專(zhuān)利名稱(chēng)：回轉(zhuǎn)閥及使用該回轉(zhuǎn)閥的色譜分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于流體分析系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)閥，尤其涉及一種性能改進(jìn)的回轉(zhuǎn)閥。本發(fā)明還涉及一種使用這種回轉(zhuǎn)閥的色譜分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在各種分析方法中，即，色譜法、在線測(cè)量等等，許多科學(xué)儀器需要流體控制裝置。通常，這可以通過(guò)使用不同類(lèi)型的流體流動(dòng)路徑開(kāi)關(guān)閥而實(shí)現(xiàn)。作為非限制性的例子，這些閥門(mén)的功能可以例如是注射試樣、樣品流選擇、流體重新定向、殘留物收集、溶劑選擇、分離柱選擇或組合以及實(shí)現(xiàn)特殊分析方法所需的其它流體轉(zhuǎn)換流體路徑。
在這些系統(tǒng)中，流體壓力的范圍可以從真空到大約10,000磅/平方英寸(psig)的數(shù)值。流體相可以是氣體或液體。在確定待識(shí)別和量化的雜質(zhì)時(shí)，為了使分析方法具有準(zhǔn)確度、精確度和可重復(fù)性，至關(guān)重要的是，在分析方法中使用的閥門(mén)需要滿(mǎn)足最嚴(yán)格的參數(shù)，如內(nèi)部污染、交叉端口滲漏、從系統(tǒng)的內(nèi)側(cè)向外側(cè)的滲漏、死滯體積，惰性和吸附性等。在某些情況中，閥門(mén)要在比如400℃這樣的高溫下進(jìn)行操作，而其性能不會(huì)下降。
幾種這樣的分析法在致力于置入在工業(yè)過(guò)程控制設(shè)備中的科學(xué)儀器中得到應(yīng)用。在這樣的應(yīng)用中，分析系統(tǒng)必須在無(wú)人干預(yù)的情況下連續(xù)運(yùn)行。為了獲得滿(mǎn)足這些標(biāo)準(zhǔn)的分析系統(tǒng)和方法，閥門(mén)必須在對(duì)其進(jìn)行任何維修之前能夠在優(yōu)選為兩年或更多年的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)正常工作。
在下文中，將要解釋幾個(gè)分析法的例子，來(lái)幫助讀者理解閥門(mén)性能是怎樣影響系統(tǒng)的總體性能的。它們不是單獨(dú)的，而是在用于任何特定應(yīng)用的分析法的基礎(chǔ)上具有許多的閥門(mén)和柱的組合。然而，在所有可能使用的方法中，閥門(mén)性能是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵參數(shù)。
參見(jiàn)圖1A到1D，其中示出了現(xiàn)有技術(shù)中用于氣相色譜法中的六端口閥。這是色譜法最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。需要分析的樣品流入樣品環(huán)路。如圖1A和1B所示，分離柱和檢測(cè)器被非常純凈的載氣吹掃過(guò)。如圖1C和1D所示，當(dāng)閥門(mén)的轉(zhuǎn)子在定子表面旋轉(zhuǎn)時(shí)，新的凹槽對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生新的流體流動(dòng)路徑。這一位置通常稱(chēng)作″注射試樣″位置。在這一位置上，樣品環(huán)路的物質(zhì)通過(guò)載氣先被傳送到分離柱中，然后傳送到檢測(cè)器中。各種雜質(zhì)在分離柱中被分離，然后從檢測(cè)器單獨(dú)產(chǎn)生一高斯峰(Gaussian peak)形狀的信號(hào)。這一峰值的表面通過(guò)通常稱(chēng)為″積分器″的支持硬件和軟件，來(lái)積分計(jì)算它的面積。然后計(jì)算的面積被按比例放大來(lái)報(bào)告某些工程單位中的雜質(zhì)的含量。然后閥門(mén)恢復(fù)到圖1A和1B所示的采樣位置，開(kāi)始新的分析循環(huán)。
圖2A到2C示出了使用兩個(gè)六端口閥和兩個(gè)分離柱的另一個(gè)常用結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)經(jīng)常用在樣品基質(zhì)，即樣品背景，不同于載氣的情形下。在該情況中，如果樣品背景到達(dá)檢測(cè)器，就會(huì)產(chǎn)生一巨大的峰值，掩蓋一些所關(guān)心的雜質(zhì)，并且有些型號(hào)的檢測(cè)器會(huì)因?yàn)檫^(guò)載而受損害。為了避免這種情況，大多數(shù)樣品背景首先被第一分離柱″中心切割(heartcuted)″或排出到系統(tǒng)外。如圖2B所示，這是通過(guò)在樣品注入位置旋轉(zhuǎn)閥門(mén)V1的轉(zhuǎn)子來(lái)注射樣品而得到的。然后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，如圖2C所示，閥門(mén)V2的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，以將來(lái)自第一分離柱的流出物導(dǎo)出系統(tǒng)外。當(dāng)大部分樣品背景已經(jīng)排出，并在所關(guān)心的雜質(zhì)流出第一分離柱之前，閥門(mén)V2就恢復(fù)到它的原始位置。然后，在作為分析柱的第二分離柱中，雜質(zhì)將被分離，并且隨之被引導(dǎo)進(jìn)入檢測(cè)器。由于極少或不存在樣品背景，故不會(huì)發(fā)生檢測(cè)器過(guò)載。
市場(chǎng)上有許多兩個(gè)或多個(gè)位置的回轉(zhuǎn)閥，他們都有一定子和一轉(zhuǎn)子，這兩個(gè)部分通常由平坦表面組成。大多數(shù)時(shí)候，一平坦表面比另一平坦表面要硬。為了便于討論，參見(jiàn)圖1A到1D，其中示出了用于色譜法的一典型樣品注射回轉(zhuǎn)閥。通過(guò)在定子表面上轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子來(lái)改變流體流動(dòng)路徑。圖1A和1B示出了處于采樣位置的閥門(mén)，而圖1C和1D示出了處于注射樣品位置的閥門(mén)。通過(guò)將轉(zhuǎn)子強(qiáng)有力地按壓到定子表面上可以起到密封作用。多數(shù)時(shí)候，轉(zhuǎn)子由比定子更軟的材料組成。為了得到一個(gè)平整表面和具有最小粗糙度，定子通常被拋光。定子和轉(zhuǎn)子用各種不同的材料來(lái)制作，如金屬、陶瓷和各種聚合物。當(dāng)流體是液態(tài)時(shí)，滲漏比起流體是氣態(tài)時(shí)低得多，即使在同樣的工作壓力下也如此。液體比起氣體來(lái)，分子尺寸大得多，它們的形狀也更加復(fù)雜。
在使用液體介質(zhì)的色譜儀應(yīng)用中，工作壓力相當(dāng)高，有時(shí)達(dá)到10,000磅/平方英寸。這樣高的工作壓力要求有好的密封表面以使?jié)B漏最小化。
對(duì)于氣態(tài)的應(yīng)用，工作壓力要低得多，多數(shù)時(shí)候低于300磅/平方英寸，典型地在100到150磅/平方英寸。然而，當(dāng)載氣或樣品是氫氣或氦氣時(shí)，非常難以得到好的密封。
氦分子的直徑大約為0.26nm。在定子或轉(zhuǎn)子表面上由于表面打磨缺陷引起的最小的刮痕也會(huì)導(dǎo)致從端口至端口的滲漏。表面打磨可以被看作隨機(jī)分布的凹槽網(wǎng)絡(luò)。這使得要得到長(zhǎng)時(shí)間的良好密封變得困難?，F(xiàn)今，使用這種閥門(mén)的分析方法和系統(tǒng)更有效率了。這意味著整個(gè)分析周期的時(shí)間在某些情況下已經(jīng)被縮減了十倍。所以閥門(mén)更加頻繁地啟動(dòng)，它們的使用壽命縮短，并且時(shí)常要求維修。如美國(guó)專(zhuān)利6,453,946所披露的，這樣的維修以前要求每六個(gè)月進(jìn)行一次，但是現(xiàn)在可能要求每個(gè)星期進(jìn)行一次。而設(shè)備停工是人們所不愿意的。
