JP6758660B2 - 回転バルブおよびクロマトグラフィシステム - Google Patents

Description

本発明は、クロマトグラフィシステムのバルブに関する。特に、本発明は、回転バルブと、該バルブを用いるクロマトグラフィシステムとに関する。

バルブは、流体の輸送に関係する装置によく使われる。例えば、中規模の研究室システムで使われる、典型的なタイプのバルブは、回転バルブである。

一般に、回転バルブは、本明細書では回転子と呼ぶ回転体と連係する、本明細書では固定子と呼ぶ固定体を有する。

固定子には、多数の入口ポートおよび出口ポートが設けられる。ポートは、固定子内面にある対応する開口の組と穴を介して流体連通している。固定子内面は、回転子の回転子内面と流体密接触している固定子の内面である。回転子は、典型的に円板として形成され、回転子内面は、固定子内面に押し付けられて回転連係する。回転子内面には、固定子に対する回転子の回転位置に応じて様々な開口同士を相互接続する１つ以上の溝が設けられる。

回転バルブを（２５ＭＰａ超の圧力などの）高圧に耐えるように設計することができる。回転バルブをステンレス鋼、高性能ポリマー材料およびセラミックなどの種々の材料から製作することができる。

入口／出口の数および回転子または固定子における溝の設計は、特定のバルブの用途を反映している。一般的なタイプの多目的バルブは、１つの入口ポート（典型的にバルブの回転軸に配置される）と、入口ポートを中心として等距離に配置される多数の出口ポートとを有する。回転子は、常に入口に接続される一端が回転中心にある一方で、固定子に対する回転子の角位置に応じて他端が出口のうちの１つに接続される、半径方向に延在する単一の溝を有する。そのようなバルブは、入口から一度に１つずつ出口のいずれかに流れを向けるのに有用である。

当該技術分野で既知のクロマトグラフィシステムは、独立した注入回転バルブと独立したカラム回転バルブとを備えていることが多い。一部のクロマトグラフィシステムは、シリンジおよびカラムに必要とされる接続管を手動で接続および接続解除する必要がある単一の回転バルブを備える。この手動での接続および接続解除は、管／細孔の誤接続のリスク、接続部の磨耗、クロマトグラフィシステムの動作の自動化の可能性の制限など、いくつかの潜在的な課題と関連付けられる。

したがって、本発明は、上述した欠点および短所の一部を回避することを目的とする。

米国特許出願公開第２０１３０６８９７７号明細書

上記の目的の１つ以上と、以下の開示から解釈しうるさらなる可能な目的は、固定子内面を有する固定子と、固定子内面と封止接触している回転子内面を有する回転子とを備える回転バルブにより構成される、本発明の第１の態様によって満たされる。回転子は、固定子内面に対して回転軸を中心とする複数の回転子位置に回転可能に移動可能である。固定子は、固定子内面の第１の開口と流体接触している第１のポートと、固定子内面の第２の開口と流体接触している第２のポートと、固定子内面の第３の開口と流体接触している第３のポートと、固定子内面の第４の開口と流体接触している第４のポートと、固定子内面の第５の開口と流体接触している第５のポートと、固定子内面の第６の開口と流体接触している第６のポートと、固定子内面の第７の開口と流体接触している第７のポートと、固定子内面の第８の開口と流体接触している第８のポートとを備える。回転子は、回転子位置に対する前記開口の選択的な流体相互接続のための２つ以上の回転子相互接続路を備え、回転子相互接続路は、第１の回転位置において、第１の開口を第４の開口に接続し、第２の開口を第３の開口に接続し、第８の開口を第７の開口に接続するように配置されている。回転子相互接続路は、第２の回転位置において、第１の開口を第４の開口に接続し、第２の開口を第３の開口に接続し、第８の開口を第５の開口に接続し、第６の開口を第７の開口に接続するようにさらに配置されている。回転子相互接続路は、第３の回転位置において、第８の開口を第３の開口に接続し、第４の開口を第５の開口に接続し、第６の開口を第７の開口に接続するようにさらに配置されている。

