用于产生奶泡的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于使流体发泡、优选用于产生奶泡的装置。特别地，该装置是以它可以嵌入流体流动路径定位以产生泡沫的方式设计的。本发明的装置使用该装置中的流体经历的高剪切能量作为用于产生泡沫的发泡能量。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，已知用于产生奶泡的装置，其中牛奶的发泡通常在批量处理中执行。例如，已知一种具有储器的装置，牛奶可被加注到该储器中。储器中的旋转部件(例如设置在储器底面处的搅拌器)引起牛奶的发泡。但是，这种用于产生奶泡的装置仅会同时(即在一次批量处理中)产生预定量的奶泡。此后，需要将该装置清空，优选进行清洁，并在可以开始下一次批量处理之前再加注牛奶。此外，这种装置不能嵌入流体流动路径并因此不能例如在用于产生或提供牛奶或其它饮料的装置中实施。
[0003]此外，现有技术包括将热蒸汽喷射到注入储器中的牛奶中以便引起发泡的装置。但是，这些装置不能嵌入例如饮料生产设备的流体流动路径使用。
[0004]对于上述现有技术装置，影响牛奶发泡的因素例如为旋转部件如搅拌器的几何形状，或喷射到牛奶中的蒸汽的温度和/或压力。这些因素难以理解，并且在不构建更复杂的装置的情况下不易精确地控制。因此，许多简单现有技术发泡装置的奶泡通常不可靠地产生，即泡沫的特性如体积、发泡水平、泡沫稳定性等从一次批量处理到另一次批量处理不同。
【发明内容】
[0005]本发明的目标是克服上述缺点，并改进现有技术。特别地，本发明的一个目的是提供一种用于使流体发泡、优选用于产生奶泡的装置，该装置能嵌入流体流动路径实施。此夕卜，本发明意图提供一种装置，能使用该装置更可靠地并以一致的方式产生泡沫。因此，影响发泡效果的因素应该更好理解并且更容易精确地控制。本发明的另一个目的是提供一种使用寿命长的简单且可靠的装置。
[0006]在下文中，将就牛奶的发泡给出本发明的描述。但是，本发明不限于作为流体的牛奶，而是也可应用于其它流体，例如巧克力或咖啡。因此，也可通过本发明实现不同于奶泡的泡沫。
[0007]为使牛奶发泡，必须如图1所示以某种方式提供牛奶和空气两者。可选地，可以加热牛奶和/或空气。此外，必须向牛奶和空气提供某种类型的发泡能量，以便产生奶泡。本发明基于分开控制空气和牛奶的供给并且将发泡能量作为高剪切能量提供的思想。通过将该装置设计成使得牛奶-空气混合物至少部分地通过库艾特流从该装置通过来实现高剪切能量。
[0008]库艾特流指的是粘性流体在两个平行的板之间的空间中的层状流动。库艾特流的基本原理在图2中示出。在图2中，可移动的二维边界板相对于固定的二维边界板以特定速率U移动。在两个边界板之间存在流体。可移动的边界板的移动引起流体移动。两个边界条件决定流体的移动。直接在固定边界板处，由于固定边界板处的摩擦力，流体根本不移动。因此，速率U为零。直接在可移动的边界板处，摩擦引起流体以可移动的边界板的速率U移动。
[0009]在简单模型中，流体的速率u沿从固定边界板测定的方向y线性地增加。由此，在流体中产生剪应力τ，其取决于两个边界板之间的距离、流体的精度和运动的边界板的绝对速率。流体中的剪应力引起可以被用作发泡能量的剪切能量。本发明将描述细节。
[0010]本发明利用根据附后独立权利要求的装置实现了上述原理。独立权利要求解决了上述现有技术的问题。本发明的更多优点在附后从属权利要求中显现。