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，頻繁的停工期可以處在可接受的限度內(nèi)。在這種環(huán)境中，通常有技師來(lái)照管分析設(shè)備并且對(duì)它們重新配置來(lái)進(jìn)行一種新的分析方法。然而，對(duì)于流程色譜儀而言，頻繁的停工是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。流程氣相色譜儀必須作為一個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行連續(xù)操作。流程氣相色譜儀的分析結(jié)果是復(fù)雜的過(guò)程控制回路的輸入值。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)始慢慢地滲漏時(shí)，分析結(jié)果就變得不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確。這也許會(huì)在特定生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
現(xiàn)有技術(shù)中使用的回轉(zhuǎn)閥有一固定部分和一活動(dòng)部分，通常稱(chēng)作定子和轉(zhuǎn)子。這樣的組件的一個(gè)例子示出在圖3A到3D中。通常，轉(zhuǎn)子中有一些通道，來(lái)允許定子端口的各種氣體連通。通過(guò)在定子表面上轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子來(lái)改變流體流動(dòng)路徑。從定子的端口看，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變了轉(zhuǎn)子上通道的位置。因此，通過(guò)改變轉(zhuǎn)子中的通道構(gòu)造和定子中的端口數(shù)目可以得到不同的流體路徑。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4A到4D，分別示出了10通閥和12通閥的兩種結(jié)構(gòu)。圖5A和5B示出了一種用于樣品流選擇的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)不是限定性的或排它性的，可以有許多其它結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有技術(shù)中已公知回轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)的幾種實(shí)施例。它們中的有些僅為樣品回路注射設(shè)計(jì)，另一些用于注射試樣載荷，還有一些用于多位置流體路徑轉(zhuǎn)換。端口數(shù)為從4到典型的12。對(duì)于樣品流選擇而言，端口數(shù)目可以較多。由于粒子污染，或者僅僅是通過(guò)在各平坦表面之間的摩擦，它們?nèi)慷冀?jīng)受較快磨損。目前還沒(méi)有方法來(lái)防止或延遲隨著時(shí)間產(chǎn)生的交叉端口流污染。這樣的回轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)披露在下列美國(guó)專(zhuān)利中3,203,249；3,223,123；3,297,053；4,068,528；4,182,184；4,242,909；4,243,071；4,393,726；4,476,731；4,506,558；4,577,515；5,207,109；5,803,117；6,012,488；6,155,123和6,672,336。它們?nèi)慷家揽科矫婷芊?，其最多維持9個(gè)月左右。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有些閥門(mén)是呈圓錐形，如圖6A和6B所示，或者是呈球形，但是它們都面臨同樣的問(wèn)題。如圖6A和6B所示的錐形閥構(gòu)思大量地用于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室色譜儀中。這種閥門(mén)由瓦科(Valco)公司制造，并且美國(guó)專(zhuān)利No.4,222,412對(duì)這樣的閥門(mén)進(jìn)行了說(shuō)明。
在美國(guó)專(zhuān)利No.2,519,574披露了克服前述問(wèn)題的早期嘗試，即，在該情況下是內(nèi)部或外部滲漏。即使所述的4路閥不是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)用于分析系統(tǒng)，但所示的構(gòu)思也可以被用于此。所示的位于兩個(gè)平坦表面之間的循環(huán)流體O環(huán)類(lèi)密封件可以避免從閥門(mén)內(nèi)部到其外部的滲漏，并且也可以防止內(nèi)側(cè)受到污染。然而，這類(lèi)密封件要求時(shí)常更換。密封效果取決于兩平坦表面施加在密封件上的恒定壓力，粒子污染導(dǎo)致密封件磨損而發(fā)生滲漏。當(dāng)壓力和/或溫度變化時(shí)，所用的材料(通常為彈性體，但也可能是其它材料)還可以釋放或吸附一些樣品分子。而且，當(dāng)表面被流體的粒子或來(lái)自密封件磨損的粒子刮擦?xí)r，沒(méi)有方法來(lái)避免交叉端口滲漏。
在現(xiàn)有技術(shù)中還知道，美國(guó)專(zhuān)利No.5,193,581描述了一種通過(guò)未選擇的樣品流來(lái)消除選擇樣品的污染的方法。在轉(zhuǎn)子中有一排空凹槽，運(yùn)走來(lái)自未選擇的通道的滲漏，但是也存在著嚴(yán)重的缺點(diǎn)。這一方法并不能夠解決在未選擇的端口之間存在交叉端口滲漏的問(wèn)題。如果各種樣品是活性的并且不兼容，那么這就很重要。轉(zhuǎn)子中也存在死滯體積。在轉(zhuǎn)子和閥門(mén)外殼之間還有一O形環(huán)，起密封作用，因此會(huì)發(fā)生漏氣并且O形環(huán)磨損會(huì)導(dǎo)致滲漏。
在現(xiàn)有技術(shù)中還知道，美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)No.6,067,864描述了一種選樣回轉(zhuǎn)閥，其試圖通過(guò)未選擇的樣品來(lái)除去一選擇樣品的污染。該方法使用一真空源通過(guò)一公共端口來(lái)清空全部未選擇的通道。在選擇的通道和未選擇的排空體積之間總是存在正的壓力差。然而，由于系統(tǒng)使用O形環(huán)來(lái)密封，因此還存在嚴(yán)重的缺陷。所以，會(huì)發(fā)生漏氣并且由于磨損會(huì)引起的滲漏。此外，全部未選擇的樣品流必須是兼容的，因?yàn)樗鼈兓旌显谝黄稹?br> 在現(xiàn)有技術(shù)中還知道，美國(guó)專(zhuān)利No.6,453,946描述了一種延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命的方法。這一方法建議使用維斯伯(vespel)作為轉(zhuǎn)子的材料和涂覆有碳化鎢/碳(WC/C)的不銹鋼。即使這一方法有助于在滲漏發(fā)生前保持較長(zhǎng)的壽命，但它也不會(huì)維持二或三年。其報(bào)告可達(dá)200,000次循環(huán)，然而，在流程氣相色譜法系統(tǒng)中閥門(mén)每?jī)煞昼妴?dòng)一次，在一年之后也將超過(guò)200,000次循環(huán)。因此滲漏還是會(huì)發(fā)生，并要求進(jìn)行維修。
因此，需要提供一種回轉(zhuǎn)閥，能夠克服現(xiàn)有回轉(zhuǎn)閥的缺點(diǎn)，卻具有在過(guò)程分析設(shè)備中所需的較長(zhǎng)壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滿(mǎn)足上述需要的回轉(zhuǎn)閥。
