(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのタンクからミルクを送出するためのポンプ（１、１ａ、１ｂ）と、一つの空気供給口と、少なくとも一つの背圧エレメントとを有し、前記背圧エレメントは前記ポンプの下流側に配置され、かつ、前記空気供給口は前記背圧エレメントの上流側に配置され、前記背圧エレメントは混合エレメント（８、８’）として形成され、前記混合エレメントは通流方向において縮小していない通流断面積を備えた、ミルクフォームを発生させる装置であって、
前記空気供給口は前記ポンプ（１、１ａ、１ｂ）の吸い込み側に配置され、
前記通流断面積は流入口側において、少なくとも、ポンプ（１、１ａ、１ｂ）と混合エレメント（８、８’）との間に配置された中継導管の導管断面積に等しいことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記混合エレメント（８、８’）は、通流する流体の二以上の部分流れへの分流と、前記部分流れの混合が行なわれるように、協働して形成されるとともに、通流する前記流体の流路に直列に配置された、少なくとも二つの分離エレメント（１３ａ、１３ｂ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
通流する前記流体の前記流路に少なくとも一つの第一の分離エレメント（１３ａ）が配置され、前記第一の分離エレメント（１３ａ）は前記混合エレメント（８、８’）に流入する前記流体を少なくとも一つの第一の部分流れと第二の部分流れとに分流するように形成され、かつ、
前記混合エレメントの前記流路において前記第一の分離エレメントの下流側に少なくとも一つの第二の分離エレメント（１３ｂ）が配置され、前記第二の分離エレメント（１３ｂ）は前記第一の分離エレメント（１３ａ）の前記第一の部分流れ及び前記第二の部分流れの双方を分流するように形成されるとともに、前記第一の分離エレメント（１３ａ）と協働して、前記第一の分離エレメント（１３ａ）の前記第一の部分流れの一部と、前記第一の分離エレメント（１３ａ）の前記第二の部分流れの一部とを合流させて一つの新しい部分流れを生じさせるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記分離エレメント（１３ａ、１３ｂ）は、さらに、前記部分流れの少なくとも領域毎に螺旋状の流路を形成するために形成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第一の分離エレメントの前記螺旋状流路の回転方向は、前記第二の分離エレメントの前記螺旋状流路の回転方向とは反対向きであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記分離エレメント（１３ａ、１３ｂ）は螺旋状エレメントとして形成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記混合エレメント（８、８’）は螺旋型混合器として形成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混合エレメント（８、８’）は静止型螺旋混合器として形成されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも三つの直列配置された分離エレメント（１３ａ、１３ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも五つの直列配置された分離エレメント（１３ａ、１３ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ポンプ（１、１ａ、１ｂ）と混合エレメント（８、８’）との間の導管路にチョーク箇所は設けられていないことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
ポンプ（１、１ａ、１ｂ）と混合エレメント（８、８’）との間の導管路において通流断面積は縮小することがないことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ポンプ（１、１ａ、１ｂ）と、前記混合エレメントの下流側に配置されたミルクフォームの注出口（１１）との間の導管路において通流断面積は縮小することがないことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ポンプ（１、１ａ、１ｂ）は歯車ポンプとして形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
任意にホットミルクフォーム又はコールドミルクフォームを発生させるための二つの並列な流路区間（７ａ、７ｂ）が設けられ、第一の流路区間（７ａ）に瞬間湯沸かし器型加熱器（９）が配置されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ポンプ（１）の吐き出し側において、二つの並列な流路区間への分流が行なわれ、その際、瞬間湯沸かし器型加熱器（９）の配置されていない第二の並列な流路区間（７ｂ）において少なくとも前記混合エレメント（８’）が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
