一種內冷式高壓均質閥的製作方法
2023-08-02 08:18:21 3
專利名稱：一種內冷式高壓均質閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物質樣品破碎的設備，尤其是涉及一種內冷式高壓均質閥。
背景技術：
在生物工程領域，常常需要對研究的生物質樣品進行破碎，以提取細胞內有效物質，通常採用的是一種用高壓破碎細胞的技 術。這種技術是對腔體中的樣品施加幾十到一百多兆帕的高壓，然後在均質閥內釋壓，由於壓力的突然釋放使得樣品細胞破裂，達到細胞破碎或均質的目的。但是，採用這種傳統技術對細胞進行均質的方法存在不足均質閥釋壓時導致的壓力能的突然釋放，會使樣品溫度升高，且壓力能變化越大，產生的溫升越高。眾所周知，流體壓力能的高低與破碎樣品的流量和施加的壓強成正比，樣品在高壓破碎中會產生數十度的溫升，如果樣品在這種環境下逗留時間稍長(數秒)，就足以讓樣品失去大部分生物活性，降低提取效率。在超高壓情況下(二百兆帕以上)這種問題尤其突出。為解決上述溫升問題，業內採取了各種冷卻技術。中國實用新型專利說明書CN2901290Y公開的一種超高壓細胞破碎裝置，通過將出液管連接在均質閥下方，並在出液管中段連接有出液冷卻盤管。該發明使得流經出液管中段的樣品降低了溫度，但處在均質閥內和出液管中段之前的樣品溫度依然得不到冷卻，仍然會損害細胞的活性。中國實用新型專利說明書CN2895428Y公開的超高壓細胞破碎裝置，通過將壓力缸、高壓泵、均質閥均置於循環水浴中進行冷卻。該發明對樣品的冷卻效果取決於水域的溫度和均質閥的熱傳導係數。事實上由於生物實驗的要求，均質閥體往往採用導熱效果不是很好的不鏽鋼等材料製作，還有，閥體內樣品的高溫通過閥體的體壁到水域傳遞的途徑較長，冷卻較慢，這些都影響了樣品在第一時間得到冷卻。此外，該專利將壓力缸、高壓泵等大量原本毋需冷卻的部件在水浴中進行冷卻，製冷所需的能耗也較大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種能使被處理生物質樣品活性高的內冷式高壓均質閥。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種內冷式高壓均質閥，包括閥體、閥芯和衝擊座組件，所述的閥體一端與提供壓力負載的施壓器相連，所述的閥體另一端與高壓泵出口相連，所述的閥體設置有與所述的高壓泵出口相通的進料口，所述的衝擊座組件設置在所述的進料口位置，所述的閥體設置有閥體內腔，所述的閥芯伸入到所述的閥體內腔內，來自高壓泵的高壓液流通過所述的衝擊座組件進入所述的閥體內腔，環繞所述的閥體內腔設置有熱交換裝置。所述的熱交換裝置包括隔套、熱管和散熱器，所述的隔套設置在所述的閥芯外圍，所述的閥體內腔位於所述的隔套和所述的閥芯之間，所述的散熱器設置在所述的閥體外圍，所述的散熱器設置有容納所述熱管的空腔，所述的熱管穿過所述的閥體嵌在所述的空腔內。
所述的熱管沿軸向由熱端和冷端組成，在環繞所述閥體內腔的閥體上設置有軸向缺口，所述的熱端環繞設置在所述的隔套外表面，所述的冷端穿過所述的軸向缺口嵌在所述的空腔內。所述的熱管為軸向熱管。所述的散熱器為翅片式散熱器。所述的衝擊座組件具有環形薄壁，所述的熱交換裝置包括媒介通道，所述的媒介通道環繞設置在所述的環形薄壁外圍 ，所述的媒介通道上設置有流入口和流出口，製冷媒介由所述的流入口流入，環繞流經所述的媒介通道後由所述的流出口流出。