CN100402919C - 多重调整器真空传送阀组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制来自加压容器的出口的加压流体的流出的设备，且特别地涉及在容器(1)内的用于储藏和控制从容器(1)出来的流体或气体的流动的多重流体调整装置(7，10)。

Description

多重调整器真空传送阀组件
技术领域
本发明涉及一种用于贮存和分配流体的阀组件，更具体的，本发明涉及一种用于贮存和分配加压气体的多重调整器真空传送阀组件，其防止加压气体从容器无控制流出。
背景技术
提供一种安全、有效的方法，在低于大气压的条件下操作有毒、易燃、有腐蚀性的气体是工业的目标。尤其，这些气体包括掺杂剂气体。一般，掺杂剂气体贮存在压缩气体瓶里，根据特殊气体的特性，压力等于在特定压力下或在比压下的单个气体的蒸汽压力。这些气体作为用于生产半导体器件的掺杂剂原料的来源。这些掺杂剂气体在一种称为离子注入器的工具里使用。离子注入器定位于半导体生产装置的生产区域里，那里有成百、甚至成千的人员从事半导体的生产加工。这些工具在很高的电压下运转，通常，达到几千千伏。由于这些高电压，掺杂剂源气体必须定位于该工具上或在该工具自身的内部(大部分其他半导体工具将源气体设置在人员或者主要生产区域以外)。离子注入工具的一个独特特征是他们在低于大气压的压力运转。利用工具里现有的真空从瓶传送产品创造了更安全的封闭，使得产品不能从瓶封闭中去除，直到使用真空。该真空传送想法防止从加压气体意外暴露。
现在，人们相信有三种独特的方法解决与掺杂剂气体的低于大气压传送相关的问题。第一种包括将压缩气体瓶装满物理吸附剂物质(粒状活性碳)，并可逆地将掺杂剂气体吸收到该物质上。该想法通常被称作SDSTM技术。解吸过程包括给吸附剂物质/瓶施加真空或热。实践中，来自离子注入器的真空用于从固态相的吸附剂释放气体。有与SDS技术问题相关的某些局限，他们包括：1)吸附剂物质有有限的装载量，因此限定了在给定尺寸的瓶中可利用的产品的数量；2)解吸过程能够通过将瓶封闭暴露于热而起动，因此当瓶暴露于在许多瓶仓库地点都普遍的高于70华氏度的温度时，在大气压和超大气压的压力下，导致瓶到达和传送气体；3)由于在吸附剂物质上的其他物质/气体的吸附/解吸，破坏从瓶传送的气体的纯度；以及4)吸附剂磨损能够导致气体传送系统中的微粒污染。
第二种解决与掺杂剂气体的低于大气压传送相关的问题的方法，包括在低于大气压的条件下使用机械调整器或者止回阀以控制/传送产品。这些调整装置被设置为当对该装置施加低于大气压或者真空条件时传送或打开。调整装置定位于传统开/关瓶阀座机构的上游。这些上游调整装置的确切位置可以在阀主体内，在颈腔内，在瓶自身内部，或者所有三种位置的组合。在每种情形里，相对于从瓶内部到传送端口的气流，调整装置定位于瓶阀座的上游。
美国专利No.5937895披露一种采用分配止回阀和流动限制结构的形式的调整器，以提供一种事实上失效保险系统，以防止流体从加压瓶或者箱危险的流出。美国专利No.6045115披露一种流动限制器，以提供毛细管大小的开端，其在不太可能的控制阀或者调整器失灵的情形下，将任何从压缩气体瓶流出的有毒气体最少化。这两个披露都提供了低于大气压的传送调整装置，其相对于通过阀的气流定位于阀座的上游。相信这些披露提供了一种对最大入口压力(或者瓶贮存压力)有重要限制的调整装置，其必须为或低于约600磅/平方英寸，而且调整装置预先设置为特定的压力(其是不可调节的)。
美国专利No.6089027和No.6101806都与一种包含用于维持需要压力的容器的流体贮藏和分配系统有关。该容器有与容器的端口有关并且设置为预定压力的压力调整器，例如单级或多级调整器。分配组件被安排为与调整器气体/蒸汽流相连通，由此阀的开启影响来自容器的气体/蒸汽的分配，该分配组件例如包括如阀的流动控制装置。容器中的流体可以由一种液体组成，其在超过其在例如周围环境的温度(室温)的当前温度条件下的液化压力的压力下被限制在容器内。’027专利披露一种在阀控制装置的上游侧上的多级调整器。
以上专利披露了相对于由瓶内部至传送端口的气流将调整装置定位在阀座的上游。然而，调整装置能够定位在阀主体内，在颈腔内，在瓶自身内部，或者所有三种位置的组合。
第三种解决与掺杂剂气体的低于大气压下传送相关的问题的方法，包括使用定位在机械调整器或止回阀下游的单一调整器，以在低于大气压下控制/传送产品。美国专利No.6314986披露一种与压缩气体瓶一起使用的模块化的气体控制装置，其包含主要模块和安装在主要模块上的次要模块。该专利披露了定位在主要的瓶截止阀的下游的单一调整器的使用。该调整器被定位在阀主体内，并调节为从低于大气压至超大气压传送任何要求的出口压力。截止阀具有定位在调整器上游的内部和座机构。一种单一调整器被披露。有与这种方法相关的某些潜在的问题。例如，调整器失灵时，潜在的高泄漏率及压力的升高可能发生。同样，单一调整器可能难以在大的进口压力范围内的控制流动。
本发明的目的是在阀或管道失灵的情形下限制或防止有毒气体的释放。
本发明的另一个目的是能够在气体瓶内储存较高的压力。较高的压力使较大量的产品容纳在该瓶内，因此，提供了较强的生产能力和对消费者的较低成本。
另一目的是通过附加的调整器提供更大的保护，以使瓶阀座不会暴露在空气污染物中。
另一目的是由于专门的毛细管的受限制的流动能力而为加压的气体瓶提供更大的保护，以不会使加压气体暴露在大气中。
另一目的是为阀座的下游的调整装置提供可选择的控制，以从低于大气压至任何小于或等于定位在阀座的上游的调整器的出口压力的需要压力调节出口压力。
发明内容
本发明涉及一种用于控制加压流体从加压容器出口流出的设备，该设备包括：a)端口主体，其与加压箱的出口连通，限定流体流出通道；b)阀元件，其固定在端口主体里或上游，适合于在阻止流体流过流体流出通道的密封位置和允许流体沿流体流出通道流动的开放位置之间运动；c)上游隔膜，其限定内部体积，该内部体积与阀元件上游的压力条件隔离，且与阀元件接合，来以保持阀元件在密封位置的方式来控制阀元件的运动，直至隔膜的内部体积与端口主体的内部之间的压力差移动阀元件至开放位置；以及d)下游隔膜，其限定内部体积，该内部体积与阀元件下游的压力条件隔离，且与阀元件接合，来以保持阀元件在密封位置的方式来控制阀元件的运动，直至隔膜的内部体积与端口主体的内部之间的压力差移动阀元件至开放位置。
在另一个实施例中，本发明涉及瓶和阀组件，其用来保存加压的流体以及控制加压流体从瓶流出，该瓶和阀组件包括：a)限定瓶开口的瓶；b)适合于与瓶开口封闭接合的端口主体；c)流体入口端口，其由端口主体限定且定位于瓶外面；d)流体流出通道，其由流体入口端口与流体出口端口之间的阀主体限定；e)手动操作的截止阀，其用于控制流体沿流体流出通道流动；以及f)自动阀，其包含偏置到阻止流体沿流体流出通道流动的定标位置的阀元件以及多个密封波纹管，至少一个密封波纹管沿流体流出通道定位于阀元件的上游，且至少一个密封波纹管沿流体流出通道定位于阀元件的下游，密封波纹管有可操作地连于阀元件的一部分，当波纹管内部与外部之间的相对压力使波纹管膨胀时，移动阀元件至开放的位置，其中，该开放位置允许流体沿流体流出途径流动。
在另一种实施例中，本发明涉及一种用于控制加压流体从包含有毒氢化(hydridic)或者卤化(halidic)化合物的加压箱出口流出的设备，该设备包括：a)容器，其用于保持加压流体至少部分在气态；b)出口端口，其用于从容器释放加压气体；c)气体流动通道，其至少部分由出口端口限定，以传送来自容器的加压气体；以及d)多个独立的调整装置，至少一个在阀的上游且至少一个在阀的下游，其采用沿气体流动通道的至少一部分的受限制的流动通道的形式，限制包含在容器里的气体在大气压条件下的流动在10至20sccm之间。
在本发明中，除了阀元件以外，容器或者端口主体还保持了手动启动的阀。管道中的由受限制的流动通道的填塞限定了流体流出通道的一部分。该管道包括毛细管，其具有不超过0.2毫米的内部直径。隔膜包括波纹管。
壳体限定了容纳波纹管的波纹管腔，波纹管腔与位于提升阀/阀元件下游的流体流出通道的一部分连通，以及波纹管被足够的内部压力密封，以在与流出通道的连通在波纹管腔内产生足够的压力条件时移动提升阀/阀元件至开放位置。提升阀/阀元件包括提升阀，波纹管的膨胀导致栓移动提升阀至开放位置。一个密封的波纹管定位于瓶阀的上游，一个波纹管定位于瓶阀的下游，每个波纹管都适于响应于波纹管腔里的压力条件移动提升阀/阀元件至开放位置。受限制的通道是毛细管，其包括限定流体入口端口的堵塞，且沿着流体流出通道的长度大约沿着瓶的长度的中间定位流体入口端口。
本发明的附加的目的，实施例，优势以及细节在以下的优选实施例的详细描述中描述。
附图说明
图1是包括本发明的双调整器真空传送阀组件的瓶和头阀组件的截面示意图。
图2是本发明的上游调整器和毛细管流动限制器的可选择的位置的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种在真空传送封闭系统内的多重调整/转换装置(即调整器)。第一个调整装置被设置在流动控制元件(即阀座)的上游。第一个装置在减低的压力下从瓶内部传送气体。例如，瓶压力可能在大约0到大约1800磅/平方英寸的范围内，而来自这个第一个调整装置的出口压力可能在大约0到大约200磅/平方英寸的范围内，最好接近大约0磅/平方英寸的范围。
本发明的主要方面是使用设置在瓶阀下游但在阀主体内的第二个调整/转换装置(调整器/止回阀)。这个第二个调整装置被设计成在低于大气压的条件下开放(或者传送气体)，即调整装置的进口处于等于或大于大气压，而第二个调整装置的出口则处于低于大气压。
第二个调整装置被放置在这样的位置，使得其仅在瓶阀(或阀座)打开的时候可以经历瓶的压力，因此限制调整装置暴露在高压气体中。另一优点是该调整装置足够小可安装在传统瓶开口内。另一优点是瓶外部的第二个调整器/转换装置的位置允许调整装置应该是可调节的(即传送或驱动压力是可调节的)。调整装置的这个当前位置，特别地，调整装置中的一个被设置在瓶阀座的上游而第二个调整装置被设置在瓶阀座的下游，导致本发明的有利的实施例。更特别地，瓶阀下游的第二个调整装置的位置集成到瓶阀，使得该调整装置是永久地与瓶阀(或阀座)接附或事实上是瓶阀(或阀座)本身的一部分。
在这里，多重调整器系统最好与毛细管流动限制器组件结合设置。这个组件最好设置在：1)第一个调整装置与瓶阀座之间或2)第一个调整装置的上游。该特别的应用可确定限制器组件的确切位置。限制器组件被设计成在任意机械装置失灵的情况下限制来自瓶的气流。
图1提供了本发明的优选的实施例，其用多重调整器/开关，至少一个在截止阀(或者瓶阀座)的上游，达到了在低于大气压下传送的目的。该结构提供了这样一种系统，即，其排除阀座(瓶阀)暴露于空气，在瓶里的气体的使用期限(广阔的压力范围)传送不变的出口压力，以及利用毛细管限制器约束流体流动到低的预先设置的速度。
如图1所提供的，多重调整器真空传送阀组件2比传统出口端口主体大，或者比一般阀主体稍大。瓶阀座11定位于阀主体内和调整器装置7的下游。毛细管组件9定位于调整器装置7和阀座11之间。
压缩气体瓶1和多重调整器装置真空传送阀组件2的流体贮存和分配系统。压缩气体瓶装满了要求的流体13(或者尤其掺杂剂气体)，达到特定的压力或者产品重量。瓶填料、调解和产品测试通过第二个填充端口(没有图示，但参考图1时，设置于阀主体后面)发生。填充端口通过通向流体通道6的阀机构5被开放和关闭。固定在消费者使用的端口4中或者上游的瓶阀11通过手动操作的阀3被开放/关闭，以允许流体流过流出通道。气流通过施加真空达到出口端口4来实现，其使第二个调整装置10内的波纹管膨胀，因此使装置10中的提升阀/阀元件从它的底座移开并允许来自瓶1内部的气体流过第一个调整装置7，通过毛细管9和围绕开放的阀座11。第一个调整器装置7被预先设置为将气态产品以相对于瓶13内部的压力降低了的压力传送到第二个调整器装置10。第二个调整装置10从第一调整装置7将较低压力气体真空传送到出口端口，以被半导体工具使用。8A和8B是玻璃料(frit)过滤器装置。
图2提供了相对于毛细管组件和瓶阀座的调整器装置的结构的示意图。在一个实施例中，毛细管流动限制器9位置在调整器7的上游。流体通过瓶阀11的下游，然后到达下游调整装置10。在另一个实施例中，上游调整器装置位置在毛细管流动限制器9的上游，然后流体传递到瓶阀11，先于下游调整器装置10。
没有在这里特别讨论的各种元件和他们的运转，包括但不限于调整装置和毛细管流动限制器的运转，可以在美国专利No.5937895；No.6045115和No.6007609中找到，而且通过参考包括于此。
本发明的主要方面是调整/转换装置的位置，也就是，瓶阀座上游的第一个调整器装置和下游的第二个调整器装置。调整器或止回阀的类型能够根据气体供应，传送压力，流动速度等等变化。第二个(真空)调整器/止回阀必须以这样的方式接附在阀上，即，其提供气体紧密密封，最好永久地接附在阀上，最好定位于阀主体自身的外壳内部。这样定位的原因是为了保护调整装置并防止损害。调整装置不应仅仅限于真空传送。两个调整装置能预先设置为在任何压力下从瓶内部传送气体，包括低于大气压，大气压以及超大气压的压力，直到瓶的最大贮存压力。调整装置最好永久接附在瓶阀主体上，但是另一个实施例会提供可以拆除的第二调整装置，其可以以任何其它机械方式螺纹连接或者固定，其提供气体紧密的密封。这样一种调整装置能被插入出口端口主体内，类似如何使减小流动口安装在出口端口里。由于第二个调整器/止回阀定位于瓶的外部，能够规定使该调整装置得以被调节。调节将改变该调整装置的传送压力以满足用户的要求。例如，调整装置可以根据用户的需要/应用以一定方式调节，以从低于大气压到大气压或者超大气压改变传送。如上述所提，对于该应用，两个调整装置的位置对于该专利是关键要素。
本发明中的多重独立调整装置方便了容器中较高压力下气体的贮存。较高的压力提供了更大的机会来在相等体积下贮存更多产品(流体或气体)，这为用户提供了更低的所有权成本。多重独立调整装置提供了对瓶阀的更大的保护防止空气污染，以及更安全的设计，如果调整装置之一失灵。
在独立的实施例中，修改可能还包括单一的调整装置，由此调整装置定位于阀座且用作调整装置以及阀座。本发明的另一个修改包括单一调整/转换装置的使用，其定位于瓶阀座的下游。该调整装置可以成为瓶阀主体的一部分或者适于插入出口端口，如上提及。该调整装置的位置允许调整装置的调节，以在广阔压力范围内传送气体产品。
通常，本发明中的真空传送阀组件可以应用于大量气体产品。下面的表1包括，但不限于，本发明中考虑的流体。其他流体，尤其那些包括其他惰性、易燃、有毒或者半导体处理气体也是本发明中考虑的。
表1
气体或流体 瓶压力(或蒸汽压力)单位：磅/平方英寸 要求的传送压力单位：托 可选传送压力单位：磅/平方英寸
砷化三氢 205  ＜760     ＜205
三氟化硼 600-1800  ＜760     ＜600
磷化氢 583  ＜760     ＜583
锑化氢 780-1100  ＜760     ＜1100
硅烷 1100  ＜50磅/平方英寸     ＜1100
乙硼烷 1000  ＜760     ＜1000
三氯化硼 4.4  ＜760     ＜4
卤化物 0-1800  ＜760     ＜1800
四氟化锗 180  ＜760     ＜180
四氟化硅 1000  ＜760     ＜1000
本发明还考虑某些气体或流体被贮存或分配的特殊形状瓶的特殊使用。尤其，本发明提供更短、更宽的瓶，当贮存和分配三氟化硼时。
那些本领域的普通技术人员将承认，在这里详细描述的过程可以进行许多的变化，而不离开更具体地在下面的权利要求书中限定的本发明的范围或精神。

Claims (19)

1.一种控制加压流体从加压容器的出口流出的设备，该设备包括：
a.端口主体(4)，其用于与加压箱(1)的出口连通，限定流体流出通道；
b.瓶阀(11)，其固定在端口主体里或上游，且适合于在阻止流体流过流体流出通道的密封位置和允许流体沿流体流出通道流动的开放位置之间运动；
c.设置在所述瓶阀上游的第一隔膜(7)，所述第一隔膜限定内部体积，该内部体积与第一提升阀/阀元件上游的压力条件隔离，且与设置在所述第一隔膜中的第一提升阀/阀元件接合，来以保持第一提升阀/阀元件在密封位置的方式来控制第一提升阀/阀元件的运动，直至第一隔膜的内部体积与外部体积之间的压力差移动第一提升阀/阀元件(11)至开放位置；以及
d.设置在所述瓶阀下游的第二隔膜(10)，所述第二隔膜限定内部体积，该内部体积与第二提升阀/瓶阀元件的上游压力条件隔离，且与设置在所述第二隔膜中的第二提升阀/阀元件接合，来以保持第二提升阀/阀元件在密封位置的方式来控制第二提升阀/阀元件的运动，直至与端口主体连通的第二隔膜的内部体积与外部体积之间的压力差移动第二提升阀/阀元件至开放位置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述端口主体保持手动启动的阀(3)与所述瓶阀连通。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，具有受限制的流动通道的管道限定了流体流出通道的一部分。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该管道中的填塞提供了受限制的流动通道。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该管道包括毛细管，其具有小于等于0.2毫米的内部直径。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该隔膜包括波纹管。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，壳体限定了容纳上游隔膜的波纹管的波纹管腔，波纹管腔与位于阀元件下游的流体流出通道的一部分连通，以及波纹管被足够的内部压力密封，以在与流出通道的连通在波纹管腔内产生真空条件时移动阀元件至开放位置。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，该阀元件包括提升阀，波纹管的膨胀导致栓移动提升阀至开放位置。
9.一种瓶(1)和阀组件(2)，其用于容纳加压流体，和控制加压流体从瓶(1)流出，瓶(1)和阀组件(2)包括：
瓶(1)，其限定瓶开口；
端口主体(4)，其适于与瓶开口的密封接合；
流体入口端口(6)，其由端口主体限定，且定位于瓶外部；
流体流出通道，其由流体入口端口与流体出口端口之间的阀主体限定；
手动操作的轮，其用于控制流体沿流体流出通道流动；
其中，所述手动操作的轮偏置瓶阀到阻止流体沿流体流出通道流动的定标位置，以及多个密封波纹管(7，10)，其中至少一个密封波纹管沿流体流出通道定位于瓶阀的上游，且至少一个密封波纹管沿流体流出通道定位于瓶阀的下游，其中，每个密封波纹管有可操作地连于提升阀/阀元件的一部分，当波纹管内部与外部之间的相对压力使波纹管膨胀时，移动提升阀/阀元件至开放的位置，其中，该开放位置允许流体沿流体流出途径流动。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，阀包含阀元件上游的一个密封波纹管和阀元件下游的一个密封波纹管。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，该端口主体限定容纳波纹管的波纹管腔。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，波纹管(7，10)适合于响应于波纹管腔内的真空条件来移动阀元件至开放位置。
13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，阀元件包括提升阀。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，该端口主体限定沿着流体流出通道的长度的受限制的通道。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，毛细管限定流体入口端口，且沿着瓶的长度的中间定位流体入口端口。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，毛细管将入口管保持在瓶的径向中点处。
17.一种用于控制加压流体从包含有毒氢化或者卤化化合物的加压箱出口流出的设备，该设备包括：
容器(1)，其用于保持加压流体至少部分在气态；
出口端口(4)，其用于从容器(1)释放加压气体；
气体流动通道，其至少部分由出口端口(4)限定，以从容器(1)传送加压气体；以及
多个独立的调整装置(7，10)，至少一个在瓶阀的上游且至少一个在瓶阀的下游，以及受限制的流动通道构造为沿气体流动通道的至少一部分的管道，其限制气体通过端口主体的流动在大气压条件下在10至20sccm之间。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，该管道中的填塞提供了受限制的流动通道。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于，限制管道包括毛细管(9)，其具有小于等于0.2毫米的内部直径。
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