高压启动阀

优先权声明

本申请要求于2020年5月22日提交的申请号为63/028,745的美国临时申请的优先权，用于所有目的将其公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本申请通常涉及高压流体系统。更具体地，本申请提供了一种具有密封插件的高压启动阀，该密封插件使启动阀适用于需要高纯度的应用。

背景技术

高压流体系统，例如高压流体混合器、高压/高剪切流体处理器、高压冲击喷射反应器和高压均质机，可以使用高压启动阀来使系统准备进入生产模式。这些机器包括来自位于马萨诸塞州韦斯特伍德的艺达思(IDEX)公司的子公司微射流国际公司(Microfluidics International Corporation)的各种系统，例如实验室/台式机器、中试规模机器和生产规模机器。例如，实验室/台式机器可能包括来自微射流国际公司的LM10、LM20、Ml 10P、LV1 Low Volume、Ml 10Y和HC 5000/8000产品。中试规模机器可以包括例如来自微射流国际公司的中试规模M110EH和中试规模M815产品。生产规模的机器可以包括来自微射流国际公司的M700和M710系列产品。

高压流体系统可以被启动阀所启动，以从该系统中的流体中去除空气。启动该系统通常包括将流体系统设置为低压，以允许系统管道中的空气流出启动阀。例如，当该系统中的流体压力在生产模式期间升高时，启动该系统有助于降低流体中的空气燃烧的可能性。空气燃烧可能导致系统组件，例如密封件燃烧，这可能污染流体。相应地，在启动操作期间，可以打开启动阀以允许流体中的空气逸出。然而，在高压流体系统的正常操作期间，启动阀可以关闭。

一种高压启动阀是隔膜阀。隔膜阀使用一个锥体来密封倾斜表面，以防止流体流过另一个端口。当该锥体从该表面抬起并允许流体流过此额外端口时，隔膜将流体密封在阀块之间，以防止泄漏和可能的生物滋生。

然而，隔膜阀具有许多缺点。隔膜阀可能很复杂且难以安装，从而增加了生产时间和成本。许多隔膜阀的复杂设计也可能导致在执行维护操作时难以更换单个组件。此外，隔膜阀可能容易泄漏。

另一种高压启动阀是针型阀。此类针型阀的示例包括来自(1)哈斯克尔(Haskel)，英格索兰(Ingersoll Rand)的子公司，(2)位于宾夕法尼亚州伊利市的高压设备公司(HighPressure Equipment Co.)和(3)AutoclaveEngineers(AE)，位于宾夕法尼亚州，伊利市的Parker(派克)的子公司的各种高压阀。针型阀可能包括两个或多个端口和可变地阻塞一个或多个端口的针。例如，当阀关闭时，针可阻塞通向第一端口的路径，使得流体从第二端口流向第三端口。针可以移动以打开阀，而不再阻塞通向第一端口的路径。例如，当阀打开时，空气可以通过第一端口逸出。此外，在高压流体系统中，针必须保持在关闭位置以抵抗来自流体的高压。因此，针型阀可包括一个垫圈组，以辅助保持针的对准。针型阀通常还可以包括定位在垫圈组上方的密封装置，以辅助防止流体泄漏到启动阀外部。

针型阀在防止泄漏方面比隔膜阀更可靠，因为其没有会随着使用而变形的弹性隔膜。针型阀在垫圈的辅助下也能更好地对准密封表面，而隔膜阀中的锥体可能会向一侧移动更多，这会导致更快的故障和泄漏。此外，针型阀的设计通常比隔膜阀使用更少的零件，这减少了可能发生故障的组件数量。

然而，包括上述垫圈组的针型阀可允许流体在堆叠的垫圈之间流动。例如，密封装置通常位于垫圈组上方。因此，流体可能会滞留在垫圈之间，并可能增加阀中潜在生物滋生的风险，这会污染流经阀的流体。此外，典型的针型阀不利于阀的排放，因此增加了阀内生物滋生的风险。具有较高生物滋生风险的针型阀不太适合需要流体无菌的应用，例如制药应用。

申请内容

本公开提供了一种用于高纯度流体启动应用的新的和创新的高压启动阀。该启动阀包括位于垫圈组下方的密封插件，垫圈组可在针上施加高流体压力时保持针对准。该密封插件有助于防止流体接触垫圈组，从而有助于防止阀内的生物滋生。呈一定角度设置的端口有助于促进启动阀排放，从而进一步帮助防止生物滋生。通过帮助防止生物滋生，该密封插件有助于防止流体污染，并使启动阀能够用于高纯度流体应用。

根据本文所述的技术特征，但不限于，在本申请公开的第一方面中，除非另有说明，否则该第一方面可以与任何其他方面结合，启动阀包括流体连通的第一端口、第二端口以及第三端口。第二端口和第三端口相对于第一端口成角度设置。流体通过第一端口进入该启动阀并通过第二端口流出。该启动阀还包括针、垫圈组和密封插件。针在关闭配置中阻塞通向第三端口的流体路径并且在打开配置中促进流体路径。该启动阀被配置成当针处于打开配置时使得包含在流体中的空气沿着流体路径流到第三端口。垫圈组围绕针的一部分。密封插件定位在垫圈组的底部并且构造成防止流体接触垫圈组。

在本申请公开的第二方面中，除非另有说明，否则该第二方面可以与任何其他方面(例如，第一、第十或第十三方面)组合，流体以等于或大于5,000psi(磅力/平方英寸)的流体压力进入启动阀。

在本申请公开的第三方面中，除非另有说明，否则该第三方面可以与任何其他方面(例如，第一、第十或第十三方面)组合，密封插件是O形环。

在本申请公开的第四方面中，除非另有说明，否则该第四方面可以与任何其他方面(例如，第一、第十或第十三方面)组合，密封插件由弹性体或塑料构成。

在本申请公开的第五方面中，除非另有说明，否则该第五方面可以与任何其他方面(例如，第一、第十或第十三方面)组合，密封插件由金属构成。

在本申请公开的第六方面中，除非另有说明，否则该第六方面可以与任何其他方面(例如，第一、第十或第十三方面)结合，该启动阀的每个内部部件被电抛光或钝化。

在本申请公开的第七方面中，除非另有说明，否则该第七方面可以与任何其他方面(例如，第一、第十或第十三方面)组合，垫圈组被配置为保持针的对准。

在本申请公开的第八方面中，除非另有说明，否则该第八方面可以与任何其他方面(例如，第一或第十三方面)组合，第二端口以大于零度且小于五度的角度倾斜。

在本申请公开的第九方面中，除非另有说明，否则该第九方面可以与任何其他方面(例如，第一或第十三方面)组合，第二端口和第三端口成相等的角度倾斜。

在本申请公开的第十方面中，除非另有说明，否则该第十方面可以与任何其他方面组合，该启动阀包括至少三个流体连通的端口。流体通过该至少三个端口中的第一端口进入该启动阀，除第一端口以外的端口均相对于该第一端口倾斜设置。该启动阀还包括针、垫圈组和密封插件。该针在关闭配置中阻塞通向至少三个端口中的至少一个端口的流体路径并且在打开配置中促进该流体路径。该启动阀被配置成当针处于打开配置时使得包含在流体中的空气沿着流体路径流到该至少一个端口。该垫圈组围绕针的一部分。密封插件定位在垫圈组的底部并且构造成防止流体接触垫圈组。

