專利名稱：用于高壓輸送系統(tǒng)的故障防護的真空促動閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有故障防護真空促動閥的高壓存儲和輸送系統(tǒng)，以防 止流體從例如加壓氣瓶或罐的容器內(nèi)的有害排放。更特定地，本發(fā)明涉 及設(shè)計為適應(yīng)輸送系統(tǒng)內(nèi)的高產(chǎn)品體積和在閥下游側(cè)施加預(yù)先確定的 真空條件時分配產(chǎn)品的故障防護閥。
背景技術(shù)：
工業(yè)加工和制造應(yīng)用要求使用高度有毒的流體。半導(dǎo)體材料制造代 表了一個這樣的應(yīng)用，其中安全的存儲和處理高度地有毒的氬化物的(hydridic)或卣化物的(halidic )氣體變得是必需的。這樣的氣體的例 子包括硅烷、鍺烷、氨、磷化氫、砷化氫、銻化氬、硫化氳、硒化氫、 碲化氫、三氟化磷、五氟化砷和其他卣化物化合物。作為對毒性和安全 的考慮的結(jié)果，在工業(yè)加工設(shè)備中必須小心地存儲和處理這些氣體。半 導(dǎo)體工業(yè)特別地依賴于氣態(tài)砷的氫化物(AsH3)和磷的氫化物(PH3)、 三氟化硼(BF3)、四氟化硅作為離子植入中的砷(As)、磷(P)、硼(B)和硅(Si)的源。離子植入系統(tǒng)典型地使用在輸送容器內(nèi)存儲在 高至800 psig的壓力下AsH3和PH3的稀釋混合物，和在輸送容器內(nèi)存 4渚在高至1500 psig的壓力下的例如BF3和SiF4的純氣體。由于它們的 極度毒性和高的蒸氣壓，它們的使用、運輸和存儲對于半導(dǎo)體工業(yè)增加 了顯著的安全性問題。為解決多種安全性問題，開發(fā)了多個系統(tǒng)以將這些氫化物的和卣化 物的化合物在低于大氣壓條件下輸送到離子植入工具。例如，已知為 SDStm的和由ATMI, Inc銷售的化學(xué)系統(tǒng)涉及以物理吸附劑材料(珠粒 活性碳)填充壓縮氣體氣瓶且可逆地將摻雜劑氣體吸附到材料上。解除 吸附過程涉及將真空或熱施加到吸附劑材料/氣瓶。在實踐中，來自離子 植入器的真空用于將氣體從固相吸附劑解除吸附。存在某些與SDS技術(shù) 相關(guān)的限制，限制包括1 )吸附劑材料具有有限的裝載量，因此限制 了在給定尺寸的氣瓶內(nèi)可獲得的產(chǎn)品的量；2)解除吸附過程可以通過 將氣瓶包裝暴露于熱而初始，因此導(dǎo)致當氣瓶暴露于大于70華氏度的溫度時達到大氣壓和超大氣壓且在該壓力下輸送氣體，這在許多氣瓶庫存位置和離子植入工具內(nèi)是通常的溫度；3)因為在吸附劑材料上的其 他材料/氣體的吸附/解除吸附可能危及從氣瓶輸送的氣體的純度；4)氣 瓶百分比利用高度地受到施加到包裝的真空程度的影響，即氣瓶經(jīng)常以 明顯的剩余在包裝內(nèi)的產(chǎn)品返回；和5)吸附劑磨損可能導(dǎo)致在氣體輸 送系統(tǒng)內(nèi)的微粒污染。另外地，已開發(fā)多個機械系統(tǒng)以用于低于大氣壓下的摻雜劑氣體的 輸送。 一些涉及使用壓力調(diào)節(jié)器，而其他的要求閥設(shè)備來在低于大氣壓 下控制和輸送產(chǎn)品。這些設(shè)備設(shè)定為當?shù)陀诖髿鈮夯蛘婵諚l件施加到氣 瓶的輸送口時輸送或打開。這些設(shè)備的準確位置可以在口主體內(nèi)、在頸 腔內(nèi)、在氣瓶自身內(nèi)部或所有三個位置的組合。在每個情況中，壓力調(diào) 節(jié)器或閥設(shè)備位于氣瓶閥座的相對于氣體從氣瓶內(nèi)部到輸送口流動的 上游。美國專利No 6，089,027和No 6,101,816都涉及包括用于保持希望的 壓力的容器的流體存儲和分配系統(tǒng)。容器包括壓力調(diào)節(jié)器，例如與容器如閥的流動控制裝置的分配組件布置為與調(diào)節(jié)器氣體/蒸氣流動連通，以 此閥的打開實現(xiàn)了氣體/蒸氣從容器的分配。