CN113366308B - 样品注射隔膜阀 - Google Patents

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Abstract

提供了一种样品注射隔膜阀，以及柱塞组件和操作该阀的方法。该阀包括阀头和阀体。该阀包括位于阀头与阀体之间的隔膜。隔膜具有位于阀体的凹部中的工艺凹槽，用于在其中循环流体。柱塞可滑动地装配在阀体的柱塞通道中。每个柱塞可在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置，柱塞使隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在打开位置，柱塞远离隔膜缩回，允许流体在工艺凹槽中循环。柱塞具有跨过柱塞的顶面延伸的线性唇缘，用于在关闭位置时压紧隔膜。

Description

样品注射隔膜阀
技术领域
本发明总体上涉及气相色谱和样品分析，并且更具体地涉及一种改进的隔膜阀。
背景技术
色谱系统依赖于阀的使用，以允许可再现的样品导入和各种柱切换方案。隔膜密封型阀通常用于此类系统中。典型的隔膜密封阀包括阀头，该阀头具有在界面(interface)上开口的多个端口。每个端口与阀头中的通道关联，各种分析配件和管道可以连接到该通道。隔膜阀还包括阀体，该阀体具有与阀头的界面相对的界面。通常由聚合物材料制成的隔膜被压缩在阀体和阀头的相对界面之间。在阀体的界面上通常设置有主凹部，隔膜中的匹配凹部位于该主凹部中，允许为相邻端口之间的流体循环留出一些间隙。端口之间的这种连通可以通过使用可滑动地安装在阀体中的柱塞来停止。每个柱塞可以按压在两个相邻端口之间的隔膜上，因此防止它们之间的流体连通。
用于气相色谱的现有技术隔膜阀的一个问题是，当柱塞没有适当地压紧隔膜时，两个端口之间的路径没有完全关闭，在端口之间产生流体泄漏，并影响样品分析结果。另一个常见问题是沿着流体在阀中循环所遵循的路径发生不希望的流体限制。
因此，需要一种至少减轻现有技术的一些缺点的隔膜密封型阀。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于引导流体的样品注射隔膜阀。该阀优选地包括阀头、阀体、隔膜以及可选的阀底盖。阀头包括延伸穿过其中的多个工艺导管。每个工艺导管终止于一处理端口。阀体面向阀头。阀体包括设有凹部的本体界面。阀体还包括在其中延伸的柱塞通道，柱塞通道在凹部上开口。隔膜位于阀头与阀体之间，并且具有位于阀体的凹部中的工艺凹槽，用于在其中循环流体。常闭柱塞组件和常开柱塞组件设置在阀体内，每个组件包括可滑动地装配在阀体的柱塞通道中的柱塞。每个柱塞可在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置，柱塞使隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在打开位置，柱塞远离隔膜缩回，允许流体循环。
在可能的实施例中，柱塞的头部的顶面设有线性唇缘或门，该唇缘或门在顶面上突出并跨过顶面延伸。当柱塞处于关闭位置时，线性唇缘的至少一部分压紧隔膜，并且优选地，当处于关闭位置时，只有所述线性唇缘或门接触隔膜。
在可能的实施例中，柱塞具有柱塞本体和柱塞头部，并且柱塞头部从柱塞本体延伸。柱塞本体和柱塞头部都基本上是圆柱形的，其中柱塞头部的直径比柱塞本体的直径窄。
在可能的实施例中，柱塞具有形成在柱塞的主体和头部之间的第一圆形肩部，以及形成在柱塞头部的顶面与突出线性唇缘的相对侧壁之间的第二肩部和第三肩部。在可能的实施方式中，每个柱塞的顶面包括两个半圆形区域和在所述突出线性唇缘上的一个矩形区域，所述矩形区域被升高并与两个半圆形区域间隔开，并且对应于隔膜接触表面。
形成在隔膜中的工艺凹槽优选地为环形或圆形，并具有凹槽宽度。在柱塞顶部延伸的突出线性唇缘具有的长度可以对应于工艺凹槽的宽度。在其他实施方式中，唇缘具有的长度可以小于或大于凹槽的宽度。