さらに第一の並列な流路区間（７ａ）において、一つの第二の背圧エレメントが配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第二の背圧エレメントは、前記瞬間湯沸かし器型加熱器の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第二の背圧エレメントは第二の混合エレメント（８）として形成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
以下の方法ステップ、すなわち
ａ．ポンプ（１、１ａ、１ｂ）によってタンクからミルクを送出するステップと、
ｂ．前記ポンプ（１、１ａ、１ｂ）の吸い込み側に配置されている空気供給口によって前記ミルクに空気を供給するステップと、
ｃ．前記ミルク‐空気混合物ないしミルクフォームを、ポンプ（１、１ａ、１ｂ）の吐き出し側において背圧エレメントを通流させるステップと
を含むミルクフォームを発生させる方法であって、
背圧エレメントとして、通流方向において通流断面積が縮小していない混合エレメント（８、８’）が使用され、
前記通流断面積は流入口側において、少なくとも、ポンプ（１、１ａ、１ｂ）と混合エレメント（８、８’）との間に配置された中継導管の導管断面積に等しいことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記ミルクフォームは冷却されたミルクから発生させられ、続いて、任意に、加熱されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ミルクフォームの加熱は、瞬間湯沸かし器型加熱器（９）によって行われることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合エレメント（８、８’）において、基本的に層流混合が行なわれることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ポンプ（１）の吐き出し側において、前記ミルク‐空気混合物は任意に瞬間湯沸かし器型加熱器（９）を経由して導かれるが、少なくともコールドミルクフォームを発生させる際には、前記ミルク‐空気混合物は前記瞬間湯沸かし器型加熱器を迂回し、前記混合エレメント（８、８’）を経由して導かれることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載のミルクフォームを発生させる装置及び請求項１１のプリアンブルに記載のミルクフォームを発生させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コーヒー‐ミルク混合飲料の人気が非常に高いために、ミルクを発泡させる装置の使用はますます広まっている。その際、特に飲食店業界にあっては、発生させられるフォームに高い品質要件が求められる。ミルクフォームの発生には複数の方法が知られている。
【０００３】
欧州特許出願公開第０６２６１４８号明細書から、ミルクを発泡させる抵抗型通路エレメントを有する加熱式ミルクタンクが知られている。この抵抗型通路エレメントは、一つの棒状エレメントと、前記棒状エレメントの周囲に設けられた、それによってミルクが圧縮されるラビリンス通路を形成するディスク状構造物とからなっている。この棒状エレメントの外周には、不均等に配置された凹陥部を有するリング状ディスクが互いに均等な間隔で組み付けられている。この抵抗型通路エレメントによりミルク‐空気混合物の多重式加減速が行なわれるとともに、多重式加減圧及び乱流混合が行なわれる。
【０００４】
欧州特許出願公開第０４８５３５０号明細書から、ポンプにより容器からミルクが送出されて、空気が供給され、続いて必要に応じ、瞬間湯沸かし器型加熱器中でミルクフォームの加熱が行なわれることによりホットミルクフォームを発生させることが知られている。ポンプ後方下流の送出管には、増圧をもたらす断面テーパ部が位置している。この断面テーパ部は、送出管に配置されて、瞬間湯沸かし器型加熱器内にまで達し得る棒状エレメントによって形成されている。
【０００５】
国際公開第２００８／０８３９４１号から、ポンプによりミルクをチョークに向けて送出し、続いてミルクフォームを、任意に、コールドミルクフォームを注出するために直接注出口に送出するかあるいはホットミルクフォームを注出するために瞬間湯沸かし器型加熱器を経て注出口に送出することが知られている。
【０００６】
欧州特許出願公開第２２９８１４２号明細書から、間欠式空気弁を使用してミルクフォームの品質を向上させることが知られている。
【０００７】
最後に挙げた装置において、増圧はチョークによって行なわれる。チョークないしチョーク箇所はポンプ後方下流の送出管に配置された断面テーパ部及び、必要に応じ、その後に続く断面拡張部によって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０６２６１４８号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０４８５３５０号明細書
【特許文献３】国際公開第２００８／０８３９４１号
