TW200307102A - Plastic diaphragm valve and method for draining liquid from the same - Google Patents

Description

200307102 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於閥，且更特別的，係有關於具有一堰式 支持表面之塑料隔膜閥。 【先前技術】 隔膜閥提供優異之密封與隔離特徵，以使容納受控之流 體，且預防受控流體轉移進入閥機構內或脫離該閥。隔膜 閥使用一彈性隔膜與一閥肩以結合一閥座，且預防流體流 動超出閥座。堰式隔膜閥係使用一彈性隔膜之閥，該隔膜 結合一堰以控制流動經過該堰之流體。隔膜可被控制地提 昇及密封向該堰，以選擇地允許流動通過該閥。 堰式隔膜閥均經常被應用在生物科技、製藥、化學、食 物處理、飮料、化粧品及半導體工業中。這些工業需要用 以保護製品不受污染及在閥、工作場所及大氣中之洩漏。 堰式隔膜閥均良好地適合達到這些需求，因爲機械閥部件 均被自流動通過該閥之流體分離。 堰式隔膜閥經常被使用以控制流動通過在一流體分配系 統中之分支的流體，或自一處理過程中輸送流體之樣本。 每一美國專利號碼 5,065,980，5,227,401，5,222,523, 5,3 27,9 3 7及6,2 8 9,9 3 3均揭示適合供分支控制與取樣之隔 膜閥。經常的，需要將該種閥裝配在一水平位置中，其中 該堰延伸在水平方向中。 這些習知技術閥之設計，由於表面係非配置供排水之 用，不允許流體路徑完全地排水。例如，美國專利號碼 5 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 6，2 8 9，9 3 3中，具有可殘留流體之多數水平表面。該種停滯 或殘留流體會成爲在處理程序中之污染源。使用在工業處 理中的流體，諸如製藥、衛浴及半導體工業，處理流理一 般必須維持於超純淨。這些過程的污染，會代表巨大金錢 之損失。因而，必須應用分離淸潔步驟，使自習知技術閥 設計淸潔任何停滯或殘留之流體。此一額外之步驟增加了 處理時間及成本。 習知地，隔膜閥係由金屬合金製成。該金屬閥在基本流 體控制應用中提供良好之耐用性與服務壽命。但是，金屬 合金不能良好地適用於某些處理環境，諸如製藥及半導體 製造。在那些應用中，所使用之流體經常具有高腐蝕性且 必須被維持於超純淨。這些腐蝕性流體會腐蝕來自閥本體 之金屬且污染超純淨處理流體。而且，某些金屬合金可作 爲催化劑，導致處理流體產生化學反應，因而損害產生之 製品，且亦可能危害工人安全性。 已硏發特殊性高強度合金與不銹鋼，來減少在閥本體中 之反應力與腐蝕性。但是，該種特殊性合金非常困難以鑄 造或機製成爲閥組件。所造成之閥，相對於習知金屬閥， 購買係非常昂貴的。此外，不銹鋼不適合使用在特別應用 中，諸如半導體處理工業。 已硏發塑料襯裡金屬閥，使允許習知金屬閥本體可在特 殊性處理應用中操作苛性流體。金屬閥本體首先由鑄造或 機製形成。然後，塑料或含氟聚合物被模製在處理流體接 觸本體處之閥本體內部中。美國專利號碼4,538,638揭示 6 M2/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 一種塑料襯裡金屬本體隔膜閥。 雖然塑料襯裡金屬閥與塑料襯裡塑料閥可提供所需要之 抗拒處理流體產生的劣化，製造成本均非常高。高成本係 因爲模製一塑料襯裡在支承本體中的複雜多重步驟製造程 序。塑料襯裡會遭受相關於其之下方表面的蠕變。蠕變減 少了昂貴塑料襯裡閥之可使用壽命。 由於塑料與製造技術的進步，整體或幾乎整體由含氯聚 合物製造的閥已成爲可商業存活之閥。該塑料閥可提供一 種成本效益閥，具有所需之無反應作用及抗腐蝕本質，理 想地適合供使用在製藥及半導體製造應用中。美國專利號 碼5,279,3 28及4,977,929揭示塑料隔膜閥。在某些應用 中，塑料本體閥亦可設有塑料襯裡。美國專利號碼 4,5 3 8,6 3 8揭示一種塑料襯裡隔膜閥。 雖然含氯聚合物閥與具有含氯聚合物襯裡之塑料閥，均 適用以耐受苛性流體，但容易產生諸如翹曲與蠕變的尺寸 劣化。使用在工業處理中之流體，諸如製藥、衛浴及半導 體工業，一般需要處理流體被維持於超純淨。