蒸汽棒以及用于使牛奶起泡的方法与流程

1.本发明总体涉及用于制备基于咖啡等的饮料的机器的领域。更特别是，本发明涉及基于添加有泡沫牛奶(通常也加热)的咖啡等的饮料(例如卡布奇诺)的制备。更具体地说，本发明涉及一种蒸汽棒和一种用于蒸汽棒的喷嘴以及一种使牛奶起泡的方法。


背景技术：

2.众所周知，浓缩咖啡机通过研磨咖啡圆盘和过滤器通过迫使增压水达到沸点来制备咖啡，以便产生称为浓缩咖啡的致密和浓缩的咖啡饮料。很多浓缩咖啡机装备有用于加热和/或发泡特定量的水、牛奶等的蒸汽产生装置。这种蒸汽产生装置通常包括蒸汽罐(例如蒸汽锅炉)、蒸汽回路、蒸汽调节阀以及终止于蒸汽发射喷嘴的蒸汽棒。
3.通常，浓缩咖啡机操作者(也称为“咖啡师”)将蒸汽棒引入至包含一定量的待加热或待发泡液体的壶或类似容器中。然后，他/她打开蒸汽回路，以使得蒸汽在棒的端部处从喷嘴离开。在蒸汽逸出时，咖啡师移动和/或平移和/或旋转壶，以便获得处于正确温度且具有正确发泡和稠度的牛奶(或类似物)。
4.得到的热起泡牛奶通常用于制备卡布奇诺、“咖啡玛奇朵”(具有相对少量的热起泡牛奶的单份或双份浓缩咖啡，用于咖啡杯中)或任何一种已知的浓缩咖啡变化形式。热起泡牛奶还用于制备其它饮料，并不必须是基于咖啡的饮料，例如热巧克力。


技术实现要素：

5.对于本说明书和本权利要求书，术语“牛奶”将包括包含动物来源的奶、植物奶(即从植物提取的奶)和由化学处理获得的奶的任何液体食品。动物来源的奶包括例如牛奶、山羊奶和绵羊奶。植物奶包括所谓的豆奶、杏仁奶、椰奶和米奶。
6.对于本说明书和本权利要求书，术语“浓缩咖啡机”、“咖啡机”或“机器”指的是用于生产热饮料例如浓缩咖啡、卡布奇诺等的机器。尽管通常这些机器使用研磨咖啡来生产饮料，但是它们也可以使用来自其它谷物(例如大麦)的粉末。
7.用于产生蒸汽的装置可以至少部分集成在浓缩咖啡机中，或者可以至少部分集成在与浓缩咖啡机分离的机器中，例如它们可以集成在独立的机器中。
8.除非另外说明，否则术语“牛奶起泡”或“牛奶发泡”还将包括使用蒸汽和/或热空气来加热牛奶和使得奶有特定足够稠度，以使得牛奶的体积增加，并产生微泡结构。换句话说，加工(assemble)牛奶意味着在牛奶中提供蒸汽和空气的分散(泡沫)，同时增加混合物的温度。正确的牛奶发泡操作是为了可以获得达到一定味道和稠度的饮料的基础。温度和分散在液体中气体百分比是用于正确起泡的必要值。
9.如上所述，蒸汽棒终止于扩散器，该扩散器有调节流速和将蒸汽引导出输送系统的任务，从而可以以合适的方式使用蒸汽。
10.申请人已经注意到，常规扩散器在使用时有一些关键问题。实际上，操作者必须能够在奶中激起合适的涡流；为此，需要使壶运动并且使它根据特殊角度来运动，以及使扩散
器定位在壶内的准确区域中。
11.这样做时，有在泡沫内部产生不希望的气泡的风险，且控制泡沫的量和光洁度(质地)的能力降低。而且，很难保持对温度的控制，因为在壶内形成不均匀性，且牛奶的温度由咖啡师利用他搁置在壶外壁上的手而凭经验来估计。
12.申请人认为，在蒸汽扩散器中孔(即不同平面上的孔)的未对齐是不合适的，因为它违反了认为是最佳性能的基础原理。根据申请人，最佳性能设想使射流配合，以便产生单个湍流涡流。
13.在这个意义上，将孔布置在不同高度减少了它们在产生单个涡流时的相互作用。
14.另外，申请人已经证实，具有指向下的重合射流的传统系统产生了与射流一样多的独立涡流。
