[发明专利]流体控制阀

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据USC第35条第119项要求于2013年1月29日提交的号为13/753,019的美国申请的优先权权益，该申请的全部教导通过引用并入本文。

技术领域

本申请总体涉及用于调节通过导管的流体流量的控制阀，并且更具体地涉及被构造以允许阀在使用的同时在原位清洁，从而使得在阀流量控制元件和阀体及其紧邻围绕物之间的任何间隙能够(a)保持没有冷凝物和(b)维持在升高的温度下以防止沿着阀流量控制元件的湿润表面冷凝。

背景技术

在使用时，术语“气体”应指代“气体”和“蒸气”两者，在这些术语被认为不同时如此。

控制阀在本领域内众所周知为用于调节气体通过导管的流速的构件。一种类型的控制阀是“挡板”阀(有时也被称为“节流”阀或“蝶形”阀)，其中“挡板”或板状阀流量控制元件设置于流体通道内侧，并且居中或接近居中地安装在可旋转的轴上，所述轴侧向地穿过所述通道的内部。挡板平面的取向通常通过使得轴在顺时针和/或逆时针方向上旋转而可调整。当挡板的平面在0°位置取向以阻碍气体流动时，挡板精确地定制尺寸以关闭和或多或少密封通道，从而将流体流动停止或将流体流动至少基本上减少到最小流量。可替代地，使得轴和挡板在大约0°和90°左右之间旋转，以使得挡板的平面从完全关闭位置移动到完全打开位置，这导致通过将挡板的位置控制在某个最小流量或零流量至最大流量之间而控制气体通过通道的流速的能力。这种挡板阀的简单和容易的操作使得所述挡板阀特别适合于调节控制系统中的气流，所述控制系统需要输送精确量的气体。

用于调节气流的另一种类型的阀是钟摆阀或闸阀。钟摆阀或闸阀组件通常包括容纳钟摆阀或闸阀流量控制元件的壳体、内部空间和一对开口，气体能够通过所述开口进入和离开内部空间。

正如其名称所意指的那样，阀流量控制元件(通常被称为“闸门”)能够在完全打开和完全关闭位置之间移动。阀流量控制元件(通常为圆盘形式)通过枢转臂连接到可旋转轴。在完全打开的位置下，钟摆阀的圆盘通常定位在由开口所限定的流动路径的外侧，以使得流体能够进入和离开壳体的内部空间。在完全关闭的位置下，圆盘移动成与包围开口中的一个的阀座密封接触，以使得流体不能够流动通过阀。

闸门的移动通常需要在完全打开位置和中间位置之间的旋转(即，枢转或侧向)移动，以及然后从中间位置到完全关闭位置的至少某种纵向(即，平移、线性或轴向)移动，其中在完全关闭位置下，闸门圆盘密封接触阀座。为了获得旋转移动和平移移动的这种组合，钟摆阀通常使用某种类型的旋转-轴向平移机构，以使得所述阀体在移动通过所述阀体的整个运动范围时在期望的方向上移动。

节流阀和钟摆阀这两种类型的阀都可以用于控制输送到过程控制系统的气体流速，所述过程控制系统诸如CVD(化学气相沉积)系统。在由过程控制系统所执行的过程中使用的气体是多种多样的并且被变化。在这种过程中使用的许多重要的工业化学品在正常室温和压力以及大致正常室温和压力下以液相存在，但在升高的温度下在标准大气压下转变成气相。对于许多工业应用而言，优选在气相中处理这些化学品，而同时使得过多的不必要的热能输入最小。然而要达到这种平衡，在用于调节这些气相化学品流量的节流阀和钟摆阀的情况下提出特定的问题。除非阀的所有湿润表面都被维持在高于被调节的化学品的液体-蒸气转变温度的温度下，否则会存在在阀内部表面上冷凝的风险而导致阀的可能腐蚀、流体流的污染以及液体池化，这对阀操作产生不利的影响。如图1和图2中所示，围绕挡板阀的阀流量控制元件的气流不仅会在阀流量控制元件上冷凝(如图以18所示)，而且还会在阀体的内部通道壁上冷凝(如图以20所示)。

其结果是，阀流量控制元件和阀体的表面可能会被冷凝物污染，干扰阀的操作并且当阀需要维修和/或更换时缩短阀的使用寿命。阀通常在外部围绕阀的本体被加热。下述阀也是可利用的，所述阀被设计以使得，阀轴能够被直接加热以试图保持挡板温暖。类似地，还已知挡板过度旋转以擦拭挡板主体而清除污染物。

在挡板阀的情况下，在阀中安装加热器以将挡板加热到保持过程气体以其气相流动通过阀所需的温度以上并不总是能够解决问题。这种方法是昂贵的、需要动力，并且由于挡板由气流冷却，有时不能完全保护挡板。还存在这样的情况，其中，由于气流的流体动力学(大的压降和可能的冷却)，在挡板前端边缘的下游出现污染。过度旋转的方法不一定保护所有的关键挡板表面免受污染。