液体的非入侵性混合的制作方法

1.本公开涉及流体的混合，该流体例如为诸如牛奶的液体。


背景技术：

2.在许多行业中，例如，在食品行业、化学行业和制药行业中，分散液、悬浮液和乳状液需要混合或保持混合。通常，存在用于卫生和无菌的强大驱动器以最大限度地延长产品的保质期。在这些行业中，传统的混合涉及将部件(例如，叶轮)插入到分散液、悬浮液或乳状液中以促进混合。然而，该部件可能需要清洗，这可能会花费时间。此外，每次进行清洗时，清洗都可能涉及劳动力和能源成本。因此，在例如食品(诸如乳制品)行业中，清洗是成本的重要部分。
3.超声波清洗槽使用超声波来清洗/混合/增加化学反应。然而，这些通常基于高功率超声
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只在小的定义点处具有高强度
‑
其中工作原理主要由空化和局部诱导的温度增加来主导。超声波混合/分选的应用也可能出现在微流控装置中。通常使用驻波，这在微流控装置中相对容易实现，但对于较大的装置是不可行。不幸的是，基于已知的超声波的混合可能不适用于容易被损坏的液体，例如，分散液和乳状液。对于许多液体，峰值液体速度或诱导的剪切应力有容许的上限。例如，对于牛奶，上限可以通过在高剪切应力下分解蛋白质
‑
脂肪结构来确定。但保持在上限以下可能会导致混合不充分。
4.因此，需要进一步改进流体的混合，这可以减轻已知方法的缺点，同时保持已知方法的至少一些优点。


技术实现要素：

5.本公开的各方面涉及用于混合流体(例如，液体)的设备和方法。混合容器具有容器壁，混合容器可以用于盛装流体。一个或多个声学换能器可以被布置在容器壁上。声学换能器可以被配置为产生被引导到流体中的相应的声波。这可以引起流体中的相应的流型(声流)。例如，流型可以通过在混合容器中的一个或多个位置处的流体的相应的流动方向和/或流动速度来描述。通常，混合是通过在整个容器中携带流体和/或颗粒的流动来实现的。
6.优选地，控制一个或多个声学换能器以在不同声波的产生之间自动地切换。这可以引起不同流型之间的切换，以改善流体混合，而不必增加驱动功率。发明人意识到，在不切换声波产生的情况下，可能会形成固定或稳定状态的流型，例如，在该流型中，流体中各位置处的流动方向和速度不再改变。例如，在固定的流型中，可能会形成层流，在层流中发生最小混合。此外，固定的流型可以包括流体保持停滞的区域。例如，通过在一个或多个位置处，优选地在整个容器中切换流动方向和/或流动速度，可以形成不同的流型。有利地，不同流动之间的切换可以破坏容器中的层流和/或停滞区域，例如，产生可以改善混合性能的涡流。因此，可以通过切换不同的混合模式而不损坏流体，而不是例如增加换能器的功率(这可能因过度流动/剪切而损坏流体)来提高混合效率。
附图说明
7.通过以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本公开的设备、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点，在附图中：
8.图1a和图1b示出了圆形的流型；
9.图2a和图2b示出了螺旋的流型；
10.图3a和图3b示出了具有相反流动方向的流型；
11.图4a和图4b示出了环形或圆环形状的混合容器；
12.图5a和图5b示出了相对于相对的壁成角度定向的声波；
13.图6a和图6b示出了声流和辐射力的组合；
14.图7a示出了压力分布强度；
15.图7b示出了声波之间的干扰。
具体实施方式
