KR20180112872A - 능동 냉각식 진공 격리 밸브 - Google Patents

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Abstract

냉각식 격리 밸브는 밸브 몸체, 밸브 몸체에 결합된 고정 요소, 및 가동 폐쇄 요소로서, 가동 폐쇄 요소와 고정 요소가 함께 접촉하는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 고정 요소에 대하여 이동 가능한 가동 폐쇄 요소를 포함한다. 가동 폐쇄 요소와 고정 요소 중 하나는 밀봉 요소를 포함하고 있다. 가동 폐쇄 요소의 폐쇄 위치에서, 밀봉 부재는 가동 폐쇄 요소와 고정 요소 사이에 시일을 제공한다. 유체 채널은 가동 폐쇄 요소와 접촉 상태로 형성되며 고정 요소에 대해 가동 폐쇄 요소와 함께 이동 가능하여 유체 채널 내의 유체는 가동 폐쇄 요소 내에서의 열 전달을 이룬다. 격리 밸브의 벨로우즈는 세라믹 코팅부를 갖는 금속성 기판을 포함할 수 있다.

Description

능동 냉각식 진공 격리 밸브
본 발명은 진공 격리 밸브에 관한 것으로서, 특히 능동 냉각 기능을 갖는 진공 격리 밸브에 관한 것이다.
벨로우즈-밀봉식, 포핏 진공 격리 밸브는 일반적으로 반도체 공정 시스템에서 사용된다. 화학 기상 증착(CVD) 공정에서 발생하는 부산물이 밸브 내에서 응축되는 것을 방지하기 위하여 밸브는 일반적으로 외부로부터 특정 온도로 가열된다.
격리 밸브에 있어서 어려운 적용은 반응 가스의 흐름을 격리하는 것이다. 예를 들어, 원자 불소는 챔버 클리닝을 위하여 일반적으로 사용되며 원격 플라즈마 소스로부터 도입된다. 특정 적용에서, 원격 플라즈마 소스와 챔버 사이에 격리 밸브를 위치시키는 것이 유용하다. 밸브가 원자 불소 농도를 줄이지 않고 높은 전도도를 가지며 응용 분야에서 신뢰할 수 있는 것이 중요하다.
이 적용에서는 밸브에 여러 가지 문제가 있다. 첫째, 원자 불소는 극도로 반응성이며, 따라서 처리 과정에서 접촉하는 물질이 신중하게 선택되어야 한다. 둘째, 약 10 Torr의 전형적인 압력에서, 가스에 의해 운반되는 열은 적당할지라도, 원격 플라즈마 소스, 예를 들어 MKS Instruments, Inc.에 의해 판매된 ASTRON 원격 플라즈마 소스 내부의 가스 온도는 3000K 정도이다.
중요한 문제는 원자 불소가 표면과 충돌할 때 분자(F2)로의 재결합 가능성이 증가한다는 것이다. 분자 불소로의 원자 불소의 재결합은 진공 밸브의 내부 부품에 상당한 열을 발생시킬 수 있는 발열 반응이다. 유사하게, 생성되는 산소 또는 수소 래디칼은 밸브 내에서 표면과 충돌할 때 재결합하고 열을 발생시키는 경향이 있을 것이다. 예를 들어, 원격 플라즈마 소스로 1slm의 NE3가 들어가면서, 원격 플라즈마 소스의 하류의 표면 상의 열 부하는 약 50mW /cm2이다.
총 입열은 비교적 작을 수 있지만(약 500 mW 내지 5 W), 일반적으로 밸브의 이동 구성 요소와 콜드 싱크 사이에 높은 열 저항이 존재하며, 따라서 이동 구성 요소는 과도한 온도에 도달할 수 있다. 시일을 형성하는 밸브의 이동부, 일반적으로 노우즈 편(nosepiece)은 자연 대류가 발생할 수 있는 대기에서의 공기로의 매우 열악한 전도 경로를 갖는다. 스템 및 벨로우즈는 일반적으로 좋지 않은 열 전도성을 갖는, 스테인리스 강으로 제조된 용접식 조립체이다. 진공 공간에서, 압력은 일반적으로 대류 및 전도 효과가 무시될 수 있는 대략 1 내지 10 Torr 정도이다. 밸브가 폐쇄될 때에도, 노우즈 편과 시트 사이에서 금속 대 금속 접촉이 방지되도록 디자인은 신중해야 한다. 따라서 밸브 내부에 몇 와트의 적당한 전력을 공급하면 내부 온도가 극도로 높아질 수 있다. 250℃ 이상의 온도에서, 대부분의 탄성체 또는 과불화 탄성체 시일은 그의 온도 정격을 초과할 것이다. 300℃ 이상의 온도에서 대부분의 알루미늄 합금은 실질적인 기계적 강도를 상실한다.
제1 측면에 따르면, 냉각식 격리 밸브가 제공된다. 밸브는 밸브 몸체, 밸브 몸체에 결합되며 밸브 몸체에 대하여 고정적인 고정 요소, 및 가동 폐쇄 요소로서, 가동 폐쇄 요소와 고정 요소가 함께 접촉하는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 고정 요소에 대하여 이동 가능한 가동 폐쇄 요소를 포함하고 있다. 가동 폐쇄 요소와 고정 요소 중 하나는 밀봉 요소를 포함하고 있다. 가동 폐쇄 요소의 폐쇄 위치에서, 밀봉 요소는 가동 폐쇄 요소와 고정 요소 사이에 시일을 제공한다. 유체 채널은 가동 폐쇄 요소와 접촉 상태로 형성되며 고정 요소에 대하여 가동 폐쇄 요소와 이동 가능하여, 유체 채널 내의 유체가 가동 폐쇄 요소 내에서 열 전달을 이룬다.
일부 예시적인 실시예에서, 냉각식 격리 밸브는 가동 폐쇄 요소가 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 있는지를 검출하기 위한 센서, 및 센서가 가동 폐쇄 요소가 폐쇄 위치에 있음을 감지할 때 유체의 흐름을 억제하기 위한 작동부를 더 포함하고 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 냉각식 격리 밸브는 가동 폐쇄 요소의 이동을 제어하기 위한 공압 작동 장치 및 밸브 몸체 내에서 공압 작동 장치를 환경으로부터 격리하기 위한 벨로우즈를 더 포함한다. 이 실시예에서, 벨로우즈는 밸브의 길이 방향 축으로부터 반경 방향으로 공압 작동 장치에 인접하게 배치되며, 길이 방향 축을 따라 공압 작동 장치와 적어도 부분적으로 중첩된다.
일부 예시적인 실시예에서, 밀봉 요소는 O-링을 포함하고 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 밸브는 고정 요소와 가동 폐쇄 요소 중 어느 하나에 있는 그루브를 더 포함하며, O-링은 그루브 내에 배치되고, O-링의 표면은 그루브로부터 돌출된다. 고정 요소와 가동 폐쇄 요소 중 다른 하나의 표면에 있는 돌출부는 가동 폐쇄 요소가 폐쇄 위치에 있을 때 O-링의 돌출 표면의 일부분과 접촉하여 O-링은 팽창과 수축을 자유롭게 한다.
일부 예시적인 실시예에서, 밀봉 요소는 O-링을 포함하고 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 밸브는 고정 요소와 가동 폐쇄 요소 중 어느 하나에 있는 그루브를 더 포함하며, O-링은 그루브 내에 배치되고, O-링의 표면은 그루브로부터 돌출된다. 고정 요소와 가동 폐쇄 요소 중 다른 하나의 표면에 있는 오목 부분은 가동 폐쇄 요소가 폐쇄 위치에 있을 때 O-링의 돌출 표면의 일부분과 접촉하여 O-링은 팽창과 수축을 자유롭게 한다.
일부 예시적인 실시예에서, 밸브는 포핏 밸브이다. 이 실시예에서, 가동 폐쇄 요소는 포핏 밸브의 노우즈 편을 포함할 수 있다. 고정 요소는 포핏 밸브의 밸브 시트를 포함할 수 있다. 냉각 채널의 적어도 일부분은 노우즈 편 내에 형성될 수 있다. 노우즈 편은 냉각식 격리 밸브의 가동 스템에 결합될 수 있다. 냉각 채널의 적어도 일부분은 스템 내에 형성될 수 있다. 밀봉 요소는 그루브 내의 O-링을 포함할 수 있으며, 그루브는 포핏 밸브의 노우즈 편 내에 형성된다.
