CN101849126B - 通道转换阀 - Google Patents

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Abstract

在优选的实施例中，通道转换阀具有带有连接表面的定子(11)和带有连接表面的主体部分(27)，且定子(11)和主体部分(27)通过在它们的连接表面处的螺栓(31)被可移除地彼此固定。连接表面中的每个具有形成在其上的突起/凹陷图案(26)，突起/凹陷图案(26)被设计成彼此配合。通过彼此相对地旋转定子(11)和主体部分(27)，弹簧(29)的行程在定子(11)和主体部分(27)被以它们的突起/凹陷图案(26)彼此配合的状态被彼此固定的所在位置与所述定子(11)和主体部分(27)以它们的突起/凹陷图案(26)没有彼此配合的状态被彼此固定的所在位置之间变化。弹簧(29)以其的压缩状态保持在主体部分(27)中，用于朝定子(11)推动转子(15)。用于将转子(15)压靠到定子(11)的推动力通过改变弹簧(29)的行程而被调节。

Description

通道转换阀
技术领域
本发明涉及用于在液相色谱仪等中的通道转换阀。
背景技术
高性能液相色谱仪(liquid chromatographs)具有流动通道，液体在高压下流过流动通道，且需要通道转换。
为了这一目的，通常使用通道转换阀。传统的通道转换阀包括连接至流动通道的定子和转子，且被构造成通过将转子旋转到定子和转子在它们的表面处彼此接触的状态中，来执行通道转换(参见专利文件1)。
在这种通道转换阀中，定子的接触表面具有连接到流动通道的端口，转子的接触表面具有用于互连定子的接触表面的两个端口的转换槽。定子插入到转子和流动通道连接至其上的壳体顶部之间。定子可以与壳体顶部分离地形成，或者是与其形成为一体。转子连接到旋转轴的远端，并通过如弹簧的弹性件以使转换槽成为液态密封所需的力压靠定子。也就是，转子和定子在它们的表面处彼此接触，从而防止液体从转换槽泄漏。转子通过接收来自旋转轴的旋转驱动力而旋转。为了执行通道转换，通过旋转转子来改变定子的端口之间的连接。
在这种传统的通道转换阀的情况下，转子由软性材料(例如树脂)制成，而定子由比制造转子的材料硬的材料(例如不锈钢)制成。因此，由于通道转换阀的长期使用，转子的接触表面会磨损。这可能导致增加通道转换阀的旋转扭矩、流体泄漏、以及由保留在转子的磨损的接触表面上的液体造成的交叉污染。
此外，如上所述，转子以给定的力压靠到定子上，用于防止液体泄漏。因此，在转子由树脂制成的情况下，转子的接触表面被刮削，且通过转子的旋转引起的摩擦而产生碎屑。在这种情况下，来自转子的碎屑也从通道转换阀流入在下游连接的色谱柱中，这成为了色谱柱劣化的原因。
另一方面，转子可以是硬性材料(例如陶瓷)制成的。在这种情况下，与树脂制成的转子不同，不会产生碎屑，但必须减少定子和转子两者的接触表面的表面粗糙度且实现这些接触表面的高平滑度，来保持密封。然而，如果这种接触表面通过非常大的力被互相压靠，那么会发生所谓的“键合”现象(在该现象中镜面抛光表面彼此粘附)，这干扰了转子的旋转。
专利文件1：日本未审查专利公开出版物No.1-307575
发明内容
本发明要解决的技术问题
为了保持通过转子和定子来实现的液体密封，转子通常由树脂制成。然而，在这种情况下存在一个问题，即总是通过非常大的力被压靠到定子上的转子由于其的旋转被显著地磨损，这导致阀的预期寿命较短。
在液体在高压下流动的条件下通道转换阀需要液体密封的情形中，转子需要通过非常大的力压靠定子。然而，在一些情况下，例如当液体被允许在低压下流动时，依赖于预期的目的不需要这样的非常大的压靠力。尽管如此，在传统通道转换阀的情况下，转子对定子的压靠力是恒定的且不能被改变。
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有改善的耐久性的通道转换阀。
