专利名称：旋转的圆柱选择阀的制作方法
旋转的圆柱选择阀相关申请的交互参照本申请要求对2010年5月20日提交的美国临时专利申请No. 61/346，752的优先权益，本文以参见方式引入该专利的内容。
背景技术：
旋转阀用于分析实验室以及将流体流引导到诸如圆柱、环路、过滤器、探测器等的系统部件的器具中，并用于不同部件之间的切换以及不同流体源之间的切换。旋转阀因此可用来在用于如此目的的部件之间进行选择和切换，所述目的诸如试样注入、试样流选择、流体转向、馏分收集、溶剂或缓冲剂选择等，以及用于不同层析法圆柱之间的选择。典型的旋转阀具有定子和转子，并在定子或转子(最常在转子)的表面内具有内部通道，通常呈槽(细长凹陷部)的形式，根据转子位置，内部通道在阀内桥接选定的端口对。在供应诸如分析圆柱那样的流通系统的典型旋转阀中，阀中的内部通道将在阀上的入口端口和通向流通部件的入口端口之间形成桥接，而阀中的另一内部通道将在同一流通部件的出口端口和阀上·的出口端口之间形成桥接。内部通道通常含有一定量的死体积，这里将其定义为内部通道的一个区域，流体不流过该区域但却停滞在该区域中，同时流体通过该阀流到别处。带有死体积的阀必须定期进行清洗，即使采取清洗手段，死体积在阀位置切换时仍会产生一种流体或试样与另一种流体或试样污染的危险。除了死体积之外，流体移动通过内部通道的距离可影响流体所朝向那个部件的效率。当阀用在色析法系统上时，例如，通过阀内部通道的附加的移动距离会导致带拓宽，降低溶液探测和量化的精度。某些旋转阀还设计成向使用者提供流体通过流通部件的向前和向后流动方向之间的选择。这使阀的设计变得复杂，在某些情形中需要阀转过180度，当阀转得太远或转得不够远时，增大了使用者出错的可能性，而当阀必须转动通过一个或多个位置来达到要求的位置时，还会增大污染的可能性。
发明内容
本发明涉及一种旋转阀，该旋转阀含有最小的死体积，并允许通过使阀转过非常小的角而使流动方向逆向流过任何部件。从附图和以下的描述中，将会明白本发明上述的和其他的特征、目的和优点。
图I是本发明范围内的旋转阀的立体图。图2是图I旋转阀的定子的平面图。图3是图I旋转阀的转子的平面图。图4是图I旋转阀的组合的定子和转子的平面图。图5是本发明范围内的第二旋转阀的组合的定子和转子的平面图。图6是处于逆向流动位置中的图5旋转阀的组合的定子和转子的平面图。图7是本发明范围内的第三旋转阀的旋转阀的组合的定子和转子的平面图。
图8是处于逆向流动位置中的图7旋转阀的组合的定子和转子的平面图。
具体实施例方式如上所述，这里的术语“部件”用来表示这样的单元，旋转阀向其供应液体或从中接受液体。许多如此的单元是流动通过的单元。如此“部件”的实例是圆柱、环路、过滤器和探测器。术语“部件端口 ”在本文中用来表示旋转阀中与部件连接的端口，在许多情形中，通过连接管来连接。部件端口用来向部件供应流体或从部件中接受流体，通常部件连接到两个部件端口上，一个用于向部件供应流体，而另一个接受离开部件的流体。术语“阀入口端口”在文中用来表示旋转阀的端口，该端口指定为从阀外面的流体供应源中接受流体，且通过该端口流体进入阀的内部腔室以传输到部件端口。同样地，术语“阀出口端口”在文中用来表示旋转阀的端口，该端口指定为从阀内部排出流体，尤其是，从阀的内部腔室将流体排出到阀外面的容器，该容器还可以是诸如探测器、收集容器或废物容器之类的单元。 相对于圆而言的术语“圆弧”是指延伸长度小于圆的全圆周的一段圆弧。术语“横贯所述轴线彼此相对的”在文中用来描述两个端口之间的位置关系，其表明连接两个端口的直线通过所述轴线，且该轴线位于两个端口之间。在本发明旋转阀的诸多特征中，有一个在面向定子的转子表面内具有两个细长凹陷部或槽的转子，每个槽的形状形成一圆弧和两个臂，圆弧的中心在阀的轴线处，且两个臂从圆弧向外(即，远离轴线)延伸。