具有密封组件的隔膜阀、包括隔膜阀的色谱系统及其操作方法

摘要

本发明公开了一种具有阀盖的阀，阀盖具有经其延伸的多个处理管道，多个处理管道中的每一个在阀盖界面处的处理端口终止。阀还具有：阀体，其限定面对阀盖界面的阀体界面；隔膜，其位于阀盖界面和阀体界面之间，越过处理端口；以及，净化管线，其设置为经过阀盖和阀体中的一个。阀还包括位于阀体内的密封组件。密封组件构造并定位为阻塞经隔膜泄漏的流体，使得经隔膜泄漏的流体经阀的净化管线出口排出。还提供了包括阀的色谱系统及其操作方法。

说明书

技术领域

本发明总体涉及流体分析系统，并且更具体地涉及具有密封组件的 隔膜密封阀以及包括隔膜密封阀的色谱系统及其操作方法，所述密封组 件用于密封致动系统的致动机构，防止经隔膜的潜在气体泄漏，并且密 封组件可操作为经由阀的净化管线的出口排出经隔膜泄漏的流体。

背景技术

如本领域技术人员所熟知的，色谱系统依靠阀的使用允许可再生样 品的引入和各种专区切换方案。

在本领域中已知用于色谱应用的各种设计的隔膜阀。这些隔膜阀已 经用于很多可商用的气相色谱仪中。它们由于其物理尺寸并且由于致动 器嵌置在阀自身中而有利于更容易地结合在气相色谱仪中。这些特征使 它们对于气相色谱仪的制造商来说很具有吸引力。

参见图1(现有技术)，示出该领域中已知的典型隔膜密封阀的实例。 阀1设置有具有界面4和多个端口6的顶部块2。每一个端口6在界面4 处打开并具有螺纹通道8，以连接各种分析装置和管路(未示出)。在螺 纹通道8的底部具有管道10，管道10在顶部块2中延伸并且在界面4 处通向端口6。端口6在顶部块2的界面4上沿诸如圆形线的线进行布 置。界面4有利地为平坦并经抛光的，以使端口6之间以及来自周围空 气的泄漏最小化。阀1还设置有底部块12和隔膜14，隔膜14一般由诸 如聚酰亚胺、特氟龙^TM(聚四氟乙烯)或其他聚合物等材料制成。隔膜 14位于顶部块界面4和底部块12之间，并且在其中具有凹进18，凹进 18沿端口6所形成的线延伸并且从顶部块2的界面4偏离。隔膜14中 的凹进18安置在底部块12中形成的匹配凹进20中，从而允许针对于在 相邻端口6之间的流体循环的一些间隙。

阀1还设置有安装在底部块12中的多个柱塞16，每个柱塞16各自 布置为，在位于两个端口6之间的位置将隔膜14压靠于顶部块2。优选 地并如图所示，在为六端口阀的情况下，当阀处于静止时，三个柱塞16 升起，而另外三个落下。当柱塞16升起时，它们将隔膜14压靠于顶部 块2并关闭由隔膜凹进18形成的管道，从而阻塞流体循环。底部块12 保持柱塞16，并且致动系统在升起结构和落下结构之间将柱塞16移动 至适当位置。

通常指定一部分柱塞16为“正常情况为打开”，而另一部分柱塞16 为“正常情况为关闭”。正常情况为打开的柱塞16被向下偏置，即远离 隔膜14，因此正常情况下允许两个相邻端口6之间的流体循环。正常情 况为关闭的柱塞16被向上偏置，即朝向隔膜14偏置，因此阻塞两个相 邻端口6之间的流体循环。例如，分别通过向上和向下滑动正常情况为 打开和正常情况为关闭的柱塞16可以驱动阀1，以改变柱塞16的位置。

在很多情况下，由隔膜密封阀取样的气体或者用于携载样品气体的 载体气体可能为腐蚀性的、有毒的、不稳定的和/或反应气体。例如且不 限于，该气体可包括氟化氢、硅烷、磷化氢、氨气、氯气、三氯化硼、 三氟化氮、氟、溴、氢、砷化三氢、磷化氢等。当这些气体用于已知的 气相色谱隔膜阀时，通过隔膜将这些气体与阀的致动系统和周围空气隔 离开。

然而，随着时间推移，例如由于材料老化、超压运行、高速磨损、 样品污染和/或生成副产品等原因，隔膜可能被刺穿。当隔膜被刺穿后， 可能发生样品和/或载体气体不期望地泄漏进入阀的致动系统的致动机 构，或者气体释放到周围空气中。此外，使用已知的阀，很难立即检测 到这种泄漏从而采取必要行动。

取决于样品和/或载体气体的本质，这可能会对阀、装备(阀安装在 此装备处)或者对用于控制阀的辅助设备造成不期望的损坏。本领域技 术人员知道在处理这些气体时要非常小心，并且认真地控制使用这些气 体的环境。

已知在阀的部件之间使用O型圈来减少部件之间潜在的气体流动， 随后减少经隔膜的泄漏。然而，当泄漏的样品和/或载体气体为腐蚀性、 有毒的、不稳定和/或反应气体时，O型圈的使用通常证明不令人满意。

鉴于上述内容，对改进的阀、使用改进的阀的色谱系统及其操作方 法存在需求，其能够克服或至少使上述讨论的现有技术中涉及的一些缺 陷。

发明内容

根据第一总体方面，提供了一种阀，其包括阀盖，所述阀盖具有经 其延伸的多个处理管道，所述多个处理管道中的每一个在阀盖界面处的 处理端口终止。所述阀还包括阀体，所述阀体限定面对所述阀盖界面的 阀体界面；隔膜，所述隔膜位于所述阀盖界面和所述阀体界面之间，越 过所述处理端口；净化管线，所述净化管线设置为经过所述阀盖和所述 阀体中的一个，所述净化管线具有入口和出口。所述阀还包括密封组件， 所述密封组件位于所述阀体内，所述密封组件构造并定位为阻塞经所述 隔膜泄漏的流体，使得经所述隔膜泄漏的流体经由所述阀的净化管线的 出口排出。

