ОДНОРАЗОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСПЕНИВАНИЯ
DISPOSABLE FOAMING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для вспенивания жидкости, предпочтительно для вспенивания жидких пищевых продуктов и более предпочтительно для вспенивания молока. В частности, настоящее изобретение относится к одноразовому устройству для вспенивания, которое образует вспененную жидкость (пену) очень высокого качества контролируемым и надежным способом, не требующим никакой очистки.
Уровень техники
Пена состоит из двух фаз: водной и газообразной (воздушной). Поэтому, вспененная жидкость представляет собой вещество, которое образуется путем добавления множества газовых пузырьков в структуру жидкости: процесс вспенивания жидкости включает в себя не только образование газовых пузырьков, но и заполнение пузырьками общей структуры жидкости с последующим их удерживанием внутри для обеспечения устойчивости пены.
Вспененная жидкость, полученная из жидких пищевых продуктов, используется самыми различными способами при приготовлении пищи, поскольку она имеет уникальную легкую текстуру из-за крошечных воздушных пузырьков, обеспечивающих различные вкусовые ощущения. Среди большинства вспененных продуктов белки являются основными поверхностно-активными веществами, которые способствуют формированию и стабилизации диспергированной газовой фазы, создавая стабилизированную белком пену. Белки всегда будут подвергаться определенным, требующим преодоления напряжениям, например механическим и гравитационным: способность белков к стабилизации вспененной структуры, образованной вопреки указанным напряжениям, определяет устойчивость пены, выраженную, как правило, в виде времени, необходимого для отвода 50% жидкости из пены, то есть времени, необходимого для сокращения объема пены на 50%.
Во время процесса вспенивания жидкости основные трудности заключаются в получении желаемой пены контролируемым и воспроизводимым способом, а также в стабилизации пены и сохранении устойчивости в течение установленного периода времени.
Одной из наиболее часто используемых пищевых вспененных жидкостей является молочная пена. Устройства для производства молочной пены, относящиеся к области техники, хорошо известны: эти устройства, как правило, содержат емкость, в которую заливают молоко, оснащенную вращающейся деталью, как правило венчиком, расположенным в ее нижней части, вспенивающим молоко путем его взбивания, которое, в свою очередь, удерживает воздушные пузырьки внутри пленки жидкости. Тем не менее, производство молочной пены с помощью этих известных устройств каждый раз требует времени, целого ряда действий, а также очистки по завершении процесса создания пены. Кроме того, чтобы отрегулировать характеристики производимой пены, необходимо учитывать геометрию венчика, сложную для точного понимания и контроля.
Например, в документе ЕР 2478804 А1, который относится к области техники, рассказывается о находящейся под давлением газа молочной емкости, в которой молоко под давлением направляется в зону смешивания для дальнейшего смешивания с другим газом. Затем в устройстве для вспенивания жидкости, состоящем, как правило, из статического смесителя или вращающегося венчика, происходит вспенивание молока и уменьшение размера пузырьков. Тем не менее, процесс регулировки и управления вспениванием жидкости в таких системах является сложным и неточным, требующим сложной конфигурации. Кроме того, эти системы требуют очистки после создания пены, что является обременительным и отнимает много времени.
2
2
В других документах, касающихся области техники, как, например, в US 2013/0043274 A1, описаны упаковочные решения, обеспечивающие функции хранения, дозирования и распределения, отдельно приспособленные для жидких пищевых продуктов, как правило напитков, и которые состоят из емкости, дозатора и клапана. Дозатор включает в себя ротор по меньшей мере c одной усеченной частью, приводимой в действие при вращении ротора и используемой в качестве дозирующего устройства, который забирает жидкость из дозирующего входного отверстия и направляет ее к дозирующему выходному отверстию таким образом, что жидкость из емкости попадает в смесительную камеру, где она смешивается с растворителем: если в качестве растворителя использовать газ (N (азот) или СО (углекислый газ)), на верхнем слое напитка образуется пена. Тем не менее, процесс вспенивания в данной системе происходит бесконтрольно и неточно, поскольку его очень трудно контролировать и регулировать.