两个凹陷部完全分离；流体无法从一个凹陷部流到另一凹陷部。两个圆弧横贯轴线彼此相对。定子包含部件端口，这些部件端口横贯定子和转子的共同轴线彼此直接相对地成对布置。成对的部件端口位于轴线之侧的圆弧中，该轴线位于每个圆弧的中心处。由部件端口形成的圆弧的半径比转子凹陷部的圆弧半径大，因此驻留在外面。作为转子内凹陷部的部分的臂的外终端与定子内的部件端口形成的圆弧对准，这样，当转子转动时，每个臂从与一个部件端口对准过渡到与同一圆弧的下一部件端口对准，并由此相继与圆弧的所有部件端口对准。其它的特征包括定子中的单一阀入口端口和单一阀出口端口，这些端口中的每个端口位于离轴线的某一径向距离处，该距离等于凹陷部的圆弧部分之一的半径。因此，当转子转动时，一个凹陷部的圆弧部分通过阀入口端口，而另一个凹陷部的圆弧部分通过阀出口端口，两个端口保持与相应圆弧部分对准，每个端口因此保持与一个凹陷部流体连通。较佳地，无论定子还是转子都不包含位于轴线处或横穿轴线的任何端口或凹陷部。任何单一凹陷部内的死体积被限制到不使用的那个圆弧部分和不使用的臂部分，在凹陷部使用期间流体流过的每个凹陷部的长度被限制到两个臂之一和圆弧的一部分。此夕卜，当流体流过的每个凹陷部长度随阀位置而变时，该变化范围仅是每个凹陷部内圆弧的长度变化相当小的距离。另外还有，两个凹陷部的长度或者相同，或者差最小的量，每个凹陷部因此可容纳任一方向的流体流动，而不改变流体路径。还有，两个凹陷部这样进行定位，使一个凹陷部的臂的终端足够靠近第二个凹陷部的臂的终端，这样，通过阀连接的任何单一部件，仅很小的角度转动就会导致流动方向的反向。这里提供的附图显示了本发明范围内的旋转阀的实例。图I是本发明范围内的旋转阀11的一个实例的立体图。阀体由两个圆盘形成，定子12为上圆盘,而转子13为下圆盘,转子的转动用箭头14表示。两个圆盘享有共同的轴线15，转子13围绕该轴线转动。该实例中的阀含有六个部件21、22、23、24、25、26，每个部件由环路代表，且每个部件连接到阀中的两个端口。馈送到环路的流体通过阀入口端口 28从供应源27供应到阀，离开环路的流体从阀通过阀出口端口 29排放到排放容器30。连接阀入口和出口端口的通道位于转子内。这些通道和定子内各个端口在图2和3中更清晰地示出。图2是定子12的平面图。部件端口 32a、32b打开至该定子的两侧，并延伸通过定子圆盘的整个厚度。部件端口是成对的，每对的两个构件横贯轴线15彼此直接相对。为方便说明起见，每对的其中一个端口指定为入口端口 32a，而另一个指定为出口端口 32b，入口端口 32a沿着圆弧33a布置，而出口端口 32b也沿着圆弧33b布置，两个圆弧同心且它们的中心与轴线15相一致。在图1、2和3所示的特殊实施例中，两个圆弧33a、33b的半径等长，两个圆弧为同一圆的圆弧。替代地，两个圆弧可以是不相等半径的圆弧，如其后附图中所示，并在下文中予以解释。图2实施例的另一特征是等距隔开，S卩，沿着各个圆弧和围绕定子全部圆周的所有部件端口是等角度布置的。每个圆弧内端口间距不等的替代的实施例，或入口端口组和出口端口组之间的角度间距较宽的替代实施例，或两者兼而有之的实·施例，同样都在本发明的范围之内。阀入口端口 28和阀出口端口 29都在由部件端口形成的圆弧内，由此，更靠近轴线15。如图所示，它们离轴线等距离，虽然这也可以变化，就如其后的附图所示那样。图3是转子13的平面图。将各个部件端口连接到定子中的阀入口端口和出口端口的凹陷部41、42不是通过转子厚度的开口，而是面向定子的转子表面内的槽，与定子表面形成闭合通道。每个凹陷部包括圆弧43a、43b,两个圆弧是同心的,每个圆弧的中心与轴线15相一致。在每个圆弧的两端处或附近的是从圆弧向外延伸的臂44a、45a、44b、45b。诸臂的最外端是凹陷部的终端46a、47a、46b、47b，每个终端离轴线15的距离与定子内部件端口 32a、32b离轴线的距离相同。因此，当转子转动时，终端46a、47a、46b、47b相继与部件端口 32a、32b对准。同样地，凹陷部的圆弧部分43a、43b的半径等于定子内阀入口和出口端口 28、29之间的距离，因此，当转子转动时，阀入口和出口端口 28、29保持与这些圆弧部分43a、43b对准。在该实施例中，两个圆弧部分43a、43b具有相等的半径且是同一圆的圆弧。替代地，两个圆弧可以是不同的半径，就如其后的附图所示，并在下文中予以解释。还在该实施例中，臂44a、45a、44b、45b近似为等长，终端46a、47a、46b、47b离轴线都为等距离。终端46a、47a、46b、47b为不同长度的替代设计也会发挥功能，且在本发明的范围之内。该发明的变型同样在其后的附图中示出并在下文中予以讨论。图4示出相连的定子和转子，使转子位于定子下方，凹陷部41、42用虚线显示。凹陷部41、42布置成使终端46a、47a、46b、47b之间的间距不等于部件端口之间的间距，且在阀的所有位置处，各个凹陷部的最多一个终端与部件端口对准。因此，在阀通向部件的各个位置处，一个凹陷部将阀入口端口 28连接到一个部件端口，而另一凹陷部将阀出口端口 29连接到另一个部件端口，两个部件端口形成一对端口，将流体供应到单一部件和从单一部件中接受流体。在优选的实施例中，就如图中所示，一个凹陷部的终端46a和另一凹陷部的相邻终端46b之间的角度间距51，小于相邻部件端口之间的角度间距52，在该情形中近似为一半。通过转动转子转过等于相邻部件端口之间的角度间距52的角度，流过该阀的流体流从一个部件切换到下一个部件；通过转动转子转过转子内凹陷部相邻终端之间的较小角度间距51的角度，流过单一部件的流体流方向可反向。图I至4中旋转阀的变型显示在图5和6中。这些附图在类似于图4的图中示出了彼此连接的定子和转子，例外之处是，为了清晰起见，所有端口和凹陷部用实线显示。在图5和6中,两组部件端口 51a、51b形成不是等半径的两个圆弧,但两个圆弧定心在阀轴线52上。相应地，每个凹陷部具有长臂53a、53b和短臂54a、54b。这些臂的长度应是这样在如图5所示的阀位置中，一个凹陷部的长臂(例如，53a)的终端将与一个部件端口 51a对准，而短臂(例如，5 4b)的终端将与相对的部件端口 51b对准。流动路径类似于图I至4中旋转阀的流动路径，让流体通过阀入口端口 55供应到阀，并通过阀出口端口 56从阀中抽出。通过转动转子到图6所示位置，通过同一部件的流动方向可反向，其中，与图5中阀出口端口56连通的同一部件端口 51a现定位成与阀入口端口 55连通，而与图5中阀入口端口 55连通的相对的部件端口 51b现定位成与阀出口端口 56连通。第二变型显示在图7和8中。这些图类似于图5和6显示出彼此连接的定子和转子，所有端口和凹陷部用实线显示。在图7和8中，转子中两个凹陷部的圆弧部分71、72不是同一圆的圆弧，而是不同半径的圆的圆弧，然而两者仍定心在轴线73上。相应地，阀入口端口 74离轴线的距离不等于阀出口端口 75离轴线的距离，阀入口端口 74与一个凹陷部的圆弧72对准，而阀出口端口 75与另一凹陷部的圆弧71对准。然而，流动路径又类似于前述附图中旋转阀的流动路径，让流体通过阀入口端口 74供应到阀，并通过阀出口端口 75从阀中抽出。通过将转子从图7中所示位置转到图8所示位置，则通过同一部件的流动方向可实现反向，其中，与图 中的阀出口端口 75连通的同一部件端口 76a现定位成与阀入口端口 74连通，而与图7中的阀入口端口 74连通的相对的部件端口 76b现定位成与阀出口端口 75连通。在各种附图所示的实施例中，每个旋转阀中包括六对部件端口。端口数量对于本发明不是关键的，数量可以变化。较佳地，阀数量可包含两对至十对，最好是四对至八对。相邻端口之间的角度间距将相应地改变。