16.用于描述特定实施例的术语不旨在限制本发明。如在此所使用的，除非上下文另有明确的指明，否则单数形式“一”、“一个”和“这个”也旨在包括复数形式。术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个列出项目的任一和所有组合。应当理解，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征的存在，但不排除一个或多个其他特征的存在或添加。应当进一步理解，当方法的特定步骤被称为在另一步骤之后时，除非另有说明，否则该方法的特定步骤可以直接在所述另一步骤之后，或者可以在执行该特定步骤之前进行一个或多个中间步骤。同样，应当理解，在描述结构或部件之间的连接时，除非另有说明，否则可以直接建立该连接或者可以通过中间结构或中间部件来建立该连接。
17.在下文中，参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。在附图中，为了清楚起见，可能放大了系统、部件、层和区域的绝对尺寸和相对尺寸。可以参照本发明的可能理想化的实施例和中间结构的示意图和/或横截面图来描述实施例。在说明书和附图中，相同的数字始终是指相同的元件。相关术语及其派生词应被解释为是指如随后所描述的或所讨论的附图中所示的定向。这些相关术语是为了便于描述，除非另有说明，否则不要求系统以特定定向构造或运行。
18.图1a和图1b示出了本文所述的体现为用于混合流体f的设备100的各方面。通常，设备100包括混合容器10，混合容器具有容器壁11，混合容器用于盛装流体f。如在此所描述的，设备通常具有至少一个换能器，至少一个换能器被布置在容器壁11上以用于混合流体f。在优选的实施例中(例如，如图所示)，多个声学换能器21、22被布置在容器壁11上。在另一或又一实施例中，一个或多个声学换能器21、22被配置为产生相应的声波w1、w2，声波被引导到流体f中，以用于(优选地通过声流)在流体f中引起相应的流型f1、f2。在此描述的各方面也可以体现为用于混合流体f的方法。通常，该方法包括将流体f盛装在混合容器10中并且产生被引导到流体f中的相应的声波w1、w2，以用于通过声流在流体f中引起相应的流型f1、f2。
19.在一些实施例中，控制器15被配置为控制一个或多个声学换能器21、22。在优选的实施例中，控制器被配置(例如，被编程)为在不同声波w1、w2的产生之间自动地切换。这可以引起不同流型f1、f2之间的切换，以改善流体混合。类似地，该方法还可以包括(通过控制
器或其他方式)在不同声波w1、w2的产生之间进行切换，以引起不同流型f1、f2之间的切换。虽然在不同流型之间的切换可以提供与本文所述的不同方面相结合的协同优势，但也可以设想在不切换的情况下应用本教导中的至少一些教导。特别地，本文描述的各方面和优点(例如，圆形/螺旋形的流型、相对/剪切的流型、与相对的壁成角度的流型和/或在液/气界面上撞击声波的流型)、容器/换能器配置以及运行参数也可以在不切换的情况下应用，以实现有效的流体混合的优点中的至少一些优点。
20.在一些实施例中，致动(有或没有间歇性的切换)保持相对长的时间段，例如，长于一分钟、十分钟、半小时或更长。例如，一些流体(例如，牛奶)可能需要不断混合，以保持所需的特性。因此，只要流体存储在混合容器10中，就可以保持混合。在一些实施例中，例如，当认为混合足够时，可以关闭致动。例如，在不同致动模式之间的循环中，也可以暂时关闭致动。
21.在一些实施例中，声学换能器21、22被配置为通过在第一时间段t1内产生第一组声波w1来引起第一流型f1，然后自动地切换以通过在第二时间段t2内产生不同的第二组声波w2来引起不同的第二流型f2。在一个实施例中，可以选择时间段t1、t2以对应于在容器中形成的固定流型(例如，主要层流)所需的时间。通过在该时间前后(或在该时间之前)切换换能器，可以破坏固定的流型以保持最佳的混合条件。例如，每个时间段t1、t2可以至少是一秒、两秒、五秒或十秒以上。例如，在切换到下一个流型之前，每个流型可以保持在一秒到一百秒之间，优选地，每个流型可以保持在五秒到三十秒之间，或者保持在十秒到二十秒之间。
