一次性热传递装置和集成这种装置的系统的制作方法

本发明涉及一种用于以高效、洁净的方式加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置，并且还涉及集成这种一次性热传递装置的系统。

背景技术：

流体泡沫由两相组成，即水相和气(空气)相。流体泡沫是通过使许多气泡捕获于流体结构中而形成的物质：生产流体泡沫不仅涉及生成这些气泡，还涉及将这些气泡填充和保留在整个流体结构中以提供稳定的泡沫。

现今饮用咖啡品种越来越多，其中大部分咖啡的牛奶含量比以往更多。这些新的咖啡品种通常包含奶泡，因此提供长期稳定的优质泡沫是目前的需求。因此，许多企业都迫切需要一种泡沫加热技术，特别是奶泡加热技术，特别涉及饮料制品。目前还没有清洁液可用，而消费者总是不得不清洗机器的一部分，如果有用到牛奶，就会变得很麻烦：因为牛奶会随着时间的推移而迅速变质，需要经常彻底清洗系统，最好在每次使用后都清洗。消费者对优质奶泡的需求也越来越高，加热系统必须经过精巧设计，以免降低泡沫质量，同时提供卓越的入杯效果。

目前，存在能够提供优质奶泡的现有系统：这种奶泡由冷牛奶产生，随后进行加热，从而使奶油质地可保持更长时间的稳定：这带来了新的挑战，要在不降低口感的前提下加热泡沫。目前已知最先进的加热冷奶泡的方法有以下几种。一些方法使用热传递装置，例如加热块，一旦产生奶泡便对奶泡进行加热。使用这种热传递装置的问题是，当牛奶流体在热传递装置内流过时，每天都需要进行深度清洁，如果在装置中停留时间太长，牛奶会变质并成为污染源。此外，最好使用正常操作或配量所需水量的几倍水量冲洗系统来进行清洁。另一些已知系统使用直接的蒸汽流通过已形成的奶泡来将其加热：但是这样破坏了奶泡的质地，从而在杯中提供了非常低质的泡沫。

现有技术中已知的是，例如根据wo2014/077692，一种一次性热交换器，其包括具有产品入口和产品出口的柔性盘管，用于易腐产品，诸如奶制品：加热介质也被设置为围绕柔性盘管，以加热循环通过此管的易腐产品。本文还公开了一种发泡模块，优选地设置在热交换器中的产品出口之前，用于使加热的奶制品起泡。但是，该系统存在牛奶加热后发泡的问题，因此提供了低质奶泡。此外，本文公开的热交换器的布置不紧凑，并且处理的流体量较大(通常包括在5至10升流体)，这使得部分流体残留在系统内部，因此可能造成污染。

因此，本发明的目的是提供一种温和、非破坏性且强大的加热系统，用于按需提供优质奶泡，该系统易于操作，同时用户易对其清洁和维护。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明涉及一种用于按需来加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置，该一次性热传递装置包括流体或流体泡沫循环通过的流路，以及由导热材料制成的至少一个层，该流路与层接触，使得当层被加热时，在流体或流体泡沫流经流路时，层将热量传递到流体或流体泡沫。

优选地，该一次性热传递装置还包括蒸汽循环通过的第一流路，使得当蒸汽循环通过第一流路时，层通过蒸汽转变为液体时的相变加热。

根据另一个实施方案，该一次性热传递装置还包括蒸汽循环通过的第二流路和与第二流路接触的次层，使得当蒸汽循环通过第二流路时，次层通过转变为液体时的相变加热。

仍然根据本发明的另一个实施方案，层通过传导和/或通过辐射和/或通过热空气和/或通过感应进行加热。

根据本发明，层可以被理解为薄材料片，优选地被配置为薄箔片，优选地由金属材料制成。

优选地，流体或流体泡沫循环通过的流路被配置为具有迷宫形状。更优选地，流体或流体泡沫循环通过的流路和第一流路和/或第二流路被配置为具有互补形状，优选地具有迷宫形状。

