专利名称：乳化乳品类液体的方法，饮料分配器和一次性容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的饮料分配器。本发明尤其适用于制备热的乳品类饮料，比如热巧克力、卡普契诺(cappuccino)、latte咖啡、风味热饮(flavoured steamer)(加热的风味牛奶)，以及其他含有乳品类液体的热饮料。本发明还涉及一种如权利要求15的前序部分所述的乳化乳品类液体的方法以及与本发明的饮料分配器一起使用的乳品类液体的一次性容器。
各种在制备热饮料时利用其他流体乳化乳品类液体，比如牛奶的系统已存在了很多年。例如美国专利US4715274描述了一种乳化器单元，用于乳化蒸汽、空气和牛奶而制备比如卡普契诺和latte咖啡的饮料。在制备这种饮料时，蒸汽和空气，与牛奶和奶油一起在文丘里型乳化室中混合，并从该装置中分配出，比如用于与咖啡混合。与牛奶混合的蒸汽和空气的份额根据所需的特定热饮料变化。例如，卡普契诺需要牛奶和空气形成的充气混合物。一般，这种混合物中含有约三分之二体积的牛奶和三分之一体积的空气。适于形成卡普契诺咖啡的牛奶约一半是液体状态，另一半以浮在液体上的泡沫形式存在。在乳化室中，牛奶和空气被蒸汽乳化、加热，且最好在68℃～74℃之间的温度下分配出。蒸汽通常处于环境大气压力之上的压力下(例如，约高于环境压力1-2巴)，且可取的是在120℃～130℃的温度下喷射到乳化室中。
另一方面，在制作latte咖啡饮料时，仅使用了加热的牛奶，在乳化室中空气不与牛奶和蒸汽混合。相反，空气的供应完全关闭。这种热牛奶最好是在68℃～74℃的温度下分配。
制造牛奶类饮料，比如卡普契诺和latte咖啡的普通乳化系统具有很多缺点。具体而言，普通系统依靠乳化室内的文丘里效应产生的吸力将空气和牛奶吸到乳化系统中。有时通过泵辅助牛奶的流动。牛奶通常从基本上与乳化器处于相同或较低位置的、独立的冷藏供应位置抽出。牛奶经从所述牛奶容器顶部伸出且接入乳化单元的文丘里式入口的管子吸取。所述文丘里式系统的另一空气入口从周围环境吸气。通过经文丘里式管喷射加压的蒸汽产生吸力，从而在文文丘里式管的收缩处的快速流动产生作用于牛奶上的吸力，且在卡普契诺的情况下，也作用在周围空气上。
在制备卡普契诺和latte咖啡时使用的文丘里诱发乳化型的普通牛奶类饮料分配系统的性能不稳定众所周知。这种系统分配的饮料温度波动很大，因此，改变了饮料的质量。随着饮料的分配，牛奶容器中的牛奶液面降低，文丘里式吸力吸取的牛奶量也降低，因此导致了所分配的牛奶量相对于吸入到乳化器单元中的空气量不稳定。普通的系统使用仅由文丘里型乳化器产生并保持的次大气压力产生的汲取和虹吸，这种乳化器有时称为泡沫发生头。
而且，普通系统包括牛奶流过自动混合系统中的多个部件。为了适用于食品制备设施的卫生原因，必须经常清洗牛奶或其他任何乳品接触的乳化器和饮料分配器每个和所有部件。这种清洗过程费时，并且清洗不总是根据现有的规范进行。
在普通的文丘里型乳化系统中出现的另一个问题是蒸汽加热的无泡沫牛奶，例如latte咖啡，其分配温度比蒸汽加热的泡沫牛奶的分配温度低。这是由于以下事实，普通乳化系统保持其蒸汽供应(即，能量)对于两种饮料固定在一个水平上，而对于蒸汽加热的泡沫牛奶，需要加热的液体质量比蒸汽加热的无泡沫牛奶少(分配的单位体积)。这导致每种类型的混合物温度不同。
本发明的一个目的是提供一种新鲜乳品类热饮料的分配系统，该系统可以减少或消除很多普通系统具有的问题。
为此，本发明提供了一种如权利要求1所述的饮料分配器。该分配器可以使来自制冷单元的牛奶至少部分在重力的作用下流下来。因此，牛奶的供应量较少由于文丘里式孔吸力强度波动而变化。而且，在所述单元每次启动时，分配的牛奶的流速高度稳定，具有很强的一致性。
专用容器也是本发明的一部分，将在下文中描述，该容器设有软管，可取的是该软管经夹紧阀插入。一旦所述管通过所述夹紧阀，夹紧阀的压力释放，由于作用在所述牛奶上的重力，牛奶可以向下流出。
本发明的某些实施例的另一独特特征是提供了用于制作卡普契诺的来自于加压气源的加压空气。因此，空气在压力下被迫进入所述乳化室中。本发明的分配单元不必依赖于文丘里吸力将空气抽入所述单元。结果，在这些实施例中，在用于制备卡普契诺饮料的、发泡加热的牛奶中空气量更稳定。
本发明的另一特征是一种涉及自动定时和/或分配间隔的、自清洁系统，用于冲洗暴露于牛奶流的所有部件。这是通过在通向乳化器的空气入口的供气管路上安装冲洗控制阀和三通阀实现的，其中三通阀作为转向阀。在每次通过乳化器分配一些牛奶之后，冲洗控制阀和泵启动，所述转向阀确定位置，而使冲洗水流可以经过所述供气管路，并经过所述乳化室，彻底冲洗掉任何渗入供气管路的残存牛奶，并彻底冲洗乳化室本身。与所述乳化室相连的唯一的另一接头来自于蒸汽锅炉，该蒸汽锅炉每次启动时排放蒸汽。在分配每一份乳品类饮料之后，少量蒸汽也可能经乳化室排出。所以，与乳品类饮料接触的乳化室的所有部件可以在每次使用机器分配乳品类饮料之后冲洗或清洗。通过提供这种自清洁特征，本发明的系统避免了在饮料分配周期之间和贯穿正常的日常生意过程中需要清洗所述单元的烦杂。
本发明的另一特征是使暴露于牛奶流的非一次性部件减少到了最低限度。乳化室及其牛奶入口和喷嘴座入口腔中作为一次性单元提供，使用后每天丢弃。喷嘴本身是可以重用的，但是非常便于清洁。因此本发明的饮料分配器在很大程度上消除了此种类型的普通单元所需的清洗需求问题。