因此，本發(fā)明提供一種回轉(zhuǎn)閥，該回轉(zhuǎn)閥具有定子，該定子具有定子界面和多個(gè)流體敞開(kāi)端口，每一端口具有位于定子界面上的開(kāi)口?；剞D(zhuǎn)閥還具有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子與定子共軸，且可在多個(gè)轉(zhuǎn)子位置中的每一個(gè)之間相對(duì)于定子繞一軸線旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子界面，與定子界面位置相對(duì)。轉(zhuǎn)子還具有至少一個(gè)流體通道，該流體通道具有在轉(zhuǎn)子界面上延伸的開(kāi)口，用以與定子的流體敞開(kāi)端口可操作地相互作用。回轉(zhuǎn)閥還具有流體循環(huán)線路，該線路包括在轉(zhuǎn)子界面上延伸的環(huán)形凹槽狀流體回路。環(huán)形流體回路有一外部環(huán)形槽和一內(nèi)部凹槽，二者均在轉(zhuǎn)子界面上延伸。流體回路還有多個(gè)分隔凹槽，在轉(zhuǎn)子界面上徑向地延伸。每一分隔凹槽連接在每一個(gè)內(nèi)部和外部凹槽上，以限定多個(gè)彼此隔離的轉(zhuǎn)子界面部分。每一轉(zhuǎn)子界面部分包含著至多一個(gè)流體通道。流體循環(huán)線路還具有流體入口和流體出口，二者都具有位于定子界面上的開(kāi)口。每一入口和出口與內(nèi)部和外部凹槽中的相應(yīng)一個(gè)連續(xù)地流體連通，以在環(huán)形凹槽狀流體回路中提供連續(xù)的流體流動(dòng)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，每一流體通道在各轉(zhuǎn)子界面部分中的相應(yīng)一個(gè)上延伸。每一流體通道特別地成形為，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于各轉(zhuǎn)子位置中的一個(gè)位置處時(shí)，連接兩個(gè)相鄰的端口，從而在所述位置上在兩個(gè)相鄰的端口之間提供流體流動(dòng)路徑。優(yōu)選地，各端口圓形地布置在一端口圓上，該端口圓與轉(zhuǎn)子的內(nèi)部和外部凹槽之間的定子界面同心，并且每一流體通道在轉(zhuǎn)子界面上與所述圓一致地彎曲地延伸。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)部凹槽有一環(huán)形部分，該環(huán)形部分在其上限定了一中心轉(zhuǎn)子界面部分。各端口特別地布置成，在各轉(zhuǎn)子位置中的任何位置處，其中一個(gè)端口與各轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。流體通道具有在轉(zhuǎn)子界面上延伸的第一和第二開(kāi)口。第一開(kāi)口在中心轉(zhuǎn)子界面部分上延伸，并且得以與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口連續(xù)流體連通。第二開(kāi)口在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)上延伸，并且得以在指定的轉(zhuǎn)子位置處與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口流體連通，從而在兩端口之間提供流體流動(dòng)路徑，同時(shí)與第一和第二開(kāi)口流體連通。
在本發(fā)明的再一優(yōu)選實(shí)施例中，其中一個(gè)端口與中心轉(zhuǎn)子界面部分對(duì)準(zhǔn)。其余各端口布置成第一和第二端口對(duì)，每一端口對(duì)都與各轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。流體通道在轉(zhuǎn)子界面上延伸的第一和第二開(kāi)口。第一個(gè)開(kāi)口在中心轉(zhuǎn)子界面部分上延伸，并且得以與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口連續(xù)流體連通。第二開(kāi)口在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)上延伸，并且得以在指定的轉(zhuǎn)子位置處與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口對(duì)中的一個(gè)端口流體連通，從而在兩端口之間提供流體流動(dòng)路徑，同時(shí)與第一和第二開(kāi)口流體連通。轉(zhuǎn)子還具有多個(gè)凹槽。每一凹槽在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分中相應(yīng)的一個(gè)上延伸，以分別將相應(yīng)的一對(duì)端口對(duì)中的每一個(gè)端口一起連接在各轉(zhuǎn)子位置中的一個(gè)位置處，從而在相應(yīng)的端口對(duì)中的每一個(gè)端口之間提供一排出流體流動(dòng)路徑。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種具有所述回轉(zhuǎn)閥的色譜分析系統(tǒng)。該色譜分析系統(tǒng)還具有監(jiān)視裝置，該監(jiān)視裝置可操作地連接到流體出口來(lái)監(jiān)測(cè)在其中流過(guò)的流體。
有利地，本發(fā)明的回轉(zhuǎn)閥防止交叉端口滲漏，并能夠通過(guò)排空滲漏來(lái)消除任何可能的滲漏所引起的后果。此外，轉(zhuǎn)子的分隔凹槽和相應(yīng)的流動(dòng)流體的掃除作用有利于消除堆積和聚集粒子的可能性，不然，這些聚集的粒子會(huì)劇烈地?fù)p害轉(zhuǎn)子和定子表面。在轉(zhuǎn)子的分隔凹槽上的清掃液有利于提供自清潔作用。本發(fā)明的回轉(zhuǎn)閥還改善了使用壽命。


通過(guò)閱讀詳細(xì)說(shuō)明并參考附圖，本發(fā)明的這些和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，其中圖1A(現(xiàn)有技術(shù))是公知技術(shù)的處于采樣位置的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖1B(現(xiàn)有技術(shù))是使用圖1A所示的處于采樣位置的回轉(zhuǎn)閥的注射試樣系統(tǒng)的略圖。
圖1C(現(xiàn)有技術(shù))是如圖1A所示處于注射試樣位置的回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖1D(現(xiàn)有技術(shù))是圖1B所示的注射試樣系統(tǒng)處于注射試樣位置的略圖。
圖2A(現(xiàn)有技術(shù))是使用圖1A中回轉(zhuǎn)閥的另一注射試樣系統(tǒng)的略圖，系統(tǒng)處于采樣位置。
圖2B(現(xiàn)有技術(shù))是如圖2A所示的注射試樣系統(tǒng)的略圖，系統(tǒng)處于注射試樣位置。
圖2C(現(xiàn)有技術(shù))是如圖2A所示的注射試樣系統(tǒng)的略圖，系統(tǒng)處于中心切割位置。
圖3A(現(xiàn)有技術(shù))是公知技術(shù)的處于采樣位置的另一回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖3B(現(xiàn)有技術(shù))是圖3A所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的前視平面圖。
圖3C(現(xiàn)有技術(shù))是圖3A所示的回轉(zhuǎn)閥處于注射試樣位置的分解透視圖。
圖3D(現(xiàn)有技術(shù))是圖3C所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的前視平面圖。
圖4A(現(xiàn)有技術(shù))是公知技術(shù)的另一回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖4B(現(xiàn)有技術(shù))是圖4A所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的前視平面圖。
圖4C(現(xiàn)有技術(shù))是公知技術(shù)的另一回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖4D(現(xiàn)有技術(shù))是圖4C所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的前視平面圖。
圖5A(現(xiàn)有技術(shù))是公知技術(shù)的另一回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖5B(現(xiàn)有技術(shù))是圖5A所示的回轉(zhuǎn)閥的前視平面圖。
