JPH0619310B2 - 多岐路流体サンプル弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、流体をサンプリングする装置に関し、特に、
複数の流体流の中から１つの流体流を選択して質量分析
計の如き分析装置に連続的に流れるサンプルを提供する
サンプル弁に関する。

従来例 かかる目的を有するいくつかのタイプの弁が公知であ
る。例えば、複数の弁を含む装置が米国特許第 3,757,5
83号、第 2,721,578号及び第 3,827,302号に開示されて
おり、米国特許第 3,209,343, 号はロータリ選択弁と協
働するサンプル装置を開示しているが、該ロータリ選択
弁については詳述していない。

ダイアフラム弁が米国特許第 3,425,446に開示される一
方、ロータリ選択弁についての詳細な説明が英国特許第
1,224,431号、独国特許第 1,259,605号及び米国特許第
4,156,437号になされている。これらの弁は平板に設け
られた複数のポートに接続した供給パイプと、該平板と
密着（シール）接触したロータとからなっている。該ロ
ータに設けられたチャネル孔により流体流が選択され
る。米国特許第 4,601,211号はサンプリングさるべきガ
スが流れるポートに柔軟なチューブを合せて選択をなす
弁を開示している。

特に、各供給路から得られる流体流の僅かな分量のみを
必要とする分析装置の場合、弁の死容積(dead voleme)
及び漏洩を最小となるようにしなければならない。とこ
ろが、複数の弁を含む装置は低速流量の場合に用いるに
は大き過ぎる死容積を有し、また、漏洩によるサンプル
の汚染を最小にするようにロータリサンプル弁の設計に
は注意を払わねばならない。従来のいくつかの弁におい
ては、ロータと平板との間の面対面のシール部分が弁体
ポートを経て導入される清掃ガスの供給によって清掃さ
れる。しかし乍ら、適当な清掃ガスの供給はこのタイプ
の弁の使用を制限せしめる。

米国特許第 4,601,211号に記載された弁においては、ロ
ータと平板との間の面対面シールが除かれ清掃ガスの供
給が不要となっている。しかし乍ら、このような弁にお
いては、弁の作動に伴って同じ箇所での継続的な屈曲に
より可撓性チューブの寿命が制限される。

発明の目的 本発明の目的は、低死容積を有し、他のサンプル流によ
る汚染又は弁の作動する雰囲気による汚染が非常に低減
された高信頼性複数流体流サンプル弁を提供することで
ある。

本発明によれば、複数の流体流のいずれか１から得られ
るサンプルを得る弁であって、複数の流体流のうちの１
を選択する一方選択されなかった流体流を排出する可動
の選択手段と、当該選択された１の流体をサンプル分流
及び清掃分流に分割するサンプル分割手段と、前記選択
手段に応動して前記選択手段からのサンプル分流を静止
出力部材に中継する搬送部材と、前記搬送部材を前記静
止出力部材に接続して前記サンプル分流の略全てをその
中に閉じ込めるシール手段と、前記シール手段を担持
し、前記シール手段の外側の少なくとも１部の近傍にお
いて清掃室を形成する可動シールハウジングと、前記清
掃流をして前記清掃室内を通過せしめる手段とからなる
弁が提供される。

特に、本発明による弁は、ガス流に用いて例えば質料分
析計の如き分析装置に適したサンプルガスを提供するよ
うになっている。好ましい実施例においては、選択手段
は、静止板状部材に設けられた複数ポートの選択された
１に対応して位置決めされる可動サンプリングヘッドか
らなっている。当該ポートにはサンプリングさるべき流
体流が供給される。当該サンプリングヘッドは、当該ポ
ートの内径より大なる内径を有して摺動自在なスリーブ
部材を含み、当該スリーブ部材の端部は当該板状部材と
の間において密着接触している。このようにして選択さ
れたサンプルはスリーブ部材を経てサンプリングヘッド
に流れ込む。好ましくはサンプリングヘッドの内側に設
けられたスプリングからなる適当な手段によって、スリ
ーブ部材の静止平板への接触を維持する。

サンプル分割手段は、好ましくは第１管状部材からな
る。第１管状部材はスリーブ部材が平板部材に係合した
ときにスリーブ部材と同芯になるように配置されかつそ
の端部がスリーブ部材の端部から僅かに離れるように配
置されている。選択された流体流は、第１管状部材に入
るサンプル分流と第１管状部材の外側であって、スリー
ブ部材の内側を流れる清掃分流に分割される。第１管状
部材は、中継部材に結合し、中継部材はシール手段を介
して出力部材に結合している。第１管状部材の孔は出力
部材からサンプルの所望流速を得るように選択される。

