JP6388597B2 - ミルク泡を生成するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を泡立てるための、好ましくはミルク泡を生成するための装置に関する。特に装置は、流体流路のインラインで泡を生成するように配置することができるように設計される。本発明の装置は、泡を生成するための起泡エネルギーとして、装置内で流体が受ける高い剪断エネルギーを用いる。

従来技術において、ミルク泡を生成するための装置が知られており、この場合、ミルクの泡立ては典型的にはバッチプロセスで行われる。例えば、ミルクを中に充填することができるリザーバを有する装置が知られている。リザーバ内の回転部分、例えばリザーバの底面に設けられたウィスクがミルクを泡立たせる。しかし、このようなミルク泡を生成する装置は、同時に、すなわち１回のバッチプロセスで、所定量のミルク泡しか生成することができない。その後、次回のバッチプロセスを開始することができるようになる前に、装置を空にして、好ましくは清掃し、再びミルクを充填する必要がある。さらに、このような装置は、流体流路に、したがって例えばミルク又はその他の飲料を製造又は提供する装置にインラインで実装することができない。

さらに、従来技術は、泡立たせるために、リザーバに充填されたミルクに熱蒸気を注入する装置を含む。しかし、このような装置は、例えば飲料製造装置の流体流路にインラインで用いることができない。

上述の従来技術の装置の場合、ミルクの泡立ちに影響を与える因子は、例えば、ウィスクのような回転部分の幾何学的形状、又はミルクに注入される蒸気の温度及び／又は圧力である。これらの因子は、理解するのが難しく、より複雑な装置を構築しないと正確に制御するのは容易ではない。したがって、従来技術の多くの単純な泡立て装置のミルク泡は、生成の信頼性が低い場合が多く、すなわち、体積、泡立ちレベル、泡の安定性等の泡の特性がバッチプロセス１回毎に異なる。

本発明の目標は、上述の欠点を克服すること、及び従来技術を改善することである。特に、本発明は、流体流路のインラインに実装することができる、流体を泡立てるための、好ましくはミルク泡を生成するための装置を提供するという目的を有する。さらに、本発明は、より高い信頼性で、ばらつきなく泡を生成することができる装置を提供することを所望する。したがって、泡立て効果に影響を与える因子は、より良く理解すること可能で正確な制御が容易なものでなければならない。本発明の別の目的は、長い耐用年数を有する単純で堅牢な装置を提供することである。

以下、本発明の説明をミルクの泡立ての観点で提示する。しかし、本発明は、流体としてミルクに限定されず、その他の流体、例えばチョコレート又はコーヒーにも適用することができる。したがって、ミルク泡以外のその他の泡も、本発明によって同様に達成することができる。

ミルクの泡立てのためには、ミルク及び空気の両方が図１に示されるように何らかの方式で供給されなければならない。随意に、ミルク及び／又は空気は、加熱することができる。さらに、ミルク泡を生成するために、何らかの種類の起泡エネルギーがミルク及び空気に供給されなければならない。本発明は、空気及びミルクの供給が別々に制御される、並びに、起泡エネルギーが高剪断エネルギーとして与えられる、という着想に基づくものである。高剪断エネルギーは、ミルク−空気混合物が少なくとも部分的にクエット流によって装置を通過するように装置を設計することによって達成される。

クエット流は、２つの平行な板の間の空間内の粘性流体の層流のことを指す。クエット流の基本原理を図２に示す。図２において、可動二次元境界板が静止二次元境界板に対して特定の速度ｕで運動する。２つの境界板の間に流体が存在する。可動境界板の運動が流体を動かす。２つの境界条件が流体の運動を規定する。静止境界板に直接接するところでは、流体は静止境界板における摩擦力のため全く動かない。したがって速度ｕはゼロになる。可動境界板に直接接するところでは、摩擦が、流体を可動境界板の速度ｕで動かす。

単純モデルにおいて、流体の速度ｕは、静止境界から測定した方向ｙで線形に増大する。これにより流体中に剪断応力τが生じ、これは、２つの境界板間の距離、流体の粘度、及び可動境界板の絶対速度に依存する。流体の剪断応力は、起泡エネルギーとして用いることができる剪断エネルギーをもたらす。詳細は、本発明によって説明される。

本発明は、上述の原理を、添付の独立請求項による装置によって実現する。独立請求項は、上述の従来技術の課題を解決する。本発明の更なる利点は、添付の従属請求項において展開される。