使用在流體 輸送系統中的諸如閥之組件，均被定期性地淸潔，確保污 染物不會陷落在該組件中而被導入處理系統內。 淸潔過程牽涉到暴露在高溫蒸汽中充分的時間，使消毒 該組件。特別是當重覆多次時，消毒程序會導致在閥中的 塑料由於翹曲之結果而些微地改變尺寸。當塑料遭受一段 時間的應力時，會造成蠕變。塑料組件之尺寸可因爲應力 而改變。由於該種翹曲與蠕變，特別是在堰處之容忍會被 7 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 影響，且造成洩漏之結果。 因而’需要提供一種塑料襯裡堰式隔膜閥，當被暴露至 重覆淸潔作業或暴露至一般會導致翹曲或蠕變的條件下 時’可具有改善之尺寸穩定性。進一步的，持續性地需要 提供適合分支控制與取樣應用之完全排水閥。 【發明內容】 一種完全排水閥裝置，在一較佳具體例中包括一上部閥 部位及一下部閥部位。上部閥部位較佳的包含一上部閥外 罩或本體、一彈性隔膜及一閥致動器。下部閥部位較佳的 包括一下部閥外罩或本體，其較佳地被組態以配接上部閥 外罩以界定出一閥內部。下部閥部位較佳的具有一整合 堰，其聯合彈性隔膜界定一流體路徑。隔膜係被配置以由 於閥致動器之作用而密封地結合或脫離該堰。堰界定一上 部表面，相關於水平以些微地角度傾斜，以提供一內部路 徑斜面。該斜面導致流體流回進入路徑內，而非殘留在路 徑中。此外，在流動路徑之下部部位上亦形成由閥本體所 界定之斜面，導致流體排入閥之第三導管內。本發明亦包 含製造一閥的方法，較佳地包含傾斜在閥之流體路徑內之 水平表面的步驟，以促進完全排出流體，否則該流體會聚 積。 一堰支承構件可裝設在下部外罩內以支承該堰。在較 佳具體例中，一外骨架框架被配置爲支承軸環，環繞該閥 圓周地延伸且支承該堰支承構件。在特定具體例中，閥本 體組件亦可包括塑料含氯聚合物襯裡，以供接觸流體。本 8 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 發明亦包含製造一強化塑料閥之方法，較佳地包含提供一 剛性支承構件至下部閥外罩的該堰之步_。 本發明之特別具體例之目的與優點，係提供一種完全排 水堰式隔膜閥。 本發明之特別具體例之目的與優點，係提供一隔膜閥， 其中該堰係以一角度些微地高於水平而傾斜，使產生一傾 斜表面。 本發明之特別具體例之目的與優點，係胃供^閥，被設 計以減少殘留流體之發生。 本發明之特別具體例之目的與優點，係提供一*閥，被設 計以減少殺菌或防腐處理程序中之污染。 本發明之特別具體例之另一目的與優點，係提供一含氯 聚合物隔膜閥，其之尺寸容忍可耐受重覆之消毒程序。 本發明之特別具體例之另一目的與優點，係提供一閥， 其可耐受重覆之消毒程序且亦適合使用在製藥、生物科 技、化學、及/或半導體工業中。 本發明之特別具體例之另一目的與優點，係提供一^用以 強化塑料閥之機構。 本發明之特別具體例之另一目的與優點，係提供一強化 塑料閥之方法，因而具有改良之抗翹曲與懦變能力。 本發明之特別具體例之另一目的與優點，係提供塑料閥 之該堰的支承件。 由下述之詳細說明，習於本技藝者可淸楚了解本發明之 進一步特色、目的及優點。 9 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 【實施方式】 依據本發明之堰式隔膜閥2 0係示於圖1、2與3中。該 閥一般地包含一上部閥部位22、一下部閥部位24、一托架 支承框架26及一裝配托架28。多數之緊固件30被使用以 緊固上部部位22、下部部位24、托架28及托架框架26， 如圖1之組合圖所示。此外，可使用末端骨架支承構件3 2 來添加閥之剛性，閥經常由塑料構成。必須了解，上部閥 部位22與下部閥部位24之術語係被使用以便於說明，且 本發明之閥並不限制於閥20，閥20係被定位使得上部閥 部位22必須直立地位於相對於地面之下部閥部位24上 方。事實上，供該閥用之較佳操作位置可包含上部閥部位 22被實質上地定位至下部閥部位24之側面。 上部部位22包含一彈性隔膜38及一用以可控地密封向 被提供在下部外罩24中之閥座42的致動器。如示於圖1 與4中的下部外罩24包括一中央流動路徑44、第一流動 導管4 6、第二流動導管4 8、第三流動導管5 0、及於其內 之閥座4 2。閥座4 2包含一堰5 2，當與隔膜3 8配接時，用 以自第一與第二導管46與48隔離第三導管50。 