Устройство для вспенивания жидкости - RU2570495C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к устройству для вспенивания жидкости, содержащему устройство насыщения воздухом, посредством которого жидкость является пронизываемой воздухом, соединенное посредством линии с устройством насыщения воздухом выпускное устройство, и насос для подачи пронизанной воздухом жидкости от устройства насыщения воздухом к выпускному устройству.

Устройство такого рода известно, например, из DE 102008058934 А1. У известного устройства в выпускной форсунке расположена сетка, через которую проходит уже вспененная жидкость. За счет этого содержащиеся в пене крупные воздушные пузырьки разрушаются и образуются мелкие пузырьки, размер которых зависит от величины ячеек сетки. Благодаря мелким пузырькам образуется устойчивая пена.

Хотя посредством известного устройства также возможно получение высококачественной пены, изобретатель считает, что ее качество можно улучшить.

Задачей изобретения является создание устройства названного выше типа, которое обеспечивает возможность производить высококачественную устойчивую пену.

Эта задача решена за счет того, что в линии расположено по меньшей мере одно гидравлическое сопротивление, имеющее множество примыкающих друг к другу, выполненных с возможностью перемещения относительно друг друга элементов сопротивления из эластичного материала, между которыми образованы проходы для пронизанной воздухом жидкости, и того, что гидравлическое сопротивление является позиционируемым относительно контропоры таким образом, что элементы сопротивления при подводе давления с помощью пронизанной воздухом жидкости уплотняются.

В основе изобретения лежит понимание того, что при увеличивающемся давлении поданной на гидравлическое сопротивление пронизанной воздухом жидкости содержащиеся в гидравлическом сопротивлении элементы сопротивления уплотняются и поперечное сечение образованных между элементами сопротивления проходов уменьшается. При уменьшении давления поданной на гидравлическое сопротивление пронизанной воздухом жидкости элементы сопротивления, например, благодаря их эластичности и/или из-за завихрений, возникающих в жидкости при прохождении пронизанной воздухом жидкости через проходы, разрыхляются. При этом поперечное сечение образованных между элементами сопротивления проходов увеличивается. За счет этого при прохождении пронизанной воздухом жидкости через гидравлическое сопротивление образуется очень мелкопористая и устойчивая пена. Эта пена имеет очень высокое качество. Эластичность гидравлического сопротивления предпочтительно подобрана в соответствии с созданным насосом давлением подачи таким образом, что жидкость с пропущенным через нее воздухом при протекании через гидравлическое сопротивление воздействует на гидравлическое сопротивление с силой от 1 ньютона до 400 ньютонов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения гидравлическое сопротивление расположено в выпускном устройстве. Тогда устройство выдает особенно нежную и равномерную пену.

Оказалось очень предпочтительным, если элементы сопротивления являются гранулами. В этом случае гидравлическое сопротивление может быть изготовлено с наименьшими издержками. Предпочтительно гранулы имеют форму, отличную от шара, например преимущественно овальную форму и/или прямоугольную форму. Отдельные гранулы могут иметь различную геометрию и/или различные размеры. Предпочтительно длина гранул лежит в диапазоне от 0,5 до 3,5 мм, прежде всего от 0,5 до 1,2 мм. Предпочтительно поверхность гранул имеет грани, ступеньки или выступы. Однако поверхность гранул может быть также непрерывно дифференцируемой. Предпочтительно зерна состоят из синтетического материала, имеющего твердость по Шору 28-100.

Предпочтительно, насос является объемным насосом, а гидравлическое сопротивление расположено между насосом и выпускным устройством, прежде всего между насосом и включенным в линию нагревательным прибором для нагрева пронизанной воздухом жидкости. При этом посредством гидравлического сопротивления сглаживаются пики давления в пронизанной воздухом жидкости, которые могут, например, возникать, если объемный насос неравномерно подает жидкость с пропущенным через нее воздухом. При этом посредством гидравлического сопротивления обеспечивается более равномерная выдача пены на выпускном устройстве, причем, прежде всего, предотвращаются брызги. Объемный насос может быть, прежде всего, шланговым перистальтическим насосом, насосом с длинным валом или мембранным насосом. Однако устройство согласно данному изобретению может иметь любой другой насос, прежде всего шестеренчатый насос или шиберный насос.

