專利名稱：由可溶配料和稀釋劑生產(chǎn)泡沫液體的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在與大氣壓力相通的腔室中生產(chǎn)泡沫液體的裝置，該裝置
體。本發(fā)明還涉及包括該種裝置的飲料生產(chǎn)設(shè)備。本發(fā)明還涉及溶解粉末， 以及使用稀釋劑射流來溶解可溶配料，并使其發(fā)泡成泡沫液體來生產(chǎn)泡沫 液體的方法。
背景技術(shù)：
存在這樣的用于生產(chǎn)泡沫飲料液體的飲料生產(chǎn)設(shè)備，其使用稀釋劑溶 解可溶配料例如咖啡粉。公知的系統(tǒng)通常使用機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)元件例如攪打 器在液體中產(chǎn)生剪切力，從而能適當(dāng)?shù)厝芙夥勰┎a(chǎn)生令人滿意的泡沫量。
例如，專利申請(qǐng)WO 03/068039和EP 1 639 924涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械方案， 用于改善可溶配料和稀釋劑的混合物中液體的發(fā)泡。
這些解決方案的不足之處在于它們有噪音，具有較高的機(jī)械復(fù)雜性以 及額外的生產(chǎn)成本，需要推進(jìn)元件例如電機(jī)。這樣的方案還需要更頻繁的 清洗或沖洗。
因此，這些使用壓力的解決方案證明不是非常適合制造運(yùn)行良好、低 成本、無噪音和衛(wèi)生的飲料生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備特別適用于類似家庭小咖啡 用具的零售渠道。
存在沒有攪拌器的解決方案，用于從特別是在小份包裝例如膠嚢或莢 狀物(pod)中的可溶配料提供泡沫液體。典型地，在這些公知的解決方 案中，將稀釋劑在壓力下注入基本閉合的腔室中，并在壓力下被迫使穿過
有孔隔膜或過濾器，從而產(chǎn)生壓降和剪切力，以形成泡沫液體。盡管這些解決方案運(yùn)行非常好，由于需要確保配料沖煮或溶解過程中的壓力密封腔 室的需要，它們復(fù)雜、實(shí)施昂貴。而且，使用小份包裝的飲料系統(tǒng)的不足 在于產(chǎn)生包裝垃圾。
例如，WO 2005/020769 Al涉及一種通過向膠嚢注入液體來制備食物 產(chǎn)品的方法和裝置，該膠嚢包含可溶和/或用于萃取的食品物質(zhì)，由此從至 少一個(gè)注入點(diǎn)注入液體，從而在膠嚢內(nèi)產(chǎn)生注入液體的湍流運(yùn)動(dòng)，由此造 成沖煮。如上所述，這種技術(shù)方案需要膠嚢完全填充滿水，直到在膠嚢內(nèi) 獲得一定的壓力，以便稀釋劑和飲料物質(zhì)混合在一起形成泡沫飲料。另外 一個(gè)問題在于，當(dāng)膠嚢中的壓力降低時(shí)，膠嚢保持充滿液體。因此，膠嚢 完全排空是不可能的。
WO 02/087400涉及一種制備泡沫々大料的方法，包括含有可發(fā)泡配料的 膠嚢，提供了一種布置來收集從膠嚢中流出的流體的容器，向膠嚢中注入 液體以與可發(fā)泡配料混合，使可發(fā)泡配料與液體混合，從膠嚢流入容器中； 接下來，進(jìn)一步以直徑約0.5至2mm的射流向容器內(nèi)注入液體，以在容器 中生產(chǎn)泡沫液體。但是，這種方法的不足之處在于需要分別在膠嚢和容器 執(zhí)行兩個(gè)不同的發(fā)泡步驟。
需要一種更加簡單、衛(wèi)生、以及低成本的技術(shù)方案，能從稀釋劑和可 溶配料或液態(tài)濃縮物的組合中生產(chǎn)泡沫液體，并且不涉及到加壓室或電機(jī) 驅(qū)動(dòng)攪打裝置的使用，并且不產(chǎn)生固體殘?jiān)?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于一種包括與大氣壓力相通的腔室的裝置，其中，至少一股 稀釋劑射流和液體出口裝置的結(jié)合構(gòu)造成使腔室內(nèi)循環(huán)液體的表面受到能 有效溶解粉末并生成泡沫液體的高剪切力。
這種裝置產(chǎn)生的發(fā)泡效果相比于機(jī)械攪打裝置更加改善，并且至少與 壓力膠嚢系統(tǒng)相當(dāng)，但卻沒有任意這些系統(tǒng)的上述不足。
更具體地，本發(fā)明的裝置包括具有橫向底壁以及縱向向上的壁的通 向大氣的腔室，至少一個(gè)稀釋劑入口和至少一個(gè)液體輸送出口，其中，所述稀釋劑入口設(shè)置成穿過向上的壁，其大小和取向設(shè)計(jì)成用于引導(dǎo)腔室中 的稀釋劑射流，并且，所述至少一個(gè)液體輸送出口構(gòu)造在底壁中，^使得由 于腔室中稀釋劑入口的方向和大小，液體能在進(jìn)入腔室的稀釋劑射流的作 用下沿著向上的壁的側(cè)部上升。
因此，根據(jù)本發(fā)明的普通原理，腔室設(shè)計(jì)成使得產(chǎn)生一循環(huán)液體層，
該液體層沿著向上的壁的側(cè)面上升；形成一液體表面，該液體表面受到來 自至少一股稀釋劑射流的大剪切力。還可產(chǎn)生沿腔室底部的液體的笫二表 面，該表面也受到來自稀釋劑射流的剪切力。該循環(huán)液體層的獲得主要是 通過控制離開腔室的液體流量來維持腔室中足夠體積的液體，以及通過稀 釋劑入口的構(gòu)造，該構(gòu)造必須恰當(dāng)作用在液體上使其成漩渦并且發(fā)泡。液 體輸送出口以及稀釋劑入口的方向和大小構(gòu)造成使液體能沿著向上的壁的 側(cè)面上升。
