KR100194194B1 - 회전다이아프램형 유량제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전형 유체밸브의 구조에 관한 것으로 기다란 피봇트암(22)이 이 피봇트암(7)을 지지하고 평형을 유지하도록하고 마찰없는 회전지지체로서 작용하는 유연성이고 탄성이며 내부식성인 다이아프램(24)을 통하여 회전가능하게 착설된다. 피붓트암의 일측단부가 유체의 유동을 제어토록 밸브챔버(14)의 내측에 형성된 오리피스를 제한조절하고 피봇트암(22)의 타측단부가 피봇트암(22)을 작동시키는 적당한 기동원(38)에 연결된다.

Description

회전다이아프램형 유량제어밸브

본 발명은 회전형 유체밸브조립체의 개선에 관한 것으로, 특히 밸브헤드를 지지하는 기다란 피봇트암이 그 회전축선에서 피봇트암을 회전가능하게 지지하고 평형을 유지하도록하므로서 밸브헤드가 밸브시이트에 접리될 수 있도록 유연성이고 탄성인 다이아프램 씨일을 통하여 회전가능하게 착설되는 회전다이아프램형 유량제어밸브에 관한 것이다.

회전형 유체밸브는 여러분야에서 사용되는 것으로 잘 알려져 있다. 예를들어 종래기술은 볼-소켓트구조를 중심으로하여 회전하는 기다란 암이 그 말단부인 내측단부에서 밸브챔버내에 배치된 밸브밀폐헤드에 연결되는 밸브구조를 보이고 있다. 기다란 암의 근접외측단을 조정하므로서, 이 암은 중간지점을 중심으로하여 회전되므로서 밸브밀폐헤드가 밸브시이트에 결합 또는 분리되어 밸브챔버내에 대하여 유입구 또는 유출구를 형성한다. 밸브헤드가 밸브시이트로부터 분리되었을때에 유체는 밸브챔버를 통하여 자유롭게 유동하나 밸브밀폐헤드가 시이트에 결합되어 오리피스를 밀폐할 때에 유체유동은 중단된다.

종래기술의 대표적인 것으로는 미국특허 제2,313,128호(Densten)가 있다. 이 특허 문헌에서는 수도꼭지용 유체제어밸브를 보이고 있는 바, 여기에서는 일측단부에서 구형밸브부재(16)에 연결된 기다란 암(7)(이 특허문헌의 제1도 - 제4도참조)이 고무 또는 유사한 탄성물질로 된 컵형 와샤 또는 밀폐요소(5)에 결합된 중간반구형 피봇트(6)를 중심으로하여 회전한다. 이 특허문헌에서 중요한 것은 볼-소켓트구조가 마모되어 기계적인 공차가 증가하므로서 밸브의 고장을 일으키게 된다는 점이다. 따라서 양방향(전후방향)의 회전대신에 상기 특허문헌에서는 암(7)이 360°회전될 수 있게한 바, 이는 밸브소자가 그 시이트에 대한 다수의 면을 가지므로서 이 밸브소자가 상기 밸브의 한 지점에서만 반복적으로 접하게되어 마모되거나 변형되지 않으므로유리하다(상기 특허문헌 1컬림 12-16행).

미국특허 제3,785,563호(Maple)에 있어서는 이동형 스프링클러시스템용 차단장치를 보이고 있다. 이 특허문헌의 제1도와 제2도에서 보인 바와같이, 이 장치의 밸브부분은 일측단부에서 구상밸브부재(32)에 연결된 기다란 암(34)으로 구성되며, 여기에서 암(34)은 환상고정부재(52)와 0-링씨일(54)에 놓인 중간구상피봇트(36)를 중심으로하여 회전한다. 상기 언급된 특허문헌(Densten)의 경우와 같이, 이 특허문헌에서는 볼-소켓트구조가 마모에 의하여 기계적인 공차가 증가하므로서 결국은 밸브조립체의 고장이 초래된다.

미국특허 제1,794,703호(Methudy)는 캡(10)과 가죽 또는 이에 준하는 다른물질로 된 유연성 재질의 다이아프램 또는 씨일(12)(이 특허문헌의 1페이지 59-65행)을 통하여 연장된 기다란 밸브스템(9)으로 구성되는 밸브를 보이고 있다. 이 특허 문헌에 기술된 다이아프램은 볼록한 컵형이거나 컵의 외측부분이 밸브내부를 향하여 내측으로 돌출된 형태이다. 스템(9)은 회전되지 않으나 핸들(23)의 조작으로 밸브를 개폐토록 상하로 이동할 수 있다. 더욱이, 이 특허문헌에서는 씨일(12)이 밸브의 내부로부터 누설을 방지하는데에만 작용하며 이는 결코 스템(9)을 지지하지는 아니한다. 대신에 스템(9)이 스크류(19)에 지지되고 이는 디스크부재(17)에 의하여 벽(4)(5)에 지지된다.

밸브씨일로서 작용하는 다이아프램(1)과 다이아프램을 통하여 연장된 피봇트 암(2)을 포함하는 밸브조립체는 캘리포니아의 오랜지에 소재하는 Burkert Contro-matic사에서 Burdert Type 300으로 시판되고 있다. 이 밸브는 유출구가 배출구에 연결되는 개방위치와 배출구가 폐쇄되고 유입구가 유출구에 연결되는 폐쇄위치사이로 다이아프램상의 피봇트축선을 중심으로 하여 그 피봇트암이 이동 가능한 두 위치형 밸브이다. 피봇트암은 아마추어 솔레노이드구조에 의하여 개방 및 폐쇄위치사이로 이동된다. 다이아프램은 밸브를 통한 물질의 유동이 솔레노이드와 간섭치 않도록 씨일로서만 이용된다. 군일스프링(이는 매체압력에 대하여 압력유출구를 폐쇄하는데 이용된다)을 포함하는 다이아프램(유체챔버 외부)상에 제공된 별도의 구조물이 암이 회전되어 마모되고 이로써 공차가 증가하게 되는 피봇트축선을 형성토록 제공된다. 더욱이 이러한 구조는 두 개방 및 폐쇄위치사이에서 정확한 유량의 제어가 이루어지도록 하지 않거나 적합치 않은 것으로 보인다. 아울러, 피봇트암의 단부를 덮은 형태로 되어 있는 다이아프램의 구조는 다이아프램의 비정상적인 형태에 의하여 탄성중합체 다이아프램이나 고가의 금속 성형다이아프램이 사용되도록 하고 밸브챔버내에 습윤면적을 증가시킨다.

