專利名稱:隔離和控制流體流動的裝置及方法
本申請是于1984年11月28日申請的題為“流體控制閥及方法”、申請?zhí)枮?75825美國專利申請的部分后繼申請，而上述美國專利申請又是于1982年7月16日申請的題為“限流閥”、申請?zhí)枮?98845美國專利申請的部分后繼申請。
受壓流體通常是采用閥門來進行控制的，該閥門包括一個閥座和一個配合部件，兩者之間的相對位置是可控的。然而，配合部件相對于閥座的位置通常是借助于圍繞在伸出閥門的可動部件上某一部分的滑動或旋轉(zhuǎn)密封件，由閥的外部來予以控制的。
人們知道，對于控制有毒加壓流體的閥門來說，可依賴外部施加的磁場來控制內(nèi)部閥門部件的動作，從而避免滑動或旋轉(zhuǎn)密封件。在有關(guān)文獻上，已經(jīng)披露了各種類型的磁動式閥門(例如參見美國專利3783887，4331171，4382449，4114852，1132570，3877478，3774878，3212751，4506701，4350182，4349042，4018419，它們被利用在上面所述的相關(guān)申請中)。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，可以由閥體外部某一位置以磁的方式來控制單動作和雙動作閥門部件，在不至于損壞流體系統(tǒng)和外界環(huán)境之間的滑動或旋轉(zhuǎn)密封件的情況下，實現(xiàn)對流體流動的控制和對流體系統(tǒng)的隔離。采用如本發(fā)明所述的閥門裝置和方法，只需要簡單地控制施加到內(nèi)部磁響應(yīng)閥門部件上的外部磁場的強度和方向，就可以方便地控制加壓的流體。如本發(fā)明的一種實施例所述的單動作閥可以用作壓力增強型的常閉閥，經(jīng)磁力驅(qū)動，它能夠讓來自流體源的流體向下游方向流過。如本發(fā)明的另一種實施例所述的雙動作閥可以用作壓力增強型的隔離閥，它阻止在兩個方向上的流體流動，例如，在過量背壓條件下，直到由一個外部控制磁場來驅(qū)動。
附圖1是本發(fā)明一種實施例所述的圓柱形閥門的剖視圖，該閥門工作在常閉狀態(tài)下。
附圖2是如附圖1所示實施例的剖視圖，它顯示閥門處于被驅(qū)動狀態(tài)或開啟模式下，以便讓加壓流體流過。
附圖3是和附圖1所示實施例相類似的本發(fā)明另一實施例的剖視圖，該閥門工作在常閉狀態(tài)下，對兩個方向的流體流動提供密封。
附圖4是如附圖3所示實施例的一個剖視圖，它顯示閥門處于被驅(qū)動狀態(tài)或開啟模式下，以便讓加壓流體流過。
附圖5a和5b是如附圖3所示閥門實施例的剖視圖，其中孔壁為傾斜的，以便確立可能使閥門開啟的流體壓力的不同限制。
參照附圖1，它顯示了一個基本上呈圓柱形的閥門的橫截面視圖，閥門具有金屬閥體9，該閥體包括與之連成一體的流體通道11和13。另一方面，也可以采用電子束焊接技術(shù)或者類似的方法將流體通道11和13焊到閥體9上，從而消除螺紋、法蘭和其它斷裂以及由此而可能產(chǎn)生的泄漏。流體通道11和13分別與內(nèi)部通道15、17相連，它們通過一個孔19彼此相連。流過閥門的流體流量是由圍繞孔19的密封面21與可動部件25所攜帶的一個彈性閥門密封件23之間的間隙或接合來控制的。部件25基本上為一圓柱形，用于在通道15中實現(xiàn)滑動運動，其運動的方向使得所攜帶的閥門密封件23和孔19的密封面21形成密封接合或者脫離密封接合。部件25包括一個內(nèi)部密封的細長圓柱形腔室27，其中裝有一個基本上為圓柱形的磁體29，該磁體可以自由地在腔室27內(nèi)由一端滑到另一端。
另一個磁體31可以被封裝在置于流體通道17中的端帽33中。磁體31被放在非常接近于孔19的位置上，其極性方向是和磁體29相互吸引?？梢圆捎秒娮邮附蛹夹g(shù)或者類似技術(shù)將端帽33焊接到閥體9的下端，將端板35焊接到閥體9的上端，以便避免形成可能產(chǎn)生泄漏的接口。這樣，閥體9和與之相連的部件11、13、33和35都可以用能夠進行電子束焊接或其它密封防漏的不銹鋼、鋁、塑料或其它適合的非磁性材料制成。
