用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置的制作方法

本公开涉及一种根据方案1的前序部分所述的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置。所述装置具有：发泡单元；输送管道，该输送管道与所述发泡单元流体连接，用于从储存容器中抽吸奶液并将奶液供应到发泡单元中；空气供应管道，该空气供应管道用于将空气混入奶液中；以及可控制的空气供应限制器，该空气供应限制器设置在空气供应管道中。

背景技术：

生产用于制备基于咖啡的热饮或冷饮的泡沫状的奶液/空气混合物或奶沫，从现有技术中是已知的。这些基于咖啡的热饮或冷饮主要包括卡布奇诺、拿铁玛奇朵、牛奶咖啡和冰咖啡。在评判这些饮料的质量时，特别是泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、柔滑度和稳定性是非常重要的。稠度、柔滑度和稳定性取决于所使用的奶种类的脂肪和蛋白质含量、发泡温度以及泡沫状的奶/空气混合物的空气含量。利用全脂奶能最好地实现柔滑的奶沫。低脂奶最适于制作具有高稳定性的奶沫。所使用奶种类的蛋白质含量越高，泡沫状的奶液/空气混合物就越稳定。低脂奶在冷的状态下会吸收大部分空气。高脂奶在较低至中等的温度下发泡效果非常好，由此可以产生特别精细和柔滑的奶沫。

由de102017123642a1已知一种用于调整泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量的装置，该装置通过泵的输送功率调整泡沫状的奶液/空气混合物中的奶含量并通过可控阀调整混入奶液中的空气体积。但在这种情况下，泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量取决于泵的输送功率并且不能动态地对其进行控制。

技术实现要素：

因此，本公开的目的是提供一种用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置和方法，所述装置和方法能够确定并动态地调整泡沫状的奶液/空气混合物的空气含量，以便能够改变泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、柔滑度和稳定性。

所述目的通过具有方案1的特征的装置来实现。所述装置有利的实施方式和优选设计方案能由从属权利要求获得。

根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物或者说奶沫的装置包括：发泡单元；输送管道，该输送管道与所述发泡单元流体连接，用于从储存容器中抽吸奶液并将奶液供应到所述发泡单元中；空气供应管道，所述空气供应管道用于将空气混入奶液中；以及可控制的空气供应限制器，所述空气供应限制器设置在所述空气供应管道中。这里重要的是，根据本公开的装置具有传感器和能编程的控制单元，所述传感器设置在所述空气供应管道中并且用于确定混入奶液中的空气量，所述控制单元用于使由所述传感器确定的空气量与由所述控制单元预先设定的设定值相适配。

所述发泡单元构造成通过输送管道从储存容器中输送或抽吸奶液，以向所抽吸的奶液中混入空气并使由此形成的奶液/空气混合物发泡。为此，所述发泡单元可以构造为一体件或者也可以构造为有多个部分。所述发泡单元与输送管道流体连接。所述传感器确定混入奶液中的空气量。奶液输送量(即单位时间或对于泡沫状的奶液/空气混合物的每次输出量所抽吸的奶液量)可以由发泡单元的输送功率得出。由于单位时间或者对于泡沫状的奶液/空气混合物每次输出量所抽吸的奶液量是已知的，因此控制单元可以根据所输送的奶液量和混入所输送的奶液量并由传感器确定的空气量计算出泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量。通过计算空气含量可以得出所述泡沫状的奶液/空气混合物的密度。这里，密度和空气含量与泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、柔滑度和稳定性相关联。将所计算的空气含量与存储在控制单元中的空气含量设定值相比较。空气含量的设定值与混合到奶液中的空气量的设定值相关联。如果计算得到的空气含量与空气含量的设定值有偏差，则使由传感器确定的空气量与由控制单元预先设定的空气量设定值相适配。所述空气供应限制器具有空气入口和空气出口，所述空气入口和所述空气出口分别与空气供应管道流体连接。可以这样来控制所述空气供应限制器，使得可以减小或增大通过空气供应限制器的空气体积流量。

