具有底切锥形部的一件式套圈的制作方法
【专利摘要】一种用于装配件(200)的一件式套圈(100)，所述装配件(200)用于将毛细管(202)联接到流体装置(400)的另一个组件(202’)，其中，所述套圈(100)包括套圈主体(102)；其中，所述套圈主体(102)具有构造成用于容纳所述毛细管(202)的至少一部分的管腔(104)；其中，所述套圈主体(102)具有构造成用于与所述装配件(200)的壳体(204，206)形成密封连接的锥形前部(106)；其中，所述锥形前部(106)的背侧具有环形底切(108)。
【专利说明】具有底切锥形部的一件式套圈
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于装配件的套圈，该装配件用于流体装置。
【背景技术】
[0002]在液相色谱法中，含有流体分析物的流体相可以被泵送经过柱，该柱包含能够分离流体分析物的不同成分的材料。这种材料(所谓的珠(bead)，可以包括可以化学改性的硅胶)可以被填充在管柱中，该管柱可以连接到其它元件(例如，控制单元、含有样品和/或缓冲剂的容器)。在操作过程中，这种柱会受到例如高达600bar和更高的高压。液相色谱法包括将流体相和分析物混合，以及将该混合物引入到具有连续流的柱管(column tube)中。样品中不同的溶质与柱中的硅胶的反应不同，并且因此以不同的速率运动经过柱，从而使得溶质分离。然后，分离的溶质可以被各种检测器检测。
[0003]在气体色谱法中，分析物样品的溶质或组分被分离。一般来说，气体色谱装置包括下游柱系统，该下游柱系统包括用于分离溶质的一个或多个毛细柱。柱通常由具有薄膜涂层或固定相的金属、玻璃或石英制成，该柱可以连接到其它元件(例如压力控制单元、气体供应单元和样品容器)。气体色谱法包括将分析物样品与载气(例如，氢或氦)混合，并且将样品/载气混合物引入到使用连续流的一个(或多个)柱中。样品中各种溶质与稳定相的相互反应不同，并且因此以不同的速率运动经过一个(或多个)柱，从而使得溶质分离。然后，分离的溶质可以例如被各种检测器检测或者被设置为质谱仪装置的输入。
[0004]流体装置(例如，气体色谱装置或液体色谱装置)的用于联接不同组件(例如，分离柱和导管)可商购得到并例如由Swagelok公司提供(例如参见http://www.swagelok.com)。
[0005]传统上，使用多套圈系统(例如，US7，108，288,US 7，367，595,US 2009/0295156、US 7，735，878)。可以使用单套圈系统(例如，US 6，056，331、US 5，669，637、US6, 575, 50UUS 7, 316, 777,W0 2012/009726,US 3, 893, 716,US 4, 205, 417,US 4,586,731、US 6，926，313、US 7，066，496、US 8，038，180、US 2008/0054626、US 6，131，963、US6, 629, 708)以简化设计。
[0006]具体地，如在气体色谱法中使用的用于玻璃毛细管的连接系统在US 8，128，131和TO 2001/73338中被公开。
[0007]为了制造免泄露连接，套圈可以与相应的螺母或壳体一起使用。这种系统在US5，595，406、US 6，102，449、US 5，540，464、US 5，288，113 中被公开。
[0008]对于流体测量装置的装配件的密封性能和机械稳定性有严格的需求。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是在流体装置的不同组件之间形成流体联接时提供可靠的密封性能以及高的机械稳定性。通过独立权利要求来解决该问题。通过从属权利要求示出进一步的实施例。
[0010]根据本发明的示例性实施例，提供一种用于装配件(或连接器)的一件式套圈(即仅由一个主体组成的套圈)，所述装配件用于将毛细管(例如具有内流体管腔的管)联接到流体装置(例如气体色谱装置)的另一个组件(诸如另一个毛细管或另一个导管)，其中，所述套圈包括套圈主体，所述套圈主体具有构造成用于容纳所述毛细管的至少一部分的管腔，其中，所述套圈主体具有构造成用于与所述装配件的壳体(壳体可以由凸形件和凹形件形成)形成密封连接的锥形前部(其中，术语“前”可以指装配件面向其它组件的端部)，其中，所述锥形前部的背侧(或后侧)具有环形底切(例如向后的环形凹口、凹槽、或凹部)。
[0011]根据另一个示例性实施例，提供用于将毛细管联接到流体装置的另一个组件的装配件，所述装配件包括壳体(例如两件式壳体)、和具有上述特征的套圈，其中，所述套圈的所述锥形前部构造成用于与所述壳体形成密封连接(具体地，当在所述壳体内安装所述套圈时)。
[0012]根据又一个示例性实施例，提供用于处理流体样品(流体样品可以具有气态组分和/或液体组分)的流体装置，所述流体装置包括用于引导所述流体样品的毛细管，联接到所述毛细管的一端的另一个组件(其中，其它组件可以包括流体导管，例如另一个毛细管或衬底上的流路)，联接到所述毛细管的其它端并且构造成用于与所述流体样品相互反应以处理所述流体样品的处理元件(例如色谱柱)，以及具有上述特征的用于将所述毛细管联接到其它组件的装配件(具体用于在所述毛细管和所述其它组件之间建立密封流体连通)。