在本申请公开的第十一方面中，第十方面的启动阀的至少三个端口中的第二端口以大于零度且小于五度的角度倾斜。

在本申请公开的第十二方面中，第十方面的启动阀的至少三个端口中的第二端口和第三端口成相等的角度倾斜。

在本申请公开的第十三方面中，除非另有说明，否则该第十三方面可以与任何其他方面组合，高压流体处理器包括高压增压泵、反应室、启动排放管路和启动阀。高压增压泵具有入口和出口。反应室包括微通道并且适于实现高剪切场或对流体的冲击射流反应中的至少一种。启动阀包括流体连通的第一端口、第二端口和第三端口。第二端口和第三端口相对于第一端口成角度设置。流体通过第一端口进入启动阀并通过第二端口流出。启动阀还包括针、垫圈组和密封插件。针在关闭配置中阻塞通向第三端口的流体路径并且在打开配置中促进该流体路径。启动阀配置成当针处于打开配置时，使得包含在空气中的流体沿着流体路径流向第三端口和启动排放管路。垫圈组围绕针的一部分。密封插件定位在垫圈组的底部并且构造成防止流体接触垫圈组。流体沿着第一流体路径从高压增压泵流向第一端口，沿着第二流体路径从第一端口流向第二端口，并且沿着第三流体路径从第二端口流向反应室。

在本申请公开的第十四方面中，除非另有说明，否则该第十四方面可以与任何其他方面(例如，第十三方面)组合，微通道的最小通道尺寸小于或等于150微米。

在申请本公开的第十四方面中，除非另有说明，否则第十四方面可以与任何其他方面(例如，第十三方面)组合，高压增压泵适于将流体加压至至少5,000psi的高压。

在申请本公开的第十五方面中，除非另有说明，否则该第十五方面可以与任何其他方面(例如，第十三方面)组合，反应室适于对流体产生80,000sec

本公开的方法和设备的附加特征和优点在下面的详细描述和附图中被描述并且更为明显。此处描述的特征和优点不是全面的，特别地，根据附图和描述，许多附加特征和优点对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。此外，应当注意，说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导性目的而选择的，而不是为了限制本发明主题的范围。

附图说明

图1示出了根据本公开一个方面的示例的阀组件。

图2示出了根据本公开一个方面的示例的阀的横截面。

图3示出了根据本公开一个方面的示例的倾斜端口的放大图。

具体实施方式

本公开提供了用于高纯度流体启动应用的新的和创新的高压启动阀。例如，所提供的启动阀可以是高压流体系统中的一个组件，此高压流体系统例如是高压流体混合器、高压/高剪切流体处理器、高压冲击射流反应器或高压均质机。这些示例性的高压流体系统可用于对流体污染具有低容忍度的应用，例如制药应用。

本公开的启动阀可包括彼此流体连通的三个端口。在一些情况下，启动阀可包括三个以上的端口。该启动阀还可以包括针，该针可以定位在关闭配置和打开配置。在关闭配置中，针阻塞通向至少一个端口的路径。例如，针在关闭配置中时，流体可流入第一端口并流出第二端口，而针阻塞通向第三端口的路径。针在打开配置中时，针可以移动以不再阻塞通向第三端口的路径。启动阀可以被配置成当针处于打开配置时，使得包含在进入第一端口的流体中的空气从第三端口逸出。通过此方式，所提供的启动阀有助于系统的流体启动。

启动阀还可以包括一个垫圈组。这个垫圈组可以帮助保持针的对准。当针在流体启动期间处于打开配置时，流体系统通常处于低压。然而，在正常操作期间，针必须保持关闭配置以抵抗高压(例如，30,000-40,000psi)。垫圈组相应地保持针正确对准并防止针响应于来自高压的力而移动。典型的的针型启动阀还包括密封装置，使得流体不会泄漏到启动阀外部。然而，该密封装置通常位于垫圈组之上，因此流体能够在到达密封装置之前流到垫圈组。流体可能会留在垫圈之间，这可能会促进启动阀中潜在的生物滋生。启动阀内的任何生物滋生都会污染流经端口的流体。

本公开的启动阀反而特别适用于需要高纯度并因此对流体污染具有低容忍度的应用。例如，传统的针型启动阀通常利用整个垫圈组的压降来帮助密封针。而本公开所提供的启动阀包括位于垫圈组底部的密封插件。密封插件有助于防止流体接触垫圈组。通过帮助防止流体接触垫圈组，密封插件有助于防止生物滋生并有助于防止流体污染。此外，本公开所提供的启动阀包括成角度设置的端口。成角度设置的端口可以帮助促进启动阀更容易排放，这也可以帮助防止生物滋生和由此产生的流体污染。相比于典型的用于高纯度应用的隔膜式启动阀，本公开的启动阀还具有更简单的设计并且更具成本效益。根据以下结合附图的介绍，本公开所提供的启动阀的额外优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