15.申请人还了解到，蒸汽输出的水平分量必须远大于竖直分量，以使得蒸汽的速度具有较强的切向压头，并因此导致产生至扩散器的单个轴向涡流。因此，孔的构造角度应当尽可能小。
16.不过，射流必须不太水平地定向，而是具有竖直分量，以防止用户被蒸汽射流意外击中。
17.申请人已经确定，最佳角度是在等于大约30
°
的两个需求之间的折衷。利用该角度，激发的涡流足够强大，并降低了蒸汽射流击中咖啡师的危险。不过，可以使用的角度范围在20
°
和45
°
之间；根据其它实施例，25
°‑
45
°
；根据其它实施例，25
°‑
40
°
。
18.根据申请人，上述问题可以通过利用蒸汽的动能来激发牛奶中的涡流而解决，而不必借助于壶的任何倾斜或分散。这样，加工操作变得更简单且更可重复。为此增加了对混合物温度的更好控制，使得在强制对流方式中有更大的热输入。
19.根据本发明的第一方面，提供了一种用于蒸汽喷枪的扩散器，用于产生用于制备饮料的一定量牛奶，其中，所述扩散器设置成与从蒸汽罐和/或蒸汽发生器接收蒸汽的蒸汽棒联接，所述扩散器包括纵向轴线和多个蒸汽出口孔，各蒸汽出口孔有输出孔轴线，至少一个出口孔的轴线相对于扩散器的所述纵向轴线歪斜。
20.根据实施例，多个孔的所有轴线都相对于扩散器的所述纵向轴线歪斜。
21.通常，扩散器包括盲纵向孔，该盲纵向孔具有更大直径的底部部分，且蒸汽出口孔在具有更大直径的底部部分处与纵向孔连通。这样，孔可以布置在具有更大直径的圆周上。因此，相对于中心的臂大于已知方案中的臂。
22.盲纵向孔扩大的原因是允许更多间隔开的出口孔。因此，增加孔的中心距离是有利条件。效果是增加流动的涡旋。
23.根据实施例，扩散器还包括基部，其中，蒸汽出口孔在基部处开口。
24.根据实施例，扩散器还包括基部、侧壁以及连接基部和侧壁的弯曲表面，其中，蒸汽出口孔开口于弯曲表面上。
25.根据实施例，出口孔具有相同的横截面形状。
26.根据实施例，出口孔的截面在扩散器的外表面近侧扩大。
27.根据实施例，出口孔的外部部分布置在垂直于扩散器的纵向轴线的平面上。换句话说，所有孔的出口在单个高度处在单个平面上。
28.根据实施例，比率b/r大于或等于0.5，且倾斜角a在0
°
和45
°
之间，其中
29.r表示在蒸汽出口孔的中心处扩散器的外半径，
30.b表示臂，该臂计算为在扩散器的轴线以及出口孔的轴线在垂直于扩散器的轴线的平面上的投影之间的距离，
31.b/r表示在臂b和半径r之间的关系，以及
32.a表示出口孔的轴线相对于与扩散器的纵向轴线正交的平面的倾斜角。
33.优选是，b/r比率在0.5与0.80之间，或者在0.55与0.75之间，或者在0.60与0.70之间，例如0.67。
34.根据实施例，角度a在20
°
和45
°
之间，根据其它实施例，角度a在25
°
和45
°
之间，根据其它实施例，角度a在25
°
和40
°
之间，例如30
°
。
35.根据实施例，蒸汽出口孔的数量是偶数，例如2、4、6或8。在其它实施例中，它们是奇数，例如3、5、7、
…
。
36.根据另一方面，本发明提供了一种用于使一定量牛奶起泡以制备饮料的蒸汽棒，该蒸汽棒包括可与蒸汽罐和/或蒸汽发生器连接的管，还包括上述类型的扩散器。
37.根据第三方面，本发明提供了一种用于使一定量牛奶起泡以制备饮料的机器，该机器包括蒸汽罐和/或蒸汽发生器以及蒸汽棒，该蒸汽棒有与所述罐和/或所述蒸汽发生器连接的管，其中所述蒸汽棒还包括上述类型的扩散器。
38.根据第四方面，本发明提供了一种包括上述类型的蒸汽棒的浓缩咖啡机或独立的单次发射机器。
