CN110500433B - 阀组件和阀系统 - Google Patents

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Abstract

提供阀组件和阀系统。该阀组件包括：第一流体端口；第二流体端口；包括外阀座和布置于外阀座中的内阀座的阀座；和具有主体且能在闭合位置与打开位置之间移动以改变阀座处的流动限制且在闭合位置时同时密封内阀座和外阀座的可移动柱塞。在第一流体端口与第二流体端口之间提供当可移动柱塞在打开位置时经由该内阀座通行的第一流体路径；且在第一流体端口与该第二流体端口之间提供当可移动柱塞在打开位置时经由外阀座通行的第二流体路径。提供穿过可移动柱塞的包括开口的该主体的至少一个流体流动路径，其被配置成形成第一流体路径或第二流体路径的部分。穿过可移动柱塞的流动路径的横截面积是当可移动柱塞在该打开位置时，柱塞与第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少一半，该开口形成第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。还提供包括至少两个上述阀组件的阀系统。

Description

阀组件和阀系统
技术领域
本发明涉及一种阀组件，尤其涉及一种具有改进的流动特性的微流体阀组件。
背景技术
流体控制阀广泛应用于控制流体的流动。受控制的流体可包括气体、液体或其组合。在一些情况下，流体还可包含悬浮颗粒物。虽然流体控制阀在用于通过阀打开和闭合流体流通路径的特定配置方面变化很大，但一个特定类型的阀致动是通过使用螺线管来执行。
在螺线管致动阀中，电流穿过电磁线圈，其中线圈通常围绕磁芯形成。线圈一般包括围绕线轴缠绕许多次从而形成多个所谓的匝的线材。通电的螺线管产生磁场。磁场强度与匝数以及提供到线材的电流成比例。
如所属领域中众所周知，为了增大由螺线管提供的磁场，可增大匝数和/或可增大提供到线材的电流。磁场通常在连接到柱塞的可移动电枢上操作，该柱塞配置成与阀座接合(该阀座绕着流体可从中穿过的入口和/或出口)，从而改变由阀座以及柱塞的密封部分产生的流动限制。
通常，阀还包括用于产生与磁场相反的偏置力的弹簧或其它偏置部件。因此，在不存在由螺线管产生的磁场的情况下，将阀部件移动到常开或常闭位置。在打开位置，柱塞处于远离阀座的位置，从而允许流体穿过入口和/或出口。在闭合位置，柱塞的密封部分对接阀座以使入口和/或出口闭合，从而防止流体穿过入口和/或出口。
当需要小而轻的阀组件时，重要的是控制阀的流动特性以例如实现充分高的流率。然而，这一点的实现在柱塞行程长度和阀座横截面积的增大可能受限于小的阀组件时面临挑战。具体地说，在小型阀中，阀主体内可用空间的缺乏可能迫使设计复杂的和/或额外的阀零件且产生具有许多方向改变和流动限制的扭曲流动路径等。这样的后果是阀成本的增大、阀的可制造性的减小以及非常不可预测的流动能力。
因此，需要改进阀组件。
发明内容
本发明人已认识到，需要改进的阀组件，其在柱塞处于打开位置时能更好地控制在入口与出口之间经过的流体容量。具体地说，已认识到，通过在阀组件的可移动柱塞中引入流体流动路径，可提供双流体路径，因为流体可通过两个流动路径在阀组件的两个流体端口之间流动，该两个流动路径即直接处于两个流体端口之间的第一流动路径以及穿过柱塞的第二流动路径。因此，对于给定的阀组件大小，可实现较高流率，且对于特定应用，可优化穿过每个流动路径的流体的比例。
因此，根据本发明的第一方面，提供一种阀组件，其包括：第一流体端口；第二流体端口；阀座，其包括内阀座和外阀座，所述内阀座布置在所述外阀座内；可移动柱塞，其具有主体且能够在闭合位置与打开位置之间移动以改变阀座处的流动限制，且布置成在处于闭合位置时同时密封内阀座和外阀座；在第一流体端口与第二流体端口之间的第一流体路径，其在可移动柱塞处于打开位置时经由内阀座通行；在第一流体端口与第二流体端口之间的第二流体路径，其在可移动柱塞处于打开位置时经由外阀座通行；以及穿过所述可移动柱塞的包括开口的主体的至少一个流体流动路径，其被配置成形成第一流体路径或第二流体路径的部分，且其中穿过可移动柱塞的流动路径的横截面积是在可移动柱塞处于打开位置时，柱塞与第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少一半，所述开口形成所述第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。
