TW202320455A

TW202320455A - 磁耦合閥

Info

Publication number: TW202320455A
Application number: TW111136104A
Authority: TW
Inventors: 卡列博吉爾莫; 泰勒約斯特
Original assignee: 美商自然科學公司
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-05-16
Also published as: US20230101874A1; KR20240058196A; WO2023049173A1

Abstract

本發明描述閥總成，其等提供一閥致動器與收容閥轉子及定子之一閥體之間的磁耦合。一種閥總成實施例包含(但不限於)：一閥體，該閥體包含至少一個磁體及經組態以界定複數個流體流動通道之一轉子及一定子；一閥致動器，其經組態以經由一驅動軸來驅動該轉子；及一致動器安裝座，其經耦合至該閥致動器，且經組態以與該閥體之該至少一個磁體磁耦合以磁耦合該閥體及該閥致動器。

Description

磁耦合閥

感應耦合電漿(ICP)光譜測定法係常用於判定液體樣本中之微量元素濃度及同位素比之一分析技術。ICP光譜測定法採用電磁產生之部分離子化氬電漿，其達到約7,000 K之一溫度。當一樣本引入至電漿時，高溫引起樣本原子變成離子化或發射光。由於各化學元素產生一特徵質量或發射光譜，所以量測發射質量或光之光譜允許判定原始樣本之元素組成。

樣本引入系統可用於將液體樣本引入至ICP光譜儀(例如一感應耦合電漿質譜儀(ICP/ICP-MS)、一感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP-AES)或其類似者)中用於分析。例如，一樣本引入系統可自一容器汲取一液體樣本之一等分試樣且其後經由閥組態控制之一或多個流體路徑將等分試樣輸送至一霧化器，霧化器藉由ICP光譜儀將等分試樣轉換成適合於在電漿中離子化之一多分散氣溶膠。氣溶膠接著在一噴霧室中分類以移除較大氣溶膠粒子。在離開噴霧室之後，氣溶膠由ICP-MS或ICP-AES儀器之一電漿炬總成引入至電漿中用於分析。

描述閥總成，其等提供一閥致動器與收容閥轉子及定子之一閥體之間的磁耦合。一種閥總成實施例包含(但不限於)：一閥體，該閥體包含至少一個磁體及經組態以界定複數個流體流動通道之一轉子及一定子；一閥致動器，其經組態以經由一驅動軸驅動該轉子；及一致動器安裝座，其耦合至該閥致動器且經組態以與該閥體之該至少一個磁體磁耦合以磁耦合該閥體及該閥致動器。

在一態樣中，一種閥總成實施例包含(但不限於)一閥體，其經組態以經由磁相互作用可拆卸地耦合至一閥致動器，該閥體包含：一轉子及一定子，其等經組態以界定通過該閥總成之複數個流體流動通道；一驅動軸，其延伸穿過形成於該閥體中之一軸孔，該驅動軸經組態以耦合於該轉子與該閥致動器之間以驅動該轉子；至少一個磁體，其收容於由該閥體界定之一內部區域內，該至少一個磁體經組態以與該閥致動器磁耦合；及經組態以插入至該閥致動器上之一孔中之一突起或經組態以接收該閥致動器上之一突起以防止在磁耦合時該閥體相對於該閥致動器旋轉之一孔之至少一者。

提供本[發明內容]來依一簡化形式介紹下文將在[實施方式]中進一步描述之概念之一選擇。本[發明內容]不意欲識別主張標的之關鍵特徵或必要特徵，亦不意欲用於輔助判定主張標的之範疇。