При необходимости, между насосом и гидравлическим сопротивлением в линии может быть расположен обратный клапан, пропускающий текущий от устройства насыщения воздухом к выпускному устройству поток. За счет этой меры также может быть обеспечена равномерная выдача пены на выпускном устройстве.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения нагревательный прибор выполнен в виде бойлера низкого давления, причем между нагревательным прибором и выпускным устройством расположен управляемый выпускной клапан, и причем выпускной клапан управляется управляющим устройством таким образом, что насыщенная воздухом жидкость в нагревательном приборе имеет давление от 0,5 бара до 4 бар, прежде всего давление от 1 бара до 3 бар. Предпочтительно давление сохраняется и при отключенном насосе. Это может быть обеспечено посредством того, что перед отключением насоса сначала с помощью управляющего устройства закрывается выпускной клапан с тем, чтобы насыщенная воздухом жидкость была заперта в находящемся между обратным клапаном и выпускным клапаном объеме линии. За счет этого предотвращается, что при использовании устройства в качестве устройства для вспенивания молока насыщенное воздухом молоко образует пенку и/или молочный камень, которая (-ый) может забить гидравлическое сопротивление.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения элементы сопротивления выполнены волокнообразными и соединены друг с другом в эластично деформируемую шерсть. При этом волокнообразные элементы сопротивления предпочтительно состоят из эластичного, температуростойкого материала, прежде всего металла. Отдельные волокна шерсти имеют различные размеры поперечного сечения. Кроме того, размеры поперечного сечения отдельных волокон на протяжении от одного конца нити к другому могут меняться.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения элементы сопротивления состоят из натурального материала, прежде всего из кокоса и/или волоса. Тогда элементы сопротивления после использования могут быть просто и экологично утилизированы.

В другом предпочтительном варианте осуществления элементы сопротивления образованы стружкой или обрезками стружки, имеющими по существу постоянное поперечное сечение в продольном направлении. Предпочтительно стружка имеет геометрию поперечного сечения, отличную от окружности, прежде всего, многогранную форму поперечного сечения. Ширина стружки может составлять от 0,1 мм до 7 мм, прежде всего от 0,2 мм до 3 мм, предпочтительно от 0,3 мм до 1 мм. Толщина стружки может составлять от 0,1 мм до 1 мм, предпочтительно от 0,2 мм до 0,6 мм. Опыты показали, что посредством такой стружки может быть получена особенно мелкопористая стойкая пена. Например, стружка с точно определенными размерами поперечного сечения может быть изготовлена с помощью токарного станка. За счет этого обеспечивается постоянное высокое качество пены. Предпочтительно, если элементы сопротивления состоят из синтетического материала, прежде всего тефлона, полиоксиметилена (РОМ) или полиамида (РА). Благодаря этому и при высоких температурах может быть достигнута требуемая эластичность элементов сопротивления. Кроме того, обеспечивается пригодность элементов сопротивления для использования в контакте с пищевыми продуктами.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения элементы сопротивления заключены между расположенными друг за другом в линии решетками или сетками, которые своими плоскостями протяженности направлены поперечно продольной протяженности линии и выполнены с возможностью сближения друг с другом из положения покоя с уплотнением элементов сопротивления, причем более удаленная от устройства насыщения воздухом решетка или более удаленная от устройства насыщения воздухом сетка выполнена в виде контропоры, относительно которой являются позиционируемыми элементы сопротивления при подводе давления с помощью пронизанной воздухом жидкости. Решетки или сетки с одной стороны препятствуют попаданию элементов сопротивления за пределы объема, заключенного между обеими решетками или сетками. Для этого поперечные размеры отверстий решеток или сеток подобраны относительно размеров элементов сопротивления таким образом, что последние не могут пройти через отверстия. Однако, с другой стороны, давление насыщенной воздухом жидкости при протекании жидкости внутри гидравлического сопротивления через решетки или сетки также может лучше передаваться на элементы сопротивления, чтобы гидравлическое сопротивление сильнее уплотнялось.

Оказалось предпочтительным, если живое (проходное) сечение решетки со стороны впуска или сетки со стороны впуска меньше живого сечения решетки со стороны выпуска или сетки со стороны выпуска. За счет этого элементы сопротивления еще больше уплотняются или сжимаются давлением насыщенной воздухом жидкости.

