KR100421700B1 - 액체-고체 접촉 장치 - Google Patents

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제이. 라일리 로널드
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어드밴스드 세퍼레이션 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 공급 도관(22) 및 배출 도관(24)을 각기 구비하는 회전 커로우젤 (30)상의 다수의 챔버(20) 및, 그 챔버에 대해 유체의 공급 및 배출을 제어하는 단일 밸브(40)를 구비한 연속 유체-고체 접촉 장치에 관한 것이다. 밸브는 다수의 도관(44,46)과 디스크 밸브면(54)을 형성하는 하부 평탄면이 있는 고정 환형 디스크 (50) 및, 판 밸브면(74)을 형성하는 상부 평탄면과 판 밸브면에 포트를 형성하는 다수의 구멍(76)이 있는 회전 가능한 환형 판(72)을 구비한다. 판은 가압되어 디스크 밸브와 접촉하게 지지된다. 챔버를 지지하는 프레임 및 환형 판은 별도의 장치에 의해 회전된다. 밸브 포트가 회전 챔버 프레임과 회전 일치 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해, 본 발명은 프레임의 회전과 환형 판의 회전을 동기화하는 광 제어부를 구비한다.

Description

액체-고체 접촉 장치
연속 유체-고체 접촉 시스템은 여러 가지 장치를 통해 고체상과 향류 접촉하는 유체상의 이동을 시도하며, 그 성공 정도는 일정하지 않다. 그러나, 액체상과 제대로 연속 향류 접촉하는 고체상을 실제로 이동시킬 수 있는 시스템은 아직 개발되지 않았다. 공지된 시스템에는 몇 가지 결점이 있는데, 특히 일부 시스템을 구성하고 조작하기 위해 비용이 든다는 점과, 일부 시스템을 대규모 유량 요건 및/또는 복잡한 유동 분포에 적합하게 하기가 어렵다는 점과 관련된 결점이 있다.
다중 칼럼 및 복잡하게 연속되는 밸브를 사용하는 시스템은, 칼럼들을 서로 연결시키고, 또한 칼럼들과 처리 장치로부터의 공급 및 배출 라인을 연결시키는 데에 필요한 배관 및 광범위한 제어 장치 때문에 비용이 상승하는 경향이 있다. 그러한 시스템의 비용 및 복잡성은, 예를 들면 종래의 4단계 공정(예컨대, 흡착, 세척, 재생, 헹굼)을 넘어서 단계가 추가됨에 따라 급속히 상승한다.
다른 연속 향류 시스템은, 수직탑 내에 적층된 베드 섹션(bed section)을 사용하며, 전형적으로 흡착탑, 용리탑 및 중간 세척 섹션을 포함한다. 흡착제는 섹션에서 섹션으로, 그리고 탑에서 탑으로 수압에 의해 단속적으로 이동한다. 이들 시스템은 흡착제의 수송에 매우 많은 세척용 유체가 필요하고, 수송 과정 증에 흡착제의 손실이 빈번히 발생한다.
어떤 시스템은 나이프 밸브에 의해 몇 개의 구역으로 분할된 파이프의 루프에 채워진 흡착제를 유지 및 수송한다. 흡착제가 한 구역으로 수송된 후에, 이 흡착제의 이동 방향과 반대 방향으로 흐르도록 유체를 소정 챔버 내로 펌핑한다. 흡착제는 밸브를 개방하고 흡착제 베드를 맥동시킴으로써 다음 구역으로 수송되며, 그 후에 유체의 이동이 재개된다. 또한, 이들 시스템에서는 밸브 내에 포집된 흡착제가 손실되는 문제가 있다. 포집된 흡착제는 또한 밸브로부터의 누출을 초래한다.