既に述べたように、本発明の主要な特徴は、ミルクと空気が２つの別個の供給回路、すなわちミルク供給回路及び空気供給回路を介して提供されることである。

したがって供給される空気及びミルクの量を別々に制御することができ、それにより泡の特性を特に良好に制御することが可能になる。

本発明の好ましい実施形態によれば、ミルク供給回路は、流量計及び調整器を有するフィードバック制御ループを含む。好ましくは、空気供給回路も同様に、流量計及び調整器、例えばＰＩＤ調整器を有するフィードバック制御ループを含む。

所望の泡特性（堅さ、粘稠度、比重等）に応じて、泡立てプロセスにおいて用いられるミルクと空気との様々な比率を選択することができ、その結果、この装置によって広範囲の異なる泡レシピを生成することができるようになる。典型的には、ミルク対空気の体積比は、３：１〜１：７の範囲とすることができる。異なるレシピに対応する異なるミルク及び空気の流量についての目標値を装置の制御ユニット内に格納し、これを用いて所望のレシピに応じて流れを調整することができる。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、ミルク泡を生成するための装置は、外側円筒と、外側円筒内に同心に配置された内側円筒と、流体入口と、流体出口とを含み、外側円筒及び内側円筒は、互いに回転可能であり、外側円筒と内側円筒との間に間隙が形成され、間隙は、流体入口と流体出口とを接続する。

例えば、外側円筒は内壁を有し、内側円筒は外壁を有し、内壁及び外壁は２つの平行な境界板を実現し、外側円筒に対する内側円筒の相対運動が、２つの平行板間の空間内でクエット流を発生させる。

あるいは、装置は、内側円筒の代わりに回転可能ウィスク又はその他の任意の回転要素を含むことができる。

図２に示す２つの境界板は、それぞれ内側円筒の外壁及外側円筒の内壁によって実現される。図２における静止境界板に対する可動境界板の運動は、外側円筒に対する内側円筒の相対運動によって引き起こされる。これら円筒は共通の回転軸を有する。図２の境界板間の距離は、間隙の幅によって定められ、そこを通って流体、好ましくはミルク及び空気が流体入口から流体出口まで流れる。それは、ミルク及び空気が好ましくは装置の流体入口に供給されることを意味する。その結果、図２で関して説明した原理に従って、ミルク−空気混合物は、間隙内で高い剪断応力を受ける。

高い剪断応力は、空気及びミルクのエマルジョンをもたらす。エマルジョン化したミルク−空気混合物は、間隙を出るとすぐに膨張する。この膨張により、ミルク内の気泡のサイズが突然大きくなるので、泡立て効果が達成される。したがって、一般的に言えば、ミルク−空気混合物内に封じ込められた高剪断エネルギーを用いて、ミルク泡の生成に必要な起泡エネルギーが提供される。

この装置は、ミルクが流体入口に流入して間隙を通り、流体出口から流出することができるので、ミルクの流路にインラインで配置することができるように設計されている。したがって、この装置は、ミルクをリザーバから連続的に受け入れてミルク泡に変換するのに適している。

ミルク泡の特性に影響を与える因子は、例えば、間隙の幅、円筒の互いに対する接線速度、円筒表面、及びミルクが剪断応力を受ける時間、すなわち装置内に滞留する時間である。このようなパラメータは、理解するのが容易であり、精密に制御することができる。そのうえ、この装置は、どちらかといえば単純に設計することができるが、それでもなお非常に信頼性の高い結果をもたらすことができる。

間隙の幅は、例えば内側円筒及び外側円筒の半径方向に０．２〜１．０ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．３〜０．６ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。

上述の通り、装置内でミルク−空気混合物が受ける剪断応力は、２つの円筒の壁の間に形成される間隙の幅に大きく依存する。ここで間隙の直径は、ミルクの最適な泡立て効果を生じさせる剪断応力が達成されるように選択される。それは、例えば、その泡立て効果が最適な特性を有するミルク泡をもたらすことを意味する。泡の特性に言及する場合、本発明は、例えば、所望の体積、泡の良好な安定性、及び／又は十分な泡立ちレベルの意と解するものとする。安定性は、ミルク泡が安定である、すなわち実質的にその体積を保持する時間量により定義される。泡立ちレベルは、流体出口から注出されるミルク泡の体積に対する流体入口に供給されるミルクの体積の比によって定義される。