解决技术问题的手段
根据本发明的通道转换阀包括主体部分；一对具有接触表面的定子和具有接触表面的转子，所述接触表面彼此接触；弹性件，所述弹性件朝定子推动转子；和调节系统，所述调节系统通过改变弹性件的行程来调节用于将转子压靠到定子上的推动力。
多个流动通道连接到其上的定子具有表面，所述表面具有分别连接到流动通道的分配端口，且所述定子被连接到主体部分，使得表面面向内侧。转子被放置在主体部分中，并具有接触表面，所述接触表面与定子的表面接触并具有用于互连定子的两个分配端口的至少一个槽，所述转子连接到穿透主体部分的轴的远端上。通过旋转所述轴使转子旋转，以便改变应当由槽互连的分配端口的组合。弹性件以其的压缩状态被保持在主体部分中。
根据本发明的一个实施例，定子和主体部分中每个具有连接表面，且定子和主体部分通过在它们的连接表面处的固定件被可移除地彼此固定。在这种情形中，所述调节系统包括例如形成在所述定子的连接表面上的突起/凹陷图案和形成在所述主体部分的连接表面上的突起/凹陷图案。所述定子和主体部分的突起/凹陷图案被设计，用于彼此配合。通过彼此相对地旋转所述定子和所述主体部分，所述行程在所述定子和所述主体部分以它们的突起/凹陷图案彼此配合的状态被彼此固定的所在位置与所述定子和所述主体部分以它们的突起/凹陷图案没有彼此配合的状态被彼此固定的所在位置之间变化。
根据本发明的另一个实施例，所述转子和转子连接到其上的所述轴中每个具有连接表面，且所述转子和所述轴通过在它们的连接表面处的固定件被可移除地彼此固定。在这种情况中，所述调节系统包括例如形成在所述转子的连接表面上的突起/凹陷图案和形成在所述轴的连接表面上的突起/凹陷图案，所述轴和转子的突起/凹陷图案被设计，用于彼此配合。通过彼此相对地旋转所述转子和所述轴，所述行程在所述转子和所述轴以它们的突起/凹陷图案被彼此配合的状态被彼此固定的所在位置与所述转子和所述轴以它们的突起/凹陷图案没有彼此配合的状态被彼此固定的所在位置之间变化。
本发明的技术效果
根据本发明，朝向定子推动转子的弹性件的行程可以通过调节系统被改变。因此，当液体被允许在低压下流动时，通过弹性件施加的压靠力可以被减少，从而可以延长阀的寿命。
此外，通过在定子和转子两者的连接表面上或者在转子和轴两者的连接表面上提供作为调节系统的突起/凹陷图案，可以更容易地改变弹性件的行程。在此情况下，依赖于连接表面的突起/凹陷图案是否彼此配合，来改变弹性件的行程。
附图说明
图1A是处于弹簧行程被缩短的状态中的根据本发明第一实施例的通道转换阀的剖面示意图。
图1B是处于弹簧行程被拉长的状态中的根据本发明第一实施例的通道转换阀的剖面示意图。
图2A是在从其接触表面侧观看时根据本发明第一实施例的通道转换阀中的定子的平面图。
图2B是沿着图2A中的X-X线切割的剖面图。
图3A是在从定子侧观看时根据本发明第一实施例的通道转换阀的主体部分的平面图。
图3B是沿着图3A中的X-X线切割的剖面图。
图3C是在从其接触表面侧观看时根据本发明第一实施例的放置在通道转换阀的主体部分中的转子的平面图。
图4是根据本发明第二实施例的通道转换阀的轴和转子的立体图。
图5是显示作为根据本发明的通道转换阀可以被应用的例子的自动采样机的流动通道的示意图。
对参考标记的描述：
11定子
12、26突起/凹陷图案
13接触表面
15转子
17接触表面
19分配端口
21槽
22凸缘
23通道连接部分
25轴
27主体部分
29弹簧
31螺栓
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的一些实施例进行描述。
第一实施例