本発明によれば、シール手段の外側の少なくとも１部は
選択された流体流の清掃分流で充満した清掃室に露出し
ている。このようにして、出力部材を通過するサンプル
において選択されなかった流体流からのガス又はシール
手段における漏洩によって生ずる汚染が殆ど防止出来
る。従って、例え、シールの内側の圧力が出力部材に接
続される分析装置の作用によって清掃室内の圧力を下回
るとしても高性能シールを用いる必要がない。なんとな
れば、サンプル分流及び清掃分流は実質的に等しいから
である。従来例の弁におけるが如く、サンプルガスによ
る清掃がなされないものにおいては、サンプル分流への
僅かな漏洩がサンプルの重大な汚染を招来する。なんと
なれば、特に分析装置として質量分析計が用いられたよ
うな場合にはサンプル出力流速は通常１ml／分よりかな
り低いからである。

更に、静止板状部材とスリーブ部材との間のシールは高
品質である必要がない。なんとなれば、入力ポートにお
ける流速はサンプル部におけるより相当大であるからで
ある。従って、スリーブ部材及び静止板状部材の間の漏
洩による流体流の流出が小さくかつサンプルガスの汚染
の危険は小さい。なんとなれば、サンプリングが第１管
状部材によっても入口ポートの中央にてなされるからで
ある。同様な原理は米国特許第 4,601,211号において開
示された弁に利用されている。しかし乍ら、該米国特許
に可撓性サンプリングチューブの入口ポートに対するシ
ールについて何らかの企図がなされていない。

他の好ましい実施例においては、可動シールハウジング
は、中空回転駆動シャフトに結合し、サンプリングヘッ
ドは、該中空回転駆動シャフトに付着した剛性の第２管
状部材上に載置されている。該駆動シャフトは適当なベ
アリングに支持されており、剛性チューブが該駆動シャ
フトの半径方向に伸長している。該静止出力部材の少な
くとも１部が該駆動シャフト中に同芯に配置され、該静
止出力部材上に該駆動シャフト用のベアリングが配置さ
れている。剛性の第２管状部材を該分割手段から清掃室
への清掃分流の中継に用いることも出来る。

好ましくは、該シールハウジングを該駆動シャフトの端
部において形成することが出来る。該静止部材は円形断
面を有し、該清掃室中に伸長し、該中継部材と同芯とな
っている。該中継部材は好ましくは分割手段の第１管状
部材に結合した同一外径の管状部材である。該シール手
段は、舌片は回転ゴム（又は四フッ化エチレン）シール
であり、該シールは該静止出力部材及び中継部材の端部
を越えて伸びて、該シールハウジング部材中の清掃室の
壁内の孔に適合している。よって、該シール自身は、サ
ンプリングヘッド、分割手段及びシールハウジング部材
からなるアセンブリが適当な入口ポート選択のために回
転せしめられるに伴って回転する。

この構成において、該静止出力部材とシール手段との間
において漏洩が最も生じ易く、該清掃室と該静止出力部
材中のサンプルとの間においてガスが流れ得る。しかし
乍ら、該清掃室は該分割手段からの清掃分流とそろって
いるので漏洩は最小限に抑制される。

実際的な構成においては、第２回転シール手段が、該清
掃室の壁に係合し、該清掃室を周囲雰囲気からシールし
ている。このシール手段は通常の回転シャフトシールか
らなる。

該静止出力部材の孔及びこれを分割手段に接続する中継
部材は出来るだけ小なるべきであり、そうすることによ
り、サンプルを担うパイプ構造の死容積が最小に維持さ
れる。

また、中空出口部材をシールハウジングに適合させるの
が好ましく、この中空出口部材を介して該清掃室から清
掃分流を流出せしめる。この出口部材は、十分長くし
て、シールハウジングの周囲の雰囲気から清掃室へガス
が拡散するのを防止する。該出口部材はハウジング部材
の半径方向に伸張しかつサンプリングヘッドを駆動シャ
フトに結合する剛性第２管状部材の反対に配置される管
状部材であっても良い。

更に別の実施例においては、弁が閉塞ハウジング内に配
置される。この閉塞ハウジングは選択されなかった流体
流及び清掃室を通過した後の清掃分流を排気する出口ポ
ートを有する。好ましくは、このハウジングの一部は、
入口ポートを有する静止板状部材によって形成される。
該駆動シャフトは該ハウジングにベアリングを介して担
持され通常のシャフトシールによって該ハウジング内に
密閉される。該ハウジングには出口ポートを設けて、選
択されなかったガス流及び選択されたガス流の清掃分流
を排出せしめる。このようにして、有毒ガス又は可燃性
ガスに対して安全に用いられる完全密閉弁が得られる。

