CN104854389A - 流体连接器密封件 - Google Patents

Abstract

描述了一种连接器密封件，其包括聚合物本体，该聚合物本体具有从第一端延伸至内部密封表面的孔以及从内部密封表面延伸至第二端的流体通道。所述孔构造成接收具有流体通道的管，使得管的端面与内部密封表面接合。聚合物本体的第二端构造成与具有从密封表面延伸的流体通道的连接器本体的密封表面接触。当连接器密封件被压缩在端面与密封表面之间时，发生流体密封。聚合物本体的外表面与连接器本体的内表面之间的空隙接收连接器密封件在处于压缩状态下时的变形，从而防止管的流体通道被挤压或堵塞。

Description

流体连接器密封件

相关申请

本申请要求2012年12月20日提交的名为“流体连接器密封件”的共同未决的美国临时申请No. 61/739,798的权益和优先权，该美国临时申请的全部内容通过参引的方式并入本文。

技术领域

本发明总的涉及流体连接器。更具体地，本发明涉及用于高压流体连接器的连接器密封件。

背景技术

化学分析系统通常包括容纳高压的流体通道。例如，液相色谱系统（liquid chromatography system）如针对超高效液相色谱（UPLC）设计的系统能够在可能超过18,000psi的压力下工作。这种系统中的流体通道可以包括连接至其他部件的管道或者使用常规的连接器如标准压缩配件的管道。

UPLC系统的改进的性能包括分离功率的极大提升。不利的色谱效果例如记忆效应（carryover）和拖尾峰（peak tailing）可以源自于用来实现不透流体的密封的常规的连接器的使用，并且在系统测量中更容易观察到。在一般的连接器中，沿着毛细管的侧部形成密封。例如，很多连接器使用具有圆锥形外表面的环状密封件例如套圈。为了形成不透流体的连接，将具有远离端面设置的环状密封件的毛细管插入连接器本体的插口中。该插口由圆柱形孔限定，该圆柱形孔过渡成圆锥形孔，该圆锥形孔过渡成直径较小的圆柱形孔。流体通道从直径较小的圆柱形孔的底部处的表面延伸到连接器本体中。圆锥形孔的锥角大于环状密封件的锥角，从而形成沿着环状密封件与圆锥形孔的锥面之间的周向接触的密封。在实现了环状密封件与圆锥形孔表面之间的初始接触之后由压缩螺钉施加的附加的力产生了环状密封件与毛细管的外表面之间的接触密封。如果毛细管的端面不与圆柱形孔的底部接触，那么毛细管的外表面与直径较小的圆柱形孔的侧壁之间在周向接触密封以下的区域表示非工作容积（unswept volume）。在色谱测量期间，分析物可能被捕获在非工作容积中，并且逐渐地扩散到流体流中，因而使色谱测量数据降级。另外，在毛细管界面处可能发生腐蚀，从而导致色谱测量的进一步降级。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种连接器密封件，例如与用于毛细管的流体连接器使用的连接器密封件。该连接器密封件包括聚合物本体，该聚合物本体具有：第一端；与第一端相反的第二端；从第一端延伸并且具有圆柱形形状的第一外表面；以及从第一外表面延伸至第二端的第二外表面。聚合物本体具有从第一端延伸至内部密封表面的孔并且还具有从内部密封表面延伸至第二端的流体通道。所述孔构造成接收具有流体通道的管，使得管的端面与内部密封表面接合。聚合物本体的第二端构造成与具有从密封表面延伸的流体通道的连接器本体的密封表面接合。聚合物本体的第二外表面和连接器本体的内表面限定了变形容积，该变形容积接收聚合物本体在处于压缩状态下时的变形。当聚合物本体处于压缩状态时，在管的流体通道与连接器本体的流体通道之间形成了流体密封。

