通用旋转阀门.pdf

一种旋转阀门包括：带有内侧定子面的定子以及带有配置成与内侧定子面密封接触的内侧转子面的转子，转子可相对于内侧定子面围绕旋转轴线可旋转地移动到多个转子位置，定子包括多个连接端口，每个连接端口与在内侧定子面处的对应阀门孔口流体接触，且转子包括两个或更多个互连路径，其用于所述阀门孔口关于转子位置的选择性流体互连，其中，定子包括入口端口、出口端口、构件供给端口、构件返回端口，且其中在转子中的互连路径配置成：在第一转子位置，使入口端口与出口端口互连，在第二转子位置，使入口端口与构件供给端口互连以及构件返回端口与出口端口互连，在第三转子位置，使入口端口与构件返回端口互连以及构件供给端口与出口端口互连。

1.   一种旋转阀门，包括：带有内侧定子面的定子、和带有配置成与所述内侧定子面密封接触的内侧转子面的转子，所述转子能够相对于所述内侧定子面围绕旋转轴线可旋转地移动到多个转子位置，所述定子包括多个连接端口，每个连接端口与在所述内侧定子面处的对应阀门孔口流体接触，且所述转子包括两个或更多个互连路径，其用于所述阀门孔口关于所述转子位置的选择性的流体互连，其中，所述定子包括：入口端口、出口端口、构件供给端口、构件返回端口，并且其中，
在所述转子中的所述互连路径配置成：
在第一转子位置，使所述入口端口与所述出口端口互连，
在第二转子位置，使所述入口端口与所述构件供给端口互连以及所述构件返回端口与所述出口端口互连，
在第三转子位置，使所述入口端口与所述构件返回端口互连以及所述构件供给端口与所述出口端口互连。

2.   根据权利要求1所述的旋转阀门，其特征在于，
在所述转子中的所述互连路径配置成：
在第四转子位置，使所述构件供给端口与所述构件返回端口互连。

3.   一种分析仪器，其包括至少一个根据在先权利要求中的任一项所述的旋转阀门。

4.   一种处理系统，其包括至少一个根据权利要求1到2中的任一项所述的旋转阀门。

5.   一种层析系统，其包括至少一个根据权利要求1到2中的任一项所述的旋转阀门。

6.   一种流体回路，其包括根据权利要求1或2所述的第一旋转阀门和第二旋转阀门以及第一流体构件和第二流体构件，其中，
所述第二阀门的入口端口连接到所述第一阀门的出口端口，
所述第一流体构件连接在所述第一阀门的构件供给端口与所述第二阀门的构件供给端口之间，以及
所述第二流体构件连接在所述第一阀门的构件返回端口与所述第二阀门的构件返回端口之间。

通用旋转阀门
技术领域
本发明涉及阀门，且更特定地涉及用于选择性地使构件能够进入主流内的旋转阀门。
背景技术
阀门通常在包含流体运输的装置中使用。一种典型类型的阀门，例如在中等大小的实验室系统中使用的是旋转阀门。
一般而言，旋转阀门具有本文中称为定子的静止本体，其与本文中称为转子的旋转本体一起操作。
定子设有许多入口和出口端口。端口经由内孔与在内侧定子面上的对应的成组孔口流体连通。内侧定子面是定子的内侧表面，其与转子的内侧转子面不透流体地接触。转子典型地形成为盘，且内侧转子面在旋转共同操作中抵靠内侧定子面按压。内侧转子面设有一个或多个沟槽，其取决于转子关于定子的旋转位置使不同的孔口互连。
旋转阀门可设计成抵抗高压(诸如高于25 MPa的压力)。他们可由多种材料制成，诸如不锈钢、高性能聚合物材料以及陶瓷。
在转子或定子中入口/出口的数量以及沟槽的设计反映了具体阀门的预期用途。
常见类型的多用途阀门具有一个入口端口(典型地放置在阀门的旋转轴线中)和围绕入口端口等距放置的多个出口端口。转子具有单个、径向延伸的凹槽，其具有在旋转中心中因此总是连接到入口的一个端部，而另一个端部连接到出口中的任一个，具体取决于转子关于定子的角度位置。这种阀门用于引导从入口到任意出口(一次一个)的流动。
定制以执行一个或若干具体任务的更复杂的配置是可能的。例如，旋转阀门可用于将构件引入到分析系统的流体路径内。
在许多处理液体流的仪器(诸如液体)中，诸如液相层析系统(LCS)，有时需要能够包括构件或者使构件旁通(bypass)。
这种状况利用常规的4通路双路径阀门来容易地解决，其在图1和2中示意地示出。