本发明的另一特征是提供了一种可以根据需要允许不同的蒸汽温度和速度的系统。例如，根据在制备用于卡普契诺的牛奶和空气的发泡混合物时所需的分配速度和流速，125℃的蒸汽温度是适宜的。另一方面，当制备用于latte咖啡的无泡沫牛奶时，可以要求更高的140℃的蒸汽温度。这是由于以下事实造成的，在分配热的无泡沫牛奶时，与分配热的泡沫牛奶相比，相对于所分配的体积，牛奶的绝对质量更大。因此，当制备热的无泡沫牛奶时，所分配的每体积单位必须增加更高的能量，因此需要蒸汽以更高的温度喷射。普通系统不采用使来源于单一蒸汽源的蒸汽发生即时温度变化的方式。另一方面，在本发明中，例如指示待分配的所需饮料是无泡沫牛奶的信号启动软件驱动的过程，其中编入芯片中的算法立即提高蒸汽源中的蒸汽温度，其中所述蒸汽源通常是锅炉，使温度从可编程的备用基准温度升高到可编程的更高温度，即乳化牛奶和蒸汽所需要的温度。实际上所述软件可以提供多个目标温度的蒸汽。在所述单元中，所述蒸汽的基准或备用温度可以例如约135℃。
除了上述事实外，本发明包含能够在多个目标温度下稳定供应蒸汽的软件，所述软件还能使所述锅炉系统在+2℃～-2℃的非常窄的带宽中保持这些多个不同的可编程温度。这是通过算法实现的。软件不仅跟踪锅炉内的蒸汽的实际温度，还跟踪在加热或冷却过程中蒸汽温度的升高或降低。这使软件能够预测何时达到程序设定的目标温度。这种预测的量化用于在达到目标温度之前接通或切断蒸汽锅炉内的加热元件。其结果是以稳定的温度供应蒸汽。
锅炉内的温度控制可以通过使用温度控制算法实现，该算法是简单的通/断恒温器型温度控制，在温度低于所需温度超过1℃时接通加热元件，在温度高于所需温度超过1℃时切断加热元件。这种方案可能出现的一个问题是供热或去热之间的延迟和导致的温度变化可能使温度有不可接收的上冲和下冲。例如，当去除热量时，锅炉内的温度开始快速下降，约每秒0.6℃。当温度到达所需温度下1℃时，加热元件将会接通。温度开始上升可能需要数秒。在此时间内，温度连续下降几度，而可能导致温度有不可接受的下冲。当温度上升时，加热过程中的热量累积可能导致温度出现类似的不可接受的上冲。
如果发生这种问题，一个解决方案是给温度控制算法添加导数项。该项以温度变化速度为基数。基本上，温度变化速度项，或AT是不变地计算出的。当当前温度在所需温度的预定范围内(在该示例中约±3℃)，ΔT的值好比是预定值。如果加热元件接通，ΔT的值在所述值之上，那么加热元件切断，而不管当前温度是否在所需温度之上或之下。如果加热元件切断，且-AT的值在所述值之上，那么加热元件接通，而不管温度是否在所需值之上。这种“预测性”的温度控制可以等同于在到达停车标志之前使汽车刹车。
从基准温度到更高温度的过渡以下述方式发生。印刷电路板读取锅炉内的实际蒸汽温度和所需的更高温度之间的差别，启动继电器，使电流流向锅炉内的加热元件，使温度以及锅炉内的压力升高，升高到所需的目标温度。这一过程通过在印刷电路板的微芯片上编程的算法(软件，见上文)进行控制，该算法还控制实际温度，如上所述，将其控制在所需的更高温度的特定带宽内。在所需温度低于备用温度时，软件使蒸汽从锅炉逸出，从而降低锅炉内的实际蒸汽温度，使其到达所需的更低的目标温度。到达所需更低温度的另一方法是将管路的水(具有比锅炉内的实际温度低的温度)补充到锅炉中，而不管锅炉的填充液面。这一填充过程仅需要限制添加的水的体积。通过对锅炉加水立即降低温度的方法(在一秒以下可以达到几℃的更低的目标温度)也可用于使锅炉的固定温度最佳地保持在较高的温度(在所有的所需温度值的平均温度之上)。对锅炉添加水致使以一定的ΔT达到所需的更低温度，比以所述ΔT加热锅炉更快。将恒定的锅炉温度保持在比所需温度的平均值更高的值的优点是进一步缩短了达到所需锅炉温度的时间。
乳品类液体流量控制阀的实施例可以在两个位置使用，1)关闭位置(例如，电磁线圈不启动)，完全阻止乳品类液体从冷却的存储容器流至文丘里型乳化器，2)打开位置(例如，电磁线圈启动)，所述打开位置可以使乳品类液体从冷却的存储容器不断地自流到文丘里型乳化器。如前所述，本发明的这一方面尤其适用于“箱中袋”式牛奶存储容器，然而，其他类型的牛奶容器(纸板、塑料、金属或其他材料)也可与本发明的饮料分配器一起使用。
可以添加到乳品类液体中的其他流体通常包括蒸汽，对于某些乳品类饮料，空气也可以。
在另一优选实施例中，饮料分配器包括恒温传感器和一或多个加热元件，用于有选择地混合另一温度的蒸汽和乳品类液体。这样，特定输入的选择，比如与特定饮料例如卡普契诺咖啡或latte咖啡相应的按钮，产生启动信号，该信号被电子处理器感知，而识别所选择的特定饮料。如果需要，该启动信号致使温度控制器增加或减小锅炉加热元件的电流，使锅炉的输出蒸汽保持在相对于锅炉蒸汽的备用温度升高或降低的温度，并且只要启动信号连续作用，使其保持在所述升高或降低的温度。
本发明的某些实施例的一个方面可以认为是用选定的其他流体，包括空气，乳化乳品类饮料，并从乳化器分配含有乳品类饮料的选定流体的乳化混合物的装置的改进。根据本发明这一方面的改进，高于大气压力的空气源连接于所述乳化器上。因此，所述系统不仅仅依赖于乳化器的文氏效应产生的吸力为饮料混合物供应空气。使用加压空气可以提高温度的一致性和饮料从乳化器单元排出时饮料混合物中的流体比例。