容器內(nèi)的流體可以由液體形 成，該液體在例如環(huán)境溫度(室溫)的主要溫度條件下在超過其液化壓 力的壓力下限制在容器內(nèi)。美國專利No 6,857,442 B2披露了其中源容器包含從20到2000 psig 的范圍內(nèi)的壓力下的氣體的氣體分配組件。該設(shè)備要求帶有大于典型的 頸部開口的高壓氣體氣瓶以適應(yīng)將兩個壓力調(diào)節(jié)器串聯(lián)地沿流體排放路徑引入。在入口氣體側(cè)的第一調(diào)節(jié)器將壓力從1000 psig (或此時容器 內(nèi)的實際壓力)降低到100 psig,而第二調(diào)節(jié)器將壓力從100 psig降低 到低于大氣壓。美國專利No 5,937,895涉及流體存儲和分配容器，容器具有分配閥 和流體限制設(shè)備以提供實際上故障防護的系統(tǒng)以防止流體從加壓氣弁瓦 或罐內(nèi)的有害排放。美國專利No 6,007,609和No 6,405,115披露了沿流 體流動路徑布置的流限制器，限制器提供了在不太可能的分配閥失效的 情況下最小化了從壓縮氣體氣^f瓦的有毒氣體排放的毛細尺寸的開口 。此 后三個文檔的披露提供了用于低于大氣壓的輸送系統(tǒng)，其中波紋管室位于閥座的相對于通過閥的氣體流動的下游。與相關(guān)技術(shù)的存儲和輸送系統(tǒng)相關(guān)的缺點是它們不能處理高于600 psig的氣瓶填充壓力，或如處理則要求兩個串聯(lián)的設(shè)備。例如，當砷化氳和磷化氬氣瓶包裝作為液化流體填充時，這些流體的內(nèi)部壓力限制為其各自的蒸氣壓，該蒸氣壓在70華氏度的溫度下典型地在大約205至 大約580 psig的范圍內(nèi)。然而，例如三氟化硼的流體和四氟化硅流體作 為氣相產(chǎn)品填充，且要求的氣瓶填充壓力為600 psig或更高。特別地， 相關(guān)技術(shù)的系統(tǒng)不能在大于600 psig的壓力下工作，因為來自波紋管的 推力不足。在目前的系統(tǒng)中的另 一個缺點是它們不能適應(yīng)更高的流體產(chǎn)品容 量，且因此要求頻繁地替換氣瓶包裝。這又導(dǎo)致頻繁地換出產(chǎn)品氣瓶和對于半導(dǎo)體制造商的增加的停工時間。進一步地，當前的利用了分配止回閥的系統(tǒng)要求在組裝閥前必須進 行調(diào)節(jié)處理波紋管以去除殘余應(yīng)力。特別地，分配閥通過廣泛的升高的 溫度和壓力體系以氮氣循環(huán)。作為結(jié)果，不銹鋼波紋管在調(diào)節(jié)過程期間 暴露于熱極限和壓力極限。為克服相關(guān)技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供用于存儲和輸送處于 氣態(tài)和/或部分地氣態(tài)/液化相的流體的系統(tǒng)，其中流體在高于600 psig 的壓力下存儲。特別地，分配閥包括充填的波紋管室，且波紋管由提供 了合適的軸向推力以克服氣瓶/罐內(nèi)的壓力的材料制成。本發(fā)明的另 一個目的是增加氣瓶/罐的容量而不改變氣瓶/罐或包括 口主體的氣瓶閥頭的尺寸。以此方式可以在氣并瓦/罐內(nèi)容納更高的氣體 量。作為結(jié)果，實現(xiàn)了降低客戶的過程可變性和生產(chǎn)率的提高。此外， 通過具有更少的氣瓶/罐換出，以此降低了半導(dǎo)體制造工具的停工時間， 獲得了經(jīng)濟和安全益處。本發(fā)明的進一步的目的是消除閥的調(diào)節(jié)，這是費力的過程。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀了說明書、附圖和附帶的權(quán)利要求書后 將清楚本發(fā)明的其他目的和方面。