KR101882170B1 - 유체-안내용 다중포트 회전 밸브 - Google Patents

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Abstract

유체 스트림을 안내하기 위한 다중포트 회전 밸브 장치는 2개의 원형 고정 헤드와 2개의 원형 회전 헤드를 갖는다. 제1 고정 헤드는 유체 스트림과 연결되기 위한 적어도 2개 양호하게는 그 이상의 1차 포트와, 유체-고체 접촉 챔버들과 연결되기 위한 대응하는 개수의 2차 포트를 갖는다. 제2 고정 헤드는 유체 스트림과 연결되기 위한 (적어도 2개 양호하게는 그 이상의) 1차 포트와 동일한 개수의 1차 포트와, 유체-고체 접촉 챔버들과 2차 연결되기 위한 동일한 개수의 2차 포트를 갖는다. 각각의 고정 헤드는 1차 및 2차 포트들을 회전 헤드에 연결하기 위한 내부 통로들을 포함한다. 제1 회전 헤드는 제1 고정 헤드와 소통하고, 한편 제2 회전 헤드는 제2 고정 헤드와 소통한다.

Description

유체-안내용 다중포트 회전 밸브{FLUID-DIRECTING MULTIPORT ROTARY VALVE}
본 발명은 밸브에 관한 것으로서, 특히 유체들을 정화, 처리 및 분리하기 위해 사용된 복수의 유체-고체 접촉 챔버로 연속적으로 유출입하도록 복수의 유체 스트림을 동시에 안내(direct)하기 위한 단순한 회전 밸브에 관한 것이다.
유체-고체 접촉 시스템들은 몇 년에 걸쳐 간단한 일괄(batch) 작업에서부터 더욱 향상된 시스템으로 개발되어 왔으며, 향상된 시스템은 크로마토그래피(chromatography) 분리에서 종종 "모사이동상"(simulated moving bed;SMB)이라고 부르며 또는 이온 교환 또는 흡착식 프로세스들에서 "연속 접촉기"라고 하는 역류 연속 유동 작업들을 시뮬레이트하도록 시도하고 있다. 이러한 SMB 시스템들 또는 연속 접촉기들은 그들이 유체를 통해 고체를 진실로 연속적으로 이동하지 않기 때문에 다만 고체 역류의 운동을 유체로 시뮬레이트하는 것에 불과하다. 본질에 있어서, 이러한 시스템들 어떤 것도 일반적으로 "모사이동상"이라고 부를 수 있다. 이러한 시뮬레이션은 통상 개별 밸브들, 단일 회전 밸브들, 배관을 단순하게 하도록 종종 배열 또는 조합형 다중 챔버들, 및 어떤 경우에는 이 챔버들을 위한 회전 테이블들을 채용함으로써 다양한 유체 스트림들을 통해 복수의 소형 일괄 유체-고체 접촉 챔버를 스텝핑(stepping) 또는 인덱싱(indexing)하여 달성되고 있다. 이러한 시스템들은 단순 일괄 시스템들에 비하여 향상된 프로세스 효율을 제공하며, 진실로 역류 작업의 이상에 접근하지만, 현재 시스템들 각각은 비교적 많은 자본 비용, 기계적 복잡성, 심한 프로세스 한계 및 불가변성(inflexibility)과 같은 몇 가지 결점들을 가지고 있다.
Gerhold에게 허여된 미국 특허 3,192,954호에 도시된 초기 SMB 시스템 디자인은 다양한 비이온계 탄화수소의 분리에 사용된 단일 다중 격실 탱크 및 단일 다중포트 밸브를 특징으로 하였다. 다중포트 밸브 및 다중 격실 탱크의 가격 및 복잡성은 많은 응용분야에서 수용하는데 장애가 되었고 더욱 단순한 디자인을 낳았다.
동일한 프로세스 분리를 덜 복잡한 방법으로 달성함에 있어서, 크로마토그래피 응용에서 사용된 많은 현재의 SMB 시스템들은 다중 밸브들을 갖는 4개 이상의 유체-고체 접촉 챔버를 이용한다. 예를 들어, 복수의 밸브 및 복수의 챔버로부터 나오는 복수의 유입 및 유출 파이프들을 공개하는 Moran의 미국 특허 제5,705,061호 또는 Kaneko의 미국 특허 제6,409,922호를 참고하기 바란다. 프로그램가능 제어기는 밸브들을 차례로 배열하여 유동들을 챔버들로 흐르게 하여 정화 또는 분리를 수행하도록 하는데 사용된다.
이러한 디자인들에서 밸브들의 순수한(sheer) 수를 해결하기 위해, 비교적 단순한 다중포트 회전 밸브 디자인이 미국 특허 제6,719,001호에서 Ahlgren에 의해 제안되었으며, 이는 초기의 미국 특허 제3,912,954호와 기능이 유사하였으며, 비교적 단순한 크로마토그래피 응용에 적절하였다. 그러나, 프로세스 조건들이 이온 교환 및 흡착식 프로세스에서 사용됨에 따라 더욱 복잡하게 되기 때문에, 챔버들 및 파이프들의 개수와 프로그래밍이 상기 '001 특허에 공지된 이러한 밸브에 의해서도 신속하게 처리될 수 없다.
따라서, 개별 밸브들 또는 다중포트 회전 밸브들에 의해서, 이러한 SMB 시스템 디자인들은 통상적으로 단순한 크로마토그래피 분리에서 사용되고 이온 교환과 같이 더 복잡한 프로세스들에서는 사용되지 않는다. 이러한 디자인들이 비교적 제작비가 저렴한 반면에, 그 디자인들은 프로세스 가변성이 결여되어 있다.
상술한 시스템들의 제한된 응용성의 문제를 해결하기 위해, 다양한 "연속 접촉기" 장비 디자인들은 더 복잡한 정화 및 분리 응용에서 발생하는 배관의 복잡성을 해결하도록 제안되어 있다. 한 가지 넓게 채용된 디자인(Rossiter의 미국 특허 제5,676,826호 참조)은 회전 테이블상에 장착된 유체-고체 접촉 챔버들과 소통하는 다중 유입구 및 유출구를 위해 단일 분배 밸브이다. 이 단일 분배 밸브는 턴테이블상의 복수의 유체-고체 접촉 챔버들과 일치하도록 회전 또는 인덱스하는 회전 헤드를 갖는다. 유체 분배 회전 헤드 및 턴테이블이 이동할 때, 유체-고체 접촉 챔버들은 연속적으로 각각의 고정 헤드 유체 스트림과 소통하게 된다. 특별한 유체 스트림들과 접촉하는 챔버들의 스텝시간(step time) 또는 지체 시간은 프로세스에서 지령하는 대로 조절될 수 있다. 이러한 디자인은 프로세스 가변성 및 정밀함(elegance)을 허용하는데, 왜냐하면 고정 배관이 회전 배관 및 유체-고체 접촉 챔버들의 유동 구성에 영향을 주지않고 임의의 프로세스를 위해 구성될 수 있기 때문이며, 그러나, 이 디자인은 가끔 이동하는 최대 중량과 턴테이블상의 챔버들 내에서 해로운 화학제로 인하여 고비용 및 기계적 복잡성을 겪게 된다.
2개 이상의 최근의 디자인들(Rochette에게 허여된 미국 특허 제6,802,970호 및 Jensen에 의해 출원된 미국 특허출원 제2006/0124177 A1호)은 초기 아이디어들(Ringo에게 허여된 미국 특허 제2,706,532호, Schick에게 허여된 미국 특허 4,625,763호, 및 Morita에게 허여된 미국 특허 제5,478,475호)을 개발하여, 턴테이블을 제거하고 그것을 더 복잡한 회전 밸브로 대체함으로써 실제로 인식된 기계적 회전 문제들을 해결하고 있다. 양쪽 디자인들은 모두 고정 부품 및 회전 부품들 모두를 갖는 밸브 장치를 채용함으로써 이러한 위업을 달성하며, 이 밸브 장치는 각각의 유입 및 유출 프로세스 스트림을 위해 다수의 원형 채널 및 도관을 포함한다. 이러한 원형 채널들은 다시 파이프를 통해 고정 유체-고체 접촉 챔버들에 연결된 적절한 포트들과 회전 부품을 통해 소통하고 있다. 회전 부품들 또는 헤드들이 인덱스됨에 따라, 다음의 챔버가 순서대로 이전 유체 스트림과 소통하게 된다. 다른 유입 및 유출 유체 스트림들 모두가 또한 순서를 따라가며 이에 의해 고체를 수용한 챔버들의 모사 운동을 유체들을 통해 실행한다. 이러한 디자인들은 프로세스 정밀함 및 가변성을 희생하지만 턴테이블상에서 고체 유체 챔버들의 물리적 운동을 제거하고 있다. 이들은 프로세스 구성이 회전 및 고정 부품 디자인들에 의해 설정되며 타당한 원가에서 용이하게 변하지 않는다는 점에서 디자인의 심각한 결함을 초래한다. 결과적으로, 이들은 다른 프로세스들을 위한 응용의 가변성이 결핍되어 있다. 예를 들어, 물 연화 이온 교환에서 사용된 이러한 디자인들 중 하나의 장치는 장치에 중요한 변경을 하지 않으면 설탕 시럽(sugar syrup) 이온 교환 또는 SMB 크로마토그래피에 사용될 수 없다. 또한 이러한 디자인들은 다양한 개구들, 원형 채널들 및 다양한 플레인들 및 형상들에서의 표면들을 밀봉하는 복잡성 때문에 도전을 받고 있다. 이러한 부품들은 시간이 지남에 따라, 밀봉 문제들이 또한 더욱 현저하게 나타날 수 있고 다시 유지보수 및 원가를 증가시킨다.
따라서, 종래 기술에서는 크고 잠재적으로 위험한 가동 턴테이블, 다중 개별 밸브들, 복잡한 구조물, 어려운 밀봉 디자인, 복잡한 표면들 및 제한된 디자인 가변성과 같이 위에서 언급한 하나 이상의 결함이 없이 광범위한 프로세스에 적합한 유체-고체 접촉 챔버들로 유출입하도록 복수의 유체 스트림을 동시에 조절하기 위한 회전 밸브를 발견하지 못한다. 종래 기술의 임의의 밸브들도 밸브에 대한 연결부들의 구성이 완전한 프로세스 가변성을 위한 열쇠(key)임을 인식하는 것은 없으며 턴테이블을 제거하기 위해 다중포트 밸브의 아이디어만을 인식하는 것은 없다.
본 발명은 당해 기술의 많은 단점들을 제거하면서 다성분 유체들을 정화 및 분리하는데 사용된 복수의 고정식 유체-고체 접촉 챔버들로 연속적으로 유출입하도록 복수의 유체 스트림을 동시에 안내하기 위한 조합형 다중포트 회전 밸브를 제공한다. SMB 크로마토그래피와 같이 덜 복잡한 프로세스들은 하나의 단일 밸브를 사용할 수 있지만, 실제로, 하나의 조합형 다중포트 회전 밸브 장치 내에 결합된 2개의 회전 밸브를 가지는 것이 바람직하다. 2개의 밸브가 서로 물리적으로 독립적으로 구성될 수 있는 반면, 두 밸브들은 서로 동시에 회전 및 인덱스하여야 하며 이것이 양호하게 조합형 다중포트 회전 밸브로서 함께 통합하게 만든다. 또한 예를 들어 2개 이상의 접촉 챔버를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 양상은 턴테이블상에서 회전하는 유체-고체 접촉 챔버들을 제거하는 조합형 다중포트 회전밸브를 제공하며, 이것은 종래 기술에서 존재하는 턴테이블의 기계적 복잡성, 레이아웃 한계 및 안전성 문제를 해결한다.
