TWI548827B - 膜片及膜片閥 - Google Patents

膜片及膜片閥 Download PDF

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TWI548827B
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克里斯多夫 秀瑞
喬吉娜 莫理斯
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高元管理股份有限公司
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/17—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being actuated by fluid pressure

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Description

膜片及膜片閥
本發明係關於高壓氣體膜片閥之膜片以及高壓氣體膜片閥。
高壓氣體膜片閥被用於許多應用中。取決於其用途，膜片閥可被暴露至高溫及低溫、橫跨一較廣溫度範圍的溫度波動、高壓及低壓以及腐蝕性液體或氣體。
除了適用於此等條件外，一膜片閥之膜片須為撓性且耐久性。重要的係耐久性，此係因為有規律地更換膜片一般而言為後勤方面困難及昂貴的程序。在使用中，一膜片可能不能輕易接達，使得更換困難。為更換一膜片，大致上必要的係暫停該膜片為其部分的工廠或機器之操作。在一些應用中，尤其係需要無菌或惰性環境的應用，膜片故障可污染被製造之批次並使之不適於使用。
一般而言，膜片至少部分由合成彈性體製成。一類型的膜片由一支撐於一撓性非滲透性織物加強腹板上的中心閥封閉碟構成，其由一堅硬的非撓性材料例如金屬、剛性塑膠或金屬及剛性塑膠之組合製成。此等膜片一般係結合一彈簧使用以確保閥封閉。該織物一般可為尼龍或類似物。該織物可被塗布或層壓於若干Viton或腈板之間，Viton為一種可從DuPont Dow Elastomers購得之含氟彈性體，腈亦被稱作Buna-N，其係一種丙烯腈-丁二烯共聚物。Viton及腈兩者皆具有良好的溫度及化學抗性。然而，此等織物加強膜片經受尼龍纖維的脫層及毛細現象，導致洩漏及/或較差的耐久性。
模製塑膠膜片為該等織物加強膜片之替代。當前一種可購得的模製塑膠膜片由Hytrel(DuPont)構成。Hytrel為一種熱塑性聚酯彈性體。然而，Hytrel不適於在可能經受嚴苛之操作條件的應用中使用，此係因為其具有一較低的大約60℃的最大操作溫度、一較窄的化學抗性範圍且並不特別耐久。
模製塑膠膜片亦已由高密度聚乙烯製成。這些膜片經受早期疲勞故障且對高溫沒有抗性。
期望提供一種克服或改善現存膜片之一個或多個缺點的膜片。或者，期望的係向消費者提供一有用的選擇。
本發明提供一種用於一高壓氣體膜片閥的膜片，該膜片包括：一密封體，其界定一抵著該閥之一閥座安裝以封閉該閥的密封面；一外凸緣，其將該膜片附接至該閥，該外凸緣界定一凸緣平面；及一可變形腹板，其在該外凸緣及該密封體之間延伸，該可變形腹板包含一具有至少一個盤旋部的聯接板(gusset)，其中該聯接板可變形以便允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動，在該自然組態中該密封體位於該凸緣平面之一第一側上，在該升起組態中該密封體之至少部分位於該凸緣平面之相反側，且其中該至少一個盤旋部朝該自然組態偏壓該密封體。
在一些實施例中，當該密封體處於該自然組態中時，該至少一個盤旋部之表面具有一位於該凸緣平面以及該密封面之間的局部極限。
該聯接板可圍繞該凸緣平面為不對稱。
該聯接板可包含兩個盤旋部。
該聯接板可具有一大體上S形的徑向輪廓。
在該聯接板包含兩個盤旋部的一些實施例中，當該密封體處於該自然組態時，在該等盤旋部之間的交點位於該凸緣平面以及該密封面之間。
該可變形腹板可進一步包含一在該密封體及該聯接板之間的環形溝槽，且該膜片可進一步包括一位於該環形溝槽中的O形環。
該膜片可進一步包括一允許氣體通過該膜片的洩放孔。
該洩放孔可位於該可變形腹板中。在一替代例中，該洩放孔可位於該外凸緣中。