本公开的另一个方面提出一种用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的方法。所述方法能够利用上述的装置以及其接下来提及的有利的实施方式来执行，并且包括以下方法步骤：在方法步骤(a)中，通过输送管道从储存容器中抽吸奶液，并且将所抽吸的奶液导入发泡单元。在第二方法步骤(b)中，向奶液中混入空气。在另外的方法步骤(c)中，利用设置在空气供应管道中的传感器确定混入奶液中的空气量。在方法步骤(d)中，借助于控制单元使泡沫状的奶液/空气混合物中由传感器确定的空气量与由控制单元预先设定的空气量的设定值相适配。在方法步骤(e)中，利用发泡单元使奶液/空气混合物发泡。所述方法步骤(a)、(b)、(c)、(d)和/或(e)可以基本上并行或者同时地执行或者在时间上错开地执行。这个方法一方面使得可以确定混入奶液中的空气量，另一方面，在产生所述泡沫状的奶液/空气混合物期间，通过使所述空气量动态地与所述设定值相适配，可以最佳地调整泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、柔滑度和稳定性。

在根据本公开的装置的有利的第一实施方式中，发泡单元具有与输送管道流体连接的可控制的第一泵和设置在所述第一泵的压力侧的升压元件。在该有利的设计方案中，所述空气供应管道在所述第一泵的抽吸侧接入到所述输送管道上。由于可控制的第一泵通过输送管道抽吸奶液并将奶液供应给发泡单元，在第一泵的抽吸侧在输送管道和空气供应管道中形成负压。所述负压还会导致由第一泵从空气供应管道中抽吸空气并将空气混入流动通过输送管道的奶液。由于所述负压，在该有利的设计方案中，可以省去用于混入空气的单独的空气输送元件。这里，混入奶液中的空气量由所述可控制的空气供应限制器限制。由此形成的奶液/空气混合物在第一泵中被处理成泡沫状的奶液/空气混合物。设置在第一泵的压力侧的升压元件用作流阻并且由此提高反压力/背压，第一泵必须克服所述反压力工作，并且这里使得泡沫状的奶液/空气混合物在输送元件内部翻滚流动。在这种情况下，泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、柔滑度和稳定性取决于第一泵克服由升压元件产生的反压力的输送功率。这里重要的是，所述升压元件的设计和确定尺寸应使得所述升压元件在第一泵的出口处产生足够高的反压力，可控制的第一泵必须克服所述反压力工作。

在根据本公开的装置的第二设计方案中，所述发泡单元包括可控制的第二泵和设置在所述第二泵的压力侧的发泡腔，所述第二泵在抽吸侧与所述输送管道流体连接。所述第二泵为此构造成，通过输送管道从储存容器中输送或抽吸奶液并将所述奶液供应给发泡腔。所述发泡腔用于在奶液/空气混合物中产生泡沫。所述发泡腔为此与蒸汽供应管道流体连接，所述空气供应管道接入到所述蒸汽供应管道上。通过蒸汽供应管道向发泡腔供应热的水蒸汽。通过蒸汽供应管道将水蒸汽供应到发泡腔中导致在空气供应管道中形成负压，并且基于文丘里效应导致与此相关地从空气供应管道向蒸汽供应管道中抽吸空气，由此形成热的水蒸汽/空气混合物。由此，不需要单独的空气输送元件将空气混入热的水蒸汽中。热的水蒸汽/空气混合物通过蒸汽供应管道供应给发泡腔并与供应给发泡腔的奶液混合。由此在发泡腔中形成热的泡沫状的奶液/空气混合物。

在第一泵和/或第二泵的抽吸侧，可以在输送管道中设置第一止回阀，以便在产生泡沫状的奶液/空气混合物结束之后避免奶液回流到储存容器中。所述装置可以具有附加的冷柜，储存容器连同奶液保存在所述冷柜中，以便改善所述装置对于奶液的存放有效期。为了避免空气供应限制器被奶液污染，可以沿空气供应方向在空气供应限制器的下游在空气供应管道中设置第二止回阀。所述第二止回阀防止奶液进入空气供应限制器。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，所述传感器是体积流量传感器，所述体积流量传感器可以最佳地确定用于制作泡沫状的奶液/空气混合物所需的较少的空气量。体积流量传感器检测由输送元件抽吸的空气的体积流量并且通过电压输出端输出单位为伏特[v]的模拟信号。由这个模拟信号可以计算出混入奶液中的空气量或者说混入奶液中的空气体积。体积流量传感器沿空气供应方向设置在空气供应限制器的上游或者设置在所述空气供应限制器与所述发泡单元之间。如果沿空气供应方向在发泡单元的上游设置有第二止回阀，则体积流量传感器沿空气供应方向设置在所述第一止回阀的上游。由此防止体积流量传感器受到污染。