概述

多通閥用於輸送及製備流體樣本供實驗室設備分析。例如，多通閥可用於將液體樣本引入至ICP光譜儀中以經由與閥口耦合之管道透過流體連接分析。多通閥亦可用於在柱上裝載樣本用於液相及/或氣相層析。用於此等應用中之閥可包含六通(6通)、雙位(2位)旋轉閥，但亦可使用具有更少或更多通口及/或具有超過兩個位置之閥。一般而言，一旋轉閥之兩個通口連接至一外部(樣本)環路或流體保持管線，一個通口連接至一樣本源，另一通口連接至一載體源，另一通口連接至一排放口(廢棄物)，且另一通口連接至一霧化器/柱。當閥在一第一定向上時，來自樣本源之樣本流入且通過一樣本環路，而來自載體源之載體直接流動至一霧化器/柱。當閥旋轉至一第二定向時，載體源連接至樣本環路以將含於樣本環路中之樣本注入至霧化器中或注入至柱上。在一些多通閥組態中，一種流體藉由將兩種流體注入至一多通閥之單獨通口或通道中來與另一流體混合。在此等組態中，兩種流體交會以將自一個流動路徑流動之流體引入至自另一流動路徑流動之流體以混合流體流。

為促進閥定向切換，閥總成可包含具有使一閥轉子在閥體內相對於一閥定子旋轉之一馬達或驅動之一閥致動器。轉子包含可選擇地耦合由定子形成之通口之通道，其中轉子之旋轉引起通道取決於閥致動器之操作而在通口之間移動。由於閥致動器及閥體之各者收容諸如馬達及轉子之移動部件，所以閥總成可包含使閥體相對於致動器保持固定之閥套環。例如，閥套環可包含抵著存在於閥體及致動器上之結構實體偏置套環(例如，經由摩擦配合)之緊固件或配件(諸如螺栓)，其可防止當致動器在閥體內旋轉轉子時閥體相對於致動器旋轉。

依賴閥套環之此等閥組態會給諸多實驗室操作帶來缺點。例如，閥套環上之緊固件或配件會在閥之使用期間變鬆，其會減小套環抵著閥體及致動器施加之力。當閥套環鬆釋時，閥體之部分可旋轉且引起閥無法再校準或否則帶來錯誤閥操作或定位風險。此外，緊固件或配件可基於環境或閥系統溫度波動而鬆釋，諸如藉由回應於實驗室環境中之冷熱溫度之間的頻繁變化或基於流動通過閥之流體之溫度而鬆釋。作為另一實例，閥套環會因使閥體自致動器延伸出而增大閥之體積以在實驗室設備周圍需要更多實體空間用於安裝及維護閥總成。作為另一實例，閥套環需要額外工具及硬體用於安裝，其會使安裝程序複雜化或在安裝期間引入閥體不正確對準之風險。

因此，本發明至少部分係針對提供一閥致動器與收容閥轉子及定子之一閥體之間之磁耦合的閥總成。閥總成將一或多個磁體收容於閥體內以與固定至閥致動器之一致動器安裝座磁耦合且無需使用一閥套環。閥體及致動器安裝座包含一或多個配合特徵以防止閥體相對於閥致動器旋轉。在一態樣中，閥體包含一或多個槽孔以自經固定至閥致動器之致動器安裝座接收穩定性突起，以抵抗閥體相對於閥致動器的旋轉移動。在一態樣中，閥體內之一或多個磁體自經耦合於閥轉子與閥致動器之一馬達之間之一驅動軸之一旋轉軸線徑向向外位移。一或多個磁體提供透過閥體經由致動器安裝座至致動器之一磁耦合。在一態樣中，閥體與閥致動器之間的磁耦合提供足夠力來穩定耦合閥體及閥致動器且無需使用一閥套環，從而給閥總成提供一更緊湊大小，且閥體與閥致動器之間無耦合鬆釋風險(例如，歸因於鬆釋緊固件、溫度波動等等)。再者，閥體可在無硬體或工具之情況下移除以鬆釋閥套環耦合，從而提供方便方法來使引入至定子之流體管線重新裝管或換入一不同閥體(例如，具有不同流體連接、不同流體流動要求等等)。 實例性實施方案

