CN102209863B - 随机存取旋转阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使得部件能够选择性地连入主流中的旋转阀。该阀包括固定的定子(111)和配合的可旋转转子(112)。定子包括多个连接端口(131a-137a)，而转子包括用于所述端口(131a-137a)相对于转子位置的选择性流体互连的互连路径(140-144)。转子中的互连路径布置成：在第一转子位置上使主入口端口(131a)与主出口端口(132a)互连，在第二转子位置上使主入口端口(131a)与第一部件进给端口(133a)互连，并使第一部件返回端口(134a)与主出口端口(132a)互连，在第三转子位置上使主入口端口(131a)与第一部件进给端口(133a)互连，第一部件返回端口(134a)与第二部件进给端口(135a)互连，并使第二部件返回端口(136a)与主出口端口(132a)互连，并且在第四转子位置上使主入口端口(131a)与第二部件进给端口(135a)互连，并使第二部件返回端口与主出口端口(132a)互连。

Description

随机存取旋转阀
技术领域
本发明涉及阀门，且更具体地说涉及用于选择性地使部件能够连入主流的旋转阀。
背景技术
在涉及流体的输送的装置中常使用阀门。例如在中等规模的实验室系统中使用的典型的阀门类型是旋转阀。
通常，旋转阀具有固定主体，本文称为定子，其与本文称为转子的旋转主体协作。
定子设有多个入口和出口。这些端口是与内部定子面上的一组相应的孔成流体连通的通孔。内部定子面是定子的内表面，其与转子的内部转子面成不透流体的接触。转子典型地形成为盘状，并且内部转子面成旋转协作而压靠在内部定子面上。内部转子面设有一个或多个槽，其根据转子相对于定子的旋转位置而将不同的孔互连。
旋转阀可设计成承受高压(例如30MPa以上的压力)。它们可由一系列材料，例如不锈钢、高性能聚合材料和陶瓷制成。
入口/出口的数量以及转子或定子中的槽的设计反映了具体阀门的预期用途。
一种常见类型的多用途阀门具有一个入口端口(典型地置于阀门的旋转轴线上)和围绕入口端口等距放置的多个许多出口端口。转子具有单个径向延伸的槽，该槽具有在旋转中心上的一个末端，从而始终连接在入口上，而另一末端根据转子相对于定子的角度位置而连接在其中任一个出口上。此类阀门对于将流从入口引导至任一出口是有用的——一次一个出口。
更复杂的装置也是可能的，其定制成执行一个或几个特定任务。例如，旋转阀可用于将流体样本引入分析系统的流体路径中。
例如在授予Nichols的美国专利6,672,336中描述了一种旋转阀，其容许用户彼此独立地控制流向一组两个出口的任一出口的第一流，并且控制流向一组另两个出口的任一出口的第二流。
在许多处理液体的流的仪器中，例如液相谱系统(LCS)，有时需要能够包括一部件或绕过一部件。
此情形利用传统的四路双通道阀而被轻易地解决，如图1和图2中示意性地所示。
图3显示了两个部件，其各经由传统的四路双通道阀而连接在流动路径上。因而，可使其中一个或这两个部件脱离流动路径。
然而，将会有益的是能够将两个部件的至少其中一个部件脱离流动路径的可能性结合到单个阀门中。对此一个原因是节省成本(例如既然在自动操作的阀的情况下只需要一个阀门马达驱动器)。另一原因是通过将尽可能多的路径结合到阀门中而缩短路径长度的可能性，从而减少了对互连管道的需求。
如果此类阀门包括甚至更多的功能，例如利用第二液体源冲洗其中一个部件的可能性，那么其将是额外有利的。例如，如果其中一个部件需要利用明确限定的校准液体进行校准，情况就将如此。如果该液体(尤其是如果其昂贵的话)能够在不需要使其穿过整个仪器的情况下直接引入(例如利用注射器)部件中，这将是有用的。
