专利名称：生产用于热饮的泡沫和蒸熟牛奶的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及一种饮料系统，特别涉及生产用于饮料的泡沫和蒸汽牛奶的系统和方法。
背景技术：
如热牛奶咖啡和lattes这样的热饮正变得日益流行。从快餐店到咖啡屋这样的商业都在为它们的顾客提供热饮。虽然对于大餐厅而言，可以制造足量的热饮，但是许多顾客更喜欢新鲜调制的饮料。同样，这些顾客还可能更喜欢其热饮中新鲜形成的泡沫或蒸汽牛奶。如果对每位顾客而言均是新鲜的，那么泡沫或蒸汽牛奶通常需要更高的质量。然而，现有技术可能不能快速或高效地生产出足以满足顾客需求的泡沫或蒸汽牛奶。
通常，泡沫牛奶可利用蒸汽、牛奶和空气制造，然而，蒸汽牛奶只能利用蒸汽和牛奶制造。特别是，要强迫蒸汽、牛奶和/或空气通过单一文氏管口。最后，当蒸汽、牛奶和/或空气通过该文氏管口时，使它们混合。然而，所述牛奶、蒸汽和/或空气可能不会被充分混合。不充分混合可能引发导致一些牛奶不能被转化为泡沫的低效率。另外，通过强迫蒸汽、牛奶和/或空气通过单一文氏管口来制造泡沫或蒸汽牛奶可能要花费大量的时间。
因此，希望提供一种泡沫或蒸汽牛奶定量分配器，其可以高效、高质量和高速地为需要单独服务的各个消费者生产泡沫或蒸汽牛奶。然而，这种装置最好必须易于使用、维护，并且在造价上富有竞争力。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于通过牛奶源、空气源和蒸汽源来生产泡沫牛奶的泡沫牛奶系统。该系统可包括一个用于对牛奶进行加压的牛奶输入系统；一个用于对空气进行加压的空气输入系统；一个用来混合加压牛奶、加压空气和蒸汽的混合区域；一个使加压牛奶、加压空气和蒸汽混合物膨胀的膨胀区域。
该牛奶输入系统可包括一个蠕动泵。一根一次性软管可连接蠕动泵和牛奶源。所述空气输入系统可包括一个空气泵。一个软管连接器可连接牛奶输入系统和空气输入系统。软管连接器可包括一个三通或四通阀。一根一次性软管也可使软管连接器与混合区域相连。
混合区域可包括一个中空喷嘴组。在该中空喷嘴组内可以设置一个混合物喷嘴。该混合物喷嘴可包括多个设置在其上的突起和多个位于突起周围的孔区域。该混合物喷嘴是可以拆卸的。
泡沫牛奶系统还可包括一个用于收集被分配的泡沫牛奶流的扩散器。该扩散器可包括一个扩散器插头和一个喷口。
该泡沫牛奶系统就还可包括一个消毒系统。该消毒系统可包括一个热水源。热水经一根消毒软管流过混合区域和膨胀区域。
本发明的另一个实施例提供了一种利用加压牛奶和蒸汽生产蒸汽牛奶的蒸汽牛奶系统。该系统可包括一个混合加压牛奶和蒸汽的混合区域，一个用于将加压牛奶注入混合区域的加压牛奶输入系统，一个用于将蒸汽注入混合区域的蒸汽输入系统，一个使加压牛奶和蒸汽膨胀以形成一个蒸汽牛奶液流的膨胀区域，和一个用来收集要分配的蒸汽牛奶流的扩散器。
本发明的一种方法可用以对分配器进行消毒，该分配器用于从加压牛奶源和加压空气源供给泡沫牛奶。加压牛奶和加压空气可经多根软管输送并在一个混合喷嘴中混合在一起。该方法可包括提供一个热水源，使热水源与一根或多根软管相连，使热水流过一根或多根软管和混合喷嘴，断开热水源，并以一预定进度重复上述步骤。
该预定进度可包括大约每2个小时。热水可包括大约190华氏度(大约87.8摄氏度)。该方法还可包括在第二预定进度替换多根软管的步骤。第二预定进度可包括大约每天。