根據(jù)本發(fā)明，稀釋劑可以是適于使用本裝置的特征和條件來溶解食物 可溶配料的任意合適液體。 一種優(yōu)選的稀釋劑是熱水，但可以使用其他的 稀釋劑例如冷水或其他含水液體例如液態(tài)奶。
所述可溶配料可以是任意可發(fā)泡的食品配料，該配料可使用本發(fā)明的 裝置的特征和條件來溶解和操作以產(chǎn)生泡沫液體。優(yōu)選的配料是可溶咖啡 粉。但是，其他配料也能用在本發(fā)明的裝置中以提供泡沫液體，例如可溶 茶、脫水烹飪配料和/或奶基配料。本發(fā)明的裝置和方法也適用于使用稀釋 劑溶解和發(fā)泡液態(tài)濃縮物。這種液態(tài)濃縮物可以是咖啡、巧克力或牛奶濃 縮物。
根據(jù)本發(fā)明，底壁包括一個(gè)液體出口或者多個(gè)液體出口。更具體地， 確定出口的總表面面積，從而，由于重力而穿過出口的液體排空流速小于 穿過所述稀釋劑入口的稀釋劑的腔室填充流速。"低于"意味著排空流速 小于或等于填充流速。當(dāng)然，腔室的較慢排空考慮了腔室中流體的動(dòng)力學(xué)。 例如，當(dāng)流體維持為沿腔室側(cè)面的渦旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體可以更不易于排空。 由于這種構(gòu)造，液體層可以維持在腔室中循環(huán)，至少只要稀釋劑進(jìn)入腔室 中，則被^v腔室中的稀釋劑射流碰撞。優(yōu)選地，所迷出口或多個(gè)出口大多數(shù)位于底壁的中心或緊鄰底壁的中心。這種構(gòu)造參與到降低液體從裝置 中排空。在本裝置的優(yōu)選構(gòu)造中，液體出口的總橫截面積足夠小，從而， 當(dāng)稀釋劑進(jìn)入腔室時(shí)在腔室中保留足夠的液體，但仍然通過簡單的重力效 應(yīng)提供腔室的有效排空。優(yōu)選地，向上的壁基本垂直以促進(jìn)液體排空。已 經(jīng)證明這種裝置是自清潔的，操作后基本沒有泡沫固體或泡沫殘?jiān)z留在 腔室中。所述稀釋劑能清洗腔室的內(nèi)表面，液體或固體殘?jiān)芡耆懦龅?出口。事實(shí)上，重要的是能完全排空和清洗腔室，從而保持其清潔以及避
免衛(wèi)生問題。優(yōu)選地，單個(gè)液體出口的橫截面小于12.6mm2。底壁上有多 個(gè)出口的構(gòu)造中每個(gè)液體出口的橫截面小于約2mm2,更優(yōu)選地小于 1.54mm2?？梢砸庾R(shí)到，出口的橫截面也取決于腔室的橫截面和容積。確 定沖黃截面之間的關(guān)系，以確?？刂蒲b置內(nèi)的液體，使得能夠通過稀釋劑射 流適當(dāng)溶解和發(fā)泡。
腔室的直徑可為15至45mm，對(duì)于相對(duì)更小尺寸的辦公室々欠料系統(tǒng)而 言，更優(yōu)選為25至36mm?？梢栽O(shè)想到更大的腔室，例如，對(duì)于提供更大 輸送能力的飲料機(jī)器。
在可能的替代實(shí)施例中， 一種4艮據(jù)本發(fā)明的原理維持腔室中液體的方 式可以由底壁實(shí)施，該底壁包括至少一個(gè)由開式閥(openable valve)選擇 性地關(guān)閉的液體出口。所述閥維持腔室關(guān)閉，使液體的液面能在腔室中上 升并充分延遲從出口中流出液體。所述閥優(yōu)選使用外部控制裝置打開。在 從稀釋劑射流的開始延遲一段時(shí)間后，所述閥可選擇性地打開。
為了使稀釋劑射流獲得足夠的速度，并且由此獲得在液體表面上提供 高剪切力的充足動(dòng)能，稀釋劑入口的直徑優(yōu)選地從約0.2至l.Omm，更優(yōu) 選地從約0.3至0.8mm，甚至更優(yōu)選地從約0.4至0.6mm。稀釋劑入口的 直徑通常才艮據(jù)腔室的直徑限定。
稀釋劑入口的另 一特征涉及腔室中入口的方向，從而正確地朝向液體 表面定向稀釋劑的射流?？紤]用于恰當(dāng)?shù)貨_擊在液體表面上的稀釋劑入口 的構(gòu)造，所述稀釋劑入口優(yōu)選沿著腔室內(nèi)部的方向定向，該方向相對(duì)于腔 室的縱向中心軸線偏離。更具體地，所述稀釋劑入口沿著一個(gè)方向定向，從而使比值"d/r"在0.2和0.9之間，這里，"r"是腔室的半徑，"d，， 是從入口的定向方向到腔室的中心軸線垂直測(cè)量的距離。此外，稀釋劑入 口相對(duì)于腔室的橫向平面向下傾斜一定的角度。優(yōu)選地，該角度為5至30 度。因此，稀釋劑入口可以朝向在腔室中循環(huán)的液體的表面正確定向。腔 室的橫向平面通常垂直/正交于腔室的縱向方向，該縱向方向優(yōu)選地垂直定 位，以便在重力作用下獲得良好的腔室液體排空。
根據(jù)一種具體模式，本發(fā)明的裝置可包括設(shè)置在腔室的向上的壁的不 同高度處的兩個(gè)稀釋劑入口 。距離腔室頂部更近的第二稀釋劑入口不必與 另 一個(gè)底部稀釋劑入口在尺寸和取向方面具有相同的具體特征，因?yàn)槠涔?能不是使液體發(fā)泡，而只是添加稀釋劑。這兩個(gè)稀釋劑入口通常是一個(gè)在 另一個(gè)上方地穿過向上的壁設(shè)置，從而有助于與稀釋劑供應(yīng)裝置的連接。
腔室可以采取不同形狀。在優(yōu)選模式中，縱向向上的壁基本上是圓柱 形的。壁設(shè)計(jì)成這樣，即使得其縱向距離(或高度)比其直徑(或?qū)挾? 更長，從而確保在受到稀釋劑射流作用的沖擊和循環(huán)時(shí)，液體不會(huì)溢出腔 室。其他形狀也是可以設(shè)想到的，例如多邊形，例如六角形、或者橢圓截 面腔室。底壁可以基本上是截錐的一部分。這種形狀能改善液體在層中的 分布，由于稀釋劑射流在液體上賦予的離心效應(yīng)，液體層沿著腔室的向上 的壁上升。
