專利名稱：可完全排放的堰閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閥，特別涉及具有堰式支持面的塑料隔膜閥。
背景技術(shù)：
隔膜閥提供極好的密封和隔離性質(zhì)以使流體受控，并且可防止受控流體移動進入到閥的機構(gòu)中或者從閥中流出。隔膜閥利用彈性隔膜和閥肩部接合閥座并防止流體流動經(jīng)過閥座。堰式隔膜閥是一種利用與堰接合的彈性隔膜來控制流體溢出堰的閥。隔膜可以可控地升高并相對于堰密封，以有選擇地允許流體流過所述閥。
堰式隔膜閥常常被應用于生物技術(shù)、制藥、化學、食品加工、飲料、化妝品、以及半導體工業(yè)中。在這些工業(yè)中需要能防止在閥內(nèi)、車間中以及氣氛中產(chǎn)品發(fā)生污染和泄漏的閥。由于機械閥部分與流動通過閥的流體隔離開，因此堰式隔膜閥能夠很好地滿足這些需求。
堰式隔膜閥通常通過流體分配系統(tǒng)中的支流被用以控制流動或者在過程中輸送流體樣本。美國專利US 5065980，5227401，5222523，5327937和6289933中均披露了適用于控制支流和取樣的隔膜閥。常常都希望把這樣的閥安裝在水平位置，其中堰在水平方向內(nèi)延伸。
現(xiàn)有技術(shù)中的閥的設(shè)計不能滿足流體通道的完全排放，這是因為其表面構(gòu)形不是以排放為目的。例如在美國專利6289933中，具有多個可以保留流體的水平表面。這種滯留的或者被保留的流體可能成為過程中的污染源。作為在工業(yè)過程例如在制藥、衛(wèi)生和半導體工業(yè)中使用的流體，工藝流體通常必須保持超高純。這些過程的污染可能意味著重大的經(jīng)濟損失。因此，必須要有單獨的凈化步驟來對來自現(xiàn)有技術(shù)的閥設(shè)計的任何滯留的或者被保留的流體進行凈化。這額外的步驟增加了加工時間和成本。
隔膜閥傳統(tǒng)上由金屬合金制成。這樣的金屬閥在基本的流體控制應用中具有良好的耐用性和使用壽命。然而，金屬合金對于一些工藝環(huán)境例如制藥和半導體制造并不適用。在這些應用中，所使用的流體常常具有腐蝕性或侵蝕性，同時還必須要求保持超高的純度。這些腐蝕性流體能腐蝕閥體金屬，并污染超高純的工藝流體。并且，一些金屬合金可作為催化劑導致工藝流體發(fā)生化學反應，因此危害最終產(chǎn)品并潛在地危害到工人的安全。
已經(jīng)研制出使閥體內(nèi)反應性和腐蝕性降至最低的專用高強度合金和不銹鋼。然而，這種專用合金非常難于進行鑄造或者機加工成閥元件。相對于傳統(tǒng)的金屬閥來說，得到的閥的成本非常高。而且，不銹鋼并不適用于如半導體加工工業(yè)這樣的特殊應用。
已研發(fā)出使傳統(tǒng)金屬閥在特殊加工應用中能夠應對腐蝕性流體的具有塑料襯里的金屬閥。首先通過鑄造或者機加工形成金屬閥體。然后，塑料或者含氟聚合物在與工藝流體相接觸的閥體內(nèi)部模制成形。美國專利4538638中披露了一種具有塑料襯里的以金屬體為閥體的隔膜閥。
雖然具有塑料襯里的金屬閥和具有塑料襯里的塑料閥可以耐受由工藝流體的所造成的劣化，但是其制造成本很高。高成本歸因于在支承體中模制成形塑料襯里的復雜的多步驟制造工藝。塑料襯里的表面下面可能會發(fā)生蠕變，這種蠕變縮短了昂貴的具有塑料襯里的閥的使用壽命。
隨著對塑料及其加工工藝的研究進展，完全或幾乎完全由含氟聚合物制成的閥已經(jīng)可以商業(yè)應用。這樣的塑料閥能夠提供適于在制藥和半導體制造中得到理想應用的具有所需非反應活性和耐蝕性的成本效率較高的閥。在US 5279328和US 4977929中披露了塑料隔膜閥。在一些應用中，以塑料為主體的閥還可以設(shè)有塑料襯里。US 4538638中披露了一種具有塑料襯里的隔膜閥。在本申請中引用這三篇專利文獻作為參考。
雖然具有含氟聚合物襯里的含氟聚合物閥和塑料閥能很好地耐受腐蝕性流體，但是這些閥對尺寸劣化如翹曲和蠕變很敏感。對于在工業(yè)生產(chǎn)例如在制藥、衛(wèi)生和半導體工業(yè)中所使用的流體，一般需要工藝流體保持超高的純度。在流體輸送系統(tǒng)中使用的元件，如閥，都要經(jīng)過常規(guī)凈化以保證污染物不會留在這些元件中并由此被引入到工藝系統(tǒng)中。
