TW201437526A - 具有雙點密封及浮動膜片網之膜片閥 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種高純度閥(10)，其包括具有藉由閥座(32)隔開之入口(40)及出口(42)的閥主體(12)，及具有中央桿(23)之膜片(22)，該中央桿具有耦接至活塞(20)用以致動該閥之第一端，及用於嚙合閥座以閉合該閥之提昇閥(28)。該提昇閥與該閥座形成雙點密封(50/52，50'/52')，在該提昇閥之環形表面(30)與該閥座之間具有至少兩個接觸點。該提昇閥之環形表面可為凹面或凸面，其提供雙點密封。該閥具有鄰近該膜片之止動器(14)，且該膜片具有自中央桿向外徑向延伸之可撓性網(26)。該止動器具有鄰近該網之表面(60)，且該表面與該網間隔開以使得當該閥經加壓時，該網並不接觸該表面。

Description

具有雙點密封及浮動膜片網之膜片閥 [相關申請案]

本申請案主張美國臨時申請案第61/769,467號及第61/769,519號之權益，該等臨時申請案均於2013年2月26日申請，以引用的方式併入本文中。

本申請案大體上係關於膜片閥，且更特定言之，係關於適用於高純度系統，諸如半導體製造或其他腐蝕性或高純度應用之氟聚合物閥。

各種高純度系統，諸如用於製造藥品、半導體及其類似物之系統使用高純度膜片閥，諸如由氟聚合物製得之閥。典型高純度閥具有閥主體，該閥主體具有藉由閥座隔開之入口及出口；及膜片。該膜片通常具有用於抵靠閥座進行密封以打開及閉合該閥之中央桿，及密封該閥的空腔之向外延伸網。用於該種系統之一種現有的閥包括抵靠閥座起作用之舌片及凹槽密封。此舌片及凹槽設計可製造對於動態密封而言過多之顆粒，且因此最佳適於靜態密封應用。

對高純度系統而言，抵靠閥座維持恰當密封對閥膜片很重要。另外，經由多個操作循環，可出現閥座磨損，其降低密封之效力。缺乏有效密封可降低習知組態中之閥效能。

另外，在一些情況下可能需要降低膜片網之厚度以提高閥衝程。然而，當閥經加壓時，薄膜片網可能膨脹。由於膜片網在壓力下膨脹，所以一些習知閥併有支撐結構用於增強膜片網。該支撐結構可定輪廓以大致匹配膨脹的膜片網之輪廓，且由於膜片網在增加之壓力下膨脹，所以更大部分的膜片可受壓與該支撐表面接觸。與該支撐結構接觸之點可在網中形成非所要集中度之應力，該非所要集中度之應力以及其他缺點可不利地影響該閥之循環壽命。

鑒於習知高純度膜片閥之缺陷，在此項技術中存在對於具有增強之閥壽命、可靠性及效能之改良膜片閥的需要。本發明為一種高純度閥，其由於顯著改良膜片抵靠閥座之密封的組態而具有增強之閥壽命及效能，且具有膜片網組態，藉由該膜片網組態，膜片將在無來自止動器或主體之約束或支撐之情況下展現最小的表面應力。該膜片抵靠閥座形成雙點密封以增強密封，且該膜片網在不接觸閥止動器之情況下向外膨脹至自然位置。

高純度閥包括具有藉由閥座隔開之入口及出口的閥主體，及具有中央桿之膜片，該中央桿具有耦接至活塞用以致動該閥之第一端，及第二端，亦即用於嚙合閥座以閉合該閥之提昇閥。該提昇閥與閥座形成雙點密封，在提昇閥之環形表面與閥座之間具有至少兩個接觸點。當提昇閥之環形表面抵靠閥座受壓時，該雙點密封可經組態為同心環形密封。提昇閥之環形表面可為凹面或凸面，其提供雙點密封。

該閥進一步可包括鄰近膜片定位之止動器，且該膜片具有自中央桿向外徑向延伸之網。止動器具有鄰近該網之表面，且止動器之該表面與該網間隔開以使得當對閥加壓時，該網並不接觸止動器之該表面。該網為可撓性網，當對閥加壓時，該網沿止動器方向向外膨脹至自然位置，藉此將網上之應力集中度減至最小。