39.根据另一方面，本发明提供了一种用于使一定量牛奶起泡以制备饮料的方法，它包括：
40.提供蒸汽棒，该蒸汽棒从蒸汽罐和/或蒸汽发生器接收蒸汽，其中，所述蒸汽棒包括蒸汽扩散器，所述扩散器包括纵向轴线和多个蒸汽出口孔，
41.扩散器包括纵向孔，该纵向孔有具有更大直径的底部部分，且蒸汽出口孔与具有更大直径的底部部分相对应地与纵向孔连通，
42.使得蒸汽沿由轴线确定的方向离开至少一个出口孔，该轴线相对于扩散器的所述纵向轴线而倾斜。
附图说明
43.通过参考附图阅读下面通过非限定实例给出的详细说明，将完全清楚本发明，附图中：
44.图1表示了具有蒸汽棒的浓缩咖啡机；
45.图2表示了具有管的独立牛奶加工机，该管从蒸汽罐或蒸汽发生器接收蒸汽；
46.图3表示了根据本发明的具有扩散器的蒸汽棒；
47.图4和图4a分别是根据本发明第一实施例的蒸汽棒扩散器的侧视图和剖视图；
48.图5和图5a分别是根据本发明第二实施例的蒸汽棒扩散器的侧视图和剖视图；
49.图6是根据本发明第三实施例的蒸汽棒扩散器的轴测图；
50.图7是图6的扩散器的仰视图；
51.图8是图6的扩散器的侧视图；
52.图8a和8b是图8的扩散器沿图8的平面a-a和b-b的纵剖图；以及
53.图9和图9a分别是用于温度测试的壶的侧视图和俯视图。
具体实施方式
54.本发明利用蒸汽的动能来激发牛奶中的涡流，而不必借助于壶的任何倾斜或分散。这样，发泡操作变得更简单和可重复。为此增加了对混合物温度的更好控制，使得在强制对流方式中有更大的热输入。
55.图1表示了包括根据本发明实施例的蒸汽棒10的浓缩咖啡机m1。当然，图1的机器m1纯粹是示例性，本发明的蒸汽棒10可以安装在任何浓缩咖啡机上。
56.图2表示了用于喷射蒸汽的独立机器m2。机器m2可以包含蒸汽罐或蒸汽发生装置。替代地，机器m2可以包括用于使它与蒸汽罐或外部蒸汽发生器连接的管。蒸汽用于使壶30中的一定量的牛奶起泡。机器m2包括根据本发明实施例的蒸汽棒10。当然，图2的机器m2纯粹是示例性，本发明的蒸汽棒10可以安装在任何其它机器上。
57.图3表示了具有根据本发明的扩散器20的蒸汽棒10。蒸汽棒10包括管11，该管11弯曲，以便形成两个弯曲部。管11包括在它的上端处的球形接头和在它的下端处的扩散器20。蒸汽通常沿蒸汽棒10从上端朝向相对端行进，并从扩散器20离开。
58.蒸汽棒包括靠近扩散器20的、在它的端部部分处的纵向轴线12。
59.蒸汽棒10的、靠近扩散器的纵向轴线12与扩散器20的纵向轴线22重合。
60.扩散器20包括蒸汽出口孔21，但优选是包括多个蒸汽出口孔21。各出口孔21包括轴线23，该轴线23称为出口孔的轴线。
61.根据本发明，至少一个蒸汽出口孔21有它自身的轴线23，该轴线23相对于扩散器20的纵向轴线22歪斜。在多个孔21的情况下，优选是所有孔21都有它们自身的轴线23，该轴线23相对于扩散器20的纵向轴线22歪斜。
62.为了本说明书的目的，扩散器20的轴线22和出口孔21的轴线23将在它们不处于公共平面上时(即它们不共面时)歪斜。换句话说，扩散器20的轴线22和出口孔21的轴线23既不是相交，也不是平行分离或平行重合。
63.通过将孔21想象为具有与它的轴线23相对应并指向蒸汽出口的方向的矢量，这些矢量在与扩散器的轴线22正交的平面上的投影产生相对于扩散器的轴线的非零的角力矩。