[0011]如已经提到的，本发明的一个关键特征在于经由两个单独的供给回路(即牛奶供给回路和空气供给回路)来提供牛奶和空气。
[0012]因此，可以单独控制空气和牛奶的供给量，这允许特别好地控制泡沫特性。
[0013]根据本发明的一个优选实施例，牛奶供给回路包括具有流量计和调节器的反馈控制环路。优选地，空气供给回路同样包括具有流量计和调节器的反馈控制环路，例如PID调节器。
[0014]根据期望的泡沫特性(坚固度、一致性、比重等)，可以选择用于发泡过程中的牛奶和空气的不同比率，使得该装置可以产生宽范围的不同泡沫配方。典型地，牛奶与空气体积的比率可以在从3:1至1:7的范围内。与不同配方对应的不同牛奶和空气流量的目标值可以存储在该装置的控制单元中并用来根据期望的配方相应地调节流量。
[0015]此外，根据本发明的一个优选实施例，一种用于产生奶泡的装置包括外缸筒、同心地设置在外缸筒内的内缸筒、流体入口和流体出口，其中外缸筒和内缸筒可相对于彼此旋转，其中在外缸筒与内缸筒之间形成间隙，并且其中该间隙将流体入口与流体出口连接。
[0016]例如，外缸筒具有内壁并且内缸筒具有外壁，内壁和外壁实现了两个平行的边界板，内缸筒关于外缸筒的相对运动造成两个平行的板之间的空间中流体的库艾特流。
[0017]替代地，该装置可以包括代替内缸筒的可旋转搅拌器或任何其它旋转元件。
[0018]图2所示的两个边界板分别通过内缸筒的外壁和外缸筒的内壁来实现。图2中的可移动的边界板相对于静止边界板上的移动由内缸筒相对于外缸筒的移动引起。缸筒具有共同的旋转轴线。图2中的边界板之间的距离由流体(优选牛奶和空气)从流体入口流到流体出口流动通过的间隙的宽度决定。这意味着牛奶和空气优选被提供给该装置的流体入口。因此，根据参考图2所述的原理，牛奶-空气混合物在该间隙中经历高剪应力。
[0019]该高剪应力引起空气和牛奶的乳化。只要乳化的牛奶-空气混合物离开该间隙，它就膨胀。由于膨胀而实现了发泡效果，这是因为牛奶内的气泡的尺寸突然增大。因此，一般而言，牛奶-空气混合物中包含的高剪切能量用来提供产生奶泡所需的发泡能量。
[0020]该装置被设计成使得它可以嵌入牛奶的流动路径定位，这是因为牛奶可以流入流体入口、通过该间隙并从流体出口流出。因此，该装置适于连续从储器接收牛奶并将它转化成奶泡。
[0021 ] 影响奶泡特性的因素例如是间隙的宽度、缸筒相对于彼此的切向速度、缸筒表面和牛奶承受剪应力的时间(即在装置中消耗的时间)。这些参数容易理解并且可精确地控制。此外，该装置可以相当简单地设计，但仍可产生非常可靠的结果。
[0022]优选地，该间隙例如在内缸筒和外缸筒的半径方向上的宽度在0.2mm至1.0mm的范围内，更加优选在0.3mm至0.6mm的范围内。
[0023]如上所述，该设备中的牛奶-空气混合物承受的剪应力在很大程度上取决于形成在两个缸筒壁之间的间隙的宽度。这里，该间隙直径被选择成使得实现产生牛奶的最佳发泡效果的剪应力。例如，这意味着发泡效果引起具有最佳特性的奶泡。当谈及泡沫的特性时，本发明理解为例如期望的体积、良好的泡沫稳定性和/或充分的发泡水平。稳定性由奶泡稳定(即基本保持其体积)的时间量决定。发泡水平由给送到流体入口中的牛奶的体积与从流体出口分配出来的奶泡的体积之比决定。
[0024]优选地，流体出口的直径大于间隙的宽度，优选在2mm至1mm的范围内。
[0025]流体出口相比于间隙宽度的扩宽导致由两个缸筒的相对旋转引起的高剪应力产生的牛奶-空气乳剂的膨胀。该