本发明的另一种方法可提供利用牛奶、空气和蒸汽生产泡沫牛奶。该方法可包括对牛奶和空气加压，将加压牛奶、加压空气和蒸汽注入一个混合区域，将牛奶、空气和蒸汽混合物的压力减小至外界压力，以生产泡沫牛奶。
图1是本发明泡沫牛奶系统的示意图。
图2是以剖面示出的带有喷嘴组的混合喷嘴插入件的俯视图。
图3是喷嘴插头和突起的透视图。
图4是清洗块接头的可选择实施例的透视图。
具体实施例方式
简单地说，本发明将加压牛奶、空气和蒸汽注入一个喷嘴主体的混合区域中。可以使牛奶、空气和蒸汽在一个或多个孔区域内直接充分混合。随后，混合物达到一个混合物能够膨胀至外界压力的膨胀区域。所述膨胀使牛奶产生泡沫。接着，可用一个扩散器收集泡沫牛奶并将其分配至一个杯子中。通过仅将蒸汽和牛奶导引至泡沫牛奶系统，本发明也可用来生产蒸汽牛奶。
详见附图，其中，在所有的附图中，相同的标号表示相同部件，图1-3显示了本发明的泡沫牛奶系统100。该泡沫牛奶系统100可包括一个加压牛奶输入系统110。整体来说，该加压牛奶输入系统110可以向泡沫牛奶系统100提供加压牛奶。该加压牛奶输入系统110可包括一个牛奶供给源120，一个牛奶泵130和多根牛奶软管140、150。牛奶输入系统110可以设置在一个制冷容器155内。制冷容器155可以是任意类型的标准制冷系统。牛奶供给源120可包括任意类型的容器，其中包括纸盒、盒中的袋子或者任意其它类型的存储装置。牛奶本身可以是UHT(超高温)牛奶。在打开后，最好将牛奶保持在40华氏度(4.4摄氏度)或者更低温度。当牛奶供给源120排空或者大约每48个小时左右后，最好更换牛奶。
牛奶软管140、150可以由橡胶、铜、不锈钢，其它类型的金属、塑料或者其它类型的基本上不腐蚀的材料制成。这些软管140、150优选为食物级材料。软管140、150优选为一次性材料。虽然可以使用任意长度，但是，软管140、150最好尽可能短以限制牛奶必须从牛奶供给源流出的长度。
第一牛奶软管140可以将牛奶供给源120连接至牛奶泵130上。牛奶泵130可以对牛奶加压并计量牛奶。根据所希望的流速，可以以大约2至40磅/平方英寸(psi)之间的压力(大约0.14至大约2.8千克/平方厘米(ksc))，对牛奶进行加压。本实施例可以将牛奶加压至大约15psi(大约1ksc)。牛奶泵130可以是一个蠕动泵，以便更好地计量牛奶。该蠕动泵还具有的优点为能够降低回流危险，从而降低因某种原因污染牛奶的风险。此处，也可以采用能够对牛奶进行加压和计量的任意其它类型的泵。
泡沫牛奶系统100也可以包括一个加压空气输入系统160。该加压空气输入系统160可为泡沫牛奶系统100提供加压空气。根据所希望的流速，利用空气泵170，可以将所述空气加压至大约2至40psi(大约0.14至大约2.8ksc)。本实施例可以将空气加压到大约15psi(大约1ksc)。空气泵170可采用能够提供压缩空气的任意泵。加压空气可通过一根空气软管180输送。空气软管180可包括一个用于去除气流中任意杂质的微型过滤器175或者类似装置。
可以结合并预先混合加压牛奶和加压空气。通过第二牛奶软管150和空气软管180，可以使加压牛奶输入系统110和加压空气输入系统160在软管连接器185处接合。软管连接器185可包括3个软管配件190、200、210。可以使用任意类型的三通阀。牛奶软管150可使牛奶泵130的出口与第一软管配件190相连。空气软管180可以使空气泵170的出口与第二软管配件200相连。加压空气和加压牛奶可在软管连接器185中混合成一股液流，以使该混合物经第三软管配件210排出。
