CN101213392B - 阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括基体(12)和弹性膜(13)的阀装置(10)，所述膜至少在阀区域周围被结合到基体上。基体包括第一通道(16)和第二通道(17)，第一通道和第二通道在阀区域中终止，第一通道在阀区域中具有第一通道端面(19)、且第二通道在阀区域中具有第二通道端面(21)，其中第一通道端面的面积大体上大于第二通道端面的面积。

Description

阀装置

技术领域

本发明涉及阀装置。更特别地，本发明涉及配置为用于基于膜的流体系统的阀装置。

背景技术

基于膜的流体系统用于处理如生物流体等流体。在这种系统中，流体经常被泵送、隔离、混合、发送、融合、分离和/或储存。为使这种流体操作是可能的，采用可阻止和/或允许流体流经流体通道的阀装置。在基于膜的流体系统中，通常需要单向、溢流和双向阀装置。

基于膜的流体系统的实例见于例如美国专利6382923、6663359、5178182、6416293、4865584和4470760。在这些系统中提出了不同的阀装置。但是，这些阀装置结构复杂。特别地，这些阀不适于在单层基体中使用。

在美国专利2004/0209354、2002/0155010、2004/0155213和2004/0148777中描述了基体系统中单向阀的多个实例。而且，这些单向阀结构复杂，其每个单向阀装置包括多层基体。此外，已公开的阀结构仅可用作单向阀。

发明内容

本发明一个目的是提供结构较为简单的阀装置，使阀装置可用于包括单层基体和膜的基于膜的流体系统中。

该目的由包括基体和膜的阀装置实现，所述膜至少在阀区域周围被结合到基体上，所述基体包括第一通道和第二通道，第一通道和第二通道在阀区域终止，第一通道在阀区域中具有第一通道端面、且第二通道在阀区域中具有第二通道端面，其中第一通道端面的面积大体上大于第二通道端面的面积。

阀区域是基体和膜没有相互结合的区域。在该区域中，柔性膜可从基体被推动或抬起，使基体和膜之间有间隙。通过该间隙，第一和第二通道流体连通，流体可从第一通道流至第二通道或反之亦然。但是，当膜在阀区域中紧靠基体即在通常的常规位置时，第一和第二通道之间的流体连通将被阻断，因此第一和第二通道之间不可能流通。

第一和第二通道的第一和第二通道端面分别是各通道位于阀区域中、且位于膜所在的基体一侧的平面内的端面。

大体上大于是指第一通道端面的面积是第二通道端面面积的至少1.5倍，优选是第二通道端面面积的至少2.5倍，更优选是第二通道端面面积的至少5倍。

当第一通道中压力增加到某一水平时，柔性膜将从基体被抬起，具有该结构的阀装置可将流体从第一通道泵送至第二通道。此后流体将流经阀区域中基体与膜之间的(临时)间隙。

通常，在阀区域中将膜从基体抬起时需要一定的力。由于第一通道端面大体上大于第二通道端面，当流体在第一通道受压时更易于获得打开阀的力。由于可选择力的水平使得仅需利用“常规”流体压力，第一通道就会产生足够的力以将膜从基体抬起，从而实现单向阀。

打开阀所需的力水平也可进行选择，以符合对系统常规使用过高的压力水平。在这种构型中，阀装置可用作溢流阀。

还可以从两个通道均可经阀区域泵送流体的方式选择力水平。因此应清楚的是，对于同样的打开力水平，与第一通道相比在第二通道中需要更大的压力，以获得经阀区域的流动。

在一个实施例中，在阀区域外的第一通道和/或第二通道的纵向壁的至少一部分由膜形成。这种通道可容易地形成在基体中。例如，可在基体中设置纵向凹槽，其中凹槽由膜覆盖。在一个实施例中，第一和第二通道均以这种方式制成。在另一实施例中，单层基体可设置有两个膜，分别位于基体每侧。此后每个膜可形成第一或第二通道中的一个的纵向壁的一部分。位于与阀区域相反的膜一侧的通道此后可由穿过基体的孔与阀区域相连。这种孔也可以容易地形成在基体中。

在一个实施例中，阀装置包括柱塞，所述柱塞可在与基体相反一侧在阀区域的至少一部分中被挤靠到膜上。该柱塞将膜挤靠到基体上，这样可用于设定打开阀所需的最小力。因此，阀装置可包括配置为将柱塞挤靠到膜上的压紧装置。通过使用压紧装置可设定最小力。

在一个实施例中，压紧装置可以是可调节或不可调节的被动装置。例如压紧装置可包括将柱塞推靠到膜上的弹簧元件。该弹簧元件可以是片簧，或任何其它适用弹簧，还可使用如机械、气动、电力或磁力装置。