베리(Berry) 등의 명의로 허여된 미국 특허 제4,764,276호 및 제4,808,317호에는, 복수 개의 흡착제 수용 칼럼과, 이들 칼럼을 출입하는 유체의 흐름을 제어하기 위한 상부 및 하부 분배 밸브를 구비한 유체-고체 접촉 시스템이 개시되어 있다. 상기 칼럼은 케루젤(carousel) 상에서 회전하고, 밸브에 연결된 배관 및 밸브 포트에 대한 칼럼의 상대적인 이동이 칼럼을 통과하는 유체의 흐름을 제어한다. 이 시스템의 난점은 상부 밸브와 하부 밸브가 약간만 오정렬되어도 시스템 배관 내의 압력이 상승할 수 있으며, 보다 심한 경우에는 유체가 어떤 칼럼에 대해서 완전히 차단되거나, 다른 칼럼으로 잘못 도입될 수 있다는 점이다. 또 다른 난점은, 향류 흐름을 위해 상부 고정 밸브를 하부 고정 밸브에 연결시키는 데에 필요한 배관에 있는데, 이는 유동 요건의 복잡도에 따라 시스템에 상당한 비용을 추가시킬 수 있다. 또한, 칼럼이 한 포트로부터 다음 포트로 이동할 때 연결 파이프 내의 액체 용적이 동조되지 않고, 새로 연결된 칼럼에서 역혼합이 발생한다.
마똥뜨(Matonte)에게 허여된 미국 특허 제5,069,883호에는, 케루젤 상에서 회전하는 복수 개의 칼럼을 연결시키기 위해서 개별적인 상부 밸브 및 하부 밸브 대신 단일 밸브를 사용하는 장치가 개시되어 있다. 상기 단일 밸브는 회전하는 외부 실린더의 내측에 부분적으로 끼워맞춰지는 내부 실린더를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 실린더는 고정되어 있으며, 외부 공급 라인 및 배출 라인과 연통하는 복수 개의 제1 유입 포트 및 유출 포트를 포함한다. 복수 개의 제2 유입 포트 및 유출 포트가 외부 실린더에 형성된 유입 포트 및 유출 포트와 연통한다. 내부 배관이 제1 유입 포트 및 유출 포트를 제2 유입 포트 및 유출 포트와 연결시킨다. 칼럼과 함께 회전하는 외부 실린더는 포트를 칼럼에 연결시키는 파이프를 포함한다. 내부 실린더에 대해 외부 실린더가 회전하면, 내부 실린더의 유입 포트 및 유출 포트가 외부 실린더 상의 포트와 연결된다. 내부 실린더는 외부 실린더와 접촉하는 표면 상에 밀봉 리브(rib)를 구비하는데, 보다 양호한 밀봉을 위해서는 내부 실린더에 압력을 가해서 외부 실린더와의 접촉 압력을 증가시킬 수 있다.
그러나, 상기 미국 특허 제5,069,883호에 따른 장치는 대규모 유량 요건에 맞게 기계적으로 규모를 확대시키기가 곤란하다. 외부 실린더가 내부 실린더와 접촉하면서 회전할 때 내부 실린더에 인가되는 비틀림력으로부터 또 다른 어려움이 발생하는데, 이 비틀림력은 내부 실린더를 변형시킨다. 또한, 제1 포트들과 제2 포트들을 연결시키는 내부 배관은 역혼합을 유발하는 동조되지 않은 유체 용적을 포함한다.
본 발명은 물리적, 화학적 및 크로마토그래픽(chromatographic) 분리 공정에 사용되는 연속 유체-고체 접촉 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연속 접촉 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 장치에 일체로 형성된 분배 밸브를 부분적으로 단면을 취한 입면도.
도 3은 도 2의 밸브의 디스크 밸브면의 평면도.
도 4는 도 2의 밸브의 판 밸브면의 평면도.
본 발명은 당업계의 많은 불리한 점들을 제거하는 연속 유체-고체 접촉 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 연속 유체-고체 접촉 장치는, 상부 및 하부 밸브 장치의 정렬 문제와 이중 실린더 장치의 기계적 문제를 제거한 단일 분배 밸브를 제공한다. 본 발명에 따른 밸브는, 개선된 밸브 포트 접촉을 위한 수평의 편평한 접촉면을 제공하여, 이중 실린더 밸브 장치에서의 밀봉 및 변형과 관계된 난점을 제거한다. 또한, 본 발명의 밸브는 필요한 배관을 단순화하고, 공지된 장치의 경우 역혼합을 발생시키는 비동조 유체 용적을 대부분 제거한다.