【特許文献４】欧州特許出願公開第２２９８１４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ミルクフォームを発生させる、公知の方法及び装置を発展改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、請求項１に記載のミルクフォームを発生させる装置、請求項１１に記載のミルクフォームを発生させる方法及び請求項１５に記載のミルクフォームを発生させる際の背圧エレメントとしての螺旋型混合機の使用によって解決される。
【００１１】
本発明による装置の有利な実施形態は請求項２から１０に記載したとおりである。本発明による方法の有利な実施形態は請求項１２から１４に記載したとおりである。
【００１２】
本発明による装置は、好ましくは、本発明による方法、特にその好ましい実施形態を実施するために形成されている。本発明による方法は、好ましくは、本発明による装置により、特にその好ましい実施形態を実施するために形成されている。
【００１３】
本発明による、ミルクフォームを発生させる装置は、一つのタンクからミルクを送出するためのポンプと、一つの空気供給口と、少なくとも一つの背圧エレメントとを有する。前記背圧エレメントは前記ポンプの下流側に配置されている。前記空気供給口は前記背圧エレメントの上流側に配置されている。
【００１４】
重要な点は、前記背圧エレメントは混合エレメントとして形成され、前記混合エレメントは通流方向において縮小していない通流断面積を備えていることである。
【００１５】
さらに、前記通流断面積は流入口側において、少なくとも、ポンプと混合エレメントとの間に配置された中継導管の導管断面積に等しい。
【００１６】
したがって、本発明による装置は、特に、前記背圧エレメントが混合エレメントとして形成されているとともに、通流方向において縮小していない通流断面積を備えることによって、従来公知の装置とは相違している。本発明による装置にあっても前記混合エレメントによって増圧が行なわれるため、前記混合エレメントの上流側には、前記混合エレメントの下流側の圧力に比較して、高い圧力が存在している。それゆえ、前記混合エレメントは、従来公知のチョークの使用又はラビリンス通路を形成する抵抗型通路エレメントの使用とは異なる別途の背圧エレメントを表している。これによって、背圧エレメントとしての機能は同等であるにもかかわらず、作用形態の点で有利な技術的な相違が生ずる。
【００１７】
前記混合エレメントは、通流断面積の縮小を必要とすることなく、前記混合エレメントを通流する流体流れの攪拌を引き起こす。チョーク又は通流断面積が何度も変化するラビリンス通路に比較して、前記混合エレメントにあっては、チョーク又は前記ラビリンス通路に比較して、層流による通流又はいずれにせよ非常に乱流度の低い流れの通流が行なわれる。
【００１８】
したがって、前記流体の稠度に対する依存性、すなわち、例えばミルクの温度又は脂肪含有量の変化に起因するミルクの密度に対する依存性を低下させることができる。結果として、使用されるミルクの温度及び／又は組成が変化しようとも、より安定したフォーム品質を実現することができる。
【００１９】
基本的に、従来公知の背圧エレメントに比較して、同じ圧力降下において、ミルク／空気エマルジョンのより効果的な攪拌が達成されるという、さらなる利点が得られる。
【００２０】
さらに、通流断面積が不変であるか又はそれが拡張されることにより、突き出したディスク又はオリフィス板ないしそれらの流れの影に流体残留物が付着するようなリスクがないために、より確実な浄化が達成されることになる。
【００２１】
本発明による装置にあって、前記混合エレメントは背圧エレメントとして、ポンプと混合エレメントとの間の領域に高い圧力を生じさせる。それゆえ、この増圧は、通流方向において、前記混合エレメントの通流時に、比較的長い流れ区間を経て解消されるため、緩慢な減圧が行なわれることになる。このことは、発生させられるミルクフォームの品質にとって有利である。
【００２２】
本発明の目的は、さらに、ミルクフォームを発生させる方法によって解決される。本発明による前記方法は以下の方法ステップを含んでいる。
【００２３】
方法ステップＡにおいて、ポンプによってタンクからのミルクを送出することが行なわれる。方法ステップＢにおいて、ミルクに空気を供給することが行なわれ、方法ステップＣにおいて、ミルク‐空気混合物ないしミルクフォームを、ポンプの吐き出し側において背圧エレメントを通流させることが行なわれる。
【００２４】
これらの方法ステップは、基本的に、従来公知のミルクフォームを発生させる方法から知られている。重要な点は、本発明による方法において、背圧エレメントとして、通流方向において通流断面積が縮小していない混合エレメントが使用され、前記通流断面積は流入口側において、少なくとも、ポンプと混合エレメントとの間に配置された中継導管の導管断面積に等しいことである。
【００２５】
したがって、本発明による方法も、増圧が、例えば、チョーク又はラビリンス通路による通流断面積の変化によって行なわれるのではなく、通流方向において通流断面積が縮小していない混合エレメントによって行なわれることを特徴としている。
【００２６】
これによって、上述した、本発明による装置の説明で言及した利点が得られる。
【００２７】
さらに、本発明による方法及び本発明による装置は、混合エレメントとして形成された背圧エレメントが二重の仕方でミルクフォーム形成に寄与することができるという利点を有している。すなわち、一方で、増圧により、ミルクフォーム発生は、全面的又は少なくとも基本的に、ポンプ内での攪拌混合により行なうことができる。これは、特に、好ましい実施形態において、前記ポンプが歯車ポンプとして形成されている場合に当てはまる。前記混合エレメントの上流側でミルクフォームの発生させるために十分な攪拌が行なわれないか、又は完全に行なわれない場合に、さらに混合エレメント自体の内部での攪拌もミルクフォーム形成に寄与することになる。