圖1至圖9B繪示在一閥體與經組態以驅動閥體(「閥100」)之操作之一閥致動器的部分之間提供磁耦合之一閥總成的態樣。閥100大體上包含一閥體102、一閥致動器104，及經耦合於閥體102與閥致動器104之間的一致動器安裝座106。閥體102收容一轉子及一定子以形成流體流動通道，流體可透過流體流動通道經由一或多個通口傳遞至閥中，且基於由轉子中之通道及定子之通口形成的閥組態，透過其他通口，自閥導引出。流體流動通道經組態以傳遞包含(但不限於)液體、氣體、蒸汽、含有溶解固體之流體、夾帶液體、固體或氣體之流體及其等之組合的流體。例如，圖1展示用於與九個流體管線耦合之一閥面108上的九個通口，然而，閥100不限於九個通口，而是可包含多於九個通口或少於九個通口。再者，閥100不限於具有可移除耦合流體管線的通口，而是可包含經永久耦合至一或多個定子通口的流體管線。閥致動器104大體上包含一馬達或驅動，以在閥體102經由閥體102與致動器安裝座106之間的磁耦合來耦合至閥致動器104時，使閥轉子在閥體102內相對於閥定子旋轉，如本文中進一步描述。轉子包含可選擇地耦合由定子形成之通口的通道，其中轉子之旋轉引起通道隨閥致動器104之操作而在通口之間移動。在實施方案中，閥體102具有一大體圓柱形狀(例如圖1至圖3中所展示)，然而，閥體102不限於此等形狀，而是可包含(例如)一錐形形狀(例如圖5中所展示)、一矩形形狀、一不規則形狀，或另一形狀。

閥體102經由閥體102與固定至閥致動器104之致動器安裝座106之間的磁相互作用來可拆卸地耦合至閥致動器104。例如，閥100之一使用者可抓住閥體102且自閥致動器104拉開以克服磁耦合之力而移除閥體102且隨後藉由將閥體102放置於致動器安裝座106接近處來將相同或不同閥體102重新引入至閥致動器104。

在實施方案中，致動器安裝座106界定一孔200，可旋轉地耦合至閥體102 (例如，經由一或多個內部軸承)之一驅動軸202穿過孔200以與閥致動器104之一馬達或驅動耦合。致動器安裝座106固定地耦合至閥致動器104之一端204以透過孔200接收閥體102之驅動軸。例如，致動器安裝座106經展示有複數個緊固件孔206以接收用於將致動器安裝座106固定至閥致動器104之端204之緊固件。在實施方案中，致動器安裝座106由一磁吸引材料構成，使得致動器安裝座106由一磁體吸引或包含吸引至閥體102之一或多個磁體之一磁性材料。

閥體102可在閥體102之一內部中、閥體102之一外部上或其等之組合上支撐一或多個磁體以提供與致動器安裝座106之磁耦合。例如，參考圖3及圖4，閥體102經展示有用於將一環形磁體302收容於閥體102之一內部內之一環形區域300。環形磁體302環繞由閥體102形成之一軸孔304，驅動軸202可穿過軸孔304以耦合於一閥轉子306與閥致動器104之間。例如，磁體302 (或複數個磁體302)可自驅動軸202之一旋轉軸線308徑向向外定位。閥體102亦展示有經組態以耦合至閥體102之一端312以將磁體302耦合於閥體102內之一閥體蓋310，端312經組態以面向致動器安裝座106。

在實施方案中，閥體蓋310超音波焊接於閥體102上之適當位置中以將磁體302密封於閥體102之環形區域300內。磁體302之內部定位可分離磁體302與閥100之一外部環境，其可防止磁體302之金屬組件暴露於附近樣本容器(例如等待測試之樣本瓶)，此可防止磁體302之片段與容納於樣本容器中之樣本之間相互作用以避免潛在污染風險(例如，當閥100用於腐蝕性樣本環境中時)。儘管磁體302經展示有一環形組態，但閥100不限於此等磁體組態，而是可包含其他磁體組態，包含(但不限於)一或多個矩形磁體、一或多個正方形磁體、一或多個不規則形磁體、個別磁體之一圖案、一單一磁體或其類似者或其等之組合。