В усовершенствованном варианте осуществления изобретения элементы сопротивления и, при известных обстоятельствах, решетки или сетки расположены во внутреннем полом пространстве выполненного с возможностью разъемного соединения с линией или выпускным устройством картриджа. Благодаря этому элементы сопротивления и, при известных обстоятельствах, решетки или сетки при необходимости могут быть просто заменены вместе с картриджем и заменены соответствующей запасной частью. Благодаря этому гидравлическое сопротивление может просто содержаться в гигиенической чистоте. Предпочтительно картридж имеет наружный диаметр порядка 5-50 мм и осевую длину 4-60 мм.

Далее примеры осуществления изобретения более подробно поясняются с помощью чертежа. Показано на:

Фиг. 1 схематичное изображение в виде блочной схемы устройства согласно данному изобретению,

Фиг. 2 продольный разрез узла насыщения воздухом устройства насыщения воздухом,

Фиг. 3 продольный разрез обратного клапана,

Фиг. 4 продольный разрез первого примера осуществления встроенного в картридж гидравлического сопротивления,

Фиг. 5 вид на выпускную сторону гидравлического сопротивления,

Фиг. 6 вид на впускную сторону гидравлического сопротивления,

Фиг. 7 продольный разрез показанного на фиг. 4 гидравлического сопротивления, причем гидравлическое сопротивление встроено в трубопровод,

Фиг. 8 продольный разрез второго примера осуществления гидравлического сопротивления, и

Фиг. 9 продольный разрез третьего примера осуществления гидравлического сопротивления.

Обозначенное в целом на фиг. 1 ссылочным обозначением 1 устройство для вспенивания жидкости имеет резервуар 2 для молока 3. Молоко 3 может быть охлаждено посредством подробно не показанного на чертеже охлаждающего устройства в резервуаре 2 примерно на 6 градусов Цельсия для предотвращения образования бактерий.

Резервуар 2 через всасывающую линию 4 соединен с всасывающим отверстием объемного насоса 5, который предпочтительно выполнен в виде шлангового перистальтического насоса. На своем удаленном от насоса 5, погруженном в рабочем положении в молоко 3 конце всасывающая линия 4 имеет обратный клапан 6, пропускающий поток в направлении подачи и перекрывающий поток против направления подачи.

Насос 5 на напорной стороне через еще одну линию 7 соединен с выпускным устройством 8. За счет этого посредством насоса 5 молоко 3 из резервуара 2 может быть подано на выпускное устройство 8.

На всасывающей линии 4 расположен подробно показанный на фиг. 2 узел насыщения воздухом 9, имеющий первое соединенное с всасывающей линией 4 впускное отверстие 10 для молока 3, соединенное с линией 11 подачи воздуха второе впускное отверстие 12 для воздуха и соединенное с линией 7 выпускное отверстие 13. Через второе впускное отверстие 12 в молоко 3, поперечно направлению его подачи, подается воздух, насыщающий молоко 3.

В линии подачи воздуха 11 расположен воздушный регулировочный клапан 14. Отдаленное от узла насыщения воздухом соединение воздушного регулировочного клапана 14 соединено с подводом 15, впускное отверстие которого расположено таким образом, что загрязненный воздух не всасывается. В подводе 15 также может быть расположен угольный фильтр.

В линии 7 расположен нагревательный прибор 16 для нагрева пронизанной воздухом жидкости. Нагревательный прибор 16 выполнен в виде бойлера низкого давления объемом 0,4 литра. Рабочее давление в бойлере низкого давления предпочтительно составляет от 2,4 бар до 4 бар. В нагревательном приборе 16 расположен не показанный подробно на чертеже трубчатый змеевик, через который направляется насыщенное воздухом молоко 3. Внутри нагревательного прибора 16 расположен разогретый до заранее заданной температуры теплоноситель, отдающий свое тепло через трубчатый змеевик молоку 3, направляемому через трубчатый змеевик. В линии 7, кроме того, расположен электромагнитный выпускной клапан 17, посредством которого может быть прерван поток молока 3.

Между выпускным клапаном 17 и нагревательным прибором 16 в линии 7 расположено первое гидравлическое сопротивление 18, через которое протекает насыщенное воздухом молоко. Первое гидравлическое сопротивление 18 выполнено с возможностью разъемного соединения с линией 7 посредством подробно не показанного на чертеже резьбового соединения.