如本文所采用的，“约”、“大约”和“基本上”被理解为是指一定数值范围内的数值，该数值范围例如为参考数值的-10％至+10％的范围，优选参考数值的-5％至+5％，更优选参考数值的-1％至+1％，最优选参考数值的-0.1％至+0.1％。

图1示出了根据本公开一个方面的示例的阀组件100。该示例的阀组件100包括启动阀106。只有启动阀106的外壳是可见的。在至少一个示例中，外壳可以由不锈钢合金(例如，316不锈钢)构成。阀组件100还可包括把手102。在至少一个示例中，把手102可以由铝构成。把手102可用于调节启动阀106的针，例如，在流体启动操作模式调节针在打开配置和在正常操作模式时调节针在关闭配置。阀组件100还可包括在把手102和启动阀106之间的延伸部104。

图2示出了根据本公开的一个方面的示例启动阀200的横截面。在各个方面，示例的启动阀200可包括主体218、端口202、端口204和端口206。端口202、204、206中的每一个可分别包括管222、224、226。在各种情况下，端口202、204、206可以由金属(例如，钢或钢合金)或塑料(例如，

示例的启动阀200还包括针208。在各种情况下，针208可以由金属(例如，钢或合金钢)或塑料(例如，

在各种情况下，启动阀200可以是高压流体处理器的一个部件，该高压流体处理器例如为高压流体混合器、高压/高剪切流体处理器、高压冲击射流反应器或高压均质机。在这种情况下，除了启动阀200之外，高压流体处理器可以包括高压增压泵、包括微通道的反应室、启动排放管路和流体储存器。流体储液器可以经由高压增压泵流体连接至启动阀200，例如连接至端口206，使得流体从该流体储液器流入高压增压泵并流至启动阀200。启动阀200可以在端口204处流体连接到反应室。端口202可以流体连接到启动排放管路。

高压增压泵适于将流过泵的流体加压至一个较高的压力，例如至少5,000psi。在其他示例中，高压增压泵可适于将流体加压至在5,000-50,000psi之间、10,000-40,000psi之间、10,000-50,000psi之间、5,000-40,000psi之间、5,000-30,000psi之间、10,000-30,000psi之间、5,000-25,000psi之间、10,000-25,000psi之间、5,000-20,000psi之间、10,000-20,000psi之间、30,000-50,000psi之间、20,000-40,000psi之间、20,000-50,000psi之间、15,000-40,000psi之间、15,000-50,000psi之间和其他合适的压力范围。

反应室包括微通道，在流体流过其微通道时，该微通道对流体产生高剪切场。例如，微通道可以通过配置为提供高速流体流动的小距离来产生高剪切场。微通道的几何形状也可以改变流体方向，从而增加剪切速率。在各种情况下，微通道各自具有小于或等于150微米的直径。此外，微通道可以配置成使得它们对流体产生约80,000sec

在上述流体系统的启动操作期间，启动阀200的针208可以处于打开配置，使得针208促进通向端口202的路径。例如，针208可以移动(例如，远离端口206)直到它不再阻塞端口202的开口。与流体系统的正常操作期间相比，在启动操作期间流过阀的流体被加压在较低的压力下。例如，在各种示例中，在启动操作期间流体压力可以在0至1000psi之间。当流体在启动操作期间从端口206流向端口204时，随着空气通过端口202逸出，流体中任何存在的空气被清除。例如，连接到端口202的启动排放管路可以具有比连接到端口204的反应室管路更大的直径，使得到启动排放管路的路径是空气阻力最小的路径。

