CN106659997A - 气蚀减少的互作用腔 - Google Patents

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Abstract

本文描述了减少互作用腔中的气蚀的装置和方法。在实施例中，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，包括：入口腔，该入口腔优选为入口缸；出口腔，其中，从入口腔到微通道的进口偏离于入口腔的底端一段距离；以及下列项中的至少一者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道进口处位于微通道的至少一个侧壁上；(ii)微通道的至少一个侧壁，其从入口腔向内会聚到出口腔；(iii)所述微通道的顶壁和底壁中的至少一者，其从入口腔到出口腔成角度；和(iv)顶部倒角，其围绕入口腔的直径延伸。

Description

气蚀减少的互作用腔
优先权
本申请要求于2014年5月30日提交的美国临时申请No.62/005,783的优先权，该临时申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开大体涉及减少互作用腔中的气蚀的装置和方法，并且更具体地涉及减少在流体处理器和均化器(例如，高剪切流体处理器和高压均化器)中使用的互作用腔内的气蚀的装置和方法。
背景技术
互作用腔通常通过使流体从一个或多个入口缸通过一个或多个微通道并从一个或多个出口缸流出而起作用。流体流转移到微通道可能导致气蚀，即，在液体内形成蒸汽空腔(气泡)的物理现象。气蚀是压力快速变化的结果。当压力下降到低于汽化压力时，液体沸腾并形成蒸汽泡。
存在与微通道内的气蚀相关的若干缺点。首先，当流体压力在下游恢复时，空腔可以内爆并且可以产生强烈的冲击波。这可能对互作用腔的内表面和下游管道造成显著的损坏(例如，大大降低腔性能和寿命的部件的磨损)。气蚀还可以引入局部高温点，从而对某些热敏材料造成损坏。第二，由于所形成的空腔保持并占据微通道内的一段体积，因此当处理具有高长细比的某些固体分散体或材料时，通过微通道的流可能被阻挡并且可能发生堵塞问题。第三，由于在微通道入口附近(具有最严重的气蚀的位置)的可用横截面面积减小，因此流速受到限制并且随后导致通道排出口处的平均流速较低。这可能降低微通道排出口处的流体的能量并且导致某些应用的处理效率降低。
发明内容
本公开提供了一种减少气蚀并增大通过微通道的流速的互作用腔。已经确定，本文所述的互作用腔提供了下列项中的一者或多者：(i)由于气蚀的减少/消除而减少堵塞；(ii)由于更高的后微通道能量而具有较高的处理效率；(iii)微通道内的局部温度降低，从而导致处理不同热敏材料的能力；以及(iv)微通道中的磨损较小，从而导致较长的腔寿命。
在一般示例性实施例中，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；微通道，其将入口孔与出口孔流体连通，其中，从入口腔到微通道的进口偏离于入口腔的底端一段距离；以及下列项中的至少一者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道进口处位于微通道的至少一个侧壁上；(ii)微通道的至少一个侧壁，其从入口腔向内会聚到出口腔；(iii)微通道的顶壁和底壁中的至少一者，其从入口腔到出口腔成角度；和(iv)顶部倒角，其围绕入口腔的直径延伸。
在另一个一般示例性实施例中，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的多槽式互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；入口室，其与入口孔流体连通；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；出口室，其与出口孔流体连通；多个微通道，其将入口室连接到出口室并且从而将入口孔与出口孔流体连接，多个微通道中的每一者包括微通道进口，微通道进口偏离于入口腔的底端一段距离，其中，下列项中的至少一者：(i)入口室的宽度小于入口腔的直径；以及(ii)入口室的高度打断入口腔的直径。
在另一个一般示例性实施例中，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；微通道，其将入口孔与出口孔流体连通；以及用于在流体从入口腔进入微通道时减少气蚀的装置。
在另一个一般示例性实施例中，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括：进口腔，其优选为进入缸；出口腔，其优选为出口缸；以及与进口腔和出口腔流体连通的微通道，微通道具有入口和出口，其中，进口腔具有在进口腔的顶部处或附近的入口孔并且在进口腔的底部上方的位置处接收微通道入口。
在另一个一般示例性实施例中，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；微通道，其将入口孔与出口孔流体连通，其中，从微通道至出口腔的排出口偏离于出口腔的顶端一段距离；以及下列项中的至少一者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道排出口处位于微通道的至少一个侧壁上；(ii)微通道的至少一个侧壁，其从入口腔向内会聚到出口腔；(iii)微通道的顶壁和底壁中的至少一者，其从入口腔到出口腔成角度；以及(iv)围绕入口腔的直径延伸的顶部倒角。
在另一个一般示例性实施例中，流体处理系统包括位于本文的互作用腔的上游或下游的辅助处理模块(APM)。
在另一个一般示例性实施例中，生产乳液的方法包括使流体通过本文的互作用腔的步骤。
在另一个一般示例性实施例中，产生减小的粒度的方法包括使颗粒流通过本文的互作用腔的步骤。
在另一个一般示例性实施例中，流体处理系统包括本文的互作用腔并且使流体在互作用腔的微通道内在0kpsi以下和40kpsi以下流动。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式来进一步详细地说明本公开的实施例，其中：
图1描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图2描绘了图1的互作用腔的侧剖视图；
图3描绘了图1的互作用腔的气蚀效应的图形；
图4描绘了图1的互作用腔的气蚀效应图形；
图5描绘了图1的互作用腔内的速度分布的图形；
图6描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图7描绘了图6的互作用腔的侧剖视图；
图8描绘了互作用腔的示例性实施例的仰视立体图；
图9描绘了图8的互作用腔的侧剖视图；
图10描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图11描绘了图10的互作用腔的侧剖视图；
图12描绘了图10的互作用腔的俯视图；
图13描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图14描绘了图13的互作用腔的侧剖视图；
图15描绘了图1的互作用腔的气蚀效应的图形；
图16描绘了图14的互作用腔的气蚀效应的图形；
图17描绘了图1的互作用腔内的速度分布的图形；
图18描绘了图14的互作用腔内的速度分布的图形；
图19描绘了粒度分布的图形；
图20描绘了粒度分布的图形；
