手動/氣動組合截止閥的制作方法

專利名稱：手動/氣動組合截止閥的制作方法
手動汽動組合mit閥本申請是2004年1月17日提交的名稱為"手動/氣動組合截止閥"的 中國專利申請200410005821. 0的分案申請。本申請要求對2003年1月17日申請的題為"手動/氣動組合截止閥"的美 國臨時專利60/440928享有優先權。絲領域本發明關于工藝流體控制裝置，尤其是關于一種工藝流體控制裝置的截止閥。背景駄在半導體晶片處理過程中，與添加、改變或去除硅片上材料相關的幾乎所 有工藝都會使用一種或多種工藝流體。這些工藝流體可包 刮者如氦的惰性流體， 乃至諸如氯的有毒腐蝕性流體。因此，半導體晶片處理需要復雜的流體輸送系 統，這些輸送系統可以向晶片處理室劍共精確數量的多種工藝流體。典型的加工裝置中，這些工藝流體盛在一個設備系統控制下的單獨增 壓筒之內，所述增壓筒設在所述處理設備外。然后用管道將所述流體送至 所述設備，而且由流體控制板控制的流體由接點用管道接至加工室。所述 流體控制板一般分成單獨的加工流體控制裝置，每個裝置都是用作一種流 體流的部件(例如閥、過濾器、流體凈化器、壓力調節器和傳感器)的一 個完整裝置。圖1顯示典型的現有技術中流體控制板中的工藝流體控制裝置101。所顯示 的配置是通常用于有毒流體(例如氯)的類型。工藝、流體控制裝置包括手動隔 膜閥(manual diaphragm valve) 103，通過允許為維修和使用而手動關閉流經裝 置的液流，其用作安全裝置。液壓由壓力調節器105和壓力傳感器107控制。 lif共過濾器109以從液流中去除雜質。第"^動閥111和第二氣動閥113 M向兩個氣動閥和質量流量控制對MFC)115發送電信號，從而使液流的開啟和關 閉能遠程控制。所述第二氣動閥113對流經工藝流體控制裝置的流體衛共精確 控制。提供第三氣動閥U7和第四氣動閥119，以便可以對質量流量控制器進行 清洗維護。(在為^it隋性流體而設計的工藝流體控制裝置類型中，通常并不存 在第三氣動閥和第四氣動閥。)在質量流量控制器上提供通信端口 121，從而使 其能從遠程進行訪問和控制。雖然圖1中的工藝流體控制裝置配置使流體控制板肖樹輸送到晶片處理室 的流體提供良好控制，但是此配置中部件的數量導致流體控制板過于龐大而復 雜。對于需要^ffl幾種不同工藝流體的晶片處理室尤為如此。因此，在本技術領域中，需要一種更加緊湊和減具有更少部件的工藝流體 控制裝置和流體控制板配置，但不犧牲所述配置的功能性、易于使用性以及模 決性。此處公開的設備和方法滿足這些需求及其它需求。發明內容在一個方式中，本發明提供由致動器(actuator)和手柄(handle)組成的一種 設備。作為對一^動信號的響應，所 動器適于將戶服設備由第一狀態(可 以是閉態)移動至第二狀態(可以是開態)，所述手柄適于將所述設備由所述第 二狀態移動至所述第一狀態，而不管是否出現氣動信號。所述設備可以是，例 如，安裝有閥的流體控制裝置，其中所述閥在所述第一狀態關閉，在所述第二 狀態打開，或者它可以是氣動鎖閂(latch)，其中所述鎖閂在戶，第一狀態關閉， 在所述第二狀態打開。所述手柄通常用手驅動，如繞一個軸旋轉，而所述致動 器通常是氣動的。所述設備可以包含隔膜(diaphragm)和閥座(valve seat),作 為對一個氣動信號的響應，所述致動器適于將所述設備由第一狀態移動至第二 狀態，在所述第一狀態，所述隔膜壓在所述閥座上，在所述第二狀態，所述隔 膜未壓在所述閥座上。所述設備還可以包括一個具有流體入口和流體出口的閥 腔(valve chamber),其中所述隔膜和所述閥座在所述流體入口和所述流體出口 之間形成一個密封。在此類實施例中，當所述設備處于所述第二狀態時，所述 流體入口和所述流體出口通常處于相互 狀態。在另一方式中，本發明^f共一種用于工藝流體控制裝置的手動/氣動組合闊。 所述閥包括(a)—個殼體，(b)位于殼體中的一個閥腔，該閥腔具有一個入口和-一個出口，并且還可以包含一個隔膜和一個閥座，(C)一個氣動致動器，作為對 氣動信號的響應，所述致動器適于將所述閥由第一狀態移動至第二狀態，在所 述第一狀態，停止流體在所述流體入口和所述流體出口之間的流動，在所述第 二狀態，允許流體在所述流體入口和所述流體出口之間的流動；以及(d)—個手 柄，所述手柄適于將所述闊由所述第二狀態移動至所述第一狀態，而不管氣動 信號是否出現在所述致動器中。