ВСПЕНИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ВЫХОДНЫМ КАНАЛОМ
FOAMING DEVICE WITH CONTROLLED OUTLET CHANNEL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к вспенивающему устройству для вспенивания текучей среды, более конкретно изобретение относится к устройству для вспенивания молока, причем вспенивающее устройство содержит выходной канал, функционирующий в зависимости от определенных параметров.
Уровень техники
Пены состоят из двух фаз, водной фазы и газообразной (воздушной) фазы, поэтому жидкая пена представляет собой вещество, которое образуется путем захвата множества пузырьков газа в структуре текучей среды. Получение жидкой пены включает в себя не только генерирование этих пузырьков газа, но также уплотнение и удержание этих пузырьков в общей структуре текучей среды для обеспечения устойчивой пены.
Во время вспенивания текучей среды основные трудности заключаются в получении желаемой пены контролируемым и воспроизводимым способом, а также в стабилизации пены и сохранении ее устойчивости в течение определенного периода времени.
В технике известны устройства для вспенивания молока, в которых вспенивание молока обычно осуществляется вращающейся частью, движущейся внутри резервуара или контейнера, в котором находится молоко. Как правило, эта вращающаяся часть выполнена в виде венчика, который обеспечивается в нижней части контейнера. Вспенивание молока осуществляется путем перемешивания молока, которое, в свою очередь, захватывает воздух внутри пленки жидкости. Однако недостатком этих известных устройств является высокая сложность обеспечения точного контроля и регулирования характеристик получаемой пены, в результате чего основной проблемой становится обеспечение воспроизводимости процесса.
Кроме того, в технике известны устройства, которые подают горячий пар в молоко, заполняющее контейнер, чтобы вызвать вспенивание. Однако недостатком и этих известных устройств, как правило, является сложность точного контроля процесса вспенивания и обеспечение его воспроизводимости.
Кроме того, в современных устройствах существует несколько факторов, влияющих на вспенивание молока, таких как, например, скорость вращающейся части или температура и/или давление пара, который подают в молоко.
Также в устройствах для смешивания и/или вспенивания, известных в предшествующем уровне техники, выходной канал обычно всегда поддерживается открытым и смесь, выпускаемая в чашку, не обладает одинаковыми характеристиками на протяжении всего процесса: на практике вначале выпускается более жидкая (неустойчивая) пена или плохо смешанная композиция, а на более поздней стадии выпускается более густая (и более устойчивая) пена или лучше смешанная композиция. Как правило, в случае применения вспенивающих устройств, пена, остающаяся в контейнере, в большинстве случаев является слишком густой, чтобы ее можно было выпустить через выходной канал, что представляет серьезную гигиеническую проблему и поэтому требует частой чистки контейнера и всего устройства целиком.
Следовательно, настоящее изобретение относится к устройству для вспенивания текучей среды, предпочтительно для вспенивания молока, имеющему контролируемый выходной канал, который способен функционировать в зависимости от определенных параметров с целью избежания недостатков, присущих известному уровню техники.
Цель и раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом, изобретение относится к устройству для приготовления жидкой пены, содержащему: контейнер, в который можно вводить текучую среду; вспенивающий инструмент, выполненный с возможностью вращения во внутреннем пространстве контейнера, способный смешивать и вспенивать текучую среду; по меньшей мере один выходной канал, позволяющий выдавать приготовленную текучую среду из контейнера; основание, способное удерживать контейнер и содержащее приводной блок, обеспечивающий вращение вспенивающего инструмента. По меньшей мере один выходной канал устройства изобретения приводится в движение с целью открывания или частичного или полного закрывания в зависимости от одного или множества параметров, определяющих вспенивание текучей среды внутри контейнера.
Предпочтительно выходной канал приводится в движение в зависимости от одного или комбинации следующих параметров: времени приготовления, температуры текучей среды, крутящего момента, создаваемого вспенивающим инструментом в текучей среде, частоты вращения вспенивающего инструмента или направления вращения вспенивающего инструмента.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере один выходной канал предпочтительно расположен в контейнере в таком месте, которое позволяет выдавать приготовленную текучую среду из контейнера под действием силы тяжести. Также предпочтительно, чтобы по меньшей мере один выходной канал был достаточно гибким, чтобы его можно было надежно сжать и/или сдавить так, чтобы частично или полностью его закрыть.
Как правило, приводной блок в устройстве изобретения либо механически соединен со вспенивающим инструментом, либо генерирует магнитное поле, в результате действия которого вспенивающий инструмент приводится во вращение внутри контейнера.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, частота вращения вспенивающего инструмента в конце приготовления рецептуры меньше или равна частоте вращения вспенивающего инструмента во время процесса приготовления, а направление его вращения может быть изменено на противоположное.
