Устройство для вспенивания молока, а также способ получения молочной пены Российский патент 2023 года по МПК A47J31/44 

Изобретение относится к устройству для вспенивания молока, имеющему паровое сопло и присоединенную к паровому соплу смесительную камеру для получения молочной пены из пара, молока и воздуха, причем проходящую в смесительную камеру струю молока можно регулировать за счет изменения площади проходного сечения отверстия.

Кроме того, изобретение относится к способу производства молочной пены с помощью устройства для вспенивания молока, причем для образования молочной пены воздух и молоко вспенивают в смесительной камере с помощью струи пара и причем проходящую в смесительную камеру струю молока регулируют за счет изменения площади проходного сечения отверстия.

Такие устройства и способы уже известны и применяются, в частности, в автоматических кофе-машинах для автоматического получения молочной пены для кофейных напитков. При этом молочная пена должна иметь обычно максимально мелкопористую структуру.

Зачастую пользователь такой автоматической кофе-машины может к тому же устанавливать температуру для молочной пены, регулируя упомянутую струю молока, из которой получается молочная пена при смешивании ее с воздухом, так что по отношению к вспениваемому количеству молока подается больше или меньше горячего пара в единицу времени для подогрева молочной пены. Чем меньше струя молока, т.е. чем больше ограничивается струя молока, тем обычно выше температура молочной пены.

Тем не менее, в таком случае температура молочной пены не может повышаться произвольно. Ведь можно наблюдать, что с повышением температуры, т.е. при снижении скорости течения струи молока, структура молочной пена становится уже не такой мелкопористой, что нежелательно. Поэтому мелкопористую структуру молочной пены можно поддерживать обычно при температурах 40-50⁰С.

К тому же существует проблема, заключающаяся в том, что струя молока при своей ограниченной скорости течения (т.е. слишком малая струя молока) начинает пульсировать или совсем прерывается, что приводит к нежелательной задержке или неравномерному вытеканию молочной пены.

Из патента ЕР 2 695 558 А1 известна автоматическая кофе-машина с устройством для вспенивания молока, в котором струя воздуха и струя молока объединяются между собой с помощью Т-соединения, а затем направляются через дроссельный клапан, управляемый снаружи с помощью регулирующего устройства.

Из WO 03/043472 А1 известно другое устройство для получения молочной пены, в котором молоко и воздух текут вдоль регулирующего тела, которое можно поворачивать вручную с помощью рычага, чтобы одновременно выполнять регулирование двух изменяемых проходных сечений, через которые проходят, соответственно, молоко или воздух.

В патенте DE 2011 102734 A1 раскрыто устройство для вспенивания молока, имеющее, в зависимости от формы выполнения, несколько клапанов и насосов, управляемых с помощью микропроцессора для настройки разных параметров процесса. При этом молоко соединяется с воздухом в месте соединения, расположенном ниже по течению относительно соответствующего изменяемого проходного сечения отверстия, с помощью которого регулируют струю молока или струю воздуха.

В патенте ЕР 2 732 740 описано устройство для эмульгирования смеси из воздуха, пара и молока, причем с помощью вращаемого клапана промывочную текучую среду можно направлять по каналу для подачи молока в воздушную камеру для возможности очистки воздушной камеры.

С учетом этих наблюдений в основу изобретения положена задача улучшения качества выходящей молочной пены и устранения недостатков, указанных в известных из уровня техники устройствах для получения молочной пены. При этом другая цель заключается в сохранении мелкопористой структуры молочной пены даже при высокой температуре молочной пены.

Для решения этой задачи согласно изобретению в устройстве для вспенивания молока предусмотрены признаки пункта 1 формулы. В частности, согласно изобретению для решения задачи в устройстве для вспенивания молока уже указанного типа предлагается направлять воздух в виде струи в смесительную камеру через изменяемое проходное сечение отверстия.

При этом изменяемое проходное сечение отверстия может действовать как дроссель, с помощью которого можно регулировать, например, скорость течения и струи молока (как это обычно было до сих пор), и струи воздуха. По сравнению с известными до сих пор устройствами для вспенивания молока здесь струя воздуха недолго течет отдельно от струи молока, а скорость течения струи воздуха зависит от скорости течения струи молока. При этом струя воздуха автоматически уменьшается, как только уменьшится струя молока за счет уменьшения площади изменяемого проходного сечения отверстия. Таким образом, можно обеспечить, чтобы струя воздуха не доминировала (как в известных устройствах для вспенивания молока), а струя молока резко не уменьшилась за счет струи воздуха и внезапно не прервалась из-за слишком большого количества подмешанного воздуха. Соответственно можно избежать пульсирования или неравномерного вытекания молочной пены из устройства для вспенивания молока. Тем самым можно добиться, чтобы струя воздуха подмешивалась к струе молока еще перед дросселем.

Альтернативное решение, пожалуй, самостоятельного изобретательского свойства состоит в устройстве для вспенивания молока уже описанного типа в активном дросселировании или регулировании струи воздуха при помощи отдельного регулирующего клапана или т.п., и именно в том случае, когда струя молока убавляется или активно уменьшается, например, это делает пользователь устройства для вспенивания молока.

Заявленное решение полезно тем, что предлагает необычайно простой вариант выполнения изобретения, с помощью которого выполняется автоматическое регулирование струи воздуха без каких-либо дополнительных активных регулирующих элементов, например, управляемых клапанов или т.п., как только струя молока изменится в результате изменения площади проходного сечения отверстия. Точнее сказать, с помощью заявленного устройства струя воздуха может автоматически уменьшатся, как только уменьшится струя молока.

Причиной тому может быть то, что воздух вместе с молоком образуют общую текучую поверхность раздела двух сред, когда воздух вместе с молоком проходит сквозь изменяемое проходное сечение отверстия. Таким образом, в этой ситуации, которая необходима для образования молочной пены, можно предотвратить полное прерывание струи молока. В известных до сих пор решениях, предусматривающих отдельные каналы для воздуха и молока, которые сходятся вместе только перед самой смесительной камерой или в смесительной камере, наоборот, вполне возможно полное прерывание струи молока, так как струя воздуха будет доминировать и заполнит всю смесительную камеру.

В итоге заявленное решение может подойти даже в такой ситуации, когда струя молока очень мала (например, для достижения соответственно высокой температуры молочной пены), и за счет соответственно значительного уменьшения площади проходного сечения отверстия обеспечивается достаточно сильное подавление струи воздуха. Таким образом, с помощью заявленного устройства для вспенивания молока можно получить молочную пену с мелкопористой структурой даже еще при температурах выше 50⁰. При уменьшении молочной струи можно достигнуть температуры молочной пены 75⁰, причем даже при такой высокой температуре можно получить взбитую мелкопористую молочную пену.

Другая выгода заявленного устройства для вспенивания молока заключается в том, что к началу выхода молочной пены из устройства для вспенивания молока, т.е. тогда, когда скорость течения молочной струи постепенно возрастает с нуля, можно добиться более плавного выхода молочной пены. Можно избежать или, по меньшей мере, сильно подавить резкий, в некоторой степени взрывообразный выход молочной пены, как это часто можно наблюдать в уже известных устройствах для вспенивания молока. Другими словами, с помощью заявленного устройства для вспенивания молока можно добиться того, чтобы молочная пена, даже при очень малой скорости подачи, выходила из устройства для вспенивания молока равномерно, т.е. с постоянной скоростью течения.

Задачу можно решить также с помощью выгодных примеров выполнения изобретения согласно зависимым пунктам формулы.

Например, устройство для вспенивания молока может иметь канал для подачи молока и канал для подачи воздуха, которые сформированы таким образом, что воздух вместе с молоком, в частности, одновременно, может проходить в виде молочно-воздушной струи через изменяемое проходное сечение отверстия. Таким образом, струя воздуха и струя молока образуют молочно-воздушный поток. Для этого струя воздуха может соединяться со струей молока еще перед изменяемым проходным сечением отверстия, примерно в месте входа, в котором канал для подачи воздуха входит в канал для подачи молока.

Кроме того, в области изменяемого проходного сечения отверстия струя воздуха может ограничивать, по меньшей мере, частично, струю молока. Другими словами, струя воздуха вместе со струей молока образуют в области изменяемого проходного сечения отверстия общую текучую поверхность раздела двух сред. По этой поверхности раздела струя воздуха может переносить текучие силы трения на струю молока, так что достигается соединение по текучей среде между струей молока и струей воздуха. В результате соединения увеличение / уменьшение струи воздуха влечет за собой увеличение/уменьшение струи молока, и наоборот.

В соответствии с этим изменяемое проходное сечение отверстия выполнено таким образом, что изменение площади проходного сечения отверстия влечет за собой регулирование струи молока, а также струи воздуха, в частности одновременно.