圖6A(現(xiàn)有技術(shù))是公知技術(shù)的另一回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖6B(現(xiàn)有技術(shù))是圖6A所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的詳細(xì)透視圖。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖7B是圖7A所示的回轉(zhuǎn)閥的定子的透視圖。
圖7C是圖7A所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的透視圖。
圖7D是圖7C所示的轉(zhuǎn)子的前視平面圖。
圖8A到8E是圖7A所示的回轉(zhuǎn)閥在不同位置的前視平面圖。
圖9A是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的另一個(gè)回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖9B是圖9A所示的回轉(zhuǎn)閥的前視平面圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的另一個(gè)回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一注射試樣系統(tǒng)的略圖。
圖12A是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的另一個(gè)回轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
圖12B是圖12A所示的回轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)子的放大透視圖。
盡管本發(fā)明要結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)行描述，但是應(yīng)該理解，其無(wú)意將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制于這些實(shí)施例中。相反地，其目的在于覆蓋了由所附的權(quán)利要求所限定的內(nèi)容所包括的所有替換方式、修改和等同物。
具體實(shí)施例方式
在下面的說(shuō)明書(shū)中，圖中的類(lèi)似特征采用類(lèi)似的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)記，并且為了使圖形簡(jiǎn)潔，如果有些元件已經(jīng)在前面的附圖中被標(biāo)識(shí)，那么它們?cè)谟行└綀D中就不再被標(biāo)記了。
本發(fā)明涉及一種用于將樣品流體注入到流動(dòng)流體中或從多個(gè)處理樣本點(diǎn)單獨(dú)選擇處理流體的回轉(zhuǎn)閥。它還可以用于多功能流體和氣相色譜法中的流徑。因此，本發(fā)明提供一種多端口和多位置的回轉(zhuǎn)閥和一種能用于樣品流選擇、注射試樣或多功能的閥門(mén)上的方法，該閥門(mén)用于分析系統(tǒng)中或如液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)等的工業(yè)應(yīng)用中。應(yīng)該理解，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，表達(dá)用語(yǔ)″流體″旨在包括比如氣體或液體的任何流體。換句話說(shuō)，本發(fā)明的回轉(zhuǎn)閥可用于氣體分析系統(tǒng)或液體分析系統(tǒng)中。
本發(fā)明通過(guò)提供一種具有以下特征的改進(jìn)的回轉(zhuǎn)閥來(lái)減小現(xiàn)有技術(shù)中存在的最令人關(guān)注的問(wèn)題沒(méi)有死滯體積，也不存在交叉端口滲漏。閥門(mén)是惰性的，也就是既不吸附也不排氣?；剞D(zhuǎn)閥在高達(dá)每平方英寸數(shù)千磅的真空下均可操作?；剞D(zhuǎn)閥在高溫下也可操作，并防止內(nèi)部和外部滲漏。回轉(zhuǎn)閥有利地具有自清洗作用。即使在連續(xù)使用的情況下，回轉(zhuǎn)閥也有較長(zhǎng)使用壽命，即，三年或更長(zhǎng)。此外，本發(fā)明的回轉(zhuǎn)閥在臨界的流體流徑中并不依靠彈性體或O環(huán)類(lèi)型的密封件。此外，本發(fā)明的回轉(zhuǎn)閥可以有利地用于能自診斷的色譜分析系統(tǒng)中，因此回轉(zhuǎn)閥的終止壽命能夠?qū)崟r(shí)確定。此外，本發(fā)明提供一替換方法，可用于翻新現(xiàn)有設(shè)計(jì)，并因其具有前述特征而使其能夠維持更長(zhǎng)使用壽命。
本方法的核心是以在轉(zhuǎn)子上增加額外的凹槽和在定子上增加額外的端口為基礎(chǔ)的。這些凹槽通過(guò)排空滲漏能夠消除任何可能滲漏的影響。它們還能排除堆積的顆粒。優(yōu)選地，用來(lái)制造轉(zhuǎn)子和定子的材料具有良好的惰性和耐高溫能力。凹槽邊緣的形狀和轉(zhuǎn)子和定子使用的材料有利地具有較長(zhǎng)的機(jī)械壽命。
參考圖7A到7D，示出了一種六端口回轉(zhuǎn)閥20，其采用了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的構(gòu)思?；剞D(zhuǎn)閥20包括一定子22，該定子有一定子界面24和多個(gè)流體敞開(kāi)端口26。每一端口26在定子界面24上有一開(kāi)口28。回轉(zhuǎn)閥還具有一與定子22共軸的轉(zhuǎn)子30，該轉(zhuǎn)子可在多個(gè)轉(zhuǎn)子位置中的每一個(gè)位置之間相對(duì)于定子22圍繞一軸線旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子30有一轉(zhuǎn)子界面32，與定子界面24位置相對(duì)，還有至少一個(gè)流體通道34，其上有一在轉(zhuǎn)子界面32上延伸的開(kāi)口36，用于與定子22的流體敞開(kāi)端口26可操作地相互作用。在所示的實(shí)施例中，每一定子界面24和轉(zhuǎn)子界面32具有平面形狀。但是，這些界面還可以是圓錐形的或球形的。這些界面還可以具有本領(lǐng)域已知的適宜的任何形狀。
回轉(zhuǎn)閥20還具有一流體循環(huán)線路，該流體循環(huán)線路具有一在轉(zhuǎn)子界面32上延伸的環(huán)形凹槽狀流體回路38。環(huán)形流體回路38有一外部環(huán)形槽40和一內(nèi)部凹槽42，二者均在轉(zhuǎn)子界面32上延伸。流體回路38還有多個(gè)分隔凹槽44，在轉(zhuǎn)子界面上32徑向地延伸。每一分隔凹槽44連通至內(nèi)外部凹槽42，40中的每一個(gè)上，限定了多個(gè)彼此隔離的轉(zhuǎn)子界面部分46。
每一轉(zhuǎn)子界面部分46包含著各流體通道34的至多一個(gè)。由此可以理解，任何給定的轉(zhuǎn)子界面部分可以包括一完全的流體通道、流體通道的一部分或完全沒(méi)有流體通道。然而，在單個(gè)轉(zhuǎn)子界面部分內(nèi)不會(huì)找到兩條不同的流體通道的部分；如此，轉(zhuǎn)子界面部分的邊界能夠提供防止在不同的流體通道之間發(fā)生交叉污染的屏障。流體循環(huán)線路還具有一流體入口48和一流體出口50，每一個(gè)在定子界面24上有一開(kāi)口52。每一入口和出口48，50與內(nèi)外部凹槽42，40中的相應(yīng)的一個(gè)連續(xù)地流體連通，以在環(huán)路凹槽流體回路38中提供一種連續(xù)的流體流動(dòng)。如所示，凹槽42優(yōu)選地具有一圓形形狀，其徑向地與流體入口和出口48，50中相應(yīng)的一個(gè)的開(kāi)口52對(duì)應(yīng)。
還是參見(jiàn)圖7A到7D，在說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選地，三個(gè)流體通道34中的每一個(gè)在三個(gè)轉(zhuǎn)子界面部分46中的相應(yīng)的一個(gè)中延伸。每一流體通道34特別地成形，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子30處于一個(gè)轉(zhuǎn)子位置時(shí)，連接兩個(gè)相鄰的端口26，從而在所述位置上在兩個(gè)相鄰端口26之間提供一流體流動(dòng)路徑。優(yōu)選地，各端口26圓形地布置在一端口圓上，該端口圓與在轉(zhuǎn)子30的內(nèi)外凹槽42，40之間的定子界面24同心。每一流體通道34優(yōu)選地在轉(zhuǎn)子界面32上與所述圓一致地彎曲延伸。從該所示的實(shí)施例中可知，每一流體通道34優(yōu)選地具有其開(kāi)口36，該開(kāi)口在轉(zhuǎn)子界面32上縱向地敞開(kāi)，來(lái)精確連接兩個(gè)相鄰的端口26。但是，應(yīng)該注意到，每一流體通道34還可以在轉(zhuǎn)子30內(nèi)部延伸，并具有在轉(zhuǎn)子界面32上延伸的第一和第二開(kāi)口，該第一和第二開(kāi)口中的每一個(gè)都和相應(yīng)的端口26對(duì)準(zhǔn)，以連接兩個(gè)相鄰的端口26。
