用于加热和/或发泡牛奶的设备的加热器单元的制作方法

本发明公开了一种用于加热和/或发泡牛奶的设备的加热器单元以及用于利用这样的加热器单元加热和/或发泡牛奶的设备和方法。

背景技术：

这样的加热器单元能够例如在饮料自动售货机、如具有用于加热和发泡牛奶的设备的咖啡全自动售货机中采用，以便加热和发泡用于制造咖啡饮料、牛奶饮料和牛奶泡沫饮料的牛奶。在咖啡全自动售货机中能够利用加热和发泡的牛奶配置例如牛奶饮料或牛奶混合饮料，如可可、牛奶咖啡或卡布奇诺。

从现有技术中已知了用于加热和发泡牛奶的设备，其装配有文丘里系统(venturisystem)，例如在ep0234236b1和ep0344859b1中所描述的那样。在这些设备中热蒸汽应用为用于加热和运送牛奶的热介质和喷射介质。然而，装配有文丘里系统的设备具有较小的加热功率和产品特性的受限的可调节性，产品特性例如是加热的牛奶的温度或牛奶泡沫的多孔性。

一种用于加热和或/发泡牛奶的改进设备从wo2013/064232a1中已知。该设备包含用于利用蒸汽加热牛奶的加热器单元，其中，在作为喷射器工作的加热器单元中将热蒸汽作为热量载体导入到牛奶中。加热器单元包括用于热蒸汽的内部流动通道和同轴环绕其的用于牛奶或者牛奶泡沫的外部流动通道，其中，两个流动通道通过多个横交于流动方向延伸的径向通道相互连接。该加热器单元能够实现牛奶和热蒸汽的分离供给，由此能够实现与加热不相关地加热牛奶形成牛奶泡沫。由此能够与加热进程不相关地调节牛奶泡沫的特性以及组成。基于蒸汽喷射的原则的加热牛奶还具有的优点是：加热进程不影响牛奶泡沫的质量，这是因为通过分开的蒸汽供给保障了加热的牛奶的精确温度调节，并且能够使准备系统的热惯性最小化。

然而所示出的是，在从wo2013/064232a1已知的加热器单元中在将用于蒸汽的内部流动通道与用于牛奶的外部的流动通道连接的细径向通道中会形成牛奶石或者牛奶结壳(milchverkrustungen)和氧化钙的沉淀。径向通道中的这样的沉淀和结壳能够在剧烈地加热牛奶时在加热阶段期间或之后出现，并且导致径向通道变窄并且由此导致加热器单元的加热功率或者效率降低。去除狭窄的径向通道中的沉淀和结壳是非常麻烦和耗费时间的。

技术实现要素：

本发明的目的在于，改进用于加热和/或发泡牛奶的设备的这种加热器单元，以改善加热器单元的加热功率或者效率。此外，应当减少这种加热器单元的维护开销。

该目的利用一种加热器单元以及一种用于加热和/或发泡牛奶的方法实现。

在根据本发明的加热器单元中将蒸汽或蒸汽空气混合物作为热量载体导入到牛奶中，以便加热和/或发泡牛奶，其中，加热器单元具有内部的蒸汽通道和同轴环绕其的用于牛奶的外部的环形通道，并且在蒸汽通道的上游端部处供给热蒸汽或蒸汽空气混合物并且在环形通道的上游端部处供给(凉)牛奶。根据本发明，在此蒸汽通道和环形通道分别在其下游端部处通入到用于输出通过蒸汽或者蒸汽空气混合物加热的牛奶或者用于输出生成的牛奶泡沫的排出通道中。在此，除了其下游端部处以外，用于牛奶的蒸汽通道和环形通道彼此分离。

由此能够放弃设计横交于蒸汽通道和环形通道的流动方向延伸的径向通道，其将内部的蒸汽通道和对此同轴布置的用于牛奶的外部的环形通道相互连接。由此排除了牛奶石或者牛奶的结壳或氧化钙沉淀在狭长的径向通道中的危险。

适合地，内部的蒸汽通道、同轴环绕其的环形通道和排出通道分别在由塑料制成的反应区块中成型。作为用于反应区块的塑料材料考虑耐高温的热塑性塑料、如聚醚-醚-酮(peek)、聚磺(psu)或聚醚亚胺(pei)。应当是直到大约150℃温度稳定和食品等级的或满足食品标准的反应区块的塑料应当尽可能避免热传导，由此进一步改善了加热器单元的效率。