在另一个方面，本发明提供了一种流体连接器，例如用来将毛细管的流体路径连接至另一个流体路径的流体连接器。该流体连接器包括管、连接器本体以及连接器密封件。所述管具有流体通道和端面。连接器本体具有外表面、内部密封表面、至少一个孔以及从内部密封表面延伸到连接器本体中的流体通道。所述至少一个孔从外表面延伸至内部密封表面。连接器密封件包括聚合物本体，该聚合物本体具有：第一端；与第一端相反的第二端；从第一端延伸并且具有圆柱形形状的第一外表面；以及从第一外表面延伸至第二端的第二外表面。聚合物本体具有从第一端延伸至内部密封表面的孔。聚合物本体还具有从内部密封表面延伸至第二端的流体通道。所述管的一部分设置在聚合物本体的孔中，使得端面与内部密封表面接触。聚合物本体设置在连接器本体的孔中，使得第二端与连接器本体的内部密封表面接触。聚合物本体的第二外表面和连接器本体的内表面限定了变形容积，该变形容积接收当聚合物本体处于压缩状态时聚合物本体的变形。当聚合物本体处于压缩状态时，在管的流体通道与连接器本体的流体通道之间形成了流体密封。

附图说明

通过结合附图来参照下文的描述，可以更好地理解本发明的上述及其他优点，其中在各个图中相同的附图标记指代相同的元件和特征。为了清楚起见，不是每个元件在每幅图中都被标注。附图不一定按比例绘制，反而是将重点放在了说明本发明的原理上。

图1是用于液相色谱系统的旋转式剪切密封阀的定子部分处的毛细管连接器的图示。

图2A是用来将两个流体通道彼此连接的常规的配件的横截面图。

图2B是图2A的常规的配件的一部分的放大的截面图，示出了密封界面。

图3A是根据本发明的流体连接器的实施方式的横截面图。

图3B是图3A的流体连接器的放大的横截面图，示出了未被压缩的连接器密封件。

图3C示出了在连接器密封件处于压缩状态时的图3B的流体连接器。

图4是图3B的连接器密封件的横截面图。

具体实施方式

本文中对“一个实施方式”或“实施方式”的描述意指关于该实施方式描述的细节、特征、结构或特性被包括在根据该教导的至少一个实施方式中。本文中对特定实施方式的描述并不一定全部涉及同一个实施方式。

现在将参照如附图所示的本发明的示例性实施方式对本教导进行更详细的描述。尽管结合多种实施方式和示例描述了本教导，但无意使本教导局限于这些实施方式。相反，正如本领域技术人员将理解的，本教导涵盖了多种替代设置、改型和等同替换。本领域普通技术人员在学习了本文的教导后将认识到处于如本文描述的本公开的范围内的附加的执行方案、修改和实施方式以及其他使用领域。

简要地概述，本发明涉及一种能够例如在用于毛细管的流体连接器中使用的连接器密封件。该连接器密封件包括聚合物本体，该聚合物本体具有从第一端延伸至内部密封表面的孔以及从内部密封表面延伸至第二端的流体通道。所述孔构造成接收具有流体通道的管，使得管的端面与内部密封表面接合。聚合物本体的第二端构造成与具有从密封表面延伸的流体通道的连接器本体的密封表面接触。当连接器密封件被压缩在管的端面与连接器本体的密封表面之间时，实现了流体密封。聚合物本体的外表面与连接器本体的内表面之间的空隙用作变形容积，该变形容积接收连接器密封件在处于压缩状态下时的变形，从而防止管的流体通道被挤压或堵塞。

尽管其他形式的连接器可用于减小记忆效应和扩散，但这种连接器不具备与采用了本发明的连接器密封件的连接器相关联的使用便利。另外，如果在连接器处发生泄漏的话，那么这些其他形式的连接器通常使用起来较为昂贵，这是因为需要更换整个毛细管组件，并且如果连接器过紧的话，则毛细管的端部能够被堵塞。

如在本文中使用的，连接器本体指的是如下的本体：其具有接收管组件的孔以及接收来自管组件的流体或者向管组件提供流体的流体通道。例如，连接器本体可以是设置在两个毛细管（或管组件）的端面之间的结构，以使得流体能够从一个毛细管到达另一个毛细管。可替代地，系统部件可以包括连接器本体。作为示例，用于液相色谱系统的喷射器阀或喷射器柱可以包括如下的连接器本体：其将流体连接至液相色谱系统的毛细管或另一个部件或者连接来自液相色谱系统的毛细管或另一个部件的流体。

