用于流体的高压、高剪切力处理的系统技术方案

一种用于流体的高压、高剪切力处理的系统，包括：能够在至少20,000psi压力下推进第一流体的超高压泵；和用于包含且分发第二流体的至少一个隔离器，其包括：隔离壁，其限定一种腔室，隔板，其设置在腔室内并且在腔室的第一端和第二端之间可移动，隔板与隔离壁啮合从而将腔室分为第一子腔室和第二子腔室，第一子腔室和第二子腔室彼此压力连通但无流体连通，第一子腔室入口阀，其与超高压泵和第一子腔室流体连通，第一子腔室出口阀，其与第一子腔室流体连通，第一止回阀，其与第二子腔室流体连通，从而允许流体进入第二子腔室；以及第二止回阀，其与第二子腔室流体连通，从而使流体从第二子腔室排出；以及处理单元，其与第二止回阀流体连通。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求享有2015年3月28日提交的美国临时专利申请号为62/139,706的权益，该专利申请已经通过引用全部并入本文。
本专利技术涉及多相流体的高剪切力处理，用于混合、尺寸缩减、乳化、即时加热等目的，通过使用超高压流体排放。上述过程通常被描述为均化作用，但是也可以用于减少特定相的尺寸缩减作用。具体地，本专利技术涉及超高压流体剪切的应用，其中操作压强大于20,000psi并且其中流体从极端流体剪切中获益并在超高压排出过程中实现加热。更为具体的，本专利技术涉及一种用于利用模块化方法进行产品高剪切力处理的方法和系统，其中处理压强的初始形成是通过被处理的产品的独立流体完成的。特别是，本专利技术是一种新技术，用于允许一种高压源流体将压强转移至在隔离器中的产品上，并且在超过20,000psi的压强下通过阀门排出， 从而使得设备便于清洗、长的部件寿命并且适用于浓稠或者粘性产品。
技术介绍
给予高剪切力处理的压力排出是一种用于食品和其它的物质的常用处理方法，其中需要尺寸缩减、乳化、以及混合。例如，均质牛乳通常在3,000psi下进行处理。这通常通过使用正排量泵和排放喷嘴(通常称为均质阀门)来实现。泵用于在压力下使产品通过喷嘴。在喷嘴中，由于压力能量转化为流速流体经受高剪切应力。由于流体剪切应力、空穴作用以及随后的流体冲击，在这一位置上发生均质化。较高的压力通常产生较高的均质化效果。正在进行的研究表明，在超高压(例如，由20,000psi至60,000psi)下的均质化可能产生显著的优势。这些优势与极端流体剪切应力的产生有关，其能够使多孔材料破裂，并且得到很大幅度的即时加热。例如，20℃的水在60,000psi下排出将即时增加该水的温度至120℃，由于压力势能转化为动能并且随后转化为热能。在均质阀门上超音速流体流动产生非常高的剪切应力。这些作用可能导致期望的热效应以及更大的尺寸缩减效果。Re效应可被用于实现快速热处理。剪切作用可你被用于实现纳米颗粒悬浮液的形成。目前用于构建直接往复式泵型均质化器的方法由于在机械泵组件上的高压强而难于得到超高压。在泵中的每个气瓶会在每个循环期间在没有压力和极端压力之间进行交替。因此，对于在500rpm下进行泵操作，每小时操作将导致30,000压力循环。因此在60,000psi下进行上述操作是一个高难度的技术挑战。在超高压下运行的大型往复活塞会在活塞和连接组件上要求巨大的力。例如，在60,000psi下，一种2”直径均化器活塞将需要188,000lbs的力用于移动。用于设计一种高压泵的最好的方法是通过减小活塞的直径来减小力。为了弥补最小活塞的减少的体积流量，将使用更高的泵旋转速度。但是，高的旋转速度和较小的直径将不适用于粘性产品。此外，较小尺寸的泵部件将由于较小的通道而使得设备的清洗更为困难。但是，高压力泵已经被开发用于其它的工业用途，例如水射流切割和清洗。这些泵是用干净水进行的，因而阀门不会遭受粘性流体的影响。不可能的通过这些泵来加工产品例如食品。用复杂的有机材料清洗这些泵也由于小的内部通道而将是困难的。因此，具有完成超高压流体剪切处理而不需要构建大规模常规均质化泵的需求。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种高流体剪切处理系统。在一个实施方案中，所述系统包括用于能够使第一流体在至少20,000psi压力下进行推进的超高压泵，以及用于有选择地载有以及排出(或者分配)第二流体的至少一个隔离器。每个隔离器包括定义了腔室的隔离壁，以及设置在腔室中并可在腔室第一端和腔室第二端之间移动的隔板。所述隔板与隔离壁啮合，从而进一步使腔室分为第一子腔室和第二子腔室，其二者彼此压力连通但是二者并不通过流体连通。第一子腔室入口阀门使超高压泵和第一子腔室流体连通。第一子腔室出口阀门与第一子腔室流体连通。第一止回阀与第二子腔室流体连通，从而使得流体进入的第二子腔室中。第二但相符与第二子腔室流体连通，从而使流体从第二子腔室排出。处理单元与第二止回阀流体连通。在某些实施方案中，操作单元是均质阀。在某些实施方案中，其中具有至少两个隔离器，并且所述隔离器被配置，用于当第一个隔离器填满后，第二个隔离器开始排出。在某些实施方案中，第一近距离传感器检测隔离器与腔室的第一端的距离，并且第二近距离传感器检测隔离器与腔室的第二端的距离。在某些实施方案中，其中具有超过一个高压泵，从而产生到隔离器的连续流动状态的第一流体。