[0013]根据又一个示例性实施例，提供一种用于装配件的一件式套圈，所述装配件用于将毛细管连接到流体装置的另一个组件，其中，所述套圈包括套圈主体。这样的套圈可以通过以下方式来设计:通过构造(具体为成形和/或加工)用于容纳所述毛细管的至少一部分的所述套圈主体的管腔，通过构造(具体为成形和/或加工)所述套圈主体的锥形前部以用于与所述装配件的壳体形成密封连接，以及通过构造(具体为成形和/或加工)所述锥形前部的背侧的环形底切，从而调节所述套圈和所述壳体之间的摩擦接触特性。
[0014]根据又一个示例性实施例，提供一种通过装配件将毛细管联接到流体装置的另一个组件的方法，其中，所述方法包括以下步骤:将所述毛细管的至少一部分容纳在所述装配件的一件式套圈的套圈主体的管腔中；以及在所述一件式套圈的锥形前部和所述装配件的壳体之间形成密封连接，其中，所述锥形前部的背侧具有环形底切。
[0015]由于根据本发明的示例性实施例的套圈一体形成为单一件，所以允许用于紧凑设计。另外，由于用户无需处理多个部分，所以这样的套圈基本上免维护并且便捷用户。除此之外，这样的套圈可靠地确保(一方面)容留在套圈的管腔内的毛细管和(另一方面)连接的另一个组件的流体导管之间的密封连接。当套圈安装在装配件的壳体中时，可以使得这些其它的流体组件与管腔流体连通。当套圈安装在这样的壳体中(例如容纳在由壳体的凸形件和相配合的凹形件限定的装配件容留空间中)时，由壳体从所有侧面施加到套圈的压缩力可以将套圈密封到壳体并且同时可以将毛细管密封到套圈。在套圈的后侧处的圆环槽或环形底切允许精确地调节壁摩擦接触特性，从而允许材料在压缩期间流入环形底切的凹槽，以便大幅度的收缩。有利的是，在套圈的前部中的底切或凹口减少了套圈的材料，其中，压缩力一定作用在该套圈上。
[0016]接着，将说明套圈的又一个示例性实施例。然而，这些实施例还应用到装配件、流体装置并且应用到方法。
[0017]流体分离柱毛细管(或甚至相应分离柱的至少一部分)可以延伸通过整个套圈的一部分或甚至通过整个套圈。在这样的实施例中，密封区域可以在套圈的末端。例如V形肋可以具有减小体积刚度的目的。
[0018]在实施例中，在沿包括管腔的延伸方向的平面的横截区域中，环形底切具有大致三角形的形状。三角形可以具有倒角边或可以轻微地偏离精确的三角形形状。这样的形状保持了高的机械稳定性，同时提供了足够大的空间以用于在压缩步骤期间容纳材料。
[0019]在实施例中，锥形前部具有前面(例如可以被倒角的圆环)、背面(例如比形成前面的圆环的面积大的圆环)和从背面向前面变成锥形的横向(例如锥形)区域或表面。然后，环形底切可以形成为沿或平行于管腔的延伸方向延伸到背面的周向凹部(该凹部可以沿管腔的延伸方向变成锥形)。因此，环形底切可以位于套筒的外部轴环和中心纵向套筒状部分之间。
[0020]在实施例中，锥形前部具有位于倒圆末端和喙形(或尖形)区之间的锥形区。喙形区可以进入(或换接)到环形底切中。锥形区可以对准或可以邻接壳体的配合表面，具体为这样的壳体的凹形件。通过在前部的背面构造喙形区，提供了环形翼状结构，该结构朝向喙形区的端部机械强度连续变弱。因此，以下将成为可能:具体地，该端部基本上可以采用任一形状并且当向套圈施加压缩力时该端部还可以被按压到壳体内的中空空间中。
[0021 ] 在实施例中，环形底切构造成在压缩套圈时尺寸径向减小以用于与壳体形成密封连接。因此，底切提供了空的空间，被压缩的材料可以被推入到该空间中，而不会有破坏密封性能的风险。
[0022]在实施例中，套圈主体具有直接并置到锥形前部的环形底切的锥形中间部。锥形前部可以比锥形中间部变锥的程度更大。因此，套圈的直接邻接壳体的部分可以比锥形中间部倾斜更大的坡度。前部产生的突出的箭头状形状可以促使套圈在组装期间在壳体内定心。
[0023]在实施例中，颈部角形成为在锥形中间部的表面和在环形底切内的锥形部分的表面之间的交会角，该环形底切邻接喙形区。因此，通过在与锥形中间部相切的第一直线或平面和与锥形表面部相切的第二直线或平面之间相交来限定颈部角，该锥形表面部在与喙形区邻接的底切内。因此，两个基本为平面或线性的区域可以通过其虚拟相交来限定这样的颈部角。这样的颈部角的存在有助于减小或甚至消除壁摩擦接触以允许材料流入空隙区域内从而得以大幅度的收缩。
[0024]在实施例中，颈部角被设计为锐角颈部角，具体地在约5°和约45°之间的范围内，更具体地在约15°和约35°的范围内，并且甚至更具体地在约20°到约30°的范围内。例如，颈部角可以为约25°。给定的范围结果为(一方面)在压缩期间套圈的材料流入到底切的足够的自由度和(另一方面)为了提供充分的密封套圈所需的足够的硬度之间的适当权衡。
[0025]在实施例中，套圈主体包括具有后表面的背部，所述后表面构造成被所述装配件的壳体压缩，从而将前向力传递到所述前部，以用于将所述前部密封到所述壳体并且密封到所述毛细管。因此，套圈可以构造成使得当套圈安装在壳体中时，壳体从向后位置压向套圈的背面，以便沿径向和沿轴向向前传递压缩力，从而在套圈和壳体之间以及套圈和毛细管之间提供充分的密封。
[0026]在实施例中，背部具有比前部的直径(在垂直于管腔和毛细管的延伸方向)大的直径。当背部具有相对大的延伸时，还提供了足够大的后表面区，以允许将大的压缩力传递到套圈。同时，位于套圈的箭头状前部处的较小区域留出小的密封表面，密封力可以分布到该表面从而提供有效的密封。