본 발명에 따른 유체-고체 접촉 장치는, 회전 가능한 프레임 또는 케루젤 상에 지지된 복수 개의 챔버를 포함하고, 이들 챔버는 공급 도관 및 배출 도관을 각각 구비한다. 또한, 본 발명에 따른 유체-고체 접촉 장치는 상기 복수 개의 챔버에 대한 유체의 공급 및 배출을 제어하는 단일 밸브를 포함한다. 상기 복수 개의 챔버는 칼럼으로 형성되고 유체가 통과하여 흐르는 고체 흡착제 재료를 수용하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 밸브는 유체 포트의 역할을 하는 복수 개의 개구부가 있는 환형 표면을 각각 구비하는 2개의 헤드로서 형성된다. 이들 환형 표면은 한 평면 상에서 접촉하며, 서로에 대해 회전해서 헤드 간의 유체 흐름을 위한 밸브 포트를 개폐한다. 고정 헤드는 플라스틱 재료로 형성되고 회전 헤드는 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 접촉면에서 금속과 대향하는 플라스틱은 회전 헤드를 회전시킴에 있어서의 마찰을 감소시킨다. 또한, 플라스틱 표면은 압력하에서 변형됨으로써 표면에 밀봉이 이루어지는 것을 돕는다.
보다 상세히 말하면, 본 발명에 따른 밸브는 디스크 밸브면을 형성하는 하부 평탄면과, 디스크에 형성되는 복수 개의 도관을 구비한 고정 환형 디스크를 포함하며, 상기 도관은 하부 평탄면까지 연장되어 디스크 밸브면에 개구부를 형성한다. 또한, 본 발명에 따른 밸브는 판 밸브면을 형성하는 상부 평탄면과, 그 판 밸브면에 포트를 형성하는 복수 개의 구멍을 구비한 회전 가능한 환형 판을 포함한다. 판 밸브면은 디스크 밸브면과 접촉하도록 배치된다. 복수 개의 공급 파이프 및 배출 파이프가 상부 평탄면과 대향하는 하부면 상의 환형 판에 연결되며, 각각의 파이프는 구멍들 중 하나와 연통하고 챔버의 공급 도관과 배출 도관 중 하나와 연결되어 있다.
본 발명의 신규하고 유리한 특징은 챔버와 환형 판을 지지하는 프레임을 회전시키는 별도의 수단이다. 케루젤의 구동기를 밸브의 구동기로부터 분리시킴으로써, 본 발명에 따른 장치는 당업계에 알려진 문제를 일으키지 않고 대용량 챔버 및 밸브에 적합한 규모로 구성될 수 있다. 밸브 포트가 회전 챔버 프레임과의 회전 일치 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해, 본 발명의 장치는 프레임의 회전과 환형 판의 회전을 동기화하는 수단을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 프레임과 환형 판의 회전을 동기화하는 수단은 회전 프레임과 환형 판에 각각 적용되는 광학 코드화 수단과, 이 광학 코드화 수단을 읽도록 상대적으로 고정된 위치에 배치되는 광센서를 구비한다. 이 광센서로부터 수신된 신호에 응답하는 제어 장치가 프레임과 환형 판의 회전을 제어한다.
또한, 본 발명은 효과적인 밀봉을 위해 디스크 밸브면을 판 밸브면에 맞대고가압하는 힘을 인가하는 수단을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 힘을 인가하는 수단은 디스크 밸브면과 대향해서 환형 디스크의 상부 수평면 상에 위치하는 환형 블래더(bladder)를 구비한다. 이 블래더는 디스크 밸브면의 영역과 거의 동일한 영역을 덮으며, 블래더를 가압 유체의 공급원에 연결시키는 수단을 포함한다. 블래더는 디스크에 힘을 인가해서 판의 밸브면에 디스크면을 압압함으로써 디스크면이 함께 밀봉되도록 하며, 밸브로부터 반경 방향 외측으로의, 그리고 밸브 포트 사이에서의 누출을 방지한다.
밸브의 작동을 위해서는 환형 판을 환형 디스크와 평면 관계로 유지시키는 것이 중요하다. 따라서, 환형 판에는 그것의 반경 방향 내측 연부에 부착되는 원통형 프레임 부재를 구비한 지지 프레임이 마련된다. 원통형 프레임 부재의 하측 연부는 반경 방향 외측으로 연장하는 플랜지를 포함한다. 복수 개의 거싯(gusset)이 원통형 프레임 부재의 원통형 외표면으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 판의 하부면과 플랜지의 상부면에 부착된다.