图21描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图22描绘了图21的互作用腔的侧剖视图；
图23描绘了图1的互作用腔的气蚀效应的图形；
图24描绘了图21的互作用腔的气蚀效应的图形；
图25描绘了图1的互作用腔内的速度分布的图形；
图26描绘了图21的互作用腔内的速度分布的图形；
图27描绘了粒度分布的图形；
图28描绘了粒度分布的图形；
图29描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图30描绘了图29的互作用腔的侧剖视图；
图31描绘了图29的互作用腔的俯视图；
图32描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图33描绘了图32的互作用腔的侧剖视图；
图34描绘了图32的互作用腔的俯视图；
图35描绘了图32的互作用腔的气蚀效应的图形；
图36描绘了图32的互作用腔内的速度分布的图形；
图37描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图38描绘了图37的互作用腔的侧剖视图；
图39描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图40描绘了图39的互作用腔的侧剖视图；
图41描绘了图37的互作用腔的气蚀效应的图形；
图42描绘了图39的互作用腔的气蚀效应的图形；
图43描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图44描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图45描绘了粒度分布的图形；
图46描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；
图47描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图；并且
图48描绘了互作用腔的示例性实施例的俯视立体图。
具体实施方式
在描述本公开之前，应当理解，本公开不限于所述特定装置和方法。还应当理解，由于本公开的范围将仅限于所附权利要求书，故本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不旨在限制。
如本公开和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确说明，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。本文所公开的方法和装置可以缺少本文没有具体公开的任何元件。
图1和图2示出了互作用腔1的工作部段的通常形状和示意图。互作用腔1包括具有入口孔4的入口腔2、具有出口孔8的出口腔6、和微通道10，该微通道将入口腔2联接到出口腔6并且将入口孔4与出口孔8流体连通。入口腔2和出口腔6优选为缸。在图1和图2中，微通道10在入口腔4的底端12和出口腔6的顶端14处将入口腔2联接到出口腔6。也就是说，底端12和顶端14不超过微通道10。入口腔2与微通道10相交的开口为微通道进口13，并且微通道10与出口腔6相交的开口为微通道排出口15。如下面更详细地描述的，气蚀通常发生在微通道进口13处。
由于单个入口和单个出口形成图1和图2的互作用腔1的Z形状，因此图1和图2中的互作用腔在本文中通常被称为Z型互作用腔。诸如互作用腔1之类的Z型腔可用于通过在微通道内部产生高剪切力并且使流体碰撞到外腔壁上来减小粒度。
在使用中，进来的流体进入入口孔4，经过入口腔2，并且继而以围绕微通道进口13转向九十度的方式进入微通道10。然后，流体以围绕微通道排出口15转向九十度的方式离开微通道10进入出口腔6，经过出口腔6，并且通过出口孔8离开。在离开微通道10之后，流体流形成射流，该射流在一侧处由出口腔6的顶端14限制。
在微通道进口13处流体流以急转向的方式转移至微通道10通常会导致气蚀。图3和图4示出了使用计算流体动力学模拟的气蚀效应的图形。在图3中，蒸汽体积分率(VVF)被绘制为在微通道以及微通道进口和排出口内部的不同横截面位置处的等值线图。在图3的VVF图和本文所公开的其他VVF图中，零(0)表示纯液相，并且一(1)表示纯气相。按照惯例，VVF≥0.5通常表示气相。通常大于0.5的任何物质因其表示蒸汽包(vapor pocket)故可以被认为是不合需要的，其中，微通道的横截面面积减小，从而降低通过微通道的流速。如示出了从入口腔2通过微通道10到达出口腔6的整个流体通道的图4所示，气蚀通常发生在互作用腔内的两个位置处：(i)微通道进口区域；和(ii)排出口孔。
图5示出了微通道10内的速度分布的示例。如图所示，由于空腔的存在，流速最初在微通道进口附近是不均匀的。然后，速度在通道的下游端逐渐变得更均匀，并且大小也减小。较低的通道排出口速度意味着流体将携带较小的动能以用于在出口区中耗散或撞击。能量耗散与诸如乳化工艺之类的许多工艺的最终粒度直接相关，其中，较高的能量耗散通常导致较小的粒度。能量耗散可削弱系统的产生合适的细粒度的能力。然而，由冲击波产生的力/压力峰可以有助于使颗粒均一化、或者混合和裂解，以实现较小的颗粒大小和分布。因此，虽然微通道进口气蚀通常是不期望的现象，但是出口气蚀对于一些应用而言是有利的现象。一般来说，如果气蚀得以控制，则系统性能可以提高。
图6和图7示出了根据本公开的改进的H型互作用腔30的工作部段的示例性实施例。互作用腔30包括具有入口孔34的入口腔32、具有出口孔38的出口腔36、以及微通道40，该微通道将入口腔32联接到出口腔36并且将入口孔34与出口孔38流体连通。入口腔32和出口腔36优选为缸。微通道40包括微通道进口43和微通道排出口45，在微通道进口处，微通道40与入口腔32相交，并且在微通道排出口45处，微通道40与出口腔36相交。如图所示，微通道40与入口腔32的底端42相距距离D1并且与出口腔36的顶端44相距距离D2。D1和D2可以是相同或不同的距离。在实施例中，D1和D2可以在0.001至1英寸、或优选0.01至0.03英寸的范围内。已经确定，在微通道40与互作用腔30的底端42和/或顶端44之间添加距离D1和D2使流在进入微通道40时流线化并且降低微通道进口43和微通道排出口45处的气蚀水平。也就是说，将微通道40设置在底端42的上方的做法在底端42处产生了流体池，从而阻止气蚀。
因为单个入口和单个出口形成图6和图7中的互作用腔30的H形形状，因此图6和图7中的互作用腔30通常被称为H型互作用腔。H型腔和Z型腔之间的差异在于微通道进口到入口腔的底端的距离和/或微通道排出口到出口腔的顶端的距离。类似于Z型腔，诸如互作用腔30之类的H型腔可用于通过在微通道内产生高剪切力并且使流体碰撞到外腔壁上来减小粒度。