因此，在這一優(yōu)選方案中，如任何其它常規(guī)的注射試樣六端口閥門(mén)系統(tǒng)一樣，閥門(mén)20的流體敞開(kāi)端口26具有連接到并且通過(guò)閥門(mén)20的一載氣回路和一樣氣回路。可以理解的是，對(duì)于特定的應(yīng)用，可以想到采用任何適當(dāng)數(shù)量的端口26。
但是，環(huán)形凹槽狀流體回路38中的連續(xù)流體流動(dòng)提供了進(jìn)入到閥門(mén)20中的額外氣體回路。載氣在入口48處引入，掃過(guò)外部環(huán)形槽40和分隔凹槽44，然后在出口50處流出閥門(mén)20。當(dāng)然，應(yīng)該理解，入口48和出口50的位置是可以互換的。
當(dāng)閥門(mén)需要被旋轉(zhuǎn)或啟動(dòng)時(shí)，這通過(guò)采用與其它六端口回轉(zhuǎn)閥一樣的方法來(lái)完成，即，如圖8A到8E所示，通過(guò)在定子22上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子30來(lái)完成。
轉(zhuǎn)子30從圖8A所示的位置旋轉(zhuǎn)到8B、8C和8D所示的中間位置，并終止于8E所示的最終位置。位置8B、8C和8D顯示，一次只有一個(gè)分隔凹槽44通過(guò)定子22的任何端口26。因此，在該優(yōu)選實(shí)施例中，如圖7D所示，每一分隔凹槽44優(yōu)選地在預(yù)定的位置延伸，以使得當(dāng)轉(zhuǎn)子30相對(duì)于定子20在任何方位時(shí)，各端口26中的至多一個(gè)與環(huán)形流體回路38流體連通。這就防止了在定子臨界端口26之間的短路或連接，這在不同端口之間的交叉污染可能會(huì)導(dǎo)致爆炸或其它的危險(xiǎn)反應(yīng)的情形下，是特別有利的。
當(dāng)閥門(mén)20處于它的其中一個(gè)最終位置時(shí)，也就是說(shuō)8A或8E，從三對(duì)端口26中的任意一個(gè)中發(fā)生的任何滲漏都會(huì)到達(dá)各分隔凹槽44中的一個(gè)中，并會(huì)被循環(huán)線路上的純凈吹掃載氣帶走離開(kāi)閥門(mén)20。可見(jiàn)，從閥門(mén)20處排出的滲漏不會(huì)與閥門(mén)的雜質(zhì)識(shí)別和量化的過(guò)程或其它主要功能發(fā)生干涉。因此，分隔凹槽44能夠消除由于轉(zhuǎn)子或定子界面24，32的磨損而可能隨時(shí)間出現(xiàn)的任何交叉端口滲漏帶來(lái)的后果。此外，外部環(huán)形槽40防止從閥門(mén)20發(fā)生的任何內(nèi)部或外部滲漏。如果發(fā)生了，外部和內(nèi)部滲漏從閥門(mén)20排出，而不會(huì)到達(dá)關(guān)鍵的分析流體路徑。此外，外部環(huán)形槽40可以起有效密封的作用。因此，它能同時(shí)密封和排出滲漏。
在又一具體實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)閥優(yōu)選地具有一密封外殼，將轉(zhuǎn)子30和定子22封裝在其中。外殼由載氣凈化。因此，其將閥門(mén)的關(guān)鍵分析流體路徑從其環(huán)境完全隔離開(kāi)。
再參見(jiàn)圖7A到7D，在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子30和定子22優(yōu)選地由超硬陶瓷制成，例如氧化鋁或氧化鋯。轉(zhuǎn)子和定子界面32，24優(yōu)選地被很好地拋光，這樣將轉(zhuǎn)子30設(shè)置在定子22上就能排空在兩面之間的環(huán)境空氣，從而產(chǎn)生一真空。此外，這些界面34，32可以涂覆有各種作為潤(rùn)滑劑的材料，來(lái)提高表面的質(zhì)量。所用的涂覆層的種類(lèi)取決于使用的閥門(mén)的工作條件，也即，流體的溫度和種類(lèi)。這些參數(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，在此不再作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的閥門(mén)20的另一個(gè)有利的特征是由陶瓷制成的凹槽和端口的邊界上沒(méi)有鋒銳的邊緣。取代鋒銳邊緣的是，定子22的每一流體敞開(kāi)端口26優(yōu)選地具有一向下的斜邊緣或一圓形。流體通道34的開(kāi)口36也優(yōu)選地具有一向下的斜邊緣或一圓形。內(nèi)部凹槽42、外部凹槽40和分隔凹槽44中的每一個(gè)也有利地具有一向下的斜邊緣或一圓形。這樣就消除了當(dāng)轉(zhuǎn)子界面32在定子界面24上旋轉(zhuǎn)時(shí)，在界面24，32的邊緣上的″刀片″效果。由此避免了在界面上的刮屑堆積引起的過(guò)度磨損及由此產(chǎn)生的滲漏。在又一優(yōu)選實(shí)施例中，每一分隔凹槽44可以有利地具有在其邊緣上伸展的翼片，來(lái)增加機(jī)械清除效應(yīng)。翼片優(yōu)選由聚四氟乙烯制成，但是任何其它柔軟的和非吸收性材料都可以采用。還可以設(shè)想，在每一分隔凹槽44的相對(duì)的兩邊緣上設(shè)置一翼片，或者在分隔凹槽44的其中一個(gè)上設(shè)置單個(gè)翼片。
過(guò)去限制采用陶瓷來(lái)制造定子的原因是將配合管連接到定子上很困難。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，定子具有金屬基部元件和提供定子界面24的陶瓷元件。陶瓷元件設(shè)置在金屬基部元件上，以提供較長(zhǎng)的預(yù)期壽命。各定子元件密封在一起，陶瓷元件與金屬基部元件具有對(duì)準(zhǔn)的通道。然而，如美國(guó)專(zhuān)利6,453,946中所描述的那樣，這樣的組件存在一些缺點(diǎn)。特別是，閥門(mén)的體積被加大，引起了離散和在高溫下滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。這樣的閥門(mén)由Rheodyne L.P公司制造，型號(hào)為7750E-020。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，流體管銅焊到定子的陶瓷元件上。該銅焊在真空下進(jìn)行，提供了不具有死滯體積并且防漏的連接。通過(guò)將管穿送至閥座上的它們對(duì)應(yīng)的端口，直到陶瓷元件就位于閥座的平坦表面上，從而使得陶瓷定子管組件安裝到閥外殼的基部上。優(yōu)選地，定子22還有一組保持銷(xiāo)，例如三個(gè)，并且有緊密的配合公差。這些銷(xiāo)能夠?qū)⑻沾稍３植⒍ㄎ辉陂y座上。保持銷(xiāo)阻止了定子22由于轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而可能引起的任何旋轉(zhuǎn)，并且保持定子端口26相對(duì)于轉(zhuǎn)子通道34準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。
在又一優(yōu)選實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)閥還具有一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可操作地連接到轉(zhuǎn)子30上，以在各轉(zhuǎn)子位置中的一個(gè)期望位置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。然后，轉(zhuǎn)子30連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，并且以適當(dāng)?shù)暮途_的角度與定子22對(duì)準(zhǔn)。優(yōu)選地，每一流體通道34精確地連接各定子端口26中的兩個(gè)端口。閥蓋和其基部的金屬襯墊安裝在閥座上，并且被適當(dāng)?shù)鼐o固。轉(zhuǎn)子的軸伸出閥蓋。在閥門(mén)安裝在烘箱中的情況下，任何長(zhǎng)度的驅(qū)動(dòng)軸都能得以安裝。這樣，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以處在環(huán)境溫度中。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是一電動(dòng)機(jī)、螺線管、氣動(dòng)工具，或者簡(jiǎn)單的用手轉(zhuǎn)動(dòng)的把手。