Предпочтительно по меньшей мере один выходной канал в устройстве изобретения выполнен с возможностью извлечения из остальной части устройства и/или развертывания так, чтобы упростить его чистку.
В соответствии с одной возможной конструкцией, по меньшей мере один выходной канал расположен радиально либо тангенциально по отношению к контейнеру, предпочтительно в нижнем положении.
В соответствии с другой возможной конструкцией, по меньшей мере один выходной канал расположен перпендикулярно по отношению к оси контейнера либо параллельно по отношению к оси контейнера.
В другой конструкции в соответствии с изобретением по меньшей мере один выходной канал расположен наклонно под углом α по отношению к оси контейнера, причем угол α обычно находится в диапазоне от 0° до 180°.
В еще одной конструкции контейнер расположен наклонно под определенным углом β по отношению к основанию, удерживающему указанный контейнер, причем угол β находится в диапазоне от 0° до 90°, предпочтительно равен 0° либо находится в диапазоне от 5° до 45°.
Предпочтительно вспенивающий инструмент содержит один или множество создающих бурление элементов, предпочтительно одну или множество полуволн. Также предпочтительно, чтобы вспенивающий инструмент дополнительно содержал одно или множество отверстий для компенсации эффекта всасывания во время вращения вспенивающего инструмента в контейнере.
В соответствии с изобретением, устройство также может содержать два выходных канала, расположенных один над другим в контейнере, обычно расположенных один над другим в контейнере, причем каждый выходной канал приводится в движение независимо с целью открывания или частичного или полного закрывания в зависимости от одного или множества параметров, определяющих вспенивание текучей среды внутри контейнера.
Предпочтительно выходные каналы задействуются последовательно в зависимости от целевой рецептуры, которую требуется выпустить.
Также, как правило, устройство изобретения может дополнительно содержать нагревательный блок, способный нагревать текучую среду.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки, преимущества и цели настоящего изобретения будут понятны специалисту в данной области после прочтения приведенного ниже подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения при рассмотрении вместе с фигурами на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 представлен общий вид в разрезе вспенивающего устройства с контролируемым выходным каналом в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2a и 2b представлены две возможные конструкции, тангенциальная или радиальная, выходного канала вспенивающего устройства с контролируемым выходным каналом в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3a и 3b представлены две возможные конструкции, горизонтальная или вертикальная, выходного канала вспенивающего устройства с контролируемым выходным каналом в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4a и 4b представлены возможные конструкции наклоненного контейнера, причем выходной канал расположен, соответственно, горизонтально или вертикально, во вспенивающем устройстве с контролируемым выходным каналом в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 5a и 5b представлены две возможные конструкции контейнера, горизонтальная или наклонная, во вспенивающем устройстве с контролируемым выходным каналом в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6a и 6b представлены возможные конструкции двух выходных каналов во вспенивающем устройстве с контролируемыми выходными каналами в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Как схематично показано на прилагаемой фиг. 1, настоящее изобретение относится к вспенивающему устройству 100, содержащему контейнер 10, в котором находится подлежащая вспениванию текучая среда, и вспенивающий инструмент 20. Вспенивающий инструмент 20 перемещается относительно контейнера 10, который является статичным, обычно вращаясь вокруг вала 21. Вспенивающий инструмент 20 предпочтительно выполнен в виде диска или венчика 22 и вращается вокруг вала 21, который обычно располагается в центре венчика.
Кроме того, вспенивающее устройство 100 изобретения содержит приводной блок 30, выполненный с возможностью приведения во вращение вспенивающего инструмента 20: фактически он приводит во вращение вертикальный вал 21, который соединен с венчиком 22. Вспенивающее устройство 100 изобретения дополнительно содержит выходной канал 23, через который выдается вспененная текучая среда после приготовления. Как правило, выходной канал 23 выполняется гибким, предпочтительно из силикона, и его можно контролировать или управлять им (его можно по меньшей мере частично закрывать, как правило, путем сжатия или сдавливания гибкого канала, образующего выходной канал 23).
В соответствии с изобретением, устройство контролирует выходной канал 23 таким образом, что он остается закрытым во время по меньшей мере части процесса вспенивания внутри контейнера 20 и открывается контролируемым образом после достижения определенных параметров, определяющих характеристики вспенивания текучей среды, как подробно рассматривается ниже в настоящем описании.
