CN113692314A

CN113692314A - 液体混合

Info

Publication number: CN113692314A
Application number: CN202080029274.7A
Authority: CN
Inventors: 约旦·温拉维夫; 科里·斯科特·米勒; 拉尔夫·莱德纳; 罗伯特·艾伦·卢瑟
Original assignee: Hach Co
Current assignee: Hach Co
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2040-04-24
Also published as: WO2020223120A1; CN113692314B; US11331674B2; US20200338560A1; EP3962637A1

Abstract

一个实施方案提供了一种用于混合至少两种试剂流体的装置(200)，该混合的至少两种试剂用于测量样品的化学属性，该装置包括：外壳(201)；至少两个入口端口(202，203)，每个入口端口用于接收处于混合前状态的流体；用于分配处于混合后状态的流体的出口端口(204)；以及位于所述外壳(201)内的用于混合的内腔(205)的表面，该内腔具有预定的长度，其中所述内腔(205)的表面位于所述至少两个入口端口和所述出口端口(204)之间，其中所述至少两个入口端口过渡到所述内腔(205)的表面，其中所述预定的长度为允许充分混合由所述至少两个入口端口接收的流体的长度，其中所述内腔(205)的表面包括至少一个防虹吸元件(206)和用于使其内所容纳的流体产生扰动的多个堰(208)，其中所述至少两种流体各自包含用于测量样品的化学属性的试剂。

Description

液体混合

技术领域

本申请总体上涉及混合液体，并且更特别地，涉及在精确的时间以精确的量混合液体。

背景技术

流体或试剂的适当混合物有许多应用。工业、农业、食品安全、制药、化学应用可能需要两种或更多种流体在给定时间且以给定量进行混合。不适当地混合错误比例的试剂可能会导致差的结果。此外，混合前(premix)试剂可能会缩短混合产品的货架期，这可能导致浪费或混合设备出现问题。另外，在将混合流体引入至目标产品、样品或溶液之前，将试剂或其他流体彻底混合在一起通常是至关重要的。

发明内容

综上所述，一个实施方案提供了一种用于混合至少两种试剂流体的装置，经混合的至少两种试剂流体被用于测量样品的化学属性，所述装置包括：外壳；至少两个入口端口，每个入口端口用于接收处于混合前状态的流体；出口端口，其用于分配处于混合后状态的流体；以及位于所述外壳内的用于混合的内腔的表面，所述内腔具有预定的长度，其中所述内腔的表面位于所述至少两个入口端口和出口端口之间，其中所述至少两个入口端口过渡(transition)到所述内腔的表面中，其中所述预定的长度为允许充分混合由所述至少两个入口端口接收的流体的长度，其中所述内腔的表面包括至少一个防虹吸元件和使其内所容纳的流体产生扰动的多个堰(weir)，其中所述至少两种流体各自包含用于测量样品的化学属性的试剂。

另一个实施方案提供了一种用于混合至少两种试剂流体的装置，经混合的至少两种试剂流体被用于测量样品的化学属性，所述装置包括：外壳；至少两个入口端口，每个入口端口用于接收处于混合前状态的流体；出口端口，其用于分配处于混合后状态的流体；以及位于所述外壳内是用于混合的内腔的表面，其中所述内腔的表面位于所述至少两个入口端口和出口端口之间，其中所述至少两种流体各自包含用于测量样品的化学属性的试剂。

另一个实施方案提供了一种用于混合至少两种试剂流体的方法，经混合的至少两种试剂流体被用于测量样品的化学属性，所述方法包括：将至少两种流体引入到混合装置中，其中所述混合装置包括：外壳；至少两个入口端口，每个入口端口接收处于混合前状态的至少两种流体中的一种；出口端口，其用于分配处于混合后状态的流体；以及位于所述外壳内的用于混合的内腔的表面，其中所述内腔的表面位于所述至少两个入口端口和出口端口之间，其中所述至少两种流体各自包含用于测量样品的化学属性的试剂。