由于磁體29和31之間的磁性吸引力使得彈性密封件23或部件25和圍繞孔19的閥體9上的密封面21形成密封接合，因此如附圖1所示的閥門以常閉方式進行工作。密封件23可以由全氟彈性體(市面有售，商業(yè)名稱為Kalrez，由杜邦公司生產(chǎn))或者其它適合的化學(xué)惰性材料做成薄片，并且可以通過冷軋一個如圖所示的伸向薄片23的凸緣37將薄片23壓在或封裝在部件25的端部。通過將加壓流體經(jīng)流體通道11送到通道15，在密封件23和密封面21之間形成的流體密封由于通道15和17之間的壓差作用在孔19的橫切面上而得到加強。為了開啟閥門，讓流體流過，就必須克服這一由壓力加強的密封力和磁性吸引密封力。
參照附圖2，它顯示了如附圖1所示的閥門實施例在一個外部磁力驅(qū)動器39的控制下處于開啟位置。磁體39提供控制磁通量并且被封裝在一個可由人來按壓的按鈕41之中。該按鈕被圓柱形導(dǎo)管43限制在閥體9的外側(cè)，并且在予壓彈簧45的作用下被壓制到如附圖1所示的頂部或非驅(qū)動位置上。所示的磁體39一般大于磁體29，但是應(yīng)該理解的是由磁體39所產(chǎn)生的磁通量要足以將磁體29由它在空腔27中非常接近磁體31的低位(也就是密封孔19)拉到在空腔27中非常接近磁體39的高位上。在這一高位上，攜帶密封件23的部件25被向上抬起，離開密封面21，將孔19開啟以便讓流體通過孔流過。另外，當(dāng)磁體29位于這一高位時，它對磁體31的吸引力大大減小，只要磁體39被置于靠近端板35的位置上，它就能對閥門操作保持控制。通過將導(dǎo)管43向內(nèi)伸出的凸緣47與接近按鈕41頂部的肩臺49扣合在一起，可以將攜帶磁體39的按鈕“鎖”在這一控制位置上。當(dāng)然，應(yīng)該知道也可以采用不同于裝在按鈕41中的磁體39的其它方式來控制閥門。例如，可以人們所熟知的方式將一個電磁體安裝在閥體上，在電的控制下有選擇性地建立所需的吸引磁場。類似地，也可以人們所熟知的方式將一個由空氣來推動的活塞裝到閥體9和磁體39上，在氣壓控制下有選擇地將磁體置于接近端板35的位置上。這樣，通過以磁的方式將可作相對運動的密封部件吸引到密封接合位置，并且通過將一個由密封部件所攜帶的可動磁體從它的密封接合位置(利用它的靠近予置磁鐵的吸引力)變到接近一個有吸引力的控制磁體并與予置磁體相分離的另一位置，就可以從外部來控制流過本發(fā)明這種閥門實施例的流體。
在本發(fā)明的某些流體控制應(yīng)用中，很重要的是確保閥門輸出側(cè)的背壓不至于克服由磁力加強和壓力加強的密封，否則就會使得流體反向流過閥門。在這樣的應(yīng)用情況下，根據(jù)如附圖3所示的本發(fā)明的另一種實施例，對閥孔19的輸入側(cè)和輸出側(cè)都予以密封是有好處的。在這一附圖中，與附圖1中所示的類似部件具有相同的附圖標(biāo)號。請注意，在如附圖3所示的實施例中，磁體32(用于將部件25所攜帶的磁體29吸引到密封接合位置)本身被封裝在一個可以運動的密封部件34中，該部件包含一個彈性密封塊24。因此，在磁體29和32置于相互吸引的極性方向并且分別由各自的密封部件25和34攜帶的情況下，用與環(huán)形上表面21接合的密封件23和與環(huán)形下表面22接合的密封件24，從孔的兩側(cè)將孔19密封。這些由磁力增強的密封又進一步被通道15中的純流體壓力或通道17中的純流體壓力加強(通道15中的純壓力加強21和23之間的密封，通道17中的純壓力加強22和24之間的密封)，因而保證了接到孔19兩側(cè)的流體入口和通道之間的完全隔離。另一個磁體38(如圖所示，該磁體較小，以表示它用來產(chǎn)生相對來說較低的磁通量)被封裝在端帽36之中，處于和磁體32相互吸引的極性方向，端帽36以上面說過的方式焊接在閥體9上，以消除接頭和由此而可能產(chǎn)生的泄漏。具有較小磁通量的磁體38不可能克服磁體29和32之間使得密封件予置閉合的吸引力，因此，該閥門仍如上所述的那樣工作在常閉狀態(tài)。
