高压均质机的定间隙容腔装置及难分散材料的处理方法与流程

1.本发明涉及高压均质技术领域，具体涉及一种高压均质机的定间隙容腔装置，同时还涉及一种难分散材料的处理方法。


背景技术：

2.目前，高压均质机也称“高压流体纳米匀质机”，其以曲轴连杆的结构为动力，与高压模块组成柱塞泵，将样品连续输送到均质阀，由于均质阀特殊的结构，会产生三种效应：空穴效应、爆破效应、剪切效应，从而达到乳化、均质、分散的作用。
3.同时，随着高压均质机在石墨烯的破碎与剥离中的应用，常见有两种：t型交互容腔式高压均质机和y型交互容腔式高压均质机。
4.如图1所示，t型交互容腔式高压均质机，其包括固定套1
′
、钢环2
′
、浮动块3
′
和弹簧4
′
，其中固定套1
′
内部形成流体通道，浮动块3
′
在弹簧4
′
的弹性抵触下将流体通道的出料端口闭合，当高压流体物料自流体通道的进料端口进入并克服弹力时，浮动块3
′
移动并与固定套1
′
之间将产生间隙，此时，流体通道和钢环2
′
内部通道连通，形成t型交互容腔，因此，流体物料将沿间隙径向喷出而撞击钢环2
′
，从而使物料破碎与剥离。虽然，t型交互容腔式高压均质机产量较大(可达到2000升/小时)，且交互容腔的制备相对容易，也是目前国内使用的主要类型，但是，其使用压力不宜太大(一般小于100mpa)，否则钢环会很快被击穿，还会产生杂质，因此，它的破碎效果受到了压力限制。
5.如图2所示，y型交互容腔式高压均质机，其包括形成流体通道的本体，其中流体通道包括位于同一中线上的入料通道a
′
、出料通道b
′
、及分流通道c
′
，其中分流通道c
′
分别将入料通道a
′
和出料通道b
′
相连通，且构成y型交互容腔，两股高压流体物料经微孔呈一定角度(这个角度可等于零)高速对撞，从而使物料破碎，因为是物料之间的互相撞击，所以它可以承受较大的压力。同时，y型交互容腔的微孔直径非常小，一般是0.1mm，最大也就是0.4mm，所以也称它为微射流，它的产量相对比较低，目前国际上最大产量的微射流在500升/小时左右，这样一来，y型交互容腔式高压均质机，不仅产量低，而且所采用的核心零件硬度很高，加工精度也很高，制作成本也非常高(一般情况下，同产量设备的y型高压均质机比t型高压均质机的价格要高出好几倍)。
6.此外，在上述t型交互容腔式高压均质机和y型交互容腔式高压均质机中，还存在以下缺陷：1、由于不涉及对流体进行流体中的颗粒分布均匀处理和对流体进行增压处理，因此，流体若直接进行的碰撞，因颗粒的分布不均，颗粒间所产生的碰撞力不同，同时所形成压力无法瞬间增大，碰撞力度小，从而大幅度影响了颗粒的破碎和剥离效果；2、自进、出料通道所流动的流体，仅进行了一次碰撞，若需要进行多次或多级碰撞时，需要再次将物料往返通入容腔，因此，无法实施流体在一次流动中完成多次或多级碰撞，即，处理效率低。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的高压均质机
的定间隙容腔装置，该容腔装置先通过对流体的均质预处理后，再通过锥台形容腔间隙进行瞬间增压，并由阀芯锥端的引流和导向进行高压碰撞，不仅大幅度增加流体微射流量和均质效果，而且提高颗粒破碎和剥离的效果和效率，结构简单、能够承受较大压力，同时其加工要求和制作成本较低，此外，还能够在流体的一次进出容腔装置流动中依次经过多次或者颗粒粒径级别越小的多级碰撞，提高颗粒破碎和剥离的效果和效率。
8.同时，本发明还涉及一种难分散材料的处理方法。
9.为解决上述技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
