KR101291236B1 - 압력 무반응성 질량 유동 제어기, 공정 유체 제어 조립체, 유체 제어 패널, 유체 제어 조립체용 조합식 수동/공기압 밸브, 및 질량 유동 제어기들의 배열체 내에서 질량 유동 제어기가 상호간섭되는 것을 방지하기 위한 방법 - Google Patents

압력 무반응성 질량 유동 제어기, 공정 유체 제어 조립체, 유체 제어 패널, 유체 제어 조립체용 조합식 수동/공기압 밸브, 및 질량 유동 제어기들의 배열체 내에서 질량 유동 제어기가 상호간섭되는 것을 방지하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

조합식 수동/공기압 차단 밸브(11)가 공개된다. 밸브는 하우징(13), 상기 하우징에 배치되고 유체 유입구(19) 및 유체 유출구(21)를 가지는 밸브 챔버(17), 격판(23), 밸브대(25), 격판 및 밸브대가 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 밀봉부를 형성하는 제 1 위치로부터, 유체 유입구 및 유체 유출구가 서로 개방 소통되는 제 2 위치로 이동하도록 적용되는 공기압 구동 작동기(29), 및 상기 공기압 제어 신호와 관계없이, 작동기에 의해 제 2 위치로부터 제 1 위치로 격판을 수동으로 이동시키는 손잡이를 포함한다. 밸브는 수동 밸브와 공기압 밸브의 기능성을 조합하여 단일 부재로 조합함으로써 공정 유체 제어 조립체의 길이 및 이에 따른 유체 패널의 크기를 감소시킨다.

Description

압력 무반응성 질량 유동 제어기, 공정 유체 제어 조립체, 유체 제어 패널, 유체 제어 조립체용 조합식 수동/공기압 밸브, 및 질량 유동 제어기들의 배열체 내에서 질량 유동 제어기가 상호간섭되는 것을 방지하기 위한 방법 {A PRESSURE INSENSITIVE MASS FLOW CONTROLLER, A PROCESS FLUID CONTROL ASSEMBLY, A FLUID CONTROL PANEL, A COMBINATION MANUAL/PNEUMATIC VALVE FOR A FLUID CONTROL ASSEMBLY, AND A METHOD OF PREVENTING A MASS FLOW CONTROLLER FROM PARTICIPATING IN CROSSTALK IN AN ARRAY OF MASS CONTROLLERS}
도 1은 종래 기술의 공정 유체 제어 조립체의 개략도이며,
도 2는 본 발명의 사상에 따른 조합 밸브/수동 손잡이(수동으로 작동되며 공기압으로 폐쇄되는 위치에서 도시됨)의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 사상에 따른 조합 밸브/수동 손잡이(수동으로 작동되며 공기압으로 개방되는 위치에서 도시됨)의 개략도이며,
도 4는 본 발명의 사상에 따른 조합 밸브/수동 손잡이(제공되는 밸브를 개방시키는 공기압 신호로 수동으로 작동되지 않는 밸브가 도시되어 있으며 상기 밸브는 폐쇄되어 있음)의 개략도이며,
도 5는 본 발명의 사상에 따른 스템/손잡이 경계면의 개략도이며,
도 6은 본 발명의 사상에 따라 제조된 질량 유동 제어기로 조합된 기능성의 도면이며,
도 7은 종래의 열 기재 질량 유동 제어기의 유동 통로를 보여지는 기능적 도면이며,
도 8은 본 발명의 사상에 따라 제조된 질량 유동 제어기의 유동 통로의 개략도이며,
도 9는 종래의 유동 패널에서의 상호간섭 현상(crosstalk)의 제거를 도시하는 그래프이며,
도 10은 본 발명의 사상에 따라 제조된 질량 유동 제어기의 사용을 통한 상호간섭 현상의 제거를 도시하는 그래프이며,
도 11은 본 발명의 사상에 따라 제조된 공정 유체 제어 조립체 구성의 개략도이며,
도 12는 본 발명의 사상에 따라 제조된 유체 팰릿의 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 조합식 수동/공기압 밸브 13 : 하우징
15 : 팽창 챔버 17 : 밸브 챔버
19 : 유체 유입구 21 : 유체 유출구
23 : 격판 25 : 밸브대(valve seat)
27 : 축 28 : 굴대
29 : 공기압 구동 작동기 31 : 손잡이
33 : 스프링 장착 피스톤 35 : 스프링
37 : 수나사형 실린더 39 : 수용부
41 : 공기 유입구 43 : 공기 배출구
45 : 중앙 통로 47 : 정지면
71, 91, 139 : 압력 무반응성 질량 유동 제어기
73, 105 : 압력 조절기 75, 107 : 압력 변환기
77, 99, 109 : 여과기 79 : 질량 유동 제어기
삭제
삭제
93 : 제어 밸브 95 : 열 유동 감지기
97 : 압력 감지기 131 : 공정 유체 제어 조립체
133, 159 : 제 1 공기압 밸브 135, 161 : 제 2 공기압 밸브
삭제
137 : 제 3 공기압 밸브 151 : 유체 제어 패널
160 : 정화 다기관 165 : 소통구
167 : 주 다기관 171 : 주 다기관 유출구
173 : 유체 유입구 175 : 유체 유출구
177 : 정화 밸브 179 : 유체 라인
181 : 제 1 유입 밸브 183 : 제 1 유출 밸브
185 : 제 2 유입 밸브 186 : 펌프/정화 다기관
187 : 제 2 유출 밸브 189 : 제 3 유입 밸브
191 : 제 3 유출 밸브
본 출원은 2003년 1월 17일에 출원되고 제목이 "조합식 수동/공기압 차단 밸브"인 미국 가특허 출원 제 60/440,928호의 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 공정 유체 제어 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 유체 제어 조립체용 차단 밸브에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼 상에 재료를 추가, 변경 또는 제거하는 반도체 웨이퍼 처리 동안 거의 모든 공정 단계는 하나 이상의 공정 유체를 이용한다. 이러한 공정 유체는 그 범위가 헬륨과 같은 불활성 유체로부터 염소와 같은 독성 및 부식성 유체까지 포함한다. 결론적으로, 반도체 웨이퍼 처리는 웨이퍼 처리 챔버로 정확한 양으로 다양한 공정 유체를 전달할 수 있는 세련된 유체 전달 시스템을 요구한다.
통상적인 처리 조립체에서, 공정 유체는 프로세싱 장비의 외부 설비 시스템의 제어하에 있는 개별 가압 실린더에 들어 있다. 그리고나서 유체는 배관을 통하여 장비로 공급되고, 유체 패널은 상기 배관에 대한 연결의 지점으로부터 공정 챔버로 유체의 유동을 제어한다. 유체 패널은 통상적으로 개별 공정 유체 제어 조립체로 나누어지고 이들 중 각각은 하나의 유체 흐름(stream)의 부품(밸브, 여과기, 유체 정화기, 압력 조절기 및 변환기와 같은)의 완전한 조립체이다.
