KR20170020846A

KR20170020846A - 유체와 증기용 고전도도 밸브

Info

Publication number: KR20170020846A
Application number: KR1020177000641A
Authority: KR
Inventors: 킴 옥 부
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2017-02-24
Anticipated expiration: 2035-06-12
Also published as: JP2017521612A; CN106461090A; EP3155302A1; TWI679364B; EP3155302A4; US10941867B2; TW201602481A; US20150362080A1; KR102327921B1; WO2015191960A1; CN106461090B; US10240679B2; US20190226588A1; JP6622724B2

Abstract

유체 전달 시스템에서 사용하기 위한 고전도도 밸브는 평평한 비원형 오리피스 리지(orifice ridge)로 구성되며, 평면인 제어면을 가지는 제어판이 밸브 유효 개구 면적을 조절하도록 기단에 위치되고 이에 의해 밸브의 전도도를 조절한다. 비원형 오리피스 리지의 둘레 길이는 유사 크기의 원형 오리피스의 원주(circumference)보다 실질적으로 길고, 이에 따라 실현된 유효 개구 면적은 유사한 풋프린트(footprint)를 가짐에도 불구하고 실질적으로 더 크다.

Description

유체와 증기용 고전도도 밸브{HIGH CONDUCTANCE VALVE FOR FLUIDS AND VAPORS}

본 발명은 오래되고 널리 알려진 밸브 분야에 관한 것이다. 매우 단순한 밸브는, 입구 채널(inlet channel), 출구 채널, 및 양 채널 사이에 개재된 이동 가능하거나 변형 가능한 제어 요소(control element)를 구비할 수 있다. 제어 요소의 이동 또는 변형(또는 이동 및 변형)에 의해 하나의 채널로부터 다른 채널로의 유체의 이송이 조절된다. 유체 이송 방향은, 잘 알려진 바와 같이, 입구와 출구와 같은 명목상 명칭과 관련되지 않을 수 있으며, 또는 그러한 명칭은 흐름(flow)을 바람직한 방향으로만 제한하도록 의도되어진 체크 밸브의 경우와 같은 응용기기와 관련하여 선택되어질 수 있다. 많은 밸브는, 밸브체의 내측 부분에 유체 도관(fluid conduit)으로서 형성되는 입구 채널 및 출구 채널, 그리고 밸브의 챔버 내에서 액추에이터(또는 유체 자체)에 의해 변화 가능한 위치로 이동되어지는 제어 요소를 가진다. 제어 유체(controlled fluid)는 액체, 기체, 진공, 증기, 또는 이들 상태에서의 물질의 조합일 수 있다. 대부분의 액추에이터는 제어 유체와 접촉하지 않는 것이 일반적으로 바람직하다. 예를 들면, 사람이 파지하는 노브(knob)를 가지는 수동 액추에이터는 제어 유체가 사람의 손에 닿게 되는 것을 피해야만 한다. 많은 밸브에 있어서는, 밸브 챔버 내에서 제어 유체를 함께 유지하고 액추에이터로부터 기밀하게 분리하는 동안, 액추에이터의 이동이 허용되는 경우가 많다. 반도체 장치, 의약품, 정제 화학 약품(fine chemicals), 및 많은 유사한 유체 전달 시스템을 제조하는 산업 공정에서, 유체 전달을 비례 제어하기 위한 밸브뿐만 아니라 단순히 유체의 온-오프 제어를 위한 액추에이터를 가지는 밸브가 많이 알려져 있다.

반도체 제조장치 내에서 가공 재료를 다루기 위한 유체 전달 장치는, 전달된 반응물의 고순도를 유지하기 위한 주의가 일반적으로 요구된다. 패킹(packing) 타입의 씰 배열(seal arrangement) 내에서 슬라이드 또는 회전하는 기계축이 고순도 가공 재료의 검출 가능한 미립자 오염(particulate contamination)을 종종 야기하는 것으로 알려져 있다. 방사성, 독성, 발화성, 또는 다른 위험한 유체는 패킹 타입의 씰(seal)을 가지는 장치에서 다루어질 때 덜 안전하다고 생각될 수도 있다. 이러한 우려에 대응하여, 밸브를 둘러싸는 외부 환경으로부터 밸브 챔버를 분리시키는 플렉시블하고 통상 금속인 요소에 의해 액추에이터 씰링이 이루어지는 밸브가 개발되었다. 에프. 제이. 캘러헨 쥬니어(F.J. Callahan Jr) 등의 미국특허 제3,278,156호는 주위 환경으로부터 제어 유체를 씰링하기 위한 금속 벨로우즈(bellows)를 사용하는 수동 액추에이터를 가지는 밸브의 일 예를 개시하고 있다. 벨로우즈의 플리트(pleat)와 연결되는 상대적으로 큰 표면적이 고순도의 유체 전달 시스템에서 내적 오염원과 관련하여 문제가 있을 수 있음이 추후 실험에서 드러났다. 테렌스 제이. 콜렌(Terrence J. Kolenc) 등의 미국특허 제4,606,374호 및 미국특허 제4,732,363호 모두는, 씰링을 위해, 벨로우즈보다 어느 정도 작은 유체 노출 표면적을 가지는 다이어프램을 사용하며 수동 액추에이터를 구비하는 밸브에 대한 두 가지 예를 개시하고 있다. 공압식 및 전기식을 포함하는 다양한 액추에이터 타입은, 잘 알려진 바와 같이, 벨로우즈와 다이어프램 모두가 밸브를 씰링하면서 사용될 수 있다. 고순도 유체 전달 유로 내에서의 모든 가능한 수분 흡수를 절대적으로 최소화하기 위한 요구에 의해 내부 폴리머 재료가 없는 밸브가 나타났으며, 그래서 밸브 챔버 내에서 이동 가능한 제어 요소와 유체 도관 개구 사이에서의 금속 접촉을 위해서 금속을 사용하는 밸브가 개발되었다. 징-차우 우(Jing-Chau Wu) 등의 미국특허 제5,730,426호 및 루이스 에이. 올리비아(Louis A. Ollivier)의 미국특허 제5,755,428호는 밸브체 내에서 유체 도관 개구를 둘러싸는 환상 비드 밸브 시트(toroidal bead valve seat)와 직접적으로 접촉하는 금속 다이어프램을 가지는 밸브에 대한 두 가지 예를 개시하고 있다.

상술한 점을 고려하여, 출원인은 평평하고, 비원형인 오리피스 리지(orifice ridge)를 구비하는 유체 전달에 적합한 고전도도 밸브를 개발했으며, 평면인 제어면(control surface)을 가지는 제어판에 인접한 오리피스 리지는 밸브 유효 개구 면적(valve effective opening area)를 조절하여 밸브 전도도를 조절하기 위해서 기단에 위치된다. 비원형 오리피스 리지의 둘레 길이는 비슷한 크기의 원형 오리피스의 원주(circumference)보다 실질적으로 길고, 이에 따라 실현된 유효 개구 면적은 또한 비슷한 풋프린트(footprint)를 가짐에도 불구하고 실질적으로 더 크다. 게다가, 복수의 오리피스 리지는 유사 크기의 원형 오리피스의 원주보다 긴 오리피스 리지의 총 둘레 길이의 이점을 얻기 위해 단일의 밸브 내에서 사용될 수 있다.

제1 실시예에서의 비원형 오리피스 리지는 콩팥과 같은 모양을 가지며, 제어판은 적절한 액추에이터 배열에 의해 위치될 수 있다. 제2 실시예에서의 비원형 오리피스 리지는 콩팥과 같은 모양을 가지며, 제어판은 체크 밸브를 형성하도록 디스크 스프링에 의해 편향되어 있다. 다른 실시예에서의 비원형 오리피스 리지는 복수의 꽃잎(petal)과 같은 루프(loop)를 포함하여, 흐름 분배 목적에 적합할 뿐만 아니라 앞서 설명한 기능 중 하나에 이용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 큰 콩팥과 같은 모양의 오리피스 리지에 의해 부분적으로 둘러싸여진 밸브 챔버의 외부 캐비티(cavity)의 일부는, 유체를 큰 콩팥과 같은 모양의 오리피스 리지에 공급하는 동일 유체 도관과 유체 연통하기도 하는 유사하면서 더 작은 콩팥과 같은 모양의 제2 오리피스 리지로 채워져 있다. 다른 실시예에서의 복수의 비원형 오리피스 리지 모양은 공통의 밸브 입구 영역과 평행하게 유체 연통된다. 다른 실시예에서의 제1 오리피스 리지는 제2 오리피스 리지를 완전히 둘러싸며 밸브 챔버의 내부 캐비티를 형성하여, 두 부분으로 구성된 밸브 챔버의 외부 캐비티로의 흐름을 허용한다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예는, 제1 유체 도관 개구를 가지는 밸브체, 상기 밸브체 내에 배치되고 상기 제1 유체 도관 개구를 둘러싸는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지며, 상기 복수의 상호 연결 세그먼트는 상기 제1 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하는 오리피스 리지(orifice ridge), 및 실질적으로 평면인 제어면을 가지며, 상기 제어면이 상기 오리피스 리지 상에 위치되도록 구성된 제어판을 포함하는 밸브에 관한 것이다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 밸브체는 제2 유체 도관 개구를 포함한다. 몇몇의 실시예에 따르면, 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 오리피스 리지의 외부에 배치되어 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 상호 연결 세그먼트는 상기 제1 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 상기 적어도 하나의 세그먼트는 상기 제1 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 상기 적어도 하나의 세그먼트에 인접한다.