在實施方案中，閥體102及致動器安裝座106包含一或多個配合特徵以防止閥體102相對於閥致動器104旋轉。例如，參考圖2及圖3，閥體102經展示有經定位以接收自致動器安裝座106延伸之穩定性突起210之槽孔208。穩定性突起在閥體102至致動器安裝座106之磁耦合期間引入至槽孔208中且在插入至槽孔208中時歸因於穩定性突起210與閥體102之間的相互作用而抵抗閥體102相對於閥致動器104之旋轉移動。槽孔208可經設置為穿過閥體102之閥體蓋310及端312之各者(例如圖3中所展示)，可經設置為僅穿過閥體蓋310，或可具有穿過閥體102之閥體蓋310及端312之各者之一或多個孔及僅穿過閥體蓋310之一或多個孔之一組合。

儘管閥100經展示有複數個槽孔208及複數個對應穩定性突起210，但閥100不限於配合特徵之一特定數目或配置。例如，閥100可包含一單一孔208及一單一對應穩定性突起210，閥100可包含少於四個孔208及對應穩定性突起210，閥100可包含多於四個孔208及對應穩定性突起210，等等。另外，閥100不限於孔208及突起210之槽形，而是可包含任何形狀之孔208及對應形狀之突起210。在實施方案中，(若干)孔208及(若干)突起210之定位提供閥體102相對於閥致動器104之一鍵槽配置，使得閥體102在相對於閥致動器104之一特定方向上定向，其可確保用於流體流動組態之閥100適當定向且經由閥致動器104旋轉轉子306來改變閥定向。替代地或另外，磁體302及致動器安裝座106可提供閥體102相對於閥致動器104之一鍵槽配置，諸如藉由向致動器安裝座106之選擇性區域提供一磁吸引材料，而致動器安裝座106之剩餘區域藉由在閥體102及致動器安裝座106之各者上提供具有相反極之磁體以在一特定方向上磁耦合來不磁吸引，等等。

閥體102上之孔208及致動器安裝座106上之突起210的定位可被變動以提供多個耦合配置且適應不同大小之閥體102及致動器安裝座106 (例如，諸如當致動器安裝座106可與多個不同類型或大小之閥體102介接時)。例如，孔208可自環形區域300徑向向外且自閥體102之一外邊緣314徑向向內定位，如圖3及圖4中所展示，且致動器安裝座106具有用於突起210之對應位置。替代地或另外，孔208可自閥體102之環形區域300徑向向內定位，如圖7A及圖7B中所展示，且致動器安裝座106具有用於突起210之對應位置(例如，相鄰於形成孔200之一內邊緣700，如圖7C中所展示)。替代地或另外，孔208可自環形區域300徑向向外定位於閥體102之外邊緣314處，如圖8A及圖8B中所展示，且致動器安裝座106具有用於突起210之對應位置(例如，在致動器安裝座106之一外邊緣800上，如圖8C中所展示)。在實施方案中，閥體102包含在朝向致動器安裝座106之一方向上自端312延伸之一裙部600，且孔208自裙部600徑向向內定位(例如圖6A及圖6B中所展示)。

在實施方案中，閥100可包含一或多個流體感測器，以將閥與流體感測器磁耦合至閥致動器104。例如，參考圖9A及圖9B，閥100經展示有一感測器外殼900，其經組態以將一或多個感測器902收容於感測器外殼900內。閥100可包含用於將感測器902密封於感測器外殼900內之一外殼蓋904。在實施方案中，當閥體102係經由致動器安裝座106與閥致動器104磁耦合時，外殼蓋904係相鄰於致動器安裝座106定位。