當所述閥處于所述第一狀態時，所述隔膜和所 述閥座通常會在所述流體入口和所述流體出口之間形成密封；相反，當所述閥 處于所述第二狀態時，所述流體入口和所述流體出口通常處于相互連通狀態。 所述闊還可以包括膨脹腔(expansion chamber),其中有一個活塞，作為對一個 信號的響應，所述活塞適于將所述隔膜由它壓在所述閥座上的一個位置移動至另外一個不同的位置，例如，M:沿著縱軸在第一個方向運動的方式實現這種 移動，并且，所逝彭脹腔可能設有一個適于將壓縮空氣導入戶;M膨脹腔的入口， 以及一個適于將氣體由所述膨脹腔排出的出口。所述閥還可以包括一個適于在 所述隔膜上維持壓縮力的彈簧。所述閥的手柄可以安裝有帶螺紋的圓筒，可以旋轉它來與殼體中配套的帶螺紋的孔(aperture)接合，從而將所述閥移動至所述第一狀態。所述閥的手柄 可以有一個軸，所述軸設有由彼此^il的第一和第二孔限定的通道，并且，其 中所述第一個孔與所述膨脹腔相通。所述第二個孔可以是可以調節的，通過旋 轉所述手柄，其可以由與所述入口連通的第一位置移動至與所述出口,的第 二位置。所述閥座可以是一個O型環，并且可以放在流體入口附近，這樣當所 述閥處于所述第一狀態時，所述致動器將隔膜擠壓向所述O型環。在某些配置中，對所述閥進行了改造，以使一個彈簧在所述閥處于所述第 一狀態時，保持所述隔膜靠近所述閥座，并且氣動腔和所述活塞會阻礙所述彈 簧，以使隔膜移動，這樣所述閥即可進入所述第二狀態。氣動腔脫離入口并且 與出口連接(由旋轉所述手柄這一個操作完成)，會將所述閥置于關閉位置并且 禁用氣動控制。這樣一個配置還可以包括一個機械的聯動裝置(mechanical linkage),這樣所述手柄的旋轉產生一個施加在所述隔膜上的軸向力，從而在彈簧提供的力之外，提供另外一個力保持所述隔膜緊壓在戶;M閥座上。在另外一方式中，提供一種工藝流體控制裝置，所述裝置包括第一和第二 氣動閥、質量流量控制器和手動/氣動組合閥(combination manual/pneumatic)，其中所述第一氣動閥位于所述質量流量控制器的上游，其中所述第二氣動閥位 于所述質量流量控制器的下游，其中所述組合閥位于所述第"^t動閥的上游。在另一方式中，提供一種流體控制板(fluidpanel),所述流體控制板包括襯 底，及布置在所述襯底上的多個工藝流體控制裝置。所述多個工藝流體控審U裝 置的每一個都包括第一和第二氣動閥、質量流量控制器和手動/氣動組合閥。所 述第一氣動閥位于所述質量流量控制器的上游，所述第二氣動閥位于所述質量 流量控制器的下游，以及所述組合閥位于所述第一氣動閥的上游。下面將更加詳細地描述這些方式及其它方式。


圖1是現有技術中工藝流體控制裝置的示意圖；圖2是依照本發明的思想的組合閥/手動手柄的示意圖(顯示手動啟用、氣 動關閉的位置)；圖3是依照本發明的思想的組合閥/手動手柄的示意圖(顯示手動啟用、氣 動開啟的位置)；圖4是依照本發明的思想的組合閥/手動手柄的示意圖(顯示手動禁用閥， 且提供一個開啟所述閥門的氣動信號，但是所述閥門是關閉的)； 圖5是依照本發明的思想的閥桿(stem) /手柄界面的示意圖； 圖6是組合成為依照本發明的思想制造的質量流量控制器的功能的示意圖； 圖7是顯示常規的基于熱量的質量流量控制器的流體路徑的功能示意圖； 圖8是依照本發明的思想制造的質量流量控制器的流體路徑的示意圖； 圖9是顯示常規流體控帝販中交叉干擾(crosstalk)的曲線圖； 圖10是顯示M使用依照本發明的思想制造的質量流量控制器而M^干擾 的曲線圖；圖11是顯示依照本發明的思想制造的工藝流體控制裝置配置的示意圖；以及圖12是依照本發明思想制造的流體托臺(fluidpallet)示意圖。 在本申請中，術語"流體"包括液體和氣體。業己發現，M3i將手動閥和氣動閥(例如圖1中的第一氣動閥111)的功能組合，可以縮短工藝流體控制裝置的長度，并由此縮短流體控制板的長度。相 應的手動/氣動組合閥可以縮短所述工藝流體控制裝置的長度和所述流體控制板的尺寸，而不會對所述流體控制板或所 :藝流體控制裝置的可用性及^^莫塊 性產生不利的影響。還發現，通過將如圖i所示的壓力調節器、壓力傳感器和 常規工藝流體控制裝置的過濾器的功能組合到質量流量控制器中，可以進一步 縮短所述工藝流體控制裝置的長度和所述流體控制板的尺寸而同樣不會對所述 流體控制板或所述工藝流體控制裝置的可用性及其模塊性產生不利的影響。