因而，需要一种多用途阀门，其容许两个部件的至少其中一个部件独立地连接到主流上/从主流脱离。
发明内容
这是以根据本申请的权利要求1所述的阀门实现的。
因此实现了一种单独的旋转阀，其可采取至少三个不同的旋转位置，其中或者绕过两个部件，或者只有其中一个部件连接在主流上而另一部件被绕过，或者两个部件都连接在主流上。这将提供与利用两个分开的阀门相比更便宜的阀门，并且最小化互连管道。
根据一个方面，提供了一种旋转阀，其包括带有内部定子面的定子和带有内部转子面的转子，内部转子面设置成与内部定子面成密封接触，转子相对于内部定子面可旋转地移动到围绕旋转轴线的多个转子位置，定子包括多个连接端口，各连接端口与位于内部定子面上相对应的阀门孔成流体接触，并且转子包括两个或更多互连路径，用于相对于转子位置与所述阀门孔的选择性流体互连，其中定子包括，主入口端口、主出口端口，第一部件进给端口、第一部件返回端口、第二部件进给端口、第二部件返回端口，并且其中转子中的互连路径布置成：
-在第一转子位置上将主入口端口与主出口端口互连，
-在第二转子位置上将主入口端口与第一部件进给端口互连，并且将第一部件返回端口与主出口端口互连，
-在第三转子位置上将主入口端口与第一部件进给端口互连，第一部件返回端口与第二部件进给端口互连，并且将第二部件返回端口与主出口端口互连，且
-在第四转子位置上将主入口端口与第二部件进给端口互连，并且将第二部件返回端口与主出口端口互连。
根据一个实施例，主入口端口的阀门孔布置成与旋转轴线同心，主出口端口和第一及第二部件进给端口的阀门孔成角度地分布在离旋转轴线距离R处，而且转子包括位于主入口端口的阀门孔和离旋转轴线距离R处的一个点之间的主入口互连路径。
根据一个实施例，在第二和第三转子位置处，经由定子互连通道使第一部件进给端口与转子的主入口互连路径成流体接触，该定子互连通道延长了第一部件进给端口的阀门孔。
根据一个实施例，第一和第二部件返回端口的阀门孔成角度地分布在离旋转轴线距离R处，且转子包括两个或更多传送互连路径，用于使布置在离旋转轴线距离R处的阀门孔的选择性地成对互连。
根据一个实施例，主出口端口、第二部件进给端口和第一及第二部件返回端口的阀门孔是等距分布的，且各传送互连路径布置成将相邻的阀门孔互连。
根据一个实施例，定子还包括辅助入口端口和辅助出口端口，并且其中转子中的互连路径布置成：
-在第五转子位置上将辅助入口端口与第二部件进给端口互连，并且将第二部件返回端口与辅助出口端口互连。根据一个实施例，辅助入口端口的阀门孔布置在离旋转轴线距离R2处，R≠R2，并且转子包括辅助源互连路径，该辅助源互连路径布置成当转子处于第五转子位置上时将辅助入口和第二部件进给端口的阀门孔互连，而其中一个传送互连路径布置成将第二部件进给端口和辅助出口的阀门孔互连。
根据一个实施例，第一转子位置选择为0°，并且相邻的阀门孔之间的等距离间距是30°，之后第二转子位置在90°处，第三转子位置在120°处，第四转子位置在300°处，而第五转子位置在150°处。
根据一个实施例，第一部件和第二部件的至少其中一个部件结合在定子中，通过定子中的互连通道而与相应的端口直接连通。根据一个实施例，呈pH值传感器形式的第二部件结合在定子中。
根据一个实施例，提供了包括根据本发明的旋转阀的一种分析仪器和一种处理系统。
在从属权利要求中描述了合适的实施例。
附图说明
图1显示了在第一模式中利用传统阀门穿过部件的流。
图2显示了在第二模式中利用传统阀门绕过图1的部件。
图3显示了两个部件利用两个传统阀门连接在流动路径上。
图4是旋转阀的示意性的侧视图。
图5是本发明第一实施例的定子的透视图。
图6从内部定子面一侧显示了图5的定子。
图7显示了根据图5的定子的内部定子面中的孔的成角度分布。
图8是从转子内表面看去的本发明第一实施例的转子的透视图。
