一種多種流體周期性定向導流裝置的制作方法

本發明涉及一種多種流體周期性定向導流裝置，其用于多種液體經各自獨立的流路向各自獨立的目標地定向地進行導流。

背景技術：

具有多種液體周期性定向導流功能的多通道閥，在物理、化學和色譜分析過程中有著廣泛的應用。

1953年，美國專利US2706532公開了第一個多通道閥的結構，它的結構特點是：（1）包括兩個圓盤狀定子和一個圓柱狀轉子，定子的分集通道和供排液通道均位于同一定子內；（2）轉子通道與定子通道連通的開口以及供排液圓周通道都位于轉子的兩端面，轉子與定子之間依靠兩個平面密封密閉。

1959年美國UOP公司公開了第一個上市的多通道閥的結構（US3040777），它的結構特點是：包括一個圓盤狀定子和一個圓盤狀轉子，轉子與定子之間依靠一個平面密封密閉，供排液圓周通道在一個平面內同心分布。

1986年國UOP公司公開了一個較理想的多通道閥結構（US4569371），它的結構特點是：（1）包括三個圓柱管形定子和一個圓柱形轉子，定子分集通道位于中部直徑大的定子上，定子供排液通道位于兩端直徑較小的兩個定子上；轉子通道位于轉子兩端直徑較小的圓柱體內，轉子通道與定子通道連通的開口位于轉子中部直徑較大圓柱體的圓柱面上。（2）轉子與定子之間形成三個圓柱面密封，密封依靠位于通道開口內彈簧的彈力。

1986年國UOP公司公開了另一個較理想的多通道閥（US4574840）結構，其結構與（US4569371）公開的結構類似，不同之處在于：轉子通道與定子分集通道之間的密封由圓柱面密封改為平面密封，轉子軸一個轉子分割為兩個轉子。

1995年，美國Advanced Separation Technologies Incorporated公開了第二個上市多通道閥結構（US5676826），該結構由一個定子和一個轉子構成，定子上只有供排液通道，無供排液圓周通道，多通道閥的其它功能依靠反應器與轉子同步旋轉完成。

2004年，Puritech公司公開了第三個上市的多通道閥結構（US6802970），它的結構特點是：（1）包括二個圓盤形定子，一個圓柱管形定子和一個圓柱體轉子，轉子位于三個定子圍成的空間內；定子供排液通道位于兩端的兩個圓盤形定子上，定子分集通道位于中部圓柱管形定子上；供排液圓周通道位于轉子兩個端面與兩個圓盤形定子之間；轉子通道與定子分集通道連通的開口位于轉子的圓柱或圓錐面上。（2）轉子與定子之間形成三個密封：兩個平面密封和一個圓柱面（或圓錐面）密封。

上述專利中，US4574840和US4569371的結構的缺陷是，閥在步進過程中其密封方式存在瞬時的返流泄漏。US3040777、US5676826和US6802970公開的結構的缺陷是，隨著通道數量的增多或/和通道直徑的增大，閥的直徑和密封面積將急劇增大，制造和密封等都將面臨嚴峻挑戰。如對于7通道24口US3040777 閥（5個反應器），目前最大轉子直徑只能到4.5英尺，此閥占地面積8.5×8.5平方英尺，高15英尺，26,000重達英磅。 US5676826公開的結構面臨反應器與閥旋轉同步，以及反應器旋轉載架的載重限制等挑戰。

綜上所述，物理、化學和色譜相關領域迫切需求直徑體更小、重量更輕、能容納更多通道或/和更大直徑通道、密封面積小、密封更容易更可靠的多通道旋轉閥。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一種直徑體更小、重量更輕、能容納更多通道和/或更大直徑通道、密封面積小、密封更容易更可靠的多種流體周期性定向導流裝置。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于：包括三個定子和一個轉子；所述三個定子中其中二個為直徑較小一端帶法蘭的厚壁管結構，稱為第一定子和第二定子，另一個定子為直徑較大的厚壁管結構，稱為第三定子；所述第一定子和第二定子位于所述第三定子的兩端，借助所述第一和第二定子上的法蘭連接；所述轉子為圓柱-雙圓錐-圓柱體或圓柱-圓柱-圓柱體結構，轉動設置在由所述三個定子圍成的空間內，由軸承定位。

