▶ ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-18
(54)【発明の名称】液体の非侵襲混合
(51)【国際特許分類】
B01F 31/00 20220101AFI20220511BHJP
【ＦＩ】
B01F11/00 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021555260
(86)(22)【出願日】2020-03-12
(85)【翻訳文提出日】2021-11-12
(86)【国際出願番号】 NL2020050164
(87)【国際公開番号】W WO2020185085
(87)【国際公開日】2020-09-17
(31)【優先権主張番号】19162758.7
(32)【優先日】2019-03-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】511095850
【氏名又は名称】ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト－ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】パウル・ルイ・マリア・ヨーゼフ・ファン・ネール
(72)【発明者】
【氏名】ラジャト・バードワージ
(72)【発明者】
【氏名】ゲルト－ヤン・アドリアーン・ファン・グロエネスタイン
(72)【発明者】
【氏名】アール・ローレンス・フィンセント・フーテール
(72)【発明者】
【氏名】コーネリス・ペートルス・マルクス・ロウランズ
【テーマコード（参考）】
4G036
【Ｆターム（参考）】
4G036AB12
(57)【要約】
流体（Ｆ）を混合するための装置（１００）が、流体（Ｆ）を保持するためのコンテナ壁部（１１）を有する混合コンテナ（１０）を備える。１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、コンテナ壁部（１１）上に配置され、音響流により流体（Ｆ）中に流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）をそれぞれ生じさせるために流体（Ｆ）中に向けられる音波（Ｗ１、Ｗ２）をそれぞれ発生するように構成される。コントローラ（１５）が、異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間の切替えを行うために異なる音波（Ｗ１、Ｗ２）の発生を自動的に切り替えるように音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体（Ｆ）を混合するための装置（１００）であって、－ 前記流体（Ｆ）を保持するためのコンテナ壁部（１１）を備える混合コンテナ（１０）と、
－ 前記コンテナ壁部（１１）上に配置され、音響流により前記流体（Ｆ）中にそれぞれの流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）を生じさせるためにそれぞれの音響軸（Ａ１、Ａ２）に沿って前記流体（Ｆ）中に向けられるそれぞれの音波（Ｗ１、Ｗ２）を発生するように構成された、少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）であって、前記音響軸（Ａ１、Ａ２）は、前記コンテナ壁部（１１）の法線（Ａｎ）に対して３０度超のそれぞれの角度（α１、α２）を成す、少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）と、
－ 異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間の切替えを行うために異なる音波（Ｗ１、Ｗ２）の発生を自動的に切り替えるように前記少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成されたコントローラ（１５）と、
を備える、装置（１００）。
【請求項2】
１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、第１の期間（Ｔ１）にわたり第１の音波（Ｗ１）のセットを発生することにより第１の流れパターン（Ｆ１）を生じさせ、次いで第２の期間（Ｔ２）にわたり異なる第２の音波（Ｗ２）のセットを発生することにより異なる第２の流れパターン（Ｆ２）を生じさせるように自動的に切り替わるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
少なくとも１つのトランスデューサ（２１）の第１のサブセットが、前記第１の流れパターン（Ｆ１）を生じさせるように構成され、少なくとも１つの他のトランスデューサ（２２）の異なる第２のサブセットが、前記第２の流れパターン（Ｆ２）を生じさせるように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記音波（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれの前記角度（α１、α２）は、前記第１の流れパターン（Ｆ１）が前記混合コンテナ（１０）内のある位置にて前記コンテナ壁部に対して接線方向である第１の流れ方向（Ｖ１）を有し、第２の流れパターン（Ｆ２）が前記混合コンテナ（１０）内の同じ位置にて前記コンテナ壁部に対して接線方向である反対の第２の流れ方向（Ｖ２）を有するようにするために、前記異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間において前記コンテナ壁部（１１）の周囲に沿って反対に向けられる、請求項２または３に記載の装置。
【請求項5】
それぞれの前記角度（α１、α２）は、前記音響トランスデューサ（２１、２２）と前記コンテナ壁部（１１）との間に配置されたウェッジ要素（１１ｗ）と、前記少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）が対接して取り付けられたウェッジ表面を含むまたは形成する前記コンテナ壁部（１１）と、前記コンテナ壁部（１１）の内側表面法線に対してある角度を成して前記コンテナ壁部（１１）内部に少なくとも部分的に埋設される前記少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）と、のうちの少なくとも１つにより決定される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
前記混合コンテナ（１０）は、円形形状を有し、前記音響トランスデューサは、前記コンテナ壁部（１１）に沿って円周流を生じさせるように配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記混合コンテナ（１０）は、円筒形状またはトロイダル形状を有し、１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、前記混合コンテナ内にらせん流パターンを生じさせるように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
第１のトランスデューサ（２１ａ）が、第１の音響軸（Ａ１ａ）に沿って第１の方向（Ｖ１ａ）へ音波（Ｗ１ａ）を向けるように構成される一方で、前記混合コンテナの第２の壁部（１１ｂ）上に配置された第２のトランスデューサ（２１ｂ）が、第２の音響軸（Ａ１ｂ）に沿って第２の方向（Ｖ１ｂ）へ音波（Ｗ１ｂ）を向けるように構成され、前記第１の方向（Ｖ１ａ）は、前記第２の方向（Ｖ１ｂ）とは逆であり、前記第１の音響軸（Ａ１ａ）は、前記第２の音響軸（Ａ１ｂ）に対してオフセットされる、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項9】
音響トランスデューサ（２１）が、前記混合コンテナ（１０）の第１の壁部（１１ａ）上に配置され、音響軸（Ａ１）と対向側の第２の壁部（１１ｂ）の法線（Ａｎ）との間の衝突角度（β）で前記混合コンテナ（１０）の前記対向側の第２の壁部（１１ｂ）に衝突する方向（Ｖ１）へと前記音響軸（Ａ１）に沿って音波（Ｗ１）を向けるように構成され、前記衝突角度（β）は、３０度超である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、液体／ガス（Ｌ／Ｇ）界面にそれぞれの音波（Ｗ１、Ｗ２）を向けるように構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項11】