在另一实施例中，所述饮料分配器可以认为是利用其他流体乳化乳品类饮料的设备，包括乳化室，所述乳化室具有位于混合室下游的饮料分配出口，用于分配一部分乳品类饮料和至少所述其他流体之一。本发明的改进包括连接于乳化室的处于压力下的水源。冲洗控制阀和三通阀位于水源和乳化室之间。冲洗控制阀致动器可以编程而自动打开冲洗控制阀，在分配一部分饮料之后从水源分配一些水通过乳化室。或者，如果目的是不卷入不需要的空气和/或消除不需要的膨胀空间，否则这些空间将连接于乳化室，可以编程而提供少量的水，这些水在分配饮料之前仅流到乳化室。所分配的其他流体之一是空气，且有连接于乳化室的空气管路。三通阀连接于所述空气管路，且连接于水源，可以经所述空气管路交替地为乳化室供应空气和水。在一具体实施例中，水源是(或可以)连接于与乳化室相连的空气管路，能够用水冲洗空气管路。
在另一较宽的方面，本发明可以认为是一种通过使乳品类饮料与至少一种其他流体一起流经流体乳化室到达选定部分的饮料分配出口而利用其他流体乳化乳品类饮料的改进方法。所述改进方法包含选择性地和交替地经空气供应管路供应空气，用于与乳品类饮料混合，和在分配每一部分之前或之后，自动地经空气供应管路冲水，冲到乳化室以及饮料分配出口。
本发明还提供了一种如权利要求20所述的用于乳品类饮料的一次性容器。这种一次性容器可以容易地连接于本发明的饮料分配器。而且，分配器的夹紧阀可以在一次性容器的挠性软管(例如，橡胶或塑料制成)的外部操作，其优点是该阀将不接触所述乳品类饮料。所述一次性容器的具体实施例也称为“箱中袋”式容器。该箱中袋式容器例如可以包含充填有乳品并包装在保护性波纹纸板或塑料箱中的无菌塑料袋。可取的是，除了挠性橡胶或塑料制成的分配软管之外，该袋完全封闭。可取的是，该箱可以在其底部打开，拉出软管，使软管向下伸出。在所述一次性容器的运输和存储过程中，所述箱可以防止软管损坏或弄脏。为了将所述箱装在所述的饮料分配器中，箱的尺寸使其可以装配在冷冻的乳品存储室中。另一方面，本发明的用于乳化鲜乳品和/或乳品类液体的独特装置的结构可以使“箱中袋”式容器容纳在乳化单元上方。当袋中的牛奶供应用尽时，大气压力使袋子塌陷。
在所述一次性容器的另一优选实施例中，所述软管的自由远端可拆卸而使所述软管的末端开口。例如可以这样实现，切断封闭的管子的尖端，所以当去除所述尖端时，乳品类液体(例如牛奶)可以通过所述管子流出。
根据本发明的一次性容器不必形成从一次性牛奶容器到乳化单元的永久性连接管道。相反，一旦“箱中袋”式容器中的袋子为空，管子的尖端可以从所述乳化单元的入口拆卸下来，从所述夹紧阀拉下。然后，可以丢弃并更换所述的一次性“箱中袋”式容器，包括其预连接的管路。
下面参照附图更清楚、更具体地描述本发明。
图l是使用其他流体乳化乳品类液体并在所需温度下将这种混合物分配作为热饮料的装置的优选实施例的透视图。
图2是
图1所示乳化和分配单元的剖面侧视图。
图3是图2所示乳化和分配装置的零件的剖面侧视图。
图4是本发明的乳化和分配装置的操作部件示意图。
图1示出了乳化和分配装置10，它使用机柜12，该机柜具有在图2中标为14的上部，和在附图中标为16的下部。所述上部14包括电动冷藏室18，具有冷却线圈，将冷却腔中的温度保持在优选为0℃到5℃之间(更可取的是在0.5℃和4.5℃之间)。所述冷藏室18的冷却腔可以容纳一次性的“箱中袋”式牛奶容器22或任何其他储存装置，比如常规/标准的1加仑或半加仑的塑料容器或硬纸盒，在所述机柜12的上部14中供应牛奶20。具体而言，所述容器22由波纹状纸板外壳的矩形箱形成，其中放置柔性的、可塌陷的塑料袋24。所述袋24装有排放软管26，如图3示出，该软管由长度很短的橡皮管构成。所述软管26具有密封而与所述袋子24的底部流体连通的近端，和相对的自由远端，在其末端最初切断密封。
为了利用“箱中袋”式容器22，在单元10的上部14中的冷藏室18的门28打开，所述波纹纸板容器22的放入其中，而使所述流体排放软管26向下通过所述单元前部附近的冷藏底板上的小开口，就在所述冷藏室门28之后。所述软管26向下插入而通过冷藏室底板上的开口，并通过夹紧门30，该夹紧门铰接而可沿垂直轴线旋转，并锁定在所述壳体12的构件上。所述夹紧门30具有在其内表面上形成的垂直的、半圆柱形通道32，它与位于夹紧门30后面的垫板结构上形成的相应垂直的、半圆柱形通道34面对面接触。所述通道32和34形成从冷藏室18的底板上的开口向下的纵向圆柱形通道。这个通道与乳化或发泡头部单元40的向上的中空环形牛奶入口管42连通。
当夹紧门30抵靠垫板36关闭且相对垫板锁定时，牛奶排放软管26压靠在通常关闭的夹紧阀25上，该阀包括可往复运动的阀门38，该阀门安装在电磁线圈致动的电枢39的端部。在其停用状态，电磁线圈致动的电枢39沿垂直于夹紧门30且垂直于冷藏室门28准线的水平方向向前抵压夹紧阀门38。因此，夹紧阀门38通常夹紧排放软管26，使其关闭，如图3所示。
一旦门28关闭，且夹紧门30抵压垫板结构36，并用螺钉或闩销固定，则牛奶排放软管26封闭，不能使牛奶流到阀门38下方。然后牛奶排放软管26的远尖端的下端切断，然后切断的远端同轴地推到乳化单元40的垂直方向的牛奶入口管42上，如图3所示。
因为从“箱中袋”式单元22来的牛奶排放软管26的直径远大于为乳化器40供应牛奶之所需，所以，可取的是在牛奶入口管42上插入收缩性的节流限制器44。节流限制器44是环形结构，具有带凸缘的顶部，该顶部座放在乳品类液体入口管42的横向环形上边缘上。在其轴向中心处，较窄的中心孔或导管46延伸节流限制器44的长度。可取的是，导管46具有从1169mm至1397mm的直径，这取决于从乳化器40分配的饮料体积。
乳化器和分配器10的冷藏室18位于乳化器/文丘里单元40上方。这意味着袋24中的牛奶20的最低可能液面总是高于乳化器40的液面。结果，重力总是作用在牛奶20的剩余部分上，将其输送到乳化器40。而且，不需要机械泵将牛奶20供应到乳化单元40。
