[发明专利]尤其用于通断处于高压的流体的分配阀

说明书

技术领域

本发明涉及具有权利要求1前序部分特征的、尤其用于通断处于高压的流体的分配阀。

背景技术

在液体色谱分析法且尤其是高效液体色谱分析法(HPLC)中，许多物质被如此分离，它们通过高压并借助溶剂通过色谱分析柱被冲洗。为产生对此所需要的液流，需要泵，该泵能够在高压下连续提供通常很小的恒定的流速。为在HPLC中获得更快速或分辨更清晰的分离，近年来采用越来越高的压力。

为了产生液体压力，在HPLC中常采用活塞泵。该泵在入口和出口一般采用了被动止回阀，其大多以球阀形式构成。这样的止回阀根据待控液流所存在的作用于阀(或者相关通断元件)的压差方向来通断操作，或者说根据从闭锁状态转移至打开状态或反之的流过阀流通通道的液流方向来通断操作。该阀总是具有阀座、呈球状的通断元件和引导通断元件的通断运动的导向件。阀座件和通断元件须分别由很硬且具备耐受力的材料构成，以便针对处于闭锁状态时要操作的高压允许足够高的表面压力。呈球状的通断元件此时一般由红宝石构成，阀座由蓝宝石构成。但是，例如陶瓷材料如AlO₂或者ZrO₂也适用于制造这些元件。这些材料的优点是，它们很硬且耐压。需要这些材料是因为在密封面区域内即在阀座件和通断元件之间的接触面区域内出现局部极高的压力，该压力可能是液压的多倍。

为了提高这样的止回阀的可靠性，可以前后串列两个(甚至更多)设于一个共同壳体内的完整的阀或者说阀单元而形成一个双止回阀。由此一来，两个阀之一或者说两个阀单元之一是完整的尤其在闭锁状态下是密封的就足以保证正确发挥功能。

为了实现止回阀的正确功能而需要一个阀单元的元件即尤其是阀座件和在导向件中活动导向移动的通断元件如此密封，在闭锁状态中根本没有液体因失密而流过该止回阀或者说相关的阀单元。为此，阀的多个独立组成部分须相互密封且相对于容纳它们的壳体被密封。这种密封必须长期耐受交变负荷乃至泵的最高压力。

红宝石、蓝宝石和陶瓷虽然很耐压，但只能耐受比较低的拉伸应力。因为阀座件和用于通断元件的导向件通常具有一个(大多是轴向的)用于待通断液流流过的开口且因此液体压力作用于该元件的内壁，所以，当该元件的壁变形时出现了(尤其是方位角的或者切向的)拉伸应力，其可能造成材料断裂。球作用于由用于通断元件或者说球的相对于流体流通口轴线倾斜延伸的接触面构成的阀座的压力可以通过最终(大多是方位角)的拉伸应力导致阀座件断裂。

在已知的止回阀中，为了相互密封组成部分或者相对于壳体密封组成部分(换句话说，密封由组成部分所限定的流通通道)，知道了各种可能性。

一般，阀单元的所有组成部分尤其是阀座件和导向件连同容纳于其中的通断元件被安装到金属套管中。在套管的两端使用了由PEEK构成的盖子用于密封整个单元。在金属套管中也可以设置两个阀单元，在此情况下已知的是，在双止回阀的两个阀单元之间使用由PEEK构成的另一个薄密封片。这种设计在高达约1000巴的压力值时都是可靠的。但在更高压力下出现以下问题，盖子在长期使用时会明显塑性变形并随着时间推移而失密。

另一种可能在于，也在两端使用薄的PEEK片或者金属片，就像在EP 1 514 027 B1所示的阀中那样。但是，利用这样的片只能进行端侧密封，这对于双球阀要求复杂的结构。另外，对表面结构和质量提出严格要求。在EP 1 514 027 B1中例如提出了密集的凹槽。

对于阀座和导向件的稳固性因出现拉伸应力而受到限制的问题，已知以可控失密的方式来构成阀座和球形导向件之间的接触面，以实现内外之间的压力平衡。于是，在双求阀的两个单阀之间必须密封，该区域相对于套管也是密封的。

还公开了将阀座件压入金属环中并由此在径向朝内方向上施加预紧力。该变型的缺点在于与之相关的附加加工成本。

最后有以下可能，用于通断元件的导向件不是由陶瓷制成，而是由不锈钢制造，其具有更高的抗拉强度。但是，阀座件的稳固形问题无法通过这种方式来解决，因为不锈钢对于阀座(和也对于通断元件)不是适用材料。

从US 2011/0094954 A1中公开了，阀座的外周面被构造呈锥形并且阀座通过形状互补的配对件被轴向预紧。由此，也产生具有径向朝内的分量的预紧力，它能够阻挡环形阀座件的由流体压力所产生的扩张的一部分。可是，此变型方案要求更高的加工成本和更多的形状复杂的零部件，尤其是在双球阀的情况下。

发明内容