根据本发明，一次性热传递装置还包括集成在一次性热传递装置中的泵送和发泡装置，使得还在一次性热传递装置中提供空气。优选地，该泵送和发泡装置包括两个部件，其中一个部件可相对于另一个部件移动(可以是两个部件都可移动，也可以是一个部件是静态的，另一个部件是可移动的：在这两种配置中，两个部件之间都将存在相对运动)，使得空气和流体的混合物循环通过两个部件并经受剪切应力，使得流体和空气的混合物发泡。这种发泡原理称为库爱特流动(couetteflow)。

根据第二方面，本发明涉及一种包括如前所述的热传递装置的一次性盖子或盖。

根据第三方面，本发明涉及一种用于按需提供热流体或热流体泡沫的包袋，其包括在其内容积中的流体和/或可发泡流体产品，并且该包袋包括如前所述的一次性盖子或盖。

优选地，该包袋被配置为包括单剂量或多剂量配置的瓶子、小袋或荚包，该包袋优选地被配置为一次性的。

根据第四方面，本发明还涉及一种用于按需来加热流体或流体泡沫的机器，可连接到如前所述的包袋，该机器包括：适于接收包袋特别是集成有一次性热传递装置的盖子或盖的连接件；以及将热量传递到盖子或盖的加热单元。

优选地，加热单元包括将蒸汽分配到盖子或盖中的蒸汽生成器。

根据另一个实施方案，加热单元包括通过传导和/或通过辐射和/或通过热空气和/或通过感应将热量传递到盖子或盖的加热元件。

优选地，本发明的机器还包括能够驱动盖子或盖中的泵送和发泡装置的发泡驱动单元。

仍然根据第五方面，本发明涉及一种用于按需来加热流体或流体泡沫的系统，其包括如前所述的装置和包袋。

附图说明

结合附图，在阅读本发明的非限制性实施方案的以下详细描述时，本发明的其他特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置的横向示意图。

图2示出了根据本发明第二实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置的横向示意图。

图3示出了根据本发明第三实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置的横向示意图。

图4到图6示出了可用于根据本发明的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置中的流体流路的可能的不同配置的示意图。

图7a到图7b示出了可用于根据本发明第三实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置中的流体流路的另一种可能配置(此时被配置为圆柱形布置)的示意图。

图8a和图8b示出了根据本发明的第一实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置的可能配置，其中使用了蒸汽加热。

图9示出了根据本发明的用于加热流体或流体泡沫的系统的示意图，该系统集成了根据第一实施方案或第二实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置。

图10示出了根据本发明的用于加热流体或流体泡沫的系统的示意图，该系统集成了根据第三实施方案的用于加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置。

具体实施方式

根据第一方面，本发明涉及一种用于以高效、洁净的方式加热流体或流体泡沫的一次性热传递装置。

根据第一实施方案，本发明涉及使用蒸汽的热传递装置10，其具有如图1中示意性地示出的夹层结构。这种结构包括薄层，该薄层优选地被配置为箔片，在下文称为箔片11，其由能够传递热量(优选为金属材料)的材料制成，该箔片11插在热蒸汽循环通过的第一流路20(优选地具有迷宫形状)和流体(优选为液体，通常为牛奶)或泡沫循环通过的第二流路30(优选地也具有迷宫形状)之间。利用这种配置，来自第一流路20中的蒸汽的热量通过作为热传递介质的箔片11被第二流路30中的流体或泡沫吸收。第一流路20和第二流路30优选地具有相同的形状，使得当它们与箔片11放在一起并且箔片11插在它们两个之间时，第二流路30中的流体或泡沫的循环与第一流路20中的蒸汽的循环相反，从而可以优化热传递。优选地，如图4、图5或图6所示，第一流路20和第二流路30的形状或配置被制成迷宫形类型。然而，只要能够确保通过箔片11正确实现热传递，为第一流路20和第二流路30使用其他互补形状也是可行的。