다른 실시예에 따르면, 상기 제어판은, 상기 실질적으로 평면인 제어면이 상기 오리피스 리지에 맞닿는 제1 위치와 상기 실질적으로 평면인 제어면의 적어도 일부가 상기 오리피스 리지로부터 멀어지는 제2 위치와의 사이에서 이동 가능하다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 비원형 폐쇄 회로는 상기 제1 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 복수의 세그먼트를 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 상기 오리피스 리지는 제1 오리피스 리지이고, 상기 밸브체는 제2 유체 도관 개구를 포함하며, 상기 밸브는 상기 밸브체 내에 배치되고 상기 제2 유체 도관 개구를 둘러싸는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지는 제2 오리피스 리지를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 밸브체는 제1 유체 도관을 포함하며, 상기 제1 유체 도관 개구와 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장된다.

다른 실시예에 따르면, 상기 밸브체는 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지의 외부에 배치된 제3 유체 도관 개구를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 밸브체는 제1 유체 도관, 제2 유체 도관, 및 제3 유체 도관을 포함하며, 상기 제1 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장되고, 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장되고, 상기 제3 유체 도관 개구는 상기 제3 유체 도관까지 연장되며, 상기 제3 유체 도관은 유체의 흐름을 받아들이는 유체 입구로서 구성되고, 상기 제1 및 제2 유체 도관은 유체 출구로서 구성되며, 상기 제3 유체 도관 개구에 의해 제어 가능하게 제공된 유량은 상기 제1 유체 도관 개구와 상기 제2 유체 도관 개구로 나누어진다.

어떤 실시예에 따르면, 상기 밸브체는 유체 도관을 포함하고 상기 제1 유체 도관 개구는 상기 유체 도관까지 연장되며, 상기 제1 오리피스 리지의 길이는 상기 유체 도관의 둘레 길이보다 실질적으로 길다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예는, 제1 유체 도관 개구와 제2 유체 도관 개구를 가지는 밸브체, 상기 밸브체 내에 배치되며 상기 제1 유체 도관 개구를 둘러싸는 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지는 제1 오리피스 리지, 상기 밸브체 내에 배치되며 상기 제2 유체 도관 개구를 둘러싸는 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지는 제2 오리피스 리지, 실질적으로 평면인 제어면을 가지며, 상기 제어면이 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지에 맞닿도록 이동 가능하게 구성된 제어판을 포함하는 밸브에 관한 것이다.

다른 실시예에 따르면, 상기 밸브는 상기 밸브체에 형성된 제1 유체 도관을 더 포함하며, 상기 제1 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장된다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 제1 오리피스 리지의 길이는 상기 제1 유체 도관의 둘레 길이보다 실질적으로 길다.

다른 실시예에 따르면, 상기 밸브는 상기 밸브체에 형성된 제2 유체 도관을 더 포함하며, 상기 제1 유체 도관은 유체의 흐름을 받아들이는 유체 입구로서 구성되고 상기 제2 유체 도관은 유체의 흐름을 제공하는 유체 출구로서 구성되어 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 밸브는 상기 제1 오리피스 리지의 외부와 상기 제2 오리피스 리지의 외부에서 상기 밸브체 내에 배치된 외부 유체 도관 개구를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 밸브는 상기 밸브체에 형성된 제2 유체 도관을 더 포함하며, 상기 외부 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장되고 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장된다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장된다.

일 실시예에 따르면, 상기 밸브는 상기 밸브체 내에 배치되며 제3 유체 도관 개구를 둘러싸는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 세그먼트를 가지는 제3 오리피스 리지를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 밸브는 상기 밸브체에 형성된 제2 유체 도관을 더 포함하며, 상기 제3 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장된다.

일 실시예에 따르면, 상기 밸브는 제2 유체 도관과 제3 유체 도관을 더 포함하며, 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제3 유체 도관까지 연장되고 상기 외부 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장된다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 외부 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관으로부터 유체의 흐름을 받아들이는 유체 입구로서 구성되어 있고, 상기 제1 유체 도관과 상기 제3 유체 도관은 유체 출구로서 구성되어 있으며, 상기 외부 유체 도관 개구에서 제어 가능하게 받아들여진 유량은 상기 제1 유체 도관 개구와 상기 제2 유체 도관 개구로 나누어진다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 유체 도관으로부터 상기 외부 유체 도관 개구에서 제어 가능하게 받아들여진 상기 유량은 상기 제1 오리피스 리지의 길이와 상기 제2 오리피스 리지의 길이의 합에 대한 상기 제1 오리피스의 길이에 근거하여 나누어진다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 제2 오리피스 리지는 상기 제1 오리피스 리지와 간격을 두고 떨어져 있으며 상기 제1 오리피스 리지에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여져 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 오리피스 리지는 상기 제1 오리피스 리지에 의해 완전히 둘러싸여져 있다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지 중 적어도 하나는 비원형 폐쇄 회로를 형성한다.

여러 가지 실시예에 따르면, 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지의 복수의 세그먼트 중 적어도 하나는 적어도 하나의 만곡 세그먼트를 포함한다.

어떤 실시예에 따르면, 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지의 상기 복수의 세그먼트는 상호 연결된 내측 및 외측으로 만곡된 세그먼트이다.

적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 오리피스 리지는 타입316 스테인리스 스틸로 형성된 금속 합금으로 구성되어 있다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 제어판은 내부식성 니켈 합금으로 구성되어 있다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예에 있어서, 제한된 이동을 가지는 제어 요소를 구비하는 밸브가, 제어 오리피스의 둘레에 곡률이 변화하는 경로를 포함하는 것에 의해 증가된 유효 개구 면적(effective opening area)을 제공하며, 곡률이 변화하는 상기 경로는 외측을 향해 만곡되는 적어도 하나의 부분을 포함하는 얻어지는 밸브 전도도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

이들 예시와 실시예에 대한 다른 측면, 실시예, 및 이점은 아래에서 상세하게 논의되어진다. 게다가, 전술한 정보와 후술할 상세한 설명 모두 다양한 측면 및 실시예에 대한 상세한 예일 뿐이며, 청구항 및 실시예의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 체계를 제공하기 위한 것이다. 여기에 개시된 실시예는 다른 실시예와 결합될 수 있고, "하나의 실시예", "하나의 예", "몇몇의 실시예", "몇몇의 예", "대체 실시예", "여러가지의 실시예", "일 실시예", "적어도 하나의 실시예", "이런 저런 실시예", "어떤 실시예" 등은 반드시 상호 배타적인 것은 아니며, 특별한 특징, 구조, 또는 서술된 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 것을 나타내기 위한 것이다. 여기에서의 이러한 용어의 등장은 동일 실시예에 관하여 모두 필수적인 것은 아니다.

첨부 도면을 참조하여 적어도 하나의 실시예의 여러가지 측면이 이하에서 설명되며, 첨부 도면은 동일한 축척으로 그려진 것은 아니다. 도면은 여러 가지의 측면 및 실시예에 대한 예시와 추가 이해를 제공하기 위해 포함된 것이며, 상세한 설명에 통합되어 본 발명의 일부를 구성하지만, 어떤 특정한 실시예에 대한 한정의 의미하는 것으로 의도되어진 것은 아니다. 상세한 설명과 함께 도면은, 상세한 설명과 청구항의 발명 및 실시예의 원리 및 동작을 설명한다. 도면에 있어서, 여러 가지 도면에 도시되어 있는 동일하거나 유사한 각 요소에 대해서는 동일 부호로 나타내어진다. 명료성을 위해, 모든 요소가 모든 도면에 도시되지는 않는다. 도면은 다음과 같다:
도 1은 일반적인 표준 설계의 전금속(all-metal) 밸브의 사시도
도 1a는 도 1의 밸브의 유체 포위부(enclosing portion)의 단면 사시도
도 2a는 일반적인 압전 액추에이터가 부착된 도 1 및 도 1에 나타내어진 밸브의 평면도
도 2b는 도 2a의 밸브의 단면도
도 3은 본 발명에 따르는 고전도도 밸브의 실시예의 사시도
도 3a는 밸브 챔버 구조를 상세하게 나타내는 도 3에 도시된 밸브체의 단면 사시도
도 3b는 제어 요소가 부착된 도 3에 나타내어진 밸브의 평면도
도 3c는 도 3b의 밸브의 유체 포위부의 단면도
도 3d는 오리피스 리지 및 다른 구성을 나타내는 도 3a의 확대도
도 3e는 도 3에 도시된 밸브의 대표적인 오리피스 리지를 나타내는 평면도
도 4a는 본 발명에 따르는 고전도도 밸브의 체크 밸브 실시예의 단면 사시도
도 4b는 도 4a의 분해도
도 4c는 도 4a 및 도 4b에 도시된 밸브체의 평면도
도 5는 본 발명에 따르는 고전도도 밸브의 다른 실시예의 밸브체의 사시도
도 5a는 도 5에 도시된 밸브의 평면도
도 5b는 도 5에 도시된 밸브체의 단면 정면도
도 6은 2개의 오리피스 리지 구조를 구비하는 본 발명에 따르는 고전도도 밸브의 다른 실시예의 밸브체의 사시도
도 6a는 밸브 챔버 구조를 상세하게 나타내는 도 6에 도시된 밸브체의 단면 사시도
도 6b는 제어 요소가 부착된 도 6에 나타내어진 밸브의 평면도
도 6c는 도 6b에 도시된 밸브의 유체 포위부의 단면도
도 6d는 오리피스 리지 및 다른 구성을 나타내는 도 6a의 확대도
도 7은 복수의 비원형 오리피스 리지 모양을 구비하는 본 발명에 따르는 고전도도 밸브의 실시예의 사시도
도 7a는 도 7에 도시된 밸브의 유체 포위부의 제1 단면 사시도
도 7b는 밸브 챔버 구조를 상세하게 나타내는 도 7에 도시된 밸브체의 제2 단면 사시도
도 7c는 제어 요소가 부착된 도 7에 도시된 밸브의 평면도
도 7d는 도 7c에 도시된 제1 단면도
도 7e는 도 7c에 도시된 밸브의 제2 단면도
도 7f는 복수의 비원형 오리피스 리지 모양 및 다른 구성을 나타내는 도 7b의 확대도
도 8은 제2 오리피스 리지를 완전히 둘러싸는 제1 오리피스 리지를 구비하는 고전도도 밸브의 실시예의 사시도
도 8a는 도 8에 도시된 밸브의 평면도
도 8b는 밸브 챔버 구조와 제2 오리피스 리지를 둘러싸는 제1 오리피트 리지를 상세하게 나타내는 도 8에 도시된 밸브체의 단면 사시도
도 8c는 도 8에 도시된 밸브체의 단면도
도 8d는 제2 오리피스 리지를 둘러싸는 제1 오리피스 리지를 나타내는 도 8b의 확대도
도 8e는 제어 요소가 부착된 도 8에 나타내어진 밸브의 평면도
도 8f는 도 8e에 도시된 밸브의 유체 포위부의 단면도
도 9는 본 발명의 하나 이상의 측면에 따르는 고전도도 밸브의 다른 실시예의 사시도
도 9a는 도 9에 도시된 밸브의 제1 단면 사시도
도 9b는 도 9에 도시된 밸브의 제2 단면 사시도
도 9c는 제어 요소가 부착된 도 9에 도시된 밸브의 제1 단면도
도 9d는 도 9c에 도시된 밸브의 평면도
도 9e는 제어 요소가 부착된 도 9에 나타내어진 밸브의 제2 단면도
도 9f는 도 9a의 확대도
도 9g는 도 9b의 확대도

본 발명은 아래의 상세한 설명에서 서술되거나 도면에 도시된 구성의 구조 및 배열의 상세 사항으로 본 출원에서 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예일 수 있으며, 다양한 방법으로 실행되거나 또는 수행될 수 있다. 또한, 여기에서 사용된 표현 및 용어는 상세한 설명을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 여기서 사용되는 "포함하는", "구비하는", 또는 "가지는", "함유하는", "관련하는" 및 이들 변형 표현은, 그 후에 열거된 항목을 포함하고, 또한 그들의 등가물 및 추가 항목들을 포함하는 것을 의미한다. 방향성 형용사인 "내부", "외부", "상부", "하부" 등과 같은 용어의 사용은, 구성요소 사이에서의 상대적인 관계를 이해하는 것을 돕기 위한 것으로, 공간에서의 절대적인 방향을 의미하는 것으로 이해되거나 제한하는 것으로서 간주되어서는 안된다.

고순도의 유체 전달 응용기기에 사용하기 위한 일반적인 밸브(100)의 대표적인 예가 도 1 및 도 1a에 도시되어 있다. 일반적인 밸브(100)는 몸체(90), 입구 도관(10), 출구 도관(14), 두 도관과 유체 연통되는 밸브 챔버(50), 챔버 씰링 다이어프램(70), 및 다이어프램(70)의 편향(defleciton)에 의해 이동 가능한 제어 요소(80)를 구비한다. 유체 흐름을 제어하는 방식은 오리피스(orifice)(20)를 고려함으로써 더 이해될 수 있다. 구체적으로 오리피스(20)를 통해 유체가 입구 도관(10)으로부터 밸브 챔버(50) 및 상기 오리피스(20)를 둘러싸는 오리피스 리지(ridge)(30)로 흐른다. 이에 따라서 제어 축(82)에 가해진 힘에 의해 변화 가능하게 위치될 수 있는 제어 요소(80)에 대한 작은 클리어런스(clearance)인 제어 갭(control gap)이 규정되고, 제어 갭(control gap)을 통해 제어 갭 유체가 흐를 수 있다. 도 1a은, 예를 들어, 유체가 흐르지 않고 이에 따라 제어 갭이 존재하는 않는 완전히 닫혀진 일반적인 밸브를 나타낸다.

도 2 및 도 2a에는 일반적인 밸브(100)를 가지는 액추에이터를 사용하는 하나의 방법이 나타내어져 있으며, 미국특허출원 제14/477,573호이고 US2015/0059877에서 개시된 바와 같이, 액추에이터는 압전 액추에이터 스택(stack)(210)이 제어 축(82)에 연결된 인터레이스 리프팅 기구(interlace lifting mechanism)(220)를 포함한다. 압전 스택(210)으로의 적절한 전압 인가에 의해서 스택이 축방향으로 신장되고, 이로 인해서 인터레이스 리프팅 기구(220)를 통해 제어 요소(80)가 오리피스 리지(30)로부터 멀어지는 방향으로 리프팅하는 이동을 행하여 유체가 입구 도관(10)과 출구 도관(14) 사이에서 흐르도록 한다. 사용된 압전 액추에이터는 대략 2천분의 1인치에 대응하는 약 50마이크론(100만분의 1 미터)으로 일반적으로 제한된 전체 신장 능력(extension ability)을 가진다. 평평한 제어 요소에 의해 덮여진 오리피스를 구비하는 밸브는, 개방되자마자, 평평한 제어 요소와 상기 오리피스 둘레 사이에서의 제어 갭이 곱해진 오리피스의 둘레 길이(원주(circumference))에 의해 정의된 면적으로서 단순히 계산된 유효 개구 면적(ffective opening area)에 관계되는 흐름 전도도(flow conductance)(또는 그 역수인, 흐름 저항(flow resistance))를 가지게 될 것이다. 원형 오리피스의 직경 "D"를 고려하면, 오리피스 자체의 개구 면적이 대응하는 유효 개구 면적보다 작을 것이기 때문에, "D/4"보다 큰 밸브의 제어 갭 "G"가 추가의 작은 전도도 효과를 가질 것이라고 생각될 것이다.

식_1 : 오리피스 면적=반경^2 * pi = (D/2)^2 * pi = D*D*pi/4

갭*둘레= G*(D*pi)=(G>D/4)*D*pi > D*D*pi/4

G>D/4일 때, 오리피스의 흐름 저항에서는 유효 개구 면적의 흐름 저항이 지배적일 것이다.

제어 요소를 오리피스 직경의 적어도 4분의 1정도 원형 오리피스로부터 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 없는 밸브는 최대 흐름 전도도를 달성하지 못할 것이며, 그렇지 않으면 특별한 밸브 설계에 의해서 실현 가능하다는 것을 추가로 고려할 수 있다. 제어 요소 이동은 종종 단지 탄성 스트레인(strain)에 의해 금속 부품을 변형시킬 필요가 있어서 실질적으로 제한된다. 밸브 챔버 씰링 방법과 제어 요소 이동에 대한 많은 조합은, 최대 밸브 흐름 전도도가 유체 도관의 단면보다는 오리피스의 둘레 길이에 거의 의존하도록 한다. 이러한 설계 문제에 대한 기존의 접근은 관련된 유체 도관의 직경보다 실질적으로 큰 원형 오리피스 직경을 제공하는 것이다. 데오도르 제이. 가우스만(Theodore J. Gausman) 등의 미국특허 제4,964,423호에는, 제한된 제어 요소 이동과 입구 및 출구 유체 통로의 직경의 대략 3배인 원형 오리피스 직경을 가지는 체크 밸브가 개시되어 있다. 다다히로 오미(Tadahiro Ohmi) 등의 미국특허 제4,977,916호에는, 압전 액추에이터를 가지는 다이어프램 씰링 밸브와, 상세한 설명에서 "유체 통로보다 큰 밸브 포트(port)이며, 확대된 벨 마우스(bell mouth)의 환형(annular)의 테를 두른 밸브 포트(port)"로서 설명된 원형 오리피스가 개시되어 있다.