然而，能够整合更多的功能将是有益的，诸如反过来使流动通过构件进入单个阀门内的能力。这样做的一个理由可能是节约成本(例如，由于存在对一个阀门马达仅在自动地操作阀门的情形中驱动的需要)。另一个理由可能是通过将尽可能多的路径集成到阀门内而使路径长度变短，从而降低对于使管互连的需要。
因此，存在对于多用途阀门的需要，多用途阀门可用于其中构件需要连接到主流/从主流分离的许多情形中。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转阀门，该阀门克服了现有技术的一个或多个缺陷。这通过如在独立权利要求中所定义的旋转阀门来实现。还提供了一种层析系统，其包括至少一个这种旋转阀门。
因此，实现了一个单旋转阀门，其可占据至少三个不同的旋转位置，在这些旋转位置，构件可连接在向前以及反向的流动中，或者被旁通。这将给出相比于使用两个分离的阀门更便宜的阀门，且最小化互连的管。
根据一个方面，提供一种旋转阀门，其包括：带有内侧定子面的定子，和带有配置成与内侧定子面密封接触的内侧转子面的转子，转子可相对于内侧定子面围绕旋转轴线可旋转地移动到多个转子位置，定子包括多个连接端口，每个连接端口与在内侧定子面处的对应阀门孔口流体接触，以及转子包括两个或更多互连路径，其用于阀门孔口关于转子位置的选择性的流体互连，其中，定子包括：入口端口、出口端口、构件供给端口、构件返回端口，以及其中，
在转子中的互连路径配置成：
在第一转子位置，使入口端口与出口端口互连，
在第二转子位置，使入口端口与构件供给端口互连以及构件返回端口与出口端口互连，
在第三转子位置，使入口端口与构件返回端口互连以及构件供给端口与出口端口互连。
根据第二方面，提供一种旋转阀门，其中，在转子中的互连路径配置成：
在第四转子位置，使构件供给端口与构件返回端口互连。
本发明更完整的理解，以及其更多的特征和优势，将通过参考以下详细的描述和附图而获得。
附图说明
图1示出通过使用处于第一模式的常规阀门的构件的流动。
图2示出通过使用处于第二模式的常规阀门来旁通图1的构件。
图3是根据本发明的一个实施例的旋转阀门的示意性侧视图。
图4是从内侧定子面侧部看的本发明的第一实施例的定子的透视图。
图5是从转子内侧面看的本发明的第一实施例的转子的透视图。
图6a到6d是其中转子定位在不同的转子位置的旋转阀门的实施例的示意图。
图7a到7c是旋转阀门的备选运用的示意图。
图8示意地示出了包括旋转阀门的层析系统的一个实施例。
图9a-9c示意地示出了两步纯化工艺。
图10a-10d示意地示出了用于执行图9a-9c的两步纯化工艺的流体回路。
图11a和11b是旋转阀门的备选运用的示意图。
图12a和12b是旋转阀门的备选运用的示意图。
具体实施方式
典型旋转阀门的主要部件在图3中示意地示出(其中，没有示出托架或类似的载荷承载或紧固元件)。旋转阀门10具有定子11、转子12、旋转轴13，其可选地可设有用于识别其角度位置的器件(未示出)和典型地包括齿轮箱和马达的驱动单元14(虽然阀门可还手动操作)。转子围绕阀门的旋转轴线RA关于定子可旋转。
定子11关于其构建到其内的仪器固定，该定子11设有通过虚线指示的端口，用于与流体源/出口的流体连通以及用于阀门与其共同操作的任意构件。端口可在定子的任意合适部分上以及沿任意合适的方向定位。端口设有连接毛细管或管的器件。这种器件可为任意合适的类型，诸如为本领域技术人员所熟知的常规的Valco配件。端口经由通道与在内侧定子面11a(即，在操作期间与转子12接触的定子的表面)上的对应组的阀门孔口流体连通。
转子12典型地形成为盘，且具有内侧转子面12a，其在操作期间按压抵靠平坦的内侧定子面11a以实现在其间的密封接触。内侧转子面12a设有一个或多个互连路径，其取决于转子关于定子的旋转位置使内侧定子面11a的不同的阀门孔口互连。互连路径可为有能力提供在两个阀门孔口之间的流体接触的任意类型的路径，且可由带有不连续的孔口的内部通道、在内侧转子面中的沟槽等构成。
图4a，其示出定子111的前侧侧部的简化透视图，其示出用于根据本发明的阀门的一个实施例的入口和出口端口配置。
大体上，应当注意到，在本申请的图中示出的端口、沟槽以及类似物的角度位置可在本发明的不同实施例之间不同，即，其可关于阀门的旋转轴线翻转、成镜像或以其他方式改变，只要其相互的共同操作仍然根据创造性的想法。
此外，由于入口/出口端口经由内孔(或任意类型的通道)连接到在内侧定子面11a上的孔口，所以可能通过在端口和孔口之间制成非线性通道而以不同于在内侧定子面11a上的模式的方式配置端口。然而，出于简化的原因，端口示出为与内侧定子面孔口成直线定位。
因此，公开实施例的定子111具有四个端口131a-134a，其用于将阀门连接到仪器的所有期望的操作构件。
入口端口131a是用作来自诸如泵的仪器的第一液体源的入口端口的端口，典型地经由诸如探测器、其他阀门等的仪器的成组构件，以及诸如色谱柱的任意连接构件。出口端口132a用作出口端口，液体被容许从该出口端口离开到仪器的剩余部分或者从仪器出来。
诸如色谱柱、电导率监视器或限流器装置等的构件可经由构件供给端口133a和构件返回端口134a连接到阀门，借此，供给端口133a用作来自阀门的出口，且返回端口134a用作到阀门的入口，该出口和入口用于来自第一构件的返回流动，或者在流动反向的情形中以大约相反地方式，如在下文中将更详细地公开的。
图4b是从另一侧部，即内侧定子面侧部111a观察的图4a的定子111的透视图。注意每个端口经由在图4b中示出的对应孔口、入口阀门孔口131b、出口阀门孔口132b、构件供给阀门孔口133b、构件返回阀门孔口134b中结束的通道连接到内侧定子面111a。
用于阀门孔口的位置围绕定子的中心等距地分布(该中心与阀门的旋转轴线重合)。如上文中所述，孔口的位置和在其间的分割角度可在不脱离创造性观念的情况下变化。由于根据实施例在定子上存在四个这种位置，所以分割角度是90°。所有的位置放置成与阀门的旋转轴线具有基本上相同的径向距离。
用于与上文中定子111合作的转子112的内侧转子面112a的一个实施例在图5中示出。其设有三个互连路径，用于在内侧定子面111a中的阀门孔口关于转子位置的选择性的流体互连，该互连路径具有在内侧转子面112a中的沟槽的形式。对角线凹槽140配置成分别提供在对角地配置的阀门孔口131b和132b以及133b和134b之间的互连路径。两个平行沟槽141配置成提供在两个邻近的阀门孔口之间的互连路径141a和141b，以便在转子关于对角线凹槽140的位置定位在45°时，将构件连接到流动路径内。
在组装时，内侧转子面112a以对于任意常规旋转阀门典型的方式(其为本领域技术人员所熟知，且将不在本文中解释)抵靠内侧定子面111a按压。取决于转子112和定子111的相互角度位置，可对于阀门获得不同的操作模式。这些在图6a到6d中示出，其中，转子的互连沟槽通过粗虚线示意地指示，且在阀门中的流体流通过箭头指示。
在第一转子位置，如在图6a中所示，阀门10配置成旁通构件端口133a和134a。流体流进入入口端口131a，经由第一孔口131b通过对角线转子凹槽140前进，且通过出口端口132a(经由第二孔口132b)离开阀门。阀门的另一个端口和沟槽在第一转子位置不起作用，即，构件被旁通。
图6b示出在第二转子位置的阀门10，其中，在转子12中的互连路径使入口端口131a与构件供给端口133a以及构件返回端口134a与出口端口132a互连。在该转子位置，构件连接到在向前的流体连接中的流体流内。更特别地，平行凹槽141a使入口端口的阀门孔口131b与构件供给端口133a的阀门孔口133b互连，而另一个平行凹槽141b使构件返回端口134a的阀门孔口134b和出口端口132a的阀门孔口132b互连。
图6c示出在第三转子位置的阀门10，其中，在转子12中的互连路径使入口端口131a与构件返回端口134a以及构件供给端口133a与出口端口132a互连。在该转子位置，构件连接到在反向的流动连接中的流体流内。更特别地，平行凹槽141a使入口端口的阀门孔口131b和构件返回端口134a的阀门孔口134b互连，而另一个平行凹槽141b使构件供给端口133a的阀门孔口133b以及出口端口132a的阀门孔口132b互连。
图6d示出在第四转子位置的阀门10，其中，在转子12中的互连路径使构件供给端口133a与构件返回端口134a互连，借此实现在主入口端口131a和出口端口132a之间的流动路径。
