチャネル３３の下流端部には、ドレインパイプ４５を接続するための追加の接続ポート４４が配置されている。

内側蒸気チャネル３１を同軸的に包囲する外側環状チャネル３２も、上流端部３２ａと下流端部３２ｂとを有している。上流端部３２ａでは、外側環状チャネル３２はリアクタブロック３４のラジアルボア（半径方向穴）３５に接続されている（図４ｂに図示）。図４ｂが示すように、上流端部３２ａではラジアルボア３５は環状チャネル３２内に向けて接線方向に開口している。ラジアルボア３５には追加の接続ポート４６が配置されている。この接続ポート４６を介して、ラジアルボア３５を、温められて泡立てられる液体のための輸送パイプ（図４では非図示）に接続することができる。この輸送パイプを介して、例えば（冷たい）ミルクをラジアルボア３５内に導入することができ、ミルクをラジアルボア３５から外側環状チャネル３２に導入することができ、そのミルクが加熱ユニット３０で温められて泡立てられる。以降、加熱ユニット３０内で温められて泡立てられる液体はミルクであると想定する。

図４で示されるように、下流端部３２ｂの領域では、外側環状チャネル３２は円錐部３２ｃを有する。この円錐部３２ｃでは、環状チャネル３２の外径はドレインチャネル３３の直径Ｄにまで円錐状に減少されるが、そのチャネルの直径は同じままである。円錐部３２ｃがドレインチャネル３３の直径Ｄに対応する外径を有する外側環状チャネルの下流端部３２ｂで、環状チャネル３２はドレインチャネル３３内に開口している。内側蒸気チャネル３１と外側環状チャネル３２の両方がドレインチャネル３３内に開口している領域では、蒸気チャネル３１を通って輸送される蒸気／空気混合物が、外側環状チャネル３２を通って輸送されるミルクと混合される。温められた蒸気／空気混合物をミルクと混合することで、ミルクは温められて泡立てられ、ミルクフォームを発生させる。

温められたか、又は泡立てられたミルクの温度を測定するため、温度センサ３６は、好適にはドレインチャネル３３の下流領域内に配置される。温度センサ３６はドレインチャネル３３内に開いたラジアルボア４７内に設置される。

上述した加熱ユニット３０を備えた図３に示す装置において、加熱ユニット３０の蒸気チャネル３１の上流端部３１ａは輸送パイプ４２に接続されている。好適にはチェックバルブ４２ａが設置されている輸送パイプ４２は、加熱ユニット３０を蒸気／空気混合物を発生させるシステム５０に接続する。蒸気／空気混合物を発生させるシステム５０は、蒸気発生器１と、コンプレッサ２ａ及びスイッチバルブ２ｂを有した加圧ガス源２とを備えている。蒸気発生器１は蒸気パイプ６を介して輸送パイプ４２に接続されており、加圧ガス源２は加圧ガスパイプ４を介して輸送パイプ４２に接続されている。好適には加圧ガス源２は加圧ガスパイプ４に設置されている電気的に制御可能な切替バルブ２ｂ（例えば、ソレノイドバルブ）を備える。加えて、加圧ガスパイプ４には、チェックバルブ１９と、制御可能なスロットルバルブ２０も設置されている。電気的に制御可能な切替バルブ（例えば、ソレノイドバルブ）１８も蒸気パイプ６に設置されている。

図３で示す装置では、加熱ユニット３０の環状チャネル３２の上流端部３２ａはミルクパイプ４１に接続されている。ミルクパイプ４１の自由端はディップ（浸沈）チューブの形態に構成されており、冷たいミルクを収容した容器２２内に浸されている。ミルクパイプ４１には、チェックバルブ４１ａ、ポンプ２１及び制御可能なスロットルバルブ４１ｂが設置されている。ポンプ２１を使用することで、冷たいミルクを容器２２からディップチューブを介してミルクパイプ４１内に吸い上げることができ、冷たいミルクはそこから加熱ユニット３０の環状チャネル３２内に輸送される。取り出されたミルクの温度を測定するため、好適には温度センサ２３がミルクパイプ４１に設置される。

