專利名稱：用于高容量儲存和輸送系統(tǒng)的真空促動閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓儲存和輸送系統(tǒng)，其具有改進(jìn)的真空促動閥，以防止從例如 加壓的圓筒或儲罐等容器中有害地排出流體。更具體而言，本發(fā)明涉及一種重新構(gòu)造的閥 門設(shè)計，以便在輸送系統(tǒng)中容納大體積的產(chǎn)品，并在閥門的下游側(cè)應(yīng)用預(yù)定的真空條件時 適應(yīng)產(chǎn)品的分配。
背景技術(shù)：
工業(yè)處理和制造應(yīng)用需要使用高毒性的流體。半導(dǎo)體材料的制造代表了一種此類 應(yīng)用，其中高毒性的氫化物或鹵化物氣體的安全儲存和搬運(yùn)是必須的。這種氣體的示例包 括硅烷、鍺烷、氨、磷化氫、砷化三氫、銻化氫、硫化氫、硒化氫、碲化氫、三氟化磷、五氟化砷 以及其它鹵化物。由于毒性和安全性考慮，必須在工業(yè)處理設(shè)備中小心地儲存和搬運(yùn)這些 氣體。半導(dǎo)體工業(yè)尤其依賴于氣狀的砷化三氫(AsH3)和磷化氫(PH3)、三氟化硼(BF3)、四氟 化硅作為離子注入中的砷(As)、磷(P)、硼(B)和硅(Si)的來源。離子注入系統(tǒng)典型地使 用在輸送容器中以高達(dá)800psig的壓力儲存的AsH3和PH3的稀釋混合物和以高達(dá)1500psig 的壓力儲存的純凈氣體例如BF3和SiF4。由于它們極強(qiáng)的毒性和高的蒸氣壓力，對于半導(dǎo) 體工業(yè)，它們的使用、運(yùn)輸和儲存都引起了極大的安全問題。為了解決各種安全問題，已經(jīng)研制了許多系統(tǒng)來將這些氫化物和鹵化物在低于大 氣壓的條件下輸送到離子注入工具中。例如，被稱為SDS 且由ATMI有限公司商品化的化 學(xué)系統(tǒng)，其包括用物理吸附劑材料(圓珠形的活性炭)填充壓縮氣筒以及可逆地將摻雜氣 體吸附到該材料上。解吸過程包括對吸附劑材料/圓筒施加真空或熱量。實際上，來自離 子注入機(jī)的真空用于從固相吸附劑解吸氣體。存在與SDS技術(shù)相關(guān)的某些限制，它們包括 1)吸附劑材料具有有限的吸附容量，從而限制了給定尺寸的圓筒中可得到的產(chǎn)品的量；2) 解吸過程會由于圓筒封裝暴露于熱量下而開始，從而導(dǎo)致當(dāng)圓筒暴露于大于70 T的溫度 下時，圓筒達(dá)到大氣壓和高于大氣壓的壓力并輸送處于大氣壓和高于大氣壓的壓力下的氣 體，該溫度在許多圓筒倉庫位置和離子注入工具內(nèi)是很常見的；幻從圓筒輸送的氣體的純 度可能由于吸附劑材料上其它材料/氣體的吸附/解吸而受損；4)圓筒的利用百分比受到 施加于封裝的真空度的高度影響，即圓筒返回時總是有可觀的產(chǎn)品留在封裝中；和5)吸附 劑的消耗會導(dǎo)致氣體輸送系統(tǒng)中的粒子污染。對于低于大氣壓的摻雜氣體的輸送已經(jīng)單獨研制了許多機(jī)械系統(tǒng)。一些系統(tǒng)包括 使用壓力調(diào)節(jié)器，而其它系統(tǒng)需要閥門裝置在低于大氣壓下控制和輸送產(chǎn)品。這些裝置被 設(shè)定為當(dāng)對圓筒的輸送口應(yīng)用低于大氣壓或真空的條件時進(jìn)行輸送或打開。這些裝置的確 切位置可在端口本體中、頸部空腔中、圓筒本身內(nèi)部或所有這三種位置的組合。在每種情況 下，壓力調(diào)節(jié)器或閥門裝置均相對于從圓筒內(nèi)部流向輸送口的氣流而言定位在圓筒閥座的 上游。美國專利6，089，027和6，101，816都涉及一種流體儲存和分配系統(tǒng)，其包括用于