10.一种高压均质机的定间隙容腔装置，其包括具有进料通道和出料通道的阀体、阀芯组件，阀芯组件形成一个或多个流体碰撞单元，流体碰撞单元包括上芯体和下芯体，上芯体上形成与进料通道连通的分流料道，且上芯体包括主体部、位于主体部下方且为圆锥台形的第一配合部、位于第一配合部下方且为圆锥体形的第二配合部，其中第一配合部和第二配合部均自上而下逐渐变细，且第一配合部的下端外径大于第二配合部的上端外径；下芯体具有自上而下依次连通的第一配合腔、均质腔、第二配合腔、碰撞腔，其中第一配合腔、第二配合腔分别为自上而下内径逐渐变小的锥台形，均质腔位于第一配合腔和第二配合腔之间且均质腔的内壁相对于第一配合腔、第二配合腔的内壁形成凹陷；上芯体部分插设于下芯体中，其中上芯体的第一配合部至少部分紧密贴合的插装在第一配合腔内；上芯体的第二配合部自上而下依次与均质腔的内壁之间形成环形均质槽，与第二配合腔的内壁之间形成锥台形容腔间隙，与碰撞腔的内壁之间形成碰撞区，分流料道、环形均质槽、容腔间隙、碰撞区自上而下依次连通。
11.根据本发明的一个具体实施和优选方面，流体碰撞单元有一个，阀体上还设有上下连通的第一安装槽和第二安装槽，其中进料通道包括安装于第一安装槽中且内部形成流道的进料接头，进料接头抵触在主体部的上端且将上芯体和下芯体相对紧密贴合；上芯体和下芯体分别自周向面密封贴合安装于第二安装槽内，第二安装槽自槽底与出料通道连通。在此，通过安装槽的设置，方便阀芯的组装。
12.优选地，进料接头的下部形成插接端头，主体部上形成与插接端头匹配的接头插装槽，插接端头与接头插装槽匹配时，进料接头与第一安装槽之间形成第一密闭腔，第一配合部、下芯体及第二安装槽的槽壁之间形成第二密闭腔，阀体上还设有分别与第一密闭腔和第二密闭腔连通的第一泄压通道和第二泄压通道。在泄压通道设置下，通过泄压通道可以随时观察进料接头与上芯体之间、及上芯体和下芯体之间的贴合密封是否泄漏，而且该贴合密封处一旦发生泄漏，能够在对应的泄压通道排出流体，避免流体因密封不足而导致泄漏喷出伤人的现象发生。
13.优选地，分流通道自上而下依次穿过第一配合部和第二配合部、且上下端部分别与接头插装槽和环形均质槽连通。
14.进一步实施方案，下芯体上还设有自碰撞腔的底部向下且呈内径逐渐变大锥台形的扩流腔，其中扩流腔下端与出料通道连通，且扩流腔的锥角θ为50
°
～120
°
，其中锥角θ优选为52
°
～110
°
，具体地，锥角θ可以是60
°
～72
°
、75
°
～86
°
或90
°
～105
°
。在对含石墨烯的浆料的处理实验中，已证实锥角θ约为70
°
时，相比其他角度而言，具有更好的分散效果。
15.优选地，第一配合腔、第二配合腔、碰撞腔、扩流腔四者中心线重合设置。因此，自容腔间隙喷出的流体能够更加均匀地在碰撞区中心实施碰撞，同时在扩流腔中也能够相对
产生碰撞和分散。
16.根据本发明的又一个具体实施和优选方面，流体碰撞单元有两个，且两个流体碰撞单元上下分布，其中每个流体碰撞单元的分流料道、均质槽、锥台形容腔间隙、碰撞区自上而下依次连通并形成一个流体处理通道，上下两个流体处理通道之间保持密封连通，自进料通道通入的流体依次经过两个流体处理通道完成逐级碰撞后自出料通道排出。在流体的一次进出容腔装置流动中依次经过两次或者两级碰撞，大幅度缩短流体流动的时间，而且提高颗粒破碎和剥离的效果和效率。
17.优选地，阀芯组件包括上阀芯和下阀芯，其中上阀芯和下阀芯均包括上芯体和下芯体，且下阀芯的上芯体的上部贴合插装与上阀芯的下芯体中。在此，通过插装和贴合，不仅完成了两个阀芯的安装，而且有效地实现两个流体处理通道之间密封连通。
18.根据本发明的进一步实施方案，阀体上还设有上下连通的第一安装槽和第二安装槽，其中进料通道包括安装于第一安装槽中且内部形成流道的进料接头，进料接头抵触在上阀芯的主体部的上端且将上阀芯和下阀芯相对紧密贴合的安装于第二安装槽内，第二安装槽自槽底与出料通道连通。在此，十分方便两个阀芯之间组装。
19.优选地，进料接头的下部形成插接端头，上阀芯的主体部上形成与插接端头匹配的接头插装槽，下阀芯的主体部上形成接料通道，且下阀芯的主体部的上部插装至上阀芯的下芯体中，接料通道与下阀芯的分流料道连通。