加熱ユニット３０のドレインチャネル３３の下流端部にはドレインパイプ４５が接続されている。ドレインパイプ４５の自由端は容器２４内に開口している。図３の実施例において、ミルクフォームである、加熱ユニット３０内で形成される泡生成物は、ドレインパイプ４５を介して容器２４内に輸送される。

図３に示す装置を制御するために制御ユニット２５が設けられている。制御ユニット２５は、冷たいミルクと形成された泡生成物（加熱されたミルクフォーム）の温度を測定する温度センサ３６と２３に接続される。さらに、バルブ１８と２ｂを制御するための制御ユニット２５は、これらの切替バルブを開閉するために、それぞれ蒸気パイプ６と加圧ガスパイプ４に設置される。制御ユニット２５はミルクパイプ４１のポンプ２１を制御するようにも機能する。

図３で示す装置の実施例では、加圧ガス源２は加圧ガスパイプ４を介して圧縮ガスの圧力パルスを加熱ユニット３０内に送るが、その圧力パルスは切替バルブ２ｂによって発生される。この目的を達成するため、加圧ガス源２は、ガス、特に空気を圧縮して加圧ガス（加圧空気）を生成し、それを加圧ガスパイプ４に供給するコンプレッサ１９を備える。図１と図２で示す本発明の実施例のように、加圧ガス源２は、切替バルブ２ａが交互に（好適には所定の周波数で周期的に）開閉し、圧縮ガスの圧力パルスを発生させるように構成されており、それらパルスは加圧ガスパイプ４を介して輸送パイプ１２内に導入される。好適には、加圧ガス源２の切替バルブ２ｂは、パルス幅変調により制御ユニット２５によって作動され得る。

加圧ガス源２の圧力パルスは、好適には、調節可能な周波数で、加圧ガスパイプ４を介し、制御可能なスロットルバルブ２０を通過して輸送パイプ４２に周期的に導入される。輸送パイプ４２において、加圧ガス（特に加圧空気）のパルスは、蒸気源１から蒸気パイプ６を介して輸送パイプ４２内に導入される高温蒸気と混合され、パルス状の蒸気／空気混合物を輸送パイプ４２内に発生させる。パルス状の蒸気／空気混合物は輸送パイプ４２を介して加熱ユニット３０の内側蒸気チャネル３１内に供給され、そこからドレインチャネル３３内に流入する。ドレインチャネル３３において、蒸気／空気混合物のパルスは、外側環状チャネル３２を介して加熱ユニット３０内に供給される冷たいミルクと混合され、ミルクを温め泡立ててミルクフォームを形成する。このように形成された泡生成物（ミルクフォーム）はドレインチャネル３３を介してドレインパイプ４５に輸送され、そこから容器２４に輸送される。

加圧ガス源２によって発生される、周波数ｆや振幅ｐ０などの圧力パルスのパラメータを設定することで、加熱ユニット３０内に生成されるミルクフォームの構成に影響を及ぼしてカスタマイズすることが可能である。圧力パルスの周波数ｆと振幅ｐ０を所望の値に設定できるようにするために、制御ユニット２５は、例えば回転式制御ボタンやプッシュボタンなどの設定手段を備え、その設定手段によって、圧力パルスの周波数及び／又は振幅を好適には最小値と最大値との間で無段式に調節することができる。圧力パルスの振幅は制御可能なスロットルバルブ２０の位置によって制御できる。圧力パルスの周期又は周波数ｆは切替バルブ２ｂを作動することで調節できる。