保持所需壓力的容器。該容器包含壓力調(diào)節(jié)器，例如單級或多級調(diào)節(jié)器，其與容器的端口相關(guān)，并設(shè)定在預(yù)定的壓力下。分配組件布置成與調(diào)節(jié)器保持氣體/蒸氣流通，該分配逐漸例 如包括流量控制裝置如閥門，由此閥門的開度影響來自容器的氣體/蒸氣的分配。容器中 的流體可由液體組成，其在超過其液化壓力的壓力下，在主要溫度條件(例如環(huán)境溫度(室 溫))下被限定在容器中。美國專利6，857，447 B2公開了一種氣體分配組件，其中源容器包含壓力范圍在 20至2，OOOpsig內(nèi)的氣體。該裝置需要高壓氣筒具有比典型的頸部開口更大的頸部開口， 以便容納沿著流體排出路徑串聯(lián)的兩個壓力調(diào)節(jié)器的引入。位于進(jìn)氣側(cè)的第一調(diào)節(jié)器將 壓力從1，OOOpsig(或當(dāng)時容器內(nèi)的實際壓力)下降至lOOpsig，而第二調(diào)節(jié)器將壓力從 IOOpsig下降至低于大氣壓的壓力。美國專利5，937，895涉及一種流體儲存和分配容器，其具有分配閥和限流裝置， 從而提供一種實際上的失效保險系統(tǒng)，用于防止來自加壓的圓筒或儲罐危險的流體排出。 美國專利6，007，609和6，045，115公開了沿著流體流動路徑而設(shè)置并提供了毛細(xì)尺寸開口 的限流器，其在分配閥失效的不太可能的情況下，最小化來自壓縮氣筒的任何毒性氣體的 排出。后三個文獻(xiàn)的公開內(nèi)容提供了低于大氣壓的輸送系統(tǒng)，其中波紋管室相對于穿過閥 門的氣流定位在銷/提升閥組件的下游。與相關(guān)技術(shù)的儲存和輸送系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的缺陷是它們不能處理大于600psig的圓 筒填充壓力，或者否則將需要串聯(lián)的兩個裝置。例如，雖然砷化三氫和磷化氫圓筒封裝填 充了液化的流體，但是這些流體的內(nèi)壓力被限制在它們相應(yīng)的蒸氣壓力下，該蒸氣壓力在 70 典型地在大約205至大約580psig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)品而填充，并且所需要的圓筒填充壓力為600psig或更大。特別是，相關(guān) 技術(shù)的系統(tǒng)由于分配閥的銷/提升閥設(shè)計而不能在大于eoopsig的圓筒壓力下工作。當(dāng)前系統(tǒng)中的另一缺點是它們不能容納更高容量的流體產(chǎn)品，并從而需要頻繁地 替換圓筒封裝。這又導(dǎo)致產(chǎn)品圓筒的頻繁的更換，并增加了半導(dǎo)體制造商的停機(jī)時間。為了克服相關(guān)技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種新穎的分配閥，其將容許流 體以氣相和/或部分氣相/液相進(jìn)行儲存和輸送，此處流體儲存在大于eoopsig的壓力下。 特別是，已經(jīng)重新設(shè)計分配閥，以包括密封機(jī)構(gòu)，該密封機(jī)構(gòu)在高壓下是可靠的，并且可承 受多次打開/關(guān)閉循環(huán)。本發(fā)明的另一目的是提高圓筒/儲罐的容量而不改變圓筒/儲罐或圓筒閥頭、包 括端口本體的尺寸。這樣可在圓筒/儲罐中容納更大體積的氣體。結(jié)果，實現(xiàn)了客戶的工 藝差異性降低和生產(chǎn)率增加。此外，通過較少的圓筒/儲罐更換，獲得了經(jīng)濟(jì)和安全性的好 處，從而減少了半導(dǎo)體制造工具的停機(jī)時間。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在回顧說明書、附圖和權(quán)利要求時將明白本發(fā)明的其它 目的和方面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于從加壓流體源將流體輸送到下游處理工 具的真空促動的止回閥。止回閥包括閥基，其具有貫通其中插入的銷，用于與下游的波紋管 室相通，其中銷和閥基在二者之間形成通道。銷適合于往復(fù)運(yùn)動，以便偏壓彈簧襯套。閥基 在其中具有埋頭孔，以容納圍繞銷的下面部分而同心設(shè)置的套筒和0形環(huán)，此處銷通過彈簧襯套而牢固地保持就位，彈簧襯套適合于在密封位置和打開位置之間運(yùn)動，密封位置阻 塞流體沿著通道流動，打開位置允許流體沿著通道流動。波紋管室設(shè)置在閥基和銷的下游， 并限定了與銷上游的壓力條件隔開的內(nèi)部容積。波紋管室適合于在與排出路徑相通時膨 脹，在波紋管周圍產(chǎn)生真空條件，并迫使接觸板碰撞到銷上，從而將彈簧襯套從閥基偏壓開 至打開位置，以容許流體流過閥基中的通道。