도 1은 통상적인 종래 기술 유체 패널의 형태인 공정 유체 제어 조립체(101)를 보여준다. 도시된 형상은 염소와 같은 독성 유체에 통상적으로 사용하는 타입이다. 공정 유체 제어 조립체는 수동 격판 밸브(103)를 포함하는데, 이 수동 격판 밸브는 조립체를 통한 유체의 유동이 정비 및 서비스를 위해 수동으로 중단(turn off)되도록 허용함으로써 안전 장치로서 작용한다. 유체 압력은 압력 조절기(105) 및 압력 변환기(107)에 의해 제어된다. 여과기(109)는 유체 흐름으로부터 불순물을 제거하기 위해 제공될 수 있다. 제 1 공기압 밸브(111) 및 제 2 공기압 밸브(113)는 유체의 유동이 전자 신호를 공기압 밸브 및 질량 유동 제어기(MFC)(115) 둘다에 송신함으로써 원격으로 작동(turn on) 및 중단하도록 작동되는데, 질량 유동 제어기는 공정 유동 제어 조립체를 통한 유체 유동의 정확한 제어를 제공한다. 제 3 공기압 밸브(117) 및 제 4 공기압 밸브(119)는 질량 유동 제어기가 정비를 위해 정화될 수 있도록 제공된다.(제 3 공기압 밸브 및 제 4 공기압 밸브는 통상적으로 불활성 유체로 사용하기 위해 설계되는 이러한 타입의 공정 유체 제어 조립체에 존재하지 않는다.) 소통구(121)는 원격으로 접근되고 제어되도록 질량 유동 제어기에 제공된다.
도 1의 공정 유체 제어 조립체 구성은 유체 패널이 웨이퍼 처리 챔버로 유체 전달에 대한 유용한 제어를 제공하는 것을 허용하며, 이러한 구성에서의 부품의 개수는 유체 패널이 과도하게 크기가 커지고 복잡하게 한다. 이는 특히 수 개의 상이한 공정 유체를 요구하는 웨이퍼 처리 챔버이다.
따라서, 종래에는 기능성, 보수 가능성의 용이성 및 구성의 모듈성을 희생하지 않고, 더 간결하고 및/또는 더 적은 구성을 가지는 공정 유체 채널 조립체 및 유체 패널 구성이 요구되었다. 이러한 및 다른 요구가 본 명세서에서 공개된 장치 및 방법에 의해 충족된다.
하나의 양태에서, 작동기 및 손잡이를 포함하는 장치가 제공된다. 작동기는 공기압 신호에 반응하여, 제 1 상태(폐쇄 상태일 수 있는)로부터 제 2 상태(개방 상태일 수 있는)로 장치를 이동시키고, 손잡이는 공기압 신호의 존재에 관계없이 제 2 상태로부터 제 1 상태로 장치를 이동시킨다. 장치는 예를 들면, 밸브를 구비한 유체 제어 조립체일 수 있으며, 밸브는 제 1 상태에서 폐쇄되고 제 2 상태에서 개방되거나, 공기압으로 작동되는 걸쇠(latch)일 수 있으며, 걸쇠는 제 1 상태에서 폐쇄되고 제 2 상태에서 개방된다. 손잡이는 축선에 대해 회전함으로써 통상적으로 수동으로 구동되고, 작동기는 통상적으로 공기압으로 작동된다. 장치는 격판 및 밸브대를 포함할 수 있으며, 작동기는 공기압 신호에 반응하여, 격판이 밸브대에 대해 가압되는 제 1 상태로부터 격판이 밸브대에 대해 가압되지 않는 제 2 상태로 장치를 이동시킬 수 있도록 한다. 장치는 유체 유입구 및 유체 유출구를 가지는 밸브 챔버를 더 포함할 수 있으며, 격판 및 밸브대는 유체 유입구 및 유체 유출구 사이에 밀봉부를 형성한다. 이 같은 실시예에서, 유체 유입구 및 유체 유출구는 장치가 제 2 상태에 있을 때 통상적으로 서로 개방 소통된다.
또 다른 양태에서, 공정 유체 제어 조립체용 조합식 수동/공기압 밸브가 제공된다. 밸브는 (a) 하우징, (b) 유체 유입구 및 유체 유출구를 가지며 또한 격판 및 밸브대를 포함할 수 있는 하우징에 배치된 밸브 챔버, (c) 공기압 신호에 반응하여, 유체 유입구와 유체 유출구 사이의 유체의 유동이 중단되는 제 1 상태로부터 유체 유입구와 유체 유출구 사이의 유체의 유동이 허용되는 제 2 상태로 밸브를 이동시킬 수 있는 공기압 구동 작동기, (d) 공기압 신호가 작동기에 존재하는 가에 관계없이, 제 2 상태로부터 제 1 상태로 밸브를 이동시키는 손잡이를 포함한다. 밸브가 제 1 상태에 있을 때, 격판 및 밸브대는 통상적으로 유체 유입구 및 유체 유출구 사이에 밀봉부를 형성하며, 반대로, 밸브가 제 2 상태에 있을 때, 유체 유입구 및 유체 유출구는 통상적으로 서로 개방 소통된다. 밸브는 예를 들면, 제 1 방향의 종축선을 따라 전진함으로써, 신호에 반응하여 밸브대를 가압하는 위치로부터 상이한 위치로 격판을 이동시키는 피스톤을 가지는 팽창 챔버를 더 포함할 수 있으며, 팽창 챔버는 팽창 챔버로 가압 공기를 도입하도록 적용되는 유입구, 및 팽창 챔버를 배출시키도록 적용되는 유출구를 구비할 수 있다. 밸브는 또한 격판에 압축력을 유지하도록 적용되는 스프링을 포함할 수 있다.
밸브의 손잡이는 하우징에 상보적인 나사형 통공과 회전 결합하는 나사형 실린더가 구비될 수 있어, 밸브를 제 1 상태로 이동시킨다. 밸브의 손잡이는 축을 가질 수 있으며 축은 서로 개방 소통되는 제 1 및 제 2 통공에 의해 형성된 통로가 구비되며, 제 1 통공은 팽창 챔버와 개방 소통된다. 제 2 통공은 손잡이의 회전에 의해, 유입구와 개방 소통되는 제 1 위치로부터 유출구와 개방 소통되는 제 2 위치로 조절할 수 있다. 밸브대는 O-링일 수 있으며 유체 유입구 주위에 배치될 수 있어 밸브가 제 1 상태에 있을 때 작동기가 O-링에 대해 격판을 포함하도록 한다.
소정의 구성에서, 밸브가 제 1 상태에 있을 때 스프링이 밸브대에 대해 격판을 지탱(hold)하도록 적용되고 공기압 챔버 및 피스톤은 격판이 이동하도록 스프링에 반작용하여 밸브가 제 2 상태로 들어갈 수 있도록 한다. 유입구로부터 공기압 챔버의 단절 및 유출구로의 공기압 챔버의 연결(손잡이를 회전시키는 단일 작용에 의해 수행됨)은 밸브를 폐쇄된 위치로 배치시키고 공기압 제어를 불가능하게 한다. 이 같은 구성은 또한 기계적 연동 장치를 포함할 수 있어 손잡이의 회전이 축방향력을 격판에 적용되도록 하고 스프링에 의해 제공된 힘에 부가하여 힘으로 밸브대에 대해 격판을 지탱한다.
또 다른 양태에서, 공정 유체 제어 조립체가 제공되는데, 공정 유체 제어 조립체는 제 1 공기압 밸브 및 제 2 공기압 밸브, 질량 유동 제어기, 및 조합식 수동/공기압 밸브를 포함하며, 제 1 공기압 밸브는 질량 유동 제어기의 상류부에 있으며, 제 2 공기압 밸브는 질량 유동 제어기의 하류부에 있으며, 상기 조합 밸브는 제 1 공기압 밸브의 상류부에 있다.