[0027]在实施例中，背部呈大致柱形形状。具有这样的旋转对称的几何形状，还使得以对称的方式向套圈传递压缩力成为可能。
[0028]在实施例中，背部具有从背部的外周表面向套圈主体的管腔延伸(但是仍然与套圈主体的管腔间隔开)的至少一个环形槽，具体为多个环形槽。如果压缩力施加到套圈的背部，环形槽可以被压缩。因此，这样的一个(或多个)槽可以在压缩期间减小体积刚度以便削弱力对收缩的灵敏度。在背部的一个(或多个)凹口将附加的材料从套圈中去除，从而进一步减少了材料在压缩期间被移动的量。
[0029]具体地，在前部的后方中的底切可与套圈的背部中的至少一个槽协同帮助重量的减轻和套圈的高的机械刚度，同时允许套圈的材料在压缩期间流入到产生的空隙中。具体地，当由金属材料制造套圈时，这些优点可以进一步与满足现代色谱应用的需求的高的机械强度和可靠的密封相结合。
[0030]在实施例中，至少一个环形槽是V形。因此，V的尖端指向管腔，使得刚度的减小在套圈的外周处最大。由于V形提升套圈的刚度并且在作用于其上的应力作用下不容易萎陷，所以V形被证明是优选的形状。
[0031]在实施例中，至少一个环形槽构造成在压缩套圈时尺寸轴向减小。因此，由于一个或多个环形槽，背部硬度也会减小，以允许正被压缩的材料流入到这样的空的空间中。
[0032]背部的由一个或多个凹槽分离的区域沿管腔或毛细管的延伸方向可以具有相同或不同的厚度。此外，背部的由一个或多个凹槽分离的区域在垂直于管腔或毛细管的延伸方向可以具有相同或不同的横向延伸(例如直径)。
[0033]在实施例中，套圈包括将锥形中间部连接到背部的锥形过渡部分。因此，不同锥度程度的两个部分可以位于前部和后部之间。在锥形过渡部分和锥形中间部之间的分界可能显示出扭结或者在倾斜度上可以是连续的。
[0034]在实施例中，锥形过渡部分比锥形中间部变锥的程度更大。该几何结构强调套圈的箭头状几何形状。
[0035]在实施例中，整个套圈只由单一材料制成。这防止在由不同材料制成的套圈的不同部分之间的机械破坏或有关密封性能的薄弱点。
[0036]在实施例中，套圈主体包括金属(具体为软金属)或由金属组成。例如，套圈主体可以由钢制成，具体地，该套圈主体与底切和凹槽结合提供足够的机械稳定性以允许材料灵活地流入空的空间中，同时确保前面的区域中的可靠密封。其它合适的材料为不锈钢或黄铜。因为这样的金属材料可以被设置为比例如塑料套圈更干净，所以优选这样的金属材料。另外，金属套圈可以抵抗许多交替次序的压缩和松动，而不会经历不期望的塑性变形。还可以被使用的、但优选级别小于金属的用于套圈的替代材料为填充有增强碳填料的塑料套圈。
[0037]在实施例中，管腔包括具有第一直径的第一柱形管腔区、具有第二直径的第二柱形管腔区、和将第一柱形管腔区联接到第二柱形管腔区的锥形管腔区。第一柱形管腔区可以构造成用于宽松地(具体为在中间具有空间)容纳毛细管的一部分(具体为中间部分)。第二柱形管腔区可以构造成密封地容纳毛细管的另一部分(具体为前部)。在实施例中，第一直径大于第二直径。
[0038]然而，套圈的管腔沿其整个延伸方向具有连续的直径也是可能的。毛细管可以沿整个管腔延伸。
[0039]在实施例中，在使用壳体进行压缩期间，至少部分通过对作用在所述套圈上的应力进行建模来执行该构造。因此，可以对作用在套圈和套圈的一部分的机械载荷进行建模或模拟，从而允许响应于压缩力的应用，设计就密封性能而言具有有利效果的套圈。
[0040]接着，将说明装配件的又一个示例性实施例。然而，这些实施例也应用到套圈、套圈装置并且应用到方法中。
[0041]在实施例中，可以包括凸形件和凹形件，其中，在组装时，套圈将在凸形件和凹形件之间被压缩。术语“凸形件”指壳体的具有突起部的部件，该突起部可以向凹形件的相应形状的凹槽突起，同时保持凸形件和凹形件之间的套圈容留空间。相应地，术语“凹形件”指壳体的具有凹槽的部件，该部件向凹形件的相应形状的突起部凹陷，同时保持凸形件和凹形件之间的套圈容留空间。当凸形件和凹形件彼此连接时，套圈容留空间余留在它们的内部，该内部按照套圈的形状成形。因此，当套圈插入到凸形件和凹形件之间并且这三个部件一起安装时，余下的凹部非常小或甚至为零。
[0042]例如，一些类型的专有阳螺母/阴螺母可以用于制造免泄露连接，例如参见US5，595，406 或 US 6，102，449。
[0043]在实施例中，凸形件和凹形件具有在组装凸形件和凹形件时被旋拧到另一个上的配合螺纹。例如，凸形件可以具有外螺纹，并且凹形件可以具有相应地内螺纹。通过简单地运用旋拧操作，凸形件可以被螺接到凹形件，其中，套圈被压缩在凸形件和凹形件之间。
[0044]在实施例中，装配件的毛细管由玻璃或熔融石英制成。公开的套圈的几何结构具体适用于由熔融石英或玻璃制成的易碎管路，如在气体色谱应用中适用是有利的。因此，由于在背部中的环形底切和一个或多个凹槽，压缩力可以被有效减小，使得作用在玻璃或熔融石英管路上的力足够小以避免损坏。
[0045]在实施例中，毛细管具有直径小于约1.0mm(具体为小于约0.2mm)的管腔。因此，套圈适用于微流体或甚至纳流体应用中。
[0046]接着，将说明流体装置的又一个示例性实施例。然而，这些实施例还应用到套圈、装配件并且应用到方法。
