CN101617225B - 选择阀 - Google Patents

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Abstract

一种旋转选择阀，其中在阀的不同的旋转位置可选择不同的部件，此外，可通过旋转旋转阀而使通过部件的流反向。

Description

选择阀
技术领域
本发明涉及阀，更具体地，涉及用于从多个入口/出口组中选择所希望的入口/出口端口组的旋转阀。
背景技术
阀在与流体传输相关的装置中被普遍使用。典型类型的阀，例如在中等大小的诸如液相色谱分析系统(LCS)的实验室系统中使用的，是旋转阀。
通常，旋转阀具有固定的主体，在本文中称为定子，定子与在本文中称为转子的旋转主体协同操作。
定子设有多个入口和出口端口。端口经由孔流通连接在定子内面上的相应的一组孔上。定子内面是与转子的转子内面流体密封地接触的定子的内表面。典型地，转子形成为圆盘，转子内面在旋转协同操作中压靠在定子内面上。转子内面设有一个或更多的槽，根据转子相对于定子的旋转位置，槽与不同的孔相互连接。
旋转阀可以设计为经受高压(诸如高于30MPa的压力)。旋转阀可由一系列材料，诸如不锈钢、高性能聚合材料和陶瓷制成。
在转子或定子中的入口/出口的数量和槽的设计反映具体的阀的用途。
普遍类型的多用途阀具有一个入口端口(典型地放置在阀的旋转轴线上)和多个绕入口端口等距离地放置的出口端口。转子具有单独的、径向延伸的具有一端在旋转中心的槽，从而始终连接到入口上，而另一端根据转子相对于定子的角位置连接在任何一个出口上。这样的阀可用于引导流从入口至任何一个出口-每次一个。另一类型的阀用于在一组部件中选择一个，各部件具有入口和出口。这样的示例是Valco Instruments Co.Inc.提供的6端口ST阀，在图1中说明。
四个部件121-124，本文说明为毛细管圈，可连接阀的定子。阀的定子还具有入口端口132和出口端口131。阀的转子具有两个槽125、126。与入口端口132流通连接的外槽125具有连接所选择的部件124的一端127的向内径向延伸的部分。同时，与出口端口131流通连接的内槽126具有连接所选择的部件124的另一端128的向外径向延伸的部分。
因此，使用者可通过所选择的部件传输流，而其它部件是与阀的入口/出口隔离的。只要通过阀的流的方向始终相同，通过各部件的流的方向由其连接至阀的方式确定。
然而，有时使用者希望改变通过部件的流的方向。例如，在部件是色谱柱的情况下，有时希望在一个方向上装填柱，然后使用相反方向的流洗出存留物。在与以上描述的相似的现有技术的阀中，必须使用另外的部件改变流的方向，诸如流变向阀。
发明内容
本发明的目的是提供改进的更方便使用的部件选择阀。
此目的在根据本申请的权利要求1的阀中实现。据此提供一个具有部件选择特征和流反向特征的单独的阀。
附图说明
图1是现有技术的选择阀的示意图。
图2是旋转阀的示意性侧视图。
图3显示根据本发明的一个实施例的阀的定子的前侧。
图4显示图3的定子的定子内面。
图5显示根据本发明的一个实施例的定子内面上的孔的角分布。
图6显示根据本发明的一个实施例的转子的转子内面。
图7显示图6的转子上的槽的位置。
图8是第一转子位置的示意图。
图9是第二转子位置的示意图。
图10是第三转子位置的示意图。
图11是连接到根据本发明的一个实施例的阀的五个部件的示意图。
具体实施方式
典型的旋转阀的主要部分示意性地显示在图2中(其中未示出托架或类似的负荷支撑或紧固元件)。旋转阀10具有定子11、转子12、可选地设有辨认其角位置的部件(未示出)的旋转轴13和典型地包括齿轮箱和马达(尽管阀还可手动操作)的驱动单元14。转子可绕阀的旋转轴线RA相对于定子旋转。
构建在装置中并相对于此装置固定的定子11设有用于与流体源和与阀协同操作的任何部件流通连接的端口(图2中未示出)。端口可位于在定子的外表面的任何合适的位置上。端口设有连接毛细管或管道的部件。这样的部件可为任何合适的类型，诸如本领域技术人员众所周知的传统的Valco配件。端口经由通道与定子内面11a上的相应的孔组流通地连接，也就是说，在操作期间，定子11的表面与转子12接触。
典型地，转子12形成为圆盘并具有在操作期间压靠在定子内面11a上的转子内面12a。转子内面12a设有一个或更多的槽，根据转子12相对于定子11的旋转位置，槽与定子内面11a的不同的孔相互连接。
图3显示定子11的前侧的透视简图，图3说明根据本发明的12端口阀实施例的入口和出口端口31a、32a、33a-37a、33a’-37a’的布置，用于在多达五个连接部件之中选择。此处的前侧指的是与定子内面11a相对的定子11侧。
通常，应该注意到本申请的附图中显示的端口的数量、端口的角位置、槽等在本发明的不同的实施例之间可以是不同的，也就是说，只要它们的相互协同操作仍是根据本发明的主旨，它们可相对于阀的旋转轴线旋转，镜像改变或以其它方式改变。
另外，由于定子中的入口/出口端口经由孔(或其它任何类型的通道)连接到定子内面11a的孔上，通过在端口和孔之间制作非线性的通道，能够以与定子内面11a上的孔的方式不同的方式布置端口。在定子中的端口甚至还可定位在定子的另一个外表面而不是在其前侧上。然而，简单起见，端口显示为定位在与如图4所描述的定子内面的孔在同一直线上。
因此，根据图3的实施例的定子11具有十个端口用于将五个部件连接至阀。在图3中，标号33a和33a’表示与一个这样的部件的连接相对应的此示例中的端口。其它部件将被分别连接至端口34a，34a’，35a，35a’，36a，36a’和37a，37a’。图3还显示分别进入和离开阀的中部入口端口32a和出口端口31a。
通过图3应该理解，部件在本实施例中连接至阀的沿直径上相对的端口。还应该理解，如果阀入口和出口转换，即，如果端口31a用做入口，端口32a用做出口，则阀可类似地使用，如将在下面的阀的布置的描述中说明的。