Благодаря такой форме выполнения можно, в частности, добиться того, чтобы воздух и молоко могли протекать через изменяемое проходное сечение отверстия всегда вместе, в частности одновременно. Это может происходить преимущественно таким образом, что предотвращается прерывание и/или пульсирование струи молока. В соответствии с этим можно регулировать струю воздуха синхронно и/или параллельно со струей молока путем регулирования площади изменяемого проходного сечения отверстия. Как уже было сказано, такое регулирование можно выполнить согласно изобретению, предпочтительно отказавшись от дополнительных активных регулирующих элементов для струи воздуха. Ведь благодаря этому устройство для вспенивания молока имеет простую конструкцию и тем самым ее изготовление экономически выгодно.

Для равномерного производства мелкопористой молочной пены особенно выгодно, если отверстие с изменяемым проходным сечением для смешивания воздуха и молока, которое входит в смесительную камеру, расположено впереди (в направлении течения). Ведь благодаря этому смешивание воздуха с молоком может происходить еще перед входом в смесительную камеру, в которой с помощью пара и происходит собственно процесс вспенивания. Таким образом, уже упомянутый молочно-воздушный поток может проходить в смесительную камеру через отверстие для подмешивания.

При использовании устройства для вспенивания молока, как оно было уже описано, типичная необходимость для обеспечения гигиены заключается в регулярной очистке канала для подачи молока. В принципе, для этого в заявленном устройстве было бы возможно использовать канал для подачи воздуха для подачи по нему промывочной воды и тем самым очистить участки линии, по которым протекали вместе молоко и воздух в нормальном режиме работы, и, по меньшей мере, частично также примыкающие к ним на приемной стороне участки канала для подачи молока. При этом всегда существует опасность, что промывочная вода будет вытесняться из канала для подачи воздуха в канал для подачи молока, в частности, навстречу обычному направлению течения воздуха в канале для подачи воздуха. В худшем случае промывочная вода может дойти вплоть до емкости с запасом молока и загрязнить его.

Исходя из этих соображений, другой выгодный вариант возможной надежной очистки нижних участков канала для подачи молока предусматривает, что упомянутый канал для подачи молока можно полностью запереть с помощью поворота регулирующего тела вокруг регулировочной оси, предпочтительно таким образом, чтобы канал для подачи молока на участке между емкостью с запасом молока и изменяемым проходным сечением отверстия был перекрыт. Перекрыть канал для подачи молока, в частности повернуть регулирующее тело, можно вручную или, например, с помощью соответствующего автоматического устройства, которым управляет автоматическая кофе-машина. Таким образом, в автоматических кофе-машинах можно выполнить, в частности, автоматическую очистку нижних участков канала для подачи молока.

При этом выгодно, если канал для подачи молока является полностью перекрываемым на участке, который находится перед местом соединения (относительно направления течения молока), в котором струя молока и струя воздуха соединяются, чтобы затем вместе проходить через изменяемое проходное сечение отверстия.

Канал для подачи молока можно, в частности, перекрыть (в частности, при отсутствии дополнительного трубопровода для промывочной воды) таким образом, чтобы при полном перекрытии канала для подачи молока описанный выше канал для подачи воздуха к изменяемому проходному сечению был еще открыт, по меньшей мере, частично, т.е. по нему, в частности, могла проходить текучая среда (например, промывочная вода).

С помощью этих признаков можно добиться того, чтобы по каналу для подачи воздуха можно было и дальше подавать воздух к изменяемому проходному сечению отверстия, в то время как канал для подачи молока будет перекрыт. Если теперь в этой ситуации промывочная вода поступает по каналу для подачи воздуха, то можно очистить весь канал для подачи воздуха и тем самым, в частности, те его участки, по которым протекали вместе молоко и воздух в нормальном режиме работы. Таким образом, с помощью промывочной воды можно очистить, в частности, участок канала для подачи молока, находящийся перед изменяемым проходным сечением отверстия, причем обратный отток промывочной воды в емкость с запасом молока надежно предотвращен, так как канал для подачи молока перекрыт. Более того, промывочная вода может пройти безопасно даже в те области канала для подачи молока, которые прилегают выше по течению к упомянутому месту соединения (по которым в нормальном режиме работы течет только молоко, но не воздух), вплоть до запирающего устройства и очистить эти участки.

При этом особенно целесообразно, если с помощью упомянутого регулирующего тела можно не только перекрывать канал для подачи молока, но и изменять площадь проходного сечения отверстия (далее будет описано более точно). Качество молочной пены можно повысить, если сконструировать устройство для вспенивания молока таким образом, чтобы молочно-воздушный поток еще перед упомянутым отверстием для подмешивания направлялся через камеру всасывания, которая расположена перед смесительной камерой. Для этого молочно-воздушный поток можно направить по каналу для молока и воздуха в смесительную камеру. Этот канал для молока и воздуха может при этом охватывать камеру всасывания. В камере всасывания может происходить предварительное смешивание молока и воздуха. К тому же в камере всасывания молочно-воздушный поток можно направить к струе пара, выходящей из парового сопла устройства для вспенивания молока, как будет описано далее более подробно.

Из всего сказанного выше понятно, что согласно изобретению предпочтительно смешивать молоко с воздухом еще до того, как они вступят в контакт с паром. Другими словами, в устройстве для вспенивания молока место соединения молока с воздухом может находиться перед упомянутым паровым соплом. Более того, это место соединения молока с воздухом можно расположить перед упомянутым выше изменяемым проходным сечением отверстия (относительно направления течения молока / воздуха).

Указанное паровое сопло устройства для вспенивания молока можно сформировать целесообразно, в частности, таким образом, что оно выпускает струю пара, которая создает пониженное давление на основе эффекта Вентури. За счет этого пониженного давления молочно-воздушный поток может проходить в смесительную камеру предпочтительно без поддержки какого-либо дополнительного насоса. Благодаря этому все устройство для вспенивания молока является экономически выгодным и не требует отдельного перекачивающего устройства (например, дополнительного насоса).

Устройство для вспенивания молока может иметь, кроме того, дополнительный ограничитель объемного расхода для ограничения воздушной струи. Это целесообразно, в частности, тогда, когда воздушная струя образуется из наружного воздуха.

Ограничитель объемного расхода можно выполнить очень просто в форме дисковой диафрагмы, например, с диаметром отверстия менее 0,5 мм. При этом целесообразно, если альтернативно или дополнительно к ограничителю объемного расхода предусмотреть манжетное уплотнение для предотвращения обратного оттока молока. В идеальном случае его можно расположить после ограничителя объемного расхода в направлении воздушного потока, чтобы предотвратить течение молока через ограничитель объемного расхода.

Во всех прежних формах выполнения было, в принципе, предпочтительно, если площадь проходного сечения отверстия могла изменяться, по меньшей мере, постепенно, предпочтительно, однако, плавно. Ведь в этом случае прохождение молочно-воздушного потока через изменяемое проходное сечение отверстия можно регулировать, по меньшей мере, постепенно, предпочтительно, однако, плавно. Благодаря этому можно очень точно устанавливать температуру молочной пены в зависимости от личных предпочтений.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения площадь проходного сечения отверстия можно регулировать путем вращения регулирующего тела вокруг регулировочной оси. Преимущественно для этого изменение площади проходного сечение отверстия можно осуществить с помощью находящегося на регулирующем теле приповерхностного канала с неравномерной глубиной. Этот приповерхностный канал, по которому может проходить, главным образом, струя молока, можно сформировать предпочтительно на стороне внешней окружности, т.е., в частности, на внешней окружности регулирующего тела.

Кроме того, в этой форме выполнения можно предусмотреть, чтобы воздух направлялся по приповерхностному каналу для воздуха, так же расположенному на регулирующем теле, к изменяемому проходному сечению отверстия. При этом приповерхностный канал для воздуха преимущественно входит в описанный выше приповерхностный канал. Другими словами, приповерхностный канал для воздуха и приповерхностный канал (предусмотренный для молока) соединяются в месте вхождения. В этом случае за этим местом вхождения воздух и молоко текут вместе по упомянутому приповерхностному каналу. При этом изменяемое проходное сечение отверстия можно расположить в приповерхностном канале в месте вхождения или за местом вхождения.

Согласно другой, особенно выгодной форме выполнения изобретения можно предусмотреть, чтобы описанная выше струя воздуха образовалась не как обычно из наружного воздуха, а из отключаемого канала для подачи воздуха. Другими словами, устройство для вспенивания молока может иметь устройство отключения воздуха, с помощью которого можно подавать воздуха, а также прекращать его подачу.

Если с помощью устройства отключения воздуха подача воздуха прекращена, то воздух больше не попадает в смесительную камеру, тогда как молоко и дальше можно подавать в смесительную камеру. Таким образом, с помощью устройства для вспенивания молока при отключенной струе воздуха можно подавать только струю молока. Эту струю молока, не содержащую воздух, можно нагреть с помощью парового сопла. Благодаря такой форме выполнения с помощью заявленного устройства для вспенивания молока можно подавать горячее молоко, нагретое вплоть до 80⁰С.