前記音響トランスデューサ（２１、２２）のうちの１つまたは複数が、それぞれの流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）を計測するように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
前記コントローラ（１５）は、前記計測に基づき異なる音波（Ｗ１、Ｗ２）の発生を自動的に切り替えるように１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
前記コントローラ（１５）は、所定の閾値未満に液体速度を維持するために前記計測に基づき周波数または強度の一方または両方を自動的に適合させるように１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成される、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項14】
流体（Ｆ）を混合するための方法であって、－ 混合コンテナ（１０）内に前記流体（Ｆ）を保持するステップと、
－ 音響流により前記流体（Ｆ）中にそれぞれの流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）を生じさせるために前記流体（Ｆ）中にそれぞれの音響軸（Ａ１、Ａ２）に沿って向けられるそれぞれの音波（Ｗ１、Ｗ２）を発生させるステップであって、前記音響軸（Ａ１、Ａ２）は、コンテナ壁部（１１）の法線（Ａｎ）に対して３０度超のそれぞれの角度（α１、α２）を成す、ステップと、
－ 異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間の切替えを行うために異なる音波（Ｗ１、Ｗ２）の発生を自動的に切り替えるステップと、
を含む、方法。
【請求項15】
前記流体はミルクであり、ピーク液体速度が３０センチメートル／秒未満に維持され、ピーク音圧が１メガパスカル未満に維持される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、例えばミルクなどの液体などの流体の混合に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば食品産業、化学産業、および製薬業などの多数の産業において、分散液、懸濁液、およびエマルジョンを混合することまたはそれらの混合状態を維持することが必要である。製品の保管寿命を最大限にのばすために、衛生状態または滅菌状態が高く追求されることがしばしばある。かかる産業において、従来的な混合は、混合促進のために分散液、懸濁液、またはエマルジョンの中に構成要素（例えば羽根車）を挿入することを伴う。しかし、この構成要素は洗浄を必要とし、洗浄には時間がかかり得る。さらに、洗浄は、その実施のたびに労力コストおよびエネルギーコストを伴い得る。そのため、洗浄は、例えば乳製品などの食品産業などにおいてコストの中でも大きな割合を占める。
【0003】
超音波洗浄槽は、洗浄する／混合する／化学反応を増大させるために超音波を使用する。しかし、典型的には、これらの超音波洗浄槽は、範囲の定められた小さな点のみにおいて高い強度を有する高出力超音波に基づくものであり、その動作原理は、キャビテーションおよび局所的に誘発される温度上昇により決定される。また、超音波混合／超音波選別は、マイクロ流体の場合にも適用され得る。典型的には定在波が使用され、これはマイクロ流体では実現が比較的容易であるが、より大きな流体では実現不可能である。残念ながら、既知の超音波ベース混合は、例えば分散液およびエマルジョンなどの容易にダメージを被る液体に使用するには不向きとなる場合がある。多くの液体に関して、ピーク液体速度または誘発されるせん断応力についての許容可能な上限が存在する。例えばミルクの場合には、上限は、高いせん断応力にてたんぱく質－脂質構造体が分解されることにより決定され得る。しかしこの上限未満にとどめることにより、結果として混合が不十分になる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、既知の方法の利点の少なくともいくつかを維持しつつ既知の方法の欠点を緩和し得る、流体混合におけるさらなる改善が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の態様は、例えば液体などの流体を混合するための装置および方法に関する。コンテナ壁部を備える混合コンテナが、流体を保持するために使用され得る。１つまたは複数の音響トランスデューサが、コンテナ壁部上に配置され得る。これらの音響トランスデューサは、流体中に向けられるそれぞれの音波を発生するように構成され得る。これにより、流体中のそれぞれの流れパターンが生じ得る（音響流）。例えば、流れパターンは、混合コンテナ内の１つまたは複数の位置における流体のそれぞれの流れ方向および／または流速により示すことができる。典型的には、混合は、ある流れがコンテナ全体にわたり流体および／または流体中の粒子を運ぶことにより実現される。
【0006】
好ましくは、１つまたは複数の音響トランスデューサは、異なる音波の発生を自動的に切り替えるように制御される。これにより、作動電力を上昇させる必要を伴わずに異なる流れパターン間において切替えが行われることによって、流体混合の改善が得られ得る。音波発生を切り替えない場合には、固定または安定状態の流れパターンが展開され得ることになり、例えば流体中のある位置の流れ方向および流速が変化しないと本発明者らは認識している。例えば固定流れパターンでは、層流が展開され得ることになり、最小限の混合が行われる。また、固定流れパターンは、流体が澱んだ状態に留まる領域を含み得る。種々の流れパターンは、例えば好ましくはコンテナの全体にわたり１つまたは複数の位置において流れ方向および／または流速を切り替えることなどにより形成され得る。有利には、異なる流れを切り替えることにより、コンテナ内の層流および／または澱み領域を途絶させてもよく、例えば混合性能を改善し得る渦を生成してもよい。そのため、例えばトランスデューサへの電力を上昇させる（これは過剰な流れ／せん断により流体にダメージを与える場合がある）のではなく、種々の混合モードを切り替えることによって流体にダメージを与えることなく混合効率を改善することができる。
【0007】
以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面から、本開示の装置、システム、および方法のこれらのおよび他の特徴、態様、ならびに利点がよりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】円周流パターンを示す図である。
【図1B】円周流パターンを示す図である。
【図2A】らせん流パターンを示す図である。
【図2B】らせん流パターンを示す図である。
【図3A】対向流方向を伴った流れパターンを示す図である。
【図3B】対向流方向を伴った流れパターンを示す図である。
【図4A】トロイダル形状またはドーナツ形状混合コンテナを示す図である。
【図4B】トロイダル形状またはドーナツ形状混合コンテナを示す図である。
【図5A】対向側壁部に対してある角度で向けられた音波を示す図である。
【図5B】対向側壁部に対してある角度で向けられた音波を示す図である。
【図6A】音響流および放射力の組合せを示す図である。
【図6B】音響流および放射力の組合せを示す図である。
【図7A】圧力分布強度を示す図である。
【図7B】音波間の境界面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