在根据本公开的方法的有利的第一设计方案中，混入奶液中的空气量是根据供应到奶液中的空气体积确定的，该空气体积利用体积流量传感器确定。这意味着，体积流量传感器测量流动通过空气供应管道或者说由发泡单元抽吸的空气体积流量。根据测得的空气体积流量可以确定混入奶液中的空气体积。如上所述，控制单元可以根据所输送的奶液量和混入所输送的奶液量的空气量计算出泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量。通过这样计算空气含量，可以得出泡沫状的奶液/空气混合物的密度。所述密度与所述泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、柔滑度和稳定性相关联。

为了即使在空气体积流量较小时也确保空气体积流量的高测量精度，在另一个有利的实施方式中，所述空气体积流量传感器具有用于测量体积流量的测量范围，所述测量范围为从-3l/min至3l/min，优选为-2l/min至2l/min，特别优选为-1l/min至1l/min。这意味着，所述空气体积流量传感器沿空气供应方向具有0l/min至3l/min，优选0l/min至2l/min，特别优选0l/min至1l/min的测量范围。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，所述体积流量传感器包括mems(微机电系统(microeletromechanicalsystem)的英文缩写)。所述体积流量传感器具有流动通道，mems传感器芯片设置在所述流动通道中。这里，抽吸的空气流动通过体积流量传感器的流动通道，经过mems传感器芯片。所述mems传感器芯片具有第一传感器元件和第二传感器元件，第一传感器元件用于对在两个传感器元件旁流动经过的空气进行入口温度测量，而第二传感器元件用于对在两个传感器元件旁流动经过的空气进行出口温度测量。两个传感器元件关于一个加热元件(例如固定在膜片上的具有铂涂层的热敏电阻膜)的中心对称地设置。所述mems传感器芯片优选还具有用于测量环境温度和/或空气温度的环境温度传感器元件。所述mems传感器芯片用于确定空气体积流量的测量原理基本上是基于以下事实：当空气处于静态状态下时，由具有铂涂层的热敏电阻膜产生的热围绕热敏电阻膜的中心均匀地分布。这种静态状态是指没有空气流动通过mems传感器芯片的状态。在这种情况下，用于入口温度测量和出口温度测量的两个传感器元件具有相同的电阻。当空气流动经过mems传感器芯片时，消除了加热空气的这种均匀的温度分布。在这种情况下，用于出口温度测量的第二传感器元件的电阻变得大于用于入口温度测量的第一传感器元件的电阻。两个传感器元件的电阻的差与空气的流动速度成比例。基于这种电阻测量和对其的分析可以确定空气体积流的流动方向和流动速度。环境温度传感器元件可以用于补偿空气和/或环境温度。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，可以改变通过空气供应限制器的空气体积流量和/或供应给发泡单元的奶液输送量，以使泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量与所述设定值相适配。这种改变通过控制单元来实现。对空气供应限制器的控制使得可以动态地调整空气体积流量，从而动态地调整单位时间混入奶液中的空气体积。通过适配调整第一泵或第二泵的输送功率可以实现调整奶液输送量。