在一个实施例中，所述阀还包括止回阀，其防止经所述隔膜泄漏的 流体的向上游流动进入所述净化管线的入口。

在一个实施例中，所述阀体具有在其中延伸的多个柱塞通道，并且 所述密封组件包括多个通道密封件，所述多个通道密封件中的每一个密 封所述多个柱塞通道中对应的一个。

在一个实施例中，所述阀体包括上段和下段，在所述阀体的上段和 下段之间的界面处，所述多个通道密封件中的每一个密封所述多个柱塞 通道中对应的一个。

在一个实施例中，所述阀还包括具有基部段和顶部段的多个柱塞， 所述多个柱塞中的每一个位于所述多个柱塞通道中对应的柱塞通道内， 并且所述通道密封件中的每一个在所述对应的柱塞通道中通过在所述柱 塞的基部段和顶部段之间延伸而覆盖所述多个柱塞中对应的一个的基部 段。

在一个实施例中，所述密封组件包括密封隔膜，所述密封隔膜包括 多个通道密封件，所述密封隔膜位于所述阀体的上段和下段之间。

在一个实施例中，所述多个通道密封件中的每一个构造为根据所述 多个柱塞中对应的一个的基部段的移动而扩张和收缩。

在一个实施例中，所述多个通道密封件中的每一个包括波纹管段。

在一个实施例中，所述多个通道密封件中的每一个使所述多个柱塞 中对应的一个的基部段向下偏置，从而与所述偏置机构协同作用以使所 述柱塞向着一打开结构进行偏置。

在一个实施例中，所述密封隔膜为金属隔膜。

在一个实施例中，所述密封隔膜涂覆有保护涂层。

在一个实施例中，所述阀还包括：多个柱塞，所述多个柱塞中的每 一个位于在所述阀体中形成的多个柱塞通道的对应的柱塞通道内，并且 能够在所述柱塞与所述隔膜接合的关闭位置以及所述柱塞与所述隔膜解 除接合的打开位置之间移动。所述阀还包括致动系统，所述致动系统用 于在所述关闭位置和所述打开位置之间移动所述多个柱塞中的每一个， 所述致动系统包括上活塞和下活塞。所述密封组件包括：第一密封件， 其用于密封所述上活塞和所述阀体之间的界面；第二密封件，其用于密 封所述上活塞和所述下活塞之间的界面；以及多个第三密封件，其用于 密封在所述上活塞和安装至所述上活塞的多个柱塞中的每一个之间的连 接。

在一个实施例中，第一密封件在第一端连接至所述上活塞并在第二 端连接至所述阀体，所述第二密封件连接至所述上活塞并覆盖所述下活 塞中延伸经过所述上活塞的一段，并且所述多个第三密封件中的每一个 位于所述上活塞和安装件的头部之间，所述安装件用于将所述多个柱塞 中的一个安装至所述上活塞。

在一个实施例中，所述第一密封件、所述第二密封件和所述多个第 三密封件中的每一个为金属密封件。

在一个实施例中，所述第一密封件、所述第二密封件和所述多个第 三密封件之一中的至少一个涂覆有保护涂层。

在一个实施例中，所述第一密封件和所述第二密封件中的至少一个 还包括波纹管段。

根据另一个总体方面，提供了一种色谱系统，其包括阀和监控系统。 所述阀包括阀盖，所述阀盖具有经其延伸的多个处理管道，所述多个处 理管道中的每一个在阀盖界面处的处理端口终止。所述阀还包括阀体， 所述阀体限定面对所述阀盖界面的阀体界面；隔膜，所述隔膜位于所述 阀盖界面和所述阀体界面之间，越过所述处理端口；净化管线，所述净 化管线设置为经过所述阀盖和所述阀体中的一个，所述净化管线具有入 口和出口。所述阀还包括密封组件，所述密封组件位于所述阀体内，所 述密封组件构造并定位为阻塞经所述隔膜泄漏的流体，使得经所述隔膜 泄漏的流体经由所述阀的净化管线的出口排出。监控系统连接至所述阀 的净化管线的出口，所述监控系统构造为，对流经所述净化管线的出口 的净化气体进行监控、对指示了经所述阀的隔膜泄漏的流体的净化气体 的变化进行检测，并在检测到指示了经所述阀的隔膜泄漏的流体的净化 气体的变化之后启动泄漏控制程序。

在一个实施例中，所述阀还包括止回阀，其防止经所述隔膜泄漏的 流体的向上游流动进入所述净化管线的入口。

根据另一个总体方面，提供了一种色谱系统的操作方法，所述色谱 系统包括上述限定的阀，所述方法包括如下步骤：对流经所述阀的净化 管线的出口的净化流体进行监控；对指示了经所述阀的隔膜泄漏的流体 的净化流体的变化进行检测；以及在检测到指示了经所述阀的隔膜泄漏 的流体的净化流体的变化之后，启动泄漏控制程序。

在一个实施例中，对流经所述阀的净化管线的出口的净化流体进行 监控的步骤包括监控所述净化流体的压力和监控所述净化流体的纯度中 的至少一个。

在一个实施例中，在检测到指示了经所述阀的隔膜泄漏的流体的净 化流体的变化之后启动泄漏控制程序的步骤包括执行所述阀的流体供应 的关闭、释放惰性流体进入所述阀，以及激活指示泄漏的信号中的至少 一个。