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了用于控制加壓流體從包含氫化物的或鹵 化物的化合物的加壓罐的出口排出的系統(tǒng)。設(shè)備包括用于保持氣相或部分氣相的加壓流體的罐；用于與限定了流體排放路徑的加壓罐的出口連 通的口主體；固定在口主體內(nèi)或上游的且適合于在阻斷了流體通過流體 排放路徑的流動的密封位置和允許流體沿流體路徑的打開位置之間移 動的閥元件；布置在閥元件下游的殼體內(nèi)的波紋管室，其中波紋管室被 充填且密封到范圍從大約14.7 psm至大約50 psia的壓力，波紋管由從 包括如下項的組中選擇的材料制成時效(age)石更化的鋼合金、時效 硬化的鎳基合金和銅鈹合金；且其中波紋管室與閥元件下游的流體排放 路徑的部分連通，以當與排放路徑的連通在殼體內(nèi)產(chǎn)生了真空條件時將 閥元件移動到打開位置。根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供了氣瓶和閥組件以包含加壓流體且 控制來自氣瓶的加壓流體的排放。氣瓶和閥組件包括具有氣瓶開口的 氣瓶；具有適合于與氣瓶開口密封接合的口主體的氣瓶閩；由口主體限 定的且位于氣瓶內(nèi)的流體入口 ；由口主體限定的且位于氣瓶外側(cè)的流體 出口；由口主體限定的在流體入口和流體出口之間的流體排放路徑；手 動或自動操作的用于控制沿流體排放路徑的流體流動的切斷閥；和真空 促動的止回閥，止回閥包>|舌偏置到阻斷了流體沿流體排》文^各徑流動的密 封位置的閥元件和充填且密封到從大約14.7psia到大約50 psia的壓力范 圍的沿流體排放路徑位于閥元件下游的波紋管室，波紋管由從包括如下 項的組中選擇的材料制成時效硬化的鋼合金、時效硬化的鎳基合金和 銅鈹合金；且其中波紋管室具有相對于真空促動止回閥的主體固定的一 個部分和當波紋管的內(nèi)部和外部之間的相對壓力^f吏波紋管膨脹且將閥元件偏置在打開位置以允許流體沿流體排放路徑流動時可運行地《連接 到閥元件的另 一個部分。根據(jù)本發(fā)明的再另 一 個方面，提供了真空促動止回閥的波紋管組 件。止回閥包括布置在真空促動止回閥殼體內(nèi)的波紋管室，其中波紋管 被充填且密封到范圍從14.7psm到50 psia的壓力，且其中波紋管由從包 括如下項的組中選擇的材料制成時效硬化的鋼合金、時效硬化的鎳基 合金和銅合金。波紋管室響應(yīng)于室內(nèi)在波紋管外部上的真空條件以使波 紋管以至少4 1bf的推力膨脹。附圖i兌明本發(fā)明的目的和優(yōu)點將從如下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述中更好地理解，所有附圖中類似的數(shù)字指示了相同的特征，各圖為

圖1圖示了用于存儲和控制從其分配加壓流體的系統(tǒng)的示意性截面 視圖；圖2描繪了具有布置在其內(nèi)的真空促動止回閥的閥頭組件的放大的示意性截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的波紋管組件/室的示意性視圖； 圖4描繪了根據(jù)典型實施例的內(nèi)部流動限制器的示意性截面視圖； 圖5是現(xiàn)有技術(shù)的波紋管組件/室的示意性視圖；和 圖6圖示了對于合并了本發(fā)明的波紋管室的止回閥的測試結(jié)果，其中系統(tǒng)以氮在1230 psig下加壓。
具體實施方式