【００２８】
本発明による装置の好ましい実施形態において、前記混合エレメントは少なくとも二つの分離エレメントを有している。これらの分離エレメントは、通流する流体の二以上の部分流れへの分流と、前記部分流れの混合が行なわれるように、協働して形成されるとともに、前記混合エレメントを通流する前記流体の流路に直列に配置されている。
【００２９】
これによって、工業的に安価の方法で、通流方向において縮小していない通流断面積を備えた、混合エレメントとして形成された背圧エレメントを実現することができる。
【００３０】
特に、通流する前記流体の前記流路に少なくとも一つの第一の分離エレメントが配置され、前記第一の分離エレメントは前記混合エレメントに流入する前記流体を少なくとも一つの第一の部分流れと第二の部分流れとに分流するように形成されていることにより、好適かつ構造的にシンプルな実施形態が得られる。さらに、前記混合エレメントの前記流路において前記第一の分離エレメントの下流側に少なくとも一つの第二の分離エレメントが配置されている。前記第二の分離エレメントは前記第一の分離エレメントの前記第一の部分流れ及び前記第二の部分流れの双方を分流するように形成されるとともに、前記第一の分離エレメントと協働して、前記第一の分離エレメントの前記第一の部分流れの一部と、前記第一の分離エレメントの前記第二の部分流れの一部とを合流させて一つの新しい部分流れを生じさせるように形成されている。
【００３１】
これによって、簡易な方法で、効果的な混合と同時に増圧を達成することができる。特に、構造的に、よりシンプルな形態で、複数の分離エレメント、特に、上述した第一と第二の分離エレメントからなる上記のグループの複数のグループを隣が接並設をすることができる。ミルクフォームを発生させるために好ましい攪拌及び増圧を達成するために、好ましくは少なくとも三つ、好ましくは少なくとも五つ、特に好ましくは少なくとも八つの直列配置された分離エレメントが設けられている。
【００３２】
攪拌及び増圧のさらなる改善は、前記分離エレメントは、さらに、前記部分流れの少なくとも領域毎に螺旋状の流路を形成するために形成されてている好ましい形態の実施形態において行なわれる。こうした螺旋状の流路により増圧が増大されると同時に、前記螺旋状流路の通流中における前記部分流れ自体の内部の部分流れによる攪拌も可能になる。
【００３３】
特に、混合機能並びに増圧を向上させるためには、前記第一の分離エレメントの前記螺旋状流路の回転方向は、前記第二の分離エレメントの前記螺旋状流路の回転方向とは反対向きであることが有利である。
【００３４】
したがって、上述した第一と第二の分離エレメントからなる上記のグループの複数のグループが設けられている好ましい実施形態において、分離エレメントは、通流方向において交互の回転方向が形成されるように配置されているのが好ましい。
【００３５】
上述した利点及び構造的にシンプルな実施形態は、特に、前記分離エレメントが螺旋状エレメントとして形成されている好ましい実施形態において達成される。したがって、特に、前記混合エレメントは螺旋型混合器として形成されている。螺旋型混合器自体は、二成分系接着剤の混合用に公知である。ただし、その場合には、本発明において求められるミルクフォームを発生させる装置に使用される場合とは異なり、二つの異なる非圧縮性流体の混合が行なわれる。
【００３６】
上記のように、背圧エレメントとしての混合エレメントの前記使用は、特に、高度乱流領域が発生しないことによって、チョーク箇所の短所を回避することができる。
【００３７】
したがって、好ましい実施形態において、ポンプと混合エレメントとの間の導管路にチョーク箇所は設けられていない。特に、ポンプと混合エレメントとの間の導管路において通流断面積は縮小しないのが有利である。
【００３８】
さらに、上述した短所は、特に、ポンプと、前記混合エレメントの下流側に配置されたミルクフォームの注出口との間の導管路において通流断面積は縮小することがないことによって回避される。したがって、最後に言及した好ましい実施形態において、ポンプの下流側において、ミルクフォームの注出口に至るまで通流断面積の縮小は行なわれないために、ポンプの下流側の導管路全体において上述した短所は回避される。
【００３９】
したがって、通流断面積が縮小しないとの条件が、場合により断面形状が変化しても面積は変わらないという意味での通流断面積の不変性によって達成されることも本発明の範囲に属する。同様に、一つ又は複数の領域において通流断面積の拡張、特に徐々に及び／又は段階的に拡張が行なわれてもよい。
【００４０】
前記導管及び混合エレメント、並びに場合によりその他のコンポーネント、例えば弁及び瞬間湯沸かし器型加熱器の断面積及び特に内径は、前記付加的な条件、特に通流方向において前記混合エレメントの通流断面積が縮小することはないという条件を遵守したうえで、このような装置及び方法において通常の寸法の範囲内にあってよい。特に、本発明の範囲において、通流断面積は２ｍｍ２から１５ｍｍ２の範囲内にある。
【００４１】