Соответственно, были предоставлены другие решения для получения вспененной жидкости контролируемым и регулируемым образом. Такой пример приведен в документе ЕР 12199185.5, имеющем отношение к одному и тому же заявителю, где рассказывается об устройстве для производства молочной пены: к молочно-воздушной смеси в зазоре между двумя цилиндрами, вращающимися относительно друг друга, применяется высокое напряжение сдвига, которое приводит к появлению эмульсии молока и воздуха с последующим эффектом вспенивания при расширении. Благодаря этому решению производство молочной пены осуществляется контролируемым образом. Тем не менее, устройство является относительно сложным и требует частой очистки по завершении процесса производства молочной пены, что отнимает много времени и не является приемлемым для пользователя.
Поэтому по-прежнему существует необходимость создания простого устройства для производства высококачественной вспененной жидкости контролируемым и регулируемым образом, не требующим очистки. Настоящее изобретение направлено на обеспечение решения в отношении данных потребностей.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту, настоящее изобретение относится к одноразовому устройству для вспенивания 100, которое вспенивает жидкость 1, состоящему из емкостного пространства 20 и пенообразующего пространства 10, где емкостное пространство 20 находится под давлением первичного входящего воздуха 14’, при котором жидкость 1 направляется в пенообразующее пространство 20. Пенообразующее пространство 20 снабжается вторичным входящим воздухом 15’, который смешивается с жидкостью 1, поступающей из емкостного пространства 20, а пенообразующее пространство 10 состоит из двух частей, которые перемещаются относительно друг друга таким образом, что смесь воздуха и жидкости 1 направляется между ними под определенным уровнем напряжения сдвига, что приводит к эмульгированию смеси воздуха и жидкости 1 в пенообразующем пространстве 10.
Предпочтительно, чтобы пенообразующее пространство 20 содержало внутренний цилиндр 11 и наружный цилиндр 12, размещенные концентрически таким образом, чтобы между ними образовался зазор 13, а внутренний цилиндр 11 вращался относительно наружного цилиндра 12 таким образом, чтобы это приводило к эмульгированию смеси жидкости 1 и воздуха при направлении через зазор 13. Также предпочтительно, чтобы ширина зазора 13 выбиралась в зависимости от подлежащей пенообразованию жидкости 1, позволяя под воздействием напряжения сдвига в зазоре 13 оптимально эмульгировать смесь воздуха и жидкости 1.
Согласно второму аспекту, изобретение относится к системе пенообразования, включающей устройство для вспенивания 100 и прибор 30, где устройство для вспенивания 100 подсоединено к прибору 30. Прибор 30 содержит приводное средство 31, обеспечивающее перемещение пенообразующего пространства 10, первичный воздушный насос 34, обеспечивающий подачу первичного входящего воздуха 14’, и вторичный воздушный насос 35, обеспечивающий подачу вторичного входящего воздуха 15’.
Предпочтительно, чтобы прибор 30 контролировал по меньшей мере один или комбинацию из следующих параметров процесса вспенивания: скорость потока жидкости, протекающей из емкостного пространства 20 в направлении пенообразующего пространства 10, скорость перемещения пенообразующего пространства 10, поток вторичного входящего воздуха 15’ при подаче в пенообразующее пространство 10, температуру смеси воздуха и жидкости 1 в пенообразующем пространстве 10.
Предпочтительно, чтобы прибор 30 включал в себя средство управления 36, а устройство для вспенивая 100 содержало код 40 с информацией по меньшей мере об одном или о комбинации параметров процесса вспенивания, позволяя средству управления 36 автоматически регулировать параметры процесса вспенивания в соответствии с информацией, содержащейся в коде 40. Другая возможность заключается в ручной регулировке указанных параметров и воздействии на них пользователем непосредственно с помощью прибора 30.
В настоящем описании термин «жидкость» означает жидкую среду или смесь жидкости и газа.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки, преимущества и цели настоящего изобретения станут понятны специалисту в данной области после прочтения приведенного ниже подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения, не имеющих ограничительного характера, при рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами.