如上所述，软管连接器185、牛奶软管150和空气软管180可以由上面所述的铜、不锈钢、其它类型金属、塑料、橡胶或其它类型的基本上不腐蚀的材料制成。这些部件可以是可拆卸的，以便于清洗。软管配件190、200、210和此处所述的其它连接器可以是带倒钩的，并且可包括用以预防裂缝积聚的抛光面。软管150、180优选为一次性的。软管150、180的长度最好尽可能短。
混合物软管220可以将软管连接器185连接到喷嘴主体240的混合物入口230，以输送牛奶和空气的混合物。混合物软管220可以由上面所述的铜、不锈钢、其它类型的金属、塑料、橡胶或者其它类型的基本上不腐蚀的材料制成。软管220最好为一次性的并且尽可能短。通过将混合物软管220安装至混合物入口230内，可以将混合物软管220固定至喷嘴主体240上。作为可选择的方案，可以使用本领域已知的用以将混合物软管220固定在混合物入口230的夹紧机构或任意其它方法。
喷嘴主体240可采用大致空心的块状结构。该喷嘴主体240可以由不锈钢、铝、塑料或者其它基本上不腐蚀的材料制成。喷嘴主体240可包括一个内壁250和一个外壁260。如将在下文中详细描述的那样，内壁250可限定一个混合区域310。该混合区域310可大体为圆锥形。
混合物入口230可通过喷嘴主体240达到混合区域310。混合物入口230可以是一个位于内壁250和外壁260之间的喷嘴主体内部的中空区域，其容许混合物软管220安装到喷嘴主体240内并容许牛奶和空气的混合物通过到达混合区域310。混合物入口230也可包括一个允许混合软管220将混合物送入混合区域310的插入件或其它装置。混合物入口230可包括一个倒钩连接器。本发明不限于在进入混合区域310之前预先混合加压的空气和牛奶。可以设想牛奶和空气可以共同或单独进入混合区域310。
泡沫牛奶系统100还可包括一个向泡沫牛奶系统310提供蒸汽的加压蒸汽输入系统235。该蒸汽输入系统235可包括一个蒸汽发生器270、一根蒸汽软管280和一个蒸汽入口290。蒸汽发生器270可以是一个热交换器、一个锅炉或者任意其它可以产生加压蒸汽的装置。可以将本实施例中的蒸汽加压至大约40psi(大约2.8ksc)左右。根据所要求的泡沫生产速度，该压力可以更高或更低。蒸汽软管280可用来从蒸汽发生器270将加压蒸汽输送至蒸汽入口290。蒸汽软管280可以由上面所述的铜、不锈钢、其它类型的金属、塑料、橡胶或者其它类型的基本上不腐蚀的材料制成。利用本领域已知的一个夹紧机构或任意其它方法，将蒸汽软管280安装到蒸汽入口290内，从而可以将该蒸汽软管280固定至喷嘴主体240上。
蒸汽入口290可以通过喷嘴主体240。蒸汽入口290可以是一个位于内壁250和外壁260之间的喷嘴主体240中的中空区域，其允许蒸汽软管280安装在喷嘴主体240内并允许蒸汽到达混合区域310。蒸汽入口29可包括一个倒钩连接器。可以设想在进入混合区域310之前，可以使加压蒸汽与加压牛奶和/或空气预先混合。
如上所述，喷嘴主体的内壁250可以限定混合区域310。内壁250和混合区域310可逐渐变细以容许喷嘴插入件300安装在其中。喷嘴主体240可以由不锈钢、铝、塑料或者其它基本上不腐蚀的材料制成。该喷嘴插入件300可以以与混合区域310相同的方式逐渐变细，以便允许插入件300可以安装在喷嘴主体240的内部。喷嘴插入件300可以是实心或空心的。