附图说明

参照附图，在阅读了下述仅为了解释目的而给出的本发明实施例的 非限制性说明之后，本发明的其他目标、优点和特征将变得更明显，其 中：

图1(现有技术)是现有技术中已知的隔膜密封阀的分解立体图，部 分为透明的。

图2是根据一个实施例的隔膜密封阀的俯视图。

图3是沿线III-III截取的图2的隔膜密封阀的实施例的截面侧视图。

图3A是图3的3A部分的放大图。

图3B是图3的3B部分的放大图。

图4是沿线IV-IV截取的图2的隔膜密封阀的实施例的截面侧视图。

图4A是图4的4A部分的放大图。

图4B是图4的4B部分的放大图。

图4B’是图4B的一部分的放大图。

图4C是图4的4C部分的放大图。

图4C’是图4C的一部分的放大图。

图4C”是图4C的一部分的放大图。

图4D是图4的4D部分的放大图。

图4D’是图4D的一部分的放大图。

图4E也是沿线IV-IV截取的图2的隔膜密封阀的实施例的截面侧视 图，其中锁定销被移除。

图5是沿线V-V截取的图2的隔膜密封阀的实施例的截面侧视图。

图6A是根据一个实施例的阀盖的俯视图。

图6B是沿线B-B截取的图6A的阀盖的截面侧视图。

图6C是沿线C-C截取的图6A的阀盖的截面侧视图。

图6D和图6E分别是图6A的阀盖的仰视立体图和俯视立体图。

图7A是根据一个实施例的阀体的柱体的俯视图。

图7B是图7A的柱体的仰视立体图。

图7C是沿线7C-7C截取的图7A的柱体的截面侧视图。

图7D是图7C的一部分的放大图。

图8A是根据一个实施例的隔膜的仰视图。

图8B是沿线B-B截取的图8A的隔膜的截面侧视图。

图8C是图8B的8C部分的放大图。

图8D是图8A的隔膜的仰视立体图。

图9(现有技术)是根据一个实施例的隔膜密封阀的截面侧视图，并 包括当在阀体中没有设置密封组件时经隔膜泄漏后的气体流动路径的示 意性表示。

图9A是根据一个实施例的隔膜密封阀的截面侧视图，并包括当在阀 体中设置密封组件时经隔膜泄漏后的气体流动路径的示意性表示。

图10是根据一个实施例的隔膜密封阀的另一实施例的截面侧视图。

图10A是图10的10A部分的放大图。

图11是图10的隔膜密封阀的另一截面侧视图。

图12是根据一个实施例的阀盖的俯视图，在该实施例中，泄漏收集 系统是阀盖的一部分。

图13(现有技术)是根据一个实施例的隔膜密封阀的截面侧视图， 并包括当在阀体中没有设置密封组件时经隔膜泄漏后的气体流动路径的 示意性表示。

图13A是根据一个实施例的隔膜密封阀的截面侧视图，并包括当在 阀体中设置密封组件时经隔膜泄漏后的气体流动路径的示意性表示。

图14A是根据一个实施例的密封隔膜和柱塞顶部段的俯视立体图。

图14B是根据一个实施例的密封隔膜和柱塞底部段的仰视立体图。

图15是根据一个实施例允许检测样品和/或致动气体经阀的隔膜泄 漏的色谱系统的示意性表示。

具体实施方式

在下述说明中，相同的附图标记代表相同的元件。图中示出或本说 明书中描述的实施例、几何结构、所提及的材料和/或尺寸仅为实施例， 仅为了示例的目的给出。

此外，虽然阀和色谱系统及其对应部件的实施例包括本文中解释和 示出的特定几何结构，但并非所有这些部件和几何形状是必要的，因此 不应该受限于此。应该理解，对本领域技术人员明显地是，其他适当的 部件及它们之间的协作以及其他适当的几何结构也可用于阀和色谱系 统，如本文简单解释的以及如该领域技术人员容易从本文推断出来的。 此外应该理解，诸如“上方”、“下方”、“左”、“右”等位置描述应该用 于附图的上下文中并且不应该考虑为限制性的，除非以其他方式指出。

此外，虽然本申请的上下文中，阀被描述为与诸如采样气体、载体 气体、净化气体和致动气体等气体相关，但是本领域技术人员应该理解， 在可选实施例中，阀可用于与不同于气体的其他流体相关。实际上，本 领域技术人员应该理解，例如且不限于，阀可用于与液体而不是气体相 关。

整体参照图2至图5，其示出根据一个实施例的隔膜密封型的阀30。 该阀30可用于不同类型的分析设备中，并且更具体地用于色谱设备或在 线分析仪中。

如图2至图5中所示，阀30包括五个主要元件：阀盖32、阀体33、 可压缩地位于阀盖32和阀体33之间的隔膜36，多个柱塞82和致动系 统220。

在一个实施例中，阀体33由柱体34和底盖40或者允许多个柱塞82 和致动系统220的致动机构96安装至阀体33的其他等同结构组成。阀 盖32、柱体34、隔膜36和多个柱塞82的组合可称为处理组件301。

阀盖

仍然参照图2至图5并另外参照图6A至图6E，其示出根据一个实 施例的阀盖32。在所示实施例中，阀盖32具有经过其延伸的多个处理管 道44和界面，该界面在后文中称为阀盖界面42。在一个实施例中，阀盖 界面42为平坦且光滑的，并且当组装阀30时，阀盖界面42与隔膜36 接触(如图3至图5所示)。每个处理管道44在处理端口46处终止，处 理端口46在阀盖界面42处开口。在一个实施例中，处理端口46以圆形 方式布置在阀盖界面42上。

最佳地如图6C所示，在一个实施例中，每一个处理管道44由用于 接收管路连接的较大螺纹孔48以及在处理端口46中终止的较小的流体 通道50形成。

在所示实施例中，阀盖32具有圆柱形状，并且例如且不限于由电抛 光的不锈钢制成。阀盖32也设置有用于接收凹头螺钉54的螺钉孔52， 凹头螺钉54用于将阀盖32安装至柱体34。如在图4中可以看出，在一 个实施例中，偏置机构55诸如不限于碟形垫圈堆，设置在凹头螺钉54 的头部和螺钉孔52之间，以在阀盖32和柱体34之间保持隔膜36上的 恒定压力，而与阀30可能经历的温度变化没有关系。

当然，在可替换的实施例中，可以考虑用于将阀盖32保持至柱体34 的其他结构。可选地，在可替换的实施例中，聚合物层可以覆盖阀盖32 的阀盖界面42。而且，在可替换的实施例中，其他材料(例如且不限于 陶瓷或其他类型聚合物)可作为阀盖32或其一部分的材料使用。本领域 技术人员容易理解，与附图所示实施例中示出的圆柱形阀盖相比，阀盖 32可具有不同的形状、形式或结构。当然，阀盖的其他实施例可包括四 个、八个、十个、十二个或其他任意适当数量的处理端口46。

柱体

现在参见图3至图5以及图7A至图7D，为了示例的目的，示出阀 30的阀体33的柱体34的一个实施例。类似于上述的阀盖32，柱体34 也具有界面，后文称为阀体界面58，当组装阀时，阀体界面58面对阀盖 32的阀盖界面42(如图3至图5中示出)。在一个实施例中，阀体界面 58也是光滑且平坦的。阀体界面58设置有主凹进60，主凹进60具有与 阀盖界面42上的处理端口46的布置方式相匹配的轮廓。因此，在所示 实施例中，其中处理端口46以圆形方式布置在阀盖界面42上，主凹进 60呈现圆形轮廓。当组装了阀元件并且准备使用阀30时，主凹进60与 阀盖32的处理端口46对准(如图3至图5所示)。