图8和图9示出了根据本公开的改进的H型互作用腔50的工作部段的另一示例性实施例。互作用腔50包括具有入口孔54的入口腔52、具有出口孔58的出口腔56、以及微通道60，该微通道将入口腔52联接到出口腔56并且将入口孔54与出口孔58流体连通。入口腔52和出口腔56优选为缸。微通道60包括微通道进口63和微通道排出口65，在微通道进口处，微通道60与入口腔52相交，并且在微通道排出口处，微通道60与出口腔56相交。类似于微通道40，微通道60与入口腔52的底端62相距距离D1。互作用腔50通过添加锥形倒角66、68(其优选为圆形)来进一步去除微通道进口63周围的利边。在实施例中，锥形倒角66、68可以在0.001至1英寸的范围内，或者优选在0.003至0.01英寸的范围内。在所示的实施例中，底部倒角66仅位于微通道60处(即，仅与微通道的宽度相同)，而顶部倒角68围绕入口腔52的整个直径。由于该构造易于制造围绕入口腔52的整个直径的顶部倒角68(与制造仅与微通道60的宽度相同的顶部倒角68相反)，因此该构造是有利的，并且该构造提供了类似的结果。为了制造入口腔52，包括顶部倒角68的第一入口腔部分添加到第二入口腔部分，使得顶部倒角68直接位于微通道60上方。在实施例中，第一入口腔部分是图8和图9中的入口腔52的包括顶部倒角68并位于顶部倒角68上方的部分，并且第二入口腔部分是图8和图9中的入口腔52的位于顶部倒角68下方的部分。
底部倒角66或顶部倒角68可以被制成围绕入口腔52的整个直径，或者可以仅任一倒角位于微通道进口63处。微通道50还可以包括位于微通道进口63的两个侧壁的侧倒角69。微通道排出口65也可以以与微通道进口63相同的方式形成，即形成有顶部倒角、底部倒角和/或侧倒角，并且在出口腔56的顶端64与微通道排出口65之间形成距离。已经确定，互作用腔50提供流线化流动形态并且完全去除气蚀。
图10至图12示出了根据本公开的改进的H型互作用腔70的工作部段的另一示例性实施例。互作用腔70包括具有入口孔74的入口腔72、具有出口孔78的出口腔76、以及微通道80，该微通道将入口腔72联接到出口腔76并且将入口孔74与出口孔78流体连通。入口腔72和出口腔76优选为缸。微通道80包括微通道进口83和微通道排出口85，在微通道进口处，微通道80与入口腔72相交，并且在微通道排出口处，微通道80与出口腔76相交。类似于微通道40，微通道80与入口腔72的底端82相距距离D1。微通道80也可以与出口腔76的顶端84形成一段距离。互作用腔70进一步拉拔(draft)微通道80的侧壁86，使得侧壁从入口腔72会聚到出口腔76，并且拉拔底壁87，使得底壁从入口腔72会聚到出口腔76。图10至图12中未拉拔的顶壁88也可以被拉拔，使得顶壁从入口腔72会聚到出口腔76。在不同的实施例中，侧壁86、底壁87和顶壁88中的一者或多者可以持续地从入口腔72会聚到出口腔76，或者可以仅在微通道80的长度的一部分上会聚。在不同的实施例中，侧壁86、底壁87和顶壁88的拔模角可以介于1度至30度之间。在其他实施例中，微通道80可以相对于入口腔72和出口腔76(向下或向上)倾斜，和/或微通道进口83可以位于微通道排出口85上方或下方的一段距离处，这有助于消除进入微通道进口83并离开微通道排出口85的90度急转向。已经确定，针对给定的尺寸，互作用腔70在通道排出口处提供最高的流体能量。
图13和图14示出了根据本公开的改进的H型互作用腔100的工作部段的另一示例性实施例。互作用腔100包括具有入口孔104的入口腔102、具有出口孔108的出口腔106、以及微通道110，该微通道将入口腔102联接到出口腔106并且将入口孔104与出口孔108流体连通。入口腔102和出口腔106优选为缸。微通道110包括微通道进口113和微通道排出口115，在微通道进口处，微通道110与入口腔102相交，并且在微通道排出口处，微通道110与出口腔106相交。如图所示，微通道110与入口腔102的底端112相距距离D1。D1可以在0.001至1英寸、或优选0.01至0.03英寸的范围内。微通道110也可以与出口腔106的顶端114形成一段距离。
图15和图16分别是使用计算流体动力学模拟的互作用腔1和互作用腔100的气蚀图。图15和图16示出了微通道内的蒸气体积分率(VVF)。两个腔具有基本相同的微通道尺寸，但是互作用腔100降低了通道进口气蚀效应。因此，针对一些材料，互作用腔100可以减少通道进口处的材料堵塞。
图17和图18分别是使用计算流体动力学模拟的互作用腔1(IXC-1)和互作用腔100(IXC-100)的速度分布图。图17和18示出了互作用腔100的微通道内的更均匀的速度以及互作用腔100的较高的通道排出口速度。具体而言，互作用腔100的平均通道排出口速度增加了大约11％。这意味着通过互作用腔100的流体可以携带更大的动能以用于后通道耗散并且可能为某些应用产生更小的颗粒。
在实验室中利用固体分散体(堵塞测试)和三种不同的乳剂测试互作用腔100。堵塞测试结果示于表1中，并且乳化结果示于表2、表3和表4中。通过使大豆粉分散在水中形成三种分散体。分散体1是5％的大豆粉悬浮液，分散体2是5.5％的大豆粉悬浮液，并且分散体3是6％的大豆粉悬浮液。
表1：堵塞测试结果
在表1中，针对互作用腔1和互作用腔100两者示出了在每个乳液的每个实验过程期间堵塞发生的数量。“部分”堵塞意味着机器被堵塞但能够完成其行程。“完全”堵塞意味着活塞不能继续推动流体通过互作用腔。如上所示，与互作用腔1相比，互作用腔100消除了部分堵塞并减少了完全堵塞。表1示出了互作用腔100可以在某些条件下减少或消除堵塞，这些条件可以堵塞具有相同微通道尺寸的互作用腔1的排出腔。
在下表中，测试以正向和反向构造的不同的互作用腔。应当理解，反向构造将入口腔转变为出口腔，并且将出口腔转变为入口腔。因此，本文所进行的反向测试基本为互作用腔的附加实施例的测试，该附加实施例以相反的构造定位入口、出口和一个(或多个)微通道。可以设想，本文所述的任何互作用腔的实施例也可以以反向配置构造，其中，入口腔是出口腔，并且出口腔是入口腔。
表2：乳剂1测试结果
表2示出了在实验期间针对互作用腔1和互作用腔100中的每一者的平均粒度和多分散指数(“PDI”)。如图所示，与互作用腔1相比，互作用腔100引起粒度减小。表2示出了在沿正向或反向运行的情况下，互作用腔100比互作用腔1具有略好的乳化性能。第一次通过和第二次通过的Z平均尺寸都小了约10nm。
表3：乳剂2测试结果
表3示出了在实验期间针对互作用腔1和互作用腔100(正向和反向)两者以及两个不同的Y型互作用腔1(例如，图43)的低于基于体积的分布的10％(D10)、50％(D50)、90％(D90)和95％(D95)的颗粒直径。也就是说，D10是指一直径，10％的颗粒低于该尺寸；D50是指一直径，50％的颗粒低于该尺寸；D90是指一直径，90％的颗粒低于该尺寸；并且D95是指一直径，95％的颗粒低于该尺寸。如上所示，95％的结果比10％的结果更显著。
将互作用腔100与Y型腔1和Y型腔2进行比较，Y型腔1和Y型腔2是具有下游APM和不同大小的微通道的两个Y型腔。Y型腔2的微通道的横截面面积比Y型腔1的微通道更大。Y型腔和Z型腔用于处理乳液。在这种情况下，Y型腔用于比较的目的。表3示出了为乳剂2互作用腔100提供了更好的乳化结果。表3还示出了互作用腔100在第一次通过和第二次通过两者中都优于Y型腔1。
图19和图20示出了在第一次通过(图19)和第二次通过(图20)后针对表3的腔的粒度分布。图19和图20表明对于第一次通过之后的所有结果以及第二次通过之后的一些结果，粒度分布是双峰的。第二个峰表示处理样本中剩余的较大颗粒，这通常是在后处理无菌过滤期间引起乳液不稳定和过滤器堵塞的原因。乳化处理的一个目标在于减少/去除大颗粒的存在。如第二次通过之后的图20所示，对于互作用腔1，第二个峰仍然存在。在互作用腔100中，第二个峰被大大减小或完全消除。反向运行的互作用腔100在该处理制剂和条件下也优于Y型腔。
表4：乳剂3测试结果