所述腔室包括大的向上定向的開口，其允許空氣進(jìn)入腔室中，并最終 計(jì)量腔室中的可溶配料。例如，腔室不是由蓋子封閉，而是向上的壁終止 于自由上端部。例如，該大的上部開口可以具有向上變寬的漏斗形狀，或 者是向上的壁的直線延伸。
可以在底壁上設(shè)置若干徑向翼板，用于在液體通過出口流出腔室之前 降低液體的流速。流出腔室的液體的較低流速能提供平穩(wěn)的液體輸送，避 免在裝置的輸出側(cè)有太多的潑灑。
本發(fā)明的裝置可包括至少局部跨越腔室設(shè)置的至少 一個(gè)隔板(baffle) 裝置。
根據(jù)第一模式，這些隔板裝置可以設(shè)置在稀釋劑入口上方。這種隔板防止液體在腔室中上升太多并從頂部開口溢出腔室。在腔室中，隔板裝置
可以在形狀、位置和數(shù)量上構(gòu)造成削弱(break)稀釋劑入口上方的位置處 的液體速度。在一個(gè)變型中，單個(gè)隔板以橫過腔室的壁的形式設(shè)置。通常， 該壁基本垂直定向。在另一可能變型中，設(shè)置若干隔板，它們沿著和/或傾 斜于縱向中心軸線垂直定向。這些隔板還可以具有比腔室的直徑更短的長 度。因此，隔板可以全部延伸貫穿腔室的直徑或者僅僅局部跨越腔室。根 據(jù)此第一模式，隔板裝置優(yōu)選是完整的并且沒有孔口。
根據(jù)第二優(yōu)選模式，所述隔板裝置面對(duì)稀釋劑入口。優(yōu)選地，這些隔 板裝置完全跨越腔室設(shè)置并且包括孔口 。這種隔板裝置可以是具有孔口的 板或者優(yōu)選是濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)優(yōu)選地每cm2存在的網(wǎng)眼的數(shù)量在50和100 之間。濾網(wǎng)中的網(wǎng)眼可以是任意形狀。具有正方形或矩形網(wǎng)眼的濾網(wǎng)是最 常見的。隔板裝置可以在腔室內(nèi)任意定向，除了它們必須被稀釋劑射流擊 打并且當(dāng)它們包括孔口時(shí)優(yōu)選地被稀釋劑射流跨越。優(yōu)選地，隔板裝置垂 直定向。根據(jù)一具體變型，它們基本垂直于稀釋劑射流的方向；通過基本 垂直于稀釋劑射流的方向，這意味著隔板裝置的縱向軸線與稀釋劑入口的 縱向軸線的水平投影是垂直的。因此，從稀釋劑入口流出的稀釋劑射流沖 擊這些隔板裝置，其效果在于同時(shí)削弱稀釋劑射流的力和速度，從而避免 其從腔室中潑灑出來，并且，在液體上產(chǎn)生剪切力，改善粉末或液態(tài)濃縮 物的溶解并產(chǎn)生泡沫。根據(jù)所述第二優(yōu)選模式的具體變型，所述裝置可包 括設(shè)置在腔室向上的壁的不同高度處的兩個(gè)稀釋劑入口 ，第 一個(gè)稀釋劑入 口對(duì)著前述隔板裝置設(shè)置，第二個(gè)稀釋劑入口設(shè)置在所述隔板裝置的上方。 在該變型中，隔板裝置優(yōu)選地完全跨越腔室設(shè)置并且包括孔口，甚至更優(yōu) 選地是例如上述濾網(wǎng)。第一個(gè)稀釋劑入口靠近腔室的底部設(shè)置，用于解決 本發(fā)明的發(fā)泡液體的問題，而第二個(gè)稀釋劑入口靠近腔室的頂部設(shè)置，用 于在腔室被用來生產(chǎn)沒有泡沫的飲料時(shí)僅僅引入稀釋劑。
根據(jù)本發(fā)明的變型，腔室可包括設(shè)置在腔室頂部的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管提 供了液體出口，使液體能在液體超出腔室容量后從腔室中排出。所述液體 出口通常設(shè)置在腔室的頂緣下面，所述導(dǎo)管毗連到腔室的外表面。本發(fā)明的裝置可以安裝作為飲料生產(chǎn)設(shè)備的混合和發(fā)泡部分。因此， 所述飲料生產(chǎn)設(shè)備構(gòu)造成具有可連接到稀釋劑入口的稀釋劑供應(yīng)裝置。所 述連接可以是永久的或者可拆卸的以供清洗或沖洗。
所述飲料生產(chǎn)設(shè)備可包括設(shè)置在裝置的計(jì)量開口上方的粉末計(jì)量單 元，用于向裝置內(nèi)供應(yīng)粉末。所述計(jì)量單元可以連接到粉末容器。通過粉 末計(jì)量單元的供應(yīng)可以自動(dòng)控制，不需要處理粉末。在其他模式中，所述 計(jì)量單元可以連接到液態(tài)濃縮物容器。
在可能的模式中，所述裝置形成一次性的或可重復(fù)利用的料筒，料筒 中容納一定量的可溶配料。所述料筒預(yù)填充有一定劑量的配料，可以制成 不能滲透氣體，用于保持配料的新鮮度。例如，膠嚢由注射成型的塑料制 成，其稀釋劑入口和空氣開口被至少一個(gè)氣密的可拆卸隔膜密閉。
本發(fā)明還涉及一種在飲料生產(chǎn)設(shè)備中生產(chǎn)泡沫液體的方法，包括 -提供具有橫向底壁和縱向向上的壁的腔室， -向腔室中定量供給可溶配料，
-通過稀釋劑入口供應(yīng)稀釋劑，在腔室中形成稀釋劑射流，并且將所 述稀釋劑與所述可溶配料混合，以使其溶解成液體，
-當(dāng)在腔室中供應(yīng)稀釋劑時(shí)，以這種方式控制流出腔室的液體流量， 即使得液體能沿著向上的壁的側(cè)面上升一定高度，并且使液體形成液體剪 切面(sheared surface)，由于腔室中稀釋劑入口的方向，該液體剪切面 受到稀釋劑射流的劇烈沖擊，
-停止向腔室內(nèi)注入稀釋劑，并且通過至少一個(gè)出口排出腔室的泡沫 液體。