在一些實施例中，該可變形腹板進一步包含至少一個肋狀物，其從該密封體之相反側上的聯接板突出至該密封面並部分圍繞該密封體延伸，使得當該密封體處於一升起組態時，該肋狀物將該聯接板與該閥體隔開並抑制在該聯接板及該閥體之間形成一密封。
該膜片可進一步包括一用於加強該密封體的加強塞。
該加強塞可具有一在垂直於該凸緣平面之方向中至少部分延伸通過該密封體的桿。在某些實施例中，該桿延伸通過該密封體。
在某些實施例中，該加強塞進一步包括一大致上平坦的凸緣，該凸緣對接該密封體並佈置於該密封體之與該密封面相反的側面上。
在一些實施例中，當該密封體處於該自然組態中時，一空隙被設置於該聯接板及該平坦凸緣之徑向周緣之間。
在某些實施例中，該加強塞包含一從該桿徑向突出的掣止，該掣止用於抑制該桿在一遠離該密封面的方向中通過該密封體的移動。
該加強塞可包括一垂懸自該桿的切割邊緣，該切割邊緣在組裝該膜片時通過該密封體之一中心部分切割一孔隙。
在某些實施例中，該外凸緣、可變形腹板及密封體為單體結構。
該外凸緣、腹板及密封體由一熱塑材料模製。該熱塑材料可為Santoprene TM。
該加強塞可由一共聚合物乙醯材料製成。在一些實施例中，該共聚共聚合物乙醯材料可包含一玻璃纖維加強件。
本發明亦提供一種裝配有一如前述由本發明提供之膜片的高壓氣體膜片閥。
本發明亦可提供一種用於一高壓氣體膜片閥的膜片胚料，該膜片包括：一密封體，其界定一抵著該閥之一閥座安裝以關閉該閥的密封面；一外凸緣，其用於將該膜片附接至該閥，該外凸緣界定一凸緣平面；及一可變形腹板，其在該外凸緣及該密封體之間延伸，該可變形腹板包含一具有至少一個盤旋部的聯接板，其中該聯接板可變形以便允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動，在該自然組態中該密封體處於該凸緣平面之一第一側上，在該升起組態中該密封體之至少部分位於該凸緣平面之相反側上，且其中至少一個盤旋部朝該自然組態偏壓該密封體。
本發明亦提供一種組裝一膜片以便使用於一高壓氣體膜片閥中的方法，該方法包括：提供一膜片胚料，其包含一密封體，該密封體界定一抵著該閥之一閥座安裝以封閉該閥的密封面；一用於將該膜片附接至該閥的外凸緣；以及一在該外凸緣及該密封體之間延伸的可變形腹板，該聯接板可變形以允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動；提供一加強塞，其包含一桿以及一從該桿徑向突出的掣止；產生一延伸通過該密封體的孔隙；及使該加強塞通過該孔隙使得該掣止位於該孔隙之外並抵著該密封體。
在其中該膜片胚料包含一中心部的一些實施例中，該方法進一步包括產生該孔隙，其涉及移除該中心部。
在其中該加強塞包含一垂懸自該桿之切割邊緣的一些實施例中，該方法進一步包括利用該切割邊緣以產生該孔隙，同時使該加強塞通過該孔隙。
在此說明書中陳述的所有範圍包含形成所述範圍之上及下邊界的值及在所述邊界之間的子範圍。
本發明現將僅藉由實例且參考附圖來描述。
本發明係關於用於膜片閥中的膜片。圖1為一種適用於本發明之實施例的高壓氣體膜片閥100之一截面視圖。該閥100包含一上外殼102及一下外殼104，其藉由螺釘、螺栓或其他緊固件(未顯示)而被可鬆開的緊固到一起。該閥100具有一入口106及一出口108並在其間界定一流動通道110。
一膜片112定位於該入口106及出口108之間。該膜片112經由一外凸緣114緊固於該上與下外殼102及104之間的適當位置，並包含一經調適以定位於該閥座118上的密封體116。該膜片亦包含一在該凸緣114及密封體116之間延伸的可變形腹板120。
該密封體116界定一抵著該閥100之一閥座118安裝以便關閉該閥的密封面。該外凸緣114界定一凸緣平面，其垂直於圖1所示之截面。該可變形腹板包含一具有至少一個盤旋部的聯接板，並可變形以允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動，在該自然組態中該密封體116處於該凸緣平面之一第一側上，在該升起組態中該密封體116之至少部分位於該凸緣平面之相反側上。該至少一個盤旋部朝該自然組態偏壓該密封體116。
該聯接板之結構連結圖2A到2D而被進一步地詳細說明。然而，從圖1可觀察到，在此實施例中該聯接板具有兩個盤旋部。