使用部分由重力输送乳品类液体的系统具有立即响应系统动作的另一优点。因为乳品类液体总是位于夹紧阀25的紧接上方，没有从远程的源头经某些供应管路抽吸牛奶的延迟，也没有在可以抽入牛奶之前将牛奶供应管路内的空气抽出的延迟。相反，牛奶20总是可以立即分配入乳化单元40。
乳化器40是由模制塑料本体48构成的，该塑料本体在其结构内形成一中空的、圆柱形乳化室50。在许多方面，乳化器40的结构使其可以象美国专利US4715274中描述的乳化器单元那样操作，在此通过引用而包含该专利的全部内容。乳品类饮料排放管52从混合或乳化室50向下伸出。
乳化器壳体48还形成一对横向的凹腔53和55，一个位于另一个上方，分别接纳蒸汽喷嘴54和空气喷嘴56。喷嘴54和56插入本体48的对应凹腔53或55中，且与与垂直的牛奶入口管42成直角并相交的文丘里室60流体连通。O形环62和64分别位于在喷嘴54和56周围的喷嘴腔53和55中对应的环形、通道形凹槽中，以确保喷嘴54和56的外周边与乳化器单元40流体密封。喷嘴54和56分别在其结构内形成轴向的流体通道66和68，它们分别连接于蒸汽供应管路70和加压空气供应管路72，在图4中示出。在本发明的优选实施例中，在进入混合腔时，蒸汽喷嘴54的孔的直径最好为2.2mm，但也可以变化。
该系统由图4的示意图中示出的AC/DC电源74操作，它为印刷电路控制板76提供运行功率。在所示的乳化和分配装置10的优选实施例中，有4个启动按钮，示为78、80、82和84。当然，根据应用，启动按钮的数目可以更多或更少。下压这些启动按钮，生产热的乳品类饮料，图1中示为86。设置第五启动按钮85，可以由用户启动系统，放出水和蒸汽形成的清洗流，将在下文描述。
每一按钮的参数都可编程，且可变通。任何按钮都可以编程而生产热的泡沫奶或热的无泡沫奶。而且，每一按钮都可以编程而在下压和保持时起作用或保持适当的时间。在时间受控的应用中，按压一次按钮就启动，当再次按压时或编程时间期满时将停止作用。
例如，当下压和保持时，按钮78可以编程而生成压缩空气、蒸汽和牛奶形成的混合物流，它们在乳化器40内乳化并以流86的形式分配，如图1所示。只要按钮78保持下压，流86就延续。
类似于按钮78，按钮80可用于分配充满压缩空气并由蒸汽加热的泡沫牛奶形成的卡普契诺乳品类饮料混合物。然而，按钮80给印刷电路板76提供一信号，生成流86形式的预定量流体，而不管按下多长时间。即，按钮80的瞬间下压生成预定的一等份流体86，流到容器87，除非在分配完这一等份之前中断(被瞬间下压)。
按钮82可用于给印刷电路板发送信号，生产用于latte咖啡的热的无泡沫牛奶流，只要按钮82连续下压。在制备热的无泡沫牛奶时，不对空气喷嘴56供应空气。只要按钮82下压着，通过蒸汽乳化加热的牛奶流86连续流向容器87。按另一选择，按钮84可以瞬间下压，生产预定等份的用于latte咖啡的加热的牛奶流86。即，即使按钮84瞬时下压，也生产预定量的加热的牛奶，流到容器87。
如图2和4所示，乳化和分配单元10在其底部装有蒸汽锅炉90。蒸汽锅炉90可以是一升的体积，且装有加热元件91，可以是六千瓦的电热线圈。恒温控制装置的传感器元件93也位于锅炉90内。锅炉90通过蒸汽供应管路70连接于蒸汽喷嘴54。蒸汽锅炉的运行通过电控线路92由印刷电路板76上的可编程设定值控制。
乳化和分配单元10还包括可选的气泵94，它连接于空气调节器96，所述空气调节器是针阀。然后空气调节器96通过空气导管98连接于三通阀100。三通阀100通过空气供应管路72连接于空气喷嘴56。空气泵94达到所需压力的运行是在从印刷电路板76来的电信号控制线路102控制下的。印刷电路板76通过线路116上的信号控制三通阀100的运行状态和方向。
单元10也包括水泵104，该水泵也通过水管106连接于三通阀100。水泵104的运行是通过自印刷电路板76来的电控线路108控制的。而且，有一来自水管106的分支管107通向再充阀110，接着，该再充阀通过导管112连接于蒸汽锅炉90。再充阀110通过来自印刷电路板76的电控线路114控制。
蒸汽锅炉90内的液面传感器95监测锅炉90内剩余的水位。这一水位由印刷电路板76上的液面监测电路检查。当锅炉90内的水位下降到最小水位时，印刷电路板76上的电路通过线路114上的信号打开再充阀110。然后水泵104经管路106和107，经再充阀110和导管112泵送水，补充蒸汽锅炉90内的供水。
热的乳品类饮料分配器10的运行可以如下描述。一些牛奶20存储在“箱中袋”式容器22中。应当理解的是，可以使用任何其他类型的牛奶容器，比如一加仑或半加仑的牛奶包装，代替所述的“箱中袋”式容器22。容器22通过冷藏单元18保持在约0℃和5℃之间(更可取的是在0.5℃和4.5℃之间)的冷藏状态。应当指出的是，牛奶存储在文丘里型乳化器单元40的液面上方处于冷藏状态的袋20内。
当需求按钮78、80、82或84之一启动时，印刷电路板76的预置程序启动电磁线圈41，如图2所示，向内拉电磁线圈电枢39，而将夹紧阀门38拉开而脱离与牛奶供应软管26的夹持接触。根据启动的是按钮78、80、82和84中的哪一个，电磁线圈41将保持阀门38处于后退状态，直到按钮释放，或者保持由印刷电路板76的设定值确定的预定时间间隔，或者否则，直到当按钮在预定时间间隔已经过去之前被瞬间下压时。
在任何情况下，当电磁线圈41的动作致使阀门38从与牛奶供应软管26的夹持啮合后退时，牛奶20在重力作用下降到乳品类液体入口管42。于是，牛奶20从袋子24经牛奶排放软管22下降到牛奶入口管42，直到乳化单元40。节流限制器44根据其孔的尺寸限制牛奶20的流量。