因此，參見(jiàn)圖7A到7D，在本發(fā)明的其中一個(gè)最優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子30和定子22優(yōu)選為由超硬材料，即陶瓷(氧化鋁或氧化鋯)制成。轉(zhuǎn)子和定子的凹槽和端口優(yōu)選地具有一平滑的圓邊緣，而不是一鋒銳的邊緣。轉(zhuǎn)子和定子界面32，24有利地被高度拋光，并具有與應(yīng)用情況相適應(yīng)的潤(rùn)滑涂覆層。定子管優(yōu)選地銅焊在其上。定子22和轉(zhuǎn)子30有利地被安裝在密封的外殼上，通過(guò)載氣得到凈化。分隔凹槽44設(shè)置成彼此呈適當(dāng)?shù)慕嵌?，以使一次只有一個(gè)分隔凹槽44通過(guò)一個(gè)定子端口26。這樣的閥門(mén)有利地用于色譜系統(tǒng)中。在該系統(tǒng)中，載氣和樣氣以一種常規(guī)的方式連接。載氣連接到入口48上，與外部環(huán)形槽40對(duì)準(zhǔn)。該載氣吹掃過(guò)外部環(huán)形槽40和分隔凹槽44，然后在定子的流體出口50處流出。此外，閥門(mén)20有利地具有由載氣凈化的密封外殼。具有了這些特征，就獲得了一種極高性能的閥門(mén)。這種閥門(mén)是惰性的，沒(méi)有死滯體積，并且不受長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展的滲漏的影響。這種閥門(mén)的使用壽命與現(xiàn)有技術(shù)中已知的閥門(mén)比起來(lái)變得很長(zhǎng)。
此外，參見(jiàn)圖11，本發(fā)明還提供一種使用了如前所述的回轉(zhuǎn)閥20的色譜分析系統(tǒng)54。這樣的分析系統(tǒng)54設(shè)有監(jiān)視裝置，該監(jiān)視裝置可操作地連接到流體出口50上，以監(jiān)視在其中流過(guò)的流體。優(yōu)選地，監(jiān)視裝置包括一純度檢測(cè)器56，用來(lái)探測(cè)所述流體的污染。因此，優(yōu)選地，定子22的流體出口50連接到純度檢測(cè)器56上。這就使得當(dāng)臨界滲漏由于元件不可避免的磨損隨時(shí)間延續(xù)而發(fā)生時(shí)，閥門(mén)診斷系統(tǒng)可以警告用戶(hù)。任何滲漏都會(huì)改變?cè)诩兌葯z測(cè)器56中流動(dòng)的氣體的純度，流體純度的改變程度給出了磨損的指示，用戶(hù)能因此采取適當(dāng)?shù)拇胧＿@在以往是做不到的，并且在流程色譜儀停工要付出高昂代價(jià)的情況下具有難以置信的價(jià)值?，F(xiàn)在，有了這樣的系統(tǒng)，只有在需要的時(shí)候才進(jìn)行維修。從實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試來(lái)看，這樣的閥門(mén)系統(tǒng)展示了它能在用氦作為載氣的氣相色譜儀中，每三分鐘注射一次試樣的情況下，運(yùn)行三年以上的能力。系統(tǒng)性能通過(guò)觀察分析檢測(cè)器和安裝在流體出口50上的純度檢測(cè)器56而得到監(jiān)測(cè)。
甚至在通過(guò)連續(xù)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)來(lái)加速使用期的測(cè)試期間，也沒(méi)有記錄到內(nèi)部污染，并且沒(méi)有出現(xiàn)分析性能降低。即使純度檢測(cè)器56開(kāi)始檢測(cè)到一些內(nèi)部滲漏，還是取得了使系統(tǒng)的有效壽命顯著延長(zhǎng)的效果。優(yōu)選地，純度檢測(cè)器56以一種同步的方式讀取數(shù)據(jù)，即，當(dāng)一個(gè)分隔凹槽44經(jīng)過(guò)樣品端口26時(shí)，在致動(dòng)之前有些延遲，以避免讀取常規(guī)的″樣值脈沖″。還看得出來(lái)，分隔凹槽44不但有在各種工作壓力下消除內(nèi)部滲漏的作用，而且還有一種潔凈效應(yīng)。氣體通過(guò)內(nèi)外凹槽42，40及通過(guò)分隔凹槽44得到凈化，并帶走任何來(lái)自污染試樣或者界面磨損的微粒。因此，由于有了以上特征，色譜閥門(mén)就不再是一種簡(jiǎn)單的損害系統(tǒng)性能的而且必須被頻繁更換以避免分析系統(tǒng)退化的機(jī)械部件。相反地，當(dāng)它和純度檢測(cè)器連接起來(lái)時(shí)，成了系統(tǒng)的智能部分。這是本發(fā)明的一個(gè)有利的特點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)可以變得能夠自診斷，這對(duì)于各種處理分析設(shè)備而言都是一大優(yōu)點(diǎn)。
在其它應(yīng)用情況的其它閥門(mén)的端口布置中，本發(fā)明的構(gòu)思也是非常有用的。例如，在分析系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的功能是測(cè)量各種樣品流中的某些雜質(zhì)。因此要求依次選擇各種樣品流。故而就需要一樣品流選擇閥。
圖9A和9B示出了用于這種應(yīng)用情況的本發(fā)明的閥門(mén)20的第一優(yōu)選實(shí)施例。這一具體實(shí)施例示出了四樣品流選擇閥，但應(yīng)當(dāng)理解的是，其并非限于四個(gè)，而是可以擴(kuò)展至更多的樣品通道。在這一優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)部凹槽42有一環(huán)形部分，其限定了一中心轉(zhuǎn)子界面58部分。端口26特別地設(shè)置成，在任一轉(zhuǎn)子位置處，其中一個(gè)端口26與轉(zhuǎn)子界面部分46，58的其中一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。流體通道34具有在轉(zhuǎn)子界面32上延伸的第一和第二開(kāi)口60，62。第一個(gè)開(kāi)口60在中心轉(zhuǎn)子界面部分58上延伸，并且得以與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口26連續(xù)地流體連通。第二開(kāi)口62在其余的轉(zhuǎn)子界面部分46中的一個(gè)上延伸，并且得以在給定的轉(zhuǎn)子位置處與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口26流體連通，從而在兩端口26之間提供一流體流動(dòng)路徑，同時(shí)地與第一和第二開(kāi)口60，62的流體連通。如所示，端口26和其余的轉(zhuǎn)子界面部分44對(duì)準(zhǔn)，優(yōu)選為成圓形地布置在一端口圓上，該端口圓與轉(zhuǎn)子30的內(nèi)外凹槽42，40之間的轉(zhuǎn)子界面32同心。有利地，閥門(mén)20還可以安裝在一凈化外殼中，同前述的注射閥類(lèi)似。這些特征使得樣品流選擇閥門(mén)不具有死滯體積，也不會(huì)有交叉端口滲漏。再者，這種閥門(mén)的使用期比本領(lǐng)域任何已知的樣品流選擇回轉(zhuǎn)閥的使用期長(zhǎng)得多。通過(guò)使轉(zhuǎn)子30在定子22上轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)選擇樣品流。內(nèi)外凹槽42，40和分隔凹槽44通過(guò)清潔的和高純度的氣體得到凈化。這一凈化過(guò)程可以在正壓下或者真空下進(jìn)行。該凈化的目的是再一次排空任何可能污染選定的位于閥門(mén)20外面的樣品的滲漏。通過(guò)外部環(huán)形槽40和包裹閥門(mén)的凈化外殼來(lái)清除內(nèi)部和外部污染。