當(dāng)可溶配料是粉末時(shí)，腔室的較慢排空部分地也是由于腔室出口上方 咖啡粉的存在。
根據(jù)優(yōu)選方法，該方法還包括通it^目對(duì)于腔室內(nèi)稀釋劑的注入，延遲 液體流出腔室而控制流出腔室的液體流量。這種結(jié)果能通過腔室出口可溶 配料的存在而得到加強(qiáng)。
此外，所述方法包括通過使稀釋劑穿過稀釋劑入口，并且沿腔室內(nèi)偏離于腔室的縱向中心軸線的方向定向稀釋劑射流，從而在腔室中供應(yīng)稀釋 劑。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法，定向的稀釋劑射流穿過跨越腔室設(shè)置的濾網(wǎng)。
本發(fā)明特別適用于基于可溶咖啡配料的咖啡的制備該方法因此包括 在腔室中定量供給咖啡配料的步驟。
本發(fā)明的方法還包括在排出腔室中的泡沫液體之后，通過使稀釋劑穿 過稀釋劑入口而沖洗腔室，并且進(jìn)一步排放所述沖洗液體。因此，所述裝 置能完全被沖洗，從而沒有固體殘?jiān)缥赐耆芙獾目Х裙腆w或泡沫殘 渣遺留在腔室中。


下面參考附圖，通過示例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的描述。 附圖中
-圖l是包含本發(fā)明裝置的飲料生產(chǎn)設(shè)備的示意-圖2是沿著穿過稀釋劑入口的縱向平面D的剖面圖(平面D在圖4
中顯示)；
-圖3是沿著圖2中的縱向平面A的另一縱向剖面-圖4是沿著圖2中的平面B的橫向剖面-圖5是沿著圖2中的平面C的橫向剖面國圖6是圖5中裝置的第一變型沿著圖2中的平面C的橫向剖面-圖7是圖2中裝置的第二變型沿著穿過稀釋劑入口的縱向平面的剖
面畫圖8是沿著圖7中的平面D的剖面畫圖9是圖2中裝置的第三變型沿著穿過稀釋劑入口的縱向平面的剖 面國圖IO是沿著圖7中的平面E的剖面-圖1l是裝置的第四實(shí)施例的上部部件的透^f見-圖12是圖11中裝置的部件的底視-圖13是沿著圖12中的線E-E的縱向視圖；-圖15是圖11中裝置的底部部件的透視-圖16是圖15中底部部件的底視-圖17是圖15中底部部件的側(cè)視-圖18是沿著圖16中的線G-G的底部部件的剖面-圖19是圖15中底部部件的內(nèi)視-圖20是沿著穿過稀釋劑入口的縱向平面D，的剖面圖(平面D，在圖 22中顯示)；
-圖21是沿著圖20中的縱向平面A'的另一縱向剖面圖； -圖22是沿著圖20中的平面B，的橫向剖面圖； -圖23是沿著穿過兩個(gè)稀釋劑入口的縱向平面的剖面圖； -圖24是沿著圖23中的另一縱向平面的另一縱向剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl,顯示了一種飲料生產(chǎn)設(shè)備l，包括本發(fā)明的裝置2，該裝置 2用于由進(jìn)入該裝置的配料和稀釋劑來生產(chǎn)泡沫液體。在本說明書的其他 部分，將本發(fā)明的裝置稱作"混合和發(fā)泡裝置"或僅僅稱作"裝置"。
飲料生產(chǎn)設(shè)備包括布置在所述裝置上方的可溶配料容器3，該容器與 計(jì)量系統(tǒng)4連在一起。所述計(jì)量系統(tǒng)的主要功能在于根據(jù)請(qǐng)求計(jì)量i^混 合和發(fā)泡裝置的配料量。所述容器可以是固定安裝/永久的漏斗，或者是容 納有可溶配料的一次性包裝件。計(jì)量系統(tǒng)可以是任何適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，例如計(jì)
量螺旋輸送機(jī)或往復(fù)計(jì)量活塞。當(dāng)然，計(jì)量技術(shù)也取決于可溶配料的性質(zhì)。 典型地，可溶配料是干食物粉末。但是，它也可以是液態(tài)濃縮物。所述裝 置根據(jù)請(qǐng)求手動(dòng)供給配料，或者由控制器11和指令機(jī)構(gòu)12驅(qū)使自動(dòng)供給 配料。可以注意到，設(shè)備中的容器和計(jì)量系統(tǒng)是可選的。因此，所述裝置 可以例如使用伊子手動(dòng)供給。
設(shè)備中設(shè)置有稀釋劑供給回路，能向混合和發(fā)泡裝置2供應(yīng)稀釋劑， 特別是熱水。為此，提供可以補(bǔ)充新鮮水的水容器5。水泵6將容器5中的稀釋劑輸送到水加熱系統(tǒng)7,例如加熱塊或料筒式加熱器，并最終輸送 到止回閥8。所述泵可以是任意類型的泵，例如活塞泵、膜片泵或蠕動(dòng)泵。 最后，水通過管ili殳備9供應(yīng)到所述裝置中。
如圖1所示，混合和發(fā)泡裝置可以直接設(shè)置在供應(yīng)托盤10上方，在該 托盤上面放置用于接收泡沫液體的容器。
可以進(jìn)一步提供控制器11, 一旦用戶致動(dòng)或者被驅(qū)使來按壓設(shè)備上的 指令機(jī)構(gòu)12，控制器用來協(xié)調(diào)計(jì)量系統(tǒng)4的可溶配料和泵6的稀釋劑的定 量供給。
參照?qǐng)D2和圖3，詳細(xì)地顯示了本發(fā)明的混合和發(fā)泡裝置。該裝置包 括腔室13，其以底壁14和向上延伸的側(cè)壁15為界，側(cè)壁在法蘭壁16處 終止，所述法蘭壁確保在設(shè)備中的機(jī)械夾持并且圍繞一大的上部中央開口 17。中央開口 17使腔室中可以填充可溶配料，可溶配料是通過飲料生產(chǎn)設(shè) 備的計(jì)量系統(tǒng)落入或者由計(jì)量器具手動(dòng)供應(yīng)的。為了使配料能直接落入腔 室中，向上的壁15的表面優(yōu)選光滑并且相對(duì)垂直，盡管相對(duì)于垂直方向略 微傾斜也是可以設(shè)想的。中央開口 17也用作空氣入口，供空氣能進(jìn)入腔室 中并且與生成的泡沫液體混合。