在另一实施例中，压紧装置可以是主动装置，主动装置可主动控制施加在柱塞上、从而施加在膜上的压力。

在一个实施例中，柱塞包括配置为被挤靠到膜上的凸缘，其中凸缘被设计为将阀区域分成第一部分和第二部分，其中第一通道端面位于第一部分中，第二通道端面位于第二部分中。通过在柱塞上提供凸缘，可对膜施加较高的局部压力。这使得膜在阀区域中可更好地密封在基体上，防止在阀装置关闭时，即在还没有达到打开阀的设定压力之前发生任何泄漏。利用这种凸缘，从关闭阀到打开阀的转换以及相反的转换大体上更迅捷。本发明还涉及包括一个或多个根据权利要求1至11中任一权利要求的阀装置的基于膜的流体系统。

附图说明

根据本发明的阀装置的其它优点和特性通过参考附图描述，其中：

图1是根据本发明阀装置第一实施例的底视图；

图2是图1中第一实施例横截面的侧视图；

图3是根据本发明阀装置第二实施例的底视图；

图4是图3中第二实施例横截面的侧视图。

具体实施方式

图1和图2所示为根据本发明阀装置的第一实施例，通常以参考序号10表示。阀装置11包括基体12和柔性膜13，所述柔性膜的大部分表面区域与基体12接合。在本实施例中，基体12和柔性膜13通过粘合层14相互连接。但是，只要基体12和柔性膜13之间的连接为流体密封的以使不会发生泄漏或污染，可使用例如双面胶带、焊接等任一适用连接方式。

在阀区域15中，基体12和膜13未相互连接以使阀机构是可能的。该阀区域15在图1中显示为虚线圆形，但该阀区域15可具有任一适用形状。

在基体12的底侧设置第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽位于阀区域15之外被膜13覆盖，以形成第一流体通道16和第二流体通道17。这种流体通道16、17可易于制造，因为在基体12各侧面之一中较易于机加工或模制凹槽。因为膜13已经用于阀机构，形成流体通道16、17纵向壁一部分的膜13也可易于使用。

在阀区域15内，流体通道16包括具有通道端面19的流体通道端部腔18。该通道端面19为流体通道端部腔18位于基体12底面的平面内的表面区域。当流体通道16内流体压力增加时，该通道端面19即为对膜13施加压力的表面区域。通道端面19大体为马蹄形。

相应地，流体通道17在阀区域15内包括具有通道端面21的流体通道端部腔20。同样，当流体通道17内流体压力增加时，该通道端面21即为阀区域15中对膜13施加压力的表面区域。

阀装置10还包括柱塞22，所述柱塞在与基体12相反的一侧通过压紧装置23被压靠膜13，所述压紧装置在图中以螺旋弹簧示意性表示。在本实施例的阀装置10中，压紧装置23为被动装置，这是指该压紧装置23对膜13施加不可由控制器件等调节的恒力。在一个实施例中可能通过例如固定螺丝调节被动压紧装置。当采用被动压紧装置23时，优选使用片簧，因为这种压紧装置由于没有摩擦和游隙因此可平稳工作。

压紧装置23挤压柱塞22紧靠阀区域15中的膜13。因此膜13被挤压紧靠基体12，使得通常当没有泵送压力施加于流体通道16、17其中一个时，基体12和膜13之间无流体流动。

当第一流体通道16内的流体压力现在被增大时，通过通道端面19的区域增大的该流体压力对膜13施加力。如果该力大于柱塞对膜13施加的力，则膜13和柱塞22可从基体12被抬起，使得在阀区域15中形成基体12和膜13之间的间隙。流体可通过该间隙从流体通道16流至流体通道17。打开阀所需的阀打开力由膜13的弹性和柱塞22所施加的力决定。因此该力由如上所述可调的弹簧力设定。应注意，马蹄形通道端面19的优点是压力将或多或少地被均匀分布在整个柱塞22的顶面。通常是有利的是，通道端面19、21的中心的一个或两个与接触膜13的柱塞22的表面中心位于同一直线上。

此外，如果第二流体通道17中的流体压力增大，通过通道端面21的区域增大的该压力提供可比柱塞22所施加的力大的力。当该力较大时，阀可打开，流体可从流体通道17流至流体通道16。但是，由于通道端面21大体上小于通道端面19，流体通道17中打开阀装置所需的流体压力大体上大于流体通道16中打开阀装置所需的流体压力。

根据设定力，阀装置10可用作单向阀或溢流阀。当设定力在如下范围内，即在流体通道16中常规泵送流体压力提供足以打开阀的压力，但是流体通道17中同样的常规泵送流体压力将不能提供足以打开阀的压力时，阀可用作单向阀。如果打开阀所需压力超过流体通道16和流体通道17的常规泵送流体压力，则阀装置10可用作溢流阀。也可能是，在流体通道16和流体通道17中的常规泵送流体压力均足以打开阀。此时阀装置10可用作双向阀。