类似于表3，表4示出了在实验期间针对互作用腔1和互作用腔100(正向和反向)两者以及两个不同的Y型互作用腔的低于基于体积的分布10％(D10)、50％(D50)、90％(D90)和95％(D95)的颗粒直径。表4示出了针对乳剂3，由具有相反构造的互作用腔100产生的乳液类似于互作用腔1。然而，当以正向构造运行时，所得的粒度小得多。在第二次通过之后，互作用腔100的粒度比互作用腔1或Y型腔的粒度小约40nm至90nm。
图21和图22示出了根据本公开的改进的H型互作用腔120的工作部段的另一示例性实施例。互作用腔120包括具有入口孔124的入口腔122、具有出口孔128的出口腔126、以及微通道130，该微通道将入口腔122联接到出口腔126并且将入口孔124与出口孔128流体连通。入口腔122和出口腔126优选为缸。微通道130包括微通道进口133和微通道排出口135，在微通道进口处，微通道130与入口腔122相交，并且在微通道排出口处，微通道130与出口腔126相交。如图所示，微通道130与入口腔122的底端132相距距离D1，并且与出口腔126的顶端134相距距离D2。D1和D2可以是相同或不同的尺寸。互作用腔120通过在微通道进口133的顶部、底部和侧面添加圆倒角136来进一步去除微通道进口133周围的利边。该设计旨在通过在通道进口处添加倒斜角(chamfer)或倒角(fillet)来进一步减少或消除微通道进口气蚀效应并且使流流线化。也可以在微通道排出口135的一个或多个侧面添加圆倒角。
图23和图24分别是使用计算流体动力学模拟的互作用腔1和互作用腔120的气蚀图。图23和图24示出了微通道内的蒸气体积分率。两个腔具有基本相同的微通道尺寸，但是互作用腔120完全消除了通道进口气蚀效应。因此，针对一些材料，互作用腔120可以减少通道进口处的材料堵塞。
图25和图26分别是使用计算流体动力学模拟的互作用腔1和互作用腔120的速度分布图。图25和图26示出了互作用腔120的微通道内的更均匀的速度和互作用腔120的更高的通道排出口速度。具体而言，互作用腔120的平均通道排出口速度增加了约10％。这意味着通过互作用腔120的流体可以携带更多的动能以用于后通道耗散并且可能为某些应用产生更小的颗粒。与消除气蚀效应相关的另一个好处是与微通道进口附近的气蚀相关的峰值温度的降低。通道内的最大预测温度从85℃到68℃显著地降低了17℃。
在实验室中利用三种不同的乳剂测试互作用腔50(IXC-50)。表5至表7示出了互作用腔50与互作用腔1相比的乳化结果。
表5：乳剂1测试结果
表6：乳剂2测试结果
表7：乳剂3测试结果
表5示出了在实验期间针对互作用腔1和互作用腔50中的每一者的平均粒度和多分散指数(“PDI”)。表6和表7示出了在实验期间低于基于体积的分布的10％(D10)、50％(D50)、90％(D90)和95％(D95)的颗粒的直径。表5示出了与互作用腔1相比，互作用腔50针对乳剂1具有略好的乳化性能。对于第一次通过和第二次通过，Z平均尺寸小了约7至10nm。表6示出了当以正向和反向构造运行时，互作用腔50为乳剂2提供了更好的乳化结果。对于第一次通过和第二次通过，与互作用腔1相比，D50分别小了约20nm和30nm。表6还示出了对于第一次通过和第二次通过，互作用腔50的性能优于Y型腔1。表7示出了当以正向构造运行时，互作用腔50为乳剂3提供了更好的乳化结果。在第二次通过之后，互作用腔50的粒度比互作用腔1或Y型腔小了约50nm至100nm。
图27和图28示出在第一次通过(图27)和第二次通过(图28)之后表6的腔的粒度分布。图27和图28表明对于第一次通过之后的所有结果以及第二次通过之后的一些结果，粒度分布是双峰的。第二个峰表示处理样本中剩余的较大颗粒，这通常是引起乳液不稳定的原因。因此，乳化处理的一个目标在于减少/去除大颗粒的存在。如在第二次通过之后的图28所示，对于互作用腔1，第二个峰仍然存在。对于互作用腔50，第二个峰在正向和反向构造中被完全消除。在该处理制剂和条件下，反向运行的互作用腔50也优于Y型腔1。
图29至图31示出了根据本公开的改进的H型互作用腔140的工作部段的另一示例性实施例。互作用腔140包括具有入口孔144的入口腔142、具有出口孔148的出口腔146和微通道150，该微通道将入口腔142联接到出口腔146并且将入口孔144与出口孔148流体连通。入口腔142和出口腔146优选为缸。微通道150包括微通道进口153和微通道排出口155，在微通道进口处，微通道150与入口腔142相交，在微通道排出口处，微通道150与出口腔146相交。类似于微通道40，微通道150与入口腔142的底端152相距距离D1。微通道150也可以与出口腔146的顶端154形成一段距离。互作用腔140进一步拉拔微通道150的侧壁156，使得侧壁156从入口腔142会聚到出口腔146。在不同的实施例中，侧壁156可以不断地从入口腔142会聚到出口腔146，或者侧壁156可以仅在微通道150的长度的一部分上会聚。在不同的实施例中，斜度(draft)可以添加到所有四个通道表面、一对通道表面(顶部和底部或者左侧和右侧)、或者单个通道表面。在不同的实施例中，侧壁156和/或顶壁和/或底壁的拔模角可以介于1度至30度之间。当将斜度添加到一个(或多个)通道表面时，通道排出口处的横截面面积和尺寸优选保持相同。也就是说，如果改变现有的互作用腔，优选使微通道排出口保持相同的横截面尺寸并且增大微通道进口处的横截面。
图32至图34示出了根据本公开的改进的H型互作用腔160的工作部段的另一示例性实施例。互作用腔160包括具有入口孔164的入口腔162、具有出口孔168的出口腔166和微通道170，该微通道将入口腔162联接到出口腔166并且将入口孔164与出口孔168流体连通。入口腔162和出口腔166优选为缸。微通道170包括微通道进口173和微通道排出口175，在微通道进口处，微通道170与入口腔162相交，在微通道排出口处，微通道170与出口腔166相交。类似于微通道40，微通道170与入口腔162的底端172相距距离D1。微通道170也可以与出口腔166的顶端174形成一段距离。互作用腔160进一步拉拔微通道170的顶壁176和底壁178，使得顶壁和底壁从入口腔162会聚到出口腔166。在不同的实施例，仅顶壁和底壁中的一者可以被拉拔，或者顶壁和底壁两者都可以被拉拔成平行的，使得微通道进口173处的横截面面积与微通道排出口175处的横截面面积相同。
图35和图36分别是使用计算流体动力学模拟的互作用腔160的蒸气体积分率图和速度分布图。如图所示，互作用腔160大大消除了通道进口气蚀效应。因此，针对一些材料，互作用腔160减少了在该位置处的材料堵塞。此外，通过将斜度添加到通道壁，在微通道排出口处实现了最大速度。对于互作用腔160，预测的平均通道排出口速度增加了约21％，这意味着流体携带更高的动能以用于耗散并且可以导致更小的粒度。已经确定，对于给定的尺寸，互作用腔140和160在通道排出口处提供最高的流体能量。减少气蚀效应的另一个好处在于减少了与通道进口附近的气蚀相关的峰值温度。通道内的最大预测温度从84℃到70℃显著地降低了约14℃。
在替代实施例中，可以组合互作用腔30、互作用腔50、互作用腔70、互作用腔100、互作用腔120、互作用腔140和互作用腔160的任意特征。例如，微通道可以制造有一个或多个会聚壁、锥形倒角以及微通道与入口腔的底壁之间的距离D1。在每个实施例中，入口腔和出口腔也可以互换位置，使得图中所示的入口腔为出口腔并且图中所示的出口腔为入口腔。此外，这些相同的概念可以用于其他类型的互作用腔，诸如多槽H型互作用腔和Y型互作用腔等。在其他实施例中，微通道可以具有不同的形状，例如，矩形、正方形、梯形、三角形或圆形的形状。微通道也可以相对于入口腔和出口腔倾斜(向下或向上)，和/或微通道进口可以与微通道排出口的上方或下方相距一段距离，这有助于消除进入微通道进口和离开微通道排出口的90度急转向。