20.在本发明的一些具体和优选的实施方式中，进料接头与第一安装槽之间形成第一密闭腔，上阀芯的第一配合部、下芯体及第二安装槽的槽壁之间形成第二密闭腔，上阀芯的下芯体、下阀芯的上芯体、及第二安装槽的槽壁之间形成第三密闭腔，下阀芯的第一配合部、下芯体及第二安装槽的槽壁之间形成第四密闭腔，阀体上还设有分别与第一密闭腔、第二密闭腔、第三密闭腔、第四密闭腔连通的第一泄压通道、第二泄压通道、第三泄压通道、第四泄压通道。在泄压通道设置下，通过泄压通道可以随时观察进料接头与上芯体之间、及上芯体和下芯体之间的贴合密封是否泄漏，而且该贴合密封处一旦发生泄漏，能够在对应的泄压通道排出流体，避免流体因密封不足而导致泄漏喷出伤人的现象发生。
21.根据本发明的进一步实施方案，上阀芯和下阀芯的下芯体上还分别设有自碰撞腔的底部向下且呈内径逐渐变大锥台形的扩流腔，其中扩流腔的锥角θ为50
°
～120
°
，锥角θ优选为52
°
～110
°
，具体地，锥角θ可以是60
°
～72
°
、75
°
～86
°
或90
°
～105
°
。在对含石墨烯的浆料的处理实验中，已证实锥角θ约为70
°
时，相比其他角度而言，具有更好的分散效果。第一配合腔、第二配合腔、碰撞腔、扩流腔四者中心线重合设置；下阀芯的主体部自上而下呈与扩流腔匹配的锥台状，且两个流体处理通道之间保持密封连通时，主体部自上部密封贴合在上阀芯的扩流腔内壁，接料通道上端与上阀芯的扩流腔连通。在扩流腔实现自身能够进行流体的碰撞和分散的同时，还能够顺利将上下阀芯之间完成密封对接。
22.接头插装槽包括自上而下依次设置的第一腔、第二腔、第三腔，其中第一腔自上而下呈内径逐渐变小的锥台形，且锥台形的锥角γ为50
°
～120
°
，其中锥角γ优选为55
°
～90
°
，具体地，锥角γ可以是60
°
～68
°
、70
°
～81
°
或84
°
～89
°
。在对含石墨烯的浆料的处理实验中，已证实锥角γ约为60
°
时，相比其他角度而言，具有更好的密封效果。
23.第二腔沿着第一腔的底部向下延伸呈圆柱形，且圆柱形的外径与第一腔下端的外径相等；第三腔自圆柱形的底部向下延伸呈内径逐渐变小的圆锥形，且第三腔的圆锥形锥
角大于第一腔的锥台形锥角。此接头插装槽的结构设计，能够起到更好的拆装抵触效果，同时也更好地进行流体的分流。
24.进一步实施方案，各流体碰撞单元的第一配合部、第二配合部、第一配合腔、第二配合腔、容腔间隙的锥度相同，且各腔部所形成最佳的锥角β为60
°
～120
°
，同时，进一步从提高流体颗粒的乳化、均质、分散等处理效果上比较，锥角β优选为85
°
～110
°
，具体地，锥角β可以是88
°
～92
°
(直角)、94
°
～101
°
或102
°
～110
°
。在对含石墨烯的浆料的处理实验中，已证实锥角β约为90
°
时，相比其他角度而言，具有更好的处理效果。
25.优选地，各流体碰撞单元的第一配合部、第二配合部、第一配合腔、第二配合腔、容腔间隙、环形均质槽的中心线重合。因此，自容腔间隙喷出的流体能够更加均匀地在碰撞区中心实施碰撞。
26.根据本发明的进一步实施方案，锥台形容腔间隙处，第二配合部与第二配合腔的内壁之间的垂直距离δ相等，其中最佳的，第二配合部与第二配合腔的内壁之间的垂直距离δ为0.01～0.1mm。在此垂直距离的限定下，能够将均质腔内的流体增压喷出，且保持流体自等间隙喷出的压力相同，以最佳地实施中心碰撞。
27.优选地，第一配合部下端部外径、第二配合部上端部的外径、及第二配合部的中部周向面和上腔的内壁之间的垂直距离δ三者之间满足：d-d1＝δ。在此外径形成的变径差下，即可设定锥台形容腔间隙的隙宽。
28.通过孔径、槽深、及所形成锥度等中的一者或多者进行优化设计，可进一步优化装置的处理效果。在本发明的一些具体和优选的实施方式中，第一配合部下端的外径小于或等于第一配合腔下端的内径，均质腔的槽深为第二配合部与第二配合腔的内壁之间的垂直距离的5倍以上，优选地，均质腔的槽深为第二配合部与第二配合腔的内壁之间的垂直距离的5～8倍。第二配合腔的上端内径、第二配合腔的下端内径、第二配合部与第二配合腔的内壁之间的垂直距离三者之间满足：(d1-d2)/2≥3δ。