본 출원인은 도 3, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e에 도시된 바와 같이 전술한 많은 문제를 해결하는 밸브를 개선하여 왔다. 예시의 밸브는 밸브체(390), 제1 유체 도관(310)(일반적으로 입구), 제2 유체 도관(314)(일반적으로 출구), 두 도관과 유체 연통되는 밸브 챔버(350), 밸브 챔버 씰링 다이어프램(370)을 포함하는 밸브 하우징(360), 및 밸브 챔버 씰링 다이어프램(370)의 편향에 의해 이동 가능한 제어 요소(380)를 구비한다. 섕크(shank, 381)는 씰링 다이어프램(370)으로부터 제어 요소(380)의 축 상에서 대략 중심 위치에서 밸브 챔버(350) 내로 돌출될 수 있다. 리세스 개구(recessed opening)(388)가 구비된 중앙 스루홀(thru-hole)을 가지는 제어판(384)은, 리세스 개구(388) 내에서 섕크(381)의 단부를 변형시킴으로써 섕크(381)에 부착될 수 있다. 제어 요소(380)에 가해진 액추에이터 힘은 이하에서 추가로 설명되는 바와 같은 밸브 기능을 제공하기 위해 제어판(384)을 이동시킬 것이다.

고순도 응용기기용 밸브에서 누출을 막기 위한 밸브 챔버 씰링 다이어프램을 제공하는 다른 많은 접근법이 알려져 있다. 콜렌(Kolenc) 등의 미국특허 제4,606,374호에서는, 3개의 시트(sheet) 금속 디스크를 구비하는 다이어프램이 밸브체에서의 계단 구조체와 밸브 보넷(bonnet) 사이에서 둘레를 따라 클램핑되어 있다. 나카자와(Nakazawa) 등의 미국특허 제5,145,147호에서는, 단일층의 시트 금속 다이어프램이 밸브 조립체의 일부에 용접되어 있다. 올리비아(Ollivier)의 미국특허 제5,755,428호에서는, 다이어프램이 밸브체 상에 형성된 환형 돌기에 저항하여 다이어프램을 가압하는 클램핑 부재에 의해 밸브체에 대하여 고정적으로 씰링되어 있다. 예시의 본 발명은 밸브 하우징(360)의 일체 요소로서 가공된 씰링 다이어프램(370)을 나타낸다. 참고로 본 발명에서의 모든 도면에서는, 일체로 가공된 유사한 밸브 씰링 다이어프램을 도시하고 있지만, 다이어프램 및 밸브 하우징의 다른 조합, 또는 밸브체, 구성요소들이 본 발명에 사용될 수 있으며, 일체형 다이어프램으로 한정되는 것은 아니다.

원형 오리피스를 대신하여, 본 출원인은 밸브 챔버(350)를 내부 캐비티(354)및 외부 캐비티(358)로 분리하는 비원형 오리피스 리지(orifice ridge)(320) 구조를 발명했다. 오리피스 리지(320)는 곡률이 변화하는 경로를 가지며 내부 유체 도관 개구(312)을 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 비원형 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 다양한 측면에 따르면, 복수의 상호 연결 세그먼트는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함한다. 다른 측면에 따르면, 복수의 세그먼트는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수 있다. 또 다른 측면에 따르면, 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 세그먼트에 인접한다. 여기에서 사용된 바와 같이, 만곡 세그먼트는 만곡 세그먼트를 따르는 모든 지점(point)이 동일 반경의 곡률 또는 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가지는 어떤 세그먼트를 포함한다. 예를 들어, 도 3e를 참조하면, 오리피스 리지 구조는 콩팥과 같은 모양으로 이루어지며, A, B, C, 및 D의 4개의 만곡 세그먼트를 포함한다. 어떤 예에서는, 적어도 하나의 세그먼트는 선형, 즉 직선일 수 있다. 예시의 오리피스 리지(320) 모양은 콩팥 모양과 같다고 생각되어질 수 있다. 환언하면, 콩팥 모양의 오리피스 리지(320)는 내부 유체 도관 개구(312)를 향하는 방향으로 만곡되는 3개의 세그먼트와, 내부 유체 도관 개구(312)로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 1개의 세그먼트를 가지는 것에 특징이 있다. 예를 들어, 다시 도 3e를 참조하면, 세그먼트 A, B, 및 C 모두는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되고, 세그먼트 D는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡된다. 도시된 예시의 오리피스 리지(320)는 어느 곳에서도 직선 세그먼트를 가지지 않고 전체 모양을 형성하는 서로 연결된 만곡 세그먼트를 구비하고 있다. 내부 유체 도관 개구(312)는 내부 캐비티(354)와 제1 유체 도관(310) 사이에서 유체를 연통시킨다. 외부 유체 도관 개구(316)는 외부 캐비티(358)와 제2 유체 도관(314) 사이에서 유체를 연통시킬 수 있다. 외부 유체 도관 개구(316)는 오리피스 리지(320)의 외부에 배치될 수 있다.

상기 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대해 바람직한 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 모넬(Monel)® 금속, 티타늄 합금, 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금, 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금, 또는 테플론(Teflon)®, 켈 에프(Kel-F)®, 베스펠(Vespel)®, 카이날(Kynar)®과 같은 폴리머, 그리고 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(390)에는 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금의 제어판(384)이 사용될 수 있다. 오리피스 리지(320)를 가지는 밸브체(390)는, 밀링(milling), 또는 캐스팅(casting), 또는 사출 성형과 같은 종래의 제조 공정, 또는, 예를 들면, 레이저 소결(sintering)(3D 프린팅)과 같은 최근에 개발된 추가적인 제조 공정에 의해 만들어질 수 있다. 제어 유체에 의해 접촉된 밸브체 영역은, 고순도 유체 전달의 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 폴리싱(polishing) 및 패시베이션(passivation)과 같은, 추가 공정의 대상이 될 수 있다.

유체 도관 개구(312, 316)의 잠재적인 흐름 제한 영향은 대응하는 유체 도관(310, 314)의 단면적에 비해서 위 개구를 확대함으로써 줄일 수 있다. 예시의 바람직한 개구 모양은, 내부 유체 도관 개구(312)로 나타내어진 바와 같은 활형 슬롯(arcuate slot), 또는 외부 유체 도관 개구(316)로 나타내어진 바와 같은 방사상 슬롯(radial slot)(317), 또는 이들의 혼합 구성과 플레어링(flaring) 또는 베벨링(beveling)과 같은 다른 모양으로 구성될 수 있다. 캐비티 및 밸브체에 형성된 대응하는 복수의 유체 도관 사이에서 유체를 연통시키기 위해, 복수의 유체 도관 개구가 내부 캐비티(354) 내에, 또는 외부 캐비티(358) 내에, 또는 양 캐비티 내에 형성될 수 있을 것이다(예를 들면, 본 발명자 킴 옥 부(Kim Ngoc Vu)의 미국특허 제5,992,463호의 도 21 및 도 22 참조).

오리피스 리지(320)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 표면은 여기에서 오리피스 리지(320)의 접촉 트랙(325)으로서 나타내어진다. 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 실질적으로 적절한 평면인 제어면(386)을 가지는 제어판(384)은 밸브체(390)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 접촉 트랙(325) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다). 평면인 제어면(386)과 접촉 트랙(325) 사이의 제어 갭이 곱해진 오리피스 리지(320)의 둘레 길이(접촉 트랙(325)의 평면 길이)에 의해 정의된 면적으로서 계산되는 밸브의 유효 개구 면적은 본 발명에 의해 확대될 수 있다. 비원형 오리피스 리지(320)의 둘레 길이는, 내부 유체 도관 개구(312)를 향하는 방향 및 내부 유체 도관 개구(312)로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 만곡 세그먼트를 포함함으로써, 동일 공간을 차지하는 단순한 원형 오리피스의 원주보다 실질적으로 길어질 수 있다.

본 발명의 밸브의 합리적인 기준 비교(도 3e 참조)는, 원형의 밸브 챔버 씰링 다이어프램(370)과의 대비를 통해서 이해될 수 있다. 도 3, 도 3a, 도 3d, 및 도 3e에 나타내어진 콩팥과 같은 오리피스 리지(320)는, 원형 오리피스의 이상적인 최대 치수(직경)보다 대략 45% 이상의 둘레 길이를 제공한다.

식_2: 콩팥_둘레=2.4646_인치; 원형_둘레=pi*D=pi*(0.54)=1.696_인치

2.4646/1.6965=1.4528.

만약 내부 캐비티(354)의 포위 평면 면적과 동일한 면적을 원형 오리피스가 둘러싸는 경우, 증가된 밸브의 유효 개구 면적은 놀랍게도 74% 이상이 된다.

식_3: 콩팥_면적=0.160259_인치^2; 원형_면적=pi*(D/2)^2 -> D=0.4517_인치;

원형_둘레=pi*D=pi*(0.4517)=1.4191_인치;

2.4646/1.4191=1.7367.

밸브의 유효 개구 면적(갭*둘레=개구 면적)이 오리피스 리지(320)에 대해서 비원형 폐쇄 회로 모양을 사용하는 것에 의해 실질적으로 증가되는 반면, 내부 캐비티(354)로서 실제로 포위된 공간의 평면 면적은 비슷한 크기의 원형 오리피스의 경우 보다 실질적으로 적다(대략 66% 적다).

식_4: 콩팥_둘레=2.4646_인치 & 콩팥_면적=0.160259_인치^2;

2.4646_인치=원형_둘레=pi*D -> D=0.7845_인치;

원형_면적=pi*(D/2)^2=pi*(0.7845/2)^2=0.483374_인치^2;

0.160259/0.483374=0.3315.