在牛奶流向乳化单元40的入口42的同时，编程的印刷电路板76的电路在控制线路92上发送信号，启动蒸汽锅炉90，生产所需温度的蒸汽。蒸汽锅炉90通常保持在130℃至135℃下的稳定状态或备用状态。如果按下按钮78或80，要求制备并排出用于卡普契诺的加热的泡沫牛奶，那么通过延迟蒸汽锅炉90内的电热线圈91的加热电流使该温度下降。响应几乎是同时的。温度非常快地下降到新的目标温度，例如125℃，且蒸汽压力也下降到大气压之上约1.5巴的压力。因此，蒸汽立即从蒸汽锅炉90中以约125℃的温度和在大气压力之上1.0和1.5巴之间的压力排出。
同时，印刷电路板76经控制信号线路102操作空气泵94，生成在大气压之上约0.3至0.7巴的压力下的空气，且还通过线路116上的控制信号操作三通阀100，使其达到连接管路98和管路72的位置。因此，空气调节器96通过管路98连接，而使空气直接经三通阀100和管路72到达空气喷嘴56。
在制备热泡沫牛奶的过程中，例如用于制备卡普契诺，适当按钮78或82的下压支配印刷电路板，通过启动电磁线圈41使牛奶开始流向乳化器40，通过经线路92提供给蒸汽锅炉90的加热元件91的启动信号，通过使管路72和98连接的控制线路116上的信号操作三通阀100，并通过控制线路102上的信号启动可选的空气泵94，使空气和蒸汽流流向乳化器40。于是，这三种流体都在压力下进入乳化室50。牛奶流20上的压力部分是重力，而空气上的压力是通过文丘里发泡器产生的吸力或泵94提供的。蒸汽压力是由蒸汽锅炉90内的蒸汽提供的。蒸汽流由位于管路70内且可以完全打开或完全关闭的蒸汽阀47控制。
蒸汽加热乳化室50内的牛奶和空气，并凝结成较少量的水。所以，分配入饮料容器87的用于卡普契诺的饮料86有约三分之二体积的牛奶和三分之一体积的空气，这取决于空气调节器的设置。然而，相当一部分的牛奶以泡沫形式存在，位于容器87中的饮料顶部。实际上，按体积测量，饮料86包括约50％的加热牛奶和位于容器87内的饮料顶部层中约50％的牛奶气泡形成的泡沫。
卡普契诺饮料混合物86在经出口52离开乳化室50时的优选温度在68℃和74℃之间。根据蒸汽压力，即蒸汽温度，用于卡普契诺饮料的加热牛奶和泡沫填充16盎司的饮料容器87需约30秒。
为了制备热的无泡沫牛奶，例如用于latte咖啡，按下按钮82或按钮84。此时，支配印刷电路板76，使三通阀100完全阻止从泵94供应空气。印刷电路板76的编程电路还在线路92上给蒸汽锅炉90传输信号，启动蒸汽锅炉90内的加热线圈91，使蒸汽温度升高到约140℃的新目标，增加锅炉90内的压力。通常，在制备热的无泡沫牛奶时，锅炉90内的蒸汽压力约在大气压力之上1.0至3.2巴。
在按下热的无泡沫牛奶按钮82或84的同时也启动夹紧阀25，所以牛奶20流经夹紧阀25，与经喷嘴54注入的蒸汽混合。两种流体在乳化室50内混合，然后经乳化器饮料排放导管52分配。
在制备热的无泡沫牛奶时，离开乳化室50的流体几乎完全是牛奶，因为加热牛奶的蒸汽凝结成较少量的水。用于热的无泡沫牛奶的流86中加热的牛奶在离开排放导管52时的温度，也应当在68℃和74℃之间。根据蒸汽锅炉内的温度，将用于latte咖啡的足够量的加热牛奶86分配入16盎司的饮料容器87中需约30秒。
本发明的一个非常重要的方面是自清洁特征。不管按下的是按钮78、80、82和84中的哪一个，空气喷嘴56和通向空气喷嘴56的管路72在分配一份加热的乳品类饮料86之后冲洗。这一自清洁步骤以下述方式实现。在由于按钮78或82发出的启动信号超时，或由于用户释放按钮80或84，停止牛奶、蒸汽和气流(若有的话)之后，印刷电路板76的程序启动清洗循环。具体而言，印刷电路板76上的电路，通过线路116上的信号，确定三通阀100的位置，使水管106和空气供应管路72连接，并阻止经管路98回流。于是，水泵104供应一些冲洗或清洗水，这些水从水管106经冲洗控制阀109和三通阀100，经空气供应管路72到达空气喷嘴56，进入乳化室50。仅需要少量的水来冲刷管路106和72、三通阀100和喷嘴56，因为在这些部件体积较小。在预定的可编程的时间内经空气喷嘴56分配冲洗水，假定两秒。同时，到达蒸汽锅炉90的控制线路上的信号促使排放少量的清洗蒸汽，以清洁蒸汽供应管路70和蒸汽喷嘴56中可能残留的牛奶和水。
通过在每一饮料86分配过程之后实施冲洗或清洗循环，该系统避免了可能已经回到空气喷嘴56或空气管路72、蒸汽喷嘴74或蒸汽管路70的牛奶造成的污染。结果，通过使用来自水泵104的水和来自锅炉90的蒸汽，可以从空气和蒸汽管路以及喷嘴中冲洗掉所有的牛奶残留。所述的冲洗水，其中有较少的牛奶残留或者可能有其他杂质，简单地从排放管52分配到废水盆中。
应当指出的是，除了“箱中袋”式容器22、出口软管26之外，喷嘴54和56、乳化单元40、分配单元10没有零件或机械部件直接接触牛奶20。这样可以每天非常合算地进行简单的清洗操作。具体而言，乳化单元40是非常便宜的一次性物品，可以按天来丢弃。同样，用于牛奶50的“箱中袋”容器22也是一次性物品。牛奶20存储在冷藏单元18内，直到用尽，或者直到过期。当出现这种情况时，“箱中袋”容器22与从中伸出的排放软管26也一起扔掉。
所述蒸汽和空气喷嘴54和56是单元中与所述牛奶相接触的仅有的不设为日常抛弃型的零件。所述喷嘴54和56的内通道在每次分配可控制量的饮料后，自动用水和蒸汽进行了冲洗。所述冲洗循环的计时由印刷电路板76控制，该电路板可编程并可以软件控制。并且，所述喷嘴54和56非常易于清洗、擦干并便于从外侧刷洗。
