本發(fā)明涉及一種多種流體周期性定向?qū)Я餮b置，其用于多種液體經(jīng)各自獨(dú)立的流路向各自獨(dú)立的目標(biāo)地定向地進(jìn)行導(dǎo)流。

背景技術(shù)：

具有多種液體周期性定向?qū)Я鞴δ艿亩嗤ǖ篱y，在物理、化學(xué)和色譜分析過程中有著廣泛的應(yīng)用。

1953年，美國(guó)專利US2706532公開了第一個(gè)多通道閥的結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：（1）包括兩個(gè)圓盤狀定子和一個(gè)圓柱狀轉(zhuǎn)子，定子的分集通道和供排液通道均位于同一定子內(nèi)；（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的兩端面，轉(zhuǎn)子與定子之間依靠?jī)蓚€(gè)平面密封密閉。

1959年美國(guó)UOP公司公開了第一個(gè)上市的多通道閥的結(jié)構(gòu)（US3040777），它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：包括一個(gè)圓盤狀定子和一個(gè)圓盤狀轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與定子之間依靠一個(gè)平面密封密閉，供排液圓周通道在一個(gè)平面內(nèi)同心分布。

1986年美國(guó)UOP公司公開了一個(gè)較理想的多通道閥結(jié)構(gòu)（US4569371），它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：（1）包括三個(gè)圓柱管形定子和一個(gè)圓柱形轉(zhuǎn)子，定子分集通道位于中部直徑大的定子上，定子供排液圓周通道位于兩端直徑較小的兩個(gè)定子上；轉(zhuǎn)子通道位于轉(zhuǎn)子兩端直徑較小的圓柱體內(nèi)，轉(zhuǎn)子通道與定子通道連通的開口位于轉(zhuǎn)子中部直徑較大圓柱體的圓柱面上。（2）轉(zhuǎn)子與定子之間形成三個(gè)圓柱面密封，密封依靠位于通道開口內(nèi)彈簧的彈力。

1986年美國(guó)UOP公司公開了另一個(gè)較理想的多通道閥結(jié)構(gòu)（US4574840），其結(jié)構(gòu)與（US4569371）公開的結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于：轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子軸一個(gè)轉(zhuǎn)子分割為兩個(gè)轉(zhuǎn)子。

2004年，Puritech公司公開了第三個(gè)上市的多通道閥結(jié)構(gòu)（US6802970），它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：（1）包括二個(gè)圓盤形定子，一個(gè)圓柱管形定子和一個(gè)圓柱體轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子位于三個(gè)定子圍成的空間內(nèi)；定子供排液通道位于兩端的兩個(gè)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(zhuǎn)子兩個(gè)端面與兩個(gè)圓盤形定子之間；轉(zhuǎn)子通道與定子分集通道連通的開口位于轉(zhuǎn)子的圓柱或圓錐面上。（2）轉(zhuǎn)子與定子之間形成三個(gè)密封：兩個(gè)平面密封和一個(gè)圓柱面（或圓錐面）密封。

上述專利中，US4574840和US4569371的結(jié)構(gòu)的缺陷是，閥在步進(jìn)過程中其密封方式存在瞬時(shí)的返流泄漏。US3040777、US5676826和US6802970公開的結(jié)構(gòu)的缺陷是，隨著通道數(shù)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(yán)峻挑戰(zhàn)。如對(duì)于7通道24口US3040777 閥（5個(gè)反應(yīng)器），目前最大轉(zhuǎn)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(dá)英磅。這些結(jié)構(gòu)的功能缺陷是：⑴ 由于供排液圓周通道的引入，工藝決定的邏輯關(guān)系只能固化在轉(zhuǎn)子的通道結(jié)構(gòu)中，此結(jié)構(gòu)屬于定制專用結(jié)構(gòu)，沒有靈活性和通用性，即用于A產(chǎn)品的閥不能用于B產(chǎn)品，用于A₁產(chǎn)品的閥不能用于A₂產(chǎn)品，A產(chǎn)品在P條件下用的閥也不能在Q條件用；⑵ 不能異步換，對(duì)反應(yīng)器之間的均一性要求極高，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)智能化，易崩潰。