流体出口は空隙の幅より大きい直径を有することが好ましく、２〜１０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

流体出口を間隙の幅に比べて広くすることで、２つの円筒の相対運動の結果として得られる高剪断応力によって生成されるミルク−空気エマルジョンの膨張がもたらされる。膨張は、ミルク−空気混合物内の気泡のサイズを増大させ、それにより泡立て効果を生じさせる。流体出口の好ましい直径は、最適な特性のミルク泡を達成する膨張を生じさせる。

回転円筒を用いる実施形態の場合、内側円筒は、より大きい直径を有する第１の部分と、より小さい直径を有する第２の部分とを含むことができ、間隙は、内側円筒の第１の部分と外側円筒との間に形成され、チャンバが、内側円筒の第２の部分と外側円筒との間に形成される。

２つの円筒間の片寄りは、ミルク−空気混合物が高剪断応力を受ける２つの円筒間の第１の区域（この場合は間隙）と、ミルク−空気混合物が低剪断応力を受ける２つの円筒間の第２の区域（この場合はチャンバ）とを作り出す。高剪断区域は、ミルク−空気混合物のエマルジョン化のために用いられ、他方、低剪断区域は、エマルジョンの膨張のために用いられる。これにより、２つの同心円筒間に泡立て効果を生じさせることができる。さらに、流体出口が２つの円筒間のチャンバよりもさらに直径が大きければ、さらなる膨張及び泡立て効果が生じ得る。装置は、そのように設計することもできるし、チャンバの直径を調節可能にするような手段を装置に設けることもできる。このように、泡立て効果及びミルク泡の特性を制御及び調節することができる。

好ましくは、ウィスク又はその他の回転要素ではなく回転円筒を用いる実施形態の場合、チャンバは、内側円筒及び外側円筒の半径方向に２〜１０ｍｍの範囲の幅を有する。

チャンバ幅の好ましい値により、最適な泡特性を装置内で達成することができる。

装置は、回転要素を外側円筒に対して回転させるためのモータをさらに含むことが好ましい。

モータは、内側円筒を外側円筒に対して４０００〜８０００ｒｐｍの範囲の回転速度で回転させるように構成されることが好ましい。

回転要素と周囲の壁との間の剪断応力は、運動速度、すなわち相対回転速度に依存する。回転速度の好ましい値が、最良の泡立て効果を生じさせることを見いだした。それは、生成されたミルク泡が最適特性を有することを意味する。

好ましくは、モータは、少なくとも１つの第１の磁石を含むヘッド部分が設けられたシャフトを含み、回転要素は、少なくとも１つの第２の磁石を含み、少なくとも１つの第１の磁石及び少なくとも１つの第２の磁石は、モータシャフトの回転を回転要素、例えば内側円筒又はウィスクに無接触で伝達するように構成される。

回転要素が磁気的に駆動されるという事実により、シャフトは、内側円筒に機械的に接続する必要もなく、内側円筒内に挿入する必要もない。したがって、装置を回転するに際して、シャフトと、回転要素への又は回転要素内への案内部材との間に摩擦が存在しないので、装置内で生じる摩擦は小さい。摩擦が小さいと、エネルギー消費が少なくなり、装置の耐用年数が長くなる。

装置は、モータと回転要素との間に配置された不透水性の隔離要素をさらに含むことが好ましい。

回転要素とモータとの不透水性の隔離は、シャフトの回転を回転要素に磁気的結合で伝達することにより可能になる。ミルクが間隙から装置のモータが収容された部分の中に入るリスクが、ある程度回避される。したがって、モータは、ミルクで汚染されないので清掃を必要とすることが少なくなり、これもまた、より長い予測耐用年数を有することになる。好ましくは、隔離要素は、金属又はプラスチックで作られる。隔離要素は、装置の筐体の一部とすることができる。

外側円筒又は筐体の直径は、２５〜３５ｍｍの範囲にあることが好ましく、約３０ｍｍであることが好ましい。

内側回転円筒を用いる実施形態の場合、２つの円筒間に定められる間隙の全容積は、間隙の幅のみならず２つの円筒の絶対直径にも依存し、装置が動作しているときに時間当たり所望の量のミルク泡を生じさせる。同様に、回転要素としてウィスクが用いられる場合、ウィスクの上、下及び周りに形成される間隙の容積が重要である。