[0047]在实施例中，处理元件与毛细管一体形成。例如，毛细管可以形成处理元件的一部分，并且自由端可以延伸超过处理元件。然后，该自由端可以由装配件流体联接到其它组件。
[0048]这种处理元件可以为能够作用在流体样品上的任一流体元件。优选地，处理元件可以为色谱分离柱，但是也可以为流体混合器、流体阀、或样品注射器等。
[0049]在实施例中，处理元件构造成用于保持作为移动相的一部分的流体样品并且用于允许移动相的其它组分通过处理元件。因此，由于流体样品的不同成分与处理元件的材料之间的反应程度不同，所以处理元件可以具有分离流体样品的不同组分或成分的能力。
[0050]在实施例中，处理元件包括分离柱。具体地，处理元件可以包括用于分离流体样品的组分的色谱柱，更具体地，气体色谱柱或液体色谱柱。色谱分离柱的功能基于流体样品的不同组分与色谱柱内的材料(例如珠)之间不同的反应。
[0051]在实施例中，流体装置构造成色谱装置，具体为气体色谱装置或为气体色谱装置。然而，本发明不限于色谱应用，而是可以用在所有类型的流体系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]通过参考下面对实施例的更详细的描述并结合附图，将很容易意识到并更好的理解本发明的实施例的其它特征和很多伴随的优势。实质上或功能上相同或类似的特征将由相同的附图标记表示。
[0053]图1示出根据示例性实施例的套圈的横截面的三维视图。
[0054]图2示出根据示例性实施例的组装的装配件的横截面视图。
[0055]图3A示出根据示例性实施例的组装有两个套圈的双装配件的平面视图。
[0056]图3B示出沿图3A所示的轴线A_A的图3A的双装配件的横截面视图。
[0057]图3C示出图3B的双装配件的横截面视图的细节。
[0058]图4示出根据示例性实施例的气体色谱设备。
[0059]图5示出根据示例性实施例的液相色谱设备。
[0060]图6至图19示出根据本发明的示例性实施例的具有不同几何特性的套圈。
[0061]附图中的示例是示意性的。
【具体实施方式】
[0062]在附图中，将解释本发明人对于色谱法应用中的套圈的某些考虑，基于这些得出本发明的示例性实施例。
[0063]套圈不是独立的产品，并且在使用时需要用于制造免泄露流体连接的各种螺母和一些类型的管路。金属套圈产品可用于连接到金属管路。这些连接具有由套圈和一些连接装配件形成的金属对金属密封。为了进行密封，套圈压在金属管路上，从而将管路的外部限制在套圈接触点处。然而，这种类型的连接不总是适合于更脆的管路(例如在气体色谱法应用中的熔融石英或玻璃管路)，当这种类型的套圈压在管路的外侧时，这些管路会破碎。此外，传统的金属套圈并不总是限制用于可重复地密封连接到金属管路，而是更适用于液相色谱法应用。
[0064]用于玻璃(或其它易碎)毛细管的连接系统面临着以下挑战:在玻璃柱和金属连接之间制造免泄露连接，尤其在气体色谱法中。聚酰亚胺和石墨/聚酰亚胺和石墨套圈可用于这种应用。聚酰亚胺形成良好的密封，但是当暴露到温度循环时，可能会松动。石墨/聚酰亚胺更适于温度循环应用，但是随时间显示出一些收缩从而导致泄露，并且稍微多孔。石墨易于变形并且形成可靠地密封，但是是多孔的，导致能够允许大气气体化解到色谱系统中。石墨还能易于吸收在气体色谱法使用期间在高温下能够被观察到的污染物。
[0065]鉴于上述情况，示例性实施例实现了用于将熔融石英毛细管柱连接到气体色谱系统的入口和检测器的软金属套圈。这具有以下优势:当在紧固阴/阳螺母连接的作用下套圈变形时，密封是无泄漏的或不会过紧以防止玻璃柱破碎。这使得套圈改善，该套圈在紧固的作用下变形，使得易碎玻璃柱不破碎。
[0066]图1示出根据本发明的示例性实施例的一件式套圈100。套圈100的锥形端标记有附图标记170，而套圈100的压缩端标记有附图标记180。另一个特征是在锥形端170和压缩端180之间的倾斜区域(见“ α ”)，该区域在这里被称为颈部。
[0067]图2示出根据本发明的示例性实施例的装配件200，其中，图1的一件式套圈100形成装配件200的一部分。与图2的左手侧邻接的是联接到柱毛细管202的色谱柱(未示出)。与图2的右手侧邻接的是联接到导管279的检测器(未示出)。因此，装配件200可以形成色谱分离装置的一部分。
[0068]套圈100构造成将色谱柱的例如由玻璃或熔融石英制造的易碎毛细管202联接到另一个组件(例如导管279)，转而将易碎毛细管联接到色谱检测器(图2中未示出)。套圈100由单个套圈主体102 —体形成,该套圈主体由单一材料(在所示的实施例中为不锈钢)形成。旋转对称凹槽在旋转对称套圈主体102的中心形成，从而构成管腔104。在组装装配件200时，毛细管202的前部容纳在管腔104中。
[0069]从图1中可以更好的看出，管腔104包括具有第一直径D的第一柱形管腔区128。另外，管腔104包括具有第二直径d的第二柱形管腔区130。D大于d。锥形管腔区132将第一柱形管腔区128连接到第二柱形管腔区130，S卩，提供连续的过渡。从管腔104渐缩过渡到区域132到区域130的直径有助于引导材料的塑性变形流动，从而帮助限制底切(undercut) 108区域中的区域130的直径d。
