CN112303247A - 一种超洁净比例阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超洁净比例阀，具有超洁净流室，通过内嵌永磁体和外部控制永磁体的配合方式设置磁力驱动组件，利用最小磁阻原理实现启闭阀口，对阀口位置可以实现精确控制；本发明的磁力驱动组件作动距离小，缩短阀口的启闭时间，响应速度快；可以对阀芯施加两个方向的驱动力，避免依赖流体冲击力开启阀芯时存在的可靠度不佳的问题；磁场的磁感线形成闭合回路，对磁场外部空间的干扰小，也避免环境中的磁体对本发明的影响。

Description

一种超洁净比例阀
技术领域
本发明涉及阀技术领域，具体涉及一种适用于超洁净场合的比例阀。
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。
申请号为CN201911054740.2的中国发明，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。但该发明还存在缺点：主要是一种开关阀，难以精确控制阀芯位置；切换阀口开闭时外部控制永磁体需要移动较长的距离，不利于快速作动；阀芯永磁体和外部控制永磁体的磁极位置固定，二者只能互相吸引或互相排斥，不能在阀芯开启和关闭的动作中都起到驱动作用，阀芯开闭的可靠性不佳；外部控制永磁体的磁场向阀体外部空间发散，可能会吸引环境中的铁磁物体，或者干扰其他装置的工作。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种超洁净比例阀，具有超洁净流室，通过磁力非接触地驱动阀芯实现启闭阀口；同时，本发明设置内嵌永磁体和外部控制永磁体的配合方式，利用最小磁阻原理，使阀芯位置被精确定位，实现超洁净阀的比例调节功能。
本发明包括阀盖、阀座、阀芯和驱动组件；阀盖和阀座连接并合围形成内部的流室，流室具有与外部环境连通的进入流路和排出流路；流室内部设置阀芯，阀芯包括弹性部和阀芯头，弹性部连接于流室的壁面，阀芯头、流室与进入流路或排出流路的结合面开口接近并形成间隙，间隙为阀口；阀芯中设置阀芯永磁体，在阀盖和阀座的外部设置驱动组件，驱动组件包括控制磁体、导磁硅钢片，控制磁体与导磁硅钢片固定连接，控制磁体能够靠近或远离阀口移动；磁感线穿过阀芯永磁体、导磁硅钢片以及控制磁体中形成一个闭合回路。
作为优选，所述流室的壁面采用一种或多种含氟塑料任意组合。
作为优选，所述阀芯永磁体以注塑的方式内嵌于所述阀芯头。
进一步的，所述控制磁体所在位置的阀盖或阀座的径向尺寸小于阀芯永磁体所在位置的阀盖或阀座的径向尺寸。
作为优选，所述阀芯永磁体是条形磁铁。
进一步的所述阀芯头堵塞流路时封闭流室与进入流路的结合面开口。所述阀芯头堵塞流路时封闭流室与排出流路的结合面开口。
进一步的，所述弹性部径向外侧均布地设置多个开口用于流体流过。
作为优选，所述的阀芯头用于封闭流路的端面是锥形面，锥形面的半锥角大于等于45°而小于等于75°。
作为优选，所述控制磁体是电磁铁。
本发明提供一种超洁净比例阀，具有超洁净流室，设置磁力驱动组件，利用最小磁阻原理实现启闭阀口，对阀口位置可以实现精确控制；本发明的磁力驱动组件作动距离小，缩短阀口的启闭时间，响应速度快；可以对阀芯施加两个方向的驱动力，避免依赖流体冲击力开启阀芯时存在的可靠度不佳的问题；磁场的磁感线形成闭合回路，对磁场外部空间的干扰小，也避免环境中的磁体对本发明的影响。
附图说明
图1为本发明实施例阀芯开启时的示意图；
图2为本发明实施例阀芯关闭时的示意图；
图3为最小磁阻原理示意图；
图4为本发明实施例阀芯的主视示意图；
图5为本发明实施例阀芯的右视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，一种超洁净比例阀，包括阀盖1、阀座2、阀芯3、驱动组件及外壳7。阀盖1和阀座2连接，二者合围形成内部的流室10，流室10具有与外部环境连通的进入流路11和排出流路12；阀芯3位于流室10内，阀芯3包括弹性部31和阀芯头32，弹性部31连接于流室10的壁面，阀芯头32、流室10与进入流路11或排出流路12的结合面开口接近并形成间隙，间隙为阀口30；弹性部31形成例如悬臂梁的结构，允许发生弹性形变，使阀芯头32离开或封闭流室10与进入流路11或排出流路12的结合面开口，从而实现阀的开启和关闭动作；也可以驱动阀芯32移动，改变阀口30的开度，从而实现阀的比例调节功能。为了适应高洁净度场合的需求，超洁净比例阀内与流体接触的壁面应当是超洁净材料，可选的超洁净材料包括但不仅限于如过氟烷氧基(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等含氟塑料或其任意组合。
在阀芯3中设置阀芯永磁体4，在阀盖1和阀座2的外部设置驱动组件。驱动组件包括控制磁体5、导磁硅钢片6、卡箍8和调节轮9。阀芯永磁体4采用注塑等方式内嵌于阀芯头32内部；阀芯永磁体4是条形永磁体，其磁极方向可以如图1所示的上侧为N极，下侧为S极；在阀座2的外部设置控制磁体5，控制磁体5也是条形磁铁，其上侧为S极，下侧为N极；可以设置阀座2贯穿控制磁体5；在阀芯永磁体4的上侧和阀座2的外部设置导磁硅钢片6，其一个端面靠近阀芯永磁体的N极，另一个端面与控制磁体5的S极相连接；在阀芯永磁体4的下侧和阀座2的外部设置导磁硅钢片6，其一个端面靠近阀芯永磁体的S极，另一个端面与控制磁体5的N极相连接；这样，磁感线穿过阀芯永磁体4、导磁硅钢片6以及控制磁体5中形成一个闭合回路；用卡箍8连接控制磁体5和操作轮9，操作轮9可以以旋进或滑动的方式沿阀座2的轴向移动。设置外壳7容纳控制磁体5、导磁硅钢片6以避免其运动受到外界环境干扰。如图3所示，磁感线穿过两对磁极，磁感线穿过的间隙为磁阻，存在磁场力使得磁阻趋向于最小，此为最小磁阻原理；例如图3中，中间的磁体与两侧的磁体中心线重合时，磁阻最小，而图3(a)中，中间磁体偏离平衡位置Δx，此时磁阻不再为最小，因此中间磁体与两侧的磁体之间产生的水平向作用力Fx和垂直向作用力Fy的合力F趋向于使中间磁体回到平衡位置，也即图3(b)所示的最小磁阻位置。调节操作轮9，带动控制磁体5沿阀座轴向移动，根据最小磁阻原理，阀芯永磁体4将按照控制磁体5的移动方向和距离进行移动，例如移动至图2所示的位置时，阀芯头32完全封闭进入流路11，阀处于关闭状态；移动至图1所示的位置时，阀芯头32没有封闭进入流路11，阀处于开启状态。
在上述实施例中，阀芯头32封堵的是进入流路11与流室10的结合面开口，这样在阀芯3开启时可以借助流体的冲击力辅助打开阀芯3移动；也可以设置阀芯头32封堵排出流路12与流室10的结合面开口，这样虽然不利于阀芯3打开，但在阀芯3关闭时对流路的堵塞效果更可靠，特别适合需要阀芯常闭的场合。在上述实施例中，也可以将控制磁体5设置于邻近阀芯永磁体4的位置，同样可以使用导磁硅钢片6协同阀芯永磁体4和控制磁体5构成闭合磁感线回路，不过由于流室10的体积一般较大，将控制永磁体设置于阀座2的狭窄部分可以在使用较大体积的控制磁体5的同时保持阀体较小的尺寸。在上述实施例中，设置阀芯永磁体4和控制磁体5形成磁阻，即可以利用最小磁阻原理驱动阀芯永磁体4作动，设置导磁硅钢片6可以使阀芯永磁体4和控制磁体5的磁感线形成闭合回路，从而提高磁场力的利用率，并且减少漏磁，降低磁体与外部环境的相互干扰；设置导磁硅钢片6还可以将控制磁体5从径向尺寸较大的阀芯附近转移至径向尺寸较小的进入流路11附近，有利于减小阀体尺寸。在上述实施例中，控制磁体5采用的是永磁体，但也可以采用电磁铁。在上述实施例中，使用操作轮9手动地驱动控制磁体5移动，但也可以使用电动或者气动方式驱动控制磁体5移动。
阀芯头32用于封堵流入流路11或排出流路12的端面可以是平面，也可以是锥形面，采用锥形面能更可靠地封堵流路，同时有利于精确调节阀口30的开度；阀芯头32锥形端面的半锥角θ越大，阀芯头32轴向位移带来的阀口30开度改变量越小，越有利于精密调节阀口30的开度，但越不利于快速调节阀口30的开度，并且，过小的半锥角θ会导致锥面的轴向长度过大，会增大对流路的填充程度和对流体的流动阻力，以及增大受污染物堵塞的缝隙；优选地，阀芯头32锥形端面的半锥角θ大于等于45°而小于等于75°。一种阀芯的实施例如图4和图5所示，阀芯包括弹性部31和阀芯头32，弹性部31整体呈与流室10配合的圆形；弹性部径向外侧均布地设置多个开口311用于流体流过，同时形成狭窄部312；狭窄部312允许阀芯头32发生更大的位移，便于实现更大的比例阀流量调节范围；多个狭窄部312呈中心对称布置，对阀芯头32的作用力是均匀的，有利于对阀芯头32的定位，增强阀的可靠性。
在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种超洁净比例阀，其特征在于：包括阀盖、阀座、阀芯和驱动组件；阀盖和阀座连接并合围形成内部的流室，流室具有与外部环境连通的进入流路和排出流路；流室内部设置阀芯，阀芯包括弹性部和阀芯头，弹性部连接于流室的壁面，阀芯头、流室与进入流路或排出流路的结合面开口接近并形成间隙，间隙为阀口；阀芯中设置阀芯永磁体，在阀盖和阀座的外部设置驱动组件，驱动组件包括控制磁体、导磁硅钢片，控制磁体与导磁硅钢片固定连接，控制磁体能够靠近或远离阀口移动；磁感线穿过阀芯永磁体、导磁硅钢片以及控制磁体中形成一个闭合回路。
2.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述流室的壁面采用一种或多种含氟塑料任意组合。
3.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述阀芯永磁体以注塑的方式内嵌于所述阀芯头。
4.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述控制磁体所在位置的阀盖或阀座的径向尺寸小于阀芯永磁体所在位置的阀盖或阀座的径向尺寸。
5.如权利要求4所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述阀芯永磁体是条形磁铁。
6.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述阀芯头堵塞流路时封闭流室与进入流路的结合面开口。
7.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述阀芯头堵塞流路时封闭流室与排出流路的结合面开口。
8.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述弹性部径向外侧均布地设置多个开口用于流体流过。
9.如权利要求6或7所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述的阀芯头用于封闭流路的端面是锥形面，锥形面的半锥角大于等于45°而小于等于75°。
10.如权利要求1所述的一种超洁净比例阀，其特征在于：所述控制磁体是电磁铁。
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