上記の目的およびさらなる可能な目的は、本発明の第１の態様による回転バルブと、第１のポートに接続されたシリンジと、第２のポートに接続された廃棄（ｗａｓｔｅ）と、第３のポートに第１の端部で接続され、第４のポートに第２の端部で接続されたループとを備えるクロマトグラフィシステムにより構成される、本発明の第２の態様によってさらに満たされる。クロマトグラフィシステムは、第５のポートに第１の端部で接続され、第６のポートに第２の端部で接続されたカラムと、第７のポートに接続されたカラム後流路と、第８のポートに接続されたシステムポンプとをさらに備える。回転バルブは、第１の回転位置において、シリンジをループの第２の端部に接続し、廃棄をループの第１の端部に接続し、システムポンプをカラム後流路に接続するように構成される。回転バルブは、第２の回転位置において、シリンジをループの第２の端部に接続し、廃棄をループの第１の端部に接続し、システムポンプをカラムの第１の端部に接続し、カラムの第２の端部をカラム後流路に接続するように構成される。回転バルブは、第３の回転位置において、システムポンプをカラムの第１の端部に接続し、ループの第２の端部をカラムの第１の端部に接続し、カラムの第２の端部をカラム後流路に接続するように構成される。

本発明による利点は、回転バルブが、独立した注入バルブおよびカラムバルブを不要にすることにある。

本発明による別の利点は、自動化されたクロマトグラフィシステムを提供できることにある。

さらなる目的および利点は、詳細な説明および図面から当業者には明らかであろう。

回転バルブの概略斜視図である。 固定子の概略斜視図である。 回転子の回転子内面の図である。 固定子と回転子の間の境界面の概略図である。 固定子と回転子の間の境界面の概略図である。 固定子と回転子の間の境界面の概略図である。 クロマトグラフィシステムの概略図である。 クロマトグラフィシステムの概略図である。 クロマトグラフィシステムの概略図である。

図１には、典型的な回転バルブ１００の主要部を概略的に示している（ブラケットまたは同様な荷重支持要素もしくは固定要素は、示していない）。回転バルブ１００は、固定子１０１と、回転子１０３と、回転シャフト１０５とを有し、回転シャフト１０５には、その角位置を認識する手段（不図示）と、（バルブは、手動で動作されてもよいが）ギヤボックスおよびモーターを典型的に備える駆動ユニット１０６とが随意に設けられてもよい。回転子は、バルブの回転軸ＲＡを中心として固定子に対して回転可能である。

固定子１０１は、それが組み込まれる機器に対して固定され、固定子１０１には、流体の供給源／出口と流体連通するポートと、バルブと連係する任意の部品とが設けられる。ポートは、固定子の適切な任意の部分に適切な任意の方向で配置されてもよい。ポートには、細孔または管を接続する手段が設けられる。そのような手段は、当業者に周知の従来のバルコフィッティングなど、適切な任意のタイプのものでありうる。ポートは、固定子内面２０２にある、すなわち、動作中に回転子１０３と接触する固定子の面にある、対応する開口の組とチャンネルを介して流体連通している。

回転子１０３は、典型的に円板として形成され、回転子１０３は、平坦な固定子内面２０２に動作中に押し付けられて、それらの間の封止接触を達成する回転子内面４０１を有する。回転子内面４０１には、固定子に対する回転子の回転位置に応じて固定子内面２０２の様々な開口を相互接続する１つ以上の相互接続路が設けられる。相互接続路は、２つの開口間の流体接触を可能にする任意のタイプの経路でもよく、回転子内面における別個の開口、溝その他を有する内部チャンネルで構成されてもよい。

図２は、固定子１０１の実施形態を例示している。固定子１０１は、固定子内面２０２を備える。固定子内面２０２には、８つの開口が設けられる。固定子１０１は、固定子内面２０２の第１の開口Ｓと流体接触している第１のポート１０４ａと、固定子内面２０２の第２の開口Ｗと流体接触している第２のポート１０４ｂと、固定子内面２０２の第３の開口ＬＥと流体接触している第３のポート１０４ｃとをさらに備える。固定子は、固定子内面２０２の第４の開口ＬＦと流体接触している第４のポート１０４ｄと、固定子内面２０２の第５の開口ＴＣと流体接触している第５のポート１０４ｅと、固定子内面２０２の第６の開口ＦＣと流体接触している第６のポート１０４ｆと、固定子内面２０２の第７の開口ＰＣＦＰと流体接触している第７のポート１０４ｇと、固定子内面２０２の第８の開口ＳＰと流体接触している第８のポート１０４ｈとをさらに備え、第８のポート１０４ｈが、固定子内面２０２の中心の第８の開口ＳＰと流体接触している。