또 다른 양태에서, 유체 패널이 제공되는데, 유체 패널은 기판 및 상기 기판에 배치되는 복수의 공정 유체 제어 조립체를 포함한다. 각각의 복수의 공정 유체 제어 조립체는 제 1 공기압 밸브 및 제 2 공기압 밸브, 질량 유동 제어기, 및 조합식 수동/공기압 밸브를 포함한다. 제 1 공기압 밸브는 질량 유동 제어기로부터 상부에 있으며, 제 2 공기압 밸브는 질량 유동 제어기로부터 하류에 있으며, 조합 밸브는 상기 제 1 공기압 밸브로부터 상류에 있다.
이러한 양태 및 다른 양태는 아래에서 더 상세하게 설명된다.
본 명세서에서 사용되는 "유체"는 액체 및 가스 둘다 포함한다.
공정 유체 제어 조립체의 길이, 및 이에 따른 유체 패널의 크기는 수동 밸브 및 공기압 밸브[도 1의 제 1 공기압 밸브(111)와 같은]의 기능성을 단일 밸브로 조합함으로써 감소될 수 있다. 그 결과 조합식 수동/공기압 밸브는 유체 패널 또는 공정 유체 제어 조립체의 유용도(serviceability) 및 이들의 모듈성(modularity)에 역 효과를 미치지 않고 유체 패널의 크기 및 공정 유체 제어 조립체의 길이를 감소시킨다. 도 1에 도시된 공정 유체 제어 조립체와 같은 종래의 공정 유체 제어 조립체의 압력 조절기, 압력 변환기, 및 여과기의 기능성을 질량 유동 제어기로 조합함으로써, 다시 유체 패널 또는 공정 유체 제어 조립체의 유용도 및 이들의 모듈성에 역 효과를 및치지 않고 공정 유체 제어 조립체의 길이 및 유체 패널의 크기에서의 추가적인 감소도 얻을 수 있다. 본 명세서에 공개된 시스템 및 장치의 이러한 및 다른 양태 및 특징은 아래 더 상세하게 논의된다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 사상에 따라 제조된 조합식 수동/공기압 밸브(11)의 일 실시예가 도시되어 있다. 조합식 수동/공기압 밸브는 하우징(13)을 가지며, 하우징은 통상적으로 원통형이고 중앙에 배치된 팽창 챔버(15) 및 중앙에 배치된 밸브 챔버(17)를 포함한다. 팽창 밸브 및 밸브 챔버는 통상적으로 동축선으로 정렬된다. 밸브 챔버는 여기에 한정된 공정의 유체 유입구(19) 및 공정의 유체 유출구(21)를 가지며, 유체의 유동을 밸브 챔버내로 그리고 밸브 챔버 밖으로 제어하도록 협동하는 격판(23) 및 밸브대(25)가 조립된다. 따라서, 격판이 밸브대로부터 이격될 때, 공정 유체 유입구 및 공정 유체 유출구는 개방 소통되고, 유체는 밸브 챔버로 및 밸브 챔버로부터의 유동을 허용한다. 그러나, 격판이 밸브대에 대해 압축될 때[즉, 밸브가 만약 "중단(off)" 위치일 때], 공정 유체 유입구 및 공정 유체 유출구가 서로로부터 격리되며, 밸브 챔버를 통한 유체의 유동이 종료된다. 통상적으로, 밸브대는 충분한 압축력이 적용될 때 타이트한 밀봉부를 달성하도록 충분한 순응성(compliance)을 가지고, 압축력이 제거될 때 원래 형상으로 복귀되도록 충분한 탄성을 기지는 일래스토메릭 재료를 포함할 것이다. 밸브대는 가장 통상적으로 플루오르일래스터머(fluoroelastomer)를 포함하며, 이 플루오르일래스토머는 퍼플루오로폴리머로 코팅될 수 있어, 염소와 같은 공정 유체를 통상적으로 사용하도록 퍼플루오로폴리머의 화학적 내성이 주어진다.
밸브의 팽창 챔버(15)는 통상적으로 원통형이고 동축선으로 정렬되고 종방향으로 연장되는 축(27)이 배치된다. 축은 일단부가 굴대(28)를 경유하여 공기압 구동 작동기(29)에 연결되고 작동기는 격판(23)과 접촉되고 손잡이(31)에서 타단부가 종결된다. 축은 스프링 장착 피스톤(33)이 조립되고 스프링 장착 피스톤은 스프링(35)에 의해 최소 압축력 하에서 유지된다.
손잡이에는 상보적 암나사형 수용부(39)와 회전 결합되는 수나사형 실린더(37)가 조립된다. 손잡이는 통상적으로 인체공학적으로 알맞은 양의 힘으로 작동되도록 설계된다. 결론적으로, 손잡이가 무작동 방향(통상적으로 시계방향)으로 회전할 때, 축(27)은 종방향 축선을 따라 전진하여 작동기가 밸브대(25)에 대해 격판(23)을 압축하도록 하여, 공정의 유체 유입구(19) 및 공정의 유체 유출구(21) 사이의 유체의 유동을 단절하고 밸브를 무작동 위치에 수동으로 배치한다. 역으로, 손잡이가 작동 방향(통상적으로 반시계 방향)으로 회전할 때, 축은 종방향 축선을 따라 수축되고 밸브가 공기압으로 제어되는 상태로 복귀된다. 이러한 경우, 공기압 신호가 없을 때, 스프링(35)은 스프링 장착 피스톤(33), 피스톤에 직접 결합된 축(27) 및 격판(23)에 대한 공기압 구동 작동기(29)에 계속적으로 힘을 가하여 밸브를 폐쇄 위치에 유지한다. 따라서, 손잡이에는 기구가 제공되며 이 기구에 의해 밸브의 공기압 제어가 밸브를 무작동시키는(즉 유체의 유동을 중단시키는) 목적을 위해 단지 무시될 수 있다. 대비하면, 밸브를 통한 유체의 유동은 손잡이가 수동 작동 위치에 있으며 공기압 개구 신호가 존재할 때만 작동된다. 조합식 수동/공기압 밸브의 양태는 안전 면에서 중요하며, 이는 밸브의 조작이 공기압 신호를 부작동화함으로써 기능하는 안전 상호 잠금 회로를 무시하는 것을 허용하지 않기 때문이다.
하우징(13)은 또한 공기 유입구(41) 및 공기 배출구(43)가 구비되며 공기 유입구 및 공기 배출구는 손잡이(31)의 회전에 의해 축(27)에 배치된 중앙 통로(45)와 교대로 개방 소통될 수 있다. 중앙 통로는 피스톤 아래 배치된 팽창 챔버의 일 부분과 개방 소통된다. 손잡이(31)가 도 2에 도시된 바와 같은 수동 작동 위치에 있을 때, 즉 중앙 통로가 공기 유입구와 개방 소통되어 있을 때 및 공기 유입구에 공기 신호가 없을 때(즉, 스프링에 대해 피스톤을 변위시키는 충분한 공기 압력이 적용되지 않을 때), 스프링 장착 피스톤(33)에 대해 스프링(35)에 의해 가해진 압축력은 작동기가 격판을 가압하도록 하여, 폐쇄 위치에 밸브를 유지한다.
손잡이(31)가 도 3에 도시된 바와 같이 수동 작동 위치에 있을 때, 즉, 중앙 통로가 공기 유입구(41)와 개방 소통될 때 및 공기 신호가 존재할 때(즉, 충분한 공기 압력이 공기 유입구에 적용될 때), 공기 압력이 중앙 통로(45)를 경유하여, 스프링 장착 피스톤(33)에 적용된다. 이러한 공기 압력에 의해 가해진 압력이 스프링(35)에 의해 가해진 팽창력보다 크기만 하면, 스프링이 압축되고, 피스톤이 구동되어 축의 정지면(47)과 접하게 되며, 공기압 구동 작동기(29)는 중방향 축선을 따라서 수축될 것이다. 차례로, 이는 격판(23)이 팽창되어 유체 유입구(19)와 유체 유출구(21)와 서로 개방 소통되도록 하여, 밸브 챔버를 통한 유체의 유동을 허용한다.