优选地，在关闭位置，每个柱塞的突出线性唇缘按压隔膜底表面上的接触表面并使隔膜变形，使得隔膜在接触表面每一侧上的区域在突出唇缘的两侧上延伸，与柱塞头部的顶面的凹入区域对齐或面向该凹入区域。更优选地，在关闭位置，形成在柱塞与隔膜的底表面之间的接触表面相对于阀的中心轴线线性地和径向地延伸。更优选地，当处于关闭位置时，每个柱塞的线性唇缘在两个相邻处理端口之间形成单个门或侧壁，所述门或侧壁相对于阀的中心轴线径向地延伸。当处于关闭位置时，每个柱塞的线性唇缘优选地与隔膜的底表面形成接触表面，其中该接触表面比对应于柱塞头部的横截面区域窄。在可能的实施例中，线性唇缘具有平坦的隔膜接触表面，而在其他实施例中，线性唇缘可以具有凹面形、凸面形或双壁形状。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于样品注射隔膜阀的柱塞组件。该柱塞组件包括柱塞，柱塞的尺寸和构造被设计成可滑动地装配在样品注射隔膜密封阀的柱塞通道中。在使用中，每个柱塞可在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置，柱塞使隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在打开位置，柱塞远离隔膜缩回，允许流体循环。优选地，组件的每个柱塞都具有顶面，该顶面设置有线性唇缘，该线性唇缘在顶面上突出并跨过柱塞延伸，当柱塞处于关闭位置时，线性唇缘压紧隔膜。柱塞组件可以是常闭柱塞组件和常开柱塞组件之一。组件可以包括圆盘板，其中柱塞从圆盘板延伸。
在一些实施例中，圆盘板和相应的柱塞可以一体地形成为单个部件，并且柱塞头部可以具有平面的平坦的顶表面。
优选地，在柱塞组件的一些实施方式中，形成在每个柱塞的顶面上的唇缘作为隔膜接触表面，该隔膜接触表面小于柱塞头部的外围区域。
根据另一方面，提供了一种操作样品注射隔膜阀的方法。该方法包括以下步骤：提供如上所述的阀；以及通过使常闭柱塞组件朝向打开配置移动，同时使常开柱塞组件朝向关闭配置移动来致动阀；常开柱塞组件的柱塞沿着相应的接触区域将隔膜压缩在帽阀上，所述接触区域基本上是线性的并且跨过凹槽宽度延伸。该方法可以包括使流体从至少一个工艺导管在隔膜的工艺凹槽中朝向至少另一个工艺导管循环的步骤，以及停用阀的步骤，常闭柱塞组件返回到关闭配置，并且常开柱塞组件返回到打开配置。常闭柱塞组件的柱塞沿着相应的接触区域将隔膜压缩在帽阀上，所述接触区域基本上是线性的并且跨过凹槽宽度延伸。优选地，柱塞使隔膜变形，使得隔膜在接触表面每一侧上的区域向下延伸，面向柱塞头部的顶面的凹入区域。形成在柱塞与隔膜的底表面之间的接触区域优选地相对于阀的中心轴线线性地和径向地延伸。
在参考附图阅读本发明的优选实施例的基础上，将更好地理解本发明实施例的其他特征和优点。
附图说明
图1是根据可能实施例的样品注射隔膜阀的顶部透视图。
图2是图1的阀的部分分解视图。
图3是图1的阀的俯视图。图3A是沿着图3中的线3A-3A截取的阀的剖视图，示出了在隔膜的上表面上打开的两个端口。
图4是图1的阀的俯视图。
图4A是沿着图4的线4A-4A截取的图1的阀的另一剖视图。阀未被致动，示出了常闭柱塞和常开柱塞。
图4B是图4的阀在被致动时的剖视图，其中常闭柱塞下降且常开柱塞被推靠在隔膜上。
图5是图1的阀的俯视图。
图5A是沿图5中的线5A-5A截取的处于打开位置的柱塞的头部的示意性放大剖视图。
图5B是图4A的柱塞的示意性放大剖视图，但是压紧隔膜以关闭两个端口之间的连通路径。
图6是图1的阀的俯视图。
图6A是沿图6中的线6A-6A截取的处于打开位置的柱塞的头部的示意性放大剖视图。
图6B是图6A的柱塞的示意性放大剖视图，但是压紧隔膜以关闭两个端口之间的连通路径。
图7是根据可能实施例的常开柱塞组件的透视图。
图7A是图7的组件的俯视图。
图7B是图7的组件的仰视图。
图7C是图7的组件的侧视图。
图7D是沿着图7C中的线7D-7D截取的组件的剖视图。
图7E是组件的柱塞的头部的放大视图。
图8是根据可能实施例的常闭柱塞组件的透视图。
图8A是图8的组件的俯视图。
图8B是图8的组件的仰视图。
图8C是图8的组件的侧视图。
图8D是沿图8C中的线8D-8D截取的组件的剖视图。
图8E是组件的柱塞的头部的放大视图。
图9是根据另一可能实施例的常开柱塞组件的透视图。
图9A是图9的组件的侧视图。
图10是根据另一可能实施例的常闭柱塞组件的透视图。
图10A是图10的组件的侧视图。
图10B是图10A的柱塞的头部的放大视图，具有倾斜的边缘。
图11A-11C是根据其他可能实施例的柱塞头部的放大视图。
图12A是根据另一可能实施例的常开柱塞组件的侧视图。
图12B是沿着图12A中的线12B-12B截取的图12A的组件的剖视图。
