CN101230925A - 手动/气动组合截止阀 - Google Patents

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Abstract

一种手动/气动组合截止阀(11)。所述阀包括一个壳体(13)；设置在所述壳体中并且具有一个流体入口(19)和一个流体出口(21)的一个阀腔(17)；一个隔膜(23)；一个阀座(25)；一个气动致动器(29)，其适于将所述隔膜由第一位置移动至流第二位置，在所述第一位置，所述隔膜和所述阀座在所述流体入口和所述流体出口之间形成密封，在所述第二位置时，所述流体入口和所述流体出口处于连通状态；以及手柄(31)，适于使用所述致动器，将所述隔膜手动地由所述第二位置移动至所述第一位置，不管是否出现气动控制信号。所述阀通过将手动阀和气动阀的功能组合到一个元件中，而使工艺流体控制装置的长度缩短，并因此缩短流体控制板的尺寸。

Description

手动/气动组合截止阀
本申请是2004年1月17日提交的名称为：“手动/气动组合截止阀”的中国专利申请200410005821.0的分案申请。
本申请要求对2003年1月17日申请的题为“手动/气动组合截止阀”的美国临时专利60/440928享有优先权。
技术领域
本发明关于工艺流体控制装置，尤其是关于一种工艺流体控制装置的截止阀。
背景技术
在半导体晶片处理过程中，与添加、改变或去除硅片上材料相关的几乎所有工艺都会使用一种或多种工艺流体。这些工艺流体可包括诸如氦的惰性流体，乃至诸如氯的有毒腐蚀性流体。因此，半导体晶片处理需要复杂的流体输送系统，这些输送系统可以向晶片处理室提供精确数量的多种工艺流体。
典型的加工装置中，这些工艺流体盛在一个设备系统控制下的单独增压筒之内，所述增压筒设在所述处理设备外。然后用管道将所述流体送至所述设备，而且由流体控制板控制的流体由接点用管道接至加工室。所述流体控制板一般分成单独的加工流体控制装置，每个装置都是用作一种流体流的部件(例如阀、过滤器、流体净化器、压力调节器和传感器)的一个完整装置。
图1显示典型的现有技术中流体控制板中的工艺流体控制装置101。所显示的配置是通常用于有毒流体(例如氯)的类型。工艺流体控制装置包括手动隔膜阀(manual diaphragm valve)103，通过允许为维修和使用而手动关闭流经装置的液流，其用作安全装置。液压由压力调节器105和压力传感器107控制。提供过滤器109以从液流中去除杂质。第一气动阀111和第二气动阀113通过向两个气动阀和质量流量控制器(MFC)115发送电信号，从而使液流的开启和关闭能远程控制。所述第二气动阀113对流经工艺流体控制装置的流体提供精确控制。提供第三气动阀117和第四气动阀119，以便可以对质量流量控制器进行清洗维护。(在为使用惰性流体而设计的工艺流体控制装置类型中，通常并不存在第三气动阀和第四气动阀。)在质量流量控制器上提供通信端口121，从而使其能从远程进行访问和控制。
虽然图1中的工艺流体控制装置配置使流体控制板能对输送到晶片处理室的流体提供良好控制，但是此配置中部件的数量导致流体控制板过于庞大而复杂。对于需要使用几种不同工艺流体的晶片处理室尤为如此。
因此，在本技术领域中，需要一种更加紧凑和/或具有更少部件的工艺流体控制装置和流体控制板配置，但不牺牲所述配置的功能性、易于使用性以及模块性。此处公开的设备和方法满足这些需求及其它需求。
发明内容
在一个方式中，本发明提供由致动器(actuator)和手柄(handle)组成的一种设备。作为对一个气动信号的响应，所述致动器适于将所述设备由第一状态(可以是闭态)移动至第二状态(可以是开态)，所述手柄适于将所述设备由所述第二状态移动至所述第一状态，而不管是否出现气动信号。所述设备可以是，例如，安装有阀的流体控制装置，其中所述阀在所述第一状态关闭，在所述第二状态打开，或者它可以是气动锁闩(latch)，其中所述锁闩在所述第一状态关闭，在所述第二状态打开。所述手柄通常用手驱动，如绕一个轴旋转，而所述致动器通常是气动的。所述设备可以包含隔膜(diaphragm)和阀座(valve seat)，作为对一个气动信号的响应，所述致动器适于将所述设备由第一状态移动至第二状态，在所述第一状态，所述隔膜压在所述阀座上，在所述第二状态，所述隔膜未压在所述阀座上。所述设备还可以包括一个具有流体入口和流体出口的阀腔(valve chamber)，其中所述隔膜和所述阀座在所述流体入口和所述流体出口之间形成一个密封。在此类实施例中，当所述设备处于所述第二状态时，所述流体入口和所述流体出口通常处于相互连通状态。