일부 예시적인 실시예에서, 밸브는 게이트 밸브이다. 이 실시예에서, 가동 폐쇄 요소는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 게이트 및 게이트에 고정적으로 부착된 샤프트를 포함할 수 있으며, 샤프트의 회전은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서의 게이트의 이동을 야기할 수 있다. 고정 요소는 밸브 시트를 포함할 수 있다. 냉각 채널의 적어도 한 부분은 게이트 내에 형성될 수 있다. 냉각 채널의 적어도 일부분을 샤프트 내에 형성될 수 있다. 밀봉 요소는 그루브 내에 O-링을 포함하고 있으며, 그루브는 게이트 내에 형성된다.
일부 예시적인 실시예에서, 밸브는 버터플라이 밸브이다. 이 실시예에서, 가동 폐쇄 요소는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 플래퍼 및 플래퍼에 고정적으로 부착된 샤프트를 포함할 수 있으며, 샤프트의 회전은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서의 플래퍼의 이동을 야기한다. 고정 요소는 밸브를 통과하는 개구의 벽면을 포함할 수 있다. 냉각 채널의 적어도 일부분은 플래퍼 내에 형성될 수 있다. 냉각 채널의 적어도 일부분은 샤프트 내에 형성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 유체는 가스 또는 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체는 공기, 질소(N2), 물, 열 전달 유체 또는 이들 유체의 일부 조합을 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 격리 밸브용 벨로우즈를 형성하는 방법이 제공된다. 본 방법에 따르면, 금속성 벨로우즈 기판이 제공된다. 금속성 벨로우즈 기판은 압축 상태 및 신장 상태 중 하나로 구성된다. 이 상태에서 유지되는 동안, 세라믹 코팅부의 제1 층이 금속성 벨로우즈 기판에 도포된다. 금속성 벨로우즈 기판은 압축 상태와 신장 상태 중 다른 상태로 천이된다. 이 상태에서 유지되는 동안, 세라믹 코팅부의 제2 층이 도포된다.
일부 예시적인 실시예에서, 금속성 벨로우즈 기판은 스테인리스 강으로 형성된다.
일부 예시적인 실시예에서, 세라믹 코팅부는 산화알루미늄을 포함하고 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 세라믹 코팅부 두께에 대한 금속성 벨로우즈 기판의 두께의 비율은 100:1보다 크다.
다른 측면에 따르면, 진공 격리 밸브를 위한 벨로우즈가 제공된다. 벨로우즈는 금속성 기판 및 금속성 기판 위에 형성된 세라믹 물질의 코팅부를 포함하고 있다.
일부 예시적인 구현예에서, 금속성 벨로우즈 기판은 스테인리스 강으로 형성된다.
일부 예시적인 구현예에서, 세라믹 코팅부는 산화알루미늄을 포함하고 있다.
일부 예시적인 구현예에서, 세라믹 코팅부의 두께에 대한 금속성 벨로우즈 기판의 두께의 비율은 100:1보다 크다.
본 발명은 본 발명의 실시예의 비제한적인 예로서 언급된 복수의 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에서 더 설명되며, 여러 도면에 걸쳐 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 일반적인 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 횡단면도이다.
도 2는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는, 도 1에 도시된 유형의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 3a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브의 일부분을 도시하는 상세 부분 횡단면도를 포함하고 있다.
도 3b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브의 일부분을 도시하는 상세 부분 횡단면도를 포함하고 있다.
도 3c는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브의 다른 부분을 도시하는 상세한 부분 제거 도면을 포함하고 있다.
도 3d는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브의 다른 부분을 도시하는 상세한 부분 제거 도면을 포함하고 있다.
도 4a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는 포핏 격리 밸브의, 서로에 대하여 길이 방향 축을 중심으로 90도 회전된 2개의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 4b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 4a에 도시된 포핏 격리 밸브의 일부분의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 4a 및 도 4b의 밸브를 이용한 시스템의 개략적인 기능도를 포함하고 있다.
도 6a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는 진자/게이트 격리 밸브의, 서로에 대해 180도 회전된 2개의 사시도를 포함하고 있다.
도 6b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 6a의 능동 냉각 기능을 갖는 진자/게이트 격리 밸브의 개략적인 상부 횡단면이다.
도 6c는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 6a의 능동 냉각 기능을 갖는 진자/게이트 격리 밸브의 개략적인 측단면 확대 상세도이다.
도 7a는 버터플라이 압력 제어 밸브의 도면을 포함하고 있다.
도 7b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는 버터플라이 제어 밸브를 위한 플래퍼의, 서로에 대해 90도 회전된 2개의 개략적인 도면을 포함하고 있다.
도 8a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 폐쇄 상태에서, 벨로우즈가 공압식 제어 요소의 반경 방향으로 인접한 그리고 외측으로 배치되는, 능동 냉각 기능을 갖는 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 8b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 개방 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 9a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 폐쇄 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 부분 절개 사시도를 포함하고 있다.
도 9b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 개방 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 부분 절개 사시도를 포함하고 있다.
도 10a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 폐쇄 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 10b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 개방 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 11a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 사시도를 포함하고 있다.
도 11b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 11a의 도면에 대하여 90도 회전된 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브의 개략적인 사시도를 포함하고 있다.
도 12a는 O-링의 초기 접촉시, 일반적인 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다.
도 12b는 O-링이 완전히 압축된, 도 12a의 일반적인 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다.
도 13a는 일부 예시적인 실시예에 따른, O-링의 초기 접촉시, 감소된 O-링 마모를 갖는 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 단면도를 포함하고 있다.
도 13b는 일부 예시적인 실시예에 따른, O-링이 완전히 압축된, 도 13a의 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다.
도 14a는 일부 예시적인 실시예에 따른, O-링의 초기 접촉시, 감소된 O-링 마모를 갖는 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 단면도를 포함하고 있다.
도 14b는 일부 예시적인 실시예에 따른, O-링이 완전히 압축된, 도 14a의 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다.
도 15a는 성형식 밸브 벨로우즈의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 15b는 용접식 밸브 벨로우즈의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다.
도 16은 일부 예시적인 실시예에 따른, 산화알루미늄의 다층 코팅부가 벨로우즈 기판 상에 형성된, 성형식 벨로우즈의 일부분의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다.
도 17은 일부 예시적인 실시예에 따른, 벨로우즈 기판에 다층 세라믹 코팅부를 도포하는 과정의 논리적 흐름의 개략적인 논리적 흐름도를 포함하고 있다.
도 1은 일반적인 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(10)의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 1을 참고하면, 밸브(10)는 적어도 밸브(10)의 내부 저압 챔버(18)를 둘러싸고 있는 밸브 몸체(12)를 포함하고 있다. 밸브 플랜지(14 및 16)는, 예를 들어 플라즈마 발생 시스템(미도시)과 같은, 공정 챔버(미도시)와 반응 가스 소스 사이에 밸브(10)를 고정적으로 연결하기 위하여 사용된다.
도 1에 도시된 밸브(10)의 폐쇄 상태에서, 노우즈 편(32)은 스프링(34)의 바이어스 힘 하에서 노우즈 편 진공 시일(36)을 통해 밸브 시트(38)에 밀봉된다. 이 정상적인 폐쇄 상태에서, 밸브(10)는 플랜지(14 및 16)에서 밸브 유입부와 유출부를 격리시켜, 예를 들어 반응 가스 소스로부터 공정 챔버를 격리시킨다.
밸브(10)는 일반적으로 공압 공기 유입부(20)를 통하여 공압적으로 제어된다. 공기 유입부(20)에서 유입된 고압 공기는 작동부(22)로 하여금 공압 피스톤(24)을 위로 이동하게 하며, 고정적으로 부착된 스템(26)을 상향으로 운반하게 하고 스템 가이드(28) 및 스템 부싱(30) 내에서 슬라이딩하게 한다. 공압 시일(40)은 공압 챔버를 밀봉하여 공압 피스톤(24)을 작동시키는데 필요한 상승된 공기 압력을 유지시킨다. 노우즈 편(32)은 스템(26)의 말단에 고정적으로 부착되고 밸브(10)를 개방하기 위해 시트(38)에서 떨어져 멀리 스프링(34)의 바이어스 힘에 대항하여 상향으로 힘을 받으며, 따라서 밸브 유입부와 유출부는 내부 챔버(18)를 가로 질러 연통한다. 이는 예를 들어, 반응 가스를 반응 가스 소스로부터 공정 챔버로 흐르게 한다. 스프링 부싱(48)은 노우즈 편(32)의 이동을 방해함으로써 스트로크 멈춤부로서 사용될 수 있다.