装置は、流体入口から流体出口に流れる流体を加熱するためのヒータをさらに含むことが好ましい。

流体入口を介して間隙の中に供給されるミルク及び／又は空気を加熱すると、利用可能なエネルギーの追加及び／又はタンパク質の変性により、泡立て効果を高めることができる。さらに、熱いミルク泡は、カプチーノ等のような飲料の調製のために通常所望される。ヒータは、筐体、すなわち外側円筒に組み込まれることが好ましい。

本発明はまた、上述のような装置においてミルク泡を生成するための方法に関する。この方法は、ミルク供給回路を介して流体入口にミルクを供給することと、ミルク供給回路と独立した空気供給回路を介して流体入口に空気を供給することとを含む。

本発明の別の態様は、上述のような装置により起泡されるミルクとしての、ミルクの使用に関する。

以下、本発明を添付の図面を参照してより詳細に説明する。

ミルク泡を生成するための基本原理を模式的に示す。 ２ａ及び２ｂは、剪断応力を発生させるためのクエット流の基本原理を模式的に示す。 本発明の第１の実施形態によるミルク泡を生成するための装置の模式図を示す。 本発明の第１の実施形態によるミルク泡を生成するための装置の断面図を示す。 図４のミルク泡を生成するための装置の斜視図を示す。 本発明の第２の実施形態によるミルク泡を生成するための装置の模式図を示す。 本発明の第３の実施形態によるミルク泡を生成するための装置の断面図を示す。 ミルク及び空気供給回路を含む、本発明によるミルク泡を生成するための装置の模式図を示す。

ミルク及び空気供給回路は本発明による装置の一部であるが、図３〜７においては簡略化のために図示していない。

図３は、本発明の第１の実施形態によるミルク泡を生成するための装置１を模式的に示す。装置１は、外側円筒２を含み、これは少なくとも部分的に中空であり、中空部は、外側円筒２の内径ｏを定める。外側円筒２の内側、すなわち中空部の内側に、外側円筒２と同心に内側円筒３が配置される。内側円筒３は、外径ｉを有する。外側円筒２及び内側円筒３は、共通回転軸の周りで互いに対して回転可能である。この目的で、好ましくは内側円筒３が、図３において破線で示される回転軸の周りで回転可能であり、すなわち内側円筒３は回転子である。外側円筒２は、好ましくは固定され、すなわち外側円筒２は固定子である。外側円筒は、例えば、本発明のミルク泡を生成するための装置を含む飲料製造装置内に固定された状態で保持されることができる。あるいは、外側円筒２は、本発明の装置１の筐体とすることができ、これは、例えば表面上に立てて置いたときに、自重又は装置１の重量によって固定された状態で保持されることができる。しかし、その他の解決策、例えば固定された内側円筒３に対して外側円筒２を回転させること、又は円筒２及び３を両方とも互いに回転させることも可能である。

内側円筒３の外径ｉは外側円筒２の内径ｏよりも小さく、そのため円筒間に間隙６が形成され、これは、それぞれの円筒の直径の差として定められる幅ｗを有する（すなわち、ｗ＝（ｏ−ｉ）／２）。間隙６は、流体、例えば空気と共に供給されたミルクが装置１を通過することができるように、装置１の流体入口４を装置１の流体出口５に接続する。それは、装置１の使用時に、好ましくはミルク及び空気が流体入口４に入り、この混合物が次に２つの円筒２及び３の延長方向（すなわち円筒の高さ）に沿って間隙６を通り、最終的に流体出口５を通って装置１から出ることを意味する。

内側円筒３は外側円筒２に対して回転し、同時に、ミルク−空気混合物が間隙６を通って流れるので、該混合物は、上で説明したクエット流の原理により高剪断応力を受ける。高剪断応力は、ミルク及び空気のエマルジョンを生じさせる。エマルジョンが間隙６から流出して流体出口５を通って装置１から出た後、エマルジョンは、膨張し、それによりミルク内の気泡が突然膨張するので、泡立つ。好ましくは、間隙６の幅ｗは、内側円筒３及び外側円筒２の半径方向でそれぞれ測定して、０．１〜１ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．６ｍｍ、最も好ましくは０．３〜０．５ｍｍの範囲にある。このような間隙で、ミルク泡にとって最良の泡特性が達成される。