在另一方式中，本发明提供一种用于工艺流体控制装置的手动/气动组合阀。所述阀包括：(a)一个壳体，(b)位于壳体中的一个阀腔，该阀腔具有一个入口和一个出口，并且还可以包含一个隔膜和一个阀座，(c)一个气动致动器，作为对气动信号的响应，所述致动器适于将所述阀由第一状态移动至第二状态，在所述第一状态，停止流体在所述流体入口和所述流体出口之间的流动，在所述第二状态，允许流体在所述流体入口和所述流体出口之间的流动；以及(d)一个手柄，所述手柄适于将所述阀由所述第二状态移动至所述第一状态，而不管气动信号是否出现在所述致动器中。当所述阀处于所述第一状态时，所述隔膜和所述阀座通常会在所述流体入口和所述流体出口之间形成密封；相反，当所述阀处于所述第二状态时，所述流体入口和所述流体出口通常处于相互连通状态。所述阀还可以包括膨胀腔(expansion chamber)，其中有一个活塞，作为对一个信号的响应，所述活塞适于将所述隔膜由它压在所述阀座上的一个位置移动至另外一个不同的位置，例如，通过沿着纵轴在第一个方向运动的方式实现这种移动，并且，所述膨胀腔可能设有一个适于将压缩空气导入所述膨胀腔的入口，以及一个适于将气体由所述膨胀腔排出的出口。所述阀还可以包括一个适于在所述隔膜上维持压缩力的弹簧。
所述阀的手柄可以安装有带螺纹的圆筒，可以旋转它来与壳体中配套的带螺纹的孔(aperture)接合，从而将所述阀移动至所述第一状态。所述阀的手柄可以有一个轴，所述轴设有由彼此连通的第一和第二孔限定的通道，并且，其中所述第一个孔与所述膨胀腔相通。所述第二个孔可以是可以调节的，通过旋转所述手柄，其可以由与所述入口连通的第一位置移动至与所述出口连通的第二位置。所述阀座可以是一个O型环，并且可以放在流体入口附近，这样当所述阀处于所述第一状态时，所述致动器将隔膜挤压向所述O型环。
在某些配置中，对所述阀进行了改造，以使一个弹簧在所述阀处于所述第一状态时，保持所述隔膜靠近所述阀座，并且气动腔和所述活塞会阻碍所述弹簧，以使隔膜移动，这样所述阀即可进入所述第二状态。气动腔脱离入口并且与出口连接(由旋转所述手柄这一个操作完成)，会将所述阀置于关闭位置并且禁用气动控制。这样一个配置还可以包括一个机械的联动装置(mechanicallinkage)，这样所述手柄的旋转产生一个施加在所述隔膜上的轴向力，从而在弹簧提供的力之外，提供另外一个力保持所述隔膜紧压在所述阀座上。
在另外一方式中，提供一种工艺流体控制装置，所述装置包括第一和第二气动阀、质量流量控制器和手动/气动组合阀(combination manual/pneumatic)，其中所述第一气动阀位于所述质量流量控制器的上游，其中所述第二气动阀位于所述质量流量控制器的下游，其中所述组合阀位于所述第一气动阀的上游。
在另一方式中，提供一种流体控制板(fluid panel)，所述流体控制板包括衬底，及布置在所述衬底上的多个工艺流体控制装置。所述多个工艺流体控制装置的每一个都包括第一和第二气动阀、质量流量控制器和手动/气动组合阀。所述第一气动阀位于所述质量流量控制器的上游，所述第二气动阀位于所述质量流量控制器的下游，以及所述组合阀位于所述第一气动阀的上游。
下面将更加详细地描述这些方式及其它方式。
附图说明
图1是现有技术中工艺流体控制装置的示意图；
图2是依照本发明的思想的组合阀/手动手柄的示意图(显示手动启用、气动关闭的位置)；
图3是依照本发明的思想的组合阀/手动手柄的示意图(显示手动启用、气动开启的位置)；
图4是依照本发明的思想的组合阀/手动手柄的示意图(显示手动禁用阀，且提供一个开启所述阀门的气动信号，但是所述阀门是关闭的)；
图5是依照本发明的思想的阀杆(stem)/手柄界面的示意图；
图6是组合成为依照本发明的思想制造的质量流量控制器的功能的示意图；
图7是显示常规的基于热量的质量流量控制器的流体路径的功能示意图；
图8是依照本发明的思想制造的质量流量控制器的流体路径的示意图；