Как видно на фиг. 4, первое гидравлическое сопротивление 18 имеет приблизительно цилиндрический картридж 19, размеры поперечного сечения которого приблизительно соответствуют размерам внутреннего поперечного сечения отрезка линии 7, в которой расположено первое гидравлическое сопротивление 18. Картридж 19 имеет расположенную по периметру в окружном направлении периферическую стенку, окружающую внутреннее полое пространство, в котором в качестве элементов 20а сопротивления расположено множество эластичных гранул из полимерного материала, образующих сыпучий материал, соседние друг с другом гранулы которого свободно прилегают друг к другу.

Картридж 19 наполнен сыпучим материалом таким образом, что гранулы во внутреннем полом пространстве картриджа 19 имеют возможность перемещения относительно друг друга. Между гранулами образованы проходы, через которые может протекать насыщенное воздухом молоко.

Картридж 19 имеет образованную первой решеткой 21 первую торцевую стенку. Она простирается по плоскости, проходящей перпендикулярно центральной продольной оси периферической стенки картриджа 19. Край первой решетки 21 граничит с внутренней поверхностью периферической стенки картриджа 19. Как видно на фиг. 4 и 5, периферическая стенка картриджа 19 имеет на внутренней стороне несколько смещенных относительно друг друга в окружном направлении первых выступов 22а, на которые опирается первая решетка 21.

Кроме того, на фиг. 5 видно, что первая решетка 21 имеет множество первых проходных отверстий 23 для молочной пены. Размер в свету первых проходных отверстий 23 меньше соответствующего размера элементов 20а сопротивления, поэтому они не проходят через первые проходные отверстия 23. На фиг. 4 видно, что элементы 20а сопротивления опираются на первую решетку 21.

На своем удаленном от первой решетки 21 конце стороны подачи картридж 19 имеет образованную второй решеткой 24 вторую торцевую стенку, проходящую параллельно первой торцевой стенке и отделенную от нее в осевом направлении сыпучим материалом. Край второй решетки 24 граничит с внутренней поверхностью периферической стенки картриджа 19. Как видно на фиг. 4 и 6, периферическая стенка картриджа 19 имеет на внутренней стороне несколько смещенных относительно друг друга в окружном направлении вторых выступов 22b, перекрывающих вторую решетку 24.

На фиг. 6 видно, что вторая решетка 24 имеет множество вторых проходных отверстий 25 для насыщенного воздухом молока. Размер в свету вторых проходных отверстий 25 меньше соответствующего размера элементов 20а сопротивления, поэтому они не проходят через вторые проходные отверстия 25, а заключены между решетками 21, 24. На фиг. 4 видно, что вторая решетка опирается на сыпучий материал. Вторые проходные отверстия 25 расположены в кольцевой области второй решетки 24, окружающей среднюю дискообразную область второй решетки 24, в которой она не имеет проходных отверстий. Вторая решетка 24 выполнена в виде отбойной перегородки. Благодаря этому на вторую решетку 24 передается большая, чем на первую решетку 21, часть созданного насосом давления.

На фиг. 7 видно, что картридж 19 со стороны выпуска опирается на предусмотренное на внутренней стенке линии 7 первое место 27 контропоры. При сравнении фиг. 4 с фиг. 7 становится ясно, что вторая решетка 24 выполнена с возможностью осевого перемещения в картридже 19 и, при прохождении жидкости через первое гидравлическое сопротивление 18, смещается относительно картриджа 19 в направлении первой решетки 21. При этом решетки 21 давят на первое гидравлическое сопротивление 18 с силой от приблизительно 50 ньютонов до 200 ньютонов, в результате чего содержащийся в картридже 19 сыпучий материал уплотняется при прохождении насыщенного воздухом молока 3 через первое гидравлическое сопротивление 18. Посредством первого гидравлического сопротивления 18 уменьшаются колебания давления, вызванные насосом 5.