実施例 第１図に示した本発明の実施例においては、ハウジング
１は蓋２によって閉塞され、蓋２はハウジング１にいく
つかのボルト（開示せず）によって固定され０リング３
によってシールされている。ハウジング１の後方壁は静
止した板状部材４によって形成され、板状部材４は弁軸
中心７を中心とする円周上に位置する複数のポート５を
有する。複数の流体供給パイプ６は分析さるべきガス流
を弁内に中継する。パイプ６は第１図に示す如く、後方
壁４に溶着しても良いしあるいは後方壁４にネジ止めさ
れた要素によって結合されても良い。典型的な例とし
て、少なくとも２０個のポートが形成される。

パイプ６からのガスはポート５を経てハウジング１に流
入し、大なるパイプを有する出口ポート８から排出され
る。

可動選択手段は、サンプリングヘッド９を有し、サンプ
リングヘッド９は駆動シャフト１０の半径方向に伸びる
剛性の管状部材１１を介して駆動シャフト１０に担持さ
れている。駆動シャフト１０は、板状部材４に固着され
たリテイナ１４に固定されたボールベアリングレース１
２，１３及び静止出力部材１６に対して回動するベアリ
ングレース１５によって支持されている。

回転シャフトシール２０がハウジング１の気密性を確保
するために設けられ、回転シール手段２４が設けられて
後述の清掃室２２からベアリングレース１５を経て清掃
ガスが洩れるのを防止する。

駆動シャフト１０は、適当な手段によって回転せしめら
れ、ポート５の選択されたいずれか１にサンプリングヘ
ッド９を位置決めし、対応する供給パイプ６を流れるサ
ンプルがサンプリングヘッド９に向けられる一方、残り
のポート５を経てハウジング１１に流れ込む流体流は影
響を受けない。

サンプリングヘッド９は、好ましくはガラス充填四フッ
化エチレン（ＰＴＦＥ）又は同様な物質からなるスリー
ブ部材１７を含む。スリーブ部材１７はサンプリングヘ
ッド９内に摺接しスプリング１８によって板状部材４に
シール（密着）接触している。スリーブ部材１７と板状
部材４とのシール接触を確保するために、少なくともポ
ート５の近傍において平坦に研磨される。スリーブ部材
１７と板状部材４との間のシールはそれほど高品質であ
る必要はない。なんとなれば、シール両側の圧力差は小
さくかつサンプリングヘッド９に流入する流体流は必要
とされる出力サンプリング流に比して十分な量であるか
らである。

サンプル分割手段は、第１図からも明らかな如く、好ま
しくは小孔管からなる管状部材１９からなり、管状部材
１９はスリーブ部材１７と同芯に維持され板状部材４の
近傍において終端している。サンプリングさるべきガス
の一部からなるサンプル分流は管状部材１９に入り、残
りは清掃分流となって管状部材１１を経てサンプリング
ヘッド９から流出する。管状部材はスリーブ部材１７の
中心に位置して選択されたポート５から流入するガスの
中央部のみをサンプリングしており、スリーブ部材１７
と板状部材４との間のシールが不安全な場合にサンプリ
ングヘッド９に侵入する少量のガスによる汚染を回避出
来る。

管状部材１９の他端はシール手段２１を貫通した中継部
材２９に結合している。シール手段２１は、駆動シャフ
ト１０の端部に設けられたシールハウジング２６内に配
置されている。このようにして、サンプルガスは静止出
力部材１６内に供給されシール手段２１の内部に閉塞さ
れる。清掃室２２がシール手段２１の外側近傍のシール
ハウジング２６内に形成され、これにサンプリングヘッ
ド９から管状部材１１を経た過剰サンプルガスであると
ころの清掃分流が供給される。清掃分流は清掃室２２か
ら中空の長手出口部材２３を経てハウジング１内に流出
する。長手出口部材２３は出来るだけ長くしてハウジン
グ１から出口部材２３，清掃室２２及び管状部材１１を
経てサンプリングヘッド９にガスが拡散するのを防止す
る。このようにして、シール部材２１の外側はサンプル
分流と同一組成の清掃分流によって清掃され、シール部
材２１における漏洩によるサンプルの汚染が防止され
る。

出力部材１６の孔は好ましくは中継部材２９のそれと等
しくしてサンプリング系の死容積を最小に維持する。よ
って、サンプリングヘッド９が他のポート５に移動した
とき、新たに選択されかつ低流量のサンプリングガスに
よって清掃さるべきサンプリング系の容量が中継部材２
９、管状部材１９及び出力部材１６内の容量に限定さ
れ、これは、例えば０．１mm孔のチューブを用いること
によって極めて小さくすることが出来る。