미국특허 제4,359,204호(Willians)에서는 단일편의 탄성중합체 밸브-스프링-씨일부재가 푸쉬롯드에 의하여 작동되는 것이 특징인 다이아프램작동형 롯드작동 밸브조립체가 기술되어 있다. 미국특허 제2,852,041호(Stinson)에서는 다수의 유체공급원으로부더 유체를 표본추출하기 위한 밸브형 장치를 보이고 있다. 벨로우즈밸브에 관한 미국특허 제 4,995,589호(Adishian외), 신속작동형 밸브에 관한 미국특허 제4,832,078호(Szeke1y)와, 수동안마장치에 관한 미국특허 제2,709,431(Curtis)등은 회전형 유체밸브분야와는 약간 거리가 있는 것들이다.

이들 종래기술은 조립체에서 가동부분사이의 마찰은 대부분 허용할 수 없는 공차의 증가를 가져온다. 피봇트암의 유체의 유동을 제어토록 움직이는 피봇트가 마찰이 없는 경우 조립체의 사용수명은 매우 길어질 것이다. 마찰없는 피봇트지지체는 오염이 없거나 챔버내 습윤면적이 가능한 한 적게 하면서도 부식성 또는 유동성 물질을 취급할 수 있는 분야에 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 기본목적은 부식성물질이나 유동성물질을 포함하는 다양한 여러 유체에 사용하기에 적합한 회전형 유체유량제어밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내부부품수가 적고 부품이 내부식성 또는 내열화성을 보이는 수명이 긴 유체밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피봇트암을 지지하고 평형을 유지하므로서 피봇트암이 마찰없는 피봇트 또는 힌지점을 중심으로하여 운동하고 힘평형유지기구를 제공하며 마찰없는 유체씨일을 제공하는 유체밸브조립체형의 다목적 다이아프램피봇트를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피봇트축선둘레에서 다이아프램피봇트에 가하여지는 힘의 평형을 유하므로서 제어피봇트암의 위치를 선정하는데 이용되는 운동력을 넘지않도록 공급압력을 방지하는 유량제어밸브조립체구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러 작동수단중의 어느 하나에 의하여 용이하게 작동될 수 있는 회전형 유체밸브를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 평상시 개방되어 있는 형태이거나 평상시 폐쇄되어 있는 형태의 밸브로 용이하게 구성될 수 있는 회전형 유량제어유체밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피봇트암의 길이를 편중시키므로서 기계적인 스트로크 또는 힘의 이득을 얻을 수 있는 회전형 유량제어밸브를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피봇트축선이 유체가 유동하는 오리피스에 가하여지는 공급압력의 평형을 유지하도록 다이아프램의 편심위치에 제공되는 회전형 유량제어유체밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다이아프램피봇트가 피봇트지점둘레로 스트레스를 분산시켜 감소시키므로서 다이아프램의 사용수명을 개선토록 특수구조로 주름진 회전형 유량제어밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 밸브챔버를 적절히 밀폐토록 다양한 금속대 금속씨일 또는 폴리머씨일기술이 용이하게 채택될 수 있는(적용여하에 따라서)회전형 유량제어유체밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 밸브를 통한 유체의 유동에 노출되는 습윤면적을 작게 유지하여 초청정 반도체분야에 적합토록하는 회전형 유량제어밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조가 간단하여 밸브조립체가 내화학폴리머와 같은 특수물질이 미량사용되어 구성될 수 있는 회전형 유량제어유체밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유체가 유동하는 오리피스가 공통의 밸브플래트폼내에서 유체유량범위의 변화를 위해 쉽게 교환될 수 있는 회전형 유량제어밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유동통로의 외부에서 오리피스 씨일의 정밀한 위치선정이 이루어질 수 있도록하는 조절가능한 다이아프램피봇트배치가 이루어지는 회전형 유량제어유체밸브조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 일부명백할 것이며 또한 그 일부가 이후 명백하게 될 것이다. 따라서, 본 발명은 다음의 상세한 설명과 청구범위에서 보인 부분들의 구조, 조합 및 매열을 갖는 장치로 구성된다.

본 발명의 유체밸브조립체는 적어도 하나의 오리피스를 형성하는 밸브시이트를 갖는 밸브챔버, 밸브챔버의 외부로부터 내부로 연장되고 유연성이 있고 탄성이 있으며 내부식성인 다이아프램을 통하여 취부되므로서 이 다이아프램에서 회전하여 오리피스에 대하여 밸브동체 또는 플러그를 이동시키는 기다란 피봇트암과, 오리피스를 통한 유체유동량을 제어토록 피봇트암의 회전위치를 제어하기 위한 유량조절수단으로 구성된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1a도는 음성코일작동형으로 회전다이아프램형인 본 발명 유량제어밸브조립체의 제1실시형태를 보인 것으로 전체적으로 폐쇄상태에 있는 정단면도.

제1b도는 제1a도에서 보인 밸브조립체의 일부절개 평면도.