因此，該膜片112能實現在封閉以及完全打開位置之間的高提升，這促進通過該流動通道110的高氣體流率。此外，該流動通道110之密封體118能藉由該至少一個盤旋部提供的偏壓而從該升起組態(一打開位置)朝該自然組態(一封閉位置)移動。
該自然組態在無外部負載被施加至該密封體或可變形腹板120時或在該等外部負載處於平衡時對應於該密封體116相對於該外凸緣114的位置。
在圖1中，該膜片112被顯示為該密封面抵著該閥座118安裝以防止流體流經該流動通道110。利用處於此位置的密封體116，該膜片112呈現一種靜止組態，其中該密封體116在一朝該凸緣平面的方向中從該自然組態輕微位移。在該靜止組態中，該聯接板提供一將該密封面壓抵於該閥座118的偏壓力。這允許該膜片112在該膜片112經受微小的暫態壓力差時維持該密封體於該靜止位置，以便補償製造容差以及其他影響密封品質的因素。
該膜片112亦具有一變形組態，其中該可變形腹板120變形且該密封體116被升離該閥座118，允許流體在該入口106及出口108之間流動。該膜片112之變形組態呈現於當不均勻力藉由例如該膜片112之上或之下的壓力差而被施加至該膜片112時。
該閥100亦包含一在該頂外殼102中的開口122，其可用於導入或釋放氣體(空氣)以便選擇性維持一在該膜片112之上或之下的均等壓力(允許該膜片112維持其靜止組態並封閉該閥100)或產生一在該膜片之上或之下的壓力差(造成該膜片112呈現變形組態並打開該閥100)。舉例來說，在該開口122內的氣體壓力可相對於在該閥座之入口側106上的流動通道110內之壓力下降，造成該密封體116從該閥座118提升並允許氣體流經該流動通道110。
根據本發明的膜片當然亦可用於替代上述結構之結構的閥。
經組裝膜片
圖2A到2D提供一適用於上述膜片閥100的膜片200之一第一實施例的各種視圖。如上述，該膜片200包含一凸緣202、一密封體204及一在該凸緣202及密封體204之間延伸的可變形腹板206。
膜片200亦包含一定位於該腹板206中的洩放孔208。在使用中，該洩放孔208允許流體流經該腹板206以允許在該膜片200之上及之下的壓力被調整。
該膜片200進一步包含一形成於該腹板206之一頂側上的肋狀物210。可看到的係該肋狀物210基本上為環形，然而不圍繞該腹板206延伸整個距離。相反，該肋狀物210在該洩放孔208附近中斷，並部分圍繞該密封體204延伸。雖然該肋狀物210之精確尺寸取決於該膜片之預期用途，但本實施例之肋狀物210大約為1 mm高。在圖3G中可看到該肋狀物從該膜片200之本體漸縮並在其尖峰為大約1 mm寬。
當該膜片200被安裝於一閥中且在使用中時，該肋狀物210防止該膜片200在該膜片200藉由向上變形而打開時與該閥體形成一密封。若沒有此一肋狀物210，一密封可能形成，使得難以調整在該膜片200之上及之下的壓力以打開/關閉該閥100。
在使用中，該凸緣202被使用以便將該膜片200緊固於該閥100中的適當位置。該外凸緣202被夾合在該閥100之上外殼102及下外殼104之間，將該膜片200於其周緣緊固並將該密封體204及可變形腹板206支撐於該閥體內。該密封體204界定一閥封閉部件，其經配置以便在該閥被關閉時接觸並抵著該閥之閥座118密封。
該膜片200之密封體204及凸緣202兩者可根據先前熟知的膜片設計並發揮與之相似的功能。確實可設想的係本發明之一膜片可替代或替換一習知膜片閥中的先前技術之膜片使用，而不需該閥的任何調適。
為維持抵於該閥座的充分密封而不變形，理想的係該密封體204相對剛性。為幫助實現該理想剛性，且在此特定實施例中，該膜片200裝配有一大致上由212指示的加強總成。該加強總成包含一通過該密封體204之中心308的塞214、一外O形環216及一內O形環218。該內O形環218在該密封體204及該加強總成之間提供一額外密封。
該可變形腹板206進一步包含一形成於該密封體及該聯接板之間的環形溝槽。該外O形環216位於該環形溝槽中。該外O形環216在該密封體204朝該靜止組態移動時向該聯接板提供支撐。此外，該外O形環216在該密封體204朝該靜止組態移動時吸收能量，並最小化該密封體204在接觸該閥座時的彈跳。
該膜片200與該加強總成212的組裝將被進一步描述於下。
膜片胚料
