JP7116988B2 - ミルクフォームを製造するための方法および装置 - Google Patents

Description

本願発明は、調節可能な温度でミルクフォームを製造する方法、および、調節可能な温度でミルクフォームを製造するための装置に関する。

ミルクフォーム、すなわち、必要により加熱されるミルクまたは代用ミルクと空気またはガスの比較的安定な混合物の製造は、一般的に知られており、さまざまなコーヒーマシンで多種多様な方法で使用される。

国際公開２００８／０８３９４１号（米国特許出願公開第２０１０／００７５００７号としても公開されている）は、ミルクフォームの製造方法および装置を開示する。そこでは、単一のポンプが、ミルクを運ぶため、および、ミルクフォームの製造に必要な空気を吸引するために与えられ、ポンプの下流側のスロットルポイントから出口に向かって混合物が運ばれる。暖かいミルクフォームを製造するために、スロットルポイントの後に設けられたバルブによってミルクおよび空気の混合物が、並列ライン部分に配置された連続流ヒータを通じて加熱される。

ドイツ国特許第１０２０１４２１６５３４号（米国特許出願公開第２０１６／００５１０８３号としても公開されている）は、空気と混合されたミルクを泡立てるための装置および方法を開示する。そこでは、フィードポンプによって空気と混合されたミルクが出口に運ばれ、少なくともスロットルおよび連続流ヒータがフィードポンプの圧力側に配置されている。当該装置は、冷たいフォームモードおよび暖かいフォームモードで動作することができる。暖かいフォームモードにおいて、制御ユニットは、スロットルの下流側に配置された連続流ヒータを作動させ、スロットルの断面を通じて、冷たいフォームモードと異なる所定の流量を設定する。

欧州特許出願公開１５９３３３０号（米国特許出願公開第２００５／０２３３０４３号としても公開されている）は、ミルクフォームの製造方法および装置を開示する。そこでは、空気またはガスを豊富に含んだミルクが、連続流ヒータおよび連続流ヒータから下流側に配置されたスロットルポイントを介して、出口に運ばれる。ポンプから下流側にスロットルポイントが配置されているおかげで、連続流ヒータの圧力比は、大きな気泡の形成を防止するように最適化されない。

変化する温度でミルクフォームを製造する既存のシステムは、コンテナから泡立てられる概して液体のミルクを吸引するための、および、ラインシステムを通じてそれを出口まで運ぶためのフィードポンプを有する。さらに、例えば調節可能なエアサプライおよびミルクまたはミルクと空気の混合物を必要により調節可能な温度にするための温度調節装置が与えられる。

概して、ミルク流内に空気をすでに導入した状態で、第１のフォーム形成ステップが生じ、それは、粗い、多分散プレフォームを生成する。できるだけ均一かつ単分散のフォームを製造するために、圧力増加エレメントまたはスロットルデバイス若しくは流路抵抗エレメントが周知であり、それは反対圧力の生成を通じてミルクと空気の混合物からフォームを製造するように設定され、空気は所定のサイズ分布を有する泡の形式で分散する。

圧力増加エレメントの代わりに混合エレメントが与えられてもよく、それは、カレントフローを分流に分割し、ミルクフォームが生じるような方法で分流の混合を与える。

本願発明の目的は、調節可能な温度でミルクフォームを製造するための方法および装置を提供し、それにより、単純な方法で、かつ、温度に依存しない方法で、既知の方法および装置に比べ、均一性および品質が改善されたフォームを製造することである。本願発明に従う方法は、好適には本願発明に従う装置によって調節可能な温度でミルクフォームを製造するように設計される。

本願発明に関して、用語“ミルク／空気”または“ミルク・空気エマルジョン”は、ミルクフォームを包含する一般的な用語の意味で使用される。ミルクフォームは、タンパク質および脂肪の構造を有し、それは、空気またはガスの泡を包囲する。本願発明におけるフォームは、均質で安定なフォームが製造された場合に、より均一かつ高品質なものである。安定なフォームの用語は、分配時間全体中に、できるだけ均等な泡分布を有するフォームであると理解される。

この目的は、請求項１に記載のミルクフォームを製造するための方法および請求項３に記載の装置によって達成される。本願発明に従う方法および装置の有利な実施形態は、従属項から明らかである。

調節可能な温度でミルクフォームを製造するための本願発明に従う方法は、少なくともひとつのコンテナからのミルクとポンプから供給された空気とがミルク／空気混合物として吸引され、連続流ヒータを通じて運ばれ、それにより加熱され、スロットルデバイスによってミルクフォームに変換された混合物が出口に運ばれる工程を有する。また、方法は、ミルク／空気混合物が連続流ヒータによって加熱され、かつ、ポンプの圧力側においてミルクフォームに変換されるようにする。

本願発明に従って、ポンプの圧力側で、スロットルデバイスによって、反対圧力がミルク／空気混合物内に生成される。これにより、ミルク／空気混合物の圧縮が、気泡の小さいフォームの製造を生じさせる。これは、下流側スロットルデバイスによって生成される反対圧力の連続流ヒータ内に生じる効果に少なくとも部分的に基づいており、その反対圧力は加熱すべきミルク／空気混合物内でのより大きい気泡の形成を抑える。また、連続流ヒータ中の温度調節は単純化され、かつより正確となる。

調節可能な温度でミルクフォームを製造する方法に従う調節可能な温度でミルクフォームを製造するための本願発明に従う装置は、少なくともひとつのコンテナから出口へミルクを運ぶためのポンプと、空気を供給するためのエアサプライと、連続流ヒータと、スロットルデバイスとを有する。この基本的構造は、既知の装置と実質的に対応する。従来の装置と違い、本願発明に従う装置は、ポンプの圧力側に連続流ヒータが設けられ、連続流ヒータの下流側にスロットルデバイスが設けられている。本願発明に従うこの配置構成によって、スロットルデバイス内で生成された反対圧力は、連続流ヒータ内で有利な効果を有する。特に、加熱されたミルク／空気混合物内でより小さい気泡が製造される。また連続流ヒータの温度制御は、有利な方法で促進される。

本願発明に従い、連続流ヒータが与えられ、ポンプによってラインシステム内に運ばれたミルクまたはミルク／空気混合物が所望の調節可能な温度に加熱される。

本願発明に従い、連続流ヒータは好適に、温度が調節可能な電気抵抗ヒータエレメントを有する厚膜ヒータとして設計される。厚膜ヒータは、電気抵抗ヒータエレメントによって生成される熱を、加熱すべき流体、特にミルク／空気混合物に伝達するための熱伝導エレメントを有する。熱伝導エレメントは、加熱すべき流体に対して流路を与え、それは例えば、螺旋形状の流路形式である。連続流ヒータに送られるミルク／空気混合物は、外側から内側へ走る螺旋形状の通路に沿って流れ、それにより、混合物は、所望の調節可能な温度に加熱される。また、適切に配置された温度センサが与えられ、それらは、制御ユニットに接続されている。この種の厚膜ヒータによって、より好適なコストおよびエネルギー効率と同時に、迅速な温度制御が可能となる。

本願発明に従う装置内に配置されるスロットルデバイスは、ミルクフォーム形成を少なくとも部分的に促進するように設計されている。ポンプの下流側、すなわち、圧力側において、ミルク／空気混合物はすでに存在し、それは、連続流ヒータの後で所望の調節可能な温度を有し、続いてスロットルデバイス内で安定なミルクフォームに変換される（すなわち、さらに泡立てられる）。スロットルデバイスはスロットルポイントにおいて、反対圧力を生成し、その結果、全体の効果として、送られたミルク／空気混合物が所望の一定かつ高品質のミルクフォームに泡立てられる。スロットルポイントにおいて、ベンチュリー効果に従い、上流側より圧力が低い、流量が減少した圧縮ポイントが生じ、それが大規模で急速なリラクゼーションを生じさせ、それに関連して泡が生成される。

連続流ヒータから下流側のスロットルデバイスの本願発明に従う配置構成を通じて、反対圧力がスロットルデバイス内にも生成され、その結果、加熱されたミルク／空気混合物内に存在する空気またはガスの泡は制限なく膨張できない。生じる泡は細孔である。さらに、空気またはガスの泡のサイズがより小さいため、連続流ヒータ内の熱伝導が改善される。こうして、空気の貧弱な熱伝導が防止される。結果として、連続流ヒータは、有利な方法でより迅速かつ効果的に調整可能となる。