本發(fā)明提供了低壓或低于大氣壓存儲和輸送系統(tǒng)作為用于涉及例 如離子植入的半導(dǎo)體加工的應(yīng)用的氣體供給源。系統(tǒng)控制了以氣相或部 分地氣相存儲的加壓流體的排放。為解釋目的，本發(fā)明進一步在上下文 中以輸送三氟化硼描述。然而，本領(lǐng)域一4殳技術(shù)人員將理解的是，可以 利用任何例如富含三氟化硼(即"BF3)、硅烷、氟或四氟化硅的氫化 物的或卣化物的化合物。如在圖1中圖示，圖中描繪了用于存儲和輸送加壓和有毒流體的系 統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括包含了氣相或部分地氣相的三氟化硼的高壓氣并瓦或 罐12。壓縮氣體氣并瓦可以是常規(guī)的500 cc的氣并瓦，例如Department of Transportation 3AA cylinder所批準的氣并瓦，^旦不限制于此。氣并瓦閥頭14 可螺紋地接合在氣瓶12的頂端處。氣瓶閥頭14可以是雙口 316的不銹 鋼閥，例如由Ceodeux, Inc制造的。雙口閥氣并瓦頭14具有抗干擾(tamper resistant)的填充口 16，通過它將氣瓶12填充以產(chǎn)品。當填充時，使用 者可以通過使用者口 18將產(chǎn)品從氣瓶抽出，該使用者口 18是具有從大 約0.25至大約0.5英寸的出口開口范圍的面密封VCR 口 。氣瓶內(nèi)部包 括具有入口 22的內(nèi)部流動限制器20。三氟化硼流入到入口 22內(nèi)，通過 內(nèi)部流動限制器和真空促動止回闊26，沿在下文中詳細描述的流體流動 路徑到使用者口 18，直至耗盡。真空促動止回閥26包括自動地控制三氟化硼流體從氣瓶的排放的波紋管室。當然，止回閥26可以布置在雙口閥的口主體內(nèi)、雙口閥上 游、氣并瓦內(nèi)或沿流體流動路徑部分地在雙口閥內(nèi)且部分地在氣弁瓦內(nèi)。如 在圖1的典型實施例中示出，通過將止回閥的一個部分固定于沿流體排 》文路徑定位的殼體，真空促動止回閥完全地布置在氣并瓦12內(nèi)。在雙口閥的頂部處的手柄28允許手動控制沿流體排放路徑通向使用者口 18的 流體。此類型的流體存儲和分配系統(tǒng)在前述的美國專利No 5,937,895、 No 6,007,609和No 6,045,115中描述，但它們參考了單口閥氣瓶頭，且 它們在此通過參考完全地合并。參考圖2，流體流動路徑關(guān)于內(nèi)部部件圖示。在典型的實施例中， 且為解釋容易，真空促動的止回閥26設(shè)置在單口氣瓶閥頭14的口主體 29內(nèi)。跟隨三氟化硼氣體離開頭閥14的路徑，氣體首先通過內(nèi)部流動 限制器管20進入闊入口 30。頭閥14的口主體包4舌真空促動止回閥26。 進入的氣體首先接觸具有提升閥32形式的閥元件。彈簧34將提升閥32 偏置為靠著閥座36以造成沿氣體流動路徑的關(guān)閉的條件。提升閥32的 頂部可以保持彈性墊圏或其他密封元件，以維持跨過閥座36的正向的 密封。彈簧34通常將提升閥32壓靠在閥座36上，直至波紋管38膨脹 以移動接觸板40。接觸板40作用在控制銷42上，控制銷42將提升閥 32從閥座36推離。三氟化硼氣體可以然后流動通過圍繞銷42的銷通道 44且進入到容納了波紋管38的殼體54內(nèi)。波紋管室50包括限定了具有圍繞波紋管室外部的外套管/殼體54 的內(nèi)部壓力室的波紋管導(dǎo)向件48;還包括底部導(dǎo)向板56。在波紋管的 上端與波紋管導(dǎo)向件48和在波紋管的下端與接觸板40的密封接觸將波 紋管一it殳地從真空促動的止回閥26和氣體流動路徑內(nèi)的壓力隔離。波 紋管室50的內(nèi)部部分(即壓力室)典型地在大氣壓下密封，使得在圍 繞波紋管室50的殼體內(nèi)的壓力的降低導(dǎo)致波紋管室50內(nèi)的氣體使波紋 管膨脹且將接觸板40向下推動靠著銷42。波紋管導(dǎo)向件48保持了圍繞其外部邊緣的外套管54。外套管54以 導(dǎo)向板56定位。波紋管導(dǎo)向件48、外套管54和導(dǎo)向板56 —起保護地 封閉了波紋管室50。銷42通過導(dǎo)向板56內(nèi)的中心孔以維持其與接觸板 40的對齊。通到包圍了波紋管室50的殼體外的三氟化硼氣體通過閥入口 58流 動且越過密封表面60。帶螺紋的襯套62將多層金屬隔膜64夾緊到口主體29,因此形成了抵抗通過閥桿66的流體泄漏的正向密封。