[0070]从图1的套圈100的三维横截面视图中可以进一步看出，套圈主体102具有锥形前部106。当在装配件200的壳体(见图2中的凸形部件204、和凹形部件206)内组装时，套圈200的锥形前部106有助于密封连接。从图1可以进一步看出，锥形前部106的背侧具有环形底切108。环形底切108为环形凹部，该凹部沿图1左手侧到图1的右手侧的方向向内变成锥形。术语“前”和“后”指毛细管202在套圈主体102的管腔104中的安装方向和延伸方向。
[0071]当套圈100安装在壳体204、206中时，径向和轴向施加的压缩力作用在套圈100上。如果这些力转移到易碎的管路(例如熔融石英或玻璃毛细管)202，后者会破碎。这同样适用于被连接到图2所示的装配件200的易碎流体组件。由在套圈100的锥形前部106的背侧处的大致V-形的底切提供的空的空间允许材料在该空间中重新定位或容纳在该空间中，从而减少作用在各种组件上的力。
[0072]从图1可以进一步看出，锥形前部106具有锥形区110，该区具有显示出恒定斜度的外表面。锥形区110位于锥形端170上的倒圆末端(rounded tip) 112和_形区(beakedsect1n) 114之间。_形区114进入到环形底切108中。环形底切108构造成当套圈100被压缩以用于在壳体204、206内形成密封连接时尺寸减小。
[0073]另外，还提供了与锥形前部106的环形底切108邻接的锥形中间部116。然而，锥形前部106比锥形中间部116的锥度更大。
[0074]图1还示出为锥形中间部116的线性外延部和锥形表面部分118之间的角度的颈部角α，该锥形表面部分在喙形区114和形成环状底切108的套头的最深位置处之间。例如，颈部角α可以为25°。颈部角α允许调节套圈100相对于周围壳体204、206的壁的摩擦特性，从而也调节套圈100的特性。因此，可以被调节到以下程度:材料可以流入到凹部区域或底切108中以便大幅度的收缩。
[0075]套圈主体102还具有背部120，该背部在压缩端180具有圆形后表面122。当套圈主体102在组装时被装配件200的壳体204、206压缩时，压缩力被施加到背部120，从而将密封正向力传送到前部106。施加到后表面122的力被定向为平行于毛细管202的延伸方向。然而，由于套圈100的前部106的倾斜或锥形构造，该压缩力被分成纵向/轴向分量并且分割成径向力分量。因此，能够确保套圈100的前部与壳体204、206的相应金属表面进行充分地密封，并且确保套圈100与毛细管202进行充分地密封。由于背部122具有比前部106大的径向延伸，S卩，在根据图2的竖直方向上的大的延伸，高压缩力可以施加到后表面122的大区域中，然后，该压缩力分布在与壳体204、206邻接的套圈100的显著小的前表面上以提供密封。
[0076]背部122呈柱形，具有沿毛细管202的延伸方向间隔的两个圆环形或环形槽124。通过设置这些V形槽124，套圈100的背部122具有类弹簧元件的性质，其中，当将压力施加到背部120的后表面122时，套圈100的材料和/或连接构件可以重新定位到V形槽124中。
[0077]锥形过渡部分126将锥形中间部116连接到背部120。从图1可以看出，锥形过渡部分126比锥形中间部116的锥度更大，即，相对于毛细管202的水平延伸或延伸，具有更大的倾斜角。
[0078]整个套圈主体102由均匀不锈钢制成。因为只有一种材料用于形成整个套圈100，所以具有不同物理特性(例如热膨胀特性或施加的压缩力的响应)的问题不会发生。
[0079]图2示出图1的组装在壳体204、206中的套圈100。壳体204、206由具有外螺纹208的凸形件204和具有相应的内螺纹208的凹形件206组成。为了组装装配件200，套圈100放置在凹形件206的凹陷中。毛细管202可被完全插入到套圈100的管腔104中。接着，凸形件204可以被旋拧到凹形件206上，从而在相应的螺纹208处形成螺纹连接(附图标记281标记空的空间)。同时，在螺纹连接期间，向前(即根据图2压向右手侧)压套圈100，使得套圈100的前部106的锥形表面压向凹形件206的相应形状的表面部分。凹形件206的内金属表面和前部106的外表面的锥形角可以具有轻微不同的倾斜角度或可以具有轻微不同的陡度，这将提高密封性能。然后，凸形件204将力施加到背部120的背面122。由于套圈100的几何形状，该力施加到凹形件206和套圈100的密封区域，即，沿纵向和径向方向，并且套圈100还沿周向压向毛细管202。毛细管202的内直径L具有0.1mm的尺寸。对于气体色谱法，该尺寸L(如图2所示的毛细管202的内尺寸)为例如从0.025mm到0.530mm。与管腔130的套圈内直径d相对应的毛细管202的外直径为例如从0.135mm变化到0.76_。
[0080]从图2中可以看出，环形底切108在沿包含管腔104的水平延伸方向280的平面(即图2的纸平面)的横截面中呈大致三角形的形状(图2示为阴影区域)。锥形前部106具有大致圆形的前面270，大致圆形的(虚拟的)背面260和从背面260向前面270变成锥形的横向区域250。环形底切108形成为沿管腔104的延伸方向280延伸到背面260中的周向凹槽。