スロットルデバイスは調節可能であるか、または、スロットルポイントにおいてミルク／空気混合物の流路を収縮するべく固定して設定するように、特に、例えば進行性経路を有する局所的な断面狭窄を通じてスロットル機能を作成するように設計される。断面狭窄は、断面面積が自由に変更可能なように設計されるか、断面面積を自由に固定して設定するように設計される。与えられる断面面積の断面狭窄は、ノズル、バッフル（例えば、アパーチャプレートまたは環状ギャッププレート）、バルブ（例えば、ニードルバルブまたはチョークバルブ）によって達成される。フレキシブルなラインには、クランプデバイス（例えば、ホースクランプ）が与えられる。狭窄は、すぐ上流のラインに対して、減少した流量断面積に対応する。スロットルポイントから下流側において、流量断面積の拡がりまたは拡張が徐々に減少することが予測される。ライン断面積の狭窄と拡張との間の間隔は、最大で０．５から２ｍｍの量である。

高品質な泡を製造するために、スロットルポイントでの流量断面積の直径は、０．５から２ｍｍの範囲内にある。

ひとつの実施形態において、制御ユニットによって、スロットルデバイスが制御可能であり、すなわち、流量断面積が調節可能である。泡の一定性は温度に依存することが示された。

高品質で細孔の泡の製造は、ポンプ、スロットルデバイス、ライン断面積およびライン長の調和したコーディネートに基づく。スロットルデバイスの下流側に存在する圧力状態が、泡の品質にとって重要であり、その圧力は、４から１５バールの間の範囲である。

本願発明に従い、制御デバイスは、ポンプ、バルブ、連続流ヒータ、および計測可能イクイップメントを制御する。

本願発明に従い、スロットルデバイスの下流側には、ラインセクションが設けられ、その断面積および出口までの長さは、ミルクフォームの泡品質が改善されるような方法で選択される。このラインセクションは、少なくとも部分的にまだ大きい泡の形式であるミルク／空気混合物内の空気が泡に分散するところのある種の沈静セクションを与える。スロットルデバイスから下流側のラインセクションは、部分的にまだ渦部分を有するミルク／空気混合物の流れに影響を与え、混合物の流れの薄層部分が増加する。

このラインセクションは好適には、一定の内径を有するように設計されており、それは、上流の内径とは異なり、０．５から２ｍ、好適には約１．５ｍの長さにわたって伸長する。このラインセクションにおいて、単位長さあたりわずかな圧力変化で徐々に圧力の低下が生じる。

さらなる特徴および好適実施形態は、添付する図面および例示する実施形態を参照して以下で詳細に説明される。

図１は、本願発明に従うミルクフォームを製造するための装置の略示図である。

図１は、調節可能な温度でミルクフォームを製造するための装置１を概略的に示す。図１に示すように、符号１０で示す領域に、第１コンテナ１２および第２コンテナ１４が配置され、そこに、第１のタイプのミルクおよび第２のタイプのミルクが格納される。領域１０は好適には冷却されている。第１および第２コンテナ１２、１４は、第１ライン１６に結合されており、バルブ１８がライン１６に送るためのライン上に設けられている。その結果、ミルクまたは代用ミルクが第１および第２のコンテナ１２、１４のひとつから選択的に取得される。ライン１６は、第１および第２コンテナ１２、１４をポンプ２０に結合し、ミルクまたは代用ミルクおよび空気をライン１６内で運ぶように設定される。空気は、エアサプライ２２を通じて、例えば、周辺領域から吸引され、リターンバルブ２４および可変バルブデバイス２６を介してポンプ２０の吸引側に運ばれる。ポンプの圧力側には、連続流ヒータ２８が接続されており、好適には、厚膜ヒータの形式の連続流ヒータとして設計されている。このような連続流ヒータは、例えば、空気を豊富に含んだミルク（ミルク／空気混合物）に対して螺旋形状の流路を与える。アクティブな厚膜ヒータにより、ミルク／空気混合物は流路に沿って所望の調節可能な温度に加熱され、それは、制御ユニット３０によって調整される。制御ユニット３０により、所望の調節可能な温度でミルクフォームの製造がトリガーされ、空気の量、ミルクの量およびタイプが同様に決定される。