Предпочтительно в соответствии с изобретением вспенивающий инструмент 20 расположен по центру внутри контейнера 10, что означает, что вертикальный вал 21 будет расположен в центре контейнера 10, т.е. совмещен с осью контейнера. Однако вспенивающий инструмент также может располагаться со смещением относительно центра или внутреннего пространства контейнера 10, т.е. вертикальный вал 21 в этом случае будет расположен со смещением относительно оси контейнера. Кроме того, в соответствии с другой возможной конструкцией устройства изобретения, вспенивающий инструмент 20 (в частности венчик 22) может располагаться наклонно или под углом внутри внутреннего пространства контейнера 10, т.е. наклонно по отношению к оси контейнера.
Приводной блок 30 изобретения может содержать двигатель, непосредственно связанный с вертикальным валом 21 и приводящий его во вращение, либо он также может быть механически отсоединен от вспенивающего инструмента 20; во втором случае приводной блок 30 генерирует магнитное поле, под действием которого венчик 22 может приводиться в движение внутри контейнера 10 вокруг вертикального вала 21. Следовательно, в этом случае приводной блок 30 и венчик 22 будут разнесены на определенное расстояние друг от друга так, чтобы венчик 22 мог по меньшей мере частично располагаться внутри магнитного поля, генерируемого приводным блоком 30. В этом варианте осуществления приводной блок 30 предпочтительно содержит по меньшей мере один первый магнит, а венчик 22 также содержит по меньшей мере один второй магнит, так что по меньшей мере один первый магнит и по меньшей мере один второй магнит адаптируются для бесконтактной передачи вращательного движения от приводного устройства 30 к венчику 22. Поскольку венчик 22 приводится в движение магнитным полем, трение во вспенивающем инструменте 20 (между валом 21 и венчиком 22) снижается, что приводит к меньшему потреблению энергии и увеличению срока службы устройства.
Как правило, приводной блок 30 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать основание, на которое может быть установлено вспенивающее устройство 100, как показано на фиг. 1.
В соответствии с изобретением, контейнер 10 предпочтительно выполнен в виде стакана и т. п., который можно легко отделить от остальной части устройства 100, в частности от приводного блока 30, чтобы упростить его чистку. Также в соответствии с изобретением с помощью устройства 100 можно приготовить холодные, горячие пены либо пены температуры окружающей среды.
Таким образом, состояние выходного канала 23 может меняться от положения, в котором он полностью открыт, до положения, в котором он по меньшей мере частично закрыт или полностью закрыт. Изменяя силу сжатия, воздействующую на гибкую трубку, можно изменять уровень открытости отверстия, регулировать его по желанию, а также контролировать в зависимости от конкретных параметров, определяющих процесс вспенивания текучей среды. Предпочтительно закрывание выходного канала 23 автоматически осуществляется устройством 100 в зависимости от упомянутых параметров.
Как правило, приведение в действие выходного канала 23 в устройстве изобретения осуществляется автоматически, поэтому пользователю не нужно выполнять эту операцию. Предпочтительно это осуществляется двигателем, приводящим в действие прижимающий или сдавливающий элемент, который после приведения в действие прижимается к выходному каналу 23, который, поскольку он выполнен достаточно гибким, сжимается или сдавливается так, что частично или полностью закрывает выход продукта. Любая механическая конструкция, делающая возможной осуществление такой функции, входит в объем настоящего изобретения. Преимущество такой конструкции состоит в том, что сдавливающий элемент или механическая конструкция фактически касается только наружной части выходного канала 23, поэтому отсутствует контакт с текучей средой и отсутствует риск загрязнения.
На фиг. 6a и 6b показана конструкция, где вместо одного выходного канала 23 есть два выходных канала, как правило, расположенных один над другим. Каждый выходной канал контролируется по отдельности и сжимается или сдавливается также по отдельности. Как правило, выходной канал, расположенный в нижней части контейнера, выдает текучую среду или жидкую текучую среду, а выходной канал, расположенный над этим выходным каналом, вместо нее выдает жидкую пену. Эти два выходных канала контролируются независимо и частично или полностью закрываются посредством отдельных сдавливающих элементов. Таким образом, благодаря независимому контролю над отверстием каждого выходного канала, устройство изобретения может выпускать рецептуру, в которой различные слои пены и/или текучей среды можно размещать друг над другом, по желанию, просто путем различного и/или последовательного приведения в действие выходных каналов.