Фиг. 1: схематическое изображение основных компонентов одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 2: схематический вид спереди основных компонентов одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 3: вид в разрезе пенообразующего пространства и емкостного пространства одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 4 и 5: детализированный вид в разрезе пенообразующего пространства одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 6: вид в разрезе пенообразующего пространства одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно вертикальному варианту осуществления.
Фиг. 7: детализированный вид в разрезе пенообразующего пространства одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно вертикальному варианту осуществления.
Фиг. 8: детализированный вид пенообразующего пространства одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно вертикальному варианту осуществления.
Фиг. 9: схематическое изображение добавочного пространства, прикрепленного к пенообразующему пространству одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 10: вид в разрезе добавочного пространства, прикрепленного к пенообразующему пространству одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 11: вид спереди добавочного пространства и пенообразующего пространства перед прикреплением друг к другу в одноразовом устройстве для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 12: вид сзади добавочного пространства и пенообразующего пространства перед прикреплением друг к другу в одноразовом устройстве для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 13: детализированный вид в разрезе присоединенных друг к другу добавочного пространства и пенообразующего пространства в одноразовом устройстве для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно горизонтальному варианту осуществления.
Фиг. 14: функциональная схема системы пенообразования в соответствии с настоящим изобретением, содержащей одноразовое устройство для вспенивания, соединенное с прибором, где одноразовое устройство для вспенивания включает в себя пенообразующее пространство, емкостное пространство и добавочное пространство.
Фиг. 15: вид в разрезе другого возможного пространства одноразового устройства для вспенивания, в соответствии с настоящим изобретением, согласно вертикальному варианту осуществления.
Подробное описание примеров осуществления
Одноразовое устройство для вспенивания 100, в соответствии с настоящим изобретением, состоит из пенообразующего пространства 10 и емкостного пространства 20. Пенообразующее пространство 10 предназначено для вспенивания жидкости 1, которая хранится в емкостном пространстве 20. Как правило, жидкостью 1, которая обрабатывается в данном устройстве, в соответствии с настоящим изобретением, является молоко, хотя можно использовать любой вид пенообразующей жидкости, например сливки, йогурт, смесь для мороженого и т.д.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения пенообразующее пространство 10 выполнено, например, в виде крышки или колпачка, а емкостное пространство 20 — в виде бутылки, капсулы или мешочка. Тем не менее, очевидно, что любой другой возможный вариант осуществления настоящего изобретения также будет выполнен в пределах объема настоящей заявки на патент и в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Устройство для вспенивания 100, в соответствии с настоящим изобретением, является полностью одноразовым, поэтому не требует никакой очистки. Устройство для вспенивания 100 позволяет осуществлять множество пенообразующих операций, как правило, до тех пор, пока в емкостном пространстве 20 остается жидкость 1. В перерывах между использованием для вспенивания устройство для вспенивания 100 хранится в надлежащем месте хранения, как правило в холодильнике. В перерывах между использованием устройства емкостное пространство 20 после каждого применения может оставаться под давлением или быть разгерметизировано. В любом случае, следует избегать любой утечки жидкости из емкостного пространства 20.
Устройство для вспенивания 100, в соответствии с настоящим изобретением, выполнено таким образом, что смесь жидкости и воздуха протекает частично, как минимум, в виде потока Куэтта через пенообразующее пространство 10. Поток Куэтта — это ламинарное течение вязкой жидкости между двумя плоскими пластинами таким образом, что одна пластина движется относительно другой. Поток приводится в движение силой сдвига, действующей на жидкость между двумя пластинами, в результате чего энергия вспенивания направляется за счет высокой энергии сдвига к эмульгированной жидкости.
