CN104093342B - 用于在液体中混合粉末的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在液体中混合粉末的设备。该设备具有用于保存粉末(27)的腔体(7)，与腔体(7)连通的通道(6)，以及流体致动器(3)，其用于在通道(6)中引起振荡气体流。因此，由于在通道(6)中的气体流振荡，当气体在一方向流动时干燥的粉末(27)从腔体被吸入到通道中，并且当气体在相反的方向流动时粉末从通道朝向液体通过合成喷射被排出。本申请还涉及一种在液体中混合粉末的方法。

Description

用于在液体中混合粉末的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在液体中混合粉末的设备。本发明还涉及一种在液体中混合粉末的方法。

背景技术

多个应用需要在液体中混合粉末颗粒。这样的应用包括添加婴儿配方奶粉到水中，或添加奶精到热饮料中，例如咖啡。

在液体中混合粉末一般是通过使用诸如剧烈搅动、振动和/或摇动之类的机械搅拌含有液体和粉末两者的容器来实现。然而，它难以有效地在液体中混合粉末，并有与这样做相关的多个已知问题。在第一个实例中，粉末不倾向于在液体中均匀地溶解且因此在混合物中形成块状物。其次，已知的是粉末浮在液体的表面上。此外，已知粉末会黏附在诸如搅动元件之类的机械搅拌器上。

US2008/102178公开了一种用于重组消费粉末与液体以提供诸如牛奶之类的液体食品的方法和设备。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于在液体中混合粉末的设备以及一种在液体中混合粉末的方法，其基本上减轻或克服以上提到的问题。

根据本发明，提供一种用于在液体中混合粉末的设备，其包括用于保存粉末的腔体，与腔体连通的通道，以及流体致动器，其用于在通道中引起振荡空气流，以使得当气体在一个方向上流动时粉末从腔体被吸入到通道中，并且当气体在相反的方向上流动时粉末从通道朝向液体通过合成喷射被排出。

便利的是，该通道进一步包括出口喷嘴，粉末通过该出口喷嘴从通道通过合成喷射被排出。

有利地，该腔体沿通道被设置。

在一个实施例中，该腔体沿通道被设置在流体致动器与出口喷嘴之间。

该腔体被设置在邻近出口喷嘴处。

该设备可以被配置为持有液体的容器，在该容器中粉末将被混合。

便利的是，该通道限定了纵向轴线，并且通路的纵向轴线被配置为朝着由设备持有的容器中接收到的液体的表面以一角度延伸。

在一个实施例中，该腔体能够从通道移除。

该腔体形成一次性封囊的一部分。

有利地，该流体致动器包括振荡的表面。

该通道可以被配置成具有纵横比，使得粉末从腔体被带到气体流中并且粉末从通道通过由流体致动器形成于通道中的气体脉冲朝向液体被排出。

根据本发明的另一个方面，提供了一种家用器具，其包括用于在液体中混合粉末的设备。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在液体中混合婴儿配方奶粉的设备，其包括一种用于在液体中混合粉末的设备。

根据本发明的另一个方面，提供了一种混合的饮料分配器，其包括一种用于在液体中混合粉末的设备。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在液体中混合粉末的方法，其包括在腔体中设置粉末，该腔体与通道连通，以及引起振荡空气在通道中流动，以使得当气体在一个方向上流动时粉末从腔体被吸入到通道中，并且当气体在相反的方向上流动时粉末通过合成喷射被从通道朝向液体推动。