Параметры, определяющие вспенивание, т.е. те, по которым осуществляется контроль над открыванием/закрыванием выходного канала 23, обычно, помимо прочих, следующие: фактическое время приготовления пены, температура текучей среды или вспененной текучей среды внутри контейнера 10, крутящий момент, создаваемый венчиком 22 (непосредственно связанный с плотностью и вязкостью текучей среды в контейнере), частота вращения венчика 22, направление вращения венчика 22. Как правило, устройство изобретения контролирует один или множество этих параметров и открывает или закрывает (полностью или до определенной степени) выходной канал 23, поскольку эти параметры непосредственно влияют на характеристики вспенивания текучей среды. В одном примере в начале процесса приготовления в устройстве выходной канал 23 полностью закрыт: обычно текучая среда внутри контейнера 10 находится при низкой температуре (при температуре окружающей среды или холодная), поскольку, когда венчик 22 начинает вращаться внутри контейнера 10, это повышает температуру текучей среды. Во время этого процесса направление вращения венчика и частота его вращения имеют определенные значения в зависимости от требуемого типа пены. Кроме того, путем измерения крутящего момента, создаваемого венчиком 22, можно также сделать заключение о плотности или вязкости пены, т. е. такие параметры, как фактическое время, температура текучей среды и крутящий момент (при условии, что значение частоты вращения и направление вращения не изменятся), обеспечивают устройство 100 информацией о характере уже приготовленной пены и поэтому могут затем автоматически инициировать открывание (полностью или до определенной степени) выходного канала 23. Это очевидно позволяет выдавать пену, приготовленную в устройстве.
Предпочтительно также в соответствии с изобретением в конце процесса и для упрощения выдачи и извлечения полностью всей пены, оставшейся внутри контейнера 10 (эту процедуру можно назвать процессом извлечения в отличие от процесса приготовления или вспенивания), вращение венчика 22 может оставаться таким же и осуществляться с той же частотой, либо частота может быть снижена (даже до полной остановки венчика 22), а также направление его вращения может быть изменено на противоположное при той же или при более низкой частоте вращения.
Вышеупомянутый процесс может либо автоматически контролироваться системой управления, подключенной к устройству 100, либо также может инициировать определенные действия, которые должны выполняться пользователем. В любом из случаев процесс вспенивания будет контролироваться внутри устройства, а выходной канал 23 будет приводиться в движение в соответствии с требуемыми значениями или характеристиками жидкой пены (на практике мы могли бы говорить о значениях рецептуры).
Даже несмотря на то что объем изобретения включает в себя возможность частичного открывания или закрывания выходного канала 23, на практике его стандартными рабочими положениями является полностью закрытое или полностью открытое: он закрыт в начале процесса вспенивания и открыт после приготовления пены и во время ее выдачи в чашку и т. п. (очевидно, что в процессе извлечения пены, оставшейся внутри контейнера, выходной канал 23 остается открытым).
В соответствии с изобретением, выходной канал 23 может быть выполнен с возможностью извлечения из остальной части устройства 100 и также может быть выполнен с возможностью развертывания, чтобы упростить его чистку. Диаметр выходного канала 23 обычно составляет от 2 до 20 мм, предпочтительно от 4 до 10 мм. Трубка выходного канала 23 изготавливается из гибкого материала, обладающего твердостью, которая позволяет надежно сжимать или сдавливать его до по меньшей мере его частичного закрывания. Выходной канал 23 обычно имеет твердость от 40 до 70 по шкале Шора.
Кроме того, возможны различные варианты осуществления или исполнения устройства изобретения, которые показаны на прилагаемых рисунках. Выходной канал 23 может быть наклонен под определенным углом альфа (α) по отношению к валу 21, где альфа равно от 90° до 180°. Как правило, выходной канал 23 расположен на периферийном диаметре основания контейнера тангенциально либо радиально по отношению к периферии основания контейнера, как показано на фиг. 2a и 2b; предпочтительно выходной канал 23 расположен в нижней части контейнера. Другая конструкция показана, например, на фиг. 3a–b, где выходной канал 23 может быть расположен перпендикулярно валу 21 либо параллельно оси вала 21 (т. е. расположен вертикально, так же как контейнер 10 или стакан). Также контейнер 10 может (см. фиг. 4а, 4b) быть расположен наклонно по отношению к основанию, на котором расположен приводной блок 30, образуя с упомянутым основанием угол бета (β), причем угол β обычно составляет от 0° до 90°, предпочтительно равен 0° либо составляет от 5° до 45°.
Также устройство 100 может дополнительно содержать светодиодный или аналогичный сигнальный элемент, который мигает или меняет цвет после завершения приготовления рецептуры и процесса вспенивания, извещая пользователя о завершении процесса.