圖3A到3G顯示一種膜片胚料300，膜片200可由其製成。可看到的係該膜片胚料300被預先形成有界定一凸緣平面的凸緣202、一密封體204及一可變形腹板206。該可變形腹板206包含一聯接板302，其包含一對盤旋部322、324。
在此實施例中，該膜片胚料300亦包含一洩放孔208，且該可變形腹板206包含一肋狀物210。
此外，且為促進該膜片胚料300與一如下述之加強塞214的組裝，該膜片胚料包含一中心部308，該中心部308在組裝時從該胚料300移除。該胚料300進一步具有一下肩狀物310、一上肩狀物312及一倒角314，該內O形環218可抵著該倒角314定位。該對盤旋部形成一波紋316使得該聯接板具有一大體上S形的徑向輪廓。
該膜片200之可變形腹板206現將參考圖3E而被進一步詳細描述。通常而言，且在此特定實施例中，該可變形腹板206包含一可被變形以允許該密封體204垂直於該膜片之總平面(即如果該膜片定向如圖2D所示則為上下)而移動的聯接板302。
在所顯示的具體實施例中，且在該膜片胚料300(以及由該胚料300形成的膜片)之自然組態中，該凸緣202延伸進入至一下半徑318中，該下半徑318繼而延伸進入至一上半徑320中。該下半徑318及上半徑320使得聯接板302(處於其自然組態)分別形成徑向的外盤旋部322及內盤旋部324並向該聯接板302提供大體上為S形的徑向輪廓。
利用朝其自然組態(如圖3D所示)的偏壓力，該可變形腹板206將該密封體204推向一關閉位置(即將關閉其中安裝有該膜片的閥之位置)。然而，在不平衡的壓力下(且如圖5所示)，該聯接板302之下半徑318及上半徑320變形以便從該閥座移開該密封體204因而打開該閥。
該聯接板302之精確形式及組態將取決於該膜片200所需之設計及性能參數。一僅需從該閥座移開一較短距離至其完全打開位置的膜片可能僅需一相對較淺的聯接板302。如果需要更大的打開行程，所顯示之S形輪廓係適當的。該對盤旋部提供將在該膜片200之所有區域經受的相對均勻之應力條件。此繼而增大該膜片200之壽命。
如將會自該等圖式瞭解，該對盤旋部322、324在相反的方向中凹下。徑向的外盤旋部322在一遠離該密封面的方向中凹下，而徑向的內盤旋部324在一朝該密封面的方向中凹下。此外，盤旋部322、324形成圍繞該密封體204的環形溝槽或通道。
當該膜片200處於其自然組態中時，徑向的外盤旋部322具有一位於該凸緣平面及該密封面之間的局部極限。因此，該局部極限形成一在該徑向外盤旋部322內為離該凸緣平面之一最大距離的圓圈。與之相似，在此實施例中，當該膜片200處於其自然組態中時，該徑向內盤旋部324具有一亦位於該凸緣平面及密封體之間的局部極限。因此，該局部極限形成一在該徑向內盤旋部324內為離該凸緣平面之一最小距離的圓圈。
在圖3A到3G所顯示的該等實施例中，當該膜片胚料300處於其自然組態中時，該徑向外盤旋部322具有一圍繞該密封體204環形延伸的凹下通道之形狀。該徑向外盤旋部322之凹下中心圍繞一與該密封體204同心的圓圈延伸。從該凸緣平面到該圓圈的距離大約為從該凸緣平面到該密封體的距離的四分之一。
此外，在圖3A到3G所示的實施例中，當該膜片胚料300處於其自然組態中時，該徑向內盤旋部324亦具有一圍繞該密封體204環形延伸的凹下通道之形狀(其一凹下方向與該徑向外盤旋部322之凹下方向相反)。該徑向內盤旋部324之凹下中心亦圍繞一與該密封體204同心的圓圈延伸。在此實施例中，包含該徑向內盤旋部324之凹下中心的圓圈在包含該徑向外盤旋部322之凹下中心的圓圈以及該密封面之間。
此外，且如上述，在該可變形腹板206中的材料之具體厚度以及該聯接板302之形狀亦將取決於諸如所需之撓性度、所需之強度及耐久度、在使用中該膜片將經受的壓力以及所需之移動度的最終用途因素。
圖3F為具有以mm指示之各種尺寸及測量值的膜片胚料300之視圖。在圖3F中，該膜片胚料300處於其自然組態中。提供於圖3F中的該等測量值係用於一具體而言用於一Goyen RCAC20系列閥的膜片。將理解的係，且如上述，任何特定膜片之尺寸將取決於該閥將會使用之膜片的尺寸及操作參數(例如壓力、溫度等)。因此，應理解圖3F所示之尺寸僅藉由非限制實例之方式。
在此特定實施例中，該膜片胚料300之外凸緣、可變形腹板及密封體為一件式單體結構。在此實施例中，該膜片胚料300由熱塑彈性體構成，例如以商標Santoprene出售的熱塑彈性體。當然，在一些替代實施例中亦可使用替代材料，應注意當選擇諸如該腹板中之厚度及半徑的膜片參數時，所選材料之屬性(如撓性等等)必須考慮在內。