参考以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见并被阐明。

附图说明

本发明的实施例现将参照附图仅以示例的方式进行描述，其中：

图1示出了用于在液体中混合粉末的设备的图解截面图；

图2示出了具有被带入气流中的粉末的用于在液体中混合粉末的设备的图解截面图；

图3示出了具有从喷嘴朝向液体喷射的粉末的用于在液体中混合粉末的设备的图解截面图；以及

图4示出了用于在液体中混合粉末的设备的图解截面图，其示出了从喷嘴喷出的粉末正在被注入到容器的液体中。

具体实施方式

参照图1到4，示出了一种用于混合液体与粉末的设备。该设备包括被设置在外壳(未示出)的主体1以及被设置在主体1中的封囊(capsule)2。

主体1具有作用在致动室4的流体致动器3、出口喷嘴5、以及将致动室4与出口喷嘴5连通的气体通道6。封囊2形成沿气体通道6被设置在致动室4与出口喷嘴5之间的粉末腔体7。粉末腔体7被配置为接收将与液体混合的干燥粉末。

流体致动器3包括驱动元件8，诸如电磁驱动器、压电驱动器或机械驱动器，例如活塞，以及致动元件9，诸如膜或隔膜。

驱动元件8被设置在致动室4中，并且驱动元件8作用在致动元件9上以促使致动元件9在致动室4中振荡并在致动室4中作用于诸如空气的气体上。

孔10被形成在致动室4的壁12中以流体连通致动室4与气体通道6。气体通道6是从致动室4延伸到形成气体通道6的出口的出口喷嘴5的导管。出口喷嘴5限定了通向周围大气的孔口(orifice)14，该孔口14被设置在气体通道6相对致动室4的远端。

粉末腔体7沿气体通道6被设置致动室4和出口喷嘴5之间。粉末腔体7被设置为邻近出口喷嘴5，并且将气体通道6分离为第一段15和第二段16。第一段15在致动室4的孔10与在腔体的远端18处的粉末腔体7中的第一开口17之间延伸，并且第二段16在腔体的前端20处的第二开口19与出口喷嘴5之间延伸。气体通道6的第一和第二段15、16都沿着相同的纵向轴线对准，并且在粉末腔体7中的第一和第二开口17、19彼此相对。

粉末腔体7在第一和第二开口17、19的下方延伸并形成粉末容纳空间，在其中未使用的干燥粉末在操作设备之前放入。在可替换的布置中，粉末腔体被设置在第一和第二开口17、19的一侧。

在本实施例中，粉末腔体7形成可移除的封囊2的一部分。封囊2可从设备的主体1中移除因而粉末腔体7可以从气体通道6的第一与第二段15、16之间移除。将理解的是当粉末腔体7被设置在主体1中时粉末腔体7沿着气体通道6而形成并因此与气体通道6的第一和第二段15、16一起形成气流路径的一部分。虽然在本实施例中粉末腔体7是可替换的，但将理解的是在可替代实施例中粉末腔体7与气体通道6被一体地形成，并且该设备不包括可移动的封囊。在本实施例中粉末腔体7是封闭的，并且仅与气体通道6的第一和第二部分15、16连通。然而，在可替代实施例中粉末腔体7在上端具有排气口，其将粉末腔体7与设备之外连通。

参照图4，示出了用于接收液体的容器25，在其中从孔口14被喷出的粉末27要被混合。气体通路6的纵向轴线以一角度延伸到在其中粉末要被混合的容器中接收的液体的表面28的平面。因此，从孔口14喷出的粉末27导向容器中的液体，如将在以下将明显。容器25被设置在容器支撑件上(未示出)以定位相对于出口喷嘴5的容器25的开口端。

气体通道6的纵向轴线与在其中粉末要被混合的容器中接收的液体的表面28的平面的角度是在10度到45度的范围中，以使得如果角度过于陡的话粉末不会从通道落下，以及如果角度过于浅的话气体的喷射不会反射离开水面。孔口14与水的表面之间的距离优选地小于25mm。

在本实施例中，气体通道的横截面是圆形的，尽管也可设想可替代的截面布置方式。将理解的是，由于交替流动形成的气体喷射取决于孔口14的几何形状。参考R.Holman、Y.Utturkar、R.Mittal、B.L.Smith、及L.Cattafesta；合成喷射的形成准则(Formationcriterion for synthetic jets)；AIAA期刊，vol.43(10)，第2110–2116页，2005年，合成喷射形成的准则造成了对斯特劳哈尔数(Strouhal number)Sr的限制，并且该限制取决于孔口的几何形状：