图9显示了根据图8的转子的内部转子面的槽的成角度分布。
图10a-10e是本发明的一个实施例的示意图，其中转子定位在不同的转子位置上。
图11是第二位置上的本发明的另一实施例的示意图。
具体实施方式
在图4中示意性地显示了典型的旋转阀的主要零部件(其中没有显示托架或类似的负载承载元件或紧固元件)。旋转阀10具有定子11、转子12、旋转轴13和驱动单元14，旋转轴13可选地可设有用于识别其角度位置的装置(未显示)，驱动单元14典型地包括齿轮箱和马达(尽管阀门也可手动操作)。转子可相对于定子围绕阀门的旋转轴线RA而旋转。
相对于其嵌入其中的仪器是固定的定子11设有用于与流体源以及与阀门要协作的任何部件流体连通的端口(图4中未显示)。端口可定位在定子的任何合适的部分上，并且定位在任何合适的方向上。端口设有连接毛细管或管道的装置。此类装置可具有任何合适的类型，例如本领域技术人员众所周知的传统的Valco接头。这些端口是与内部定子面11a(即在操作期间与转子12接触的定子表面)上相对应的一组阀门孔成流体连通的贯通通道。
转子12典型地形成为盘状，并具有内部转子面12a，内部转子面12a在操作期间压靠在平坦的内部定子面11a上，从而实现二者之间的密封接触。内部转子面12a设有一个或更多互连路径，互连路径根据转子相对于定子的旋转位置而将内部定子面11a的不同的阀门孔互连。互连路径可以是能够在两个阀门孔之间提供流体接触的任何类型的路径，并且可包括内部通道及内部转子面中的离散的孔、槽等。
显示了定子111的前侧面的简化的透视图的图5图示了根据本发明的阀门的一个实施例的入口端口和出口端口布置。
总地说来，应该注意本申请附图中所显示的端口、槽和相似物的角度位置在本发明的不同实施例之间可能是不同的，即它们相对于阀门的旋转轴线可能旋转，镜像或以其它方式变化，只要它们的相互协作仍然符合本发明的思想即可。
另外，因为入口/出口端口经由孔洞(或任何类型的通道)而连接在内部定子面11a的孔上，所以通过在端口和孔之间制造非线性的通道而以不同于内部定子面11a上的图案的方式布置端口也是可能的。然而，出于简单起见，端口显示为定位成与内部定子面孔对准，如将在下面参照图6进行描述。
因而，所公开的实施例的定子111具有八个端口131a-137a，其用于将阀门连接到仪器的所有期望的操作性部件上。
主入口端口131a是中心端口，其用作来自仪器的第一液体源(例如泵)以及任何连接的部件(例如色谱柱)的入口端口，典型地经由该仪器的一组部件(例如检测器、其它阀门等)。主出口端口132a用作出口端口，液体容许从出口端口离开流向仪器的剩余部分或流出仪器。在备选实施例中，主入口端口可能是与旋转轴线RA同心的圆形槽或弧形槽，或者其可由多个离散的阀门孔组成。
第一部件(例如电导率监测器或节流器装置)可经由第一部件进给端口133a和第一部件返回端口134a而连接到阀门上，由此进给端口133a用作来自阀门的出口，并且返回端口134a用作到阀门的入口，以使来自第一部件的流返回。
第二部件(例如pH值监测传感器等)可经由第二部件进给端口135a和第二部件返回端口136a而连接到阀门上，由此进给端口135a用作来自阀门的出口，并且返回端口136a用作到阀门的入口，以使来自第二部件的流返回。
根据一个实施例，具有辅助入口端口137a，其容许第二流体源(例如未显示的注射器)连接在阀门上，并且选择性地分配至第一部件和第二部件的至少其中一个。如以下所示，第二流体源例如可以是用于对第一部件和第二部件的其中一个或两者通过向其供给专用校准流体或冲洗流体而进行校准或手动冲洗的流体源。来自第二流体源的流体可引向主出口端口132a，或者根据一个实施例引向辅助出口端口138a，由此将第二流体引向专用的流动路径。辅助出口138a可连接在仪器中的备选流动路径上，例如废弃物容器。应该注意的是，辅助入口端口137a和辅助出口端口138a是可选的，即如果不关心校准或冲洗可省略其中任一个。