前述内容是概述，因此可以包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员要理解的是，该概述仅是示例性的，而不意图以任何方式成为限制性的。

参考以下结合附图的描述，以便更好地理解实施方案以及其他和进一步的特征及其优点。本发明的范围将在随附的权利要求书中指出。

附图说明

图1示出了计算机电路系统的一个示例。

图2示出了流体混合装置的一个示例性内部剖视图。

图3示出了流体混合装置的另一个示例性内部剖视图。

图4示出了流体混合装置的一个示例性组装图。

图5示出了流体混合装置的一个示例性组装图。

具体实施方式

将容易理解的是，如本文中的附图中总体上描述和示出的实施方案的部件可以以除了所描述的示例性实施方案之外的各种不同的配置进行布置和设计。因此，如附图所示，对示例性实施方案的以下更详细的描述并不意图限制所要求保护的实施方案的范围，而仅代表示例性实施方案。

在整个说明书中，对“一个实施方案(one embodiment)”或“一个实施方案(anembodiment)”(等)的提及意指结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中(in oneembodiment)”或“在一个实施方案中(in an embodiment)”等不一定都指同一个实施方案。

此外，在一个或多个实施方案中，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在以下的描述中，提供了大量具体细节以给出对实施方案的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下或者在其他方法、组件、材料等的情况下实施多个实施方案。在其他情况下，未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作。以下描述仅意图通过示例的方式，并且简单地举例说明某些示例性实施方案。

试剂的混合可以具有许多应用。试剂的精确混合对于饮用水处理、水样分析、食品安全、药物、工业过程、化学分析等来说可能是关键的。混合试剂的比率可能需要精确递送以确保适当混合的产品。此外，试剂可能需要完全混合，以使得两种或更多种试剂完全散布在它们之间。

当前的混合系统可以使用歧管来混合试剂。在最简单的形式中，歧管可能只是具有两个输入以接收要混合的试剂和经混合的试剂流过的一个输出的“Y字形”配件。这样的歧管具有局限性。例如，歧管可能不会完全混合两种或更多种试剂。在“Y字形”示例中，可能存在两种试剂的层流，使得输出包含混合液体流出组分的两个“半份”。换句话说，输出的一半来自第一种试剂，而输出的另一半来自第二种试剂，因为“Y字形”不允许足够的流体湍流来适当地混合试剂。

歧管的另一个限制可以包括不能精确地控制要混合的两种或更多种试剂的流动以及混合流出。当系统不处于操作的混合模式时，简单的歧管可以允许一种或多种试剂在某个时间点流动。例如，即使流出被切断时，具有两个或更多个以“Y字形”混合的试剂大容器的系统仍然可以混合两种或更多种试剂。在系统的非混合模式期间，还存在两种或更多种试剂交叉污染的可能性。试剂之间的这种交叉污染可能会缩短试剂的货架期、污染整个系统、允许在不正确的时间点发生化学反应等。

可以使用不同于“Y字形”示例的混合系统来混合试剂。然而，这些系统也具有局限性。例如，试剂行进的内腔长度对于所有试剂可能不一致，内腔表面对于不同的试剂可能不同，沿着每条通路可能有不同的配件，对于试剂可能有不同的拐角或弯曲，或者其中这些试剂在其中混合成混合输出的不同角度等。这些参数影响试剂的流体动力学，并且每种试剂可能经历不同的流体动力学，导致不精确或不适当的混合流出。

因此，如本文所述的系统和方法可以将两种或更多种试剂适当地混合成混合流出，其中该混合流出包括适当且彻底混合的流体。在一个实施方案中，可以混合两种或更多种流体。装置可以具有带有两个或更多个入口端口以及出口端口的外壳。入口端口中的每一个都接收要与另一种混合前流体混合的混合前流体中的一种。另外，外壳可以具有允许样品或溶液与经混合的试剂混合的样品入口端口。外壳可以是聚苯乙烯材料。在一个实施方案中，外壳可以由两个或更多个部件构成，例如，由两个半部件、三个组件等构成。部件可以超声焊接，并且可以具有对齐凸片(tab)以确保在将这些部件组装在一起时它们正确对齐。