手柄28與 帶螺紋的閥桿66協(xié)同操作，通過摩擦墊70促使活塞68到膈膜64上， 以將主閥柱塞72向下移動而抵抗彈簧74的阻力。柱塞72的向下移動 促使由螺母78保持的彈性體密封元件76在表面60處造成密封。離開 膈膜64的支持閥桿66允許彈簧74促使閥柱塞72向上，因此將密封表 面60分離且允許氣體通過口 58流動。 一旦經(jīng)過密封表面60,三氟化硼 氣體從室80通過導(dǎo)管82流動且流到使用者口 18。此止回閥26可以設(shè)定為可靠地防止提升閥32的打開直至波紋管殼 體內(nèi)的壓力降低到真空條件。此條件通常等于760托或更低。以真空促 動止回閥的此設(shè)定，在逆時針方向轉(zhuǎn)動手柄28以縮回閥柱塞70將不導(dǎo) 致三氟化硼從氣瓶的分配。因為典型的最終使用者設(shè)備在小于IOO托的 壓力下運行，在真空下且特別地在500托或更低的壓力下分配三氟化硼 具有數(shù)個明顯的優(yōu)點。例如，在三氟化硼氣體連接的所有連接中存在負 壓，所以泄漏可能僅泄漏到最終使用者設(shè)備中，其中，泄漏被設(shè)備自身 很快地-險測。因此，不必逐接頭地才全查以確:〖人有任何泄漏。另外，不要 求外部調(diào)節(jié)器以降低罐的壓力到最終使用者的質(zhì)量流控制器可接受的 壓力。更重要的是，如以上所述在三氟化硼系統(tǒng)中管路連接的意外打開 在幅度量級上比高壓輸送系統(tǒng)連接的意外打開的有害性更小。然而，已發(fā)現(xiàn)，對于包含例如三氟化硼的氣態(tài)流體(即在超過600 psig且直至1500 psig的壓力下)的氣瓶，波紋管的推力不足以將銷42 移動且又將才是升閥32/人其閥座移動。已發(fā)現(xiàn)，對密封波紋管室50的內(nèi)部充填或加壓至大于大氣壓的壓 力(即大于14.7psia)導(dǎo)致當真空施加到波紋管外部時的更大的壓力差 異。如在圖3中示出，波紋管室以例如氬氣的惰性氣體充填至范圍從大 約14.7 psia至大約50 psia,優(yōu)選地為大約14.7 psia至35 psia,且最優(yōu) 選地為大約29.5 psia的壓力。為以超大氣壓下的氣體對波紋管室50充 填且獲得移動其中所存儲的氣體壓力超過600 psig的系統(tǒng)內(nèi)的銷所必需 的推力，已發(fā)現(xiàn)，時效^^化的波紋管材料將承受密封的內(nèi)部波紋管壓力 且又提供了足夠的推力以使提升閥32離座。優(yōu)選地，波紋管材料從包 括如下項的組中選擇時效石更化的鋼合金、時效石更化的鎳基合金(例如 鉻鎳鐵合金)和銅鈹合金。雖然前述是優(yōu)選的材料，但本領(lǐng)域一般技術(shù) 人員將理解，可以使用具有類似的物理特性的其他材料。特別地，真空促動止回閥的運行基于波紋管當感測到低于大氣壓時 的可重復(fù)的延伸。波紋管在其使用壽命長度內(nèi)的運行是關(guān)鍵的(即響應(yīng) 于壓力條件的延伸/收縮可重復(fù)性)。由例如奧氏體不銹鋼(在相關(guān)技術(shù) 中使用)的冷加工材料制造的波紋管具有在總長度改變中的不穩(wěn)定性的 潛在性。波紋管長度降低或壓縮變形是彈簧元件的特征(即波紋管和螺 旋彈簧，其中剩余應(yīng)力在其形成過程期間施加)。用于制造帶有對壓縮變形(或長度降低)的高阻力和長期可重復(fù)性的波紋管元件的材料的最優(yōu)類型是時效或沉淀(precipitation)硬化合金，例如以上所述的那些。 時效硬化合金是優(yōu)選的候選材料，因為由此類型材料形成的波紋管室具 有高的耐腐蝕性和用于希望的推力的機械特性。通過以時效硬化材料制 造波紋管而給出的另外的益處是消除了波紋管調(diào)節(jié)過程。特別地，在相 關(guān)技術(shù)中波紋管調(diào)節(jié)過程在將波紋管室組裝到系統(tǒng)前建立和實施。