내부 캐비티(354)에 대응하는 축소된 평면 면적은, 제1 유체 도관(310)으로부터 제2 유체 도관(314)으로 흐르는 가압 유체에 저항할 때, 오리피스 리지(320)에 대향하여 제어판(384)을 닫기 위해 필요한 힘을 효과적으로 감소시킨다. 이러한 예시의 실시예에서, 오리피스 리지는 대략 0.025inch(0.6mm)의 높이이고, 접촉 트랙은 대략 0.025inch(0.6mm)의 폭으로, 도 1 및 도 1a에 도시된 밸브의 구조를 모방하고 있다.

도 4a, 도 4b, 및 도 4c에 도시된 다른 실시예의 밸브는, 밸브체(490), 제1 유체 도관(410)(입구), 제2 유체 도관(414)(출구), 두 도관과 유체 연통되는 밸브 챔버(450), 컵 모양의 밸브 챔버 씰링 리드(lid)(470)(이하에서 '밸브 챔버 씰링 캡'으로서 불리기도 함), 그리고 디스크 스프링(460)의 편향에 의해 이동 가능한 제어판(480)을 구비한다. 제어판(480)은 평면인 제어면(486)을 가지는 원형판으로서 형성될 수 있다. 원형 오리피스 대신에, 본 실시예는 밸브 챔버(450)를 내부 캐비티(454)와 외부 캐비티(458)로 분리하는 비원형 오리피스 리지(420)의 구조에 특징이 있다. 오리피스 리지(420)는 곡률이 변화하는 경로를 가지며 내부 유체 도관 개구(412)를 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 비원형 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 앞서 설명한 도 3, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 및 도 3e에서의 오리피스 리지와 마찬가지로, 복수의 상호 연결 세그먼트는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있고, 다른 예에서는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있으며, 또 다른 예에서는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 세그먼트는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 세그먼트에 인접할 수 있다. 오리피스 리지(320)에 관하여 앞서 언급된 바와 같이, 콩팥 모양의 오리피스 리지(420)는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 3개의 세그먼트와, 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 1개의 세그먼트를 포함할 수 있다. 내부 유체 도관 개구(412)는 유체를 내부 캐비티(454)와 제1 유체 도관(410) 사이에서 유체 연통시킨다. 외부 유체 도관 개구(416)는 외부 캐비티(458)와 제2 유체 도관(414) 사이에서 유체 연통시킨다. 외부 유체 도관 개구(416)는 오리피스 리지(420)의 외부에 배치될 수 있다. 본 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대해 바람직한 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 독립적으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(490)에는 켈-에프(Kel-F)® 폴리머의 제어판(480)과 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금의 디스크 스프링(460)이 사용될 수 있으며, 또는 3개의 부품이 모두 300계열 스테인리스 스틸일 수 있다.

오리피스 리지(420)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 표면은 여기에서 오리피스 리지(420)의 접촉 트랙(425)으로서 나타내어진다. 둘러싸고 있는 캡 얼라인먼트 리지(cap alignment ridge)(471)는 오리피스 리지(420)와 함께 만들어질 수 있다. 원형 제어판(480)은 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 적절한 평면인 제어면(486)을 가지고 있어, 밸브체(490)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 접촉 트랙(425) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다). 제어판(480)을 관통하는 중앙 홀(488)은 씰링 리드 내측 상부(475)에 인접하는 밸브 챔버(450)의 부분으로부터 외부 캐비티(458) 내로의 유체 연통을 향상시키기 위해 마련될 수 있다. 제어판(480)은 방사상으로 위치되며, 내부에 형성된 슬롯(464,465,466)에 의해 규정된 복수의 활형 암(arcuate arm)(461, 462, 463)을 가지는 디스크 스프링(460)에 의해 축방향으로 위치된다. 디스크 스프링(460)은, 도 3, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 및 도 3e를 참조하여 앞서 설명한 밸브 구성에서의 씰링 다이어프램(370)을 위해 선택된 재료와 유사한 재료로 만들어질 수 있다. 제어판(480)은 용접, 또는 선택된 재료에 의존하는 (접착 또는 스테이킹(staking)과 같은) 다른 적절한 공정에 의해 디스크 스프링(460)에 부착될 수 있으며, 스페이서 링(spacer ring)(472)에 의해 축방향으로 위치될 수 있다. 널리 알려진 스텝(step), 카운터보어(counterbore) 등과 같은 축방향 위치와 관련한 다른 적절한 방법이 사용될 수 있다. 스텝(473)은 컵 모양의 씰링 리드(470)의 내부 둘레를 따라 마련되어, 디스크 스프링(460)이 씰링 리드 내측 상부(475)로부터 떨어지는 공간을 만든다. 스텝(473) 및 얼라인먼트 리지(471)과 스페이서 링(472)의 조합은, 한번의 원주 용접에 의해 밸브 챔버 씰링 캡(470)이 밸브체(490)에 기밀적으로 부착하도록 하며, 동시에 정확한 밸브 기능을 위해 제어판(480)이 위치된다.

입구 유체 도관(410) 내에서 충분한 유체 압력(크래킹 압력(cracking pressure))이 없을 때, 디스크 스프링(460)의 축방향 힘은 오리피스 리지(420)의 접촉 트랙(425)에 대향하여 타이트하게 제어판(480)의 제어면(486)을 유지하여, 유체 흐름을 막는다. 만약 입구 도관(410) 내의 유체 압력이 출구 도관(414) 내의 유체 압력보다 충분히 높으면, 제어판(480)은 오리피스 리지(420)의 접촉 트랙(425)으로부터 멀어지는 방향으로 밀려질 것이며, 유체는 내부 캐비티(454)로 흘러나와 외부 캐비티(458)로 흘러, 밸브체(490)를 통과한다. 압력차가 반대가 되어 출구 도관(414) 내의 압력이 입구 도관(410) 내의 압력보다 크면, 제어판(480)은 오리피스 리지(420)에 대향하여 밀리게 되어 유체 흐름이 차단될 것이다. 결과적으로 본 실시예는 바람직한 방향으로의 유체 흐름을 제한하는 목적을 가지는 체크 밸브인 것으로 생각되어질 수 있다.

유체 도관 개구(412, 416)의 잠재적인 흐름 제한 영향은 대응하는 유체 도관(410, 414)의 단면적에 비해서 개구를 확대함으로써 줄일 수 있다. 예시하는 바람직한 개구 모양은 반구형 마우스(hemispherical mouth)(417)에 의해 마련된 바와 같이 블렌딩(blending) 및 플레어링(flaring)을 구비할 수 있다. 또한 캐비티 및 밸브체에 형성된 대응하는 복수의 유체 도관 사이에 유체를 연통시키기 위해, 복수의 유체 도관 개구가 내부 캐비티 내에, 또는 외부 캐비티 내에, 또는 양 캐비티 내에 형성될 수 있다(예를 들면, 본 발명자 킴 옥 부(Kim Ngoc Vu)의 미국특허 제5,922,463호의 도 21, 도 22 참조). 그러나, 도 4a 내지 도 4c에 나타내어진 표면 장착식(surface mount style) 체크 밸브에서는, 단일의 입구 도관(410)과 단일의 출구 도관(414)만이 사용된다.

평면인 제어면(486)과 접촉 트랙(425) 사이의 제어 갭이 곱해진 오리피스 리지(420)의 둘레 길이(접촉 트랙(425)의 평면 길이)에 의해 정의된 면적으로서 계산되어지는 밸브 유효 개구 면적은, 본 발명에 의해 유효하게 확대될 수 있다. 비원형 오리피스 리지(420)의 둘레 길이는, 내부 유체 도관 개구(412)를 향하는 방향과 내부 유체 도관 개구(412)로부터 멀어지는 방향으로 모두 만곡되는 만곡 세그먼트를 포함함으로써, 동일 공간을 차지하는 단순한 원형 오리피스의 원주보다 실질적으로 길게 될 수 있다. 동일한 오리피스 리지(320, 420) 모양이 두 밸브에서 사용될 수 있기 때문에, 예시의 고전도도 체크 밸브의 우수성은 앞의 식_2와 식_3을 고려할 때 명백하다. 또한 밸브체(490)는 표면 장착식 유체 전달 시스템에서 사용하기 위한 것이며, 유체 처리 부품들은 유체 유로 도관을 포함하는 유체 기재에 제거 가능하게 부착되는 경우, 부품들의 이용 가능한 크기와 풋프린트가 제한될 수 있다.