在根据本公开的方法的有利的第二设计方案中，控制单元通过设置在空气供应管道中的可控制的空气供应限制器改变空气体积流量和/或改变由发泡单元输送的奶液量，以便使泡沫状的奶液/空气混合物中的空气量与设定值相适配。在发泡单元包括可控制的第一泵和设置在第一泵的压力侧的发泡腔的情况下，以及在发泡单元具有与输送管道流体连接的可控制的第二泵和设置在第二泵的压力侧的升压元件的情况下，可以通过利用控制单元适配调整第一泵或第二泵的输送功率来实现奶液输送量的调整。空气体积流量和/或奶液输送量的这种改变使得可以在制作泡沫状的奶液/空气混合物期间对泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量进行动态调整。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，所述空气供应限制器是空气阀，特别是连续阀或者是间歇式的空气阀。对于连续阀，可以使阀孔的横截面变窄或加宽，以便相应地对空气供应(即空气体积流量)进行节流或增加。利用间歇式空气阀，即利用快速连续打开和关闭的电磁阀，可以通过时钟脉冲的操控来控制混入奶液中的空气体积。用以操控间歇式空气阀的平均时钟频率优选在5hz至20hz之间，特别是约为10hz。该时钟频率可以为了适配调整奶液/空气混合物中的空气含量而相应地改变。此外，还可以保持所述间歇式空气阀的时钟频率恒定并改变占空比，即改变间歇式空气阀的打开状态与关闭状态之间的比值。在打开状态下，空气流动通过所述间歇式空气阀。在关闭状态下，间歇式空气阀阻断空气体积流。通过在间歇式空气阀的打开状态与关闭状态之间反复地进行切换，可以控制通过空气阀的平均空气体积流量。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，可控制的第一泵或可控制的第二泵构造成齿轮泵。通过控制齿轮泵的泵转速能够实现奶液输送量的所述改变，特别是利用脉冲宽度调制控制齿轮泵的泵转速实现奶液输送量的改变。使用齿轮泵作为可控制的第二泵使得可以产生具有更高的柔滑度和稳定性的泡沫状的奶液/空气混合物。其原因在于，齿轮泵的齿轮可以使得奶液/空气混合物强烈地混合并且实现奶液中的气泡与此相关的精细分布。

如上所述，由发泡单元或者第一泵或第二泵的输送功率已知奶液输送量。但为了进一步提高混入奶液中的空气量的确定精度，必要的是，确定发泡单元或者第一泵或第二泵实际的奶液输送量。以此为基础，在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，沿奶液输送方向在输送管道中设置有位于发泡单元的上游的流量计，该流量计用于确定奶液输送量，所述流量计优选设置在所述第一泵或所述第二泵的抽吸侧。由流量计确定的奶液输送量使得可以更加精确的适配调整混入奶液中的空气量，从而调整泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，所述升压元件构造成静态混合器、特别是螺旋混合器，流通元件或者节流阀。螺旋混合器是所谓的静态混合器，在该混合器中，在管状的壳体中设置有多个前后相继设置并且分别相对于彼此错开90°的180°螺旋结构。此外，前后相继的螺旋结构分别具有相反的螺旋方向。每个螺旋结构都将流动通过的液体流分成两个分流。所述分流在与相应后面的螺旋结构的每个过渡部处又分成两个分流并且这两个分流与来自前面的螺旋结构的分流合并。以这种方式实现液体流的充分混合。此外，螺旋混合器表现出层流阻力，而在此时不必减小流通横截面。

特别是当所述发泡单元包括可控制的第二泵和升压元件时，该装置仅产生冷的泡沫状的奶液/空气混合物。然而，即使在通过水蒸汽发泡的情况下，也可能需要在将所述泡沫状的奶液/空气混合物输出由使用者提供的相应的饮用器皿中之前，附加地加热所述泡沫状的奶液/空气混合物。由此，根据本公开的装置的另一个有利的实施方式设定，沿泡沫状的奶液/空气混合物的输出方向在发泡单元的下游设置有流过式加热器和/或水蒸汽入口，所述流过式加热器和/或水蒸汽入口加热所述泡沫状的奶液/空气混合物。优选地，所述流过式加热器和/或水蒸汽入口沿输出方向设置在发泡单元的下游或设置在升压元件的下游。作为流过式加热器可以采用所谓的电热芯形式的具有较低热质量的快速加热的流过式加热器。这种电热芯包括优选圆柱形的内体以及包围内体的外壳，所述内体沿纵轴线对称地延伸并且具有加热装置，在内体和外壳之间构成用于泡沫状的奶液/空气混合物的流动通道，所述流动通道螺旋状绕内体环绕并且由所述外壳限定。这种流过式加热器需要较少的预热时间。

