一種多種流體周期性定向導流裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種多種流體周期性定向導流裝置，包括二個定子和一個轉子，二個定子都包括一個圓柱管部件和一個圓盤部件；所述轉子為圓柱?圓錐?圓柱體或圓柱?圓柱?圓柱體結構，可轉動地設置在由二個定子圍成的空間內；在第一定子的圓盤部件的內部設置有多條定子分布通道，在第二定子圓盤部件的內部設置有多條定子集合通道；在轉子的圓柱面間隔設置有多條圓周通道；在定子圓柱管部件上設置有多條定子供液通道和多條定子排液通道；在轉子的內部設置有多條轉子分布通道、多條轉子集合通道和多條轉子連通通道。
【專利說明】
一種多種流體周期性定向導流裝置
技術領域
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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:(I)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。
[0004]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。
[0005]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:(I)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。
[0006]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。
[0007]1995年，美國Advanced Separat1n 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。
[0008]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:(I)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。
[0009]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8.5X8.5平方英尺，高15英尺，26，000重達英鎊。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。
[0010]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。
【發明內容】
[0011]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。
[0012]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:包括二個定子和一個轉子，所述二個定子都包括一個圓柱管部件一個圓盤部件;所述轉子為圓柱-雙圓錐-圓柱體或圓柱-圓柱-圓柱體結構，轉動設置在由所述二個定子圍成的空間內，由軸承定位。
[0013]在所述第一定子的圓盤內部設置有多條定子分布通道，每條所述定子分布通道在所述圓盤表面形成兩個開口，其中一個開口位于所述圓盤的外側面，用于與一個反應器的進液口連接，另一個開口位于所述圓盤朝向所述轉子的一側;在所述第二定子的圓盤內部設置有多條定子集合通道，每條所述定子集合通道在所述圓盤表面形成兩個開口，其中一個開口位于所述圓盤的外側面，用于與一個反應器的排液口連接，另一個開口位于所述圓盤朝向所述轉子的一側。
[0014]在所述轉子兩側的圓柱面間隔設置有多個圓周凹槽，所述圓周凹槽與所述定子的圓柱管內壁圍成多條圓周通道，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。
[0015]在所述第一定子的圓柱管上設置有多條定子供液通道，每一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，每一條所述定子排液通道的內端與一條排液圓周通道相通，夕卜端用于與排液儲罐連接。
[0016]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一定子圓盤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二定子圓盤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一定子圓盤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二定子圓盤的一側形成開口且與一條所述定子集合通道對接。
[0017]在每條所述圓周通道兩側均設置兩個密封圈，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。
[0018]在所述定子圓盤與轉子中部之間設置有雙圓錐形非金屬密封，所述定子圓盤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、定子雙圓錐面-轉子圓柱面或定子雙圓錐面-轉子雙圓錐面，圓錐的錐度為5°?70°的圓錐結構，以30°?40°為佳；當密封面的對應關系定子雙圓錐面-轉子雙圓錐面時，定子密封面的錐度可大于、等于或小于轉子密封面的錐度。
[0019]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O—反應器O—定子集合通道O—轉子連通通道O—定子分布通道I—反應器I—定子集合通道I—轉子連通通道I—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。
[0020]所述裝置可導流的的液體種類數為I?20，常用I?10種。
[0021]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。
[0022]所述反應器數量為轉子分布通道數或轉子集合通道數的I?10倍。
[0023]所述反應器數量為轉子分布通道數或轉子集合通道數的I?3倍。
[0024]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、超尚分子量聚乙稀、聚氣乙稀、PEEK之一。
[0025]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。