作為 利用本發(fā)明的時效硬化材料的結(jié)果，不再要求此勞動強度大的過程?；趯Σy管材料的修改和對波紋管室的充填，高壓氣瓶12可以 填充到直至比當前用于離子植入的氣瓶高三倍的容量而不改變氣瓶的 尺寸。例如，對于三氟化硼，使用本發(fā)明的波紋管室的當前的2.27升氣 并瓦可以填充到1000克(在1235 psig下)的容量，對比于3"克(在600 psig壓力下)，和對于當前使用的6.33升的氣瓶填充到3180克，對比 于1065克。參考回圖1,限流通道20可以沿流動路徑放置在真空促動閥26的 上游，以在止回閥在打開位置故障或另外的在其內(nèi)具有止回閥的閥頭14 被剪切的不可能的情況中限制氣體流動。 一個這樣的具有毛細管形式的 限制器提供了作為流動限制器的最大的靈活性和可靠性。無論由單個的 或多個小直徑孔提供或由緊密地充填的材料提供，此類型的合適的限制 器將希望地限制氣相流體的運輸?shù)椒浅５偷乃俾?。例如，單孔毛細管可以限制大氣的三氟化硼釋放到在l加0 psig的 氣并瓦壓力下和68華氏度的溫度下^f氐于大約35 sccm的三氟化硼，而七孔 毛細管可以將流量限制到在類似的條件下大約245 sccm。毛細管提供了 從氣瓶12的僅有的出口且可以是纏繞形成且通常具有小于0.02毫米 (0.001英寸)的內(nèi)徑。可以造成多個合適的毛細管結(jié)構(gòu)。如通過圖4中的截面視圖更清晰 地示出，典型地由不銹鋼構(gòu)成的金屬管84保護性地圍繞玻璃管86。直徑管86的內(nèi)側(cè)繞中心玻璃桿90保持了 6個實心玻璃桿88的六邊形布 置且其中所有桿具有大約相同的直徑。桿88和桿90之間以及桿88和 管86的內(nèi)側(cè)之間的空間92提供了毛細管尺寸的流動區(qū)，以計量通過內(nèi) 部流動限制器20的氣體。在玻璃桿88和90上的收縮的玻璃管提供了 剛性的管和桿的組件。因此，即使內(nèi)部桿斷裂，通過玻璃管86的零件 的保持將維持通過玻璃管86的內(nèi)徑的毛細流動。金屬管84當選擇地繞 玻璃桿88和90收縮時增加了進一步的剛度和耐久性以提供加固單元。 通過選擇的金屬管84的強化，玻璃桿或其周圍的玻璃管的折斷將使得 通過毛細結(jié)構(gòu)的受限制的流動路徑的功能大體上不改變。本發(fā)明將進一步在如下通過參考如下的例子和比較例來例示，然而 它們不解釋為限制本發(fā)明。比專交例1進行常規(guī)的真空促動止回閥內(nèi)的波紋管的推力的測量。參考圖5， 密封波紋管室的內(nèi)環(huán)形空間以氬氣填充到l4.7 psig的壓力。波紋管由 321不銹鋼(即奧氏體不銹鋼)構(gòu)造。假定波紋管平均有效面積(MEA) 為0.237 in2，則由300托(5.8psm)的促動壓力產(chǎn)生的向下的力(以磅 為單位)是其內(nèi)部壓力(14.7 psia)和促動壓力(5.8 psia)的差乘以 MEA ( 0.237 in2)。因此，2.11 lbf的向下的力施加在銷/提升閥組件上， 從而打開了止回閥，使氣^L內(nèi)氣體流動。以此波紋管設(shè)計產(chǎn)生了足夠的 打開力以克服由預(yù)壓縮的彈簧和內(nèi)部氣體壓力的組合施加在銷/提升闊 上的關(guān)閉力，對于BF3,該內(nèi)部氣體壓力直至600 psig。然而，在大于 600的內(nèi)部氣體壓力下，常規(guī)的波紋管組件不能產(chǎn)生足夠的向下的推力 以打開閥。因此，對于BF3 (和其他氣體)，氣瓶容量限制到600 psig 的氣瓶最大壓力。例2在本發(fā)明的真空促動止回閥中，波紋管推力已通過修改波紋管參數(shù) 而增加，以利用常規(guī)的氣瓶口開口，又在存儲和輸送系統(tǒng)內(nèi)容納了大體 上更高的BF3容量。用于高容量BF3設(shè)計的波紋管組件構(gòu)造在圖3中示 出。顯著的改變是構(gòu)造的波紋管材料和環(huán)形空間填充壓力。