如上所述，两个流路20和30的形状是互补的，优选地是相同的，至少一个流路具有迷宫形状，最优选地是两个流路20和30都具有迷宫形状。

迷宫形状是优选的形状，因为迷宫形状能够增加流体或流体泡沫与箔片11之间的热传递面积，实现更好的热传递。

根据第二实施方案，本发明涉及使用蒸汽的一次性热传递装置10，其具有如图2中示意性地示出的夹层结构。这种结构包括热蒸汽循环通过的第一流路20(优选地具有迷宫形状)、由能够传递热量的材料(优选为金属材料)制成的称为主箔片11的主薄层、流体(优选为液体，通常为牛奶)或泡沫循环通过的第二流路30(优选地具有迷宫形状)、由能够传递热量的材料(优选为金属材料)制成称为次箔片12的次薄层，以及热蒸汽循环通过的第三流路40(优选地也具有迷宫形状)。利用这种配置，来自第一流路20和第三流路40中的蒸汽的热量通过两个都作为热变送器的箔片(即主箔片11和次箔片12)被第二流路30中的液体或泡沫吸收。这种配置比上文公开的第一个实施方案的效率更高，因为流体或泡沫同时从两个蒸汽流路(第一流路20和第三流路40)中吸收热量。

第一流路20、第二流路30和第三流路40优选地具有相同的形状(通常为迷宫形状)，使得当它们与主箔片11和次箔片12放在一起并且主箔片11和次箔片12插在它们之间时，第二流路30中的流体或泡沫的循环与第一流路20中的蒸汽的循环以及第三流路40中的蒸汽的循环相同或相反；因此可以非常高效地发生热传递。

如上所述，流路20、30和40的形状是互补的，优选地是相同的，至少一个流路具有迷宫形状，最优选地是流路20、30、40都具有迷宫形状。

迷宫形状是优选的形状，因为迷宫形状能够增加流体或流体泡沫与箔片11、12之间的热传递面积，实现更好的热传递。

根据第一个实施方案或第二个实施方案中任一个的一次性热传递装置10，优选地是一次性盖子或盖的一部分，该一次性盖子或盖集成在包括待加热可能也待发泡的流体产品的包袋或包装(优选地被配置为瓶子、小袋或荚包)中。这样配置的盖子或盖优选是扁平而紧凑的。与包装集成在一起的该盖子或盖将连接到机器200，该机器200至少包括：适于接收盖子或盖(集成有一次性热传递装置10)的连接件、蒸汽制造单元(通常为加热块和泵)和用于将蒸汽分配到盖子或盖中的连接件。稍后将说明这种机器200的其他细节。

根据第三实施方案，本发明涉及一种优选借助传导的一次性热传递装置10，其具有如图3所示的夹层结构。这种结构包括由能够传递热量的材料(优选为金属材料)制成的被配置为箔片11的薄层，以及流体或泡沫循环通过的流路30(优选地具有迷宫形状)。当箔片11被加热时，其将热量传递到循环通过流路30的泡沫或流体。箔片11由布置在热传递装置10连接的机器200中的相应加热元件21加热，下文将进一步说明。因此，如前述实施方案所述，箔片11用作热传递介质。

图7a和图7b示出了可用于根据本发明的第三实施方案的一次性热传递装置10的流体流路(即，用于流体或泡沫循环通过的流路30)的圆柱形布置的示例性实施方案。在这种实施方案中，流体或流体泡沫将在一次性热传递装置10中循环通过流路30，并且将被布置在相应的机器200中的加热元件21加热。加热元件21可采用不同的加热技术，诸如传导、感应、热空气或辐射或其他技术。

除了传导之外，还可使用其他任何能够将热量传递到箔片11的方法，因此这些方法应当包括在本申请的保护范围内，诸如使用红外灯或卤素灯辐射、热空气、感应等。

针对根据第三实施方案的一次性热传递装置10公开的布置，优选地是一次性盖子或盖的一部分，该一次性盖子或盖集成在包括待加热可能也待发泡的流体产品的包袋或包装(优选为瓶子、小袋或荚包)中。这样配置的盖子或盖优选是扁平而紧凑的，因此重量轻并且易于一次性使用。与包装集成的盖子或盖连接到机器200，机器200至少包括：用于接收盖子或盖的机械连接件和将热量传递到盖子或盖(传递到盖子或盖中的箔片11)的加热元件21。下文将进一步说明并详细介绍机器200。