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于控制從包含氫化物或鹵化物的加壓罐的 出口排出加壓流體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于將加壓流體保持在氣相或部分氣相下的儲罐；用于與加壓罐的出口相通，從而限定流體排出路徑的端口本體；沿著流體排出路徑而設(shè)置的真空促動的止回閥，其包括閥基，閥基具有貫通其中 插入的銷，以與波紋管室下游相通，其中銷和閥基在二者之間形成了通道，銷適合于往復(fù)運(yùn) 動，以便偏壓彈簧襯套，閥基中具有埋頭孔以容納圍繞銷的下面部分而同心設(shè)置的套筒和0 形環(huán)，此處銷通過彈簧襯套而牢固地保持就位，彈簧襯套適合于在密封位置和打開位置之 間運(yùn)動，密封位置阻塞流體沿著通道流動，打開位置允許流體沿著通道流動；且波紋管室設(shè)置在閥基和銷的下游，其中波紋管室限定了與銷的上游的壓力條件隔 離開的內(nèi)部容積，波紋管室適合于在與排出路徑相通時膨脹，在波紋管周圍產(chǎn)生真空條件， 并迫使接觸板撞擊到銷上，從而將彈簧襯套從閥基偏壓開至打開位置，以容許流體流過閥 基中的通道。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種圓筒和閥門組件，其用于包含加壓流體并控 制從圓筒排出加壓流體。圓筒和閥門組件包括圓筒，其具有圓筒開口 ；適合于與圓筒開口密封接合的端口本體；由端口本體限定并定位在圓筒內(nèi)的流體入口 ；由端口本體限定并定位在圓筒外部的流體出口 ；在流體入口和流體出口之間由端口本體限定的流體排出路徑；截止閥，其用于控制流體沿著流體排出路徑的流動；沿著流體排出路徑而設(shè)置的真空促動的止回閥，其包括閥基，閥基具有貫通其中 插入的銷，用于與波紋管室下游相通，其中銷和閥基在二者之間形成通道，銷適合于往復(fù)運(yùn) 動，以便偏壓彈簧襯套，閥基中具有埋頭孔以容納圍繞銷的下面部分而同心設(shè)置的套筒和0 形環(huán)，此處銷通過彈簧襯套而牢固地保持就位，彈簧襯套適合于在密封位置和打開位置之 間運(yùn)動，密封位置阻塞流體沿著通道流動，打開位置允許流體沿著通道流動；以及波紋管室設(shè)置在閥基和銷的下游，其中波紋管室限定了與銷的上游的壓力條件隔 離開的內(nèi)部容積，波紋管室適合于在與排出路徑相通時膨脹，在波紋管周圍產(chǎn)生真空條件， 并迫使接觸板撞擊到銷上，從而將彈簧襯套從閥基偏壓開至打開位置，以容許流體流過閥 基中的通道。


從以下本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述結(jié)合附圖將更好地理解本發(fā)明的目的和 優(yōu)勢，其中相似的標(biāo)號表示全部圖中相同的特征，并且其中
圖1顯示了一種系統(tǒng)的示意性的橫截面圖，該系統(tǒng)用于來自該系統(tǒng)的加壓流體的 儲存和受控分配；圖2描繪了閥頭組件的放大的示意性的橫截面圖，其具有設(shè)置在其中的真空促動 的止回閥；圖2(a)是傳統(tǒng)的真空促動的止回閥中的銷/提升閥組件的示意圖；圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的真空促動的止回閥的示意性的橫截面圖；圖4是圖1中所示的毛細(xì)管的橫截面圖。圖5是在2sCCm流率下促動壓力隨時間的曲線圖，其中系統(tǒng)在各種壓力下填充；圖6是在kccm流率下促動壓力隨時間的曲線圖，其中系統(tǒng)在各種壓力下填充；且圖7是比較示例的曲線圖，此處具有傳統(tǒng)真空促動的止回閥的圓筒的促動壓力在 kccm流率下進(jìn)行測試。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種作為供氣源的低壓或低于大氣壓的儲存和輸送系統(tǒng)，以用于涉 及半導(dǎo)體處理的應(yīng)用中，例如離子注入。該系統(tǒng)控制著以氣相或部分氣相儲存的加壓流體 的排出。出于解釋的目的，在輸送三氟化硼的情況下進(jìn)一步描述本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域中的 技術(shù)人員應(yīng)該懂得，可利用任何氫化物或鹵化物，例如濃縮的三氟化硼(即"BF3)、硅烷、一 氧化碳氟、硅烷、三氟化氮或四氟化硅。