[0026]所述定子和轉子的材質為鈦或不銹鋼。
[0027]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】
[0028]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一定子圓盤部件內的平面布置圖；
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連通水平橫切示意圖；
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是本發明提供的又一實施例沿轉子分布通道的縱剖示意圖；
圖7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】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0030]如圖1所示，本發明包括定子11、12和轉子13，其中，第一定子11包括一個圓盤部件14和一個圓柱管部件15，第二定子12包括一個圓盤部件16和一個圓柱管部件17;轉子13為圓柱18-雙圓錐19-圓柱體20結構，轉子13通過軸承29定位于定子圓柱管部件15和17，可轉動地設置在由第一定子11和第二定子12圍成的空間內。
[0031]在第一定子圓盤部件14的內部設置有多條定子分布通道21，各定子分布通道21呈放射狀均勻分布于第一定子圓盤部件14的同一個截面內(如圖2所示)，每條定子分布通道21在第一定子圓盤部件14表面形成兩個開口，其中一個開口位于第一定子圓盤部件14的外側面，用于與一個反應器(目標地)的進液口連接，另一個開口位于第一定子圓盤部件14朝向轉子13的一側。在第二定子圓盤部件16的內部設置有多條定子集合通道22，各定子集合通道22呈放射狀均勻分布于第二定子圓盤部件16的同一個截面內，每條定子集合通道22在第二定子圓盤部件16表面形成兩個開口，其中一個開口位于第二定子圓盤部件16的外側面，用于與一個反應器的排液口連接，另一個開口位于第二定子圓盤部件16朝向轉子13的一側。
[0032]在轉子13兩個小直徑圓柱體18和20的圓柱面上間隔設置有多個圓周凹槽，圓周凹槽與定子圓柱管部件15或17的內壁圍成多條圓周通道。在第一定子11圓柱管部件15上設置有多條定子供液通道24，其中，每條定子供液通道24的內端與一條圓周通道23相通，外端用于與供液儲罐(圖中未示出)連接;在第二定子12圓柱管部件17上設置有多條定子排液通道25，每條定子排液通道25的內端與一條圓周通道23相通，外端用于與排液儲罐(圖中未示出)連接。
[0033]轉子13的內部設置有多條轉子分布通道26、多條轉子集合通道27和多條轉子連通通道28;其中，每條轉子分布通道26的一端與一條通向定子供液通道24的圓周通道23相通，另一端在轉子13朝向第一定子圓盤部件14的一側形成開口且與一條定子分布通道21對接。每條轉子集合通道27的一端與一條通向定子排液通道25的圓周通道23相通，另一端在轉子13朝向第二定子圓盤部件16的一側形成開口且與一條定子集合通道22對接。轉子連通通道28沿轉子13的軸線平行布置，其一端在轉子13朝向第一定子圓盤部件14的一側形成開口且與一條定子分布通道21對接，另一端在轉子13朝向第二定子圓盤部件16的一側形成開口且與一條定子集合通道22對接(圖3)。如圖1、圖3和圖4所示，轉子分布通道26和轉子集合通道27，均勻分布在轉子13的一個同軸圓周上，轉子連通通道分布在轉子13中部圓錐體內一個與轉子13同軸的大直徑圓周上。
[0034]上述實施例中，在所述定子圓盤14和16與轉子13中部19之間設置有雙圓錐形非金屬密封34，所述定子圓盤的密封面32與轉子中部的密封面33的錐度為5°?70°，以30°?40°為佳，定子密封面的錐度可大于、等于或小于轉子密封面的錐度。
[0035]如圖5所示本發明所提供的另一實施例中，所述定子圓盤14和16的密封面32的為圓柱面，所述轉子13中部19的密封面33為雙圓錐面，錐度為5°?70°，以30°?40°為佳。
[0036]如圖6所示本發明所提供的又一實施例中，所述轉子13中部19的密封面33為圓柱面，所述定子圓盤14和16的密封面32為圓錐面，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)，軸的一問與轉子13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13實現步進旋轉。
[0037]上述實施例中，每條所述圓周通道均設置兩個液密性密封圈30，每一個所述密封圈均設置于開設在所述轉子13小直徑圓柱面上的環形凹槽31中，密封圈30為(但不限于)“O”形、矩形、“K”形、“C0P”形，以及其任意組合形。
[0038]當本發明轉子13發生步進旋轉時，轉子13上的轉子分布通道26、轉子連通通道28與第一定子圓盤部件14上的定子分布通道21的對接情況以及轉子13上轉子集合通道27、轉子連通通道28與第二定子圓盤部件16上定子集合通道22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21和定子集合通道22的位置切換而實現的。如由“O”位步進到“I”位時，no個反應器、定子分布通道和定子集合通道都由O?j位變至I?j+Ι位。
[0039]本發明提供的多種流體周期性定向導流裝置，液體種類數no為I?20，常用I?8;反應器數量m為轉子分布通道數n2-n或轉子集合通道數112-12的1?10倍，常用I?3倍。反應器數量M=定子分布通道數n1-1i=定子集合通道數n1-12=轉子分布通道數η2-ιι+轉子連接通道數n2-2=轉子集合通道數!!^+轉子連接通道數n2-2。液體種數定子供液通道數m-21彡供液圓周通道數nwS轉子分布通道數!!^=定子分布通道數!!^-轉子連接通道數n2-2=反應器數量m-轉子連接通道數n2-2=定子集合通道數n2-12-轉子連接通道數n2-2=轉子集合通道數112-12多排液圓周通道數Π4-2<定子排液通道數Π1-22。
[0040]當轉子13與定子11和12處于對接連通的某特定位置時，如“O”位，no條定子供液通道24—no條供液圓周通道23—no條轉子分布通道26—no條(O?j，」=11()-1)定子分布通道21—no個(O?j，」=加-1)反應器—11()條(0’?j ’，j ’ =no-l)定子集合通道22—no條轉子集合通道27—no條排液圓周通道23—no條定子排液通道25之間相互連通;Π3個反應器的供液口與Π3條定子分布通道21連通，反應器的排液口與—n3條定子集合通道22連通，m-ηο條轉子連通通道28將Μ-ηο條定子分布通道21與Μ-ηο條定子集合通道22連通。