該閥進一步包括封閉閥內部之殼體，其中該殼體以用膜片外部密封閥內部之方式耦接至閥主體。該殼體可耦接至止動器及閥主體，且該殼體壓縮閥主體與止動器之間之膜片外部。

參考以下描述及附圖，本發明之此等及其他特徵將為顯而易見的。在描述及圖式中，本發明之特定實施例已詳細揭示為指示可使用本發明之原理之一些方式，但應理解本發明之範疇不會相應地受到限制。更確切地，本發明包括在隨附至此之申請專利範圍之精神及條款範圍內之所有改變、修改及等效物。關於一個實施例所描述及/或說明之特徵可在一或多個其他實施例中以相同方式或類似方式使用，及/或可組合或替代其他實施例之特徵使用。

4‧‧‧圓形箭頭

6‧‧‧圓形箭頭

7‧‧‧圓形箭頭

10‧‧‧閥

12‧‧‧閥主體

14‧‧‧止動器

16‧‧‧殼體

20‧‧‧活塞

22‧‧‧膜片

23‧‧‧中央桿

24‧‧‧指示器

26‧‧‧膜片網

28‧‧‧提昇閥

30‧‧‧環形表面

30'‧‧‧環形表面

32‧‧‧閥座

40‧‧‧入口

42‧‧‧出口

50‧‧‧環形密封點/內部密封點

50'‧‧‧凸出密封點/環形密封點

52‧‧‧外部密封點

52'‧‧‧凸出密封點/外部密封點

60‧‧‧端表面

62‧‧‧空間

64‧‧‧背面

圖1為描繪根據本發明實施例之例示性高純度閥的等角視圖之示意圖。

圖2為描繪圖1之例示性高純度閥之橫截面側視圖的示意圖，其中閥在打開位置。

圖3為描繪圖1之例示性高純度閥之橫截面側視圖的示意圖，其中閥在閉合位置。

圖4為描繪圖3中在抵靠閥座之提昇閥之環形表面附近藉由圓形箭頭「4」表示之閥之一部分的第一橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在閉合位置。

圖5為描繪圖3中在抵靠閥座之提昇閥之環形表面附近藉由圓形箭頭「4」表示之閥之一部分的第二橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在閉合位置。

圖6為描繪圖2中在網部分附近藉由圓形箭頭「6」表示之閥之一部分的橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在打開位置。

圖7為描繪圖3中在網部分附近藉由圓形箭頭「7」表示之閥之一 部分的橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在閉合位置。

圖8為描繪閥膜片及膜片網之示意圖，此時膜片網受到閥內之內部壓力。

現將參考圖式描述本發明之實施例，其中相同參考數字在全文中用於指相同元件。應理解，該等圖式未必按比例繪製。

圖1為描繪根據本發明實施例之例示性高純度閥10的等角視圖之示意圖。圖2為描繪圖1之例示性高純度閥10之橫截面側視圖的示意圖，其中閥在打開位置。圖3為描繪圖1之例示性高純度閥10之橫截面側視圖的示意圖，其中閥在閉合位置。

參考圖1-3，閥10包括彼此耦接之閥主體12、止動器14及殼體16。殼體16封閉閥主體12。更特定言之，參考圖2-3之橫截面視圖，殼體16封閉一端耦接至膜片22且另一端耦接至指示器24之活塞20。指示器24可指示閥為打開的(如圖2所見，指示器自殼體表面升高)抑或閉合的(如圖3所見，指示器與殼體表面齊平)。殼體16封閉閥內部，且殼體以用膜片外部密封閥內部之方式耦接至閥主體12。殼體16特定地可耦接至止動器14及閥主體12，且該殼體壓縮閥主體與止動器之間之膜片外部。

膜片22密封閥主體12以便抑制流體從該閥洩漏。膜片22具有中央桿23及徑向向外延伸之網26。中央桿之一端具有提昇閥28。中央桿之另一端例如藉由螺紋連接或其他適合連接耦接至活塞20。提昇閥28包括用於抵靠閥座32密封之環形表面30。提昇閥28嚙合閥座32以便如圖3中所示當該閥閉合時密封該閥。該閥進一步包括入口40及出口42。當如圖3中所見該閥閉合時，提昇閥28抵靠閥座32之密封經組態以使得入口40與出口42並未彼此流體連通。當如圖2中所見該閥打開時，提昇閥28自閥座32提昇且入口40與出口42彼此流體連通。