第１の開口Ｓから第７の開口ＰＣＦＰは、第１の開口から第７の開口の順で第８の開口ＳＰを中心として円形に分布してもよい。隣り合う開口は、等距離で円形に分布してもよい。

図３は、回転子内面４０１を端面図に例示している。回転子内面は、固定子内面２０２にある少なくとも２つの開口を接続するように構成された上述したタイプの少なくとも１つの相互接続路（４０２ａ〜４０２ｇ）を備える。

図４は、固定子内面２０２と回転子内面４０１の間の境界面の平面図である。この図は、回転子相互接続路が、第１の開口Ｓを第４の開口ＬＦに接続し、第２の開口Ｗを第３の開口ＬＥに接続し、第８の開口ＳＰを第７の開口ＰＣＦＰに接続するように配置される、第１の回転位置を例示している。

図５は、固定子内面２０２と回転子内面４０１の間の境界面の平面図である。この図は、回転子相互接続路が、第１の開口Ｓを第４の開口ＬＦに接続し、第２の開口Ｗを第３の開口ＬＥに接続し、第８の開口ＳＰを第５の開口ＴＣに接続し、第６の開口ＦＣを第７の開口ＰＣＦＰに接続するように配置される、第２の回転位置を例示している。

図６は、固定子内面２０２と回転子内面４０１の間の境界面の平面図である。この図は、回転子相互接続路が、第８の開口ＳＰを第３の開口ＬＥに接続し、第４の開口ＬＦを第５の開口ＴＣに接続し、第６の開口ＦＣを第７の開口ＰＣＦＰに接続するように配置される、第３の回転位置を例示している。

図７は、全体的に７０１で示されるクロマトグラフィシステムの実施形態の概略図である。システムは、上述したタイプの回転バルブ１００を備える。固定子１０１の第１のポート１０４ａにシリンジ７０２が接続され、シリンジ７０２と第１の開口Ｓの間に流体相互接続路が形成される。固定子１０１の第２のポート１０４ｂに廃棄７０３が接続され、廃棄と第２の開口Ｗの間に流体相互接続路が形成される。固定子１０１の第３のポート１０４ｃにループ７０４の第１の端部が接続され、ループ７０４と第３の開口ＬＥの間に流体相互接続路が形成される。固定子１０１の第４のポート１０４ｄにループ７０４の第２の端部が接続され、ループ７０４と第４の開口ＬＦの間に流体相互接続路が形成される。固定子１０１の第５のポート１０４ｅにカラム７０５の第１の端部が接続され、カラム７０５と第５の開口ＴＣの間に流体相互接続路が形成される。固定子１０１の第６のポート１０４ｆにカラム７０５の第２の端部が接続され、カラムと第６の開口ＦＣの間に流体相互接続路が形成される。第７のポート１０４ｇにカラム後流路７０６が接続され、第７の開口ＰＣＦＰとカラム後流路７０６の間に流体相互接続路が形成される。最後に、第８のポート１０４ｈにシステムポンプ７０７が接続され、第８の開口ＳＰとシステムポンプ７０７の間に流体相互接続路が形成される。

また、図７では、回転子は第１の回転位置にあり、ループ７０４の第２の端部にシリンジ７０２が接続され、ループ７０４の第１の端部に廃棄７０３が接続され、カラム後流路７０６にシステムポンプが接続される。

図８には、図７と同じシステム７０１を例示しており、図７によるシステムと図８によるシステムとは、図８では、回転子が第２の回転位置にあることによって、ループ７０４の第２の端部にシリンジ７０２が接続され、ループ７０４の第１の端部に廃棄７０３が接続される点で構成が異なっている。また、回転子が第２の回転位置にあることによって、カラム７０５の第１の端部にシステムポンプ７０７が接続され、カラム後流路７０６にカラムの第２の端部が接続される。