凈化工藝可以包括暴露在高溫蒸汽中足夠長的時間，對元件進行殺菌。特別地，當重復進行多次時，該殺菌過程會導致閥中塑料的尺寸發(fā)生輕微的改變，造成翹曲。塑料在受到超過一定時間的應力時會發(fā)生蠕變。塑料元件的尺寸會在應力下發(fā)生改變。由于產(chǎn)生所述翹曲和蠕變，尤其在堰部分處的公差會受到影響，因此就可能發(fā)生泄漏。
因此，存在提供一種這樣的具有塑料襯里的堰式隔膜閥的需要，當所述隔膜閥經(jīng)過反復的凈化操作或者當暴露在通常會導致翹曲或者蠕變的條件下時，所述隔膜閥具有改進的尺寸穩(wěn)定性。此外，還需要一種適于支流控制和取樣應用的可完全排放的閥。

發(fā)明內(nèi)容
在優(yōu)選實施例中完全排放的閥裝置包括閥上部和閥下部。閥上部優(yōu)選包括閥上部外殼或閥體，彈性隔膜和閥致動器。閥下部包括閥下部外殼或閥體，所述閥下部外殼優(yōu)選與閥上部外殼緊密配合從而限定出閥內(nèi)部。所述下閥體優(yōu)選具有構(gòu)成整體的堰，其與彈性隔膜相連接，限定出流體通道。隔膜在致動器的作用下與堰密封接合和脫開。所述堰限定相對于水平方向略微傾斜一個角度的上表面，從而提供內(nèi)部通道斜面。所述的斜面使流體流回通道而不是滯留在通道中。另外，斜面也形成在由閥體限定出的流動通道的下部分，以使流體排入所述閥的第三導流管。本發(fā)明還包括閥的制造方法，優(yōu)選包括調(diào)節(jié)在閥的流體通道內(nèi)的水平面使其傾斜一定角度的步驟，以使可能蓄積的流體的完全排放。
可以將堰支承構(gòu)件設(shè)置在下殼體內(nèi)用以支承所述堰。在優(yōu)選實施例中，構(gòu)形為支承環(huán)的外構(gòu)架圍繞所述閥在周向上延伸，并支承所述堰支承構(gòu)件。在特定實施例中，閥體元件還可以包括用于與流體相接觸的塑料含氟聚合物襯里。本發(fā)明還包括制造加強塑料閥的方法，優(yōu)選包括在閥外殼下部的堰處設(shè)置的剛性支承構(gòu)件的步驟。
本發(fā)明特定實施例的目的和優(yōu)點在于提供一種可完全排放的堰式隔膜閥。
本發(fā)明特定實施例的目的和優(yōu)點在于提供一種隔膜閥，其中所述堰在水平方向上略微傾斜一個角度，以構(gòu)成傾斜表面。
本發(fā)明特定實施例的目的和優(yōu)點在于提供一種減少流體發(fā)生滯留的閥的設(shè)計。
本發(fā)明特定實施例的目的和優(yōu)點在于提供一種減少殺菌或消毒工藝的污染的閥的設(shè)計。
本發(fā)明特定實施例的另一個目的和優(yōu)點在于提供一種對反復殺菌工藝在尺寸上具有耐受性的含氟聚合物隔膜閥。
本發(fā)明特定實施例的另一個目的和優(yōu)點在于提供一種閥，所述閥能夠經(jīng)受反復的殺菌工藝，并且所述閥還適于在制藥、生物技術(shù)、化學和/或半導體工業(yè)中使用。
本發(fā)明特定實施例的另一個目的和優(yōu)點在于提供一種加強塑料閥的方法。
本發(fā)明特定實施例的另一個目的和優(yōu)點在于提供一種加強塑料閥的方法，從而提高對翹曲和蠕變的抵抗力。
本發(fā)明特定實施例的另一個目的和優(yōu)點在于提供一種用于塑料閥的堰的支承件。
通過下面的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的隔膜閥的分解部件圖；圖2為圖1所示組裝好的隔膜閥的透視圖；圖3為圖1所示組裝好的隔膜閥的另一幅透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的隔膜閥的下部分的側(cè)視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的組裝好的隔膜閥的側(cè)視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的組裝好的隔膜閥的端視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的組裝好的隔膜閥沿圖6所示A-A線的局部截面圖；和圖8為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的隔膜閥的分解透視圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的堰式隔膜閥20如圖1、2、3所示。該閥通常包括閥上部22，閥下部24，托座支承構(gòu)架26和固定托座28。如圖1所示的裝配圖，多個緊固件30用于固定上部12、下部14、托座28和托座固定件26。此外，內(nèi)構(gòu)架支承構(gòu)件32可被用來增加通常由塑料制成的閥的剛性。應理解的是為便于說明而使用術(shù)語閥上部22和閥下部24，并且本發(fā)明的閥并不限于如此定位的以致于閥上部22必須相對于地面垂直在閥下部24之上的閥20。事實上，閥的優(yōu)選操作位置可包括使閥上部22大體定位在閥下部24的側(cè)面。