설명된 타입의 밸브에서, 격판은 적어도 두개의 힘에 의해 상방으로 통상적으로 구동된다. 첫째는 유체 유입구(19) 또는 유체 유출구(21)의 압력이 격판상에 상방력을 부과한다. 두번째는 격판이 놓이는 형상이 항상 하방으로 오목하여 만약 밸브대(25)에 대해 하방으로 힘이 가해지지 않는 경우 격판이 구부려진다. 후자의 특징에 대해, 소정의 실시예에서, 공기압 구동 작동기(29)가 스프링 장착 피스톤(33)이 공기압 구동 작동기(29)를 당기는 것을 허용하는 수단에 의해 스프링 장착 피스톤(33)에 연결되지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 이러한 실시예에서, 스프링 장착 피스톤(33)의 상방 운동은 공기압 구동 작동기(29)가 격판의 굽힘에 의해 상방으로 이동하는 것이 간단히 허용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 손잡이(31)가 수동 작동 위치에 있을 때, -즉, 손잡이가 수동으로 회전하여 중앙 통로(45)가 공기 배출구(43)와 개방 소통되어 있을 때-공기압 신호가 공기 유입구(41)에 존재하는 경우 조차 팽창 챔버에서의 압력이 대기 압력이 된다. 더욱이, 손잡이(31)가 작동 위치로 회전할 때 종방향 축선을 따른 축(27)의 전진이 격판(23)에 대해 공기압 구동 작동기(29)를 구동한다. 결론적으로, 공기압 신호에 의해 격판으로부터 이격하여 이동하는 피스톤을 배제하는 축의 종방향 변위에 의해 밸브가 부작동된다.
조합식 수동/공기압 밸브(11)는 맹꽁이자물쇠(padlock), 케이블 또는 다른 이용가능한 잠금 장치(도시안됨)를 이용하여 부작동 위치에서 잠겨질 수 있다. 따라서, 밸브는 스위치 잠금 장치, 표지판(Lock Out Tag Out; LOTO)으로서 기능할 수 있다. 더욱이, 수동 밸브의 상류에 있는 유체 제어 부품에서의 고장의 경우 안전을 보장하도록, 밸브는 또한 72 시간 동안 밸브를 통하여 유체가 통과하는 것을 허용하지 않고 부작동 위치에서 적어도 3000 PSIA의 유입 압력을 겪도록 설계될 수도 있다(밸브에 대한 철회할 수 없는 손상이 이와 다른 시나리오에서 합당하다)
수동 부작동이 공기압 입력 상태와 무관하지만, 밸브가 수동으로 부작동되거나 공기압으로 폐쇄될 수 있다는 것이 상술된 것으로부터 명백하다. 따라서, 밸브는 밸브가 가동 위치에 수동으로 위치하는 경우에만, 공기압으로 개방될 수 있어 유체의 유동을 허용하며, 개방하기 위한 공기압 신호가 존재하는 경우 조차, 밸브는 또한 밸브의 유동을 중단하도록 수동으로 중단될 수 있다. 밸브의 이러한 특징은 비상 차단 및 수리 면에서 매우 유용하다.
도 5는 본 명세서에 공개된 조합 밸브의 축/손잡이 경계면(61)을 도시한다. 이러한 경계면은 도 2 내지 도 4에 도시된 조합식 수동/공기압 밸브에 있는 수나사형 실린더(37) 내부에 통상적으로 배치되어 있다. 경계면은 도 2 내지 도 4의 밸브에 있는 축(27)의 일단부에 기계가공되거나 납땜될 수 있다. 손잡이는 중공 원통형 하부 몸체를 가지며, 중공 원통형 하부 몸체는 도 2 내지 도 4의 밸브의 축(27)으로부터 돌출되는 상보형 수형 부재[축/손잡이 경계면(도 5)]와 정합하도록 적용된다. 경계면은 또한 통공(65)이 제공되고 통공은 손잡이를 경계면에 고정하기 위한 육각 구멍이 있는 볼트(Allen screw) 또는 다른 체결 장치를 수용하도록 적용된다.
도 5의 축/손잡이 경계면은 손잡이를 요구하는 유체 패널의 각각의 부품을 제공할 수 있어, 유체 패널이 용이하게 표준화되어 동일한 손잡이가 패널의 각각의 부품을 작동하기 위해 사용될 수 있다. 이는 또한 경계면을 구비한 각각의 부품이 용이하게 개장되어 스위치 잠금 장치, 표지판으로서 표준화되도록 한다. 도 5의 축/손잡이 경계면(61)의 크기는 변화될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 상술된 조합식 수동/공기압 밸브는 다양하게 존재하는 밸브에 대해 수 개의 매우 안전한 장점을 갖는다. 이러한 안전한 장점 중 하나는 스위치 잠금 장치/표지판(Lockout/Tagout)[AKA, LOTO, 유해 에너지 격리(HEI)]를 제공하기 위한 조합 밸브의 이용과 관련된다. 예를 들면, 유체 패널 크기에서의 감소는 밸브에 공기압 제어 라인에 있는 종래의 잠금가능하고 수동으로 작동되는 밸브를 배치함으로써 얻을 수 있으며, 이는 스위치 잠금 장치/표지판에 대한 정규 필요조건을 틀림없이 충족할 수 있는 방식으로 공기압 제어의 부작동을 허용한다. 그러나, 이러한 접근은 에너지 격리가 작동 압력의 또 다른 공급원을 공정 유체 밸브에 연결함으로써 파괴될 수 있다는 단점을 갖는다. 예를 들면, 우연한 연결은 상이한 밸브에 제어 라인을 연결, 또는 수동으로 작동되는 밸브의 연결로부터 사람이 격리하고자 의도하는 것이 아닌 공정 화학적 밸브로 연결하기 위한 시도의 결과가 된다.
게다가, 정상적으로 부작동되는 밸브의 공기압 제어 신호를 무시하는 것은 밸브를 부작동으로 유지하도록 유체의 의해 격판의 하부에 적용되는 힘보다 더 크게 되는 스프링에 놓이는 상태에 밸브가 놓이게 된다. 밸브는 밸브 조립체내에 공기압 제어를 단속함으로써(제어 신호의 교차 연결을 방지함으로써) 그리고 격판에 폐쇄력을 적용하는 강성의 기계적 연동 장치를 제공함으로써(가스에 의해 적용되는 개방력을 극복하도록 스프링 압력에 대한 의존을 감소함으로써) 이러한 흠결을 제거하는 본 발명의 사상에 따라 제조될 수 있다. 명백하게, 밸브 유출구에서 주어진 압력의 유체에 의해 적용된 개방력은 유체 유입구상의 동일한 압력의 유체에 의해 적용되는 개방력 보다 더 큰 크기 정도이다. 결론적으로, 폐쇄를 유지하도록 스프링에 작용하는 밸브가 부작동될 때 전방 유동되는 것 보다 매우 작은 압력에서 역으로 유동되도록 한다.
