回转阀及使用该回转阀的色谱分析系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于流体分析系统的回转阀。本发明专利技术的回转阀具有改善了的性能，例如延长了使用寿命。该阀能够实现不同的流体分析功能，且可以是多端口和／或多位置的阀门。该阀在转子上具有额外的凹槽，在定子上具有额外的端口。这些凹槽能够通过排出渗漏而消除任何可能的渗漏带来的后果。这样的阀还能防止交叉端口渗漏，并且有利地被用于条件极其苛刻的场合。而且，本发明专利技术的阀还可用于能够有利地进行自诊断的分析系统中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种用于流体分析系统的回转阀，尤其涉及一种性能改进的回转阀。本专利技术还涉及一种使用这种回转阀的色谱分析系统。
技术介绍
在各种分析方法中，即，色谱法、在线测量等等，许多科学仪器需要流体控制装置。通常，这可以通过使用不同类型的流体流动路径开关阀而实现。作为非限制性的例子，这些阀门的功能可以例如是注射试样、样品流选择、流体重新定向、残留物收集、溶剂选择、分离柱选择或组合以及实现特殊分析方法所需的其它流体转换流体路径。在这些系统中，流体压力的范围可以从真空到大约10,000磅/平方英寸(psig)的数值。流体相可以是气体或液体。在确定待识别和量化的杂质时，为了使分析方法具有准确度、精确度和可重复性，至关重要的是，在分析方法中使用的阀门需要满足最严格的参数，如内部污染、交叉端口渗漏、从系统的内侧向外侧的渗漏、死滞体积，惰性和吸附性等。在某些情况中，阀门要在比如400℃这样的高温下进行操作，而其性能不会下降。几种这样的分析法在致力于置入在工业过程控制设备中的科学仪器中得到应用。在这样的应用中，分析系统必须在无人干预的情况下连续运行。为了获得满足这些标准的分析系统和方法，阀门必须在对其进行任何维修之前能够在优选为两年或更多年的长时间内正常工作。在下文中，将要解释几个分析法的例子，来帮助读者理解阀门性能是怎样影响系统的总体性能的。它们不是单独的，而是在用于任何特定应用的分析法的基础上具有许多的阀门和柱的组合。然而，在所有可能使用的方法中，阀门性能是决定系统性能的关键参数。参见图1A到1D，其中示出了现有技术中用于气相色谱法中的六端口阀。这是色谱法最简单的应用。需要分析的样品流入样品环路。如图1A和1B所示，分离柱和检测器被非常纯净的载气吹扫过。如图1C和1D所示，当阀门的转子在定子表面旋转时，新的凹槽对准产生新的流体流动路径。这一位置通常称作″注射试样″位置。在这一位置上，样品环路的物质通过载气先被传送到分离柱中，然后传送到检测器中。各种杂质在分离柱中被分离，然后从检测器单独产生一高斯峰(Gaussian peak)形状的信号。这一峰值的表面通过通常称为″积分器″的支持硬件和软件，来积分计算它的面积。然后计算的面积被按比例放大来报告某些工程单位中的杂质的含量。然后阀门恢复到图1A和1B所示的采样位置，开始新的分析循环。图2A到2C示出了使用两个六端口阀和两个分离柱的另一个常用结构。这一结构经常用在样品基质，即样品背景，不同于载气的情形下。在该情况中，如果样品背景到达检测器，就会产生一巨大的峰值，掩盖一些所关心的杂质，并且有些型号的检测器会因为过载而受损害。为了避免这种情况，大多数样品背景首先被第一分离柱″中心切割(heartcuted)″或排出到系统外。如图2B所示，这是通过在样品注入位置旋转阀门V1的转子来注射样品而得到的。然后，在适当的时候，如图2C所示，阀门V2的转子旋转，以将来自第一分离柱的流出物导出系统外。当大部分样品背景已经排出，并在所关心的杂质流出第一分离柱之前，阀门V2就恢复到它的原始位置。然后，在作为分析柱的第二分离柱中，杂质将被分离，并且随之被引导进入检测器。由于极少或不存在样品背景，故不会发生检测器过载。市场上有许多两个或多个位置的回转阀，他们都有一定子和一转子，这两个部分通常由平坦表面组成。大多数时候，一平坦表面比另一平坦表面要硬。为了便于讨论，参见图1A到1D，其中示出了用于色谱法的一典型样品注射回转阀。通过在定子表面上转动转子来改变流体流动路径。图1A和1B示出了处于采样位置的阀门，而图1C和1D示出了处于注射样品位置的阀门。通过将转子强有力地按压到定子表面上可以起到密封作用。多数时候，转子由比定子更软的材料组成。为了得到一个平整表面和具有最小粗糙度，定子通常被抛光。定子和转子用各种不同的材料来制作，如金属、陶瓷和各种聚合物。