外壳的内腔可以接收来自两个或更多个入口端口的流入物并且提供通过流出端口的流出。内腔可以具有大约1.2mm至1.5mm的内径。内腔直径可以根据要混合的应用、体积、试剂等而变化。在一个实施方案中，内腔的路径可以具有防虹吸元件。防虹吸元件可以是“s”形弯头和/或“j”形钩。内腔的表面可以具有堰。堰可以扰乱其内所包含的流体的流动，并且可以产生流体湍流，从而有利于流体的混合。堰可以以相对于流体流动在一个或多个取向上对齐来提供适当的混合。在一个实施方案中，混合装置可以用于在低体积下以低流速混合高粘度流体。混合装置可以被称为混合芯片，因为该装置用于混合少量的流体。例如，装置可以用于混合以mL或μL为单位测量的流体量。流体为这样小的体积的事实是用于混合这些体积大小的常规技术通常无效的部分原因。具体地，由于允许这样小体积的彻底混合的组件(下文更详细地描述)非常小，所以常规技术不包括这些组件。因此，所描述的装置提供了一种即使非常少量或体积的流体也能彻底和适当地混合的技术，这在使用传统技术时是不可能的。

通过参考附图将最好地理解所示出的示例性实施方案。以下描述仅旨在通过示例的方式，并且仅示出了某些示例性实施方案。

尽管关于用于根据本文描述的各个实施方案中的任何一个的流体混合的仪器，可以在信息处理设备中使用各种其他的电路、电路系统或部件，但是在图1中示出了示例。装置电路系统100可以包括在例如特定计算平台(例如移动计算、桌面计算等)的芯片设计方案上的测量系统。软件和一个或多个处理器被组合在单个芯片101中。处理器包括如本领域中众所周知的内部算术单元、寄存器、高速缓冲存储器、总线、I/O端口等。虽然内部总线等取决于不同的供应商，但是基本上所有外围设备(102)都可以附接到单个芯片101。电路系统100将处理器、存储器控制和I/O控制器集线器全部组合到单个芯片110中。而且，这种类型的系统100典型地不使用SATA或PCI或LPC。例如，常见的接口包括SDIO和I2C。

存在一个或多个电源管理芯片103，例如电池管理单元BMU，其管理例如经由可再充电电池104供应的功率，该可再充电电池可以通过与电源(未示出)的连接进行充电。在至少一种设计中，单个芯片(诸如101)用于供应类似BIOS的功能和DRAM存储。

系统100典型地包括WWAN收发器105和WLAN收发器106中的一者或多者，以用于连接到各种网络，诸如电信网络和无线互联网设备，例如接入点。另外，通常包括装置102，例如发射和接收天线、振荡器、PLL等。系统100包括用于数据输入和显示/渲染的输入/输出设备107(例如定位成远离用户易于访问的单波束系统的计算位置)。系统100典型地还包括各种存储设备，例如闪速存储器108和SDRAM 109。

从前述内容可以理解，一个或多个系统或装置的电子部件可以包括但不限于至少一个处理单元、存储器以及与包括用于一个或多个处理单元的存储器在内的各种部件联接的通信总线或通信装置。系统或装置可以包括或可以访问各种设备可读介质。系统存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器诸如只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)形式的设备可读存储介质。作为示例而非限制，系统存储器还可以包括操作系统、应用程序、其他程序模块和程序数据。所公开的系统可以在实施方案中用于执行两种或更多种试剂的流体混合。例如，图1的装置可以由含有本文所述的混合装置或与本文所述的混合装置耦合的分析仪、混合仪器等使用。例如，本文描述的混合装置可以连接至利用图1的电路的测量装置。