제1c도는 제1a도에서 보인 밸브조립체의 수직단면도.

제2도는 개방상태에 있는 제1a도 - 제1c도에서 보인 음성코일 작동형 밸조립체의 정단면도.

제3a도는 질량유동제어시스템의 일부로 사용되는 것을 보인 제1a도 - 제1c도 및 제2도의 음성코일작동형 밸브조립체의 정단면도.

제3b도는 제3a도에서 보인 질량유동제어시스템의 평면도.

제4a도는 음성코일작동형으로 회전다이아프램형인 본 발명 유량제어밸브조립체의 제 2실시형태를 보인 것으로 폐쇄상태에 있는 정단면도.

제4b도는 제4a도에서 보인 밸브조립체의 수직단면도.

제5도는 개방상태에 있는 제4a도와 제4b도의 솔레노이드작동형 밸브조립체를 보인 정단면도.

제1a도 - 제1c도는 회전다이아프램형인 본 발명 유량제어밸브조립체의 한 실시형태를 전체적으로 보인 것이다. 밸브조립체(10)는 밸브를 통한 유체의 유동을 조절하기 위한 것으로 실시형태에서는 음성코일조립체인 유량조절을 위한 밸브작동수단(38)과 관련하여 도시되어 있다. 일반적으로 이 밸브조립체(10)는 내부챔버(14)의 양단에서 이와 유체가 연통되게 되어 있는 개방부(13)(17)를 갖는 밸브하우징(12)으로 구성된다. 컵형 삽입체(15)가 하우징(12)에 착설되며 밸브시이트를 구성토록 내부챔버(14)에 연통된 정밀가공형 오리피스(16)를 포함한다. 이 오리피스(16)의 크기는 밸브조립체(10)의 유량범위를 결정한다. 밸브동체인 오리피스플러그(18)가 제1c도에서 보인 바와같이 평면상 디스크스프링의 형태인 복귀스프링(20)의 중앙에 착설되어 있다. 좋기로는 이 조립체가 비교적 낮은 유량범위를 조절하는데 사용될 때에 개방부(13)는 유입구로 이용되는 반면에 개방부(17)는 유출구로 이용되어 제어량을 줄여 조립체의 유량제어능력을 높이도록 하는 것이 좋다. 따라서 비교적 유량이 큰 범위를 제어하는데 사용될 때에 체적 제어는 관계가 없다. 이와같이 후자의 경우 개방부(17)은 유입구로 이용되고 개방부(13)은 유출구로 이용되어 오리피스(16)에 대한 오리피스플러그(18)의 밀폐에 도움이 되도록 내부압력이 생성되는 잇점을 가질수 있다.

복귀스프링(20)은 모두 내부챔버(14)내에 배치되는 삽입체내의 확개공에 의하여 형성된 환상턱과 확개공내에 강제삽입된 고정링(19)사이에서 삽입체(15)에 고정된다. 피봇트암(22)은 그 말단부인 내측단부가 연결암(27)을 통하여 오리피스플러그(18)에 연결되게 다이아프램(24)내에 회전가능하게 착설되어 오리피스플러그가 오리피스(16)를 형성하고 있는 밸브시이트에 접리되게 이동될 수 있다. 밀폐수단이 피봇트암(22)과 다이아프램(24)사이에 제공되어 다이아프램이 내부챔버(14)의 한면을 형성하므로서 피봇트암-다이아프램경계면을 따라 누설방지를 위한 밀폐가 유지되도록한다. 다양한 금속씨일기술이 골드 또는 니켈 C-씨일 및 VCR형 반경 및 용접형 씨일과 같이 피봇트암-다이아프램씨일을 유효하게하도록 유리하게 채택될 수 있다. 제1a도에서 보인 바와같이 환상다이아프램 링씨일(28)이 밸브하우징(12)의 환상면(30)에 형성된 내부환상턱에 대하여 다이아프램(24)의 외주연을 밀폐하는데 사용된다.

다이아프램(24)은 조립체가 제어토록 사용되는 유체에 따라서 유연성이 있고 탄성이 있으며 내부식성과 내용제성의 물질로 구성된다. 이 다이아프램은 금속 또는 금속합금으로 구성될 수 있다. 다이아프램의 적당한 재료로서는 316L SS형 스텐레스스틸, Vimvar(Vacuum Induction Macuum Arc Melt)의 상표하에 시판되고 있는 스텐레스스틸, 또는 Inco Alloys Internatinal사의 Inconel 상표하에 제조되는 것과 같은 합금을 포함한다. 또한 다이아프램은 Willimington, DE의 Dupont사에서 상표명 Teflon하에 제조판매되고 있는 내화학성 플리머로 제조될 수 있다. 다이아프램(24)은 피봇트암이 다이아프램을 관통하는 피봇트축의 주위에서 피봇트암의 반복적인 회전이 충분히 이루어질 수 있을 정도로 구조적으로 충분한 완벽성과 탄성을 가져야한다. 다이아프램의 두께는 밸브작동수단(38)에 의하여 가하여지는 힘, 밸브시이트에 놓이게 되는 플러그의 요구된 힘(이 힘은 밸브조립체가 사용되는 유체의 압력에 따라 달라질 것이다), 그리고 다이아프램에서 피봇트암의 회전중심위치와 병진운동력이 밸브작동수단에 의하여 가하여지고 힘이 오리피스(16)를 향하여 오리피스플러그(18)에 가하여지는 피봇트암의 각 지점사이의 거리에 따라 주어지는 지레작용에 따라서 1-10밀(mil)의 범위가 적당하다. 제1a도에서 보인 실시형태에서, 다이아프램(24)은 이 부재의 강도와 탄성을 향상시키기 위하여 주름형의 구조로 구성될 수 있다. 구체화된 우선실시형태에서, 피봇트암은 다이아프램의 중심을 통하여 고정되며 주름들은 이 중심에 대하여 동심원을 이룬다. 본 발명에 있어서 주름부분은 피봇트지점둘레로 스트레스를 분산시켜 감소시키므로서 다이아프램의 사용수명을 개선하기 위하여 타원형과 같은 다른 형상일 수도 있다. 아울러 피봇트암은 오리피스(16)에 가하여지는 공급압력의 평형을 유지하기 위하여 차동밸브를 제공토록 다이아프램의 중심으로부터 중심이 벗어나게, 즉 편심으로 원형 다이아프램에 착설될 수 있다. 이러한 상태에서, 다이아프램 평면에서 암의 피봇트지점은 다이아프램이 중심보다는 밸브동체인 오리피스 플러그(18)와 밸브시이트를 형성하는 오리피스(16)에 보다 근접되게 배치된다. 공급압력이 내부챔버(14)내에서 증가할 때에 다이아프램은 팽창한다. 다이아프램이 펑창할 때에 암의 일측부(오리피스 플러그 18와 오리피스 16에 대향된 쪽)에서 다이아프램의 표면적이 암의 타측부(오리피스 플러그 18와 오리피스 16을 향하는 쪽)에서 다이아프램의 표면적보다 커서 피봇트암에 대하여 불균일한 힘이 가하여지므로 피봇트암이 그 피봇트축선을 중심으로하여 회전되게 하고 오리피스 플러그(18)가 오리피스(16)로부터 멀어져 유동량이 증가되도록한다. 마찬가지로, 다이아프램의 압력이 감소하면 다이아프램이 내부챔버(14)를 향하여 내측으로 이동하고 피봇트 암이 그 피봇트축선을 중심으로 하여 회전하면서 플러그가 오리피스(16)측으로 이동되어 유동량이 감소되도록 한다.