[0041 ]上述實施中，如圖7所示，轉子分布通道26與轉子集合通道27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26與轉子集合通道27的對應關系為1-2’、2-3，、3-4，，4_5，、5-6’和6-1’。
[0042]上述實施例中，在單一液體流向為:定子供液通道24—供液圓周通道23—轉子分布通道26—定子分布通道21-0—反應器O—定子集合通道22-0—轉子連通通道28-0—定子分布通道21-1—反應器I—定子集合通道22-1—轉子連通通道28-1—定子分布通道21-2—反應器2—定子集合通道22-2—轉子集合通道27—排液圓周通道23—定子排液通道25。
[0043]上述實施例中，在單一流通管路上，定子供液通道24、供液圓周通道23、轉子分布通道26、定子分布通道21、轉子連通通道28、定子集合通道21、轉子集合通道27、排液圓周通道23和定子排液通道25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。
[0044]上述實施例中，所述密封圈30和所述圓錐形非金屬密封34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。
[0045]上述實施例中，定子11和12，以及轉子13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。
[0046]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。
[0047]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。
【主權項】
1.一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:包括二個定子和一個轉子，所述二個定子都包括一個圓柱管部件和一個圓盤部件;所述轉子為圓柱-圓錐-圓柱體或圓柱-圓柱-圓柱體結構，轉子設置在由所述二個定子圍成的空間內，由軸承定位;在所述第一定子的圓盤內部設置有多條定子分布通道，每條所述定子分布通道在所述圓盤表面形成兩個開口，其中一個開口位于所述圓盤的外側面，用于與一個反應器的進液口連接，另一個開口位于所述圓盤朝向所述轉子的一側;在所述第二定子的圓盤內部設置有多條定子集合通道，每條所述定子集合通道在所述圓盤表面形成兩個開口，其中一個開口位于所述圓盤的外側面，用于與一個反應器的排液口連接，另一個開口位于所述圓盤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，所述圓周凹槽與所述定子的圓柱管內壁圍成多條圓周通道，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，每一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，每一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一定子圓盤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二定子圓盤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一定子圓盤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二定子圓盤的一側形成開口且與一條所述定子集合通道對接。2.如權利要求1所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:在單一液體流通管路上，所述的定子供液通道、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與用于排液的所述圓周通道數等于或大于液體種類數;所述定子供液通道數或定子排液通道數等于或大于用于供液的所述圓周通道數或與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等于或大于用于供液的所述圓周通道數或與用于排液的所述圓周通道數。3.如權利要求2所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:液體種類數為I ?20。4.如權利要求1所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:所述定子圓盤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、定子雙圓錐面-轉子圓柱面或定子雙圓錐面-轉子雙圓錐面。5.如權利要求1和4所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:所述圓錐密封面的錐度為5°?70°。6.如權利要求1和4所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:所述圓錐密封面的錐度為30°?40°。7.如權利要求1所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:所述反應器數量為轉子分布通道數或轉子集合通道數的I?1倍。8.如權利要求6所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于:所述反應器數量為轉子分布通道數或轉子集合通道數的I?3倍。9.如權利要求5所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于: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，以及復合材料。10.如權利要求1所述的一種多種流體周期性定向導流裝置，其特征在于: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。
【文檔編號】F16K11/085GK106090311SQ201610473678
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】何克江
【申請人】蘇州麥可旺志生物技術有限公司