1995年，美國(guó)Advanced Separation Technologies Incorporated公開了第一個(gè)無供排液圓周通道的多通道閥結(jié)構(gòu)（US5676826，也是第二個(gè)上市多通道閥），該結(jié)構(gòu)由一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成：定子上的通道用于與供排液通道或反應(yīng)之間的連通，轉(zhuǎn)子上的通道用于與反應(yīng)連通，供排液圓周通道的功能依靠反應(yīng)器與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)完成。

1986年國(guó)UOP公司公開了第二個(gè)無供排液圓周通道的多通道閥結(jié)構(gòu)（US4632149），該結(jié)構(gòu)由一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成：定子上的通道用于與供排液通道或反應(yīng)器連通，或反應(yīng)器之間的連通，轉(zhuǎn)子上的通道用于連通定子上的供排液通道與反應(yīng)器。

2013年Gulf Sea Ventures LLC公司公開了第三個(gè)無供排液圓周通道的多通道閥結(jié)構(gòu)（US8459302），該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩個(gè)US4632149結(jié)構(gòu)的組合：由兩個(gè)定子和兩個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子上的通道用于與供排液通道或反應(yīng)器連通，或反應(yīng)器之間的連通，轉(zhuǎn)子上的通道用于連通定子上的供排液通道與反應(yīng)器。

無供排液圓周通道的多通道閥賦予給此類閥的靈活性、可異步切換，有效克服了前述多通道閥的功能缺陷。遺憾的是，US5676826結(jié)構(gòu)面臨反應(yīng)器與閥旋轉(zhuǎn)同步，以及反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)載架的載重限制等挑戰(zhàn)；US4632149結(jié)構(gòu)的缺陷是隨著通道數(shù)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。三種無供排液圓周通道的多通道閥的共同的缺陷是：都是平面密封，制造和密封等都將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別是用于高壓流體時(shí)。

綜上所述，物理、化學(xué)和色譜相關(guān)領(lǐng)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、功能靈活、通用性強(qiáng)的多通道旋轉(zhuǎn)閥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)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、功能靈活、通用性強(qiáng)的多種流體周期性定向?qū)Я餮b置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種多種流體周期性定向?qū)Я餮b置，其特征在于：包括二個(gè)定子、一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)圓錐形密封；所述二個(gè)定子中，其中一個(gè)定子包括法蘭部件和厚壁管部件，稱為第二定子；所述轉(zhuǎn)子為圓柱-圓錐-圓柱體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在由所述二個(gè)定子圍成的空間內(nèi)，由軸承定位；所述圓錐形密封位于所述第一定子與所述轉(zhuǎn)子圓錐之間，由所述第二定子定位；所述第二定子上的壓緊螺栓借推力軸承和蝶簧緊密所述第一定子、所述圓錐形密封和所述轉(zhuǎn)子。

在所述第一定子內(nèi)部設(shè)置有四層通道；每層含4n（n=1,2,3…）條通道，4n條通道呈放射狀均勻分布于所述第一定子的同一個(gè)截面內(nèi)；每條通道在所述第一定子表面形成兩個(gè)開口：一個(gè)開口位于所述第一定子的外側(cè)面，其中，中間層通道的外側(cè)面開口用于與反應(yīng)器（目標(biāo)地）連接，兩端兩層通道的外側(cè)面開口用于與供液泵或排液儲(chǔ)罐連接、或用于反應(yīng)器間串連或并連；另一個(gè)開口位于所述第一定子朝向所述轉(zhuǎn)子的一側(cè)，與所述密封內(nèi)的通道和所述轉(zhuǎn)子表面的開口相對(duì)應(yīng)。