好ましくは、前記ポンプは歯車ポンプとして形成されている。さらに、空気供給口は、好ましくは前記ポンプの吸い込み側に配置されている。これによって、上述したように、ミルクフォームは、基本的に吸い込まれたミルク／空気混合物により既にポンプ内で形成されるために、前記混合エレメントに起因する増圧と相俟って、質的に特に優良なミルクフォームが得られる。
【００４２】
前記導管断面積、前記ポンプの形態及び前記混合エレメントは、好ましくは、協働して、前記混合エレメントの流入口と注出口との間に２ｂａｒから１５ｂａｒの範囲の圧力差、好ましくは少なくとも３ｂａｒ、特に少なくとも５ｂａｒの圧力差が生ずるように形成されている。これによって、特に前記ポンプが歯車ポンプの形態である場合に、ミルクフォームを形成するために有利な増圧が達成される。
【００４３】
コーヒー‐混合飲料の需要が高いために、冷たいコーヒー‐混合飲料に対する要望もますます高まっている。したがって、本発明による装置にあっては、好ましくは、任意にホットミルクフォーム又はコールドミルクフォームを発生させるための二つの並列な流路区間が設けられ、前記第一の流路区間に瞬間湯沸かし器型加熱器が配置されている。
【００４４】
したがって、前記第一の流路区間を含む流路を選択することにより、前記瞬間湯沸かし器型加熱器によって容易にホットミルクフォームを発生させることができる。同様に、第二の流路区間を選択することにより、この場合には前記瞬間湯沸かし器型加熱器を経由することなく、コールドミルクフォームを発生させることができる。
【００４５】
任意にホット若しくはコールドミルクフォームを発生させることのできるこのような好ましい実施形態の構造的に特にシンプルな形態は、前記ポンプの吐き出し側に二つの並列な流路区間を設けることによって実現される。この場合、容易な方法で、通流する流路区間を選択するための二方弁が設けられていてよい。同様に、Ｙ型分岐管が設けられていてもよく、その場合には、それぞれの流路区間にそれぞれ一つの弁が配置され、これら二つの弁の一方を適宜開放することにより、二つの流路区間のうちの一方の流路区間を選択することができる。この好ましい実施形態においては、少なくとも、瞬間湯沸かし器型加熱器の配置されていない第二の流路区間に、好ましくは前記混合エレメントが配置されている。
【００４６】
基本的に、背圧エレメントとしての前記混合エレメントの使用は、ホットミルクフォームを発生させるため、及びコールドミルクフォームを発生させるための双方に適している。特に、コールドミルクフォームの発生に際して有利な使用が得られる。したがって、ホットミルクフォーム又はコールドミルクフォームを任意に発生させるための装置を形成する際に、一つの共通の流路において、例えば前記ポンプの吐出側の直近又は近傍に、混合エレメントとして形成された一つの共通の背圧エレメントを設けることは本発明の範囲に属する。同様に、二つの並列な流路区間にそれぞれ少なくとも一つの背圧エレメント、好ましくはそれぞれ正確に単一の背圧エレメントを設け、その際、これら二つの背圧エレメントの少なくとも一方は混合エレメントとして形成され、特に好ましくは、瞬間湯沸かし器型加熱器の配置されていない流路区間における背圧エレメントが混合エレメントとして形成されているようにすることも本発明の範囲に属する。この場合、他方の背圧エレメントは、それ自体公知の方法で、チョーク箇所若しくはラビリンス通路として形成されていてよい。ただし、二つの並列な流路区間の双方にそれぞれ混合エレメントとして形成された一つの背圧エレメントを設けるのが特に有利である。
【００４７】
本発明による方法において、ミルクフォームは好ましくは冷却されたミルクから発生させられ、続いて加熱され、特に好ましくは任意に加熱され、その際、加熱は好ましくは瞬間湯沸かし器型加熱器によって行なわれる。したがって、ホットミルクフォームの注出に際しても、好ましくは基本的に、コールドミルクフォームの発生と、それに続いて、特に瞬間湯沸かし器型加熱器による前記コールドミルクフォームの加熱が行なわれる。これによって、特に質的に優良なホットミルクフォームを実現することができる。
【００４８】
上述したように、前記混合エレメントにおいて、例えばチョークを使用する際の激しい乱流に起因する上述した短所を回避するために、基本的に層流混合が行なわれるのが有利である。
【００４９】
本発明による方法において、好ましくは、前記ポンプの吐き出し側において、前記ミルク‐空気混合物は任意に瞬間湯沸かし器型加熱器を経由して導かれるが、ただしその際、少なくともコールドミルクフォームを注出する場合には、前記ミルク‐空気混合物は前記瞬間湯沸かし器型加熱器を迂回し、前記混合エレメントを経由して導かれる。これによって、上述したように、容易な方法で、コールドミルクフォームの注出も、同様に、ホットミルクフォームの注出も可能になる。
【００５０】
本発明は、特に、ミルクフォームを発生させる際の背圧エレメントとして螺旋型混合器を使用することによって上述した利点がもたらされるという驚くべき知見に基づいている。特に、螺旋型混合器の使用によって高度乱流領域の発生が回避され、一方で、増圧が達成されるとともに、他方で、チョーク箇所に比較して緩慢な減圧が達成されることになる。加えてさらに、螺旋型混合器の使用により、同じ圧力降下にて、より優れた混合攪拌が可能になる。
【００５１】
上述したこれらの利点は、ミルクフォームを発生させる際の背圧エレメントとして、通流断面積が不変の螺旋型混合器が使用されることにより、高いレベルで達成される。
【００５２】
