CN102192365A - 热操作阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热操作阀。一种阀具有包括阀座的壳体。阀销通过支承外壳得到壳体的支承。支承外壳和阀销具有不同的热膨胀系数，使得在暴露于温度变化的情况下，支承外壳的运动不同于阀销的运动。以此方式，可造成阀销朝着和离开阀座运动，以使得阀操作。

Description

热操作阀
技术领域
本发明涉及一种通过使用具有不同热膨胀系数的材料来提供阀销相对于阀座的精确运动的阀。
背景技术
阀在许多应用中得到使用以便控制流体从一个位置到另一位置的流动。在典型阀中，阀座接收阀销，并且在阀销座置在阀座内时阻挡流体流从上游位置流向下游位置。阀销相对于阀座运动，使得流体流动。
通常，设置一些致动器来运动阀销。致动器的使用需要另外的部件，并且略微昂贵。此外，致动器不能提供精确的运动，或者充分的密封。
已经提出采用通过加热和冷却来膨胀或收缩以形成阀销的材料。在这些阀中，阀销在被加热到使得流体流动时产生运动。
发明内容
一种阀具有包括阀座的壳体。阀销得到支承外壳的支承。支承外壳和阀销具有不同的热膨胀系数，使得在暴露于温度变化的情况下，支承外壳的运动不同于阀销的运动。以此方式，阀销可被造成朝着和离开阀座运动，以便使得阀操作。
本发明的这些和其它特征可以从下面的说明书和附图中获得最佳理解，下面是对附图的简要说明。
附图说明
图1A示出了第一实施例。
图1B示出了座置的第一实施例的阀。
图2示出了第二实施例。
具体实施方式
在图1A中示出的阀20具有阀销22。阀销22具有头部24，所述头部24选择性地座置在阀座26中，以便控制流体从上游位置35经由阀座26到端口36以及到下游连接部40内的下游端口38的流动。
阀销22在28处被连接到支承外壳30。支承外壳30被接收在孔口31内，并且在32处连接到壳体34。在28和32处的连接可以通过焊接或本领域公知的其它技术来实施。支承外壳30由具有不同于阀销22的热膨胀系数的材料形成。可以选择热膨胀系数的差别，从而使得其中一种材料的热膨胀系数达到另一材料的热膨胀系数的至少两倍。作为实例，这将提供可以在相对较短时间周期内实现的明显的运动，以便更好地控制样品流体的量。
在一个实施例中，支承外壳30和壳体34由不锈钢形成，并且特别是由不锈钢304形成。在同样的实施例中，阀销22可以由钨形成。采用这样的材料，不锈钢将以三倍或四倍于钨的热膨胀系数的热膨胀系数产生膨胀。
虽然支承外壳30在图1A中表示为围绕圆柱形阀销的圆柱形元件，但是可以采用支承阀销22以便相对于阀座26运动的支承外壳30的其它实施例。作为实例，间隔开的腿或甚至单个支承腿可支承阀销22，并且导致阀销22相对于阀座26运动。
在暴露于热量中时，支承外壳30将比阀销22更多地膨胀。由于两者被连接在一起，这将造成阀销22运动到图1A所示的左侧，并且使得头部24从图1B所示的密封连接部的位置运动到图1A所示的使得流体流动的位置。加热器42可被设置成促使该膨胀。另一种可选方式是，阀20可以响应于环境热量以便提供这种运动。
本发明能够提供阀销22的非常精确的运动，使得极小量的流体可以在端口36到端口38之间得到计量。阀20特别适用于希望收集少量计量气体的应用。
虽然阀销22被描述成相对于支承外壳30或壳体34具有更低的热膨胀系数，但是也可以采用相反的情况。另外，虽然披露了加热用来致动阀20，实际上在其它实施例中冷却也可以用来致动阀20。例如，根据选择用于阀销22和支承外壳30的材料，阀20可被构造成响应于增加或减小的温度来被动打开或关闭。
图2示出了阀51的另一实施例，其中阀销43被接收在支承外壳44内，并且设置加热器线圈46。阀销43具有被选择性地接收在隔膜50的开口54内的头部48，其中开口54处的隔膜50用作阀销43的阀座。隔膜50被固定在壳体52内。入口56延伸到腔室57内，并且出口58延伸到腔室之外。真空连接部62被施加到隔膜的相对侧上。
在图2所示的实施例中，支承外壳44和阀销43的材料和基本安装可以如同图1A实施例的支承外壳30和阀销22那样表示。如图2所示，支承外壳44被支承在壳体52内。焊接结合部100将隔膜50固定在壳体52内。
可由粉末烧结金属形成的烧结体（frit）70使得在预定时间周期内其表面区域上的泄漏量得到控制。在此实施例中，可以在施加真空的同时，通过简单致动阀51以便将阀销头部48拉动离开开口54来采集非常精确的气体量。这可对入口56到出口58之间流动的流体采集到非常精确的流体量。样品被抽吸经过烧结体70并进入连接部62。
在图1A和2所示的实施例中，阀销22和43可以被保持贴靠阀座26和隔膜50内的开口54，以便提供非常紧密的配合以及非常牢固的密封，从而防止产生泄漏。隔膜50还使得该实施例应用到极度寒冷的环境中。在这种寒冷环境中，热膨胀进行操作，造成套筒和销朝着隔膜拉动，以便提供非常紧密的配合。柔性隔膜允许这种运动，而不损坏整个阀。在具有运动阀部件的现有技术阀中，为了提供保持阀销贴靠阀座的牢固或很大的力，需要克服同样的很大的力。但是，由于在本发明实施例中材料膨胀是造成运动的因素，因此以上问题不适用于现有技术。同样，通过本发明实施例提供阀元件相对于其壳体的非常精确的运动，可以实现精确的计量。
在一种应用中，图1A的阀20的实施例可以闭合具有100微米（0.0039英寸）的内部尺寸的熔合硅石毛细管（fused silica capillary）。采用2英寸（50.8毫米）的钨销以及200℉（93.33℃）温度升高，阀销22和阀座26之间的间隙是0.0029英寸（73.66毫米）。此间隙非常适用于该100微米毛细管的应用。阀销22的直径以及支承外壳30的壁厚可以被选择成使得阀座26可以在材料的弹性极限内操作，并且保持小于10**-10标准立方厘米/每秒（SCCS）的氦泄漏率。知晓膨胀系数以及部件的特定尺寸，本领域的普通技术人员将能够计算出阀销22和支承外壳30的相对运动，以实现这种紧密控制。
在许多阀应用中，阀销和阀座在成形之后被抛光。但是在此实施例中优选的是只有阀销被抛光，阀座不抛光。那么，在最初磨合过程中，阀将形成阀座的实际轮廓，从而提供防止几乎所有泄漏的非常紧密和精确的阀座。
图1A和2的阀20和51没有运动部件，这使得阀20和51非常可靠，并且制造简单。死容积（dead volume）非常小，适用于需要非常低的泄漏率、低的死容积的应用以及例如气体色层分离法、流动切换装置和真空系统的可靠应用。当然，可以使用任何其它尺寸和材料。
虽然已经描述了本发明的多个实施例，但是本领域的普通技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行一些变型。为此，应该研读以下权利要求书以便确定本发明的真实范围和内容。