下 面將詳細描述此處公開的所述系統和設備的這些方式、其它方式及其特征。圖24顯示依照本發明的思想制造的手動/氣動組合閥11的一個實施例。所述組合閥具有殼體13，所述殼體通常為圓柱形并且包含設置在圓柱中央的膨脹腔15和設置在圓柱中央的閥腔17。所述膨脹腔和所述閥腔通常是同軸對齊的。 所述閥腔內具有在其中限定的工藝流體入口 19和工藝流體出口 21，并且配有相 互配合的隔膜23和閥座25，以控制流體進出所述閥腔。因此，當所述隔膜與所 述閥座相隔一定距離時，所述工藝流體入口和所述工藝流體出口連通，從而允 許流體流入和流出所述閥腔。然而，當所述隔膜被擠壓到所述閥座上時(即， 當所述閥門處于"斷開"位置時)，所述工藝流體入口和所述工藝流體出口彼此 隔離開，并且禁止流體通過所述闊腔流動。通常情況下，所述閥座將包括彈性 材料(dastomericmaterial),所述材料具有足夠的柔度(compliance),當向其施 加足夠的壓縮力(compressive force)時，可以實現緊密密封，然而所述材料又 具有足夠的回彈性(resilency)，當所述壓力移除時，其恢復至原始形狀。所述 閥座通常將包含一個含氟彈性體，所述彈性體可以涂上一層全氟聚合物(perfluoropolymer)，從而使其對諸如氯的常用工藝流體具有耐化學腐蝕性。 所述閥的膨脹腔15通常是圓柱形的，并且在其中設有同軸對齊且縱向延伸 的軸(shaft) 27。戶皿軸M31心軸(mandrel) 28在一端同與所述隔膜23接觸的 致動器29連接，并且在另一端終止于手柄31 。所述軸配有彈簧活塞(spring-loaded piston) 33，所淑單簧活塞依靠彈簧35維持在最小壓縮力下。所述手柄配有帶螺紋的凸圓筒37，該凸圓筒與配套的帶螺紋的凹插座(receptacle) 39接合。所述手柄通常設計成用在工效上合理大小(amount)的力 進行操作。因此，當所屬手柄沿禁止方向(disabling direction)(通常^j頓時針)旋轉時，所述軸27沿縱軸方向前進，這樣所鄉動器就將戶腿隔膜23壓至lj所 述閥座25上，從而切斷了流體在所述工藝流體入口 19和所述工藝流體出口 21 之間的流動，并且手動將所述閥置于禁用位置(disabled position)。相反，當所 述手柄沿啟動方向(enabling direction)旋轉(通常為逆時針)，0M軸會沿縱軸 方向抽出，所述閥即返回氣動控制狀態。在此狀態下，在沒有氣動信號時，所 述彈簧35持續壓緊所述活塞33，所述軸27直接耦合至此，并且所 動器29 接觸所述隔膜23，從而維持戶腿閥門處于關閉位置。這樣，戶腿手柄劍共一種 機第lj，在所述機制下，可以只使所述閥的氣動控制失效，以禁用所述閥(即， 停止流體的流動)。相比之下，只有在所述手柄位于手動啟用位置并且出現氣動 開啟信號時，流體才能通過所述閥。從安全的角度來看，所述手動/氣動組合閥 的這一方式非常重要，因為它不允許控制所述閥來超馳(override)安全聯鎖回 路(safety interlock circuit),所述安全聯鎖回路通過禁用氣動信號發揮作用。殼體13也安裝有進氣口 41和排氣口 43，艦旋轉戶腿手柄31可選擇地使 它們與設置在所述軸27內的中心通道45連通。所述中心通道與設置在活塞下 面的所淑彭脹腔部分 。當所述手柄31位于如圖2所示的手動啟用位置時 ——即，當所述中心通道與所艦氣口連通時，并且當在所述進氣口沒有空氣 信號時(g卩，未施加足以移動活塞壓向彈簧的空氣壓力時)——所述彈簧35施加的壓向活塞33的壓縮力使戶; 動器壓在所述隔膜上面，從而將閥維持在關閉位置。當所述手柄31處于如圖3所示的手動啟用位置時~一即，當所述中心通道 與所3iiS氣口41連通時，并且出現空氣信號時(即，在進氣口施加了足夠的空 氣壓力時)——經由所述中心通道45，向彈簧活塞33施加氣動壓力(pneumatic pressure)。只要此氣動壓力施加的力大于彈簧35施加的膨脹力(expansive force)， 彈簧將被壓縮，活塞將^SA所述軸上的接界(abutment),其具有停止面47， 并且所繊動器29將沿其縱軸抽出。這會4妙萬述隔膜23展開并4妙腿流體入 口 19和出口 21相互iiil,從而使流體流過所述閥腔。