对于给定柱塞行程长度和给定阀座横截面积，就增大的流动而言，穿过可移动柱塞的主体的所述至少一个流体流动路径允许改进阀组件的流动特性、减小流动阻力以及减少湍流。这对于小型阀特别有利，该小型阀例如具有量级10-2m(例如约10mm)的尺寸和量级10-5m2的阀座横截面积，其中柱塞行程长度和阀座的横截面积通常可以是量值10-3m。
替代地，对于给定流动需求，针对阀座的给定横截面积，穿过可移动柱塞主体的至少一个流体流动路径有利地准许更小的柱塞行程长度。
此外，对于相同的流率，穿过可移动柱塞主体的至少一个流体流动路径允许减小阀组件内的压力或增大背压灵敏度。
穿过可移动柱塞的流动路径的横截面积的度量值是在可移动柱塞处于打开位置时，柱塞与第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少一半，该开口形成第一流体路径或第二流体路径中的流动路径，这些可被视为最低要求，以便与现有技术布置相比能显示所述阀组件的流动特性上的显著改进。
应了解，第一流体端口和第二流体端口可分别是流体入口和流体出口，或反之亦然。换句话说，当前要求保护的发明不受阀组件内的流体流的方向的限制。
阀组件中仅具有第一流体端口和第二流体端口(即，仅具有一个入口且仅具有一个出口)的优势在于，阀组件的设计可简单且紧凑。然而，在一些实例中，除第一流体端口和第二流体端口之外，阀组件可具有其它流体端口，且因此阀组件可具有多个入口和/或出口。取决于阀组件的特定应用，入口和出口的位置可不同。该阀可以是比例阀或切换阀(即，开/关阀)。该阀可以是直接阀或压力补偿阀。
在一个实例中，当可移动柱塞处于打开位置时，第一流体路径将第一流体端口与第二流体端口直接连接，且第二流体路径也将第一流体端口与第二流体端口连接，穿过可移动柱塞主体的流体流动路径形成所述第二流体路径的一部分。在此实例中，当可移动柱塞处于闭合位置时，来自第一流体端口和第二流体端口中的一个流体端口的流体到达内阀座的外边缘，可移动柱塞形成的密封件防止流体在此处穿过，且来自第一流体端口和第二流体端口中的另一流体端口的流体穿过通过可移动柱塞主体的流体流动路径且到达外阀座的外边缘，可移动柱塞形成的密封件防止流体在此处穿过。
在另一实例中，当可移动柱塞处于打开位置时，第二流体路径将第一流体端口与第二流体端口直接连接，且第一流体路径也将第一流体端口与第二流体端口连接，穿过可移动柱塞主体的流体流动路径形成该第一流体路径的一部分。在此实例中，当可移动柱塞处于闭合位置时，来自第一流体端口和第二流体端口中的一个流体端口的流体到达外阀座的外边缘，可移动柱塞形成的密封件防止流体在此处穿过，且来自第一流体端口和第二流体端口中的另一流体端口的流体穿过通过可移动柱塞主体的流体流动路径且到达内阀座的外边缘，可移动柱塞形成的密封件防止流体在此处穿过。
可优选的是，当可移动柱塞处于打开位置时，第一流体路径和第二流体路径是第一流体端口与第二流体端口之间的仅有流体路径。举例来说，如以上两个实例中所描述的流体流可表示阀组件中的仅有流体路径。因此，流体流受限于所述两个流体路径之间，并且因此所述流体流更容易控制。尤其在约为上文所描述的量值的小型阀中，具有有限数目的流体路径允许阀设计的简化、制造成本的降低以及阀更好的可制造性。此外，尤其在约为上文所描述的量值的小型阀中，具有有限数目的流体路径允许流体路径设计的简化以及因流体更少的方向改变所致的流体路径的更佳效率。
在一些优选布置中，穿过可移动柱塞中的开口的流动路径的横截面积可以是在可移动柱塞处于打开位置时，柱塞与第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少0.6或60％、0.7或70％、0.8或80％、0.9或90％、相等或100％，该开口形成该第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。
在其它优选布置中，穿过可移动柱塞中的开口的流动路径的横截面积可以是在可移动柱塞处于打开位置时，柱塞与第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少两倍、优选至少10倍、更优选至少50倍，该开口形成该第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。这大体上限定了贯通可移动柱塞的开口的最小横截面积，使得这限定了对穿过可移动柱塞中的开口的流的最大限制。