在所述的環形薄壁上沿軸向設置有隔斷片，將所述的媒介通道沿軸向隔斷。所述的隔斷片位於所述的流入口和所述的流出口之間的最短圓周上。在所述的媒介通道和所述的閥體內腔之間設置有密封圈，在所述的高壓泵出口和所述的流入口之間設置有密封圈。與現有技術相比，本發明的優點是採用本發明內冷式高壓均質閥破碎細胞時，由於對液流的冷卻是在均質閥內部直接進行的，樣品能在破碎後第一時間得到冷卻，同時熱量通過熱交換裝置迅速得到散發而不至於積聚，這樣樣品的溫升低、持續時間也短，在高壓下破碎後依然能夠保持較高的細胞活性。本發明均質閥內部冷卻方式比起現有技術中的在均質閥外部冷卻的方式要直接、高效，同時降低了冷卻所需的能量消耗。
圖I為本發明實施例一的結構示意圖2為圖I中A-A劑面不意圖3為圖I中高壓液流Fi進入均質閥並流出的示意圖4為本發明實施例二的結構示意圖5為圖4中B-B剖面示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例一如圖所示，一種用於細胞破碎的內冷式高壓均質閥，包括閥體I、閥芯2和衝擊座組件3，閥體I 一端與提供壓力負載的施壓器4相連，閥體I另一端與高壓泵出口5相連，閥體I設置有與高壓泵出口 5相通的進料口 6，衝擊座組件3設置在進料口 6位置，閥體I設置有閥體內腔7，閥芯2伸入到閥體內腔7內，環繞閥體內腔7設置有主要由隔套
8、熱管9和翅片式散熱器10構成的熱交換裝置，隔套8設置在閥芯2外圍，閥體內腔7位於隔套8和閥芯2之間，翅片式散熱器10設置在閥體I外圍，翅片式散熱器10設置有容納熱管的空腔101，在環繞閥體內腔7的閥體I上設置有軸向缺口 71，熱管9沿軸向由熱端91和冷端92組成，熱端91環繞設置在隔套8外表面，冷端92穿過軸向缺口 71嵌在空腔101內，來自高壓泵的高壓液流Fi通過衝擊座組件3在第一時間進入閥體內腔7，並在閥體內腔7內得到充分冷卻，冷卻後的液流F。經出液口流出閥體I。本實施例一內冷式均質閥適用於小、微量樣品高壓破碎。衝擊座組件3是承受高壓液流Fi的載體，液流Fi中的細胞在衝擊座組件3縫隙中來回碰撞和離開衝擊座組件3時的突然卸壓時而破碎，同時高壓液流Fi的內能在離開衝擊座組件3後釋放而產生熱量。本實施例一內冷式均質閥的工作過程為來自高壓泵出口 5的高壓液流Fi進入衝擊座組件3，液流在衝擊座組件3縫隙中來回多次碰撞後，沿著閥芯2的錐面形成發散狀的液面，直接碰撞到隔套8內孔的壁面上；液面在碰撞的同時，把熱量傳遞給了隔套8和熱管9使液流得到充分的冷卻；熱管9的熱端91環繞設置在隔套8外表面，冷端92穿過軸向缺口 71纏繞在空腔101內；熱量通過熱管9被迅速的傳遞到翅片式散熱器10並通過翅片式 散熱器10的翅片向空氣中散熱；冷卻後的液流F。，經出液口流出閥體I。眾所周知，熱管的導熱性為有色金屬的幾百倍，在各種熱管中採用軸向熱管時導熱性更好；除了翅片式散熱器，還可以採用其他種類的散熱器。 由於液流在均質閥內部直接給予冷卻，同時熱量通過熱交換裝置迅速地得到散發而不至於積聚，這樣樣品的溫升低、持續時間也短，因此被破碎的細胞生物活性大大提高。實施例二 如圖所示，它的結構同實施例一，不同之處僅在於熱交換方式不同，採用了經製冷的媒介直接冷卻的方法。衝擊座組件3具有環形薄壁41，熱交換裝置包括媒介通道61，媒介通道61環繞設置在環形薄壁41外圍，媒介通道61上設置有流入口 Fu和流出口匕。