图13A是根据另一可能实施例的常闭柱塞组件的侧视图。
图13B是沿着图13A中的线13B-13B截取的图13A的组件的剖视图。
图13C是根据可能实施例的柱塞头部的放大视图。
应当注意，附图仅示出了本发明的示例性实施例，因此不应被解释为对其范围的限制，因为本发明可以允许其他同等有效的实施例。
具体实施方式
本发明总体上涉及用于隔膜密封阀(例如适用于气相色谱的阀)的柱塞和柱塞组件。
在以下描述中，不同实施例中的相似特征被赋予相似的附图标记。为了简单明了，即为了不使不需要的附图标记过度加重附图的负担，并非所有附图都包含对所有部件和特征的引用；对一些部件和特征的引用可以仅在一个附图中找到，并且可以容易地从中推断出在其他附图中示出的本公开的部件和特征。在整个说明书中，除非另有说明，否则位置描述比如“顶部”和“底部”应该在附图的上下文中使用，而不应该被认为是限制性的。
参考图1、图2、图3、图3A、图4、图4A和图4B，示出了示例性样品注射隔膜阀10。阀10包括：阀头20；阀体30；阀底盖35；阀安装轴环37；被压缩在阀头20和阀体30之间的隔膜40；以及柱塞组件50、60。样品注射隔膜阀的其他实施例可以包括更多或更少的部件；例如，底盖35和安装轴环37可以由将柱塞组件50、60保持在阀体30中的其他等效结构代替。阀中还可以设置其他部件，比如螺钉、弹簧、密封件、活塞等。在所示的实施例中，阀是气压致动的，并且包括阀底盖35，以形成用于致动气体的封闭腔室。然而，在其他实施方式中，可以电动地致动柱塞，并且在这种情况下，可能不需要阀底盖。
参考图2-4B，阀头20具有界面206和延伸穿过阀头20的多个工艺导管202。在图示的实施例中，阀包括十个工艺导管，但是根据应用，阀的其他实施例可以包括不同数量的导管。阀头界面206是平坦的和光滑的，并且在组装阀时与隔膜40接触。每个工艺导管202终止于在阀头界面206处打开的处理端口204。处理端口204优选地圆形地布置在阀头界面上。最佳如图3A所示，每个工艺导管202优选地由用于接收管道连接的较大螺纹孔和终止于处理端口204的较小流体通道形成。在该实施例中，仅作为示例，阀头20具有圆柱形形状并且由电抛光的不锈钢制成。阀头20与阀体30的对准由定位销82确保。当然可以考虑将阀头20保持于阀体30的其他布置。其他材料，例如陶瓷或各种类型的聚合物，可以用作阀头20的材料。还可以考虑圆柱形形状以外的形状。当然，阀头的其他实施例可以包括4、8、10、12个或任何其他方便数量的处理端口。
仍然参考图2-4B，阀体30也具有界面302，当阀10被组装时，该界面面向阀头界面206。阀体界面302设有优选地具有圆形轮廓的主凹部304。当阀元件被组装时，阀头20的处理端口204与凹部304对齐，并且如图3A中最佳示出的，阀准备好可供使用。阀体30还包括多个柱塞通道306，图4A和图4B中示出了两个。每个柱塞通道306在阀体30中延伸，并在一个端部处在两个处理端口202之间的凹部304中开口。通道306的另一端部在容纳柱塞组件的阀体空腔中开口。阀体还设置有用于接收将阀体保持于阀头的内六角螺钉的第一组螺钉孔以及用于接收将阀体30保持于底盖35的内六角螺钉的第二组螺钉孔。当然，可以考虑用于将阀体30固定于阀头20和阀底盖35的其他布置。
参考图2，示出了隔膜40的可能实施例。隔膜40具有面向阀头20的底部界面206的第一表面和面向阀体30的顶部界面的第二表面。当阀组装好并准备使用时，隔膜40设置在阀头和阀体的界面之间。隔膜具有位于阀体30的主凹部304内的预制变形或工艺凹槽402。隔膜40的顶表面与阀头20的界面206一起限定处理端口204之间的连通通道。
图1至图8所示的实施例示出了十柱塞阀，其中图4A和图4B中示出了两个柱塞。当然，本发明可以应用于具有不同数量柱塞的隔膜密封阀。例如，图9和图10所示的柱塞组件每个都包括三个柱塞，以形成六柱塞阀。术语“柱塞”被理解为是指由机械力或流体压力驱动或者克服机械力或流体压力的机械部件。下面将进一步解释根据本发明实施例的柱塞70的结构。每个柱塞70可在阀体30的相应通道306中滑动。优选地，通道306的直径略大于其相应柱塞70的直径。