在所描述的類型的閥中，所述隔膜通常由至少兩個力向上驅動。第一個力 是所述入口 19或出口21中的流體壓力，其在戶，隔膜上施加一個向上的力。 第二個力是由于隔膜的靜止形狀通常是向下凹陷的，所以除非它被擠壓到所述 閥座25上，否則它會彎曲。關于后面一M寺性，需要注意的是，在一些實施例中，所述致動器29不是通過一個機構與所述活塞33連接，其中所述機構是使 所述活塞33能拉動所述致動器29的。在這些實施例中，所述活塞33的向上運 動可能只允許所述致動器29在隔膜的彎曲作用下向上移動。如圖4所示，當所述手柄31位于手動禁用位置時^即，當所述手柄手動 旋轉從而使所述中心通道45與所述排氣口 43 時~~即使在進氣口 41出現 氣動信號，所述膨脹腔中的壓力仍然是環境壓力。此外，所述軸27沿縱軸的前 進會因為手柄31旋入禁用位置而將所M動器29壓在所述隔膜23上。因此， 軸的縱向移動就使所述閥禁用，它可以阻止活塞在氣動信號作用下離開所述隔 膜。當所述手動/氣動組合閥11處于禁用位置時，可以使用掛鎖、纜繩或其它可 用的鎖定裝置(未顯示)鎖定。因此，戶腿閥可以用作封鎖出標(LOTO: Lock Out Tag Out)裝置。此外，為了確保所述手動閥上游流術空制部件在出現故障 時的安全性，也可以將所述閥設計皿禁用位置可以承受至少3000 psia的入口 壓力，而在72小時內不允許流體il31所述閥(在這種不太可能出現的情況下， 所述閥可能會出現無法恢復的損壞)。由上面的描述可知，所述閥可以手動禁用或氣動關閉，不過手動禁用獨立 于氣動輸入狀態。因此，僅當手動地將所述閥置于啟用位置時，所述閥門才可 以氣動地開啟以允許流體流動，并且即使出現開啟的氣動信號，也可以手動地 禁用所述閥以停止流體的流動。所述閥的這一特性在意外截流和維護這兩方面 具有很大優勢。圖5顯示此處公開的組合閥的軸/手柄界面61 。所述界面通常置于圖24中 描述的手動/氣動組合閥中帶螺紋的凸圓筒37內。所述界面可以M機械加工或 焊接的方式，連接到圖24中的所述閥中的軸27的一端。所述手柄具有空心的 柱狀底部，其可以與從圖24中所述閥的軸27上伸出的配套形狀的凸件(圖5 中的軸/手柄界面)配合。所述界面還有孔65，其適于容納六角固定螺絲或其它 緊固裝置以^^柄緊固在所述界面。圖5中的所述^/手柄界面61的有利之處在于:其可以在需要手柄的每一個 所述流4鵬制板部件上衝共戶腿結構，從而{妙萬述流體控制板很容易地標準化， 這樣一個手柄就可以用于操作控制板的針部件。艦使與界面配合的針部 件可以與所述界面配合，以使其作為封鎖出標LOTO設備，很容易地進行更新和標準化。圖5中所述柳手柄界面61的特征尺寸是可以改變。上面參照圖24的所描述的所述手動/氣動組合閥與許多現有的閥相比，具 有幾個重要的安全優勢。這些安全優勢之一涉及使用組合閥以提供封I]V出標 (Lockout/Tagout) (AKA、 LOTO、危險能量隔離(HEI))。例如，可以通過將氣動 控制線中傳統的可鎖定的手動操作閥替換為組合閥來減小流體控制板尺寸，這 樣做還允許釆用一種可證明的符合封鎖/出標設備規定要求的方式禁用氣動控 帝ij。然而，此方法的缺陷在于，將另外一種驅動壓力源(有意或無意地)與工 藝流體閥連接會使能量隔離失效(flaw)。例如，偶然的連接可能是試圖將控制 線連接至拐外一個閥的結果，或者是將手動操作閥連接到希望隔離的閥之外的此外，超馳(oveiride)正常禁用閥的氣動控制信號會使所述閥處于下面一 種狀態在所述狀態下，其依靠彈簧力大于流體施加至U所述隔膜下側的力來使 所述閥保持禁用狀態。根據本發明的思想，可以制造一些閥，它們通過斷開閥 門裝置中的氣動控制(防止控制線的交叉連接)，并且iM衛共向所述隔膜施加 關閉的力的剛性機械聯動裝置(減少對于彈簧力的依賴，以克服由氣體施加的 開啟力)，消除這些缺陷。特別是，位于閥門出口的具有給定壓力的流體施加的 開啟力大約比位于流體入口的具有相同壓力的流體施加的開啟力大約大一個數 量級。因此，依賴彈簧維持關閉的這些閥，在禁用時，會以比它們經受順流時 低的多的壓力下經，流。另一個安全優勢是將手動超馳(manual override)和氣動致動(pneumatic actuation)組合到一個閥中消除(rendermoot)在氣動和手動閥之間對第一(距離 流體供應連接點最近的)位置的爭奪。