본 발명의 다른 양상은 임의의 프로세스 및 많은 대칭적 구성부품들에서 동일한 구성 디자인을 갖는 조합형 다중포트 회전밸브를 제공하며, 이로 인하여 다중포트 회전 밸브 부품들의 단순화된 재고품을 가능하게 하며 종래 기술의 프로세스 특정 디자인(process specific design)의 단점을 해결한다.
또한 본 발명의 다른 양상은 단지 2개의 밀봉면을 갖는 조합형 다중포트 회전밸브를 제공하며, 이는 종래 기술에서 사용된 복잡한 원형 채널 및 환형 밀봉 기술을 제거한다.
본 발명의 또 다른 양상은 다수의 부품의 가시적 검사를 가능하게 하는 단순하고 접근가능한 디자인을 제공한다.
도 1은 유체 정화를 위해 연속 접촉장치로서 사용되는 조합형 다중포트 회전밸브의 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 조합형 다중포트 회전밸브의 상세한 분해 사시도.
도 2b는 본 발명에 따라 조합형 다중포트 회전밸브의 상세한 분해 사시도의 연속 도면.
도 3은 도 2로부터 조합형 다중포트 회전밸브의 분해된 단면도.
도 4는 도 3의 상단부 캡(210)의 상단 평면도.
도 5는 도 3의 상단부 캡(210)의 측면도.
도 6은 도 3의 압력판(220)의 상단 평면도.
도 7은 도 3의 압력판(220)의 측면도.
도 8은 도 3의 압력판(220)의 하단 평면도.
도 9는 도 3의 상단 고정헤드(230)의 상단 평면도.
도 10은 도 3의 상단 고정헤드(230)의 측면도.
도 11은 도 3의 상단 고정헤드(230)의 하단 평면도.
도 12는 도 3의 상단 회전헤드(240)의 상단 평면도.
도 13은 도 3의 상단 회전헤드(240)의 측면도.
도 14는 도 3의 상단 회전헤드(240)의 하단 평면도.
도 15는 도 3의 스프로켓 기어(250)의 상단 평면도.
도 16은 도 3의 스프로켓 기어(250)의 측면도.
도 17은 도 3의 스프로켓 기어(250)의 하단 평면도.
도 18은 도 3의 하단 회전헤드(260)의 상단 평면도.
도 19는 도 3의 하단 회전헤드(260)의 측면도.
도 20은 도 3의 하단 회전헤드(260)의 하단 평면도.
도 21은 도 3의 하단 고정헤드(270)의 상단 평면도.
도 22는 도 3의 하단 고정헤드(270)의 측면도.
도 23은 도 3의 하단 고정헤드(270)의 하단 평면도.
도 24는 도 3의 하단부 캡(280)의 상단 평면도.
도 25는 도 3의 하단부 캡(280)의 측면도.
도 26은 도 3의 다중포트 회전밸브 스탠드(290)의 측면도.
도 27은 하나의 인덱스 전에 도 12로부터 회전헤드 도관들(238)로 덮어씌운 도 11의 고정헤드(230)의 평면도.
도 28은 하나의 인덱스 후에 도 12로부터 회전헤드 도관들(238)로 덮어씌운 도 11의 고정헤드(230)의 평면도.
도 29는 도 3에서 다중포트 회전밸브(200)의 대안적인 스탠드 및 하우징을 도시하는 사시도.
도 1에서, 발명(200)은 복수의 유체 접촉 챔버(1-8)를 가지며 개략적으로 도시되어 있다. 챔버들(1-8)은 포트들(21-28)에서 다중포트 밸브(200)에 도관(120)에 의해 연결되는 제1 접속부(1a-8a)를 갖는다. 동일한 챔버들(1-8)은 포트들(41-48)에서 다중포트 밸브(200)에 도관(140)에 의해 연결되는 제2 접속부(1b-8b)를 갖는다. 프로세스 스트림들(A-H)은 도관(110)에 의해 포트들(11-18)을 통해 다중포트 밸브(200)에 연결되고 내부 도관들(226, 238, 227)에 의해 챔버 접속부들(21-28)과 연결된다. 프로세스 스트림들(A'-H')은 도관(130)에 의해 포트들(31-38)을 통해 다중포트 밸브(200)에 연결되고 내부 도관들(276, 258, 277)에 의해 챔버 접속부들(41-48)과 연결된다. 내부 도관들(238, 258)은 각자 회전헤드들(240, 260)의 부품이고 프로세스 접속부들(11-18, 31-38) 및 챔버 접속부들(21-28, 41-48)에 대하여 회전할 수 있으므로 프로세스 스트림들(A-H, A'-H')에 대하여 챔버들(1-8)의 모사 운동을 가능하게 한다. 접촉 챔버들의 수는 단순히 실례이고 사용되는 실제 챔버들의 수는 2개보다 많은 임의의 수도 될 수 있음에 주의하기 바란다. 이에 따라 유입부, 유출구 및 유체 스트림들의 수가 대응하여 조정되어야 한다.
본 발명의 조합형 다중포트 회전밸브(200)의 본 실시예는 유체 고체 접촉 챔버들 및 매체(99)와 연관되어 도시되고 설명되어 있으며, 여기서 오염된 공급 스트림이 매체에 의해 연속적으로 처리되며, 동시에 소비된 매체는 연속적으로 재생되어 다시 사용하게 된다. 실례로서 연화 이온교환 응용예를 사용하여, 각각의 챔버는 동일한 대표적인 강산성 양이온 수지를 수용할 것이다. 연화 응용예에서 4개의 필요한 단계들은 "서비스(Service)", "백워시(Backwash)", "화학제 주입(Chemical In)" 및 "세정(Rinse)"으로 표현되어 있다. "서비스"는 수지 용량이 소비될 때까지 양이온 수지로 유입하는 물을 처리하며, "백워시"는 수지로부터 미립자들을 제거하며, "화학제 주입"은 수지를 다시 사용가능한 형태로 만들기 위해 소금(salt)이 사용되는 역이온교환 프로세스이며, "세정"은 수지를 다시 "서비스"로 보내기 전에 수지로부터 과다한 소금을 제거하는 프로세스이다. 가정용 연화제와 같은 일괄 작업에서 이러한 4 단계들은 일괄 시스템이 작업을 마친 후에 연속적으로 수행된다. 여기서 설명된 시스템과 같은 연속 시스템에서 4 단계들 모두는 적어도 하나의 챔버가 매번 순간적으로 각 단계에 있어서 연속적인 작업을 허용하기 때문에 동시에 발생한다. 본 발명에 의한 연화 실례에서, 스트림들(A-E)은 유입하는 오염된 물 또는 경수이며, "서비스"로 들어가서 처리되고 있다. 처리용 물은 포트 접속부들(11-15)에서 도관(111-115)에 의해 다중포트 회전밸브(200)의 고정헤드(230)로 들어간다. 스트림들(A-E)은 내부 도관들(226)에 의해 회전헤드(240)로 진행하고, 다시 내부 도관들(238)에 의해 고정헤드(230)로 다시 향하고 내부 도관들(227)에 의해 챔버 접속부들(21-25)로 다시 향하여 간다. 다음에 스트림들(A-E)은 도관들(121-125)에 의해 진행되어 접속부들(1a-5a)을 통해 챔버들(1-5)로 들어간다. 스트림들(A-E)은 챔버들(1-5) 내에 수용된 강산성 양이온 수지와 접촉하며, 수지에서의 연이온(soft ion) 나트륨을 칼슘 및 마그네슘과 같은 용액 내의 경이온들(hard ions)로 교환한다. 칼슘 및 마그네슘은 강산성 양이온 수지에 의해 포획되며 동일한 양의 나트륨 이온들이 스트림들 내에서 교환된다. 경수 스트림들(A-E)은 이제 연성 또는 처리된 물 스트림들(A'-E')로 되어서 접속부들(1b-5b)을 통해 챔버들(1-5)에서 배출되며 도관들(141-145)에 의해 고정헤드(270)의 포트들(41-45)에 연결된다. 스트림들(A'-E')은 내부 도관들(277)에 의해 회전헤드(260)로 진행되고, 내부 도관들(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내된다(redirect). 이제 스트림들(A'-E')은 내부 도관들(276)에 의해 진행되며 포트들(31-35)에서 처리된 연수로서 도관들(131-135)로 배출된다. 연화 실례를 계속하면 전체적으로 다른 스트림들은 일반적으로 "재생"이라고 부르며, 스트림들(F, G, H, F', G' 및 H')을 포함한다. 단계들은 역순서로 설명되는데 왜냐하면 챔버들 내의 수지가 스트림들에 대해 역류로 이동하기 때문이다. 스트림(H')은 도관(138)에 의해 미처리된 물을 고정헤드(270)의 포트(38)에서 다중포트 밸브(200) 내로 안내되게 한다. 스트림(H')은 도관(148)에 의해 접속부(8b)를 통해 챔버(8)로 진행한다. 스트림(H')은 내부 도관(276)에 의해서 회전 헤드(260)로 진행하며, 내부 도관(258)에 의해서 고정 헤드(270)로 진행하며, 내부 도관(277)에 의해서 진행하여 포트(48)에서 배출된다. 스트림(H')은 챔버(8) 내에 수용된 수지를 통해 상향으로 진행하며, 백워시 스트림으로서 작용하여 임의의 편승된 미립자들 또는 파괴된 수지 비드들을 제거하며, 접속부(8a)를 통해 스트림(H)으로서 챔버(8)에서 나간다. 스트림(H)은 도관(128)에 의해 접속부(28)를 통해 다중포트 밸브(200)의 고정헤드(230)로 진행하며, 내부 도관(227)에 의해 회전헤드(240)로 진행하고, 내부 도관(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내된다. 스트림(H)은 내부 도관(226)에 의해 진행되어 포트(18)를 통해 다중포트 밸브(200)에서 배출되며, 여기서 백워시 폐수 스트림(H)이 도관(118)에 의해 폐수로 향하여 간다. 스트림(G)은 "화학제 주입" 단계이고, 소금(NaCl) 용액을 도관(117)에 의해 고정헤드(230)의 포트(17)를 통해 다중포트 밸브(200)로 지향한다. 스트림(G)은 내부 도관(226)에 의해 회전헤드(240)로 진행하며, 내부 도관(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내하고, 내부 도관(227)에 의해 진행되어 포트(27)를 통해 배출된다. 다음에 스트림(G)은 도관(127)에 의해 접속부(7a)를 통해 챔버(7)로 진행된다. 스트림(G)은 챔버(7) 내에 수용된 수지를 통해 하향으로 진행하며, 재생 수지로서 작용하여 수지에 포획된 경성 2가 이온들(Ca++ 및 Mg++)을 용액 내의 연성 1가 이온(Na+)으로 교환한다. 강산성 양이온 수지는 일반적으로 미처리된 물에서처럼 저농도의 1가 이온들에 대해 2가 이온들을 선호한다. 그러나, 소금 스트림에서 고농도의 1가 나트륨 이온들은 2가 이온들을 제압하여 대신하며 수지를 다시 1가 나트륨 형태로 두어서 소위 재생이 된다. 스트림(G)은 챔버(7)에서 접속부(7b)를 통해 스트림(G')으로서 빠져나온다. 스트림(G')은 도관(147)에 의해 접속부(47)를 통해 다중포트 밸브(200)의 고정헤드(270)로 진행하며, 내부 도관(277)에 의해 회전헤드(260)로 진행하고, 내부 도관(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내된다. 다음에 스트림(G')은 내부 도관(276)에 의해 진행되어 다중포트 밸브의 포트(37)에서 재생수 스트림(G')으로서 배출되며, 이 재생수 스트림은 도관(137)에 의해 폐수로 지향된다. 스트림(F)은 세정을 위해 사용되는 물이며, 도관(116)에 의해 진행되어 고정헤드(230)의 포트(16)를 통해 다중포트 밸브(200)로 들어가서 내부 도관(226)에 의해 회전헤드(240)로 진행하며, 내부 도관(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내된다. 다음에 스트림(F)은 내부 도관(227)에 의해 진행되어 포트(26)를 통해 배출되며, 도관(126)에 의해 접속부(6a)를 통해 챔버(6)로 진행한다. 스트림(F)은 챔버(6) 내에 수용된 수지를 통해 하향으로 진행하며, 수지 스트림으로서 작용하여 챔버 내의 과다한 NaCl을 쫓아낸다. 스트림(F)은 챔버(6)에서 접속부(6b)를 통해 스트림(F')으로서 빠져나오며, 도관(146)에 의해 다중포트 밸브(200)의 고정헤드(270)에 접속부(46)에서 연결된다. 스트림(F)은 내부 도관(277)에 의해 회전헤드(260)로 진행하며, 내부 도관(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내되고, 내부 도관(276)에 의해 진행되어 다중포트 밸브에서 포트(36)를 통해 세정수 스트림(F')으로서 배출되며, 이 세정수 스트림은 도관(136)에 의해 폐수로 지향된다.