如图4A所示，柱塞70优选为两种类型，指定为“常闭”(NC)和“常开”(NO)。在典型的色谱应用中，给定类型的柱塞70一起被致动，使得它们都处于关闭位置或者都处于打开位置。如其名称所示，常闭柱塞被偏压向关闭位置，而常开柱塞被偏压向打开位置。在图示的实施例中，NO柱塞和NC柱塞是常开柱塞组件50和常闭柱塞组件60的零件。每个组件50、60包括圆盘板52、62，柱塞从圆盘板突出/延伸。虽然在图示的实施例中，圆盘板52、62和相应的柱塞一体形成为单个部件，但是在其他实施例中，柱塞和圆盘板可以采取其他构造，并且可以形成为一个或更多个零件。例如，柱塞可以拧到圆盘板上，并且可以与附加的推板相互作用。
仍然参考图4A，在该特定实施例中，常闭柱塞70NC的长度不同于常开柱塞70NO的长度。柱塞致动机构优选地包括常闭活塞66，该活塞在阀体30内延伸，平行于隔膜40，并且可相对于隔膜横向移动。常闭柱塞70NC可操作地连接到常闭活塞66。最佳如图2所示，下部活塞66作为中央突起，其穿过组件50并连接到组件60的圆盘板62。柱塞致动机构32进一步包括上部活塞，在这种情况下，上部活塞对应于常开柱塞组件50的圆盘板52。多个柱塞孔64延伸穿过组件60的圆盘62，以便允许常开柱塞从中穿过。当然，在其他实施例中，可以考虑颠倒组件50、60的堆叠顺序；使得常闭组件60位于常开组件50的下方。在这种情况下，弹簧/偏压装置需要相应地重新配置。
在所示实施例中，碟型(Belleville)组件84(包括碟型垫圈堆叠和板)与下部活塞66配合。碟型组件66上的力优选地由预载调节固定螺钉86控制。碟型组件66可以由任何其他偏压装置代替，比如标准弹簧或聚合物衬套。
上部活塞52通过适当的装置被向下偏压。在图示的实施例中，波形弹簧80在阀体30内从上部活塞或圆盘板52上方延伸，并且当没有相反的力作用时，在上部活塞或圆盘板上施加向下的力。因此，常开柱塞70NO被朝向打开位置偏压。在向上方向上，上部活塞52的冲程受到阀体30中加工的肩部的限制。
致动机构可操作用于在其打开位置和关闭位置之间致动两种类型的柱塞70。在当前实施例中，这可以通过控制上部活塞52与下部活塞66之间的距离来实现。当未致动时，如图4A所示，两个活塞52和66接触，由于它们被碟型组件84和波形弹簧80推向彼此。致动机构优选地包括气动致动器，用于通过致动气体供应入口适配器88在上部活塞52与下部活塞66之间供应加压气体。当阀被致动时，气体将通过向上推动上部活塞52来平衡两个活塞52和活塞66的偏压，从而使常开柱塞70NO朝向关闭位置滑动，然后向下推动下部活塞66，从而向下拉动圆盘板62并使常闭柱塞70NC朝向打开位置缩回。由于碟型组件84和波形弹簧80的偏压效应，移除加压气体将具有相反的结果。
样品注射隔膜阀的一个可能问题是当隔膜留在处理端口之间的流体路径中时发生。流体连通路径412是限定在阀头界面206与隔膜40中的工艺凹槽402的顶表面之间的容积，其中被引导的气体在两个端口之间循环。当柱塞在打开位置从隔膜缩回以让气体在工艺凹槽中流动时，隔膜在流体连通路径412中的不希望的变形或隆起导致阀中的限制。当隔膜被关闭的柱塞变形以阻断两个端口之间的连通后，不会恢复其原始形状，当柱塞远离隔膜缩回时，发生流量限制或损失。阀头界面与隔膜工艺凹槽402的底表面之间的距离相对较小，比如小于50μm，通常在25μm和12μm之间，隔膜在流体连通路径中的隆起即使只有几μm(比如5μm)，也足以引起超出可接受规格的流量限制。例如，对于75ml/min的流体流量，可接受的规格可以不超过10kPA至20kPA，通常不超过15kPA。
当阻塞两个处理端口之间的连通路径时，典型的柱塞以其整个顶面区域(通常为圆盘形/圆形)接触并按压隔膜。在一些阀中，柱塞仅沿其周边压紧在隔膜上。然而在两种情况下，隔膜在关闭位置变形以阻挡流体的区域基本上对应于柱塞头部的区域。申请人已经发现，即使在几千次致动循环之后，减小柱塞与隔膜之间的接触区域允许限制阀中的流量限制，同时保持泄漏率稳定。如图7至图11所示，在柱塞的顶面上形成唇缘或长条706，导致当柱塞朝向其打开位置缩回时被认为是隔膜隆起的减少。令人惊讶的是，即使柱塞与隔膜之间的密封/接触区域减小到“线性”或“径向”接触表面，当柱塞处于关闭位置时，接触区域也足以适当地阻塞流体路径。此外，已经发现，即使柱塞唇缘将致动压力集中在减小的区域上，柱塞唇缘也不会如最初怀疑的那样改变或损坏隔膜底表面。与使用具有圆形或环形接触表面的柱塞相比，在柱塞顶部形成具有隔膜接触表面的唇缘允许减少阀中的流量限制，其中隔膜接触表面具有的表面或区域小于柱塞头部的圆盘区域，或者小于柱塞顶部的外围区域。