如上所述，戶皿手動閥可以用于將下游 流體控制板部ft(down stream panel dement)和工藝室與流體供應隔離開。首先放 置所述手動閥的安全優勢在于隨后可以用它將所述流體控制板的所有其它元件 與流體供應隔離開。這就會通過把仍然與流體供應連接的部件的數量降至最少 而將意外釋放(release)(源于部件失效或人為失誤)的機會降至最低。所述氣動閥提供另夕卜種不同的安全功能。這些氣動閥可以用作幾個聯鎖 回路的執行元件(actuating dement),作為對不同情況的響應，將流體供應同位 于它們下游的所述流體控制板的元件和所述工藝室斷開。位于此類聯鎖回路中 的傳感器之間的是流條測器(fluid detector)。如果所述探測麟湖倒泄漏并且從閥中撤除執行信號(actuating signal),通il^述泄漏處的流量控制依賴于所述泄 漏是在所述閥的上游還是下游，其中所述閥不再被啟動。因此，在許多應用中， 將用作此類聯鎖執行元件的所述氣動閥盡可能地置于所述裝置的上游是十分有 利的。因此，所述手動和所述氣動閥對所述第一位置展開"競爭"。如上戶皿， 此處描述的組合閥使此問題迎刃而賄rendermoot)，因為相同的閥可以用兩種方 式來控制。上文所述以及圖24所示的所述手動/氣動組合閥可以M將氣動閥和手動 截止閥的功能組合到一個部件中而縮短工藝流體控制裝置的長度和流體控制板 的尺寸。然而，業已發現，MX寸MFC進行改造，還可以進一步縮短戶腿工藝 流體控制裝置的長度和所述流體控制板的尺寸，而不會對所述流體控制板^^ 述工藝流體控制裝置的可用性及其模±央性產生不利影響。所產生的MFC在此被 稱為"對壓力不敏感的MFC(PIMFC)"。如圖6所示，PMFC 71將壓力調節器 73、壓力傳，75、過濾器77和MFC79的功能組合進一個單元中，如同它們 在如圖1所示的常規工藝流體控制裝置中那樣。下面將更加詳細地描述所述 PMFC。圖7是常規的基于熱量的MFC81的功能示意圖。戶，MFC主要由控制閥 83和熱流量傳感器85組成。應用此種類型的一個MFC必須使用壓力調節器來 減少"交叉干擾"，即，在向第一個工藝流體控制驢中供應流體的供應管路中 壓力擾動(pressure perturbation)可能在當從同一個流體源操作的第二個工藝流 體控制裝置聯機時出現。交叉干擾通常出現在所述第二個工藝流體控制裝置以 比所述第一個工藝流體控制裝置高出很多的壓力下提供流體時。此類壓力擾動 會使所述MFC控制所述第一個工藝流體控制裝置臨時地記錄一個實質上不同 于(通常遠遠小于)實際流速的指示的流術荒速。圖9顯示由常規MFC控制(并且未借助調節器)的工藝流^g制裝置中交 叉干擾的效果。此圖是在測試臺(test station)上^ffl^I]MFC形成大約3 psi (20.7 Mpa)的壓力擾動而生成的。以"XDOR6"標記的曲線表示由壓力傳感 器測量的流體萱路中壓力隨時間變化的函數。以"指示流量"標記的曲線是由 所述MFC指示的艦戶;MX藝流〈維制裝置的流術荒量，而以"ROR"標記的 曲線是上漲流動的速率，^)(寸所述流體控制裝置中實際流術荒動的標準觀懂。在大約3 psi(20.7Mpa)的初始擾動后，壓力擾動減小至大約2psKl3.8 Mpa)的壓差。然而,-在初始擾動過程中，在^述MFC處的指示流量和實際的流體流 量之差大約為3sccm。這就說明，在缺少壓力調節器時，所述MFC傾向于Mii 在所述工藝流體控制裝置入口處提升實際流速而過度補償流體供應中的初始壓 降。因此此類型的常規MFC必須要使用壓力調節器。所述壓力調節器通過消除 弓l起交叉干擾的壓力擾動以控制交叉干擾發揮作用。這又會使指示流速能夠更 加緊密i腿郎宗實際的流速。圖8是根據本發明的思想制造的PMFC91的示意圖。所述PIMFC部件的 具體細節可以因產品不同而有很大區別，為簡明起見，恕不詳述。然而，這些 部件在本領域內可以分別得到很好的理解，因此本領域技術人員可以由此處的 這些部件的功能描述中聯想到各種具體實施方案。與圖7中的常規MFC —樣，所述PMFC也包括控制閥93和熱流量傳感器 95。然而，所述PIMFC還包括壓力傳繊97和過濾器99。所述壓力傳感器位 于所述流量傳繊的上游并且可以包括在操作控制閥的控制回路(controlloop) 中。