如圖1中所示，描繪了一種用于儲存和輸送加壓的毒性流體的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包 括高壓圓筒或儲罐12，其包含氣相或部分氣相的三氟化硼。壓縮氣筒可以是傳統(tǒng)的500cc 圓筒，例如運(yùn)輸部批準(zhǔn)的3AA圓筒，但并不局限于此。圓筒閥頭14可通過螺紋接合在圓筒 12的頂端。圓筒閥頭14可以是不銹鋼閥門的雙端口 316，例如由Ceodeux公司制造的閥門。 該雙端口閥頭14具有防篡改填充端口 16，通過該端口用產(chǎn)品填充圓筒12。在填充時，用戶 可從圓筒通過用戶端口 18抽吸出產(chǎn)品，該用戶端口是表面密封的VCR 端口，其具有在大約 0.25至大約0.5英寸范圍內(nèi)的出口。圓筒的內(nèi)部包含具有入口 22的內(nèi)部限流器20。如以 下詳細(xì)所述，三氟化硼流入入口 22，穿過內(nèi)部限流器和真空促動的止回閥沈，沿著流體流 動路徑流向用戶端口 18，直至耗盡。真空促動的止回閥沈包含自動地控制圓筒中的三氟化硼流體的排出的波紋管 室。止回閥沈自然可設(shè)置在雙端口閥門的端口本體中，位于雙端口閥門的上游，位于圓筒 內(nèi)，或沿著流體流動路徑部分地位于雙端口閥門中并部分地位于圓筒內(nèi)。如圖1中的示例 性實施例中所示，通過將止回閥的一部分固定在外殼上，將真空促動的止回閥完全設(shè)置在 圓筒12內(nèi)部，外殼沿著流體排出路徑定位。位于雙端口閥門頂部的手柄觀容許手動控制 沿著通向用戶端口 18的流體排出路徑的流體。在前述美國專利5，937，895,6, 007, 609和 6，045，115中描述了這種類型的流體儲存和分配系統(tǒng)，盡管其指向的是單端口圓筒閥頭，并 且它們通過引用而完整地結(jié)合在本文中。參看圖2，其相對于內(nèi)部構(gòu)件顯示了流體流動路徑。在一個示例性實施例中，并且 為了便于解釋，真空促動的止回閥26設(shè)置在單端口圓筒閥頭14的端口本體四中。之后沿 著三氟化硼氣體流出頭部閥14的路徑，氣體首先通過內(nèi)部限流器管道20進(jìn)入閥門入口 30。 頭部閥14的端口本體包含真空促動的止回閥26。進(jìn)入的氣體首先接觸呈提升閥32形式的閥門元件。彈簧34抵靠閥座36偏壓提升閥32，以產(chǎn)生沿著氣體流動路徑的封閉條件。如 圖2(a)中所示，在傳統(tǒng)的銷/提升閥設(shè)計中，提升閥32是圓錐形裝置，其裝配在匹配的圓 錐形座腔中，本文稱為閥座36。閥座通過埋頭孔置于閥基84中，并保持跨越閥座36的正作 用密封。彈簧34通常將提升閥32壓靠在閥座36上，直到波紋管38膨脹而使接觸板40移 動。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推開。三氟化硼氣體 然后可流過圍繞銷42的銷通道44并進(jìn)入到容納波紋管38的外殼M中。波紋管室50由波紋管導(dǎo)向器48和下導(dǎo)板56組成，導(dǎo)向器48限定了內(nèi)壓力室，該 內(nèi)壓力室具有包圍波紋管室的外部的外套筒/外殼M。在波紋管上端與波紋管導(dǎo)向器48 和在波紋管下端與接觸板40的密封接觸通常將波紋管與真空促動的止回閥沈以及氣體流 動路徑中的壓力隔離開。波紋管室50的內(nèi)部部分(即壓力室)典型地被密封在大氣壓或高 于大氣壓的壓力下，使得包圍波紋管室50的外殼中的壓降造成波紋管室50中的氣體使波 紋管膨脹，并將接觸板40向下推動壓靠銷42。在共同待決的美國專利序列號11/635,875 中公開了這種類型的波紋管室，并且其通過引用而完整地結(jié)合在本文中。波紋管導(dǎo)向器48將外套筒M保持在其外緣周圍。外套筒M用導(dǎo)板56定位。波 紋管導(dǎo)向器48、外套筒M和導(dǎo)板56共同保護(hù)性地封閉波紋管室50。銷42穿過導(dǎo)板56中 的中心孔，以保持其與接觸板40對準(zhǔn)。從包圍波紋管室50的外殼中傳出的三氟化硼氣體流過閥門入口 58并穿過密封面 60。帶螺紋的襯套62將多層的金屬膜64夾持到端口本體四上，從而對通過閥桿66泄漏 的流體形成正作用密封。與帶螺紋的閥桿66協(xié)同操作的手柄28通過摩擦墊70將活塞68 壓迫到膜64上，從而反抗彈簧74的阻力而使主要閥柱塞72向下移動。