64.由于力产生的非零力矩，该系统保证激发湍流，其在蒸汽中产生涡流。该涡流还可以使温度均匀，从而避免在蒸汽出口处的过热区域(由再循环和停滞而引起)以及在要发泡的牛奶容器(壶)的边缘处的过冷区域。
65.参考图4-8、8a和8b，给出以下定义：
66.r：扩散器在蒸汽出口孔21的中心处的外半径，
67.b：臂，该臂计算为在扩散器的轴线22以及出口孔21的轴线23在与扩散器的轴线垂直的平面上的投影之间的距离(图4a)，
68.b/r：在臂b和半径r之间的比率，以及
69.a：出口孔21的轴线23相对于与扩散器的纵向轴线22正交的平面的倾斜角。
70.根据本发明，扩散器20可以包括单个孔21或多个孔21。优选是，所述多个孔中的孔21的数量是偶数，例如2、4、6、8或更多。也可选择，孔21是奇数，例如3、5、7、9或更多。
71.优选是，蒸汽通道孔的中心布置在与扩散器20的轴线22垂直的相同平面上。
72.蒸汽出口孔21有任何直径。通常，它们的直径为从大约0.9mm至大约1.6mm。优选是，孔21具有在大约1.0mm和大约1.6mm之间的直径。在实施例中，孔21具有在大约0.9mm和大约1.3mm之间的直径。在实施例中，孔21具有在大约1.0mm和大约1.2mm之间的直径，例如1.2mm。
73.优选是，出口孔21具有圆形横截面。也可选择，出口孔21具有与圆形不同的横截面，例如椭圆形或卵形。
74.优选是，孔21全部有相同截面，例如它们全部是圆形或全部是卵形。
75.孔21具有恒定的横截面，例如，孔21在它们的整个长度上是圆形或卵形。
76.根据本发明，倾斜角a在20
°
和45
°
之间，如在图4和5中所示来测量。根据实施例，倾斜角a在25
°
和45
°
之间。根据另一实施例，倾斜角a在大约25
°
和大约40
°
之间。根据另一实施例，倾斜角a在大约25
°
和大约35
°
之间，例如大约30
°
。
77.根据本发明，比率b/r大于或等于0.5。根据实施例，比率b/r在0.50与0.80之间。根据实施例，比率b/r在0.55与0.75之间。根据实施例，比率b/r在大约0.60和0.70之间，例如它可以是0.67。
78.根据实施例，扩散器20具有与烧瓶底部类似的形状，其中，该底部具有比顶部更大的直径。扩散器20的基部201通过弯曲表面203而与侧壁202连接。侧壁202优选是包括两个平表面204，用于相对于蒸汽棒10拧紧和/或松开扩散器20。
79.在内部，扩散器20包括纵向孔24，该纵向孔24的轴线与扩散器20的纵向轴线22重合。孔24可以包括用于垫圈或o形环(未示出)的座241。孔24可以包括螺纹部分242，用于与蒸汽棒10螺纹联接。孔24可以包括具有第一基本恒定直径的非螺纹部分243。孔24可以包括底部部分244，该底部部分244具有比部分243的第一直径更大的第二直径。部分243和244可以通过具有增加直径的部分而连接，如图4中所示。
80.通道孔21是使得纵向孔24与扩散器的外部连接的通孔。优选是，通孔21与具有更大直径的底部部分244连通。
81.根据变化形式，通道孔21在部分244的侧表面处开口。根据另一变化形式，通道孔21在孔24的底部开口。
82.纵向孔24在底部处变宽将有利于蒸汽的逸出，特别是增加了流动的旋涡。而且，它使得可以有相互间隔更大的通道孔24，也就是，在相同扩散器直径的情况下，轴线在更大的圆周上。
83.通道孔21在基部201处或优选是在弯曲表面203处向外开口。在第二种情况下，它们形成具有椭圆形或细长形状的开口，这有利于蒸汽的分布。后缘可以是扩口的。