在根据本公开的装置的另一个有利的实施方式中，混入奶液中的空气量的所述设定值能够根据用于产生泡沫状的奶液/空气混合物所使用的奶液种类和/或奶液温度和/或根据由使用者选择的饮料种类来调整。如上所述，制作泡沫状的奶液/空气混合物所使用的奶液的蛋白质含量、脂肪含量和温度对于所述泡沫状的奶液/空气混合物的密度、稠度、柔滑度和稳定性有很大的影响。此外，所述密度、稠度、柔滑度和稳定性对于由使用者选择的饮料种类中也有很重要的作用。例如，为了制作卡布奇诺需要稠度更偏向于固态的并且稳定性高的泡沫状的奶液/空气混合物。与此相比较，在制作牛奶咖啡时使用稠度更偏向于液态的泡沫状的奶液/空气混合物。在所述装置的控制单元中针对每个饮料种类和/或每个奶液种类和/或每个奶液温度都存储有设定值，并且所述设定值以制造厂商的测量为基础。在所述测量中，根据供应给奶液的空气含量或空气体积针对不同的饮料种类和/或不同的奶液种类和/或不同的奶液温度下测量所述泡沫状的奶液/空气混合物的稳定性。为了确定奶液温度，储存容器和/或输送管道可以具有温度传感器。

所述用于产生奶沫的装置优选用于自动饮料机中，以输出含奶的饮料，特别是在自动咖啡机中用于制备和输出不同的咖啡饮料和其它热饮，例如卡布奇诺、拿铁玛奇朵、牛奶咖啡和热巧克力。

附图说明

本公开的其它优点和设计方案由下面参考附图对实施例的说明得出。这里：

图1示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置的第一实施例的流路图；

图2示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置的第一实施例中的体积流量传感器的示意图；

图3示出图2中示出的体积流量传感器的细节；

图4示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置的第二实施例的流路图；以及

图5示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的方法的第一实施例的流程图。

具体实施方式

在图1中示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置1的第一实施例的流路图。所述装置1具有可控制的第一泵2，该第一泵通过输送管道3从储存容器4中抽吸奶液。在本实施例中，第一泵2构造成齿轮泵。在第一泵2的上游沿奶液输送方向在输送管道3中设置有流量计5和第一止回阀6。所述第一止回阀6沿奶液输送方向设置在储存容器4与流量计5之间并且防止奶液从输送管道3回流到储存容器4中。此外，输送管道3还具有用于确定奶液温度的温度传感器7。在第一泵2和流量计5之间，空气供应管道8经由空气入口9连通到输送管道3中。在空气入口9的上游沿空气供应方向在空气供应管道8中设置有空气供应限制器10，该空气供应限制器10构造成间歇式运行的空气阀，所述空气供应限制器10周期性地中断或释放空气供应。此外，在空气供应管道8中设置第二止回阀11，该第二止回阀11防止奶液进入空气供应管道8中。第二止回阀11沿空气供应方向设置在空气供应限制器10与空气入口9之间。

在空气供应限制器10的上游沿空气供应方向设置有构造成体积流量传感器的传感器12。所述体积流量传感器12测量通过空气供应管道8的空气体积流量并且确定单位时间通过空气入口9混入在输送管道3中抽吸的奶液的空气体积。在本实施例中，所述体积流量传感器12具有用于测量空气体积流量的测量范围，该测量范围为-1l/min至1l/min。

在第一泵2的压力侧，即在第一泵2的下游沿泡沫状的奶液/空气混合物的流动方向设置有升压元件13，所述升压元件13构造成螺旋混合器。所述螺旋混合器13和第一泵2构成发泡单元14(在图1中通过虚线框标注)。升压元件13用于在第一泵2的出口处产生反压力。第一泵2必须克服所述反压力工作，由于所述反压力，吸入的奶液/空气混合物反向于泵送方向被压向构造成齿轮泵的第一泵2的齿轮之间通过，并以这种方式被加工成非常细的泡沫状的奶液/空气混合物。由第一泵2在压力侧的出口处产生的输送压力优选在5bar至15bar之间，特别是在8bar至12bar之间。根据申请人的研究，在这个压力范围内能获得在稠度、稳定性和柔滑度上非常好的泡沫状的奶液/空气混合物。