内側円筒３は、中実又は中空とすることができる。内側円筒３は、ヒータ１５を含むことができ、これは間隙６を通って流れるミルク及び空気を加熱するように構成される。あるいは、ヒータを外側円筒内に配置して、それにより間隙６を通って流れるミルク及び空気を外側から加熱することができる。ヒータ１５は、電気が供給されるものであってもよく、又は、回転円筒の回転によって運動してその運動を熱に変換するように設計された部品を含むものであってもよい。

図４は、図３の装置１を断面図で示す。内側円筒３は、外側円筒２内に配置され、間隙６が円筒２と３との間に形成され、ミルク−空気混合物はそこを通って流れて流体出口５で外に出ることができる。流体出口５は、間隙６の幅ｗより実質的に大きい内径ｄを有することが好ましい。好ましくは、直径ｄは、１〜２０ｍｍ、より好ましくは２〜１０ｍｍ、最も好ましくは５〜１０ｍｍの範囲にある。間隙６の幅の、流体出口の直径ｄに対する比は、好ましくは１：１と１：２００との間、より好ましくは１：３と１：５０との間、最も好ましくは１：５と１：３０との間にある。間隙６から流出して流体出口５に流入するミルク−空気混合物の膨張により、ミルク内の気泡のサイズが大きくなり、それによりミルクの泡立ちが生じる。このように、装置１は、その流体出口５からミルクを供給することができる。

図４はまた、外側円筒２に対する内側円筒３の回転を生じさせるように構成されたモータ８を含む装置１を示す。モータ８は、２つの円筒２及び３とは隔てられて設けられることが好ましく、例えば、装置１の隔離されたチャンバ内にあるか、又は、少なくともモータ８と円筒２及び３との間に隔離部１３、例えば板を伴う。隔離部１３は、ミルクが装置１のモータ８が配置された部分に入ることができないように、不透水性であることが好ましい。モータ８は、回転するシャフト９を有することが好ましい。シャフト９には、ヘッド部分１０が設けられることが好ましく、これはシャフト９より幅広であり、少なくとも１つの第１の磁石１１を含む。モータ８と内側円筒３との間の隔離部１３は、突出部分１３ａを含むことが好ましく、その中にモータ８のヘッド部分１０を受け入れるための凹み１３ｂが形成される。隔離部１３の突出部分１３ａは、内側円筒３の上面上の凹みに受け入れられることが好ましい。内側円筒３には、その上面の近くに配置された少なくとも１つの第２の磁石１２が設けられることが好ましく、これは、モータ８のヘッド部分１０内に配置された少なくとも１つの第１の磁石１１と磁気的に相互作用するように構成され、配置される。

シャフト９がモータ８によって回転すると、少なくとも１つの第１の磁石１１もまた回転し、その回転を、磁気結合を通じて内側円筒３の少なくとも１つの第２の磁石１２に伝達する。このように、外側円筒２に対する内側円筒３の回転が引き起こされる。

好ましくは、２つの円筒２、３の互いに対する相対回転速度は、１０００〜１５０００ｒｐｍ、より好ましくは２０００〜１００００ｒｐｍ、最も好ましくは４０００〜８０００ｒｐｍの範囲にある。好ましい回転速度で、間隙６内で空気−ミルク混合物の最良のエマルジョン化が達成され、膨張後にミルク泡の最良の泡立ち特性が実現する。シャフト９の回転が好ましくは内側円筒３の回転に無接触で伝達されることにより、装置１のモータ８を含む部分を、装置１の２つの円筒２、３を含む部分から隔離することができる。この隔離は、ミルクがモータ８を含む装置１の部分に入ることを回避する。ミルクは、モータ８の電気又は機械部品を害することがある。それゆえ、装置１の２つの部分を切り離すことにより、より長い耐用年数が達成される。さらに、モータ８の部品はミルクによって汚染されないので、それほど頻繁に清掃を必要としない。