Пенообразующее пространство 10, как правило, содержит внутренний цилиндр 11, расположенный концентрично внутри наружного цилиндра 12, вращающиеся относительно друг друга таким образом, чтобы между наружным цилиндром 12 и внутренним цилиндром 11 создавался зазор 13. Предпочтительно, чтобы внутренний цилиндр 11 представлял собой ротор, а наружный цилиндр 12 — статор, и чтобы ротор предпочтительно вращался относительно неподвижного статора. Внутренний цилиндр 11 подлежит соединению с приводным средством 31 (предпочтительно, двигателем) с помощью соединительных средств 19, которые вращают внутренний цилиндр 11 относительно наружного цилиндра 12 с заданной частотой вращения.
Пенообразующее пространство 10 также содержит отверстие для впуска первичного воздуха 14 и отверстие для впуска вторичного воздуха 15, каждое из которых сопряжено с первичным воздушным каналом 14’’ и вторичным воздушным каналом 15’’ соответственно. Отверстие для впуска первичного воздуха 14 направляет первичный входящий воздух 14’ через первичный воздушный канал 14’’ в направлении емкостного пространства 20 таким образом, что емкостное пространство 20 находится под давлением, как правило, до 100 кПа (1 бар): внутри емкостного пространства 20 с помощью клапана 21 создается положительное избыточное давление, то есть жидкость 1 под давлением быстро перемещается вследствие действия клапана 21 в направлении пенообразующего пространства 10. При подаче жидкости 1 из емкостного пространства 20 в пенообразующее пространство 10 емкостное пространство 20 находится под давлением по двум причинам: 1) давление является движущей силой, которая способствует перемещению жидкости 1 в пенообразующее пространство; 2) процесс вспенивания проходит лучше и эффективнее. Отверстие для впуска вторичного воздуха 15 направляет вторичный входящий воздух 15’ через вторичный воздушный канал 15’’ для добавления к жидкости 1, поступающей из емкостного пространства 20 с целью образования смеси жидкости и воздуха, которая затем эмульгируется в соответствии с принципом потока Куэтта внутри свободного пространства 13, между вращающимися внутренним цилиндром 11 и наружным цилиндром 12. Как только эмульгированная смесь жидкости и воздуха проходит зазор 13, она расширяется, создавая эффект вспенивания при резком увеличении размера воздушных пузырьков внутри жидкости, с последующим выходом пены через выпускное отверстие для жидкости 17. Две пластинки согласно принципу потока Куэтта располагаются в устройстве для вспенивания 100 фактически вдоль наружной стенки внутреннего цилиндра 11 и внутренней стенки наружного цилиндра 12 с возможностью вращения относительно друг друга за счет общей оси вращения 16 цилиндров.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, емкостное пространство 20 может включать в себя «оконтуренную» внутреннюю гибкую часть, содержащую жидкость 1, подлежащую пенообразованию, и наружную жесткую часть, задающую конфигурацию внешней рамы емкостного пространства 20. В данной конфигурации отверстие для впуска первичного воздуха 14 будет направлять первичный входящий воздух 14’ через первичный воздушный канал 14’’ в направлении свободного пространства, образованного между внутренней гибкой частью и наружной жесткой частью емкостного пространства 20. Затем содержащийся в зазоре воздух будет оказывать давление на внутреннюю гибкую часть, способствуя потоку жидкости в пенообразующее пространство 10. Как правило, внутренняя гибкая часть будет представлять собой эластичный мешочек, предпочтительно из пластмассы, а наружная жесткая часть — бутылку. Такая конфигурация обеспечивает следующие преимущества:
– жидкость никогда не контактирует с первичным входящим воздухом 14’, поскольку внутренняя гибкая часть сжимается по мере уменьшения объема жидкости, содержащейся в нем, что сводит к минимуму любую возможность окисления жидкости;
– емкостное пространство 20 может быть разгерметизировано после каждого использования, поскольку нет никакой необходимости в поддержании давления в зазоре между внутренней гибкой частью и наружной жесткой частью из-за отсутствия утечки жидкости: это позволило бы упростить клапан 21.