為一種熱塑材料的Santoprene在高壓及高溫的條件下將可模製。可設想的係個別膜片胚料可在超過180℃的溫度下在多個模穴中射出成型以便使該等盤旋部及/或其他能撓曲之形成件成形。
加強總成
為製造膜片200，該膜片胚料300具有一加強總成212以確保該密封體204在使用時不會過分變形。
在本實施例中該加強總成包含一如圖4A到4D所示的加強塞214。該加強塞214具有一頂帽區段並包含一桿402、一基部404及一大致上平坦凸緣406。在本實施例中該桿402為正圓柱體之形式。
該加強塞214亦具有一掣止408，其當裝配至該膜片胚料300，防止該塞214從該胚料300脫離。此外，該塞214之直徑相對大於該中心孔308之直徑，當組裝時提供該塞214及胚料300之間的干涉配合。在此情況下該掣止408被設置於該桿402上並包含環形肋狀物，該肋狀物具有一徑向向外延伸並遠離該塞214之基部404的傾斜面410。該傾斜面410終止於一大致上垂直於該桿402之縱軸延伸的肩狀物412中。
本實施例之加強塞214亦具有一垂懸自該桿402的切割邊緣414。
該加強塞214可由一共聚合物乙醯材料射出成型。
膜片之組裝
為了自該膜片胚料300及該加強總成212製成該膜片200，該膜片胚料300之中心部308被移除且該加強塞214通過所產生的孔隙。隨著該塞214通過該孔隙，該掣止408之傾斜面410利用該塞214通過該胚料300的前進徑向向外驅動該膜片胚料300之相鄰材料直到該掣止408完全通過該胚料300且該肩狀物412對接設置於該膜片胚料300之底側上的互補肩狀物310。
為進一步加強該密封體204，且如圖2D所示，外及內O形環216及218可被設置於該塞214之凸緣406的底側以及該膜片200之密封體204之頂側之間。明確而言，該外O形環216定位於圍繞該密封體且在該凸緣406之下的環形溝槽中。該內O形環218定位於該凸緣406之底側以及該倒角314之傾斜面之間，並圍繞該桿402。
若需要，該胚料300之中心部308可利用一切割工具或衝頭切掉或衝出。或者，該加強塞214自身可提供該切割邊緣，其使用切割邊緣414。在此情況下，該胚料300之中心部308可僅藉由將該切割邊緣414推抵著該膜片胚料300之中心部308而被移除，這將該中心部308從該胚料300切斷並允許該加強塞213通過該孔隙，如上述。
技術熟練者將瞭解的係，為形成一用於一膜片閥的有效膜片，必要的係該加強塞214與該膜片胚料300密封接合以便防止流體在該塞214及該膜片胚料300之間通過。然而，歸因於該膜片閥可能使用的環境，諸如熔融及/或加熱的處理或者黏接劑的使用可能不適合。
在本實施例中，該塞214及該膜片胚料300可被適當定大小使得該塞214之凸緣406之底側被推抵著該膜片胚料300之對應肩狀物312，且該掣止408之肩狀物412被推抵著該胚料300之表面310。這在至少兩個位置提供該胚料300及塞214之間的密封接合。
在本實施例中，提供具有用於移除該膜片胚料300之中心部308的切割邊緣414之塞214可提供一些優點：
(i)　無需機器加工以提供該塞214延伸所通過的孔隙，藉此取消具有正確容差且完成之孔隙被形成為一模製後處理之部分的必要性。
(ii)　過量材料之移除、該塞214延伸通過之孔隙的形成、該塞214之插入以及該塞214相對於該胚料300的緊固全部在將該塞推抵著並通過該胚料300之中心部308的單一步驟中實現。
(iii)　該塞214及胚料300之間的密封接合僅經由該塞214及胚料以及該內O形環218之間的裝配提供。
歸因於製造循環時間的減少，這些優點可顯著降低成本，同時亦可提供一種兩件式膜片，其中該兩個零件被密封接合以便防止流體在其之間通過。
在此應注意，雖然對於一些膜片來說適當的係提供具有一切割邊緣414的塞214且以上述方式組裝該胚料300及塞214，但這可能不適用於所有情況。舉例來說，對於更大的膜片，該切割邊緣414對圍繞該膜片及通過該閥的氣流具有一不利影響。在此等情況下一不具有切割邊緣的塞(如下述該等實施例所顯示及描述)以及藉由其他方式移除該膜片之中心部308更為恰當。
因此，一膜片可藉由如下方式組裝：