환형 디스크용 구동 장치는 원통형 프레임 부재의 하측 연부 상에 위치하는 링 형상의 회전 베어링과, 이 회전 베어링에 고정되는 링 기어를 포함한다. 프레임이 회전되도록 모터가 링 기어를 구동시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예가 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는 첨부 도면에 도시되어 있다.
본 발명에 따른 연속 유체-고체 접촉 장치가 도 1에 개략적으로 예시되어 있다. 이 장치는, 예시된 실시예에서 케루젤(30)로서 도시되어 있는 회전 가능한 프레임 상에 지지된 복수 개의 접촉 챔버(20)와, 분배 밸브(40)를 포함한다. 개략적으로 도시한 도 1은 물론 동일한 축적의 도면이 아니며, 도시의 명확성을 위해 밸브를 챔버 및 케루젤에 비해 훨씬 크게 도시하였다.
케루젤(30)은 그것이 축선(A) 둘레에서 회전하도록 지지하는 롤러 지지 수단 (32)을 포함한다. 이 롤러 지지 수단(32)은 케루젤(30) 및 챔버(20)의 크기와 무게에 맞춰 적절하게 선택될 수 있다. 작은 구조에는 간단한 롤러 베어링으로도 충분할 수 있는 반면, 큰 구조에는 원형 트랙 상에 탑재되는 복수 개의 휠 또는 롤러가 보다 적합하다. 예컨대, 모터(34) 및 구동 기어(36)와 같은 회전 구동 수단은 케루젤에 회전을 전달하는 역할을 한다. 모터(34) 및 기어(36)는, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 케루젤의 외주, 선택적으로는 중심과 같은 위치에 편의에 따라 배치될 수 있다.
각각의 챔버(20)는 유입 도관(22) 및 유출 도관(24)을 포함한다. 유입 도관 (22)은 상단에서 챔버(20)로 유입되고 유출 도관(24)은 하단에서 챔버(20)로 유입되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 도시의 편의를 위한 것일 뿐이다. 유입 도관(22) 및 유출 도관(24)의 상대적인 배향은 공정에 적절하게 이루어질 수 있다. 각 챔버(20)는 그것을 통과하는 유체와의 접촉을 위해 고체 재료, 예를 들면 수지를 수용하기 위한 수단을 포함한다. 유체는 액체 또는 기체일 수 있다.
본 발명에 따른 밸브(40)는 고정 헤드(42) 및 회전 헤드(70)를 포함한다. 도 2는 밸브를 보다 상세하게 예시한 밸브(40)의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 고정 헤드(42)는 그 고정 헤드(42)의 수평한 평탄면 상에서 개방되도록 형성되는 복수 개의 도관(44, 46)을 포함한다.
회전 헤드(70)는 디스크의 수평한 평탄면과 접촉하는 수평의 평탄면, 또는 판 밸브면(74)을 갖는 환형 판(72)을 포함한다. 이 환형 판(72)은 판 밸브면(74)에 밸브 포트를 형성하는 복수 개의 구멍(76)을 포함한다. 각각의 구멍(76)은 판 밸브면(74)과 대향하는 판의 하부면 상에서 파이프(80, 82)에 연결된다. 이들 파이프 (80, 82)는 구멍(76)을 챔버(20)의 유입 도관(22) 및 유출 도관(24)에 연결시킨다.
회전 헤드(70)는 축선(A)의 둘레로 케루젤(30)과 동축으로 회전하도록 지지된다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 회전 헤드(70)의 회전은 회전 헤드에 있는 포트 또는 구멍(76)이 고정 헤드(42)의 도관(44, 46)과 차례로 만나게 한다. 고정 헤드(42)에 있는 도관은 공급 도관(44) 및 배출 도관(46)으로서 구성되는 것이 바람직하다. 공급 도관(44)은 공정의 필요에 따라 외부의 유체 공급부(도시하지 않았음)에 연결되거나, 배출 도관들 중의 하나에 연결될 수 있다. 배출 도관(46)은 언급된 바와 같이 공급 도관(44)에 연결되거나, 외부의 챔버 또는 탱크(도시하지않았음)에 연결될 수 있다.