내부 챔버(18)는 보닛 플레이트(42) 그리고 보닛 플레이트(42)와 밸브 몸체(12)의 내부 벽면 사이의 보닛 시일(44)에 의하여 최상부에서 밀봉된다. 스템(26)과 노우즈 편(32)과 같은 내부 밸브 구성 요소는 벨로우즈(46)에 의해 내부 챔버(18)로부터 격리되어 있다. 벨로우즈(46)의 내부는 벨로우즈 벤트(50)를 통해 대기로 배기된다. 벨로우즈(46)는 벨로우즈 플랜지(52)에서 밸브 몸체(12)의 내부 벽에 고정식으로 장착된다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는, 도 1에 도시된 유형의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(100)의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 2에 도시된 밸브(100)의 예시적인 실시예에서, 노우즈 편과 보닛 플랜지 또는 플레이트의 능동 냉각은 밸브 내부 구성 요로부터 열을 제거하는 데 사용된다. 예를 들어, 일부 특정의 예시적인 실시예에서, 강제 공기 냉각으로 4 와트의 열이 10 slm의 공기에 의하여 제거될 수 있어 공기 온도를 20℃만큼 감소시킨다.
도 2를 참고하면, 밸브(100)는 적어도 밸브(100)의 내부 저압 챔버(118)를 둘러싸는 밸브 몸체(112)를 포함하고 있다. 밸브 플랜지(114 및 116)는, 예를 들어 플라즈마 생성 시스템(도시되지 않음)과 같은 반응 가스의 소스와 공정 챔버(도시되지 않음) 사이에 밸브(100)를 고정적으로 연결시키는데 사용된다.
도 2에 도시된 밸브(100)의 폐쇄 상태에서, 노우즈 편(132)은 스프링(134)의 바이어스 힘 하에서 노우즈 편 진공 시일 또는 노우즈 편 O-링(136)을 통하여 밸브 시트(138)에 밀봉된다. 이 정상적으로 폐쇄된 상태에서, 예를 들어 공정 챔버를 반응 가스의 소스로부터 격리시키기 위하여 밸브(100)는, 플랜지(114 및 116)에서 밸브 유입부와 유출부를 격리시킨다.
밸브(100)는 공압 공기 유입부(120)를 통하여 공압적으로 제어될 수 있다. 공기 유입부(120)에서 도입된 고압 공기는 공압식 피스톤(124)이 고정적으로 부착된 스템(126)을 상향으로 운반하면서 위로 이동하게 한다. 공압 시일(140)은 공압 챔버를 밀봉하여 공압 피스톤(124)을 작동시키는데 필요한 상승된 공기 압력을 유지한다. 노우즈 편(132)은 스템(126)의 말부에 고정적으로 부착되며 밸브(100)를 개방하기 위해 시트(138)에서 떨어져 스프링(134)의 바이어스 힘에 대항하여 상향으로 힘을 받고, 따라서 밸브 유입부와 유출부는 내부 챔버(118)를 가로 질러 연통한다. 이는 예를 들어, 반응 가스를 반응 가스 소스로부터 공정 챔버로 흐르게 한다. 노우즈 편(132)의 이동을 방해함으로써 스프링 부싱(148)은 스트로크 멈춤부로서 사용될 수 있다.
내부 챔버(118)는 보닛 플레이트, 또는 보닛 플레이트 또는 플랜지(142)와 밸브 몸체(112)의 내부 벽면 사이의 보닛 시일(144) 및 플랜지(142)에 의하여 최상단에서 밀봉된다. 스템(126) 및 노우즈 편(132)과 같은 내부 밸브 구성 요소는 벨로우즈(146)에 의하여 내부 챔버(118)로부터 격리된다.
도 3a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브(100)의 일부분을 도시하는 상세 부분 횡단면도를 포함하고 있다. 도 3b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브(100)의 일부분을 도시하는 상세 부분 횡단면도를 포함하고 있다. 도 3c는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브(100)의 다른 부분을 도시하는 상세한 부분 제거 도면을 포함하고 있다. 도 3d는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 밸브(100)의 다른 부분을 도시하는 상세한 부분 제거 도면을 포함하고 있다. 구체적으로, 도 3a는 보닛 플랜지 또는 플레이트(142)의 영역 내에서의 냉각 채널과 냉각 흐름 경로의 상세도를 포함하고 있으며, 여기서 냉각 흐름 경로는 화살표로 표시되어 있다. 도 3b는 노우즈 편(132)의 영역 내에서의 냉각 채널과 흐름 경로의 상세도를 포함하고 있으며, 여기서 냉각 흐름 경로는 화살표로 표시되어 있다. 도 3c는 노우즈 편(132)의 영역 내에서의 냉각 채널의 더욱 상세한 도면을 포함하고 있으며, 여기서 명확함을 위하여 선택된 구성 요소는 제거되며, 냉각 흐름 경로는 화살표로 표시되어 있다. 도 3d는 노우즈 편(132)의 영역 내에서의 냉각 채널의 더욱 상세한 도면을 포함하고 있으며, 여기서 명확함을 위하여 선택된 구성 요소는 제거되며, 냉각 흐름 경로는 화살표로 표시되어 있다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3d를 참고하면, 능동 냉각식 밸브(100)는 구조물 일체화된 능동 냉각 채널을 포함하고 있다. 냉각 유체, 예를 들어 공기, 질소(N2), 물 또는 다른 이러한 유체는 높은 압력(60 내지 80 psig)에서 냉각 유입부(154)에서 밸브(100)의 냉각 채널(171)로 들어가고, 흐름 제한 오리피스(156)를 통과하며, 따라서 오리피스(156)의 하류의 유체 압력은 대기압에 가깝다. 그 후, 유체는 스템(126)의 축 방향 구멍 아래로 동적 슬라이딩 시일(158)을 지나 이동하며 노우즈 편(132)에 도달한다. 유체는 노우즈 편(132)에 형성된 나선형 그루브 또는 채널(170)을 통해 반경 방향 외측으로 이동한다. 나선형 그루브 또는 채널은 표면적 및 열 전달을 최적화하도록 구성된다. 유체는 그후 나선형 그루브 또는 채널(170)을 나가며 벨로우즈(146) 내의 체적으로 들어가고 위로 이동한다. 유체는 그후 보닛 플레이트 또는 플랜지(142)와 상부 블록(160) 사이에 형성된 제2 나선형 그루브 또는 채널(164)로 들어간다. 그 후, 유체는 제2 나선형 그루브 또는 채널(164)을 통해 반경 방향 외측으로 흐르며, 보닛 플레이트 또는 플랜지(142)로부터 열을 제거한 다음 냉각 유출부(162)를 통해 밸브(100)를 나간다. 그 후, 유체는 청정실 환경에서는 바람직하지 않은 난류를 발생시키지 않도록 설비 배기 시스템으로 관을 따라 흐를 수 있다. 액체 냉각 유체의 경우, 유체는 유체의 온도 제어와 관계 없이 수집 및 처분될 수 있거나 밸브를 통해 재순환될 수 있다.
공정 가스로의 벨로우즈(146)의 노출은 벨로우즈(146)에 해로울 수 있으며, 결과적으로 밸브(100)에 해로울 수 있다. 도 2 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 실시예에서, 벨로우즈(146)는 프로세스 공정 가스에 대한 노출로부터 보호된다. 이를 위하여, 밸브(100)는 벨로우즈(146) 위에 배치된 보닛 플랜지 또는 플레이트(142)에 부착된 중첩 고정식 차폐부(168)와 노우즈 편 차폐부(166)를 포함하고 있다. 반응 공정 가스는 전형적으로 높은 비율의 원자 불소, 산소 또는 수소 라디칼을 포함하고 있다. 이 원자 종은 3 강체 재결합으로 인하여 표면에 흡착될 때 재결합할 가능성이 더 크다. 반응 가스와 차폐부(166 및 168) 사이의 분자 벽면 충돌의 횟수를 증가시킴으로써, 반응 가스는 벨로우즈(146)에 도달하기 전에 분자, 덜 반응성인 분자로 전환될 가능성이 더 크다. 이는 원자 반응 가스 종으로의 벨로우즈(146)의 노출을 감소시키며, 따라서 재결합으로 인한 벨로우즈(146)의 열 부하를 감소시킨다. 매우 얇고 열악한 열 전도성을 갖는 벨로우즈(146)는 벨로우즈(146)의 표면 상에서 발생될 수 있는 열을 방산할 수 있는 능력이 제한적이다. 그러나, 차폐부(166 및 168)는 더 두껍고, 더 낮은 열 저항을 가지며, 잘 냉각된 구조물에 고정된다.