例如，其中

对于轴对称孔口，

k_jet≈0.63，

对于矩形二维孔口，

k_jet≈0.075。

这里，f为频率，d为喷嘴直径或高度，并且v是周期内最大速率。

用于在液体中混合粉末的设备的操作现在将参照附图被描述。

封囊2被容纳在主体1中因而粉末腔体7与气体通道6的第一和第二段15、16一起形成气流路径的一部分。封囊2具有粉末腔体7中的干燥粉末27的装料，因而将理解的是粉末的供给可以通过更换封囊2或者由用户重新填充封囊2并重新插入到主体1中而被更换。可以设想的是该封囊将是消耗品，因而在使用后将被新的封囊所代替，然而将理解的是封囊可以是可重复使用的和/或可再填充的。可移除的封囊7的优点在于在每次操作设备后设备易于再次被填充干燥粉末的装料。此外，也可以使用不同类型的粉末，不同的粉末之间具有最小的污染，以及正确数量的粉末将被设置在粉末腔体7中。此外，能够提供例如婴儿配方奶粉的无菌制品，并具有含有干燥粉末的清洁容器将有助于液体与粉末的混合，因为大多数粉末具有吸湿性因而在包装已经在空气中暴露短时间后它们倾向于从空气中吸引水分并开始形成块状物。

持有将与粉末27混合的液体26的容器25被置于与出口喷嘴5相邻但从出口喷嘴5隔开。气体通道6的纵轴与容器25中的液体26的表面28成锐角延伸，如图4所示，以使得喷嘴5朝向液体26倾斜。

为了操作设备，功率被从电源单元(未示出)提供给流体致动器3的驱动元件8，以使驱动元件8振动。驱动元件8作用在致动元件9上并且使得致动元件9在致动室4中振荡。致动元件9因此作用于在致动腔4中诸如空气的气体并使得在致动室中的压力由于体积的变化而振荡。流体致动器3产生在开口10与气体通道的振荡压力差，因此以高速率的往复运动的气流沿着气流路径被产生。在本实施例中，往复运动的气流在50Hz-350Hz范围中，优选具有约100Hz的频率。

当流体致动器3被操作时气体通道6中的气流在如图2所示的吸入阶段和如图3所示的吹出阶段之间往复运动。在吸入阶段期间，当由流体致动器3形成在致动室4中的减小的压力形成时，诸如空气的气体沿气体通道6从出口喷嘴5向致动室4以第一方向被吸入。诸如空气的气体通过出口喷嘴5从周围或环境中的气体被吸入到气流路径。当气体在吸入阶段期间沿着气体通道6被吸入时干燥粉末27从粉末腔体7被带入到气流中。

在吹出阶段期间，在气流路径中的气体在相反于第一方向的第二方向上被推动，沿气体通道6从致动室4到出口喷嘴5。在气体通道6中的其中带有粉末颗粒的流动的气体从出口喷嘴5被排出。

往复气流产生合成喷射。由于在气体通道6中的气体流从出口喷嘴5流出，合成喷射被形成。合成喷射流是零净质量通量喷射，其从周围或环境气体合成喷射流，而不是通过外部的流体源生成喷射流。

合成喷射通过诸如空气的气体的交替的瞬时喷出和吸入形成的涡流轮系的相互作用所产生，穿过由出口喷嘴5形成的孔口。将要理解的是，合成喷射是由在气体通道6中的气流的振荡幅度足够大从而在出口喷嘴5处引入流动分离所产生，并无需风扇，其最大限度地减少损耗并提高了效率。