腔室的直徑為約15至45mm,更優(yōu)選為25至36mm。為了使液體能 在腔室中正確循環(huán)，并避免液體從腔室的上部開口溢流的任意危險(xiǎn)，優(yōu)選 地，腔室的直徑-高度比在1:2至1:10之間，最優(yōu)選地，在1:2.5至1:5之 間，其中，所述高度指向上的壁的距離"f，。
稀釋劑以比較高的速度經(jīng)由稀釋劑入口 18 i^腔室內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的 重要方面，所述稀釋劑入口設(shè)置成穿過向上的壁15。該入口的大小和方位 設(shè)置成改善液體的離心循環(huán)和液體表面上的剪切。結(jié)果，液體在很短的時(shí) 間內(nèi)發(fā)泡。
為此，入口 18形成小直徑噴嘴，使得能在腔室中形成高線速度的射流。 優(yōu)選地，入口的直徑"a"的范圍從0.3至0.8mm,最優(yōu)選在0.4和0.6mm 之間。流速優(yōu)選從1.5至5ml/s,最優(yōu)選為約2至4.51111/8。這種流動(dòng)條件和 噴嘴大小能產(chǎn)生大約10至50m/sec的線速度，最優(yōu)選為12至30m/sec，例如，約18m/sec。
因此，稀釋劑的入口的方向定位成相對(duì)于腔室的縱向中軸線O偏離。 更具體地，入口的方向使得比率d/r在0,2和0.9之間，其中，"d"是入 口方向與中心軸線之間的垂直距離，"r" 口的水平面處腔室的半徑(圖 3)。
稀釋劑入口 18的垂直位置對(duì)于確保該入口與液體之間的合適距離也 是很重要的。稀釋劑入口相對(duì)于底壁內(nèi)緣的優(yōu)選垂直位置"c"在約5和 20mm之間，最優(yōu)選在6和15mm之間。
相對(duì)于向上的壁15的縱向尺寸"f，，稀釋劑入口還優(yōu)選地位于較低 的位置，從而避免了流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性即離心效應(yīng)造成的液體沿著壁表面 上升而濺出或溢流出腔室。優(yōu)選地，稀釋劑入口離底壁基部的距離比離開 口 17的距離更近。更優(yōu)選地，入口位于腔室下面四分之一的附近或內(nèi)部(通 過向上的壁15的高度"r測(cè)量)。
重要的是，腔室的底壁14包括控制被輸送的泡沫液體流通過該裝置的 +殳備。普遍原理在于避免液體過快地離開腔室，從而能形成液體層，該液 體層沿著向上的壁15的側(cè)面上升，向上的壁的側(cè)面可以受到稀釋劑射流的 沖擊，因此形成4艮大的剪切力。例如，圖2體現(xiàn)了由于射流在腔室中的液 體上導(dǎo)致的離心效應(yīng)而造成的循環(huán)液體表面19。
因此，通過控制輸送出口的大小和構(gòu)造，獲得流量控制裝置。
在圖5的模式中，在底壁上構(gòu)造單個(gè)液體出口 20。單個(gè)出口的表面積 優(yōu)選在0.8和12.6mm2之間。
在圖6的模式中，設(shè)置有多個(gè)出口 21，優(yōu)選為2至15個(gè)，最優(yōu)選為7 至12個(gè)，每個(gè)出口各自的表面積在約0.28至1.5mm2之間。
由于離心效應(yīng)和小出口的結(jié)合，液體被迫積聚在腔室中，只要將稀釋 劑通過入口高速引入腔室中，則液體趨于沿著腔室的向上的壁上升。另一 方面，所述裝置是自排空的，液體能完全經(jīng)由出口離開腔室，基本上不會(huì) 在裝置中遺留任意固體或泡沫殘留物。腔室的沖洗可以由稀釋劑執(zhí)行，所 述稀釋劑經(jīng)由腔室中的噴嘴連續(xù)地或間歇地，例如通過腔室中的脈沖稀釋劑來輸送。腔室還可以完全從待清洗的裝置上移除。
底壁14的形狀可以是圓錐形的，從而促進(jìn)液體層的蔓延。底壁的圓錐 體相對(duì)于橫向于O的平面的角度"j"可以在1度至45度之間變化。當(dāng)然， 所述底壁也可以是圓形的或扁平的。
圖4顯示了腔室中存在的隔板22，其功能主要在于削弱腔室中液體在 稀釋劑入口上方的循環(huán)流動(dòng)。結(jié)果，液體不能通過上部空氣和計(jì)量開口 17
溢出腔室。所述隔板可以是如圖所示的跨越腔室的單個(gè)壁。所述隔板形成 與縱向軸線O基本平行或?qū)?zhǔn)設(shè)置的壁。
因此，在所述裝置的正常使用中，隔板基本垂直。隔板的尺寸取決于 腔室的幾何形狀和大小。在優(yōu)選示例中，隔板的高度H為10至30mm， 其長度等于腔室的直徑，例如為20至31mm,厚度為約1至2mm。所示 出的垂直隔板對(duì)于在潮濕環(huán)境中粘附到裝置壁上的能力相對(duì)較低的粉末例 如結(jié)塊的咖啡粉末或奶粉帶來好的結(jié)果。對(duì)于未結(jié)塊的粉末，由于某些粉 末當(dāng)落入裝置中時(shí)傾向于粘附到隔板上，觀察到較少的好的結(jié)果。