所述选择按钮85可用于在乳化和分配单元的操作员需要时的任何时间，执行水和蒸汽的冲洗和清洗循环。压下所述选择按钮85提供了一种用于手动启动同样的冲洗和清洗循环的方式，这些循环程序设定分配一定量的饮料后自动发生。
虽然所述分配单元10特别适用于“箱中袋”式容器22，如前所述，但它还可以用于连接到商用的加仑包装、加仑瓶子或其他商用的乳品包装上，其中所述牛奶分配软管连接所述容器顶部的开口。在这种布置中，软管从顶部进入容器，且向下突出到牛奶容器的底部。使用这样的软管连接，初始的吸引或虹吸作用力是必须的，将牛奶从所述容器的底部经顶部的所述开口抽出，然后向下通过供应软管，该供应软管插穿牛奶入口管42上方的夹紧阀25。然而，此后，所产生的虹吸效应有助于牛奶到达乳化单元40。不同于普通系统，不需要虹吸中断，因为整个牛奶容器及其软管结构都位于冷藏单元19中。
所述夹紧阀25是所述分配器10的非常重要的部件。在热的乳品分配应用中使用这样的夹紧阀是本发明的独特之处。夹紧阀25位于所述乳化单元40上面。夹紧阀25允许所述发泡单元或乳化单元40的自动清洗和冲洗循环，因为没有夹紧阀25的零件与所述牛奶10相接触。
使用夹紧阀25另一优点是避免了牛奶回流到冷却的存储容器22中，所以当使用“箱中袋”容器22时，下一次饮料分配循环可以无延迟且在重力作用下开始输送。因为虹吸中断是不必要的，所以供应管总是完全充满牛奶。其结果是当启动所述分配装置10进行下一次饮料分配时，不会有任何延迟或不连续。这一特征对于自助服务的应用非常重要，其中在所述饮料按钮78、80、82或84中的一个按钮的下压之后必须立刻分配入容器87。即使出现瞬间的延迟，某些顾客也会更换或取出容器87，这样，就会有使其手部皮肤暴露于热饮料下的危险。
与文丘里型发泡头乳化器单元结合的靠着管25的夹紧阀25也是独特的，因为它避免了牛奶20和夹紧阀25的操作部件直接接触。其结果是，夹紧阀25本身不必每天拆除或清洁。对于机器的最终用户和操作人员来说，这种机械阀的拆除或清洁过于复杂。而且，它将需要具备资格的技术人员帮助。然而在本发明的结构中，夹紧阀25的清洁和拆除仅当阀发生故障时才有必要，这是不太可能发生的。
相反，中断牛奶流的普通机械阀通常保留在机器中，直到技术人员更换。这种阀需要严格的每天冲洗程序，其中采用特殊的化学制品。如果这种阀不正确清洁，则它们会积累细菌，且性能不可靠。然而，使用防止流量控制机构的任何操作部件与牛奶20直接接触的夹紧阀25，取消了对这种清洁过程的需要。
本发明使用来自一个锅炉90的蒸汽，以所按下的饮料按钮78、80、82和84确定的不同温度、压力和速度喷射。虽然根据所选择的饮料，蒸汽可以经两个不同的喷嘴喷射，但可取的是经一个蒸汽喷嘴54供应。然而，应当理解的是，如果需要，可以为发泡单元40提供单独的蒸汽喷嘴54。每一蒸汽喷嘴的喷孔可能不同，尤其适于它所应用的饮料。
乳化和分配单元10在所分配的饮料产品中提供完全控制的温度一致性。蒸汽来源于一个锅炉90，且以不同的温度、压力和/或速度喷射。可取的是，蒸汽流的路径是经过一个蒸汽喷射入口54到达一个发泡器头40。根据需要进行温度控制，即，根据按钮78、80、82和84中所选的一个按下。根据需要，与选定按钮相关的温度的蒸汽的可用性是至关重要的。不像普通的系统，本发明不包括针对所选饮料中的每一变化，重新设定或重新校准锅炉90到新的基准蒸汽温度的过程。相反，可编程的基准(备用)蒸汽温度保持不变，而不管所选择的饮料。一旦选定饮料，由于较大功率的加热元件91和较小容积的锅炉90，锅炉90内的蒸汽根据需要快速加热或冷却。基准蒸汽温度在所生产的、加热乳品类乳化饮料所需的最高和最低温度之间。由于设有再充阀110，可以依照液面传感器的需求和指示从水泵104补充供水，所以可以使用较小的锅炉90。
利用本发明的乳化和分配单元10实现的温度精确控制非常重要。如果分配的乳品类饮料的温度升高到76℃之上，牛奶蛋白质开始焦糖化，导致产生过烧或过烫的牛奶。工业标准规定，所分配的饮料87的温度不应当超过74℃。严格的温度控制是通过切换供应到蒸汽锅炉90中的加热线圈91的功率实现的。
使用用于在压力下为空气喷嘴56供应空气的主动加压的空气源也可能有益。不同于普通的文丘里型乳化器头系统，本发明不必仅依靠通过文丘里发泡器中的吸引作用“被动”产生的压力差。由于大气压力的变化，这种系统可能生产不一致的饮料混合物。本发明的系统产生的在外界大气压之上的正增高压力提供了更稳定、更一致和平稳的空气流经空气喷嘴56。
可选地提供在压力下的空气也可以提高饮料87分配时的温度的一致性，因为牛奶与空气的比例更一致。在文丘里吸引作用发生变化的普通系统中，由于较小的外界压力造成的气流下降导致混合物中有更多的牛奶。相反，外界气压的升高将增加普通的文丘里发泡头中空气体积增加，因此，减少了混合物中牛奶的质量。混合物中空气的量越大，需加热的牛奶越少。
充填空气供应管路72和所述空气喷嘴56，而提供冲洗和清洗作用的水的主动预编程应用是极端重要的。冲洗空气供应管路的能力可以使单个乳化室50用于分配泡沫和无泡沫牛奶，而不影响牛奶的流量。实际上，在所述空气喷嘴56和所述三通阀100之间的空气供应管路的长度非常短。而且，在分配无泡沫热牛奶时，管路72中来源于所述冲洗循环的残余水的存在，阻止了将过多的空气从管路72中吸入到乳化室50中。通过在所述管路72中使用冲洗或清洗水，当制备无泡沫热牛奶时，可以避免不需要的空气的存在。