图9是显示常规流体控制板中交叉干扰(crosstalk)的曲线图；
图10是显示通过使用依照本发明的思想制造的质量流量控制器而减少干扰的曲线图；
图11是显示依照本发明的思想制造的工艺流体控制装置配置的示意图；以及
图12是依照本发明思想制造的流体托台(fluid pallet)示意图。
具体实施方式
在本申请中，术语“流体”包括液体和气体。
业已发现，通过将手动阀和气动阀(例如图1中的第一气动阀111)的功能组合，可以缩短工艺流体控制装置的长度，并由此缩短流体控制板的长度。相应的手动/气动组合阀可以缩短所述工艺流体控制装置的长度和所述流体控制板的尺寸，而不会对所述流体控制板或所述工艺流体控制装置的可用性及其模块性产生不利的影响。还发现，通过将如图1所示的压力调节器、压力传感器和常规工艺流体控制装置的过滤器的功能组合到质量流量控制器中，可以进一步缩短所述工艺流体控制装置的长度和所述流体控制板的尺寸而同样不会对所述流体控制板或所述工艺流体控制装置的可用性及其模块性产生不利的影响。下面将详细描述此处公开的所述系统和设备的这些方式、其它方式及其特征。
图2-4显示依照本发明的思想制造的手动/气动组合阀11的一个实施例。所述组合阀具有壳体13，所述壳体通常为圆柱形并且包含设置在圆柱中央的膨胀腔15和设置在圆柱中央的阀腔17。所述膨胀腔和所述阀腔通常是同轴对齐的。所述阀腔内具有在其中限定的工艺流体入口19和工艺流体出口21，并且配有相互配合的隔膜23和阀座25，以控制流体进出所述阀腔。因此，当所述隔膜与所述阀座相隔一定距离时，所述工艺流体入口和所述工艺流体出口连通，从而允许流体流入和流出所述阀腔。然而，当所述隔膜被挤压到所述阀座上时(即，当所述阀门处于“断开”位置时)，所述工艺流体入口和所述工艺流体出口彼此隔离开，并且禁止流体通过所述阀腔流动。通常情况下，所述阀座将包括弹性材料(elastomeric material)，所述材料具有足够的柔度(compliance)，当向其施加足够的压缩力(compressive force)时，可以实现紧密密封，然而所述材料又具有足够的回弹性(resilency)，当所述压力移除时，其恢复至原始形状。所述阀座通常将包含一个含氟弹性体，所述弹性体可以涂上一层全氟聚合物(perfluoropolymer)，从而使其对诸如氯的常用工艺流体具有耐化学腐蚀性。
所述阀的膨胀腔15通常是圆柱形的，并且在其中设有同轴对齐且纵向延伸的轴(shaft)27。所述轴通过心轴(mandrel)28在一端同与所述隔膜23接触的致动器29连接，并且在另一端终止于手柄31。所述轴配有弹簧活塞(spring-loadedpiston)33，所述弹簧活塞依靠弹簧35维持在最小压缩力下。
所述手柄配有带螺纹的凸圆筒37，该凸圆筒与配套的带螺纹的凹插座(receptacle)39接合。所述手柄通常设计成用在工效上合理大小(amount)的力进行操作。因此，当所属手柄沿禁止方向(disabling direction)(通常是顺时针)旋转时，所述轴27沿纵轴方向前进，这样所述致动器就将所述隔膜23压到所述阀座25上，从而切断了流体在所述工艺流体入口19和所述工艺流体出口21之间的流动，并且手动将所述阀置于禁用位置(disabled position)。相反，当所述手柄沿启动方向(enabling direction)旋转(通常为逆时针)，所述轴会沿纵轴方向抽出，所述阀即返回气动控制状态。在此状态下，在没有气动信号时，所述弹簧35持续压紧所述活塞33，所述轴27直接耦合至此，并且所述致动器29接触所述隔膜23，从而维持所述阀门处于关闭位置。这样，所述手柄提供一种机制，在所述机制下，可以只使所述阀的气动控制失效，以禁用所述阀(即，停止流体的流动)。相比之下，只有在所述手柄位于手动启用位置并且出现气动开启信号时，流体才能通过所述阀。从安全的角度来看，所述手动/气动组合阀的这一方式非常重要，因为它不允许控制所述阀来超驰(override)安全联锁回路(safety interlock circuit)，所述安全联锁回路通过禁用气动信号发挥作用。