84.通道孔21的布置、数量和倾斜度产生最佳的蒸汽流，这引起旋转或旋拧效应，从而导致牛奶在壶中的最佳加工。臂b与扩散器的直径相比相对较大，这产生比已知扩散器更大的力矩。
85.根据本发明，用于蒸汽通过的孔21具有减小的长度，这提高了处理精度和蒸汽朝向外部逸出的性能。
86.在实施例中，在各孔的出口之前提供沉孔(即截面增加)。这主要有两个优点。
87.第一个优点基于流体动力学基础。实际上，进一步的截面变化引入了集中的压降，这增加了蒸汽的雷诺数。因此，存在从层流流体至湍流流体的早期过渡。宏观结果是由于更
大量的夹带空气和更好的混合(引入湍流流体)而使得牛奶更好地起泡。
88.第二个优点基于技术原因：在节流孔的头部处存在沉孔可以简化孔自身的实现。
89.实施例1(图4)
90.通孔21的数量：4
91.通孔21的直径：1.2mm
92.角度a：30
°
93.臂/半径比(b/r)：0.8
94.实施例2(图5)
95.通孔21的数量：8
96.通孔21的直径：1mm
97.角度a：30
°
98.臂/半径比(b/r)：0.82
99.实施例3(图6-8、8a和8b)
100.通孔21的数量：4
101.通孔21的直径：1.2mm
102.角度a：30
°
103.臂/半径比(b/r)：0.67
104.申请人已经对装备有已知扩散器和实例1和实例2的扩散器20的蒸汽棒10进行了一些测试。
105.在用根据本发明的扩散器进行测试时，牛奶壶保持基本静止，即它没有像通常用装备有已知类型扩散器的已知蒸汽棒来制作牛奶那样旋转。
106.为了验证牛奶是否合适地制作，申请人评估了表面质地、形成泡沫的量和持久性以及温度。
107.进行的测试根据气泡的量来评估表面质地，并进行视觉比较。
108.通过将壶的内容物倒入量筒内来评估泡沫的量和持久性。进行了三次拍摄：一旦倾倒内容物就进行第一次，在90秒之后进行第二次，在300秒之后进行第三次。
109.从这些照片中可以注意到多长时间在液体部分和奶化部分之间存在分离以及在这两个部分之间的比例是多少。分离时间越长，制作质量越好。奶化部分与液体部分相比越大，发泡质量越好。
110.最后进行温度测试。对于温度测试，两个热电偶31以45
°
定位在壶30的外表面上(如图9和9a中所示)，以便评估在温度分布中的可能差异。在两个热电偶之间的差异越小，起泡质量越好。
111.使用strada av浓缩咖啡机进行测试。蒸气压力固定在1.3巴。使用容量为600ml的钢壶。对于各测试，使用量等于300g的全脂牛奶。对于泡沫持久性测试，使用带刻度的玻璃量筒、刻度和摄像机。
112.进行泡沫持久性测试。
113.1)用在冰箱温度(大约4℃)下的300g牛奶充装壶。
114.2)将扩散器定位在壶的中心。
115.3)供给蒸汽
116.4)在20秒后中断蒸汽供给。
117.5)从上方拍摄起泡牛奶。
118.6)将内容物倒入量筒中。
119.7)在1秒、90秒和300秒后拍摄。
120.进行泡沫持久性测试。
121.1)用在冰箱温度(大约4℃)下的300g牛奶充装壶。
122.2)将扩散器定位在壶的中心。
123.3)供给蒸汽
124.4)在20秒后中断蒸汽供给。
125.8)不断监测温度趋势。
126.测试结果总结在下面的表1中：
127.表1
[0128][0129]
可以看见，相对于已知的扩散器，在根据实例1和2的扩散器的情况下，有更好的质地、更好的泡沫持久性、更大量的泡沫和更低的温度差。