22.在一些实施例中，换能器21的第一子集被配置为引起第一流型f1，而换能器22的不同的第二子集被配置为引起第二流型f2。在一个实施例中，换能器的各个子集可以是排他的。例如，属于第一子集的换能器不属于第二子集，反之，属于第二子集的换能器不属于第一子集。如图所示，有利地，换能器21、22的每个子集可以被具体布置为引起特定的相应的流型f1、f2。在其他或进一步的实施例中，一个或多个换能器可以在子集(在此未示出)之间共享。例如，属于第一子集的一些换能器也可以属于第二子集，而其他换能器可能是相应的子集所独有的。
23.在一些实施例中，通过(控制器15)在致动器21、22的不同子集之间切换致动而产生不同的流型f1、f2。例如，为了产生第一流型f1，致动第一组致动器21。例如，为了产生第二流型f2，致动不同的第二组致动器22。在一个实施例中，可以通过切换属于一个或多个组的一个或多个致动器的运行参数来产生不同的流型f1、f2。例如，可通过将一个或多个致动器从第一致动频率切换到不同的第二致动频率来改变流型的切换。
24.在一些实施例中，例如，通过在一秒内将致动从一种运行模式切换到完全不同的模式来突然地改变流型。例如，在关闭一个或多个声学换能器的第一组21的同时或不久之后，打开一个或多个声学换能器的第二组22。突然地切换可以例如通过流动方向的突然改变来引起涡流的形成以改善混合。在其他或进一步的实施例中，可以切换流型以逐渐改变流动。例如，(例如，在一秒或几秒的时间段内，例如，多达十秒或更长的时间段内)一个或多个声学换能器的第一组21的致动被斜坡下降，而一个或多个声学换能器的第二组22的致动被斜坡上升。
25.在一些实施例中，一个或多个声学换能器21、22被配置为在两个、三个、四个、五个
或更多个不同的流型之间交替。不同流型的数量越多，它们在使流体有效混合方面可以更好地互补。优选地，流型尽可能不同，例如，具有完全不同的流动方向。
26.在一些实施例中，第一流型f1具有第一流动方向v1，以及第二流型f2具有不同的第二流动方向v2。有利地，在具有不同的流动方向v1、v2的流型f1、f2之间切换可以破坏层流和/或抵消混合容器10中的停滞区域。在一个实施例中，流动方向v1与第二流动方向v2大体相反。例如，第一流型f1的在混合容器10中的一位置处的平均流动方向v1可以相对于第一流型f1的在同一位置处的平均流动方向v2成相对大的角度，例如，成大于九十度、大于一百二十度、大于一百五十度、直至一百八十度(完全相反)的角度。例如，第一流型f1可以是顺时针方向，以及第二流型可以是逆时针方向。在另一或又一实施例中(此处未示出)，第一流动方向v1大体横向于第二流动方向v2，例如，其中平均流动方向v1、v2之间的夹角介于四十五度到一百三十五度之间。
27.在一些实施例中，可以通过源自不同的声学换能器21、22的声波w1、w2和/或使用以不同角度α1、α2定向的波/换能器来实现不同的流动方向。通常，声波w1、w2沿相应的声学轴线a1、a2被引导到流体f中。在一个实施例中，例如，如图所示，声学轴线a1、a2相对于(内)容器壁11的法线an成相应的角度α1、α2，用于使相应的流体流f1、f2的主流分量与容器壁11相切。例如，角度α大于十度(平面角)，优选地大于二十度，或甚至大于三十度、大于四十度、或大于五十度，例如，介于四十度到八十度之间。角度α越大(直到九十度)，流体越可能开始沿壁定向的流型。