本発明は図面に示す実施例には限定されない。従って、空気の含有酸素の酸化効果が泡の発生の妨害をするなら、又は、仕上がり泡の特性に悪影響を及ぼすなら、大気（周囲空気）の代わりに別のガス、例えば、窒素のような不活性ガスを使用することができる。泡立てられる液体のタイプによっては、使用されるガスは二酸化炭素であってもよい。この場合には、コンプレッサ２ａは必要ない。なぜなら、技術的にガスは高圧で圧力タンク内に保存できるからである。コンプレッサの代わりに、ガスの圧力を保存タンク内での支配的な圧力から加圧ガスパイプ４内に要求される値にまで、すなわち、圧力パルスｐの所望の振幅ｐ０にまで減圧させるための減圧弁が使用されなければならないであろう。よって、圧力パルスｐを発生させるために、例えば、図１と図３に示す第１実施例及び第３実施例で説明したような制御可能なソレノイドバルブ２ｂが圧力パルスを発生させるために利用されなければならない。

さらに、圧力パルスの圧力プロファイルは図５のものとは異なっていてもよい。よって、例えば、一定の所定の周波数ｆの圧力パルスｐを周期的に発生させず、代わりに非周期的にそれらを発生させることが可能である。さらに、異なるパルス持続時間ｔ０及び連続する複数の圧力パルスｐ間の異なる時間インターバルを選択することができる。さらに、振幅ｐ０のプロファイルは図５で示すように一定である必要がなく、泡立て工程中に、例えば、制御可能な流れ抵抗を備えたスロットルバルブ１４を制御することによって変化させることもできる。

本発明は、液体、特に飲料を温めて（熱して）泡立てる装置に関する。本発明はまた、液体を温めて泡立てる方法にも関する。この装置と方法は、特に、例えば、カプチーノ、ラテマキアート又はココア飲料などの温かいミルク含有飲料を準備するために、ミルクを温めて泡立てるために利用することができる。

Claims (36)