前記使用は、好ましくは上述した本発明による装置、特に前記装置の好ましい実施形態において行なわれ、及び／又は本発明による方法特に前記方法の好ましい実施形態において行なわれる。
【００５３】
それゆえ、ポンプによるミルクタンクからのミルクの送出によってミルクフォームを発生させる際の背圧エレメントとして、螺旋型混合器、特に通流断面積が不変の螺旋型混合器を使用すること、その際、好ましくはポンプの吸い込み側で空気が供給され、ポンプの吐き出し側に配置された、前記螺旋型混合器として形成された背圧エレメントを使用するのが特に有利である。
【００５４】
以下に、一連の実施形態及び図面を参照して、本発明による装置及び本発明による方法のさらにその他の好ましい特徴及びさらにその他の好ましい実施形態を説明する。各図は以下を示している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による装置の第一の実施形態のフロー図である。
【図２】図１に示した、混合エレメントを含む部分領域Ａを示す図である。
【図３】図２の切断線Ｂによる断面を示す図であり、ここで、前記断面は図２の描図面に対して垂直をなしている。
【図４】図２に示した混合エレメントの斜視図である。
【図５】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図６】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図７】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図８】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図９】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図１０】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図１１】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【図１２】本発明による装置のさらにその他の実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
各図において、同一の符号は同一のエレメント又は同一機能を有するエレメントを表している。
【００５７】
図１は、本発明によるミルクフォームを発生させる装置の第一の実施形態を示したものである。前記装置は、吸い込み管３によってミルクタンク２からミルクを送出する、歯車ポンプとして形成されたポンプ１を有する。吸い込み管３には、ポンプによる吸い込み中にミルクに空気を供給するための空気弁４が組み込まれている。
【００５８】
吐き出し側においてポンプ１は、圧力管５を経て、二方弁６に接続されている。二方弁６によって、流体の流れは、任意に、二つの並列な流路区間のうちの第一の流路区間又は第二の流路区間を通って流れることができる。第一の流路区間７ａは二方弁６の下流側に、混合エレメント８として形成された背圧エレメントと、さらに下流側に、瞬間湯沸かし器型加熱器９とを有している。第一の流路区間７ａは、瞬間湯沸かし器型加熱器９の下流側で、一つの共通の送出管１０に合流し、送出管１０はコーヒーマシーン（図中不図示）の注出口１１に開口しているため、ミルクフォームは注出口１１を経てコーヒーとともに容器例えばコーヒーカップに注出されることができる。第二の流路区間７ｂは、二方弁６の下流側に、チョーク１２を有している。この第二の流路区間７ｂも、チョーク１２の下流側で、送出管１０に合流し、最終的に注出口１１に到達する。
【００５９】
ホットミルクフォームを発生させるため、ミルクはポンプ１によって送出されるが、その際、ポンプの吸い込み側で空気弁４によって空気が供給される。ポンプの吐き出し側において、前記流体は、圧力管５と第一の流路区間７ａとを経て、瞬間湯沸かし器型加熱器９に導かれ、その際、流路区間７ａに混合エレメント８が配置されているために、ポンプの吐き出し側において増圧が行なわれ、これによってミルクフォームが形成され、このミルクフォームはさらに混合エレメント８内で混ぜ合わされる。
【００６０】
瞬間湯沸かし器型加熱器９によってミルクフォームは加熱され、最終的に注出口１１から注出される。
【００６１】
コールドミルクフォームを発生させるため、同様に、ミルクはポンプ１によってミルクタンク２から送出され、その際、ポンプの吸い込み側で空気弁４によって空気が供給される。続いて、第二の流路区間７ｂを介した流路が選択され、その際、チョーク１２によってポンプの吐き出し側において増圧が行なわれ、瞬間湯沸かし器型加熱器９を迂回することによりコールドミルクフォームが注出口１１から注出される。
【００６２】
さらに別の実施形態（不図示）にあっては、チョーク１２と混合エレメント８とが置換される結果、コールドミルクフォームを発生させるときに混合エレメントを通流され、ホットミルクフォームを発生させるときにチョーク１２を通流されることになる。
【００６３】
さらに別の、特に有利な実施形態（同様に不図示）にあっては、双方の流路区間（７ａ、７ｂ）にそれぞれ一つの混合エレメントが配置されている。つまり、この実施形態にあっては、チョーク１２は、同様に、混合エレメント８と同様な混合エレメントによって置換されている。
【００６４】