现在参考图2，一个实施方案可以在混合装置200中混合两种或更多种试剂。在一个实施方案中，装置200可以包括外壳201。此外，图3示出了混合装置200的另一个示例性视图。为了看到混合装置200的部件，图2和图3均示出了揭示混合装置200内部的剖视图。返回参考图2，外壳201可以是单片的(piece)或由两片以上构成。在这个示例中，图2的剖视图示出了混合装置200的一半。然而，混合装置200可以由多于两个的片形成。外壳可以由聚苯乙烯材料制成。在一个实施方案中，外壳可以为或约为96％的聚苯乙烯和为或约为4％的黑色颜料。考虑并公开了其他材料和颜料。例如，外壳201可以由金属、其他类型的塑料或者液体和/或气体不可渗透的任何其他材料或材料组合物制成。另外，所选择的材料可以是耐化学性的，以减少混合装置200的腐蚀或降解。

在一个实施方案中，该装置可以具有两个或更多个入口端口202和203。入口端口的数量可以基于要混合的试剂或组分的数量来选择。混合之前的试剂可以被称为混合前状态。“混合前的”简单地是指流体在被引入到混合装置200中之前的起始形式。因此，混合前流体实际上可以是含有一种或多种在引入到混合装置200中之前被混合的流体的混合后流体。换言之，术语“混合前”是指相对于混合装置的流体，而不是被引入到一个或多个入口端口中的流体的组合物。混合前流体只是被引入到入口端口202和203中的一个或多个中的流体。外壳也可以含有出口端口204。出口端口可以是来自外壳的流出并且含有来自外壳的流体，其可能含有来自入口端口的试剂。来自出口端口204的流体可以被称为混合后状态。同样，术语“混合后”是指流体相对于混合装置的状态，而不是从出口204排放的流体的组合物。混合后流体是被引入到入口202和203中的混合前流体的混合组合物。作为一个示例，可以混合用于Hach CL17氯分析仪(可得自Hach Company of Loveland，CO)的试剂。CL17试剂可以结合酸和碱以形成缓冲液。DPD(N，N-二乙基-对苯二胺)指示剂可以混入到酸试剂中以保持酸试剂稳定。该装置可以混合具有一定范围且不同的粘度的流体。例如，碱试剂可以为4-6s/cm²，并且酸试剂可以为大约1.5s/cm²。用于混合的流体可以具有在大约500-5000Re范围内的雷诺数。尽管使用氯分析作为示例，但是本文所述的方法和装置可以用于混合任何应用的任何流体。可以对试剂进行混合以用于特性的化学参数的任何测量。

在一个实施方案中，存在由通道205的表面形成的内腔，以用于在至少两个入口端口与出口端口之间的流体。内腔可以是由入口端口202和203与出口端口204之间的通路的表面围住的空间。通路205可以具有预定的长度。该预定的长度可以是足够长以允许混合前流体适当地混合为混合后状态的长度。换言之，通道205可以为足以允许在出口端口204处排放之前被引入到两个或更多个入口端口202和203的混合前流体进行彻底混合的长度。预定的长度可以是基于要混合的流体的量的。换言之，如果要混合更大量的流体，则预定的长度可以为更长以确保适当且彻底地混合该量的流体。内腔205的表面可以是任何定向形状以确保试剂适当混合为混合后状态。因此，内腔205的表面可以具有比图2中所示的那些更多或更少的弯曲、弯头或其他特征。