本發明提供提昇閥28之環形表面30抵靠閥座32之增強之密封。該增強之密封藉由雙點密封組態提供，藉由該組態，提昇閥28之環形表面30與閥座32至少在兩個點接觸。

圖4為描繪圖3中在抵靠閥座32之提昇閥28之環形表面30附近藉由圓形箭頭「4」表示之閥之一部分的第一橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在閉合位置。在此例示性實施例中，提昇閥28之環形表面30為凹面，用於提供抵靠閥座32之雙點密封。由於環形表面30之凹入形狀，提昇閥28具有一對雙密封點50及52，當抵靠閥座32受壓時，該對雙密封點形成一對環形密封。特定言之，環形密封點50形成內部密封表面，且外部密封點52形成外部密封表面。該等密封表面由此可為彼此同心的。

內部密封點50與外部密封點52之間之距離可基於使用該閥的應用。例如，雙點密封允許密封點之間之可變距離及兩個密封點之間之可變表面積，其可藉由上膜片止動器控制。此允許針對冷流及不同壓力調節密封，以及由於延長之循環進行之調節。此亦允許針對定製應用在兩個密封之間之可變距離，其在必要時可由於凹入形狀而併有超過兩個密封點。該雙點密封組態另外使低於材料產率之應力位準最佳化，籍此提高閥座及膜片之循環壽命。該閥由此可例如在如此項技術中已知之明晰化學及研磨漿料應用中均有效地運行。

圖5為描繪圖3中在提昇閥28之環形表面30'及閥座32附近藉由圓形箭頭「4」表示之閥之部分的第二橫截面放大視圖之示意圖，其中該閥在閉合位置。除了圖5之環形表面30'之組態不同於圖4中環形表面30之組態外，圖5之實施例具有與圖4之實施例類似的組態。

在圖5之實施例中，提昇閥28之環形表面30'為凸面，用於提供提昇閥28抵靠閥座32之雙點密封。由於環形表面30'之凸出形狀，提昇閥28具有雙密封點50'及52'，當抵靠閥座32受壓時，該等雙密封點形 成一對環形密封。特定言之，環形密封點50'形成內部密封表面，且外部密封點52'形成外部密封表面。該等密封表面由此可為彼此同心的。比較凹入雙密封點50/52(圖4)與凸出雙密封點50'/52'，形狀差異導致不同的雙密封點相對位置。圖5之實施例具有與圖4之實施例相當的優勢，因為這兩個實施例均提供有效雙點密封。

本發明之另一特徵為增強之網組態，藉由該組態，膜片將在無止動器或主體之約束或支撐之情況下展現最小的表面應力。圖6為描繪圖2中在網部分附近藉由圓形箭頭「6」表示之閥之一部分的橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在打開位置。圖7為描繪圖3中在網部分附近藉由圓形箭頭「7」表示之閥之一部分的橫截面放大視圖之示意圖，其中閥在閉合位置。

如上文所提及，膜片22具有中央桿23及徑向向外延伸之網26。網26可為延伸之薄網。網26可為可撓性的以便允許提昇閥28在打開與閉合位置之間移動。閥10之內部壓力可使網26在止動器14及殼體16之方向向外彎曲或膨脹。尤其如圖6及圖7所見，止動器14可包括與網26鄰近但為間隔關係之端表面60。端表面60與網26充分地間隔開以使得當對閥加壓且網向外膨脹時，該網並不接觸端表面60。此允許網在無來自止動器14之限制之情況下撓曲且膨脹至自然位置，藉此將膜片及網中之表面應力減至最小。該種組態相對習知組態有所改良，在習知組態中當該網在內部壓力下膨脹時，該網可接觸止動器，其增大膜片上之應力。

如在圖7之閥閉合位置中最容易見到，該網含於提昇閥28與止動器14之端表面60之間的空間62內。如圖6之閥打開位置所見，當最大介質壓力通過該閥使閥得到充分致動時，允許膜片網26膨脹至空間62中，但不接觸止動器14。因此，當閥受到充分擊打時，止動器14並不觸碰膜片之背面64，藉此降低集中應力位準且在整個網上重新分佈應 力位準。由於此缺乏限制，膜片網經表徵為「浮動」網，因為該網在空間62內浮動以免受到止動器14之約束。