图37和图38示出了多槽式互作用腔200的工作部段的示例性实施例。互作用腔200包括具有入口孔204的入口腔202、具有出口孔208的出口腔206、入口室210和出口室212、以及多个微通道214，该多个微通道将入口室210连接到出口室212。入口腔202和出口腔206优选为缸。每个微通道214包括微通道进口216和微通道排出口217，在微通道进口处，微通道214与入口室210相交，在微通道排出口处，微通道214与出口室212相交。在使用中，进来的流体进入入口孔204，经过入口腔202和入口室210，并且继而进入微通道进口216处的多个微通道214。然后，流体离开多个微通道214，离开微通道排出口217并进入出口室212，经过出口腔206，并且通过出口孔208离开。
图39和图40示出了根据本公开的改进的多槽式互作用腔220的工作部段的示例性实施例。互作用腔220包括具有入口孔224的入口腔222、具有出口孔228的出口腔226、入口室230和出口室232、以及多个微通道234，该多个微通道将入口室230连接到出口室232。入口腔222和出口腔226优选为缸。每个微通道234包括微通道进口236和微通道排出口237，在微通道进口处，微通道234与入口室230相交，在微通道排出口处，微通道234与出口室252相交。
如图39和图40所示，入口室230的宽度W减小至小于入口腔226的直径，并且入口室230的高度H增加，使得入口室230的高度H延伸至入口腔226内或者或打断入口腔226的直径。也就是说，入口腔226和入口室230共用同一底端238，其中，入口腔226的渐缩直径的一部分一直向下延伸到底端238或接近底端238。微通道234与入口腔226和入口室250的底端238相距距离D1。虽然微通道234从入口室250延伸，但是微通道234的位置使微通道进口236位于与入口腔222的圆角部相同的高度处，该入口腔由入口室230打断。
图39和图40中所示的设计允许流过入口腔222的流体在到达入口腔222的底端238之前进入入口室230。已经确定，该设计避免了室230内的不期望的流动再循环区以及多个微通道234之间的欠佳的流量分布。在所示的实施例中，入口室230的宽度减小至入口腔226的直径的大约一半。在替代实施例中，入口室230的宽度可以在0.001至1英寸的范围内，并且入口室230的高度可以在0.001至1英寸的范围内。虽然图39和图40中未示出，但是出口室132可以以类似的方式构造，使得出口室130的宽度小于出口腔126的直径，并且使得出口室132的高度增加。多个微通道可以具有相同或不同的横截面面积和尺寸。
图41和图42分别示出了使用计算流体动力学模拟的互作用腔200和互作用腔220的速度分布。如图41所示，互作用腔200的速度分布从一个通道到另一个通道是不均匀分布的。这种不均匀性可能导致微通道之间的处理材料的变化以及某些材料的堵塞。互作用腔220减少了微通道之间的流动特性之间的变化，如图42中所有通道上的均匀速度分布所示。在处理某些材料时，这导致更少的堵塞发生。此外，互作用腔220的通道内的最大预测温度从84℃到69℃显著地降低了约15℃。
图43示出了Y型互作用腔250的工作部段的示例性实施例。互作用腔250包括具有入口孔254的两个入口腔252、具有出口孔258的两个出口腔256、连接到两个出口腔256的出口室260、以及将两个入口腔252连接到出口室260的多个微通道262。入口腔252和出口腔256优选为缸。在使用中，进来的流体进入入口孔254，经过两个入口腔252，并且继而进入微通道262。然后，流体离开微通道262进入出口室260，经过两个出口腔256，并且通过出口孔258离开。微通道的出口也可以具有形成发散或收敛射流的倒斜角。
由于两个入口和两个出口形成图43的互作用腔250的Y形形状，因此在本文中图43的互作用腔250通常被称为Y型互作用腔。诸如互作用腔250之类的Y型互作用腔利用来自相对的微通道的两股喷射流使流体在出口室处碰撞。也就是说，两股喷射流在出口室中彼此相撞。
图44示出了根据本公开的改进的H型碰撞射流(HIJ型)互作用腔300的工作部段的示例性实施例。互作用腔300包括具有入口孔304的两个入口腔302、具有出口孔308的两个出口腔306、连接到两个出口腔306的出口室310、以及将两个入口腔302连接到出口室的多个微通道312。入口腔302和出口腔306优选为缸。如图所示，微通道312与入口腔302的底端314相距距离D1。在实施例中，D1可以在0.001至1英寸、或优选0.01至0.03英寸的范围内。已经确定，在微通道312与入口腔302的底端314之间添加距离D1使流在进入微通道312时流线化并且降低气蚀水平。
图44的互作用腔300由于其H形形状并且使用至少两个微通道在出口室内形成碰撞射流，所以在本文中通常被称为HIJ型互作用腔。Y型腔和HIJ型腔之间的区别在于从微通道进口到入口腔底端的距离。类似于Y型腔，诸如互作用腔300之类的HIJ型腔用于通过使两股相对的射流在出口室内碰撞来减小粒度。
表8示出了互作用腔300与上述Y型腔1和Y型腔2相比的乳化结果。
表8：乳剂2测试结果
计算流体动力学(“CFD”)预测互作用腔300的平均通道排出口速度增加了大约4％，这意味着流体携带更多的动能以用于随后的射流碰撞。当较高的可用能量由于两个液体射流的碰撞而消散时，较小的液滴将形成并且可以保持稳定。表8示出了互作用腔300为乳剂2提供了更好的乳化结果。针对所有次数的通过，粒度更小，特别是对于D90和D95值，例如对于第二次通过为从16nm至70nm。此外，针对第二次通过，第二个峰的体积百分比比Y型腔1小约88％(0.21％对1.82％)并且比Y型腔2小约90％(0.21％对比2.05％)。图45示出了在第二次通过之后针对乳剂2的互作用腔300的第二个峰的粒度分布和面积的图形表示。
图46示出了根据本公开的改进的HIJ型互作用腔320的工作部段的示例性实施例。H型碰撞射流腔320包括具有入口孔324的两个入口腔322、具有出口孔328的两个出口腔326、连接到两个出口腔326的出口室330、以及将两个入口腔322连接到出口室330的多个微通道332。入口腔322和出口腔326优选为缸。微通道332与入口腔302的底端314相距距离D1。互作用腔320进一步减小了微通道332的长度。在实施例中，微通道长度减少了约45％，并且预测的平均通道排出口速度增加了约9％。这允许两股碰撞射流携带更多的能量以用于耗散并且形成较小的稳定颗粒。
图47示出了根据本公开的改进的HIJ型互作用腔340的工作部段的示例性实施例。H型碰撞射流腔340包括具有入口孔344的两个入口腔342、具有出口孔348的两个出口腔346、连接到两个出口腔346的出口室350、以及将两个入口腔342连接到出口室350的多个微通道352。入口腔342和出口腔346优选为缸。微通道352与入口腔352的底端344相距距离D1。互作用腔340通过在微通道进口的顶部、底部和侧壁处添加锥形倒角354来进一步去除微通道352进口周围的利边。在实施例中，锥形倒角354可以在0.001至1英寸的范围内。倒角354的顶部356还一直围绕两个入口腔342的外周延伸。已经确定，互作用腔340提供流线化流动型态并且完全去除气蚀。在该实施例中，与互作用腔250相比，预测的平均通道排出口速度增加了大约11％，这允许两股碰撞射流携带更多的能量以用于耗散并形成较小的稳定颗粒。