在两个处理端口46之间，柱体34还包括多个柱塞通道62，每个柱 塞通道62在柱体34中延伸并在主凹进60的一端处开口。柱塞通道62 的其他端在阀体腔63中打开。

柱体34还设置有第一组螺钉孔64和第二组螺钉孔64，第一组螺钉 孔64用于接收将柱体34保持在阀盖32上的凹头螺钉54(最佳地如图 7A所示)，第二组螺钉孔64用于接收将柱体34保持在底盖40上的凹头 螺钉(最佳地如图7B所示)。当然，在可替换的实施例中，可以考虑用 于将柱体34固定至阀盖32或底盖40的其他结构。

如在图3至图5中可以看出，在一个实施例中，柱体34由上段34a 和下段34b形成。在一个实施例中，柱体34的上段34a和柱体34的下 段34b通过多个柱体螺钉35彼此连接，所述多个柱体螺钉35可用于调 节柱体34的上段34a和下段34b之间的压力。

现在参照图10，在一个可替换的实施例中，柱体34也由上段34a和 下段34b形成，但在所示实施例中，上段34a比在图3至图5中示出的 实施例中的上段34a更细。在图10示出的实施例中，柱体34的上段34a 和柱体34的下段34b通过外周凹头螺钉54a和中心凹头螺钉54b的组合 而彼此连接，外周凹头螺钉54a用于将柱体34的上段34a保持至阀盖 32，中心凹头螺钉54b延伸经过柱体34的上段34a并将柱体34的下段 34b保持至阀盖32。在一个实施例中，还可设置延伸经过柱体34的上段 34a并进入柱体34的下段34b和阀盖32的定位销190。

隔膜

现在参照图8A至图8D，示出阀30的隔膜36的实施例。隔膜36具 有面对阀盖32的第一表面74和面对柱体34的第二表面76。当阀30被 组装并准备使用时(如图3至图5所示)，隔膜36以可压缩方式位于阀 盖界面42与阀体界面58之间，从而隔膜36定位为越过处理端口46。如 在图8C中更清楚地示出，在一个实施例中，隔膜36具有预形成的变形 部78，当组装阀30时，其设置于柱体34的主凹进60内。隔膜36的第 一表面74和阀盖32的阀盖界面42限定处理端口46之间的连通槽。

在一个实施例中(未示出)，圆形的突出唇可从阀盖32的阀盖界面 42和/或在阀体界面58上延伸，以在面对阀盖32的隔膜的第一表面74 和/或面对柱体34的第二表面76之间提供补充的压力点。该补充的压力 点有助于防止例如在处理气体超压的情况下处理气体在二者之间泄漏。 本领域技术人员可以理解，每一个圆形的突出唇优选位于阀盖界面42 和/或阀体界面58的外围上。

隔膜36可以由单层聚合物或多层聚合物制成，具有或不具有薄金属 层，或者可替换地仅由金属制成。例如且不限于，可以使用的金属为不 锈钢316、铝、铬镍合金、铜等。对于在要求高度气密性密封的应用中， 优选使用由多层聚合物构成的隔膜36，而其他应用需要聚合物层上的薄 金属层。

泄漏收集

另外参照图7C和图7D，在一个实施例中，柱体34设置有泄漏收集 系统，泄漏收集系统包括沿主凹进60延伸的处理净化槽65、处理净化进 口通道66和处理净化出口通道68。处理净化进口通道66连接至净化管 线的进口67，并且处理净化出口通道68连接至净化管线的出口69。柱 体34还可设置有一对流体进口70和一对流体出口72，该对流体入口70 也连接至净化管线的入口67，并且该对流体出口72连接至净化管线的出 口69。

在致动机构96外部，柱体34还可设置有致动净化/排放出口通道 112，允许流体朝向致动系统220的流动。在净化/排放出口通道112之间 的直径的差别指示了流动方向，流体从具有较小直径的净化/排放出口通 道112移动至具有较大直径的净化/排放出口通道。

如在图6D可以看出，净化循环管线还可包括在阀盖32的阀盖界面 42处延伸的内环形槽51和外环形槽53。在所示实施例中，流体进口70 和流体出口72各自在内环形槽51中具有第一开口并且在外环形槽53中 具有第二开口。

现在参照图11和图12A，在另一实施例中，泄漏收集系统可以设置 到阀盖32上，而不是设置到柱体34上。泄漏收集系统同样包括处理净 化进口通道66和处理净化出口通道68。处理净化进口通道66在内环形 槽51中具有开口，并连接至净化管线的入口67。处理净化出口通道68 在外环形槽53中具有开口，并连接至净化管线的出口69。在一个实施例 中，在柱体34中形成连接内环形槽51和主凹进60的至少一个连接槽 (未示出)，并且在柱体34中形成连接外环形槽51和主凹进60的至少 一个连接槽(未示出)。

在一个实施例中(未示出)，净化出口通道68的直径和/或一对流体 出口72的直径大于处理净化进口通道66和一对流体进口72的相对应的 直径，从而防止净化气体流经泄漏收集系统的回流。

在本申请人的申请PCT/CA2008/002138中详细描述了泄漏收集系统 的操作，其内容在此以引用的方式并入本文，并且在本文中不再进行说 明。

柱塞

现在参见图4、图4A、图4E、图10和图10A，阀30还设置有用于 接合隔膜36以及解除与隔膜36接合的多个柱塞82，从而允许或防止相 邻端口之间的连通。柱塞82中的每一个均位于柱体34的柱塞通道62之 一中。在本文件的上下文中，词语“柱塞”应理解为由机械力或流体压 力驱动或者抵抗机械力或流体压力的机械部件或组件。

在所示实施例中，每个柱塞82由基部段200和顶部段202形成。基 部段200优选具有在头部201中终止的柱体形状，头部201在通道中向 上突出。顶部段202优选包括隔膜接合部215和脚部203。在所示实施例 中，基部段200和顶部段202不是物理附接，而是在界面205处接触。