入口端口32a从主要流体源，诸如泵中接收流体流。流体允许从出口端口31a离开至装置的剩余部分或至任何选择的接收器。
在LCS中使用的情况下，固定在阀上的部件可为色谱柱或保持圈，诸如传统的毛细管圈。由于根据本发明的阀允许流反向，任何连接端口可用做入口，只要其它相应的端口分别做为出口或入口。
图4是图3的定子11从另一侧，也就是说，定子内面侧11a看到的透视图。注意到图4中显示的定子外侧的各端口31a、32a、33a、33a’-37a、37a’经由在孔31b、32b、33b、33b’-37b、37b’终止的通道连接定子内面11a上。第一部件与端口/孔33a、33a’/33b、33b’关联，第二部件至端口/孔34a、34a’/34b、34b’等等。
孔33-37b、33-37b’与端口流通地连接，另外，在本实施例中提供在定子内面11a上的槽38。典型地，槽的宽度和孔的直径基本上相同。根据本发明的阀可不设有槽38，但是包括槽是合适的。槽38的益处在下面详细描述。
参考定子内面11a，通常的孔和槽端的角分布在图5中说明。孔的位置、槽端，以及可能没有使用的位置在此实施例中绕定子的中部孔(中心与阀的旋转轴线一致)基本相等地分布。由于根据说明的本实施例在定子上有十二个这样的位置，本实施例中的分区角α是30°。在设计的其它实施例中，允许更多或更少的可连接部件，角度可不同于30°。因此，在具有四个可连接部件的实施例中，36°的角度α′是有用的。
在本实施例中的出口孔(图4中的孔31b)和槽38的外端位于与定子内面11a的中心径向距离R1处，而与部件端口33a、33a’-37a、37a’关联的孔33b、33b’-37b、37b’以及槽38的内端位于与定子内面11a的中心更近的径向距离R2处。
如示例，在具有0.5mm直径的孔和0.5mm宽度的槽的实施例中，R1为3mm是合适的，R2为2mm是合适的。
根据本发明的阀的实施例的转子12的转子内面12a在图6中显示。此转子内面12a适合于配合前述的图4和5中说明的定子内面11a的实施例。转子内面12a设有基本上环形的槽41和径向槽43。环形槽41在本实施例中具有带有向内径向延伸的延长42的基本上的环形形状。径向槽43从转子内面12a的旋转中心向外径向延伸。
槽41、43的几何性质在图7中更清楚的说明。环形槽41位于半径R1处，而它的延长42从转子内面的旋转中心延伸至半径R2处。通常，径向槽43与延长42在同一直线上，但在相反的方向上，从转子面的旋转中心延伸至与中心径向距离R2处。距离R1和R2与图5中用于定子内面11a的相同。典型地，槽41-42和43的宽度和孔的直径相同。
定子和转子的槽的深度可选择以适合阀的空间流量，但典型地，与孔的直径相同的等级。
当被组装时，转子内面12a以任何传统的旋转阀(本领域技术人员众所周知的，将不在本文中解释)的典型的方式压靠在定子内面11a上。根据转子12和定子11的相互的角位置，获得阀的不同的操作方式。这些在图8-10中说明，其中转子的槽通过粗线表示。
在第一转子位置，如图8中显示的，部件孔33b(部件端口33a同样)经由径向槽43与阀入口孔32b(阀入口端口32a同样)连接。同时环形槽41和它的延长42将部件孔33b’(部件端口33a’同样)和阀出口孔31b(阀出口端口31a同样)连接起来。
如果部件(未示出)，诸如色谱柱或毛细管圈，被连接到对应的端口33a和33a’上，经由入口端口32a(和入口孔32b)进入阀的流体流将通过径向槽43，经由孔33b和端口33a进入部件，通过部件并经由端口33a’和孔33b’返回至阀中，通过延长42和环形槽41，经由出口孔和端口31b和31a最终离开阀。
通过逆时针(当看图8时)旋转转子，另一对连接端口(诸如图4中34a和34a’)将被连接到阀入口端口32a和出口端口31a上，从而选择另一个连接的部件。
图9显示第二转子位置，其中转子相对于图8中显示的位置旋转180°。在此位置相同的部件被连接，但流的方向相反。因此，仍经由入口端口32a和入口孔32b进入阀的流体将通过径向槽43，经由孔和端口33b’和33a’进入部件，通过部件(在相反的方向上)并经由端口和孔33a、33b返回至阀中，通过延长42和环形槽41，经由出口孔和端口31b和31a最终离开阀。
因此，通过简单地旋转转子180°，不需要任何另外的阀或任何重装管道，通过部件的流的方向被反向。
此外，所说明的实施例允许第三位置，如图10中显示的，其中提供阀入口和出口之间的连接，从而使流能够不进入任何连接的部件而通过阀。
在旁路位置，流体进入中部入口端口和孔32a和32b，通过径向槽43和定子槽38。然后其通过环形槽41经由出口孔和端口31b和31a离开阀。此位置还允许环形槽41被冲洗。
尽管定子槽38是优选的以减少外部端口的数量，但它不是本发明所必需的。外部旁路可代替地通过外部地与管道的一段相互连接的另一组入口/出口端口(例如类似端口33a和33a’)来提供。这当然可在阀的任何直径位置上实现，使得任何入口/出口端口可用做旁路端口。
上述实施例仅是示例的实施例。应当理解，端口和孔的数量是可变化的，从而允许任何其它数量的连接部件。此外，孔和槽的位置可稍微地变化。限制的特征是环形槽41应该始终与出口孔31b流通连接，并且不接触任何其它孔，径向槽43应该始终与入口孔32b流体接触并能够通过旋转到达全部的连接孔33b-37b、33b’-37b’，延长42需要能够通过旋转到达全部的连接孔。为了获得本发明的全部的优点，将要连接的部件连接两个直径上相对的孔上，延长42和径向槽43也是在直径上相对的。
图11说明五个部件51-55(在此示例中显示为毛细管圈)连接至描述的阀的实施例的方式。在此示例中，显示的阀的转子是选择第三部件53的位置。