对于柱塞与开口在其中形成流动路径的第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的固定横截面积，可移动柱塞中的开口的横截面积越大，第一流体端口与第二流体端口之间的流体的流率越高。在一些尤其优选的实例中，可移动柱塞中的开口的横截面积可比在可移动柱塞处于打开位置时，柱塞与第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的一半高得多，该开口形成该第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。对于给定柱塞行程长度，这具有递送极高流体输出的优势。对于最优阀控制，优选的是，流动路径中的最大流动限制通过阀座处的最大可用开口表示，因为正是该开口受控以将阀操作为流动限制件。以此方式配置阀会提供穿过阀的其余组件的高效流动路径。
可移动柱塞的固定行程可介于0.05mm与1.0mm之间。优选地，可移动柱塞的固定行程可介于0.1mm与0.3mm之间。更优选地，可移动柱塞的固定行程可以是0.2mm。另外或替代地，固定行程长度可小于贯通可移动柱塞主体的开口的直径的四分之一。
在一些实例中，当可移动柱塞处于打开位置时，柱塞与开口在其中形成流动路径的第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积或从阀座到柱塞的直线距离可基本上等于柱塞与开口没有在其中形成的流动路径的第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积或从阀座到柱塞的直线距离。当可移动柱塞横越单个平面密封内外阀座时通常是这种情况。
替代地，柱塞与开口在其中形成流动路径的第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积可大于或小于柱塞与开口没有在其中形成流动路径的第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积。这可在可移动柱塞未横越单个平面密封内外阀座时发生。
优选地，阀组件还可包括可移动隔膜，其用于将可移动柱塞的一部分与贯通可移动柱塞主体的开口分离。“分离”意指可移动柱塞定位成使得可移动柱塞的该部分与贯通可移动柱塞主体的开口不存在直接流体路径。阀组件还可包括压力补偿构件，其用于确保在可移动柱塞处于闭合位置时，流体入口和可移动柱塞的没有在第一流体端口与第二流体端口之间的直接流动路径中的一部分处于大体上相同的压力下。有利的是，这意味着可防止可移动柱塞无意地移动到其打开位置。
压力补偿构件可以是从第一流体端口或第二流体端口到可移动柱塞的一部分的压力均衡流体路径，该部分不在第一流体端口与第二流体端口之间的直接流动路径中。压力均衡路径通常从作为流体入口的流体端口延伸到可移动柱塞的一部分，该部分不在流体入口与流体出口之间的直接流动路径中，或至少不在它们之间的直接流动路径中。这是因为流体入口通常处于比流体出口高的压力。
阀组件还可包括用于改变可移动隔膜的面积的垫片，所述可移动隔膜可通过来自第一流体端口或第二流体端口的压力而偏置。这有利地提供灵活的方法来改变施加于可移动柱塞的部分的压力，该可移动柱塞的该部分不在第一流体端口与第二流体端口之间的直接流动路径中。
优选地，阀组件还可包括在使用时用于在第一位置与第二位置之间致动可移动柱塞的致动构件。致动构件可包括螺线管，在施加通过螺线管的电流后，该螺线管致动可移动柱塞。在此情况下，可移动柱塞可包括磁性材料或由磁性材料组成。
在此类电致动电磁阀组件中，可施加通过螺线管以对螺线管进行激励的电流，且所产生的磁场因而对打开和闭合阀的磁性柱塞的移动进行控制，由此允许或防止流体流动通过阀。当螺线管通电时，柱塞可克服将柱塞保持在常开或常闭位置的弹簧力，且朝向或远离阀座加速。可将保持电压施加到螺线管以便推进柱塞朝向或远离阀座的移动和/或将阀保持在闭合或打开位置。有时，还可施加制动电压以便制动柱塞的移动，从而减轻其对阀座的冲击。