壳体13也安装有进气口41和排气口43，通过旋转所述手柄31可选择地使它们与设置在所述轴27内的中心通道45连通。所述中心通道与设置在活塞下面的所述膨胀腔部分连通。当所述手柄31位于如图2所示的手动启用位置时——即，当所述中心通道与所述进气口连通时，并且当在所述进气口没有空气信号时(即，未施加足以移动活塞压向弹簧的空气压力时)——所述弹簧35施加的压向活塞33的压缩力使所述致动器压在所述隔膜上面，从而将阀维持在关闭位置。
当所述手柄31处于如图3所示的手动启用位置时——即，当所述中心通道与所述进气口41连通时，并且出现空气信号时(即，在进气口施加了足够的空气压力时)——经由所述中心通道45，向弹簧活塞33施加气动压力(pneumaticpressure)。只要此气动压力施加的力大于弹簧35施加的膨胀力(expansive force)，弹簧将被压缩，活塞将会进入所述轴上的接界(abutment)，其具有停止面47，并且所述致动器29将沿其纵轴抽出。这会使所述隔膜23展开并使所述流体入口19和出口21相互连通，从而使流体流过所述阀腔。
在所描述的类型的阀中，所述隔膜通常由至少两个力向上驱动。第一个力是所述入口19或出口21中的流体压力，其在所述隔膜上施加一个向上的力。第二个力是由于隔膜的静止形状通常是向下凹陷的，所以除非它被挤压到所述阀座25上，否则它会弯曲。关于后面一个特性，需要注意的是，在一些实施例中，所述致动器29不是通过一个机构与所述活塞33连接，其中所述机构是使所述活塞33能拉动所述致动器29的。在这些实施例中，所述活塞33的向上运动可能只允许所述致动器29在隔膜的弯曲作用下向上移动。
如图4所示，当所述手柄31位于手动禁用位置时——即，当所述手柄手动旋转从而使所述中心通道45与所述排气口43连通时——即使在进气口41出现气动信号，所述膨胀腔中的压力仍然是环境压力。此外，所述轴27沿纵轴的前进会因为手柄31旋入禁用位置而将所述致动器29压在所述隔膜23上。因此，轴的纵向移动就使所述阀禁用，它可以阻止活塞在气动信号作用下离开所述隔膜。
当所述手动/气动组合阀11处于禁用位置时，可以使用挂锁、缆绳或其它可用的锁定装置(未显示)锁定。因此，所述阀可以用作封锁出标(LOTO：LockOut Tag Out)装置。此外，为了确保所述手动阀上游流体控制部件在出现故障时的安全性，也可以将所述阀设计成在禁用位置可以承受至少3000psia的入口压力，而在72小时内不允许流体通过所述阀(在这种不太可能出现的情况下，所述阀可能会出现无法恢复的损坏)。
由上面的描述可知，所述阀可以手动禁用或气动关闭，不过手动禁用独立于气动输入状态。因此，仅当手动地将所述阀置于启用位置时，所述阀门才可以气动地开启以允许流体流动，并且即使出现开启的气动信号，也可以手动地禁用所述阀以停止流体的流动。所述阀的这一特性在意外截流和维护这两方面具有很大优势。
图5显示此处公开的组合阀的轴/手柄界面61。所述界面通常置于图2-4中描述的手动/气动组合阀中带螺纹的凸圆筒37内。所述界面可以通过机械加工或焊接的方式，连接到图2-4中的所述阀中的轴27的一端。所述手柄具有空心的柱状底部，其可以与从图2-4中所述阀的轴27上伸出的配套形状的凸件(图5中的轴/手柄界面)配合。所述界面还有孔65，其适于容纳六角固定螺丝或其它紧固装置以将手柄紧固在所述界面。
图5中的所述轴/手柄界面61的有利之处在于：其可以在需要手柄的每一个所述流体控制板部件上提供所述结构，从而使所述流体控制板很容易地标准化，这样一个手柄就可以用于操作控制板的每个部件。这还使与界面配合的每个部件可以与所述界面配合，以使其作为封锁出标LOTO设备，很容易地进行更新和标准化。图5中所述轴/手柄界面61的特征尺寸是可以改变。
上面参照图2-4的所描述的所述手动/气动组合阀与许多现有的阀相比，具有几个重要的安全优势。这些安全优势之一涉及使用组合阀以提供封锁/出标(Lockout/Tagout)(AKA、LOTO、危险能量隔离(HEI))。例如，可以通过将气动控制线中传统的可锁定的手动操作阀替换为组合阀来减小流体控制板尺寸，这样做还允许采用一种可证明的符合封锁/出标设备规定要求的方式禁用气动控制。然而，此方法的缺陷在于，将另外一种驱动压力源(有意或无意地)与工艺流体阀连接会使能量隔离失效(flaw)。例如，偶然的连接可能是试图将控制线连接到另外一个阀的结果，或者是将手动操作阀连接到希望隔离的阀之外的工艺化学阀的结果。