28.在一些实施例中，例如，如图所示，第一声学换能器21具有声学轴线a1，声学轴线a1相对于容器壁11的法线an成第一角度α1，以及第二声学换能器22具有声学轴线a2，声学轴线a2相对于容器壁11的法线an成第二角度α2。在一个实施例中，角度α1、α2可以相同，但例如以不同的方向定向。例如，如图所示，角度α1、α2可以沿容器壁11的圆周相反地定向。替代地，或附加地，角度α1、α2相对于各自的法线an的方向也可以具有横向定向的分量(在此不可见)。
29.在一些实施例中，一个或多个声学换能器21、22被布置在混合容器10的外侧，即，被布置在容器壁11相对于流体f的相对侧上。例如，在维护和/或保持流体不接触的方面，将换能器保持在外侧可能是有利的。在其他或进一步的实施例中，一个或多个声学换能器21、22可以部分地或完全地埋在容器壁11中，以便更容易地将波耦合到流体中。优选地，一个或多个声学换能器21、22不与流体接触，例如，以防止污染。
30.在一些实施例中，楔形元件11w被布置在声学换能器21、22和容器壁11之间以确定角度α。在另一或又一实施例中，容器壁11本身可以包含或形成楔形表面，一个或多个声学换能器21、22可以抵靠该楔形表面安装。一个或多个声学换能器21、22也可以例如以相对于(内)表面法线成角度地或以其他方式部分地埋在容器壁11内。虽然在所示的实施例中，一个或多个声学换能器21、22成角度地安装在楔形元件上，但替代地，例如，通过将互补的第二楔形元件(未示出)安装到第一楔形元件上，换能器可以被安装在与壁相同的方向(在平面内)上。例如，互连的楔形元件可以具有不同的声学阻抗，用于在所需的角度下折射声波。
31.在一些实施例中，一个或多个换能器被配置为主要沿流体的方向引导声波。在另一或又一的实施例中，声波也可以沿容器的壁定向。例如，换能器可以被配置为在容器的壁中诱导导波，然后导波折射到液体中并且产生声学(驻)波场(在液体中：压缩波)。然后，该
声学压缩波场诱导液体进行混合。还可以设想组合，例如，一些换能器被配置为产生直接进入流体中的波，以及其他(或相同)换能器被配置为在容器壁中产生导波。
32.在一些实施例(未示出)中，声波w1、w2进入流体的方向(声流方向)可以通过对由多个声学换能器产生的单个波进行组合来确定。例如，可以使用换能器的相控阵列，其中，声流或组合波的方向可以由形成阵列的相应换能器的各个波的相对相位来确定。在一个实施例中，容器壁11可以排列有换能器的阵列，并且通过调整致动换能器的相对相位来切换流的方向。
33.在一些实施例中，混合容器10具有圆形形状，并且换能器被布置为沿容器壁11引起循环流动。例如，混合容器10可以具有圆柱形形状，例如，如图2a和图2b所示；或者具有环形形状，例如，如图4a和图4b所示。还可以设想具有椭圆形形状，例如，如图5a所示。有利地，使用圆形(椭圆形)形状的混合容器10可以更容易地形成贯穿的流动，同时最小化停滞区域(在该停滞区域中，混合较少)。替代地，还可以使用其他形状的混合容器，其他形状例如为如图4a、图4b、图6a、图6b所示的矩形；或者例如为如图5b所示的多边形。该形状的拐角可能有助于产生局部涡流，这也可以促进混合。
34.图2a和图2b示出了多个实施例，在这些实施例中，一个或多个声学换能器21、22被配置为在混合容器10中引起螺旋的流型f1、f2。例如，螺旋的流型可以包括总体旋转流动分量以及横向于旋转的总体纵向流动分量。在一些实施例中，例如，如图所示，混合容器10具有圆柱形形状以引导螺旋流动。例如，一个或多个第一声学换能器21的组被配置为引起顺时针螺旋流动，而一个或多个第二声学换能器22的组被配置为引起逆时针螺旋流动。有利地，螺旋流动可以由圆柱形容器壁11引导。在一些实施例中，一个或多个换能器可以被布置为使流体穿过容器的中间回流。