參照圖5，閥20係顯示被組合，且在用以與被裝附之托 架2 8 —起裝配至一高架表面的位置中。一軸線5 6被顯示 以指出閥20之正交水平Η與垂直V定向。通過第三導管 5 0之中線C !係平行於垂直軸線V。水平軸線Η係正交於 垂直軸線V。通過上部閥部位22之中線C2未平行於水平 軸線Η ;其係平行於以Η ’指示之線。V ’係被界定正交於 10 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 Η。Η係以角度χ傾斜於水平軸線η。角度χ較佳爲5度。 但是，習於本技藝者可了解χ係包含下述之範圍〇。< X < 9 0 ° ’不會違反本發明之精神與範疇。 圖7顯示沿著圖6之線A - Α取得之閥2 0的局部剖面圖。 中央路倥44包含由堰52所界定之第一向內對向表面58。 堰5 2之中線C 2 (在某些具體例中，其亦可相同於上部外罩 2 2之中線C2)係以χ度自水平軸線η偏移。如上在第一表 面5 8上產生一斜面。第一斜面表面5 8確保所有流體排入 第一與第二導管46與48之間的中央路徑44內。 第二向內對向表面60被提供至由下部外罩24所界定之 路徑4 4的內側。斜度χ可相同於供第一表面5 8用之斜度， 但其可依據應用而增加或減少。第二斜面表面6 〇導致在中 央路徑44中之流體排入第三導管5 0內。此二斜面表面5 8 及6 0之存在，允許所有流體被完全地自閥2 〇排出，因而， 克服習知技術中的殘留流體問題。 如示於圖8，閥可經由提供末端骨架支承構件3 2而被強 化或支承。末端骨架支承構件3 2係被配置爲一堰支承構件 62，且外骨架框架64被配置爲支承軸環66。如示於圖8， 堰支承構件6 2較佳的爲桿型，具有第一末端6 8、第二末 端70、縱向表面72、及在第一末端68與第二末端70處之 縱向表面7 2中的凹口 7 4。如示於圖9，堰支承構件6 2亦 可以爲任何合適形狀之伸長構件。習於本技藝者可了解堰 支承構件形狀的多種可用具體例，諸如多邊形，均可提供 擬定支承且不會違反本發明之範疇。 11 3Π/發明說明書(補件)/92_06/92105868 200307102 如不於圖8，支承軸環66包含一上部托架76與一下部 托架78。上部托架76與下部托架78均較佳地大約爲u 形；，且虽被置於閥外罩上時互相重疊。在上部托架76中旦 有多數之軸環裝配孔8 0與有槽裝配孔8 2，相對應於個別 之上部裝配孔8 4、下部裝配孔8 6及裝配槽口 8 8。於組合 期間，有槽裝配孔8 2協助接合上部托架7 6至下部托架 78，及閥之上部部位22與下部部位24。 下部托架78可設有二裝配柱9〇，其與閥上部部位22與 下部部位24之裝配槽口 88及上部裝配孔84及上部托架 7 6之有槽裝配孔8 2共同運作，以接合閥上部部位2 2與下 部部位2 4。裝配柱9 0具有一螺紋部位9 2與平滑部位9 4 , 以提供用以緊固閥上部部位2 2與下部部位2 4在一起的機 構。下部托架78亦具有二軸環裝配孔80，其與個別之上 部托架76的軸環裝配孔80、閥上部部位22之上部裝配孔 84、及閥下部部位24之下部裝配孔86連通。 當組合上部托架7 6以支承堰支承構件6 2於凹口 7 4處 時’將力自堰5 2傳送至堰支承構件6 2，然後至上部托架 76與下部托架78。此一支承預防或減少由於在堰52與其 他閥組件上之壓力引致的蠕變（creep)。因而，防止產生 堰、凸緣及閥本體的翹曲與蠕變。 上部部位22與下部部位24均較佳的由含氯聚合物形 成’包含但不限於全氯烷氧基樹脂（PFA)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)、或其他含氯聚合物。在某些應用中，其他之塑料 亦爲合適的，諸如聚氯乙烯（PVC)或聚丙烯（PP)。本體組件 12 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 均較佳爲射出成型，雖然亦可經由切削成型。隔膜3 8之濕 面部位可以由聚四氟乙嫌（PTFE)所形成。隔膜可合成由 EPDM形成之鄰近PTFE層的層。堰支承構件62與支承軸 環66均較佳地由不銹鋼所構成。不銹鋼提供所需之數量的 剛性與耐用性，以提供塑料閥具有所需數量之尺寸完整 性。