圖7和8顯示了一種模式，其中，隔板裝置分成多個(gè)隔板，例如，分 布在向上的壁上的四塊隔板23。所述隔板是基本平行于縱向軸線延伸的壁 的部分，其僅僅部分地徑向延伸跨越腔室，留下一中央通道24。優(yōu)選地， 隔板從腔室的內(nèi)表面延伸的橫向突出距離為腔室半徑值的0.1至0.5倍。因 此，提供了中央通道24，其優(yōu)點(diǎn)在于粉末能從計(jì)量開口 17定量供給在腔 室的中央，同時(shí)限制了粉末因重力在裝置中下落時(shí)粘附到隔板表面的可能 性。特別地，對(duì)于未結(jié)塊的咖啡或咖啡混合物的粉末獲得了好的結(jié)果。在 一種可能的非限制性示例中，隔板的高度H為10至30mm,長度L為約 5mm至腔室內(nèi)徑"e"的一半。所述隔板的數(shù)量為2至6個(gè)，從壁15開始 均勻地徑向分布在腔室中。在附圖中，提供了四塊隔板，它們均勻相隔卯 度。
圖9和10顯示了另一變型，其中隔板23形成相對(duì)于縱向中心軸線0 傾斜的壁部分。所述隔板相對(duì)于水平面傾斜，它們的自由端28沿著開口 17的方向或者向上定向。隔板可向內(nèi)延伸一距離，該距離的值在約5mm和腔室半徑值之間。優(yōu)選地，隔板從腔室的內(nèi)表面延伸一橫向突出距離L， 該距離為腔室半徑的值的0.1至0.5倍。所述隔板還可以橫向傾斜定位，使 得它們的側(cè)緣26、 27相互之間處于不同的高度。在替代實(shí)施例中，側(cè)緣 26、 27相互之間可以處于同樣的高度。特別地，對(duì)于未結(jié)塊的咖啡或咖啡 混合物的粉末獲得了良好的結(jié)果。
在替代實(shí)施例中，所述隔板相互交叉，留出了供空氣和粉末從空氣和 計(jì)量開口 17進(jìn)入腔室的某些間隙。
當(dāng)然，隔板可以采取與扁平壁的部分明顯不同的形狀。它們可以是銷 釘、針、網(wǎng)格或網(wǎng)格的部分或彎曲壁、螺旋壁或環(huán)狀壁或星形壁。
圖11至19顯示了兩個(gè)組裝部件形式的本發(fā)明裝置的可能構(gòu)造。第一 上部部件30在圖11至14中顯示，第二下部部件40在圖15至19中顯示。 這兩個(gè)部件可以通過塑料注射成型生產(chǎn)并通過壓入配合組裝，兩者之間具 有或者不具有密封部件，或者最終焊接或粘結(jié)以提供液體密封組件。
上部部件采用管狀的單一構(gòu)件形式，形成裝置的向上的壁15。稀釋劑 入口 18通過連接部分31從向上的壁延伸，實(shí)現(xiàn)與圖1中飲料生產(chǎn)設(shè)備1 的稀釋劑柔性管線的簡單、快速連接。隔板22可以設(shè)置在腔室中，其也與 管狀上部部分30才莫制成一個(gè)整體件。在部件30的下端，提供壓入配合類 型的連接部32,例如環(huán)狀內(nèi)槽。連接部32設(shè)計(jì)成與圖15至19所示的裝 置的下部部件40的互補(bǔ)壓入配合連接部互補(bǔ)配合。
下部部件40形成裝置的圓錐形底壁和出口部分41。出口部分可以形 成截面縮小的管狀部分，其從圓錐形壁的中央延伸，用于引導(dǎo)流出裝置的 液體的流動(dòng)。在下部部件的內(nèi)部，可以制成多個(gè)匯聚到壁的內(nèi)部中央的小 翼板42來減緩液體在流出出口部分之前的速度。 一系列小出口 43恰好圍 繞底壁的中心，沿著小的圓形路徑分布。所述出口，例如八個(gè)出口，優(yōu)選 地位于每個(gè)小翼板之間離中央不超過約0.5mm的距離處。每個(gè)出口的直徑 為約0.8至l.lmm。在圓錐形部分的上周邊，小的彈性法蘭44向上延伸， 與鎖定突起形成所述裝置的互補(bǔ)壓入配合連接部。該下部部件可以用塑料 模制并直接壓入配合在上部部件上，從而形成本發(fā)明的裝置。除了隔板22是跨越腔室設(shè)置的濾網(wǎng)并且該濾網(wǎng)面對(duì)稀釋劑入口 18外， 圖20和21與圖2和3相同。濾網(wǎng)在腔室13的所有內(nèi)部部件上方延伸，從 而離開稀釋劑入口 18的稀釋劑射流沖擊并穿過濾網(wǎng)22。如圖22所示，濾 網(wǎng)22的縱向平面與稀釋劑入口軸線的水平投影垂直。在腔室的底部設(shè)置幾 個(gè)出口 21。
腔室中的濾網(wǎng)22用于削弱腔室中液體在稀釋劑入口上方的循環(huán)流動(dòng)， 并且防止液體通過上部空氣和計(jì)量開口 17溢出腔室。濾網(wǎng)22也用于改善 稀釋劑中可溶粉末配料的溶解，并且使液體起泡。在對(duì)圖2至4進(jìn)行描述 時(shí)給出的腔室和隔板尺寸的范圍與圖20至22的完全相同。
除了腔室包括位于第一稀釋劑入口 18上方和濾網(wǎng)22上方的第二稀釋 劑入口 181,圖23和24與圖20和21相同。第二入口 181的大小和定向 設(shè)計(jì)成促進(jìn)液體的離心循環(huán)以及液體表面上的剪切。在使用時(shí)，根據(jù)預(yù)期 的飲料是具有很多泡沫、類似espresso類型咖啡的飲料，或者是沒有或很 少有泡沫、類似過濾器類型或美式咖啡的々大料，通過第一入口或第二入口 引入稀釋劑。如果期望具有高泡沫的飲料，那么，僅通過面對(duì)濾網(wǎng)的稀釋 劑入口注入稀釋劑。如果期望具有很少或沒有泡沫的飲料，那么，僅通過 不面對(duì)濾網(wǎng)的第二稀釋劑入口注入稀釋劑。