在一个实施方案中，内腔205的表面可以具有个或多个防虹吸元件。防虹吸元件可以是“j”形钩206和/或“s”形弯头207。其他防虹吸元件206或207是可能的并且被考虑。另外，混合装置200可以含有比图2中所示的更多或更少的防虹吸元件206或207。在一个实施方案中，防虹吸元件206或207允许流体仅在一个方向上流动。防虹吸元件206或207还可以防止试剂的回流。回流的防止可以防止在试剂之间或在混合前和混合后状态之间的交叉污染。交叉污染可能会缩短试剂的货架期。例如，一些应用需要混合两种试剂以开始一个过程，而一种试剂被另一种试剂污染或者被混合后状态的流体污染可能会缩短试剂的货架期、阻碍反应或污染整个混合装置。防虹吸还可以限制对管道或其中流体与装置接触的其他地方的染色。

在一个实施方案中，内腔的表面可以具有突起。在一个实施方案中，突起可以被称为堰208。在一个实施方案中，堰208可以从内腔的表面朝向其内所包含的流体伸出。换言之，堰208可以是从内腔205的表面进入流体通道的突出部。堰208可以成一定角度。例如，堰208可以相对于其内所包含的流体的流动方向成角度对齐。堰208可以处于任何取向以扰乱其内所包含流体的流体流动并形成流体湍流。因此，堰208有利于其内所包含的流体的混合。在一个实施方案中，堰208可以具有彼此不同的取向。例如，堰208可以相对于彼此以交叉或x-样方式定向以有利于流体湍流的产生，并且因此有利于流体的彻底混合。堰可以在内腔中纵横交错。堰可以相对于内腔中的液体流动成45度角。堰可以为大约0.4mm厚。可以从内腔表面到堰向内腔中心突出的高度来测量该厚度。堰可以彼此均匀地间隔开或以任何间隔模式间隔开。堰可以以每10mm内腔纵向距离大约3个堰的间隔放置。在一个实施方案中，外壳的每侧可以有大约6个堰。

参考图4，混合装置200外壳201可以由两个以上的片构成。外壳可以由超声焊接在一起的两半构成。两个或更多个片可以具有对齐凸片209和210。对齐凸片可以是脊、销、凸片等。对齐突片可以装配到外壳的另一片的互补部分中，例如，外壳的另一片可以具有用于接收对齐突片209和210的槽、孔或其他特征。在一个实施方案中，例如，一个半片上的堰可以具有第一取向而第二个半片上的堰可以具有第二取向，由此当两个半片接合时形成x或交叉。另外或替代地，外壳的多个片中的一个可以具有不同取向的堰，而其它片都不具有堰。图5示出了一种示例性组装的混合装置200。

在一个实施方案中，混合装置可以可操作地耦合到图1所示的组件。例如，系统可以控制处于混合前状态的试剂的流动以及混合后状态流体的流出。流动可以由处理器、泵、管道、阀门等控制。流动控制系统可以结合到测量参数(如在线氯分析仪、分析物浓度、pH、温度、盐度、浊度、压力等)的系统中。参数可能会导致混合装置的流动发生变化。系统可以向用户、系统、储器、数据库等输出参数。系统还可以输出关于流速、混合前试剂水平、混合后水平、混合装置维护问题等的警报。

本领域技术人员要理解的是，各个方面可以体现为系统、方法或装置程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施方案或包括软件的实施方案的形式，这些软件在本文中通常都可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取在一个或多个装置可读介质中体现的设备程序产品的形式，一个或多个装置可读介质具有与其一起体现的设备可读程序代码。

应该注意的是，本文所述的各种功能可以使用存储在设备可读存储介质诸如非信号存储设备上的指令来实施，其中，由处理器执行指令。在本文件的上下文中，存储设备不是信号，并且“非暂时性”包括除信号介质以外的所有介质。

用于执行操作的程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写。程序代码可以完全在单个设备上执行，部分地在单个设备上作为独立软件包执行，部分地在单个设备上并且部分地在另一设备上执行，或者完全在另一设备上执行。在一些情况下，设备可以通过任何类型的连接或包括局域网(LAN)或广域网(WAN)在内的任何类型的网络进行连接，或者连接可以通过其他设备(例如通过使用互联网服务提供商的互联网)、通过无线连接例如近场通信或通过硬线连接(诸如通过USB连接)进行。