在某些情況中，可使用諸如碳纖維塡料之PEEK的其 他剛性材料或其他之聚合物。那些習於本技藝者會了解前 述結構可由其他材料所建構，不會違反本發明之範疇。 本發明不希望被限制在僅爲堰式隔膜閥。習於本技藝者 可以了解’多種類之閥，包含提升閥、球閥、閘門閥及塞 閥’均可依據本發明之指導而被配置。 雖然本發明已參照較佳具體例說明，習於本技藝之工作 者可以了解，在形式與細部中可製成多種改變，且不會違 反本發明之精神與範疇。 【圖式簡單說明】 圖1係依據本發明之具體例的一隔膜閥之分解部件圖。 圖2係圖1之組合隔膜閥的立體圖。 圖3係圖1之組合隔膜閥的另一立體圖。 圖4係依據本發明的一具體例之隔膜閥下部部位的側視 圖。 圖5係依據本發明的一具體例之組合隔膜閥的側視圖。 圖6係依據本發明的一具體例之組合隔膜閥的端視圖。 圖7係沿圖6的線A - A取得之依據本發明的一具體例之 組合隔膜閥的局部橫剖面圖。 13 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 圖8係依據本發明的一具體例之隔膜閥的分解立體圖。 (元件符號說明） 20 堰式隔膜閥 22 上部閥部位 24 下部閥部位 26 托架支承框架 28 裝配托架 30 緊固件 32 末端骨架支承構件 34 螺帽 36 墊圈 38 彈性隔膜 4 2 閥座 44 中央流動路徑 46 第一流動導管 48 第二流動導管 50 第三流動導管 5 2 堰 56 軸線 58 第一向內對向表面 60 第二向內對向表面 62 堰支承構件 64 外骨架框架 66 支承軸環 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 14 200307102 68 第 —^ 末 丄山 m 70 第 二 末 丄山 m 72 縱 向 表 面 74 凹 □ 76 上 部 托 架 78 下 部 托 架 80 軸 裝 配 孔 82 有 槽 裝 配 孔 84 上 部 裝 配 孔 86 下 部 裝 配 孔 88 裝 配 槽 □ 90 裝 配 柱 92 螺 紋 部 位 94 平 滑 部 位 Cl 中 線 C2 中 線 Η 水 平 軸 線 Η， 線 V 垂 直 軸 線 V， 線 X 角 度

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Claims (1)

1. 200307102 拾、申請專利範圍 1. 一種塑料隔膜閥，包括： 一塑料上部閥本體； 一彈性隔膜及在上部閥中之致動器； 一被配置以配接上部閥本體之實質上的塑料下部閥本 體，下部閥本體具有一界定流體路徑之內部； 下部閥本體包括一整合堰、一第一流動導管、一第二流 動導管及一第三流動導管，該堰被配置以密封地與隔膜相 互作用，每一該堰、第一流動導管、第二流動導管及第三 流動導管均具有一軸線； 堰軸線以X度自一水平平面傾斜，其中〇 < X < 9 0 ; 第一導管軸線被自該堰向下傾斜地離開，且以γ度自水 平平面傾斜，其中0<Y<90; 第二導管軸線被自該堰向下傾斜地離開，且以Ζ度自水 平平面傾斜，其中0<Ζ<90; 第三導管軸線被自該堰向下定向地離開，且實質上平行 於垂直軸線，使得實質上之所有來自流體路徑內的液體， 被重力自該閥排出。 2 ·如申請專利範圍第1項之塑料隔膜閥，其中各傾斜角 X、Υ及Ζ均大約少於3 0度。 3 ·如申請專利範圍第丨項之塑料隔膜閥，其中各傾斜角 X、Υ及Ζ均大約少於1 〇度。 4 ·如申請專利範圍第1項之塑料隔膜閥，其中各傾斜角 X、Υ及Ζ均大約少於5度。 16 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 5 ·如申請專利範圍第1項之塑料隔膜閥，進一步包括_ 堰支承構件，縱向地延伸通過該堰，以供強化該堰。 6.如申請專利範圍第5項之塑料隔膜閥，其中該堰支军〈 構件包含二末端，且該堰進一步包括一支承軸環，支承軸 環被與堰支承構件之末端結合。 7 ·如申請專利範圍第6項之塑料隔膜閥，其中支承軸環 包括： 第一 U型部位；及 第二U型部位，該二部位互相重疊且形成一閉合圈並環 繞該閥延伸。 8 ·如申請專利範圍第5項之塑料隔膜閥，其中該堰支承 構件係由不銹鋼建構。 