内部的蒸汽通道在轴向方向上在反应区块中延伸，其中，蒸汽通道的上游端部能与能连接在反应区块上的蒸汽管路连接，并且经由蒸汽管路导入的蒸汽或蒸汽空气混合物在蒸汽通道中垂直抵抗重力地从下向上流到蒸汽通道的下游端部并且从那里流入到排出通道中。优选地，外部的环形通道在其整个长度(即其在轴向方向上的延展)之上同轴地绕着内部的蒸汽通道布置。

在内部的蒸汽通道的下游端部处，该蒸汽通道直接通入到从蒸汽通道的下游端部同轴地延伸的排出通道中，其中，排出通道的直径大于蒸汽通道的直径地设计。在内部的蒸汽通道通入到同轴地在其上延伸的排出通道中时，用于牛奶的外部的环形通道的下游端部也通入到排出通道中。对此，外部的环形通道在其下游端部的范围中具有圆锥形部段。在此，外部的环形通道的该圆锥形部段具有在流动方向上从外部的环形通道的外直径以圆锥形的形状减小到一个对应于排出通道外直径的外直径，外部的环形通道的圆锥形部段的下游端部通入到该排出通道中。通过该设计方案和用于牛奶的外部的环形通道和内部的蒸汽通道到排出通道中的通入，在通入的范围中保障了来自内部的蒸汽通道的热蒸汽或蒸汽空气混合物与来自外部的环形通道的牛奶的有效和均匀的混合。热蒸汽或蒸汽空气混合物与牛奶的进一步和均匀的混合在排出通道的另外的下游延伸中进行。在排出通道的下游端部处，排出通道适合地与用于输出加热的牛奶或者发泡的牛奶泡沫的排出管路连接。对此适合地在反应区块中在端侧设置具有用于连接排出管路的连接管口的端侧开口。

为了将热蒸汽或者蒸汽空气混合物供给到蒸汽通道中，在反应区块的其它的端侧同样设置端侧开口，在其中适合地布置用于连接蒸汽供给管路的连接管口。蒸汽供给管路连接到蒸汽发生器上，其经由蒸汽供给管路对加热器单元的内部的蒸汽通道施加热蒸汽。

优选地，用于生成蒸汽空气混合物的蒸汽供给管路不仅与蒸汽发生器还与压缩气体源连接，其中，蒸汽发生器对蒸汽供给管路施加蒸汽，并且压缩气体源将在压力下产生的气体、特别是压缩空气引入到蒸汽供给管路中。通过同时引入蒸汽和在压力下产生的气体、特别是压缩空气，能够加热并且同时发泡加热器单元中的牛奶。

在所形成的牛奶泡沫的特性、例如其浓度、乳脂性、多孔性、泡沫密度和泡沫稳定性(排水)方面特别大的灵活性在此能够由此实现，即压缩气体源生成压缩脉冲并且周期地导入到蒸汽供给管路中。在此适合地，能够改变由压缩气体源生成的压缩脉冲的参数，如幅度、脉冲持续时间和重复率(脉冲频率)，并且由操作者在设备旁例如借助于开关钮或旋钮调整。通过导入蒸汽和压缩的气体的压缩脉冲，在蒸汽供给管路中生成蒸汽气体混合物、特别是蒸汽空气混合物，并且经由蒸汽供给管路导入到加热器单元的蒸汽通道中，并且从那里导入到其排出通道中，在该处蒸汽气体混合物与牛奶混合以便使其加热和发泡。在此取决于所压缩的气体的压缩脉冲的所选择的参数，并且能够通过压缩脉冲的合适的参数的选择来影响在此生成的牛奶泡沫的浓度、特别是泡沫和液体的比以及泡沫的另外的参数、如其乳脂性、多孔性、泡沫密度和泡沫稳定性(排水)。因此，设备的操作者能够在发泡进程之前以及期间通过改变压缩脉冲的参数影响泡沫的特性。因此能够例如也还在发泡进程期间改变周期地导入到蒸汽供给管路中的压缩脉冲的重复率(脉冲频率)。通过改变压缩脉冲的脉冲频率影响了在牛奶中生成的泡沫的浓度。

以该方式例如能够实现的是，经由在设备上设置的旋转调节器无级地在最小值和最大值之间调整脉冲频率，并且由此在精调和粗调之间在预设界限中选择生成的牛奶泡沫的浓度。以该方式能够利用具有根据本发明的加热器单元的设备实现的是，生成任意浓度的牛奶泡沫，其中，即使在发泡进程期间(在确定的环境中)也仍能够调节生成的泡沫浓度。