閥上部22包括彈性隔膜38和用于可控地密封緊靠在設(shè)置在下殼體24中的閥座42上的致動器。如圖1和圖4所示，下殼體24中包括中心流動通道44，第一流動導流管46，第二流動導流管48，第三流動導流管50和閥座42。閥座42包括堰52，所述堰用于當與隔膜38緊密配合時，將第三導流管50與第一導流管46和第二導流管48隔開。
參照圖5，所示閥20是組裝好的，并且處于安裝到托座28上表面的位置。軸線56所示為閥20的標準水平方向H和垂直方向V。穿過第三導流管50的中心線C1平行于垂直軸線V。水平軸線H垂直于垂直軸線V。穿過閥上部22的中心線C2與水平軸線H不平行；而是平行于H′所表示的線。V′被限定正交于H′。H′相對于水平方向H傾斜角度X。角度X優(yōu)選為5度。然而在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到X可在0°＜X＜90°范圍之間。
圖7所示為沿圖6所示A-A線的閥20的局部截面圖。中心通道44包括由堰52所限定的第一內(nèi)向表面58。堰52的中心線C2(在一些實施例中，也可以為上部外殼22的中心線C2)偏離水平方向HX度。由此在第一表面58上形成斜面。第一傾斜表面58確保所有流體排入第一導流管46和第二導流管48之間的中心通道44中。
第二內(nèi)向表面60設(shè)置在由下殼體24所限定的通道44的內(nèi)部。此處的斜率X可與第一表面58處的斜率相同，雖然其可能或多或少取決于具體應用。第二傾斜表面60使中心管道44中的流體排入第三導流管50。這兩個傾斜表面58和60的存在使所有流體能夠從閥20中完全排放出去，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中流體滯留的問題。
通過設(shè)置如圖8所示的內(nèi)部構(gòu)架支承構(gòu)件32，閥可以得到加強或支承。內(nèi)部構(gòu)架支承構(gòu)件32被構(gòu)造成堰支承構(gòu)件62，且外部構(gòu)架支架64被構(gòu)造成支承環(huán)66。堰支承構(gòu)件62，如圖8所示，優(yōu)選為桿狀，其具有第一端部68、第二端部70、縱向表面72和分布在縱向表面72兩個端部68和70位置處的刻槽74。如圖9所示，堰支承構(gòu)件62也可以為具有任何合適的細長形狀的構(gòu)件。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到有很多可供選擇的堰支承構(gòu)件的形狀，例如多邊形的，可以提供預期的支承而不偏離本發(fā)明的范圍。
如圖8所示，支承環(huán)66包括上托座76和下托座78。上托座76和下托座78優(yōu)選為大致的U型，且當放置在閥殼體上時相重疊。多個環(huán)形安裝孔80和在上托座76中的槽形安裝孔82分別與上安裝孔84、下安裝孔86和安裝槽88相對應。在裝配過程中，槽形安裝孔82有助于使上托座76與下托座78連接到一起，閥上部22和閥下部24連接到一起。
下托座78可設(shè)有兩個安裝桿90，所述安裝桿與閥上部22和下部24的安裝槽88和上安裝孔84，以及上托座76的槽形安裝孔82相配合以將閥上部22和閥下部24連接起來。安裝桿90具有螺紋部分92和光滑部分94，以提供將閥上部22和閥下部24固定在一起的方法。下托座78還具有兩個環(huán)形安裝孔80，所述安裝孔分別與上托座76的環(huán)形安裝孔80，閥上部22的上安裝孔84以及閥下部24的下安裝孔64相通。
當組裝好的上托座76在刻槽74處支承堰支承構(gòu)件62時，由此將力從堰52傳遞到堰支承構(gòu)件62，然后傳遞到上托座76和下托座78處。這種支承防止或者減少由施加在堰52和其他閥元件上的壓力而造成的蠕變。由此，堰、閥邊緣和閥體的翹曲和蠕變受到抑制。