就此而言，圖8為描繪閥膜片及膜片網之示意圖，此時該網受到閥內之內部壓力。圖8展示網26與止動器14之端表面60之間之空間62。相應地，當閥受到充分擊打時，止動器14並不觸碰膜片之背面64，如上文所提及，其降低集中應力位準且在整個網上重新分佈應力位準。

根據上文描述，本發明之一態樣為閥。在例示性實施例中，該閥包括具有藉由閥座隔開之入口及出口的閥主體，及具有中央桿之膜片，該中央桿具有耦接至活塞用以致動該閥之第一端，及其係用於嚙合閥座以閉合該閥之提昇閥的第二端。該提昇閥與閥座形成雙點密封，在提昇閥之環形表面與閥座之間具有至少兩個接觸點。

在該閥之一例示性實施例中，雙點密封包括一對點密封，當提昇閥之環形表面抵靠閥座受壓時，該對點密封形成環形密封。

在該閥之一例示性實施例中，該對點密封包括一對在提昇閥之環形表面與閥座之間之同心點密封。

在該閥之一例示性實施例中，提昇閥之環形表面為凹面，其提供雙點密封。

在該閥之一例示性實施例中，提昇閥之環形表面為凸面，其提供雙點密封。

在該閥之一例示性實施例中，兩個接觸點之間之距離為藉由固持膜片的止動器控制之可變距離。

在該閥之一例示性實施例中，該閥進一步包括封閉閥內部之殼體，其中該殼體以用膜片外部密封閥內部之方式耦接至閥主體。

在該閥之一例示性實施例中，殼體耦接至止動器及閥主體，且殼體壓縮閥主體與止動器之間之膜片外部。

在該閥之一例示性實施例中，該閥進一步包括止動器。該膜片進一步包括自中央桿向外徑向延伸之網，且止動器具有鄰近網之表面，且該表面與該網間隔開以使得當對該閥加壓時，該網並不接觸該表面。

在該閥之一例示性實施例中，該網為可撓性網，當對該閥加壓時，該網在止動器方向向外膨脹至自然位置，藉此將網上之應力集中度減至最小。

在該閥之一例示性實施例中，殼體耦接至止動器及閥主體，且殼體壓縮閥主體與止動器之間之膜片外部。

在該閥之一例示性實施例中，該閥包括具有藉由閥座隔開之入口及出口的閥主體；包括中央桿之膜片，該中央桿具有耦接至活塞用以致動該閥之第一端，及具有環形表面用於嚙合閥座以閉合該閥之第二端，及自中央桿向外徑向延伸之網；及止動器。止動器具有鄰近網之表面，且止動器之該表面與該網間隔開以使得當對閥加壓時，該網並不接觸止動器之該表面。

在該閥之一例示性實施例中，該網為可撓性網，當對該閥加壓時，該網在止動器方向向外膨脹至自然位置，藉此將網上之應力集中度減至最小。

在該閥之一例示性實施例中，該閥進一步包括封閉閥內部之殼體，其中殼體以用膜片外部密封閥內部之方式耦接至閥主體。

在該閥之一例示性實施例中，殼體耦接至止動器及閥主體，且殼體壓縮閥主體與止動器之間之膜片外部。

雖然已關於特定實施例展示且描述本發明，但熟習此項技術者當閱讀且理解本說明書及附圖時將顯而易知等效變更及修改。尤其關於上述元件(組件、總成、裝置、組合物等)所執行的不同功能，除非另外指明，否則用於描述該等元件之術語(包括提及「構件」)意欲與 執行所述元件之指定功能的任何元件相對應(亦即，在功能上等效)，即使不與執行本文所說明之例示性本發明實施例中的功能之所揭示結構在結構上等效。另外，雖然本發明之特定特徵可能已關於若干所說明之實施例中之僅一或多者在上文加以描述，但若需要且對任何既定或特定應用有利，則該特徵可與其他實施例之一或多種其他特徵組合。