图48示出了根据本公开的改进的HIJ型互作用腔360的工作部段的示例性实施例。H型碰撞射流腔360包括具有入口孔364的两个入口腔362、具有出口孔368的两个出口腔366、连接到两个出口腔366的出口室370、以及将两个入口腔362连接到出口室370的多个微通道372。入口腔362和出口腔366优选为缸。微通道372与入口腔362的底端374相距距离D1。互作用腔360进一步拉拔微通道372的侧壁376，使得侧壁从入口腔362会聚到出口室370。微通道372的顶壁和底壁同样可以被拉拔为从入口腔362会聚到出口室370。在不同的实施例中，侧壁376、底壁和/或顶壁可以不断地从入口腔362会聚到出口室370，或者可以仅在微通道372的长度的一部分上会聚。在实施例中，侧壁376、底壁和/或顶壁的拔模角可以介于1度至30度之间。已经确定，针对给定的尺寸，互作用腔360在通道排出口处提供最高的流体能量。
在替代实施例中，可以组合上述互作用腔的任意特征。此外，所有上述实施例可以与位于本文所公开的互作用腔的上游或下游的辅助处理模块(“APM”)一起使用。APM是单槽或多槽的超大的Z型的H型腔，当放置在上游或下游时，该APM可以使跨越互作用腔的压降减小约5％至30％。在实施例中，APM可以与本文所公开的互作用腔串联放置，使得APM位于互作用腔的上游或下游。
应当理解，对本文所述的当前优选实施例的各种改变和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。在不脱离本主题的精神和范围的情况下并且在不减少其预期优点的情况下，可以进行这样的改变和修改。因此，意在这些改变和修改由所附权利要求书所涵盖。
本公开的附加方面
本文所述的主题的方面可以单独地使用或者与本文所述的其他方面中的任何一个或多个结合使用。在不限制前述描述的情况下，在本公开的第一方面，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；微通道，其将入口孔与出口孔流体连通，其中，从入口腔到微通道的进口偏离于入口腔的底端一段距离；以及下列项中的至少一者、至少两者、至少三者、或所有四者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道进口处位于微通道的至少一个侧壁上；(ii)微通道的至少一个侧壁，其从入口腔向内会聚到出口腔；(iii)微通道的顶壁和底壁中的至少一者，其从入口腔到出口腔成角度；和(iv)顶部倒角，其围绕入口腔的直径延伸。
根据本公开的第二方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，互作用腔为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
根据本公开的第三方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，从微通道到出口腔的排出口构造成下列项中的至少一者、或两者：(i)偏离于出口腔的顶端一段距离；以及(ii)包括至少一个第二锥形倒角。
根据本公开的第四方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道进口与入口腔的底端之间的距离在0.001至1英寸、优选0.01至0.03英寸的范围内。
根据本公开的第五方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，至少一个锥形倒角构造成下列项中的至少一者、或两者：(i)为圆倒角；以及(ii)在微通道进口处位于微通道的多个侧面上
根据本公开的第六方面，其可以与本文列出的方面的任何其他方面或组合结合使用，下列项中的至少一者、或两者：(i)两个侧壁从入口腔向出口腔会聚；以及(ii)顶壁和底壁两者均从入口腔向出口腔会聚。
根据本公开的第七方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的多槽式互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；入口室，其与入口孔流体连通；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；出口室，其与出口孔流体连通；以及多个微通道，其将入口室连接到出口室并且从而将入口孔与出口孔流体连接，多个微通道中的每一者包括微通道进口，微通道进口偏离于入口腔的底端一段距离，其中，下列项中的至少一者、或两者：(i)入口室的宽度小于入口腔的直径；以及(ii)入口室的高度打断入口腔的直径。
根据本公开的第八方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，互作用腔为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
根据本公开的第九方面，其可以与本文所列的方面的任何其他方面或组合结合使用，下列项中的至少一者、或两者：(i)出口室的宽度小于出口腔的直径并且出口室的高度打断出口腔；(ii)至少一个微通道偏离于出口腔的顶端一段距离；以及(iii)入口室与入口腔共用底端。
根据本公开的第十方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，其包括位于微通道进口中的一者处的至少一个锥形倒角。
根据本公开的第十一方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，至少一个锥形倒角在微通道进口处位于微通道的多个侧面上。
根据本公开的第十二方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；微通道，其将入口孔与出口孔流体连通；以及用于在流体从入口腔进入微通道时减少气蚀的装置。
根据本公开的第十三方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，其包括用于在流体离开微通道到达出口腔时减少气蚀的装置。
根据本公开的第十四方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，用于在流体从入口腔进入微通道时减少气蚀的装置包括下列项中的至少一者、至少两者、至少三者、或所有四者：(i)锥形倒角；(ii)底端和入口孔之间的偏移距离；(iii)从入口腔到出口腔会聚的微通道壁；以及(iv)围绕入口腔的直径延伸的倒角。
根据本公开的第十五方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，用于在流体离开微通道到达出口腔时减少气蚀的装置包括下列项中的至少一者、至少两者、至少三者、或所有四者：(i)锥形倒角；(ii)顶端和出口孔之间的偏移距离；(iii)从入口腔会聚到出口腔的微通道壁；以及(iv)围绕出口腔的直径延伸的倒角。
根据本公开的第十六方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，其用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，互作用腔包括：进口腔，其优选为进入缸；出口腔，其优选为出口缸；与进口腔和出口腔流体连通的微通道，微通道具有入口和出口，其中，进口腔具有在进口腔的顶部处或附近的入口孔并且在进口腔的底部上方的位置处接收微通道入口。