또 다른 안전적 장점은 단일 밸브로의 수동 무시 및 공기압 작동의 조합이 공기압 및 수동 밸브 사이의 제 1 위치(유체 공급원에 대한 연결 지점에 가장 근접한)에 대한 경쟁을 논의하도록 한다. 상술된 바와 같은, 수동 밸브는 유체 공급원으로부터 공정 챔버 및 하류의 유체 패널 요소를 격리하기 위해 사용된다. 첫번째로 수동 밸브를 배치하는 안전적인 장점은 그리고나서 공급원으로부터 유체 패널의 다른 요소 모두를 격리하도록 배치된다는 것이다. 이는 여전히 공급원에 연결되는 부품의 개수를 최소화함으로써 우발적인 해제(부품 고장 또는 작동자의 에러로부터의)의 기회를 최소화한다.
공기압 밸브는 상이한 안전 기능을 수행한다. 공기압 밸브는 수 개의 상호 잠금 회로(interlock circuit)의 작동 요소로서 사용될 수 있으며, 수 개의 상호 감금 회로의 작동 요소는 다양한 상태에 반응하여 작동 요소의 하류부의 유체 패널의 요소로부터 그리고 공정 챔버로부터 유체 공급원을 단속한다. 이 같은 상호 잠금 회로에 있는 감지기 중에는 유체 탐지기가 있다. 탐지기가 누출을 감지하고 밸브로부터 작동 신호를 제거하는 경우, 누출을 통한 유동의 제어는 누출이 더 이상 작동되지 않는 밸브의 상류부 또는 하류부에 있는가에 의존한다. 따라서, 많은 적용분야에서 가능한 조립체에서 상류부까지 이 같은 상호 잠금에 대한 작동 요소인 공기압 밸브를 갖는 것이 유용하다. 결론적으로, 수동 및 공기압 밸브가 제 1 위치에 대해 "경쟁"한다. 상술된 바와 같이, 동일한 밸브가 두 개의 수단에 의해 제어될 때, 본 명세서에서 설명된 조합 밸브는 이러한 문제를 논의한다.
상술되고 도 2 내지 도 4에 도시된 조합식 수동/공기압 밸브는 공기압 밸브 및 수동 차단의 기능성을 단일 부품으로 조합함으로써 공정 유동 제어 조립체 길이 및 유체 패널 크기에서의 상당한 감소를 가능하게 한다. 그러나, 또한 질량 유동 제어기에 대한 변형을 통하여, 유체 패널 또는 공정 유체 제어 조립체의 유용성 및 이들의 모듈성에 악 영향을 미치지 않고, 공정 유체 제어 조립체의 길이 및 유체 패널의 크기에서의 추가적인 감소를 얻을 수 있다. 결론적인 질량 유동 제어기는 본 명세서에서 "압력 무반응성 질량 유동 제어기(Pressure Insensitive MFC)"(PIMFC)로서 지칭된다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 압력 무반응성 질량 유동 제어기(71)는 압력 조절기, 압력 변환기, 여과기 및 질량 유동 제어기가 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 공정 유체 제어 조립체에서 발견될 때, 압력 조절기(73), 압력 변환기(75), 여과기(77) 및 질량 유동 제어기(79)의 기능성을 단일 유닛으로 조합한다. 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 아래 더 상세하게 설명된다.
도 7은 종래의 열 기재 질량 유동 제어기(81)의 기능적인 도면이다. 질량 유동 제어기는 주로 제어 밸브(83) 및 열 유동 감지기(85)로 이루어진다. 이러한 타입의 질량 유동 제어기의 사용은 "상호간섭 현상(crosstalk)", 즉 동일한 유체 공급원으로부터 작동하는 제 2 공정 유체 제어 조립체가 온라인(online)될 때 발생할 수 있는 제 1 공정 유체 제어 조립체로 유체를 공급하는 공급 라인으로의 압력 섭동을 제거하도록 압력 조절기의 사용을 필요로 한다. 상호간섭 현상은 통상적으로 제 2 공정 유체 제어 조립체가 제 1 공정 유체 제어 조립체보다 상당히 높은 압력으로 유체를 공급할 때 발생한다. 이 같은 압력 섭동은 제 1 공정 유체 제어 조립체가 제어하는 질량 유동 제어기가 실제 유량보다 실질적으로 상이한(통상적으로 매우 낮은) 표시된 유체 유량을 일시적으로 등록하도록 한다.
종래의 질량 유동 제어기(조절기의 도움 없이)에 의해 제어된 공정 유체 제어 조립체에서의 상호간섭 현상의 영향이 도 9의 그래프에 도시되어 있다. 그래프는 약 3 psi(20.7 MPa)의 압력 섭동을 발생시키도록 자극 질량 유동 제어기를 사용하여 테스트 스테이션에서 발생되었다. "XDOR6"으로 표시된 곡선은 압력 변환기에 의해 측정된 바와 같은 시간의 함수로서 유체 라인에서 압력을 표시한다. "표시된 곡선"을 표시하는 곡선은 질량 유동 제어기에 의해 표시된 바와 같이 공정 유체 제어 조립체를 통한 유체 유동이며, "ROR"로 표시된 곡선은 상승 유동의 비율, 유체 제어 조립체에서의 실제 유체 유동의 표준 측정치이다.
약 3 psi(20.7 MPa)의 초기 섭동 후, 압력 섭동은 약 2 psi(13.8 MPa)의 압력 차이로 완화된다. 그러나, 초기 섭동 동안, 질량 유동 제어기에서 표시된 유량과 실제 유량에서의 차이는 약 3 sccm이다. 이는 압력 조절기가 없는 경우 실제 유량을 상승(ramping up)시킴으로써 공정 유체 제어 조립체 유입구에서 유체 공급원에서의 초기 압력 강화를 과잉 보상하는 질량 유동 제어기의 경향을 논증한다. 따라서 압력 조절기의 이용은 이러한 타입의 종래 질량 유동 제어기를 필요로 한다. 압력 조절기는 상호간섭 현상이 발생하는 압력 섭동을 감쇄시켜 상호간섭 현상을 제어함으로써 기능한다. 다음으로, 이는 표시된 유량이 실제 유량을 더 근접하게 따르게 한다.
도 8은 본 명세서의 사상에 따라 제조된 압력 무반응성 질량 유동 제어기(91)의 기능적 도면이다. 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 특히 상세한 부품은 하나의 제품으로 다른 제품으로 상당히 변화될 수 있으며, 명료성을 위해 생략된다. 그러나, 이러한 부품은 종래기술에서 개별적으로 잘 이해되며, 따라서 본 기술 분야의 기술자는 이러한 부품의 기능성 설명으로부터 매우 특별한 실시를 이해하게 될 것이다.
도 7에 도시된 종래의 질량 유동 제어기와 같이, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 또한 제어 밸브(93) 및 열 유동 감지기와 같은 유동 감지기(95)를 포함한다. 그러나, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 부가적으로 압력 감지기(97)와 여과기(99)를 포함한다. 압력 감지기는 유동 감지기의 상류부에 있으며 제어 밸브를 작동시키는 제어 루프로 연결된다. 결론적으로, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 밸브의 적절한 조작을 통하여 유입구 압력에서의 어떠한 변화도 신속하게 보상할 수 있다. 따라서 압력 무반응성 질량 유동 제어기가 유체 제어 조립체에서의 압력 섭동을 다루도록 적용되기 때문에, 개별 조절기에 대한 요구가 제거된다. 더욱이, 종래의 공정 유체 제어 조립체에서의 여과기(99)가 유체 흐름이 질량 유동 제어기로 들어가지 전에 주로 압력 조절기에 의해 발생된 유체 흐름으로부터 찌꺼기를 여과하도록 존재하기 때문에, 그 자체만으로 작동하는 여과기(stand-alone filter)에 대한 요구도 제거된다. 결론적으로, 여과기는 단순화될 수 있고 압력 무반응성 질량 유동 제어기(91)에 직접 결합되어 다른 상류에서 발생된 입자 축적으로부터 감지기 및 작동기를 보호한다. 또한, 압력 무반응성 질량 유동 제어기가 이미 압력 감지기를 포함하기 때문에, 외부 압력 변환기에 대한 요구가 없으며, 압력 변환기와 관련된 표시(display) 기능성이 직접 압력 무반응성 질량 유동 제어기로 결합될 수 있다.(즉, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 압력 감지기에 의해 이미 측정된 압력을 표시하도록 표시부(display)가 제공될 수 있다.)
도 10은 외부 압력 조절기 없이 공정 유체 제어 조립체에서의 상호간섭 현상을 제거하는 여기에 공개된 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유효성을 도시한다. 도 8의 그래프의 주요 부분인 종래의 질량 유동 제어기와 같이, 압력 섭동이 약 2 psi(13.8 MPa)의 압력 차이로 완화된 후, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 약 3 psi(20.7 MPa)의 초기 압력 섭동의 적용을 받는다. 그러나, 종래의 질량 유동 제어기와 달리, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 완전한 섭동 동안 공정 유체 제어 조립체를 통하여 실제 유체 유량에 근접하여 따라간다. 이는, 종래의 질량 유동 제어기와 달리, 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 압력 섭동에 대해 과잉 보상하지 않아, 개별 압력 조절기의 사용이 요구되지 않는다는 것을 논증한다.
도 11은 상술된 압력 무반응성 질량 유동 제어기와 조합식 수동/공기압 밸브를 결합하며 독성 유체의 사용에 적절한 본 명세서의 사상에 따라 제조된 공정 유체 제어 조립체(131)를 도시한다. 공정 유체 제어 조립체는 도 2 내지 도 4에 도시된 타입의 조합식 수동/공기압 밸브를 포함하는 제 1 공기압 밸브(133), 제 2 공기압 밸브(135) 및 제 3 공기압 밸브(137), 및 압력 무반응성 질량 유동 제어기(139)를 포함한다. 제 2 공기압 밸브(135)는 압력 무반응성 질량 유동 제어기(139)의 상류부에 있고, 제 3 공기압 밸브(137)는 압력 무반응성 질량 유동 제어기(139)의 하류부에 있다. 제 1 공기압 밸브(133), 제 2 공기압 밸브(135) 및 제 3 공기압 밸브(137)는 유체의 유동이 제 1, 제 2 및 제 3 공기압 신호들(가압 공기들)을 각각 제 1, 제 2, 및 제 3 공기압 밸브들로 송신함으로써 원격에서 작동 및 중단시키는 것을 허용한다. 소통구(141)는 질량 유동 제어기에 제공되어 접근되어 원격에서 제어되는 것을 허용한다. 전선, 광학 케이블, 및 다른 이 같은 소통 수단을 수용하도록 적용될 수 있는 이러한 소통구는 질량 유동 제어기의 다양한 표면에 위치할 수 있으며 다양한 형상을 갖는다.
압력 조절기(105), 압력 변환기(107), 및 여과기(109)를 요구하는 도 1의 종래의 공정 유체 제어 조립체에 비해, 도 11의 공정 유체 제어 조립체(131)에는, 압력 조절기가 제거되고 남아있는 부재의 기능성이 상술된 바와 같이 압력 무반응성 질량 유동 제어기(139)로 조합된다. 결론적으로, 도 1의 공기압 밸브(113)는 더 이상 요구되지 않는데, 이는 종래의 부재가 제 1 공기압 밸브(133), 제 2 공기압 밸브(135), 및 제 3 공기압 밸브(137)를 경유하여 도 11의 공정 유체 제어 조립체에서의 세정 또는 수리를 위해 격리될 수 있기 때문이다. 더욱이, 도 1의 공기압 밸브(111)에 대응하는 제 1 공기압 밸브(133)는 또한 상술된 바와 같이 도 11의 공정 유체 제어 조립체에 있는 수동/공기압 밸브로 조합된다. 따라서, 도 11의 공정 유체 제어 조립체는 도 1의 종래의 공정 유체 제어 조립체보다 더 충분히 간결하다. 이러한 간결한 설계는 또한 유체 패널을 위한 팰릿 설계를 간단하게 하며 이의 비용을 감소시킨다. 더욱이, 도 11의 공정 유체 제어 조립체가 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 공정 유체 제어 조립체 보다 더 적은 부품을 갖는다. 고장전의 평균 시간(Mean Time Before Failure)(MTBF)은 전체 시스템에 대해 더 길며 따라서 수리비가 감소된다.
도 11의 공정 유체 제어 조립체(131)는 염소와 같은 독성 유체와 사용된다. 그러나, 본 기술분야의 기술자는 본 명세서의 원리가 또한 불활성 유체를 사용하기 위해 적용된 공정 유체 제어 조립체로 연장할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 이는 예를 들면 제 2 공기압 밸브(135) 및 제 3 공기압 밸브(137)의 제거를 통해 도 11의 공정 유체 제어 조립체를 변형함으로써 달성될 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 타입의 일련의 공정 유체 제어 조립체(153)를 결합하는 유체 패널의 비제한적인 예가 도시되어 있다. 통상적인 구성에서, 소정의 공정 유체 제어 조립체(좌측으로부터 우측으로, 통상적으로 첫번째 여섯개)는 독성, 부식성 또는 인화성 유체를 제어하고, 공정 유체 제어 조립체의 나머지는 불활성 유체의 유동을 제어한다. 이러한 두 개의 타입의 공정 유체 제어 조립체는 본 명세서에서 각각 독성 공정 유체 제어 조립체 및 불활성 공정 유체 제어 조립체로서 지칭된다.
각각의 공정 유체 제어 조립체는 통상적인 팰릿(155)을 지지하고 조합식 수동/공기압 밸브(157)(도 2 내지 도 4에 도시된 타입), 제 1 공기압 밸브(159) 및 제 2 공기압 밸브(161), 및 소통구(165)가 구비된 압력 무반응성 질량 유동 제어기(163)를 포함한다. 유체 패널은 개별 공정 유체 제어 조립체의 제어하에서 다양한 공정 유체가 혼합되어 유체 흐름을 형성하는 주 다기관(167)을 더 포함한다. 유체 흐름은 주 다기관 유출구(171)를 경유하여 주 다기관으로부터 나오며, 주 다기관 유출구로부터 공정 챔버(도시안됨) 또는 다른 단부 사용 장치(other end use device)로 향할 수 있다.
주 다기관에는 유체 유입구(173) 및 유체 유출구(175)가 제공되며, 유체 유입구 및 유체 유출구는 수리 목적을 위해 또는 남아 있는 독성 유체를 세척하기 위해 N2 와 같은 불활성 유체로 세척한다. 유체 유입구(173) 및 유체 유출구(175)를 통한 유체 유동은 주 다기관의 하나 이상의 다른 밸브에 부가하여, 정화 밸브(177)에 의해 제어될 수 있다. 유체 라인(179)이 제공되어, 유체 라인(179)을 통하여 주 다기관(167)과, 제 1 공기압 밸브(159) 아래 배치되는 정화 다기관(160)이 개방 소통되어 압력 무반응성 질량 유동 제어기(163)가 수리 또는 다른 목적을 위해 격리되는 것이 허용된다.