在本文中参考附图描述示例性实施方案，这些附图示出了根据各种示例性实施方案的示例方法、设备和产品。要理解的是，动作和功能可以至少部分地由程序指令来实施。可以将这些程序指令提供给设备(例如测量设备，如图1所示)的处理器，或其他可编程数据处理设备，以产生机器，使得经由设备的处理器执行的指令实施指定的功能/动作。

注意，本文提供的值应解释为包括通过使用术语“约”指示的等效值。等效值对于本领域普通技术人员将是明显的，但是至少包括通过对最后一个有效数字进行常规四舍五入而获得的值。

本公开内容虽然已经出于说明和描述的目的被呈现，但是并不旨在是穷举的或限制性的。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变型将是明显的。示例性实施方案被选择和描述以便解释原理和实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解具有各种修改的各种实施方案的公开内容，这些修改适合于预期的特定用途。

因此，尽管本文已经参考附图描述了示例性实施方案，但是要理解，该描述不是限制性的，并且在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可以在其中进行各种其他改变和修改。

Claims

1.一种用于混合至少两种试剂流体的装置，所混合的至少两种试剂流体被用于测量样品的化学属性，所述装置包括：

外壳；

至少两个入口端口，每个入口端口用于接收处于混合前状态的流体；

出口端口，其用于分配处于混合后状态的流体；以及

位于所述外壳内的用于混合的内腔的表面，所述内腔具有预定的长度，其中所述内腔的表面位于所述至少两个入口端口和所述出口端口之间，其中所述至少两个入口端口过渡到所述内腔的表面，其中所述预定的长度为允许充分混合由所述至少两个入口端口接收的流体的长度，其中所述内腔的表面包括至少一个防虹吸元件和用于使其内所容纳的流体产生扰动的多个堰，其中所述至少两种流体各自包含用于测量样品的化学属性的试剂。

2.一种用于混合至少两种试剂流体的装置，所混合的至少两种试剂流体被用于测量样品的化学属性，所述装置包括：

外壳；

出口端口，其用于分配处于混合后状态的流体；以及

位于所述外壳内的用于混合的内腔的表面，其中所述内腔的表面位于所述至少两个入口端口和所述出口端口之间，其中所述至少两种流体各自包含用于测量样品的化学属性的试剂。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述外壳包括气体和液体不可渗透的材料。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述外壳包括聚苯乙烯材料。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述外壳包括通过超声焊接在一起的至少两个片。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少两个片包括至少一个互补的对齐凸片。

7.根据权利要求2所述的装置，其中所述内腔的表面包括至少一个防虹吸元件。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述至少一个防虹吸元件是“s”形弯头。

9.根据权利要求7所述的装置，其中所述至少一个防虹吸元件是“j”形钩。

10.根据权利要求2所述的装置，其中所述内腔的表面包括用于使其内所容纳的流体产生扰动的多个堰。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述多个堰相对于其内所包含的流体的流动以至少两个不同取向定位。

12.一种用于混合至少两种试剂流体的方法，所混合的至少两种试剂流体被用于测量样品的化学属性，所述方法包括：

将至少两种流体引入到混合装置中，其中所述混合装置包括：

外壳；

至少两个入口端口，每个入口端口用于接收处于混合前状态的所述两种流体中的至少一种；

出口端口，其用于分配处于混合后状态的流体；以及

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述外壳包括气体和液体不可渗透的材料。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述外壳包括聚苯乙烯材料。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述外壳包括通过超声焊接在一起的至少两个片。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少两个片包括至少一个互补的对齐凸片。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述内腔的表面包括至少一个防虹吸元件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个防虹吸元件是“s”形弯头。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个防虹吸元件是“j”形钩。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述内腔的表面包括用于使其内所容纳的流体产生扰动的多个堰。