35.图3a和图3b示出了具有相反流动方向的流型。在一些实施例中，例如，如图所示，第一换能器21a被配置为在第一方向v1a上沿第一声学轴线a1a引导第一换能器的声波w1a，而布置在容器的第二壁11b上的第二换能器21b被配置为(同时)在第二方向v1b上沿第二声学轴线a1b引导第二换能器的声波w1b。在一个实施例中，第一方向v1a与第二方向v1b相反。在另一或又一实施例中，第一声学轴线a1a相对于第二声学轴线a1b偏移。有利地，(例如，通过如图所示的涡流产生的)相反的非近轴或剪切流动的配置可以提供改进的混合。例如，这可能会改进混合。还可以设想相反的近轴流型，这可能引起换能器之间的大体湍流混合。在一些实施例中，例如，如图所示，第一换能器21a被布置在混合容器10的第一壁11a上，以及第二换能器21b被布置在混合容器10的相对的第二壁上。
36.在一些实施例中，例如，如图所示或以其他方式，换能器中的一个或多个换能器21、22被配置为测量相应的流型f1、f2。例如，换能器中的一些换能器可以用于测量流动速度和/或流动方向。例如，声波w1a可以由第一换能器21a产生，并且由第二换能器22b测量，第二换能器22b被布置在声波w1a的例如与声学轴线相交的路径中。在一个实施例中，一个或多个换能器被配置为通过多普勒频移测量流动速度。例如，由第一换能器发送的连续波可以由第二换能器接收，其中由第二换能器测量的频率根据在第一换能器与第二换能器之间的流动方向和/或速度相对于第一换能器的致动进行多普勒频移。在另一或又一实施例中，一个或多个换能器被配置为通过测量到达时间来测量流动速度。例如，脉冲波由第一换能器发送，可以由第二换能器接收，其中，所测量的发送和接收之间的时间可以取决于第一
换能器和第二换能器之间的流动方向和/或速度(顺流到达比逆流到达更快)。
37.在一些实施例中，基于流动测量来控制一个或多个换能器的致动。例如，至少一些不用于产生流动的致动器可以用于测量流动。在一个实施例中，控制器[此处未示出]被配置为控制一个或多个声学换能器21、22，以基于测量结果在不同声波w1、w2的产生之间自动地切换。例如，当确定已经形成层流时可以切换流动。通常，在层流中，流动方向和/或流动速度可以大体不变。在另一或又一实施例中，控制器被配置为控制一个或多个声学换能器21、22，以基于测量结果来自动地调整一个或多个频率或强度，以将液体速度保持在预定阈值以下。例如，这可能会防止过度剪切对一些液体造成损坏。
[0038]
图4a和图4b示出了环形或圆环形状的混合容器10。在一些实施例中，例如，如图所示，换能器21a、21b的组被配置为在容器中引起相反的流动，例如，类似于参照前面的图所解释的。在其他或进一步的实施例中(未示出)，还可以设想在环形容器中引起螺旋流动。有利地，这使得能够围绕由容器形成的通道引起连续的螺旋。
[0039]
图5a和图5b示出了相对于相对的壁成角度定向的声波。在一个实施例中，例如，如图所示，声学换能器21被布置在混合容器10的第一壁11a上，并且被配置为在方向v1上沿声学轴线a1(中心或主方向)引导声学换能器的声波w1在声学轴线a1和相对的第二壁11b的法线an之间的撞击角β处撞击混合容器10的相对的(内)第二壁11b，其中，撞击角β大于二十度(平面角)，优选地，大于三十度或甚至大于四十度，例如，介于四十五度到七十度之间。有利地，相对于相对的壁成角度地引导流动方向v1可以引起流动从壁反弹和/或沿壁被引导。例如，可以形成使流体混合的循环流动。在优选的实施例中，例如，如图所示，可以有第二换能器22，第二换能器被配置为引起相反的流型(未示出)。
[0040]