29.在本发明的一些具体和优选的实施方式中，分流料道与主体部中心线的距离自上而下逐渐变大。同时，分流料道有1个、2个、3个、4个、5个或6个，且分流料道为2个及以上时，多个分流料道绕着主体部的中心线均匀间隔分布。此设计，能够实现流体均分，从而在环形均质槽中相对均匀的进行均质预处理。
30.本发明的另一技术方案是：一种难分散材料的处理方法，其采用的高压均质机包括上述的定间隙容腔装置，且对含有所述难分散材料的流体进行一级或多级的分散、破碎或剥离处理。
31.根据本发明的进一步实施方案，难分散材料包括石墨烯；和/或，通过高压泵将含有所述难分散材料的流体以压力150～400mpa连续通入所述定间隙容腔装置进行处理；和/或，所述含有所述难分散材料的流体中，难分散材料的质量含量为2～15％，处理量为500～3000升/小时。
32.由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
33.现有容腔装置的结构不能同时满足高压、流体微射流量高、流体中颗粒分布均匀以及降低加工要求、降成本等要求，而本发明通过对容腔装置的结构进行整体设计巧妙地解决了现有结构的各种不足。采取该装置，流体通入容腔装置后，先通过对流体的均质预处理后，再通过锥台形容腔间隙进行瞬间增压，并由阀芯锥端的引流和导向进行高压碰撞，与“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.此外，术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”“水平的”“上”“下”“左”“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
56.实施例1
57.如图3至图8所示，本实施例提供的高压均质机，其主要用于难分散材料的分散、破碎或剥离，其中高压均质机主要包括定间隙容腔装置。该容腔装置主要包括阀体1和阀芯2，其中阀体1上形成有进料通道11、出料通道12、第一安装槽10a、第二安装槽10b，进料通道11安装于第一安装槽10a中，阀芯2安装于第二安装槽10b中，并形成一个流体碰撞单元。
58.具体的，构成流体碰撞单元的阀芯2包括上芯体20和下芯体21，该上芯体20包括主体部200、位于主体部200下方且为圆锥台形的第一配合部201、位于第一配合部201下方且为圆锥体形的第二配合部202，其中主体部200呈圆柱体状，且自周向面贴合在第二安装槽10b的内壁上，第一配合部201和第二配合部202均自上而下逐渐变细，且第一配合部201的下端外径d大于第二配合部202的上端外径d1，同时，第一配合部201下端的外径d和第二配合部202上端的外径d1之差为δ，即，d-d1＝δ，本例中，δ约为0.06mm。
59.本例中，主体部200自顶面向内凹陷设有接头安装槽200a，进料通道11包括安装于第一安装槽10a且下端部匹配插装至接头安装槽200a的进料接头110，其中进料接头110的下部形成插接端头a，且进料接头110的内部形成有与接头安装槽200a连通的流道，在进料接头110的组装下，进料接头110抵触在主体部200的上端且将上芯体20和下芯体21相对紧密贴合，上芯体20和下芯体21分别自周向面密封贴合安装于第二安装槽10b内，且第二安装槽10b自槽底与出料通道12连通。
60.结合图3、图4及图7所示，接头安装槽200a包括自上而下的第一腔a1、第二腔a2、第
三腔a3，其中第一腔a1呈自上而下内径逐渐变小的锥台状，且所形成的锥角γ对于容腔装置的密封效果会产生影响，通常设置为锐角或直角。具体地，锥角γ可以是大约60
°
、75
°
、80
°
、88
°
等，其中，锥角γ为60
°
左右时，相比其他角度而言，具有更好的密封效果。第二腔a2为沿着第一腔a1底部竖直向下延伸的圆柱状，且圆柱状的外径与第一腔a1下部的外径相等；第三腔a3自第二腔a2的底部向下内径逐渐变小圆锥状，其中第三腔a3形成的锥角为120