如上文中所述，孔口的精确位置不需要根据上文中所述的实施例。对于本发明而言重要的是，不同的沟槽到达到在上文中所述的每个旋转位置应当到达的具体孔口。贯穿本公开，术语输入和输出已经用于指示关于所公开的实施例的具体端口的功能，在实施例中，阀门配置成选择到层析系统的两个泵内的输入流体。根据本发明的阀门可在其他应用中使用，在这些应用中，通用的功能可以是有益的，且其中，输入端口中的一个或多个可反而用作输出端口以及大约另一种方式(the other way around)。
本发明关于构件选择阀门描述，但是应当说明地是，阀门的构型使得其非常通用，且其可在分析仪器或工艺系统的大范围应用中，尤其是在层析系统中使用。
图7a-7c示意地示出一个实施例，其中，当前旋转阀门10作为输出选择阀门连接，其能够将来自源入口131a的流动引导到三个出口A-C、132a-134a中的任一个中。然而，应当说明地是，流动可备选地沿相反的方向，且旋转阀门配置成选择三个输入源中的一个。
图8示意地示出层析系统190的一个实施例，其包括两个输入3通路阀门160和161，其配置成选择来自流体源A1、A2、B1、B2的输入流体用于两个系统泵150和151。所述层析系统190还可包括：
压力传感器200，其用于记录在系统泵之后在流动路径中的系统压力，
混合器210，以确保通过泵供应的流体的适当的混合，
注射阀门220，用于将样品注射到流体路径内，
柱连接阀门230，其用于选择性连接/断开在流体路径中的柱240。
紫外线(UV)监视器250，其用于检测来自柱的输出。
电导率监视器260，和
输出选择阀门270，其带有两个或更多个输出位置，例如连接到部分收集器280、废物容器等。
图8示出层析系统的一个实施例，其中，当前阀门10在两个不同的位置使用，即，如在图6a-6d中公开的作为柱连接阀门230，以及如在图7a-7c中公开的作为输出选择阀门270。
图8的层析系统示出层析系统可如何构造的示例，且其他实施例可具有不同的设计，包括一些构件中的两个或更多个，以及可能缺乏一些所述构件。根据一个实施例，层析系统是液相层析系统。
当前旋转阀门10的通用性质还可通过一些针对具体应用的示例示出，其中，阀门提供在流动路径设计中以及在所有操作上的大量益处。图9a-9c示意地示出两步纯化工艺，其可通过使用当前设计的旋转阀门10的配置而简化。在该类型的两步纯化工艺中，在图9a中示出的第一步骤典型地涉及诸如在第一柱A 240中的蛋白质的目标样品的捕获，该柱例如为亲和柱等。为了监视目标样品的捕获，UV监视器250连接在柱A之后的流动路径中。捕获阶段工艺可照惯例包括洗涤阶段，其中，非目标分子等从柱A洗掉，而且洗涤阶段通过UV监视器监视，以确定所有的非目标何时洗掉。在捕获/洗涤阶段期间，第二柱B不像在图9a中那样指示地连接。当来自UV监视器的输出信号指示捕获/洗涤阶段完成时，下一个阶段是洗提来自柱A的目标样品，以及另外使用柱B纯化它。为了洗提来自柱A的目标样品，洗提缓冲液(elution buffer)等供应到源，目标样品借此从柱A释放。在洗提阶段期间，来自柱A的输出使用UV监视器监视，以识别目标样品何时到达UV监视器，借此柱B在UV监视器接收目标样品之后连接在流体路径中，如在图9b中所示，且然后在所有目标样品装载在柱B上时中止洗提工艺，且开始作为第二纯化步骤的第三阶段。在第二纯化步骤中，如在图9c中所示，柱A优选地从流动路径断开，且然后洗提缓冲液通常利用第二纯化缓冲液替换，以驱动在柱B中的层析纯化。在该步骤中，期望通过在柱B的输出端部引入UV监视器来监视来自柱B的输出。因此，在第三阶段中，与之前的步骤相比，柱B和UV监视器的逻辑步骤需要改变。除非存在可用的两个分离的UV监视器，否则改变两个流体构件的逻辑顺序的过程是较重大的操作，其要求若干阀门构件。而且，在一些情形中，期望将来自柱A的洗提目标样品尽快地引入到柱B上，且然后尽快地改变缓冲液，例如，这是由于在洗提期间使用缓冲液可使得蛋白质不稳定。
图10a到10d示出两步纯化工艺可如何设计成使用包括当前设计的三个旋转阀门10a-10c的配置。在该配置中，三个旋转阀门10a-10c从源到出口串联连接。柱A 240连接在阀门10a的两个构件供给和返回端口之间，如在图6a到6d中公开，从而使得柱A能够连接到流动路径以及从流动路径分离。第二柱B 240分别连接在第二和第三阀门10b和10c的构件供给端口之间，且UV监视器250分别连接在第二和第三阀门10b和10c的构件返回端口之间。通过该配置，仅使用两个阀门实现了柱B和UV监视器的逻辑顺序的高效改变，同时还允许两个构件以及构件的单个连接对于流动路径的旁通。
