CN110778777A - 一种超洁净阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超洁净阀，用于半导体、生物医药、电子级化工等领域的超洁净流体输控。所述阀利用超洁净材料包覆永磁体，形成永磁体内嵌式超洁净阀芯，并置于超洁净材料所制而成的流室内，外部驱动元件置于流室外部，依靠磁力实现阀芯运动的非接触式控制，控制阀口启闭与开度。相比于传统电磁阀，该发明避免了阀杆推动阀芯所需的动密封结构，无滑动摩擦副引发的颗粒脱落污染，且所有与介质接触的均为超洁净材料，可满足超洁净需求。相比于现有超洁净阀，无需驱动机构以及阀杆等传动机构与流室之间的隔膜密封，可避免隔膜疲劳破裂引发的泄漏与寿命问题。

Description

一种超洁净阀

技术领域

本发明涉及阀技术领域，特别涉及一种用于半导体、生物医药、电子级化工等领域超洁净流体输控的超洁净阀。

背景技术

半导体、生物医药、电子级化工等领域对颗粒物等污染物十分敏感，对于生产工艺所需的液体或气体提出了非常高的洁净度要求，达到一定洁净度标准的材料或工艺称为超洁净材料或超洁净工艺。在需要超洁净流体或腐蚀性流体输控的领域，要求阀门须做到严格杜绝内部介质与外界相通，要安全可靠耐腐蚀，同时阀本身的启闭过程中不能产生磨损和颗粒物。而传统阀通常设置有类似阀杆这样的外部伸入控制件，这导致其原理上难以消除动密封点，在长期、多次的启闭过程中易产生外泄漏，甚至内部介质与外界相通，而发生外漏所导致的安全隐患、输送的流体受污染等后果代价十分巨大。此外，传统阀(如球阀、闸阀、蝶阀)因普遍存在滑动密封副，这些部件在长期密封动作过程中本身会产生磨损和颗粒脱落，导致介质被污染和密封不严。

对此，业界一般有两种应对措施：

一种措施是使用具有弹性的挠性元件作为密封件来将外侧阀杆等驱动器件和流道完全隔离开，如业内广为使用的隔膜阀(详情见专利WO2007089689A2，CN101365904A,CN1836124A，US20030722168)和波纹管阀,但是在这些实例中因为须满足超洁净的要求，其弹性动作元件往往需要使用超洁净的含氟塑料制作，但这些材料做成的弹性薄膜件力学性能尤其是疲劳受力性能较差，其寿命远远低于弹簧等常见致动件，在长期动作过程中易破裂、穿孔，同时因为弹性隔断元件的存在，像隔膜阀等本身无密封填料，致使一旦产生破裂或穿孔，阀内介质将直接与外界相通，导致阀报废甚至产生安全、良率等事故。所以弹性挠动薄膜件的使用虽在其良好运作时有优良的密封性能，但也严重制约了阀整体的寿命、增加了发生破裂的风险。

另一种措施是以较厚的洁净材料设置完全密封的阀壁，与外界完全隔离开来，这种全密封的形式较上述第一种措施使用寿命提升几个数量级，且不存在外泄漏等问题，但也使得阀的启闭无法受外界的控制，只能退化为自动开启的单向阀形式。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种永磁体内嵌式超洁净阀，其将封装有超洁净材料外壳的永磁体嵌入流室内部，而控制启闭的元件(如外置电磁铁、外置永磁体)置于流室之外，通过磁力这种非接触式的力来远程作用于永磁体阀芯以实现阀的启闭控制，消除了传统阀因设置阀杆等控制元件而存在的动密封点，在保证超洁净、耐腐蚀、无颗粒的前提下，从根本上杜绝了外泄漏的可能性；较现有隔膜阀、波纹管阀而言，解决了其弹性膜片寿命短、破裂后防护能力弱等问题，大幅提升了超洁净阀的使用寿命与安全性能；较现有的全密封超洁净单向阀而言，内嵌式永磁体阀芯的引入使之启闭可受外界的控制，能更好地满足不同超洁净流体输送的控制需要。