仍参照图4、图4A、图4E、图10和图10A，在所示实施例中，阀 体33的柱体34的每个柱塞通道62包括肩部210。因此，在肩部210与 柱体34的阀体界面58之间，柱塞通道62具有较窄部207。为了适应该 肩部210，每个柱塞82的顶部段202被设计尺寸和形状，以使位置与顶 部段202的脚部203相对的隔膜接合部215可以在由肩部210限定的较 窄部207中移动。因此，隔膜接合部215自身比相对应的顶部段202的 脚部203更窄，其导致相对应的顶部段202的脚部203可在柱塞通道62 内移动，但是由于太大而不能进入较窄部207。

偏置机构设置在肩部210和顶部段202的脚部203之间，当基部段 200没有在顶部段202上施加压力时，偏置机构用于使每个柱塞82的顶 部段202远离隔膜36偏置。例如且不限于，偏置机构可以为围绕隔膜接 合部215的一部分的弹簧212。弹簧212邻接脚部203的顶表面和肩部 210的底表面，从而使顶部段202向下偏置。

本领域技术人员能够理解，在可替换的实施例中，当没有受到对应 的基部段200的压力时，只要偏置机构设置为使每个柱塞82的顶部段 202远离隔膜36偏置，上述柱塞结构就可以在没有肩部210的情况下正 确地工作。

还可以理解，附图中示出和上文描述的柱塞结构仅通过实例的方式 提供，并且在可替换的实施例中，柱塞可以为例如专利申请 PCT/CA2008/001276、PCT/CA2009/001250或者PCT/CA2010/000513中 示出不同的设计。

当阀被致动时，柱塞82可以于相应的通道62内在关闭位置和打开 位置之间滑动。例如，在图4E中，右侧柱塞示出为处于关闭位置，而左 侧柱塞示出为处于打开位置。

在关闭位置，柱塞82在两个相邻的端口之间接合隔膜36，并因此中 断这些端口之间的连通。隔膜36的接合受到向上移动并压靠于顶部段 202的柱塞82的基部段200的影响。由基部段200施加的压力例如通过 将弹簧212压缩而反作用于偏置机构。因此，向上带动顶部段202，并且 隔膜接合部215与隔膜36接合。

在打开位置，柱塞82解除与隔膜36的接合并因此允许两个相邻端 口之间的连通。当基部段200向下滑动并远离顶部段202时获得打开位 置。当底部段200在顶部段202上没有施加压力或施加不足的压力时， 偏置机构作用为，使顶部段202远离隔膜36偏置，从而允许两个相邻端 口之间的连通。

在其他实施例中，柱塞可与端口以不同方式相互作用而不偏离本发 明的范围。例如，在PCT/CA2005/000236示出的阀中，柱塞可用于直接 阻塞端口。

在所示实施例中，柱塞82的底部段200和顶部段202都为圆柱形。 然而，本领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，底部段200和 顶部段202可采用其他形状而不是柱体，只要它们能够实现上述打开和 关闭位置。

例如，尽管当柱塞82基部段200不是完全与柱体34的阀体界面58 垂直或者如果柱塞82基部段200不是完全与柱塞82顶部段202对准时， 每个柱塞82的基部段200的头部201与顶部段202的脚部203之间的分 离状态导致柱塞82的顶部段202的隔膜接合部215与隔膜36垂直地接 触。此外，如果(由于任意原因)支撑结构(将在下文描述)不是完全 平行于柱体34的阀体界面58，或者如果阀盖32不是完全调节为与柱体 34对准，那么当支撑结构通过致动气体的动作被推高时，柱塞82的顶部 段202将与柱体34的阀体界面58保持垂直，如下文所述。

本领域技术人员可以理解，尽管各柱塞82的基部段200的头部201 与顶部段202的脚部203之间的分离状态提供了如上所述的几个优点， 然而在可替换的实施例中，柱塞82可以具有单个整体部分。

致动系统

为了使柱塞82能够在打开位置和关闭位置之间移动，每个柱塞82 的基部段200连接至致动系统220。基部段200通过安装件83连接至致 动系统220，从而每个基部段200的头部201从此伸出远离。例如并且不 限于，螺钉可用于将柱塞82的基部段200安装至致动系统220。

如上所述，本领域技术人员可以理解，尽管本文所述的致动系统指 代柱塞82包括基部段200和顶部段202的实施例，但在一个实施例中， 致动系统220可以与具有单个整体部分的柱塞一起使用。

如图3中较好地看出，在一个实施例中，致动系统220包括第一支 撑结构87和第二支撑机构89，第一支撑结构87包括推板88和第一活 塞92，第二支撑机构89包括第二活塞90。如图所示，第一活塞92位于 第二活塞90下方并延伸越过第二活塞，并且为了简化的目的，这两个活 塞在下文分别称为下活塞92和上活塞90。

在所示实施例中，各柱塞82要么正常情况为关闭要么正常情况为打 开。正常情况为关闭的柱塞的基部段200安装至推板88，并且正常情况 为打开的柱塞的基部段200安装至上活塞90。

推板88在柱体34的腔63内延伸，大致平行于柱体34的阀体界面 58，即，大致垂直于柱塞通道62和柱体34的中心轴线。推板88可相对 于阀体界面58横向移动，或者换句话说，可大致平行于柱体34的中心 轴线移动。正常状态为关闭的柱塞82的底部段200安装至推板88。多个 槽穿过推板88延伸，允许正常状态为打开的柱塞82的底部段200移动 经过此处。上活塞90在推板88下方连续延伸，正常状态为打开的柱塞 82的底部段200安装至上活塞90。下活塞92在上活塞90下方连续延伸 至上活塞，并且上段93经上活塞90中的中心孔隙91延伸，使得下活塞 92的顶部段240能够与推板88接合。