図５は、図３及び図４の装置１を斜視図で示す。装置１は、２つの部分、すなわちモータ８を含む上部分１ａ、並びに２つの円筒２及び３を含む下部分１ｂを含む。装置１の２つの部分１ａ及び１ｂは、好ましくはフランジ１４ａ及び１４ｂによって互いに連結され、図５に示すようにねじ１５で固定される。上部フランジ１４ａは装置１のモータ８を保持するように設計することができ、下部フランジ１４ｂは、装置１の円筒２及び３を保持するように設計することができる。上部フランジ１４ａは、モータ８の筐体と一体に製造することもでき、下部フランジ１４ｂは、外側円筒２と一体に製造することができる。少なくとも下部フランジ１４ｂは、図４から推論することができるように、モータ８と円筒との隔離部１３として機能する。流体入口４は、外側円筒２の外側面上に配置されることが好ましく、外側円筒２と一体に製造することができる。同じことが流体出口５にも当てはまり、これは外側円筒２の外側底面上に配置されることが好ましく、外側円筒２と一体に製造されることが好ましい。

流体入口４及び流体出口５は両方とも、ミルク供給回路及び空気供給回路から来る２つの流体ライン、例えば管を取り付けるように設計されることが好ましい。そして装置１を、例えば、ミルク及び空気を流体入口４に供給するための例えばポンプを有する飲料製造装置に組み込むことができる。あるいは、装置１自体に、円筒２及び３の相対回転によりミルク及び空気を例えば外部リザーバに至る管を介して流体入口４の中に吸い込ませる機構を設けることができる。流体出口５を通じてミルク泡を直接提供することができ、又は管を介してディスペンサに提供することができる。したがって、本発明の装置１は、ミルクの流路のインラインでミルク泡を提供することができ、例えば、コーヒーマシン等の飲料製造装置の一部とすることができる。

図６は、本発明の装置１の代替的な実施形態の断面を示す。内側円筒３は、第１の部分３ａ及び第２の部分３ｂを含む。第１の部分３ａは、第２の部分３ｂの直径ｓより大きい直径ｉを有する。特に、第１の部分３ａの直径ｉは、第１の部分３ａと外側円筒２との間に、０．１〜１ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．６ｍｍ、最も好ましくは０．３〜０．５ｍｍの範囲の幅ｗの間隙６が形成されるように選択されることが好ましい。第２の部分３ｂの直径ｓは、第２の部分３ｂと外側円筒２との間にチャンバ７が形成されるように設計されることが好ましく、ここでチャンバ７は、内側円筒３の半径方向に測定して、好ましくは間隙６の幅ｗよりも大きい、好ましくは１〜２０ｍｍ、より好ましくは２〜１０ｍｍの範囲の幅を有する。外側円筒２の直径ｏは、本発明の第１の実施形態の場合と同様に、好ましくは２０〜４０ｍｍ、より好ましくは３０ｍｍである。したがって、第２の部分３ｂの直径ｓは、最も好ましくは２０〜２８ｍｍであり、第１の部分３ａの直径ｉは、第１の実施形態の場合と同様に、最も好ましくは２７．５〜２７．７ｍｍの範囲内にある。

間隙６を通って流れるように流体入口４に供給されたミルク及び空気は、内側円筒３が外側円筒２に対して回転するときに内側円筒３と外側円筒２との間の狭い間隙６の中で受ける高剪断力によりエマルジョン化される。エマルジョン化したミルク−空気混合物は、間隙６を出てチャンバ７に流れ込むと膨張し、その結果、泡立つ。膨張により、泡が流体出口５から押し出される。流体出口５がチャンバ７よりさらに直径が大きければ、ミルクはさらにもっと泡立つ。

図７は、本発明による装置１’の別の実施形態の断面図を示す。

装置１’は、筐体を形成する、少なくとも部分的に中空の外側円筒２’を含む。外側円筒２’の上部分１ａ’内に中空の区画が形成され、その中に、回転可能なウィスク３’が外側円筒２’と同心に配置される。ウィスク３’は、外側円筒２'の内径よりも小さい外径を有する円板様の形状を有し、ウィスク３'の上方、下方及び周りに間隙６’が形成されるようになっている。本発明の前述の実施形態に関して既に説明したように、間隙６'は、流体、例えば空気と共に供給されるミルクが装置１’を通過するように、装置１'の流体入口４’を装置１'の流体出口５’に接続する。流体入口４'は、図７にはどちらも示されていない空気及びミルク供給回路に接続される。流体デバイダ４０が入口４'の内側に置かれており、装置１'に入ったミルク及び空気がウィスク３'の周りで均等に分配されるようになっている。