如上文所述，第一个实施方案和第二个实施方案使用蒸汽作为加热源，为箔片11或为主箔片11和次箔片12提供热量。蒸汽通过从蒸汽转变为液体(水)的相变将热量非常高效地传递到一个或多个箔片，从而缩短了一条或多条流路的长度，同时使用迷宫形状增大了热传递的活动表面，从而使集成本发明的结构的盖子或盖维持紧凑的结构。因此，流体或泡沫的加热是以直接流动的方式完成的，机器或装置与产品之间没有任何接触，从而为要求不进行清洁的消费者提供了简单的解决方案。由蒸汽相变产生的水可以与产品(待分配的流体或泡沫)混合，也可以被引导至滴盘，以便随后去除。

在第三实施方案中采用的方法使用机器200中的加热元件21，箔片11由于被压靠在加热元件21上而变热，而流体或泡沫在循环通过与箔片11接触的流路30时也随之变热。再次，这一实施方案可在产品与机器200不接触的情况下把热量传递到流体或泡沫，从而为要求不进行清洁的消费者提供了简单的解决方案。

根据第二方面，本发明涉及一种用于提供热流体或热流体泡沫的包袋，其优选地被配置为瓶子或小袋或荚包，该包袋在其内容积中包括将被加热并且可能也将发泡的流体产品。该包袋包括盖子或盖，如前所述的一次性传递装置10被集成到该盖子或盖中。该包袋可被配置为单剂量包袋(优选地然后被配置为荚包)，从而使用一次，或者被配置为允许多种用途的多剂量包袋(在这种情况下，该包袋优选地被配置为瓶子或小袋)。当该包袋被配置为多剂量时，在一次使用和下一次使用之间，该包袋可以存储在适当温度的冰箱中，以免产品发生任何劣化。

根据第三方面，本发明涉及一种用于以高效、洁净的方式加热流体或流体泡沫的机器200。前述的包袋(在其内容积中包括流体产品，并且还包括一次性热传递装置10)被连接到该机器200。本发明的一次性热传递装置10优选为一次性盖子或盖的一部分，该盖子或盖被集成到包括待加热可能也待发泡的流体产品的包袋或包装中。与包装集成的该盖子或盖将连接到机器200。

如图9和图10中的示意图所示，本发明的包袋将连接到的，特别是该包袋的盖子或盖将连接到的机器200至少包括：

-适于接收集成有一次性热传递装置10的盖子或盖的机械连接件(未示出)；

-蒸汽生成器或蒸汽制造单元22(通常为加热块和泵)，用于将蒸汽分配到用于使用蒸汽加热的第一实施方案和第二实施方案的盖子或盖中(参见图9)；或将热量从加热元件传递到盖子或盖的加热元件21，用于使用传导、红外灯或卤素灯辐射、热空气、感应或类似方法(参见图10)的第三个实施方案；

-可选地，发泡驱动单元23，用于驱动盖子或盖中的相应的泵送和发泡装置50进行发泡；以及相应的进气口和空气调节器(未示出)，用于将空气提供到泵送和发泡装置50中，使得流体(包括在包袋中)和空气的混合物发泡；根据本发明，当进气口未被激活时，装置50仅泵送但不发泡；反之，进气口被激活后，泵送和发泡装置50则执行泵送和发泡两种活动。

包括在根据本发明的包袋中的流体也可以具有一定的风味，因此来自包袋的产品可以是调味热饮，还可能是发泡饮料。

如图9所示，根据本发明的包袋在其内容积中包括待加热可能也待发泡的流体产品，并且还包括集成有一次性热传递装置10的盖子或盖。根据本发明，整个包袋优选是一次性的。

如图9中示意图所示，当流体产品需要发泡时，流体首先被引导到泵送和发泡装置50，在该装置中流体与通过机器200中的进气口进入泵送和发泡装置50中的空气的混合物将被发泡。之后，发泡混合物将被引导到第二流路30中。不需要对流体发泡时，泵送和发泡装置50将不会被激活，流体将被引导到第二流路30中。流体或泡沫流体产品循环通过第二流路30时，将被主箔片11(第一实施方案)加热或被主箔片11和次箔片12(第二实施方案)加热，并且将被引导至杯中或适当的容器中。