柱塞72的向下運(yùn) 動推動由螺母78保持的彈性密封元件76，從而在表面60上產(chǎn)生密封。使閥桿66遠(yuǎn)離隔膜 64后退容許彈簧74向上推動閥柱塞72，從而分開密封面60并允許氣體流過端口 58。一旦 穿過密封面60，三氟化硼氣體就從室80穿過導(dǎo)管82而流向用戶端口 18。此止回閥沈可設(shè)置成可靠地防止提升閥32的開啟，直到波紋管外殼內(nèi)的壓力下 降到真空條件為止。該條件通常等于760托或更低。通過真空促動的止回閥的這種設(shè)置， 以逆時針方向旋轉(zhuǎn)手柄觀從而收回閥柱塞70，這將不會導(dǎo)致從圓筒分配三氟化硼。因為典 型的最終用戶裝置在小于100托的壓力下操作，所以在真空，尤其在500托或更低的壓力下 分配三氟化硼具有若干明顯的優(yōu)勢。例如在所有三氟化硼氣體連接處都有負(fù)壓，所以泄漏 只能泄漏到最終用戶裝置中，此處它們被裝置本身快速地檢測到。因而，人們不必逐個檢查 接頭，以核實是否有任何泄漏。另外不需要外部調(diào)節(jié)器來將儲罐壓力減少至對于最終用戶 的質(zhì)量流量控制器可接受的壓力。更重要的是，上述三氟化硼系統(tǒng)中的管道連接的意外開 啟比高壓輸送系統(tǒng)連接的意外開啟在危險性上呈數(shù)量級地降低。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明重新設(shè)計的銷/提升閥組件允許真空促動的止回閥沈 在大于eoopsig的壓力下的有效密封和起作用。結(jié)果，包含氣態(tài)流體例如三氟化硼的圓筒 可填充到超過600psig并高達(dá)1500psig的壓力。參看圖3，在閥基84中形成了凹入的埋頭孔或凹槽以容納0形環(huán)88。該0形環(huán)可 以是全氟彈性材料或其等效物，只要此類材料滿足嚴(yán)格的密封要求，并個別地滿足壓縮和 減壓的機(jī)械要求。提供了一種改進(jìn)的控制銷42，其中所述銷具有基本均勻的圓周尺寸，其從 略高于下導(dǎo)板56處延伸到彈簧襯套90中。套筒或管狀構(gòu)件92設(shè)置在控制銷42軸的周邊
8和0形環(huán)的內(nèi)半徑之間，0形環(huán)安裝在閥基84中。該套筒可由316L不銹鋼制成，并且起作 用以平衡凹槽內(nèi)上下0形環(huán)接觸區(qū)域之間存在的壓力梯度。套筒引入了用于當(dāng)0形環(huán)表面 從閥基面或銷體表面上抬升時供氣體流過的旁路通道。壓力差的平衡實際上消除了 0形環(huán) 在操作期間從其凹槽中移出的傾向。與定位在閥基中的0形環(huán)協(xié)作的改進(jìn)的銷設(shè)計有效地用作面密封件，以便在波紋 管38響應(yīng)于低于大氣壓的條件膨脹時打開和關(guān)閉閥門。密封領(lǐng)域中的技術(shù)人員將其認(rèn)作 為面密封0形環(huán)。上面描述了真空促動的止回閥沈的操作。然而，在本發(fā)明的密封裝置 中，0形環(huán)88保持在凹槽內(nèi)的固定位置上，凹槽已經(jīng)被加工到閥基84的凹入?yún)^(qū)域中。氣體 流量閥只能處于關(guān)閉位置或打開位置。關(guān)閉位置對應(yīng)于其中0形環(huán)被包圍銷的套筒的環(huán)形 面壓縮在凹槽內(nèi)的位置。在平坦區(qū)域的底部，全氟彈性0形環(huán)在閥基和銷表面之間的壓縮 阻斷氣體的流動，而不允許穿過接觸區(qū)域的泄漏。另一方面，打開位置對應(yīng)于其中改進(jìn)的銷 軸向地遠(yuǎn)離0形環(huán)的接觸表面移動的位置，從而允許氣流環(huán)繞0形環(huán)并穿過銷通道44而流 過套筒的內(nèi)部環(huán)狀空間?；谶@些改進(jìn)，消除了提升閥，并提供了一種具有改善的結(jié)構(gòu)完整性的增強(qiáng)型密 封機(jī)構(gòu)。這是比標(biāo)準(zhǔn)圓筒高出達(dá)三倍的氣態(tài)容量上的增加的原因。具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在 標(biāo)準(zhǔn)2. 2升圓筒中的1200psig的三氟化硼填充壓力下，圓筒容量可高達(dá)1，000克。