在流体系统的正常操作期间，针208可以处于关闭配置，使得它阻塞通向端口202的流体路径。例如，针208可以阻塞端口202的管222的开口。因此，在端口206处进入启动阀200的流体通过端口204离开启动阀200。流经阀的流体在流体系统的正常操作期间时被加压在高压状态。例如，在各种示例中，流体压力可以在5,000-50,000psi之间、10,000-40,000psi之间、10,000-50,000psi之间、5,000-40,000psi之间、5,000-30,000psi之间、10,000-30,000psi之间、5,000-25,000psi之间、10,000-25,000psi之间、5,000-20,000psi之间、10,000-20,000psi之间、30,000-50,000psi之间、20,000-40,000psi之间、20,000-50,000psi之间、15,000-40,000psi之间、15,000-50,000psi之间以及其他合适的压力范围。因此，示例的启动阀200被配置为承受上述流体压力。

在正常操作期间施加在针208上的高流体压力在针208上施加大量应力。因此，示例的启动阀200可以包括一个垫圈组212，垫圈组212用作轴承以保持针208的对准。在至少一个示例中，该垫圈组212包括四个单独的彼此堆叠设置的垫圈。在其他示例中，垫圈组212可包括另一合适数量的垫圈(例如，3、5、6、7等)。启动阀200还可以包括在垫圈组212顶部的垫圈210。垫圈210可以帮助保持针208对准。例如，在没有垫圈组212和/或垫圈210的情况下，施加到针208的高流体压力可能导致针移动。针移动可能增加流体泄漏和/或针疲劳失效的可能性。

如本文所述的启动操作可能发生在具有较高生物滋生风险的流体中。流体系统在正常操作期间的高流体压力可能导致流体泄漏或流过缝隙(例如，在针208和启动阀200的壁之间)以到达典型针型阀中的垫圈组212。例如，如果针包括沿着针的裂纹，或者如果针没有被适当地拧紧或未安置在密封表面上，则可能发生流体泄漏。流体随后可能会被困在单独的垫圈之间，或者可能会以其他方式在垫圈之间保留足够长的时间以促进生物滋生。如果阀中滋生了生物，流过阀的流体可能会受到污染。因为在某些情况下启动流体也可用于生产操作，所以这种污染可能影响启动流体和生产流体。为了防止流体到达垫圈组212，启动阀200包括位于垫圈组212底部的密封插件214。当压盖216被拧紧到启动阀200的主体218中时，垫圈210可以帮助压缩密封插件214。因此，启动阀200的构造有助于确保流过启动阀200的流体不被污染。

在一个示例中，密封插件214可以是由

另外，启动阀200包括成角度设置的端口以有助于启动阀200更容易地排放。例如，端口202和端口204中的每一个都可以相对于端口206倾斜设置。图3示出了根据本公开的一方面的示例的倾斜端口302相对于阀体310的放大图300。示例的倾斜端口300可以是端口202的放大图，但应理解，该描述也可适用于端口204。端口302可以相对于垂直于阀针的水平面306成角度Q倾斜。通过示出穿过端口302和管子304的中心的轴308以示出角度Q。

在各种情况下，角度Q可大于零且等于或小于五度。角度Q产生重力，该重力促进阀中的流体流出端口302而不是留在阀内，因此端口302的角度Q有助于促进阀排放。留在阀中的流体会增加可能污染流体的生物滋生的风险。因此，端口302的角度Q有助于防止流体污染。因为角度Q非常小，此角度Q也不影响阀所具有的使启动流体流经阀的能力。

因此，本公开的阀的配置使得针型阀能够用于需要高流体纯度的应用，例如制药应用。例如，本公开的阀有助于防止阀内的生物滋生，因此有助于防止在高纯度流体应用中不能容忍的流体污染。通过使针型阀用于高纯度流体应用，所提供的阀降低了设计复杂性并降低了用于高纯度流体应用的高压流体系统的生产成本。所提供的阀的各个部件更易于维修和/或更换，因此，所提供的阀还有助于降低这种高压流体系统的维护成本。

无需进一步详述，可理解本领域的技术人员可以使用前述描述来最大程度地利用要求保护的发明。本文公开的示例和方面应被解释为仅仅是说明性的，而不是以任何方式限制本公开的范围。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在不脱离所讨论的基本原理的情况下对上述示例的细节进行改变。换句话说，对以上描述中具体公开的示例的各种修改和改进在权利要求的范围内。例如，可能存在所描述的各种示例的特征的任何合适的组合。