[发明专利]具有负载变化机构的阀以及操作阀的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及关于阀的系统和方法，更具体地涉及具有负载变化机构的阀以及用于在阀元件移动期间减少摩擦的方法。

背景技术

液相色谱和自动采样系统大部分依赖基于平面旋转设计的阀来处理各种流体。可以有许多不同的构造，如标准的六端口喷射阀、具有注射端口的阀或者用于样本流选择、列选择、多位置/多作业(如加载、注射、洗涤等)的阀。在大多数情况下，阀具有扁平式转子和扁平式定子。推动扁平式转子靠在固定的扁平式定子上。转子具有加工在其中的各种沟槽，允许不同的定子端口连接方式以适合任意特定的应用。

为了示例这样的现有技术的阀系统的描述，我们将参考典型的六端口液相色谱阀，如图1A至图2所示。此技术已经被使用了超过半个世纪。通过将负载应用到转子上提供的在相邻两端口之间的密封(如泄漏完整性)以及从任意端口的所有向外的泄漏完整性，对于较高的压力操作，所需的负载更大。负载或者压力通常由机械偏压元件(如压缩弹簧或者贝氏盘堆叠)设置。因为将转子维持在定子上的力相对高，摩擦和由此产生的磨损也是如此。由于将转子抵着定子转动时发生磨损，所以这样的阀的寿命短。在转子上最终出现刮痕，通常制成转子的材料比定子更软。

在转子和定子之间的摩擦导致粒子产生，进一步增加了与磨损相关联的问题。可能出现泄漏，并且最终将必须维修或更换阀。在大多数可用的平面和锥形旋转阀中可能发现这个问题。

参考图3，示出了来自关于罗丹尼(Rheodyne)的US6,643,946的典型的平面旋转阀的转子和定子，两者呈现有摩擦和磨损造成的刮痕。为了增加旋转阀的寿命，美国专利6,453,946公开了一种阀，其中一个密封表面涂有碳化钨/碳(WC/C)而另一个密封表面提供有氟碳聚合物。

在超高性能液相色谱(UHPLC)的应用中，过程压力可高达20,000PSI。“过程压力”的意思是在阀中循环的流体的压力，如样气、载气或液体流动相。在这样的压力水平，偏压元件提供的所需转子负载力高，并且摩擦和由此产生的磨损也是如此。尽管在定子的密封表面涂层可以提高旋转阀的寿命，但仍然需要改进的阀系统，其允许甚至更长的寿命，尤其是对于高压力应用。

还已知的是以下文献：美国专利3,297,053；3,640,310；6,193,213；6,453,946；7,503,203；以及美国专利申请20100059701。

在US6,193,213中，过程流体用于在转子上施加额外的负载力。因此，负载力是过程压力的函数，一般为常量。结果，无论转子是静止还是旋转，在转子上的超压也是常量并且被同等地施加，这个不利是不允许负载力的改变。另一个不利可能是在阀的不同部分内使用过程流体导致的，因为这增加了污染流体的风险。那么需要额外的密封件来适当密封阀的不同部分。

另一个问题源于一个事实，就是阀通常在环境温度下调节，但大多数用在不同的温度，从低温到大约350℃的温度。阀的每个部件的性能根据其操作的温度范围可能因此会有很大的差异。因此，当在环境温度下调节和操作时，阀能够很好地工作，但当阀用在不同温度下操作的系统中时可能发生重大泄漏。

鉴于上述，还需要一种改进的阀或者用于改变施加到阀的阀元件上的负载的改进的系统。还需要一种操作阀的方法，该方法可以帮助减少可移动阀元件与阀的静止主体之间的摩擦。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种阀。所述阀包括设有流体通路的主体，流体通路用于在流体压力下循环主体中的流体。所述主体具有体界面，所述体界面具有连接到流体通路的端口。所述阀还包括阀元件，所述阀元件具有对着所述体界面的阀元件界面，所述阀元件与所述体界面的端口相互作用。所述阀元件在不同位置之间可移动，以允许或阻塞流体通路之间的连通。所述阀包括驱动机构，所述驱动机构用于在不同位置之间移动所述阀元件。所述阀包括偏压元件，所述偏压元件被配置为用密封负载力抵着所述体界面偏压所述阀元件界面。所述阀包括负载变化机构，所述负载变化机构被配置为基于所述阀元件的不同位置可变化地加载所述偏压元件，所述偏压元件因此基于不同位置对所述阀元件施加不同的密封负载力。

在一个实施例中，阀为旋转阀，阀元件为转子以及所述主体是外壳，转子安装在外壳中。驱动机构是旋转所述转子的旋转驱动机。偏压元件在所述转子上施加密封负载力。负载变化机构允许基于转子的不同位置将不同的密封负载力应用到转子上。当阀静止时，偏压元件施加具有预定值的过程密封负载力。当阀在旋转时，所施加的密封负载力减少到小于密封负载力的旋转负载力。