用于分析仪器的无需装配的气动多端口选择阀的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种多端口选择阀和采用了该阀的分析仪器。阀包括底座，具有配置为安装到分析仪器的安装表面。安装表面中具有用于连接到分析仪器的流道的多个孔。至少一个活塞板具有从中穿过的多个孔。至少一个活塞板的孔配置为能够滑动地接收相应的活塞。活塞设置在至少一个活塞板的相应孔中。缓冲层被设置在至少一个活塞板和底座之间。缓冲层具有允许致动气体从中穿过的多个孔。板将至少一个活塞板夹紧到底座。
【专利说明】用于分析仪器的无需装配的气动多端口选择阀
【背景技术】
[0001]多种应用中都需要使用分析仪器去定量地和/或定性地分析目标样本。分析仪器通常在实验室中使用并且有时在处理操作中采用。本文中，分析仪器是指能够接收目标样本并提供关于该样本某些方面的指示的任一种设备、系统或装置。分析仪器包括而不限于过程气体分析器、N0/N0X分析器、碳氢化合物分析器、连续排放监控系统和过程气相色谱仪。
[0002]各种分析仪器采用受调节的流和多个流动路径对过程或分析内容中的各种化学物质进行分析。分析仪器通常使用能够在设备中启动、中断和反转所述流的一个或多个流控制设备。流功能的这种变化通常由一个或多个流量阀和/或泵的组合提供。为了有效地实现这些功能，分析仪器将通常包括多个样本流动路径。在气相色谱仪背景中，多个流动路径用于引导样本流和运载气体进入气相色谱仪；使受控量的样本流动穿过吸附柱；使所述流反向以将样本从吸附柱中洗提(elute)出来；并且检测在流动流中的各种成分。
[0003]气相色谱仪通常使用气动多端口阀以在分析过程中切换气流。这些阀对于建立允许气体被分开的流动而言是至关重要。此外，气体能够在低泄漏的情况下流入和流出阀也是非常重要的。过去，这一问题已经通过管道装配接头或其他各种装置予以实现。通常，除用于气动致动的致动气体端口之外，多端口流动选择阀具有6个或甚至10个单独的端口。气相色谱仪可以采用多个这种多端口选择阀。因此，将每个管连接到其相应的端口所需的时间可能合计达到相当大的装配时间。此外，每个单独的管接头都需要承受操作者扭矩的变化、管道变形，例如弯曲或路由(routing)等。
[0004]随着过程分析设备的技术发展，现在需要提供一种成本低、性能高的分析仪器。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种多端口选择阀和采用了该阀的分析仪器。阀包括底座，具有配置为安装到分析仪器的安装表面。安装表面中具有用于连接到分析仪器的流道的多个孔。至少一个活塞板具有从中穿过的多个孔。至少一个活塞板的孔配置为能够滑动地接收相应的活塞。活塞设置在至少一个活塞板的相应孔中。缓冲层被设置在至少一个活塞板和底座之间。缓冲层具有允许致动气体从中穿过的多个孔。板将至少一个活塞板夹紧到底座。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是根据现有技术的多端口流动选择阀的分解示意图。
[0007]图2是采用现有技术的多端口选择阀的气相色谱仪的部分的示意图。
[0008]图3是根据本发明实施例的多端口选择阀的分解示意图。
[0009]图4是根据本发明实施例的多端口选择阀的透视示意图。
[0010]图5是根据本发明实施例的安装到气相色谱仪中的多端口选择阀的示意图。
[0011]图6是采用了多个根据本发明实施例的多端口选择阀的气相色谱仪的部分的透视不意图。
【具体实施方式】
[0012]图1是根据现有技术的多端口流动选择阀的分解示意图。阀10包括底板12，底板12具有连接到诸如气相色谱仪的分析仪器的安装表面14。底板12包括连接到适当的致动气源例如运载气体、压缩空气或氮气的多个气动致动口 16。底板12包括位于其中心的通孔，允许螺栓18从中穿过，以提供将阀10的构件夹紧的作用力。底板12包括专门用于将阀10安装到分析仪器的多个水平的孔。