參照附圖4，它顯示了如附圖3中所述本發(fā)明的閥門被驅(qū)動到開啟孔19的狀態(tài)。具體地說，磁體29和39之間的磁性吸引力(當(dāng)通過驅(qū)動按鈕41將磁體39置于貼近端板35的位置時)將磁體229置于腔室27的上端位置，使得部件25和密封件23與密封表面21脫離密封接合。磁體29與磁體32的脫離位置大大減小了它們之間的吸引力，而磁體32受到朝向磁體38的更大純吸引力的吸引。攜帶磁體32和密封件24的部件34因而以滑動方式改變其位置，靠近磁體38，使得密封件24和密封表面22之間脫離密封接合。
如圖所示，在磁體39所產(chǎn)生的磁通的控制之下，該閥門持續(xù)工作在開啟模式。一旦磁體39被重新置于遠離端板35的位置(或者減小一個起相同作用的電磁體的磁通量)，磁體29和32之間的純吸引力就重新恢復(fù)，使得磁體29被重新置于空腔27中靠近孔19的位置，相應(yīng)的部件25、34和密封件23、24重新和孔19的兩個密封表面21、23形成密封接合。磁體38和32之間的吸引力減小并且被磁體29與32之間的吸引力所克服，從而使得閥門恢復(fù)到如附圖3所示的常閉工作狀態(tài)。這樣，通過將裝在閥孔兩側(cè)的由可動密封部件所攜帶的磁體從其與孔形成密封接合的相應(yīng)位置移到它們的相應(yīng)密封部件與孔脫離密封接合并且靠近另外的相應(yīng)吸引磁體的位置，就對流過本發(fā)明這一實施例閥門的流體提供了進一步的控制。
應(yīng)該注意的是，為了防止在所供流體超壓的情況下使得閥門開啟，本發(fā)明的閥門考慮了一個安全余量。如上所述的防止流體流動的壓力增強密封和一定限度的用于從內(nèi)部驅(qū)動部件25和34的磁力確定了一個使得閥門不至于開啟的最大壓力。如果這種閥門就裝在一個系統(tǒng)(通常在半導(dǎo)體制造系統(tǒng))中的玻璃或石英容器的上游位置上，而這樣的容器又可能被過大的流體壓力破壞或損壞，這一點特別重要。因此，與可以通過手動操作或?qū)﹂y門提供足夠的空氣壓力或電磁力使之強制開啟的一般閥門不同，在流體過壓的情況下，本發(fā)明閥門的動作將不受草率施加的企圖強制開啟閥門的外界力的影響，向下更使勁地壓按鈕也不會提供比磁體29和39所能提供的磁性吸引力更大的閥門開啟力。由這些磁體所提供的力因而僅僅能夠克服一定限度的作用在閥孔有效面積上的流體壓力。在孔較大而磁體29和39不變的情況下，則僅僅只能克服較低供給壓力，將閥門開啟。參見附圖5a和5b，它給出了如附圖3、4所示閥門的另一種實施例的剖視圖，其中孔19的側(cè)壁是傾斜的，因此，輸入壓力和輸出壓力(或者說是背壓)所作用的閥門密封面21和22具有不同的面積。根據(jù)本發(fā)明的這一特點該閥門可以設(shè)計得在輸入側(cè)防止在較高供給壓力下將閥門開啟，與此同時在輸出側(cè)僅僅防止在較低的輸出壓力或背壓下將閥門開啟。
因此，如同本發(fā)明所述的流體流動的隔離和控制裝置及方法提供了一種可靠的常閉操作，它可以磁的方式由外部進行控制，而不需要有閥門內(nèi)部通道和外部環(huán)境之間的滑動密封件或波紋管。另外，根據(jù)本發(fā)明，通過在一個單獨磁通源的單一控制下，在閥孔的兩側(cè)提供雙向作用的密封部件，能夠有效地防止流體反向流過閥門。
權(quán)利要求
1.用于控制受壓流體流動的裝置，包括一個殼體，其中具有一個第一流體通道和一個第二流體通道，在上述第一和第二流體通道之間有一個孔。一個安裝在第一流體通道中的部件，它用于有選擇性地和上述孔相接合或脫離接合，以便有選擇性地和上述孔形成流體密封，上述部件中包括一個長形空腔，其長度方向與上述部件的運動方向基本上排成一條直線。一個以能夠滑動的方式裝在上述空腔之內(nèi)的第一磁體，它能夠在靠近上述孔的第一位置和遠離孔的第二位置之間運動。一個裝在上述第二通道中的第二磁體，它通過磁的方式促使上述第一磁體位于上述第一位置并且促使上述部件和上述孔形成接合。裝在上述第一和第二通道外面的磁體部件，用以磁的方式有選擇性地驅(qū)動上述第一磁體，在上述空腔中滑到上述第二位置并且促進上述部件與上述孔脫離接合。