此外，超驰(override)正常禁用阀的气动控制信号会使所述阀处于下面一种状态：在所述状态下，其依靠弹簧力大于流体施加到所述隔膜下侧的力来使所述阀保持禁用状态。根据本发明的思想，可以制造一些阀，它们通过断开阀门装置中的气动控制(防止控制线的交叉连接)，并且通过提供向所述隔膜施加关闭的力的刚性机械联动装置(减少对于弹簧力的依赖，以克服由气体施加的开启力)，消除这些缺陷。特别是，位于阀门出口的具有给定压力的流体施加的开启力大约比位于流体入口的具有相同压力的流体施加的开启力大约大一个数量级。因此，依赖弹簧维持关闭的这些阀，在禁用时，会以比它们经受顺流时低的多的压力下经受逆流。
另一个安全优势是将手动超驰(manual override)和气动致动(pneumaticactuation)组合到一个阀中消除(render moot)在气动和手动阀之间对第一(距离流体供应连接点最近的)位置的争夺。如上所述，所述手动阀可以用于将下游流体控制板部件(down stream panel element)和工艺室与流体供应隔离开。首先放置所述手动阀的安全优势在于随后可以用它将所述流体控制板的所有其它元件与流体供应隔离开。这就会通过把仍然与流体供应连接的部件的数量降至最少而将意外释放(release)(源于部件失效或人为失误)的机会降至最低。
所述气动阀提供另外一种不同的安全功能。这些气动阀可以用作几个联锁回路的执行元件(actuating element)，作为对不同情况的响应，将流体供应同位于它们下游的所述流体控制板的元件和所述工艺室断开。位于此类联锁回路中的传感器之间的是流体探测器(fluid detector)。如果所述探测器探测到泄漏并且从阀中撤除执行信号(actuating signal)，通过所述泄漏处的流量控制依赖于所述泄漏是在所述阀的上游还是下游，其中所述阀不再被启动。因此，在许多应用中，将用作此类联锁执行元件的所述气动阀尽可能地置于所述装置的上游是十分有利的。因此，所述手动和所述气动阀对所述第一位置展开“竞争”。如上所述，此处描述的组合阀使此问题迎刃而解(render moot)，因为相同的阀可以用两种方式来控制。
上文所述以及图2-4所示的所述手动/气动组合阀可以通过将气动阀和手动截止阀的功能组合到一个部件中而缩短工艺流体控制装置的长度和流体控制板的尺寸。然而，业已发现，通过对MFC进行改造，还可以进一步缩短所述工艺流体控制装置的长度和所述流体控制板的尺寸，而不会对所述流体控制板或所述工艺流体控制装置的可用性及其模块性产生不利影响。所产生的MFC在此被称为“对压力不敏感的MFC(PIMFC)”。如图6所示，PIMFC 71将压力调节器73、压力传感器75、过滤器77和MFC 79的功能组合进一个单元中，如同它们在如图1所示的常规工艺流体控制装置中那样。下面将更加详细地描述所述PIMFC。
图7是常规的基于热量的MFC 81的功能示意图。所述MFC主要由控制阀83和热流量传感器85组成。应用此种类型的一个MFC必须使用压力调节器来减少“交叉干扰”，即，在向第一个工艺流体控制装置中供应流体的供应管路中压力扰动(pressure perturbation)可能在当从同一个流体源操作的第二个工艺流体控制装置联机时出现。交叉干扰通常出现在所述第二个工艺流体控制装置以比所述第一个工艺流体控制装置高出很多的压力下提供流体时。此类压力扰动会使所述MFC控制所述第一个工艺流体控制装置临时地记录一个实质上不同于(通常远远小于)实际流速的指示的流体流速。
图9显示由常规MFC控制(并且未借助调节器)的工艺流体控制装置中交叉干扰的效果。此图是在测试台(test station)上使用激励MFC形成大约3psi(20.7Mpa)的压力扰动而生成的。以“XDOR6”标记的曲线表示由压力传感器测量的流体管路中压力随时间变化的函数。以“指示流量”标记的曲线是由所述MFC指示的通过所述工艺流体控制装置的流体流量，而以“ROR”标记的曲线是上涨流动的速率，是对所述流体控制装置中实际流体流动的标准测量。