比較起 來，在600psig的填充壓力下的標(biāo)準(zhǔn)2. 2升圓筒相當(dāng)于大約335克的產(chǎn)品。因而，本發(fā)明的 密封機(jī)構(gòu)容許容量得到三倍的提升。參看回圖1，限制性的流動通道20可沿著流動路徑放置于真空促動的止回閥沈的 上游，以便在止回閥在打開位置上失效或者另外在其中具有止回閥的閥頭14被剪斷的不 太可能的情況下限制氣體的流動。一個呈毛細(xì)管形式的此類限流器提供了作為流量限流器 的最大的靈活性和可靠性。無論是由單個還是多個小直徑孔或緊密壓縮的材料提供，這種 類型的合適的限流器將會恰當(dāng)?shù)貙庀嗔黧w的輸送限制到非常低的速率。例如，在1200psig的圓筒壓力和68 度下，單孔毛細(xì)管可將大氣壓下三氟化硼 的釋放限制到低于大約35sCCm的三氟化硼，而七孔毛細(xì)管可在相似的條件下將流率限制 到大約Mkccm。毛細(xì)管提供來自圓筒12的唯一出口，并且其可呈盤旋形態(tài)，且通常具有小 于0. 02毫米(0. 001英寸)的內(nèi)徑?？僧a(chǎn)生各種合適的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。如圖4中的橫截面圖更清晰地所示，典型地由不 銹鋼構(gòu)成的金屬管道84保護(hù)性地包圍玻璃管道86。管道86的內(nèi)徑保持圍繞中心玻璃棒 90的6個實心玻璃棒88的六角形布置，其中所有棒都具有大約相同的直徑。在棒88和棒 90之間以及在棒88和管道86的內(nèi)面之間的空間92提供了毛細(xì)管尺寸的流通面積，用于調(diào) 節(jié)穿過內(nèi)部限流器20的氣體。使玻璃棒88和90上的玻璃管收縮提供了一種剛性的管棒 組件。因此，即使內(nèi)部棒斷裂，玻璃管86的碎片保持力將維持通過玻璃管86的內(nèi)徑的毛細(xì) 流。金屬管道84在可選地圍繞玻璃棒88和90收縮時增加了進(jìn)一步的剛性和耐用性，從而 提供了一種增強(qiáng)的單元。通過金屬管道84的可選增強(qiáng)作用，玻璃棒或其周圍玻璃管的破裂 將通過基本沒有變化的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)而留下限制性流動路徑的功能。下面將通過參照以下示例和比較示例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，然而這些示例并不被認(rèn) 為限制了本發(fā)明。示例 1
在三個不同的填充壓力下用三氟化硼填充傳統(tǒng)的圓筒。第一壓力是lOOpsig，第 二壓力是600psig，且第三壓力是1300psig。在圓筒出口端口的出口處應(yīng)用真空，并且通過 出口下游的質(zhì)量流量控制器保持^ccm的流率。然后觀測兩小時期間的閥門促動壓力分布 圖。如圖5中所示，在1200psig的填充壓力下，打開圓筒以允許kccm氣體流所需要的促 動壓力是250士20托。在600psig的圓筒填充壓力下，需要400士20托的促動壓力來打開 閥門以容許kccm的流率。最后在IOOpsig的填充壓力下，用于2sCCm流率的促動或輸送 壓力是530士20托。因此，隨著圓筒填充壓力由于氣體的消耗而下降，促動壓力提高了。圖 5論證了本發(fā)明的0形環(huán)密封件有效地允許氣體在1200psig以及IOOpsig的填充壓力下 的流動。另外，其表明0形環(huán)密封件將隨著氣體的消耗而保持穩(wěn)定的低于大氣壓的促動壓 力(< 760托)。換句話說，當(dāng)圓筒壓力隨著三氟化硼產(chǎn)品被消耗而減少至IOOpsig或更低 時，促動壓力仍將很好地保持在600托以下。示例 2除了流率增加至5sCCm之外，按照以上比較性示例中所述相同的規(guī)程對包含本發(fā) 明的改進(jìn)的真空促動的止回閥的圓筒進(jìn)行測試。如圖6中所示，對于新設(shè)計的各種入口壓 力，促動壓力似乎在大約100秒處變得穩(wěn)定。這是非常重要的，因為在每個真空促動的止回 閥的組裝期間最關(guān)鍵且最費(fèi)時的制造操作被稱為“設(shè)置促動壓力”。就生產(chǎn)率而言，該操作 是制造閥門方面主要的瓶頸。