通过扭转锁定机构、螺旋机构或本领域已知的其它固定装置，可以将喷嘴插入件300锁定到喷嘴主体240内。例如，螺旋装置可包括一个固定在喷嘴插入件300顶端的螺旋件，其可以旋进喷嘴主体240上的螺纹槽内。
喷嘴插入件300的插入可以在喷嘴主体240的内壁250与喷嘴插入件300之间产生一个环形区。该环形区限定了牛奶、空气和蒸汽的混合区域310。在混合区域310内，牛奶、空气和蒸汽直接混合，以便提高系统效率。如图2和图3中描述，喷嘴插入件300也可包括多个有助于牛奶、空气和蒸汽混合的突起320。在将喷嘴插入件300放置在喷嘴主体240内时，突起320可接触喷嘴主体240的内壁250。突起320之间的空间会产生多个孔区域330。在混合区域310内使用突起320可促进其中湍流液体的流动。所述湍流液体会增强流经该处的牛奶、空气和蒸汽的混合。然而，只要能够实现充分的混合，也可不需要湍流液体。
在本发明的一个典型实施例中，喷嘴主体240可为大约3英寸(大约7.6厘米)长且大体为圆柱形。喷嘴插入件300也可为大致圆柱形，且为大约1英尺(大约2.5厘米)长，底部直径大约为0.6英寸(大约1.5厘米)。喷嘴主体240的内壁250和喷嘴插入件300以大约10.5度逐渐变细。喷嘴插入件300也可以只在大约0.8英寸(2厘米)的长度上逐渐变细，剩下的长度上可以不变细。该典型实施例可包括大约两排突起320，并且在混合区域310内，每排具有大约16个突起320。在该典型实施例中，突起320的高度为大约0.029英寸(大约0.7毫米)，宽度大约为0.06英寸(1.5毫米)。排与排之间大约间隔1/3英寸(大约0.85厘米)。任意数量的突起320、突起320排数或者突起320的尺寸都可以预先设定，以便增强牛奶、空气和蒸汽的混合。另外，本发明不限于该典型实施例中的尺寸。可以预期喷嘴主体240和喷嘴插入件300为任意尺寸并且以任意角度逐渐变细，以产生一个足够的空间来满足本发明的使用。
膨胀区域340与混合区域310相邻。该膨胀区域340可位于喷嘴主体的内壁250和喷嘴插入件300之间的环形区开始变宽或终止的位置处。膨胀区域340可处于外界压力或大约外界压力下。当加压后的牛奶、空气和蒸汽的混合物从混合区域310到达膨胀区域340时，由于混合物压力减小到约外界压力，因此，混合物可能开始膨胀。当压力减小时，该膨胀过程使牛奶、空气和蒸汽的混合物产生泡沫。
随后，使用一个扩散器350收集泡沫。该扩散器350可用于控制并收集从膨胀区域340产生的泡沫，并将泡沫分配至一个小杯子或者大杯子380中。扩散器350可包括一个扩散器插头360和一个喷口370。该扩散器插头360可以为圆柱形，并且逐渐变细以使泡沫聚集至喷口370。扩散器350可由不锈钢、铝、塑料或者其它基本上不腐蚀的材料制成。此处，可采用允许使用者收集泡沫并使其分配至杯子或大杯子380中任意类型的扩散器。
可以对扩散器插头360和喷嘴主体240的底部进行攻丝以便使它们拧在一起。也可以将扩散器插头360卡入喷嘴主体240内，或者以本领域已知的任意其它方式进行连接。喷口370上也可带有螺纹并拧入喷射器插头360的底部，或卡入扩散器插头360的底部，或者以本领域已知的任意其它已知方式与扩散器插头360相连。