주 다기관(167)은 제 1, 제 2 및 제 3 쌍의 밸브가 제공되고 이 밸브들은 각각 제 1 유입 밸브(181), 제 2 유입 밸브(185) 및 제 3 유입 밸브(189) 및 제 1 유출 밸브(183), 제 2 유출 밸브(187) 및 제 3 유출 밸브(191)로 이루어진다. 제 1 유출 밸브(183) 및 제 2 유체 밸브(187)는 공기압적으로 결합되고, 제 1 유출 밸브는 유입 공정 유체 제어 조립체로부터 주 다기관으로 불활성 유체의 유동을 제어하도록 작동되며 제 2 유출 밸브는 독성 공정 유체 제어 조립체로부터 주 다기관으로 독성 유체의 유동을 제어하도록 작동된다. 따라서, 예를 들면, 첫번째 여섯개 공정 유체 제어 조립체(좌측으로부터 우측으로)는 제 2 유출 밸브(187)의 제어하에 있을 수 있으며, 다음 여섯개 공정 유체 제어 조립체는 제 1 유출 밸브(183)의 제어하에 있을 수 있다. 따라서, 제 1 유출 밸브(183) 및 제 2 유출 밸브(187)는 둘다 작동되고 소정의 작동되는 불활성 공정 유체 제어 조립체로부터 유체 흐름은 주 다기관(167)의 내부에 있는 소정의 작동되는 독성 공정 유체 제어 조립체로부터의 유체 흐름과 혼합되며 그 결과 혼합된 유체 흐름은 주 다기관 유출구(171)를 통하여 주 다기관으로부터 배출된다.
유체 제어 패널(151)은 제 1 유입 밸브(181) 및 제 2 유입 밸브(185)가 추가적으로 제공된다. 유체 패널의 정상 작동 동안 가동되게 유지되는 이러한 관통 밸브는 각각 제 1 유출 밸브(183) 및 제 2 유출 밸브(187)와 협력하여 펌프/정화 다기관(186)을 통한 유체의 유동을 조절하고 유체 패널의 양방향 펌핑 및 정화를 허용한다.
유체 패널상의 제 3 유출 밸브(191)는 유체 패널의 정화 및 수리를 위해 유체 유입구(173)의 유동을 조절한다. 유사하게, 제 3 유입 밸브(189)는 정화 및 수리 목적을 위해 펌프/정화 다기관(186)으로 유체의 유동을 조절한다. 따라서, 예를 들면, 제 3 유입 밸브(189)가 작동되지 않고 제 3 유출 밸브(191)이 작동되는 경우, 그때 유체는 유체 라인(179)을 통하여 그리고 후속적으로 제 1 공기압 밸브의 세트 하에서 정화 다기관(160)을 통하여 유동될 수 있어 독성 유체가 독성 공정 유체 제어 조립체로부터 정화될 수 있다.
본 명세서에 공개된 원칙은 조합식 수동/공기압 밸브 및 공정 유체 제어 조립체에서의 이 같은 밸브의 이용을 주로 참조하여 설명된다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 수동/공기압 작동기는 공정 유체 제어 조립체를 넘어 연장하는 복수의 적용분야를 가진다. 예를 들면, 이 같은 작동기는 산업 및 높은 안전 설정에 사용되는 것과 같은 다양한 걸림 시스템에 적용된다. 이 같은 적용 분야에서, 공기압 신호가 존재하지 않는 경우, 수동/공기압 작동기는 폐쇄된 위치에 걸치를 유지한다.(따라서, 도어, 해치 또는 걸쇠의 제어하의 다른 장치가 폐쇄된 위치에 유지된다.) 더욱이, 공기압 신호가 존재하는 경우, 수동/공기압 작동기는 안전, 또는 수리 목적을 위한 공기압 신호의 수동 무시를 허용한다.
더욱 일반적으로, 본 명세서에 공개된 원리는 에너지 입력이 장치의 하나 이상의 가동 부품의 이동을 발생시키도록 제공되는 장치에 적용될 수 있다. 수동 제어의 단일 조종, 에너지 입력의 단속과 가동 성분이 이동되지 않도록 하는 기계적 수단의 결합의 결과로서, 이 같은 장치는 유용하게 되도록 본 발명의 사상에 따라 변형될 수 있다. 이 같은 변형된 장치의 특별하고 비제한적인 예는 밸브를 포함하며, 밸브에는 에너지 입력은 유해한 재료가 유동되도록 하는 제어 신호가 되며, 에너지 입력이 유해 영역으로의 접근을 허용하는 제어 신호가 되는 걸쇠를 더 포함한다. 변형된 장치는 또한 수동 밸브이며 수동 밸브는 공기압적으로 동력이 공급되는 장치로 작동 공기를 제어하고 부작동 상태에서 공기압으로 동력이 공급되는 장치상의 기계적 잠금부와 결합하는 기구를 포함하며, 장치의 하나 이상의 공기압 구동 부품의 이동을 배제한다.
본 명세서에서 공개된 원리가 공기압 작동 장치와 관련하여 자주 설명되었지만, 이러한 원리는 또한 다양한 다른 에너지 입력 및 작동 신호를 가지는 장치에 또한 적용가능하다는 것도 알 수 있다. 이 같은 에너지 입력은 전기적 및 유체(예를 들면, 유압) 신호를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
조합식 수동/공기압 작동기가 본 명세서에서 설명되었다. 또한 조합식 수동/공기압 밸브는 본 명세서에서 설명되며, 이 같은 작동기를 이용하며 수동 밸브 및 공기압 밸브의 기능성을 단일 밸브로 조합한다. 이 조합 밸브는 기능성, 용이한 수리가능성 및 모듈성에서의 어떠한 손실 없이, 공정 유체 제어 조립체 및 공정 유제 제어 조립체와 결합된 유체 패널의 길이에서의 감소를 허용한다. 짧아진 공정 유체 제어 조립체를 유용하게 이용하는 유체 패널 구성도 제공된다.
상세한 설명(청구범위, 요약서 및 도면을 포함하여), 및/또는 모든 단계 또는 어떠한 방법 또는 공정에 공개된 모든 특징은 적어도 소정의 특징 및/또는 단계가 상호적으로 배타적인 조합체를 제외하고 소정의 조합체로 조합될 수 있다. 이러한 상세한 설명(청구범위, 요약서 및 도면을 포함하여)에 공개된 각각의 특징은 다르게 표현되지 않은 경우, 동일한 동등물 또는 유사한 목적을 갖는 다른 특징으로 대체될 수 있다. 따라서, 다르게 표현되지 않은 경우, 공개된 각각의 특징은 일반적인 일련의 동등물 또는 유사한 특징은 하나의 예일 뿐이다. 더욱이, 특별한 실시예가 본 명세서에서 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 변형 및 변화는 본 발명의 의도된 범위 및 사상으로부터 이탈하지 않고 첨부된 청구범위의 범위 및 상술된 사상내에 있다.
이와 같이 본 발명의 밸브는 수동 밸브와 공기압 밸브의 기능성을 조합하여 단일 부재로 조합함으로써 공정 유체 제어 조립체의 길이 및 이에 따른 유체 패널의 크기를 감소시키는 효과가 있다.