在大约3psi(20.7Mpa)的初始扰动后，压力扰动减小至大约2psi(13.8Mpa)的压差。然而，在初始扰动过程中，在所述MFC处的指示流量和实际的流体流量之差大约为3sccm。这就说明，在缺少压力调节器时，所述MFC倾向于通过在所述工艺流体控制装置入口处提升实际流速而过度补偿流体供应中的初始压降。因此此类型的常规MFC必须要使用压力调节器。所述压力调节器通过消除引起交叉干扰的压力扰动以控制交叉干扰发挥作用。这又会使指示流速能够更加紧密地跟踪实际的流速。
图8是根据本发明的思想制造的PIMFC 91的示意图。所述PIMFC部件的具体细节可以因产品不同而有很大区别，为简明起见，恕不详述。然而，这些部件在本领域内可以分别得到很好的理解，因此本领域技术人员可以由此处的这些部件的功能描述中联想到各种具体实施方案。
与图7中的常规MFC一样，所述PIMFC也包括控制阀93和热流量传感器95。然而，所述PIMFC还包括压力传感器97和过滤器99。所述压力传感器位于所述流量传感器的上游并且可以包括在操作控制阀的控制回路(control loop)中。因此，所述PIMFC可以通过对所述阀的适当操作(manipulation)，快速补偿入口压力的任何变化。因为所述PIMFC适于处理所述流体控制装置中的压力扰动，所以无需使用单独的调节器。此外，因为常规工艺流体控制装置中的所述过滤器99主要用于在液流进入所述MFC之前，过滤所述压力调节器产生的液流碎屑(debris)，所以也无需使用独立的过滤器。因此，所述过滤器可以简化并直接合并到所述PIMFC 91中，以保护所述传感器和致动器避免受到上游其它地方生成的颗粒聚集(particulate accumulation)的危害。同样，因为所述PIMFC已经包含压力传感器，所以不再需要外部的压力传感器，并且与所述压力传感器相关的显示功能也可以直接合并到所述PIMFC中(即，可以向所述IPMFC提供显示器以指示已经由所述压力传感器测量的压力)。
图10显示了此处公开的PIMFC在工艺流体控制装置中未使用外部压力调节器的情况下在消除干扰方面的效果。与图8内显示其主题的传统MFC一样，PIMFC受到大约3psi(20.7Mpa)的初始压力扰动，此后压力扰动减小至大约2psi(13.8Mpa)。然而，与传统的MFC不同，PIMFC紧密地跟踪在整个扰动过程中流经工艺流体控制装置的流体流速。这就说明，与传统的MFC不同，PIMFC不会过度补偿压力扰动，因此不需要使用单独的压力调节器。
图11显示依照本发明思想制造的工艺流体控制装置131，所述装置适用于毒性流体并且其合并上述的手动/气动组合阀和PIMFC。所述工艺流体控制装置包括图2-4中所示类型的手动/气动组合阀133、第一气动阀135和第二气动阀137以及PIMFC 139。所述第一气动阀135和所述第二气动阀137允许通过向两个气动阀发送电控气动信号(压缩空气)远程地开启或关闭流体的流动。在所述质量流量控制器上提供一个通信端口141，以允许对其进行远程访问和控制。此通信端口可用来接收电线、光缆和其它此类通信，可以位于所述质量流量控制器的不同表面，并且可以具有不同的配置。
同图1所示的要求压力调节器105、压力传感器107和过滤器109的常规工艺流体控制装置相比，在图11中所示的工艺流体控制装置131中，去除了压力调节器，并且剩余元件的功能也如上所述被合并到PIMFC 139中。所以不再需要图1中的气动阀113，因为可以通过使用所述第一气动阀135和所述第二气动阀137在图11中的所述工艺流体控制装置中隔离上述元件以进行清洗和维护。另外，如上所述，图1中的气动阀111已经合并到图11中所述工艺流体控制装置的手动/气动阀133中。因此，同图1所示的常规工艺流体控制装置相比，图11中的所述工艺流体控制装置已经更加紧凑。这种紧凑设计还简化所述流体控制板的托台(pallet)的设计并降低其成本。此外，因为同如图1所示的常规工艺流体控制装置相比，图11所示的所述工艺流体控制装置包含的元件更少，因此整个系统的故障前平均时间(mean time before failure MTBF)就更长，从而减少了维护费用。
图11中的所述工艺流体控制装置131适用于诸如氯的有毒流体。然而，本领域的技术人员可以意识到，此处的原理也可以扩展到用惰性流体的工艺流体控制装置。例如，通过去除气动阀135和137，修改图11所示的所述工艺流体控制装置，即可以实现这一点。