도 4a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는 포핏 격리 밸브의, 서로에 대하여 길이 방향 축을 중심으로 90도 회전된 2개의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 4b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 4a에 도시된 포핏 격리 밸브의 일부분의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 4a 및 도 4b를 참고하면, 능동 냉각식 격리 밸브(200)에서, 냉각 유체는 고정식 피팅(fitting; 256)을 통하여 밸브(200)로 들어가며, 흐름 제한 오리피스를 통과한 다음, 동적 슬라이딩 시일(257)들 사이를 유동함으로써 밸브 스템(226)으로 들어간다. 그 후 냉각 유체는 공급 및 복귀 냉각 채널(271) 내의 스템(226) 아래로 노우즈 편(232)으로 유동하고, 공동(233)으로 들어가며, 이후 스템(226) 내의 공급 및 복귀 냉각 채널(271)의 제2 통로를 통해 스템(226)으로 다시 위로 복귀한다. 유체는 그후 동일한 동적 슬라이딩 시일(257)들 사이를 통과하고 유출부 피팅(262)으로 나아간다. 이 실시예에서, 냉각 유체는 공기, 질소(N2), 또는 더 큰 힘 적용을 위하여 물일 수 있다. 냉각 유체는 가스 또는 액체일 수 있다.
위에서 설명된 실시예와 유사하게, 밸브(200)는 공기 유입부(220)를 통해 공압 챔버(227)로 들어가는 가압 공기를 통하여 공압적으로 제어될 수 있다. 이 경우, 공압 챔버(227)가 가압될 때, 스템(226)은 스프링(234)에 대항하여 위로 힘을 받아 노우즈 편(232) 및 노우즈 편 시일(236)을 밸브 시트(238)와의 밀봉부 밖으로 이동시킴으로써 밸브(200)를 개방한다. 개방될 때, 공정 챔버 및 반응 가스의 소스와 같은 장치들은 내부 챔버(218)를 가로지르는 플랜지(214 및 216)에서의 연결부를 통해 서로 연통할 수 있다. 특히 도 4b를 참고하면, 특히 본 실시예에서, 스템(226) 내의 대형 냉각 통로는 스템(226)의 모든 위치에서 냉각 유입부(256)와 중첩되며, 따라서 스템(226)의 모든 위치에서 공급 및 복귀 냉각 채널(271)로의 냉각 유입부(256)의 접근을 허용한다. 냉각 유출부(262)에 연결된 대형 냉각 통로에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 동적 시일(257)은 스템(226)의 모든 가능한 위치에서 스템(226)의 대형 냉각 통로를 포함하고 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 4a 및 도 4b의 밸브(200)를 이용한 시스템의 개략적인 기능도를 포함하고 있다. 반응 가스로부터의 열 부하가 없을 때 냉각을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 냉각 유체는 밸브(200)를 개방하기 위해 공기압이 밸브(203)에 가해질 때만 개방되는 정상적으로 폐쇄된 파일럿 밸브(203)에 의해 전환될 수 있다. 냉각 유체의 흐름을 설정하는 오리피스는 또한 원하는 유속 및 해당 열 제거를 설정하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 폐루프 온도 컨트롤러가 이용된다. 이 실시예에서, 열전대가, 예를 들어 노우즈 편 또는 보닛 플랜지와 같은 밸브 내의 키 구성 요소에 부착된다. 열전대는 온도 제어 시스템의 센서이며, 제어 시스템의 작동부는 냉각 유체의 흐름을 조절하는 파일럿 밸브이다. 온도 설정점이 온도 제어 시스템에 적용되어 설정점이 도달되면 시스템을 작동하게 할 수 있다.
위에서 상세하게 도시되고 설명된 구현예는 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브이다. 그러나 벨로우즈가 아닌 동적 슬라이딩 샤프트 시일은 사용하는 밸브에도 동일한 기술이 적용될 수 있다. 샤프트-밀봉식 밸브는 또한 노우즈 편과 스템 상에서 열 부하를 겪으며 고저항의 열방산 경로를 가질 것이다. 예시적인 실시예에 따르면, 스템 및 노우즈 편의 능동 냉각은 도 3에 도시된 것과 유사한 방식으로 구현될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에 따르면, 본 명세서에 설명된 능동 냉각 기술은 또한 진자/게이트 격리 밸브에도 적용될 수 있다. 도 6a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는 진자/게이트 격리 밸브(400)의, 서로에 대해 180도 회전된 2개의 사시도를 포함하고 있다. 도 6b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 6a의 능동 냉각 기능을 갖는 진자/게이트 격리 밸브(400)의 개략적인 상부 횡단면이다. 도 6c는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 6a의 능동 냉각 기능을 갖는 진자/게이트 격리 밸브(400)의 측단면 확대 상세도이다.
도 6a 내지 도 6c를 참고하면, 진자/게이트 격리 밸브(400)는 개구 또는 포트(424)를 통해 밸브 몸체(412)를 통과하는 통로를 제어 가능하게 개폐함으로써 작동한다. 본 명세서에 설명된 능동 냉각식 밸브의 모든 실시예에서와 같이, 진자/게이트 밸브(400)는, 예를 들어 플라즈마 발생 시스템과 같은, 공정 챔버와 반응 공정 가스의 소스 사이에 연결될 수 있다. 입력 포트와 출력 포트 간의 흐름이 차단되는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 폐쇄 위치와 입력 포트와 출력 포트(424)가 밸브(400)를 가로질러 서로 연통하는 개방 위치 사이에서의 게이트(426)의 이동은 밸브(400)의 개폐에 영향을 준다. 게이트(426)는 게이트(426)가 고정적으로 부착된 샤프트/작동부(414)의 회전에 의해 이동된다. 샤프트/작동부(414)의 회전이 도 6c에서 화살표(416)로 개략적으로 표시되어 있다. 또한 도 6c에 도시된 바와 같이, 게이트(426)는 몸체(412) 내에서 이동하며 O-링 시일(428)에 의해서와 같이 몸체(412)의 내부에 대해 밀봉될 수 있다.
전술한 바와 같이, 밸브(400)는 능동적으로 냉각된다. 일부 예시적인 실시예에서, 능동 냉각 기능은 게이트(426) 내에 형성된 냉각 채널(418)을 통한, 공기, 질소(N2), 물 또는 다른 이러한 유체와 같은 냉각 유체의 순환에 따라 영향을 받는다. 유체는 유체 유입부(420)에서 냉각 채널(418)로 들어가고, 냉각 채널(418) 내에서 게이트(426)를 통해 순환되며, 유체 유출부(422)를 통해 냉각 채널(418)을 나가며, 따라서 게이트(426)와 밸브(400)에서 멀리 열을 운반한다.
일부 예시적인 실시예에 따르면, 본 명세서에서 설명된 능동 냉각 기술은 버터플라이 압력 제어 밸브에도 적용될 수 있다. 도 7a는 버터플라이 압력 제어 밸브(500)의 도면을 포함하고 있다. 도 7a를 참고하면, 밸브(500)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 고정적으로 부착된 샤프트(503)와 함께 회전하는 플래퍼(flapper)(505)를 포함하고 있다. 플래퍼(505)는 스크류(517) 또는 다른 유사한 수단에 의하여 샤프트(503)에 부착될 수 있다. 개방 위치에서, 밸브 몸체(501)를 통한 흐름이 가능하다. 도 7a에 도시된 폐쇄 위치로의 샤프트(503)의 회전, 그리고 이에 따른 플래퍼(505)의 회전으로, 밸브 몸체(501)를 통한 흐름이 억제된다. 버터플라이 압력 제어 밸브(500)는 일반적으로 플래퍼(505)와 밸브 몸체(501) 사이의 매우 작은 방사상 간극을 갖고 작동한다. 플래퍼(505)는 공정 가스로부터 열 부하를 받으며, 팽창될 수 있어 플래퍼(505)와 밸브 몸체(501) 사이의 간극을 감소시킨다. 많은 경우에, 플래퍼(505)는 밸브 몸체(501)와 접촉할 수 있으며, 이는 입자 발생, 재밍(jamming) 또는 시징(seizing)을 유발할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 플래퍼 샤프트(503)를 통해 플래퍼(505)에 가해진 냉각 유체는 플래퍼(505)의 온도를 제한하고 이러한 고장 메카니즘을 해결한다.