1. 液体、特に飲料を温めて泡立てるための装置であって、蒸気発生器（１）と、加圧ガス源（２）と、前記蒸気発生器（１）及び前記加圧ガス源（２）に接続され、前記液体内に蒸気／ガス混合物を輸送するためのポンプ手段（３、３０）と、を備え、前記加圧ガス源（２）は圧力パルス（ｐ）を発生させる制御可能な切替バルブ（２ｂ）を備えることを特徴とする装置。
2. 前記加圧ガス源（２）は、コンプレッサ（２ａ）、特にレシプロピストンコンプレッサを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記切替バルブ（２ｂ）はソレノイドバルブ（２ｂ）の形態、特にパルス幅変調によって作動されるソレノイドバルブの形態で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 前記切替バルブ（２ｂ）は前記加圧ガス源（２）の出力に前記コンプレッサ（２ａ）と直列に設置されているか、又は、前記加圧ガス源（２）の出力に設置されている分岐パイプジョイント（２ｃ）から周囲環境につながっていることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記加圧ガス源（２）の前記切替バルブ（２ｂ）はパルス幅変調によって作動されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記加圧ガス源（２）は調節可能なパルス周波数（ｆ）を備えた圧力パルス（ｐ）を発生することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記圧力パルスのパルス周波数（ｆ）は０．１Ｈｚから２００Ｈｚの範囲であり、特に１Ｈｚから５０Ｈｚの範囲であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記加圧ガス源（２）によって発生される前記圧力パルス（ｐ）のパルス周波数（ｆ）及び／又はパルス持続時間（ｔ０）及び／又は振幅（ｐ０）は調節可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記ポンプ手段（３）は加圧ガスパイプ（４）を介して前記加圧ガス源（２）の出力に接続されており、前記ポンプ手段（３）は蒸気パイプ（６）を介して前記蒸気発生器（１）に接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記ポンプ手段（３）は蒸気／空気混合物を発生させるためのシステム（５０）に輸送パイプ（４２）を介して接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. チェックバルブ（５）及び／又は一定若しくは調節可能な流れ抵抗を備えたスロットルバルブ（１４、２０）が前記加圧ガスパイプ（４）に設置されていることを特徴とする請求項９記載の装置。
12. チェックバブル（４２ａ）及び／又は一定若しくは調節可能な流れ抵抗を備えたスロットルバルブ（２０）が前記輸送パイプ（４２）に設置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 蒸気バルブ（７）が前記蒸気パイプ（６）に設置されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記蒸気発生器（１）又は前記蒸気バルブ（７）及び／又は前記加圧ガス源（２）の前記切替バルブ（２ｂ）に接続されている制御ユニット（９）を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記液体内に蒸気／ガス混合物を輸送するための前記ポンプ手段（３、３０）は、パルス状の蒸気／ガス混合物及び温められて泡立てられる液体が供給され、前記蒸気／ガス混合物のパルスを前記液体内に導入する加熱ユニット（３０）によって形成されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記加熱ユニット（３０）は、内側蒸気チャネル（３１）と、この内側蒸気チャネルを同軸的に包囲する、泡立て対象の液体のための外側環状チャネル（３２）とを備え、蒸気／空気混合物は前記蒸気チャネル（３１）の上流端部（３１ａ）にて送り込まれ、前記液体は前記環状チャネル（３２）の上流端部（３２ａ）にて供給されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 前記蒸気チャネル（３１）と前記環状チャネル（３２）の両方の下流端部（３１ｂ、３２ｂ）は、温められて泡立てられた液体を排出するためのドレインチャネル（３３）内に開口していることを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. 前記蒸気チャネル（３１）、前記環状チャネル（３２）及び前記ドレインチャネル（３３）はプラスチック製のリアクタブロック（３４）内に形成されていることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記リアクタブロック（３４）内の前記蒸気チャネル（３１）は軸方向に延びており、前記蒸気チャネル（３１）の前記上流端部（３１ａ）は輸送パイプ（４２）に接続されており、蒸気／空気混合物は前記輸送パイプを通って前記蒸気チャネル（３１）の前記下流端部（３１ｂ）に向けて底部から上部に重力に逆らって前記蒸気チャネル（３１）に送り込まれることを特徴とする請求項１８記載の装置。