图3和图4所示为根据本发明阀装置的第二实施例。在这些图中，与图1和图2中阀装置部分相同的部分用同样的参考序号标出。

图3和图4中阀装置10的结构大体与图1和图2中阀装置10的结构相一致。以下仅描述不同之处。

流体通道17通常在基体12与膜13位置相反的一侧延伸。同样该流体通道由纵向侧敞开并被膜24覆盖的凹槽形成。但是，膜24也可为适于闭合凹槽的任何其它元件。流体通道17可通过贯通通道25与基体相反的一侧(即放置膜13的一侧)流体连通，所述贯通通道可例如通过模制或钻孔形成在基体12中。该替代实施例也较易于制造并可使两个流体通道交叉(基体每一侧12各一个)。如此可在单层基体上提供更复杂的流体处理和流动。

柱塞22包括围绕流体通道17的通道端面21的连续凸缘24。该凸缘24从柱塞22顶面突出。该突出的凸缘24可使膜13更好地密封在基体12上，由此使阀装置10更好关闭。在本实施例中，凸缘围绕流体通道17的通道端面21。凸缘也可以是不连续的，而是从阀区域15一侧向另一侧延伸。在任一情况下，凸缘应大体将阀区域15划分成两个部分。通道端面19、21中的一个应在一个部分之内，通道端面21、19中的另一个应在另一部分之内。

本发明所指凸缘可包括可改进膜13在基体12上的密封的任何突出边缘等。

图3和图4中的实施例的压紧装置23是主动的，这是指例如通过使用控制器件可改变柱塞22挤靠膜13的力。如此，阀装置10的特性可根据例如流体处理的进程进行转换。压紧装置可为例如气动或液压缸、或机械或机电装置。

当阀装置例如用作单向(单一方向)阀时，可改变打开阀所需力的水平，使得例如当已知某流体腔已充满时可降低力的水平，使得单向阀15被打开且多余流体可被排出。在这种情况下，在使流体通过阀之前，无需增加流体压力至“超过常规”水平。

同样，在双向阀的情况下，打开阀的力水平可取决于环境。如果例如需要流体从流体通道17流至流体通道16，可暂时减小柱塞22的压力。

此外，根据处理要求，主动压紧装置通过将打开力水平设定至某模式的特定水平，可在不同阀装置模式(单向、溢流及双向)之间转换。

本领域技术人员应理解，在本发明范围内可进行多种改进或更改。这种改进或更改应视为落入权利要求所限定的本发明范围内。

Claims (12)

1.一种基于膜的流体系统，包括阀装置，所述阀装置包括基体和弹性膜，所述弹性膜至少在阀区域周围被结合到所述基体上，所述基体包括第一通道和第二通道，第一通道和第二通道在阀区域终止，所述第一通道在阀区域中具有第一通道端面、且所述第二通道在阀区域中具有第二通道端面，其中第一通道端面的面积大体上大于第二通道端面的面积，所述第一通道端面大体为马蹄形。

2.如权利要求1所述的基于膜的流体系统，其中第一通道和/或第二通道的纵向壁的至少一部分由所述弹性膜形成。

3.如权利要求1或2所述的基于膜的流体系统，其中阀装置是被动阀装置。

4.如权利要求1或2所述的基于膜的流体系统，其中阀装置是溢流阀。

5.如权利要求1或2所述的基于膜的流体系统，其中阀装置还包括柱塞，所述柱塞在与所述基体相反一侧在至少一部分阀区域中被挤靠所述弹性膜。

6.如权利要求5所述的基于膜的流体系统，其中阀装置包括配置为将所述柱塞挤靠到所述弹性膜上的压紧装置。

7.如权利要求6所述的基于膜的流体系统，其中压紧装置将所述柱塞挤靠到所述弹性膜上的力是可调的。

8.如权利要求7所述的基于膜的流体系统，其中压紧装置是主动的，以调节所述力。

9.如权利要求6所述的基于膜的流体系统，其中压紧装置包括弹簧。

10.如权利要求5所述的基于膜的流体系统，其中柱塞包括配置为被挤靠到所述弹性膜上的凸缘，其中所述凸缘设计为将所述阀区域分成第一部分和第二部分，第一通道端面位于所述第一部分中，且第二通道端面位于所述第二部分中。

11.如权利要求10所述的基于膜的流体系统，其中所述凸缘是连续的、且设计成环绕第一通道端面和第二通道端面中的一个。

12.如权利要求9所述的基于膜的流体系统，其中所述弹簧为片簧。

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