Claims (2)

1.一种旋转选择阀(10)，所述阀包括定子(11)和转子(12)，所述定子(11)包括多个伸至所述定子中并且各在定子内面(11a)上的孔终止的连接端口，所述定子内面是所述定子的面，其实现以流体密封的方式接触所述转子(12)的转子内面(12a)，所述转子内面(12a)能够相对于所述定子内面(11a)绕旋转轴线(RA)旋转地移动，多个不同的部件与所述定子的所述端口连接，并且所述多个不同的部件在所述转子的不同的旋转位置上被选择，
所述定子内面包括：
连接至相应的第一入口/出口端口(31a)的第一入口/出口孔(31b)，所述第一入口/出口孔(31b)定位于距所述转子的所述旋转轴线第一径向距离(R1)处，
连接至相应的第二入口/出口端口(32a)的第二入口/出口孔(32b)，所述第二入口/出口孔定位于与所述转子(12)的所述旋转轴线大致重合，
其特征在于，
所述定子内面还包括：
成对的连接孔(33b-37b，33b’-37b’)，各孔连接相应的连接端口(33a-37a，33a’-37a’)，并且将要连接至所述阀的部件适合于各连接到两个端口上，与各可连接的部件相关联的两个孔位于相对于所述转子的所述旋转轴线的直径上基本相对的位置上，各所述连接孔(33b-37b，33b’-37b’)定位在距所述转子的所述旋转轴线比所述第一径向距离(R1)短的径向距离处，
并且其中，
所述转子内面包括：
绕所述转子的所述旋转轴线定位在所述第一径向距离(R1)处的基本上环形的槽(41)，所述环形槽(41)还具有延长(42)，其从所述环形槽(41)的一个位置朝向但不到达所述转子的旋转中心地延伸，其长度使得其能够到达全部的所述连接孔(33b-37b，33b’-37b’)，和
径向槽(43)，其从所述转子的所述旋转中心延伸，其长度使得其能够到达全部的所述连接孔(33b-37b，33b’-37b’)，但比所述第一径向距离(R1)短，所述径向槽(43)定位在相对于所述环形槽(41)的所述延长(42)的方向的大致直径上。
2.根据权利要求1的旋转选择阀，其特征在于，所述定子内面(11a)还包括定位在直径上与所述第一入口/出口孔(31b)相对的定子槽(38)，所述定子槽(38)在所述第一径向距离(R1)处和与所述旋转中心相距基本上与所述径向槽(43)延伸的相同的长度处之间径向延伸。
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