Claims (27)

  1. 압력 무반응성 질량 유동 제어기(91)로서,
    제어 밸브(93),
    상기 제어 밸브로부터 상류에 위치되고, 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 내부의 유체 유동을 감지하여 상기 유체 유동을 표시하는 신호를 제공하는, 유동 감지기(95),
    상기 유동 감지기로부터 상류에 위치되고, 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 내부의 유체 압력을 감지하여 상기 유체 압력을 표시하는 신호를 제공하며, 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유입구에서의 압력 섭동(perturbation)에 민감한, 압력 감지기(97), 그리고
    상기 유체 압력을 표시하는 신호에 따라 압력 측정을 표시하는 표시부를 포함하며,
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유입구에서의 압력 변화를 신속하게 보상하고 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유입구에서의 압력 섭동을 과잉 보상하는 것을 회피하도록, 상기 제어 밸브가 상기 유체 유동을 표시하는 신호 및 상기 유체 압력을 표시하는 신호에 따라서 작동되는,
    압력 무반응성 질량 유동 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 여과기(99)를 더 포함하는,
    압력 무반응성 질량 유동 제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 여과기는 상기 압력 감지기, 상기 유동 감지기 및 상기 제어 밸브의 상류에 위치하는,
    압력 무반응성 질량 유동 제어기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 감지기는 열 유동 감지기인,
    압력 무반응성 질량 유동 제어기.
  5. 공정 유체 제어 조립체(131)로서,
    제어 밸브(93),
    상기 제어 밸브로부터 상류에 위치되고, 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 내부의 유체 유동을 감지하여 상기 유체 유동을 표시하는 신호를 제공하는, 유동 감지기(95), 및
    상기 유동 감지기로부터 상류에 위치되고, 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 내부의 유체 압력을 감지하여 상기 유체 압력을 표시하는 신호를 제공하며, 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유입구에서의 압력 섭동(perturbation)에 민감한, 압력 감지기(97),
    를 포함하는, 압력 무반응성 질량 유동 제어기(91);
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 상류에 위치되고, 제 1 공기압 신호에 반응하여 상기 공정 유체 제어 조립체를 통한 유체의 유동을 제어하도록 구성된, 제 1 공기압 밸브(133); 그리고
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 상류에 위치된 제 2 공기압 밸브(135) 및 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 하류에 위치된 제 3 공기압 밸브(137);
    를 포함하고,
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유입구에서의 압력 변화를 신속하게 보상하고 상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 유입구에서의 압력 섭동을 과잉 보상하는 것을 회피하도록, 상기 제어 밸브가 상기 유체 유동을 표시하는 신호 및 상기 유체 압력을 표시하는 신호에 따라서 작동되고,
    상기 제 2 공기압 밸브 및 상기 제 3 공기압 밸브는 상기 제 2 공기압 밸브 및 상기 제 3 공기압 밸브에 송신된 제 2 공기압 신호 및 제 3 공기압 신호에 반응하여 상기 공정 유체 제어 조립체를 통한 유체의 유동을 제어하도록 구성되는,
    공정 유체 제어 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기의 상류에 조합식 수동/공기압 밸브를 포함하는,
    공정 유체 제어 조립체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 공기압 밸브는 수동 차단을 위해 구성된 손잡이를 가지는 조합식 수동/공기압 밸브를 포함하는,
    공정 유체 제어 조립체.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 공기압 밸브(133)는 공기압 구동 작동기(29) 및 손잡이(31)를 포함하고,
    상기 공기압 구동 작동기는 제 1 공기압 신호에 반응하여, 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 상기 제 1 공기압 밸브를 변환시키며,
    상기 손잡이는 작동 위치(enabled position)와 무작동 위치(disabled position) 사이에서 수동으로 이동가능하도록 구성되고, 상기 작동 위치에서 상기 제 1 공기압 밸브는 상기 제 1 공기압 신호에 반응하여 상기 폐쇄 상태와 상기 개방 상태 사이에서 변환될 수 있으며, 상기 무작동 위치에서 상기 제 1 공기압 밸브는 상기 제 1 공기압 신호와 관계없이 상기 폐쇄 상태로 유지되는,
    공기 유체 제어 조립체.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 유체 압력을 표시하는 신호에 따라 압력 측정을 표시하는 표시부를 포함하는,
    공정 유체 제어 조립체.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력 무반응성 질량 유동 제어기는 여과기(99)를 더 포함하는,
    공정 유체 제어 조립체.
  11. 유체 제어 패널(151)로서,
    팰릿(155), 및
    상기 팰릿에 배치된 복수의 공정 유체 제어 조립체(153)를 포함하고,
    상기 복수의 공정 유체 제어 조립체(153)를 구성하는 공정 유체 제어 조립체들 중 하나 이상은 제 5 항에 따른 공정 유체 제어 조립체(131)인,
    유체 제어 패널.
  12. 유체 제어 조립체용 조합식 수동/공기압 밸브(11)로서,
    하우징(13),
    상기 하우징에 배치되고 유체 유입구(19) 및 유체 유출구(21)를 가지는, 밸브 챔버(17),
    공기압 신호에 반응하여 상기 유체 유입구 및 상기 유체 유출구 사이의 유체의 유동이 중단되는 제 1 상태와 상기 유체 유입구와 상기 유체 유출구 사이의 유체의 유동이 허용되는 제 2 상태 사이에서 상기 조합식 수동/공기압 밸브를 변환시키는 공기압 구동 작동기(29), 및
    작동 위치와 무작동 위치 사이에서 수동으로 이동가능하도록 구성되는 손잡이(31)로서, 상기 작동 위치에서 상기 조합식 수동/공기압 밸브는 상기 공기압 신호에 반응하여 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태 사이에서 변환될 수 있으며 상기 무작동 위치에서 상기 조합식 수동/공기압 밸브는 상기 공기압 신호와 관계없이 상기 제 1 상태로 유지되는, 손잡이(31)를 포함하는,
    유체 제어 조립체용 조합식 수동/공기압 밸브.
  13. 삭제
  14. 질량 유동 제어기들의 배열체 내에서 질량 유동 제어기(79)가 상호간섭(crosstalk)되는 것을 방지하기 위한 방법으로서,
    a) 상기 질량 유동 제어기 내에 포함되는 압력 감지기(97)를 이용하여 상기 질량 유동 제어기의 내부의 유체 압력을 감지하여 상기 유체 압력을 표시하는 신호를 제공하는 단계로서, 상기 압력 감지기가 상기 질량 유동 제어기의 유입구에서의 급속한 압력 섭동에 민감하도록, 상기 압력 감지기가 위치되고 상기 유입구로부터 상기 압력 감지기로의 유동 경로가 구성되는, 단계,
    b) 상기 유체 압력을 표시하는 신호를 이용하여 상기 질량 유동 제어기의 유입구에서의 급속한 압력 섭동에 반응하여 제어 밸브(93)에 대한 작동을 결정하는 단계로서, 상기 결정은 상기 급속한 압력 섭동에 대한 과잉 보상을 효과적으로 회피하도록 하고, 상기 제어 밸브는 상기 압력 감지기의 하류에서 상기 질량 유동 제어기 내에 포함되는, 단계, 및
    c) 상기 질량 유동 제어기가 상기 급속한 압력 섭동에 대한 과잉 보상을 효과적으로 회피하도록, 상기 결정된 작동에 따라 상기 제어 밸브를 작동시키는 단계를 포함하는,
    질량 유동 제어기들의 배열체 내에서 질량 유동 제어기가 상호간섭되는 것을 방지하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 질량 유동 제어기 내에 포함되는 유동 감지기(95)를 이용하여 상기 질량 유동 제어기의 내부의 유체 유동을 표시하는 신호를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 질량 유동 제어기의 유입구에서의 급속한 압력 섭동에 반응하여 제어 밸브에 대한 작동을 결정하는 단계는 상기 유체 유동을 표시하는 신호를 이용하는 단계를 포함하는,
    질량 유동 제어기들의 배열체 내에서 질량 유동 제어기가 상호간섭되는 것을 방지하기 위한 방법.
  16. 삭제
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