通过与这些螺线管致动阀组件进行比较，使用其它致动器技术的阀组件可能呈现以下缺点。音圈可能更昂贵、产生较少力且具有较大大小。形状记忆允许(SMA)可能具有较慢响应时间且具有较大大小，尤其是在高度方面。
在本发明的优选实例中，内阀座和外阀座同心地布置。同心设计的优势在于紧凑以及使阀组件内的空间的使用优化，该空间例如在微流体阀组件等小型阀组件中是有限的。
根据本发明的第二方面，提供一种阀系统，其包括任何前述要求项中所述的至少两个阀组件，其中邻近阀组件之间的距离小于50mm、优选小于40mm、更优选地小于20mm。
上文关于单个阀组件所描述的优势也同等地适用于所述阀系统。
附图说明
现在将参考附图仅通过非限制性实例描述本发明的实施例，附图中：
图1示出根据本发明的第一实施例的阀组件的等距横截面图；
图2示出根据本发明的第一实施例的处于其打开位置的阀组件的正交横截面图；
图3示出根据本发明的第一实施例的处于其闭合位置的阀组件的正交横截面图；
图4示出根据本发明的第二实施例的阀组件的等距横截面图；
图5示出根据本发明的第二实施例的处于其打开位置的阀组件的正交横截面图；
图6示出根据本发明的第二实施例的处于其闭合位置的阀组件的正交横截面图；
图7示出根据本发明的第三实施例的阀组件的示意图；以及
图8示出根据本发明的第四实施例的阀组件的示意图。
具体实施方式
以下详细描述和图提供了可如何实施本发明的实例，且不应视为限制性实例，实际上应视为可如何组合本文公开的阀组件的各种特征的说明，但在根据图阅读以下描述后将明白其它任选组合。
在图1、图2和图3中，示出根据本发明的第一实施例的阀组件100，图1是等距横截面图，而图2和图3是正交横截面图。图1和图3示出处于闭合位置的阀组件，其中图2示出处于打开位置的阀组件。所示实例的阀组件100的直径约为16mm，但其它实例可更大或更小。
阀组件100包括第一流体端口101和第二流体端口102。在此实施例中，第一流体端口101是流体入口，且第二流体端口102是流体出口。然而，应了解，在其它实施例中，第一流体端口可以是流体出口，且第二流体端口可以是流体入口。流体流的方向由图2中的箭头示出。
阀组件100进一步包括阀座103和阀密封件106，该阀座103包括呈同心布置的内阀座104和外阀座105，内阀座104布置在外阀座105内。该阀组件还包括可移动柱塞107，其包括上磁性部分以及具有开口109的主体108。还可提供优选地为弹簧110形式的偏置构件，也可提供不可移动隔离膜111以用于防止流体与阀组件100的螺线管(图1中未示)接触。
可移动柱塞107可在闭合位置与打开位置之间移动以改变阀座处的流动限制，且优选地布置成同时密封内阀座104和外阀座105。在图2中可看出，在特定优选实施例中，可移动柱塞107的最大直径D1可约为10.2mm，且内阀座104与外阀座105之间的径向距离d1可为0.9mm。可移动柱塞107的总体行程长度可约为0.2mm。
第一流体路径F1布置于第一流体端口101与第二流体端口102之间，在可移动柱塞107处于打开位置时，其经由内阀座104通行(即，在内阀座104与阀密封件106之间)。第二流体路径F2布置于第一流体端口101与第二流体端口102之间，在可移动柱塞107处于打开位置时，其经由外阀座105通行(即，在外阀座105与阀密封件106之间)。此外，穿过可移动柱塞107的包括开口109的主体108的流体流动路径被配置成形成第二流体路径F2的部分。与流动方向正交的穿过可移动柱塞107的流动路径的横截面积(流体流必须经过该横截面积而流到穿过可移动柱塞107的流动路径上)(即最小横截面积)至少是在可移动柱塞107处于打开位置时柱塞与外阀座105之间的间隙的横截面积的大约50倍。然而，在其它实施例中，此比例可低至柱塞与外阀座105之间的间隙的横截面积的一半。穿过可移动柱塞107的流动路径处于第二流体路径F2上，开口109形成该第二流体路径的一部分。
如图2中所示，柱塞与第二流体路径(开口109形成该第二流体路径中的流动路径)的外阀座105之间的间隙深度G(或直线距离)基本上等于柱塞与第一流体路径(开口109不形成该第一流体路径中的流动路径)的内阀座104之间的间隙深度G(直线距离)。换句话说，可移动柱塞107横越单个平面来密封内阀座104和外阀座105。
在图2中示出的打开位置，流体通过第一流体端口101进入阀组件100且能够经由两个路径流动。第一流体路径F1将第一流体端口101与第二流体端口102直接连接，以及第二流体路径F2也将第一流体端口101与第二流体端口102连接，穿过可移动柱塞107的主体108的流体流动路径或开口109形成该第二流体路径的部分。在优选实施例中，当可移动柱塞处于打开位置时，第一流体路径和第二流体路径是第一流体端口101与第二流体端口102之间的仅有流体路径。
在此实施例中，当可移动柱塞107处于如图1和图3所示的闭合位置时，来自第二流体端口102的流体到达内阀座104的外边缘，通过由可移动柱塞107形成的密封件106来防止流体在此处穿过。来自第一流体端口101的流体可延伸通过穿过可移动柱塞107的主体109的流体流动路径或开口109，且可到达外阀座105的外边缘，通过由可移动柱塞107形成的密封件106来防止流体在此处穿过。在此实施例中，阀密封件106是由橡胶等顺应性材料制成的密封件，但可使用任何合适的密封材料，具有或不具有顺应性质均可。
在图1、图2和图3的电致动电磁阀中，可移动柱塞107的上部由磁性材料制成。因此，当施加通过螺线管的电流时，螺线管通电，且其产生的磁场因此对打开和闭合阀的磁性可移动柱塞107的移动进行控制，由此允许或防止流体流动通过阀。当螺线管通电时，柱塞可克服将柱塞保持在常闭位置的弹簧110的力且远离阀座103加速。应了解，在其它实施例中，阀组件可以是常开阀组件，且因此螺线管的通电使柱塞克服将柱塞保持在常开位置的弹簧的力，从而使得其朝向阀座加速。在此实施例中，弹簧110是板片弹簧，但可使用其它偏置构件来提供上文所描述的弹簧功能。
优选地，在可移动柱塞107上方提供不可移动隔离膜111，如图1、图2和图3所示。不可移动隔离膜111用以将可移动柱塞107的一部分与穿过可移动柱塞107的主体的流动路径隔离，尤其用以防止流体接触阀组件100的螺线管(图1、图2和图3中未示)。
在图4、图5和图6中，示出根据本发明的第二实施例的阀组件200，图6是等距横截面图，而图5和图6是正交横截面图。图4和图6示出处于其闭合位置的阀组件；图5示出处于其打开位置的阀组件。在优选实例中，阀组件200的直径约为16mm。
阀组件200包括第一流体端口201a、第二流体端口202和第三流体端口201b。在此实施例中，第一流体端口201a和第三流体端口201b是流体入口，且第二流体端口202是流体出口。然而，应了解，在其它实施例中，第一流体端口和第三流体端口可以是流体出口，且第二流体端口可以是流体入口。流体流的方向由图5中的箭头示出。可从图7看出，尽管在本发明的第二实施例中存在三个流体端口，但仅存在两个流体路径，且这些将在下文进一步详细描述。
阀组件200还包括阀座203和阀密封件206，该阀座203包括呈同心布置的内阀座204和外阀座205，内阀座204布置在外阀座205内。该阀组件还包括可移动柱塞207，其包括上磁性部分以及具有开口209的主体208。还可提供优选地为弹簧210形式的偏置构件，也可提供可移动隔膜211。
可移动柱塞207可在闭合位置与打开位置之间移动以改变阀座处的流动限制，且优选地布置成同时密封内阀座204和外阀座205。参考图5，可看出，可移动柱塞207的最大直径D2可约为10.2mm，且内阀座204与外阀座205之间的径向距离d2可约为0.8mm。在优选实施例中，可移动柱塞207的行程长度约为0.2mm。
第一流体路径F1布置于第一流体端口201a或第三流体端口201b与第二流体端口202之间，在可移动柱塞207处于打开位置时，其经由内阀座204通行(即，处于内阀座204与阀密封件206之间)。第二流体路径F2布置于第一流体端口201a或第三流体端口201b与第二流体端口202之间，在可移动柱塞207处于打开位置时，其经由外阀座205通行(即，处于外阀座205与阀密封件206之间)。此外，穿过包括开口209的可移动柱塞207的主体208的流体流动路径被配置成形成第一流体路径F1的部分。与流动方向正交的穿过可移动柱塞207的流动路径的横截面积(流体流必须通过该横截面积而流到穿过可移动柱塞207的流动路径上)(即，最小横截面积)至少是在可移动柱塞207处于打开位置时，柱塞与内阀座204之间的间隙的横截面积的大约50倍。然而，在其它实施例中，此比例可低至柱塞与内阀座204之间的间隙的横截面积的一半。穿过可移动柱塞207的流动路径处于第一流体路径F1上，其中开口209形成该第一流体路径的一部分。