在所述第三定子的管壁內部設置有多條定子分布通道和多條定子集合通道；每條所述定子分布通道在所述管壁表面形成兩個開口，其中一個開口位于所述管壁的外側面，用于與一個反應器的進液口連接，另一個開口位于所述管壁朝向所述轉子的一側；每條所述定子集合通道在所述管壁表面形成兩個開口，其中一個開口位于所述管壁的外側面，用于與一個反應器的排液口連接，另一個開口位于所述管壁朝向所述轉子的一側。

在所述轉子兩側的圓柱面間隔設置有多個圓周凹槽，每一個所述圓周凹槽與所述第一和第二定子管壁內壁圍成一條圓周通道，在所述第一定子一側的圓周通道用于供液圓周通道，在所述第二定子一側的圓周通道用于排液圓周通道。

在所述第一定子的圓柱管上設置有多條定子供液通道，每條所述定子供液通道的內端與一條供液圓周通道相通，外端用于與供液儲罐連接；在所述第二定子的圓柱管上設置有多條定子排液通道，每條所述定子排液通道的內端與一條排液圓周通道相通，外端用于與排液儲罐連接。

在所述轉子內部設置有多條轉子分布通道和多條轉子集合通道，每條所述轉子分布通道的一端與一條通向所述定子供液通道的供液圓周通道相通，另一端在所述轉子朝向第三定子的一側形成開口且與一條所述定子分布通道對接；每條所述轉子集合通道的一端與一條通向所述定子排液通道的圓周通道相通，另一端在所述轉子朝向第三定子的一側形成開口且與一條所述定子集合通道對接；在所述轉子中部直徑較大的圓柱體或圓錐體內部設置有多條轉子連通通道，每條所述轉子連通通道沿所述轉子的軸線平行布置，其一端在所述轉子朝向所述第三定子的一側形成開口且與一條所述定子分布通道對接，另一端在所述轉子朝向所述第三定子的一側形成開口且與一條所述定子集合通道對接。

在每條所述圓周通道兩側均設置有密封圈，每一個所述密封圈均設置于開設在所述轉子的圓柱面上的環形凹槽中。

在所述第三定子與轉子中部之間設置有雙圓錐形非金屬密封，所述第三定子密封面與轉子中部密封面的對應關系為定子圓柱面-轉子雙圓錐面或定子雙圓錐面-轉子圓柱面，圓錐的錐度為5°～70°的圓錐結構，以30°～40°為佳。

在所述裝置內，單一液體流向為：定子供液通道→供液圓周通道→轉子分布通道→定子分布通道0→反應器0→定子集合通道0→轉子連通通道0→定子分布通道1→反應器1→定子集合通道1→轉子連通通道1→定子分布通道2→反應器2→定子集合通道2→排液圓周通道→定子排液通道。

所述裝置可導流的液體種類數為1～20，常用1～10種。

在所述裝置單一流通管路上，定子供液通道、供液圓周通道、轉子分布通道、定子分布通道、轉子連通通道、定子集合通道、轉子集合通道、排液圓周通道和定子排液通道的總橫截面積相等；用于供液的所述圓周通道數或用于排液的所述圓周通道數大于等于液體種類數；所述定子供液通道數或定子排液通道數大于等于用于供液的所述圓周通道數或用于排液的所述圓周通道數；所述轉子分布通道數或轉子集合通道數大于等于用于供液的所述圓周通道數或用于排液的所述圓周通道數。

所述反應器數量為轉子分布通道數或轉子集合通道數的1～10倍。

所述反應器數量為轉子分布通道數或轉子集合通道數的1～3倍。

所述密封面和密封圈的材料為橡膠、聚氨酯、聚酰胺、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚氟乙烯、PEEK之一。

所述定子和轉子的材料為金屬材料、塑料或塑料包覆金屬的復合材料。

所述定子和轉子的材質為鈦或不銹鋼。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：本發明將定子供液通道、定子排液通道、定子分布通道和定子集合通道分布在空間不同的區域，將供、排液圓周通道等半徑同軸排布，提供了一種直徑體更小、重量更輕、能容納更多通道和/或更大直徑通道、密封面積小、密封更容易更可靠的流體定向導流裝置，可滿足物理、化學和色譜相關領域的切實需求。