도 2는 밸브(40)의 구성을 보다 상세히 예시한다. 고정 헤드(42)는 플라스틱 재료로 형성되는 환형의 디스크(50)를 포함한다. 도관(44, 46)은 디스크(50)내에 가공 형성되어 디스크의 반경 방향 외표면(52)으로부터 평탄면 또는 디스크 밸브면(54)까지 연장된다. 디스크(50)의 반경 방향 외표면(52) 상에서, 도관(44, 46)은 예컨대 외부 유체 공급원의 배관과 연결되도록 연결 단자(56, 58)를 통해 종결된다.
도 3은 디스크 밸브면(54)을 도시한 도면이다. 도관(44, 46)은 판 밸브면 (74)과 연통되도록 디스크 밸브면(54) 상에서 개방된다. 도관(44, 46)은 2개의 동심원 상에 배치되며, 유입 도관(44)은 반경 방향 내측 원에, 유출 도관은 반경 방향 외측 원에 위치한다. 또한, 디스크 밸브면(54)은 이 디스크 밸브면(54) 상에서 2개 이상의 원주 방향으로 인접한 도관 사이에서 유체가 연통하도록 하는 트로프 (trough)(64a)를 포함할 수 있다. 이는 인접 챔버들이 단일 처리 단계에 사용되는 경우에 유리하다. 또한, 트로프(64b)는 단일 도관의 경우에, 디스크 밸브면(54) 상의 개구부를 넓혀 이 개구부가 판 밸브면(74) 상의 개구부와 연통 및 비연통 상태로 이동할 때 압력 변화를 완화시키기 위해 사용할 수 있다.
도 4는 판 밸브면(74)을 도시한 도면이다. 판 밸브면(74)의 구멍(76)은 그것이 디스크 밸브면(54)의 도관(44, 46)과 정렬되도록 디스크 밸브면(54)에 도관(44, 46)이 형성하는 원과 동일한 반경을 갖는 2개의 동심원에 배치된다. 파이프(80, 82)는 판 밸브면(74)과 대향하는 표면 상의 판(72)과 연결되며, 각각의 파이프는구멍(76)과 정렬된다. 명료성을 위해, 단지 2개의 파이프(80, 82)만을 도시하였고, 각각의 구멍(76)은 파이프에 연결된 것을 알 수 있다. 도 2에 보다 잘 예시된 바와 같이, 디스크 밸브면(54)의 개구부와 판 밸브면(74)의 구멍은 직경이 실질적으로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 디스크(50)의 실시예에서 각각의 원에는 개구부가 20개이며, 도 4는 각각의 동심원 상의 30개의 구멍을 도시한다. 그러한 배열은 크로마토그래픽 분리 공정에 유리하다. 특정 공정에 적합한 다른 배열이 당업자에 의해 선택될 수 있으며, 본 발명은 밸브 포트나 처리 챔버의 특정 개수에 제한되지 않는다.
환형 디스크(50)는 그 환형 디스크(50)의 중심 개구부의 내측에 끼워맞춰지는 원통형 요소(90)를 포함하는 밸브 프레임 상에 지지된다. 환형 디스크(50)의 반경 방향 내표면(60)은 원통형 요소(90)의 반경 방향 외표면 상의 키이(92)와 맞물리는 도 3에 도시된 하나 이상의 키이 슬롯(62)을 포함한다. 키이(92)는 원통형 요소(90)의 일부로서 형성되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 원통형 요소(90)에 체결된 긴 바아로서 구성될 수 있다. 키이(92)는 환형 디스크가 회전하는 것을 방지하지만, 수직으로 구속하지는 않는다.
환형 디스크(50)는 언급한 바와 같이 환형 판(72) 상에 지지된다. 블래더 (100)가 환형 디스크(50)의 상부 평탄면(51)과 접촉하게 배치되고 상부 프레임 플랜지 또는 크라운(crown)(94)에 의해 수직 방향으로 구속된다. 블래더(100)는 공압 유체 또는 유압 유체일 수 있는 가압 유체의 공급원에 그 블래더를 연결시키는 밸브를 포함한다. 블래더(100)는 환형 형상이고 디스크 밸브면(54)의 영역과 실질적으로 동일한 영역과 접촉한다. 따라서, 블래더(100)는 디스크 밸브면(54)이 균일한 압력으로 판 밸브면(74) 상에 가압되도록 환형 디스크의 영역에 대하여 균일한 힘을 인가할 수 있다. 예를 들면 스프링과 같이, 환형 디스크에 균일한 힘을 인가하는 다른 수단을 사용할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 도관(44, 46) 및 파이프(80, 82)를 통해 흐르는 유체는 환형 디스크(50)와 환형 판(72)을 강제적으로 분리시키는 경향이 있다. 블래더(100)에 의해 인가되는 압력은 밸브의 반경 방향 외측으로, 또는 밸브 포트 사이에서 누출이 발생하지 않도록 디스크 밸브면(54)이 판 밸브면(74)에 밀봉되는 것을 돕는다.