在升压元件13的下游沿流动方向设置有流过式加热器15，利用所述流过式加热器15可以加热从升压元件13流出的泡沫状的奶液/空气混合物。所述泡沫状的奶液/空气混合物从这里到达流出头16，泡沫状的奶液/空气混合物由所述流出头输出到位于流出头下方的饮用器皿17中。所述流出头16具有两个另外的进口161、162，所述进口161、162连接全自动咖啡机的冲沏装置和用于速溶饮料的制备机上(这里未示出)。所示出的奶液系统是全自动咖啡机的一部分，利用所述全自动咖啡机能选择制备不同的咖啡饮料和速溶饮料。

如果所述装置1不用于产生泡沫状的奶液/空气混合物，而是用于输出热奶或凉奶，则仅需关闭空气供应限制器10。这意味着没有空气被吸入并且仅输出从储存容器4中输送或抽吸的奶液。可以通过接通流过式加热器15来选择加热奶液或作为凉奶将其输出。

除了用于产生奶沫的实际的奶液系统，此外，在这个第一实施例中还提供用于产生热水的附加系统，利用该附加系统可以冲洗奶液系统或利用该附加系统可以产生水蒸汽。水蒸汽可以用于对热的泡沫状的奶液/空气混合物或热奶进行再加热。为此设置有水泵18，所述水泵18在入口侧通过第三止回阀19与水箱20连接。替代水箱20，当然也可以设置连接到家用水管上的接头。此外，在止回阀19和水泵18之间设有流量计21，利用所述流量计21确定由水泵18抽吸的水量和流量。在水泵18的压力侧设置有第二流过式加热器22，所述第二流过式加热器22与用于奶液的流过式加热器15类似地构成。利用这个用于水的流过式加热器22可以根据电加热功率选择产生热水或水蒸汽。在流过式加热器22的下游沿流动方向设置有两个电磁阀23、24，通过这两个电磁阀23、24可以将热水或蒸汽向所述奶液系统引导。

第一电磁阀23通过管道231与空气供应管道8流体连接，从而由此可以将用于冲洗奶液系统的热水引导到第二泵2的入口。通过第二电磁阀24可以将热的水蒸汽沿输出方向在流过式加热器15的下游送入用于泡沫状的奶液/空气混合物的管道中，以便附加地加热已在流过式加热器15中加热的泡沫状的奶液/空气混合物。为了防止泡沫状的奶液/空气混合物进入第二电磁阀24，在与第二电磁阀24连接的管道241中设置有第四止回阀242。

在图1中示出的装置1此外还具有可编程的控制单元25和与控制单元25连接的用户接口26，例如触摸敏感显示器或其它显示及输入单元形式的用户接口。通过控制单元25控制第一泵2、空气供应限制器10、用于泡沫状的奶液/空气混合物的流过式加热器15、用于水的第二流过式加热器22的功能。此外，控制单元25还读取第一流量计5、温度传感器7、体积流量传感器12和第二流量计21的测量数据，并控制第一泵2的输送功率、通过空气供应限制器10的空气体积流量和用于泡沫状的奶液/空气混合物的流过式加热器15的加热功率。此外，控制单元25还控制热水系统，即控制水泵18和水的流过式加热器22以及相应的电磁阀23和电磁阀24，以便在一次产品提取之后冲洗奶液系统，或者如果必要的话提供热蒸汽，以便对要输出的奶液或要输出的泡沫状的奶液/空气混合物进行再加热。

优选地通过控制单元25也可以控制这里没有详细示出的全自动咖啡机的功能，即控制咖啡饮料或速溶饮料的制备。

图2示出在根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置1的第一实施例中使用的体积流量传感器12的示意图。所述体积流量传感器12具有流动通道121，所抽吸的空气可以流动通过该流动通道。空气的流动方向122在图2中用箭头122表示。所述体积流量传感器还包括mems(微机电系统的英文缩写)传感器芯片123，所述mems传感器芯片123设置在流动通道121中。