粉末腔体7被设置于邻近出口喷嘴6以使设置在粉末腔体7中的粉末在吸入阶段期间被拾起并在吹出阶段期间从出口喷嘴被高效地递送。

带有粉末颗粒的气体喷射直接从出口喷嘴6导向液体26的表面28，如图所示4。气体喷射的分离流具有足够小的斯特劳哈尔数以使得形成气体的定向喷射并且存在吸入和吹出阶段的不对称，其中气体在吸入阶段期间通过孔口14从各个方向被吸入并且在吹出阶段期间通过孔口14作为定向喷射被排出。

在吸入阶段期间被带入气流中的粉末颗粒因而在吹出阶段期间朝向液体的表面以高速率被排出。高速移动的粉末颗粒因而克服了液体的表面张力并导致在液体中的粉末颗粒的有效的混合，因而快速地得到了浑浊溶液。

气体喷射的产生以将粉末导向在其中要混合粉末的液体的优点在于气体喷射被良好限定且瞄准。因此，由于它不发散，能够精确地指向液体26。此外，由于气体喷射以高速移动，它允许更多的粉末打破液体弯月面并引起剧烈混合并且喷射的脉冲属性引起液体上的气体界面层的连续瓦解，辅助粉末的分散和后续混合进入液体。

将理解的是，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除复数。单个处理器可以满足权利要求中记载的多个项目的功能。不争事实在于某些特征被记载在相互不同的从属权利要求中并不意味着这些特征的组合不能被用于获益。在权利要求书中的任何附图标记均不应解释为对权利要求范围的限制。

虽然权利要求在本申请中被规划为特征的特定组合，但应该理解的是本发明公开的范围还包括在此被明示或暗示或其任何概括所公开的新颖特征或特征的任何新颖组合，无论它是否涉及任一权利要求当前请求保护的相同的发明以及它是否减轻了与任何或所有与母发明所解决相同的技术问题。申请人据此通告可以在本申请或由其派生的任何进一步的申请的审查期间根据这些特征和/或特征的组合制定新的权利要求。

Claims (12)

1.一种用于在液体中混合粉末的设备，包括：

用于保存粉末(27)的腔体(7)，

与所述腔体(7)连通的通道(6)，以及

流体致动器(3)，其用于在所述通道中引起振荡气体流，使得当气体在一个方向上流动时粉末从所述腔体被吸入到所述通道中，并且当所述气体以相反的方向流动时所述粉末通过合成喷射被从所述通道朝向液体排出，其中所述通道(6)进一步包括出口喷嘴(5)，所述粉末通过合成喷射通过所述出口喷嘴(5)从所述通道被排出，并且其中所述腔体(7)沿所述通道(6)被设置在所述流体致动器(3)与所述出口喷嘴(5)之间。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述腔体(7)被设置为邻近于所述出口喷嘴(5)。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被配置为持有容纳液体的容器(25)，在所述容器(25)中粉末将被混合。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述通道(6)限定纵向轴线，并且所述通道的所述纵向轴线被配置为朝着由所述设备持有的容器(25)中接收的液体的表面以一角度延伸。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述腔体(7)能够从所述通道移除。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述腔体(7)形成一次性封囊(2)的一部分。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体致动器(3)包括振荡表面。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述通道(6)被配置成具有纵横比，使得粉末从所述腔体(7)被带到气体流中，并且粉末通过由所述流体致动器(3)形成于所述通道中的气体脉冲而从所述通道朝向液体被排出。

9.一种家用器具，包括根据权利要求1的用于在液体中混合粉末的设备。

10.一种用于在液体中混合婴儿配方奶粉的设备，包括根据权利要求1的用于在液体中混合粉末的设备。

11.一种混合饮料分配器，包括根据权利要求1的用于在液体中混合粉末的设备。

12.一种用于在液体中混合粉末的方法，包括在腔体(7)中设置粉末，所述腔体(7)与通道(6)连通，以及在所述通道中引起振荡气体流，以使得当气体在一个方向上流动时粉末从所述腔体被吸入到所述通道中，并且当所述气体以相反的方向流动时所述粉末通过合成喷射被从所述通道朝向液体推动。