在图10a中，所有三个阀门10a-10c以旁通模式(第一位置)配置，借此流体流从源到出口直接前行通过。图10b示出捕获/洗涤阶段以及初始洗提阶段，其中，流体流引导通过柱A和UV监视器，然而柱B保持分离。这通过将阀门10a设定在第二位置，阀门10b设定在第三位置以及阀门10c设定在第二位置而实现。图10c示出洗提阶段，其中，目标样品已经通过UV监视器检测，且第二柱B已经连接在UV监视器之后。这通过将阀门10a保持在第二位置，将阀门10b保持在第三位置，以及将阀门10c设定在第三位置而实现。注意柱B在UV监视器之后的连接仅通过将阀门10c的位置从第二位置切换到第三位置。图10d示出第二纯化步骤，其中，柱A从流动路径断开，且柱B和UV监视器的逻辑顺序已经改变。这通过将阀门10a设定在第一位置，阀门10b设定在第二位置以及阀门10c设定在第二位置而实现。
上述实施例示出当改变构件在流动路径中的逻辑顺序是有益时使用的一个示例，该配置还可在其中该功能是有用的任意应用中使用。通过使用根据图10a到10d连接到两个构件的两个阀门10b和10c改变构件在流动路径中的逻辑顺序，用户可产生不同的流动路径配置，其优化了在每个步骤中可用构件的使用。例如，UV监视器、出口阀门或柱的位置可改变到最佳地适合当前应用。如从上文中清楚可见地，用于改变在流动路径中构件的逻辑顺序的这种配置可大体通过流体回路实现，该流体回路包括第一旋转阀门和第二旋转阀门10a和10b以及第一流体构件和第二流体构件，其中：
第二阀门的入口端口连接到第一阀门的出口端口，
第一流体构件连接在第一阀门的构件供给端口和第二阀门的构件供给端口之间，以及
第二流体构件连接在第一阀门的构件返回端口与第二阀门的构件返回端口之间。
而且，当前阀门10可用作在两个独立的流体路径之间的开关，如在图11a和11b中指示，其中，源A和B分别连接到构件端口，且柱A和B分别连接到入口和出口。在该构型中，阀门能够实现源A或B到相应的柱A和B的选择性连接。其中这种配置可有用的一个应用是执行一个柱的调节，同时在另一个柱中运行层析工艺，例如在生物处理生产流动路径中，其中，所调节的柱可切换到层析工艺且另一个柱分离以用于清洁或更换。
图12a-12示意地示出另一针对具体应用的示例，其中，当前阀门10引入在图8的层析系统190的流动路径中的备选位置，以便使备选两步纯化工艺能够实现，其中，洗提样品部分存储在样品环中，用于执行随后的第二纯化步骤。在图12a和12b的系统190中，阀门215在注射阀门220与出口端口连接到注射阀门220的入口端口以前已经引入到流动路径中。混合器210连接在阀门215的构件端口的一个与在注射阀门220上的第二入口端口之间。阀门215的另一个构件端口连接到输出选择阀门270的出口端口。而且，在图12a和12b中，环阀门300连接到注射阀门的相应出口和入口。在公开实施例中，8个样品环310示出为连接到环阀门300，每个都有能力收集样品体积，用于根据在本领域中的惯例的随后纯化。在备选实施例中，循环功能可集成在注射阀门220。与图8相比，柱选择阀门230通过阀门替换，该阀门能够将两个或更多柱(通过柱A和B 240示出)连接到流体路径。
图12示意地示出第一纯化步骤，其中，目标样品引入在流体路径中且在柱A中捕获和洗涤，液体流动通过箭头指示。如在图9和10中所示的上述示例中，首先使用相同装备用于初始洗提，其可选地带有在流动路径中连接的混合器。当第一目标样品通过UV监视器250检测时，阀门215和270移位到在图12b中示出的相应位置，借此产生用于将洗提样品流重新引入注射阀门220内的平行流动路径。在该注射工艺期间，在两个阀门215和注射阀门220中存在两个平行流体路径，且洗提样品流动引导到环阀门300的入口，其中，期望的部分收集且存储在样品环(sample loop)310中。在注射阀门220中的阀门流动路径图12b中示意地示出为虚线。如之前所述地，存储在样品环310中的洗提部分随后还可使用柱B等纯化。