Итак, выгодно, что канал для подачи воздуха или струю воздуха можно включить или отключить с помощью отключающего устройства. Это может происходить, в частности, автоматически с помощью соответствующего устройства управления. Например, устройство отключения можно выполнить в виде электрически управляемого отключающего клапана. Благодаря этому больше не нужна отдельная линия для подачи горячего молока, а из устройства для вспенивания молока может выходить как молочная пена, так и горячее молоко.

Для решения указанной задачи согласно изобретению предусмотрены признаки независимого пункта формулы. В частности, согласно изобретению для решения задачи в способе уже описанного типа предлагается направлять воздух в смесительную камеру через изменяемое проходное сечение отверстия. С помощью этого способа можно реализовать все выгоды и преимущества, которые уже были раскрыты в связи с заявленным устройством.

При этом, само собой, оптимально, если в заявленном способе применяется заявленное устройство для вспенивания молока, в частности, как оно было описано выше и/или согласно одному из пунктов формулы, относящемуся к устройству для вспенивания молока.

Заявленный способ может иметь еще и другие полезные признаки.

Например, воздух может образовывать струю воздуха, которая вместе со струей молока, в частности одновременно, проходит через изменяемое проходное сечение отверстия в виде молочно-воздушного потока. При этом молочно-воздушный поток можно настраивать или регулировать, в частности, путем изменения площади проходного сечение отверстия. Кроме того, в области изменяемого проходного сечения отверстия струю молока можно ограничить, по меньшей мере, частично, с помощью струи воздуха, как уже было описано выше.

Путем изменения площади проходного сечения отверстия можно – согласно способу – регулировать как струю воздуха, так и струю молока. Это может происходить одновременно и/или синхронно, так что струя воздуха автоматически уменьшается, когда уменьшается струя молока и/или струя воздуха автоматически увеличивается, когда увеличивается струя молока.

Кроме того, это регулирование можно осуществить преимущественно без дополнительных активных регулирующих элементов для струи воздуха.

Кроме того, возможно, чтобы воздух и молоко текли постоянно вместе, в частности одновременно, через изменяемое проходное сечение отверстия, преимущественно без прерывания и/или пульсирования струи молока.

Струю пара можно сформировать с помощью парового сопла. При этом молоко и воздух можно подавать в смесительную камеру за счет пониженного давления, созданного паровым соплом устройства для вспенивания молока на базе эффекта Вентури, преимущественно без поддержки насоса. Эта подача может происходить преимущественно по общему каналу для молока и воздуха, который оканчивается в отверстии для подмешивания воздуха и молока, которое, в свою очередь, входит в смесительную камеру.

С помощью парового сопла в смесительной камере можно создать разрежение, за счет которого молоко вместе с воздухом всасывается из общего канала для подачи молока и воздуха. Общий канал для молока и воздуха может иметь преимущественно перед смесительной камерой, если смотреть в направлении течения молока, полость всасывания, в которой молочно-воздушный поток можно направлять к струе пара, прежде чем молочно-воздушный поток попадет через отверстие для подмешивания в смесительную камеру.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способа можно повысить температуру молочной пены, уменьшив молочно-воздушный поток за счет уменьшения площади проходного сечения отверстия. При этом можно удерживать, в частности, струю пара постоянной или увеличить ее. Кроме того, за счет уменьшения площади проходного сечения отверстия можно уменьшить и струю воздуха, и струю молока.

Наконец, струю воздуха можно уменьшить дополнительно с помощью ограничителя объемного расхода. Это можно осуществить, в частности, с помощью ограничителя объемного расхода, выполненного в форме дисковой диафрагмы (ср. разъяснения выше), а также преимущественно в сочетании с манжетным уплотнением (ср. выше) для предотвращения обратного оттока молока.

Площадь проходного сечения отверстия можно изменять постепенно, однако предпочтительно плавно для постепенного, предпочтительно плавного регулирования молочно-воздушного потока. Благодаря этому можно точно регулировать температуру молочной пены.

Кроме того, площадь проходного сечения отверстия, как уже было описано, можно изменять, поворачивая регулирующее тело вокруг регулировочной оси. Это происходит предпочтительно благодаря тому, что глубина приповерхностного канала на регулирующем теле, определяющая площадь проходного сечения отверстия, изменяется в результате поворота регулирующего тела.

Кроме того, изобретение касается и других инновационных аспектов и относится в этой связи к устройству для вспенивания молока, имеющему паровое сопло для создания струи пара и смесительную камеру, присоединенную к выходному отверстию для пара парового сопла, причем в месте входа молоко направлено в смесительную камеру. Такое устройство для вспенивания молока можно выполнить, в частности, так, как было описано выше. Кроме того, его можно применять в автоматической кофе-машине для подачи молока или, как описано выше, молочной пены для кофейных напитков. Таким образом, описанное далее устройство для вспенивания молока можно применять для получения и выдачи молочной пены.

Далее изобретение относится к сопутствующему способу подачи молока или молочной пены с помощью струи пара, выходящей из парового сопла, причем подача молока происходит на базе эффекта Вентури. Этот способ также можно применять выгодным образом не только для подачи молока, но и молочной пены. При этом в высшей степени выгодно, если в этом способе применяют устройство для вспенивания молока, как оно было здесь описано. Указанный способ подачи молока можно применять для улучшения описанного выше способа производства молочной пены с помощью устройства для вспенивания молока.

Многие кофе-машины, в частности автоматические кофе-машины, имеют уже описанное устройство для вспенивания молока для приготовления кофейных напитков с молоком. Так как насосы слишком дороги, то для подачи молока используют принцип Вентури. При этом с помощью упомянутого парового сопла создается давление ниже атмосферного для всасывания молока из емкости или т.п., причем в описанной смесительной камере пар смешивается с молоком для получения молочно-паровой смеси.

При этом эффект Вентури основывается на том, что при сужении поперечного сечения парового сопла непременно увеличивается скорость струи пара, что приводит к падению давления. Эти взаимосвязи описываются с помощью уравнения Бернулли. Если увеличивается скорость струи пара, то давление падает ниже атмосферного и образуется разрежение. За счет этого может всасываться другая текучая среда, например, молоко, или даже твердое вещество.

В зависимости от того, чтó нужно подавать с помощью устройства - молоко или молочную пену, к молочно-паровой смеси добавляют еще и воздух для получения молочной пены. Если нужна молочная пена, то при этом обычно добиваются максимально мелкопористой структуры молочной пены.

В известных до сих пор устройствах для вспенивания молока дело обстоит зачастую не лучшим образом, так как выходящая из устройства струя молока или молочной пены не является плотной. Это связано зачастую с тем, что применение принципа Вентури наталкивается на физические границы. Это происходит, в частности, тогда, когда, например, для повышения температуры молока или молочной пены молоко поступает с крайне ограниченной скоростью течения при постоянной скорости течения струи пара. Соответственно при очень ограниченной скорости течения молока часто можно наблюдать, как поступающая струя молока пульсирует или даже внезапно прерывается.

Исходя из этих наблюдений, следующей задачей изобретения является создание устройства для вспенивания молока или сопутствующего ему способа, которые позволяют осуществлять стабильную подачу даже при очень ограниченных скоростях течения.

Для решения этой задачи предлагается расположить указанное выше место вхождения молока в смесительную камеру перед выходным отверстием для пара, если смотреть в направлении струи пара.

Другими словами, соответственно, предлагается впускать молоко в смесительную камеру таким образом, чтобы оно прошло некоторое расстояние в направлении струи пара, прежде чем оно соединится со струей пара. Так как молоко попадает в смесительную камеру обычно в виде струи, то внутри смесительной камеры может иметься отрезок пути, на котором струя молока течет в том же направлении, что и струя пара, прежде чем струя молока соединится со струей пара в один молочно-паровой поток.

Под таким опережающим положением места вхождения можно подразумевать, соответственно, такое расположение, при котором место вхождения, несмотря на направление струи пара в выходном отверстии для пара парового сопла, находится на расстоянии от выходного отверстия для пара. (ср. Фиг. 3). При таком расположении, соответственно, место вхождения смещено назад по отношению к выпускному отверстию для пара или к струе пара.

Во всех этих формах выполнения целесообразно то, что направление течения струи молока можно ориентировать в направлении течения струи пара еще до того, как струя молока соединиться со струей пара. В отличие от известных до сих пор устройств, струя молока больше не сталкивается со струей пара под более или менее большим углом, в частности, под прямым углом, а прилегает к ней по касательной и при этом плавно перемещается с помощью струи пара.

В результате можно наблюдать, что благодаря заявленному решению подаваемая с помощью устройства струя молока или молочной пены выходит из смесительной камеры более мягкой, что, в частности, можно воспринимать даже на слух. Это плавное вытекание вследствие постоянной скорости подачи можно сохранять даже при очень малых скоростях по причине более стабильного использования принципа Вентури за счет оригинального расположения места вхождения и связанного с этим оригинального подведения струи молока к струе пара, которая ее перемещает.