В выпускном устройстве 8 расположено второе гидравлическое сопротивление 28, посредством которого из насыщенного воздухом молока 3 производится очень нежная устойчивая молочная пена, отпускаемая в расположенную под выпускным устройством 8 чашку 29. Выпускное устройство 8 разделено на две части, причем одна часть в месте разделения имеет выемку, в которой расположено второе гидравлическое сопротивление 28. Это позволяет просто удалять второе гидравлическое сопротивление 28 из выпускного устройства 8 или устанавливать его в выпускное устройство 8.

Выпускное устройство 8 имеет не показанное на чертеже второе место контропоры, на которое опирается второе гидравлическое сопротивление 28. За счет второго места контропоры предотвращается смещение второго гидравлического сопротивления 28 в направлении движения потока в выпускном устройстве 8.

В первом примере осуществления второе гидравлическое сопротивление 28 конструктивно идентично первому гидравлическому сопротивлению 18.

Во втором примере осуществления второе гидравлическое сопротивление 28 имеет вместо сыпучего материала эластично деформируемую стружку из полимерного материала (фиг. 8). При этом элементы 20b сопротивления образованы расположенными друг за другом отрезками стружки, имеющими возможность перемещения относительно друг друга. Альтернативно, элементы 20b сопротивления могут быть выполнены в виде отдельных стружек 20b. Стружка имеет приблизительно прямоугольное поперечное сечение, причем ширина стружки составляет 3,5 мм, а толщина стружки составляет 0,5 мм.

Элементы 20b сопротивления расположены в картридже 19 между решетками 21, 24. Картридж 19 второго примера осуществления соответствует картриджу первого примера осуществления. Решетки 21, 24 второго примера осуществления конструктивно идентичны решеткам первого примера осуществления. Описание первого примера осуществления соответственно справедливо для второго примера осуществления.

В третьем примере осуществления изобретения гидравлическое сопротивление 28 имеет волокнообразные элементы 20с сопротивления, образующие шерсть (фиг. 9). При этом элементы сопротивления состоят из кокосовых волокон. Элементы 20с сопротивления расположены в картридже 19 между решетками 21, 24. Картридж 19 третьего примера осуществления соответствует картриджу первого примера осуществления. Решетки 21, 24 третьего примера осуществления конструктивно идентичны решеткам первого примера осуществления. Описание первого примера осуществления соответственно справедливо для третьего примера осуществления.

Для управления устройством предусмотрено подробно не показанное на чертеже управляющее устройство, имеющее переключатель. Срабатывание переключателя извещает управляющее устройство о том, что должна быть произведена порция молочной пены. На основании этого управляющее устройство вызывает срабатывание насоса 5 и открывание выпускного клапана 17. В результате этого насос 5 прокачивает молоко 3 из резервуара 2 через нагревательный прибор 16, благодаря чему молоко нагревается, к выпускному устройству. Благодаря тому что молоко протекает через узел 9 насыщения воздухом, через линию 11 подачи воздуха в молоко попадает воздух и насыщает его.

Насыщенное воздухом молоко нагревается в нагревательном приборе 16, в результате чего оно в дальнейшем вспенивается. Сначала вспененное молоко подается на первое гидравлическое сопротивление 18 для выравнивания перепадов давления, вызванных насосом, а затем через выпускной клапан 17 попадает во второе гидравлическое сопротивление 28. При продавливании насыщенного воздухом молока через второе гидравлическое сопротивление 28 элементы 20а, 20b, 20с сопротивления уплотняются, в результате чего образуется нежная устойчивая молочная пена.

Также необходимо упомянуть, что первое гидравлическое сопротивление 18 может оказаться ненужным, прежде всего, если насос 5 обеспечивает равномерное давление подачи.

Реферат

Изобретение относится к устройству для вспенивания жидкости, содержащему устройство насыщения воздухом, посредством которого жидкость является пронизываемой воздухом. Устройство насыщения воздухом соединено с выпускным устройством. В линии соединения расположено по меньшей мере одно гидравлическое сопротивление, имеющее множество примыкающих друг к другу, выполненных с возможностью перемещения относительно друг друга элементов сопротивления из эластичного материала, между которыми образованы проходы для пронизанной воздухом жидкости. Гидравлическое сопротивление является позиционируемым относительно контропоры таким образом, что элементы сопротивления при подводе давления с помощью пронизанной воздухом жидкости уплотняются. Таким образом, достигается образование мелкопористой и очень устойчивой высококачественной пены. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула