KR20070085241A - 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 회전식 분배기 밸브 - Google Patents

유체의 화학적/물리적 처리를 위한 회전식 분배기 밸브 Download PDF

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Abstract

다양한 반응기 (2) 에/로부터 유체를 공급/배출하기 위한 분배기 밸브 (3, 4) 가 설치되어 있는 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템 (1). 분배기 밸브는 고정식 플레이트 (18) 및 회전식 플레이트 (19) 를 갖는 플레이트 밸브로 이루어져 있다. 반경방향 보어 (13) 로 변하며 또한 고정 하우징 (24) 의 벽에 나타나는 다수의 축선방향 보어 (11, 12) 를 갖는 원통체가 회전식 플레이트에 접하며 그와 함께 회전한다. 축선 방향에서 보았을 때 차례로 위치하는 다수의 유입부/유출부 (17) 가 고정 하우징에 제공되어 있다. 본 발명에 따르면, 단일 밸브 플레이트 (19) 에 기초하여, 원통체의 다양한 반경방향 보어가 축선방향 보어를 통해 유체에 제공된다.
분배기 밸브.

Description

유체의 화학적/물리적 처리를 위한 회전식 분배기 밸브{ROTARY DISTRIBUTOR VALVE FOR CHEMICAL/PHYSICAL TREATMENT OF A FLUID}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템에 관한 것이다.
그러한 시스템이 WO 02/30570 에 개시되어 있다. 이 문헌에는, 회전식 밸브 플레이트의 기능을 겸하는 회전식 원통체로 이루어진 구성이 기재되어 있다. 이를 위해, 회전식 원통체의 축선방향 양 반대 측면에 조치가 강구되고, 그 결과 유체를 축선 방향으로 공급할 수 있다. 원통체에는, 반경방향 보어로 변하는 축선방향 보어가 존재한다. 이들 반경방향 보어는 원통의 벽에 나타난다. 이 원통형 벽은 하우징 내에 밀봉되어 수용되고, 대응하는 보어가 이 하우징에 형성되어 있다. 공급부/배출부 및/또는 반응기에 연결된 라인이 고정식 밸브 플레이트 및 하우징의 보어 양자에 연결된다.
그러한 구성의 목적은 변하는 유체 스트림을 다양한 반응기에 항상 제공하는 것이다. 이러한 수단에 의해 모든 종류의 공정이 행해질 수 있고, 일반적으로 이 공정에는 반응기의 재생도 포함된다.
종래 기술로서, 반응기가 회전식 프레임에 배치된 칼럼으로서 구성되어 있는 구성이 공지되어 있다. 이러한 배치의 경우, 항상 밸브 플레이트 구성이 존재한다.
WO 02/30570 에 기재된 것과 같은 구성을 사용하면, 단지 원통체만이 회전되어야 하고, 칼럼의 회전은 더 이상 필요 없으며, 그 결과, 상당한 단순화가 이루어질 수 있으며, 이에 따라 비용이 절감되고, 반응기의 배치 및 설계가 자유로워진다.
그러나, WO 02/30570 에 따른 구성으로는 많은 수의 반응기를 다루는 것이 용이하게 가능하지 않다. 결국, 나타낸 실시형태에서, 사실은 상기 구성의 완벽한 밀봉을 얻는 것이 불가능하거나 또는 사실상 불가능하다. 서로 직각을 이루는 많은 수의 표면이 서로에 대하여 밀봉되어야 하는데, 이는 이론적으로는 가능하지만, 실제에 있어서는 항상 어려움이 따른다. WO 02/30570 공보에 따르면, 회전 중심으로부터 다양한 거리에서 고정식/회전식 밸브 플레이트에 반경방향으로 공급부/배출부 개구를 형성함으로써, 연결될 수 있는 반응기의 개수를 증가시켰다. 그러나, 그러한 밸브 플레이트의 소형화가 바람직하고 또한 그 플레이트가 너무 복잡하게 될 수 없다면, 더욱 많은 수의 칼럼을 사용하는 경우 그러한 해법을 채용하는 것은 불가능하다.
반경방향 채널로 이어지는 축선방향 공급부 개구를 갖는 2 개의 플레이트 부분 또는 단부 플레이트를 구비하고 있는 분배기 밸브가 GB 761 690 에 기재되어 있다. 이들 반경방향 채널 모두는 축선방향으로 동일한 높이에 나타나 있다. 더욱이, 내부에서 연결되어 있으나 플레이트 부분 또는 단부 플레이트에는 나타나 지 않는 채널의 오리피스가 실린더 벽에 형성되어 있다. 기능면에서 상응하는 구성이 US 2 600 099 에 나타나 있다.
본 발명의 목적은, 상기한 단점을 갖지 않으며 또한 단일 분배기 밸브로 많은 수의 칼럼을 다룰 수 있도록 하는 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1 의 특징적 구성을 갖는 상기한 바와 같은 시스템에 의해 실현된다.
본 발명에 따르면, 원통체는 외주에 배치된 다수의 보어를 구비하고 있다. 이들 보어는 하나의 원을 따라 제공될 수 있지만, 용량 (capicity) 을 증가시키기 위해, 상이한 원을 따라 다수의 보어 그룹을 형성하는 것도 또한 가능하다. WO 02/30570 에 따른 구성의 경우에는, 제 1 보어가 축선방향으로 연장된 후 반경방향 보어로 전환된다. 그러나, WO 02/30570 와는 대조적으로, 제 2 축선방향 보어가 동일한 밸브 플레이트로부터 연장되는데, 그 제 2 축선방향 보어는 고정식/회전식 보어 플레이트로부터 더 멀리 떨어져서 반경방향 보어로 바뀐 후, 하우징의 벽에 나타난다. 그러므로, 단지 2 개의 밀봉 표면, 즉 고정식 밸브 플레이트와 회전식 밸브 플레이트 사이의 제 1 밀봉 표면 및 원통형 벽과 하우징의 시트 (seat) 사이의 제 2 밀봉 표면만이 요구된다. 종래기술에 존재하던 제 3 밀봉 표면은 요구되지 않는다. 그 결과, 완전한 밀봉을 제공하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 본 발명에 의해 매우 많은 수의 반응기를 작동시키는 것도 가능하다. 결국, 원통체를 구조적 문제없이 어떠한 길이로든 만들 수 있다. 예로써 5 개의 연결부를 언급하지만, 더 많은 개수가 용이하게 사용될 수 있다.
원통체와 밸브 플레이트는 일체로 될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 원통체를 모듈러 (modular) 형식으로 만드는 것이 가능하다. 즉, 원통체는 원통형 디스크부로 구성될 수 있으며, 각 디스크부는 다수의 연속적인 축선방향 보어를 포함하고 또한 원통형 벽에 나타나는 반경방향 보어를 구비하고 있다. 상이한 원을 따라 위치된 축선방향 보어의 그룹이 존재한다면, 원통체의 벽상의 다른 위치에서 나타나는 다른 반경방향 보어를 형성하는 것이 가능하다. 하우징은 대응하는 보어를 구비할 수 있다. 이러한 배치의 경우, 디스크부들은 서로에 대해 회전할 수 없도록 배치된다. 이는, 치부 등을 갖는 중심 수용 개구 (central accommodating opening) 를 디스크부 내부에 제공함으로써 간단히 이루어질 수 있다. 구동 샤프트에는 대응하는 치부가 제공된다. 치부의 개수를 적절히 선택함으로써, 디스크부는 구동 샤프트에서 명확히 구별되는 위치에 배치될 수 있다. 그러므로, 모든 디스크부가 동일하게 제조될 수 있으며, 샤프트에 대해 상이한 위치에 배치됨으로써, 원하는 처리량/배출량이 얻어질 수 있다. (플라스틱) 디스크부가 서로 접촉하도록 배치될 수 있으며, 보어의 위치에서 O 링과 같은 간단한 밀봉 수단으로 밀봉될 수 있다. 디스크부 사이에 상대 운동이 없기 때문에, 그러한 밀봉은 용이하게 달성될 수 있다.
그러한 시스템의 경우, 일반적으로 원통체를 관통하는 통로의 일 단부에는 영구적으로 유체가 제공되며, 일 단부는 명확히 구별되는 원하는 위치에 놓이게 된다. 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 하우징과 원통형 벽 사이에 외주 채널이 형성되므로, 이 외주 채널에 의해, 하우징과 원통체의 반경방향 오리피스 사이에 연속적인 유체 소통이 제공된다. 유체 스트림의 선택적 제어가 밸브 플레이트의 위치에서 이루어진다. 이는, 서로 정확히 마주보는 개구를 형성하고 또한 여러 위치에서 유체 소통이 존재하도록 슬롯을 형성함으로써, 얻어질 수 있다. 또한, 상기 구성은 분할 작업이 가능하게 설계될 수 있다. 회전식 밸브 플레이트와 원통체의 질량 관성이 비교적 작기 때문에, 원통체/밸브 플레이트의 그러한 분할 운동은 간단한 방식으로 가능하게 된다.
또한, 본 발명은, 다양한 반응기에의 공급과 그 반응기로부터의 배출을 각각 담당하는 2 개의 분배기 밸브가 존재하는 상기한 바의 시스템에 관한 것이다. 그러한 구성의 경우, 회전식 밸브 플레이트와 고정식 밸브 플레이트 사이에 최적의 방식으로 밀봉 압력을 제공하기 위하여, 각 분배기 밸브의 회전식 밸브 플레이트들은 서로 가능한 한 가까이 또는 가능한 한 멀리 떨어져 위치되도록 위치결정이 이루어진다. 공통 구동 샤프트가 공통 모터에 의해 구동된다.
이하에서, 도면에 나타낸 실시형태를 참조하면서 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도 2 는 도 1 에 따른 분배기 중 하나의 상세도이다.
도 1 에서, 본 발명에 따른 시스템이 전체로서 도면부호 1 로 표시되어 있 다. 이 시스템은 다수의 반응기 또는 칼럼 (2) 으로 구성되어 있다. 여러 방식으로 처리되어야 하는 유체가 시스템에 공급된다. 그러한 공정으로 인해, 재생 단계를 종종 실행하면서 반응기의 전환 (switching) 이 규칙적으로 변화되어야 한다.
유입 분배기 밸브 (3) 및 유출 분배기 밸브 (4) 를 통해 다양한 유체 스트림이 제어된다. 공급된 유체는 공급부 (7) 및 유입 분배기 밸브 (3) 를 통해 반응기 (2) 로 이동하고, 반응기로부터 유출 분배기 밸브 (4) 를 통해 배출부 (9) 로 이동한다. 모터 (5) 에 의해 분배기 밸브들이 회전한다.
유입 분배기 밸브 (3) 가 도 2 에 상세히 도시되어 있다. 유출 분배기 밸브 (4) 는 거울상으로서 상응하는 방식으로 되어 있다.
샤프트 (6) 가 모터 (5) 에 연결되어 있다. 이 샤프트는 키 톱니부 (key toothing, 8) 를 구비하고 있다. 상호작용 톱니부를 갖는 다수의 디스크부 (10) 가 있으며, 그 결과 이 디스크부는 샤프트 (6) 상에서 분리된 다수의 위치에 위치될 수 있다. 이들 디스크부 (10) 는 고정 하우징 (24) 내에 수용된다. 각각의 디스크부 (10) 는 원을 따라 배치된 다수의 연속적인 축선방향 보어 (11) 를 구비하고 있다. 보어들 중 한 보어 (12) 는 끝이 막혀 있으며, 또한 디스크부 (10) 의 외주에 형성된 환형 채널 (14) 에 연결된 반경방향 보어 (13) 에 접하고 있다. 디스크부 (10) 와 하우징 (24) 사이에 밀봉을 제공하는 시일부 (15) 가 존재한다. 하우징 (24) 은 축선 방향으로 차례로 배치된 다수의 유출부 (17) 를 구비하고 있다. 이들 유출부 (17) 는 유입부로서 기능할 수도 있음을 이해해야 한다. 도 2 에 도시된 것처럼, 다수의 디스크부 (10) 가 차례로 배치되어 있다. 각각의 디스크에는, 관련된 채널 (14) 을 통해 상응하는 유출부/유입부 (17) 와 연속적으로 소통하는 단일 보어 (12) 가 항상 존재한다.
보어 (11, 12) 는 회전식 밸브 부분 (19) 에 이어져 있다. 밸브 부분의 통로가 도면부호 "22"로 표시되어 있다. 유입부 (16) 와 소통하는 통로 (21) 를 갖는 고정식 밸브 플레이트 또는 단부 플레이트 (18) 가 존재한다. 유입부 (16) 는 유출부로서 설계될 수도 있음을 이해할 것이다. 이러한 회전식 밸브 플레이트 (19) 는 샤프트 (6) 에 대해 회전할 수 없도록 이 샤프트에 연결되어 있다. 고정식 밸브 플레이트 (18) 와 회전식 밸브 플레이트 (19) 의 조합체를 도면부호 "20"으로 나타내었다.
상기 장치는 다음과 같이 상기한 기능을 수행한다. 유체 공급선이 유입부 (16) 에 연결되어 있다. 이러한 배치의 경우, 유입부 (16) 중 하나는 다른 유체 공급부와 상이한 유체 공급부에 항상 연결되어 있을 것이다. 물론, 다른 유체 공급부가 직렬 회로에의 연결을 제공하기 위하여 각 연결부에 끼워맞춰지는 것도 또한 가능하다.
유입부 (16) 를 통해 들어간 유체는 고정식 밸브 플레이트 (18) 의 개구 (21) 에 도달한다. 회전식 밸브 플레이트 (19) 의 위치에 따라, 유체는 개구 (22) 중 하나를 통해서 회전식 밸브 플레이트 (19) 에 들어갈 것이다. 이에 따라, 유체는 일단 (pack) 의 디스크부 (10) 의 보어 (11) 들 중 하나를 통과할 것이다. 상기 위치에 따라서, 보어 (12) 를 갖는 디스크부 중 하나에 도달하여, 유 체는 환형 채널 (14) 중 하나에 들어가고, 따라서 유출부 (17) 중 하나에 들어가게 된다. 더 회전하여, 다음 위치에 도달하면, 유체는 다른 방식으로 유동할 것이다.
위에서 설명한 구성의 경우, 다양한 유체 라인의 연결에 있어서 많은 자유가 존재하므로, 다양한 공정을 실행할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 표준 성분으로부터 시작하여 매우 상이한 공정들을 실행하는 것이 가능하다. 원통체를 이루는 디스크부를 사용함으로써, 모듈러 구조를 쉽게 얻을 수 있다. 이런 식으로, 매우 복잡한 공정이 본 발명에 따른 분배기 밸브를 사용하여 간단한 방식으로 실행될 수 있다.
분배기 밸브 (3, 4) 를 상기한 것처럼 거울상으로 배치하고 연속적인 샤프트 (6) 를 사용하는 결과, 서로 반대편의 회전식 밸브 플레이트에 작용하는 압력이 균형잡힐 수 있다. 그 결과, 밀봉이 간단히 제공될 수 있다.
여기에 기재된 것과 종래 기술 분야, 보다 구체적으로는 회전식 칼럼과 회전식 밸브 플레이트를 사용하는 기술 분야에 공지된 구성의 조합으로 이루어진 변형예를 실시하는 것은 당업자에게 매우 용이할 것이다. 그러한 조합은 자명하며 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템 (1) 으로서,
    상기 시스템은 상기 유체를 위한 공급부 (7), 상기 유체를 위한 다수의 처리 반응기 (2), 및 처리된 상기 유체를 위한 배출부 (9) 를 포함하고,
    공급부 및/또는 배출부를 상이한 반응기 (2) 에 연결하는 회전식 분배기 밸브 (3, 4) 가 공급부 및/또는 배출부에 설치되어 있고,
    상기 분배기 밸브 (3, 4) 는 플레이트 조합체 (20) 를 포함하며, 이 조합체는 상기 밸브의 회전 축선에 수직하게 되어 있고 또한 회전식 플레이트 부분 (19) 및 고정식 플레이트 부분 (18) 을 포함하며,
    고정식 플레이트 부분은 상기 공급부 및/또는 배출부에 연결되고, 회전식 플레이트 부분은 상기 배출부 및/또는 공급부에 연결되며,
    상기 플레이트 부분들은 회전 위치에 따라 통로를 노출시키는 개구 (21, 22) 를 구비하고,
    회전식 플레이트 부분은 회전식 원통체에 연결되어 있고, 이 원통체는 상기 회전식 플레이트 부분의 회전 축선과 동심의 회전 축선/원통 축선을 가지며,
    상기 원통체 내에는 회전식 밸브 플레이트의 개구에 연결된 통로 (12 ∼ 14) 가 존재하고, 이 통로는 원통체의 원통형 벽에 반경방향으로 형성되어 있으며,
    상기 원통체는 고정 하우징 (24) 에 밀봉되어 수용되며, 이 하우징은 반경방향으로 연장된 개구 (17) 를 구비하고, 이 개구 (17) 는 원통형 벽에 있는 오리피 스 (13, 14) 와 연결될 수 있고,
    상기 원통형 벽 및 상기 하우징에는 축선방향으로 서로 거리를 두고 배치된 2 이상의 오리피스/개구 (13, 14) 가 존재하는, 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템에 있어서,
    축선방향으로 서로 거리를 두고 배치된 상기 오리피스 (13, 14) 에 연결된 각각의 통로 (12) 가 상기 플레이트 부분 (18) 에 이어져 있는 것을 특징으로 하는 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 시스템은 상기 원통형 벽에 축선 방향으로 서로 다른 위치에 배치된 5 개 이상의 개구 (13, 14) 및 4 개 이상의 축선방향 보어 (12) 를 포함하며, 이들 개구 및 보어는 상기 밸브 조합체에 연결된 통로를 형성하는, 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원통체는 서로에 대해 회전할 수 없도록 연결된 다수의 원통형 디스크부 (10) 를 포함하고, 각각의 디스크부는 1 이상의 축선방향 통로 (12) 및 외주로 연장된 반경방향 채널 (13) 을 구비하고 있는, 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 벽 및 상기 하우징의 시트 사이에서 이를 통해 신장된 채널 (14) 이 개구 또는 오리피스의 위치 에 형성되어 있는, 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 채널 (14) 은 상기 원통형 벽의 전체 외주를 따라 형성되어 있는, 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 2 개의 분배기 밸브 (3, 4) 가 설치되고, 이들 밸브는 공통 구동 샤프트 (6) 를 가지며,
    하나의 밸브는 공급부를 반응기에 연결하고, 다른 밸브는 배출부를 반응기에 연결하며,
    상기 플레이트 조합체는 서로 인접하게 또는 최대한 멀리 떨어져 배치되어 있는, 유체의 화학적/물리적 처리를 위한 시스템.
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