9 · 一種用以自一塑料隔膜閥排出液體之方法，該閥包括 一塑料上部閥本體、一彈性隔膜及在上部閥中之致動器； 一實質上之被配置以配接上部閥本體的塑料下部閥本 體，下部閥本體具有一界定流體路徑之內部，下部閥本體 包括一整合堰、一第一流動導管、一第二流動導管及一第 三流動導管，該堰被配置以密封地與隔膜相互作用，每一 該堰、第一流動導管、第二流動導管及第三流動導管均具 有一軸線，該方法包括·· 堰軸線以X度自一水平平面傾斜，其中〇 < X < 9 0 ; 第一導管軸線被自該堰向下傾斜地離開，且以γ度自水 平平面傾斜，其中〇<γ<90; 第二導管軸線被自該堰向下傾斜地離開，且以Ζ度自水 17 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 平平面傾斜，其中0<Z<90; 第三導管軸線被自該堰向下定向地離開，且實質上平行 於垂直軸線，使得實質上之所有來自流體路徑內的液體’ 被重力自該閥排出。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中進一步包括限制 各X、Y及Z的値少於3 0度之步驟。 1 1.如申請專利範圍第9項之方法，其中進一步包括限制 各X、Y及Z的値少於1 0度之步驟。 1 2.如申請專利範圍第9項之方法，其中進一步包括限制 各X、Y及Z的値少於5度之步驟。 1 3.如申請專利範圍第9項之方法，其中進一步包括以一 堰支承構件強化該堰之步驟。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中進一步包括以 一支承軸環支承該堰支承構件的二末端之步驟。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中進一步包括自 第一 U型部位與第二U型部位組合支承軸環，及重疊第一 與第二U型部位以形成環繞該閥之閉合圈的步驟。 1 6.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中進一步包括由 不銹鋼形成堰支承構件之步驟。 17.—種塑料隔膜閥，包括： 一塑料上部閥本體； 一彈性隔膜及在上部閥中之致動器； 一被配置以配接上部閥本體之實質上的塑料下部閥本 體，下部閥本體具有一界定流體路徑之內部； 18 312/發明說明書(補件)/92-06/92105868 200307102 下部閥本體包括一整合堰、一第一流動導管、一第二流 動導管及一第三流動導管，該堰被配置以密封地與隔膜相 互作用，每一該堰、第一流動導管、第二流動導管及第三 流動導管均具有一軸線； 堰軸線被自一水平平面傾斜； 第一導管軸線被自該堰向下傾斜地離開； 第二導管軸線被自該堰向下傾斜地離開； 第三導管軸線被自該堰向下定向地離開，且實質上平行 於垂直軸線，使得實質上之所有來自流體路徑內的液體’ 被重力自該閥排出。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之塑料隔膜閥，進一步包括 一堰支承構件，縱向地延伸通過該堰，以供強化該堰。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項之塑料隔膜閥，其中該堰支 承構件包含二末端，且該堰進一步包括一支承軸環，支承 軸環被與堰支承構件之末端結合。 20.如申請專利範圍第19項之塑料隔膜閥，其中支承軸 環包括： 第一 U型部位；及 第二U型部位，該二部位互相重疊且形成一閉合圈並環 繞該閥延伸。 2 1 .如申請專利範圍第1 8項之塑料隔膜閥，其中該堰支 承構件係由不銹鋼建構。 22.如申請專利範圍第18項之塑料隔膜閥，其中，每一 第一流動導管、第二流動導管及第三流動導管，以自一水 19 312/發明說明書(補件)/92-06/921〇5868 200307102 平平面之大約少於3 0度之角度’自該堰向下地傾斜離開。 2 3 .如申請專利範圍第1 8項之塑料隔膜閥，其中，每一 第一流動導管、第二流動導管及第三流動導管’以自一水 平平面之大約少於1 〇度之角度’自該堰向下地傾斜離開。 24.如申請專利範圍第1 8項之塑料隔膜閥，其中，每一 第一流動導管、第二流動導管及第三流動導管，以自一水 平平面之大約少於5度之角度，自該堰向下地傾斜離開。

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