°
。同时，在第三腔a3的下方还设有自上而下依次穿过第一配合部201和第二配合部202的分流通道b，其中分流通道b有两个，且绕着主体部200的中心线均匀分布，本例中，两条分流通道b自上而下逐渐向外张开的与接头安装槽200a的第三腔a3的腔底连通。
61.结合图3、图4及图8所示，下芯体21也呈圆柱体状，自底面架设在第二安装槽10b的槽底上，且下芯体21的周向面贴合第二安装槽10b的内壁。本例中，下芯体21具有自上而下依次连通的第一配合腔b1、均质腔b2、第二配合腔b3、碰撞腔b4、扩流腔b5，其中第一配合腔b1、第二配合腔b3分别为自上而下内径逐渐变小的锥台形；均质腔b2位于第一配合腔b1和第二配合腔b3之间且均质腔b2的内壁相对于第一配合腔b1、第二配合腔b3的内壁形成凹陷；碰撞腔b4自第二配合腔b3的下端向下延伸呈圆柱形，且圆柱形的外径与第二配合腔b3下端的外径相等；扩流腔b5自碰撞腔b4的下端向下延伸呈内径逐渐变大的锥台形。
62.在一个具体的实例中，第一配合部201、第二配合部202、第一配合腔b1、第二配合腔b3的锥角β相等，且各自的中心线重合，进一步的，该锥角β对于容腔装置的处理效果会产生影响，通常设置为直角或钝角。具体地，锥角β可以是大约70
°
、80
°
、90
°
、100
°
、110
°
、120
°
等，其中，锥角β为90
°
左右时，对于物料颗粒的破碎、分散等效果明显优异于其他角度。同时，所选用扩流腔b5可以是大约60
°
、70
°
、80
°
、94
°
、102
°
等，其中，锥角θ为70
°
时，形成的物料颗粒的碰撞、分散效果明显优异于其他角度。
63.当上芯体20下部插设于下芯体21中，其中上芯体20的第一配合部201下部紧密贴合的插装在第一配合腔b1内；上芯体20的第二配合部202自上而下依次与均质腔b2的内壁之间形成环形均质槽h，与第二配合腔b3的内壁之间形成锥台形容腔间隙x，与碰撞腔b4的内壁之间形成碰撞区，其中进料通道11、分流料道b、环形均质槽h、锥台形容腔间隙x、碰撞区以及出料通道12自上而下依次连通，流体依次经过进料通道11、分流料道b、环形均质槽h、容腔间隙x后，在碰撞区的中心形成碰撞，然后进入扩流腔b5中进行分散或碰撞，最后自出料通道12排出。
64.本例中，锥台形容腔间隙x处，第二配合部202与第二配合腔b3的内壁之间的垂直距离相等，且第二配合部202与第二配合腔b3的内壁之间的垂直距离等于δ，即，第一配合部201下端的外径d和第二配合部202上端的外径d1之差等于第二配合部202与第二配合腔b3的内壁之间的垂直距离。
65.在一个具体的实例中，第一配合部201下端部的外径等于第一配合腔b1下部的内径，均质腔b2的槽深h约为第二配合部202与第二配合腔b3的内壁之间的垂直距离等于δ的5倍，且第二配合腔b3的上端内径d1、第二配合腔b3的下端内径d2、及第二配合部202与第二配合腔b3的内壁之间的垂直距离等于δ三者之间满足：(d1-d2)/2≥3δ。
66.此外，插接端头a与接头插装槽200a匹配时，进料接头110还与第一安装槽10a之间形成第一密闭腔m1，第一配合部201、下芯体21及第二安装槽10b的槽壁之间形成第二密闭腔m2。本例中，阀体1上还设有分别与第一密闭腔m1和第二密闭腔m2连通的第一泄压通道13
和第二泄压通道14。即，在泄压通道设置下，通过泄压通道可以随时观察进料接头与上芯体之间、及上芯体和下芯体之间的贴合密封是否泄漏，而且该贴合密封处一旦发生泄漏，能够在对应的泄压通道排出流体，避免流体因密封不足而导致泄漏喷出伤人的现象发生。