为了将牛奶供给到加热器单元中，在反应区块中在外部的环形通道的上游端部的范围中成型有横交或斜交于环形通道的纵轴线延伸的径向孔。在该径向孔中布置有用于连接牛奶管路的连接管口。牛奶管路的一个端部经由该连接管口与径向孔在反应区块中连接，并且牛奶管路的另一个端部通入到牛奶容器中。通入到牛奶容器中的牛奶管路的端部能够在此例如构造为汲取管，其沉浸于填充有牛奶的容器中。为了从牛奶容器中吸取牛奶，在牛奶管路中布置有泵。泵从牛奶容器中吸取牛奶并且将吸取的牛奶经由牛奶管路和反应区块中的径向孔在运送到外部的环形通道中，以便为其提供牛奶。

将牛奶特别有效地导入到外部的环形通道，能够由此保障径向孔正切地通入到环形通道中。由此能够在牛奶流入到外部的环形通道中时防止涡流。

附图说明

本发明的这些优点和特征从下述参考附图详细描述的实施例中得出。附图示出：

图1是通过根据本发明的加热器单元的纵剖面；

图2是沿着b-b平面的通过图1的加热器单元的横截面；

图3是沿着a-a平面的通过图1的加热器单元的纵剖面；

图4是用于利用根据本发明的加热器单元加热和/或发泡牛奶的示意图。

具体实施方式

在图1-3中示出的根据本发明的加热器单元包括由塑料、特别是peek、psu或pei制成的反应区块4，其基本上具有带有中间纵轴线a的圆柱形的形状。在反应区块4中成型有内部的蒸汽通道1、同轴环绕内部的蒸汽通道1的外部的环形通道2和与蒸汽通道1同轴布置的排出通道3。蒸汽通道1具有上游端部1a，其通过反应区块4中的端侧开口4a形成。此外，内部的蒸汽通道1具有下游端部1b，其通入到同轴地在蒸汽通道1上在顺流的方向上延伸的排出通道3中。排出通道3在反应区块4中的端侧开口4b处结束。在此，排出通道3的直径大于蒸汽通道1的直径、例如大双倍。外部的环形通道2在其整个长度(即其在轴向方向上的延展)之上同轴地绕着内部的蒸汽通道布置，如图1和3中显而易见的那样，其中，在所示的实施例中内部的蒸汽通道1比同轴环绕其的环形通道2的长度稍长。然而也可能的是，内部的蒸汽通道1的长度和环形通道2的长度等长地实施。

在上游端部1a的范围中在蒸汽通道1中布置有连接管口13。经由该连接管13能够将内部的蒸汽通道1与在图1-3中未示出的用于导入热蒸汽或蒸汽空气混合物的蒸汽供给管路连接。在排出通道3的下游端部处设置用于连接排出管路15的另外的连接管口14。

同轴环绕内部的蒸汽通道1的外部的环形通道2同样具有上游端部2a和下游端部2b。在上游端部2a处，外部的环形通道2与在反应区块4中的径向孔5连接(如图2所示)。如图2中显而易见的那样，径向孔5在环形通道的上游端部2a处正切地通入到环形通道2中。在径向孔5中布置有另外的连接管口16。经由该连接管口16能够使径向孔5与(在图1-3中未示出的)牛奶管路连接。经由该牛奶管路能够将(冷)牛奶导入到径向孔5中并且从那里导入到外部的环形通道2中。

如图1和3中显而易见的那样，外部的环形通道2在其下游端部2b的范围中具有圆锥形部段2c。在该圆锥形部段2c中，环形通道2的外直径以圆锥形或锥形形状-在通道直径保持不变的情况下-减小到排出通道3的直径d。外部的环形通道2的下游端部2b使环形通道2通入到排出通道3中，在该下游端部处圆锥形部段2c具有对应排出通道3的直径d的外直径。在不仅使内部的蒸汽通道1而且使外部的环形通道2都通入到排出通道3中的通入范围中进行通过蒸汽通道1供给的蒸汽或者蒸汽空气混合物与通过外部的环形通道2供给的牛奶的混合。通过热蒸汽或者蒸汽空气混合物与牛奶的混合加热牛奶，并且-在应用蒸汽空气混合物时-发泡为牛奶泡沫。