特定の実施形態を説明するために使用される術語は、本発明を限定するようには意図されない。本明細書において、単数形「１つの（ａ，ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、その文脈が別様のことを明確に示唆しない限り、複数形も包含するように意図される。「および／または」という用語は、列挙された関連項目のうちの１つまたは複数のいずれかおよびすべての組合せを含む。「備える」および／または「備えている」という用語は、挙げられた特徴が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴が存在することまたは追加されることを排除しない点が理解されよう。さらに、方法のある特定のステップが別のステップの後に続くものとして言及される場合には、別様のことが明示されない限り、この特定のステップは前記別のステップの直後に続くことが可能であり、あるいは１つまたは複数の中間ステップがこの特定のステップの実施前に実施されてもよい点が理解されよう。同様に、構造物間または構成要素間の連結部が説明される場合に、別様のことが明示されない限り、この連結部は直接的にまたは中間構造物もしくは中間構成要素を介して確立されてもよい点が理解されよう。
【0010】
以降では、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して本発明がさらに十分に説明される。図面では、明瞭化のために、システム、構成要素、層、および領域の絶対サイズおよび相対サイズが誇張される場合がある。実施形態は、場合によっては理想化された本発明の実施形態および中間構造体の概略図および／または断面図を参照して説明される場合がある。本説明およびこれらの図面において、同様の番号は全体を通じて同様の要素を示す。相対用語およびその派生語は、そこで説明されるような配向または論じられる図面に示すような配向を示すものとして見なされるべきである。これらの相対用語は説明の便宜を図るためのものであり、別様のことが明示されない限り、システムがある特定の配向で構成または動作されることを必要としない。
【0011】
図１Ａおよび図１Ｂは、流体Ｆを混合するための装置１００として具現化された本明細書において説明される態様を示す。典型的には、装置１００は、流体Ｆを保持するためにコンテナ壁部１１を有する混合コンテナ１０を備える。本明細書において説明されるように、典型的には、この装置は、流体Ｆを混合するためのコンテナ壁部１１上に配置された少なくとも１つのトランスデューサを有する。例えば図示されるような好ましい一実施形態では、複数の音響トランスデューサ２１、２２がコンテナ壁部１１上に配置される。別のまたは他の実施形態では、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２は、好ましくは音響流により流体Ｆ中にそれぞれの流れパターンＦ１、Ｆ２を生じさせるために、流体Ｆ中に向けられるそれぞれの音波Ｗ１、Ｗ２を発生するように構成される。また、本明細書において説明される態様は、流体Ｆを混合するための方法としても具現化され得る。典型的には、この方法は、混合コンテナ１０内に流体Ｆを保持するステップと、音響流により流体Ｆ中にそれぞれの流れパターンＦ１、Ｆ２を生じさせるために、流体Ｆ中に向けられるそれぞれの音波Ｗ１、Ｗ２を発生するステップと、を含む。
【0012】
いくつかの実施形態では、コントローラ１５が、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２を制御するように構成される。好ましい一実施形態では、このコントローラは、異なる音波Ｗ１、Ｗ２の発生を自動的に切り替えるように構成される（例えばプログラミングされる）。これにより、流体混合を改善するために異なる流れパターンＦ１、Ｆ２間の切替えが行われ得る。同様に、この方法は、異なる流れパターンＦ１、Ｆ２間の切替えを行うために、異なる音波Ｗ１、Ｗ２の発生を（コントローラによりまたは他の方法で）切り替えることをさらに含んでもよい。異なる流れパターン間の切替えにより、本明細書において説明される様々な態様との組合せにおいて相乗的な利点を得ることが可能となるが、この切替えを伴わずに本教示の中の少なくともいくつかを適用することも予期され得る。具体的には、円周流パターン／らせん流パターン、対向流パターン／せん断流パターン、対向側壁部に対してある角度を成す流れパターンおよび／または液体／ガス界面に対して音波を衝突させる流れパターン、コンテナ／トランスデューサ構成、ならびに動作パラメータなどの、本明細書において説明される態様および利点は、有効な流体混合の利点の少なくともいくつかを達成するために切替えを伴わずに適用することも可能である。
【0013】
いくつかの実施形態では、作動（断続的な切替えを伴うまたは伴わない）は、例えば１分超、１０分超、３０分超、またはそれ以上などの比較的長い期間にわたり維持される。例えば、ミルクなどのいくつかの流体は、望ましい特性を維持するために一定の混合を必要とし得る。したがって、混合は、流体が混合コンテナ１０内に保管される期間にわたり維持され得る。いくつかの実施形態では、作動は、例えば混合が十分であると見なされる場合などにオフに切り替えられ得る。また、作動は、例えば異なる作動モード間におけるサイクルの中などで一時的にオフに切り替えられてもよい。
【0014】
いくつかの実施形態では、音響トランスデューサ２１、２２は、第１の期間Ｔ１にわたり第１の音波Ｗ１のセットを発生することにより第１の流れパターンＦ１を生じさせ、次いで第２の期間Ｔ２にわたり異なる第２の音波Ｗ２のセットを発生することにより異なる第２の流れパターンＦ２を生じさせるように自動的に切り替わるように構成される。一実施形態では、期間Ｔ１、Ｔ２は、例えば主要な層流などの固定流れパターンをコンテナ内において展開させるために必要な時間に相当するように選択され得る。この時間ごろに（またはこの時間の前に）トランスデューサを切り替えることにより、固定流れパターンは最適な混合条件を維持するために途絶され得る。例えば、各期間Ｔ１、Ｔ２は、少なくとも１秒、少なくとも２秒、少なくとも５秒、または１０秒超であってもよい。例えば、各流れパターンは、次の流れパターンへの切替えまでに１秒～１００秒の間にわたり維持されてもよく、好ましくは５秒～３０秒の間にわたり、または１０秒～２０秒の間にわたり維持されてもよい。
【0015】
いくつかの実施形態では、第１のトランスデューサ２１のサブセットが、第１の流れパターンＦ１を生じさせるように構成され、異なる第２のトランスデューサ２２のサブセットが、第２の流れパターンＦ２を生じさせるように構成される。一実施形態では、トランスデューサのそれぞれのサブセットは排他的であり得る。例えば、第１のサブセットに属するトランスデューサは、第２のサブセットには属さず、または逆に第２のサブセットに属するトランスデューサは、第１のサブセットには属さない。有利には、トランスデューサ２１、２２の各サブセットが、図示するようにある特定のそれぞれの流れパターンＦ１、Ｆ２を生じさせるように特別に配置され得る。他のまたはさらなる実施形態では、１つまたは複数のトランスデューサが、サブセット間で共有されてもよい（本明細書では図示せず）。例えば、第１のサブセットに属するいくつかのトランスデューサが、第２のサブセットに属してもよく、一方で他のトランスデューサが、それぞれのサブセットに対して排他的であってもよい。
【0016】
いくつかの実施形態では、異なる流れパターンＦ１、Ｆ２は、異なるアクチュエータ２１、２２のサブセット間で（コントローラ１５により）作動を切り替えることによって発生される。例えば、第１の流れパターンＦ１を発生させるために、第１のアクチュエータ２１のセットが作動される。例えば、第２の流れパターンＦ２を発生させるために、異なる第２のアクチュエータ２２のセットが作動される。一実施形態では、異なる流れパターンＦ１、Ｆ２は、１つまたは複数のセットに属する１つまたは複数のアクチュエータの動作パラメータを切り替えることにより発生され得る。例えば、流れパターンの切替えは、１つまたは複数のアクチュエータを第１の作動周波数から異なる第２の作動周波数へ切り替えることにより変更され得る。
【0017】