다중포트 회전밸브(200)의 회전헤드들(240, 260)은 동일한 위치에 유지되며, 챔버(1) 내에서 강산성 양이온 수지상의 실질적으로 모든 1가 나트륨 이온들이 스트림(A) 내의 1가 이온들 칼슘 및 마그네슘으로 교환된 종료점 시간이 될 때까지 내부 도관들(238, 258)에 의해 정상류 경로를 유지한다. 이러한 종료점 시간은 센서에 의해 실험으로 결정될 수 있고, 또는 수지 용량, 공급 서비스 유동 속도 및 공급물에서의 이온 부하(load)에 기초한 시간에 의해 평가될 수 있다. 종료점에 도달되어 챔버(1) 내의 1가 이온들의 용량이 소비되었을 때, 회전헤드들(240, 260)은 위에서 아래를 보아 시계방향으로 1 위치로 인덱스된다. 이러한 인덱스는 본질적으로 내부 도관들(238, 258)에 의해 "서비스"에서 챔버(1)를 이동하며, 이것을 이전에 챔버(8)가 유지되어 있었던 "백워시"라고 부르는 제1 재생단계로 대체한다. 동시에, 챔버들(2-8)은 또한 하나의 위치를 순서대로 이동하며, 이제 챔버(2)는 챔버(1)가 이전에 유지되어 있었던 선두 "서비스" 위치에 있게 되고, 챔버들(3-5)은 하나의 위치로 이동되고, 그러나 "서비스"에 유지되며, 챔버(6)는 챔버(5)가 이전에 유지되어 있던 최종 "서비스" 위치로 이동되고, 챔버(7)는 챔버(6)가 이전에 유지되어 있었던 "세정" 위치로 이동되고, 챔버(8)는 챔버(7)가 이전에 유지되어 있었던 "화학제 주입" 위치로 이동한다. 이러한 방법으로, 각 챔버 내의 수지가 유입하는 스트림들에 대해 역류로 이동되고 있다. 수지가 소비됨에 따라 수지는 서비스 사이클에서 빠져나가며 재생 사이클로 향하고, 다시 최종적으로 필요한 대로 "서비스"로 복귀하게 된다.
앞의 단락에서 설명된 바와 같이 회전헤드들(240, 260)의 하나의 인덱스 후에, 유동 경로들이 아래와 같이 수정된다:
스트림들(A-E)은 유입하는 처리용 경수로서 계속 진행하여 "서비스"에 있고 도관들(111-115)에 의해 포트 접속부들(11-15)에서 다중포트 회전밸브(200)의 고정헤드(230)로 들어간다. 스트림들(A-E)은 내부 도관들(226)에 의해 회전헤드(240)로 진행하며, 내부 도관들(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내되고, 내부 도관들(227)에 의해 챔버 접속부들(22-26)로 재안내된다. 다음에 스트림들(A-E)은 도관(122-126)에 의해 진행하여 접속부들(2a-6a)을 통해 챔버들(2-6)로 들어간다. 스트림들(A-E)은 챔버들(2-6) 내에 수용된 강산성 양이온 수지에 접촉하며, 용액 내의 경이온들 칼슘 및 마그네슘을 수지상의 연이온 나트륨으로 교환한다. 칼슘 및 마그네슘은 강산성 양이온 수지상에 유지되며 동일한 양의 나트륨 이온들이 스트림들 내에서 교환된다. 경수 스트림들(A-E)은 이제 연성 또는 처리된 물 스트림들(A'-E')로 되어서 접속부들(2b-6b)을 통해 챔버들(2-6)에서 배출되며 도관들(142-146)에 의해 고정헤드(270)의 포트들(42-46)에 연결된다. 스트림들(A'-E')은 내부 도관들(277)에 의해 회전헤드(260)로 진행되고, 내부 도관들(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내된다. 이제 스트림들(A'-E')은 내부 도관들(276)에 의해 진행되며 포트들(32-36)에서 처리된 연수로서 도관들(132-136)로 배출된다. 다시, 전체적으로 다른 스트림들은 "재생"이라고 부르며, 스트림들(F, G, H, F', G' 및 H')을 포함한다. 단계들은 다시 역순서로 설명되는데 왜냐하면 챔버들 내의 수지가 스트림들에 대해 역류로 이동하기 때문이다. 스트림(H')은 도관(138)에 의해 미처리된 물을 고정헤드(270)의 포트(38)에서 다중포트 밸브(200) 내로 안내되게 한다. 스트림(H')은 내부 도관(276)에 의해 회전헤드(260)로 진행하고, 내부 도관(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내하고, 내부 도관(277)에 의해 진행하여 포트(41)에서 배출된다. 스트림(H')은 도관(141)에 의해 접속부(1b)를 통해 챔버(1)로 진행한다. 스트림(H')은 챔버(1) 내에 수용된 수지를 통해 상향으로 진행하며, 백워시 스트림으로서 작용하여 임의의 편승된 미립자들 또는 파괴된 수지 비드들을 제거하며, 챔버(1)에서 접속부(1a)를 통해 스트림(H)으로서 빠져나간다. 스트림(H)은 도관(121)에 의해 진행되어 접속부(21)를 통해 다중포트 밸브(200)의 고정헤드(230)로 진행하며, 내부 도관(227)에 의해 회전헤드(240)로 진행하며, 내부 도관(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내된다. 스트림(H)은 내부 도관(226)에 의해 진행하여 포트(18)를 통해 다중포트 밸브(200)에서 배출되며, 여기서 백워시 폐수 스트림(H)이 도관(118)에 의해 폐수로 향하여 간다. 스트림(G)은 화학제 주입 단계이고, 소금(NaCl) 용액을 도관(117)에 의해 고정헤드(230)의 포트(17)를 통해 다중포트 밸브(200)로 지향한다. 스트림(G)은 내부 도관(226)에 의해 회전헤드(240)로 진행하며, 내부 도관(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내하고, 내부 도관(227)에 의해 진행되어 포트(28)를 통해 배출된다. 다음에 스트림(G)은 도관(128)에 의해 접속부(8a)를 통해 챔버(8)로 진행된다. 스트림(G)은 챔버(8) 내에 수용된 수지를 통해 하향으로 진행하며, 재생 수지로서 작용하여 수지에 포획된 경성 2가 이온들(Ca++ 및 Mg++)을 용액 내의 연성 1가 이온(Na+)으로 교환한다. 스트림(G)은 챔버(8)에서 접속부(8b)를 통해 스트림(G')으로서 빠져나온다. 스트림(G')은 도관(148)에 의해 접속부(48)를 통해 다중포트 밸브(200)의 고정헤드(270)로 진행하며, 내부 도관(277)에 의해 회전헤드(260)로 진행하고, 내부 도관(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내된다. 다음에 스트림(G')은 내부 도관(276)에 의해 진행되어 다중포트 밸브의 포트(37)에서 재생수 스트림(G')으로서 배출되며, 이 재생수 스트림은 도관(137)에 의해 폐수로 향한다. 스트림(F)은 세정을 위해 사용되는 처리된 물이며, 도관(116)에 의해 진행되어 고정헤드(230)의 포트(16)를 통해 다중포트 밸브(200)로 들어가서 내부 도관(226)에 의해 회전헤드(240)로 진행하며, 내부 도관(238)에 의해 다시 고정헤드(230)로 재안내된다. 다음에 스트림(F)은 내부 도관(227)에 의해 진행되어 포트(27)를 통해 배출되며, 도관(127)에 의해 접속부(7a)를 통해 챔버(7)로 진행한다. 스트림(F)은 챔버(7) 내에 수용된 수지를 통해 하향으로 진행하며, 수지 스트림으로서 작용하여 챔버 내의 과다한 NaCl을 쫓아낸다. 스트림(F)은 챔버(7)에서 접속부(7b)를 통해 스트림(F')으로서 빠져나오며, 도관(147)에 의해 다중포트 밸브(200)의 고정헤드(270)에 접속부(47)에서 연결된다. 스트림(F)은 내부 도관(277)에 의해 회전헤드(260)로 진행하며, 내부 도관(258)에 의해 다시 고정헤드(270)로 재안내되고, 내부 도관(276)에 의해 진행되어 다중포트 밸브에서 포트(36)를 통해 세정수 스트림(F')으로서 배출되며, 이 세정수 스트림은 도관(136)에 의해 폐수로 향한다.
다중포트 회전밸브(200)의 회전헤드들(240, 260)은 동일한 위치에 유지되며, 챔버(2) 내에서 강산성 양이온 수지상의 실질적으로 모든 1가 나트륨 이온들이 스트림(A) 내의 1가 이온들 칼슘 및 마그네슘으로 교환된 종료점 시간이 될 때까지 내부 도관들(238, 258)에 의해 정상류 경로를 유지한다. 이 종료점에 도달되어 챔버(2) 내의 1가 이온들의 용량이 소비되었을 때, 회전헤드들(240, 260)은 다시 시계방향으로 한 위치로 인덱스된다. 이러한 인덱스는 본질적으로 내부 도관들(238, 258)에 의해 "서비스"에서 챔버(2)를 이동시키며, 이것을 이전에 챔버(1)가 유지되어 있었던 "백워시"라고 부르는 제1 재생단계로 대체한다. 나머지 챔버들은 또한 하나의 위치로 순서대로 이동하며, 이제 챔버(3)는 챔버(2)가 이전에 유지되어 있었던 선두 "서비스" 위치에 있게 되고, 챔버들(4-6)은 하나의 위치로 이동되고, 그리고 "서비스"에 유지되며, 챔버(7)는 챔버(6)가 이전에 유지되어 있었던 최종 "서비스" 위치로 이동되고, 챔버(8)는 챔버(7)가 이전에 유지되어 있었던 "세정" 위치로 이동되고, 챔버(1)는 챔버(8)가 이전에 유지되어 있었던 "화학제 주입" 위치로 이동한다. 모든 인덱스에서, 셀들은 본질적으로 순서대로 전방으로 하나의 위치를 이동하며, 회전헤드들(240, 260)의 모든 360도 회전에서 전체 사이클 2X를 완성한다. 이러한 방법으로, 종래 기술에서 턴테이블의 사용이 제거되었다.
본 실시예에 따라, 본 발명(200)은 유입 및 유출 연결 포트들(111-118 및 131-138)을 임의의 필요한 유동방향 또는 유체 스트림으로 할당함에 있어서 완성된 가변성을 유지하며, 따라서 종래 기술의 밸브들에 의한 고정된 구성 문제들을 제거한다. 유체 고체 접촉 챔버들에서 유체 스트림 또는 스트림들의 처리는 예를 들어 이온 교환, 크로마토그래피, 흡착, 반응, 촉매, 여과 또는 열교환과 같이 임의의 그런 매체, 화학 반응제 또는 물리적 프로세스에 의해 달성될 수 있고, 오직 매체 선택에 의해 그리고 밸브 자신에 의해서가 아니라 다중포트 회전밸브의 외부에 있는 고정된 도관들에 의하여 결정되며, 따라서 다중포트 회전밸브(200)는 챔버 내의 매체 또는 반응제를 다양한 유체 스트림들과 접촉하기 위한 효율적이고 연속적인 수단을 제공한다.
도 2는 본 발명의 조합형 다중포트 회전밸브의 분해 사시도를 도시한다. 회전밸브(200)는 2개의 주요한 조립체, 즉 상부 다중포트 회전밸브(215)와 하부 다중포트 회전밸브(285)를 포함하며; 모두 실질적으로 동일한 직경을 갖는 원형 모양이고, 대향한 밀봉 평면들을 각각 갖는다. 본 발명의 이 실시예는 양호하게 전체 회전밸브를 조립하여 기계적 수단을 제공하기 위한 키이형 나사식 중앙 샤프트(205)를 이용하며 이는 고정헤드(230)의 밀봉을 회전헤드(240)에 가압하고 회전헤드(260)를 고정헤드(270)에 가압한다. 고정 및 회전헤드들의 밀봉을 가압하기 위한 다른 수단으로서 공압 블래더 또는 유압 실린더와 같은 수단도 적절할 것이다.
고정헤드 조립체들(230, 270)은 키이형 단부 캡들(210, 280)에 의해 회전되지 않게 유지되며, 압력판(220)으로부터 기계적 수단에 의해 회전헤드 조립체들(240, 260)에 가압되며 중앙 샤프트(205) 및 너트(202)에 의해 억제된다.
상단 고정헤드(230)는 프로세스 유입구들 및 유출구들을 위한 포트들(11-18)과, 각각의 유체 고체 접촉 챔버에 하나를 접속하기 위한 포트들(21-28)과, 이러한 포트들을 상단 회전헤드(240)와 접촉한 평면에 연결하기 위한 내부 통로들을 갖는다.
상단 회전헤드(240)는 상단 고정헤드(230)와 밀봉 접촉하며, 상단 고정헤드(230)로부터 모든 유체 유동들을 받아들이며 이 유동들을 내부 통로에 의해 다시 동일한 상단 고정헤드(230)로 재안내한다.
스프로켓 기어(250)는 외부 구동모터(292) 및 구동체인(291)에 의하여 2개의 회전헤드들(240, 260)을 이동시키기 위한 목적으로 제공된다.
하단 회전헤드(260)는 하단 고정헤드(270)와 밀봉 접촉하며, 하단 고정헤드로부터 모든 유체 유동들을 받아들이며 이 유동들을 내부 통로에 의해 다시 동일한 하단 고정헤드(270)로 재안내한다. 회전헤드(260)는 회전헤드들(240, 260)을 그들 각자의 고정헤드들(230, 270)과 적절히 정렬시키기 위해 근접 센서(294)에 의해 위치 지시하기 위한 근접 타겟들(293)을 갖는다.
하단 고정헤드(270)는 프로세스 유입구들 및 유출구들을 위한 포트들(31-38)과, 각각의 유체 고체 접촉 챔버(1-8)에 하나를 접속하기 위한 포트들(41-48)과, 이러한 포트들을 하단 회전헤드(270)와 접촉한 평면에 연결하기 위한 내부 통로들을 갖는다.
하단부 캡(280)은 헤드들을 조립하여 함께 억누르기 위한 대향 표면을 제공한다.
구동체인(291) 및 구동모터(292)는 총유동 지시기, 타이머, PLC, DCS, 또는 선택된 종료점에서 하나의 인덱스를 개시하도록 프로그램된 PC 시스템과 같은 제어장치(도시되지 않음, 기술에 공지되어 있음)로부터 오는 신호에 따라 회전헤드들을 인덱스한다. 구동모터(292) 및 체인(291)은 스프로켓 기어(250)를 구동하며, 이 스프로켓 기어는 다음 타겟(293)이 근접 센서를 작동시키며 다음에 근접 센서가 회전을 정지시킬 때까지 상단 시점(vantage point)으로부터 시계방향으로 회전헤드들(240, 260)을 이동시킨다. 구동모터, 체인 및 스프로켓 기어는 구동샤프트, 직접 기어 콘택트, 구동벨트 또는 래칫장치와 같이 회전헤드들을 이동 또는 인덱스하기 위한 임의의 그런 적절한 방법으로 대체될 수 있다.
고정헤드들(230, 270)은 강한 내마모성을 가지며 유체 혼합물의 성분들과 화학적으로 화합될 수 있는 폴리머 재료 또는 복합 재료로 제조되는 것이 양호하다. 회전헤드들(240, 260)은 분리될 유체 혼합물과 모두 화합될 수 있는, 기계가공가능한 금속, 또는 기계가공가능한 금속면 및 복합 폴리머 디스크들로 제조되는 것이 양호하다. 대안으로, 고정헤드들(230, 270)은 기계가공가능한 금속으로 제조되는 반면, 회전헤드들은 분리될 유체 혼합물과 모두 화합될 수 있는, 기계가공가능한 폴리머 또는 복합재로 제조될 수 있다. 구성을 간략하게 하기 위해, 고정 또는 회전헤드들은 다중 평판들 또는 디스크들로 제조되어서 내부 통로들이 용이하게 평판들 내에 가공될 수 있고 완성된 헤드 조립체가 되도록 함께 부착 또는 체결될 수 있게 한다. 회전 및 고정헤드들은 분리될 유체 혼합물의 성분들과 화합될 수 있는 재료들로 제조되며, 세라믹스, 복합재, 폴리머 재료, 금속, 금속 합금 및 고성능 합금이 될 수 있다.
밸브(200)는 2개의 회전헤드들(240, 260) 및 2개의 고정헤드들(230, 270)을 제공하며 다만 두 헤드 사이에 있는 2개의 밀봉면이 종래 기술의 턴테이블 없는 밸브 디자인의 밀봉 복잡성을 크게 간략하게 한다.
도 2b는 다중포트 회전밸브 스탠드(290)가 하단부 캡(280) 및 밸브장치(200)를 지지하며 수직축(204)에서 중앙 샤프트(205)를 고정하고 있는 것을 도시하고 있다.
도 3은 도 2로부터 다중포트 회전밸브(200)의 분해 단면도를 도시하며 그리고 상단 고정헤드(230)로부터 내부 통로(226)가 상단 회전헤드(240)의 내부 통로(238a)를 통과하여 다시 상단 고정헤드(230)의 내부 통로(227)로 재안내되는 유동로를 명백하게 도시하고 있다. 유사하게, 하단 고정헤드(270) 내의 내부 통로 유동로(276)가 하단 회전헤드(260) 내의 통로(258a)로 들어가며 다시 하단 고정헤드(270)의 내부 통로(277)로 재안내되고 있다. 이 단면도는 고정헤드들 및 회전헤드들의 내부 통로들이 그들 각자의 밀봉 평면에서 정렬되어 있는 것을 도시하고 있다. 또한 이 도면은 실례로서, 회전헤드들 내의 가장 짧은 내부 통로 길이를 도시하고 있다. 명백히 도시하기 위해, 내부 통로들의 한 세트만이 이 도면에 도시되어 있다.
도 4 및 도 5는 양호하게 금속으로 제조된 상단부 캡(210)의 상단 평면 및 측면을 도시하고 있다. 거싯들(gussets)(209)은 실질적으로 단부판(211)을 보강하며 이 단부판의 중앙에 샤프트 튜브(206)를 배치시킨다. 단부 캡(210)은 슬롯형 중앙 샤프트(205)와 결합하는 키이(208)에 의해 회전하지 않게 유지되어 있다. 단부판은 스프링들(218)을 구속하는 나사로드들(219) 및 너트들(216)을 위한 홀들(207)을 갖는다. 밸브(200)가 복수의 스프링(218)에 의해 기계적으로 간단한 밀봉력 방법을 사용하는 반면, 유압 피스톤, 공압 피스톤 또는 접시 와셔(Belleville washer)와 같이 밀봉력을 제공하는 대안 수단이 사용될 수 있다. 스페이스(212)는 나사형 샤프트(205)보다 약간 크고 본질적으로 샤프트(205)의 측면 운동을 제한하며, 한편 표면(203)은 너트(202)에 의해 샤프트의 수직 운동을 구속하기 위해 평탄함을 제공한다.
도 6, 도 7 및 도 8은 양호하게 금속으로 제조되며 샤프트(205) 둘레에서 중앙에 배치된 압력판(220)의 측면도 및 평면도를 도시한다. 도 6 및 도 7은 예를 들어 4개의 나사형 로드(219)를 도시하며, 각각의 로드는 관련된 스프링(218) 및 관련된 키퍼 및 단부 스톱(217)을 갖는다. 스프링들의 개수 및 힘은 도 3에 도시된 바와 같이 고정헤드들(230, 270) 및 회전헤드들(240, 260)의 밀봉 평면들을 위한 적절한 밀봉 압력을 제공하도록 설계되어 있다. 도 8은 도 3의 상단 고정헤드(230)의 수평 정렬 및 유지를 위해 예로서 4개의 키이(222)를 도시하고 있다.
도 9, 도 10 및 도 11은 상단 고정헤드(230)의 측면도 및 평면도를 도시하며, 상단 고정헤드는 양호하게 폴리머 재료로 된 평면 디스크(225)를 포함한다. 상단 고정헤드(230)의 상단면(229)은 회전축(204)을 중심으로 도 8에 도시된 압력판(220)에 키이들(222)에 의해 헤드를 중앙에 배치 및 고정하기 위한 기계가공된 충분한 개수의 키이웨이들(228)을 갖는다. 도관들(226, 227)은 디스크(225) 내에 기계가공되고 이 디스크의 반경방향 외부면(221)으로부터 평면 디스크의 밸브면(231)으로 연장된다. 반경방향 외부면(221)상에서 도관들(226)이 포트 종단부들(terminations)(11 내지 18)에서 끝나고 도관들(227)은 포트 종단부들(21 내지 28)에서 끝난다. 상단 포트 종단부들(11 내지 18)은 도 1에서 프로세스 유체 도관들(111-118)을 위한 것이고, 하단 포트 종단부들은 유체 고체 챔버 도관들(121-128)을 위한 것이다. 평면 디스크 밸브면(231)상에서, 도관들(226)은 도 3의 상단 회전헤드(240)와 소통하기 위해 세장형 윈도우들(elongated windows)(222)에서 끝난다. 세장형 윈도우들(222)은 아치형 오브라운드(obround) 모양의 리세스들이다. 세장형 윈도우들(222)은 표면 둘레에서 등거리로 이격되어 있고 내부 동심원(222i)을 형성하고, 동일한 방향으로 진행하여 중심축(204) 둘레에 정렬된다. 동일한 평면 디스크 밸브면(231)에서, 도관들(227)은 도 3의 상단 회전헤드(240)와 소통하기 위해 세장형 윈도우들(223)에서 끝난다. 세장형 윈도우들(223)은 아치형 오브라운드 모양의 리세스들이다. 세장형 윈도우들(223)은 표면 둘레에서 등거리로 이격되어 있고 외부 동심원(223o)을 형성하고, 동일한 방향으로 진행하여 중심축(204) 둘레에 정렬된다. 내부 동심원(222i)을 형성하는 세장형 윈도우들(222)은 외부 동심원(223o)의 세장형 윈도우들(223)에 대해 반대 방향으로 진행하며 서로 오프셋되어 있다. 세장형 윈도우들(222, 223)의 길이 및 깊이는 2 인덱스를 통해 도 3의 회전헤드(240)와 적절한 유체 소통을 허용하기에 충분하다. 이러한 실례에서 내부 동심원(222i)에서의 세장형 윈도우들은 시계방향으로 진행하며, 외부 동심원(223o)에서의 세장형 윈도우들은 반시계방향으로 진행한다. 각각의 세장형 윈도우들(리세스들)은 각각의 포트의 직경과 일치하는 폭을 가지며 그리고 인접한 리세스로부터 각각의 등거리의 리세스 사이의 공간이 각 포트의 단면적보다 대략 작거나 동일하게 되도록 하는 길이를 갖는다. 세장형 윈도우들(232) 사이의 랜드는 대략 도관들(226 또는 227)과 동일한 크기이고, 내부 동심원(222i)과 외부 동심원(223o) 사이에서 오프셋되어 있어서, 도 3에서의 내부 채널(238)에 의한 내부 통로(226) 및 윈도우(222)와 내부 통로(227) 및 윈도우(223)의 정렬이 상단 회전헤드가 도 2에서의 타겟(293) 마다 한 위치를 이동할 때 갈짓자 형태로 진행하게 될 것이다. 상단 및 하단 회전헤드들(240, 260)이 적절하고 상호보완적인 유동로들을 유지하기 위해 일치하여 이동한다는 것이 중요하다.
여러 도면들에 대한 상세한 설명을 완벽히 이해하면, 내부 동심원(222i)과 외부 동심원(223o) 사이의 세장형 윈도우들 및 대응 오프셋이 고정헤드(230)로부터 회전헤드(240)로 이동될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 세장형 윈도우들은 고정헤드(230) 또는 회전헤드(240) 중 하나의 헤드상에 배치될 수 있는 반면, 포트들의 오프셋은 다른 헤드에 배치될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 고정헤드(230)와 회전헤드(240) 사이에 적절한 유체 소통을 허용하는 세장형 윈도우들 및 오프셋에는 적어도 4가지 조합이 있다.
도 12, 도 13 및 도 14는 상술한 재료, 양호하게는 금속 평면을 갖는 평평한 디스크(235)를 포함하는 상단 회전헤드(240)의 측면도 및 평면도들이다. 상단 회전헤드(240)의 하단면(237)은 상기 헤드를 키이들(254)에 의하여 회전축(204) 둘레에 도 3 및 도 15의 스프로켓 평판(250)에 대해 중앙에 배치하여 고정하기 위한 충분한 개수의 기계가공된 키이웨이들(236)을 갖는다. 평평한 디스크 상단면(239)은 도 11에서 세장형 윈도우들(222)과 소통하기 위한 포트들(241a-248a)을 가지며, 내부 동심원(235i)을 형성한다. 평평한 디스크 상단면(239)은 도 11에서 세장형 윈도우들(223)과 소통하기 위한 포트들(241b-248b)을 가지며, 외부 동심원(235o)을 형성한다. 이러한 실례에서, 내부 및 외부 동심원들에 있는 포트들은 도 2 및 도 10의 포트 종단부들(11-18 및 21-28)과 반경방향으로 각도상 측정상태로(in angular measurement with) 정렬되고, 그러나 다만 임계적 정렬은 세장형 윈도우들(222, 223)과 함께 한다. 도관들(238)은 각각의 내부 포트를 외부 포트과 241a 대 241b, 242a 대 242b 내지 248a 대 248b의 패턴으로 연결하기 위한 패턴으로 디스크(235)내에 내부적으로 기계가공된다. 이러한 실례를 위해, 8개의 유체 고체 챔버들이 사용되었고, 따라서 8개의 내부 및 외부 포트들이 있고, 그러나 어떤 수의 챔버들 및 포트들의 쌍이 2개이거나 또는 2개보다 많게 사용될 수 있다. 포트들의 내부 및 외부 동심원들(235i, 235o)의 번호 붙이기는 가장 가까운 이웃에서 시작하여 반대 방향으로 진행하며 내부 포트들에서부터 외부 포트들로 유동을 재안내하는 도관들의 아주 특정한 패턴을 초래하는 것이 중요하다. 또한, 조합형 다중포트 회전밸브에서 중요한 것은, 상단 다중포트 회전밸브(215)가 하단 다중포트 회전밸브(285)와 정렬되어서 회전헤드(240, 260)의 포트들이 수직방향으로 정렬되는 것이다. 제작의 용이성을 위해, 상단 평면(239)은 이전에 언급한 금속들 중 하나로 제조될 수 잇는 반면, 내부 도관들은 용이하게 기계가공가능한 다수의 디스크 재료로 기계가공되어 복합 디스크(235)를 형성하도록 조합되는 것을 생각한다.
다시, 도 11에 도시된 내부 동심원과 외부 동심원 사이의 세장형 윈도우들 및 오프셋은 약간 조합되어 회전헤드(240)로 이동될 수 있음을 인식할 것이다. 상술한 바와 같이, 고정헤드(230)와 회전헤드(240) 사이에 적절한 유체 소통을 허용하는 고정헤드(230)와 회전헤드(240) 사이의 세장형 윈도우들 및 오프셋들에는 적어도 4가지 조합이 있다.
도 15, 도 16 및 도 17은 회전헤드들(240. 260)의 회전운동을 제공하며, 양호하게 금속으로 제조된 중앙 스프로켓 기어 조립체(250)를 도시한다. 스프로켓은 중심축(204)에 대해 축방향으로 정렬되고, 베어링들(252)에 의해 중앙 샤프트(205)에 부착된다. 베어링들은 스프로켓의 원활하고 정밀한 회전을 가능하게 한다. 도 15 및 도 17은 도 3의 회전헤드들(240, 260)을 중앙에 배치하여 고정하기 위한 키이들(254, 253)을 도시한다. 상기 키이들은 스프로켓이 이동될 때 회전헤드들에 회전력을 공급한다. 스프로켓은 도 2의 체인(291) 및 구동 모터(292)와 결합하기 위한 치형부(teeth)(255)를 갖는다.
도 18, 도 19 및 도 20은 상술한 재료, 양호하게는 금속 평면을 갖는 평평한 디스크(255)를 포함하는 하단 회전헤드(260)의 측면도 및 평면도들이다. 하단 회전헤드(260)의 상단면(261)은 상기 헤드를 키이들(253)에 의하여 회전축(204) 둘레에 도 17의 스프로켓 평판(250)에 대해 중앙에 배치하여 고정하기 위한 충분한 개수의 기계가공된 키이웨이들(257)을 갖는다. 평평한 디스크 하단면(259)은 도 21에서 세장형 윈도우들(272)과 소통하기 위한 포트들(261a-268a)을 가지며, 내부 동심원(255i)을 형성한다. 평평한 디스크 하단면(259)은 도 21에서 세장형 윈도우들(273)과 소통하기 위한 포트들(261b-268b)을 가지며, 외부 동심원(255o)을 형성한다. 이러한 실례에서, 내부 및 외부 동심원들(255i, 255o)에 있는 포트들은 도 2 및 도 22의 포트 종단부들(31-38 및 41-48)과 반경방향으로 각도상 측정상태로 정렬되고, 그러나 다만 임계적 정렬은 세장형 윈도우들(272, 273)과 함께 한다. 도관들(258)은 각각의 내부 포트를 외부 포트과 261a 대 261b, 262a 대 262b 내지 268a 대 268b의 패턴으로 연결하기 위한 패턴으로 디스크(255) 내에 내부적으로 기계가공된다. 이러한 실례를 위해, 8개의 유체 고체 챔버들이 사용되었고, 따라서 8개의 내부 및 외부 포트들이 있고, 그러나 어떤 수의 챔버들 및 포트들의 쌍이 2개이거나 또는 2개보다 많게 사용될 수 있다. 포트들의 내부 및 외부 동심원들의 번호 붙이기는 가장 가까운 이웃에서 시작하여 반대 방향으로 진행하며 내부 포트들에서부터 외부 포트들로 유동을 재안내하는 도관들의 아주 특정한 패턴을 초래하는 것이 중요하다. 다시, 조합형 다중포트 회전밸브에서 중요한 것은, 상단 다중포트 회전밸브(215)가 하단 다중포트 회전밸브(285)와 정렬되어서 회전헤드(240)의 포트들이 회전헤드(260)와 동일하게 수직방향으로 정렬되는 것이다. 제작의 용이성을 위해, 상단 평면(259)은 이전에 언급한 금속들으로 제조될 수 있는 반면, 내부 도관들은 용이하게 기계가공가능한 다수의 디스크 재료로 기계가공되어 복합 디스크(255)를 형성하도록 조합되는 것을 생각한다. 회전헤드(260)는 도 1에 도시된 챔버들의 수보다 타겟들(293)의 수를 2X 더 가지며, 근접 센서(294)에 의해 기록될 수 있는 그러한 재료로 제조된다. 타겟들(293)은 회전 및 고정 헤드들이 정렬될 때를 지시하도록 회전헤드(260) 둘레에 정밀하게 배치된다. 도 1에 예시된 실례에서, 16개의 가능한 유동로들과 정렬된 2개의 챔버들 및 16개의 타겟들이 있다.