这样就解决了一个在很多用于制备泡沫和无泡沫热牛奶的文丘里型乳化器中常见的问题。即，这类普通乳化器易于将空气泄漏到牛奶流中，即使不需要空气时，也存在这种现象，这是由于所述乳化单元中产生的文丘里吸取作用。这导致产生无泡沫热牛奶质量不稳定的问题，温度和质地都不稳定。通过在每次分配一份饮料87之后，在空气供应管路72和空气喷嘴56中充填冲洗水，本发明提供了一种系统，不仅可以冲洗和清洗空气供应管路和空气喷嘴中的牛奶残余，在所需要的产品是无泡沫热牛奶时，还可以避免空气进入到文丘里腔60和乳化室50中。
所述空气供应管路72通向发泡头。它通过空气喷嘴56连接于所述乳化器40。所述空气供应管路72可用于执行两种不同的功能，这取决于微处理器76以哪种方式编程。具体而言，所述空气供应管路72可用于(1)使空气流入到所述乳化器中，(2)使水流入到所述乳化器40中。
三通阀100用作转向阀，根据对空气或水的需求，阻止一个方向或另一个方向的流动。静止时，即所述的故障状态，所述三通阀100阻塞空气导管98，因此打开了水管106和空气供应管路72之间的连通。当水泵104和冲洗阀109启动时，水开始流动。当需要分配泡沫牛奶时，微处理器76改变三通阀100的位置，使它阻塞水管106，使空气从空气导管98中流出，通过所述三通阀100到达空气供应管路72，并进入所述乳化器410中。
空气供应管路72可以在不同的时间为两个不同的目的而通气。首先，微处理器76可以编程而使空气供应管路72在分配饮料之后充气，以冲洗乳化器40，并去除来自乳化器40以及来自空气供应管路72的任何牛奶残留。由于空气供应管路72中产生真空作用，牛奶残留可能在分配饮料之后进入空气供应管路72。通过在分配饮料之后利用水冲洗空气供应管路72，在每次分配饮料之后空气供应管路72和乳化器40都可清洁。
在某些应用中，比如自助式装置，可能希望微处理器76编程而在分配饮料之后排出冲洗水时有明显的延迟。可能希望这样，以便如果在紧接饮料排放完成时用户将他或她的手插到饮料排放导管52下方，防止无意中烫伤。在这种情况下，以及在其他情况下，可能希望针对不同的目的填充空气供应管路72。
微处理器76也可用于在分配热的无泡沫牛奶之前按下按钮82或按钮84时立即使空气供应管路72充气。在这种情况下，按钮82，或按钮84的启动致使少量的水在电磁线圈致动的电枢39激发之前经三通阀100注入空气供应管路72中。于是，空气供应管路71在阀门38打开而使牛奶从排放软管26流出时充气。这样在分配热的无泡沫牛奶过程中避免了不需要的空气吸入空气供应管路72中。
无疑，对于那些熟悉热的乳品类饮料分配的人而言，本发明的多种变化和改进是显而易见的。例如，乳化和分配单元10的使用不限于热泡沫或无泡沫牛奶。它还可以用于分配热巧克力奶、热牛奶和热奶油，以及其他高温的乳品类饮料。
权利要求
1.饮料分配器(10)，包含具有冷藏室(18)的壳体(12)，用于内装乳品类液体(20)的冷藏容器(22)，文丘里型乳化单元(40)，利用其他流体乳化乳品类液体(20)，并将乳化的流体混合物(86)分配入饮料容器(87)中，该乳化单元与冷藏室(18)内的容器(22)连接，其特征在于所述冷藏室(18)位于乳化单元(40)上方，且所述分配器(10)还包含位于冷藏室(18)和乳化单元(40)之间的电动的乳品类液体流量控制阀(25)，从而流量控制阀(25)的动作可以使乳品类液体(20)自流到乳化单元(40)中。
2.如权利要求1所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述冷藏室(18)设有用于与一次性冷藏容器(22)连接的连接装置，包含挠性的排放软管(26)，该软管从壳体(12)的冷藏室(18)经流量控制阀(25)向下延伸。
3.如权利要求2所述的饮料分配器(10)，其特征在于流量控制阀(25)是从外部作用在排放软管(26)上的夹紧阀(25)。
4.如权利要求2所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述饮料分配器(10)还包含操纵夹紧阀(25)的电磁线圈致动器(39)。
5.如权利要求3所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述乳化单元(40)包括向上的管状流体入口管(42)，且排放软管(26)具有连接于容器(22)的近端和相对的远端，所述远端切断而同轴地放在液体入口管(42)上。
6.如权利要求5所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述分配器(10)还包含流量限制器(44)，该限制器具有贯穿的纵向孔(46)，且所述节流限制器(44)插入液体入口管(42)中。
7.如前述任一权利要求所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述分配器(10)包含具有恒温传感器(93)和加热元件(91)的蒸汽源(90)，用于选择性地将可选温度的蒸汽与乳品类液体(20)混合。
8.如权利要求7所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述分配器(10)还包含微处理器(76)，可用交替地接通和切断到加热元件(91)的电流的指令编程，而使所述蒸汽达到并保持所选的可选温度之一。