如前所述， 時效或沉淀硬化合金具有用于波紋管、波登(bordon)管、彈簧等的制 造和運行的最好的特性組合。它們的彈性特性的獲得是熱處理的結(jié)果， 這與奧氏體不銹鋼不同。將環(huán)形空間內(nèi)的填充壓力增加到29.5 psm導(dǎo)致在同樣的300托的促動壓力下的5.62 lbf的向下推力。在本發(fā)明中的波 紋管構(gòu)造建立了足夠的力以打開閥，從而允許氣瓶填充容量大體上高于 600 psig。在此，本發(fā)明的真空促動止回閥安裝在氣體存4渚和輸送系統(tǒng)內(nèi)且進 行了流量測試。將氮氣提供到系統(tǒng)內(nèi)，使得真空促動止回閥上的入口壓 力為1230 psig。流量測試在兩個半小時的時間期間內(nèi)進行。當MFC將 流量控制到2 sccm時，連接在使用者口的下游的壓力變換器測量了低于 大氣壓促動壓力。如在圖6中示出，對于帶有1230 psig的氣瓶填充壓 力的止回閥，真空促動壓力在420和440托之間。因此，這指示了在1230 psig的輸入壓力下的波紋管功能且確認了以上計算且示出的力加和模 型，以提供合適的推力來將提升閥從其閥座移動開且允許氣體從高壓高 容量存儲真空輸送系統(tǒng)移除。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考其特定實施例詳細描述，但對本領(lǐng)域一般技術(shù) 人員將顯見的是可以進行多種改變和修改且使用等價物，而不偏離附帶 的權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制加壓流體從包含氫化物的或鹵化物的化合物的加壓罐的出口排出的系統(tǒng)，該設(shè)備包括用于保持氣相或部分氣相的加壓流體的罐；用于與限定了流體排放路徑的加壓罐的出口連通的口主體；固定在口主體內(nèi)或上游的且適合于在阻斷了流體通過流體排放路徑的流動的密封位置和允許流體沿流體路徑的打開位置之間移動的閥元件；布置在閥元件下游的殼體內(nèi)的波紋管室，其中波紋管室被充填且密封到范圍從大約14.7psia至大約50psia的壓力，波紋管由從包括如下項的組中選擇的材料制成時效硬化的鋼合金、時效硬化的鎳基合金和銅鈹合金；和所述的波紋管室與閥元件下游的流體排放路徑的部分連通，以當與排放路徑的連通在殼體內(nèi)產(chǎn)生了真空條件時將閥元件移動到打開位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中閥元件包括提升鬧且波紋管的 膨脹導(dǎo)致銷將提升閥位移到打開位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中罐在最大容量條件下包含在范 圍從大約600psig至大約1500psig的壓力下的氣態(tài)流體。
4. 才艮據(jù)^l利要求1所述的系統(tǒng)，其中波紋管室以大約25 psia的壓 力密封。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中波紋管是時效硬化的鉻鎳鐵合 金材料的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中罐進一步包括沿流動路徑的至 少部分的限制器，其將包含在容器內(nèi)的氣體的流動限制到大氣壓條件下 低于35 sccm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中限制器是至少一個導(dǎo)管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中該至少一個導(dǎo)管是內(nèi)徑不超過 0.2 mm的毛細管。