シール手段２１の構成が第２図により詳しく示されてい
る。中継部材２９は、フランジ２５に好ましくは溶接に
よって結合している。フランジ２５はシールハウジング
２６の段付孔内にナット２７によって固定されて、該段
付孔内に回転シール２８を固着せしめている。中継部材
２９はこの回転シール２８に僅かに挿入されている。シ
ールハウジング２６は３つのネジ（図示せず）によって
駆動シャフト１０の端部に固定され回転シール２８の反
対側の段付孔に回転シール２４を固定する。管状部材１
１及び２３は図示した如くシールハウジング２６に結合
し、清掃室２２がその間のシールハウジング２６内に形
成されている。出力部材１６は、シール２４を貫通した
後にシール２８に挿入された中継部材２９の径に等しい
径に縮径せしめられて中継部材２９の端部近傍に達する
までシール２８は挿通せしめられる。このようにして、
中継部材２９と静止出力部材１６との間にシールが形成
される。シール２４，２８は勿論、駆動シャフト１０、
シールハウジング２６及び中継部材２９と共に回転す
る。

シール２４，２８は好ましくは、双舌片回転シャフトシ
ールからなり、テンションスプリングによって回転シャ
フトとのシール接触を維持する。シール２８は出力部材
１６に接触した舌片に適合しなければならないことは明
らかである。

駆動シャフト１０には適当な指示機構を設けて、各ポー
ト５にサンプリングヘッドが正しく適合するのを確実に
するのが好ましい。また、駆動シャフト１０をモータに
よって回転せしめ弁を自動制御することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による多岐路流体サンプル弁を示す断
面図、第２図は第１図の弁中の回転シャフトシールの詳
細を示す断面図である。 主要部分の符号の説明 １……ハウジング、２……蓋 ３……０リング ４……静止した板状部材 ５……ポート ６……流体供給パイプ ８……出口ポート ９……サンプリングヘッド １０……駆動シャフト ２２……清掃室、２９……中継部材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の流体流からサンプルを得る弁であっ
   て、前記流体流のうちのいずれか１を選択する一方、選
   択されなかった流体流を排出せしめる可動選択手段と、
   選択された流体流をサンプル分流と清掃分流とに分割す
   るサンプル分割手段と、前記可動選択手段と共に可動で
   あって、前記選択手段からの前記サンプル分流を静止出
   力部材に中継する中継部材と、前記中継部材を前記出力
   部材に結合し前記サンプル分流を閉じ込めるシール手段
   と、前記シール手段を担持する可動シールハウジング
   と、前記シール手段の外側近傍かつ前記シールハウジン
   グ内に設けられた清掃室と、前記清掃分流をして前記清
   掃室内を通過せしめる手段とからなることを特徴とする
   弁。
2. 【請求項２】複数のガス流のいずれか１から質量分析計
   による分析のためサンプルを得ることを特徴とする請求
   項１記載の弁。
3. 【請求項３】前記選択手段が静止板状部材に形成されて
   サンプリングさるべき流体流が供給される複数のポート
   の１に適合すべく位置決めされる可動サンプリングヘッ
   ドと、前記可動サンプリングヘッド内に摺動自在に担持
   されたスリーブ部材と、前記スリーブ部材をして前記静
   止板状部材にシール接触せしめる手段とからなることを
   特徴とする上記請求項のうちのいずれか１記載の弁。
4. 【請求項４】前記サンプル分割手段は、前記スリーブ部
   材の内側に配置されかつ前記板状部材の近傍にて離れて
   終端する第１管状部材からなり、前記サンプル分流は前
   記第１管状部材を通って前記中継部材へ流れ、前記清掃
   分流は前記スリーブ部材の中及び前記第１管状部材の外
   を流れることを特徴とする請求項３記載の弁。
5. 【請求項５】前記シールハウジングは中空回転駆動シャ
   フトに結合し、前記出力部材の少なくとも１部は前記中
   空回転シャフト内に配置され、前記選択手段は剛性の第
   ２管状部材によって前記中空回転シャフトに結合し、前
   記第２管状部材は、前記サンプル分割手段からの清掃分
   流を前記清掃室へ中継することを特徴とする上記請求項
   のいずれか１記載の弁。
6. 【請求項６】前記出力部材は前記清掃室内を伸長し、前
   記清掃室の壁に設けられて前記出力部材の外側にシール
   接触する回転シール手段を含むことを特徴とする上記請
   求項のいずれか１記載の弁。
7. 【請求項７】前記清掃室から排出される清掃分流を通過
   せしめる中空長手部材が前記シールハウジングに設けら
   れたことを特徴とする上記請求項のいずれか１記載の
   弁。
8. 【請求項８】前記複数の流体流のうち選択されなかった
   流体流及び前記清掃室を通過した後の清掃分流を排出す
   る出口ポートを有するハウジング内に配置されたことを
   特徴とする上記請求項のいずれか１記載の弁。
9. 【請求項９】前記ハウジングが前記静止部材の１部を含
   むことを特徴とする請求項３又は８記載の弁。