如在本文中使用的，词语“管”和“毛细管”被可互换地使用。“管组件”指的是包括附加的结构例如套筒或外管的管或毛细管，其中所述套筒或外管附接至或者通过其他方式紧固至管或毛细管。

图1示出了在用于液相色谱系统的旋转式剪切密封阀的定子部分12处的毛细管连接器10的视图。流体连接器10包括压缩螺母14和附加的部件（未示出）。管16限定了流体通道，该流体通道将来自色谱系统部件的流体引导至其中一个定子端口18，或者将来自定子端口18的流体引导至色谱系统部件。作为示例，色谱系统部件可以是喷射阀或者是色谱柱。第二流体通道限定在定子部分12的内部并与旋转式剪切密封阀的转子部分接合，以使第二流体通道与第三流体通道连接或分离，其中第三流体通道与其他定子端口18中的另一个连通。

图2A示出了能够例如用来连接两个流体通道22和24的常规的配件20的横截面图。例如，配件20能够用来将图1的管16连接至旋转式剪切密封阀中的内部流体通道。管26包括连接至连接器本体28内的第二流体通道24的第一流体通道22。图2B是图2A的一部分的放大视图，示出了密封界面。两部分式的套圈30A和30B与连接器本体28的内部圆锥表面和管26的外表面接合。产生的流体密封能够经受高流体压力（例如，大于15,000psi）；然而，非工作容积32形成在围绕管26的孔的未被占据的区域中，并且在图中位于接触区域34（即，套圈部分30B与圆锥形表面接触的位置）的右边。非工作容积32的存在可能导致样本记忆效应。例如，当样本从第一流体通道22移动到第二流体通道24中时，一些样本可能扩散到非工作容积32中。随后，非工作容积32中存在的样本能够扩散回到主流体流中并且进入第二流体通道24。如果配件20与例如图1所示的液相色谱系统的部件使用，则扩散回到流体流（即，记忆效应）中的流体样本能够不利地影响色谱测量。

图3A是根据本发明的原理的流体连接器40的实施方式的横截面图。图3B是连接器密封件42的区域中的流体连接器40的放大的横截面图。流体连接器40包括连接器密封件42、管组件、压缩螺钉44以及连接器本体46。连接器本体46具有插口，插口包括从外表面47延伸的第一孔、直径小于第一孔的第二孔、以及位于第一孔与第二孔之间的圆锥形腔。第一流体通道49从第二孔的与圆锥形腔相反的端部处的内部密封表面48延伸穿过连接器本体46。管组件包括限定第二流体通道51的不锈钢毛细管50。毛细管50在一端处沿着其长度的一部分被管套筒52包围。在一个实施方式中，毛细管50的内径为0.007英寸，并且管套筒52的外径为0.026英寸。毛细管50和管套筒52例如通过端面焊彼此连接，使得其各自的端面54和56大致共面。焊接可以是本领域公知的激光焊接或电子束焊接。套圈58围绕管套筒52。在一些实施方式中，毛细管50、管套筒52和套圈58为不锈钢。管套筒52的外表面的在套圈58与端面54之间延伸的部分是逐渐变细的，从而使得能够容易地插入到连接器密封件42中，如下文中所描述的。可选地，锥形外表面的至少一部分包括螺纹74以帮助将连接器密封件42紧固至管组件。

连接器密封件42由本体制成，本体由聚合物例如聚酰亚胺基塑料（例如，可以从特拉华州的Wilmington的Dupont®获得的Vespel®）或其他高强度聚酰亚胺。如图4的横截面图所示，连接器密封件42具有圆柱形外表面60，圆柱形外表面60从第一端62开始延伸一段长度L₁，然后过渡至斜切部64，斜切部64延伸一段长度L₂到达与第一端62相反的第二端66。具有深度D的孔68从第一端62延伸至内部密封表面70。流体通道72从内部密封表面70延伸至第二端66。优选地，连接器密封件42的外径与管套筒52的外径几乎相同。在一个实施方式中，流体通道72的直径为0.008英寸，并且圆柱形外表面60的直径为0.062英寸。