在所述圓錐形密封的內(nèi)部設(shè)置有四層通道，每層含4n（n=1,2,3…）條通道，4n條通道呈放射狀均勻分布于所述密封的同一個(gè)截面內(nèi)；每條通道在所述密封表面形成兩個(gè)開口：一個(gè)開口位于所述密封的外側(cè)面，與所述第一定子內(nèi)部四層通道的內(nèi)表面開口對(duì)應(yīng)，另一個(gè)開口位于所述密封朝向所述轉(zhuǎn)子的一側(cè)，并沿順時(shí)或逆時(shí)方向延長(zhǎng)360°/2×4n形成同心弧槽，同心弧槽能在360°/2×4n的范圍內(nèi)與所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部四層通道的外表面開口對(duì)應(yīng)。

在所述轉(zhuǎn)子表面設(shè)置有四層通道開口，每層含4n（n=1,2,3…）個(gè)開口，4n個(gè)開口呈放射狀均勻分布于所述轉(zhuǎn)子同一個(gè)截面外表面；在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)置有4n（n=1,2,3…）條通道，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)通道與表面開口的連通關(guān)系為：最上一層“1”號(hào)口與次層“1”號(hào)，最上一層“2”號(hào)口與次層“4n”號(hào)口、最上一層“3”號(hào)口與次層“4n-1”號(hào)口，如此類推；最底層“1”號(hào)口與上一層“1”號(hào)口、最底層“2”號(hào)口與上一層“4n”號(hào)口、最底層“3”號(hào)口與上一層“4n-1”號(hào)口，如此類推。

所述圓錐形密封，錐度為5°～70°，以30°～40°為佳，所述第一定子的密封面的錐度可大于、等于或小于所述轉(zhuǎn)子密封面的錐度。

本發(fā)明還包括軸，軸的一端與所述轉(zhuǎn)子一端的圓柱連接，軸的另一端通過減速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)或氣缸連接，以驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。

若逆時(shí)針方向設(shè)置各通道開口，“0”位時(shí)，最上一層“1”號(hào)口與次層“1”號(hào)、最底層“1”號(hào)口與上一層“1”號(hào)口連通……；當(dāng)所述轉(zhuǎn)子逆時(shí)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)到“1”位時(shí)，最上一層“1”號(hào)口與次層“2”號(hào)、最底層“1”號(hào)口與上一層“2”號(hào)口連通……；當(dāng)再由“1”位步進(jìn)到“2”位時(shí)，最上一層“1”號(hào)口與次層“3”號(hào)、最底層“1”號(hào)口與上一層“3”號(hào)口連通；即，所述轉(zhuǎn)子的逆時(shí)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，等效于反應(yīng)器的順時(shí)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。

所述密封的材質(zhì)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(fù)合材料。

所述定子和所述轉(zhuǎn)子的制作材料為（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(fù)合材料。

所述的反應(yīng)器為中空容器，容器內(nèi)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(zhì)等，及需要定時(shí)周期性更換液相反應(yīng)物的液固反應(yīng)的固相引物。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)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(qū)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?qū)Я餮b置，可滿足物理、化學(xué)和色譜相關(guān)領(lǐng)域的切實(shí)需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明沿轉(zhuǎn)子軸向的縱剖示意圖；

圖2是本發(fā)明第二定子的平面設(shè)置圖；

圖3是本發(fā)明入口反應(yīng)器與第二定子的連接示意圖；

圖4是本發(fā)明密封的平面設(shè)置圖；

圖5是本發(fā)明轉(zhuǎn)子內(nèi)通道與表面開口連接的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明包括定子11、12和轉(zhuǎn)子13，其中，第二定子12包括一個(gè)法蘭部件14和一個(gè)厚壁管部件15；轉(zhuǎn)子13為圓柱16-圓錐17-圓柱體18結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子13通過軸承19和20定位于第一定子11和第二定子12，可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在由第一定子11和第二定子12圍成的空間內(nèi)；轉(zhuǎn)子13與定子間設(shè)置有密封21，密封21由第二定子上的圓環(huán)22定位；壓緊螺栓23借推力軸承24和蝶簧25緊密第一定子11、密封21和轉(zhuǎn)子圓錐17。