‧　提供一膜片胚料，其包含界定一用於抵著該閥之一閥座安裝以便關閉該閥之密封面的密封體；一用於將該膜片附接至該閥的外凸緣；以及一在該外凸緣及該密封體之間延伸的可變形腹板，該聯接板可變形以便允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動；
‧　提供一加強塞，其包含一桿以及一從該桿徑向突起的掣止；
‧　產生一延伸通過該密封體的孔隙；及
‧　使該加強塞通過該孔隙使得該掣止位於該孔隙之外並抵著該密封體。
安裝與使用
圖5提供一安裝有膜片200的閥500之一剖面視圖。在圖5中，該膜片200被顯示處於一種變形組態中且該閥500打開。這與圖1所示的膜片112相反，在圖1中該膜片112處於一靜止狀態且該閥100關閉。
如上述，該膜片200之凸緣202被夾合在該閥500之上外殼502及下外殼504之間，藉由其外凸緣附接該膜片200並將該密封體204及該可變形腹板206支撐於該閥體內。
當處於靜止組態(圖1顯示其一實例)中時，該膜片200之定向使得該密封體204接觸並抵著該閥之閥座518密封。在此組態下該閥500關閉。
然而，在不平衡的壓力下，如圖5所示，該聯接板302之下半徑318及上半徑320變形以便從該閥座移開該密封體204藉此打開該閥。亦可看到，在該升起組態中該膜片200之肋狀物210接觸該閥500之上外殼502，這最小化該膜片「粘滯」於定位的可能性(即促進建立均等壓力及該閥500之封閉)。
材料
雖然在一些情況下Santoprene TM係一種製造該膜片胚料300的適當材料，但當然可使用替代材料。在決定材料之類型時，理想的物理、化學及機械特性須被考慮。這些特性將取決於所討論之膜片的設計及性能參數。可設想的係對於多數應用來說如下之機械及物理特性係適當的：
‧　疲勞性質(S/N)大於或等於在1.0×106循環之1.0 MPa疲勞負載，較佳的係大於或等於在5.0×106循環之1.0 MPa疲勞負載，且更佳的係大於或等於在10.0×106循環之1.0 MPa疲勞負載；
‧　在100 MPa到150 MPa範圍內的撓曲模數；
‧　較低的吸水性；
‧　小於或等於-40℃的脆性轉移溫度；及
‧　大於或等於80℃的熱變形溫度。
將被瞭解的係，該膜片200之可變形腹板206的盤旋部的提供促進該膜片200之撓曲。本發明人發現具有一如圖示之S形輪廓的可變形腹板之膜片可耐受超過1,000,000個循環而不出現對於該膜片之功能之明顯的任何劣變徵兆。此外，構成膜片200之材料的彈性以及該可變形腹板206之形狀使得該膜片200可在不具有一復位彈簧的情況下被使用於大多數應用中，該彈簧係用於在該閥將被關閉時抵著該閥座偏壓該膜片。
有利的係，Santoprene TM對一較大範圍的化學物質具有抗性，使得其適於用於一較廣之應用範圍的膜片中。因此，由Santoprene構成的膜片適用於大範圍之應用。這包含需要高純度的應用，例如食品及藥品工業，其中該等閥組件材料須滿足法規要求。這亦包含其中該膜片需在一溫度範圍內(例如大約-40℃到80℃之間)有效發揮功效的應用。
圖6A到6D，以及圖7A到7D各者提供圖2之膜片200之一替代實施例的實例。然而，將瞭解的係許多其他替代實施例亦可被提供。由於膜片600及700共用膜片200之類似特徵，用於膜片200的參考標號亦被對應特徵採用。
各個膜片600及700包含一凸緣202、一密封體204、一在該凸緣202及密封體204之間延伸的可變形腹板206以及一加強總成212。
在圖6A到6D所示的膜片600中，該洩放孔208位於該可變形腹板206中(雖然根據上述膜片200，處於該腹板206之下半徑318而非上半徑320處)。在圖7A到7D的膜片700中，該洩放孔208位於凸緣202中。此外，可觀察到的係膜片600或700之塞214皆不具有一切割邊緣。
膜片700與膜片200及600的稍微不同在於該外凸緣202之外周形狀基本上為方形，且具有複數個安裝孔隙702，該等孔隙702係亦用於將該膜片700緊固於一閥體中的適當位置。
圖6D係一處於其自然組態中的膜片胚料602，膜片600由該胚料602製成。圖6D標有各種測量值(以mm計)。這些測量值係用於一具體而言用於Goyen RCAC25系列閥的膜片600，且僅藉由非限制實例之方式提供。