Согласно другим вариантам выполнения изобретения можно предусмотреть отверстие для подмешивания молока, а также молока и воздуха, которое определяет место вхождения и оканчивается в смесительной камере. Это отверстие для подмешивания можно ориентировать и /или сформировать как раз таким образом, чтобы молоко в виде струи подводилось в направлении струи пара к струе пара. Это подведение можно осуществить, в частности, таким образом, что в области, в которой струя молока соприкасается со струей пара и/или соединяется с ней, направление течения струи молока проходит по касательной к направлению течения струи пара. При этом после соединения молока с паром направление течения струи молока может совпадать с направлением течения струи пара, в частности так, что молоко и пар текут дальше вместе в виде единого молочно-парового потока.

Кроме того, это подведение можно осуществить предпочтительно таким образом, что в области смесительной камеры, расположенной перед выходным отверстием для пара, струя молока течет в направлении струи пара, в частности вдоль наружной поверхности парового сопла. Это, например, возможно, если выходное отверстие для пара парового сопла и упомянутое отверстие для подмешивания смотрят в одном направлении.

Отверстие для подмешивания можно выполнить преимущественно кольцеобразным и/или расположить концентрично относительно парового сопла. Кроме того, выгодно, если отверстие для подмешивания будет расположено перед выходным отверстием для пара. Благодаря такому расположению можно, в частности, добиться того, чтобы струя пара, выходящая из выходного отверстия для пара, была окружена потоком из молока или молока и воздуха, проходящим в направлении струи пара, в результате чего получается наиболее равномерное поступление молока в смесительную камеру.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения наружная поверхность парового сопла может ограничивать, по меньшей мере, частично, место вхождения, т.е., в частности, упомянутое отверстие для подмешивания. Это возможно, например, тогда, когда отверстие для подмешивания кольцом окружает паровое сопло.

Кроме того, место вхождения можно сформировать, в частности, путем сужения. Это сужение может отделять камеру всасывания, расположенную перед смесительной камерой, от самой смесительной камеры. Такая камера всасывания целесообразна для направления струи молока перед входом в смесительную камеру. Кроме того, камеру всасывания можно использовать также для того, чтобы смешивать молоко с воздухом для образования молочно-воздушного потока, который затем может попадать в смесительную камеру через отверстие для подмешивания.

Камера всасывания так же может кольцом окружать паровое сопло, что является целесообразным, в частности, при применении кольцеобразного отверстия для подмешивания.

В высшей степени выгодно, если камера всасывания и/или паровое сопло имеет / имеют отклоняющую поверхность для направления струи молока в направлении струи пара. Ведь с помощью такой отклоняющей поверхности можно ориентировать струю молока, которая сначала проходит под углом, в частности, под прямым углом к струе пара, в направлении струи пара.

Направлять струю молока с помощью одной или нескольких отклоняющих поверхностей можно, в частности, таким образом, чтобы она проходила через отверстие для подмешивания уже в направлении струи пара, в результате чего происходит наиболее плавная подача молока.

Кроме того, согласно особой форме выполнения изобретения для равномерной скорости подачи целесообразно, если расстояние между местом вхождения и выпускным отверстием для пара будет больше, чем внутренний диаметр выходного отверстия для пара и/или чем внутренний диаметр отверстия для подмешивания и/или наружный диаметр парового сопла в месте выходного отверстия для пара. Благодаря такой форме выполнения достигается то, что струя молока без существенных завихрений, как это могло иметь место при прохождении через отверстие для подмешивания, соединяется со струей пара, так что образующийся молочно-паровой поток поступает плавно.

Для получения наилучшей мелкопористой структуры молочной пены можно выполнить распылительную камеру и расположить ее после смесительной камеры, если смотреть в направлении течения пара. Эту распылительную камеру, предназначенную для получения аэрозоля из молока и воздуха, т.е. молочной пены, можно отделить от смесительной камеры преимущественно при помощи сужения. Кроме того, распылительная камера может иметь отражательное тело для распыления молока. Этим отражательным телом может быть ровная поверхность, направленная под прямым углом к молочно-паровому потоку. Такая распылительная камера может хорошо подходить для удовлетворительного смешивания молока с воздухом и паром.

Для улучшенного производства максимально мелкопористой молочной пены в устройстве для вспенивания молока между смесительной камерой и распылительной камерой можно сформировать участок ускорения для придания ускорения молочно-паровой смеси.

Кроме того, для равномерной скорости подачи струи молока или молочно-парового потока решающим является то, что смешивание молока с паром происходит без значительных завихрений. Для этого предлагается оснастить смесительную камеру улавливающей воронкой, которая улавливает и соединяет струю пара со струей молока. Эта улавливающая воронка ориентирована предпочтительно в направлении выходного отверстия для пара, в частности, таким образом, что ось вращения улавливающей воронки совпадает с направлением выхода пара. Кроме того, целесообразно, если улавливающая воронка сужается в направлении течения пара. Кроме того, улавливающая воронка может оканчиваться в упомянутом участке ускорения.

Как уже было сказано, струю молока, проходящую в устройстве для вспенивания молока и попадающую в месте вхождения в смесительную камеру, можно регулировать за счет изменения площади проходного сечения отверстия еще перед местом вхождения.

Для подачи молочной пены устройство для вспенивания молока может иметь канал для подачи воздуха. Этот канал для подачи воздуха можно выполнить таким образом, что, в частности, одновременно со струей молока через изменяемое проходное сечение отверстия можно пропускать струю воздуха.

Таким образом, к месту вхождения в смесительную камеру можно направлять молочно-воздушный поток.

Другими словами, струя молока может содержать, соответственно, часть воздуха и тем самым попадать в смесительную камеру в виде молочно-воздушного потока. В результате в смесительной камере может появиться, в частности, смесь из пара, молока и воздуха. А из смеси пара, молока и воздуха можно затем получить молочную пену благодаря соответствующему стремительному завихрению в упомянутой распылительной камере.

С помощью изменения площади проходного сечения отверстия, через которое могут проходить воздух и молоко в виде молочно-воздушного потока, можно регулировать скорость течения молочно-воздушного потока. При этом можно сохранить соотношение воздуха и молока, так как молоко при прохождении через изменяемое проходное сечение отверстия захватывает воздух. Благодаря этому струя молока не прерывается (как это часто можно было наблюдать в уровне техники), что особенно выгодно для плавной скорости подачи молока.

Одна из форм выполнения описанного выше способа подачи молока предусматривает, что молоко в виде струи молока направляется вдоль струи пара. Благодаря этому можно избежать или, по меньшей мере, уменьшить завихрения при соединении струи молока со струей пара, которые могут привести к производству неоднородной молочной пены.

Соответственно можно, в частности, в качестве альтернативы направлению струи молока, предпочтительно предусмотреть, чтобы молоко направлялось к месту вхождения в смесительную камеру, которое расположено перед выходным отверстием для пара упомянутого парового сопла, если смотреть в направлении струи пара. Продольное направление или направление течения струи пара можно при этом определить предпочтительно с помощью выходного отверстия для пара парового сопла.

Такой способ реализует все преимущества, описанные выше со ссылкой на соответствующее ему устройство, в частности равномерную подачу молока даже при очень ограниченных скоростях прохождения молока.

Для эффективной и максимально плавной, т.е. бесперебойной подачи молока на основе принципа Вентури в высшей степени выгодно, если струя молока будет ориентирована в направлении струи пара еще до того, как струя пара соединится с молоком в смесительной камере. Эту смесительную камеру, в частности, как уже было описано выше, можно присоединить к выходному отверстию для пара парового сопла. Под соединением здесь можно подразумевать точку, в которой струя молока и струя пара соприкасаются друг с другом и объединяются в один общий поток из молока и пара, причем не обязательно должно произойти завихренное смешивание молока с паром; в конечном счете, это может произойти, скорее всего, только в распылительной камере, расположенной дальше.

Особенно просто можно добиться такой направленности струи молока с помощью отверстия для подмешивания, расположенного перед выходным отверстием для пара парового сопла. Это отверстие для подмешивания можно сформировать так, как это было описано выше, и, в частности, сориентировать в направлении струи пара, выходящей из парового сопла. Благодаря описанным выше мерам струю молока можно направить, в частности, так, чтобы она текла уже в направлении струи пара, когда она входит в смесительную камеру, в частности через упомянутое отверстие для подмешивания.

Такого течения молока можно добиться, например, если струю молока направить с помощью, по меньшей мере, одной отклоняющей поверхности в камере всасывания, расположенной перед смесительной камерой.

Кроме того, для эффективной подачи струи молока даже при незначительных скоростях целесообразно, если струя молока будет течь в упомянутую смесительную камеру концентрично относительно парового сопла. Этого, например, можно добиться, если струя молока в области, находящейся перед выходным отверстием для пара парового сопла, будет течь в направлении течения пара вдоль наружной поверхности парового сопла.

Для достижения конструктивных преимуществ, например, для оптимального использования пространства в автоматической кофе-машине, может быть целесообразно, если струя молока будет течь в упомянутую выше камеру всасывания поперек направлению струи пара. После этого струя молока может отклониться на 90⁰ благодаря отклоняющим поверхностям, чтобы затем она могла направиться к струе пара.

Во избежание турбулентных течений в области парового сопла согласно изобретению можно предусмотреть, чтобы с помощью улавливающей воронки струя молока соединилась со струей пара в смесительной камере. При этом улавливающую воронку можно выполнить предпочтительно вращательно-симметричной и/или направить в сторону выходного отверстия для пара парового сопла.

Во всех описанных формах выполнения можно предусмотреть, чтобы струя молока содержала часть воздуха для образования смеси из пара, молока и воздуха. Эту часть воздуха можно подмешать в виде струи воздуха к струе молока, и именно еще до того, как полученный молочно-воздушный поток попадет в смесительную камеру, чтобы там смешаться со струей пара для получения смеси из молока, воздуха и пара.

Как раз тогда, когда должна получиться молочная пена, особенно целесообразно, если упомянутая часть воздуха в виде струи воздуха вместе со струей молока будет направлена в виде молочно-воздушного потока через изменяемое проходное сечение отверстия, прежде чем молочно-воздушный поток попадет в смесительную камеру. Преимущества такого процесса заключаются в том, что струя воздуха больше не будет доминировать, так что даже при незначительных скоростях подачи всегда будет сохраняться желаемое соотношение воздуха и молока, что уже было раскрыто с помощью заявленного устройства и еще раз будет разъяснено с помощью фигур чертежей.

Теперь изобретение описывается более подробно на основе примеров выполнения, однако этими примерами выполнения не ограничивается.

Другие примеры выполнения вытекают из сочетания признаков отдельных или нескольких пунктов формулы изобретения между собой и/или с отдельными или несколькими признаками соответствующего примера выполнения. Таким образом, варианты выполнения изобретения можно узнать из последующего описания предпочтительного примера выполнения в сочетании с общим описанием, пунктами формулы и чертежами.

На фигурах представлено следующее:

Фиг. 1 перспективное изображение заявленного устройства для вспенивания молока;

Фиг. 2 перспективное изображение продольного сечения устройства для вспенивания молока из Фиг. 1;

Фиг. 3 вид продольного разреза согласно Фиг. 2 сверху;

Фиг. 4 вид устройства для вспенивания молока из Фиг. 1 сбоку;

Фиг. 5 вид устройства для вспенивания молока из Фиг. 1 сверху;

Фиг. 6 детальное изображение части вертикального разреза устройства для вспенивания молока Фиг. 1 вдоль линии разреза, показанной на Фиг. 5;

Фиг. 7 вид горизонтального разреза регулирующего тела сверху в положении согласно Фиг. 6;

Фиг. 8 детальное изображение из Фиг. 6 после поворота регулирующего тела устройства для вспенивания молока на 90⁰ по часовой стрелке;

Фиг. 9 вид сверху горизонтального разреза регулирующего тела в положении согласно Фиг. 8, по аналогии с Фиг. 7;

Фиг. 10 перспективное детальное изображение регулирующего тела устройства для вспенивания молока из Фиг. 1 в положении 0⁰, показанном на Фиг. 1 и Фиг. 6;

Фиг. 11 детальное изображение в разрезе смесительной камеры устройства для вспенивания молока Фиг. 1;

Фиг. 12 детальное изображение регулирующего тела устройства для вспенивания молока из Фиг. 1, причем регулирующее тело как раз запирает канал для подачи молока (12).

На Фиг. 1 представлено заявленное устройство для вспенивания молока, в целом обозначенное позицией 1 и предусмотренное для применения в автоматической кофе-машине, с помощью которой можно приготовить разные кофейные напитки.

На фигурах 2 и 3 хорошо видно, что устройство для вспенивания молока 1 имеет паровое сопло 2, выпускающее струю пара 9, которая выходит из выпускного отверстия для пара 16 и стремится в смесительную камеру 3, расположенную после парового сопла 2. Для этого предусмотрен соединительный элемент для подвода пара 32, от которого пар 5 попадает в паровое сопло 2.

С помощью струи пара 9 и эффекта Вентури в смесительную камеру 3 можно подавать как молоко 7, так и воздух 6 для вспенивания там молока 7 и воздуха 6 для получения устойчивой молочной пены 13. При этом для упрощения конструкции устройства для вспенивания молока 1 отказались от дополнительного насоса, так что молоко 7 и воздух 6 поступают в смесительную камеру 3 в виде молочно-воздушного потока 14 исключительно за счет пониженного давления, созданного с помощью парового сопла 2.

Для вспенивания молока 7 в смесительной камере 3 предусмотрено отражательное тело 31, на котором молоко 7 и воздух 6 приходят в турбулентное завихрение, так что образуется мелкопористая молочная пена 13, которая затем вытекает из выходного отверстия для молочной пены 28 выпускной секции 29.

При этом молоко 7 поступает в устройство для вспенивания молока 1 через соединительный элемент для подвода молока 26, который можно видеть на Фиг.1, по соединенному с ним каналу для подачи молока 12, так что струя молока 8 (ср. Фиг. 6) направлена в смесительную камеру 3. Помимо этого предусмотрен также канал для подачи воздуха 11, по которому струя воздуха 15 направляется в смесительную камеру 3, причем струя воздуха 15 образуется из наружного воздуха, что хорошо видно на фигурах 2 и 3.

Кроме того, устройство для вспенивания молока 1 имеет регулирующее тело 22, выполненное с возможностью поворота вокруг регулировочной оси 23. С помощью регулирующего тела 22 можно изменять площадь проходного сечения отверстия 10, которое уменьшает или регулирует интенсивность расхода струи молока 8. При этом, как будет описано более подробно, с помощью поворота регулирующего тела 22 можно точно и плавно регулировать скорость течения струи молока 8.

Так как паровое сопло 2 выпускает, по существу, постоянную струю пара 9, то с помощью регулирующего тела 22 можно устанавливать температуру выходящей молочной пены 13. Ведь как только скорость течения молочной струи 8 уменьшится при, по существу, неизменной скорости течения струи пара 9, температура молочной пены 13 соответственно повысится. Это значит, что наиболее высоких температур молочной пены 13 можно достигнуть как раз тогда, когда скорость течения молочной струи 8 будет наименьшей.

В такой ситуации для предотвращения прерывания молочной струи 8 и прохождения в смесительную камеру 3 только воздуха 6 согласно изобретению струя воздуха 15 направлена в смесительную камеру 3 через изменяемое проходное сечение отверстия 10.

Как видно на детальном изображении регулирующего тела 22 на Фиг. 10, регулирующее тело 22 имеет первый приповерхностный канал 24 для направления молока 7 или струи молока 8, а также второй приповерхностный канал 25 для направления воздуха 6 или струи воздуха 15. Оба эти канала 24, 25 выполнены на внешней стороне окружности или на внешнем контуре 36 регулирующего тела 22. При этом внешняя сторона окружности / внешний контур 36 регулирующего тела 22 имеет цилиндрическую форму для возможности поворота регулирующего тела 22, как показывает детальное изображение на Фиг. 10.

На детальных изображениях согласно фигурам 6 и 8 видно, что регулирующее тело 22 установлено герметично в приемной области 34, соответствующей регулирующему телу 22. При этом внутренняя поверхность приемной области для регулирующего тела 34 с помощью соответствующего приповерхностного канала 24, 25 определяет соответствующую площадь проходного сечения, которая, в свою очередь, определяет скорость течения струи молока 8 или струи воздуха 15.

Как показывает детальное изображение на Фиг. 10, приповерхностный канал 24 имеет в направлении по окружности неравномерную глубину. При этом соответствующая глубина приповерхностного канала 24 вместе с приемной областью регулирующего тела 34 определяет площадь изменяемого проходного сечения отверстия 10, через которое направлены и струя 15, и струя молока 8, как это можно видеть на детальном изображении Фиг. 10 с помощью штриховых или пунктирных линий. Для этой цели приповерхностный канал для воздуха 25 входит в приповерхностный канал 24, так что в месте вхождения 37, показанном на Фиг. 10, канал для подачи воздуха 11 и канал для подачи молока 12 как раз сходятся, и именно еще перед изменяемым проходным сечением отверстия 10. Другими словами, воздух 6 или струя воздуха 15 направлена по приповерхностному каналу для воздуха 25 к месту вхождения 37, а уже оттуда – к изменяемому проходному сечению отверстия 10.

Другими словами, площадь проходного сечение отверстия 10 изменяется при повороте регулирующего тела 22. Это изменение происходит плавно, так что площадь проходного сечения отверстия 10 в результате поворота регулирующего тела 22 может изменяться плавно. В результате благодаря этому можно так же плавно изменять скорость молочно-воздушного потока 14 за счет изменения площади проходного сечения отверстия 10.