도 7b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 능동 냉각 기능을 갖는 버터플라이 제어 밸브를 위한 플래퍼(510)의, 서로에 대해 90도 회전된 2개의 개략적인 도면을 포함하고 있다. 도 7b를 참고하면, 버터 플라이 밸브의 플래퍼(510)에 물 채널을 가공하고 그후 누설 조립체를 형성하도록 커버 플레이트를 노내 경납땜함으로써 냉각 채널(514)이 형성될 수 있다. 스크류(517) 또는 다른 이러한 수단에 의해 플래퍼(510)에 고정식으로 부착된 샤프트(512)는 외부 인터페이스로의 그리고 플래퍼(510)로의 연결을 위하여 교차 드릴링된 2개의 작은 축 방향 통로(518)를 포함하고 있다. 냉각수의 흐름은 도 7b의 화살표에 따른다. O-링(516)은 플래퍼(510)와 샤프트(512) 사이에 시일을 형성하기 위해 사용된다.
예시적인 실시예에 따르면, 진공 밸브는 시트 및 가동 플레이트를 갖고 있다. 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때, 가동 플레이트는 시트에 대하여 시일을 제공한다. 밸브가 개방 위치에 있을 때 공정 유체가 밸브를 통과할 수 있도록 하기 위하여 가동 플레이트가 시트에서 멀리 이동한다. 가동 플레이트는 독립적인 냉각 유체가 가동 플레이트로부터 열을 제거하게 하는 개별적이고 격리된 내부 냉각 경로를 포함하고 있다.
일부 실시예에서, 개별적이고 격리된 냉각 경로는 밸브의 가동 및 비가동 구성 요소를 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 밸브는 공정 유체를 외부 환경으로부터 격리하기 위한 벨로우즈를 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 벨로우즈는 공정 유체로부터 냉각 경로의 부분을 분리한다. 일부 실시예에서, 처리 유체를 외부 환경으로부터 격리시키기 위하여 밸브는 상대 움직임을 갖는 부품들 사이에 동적 시일을 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 냉각 유체의 흐름은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 전환(switched off)된다.
일부 실시예에서, 진공 밸브는 밸브의 온도를 측정하는 온도 센서 및 온도 센서에 의해 측정된 바와 같이 밸브의 온도를 조절하기 위해 냉각 유체의 흐름을 모듈화하는 파일럿 밸브를 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 진공 밸브는 밸브의 이동부에 부착된 차폐부를 포함하여 공정 유체로의 직접적인 노출로부터 벨로우즈의 외부 표면을 보호한다. 일부 실시예에서, 진공 밸브는 이동 차폐부에 매우 근접 또는 인접한 제2 고정 차폐부를 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 공정 가스는 반응 가스이다.
도 2, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시되고 위에서 상세하게 설명된 포핏 격리 밸브(100, 200)의 실시예에서, 벨로우즈와 공압 제어 요소는 축 방향으로 적층, 즉, 이들은 길이 방향으로 또는 수직으로 서로 위/아래에 배치된다는 점이 주목된다. 본 발명에 따르면, 일부 예시적인 실시예에서, 벨로우즈는 공압 제어 요소로부터 동일 축방향 위치에 그리고 반경 방향 외측으로 배치되어 공압 제어 요소와 적어도 부분적으로 축 방향으로 중첩되고 공압 제어 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸거나 덮을 수 있다. 이 구성은 더욱 콤팩트한 밸브 구조를 야기한다.
도 8a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 폐쇄 상태에서의 능동 냉각 기능을 갖는 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 횡단면도를 포함하며, 격리 밸브 내에서 벨로우즈는 공압식 제어 요소의 반경 방향으로 인접한 그리고 외측으로 배치된다. 도 8b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 개방 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 9a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 폐쇄 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 부분 절개 사시도를 포함하고 있다. 도 9b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 개방 상태에서의 도 9a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 부분 절개 사시도를 포함하고 있다. 도 10a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 폐쇄 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 10b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 개방 상태에서의 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 11a는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 사시도를 포함하고 있다. 도 11b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 11a의 도면에 대하여 90도 회전된 도 8a의 벨로우즈-밀봉식 포핏 격리 밸브(300)의 개략적인 사시도를 포함하고 있다.
도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b를 참고하면, 밸브(300)는 밸브(300)의 적어도 내부 저압 챔버(318)를 둘러싸는 밸브 몸체(312)를 포함하고 있다. 밸브 플랜지(314 및 316)는, 예를 들어 플라즈마 발생 시스템(도시되지 않음)과 같은, 공정 챔버(미도시)와 반응 가스의 소스 사이에 밸브(300)를 고정식으로 연결하는데 사용된다.
도 8a, 도 9a 및 도 10a에 도시된 밸브(300)의 폐쇄 상태에서, 능동적으로 냉각된 노우즈 편(332)은 노우즈 편 진공 시일 또는 노우즈 편 O-링(336)을 통하여 밸브 시트(338)에 대하여 밀봉된다. 이 폐쇄 상태에서, 밸브(300)는 플랜지(314 및 316)에서 밸브 유입부와 유출부를 격리시켜, 예를 들어 반응 챔버의 소스로부터 공정 챔버를 격리시킨다. 차폐부(368)는 내부 챔버(318)가 노출되는 반응 공정 가스와 같은 환경으로부터 벨로우즈(346), 밸브 스템(326), 노우즈 편(332), 노우즈 편 시일(336) 및 다른 구성 요소와 같은, 밸브(300)의 내부 구성 요소를 보호한다.
밸브(300)는 공압 공기 유입부(320)를 통하여 공압적으로 제어될 수 있다. 공기 유입부(320)에서 유입된 고압 공기는 공압 피스톤(324)을 아래로 이동하게 하고 고정적으로 부착된 스템(326)을 아래 방향으로 운반시킨다. 공압 시일(340)은 공압 챔버를 밀봉하여 공압 피스톤(324)을 작동시키는데 필요한 상승된 공기 압력을 유지한다. 능동 냉각식 노우즈 편(332)은 스템(326)의 말단에 고정적으로 부착되며, 밸브(300)를 폐쇄하도록 노우즈 편 시일(336)이 시트(338)에 접촉하고 이에 대하여 밀봉하는 시트(338)를 향하여 아래로 힘을 받으며, 따라서 밸브 유입부 포트와 유출부 포트는 서로 격리되고 내부 챔버(318)를 가로질러 연통할 수 없다. 이는, 예를 들어 반응 가스가 반응 가스 소스로부터 공정 챔버로 흐르는 것을 방지한다.
고압 공기가 공기 유입부(320)에서 유입되지 않을 때, 밸브(300)는 제어되어 개방 상태로 천이되고 개방 상태에서 유지된다. 개방 상태에서, 도 8b, 도 9b 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 공압식 피스톤(324)은 상향 이동하고, 고정적으로 부착된 스템(326)을 상향 운반한다. 그 결과, 노우즈 편(332) 및 노우즈 편 O-링 시일(336)은 밸브(300)를 개방하도록 시트(338)에서 멀리 이동되며, 따라서 밸브 유입부와 유출부는 내부 챔버(318)를 가로 질러 연통된다. 이는 예를 들어, 반응 가스가 반응 가스 소스로부터 공정 챔버로 흐르게 한다. 차폐부(368)는 내부 챔버(318)가 노출되는, 반응 공정 가스와 같은 환경으로부터 벨로우즈(346), 밸브 스템(326), 노우즈 편(332), 노우즈 편 시일(336) 및 다른 구성 요소와 같은, 밸브(300)의 내부 구성 요소를 보호한다.
위에서 언급된 바와 같이, 밸브(300)는 도 2, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 위에서 상세하게 설명된 능동 냉각 기능과 유사한 능동 냉각 기능을 포함하고 있다. 상술한 능동 냉각의 세부 사항은 밸브(300)에도 적용 가능하다. 계속해서 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b를 참고하면, 능동 냉각식 밸브(300)는 구조물에 일체화된 능동 냉각 채널을 포함하고 있다. 냉각 유체, 예를 들어 공기, 질소(N2), 물 또는 다른 이러한 유체는 냉각 유입부(354)에서 밸브(300)의 스템(326) 내에 형성된 냉각 채널(371A)로 들어가고 스템(326) 내의 축 방향 채널(371A)을 통하여 흐르며, 그후 노우즈 편(332) 내의 구불구불하거나 나선형인 그루브 또는 채널(370)로 유입된다. 여기서, 나선형 그루브 또는 채널(370)은 표면적과 열 전달을 최적화하도록 구성된다. 유체는 노우즈 편(332) 내에 형성된 나선형 그루브 또는 채널(370)을 통해 반경 방향 외측으로 흐른다. 유체는 그후 나선형 그루브 또는 채널(370)을 나와 스템(326) 내의 제2 축 방향 채널(371B)로 들어간다. 유체는 스템(326) 내의 제2 축 방향 채널(371B)을 통해 그리고 냉각 유체 유출부(362)를 통해 밸브(300) 밖으로 다시 위로 흐른다. 유체는 그후 청정실 환경에서 바람직하지 않은 난류를 발생시키지 않도록 설비 배기 시스템으로 관을 따라 흐를 수 있다. 유체는 유체의 온도 제어와 관계 없이 수집 및 처분될 수 있거나 밸브를 통해 재순환될 수 있다.