いくつかの実施形態では、流れパターンは、例えば１秒以内において第１の動作モードから完全に異なるモードへと作動を切り替えることなどにより急激に変化される。例えば、１つまたは複数の第１の音響トランスデューサ２１のセットがオフに切り替えられ、その一方で、同時にまたはその直後に１つまたは複数の第２の音響トランスデューサ２２のセットがオンに切り替えられる。この急激な切替えにより、例えば流れ方向の急激な変化によって渦が形成され、それにより混合が改善され得る。他のまたはさらなる実施形態では、流れパターンは、流れを徐々に変更するように切り替えられ得る。例えば１秒の期間にわたり、または数秒の期間にわたり、例えば最大で１０秒までもしくはそれ以上などの期間にわたり、例えば１つまたは複数の第１の音響トランスデューサ２１のセットの作動が一定速度で低下し、一方で１つまたは複数の第２の音響トランスデューサ２２のセットの作動が一定速度で上昇する。
【0018】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２は、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の異なる流れパターンの間で交互に切り替わるように構成される。異なる流れパターンの数がより多いほど、流体の効率的な混合においてこれらのパターンは相互により良好に補完し合うことができる。好ましくは、これらの流れパターンは、例えば完全に異なる流れ方向を有するなど可能な限り異なるものである。
【0019】
いくつかの実施形態では、第１の流れパターンＦ１は第１の流れ方向Ｖ１を有し、第２の流れパターンＦ２は異なる第２の流れ方向Ｖ２を有する。有利には、異なる流れ方向Ｖ１、Ｖ２を有する流れパターンＦ１、Ｆ２間の切替えは、混合コンテナ１０内における層流および／または相殺的な澱み領域を途絶させ得る。一実施形態では、流れ方向Ｖ１は、第２の流れ方向Ｖ２の実質的に逆方向となる。例えば、混合コンテナ１０内のある位置における第１の流れパターンＦ１の平均流れ方向Ｖ１が、同位置における第１の流れパターンＦ１の平均流れ方向Ｖ２に対して比較的大きな角度を、例えば９０度超、１２０度超、１５０度超、最大で１８０度（真逆）の角度を成し得る。例えば、第１の流れパターンＦ１が時計回り方向であり、第２の流れパターンが反時計回り方向であってもよい。別のまたは他の実施形態（ここでは図示せず）では、第１の流れ方向Ｖ１は、第２の流れ方向Ｖ２に対して実質的に横方向であり、例えば平均流れ方向Ｖ１、Ｖ２間の角度は、４５度～１３５度の間となる。
【0020】
いくつかの実施形態では、異なる流れ方向は、異なる音響トランスデューサ２１、２２から音波Ｗ１、Ｗ２を発生させること、および／または異なる角度α１、α２に配向された波／トランスデューサを使用することにより達成され得る。典型的には、音波Ｗ１、Ｗ２は、それぞれの音響軸Ａ１、Ａ２に沿って流体Ｆ中に向けられる。例えば図示するような一実施形態では、音響軸Ａ１、Ａ２は、コンテナ壁部１１に対して接線方向にそれぞれの流体流Ｆ１、Ｆ２の主要流れ成分を発生させるために、（内側）コンテナ壁部１１の法線Ａｎに対してそれぞれの角度α１、α２を成す。例えば、角度αは、１０度超（平面角）であり、好ましくは２０度超であり、またはさらには３０度超であり、４０度超であり、または５０度超であり、例えば４０度～８０度の間である。この角度αがより大きいほど（最大で９０度）、流体は壁部に沿って向けられた流れパターンをより多く生じさせることができる。
【0021】
例えば図示するようないくつかの実施形態では、第１の音響トランスデューサ２１が、コンテナ壁部１１の法線Ａｎに対して第１の角度α１を成す音響軸Ａ１を有し、第２の音響トランスデューサ２２が、コンテナ壁部１１の法線Ａｎに対して第２の角度α２を成す音響軸Ａ２を有する。一実施形態では、角度α１、α２は、同一であるが例えば異なる方向に配向され得る。例えば、角度α１、α２は、図示するようにコンテナ壁部１１の周囲に沿って逆方向に向けられ得る。また、代替的にはまたは追加的には、それぞれの法線Ａｎに対する角度α１、α２の方向は、横方向に配向された成分を有し得る（ここでは見えない）。
【0022】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２は、混合コンテナ１０の外側に、すなわち流体Ｆに対してコンテナ壁部１１の反対側に配置される。この外側にトランスデューサを保持することは、例えばメンテナンスおよび／または流体の接触を避けることなどにおいて有利となり得る。他のまたはさらなる実施形態では、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２は、コンテナ壁部１１内に部分的にまたは完全に埋設されてもよく、それにより流体中への音波の結合をより容易なものにし得る。さらに好ましくは、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２は、例えば汚染を防止するためになど、流体と接触状態にはない。
【0023】
いくつかの実施形態では、ウェッジ要素１１ｗが、音響トランスデューサ２１、２２とコンテナ壁部１１との間に角度αを画定するように配置される。別のまたは他の実施形態では、コンテナ壁部１１自体は、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２が対接して取り付けられ得るウェッジ表面を含むかまたは形成してもよい。また、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２は、例えば（内側）表面法線に対してある角度を成してまたはその他などで、コンテナ壁部１１内部に部分的に埋設されてもよい。図示する実施形態では、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２はウェッジ要素上にある角度で取り付けられ、代替的には、これらのトランスデューサは例えば第１のウェッジ要素上に相補的な第２のウェッジ要素（図示せず）を取り付けることなどにより壁部と同一方向に（平面内に）取り付けられてもよい。例えば、相互連結されたウェッジ要素は、所望の角度で音波を屈折させるために異なる音響インピーダンスを有し得る。
【0024】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のトランスデューサは、流体の方向へと音波を主に向けるように構成される。別のまたは他の実施形態では、音波は、コンテナの壁部に沿って向けられてもよい。例えば、トランスデューサは、コンテナの壁部中に誘導波を誘発するように構成されてもよく、次いでこの誘導波は、液体中に屈折し音響（定在）波動場を生成する（液体中：圧縮波）。次いで、この音響圧縮波動場が液体混合を誘発させる。また、例えばいくつかのトランスデューサが流体中に直接的に波を発生させるように構成され、他の（または同一の）トランスデューサがコンテナ壁部中に誘導波を発生させるように構成されるなどの組合せを予期することができる。
【0025】
いくつかの実施形態（図示せず）では、流体中への音波Ｗ１、Ｗ２の方向（音響流方向）は、複数の音響トランスデューサにより生成された個別の波の組合せによって決定され得る。例えば、トランスデューサフェーズドアレイが使用されてもよく、音響流または組み合わされた波方向が、アレイを形成するそれぞれのトランスデューサの個別の波の相対位相により決定され得る。一実施形態では、コンテナ壁部１１はトランスデューサアレイと直線を成し、流れ方向はトランスデューサが作動される相対位相を適合させることによって切り替えられる。
【0026】
いくつかの実施形態では、混合コンテナ１０は、円形状を有し、トランスデューサは、コンテナ壁部１１に沿った円周流を生じさせるように配置される。例えば、混合コンテナ１０は、例えば図２Ａおよび図２Ｂに示すように円筒形状を有してもよく、または例えば図４Ａおよび図４Ｂに示すようにトロイダル形状を有してもよい。また、例えば図５Ａに示すような楕円形状が予期され得る。有利には、円（楕円）形状の混合コンテナ１０を使用することにより、澱み領域（混合がより少ない位置）を最小限に抑えつつ全体を通過する流れを展開させることがより容易になり得る。代替的には、例えば図４Ａ、図４Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに示すような矩形または例えば図５Ｂに示すような多角形などの、さらに他の形状の混合コンテナが使用されてもよい。かかる形状の隅部は、局所渦を展開させるのを補助し得るものであり、この渦がまたさらに混合を促進し得る。
【0027】