20. 前記リアクタブロック（３４）は長手中央軸（Ａ）を備えた少なくとも本質的に筒形状を有しており、前記蒸気チャネル（３１）及び前記ドレインチャネル（３３）は前記リアクタブロック（３４）の前記長手中央軸（Ａ）に沿って延びており、前記環状チャネル（３２）は前記リアクタブロック（３４）の前記長手中央軸（Ａ）に対して同軸的に配置されており、前記環状チャネル（３２）は前記蒸気チャネル（３１）をその全長に沿って同軸的に包囲していることを特徴とする請求項１８又は１９記載の装置。
21. 前記蒸気チャネル（３１）の前記上流端部（３１ａ）は前記リアクタブロック（３４）内の前面開口部（３４ａ）によって形成されていることを特徴とする請求項１６から２０のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記環状チャネル（３２）の前記上流端部（３２ａ）は、前記リアクタブロック（３４）内で前記環状チャネル（３２）の前記長手軸に対して横断方向又は斜め方向に延びるラジアルボア（３５）に接続されており、前記ラジアルボア（３５）は液体のためのパイプ、特にミルクパイプ（４１）に接続されていることを特徴とする請求項１６から２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記ラジアルボア（３５）は前記環状チャネル（３２）内に向けて接線方向に開口していることを特徴とする請求項２２記載の装置。
24. その下流端部（３２ｂ）において、前記環状チャネル（３２）は前記ドレインチャネル（３３）内に開口する円錐部（３２ｃ）を有していることを特徴とする請求項１５から２３のいずれか１項に記載の装置。
25. 下流方向において、前記環状チャネル（３２）の前記円錐部（３２ｃ）はチューブ状の前記ドレインチャネル（３３）に一体化することを特徴とする請求項２４記載の装置。
26. 前記リアクタブロック（３４）の上端部に前面開口部（３４ｂ）を備え、前記前面開口部は、温められて泡立てられた液体を前記ドレインチャネル（３３）から排出するための出口を形成し、且つ、ドレインパイプ（４５）に接続されていることを特徴とする請求項１６から２５のいずれか１項に記載の装置。
27. それらの下流端部（３１ｂ、３２ｂ）を除いて、前記蒸気チャネル（３１）と前記環状チャネル（３２）とは互いから分離されていることを特徴とする請求項１５から２６のいずれか１項に記載の装置。
28. 温められた液体の温度を測定するための温度センサ（３６）が前記ドレインチャネル（３３）に設置されていることを特徴とする請求項１５から２７のいずれか１項に記載の装置。
29. 前記蒸気チャネル（３１）の前記上流端部（３１ａ）は蒸気／空気混合物を輸送するための輸送パイプ（４２）に接続されており、前記環状チャネル（３２）の前記上流端部（３２ａ）は液体を輸送するためのパイプ、特にミルクパイプ（４１）に接続されていることを特徴とする請求項１５から２８のいずれか１項に記載の装置。
30. 蒸気／空気混合物を発生させるための手段（２０）を備え、前記手段は前記蒸気発生器（１）と前記加圧ガス源（２）とを備え、前記蒸気発生器と前記加圧ガス源の両方とも前記輸送パイプ（４２）に接続されており、前記蒸気発生器（１）は前記輸送パイプ（４２）に蒸気を供給し、前記加圧ガス源（２）は圧力パルスを生成し、その圧力パルスを前記輸送パイプ（４２）内に送り込むことを特徴とする請求項２９記載の装置。
31. 液体、特に飲料を温めて泡立てるための方法であって、蒸気／ガス混合物がポンプ手段（３）によって前記液体内に供給され、前記蒸気／ガス混合物を発生させるために、蒸気と圧縮ガスとが前記ポンプ手段（３）内に供給される、方法において、コンプレッサ（２ａ）と制御可能な切替バルブ（２ｂ）とを備える加圧ガス源（２）において、圧縮ガスは前記ポンプ手段（３）に周期的に供給される圧力パルス（ｐ）を発生させることを特徴とする方法。
32. 前記コンプレッサ（２ａ）は継続的に加圧下で加圧ガスを発生させ、このガスを切替バルブ（２ｂ）が設置されている加圧ガスパイプ（４）内に輸送し、前記コンプレッサ（２ａ）によって生成される前記加圧ガスの圧力パルス（ｐ）を発生させるために、前記切替バルブ（２ｂ）はパルス幅変調によって作動されることを特徴とする請求項３１記載の方法。
33. 前記圧力パルス（ｐ）のパルス周波数（ｆ）及び／又はパルス持続時間（ｔ０）及び／又はパルス振幅（ｐ０）は調節可能であることを特徴とする請求項３１又は３２記載の方法。
34. 前記加圧ガス源（２）によって発生される圧力プロファイル（ｐ（ｔ））であって、前記ポンプ手段（３）に供給される前記加圧ガスの圧力プロファイル（ｐ（ｔ））は、圧力オフセット（ｐ１）を有しており、それによって、前記圧力オフセット（ｐ１）に対応する圧力の加圧ガスも、圧力パルス（ｐ）間のインターバルに、前記ポンプ手段（３）に供給されることが保証されることを特徴とする請求項３２又は３３に記載の方法。
35. 前記液体又は生成された前記液体の泡の温度は温度センサ（８、３６）の手段によって測定され、前記ポンプ手段（３）への蒸気の輸送及び前記ポンプ手段（３）への圧力パルスの導入は、前記温度センサ（８、３６）が所定の最高温度を測定すると直ぐに同時に停止されることを特徴とする請求項３１から３４のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記液体内に蒸気／ガス混合物を輸送するための前記ポンプ手段（３、３０）は、パルス状の蒸気／ガス混合物及び温められ泡立てられる液体が供給され、前記蒸気／ガス混合物のパルスを前記液体内に送り込む加熱ユニット（３０）によって形成されていることを特徴とする請求項３１から３５のいずれか１項に記載の方法。

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