67.由上可见，采取该装置，流体通入容腔装置后，先通过对流体的均质预处理后，再通过锥台形容腔间隙进行瞬间增压，并由阀芯锥端的引流和导向进行高压碰撞，与现有的结构相比，一方面不仅能够满足颗粒分布均匀的流体贴合锥体所形成锥面向中心汇聚并碰撞，而且有效增加流体微射流量，同时也大幅度提高流体中颗粒破碎、剥离效率和效果；另一方面不仅能够单级进行流体碰撞，而且还能够在流体的一次进出容腔装置流动中依次经过多次或者颗粒粒径级别越小的多级碰撞，满足实际需求的工况；第三方面，流体与阀芯和阀体之间均没有正面冲击，满足高压工作条件要求的同时降低核心部件要求，而由于核心部件要求降低，就可以显著降低材料成本、加工成本和使用成本；第四方面，本发明的结构简单、无需设置阀杆及其相应控制阀杆的机构、也无需保持上下芯体的弹性抵触贴合，有助于进一步降低成本。
68.以上描述了根据本发明的容腔装置的典型结构。相应地，本发明的高压均质机改进点在于容腔装置的结构，不涉及其余部分的改进，因此，可参照现有技术来实施其他部分，在此不再另外进行赘述。
69.采用上述高压均质机对难分散材料(难分散材料例如是常见的不易分散的各种纳米材料以及一些不管是不是纳米尺寸，但都难以均质化或细碎化的材料，典型的如石墨烯)进行分散、破碎或剥离中，通过高压泵将含有难分散材料的流体以压力150mpa连续通入容腔装置进行一级碰撞，高压下处理能获得优异的处理效果。含有难分散材料的流体中，难分散材料的固含量(约为5～10％)没有特别限制，而且，本例中，完成一次碰撞后再回流至容腔装置，再进行的两次或三次处理碰撞，以获得理想的处理效果(粒径平均直径满足要求)，处理方法的处理量约为2000升/小时。
70.实施例2
71.如图9至图14所示，本实施例涉及的高压均质机，其采用定间隙容腔装置与实施例1基本相同，不同之处，具体如下。
72.本例中，所形成的流体碰撞单元有两个，且上下分布在阀体1的第二安装槽10b内，其中两个流体碰撞单元对应上下分布的上阀芯f1和下阀芯f2。
73.上阀芯f1结构与实施例1中阀芯2的结构完全相同，下阀芯f2的主体部200与上阀芯f1的主体部200不同，具体的，下阀芯f2的主体部200的中部形成自上而下延伸的接料通道j，其中分流通道b的上端部与接料通道j连通；且下阀芯f2的主体部200的上端部形成与上阀芯f1的下芯体21的扩流腔b5匹配的锥台形，其中上阀芯f1和下阀芯f2上下对接时，自下阀芯f2的主体部200与上阀芯f1的扩流腔b5匹配，上阀芯f1的下芯体21的扩流腔b5与接料通道j上部连通。
74.本例中，进料接头110与第一安装槽10a之间形成第一密闭腔m1，上阀芯f1的第一配合部201、下芯体21及第二安装槽10b的槽壁之间形成第二密闭腔m2，上阀芯f1的下芯体21、下阀芯f2的上芯体20、及第二安装槽10b的槽壁之间形成第三密闭腔m3，下阀芯f2的第一配合部201、下芯体21及第二安装槽10b的槽壁之间形成第四密闭腔m3。阀体1上还设有分别与第一密闭腔m1、第二密闭腔m2、第三密闭腔m3、第四密闭腔m3连通的第一泄压通道13、
第二泄压通道14、第三泄压通道15、第四泄压通道16。
75.采用本例中的高压均质机对难分散材料(难分散材料例如是常见的不易分散的各种纳米材料以及一些不管是不是纳米尺寸，但都难以均质化或细碎化的材料，典型的如石墨烯)进行分散、破碎或剥离中，通过高压泵将含有难分散材料的流体以压力200mpa连续通入容腔装置先进行一级碰撞，然后再进行下一级碰撞，且高压下处理能获得理想的处理效果，同时该两级碰撞处理后所形成的处理量约为2600升/小时。
76.实施例3
77.本实施例涉及高压均质机，其采用定间隙容腔装置与实施例2基本相同，不同之处在于，本实施例的定间隙容腔装置自上而下形成有三级流体碰撞单元，因此，对应形成上阀芯、下阀芯、中阀芯，即，本实施例的上阀芯和实施例2的上阀芯f1相同，本实施例的中阀芯、下阀芯、及实施例2的上阀芯f2结构相同。
78.采用本例中的高压均质机对难分散材料(难分散材料例如是常见的不易分散的各种纳米材料以及一些不管是不是纳米尺寸，但都难以均质化或细碎化的材料，典型的如石墨烯)进行分散、破碎或剥离中，通过高压泵将含有难分散材料的流体以压力450mpa连续通入容腔装置先进行一级碰撞，再进行下二级碰撞，最后进行三级碰撞，且高压下处理能获得理想的处理效果，同时，该三级碰撞处理后所形成的处理量约为1700升/小时。