回到圖1,本發(fā)明的飲料生產(chǎn)設(shè)備的操作可以在下面的示例中描述。 用戶壓下指令機(jī)構(gòu)12的按鈕以啟動(dòng)設(shè)備?？刂破?1接受到指令機(jī)構(gòu)12 發(fā)出的命令，并按用戶作出的選擇驅(qū)動(dòng)計(jì)量單元4。這種計(jì)量單元將從容 器3測(cè)量一定量的可溶配方。這些量(的可溶配方)通過上部開口在本發(fā) 明的發(fā)泡裝置中分送。例如，可溶配料可以是結(jié)塊的或未結(jié)塊的咖啡粉。 粉末在重力作用下落入腔室的底部，優(yōu)選地，特別是當(dāng)粉末傾向于粘附到 壁上或隔板上時(shí)(例如未結(jié)塊的咖啡粉)，粉末正好穿過隔板之間的中央 通道。 一旦粉末處于裝置中，控制器6開啟泵，并且，如果需要熱水的話， 最終也開啟熱水器。水與粉末混合并由此生成泡沫液體。水可以以25至 250ml的體積定量供給。優(yōu)選地，對(duì)于小杯咖啡而言，以一股連續(xù)射流定 量供給40或70ml的水。所述控制器能以規(guī)則間隔停止泵以排放泡沫液體，特別對(duì)于較大的體積而言。然后，控制器關(guān)上泵。如果必要的話，所述控 制器再次開啟泵，輸送少量的沖洗水以提供沖洗步驟。在替代實(shí)施例中， 當(dāng)生產(chǎn)泡沫液體時(shí)通過單股射流連續(xù)執(zhí)行沖洗步驟。
本發(fā)明的 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能夠使用可溶配料作為原始材料有效地溶解并
且提供高質(zhì)量的泡沫液體，例如具有濃厚的和均一的咖啡脂(crema)的 咖啡，其質(zhì)量堪比烘焙研磨咖啡々欠料例如espresso或lungo。但是，本發(fā) 明不具有在裝置或料筒中遺留固體殘?jiān)牟蛔?，它也沒有產(chǎn)生潛在的包裝 浪費(fèi)的不足。本發(fā)明方侵 使用，因?yàn)樗軌蛉菀椎刈詣?dòng)化，并且能在小型 飲料設(shè)備中使用，或者在大吞吐量的飲料生產(chǎn)設(shè)備例如"barista，，類機(jī)器 中使用。而且，它不需要使用高壓稀釋劑泵提供壓力4至5bar的稀釋劑 的泵就足夠了。
僅僅通過示例描述了上面的實(shí)施例。對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而 言，落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的很多其他實(shí)施例是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)泡沫液體的裝置(2)，包括-通向大氣的腔室(13)，該腔室具有橫向底壁(14)以及縱向向上的壁(15)，-至少一個(gè)稀釋劑入口(18)，-至少一個(gè)液體輸送出口(20，21)，其特征在于所述稀釋劑入口(18)設(shè)置成穿過向上的壁(15)，其尺寸和取向設(shè)計(jì)成用于引導(dǎo)腔室(13)中的稀釋劑射流，所述至少一個(gè)液體輸送出口(20)構(gòu)造于底壁(14)中，由于腔室中稀釋劑入口的方向和尺寸，液體能在進(jìn)入腔室的稀釋劑射流的作用下沿著向上的壁(15)的側(cè)面上升。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述液體輸送出口(20， 21)的總表面積確定成使得由于重力而穿過出口 (20， 21)的液體排空流 速小于穿過所述稀釋劑入口 (18)的稀釋劑的腔室填充流速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于在底壁上設(shè)置有 橫截面積小于12.6mm2的單個(gè)液體輸送出口 (20)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于在底壁上設(shè)置有 多個(gè)液體輸送出口 ( 21),其中，每個(gè)單獨(dú)出口的橫截面積都小于1.52mm2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述液 體輸送出口 (20， 21)設(shè)置在底壁的中心或者緊鄰底壁中心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述底 壁包括至少一個(gè)由能使用外部控制裝置打開的閥封閉的液體輸送出口 ，用 以延遲從該出口輸送液體。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述稀釋 劑入口 (18)的直徑在0,2和lmm之間。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述稀釋劑入口 (18)沿著腔室內(nèi)偏離于腔室的縱向中心軸線(O)的方向定向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于所述稀釋劑入口 的定向方向使得垂直距離"d"與腔室半徑"r"的比值在0,2和0.9之間。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述稀釋 劑入口 (18)相對(duì)于橫向平面朝底壁方向向下傾斜一定角度(b)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述相對(duì)于腔室的 橫向平面的角度(b)在5度和30度之間。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝置 包括兩個(gè)設(shè)置在腔室的向上的壁的不同高度處的稀釋劑入口 。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝置 包括至少部分地跨越腔室設(shè)置的至少 一個(gè)隔板裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)隔板裝置 (22)設(shè)置在稀釋劑入口 (18)的上方。