用于產(chǎn)生奶泡的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使流體發(fā)泡、優(yōu)選用于產(chǎn)生奶泡的裝置。特別地，該裝置是以它可以嵌入流體流動(dòng)路徑定位以產(chǎn)生泡沫的方式設(shè)計(jì)的。本發(fā)明的裝置使用該裝置中的流體經(jīng)歷的高剪切能量作為用于產(chǎn)生泡沫的發(fā)泡能量。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，已知用于產(chǎn)生奶泡的裝置，其中牛奶的發(fā)泡通常在批量處理中執(zhí)行。例如，已知一種具有儲(chǔ)器的裝置，牛奶可被加注到該儲(chǔ)器中。儲(chǔ)器中的旋轉(zhuǎn)部件(例如設(shè)置在儲(chǔ)器底面處的攪拌器)引起牛奶的發(fā)泡。但是，這種用于產(chǎn)生奶泡的裝置僅會(huì)同時(shí)(即在一次批量處理中)產(chǎn)生預(yù)定量的奶泡。此后，需要將該裝置清空，優(yōu)選進(jìn)行清潔，并在可以開(kāi)始下一次批量處理之前再加注牛奶。此外，這種裝置不能嵌入流體流動(dòng)路徑并因此不能例如在用于產(chǎn)生或提供牛奶或其它飲料的裝置中實(shí)施。
[0003]此外，現(xiàn)有技術(shù)包括將熱蒸汽噴射到注入儲(chǔ)器中的牛奶中以便引起發(fā)泡的裝置。但是，這些裝置不能與例如飲料生產(chǎn)設(shè)備的流體流動(dòng)路徑嵌入地使用。
[0004]對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)裝置，影響牛奶發(fā)泡的因素例如為旋轉(zhuǎn)部件如攪拌器的幾何形狀，或噴射到牛奶中的蒸汽的溫度和/或壓力。這些因素難以理解，并且在不構(gòu)建更復(fù)雜的裝置的情況下不易精確地控制。因此，許多簡(jiǎn)單現(xiàn)有技術(shù)發(fā)泡裝置的奶泡通常不可靠地產(chǎn)生，即泡沫的特性如體積、發(fā)泡水平、泡沫穩(wěn)定性等從一次批量處理到另一次批量處理不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是克服上述缺點(diǎn)，并改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于使流體發(fā)泡、優(yōu)選用于產(chǎn)生奶泡的裝置，該裝置能實(shí)施為嵌入流體流動(dòng)路徑。此夕卜，本發(fā)明意圖提供一種裝置，能使用該裝置更可靠地產(chǎn)生泡沫。因此，影響發(fā)泡效果的因素應(yīng)該更好理解并且更容易精確地控制。最后，本發(fā)明的目的是提供一種使用壽命長(zhǎng)的簡(jiǎn)單且可靠的裝置。
[0006]在下文中，將就牛奶的發(fā)泡給出本發(fā)明的描述。但是，本發(fā)明不限于作為流體的牛奶，而是也可應(yīng)用于其它流體，例如巧克力或咖啡。因此，也可通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)不同于奶泡的泡沫。
[0007]為使牛奶發(fā)泡，必須如圖1所示一般以某種方式提供牛奶和空氣兩者。可選地，可以加熱牛奶和/或空氣。此外，必須向牛奶和空氣提供某種類型的發(fā)泡能量，以便產(chǎn)生奶泡。本發(fā)明基于將發(fā)泡能量作為高剪切能量提供的思想。通過(guò)將該裝置設(shè)計(jì)成使得牛奶-空氣混合物至少部分地通過(guò)庫(kù)艾特流從該裝置通過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)高剪切能量。
[0008]庫(kù)艾特流指的是粘性流體在兩個(gè)平行的板之間的空間中的層狀流動(dòng)。庫(kù)艾特流的基本原理在圖2中示出。在圖2中，可移動(dòng)的二維邊界板相對(duì)于固定的二維邊界板以特定速率u移動(dòng)。在兩個(gè)邊界板之間存在流體?？梢苿?dòng)的邊界板的移動(dòng)引起流體移動(dòng)。兩個(gè)邊界條件決定流體的移動(dòng)。直接在固定邊界板處，由于固定邊界板處的摩擦力，流體根本不移動(dòng)。因此，速率U為零。直接在可移動(dòng)的邊界板處，摩擦引起流體以可移動(dòng)的邊界板的速率U移動(dòng)。