79.以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种高压均质机的定间隙容腔装置，其包括具有进料通道(11)和出料通道(12)的阀体(1)、阀芯组件，其特征在于：所述阀芯组件形成一个或多个流体碰撞单元，所述流体碰撞单元包括上芯体(20)和下芯体(21)，所述上芯体(20)上形成与所述进料通道(11)连通的分流料道(b)，所述分流料道(b)自上而下倾斜设置，所述上芯体(20)包括主体部(200)、位于所述主体部(200)下方且为圆锥台形的第一配合部(201)、位于所述第一配合部(201)下方且为圆锥体形的第二配合部(202)，其中所述第一配合部(201)和所述第二配合部(202)均自上而下逐渐变细，且所述第一配合部(201)的下端外径大于所述第二配合部(202)的上端外径；所述下芯体(21)具有自上而下依次连通的第一配合腔(b1)、均质腔(b2)、第二配合腔(b3)、碰撞腔(b4)，其中所述第一配合腔(b1)、第二配合腔(b3)分别为自上而下内径逐渐变小的锥台形，所述均质腔(b2)位于所述第一配合腔(b1)和所述第二配合腔(b3)之间且所述均质腔(b2)的内壁相对于所述第一配合腔(b1)、第二配合腔(b3)的内壁形成凹陷；所述上芯体(20)部分插设于对应的所述下芯体(21)中，其中所述上芯体(20)的第一配合部(201)至少部分紧密贴合的插装在所述第一配合腔(b1)内；所述上芯体(20)的第二配合部(202)自上而下依次与所述均质腔(b2)的内壁之间形成环形均质槽(h)，与所述第二配合腔(b3)的内壁之间形成锥台形容腔间隙(x)，与所述碰撞腔(b4)的内壁之间形成碰撞区，所述分流料道(b)、所述均质槽(h)、所述锥台形容腔间隙(x)及所述碰撞区自上而下依次连通。2.根据权利要求1所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述流体碰撞单元有一个，所述阀体(1)上还设有上下连通的第一安装槽(10a)和第二安装槽(10b)，其中所述进料通道(11)包括安装于所述第一安装槽(10a)中且内部形成流道的进料接头(110)，所述进料接头(110)抵触在所述主体部(200)的上端且将所述上芯体(20)和所述下芯体(21)相对紧密贴合；所述上芯体(20)和下芯体(21)分别自周向面密封贴合安装于所述第二安装槽(10b)内，所述第二安装槽(10b)自槽底与所述出料通道(12)连通。3.根据权利要求2所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述进料接头(110)的下部形成插接端头(a)，所述主体部(200)上形成与所述插接端头(a)匹配的接头插装槽(200a)，所述的插接端头(a)与所述接头插装槽(200a)匹配时，所述进料接头(110)与所述第一安装槽(10a)之间形成第一密闭腔(m1)，所述第一配合部(201)、所述下芯体(21)及第二安装槽(10b)的槽壁之间形成第二密闭腔(m2)，所述的阀体(1)上还设有分别与所述第一密闭腔(m1)和第二密闭腔(m2)连通的第一泄压通道(13)和第二泄压通道(14)。4.根据权利要求3所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述分流通道(b)自上而下依次穿过所述第一配合部(201)和第二配合部(202)、且上下端部分别与所述接头插装槽(200a)和所述环形均质槽(h)连通；和/或，所述下芯体(21)上还设有自所述碰撞腔(b4)的底部向下且呈内径逐渐变大锥台形的扩流腔(b5)，其中所述扩流腔(b5)下端与所述出料通道(12)连通，且所述扩流腔(b5)的锥角(θ)为50
°
～120
°