피봇트암(22)은 이를 통하여 관통되는 관상 또는 원통형축으로 구성되고 이는 암이 회전하는 지점에서 다이아프램(24)에 의하여 회전가능하게 지지된다. 본문에서, 피봇트암(22)의 기부측단부인 외측단부란 내부챔버(14)의 외측으로 다이아프램(24)으로부터 연장된 암의 외부를 말하는 반면에 피봇트암(22)의 말단부인 내측단부란 챔버(14)내측으로 다이아프램(24)으로부터 연장된 암의 내부를 말한다. 제1a도에서 보인 바와같이, 피봇트암(22)은 그 말단부로부터 돌출되고 연결암(26)의 통공에 결합될 수 있게된 핀 또는 니플(34)을 포함한다. 피봇트암(22)과 연결암(26)을 연결하기 위하여 본 발명의 범위내에서 당해분야의 전문가라면 잘 알 수 있는 바와같이 스크류나 리벳트형 고정구등의 다른 수단이 이용될수 있다.

피봇트암(22)의 금속구조물로 구성되는 것이 좋으며, 챔버(14)내의 암의 내측부분에서 노출되는 면은 내부식 및 내용제성 물질로 구성되는 것이 좋다. 마찬가지로 삽입체(15), 오리피스 플러그(18), 고정링(19), 복귀스프링수단(20)과 연결암(26)의 노출면과 챔버(14)의 벽은 모두 내부식 및 내용제성 물질로 구성되는 것이 좋다. 예를들어 스프링은 미합중국 일리노이스주의 엘진에 소재하는 Elgiloy Company에서 제조되는 합금인 Elgiloy로 제조될 수 있으며 다른 부분들은 316L SS스텐레스스틸로 구성될 수 있다. 이와같이 본 발명의 다이아프램 밸브조립체의 구조는 밸브의 내부챔버(14)내에 수용되거나 이를 지나는 유체에 탄성중합체 물질은 노출되지 않게 되어 있다. 다른 한편으로, 어떠한 상황에서는 챔버(14)의 내측 노출면이 Wilmington DE의 Dupont사에서 제조판매하는 Teflon, 또는 Minnesota의 Minneapolis에 소재하는 3M사에서 제조판매하는 Kel-F와 같은 내화학성 폴리머로 구성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 밸브는 부식성 또는 유기성분을 포함하는 광범위한 유체의 취급에 효자적으로 사용되는 반면에 밀폐효과의 열화 또는 잠재적인 고장의 위험을 최소화 할 수 있다. 유사한 이유로 본 발명의 밸브는 밸브오리피스가 탄성중합체의 분해입자로 폐색되거나 밸브를 통과하는 유체가 오염시켜 밀폐의 실패, 즉 누설이 되는 문제점이 없게 된다.