По желанию, устройство для вспенивания 100 настоящего изобретения может дополнительно содержать нагреватель (не показан) для нагревания смеси жидкости и воздуха в пенообразующем пространстве 10, что усиливает эффект вспенивания за счет дополнительно доступной энергии. Кроме того, горячая молочная пенка обычно требуется, например, для приготовления напитков. Нагреватель предпочтительно предусматривается в приборе 30 и соединяется с выпускным отверстием для жидкости 17 таким образом, что пена нагревается после образования; пена и прибор 30 не контактируют, что способствует повышению чистоты системы в соответствии с настоящим изобретением.
Нагреватель также может быть встроен в одном из двух цилиндров 11 или 12. Например, нагреватель может быть размещен внутри внутреннего цилиндра 11: когда внутренний цилиндр 11 дополнительно выполнен из теплопроводного материала, предпочтительно металла, тепло эффективно передается на наружную поверхность внутреннего цилиндра 11, задавая размер зазора 13 и, следовательно, эффективно нагревая смесь жидкости и воздуха, протекающую через указанный зазор 13. Предпочтительно, чтобы нагреватель нагревал поверхность цилиндра по всей длине (т.е. высоте) внутреннего цилиндра 11.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, устройство для вспенивания 100 может также содержать добавочное пространство 50, как правило, также одноразовое, предпочтительно прикрепленное к пенообразующему пространству 10 с возможностью снятия. Пенообразующее пространство 10 содержит отверстие для впуска добавочного воздуха 51, исходящее от прибора 30, позволяющее закачать сжатый воздух в добавочное пространство 50, нагнетаемый из отверстия для выпуска добавочного воздуха 56 таким образом, что поток добавки, содержащейся в добавочном пространстве 50, проходит через выпускное отверстие для добавки 52 одновременно вместе с выходом пены через выпускное отверстие для жидкости 17. В добавочном пространстве 50 предусмотрен дополнительный впускной клапан 53, регулирующий поток воздуха в добавочное пространство 50. Добавочное пространство 50 содержит крепежные средства 55, позволяющие соединить добавочное пространство 50 с пенообразующим пространством 10 с возможностью снятия. Как правило, крепежные средства 55 включают в себя скользящие средства, позволяющие соединить и направить добавочное пространство 50 относительно пенообразующего пространства 10, даже когда устройство для вспенивания 100 подключено к прибору 30.
Следует отметить, что добавочное пространство 50, в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой пассивный или вспомогательный элемент устройства для вспенивания 100 и прибора 30 в том смысле, что соотношение количества добавки и произведенной пены, а также расчет времени, в течение которого происходит подача добавки, контролируются средствами управления 36 или пользователем прибора 30. Кроме того, добавочный воздух 18’, подающий добавку, нагнетается третьим воздушным насосом 37 прибора 30 через добавочный канал 18’’ в направлении пенообразующего пространства 10, как объясняется ниже: следовательно, заданное добавочное пространство 50 способно работать в соединении только с определенным пенообразующим пространством 10, то есть со специально предназначенным устройством для вспенивания 100.
Устройство для вспенивания 100, в соответствии с настоящим изобретением, может присоединяться к прибору 30, включающему в себя следующие элементы, связанные с устройством для вспенивания 100:
– приводное средство 31, как правило электродвигатель, включающий в себя механическое соединение, приспособленное для соединения с соединительным средством 19 и вращения внутреннего цилиндра 11 пенообразующего пространства 10;
– первичный воздушный насос 34, подсоединяемый к отверстию для впуска первичного воздуха 14 для обеспечения подачи первичного входящего воздуха 14’;
– вторичный воздушный насос 35, подсоединяемый к отверстию для впуска вторичного воздуха 15 для обеспечения подачи вторичного входящего воздуха 15’;
– третий воздушный насос 37, дополнительно, с возможностью соединения с отверстием для впуска добавочного воздуха 51 в пенообразующем пространстве 10 для обеспечения нагнетания добавочного воздуха 18’ через добавочный канал 18’’ в направлении добавочного пространства 50.