附圖說明

圖1是本發明沿轉子分布通道的縱剖示意圖；

圖2是本發明定子分布通道在第三定子的平面布置圖；

圖3是本發明沿轉子連通通道的縱剖示意圖；

圖4是本發明轉子沿定子轉子分布通道連通水平的橫切示意圖；

圖5是本發明提供的另一實施例沿轉子分布通道的縱剖示意圖；

圖6是本發明轉子分布通道所在圓周面的展開示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

如圖1所示，本發明包括定子11、12、13和轉子14，其中，第一定子11包括一個帶法蘭15和一個厚壁管16，第二定子12包括一個法蘭17和一個厚壁管18；轉子13為圓柱19-雙圓錐20-圓柱體21結構，轉子14通過軸承30定位于第一定子11和第二定子12，可轉動地設置在由第一定子11、第二定子12和第三定子13圍成的空間內。

在第三定子13的內部設置有多條定子分布通道22和多條定子集合通道23；各定子分布通道22呈放射狀均勻分布于第三定子13的同一個截面內（如圖2所示），每條定子分布通道22在第三定子13表面形成兩個開口，其中一個開口位于第三定子13的外側面，用于與一個反應器（目標地）的進液口連接，另一個開口位于第三定子13朝向轉子14的一側；各定子集合通道23呈放射狀均勻分布于第三定子13的同一個截面內，每條定子集合通道23在第三定子13表面形成兩個開口，其中一個開口位于第三定子13的外側面，用于與一個反應器的排液口連接，另一個開口位于第三定子13朝向轉子14的一側。

在轉子14兩個小直徑圓柱體19和21的圓柱面上間隔設置有多個圓周凹槽，圓周凹槽與第一定子11或第二定子12的內壁圍成多條圓周通道24。在第一定子11管壁16上設置有多條定子供液通道25，其中，每條定子供液通道25的內端與一條圓周通道24相通，外端用于與供液儲罐（圖中未示出）連接；在第二定子12管壁18上設置有多條定子排液通道26，每條定子排液通道26的內端與一條圓周通道24相通，外端用于與排液儲罐（圖中未示出）連接。

轉子14的內部設置有多條轉子分布通道27、多條轉子集合通道28和多條轉子連通通道29，其中，每條轉子分布通道27的一端與一條通向定子供液通道25的圓周通道24相通，另一端在轉子14朝向第三定子13的一側形成開口且與一條定子分布通道22對接。每一條轉子集合通道28的一端與一條通向定子排液通道26的圓周通道24相通，另一端在轉子14朝向第三定子13的一側形成開口且與一條定子集合通道23對接。每一條轉子連通通道29沿轉子14的軸線平行布置，其一端在轉子14朝向第三定子13的一側形成開口且與一條定子分布通道22對接，另一端在轉子14朝向第三定子13的一側形成開口且與一條定子集合通道23對接（圖3）。如圖1、圖3和圖4 所示，轉子分布通道27和轉子集合通道28，均勻分布在轉子14的一個同軸圓周上，轉子連通通道29分布在轉子14中部圓錐體內一個與轉子14同軸的大直徑圓周上。

上述實施例中，在所述第三定子13與轉子14中部20之間設置有圓錐形非金屬密封34，所述第三定子13的密封面33為圓柱面，轉子14中部20的密封面34為雙圓錐面，錐度為5°～70°，以30°～40°為佳。

如圖5所示本發明所提供的另一實施例中，所述轉子14中部20的密封面34為圓柱面，所述第三定子14的密封面33為雙圓錐面，錐度為5°～70°，以30°～40°為佳。

上述實施中，本發明還包括軸（圖中未示出），軸的一端與轉子14的任一端緊固連接，軸的另一端通過減速器與驅動電機或氣缸連接，以驅動轉子14實現步進旋轉。

上述實施例中，每條所述圓周通道兩側均設置液密性密封圈31，每一個所述密封圈均設置于開設在所述轉子14小直徑圓柱面上的環形凹槽32中，密封圈31為（但不限于）“O”形、矩形、“K”形、“COP”形，以及其任意組合形。

當本發明轉子14發生步進旋轉時，轉子14上的轉子分布通道27、轉子連通通道29與第三定子14上的定子分布通道22的對接情況以及轉子14上轉子集合通道28、轉子連通通道29與第三定子14上定子集合通道23的對接情況將發生變化，導致各流體改變目標地（反應器）。步進變位后，供液儲罐、反應器和排液儲罐的相互連通的邏輯關系不變，變化的僅僅是被連通的反應器，這種變化是由轉子的步進變位導致定子分布通道22和定子集合通道23的位置切換而實現的。如由“0”位步進到“1”位時，n₀個反應器、定子分布通道和定子集合通道都由0～j位變至1～j+1位。