在图3中示出mems传感器芯片123的细节的示意图。所述mems传感器芯片123具有第一传感器元件1231和第二传感器元件1232，所述第一传感器元件1231用于对在这两个传感器元件1231、1232旁流动经过的空气进行入口温度测量，所述第二传感器元件1232用于对在两个传感器元件1231、1232旁流动经过的空气进行出口温度测量。如前面已经说明的那样，在输送管道3中通过第二泵2对奶液进行的抽吸从而经由空气入口9引导空气进入输送管道3中。这里，所述空气流动通过体积流量传感器12的流动通道121并经过mems传感器芯片123。用于入口温度测量的第一传感器元件1231和用于出口温度测量的第二传感器元件1232围绕具有铂涂层的热敏电阻膜1233的中心对称地设置，所述热敏电阻膜固定在膜片1234上。此外，所述mems传感器芯片123还具有用于测量环境温度和空气温度的环境温度传感器元件1235。mems传感器芯片123用于确定空气体积流量的测量原理主要以以下事实为基础：当空气处于静态状态下时，由具有铂涂层的热敏电阻膜1233产生的热围绕热敏电阻膜1233的中心均匀地分布。所述静态状态是指没有空气流动经过所述mems传感器芯片123的状态。在这种情况下，用于入口温度测量和出口温度测量的所述两个传感器元件1231、1232具有相同的电阻。当空气流动经过mems传感器芯片123时，破坏了加热空气的均匀温度分布。在这种情况下，用于出口温度测量的第二传感器元件1232的电阻变得大于用于入口温度测量的第一传感器元件1231的电阻。两个传感器元件1231、1232的电阻的差与空气的流动速度成比例。由此，基于这种电阻测量和对其的分析，可以确定空气体积流的流动方向和流动速度。环境温度传感器元件1235用于补偿空气和环境温度。

在图4中示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的装置1的第二实施例的流路图。根据本公开的装置1的第二实施例与第一实施例的区别主要在于，发泡单元14包括第二泵27和设置在第二泵27的压力侧的发泡腔28。所述发泡腔27与蒸汽供应管道231流体连接，空气供应管道8经由空气入口9通入所述蒸汽供应管道中。因此，与图1中的第一实施例不同，空气供应管道8不是通入输送管道3，而是通入蒸汽供应管道231。如果通过第一电磁阀23引导热的水蒸汽通过蒸汽供应管道231，则空气供应管道8中的压力降低，由此空气被吸入并与水蒸汽混合。水蒸汽/空气混合物在发泡腔28中与奶液接触混合，并形成热的泡沫状的奶液/空气混合物。第一实施例和第二实施例之间的另一个区别在于，在奶液的储存容器4中设置有温度传感器7。

在图5中示意性示出根据本公开的用于产生泡沫状的奶液/空气混合物的方法的流程，下面参考装置1的前面所述的第二实施例来说明所述方法。

在第一方法步骤29中，由第一泵2通过输送管道3从储存容器4中抽吸或输送奶液。第一泵2的输送速率确定了单位时间通过输送管道3抽吸的奶液输送量。这里，在控制单元25中存储相应的饮料种类所需的奶液输送量。实际的奶液输送量通过流量计5精确地确定。由此，也可以确定对于泡沫状的奶液/空气混合物每次的输出量通过输送管道3抽吸的奶液输送量，通过流出头16将泡沫状的奶液/空气混合物输出到饮用容器17中。如果在奶液输送量的设定值与实际的奶液输送量之间出现偏差，则通过控制单元25对第一泵2的输送速率进行相应的适配调整。