특히 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 밸브(300)는 구리와 같은 열 전도성 물질로 제조된 냉각 플레이트(315)를 포함할 수 있으며, 이는 열 전도 방식으로 밸브 몸체(312)에 고정식으로 부착, 즉 볼트 체결될 수 있다. 냉각 플레이트(315)는 내부 냉각 통로(317)를 포함할 수 있다. 이 냉각 플레이트(315)는 밸브 시트(338)에 열 전도적으로 결합되어 있는 밸브 몸체(312)로부터 열을 제거한다. 그 결과, O-링 밀봉 표면은 전도를 통하여 냉각, 즉 중간 온도에서 유지된다.
위에서 상세히 설명된 격리 밸브의 다양한 실시예에서, 예를 들어, 노우즈 편 O-링 시일(136, 236, 336)과 같은 O-링 시일은 노우즈 편(132, 232 및 332)을 밸브 시트(138, 328 및 338)에 대해 각각 밀봉하기 위하여 사용된다. O-링은 전형적으로 노우즈 편 O-링 시일(136)을 유지하기 위하여 예를 들어, 도 3c 및 도 3d에 도시된 그루브 또는 글랜드(137)와 같은 그루브 또는 글랜드 내에 배치되고 유지된다. 본 명세서 내에서 상세하게 설명된 실시예에서 그루브 또는 글랜드가 밸브 시트가 아닌 노우즈 편 내에 형성된다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로 O-링 시일은 노우즈 편 또는 밸브 시트 내에 형성된 그루브 또는 글랜드 내에서 유지될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 12a 및 도 12b는 일반적인 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 구체적으로, 도 12a는 O-링의 초기 접촉시, 일반적인 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있으며, 도 12b는 O-링이 완전히 압축된, 도 12a의 일반적인 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 도 12a 및 도 12b를 참고하면, 그루브 또는 글랜드(637)는 베이스(632), 예를 들어 다양한 예시적인 실시예와 관련하여 본 명세서에서 상세하게 설명된 바와 같은 포핏 밸브 노우즈 편 내에 형성된다. O-링 시일(636)은 그루브 또는 글랜드(637) 내에 배치되고 유지된다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 특정 실시예에서, 그루브 또는 글랜드(637)는 횡단면이 더브테일 형상이며, 이는 그루브 또는 글랜드(637) 내에서의 O-링(636)을 보유를 용이하게 한다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 O-링 구성에서, 글랜드(637)는 O-링(636)에 의해서 완전히 채워지지 않는다. 이러한 불완전한 글랜드 채움은 시일이 압축되고 그리고 압축되지 않을 때 O-링(636)이 팽창하도록 허용하며, 열팽창 동안 O-링(636)의 성장을 허용한다. 즉, 불완전한 글랜드 채움은 "공역(airspace)"(641)을 남기며 O-링(636)이 팽창되고 여전히 탄성을 유지하게 한다.
계속해서도 도 12a 및 도 12b를 참고하면, 이러한 일반적인 O-링 구성은, 특히 본 명세서에서 상세히 설명된 능동 냉각식 격리 밸브의 다양한 실시예에 의하여 경험된 열 순환 극한 조건 하에서, 특정 단점을 갖는다. 예를 들어, 반응 가스 격리 밸브의 경우, 밸브의 온도 순환은 하기 사항에 따를 수 있다. 처음에는 밸브가 차갑다. 그후 밸브가 개방되고, 반응 가스가 밸브를 통해 흐르며, 이는 모든 표면에 열 부하를 부과한다. 결과적으로, O-링(636)은 주변 금속보다 빠르게 팽창하고, 글랜드(637) 밖으로 팽창한다. 다음으로, 밸브가 폐쇄될 때, 열 부하는 제거된다. 표면이 냉각됨에 따라 O-링(636)은 주변 시트(638)와 더브테일 글랜드(637)보다 빨리 수축된다. 완전 압축 부하 하에 있는 동안 O-링(636)이 냉각됨에 따라 O-링 접촉 패치(643)는 더 작아질 것이다. 그 결과, O-링(636)은 화살표(639)로 표시된 바와 같이 완전 압축 하에 있는 동안 시트(638)와 미끄럼 마찰을 겪게 되거나, O-링 마찰이 수축력을 초과할 것이며, O-링 재료가 심각한 스트레스 하에 있을 것이다. 이 양 메커니즘은 O-링(636)의 조기 마모를 야기할 것이다.
도 13a 및 도 13b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 온도 변화 하에서의 O-링(636)의 마모가 실질적으로 감소되는 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 구체적으로, 도 13a는 O-링(636)의 초기 접촉시, 감소된 O-링 마모를 갖는 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 단면도를 포함하고 있으며, 도 13b는 O-링(636)이 완전히 압축된, 도 13a의 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 도 13a 및 도 13b를 참고하면, 본 구성은 O-링(636)의 최상부 표면에 접촉하는 돌출부(642)를 포함하는 변형된 시트(638A)를 포함하고 있다. 이는 O-링(636)의 중심에서 압축을 증가시키고 접점 패치(643A)의 에지에서 압축을 감소시킨다. O-링(636)이 냉각 및 수축함에 따라, 가장 큰 이동량을 받는 O-링(636)의 부분, 즉 접촉 패치(643A)의 에지에서 압축은 거의 없거나 전혀 없다. 최고 압축 하에 있는 O-링의 부분은 전혀 움직이지 않는다. 이러한 구조에서, 수축할 때의 O-링(636)의 움직임은 높은 마찰 및 압축력 하에서의 슬라이딩보다는 롤링 움직임에 가깝다. 이는 반복 사이클 동안 O-링(636)의 감소된 마모를 야기한다. 도 13a 및 도 13b에서, 시트(638A) 및 베이스, 예를 들어 노우즈 편(632)은 시트(638) 및 베이스, 예를 들어, 도 12a 및 도 12b의 노우즈 편(632)에 대하여 수직적으로 젖혀진다(flipped)는 점이 주목되어야 한다.
도 14a 및 도 14b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 온도 변화 하에서의 O-링(636)의 마모가 실질적으로 감소되는 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 구체적으로, 도 14a는 O-링(636)의 초기 접촉시, 감소된 O-링 마모를 갖는 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 단면도를 포함하고 있으며, 도 14b는 O-링(636)이 완전히 압축된, 도 14a의 O-링 시일 구조의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 도 14a 및 도 14b를 참고하면, 이 구조는 O-링(636)의 최상부 표면에 접촉하고 이를 억류하는 오목부(662)를 갖는 변형된 시트(638B)를 포함하고 있다. 이 구조에서, O-링(636)은 더브테일 글랜드(637)의 공역(641)에서의 공정과 유사하게 시트(638B)의 오목부(662) 내로 팽창 및 접촉할 수 있게 된다. 압축 하에서 O-링(636)이 냉각됨에 따라, 오목부(662)의 체적이 증가할 것이며, 접촉 패치(643B) 및 시트(638B) 상의 밀봉 영역은 시트(638B)의 오목부(662)의 경사 영역에서 발생할 것이다. O-링(636)이 수축됨에 따라, 이는 O-링(636)에 높은 응력을 발생시키지 않고 또는 높은 마찰력 하에서 미끄러지지 않고 접촉 패치(643B)를 시트(638B)의 오목부(662)를 따라 이동하게 한다. 선택적으로, 교차 구멍(652)이 시트(638B)에 형성되어 시트(638B)의 오목부(662)의 갇힌 체적의 압력을 동일하게 할 수 있다. 도 14a 및 도 14b에서, 시트(638B) 및 베이스, 예를 들어 노우즈 편(632)은 시트(638) 및 베이스, 예를 들어, 도 12a 및 도 12b의 노우즈 편(632)에 대하여 수직적으로 젖혀진다는 점이 주목되어야 한다.