[0009]在簡(jiǎn)單模型中，流體的速率u沿從固定邊界板測(cè)定的方向y線性地增加。由此，在流體中產(chǎn)生剪應(yīng)力τ，其取決于兩個(gè)邊界板之間的距離、流體的精度和運(yùn)動(dòng)的邊界板的絕對(duì)速率。流體中的剪應(yīng)力引起可以被用作發(fā)泡能量的剪切能量。本發(fā)明將描述細(xì)節(jié)。
[0010]本發(fā)明利用根據(jù)附后獨(dú)立權(quán)利要求的裝置實(shí)現(xiàn)了上述原理。獨(dú)立權(quán)利要求解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)在附后從屬權(quán)利要求中顯現(xiàn)。
[0011]具體地，本發(fā)明關(guān)于一種用于產(chǎn)生奶泡的裝置，包括外缸筒、同心地設(shè)置在外缸筒內(nèi)的內(nèi)缸筒、流體入口和流體出口，其中外缸筒和內(nèi)缸筒可相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，其中在外缸筒與內(nèi)缸筒之間形成間隙，并且其中該間隙將流體入口與流體出口連接。
[0012]圖2所示的兩個(gè)邊界板分別通過(guò)內(nèi)缸筒的外壁和外缸筒的內(nèi)壁來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2中的可移動(dòng)的邊界板相對(duì)于靜止邊界板上的移動(dòng)由內(nèi)缸筒相對(duì)于外缸筒的移動(dòng)引起。缸筒具有共同的旋轉(zhuǎn)軸線。圖2中的邊界板之間的距離由流體(優(yōu)選牛奶和空氣)從流體入口流到流體出口流動(dòng)通過(guò)的間隙的寬度決定。這意味著牛奶和空氣優(yōu)選被提供給該裝置的流體入口。因此，根據(jù)參考圖2所述的原理，牛奶-空氣混合物在該間隙中經(jīng)歷高剪應(yīng)力。
[0013]該高剪應(yīng)力引起空氣和牛奶的乳化。只要乳化的牛奶-空氣混合物離開(kāi)該間隙，它就膨脹。由于膨脹而實(shí)現(xiàn)了發(fā)泡效果，這是因?yàn)榕Ｄ虄?nèi)的氣泡的尺寸突然增大。因此，一般而言，牛奶-空氣混合物中包含的高剪切能量用來(lái)提供產(chǎn)生奶泡所需的發(fā)泡能量。
[0014]該裝置被設(shè)計(jì)成使得它可以嵌入牛奶的流動(dòng)路徑定位，這是因?yàn)榕Ｄ炭梢粤魅肓黧w入口、通過(guò)該間隙并從流體出口流出。因此，裝置I適于連續(xù)從儲(chǔ)器接收牛奶并將它轉(zhuǎn)化成奶泡。
[0015]影響奶泡特性的因素例如是間隙的寬度、缸筒相對(duì)于彼此的切向速度、缸筒表面和牛奶承受剪應(yīng)力的時(shí)間(即在裝置中消耗的時(shí)間)。這些參數(shù)容易理解并且可精確地控制。此外，該裝置可以相當(dāng)簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)，但仍可產(chǎn)生非?？煽康慕Y(jié)果。
[0016]優(yōu)選地，該間隙在內(nèi)缸筒和外缸筒的半徑方向上的寬度在0.2mm至1.0mm的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選在0.3mm至0.6mm的范圍內(nèi)。
[0017]如上所述，該設(shè)備中的牛奶-空氣混合物承受的剪應(yīng)力在很大程度上取決于形成在兩個(gè)缸筒壁之間的間隙的寬度。這里，該間隙直徑被選擇成使得實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生牛奶的最佳發(fā)泡效果的剪應(yīng)力。例如，這意味著發(fā)泡效果引起具有最佳特性的奶泡。當(dāng)談及泡沫的特性時(shí)，本發(fā)明理解為例如期望的體積、良好的泡沫穩(wěn)定性和/或充分的發(fā)泡水平。穩(wěn)定性由奶泡穩(wěn)定(即基本保持其體積)的時(shí)間量決定。發(fā)泡水平由給送到流體入口中的牛奶的體積與從流體出口分配出來(lái)的奶泡的體積之比決定。
[0018]優(yōu)選地，流體出口的直徑大于間隙的寬度，優(yōu)選在2mm至1mm的范圍內(nèi)。