在第二方法步骤30中，由空气供应管道8经由设置在第一泵21的抽吸侧的空气入口9向这些奶液混入空气，以产生奶液/空气混合物。这意味着，只要第一泵21开始抽吸奶液，则在空气供应管道8中产生负压。这个负压导致空气也从空气供应管道8中被抽吸并在输送管道3中与奶液混合。所抽吸的空气流动通过空气供应限制器10，该空气供应限制器10设置在空气供应管道8中并且限制掺入奶液中的空气量。在本实施例中，空气供应限制器10构造成间歇式的空气阀。确定所述空气阀的占空比，即空气流动通过间歇式空气阀的打开状态与没有空气流动通过间歇式空气阀的关闭状态之间的比值，以便由控制单元25对通过间歇式空气阀的空气体积流量进行适配调整。由此可以动态地适配调整混入奶液中的空气量。第一方法步骤29和第二方法步骤30在该实施例中基本上并行地进行。

在第三方法步骤31中，利用设置在空气供应管道8上的传感器12确定混入奶液中的空气量。在本实施例中，所述传感器12构造成体积流量传感器。所述体积流量传感器12包括mem传感器芯片，所述mems传感器芯片具有在图2和图3中记载的结构。所述体积流量传感器检测所抽吸的空气的体积流量并通过电压输出端来输出单位为伏特[v]的模拟信号。所述模拟信号由体积流量传感器12传送给控制单元25。所述控制单元25由所述模拟信号计算出混入奶液中的空气量或者混入奶液中的空气体积。结果是，现在已知由第一泵2抽吸的奶液输送量和混入奶液中的空气量，由此可以计算出泡沫状的奶液/空气混合物中的空气含量。

使用者希望获得的含奶沫饮料的选择确定了对于所选择的饮料种类所需的泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、稳定性和柔滑度。泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、稳定性和柔滑度与泡沫状的奶液/空气混合物必要的空气含量相关联，并且由此与混入奶液中的空气量相关联。在控制单元25中存储由装置1输出的泡沫状的奶液/空气混合物的必要的空气含量设定值和与此相关联的混入奶液中的空气量的设定值。控制单元25具有在储存容器4中向所述装置提供的奶液种类、其奶液温度以及由使用者选择的饮料种类的设定值。所述奶液种类在其蛋白质含量和脂肪含量上有所不同。

如果由传感器12确定的空气量和由此计算出的空气含量偏离混入奶液中的空气量的设定值和泡沫状的奶液/空气混合物的空气含量的设定值，则在第四方法步骤32中根据由控制单元25预先规定的空气量的设定值对混入奶液中的空气量进行适配调整。这是通过控制单元25对构造成间歇式空气阀的空气供应限制器10的占空比进行调整来改变通过空气供应限制器10的空气体积流量而进行的。然而，可替代地，也可以适配调整第一泵2的输送功率或者甚至可以适配调整输送功率和空气体积流量。

在第五方法步骤33中，由发泡单元14(即通过第一泵2与构造成螺旋混合器的升压元件13的配合作用)使奶液/空气混合物发泡。在第一泵2中，首先将所形成的奶液/空气混合物加工成泡沫状的奶液/空气混合物。设置在第一泵2的压力侧的升压元件13用作流阻并且由此提高反压力，第一泵2必须克服所述反压力工作，使得泡沫状的奶液/空气混合物在第一泵2的内部翻滚流动。升压元件的设计和确定尺寸应使得所述升压元件在第一泵2的出口处产生足够高的反压力，第一泵2必须克服所述反压力工作。这在泡沫状的奶液/空气混合物中产生特别精细的气泡，由此可以优化泡沫状的奶液/空气混合物的稠度、稳定性和柔滑度。构造成螺旋混合器的升压元件13是静态混合器，在所述静态混合器中，在管状的壳体中设置有多个前后相继设置并且分别相对于彼此错开90°的180°螺旋结构。此外，这些前后相继的螺旋结构分别具有反向的螺旋方向。每个螺旋结构将流动通过的液体流分成两个分流。这些分流在与相应后面的螺旋结构的每个过渡部处再次分成两个分流并且这两个分流分别与来自前面的螺旋结构的分流合并。以这种方式实现了泡沫状的奶液/空气混合物的最佳混合。

在将泡沫状的奶液/空气混合物输出到由使用者提供的饮用器皿中之前，在第六方法步骤34中再次由流过式加热器15加热泡沫状的奶液/空气混合物，该流过式加热器15同样能够由控制单元25控制。