В положении регулирующего тела 22 при 0⁰, которое показано на фигурах 6 и 7, площадь проходного сечение отверстия 10 определена как раз проходным отверстием 35, которое входит в полость 30 внутри регулирующего тела 22 (ср. Фиг. 7 с Фиг. 3). В таком положении регулирующего тела 22 струя воздуха 15, а также струя молока 8 проходят в полость 30 через входное отверстие 33, действующее как изменяемое проходное сечение отверстия 10, а оттуда – в виде молочно-воздушного потока 14 через входное отверстие 33 в камеру всасывания 17, и уже оттуда – через отверстие для подмешивания 4 в смесительную камеру 3 (ср. фигуры 6 и 8).

В положении регулирующего тела 22 при 90⁰, показанном на фигурах 8 и 9, наоборот, струя воздуха 15, а также струя молока 8 проходят по приповерхностному каналу 24 сначала вдоль окружности регулирующего тела 22, а затем - через изменяемое проходное сечение отверстия 10, обозначенное на Фиг. 10 штриховыми линиями, и только потом – через проходное отверстие 35 в полость 30, а оттуда - в камеру всасывания 17 и, наконец, в смесительную камеру 3. В этой ситуации как раз площадь проходного сечения, обозначенная на Фиг. 10 штриховыми линиями, является определяющей для прохождения молочно-воздушного потока 14 и действует как изменяемое проходное сечение отверстия 10 в смысле изобретения.

В обеих ситуациях (Фиг. 6 / Фиг. 8) воздух 6 вместе и одновременно с молоком 7 проходит в виде молочно-воздушного потока 14 через изменяемое проходное сечение отверстия 10, причем уже упомянутая струя воздуха 15 и уже упомянутая струя молока 8 вместе образуют молочно-воздушный поток 14.

С помощью детального изображения на Фиг. 10 легко можно представить, что при этом обе текучие среды, т.е. молоко 7 и воздух 6, текут бок о бок через изменяемое проходное сечение отверстия 10 и образуют при этом общую текучую поверхность раздела двух сред, через которую обе текучие среды взаимодействуют между собой. Это приводит к тому, что в области изменяемого проходного сечения отверстия 10 струя воздуха 15 ограничивает струю молока 8, по меньшей мере, частично. При этом остальное ограничение создают стенки приповерхностного канала 24, а также внутренняя поверхность приемной области для регулирующего тела 34.

При этом площадь изменяемого проходного сечения отверстия 10, определяемая неравномерной глубиной приповерхностного канала 24, как раз рассчитана так, чтобы при изменении площади проходного сечения отверстия 10 в результате поворачивания регулирующего тела 22 происходило регулирование - одновременно и, в частности, синхронно - и струи молока 8, и струи воздуха 15. Это значит, что в случае, когда в результате поворота регулирующего тела 22 из положения 0⁰ (Фиг. 6) в положение 90⁰ (Фиг. 8) площадь изменяемого проходного сечения отверстия (10) уменьшается, ограничивается и скорость течения струи молока 8, и одновременно скорость течения струи воздуха 15. Таким образом, струя воздуха 15 автоматически убавляется, как только уменьшается струя молока 8, например, для достижения высокой температуры выходящей молочной пены 13.

За счет соединения по текучей среде струи молока 8 и струи воздуха 15, которое образуется благодаря общей поверхности раздела двух фаз, практически исключается прерывание течения струи молока 8.

В частности, на изображении продольного сечения Фиг. 3 (в связи с Фиг. 3) можно хорошо видеть, что изменяемое проходное сечение 10 отверстия для подмешивания 4, через которое воздух 6 и молоко 7 попадают в смесительную камеру 3, находится как раз впереди, если смотреть в направлении течения молочно-воздушного потока 14. Кроме того, можно заметить, что молочно-воздушный поток 14 еще до отверстия для подмешивания 4 направлен в камеру всасывания 17, расположенную перед смесительной камерой 3.

Проходное отверстие 35, полость 30, входное отверстие 33, камера всасывания 17 и отверстие для подмешивания 4 образуют, таким образом, канал для подачи молока и воздуха 21, по которому молочно-воздушный поток 14 направляется от изменяемого проходного сечения отверстия 10 в смесительную камеру 3.

Как можно видеть, например, на фигурах 2, 3 и 6, воздух 6 проходит сначала через ограничитель объемного расхода 18, выполненный в виде дисковой диафрагмы 19, а затем – через манжетное уплотнение. В то время как дисковая диафрагма 19 ограничивает скорость течения струи воздуха 15, манжетное уплотнение служит для предотвращения возможного обратного оттока молока 7 в направлении дисковой диафрагмы 19.

Фиг. 12 иллюстрирует еще одну особенность регулирующего тела 22 устройства для вспенивания молока 1 из Фиг. 1. Оно имеет запирающую поверхность 52, так что в результате соответствующего поворота регулирующего тела 22 в положение при 135⁰ (см. Фиг. 12) канал для подачи молока 12 полностью перекрывается. В этом положении регулирующего тела 22, т.е. при полном перекрытии канала для подачи молока 12 (причем канал для подачи молока 12, как можно видеть на Фиг. 12, перекрыт как раз между емкостью с запасом молока (не показана) и изменяемым проходным сечением 10), канал для подачи воздуха 11 может по-прежнему функционировать. Точнее сказать, воздух и дальше может поступать сначала из ограничителя объемного расхода 18 по приповерхностному каналу для воздуха 25 (ср. Фиг. 10), а затем по приповерхностному каналу 24 (по которому, как правило, течет молоко), а также через изменяемое проходное сечение отверстия 10 и далее попадать в полость 30 через проходное отверстие 35 (ср. для этого Фиг. 3 и Фиг. 10). Это становится ясно, если представить себе, что регулирующее тело 22 из Фиг. 9 повернуто дальше по часовой стрелке еще на 45⁰ (благодаря чему сложится ситуация из Фиг. 11, при которой струя молока 8 встретится с запирающей поверхностью 52 и уже не сможет попасть в полость 30).

Так как регулирующее тело 22 из Фиг. 12 было повернуто настолько, что канал для подачи молока 12 оказался перекрыт, а канал для подачи воздуха 11 по-прежнему открыт, то теперь можно промыть весь нижний участок канала для подачи молока 12, не опасаясь при этом, что промывочная вода проникнет в верхний участок канала для подачи молока 12 и дойдет до емкости с запасом молока.

Для этого промывочную воду в виде струи 53, как показано на Фиг. 12, можно впустить в канал для подачи воздуха 11, например, так же, как подается воздух через ограничитель объемного расхода 18 или по отдельному подводу. Благодаря этому струя промывочной воды 53 может протекать по приповерхностным каналам 24 и 25, через проходное отверстие 35 и, наконец, по полости 30, чтобы затем дойти через камеру всасывания 17 до смесительной камеры 3 и, наконец, выйти через выходное отверстие для молочной пены 28 (ср. Фиг. 3). Таким образом, с помощью промывочной воды можно очистить, по меньшей мере, все те участки линии, через которые проходили вместе молоко и воздух в обычном режиме работы, так что в целях соблюдения гигиены дополнительно вручную нужно очистить только верхний участок канала для подачи молока 12 до запирающей поверхности 52 регулирующего тела 22.

Кофе-машина, имеющая в своей основе устройство для вспенивания молока 1, может выполнить описанное выше промывание автоматически, причем автоматическая кофе-машина может управлять как активным промыванием, так и перекрытием канала для подачи молока 12.

На фигурах не показан еще один возможный вариант выполнения устройства для вспенивания молока 1, в котором струю воздуха 15, проходящую через изменяемое проходное сечение отверстия 10 в смесительную камеру 3, можно отключать или включать с помощью устройства отключения воздуха, выполненного в виде электрически управляемого запорного клапана. Если автоматическая кофе-машина активирует устройство для отключения воздуха, то воздух 6 больше не может проходить в смесительную камеру 3, но молоко 7 по-прежнему может течь в смесительную камеру 3 через изменяемое проходное сечение отверстия 10. В этом случае устройство для вспенивания молока 1 выдает через показанное на Фиг. 3 выходное отверстие для молочной пены 28 выпускной секции 29 как раз не молочную пену 13, а молоко 7, нагретое паром 5. При таком варианте выполнения с помощью устройства для вспенивания молока 1 можно выдавать как молочную пену 13, так и горячее молоко 7.

Подытоживая, можно сказать, что целью изобретения является улучшение качества молочной пены 13, получаемой с помощью устройства для вспенивания молока 1, которое имеет смесительную камеру 3, в которой с помощью струи пара 9 можно вспенивать воздух 6 и молоко 7 до образования молочной пены 13. Для этого соответствующую скорость течения струи воздуха 15, а также струи молока 8, которые текут в смесительную камеру 3, предлагается регулировать таким образом, чтобы воздух 6 и молоко 7 вместе проходили в смесительную камеру 3 через изменяемое проходное сечение отверстия 10, действующее как ограничитель скорости потока или как дроссель для струи воздуха 15 и струи молока 8. Другими словами, в заявленном решении предусмотрено изменяемое проходное сечение отверстия 10, через которое направляется струя воздуха 15 вместе со струей молока 8.