[0081]在下文中，将更详细地说明图2的刚性金属套圈密封的机械原理。图2中的箭头233表示如何施加螺母压缩载荷。对于凸形件204和套圈100的配合表面是无需密封的，SP，在后表面122处无需密封。此外，在外螺纹和内螺纹208的螺纹连接处无需密封。用附图标记275标记出实际的密封区域。密封区域275包括在毛细管202的配合表面和套圈100的锥形前部106的配合表面之间的柱形密封区域(被标记为柱与套圈的密封表面)。密封区域275还包括在凹形件206的配合表面和套圈100的锥形前部106的配合表面之间的圆锥形密封区域(被标记为套圈与壳体的密封表面)。肋形槽或环形槽124用于降低套圈刚性并且用于识别的目的，但是无需有助于密封。
[0082]图3A、图3B、和图3C在不同的视图中示出根据本发明的示例性实施例的双装配件300。图3A示出双装配件300的平面视图，图3B示出组装有两个套圈100的双装配件300的横截面视图(沿图3A的A-A线所示)，并且图3C示出图3B的细节350。
[0083]该双装配件300可以被认为图2的装配件200中的两者的结合。然而，两个装配件200的凹形件206 —体形成为图3A至图3C中的一个部件。因此，将被流体连接到另一个的两个毛细管202、202’被插入到各自的套圈100、100中，然后，套圈转而被插入到一体形成的双凹形件206的凹部中。接着，两个凸形件204随后被旋拧到双凹形件206的相应的凹部以用于压缩。毛细管202可以被联接到色谱柱或可以形成色谱柱的一部分，然而，毛细管202’可以被联接到另一个流体构件(例如检测器)或可以形成另一个流体构件的一部分。
[0084]图4示出根据本发明的示例性实施例的气体色谱系统400。
[0085]载气经由流动控制器404和如图2所示的装配件200 (或如图3所示的装配件300)从气瓶408供应到柱式加热炉410中。柱式加热炉410包括气体色谱分离柱402。被分离的流体样品可以通过样品注射器406注入到柱式加热炉410中并且注入到分离柱402中。柱式加热炉410的出口端口通过根据图2的另一个装配件200 (或图3所示的装配件300)连接到检测器412。在分离检测器412中的流体样品的组分后，流体样品可以被供应到废物容器416或供应到用于存储的容器。显示装置414可以设置为用于显示气体色谱法应用的结果。
[0086]可以通过上述装配件200 (或图3所示的装配件300)在气体色谱系统400的各种毛细管202和各种流体组件402、406、408、412等之间设置连接。
[0087]图5示出根据示例性实施例的用于流体样品的液相色谱分析的HPLC(高效液相色谱)系统500。
[0088]泵520将流动相泵送通过包括稳定相(例如由硅胶制成的珠)的色谱柱530。样品供应单元540设置在泵520和色谱柱530之间，以便将流体样品注入到移动相中。提供色谱柱530的稳定相以便分离流体样品的组分，该样品例如可以用2000bar的压力泵送通过色谱柱530。检测器550检测流体样品的分离组分。分馏器560可以设置为接收流体样品的分离组分以便例如把它们引入到专用的容器中或者引入到废物容器中(未示出)。
[0089]从图5中可以看出，装配件200(或装配件300)用于以流体密封的形式将色谱柱530的入口和出口连接到熔融石英毛细管202。此外或或者，可以使用装配件200 (或装配件300)将图5所示的其它组件中的任一者连接到这样的毛细管202。
[0090]图6至图12示出根据本发明的示例性实施例的安装在毛细管202上的套圈600、700、800、900、1000、1100、1200，该毛细管被引导通过套圈 600、700、800、900、1000、1100、1200的管腔104。特别地，后端部特征可以取决于管路或毛细管202的直径而变化。具体地，在图6至图12中，槽124为U形(而不是V形)，其中，其它的形状也是可以的。前侧也可以有变化。
[0091]图6所示的套圈600在背部120中只具有单个槽124，其中，背部120的由单个槽124分离的区域(在竖直方向上)具有不同的直径并且(在水平方向上)具有不同的厚度。
[0092]图7所示的套圈700在背部20中只具有单个槽124，其中，背部120的由单个槽124分离的区域具有相同的直径和相同的厚度。
[0093]图8所示的套圈800在背部120中具有两个槽124，其中，背部120的由槽124中的一者分离的区域中的两个具有相同的直径和相同的厚度，并且背部120的(在右手侧的)区域中的另一个具有更小的直径和更大的厚度。
[0094]图9所示的套圈900在背部120中具有两个槽124，其中，背部120的区域中的两个具有相同的直径和相同的厚度，并且背部120的(在中心的)区域中的另一个具有更小的直径，但是具有相同的厚度。
[0095]图10所示的套圈1000在背部120中具有两个槽124，其中，背部120的由槽124分离的所有区域具有相同的直径和相同的厚度。
[0096]图11所示的套圈1100在背部120中具有两个槽124，其中，背部120的(在中间和在右手侧的)区域中的两个具有相同的直径，但是具有不同的厚度，然而，背部120(在中间和在左手侧)的区域中的两个具有不同的直径和相同的厚度。
[0097]图12所示的套圈1200在背部120中具有两个槽124，其中，背部120的(在中间和在右手侧的)区域中的两个具有相同的直径和不同的厚度，然而，背部120的(在左手侧和在右手侧的)区域中的两个具有不同的直径和相同的厚度。