如图9所示，包袋连接到的机器200包括蒸汽生成器22和发泡驱动单元23。优选地，泵送和发泡装置50将被配置为一个可旋转部件相对于一个静止部件旋转，或被配置为相对于彼此旋转的两个可旋转部件，使得包括在两个部件之间的空气和流体的混合物受到剪切应力作用，从而通过库埃特流动(couetteflow)效应产生泡沫。优选地，这些部件优选成形为圆盘或圆柱形。可旋转部件(或两个可旋转部件)将由发泡驱动单元23(通常为电动机)旋转驱动。

类似地，图10示出了根据本发明的包袋，该包袋在其内容积中包括待加热可能也待发泡的流体产品，并且还包括集成有一次性热传递装置10的盖子或盖。根据本发明，整个包袋优选是一次性的。

如图10中示意图所示，当流体产品需要发泡时，流体首先被引导到泵送和发泡装置50，在该装置中流体将与从机器200中的进气口被提供到泵送和发泡装置50中的空气混合，接着流体和空气的混合物被发泡，然后被引导到第二流路30中。不需要对流体发泡时，泵送和发泡装置50将不会被激活，流体将被引导到第二流路30中。流体或泡沫流体产品循环通过第二流路30时将由被相应加热元件21(第三实施方案)加热的箔片11加热，并且将被引导至杯中或适当的容器中。加热元件21可以通过传导、使用红外灯或卤素灯辐射、热空气、感应或类似方法来进行加热。

如图10所示，包袋连接到的机器200包括加热元件21和发泡驱动单元23。还优选地，泵送和发泡装置50将被配置为一个可旋转部件相对于一个静止部件旋转(也可能是包括相对于彼此旋转的两个部件)，使得包括在两个部件之间的空气和流体的混合物受到剪切应力作用，从而通过库埃特流动效应产生泡沫。优选地，可旋转部件和静止部件(或两个可旋转部件)形状为圆盘或圆柱形。可旋转部件(或两个可旋转部件)将由发泡驱动单元23(通常为电动机)旋转驱动。

然而，根据第四方面，本发明涉及一种用于以高效、洁净的方式提供热流体或热流体泡沫的系统100，该系统包括如前所述的包袋(包袋集成有一次性热传递装置10)和包袋将连接到的机器200。整个系统的代表性示意图在图9和图10中示出。

如通常所公开的那样，本发明的热传递装置10和集成有该装置的盖子或盖，优选地被制成完全一次性的，因此不需要进行清洁操作。通常，也集成有热传递装置10的整个包袋或包装也被制成一次性的。

前文所述的本发明的系统的一些优点现在总结如下：

-热传递装置10是技术性盖子或盖的一部分，与包装(通常为瓶子、小袋或荚包)一起都是完全一次性的；

-流体泡沫和加热源之间没有直接接触，所以流体泡沫被以非常温和的方式加热(因此具有非常优质的泡沫)；

-系统串联在线路内，采用直接流动方式，热流体或热流体泡沫可按需提供；

-系统也是完全干净的，因为流体或流体泡沫和机器之间没有接触(通常，系统是完全一次性的)；

-系统，特别是包装，被制成紧凑的，因而需要的空间较少，盖子或盖被配置为重量轻的一次性小件；

-避免了污染，因为包装被制成单剂量或多剂量，最大剂量通常为3至5剂量；

-系统，特别是热传递装置10，被制成非常高效，因而尺寸得以实现最小化，流体或流体泡沫循环通过的流路变短，从而使包袋变得更加紧凑。

虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下作出许多修改和变化。

标记列表

100流体或流体泡沫加热系统

10一次性热传递装置

11主箔片

12次箔片

20第一流路

30第二流路

40第三流路

50泵送和发泡装置

200机器

21加热元件

22蒸汽生成器

23发泡驱动单元