在一些实施例中，例如，如图5a所示，混合容器10可以是圆形的，或者在这种情况下是圆柱形的。有利地，换能器可以偏离中心放置(相对于椭圆的中心线)，以成角度地撞击相对的壁。同时，圆形内壁可以使得能够更容易地形成循环流动。在其他或进一步的实施例中，例如，如图5b所示，混合容器10可以具有多边形形状，例如，正方形、五边形、六边形等。此外，在该配置中，声诱导流可以由一个或多个声学换能器21、22引导以成角度地撞击相对的壁，从而引起沿壁的流型。有利地，涡流尤其可以形成在多边形形状的拐角处。
[0041]
图6a和图6b示出声学换能器21、22，声学换能器被配置为在液/气界面(l/g)处引导它们各自的声波w1、w2。优选地，波从液体的方向(例如，从下方)撞击界面。有利地，穿过具有不同声阻抗的界面的波可以通过辐射力引起附加流动的形成。
[0042]
在不受理论约束的情况下，声辐射力可以理解为超声传播的非线性现象。通常，声辐射力作用在物体或边界上，与传播声波的原始介质相比，物体或边界具有声阻抗差异。如果辐射力作用在自由边界(即，液
‑
气界面)上，结合液体射流(由于声流)撞击在所述自由边界上，液体界面可以开始振动，这可以引起诱导液体的流动。辐射力作用在液
‑
固边界(例如，坚厚的实体壁)上通常不会引起额外的液体流动。然而，如果可压缩颗粒/气泡分散在液体介质中(因此在颗粒/气泡的位置处引起声阻抗差异)，则颗粒/气泡可以由于辐射力而开始移动。颗粒/气泡依次将液体移动到旁边，从而引起液体运动。这与由吸收所述液体中的声音(声流)引起的液体运动相近。
[0043]
在一些实施例(未示出)中，相应的声学轴线相对于界面的法线成角度(例如，大于三十度)地定向，以引起沿界面表面的流动，类似于在前图所解释的。例如，在所示的实施例
中，楔形元件可以被布置在一个或多个声学换能器21、22和容器壁11之间以引导波；或者底部的壁可以是倾斜的。
[0044]
图7a示出了对应于一个换能器21的压力分布强度“i”。如图所示，声波“w”可以主要沿一个声学轴线“a”定向，以诱导相应的流动方向“v”。通常，当声波的波长比壁上的换能器的一个或多个尺寸小时，声波场更具方向性。在由具有大张角的换能器产生波场的情况下(例如，如果波长与换能器的一个或多个尺寸相比较大，则产生波场)，可以在容器壁中产生导波。在一些实施例中，换能器的频率可以在第一模式和第二模式之间切换，在第一模式中，声波的波长(例如，在容器壁和/或流体中)大于换能器的范围(例如，沿壁的直径)；在第二模式中，波长小于换能器的范围。因此，这可以诱导不同的波型/波的方向。当然，还可以设想其他频率变化以在不同模式之间切换。在一个实施例中，应用频率扫描，例如，对于非聚焦换能器，低频产生的声场不同于高频产生的声场。还可以存在低频分量和高频分量的组合。
[0045]
图7b示出了不同(例如，相邻的)的换能器21、22的声波之间的干扰。如图所示，不同的波的干扰可能引起相长和/或相消干扰。在一些实施例中，相邻的换能器21、22之间的距离可以小于声波的波长λ(例如，在流体中)。在一些实施例中，不同的换能器21、22的声波之间的相长干涉可以引起沿次级轴线a’的一个或多个次级束(栅瓣)，其中压力变化或声流相对较高。
[0046]
在不受理论约束的情况下，观察到次级轴线的方向取决于波长，例如，相长干涉发生在流体中相对于不同换能器的距离是波长的整数倍的位置处。这可以类似于(光学)光栅。应当理解，可以例如通过控制换能器的频率来控制次级轴线的方向。在一些实施例中，换能器的频率可以在第一模式和第二模式之间切换，在第一模式中，声波的波长(例如，在容器壁和/或流体中)大于换能器之间(例如，沿壁)的(中心)距离d；在第二模式中，波长小于该距离。还可以设想在三种不同频率之间切换。例如，在频率相对较低的第一模式中，可以没有栅瓣；在较高的频率下，可以产生栅瓣；在更高的频率下，栅瓣朝向主束移动。