적당한 밸브 작동수단(38)이 오리피스(16)에 의하여 형성되는 밸브시이트에 대하여 오리피스 플러그(18)를 이동시키도록 피봇트암(22)을 작동시키기 위한 기동력을 제공하기 위하여 이용될 수 있다. 제1a도에서, 밸브작동수단(38)은 음성코일조립체(40)로 구성된다. 음성코일조립체(40)는 공지된 형태로서 코일이 이동할 수 있는 에어갭을 포함하는 자기회로를 구성하는 수단을 포함한다. 특히 조립체(40)는 자기전도 케이스(42)와, 자기전도소자(46)로 이 케이스에 고정된 영구자석(44)을 포함한다. 당해 기술분야에 잘 알려진 바와같이 자석(44)의 둘레에는 에어갭을 형성하도록 주연방향으로 간격을 두고 자기전도자극편(48)이 배치되어 있다. 도시된 실시형태에서 에어갭은 원통형으로 되어 있으나 이 에어갭은 다른 형태의 구조일 수도 있다. 자기전도성 실린더(54)에 권취된 코일(52)이 에어갭내에 배치되어 코일을 통하여 흐르는 전류에 응답하여 코일의 중심축선을 따라 에어갭을 통해 이동될 수 있게 되어 있다. 음성코일조립체(40)의 실린더(54)가 제어암(56)에 고정되고 이 제어암은 이를 스폿트용접(도시하지 않았음)과 같은 적당한 수단으로 피봇트암(22)의 단부에 고정하기 위하여 고정 디스크(58)에 고정된다. 제1b도와 제1c도에서 보인 바와같이 유연성 핀(60)이 디스크(58)를 통하여 직경방향으로 연장되어 있다. 암(60)의 양단부에는 수직평면이 형성되어 있어 각 암의 단부가 판상의 유연성 스프링(62)의 유사한 수직평면에 고정될 수 있으므로 스프링(62)의 위치가 고정된다. 각 스프링(62)은 유연성핀(64)에 고정되거나 형성되며, 이 핀은 하우징(12)에 고정되고, 두 핀이 챔버(14)의 양측부에 있다. 이들 핀과 이들 핀에 의하여 지지된 구조물이 내외측 압력에 관계없이 상하 활동하는 것을 방지하기 위하여 한쌍의 셋트 스크류(66)(제1c도에서 가상선으로 보임)가 핀(64)에 각각 결합된다.

본 발명 회전다이아프램형 밸브의 작동은 제1a도와 제2도에서 설명된다. 제1a도에서, 밸브조립체는 평상시 폐쇄형의 밸브로서 폐쇄상태로 도시되어 있다. 따라서 음성코일조립체(40)의 코일(52)에 전류가 흐르지 않아 오리피스플로그(18)가 적극적인 차단이 이루어질 수 있는 충분한 힘으로 오리피스(16)를 완전히 밀폐한다. 셋트스크류(66)는 다이아프램의 평면내에서 피봇트축선의 위치를 조절하는데 사용되어 플러그(18)가 오리피스(16)에 대하여 그 완전한 개방위치와 완전한 폐쇄위치사이로 정확히 배치된다. 밸브조립체를 통하여 사전에 결정된 유량의 유동이 이루어지도록 밸브조립체를 개방하고자 할때에, 사전에 결정된 크기의 힘이 밸브작동수단(38)을 통하여 피봇트암(22)의 기부측단부에 가하여져 플러그(18)는 복귀스프링(20)에 의하여 가하여진 힘에 대하여 오리피스(16)로부터 사전에 결정된 거리만큼 떨어지므로서(제2도에서 보인 바와같이)사전에 결정된 유량의 유동이 이루어질 수 있다. 사전에 결정된 크기의 힘은 음성코일조립체(40)의 코일(52)에 인가된 전류의 양에 의하여 제어된다. 이 힘은 피봇트암(22)의 단부를 통하여 연결암(26)에 전달되고 다이아프램(24)의 평면을 통하여 연장된 축선을 중심으로 한 암(22)의 마찰없는 회전작용에 의하여 플러그(18)에 전달된다. 피봇트암의 양단부의 길이를 다르게 하므로서, 즉 기부측단부를 말단측단부보다 길게 하므로서 기계적인 아점을 얻을 수 있다. 암(22)이 다이아프램(24)에서 회전하므로 암(22)의 기부측 단부에 가하여진 힘은 플러그(18)가 오리피스(16)로부터 떨어지도록하므로서 챔버(14)측으로 사전에 결정된 유량의 유체유동이 이루어 질 수 있다. 플러그(18)를 오리피스(16)에 의하여 형성된 밸브시이트와 접촉되게 힘을 가하는 것에 부가하여 복귀스프링(20)은 오리피스(16)에 대하여 플러그(18)의 중심이 맞추어지도록하므로서 이들 부재가 축선방향으로 정렬된 상래를 유지한다. 또한 스프링(20)은 플러그(18)가 그 자리잡은 위치로부터 이동되는 것을 방지하는데 도움이되는 한편 동시에 플러그(18)의 제한된 축방향 이동을 허용한다.

제2도에서 보인 바와같이, 암(22)의 기부측단부에 작동수단을 통하여 가하여진 힘이 해제되거나 감소될 때에 유입유체의 힘이 제2도에서 보인 바와같이 플러그(18)를 오리피스(16)와 밀폐결합된 상태에서 벗어나는 축방향으로 구동시켜 유체가 챔버(14)측으로 유동되게하고 암(22)을 제 1축방향으로 회전시킨다. 다시 제2도에서 보인 바와같이 플러그(18)의 이러한 축방향 이동은 복귀스프링(20)을 신장 또는 확장시킬 것이다.

제1a도 - 제1c도와 제2도에서 보인 밸브조립체는 평상시 폐쇄된 형태이다. 이러한 형태는 평상시 개방된 형태로 쉽게 수정될 수 있는 바, 이와같은 경우 밸브작동수단(38)은 플러그(18)를 오리피스로부터 떨어진 위치로부터 오리피스를 적극 차단하기 위하여 이에 밀폐결합토록 플러그(18)가 오리피스(16)를 형성하는 밸브시이트에 결합되는 위치로 이동되게하는 방향으로 힘을 가하게 된다. 이러한 구성에서, 복귀스프링(20)은 플러그(18)를 그 완전개방위치로 복귀토록 사용되고 밸브작동수단(38)이 플러그가 오리피스(16)측으로 이동되도록 사용된다. 그리고 셋트스크류(66)는 다이아프램이 평면내에서 피봇트축선의 위치로 조절하여 플러그(18)가 오리피스(16)에 대하여 정확히 배치되도록 사용된다. 평상시 개방된 구조에 있어서, 밸브작동수단(38)은 밸브를 폐쇄하기 위하여 오리피스(16)에 결합되게 암(22)을 회전시키도록 내부밸브유체압력과 스프링수단(20)의 저항을 충분히 극복할 수 있는 힘을 가한다. 제1a도 - 제1c도와 제2도의 장치는 밸브를 통한 유체의 유량을 조절하지 아니하고 단순히 차단밸브로서 사용되도록 용이하게 수정될 수 있다.

제3a도와 제3b도는 제1a도 - 제1c도 및 제2도의 회전형 밸브조립체가 질량유동제어시스템(70)에 결합되어 사용됨을 보인 것이다. 회전다이아프램형 밸브조립체(10)와 유량조절수단은 1984년 8월 14일자 제임스 에취 어윙등에게 특허되고 본원 출원인에게 양도된 미국특허 제4,464,932호에 기술된 바와같은 질량유동측정수단(80)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 질량유동측정시스템(80)은 검출된 질량유동에 따른 전기적인 신호를 제공한다. 이러한 전기적인 신호는 적당히 조절되어 음성코일조립체(40)의 코일(52)에 인가된다.

유량은 음성코일조립체(40)에 의하여 조절된다. 다른 기계적인 기동시스템이 밸브챔버(14)를 통한 유체의 흐름을 조절하도록 피봇트암(22)의 위치를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를들어 솔레노이드형 조절시스템(90)이 피봇트암의 회전위치를 조절하는 것으로 제4a도와 제4b도에 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 코일(92)이 자기전도케이스(96)의 일부를 구성하는 자기전도코아(94)의 둘레에 배치된다. 자기물질의 블럭(100)이 갭(98)내에서 피봇트암(22)이 기부측 외측단부에 고정되어 전류가 코일(92)에 인가될 때에 힘이 블럭(100)에 가하여지므로서 암이 다이아프램의 평면을 통하여 연장된 축선을 중심으로 하여 회전한다.

다른 유동조절수단으로서는 공압시스템, 압전시스템, 압전공압시스템, 바이메탈시스템 또는 스템핑이나 DC모우터 구동장치등을 포함한다. 이들 모든 시스템은 에너지를 기계적인 운동으로 전환시키는 수단으로 당해기술분야에 잘 알려진 것이다.

상기 언급된 바와같이, 본 발명의 잇점은 부식성이나 유독성물질을 포함하는 여러유체에 사용할 수 있으며 수명이 길고 부품수가 적으며 부품들이 부식이나 열화에 대하여 내성을 갖는 회전형의 유량제어밸브조립체을 제공하는 것을 포함한다. 본 발명의 주요 잇점은 피봇트암을 지지하고 평형을 유지하므로서 (1)피봇트암이 마찰없는 피봇트 또는 힌지점을 중심으로 운동하고 (2)힘의 평형유지기구를 제공하며 (3)마찰없는 유체씨일을 제공하는 다목적 다이아프램 피봇트에 의하여 얻을 수 있다. 전기-기계유동조절수단을 사용하므로서 오리피스(16)의 공급압력이 피봇트축선의 둘레에서 다이아프램 피봇트에 가하여진 힘을 평형을 유지하므로서 제어피봇트암의 위치를 선정하는데 사용되는 기동력을 극복하는 것을 방지한다. 피봇트암-다이아프램구조는 도시된 바와같은 음성코일조립체(38)와 솔레노이드조립체(9)를 포함하는 여러 작동수단중의 하나에 의하여 용이하게 작동가능하다. 밸브조릴체는 제3a도와 제3b도에서 보인 바와같은 유동측정 및 제어시스템에 사용하기에 적합하다. 회전형의 유량제어밸브조립체는 평상시 개방된 형태 또는 평상시 폐쇄된 형태로 용이하게 구성될 수 있다. 회전형 유량제어밸브는 스토로크나 힘에 대하여 유리한 기구적인 잇점이 피봇트암의 길이를 편중시켜 용이하게 얻어질 수 있다. 피봇트암(22)의 피봇트축선은 이미 언급된 바와같이 오리피스(16)에 공급압력의 평형을 유지하도록 다이아프램의 편심위치에 놓일 수있다. 다이아프램은 피봇트축선둘레에 스트레스를 분산시켜 이를 감소시키므로서 다이아프램의 사용수명을 개선하도록 특정구조로 주름형이 되게 구성될 수 있다. 이러한 구조는 밸브챔버(14)를 적절히 밀폐하기 위하여 적용분야에 따라서 다양한 금속대 금속씨일 또는 폴리머씨일기술을 이용할 수 있도록한다. 이러한 구조에서는 초청정 반도체기술분야에 본 발명이 적합하도록 밸브를 통하여 흐르는 유체에 노출되는 습윤면적이 작도록한다. 유체밸브조립체는 간단한 구조를 가지므로서 밸브조립체가 내화학성 폴리머와 같은 특정물질이 소량사용되어 구성될 수 있다. 공통의 밸브플래트폼에서 유체유동범위를 변화시킬 수 있도록하기 위하여 오리피스(16)의 크기에 의하여 결정되는 유량범위가 삽입체(15)(오리피스의 크기가 다름)을 교환하므로서 쉽게 변경될 수 있다. 끝으로, 본 발명의 조립체는 유동통로의 외부에서 오리피스씨일의 정확한 배치를 허용하는 조절형 다이아프램 피봇트위치를 갖는다.

이상의 본 발명에 있어서는 그 범위를 벗어나지 아니하고 상기 언급된 장치와 방법에 어느정도의 변경이 가능하므로 상기한 설명은 예시적인 것으로서 본 발명을 제한하는 것은 아니라는 점을 이해하기 바란다.

Claims (31)

1. 유체의 유동을 제어하기 위한 유량제어밸브에 있어서, 상기 유량제어밸브가 유체가 유동하는 적어도 하나의 오리피스를 형성하는 수단을 갖는 밸브챔버를 형성하는 하우징수단, 상기 밸브챔버의 내부면과 상기 밸브챔버의 외부면을 형성하는 다이아프램수단과, 외부신호의 강도에 비례하는 비율로 오리피스를 통한 유체의 유동을 제어하기 위한 유체유동조절 수단으로 구성되고; 상기 유동조절수단이 상기 다이아프램수단의 외부면으로부터 상기 밸브챔버에 대하여 외측으로 돌출된 제1제어부재와, 상기 다이아프램수단의 평면에 수직인 종방향 제어부재축선을 따라서 상기 다이아프램수단의 내부면으로부터 상기 밸브챔버에 대하여 내측으로 돌출된 제2제어부재로 구성되고, 상기 제1 및 제2제어부재가 상기 다이아프램수단의 평면에 놓이는 피봇트축선을 형성하는 피봇트수단; 적극차단토록 상기 오리피스에 밀폐결합되는 밀폐위치와 상기 챔버를 통하여 유체의 유동이 이루어지도록 상기 오리피스에서 부분적으로 분리되는 다중 비-밀폐 위치사이로 상기 제어부재 축선에 수직인 플러그축선을 따라서 이동가능한 플러그수단; 상기 제2제어부재를 상기 플러그수단에 연결하기 위한 수단과; 상기 플러그수단을 상기 플러그축선을 따라 이동시키기 위하여 상기 피봇트수단의 마찰없는 제한회전이 이루어지도록 상기 밸브챔버에 대하여 상기 피봇트수단을 지지하며, 종축선이 상기 제어부재축선과 상기 플러그축선에 대하여 수직이 되도록 상기 제1제어부재에 고정된 기다란 지지부재와 상기 하우징수단에 상기 기다란 지지부재를 유연성 있게 연결하기 위한 수단으로 구성되는 피봇트지지수단으로 구성됨을 특징으로 하는 회전다이아프램형 유량제어밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 플러그수단을 상기 오리피스에 대하여 축방향으로 정렬되게 하는 동시에 상기 플러그수단의 제한된 축방향이동은 허용하는 스프링수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 유량제어밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2제어부재를 상기 플러그수단에 연결하기 위한 연결수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 유량제어밸브.
4. 제3항에 있어서, 상기 연결수단이 일측단부가 상기 플러그수단에 고정되고 타측단부가 상기 제2제어부재에 고정된 연결스프링으로 구성됨을 특징으로 하는 유량제어 밸브.
5. 제1항에 있어서, 상기 유체유동조절수단이 상기 제1제어부재에 연결된 작동수단으로 구성됨을 특징으로 하는 유량제어밸브.
6. 제5항에 있어서, 상기 작동수단이 상기 오리피스를 통한 유체의 유량을 제어토록 상기 피봇트암에 연속범위의 힘을 가함을 특징으로 하는 유량제어밸브.
7. 제6항에 있어서, 상기 작동수단이 음성코일조립체임을 특징으로 하는 유량제어 밸브.
8. 제6항에 있어서, 상기 작동수단이 솔레노이드조립체임을 특징으로 하는 유량제어 밸브.
9. 제1항에 있어서, 상기 다이아프램수단이 금속, 금속합금 또는 내부식성 폴리머로 구성됨을 특징으로 하는 유량제어밸브.
10. 제9항에 있어서, 상기 금속 또는 금속합금이 스텐레스스틸, 인코넬(Inconel) 및 빔바르(Vimvar)로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 유량제어밸브.
11. 제1항에 있어서, 상기 다이아프램수단이 주름형 구조를 가짐을 특징으로 하는 유량제어밸브.
12. 제1항에 있어서, 상기 다이아프램수단이 원형의 형태임을 특징으로 하는 유량제어밸브.
13. 제1항에 있어서, 상기 제어부재축선이 상기 다이아프램수단을 통하여 중앙에 착설됨을 특징으로 하는 유량제어밸브.
14. 제1항에 있어서, 상기 제어부재축선이 상기 다이아프램수단의 중심에 대하여 편심되게 상기 다이아프램수단을 통하여 착설됨을 특징으로 하는 유량제어밸브.
15. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 오리피스를 형성하기 위한 수단이 상기 오리피스를 형성하는 컵형삽입부재로 구성되고, 상기 삽입부재가 상기 하우징 수단의 개방부에 결합되는 형태와 크기로 되어 있어 상이한 크기의 오리피스를 형성하는 삽입부재가 요구된 유체유동범위에 따라서 용이하게 교환될 수 있음을 특징으로 하는 유량제어밸브.
16. 질량유동측정 및 제어시스템에 있어서, 이 시스템이 오리피스를 통하여 유체의 유동을 조절하기 위한 밸브조립체로 구성되고, 상기 조립체는 유체가 유동하는 적어도 하나의 오리피스를 형성하는 수단을 갖는 밸브챔버를 형성하는 하우징수단, 상기 챔버의 적어도 한 내측면과 상기 밸브챔버의 외측면을 형성하는 다이아프램수단과, 외부신호의 강도에 비례하는 비율로 오리피스를 통한 유체의 유동을 제어하는 유체유동조절수단으로 구성되며; 상기 유동조절수단이 상기 다이아프램수단의 외부면으로부터 상기 밸브챔버에 대하여 외측으로 돌출된 제1제어부재와, 상기 다이아프램수단의 평면에 수직인 종방향제어 부재축선을 따라서 상기 다이아프램수단의 내부면으로부터 상기 밸브챔버에 대하여 내측으로 돌출된 제2제어부재로 구성되고, 상기 제1 및 제2제어부재가 상기 다이아프램수단의 평면에 놓이는 피봇트축선을 형성하는 피봇트수단; 적극차단토록 상기 오립스에 밀폐 결합되는 밀폐위치와 상기 챔버를 통하여 유체의 유동이 이루어지도록 상기 오리피스에서 