参考图7至图10，示出了常闭柱塞组件50和常开柱塞组件60的不同实施例。不同柱塞组件的每个柱塞70具有柱塞本体708、带有顶面704的柱塞头部702，顶面704上设有突出的唇缘706。唇缘706优选地是线性的，也可以称为“门”或“突起”，并且跨过隔膜的工艺凹槽径向地延伸。在这些示例性实施例中，唇缘706跨过顶面704延伸，使得当柱塞处于关闭位置时唇缘706压紧隔膜，如将参考图5、图5A-5B以及图6、图6A和图6B更详细地解释的。优选地，当处于关闭位置时，线性唇缘706是柱塞接触并压紧隔膜的唯一部分，使得柱塞70的最上表面对应于隔膜接触表面724。唇缘可以形成有90°拐角，如图8E所示，或者可以形成有斜角，如图10B所示。虽然在所示的实施例中，柱塞由单个一体零件制成，但是可以考虑柱塞由不同的子零件形成。例如，柱塞本体和柱塞头部可以一体形成，或者由直接或间接彼此连接的两个不同零件构成。
在所示的示例性实施例中，柱塞头部702从柱塞本体708延伸，并且柱塞本体708和柱塞头部702都基本上是圆柱形的。如图7D所示，柱塞头部704的直径DHEAD比柱塞本体708的直径DBODY窄。
现在参考图7D和图7E、以及图8、图8A和图8E，每个柱塞70包括位于柱塞的主体和头部之间的第一圆形肩部710，以及位于柱塞头部的顶面704与突出线性唇缘706的相对侧壁716、718之间的第二肩部712和第三肩部714。在这些示例性实施例中，每个柱塞70的顶面704包括两个半圆形区域720、722和在所述突出线性唇缘706上的一个矩形区域724，在这种情况下对应于隔膜接触表面724的矩形区域被升高并与两个半圆形区域720、722间隔开。
现在参考图5A和图5B，示出了处于关闭位置和打开位置的柱塞的放大剖视图。图5A和5B是沿图5中的线5A-5A(即，沿唇缘706的长度)截取的柱塞的剖视图。图6A和图6B是同一柱塞的放大剖视图，但相对于图5的截面成90°角截取。在所示实施例中，工艺凹槽402是具有凹槽宽度Wg的环形工艺凹槽。优选地，在柱塞70的顶部延伸的突出线性唇缘706的长度Llip基本上对应于工艺凹槽的宽度Wg。在所示的实施例中，柱塞头部和唇缘的直径大于凹槽的宽度Wg(如图5A所示)，但是在其他实施例中，唇缘的长度(Llip)可以等于或小于凹槽的宽度Wg。
在关闭位置，如图5B和图6B所示，柱塞70的突出线性唇缘706按压隔膜40的底表面404上的接触表面406，使隔膜变形，使得隔膜在接触表面406的每一侧上的区域408、410在突出唇缘706的两侧上延伸，与柱塞头部702的顶面的凹入区域720、722对齐并面向该凹入区域。隔膜和唇缘706的接触表面，对应于形成在柱塞与隔膜的底表面之间的具有附图标记406和724的区域，相对于阀的中心轴线线性地和径向地延伸。当处于关闭位置时，柱塞的唇缘706因此在两个相邻的处理端口之间形成单个门。该门由相对于阀的中心轴线径向延伸的唇缘形成。可以理解的是，柱塞唇缘上的接触表面724(与隔膜的底表面404接触)比对应于柱塞头部的区域更窄。因此，与现有的柱塞相比，隔膜上的柱塞印痕减少，当柱塞朝向打开位置缩回时，这进而导致阀中的流量限制减少。
已经进行了实验来验证，与具有圆形接触表面的柱塞相比，设置有具有如图7和图8实施例所示的突出唇缘的柱塞样品注射阀的改进性能。实验是通过放置常闭组件和常开组件来进行的，该常闭组件具有设置有如上所述的线性唇缘的柱塞，该常开组件具有设置有标准柱塞的柱塞，所述标准柱塞沿着柱塞顶端的外围具有圆形接触表面。导入阀中的气体流量保持恒定在75scc/min，并且致动压力设定为63psi。致动循环的次数为数千次循环，并且测量在两个相邻端口之间循环的流体的流量，这两个端口通过闭合的柱塞连通。工作温度为120℃。对于每列，比如1v10，在两个相邻端口之间测量流量，两个端口之间的柱塞的类型表示为“门”和“正常”。所获得的结果表明，当使用本发明的柱塞时，与使用标准柱塞时测量的限制相比，在两个封闭端口之间以kPa测量的流量限制显著减小。
1v10 1v2 3v2 3v4 5v4 5v6 7v6 7v8 9v8 9v10
温度 循环 门 正常 门 正常 门 正常 门 正常 门 正常
环境 0 4.6 9.1 3.7 10.4 3.7 9.6 3.4 10.1 3.9 10.1
120℃ 0 5.1 12.4 3.7 12.6 3.7 11.3 3.6 11.3 4 11.8