[0047]
此外，可以设想其他变化与频率变化进行组合或分开。在一个实施例中，波场的振幅调制可以由单个换能器或多个换能器产生。在另一或又一实施例中，由一个或多个换能器产生的正弦波脉冲的长度随时间可以改变。在一些实施例中，不同的换能器的形状或尺寸在不同的模式之间可以不同。在一个实施例中，以第一模式致动的第一换能器具有第一直径，以及以第二模式致动的第二换能器具有第二直径，第二直径可以小于或大于第一直径。在另一或又一实施例中，换能器包括环形阵列，该环形阵列例如包括具有不同尺寸或直径的(同心环)。不同尺寸的换能器可以以相同或不同的频率致动。例如，换能器之间的切换可以引起声场形状的变化，例如，因为源孔径发生了变化。此外，诱导声流的效率可以变化(例如，通过下面公式所讨论的直径依赖性的平方)。当频率不同时，这可以提供更进一步的效果(频率依赖性也在下面讨论)。高频分量和低频分量的组合也可以用于对诱导流体的速度场进行优化。当然，可以组合不同的选项。
[0048]
液体的声流是由在声波穿过所述液体传播期间对声波进行吸收而诱导的。因此，根据场的形状和介质(液/气)的特性，声流可以出现在所有声辐射场中。在不受理论约束的情况下，声流通常可以与流体中的声衰减有关。发明人发现，由声流诱导的液体速度可以近似为以下比例关系：
[0049][0050]
其中，“v”是诱导(峰值)液体速度；“p”是流体中的声压(例如，p2可以与换能器表面处的声强i0成比例)；“a”是换能器的半径(或直径)；“c
0”是流体中的声波速度；“μ
0”是流体的粘度；“d
c”是换能器的占空比；“f”是声波的频率；“n”是一到二之间的数字。
[0051]
在一些实施例中，可以控制换能器表面处的声压或声强以提供所需的液体速度。在其他或进一步的实施例中，可能需要通过在液体中保持相对低的峰值压力(例如，小于一兆帕斯卡，优选地小于五百千帕斯卡，更优选地小于三百千帕斯卡，例如，介于一千帕斯卡到两百千帕斯卡之间)来防止对液体(例如，牛奶)的损害。这也可以取决于例如频率。
[0052]
在一些实施例中，控制换能器的频率以提供所需的液体速度。例如，用于混合液体的频率被选择为介于0.1mhz到100mhz之间，优选地介于0.5mhz到5mhz之间，更优选地介于0.8mhz到3mhz之间。在一些实施例中，换能器被配置为以谐振模式运行以增加功率效率。
[0053]
在一些实施例中，一个或多个声学换能器、优选地所有声学换能器可以相对较大，例如，直径(沿容器壁)大于一厘米、大于两厘米、大于五厘米、或甚至大于十厘米。如上述关系所示，增大换能器的尺寸可以更有效地实现所需的液体速度。
[0054]
在一些实施例中，需要保持相对较低的峰值液体速度，例如，小于一米每秒、小于半米每秒、小于0.3m/s，或甚至更小的峰值液体速度。例如，在一些液体(例如，牛奶)中，可能需要保持相对较低的峰值液体速度(例如，介于0.01m/s到0.3m/s之间，优选地小于0.2m/s)以防止剪切造成的损害。
[0055]
为了防止高峰值速度，同时仍然提供充分的混合，例如，可以使用相对多数量的低功率换能器。在一些实施例中，在混合容器中，每混合两百升液体、每混合一百升液体、每混合五十升液体、每混合十升液体可以使用至少一个换能器，或甚至每混合一升液体可以使用至少一个换能器。在其他或进一步的实施例中，每个换能器的供电功率可以小于一百瓦、小于五十瓦、小于二十瓦或甚至小于十瓦，例如，每个换能器的供电功率可以介于一瓦到五瓦之间。例如，在4000升的牛奶罐中混合可以使用四十个总功率约为100w的换能器。
[0056]