원통형 요소(90)는 서로 간격을 두고 있는 2개의 하부 플랜지(96, 98)를 포함한다. 복수 개의 제1 거싯(99)이 원통형 요소(90)의 외표면에 장착되고, 서로 간격을 두고 있는 2개의 플랜지(96, 98) 사이에서 연장되어 회전 헤드(70)용 지지 플랫폼을 제공한다.
밸브 프레임은, 예컨대 크라운(94)을 비임(도시되지 않음)에 장착하거나 원통형 요소(90)를 바닥에 위치하는 기부(역시 도시되지 않음)에 장착하는 것과 같은 임의의 편리한 구조에 의해 외부의 고정된 지지 수단에 장착될 수 있다.
환형 판(72)은 금속으로 형성되고 원통체(84) 및 플랜지 링(86) 상에 지지된다. 원통체(84)는 원통형 요소(90)의 외표면 상에 지지된다. 복수 개의 제2 거싯 (88)이 원통체(84)에 고정되고 판(72)과 플랜지 링(86) 사이에서 연장된다. 파이프 (80, 82)는 인접한 제2 거싯(88) 사이에 위치한다. 파이프(80, 82)는 금속으로 이루어지며, 캐스팅 또는 다른 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다.
플랜지 링(86)은 회전을 위해 링 베어링(110) 상에 지지되며, 이 링 베어링은 밸브 프레임의 플랜지(96)에 의해 지지된다. 링 베어링(110)의 반경 방향 내측에는 회전 헤드(70)를 구동시키는 링 기어(112)가 마련된다. 구동 모터(114)가 링 기어(112)를 통해 회전 헤드(70)를 구동시킨다. 구동 모터(114)는 샤프트(116)가 링 기어(112)에 직접 연결된 상태로 원통형 요소(90)에 위치하는 것으로 예시되어 있다. 구동 모터(114)는 프레임 크라운(94) 상에 지지된다. 이의 대안으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 긴 샤프트(117)가 원통형 요소(90) 내로 연장하여 링 기어 (112)에 결합된 상태로 구동 모터(114)가 프레임의 원통형 요소(90)의 외측에 위치할 수 있다.
밸브(40)의 회전 헤드(70)와 케루젤(30)은 별도의 구동기에 의해 구동되며, 이 구동기의 동기화 수단이 제공된다. 도 1과 관련하여 예시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 동기화 수단은 각각의 회전 헤드(70)와 케루젤(30) 각각의 회전 요소에 고정되는 광학 코드화 수단(120a, 120b)과, 광학 코드를 읽어 회전 요소의 각위치를 결정하도록 배치되는 고정 광센서(122a, 122b)를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 코드화 수단(120a)은 회전 헤드 구동기(115)의 샤프트(117)에 고정된다. 광센서(122b)는 밸브 프레임 크라운(94) 상에 위치한다. 광학 코드화 수단(120a)은 케루젤(30)의 샤프트(38) 상에 위치하고, 광센서(122b)는 광학 코드화 수단에 대해 상대적으로 고정된다. 제어 수단이 2개의 광센서(122a, 122b) 모두와 교신함으로써, 회전 헤드(70)와 케루젤(30)의 회전이 일치 및 동기화되도록 구동 모터(115)와 케루젤 모터(34)를 제어한다. 또한, 제어 수단은 공정중에 사이클 시간이 변하는 경우 회전 헤드(70)와 케루젤(30)의 회전 속도를 동기화할 수 있다.
케루젤(30)의 구동기를 밸브(40)의 구동기로부터 분리시킴으로써, 본 발명의 장치는, 예컨대 밸브와 케루젤의 오정렬을 초래하는 과도한 샤프트의 비틀림과 같은 종래의 장치에서 생기는 난점 없이 대량의 유체 흐름과, 이에 상응하는 대형 챔버 및 밸브에 맞게 규모가 확장될 수 있다. 또한, 밸브(40)는 그 일체형 구조에 의해 수리 또는 재조정을 위해 케루젤(30)로부터 용이하게 분리될 수 있고, 밸브는 케루젤 장치에 설치되기 전에 시험될 수 있다.