閥上部22和下部24優(yōu)選由含氟聚合物形成，包括但不局限于全氟烷氧基樹脂(PFA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或其他含氟聚合物。在一些應用中，其他塑料同樣適用，例如聚氯乙烯(PVC)、或聚丙烯(PP)。雖然可通過機加工成形，但是閥體元件優(yōu)選采用注射模制成形。隔膜38的潤濕部分可以由聚四氟乙烯(PTFE)制成。隔膜可由EPDM形成的鄰近PTFE層的層復合制成。堰支承構(gòu)件62和支承環(huán)66優(yōu)選由不銹鋼制成。不銹鋼具有所需的剛性和耐久性，從而使塑料閥具有所需量的尺寸穩(wěn)定性。在一些實例中，其他剛性材料，例如填充有碳纖維的PEEK，或者其他聚合物也都可以使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到在不偏離本發(fā)明的范圍的條件下，上述結(jié)構(gòu)可以由其他材料制成。
雖然通過一些優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到在不偏離本發(fā)明的范圍的條件下，可以對形式和細節(jié)作出適當?shù)母淖儭?br> 權(quán)利要求
1.一種塑料隔膜閥，其包括塑料上閥體，彈性隔膜和在上閥體中的致動器；與所述上閥體緊密配合的主要為塑料的下閥體，下閥體具有限定出流體通道的內(nèi)部，下閥體包括整體的堰，第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管，所述堰被構(gòu)造以與所述隔膜密封配合，所述堰、第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管均具有軸線；所述堰的軸線相對于水平面傾斜X度，其中0＜X＜90；所述第一導流管的軸線向下偏離所述堰，且相對于水平面傾斜Y度，其中0＜Y＜90；所述第二導流管的軸線向下偏離所述堰，且相對于水平面傾斜Z度，其中0＜Z＜90；所述第三導流管的軸線向下偏離所述堰，并且基本平行于垂直軸線，使得流體通道內(nèi)的全部流體在重力作用下從閥中排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中傾斜角X，Y，Z均小于大約30度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中傾斜角X，Y，Z均小于大約10度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中傾斜角X，Y，Z均小于大約5度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，進一步包括用來加強堰的堰支承構(gòu)件，所述堰支承構(gòu)件穿過所述堰縱向延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥，其中所述堰支承構(gòu)件包括兩個端部，且所述堰進一步包括支承環(huán)，所述支承環(huán)與堰支承構(gòu)件的端部相接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥，其中所述支承環(huán)包括第一U形部分；和第二U形部分，這兩部分相互交疊，形成一個閉合的圓環(huán)并圍繞所述閥延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥，其中所述堰支承件由不銹鋼制成。
9.一種從塑料隔膜閥中排放液體的方法，所述閥包括塑料上閥體，彈性隔膜和在上閥體中的致動器；與上閥體緊密配合的主要為塑料的下閥體，下閥體具有限定出流體通道的內(nèi)部，下閥體包括整體的堰，第一流動導流管，第二流動導流管和第三流動導流管，所述堰被構(gòu)造以與所述隔膜密封配合，所述堰、第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管均具有軸線；該方法包括使所述堰的軸線相對于水平面傾斜X度，其中0＜X＜90；使第一導流管的軸線向下傾斜偏離所述堰，且自水平面傾斜Y度，其中0＜Y＜90；使第二導流管的軸線向下傾斜偏離所述堰，且自水平面傾斜Z度，其中0＜Z＜90；使第三導流管的軸線的取向向下偏離所述堰