该典型实施例可为每个客人(individual serving)提供大约8盎司(大约236.6毫升)的泡沫。通过在混合区域310内，以大约0.375盎司/秒(大约11毫升/秒)的速度持续约8秒提供加压牛奶、以大约15psi(大约1ksc)的压力持续8秒提供加压空气、以及以大约15psi(大约1ksc)的压力持续8秒提供加压蒸汽，从而可以以0.375盎司/秒(大约11毫升/秒)的速度产生泡沫。牛奶的温度可大约为155华氏度(大约68.3摄氏度)左右。喷嘴主体240的温度可达到大约212华氏度(大约100摄氏度)。本发明绝不限于该实施例，其可采用理想泡沫生产所必需的任意大小、尺寸、操作温度和流速。
泡沫牛奶系统100也可用来生产用于lattes和其它热饮的蒸汽牛奶。泡沫牛奶系统100可以与生产泡沫牛奶基本相同的方式生产蒸汽牛奶。蒸汽牛奶的生产只需要把牛奶和蒸汽引入泡沫牛奶系统100中。因此，将不再使用加压空气输入系统160。可以将来自加压牛奶输入系统110的牛奶和来自加压蒸汽输入系统235的蒸汽引入混合区域310，并使其在膨胀区域340中膨胀，用扩散器350收集，并分配至小杯子或大杯子380内，以便生产出所希望的蒸汽牛奶。本实施例可以将牛奶加压至大约15psi(大约1ksc)，并将蒸汽加压至大约40psi(大约2.8ksc)，以便能以大约6盎司/秒(大约177.4毫升/秒)的速度生产蒸汽牛奶。然而，可以使用任意压力来调节类似或不同的蒸汽牛奶的生产率。
泡沫牛奶系统100也可包括一个消毒系统500。该消毒系统500可包括一个热水源510。热水源510可以是一个咖啡壶(未示出)的热水存储容器或类似类型装置。该热水源510可通过一根热水软管520连接到空气软管180上。消毒阀530可打开和切断热水软管520。该消毒阀530可以为电磁阀或类似装置。一个T形连接器540或类似装置可连接空气软管180和热水软管520。可以在T形连接器540的任一侧设置一个或多个检测阀550。
为了冲洗牛奶系统100，打开该消毒阀530并允许热水从热水源510流经热水软管520和单向阀550。将热水输送至软管连接器185、混合物软管220和喷嘴主体240。输送足够量的热水以保证所有内部设备达到至少大约190华氏度(大约87.8摄氏度)的温度。所述冲洗循环能够确保冷却容器155外部或与非冷却部件相连的所有部件均被冲刷和消毒。该冲洗循环最好大约每2小时左右重复一次。
通过牛奶软管140、150和混合软管220采用一次性材料，可进一步提高清洁性。同样，可以每天替换软管140、150、220。同样，可以每天拆卸软管连接器185和喷嘴主体240的喷嘴插入件300并对它们进行消毒。另外，此处使用的连接器可以带有倒钩以防止裂纹生成。因此，牛奶系统100能够提供快速简单的清洗和消毒。
作为可选择的方案，泡沫牛奶系统100也可包括一个图4所示的清洗块接头390。该清洗块接头390可代替软管连接器185。该清洗块接头390可包括四个软管配件400、410、420、430。第一部分的三个配件400、410、420以上面根据软管连接器185描述的方式，与牛奶软管150、空气软管180和混合物软管220相连。第四配件430可与一个冲洗水软管(图中未示出)相连。强制热水通过冲洗水软管进入清洗块接头390，以对泡沫牛奶系统100进行消毒。如上所述，热水可通过混合物软管220、混合物入口230、混合物区域310、膨胀区域340和扩散器350，以对泡沫牛奶系统100消毒。随后，作为整体，可对系统100再次定位以按上述方式生产蒸汽牛奶和泡沫。
权利要求