그러나 도 5, 도 5a, 도 5b에 도시되어 있는 다른 예시의 밸브는 밸브체(590), 제1 유체 도관(510)(일반적으로 입구), 및 제2 유체 도관(514)(일반적으로 출구), 두 도관과 유체 연통되는 밸브 챔버(미도시)를 구비한다. 도시되어 있지 않지만, 적절한 씰링 다이어프램, 제어 요소, 및 액추에이터에 대한 세부 구성은 여기서 설명된 다른 실시예로부터 쉽게 고려될 수 있다. 본 실시예에서는 본 발명의 밸브가 고순도 유체 전달 장치에서의 표면 장착식 구성 대신에 튜브식 도관 연결체(511, 515)로 대체하여 사용될 수 있는 방법을 나타내는 것임을 또한 주목할 필요가 있다. 원형 오리피스를 대신하여, 출원인은 밸브 챔버를 내부 캐비티(554)와 외부 캐비티(558)로 나누는 꽃잎과 같은 비원형 오리피스 리지(520) 구조를 발명했다. 오리피스 리지(520)는 곡률이 변화하는 경로를 가지며 내부 유체 도관 개구(512)를 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 비원형 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 어떤 측면에 따르면, 오리피스 리지(520)를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트는, 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트와, 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있다. 또 다른 측면에 따르면, 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트는, 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트에 인접한다. 상기 모양이 내부 유체 도관 개구(512)를 향하는 방향 및 내부 유체 도관 개구(512)로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 동일한 수의 세그먼트를 포함하는 한, 예시의 오리피스 리지(520)의 모양은 꽃의 꽃잎과 같다고 생각될 수 있다. 내부 유체 도관 개구(512)는 내부 캐비티(554)와 제1 유체 도관(510) 사이에서 유체를 연통시킨다. 외부 유체 도관 개구(516)는 오리피스 리지(520)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대해 바람직한 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(590)에는 켈-에프(Kel-F)® 폴리머의 제어판(미도시)과, 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금의 씰링 다이어프램(미도시)이 사용될 수 있다. 또한 특히 유체 분배 기능을 제공하기 위한 목적으로, 캐비티 및 밸브체에 형성된 대응하는 복수의 유체 도관 사이에서 유체를 연통시키기 위해, 복수의 유체 도관 개구가 내부 캐비티(554) 내에, 또는 외부 캐비티(58) 내에, 또는 양 캐비티 내에 형성될 수 있을 것이다(예를 들면, 본 발명자인 킴 옥 부(Kim Ngoc Vu)의 미국특허 제5,992,463호의 도 21 및 도 22 참조).

오리피스 리지(520)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 표면은 여기에서 오리피스 리지(520)의 접촉 트랙(525)으로서 나타내어진다. 제어판(미도시)은 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 적절한 평면인 제어면(미도시)을 가지고 있어, 밸브체(590)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 접촉 트랙(525) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다). 평면인 제어면(586)과 접촉 트랙(525) 사이의 제어 갭이 곱해진 오리피스 리지(520)의 둘레 길이(접촉 트랙(525)의 평면 길이)에 의해 정의된 면적으로서 계산되어지는 밸브의 유효 개구 면적은, 본 발명에 의해 유효하게 확대될 수 있다. 꽃잎과 같은 비원형 오리피스 리지(520)의 둘레 길이는, 내부 유체 도관 개구(512)의 내측 방향으로 그리고 외측 방향으로 모두 만곡되는 만곡 세그먼트를 포함함으로써, 동일 공간을 차지하는 단순한 원형 오리피스의 원주보다 실질적으로 길게 되어, 위 설명한 꽃잎과 같은 루프(loop)를 형성한다. 3개의 꽃잎과 같은 루프를 가지는 예시의 실시예의 둘레는 동일한 면적을 포위하는 둥근 오리피스보다 약 35% 길다. 흐름을 분리하는 밸브 구조를 고려할 때, 특별히 3개의 루프보다 많거나 적게 구성될 수도 있다.

도 6, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d에는, 밸브체(690), 제1 유체 도관(610)(일반적으로 입구), 제2 유체 도관(614)(일반적으로 출구), 두 도관에 의해 유체가 연통되는 밸브 챔버(650), 밸브 챔버 씰링 다이어프램(670)을 포함하는 밸브 하우징(660), 그리고 밸브 챔버 씰링 다이어프램(670)의 편향에 의해 이동가능한 제어 요소(680)를 구비하는 다른 예시의 밸브가 도시되어 있다. 섕크(681)는 씰링 다이어프램(670)으로부터 제어 요소(680)의 축 상에서 대략 중심 위치에서 밸브 챔버(650) 내로 돌출될 수 있다. 리세스 개구(688)가 구비된 중앙 스루홀(thru-hole)을 가지는 제어판(684)은, 리세스 개구(688) 내에서 섕크(681)의 단부를 변형시킴으로써 섕크(681)에 부착될 수 있다. 제어 요소(680)에 가해진 액추에이터 힘은, 이하에서 추가로 설명되는 바와 같은 밸브 기능을 제공하기 위해 제어판(684)을 이동시킬 것이다. 밸브체(690)의 면(face)에는, 밸브체(690)와 다이어프램(670)을 포함하는 밸브 하우징(660) 사이에서의 씰(seal)(665)의 일체성을 시험하는 것을 돕기 위한 누출 테스트 그루브(groove)(691)가 마련될 수 있다.

원형 오리피스를 대신하여, 본 출원인은 제1 내부 캐비티(654)를 밸브 챔버(650)의 외부 캐비티(658)로부터 분리하는 비원형 제1 오리피스 리지(620) 구조를 발명했다. 제1 오리피스 리지(620)는 곡률이 변화하는 경로를 가지며 제1 내부 유체 도관 개구(612)를 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 비원형 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 도 3, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e, 및 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 앞서 설명한 오리피스 리지와 마찬가지로, 복수의 상호 연결 세그먼트는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있고, 어떤 예에서는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있으며, 다른 예에서는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 세그먼트는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 세그먼트에 인접한다. 오리피스 리지(320, 420)에 대하여 앞서 설명한 바와 같이, 콩팥 모양의 제1 오리피스 리지(620)는, 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 3개의 세그먼트와, 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 1개의 세그먼트를 포함할 수 있다. 이러한 예시의 밸브에서, 콩팥과 같은 제1 오리피스 리지(620) 구조는 콩팥과 유사하면서 더 작은 크기의 제2 오리피스 리지(620) 구조를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이러한 구성은 제2 내부 캐비티(655)가 외부 캐비티(658)로부터 분리되도록 한다. 따라서, 제2 오리피스 리지(621)는 제1 오리피스 리지(620)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여져 있다. 폐쇄 회로 모양이 원형 또는 비원형의 폐쇄 회로 모양을 포함하는 보다 작은 제2 오리피스 리지(621)를 부분적으로 둘러싸도록 구현될 수 있으며, 예를 들면 폐쇄 회로 모양의 제1 오리피스 리지(620)가 원형 모양일 수 있고 폐쇄 회로 모양의 제2 오리피스 리지(621)가 비원형 모양일 수 있다. 도시된 콩팥과 같은 모양은 제2 내부 유체 도관 개구(613)를 둘러싸는 복수의 상호 연결된 만곡 세그먼트를 구비한다. 오리피스 리지(620, 621)를 가지는 밸브체(690)는, 밀링, 또는 캐스팅, 또는 사출 성형과 같은 종래의 제조 공정, 또는 예를 들면, 레이저 소결(3D 프린팅)과 같은 최근에 개발된 추가적인 제조 공정에 의해 만들어질 수 있다. 제어 유체에 의해 접촉된 밸브체 영역은, 고순도 유체 전달 분야에서 알려져 있는 바와 같이, 폴리싱 및 패시베이션과 같은 추가 공정의 대상이 될 수 있다.

제1 내부 유체 도관 개구(612)는 제1 내부 캐비티(654)와 제1 유체 도관(610) 사이에서 유체를 연통시킨다. 제2 내부 유체 도관 개구(613)는 제2 내부 캐비티(655)와 (도시된 바와 같은) 제1 유체 도관(610) 또는 설계자의 의도(예를 들면 흐름 분리 대 고전도도)에 따른 (도 9, 도 9a, 도 9c, 도 9d, 도 9e, 도 9f, 및 도 9g를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명되는) 다른 유체 도관 사이에서 유체를 연통시킬 수 있다. 외부 유체 도관 개구(616)는 외부 캐비티(658)와 제2 유체 도관(614) 사이에서 유체를 연통시킨다. 외부 유체 도관 개구(616)는 제1 오리피스 리지(620)와 제2 오리피스 리지(621)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대하여 바람직한 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 모넬(Monel)® 금속, 티타늄 합금, 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금, 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금, 또는 테프론(Teflon)®, 켈-에프(Kel-F)®, 베스펠(Vespel)®, 카이날(Kynar)®과 같은 폴리머, 그리고 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(690)에는 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금의 제어판(684)이 사용될 수 있다.

유체 도관 개구(612, 613, 616)의 잠재적인 흐름 제한 영향은 대응하는 유체 도관(610, 614)의 단면적에 비해서 개구를 확대함으로써 줄일 수 있다. 예시의 바람직한 개구 모양은, 내부 유체 도관 개구(612, 613)로 나타내어진 바와 같은 활형 슬롯(arcuate slot), 또는 외부 유체 도관 개구(616)로 나타내어진 바와 같이 플레어링(flaring) 또는 베벨링(beveling)과 같은 다른 모양의 혼합 구성으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 오리피스 리지(620, 621)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 이들 동일 평면은 여기에서 제1 및 제2 오리피스 리지(620, 621)의 접촉 트랙(625, 626)으로서 나타내어진다. 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 실질적으로 적절한 평면인 제어면(686)을 가지는 제어판(684)은 밸브체(690)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 양 접촉 트랙(625, 626) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다). 평면인 제어면(686)과 접촉 트랙(625, 626) 사이의 제어 갭이 곱해진 제1 유체 도관(610)과 유체 연통하는 오리피스 리지(620, 621)의 둘레 길이(접촉 트랙(625, 626)의 평면 길이)에 의해 정의된 면적으로서 계산되어지는 밸브 유효 개구 면적은, 본 발명에 의해 확대될 수 있다. 비원형 오리피스 리지(620, 621)의 둘레 길이는, 내부 유체 도관 개구(612, 613)를 향하는 방향 및 내부 유체 도관 개구(612, 613)로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 만곡 세그먼트를 포함함으로써, 동일 공간을 차지하는 단순한 원형 오리피스의 원주 보다 실질적으로 길게 될 수 있다. 다른 방식으로 설명하면, 제2 오리피스 리지(621)는 제1 오리피스 리지(620)로부터 간격을 두고 떨어져 있으며, 제1 오리피스 리지(620)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여질 수 있다. 다른 실시예, 즉 도 8, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 및 도 8f에 따르면, 제2 오리피스 리지는 제1 오리피스 리지에 의해 완전히 둘러싸여질 수 있다.