Дополнительно прибор 30 также может включать в себя средства управления 36, которые будут управлять и контролировать параметры процесса вспенивания в пенообразующем пространстве 100, как объясняется подробно ниже. В качестве альтернативы, также возможно, чтобы прибор 30 не был оснащен средствами управления 36, а корректировка некоторых или всех параметров процесса вспенивания устройства для вспенивания 100 осуществлялась бы пользователем вручную.
Тип пены, производимой из первичной жидкости, зависит от типа жидкости, подлежащей вспениванию. Например, во время вспенивания молока тип образуемой пены зависит от типа используемого молока, такого как сырое цельное молоко, пастеризованное гомогенизированное цельное молоко, пастеризованное обезжиренное молоко, ультрапастеризованное (УВТ) гомогенизированное цельное молоко, ультрапастеризованное (УВТ) обезжиренное молоко и т.д. Для данного типа молока, за исключением условий обработки, применяемых при его производстве, пенообразующие свойства молока в значительной степени зависят от температуры, при которой молоко вспенивается, а также от содержания жира. В целом, молоко с пониженным содержанием жира лучше вспенивается при низких температурах; это также относится, хотя и в меньшей степени, к цельному молоку и сливкам. В пределах температурного диапазона от около 37°С до примерно 71°С данная тенденция меняется, и молочные продукты с более высоким содержанием жира демонстрируют большой объем пены, полученной при любой заданной точке температурного диапазона.
С другой стороны, качество вспененной жидкости определяется пенообразующими свойствами, к которым относятся: количество и размер воздушных пузырьков, образующихся в структуре вспененной жидкости; устойчивость пены, определяемая как количество стабильной пены, то есть которая по сути сохраняет свой объем, выраженная, как правило, в виде времени, необходимого для отвода 50% жидкости из пены (времени, необходимого для сокращения объема пены на 50%), и уровень вспенивания, определяемый как соотношение объема жидкости, поступающей в пенообразующее пространство 10, и объема пены, выходящей через выпускное отверстие для жидкости 17 (также известный как перерасход пены, который определяется как увеличение некоторого начального объема жидкости вследствие эффекта вспенивания).
Таким образом, для данного типа жидкости 1 (то есть содержание жира и условия обработки в процессе производства жидкости являются фиксированными значениями), свойства (количество/размер пузырьков, устойчивость и перерасход) пены, производимой для данной жидкости 1, будут определяться процессом вспенивания, осуществляемым устройством для вспенивания 100, в соответствии с настоящим изобретением, в частности, с помощью параметров обработки, подробно описанных ниже:
– скорость потока жидкости, протекающей из емкостного пространства 20 в направлении пенообразующего пространства 10 через клапан 21: эта скорость потока регулируется с помощью первичного воздушного насоса 34 и, следовательно, определяется скоростью первичного входящего воздуха 14’, нагнетаемого в емкостном пространстве 20;
– частота вращения внутреннего цилиндра 11 (ротора), управляемого с помощью приводного средства 31;
– количество вторичного входящего воздуха 15’, нагнетаемого в пенообразующем пространстве 10, управляемого с помощью вторичного воздушного насоса 35;
– по желанию, температура пены, выходящей из выпускного отверстия для жидкости 17, или смеси жидкости и воздуха в зазоре 13 внутри пенообразующего пространства 10, регулируемая нагревателем;
– по желанию, при использовании добавочного пространства, соотношение количества добавки и произведенной пены контролируется с помощью третьего воздушного насоса 37, обеспечивающего нагнетание добавочного воздуха 18’ через добавочный канал 18’’ в направлении добавочного пространства 50.