図２Ａおよび図２Ｂは、１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２が混合コンテナ１０中にらせん流パターンＦ１、Ｆ２を生じさせるように構成された実施形態を示す。例えば、らせん流パターンは、略回転流成分と、この回転に対して横方向の略長手方向流成分と、を備え得る。例えば図示するようないくつかの実施形態では、混合コンテナ１０は、らせん流を案内するように円筒形状を有する。例えば、１つまたは複数の第１の音響トランスデューサ２１のセットが、時計回り方向らせん流を生じさせるように構成され、１つまたは複数の第２の音響トランスデューサ２２のセットが、反時計回り方向らせん流を生じさせるように構成される。有利には、このらせん流は、円筒状コンテナ壁部１１により案内され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のトランスデューサが、コンテナの中央を通り戻る流体流を生じさせるように配置され得る。
【0028】
図３Ａおよび図３Ｂは、対向流方向を有する流れパターンを示す。例えば図示するようないくつかの実施形態では、第１のトランスデューサ２１ａが、第１の音響軸Ａ１ａに沿って第１の方向Ｖ１ａに音波Ｗ１ａを向けるように構成され、コンテナの第２の壁部１１ｂ上に配置された第２のトランスデューサ２１ｂが、第２の音響軸Ａ１ｂに沿って第２の方向Ｖ１ｂに音波Ｗ１ｂを（同時に）向けるように構成される。一実施形態では、第１の方向Ｖ１ａは第２の方向Ｖ１ｂの逆である。別のまたは他の実施形態では、第１の音響軸Ａ１ａは第２の音響軸Ａ１ｂに対してオフセットされる。有利には、対向し合う非近軸流またはせん断流の構成により、例えば図示するような渦の生成などによって混合の改善が実現され得る。例えば、これは混合を改善し得る。また、トランスデューサ同士の間に略乱流的な混合を引き起こし得る、対向し合う近軸流パターンが予期され得る。例えば図示するようないくつかの実施形態では、第１のトランスデューサ２１ａは、混合コンテナ１０の第１の壁部１１ａ上に配置され、第２のトランスデューサ２１ｂは、混合コンテナ１０の対向側の第２の壁部上に配置される。
【0029】
例えば図示するようなまたは他のいくつかの実施形態では、トランスデューサ２１、２２の１つまたは複数が、それぞれの流れパターンＦ１、Ｆ２を計測するように構成される。例えば、トランスデューサのうちのいくつかは、流速および／または流れ方向を計測するために使用され得る。例えば、音波Ｗ１ａが第１のトランスデューサ２１ａにより生成され、例えば音響軸と交差するなど音波Ｗ１ａの経路中に配置された第２のトランスデューサ２２ｂにより計測され得る。一実施形態では、１つまたは複数のトランスデューサが、ドップラー偏移により流速を計測するように構成される。例えば、第１のトランスデューサにより送出された連続波が第２のトランスデューサにより受け取られてもよく、第２のトランスデューサにより計測されたこの周波数は、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間における流れ方向および／または流速に応じて第１のトランスデューサの作動に対してドップラー偏移されたものである。別のまたは他の実施形態では、１つまたは複数のトランスデューサが、到着時間計測値により流速を計測するように構成される。例えば、第１のトランスデューサにより送出されたパルス波が第２のトランスデューサにより受け取られてもよく、送出と受取との間で計測されたこの時間は、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間における流れ方向および／または流速に依拠したものであり得る（流れに逆らうものよりも流れに沿うものの方がより早く到着する）。
【0030】
いくつかの実施形態では、トランスデューサのうちの１つまたは複数の作動が、流れ計測に基づき制御される。例えば、流れを発生させるために使用されないアクチュエータのうちの少なくともいくつかが、流れを計測するために使用されてもよい。一実施形態では、コントローラ（ここでは図示せず）が、この計測値に基づき異なる音波Ｗ１、Ｗ２の発生を自動的に切り替えるように１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２を制御するように構成される。例えば、流れは、層流が展開されたと判定すると切り替えられ得る。典型的には、層流中においては、流れ方向および／または流速は実質的に変化しないことがある。別のまたは他の実施形態では、コントローラは、液体速度を所定の閾値未満に維持するように、この計測に基づき周波数または強度の一方または両方を自動的に適合させるために１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２を制御するように構成される。例えば、これにより、過度なせん断によって引き起こされる一部の液体に対するダメージを防ぐことができる。
【0031】
図４Ａおよび図４Ｂは、トロイダル形状またはドーナツ形状の混合コンテナ１０を示す。例えば図示するようないくつかの実施形態では、トランスデューサ２１ａ、２１ｂのセットが、例えば前出の図を参照して説明したものと同様にコンテナ内において対向流を生じさせるように構成される。他のまたはさらなる実施形態（図示せず）では、トロイダル形状コンテナ内においてらせん流を生じさせることもまた予期され得る。有利には、これによりコンテナによって形成されたチャネルに沿って連続らせんがもたらされる。
【0032】
図５Ａおよび図５Ｂは、対向側壁部に対してある角度を成して向けられる音波を示す。例えば図示するような一実施形態では、音響トランスデューサ２１が、混合コンテナ１０の第１の壁部１１ａ上に配置され、音響軸Ａ１と対向側壁部１１ｂの法線Ａｎとの間の衝突角度βにて混合コンテナ１０の対向側の（内側の）第２の壁部１１ｂに衝突する方向Ｖ１へと音響軸Ａ１（中心方向または主要方向）に沿って音波Ｗ１を向けるように構成され、ここで衝突角度βは、２０度超（平面角）であり、好ましくは３０度超であり、またはさらには４０度超であり、例えば４５度～７０度の間である。有利には、対向側壁部に対してある角度にて流れ方向Ｖ１を指定することにより、流れはこの壁部から跳ね返り得る、かつ／またはこの壁部に沿って案内され得る。例えば、流体を混合する円周流が展開され得る。例えば図示するような好ましい一実施形態では、対向流パターン（図示せず）を生じさせるように構成された第２のトランスデューサ２２が存在してもよい。
【0033】
例えば図５Ａに示すようないくつかの実施形態では、混合コンテナ１０は、円形であってもよく、またはこの例では円筒形である。有利には、トランスデューサは、ある角度を成して対向側壁部に衝突するように、（楕円の正中線に対して）偏心位置に配置され得る。同時に、円形の内側壁部により円周流がより容易に展開し得る。例えば図５Ｂに示すような他のまたはさらなる実施形態では、混合コンテナ１０は、例えば正方形、五角形、六角形等の多角形形状を有し得る。またかかる構成では、音響により誘起される流れは、壁部に沿った流れパターンを生じさせるような角度で対向側壁部に衝突するように１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２によって向けられ得る。有利には、特に多角形形状の隅部にて渦が展開され得る。
【0034】
図６Ａおよび図６Ｂは、液体／ガス界面（Ｌ／Ｇ）にそれぞれの音波Ｗ１、Ｗ２を向けるように構成された音響トランスデューサ２１、２２を示す。好ましくは、これらの音波は、例えば下方からなど、液体の方向から界面に衝突する。有利には、異なる音響インピーダンスを有する音波が界面を横断することにより、放射力によって追加的な流れが展開され得る。
【0035】
理論に縛られることなく、音響放射力は非線形的な超音波伝搬現象として理解することができる。典型的には、音響放射力は、内部にて音波が伝搬される元の媒体と比較して音響インピーダンス差分を有する物体または境界に対して作用する。この放射力が自由境界すなわち液体－空気の界面に対して、前記自由境界に衝突する液体ジェット（音響流に起因する）との組合せにおいて作用する場合に、この液体界面は震動し始め、これにより液体流が誘発され得る。液体－固体境界（例えば剛性を有する厚い固体壁部）に対して作用する放射力は、典型的には追加の液体流をもたらさない。しかし、圧縮可能な粒子／気泡が液体媒体中に分散される（したがって粒子／気泡の位置にて音響インピーダンス差分が生じる）場合には、粒子／気泡は放射力により移動し始めることが可能となる。これらの粒子／気泡は、次いで液体を横に押しのけ、したがって液体移動を生じさせる。これは、前記液体中における吸音により引き起こされる液体移動に次ぐものである（音響流）。