在如前所述的一優(yōu)選實(shí)施例中，并參見(jiàn)圖11，還可以提供這樣一種分析系統(tǒng)，其能夠通過(guò)監(jiān)視在流體出口50處流出閥門(mén)的凈化氣體的純度進(jìn)行自診斷。在條件極其苛刻(高度危機(jī))的應(yīng)用場(chǎng)合中，比如爆炸物檢測(cè)或者有毒氣體中，圖9A和9B中所示的閥門(mén)20具有很高的價(jià)值，因?yàn)橛脩?hù)可以確保系統(tǒng)的完好性。樣品不會(huì)由樣品流選擇系統(tǒng)被污染。
仍然參考圖11，還應(yīng)該理解，在特殊的應(yīng)用中，本發(fā)明的多個(gè)閥門(mén)還可以組合在一個(gè)分析系統(tǒng)中。每一閥門(mén)都具有自己的純度檢測(cè)器56。然而，在使用連接到每一個(gè)其它閥門(mén)上的附加樣品流選擇閥門(mén)時(shí)，連接到樣品流選擇閥門(mén)上的單個(gè)純度檢測(cè)器56也能用于監(jiān)測(cè)通過(guò)每一閥門(mén)的流體。這一特殊的布置能夠檢測(cè)到每一流體的污染，而不會(huì)顯著地增加系統(tǒng)的成本。
圖10示出了基于該方法的樣品流選擇的另一個(gè)有利的變型。在這一情形下，未選定的樣品被繞開(kāi)，以保持一恒流，并且被單獨(dú)地排出到系統(tǒng)的外面。當(dāng)各種樣品的類(lèi)型不一樣并且不兼容時(shí)，這是非常有用的。在所描述的實(shí)施例中，其中一個(gè)端口26與中心轉(zhuǎn)子界面部分58對(duì)準(zhǔn)。其余端口26優(yōu)選地設(shè)置成第一和第二端口對(duì)64。每對(duì)64都在一指定位置和各轉(zhuǎn)子界面部分46中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。流體通道34具有在轉(zhuǎn)子界面32上延伸的第一和第二開(kāi)口60，62。第一開(kāi)口60在中心轉(zhuǎn)子界面部分58上延伸，并且得以與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口26連續(xù)流體連通。第二開(kāi)口62在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分46中的一個(gè)上延伸，并且得以在指定的轉(zhuǎn)子位置處與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)的端口對(duì)64中的一個(gè)端口26流體連通，從而在兩端口26之間提供一流體流動(dòng)路徑，同時(shí)與第一和第二開(kāi)口60，62流體連通。有利地，轉(zhuǎn)子30上還有多個(gè)凹槽66，每一凹槽66在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分46中相應(yīng)的一個(gè)上延伸，以分別將相應(yīng)的端口對(duì)64中的每一端口26一起連接在其中一個(gè)轉(zhuǎn)子位置上，從而在相應(yīng)的端口對(duì)64中的每一個(gè)端口26之間提供一排出流體流動(dòng)。如所述，每端口對(duì)64中的每個(gè)第一端口優(yōu)選地成環(huán)形布置在與轉(zhuǎn)子界面32同心的第一端口圓上。每端口對(duì)64中的每個(gè)第二端口優(yōu)選地成環(huán)形布置在與轉(zhuǎn)子界面32同心的第二圓上。當(dāng)然，根據(jù)特定的應(yīng)用情況，還可以構(gòu)想任何其它適當(dāng)?shù)亩丝?6布置。
圖12A和12B說(shuō)明了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。該實(shí)施例示出了一種與瓦科(Valco)公司制造的閥門(mén)類(lèi)似的錐形閥，但是它是按照本發(fā)明的構(gòu)思來(lái)制造的。這一閥門(mén)20已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了測(cè)試，并且在選用氦氣作為載氣的情形下展示了優(yōu)秀的性能。已經(jīng)證明，它的預(yù)期使用壽命比未改進(jìn)的產(chǎn)品至少長(zhǎng)三倍。這對(duì)于在本領(lǐng)域安裝使用的眾多系統(tǒng)是一次真正的改善。
雖然在此是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)描述，并在附圖中示出，但應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于這些特定的實(shí)施例，而是可以在不脫離本發(fā)明的范圍或者實(shí)質(zhì)的情況下對(duì)其作出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)閥，包括定子，該定子具有定子界面和多個(gè)流體敞開(kāi)端口，每個(gè)所述端口具有位于所述定子界面上的開(kāi)口；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子與所述定子共軸，并且可在多個(gè)轉(zhuǎn)子位置中的每一個(gè)位置之間相對(duì)于所述定子繞一軸線旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子具有一與所述定子界面位置相對(duì)的轉(zhuǎn)子界面，還具有至少一個(gè)流體通道，該流體通道設(shè)有在所述轉(zhuǎn)子界面上延伸的開(kāi)口，用以與定子的流體敞開(kāi)端口可操作地相互作用；以及流體循環(huán)線路，其包括在所述轉(zhuǎn)子界面上延伸的環(huán)形凹槽狀流體回路，所述環(huán)形流體回路包括外部環(huán)形凹槽和內(nèi)部凹槽，二者均在所述轉(zhuǎn)子界面上延伸，所述流體回路還包括多個(gè)在所述轉(zhuǎn)子界面上徑向地延伸的分隔凹槽，每一所述分隔凹槽連接到所述內(nèi)部和外部凹槽中的每一個(gè)上，以限定多個(gè)彼此隔離的轉(zhuǎn)子界面部分，每一所述轉(zhuǎn)子界面部分包含著至多一個(gè)流體通道；以及流體入口和流體出口，二者都具有位于所述定子界面上的開(kāi)口，所述入口和出口中的每一個(gè)與所述內(nèi)部和外部凹槽中的相應(yīng)一個(gè)連續(xù)流體連通，以在所述環(huán)形凹槽狀流體回路中提供連續(xù)的流體流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一所述流體通道在所述轉(zhuǎn)子界面部分中的相應(yīng)一個(gè)上延伸，每一所述流體通道特別地成形為，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子處于所述轉(zhuǎn)子位置中的一個(gè)位置時(shí)，連接兩個(gè)相鄰的端口，從而在所述位置上在所述的兩個(gè)相鄰的端口之間提供流體流動(dòng)路徑。
3.如權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述各端口圓形地布置在一端口圓上，該端口圓與在所述轉(zhuǎn)子的所述內(nèi)部和外部凹槽之間的所述定子界面同心，每一所述流體通道在所述轉(zhuǎn)子界面上與所述圓一致地彎曲地延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一所述分隔凹槽在一預(yù)定的位置處延伸，以使得對(duì)于所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子的任何方位，至多一個(gè)所述端口與所述環(huán)形流體回路流體連通。
5.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述內(nèi)部凹槽具有圓形形狀，該圓形徑向地與所述流體入口和出口中相應(yīng)的一個(gè)的開(kāi)口對(duì)應(yīng)。
6.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述內(nèi)部凹槽包括一環(huán)形部分，該環(huán)形部分在其中限定了一中心轉(zhuǎn)子界面部分。