應注意，儘管術語「定子」及「轉子」在本文中用於描述界定流體流動路徑之閥100的部分，但此等術語僅供例示(例如，繪示此等組件如何相對於彼此介接(例如旋轉))，且不意謂限制閥構件可如何相對於一外部參考(例如閥安裝硬體或其類似者)致動。因此，在一個特定實例中，描述為一「定子」之一組件可保持實質上固定(例如，相對於一外部參考，諸如閥安裝硬體)，且描述為一「轉子」之一組件可相對於定子旋轉。然而，在另一特定實例中，描述為一「定子」之一組件可相對於一轉子旋轉，且描述為一「轉子」之一組件可保持實質上固定(例如，相對於閥安裝硬體)。此外，在一些實施方案中，描述為一「定子」之一組件及描述為一「轉子」之一組件兩者可相對於一外部參考旋轉。

此外，儘管閥100經描述有具有一或多個孔208之閥體102及具有一或多個對應突起210之致動器安裝座106，但應注意，孔208可定位於閥體102及致動器安裝座106之任一者或兩者上，且對應突起210定位於閥體102及致動器安裝座之另一者上。例如，在一些實施方案中，一或多個孔208可由致動器安裝座106形成且一或多個突起210自閥體102延伸。結論

儘管標的已以特定於結構特徵及/或程序操作之語言描述，但應理解，隨附申請專利範圍中所界定之標的未必限於上述特定特徵或動作。確切而言，上述特定特徵及動作經揭示為實施申請專利範圍之實例性形式。

100:閥 102:閥體 104:閥致動器 106:致動器安裝座 108:閥面 200:孔 202:驅動軸 204:端 206:緊固件孔 208:槽孔 210:穩定性突起 300:環形區域 302:磁體 304:軸孔 306:閥轉子 308:旋轉軸線 310:閥體蓋 312:端 314:外邊緣 600:裙部 700:內邊緣 800:外邊緣 900:感測器外殼 902:感測器 904:外殼蓋

參考附圖描述[實施方式]。在描述及圖中之不同例項中使用之相同元件符號可指示類似或相同項目。

圖1係根據本發明之實施例之在一閥致動器與一閥體之間具有磁耦合之一閥總成之一等角視圖。

圖2係根據本發明之實施例之圖1之閥總成之一部分分解圖，其展示具有槽孔以自閥致動器上之一致動器安裝座接收穩定性突起之閥體之一後側。

圖3係根據本發明之實施例之一閥體之一部分分解圖，閥體具有用於收容一磁體之一環形區域且具有用於將磁體密封於閥體內以將閥體磁耦合至一閥致動器之一閥體蓋。

圖4係根據本發明之實施例之圖3之閥體之一橫截面圖，閥體具有用於耦合至一致動器安裝座之閥體內之磁體且具有用於在一閥致動器之控制下轉動一閥轉子之閥體內之一驅動軸。

圖5係根據本發明之實施例之具有一錐體結構之一閥體之一側視圖。

圖6A係根據本發明之實施例之一閥體之後部之一俯視平面圖，閥體具有相鄰於一閥體裙定位以自一致動器安裝座接收穩定性突起之槽孔。

圖6B係圖6A之閥體之一等角視圖。

圖7A係根據本發明之實施例之一閥體之後部之一俯視平面圖，閥體具有自經組態以固持一或多個磁體之一空腔徑向向內定位之槽孔，槽孔經定位以自一致動器安裝座接收穩定性突起。

圖7B係圖7A之閥體之一等角視圖。

圖7C係具有穩定性突起以與圖7A之閥體之槽孔介接之一致動器安裝座之一等角視圖。

圖8A係根據本發明之實施例之一閥體之後部之一俯視平面圖，閥體具有定位於閥體之一外邊緣上之槽孔，槽孔經定位以自一致動器安裝座接收穩定性突起。

圖8B係圖8A之閥體之一等角視圖。

圖8C係具有穩定性突起以與圖8A之閥體之槽孔介接之一致動器安裝座之一等角視圖。

圖9A係根據本發明之實施例之一閥總成之一前視圖，閥總成具有用於支撐一或多個流體感測器之一外殼且在一閥致動器與一閥體之間具有磁耦合。

圖9B係根據本發明之實施例之圖9A之閥總成之一後部之一分解圖，閥總成具有閥體，閥體具有用於收容一磁體之一環形區域且具有用於將磁體密封於閥體內以將閥體磁耦合至一閥致動器安裝座之一閥體蓋，閥致動器安裝座具有用於與閥體之槽孔介接之穩定性突起。