9.如权利要求8所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述恒温传感器(93)是一恒温器，它感知蒸汽源(90)内的当前温度，并连接于微处理器(76)和为蒸汽源(90)供热的加热元件(91)，且还包含与可选饮料(86)相应的电子选择开关机构(78、80、82、84)，所述选择开关机构(78、80、82、84)确定与每一可选饮料(86)相应的选定目标温度，且所述选择开关机构(78、80、82、84)连接于微处理器(76)，并由用户交替地启动，而为微处理器(76)提供所述可选饮料(86)之一的目标温度，且所述微处理器(76)控制到达加热元件(91)的电流，而使蒸汽源(90)达到选定的目标温度。
10.如权利要求9所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述选择开关机构(78、80、82、84)包括多个选择开关(78、80、82、84)，当选择后，每一开关支配温度控制微处理器(76)，调节锅炉(90)内的实际温度，使其达到与所选的选择开关(78、80、82、84)之一相应的目标温度。
11.如前述任一权利要求所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述分配器(10)包含连接于乳化器(40)的在大气压力(94)之上的加压空气源。
12.如权利要求11所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述加压空气源(94)是空气泵(94)，且还包含连接在空气泵(94)和乳化器(40)之间的空气调节器(96)。
13.如前述任一权利要求所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述分配器(10)包含连接于乳化室(50)的供水装置(104)，位于供水装置(104)和乳化室(50)之间的冲洗控制阀(109)和转向阀(100)，和在分配每一饮料部分之后，自动打开冲洗控制阀(109)，从供水装置(104)分配一些水通过乳化室(50)的冲洗控制阀致动器，且其中所述其他流体之一是空气，还包含连接于乳化室(50)的空气管路(72)，转向阀(100)连接于空气管路(72)和供水装置(104)，并可以交替地为乳化室(50)供应水和空气。
14.如权利要求13所述的饮料分配器(10)，其特征在于所述分配器(10)还包含连接于冲洗控制阀致动器的冲洗选择器，用于手工启动冲洗控制阀致动器，打开冲洗控制阀(109)，而在冲洗控制阀(109)启动时从供水装置(104)分配一些水通过乳化室(50)。
15.利用其他流体乳化乳品类液体(20)的方法，该方法是通过使乳品类流体(20)与至少一种其他流体一起流经流体乳化室(50)，到达选定部分的饮料分配出口(52)实现的，其特征在于经空气供应管路(72)选择性地且交替地供应空气，用于使空气与乳品类液体(20)混合，然后在分配每一等份之后，水自动地冲洗空气供应管路(72)，到达乳化室(50)，直到饮料分配出口(52)。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述方法还包含在分配每一等份之后，自动地冲洗预定量的水通过乳化室(50)。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于经空气供应管路(72)选择性地且交替地供应空气，用于使空气与乳品类液体(20)混合，且在使乳品类液体(20)流到乳化室(50)之前选择性地且交替地用水填充空气供应管路(72)，以防止不需要的空气吸入乳化室(50)。
18.如权利要求15-17任一所述的方法，其特征在于所述方法包含经空气供应管路(72)选择性地且交替地供应在压力下的空气，用于使空气与乳品类液体(20)混合。
19.如权利要求15-18任一所述的方法，其特征在于如果为加热乳品类液体(20)使用来自于锅炉(90)的蒸汽，该固定式锅炉的温度值保持在锅炉(90)的要求目标温度之上，那么来自锅炉(90)的蒸汽的所需较低温度至少部分通过用水再填充锅炉(90)而实现。
20.用在如权利要求1-14任一所述的饮料分配器中的用于乳品类液体的一次性容器(22)，包含用于保存乳品类液体的袋(24)，其特征在于所述袋设有挠性排放软管(26)，该软管在袋(24)的底部位置处从袋子伸出，所述软管(26)具有连接于袋(24)底部的近端和最初密封切断的自由远端。
21.如权利要求20所述的一次性容器，其特征在于所述袋(24)置于箱内，该箱可以使软管(26)拉出，并使软管(26)向下延伸。
22.如权利要求20或21所述的一次性容器，其特征在于软管(26)的自由远端的尖端可拆卸而打开软管(26)的远端。
全文摘要
本发明涉及一种用于分配热乳品类饮料的饮料分配器，具有位于文丘里型乳化发泡头上方的自带的冷藏单元。除了纸板和/或塑料牛奶容器之外，冷藏单元还可容纳“箱中袋”式冷牛奶存储容器。冷藏的牛奶存储在发泡头上方，所以牛奶流动部分是由于作用在牛奶上的重力，而不是完全取决于发泡头中产生的文丘里吸引作用。本发明还涉及一种用其他流体乳化乳品类液体的方法，以及用于乳品类液体的一次性容器。
文档编号B67D1/08GK1488310SQ03148668
公开日2004年4月14日 申请日期2003年6月17日 优先权日2002年6月18日
发明者罗兰·B·埃肯赫森, 史蒂文·C·埃肯赫森, C 埃肯赫森, 罗兰 B 埃肯赫森 申请人:罗兰·B·埃肯赫森, 史蒂文·C·埃肯赫森, 罗兰 B 埃肯赫森