Как показано на фиг. 5a, когда контейнер расположен вертикально в устройстве 10, предпочтительно, чтобы венчик 22 содержал создающие бурление элементы, которые способствуют вбиранию воздуха в структуру текучей среды с целью вспенивания текучей среды, усиливая вихрь, создаваемый вращением венчика. Случай, представленный на фиг. 5b, предпочтительно должен содержать плоский венчик, расположенный внутри контейнера 10, который наклонен или расположен под углом по отношению к горизонтальному основанию, образуя с ним угол бета (β): в этом случае наклон контейнера 10 будет достаточным для вбирания воздуха с целью вспенивания текучей среды, а влияние создающих бурление элементов в венчике 22 станет несущественным. Преимущество плоского венчика 22 состоит в том, что его легче чистить, так как в нем нет полостей, в которых может удерживаться или оставаться текучая среда. Венчик 22 также может содержать отверстия для компенсации эффекта всасывания, создаваемого во время вращения венчика вблизи нижней части контейнера, причем венчик не обладает слишком высоким сопротивлением всасыванию. Для усиления вспенивания венчик 22 может дополнительно содержать один или множество создающих бурление элементов, обычно выполняемых в форме полуволн. Эти полуволны, как правило, имеют глубину от 0,5 до 5 мм, более предпочтительно 1 мм. Полуволны обеспечиваются на одной из сторон венчика 22, или на обеих сторонах, или даже могут быть обеспечены на внутренних стенках контейнера 10, как правило, на нижних внутренних стенках, где обычно перемещается текучая среда.
Кроме того, как показано на фиг. 6а–b, устройство изобретения может содержать более одного выходного канала 23, обычно два, предпочтительно расположенных одно над другим: такое исполнение является преимущественным в случае выпуска пены и текучей среды, приготовленных в контейнере, причем нижний выходной канал выдает жидкую часть, а верхний выходной канал выдает пену. Оба выходных канала также контролируются, как описано выше для случая только с одним выходным каналом.
Устройство изобретения позволяет получать пены, имеющие различные свойства, а именно: жидкие пены с пузырьками малых размеров, обычно известные как микропены (применяются, например, для изготовления композиций латте-арт), или более густые пены, содержащие внутри пузырьки более крупных размеров.
Что касается типичных значений частот вращения венчика 22, в изобретении венчик вращается в процессе вспенивания с частотой от 2000 об/мин до 8000 об/мин, предпочтительно от 2500 об/мин (для получения более жидкой пены с пузырьками меньших размеров) до 4000 об/мин (для обеспечения более густой пены). Как правило, в процессе извлечения пены, оставшейся внутри контейнера, венчик вращается с меньшей частотой, предпочтительно от 300 об/мин до 500 об/мин.
Наиболее типичной конфигурацией контейнера 10 изобретения является прямая цилиндрическая конфигурация. Однако наружная форма контейнера 10 также может представлять собой прямой цилиндр, тогда как внутренняя полость контейнера может, например, иметь форму усеченного конуса. Однако очевидно, что контейнер также может иметь любую другую форму или конфигурацию, оставаясь при этом в пределах объема настоящего изобретения.
Ниже приведено описание настоящего изобретения в связи со вспениванием молока. Однако изобретение не ограничивается молоком в качестве текучей среды, но также может быть применено с другими текучими средами, например шоколадом, кофе и т.д. Следовательно, с помощью настоящего изобретения также можно получать другие пены, отличные от молочной пены. В настоящем изобретении, говоря о молоке, следует понимать не только чистое молоко, но также вспененные текучие среды, полученные с применением вспенивающих агентов, таких как казеины, белки и пр. Кроме того, в настоящем изобретении пенообразование и вспенивание следует понимать как синонимы.
Вспенивающее устройство изобретения способно обеспечивать холодную, охлажденную пену, пену температуры окружающей среды и/или горячую пену. Для обеспечения горячих жидких пен вспенивающее устройство 100 предпочтительно дополнительно содержит нагреватель или нагревательный блок, который может усиливать вспенивающий эффект в результате подачи дополнительной энергии и/или денатурации белка. Кроме того, горячая молочная пена обычно требуется для приготовления таких напитков, как капучино и т.п. Нагреватель может быть встроен либо во вспенивающий инструмент 20, либо в контейнер 10, либо в основание 30.
Вспенивающее устройство 100 изобретения также может содержать крышку или колпак, подходящие для предотвращения разбрызгивания, когда осуществляется вспенивание текучей среды.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, обычный специалист в данной области может внести множество модификаций и изменений без отклонения от объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.