在某些实施方案中，其具有与第一止回阀流体连通的低压输送泵，并且被配置用于将第二流体推进到第一止回阀。在某些实施方案中，歧管压力传感器是与歧管流体连通，歧管与第二止回阀流体连通。在某些实施方案中，泵压力传感器是与超高压泵流体连通。在某些实施方案中，温度控制区域是位于处理单元的下游。在某些实施方案中，可控压力排出阀与每个隔离器的第二出口流体连通，并且位于处理单元的下游。在某些实施方案中，通气口与至少一个隔离器的第二子腔室流体连通，并且被配置从而容许在系统的适当运行时清洗。在某些实施方案中，所述系统包括一个处理器，至少一个与处理器连通的用于测量排出压力的排出压力传感器，以及一个与处理器连通的控制器。控制器被配置用于使压力排出阀节流从而减少在隔离器之间的切换处理过程期间的流体，从而维持一种更为恒定的排出压力(或者恒定排出压力)。在某些实施方案中，所述泵是能够在至少20,000psi下的曲柄轴驱动定容式排量水泵。在某些实施方案中，所述泵是能够在至少20,000psi的恒压操作下的液压增压泵。在某些实施方案中，所述隔离器、歧管和压力排出阀能够通过绝缘和/或辅助加热保持在一个预设的温度下。在某些实施方案中，最终产品可以一种无菌的方式被填充到在收集区域上的容器中。在某些实施方案中，所述第一流体是清洁的水。在某些实施方案中，每个隔离器被放置在清洁室环境中。在某些实施方案中，隔离器和泵是能够被重新配置的单独的模块。在本专利技术的另一方面，提供了一种高压隔离器。所述隔离器具有一种定义腔室的隔离壁。所述隔离器具有放置在腔室中并且在腔室的第一端和腔室的第二端之间可移动的隔板。所述隔板与隔离壁啮合从而进一步将腔室分为第一子腔室和第二子腔室，二者是彼此压力联通而不是彼此流体连通。在某些实施方案中，第一子腔室具有第一入口以及第一出口，并且所述第一入口和所述第一出口被垂直地将一个设置于另一个之上，并且是在腔室的外边缘上。所述第二子腔室具有第二入口和第二出口。所述第二入口和所述第二出口被垂直地将一个设置于另一个之上，并且是在腔室的外边缘上。在某些实施方案中，隔离器被包含在一种绝缘护套中和/或设置有加热和/或设置有冷却，用于提供温度控制。在某些实施方案中，所述隔离器包含一种用于搅拌产品的结构，以便在离开隔离器之前使多项混合物维持在悬浮液中。在本专利技术的另一方面，提供了一种用于流体高压、高剪切力处理的方法。使用者提供至少一个隔离器用于选择性的包含并分发第二流体。每个隔离器具有一种定义腔室的隔离壁，以及设置在腔室中并且在腔室的第一端与腔室的第二端之间可移动的隔板。所述隔板与隔离壁啮合从而进一步将腔室分为第一子腔室和第二子腔室，二者是彼此压力联通而不是彼此流体连通。使用者提供与第二子腔室流体连通的第一止回阀。第一止回阀被配置容许第二流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于流体的高压、高剪切力处理的系统，包括：超高压泵，其能够在至少20,000psi压力下推进第一流体；和至少一个隔离器，用于包含且分发第二流体，所述至少一个隔离器包括：隔离壁，其限定一个腔室，隔板，其设置在腔室内并且在腔室的第一端和腔室的第二端之间是可移动的，所述隔板与隔离壁啮合从而将腔室分为第一子腔室和第二子腔室，所述第一子腔室和第二子腔室彼此压力连通但是彼此并不流体连通，第一子腔室入口阀，其与超高压泵和第一子腔室流体连通，第一子腔室出口阀，其与第一子腔室流体连通，第一止回阀，其与第二子腔室流体连通，从而允许流体进入第二子腔室；以及第二止回阀，其与第二子腔室流体连通，从而使流体从第二子腔室排出；以及处理单元，其与第二止回阀流体连通。

【技术特征摘要】
2015.03.28 US 62/139,7061.一种用于流体的高压、高剪切力处理的系统，包括：超高压泵，其能够在至少20,000psi压力下推进第一流体；和至少一个隔离器，用于包含且分发第二流体，所述至少一个隔离器包括：隔离壁，其限定一个腔室，隔板，其设置在腔室内并且在腔室的第一端和腔室的第二端之间是可移动的，所述隔板与隔离壁啮合从而将腔室分为第一子腔室和第二子腔室，所述第一子腔室和第二子腔室彼此压力连通但是彼此并不流体连通，第一子腔室入口阀，其与超高压泵和第一子腔室流体连通，第一子腔室出口阀，其与第一子腔室流体连通，第一止回阀，其与第二子腔室流体连通，从而允许流体进入第二子腔室；以及第二止回阀，其与第二子腔室流体连通，从而使流体从第二子腔室排出；以及处理单元，其与第二止回阀流体连通。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元是均质阀。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个隔离器包括两个隔离器，所述两个隔离器被配置从而当第一隔离器正在填充时，第二隔离器正在排出。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个隔离器进一步包括第一近距离传感器，用于检测隔板与子腔室的第一端的距离，以及第二近距离传感器用于检测隔板...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·Y·廷，
申请(专利权)人：压力生物科技公司，
类型：新型
国别省市：美国;US