本發明提供的多種流體周期性定向導流裝置，液體種類數n₀為1～20，常用1～8；反應器數量n₃為轉子分布通道數n_2-11或轉子集合通道數n_2-12的1～10倍，常用1～3倍。反應器數量n₃=定子分布通道數n_1-11=定子集合通道數n_1-12=轉子分布通道數n_2-11+轉子連接通道數n_2-2=轉子集合通道數n_2-11+轉子連接通道數n_2-2。液體種數n₀≤定子供液通道數n_1-21≥供液圓周通道數n_4-1≤轉子分布通道數n_2-11=定子分布通道數n_2-11-轉子連接通道數n_2-2=反應器數量n₁-轉子連接通道數n_2-2=定子集合通道數n_2-12-轉子連接通道數n_2-2=轉子集合通道數n_2-12≥排液圓周通道數n_4-2≤定子排液通道數n_1-22。

當轉子14與定子11、12和13處于對接連通的某特定位置時，如“0”位，n₀條定子供液通道25→n₀條供液圓周通道24→n₀條轉子分布通道27→n₀條（0～j，j=n₀-1）定子分布通道22→n₀個（0～j，j=n₀-1）反應器→n₀條（0’～j’，j’=n₀-1）定子集合通道23→n₀條轉子集合通道28→n₀條排液圓周通道24→n₀條定子排液通道26之間相互連通；n₃個反應器的供液口與n₃條定子分布通道22連通，反應器的排液口與→n₃條定子集合通道23連通，n₃-n₀條轉子連通通道29將n₃-n₀條定子分布通道22與n₃-n₀條定子集合通道23連通。

上述實施中，如圖6所示，轉子分布通道27與轉子集合通道28之間錯位一個單元，如以6通道18口的導流裝置為例，一個單元含3個反應器，占位60°，轉子分布通道27與轉子集合通道28的對應關系為1-2’、2-3’、3-4’，4-5’、5-6’和6-1’。

上述實施例中，在單一液體流向為：定子供液通道25→供液圓周通道24→轉子分布通道27→定子分布通道22-0→反應器0→定子集合通道23-0→轉子連通通道29-0→定子分布通道22-1→反應器1→定子集合通道23-1→轉子連通通道29-1→定子分布通道22-2→反應器2→定子集合通道23-2→轉子集合通道28→排液圓周通道24→定子排液通道26。

上述實施例中，在單一流通管路上，定子供液通道25、供液圓周通道24、轉子分布通道27、定子分布通道22、轉子連通通道29、定子集合通道23、轉子集合通道28、排液圓周通道24和定子排液通道26的總橫截面積相等。用于供液的圓周通道數或用于排液的圓周通道數大于等于液體種類數；定子供液通道數或定子排液通道數大于等于用于供液的圓周通道數或與用于排液的圓周通道數；轉子分布通道數或轉子集合通道數大于等于用于供液的圓周通道數或用于排液的圓周通道數。

上述實施例中，所述密封圈31和所述圓錐形非金屬密封35的材質為（但是不限于）橡膠（丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、乙丙橡膠、夾布橡膠）、聚氨酯、聚酰胺、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚氟乙烯、PEEK等，及其復合材料。

上述實施例中，定子11、12、13和轉子14的制作材料為（但不限于）鈦、不銹鋼、Cr系（400系列）、Cr-Ni系（300系列）、Cr-Mn-Ni系（200系列）及其析出硬化系列等金屬材料，聚酰胺、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚氟乙烯、PEEK等塑料，以及塑料包覆金屬的復合材料。

上述實施例中，反應器為中空容器，容器內填充物為（但不限于）需要再生的各種色譜填料（如硅膠、鍵合硅膠、聚合物、生物膠等）、吸附劑、催化劑、過濾介質等，及需要定時周期性更換液相反應物的液固反應的固相引物。

本發明僅以上述實施例進行說明，各部件的結構、設置位置及其連接都是可以有所變化的。在本發明技術方案的基礎上，凡根據本發明原理對個別部件進行的改進或等同變換，均不應排除在本發明的保護范圍之外。