图6是从另一侧即内部定子面侧111a查看的图5的定子111的透视图。如图6中所示，注意各个端口通过终止于相应的孔的通道、主入口阀门孔131b、主出口阀门孔132b、第一部件进给阀门孔133b、第一部件进给阀门孔134b、第二部件进给阀门孔135b、第二部件返回阀门孔136b、辅助入口阀门孔137b和辅助出口阀门孔138b而连接至内部定子面111a。在备选实施例中，主入口阀门孔131b可能是与旋转轴线RA同心的圆形槽或弧形槽，或者其可由不与旋转轴线RA同心布置的一个或多个离散的阀门孔组成。
为了在不止一个转子位置处提供与第一部件进给端口133a的流控连通，所述端口133a与在半径R处的两个角度位置之间延伸的定子互连通道连通。在所公开的实施例中，定子互连通道以设于内部定子面111a上的定子槽139的形式显示。该槽典型地具有与孔径基本相同的宽度。阀门孔133b定位于定子槽138的内部。
察看内部定子面111a，图7中显示了孔和槽末端的大致角度分布。用于阀门孔、槽末端的位置(以及未使用位置)等距分布在定子中心周围(该中心与阀门的旋转轴线重合)。如上所述孔的位置和它们之间的相隔角度可变化，而没有脱离本发明的思想。因为根据实施例，在定子上具有十二个这样的位置，所以相隔角度α是30°。除辅助入口阀门孔137b以外所有的位置都放置成具有离阀门的旋转轴线基本相同的径向距离R，而辅助入口阀门孔137b放置在半径R2处，R2不同于R。在图7中出于说明性的原因，辅助入口阀门孔137b放置在不同于α的相隔角度α2处，但应该注意角度α2可以是包括α的任何合适的角度。
图8中显示了用于与上面定子111协作的转子112的内部转子面112a的一个实施例。其设有呈内部转子面112a中的槽的形式的五个互连路径，用于选择性地将内部定子面111a中的阀门孔相对于转子位置流体互连。主入口槽140布置成在主入口端口的阀门孔131b和离旋转轴线距离R处的点之间提供主入口互连路径。为了从主入口槽接收流体，主出口端口132b和第一及第二部件进给端口133b及135b的阀门孔分别成角度地分布在离旋转轴线距离R处。
如图7中公开的那样，在所公开的实施例中，第一和第二部件返回端口133b，134b，135b，和136b的阀门孔成角度地分布在离旋转轴线距离R处，并且如图8中公开的那样，转子包括三个传送互连路径141，143和144，用于选择性地将布置在离旋转轴线距离R处的阀门孔成对互连。在所公开的实施例中，主出口端口132b、第二部件进给端口135b和第一及第二部件返回端口134b和136b的阀门孔分别是等距分布的，并且各个传送互连路径141，143，144布置成将所述阀门孔的相邻的阀门孔互连。因此，传送互连路径141，143，144各在角度α上延伸。角度α在本实施例中是30°。转子还包括呈辅助进料槽142形式的辅助源互连路径，其布置成将第二部件进给端口137b和辅助入口135b的阀门孔互连。在图9中更清晰地显示了槽的相互位置和形状。
装配好时，内部转子面112a按照对于任何传统旋转阀典型的方式压靠在内部定子面111a上(其对于本领域技术人员是众所周知的，并且将不在本文进行解释)。根据转子112和定子111的相互角度位置，对于阀门获得不同的操作模式。这些在图10a-10e中图示，其中粗虚线示意性地显示了转子的槽的互连，并且通过波形图案显示了阀门中的流体流。
在第一转子位置上，如图10a中所示，阀门布置成绕过第一部件51和第二部件52。流体流进入第一端口131a，穿过第一孔131b，穿过第一转子槽121，并通过第二端口132a(经由第二孔132b)离开阀门。阀门的其它端口和槽在第一转子位置上是不活动的，即绕过了第一部件和第二部件51，52。