图12显示流体控制板151的一个非限定性实例，所述实例合并图11中所述类型的一系列工艺流体控制装置153。在典型的配置中，某些所述工艺流体控制装置(在从左向右数时通常是前六个)控制有毒的腐蚀性或易燃流体，其余的所述工艺流体控制装置控制惰性流体的流动。这两类工艺流体控制装置在此分别被称为毒性工艺流体控制装置和惰性工艺流体控制装置。
每个所述工艺流体控制装置都支撑在公共托台155上，并且包括(图2-4所示类型的)手动/气动组合阀157、第一气动阀159和第二气动阀161和设有通信端口165的PIMFC 163。所述流体控制板还包括主集流箱(main manifold)167，在单独工艺流体控制装置控制下的不同工艺流体在主集流箱中混合以形成一流体流(fluid stream)。所述流体流通过主集流箱出口171流出所述主集流箱，从所述主集流箱，其可以直接进入工艺室(未显示)或其它终端使用设备(enduse device)。
所述主集流箱中具有流体入口173和流体出口175，这使其能使用惰性流体(例如N2)被冲洗，以维护或从其中清除残余的毒性流体。除了主集流箱上的一个或多个其它阀之外，流经流体入口173和流体出口175的流体还可以由清洗阀(purge valve)177控制。还提供了流体管路(fluid line)179，所述主集流箱167和清洗箱(purge manifold)160通过它实现连通，所述清洗箱160设在第一气动阀159组的下面，因此，为维护或其它目的，使PIMFC 163可以被隔离。
所述主集流箱167中包括分别由第一入口阀181、第二入口阀185和第三入口阀189及第一出口阀183、第二出口阀187和第三出口阀191组成的第一、第二和第三对阀。所述第一出口183和第二出口阀187是气动耦合的，且所述第一出口阀操作控制惰性流体从惰性工艺流体控制装置到所述主集流箱的流动，以及第二出口阀操作控制毒性流体从毒性工艺流体控制装置到主集流箱的流动。因此，例如，前六个工艺流体控制装置(从左到右)可以在所述第二出口阀187的控制之下，而其余的六个工艺流体控制装置可以在所述第一出口阀183的控制之下。因此，当所述第一出口阀183和第二出口阀187都启用的时候，来自任意启用的惰性工艺流体控制装置的多股流体流都将在所述主集流箱167中与来自任意启用的毒性工艺流体控制装置的多股流体流混合，并且所生成的混合流体流将通过主集流箱出口171离开所述主集流箱。
所述流体控制板151中还包括贯通阀(pass-through valve)181和185。这些贯通阀在所述流体控制板的正常操作过程中保持启用状态，它们分别与所述第一出口阀183和第二出口阀187配合，以调节流体通过泵/清洗箱186的流动，并且，使所述流体控制板能进行双向泵送(pumping)和清洗(purging)。
所述流体控制板上的所述第三出口阀191调节流体通过入口173的流动，以对所述流体控制板进行清洗和维护。类似地，所述第三入口阀189调节流体进入泵/清洗箱186的流动以进行清洗和维护。因此，例如，如果所述第三入口阀189被禁用并且所述第三出口阀191被启用，则流体可以流过流体管路(fluidline)179，并且随后通过第一气动阀159组下面的所述清洗箱160，这样即可从毒性工艺流体控制装置中清除毒性流体。
此处公开的原理主要是参照手动/气动组合阀和此类阀在工艺流体控制装置中的使用进行描述的。然而，应该理解，此处所述的手动/气动致动器可以用于除工艺流体控制装置外的多种应用中。例如，在诸如工业和高安全设置中的各种自锁系统中可以使用此类致动器。在此类应用中，除非出现气动信号，否则所述手动/气动致动器将维持锁闩处于关闭位置(因此维持一个门、舱口盖或其它设备受到处于关闭位置的锁闩的控制)。此外，即使出现气动信号，所述手动/气动致动器也允许为安全、保险或维护目的而手动超驰所述气动信号。
更广泛一点说，此处公开的原理可以应用到在设备中提供能量输入以引起此设备的一个或多个活动零件运动的设备。这些设备可以根据此思想改造，只需一个单一的手动控制操作，就能断开能量输入并能引起一种机械机构的接合(engagement)，以防止可动部件(或多个可动部件)的运动。这些可被改动的设备具体的、但非限定的实例包括阀门和锁闩，在这些阀门中，所述能量输入是允许危险材料流动的控制信号；而在这些锁闩中，能量输入是允许进出危险区的控制信号。改造的设备还可能是控制致动空气(actuation air)进入气动提供动力的设备(即，闸门阀)的手动阀，并且它包括一种可以在禁用状态下，在气动提供动力的设备上实施机械锁定的机构，从而阻止此设备中一个或多个气动部件的移动。