여러 도면들을 위한 상세한 설명을 철저하게 읽으면, 도 21에 도시된 내부 동심원과 외부 동심원 사이의 세장형 윈도우들 및 오프셋은 약간 조합되어 회전헤드(260)로 이동될 수 있음을 인식할 것이다. 상술한 바와 같이, 고정헤드(270)와 회전헤드(260) 사이에 적절한 유체 소통을 허용하는 고정헤드(270)와 회전헤드(260) 사이의 세장형 윈도우들 및 오프셋들에는 적어도 4가지 조합이 있다.
도 21, 도 22 및 도 23은 양호하게 폴리머 재료로 제조된 평면 디스크(275)를 포함하는, 하단 고정헤드(270)의 측면도 및 평면도들을 도시하고 있다. 하단 고정헤드(270)의 하단면(269)은 상기 헤드를 키이들(281)에 의하여 회전축(204) 둘레에 도 2b 및 도 24의 단부판(280)에 대해 중앙에 배치하여 고정하기 위한 충분한 개수의 기계가공된 키이웨이들(274)을 갖는다. 도관들(276, 277)은 디스크(275) 내에 기계가공되고 디스크의 반경방향 외부면(278)으로부터 평면 디스크 밸브면(271)으로 연장한다. 반경방향 외부면(278)에서, 도관들(276)은 포트 종단부들(31-38)에서 끝나고, 도관들(277)은 포트 종단부들(41-48)에서 끝난다. 하단 포트 종단부들(31-38)은 프로세스 유체 도관들(131-138)을 위해 사용되고, 상단 포트 종단부들은 도 1에서 유체 고체 챔버 도관들(141-148)을 위해 사용된다. 평면 디스크 밸브면(271)에서, 도관들(276)은 도 3의 하단 회전헤드(260)와 소통하기 위한 세장형 윈도우들(272)에서 끝난다. 세장형 윈도우들(272)은 아치형 오브라운드 모양의 리세스들이다. 세장형 윈도우들(272)은 면 둘레에서 등거리로 이격되어 있고, 내부 동심원(272i)을 형성하고, 중심축(204) 둘레에 정렬되어 동일한 방향으로 진행한다. 동일한 평면 디스크 밸브면(271)에서, 도관들(277)은 도 3의 하단 회전헤드(260)와 소통하기 위한 세장형 윈도우들(273)에서 끝난다. 세장형 윈도우들(273)은 아치형 오브라운드 모양의 리세스들이다. 세장형 윈도우들(273)은 면 둘레에 등거리로 이격되어 있고, 외부 동심원(273o)을 형성하고, 중심축(204) 둘레에 정렬되어 동일한 방향으로 진행한다. 세장형 윈도우들(272)은 내부 동심원(272i)을 형성하고, 외부 동심원(273o)의 세장형 윈도우들과 반대 방향으로 진행한다. 세장형 윈도우들(272, 273)의 길이 및 깊이는 2 인데스를 지나 도 20의 회전헤드(260)와 적절한 유체 소통을 허용하기에 충분하다. 이러한 실례에서, 내부 동심원(272i)상의 윈도우들은 반시계방향으로 진행하고, 외부 동심원(273o)상의 윈도우들은 시계방향으로 진행한다. 각각의 윈도우들(리세스들)은 각각의 포트의 직경과 일치하는 폭을 가지며 그리고 인접한 리세스로부터 각각의 등거리의 리세스 사이의 공간이 각 포트의 단면적보다 대략 작거나 동일하게 되도록 하는 길이를 갖는다. 세장형 윈도우들(279) 사이의 랜드(land)는 도관들(276 또는 277)과 대략 동일한 치수이고, 내부 동심원(272i)과 외부 동심원(273o) 사이에서 오프셋되어 있어서 도 3에서부터 내부 채널(258)에 의하여 내부 통로(276) 및 세장형 윈도우(272)와 내부 통로(277) 및 세장형 윈도우(273)와의 정렬은 하단 회전헤드가 도 2에서 타겟(293)마다 하나의 위치로 이동될 때 갈짓자 형태로 진행될 것이다. 상단 및 하단 회전헤드들(240, 260)이 적절하고 상호보완적인 유동로를 유지하기 위해 일치하게 이동하는 것이 중요하다.
다시, 여러 도면들을 위한 상세한 설명을 철저하게 읽으면, 내부 동심원(272i)과 외부 동심원(273o) 사이의 세장형 윈도우들 및 대응 오프셋은 고정헤드(270)로부터 회전헤드(260)로 이동될 수 있음을 알 것이다. 또한, 세장형 윈도우들은 하나의 헤드, 즉 고정헤드(270) 또는 회전헤드(260) 상에 배치될 수 있는 반면 포트들의 오프셋은 다른 헤드상에 배치될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 고정헤드(270)와 회전헤드(260) 사이에 적절한 유체 소통을 허용하는 세장형 윈도우들 및 오프셋에는 적어도 4가지 조합이 있다.
도 24 및 도 25는 양호하게 금속으로 제조되어 중심축(204) 둘레에 축방향으로 정렬된 하단 단부판(280)을 도시하고 있다. 도 24는 중심축(204) 둘레에 도 23의 하단 고정헤드(270)를 고정하여 중심에 배치하기 위한 키이들(281)을 도시한다. 키이(282)는 도 2b의 키이형 중심축(205)에 의해 하단 단부판(280)을 고정한다. 단부판(280)은 도 7의 압력판(220)으로부터 오는 힘에 대항하는 면을 제공한다.
도 26은 다중포트 회전밸브 스탠드(290) 및 샤프트(205)의 측면도를 도시하며, 나사형 단부들(213)과, 도 4로부터 키이(208)와 짝짓기 위한 키이웨이들(214), 그리고 도 25로부터 키이(282)와 짝짓기 위한 키이웨이(215)를 갖는다. 스탠드는 양호하게 금속으로 제조되고, 도 25의 단부판(280)을 적절하게 지탱하지만 밸브 헤드들을 불합리하게 방해하지 않도록 설계되어 있다. 스탠드(290)는 또한 샤프트(205)의 운동을 제한하는 중앙 샤프트 튜브(295)를 적절하게 고정시키는 반면 표면(296)이 너트들(202)에 의해 샤프트의 수직운동을 억제하기 위한 플랫(flat)을 제공하도록 설계되어 있다.
도 27은 어떻게 회전헤드(240)가 회전헤드의 하나의 인덱스 전에 고정헤드(230)내로 유동을 다시 돌아가게 재안내하는지에 대한 실례를 도시한다. 회전헤드(260) 및 고정헤드(270)(여기에 도시되지 않음)는 회전헤드(240) 및 고정헤드(230)와 상호보완적인 유동로를 갖는다. 고정헤드(230)는 노출된 표면(231)과 함께 평면도로 도시되어 있다. 세장형 윈도우들(222)은 도관들(226)에 의해 포트들(11-18)에 연결되며, 윈도우들(223)은 도 10에서 도관들(227)에 의해 포트들(21-28)에 연결된다. 도 12에 있는 회전헤드(240)로부터의 도관들(238)은 고정헤드(270)의 면(231)상에 굵은 실선 배치로(in dark overlay) 도시되어 있다. 포트(11)는 도관(238a)을 통해 포트(21)에 연결될 것임을 알 수 있다. 포트(12)는 도관(238b)을 통해 포트(22)에 연결되며, 그런 방식으로 포트(18)가 도관(238h)을 통해 포트(28)에 연결될 때까지 계속될 것이다.
도 28은 회전헤드(240) 및 그 도관들(238)이 도 27의 위치에서부터 1 위치로 인덱스된 후 동일한 고정헤드(230)를 도시한다. 포트(11)는 이제 도관(238b)을 통해 포트(22)에 연결될 것이다. 포트(12)는 도관(238c)을 통해 포트(23)에 연결되며, 그런 방식으로 포트(18)가 도관(238a)을 통해 포트(21)에 연결될 때까지 계속될 것이다. 이러한 방법으로, 도관들은 순서대로 유동들을 각 인덱스마다 한 챔버에서 다음 챔버로 이동시킨다. 8개의 챔버 실례에서 2회 완전 사이클이 회전헤드들의 각 회전마다 달성된다. 이러한 개념을 도 1에 도시된 물 연화제 실례와 연결시키면, 어떻게 챔버들이 전체 프로세스를 통해 연속적으로 이동하는지 알 수 있다.
따라서, 조합형 다중포트 회전밸브(200)는 다음과 같이 작동한다: 구동모터(292)에 의하여 회전헤드들(230, 240)은 타겟(293)이 근접 센서(294)와 정렬되는 위치로 이동된다. 이 실례에서, 회전헤드들이 정렬되어 있어서 스트림(A)이 유체 고체 챔버(1)와 연결되며 그와 같이 다른 스트림들(B 내지 H)이 유체 고체 챔버들(2 내지 8)과 정렬될 것이다. 상술한 물 연화 적용을 위해 다만 하나의 실례로서 공금수 스트림(A)만을 사용하며 다시 도 1, 도 10, 도 11, 도 12, 도 20, 도 21 및 도 22를 참고하면, 공급수 스트림은 도관(111)에 의해 상단 고정헤드(230)의 포트(11)에서 장치로 들어가며 고정헤드 도관(226)을 통과하여, 상단 회전헤드(240)의 평면(239)과 밀봉 접촉하게 배치된 평면(231)에서의 포트들(222i)의 내부 동심원상에 있는 세장형 윈도우(222) 및 홀(hole)로 진행하며, 유동은 내부 동심원(235i)상의 회전헤드 포트(241a)로 들어가며, 내부 통로(238a)를 통과하여 상단 회전헤드 평면(239)상의 포트들(235o)의 외부 동심원상에 있는 홀 및 포트(241b)로 진행하고, 그리고 외부 동심원(223o)상에 있는 세장형 윈도우(223)에 위치한 상단 고정헤드(230)로 다시 들어가서 내부 통로에 의해 상단 고정헤드 포트(21)로 진행한다. 다음에 스트림(A)은 도관(121)에 의해 진행하여 제1 유체 고체 접촉 챔버(1)의 1a를 통해 들어가서 그 내부에 수용된 처리 매체와 접촉하게 되며, 다음에 챔버(1)의 1b에서 처리된 스트림(A')으로서 유출하며, 도관(141)에 의해 하단 고정헤드(270)의 포트(41)로 들어가며, 이 포트는 상단 고정헤드와 상호보완적 유동로를 갖는다. 다음에 처리된 스트림(A')은 내부 도관(277)에 의해, 하단 회전헤드 평면(259)과 접촉하게 배치된 하단 고정헤드(270)의 상단 평면(271)상의 세장형 윈도우(273)로 진행하며, 포트(261b)에서 하단 회전헤드로 들어간다. 스트림(A')은 하단 회전헤드(260) 내의 내부 통로(258a)에 의해 진행하고, 회전헤드 평면(259) 및 포트(261a)로 재안내된다. 스트림(A')은 평면을 통과하여 다시 하단 고정헤드(270)로 건너가며 세장형 윈도우(272)에 의해 들어가서 내부 통로(276)를 지나 포트(31) 및 외부 도관(131)에서 장치에서 유출된다. 다른 스트림들은 그들 각자의 챔버를 통해 유사한 경로를 따라 진행할 것이다. 공급 스트림(A)은 제어기가 회전헤드들을 다음 타겟 위치로 인덱스하는 그러한 시간이 될 때까지 이러한 동일 경로를 계속할 것이다. 전형적으로 제어기는 챔버들 내의 매체가 거의 소모될 때 회전헤드들을 인덱스하도록 설정되어 있다. 동일한 8-챔버 실례에서, 다른 7개의 스트림들은 유사한 경로들을 통해 그들 각자의 챔버로 진행할 것이다. 제어기에 의해 개시되면, 구동모터는 상단부 캡(210)에서 다음 타겟 위치를 바라 볼 때 시계방향으로 조합된 회전헤드들을 하나의 위치로 이동할 것이다. 상단 고정헤드에 있는 세장형 오프셋 윈도우들(222, 223)과 하단 고정헤드에 있는 세장형 오프셋 윈도우들(272, 273)로 인하여, 제1 인덱스가 스트림(A)을 챔버(2)에 연결시키기 위해 내부 통로들(238, 258)을 이동시키며, 스트림(B)이 챔버(3)에 연결되며, 스트림(C)이 챔버(4)에 연결되며, 스트림(H)이 챔버(1)에 연결될 때까지 계속된다. 이러한 패턴은 회전헤드들의 한번의 360도 회전에서 순서 2X를 완성할 때까지 각 인덱스에서 진행할 것이다.