부분적으로 분리되는 다중 비-밀폐위치사이로 상기 제어부재축선에 수직인 플러그축선을 따라서 이동가능한 플러그수단; 상기 제2제어부재를 상기 플러그수단에 연결하기 위한 수단과; 상기 플러그수단을 상기 플로그축선을 따라 이동시키기 위하여 상기 피봇트수단의 마찰없는 제한회전이 이루이지도록 상기 밸브챔버에 대하여 상기 피봇트수단을 지지하며, 종축선이 상기 제어부재축선과 상기 플러그축선에 대하여 수직이 되도록 상기 제1제어부재에 고정된 기다란 지지부재와 상기 하우징 수단에 상기 기다란 지지부재를 유연성있게 연결하기 위한 수단으로 구성되는 피봇트지지수단으로 구성되고; 제어신호에 따라서 상기 오리피스를 통한 유체의 유량을 조절토록 상기 피봇트수단에 연속범위의 힘을 가하기 위한 작동수단과, 상기 밸브측으로의 유체유량을 측정하고 상기 측정된 유량에 따라서 상기 제어신호를 발행하기 위한 수단이 구성되고 있음을 특징으로 하는 질량유동측정 및 제어시스템.
17. 밸브챔버를 형성하는 하우징, 밸브챔버와 하우징의 외부사이의 유입 및 유출유체 오리피스와, 상기 하우징의 벽에 형성된 통공으로 구성되는 유체유동조절용 밸브장치에 있어서, 이 장치가 상기 통공에 인접하여 상기 하우징의 상기 벽에 형성한 환상편; 상기 환상편에 접할 수 있게 되어 상기 통공을 밀폐가능하게 커어할 수 있게된 다이아프램 수단과 상기 환상편과 일측변부사이에 상기 다이아프램수단을 개재하도록 상기 다이아프램수단에 접할 수 있게된 환상부재와, 유체 유동조절수단으로 구성되고; 상기 유체유동조절수단이 상기 다이아프램수단의 외부면으로부터 상기 밸브챔버에 대하여 외측으로 돌출된 제1제어부재와, 상기 다이아프램수단의 평면에 수직인 종방향제어부재축선을 따라서 상기 다이아프램수단의 내부면으로부터 상기 밸브챔버에 대하여 내측으로 돌출된 제2제어부재로 구성되고, 상기 제1 및 제2제어부재가 상기 다이아프램수단이 평면에 놓이는 피봇트축선을 형성하는 피봇트수단; 적극차단토록 상기 오리피스에 밀폐결합되는 밀폐위치와 상기 챔버를 통하여 유체의 유동이 이루어지도록 상기 오리피스에서 부분적으로 분리되는 다중 비-밀폐위치사이로 상기 제어부재축선에 수직인 플러그축선을 따라서 이동가능한 플러그수단; 상기 제2제어부재를 상기 플러그수단에 연결하기 위한 수단과; 상기 플러그수단을 상기 플러그축선을 따라 이동시키기 위하여 상기 피봇트수단의 마찰없는 제한회전이 이루어지도록 상기 밸브챔버에 대하여 상기 피봇트수단을 지지하며, 종축선이 상기 제어부재축선과 상기 플로그축선에 대하여 수직이 되도록 상기 제1제어부재에 고정된 기다란 지지부재와 상기 하우징수단에 상기 기다란 지지부재를 유연성 있게 연결하기 위한 수단으로 구성된 피봇트지지수단으로 구성됨을 특징으로 하는 유체유동조절용 밸브장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 기다란 지지부재의 양단의 삽입될 수 있게 된 상기 환상부재의 벽에 형성된 직경방향슬로트가 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 기다란 지지부재의 양단이 상기 양단이 상기 슬로트에 삽입될 때에 상기 환상부재의 벽을 통하여 돌출됨을 특징으로 하는 장치.
20. 제19항에 있어서, 제1단부에서 상기 기다란 지지부재의 상기 각 양단에 고정된 고정부재가 구성되어 있으며, 상기 각 고정부재는 상기 지지부재의 종축선에 대하여 수직으로 돌출되고 상기 하우징에 제2단부가 결합됨을 특징으로 하는 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 각 고정부재가 유연성의 평스프링부분과 그 제2단부의 핀부분으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
22. 제21항에 있어서, 각 고정부재의 상기 핀부분이 상기 하우징의 동일크기의 통공이 결합될 수 있게 되어 있고, 상기 통공이 상기 밸브챔버의 양측에 형성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
23. 제17항에 있어서, 상기 유체유동조절수단이 상기 제1제어부재에 연결된 작동수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 작동수단이 유량을 조절토록 상기 피봇트수단에 연속범위의 힘을 가함을 특징으로 하는 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 작동수단이 음성코일조립체임을 특징으로 하는 장치.
26. 제24항에 있어서, 상기 작동수단이 솔레노이드조립체임을 특징으로 하는 장치.
27. 제17항에 있어서, 상기 다이아프램수단이 금속, 금속합금 또는 내식성 폴리머로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 금속 또는 금속합금이 스텐레스스틸, 인코넬(Inconel)과 빔바르(Vimbar)로 구성된 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 장치.
29. 제11항에 있어서, 상기 다이아프램수단이 상기 제어부재의 축선과 상기 다이아프램수단의 교차점을 중심으로 하는 동심원상의 주름구조로 구성됨을 특징으로 하는 유량제어밸브.
30. 제29항에 있어서, 상기 동심원상 주름구조가 원형의 형태임을 특징으로 하는 유량제어밸브.
31. 제29항에 있어서, 상기 동심원상 주름구조가 타원형의 형태임을 특징으로 하는 유량제어밸브.