[發明專利]壓力平衡閥

有效

• 申請號: 201280028794.1
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN103597259A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 沃爾特·丹尼斯·羅伯遜三世
• 申請（專利權）人: 伊利諾斯工具制品有限公司
• 主分類號: F16K1/00
• 分類號: F16K1/00
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎

技術領域

本發明一般涉及一種用于控制液體流量的方法和系統，尤其涉及一種壓力平衡閥。

背景技術

許多工業過程中需要各種過程流體的精確控制。例如，在半導體行業中，質量流量控制器被用來精確測量和控制被導入到處理室中的過程流體的量。術語流體在本文中用于描述任何類型的能夠在任何狀態下流動的物質。但是應當理解的是，術語流體適用于被控流量可能影響到的液體、氣體和包括物質或材料的任意組合的漿體。

質量流量控制器的一個主要部件是閥門，其通過打開、關閉或部分地阻塞不同通道來調節、指示或控制流體的流動。一種這樣的閥門是直動式電磁閥，提供了出色的分辨率、低成本、低功耗、快速動作，而且體積小。雖然電磁閥對低流動性作用巨大，但是應用于控制大于約100標準升每分鐘（slpm）的流時，它們通常是有問題的。當穿過測流孔的壓力成為電磁拉力的顯著部分并影響到閥門性能時，這個問題就會出現。

為了克服上述問題，所公開的實施例包括一個壓力平衡閥來消除或減少壓降力，以獲得對于較大的節流孔直徑而言的合理的閥門性能。

發明內容

所公開的實施例包括一種具有主體的壓力平衡閥門組件，該組件包括具有連接第一端口和第二端口的通道的主體。壓力平衡閥門組件具有位于環形節流孔內的柱塞。柱塞被配置成移動閥門座以關閉和打開第一端口和第二端口之間的通道。壓力平衡通道位于柱塞內，并被配置成將第一壓力從第一端口傳遞到柱塞桿腔室。壓力平衡閥門組件包括位于柱塞與環形節流孔之間的環形帶。該環形帶提供在柱塞桿腔室和具有與第二端口相關聯的第二壓力的第二腔室之間的壓降通道。

所公開的實施例還包括一種質量流量控制器。質量流量控制器包括連接到如上所述的壓力平衡閥門組件的第一端口的流路。質量流量控制器還包括流量傳感器組件，用于感測通過流路的流量；以及控制設備，被編程為從用戶輸入設備接收所需的流速，從流量傳感器組件接收流量的指示，確定通過流路的實際流速，并控制閥門組件來調節流體流量。

附圖說明

下面將參考所附的附圖詳細描述本發明的說明性實施例，這些附圖通過參考引入本文，其中：

圖1示出了傳統的直動式電磁閥的計量部；

圖2示出了根據一個實施例的一種壓力平衡閥的剖視圖；

圖3提供了圖2中所示的壓力平衡閥的一部分的分解剖視圖；以及

圖4示出了一個質量流量控制器的示例，其內合并有根據所公開的實施例的壓力平衡閥。

具體實施方式

所公開的實施例包括一種用于生成壓力平衡閥的裝置和方法，該壓力平衡閥消除了現有設計中存在的相關問題。所公開的實施例可以與質量流量控制器一起使用，例如但不限于在美國公開的專利20110191038和美國6343617號專利中公開的質量流量控制器，這些專利的教導以引用方式并入本文。

本申請所公開的實施例及其優點最好通過參照附圖1-4進行理解，各個附圖中相同和相應的部分采用相同的附圖標記。對于本領域的普通技術人員而言，通過查看以下附圖及其詳細說明，所公開的實施例的其他特征和優點將會變得顯而易見。本申請意圖將所有這些附加的特征和優點都包括在所公開的實施例的范圍之內。此外，本申請中所示的附圖僅僅是示例性的，而不是作為對聲稱或暗示的任何關于可以執行不同實施例的環境、結構、設計或過程的限制。

圖1示出了傳統的直動式電磁閥100的計量部。通常，如圖1所示，流體流被引導而徑向地通過基座110和節流孔板120之間的節流孔洞。當閥門100關閉時（零電流），柱塞105使基座110接觸節流孔板120，以密封流路徑。入口壓力（P_inlet）生成了向下的力，作用來關閉閥門100，出口壓力（P_outlet）生成相反的向上的力。這兩個力之間的差被稱為的壓降力（F_dp），是與向上電磁拉力相反的向下的力。這個向下的力可以用下面的公式計算：F_dp=（P_inlet-P_outlet）*節流孔的面積（A_orifice）。向下作用的壓降力與磁性的電磁向上的力相對，而且必須被克服以打開閥門100。

表1表明了在不同的壓降和節流孔直徑下的壓降力的大小。

表1.壓降力

壓降力（lbs.），Fdp