如在图3和图3A中可以看出，在一个实施例中，推板88设置有轴 承接收部230，其中心位于其右侧端232和左侧端234之间。轴承接收部 230位于推板88的底壁238中，从而形成向下延伸的腔。由轴承接收部 230形成的腔被设计尺寸和形状，以将轴承236的第一部分接收在其中。 应该理解，在本文件中，词语“轴承”用于指代由硬化材料制成并具有 光滑表面的任意球面体或球，以提供相邻表面之间的滚动邻接。轴承236 的第二部分远离底壁238向下伸出。该第二部分称为突出部242。轴承 236的尺寸可以使得第一部分与轴承接收部230的内部紧密匹配，从而 防止两个部件之间的任何松弛，同时允许轴承236在其中自由滚动。在 轴承236与下活塞92的顶部段240之间的单个切向接触点244处，下活 塞92与推板88接合。切向接触点244由轴承236的圆形结构和下活塞 92的顶部段240的平坦结构提供，并允许下活塞92与推板88之间滚动 邻接。当柱塞82被推靠于隔膜36时，由于允许推板再次自动居中，该 结构防止推板88在柱体34的腔63内未对准，这种未对准会导致柱塞82 的未对准。

在所示实施例中，下活塞92的顶部段240是由诸如但不限于不锈钢 17-4PH等硬质材料制成的单独部分，以在接触点处提供高硬度材料。然 而，在一个实施例中，顶部段240也可以与下活塞92结成一体。

本领域技术人员应该理解，尽管位于下活塞92的顶部段240与推板 88之间的上述轴承的出现能够提供了几个优点，但是在可替换的实施例 中，下活塞92的顶部段240可直接与推板88接合，而不使用上述轴承 组件。

在所示实施例中，当上活塞90或下活塞92缩回时，与其连接的柱 塞82的对应的底部段200被向下拉动，导致施加在顶部段202上的压力 被释放。

如在图3中可以看出，设置偏置机构，以使下活塞92向上偏置，并 且上活塞90向下偏置。在一个实施例中，碟形垫圈支撑件101和碟形垫 圈组件100协同作用，以使下活塞92向上偏置。可设置底部帽载螺钉 102，以控制碟形垫圈支撑件101上的向上的力。仍然根据一个实施例， 在上活塞90上方延伸的波簧对上活塞90施加向下的力，从而使上活塞 90向下偏置。本领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，可设置 不同的偏置组件，用于使下活塞92向上偏置并使上活塞90向下偏置。

为了致动柱塞，设置了致动机构96，以控制上活塞90与下活塞92 之间的距离或空间。在该实施例中可以看到，例如通过在上活塞90与下 活塞92之间注射致动气体，致动机构96在打开位置和关闭位置之间致 动柱塞82，致动机构96为气动致动机构。

如在图3和图3B中可以看出，在一个实施例中，底盖40优选通过 凹头螺钉固定至柱体34。在所示实施例中，底盖还容纳有底部帽载螺钉 102，其允许对经由碟形垫圈支撑件101和碟形垫圈组件100施加在下活 塞92上的压力进行调节。由底部帽载螺钉102在碟形垫圈支撑件101上 施加压力之后，为了便于致动系统220的对准，碟形垫圈支撑件101可 设置有轴承接收部130，其在水平方向在右侧端132和左侧端134之间 居中。轴承接收部130位于碟形垫圈支撑件101的底壁138上，并形成 向下延伸的腔。由轴承接收部130形成的腔被设计尺寸和形状，用于将 轴承136的第一部分接收在其中。轴承136的第二部分向下远离碟形垫 圈支撑件101的底壁138伸出。该第二部分称为突出部140。轴承136 的尺寸使其与轴承接收部130的内部紧密匹配，从而防止轴承136与轴 承接收部130之间任何的松弛，同时允许轴承136在其中自由滚动。在 轴承136与底部帽载螺钉102的上段131之间的单个切向接触点142处， 底部帽载螺钉102与碟形垫圈支撑件101接合。由轴承136的圆形结构 以及底部帽载螺钉102的顶部段131的平坦结构提供切向接触142。单 个切向接触点142防止由底部帽载螺钉102在碟形垫圈支撑件101上施 加偏离中心的压力导致的致动系统的未对准，致动系统的未对准进而引 起下活塞92的未对准。由于用于将底部帽载螺钉102锁定在适当位置的 锁定螺钉103趋向于将底部帽载螺钉102从其居中位置改变其位置，因 而底部帽载螺钉102施加在碟形垫圈支撑件101上的偏离中心的这种压 力会在现有技术的阀中遇到。

本领域技术人员应该理解，尽管在底部帽载螺钉102的顶部段131 和碟形垫圈支撑件101之间的上述轴承的出现具有几个优点，但是在可 替换的实施例中，底部帽载螺钉102的顶部段131可直接与碟形垫圈支 撑件接合，而不使用上述轴承组件。

在一个实施例中并且如在图4和图10中可以看出，底盖40也可设 置有在其中延伸并且位置与致动机构96相对的底盖致动通风口114，用 于防止在下活塞92与底盖40之间建立压力。

在本申请人的申请PCT/CA2009/001783中具体描述了该致动通风口 114的操作，其在此以引用的方式并入本文，并且本文不再进一步说明。

本领域普通技术人员容易理解，尽管本文描述了根据一个实施例的 致动系统，但是在可替换的实施例中，可以使用使柱塞在关闭位置和打 开位置之间移动的其他致动系统。

密封组件

为了阻塞来自隔膜36的泄漏气体，在一个实施例中，在阀体33的 柱体34中设置密封组件300。在气体经隔膜36泄漏的不期望的偶然事件 中，密封组件300构造为防止经隔膜36泄漏的气体泄漏出阀30或进入 致动系统220的致动机构96。如下文所述，密封组件300构造为容纳气 体并确保经隔膜泄漏的任意气体经净化管线的出口69排出。

参见图10、图10A、图14A和图14B，在一个实施例中，密封组件 300包括密封隔膜303，其用于在阀体33的柱体34的上段34a和下段 34b之间的界面处密封每一个柱塞通道62。换句话说，密封隔膜303构 造为防止可能经隔膜36泄漏的任意气体流经柱塞通道62。

在所示实施例中，如能够看出的，密封隔膜303位于柱体34的上段 34a和柱体34的下段34b之间，并且成形为形成多个通道密封件303a。 最佳地如图10A所示，多个通道密封件303a中的每一个为圆形并延伸进 入对应的柱塞通道62，以覆盖对应的柱塞82的基部段200。更具体地， 由于通道密封件303a在相应柱塞82的基部段200与顶部段202之间延 伸，多个通道密封件303a中的每一个在柱体的上段34a和下段34b之间 的界面处将对应的柱塞通道62密封。多个通道密封件303a中的每一个 包括外周的基部303c和顶部段303b之间的波纹管段303b。如在图10和 图10A中可以看出，在一个实施例中，各柱塞通道62包括围绕相应柱塞 82的基部段200的顶部的放大部62a。本领域技术人员应该理解，在可 替换的实施例中，也可以使用允许多个通道密封件303a中的每一个根据 相应柱塞82的基部段200的移动而扩大或收缩的其他结构。