Claims (15)

1. 一种阀，所述阀包括：
包括阀座的壳体；
阀销，所述阀销得到支承外壳的支承；且
所述支承外壳和所述阀销具有不同的热膨胀系数，使得在暴露于温度变化的情况下，所述支承外壳和所述阀销的运动是不同的，并且可造成所述阀销朝着和离开所述阀座运动，以允许所述阀操作。
2. 根据权利要求1所述的阀，其中所述阀销具有比所述支承外壳更小的热膨胀系数。
3. 根据权利要求1所述的阀，其中所述支承外壳和所述阀销之一的热膨胀系数是所述支承外壳和所述阀销中的另一个的热膨胀系数的至少两倍大。
4. 根据权利要求1所述的阀，其中远离所述阀座的所述阀销的端部和所述支承外壳的端部被固定在一起，使得所述支承外壳的所述运动造成所述阀销相对于所述阀座运动。
5. 根据权利要求1所述的阀，其中加热器被设置成造成所述阀销相对于所述阀座产生所述运动。
6. 根据权利要求5所述的阀，其中所述加热器加热所述支承外壳，以便造成所述外壳膨胀，并造成所述阀销运动。
7. 根据权利要求6所述的阀，其中所述支承外壳被固定到所述阀座壳体内，并且与所述阀销的膨胀相比，使得所述支承外壳以更大速度膨胀造成所述阀销运动。
8. 根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座形成在隔膜构件内。
9. 根据权利要求8所述的阀，其中所述阀座形成为所述隔膜内的开口，并且一种材料使得流体在该材料上以及到所述开口泄漏非常精确的流体量，并且所述阀销被拉动离开所述阀座，使得流体可在该材料上并到采样出口泄漏非常精确的流体量。
10. 根据权利要求1所述的阀，其中所述阀销由钨形成，并且所述支承外壳由不锈钢形成。
11. 根据权利要求1所述的阀，其中所述支承外壳是围绕所述阀销的圆柱形元件。
12. 一种阀，包括：
包括阀座的壳体；
得到支承外壳支承的阀销；
所述支承外壳具有比所述阀销更大的热膨胀系数，使得在暴露于温度变化的情况下，所述支承外壳的膨胀大于所述阀销的膨胀，并且造成所述阀销朝着和离开所述阀座运动，以允许所述阀操作；
远离所述阀座的所述阀销的端部以及所述支承外壳的端部被固定在一起，使得所述支承外壳的运动造成所述阀销相对于所述阀座运动；以及
加热器，所述加热器被设置成造成所述阀销相对于所述阀座的所述运动。
13. 根据权利要求12所述的阀，其中所述阀销由钨形成，并且所述支承外壳由不锈钢形成。
14. 一种操作阀的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）提供包括阀座的壳体；
（b）将阀销连接到支承外壳，所述支承外壳和所述阀销具有不同的热膨胀系数；以及
（c）所述阀销和所述支承外壳运动以响应温度变化，其中所述支承外壳和所述阀销的运动是不同的，并且所述阀销朝着或离开所述阀座运动，以允许所述阀操作。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中热量被施加到所述支承外壳和所述阀销，以造成所述阀销的所述运动。
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