Если рассматривать под другим углом, под которым раскрываются другие инновационные аспекты предложенного изобретения, то на Фиг. 1 представлено заявленное устройство для вспенивания молока, в целом обозначенное позицией 1 и предназначенное для применения в автоматической кофе-машине, с помощью которой можно приготовить разные кофейные напитки, причем в автоматической кофе-машине устройство для вспенивания молока 1 доставляет молоко для кофейных напитков в конечном итоге в чашку.

На Фиг. 2 можно видеть, что устройство для вспенивания молока 1 имеет паровое сопло 2 для создания струи пара 9, а также смесительную камеру 3, присоединенную к выходному отверстию для пара 16 парового сопла 2. При этом поступающее молоко 7 направляется в виде струи молока 8 по пути, обозначенному на Фиг. 11 штриховой линией и позициями 8 / 14, через отверстие для подмешивания 4 в смесительную камеру 3. При этом отверстие для подмешивания 4 входит в смесительную камеру 3 и тем самым определяет место вхождения 38.

На фигурах 2 и 11 хорошо видно, что место вхождения 38 расположено перед выходным отверстием для пара 16, если смотреть в направлении струи пара 9, обозначенном на фигурах прямой стрелкой, проходящей через выходное отверстие для пара 16. При этом опережающее положение определено таким образом, что (на фигурах вертикальное) расстояние между местом вхождения 38 и выходным отверстием для пара 16, показанное на Фиг. 2 и еще лучше на Фиг. 11, больше, чем внутренний диаметр 47 выходного отверстия для пара 16, больше, чем внутренний диаметр 43 отверстия для подмешивания 4 и даже больше, чем внешний диаметр 48 парового сопла 2 в месте выходного отверстия для пара 16.

Благодаря такому опережающему положению места вхождения или удлинению парового сопла 2 (всякий раз по сравнению с уже известными устройствами) достигается такое направление потока, которое показано на Фиг. 11 штриховой линией и при котором молоко 7 в виде струи молока 8 приближается в направлении струи пара 9 (ср. стрелку на Фиг. 11) к струе пара 9. На Фиг. 11 можно видеть, что при этом струя молока 8 течет уже в области 42 смесительной камеры 3, которая расположена перед выходным отверстием для пара 16, в направлении струи пара 9. Это показано с помощью штриховой линии в области 42, где струя молока 8 течет вдоль наружной поверхности 39 парового сопла 2.

На Фиг. 11, а еще лучше на Фиг. 2 можно увидеть более точно, что паровое сопло 2 ограничивает отверстие для подмешивания 4 и тем самым определяет место вхождения 38. Ведь упомянутое отверстие для подмешивания 4 имеет кольцеобразную форму и расположено концентрично относительно парового сопла 2, что хорошо видно на перспективном изображении на Фиг. 2 и возможно на фигурах 6 и 8.

При этом место вхождения 38 образовано сужением 40 (ср. Фиг. 3), которое отделяет камеру всасывания 17, расположенную перед смесительной камерой 3, если смотреть в направлении течения струи молока 8, от самой смесительной камеры 3. В камеру всасывания 17 струя молока 8 течет в виде молочно-воздушного потока 14. Другими словами, струя молока 8 содержит часть воздуха, и цель этого будет разъяснена более точно ниже.

Камера всасывания 17 кольцом окружает паровое сопло 2 (ср. фигуры 2 и 6) и образует кольцеобразную направляющую поверхность 46. С помощью этой направляющей поверхности 46 струя молока 8 течет в камеру всасывания 17 сначала поперек к струе пара 9, а затем меняет свое направление так, что в отверстие для подмешивания 4 она уже проходит в направлении течения струи пара 9, что четко показано на Фиг. 11 с помощью штриховой линии.

Точнее струя молока 8 обтекает паровое сопло 2 уже в камере всасывания 17, а затем входит в виде струйного потока в смесительную камеру 3 через кольцеобразное отверстие для подмешивания 4. Затем струя молока 8 в виде струйного потока плавно приближается к струе пара 9 и окутывает ее в виде оболочки, пока не объединится с ней в один молочно-паровой поток 49 (ср. Фиг. 11).

Точнее это объединение происходит с помощью улавливающей воронки 44 (ср. фигуры 6 и 11), расположенной в смесительной камере 3 и улавливающей и соединяющей молоко 7 с паром 5. При этом улавливающая воронка 44 сужается в направлении течения струи пара 9, причем выходное отверстие для пара 16 направлено как раз в центр улавливающей воронки 44. (ср. Фиг. 11).

Еще одно сужение 40 отделяет смесительную камеру 3 от расположенной за ней распылительной камеры 41, причем в то же время за счет сужения 40 сформирован участок ускорения 45 для придания ускорения молочно-паровому потоку 49 (ср. Фиг. 11). Благодаря этому молочно-паровой поток 49 проходит в расположенную дальше распылительную камеру 41 с большой скоростью и там наталкивается на расположенное в центре отражательное тело 31, что приводит к турбулентному завихрению молочно-парового потока 49 и тем самым к передаче тепла от горячего пара 5 к подогреваемому молоку 7.

В результате описанное выше устройство 1 может выпускать из выходного отверстия для молока 28 молоко, нагретое вплоть до 80⁰ (ср. Фиг. 3), без прерывания струи молока 8, несмотря на очень ограниченную скорость ее течения. Если с помощью устройства для вспенивания молока 1 нужно получить молочную пену, то устройство для вспенивания молока 1 подает в смесительную камеру 3 струю молока 8, содержащую часть воздуха. Когда этот молочно-воздушный поток 14 в распылительной камере 41 перемешается с завихрением с паром 5, то образуется молочная пена.

В таком случае в высшей степени выгодно, если устройство для вспенивания молока 1 имеет уже описанное выше изменяемое проходное сечение отверстия 10, через которое можно направлять струю воздуха 15 преимущественно одновременно со струей молока 8. Ведь благодаря этому даже при ограниченных скоростях подачи исключается прерывание струи молока 8 из-за преобладания струи воздуха 15, что будет описано еще точнее.

Подытоживая, можно сказать, что изобретение согласно первому аспекту предлагает в устройстве для вспенивания молока 1 транспортировать молоко 7 на базе эффекта Вентури с помощью струи пара 9, выходящей из парового сопла 2, связать регулирование подачи молока с регулированием подачи воздуха, направляя молоко и воздух через общее, изменяемое, в частности, регулируемое проходное сечение отверстия 10.

Таким образом, целью изобретения является улучшение качества молочной пены 13, получаемой с помощью устройства для вспенивания молока 1, имеющего смесительную камеру 3, в которой с помощью струи пара 9 воздух 6 и молоко 7 можно вспенивать до образования молочной пены 13. Для этого предлагается устанавливать соответствующую скорость течения струи воздуха 15, а также струи молока 8, которые проходят в смесительную камеру 3, за счет того, что воздух 6 и молоко 7 текут всегда вместе в смесительную камеру 3 через регулируемое, изменяемое проходное сечение отверстия 10, которое действует как ограничитель скорости течения струи воздуха 15 и струи молока 8.

Согласно второму аспекту предлагается с помощью ориентирования отверстия для подмешивания 4 в соответствующем направлении, а также при необходимости с помощью отклоняющих поверхностей 46 принудить струю молока 8, захваченную струей пара 9, течь по касательной к струе пара 9 для возможности обеспечения бесперебойной подачи струи молока 8 даже при очень малых скоростях ее течения. Для этой цели струю молока 8 ориентируют в направлении течения струи пара 9, еще до того как она соприкоснется со струей пара 9.

Перечень позиций чертежей

1 устройство для вспенивания молока

2 паровое сопло

3 смесительная камера

4 отверстие для подмешивания

5 пар

6 воздух

7 молоко

8 струя молока

9 струя пара

10 изменяемое проходное сечение отверстия

11 канал для подачи воздуха

12 канал для подачи молока

13 молочная пена

14 молочно-воздушный поток

15 струя воздуха

16 выходное отверстие для пара

17 камера всасывания

18 ограничитель объемного расхода (для 15)

19 дисковая диафрагма

20 манжетное уплотнение

21 канал для подачи молока и воздуха

22 регулирующее тело

23 регулировочная ось

24 приповерхностный канал (для 7 / 8)

25 приповерхностный канал для воздуха (для 6 / 15)

26 соединительный элемент для подвода молока

27 канал для подачи молока и воздуха

28 выходное отверстие для молочной пены

29 выпускная секция

30 полость

31 отражательное тело

32 соединительный элемент для подвода пара

33 входное отверстие

34 приемная область для регулирующего элемента

35 проходное отверстие

36 внешний контур (для 22)

37 место вхождения

38 место вхождения (для 7 в 3)

39 наружная поверхность (для 2)

40 сужение

41 распылительная камера

42 область (для 3)

43 внутренний диаметр

44 улавливающая воронка

45 участок ускорения

46 отклоняющая поверхность

47 внутренний диаметр (для 16)

48 внешний диаметр (для 2)