[0019]流體出口相比于間隙寬度的擴(kuò)寬導(dǎo)致由兩個(gè)缸筒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)引起的高剪應(yīng)力產(chǎn)生的牛奶-空氣乳劑的膨脹。該膨脹增大了牛奶-空氣混合物內(nèi)的氣泡的尺寸，并且因此產(chǎn)生發(fā)泡效果。流體出口的優(yōu)選直徑引起實(shí)現(xiàn)具有最佳特性的奶泡的膨脹。
[0020]優(yōu)選地，內(nèi)缸筒包括具有較大直徑的第一部分和具有較小直徑的第二部分，間隙形成在內(nèi)缸筒的第一部分與外缸筒之間，且腔室形成在內(nèi)缸筒的第二部分與外缸筒之間。
[0021]兩個(gè)缸筒之間的偏離形成兩個(gè)缸筒之間的第一區(qū)域(這種情況下為間隙)和兩個(gè)缸筒之間的第二區(qū)域(這種情況下為腔室)，第一區(qū)域中牛奶-空氣混合物承受較高剪應(yīng)力，第二區(qū)域中牛奶-空氣混合物承受較低剪應(yīng)力。高剪切區(qū)域用于牛奶-空氣混合物的乳化，而低剪切區(qū)域用于乳劑的膨脹。由此，可以在兩個(gè)同心缸筒之間產(chǎn)生發(fā)泡效果。如果此外流體出口的直徑進(jìn)一步大于兩個(gè)缸筒之間的腔室，則會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的膨脹和發(fā)泡效果。該裝置甚至可以設(shè)計(jì)成這樣或可以在裝置中設(shè)置另一裝置，使得腔室直徑是可調(diào)節(jié)的。因此，可以控制和調(diào)節(jié)奶泡的發(fā)泡效果和特性。
[0022]優(yōu)選地，該腔室在內(nèi)缸筒和外缸筒的半徑方向上的寬度在2mm至1mm的范圍內(nèi)。
[0023]利用腔室寬度的優(yōu)選值，可以在該裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳泡沫特性。
[0024]優(yōu)選地，該裝置還包括用于使內(nèi)缸筒相對(duì)于外缸筒旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。
[0025]優(yōu)選地，該馬達(dá)適合于使內(nèi)缸筒相對(duì)于外缸筒以在4000rpm至8000rpm的范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
[0026]兩個(gè)缸筒之間的剪應(yīng)力取決于移動(dòng)速率，即兩個(gè)缸筒的相對(duì)轉(zhuǎn)速。已發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)速的優(yōu)選值產(chǎn)生最佳發(fā)泡效果。這意味著所產(chǎn)生的奶泡具有最佳特性?？梢酝ㄟ^(guò)固定外缸筒并以上述給出的速度值轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)缸筒來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速，或反之亦然。也可以通過(guò)沿彼此相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)缸筒來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速。
[0027]優(yōu)選地，該馬達(dá)包括設(shè)置有頭部的軸，所述頭部包括至少一個(gè)第一磁體，內(nèi)缸筒包括至少一個(gè)第二磁體，并且所述至少一個(gè)第一磁體和所述至少一個(gè)第二磁體適合于以不接觸的方式將馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)傳遞到內(nèi)缸筒上。
[0028]由于內(nèi)缸筒被磁驅(qū)動(dòng)的事實(shí)，該軸無(wú)需與內(nèi)缸筒機(jī)械連接或插入其中。因此，裝置中將發(fā)生更小的摩擦，這是因?yàn)檩S和到達(dá)內(nèi)缸筒或進(jìn)入其中的引導(dǎo)之間不存在用于使裝置旋轉(zhuǎn)的摩擦。更小的摩擦引起裝置更少的能量消耗和更長(zhǎng)的使