；所述第一配合腔(b1)、第二配合腔(b3)、碰撞腔(b4)、扩流腔(b5)四者中心线重合设置。5.根据权利要求1所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述流体碰撞单元有两个，且两个所述流体碰撞单元上下分布，其中每个流体碰撞单元的所述分流料道(b)、所述均质槽(h)、所述锥台形容腔间隙(x)、所述碰撞区自上而下依次连通并形成一个流体处理通道，上下两个所述流体处理通道之间保持密封连通，自所述进料通道(11)通入的流体依次经过两个所述流体处理通道完成逐级碰撞后自所述出料通道(12)排出。
6.根据权利要求5所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述阀芯组件包括上阀芯(f1)和下阀芯(f2)，其中所述上阀芯(f1)和下阀芯(f2)均包括所述上芯体(20)和下芯体(21)，且所述下阀芯(f2)的上芯体(20)的上部贴合插装与所述上阀芯(f1)的下芯体(21)中。7.根据权利要求6所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述阀体(1)上还设有上下连通的第一安装槽(10a)和第二安装槽(10b)，其中所述进料通道(11)包括安装于所述第一安装槽(10a)中且内部形成流道的进料接头(110)，所述进料接头(110)抵触在所述上阀芯(f1)的所述主体部(200)的上端且将所述上阀芯(f1)和下阀芯(f2)相对紧密贴合的安装于所述第二安装槽(10b)内，所述第二安装槽(10b)自槽底与所述出料通道(12)连通。8.根据权利要求7所述的高压均质机的定间隙容腔装置，其特征在于：所述上阀芯(f1)和下阀芯(f2)的所述下芯体(21)上还分别设有自所述碰撞腔(b4)的底部向下且呈内径逐渐变大锥台形的扩流腔(b5)，所述第一配合腔(b1)、第二配合腔(b3)、碰撞腔(b4)、扩流腔(b5)四者中心线重合设置；所述下阀芯(f2)的主体部(200)自上而下呈与所述扩流腔(b5)匹配的锥台状，且两个所述流体处理通道之间保持密封连通时，所述主体部(200)自上部密封贴合在所述上阀芯(f1)的扩流腔(b5)内壁，所述接料通道(j)上端与所述上阀芯(f1)的扩流腔(b5)连通。9.根据权利要求3或4或8所述的圆锥形定间隙容腔装置，其特征在于:所述的接头插装槽(200a)包括自上而下依次设置的第一腔(a1)、第二腔(a2)、第三腔(a3)，其中所述第一腔(a1)自上而下呈内径逐渐变小的锥台形，且锥台形的锥角(γ)为50
°
～120
°
；所述第二腔(a2)沿着所述第一腔(a1)的底部向下延伸呈圆柱形，且圆柱形的外径与第一腔(a1)下端的外径相等；所述第三腔(a3)自所述圆柱形的底部向下延伸呈内径逐渐变小的圆锥形，且所述第三腔(a3)的圆锥形锥角大于所述第一腔的锥台形锥角。10.一种难分散材料的处理方法，其特征在于：其采用的高压均质机包括权利要求1至9中任一项所述圆锥形定间隙容腔装置，且对含有所述难分散材料的流体进行一级或多级的分散、破碎或剥离处理。

技术总结
本发明公开了高压均质机的定间隙容腔装置及难分散材料的处理方法，该定间隙容腔装置包括阀体、阀芯组件，阀芯组件形成一个或多个流体碰撞单元，流体碰撞单元包括上、下芯体，上芯体包括主体部、第一配合部、第二配合部；下芯体具有第一配合腔、均质腔、第二配合腔、碰撞腔，上下芯体插装时，第二配合部自上而下依次与均质腔的内壁之间形成环形均质槽，与第二配合腔的内壁之间形成锥台形容腔间隙，与碰撞腔的内壁之间形成碰撞区，分流料道、环形均质槽、容腔间隙、碰撞区自上而下依次连通。本发明具有产量高和均质效果好、结构简单、能够承受较大压力及加工要求和制作成本较低，而且还能够在流体的一次进出容腔装置流动中进行多次或多级碰撞。多级碰撞。多级碰撞。


技术研发人员：黄海 秦志鸿 丁世云 刘兆平
受保护的技术使用者：宁波石墨烯创新中心有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/12