根据本公开的第十七方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道被定位成使得入口处于与出口不同的高度处。
根据本公开的第十八方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，入口高于出口。
根据本公开的第十九方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道是锥形的、倾斜的、或两者。
根据本公开的第二十方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道的出口在出口腔的顶部处或下方的位置处接合出口腔。
根据本公开的第二十一方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道出口位于出口腔的顶部下方。
根据本公开的第二十二方面，其可与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道入口设置在入口腔的底部上方，并且微通道出口设置在出口腔的顶部下方。
根据本公开的第二十三方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，微通道包括多个微通道。
根据本公开的第二十四方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，多个微通道与设置在进口腔和微通道的入口之间的第一中间室或容器相接。
根据本公开的第二十五方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，室延伸到微通道入口的下方。
根据本公开的第二十六方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，互作用腔包括设置在微通道的出口与出口腔之间的第二中间室。
根据本公开的第二十七方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，互作用腔为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
根据本公开的第二十八方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，至少一个微通道具有矩形、正方形、梯形、三角形或圆形形状的横截面。
根据本公开的第二十九方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，流体处理系统包括位于本文的互作用腔的上游或下游的辅助处理模块(APM)。
根据本公开的第三十方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，流体处理系统，其包括多个互作用腔，互作用腔中的至少一者是本文的互作用腔。
根据本公开的第三十一方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，流体处理系统包括串联或并联设置的多个互作用腔。
根据本公开的第三十二方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，流体处理系统包括设置在本文的至少一个互作用腔上游的APM和/或设置在本文的至少一个互作用腔下游的APM。
根据本公开的第三十三方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，制备乳液的方法包括使流体经过本文的互作用腔的步骤。
根据本公开的第三十四方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，产生减小的粒度的方法包括使颗粒流经过本文的互作用腔的步骤。
根据本公开的第三十五方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，流体处理系统包括本文的互作用腔，流体处理系统使流体在互作用腔的微通道内在0kpsi以下和40kpsi以下流动。
根据本公开的第三十六方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器的互作用腔包括：入口腔，其优选为入口缸，入口腔具有入口孔和底端；出口腔，其优选为出口缸，出口腔具有出口孔和顶端；微通道，其将入口孔与出口孔流体连通，其中，从微通道至出口腔的排出口偏离于出口腔的顶端一段距离；以及下列项中的至少一者、至少两者、至少三者、或所有四者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道排出口处位于微通道的至少一个侧壁上；(ii)微通道的至少一个侧壁，其从入口腔向内会聚到出口腔；(iii)微通道的顶壁和底壁中的至少一者，其从入口腔到出口腔成角度；以及(iv)围绕入口腔的直径延伸的顶部倒角。
根据本公开的第三十七方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，互作用腔为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
根据本公开的第三十八方面，其可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用，至少一个锥形倒角构造成下列项中的至少一者、或两者：(i)为圆倒角；以及(ii)在微通道进口处位于微通道的多个侧面上。

Claims (38)

1.一种互作用腔，其用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，所述互作用腔包括：
入口腔，其优选为入口缸，所述入口腔具有入口孔和底端；
出口腔，其优选为出口缸，所述出口腔具有出口孔和顶端；
微通道，其将所述入口孔与所述出口孔流体连通，其中，从所述入口腔到所述微通道的进口偏离于所述入口腔的底端一段距离；以及
下列项中的至少一者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道进口处位于所述微通道的至少一个侧壁上；(ii)所述微通道的至少一个侧壁，其从所述入口腔向内会聚到所述出口腔；(iii)所述微通道的顶壁和底壁中的至少一者，其从所述入口腔到所述出口腔成角度；和(iv)顶部倒角，其围绕所述入口腔的直径延伸。
2.根据权利要求1所述的互作用腔，其为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
3.根据权利要求1或2所述的互作用腔，其中，从所述微通道到所述出口腔的排出口构造成下列项中的至少一者：(i)偏离于所述出口腔的顶端一段距离；以及(ii)包括至少一个第二锥形倒角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的互作用腔，其中，所述微通道进口与所述入口腔的底端之间的距离在0.001至1英寸、优选0.01至0.03英寸的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的互作用腔，其中，所述至少一个锥形倒角构造成下列项中的至少一者：(i)为圆倒角；以及(ii)在所述微通道进口处位于所述微通道的多个侧面上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的互作用腔，其中，下列项中的至少一者：(i)两个侧壁从所述入口腔向所述出口腔会聚；以及(ii)所述顶壁和所述底壁两者均从所述入口腔向所述出口腔会聚。