【0036】
いくつかの実施形態（図示せず）では、それぞれの音響軸が、前出の図において説明したものと同様に、境界表面に沿った流れを生じさせるために界面の法線に対してある角度にて、例えば３０度超の角度にて向けられる。例えば、図示する実施形態では、ウェッジ要素が、音波を向けるために１つまたは複数の音響トランスデューサ２１、２２とコンテナ壁部１１との間に配置されてもよく、または底壁部が傾斜をつけられてもよい。
【0037】
図７Ａは、１つのトランスデューサ２１に対応した圧力分布強度「Ｉ」を示す。図示するように、音波「Ｗ」は、１つの音響軸「Ａ」に沿って主に向けられて対応する流れ方向「Ｖ」を誘発させ得る。典型的には、音響波動場は、音波の波長が壁部上のトランスデューサの１つまたは複数の寸法に比べて短い場合に指向性がより高まる。広い開放角を有するトランスデューサにより生成された波動場の場合（例えばトランスデューサの１つまたは複数の寸法と比較して波長が長い場合に生成されるような）には、誘導波がコンテナ壁部中に生成され得る。いくつかの実施形態では、トランスデューサの周波数は、（例えばコンテナ壁部中および／または流体中の）音波の波長が例えば壁部に沿った寸法などトランスデューサの大きさよりも長い第１のモードと、波長がトランスデューサの大きさよりも短い第２のモードと、の間で切り替えられ得る。したがって、これにより、別個の波パターン／方向が誘起され得る。また、当然ながら、他の周波数バリエーションもまた、異なるモード間で切り替えられることが予期され得る。一実施形態では、周波数掃引が適用され、例えば低周波数により高周波数とは異なる音響波動場が、焦点の合わされていないトランスデューサについて生成される。また、低周波数成分および高周波数成分の組合せも可能である。
【0038】
図７Ｂは、例えば隣接するなど異なるトランスデューサ２１、２２の音波間における干渉を示す。図示するように、異なる波の干渉は、強め合う干渉および／または弱め合う干渉に至り得る。いくつかの実施形態では、隣接し合うトランスデューサ２１、２２間の距離が、音波（例えば流体中）の波長λ未満となり得る。いくつかの実施形態では、異なるトランスデューサ２１、２２の音波間の強め合う干渉により、圧力変動または音響流が比較的大きな二次軸Ａ’に沿った１つまたは複数の二次ビーム（グレーティングローブ）が生じ得る。
【0039】
理論に縛られることなく、二次軸の方向は、波長に依拠するものであり、例えば強め合う干渉は、異なるトランスデューサに対する距離が波長の整数倍である流体中の位置において発生することが認められる。これは、（光）回折格子と同様であり得る。二次軸の方向は、例えばトランスデューサの周波数を制御することなどにより制御され得る点が理解されよう。いくつかの実施形態では、トランスデューサの周波数は、（例えばコンテナ壁部中および／または流体中の）音波の波長が例えば壁部などに沿ったトランスデューサ同士の間の（中心）距離Ｄよりも長い第１のモードと、波長がこの距離よりも短い第２のモードと、の間で切り替えられ得る。また、３つの異なる周波数の間で切り替えることも予期され得る。例えば、比較的低い周波数の第１のモードでは、グレーティングローブは存在せず、より高い周波数では、グレーティングローブは存在するようになり、さらにより高い周波数では、グレーティングローブは主要ビームに向かって移動する。
【0040】
また、他のバリエーションが、周波数変動との組合せにおいてまたは周波数変動とは別個において予期され得る。一実施形態では、波動場の振幅変調が単一のトランスデューサまたは複数のトランスデューサによりもたらされ得る。別のまたは他の実施形態では、１つまたは複数のトランスデューサにより生成される経時的な正弦波バーストの長さは、変化し得る。いくつかの実施形態では、異なるトランスデューサの形状またはサイズが、異なるモード間において異なり得る。一実施形態では、第１のモードで作動された第１のトランスデューサが、第１の直径を有し、第２のモードで作動された第２のトランスデューサが、第１の直径よりも小さくてもまたは大きくてもよい第２の直径を有する。別のまたは他の実施形態では、これらのトランスデューサは環状アレイを備え、例えば種々のサイズまたは直径を有する、（中心リング）を備える。異なるサイズのトランスデューサは、同一のまたは異なる周波数で作動され得る。例えば、トランスデューサ間の切替えにより、例えばソースアパーチャが変化することなどによって音場形状に変化が生じ得る。また、（例えば以下の公式で論じるような直径二乗従属によって）音響流が誘発される効率が変化し得る。各周波数が異なる場合に、これは、さらなる効果（以下においてさらに論じるような周波数従属）をもたらし得る。また、高周波数成分および低周波数成分の組合せが、誘発された流体速度場を最適化するために使用されることが可能である。当然ながら、種々のオプションを組み合わせることができる。
【0041】
液体の音響流は、前記液体を通過する音波の伝搬中における音波の吸収によって誘発される。したがって、音響流は、場の形状および媒体（液体／ガス）の特性に応じてあらゆる音響放射場において発生し得る。理論に縛られることなく、音響流は、流体中における音響減衰に一般的に関連し得る。音響流により誘発される液体速度が以下の比例関係により概算され得ることが、本発明者らにより判明している。
ここで、「Ｖ」は誘発された（ピーク）液体速度であり、「ｐ」は流体中の音圧であり（例えばｐ２はトランスデューサ表面における音響強度Ｉ０に比例し得る）、「ａ」はトランスデューサの半径（または直径）であり、「ｃ０」は場における音波速度であり、「μ０」は流体粘度であり、「ｄｃ」はトランスデューサのデューティサイクルであり、「ｆ」は音波の周波数であり、「ｎ」は１～２の間の数字である。
【数1】
【0042】
いくつかの実施形態では、トランスデューサ表面における音圧または音響強度が、所望の液体速度を実現するように制御され得る。他のまたはさらなる実施形態では、例えば１メガパスカル未満、好ましくは５００キロパスカル未満、より好ましくは３００キロパスカル未満など、例えば１キロパスカル～２００キロパスカルの間など、液体中において比較的低いピーク圧を維持することにより、例えばミルクなどの液体に対するダメージを防ぐことが望ましい場合がある。また、これは、例えば周波数などに依拠してもよい。
【0043】
いくつかの実施形態では、トランスデューサの周波数が、所望の液体速度を実現するように制御される。例えば、液体を混合するための周波数は、０．１ＭＨｚ～１００ＭＨｚの間、好ましくは０．５ＭＨｚ～５ＭＨｚの間、さらに好ましくは０．８ＭＨｚ～３ＭＨｚの間の範囲で選択される。いくつかの実施形態では、トランスデューサは、電力効率を高めるために共振モードで動作するように構成される。
【0044】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の、好ましくはすべての音響トランスデューサが比較的大きくてもよく、例えば（コンテナ壁部に沿って）直径１センチメートル超、２センチメートル超、５センチメートル超、またはさらには１０センチメートル超である。上記の関係式で示されるように、トランスデューサのサイズを増大させることが、所望の液体速度の達成においてより効率的であり得る。
【0045】
いくつかの実施形態では、例えば１メートル／秒未満、０．５メートル／秒未満、０．３ｍ／ｓ未満、またはさらにはそれ未満など、比較的低いピーク液体速度を維持することが望ましい。例えばミルクなどのいくつかの液体では、せん断によるダメージを防止するために、例えば０．０１ｍ／ｓ～０．３ｍ／ｓの間、好ましくは０．２ｍ／ｓ未満など、比較的低いピーク液体速度を維持することが望ましい場合がある。
【0046】