图10b显示处于第二转子位置上的阀门，其中转子12的互连路径将主入口端口131a与第一部件进给端口133a互连，并将第一部件返回端口134a与主出口端口132a互连。在此转子位置上，第一部件51连接到流体流中，而第二部件被绕过。更具体地说，主入口槽140将主入口端口的阀门孔131b和第一部件进给端口133a的阀门孔133b互连，而传送槽144将第一部件返回端口134a的阀门孔134b和主出口端口132a的阀门孔132b互连。
图10c显示处于第三转子位置上的阀门，其中转子12中的互连路径将主入口端口131a与第一部件进给端口133a互连，第一部件返回端口134a与第二部件进给端口135a互连，并将第二部件返回端口136a与主出口端口132a互连。在此转子位置上，第一部件和第二部件51连接到流体流中。更具体地说，主入口槽140将主入口端口的阀门孔131b和第一部件进给端口133a的阀门孔133b经由定子槽139互连。传送槽143将第一部件返回端口134a的阀门孔134b与第二部件进给端口135a的阀门孔135b互连，而传送槽144将第二部件返回端口136a的阀门孔136b与主出口端口132a的阀门孔132b互连。
图10c显示处于第四转子位置上的阀门，其中转子12中的互连路径将主入口端口131a与第二部件进给端口135a互连，并且将第二部件返回端口136a与主出口端口132a互连。在此转子位置上，第二部件52连接到流体流中，而第一部件51被绕过。更具体地说，主入口槽140将主入口端口131a的阀门孔131b与第二部件进给端口135a的阀门孔135b互连，而传送槽141将第二部件返回端口136a的阀门孔136b与主出口端口132a的阀门孔132b互连。
图10c显示处于第四转子位置上的阀门，其中转子12中的互连路径将辅助入口端口137a与第二部件进给端口135a互连，并且将第二部件返回端口136a与辅助出口138a互连。在此转子位置上，第二部件52连接在用于校准、冲洗等的辅助流体流中，而第一部件51被绕过。在所公开的实施例中，从辅助输出被输出的流体收集到废弃物容器53中。更具体地说，辅助入口槽142将辅助入口端口137a的阀门孔137b与第二部件进给端口135a的阀门孔135b互连，而传送槽144将第二部件返回端口136a的阀门孔136b与辅助出口端口138a的阀门孔138b互连。
如图10a-10e中可见，根据所公开的实施例，第一转子位置选择为0°，并且相邻的阀门孔之间的等距离的间距是30°，之后第二转子位置在90°处，第三转子位置在120°处，第四转子位置在300°处，并且第五转子位置在150°处。如上面指出的那样，可以任何方式选择相隔角度α和转子位置的相对位置，只要实现功能特性即可。
当第二部件是pH值传感器时，通常需要以频繁的间隔校准和/或冲洗传感器。因而第五旋转位置可用于冲洗pH值传感器，由此可在存储溶液中校准并储存pH值传感器，而无需一定将传感器从其固定器上卸下。
图11示意性地显示了旋转阀10的一个实施例，其中呈pH值传感器形式的第二部件52附接在定子11上，与第二部件进给端口135a和返回端口136a直接连通。在此阀门中，内部互连路径150和151形成为与传感器空腔152连通，其中pH值传感器52暴露于流体流中。这样与通过管道连接pH值传感器时相比，在互连路径中可以以最小流体体积实现pH值传感器至流体路径的连接。
如上所述，根据上述实施例不需要孔的精确位置。对于本发明重要的是不同的槽到达特定的孔，这些孔应该在上述各个旋转位置上到达。

Claims (12)