2.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述的磁體部件包括一個位于所述第一和第二通道外部的第三磁體，它被有選擇性地置于靠近所述部件和遠離所述部件的位置上，其方向是與第一磁體相互吸引，上述第三磁體所具有的磁通強度在第三磁體被置于靠近所述部件的位置時將上述第一磁體吸引到第二位置并使上述部件與上述孔脫離密封接合。
3.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述第二磁體由一個具有密封件的輔助部件攜帶，該輔助部件裝在所述的第二流體通道之內(nèi)，用于有選擇性地運動到與所述孔形成接合和脫離接合，以便有選擇性地與上述孔形成流體密封，所述第二磁體和輔助部件被彈性地促使與所述孔脫離接合，而所述第二磁體和第一磁體在所述第一位置上有足夠的磁性吸力來確保所述部件和輔助部件都和上述孔形成流體密封接合。
4.如權(quán)利要求
3所述的裝置，其特征在于該裝置還包括一個放在靠近所述第二磁體位置上的第四磁體，它用于以磁的方式促使第二磁體和攜帶該第二磁體的上述輔助部件在使得該輔助部件和所述孔脫離接合的方向上運動，當(dāng)所述第一磁體位于所述第二位置時，第四磁體具有足能的磁性吸引力促使輔助部件及攜帶的第二磁體脫離與上述孔之間的密封接合，當(dāng)?shù)谝淮朋w位于所述第一位置時，第四磁體沒有足能的磁性吸引力來克服第一磁體和第二磁體之間的吸引力。
5.用于控制流體流過位于一個剛性殼體之中的第一和第二通道之間的可相對運動密封件的方法，包括以運動的方式控制殼體中一個密封件相對于另一個密封件的位置，以便在它們之間有選擇性形成密封接合。提供一個磁場源，它能夠被有選擇地置于上述一個密封件的不同位置，這些位置相間隔的方向基本上和上述密封件的運動方向成一直線。將一個輔助磁場源置于相對于上述密封件的位置上，用于在上述磁場置于靠近上述輔助磁場源的位置時，與磁場源相互作用，促使密封件之間形成密封接合。提供一個磁場，其強度和磁性方向?qū)⑸鲜龃艌鲈粗糜谶h離上述輔助磁場源的位置，以便減小它們之間的相互作用并且促使上述密封件脫離密封接合。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其特征在于在置放一個輔助磁場源的步驟中，包括以可以滑動的方式來安裝帶有輔助密封件的輔助磁場源，用于有選擇性地和上述孔形成密封接合，并且包括以彈性方式促使帶有輔助密封件的輔助磁場源脫離密封接合。當(dāng)上述磁場源位于靠近上述孔的位置時，上述磁場源和輔助磁場源之間的磁性吸引力克服彈性，促使將上述部件和上述輔助部件吸引到和上述孔分別形成密封接合。
7.如權(quán)利要求
3所述的裝置，其特征在于其中所述孔朝著所述第二流體通道向外傾斜，以便在第二流體通道中形成大于第一流體通道中的橫斷面。
專利摘要
本發(fā)明提供了控制流體流動的裝置和方法。通過使用一個磁通的控制源，可以從外部來操縱位于一個剛性閥體之內(nèi)的可用磁力定位的部件。將內(nèi)部磁性元件預(yù)置于常閉密封接合狀態(tài)的相對吸引力本質(zhì)上是由根據(jù)控制磁通重新確定磁體的位置來改變的。采用以統(tǒng)一的方式響應(yīng)于控制磁通的內(nèi)部雙向作用密封件。本裝置在純輸出正壓力條件下本身就具有防止流體反向流過閥的完全密封或隔離性能。
文檔編號F15BGK87101604SQ87101604
公開日1987年9月2日 申請日期1987年2月4日
發(fā)明者保羅·G·艾茲莫 申請人:保羅·G·艾茲莫導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan