TWI620901B - Exhaust pressure and exhaust flow controller - Google Patents

Abstract

本發明之課題，其目的在於提供一種控制排氣壓力、排氣流量的控制器，為具有高反應性及控制性，小型且耐蝕性、耐久性優秀的排氣壓力及排氣流量控制器。

本發明的解決手段，係使用以下要素來構成排氣壓力控制器，閥體，其具備有貫通流路、及致動器，其配置於上述貫通流路內，並具有：膨脹構件及包含上述膨脹構件所形成的氣密空洞、以及供、排氣控制手段，其對上述膨脹構件的氣密空洞內供給或排放控制用氣體，藉此使上述致動器的外徑增大或是減少，來使上述貫通流路的流路斷面積變化。

Description

排氣壓力及排氣流量控制器

本發明，是關於用以控制局部排氣裝置、乾燥機等之排氣壓力及排氣流量的排氣壓力及流量控制器。

通常，於各種研究所、半導體製造工場、化學工場等，為了防止有害氣體或臭氣等的擴散，因而設有通風室(draft chamber)等的局部排氣裝置。

該局部排氣裝置，一般來說，是使用設置在導風管下游側的風扇，並從抽風罩來抽吸有害氣體。從抽風罩所吸引的有害氣體，進行了無公害處理之後，透過導風管送抵風扇，再從設置在風扇下游側的排氣導風管排出於大氣中。在如此之局部排氣裝置的導風管中，其中通常安裝著用來控制排氣壓力的節風門(damper)。

第15圖，是顯示以往之局部排氣裝置之一例的構成圖。第15圖中，符號801為抽風罩。抽風罩801，是經由導風管803a、803b而連接於風扇805的抽吸側。於風扇805的排出側，連接有排氣導風管807。介於導風管803a與803b之間，安裝有節風門900。符號901 是構成節風門900的殼體，其兩端開口部，係分別與導風管803a、803b之一端氣密地連接。

第16圖，是顯示以往之節風門900之一例的構成圖。第16圖中，符號901為兩端開口之筒狀的殼體，於該筒內，圓盤狀的閥盤903安裝成可沿繞著閥軸904進行旋動。閥盤903，是藉由致動器905所旋動。閥的開度係對應閥盤903的旋動而變化。藉由閥的開度來調整接連於殼體901之導風管的排氣壓力、排氣流量。亦即，欲下降排氣壓力時(欲增大負壓時)可使閥盤903旋動來擴寬導風管內的流路，欲上升排氣壓力時(欲減少負壓時)可使閥盤903旋動來縮窄導風管內的流路。同樣地欲增加排氣流量時，可使閥盤903旋動使導風管內之流路增寬，要減少排氣流量時，可使閥盤903旋動來縮窄導風管內的流路。

於專利文獻1，記載有使用如此之節風門所構成的流量控制閥。但該節風門，具有以下所記載的問題。

排氣壓力、排氣流量，是藉由閥盤的旋動來調整所形成之閥盤與殼體的間隙。相對於間隙些許的變化，由於調整量的變動較大，所以並不易求得利用壓力感測器或流量計的回饋控制時之PID等的控制係數。此外，依條件，閥盤的旋動並不會收斂而穩定，其實際值會在所設定的壓力值或是流量值的前後持續變動。

又，為了使閥盤旋轉，故在殼體外部必須有致動器，而導致節風門裝置的大型化、重量化。並且由於 具有滑動部，所以有時會缺乏耐久性。再者，在為了使閥盤的旋轉角度能夠由致動器進行細微控制而構成的情形時，會使節風門裝置成為高價。

於專利文獻2，揭示有使用利用膨脹而使內徑變化之橡膠膨脹閥的排氣壓力、流量控制器。該排氣壓力、流量控制器由於沒有滑動部，所以耐久性較高。但是，在接連於大口徑的導風管時，橡膠膨脹閥之橡膠部的面積過大，造成難以將裝置大型化，並且難以將橡膠部保持於裝置內。再者，由於橡膠部的膨脹及收縮，亦即在閥的開閉時所需要之控制用氣體的體積變大，所以易使得閥的反應性降低。因此，排氣壓力及排氣流量的細微控制變得困難。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2009-31866號公報

[專利文獻2]日本特開2012-53530號公報

本發明，其目的在於提供一種控制排氣壓力、排氣流量的控制器，為具有高反應性及控制性，小型且耐蝕性、耐久性優秀的排氣壓力及排氣流量控制器。

本發明者，思及將外徑變化的致動器使用在排氣壓力及流量控制器的閥上。若使用此致動器，即使連接於大口徑的導風管之情形時也可以使裝置小型化。並且，由於可以縮小橡膠部的面積，故可以提高閥的反應性。再者，發現到能夠精度良好地控制節風門，並由於沒有滑動部，故耐蝕性、耐久性亦優秀，進而完成本發明。

用以達成上述目的之本發明，為以下所記載者。

[1]一種排氣壓力及排氣流量控制器，其特徵在於，具有：閥體，其具備有貫通流路、及致動器，其配置於上述貫通流路內，並具有：膨脹構件和包含上述膨脹構件所形成的氣密空洞、以及供、排氣控制手段，其對上述氣密空洞內供給或排放控制用氣體，藉此使上述致動器的外徑增大或是減少，來使上述貫通流路的流路斷面積變化。

[2]如[1]所述的排氣壓力及排氣流量控制器，其中，上述致動器，具有：膨脹構件，其為兩端開口之筒狀、以及芯部構件，其被插入於上述膨脹構件的筒內，並且將上述膨脹構件之各端予以密封地安裝。

[3]如[2]所述的排氣壓力及排氣流量控制器， 其中，上述芯部構件，是由：將上述膨脹構件的一端予以密封而安裝的構件A、以及將上述膨脹構件的另一端予以密封而安裝的構件B所構成，構件A與構件B是以使彼此的距離拉遠之方式所彈推著的芯部構件。

[4]如[1]所述的排氣壓力及排氣流量控制器，其中，更具備有環狀的孔口，該環狀的孔口，是使上述貫通流路的流路方向與其軸心呈平行地插入於上述貫通流路內。

本發明之排氣壓力及排氣流量控制器(以下，亦稱為「本排氣壓力及排氣流量控制器」)是能夠精度良好地進行節風門控制，由於沒有滑動部，所以耐久性、耐蝕性優秀。又，本排氣壓力及排氣流量控制器，即使在具有大的貫通流路之情形時仍易於提升反應速度。

100‧‧‧排氣壓力及排氣流量控制器

10、110、210、310‧‧‧閥

11、111‧‧‧閥體

13、113‧‧‧貫通流路

15、115‧‧‧固定具

17、117‧‧‧螺絲

20、120、220、320‧‧‧致動器

21、121a、121b‧‧‧芯部構件

22a、22b、122a、122b‧‧‧斂緊構件

23、123‧‧‧膨脹構件

23a、123a‧‧‧膨脹構件的一端

23b、123b‧‧‧膨脹構件的另一端

124‧‧‧彈簧

25、125‧‧‧控制用氣體供、排氣路

226‧‧‧孔口

27、127‧‧‧連接口

29、129‧‧‧氣密空洞

31‧‧‧供、排氣控制器

33‧‧‧氣體供給管

35‧‧‧控制用氣體供、排氣管

500‧‧‧局部排氣裝置

501‧‧‧抽風罩

503a、503b‧‧‧導風管

505‧‧‧風扇

507‧‧‧排氣導風管

800‧‧‧局部排氣裝置

801‧‧‧抽風罩

803a、803b‧‧‧導風管

805‧‧‧風扇

807‧‧‧排氣導風管

900‧‧‧節風門

901‧‧‧殼體

903‧‧‧閥盤

904‧‧‧閥軸

905‧‧‧致動器

第1圖，是顯示閥之內部構造之一例的說明圖。

第2圖，是顯示沿著第1圖之A1-A2之面的斷面圖。

第3圖，是顯示第1圖之膨脹構件在膨脹後之閥的內 部構造的說明圖。

第4圖，是顯示沿著第3圖之B1-B2之面的斷面圖。

第5圖，是顯示本排氣壓力及排氣流量控制器之一構成例的說明圖。

第6圖，是模式性地顯示於第1圖中之貫通流路內之氣體的流動的說明圖。

第7圖，是模式性地顯示於第3圖中之貫通流路內之氣體的流動的說明圖。

第8圖，是顯示閥的內部構造之其他例的說明圖。

第9圖，是顯示閥的內部構造之另外其他例的說明圖。

第10圖，是顯示第9圖之膨脹構件在膨脹後時之閥的內部構造的說明圖。

第11圖，是顯示閥的內部構造之另外其他例的說明圖。

第12圖，是顯示第11圖之膨脹構件在膨脹後時之閥的內部構造的說明圖。

第13圖(a)~(c)，是分別顯示孔口之形態之一例的說明圖。

第14圖，是顯示組裝有本發明之排氣壓力及排氣流量控制器所構成之局部排氣裝置之一例的構成圖。

第15圖，是顯示以往之局部排氣裝置之一例的構成圖。

第16圖，是顯示以往之節風門之一構成例的構成 圖。

以下，舉兩個實施形態來詳細說明本發明。

<第1實施形態>

第5圖是顯示本發明之排氣壓力及排氣流量控制器之一構成例的說明圖。在第5圖中，符號100為排氣壓力及排氣流量控制器為。排氣壓力及排氣流量控制器100，是由閥10以及控制該閥的供、排氣控制器31所構成。

閥10，是由形成貫通流路13的閥體11、以及配置於上述貫通流路13內的致動器20所構成。

閥體11為兩端呈開口的筒狀(於第1圖中為圓筒形狀)，並被安裝在沒有圖示出的導風管中。致動器20，是由筒狀的膨脹構件23、以及插入於膨脹構件23之筒內的芯部構件21所構成。

於供、排氣控制器31，係連接有氣體供給管33的一端。氣體供給管33的另一端係連接於壓力源(沒有圖示出)。於供、排氣控制器31，亦連接有控制用氣體供、排氣管35的一端，控制用氣體供、排氣管35的另一端為連接於致動器20側(於後述之)。

第1圖，是顯示閥10之內部構造之一構成例的說明圖。於圓筒形狀之閥體11內形成有貫通流路13。於貫通流路13內，藉由螺絲17使致動器20固定於固定 具15。

致動器20，是由兩端呈開口之筒狀的膨脹構件23、以及插入在該膨脹構件23之筒內的芯部構件21所構成。膨脹構件23的一端23a與另一端23b，係分別在藉由斂緊構件22a、22b所密封的狀態下被安裝於芯部構件21。藉此，在芯部構件21與膨脹構件23之間形成氣密空洞29。於芯部構件21形成有控制用氣體供、排氣路25，並經由連接口27而與控制用氣體供、排氣管35的一端連接。

其次，說明該排氣壓力及排氣流量控制器100的動作。第2圖，是顯示沿著第1圖之A1-A2線之面的斷面圖。第2圖，是尚未對氣密空洞29內供給控制用氣體的狀態。於此狀態下，膨脹構件23的內周大致緊貼於芯部構件21的外周面，因此，位在與貫通流路13的流路方向垂直相交之面上之貫通流路13的流路斷面積是開啟於最大(以下，亦將該面積稱之為「最大流路斷面積值」)。第3、4圖，是顯示分別對第1、2圖之閥的氣密空洞29內供給控制用氣體之狀態的說明圖。當將控制用氣體供給至氣密空洞29內時，藉由膨脹構件23的膨脹而使致動器20的外徑增大。藉此，位在與貫通流路13的流路方向垂直相交之面上之貫通流路13的流路斷面積就減少(以下，亦將該面積稱之為「最小流路斷面積值」)。另一方面，當將氣密空洞29內的控制用氣體排放掉時，膨脹構件23就會收縮而減少致動器20的外徑。因此，於 氣密空洞29內，藉由供給排放控制用氣體，便可以自在地變更貫通流路13的斷面積。其中上述最大流路斷面積值為最小流路斷面積值的2倍以上，並以5倍以上為佳。

第6、7圖，分別是模式性地顯示於第1、3圖中之貫通流路13內之氣體的流動的說明圖。圖中，箭頭是表示氣體的流動方向。於第6圖中，致動器20的外徑為最小。於該狀態中，在流路內妨礙氣體流動的是固定具15、芯部構件21、以及收縮著的膨脹構件23。另一方面，於第7圖中，在流路內妨礙氣體流動的是固定具15、芯部構件21、及膨脹著的膨脹構件23。因此，使膨脹構件23膨脹來變化致動器20的外徑，藉此可以控制貫通流路13內之氣體的流動。

閥10，除了上述的構造之外，亦例示出於以下所說明的構造。

第8圖，是顯示閥之內部構造之其他例的說明圖。致動器320也可以包含複數個膨脹構件23。

第9、10圖，是顯示閥的內部構造之另外其他例的說明圖。第9、10圖，符號110為閥。閥110，是由形成有貫通流路113的閥體111、以及配置於上述貫通流路113內的致動器120所構成。閥體111為兩端呈開口的筒狀(於第9圖中為圓筒形狀)，並被安裝在沒有圖示出的導風管中。

於圓筒形狀之閥體111內形成有貫通流路113。於貫通流路113內，藉由螺絲117使致動器120固 定於固定具115。

致動器120，是由兩端呈開口之筒狀的膨脹構件123、以及插入在該膨脹構件123之筒內的芯部構件121a(構件A)、121b(構件B)所構成。膨脹構件123的一端123a，是藉由斂緊構件122a所密封並被安裝於芯部構件121a。膨脹構件123的另一端123b，是藉由斂緊構件122b所密封並被安裝於芯部構件121b。藉此，藉由芯部構件121a及121b、以及膨脹構件123形成氣密空洞129。

芯部構件121a是被安裝於固定具115，芯部構件121b是藉由芯部構件121a與彈簧124所連結。芯部構件121b，是能夠滑動在與貫通流路113的流路方向大致平行的方向。芯部構件121b，是以與芯部構件121a的距離拉遠的方式受到彈簧124及膨脹構件123的張力所彈推。於芯部構件121a形成有控制用氣體供、排氣路125，並經由連接口127而與控制用氣體供、排氣管(沒有圖示出)的一端連接。

其次說明該閥110的動作。第9圖，是控制用氣體尚未供給於氣密空洞129內的狀態。於該狀態中，芯部構件121b是受到彈簧124及膨脹構件123的張力所彈推，膨脹構件123的一端123a與另一端123b的距離為最大。亦即，致動器120的外徑為最小，貫通流路113的斷面積開啟於最大。

由此狀態，當將控制用氣體供給至氣密空洞 129內時，膨脹構件123膨脹並隨著氣密空洞129擴大而使彈簧124收縮，使芯部構件121b靠近芯部構件121a(第10圖)。藉此，致動器120的外徑增大，而使貫通流路113的流路斷面積減少。另一方面，當排放掉氣密空洞129內的控制用氣體時，芯部構件121b藉由彈簧124及膨脹構件123之張力所產生的彈推勢能而遠離於芯部構件121a，並且使致動器120的外徑減少。因此，於氣密空洞129內，藉由供給排放控制用氣體，可以自在地變更貫通流路113的斷面積。

<第2實施形態>

於第2實施形態的排氣壓力及排氣流量控制器，是在第1實施形態之閥的貫通流路內，更進一步地具有使其貫通流路與軸心呈平行而配置的環狀孔口。

第11、12圖，是顯示具有孔口之閥的內部構造的說明圖。符號210為閥。對於與第1圖及第3圖所記載之閥10為相同之構成者標示以相同的符號並省略其說明。於閥210之貫通流路13內，插入有使其流路方向與軸心呈平行，並具有圓形開口之環狀的孔口226。該孔口226，是被配置於膨脹構件23與閥體11之間，具有使位在膨脹構件23附近之貫通流路13的形狀變化來提升排氣壓力的控制精度的作用。

孔口的形狀雖無特別的限定，但可以適切地使用例如第13圖所記載的形狀。於第13圖(a)、(b) 所記載的孔口，是使其內側形狀，於膨脹時以沿著膨脹構件23之外側的形狀而形成。因此，相較於不使用孔口之情形時，可以確保更寬廣的控制面積而能夠進行高精度的控制。

於第13圖(c)所記載的孔口，其開口部是呈偏芯而形成。使用此形狀的孔口時，尤其可以提升於少流量時的控制精度。亦即，於少流量時，使膨脹構件23之外周的一部分與孔口226之內周的一部分抵接而封止，並且由於於其餘部分仍可控制流量，故能夠高精度的控制。

孔口的最大開口徑，以相對於閥體之內徑為80%~99%為佳，85%~98%尤其為佳。孔口的開口，並不限於圓形，亦可以是橢圓形或是多角形。

<排氣壓力及排氣流量控制器的使用形態>

本發明的排氣壓力及排氣流量控制器100，例如可以組裝於局部排氣裝置來使用。第14圖，是顯示組裝有本發明之排氣壓力控制器100所構成之局部排氣裝置之一例的構成圖。第14圖中，符號501為抽風罩。抽風罩501，是連接於導風管503a的一端，導風管503a的另一端，是與閥體11的一端連接著。閥體11的另一端，是與導風管503b的一端連接，導風管503b的另一端，是與風扇505之抽吸側連接。於風扇505的排出側，接連於排氣導風管507的一端，排氣導風管507的另一端呈開放。