十分な混合を依然として維持しつつ高ピーク速度を防止するために、例えば比較的多数の低電力トランスデューサが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランスデューサが、２００リットルの混合毎に、１００リットルの混合毎に、５０リットルの混合毎に、１０リットルの混合毎に使用されてもよく、またはさらには混合コンテナ内の１リットルの液体毎に２つ以上のトランスデューサが使用されてもよい。他のまたはさらなる実施形態では、各トランスデューサが、１００ワット未満で、５０ワット未満で、２０ワット未満で、またはさらには１０ワット未満で、例えば１ワット～５ワットの間のそれぞれで動作されてもよい。例えば、４０００リットルタンクのミルクの混合は、約１００Ｗの総電力で４０個のトランスデューサを利用し得る。
【0047】
例えば混合状態にある流体を有する保管コンテナを維持するなどの好ましい用途では、混合コンテナは比較的大きな容積を有する。例えば、コンテナは、１リットル超、１０リットル超、１００リットル超、またはさらには１０００リットル（１立方メートル）超の、例えば４０００リットル～１００００リットルまたはそれ以上の体積流体を保持するように構成される。例えば、本システムは、例えばトラックの後部上のコンテナ内など、ミルクの保管および／または輸送のために使用されるコンテナ内に適用され得る。比較的大きな体積の流体を混合する、または流体を混合状態に維持するために、多数の音響トランスデューサの配置が利用され得る。例えば、１０個超、５０個超、またはさらには１００個超の音響トランスデューサが使用されてもよい。
【0048】
流体を混合する（または流体を混合状態に維持する）ために必要とされる電力は、トランスデューサの構成、混合コンテナの形状、および流体のタイプに応じて異なり得る。例えば、本明細書において説明される最適化により、４０００リットルタンクのミルクを混合するために必要とされる電力は、約１００ワット～１キロワットの間となることが判明している。効率によっては、この電力の大部分が混合されることとなる流体中に熱として放散され得る。例えば、４ｋＪ／ｋｇＫの熱容量を有する４０００ｋｇの液体中に１ｋＷの電力が放散されることにより、約５分後にごくわずかな温度上昇が引き起こされることになる（（１ｋＷ／４０００ｋｇ）／（４ｋＪ／ｋｇＫ）＝０．００００６２Ｋ／ｓ）。
【0049】
いくつかの実施形態では、混合の最中に流体中に放散されることとなるエネルギーを比較的低く維持することが好ましい。好ましい一実施形態では、この構成は、１０ワット／リットル未満、１ワット／リットル未満、０．５ワット／リットル未満、またはさらには０．１ワット／リットル（０．１Ｗ／ｌ）未満の放散に対して適合される。他のまたはさらなる実施形態では、音響混合による流体の加熱を防ぐために計測が行われ得る。一実施形態では、装置１００は、音響トランスデューサにより生じる流体の加熱を少なくとも部分的にまたはさらには完全に相殺するために能動クーラを備える。例えば、能動クーラは、流体中における音波の放熱と少なくとも同等である冷却能力を有する。例えば、能動クーラは、流体の温度計測に基づき制御され得る。いくつかの実施形態では、冷却は、音響トランスデューサの作動に基づき切り替えられ得る。一実施形態では、１つまたは複数の音響トランスデューサが、特に能動冷却された表面に沿って流体流を生じさせるように構成される。
【0050】
非接触混合の本教示は、食品産業、製薬業、または一般的な化学産業などにおいて、流体を混合する（または流体を混合状態に維持する）と共に汚染を防止することが重要な用途に対して特に適することが理解されよう。いくつかの実施形態では、混合されることとなる流体は、例えば２センチポアズ（＝ミリパスカル秒）超など、（水と比べて）比較的高い粘性を有する。例えば、ミルクは、（室温にて）３センチポアズの粘性を一般的に有する。一実施形態では、混合されることとなる流体はミルクであり、その構成は３０センチメートル／秒未満のピーク液体速度を維持するように制御され、ピーク音圧は１メガパスカル未満に維持される。
【0051】
明瞭化および簡明な説明を目的として、本明細書においては、特徴が同一のまたは異なる実施形態のパーツとして説明されるが、本発明の範囲は、既述の特徴のすべてまたはいくつかの組合せを有する実施形態を含み得る点が理解されよう。例えば、種々の流れパターンを切り替えるための実施形態を示したが、同様の機能および結果を実現するために本開示の利点を有する代替的な方法もまた、当業者には予期され得る。例えば、種々の構成が組み合わされるまたは分離されることにより、１つまたは複数の代替的な構成要素を生み出してもよい。説明され図示されるような実施形態の様々な要素は、容易にダメージを被る流体の混合などにおいていくつかの利点をもたらす。当然ながら、上記の実施形態またはプロセスの中のいずれもが、設計および利点の発見およびマッチングにおいてさらなる改善をもたらすために、１つまたは複数の他の実施形態またはプロセスと組み合わされてもよい点が理解されよう。本開示は、食品産業に対して特に利点をもたらし、一般的には例えば液体またはガスなどの流体が混合されるまたは混合状態を維持されることとなる任意の用途に対して適用可能である点が理解される。
【0052】
添付の特許請求の範囲の解釈において、「備える」という語は、所与の請求項中に列挙された要素または動作以外の他の要素または動作の存在を排除せず、要素に先行する「１つの」という語は、複数のかかる要素の存在を排除せず、特許請求の範囲におけるすべての参照符号は、請求項の範囲を限定せず、複数の「手段」は、同一のまたは異なるアイテムまたは実装された構造体もしくは機能に相当するものであってもよく、別様のことが明示されない限り、開示されるデバイスまたはその部分はすべて、共に組み合わされてもよくまたはさらなる部分へと分離されてもよい点を理解されたい。ある請求項が別の請求項を参照する場合に、これは、それらの請求項のそれぞれの特徴の組合せにより実現される相乗的な利点を示唆し得る。しかし、単にいくつかの手段が相互に異なる請求項に記載されているからといって、これらの手段を組み合わせて有利に使用することも不可能だというわけではない。したがって、これらの実施形態は、すべての有効な請求項の組合せを包含し得るものであり、この場合に、文脈において明確な排除がない限り各請求項は原則的に任意の前出の請求項を参照し得る。
【符号の説明】
【0053】
１０ 混合コンテナ
１１ コンテナ壁部
１５ コントローラ
２１ 第１の音響トランスデューサ、第１のアクチュエータ
２２ 第２の音響トランスデューサ、第２のアクチュエータ
１００ 装置
１１ａ 第１の壁部
１１ｂ 第２の壁部
１１ｗ ウェッジ要素
２１ａ 第１のトランスデューサ
２１ｂ 第２のトランスデューサ
２２ｂ 第２のトランスデューサ
Ａ１ 音響軸
Ａ２ 音響軸
Ｆ１ 流れパターン、第１の流れパターン、流体流
Ｆ２ 流れパターン、第２の流れパターン、流体流
Ｔ１ 第１の期間
Ｔ２ 第２の期間
Ｖ１ 第１の流れ方向、平均流れ方向
Ｖ２ 第２の流れ方向、平均流れ方向
Ｗ１ 第１の音波
Ｗ２ 第２の音波
１１ コンテナ壁部
１５ コントローラ
２１ 第１の音響トランスデューサ、第１のアクチュエータ
２２ 第２の音響トランスデューサ、第２のアクチュエータ
１００ 装置
１１ａ 第１の壁部
１１ｂ 第２の壁部
１１ｗ ウェッジ要素
２１ａ 第１のトランスデューサ
２１ｂ 第２のトランスデューサ
２２ｂ 第２のトランスデューサ
Ａ１ 音響軸
Ａ２ 音響軸
Ｆ１ 流れパターン、第１の流れパターン、流体流
Ｆ２ 流れパターン、第２の流れパターン、流体流
Ｔ１ 第１の期間
Ｔ２ 第２の期間
Ｖ１ 第１の流れ方向、平均流れ方向
Ｖ２ 第２の流れ方向、平均流れ方向
Ｗ１ 第１の音波
Ｗ２ 第２の音波
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【手続補正書】
【提出日】2021-11-16
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体（Ｆ）を混合するための装置（１００）であって、－ 前記流体（Ｆ）を保持するためのコンテナ壁部（１１）を備える混合コンテナ（１０）と、