9. 一種氣并瓦和閥組件，其用于包含加壓流體且控制來自氣并瓦的加壓 流體的排;故，該氣并瓦和閥組件包括具有氣瓶開口的氣瓶；適合于與氣并瓦開口密封接合的口主體；由口主體限定的且位于氣瓶內(nèi)的流體入口 ；由口主體限定的且位于氣瓶外側(cè)的流體出口 ；由口主體限定的在流體入口和流體出口之間的流體排^^各徑； 用于控制沿流體排放路徑的流體流動的切斷閥； 偏置到阻斷了流體沿流體排放路徑流動的密封位置的闊元件； 真空促動止回閥，其包括充填且密封到范圍從大約14.7psia到大約 50 psia的壓力的沿流體排》文3各徑位于閥元件下游的波紋管室，波紋管由 從包括如下項的組中選擇的材料制成時效硬化的鋼合金、時效硬化的 鎳基合金和銅鈹合金；和波紋管室具有相對于真空促動止回閥的主體固定的一個部分和當 波紋管的內(nèi)部和外部之間的相對壓力使波紋管膨脹且將閥元件偏置在 打開位置以允許流體沿流體排》文路徑流動時可運4亍地《連4姿到閥元件的 另一個部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣瓶和閥組件，其中真空促動止回閥完 整地或部分地布置在口主體內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中真空促動止回閥布置在氣瓶 內(nèi)在口主體的上游。
12. 才艮據(jù)^又利要求9所述的氣并瓦和閥組件，其中波紋管適合于響應(yīng) 于真空條件將閥元件移動到打開位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣瓶和閥組件，其中真空促動止回閥包 括提升閥。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣瓶和閥組件，進一步包括沿流動路徑 的至少部分的限制器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣瓶和閥組件，其中限制器將包含在 氣瓶內(nèi)的氣體的流動限制為在大氣壓條件下低于35 sccm。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣瓶和閥組件，其中限制器包括至少 一個內(nèi)徑小于0.2 mm的毛細管。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣瓶和閥組件，其中罐包含了在范圍從 大約600 psig到大約1500 psig的壓力下的氣態(tài)流體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣瓶和閥組件，其中波紋管室以大約 25 psia的壓力密封。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣瓶和閥組件，其中波紋管是時效硬化的鉻鎳鐵合金材料的。
20. —種真空促動止回閥的波紋管組件，其包括布置在真空促動止回閥殼體內(nèi)的波紋管室，其中波紋管室被充填且 密封到范圍從14.7psia到50psia的壓力，且其中波紋管由從包括如下項 的組中選擇的材料制成時效硬化的鋼合金、時效硬化的鎳基合金和銅 鈹；和所述的波紋管響應(yīng)于在波紋管室外部上的真空條件，以使波紋管以 至少4 1bf的推力膨脹。
全文摘要
提供了具有故障防護真空促動閥的高壓存儲和輸送系統(tǒng)。特別地，通過本發(fā)明的真空促動止回閥設(shè)計，系統(tǒng)可以適應(yīng)直至三倍于類似尺寸的氣瓶中的產(chǎn)品量。
文檔編號F17C13/00GK101225924SQ200710199510
公開日2008年7月23日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者B·M·梅雷迪思, D·C·海德曼, L·A·布朗, S·L·庫珀 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司