如果閥門在100秒內(nèi)穩(wěn)定(在kccm的流率下)，那么其表明 被稱為“設(shè)置促動壓力”的此特定的制造步驟或過程可在100秒內(nèi)執(zhí)行。比較示例在相同的kccm的氣體排出速率下，遵循示例2的規(guī)程對于填充至600psig且具 有傳統(tǒng)的帶有銷/提升閥裝置的真空促動的止回閥的圓筒進(jìn)行測試。作為比較并參照圖7， 關(guān)于促動壓力，在促動壓力穩(wěn)定在大約450托的穩(wěn)態(tài)下之前，其在10個小時的期間內(nèi)降低 了多于25% (從550托至400托)。只有在當(dāng)促動壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時的時間點上，才能永 久地設(shè)置閥門的促動壓力。雖然許多傳統(tǒng)的真空促動的止回閥在一個或兩個小時的時間間 隔內(nèi)變得穩(wěn)定，但是此示例中所展示的標(biāo)準(zhǔn)止回閥不是罕見的。雖然已經(jīng)參照特定的實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該 明白，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可做出各種變化和修改，并采用等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于將流體從加壓流體源輸送到下游處理工具的真空促動的止回閥，包括閥基，其具有貫通其中插入的銷，用于與下游的波紋管室相通，其中所述銷和所述閥基在二者之間形成通道，所述銷適合于往復(fù)運(yùn)動，以便偏壓彈簧襯套，所述閥基在其中具有埋 頭孔，以容納圍繞所述銷的下面部分而同心設(shè)置的套筒和0形環(huán)，此處所述銷通過所述彈 簧襯套而牢固地保持就位，所述彈簧襯套適合于在密封位置和打開位置之間運(yùn)動，所述密 封位置阻塞流體沿著所述通道流動，所述打開位置允許流體沿著所述通道流動；和波紋管室，其設(shè)置在所述閥基和所述銷的下游，其中所述波紋管室限定了與所述銷的 上游的壓力條件隔離開的內(nèi)部容積，所述波紋管室適合于在與排出路徑相通時膨脹，在所 述波紋管周圍產(chǎn)生真空條件，并迫使接觸板撞擊到所述銷上，從而將所述彈簧襯套從所述 閥基偏壓開至打開位置，以容許流體流過所述閥基中的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述排出路徑處于或高于大氣壓條件 下時，所述彈簧襯套中的彈簧充當(dāng)?shù)剿霾y管室的接觸板上的反作用力，以便密封地接 合閥基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空促動的止回閥，其特征在于，所述0形環(huán)壓縮地保持在所 述閥基和所述彈簧襯套之間，從而形成二者之間的面密封件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空促動的止回閥，其特征在于，所述銷在其往復(fù)運(yùn)動期間 可移動高達(dá)0.010英寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空促動的止回閥，其特征在于，所述套筒是不銹鋼的管狀 構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的真空促動的止回閥，其特征在于，所述套筒是使所述凹槽內(nèi) 的上下0形環(huán)接觸區(qū)域之間的壓力梯度平衡的套筒。
7.一種用于控制從包含氫化物或鹵化物的加壓罐的出口排出加壓流體的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括用于將加壓流體保持在氣相或部分氣相下的儲罐；用于與所述加壓罐的所述出口相通，從而限定流體排出路徑的端口本體；沿著所述流體排出路徑而設(shè)置的真空促動的止回閥，所述止回閥包括閥基，所述閥基 具有貫通其中插入的銷，用于與波紋管室下游相通，其中所述銷和所述閥基在二者之間形 成通道，所述銷適合于往復(fù)運(yùn)動，以便偏壓彈簧襯套，所述閥基中具有埋頭孔以容納圍繞所 述銷的下面部分而同心設(shè)置的套筒和0形環(huán)，此處所述銷通過所述彈簧襯套而牢固地保持 