为了检测加热或发泡牛奶的温度，在排出通道3的下游范围中适合地设置温度传感器6。温度传感器6布置在通入到排出通道3中的径向孔17中。

在图4中示意性地示出了用于利用根据本发明的加热器单元10加热和发泡牛奶的设备。图中，蒸汽通道1的上游端部1a与蒸汽供给管路12连接。在其中布置有止回阀12a的蒸汽供给管路12使加热器单元10与用于生成蒸汽空气混合物的装置20连接。用于生成蒸汽空气混合物的装置20包括蒸汽发生器18和压缩气体源19。在此，蒸汽发生器18经由蒸汽管路18a与蒸汽供给管路12连接，并且压缩气体源19经由压缩气体管路19a与蒸汽供给管路12连接。在压缩气体管路19a中设置能电控制的开关阀(例如电磁阀)19b、止回阀19c和能调节的节流阀19d。在蒸汽管路18a中同样布置有能电控制的开关阀(例如电磁阀)18b。

根据本发明的加热器单元10的环形通道2的上游端部2a在图4的设备中与牛奶管路11连接。牛奶管路11的一个自由端构造为汲取管，并且沉浸在具有冷牛奶的容器22中。在牛奶管路11中设置止回阀11a、泵21和能调节的节流阀11b。借助于泵21能够将冷牛奶从容器22中经由汲取管吸取到牛奶管路11中，并且从那里运送到加热器单元10的环形通道2中。为了检测吸取的牛奶的温度，在牛奶管路11中适合地设置有温度传感器23。

在加热器单元10的排出通道3的下游端部处连接排出管路15。排出管路15的一个自由端通入到容器24中。在加热器单元10中生成的产品经由排出管路15运送到容器24中，该产品在图4的实施例中是牛奶泡沫。

为了控制设备而设置控制单元25。控制单元25与温度传感器6和23耦联，利用其检测冷牛奶或者生成的产品(加热的牛奶或者牛奶泡沫)的温度。此外，布置用于控制蒸汽管路18a或者压缩气体管路9a中的阀18b和19b的控制装置25，以便打开和关闭这些阀。控制装置25还用于控制牛奶管路11中的泵21。

在图4示出的设备的优选的实施例中，压缩气体源19生成压缩的气体的压缩脉冲。对此，压缩气体源19包含将气体、特别是空气压缩为压缩气体(压缩空气)的压缩机。压缩气体源19在此适合地布置为，其能够以能预设的频率将压缩的气体的周期的压缩脉冲经由压缩气体管路19a导入到蒸汽供给管路12中。适合地，压缩气体源19能脉宽调制地激活。在此，激活经由控制装置25实现。

优选地，压缩气体源19的压缩脉冲周期地以能调整的频率经由压缩气体管路19a通过能调节的节流阀19d导入到蒸汽供给管路12中。在蒸汽供给管路12中，压缩气体(特别是压缩空气)的脉冲与从蒸汽源19经由蒸汽管路18a导入到蒸汽供给管路12中的热蒸汽混合，并且在蒸汽供给管路12中生成脉冲的蒸汽空气混合物。脉冲的蒸汽空气混合物经由蒸汽供给管路12导入到加热器单元10的内部的蒸汽通道1中并且从那里流入到排出通道3中。在排出通道3中，蒸汽空气混合物的脉冲与经由外部的环形通道2导入到加热器单元10中的冷牛奶混合，由此加热牛奶并且发泡为牛奶泡沫。如此生成的产品(牛奶泡沫)经由排出通道3运送到排出管路15中并且从那里运送到容器24中。

通过调整由压缩气体源19生成的压缩脉冲的参数、如其频率和幅度，能够影响和调整在加热器单元10中生成的牛奶泡沫的组成。为了调整所期望的压缩脉冲的频率和幅度的值，控制装置25具有调整部件、如旋转调节器或按钮，利用其能适合地无级地在最小值和最大值之间调整压缩脉冲的频率和/或幅度。压缩脉冲的幅度能够例如经由压缩气体源19的压缩机的功率或者经由能调节的节流阀19d的位置进行调节。

所生成的牛奶泡沫的浓度、特别是泡沫和液体的比以及泡沫的其他参数、如其乳脂性、多孔性、泡沫密度和泡沫稳定性(排水)，能够因此通过选择压缩脉冲的合适的参数来影响。因此，设备的操作者能够在发泡进程之前以及期间通过改变压缩脉冲的参数影响泡沫的特性。因此例如即使在发泡进程期间也能够改变周期地导入到蒸汽供给管路12中的压缩脉冲的重复率(脉冲频率)。以该方式例如能够实现的是，经由在设备上设置的旋转调节器无级地在最小值和最大值之间调整脉冲频率，并且由此在精调和粗调之间在预设的界限中选择生成的牛奶泡沫的浓度。