[0098]图13到图19示出根据本发明的示例性实施例的具有V形槽124的套圈600、700、800、900、1000、1100、1200。脱离有关凹槽124形状的这种不同，图13大致对应于图12，图14大致对应于图11，图15大致对应于图10，图16大致对应于图9，图17大致对应于图8，图18大致对应于图7，并且图19大致对应于图6。
[0099]应当注意，术语“包括”并不排除其它元件或特征，冠词“一”并不排除多个。此外，结合不同实施例而描述的元件可以组合。还应当理解，权利要求书中的附图标记不应认为是对权利要求的限制。
【权利要求】
1.一种用于装配件(200)的一件式套圈(100)，所述装配件(200)用于将毛细管(202)联接到流体装置(400)的另一个组件(202’)， 其中，所述套圈(100)包括套圈主体(102)； 其中，所述套圈主体(102)具有构造成用于容纳所述毛细管(202)的至少一部分的管腔(104)； 其中，所述套圈主体(102)具有构造成用于与所述装配件(200)的壳体(204，206)形成密封连接的锥形前部(106)； 其中，所述锥形前部(106)的背侧具有环形底切(108)。
2.根据权利要求1所述的套圈(100)，其中，在沿包括所述管腔(104)的延伸方向(280)的平面的横截面中，所述环形底切(108)具有大致三角形的形状(240)。
3.根据权利要求1或2所述的套圈(100)，其中，所述锥形前部(106)具有前面(270)、背面(260)和从所述背面(260)朝向所述前面(270)变成锥形的横向区域(250)，其中，所述环形底切(108)形成为沿所述管腔(104)的延伸方向(280)延伸到所述背面(260)中的周向凹槽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的套圈(100)，其中，所述锥形前部(106)具有位于倒圆末端(112)和喙形区(114)之间的锥形区(110)，所述喙形区(114)进入到所述环形底切(108)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的套圈(100)，其中，所述环形底切(108)构造成当压缩所述套圈(100)时体积径向减小以用于形成与所述壳体(204，206)的密封连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的套圈(100)，其中，所述套圈主体(102)具有与所述锥形前部(106)的所述环形底切(108)邻近的锥形中间部(116)。
7.根据权利要求6所述的套圈(100)，其中，所述锥形前部(106)比所述锥形中间部(116)的锥度更大。
8.根据权利要求4和6所述的套圈(100)，其中，颈部角(α)形成为在所述锥形中间部(116)的表面和在所述环形底切(108)内与所述喙形区(114)邻近的锥形部分(118)的表面之间的交会角。
9.根据权利要求8所述的套圈(100)，其中，所述颈部角(α)为锐角颈部角(α)，具体地在5°至45°的范围内，更具体地在15°至35°之间的范围内，并且甚至更具体地在20°至30°的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的套圈(100)，其中，所述套圈主体(102)具有包括后表面(122)的背部(120)，所述背部(120)构造成被所述装配件(200)的壳体(204，206)压缩，从而将前向力传递到所述前部(106)，以用于将所述前部(106)密封到所述壳体(204,206)并且密封到所述毛细管(202)。
11.根据权利要求10所述的套圈(100)，其中，所述背部(120)具有比所述前部(106)更大的径向延伸。
12.根据权利要求10或11所述的套圈(100)，其中，所述背部(120)大致为柱形。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的套圈(100)，其中，所述背部(120)具有至少一个环形槽(124)，具体地具有多个环形槽(124)，所述环形槽从所述背部(120)的外周表面向所述套圈主体(102)的所述管腔(104)延伸，并且与所述套圈主体(102)的所述管腔(104)间隔开。
14.根据权利要求13所述的套圈(100)，其中，所述至少一个环形槽(124)的形状为包括V形和U形的组中的一者。
15.根据权利要求13或14所述的套圈(100)，其中，所述至少一个环形槽(124)构造成通过压缩所述套圈(100)体积轴向减小。
16.根据权利要求6和10所述的套圈(100)，包括将所述锥形中间部(116)连接到所述背部(120)的锥形过渡部分(126)。