另外往回参照图3A和3B，为了组装流体连接器40，将连接器密封件42推压至管组件的端部上，直至内部密封表面70与端面54和56接触。当管组件被完全插入时，连接器密封件42由于管套筒52的锥形外表面的较大直径端而在其第一端62附近向外扩口。组合的管组件、套圈58和连接器密封件42插入在插口中。压缩螺钉44上的螺纹与沿着连接器本体46中的第一孔的内表面的螺纹接合。当压缩螺钉44旋转时，螺钉推力表面76与套圈58的背面78接合。压缩螺钉44的继续旋转导致套圈58和管组件进一步移动到插口中，直至连接器密封件42的第二端66与连接器本体46的内部密封表面48接触。进一步的旋转导致连接器密封件42的轴向压缩，同时端面54和56保持与连接器密封件42的内部密封表面70接触，并且连接器密封件42的第二端66保持与连接器本体46中的第二孔的端部处的内部密封表面48接触。有利地，聚合物材料组分允许连接器密封件42变形并且流动到第二孔的未被占据的容积（即，“变形容积”）中而不挤压或以其他方式压缩毛细管50。在图4所示的实施方式中，变形容积80（由图中的两个三角形区域表示）是两个容积之差，这两个容积为：假设在长度L₂上具有与沿着L₁的圆柱形外表面直径相同的圆柱形外表面的情况下，由连接器密封件42在长度L₂的范围内限定的第一容积；以及由连接器密封件42的实际容积沿着长度L₂限定的第二容积。

参照图3C，压缩螺钉44的继续旋转使得管组件被进一步推入插口中，直至套圈58接触围绕圆锥形腔的连接器本体46的内表面。连接器密封件42发生变形，使得聚合物本体的一部分流动到或者变形至变形容积80的一部分中（见图4）。套圈58因此提供了限制管组件在插口中的插入深度的措施。限制插入深度防止了连接器密封件42充分地变形而填充变形容积80。否则，一旦连接器密封件42发生变形而占据了整个变形容积，那么压缩螺钉44的继续旋转将导致流体通道72的径向压缩，直至最终流体通道72发生塌缩。

有利地，对插口、连接器密封件42和套圈58选择合适的尺寸使得能够避免连接器密封件42对管组件施加的径向压缩。由于连接器密封件42的可容许的范围的压缩和变形，机加工和制造公差并不严格，并且能够使用标准的实践而容易地满足。

密封发生在毛细管50的端面处，因此避免了非工作容积及其相关联的记忆效应和拖尾峰问题。另外，基本上减小或消除了否则由于非工作容积内的流体而可能发生在毛细管界面处的腐蚀。连接器密封件42能够在同一个连接器本体46中重复地使用，并且如果需要将管组件与不同的连接器本体连接的话，能够容易地更换连接器密封件42。连接器密封件42由于摩擦而紧固在管组件上。一旦管组件从连接器本体46上移除，连接器密封件42便可以被接近，并且可以用手从管组件上容易地移除。

在图4所示的实施方式中，连接器密封件42包括圆柱形外表面60和斜切部64，圆柱形外表面60从第一端62开始延伸一段长度L₁，斜切部64从圆柱形外表面60延伸一段长度L₂到达第二端66。斜切部64部分地限定了用来接收连接器密封件42在处于轴向压缩状态下时的变形的可用的变形容积80。在替代性实施方式中，斜切部64被不同的外表面形状替代，以在连接器本体42中限定足以接收连接器密封件42在可能的插入深度的范围内的变形流的变形容积。例如，外形的直径不需要沿着长度L₂单调地减小。此外，沿着长度L₂的外表面不需要是旋转对称的。通常，可以使用沿着长度L₂的外表面的任何形状，只要产生的变形容积足以接收当管组件完全插入时连接器密封件42的变形即可。