図９は、回転子が第３の回転位置にあることによって、ループ７０４の第１の端部にシステムポンプが接続され、カラム７０５の第１の端部にループ７０４の第２の端部が接続され、カラム後流路７０６にカラムの第２の端部が接続される、システムを開示している。

上で議論されたクロマトグラフィシステムは、従来型の１つの回転バルブと、関連する手動接続部とを有する既知のクロマトグラフィシステムに付随する問題の一部を解決する。

１００ 回転バルブ
１０１ 固定子
１０３ 回転子
１０５ 回転シャフト
１０６ 駆動ユニット
２０２ 固定子内面
１０４ａ 第１のポート
１０４ｂ 第２のポート
１０４ｃ 第３のポート
１０４ｄ 第４のポート
１０４ｅ 第５のポート
１０４ｆ 第６のポート
１０４ｇ 第７のポート
１０４ｈ 第８のポート
４０１ 回転子内面
４０２ａ 相互接続路
４０２ｂ 相互接続路
４０２ｃ 相互接続路
４０２ｄ 相互接続路
４０２ｅ 相互接続路
４０２ｆ 相互接続路
４０２ｇ 相互接続路
７０１ クロマトグラフィシステム
７０２ シリンジ
７０３ 廃棄
７０４ ループ
７０５ カラム
７０６ カラム後流路
７０７ システムポンプ
Ｓ 第１の開口
Ｗ 第２の開口
ＬＥ 第３の開口
ＬＦ 第４の開口
ＴＣ 第５の開口
ＦＣ 第６の開口
ＰＣＦＰ 第７の開口
ＳＰ 第８の開口
ＲＡ 回転軸

Claims (7)