在所示的六对布置中，从一个部件切换到下一部件的角度间距为30度，而在同一部件中从正向流到反向流(或反之亦然)切换的角度间距为15度。诸圆弧的相对半径也可变化。在优选的实施例中，转子中凹陷部的圆弧部分的半径是部件端口所驻留在其中的圆弧半径的四分之一至四分之三。弧长也可变化，根据阀有多少个位置以及相邻端口隔开多远而定，或根据阀的全转动范围而定。在优选实施例中，每个圆弧小于由该圆弧所定义的圆周的一半。阀构造的其它特征都是传统的，并在行内是众所周知的。定子和转子通常压靠在一起以形成表面密封，除了通过由凹陷部形成的通道让流体通过之外，该表面密封不允许流体在接触表面之间通过。较佳的表面还能抗磨损。为此，陶瓷和陶瓷-聚合物组合是行内公知的材料。在附后的权利要求书内，冠词“a”或“an”是用来表示“一个或多个”。在前面举例一步骤或一元件时，那么，术语“包括”和诸如“包含”之类的其变型，则用来表示附加其它的步骤或元件是可供选择的和不是排外的。本说明书中所引的所有专利、专利应用和其它出版的参考材料，由此被本文引用其全部内容以供参考。文中所引的任何参考材料或一般的现有技术和本说明书中清楚的表述内容之间的任何分歧，都要利于本说明书的表述内容予以解决。这包括行内对一词或词语定义的理解和同一词或词语在本说明书中提供的清晰的定义之间的任何分歧。·
权利要求
1.一种包括定子和安装在所述定子上以便绕着轴线转动的转子的旋转阀， 所述定子具有(i )多对部件端口，每对由第一部件端口和第二部件端口组成，所述第一部件端口和第二部件端口横贯所述轴线彼此相对，所述第一部件端口共同地布置在定心在所述轴线上的第一圆的圆弧内，所述第二部件端口共同地布置在定心在所述轴线上的第二圆的圆弧内，以及(i i )阀入口端口和阀出口端口，所述阀入口端口和阀出口端口横贯所述轴线彼此相对，所述阀入口端口和所述阀出口端口都定位在所述第一和第二圆内； 所述转子具有第一和第二细长凹陷部，所述第一和第二细长凹陷部彼此并不流体连通，所述第一凹陷部包括第三圆的圆弧，所述第三圆定心在所述轴线上，与所述阀入口端口离所述轴线的距离相等，所述第二凹陷部包括第四圆的圆弧，所述第四圆定心在所述轴线上，与所述阀出口端口离所述轴线的距离相等，所述第一和第二凹陷部还各包括第一臂和第二臂，所述第一臂从所述圆弧延伸到所述定子内部件端口的所述第一圆处的第一终端，而所述第二臂从所述圆弧延伸到所述定子内部件端口的所述第二圆处的第二终端， 其中，所述第一终端沿着所述部件端口的所述第一圆分离开一角度间距，所述角度间距小于所述定子的相邻第一部件端口之间的角度间距，所述第二终端沿着所述部件端口的所述第二圆分离开一角度间距，所述角度间距小于所述定子的相邻第二部件端口之间的角度间距。
2.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述第一圆的所述圆弧小于所述第一圆的圆周的一半，所述第二圆的所述圆弧小于所述第二圆的圆周的一半。
3.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述第三圆的所述圆弧小于所述第三圆的圆周的一半，所述第四圆的所述圆弧小于所述第四圆的圆周的一半。
4.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述第一圆和所述第二圆相一致，使得所有所述部件端口都布置在共同的圆内。
5.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述第三圆和所述第四圆相一致，使得所述第三圆的所述圆弧和所述第四圆的所述圆弧是同一圆的圆弧。
6.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述多对部件端口由两对至十对组成。