[0013]层20和22包括下致动膜片，并且通常由聚酰亚胺制成，例如美国特拉华州威尔明顿市的E.1.du Pont de Nemours and Company公司出售的Kapt,on?。三个长活塞24邻近下致动膜片22设置，并且能够滑动地延伸进入下活塞板26。上致动膜片层28、30优选地由聚酰亚胺制成，并且邻近下活塞板26的表面32设置。活塞34邻近膜片层30设置，并且能够滑动地延伸进入上活塞板36。缓冲层38由可吸收和/或减缓至少一部分物理运动的材料制成。例如，缓冲层38可由改性芳香族聚酰胺(meta-aramid)材料制成,例如E.1.duPont de Nemours and Company出售的V)mcx?。缓冲层38邻近上活塞板的表面40设置，并且密封膜片42邻近缓冲层38设置。
[0014]一对对准销 44、46 延伸进入主板(primary plate) 48 并穿过层 42、38、30、28、22、20以及穿过板36、26。对准销44、46有助于在组装过程中保持阀10的各构件的精确定位。
[0015]主板48提供多端口阀10的端口。端口由附图标记50指示，并且通常设有内螺纹，以接收标准的管接头。一旦阀10被完全组装并安装到气相色谱仪中，需要将管道连接到单独的端口和气动控制管线端口。对于具有三个这种多端口选择阀的气相色谱仪而言，组装过程复杂并且费力。此外，如果需要更换阀，用于阀的所有分离的管接头都必须拆除，并且必须将阀从气相色谱仪中拆除。在维修、重装或更换阀时，整个组件必须被整体地重新校准，以解决由新的/经维修的阀带来的微小变化。
[0016]图2是采用现有技术的多端口选择阀的气相色谱仪的部分的示意图。如图所示，在每个多端口选择阀的顶部上具有大量的管接头以及大量的管弯折部。
[0017]图3是根据本发明实施例的多端口选择阀的分解示意图。阀100包括与阀10的底板12明显不同的底板102。阀100包括位于其中心、与螺栓18的螺纹相配合的内螺纹孔104。引导销144和146延伸进入底板102并穿过阀100的所有其他层进入板106。密封层108被设置在底板102附近并且包括允许致动气体从中穿过的一对孔110，112(除定位孔和中心孔外)。在一个实施例中，密封层108可以由聚酰亚胺制成。类似地，缓冲层114包括允许致动气体从中穿过的一对孔116,118。缓冲层114优选地由改性芳香族聚酰胺例如\011^)(?制成。然而，考虑到这种改性芳香族聚酰胺材料的多孔性，重要的是将其与致动气体隔离开。因而，一对O-形环120,122被夹在底板102和第一活塞板120之间,位于层108和114的相应的孔110，116和112，118之间。O-形环120，122确保从底板102流入第一活塞板130的致动气体不会与缓冲层114接触。
[0018]第一套活塞134可滑动地容纳于第一活塞板130内。一对致动膜片层150，152被设置在第一活塞板130和第二活塞板154之间。层150，152优选地由聚酰亚胺制成并且包括用于对准销144，146 ;活塞124 ;致动气体；和螺栓18的孔。第二套活塞124可滑动地容纳于第二活塞板154中。第二对致动膜片层156,158被设置在第二活塞板154和板106之间。层156,158同样优选地由聚酰亚胺制成。
[0019]板106与板48(见图1)不同，它不具有任何管道端口。取而代之的是，通过底板102上的安装表面160形成与阀100的流体连接。表面160包括多个孔。多端口阀100的每个端口都在表面160中具有与气相色谱仪中的流体通道或端口对准并连接的孔(见图5)。此外，与致动气体的流体连接也是通过表面160中的孔实现的。此外，考虑到表面160的平面性，当阀100被夹紧到气相色谱仪时，可以同时形成所有流体连接。
[0020]图4是根据本发明实施例的多端口选择阀的透视示意图。阀100显示在完全组装状态。尽管阀100尚未被安装到气相色谱仪中。为了将阀100安装到气相色谱仪中，安装螺钉或螺栓穿过凸缘172中的安装孔170。从而，完全组装后的阀可提供给最终用户，使用户执行故障阀的简单更换，而无需断开和重新连接多个螺纹管接头，从而避免产生泄漏或由于螺纹错扣而导致对螺纹产生机械损伤。在阀的整个使用寿命期间，可能会出现各种状况导致阀失效。由于其独特的结构，只需要简单地松开三个固定螺钉，换上新阀并重新连接固定，即可实现阀的更换。