도 7, 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e, 및 도 7f에 도시된 다른 예시의 밸브는, 밸브체(790), 흐름 모음 영역(708)(일반적으로 입구), 흐름 모음 영역(708)과 유체 연통되는 제1 유체 도관(710), 흐름 모음 영역(708)과 유체 연통되는 제2 유체 도관(711), 제3 유체 도관(714)(일반적으로 출구), 흐름 모음 영역, 제1 유체 도관, 제2 유체 도관, 제3 유체 도관과 모두 유체 연통되는 밸브 챔버(750), 밸브 챔버 씰링 다이어프램(770)을 포함하는 밸브 하우징(760), 그리고 밸브 챔버 씰링 다이어프램(770)의 편향에 의해 이동 가능한 제어 요소(780)를 구비한다. 섕크(781)는 씰링 다이어프램(370)으로부터 제어 요소(780)의 축 상에서 대략 중심 위치에서 밸브 챔버(350) 내로 돌출될 수 있다. 리세스 개구(788)가 구비된 중앙 스루홀(thru-hole)을 가지는 제어판(784)은 리세스 개구(788) 내에서 섕크(781)의 단부를 변형시킴으로써 섕크(781)에 부착될 수 있다. 도 7d의 단면은 섕크(781)를 통과하며 리세스 개구(788)를 나타내도록 한 것이며, 도 7e의 단면은 2개의 내부 유체 도관 개구(712, 713)를 나타나도록 오프셋(offset)된 것이다. 제어 요소(780)에 가해진 액추에이터 힘은, 이하에서 추가로 설명되는 바와 같은 밸브 기능을 제공하기 위해 제어판(784)을 이동시킬 것이다. 밸브체(790)의 면(face)에는, 밸브체(790) 및 다이어프램(770)을 포함하는 밸브 하우징(760) 사이에서의 씰(seal)(765)의 일체성을 시험하는 것을 돕기 위한 누출 테스트 그루브(groove)(791)가 마련될 수 있다.

단일의 원형 오리피스를 대신하여, 본 출원인은 복수의 내부 유체 도관 개구(712, 713, 717, 718)를 밸브 챔버(750)의 공통의 외부 캐비티(758)로부터 분리하는 복수의 비원형 오리피스 리지(720, 721, 722, 723) 구조(특히 이 예에서 총 4개)를 발명했다. 각 복수의 오리피스 리지(720, 721, 722, 723)는 대응하는 내부 유체 도관 개구(712, 713, 717, 718)를 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 비원형 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 각 비원형 폐쇄 회로는 적어도 하나의 만곡 세그먼트와, 적어도 하나의 직선 세그먼트를 포함할 수 있다. 어떤 측면에 따르면, 복수의 상호 연결 세그먼트는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있다. 예시의 오리피스 리지 모양은, 대응하는 반지름 라인(line)의 끝에서 서로 추가된 스무스한 커브를 가지는 복수의 인접한 원형 섹터와 유사할 수 있다. 몇몇의 실시예에 따르면, 오리피스 리지는 적어도 하나의 직선 또는 리니어(linear) 세그먼트에 인접하는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 만곡 세그먼트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 오리피스 리지는 적어도 하나의 직선 또는 리니어(linear) 세그먼트에 인접하는 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 만곡 세그먼트를 포함할 수 있다. 제1 내부 유체 도관 개구(712)는 제1 유체 도관(710)과 유체 연통된다. 제2 내부 유체 도관 개구(713) 또한 제1 유체 도관(710)과 유체 연통된다. 제3 내부 유체 도관 개구(717)는 제2 유체 도관(711)과 유체 연통된다. 제4 내부 유체 도관 개구(718) 또한 제2 유체 도관(711)과 유체 연통된다. 4개의 내부 유체 도관 개구(712, 713 717, 718)는 따라서 흐름 모음 영역(708)과 평행하게 유체 연통된다. 외부 유체 도관 개구(716)는 외부 캐비티(758)와 제3 유체 도관(714) 사이에서 유체 연통된다. 외부 유체 도관 개구(716)는 각 복수의 오리피스 리지(720, 721, 722, 723)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대해 원하는 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 모넬(Monel)® 금속, 티타늄 합금, 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금, 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금, 또는 테플론(Teflon)®, 켈 에프(Kel-F)®, 베스펠(Vespel)®, 카이날(Kynar)®과 같은 폴리머, 그리고 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(790)에는 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금의 제어판(784)이 사용될 수 있다.

외부 유체 도관 개구(716)의 잠재적인 흐름 제한 영향은 대응하는 유체 도관(374)의 단면적에 비해서 위 개구를 확대함으로써 줄일 수 있다. 예시의 바람직한 개구 모양은, 도시된 바와 같은 활형 슬롯(arcuate slot), 또는 플레어링(flaring) 또는 베벨링(beveling)과 같은 혼합 구성으로 구성될 수 있다. 복수의 오리피스 리지(720, 721, 722, 723)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 이들 동일 평면은 여기에서 복수의 오리피스 리지(720, 721, 722, 723)의 접촉 트랙(725, 726, 727, 728)으로서 나타내어진다. 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 실질적으로 적절한 평면인 제어면(786)을 가지는 제어판(784)은 밸브체(790)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 복수의 접촉 트랙(725, 726, 727, 728) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다). 평면인 제어면(786)과 접촉 트랙(725, 726, 727, 728) 사이의 제어 갭이 곱해진 유체 모임 영역(708)과 유체 연통하는 복수의 오리피스 리지(720, 721, 722, 723)의 둘레 길이에 의해 정의된 면적으로서 계산되어지는 밸브의 유효 개구 면적은, 본 발명에 의해 확대될 수 있다. 복수의 비원형 오리피스 리지(720, 721, 722, 723)의 둘레 길이는, 동일 공간을 차지하는 단순한 원형 오리피스의 원주보다 실질적으로 길게 될 수 있다.

도 8, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 및 도 8f에는, 밸브체(890), 제1 유체 도관(810)(일반적으로 입구), 제2 유체 도관(814)(일반적으로 출구), 두 도관과 유체 연통되는 밸브 챔버(850), 밸브 챔버 씰링 다이어프램(870)을 포함하는 밸브 하우징(860), 그리고 밸브 챔버 씰링 다이어프램(870)의 편향에 의해 이동 가능한 제어 요소(880)를 구비하는 다른 예시의 밸브가 도시되어 있다. 섕크(881)는 씰링 다이어프램(870)으로부터 제어 요소(880)의 축 상에서 대략 중심 위체서 밸브 챔버(850) 내로 돌출될 수 있다. 리세스 개구(888)가 구비된 중앙 스루홀(thru-hole)을 가지는 제어판(884)은, 리세스 개구(888) 내에서 섕크(881)의 단부를 변형시킴으로써 섕크(881)에 부착될 수 있다. 제어 요소(880)에 가해진 액추에이터 힘은, 이하에서 추가로 설명되는 바와 같은 밸브 기능을 제공하기 위해 제어판(884)을 이동시킬 것이다. 밸브 하우징(860) 및 밸브체(890)는 금속 가스켓(865)을 변형시킴으로써 누출이 없는 조립체로서 떼어낼 수 있도록 결합될 수 있다.