－ 前記コンテナ壁部（１１）上に配置され、音波（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれのセットを選択的に発生するように構成された、少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）であって、音波（Ｗ１、Ｗ２）の各セットが、特定の音響軸（Ａ１，Ａ２）に沿った音響流により前記流体（Ｆ）中にそれぞれの流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）を生じさせるために前記流体（Ｆ）中に前記音波（Ｗ１、Ｗ２）のセットの中心方向または主要方向に対応する前記特定の音響軸（Ａ１、Ａ２）に沿って向けられ、音波（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれのセットの前記音響軸（Ａ１、Ａ２）は、前記コンテナ壁部（１１）の法線（Ａｎ）に対して３０度超のそれぞれの角度（α１、α２）を成す、少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）と、
－ 異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間の切替えを行うために音波（Ｗ１、Ｗ２）の異なるセットの選択的な発生を自動的に切り替えるように前記少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成されたコントローラ（１５）と、
を備える、装置（１００）。
【請求項2】
１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、第１の期間（Ｔ１）にわたり第１の音波（Ｗ１）のセットを発生することにより第１の流れパターン（Ｆ１）を生じさせ、次いで第２の期間（Ｔ２）にわたり異なる第２の音波（Ｗ２）のセットを発生することにより異なる第２の流れパターン（Ｆ２）を生じさせるように自動的に切り替わるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
少なくとも１つのトランスデューサ（２１）の第１のサブセットが、前記第１の流れパターン（Ｆ１）を生じさせるように構成され、少なくとも１つの他のトランスデューサ（２２）の異なる第２のサブセットが、前記第２の流れパターン（Ｆ２）を生じさせるように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記音波（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれの前記角度（α１、α２）は、前記第１の流れパターン（Ｆ１）が前記混合コンテナ（１０）内のある位置にて前記コンテナ壁部に対して接線方向である第１の流れ方向（Ｖ１）を有し、第２の流れパターン（Ｆ２）が前記混合コンテナ（１０）内の同じ位置にて前記コンテナ壁部に対して接線方向である反対の第２の流れ方向（Ｖ２）を有するようにするために、前記異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間において前記コンテナ壁部（１１）の周囲に沿って反対に向けられる、請求項２または３に記載の装置。
【請求項5】
それぞれの前記角度（α１、α２）は、前記音響トランスデューサ（２１、２２）と前記コンテナ壁部（１１）との間に配置されたウェッジ要素（１１ｗ）と、前記少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）が対接して取り付けられたウェッジ表面を含むまたは形成する前記コンテナ壁部（１１）と、前記コンテナ壁部（１１）の内側表面法線に対してある角度を成して前記コンテナ壁部（１１）内部に少なくとも部分的に埋設される前記少なくとも１つの音響トランスデューサ（２１、２２）と、のうちの少なくとも１つにより決定される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
前記混合コンテナ（１０）は、円形形状を有し、前記音響トランスデューサは、前記コンテナ壁部（１１）に沿って円周流を生じさせるように配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記混合コンテナ（１０）は、円筒形状またはトロイダル形状を有し、１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、前記混合コンテナ内にらせん流パターンを生じさせるように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
第１のトランスデューサ（２１ａ）が、第１の音響軸（Ａ１ａ）に沿って第１の方向（Ｖ１ａ）へ音波（Ｗ１ａ）を向けるように構成される一方で、前記混合コンテナの第２の壁部（１１ｂ）上に配置された第２のトランスデューサ（２１ｂ）が、第２の音響軸（Ａ１ｂ）に沿って第２の方向（Ｖ１ｂ）へ音波（Ｗ１ｂ）を向けるように構成され、前記第１の方向（Ｖ１ａ）は、前記第２の方向（Ｖ１ｂ）とは逆であり、前記第１の音響軸（Ａ１ａ）は、前記第２の音響軸（Ａ１ｂ）に対してオフセットされる、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項9】
音響トランスデューサ（２１）が、前記混合コンテナ（１０）の第１の壁部（１１ａ）上に配置され、音響軸（Ａ１）と対向側の第２の壁部（１１ｂ）の法線（Ａｎ）との間の衝突角度（β）で前記混合コンテナ（１０）の前記対向側の第２の壁部（１１ｂ）に衝突する方向（Ｖ１）へと前記音響軸（Ａ１）に沿って音波（Ｗ１）を向けるように構成され、前記衝突角度（β）は、３０度超である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）が、液体／ガス（Ｌ／Ｇ）界面にそれぞれの音波（Ｗ１、Ｗ２）を向けるように構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項11】
前記音響トランスデューサ（２１、２２）のうちの１つまたは複数が、それぞれの流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）を計測するように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
前記コントローラ（１５）は、前記計測に基づき異なる音波（Ｗ１、Ｗ２）の発生を自動的に切り替えるように１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
前記コントローラ（１５）は、所定の閾値未満に液体速度を維持するために前記計測に基づき周波数または強度の一方または両方を自動的に適合させるように１つまたは複数の音響トランスデューサ（２１、２２）を制御するように構成される、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項14】
流体（Ｆ）を混合するための方法であって、－ 混合コンテナ（１０）内に前記流体（Ｆ）を保持するステップと、
－ 音波（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれのセットを選択的に発生させるステップであって、音波（Ｗ１、Ｗ２）の各セットが、特定の音響軸（Ａ１，Ａ２）に沿った音響流により前記流体（Ｆ）中にそれぞれの流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）を生じさせるために前記流体（Ｆ）中に前記音波（Ｗ１、Ｗ２）のセットの中心方向または主要方向に対応する前記特定の音響軸（Ａ１、Ａ２）に沿って向けられ、音波（Ｗ１、Ｗ２）のそれぞれのセットの前記音響軸（Ａ１、Ａ２）は、コンテナ壁部（１１）の法線（Ａｎ）に対して３０度超のそれぞれの角度（α１、α２）を成す、ステップと、
－ 異なる流れパターン（Ｆ１、Ｆ２）間の切替えを行うために音波（Ｗ１、Ｗ２）の異なるセットの選択的な発生を自動的に切り替えるステップと、
を含む、方法。
【請求項15】
前記流体はミルクであり、ピーク液体速度が３０センチメートル／秒未満に維持され、ピーク音圧が１メガパスカル未満に維持される、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】