図２は、混合エレメント８を概略的に図示したものである。この場合、混合エレメント８は断面図によって示されており、前記断面は基本的に円筒状をなす混合エレメント８の中心軸に沿って延びている。
【００６５】
混合エレメント８は略円筒状の外皮を有している。その内部には多数の分離エレメントが配置されているが、図２にあっては例示的に、第一の分離エレメント１３ａ及び第二の分離エレメント１３ｂが示されている。これらの分離エレメント１３ａ及び１３ｂは、以下において図４ａ、４ｂに関連して詳しく説明するように、螺旋状に形成されている。
【００６６】
図２からわかるように、混合エレメント８の流れ方向Ｆには多数の分離エレメントが直列に配置されている（ここでは、１６個の分離エレメント）。これらの分離エレメントは、同様に、以下において図４ａ、４ｂに関連して詳しく説明するように、回転方向が交互に変化する螺旋型混合器が形成されるように形成され、配置されている。
【００６７】
重要な点は、混合エレメント８の通流断面積がプロセス方向において縮小しないことである。ここでは、混合エレメント８は、通流断面積がプロセス方向において面積的に不変であるように形成されている。
【００６８】
混合エレメント８は、上流側及び下流側において、差込み継手１４を介して第一の流路区間７ａの導管と接続されている。重要な点は、流入口側で流路区間７ａの導管が混合エレメント８に接する流入口側の接続箇所１５において通流断面積の縮小が生じないことである。ここでは、以下、図３を参照して説明するように、通流断面積の拡張が行なわれる。
【００６９】
図３は、図２の切断線Ｂによる断面を示したものであり、ここで、前記断面は図２の描図面に対して垂直をなしている。ここに示してあるのは混合エレメント８の要素のみであり、差込み継手１４の要素は示されていない。
【００７０】
図３からわかるように、混合エレメント８の円筒状の外皮はリング状の断面を有している。分離エレメント１３ａは略長方形の断面を有しており、互いに反対側に位置する二つの面で液密式に外皮の内壁に密接している。
【００７１】
したがって、流れ‐断面積１６ａ及び１６ｂは、混合エレメント８のこの流入口側ポジションにおける前記流体のための流れ領域を表している。したがって、このポジションにおける通流断面積となる、断面積１６ａと１６ｂとの和は、混合エレメント８の直前に位置する第一の流路区間７ａの導管の（円形の）断面積よりも大きい。混合エレメント８の吐き出し側（接続箇所１７、図２参照）において、流路区間７ａの導管は、混合エレメント８の外皮の内径に等しくてよい内径を有している。ここでは、接続箇所１７における流路区間７ａの内径は混合エレメント８の外皮の内径よりも小さいが、ただし、混合エレメント８の流出口において、通流断面積は、混合エレメントの総通流断面積（１６ａ及び１６ｂ）に比較して、拡張するように選択されている。それゆえ、混合エレメント８の流出口においても、通流断面積は縮小することなく、通流断面積の拡張が行なわれている。
【００７２】
図４の部分図ａ）及びｂ）には、それぞれ、螺旋として形成された分離エレメント１３ａ及び１３ｂの斜視図が示されている。
【００７３】
この場合、部分図ａ）は通流方向の前方領域における分離エレメント１３ａ及び１３ｂを示しており、図を分かり易くするために、混合エレメント８の外皮面は不図示である。
前記外皮面は、通流方向の後方領域において示されているにすぎない。
【００７４】
図４ａ）からわかるように、分離エレメント１３ａ及び１３ｂは直列に配置され、螺旋として形成されている。したがって、前記流体が流れ方向Ｆにて混合エレメント８を通流するときには、前記流体流れは分離エレメント１３ａによって第一の部分流れと第二の部分流れとに分流される。ただし、分離エレメント１３ａと分離エレメント１３ｂとが互いに直接に接する交差箇所Ｓにおいて、双方の分離エレメントの大略長方形の断面は互いに約９０°ねじれているために、第一の部分流れと第二の部分流れとはそれぞれ再び分流されて、第一の部分流れの第一の半分と第二の部分流れの第一の半分とが合流して新たな部分流れを生じさせ、同様に、第一の部分流れの第二の半分と第二の部分流れの第二の半分とが合流して新たな第二の部分流れを生じさせる。
【００７５】
分離エレメント１３ａ及び１３ｂが螺旋として形成されることにより、双方の部分流れにつき、それぞれ、螺旋に沿った螺旋状の流路が形成される。
【００７６】
さらに、螺旋１３ａの螺旋状流路の回転方向は、螺旋１３ｂの螺旋状流路の回転方向とは逆向きである。上述したこれらの対策の全体、特に、部分流れを何度も分流して再び合流させること、螺旋状流路を形成させること及び螺旋状流路の回転方向を変化させること、によって、総じて、特に効果的な攪拌及び背圧エレメントとしての特性が生ずる。
【００７７】
図４ｂには図４ａと同じ斜視図が示されているが、ただし、分離エレメントはそれらのエッジ線でのみ示されているため、通流方向の後方に位置するエッジも鎖線として見てとることが可能である。同様に、これによって、混合エレメント８の外皮内部における分離エレメントの状態を見てとることができる。
【００７８】