就位，所述彈簧襯套適合于在密封位置和打開位置之間運(yùn)動，所述密封位置阻塞流體沿著 所述通道流動，所述打開位置允許流體沿著所述通道流動；和波紋管室，其設(shè)置在所述閥基和所述銷的下游，其中所述波紋管室限定了與所述銷的 上游的壓力條件隔離開的內(nèi)部容積，所述波紋管室適合于在與排出路徑相通時膨脹，在所 述波紋管周圍產(chǎn)生真空條件，并迫使接觸板撞擊到所述銷上，從而將所述彈簧襯套從所述 閥基偏壓開至打開位置，以容許流體流過所述閥基中的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述真空促動的止回閥完全或部分地設(shè) 置在所述端口本體內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述真空促動的止回閥設(shè)置在所述圓筒 內(nèi)，位于所述端口本體的上游。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，在最大容量條件下，所述儲罐包含壓力 范圍在大約600psig至大約1500psig的氣態(tài)流體。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述波紋管室以大約25psia的壓力進(jìn)行 密封。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲罐還包括沿著所述流動路徑的 至少一部分而設(shè)置的限流器，其在大氣壓條件下將包含在容器中的氣體的流量限制到低于 35sccm0
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述限流器是至少一個導(dǎo)管。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個導(dǎo)管是毛細(xì)管，其具有不 超過0. 2mm的內(nèi)徑。
15.一種圓筒和閥門組件，用于包含加壓流體并控制從所述圓筒排出加壓流體，所述圓 筒和閥門組件包括具有圓筒開口的圓筒；適合于與所述圓筒開口密封接合的端口本體；由所述端口本體限定并定位在所述圓筒內(nèi)的流體入口；由所述端口本體限定并定位在所述圓筒外部的流體出口；在所述流體入口和所述流體出口之間由所述端口本體限定的流體排出路徑；截止閥，其用于控制流體沿著所述流體排出路徑的流動；沿著所述流體排出路徑而設(shè)置的真空促動的止回閥，其包括閥基，所述閥基具有貫通 其中插入的銷，用于與波紋管室下游相通，其中所述銷和所述閥基在二者之間形成通道，所 述銷適合于往復(fù)運(yùn)動，以便偏壓彈簧襯套，所述閥基具有埋頭孔以容納圍繞所述銷的下面 部分而同心設(shè)置的套筒和0形環(huán)，此處所述銷通過所述彈簧襯套而牢固地保持就位，所述 彈簧襯套適合于在密封位置和打開位置之間運(yùn)動，所述密封位置阻塞流體沿著所述通道流 動，所述打開位置允許流體沿著所述通道流動；和波紋管室，其設(shè)置在所述閥基和所述銷的下游，其中所述波紋管室限定了與所述銷的 上游的壓力條件隔離開的內(nèi)部容積，所述波紋管室適合于在與排出路徑相通時膨脹，在所 述波紋管周圍產(chǎn)生真空條件，并迫使接觸板撞擊到所述銷上，從而將所述彈簧襯套從所述 閥基偏壓開至打開位置，以容許流體流過所述閥基中的通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圓筒和閥門組件，其特征在于，所述波紋管適合于在感測 到低于大氣壓的條件時通過所述接觸板撞擊到所述銷上并打開所述通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重新構(gòu)造的閥門設(shè)計，以便在輸送系統(tǒng)中容納大體積的產(chǎn)品，并在閥門的下游側(cè)上應(yīng)用預(yù)定的真空條件時分配產(chǎn)品。
文檔編號F17C13/04GK102066829SQ200980124161
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者S·坎珀 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司