由抽風罩501所抽吸的有害氣體，經由導風管503a、503b，朝向風扇505移動，而從排氣導風管507排放於大氣。排氣壓力及排氣流量控制器100為安裝於導風管用以適當地調整排氣壓力。

將排氣壓力及排氣流量控制器100之上游側(導風管503a側)的排氣壓力予以提升之情形時(減少負壓之情形時)，供、排氣控制器31是以使貫通流路13的流路斷面積減少之方式來進行動作。亦即，供、排氣控制器31，是使壓縮氣體(控制用氣體)經由控制用氣體供、排氣管35而輸送至致動器20側。被輸送至致動器20側的控制用氣體，是經由連接口27、供、排氣路25而供給至氣密空洞29內，藉此使膨脹構件23膨脹而使致動器20的外徑增大，並保持其狀態。藉此，使貫通流路13的流路斷面積減少。

在將排氣壓力控制器100之上游側(導風管503a側)的排氣壓力予以下降之情形時(增大負壓之情形時)，供、排氣控制器31是以使貫通流路13的流路斷面積增大之方式來進行動作。亦即，供、排氣控制器31是將壓力保持狀態予以解除，使氣密空洞29內的控制用氣體排出於外部。當被充填並保持於氣密空洞29內的控制用氣體一被排出時，膨脹構件23則藉由橡膠的彈性力而收縮。其結果是致動器20的外徑減少而貫通流路13的流路斷面積增大。

<膨脹構件>

膨脹構件，必須是藉由利用控制用氣體之壓力而能夠膨脹的材料所構成。例如，可以是以矽膠或氯丁二烯橡膠(Chloroprene Rubber,CR)之橡膠管等的材料來構成。作為膨脹構件者，除了上述說明的膨脹構件之外，也可以使用日本特開2011-137516號公報中所揭示的流體注入型致動器。

<彈推壓構件>

於第9圖中，彈推構件雖是使用彈簧，但並非侷限於此，亦可以使用橡膠等的彈性材料。

<壓力、流量的測量手段>

於本排氣壓力及排氣流量控制器，亦可以具備有流量測量手段。其中可以使用差壓式流量計、熱線式流量計、卡門渦式流量計等習知的流量測量手段。

<供、排氣控制器>

作為供、排氣控制器者，只要是能夠將任意之量的控制用氣體供給並保持在氣密空洞內之物品者都可以使用。其中即使壓力源或是差壓檢測手段與供、排氣控制器成一體者亦可。

<控制用氣體>

控制用氣體雖任何氣體皆可，但從經濟性的觀點而言以空氣或是氮氣氣體為佳。

Claims (2)

1. 一種排氣壓力及排氣流量控制器，其特徵在於，具有：閥體，其具備有貫通流路、及致動器，其配置於上述貫通流路內，並具有：膨脹構件，其為兩端開口之筒狀、及芯部構件，其被插入於上述膨脹構件的筒內，並且將上述膨脹構件之各端予以密封地安裝、及包含上述膨脹構件所形成的氣密空洞、以及供、排氣控制手段，其對上述氣密空洞內供給或排放控制用氣體，藉此使上述致動器的外徑增大或是減少，來使上述貫通流路的流路斷面積變化，上述芯部構件，是由：將上述膨脹構件的一端予以密封而安裝的構件A、以及將上述膨脹構件的另一端予以密封而安裝的構件B所構成，構件A與構件B是以使彼此的距離拉遠之方式所彈推著的芯部構件。
2. 一種排氣壓力及排氣流量控制器，其特徵在於，具有：閥體，其具備有貫通流路、及致動器，其配置於上述貫通流路內，並具有：膨脹構件及包含上述膨脹構件所形成的氣密空洞、及供、排氣控制手段，其對上述氣密空洞內供給或排放控制用氣體，藉此使上述致動器的外徑增大或是減少，來使上述貫通流路的流路斷面積變化、以及 環狀的孔口，該環狀的孔口，是使上述貫通流路的流路方向與其軸心呈平行地插入於上述貫通流路內。