因此，所述PMFC可以ililX寸所述閥的適當操作(manipulation),快速補 償入口壓力的倒可變化。因為所述PMFC適于處理所述流體控制裝置中的壓力 擾動，所以無需使用單獨的調節器。此外，因為常規工藝流體控制裝置中的所 述過濾器99主要用于在液流itA所述MFC之前，過濾戶，壓力調節器產生的 液流碎屑(debris)，所以也無需使用獨立的過濾器。因此，所述過濾器可以簡 化并直接合并到所述PMFC91中，以保護所述傳離和致動器避免受到上游其 它地方生成的顆粒聚集(particulate accumulation)的危害。同樣，因為所述PIMFC 已經包含壓力傳感器，所以不再需要外部的壓力傳感器，并且與所述壓力傳感 器相關的顯示功能也可以直接合并到所述PMFC中(g卩，可以向所述IPMFC 提供顯示器以指示已經由所述壓力傳感器湖糧的壓力)。圖10顯示了此處公開的PIMFC在工藝流體控制裝置中未使用外部壓力調 節器的情況下在消除干擾方面的效果。與圖8內顯示其主題的傳統MFC—樣， PIMFC受到大約3 psi (20.7 Mpa)的初始壓力擾動，此后壓力擾動減小至大約 2psi (13.8 Mpa)。然而，與傳統的MFC不同，PIMFC緊密i腿跟宗在旨擾動 過程中流經工藝流體控制裝置的流體、M。這就說明，與傳統的MFC不同， PMFC不會過度補償壓力擾動，因此不需要使用單獨的壓力調節器。圖ii顯示依照本發明思想制造的工藝流l根制體131，戶;f^置翻于毒性流體并且其合并上述的手動/氣動組合閥和PIMFC。所述工藝流體控制裝置包括圖2~4中所示類型的手動/氣動組合閥133、第一氣動閥135和第二氣動閥 137以及PMFC 139。所述第^C動閥135和所述第二氣動閥137允許M向兩 個氣動閥發送電控氣動信號(壓縮空氣)遠程地開啟或關閉流體的流動。在所 述質量流量控制器上提供一個通信端口 141，以允許對其進行遠程訪問和控制。 此通信端口可用來接收電線、光纜和其它此類通信，可以位于所述質量流量控 帝lj器的不同表面，并且可以具有不同的配置。同圖1所示的要求壓力調節器105、壓力傳感器107和過濾器109的常規工 藝流體控制裝置相比，在圖11中所示的工藝流體控制裝置131中，去除了壓力 調節器，并且剩余元件的功能也如上所述被合并到PIMFC139中。所以不再需 要圖1中的氣動閥113，因為可以通過使用所述第^動閥135和所述第二氣動 閥137在圖11中的所述工藝流體控制裝置中隔離上述元件以進行清洗和維護。 另外，如上所述，圖1中的氣動閥111已經合并到圖11中所述工藝流體控制裝 置的手動/氣動閥133中。因此，同圖1所示的常規工藝流體控制裝置相比，圖 11中的所述工藝流體控制裝置已經更加緊湊。這種緊湊設計還簡化所述流體控 制板的托臺(pallet)的設計并降低其成本。此外，因為同如圖1所示的常規工 藝流體控制裝置相比，圖ll所示的所述工藝流體控制裝置包含的元件更少，因 此整個系統的故障前平均時間(mean time before failure MTBF)就更長，從而減 少了維護費用。圖11中的所述工藝流體控制裝置131適用于諸如氯的有毒流體。然而，本 領域的技術人員可以意識到，此處的原理也可以擴展到用惰性流體的工藝流體 控制裝置。例如，M31去除氣動閥135和137，修改圖ll所示的所述工藝流體 控制裝置，即可以實現這一點。圖12顯示流體控制板151的一個非限定性實例，所述實例合并圖11中所 述類型的一系歹l」工藝流體控制裝置153。在典型的配置中，某些所虹藝流體控 制裝置(在從左向右數時通常是前六個)控制有毒的腐蝕性或易燃流體，其余 的所述工藝流體控制裝置控制惰性流體的流動。這兩類工藝流體控制裝置在此 分別被稱為毒性工藝流體控制裝置和惰性工藝流,制裝置。齡所述工藝流鵬制裝置都支撐在公共托臺155上，并且包括(圖24 所示類型的)手動/氣動組合閥157、第^動閥159和第二氣動閥161和設有通信端口 165的PIMFC163。所述流體控制板還包括主集流箱(mainmanifoid) 167，在單獨工藝流體控制裝置控制下的不同工藝流^^主集流箱中混合以形成 --流體流(fluid stream)。所述流體箭lM:主集流箱出口 171流出所述主集流箱， 從所述主集流箱，其可以直接進入工藝室(未顯示)或其它終端使用設備(end use device )。