在第一定子11內(nèi)部設(shè)置有四層通道26、27、28和29；每層通道含12條通道，12條通道呈放射狀均勻分布于第一定子11的一個(gè)截面內(nèi)（如圖2所示）；每條通道在第一定子11表面形成兩個(gè)開口：一個(gè)開口位于第一定子11的外側(cè)面，其中27和28層通道的外側(cè)面開口用于與反應(yīng)器（目標(biāo)地）連接，26和29層通道的外側(cè)面開口用于與供液泵或排液儲(chǔ)罐連接、或用于反應(yīng)器間串連或并連；另一個(gè)開口位于第一定子朝向轉(zhuǎn)子13的一側(cè)，與密封內(nèi)通道和轉(zhuǎn)子表面的開口相對(duì)應(yīng)（如圖1和圖3所示）。

在密封21內(nèi)部設(shè)置有四層通道30、31、32和33；每層通道含12條通道，12條通道呈放射狀均勻分布于密封21的一個(gè)截面內(nèi)（如圖4所示）；每條通道在密封21表面形成兩個(gè)開口：一個(gè)開口位于密封21的外側(cè)面，與第一定子11內(nèi)部四層通道26、27、28和29的內(nèi)表面開口對(duì)應(yīng)，另一個(gè)開口位于密封21朝向轉(zhuǎn)子13的一側(cè)，并沿順時(shí)或逆時(shí)方向延長(zhǎng)15°形成同心弧槽，同心弧槽能在15°的范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)子13內(nèi)部四層通道34、35、36和37的外表面開口對(duì)應(yīng)（如圖1和圖5所示）。

在轉(zhuǎn)子13表面設(shè)置有四層通道開口34、35、36和37，每層含12個(gè)開口，12個(gè)開口呈放射狀均勻分布于轉(zhuǎn)子13的一個(gè)截面外表面；轉(zhuǎn)子13內(nèi)設(shè)置有12條通道，轉(zhuǎn)子13內(nèi)通道與表面開口的連通關(guān)系為：351與341、352與3412、353與3411、354與3410、355與349、356與348、357與347、358與346、359與345、3510與344、3511與343、3512與342；371與361、372與3612、373與3611、374與3610、375與369、376與368、377與367、378與366、379與365、3710與364、3711與363、3712與362（如圖5和圖3所示）。

上述實(shí)施例中，第二定子11密封面的錐度為40°，轉(zhuǎn)子13密封面的錐度為30°。

上述實(shí)施中，還包括軸（圖中未示出），軸的一端與轉(zhuǎn)子13的圓柱18連接，軸的另一端通過減速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)或氣缸連接，以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子13實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。

“0”位時(shí)，341與351、371與361連通……；當(dāng)本發(fā)明轉(zhuǎn)子13逆時(shí)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)到“1”位時(shí)，341與352、371與362連通……；當(dāng)再由“1”位步進(jìn)到“2”位時(shí)，341與353、371與363連通……；即，本發(fā)明轉(zhuǎn)子13的逆時(shí)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，等效于反應(yīng)器的順時(shí)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。

上述實(shí)施例中，密封21的材質(zhì)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(fù)合材料。

上述實(shí)施例中，定子11和12，以及轉(zhuǎn)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(fù)合材料。

上述實(shí)施例中，反應(yīng)器為中空容器，容器內(nèi)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(zhì)等，及需要定時(shí)周期性更換液相反應(yīng)物的液固反應(yīng)的固相引物。

本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的。在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)或等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。