还应该了解，尽管此处公开的原理经常参照气动致动设备进行说明，但是这些原理也可以应用于具有各种其它不同能量输入和执行信号(actuating signal)的设备。此类能量输入包括，但不限于电信号和流体信号(即，液压信号)。
此处描述了一种手动/气动组合阀。此处还描述了使用此类致动器并将手动阀和气动阀的功能组合到一个阀的手动/气动组合阀。这种组合阀允许对这些工艺流体控制装置进行合并，从而允许缩短所述工艺流体控制装置和所述流体控制板的长度，而不损失功能性、易于使用性和模块性。另外还提供了充分利用缩短的工艺流体控制装置的流体控制板配置。
本说明书(包括所附的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或这样公开的所有步骤或任何方法或过程可以进行任意组合，除了那些至少某些功能和/或步骤互斥的组合之外的。本说明书(包括所附的权利要求、摘要和附图)公开的每个特征都可以使用起到同样或类似目的可选特征替换。因此，除另有说明外，所公开的每个特征仅仅是一系列相同或类似特征的一个实例。另外，不言而喻，尽管其中详细地说明并描述了特定的实施例，但是在不背离本发明精神和范围的宗旨下，对本发明的各种修改和变化都包括在所附权利要求的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于流体控制装置的手动/气动组合阀，该阀包括：
一个壳体；
一个阀腔，其设置在所述壳体中，所述阀腔具有一个流体入口和一个流体出口；
一个气动致动器，作为对气动信号的响应，其适于在第一状态和第二状态之间移动所述阀，在所述第一状态，停止流体在所述流体入口和所述流体出口之间的流动，在所述第二状态，允许流体在所述流体入口和所述流体出口之间的流动；以及
一个手柄，其适于将所述阀由所述第二状态移动至所述第一状态，不管气动信号是否出现在所述致动器中。
2.如权利要求1所述的阀，其中所述手柄可以在第一位置和第二位置之间移动，且其中，仅在所述手柄未处于所述第二位置时，所述致动器适于将所述阀由所述第一状态移动至所述第二状态。
3.如权利要求1所述的阀，还包括一个隔膜和一个阀座，并且其中当所述阀处于所述第一状态时所述隔膜压在所述阀座上，从而阻止流体在所述流体入口和所述流体出口之间的流动。
4.如权利要求3所述的阀，还包括一个膨胀腔，所述膨胀腔具有一个活塞，当没有气动信号出现在所述致动器中时，所述活塞适于将所述隔膜压在所述阀座上。
5.如权利要求4所述的阀，其中所述壳体中设置有适于接收气动信号的进气口，以及当所述排气口与所述膨胀腔连通时，适于使所述膨胀腔恢复大气压力的排气口。
6.如权利要求5所述的阀，其中所述手柄可以在第一位置和第二位置之间移动，并且其中所述活塞被改造，以使仅当所述手柄未处于所述第二位置时，气动信号的出现可以将所述活塞抽出所述隔膜。
7.如权利要求6所述的阀，其中，当所述手柄处于所述第二位置时，所述排气口与所述膨胀腔连通。
8.如权利要求7所述的阀，其中，通过响应气动信号沿着纵轴在第一个方向运动，所述活塞允许所述隔膜从其压在所述阀座的一个位置移动到另外一个位置。
9.如权利要求3所述的阀，还包括一个弹簧，其适于在所述隔膜上维持压缩力。
10.如权利要求1所述的阀，其中所述手柄安装有带螺纹的圆筒，所述圆筒可以以旋转方式与所述壳体中配套的带螺纹的孔接合。
11.如权利要求10所述的阀，其中所述壳体装配有适于将压缩空气导入所述膨胀腔的入口，以及适于排空所述膨胀腔的出口。
12.如权利要求11所述的阀，其中所述手柄具有一个轴，所述轴设有一个由相互连通的第一个孔和第二个孔限定的通道，并且其中所述第一个孔与所述膨胀腔连通。
13.如权利要求12所述的阀，其中所述第二个孔是可调节的，通过旋转所述手柄，可以将所述孔由第一位置调节到第二位置，在所述第一位置时，所述第二孔与所述入口连通，在所述第二位置时，所述第二孔与所述出口连通。
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