CS231307B1

CS231307B1 - Thermal regulating valve

Info

Publication number: CS231307B1
Application number: CS814570A
Authority: CS
Inventors: Zdenk Hotmar
Original assignee: Zdenk Hotmar
Priority date: 1981-06-18
Filing date: 1981-06-18
Publication date: 1984-10-15
Also published as: CS457081A1

Abstract

Vynález se týká tepelného regulačního ventilu pro přesnou regulaci průtoku plynů a kapalin řádu mililitrů až litrů za minutu. Účelem vynálezu je zajištění konstantních vlastností ventilu při změnách okolní teploty, tj. maximální průtok i regulační rozsah, vyšší citlivost, malou hysterezi, malou časovou konstantu a vyšší spolehlivost. Tepelný regulační ventil sestává ze sedla a kuželky, jejichž vzájemné poloha je měnitelná pomocí dilatační trubice, která mění svou délku vlivem ohřevu. Dilatační trubice je vetknúta do základny, která je spojena pomocí nosné trubice s nosičem sedla. Materiál a délky mezi rovinami řezů A-A a B-B nosné trubice a dilatační trubice jsou shodné. Základna, sedlo a kuželka jsou zčásti nebo zcela z tepelně izolačního materiálu. Vynález lze využít v chemickém, farmaceutickém a elektrotechnickém průmyslu. Hlavní využití přichází v úvahu ve výrobě polovodičů při operacích epitaxe a difúze.The invention relates to a thermal regulating device valve for precise gas flow control and liquids of the order of milliliters to liters per minute. The purpose of the invention is to provide constant characteristics of the valve when changing ambient temperature, ie maximum flow and control range, higher sensitivity, low hysteresis, low time constant and higher reliability. The thermal control valve consists of: from the saddle and the skittle whose mutual position it is changeable by an expansion tube, which changes its length due to heating. Expansion the tube is fixed into the base, which is connected by a support tube with saddle carrier. Material and length between planes sections A-A and B-B of the support tube and expansion the tubes are identical. Base, the saddle and the plug are partially or completely made of heat-insulating material. The invention can be used in chemical, pharmaceutical industry. The main use is in production semiconductors in epitaxial and diffusion operations.

Description

Vynález se týká tepelného regulačního ventilu pro přesnou regulaci ..průtoku plynů a kapalin řádu mililitrů až litrů za minutu s přímým řízením elektrickým signálem.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a thermal control valve for the precise control of the flow of gases and liquids of the order of milliliters to liters per minute with direct control of the electrical signal.

Pro regulaci průtoku se používá různých regulačních ventilů - šoupátka, klapky ap.Various flow control valves are used to control the flow - valves, flaps, etc.

Tyto jsou vhodné pro regulaci středních a vysokých průtoků. Lze je ovládat mechanicky, pneumaticky i elektrický.These are suitable for medium and high flow control. They can be operated mechanically, pneumatically and electrically.

Pro přesnou regulaci malých průtoků se používá různých jehlových ventilů, ovládaných mechanicky i elektricky. Rozsah regulace je velký, ale při požadované citlivosti regulace potřebuje Značné časy na přestavení, při mechanickém řešení se projevují vůle.Various needle valves, both mechanically and electrically operated, are used to precisely control low flow rates. The range of regulation is large, but at the required sensitivity of the regulation, it requires a considerable time to adjust, the mechanical solution shows a play.

Základní nevýhodou tepelného ventilu, který má minimální hmotnost z důvodu malé tepelné setrvačnosti, a tlm i malou pevnost je to, že tento prvek neobsáhne velký regulační rozsah a i když se nastaví, tak je velmi citlivý na změny okolní teploty. U vyráběných tepelných ventilů není vyloučen vliv okolní teploty na průtok, což má za následek buS posuv maximálního průtoku k větším průtokům a pak je třeba k uzavření na původní minimální průtok zvětšit topný příkon, což znamená bu3 přetížení topného článku nebo regulátor nemá rezervu výkonu a nedojde k uzavření na požadovaný minimální průtok. Nebo maximální průtok se zmenší a tím se zmenší regulační rozsah a tedy nelze s daným typem ventilu nastavit průtoky v okolí původního maximálního průtoku.The basic disadvantage of a thermal valve having a minimum weight due to its low thermal inertia and dampness and low strength is that this element does not reach a large control range and, even if set, is very sensitive to changes in ambient temperature. For produced thermal valves, the effect of ambient temperature on the flow is not excluded, which results in either shifting the maximum flow to larger flow rates and then to close to the original minimum flow, increase heating input, which means either overloading the heater or to close to the required minimum flow. Or, the maximum flow rate is reduced and thus the control range is reduced, and therefore the flow rate around the original maximum flow rate cannot be set with the valve type.

Další nevýhodou běžně vyráběných tepelných ventilů je umístění topného vinutí uvnitř dilatační trubice, což se projevuje jako zvýšené časová konstanta a hysteraze, nehledě na obtížnou výrobu z dováženého materiálu, malou spolehlivost a přetížitelnost vyráběných ventilů. Navíc se projevuje nerovnoměrný ohřev dilatační trubice, tím sedlo ventilu nekoná přímočarý pohyb a může dojít při použití rovinného sedla i k příčení ventilu.Another disadvantage of conventional thermal valves is the location of the heating coil inside the expansion tube, which results in increased time constant and hysteresis, despite the difficult manufacture of the imported material, low reliability and overload capacity of the produced valves. In addition, there is an uneven heating of the expansion tube, so that the valve seat does not move in a straight line and the valve can also cross when using a planar seat.

Regulační orgány ventilu se mohou různě modofikovat: sedlo rovinné, kuželové, kuželka rovinná, kuželové, kulová apod. Vhodným tvarem regulačních orgánů lze ovlivnit citlivost regulace v různých částech regulačního rozsahu. Pokud se použije rovinné sedlo a rovinné těsnící plocha, je nutné dodržet velmi přesně kolmost obou regulačních prvků vůči sobě; v případě nedodržení kolmosti, při montáži či výrobě dílů, anebo při nevhodném opracování těsnicích ploch nelze zajistit dostatečně malý průtok při uzavření ventilu a tím ani potřebný regulační rozsah.Valve regulators can be modified in various ways: plain, conical, cone, conical, spherical, etc. The sensitivity of the regulating elements in different parts of the control range can be influenced by the appropriate shape of the regulating elements. If a planar seat and planar sealing surface is used, the perpendicularity of the two control elements must be kept very precisely; In case of non-observance of perpendicularity, during assembly or production of parts, or in case of improper machining of sealing surfaces it is not possible to ensure a sufficiently low flow rate when closing the valve and thus the necessary regulation range.

Základní nedostatek ventilu, tj. vliv okolní teplbty na průtok, odstraňuje tepelný regulační ventil podle vynálezu, skládající se ze sedla, které mé ostrou kruhovou hranu a kuželky s rotačhí těsnicí plochou s osou rotace v ose dilatační trubice, jejichž vzájemná poloha je měnitelná pomocí dilatační trubice ohřívané topným tělesem. Dilatační trubice je pevně vetknuta do základny, která je spojena pomocí nosné trubice s nosičem, v němž je suvně uloženo sedlo a zajištěno. Materiál a délky mezi rovinami řezů A-A a B-B nosné trubice a dilatační trubice jsou shodné.The basic deficiency of the valve, i.e. the influence of ambient temperature on the flow, is eliminated by the thermal control valve according to the invention, consisting of a seat which has a sharp circular edge and plugs with a rotating sealing surface with axis of rotation in the axis of the expansion tube. tubes heated by a heating element. The expansion tube is firmly fixed to the base, which is connected by means of a support tube to a carrier in which the seat is slidably mounted and secured. The material and lengths between the planes A-A and B-B of the support tube and the expansion tube are identical.

Další zlepšení vlastnosti tepelného regulačního ventilu lze dosáhnout přímým ohřevem dilatační trubice, tj. průchodem elektrického proudu stěnou dilatační trubice, přičemž elektrický proud je přiveden na oba konce dileteční trubice.Further improvement of the thermal control valve property can be achieved by direct heating of the expansion tube, i.e., by passing electrical current through the wall of the expansion tube, wherein electrical current is applied to both ends of the dithering tube.

Pro snížení topného příkonu dilatační trubice, zmenšení ohřevu základny, nosné trubice, sedla a nosiče, tj. zmenšení vlivu dilatace těchto dílů na průtok, je výhodné je vyrobit zčásti nebo zcela.z tepelně izolačního materiálu.In order to reduce the heating power of the expansion tube, to reduce the heating of the base, the support tube, the seat and the carrier, i.e. to reduce the effect of the expansion of the components on the flow, it is preferable to produce them partially or completely.

Konstrukční uspořádání tepelného regulačního ventilu podle vynálezu zajištujé konstantní vlastnosti ventilu při změnách okolní teploty, tj. maximální průtok i regulační rozsah, vyšší citlivost regulačního ventilu, malou hysterezi, malou časovou konstantu, vyšší spolehlivost a jednoduchou a levnou výrobu.The design of the thermal control valve according to the invention provides constant valve characteristics with variations in ambient temperature, i.e. maximum flow and control range, higher control valve sensitivity, low hysteresis, low time constant, higher reliability and simple and inexpensive manufacture.

Při realizaci tepelného ventilu podle vynálezu lze s výhodou využit samostředicích vlastností kuželového, snadno vyrobltelného tvaru kuželky, těsnící na ostrou kruhovou hranu sedla.In the realization of the thermal valve according to the invention, the self-centering properties of the conical, easy-to-manufacture plug shape sealing the sharp circular edge of the seat can be advantageously used.

Příklad provedení tepelného regulačního ventilu podle vynálezu je popsán pomocí výkresů. Obr. 1 znázorňuje tepelný regulační ventil a obr. 2 řešení přímého ohřevu dilatační trubice.An embodiment of a thermal control valve according to the invention is described with reference to the drawings. Giant. 1 shows the thermal control valve and FIG. 2 shows the direct heating solution of the expansion tube.

Do nosiče 1 je upevněno sedlo 1, jehož ostrá kruhová hrana 1.1 s rotační těsnicí plochou 2.1 na kuželce 2 vytváří potřebné seškrcení průtoku a tím se reguluje průtok média ventilem. Sedlo 1 je v nosiči 2 uchyceno suvně, aby bylo možné snadno nastavit základní průtok. Kuželka g je nesena dilatační trubicí 2 vetknutou do základny 6. Dilatační trubice 2 je vyhřívána topným tělesem 4 vývody 4.1. 4.2 nebo je vyhřívána přímo průchodem proudu stěnou dilatační trubice 2 přívody 10, 11 (obr. 2). Základna 2 je nesena nosnou trubicí 2, která je spojena s nosičem 2. Tím je celé konstrukce uzavřena. Médium protéká kanálky v nosiči 2 nad kuželku g, prochází mezi regulačními orgány a středem sedla i vytéká ven do okruhu, resp. může proudit i obráceně.A seat 1 is fixed to the carrier 1, whose sharp circular edge 1.1 with a rotating sealing surface 2.1 on the plug 2 creates the necessary flow restriction and thereby regulates the medium flow through the valve. The seat 1 is slidably mounted in the carrier 2 in order to easily adjust the basic flow. The plug g is carried by an expansion tube 2 fixed to the base 6. The expansion tube 2 is heated by a heating element 4 through outlets 4.1. 4.2 or is heated directly by passing current through the wall of the expansion tube 2 through inlets 10, 11 (Fig. 2). The base 2 is supported by a support tube 2 which is connected to the support 2. This completes the construction. The medium flows through the channels in the carrier 2 above the plug g, passes between the regulators and the center of the seat and flows out into the circuit, respectively. can flow backwards.

Změna průtoku je regulována velikostí topného příkonu do topného tělesa £, resp. do dilatační trubice 2· Tím dochází k prodloužení, resp. zkrácení dilatační trubice.2, posuvu kuželky g k sedlu J., resp. dd sedla 2, a tím dojde ke zmenšení, resp. zvýšení průtoku pracovního média. Změnu rozsahu průtoku tepelného regulačního ventilu lze provést výměnou sedla 1·The change in flow rate is regulated by the amount of heating input to the heating element 6, respectively. into the expansion tube 2. shortening of the expansion tube 2, shifting of the plug g to the seat J. resp. dd of the saddle 2 to reduce or reduce the size of the seat. increase of working medium flow. Changing the flow range of the thermal control valve can be done by changing the seat 1 ·

Tepelný regulační ventil dle vynálezu lze použít v chemickém, farmaceutickém a elektrotechnickém průmyslu a všude tam, kde je požadována vysoká jakost regulace a možnost hromadného řízení malých průtoků pracovního média počítačem. Příkladem využití může být regulace průtoku plynu nebo kapaliny do chemického reaktoru, regulace tlaku.The thermal control valve according to the invention can be used in the chemical, pharmaceutical and electrotechnical industries and wherever high control quality and the possibility of mass control of low flow rates of the working medium by the computer are required. Examples of such applications include gas or liquid flow to the chemical reactor, pressure control.

Zásadní využití přichází v úvahu ve výrobě polovodičů, kde se uplatní výhody popisovaného tepelného regulačního ventilu při regulaci malých průtoků do reakčního prostoru při operacích epitaxe a difúze.A key application is in semiconductor manufacturing, where the advantages of the described thermal control valve are applied in controlling low flow rates into the reaction space during epitaxy and diffusion operations.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Thermal regulating valve for precisely regulating the flow of a medium consisting of a saddle having a sharp circular edge and plugs with a rotating sealing surface with an axis of rotation in the axis of the expansion tube, the relative position of which is changeable by an expansion tube fixed to the base, a support tube with a support in which the seat is slidably mounted, characterized in that the material and lengths between the cutting planes (AA, BB) of the support tube (5) and the expansion tube (3) are identical.

Thermal regulating valve according to claim 1, characterized in that the length of the expansion tube (3) is controllable by the direct passage of electric current through the inlets (10, 11).

Thermal control valve according to Claims 1 and 2, characterized in that the base (6), the seat (1) and the plug (2) are partly or wholly of thermally insulating material.