49 молочно-паровой поток

50 устройство для вспенивания молока

51 направление течения струи пара

52 запирающая поверхность

53 струя промывочной воды

Устройство для вспенивания молока (1), имеющее паровое сопло (2) и присоединенную к паровому соплу (2) смесительную камеру (3) для получения молочной пены (13) из пара (5), молока (7) и воздуха (6), причем поступающая в смесительную камеру (3) струя молока (8) является регулируемой за счет изменения площади проходного сечения отверстия (10), воздух (6) направлен в виде струи воздуха (15) через изменяемое проходное сечение отверстия (10) в смесительную камеру (3), и канал для подачи молока (12) и канал для подачи воздуха (11) сформированы таким образом, что воздух (6) одновременно с молоком (7) имеет возможность проходить через изменяемое проходное сечение отверстия (10) в виде молочно-воздушного потока (14), отличающееся тем, что для выполнения надежной очистки нижних участков канала для подачи молока (12) канал для подачи молока (12) выполнен с возможностью его полного перекрытия с помощью регулирующего тела (22), причем при полном перекрытии канала для подачи молока (12) канал для подачи воздуха (11) остается проходимым. Целью изобретения является улучшение качества молочной пены, получаемой с помощью устройства для вспенивания молока. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для вспенивания молока (1), имеющее паровое сопло (2) и присоединенную к паровому соплу (2) смесительную камеру (3) для получения молочной пены (13) из пара (5), молока (7) и воздуха (6), причем поступающая в смесительную камеру (3) струя молока (8) является регулируемой за счет изменения площади проходного сечения отверстия (10), воздух (6) направлен в виде струи воздуха (15) через изменяемое проходное сечение отверстия (10) в смесительную камеру (3), и канал для подачи молока (12) и канал для подачи воздуха (11) сформированы таким образом, что воздух (6) одновременно с молоком (7) имеет возможность проходить через изменяемое проходное сечение отверстия (10) в виде молочно-воздушного потока (14), отличающееся тем, что для выполнения надежной очистки нижних участков канала для подачи молока (12) канал для подачи молока (12) выполнен с возможностью его полного перекрытия с помощью регулирующего тела (22), причем при полном перекрытии канала для подачи молока (12) канал для подачи воздуха (11) остается проходимым.

2. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором дополнительно изменяемая площадь проходного сечения отверстия является регулируемой при помощи регулирующего тела (22).

3. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, отличающееся тем, что оно применимо в автоматической кофе-машине.

4. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором струя воздуха (15) и струя молока (8) образуют молочно-воздушный поток (14) и/или в области изменяемого проходного сечения отверстия (10) струя воздуха (15) ограничивает, по меньшей мере, частично, струю молока (8), и/или канал для подачи молока (12) выполнен с возможностью запирания так, что канал для подачи молока (12) перекрыт между емкостью с запасом молока и изменяемым проходным сечением отверстия (10).

5. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором изменяемое проходное сечение отверстия (10) выполнено так, что вместе с изменением площади проходного сечения отверстия (10) происходит регулирование как струи молока (8), так и струи воздуха (15).

6. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 5, в котором регулирование как струи молока (8), так и струи воздуха (15) происходит одновременно.

7. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором изменяемое проходное сечение отверстия (10) расположено перед отверстием для подмешивания (4) воздуха (6) и молока (7), входящим в смесительную камеру (3).

8. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 7, в котором молочно-воздушный поток (14) направлен через отверстие для подмешивания (4) в смесительную камеру (3).

9. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 7, в котором молочно-воздушный поток (14) еще перед отверстием для подмешивания (4) направлен в камеру всасывания (17), расположенную перед смесительной камерой (3).

10. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором паровое сопло (2) выполнено с возможностью создания струи пара (9), которая на базе эффекта Вентури вызывает понижение давления.

11. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 10, в котором паровое сопло (2) выполнено с возможностью создания струи пара (9), которая на базе эффекта Вентури вызывает понижение давления таким образом, что за счет пониженного давления молочно-воздушный поток (14) поступает в смесительную камеру (3).

12. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором устройство для вспенивания молока (1) имеет дополнительно ограничитель объемного расхода (18) для уменьшения струи воздуха (15).

13. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 12, в котором ограничитель объемного расхода (18) для уменьшения струи воздуха (15) выполнен в виде дисковой диафрагмы (19).

14. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 12, в котором ограничитель объемного расхода (18) для уменьшения струи воздуха (15) выполнен в сочетании с манжетным уплотнением (20) для предотвращения обратного оттока молока.

15. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором проходное сечение отверстия (10) выполнено с возможностью его, по меньшей мере, постепенного изменения.

16. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 15, в котором проходное сечение отверстия (18 выполнено с возможностью его плавного изменения.

17. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 15, в котором проходное сечение отверстия (10) выполнено с возможностью его, по меньшей мере, постепенного изменения, вследствие чего количество поступающего молочно-воздушного потока (14), проходящего через изменяемое проходное сечение отверстия (10), постепенно регулируемо.

18. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 16, в котором проходное сечение отверстия (10) выполнено с возможностью его плавного изменения, вследствие чего количество поступающего молочно-воздушного потока (14), проходящего через изменяемое проходное сечение отверстия (10), плавно регулируемо.

19. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 1, в котором проходное сечение отверстия (10) выполнено с возможностью его изменения при повороте регулирующего тела (22) вокруг регулировочной оси (23).

20. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 19, в котором изменение площади проходного сечения отверстия (10) происходит при помощи расположенного на регулирующем теле (22) приповерхностного канала (24), имеющего неравномерную глубину.

21. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 20, в котором приповерхностный канал (24) выполнен на внешнем диаметре регулирующего тела (22).

22. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 19, в котором воздух (6) подается к изменяемому проходному сечению отверстия (10) по приповерхностному каналу для воздуха (25), выполненному на регулирующем теле (22).

23. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 22, в котором приповерхностный канал для воздуха (25) выполнен с возможностью прохождения в приповерхностный канал (24).

24. Устройство для вспенивания молока (1) по одному из пп. 1 - 23, в котором воздушный поток включается и отключается при помощи устройства для отключения воздуха.

25. Устройство для вспенивания молока (1) по п. 24, в котором воздушный поток включают и отключают при помощи устройства для отключения воздуха так, что может выходить как молочная пена, так и горячее молоко.

26. Способ получения молочной пены (13) с помощью устройства для вспенивания молока (1) и надежной очистки нижних участков канала для подачи молока (12) устройства для вспенивания молока (1), причем воздух (6) и молоко (7) вспенивают в смесительной камере (3) с помощью струи пара (9) до образования молочной пены (13), поступающую в смесительную камеру (3) струю молока (8) регулируют с помощью изменения площади проходного сечения отверстия (10), воздух (6) имеет возможность проходить в смесительную камеру (3) через изменяемое проходное сечение отверстия (10) и воздух (6) образует струю воздуха (15), которая одновременно со струей молока (8) течет через изменяемое проходное сечение отверстия (10) в виде молочно-воздушного потока (14), отличающийся тем, что канал для подачи молока (12) перекрывают с помощью регулирующего тела (22), причем воздух имеет возможность и дальше поступать по каналу для подачи воздуха (11) устройства для вспенивания молока (1) к проходному сечению отверстия (10), в то время как канал для подачи молока (12) перекрыт, и при полном перекрытии канала для подачи молока (12) по каналу для подачи воздуха (11) течет промывочная вода.

27. Способ по п. 26, в котором дополнительно с помощью регулирующего тела (22) является регулируемой изменяемая площадь проходного сечения отверстия (10).

28. Способ по п. 26, в котором устройство для вспенивания молока (1) применяют согласно одному из пп. 1 – 25.

29. Способ по п. 26, в котором молочно-воздушный поток (14) настраивают или регулируют путем изменения площади проходного сечения отверстия (10).

30. Способ по п. 29, в котором путем изменения площади проходного сечения отверстия (10) регулируют и струю воздуха (15), и струю молока (8) и/или воздух (6) и молоко (7) текут вместе через изменяемое проходное сечение отверстия (10).

31. Способ по п. 30, в котором и струю воздуха (15), и струю молока (8) регулируют одновременно и/или синхронно, и/или воздух (6) и молоко (7) текут одновременно через изменяемое проходное сечение отверстия (10).

32. Способ по п. 26, в котором температура молочной пены (13) повышается, когда, за счет сужения проходного сечения отверстия (10), уменьшается молочно-воздушный поток (14), и/или за счет сужения проходного сечения отверстия (10) уменьшают и струю воздуха (15), и струю молока (8).

33. Способ по п. 32, в котором струю пара (9) поддерживают постоянной или увеличивают.

34. Способ по одному из пп. 26 – 33, в котором площадь проходного сечения отверстия (10) изменяют путем поворота регулирующего тела (22) вокруг регулировочной оси (23).

35. Способ по п. 34, в котором площадь проходного сечения отверстия (10) изменяют путем поворота регулирующего тела (22) вокруг регулировочной оси (23), когда глубина приповерхностного канала (24) на регулирующем теле (22), определяющая площадь проходного сечение отверстия (10), изменяется в результате поворота регулирующего тела (22).