При воздействии потока Куэтта, осуществляемого в пенообразующем пространстве 100, в соответствии с настоящим изобретением, напряжение сдвига в смеси жидкости и воздуха в пенообразующем пространстве 10 в значительной степени зависит от ширины зазора 13, образованного между наружной стенкой внутреннего цилиндра 11 и внутренней стенкой наружного цилиндра 12. Согласно настоящему изобретению, одноразовое устройство для вспенивания 100 имеет заданную ширину зазора 13, которая зависит от типа жидкости 1, содержащейся в емкостном пространстве 20 и подлежащей вспениванию, выбираемую таким образом, чтобы гарантировать оптимальный эффект вспенивания путем сдвига (поток Куэтта). Как правило, ширина зазора 13 тем больше, чем выше вязкость жидкости 1, подлежащей вспениваю: например, для молока потребуется гораздо меньший зазор 13, чем для жидкого йогурта. Предпочтительно, чтобы в случае с молоком ширина зазора 13 составляла около 0,3 мм, и приблизительно 0,4 мм — для жидкого йогурта.
Предпочтительно, чтобы приводное средство 31 (как правило, электродвигатель) было приспособлено для вращения внутреннего цилиндра 11 с частотой вращения в диапазоне от 4000 до 8000 оборотов в минуту по отношению к наружному цилиндру 12. Эти предпочтительные значения частоты вращения, согласно полученным данным, обеспечивают наиболее эффективное пенообразование, то есть оптимальные параметры процесса пенообразования. Для создания эффекта потока Куэтта важно, чтобы между внутренним цилиндром 11 и наружным цилиндром 12 существовала относительная частота вращения, позволяющая приводить жидкость в зазоре 13 в движение методом сдвига. Как правило, это достигается путем фиксации наружного цилиндра 12 и вращения внутреннего цилиндра 11 согласно указанным значениям скорости, или наоборот. Относительную частоту вращения также можно достичь путем вращения двух цилиндров в противоположных направлениях по отношению друг к другу.
Предпочтительно, чтобы, в соответствии с настоящим изобретением, устройство для вспенивания 100 также содержало код 40, как правило штрихкод, который может использоваться для емкостного пространства 20 или пенообразующего пространства 10. Код 40 содержит информацию по меньшей мере об одном из следующих параметров процесса вспенивания, описанном ниже, которым обладает средство управления 36 в приборе 30 для оптимального осуществления процесса вспенивания:
– скорость потока жидкости, протекающей из емкостного пространства 20 в направлении пенообразующего пространства, являющаяся функцией давления в емкостном пространстве 20;
– частота вращения внутреннего цилиндра 11;
– количество вторичного входящего воздуха 15’ при подаче в пенообразующее пространство 10;
– температура пены, выходящей из выпускного отверстия для жидкости 17, или смеси жидкости и воздуха в зазоре 13, обеспечиваемая нагревателем.
– В некоторых случаях при использовании добавочного пространства 50, отношение количества добавки к количеству поданной пены.
Если на приборе 30 отсутствует средство управления 36, пользователь может по своему желанию настроить, по крайней мере, один из вышеупомянутых параметров.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, показанному на фигурах 1–5, пенообразующее пространство 10 (т.е. внутренний цилиндр 11 и наружный цилиндр 12) расположено перпендикулярно к емкостному пространству 20 (ось вращения 16 пенообразующего пространства 10 перпендикулярна к главной оси емкостного пространства 20), имея так называемое горизонтальное расположение. При таком горизонтальном расположении небольшой зазор 13 сообщает высокое напряжение сдвига смеси жидкости и воздуха, проходящей через пенообразующее пространство 10, в то время как внутренний цилиндр 11 вращается относительно наружного цилиндра 12. Таким образом, смесь эмульгируется в этом зазоре 13. Когда эта эмульгированная смесь поступает в вертикальный канал 8, смесь расширяется и поэтому вспенивается за пределами зоны зазора.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фигурах 6–8, пенообразующее пространство 10 (т.е. внутренний цилиндр 11 и наружный цилиндр 12) расположено параллельно к емкостному пространству 20 (ось вращения 16 пенообразующего пространства 10 параллельна главной оси емкостного пространства 20), имея так называемое вертикальное расположение. В этом вертикальном расположении небольшой зазор 13 создает высокое напряжение сдвига смеси жидкости и воздуха, проходящей через пенообразующее пространство 10, в то время как внутренний цилиндр 11 вращается относительно наружного цилиндра 12. Таким образом, смесь эмульгируется в этом зазоре 13. Когда эта эмульгированная смесь поступает во вспомогательный вертикальный канал 9, смесь расширяется и поэтому вспенивается за пределами зоны зазора.