대안적인 실시예에서, O-링 응력을 감소시키는 또 다른 접근법은 유사하고 상대적으로 일정한 온도에서 노우즈 편 및 시트를 유지하는 것을 포함한다. 이는 본 명세서에서 상세히 설명되고 도시된 바와 같은 노우즈 편 및 시트 모두의 능동적인 유체 냉각에 의해 이루어질 수 있다. 시트와 노우즈 편 모두를 냉각시킴으로써, O-링은 열 부하의 존재에 관계 없이 그리고 O-링이 압축되거나 비압축되는 것과 관계없이 비교적 일정한 온도를 발생시킬 것이다. 예를 들어, 모든 상황 하에서, 노우즈 편 및 시트가, 예를 들어 10℃ 미만의 온도 편위를 갖는다면, O-링에 대한 응력은 상대적으로 낮을 것이다. 대조적으로, O-링이 100℃ 정도의 온도 구배 또는 편위를 경험하면, O-링 내의 응력은 훨씬 더 커질 것이다.
다양한 실시예의 격리 밸브에서, 벨로우즈는 전형적으로 높은 부식성 환경에 노출된다. 결과적으로, 벨로우즈의 응력 부식 균열이 발생할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 산화알루미늄의 매우 얇은 코팅부가 벨로우즈에 도포된다. 일부 특정 실시예에서, 벨로우즈는 약 100㎛ 두께이고, 산화알루미늄의 코팅부는 약 0.5㎛ 두께이다. 일반적으로, 벨로우즈 재료는 용접될 수 있는 이러한 재료, 예를 들어 스테인리스 강, 인코넬 또는 다른 이러한 재료로 제한된다. 그러나 스테인리스 강은 화학 공정에 대하여 제한된 내부식성을 갖는다. 대조적으로, 산화알루미늄은 인코넬 또는 스테인리스 강의 재결합율과 비교하여 원자 불소에 대한 낮은 재결합율의 이점을 갖는다. 감소된 재결합율은 벨로우즈 및 전체 시스템 상의 감소된 열 부하를 야기한다.
상당한 변형을 경험하는 벨로우즈를 위한 견고한 코팅부을 제조하기 위해, 일부 예시적인 실시예에서, 코팅부 두께는 벨로우즈의 기판 두께보다 훨씬 얇다. 예를 들어, 일부 특정 예시적인 실시예에서, 코팅부의 두께는 벨로우즈 기판의 두께의 1/100보다 작다. 예시적인 실시예에 따르면, 코팅부와 벨로우즈 기판 사이의 이러한 매우 낮은 두께 비율은 균열없이 유연한 벨로우즈에서 세라믹의 사용을 가능하게 한다.
일반적으로, 2가지 유형의 벨로우즈, 즉 성형식 벨로우즈와 용접식 벨로우즈가 있다. 도 15a는 성형식 벨로우즈의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 15b는 용접식 벨로우즈의 개략적인 횡단면도를 포함하고 있다. 도 15a 및 도 15b를 참고하면, 각 벨로우즈의 좌측은 대기압에서 벨로우즈의 내부이며, 각 벨로우즈의 우측은 진공 압력 레벨 하에서 외부 또는 공정 측이다. 성형식 벨로우즈에서, "T"로 표시된 영역은 벨로우즈의 압축 동안에 인장 하에 있는 부분이며, "C"로 표시된 영역은 벨로우즈의 압축 동안에 압축 하에 있는 부분이다.
도 15b를 참조하면, 용접식 벨로우즈를 위한 견고한 코팅부를 제조하기 위하여, 일부 예시적인 실시예에 따라, 코팅부가 주름부의 안쪽 코너에 도달하는 것 그리고 작동 동안의 응력이 압축성임을 보장하는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해, 일부 예시적인 실시예에서, 산화알루미늄 코팅부를 도포하기 위하여 사용된 원자층 증착(ALD) 공정은 벨로우즈가 약간 신장된 상태에 있는 동안에 수행된다. 일부 특정 실시예에서, 이 약간 신장된 상태는 벨로우즈를 대략 그의 전체 길이 방향 편위까지 늘리고 ALD 공정이 수행되는 동안 벨로우즈를 그 상태에서 유지함으로써 달성된다.
다시 도 15a를 참조하면, 위에서 언급된 바와 같이, 성형식 벨로우즈는 작동 및 편위 동안에 그의 외부 표면 상에서의 압축 및 인장 모두를 경험한다. 성형식 벨로우즈에 대해 보다 견고한 코팅부를 만들기 위하여, 기판의 응력 상태는 층마다 변화될 수 있어, 각 층의 잔류 응력이 압축과 장력 사이에서 번갈아 나타날 수 있다. 이 구조에서, 코팅층이 인장 상태에 있는 경우 표면을 통하여 전파되는 균열 발생할 수 있지만, 코팅부가 압축된 표면에 도달하면 균열 전파는 멈출 것이다. 이 코팅된 벨로우즈 구조를 이루기 위하여, 산화알루미늄 코팅부가 ALD에 의하여 벨로우즈 기판에 다중 층으로 한번에 하나의 층으로 도포된다. 예시적인 실시예에 따르면, 벨로우즈가 압축과 신장의 교번 상태에 있으면서 각 연속적인 층이 도포된다. 즉, 예를 들어, 벨로우즈가 압축되면서 제1 층이 도포되고, 벨로우즈가 신장되면서 제2 층이 도포되며, 최종층이 도포될 때까지 벨로우즈가 압축되면서 제3 층이 도포된다. 일부 특정 예시적인 실시예에서, 요구되는 전체 코팅부 대 기판 두께 비율, 예를 들어 1/100 미만을 달성하기 위해 각 층은 전체 원하는 코팅부 두께의 설정된 분율의 두께를 갖는다. 예를 들어, 0.5㎛의 전체 코팅부 두께가 바람직한 경우, 각각 0.1㎛의 두께를 갖는 총 5개의 층이 벨로우즈 기판에 도포될 수 있다.
도 16은 일부 예시적인 실시예에 따른, 산화알루미늄의 다층 코팅부가 벨로우즈 기판 상에 형성된, 성형식 벨로우즈의 일부분의 개략적인 상세 횡단면도를 포함하고 있다. 도 17은 일부 예시적인 실시예에 따른, 벨로우즈 기판에 다층 세라믹 코팅부를 도포하는 과정의 논리적 흐름의 개략적인 논리적 흐름도를 포함하고 있다. 도 16 및 도 17을 참조하면, 단계 S702에서 도시된 바와 같이, 벨로우즈 기판(748)은 ALD 공정 챔버 내에 위치된다. 다음으로, 단계 S704에 도시된 바와 같이, 벨로우즈는 압축 또는 신장 상태로 천이된다. 일부 특정의 예시적인 실시예에서, 제1 ALD 층은 압축 상태에서 벨로우즈 기판과 함께 형성된다. 다음으로, 단계(S706)에 나타나 있는 바와 같이, 세라믹의 단일 코팅층(750), 즉 산화알루미늄 코팅부가 도포된다. 일부 예시적인 실시예에서, 위에서 언급된 바와 같이, 각 개별 층은 약 0.1㎛ 두께일 수 있다. 　다른 두께가 사용될 수 있다는 점 그리고 또한 모든 층이 동일한 두께를 가질 필요가 없다는 점이 이해될 것이다. 단계 S708에서, 최종 층이 도포되었는지에 대한 결정이 이루어진다. 그렇지 않으면 과정은 단계 S704로 복귀한다. 벨로우즈는 다른 상태로 토글(toggled; 천이)된다. 즉, 벨로우즈가 압축되면 신장된 상태로 전이되고, 신장되면, 압축 상태로 천이된다. 세라믹의 다음 층(752)이 단계 S706에서 도포되고, 모든 원하는 층이 적용되었는지를 결정하기 위해 검사가 다시 이루어진다. 위에서 언급된 바와 같이, 일부 특정 예시적인 실시예에서, 이 과정은 5개의 층이 도포될 때까지 계속된다. 이 과정은 임의의 수의 층을 도포하기 위하여 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 모든 코팅층이 완료되면, 벨로우즈는 단계(S710)에서 그의 중단 상태, 즉 압축되거나 신장되지 않은 상태로 해제되며, 완성된 코팅된 벨로우즈는 단계 S712에서 ALD 챔버로부터 제거된다.