1.一种泡沫牛奶系统，其用于通过牛奶源、空气源和蒸汽源来生产泡沫牛奶，该系统包括一个用于对牛奶进行加压的牛奶输入系统；一个用于对空气进行加压的空气输入系统；一个用来混合加压牛奶、加压空气和蒸汽的混合区域；一个使加压牛奶、加压空气和蒸汽混合物膨胀的膨胀区域。
2.根据权利要求1所述的泡沫牛奶系统，其中所述牛奶输入系统包括一个蠕动泵。
3.根据权利要求2所述的泡沫牛奶系统，其中所述牛奶输入系统包括一个连接牛奶源和所述蠕动泵的一次性软管。
4.根据权利要求1所述的泡沫牛奶系统，其中空气输入系统包括一个空气泵。
5.根据权利要求1所述的泡沫牛奶系统，其还包括一个连接所述牛奶输入系统和所述空气输入系统的软管连接器。
6.根据权利要求5所述的泡沫牛奶系统，其中所述软管连接器包括一个三通阀。
7.根据权利要求5所述的泡沫牛奶系统，其中所述软管连接器包括一个四通阀。
8.根据权利要求10所述的泡沫牛奶系统，其中所述一次性软管包括一个或多个设置在其中的单向阀。
9.根据权利要求5所述的泡沫牛奶系统，其还包括一根连接所述软管连接器和所述混合区域的一次性软管。
10.根据权利要求1所述的泡沫牛奶系统，其中所述混合区域包括一个中空喷嘴组。
11.根据权利要求10所述的泡沫牛奶系统，其中所述混合区域包括一个设置在所述中空喷嘴组内的混合物喷嘴。
12.根据权利要求11所述的泡沫牛奶系统，其中所述混合物喷嘴包括多个设置在其上的突起。
13.根据权利要求12所述的泡沫牛奶系统，其中所述混合物喷嘴包括多个位于突起周围的孔区域。
14.根据权利要求11所述的泡沫牛奶系统，其中所述混合物喷嘴包括一个可拆卸的喷嘴。
15.根据权利要求1所述的泡沫牛奶系统，其还包括一个用以收集被分配的泡沫牛奶的液流的扩散器。
16.根据权利要求1所述的泡沫牛奶系统，其还包括一个消毒系统。
17.根据权利要求16所述的泡沫牛奶系统，其中所述消毒系统包括一个位于热水源附近的消毒阀，以便向所述混合区域和所述膨胀区域提供热水。
18.一种利用加压牛奶和蒸汽生产蒸熟牛奶的蒸牛奶系统，该系统包括一个混合加压牛奶和蒸汽的混合区域；一个用于将加压牛奶注入混合区域的加压牛奶输入系统；一个用于将蒸汽注入混合区域的蒸汽输入系统；一个使加压牛奶和蒸汽膨胀以形成一个蒸熟牛奶液流的膨胀区域，和一个用来收集要分配的蒸熟牛奶流的扩散器。
19.一种方法可用以对分配器进行消毒，该分配器用于从加压牛奶源和加压空气源供给泡沫牛奶，所述加压牛奶和加压空气由多根软管输送并在一个混合喷嘴中混合在一起，该方法包括提供一个热水源；使热水源与一根或多根软管相连；使热水流过一根或多根软管和混合喷嘴；断开热水源；以及以预定进度重复上述步骤。
20.一种利用牛奶、空气和蒸汽生产泡沫牛奶的方法，该方法包括对牛奶和空气加压；将加压牛奶、加压空气和蒸汽注入一个混合区域；将牛奶、空气和蒸汽混合物的压力减小至外界压力，以生产泡沫牛奶。
全文摘要
一种泡沫牛奶系统(100)，其用于通过牛奶源、空气源和蒸汽源来生产泡沫牛奶，该系统包括一个用于对牛奶进行加压的牛奶输入系统(110)；一个用于对空气进行加压的空气输入系统(160)；一个用来混合加压牛奶、加压空气和蒸汽的混合区域(310)；一个使加压牛奶、加压空气和蒸汽膨胀的膨胀区域(340)。
文档编号A23L2/38GK1665434SQ03816085
公开日2005年9月7日 申请日期2003年7月2日 优先权日2002年7月9日
发明者查尔斯·B·格林 申请人:可口可乐公司