Как схематически показано на фиг. 15, внутренний цилиндр 11 может включать в себя первую часть 11a и вторую часть 11b, причем диаметр первой части 11a больше, чем диаметр второй части 11b. Значение диаметра первой части 11а выбирается таким образом, что между первой частью 11а и наружным цилиндром 12 образуется определенный зазор 13 заданной ширины, который будет определять напряжение сдвига, сообщаемое смеси воздуха и жидкости в упомянутом зазоре 13 и, следовательно, эмульгирование этой смеси. Диаметр второй части 11b внутреннего цилиндра 11 выполнен таким образом, что камера 7 образована между второй частью 11b и наружным цилиндром 12, при этом камера 7 имеет такую ширину, при которой надлежащее расширение и, следовательно, вспенивание смеси жидкости и воздуха происходит оптимальным образом. Смесь жидкости и воздуха, полученная в пенообразующем пространстве 10 и проходящая через зазор 13, эмульгируется благодаря высокому напряжению сдвига, возникающему в узком зазоре 13 между внутренним цилиндром 11 и наружным цилиндром 12, когда внутренний цилиндр 11 вращается относительно наружного цилиндра 12. Когда эмульгированная смесь жидкости и воздуха поступает из зазора 13 в камеру 7, смесь расширяется с последующим вспениванием. Благодаря своему расширению пена выдавливается из выпускного отверстия для жидкости 17. Если диаметр выпускного отверстия для жидкости 17 больше, чем у камеры 7, смесь жидкости и воздуха вспенивается в большей степени. Конструкция, аналогичная только что описанной, также может быть реализована и для указанного выше горизонтального расположения.
Следует отметить, что даже когда на приложенных фиг. 9–13 показывается один из возможных вариантов осуществления изобретения, где добавочное пространство 50 присоединено к пенообразующему пространству 10, имеющему горизонтальное расположение, добавочное пространство 50 также можно присоединить к пенообразующему пространству 10, когда последнее находится в вертикальном расположении, аналогичном тому, которое показано на фиг. 9–13.
Как правило, комплект системы пенообразования включает в себя устройство для вспенивания 100 и прибор 30. Обычно, устройство для вспенивания 100 состоит из пенообразующего пространства 10, емкостного пространства 20, дополнительно имеет код 40, а также в некоторых случаях снабжено добавочным пространством 50.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на его предпочтительные варианты осуществления, оно предполагает возможность внесения многих модификаций и изменений, которые могут быть выполнены лицом, обладающим обычными техническими знаниями без отступления от объема этого изобретения, который определяется прилагаемыми формулами изобретения.
Перечень обозначений
100 Одноразовое устройство для вспенивания
10 Пенообразующее пространство
11 Внутренний цилиндр
11a Первая часть
11b Вторая часть
7 Камера
8 Вертикальный канал
9 Вспомогательный вертикальный канал
12 Наружный цилиндр
13 Зазор между внутренним и наружным цилиндрами
14 Отверстие для впуска первичного воздуха
14’ Первичный входящий воздух
14’’ Первичный воздушный канал
15 Отверстие для впуска вторичного воздуха
15’ Вторичный входящий воздух
15’’ Вторичный воздушный канал
16 Ось вращения
17 Выпускное отверстие для жидкости
18’ Добавочный воздух
18’’ Добавочный канал
19 Соединительное средство
51 Отверстие для впуска добавочного воздуха
56 Отверстие для выпуска добавочного воздуха
20 Емкостное пространство
1 Жидкость
21 Клапан
40 Код
50 Добавочное пространство
52 Выпускное отверстие для добавки
53 Дополнительный впускной клапан
55 Крепежные средства
30 Прибор
31 Приводное средство
34 Первичный воздушный насос
35 Вторичный воздушный насос
36 Средство управления
37 Третий воздушный насос