단지 스트림(A)만을 실례로 하여 상세히 계속 설명하면, 제1 인덱스 후에 스트림(A)은 상단 고정헤드(230)의 포트(11)에서 본 발명(200)으로 들어가며 고정헤드 도관(226)을 통과하여, 상단 회전헤드(240)의 평면(239)과 접촉하게 배치된 평면(231)에서의 포트들(222i)의 내부 동심원상에 있는 세장형 윈도우(222) 및 홀로 진행한다. 오프셋 세장형 윈도우들의 방향 때문에, 스트림(A)은 내부 동심원(235i)상의 새로운 회전헤드 포트(242a)로 들어가며, 내부 통로(238b)를 통해 상단 회전헤드 평면(239)상의 포트들(235o)의 외부 동심원상에 있는 포트(242b)로 진행하며, 외부 동심원(223o)상에 있는 세장형 윈도우(223)의 상단 고정헤드(230)로 다시 들어간다. 이제 내부 통로(238b)는 포트(22)와 관련된 세장형 윈도우(223)에 연결되었다. 다음에 스트림(A)은 도관(122)에 의해 진행하여 2a에서 제2 유체 고체 접촉 챔버(2)로 들어가서 그 내부에 수용된 처리 매체와 접촉하게 되며, 다음에 2b에서 처리된 스트림(A')으로서 챔버에서 유출되고, 도관(142)에 의해 진행하여 하단 고정헤드(270)의 포트(42)로 들어간다. 다음에 처리된 스트림(A')은 내부 도관(277)에 의해, 하단 회전헤드 평면(259)와 밀봉 접촉하게 배치된 하단 고정헤드(270)의 상단 평면(271)상의 외부 동심원(273o)에 있는 세장형 윈도우(273)으로 진행한다. 하단 회전헤드의 역전 회전과 오프셋 세장형 윈도우로 인하여, 처리된 스트림(A')은 다시 하단 회전헤드의 동일한 포트(261b)로 진행한다. 스트림(A')은 하단 회전헤드(260) 내의 내부 통로(258a)에 의해 진행하며, 그리고 회전헤드 평면(259) 및 포트(261a)로 재안내된다. 스트림(A')은 다시 평면을 통과하여 하단 고정헤드(270)로 건너가며, 세장형 윈도우(272)에 의해 들어가서 내부 통로(276)에 의해 진행하여 포트(31) 및 도관(131)에서 장치에서 유출된다.
회전헤드들(240, 260)이 한 위치로 제2 시계방향 인덱스하면, 스트림(A)이 여전히 상단 고정헤드(230)의 포트(11)에서 도관(111)에 의해 장치로 들어가며 고정헤드 도관(226)을 통과하여, 상단 회전헤드(240)의 평면(239)과 밀봉 접촉하게 배치된 평면(231)에서의 포트들(222i)의 내부 동심원상에 있는 세장형 윈도우(222) 및 홀로 진행하며, 그리고 세장형 윈도우 때문에 스트림(A)이 여전히 내부 동심원(235i)상의 회전헤드 포트(242a)로 들어가서, 내부 통로(238b)를 통과하여, 상단 회전헤드 평면(239)에 있는 포트들(235o)의 외부 동심원상의 홀 및 포트(242b)로 진행하며, 외부 동심원(223o)상의 세장형 윈도우(223)에서 상단 고정헤드(230)로 다시 들어간다. 이제 내부 통로(238b)가 포트(23)와 관련된 세장형 윈도우(223)에 연결되었다. 다음에 스트림(A)은 도관(123)에 의하여 3a에서 제3 유체 고체 접촉 챔버(3)로 들어가서 그 내부에 수용된 처리 매체와 접촉하게 되고, 다음에 3b에서 처리된 스트림(A')으로서 챔버에서 유출되며, 도관(143)에 의해 진행하여 하단 고정헤드(270)로 포트(43)에서 들어간다. 다음에 처리된 스트림(A')은 내부 도관(277)에 의하여, 하단 회전헤드 평면(259)와 접촉하게 배치된 하단 고정헤드(270)의 상단 평면(271)상의 세장형 윈도우(273)로 진행하며, 오프셋 세장형 윈도우 때문에 다시 하단 회전헤드로 포트(262b)에서 들어간다. 스트림(A')은 하단 회전헤드(260) 내의 내부 통로(258b)에 의해 진행하며, 그리고 회전헤드 평면(259) 및 포트(262a)로 재안내된다. 스트림(A')은 다시 평면을 통과하여 하단 고정헤드(270)로 건너가며, 세장형 윈도우(272)에 의해 들어가서 내부 통로(276)에 의해 진행하여 포트(31) 및 도관(131)에서 장치에서 유출된다. 제3 인덱스는 스트림(A)을 챔버(4)를 통해 이동시키며, 완전한 1회 사이클의 절반 또는 180도인 8번째 인덱스하여 스트림(A)이 챔버(1)로 돌아갈 때까지 계속 이동시킬 것이다. 다른 챔버들 모두가 다양한 공급 스트림들(A 내지 H)을 통해 각 챔버를 역류로 순서대로 이동하도록 동일한 패턴을 따라갈 것이다.
도 29는 밸브 스탠드(290')상에서 중앙 구동 샤프트(205)를 구동하는 모터(292) 및 기어박스와 조합된 외부 폴더형 하우징(301, 302)을 사용하여 조합형 다중포트 회전밸브(200)를 위한 대안 하우징을 도시한다. 외부 하우징은 회전 및 고정헤드들을 다함께 둘러싸며 중앙 샤프트 둘레에서 기계식 수단, 유압 수단 또는 공압수단에 의하여 가압한다.
위에서 본 발명의 양호한 원리, 실시예들 및 작동 모드를 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특별한 실시예들로 제한하는 것으로 생각하여서는 안 된다. 대신에, 상술한 실시예들은 제한적이기 보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 아래 청구범위에 규정된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경예, 변화물 및 동등물이 다른 것에 의하여 만들어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (12)

  1. 복수의 유체-고체 접촉 챔버들을 갖는 유체-고체 접촉 장치로 유출입하게 다중 유체 스트림들을 안내함으로써 유체들을 정화, 처리 및 분리하기 위한 다중포트 밸브장치로서,
    상기 다중포트 밸브장치는, 원형 밀봉 베이스, 회전축을 구비하는 원형 체결 베이스 및 상기 베이스들을 연결하는 원통 측면을 갖는 회전 원통형 헤드를 포함하고, 상기 회전축은 상기 베이스들의 중심을 지나고, 상기 베이스들은 반경을 가지며, 상기 밀봉 베이스는 상기 밀봉 베이스 반경보다 실질적으로 작은 반경을 갖는 내부 동심원을 갖고, 상기 밀봉 베이스는 상기 내부 동심원 반경보다 크지만 상기 밀봉 베이스 반경보다 작은 반경을 갖는 외부 동심원을 가지고,
    상기 밀봉 베이스는 상기 외부 동심원상에 센터링되고 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제1 회전 포트들과, 상기 내부 동심원상에 센터링되고 또한 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제2 회전 포트들을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제1 회전 포트들 및 상기 복수의 제2 회전 포트들은 개수가 서로 동일하고,
    각각의 제1 회전 포트는 회전 유동 페어(flow pair)를 제공하기 위해 횡방향 채널을 경유하여 대응하는 제2 회전 포트에 연결되고,
    각각의 유동 페어는 아래의 방법으로 연결: 즉,
    임의의 제1 회전 포트에서 시작하며 다음에 상기 제1 회전 포트를 횡방향 채널을 경유하여 반경방향으로 최인접한 제2 회전 포트에 연결시켜 제1 회전 유동 페어를 형성하고, 다음에 상기 시작한 제1 회전 포트로부터 바로 옆에 반경방향으로 인접한 시계방향의 제1 회전 포트를 상기 시작한 제2 회전 포트로부터 반경방향으로 최인접한 반시계방향의 제2 회전 포트에 횡방향 채널을 경유하여 연결해서 제2 회전 유동 페어를 형성하고, 그리고 각각의 제1 회전 포트가 제2 회전 포트에 연결될 때까지 계속 유동 페어들을 형성하고, 회전 유동 페어들의 개수는 상기 챔버들의 개수와 일치하는 방법으로 연결되고,
    상기 밸브장치의 회전시에, 상기 회전 유동 페어들 각각은 상기 유체-고체 접촉 챔버들로 유출입하게 유체 스트림들을 안내하기 위해 상기 복수의 유체-고체 접촉 챔버들에 연속적으로 연결될 수 있는, 다중포트 밸브장치.