120℃ 33518 4.7 12.2 3.9 13 3.9 12.2 3.6 12.5 3.9 12.8
120℃ 222215 4.8 12.5 4 14.1 4.2 13.3 3.7 13.5 4.2 13.3
120℃ 268165 4.5 11.2 3.6 12.9 3.6 12.3 3.2 12.6 3.7 12.6
120℃ 313294 4.5 12.2 3.7 13.4 3.7 12.7 3.4 12.8 3.7 13.1
120℃ 362456 4.3 11.1 3.6 12.6 3.6 12.2 3.3 12.5 3.8 12.4
120℃ 369124 4.2 12.8 3.3 14.3 3.4 13.2 3.2 13.3 3.5 13.1
120℃ 410901 4.3 12.3 3.2 13.8 3.3 12.7 2.9 13.1 3.3 12.9
环境 410901 4.4 9.9 5.3 10.6 3.3 10.5 3.4 10.5 3.7 10.3
表1–在设置有NC组件和NO组件的阀中测量的流量限制，在NC组件中，柱塞设置有线性唇缘，NO组件设置有具有圆形隔膜接触表面的现有技术柱塞。
还进行了泄漏测试，这可能导致端口之间的交叉污染。当隔膜没有被柱塞正确地关闭并且流体没有被关闭的柱塞完全阻塞时，就会出现这种现象。已经发现，对于两种类型的柱塞，泄漏率类似。与所怀疑的相反，减小的按压面积不会增加阀中的泄漏。
虽然在图7至图10所示的实施例中，最上面的/隔膜接触表面是平坦的，但是可以考虑其具有形成有凹面形、凸面形或双壁形状的唇缘，如图11A至图11C所示。
参考图12A-12B和图13A-13C，提供了NC柱塞组件50和NO柱塞组件60的其他实施例。如图所示，常闭柱塞组件50和常开柱塞组件60的柱塞70可以与圆盘或板52、62一体地形成，而柱塞不必包括线性唇缘。已经发现，当将柱塞70和圆盘板52或62形成为单个零件或部件时，加工柱塞的顶表面704，使得所述顶表面沿着相同的平面P延伸，给定组件(NC或NO)的所有柱塞70具有相同的高度，可以便于阀的组装，同时从一个柱塞到另一个柱塞提供更一致的密封特性。因此，根据可能的实施例，提供了用于样品注射隔膜阀的柱塞组件50或60。该柱塞组件包括圆盘板52或62和从其突出的柱塞70，圆盘板52或62和多个柱塞70一体地形成为单个零件。柱塞70的尺寸和构造被设计成可滑动地装配在样品注射阀的本体的柱塞通道中，每个柱塞可在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置，柱塞使隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在打开位置，柱塞从隔膜缩回，允许流体循环。每个柱塞具有带顶面704的柱塞头部702，该顶面设有隔膜接触表面，其用于当柱塞处于关闭位置时压紧隔膜。在这样的实施例中，其中NC和NO柱塞组件形成为单个部件，隔膜接触表面724可以是线性的或圆形的，例如如图11D和图11E所示，隔膜接触表面可以是平坦的，如图12A和图12B所示，或者可以具有环形形状，如图13A-13C所示。
参考图1至图11C，在操作中，当阀被致动时，例如通过在下部活塞66与上部活塞52之间注射致动气体，这将使常闭柱塞组件60朝向打开配置移动，并且同时使常开柱塞组件50朝向关闭配置移动。常开柱塞组件50的柱塞沿着相应的接触区域724将隔膜40压紧在阀头20上，该接触区域基本上是线性的并且跨过凹槽宽度Wg延伸。
流体可以从一个工艺导管在隔膜的工艺凹槽402中朝向另一个工艺导管循环。通过停止致动气体注射来停用/不致动阀，常闭柱塞组件60返回到关闭配置，并且常开柱塞组件50返回到打开配置。在这种状态下，常闭柱塞组件60的柱塞70沿着相应的接触区域724将隔膜40压紧在阀头20上，该接触区域基本上是线性的并且跨过凹槽宽度延伸。
尽管这里已经详细描述并在附图中示出了本发明的优选实施例，但是应当理解，本发明不限于这些精确的实施例，并且在不脱离本发明的情况下，可以在其中进行各种改变和修改。

Claims (24)

1.一种样品注射隔膜阀，用于在其中引导流体，包括：
阀头，其包括延伸穿过其中的多个工艺导管，每个工艺导管终止于一处理端口；
阀体，其面向所述阀头，所述阀体包括设有凹部的本体界面，所述阀体还包括在其中延伸的柱塞通道，所述柱塞通道在凹部上开口；