当流体是液态时，渗漏比起流体是气态时低得多，即使在同样的工作压力下也如此。液体比起气体来，分子尺寸大得多，它们的形状也更加复杂。在使用液体介质的色谱仪应用中，工作压力相当高，有时达到10,000磅/平方英寸。这样高的工作压力要求有好的密封表面以使渗漏最小化。对于气态的应用，工作压力要低得多，多数时候低于300磅/平方英寸，典型地在100到150磅/平方英寸。然而，当载气或样品是氢气或氦气时，非常难以得到好的密封。氦分子的直径大约为0.26nm。在定子或转子表面上由于表面打磨缺陷引起的最小的刮痕也会导致从端口至端口的渗漏。表面打磨可以被看作随机分布的凹槽网络。这使得要得到长时间的良好密封变得困难。现今，使用这种阀门的分析方法和系统更有效率了。这意味着整个分析周期的时间在某些情况下已经被缩减了十倍。所以阀门更加频繁地启动，它们的使用寿命缩短，并且时常要求维修。如美国专利6,453,946所披露的，这样的维修以前要求每六个月进行一次，但是现在可能要求每个星期进行一次。而设备停工是人们所不愿意的。在实验室环境下，频繁的停工期可以处在可接受的限度内。在这种环境中，通常有技师来照管分析设备并且对它们重新配置来进行一种新的分析方法。然而，对于流程色谱仪而言，频繁的停工是一个严重的问题。流程气相色谱仪必须作为一个独立单元进行连续操作。流程气相色谱仪的分析结果是复杂的过程控制回路的输入值。当阀门开始慢慢地渗漏时，分析结果就变得不稳定和不准确。这也许会在特定生产过程中产生严重后果。现有技术中使用的回转阀有一固定部分和一活动部分，通常称作定子和转子。这样的组件的一个例子示出在图3A到3D中。通常，转子中有一些通道，来允许定子端口的各种气体连通。通过在定子表面上转动转子来改变流体流动路径。从定子的端口看，旋转运动改变了转子上通道的位置。因此，通过改变转子中的通道构造和定子中的端口数目可以得到不同的流体路径。现在参见图4A到4D，分别示出了10通阀和12通阀的两种结构。图5A和5B示出了一种用于样品流选择的结构。这些结构不是限定性的或排它性的，可以有许多其它结构。现有技术中已公知回转阀系统的几种实施例。它们中的有些仅为样品回路注射设计，另一些用于注射试样载荷，还有一些用于多位置流体路径转换。端口数为从4到典型的12。对于样品流选择而言，端口数目可以较多。由于粒子污染，或者仅仅是通过在各平坦表面之间的摩擦，它们全部都经受较快磨损。目前还没有方法来防止或延迟随着时间产生的交叉端口流污染。这样的回转阀系统披露在下列美国专利中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。它们全部都依靠平面密封，其最多维持9个月左右。在现有技术中，有些阀门是呈圆锥形，如图6A和6B所示，或者是呈球形，但是它们都面临同样的问题。如图6A和6B所示的锥形阀构思大量地用于大多数实验室色谱仪中。这种阀门由瓦科(Valco)公司制造，并且美国专利No.4,222,412对这样的阀门进行了说明。在美国专利No.2,519,5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回转阀，包括：定子，该定子具有定子界面和多个流体敞开端口，每个所述端口具有位于所述定子界面上的开口；转子，该转子与所述定子共轴，并且可在多个转子位置中的每一个位置之间相对于所述定子绕一轴线旋转，所述转子具有一与所述定子界面位置相对的转子界面，还具有至少一个流体通道，该流体通道设有在所述转子界面上延伸的开口，用以与定子的流体敞开端口可操作地相互作用；以及流体循环线路，其包括：在所述转子界面上延伸的环形凹槽状流体回路，所述环形流体回路包括外部环形凹槽和内部凹槽，二者均在所述转子界面上延伸，所述流体回路还包括多个在所述转子界面上径向地延伸的分隔凹槽，每一所述分隔凹槽连接到所述内部和外部凹槽中的每一个上，以限定多个彼此隔离的转子界面部分，每一所述转子界面部分包含着至多一个流体通道；以及流体入口和流体出口，二者都具有位于所述定子界面上的开口，所述入口和出口中的每一个与所述内部和外部凹槽中的相应一个连续流体连通，以在所述环形凹槽状流体回路中提供连续的流体流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：Y加马什，A福捷，
申请(专利权)人：机械分析公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]