如图5中所示，柱塞与第二流体路径(开口209在第二流体路径中形成流动路径)的内阀座204之间的间隙深度G(或直线距离)基本上等于柱塞与第一流体路径(开口209没有在第一流体路径中形成流动路径)的外阀座205之间的间隙深度G(直线距离)。换句话说，可移动柱塞207横越单个平面来密封内阀座204和外阀座205。
在图5中所示的打开位置，流体通过第一流体端口201a和第三流体端口201b进入阀组件200，且能够经由两个路径流动。第二流体路径F2将第一流体端口201a和第三流体端口201b与第二流体端口202直接连接，且第一流体路径F1也将第一流体端口201a和第三流体端口201b与第二流体端口202连接，穿过可移动柱塞207的主体208的流体流动路径或开口209形成该第一流体路径的一部分。在优选实施例中，当可移动柱塞处于打开位置时，第一流体路径和第二流体路径是第一流体端口201a和第三流体端口201b与第二流体端口202之间的仅有流体路径。
在此实施例中，当可移动柱塞207处于闭合位置时，如图4和图6所示，来自第一流体端口201a和第三流体端口201b的流体可延伸通过穿过可移动柱塞207的主体208的流体流动路径或开口209，且可到达内阀座204的外边缘，通过由可移动柱塞207形成的密封件206来防止流体在此处穿过。来自第二流体端口202的流体可到达外阀座205的外边缘，通过由可移动柱塞207形成的密封件206来防止流体在此处穿过。在此实施例中，阀密封件206是由橡胶等顺应性材料制成的密封件，但可使用任何合适的密封材料，具有或不具有顺应性质均可。
在图4、图5和图6的电致动电磁阀中，可移动柱塞207的上部由磁性材料制成。因此，当施加通过螺线管的电流时，螺线管通电，且其产生的磁场因此对打开和闭合阀的磁性可移动柱塞207的移动进行控制，由此允许或防止流体流动通过阀。当螺线管通电时，柱塞可克服将柱塞保持在常闭位置的弹簧210的力且远离阀座203加速。应了解，在其它实施例中，阀组件可以是常开阀组件，且因此螺线管的通电使柱塞克服将柱塞保持在常开位置的弹簧的力，以使得其朝向阀座加速。在此实施例中，弹簧210是板片弹簧，但可使用其它偏置构件来提供上文所描述的弹簧功能。
在图7中，示出根据本发明的第三实施例的处于其闭合位置的阀组件300的示意(直立)截面图。
阀组件300包括第一流体端口301和第二流体端口302。在此实施例中，第一流体端口301是流体入口，且第二流体端口302是流体出口。然而，应了解，在其它实施例中，第一流体端口可以是流体出口，且第二流体端口可以是流体入口。
阀组件300还包括阀座303和阀密封件306，该阀座包括呈同心布置的内阀座304和外阀座305，内阀座304布置在外阀座305内。该阀组件还包括可移动柱塞307，其包括上磁性部分以及具有开口309的主体308(图7的示意图中不可见)。还可提供优选地为弹簧310形式的偏置构件，也可提供可移动隔膜311、压力均衡流体路径312、上垫片313a和下垫片313b。
压力均衡流体路径312是压力补偿构件，用于确保在可移动柱塞处于闭合位置时，流体入口和可移动柱塞的没有在第一流体端口与第二流体端口之间的直接流动路径中的一部分处于大体上相同的压力下。换句话说，在可移动柱塞的此部分中阻止第一流体端口与第二流体端口之间的流体流动。有利的是，这意味着可防止可移动柱塞无意地移动到其打开位置。
压力均衡流体路径312从第二流体端口302(在此情况下是流体入口)延伸到可移动柱塞的没有在第一流体端口301与第二流体端口302之间的直接流动路径中的一部分。在其它实施例中，压力均衡流体路径可从第一流体端口延伸到可移动柱塞的没有在第一流体端口与第二流体端口之间的直接流动路径中的一部分。
上垫片313a用于改变可通过来自第一流体端口301的压力来偏置的可移动隔膜311的面积。阀室314内的压力可使可移动隔膜311从阀室314向外偏置。因此，改变上垫片313a中的开口的内径可改变可移动隔膜311从阀室314向外偏置的量。
下垫片313b用于改变可通过来自第二流体端口302的压力来偏置的可移动隔膜311的面积。压力补偿室315内的压力可使可移动隔膜311从压力补偿室315向外偏置。因此，改变下垫片313b中的开口的内径可改变可移动隔膜311从压力补偿室315向外偏置的量。
因此，上垫片313a和下垫片313b的不同直径可改变由阀室314和压力补偿室315分别对可移动隔膜施加的压力的量。
阀密封件306上的向上压力通过可移动柱塞307上的来自流体入口的经由压力均衡流体路径312的向下压力进行补偿。这有利地提供灵活的方法来改变施加于可移动柱塞307的部分的压力，可移动柱塞307的该部分没有在第一流体端口301与第二流体端口302之间的直接流动路径中。
在图8中，示出根据本发明的第四实施例的处于其闭合位置的阀组件400的示意(直立)视图。
阀组件400包括第一流体端口401和第二流体端口402。在此实施例中，第一流体端口401是流体入口，且第二流体端口402是流体出口。然而，应了解，在其它实施例中，第一流体端口可以是流体出口，且第二流体端口可以是流体入口。
阀组件400还包括阀座403和阀密封件406，该阀座包括呈同心布置的内阀座404和外阀座305，内阀座404布置在外阀座405内。该阀组件还包括可移动柱塞407，其包括上磁性部分以及具有开口409的主体408。还可提供优选地为弹簧410形式的偏置构件，也可提供可移动隔膜411、压力均衡流体路径(图8的示意图中不可见)、上垫片413a和下垫片413b。
就如上文关于图7所描述的第三实施例，压力均衡流体路径是压力补偿构件，用于确保在可移动柱塞处于闭合位置时，流体入口和可移动柱塞的没有在第一流体端口与第二流体端口之间的直接流动路径中的一部分处于大体上相同的压力下。其从第一流体端口401(在此情况下是流体入口)延伸到可移动柱塞的没有在第一流体端口401与第二流体端口402之间的直接流动路径中的一部分。
上垫片413a用于改变可通过来自第一流体端口401的压力来偏置的可移动隔膜411的面积。阀室414内的压力可使可移动隔膜411从阀室414向外偏置。因此，改变上垫片413a中的开口的内径可改变可移动隔膜411从阀室414向外偏置的量。
下垫片413b用于改变可通过来自第二流体端口402的压力来偏置的可移动隔膜411的面积。压力补偿室415内的压力可使可移动隔膜411从压力补偿室415向外偏置。因此，改变下垫片413b中的开口的内径可改变可移动隔膜411从压力补偿室415向外偏置的量。
因此，上垫片413a和下垫片413b的不同直径可改变由阀室414和压力补偿室415分别对可移动隔膜施加的压力的量。
阀密封件406上的向上压力通过可移动柱塞407上的来自流体入口的经由压力均衡流体路径的向下压力进行补偿。这有利地提供灵活的方法来改变施加于可移动柱塞407的部分的压力，可移动柱塞407的该部分没有在第一流体端口401与第二流体端口402之间的直接流动路径中。
以上描述涉及本发明的四个尤其优选的方面，但应了解，其它实施方案是可能的。变化和修改对于所属领域的技术人员来说将显而易见，例如已然知晓且可代替或除本文所描述的特征之外使用的等同和其它特征。在单独的方面或实施例的上下文中描述的特征可组合提供于单个方面或实施例中。反之，在单个方面或实施例的上下文中描述的特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供。
100、200、300、400 阀组件
101、201a、301、401 第一流体端口
102、202、302、402 第二流体端口
201b 第三流体端口
103、203、303、403 阀座
104、204、304、404 内阀座
105、205、305、405 外阀座
106、206、306、406 阀密封件
107、207、307、407 可移动柱塞
108、208、308、408 可移动柱塞主体
109、209、309、409 开口
110、210、310、410 弹簧
111 不可移动隔离膜
311、411 可移动隔膜
312 压力均衡流体路径
313a、413a 上垫片
313b、413b 下垫片
314、414 阀室
315、415 压力补偿室

Claims (13)

1.一种阀组件，其包括：
第一流体端口；
第二流体端口；
阀座，其包括内阀座和外阀座，所述内阀座布置在所述外阀座内；
可移动柱塞，其具有主体且能够在闭合位置与打开位置之间移动以改变所述阀座处的流动限制，且被布置成在所述闭合位置与所述打开位置之间移动时同时打开和闭合所述内阀座和所述外阀座，当所述可移动柱塞处于所述闭合位置时，所述内阀座和所述外阀座是闭合的，当所述可移动柱塞处于所述打开位置时，所述内阀座和所述外阀座是打开的；