所述主集流箱中具有流體入口 173和流體出口 175，這使其能使用惰性流體 (例如N2)被沖洗，以維護或從其中清除殘余的毒性流體。除了主集流箱上的 一個或多個其它閥之外，流經流體入口 173和流體出口 175的流體還可以由清 洗閥(pui^e valve) 177控制。還提供了流體管路(fluid line) 179，所述主集流 箱167和清洗箱(pui^e manifold) 160通過它實現連通，所述清洗箱160設在 第一氣動閥159組的下面，因此，為維護或其它目的，使PMFC 163可以被隔 離。所述主集流箱167中包括分別由第一入口閥181、第二入口閥185和第三入 口閥189及第一出口閥183、第二出口閥187和第三出口閥191組成的第一、第 二和第HX寸閥。所述第一出口 183和第二出口閥187是氣動耦合的，且所述第 一出口閥操作控審,性流體從惰性工藝流體控制裝置到所述主集流箱的流動， 以及第二出口閥操作控制毒性流體從毒性工藝流體控制裝置到主集流箱的流 動。因此，例如，前六個工藝流體控制裝置(從左到右)可以在所述第二出口 閥187的控制之下，而其余的六個工藝流體控制裝置可以在所述第一出口閥183 的控制之下。因此，當所述第一出口閥183和第二出口閥187都啟用的時候， 來自任意啟用的惰性工藝流體控審蜈置的多股流體流都將在所述主集流箱167 中與來自任意啟用的毒性工藝流體控制裝置的多股流體流混合，并且所生成的 混合流體流將通過主集流箱出口 171離開所述主集流箱。所述流體控制板151中還包括貫通閥(pass-through valve) 181和185。這 些貫通閥在所述流體控制板的正常操作過程中保持啟用狀態，它們分別與所述 第一出口閥183和第二出口閥187配合，以調節流體Mil敦清洗箱186的流動， 并且，《好; 述流體控制板能進行雙向魏(pumping)和清洗(puiging)。所述流j材空制歡的所述第三出口閥191調節流體鵬入口 173的流動， 以對所述流體控制 行清洗和維護。對吸也，戶腿第HA口閥189調節流體 進入菊清洗箱186的流動以進行清洗和維護。因此，例如，如果所述第三入口閥189被禁用并且所述第三出口閥191被啟用，則流體可以流過流體管路(fluid line) 179，并且隨后通過第一氣動閥159組下面的所述清洗箱160，這樣即可從 毒性工藝流體控制裝置中清除毒性流體。此處公開的原理主要是參照手動/氣動組合閥和此類閥在工藝流體控制裝置 中的使用進行描述的。然而，應該理解，此處所述的手動/氣動致動器可以用于 除工藝流體控制裝置外的多種應用中。例如，在諸如工業和高安全設置中的各 種自鎖系統中可以使用此類致動器。在此類應用中，除非出現氣動信號，否則 所述手動/氣動致動器將維持鎖閂處于關閉位置(因此維持一個門、艙口蓋或其 它設備受至lj處于關閉位置的鎖閂的控制)。此外，即使出現氣動信號，所述手動 /氣動致動器也允許為安全、保險或維護目的而手動超馳戶皿氣動信號。更廣泛一點說，此處公開的原理可以應用到在設備中提供能量輸入以引起 此設備的一個或多個活動零件運動的設備。這些設備可以根據此思想改造，只 需一個單一的手動控制操作，就能斷開能量輸入并能弓l起一種機械機構的接合 (engagement),以防止可動部件(或多個可動部件)的運動。這些可被改動的 設備具體的、但非限定的實例包括閥門和鎖閂，在這些閥門中，所述能量輸入 是允許危險材料流動的控制信號；而在這些鎖閂中，能量輸入是允許進出危險 區的控制信號。改造的設備還可能是控制致動空氣(actuation air)進入氣動提 供動力的設備(即，閘門閥)的手動閥，并且它包括一種可以在禁用狀態下， 在氣動提供動力的設備上實施機械鎖定的機構，從而阻止此設備中一個或多個 氣動部件的移動。還應該了解，盡管此處公開的原理經常參照氣動致動設備進行說明，但是 這些原理也可以應用于具有各種其它不同能量輸入和執行信號(actuating signal) 的設備。此類能量輸入包括，但不限于電信號和流體信號(g卩，液壓信號)。此處描述了一種手動/氣動組合閥。此處還描述了^頓此類致動器并將手動 閥和氣動閥的功能組合到一個閥的手動/氣動組合閥。這種組合閥允許對這些工 藝流體控制裝置進行合并，從而允許縮短所述工藝流體控制裝置和所述流體控 制板的長度，而不損失功能性、易于使用性和模塊性。另外還提供了充分利用 縮短的工藝流1械制裝置的流體控制板配置。