1.一种旋转阀，包括带有内部定子面的定子和带有内部转子面的转子，所述内部转子面布置成与所述内部定子面密封接触，所述转子相对于所述内部定子面围绕旋转轴线能够可旋转地移动到多个转子位置，所述定子包括多个连接端口，各连接端口与位于所述内部定子面处相对应的阀门孔成流体接触，并且所述转子包括两个或更多互连路径，用于所述阀门孔相对于所述转子位置的选择性流体互连，其中所述定子包括：主入口端口、主出口端口、第一部件进给端口、第一部件返回端口、第二部件进给端口、第二部件返回端口，且其中
所述转子中的所述互连路径布置成：
-在第一转子位置上将所述主入口端口与所述主出口端口互连，使得第一部件和第二部件被来自所述主入口端口的流体流绕过；
-在第二转子位置上将所述主入口端口与所述第一部件进给端口互连，并且将所述第一部件返回端口与所述主出口端口互连，使得所述第一部件连接到所述流体流中，而所述第二部件被绕过，
-在第三转子位置上将所述主入口端口与所述第一部件进给端口互连，将所述第一部件返回端口与所述第二部件进给端口互连，并且将所述第二部件返回端口与所述主出口端口互连，使得所述第一部件和所述第二部件都连接到所述流体流中，且
-在第四转子位置上将所述主入口端口与所述第二部件进给端口互连，并且将所述第二部件返回端口与所述主出口端口互连，使得所述第二部件连接到所述流体流中，而所述第一部件被绕过。
2.根据权利要求1所述的旋转阀，其特征在于，所述主入口端口的阀门孔布置成与所述旋转轴线同心，所述主出口端口和所述第一部件进给端口及所述第二部件进给端口的阀门孔成角度地分布在离所述旋转轴线距离R处，而且所述转子包括位于所述主入口端口的阀门孔和离所述旋转轴线距离R处的一个点之间的主入口互连路径。
3.根据权利要求2所述的旋转阀，其特征在于，在所述第二转子位置和所述第三转子位置，经由使所述第一部件进给端口的阀门孔延长的定子互连通道，所述第一部件进给端口与所述转子的所述主入口互连路径成流体接触。
4.根据权利要求2或3所述的旋转阀，其特征在于，所述第一部件返回端口和所述第二部件返回端口的阀门孔成角度地分布在离所述旋转轴线距离R处，而且所述转子包括两个或更多传送互连路径，用于使布置在离所述旋转轴线距离R处的阀门孔选择性地成对互连。
5.根据权利要求4所述的旋转阀，其特征在于，所述主出口端口、所述第二部件进给端口和所述第一部件返回端口及所述第二部件返回端口的阀门孔是等距分布的，而且各传送互连路径布置成将相邻的阀门孔互连。
6.根据权利要求4所述的旋转阀，其特征在于，所述定子还包括辅助入口端口和辅助出口端口，并且其中所述转子中的互连路径布置成：
-在第五转子位置上将所述辅助入口端口与所述第二部件进给端口互连，并且将所述第二部件返回端口与所述辅助出口端口互连。
7.根据权利要求6所述的旋转阀，其特征在于，所述辅助入口端口的阀门孔设置在离旋转轴线距离R2处，R≠R2，并且所述转子包括辅助源互连路径，其布置成当所述转子处于第五转子位置上时将所述辅助入口端口和所述第二部件进给端口的阀门孔互连，而其中一个所述传送互连路径布置成将所述第二部件返回端口和所述辅助出口端口的阀门孔互连。
8.根据权利要求6所述的旋转阀，其特征在于，所述第一转子位置选择为0°，并且在相邻的阀门孔之间的等距间距是30°，之后所述第二转子位置在90°处，所述第三转子位置在120°处，所述第四转子位置在300°处，并且所述第五转子位置在150°处。
9.根据权利要求6所述的旋转阀，其特征在于，所述第二部件附接在所述定子上，与所述第二部件进给端口和返回端口直接连通。
10.根据权利要求6所述的旋转阀，其特征在于，呈pH值传感器形式的所述第二部件结合在所述定子中。
11.一种分析仪器，包括根据任一前述权利要求所述的旋转阀。
12.一种处理系统，包括根据权利要求1-10的任一项所述的旋转阀。
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