17.根据权利要求16所述的套圈(100)，其中，所述锥形过渡部分(126)比所述锥形中间部(116)的锥度更大。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的套圈(100)，其中，整个所述套圈(100)仅由单一材料制成。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的套圈(100)，其中，所述套圈主体(102)包括金属或由金属组成，具体地是软金属，更具体地是由钢、不锈钢、和黄铜组成的组中的一者。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的套圈(100)，其中，所述管腔(104)包括具有第一直径(D)的第一柱形管腔区(128)、具有与所述第一直径(D)不同的第二直径(d)的第二柱形管腔区(130)、以及将所述第一柱形管腔区(128)连接到所述第二柱形管腔区(130)的锥形管腔区(132)。
21.根据权利要求20所述的套圈(100)，其中，所述第一柱形管腔区(128)构造成用于宽松地容纳所述毛细管(202)的一部分，并且所述第二柱形管腔区(130)构造成用于密封地容纳所述毛细管(202)的另一部分。
22.根据权利要求20或21所述的套圈(100)，其中，所述第一直径(D)大于所述第二直径⑷。
23.一种用于将毛细管(202)联接到流体装置(400)的另一个组件(202')的装配件(200)，所述装配件(200)包括: 壳体(204，206);以及 根据权利要求1至22中任一项所述的套圈(100)； 其中，所述套圈(100)的所述锥形前部(106)构造成用于与所述壳体(204，206)形成密封连接。
24.根据权利要求23所述的装配件(200)，其中，所述壳体(204，206)包括凸形件(204)和凹形件(206)，其中，在组装时，所述套圈(100)将在所述凸形件(204)和所述凹形件(206)之间被压缩。
25.根据权利要求24所述的装配件(200)，其中，所述凸形件(204)和所述凹形件(206)具有配合螺纹(208)，所述配合螺纹(208)在组装所述凸形件(204)和所述凹形件(206)时通过旋拧彼此连接。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的装配件(200)，包括所述毛细管(202)。
27.根据权利要求26所述的装配件(200)，其中，所述毛细管(202)包括由玻璃、和熔融石英组成的组中的至少一者。
28.根据权利要求26或27所述的装配件(200)，其中，所述毛细管(202)具有直径(L)小于1.0mm的管腔(104)，更具体地直径(L)小于0.2mm。
29.一种用于处理流体样品的流体装置(400)，所述流体装置(400)包括 用于引导所述流体样品的毛细管(202)； 联接到所述毛细管(202)的一端的另一个组件(202')； 联接到所述毛细管(202)的另一端并且构造成用于与所述流体样品相互反应以处理所述流体样品的处理元件(402)； 根据权利要求23至28中任一项所述的用于将所述毛细管(202)联接到其它组件(402)的装配件(200)。
30.根据权利要求29所述的流体装置(400)，其中，所述处理元件(402)与所述毛细管(202) —体形成。
31.根据权利要求29或30所述的流体装置(400)，其中，所述处理元件(402)包括分离柱。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的流体装置(400)，其中，所述处理元件(402)包括用于分离所述流体样品的组分的色谱柱，具体为气体色谱柱。
33.根据权利要求29至32任一项所述的流体装置(400)，所述流体装置(400)构造成色谱装置，具体为气体色谱装置。
34.一种设计用于装配件(200)的一件式套圈(100)的方法，所述套圈具体为根据权利要求I至22中任一项的套圈(100)，所述装配件(200)用于将毛细管(202)联接到流体装置(400)的另一个组件(202')，其中，所述套圈(100)包括套圈主体(102)，其中，所述方法包括以下步骤: 将所述套圈主体(102)的管腔(104)构造成用于容纳所述毛细管(202)的至少一部分； 将所述套圈主体(102)的锥形前部(106)构造成用于与所述装配件(200)的壳体(204,206)形成密封连接；以及 构造所述锥形前部(106)的背侧的环形底切(108)，从而调节所述套圈(100)和所述壳体(204，206)之间的摩擦接触特性。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，至少部分通过利用壳体(204，206)进行压缩期间对作用在所述套圈(100)上的应力进行建模来执行所述构造的步骤。
36.一种通过装配件(200)将毛细管(202)联接到流体装置(400)的另一个组件(202')的方法，所述装配件具体为根据权利要求23至28中任一项所述的装配件(200)，所述方法包括以下步骤: 将所述毛细管(202)的至少一部分容纳在所述装配件(200)的一件式套圈(100)的套圈主体(102)的管腔(104)中;以及 在所述一件式套圈(100)的锥形前部(106)和所述装配件(200)的壳体(204，206)之间形成密封连接，其中，所述锥形前部(106)的背侧具有环形底切(108)。
【文档编号】G01N30/60GK104428665SQ201280074520
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】博纳·彼得·帕 申请人:安捷伦科技有限公司