有利地，上述通道密封件303a中的每一个与对应的偏置机构协作， 通过使基部段200向下偏置来帮助使得相应柱塞82的顶部段202向下偏 置。换句话说，当柱塞82在关闭结构和打开结构之间移动时，通道密封 件303a将帮助柱塞82的基部段200向下偏置，当柱塞82构造为处于关 闭结构时，通道密封件303a被延伸。

在一个实施例中，密封隔膜303为金属隔膜。例如且不限于，密封 隔膜303可以由不锈钢316、铝、铬镍合金、铜等构成。此外，在一个实 施例中，密封隔膜303可设置有保护涂层，用于增强其对可能经隔膜36 泄漏的气体的抵抗，从而提供增强的抵抗以防止或延迟经此处泄漏的气 体。例如且不限于，密封隔膜303可涂覆有聚四氟乙烯等。

本领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，类似于上述密封 隔膜303的密封组件300可以设置在各通道密封件303a彼此独立的位置。 在该实施例中，将相对应的柱塞通道62密封的每个通道密封件303a包 括被压在柱体34的上段34a和下段34b之间的外周端，并且在相对应的 柱塞82的基部段200和顶部段202之间延伸，如上所述。

参照图4至图4D’，在可替换的实施例中，密封组件300包括用于密 封上活塞90与阀体33的柱体34之间的界面的第一密封件302、用于密 封上活塞90与下活塞92之间的界面的第二密封件304，以及用于密封 上活塞92与安装至此的每一个柱塞82之间的连接的多个第三密封件 306。

在一个实施例中，第一密封件302为位于致动系统220的上活塞90 的外周的圆形密封件。第一密封件302构造为防止可能经隔膜36泄漏的 任意气体在上活塞90与阀体33的柱体34之间流动。在所示实施例中， 第一密封件302在第一端302a连接至上活塞90，而在第二端302b连接 至阀体33的柱体34。在一个实施例中，第一密封件302的第一端302a 通过钎焊连接至上活塞90。然而，本领域技术人员应该理解，在可替换 的实施例中，可使用使二者之间密封连接的其他结合处理。在所示实施 例中，第一密封件302的第二端302b通过被压在柱体34的上段34a和 柱体34的下段34b之间而连接至阀体33的柱体34。如前文所述，在一 个实施例中，可以经由柱体螺钉35控制柱体34的上段34a和柱体34的 下段34b之间的压力。在一个实施例中，圆形的突出唇308可设置在柱 体的上段34a的下壁341上和/或柱体34的下段34b的上壁342上，以 在第一密封件302的第二端302b提供补的充压力点，并因此进一步确保 二者之间适当的密封。本领域技术人员应该理解，可以使用在第一密封 件302的第二端302b与柱体34之间产生密封连接的其他结合处理。为 了允许第一密封件302根据上活塞90的移动而扩大和收缩，在一个实施 例中，第一密封件302可包括在第一端302a和第二端302b之间的波纹 管段302c。本领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，还可以使 用允许第一密封件302根据上活塞90的移动而扩大和收缩的其他结构。

在一个实施例中，第二密封件304覆盖上活塞90的中心孔91，下活 塞92的上段93经过上活塞90的中心孔91延伸。第二密封件304构造 为，防止经隔膜36泄漏的任意气体在上活塞90与延伸经过上活塞的下 活塞92的上段93之间流动。在所示实施例中，第二密封件304具有圆 形结构，但本领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，也可提供 其他结构。第二密封件304的外周304a连接至上活塞90，以密封上活塞 90的中心孔91，下活塞92的上段93延伸进入上活塞90的中心孔91。 在一个实施例中，第二密封件304的外周304a通过钎焊连接至上活塞 90。然而，该领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，可以使用 在上活塞90与第二密封件304的外周304a之间产生密封连接的其他结 合处理。第二密封件304向上延伸，以覆盖延伸经过上活塞90的下活塞 92的上段93。在所示实施例中，第二密封件304的顶端304b在下活塞 92的上段93与下活塞92的顶部段240之间延伸。为了允许第二密封件 304根据下活塞92的上段93的移动而扩大和收缩，在一个实施例中，第 二密封件304包括在外周304a与顶端304b之间的波纹管段304c。本领 域技术人员还应该理解，也可以使用允许第二密封件304根据下活塞92 的上段93的移动而扩大和收缩的其他结构。

在一个实施例中，多个第三密封件306中的每一个为衬套、垫圈、 垫片等，构造为防止经隔膜36泄漏的气体在上活塞90与安装至上活塞 的正常情况为打开的柱塞82之间泄漏。为安装至上活塞90的每一个正 常情况为打开的柱塞82提供第三密封件306。在一个实施例中，第三密 封件306中的每一个设置在上活塞90和安装件83的头部之间，用于将 正常情况为打开的柱塞82安装在此。在一个实施例中，圆形的突出唇 310可设置在上活塞90的相应段上和/或安装件83的头部上，以在第三 密封件306上提供补充的压力点，并因此进一步确保二者之间的适当密 封。

在一个实施例中，第一密封件302、第二密封件304和多个第三密封 件306中的每一个为金属密封件。例如且不限于，密封件可以由不锈钢 316、铝、铬镍合金、铜等构成。此外，在一个实施例中，第一密封件302、 第二密封件304和/或多个第三密封件306可设置有保护涂层，用于增强 密封件对可能经隔膜36泄漏的气体的抵抗，从而提供增强的抵抗以防止 或延迟气体经密封件的泄漏。例如且不限于，第一密封件302、第二密封 件304和/或多个第三密封件306可涂覆有聚四氟乙烯等。