본 발명의 바람직한 원리, 실시예 및 작동 모드를 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명을 논의된 특정 실시예에 한정되는 것으로 이해하여서는 안된다. 대신, 전술한 실시예를 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 간주해야 하며, 첨부의 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 이들에 의해 변형, 변경 및 등가물이 만들어 질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 액체-고체 접촉 장치로서,
    공급 도관과 배출 도관을 각기 구비한 복수 개의 챔버와,
    이들 챔버를 지지하는 회전 가능한 프레임과,
    이 프레임을 회전 축선의 둘레로 회전시키는 회전 수단과,
    상기 챔버에 대해 한 종류 이상의 유체의 공급 및 배출을 제어하는 밸브
    를 포함하고, 이 밸브는
    디스크 밸브면을 형성하는 평탄면과, 이 평탄면까지 연장되어 상기 디스크 밸브면에 개구부를 형성하도록 내부에 형성된 복수 개의 도관을 갖는 환형 디스크와,
    상기 디스크 밸브면과 접촉하는 판 밸브면을 형성하는 평탄면과, 상기 판 밸브면에 포트를 형성하는 복수 개의 구멍을 갖는 회전 가능한 환형 판과,
    상기 구멍 중 하나와 각각 연통하고 상기 챔버의 공급 도관 및 배출 도관 중 하나와 각각 연결되며, 상기 평탄면과 대향하는 면 상에서 상기 환형 판과 연결되는 복수 개의 공급 파이프 및 배출 파이프와,
    상기 환형 판을 상기 프레임의 회전 축선 둘레로 회전시키는 회전 수단을 구비하며,
    회전 동기화 수단이 상기 프레임의 회전과 상기 환형 판의 회전을 동기화하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  2. 공급 도관 및 배출 도관을 각기 구비한 복수 개의 챔버와, 이들 챔버를 지지하는 메인 프레임과, 이 메인 프레임을 회전 축선의 둘레로 회전시키는 회전 수단과, 상기 챔버에 대해 한 종류 이상의 유체의 공급 및 배출을 제어하는 밸브를 포함하는 형태의 액체-고체 접촉 장치로서,
    상기 밸브는,
    밸브 프레임과,
    이 밸브 프레임 상에 지지되며, 디스크 밸브면을 형성하는 하부 평탄면과, 이 하부 평탄면까지 연장되어 상기 디스크 밸브면에 개구부를 형성하도록 내부에 형성된 복수 개의 도관을 갖는 고정 환형 디스크와,
    상기 디스크 밸브면과 접촉하는 판 밸브면을 형성하는 상부 평탄면과, 상기 판 밸브면에 포트를 형성하는 복수 개의 구멍을 갖고, 상기 밸브 프레임 상에 회전 가능하게 지지되는 회전 가능한 환형 판과,
    상기 구멍 중 하나와 각각 연통하고 상기 챔버의 공급 도관 및 배출 도관 중 하나와 각각 연결되며, 상기 상부 평탄면과 대향하는 하부면 상에서 상기 환형 판과 연결되는 복수 개의 공급 파이프 및 배출 파이프와,
    상기 환형 판을 상기 프레임의 회전 축선 둘레로 회전시키는 회전 수단과,
    상기 디스크의 상부 평탄면 상에 위치하고, 자신과 대향하는 상기 하부 평탄면 상의 디스크 밸브면의 영역과 대체로 동일한 영역을 덮으며, 상기 디스크 밸브면을 상기 판 밸브면에 대해 가압하기 위한 힘을 인가하는 환형 블래더를 포함하는것인 액체-고체 접촉 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 환형 판의 반경 방향 내측 연부에 부착되는 원통형 부재와, 이 원통형 부재의 원통형 외표면으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 환형 판의 하부면에 부착되는 복수 개의 거싯을 포함하며, 상기 환형 판을 상기 밸브 프레임 상에 지지하는 수단을 더 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 원통형 부재의 하측 연부 상에 위치하는 링 형상의 회전 베어링을 더 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회전 베어링에 고정되는 링 기어를 더 포함하고, 상기 환형 판을 회전시키는 회전 수단이 이 링 기어를 구동시키는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 메인 프레임의 회전과 상기 환형 판의 회전을 동기화하는 회전 동기화 수단을 더 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회전 동기화 수단은 상기 프레임 및 환형 판의 각도 배향 및 회전 속력을 동기화하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 회전 동기화 수단은, 상기 메인 프레임과 환형 판을 각각 따라 회전하는 광학 코드화 수단과, 이 광학 코드화 수단에 대해 상대적으로 고정된 위치에 배치되는 광센서와, 이 광센서로부터 수신된 신호에 응답하여 상기 메인 프레임 및 환형 판의 회전을 제어하는 수단을 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  9. 유체용 공급 도관 및 배출 도관을 각기 구비한 복수 개의 고체 수용 챔버와,