100:閥

102:閥體

104:閥致動器

106:致動器安裝座

200:孔

202:驅動軸

204:端

206:緊固件孔

208:槽孔

210:穩定性突起

Claims

一種閥總成，其包括：一閥體，該閥體包含至少一個磁體，及一轉子及一定子，其等經組態以界定複數個流體流動通道；一閥致動器，其經組態以經由一驅動軸來驅動該轉子；及一致動器安裝座，其經耦合至該閥致動器且經組態以與該閥體之該至少一個磁體磁耦合以磁耦合該閥體及該閥致動器。
如請求項1之閥總成，其中該閥體及該致動器安裝座各包含一或多個對應配合特徵，以防止當該閥體與該致動器安裝座磁耦合時，該閥體相對於該閥致動器旋轉。
如請求項2之閥總成，其中該等對應配合特徵包含一孔及經組態以至少部分插入至該孔中之一突起。
如請求項1之閥總成，其中該閥體界定一內部區域，以將該至少一個磁體收容於該閥體內。
如請求項1之閥總成，其中該至少一個磁體係完全地收容於該閥體內。
如請求項1之閥總成，其中該閥體包含一錐形外表面。
如請求項1之閥總成，其中該閥體界定一環形區域以將該至少一個磁體收容於該閥體內。
如請求項7之閥總成，其中該驅動軸經耦合至該轉子，且經組態以通過該閥體中之該環形區域以與該閥致動器耦合。
如請求項8之閥總成，其中該致動器安裝座界定該驅動軸穿過其以與該閥致動器耦合之一孔。
如請求項8之閥總成，其中該閥體包含經組態以插入至該致動器安裝座上之一孔中之一突起或經組態以接收該致動器安裝座上之一突起之一孔之至少一者。
如請求項10之閥總成，其中該突起或該孔之該至少一者係自該閥體中之該環形區域相對於該驅動軸之一旋轉軸線徑向向內定位。
如請求項10之閥總成，其中該突起或該孔之該至少一者係自該閥體中之該環形區域相對於該驅動軸之一旋轉軸線徑向向外定位。
如請求項10之閥總成，其中該突起或該孔之該至少一者係定位於該環形區域與該閥體之一外邊緣之間。
一種閥總成，其包括：一閥體，其經組態以經由磁相互作用可拆卸地耦合至一閥致動器，該閥體包含一轉子及一定子，其等經組態以界定通過該閥總成之複數個流體流動通道，一驅動軸，其延伸穿過形成於該閥體中之一軸孔，該驅動軸經組態以耦合於該轉子與該閥致動器之間以驅動該轉子，至少一個磁體，其被收容於由該閥體界定之一內部區域內，該至少一個磁體經組態以與該閥致動器磁耦合，及經組態以插入至該閥致動器上之一孔中之一突起或經組態以接收該閥致動器上之一突起以防止在磁耦合時該閥體相對於該閥致動器旋轉之一孔之至少一者。
如請求項14之閥總成，其中該至少一個磁體係完全地收容於該閥體內。
如請求項14之閥總成，其中該閥體包含一錐形外表面。
如請求項14之閥總成，其中該至少一個磁體呈環形，且其中該內部區域係該閥體內之一環形區域。
如請求項14之閥總成，其中該突起或該孔之該至少一者係自該閥體中之該內部區域相對於該驅動軸之一旋轉軸線徑向向內定位。
如請求項14之閥總成，其中該突起或該孔之該至少一者係自該閥體中之該內部區域相對於該驅動軸之一旋轉軸線徑向向外定位。
如請求項14之閥總成，其中該突起或該孔之該至少一者係定位於該內部區域與該閥體之一外邊緣之間。