[0021]图5是根据本发明实施例的安装到气相色谱仪中的多端口选择阀的示意图。在图5所示的实施例中，阀100为六端口阀，为气相色谱仪200中的三个这种阀中的一个。气相色谱仪200包括底座202，底座202具有配置为与安装螺钉或螺栓204配合的多个内螺纹孔。与引导销144，146不同的一对引导销206，208被设置在底板202内，以确保阀100在被安装到底板202上时的适当位置。底板202还包括设置为与阀100的表面160中相应的孔相配合的端口 210。O-形环或其他适当的结构被设置在底板202与表面160之间，以确保无泄漏的连接。然而，可以很清楚地预期，根据本发明的实施例，可为该连接提供一个单独的密封或垫圈。致动气流动端口 212也被流体地连接到阀100的表面160。根据本发明的一个实施例，三个安装孔围绕凸缘172的外围等间距地布置，从而由螺钉204提供的夹紧力能够在表面160上均匀地分布。此外，由于螺栓18不再用于将阀100固定到板202，因此阀100内的夹紧力与表面160和板202之间的夹紧力是不同的。
[0022]图6是采用了多个根据本发明实施例的多端口选择阀的气相色谱仪的部分的透视示意图。图6中所示的气相色谱仪包括多个柱220和相应的管接头。然而，使用根据本发明实施例的多端口选择阀能够在管道连接和选路方面相对于现有技术提供更加简单的组件。
[0023]本发明的实施例与现有方法的差别在于气体流入和排出阀的方式。
[0024]尽管本发明已参照优选实施例加以描述，但本领域的工作人员将意识到，在不背离本发明的实质和范围的前提下可对形式和细节做出改变。
【权利要求】
1.一种气动多端口选择阀，包括: 底座，具有配置为安装到分析仪器的安装表面，所述安装表面中具有用于连接到分析仪器的流道的多个孔； 至少一个活塞板，具有从中穿过的多个孔，所述至少一个活塞板的孔配置为能够滑动地接收相应的活塞； 多个活塞，设置在至少一个活塞板的相应孔中； 缓冲层，设置在至少一个活塞板和底座之间，缓冲层具有允许致动气体从中穿过的多个孔；和 将至少一个活塞板夹紧到底座的板。
2.根据权利要求1所述的气动多端口选择阀，其中缓冲层与致动气体隔离。
3.根据权利要求2所述的气动多端口选择阀，其中缓冲层是多孔的。
4.根据权利要求3所述的气动多端口选择阀，其中缓冲层是由改性芳香族聚酰胺材料制成的。
5.根据权利要求3所述的气动多端口选择阀，还包括隔离缓冲层与致动气体的多个密封件。
6.根据权利要求1所述的气动多端口选择阀，其中板被与底座接合的带螺纹的部件推向底座。
7.根据权利要求6所述的气动多端口选择阀，其中带螺纹的部件是具有与底座接合的螺纹的螺栓。
8.根据权利要求6所述的气动多端口选择阀，其中带螺纹的部件被扭转至规定量。
9.根据权利要求1所述的气动多端口选择阀，其中底座包括具有多个从中穿过的安装孔的凸缘。
10.根据权利要求9所述的气动多端口选择阀，其中安装孔围绕凸缘的外围均匀地分布，以实现对于安装表面的均匀的密封力。
11.根据权利要求1所述的气动多端口选择阀，其中安装表面基本上为平面，并且其中用于所有端口的流体连接和致动气体连接是同时执行的。
12.根据权利要求1所述的气动多端口选择阀，其中安装表面中具有多个孔，所述安装表面中的多个孔配置为接收分析仪器的对准销。
13.—种分析仪器,包括: 底板，具有布置在所述底板上的多个流体流动孔； 气动多端口选择阀，第一气动多端口选择阀具有: 底座，具有安装到底板的安装表面，所述安装表面中具有连接到底板的相应流道孔的多个孔； 至少一个活塞板，具有从中穿过的配置用于能够滑动地接收相应的活塞的多个孔； 多个活塞，设置在至少一个活塞板的相应的孔中； 缓冲层，设置在至少一个活塞板和底座之间，所述缓冲层具有允许致动气体从中穿过的多个孔；和 将至少一个活塞板夹紧到底座的板。
14.根据权利要求13所述的分析仪器，其中第一气动多端口阀的底座包括凸缘，所述凸缘具有多个安装孔，带螺纹的连接件穿过每个相应的安装孔以与底座接合。
15.根据权利要求14所述的分析仪器，其中板被与底座接合的带螺纹的部件推向底座。
16.根据权利要求15所述的分析仪器，其中带螺纹的部件是螺栓，穿过板的中心，并且与多端口选择阀的底座螺纹连接。
17.根据权利要求13所述的分析仪器，其中O-形环将多端口选择阀的底座的每个孔连接到分析仪器的底板 上的相应的孔。
【文档编号】F16K31/126GK104048074SQ201310216846
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年6月3日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】詹森·P·普拉蒂, 谢恩·黑尔, 威利斯·沃特金斯 申请人:罗斯蒙德分析公司