，環形薄壁41上沿軸向可以設置隔斷片72，將媒介通道61沿軸向隔斷，當隔斷片72位於流入口 Fu和流出口 &之間的最短圓周上時冷卻效果更好，製冷媒介由Fu流入，環繞流經媒介通道61後由Flo流出，在媒介通道61和閥體內腔7之間設置有密封圈12，在高壓泵出口 5和流入口 Fu之間設置有密封圈13，密封圈12和13起到隔離製冷媒介和樣品的作用。本實施例二內冷式均質閥內高壓液流所產生的熱量，由製冷媒介帶出，由於製冷媒介可以根據散熱量的需要任意配置，使均質閥的流量設計自由度得以擴大。與實施例一相同，冷卻直接在均質閥內部進行，製冷媒介的冷卻比起現有技術中的在均質閥外部冷卻的方式要直接、高效，同時降低了冷卻所需的能量消耗。
權利要求
1.一種內冷式高壓均質閥，包括閥體、閥芯和衝擊座組件，所述的閥體一端與提供壓力負載的施壓器相連，所述的閥體另一端與高壓泵出口相連，所述的閥體設置有與所述的高壓泵出口相通的進料口，所述的衝擊座組件設置在所述的進料口位置，所述的閥體設置有閥體內腔，所述的閥芯伸入到所述的閥體內腔內，來自高壓泵的高壓液流通過所述的衝擊座組件進入所述的閥體內腔，其特徵在於環繞所述的閥體內腔設置有熱交換裝置。
2.根據權利要求I所述的均質閥，其特徵在於所述的熱交換裝置包括隔套、熱管和散熱器，所述的隔套設置在所述的閥芯外圍，所述的閥體內腔位於所述的隔套和所述的閥芯之間，所述的散熱器設置在所述的閥體外圍，所述的散熱器設置有容納所述熱管的空腔，所述的熱管穿過所述的閥體嵌在所述的空腔內。
3.根據權利要求2所述的均質閥，其特徵在於所述的熱管沿軸向由熱端和冷端組成，在環繞所述閥體內腔的閥體上設置有軸向缺口，所述的熱端環繞設置在所述的隔套外表面，所述的冷端穿過所述的軸向缺口嵌在所述的空腔內。
4.根據權利要求2或3所述的均質閥，其特徵在於所述的熱管為軸向熱管。
5.根據權利要求2或3所述的均質閥，其特徵在於所述的散熱器為翅片式散熱器。
6.根據權利要求I所述的均質閥，其特徵在於所述的衝擊座組件具有環形薄壁，所述的熱交換裝置包括媒介通道，所述的媒介通道環繞設置在所述的環形薄壁外圍，所述的媒介通道上設置有流入口和流出口，製冷媒介由所述的流入口流入，環繞流經所述的媒介通道後由所述的流出口流出。
7.根據權利要求6所述的均質閥，其特徵在於在所述的環形薄壁上沿軸向設置有隔斷片，將所述的媒介通道沿軸向隔斷。
8.根據權利要求7所述的均質閥，其特徵在於所述的隔斷片位於所述的流入口和所述的流出口之間的最短圓周上。
9.根據權利要求6或7或8所述的均質閥，其特徵在於在所述的媒介通道和所述的閥體內腔之間設置有密封圈，在所述的高壓泵出口和所述的流入口之間設置有密封圈。
全文摘要
本發明公開了一種內冷式高壓均質閥，包括閥體、閥芯和衝擊座組件，來自高壓泵的高壓液流通過衝擊座組件進入閥體內腔，高壓液流中的細胞在衝擊座組件的縫隙中來回碰撞和離開衝擊座組件時的突然卸壓時而破碎，特點是環繞閥體內腔設置有熱交換裝置；優點是破碎細胞時，由於對液流的冷卻是在均質閥內部直接進行的，樣品能在破碎後第一時間得到冷卻，同時熱量通過熱交換裝置迅速得到散發而不至於積聚，這樣樣品的溫升低、持續時間也短，在高壓下破碎後依然能夠保持較高的細胞活性。本發明均質閥內部冷卻方式比起現有技術中的在均質閥外部冷卻的方式要直接、高效，同時降低了冷卻所需的能量消耗。
文檔編號F16K49/00GK102614793SQ20121009300
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者周芳, 康海龍 申請人:寧波新芝生物科技股份有限公司