内側ウィスク３'は、ウィスク３'の周りに狭い間隙６'のみが存在する状態で外側円筒２'に対して回転し、同時に、ミルク−空気混合物が間隙６'を通って流れるので、該混合物は、上で説明したクエット流の原理により高剪断応力を受ける。高剪断応力は、ミルク及び空気のエマルジョンを生じさせる。エマルジョンが間隙６'から流出して流体出口５'を通って装置１'から出た後、エマルジョンは、流体出口５'内で膨張する。流体出口５'はウィスク３'から半径方向外向きに配置され、間隙６'の幅よりも大きい内径を有するので、ミルク泡の中の気泡がその中で膨張することができる。好ましくは、間隙６'の幅ｗは、０．１〜１ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．６ｍｍ、最も好ましくは０．３〜０．５ｍｍの範囲にある。このような間隙で、ミルク泡にとって最良の泡特性が達成される。

前述の実施形態で説明したのと同様に、装置は、図７には示されていないヒータを含むことができる。

この実施形態でもまた、装置１'は、外側円筒２'に対するウィスク３'の回転を引き起こすように構成されたモータ８’を含む。ウィスク３'は、その回転軸を形成する案内ボールの周りで回転する。モータ８'は、装置１'の隔離されたチャンバ内に設けられ、モータ８'と、ウィスク３'並びにミルク及び空気がそこを通って流れる間隙６'を収容する区画との間に、隔離部１３’、例えば板を伴う。隔離部１３’は、ミルクが装置１’のモータ８’が配置された部分に入ることができないように、不透水性であることが好ましい。モータ８'は、回転するシャフト９’を有する。シャフト９'には、ヘッド部分１０’が設けられ、これはシャフト９’より幅広であり、少なくとも１つの第１の磁石１１’を含む。ウィスク３'にも同様に、その下面の近くに配置された少なくとも１つの第２の磁石１２’が設けられ、これは、モータ８’のヘッド部分１０’内に配置された少なくとも１つの第１の磁石１１’と磁気的に相互作用するように構成され、配置される。

シャフト９’がモータ８’によって回転すると、少なくとも１つの第１の磁石１１’もまた回転し、その回転を、磁気結合を通じてウィスク３’の少なくとも１つの第２の磁石１２’に伝達し、それによりウィスク３’の回転を引き起こす。

好ましくは、本発明の全ての実施形態は、ニュートンの粘性法則を仮定したときに、間隙６内のミルクの剪断応力値が２０〜８０Ｐａ、より好ましくは３０〜６０Ｐａ、最も好ましくは４０〜５０Ｐａの範囲内になるように設計される。ミルク泡の品質に関する結果は、瞬時の剪断応力に依存するのみならず、剪断応力が印加された時間にも依存する。典型的な値は、４０〜５０Ｐａの剪断応力で０．２秒間であるが、より長い時間でも良好な結果が得られる。好ましい剪断応力値は、間隙の幅ｗが好ましくは０．１〜１ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．６ｍｍ、最も好ましくは０．３〜０．５ｍｍ、回転速度が好ましくは１０００〜１５０００ｒｐｍ、より好ましくは２０００〜１００００ｒｐｍ、最も好ましくは４０００〜８０００ｒｐｍ、外側円筒２の内径ｏが好ましくは２０〜４０ｍｍ、より好ましくは３０ｍｍで、室温（２０℃）のミルクを用いることにより、達成することができる。室温のミルクは、粘度μ＝２ｍＰａ・ｓを有すると仮定され、ニュートン流体であると仮定される。

図８は、ミルク供給回路８８及び空気供給回路８９を有する前述の実施形態のいずれかによる装置１又は１’を模式的に示す。これらの回路８８、８９は装置全体の一部であるが、簡略化のために図３〜図７では省略した。

ミルク供給回路８８は、ミルクタンク８０を含み、ミルクはそこから空気ポンプ８３を用いて装置１の入口４、４’に向かって送られる。空気ポンプ８３は、単に空気をミルクタンク８０に押し込むものであり、その結果、ミルクがタンク８０から装置１の入口４に向かって押し出される。流量計８１及び調整器８２、例えばＰＩＤ調整器が、フィードバックループを形成する。ミルク流量が目標値と比較され、測定値が目標値に対応しない場合には、典型的にはポンプに印加される電圧を調節することにより、ポンプが調節される。同じように、空気供給は、別の調整器８５により、流量計８４によって提供される値を用い、別の空気ポンプ８６を調整して、制御される。