  2. 복수의 유체-고체 접촉 챔버들을 갖는 유체-고체 접촉 장치로 유출입하게 다중 유체 스트림들을 안내함으로써 유체들을 정화, 처리 및 분리하기 위한 다중포트 밸브장치로서,
    상기 다중포트 밸브장치는, 원형 밀봉 베이스, 회전축을 구비하는 원형 체결 베이스 및 상기 베이스들을 연결하는 측면을 갖는 고정 원통형 헤드를 포함하고, 상기 회전축은 상기 베이스들의 중심을 지나고, 상기 베이스들은 반경을 가지며, 상기 밀봉 베이스는 상기 밀봉 베이스 반경보다 실질적으로 작은 반경을 갖는 내부 동심원을 갖고, 상기 밀봉 베이스는 상기 내부 동심원 반경보다 크지만 상기 밀봉 베이스 반경보다 작은 반경을 갖는 외부 동심원을 가지고,
    상기 밀봉 베이스는 상기 외부 동심원상에 센터링되고 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제1 고정 포트들과, 상기 내부 동심원상에 센터링되고 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제2 고정 포트들을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제1 고정 포트들 및 제2 고정 포트들은 개수가 서로 동일하고,
    상기 측면은 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 상부 원주상 접촉 포트들을 갖고, 상기 복수의 상부 원주상 접촉 포트들은 각각의 상부 접촉 포트가 내부 채널을 경유하여 반경방향으로 인접한 제2 고정 포트에 연결되도록 상기 제2 고정 포트들의 반경방향 정렬에 따라 반경방향으로 정렬되고,
    상기 측면은 또한 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 하부 원주상 접촉 포트들을 갖고, 상기 복수의 하부 원주상 접촉 포트들은 상기 측면의 각 하부 접촉 포트가 내부 채널을 경유하여 상기 밀봉 베이스의 반경방향 인접한 제1 고정 포트에 연결되도록 상기 밀봉 베이스상의 상기 제1 고정 포트들의 반경방향 정렬에 따라 반경방향으로 정렬되고,
    각각 연결된 상부 접촉 포트 및 그 대응하는 제2 고정 포트는 제1 프로세스 유동 페어를 제공하고, 각각 연결된 하부 접촉 포트 및 그 대응하는 제1 고정 포트는 제2 프로세스 유동 페어를 제공하여, 상기 제1 프로세스 유동 페어들의 개수는 상기 제2 프로세스 유동 페어들의 개수와 동일하며 또한 상기 챔버들의 개수와 동일하므로 각각의 프로세스 유동 페어가 미리선택된 챔버에 연결되거나 예정된 프로세스에 따라 미리 선택된 유체 스트림을 가져서 다중 유체 스트림들이 상기 유체-고체 접촉 챔버들로 유출입하게 안내되는, 다중포트 밸브장치.
  3. 복수의 유체-고체 접촉 챔버들을 갖는 유체-고체 접촉 장치로 유출입하게 다중 유체 스트림들을 안내함으로써 유체들을 정화, 처리 및 분리하기 위한 다중포트 밸브장치로서,
    상기 다중포트 밸브장치는, 원형 밀봉 베이스, 회전축을 구비하는 원형 체결 베이스 및 상기 베이스들을 연결하는 원통 측면을 갖는 회전 원통형 헤드를 포함하고, 상기 회전축은 상기 베이스들의 중심을 지나고, 상기 베이스들은 반경을 가지며, 상기 밀봉 베이스는 상기 밀봉 베이스 반경보다 실질적으로 작은 반경을 갖는 내부 동심원을 갖고, 상기 밀봉 베이스는 상기 내부 동심원 반경보다 크지만 상기 밀봉 베이스 반경보다 작은 반경을 갖는 외부 동심원을 가지고,
    상기 밀봉 베이스는 상기 외부 동심원상에 센터링되고 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제1 회전 포트들과, 상기 내부 동심원상에 센터링되고 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제2 회전 포트들을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제1 회전 포트들 및 상기 복수의 제2 회전 포트들은 개수가 서로 동일하고,
    각각의 제1 회전 포트는 회전 유동 페어를 제공하기 위해 횡방향 채널을 경유하여 대응하는 제2 회전 포트에 연결되고,
    각각의 유동 페어는 아래의 방법으로 연결: 즉,
    임의의 제1 회전 포트에서 시작하며 다음에 상기 제1 회전 포트를 횡방향 채널을 경유하여 반경방향으로 최인접한 제2 회전 포트에 연결시켜 제1 회전 유동 페어를 형성하고, 다음에 상기 시작한 제1 회전 포트로부터 바로 옆에 반경방향으로 인접한 시계방향의 제1 회전 포트를 상기 시작한 제2 회전 포트로부터 반경방향으로 최인접한 반시계방향의 제2 회전 포트에 횡방향 채널을 경유하여 연결해서 제2 회전 유동 페어를 형성하고, 그리고 각각의 제1 회전 포트가 제2 회전 포트에 연결될 때까지 계속 유동 페어들을 형성하고, 회전 유동 페어들의 개수는 챔버들의 개수와 일치하는 방법으로 연결되고,
    상기 밸브장치의 회전시에, 상기 회전 유동 페어들 각각은 상기 유체-고체 접촉 챔버들로 유출입하게 유체 스트림들을 안내하기 위해 상기 복수의 유체-고체 접촉 챔버들에 연속적으로 연결될 수 있고,
    상기 다중포트 밸브장치는, 원형 밀봉 베이스, 중심축을 구비하는 원형 체결 베이스 및 상기 베이스들을 연결하는 측면을 갖는 고정 원통형 헤드를 포함하고, 상기 중심축은 상기 베이스들의 중심을 지나고, 상기 베이스들은 반경을 가지며, 상기 밀봉 베이스는 상기 밀봉 베이스 반경보다 실질적으로 작은 반경을 갖는 내부 동심원을 갖고, 상기 밀봉 베이스는 상기 내부 동심원 반경보다 크지만 상기 밀봉 베이스 반경보다 작은 반경을 갖는 외부 동심원을 가지고,
    상기 밀봉 베이스는 상기 외부 동심원상에 센터링되고 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제1 고정 포트들과, 상기 내부 동심원상에 센터링되고 또한 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 제2 고정 포트들을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제1 고정 포트들 및 제2 고정 포트들은 개수가 서로 동일하고,
    상기 측면은 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 상부 원주상 접촉 포트들을 갖고, 상기 복수의 상부 원주상 접촉 포트들은 각각의 상부 접촉 포트가 내부 채널을 경유하여 반경방향으로 인접한 제2 고정 포트에 연결되도록 상기 제2 고정 포트들의 반경방향 정렬에 따라 반경방향으로 정렬되고,
    상기 측면은 또한 반경방향으로 서로 등거리로 이격된 복수의 하부 원주상 접촉 포트들을 갖고, 상기 복수의 하부 원주상 접촉 포트들은 상기 측면의 각 하부 접촉 포트가 내부 채널을 경유하여 상기 밀봉 베이스의 반경방향 인접한 제1 고정 포트에 연결되도록 상기 밀봉 베이스상의 상기 제1 고정 포트들의 반경방향 정렬에 따라 반경방향으로 정렬되고,
    각각 연결된 상부 접촉 포트 및 그 대응하는 제2 고정 포트는 제1 프로세스 유동 페어를 제공하고, 각각 연결된 하부 접촉 포트 및 그 대응하는 제1 고정 포트는 제2 프로세스 유동 페어를 제공하고, 따라서 상기 제1 프로세스 유동 페어들의 개수는 상기 제2 프로세스 유동 페어들의 개수와 동일하며 또한 챔버들의 개수와 동일하여, 각각의 프로세스 유동 페어가 미리선택된 챔버에 연결되거나 예정된 프로세스에 따라 미리선택된 유체 스트림을 가져서, 다중 유체 스트림들이 상기 유체-고체 접촉 챔버들로 유출입하게 안내되며;
    밀봉 수단이 상기 고정 헤드의 체결 베이스 및 상기 회전 헤드의 체결 베이스에 부착되어서 각자의 밀봉 베이스들이 서로에 대해 가압되어 상기 베이스들을 정렬하므로 상기 고정 헤드의 체결 베이스의 중심축이 상기 회전 헤드의 체결 베이스의 회전축과 일치하고 그리고 상기 복수의 제1 고정 포트들이 상기 복수의 제1 회전 포트들과 정렬되고 또한 상기 복수의 제2 고정 포트들이 상기 복수의 제2 회전 포트들과 정렬되고;
    구동 수단은 그 회전축에서 상기 회전 헤드를 회전 및 인덱스하여 상기 다중포트 밸브장치를 통해 상기 챔버들로 흐르는 유체 스트림들이 상기 유체-고체 접촉 챔버들로 유출입하게 안내될 수 있는, 다중포트 밸브장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전 포트들 각각은 직경을 가지며, 상기 회전 포트들 각각은 추가로 각자의 내부 및 외부 동심원들을 따라 정렬된 아치형 오브라운드(obround) 형상 리세스를 포함하고, 각각의 리세스는 각각의 회전 포트의 직경과 일치하는 폭을 가지며 그리고 인접한 리세스로부터 각각의 등거리의 리세스 사이의 공간이 각 포트의 단면적보다 작거나 동일하게 되도록 하는 길이를 갖는, 다중포트 밸브장치.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 외부 회전 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 외부 지점에 배치되고, 각각의 내부 회전 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 내부 지점에 배치되는, 다중포트 밸브장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 고정 포트들 각각은 직경을 갖고, 상기 고정 포트들 각각은 각자의 내부 및 외부 동심원들을 따라 정렬된 아치형 오브라운드 형상 리세스를 추가로 포함하고, 각각의 리세스는 각각의 고정 포트의 직경과 일치하는 폭을 가지며 그리고 인접한 리세스로부터 각각의 등거리의 리세스 사이의 공간이 각 고정 포트의 단면적보다 작거나 동일하게 되도록 하는 길이를 갖는, 다중포트 밸브장치.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 외부 고정 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 외부 지점에 배치되고, 각각의 내부 고정 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 내부 지점에 배치되는, 다중포트 밸브장치.
  8. 제3항에 있어서,
    제2 고정 헤드 및 제2 회전 헤드를 추가로 포함하고, 각각의 회전 헤드가 서로 인접하며, 그들 각자의 회전축이 서로 일치하도록 정렬되고, 각각의 회전 헤드가 유체 유동들이 유지되도록 서로 협력하여 인덱스되는, 다중포트 밸브장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 회전 포트들 각각은 직경을 가지며, 상기 회전 포트들 각각은 각자의 내부 및 외부 동심원들을 따라 정렬된 아치형 오브라운드 형상 리세스를 추가로 포함하고, 각각의 리세스는 각각의 회전 포트의 직경과 일치하는 폭을 가지며 그리고 인접한 리세스로부터 각각의 등거리의 리세스 사이의 공간이 각 회전 포트의 단면적보다 작거나 동일하게 되도록 하는 길이를 갖는, 다중포트 밸브장치.
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 외부 회전 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 외부 지점에 배치되고, 각각의 내부 회전 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 내부 지점에 배치되는, 다중포트 밸브장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 고정 포트들 각각은 직경을 갖고, 상기 고정 포트들 각각은 각자의 내부 및 외부 동심원들을 따라 정렬된 아치형 오브라운드 형상 리세스를 추가로 포함하고, 각각의 리세스는 각각의 고정 포트의 직경과 일치하는 폭을 가지며 그리고 인접한 리세스로부터 각각의 등거리의 리세스 사이의 공간이 각 고정 포트의 단면적보다 작거나 동일하게 되도록 하는 길이를 갖는, 다중포트 밸브장치.
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 외부 고정 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 외부 지점에 배치되고, 각각의 내부 고정 포트 및 그 대응하는 리세스는 그 대응하는 리세스의 길이를 따라 동일한 내부 지점에 배치되는, 다중포트 밸브장치.
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