    이들 챔버를 지지하는 회전 가능한 프레임과,
    이 프레임을 회전 축선(A)의 둘레로 회전시키는 회전 수단과,
    상기 챔버에 대해 한 종류 이상의 유체의 공급 및 배출을 제어하는 밸브를 포함하는 액체-고체 접촉 장치에 있어서,
    상기 밸브는,
    디스크 밸브면을 형성하는 평탄면과, 이 평탄면까지 연장되어 상기 디스크 밸브면에 개구부를 형성하도록 내부에 형성된 복수 개의 도관을 갖는 환형 디스크와,
    상기 디스크 밸브면과 접촉하는 판 밸브면을 형성하는 평탄면과, 상기 판 밸브면에 포트를 형성하는 복수 개의 구멍을 갖는 회전 가능한 환형 판과,
    상기 구멍 중 하나와 각각 연통하고 상기 챔버의 공급 도관 및 배출 도관 중 하나와 각각 연결되며, 상기 평탄면과 대향하는 면 상에서 상기 환형 판과 연결되는 복수 개의 공급 파이프 및 배출 파이프와,
    상기 환형 판을 상기 프레임의 회전 축선(A) 둘레로 회전시키는 회전 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체-고체 접촉 장치.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 디스크 밸브면을 상기 판 밸브면에 대해 가압하기 위해 힘을 인가하는 수단을 더 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 힘을 인가하는 수단은, 상기 디스크 밸브면과 대향하는 환형 디스크의 수평면 상에 위치하고 상기 디스크 밸브면의 영역과 대체로 동일한 영역을 덮는 환형 블래더와, 이 블래더를 가압 유체의 공급원에 연결시키는 연결 수단을 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  12. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 환형 판의 반경 방향 내측 연부에 부착되는 원통형 프레임과, 이 원통형 프레임의 원통형 외표면으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 환형 판의 면에 부착되는 복수 개의 거싯을 구비하는 환형 판 지지 수단을 더 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 원통형 프레임의 하측 연부 상에 위치하는 링 형상의 회전 베어링을 더 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회전 베어링에 고정되는 링 기어를 더 포함하고, 상기 환형 판을 회전시키는 회전 수단이 이 링 기어를 구동시키는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 회전 동기화 수단은 상기 프레임 및 환형 판의 각도 배향 및 회전 속력을 동기화하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 회전 동기화 수단은, 상기 회전 프레임과 환형 판을 각각 따라 회전하는 광학 코드화 수단과, 이 광학 코드화 수단에 대해 상대적으로 고정된 위치에 배치되어 상기 광학 코드화 수단의 상대적인 회전 위치를 지시하는 신호를 감지 및 제공하는 광센서와, 이 광센서로부터 수신된 신호에 응답하여 상기 프레임 및 환형 판의 회전을 제어하는 회전 제어 수단을 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  17. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 환형 디스크는 플라스틱 재료로 형성되는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  18. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 환형 판은 금속으로 형성되는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  19. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 환형 판에 있는 구멍은, 제1 원을 따라 유입 구멍으로서 배치되고, 또한 상기 제1 원과 동심인 제2 원을 따라 유출 구멍으로서 배치되는 것인 액체-고체 접촉 장치.
  20. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 챔버는 그 챔버를 통과하여 흐르는 유체와의 접촉을 위한 고체 흡착제 재료를 수용하는 수단을 포함하는 것인 액체-고체 접촉 장치.
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