7.如權(quán)利要求6所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述端口特別地布置成，在所述轉(zhuǎn)子位置中的任一位置處，所述各端口中的一個(gè)與所述轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求7所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述流體通道包括在所述轉(zhuǎn)子界面上延伸的第一和第二開(kāi)口，所述第一開(kāi)口在所述中心轉(zhuǎn)子界面部分上延伸，并且得以與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口連續(xù)流體連通，所述第二開(kāi)口在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)上延伸，并且得以在指定的轉(zhuǎn)子位置處與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口流體連通，從而在兩端口之間提供流體流動(dòng)路徑，同時(shí)與所述第一和第二開(kāi)口流體連通。
9.如權(quán)利要求8所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，與所述其余的各轉(zhuǎn)子界面部分對(duì)準(zhǔn)的所述端口圓環(huán)形地布置在一端口圓上，該端口圓與所述轉(zhuǎn)子的所述內(nèi)部和外部凹槽之間的所述轉(zhuǎn)子界面同心。
10.如權(quán)利要求6所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述各端口中的一個(gè)與所述中心轉(zhuǎn)子界面部分對(duì)準(zhǔn)，其余各端口布置成第一和第二端口對(duì)，所述端口對(duì)中的每一個(gè)在指定的位置都和所述轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)，所述流體通道包括在所述轉(zhuǎn)子界面上延伸的第一和第二開(kāi)口，所述第一開(kāi)口在所述中心轉(zhuǎn)子界面部分上延伸，并且得以與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口連續(xù)流體連通，所述第二開(kāi)口在其余的各轉(zhuǎn)子界面部分中的一個(gè)上延伸，并且得以在指定的轉(zhuǎn)子位置處與和其對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)端口對(duì)中的一個(gè)端口流體連通，從而在兩端口之間提供流體流動(dòng)路徑，同時(shí)與所述第一和第二開(kāi)口流體連通，所述轉(zhuǎn)子還包括多個(gè)凹槽，每一所述凹槽在所述其余的各轉(zhuǎn)子界面部分中相應(yīng)的一個(gè)上延伸，以分別將相應(yīng)的端口對(duì)中的每一個(gè)端口一起連接在所述各轉(zhuǎn)子位置中的一個(gè)位置上，從而在相應(yīng)的端口對(duì)中的每一個(gè)端口之間提供排出流體的流動(dòng)路徑。
11.如權(quán)利要求10所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每個(gè)所述端口對(duì)的每個(gè)第一端口圓形地布置在與所述轉(zhuǎn)子界面同心的第一端口圓上，每個(gè)所述端口對(duì)的每個(gè)第二端口圓形地布置在與所述轉(zhuǎn)子界面同心的第二圓上。
12.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)所述定子界面和所述轉(zhuǎn)子界面都為平面形。
13.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)所述定子界面和所述轉(zhuǎn)子界面都為圓錐形。
14.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)所述定子界面和所述轉(zhuǎn)子界面都為球形。
15.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)所述流體敞開(kāi)端口的開(kāi)口都有一平滑的斜邊緣。
16.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述流體通道的開(kāi)口有一平滑的斜邊緣。
17.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)所述內(nèi)部凹槽、外部凹槽和分隔凹槽都有一平滑的斜邊緣。
18.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)閥還包括一可操作地連接于所述轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以在所述各轉(zhuǎn)子位置中的所需位置處驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子。
19.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)閥還包括一密封外殼，用于將轉(zhuǎn)子和定子密封在其中，所述外殼用一流體凈化。
20.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)定子和轉(zhuǎn)子都由超硬陶瓷制成。
21.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)定子界面和轉(zhuǎn)子界面都被拋光。
22.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，每一個(gè)定子界面和轉(zhuǎn)子界面都具有涂覆層。
23.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述定子包括提供所述定子界面的陶瓷元件和金屬基部元件，所述定子還包括提供流體敞開(kāi)端口的多個(gè)流體管，所述流體管銅焊到所述的陶瓷元件上。
24.如權(quán)利要求23所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述定子還包括一組在其中延伸的保持銷(xiāo)，用來(lái)將陶瓷元件和金屬基部元件保持并定位在一起。
25.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)閥還包括至少一個(gè)翼片，每一個(gè)所述翼片在各分隔凹槽中的一個(gè)的邊緣上延伸。
26.一種色譜分析系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥；以及監(jiān)視裝置，其可操作地連接到流體出口用以監(jiān)測(cè)流過(guò)的流體。
27.如權(quán)利要求25所述的色譜分析系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視裝置包括用來(lái)檢測(cè)所述流體的污染的純度檢測(cè)器。
28.如權(quán)利要求25所述的色譜分析系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視裝置同步地監(jiān)測(cè)所述流體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于流體分析系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)閥。本發(fā)明的回轉(zhuǎn)閥具有改善了的性能，例如延長(zhǎng)了使用壽命。該閥能夠?qū)崿F(xiàn)不同的流體分析功能，且可以是多端口和/或多位置的閥門(mén)。該閥在轉(zhuǎn)子上具有額外的凹槽，在定子上具有額外的端口。這些凹槽能夠通過(guò)排出滲漏而消除任何可能的滲漏帶來(lái)的后果。這樣的閥還能防止交叉端口滲漏，并且有利地被用于條件極其苛刻的場(chǎng)合。而且，本發(fā)明的閥還可用于能夠有利地進(jìn)行自診斷的分析系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)F16K11/074GK101044346SQ200480044192
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者Y·加馬什, A·福捷 申請(qǐng)人:機(jī)械分析公司