전술한 상세한 설명 전체에 걸쳐, 다양한 밸브 실시예가 능동 냉각을 포함하는 것으로 설명되었다는 점이 주목되어야 한다. 예시적인 실시예에서, 이 능동 냉각은 예를 들어 가동 폐쇄 장치, 즉, 노우즈 편, 플래퍼, 게이트 등과 같은 밸브의 일부 부분 그리고 일부 예시적인 실시예에서는 밸브 몸체의 적어도 일부 부분을 통한 유체의 흐름을 이룸으로써 달성된다. 본 명세서에 설명된 임의의 실시예에서, 냉각 유체는, 예를 들어 온도 제어에 관계 없이 청정하고 건조한 압축 공기, 질소(N2) 또는 다른 가스; 온도 제어에 관계 없이 물 또는 다른 액체일 수 있다. 또한, 유체는 1925 Route 51, Jefferson Hills, PA 15025 USA의 Kurt J. Lesker Company에 의하여 판매된 Galden® 열전달 유체 또는 다른 이러한 열 전달 유체와 같은 열 전달 유체일 수 있다.
본 발명의 개념이 첨부된 도면을 참조하여 특별하게 나타나 있고 설명되었으나, 다음의 청구범위에서 한정된 바와 같은 본 발명의 개념의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항의 다양한 변형이 본 발명 내에서 이루어질 수 있다는 것이 당 업자에 의하여 이해될 것이다.

Claims (36)

  1. 밸브 몸체;
    상기 밸브 몸체에 결합되며, 상기 밸브 몸체에 대하여 고정적인 고정 요소;
    폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 상기 고정 요소에 대하여 이동 가능한 가동 폐쇄 요소; 및
    상기 가동 폐쇄 요소와 접촉 상태로 형성되며 상기 고정 요소에 대하여 상기 가동 폐쇄 요소와 이동 가능하여, 그 내부의 유체가 상기 가동 폐쇄 요소 내에서 열 전달을 이루는 유체 채널을 포함하며,
    상기 가동 폐쇄 요소와 상기 고정 요소는 상기 폐쇄 위치에서 함께 있으며, 상기 가동 폐쇄 요소와 상기 고정 요소 중 하나는 밀봉 요소를 포함하고, 상기 가동 폐쇄 요소의 폐쇄 위치에서, 밀봉 요소는 상기 가동 폐쇄 요소와 상기 고정 요소 사이에 시일을 제공하는 냉각식 격리 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동 폐쇄 요소가 상기 개방 위치 또는 상기 폐쇄 위치에 있는지를 검출하기 위한 센서; 및
    상기 센서가 상기 가동 폐쇄 요소가 상기 폐쇄 위치에 있음을 감지할 때 유체의 흐름을 억제하기 위한 작동부를 더 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가동 폐쇄 요소의 이동을 제어하기 위한 공압 작동 장치; 및
    상기 밸브 몸체 내에서 상기 공압 작동 장치를 환경으로부터 격리하기 위한 것으로서, 상기 밸브의 길이 방향 축으로부터 반경 방향으로 상기 공압 작동 장치에 인접하게 배치되며, 상기 길이 방향 축을 따라 상기 공압 작동 장치와 적어도 부분적으로 중첩되는 벨로우즈를 더 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 요소는 O-링을 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정 요소와 상기 가동 폐쇄 요소 중 어느 하나에 있으며, 그 안에 상기 O-링이 배치되어 있고, 상기 O-링의 표면은 이로부터 돌출되어 있는 그루브; 및
    상기 고정 요소와 상기 가동 폐쇄 요소 중 다른 하나의 표면 내에 있으며, 상기 가동 폐쇄 요소가 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 O-링의 돌출 표면의 일부분과 접촉하여 상기 O-링이 팽창과 수축을 자유롭게 하는 돌기부를 더 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고정 요소와 상기 가동 폐쇄 요소 중 어느 하나에 있는 그루브로서, 상기 그루브 안에 상기 O-링이 배치되어 있고, 상기 O-링의 표면은 이로부터 돌출되어 있는 그루브; 및
    상기 고정 요소와 상기 가동 폐쇄 요소 중 다른 하나의 표면 내에 있는 오목 부분으로서, 상기 오목 부분은 상기 가동 폐쇄 요소가 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 O-링의 돌출 표면의 일부분과 접촉하여 상기 O-링이 팽창과 수축을 자유롭게 하는 오목 부분을 더 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 밸브는 포핏 밸브인 냉각식 격리 밸브.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가동 폐쇄 요소는 상기 포핏 밸브의 노우즈 편인 냉각식 격리 밸브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고정 요소는 상기 포핏 밸브의 밸브 시트를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  10. 제8항에 있어서, 상기 냉각 채널의 적어도 일부분은 상기 노우즈 편 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  11. 제8항에 있어서, 상기 노우즈 편은 냉각식 격리 밸브의 가동 스템에 결합된 냉각식 격리 밸브.
  12. 제11항에 있어서, 상기 냉각 채널의 적어도 일부분은 상기 스템 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  13. 제7항에 있어서, 상기 밀봉 요소는 그루브 내의 O-링을 포함하며, 상기 그루브는 상기 포핏 밸브의 노우즈 편 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는 게이트 밸브이며; 및
    상기 가동 폐쇄 요소는 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이에서 이동 가능한 게이트 및 상기 게이트에 고정적으로 부착된 샤프트를 포함하며, 상기 샤프트의 회전은 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서의 상기 게이트의 이동을 야기하는 냉각식 격리 밸브.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고정 요소는 밸브 시트를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  16. 제14항에 있어서, 상기 냉각 채널의 적어도 일부분은 상기 게이트 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  17. 제14항에 있어서, 상기 냉각 채널의 적어도 일부분은 상기 샤프트 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  18. 제14항에 있어서, 상기 밀봉 요소는 그루브 내의 O-링을 포함하며, 상기 그루브는 게이트 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는 버터플라이 밸브이며; 및
    상기 가동 폐쇄 요소는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 플래퍼 및 플래퍼에 고정적으로 부착된 샤프트를 포함하며, 상기 샤프트의 회전은 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이에서의 플래퍼의 이동을 야기하는 냉각식 격리 밸브.
  20. 제19항에 있어서, 상기 고정 요소는 상기 밸브를 통과하는 개구의 벽면을 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  21. 제19항에 있어서, 상기 냉각 채널의 적어도 일부분은 상기 플래퍼 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  22. 제19항에 있어서, 상기 냉각 채널의 적어도 일부분은 상기 샤프트 내에 형성된 냉각식 격리 밸브.
  23. 제1항에 있어서, 유체는 가스를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  24. 제1항에 있어서, 유체는 액체를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  25. 제1항에 있어서, 유체는 공기를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  26. 제1항에 있어서, 유체는 질소(N2)를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  27. 제1항에 있어서, 유체는 물을 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  28. 제1항에 있어서, 유체는 열 전달 유체를 포함하는 냉각식 격리 밸브.
  29. 격리 밸브용 벨로우즈 형성 방법에 있어서,
    금속성 벨로우즈 기판을 형성하고;
    상기 금속성 벨로우즈 기판을 압축 상태와 신장 상태 중 하나로 구성하고;
    상기 금속성 벨로우즈 기판이 압축 상태와 신장 상태 중 한 상태에서 유지되는 동안에 상기 금속성 벨로우즈 기판에 세라믹 코팅부의 제1 층을 도포하고;
    상기 금속성 벨로우즈 기판을 압축 상태와 신장 상태 중 다른 상태로 천이하고; 및
    상기 금속성 벨로우즈 기판이 압축 상태와 신장 상태 중 다른 상태에서 유지되는 동안에 세라믹 코팅부의 제2 층을 도포하는 것을 포함하는 격리 밸브용 벨로우즈 형성 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 금속성 벨로우즈 기판은 스테인리스 강으로 형성된 방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 세라믹 코팅부는 산화알루미늄을 포함하는 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 세라믹 코팅부의 두께에 대한 상기 금속성 벨로우즈 기판의 두께의 비율은 100:1보다 큰 방법.
  33. 진공 격리 밸브용 벨로우즈에 있어서,
    금속성 기판; 및
    상기 금속성 기판 위에 형성된 세라믹 물질의 코팅부를 포함하는 벨로우즈.
  34. 제33항에 있어서, 상기 금속성 벨로우즈 기판은 스테인리스 강으로 형성된 벨로우즈.
  35. 제33항에 있어서, 상기 세라믹 코팅부는 산화알루미늄을 포함하는 벨로우즈.
  36. 제33항에 있어서, 상기 세라믹 코팅부의 두께에 대한 상기 금속성 벨로우즈 기판의 두께의 비율은 100:1보다 큰 벨로우즈.
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