图1A和1B是显示根据本发明第一实施例的通道转换阀的结构的示意图。图1A和图1B显示了通道转换阀的两种状态，在这两种状态之间作为弹性件的卷簧的行程通过旋转定子11和主体部分27中的一个而被改变。更具体地，图1A显示了行程被缩短的状态，图1B显示了行程被伸长的状态。图2A和2B显示了本发明第一实施例的通道转换阀的定子11，图3A和3B显示了本发明第一实施例的通道转换阀的主体部分27，以及图3C显示了被放置到主体部分27中的转子15。
定子11由不锈钢制成，并与流动通道被连接到其上的壳体顶部一体成型。定子11具有与转子15接触的接触表面13，且被连接至主体部分27，使得接触表面13面向内侧。主体部分27通过螺栓31被固定至定子11的外围。定子11具有多个通道连接部分23，定子11的接触表面13在其与转子15的接触表面17接触的区域中具有分别连接至通道连接部分23的分配端口19。
转子15被放置到主体部分27中，且连接到穿透主体部分27的轴25的远端。转子15的接触表面17与定子11的接触表面13接触，且具有弧形槽21，每个弧形槽21互连定子11的两个分配端口19。
轴25被主体部分27可旋转地支撑。在主体部分27中，弹性件(例如卷簧29)被设置成围绕轴25。弹簧29被以压缩的状态插入到转子15和主体部分27之间，因此通过弹簧29朝向定子11推动转子15。
没有特别地限制通道连接部分23的数量、分配端口19的数量以及槽21的数量。在这个实施例中，提供了四个通道连接部分23、四个分配端口19以及两个槽21。
为了执行通道转换，通过旋转所述轴25，也就是通过相对于定子11可滑动地旋转转子15，来改变分配端口19和槽21之间的连接。
例如转子15由树脂制成。在被磨损坏时需要用新的转子来更换由树脂制成的转子15。在本发明的第一实施例中，定子11由金属制成而转子15由树脂制成。这是因为转子15比定子11更容易制造。然而，与本发明的第一实施例不同，定子11可以由树脂制成，转子15可以由例如不锈钢的金属制成。
参见图2和图3，定子11的接触表面13具有形成在其上的突起/凹陷图案12，主体部分27的接触表面28具有形成在其上的突起/凹陷图案26。突起/凹陷图案12和26被设计成彼此配合。突起/凹陷图案12具有形成在接触表面13的外围上的两个突出，以便彼此相对。突起/凹陷图案26也具有形成在接触表面28的外围上的两个突出，以便彼此相对。突起/凹陷图案12和26被形成，使得当突起/凹陷图案12和26中的一个从突起/凹陷图案12的突出和突起/凹陷图案26的突出彼此面对的位置相对另一个旋转90°时，突起/凹陷图案中的一个的突出被配合到另一个突起/凹陷图案的凹陷上，且所述一个突起/凹陷图案中的凹陷被配合到另一个突起/凹陷图案的突起上。
例如，突起/凹陷图案12和26中的每个的突出和凹陷之间的表面高度水平差(例如突出的厚度)约为0.5mm，但并不特定地限于此，而且可以依赖于弹簧29的弹簧常数进行设定。
定子11的接触表面13具有多个螺栓孔32，使得定子11和主体部分27可以通过将螺栓31拧入螺栓孔32中且配合主体部分27的螺栓孔34，被可移除地彼此固定。螺栓孔32和螺栓孔34被设置，使得定子11和主体部分27能够在两个不同位置上被彼此固定，一个位置是突起/凹陷图案12的突出和突起/凹陷图案26的突出彼此面对的位置，而另一个位置是通过将突起/凹陷图案12和26中的一个从上述位置相对于另一个旋转90°以便突起/凹陷图案12和26中的一个的突出被配合到另一个的凹陷上而获得的位置。
图1A显示了定子11和主体部分27被彼此固定的状态，突起/凹陷图案12和26中的一个的突出被配合到另一个的凹陷上。在这种状态下，定子11和主体部分27之间没有产生间隙，也就是，弹簧29朝向定子11推动转子15的行程被缩短，因此弹簧29的弹力被增加，由此增加了转子15压靠定子11的压靠力。当被应用到在高压下液体流动通过的流动通道中时，通道转换阀被设定成这种状态。