本說明書(包括所附的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征和/或這 樣公開的所有步驟或任何方法或過程可以進行任意組合，除了那些至少某些功能和域步驟互斥的組合之外的。本說明書(包括所附的權利要求、摘要和附圖) 公開的每個特征都可以使用起到同樣或類似目的可選特征替換。因此，除另有 說明外，所公開的W^寺征僅僅是一系列相同或類似特征的一個實例。另外， 不言而喻，盡管其中詳細地說明并描述了特定的實施例，但是在不背離本發明 精神和范圍的宗旨下，乂寸本發明的各種修改和變化都包括在所附權利要求的范 圍之內。
權利要求
1.一種用于流體控制裝置的手動/氣動組合閥，該閥包括一個殼體；一個閥腔，其設置在所述殼體中，所述閥腔具有一個流體入口和一個流體出口；一個氣動致動器，作為對氣動信號的響應，其適于在第一狀態和第二狀態之間移動所述閥，在所述第一狀態，停止流體在所述流體入口和所述流體出口之間的流動，在所述第二狀態，允許流體在所述流體入口和所述流體出口之間的流動；以及一個手柄，其適于將所述閥由所述第二狀態移動至所述第一狀態，不管氣動信號是否出現在所述致動器中。
2. 如權利要求l所述的閥，其中所述手柄可以在第一位置和第二位 置之間移動，且其中，僅在所述手柄未處于所述第二位置時，所述致動 器適于將所述閥由所述第一狀態移動至所述第二狀態。
3. 如權利要求l所述的閥，還包括一個隔膜和一個閥座，并且其中 當所述閥處于所述第一狀態時所述隔膜壓在所述閥座上，從而阻止流體 在所述流體入口和所述流體出口之間的流動。
4. 如權利要求3所述的閥，還包括一個膨脹腔，所述膨脹腔具有一 個活塞，當沒有氣動信號出現在所述致動器中時，所述活塞適于將所述 隔膜壓在所述閥座上。
5. 如權利要求4所述的閥，其中所述殼體中設置有適于接收氣動信號的進 氣口，以及當所述排氣口與所述膨脹腔魏時，適于使所述膨脹腔恢復大氣壓 力的排氣口。
6. 如權利要求5戶腿的閥，其中戶脫手柄可以在第一位置和第二位置之間移動，并且其中所述活塞被改造，以使僅當所述手柄未處于所述第二位置時， 氣動信號的出現可以將所述活塞抽出所述隔膜。
7. 如權利要求6所述的閥，其中，當戶皿手柄處于所述第二位置時，戶皿 排氣口與所述膨脹腔翻。
8. 如權利要求7所述的閥，其中，通過響應氣動信號沿著縱軸在第一個 方向運動，所述活塞允許所述隔膜從其壓在所述閥座的一個位置移動到另外一 個位置。
9. 如權利要求3所述的閥，還包括一個彈簧，其適于在所述隔膜上 維持壓縮力。
10. 如權利要求l所述的閥，其中所述手柄安裝有帶螺紋的圓筒，戶， 圓筒可以以旋轉方式與所述殼體中S己套的帶螺紋的孔接合。
11. 如權利要求10戶腿的閥，其中戶腿殼體裝配有適于將壓縮空氣導入所 述膨脹腔的入口，以及適于排空所遊彭脹腔的出口。
12. 如權利要求ll戶脫的閥，其中所述手柄具有一個軸，戶腿軸設有一個 由相互 的第一個孔和第二個孔限定的通道，并且其中所述第一個孔與所述 膨脹腔魏。
13. 如權利要求12戶脫的閥，其中所述第二個孔是可調節的，通過旋轉所 述手柄，可以將所述孔由第一位置調節到第二位置，在所述第一位置時，所述 第二孔與所述入口連通，在所述第二位置時，所述第二孔與所述出口連通。
全文摘要
一種手動/氣動組合截止閥(11)。所述閥包括一個殼體(13)；設置在所述殼體中并且具有一個流體入口(19)和一個流體出口(21)的一個閥腔(17)；一個隔膜(23)；一個閥座(25)；一個氣動致動器(29)，其適于將所述隔膜由第一位置移動至流第二位置，在所述第一位置，所述隔膜和所述閥座在所述流體入口和所述流體出口之間形成密封，在所述第二位置時，所述流體入口和所述流體出口處于連通狀態；以及手柄(31)，適于使用所述致動器，將所述隔膜手動地由所述第二位置移動至所述第一位置，不管是否出現氣動控制信號。所述閥通過將手動閥和氣動閥的功能組合到一個元件中，而使工藝流體控制裝置的長度縮短，并因此縮短流體控制板的尺寸。
文檔編號F16K27/00GK101230925SQ20081000992
公開日2008年7月30日 申請日期2004年1月17日 優先權日2003年1月17日
發明者B·N·穆罕默德, E·S·斯卡拉, M·A·克羅克特, P·巴羅斯, R·A·馬丁 申請人:應用材料有限公司