供給される空気及びミルクの量を制御し、これらを混合チャンバの入口のところでのみ接合する２つの異なる独立した管を通して供給することで、泡特性を特に良好に制御することができる。

所望の泡特性（堅さ、粘稠度、比重等）に応じて、ミルクと空気との様々な比率を選択することができ、その結果、この装置によって広範囲の異なる泡レシピを生成することができるようになる。典型的には、ミルク対空気の体積比は、３：１〜１：７の範囲とすることができる。異なるレシピに対応する異なるミルク及び空気の流量についての目標値を装置の制御ユニット内に格納し、これを用いて所望のレシピに応じて流れを調整することができる。

Claims (15)

1. 外側円筒と、
   前記外側円筒の中に配置された回転可能要素と、
   流体入口及び流体出口と、を含む、ミルク泡を生成するための装置であって、
   前記回転可能要素は、前記外側円筒に対して回転可能であり、
   前記外側円筒と前記回転可能要素との間に間隙が形成されており、
   前記間隙は、前記流体入口を前記流体出口に接続しており、
   前記装置は、前記流体入口にミルクを供給するミルク供給回路及び前記流体入口に空気を供給する空気供給回路をさらに含み、両方の回路は、ループの閉じた別個の回路として互いに独立しており、供給されるミルク及び空気の量はそれぞれの空気ポンプを介して前記ミルク供給回路及び前記空気供給回路によって別個に制御可能であり、
   前記空気及び前記ミルクは前記流体入口を介して前記間隙に直接供給される、
   ミルク泡を生成するための装置。
2. 前記ミルク供給回路が、流量計及び調整器を有するフィードバック制御ループを含む、請求項１に記載のミルク泡を生成するための装置。
3. 前記空気供給回路が、流量計及び調整器を有するフィードバック制御ループを含む、請求項１又は２に記載のミルク泡を生成するための装置。
4. 空気流量及びミルク流量が、前記装置のメモリに格納された、特定のレシピに関連付けられている目標値に対応するように制御される、請求項２又は３に記載のミルク泡を生成するための装置。
5. 前記回転可能要素が、前記外側円筒内に同心に配置された内側円筒である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のミルク泡を生成するための装置。
6. 前記外側円筒は内壁を有し、前記内側円筒は外壁を有し、
   前記内壁及び前記外壁が２つの平行な境界板を実現しており、前記外側円筒に対する前記内側円筒の相対運動が、前記２つの平行な境界板の間の空間内に流体のクエット流を生じさせる、
   請求項５に記載の装置。
7. 前記回転可能要素が、前記外側円筒内に配置されたウィスクである、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のミルク泡を生成するための装置。
8. 前記回転可能要素と前記外側円筒との間の距離が２〜１０ｍｍの範囲内にある、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のミルク泡を生成するための装置。
9. 前記回転可能要素を前記外側円筒に対して回転させるためのモータをさらに含み、随意に、前記モータと前記回転可能要素との間に配置された不透水性隔離要素をさらに含む、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のミルク泡を生成するための装置。
10. 前記モータが、前記回転可能要素を前記外側円筒に対して４０００〜８０００ｒｐｍの範囲の回転速度で回転させるように構成されている、
    請求項９に記載のミルク泡を生成するための装置。
11. 前記モータが、少なくとも１つの第１の磁石を含むヘッド部分が設けられたシャフトを含み、
    前記回転可能要素が、少なくとも１つの第２の磁石を含み、
    前記少なくとも１つの第１の磁石及び前記少なくとも１つの第２の磁石は、前記モータのシャフトの回転を前記回転可能要素に無接触で伝達するように構成されている、
    請求項９又は１０に記載のミルク泡を生成するための装置。
12. 前記外側円筒の直径が、２５〜３５ｍｍの範囲にあり、好ましくは約３０ｍｍである、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載のミルク泡を生成するための装置。
13. 前記流体入口から前記流体出口まで流れる液体を加熱するためのヒータをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のミルク泡を生成するための装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置内でミルク泡を生成するための方法であって、前記ミルク供給回路を介して前記流体入口にミルクを供給することと、前記ミルク供給回路から独立した空気供給回路を介して前記流体入口に空気を供給することと、を含む、方法。
15. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置により起泡されるミルクとしての、ミルクの使用。