隔膜，其位于所述阀头与所述阀体之间，并具有位于所述阀体的凹部中的工艺凹槽，用于在其中循环流体；
常闭柱塞组件和常开柱塞组件，设置在所述阀体内，每个组件包括可滑动地装配在所述阀体的柱塞通道中的柱塞，每个柱塞能在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述柱塞使所述隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在所述打开位置，所述柱塞远离所述隔膜缩回并允许流体循环，所述柱塞具有带有顶面的头部，所述顶面设置有在其上突出并跨过所述顶面延伸的线性唇缘，当所述柱塞处于关闭位置时，所述线性唇缘的至少一部分压紧所述隔膜，
其中，每个柱塞的顶面包括两个半圆形区域和在所述线性唇缘上的一个矩形区域，所述矩形区域被升高并与两个半圆形区域间隔开。
2.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，所述柱塞包括柱塞本体和柱塞头部，所述柱塞头部从所述柱塞本体延伸，所述柱塞本体和所述柱塞头部都基本上是圆柱形的，所述柱塞头部具有比所述柱塞本体的直径更窄的直径。
3.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，每个柱塞包括位于柱塞本体和头部之间的第一圆形肩部，以及位于柱塞头部的顶面与所述线性唇缘的相对侧壁之间的第二肩部和第三肩部。
4.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，所述工艺凹槽是具有凹槽宽度的环形工艺凹槽，并且其中，在所述柱塞的顶部延伸的线性唇缘具有的长度对应于所述工艺凹槽的宽度。
5.根据权利要求2所述的样品注射隔膜阀，其中，在所述关闭位置，每个柱塞的线性唇缘按压所述隔膜的底表面上的接触表面，使所述隔膜变形，使得所述隔膜在接触表面每一侧上的区域在线性唇缘的两侧上延伸，与所述柱塞头部的顶面的凹入区域对齐。
6.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，在所述关闭位置，形成在所述柱塞与所述隔膜的底表面之间的接触表面相对于阀的中心轴线线性地和径向地延伸。
7.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，所述常闭柱塞组件和所述常开柱塞组件都包括圆盘板，所述常闭柱塞组件和常开柱塞组件中的给定一个的柱塞从相应的圆盘板延伸。
8.根据权利要求7所述的样品注射隔膜阀，其中，所述圆盘板在所述阀体中一个堆叠在另一个上，所述常闭柱塞组件和常开柱塞组件中的一个的圆盘板设有延伸穿过其中的柱塞孔，用于使另一个组件的柱塞穿过其中。
9.根据权利要求7所述的样品注射隔膜阀，其中，对于每个组件，所述圆盘板和相应的柱塞一体地形成为单个部件。
10.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，当处于关闭位置时，每个柱塞的线性唇缘在两个相邻处理端口之间形成单个门，所述门或侧壁相对于阀的中心轴线径向地延伸。
11.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，当处于关闭位置时，每个柱塞的线性唇缘与所述隔膜的底表面形成接触表面，所述接触表面比对应于所述柱塞的头部的区域窄。
12.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，所述线性唇缘具有平坦的隔膜接触表面。
13.根据权利要求1所述的样品注射隔膜阀，其中，所述线性唇缘具有凹面形、凸面形或双壁形状之一。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的样品注射隔膜阀，其中，所述阀是气压致动的，所述阀包括阀底盖，其为致动气体提供封闭的腔室。
15.一种用于样品注射隔膜阀的柱塞组件，所述阀具有阀头和阀体，所述阀体设置有在其中延伸并在阀体的凹部上开口的多个通道，所述阀包括位于所述阀头与所述阀体之间的隔膜，并且具有位于所述阀体的凹部中的工艺凹槽，用于在其中循环流体，所述柱塞组件包括：