図１に示した実施形態において、ポンプの吸い込み側の導管及び空気弁４は２ｍｍの内径（約３．１４ｍｍ２の通流断面積に相当）を有している。前記混合エレメントの外皮面の内径（図３の符号Ｘ）は３ｍｍであり、分離エレメント１３ａは約０．９５ｍｍの厚さ（図３の符号Ｙ）を有している。これによって、全体として、面積１６ａ及び１６ｂの合計で、約４．２６ｍｍ２の総通流断面積が得られる。下流側において混合エレメント８に連続し、瞬間湯沸かし器型加熱器９まで延びる導管は２．５ｍｍの内径（約４．９１ｍｍ２の通流断面積に相当）を有している。瞬間湯沸かし器型加熱器は３ｍｍの内径（約７．０７ｍｍ２の通流断面積に相当）を有している。瞬間湯沸し器型加熱器の下流側に配置された導管も同様に少なくとも３ｍｍの内径を有している。
【００７９】
歯車ポンプと協働して、混合エレメント８の流入口側の接続箇所１５と流出口側の接続箇所１７との間には、約５ｂａｒの圧力差が生ずる。
【００８０】
さらにその他の図には、本発明による装置のさらにその他の実施形態が示されており、その際、同一のエレメント又は同一機能を有するエレメントには同一の符号が付されている。繰り返しを避けるため、以下では、流路の重要な相違のみを説明することとする。
【００８１】
図５に示した実施形態は、並列な流路区間を有していない。ポンプ１によって送出されるミルクは、常に、混合エレメント８の配置された圧力管５と、瞬間湯沸かし器型加熱器９とを経て注出口１１に導かれる。この場合、瞬間湯沸かし器型加熱器を電源遮断することにより、コールドミルクフォームを発生させることができる。図６に示した実施形態は二つの並列な導管区間を有しているが、ただし、混合エレメント８は瞬間湯沸かし器型加熱器９の配置された一方の並列な流路区間にしか配置されていない。他方の並列な流路区間には背圧エレメントも瞬間湯沸かし器型加熱器も配置されておらず、注出口１１からの冷たいミルクの注出に役立つのみである。
【００８２】
この場合、ポンプの吐き出し側において、Ｙ型管路区間として二つの並列な導管区間への分流が形成されて、二つの弁Ｖ１及びＶ２が設けられているために、双方の弁の一方の弁を開放することにより、二つの並列な区間の一方の区間を流路として選択することができる。別法として、Ｙ型管路区間のかわりに、二方弁を選択することも可能であり、こうすることにより、弁Ｖ１及びＶ２を不要とすることができる。
【００８３】
図７は、図６に示した実施形態と同様なフロー図を有した実施形態を示している。ただし、図７に示した実施形態においては、瞬間湯沸し器型加熱器９の配置されていない並列な導管区間に混合エレメント８が配置されている。また、瞬間湯沸かし器型加熱器９にはチョーク箇所が組み込まれている。したがって、コールドミルクフォームを発生させる際には混合エレメント８が背圧エレメントとして機能し、ホットミルクフォームを発生させる際には瞬間湯沸かし器型加熱器９に組み込まれたチョーク箇所が背圧エレメントとして機能する。
【００８４】
図８及び９は、図１に示した第一の実施形態のフロー図と同等なフロー図を有したさらに別の二つの実施形態を示したものである。
【００８５】
ただし、図８に示した実施形態において、図１に示したチョーク１２は第二の混合エレメント８’によって置換されている。同様に、二方弁６も、圧力管５のＹ型分流のそれぞれ下流側に配置された二つの弁Ｖ１及びＶ２によって置換されている。
【００８６】
図９に示した実施形態においては、図１の場合と同様に、瞬間湯沸かし器型加熱器９を経て注出口１１に達する流路又は瞬間湯沸かし器型加熱器９を迂回して注出口１１に達する流路を選択し得るように、一つの二方弁６が設けられている。
【００８７】
図１０は、図１に示した第一の実施形態と同様なフロー図を有したさらに別の実施形態を示したものである。ただし、この実施形態にあっては、混合エレメント８とチョーク１２の位置が入れ替わっている。
【００８８】
図１１はさらに別の実施形態を示している。この実施形態において、第一のポンプ１ａはポンプの吸い込み側には第一の空気弁４ａが配設されており、さらに、第一のポンプ１ａの吐き出し側には混合エレメント８’が配設されている。したがって、これらのコンポーネントによって注出口１１からコールドミルクフォームが注出可能である。また、第二のポンプ１ｂは第二のポンプ１ｂの吸い込み側には第二の空気弁４ｂが配設されている。
第二のポンプ１ｂの吐き出し側には混合エレメント８と、さらに混合エレメント８の下流側に瞬間湯沸かし器型加熱器９が設けられているため、第二のポンプ１ｂによって注出口１１からホットミルクフォームを注出することが可能である。したがって、この場合には、ミルクタンク２からミルクを送出するために二つの別々の送出管が設けられている。それゆえ、一つの導管が二つの並列な導管区間に分流されることはない。
【００８９】
図１２に示した実施形態は図１１に示した実施形態の変種を表したものである。
【００９０】
この場合、ミルクを、任意に第一のポンプ１ａによるか又は第二のポンプ１ｂによって、ミルクタンク２から送出するために、一つの共通な送出管１８が設けられている。この送出管１８は、吸い込み側で第一のポンプ１ａと接続された一つの吸い込み管と、吸い込み側で第二のポンプ１ｂと接続されたもう一つの吸い込み管とに分流している。
【００９１】
図１２に示した実施形態は、図１１に示した実施形態と同様に、各々のポンプにつきそれぞれ一つの空気弁を備えている。別法として、第一の空気弁４ａ及び第二の空気弁４ｂにかえて、一つの共通の空気弁４のみを送出管１８に配置することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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