在一些实施方式中，套圈58被不同形式的推力套筒例如紧固至管套筒的外表面的轴环替代。该轴环具有接收压缩螺钉44的螺钉推力表面76的第一表面。在其他实施方式中，连接器本体46中的孔可以具有不同的形状。在一个实施方式中，不存在圆锥形腔。相反，使用轴环上的第二表面来与由连接器本体46中的孔的直径的阶梯变化限定的表面接合，因而用作限制管组件的插入深度的止挡件。在另一个实施方式中，套圈58和管52被机加工成单个的部分。

尽管已经参照具体实施方式示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解的是，可以在不偏离由所附权利要求中记载的本发明的精神和范围的情况下对本发明进行形式和细节方面的各种变化。

Claims (10)

1. 一种连接器密封件，所述连接器密封件包括聚合物本体，所述聚合物本体具有：第一端；与第一端相反的第二端；从第一端延伸并且具有圆柱形形状的第一外表面；以及从第一外表面延伸至第二端的第二外表面，所述聚合物本体具有从第一端延伸至内部密封表面的孔并且具有从内部密封表面延伸至第二端的流体通道，所述孔构造成接收具有流体通道的管，使得所述管的端面与内部密封表面接合，所述聚合物本体的第二端构造成与具有从密封表面延伸的流体通道的连接器本体的密封表面接合，所述聚合物本体的第二外表面和所述连接器本体的内表面限定了变形容积，所述变形容积接收所述聚合物本体在处于压缩状态下时的变形，其中当所述聚合物本体处于压缩状态时，在所述管的流体通道与所述连接器本体的流体通道之间形成了流体密封。

2.根据权利要求1所述的连接器密封件，其中，所述第二外表面是斜切部。

3.根据权利要求1所述的连接器密封件，其中，所述聚合物本体由聚酰亚胺形成。

4.一种流体连接器，包括：

管，所述管具有流体通道和端面；

连接器本体，所述连接器本体具有外表面、内部密封表面、至少一个孔以及从内部密封表面延伸到所述连接器本体中的流体通道，所述至少一个孔从所述外表面延伸至所述内部密封表面；以及

连接器密封件，所述连接器密封件包括聚合物本体，所述聚合物本体具有：第一端；与第一端相反的第二端；从第一端延伸并且具有圆柱形形状的第一外表面；以及从第一外表面延伸至第二端的第二外表面，所述聚合物本体具有从第一端延伸至内部密封表面的孔并且具有从内部密封表面延伸至第二端的流体通道，所述管的一部分设置在所述聚合物本体的孔中，使得所述端面与内部密封表面接触，所述聚合物本体设置在所述连接器本体的孔中，使得第二端与所述连接器本体的内部密封表面接触，所述聚合物本体的第二外表面和所述连接器本体的内表面限定了变形容积，所述变形容积接收当所述聚合物本体处于压缩状态时所述聚合物本体的变形，其中当所述聚合物本体处于压缩状态时，在所述管的流体通道与所述连接器本体的流体通道之间形成了流体密封。

5.根据权利要求4所述的流体连接器，还包括：

管套筒，所述管套筒在所述管上与所述端面相邻地设置；以及

推力套筒，所述推力套筒紧固至所述管套筒的外表面并且具有如下表面：该表面构造成接收压缩螺钉的推力表面，并且因而将所述管套筒和所述管推压到所述连接器本体的所述至少一个孔中。

6.根据权利要求5所述的流体连接器，其中，所述推力套筒为套圈。

7.根据权利要求5所述的流体连接器，其中，所述推力套筒为轴环。

8.根据权利要求5所述的流体连接器，其中，所述连接器本体的所述至少一个孔具有螺纹表面，所述流体连接器还包括与所述螺纹表面接合的压缩螺钉并且具有与所述推力套筒的表面接合的推力表面。

9.根据权利要求5所述的流体连接器，其中，所述连接器本体的所述至少一个孔中的一个孔的直径大于所述聚合物本体的圆柱形外表面的直径。

10.根据权利要求5所述的流体连接器，其中，所述管套筒的外表面在靠近所述管的端面的一端是锥形的。