7.一种多槽式互作用腔，其用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，所述多槽式互作用腔包括：
入口腔，其优选为入口缸，所述入口腔具有入口孔和底端；
入口室，其与所述入口孔流体连通；
出口腔，其优选为出口缸，所述出口腔具有出口孔和顶端；
出口室，其与所述出口孔流体连通；以及
多个微通道，其将所述入口室连接到所述出口室并且从而将所述入口孔与所述出口孔流体连接，所述多个微通道中的每一者包括微通道进口，所述微通道进口偏离于所述入口腔的所述底端一段距离，
其中，下列项中的至少一者：(i)所述入口室的宽度小于所述入口腔的直径；以及(ii)所述入口室的高度打断所述入口腔的直径。
8.根据权利要求7所述的互作用腔，其为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
9.根据权利要求7或8所述的多槽式互作用腔，其中，下列项中的至少一者：(i)所述出口室的宽度小于所述出口腔的直径并且所述出口室的高度打断所述出口腔；(ii)所述至少一个微通道偏离于所述出口腔的顶端一段距离；以及(iii)所述入口室与所述入口腔共用所述底端。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的多槽式互作用腔，其包括位于所述微通道进口中的一者处的至少一个锥形倒角。
11.根据权利要求10所述的多槽式互作用腔，其中，所述至少一个锥形倒角在所述微通道进口处位于所述微通道的多个侧面上。
12.一种互作用腔，其用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，所述互作用腔包括：
入口腔，其优选为入口缸，所述入口腔具有入口孔和底端；
出口腔，其优选为出口缸，所述出口腔具有出口孔和顶端；
微通道，其将所述入口孔与所述出口孔流体连通；以及
用于在流体从所述入口腔进入所述微通道时减少气蚀的装置。
13.根据权利要求12所述的互作用腔，其包括用于在流体离开所述微通道到达所述出口腔时减少气蚀的装置。
14.根据权利要求12或13所述的互作用腔，其中，用于在流体从所述入口腔进入所述微通道时减少气蚀的装置包括下列项中的至少一者：(i)锥形倒角；(ii)所述底端和所述入口孔之间的偏移距离；(iii)从所述入口腔到所述出口腔会聚的微通道壁；以及(iv)围绕所述入口腔的直径延伸的倒角。
15.根据权利要求13所述的互作用腔，其中，用于在流体离开所述微通道到达所述出口腔时减少气蚀的装置包括下列项中的至少一者：(i)锥形倒角；(ii)所述顶端和所述出口孔之间的偏移距离；(iii)从所述入口腔会聚到所述出口腔的微通道壁；以及(iv)围绕所述出口腔的直径延伸的倒角。
16.一种互作用腔，其用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，所述互作用腔包括：
进口腔，其优选为进入缸；
出口腔，其优选为出口缸；以及
与所述进口腔和所述出口腔流体连通的微通道，所述微通道具有入口和出口，
其中，所述进口腔具有在所述进口腔的顶部处或附近的入口孔并且在所述进口腔的底部上方的位置处接收微通道入口。
17.根据权利要求16所述的互作用腔，其中，所述微通道被定位成使得所述入口处于与所述出口不同的高度处。
18.根据权利要求16或17所述的互作用腔，其中，所述入口高于所述出口。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的互作用腔，其中，所述微通道是锥形的、倾斜的、或两者。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的互作用腔，其中，所述微通道的出口在所述出口腔的顶部处或下方的位置处接合所述出口腔。
21.根据权利要求20所述的互作用腔，其中，所述微通道出口位于所述出口腔的顶部下方。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的互作用腔，其中，所述微通道入口设置在所述入口腔的底部上方，并且所述微通道出口设置在所述出口腔的顶部下方。
23.根据权利要求16至22中任一项所述的互作用腔，其中，所述微通道包括多个微通道。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的互作用腔，其中，所述多个微通道与设置在所述进口腔和所述微通道的入口之间的第一中间室或容器相接。
25.根据权利要求24所述的互作用腔，其中，所述室延伸到所述微通道入口的下方。
26.根据权利要求24或25所述的互作用腔，其包括设置在所述微通道的出口与所述出口腔之间的第二中间室。
27.根据权利要求16至26中任一项所述的互作用腔，其为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
28.根据权利要求16至27中任一项所述的互作用腔，其中，至少一个微通道具有矩形、正方形、梯形、三角形或圆形形状的横截面。
29.一种流体处理系统，其包括位于前述权利要求中任一项所述的互作用腔的上游或下游的辅助处理模块(APM)。
30.根据权利要求29所述的流体处理系统，其包括多个互作用腔，所述互作用腔中的至少一者是根据前述权利要求中任一项所述的互作用腔。
31.根据权利要求29或30所述的流体处理系统，其包括串联或并联设置的多个互作用腔。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的流体处理系统，其包括设置在前述权利要求中任一项所述的至少一个互作用腔上游的APM和设置在前述权利要求中任一项所述的至少一个互作用腔下游的APM。
33.一种制备乳液的方法，所述方法包括以下步骤：
使流体经过前述权利要求中任一项所述的互作用腔。
34.一种产生减小的粒度的方法，所述方法包括以下步骤：
使颗粒流经过前述权利要求中任一项所述的互作用腔。
35.一种流体处理系统，其包括根据前述权利要求中任一项所述的互作用腔，所述流体处理系统使流体在所述互作用腔的微通道内在0kpsi以下和40kpsi以下流动。
36.一种互作用腔，其用于流体处理器或流体均化器、优选高剪切处理器或高压均化器，所述互作用腔包括：
入口腔，其优选为入口缸，所述入口腔具有入口孔和底端；
出口腔，其优选为出口缸，所述出口腔具有出口孔和顶端；
微通道，其将所述入口孔与所述出口孔流体连通，其中，从所述微通道至所述出口腔的排出口偏离于所述出口腔的顶端一段距离；以及
下列项中的至少一者：(i)至少一个锥形倒角，其在微通道排出口处位于所述微通道的至少一个侧壁上；(ii)所述微通道的至少一个侧壁，其从所述入口腔向内会聚到所述出口腔；(iii)所述微通道的项壁和底壁中的至少一者，其从所述入口腔到所述出口腔成角度；以及(iv)围绕所述入口腔的直径延伸的顶部倒角。
37.根据权利要求36所述的互作用腔，其为H型互作用腔、Y型互作用腔、Z型互作用腔和HIJ型互作用腔中的至少一者。
38.根据权利要求36或37所述的互作用腔，其中，所述至少一个锥形倒角构造成下列项中的至少一者：(i)为圆倒角；以及(ii)在微通道进口处位于微通道的多个侧面上。
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