处于所述第一流体端口与所述第二流体端口之间的第一流体路径，其在所述可移动柱塞处于所述打开位置时经由所述内阀座通行；
处于所述第一流体端口与所述第二流体端口之间的第二流体路径，其在所述可移动柱塞处于所述打开位置时经由所述外阀座通行；以及
穿过所述可移动柱塞的包括开口的所述主体的至少一个流体流动路径，其被配置成形成所述第一流体路径或所述第二流体路径的部分，且其中穿过所述可移动柱塞的所述流动路径的横截面积是在所述可移动柱塞处于所述打开位置时，所述柱塞与所述第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少一半，所述开口形成所述第一流体路径或第二流体路径中的流动路径，
其特征在于所述阀组件还包括连接到所述柱塞并且可与所述柱塞一起移动的隔膜，其用于将所述可移动柱塞的一部分与穿过所述可移动柱塞的所述主体的所述流动路径流体地分离；以及
从所述第一流体端口和所述第二流体端口中的一个流体端口到所述可移动柱塞的所述一部分的压力补偿构件，所述可移动柱塞的所述一部分与穿过所述可移动柱塞的所述主体的所述流动路径被所述隔膜流体地分离。
2.根据权利要求1所述的阀组件，其中，穿过所述可移动柱塞中的所述开口的所述流动路径的横截面积是在所述可移动柱塞处于所述打开位置时，所述柱塞与所述第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的横截面积的至少60％、70％、80％、90％或100％，所述开口形成所述第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。
3.根据权利要求1或2所述的阀组件，其中，穿过所述可移动柱塞中的所述开口的所述流动路径的横截面积是在所述可移动柱塞处于所述打开位置时，所述柱塞与所述第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的所述间隙的横截面积的至少两倍，所述开口形成所述第一流体路径或第二流体路径中的流动路径。
4.根据权利要求1所述的阀组件，其中，当所述可移动柱塞处于所述打开位置时，所述柱塞与所述开口在其中形成流动路径的所述第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的直线距离基本上等于所述柱塞与所述开口没有在其中形成流动路径的所述第一流体路径或第二流体路径的相应内阀座或外阀座之间的间隙的直线距离。
5.根据权利要求1所述的阀组件，其中，当所述可移动柱塞处于所述打开位置时，所述第一流体路径和所述第二流体路径是所述第一流体端口与所述第二流体端口之间的仅有流体路径。
6.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述压力补偿构件是压力均衡流体路径。
7.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述压力均衡路径从流体入口延伸到所述可移动柱塞的没有在所述流体入口与流体出口之间的直接流动路径中的一部分。
8.根据权利要求7所述的阀组件，其中，所述阀组件还包括垫片，其用于改变能够通过来自所述第一流体端口或所述第二流体端口的压力来偏置的所述隔膜的面积。
9.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀组件还包括致动构件，在使用时，所述致动构件用于在第一位置与第二位置之间致动所述可移动柱塞。
10.根据权利要求9所述的阀组件，其中，所述致动构件包括螺线管，在施加通过所述螺线管的电流后，所述螺线管致动所述可移动柱塞。
11.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述内阀座和所述外阀座同心地布置。
12.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述可移动柱塞具有介于0.05mm与1.0mm之间的行程。
13.一种阀系统，其包括根据任一前述权利要求所述的至少两个阀组件，其中邻近阀组件之间的距离小于50mm。
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