柱塞，其用于可滑动地装配在所述阀体的柱塞通道中，其中在使用中，每个柱塞能在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述柱塞使隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在所述打开位置，所述柱塞远离隔膜缩回，允许流体循环，所述柱塞具有带有顶面的头部，所述顶面上设置有突出的线性唇缘，所述线性唇缘跨过所述顶面延伸，当所述柱塞处于所述关闭位置时，所述线性唇缘压紧所述隔膜，
其中，所述柱塞的顶面包括两个半圆形区域和在所述线性唇缘上的一个矩形区域，所述矩形区域被升高并与两个半圆形区域间隔开。
16.根据权利要求15所述的柱塞组件，其中，所述柱塞组件是常闭柱塞组件和常开柱塞组件之一，所述柱塞组件包括圆盘板，所述柱塞从所述圆盘板延伸。
17.根据权利要求16所述的柱塞组件，其中，对于每个组件，所述圆盘板和相应的柱塞一体地形成为单个部件。
18.根据权利要求15所述的柱塞组件，其中，每个柱塞包括主体，所述柱塞的头部从所述主体延伸，主体和头部都基本上是圆柱形的，所述头部具有的直径比所述柱塞的主体的直径窄。
19.根据权利要求18所述的柱塞组件，包括在所述柱塞的主体和头部之间的第一圆形肩部，以及在所述头部和所述线性唇缘的相对侧之间的第二肩部和第三肩部。
20.一种用于样品注射隔膜阀的柱塞组件，所述阀具有阀头和阀体，所述阀体设置有在其中延伸并在阀体的凹部上开口的多个通道，所述阀包括位于所述阀头与所述阀体之间的隔膜，并且具有位于所述阀体的凹部中的工艺凹槽，用于在其中循环流体，所述柱塞组件包括：
柱塞，其用于可滑动地装配在所述阀体的柱塞通道中，其中在使用中，每个柱塞能在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述柱塞使隔膜变形并阻塞两个处理端口之间的流体循环，在所述打开位置，所述柱塞远离所述隔膜缩回，允许流体循环，所述柱塞具有带有顶面的头部，所述顶面上设置有突出的唇缘，所述唇缘跨过所述顶面延伸，当所述柱塞处于关闭位置时，所述唇缘压紧隔膜，所述唇缘具有小于柱塞头部的外围区域的隔膜接触表面，
其中，每个柱塞的顶面包括两个半圆形区域和在所述唇缘上的一个矩形区域，所述矩形区域被升高并与两个半圆形区域间隔开。
21.一种操作样品注射隔膜阀的方法，所述方法包括：
a)提供所述阀，所述阀具有：
阀头，其包括延伸穿过其中的多个工艺导管，每个工艺导管终止于一处理端口；
阀体，其面向所述阀头，所述阀体包括设有凹部的本体界面，所述阀体还包括在其中延伸的柱塞通道，所述柱塞通道在凹部上开口；
隔膜，其位于所述阀头与所述阀体之间，并具有位于所述阀体的凹部中的工艺凹槽，用于在其中循环流体，所述工艺凹槽具有凹槽宽度；
常闭柱塞组件和常开柱塞组件，每个组件包括可滑动地装配在所述阀体的柱塞通道中的柱塞，每个柱塞能在阻塞两个端口之间的流体循环的关闭位置与允许流体在两个端口之间在所述工艺凹槽中循环的打开位置之间移动；
b)通过使所述常闭柱塞组件朝向打开配置移动并同时使所述常开柱塞组件朝向关闭配置移动来致动所述阀；所述常开柱塞组件的柱塞沿着基本上是线性的并且跨过凹槽宽度延伸的相应接触区域将隔膜压缩在帽阀上；
c)其中，所述柱塞具有带有顶面的头部，所述顶面设置有在其上突出并跨过所述顶面延伸的线性唇缘，每个柱塞的顶面包括两个半圆形区域和在所述线性唇缘上的一个矩形区域，所述矩形区域被升高并与两个半圆形区域间隔开。
22.根据权利要求21所述的方法，包括使流体从至少一个工艺导管在所述隔膜的工艺凹槽中朝向至少另一个工艺导管循环的步骤以及停用所述阀的步骤，所述常闭柱塞组件返回到关闭配置，并且所述常开柱塞组件返回到打开配置，所述常闭柱塞组件的柱塞沿着基本上线性的并且跨过凹槽宽度延伸的相应接触区域将隔膜压缩在帽阀上。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述关闭位置，所述柱塞使隔膜变形，使得所述隔膜在接触表面的每一侧上的区域向下延伸，面向所述柱塞的头部的顶面的凹入区域。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，在所述关闭位置，形成在所述柱塞与所述隔膜的底表面之间的接触区域相对于阀的中心轴线线性地和径向地延伸。
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