図１から明らかなように、連続流ヒータ２８の下流側にスロットルデバイス３２が配置されており、それは、すでに存在する加熱されたミルク／空気混合物から安定した均質なミルクフォームを製造する。スロットルデバイス３２は、ノズル、バッフル、固定または調節可能なスロットルバルブとして設計される。それにより、スロットルポイントでの流量断面積の狭窄が実行される。狭窄部分に加え、スロットルバルブ３２は、そこから下流側に流量断面積の拡張を有する。特に、スロットルデバイス３２は、制御ユニット３０または他のデバイスによって調節可能なフロー制御または計測バルブとして設計される。スロットルデバイス３２は、連続流ヒータ２８内に含まれる流路内でそれ自身が感じる反対圧力を生成する。こうして、高温で膨張し、より大きくなる傾向がある気泡の生成が防止される。ミルク／空気混合物内のより小さい気泡は、混合物の加熱を容易にし、そうでなければ熱伝導性が低い空気によって悪い影響が与えられる。

調節可能なスロットルデバイス３２は、供給された空気の量および温度と関連して、ミルク／空気混合物および混合物内での小さい気泡の分散による空気およびミルクの最適な混合ひいては、高品質な泡の製造を可能にする。

所望の温度のミルクフォームまたは冷たいか暖かいミルクが、例えば、与えられるカップの中に分配可能であるラインセクション３４が、スロットルデバイス３２と出口３６との間に設けられ、それは、沈静部分として見ることができる。このラインセクション３４において、通過するミルクフォームの流動特性が影響を受ける。特に、ラインセクション３４は、一定の内径Ｄ_ｉを有し、それは、好適にはスロットルデバイス３２から上流の内径と異なる。ラインセクション３４の長さは、０．５から２ｍの範囲内にあり、好適には約１．５ｍである。

国際公開２００８／０８３９４１号 ドイツ国特許第１０２０１４２１６５３４号 欧州特許出願公開１５９３３３０号

Claims (8)

1. 調節可能な温度でミルクフォームを製造する方法であって、ライン（１６）を介して、少なくともひとつのコンテナ（１２、１４）から運ばれるミルクと、ポンプ（２０）から供給される空気とがミルク／空気混合物として吸引され、連続流ヒータ（２８）を通過することで加熱され、一つのラインセクション（３４）を通じて出口（３６）へ運ばれ、続いて前記ミルク／空気混合物がスロットルデバイス（３２）においてミルクフォームに変換され、前記ミルク／空気混合物は、温度が調節可能な電気抵抗ヒータエレメントを有する厚膜ヒータとして設計される前記連続流ヒータ（２８）において加熱され、前記ポンプ（２０）の圧力側において、ミルクフォームに変換され、前記連続流ヒータ（２８）の下流側の前記スロットルデバイス（３２）によって前記連続流ヒータ（２８）内の前記ミルク／空気混合物に反対圧力が生成され、前記ライン（１６）の内径および前記ラインセクション（３４）の内径が異なる、ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法に従う、調節可能な温度でミルクフォームを製造するための装置（１）であって、
   少 なくともひとつのコンテナ（１２、１４）から、ライン（１６）を介してポンプ（２０）へ、および一つのラインセクション（３４）を介して出口（３６）へ、ミルクフォームを運ぶためのポンプ（２０）と、
   空気を前記ライン（１６）内に供給するためのエアサプライ（２２）と、
   連続流ヒータ（２８）と、
   スロットルデバイス（３２）と
   を備え、
   前記連続流ヒータ（２８）は前記ポンプ（２０）の圧力側に配置され、温度が調節可能な電気抵抗ヒータエレメントを有する厚膜ヒータとして設計され、
   前記スロットルデバイス（３２）は前記連続流ヒータ（２８）から下流側に配置され 、
   前記ライン（１６）の内径および前記ラインセクション（３４）の内径が異なる、
   ことを特徴とする装置。
3. 前記連続流ヒータ（２８）は、加熱すべきミルク／空気混合物に対して、螺旋形状の流路を与える、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記スロットルデバイス（３２）は、調節可能である、ことを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記ポンプ（２０）、バルブ（１８、２６）、前記連続流ヒータ（２８）および／または前記スロットルデバイス（３２）を制御するための制御ユニット（３０）をさらに備える、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記制御ユニット（３０）は、前記スロットルデバイス（３２）に対して流量断面積を設定する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記スロットルデバイス（３２）の前記流量断面積は、加熱すべきミルク／空気混合物の温度の関数として前記制御ユニット（３０）によって調整される、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記スロットルデバイス（３２）から下流側には、出口（３６）までの長さが０．５から２ｍの前記ラインセクション（３４）が設けられている、ことを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載の装置。

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