7.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述多对部件端口由四对至八对组成。
8.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，所述定子的所述第一部件端口间距开相等的角度间距，所述第一终端的所述角度间距近似等于所述第一部件端口之间的所述角度间距的一半。
9.如权利要求I所述的旋转阀，其特征在于，没有端口或凹陷部定位在所述轴线处或横穿所述轴线。
10.一种使流体相继地沿第一和第二方向流过流通部件的方法，其中，所述第二方向是所述第一方向的反方向，所述方法包括 (a)使具有第一和第二端的所述流通部件分别连接到所述旋转阀内选定的成对部件端口的第一和第二部件端口，并使所述旋转阀处于第一旋转位置，由此，形成第一流动路径，从所述阀入口端口通过所述第一细长凹陷部到所述第一部件端口，并且形成第二流动路径，从所述第二部件端口通过所述第二细长凹陷部到所述阀出口端口，通过所述阀入口端口将第一流体馈送到所述旋转阀内，并通过所述阀出口端口从所述旋转阀排出来自所述第一流体的流出液，由此，致使所述流体沿正向方向通过所述流通部件，(b)将所述旋转阀的所述转子转动到第二转动位置，其中，形成第三流动路径，从所述阀入口端口通过所述第一细长凹陷部到所述第二部件端口，并形成第四流动路径，从所述第一部件端口通过所述第二细长凹陷部到所述阀出口端口，以及 (c )通过所述阀入口端口将第二流体馈送到所述旋转阀内，并从所述旋转阀通过所述阀出口端口排出来自所述第二流体的流出液，由此，致使所述流体沿反向方向通过所述流通部件。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一圆的所述圆弧小于所述第一圆的圆周的一半，所述第二圆的所述圆弧小于所述第二圆的圆周的一半。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第三圆的所述圆弧小于所述第三圆的圆周的一半，所述第四圆的所述圆弧小于所述第四圆的圆周的一半。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一圆和所述第二圆相一致，使得所有所述部件端口都布置在同一圆内。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第三圆和所述第四圆相一致，使得所述第三圆的所述圆弧和所述第四圆的所述圆弧是同一圆的圆弧。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多对部件端口由两对至十对组成。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多对部件端口由四对至八对组成。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述定子的所述第一部件端口间距开相等的角度间距，所述第一终端的所述角度间距近似等于所述第一部件端口之间的所述角度间距的一半。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，没有端口或凹陷部定位在所述轴线处或横穿所述轴线。
全文摘要
旋转阀设计成包括定子和转子，定子具有用于连接到流通部件的多对端口，而转子具有细长的凹陷部，凹陷部形成死体积为最小的流动通道，并通过使阀转过非常小的角度，就允许使通过任何部件的流动方向反向。
文档编号F16K11/074GK102918309SQ201180024721
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者G·普莱斯 申请人:生物辐射实验室股份有限公司