另一方面，通过从处于图1A所示的状态中的通道转换阀移除螺栓31，使定子11相对于主体部分27旋转90°以及将螺栓31再次拧紧，可以使通道转换阀进入到如图1B所示的状态。在这种状态下，定子11的突起/凹陷图案12和主体部分27的突起/凹陷图案26没有彼此配合，也就是突起/凹陷图案12的突出和突起/凹陷图案26的突出彼此接触，使得定子11和主体部分27彼此隔开一距离，该距离等于突起/凹陷图案12的突出的高度和突起/凹陷图案26的突出的高度的总和。结果，朝向定子11推动转子15的弹簧29的行程被伸长，因此弹簧29的弹力被减少，从而减少转子15压靠定子11的压靠力。当应用于液体在低压下流动通过的流动通道中时，通道转换阀被设定成这种状态。在这种状态下，由于转子15压靠定子11的压靠力的减少，转子15的磨损被减少。
第二实施例
图4是根据本发明的第二实施例的通道转换阀的位于主体部分27中的转子15和轴25的立体图。如图4所示的转子15的上表面是与定子11接触的接触表面。转子15具有槽21，每个槽21互连定子11的通道连接部分。在第二实施例中，定子11和主体部分27保持彼此固定，但转子15和轴25中的每个具有连接表面且在它们的连接表面处被彼此可移除地固定。
主体部分27可旋转地支撑轴25，且在轴25的远端设置有凸缘22。转子15的定位(也就是将转子15固定到轴25)是通过用螺栓将转子15连接到凸缘22上来实现的。虽然图4中没有示出，但是凸缘22的连接表面和转子15的连接表面中的每个具有与参考第一实施例在上文描述的突起/凹陷图案相类似的突起/凹陷图案。此外，如本发明第一实施例的情况中，弹性件(例如卷簧)设置成围绕主体部分27中的轴25。更具体地，弹性件被以其压缩状态插入到凸缘22和主体部分27之间，使得通过弹簧朝向定子11推动转子15。另外，在本发明的第二实施例中，转子15的连接表面和凸缘22的连接表面之间的距离可以被改变，也就是，如果通过将螺栓从转子15和凸缘22移除、相对凸缘22使转子15旋转90°、之后再拧紧螺栓，可以改变朝向定子11推动转子15的弹簧的行程。
图4显示转子15的连接表面的突起/凹陷图案和凸缘22的连接表面的突起/凹陷图案彼此配合的状态。在这种状态下，转子15和凸缘22彼此非常靠近，也就是，朝向定子11推动转子15的弹簧的行程被伸长，因此弹簧的弹力被减少，从而减少转子15压靠定子11的压靠力。
另一方面，通过移除螺栓、相对凸缘22将转子15旋转90°、之后再拧紧螺栓，可以使处于如图4所示的状态下的通道转换阀进入另一状态，在这种状态下转子15的连接表面的突起/凹陷图案的突出和凸缘22的连接表面的突起/凹陷图案的突出彼此面对。在这种状态下，转子15和凸缘22彼此隔开一距离，该距离等于转子15的突起/凹陷图案的突出的高度和凸缘22的突起/凹陷图案的突出的高度的总和。因此，凸缘22和主体部分27之间的距离被缩短，也就是，朝向定子11推动转子15的弹簧的行程被缩短，因此弹簧的弹力被增加，从而增加了转子15相对于定子11的压靠力。
如上所述，通过允许转子15和轴25在它们的连接表面处被可移除地彼此固定，使得弹簧的行程是可变化的。当不需要允许液体在高压下流动时，根据本发明第二实施例的通道转换阀也可以用作低压阀。这使得可以增加阀的寿命。
如图5所示，根据本发明的通道转换阀可以应用到例如液相色谱仪使用的自动采样机中。待分析的液体样品预先被密封在小瓶(小容量样品瓶)8中且放置到架81上。用于收集来自小瓶8的样品的针7通过可挠曲的回路管6(以下称作“回路”)连接到注射阀1。另外针7由驱动机构(未图示)保持，因此针7可以根据程序在每个小瓶8和清洗端口9之间、在清洗端口9和注射端口5之间以及在注射端口5和每个小瓶8之间自由地移动。
阀2是通过连接到其公共端口的柱塞3来执行液体的吸入和射出的通道转换的旋转6位阀(rotary 6-position valve)。柱塞3被构造成通过机械力往复运动。清洗溶液瓶4连接到阀2的端口中的一个。注射阀1通过管道连接到液相色谱仪设备10。阀1是执行将液体样品引导成液体流动相的流的通道转换的6端口阀。