本发明包括阀体、阀盖、阀芯、弹性组件和致动组件；所述的阀体与阀盖紧密装配后，阀体内部作为超洁净流室，在超洁净流室流体出口设置出口流道；阀盖内部设置进口流道，进口流道设置在超洁净流室流体入口；阀芯通过弹性组件固定在超洁净流室内，位于超洁净流室流体入口；阀芯为一个或多个永磁体，阀芯外包覆超洁净材料；致动组件设置在阀盖外壁，致动组件与阀芯相对设置，致动组件为变磁装置，通过磁性的变化与弹性组件配合实现阀芯的运动。

进一步的，所述的超洁净材料是含氟塑料的任意组合。

进一步的，所述的含氟塑料包括过氟烷氧基、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯。

进一步的，所述阀芯在注塑过程中直接嵌入超洁净材料中，或与超洁净材料焊接密封，或通过螺纹与超洁净材料密封，或与超洁净材料胶合，或通过增材制造、涂层、裹覆实现阀芯表面超洁净材料的包覆。

进一步的，所述的弹性组件为采用超洁净材料制造或表面包覆有超洁净材料的弹簧；弹簧的两端以超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接、胶合、销键固定或螺纹连接的方式固定在阀芯和阀体上。

所述弹性组件还可以是采用超洁净材料制造或表面包覆有超洁净材料的曲梁，阀芯通过多根曲梁连接到圆环形基座上构成曲梁圆环结构；曲梁为柔性材料。

进一步的，所述的致动组件包括电磁铁，通过改变电磁铁的电流通断、强弱和方向，控制所述阀芯的开闭或开度。

所述的致动组件还可以包括致动永磁体，调节致动永磁体到阀芯的距离以控制所述阀芯的开闭或开度。

所述致动组件还可以包括致动永磁体和磁屏蔽罩；磁屏蔽罩的材料具有相对于空气显著大的磁导率；磁屏蔽罩位于致动永磁体和阀芯之间；通过调节磁屏蔽罩对致动永磁体的遮蔽程度控制阀芯的开闭或开度。

进一步的，所述的阀芯闭合时其端面与进口流道或出口流道的末端端面形成平面密封。

附图说明

图1为本发明实施例Ⅰ常开阀开启时的整体结构剖面图；

图2为本发明实施例Ⅰ常开阀闭合时的整体结构剖面图；

图3为本发明实施例Ⅰ常闭阀闭合时的整体结构剖面图；

图4为本发明实施例Ⅰ常闭阀开启时的整体结构剖面图；

图5为本发明实施例Ⅱ的整体结构剖视图；

图6为本发明实施例Ⅱ中曲梁圆环的结构示意图；

图7为本发明实施例Ⅲ的整体结构平面示意图；

图8为本发明实施例Ⅲ的整体结构立体图；

图9为本发明实施例Ⅲ手轮控制阀关闭时的整体结构剖面图；

图10为本发明实施例Ⅲ手轮控制阀开启时的整体结构剖面图；

图11为本发明实施例Ⅳ的整体结构仰视图；

图12为本发明实施例Ⅳ的整体结构正视图；

图13为本发明实施例Ⅳ蔽罩旋开阀闭合时的外部结构示意图；

图14为本发明实施例Ⅳ蔽罩旋开，阀闭合时的外部结构示意图另一视角；

图15为本发明实施例Ⅳ屏蔽罩旋合，阀开启时的外部结构示意图；

图16为本发明实施例Ⅳ屏蔽罩旋合阀开启时的整体结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

实施例Ⅰ

如图1所示，一种永磁体内嵌式超洁净阀，阀体1、阀盖2、阀芯45、弹性组件和致动组件；本实施例中弹性组件包括弹簧11，弹簧11外包裹有含氟塑料层；致动组件包括电磁铁5和电磁铁挡板7。

所述阀体1内设置出口流道13，阀盖2内设置进口流道6。出口流道13与进口流道6之间为超洁净流室39；阀芯45、弹性组件设置在超洁净流室39内；阀体1外设置外管道接口12用以对接外部管道。阀体1内出口流道13流体入口处设有弹簧容纳凹槽，用以固定致动弹簧11的端部。阀体1与阀盖2通过密封管螺纹3连接，阀体1与阀盖2安装侧设置环形凸台，阀盖2与阀体1安装面开有环形凹槽4；在装配完成后，阀体1顶端环形小凸台卡入阀盖2中的环形凹槽4，密封管螺纹紧致旋合，二者共同保证密封无泄漏。阀芯45包括阀芯永磁体9和封装层10，封装层10包覆在阀芯永磁体9表面；封装层10为超洁净材料。弹簧11一端连接在阀体1上，另一端封装层10上；电磁铁5设置在阀体外壁，电磁铁的吸力最强的部位为电磁铁内环端面8；电磁铁内环端面8相对阀芯45端面相对；电磁铁用带螺纹的挡板7固定在阀体外壁上。

通过控制外部电磁铁5的通断来吸合或者松脱阀芯45，从而实现阀的启闭或开度控制。闭合时封装层10与阀内流道保持平面密封，无滑动摩擦，避免磨损和颗粒脱落，利用磁场来实现非接触式的启闭及开度控制，不存在类似阀杆这样的动密封点，内部完全密封，无需密封填料，从根本上解决了阀外泄露这一问题，消除了在半导体洁净流体这一领域因阀外漏而带来的巨大风险。

阀体1与阀盖2均采用超洁净材料制成，弹簧11两端分别通过如超声波焊接或其他方式与阀体和阀芯永磁体固定，整个润湿部分流体介质只与含氟塑料直接接触以保证介质不受污染，亦可用于腐蚀性流体。

通过调节弹簧11的长度和反转电磁铁极性，电磁铁弹簧控制流道启闭的方案可以有常开常闭两种形式。常开形式正常弹簧长度小于超洁净流室39长度，电磁铁5不通电时，阀开启，如图1所示；电磁铁5通电吸合阀芯时，阀闭合，如图2所示；常闭形式正常弹簧长度大于超洁净流室39长度而压缩装入，电磁铁5不通电时，阀闭合，如图3所示；电磁铁5通电斥开阀芯时，阀开启，如图4所示。

实施例Ⅱ

如图5和6所示，实施例Ⅱ与实施例Ⅰ结构基本一致，区别在于致动组件包括曲梁圆环46；由此可节省实施例Ⅰ弹簧固定(如超声波焊接)的步骤。

曲梁圆环46包括外环凸台19和两根连接曲梁20，曲梁20连接外环凸台19和阀芯45的封装层10，，装配时通过阀体1和阀盖2的挤压外环凸台19使其固定。曲梁20为柔性材料，通过控制外置电磁铁5的通断电来控制曲梁圆环46上的阀芯45吸合或者松脱，实现阀的启闭或开度控制。

曲梁圆环46零件整体采用超洁净材料制成，阀芯永磁体9能够在注塑过程中嵌入，也能够在注塑完成后通过如焊接、螺纹等方式封装入封装层10的凹槽中，使阀芯永磁体9不与流体介质接触。

实施例Ⅲ

如图7～10所示，实施例Ⅲ与实施例Ⅱ结构基本一致，区别在于致动组件包括致动永磁体31和调距手轮27；避免由电磁铁通电带来的爆炸、发热、短路等安全隐患，使操作更为简单。

致动永磁体31通过第一连接卡箍29固定在阀盖2外壁，致动永磁体31端面与阀芯45端面相对；第一连接卡箍29远离阀芯端面与第二连接卡箍30一个端面连接；调距手轮通过螺纹23与阀盖2配合安装，调距手轮的远离手轮端设置有凹槽40，凹槽40与第二连接卡箍30另一端面固定；第一连接卡箍29和第二连接卡箍30均为半圆形卡箍；通过旋转手轮，带动第二连接卡箍30外移，从而带动第一连接卡箍29，拖动致动永磁体31而改变其与曲梁圆环46中阀芯45的距离，从而减弱或增强二者间的作用力，实现阀的启闭或开度控制。

实施例Ⅳ

如图11～16所示，实施例Ⅳ与实施例Ⅲ结构基本一致，区别在于致动组件包括致动永磁体31和磁屏蔽罩。

致动永磁体31固定在阀盖2的外壁上，磁屏蔽罩包括固定磁屏蔽罩38、第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34；固定磁屏蔽罩38、第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34通过转轴41连接；第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34可以绕转轴41旋转。磁屏蔽罩由高导磁材料制成，具有相对于空气显著高的磁导率，例如空气的相对磁导率(材料磁导率与真空磁导率的比值)大约为1，铁的相对磁导率为400，可以选择铁作为磁屏蔽罩材料；更优地，可以选择相对磁导率在20000～200000范围的坡莫合金作为磁屏蔽罩材料。第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34上分别具有把手35便于手动操作其旋转。

当第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34旋闭时，磁屏蔽罩将致动永磁体31包围，使阀芯永磁体9和致动永磁体31被磁屏蔽罩隔开；由于磁场在高导磁率材料中更容易被转移，致动永磁体31产生的磁感线大部分在磁屏蔽罩及其内部空间传递，使得致动永磁体31对阀芯永磁9的磁力吸引作用被显著衰减，阀芯45在流体冲击作用下打开，阀开启。当第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34旋开时，致动永磁体31产生的磁感线传递到阀芯永磁体9的位置，对阀芯永磁体9产生磁吸引作用使其紧贴阀盖2，从而使阀关闭。另外，第一旋转磁屏蔽罩33和第二旋转磁屏蔽罩34上分别具有开口36，以便在旋闭时避开阀盖2。

为了减轻对阀内流体的磁化作用，也可以使用铁铝合金等软磁性材料替代永磁体阀芯9。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超洁净阀，包括阀体、阀盖、阀芯、弹性组件和致动组件，其特征在于：所述的阀体与阀盖紧密装配后，阀体内部作为超洁净流室，在超洁净流室流体出口设置出口流道；阀盖内部设置进口流道，进口流道设置在超洁净流室流体入口；阀芯通过弹性组件固定在超洁净流室内，位于超洁净流室流体入口；阀芯为一个或多个永磁体，阀芯外包覆超洁净材料；致动组件设置在阀盖外壁，致动组件与阀芯相对设置，致动组件为变磁装置，通过磁性的变化与弹性组件配合实现阀芯的运动。

2.根据权利要求1所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述的超洁净材料是含氟塑料的任意组合。

3.根据权利要求2所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述的含氟塑料包括过氟烷氧基、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯。

4.根据权利要求2所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述阀芯在注塑过程中直接嵌入超洁净材料中，或与超洁净材料焊接密封，或通过螺纹与超洁净材料密封，或与超洁净材料胶合，或通过增材制造、涂层、裹覆实现阀芯表面超洁净材料的包覆。

5.根据权利要求1所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述的弹性组件为采用超洁净材料制造或表面包覆有超洁净材料的弹簧；弹簧的两端以超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接、胶合、销键固定或螺纹连接的方式固定在阀芯和阀体上。

6.根据权利要求1所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述弹性组件是采用超洁净材料制造或表面包覆有超洁净材料的曲梁，阀芯通过多根曲梁连接到圆环形基座上构成曲梁圆环结构；曲梁为柔性材料。

7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述的致动组件包括电磁铁，通过改变电磁铁的电流通断、强弱和方向，控制所述阀芯的开闭或开度。

8.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述的致动组件包括永磁体，调节永磁体到阀芯的距离以控制所述阀芯的开闭或开度。

9.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述致动组件包括致动永磁体和磁屏蔽罩；磁屏蔽罩的材料具有相对于空气显著大的磁导率；磁屏蔽罩位于致动永磁体和阀芯之间；通过调节磁屏蔽罩对致动永磁体的遮蔽程度控制阀芯的开闭或开度。

10.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的一种超洁净阀，其特征在于：所述的阀芯闭合时其端面与进口流道或出口流道的末端端面形成平面密封。

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