1. 固定子内面（２０２）を有する固定子（１０１）と、前記固定子内面（２０２）と封止接触して配置された回転子内面（４０１）を有する回転子（１０３）とを備える回転バルブ（１００）であって、前記回転子（１０３）は、前記固定子内面（２０２）に対して回転軸（ＲＡ）を中心とする複数の回転子位置に回転可能に移動可能であり、前記固定子は、前記固定子内面（２０２）の第１の開口（Ｓ）と流体接触している第１のポート（１０４ａ）と、前記固定子内面（２０２）の第２の開口（Ｗ）と流体接触している第２のポート（１０４ｂ）と、前記固定子内面（２０２）の第３の開口（ＬＥ）と流体接触している第３のポート（１０４ｃ）と、前記固定子内面（２０２）の第４の開口（ＬＦ）と流体接触している第４のポート（１０４ｄ）と、前記固定子内面（２０２）の第５の開口（ＴＣ）と流体接触している第５のポート（１０４ｅ）と、前記固定子内面（２０２）の第６の開口（ＦＣ）と流体接触している第６のポート（１０４ｆ）と、前記固定子内面（２０２）の第７の開口（ＰＣＦＰ）と流体接触している第７のポート（１０４ｇ）と、前記固定子内面（２０２）の第８の開口（ＳＰ）と流体接触している第８のポート（１０４ｈ）とを備え、前記回転子（１０３）は、前記回転子位置に対する前記開口の選択的な流体相互接続のための２つ以上の回転子相互接続路（４０２ａ〜４０２ｇ）を備え、前記回転子相互接続路は、ある回転位置において、前記第１の開口（Ｓ）を前記第４の開口（ＬＦ）に接続し、前記第２の開口（Ｗ）を前記第３の開口（ＬＥ）に接続し、ある回転位置において、前記第８の開口（ＳＰ）を前記第７の開口（ＰＣＦＰ）に接続し、ある回転位置において、前記第８の開口（ＳＰ）を前記第５の開口（ＴＣ）に接続し、前記第６の開口（ＦＣ）を前記第７の開口（ＰＣＦＰ）に接続し、ある回転位置において、前記第８の開口（ＳＰ）を前記第３の開口（ＬＥ）に接続し、前記第４の開口（ＬＦ）を前記第５の開口（ＴＣ）に接続し、前記第６の開口（ＦＣ）を前記第７の開口（ＰＣＦＰ）に接続するように配置されている、回転バルブ（１００）。
2. 前記回転子相互接続路は、第１の回転位置において、前記第１の開口（Ｓ）を前記第４の開口（ＬＦ）に接続し、前記第２の開口（Ｗ）を前記第３の開口（ＬＥ）に接続し、前記第８の開口（ＳＰ）を前記第７の開口（ＰＣＦＰ）に接続し、第２の回転位置において、前記第１の開口（Ｓ）を前記第４の開口（ＬＦ）に接続し、前記第２の開口（Ｗ）を前記第３の開口（ＬＥ）に接続し、前記第８の開口（ＳＰ）を前記第５の開口（ＴＣ）に接続し、前記第６の開口（ＦＣ）を前記第７の開口（ＰＣＦＰ）に接続し、第３の回転位置において、前記第８の開口（ＳＰ）を前記第３の開口（ＬＥ）に接続し、前記第４の開口（ＬＦ）を前記第５の開口（ＴＣ）に接続し、前記第６の開口（ＦＣ）を前記第７の開口（ＰＣＦＰ）に接続するように配置されている、請求項１に記載の回転バルブ。
3. 前記回転子相互接続路のうちの少なくとも１つは、溝を有する内部チャンネルから構成されている、請求項１に記載の回転バルブ。
4. 前記第１の開口（Ｓ）から前記第８の開口（ＳＰ）を含む開口のグループのうちの１つの開口が、前記固定子内面の中心に設けられ、前記グループの他の開口が、前記固定子内面の中心にある前記開口を中心として円形に設けられている、請求項１、２または３に記載の回転バルブ。
5. 前記第８の開口（ＳＰ）は、前記固定子内面の中心に配置され、前記第１の開口（Ｓ）から前記第７の開口（ＰＣＦＰ）は、前記第１の開口から前記第７の開口の順に前記第８の開口（ＳＰ）を中心として円形に分布している、請求項４に記載の回転バルブ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転バルブを備えるクロマトグラフィシステムであって、前記第１のポート（１０４ａ）に接続されたシリンジ（７０１）と、前記第２のポート（１０４ｂ）に接続された廃棄（７０３）と、前記第３のポート（１０４ｃ）に第１の端部で接続され、前記第４のポート（１０４ｄ）に第２の端部で接続されたループ（７０４）と、前記第５のポート（１０４ｅ）に第１の端部で接続され、前記第６のポート（１０４ｆ）に第２の端部で接続されたカラム（７０５）と、前記第７のポート（１０４ｇ）に接続されたカラム後流路（７０６）と、前記第８のポート（１０４ｈ）に接続されたシステムポンプ（７０７）とをさらに備え、前記回転バルブ（１００）は、ある回転位置において、前記シリンジを前記ループの前記第２の端部に接続し、前記廃棄を前記ループの前記第１の端部に接続し、ある回転位置において、前記システムポンプを前記カラム後流路に接続し、ある回転位置において、前記システムポンプを前記カラムの前記第１の端部に接続し、前記カラムの前記第２の端部を前記カラム後流路に接続し、ある回転位置において、前記システムポンプを前記ループの前記第１の端部に接続し、前記ループの前記第２の端部を前記カラムの前記第１の端部に接続し、前記カラムの前記第２の端部を前記カラム後流路に接続するように配置されている、クロマトグラフィシステム。
7. 前記回転子相互接続路は、第１の回転位置において、前記シリンジを前記ループの前記第２の端部に接続し、前記廃棄を前記ループの前記第１の端部に接続し、前記システムポンプを前記カラム後流路に接続し、第２の回転位置において、前記シリンジを前記ループの前記第２の端部に接続し、前記廃棄を前記ループの前記第１の端部に接続し、前記システムポンプを前記カラムの前記第１の端部に接続し、前記カラムの前記第２の端部を前記カラム後流路に接続し、第３の回転位置において、前記システムポンプを前記ループの前記第１の端部に接続し、前記ループの前記第２の端部を前記カラムの前記第１の端部に接続し、前記カラムの前記第２の端部を前記カラム後流路に接続するように配置されている、請求項６に記載のクロマトグラフィシステム。