圖7D係一處於其自然組態中的膜片胚料704，膜片700由該胚料704製成。圖7D標有各種測量值(以mm計)。這些測量值係用於一具體而言用於Goyen CAC25FH3X或RCAC25FH3X系列閥的膜片700，且僅藉由非限制實例之方式提供。
如上述，上述以及提供於此說明書之各個圖式中的尺寸及測量值僅藉由非限制實例的方式提供，且根據將使用該膜片的閥之具體細節而不同。舉例來說，在製造一根據本發明原理之膜片時需考慮的包含：
‧　該膜片之凸緣及密封體之間的距離須與將使用該膜片的閥之尺寸相容；
‧　該可變形腹板部之半徑/長度以及構成該膜片的材料之撓性(以及下述該材料之厚度)須使該密封體能在該閥之操作壓力下位移一足夠的距離；
‧　構成該膜片的材料之厚度須根據該閥之操作壓力而選擇。如果該材料過厚，該膜片之撓性可能不足以允許打開及關閉該閥，然而，如果該材料過薄，這膜片將不耐久；
‧　該洩放孔之直徑須恰當以便允許適當數量的流體流經該洩放孔。
‧　該上半徑318及下半徑320之大小以及/或該等盤旋部322及324的長度(連同該材料自身之撓性)亦重要，因為這些將決定該腹板206在使用中將變形/展開的範圍，以及因此該密封體204能移動的範圍；
應理解揭示及界定於此說明書中的發明延伸至在該等文字或圖式中提到或基於其而變得明顯的該等個別特徵之兩者或更多者的所有替代組合。所有這些不同的組合構成本發明的各種替代態樣。
100．．．高壓氣體膜片閥
102．．．上外殼
104‧‧‧下外殼
106‧‧‧入口
108‧‧‧出口
110‧‧‧流動通道
112‧‧‧膜片
114‧‧‧外凸緣
116‧‧‧密封體
118‧‧‧閥座
120‧‧‧可變形腹板
122‧‧‧開口
200‧‧‧膜片
202‧‧‧凸緣
204‧‧‧密封體
206‧‧‧可變形腹板
208‧‧‧洩放孔
210‧‧‧肋狀物
212‧‧‧加強總成
214‧‧‧加強塞
218‧‧‧內O形環
300‧‧‧膜片胚料
302‧‧‧聯接板
308‧‧‧中心部
310‧‧‧肩狀物
312‧‧‧上肩狀物
314‧‧‧倒角
316‧‧‧波紋
318‧‧‧下半徑
320‧‧‧上半徑
322‧‧‧盤旋部
324‧‧‧盤旋部
402‧‧‧桿
404‧‧‧基部
406‧‧‧平坦凸緣
408‧‧‧掣止
410‧‧‧傾斜面
412‧‧‧肩狀物
414‧‧‧切割邊緣
500‧‧‧閥
502‧‧‧上外殼
504‧‧‧下外殼
518‧‧‧閥座
600‧‧‧膜片
700‧‧‧膜片
702‧‧‧安裝孔隙
圖1為一種膜片閥之一截面視圖，其安裝有根據本發明之一實施例的膜片，該膜片處於一靜止狀態；
圖2A為一根據本發明之一第一實施例的膜片之一俯視透視圖；
圖2B為圖2A之膜片之一仰視透視圖；
圖2C為圖2A之膜片之一平面圖；
圖2D為圖2A之膜片沿著圖2C之直線2D-2D所取得的截面視圖，該膜片處於一自然組態；
圖3A為一膜片胚料之一俯視透視圖，圖2之膜片可由其組裝；
圖3B為圖3A之膜片胚料之一仰視透視圖；
圖3C為圖3A之膜片胚料之一平面圖；
圖3D為圖3A之膜片胚料沿著直線3D-3D所取得的截面視圖；
圖3E為圖3D的膜片胚料之標記為3E的區域之一視圖，其中該可變形腹板處於一自然組態；
圖3F為對應於圖3C的部分截面圖，其中各種膜片參數藉由非限制實例的方式顯示；
圖3G為圖3B的膜片胚料之標記為3G的區域之一視圖，其中各種膜片參數藉由非限制實例之方式顯示；
圖4A為一用於圖3之膜片胚料的加強塞之一俯視透視圖；
圖4B為圖4A之加強塞之一仰視透視圖；
圖4C為圖4A之加強塞之一平面圖；
圖4D為圖4A之加強塞沿著圖4C之直線4D-4D所取得的截面視圖；
圖5為根據圖1的膜片閥之一截面視圖，其中該膜片之密封體處於一升起組態；
圖6A為一根據本發明之一第二實施例的膜片之一透視圖；
圖6B為圖6A之膜片之一平面圖；
圖6C為圖6A及6B之膜片沿著圖6B中之直線6C-6C所取得的截面視圖；
圖6D為一膜片胚料之部分截面，圖6A之膜片可由該胚料製成，其中各種膜片參數藉由非限制實例之方式顯示；
圖7A為一根據本發明之一第三實施例的膜片之一透視圖；
圖7B為圖7A之膜片之一平面圖；及
圖7C為圖7A及7B之膜片沿著圖7B之直線7C-7C所取得的截面視圖；及
圖7D為一膜片胚料之部分截面，圖7A之膜片可由該胚料製成，各種膜片參數藉由非限制實例之方式顯示。
100．．．高壓氣體膜片閥
102．．．上外殼
104．．．下外殼
106．．．入口
108．．．出口