可以理解，在气体经隔膜36泄漏的情况下，上述密封组件300使得 气体容纳在处理组件301的位于致动系统220的致动机构96的外部的特 定区域中。

在没有对密封组件300进行密封的情况下，气体可以在经隔膜36泄 漏后通过不同流动路径流动。在气体为腐蚀性的、有毒的、不稳定和/或 反应气体的情况下，很多可能的流动路径是不期望的，由于它们可能导 致对阀30、安装阀30的仪器，或用于控制阀30的辅助设备的损坏。此 外，泄漏的气体在不同流动路径中的流动使得难于快速检测经隔膜发生 的泄漏从而快速开始必要行动，诸如关闭对阀的气体供应。

例如，如在图9和图13中所示(现有技术)，在没有上述密封组件 的情况下，在经隔膜泄漏之后，气体可能的流动路径400包括流进致动 系统的致动机构96并随后向上游经致动进口97到达致动气体源或者经 致动出口114进入外界环境。流动路径400还包括经净化管线的入口67 上游至净化气体源，或者经净化管线的出口69下游至安全净化气体出口 区域。在上述可能的流动路径400中，进入致动系统的致动机构96并随 后向上游经由致动进口97进入致动气体源，或者经致动出口114进入外 部环境的可能的气体流动是最易于引起损坏的路径，因此是不期望的。 经净化管线的入口67到达净化气体源的气体向上游流动也是不期望的， 但可以使用止回阀312避免，如下文所述并能够在例如图5和图11中看 出。

参见图9A和图13A，当设置密封组件300时，对于经隔膜泄漏后的 气体仅可以使用的流动路径402是经净化管线的入口67向上游到达净化 气体源，或者经净化管线的出口69向下游到达安全净化气体出口区域。 考虑到经净化管线的入口67向上游到达净化气体源的气体流动是不理想 的，在一个实施例中并能够在图9A和图13A中可以看出，净化管线的 入口67设置有止回阀312，其允许净化气体在第一入口方向流动，但防 止上游气体经由净化管线的入口67在第二相反出口方向流动。因此，净 化管线的入口67中的止回阀312与密封组件300的结合仅产生用于经隔 膜36泄漏气体的流动路径402，该流动路径是经净化管线的出口69向 下游到达安全净化气体出口区域。因此，该结构允许监控净化气流经净 化管线出口69，以快速检测其中可以指示气体经隔膜36泄漏的变化。

在一个实施例中，止回阀312包括具有固定直径的入口槽313，该固 定直径明显小于净化管线入口67的相邻的连接槽的直径。入口槽313允 许净化气体在入口方向的流动作为进口压力的函数被调节。因此，入口 槽313允许净化气体在入口方向适当的流动，而不需要额外的调节器来 调节净化气体在净化管线入口67中的进口压力。

本领域技术人员应该理解，除了上述之外的密封组件300的其他结 构也可设置用于密封致动系统220的致动机构96，并通过阀的净化管线 的出口排出经隔膜泄漏的气体。应该理解，能够使用任意组件，该组件 产生设置在阀体中的密封分离，以防止来自隔膜的潜在泄漏到达致动系 统220的致动机构96，并经阀30的净化管线的出口69排出经隔膜泄漏 的气体。例如且不限于，可通过使用隔膜和/或薄膜的不同组合或者上活 塞的不同结构来实现密封式闭合。

在一个实施例中，如在图15中可以看出，如上述具有密封组件的阀 可用于色谱系统350中，其允许检测样品和/或致动气体经隔膜的泄漏， 并启动泄漏控制程序。如在图15中示出的，色谱系统350可设置有连接 至净化管线的出口69的监控系统352并监控净化气的压力和/或纯度。 在一个实施例中，当由监控系统352检测到净化气压力和/或纯度的变化 并且该变化指示样品和/或致动气体的泄漏时，监控系统352生成启动泄 漏控制程序的控制信号354。例如且不限于，在一个实施例中，泄漏控制 程序可执行阀的气体供应的关闭、释放惰性气体进入阀等。指示泄漏的 信号诸如应急声音信号、应急光信号等也可以被致动，以警告操作者泄 漏。本领域技术人员应该理解，在可替换的实施例中，泄漏控制程序也 可以启动不同的或额外的操作，例如指示检测到泄漏和/或最小化该泄漏 的影响。

锁定机构

通常情况下，在隔膜阀被制造并且充分测试后，在运送至客户之前， 将其密封在塑料袋中、包装并存储在库存中。取决于诸如市场需求、库 存管理、客户需求等各种因素，这些阀可能在生产完之后保持了几周或 几个月的未使用状态。此外，在一些情况下，在再次使用阀之前，阀的 拥有者可能将阀从激活使用状态暂时关闭或移除一段不确定的时间。虽 然阀处于闲置(如图4E所示)，但是其正常情况为关闭的柱塞处于其关 闭位置，并因此对隔膜施加恒定的压力。取决于隔膜材料，这会导致隔 膜36的永久变形，并降低阀30的效率。因此，当阀处于未使用状态时， 锁定机构119有利地将柱塞82的正常情况为关闭的基部段200锁定在其 打开位置(如图4所示)。

在一个实施例中，当正常情况为关闭的柱塞82的基部段200处于打 开位置时，锁定机构119有利地与第一支撑结构87接合，从而作用于偏 置机构94并且物理上防止柱塞82到达顶部段202推靠于隔膜36的关闭 位置。如本领域普通技术人员可以理解的，当阀30处于未使用状态时， 该锁定机构119的使用可有利地用于防止关闭的柱塞82使隔膜36变形、 受压或作用于隔膜36。

将会理解，该锁定机构119还可有利地易于在维护等期间更换隔膜 36。通过使用户能够将柱塞的正常情况为关闭的基部段200限制在阀体 33内，可以确保柱塞不会干扰隔膜36的正确定位。

在本申请人的申请PCT/CA2009/001783中具有描述了该锁定机构的 不同的可能实施例，其在此以引用的方式并入本文，并且本文不再进一 步描述。

本文描述并示出了几个可选实施例和实例。上述实施例仅为示例性 的。本领域技术人员应该理解单独实施例的特征、部件的可能组合及变 形。该领域技术人员还应该理解，任意实施例可以与本文披露的其他实 施例任意组合提供。应该理解本发明可以体现为其他特定形式，而不偏 离其中心特征。因此，本发明的实例和实施例被考虑为在所有方面均为 示例性而非限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节。因此，虽然 示出并描述了特定实施例，在不严重偏离所附权利要求限定的本发明范 围的情况下可以进行多种变形。