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述裝置包括沿著 和/或傾斜于縱向中心軸線垂直定向的多個(gè)隔板。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)隔板裝置 面對(duì)至少一個(gè)稀釋劑入口 (18)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述隔板裝置完全 跨越腔室設(shè)置并且包括孔口 。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于所述隔板裝置是濾網(wǎng)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于濾網(wǎng)每cn^的網(wǎng)眼 數(shù)在50和100之間。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16至19所述的裝置，其特征在于所述裝置包括 兩個(gè)稀釋劑入口 ， 一個(gè)稀釋劑入口布置在隔板裝置上方。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述腔室 包括設(shè)置在腔室頂部的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管提供了液體出口，使液體能在超出 腔室容量后從腔室中排出。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝置 形成一次性的或可重復(fù)利用的料筒，料筒中包含一定量的可溶配料。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于所述稀釋劑入口和 空氣開口被至少一個(gè)氣密的可拆卸隔膜密封地閉合。
24. —種包含根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述裝置的飲料生產(chǎn)設(shè)備， 包括可連接到稀釋劑入口的稀釋劑供應(yīng)裝置。
25. —種在飲料生產(chǎn)設(shè)備中生產(chǎn)泡沫液體的方法，包括-提供具有橫向底壁(14)和縱向向上的壁(15)的腔室(13)， -向腔室(13)中定量供給可溶配料，-通過稀釋劑入口 (18)供應(yīng)稀釋劑，在腔室(13)中生成稀釋劑射 流，并且將所述稀釋劑與所述可溶配料混合，以使可溶配料溶解成液體，國當(dāng)在腔室中供應(yīng)稀釋劑時(shí)，以這種方式控制流出腔室的液體流量， 即使得液體能沿著向上的壁的側(cè)面上升一定高度，并且使液體形成液體剪 切面，由于腔室中稀釋劑入口的方向和尺寸，該液體剪切面受到稀釋劑射 流的劇烈沖擊，-停止向腔室內(nèi)注入稀釋劑，并且通過至少一個(gè)出口排出腔室的泡沫 液體。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于控制流出腔室的液 體流量包括相對(duì)于腔室內(nèi)稀釋劑的注入，延遲液體流出腔室。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或24所述的方法，其特征在于在腔室中供應(yīng) 稀釋劑包括使稀釋劑穿過稀釋劑入口 ，并且在腔室內(nèi)沿偏離于腔室的縱向 中心軸線的方向定向稀釋劑射流。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于定向的稀釋劑射流 穿過跨越腔室設(shè)置的濾網(wǎng)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24至28中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于向腔 室中定量供給可溶咖啡配料。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24至29中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述 方法包括在排出腔室中的泡沫液體之后，通過使稀釋劑穿過稀釋劑入口而進(jìn)一步?jīng)_洗腔室，并且進(jìn)一步排放所述沖洗液體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由可溶配料和稀釋劑生產(chǎn)泡沫液體的裝置和方法。生產(chǎn)泡沫液體的裝置包括通向大氣的腔室13，該腔室具有橫向底壁14和縱向向上的壁15，至少一個(gè)稀釋劑入口18，至少一個(gè)液體輸送出口20，其中，稀釋劑入口設(shè)置成穿過向上的壁，其尺寸和取向設(shè)計(jì)成用于引導(dǎo)腔室中的稀釋劑的細(xì)射流，并且，所述至少一個(gè)液體輸送出口構(gòu)造在底壁中，由于腔室中稀釋劑入口的方向和尺寸，液體能在進(jìn)入腔室的稀釋劑射流的作用下沿著向上的壁(15)的側(cè)部上升。
文檔編號(hào)A47J31/40GK101600378SQ200780050780
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者C·博西爾, D·J·哈里松, D·哈梅爾, I·基斯林, J-L·蒂利耶, N·杜根, R·伯恩哈茨格呂特, R·古格利 申請(qǐng)人:雀巢產(chǎn)品技術(shù)援助有限公司