根据本发明的通道转换阀可以用作如上所述的这样的自动采样机中的阀1或者阀2。
在下文，将对使用这种自动注射装置的样品注射的操作次序的一个示例进行描述。
(1)注射阀1被使得处于端口“e”和端口“d”被互连的状态。另一方面，阀2被使得处于图5所示的端口“0”和端口“b”被互连的状态。针7被插入到小瓶8中，柱塞3被操作以吸取预定量的液体样品。被柱塞3吸入的液体样品保留在回路6中且没有到达阀2和柱塞3。
(2)针7被从小瓶8移除，之后被移动到注射端口5。
(3)注射阀1被操作使其处于如图5所示的状态。包含在回路6中的样品被引导到液体流动相的流动通道中，用于开始液相色谱分析。
(4)针7被清洗，且被移动到包含接下来要分析的样品的小瓶8中，之后，重复操作步骤(1)至(3)。
根据本发明的通道转换阀的应用不限于如图5所示的自动采样机，而且可以被广泛地应用。
工业实用性
根据本发明的通道转换阀可以用于高性能液相色谱仪和需要通道转换的分析设备等。

Claims (2)

1.一种通道转换阀，所述通道转换阀包括：
主体部分；
定子，多个流动通道连接到所述定子且所述定子具有表面，所述表面具有分别连接到所述流动通道的分配端口，且所述定子连接到所述主体部分，使得所述表面面向内侧；
转子，所述转子放置在所述主体部分中，所述转子具有接触表面，所述接触表面与所述定子的所述表面接触且具有用于互连所述定子的分配端口中的两个分配端口的至少一个槽，且所述转子连接到穿透所述主体部分的轴的远端上，以便通过所述轴的旋转而旋转，来改变应当由所述槽所互连的所述分配端口的组合；
弹性件，所述弹性件被以其的压缩状态保持在所述主体部分中，用于朝所述定子推动所述转子；和
调节系统，所述调节系统通过改变所述弹性件的行程来调节用于将所述转子压靠到所述定子的推动力，
其中，定子和主体部分中每个具有连接表面，且定子和主体部分通过在它们的连接表面处的固定件被可移除地彼此固定，
其中，所述调节系统包括形成在所述定子的连接表面上的突起/凹陷图案和形成在所述主体部分的连接表面上的突起/凹陷图案，所述突起/凹陷图案被设计，用于彼此配合，和
其中，通过彼此相对地旋转所述定子和所述主体部分，所述行程在所述定子和所述主体部分以它们的突起/凹陷图案彼此配合的状态被彼此固定的所在位置与所述定子和所述主体部分以它们的突起/凹陷图案没有彼此配合的状态被彼此固定的所在位置之间变化。
2.一种通道转换阀，所述通道转换阀包括：
主体部分；
定子，多个流动通道连接到所述定子且所述定子具有表面，所述表面具有分别连接到所述流动通道的分配端口，且所述定子连接到所述主体部分，使得所述表面面向内侧；
转子，所述转子放置在所述主体部分中，所述转子具有接触表面，所述接触表面与所述定子的所述表面接触且具有用于互连所述定子的分配端口中的两个分配端口的至少一个槽，且所述转子连接到穿透所述主体部分的轴的远端上，以便通过所述轴的旋转而旋转，来改变应当由所述槽所互连的所述分配端口的组合；
弹性件，所述弹性件被以其的压缩状态保持在所述主体部分中，用于朝所述定子推动所述转子；和
调节系统，所述调节系统通过改变所述弹性件的行程来调节用于将所述转子压靠到所述定子的推动力，
其中，所述转子和所述轴中每个具有连接表面，且所述转子和所述轴通过在它们的连接表面处的固定件被可移除地彼此固定，
其中，所述调节系统包括形成在所述转子的连接表面上的突起/凹陷图案和形成在所述轴的连接表面上的突起/凹陷图案，所述突起/凹陷图案被设计，用于彼此配合，和
其中，通过彼此相对地旋转所述转子和所述轴，所述行程在所述转子和所述轴以它们的突起/凹陷图案被彼此配合的状态被彼此固定的所在位置与所述转子和所述轴以它们的突起/凹陷图案没有彼此配合的状态被彼此固定的所在位置之间变化。
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