6‧‧‧圓形箭頭

10‧‧‧閥

12‧‧‧閥主體

14‧‧‧止動器

16‧‧‧殼體

20‧‧‧活塞

22‧‧‧膜片

23‧‧‧中央桿

24‧‧‧指示器

26‧‧‧膜片網

28‧‧‧提昇閥

30‧‧‧環形表面

32‧‧‧閥座

40‧‧‧入口

42‧‧‧出口

Claims (16)

1. 一種閥(10)，其包含：一具有藉由一閥座(32)隔開之一入口(40)及一出口(42)的閥主體(12)；及一包含一中央桿(23)之膜片(22)，該中央桿具有耦接至一活塞(20)用以致動該閥之第一端，及包含用於嚙合該閥座以閉合該閥之一提昇閥(28)的第二端；其中該提昇閥與該閥座形成一雙點密封，在該提昇閥之一環形表面(30)與該閥座之間具有至少兩個接觸點(50/52，50'52')。
2. 如請求項1之閥(10)，其中該雙點密封包含一對點密封，當該提昇閥(28)之環形表面(30)抵靠該閥座(32)受壓時，該對點密封形成環形密封。
3. 如請求項2之閥(10)，其中該對點密封包含一對在該提昇閥(28)之環形表面(30)與該閥座(32)之間之同心點密封。
4. 如請求項1至3中任一項之閥(10)，其中該提昇閥(28)之環形表面(30)為一凹面，其提供該雙點密封。
5. 如請求項1至3中任一項之閥(10)，其中該提昇閥(28)之環形表面(30)為一凸面，其提供該雙點密封。
6. 如請求項1至3中任一項之閥(10)，其中該兩個接觸點之間之距離為藉由固持該膜片(22)之一止動器(14)控制的可變距離。
7. 如請求項1至3中任一項之閥(10)，其進一步包含一封閉該閥之一內部之殼體(16)，其中該殼體以用該膜片(22)之一外部密封該閥之該內部之方式耦接至該閥主體(12)。
8. 如請求項7之閥(10)，其中該殼體(16)耦接至一止動器(14)及該閥主體(12)，且該殼體壓縮該閥主體與該止動器之間之該膜片(22) 的一外部。
9. 如請求項1至3中任一項之閥(10)，其進一步包含一止動器(14)，其中：該膜片(22)進一步包含一自該中央桿(23)向外徑向延伸之網(26)；且該止動器具有一鄰近該網之表面(60)，且該表面與該網間隔開以使得當對該閥加壓時，該網並不接觸該表面。
10. 如請求項9之閥(10)，其中該網(26)為一可撓性網，當對該閥加壓時，該網在該止動器(14)之方向向外膨脹至一自然位置，藉此將該網上之應力集中度減至最小。
11. 如請求項9之閥(10)，其進一步包含一封閉該閥之一內部之殼體(16)，其中該殼體以用該膜片(22)之一外部密封該閥之該內部之方式耦接至該閥主體(12)。
12. 如請求項11之閥(10)，其中該殼體(16)耦接至該止動器(14)及該閥主體(12)，且該殼體壓縮該閥主體與該止動器之間之該膜片(22)的一外部。
13. 一種閥(10)，其包含：一具有藉由一閥座(32)隔開之一入口(40)及一出口(42)的閥主體(12)；一包含一中央桿(23)之膜片(22)，該中央桿具有耦接至一活塞(20)用以致動該閥之第一端，及具有一用於嚙合該閥座以閉合該閥之環形表面(30)的第二端，及一自該中央桿向外徑向延伸之網(26)；及一止動器(14)；其中該止動器具有一鄰近該網之表面(60)，且該止動器之該表面與該網間隔開以使得當對該閥加壓時，該網並不接觸該止動 器之該表面。
14. 如請求項13之閥(10)，其中該網(26)為一可撓性網，當對該閥加壓時，該網在該止動器(14)之方向向外膨脹至一自然位置，藉此將該網上之應力集中度減至最小。
15. 如請求項13至14中任一項之閥(10)，其進一步包含一封閉該閥之一內部之殼體(16)，其中該殼體以用該膜片(22)之一外部密封該閥之該內部之方式耦接至該閥主體(12)。
16. 如請求項15之閥(10)，其中該殼體(16)耦接至該止動器(14)及該閥主體(12)，且該殼體(16)壓縮該閥主體與該止動器之間之該膜片(22)的一外部。