在优选的应用(例如，将具有流体的存储容器保持在混合状态)中，混合容器具有相对较大的体积。例如，容器被配置为盛装体积超过一升、超过十升、超过一百升、或甚至超过一千升(一立方米)(例如，介于四千升到一万升之间，或更多)的流体。例如，本系统可以应用于用于储存和/或运输牛奶的容器中，例如，应用于在卡车后面的容器中。为了混合相对大量的流体，或者保持流体被混合，可以使用许多声学换能器的布置。例如，可以使用超过十个、超过五十个、或甚至超过一百个的声学换能器。
[0057]
混合流体(或保持流体被混合)所需的功率可以根据换能器的配置、混合容器的形状和流体的类型而变化。例如，通过本文所述的优化，发现混合一罐四千升牛奶所需的功率大约介于一百瓦到一千瓦之间。根据效率，该功率的很大一部分可能会以混合流体中的热量的形式被耗散。例如，在热容量为4kj/kg k的4000kg液体中耗散1kw功率将在大约五分钟内引起可忽略不计的温度升高((1kw/4000kg)/(4kj/kg k)＝0.000062k/s)。
[0058]
在一些实施例中，优选地在混合时保持流体中耗散的能量相对较低。在优选的实施例中，该配置适合于每升耗散小于十瓦、小于一瓦、小于半瓦或甚至小于十分之一瓦(0.1w/l)的能量。在其他或进一步的实施例中，可以采取措施来防止通过声混合加热流体。
在一个实施例中，设备100包括主动冷却器，以至少部分地或甚至完全地抵消由声学换能器引起的流体加热。例如，主动冷却器的冷却能力至少等于声波在流体中的热耗散。例如，可以基于流体的温度测量来控制主动冷却器。在一些实施例中，可以基于声学换能器的致动来切换冷却。在一个实施例中，一个或多个声学换能器被配置为尤其引起沿主动冷却表面的流体流动。
[0059]
应当理解，本发明的非接触式混合的教导尤其适用于在混合流体(或保持流体被混合)时防止污染很重要的应用，例如，在食品行业、医药行业或通用化学行业中。在一些实施例中，被混合的流体具有相对大的粘度(与水相比)，例如，具有超过两厘泊(＝毫帕斯卡秒)的粘度。例如，牛奶通常具有三厘泊的粘度(在室温下)。在一个实施例中，被混合的流体是牛奶，其中，配置被控制以保持峰值液体速度低于三十厘米每秒，并且峰值声压保持在一兆帕斯卡以下。
[0060]
为了清楚和简明描述的目的，本文将特征描述为相同或单独实施例的一部分，然而，应当理解，本发明的范围可以包括具有所述的所有或一些特征的组合的实施例。例如，虽然示出了用于切换不同流型的实施例，但本领域的技术人员也可以从本公开中受益而设想替代的方式，以实现类似的功能和结果。例如，不同的配置可以组合或拆分为一个或多个替代的部件。所讨论和示出的实施例的不同元件提供了一些优点，例如，混合容易损坏的流体。当然，应当理解，上述实施例或过程中的任何一个可以与一个或多个其他实施例或过程相结合，以提供在寻找和匹配设计和优点方面的进一步改进。可以理解，本公开为食品行业提供了特别的优势，并且通常可以应用于流体(例如，液体或气体)要被混合或要保持混合的任何应用。
[0061]
在解释所附权利要求时，应当理解，词语“包括”不排除在给定权利要求中列出的元素或行为之外的其他元素或行为的存在；元素前的词语“一”或“一个”不排除多个该元素的存在；权利要求中的任何附图标记都不限制权利要求的范围；多个“器件”可以用相同或不同的项目或实施结构或功能来表示；除非另有特别说明，否则任何所公开的装置或部分可以组合在一起或分离成其他部分。当一项权利要求引用另一项权利要求时，这可能表明它们各自特征的结合所实现的协同优势。但是，仅在相互不同的权利要求中叙述某些措施这一事实并不表示这些措施的组合也不能有利地使用。因此，本发明的实施例可以包括权利要求的所有工作组合，其中，除非通过上下文明确地排除，否则每个权利要求原则上可以指任何前述权利要求。