，并且基本平行于垂直軸線，使得基本上流體通道內(nèi)的全部流體在重力作用下從閥中排出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括限制X，Y和Z的數(shù)值均小于30度的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括限制X，Y和Z的數(shù)值均小于10度的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括限制X，Y和Z的數(shù)值均為大約5度的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括使用堰支承構(gòu)件來加強所述堰的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括使用支承環(huán)支承堰支承構(gòu)件兩端的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括由第一U形部分和第二U形部分組裝所述支承環(huán)，并使第一和第二U形部分重疊，以形成圍繞所述閥的閉合圓環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括由不銹鋼制成堰支承構(gòu)件的步驟。
17.一種塑料隔膜閥，其包括塑料上閥體，彈性隔膜和在上閥體中的致動器；與上閥體緊密配合的主要為塑料的下閥體，下閥體具有限定出流體通道的內(nèi)部，下閥體包括整體的堰，第一流動導流管，第二流動導流管和第三流動導流管，所述堰被構(gòu)造以與所述隔膜密封配合，所述堰、第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管均具有軸線；所述堰的軸線相對于水平面傾斜；第一導流管的軸線相對于所述堰向下傾斜；第二導流管的軸線相對于所述堰向下傾斜；第三導流管的軸線相對于所述堰向下取向，并且基本平行于垂直軸線，使得基本上流體通道內(nèi)的全部流體在重力作用下從閥中排出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥，進一步包括用來加強堰的堰支承構(gòu)件，所述堰支承構(gòu)件穿過所述堰縱向延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的閥，其中所述堰支承構(gòu)件包括兩個端部，且所述堰進一步包括支承環(huán)，所述支承環(huán)與堰支承構(gòu)件的端部相接合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的閥，所述支承環(huán)包括第一U形部分；和第二U形部分，這兩部分相互交疊，并形成一個閉合的圓環(huán)，并在圍繞所述閥延伸。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的閥，其中所述堰支承件由不銹鋼制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的閥，其中第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管均向下傾斜偏離所述堰，相對于水平面的傾斜角度小于大約30度。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的閥，其中第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管均向下傾斜偏離所述堰，相對于水平面的傾斜角度小于大約10度。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的閥，其中第一流動導流管、第二流動導流管和第三流動導流管均向下傾斜偏離所述堰，相對于水平面的傾斜角度大約為30度。
全文摘要
一種完全排放閥(20)，所述完全排放閥包括閥上部(22)和閥下部(24)。
文檔編號F16K11/02GK1653286SQ03811080
公開日2005年8月10日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月18日
發(fā)明者J·J·麥肯茲 申請人:誠實公司