110．．．流動通道
114．．．外凸緣
116．．．密封體
118．．．閥座
120．．．可變形腹板
122．．．開口

Claims (21)

  1. 一種用於一高壓氣體膜片閥的膜片，該膜片包括：一密封體，其界定一用於抵著該閥之一閥座安裝以關閉該閥的密封面；一外凸緣，其用於將該膜片附接至該閥，該外凸緣界定一凸緣平面；一可變形腹板，其在該外凸緣及該密封體之間延伸，該可變形腹板包含一具有至少一個盤旋部的聯接板，該可變形腹板進一步包含一在該密封體及該聯接板之間的環形溝槽；及一位於該該密封體及該聯接板之間的該環形溝槽中的O形環；該聯接板可變形以便允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動，在該自然組態中該密封體位於該凸緣平面之一第一側上，在該升起組態中該密封體之至少部分位於該凸緣平面之相反側上，且該至少一個盤旋部朝該自然組態偏壓該密封體。
  2. 如請求項1的膜片，其中當該密封體處於該自然組態中時，該至少一個盤旋部之表面具有一位於該凸緣平面及該密封面之間的局部極限。
  3. 如請求項1的膜片，其中該聯接板包含兩個盤旋部。
  4. 如請求項3的膜片，其中該聯接板具有一大體上為S形的徑向輪廓。
  5. 如請求項3或4的膜片，其中當該密封體處於該自然組態 中時，該等盤旋部之間的相交處位於該凸緣平面及密封面之間。
  6. 如請求項1的膜片，其進一步包括一允許氣體通過該膜片的洩放孔。
  7. 如請求項6的膜片，其中該洩放孔位於該可變形腹板中。
  8. 如請求項6的膜片，其中該洩放孔位於該外凸緣中。
  9. 如請求項1的膜片，其中該可變形腹板進一步包括至少一個肋狀物，該肋狀物從該密封體之相反側上的該聯接板突出至該密封面並部分地圍繞該密封體延伸，其中當該密封體處於一升起組態中時，該肋狀物將該聯接板與該閥體隔開並抑制一在該聯接板及該閥體之間的密封的形成。
  10. 如請求項1的膜片，其進一步包括一用於加強該密封體的加強塞。
  11. 如請求項10的膜片，其中該加強塞具有一在一垂直於該凸緣平面的方向中至少部分延伸通過該密封體的桿。
  12. 如請求項11的膜片，其中該桿延伸通過該密封體。
  13. 如請求項10至12中任一項的膜片，其中該加強塞進一步包括一大致上平坦的凸緣，該凸緣對接該密封體並被佈置於該密封體之與該密封面相反的側面上。
  14. 如請求項13的膜片，其中當該密封體處於該自然組態中時，一間隙被設置於該聯接板及該平坦凸緣之徑向周邊緣之間。
  15. 如請求項12的膜片，其中該加強塞包含一從該桿徑向突出的掣止，該掣止用於抑制該桿在一遠離該密封面的方向中通過該密封體的移動。
  16. 如請求項12的膜片，其中該加強塞包括一垂懸自該桿的切割邊緣，在組裝該膜片時，該切割邊緣通過該密封體之一中心部切割出一孔隙。
  17. 如請求項1的膜片，其中該外凸緣、可變形腹板及密封體為單體結構。
  18. 如請求項1的膜片，其中該外凸緣、腹板及密封體由一熱塑材料模製成。
  19. 如請求項13的膜片，其中該加強塞由一共聚合物乙醯材料製成。
  20. 一種高壓氣體膜片閥，其裝配有一如請求項1至19中任一項的膜片。
  21. 一種用於一高壓氣體膜片閥的膜片，該膜片包括：一密封體，其界定一用於抵著該閥之一閥座安裝以關閉該閥的密封面；一外凸緣，其用於將該膜片附接至該閥，該外凸緣界定一凸緣平面；一可變形腹板，其在該外凸緣及該密封體之間延伸，該可變形腹板包含一具有至少一個盤旋部的聯接板，該可變形腹板進一步包含至少一由該密封體之相反側上的該聯接板突伸至該密封面，並且沿一大致環形線至少部分的圍繞該密封體而環繞延伸的大致環形肋狀物；及 一洩放孔，用以使氣體可穿透該膜片，該洩放孔係與該至少一肋狀物沿著該大致環形線對齊而設置；該聯接板係可變形以便允許該密封體在一自然組態以及一升起組態之間移動，在該自然組態中該密封體位於該凸緣平面之一第一側上，在該升起組態中該密封體之至少部分位於該凸緣平面之相反側上，且該至少一個盤旋部朝該自然組態偏壓該密封體；及該肋狀物，在該密封體係位於該升起組態時，將該聯接板間隔分開於該閥體，以抑制在該聯接板及該閥體之間形成一密封。
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