제1 오리피스 리지(820)는, 내부 유체 도관 개구(812)를 둘러싸고, 내부 밸브 캐비티(854)를 밸브 챔버(850) 내에서 제1 외부 밸브 캐비티(858)로부터 분리하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 어떤 측면에 따르면, 폐쇄 회로를 형성하는 각 세그먼트는 만곡될 수 있으며, 다른 측면에 따르면, 세그먼트는 원형의 모양인 폐쇄 회로를 형성할 수 있다. 제1 외부 유체 도관 개구(816)는 제1 외부 밸브 캐비티(858) 부분을 제2 유체 도관(814)에 연결할 수 있다. 외부 유체 도관 개구(816)는 제1 오리피스 리지(820)와 제2 오리피스 리지(821) 중 하나 또는 모두의 외부에 배치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 밸브는 제1 오리피스 리지(820)에 의해 완전히 둘러싸여져 있는 제2 오리피스 리지(821)를 더 포함할 수 있다. 제2 오리피스 리지(821)는, 내부 밸브 캐비티(854)를 제2 외부 밸브 캐비티(859) 부분으로부터 분리하는 복수의 만곡 세그먼트를 구성하는 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 또한, 제1 오리피스 리지(820) 또는 제2 오리피스 리지(821) 중 어느 하나는 비원형 모양일 수 있다. 예를 들면, 제1 오리피스 리지(820) 또는 제2 오리피스 리지(821) 중 어느 하나는, 도 7을 참조하여 설명한 오리피스 모양을 포함하며, 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향 또는 유체 도관 개구를 향하는 방향 중 어느 하나로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하는 콩팥 또는 꽃잎 또는 다른 모양일 수 있다. 제2 유체 도관(814)에 연결된 제2 외부 유체 도관 개구(817)는 제2 오리피스 리지(821)에 의해 완전히 둘러싸여진 제2 외부 밸브 캐비티(859) 내에 위치될 수 있다. 상기 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대하여 원해지는 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 모넬(Monel)® 금속, 티타늄 합금, 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금, 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금, 또는 테플론(Teflon)®, 켈 에프(Kel-F)®, 베스펠(Vespel)®, 카이날(Kynar)®과 같은 폴리머, 및 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(890)에는 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금의 제어판(884)이 사용될 수 있다.

제1 외부 유체 도관 개구(816) 및 내부 유체 도관 개구(812)의 잠재적인 흐름 제한 영향은, 대응하는 유체 도관(810, 814)의 단면적에 비해서 개구를 확대함으로써 줄일 수 있다. 예시의 바람직한 개구 모양은 도시된 바와 같은 활형 슬롯, 또는 플레어링(flaring) 및 베벨링(beveling)과 같은 다른 모양의 혼합 구성으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 오리피스 리지(820, 821)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 이들 동일 평면은 여기에서 제1 및 제2 오리피스 리지(820, 821)의 접촉 트랙(825, 826)으로서 나타내어진다. 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 실질적으로 적절한 평면인 제어면(886)을 가지는 제어판(884)은 밸브체(890)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 양 접촉 트랙(825, 826) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다). 제1 유체 도관(810)과 유체 연통하는 밸브 유효 개구 면적은, 평면인 제어면(886)과 접촉 트랙(825, 826) 사이의 제어 갭이 곱해진 두 개의 접촉 트랙(825, 826)의 길이의 합일 수 있다. 따라서, 도시된 오리피스 리지(820, 821)로부터 알 수 있듯이, 이러한 유효 개구 면적은, 유사한 크기의 단순한 단일 원형 오리피스로부터 얻어지는 면적의 거의 두 배이다.

도 6, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d를 참조하여 앞에서 설명한 바와 같이, 복수의 오리피스 리지 구조를 포함하는 다양한 예시의 밸브는, 고전도도를 제공하도록 사용될 수 있으며, 흐름 분배 응용기기에서도 사용될 수 있다. 그러한 예시의 흐름 분배 밸브는 도 9, 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d, 도 9e, 도 9f, 및 도 9g에 도시되어 있으며, 밸브체(990), 제1 유체 도관(910)(일반적으로 출구), 제2 유체 도관(914)(일반적으로 입구), 및 제3 유체 도관(918)(일반적으로 출구), 각 도관과 유체 연통되는 밸브 챔버(950), 밸브 챔버 씰링 다이어프램(970)을 포함하는 밸브 하우징(960), 그리고 밸브 챔버 씰링 다이어프램(970)의 편향에 의해 이동 가능한 제어 요소(980)를 구비하고 있다. 섕크(981)는 씰링 다이어프램(970)으로부터 제어 요소(980)의 축 상에 대략 중심 위치에서 밸브 챔버(950) 내로 돌출될 수 있다. 리세스 개구(988)가 구비된 중앙 스루홀(thru-hole)을 가지는 제어판(984)은, 리세스 개구(988) 내에서 섕크(981)의 단부를 변형시킴으로써 섕크(981)에 부착될 수 있다. 제어 요소(980)에 가해진 액추에이터 힘은, 이하에서 추가로 설명된 바와 같은 밸브 기능을 제공하기 위해 제어판(984)을 이동시킬 것이다. 밸브체(990)의 면(face)에는, 밸브체(990) 및 다이어프램(970)을 포함하는 밸브 하우징(960) 사이에서의 씰(seal)(965)의 일체성을 시험하는 것을 돕기 위한 누출 테스트 그루브(groove)(991)가 마련될 수 있다.

도 6, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d를 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 밸브체(990)는, 제1 내부 캐비티(954)를 밸브 챔버(950)의 외부 캐비티(958)로부터 분리하는 비원형의 제1 오리피스 리지(920) 구조를 포함한다. 제1 오리피스 리지(920)는, 곡률이 변화하는 경로를 가지며 제1 내부 유체 도관 개구(912)를 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트를 구비하는 비원형 폐쇄 회로로서 형성될 수 있다. 앞서 설명한 비원형 모양과 마찬가지로, 복수의 상호 연결 세그먼트는 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 모양이 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 3개의 세그먼트와 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 유체 도관을 포함하는 한에서, 앞서 설명한 바와 같이, 예시의 제1 오리피스 리지(920)는 콩팥 모양과 같다고 생각될 수 있다. 이러한 예시의 밸브에서, 콩팥과 같은 제1 오리피스 리지(920) 구조는 콩팥과 유사하면서 보다 작은 크기의 제2 오리피스 리지(921) 구조를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이러한 구성은 제2 내부 캐비티(955)가 외부 캐비티(958)로부터 분리되도록 한다. 어떤 폐쇄 회로 모양은 보다 작은 제2 오리피스 리지(921)를 부분적으로 둘러싸도록 구현될 수 있다. 설명된 콩팥과 같은 예는 제2 내부 유체 도관 개구(913)를 둘러싸는 복수의 상호 연결 세그먼트로 구성되며, 적어도 하나의 제그먼트는 제2 내부 유체 도관 개구(913)로부터 멀어지는 방향으로 만곡되어 있다. 오리피스 리지(920, 921)를 가지는 밸브체(990)는, 밀링(milling), 또는 캐스팅(casting), 또는 사출 성형과 같은 종래의 제조 공정, 또는, 예를 들면, 레이저 소결(sintering)(3D 프린팅)과 같은 최근에 개발된 추가적인 제조 공정에 의해 만들어질 수 있다. 제어 유체에 의해 접촉된 밸브체 영역은, 고순도 유체 전달의 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 폴리싱(polishing) 또는 패시베이션(passivation)과 같은, 추가 공정의 대상이 될 수 있다.

제1 및 제2 오리피스 리지(920, 921)의 최상부는 래핑(lapping), 또는 유사 제조 공정에 의해 매우 평평하며, 평면적이고 스무스하게 만들어질 수 있으며, 이들 동일 평면은 여기에서 제1 및 제2 오리피스 리지(920, 921)의 접촉 트랙(925, 926)으로서 나타내어진다. 충분한 크기(일반적으로 직경)이며 또한 실질적으로 적절한 평면인 제어면(986)을 가지는 제어판(984)은, 밸브체(990)를 통과하는 전체 흐름을 효과적으로 차단하기 위해 양 접촉 트랙(925, 926) 전체에 대향하여 놓여질 수 있다(접촉될 수 있다).

제1 내부 유체 도관 개구(912)는 제1 내부 캐비티(954)와 제1 유체 도관(910) 사이에서 유체 연통시킨다. 제2 내부 유체 도관 개구(913)는 제2 내부 캐비티(955)와 제3 유체 도관(918) 사이에서 유체 연통시킬 수 있으며, 이로 인해서 제1 유체 도관(910)과 구별된다. 외부 유체 도관 개구(916)는 외부 캐비티(958)와 제2 유체 도관(914) 사이에서 유체 연통시킨다. 외부 유체 도관 개구(916)는 각 오리피스 리지(920 및 921)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 밸브를 구성하는 부품은 사용될 유체에 대하여 바람직한 화학적 안정성(chemical inertness)을 위해 선택된 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 모넬(Monel)® 금속, 티타늄 합금, 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금, 엘질로이(Elgiloy)® 코발트 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금, 또는 테플론(Teflon)®, 켈 에프(Kel-F)®, 베스펠(Vespel)®, 카이날(Kynar)®과 같은 폴리머, 그리고 금속 및 폴리머의 조합을 개별적으로 또는 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 316L 스테인리스 스틸의 밸브체(990)에는 하스텔로이(Hastelloy)® 니켈 합금의 제어판(984)이 사용될 수 있다.

도 9, 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d, 도 9e, 도 9f, 및 도 9g에 도시된 예시의 밸브에 있어서, 제2 유체 도관(914)으로부터 외부 유체 도관 개구(916)에 받아들여진 유량은 제1 내부 유체 도관 개구(912)와 제2 내부 유체 도관 개구(913) 사이에서 제어 가능하게 분배될 수 있으며, 분배비(split ratio)는 오리피스 리지(920)의 둘레 길이와 오리피스(921)의 둘레 길이의 합에 대한 오리피스(921)의 둘레 길이의 비에 기초하여 결정된다. 예를 들면, 오리피스(920)와 오리피스(921)의 둘레 길이의 합에 대한 오리피스(921)의 둘레 길이의 비(ratio)가 0.2이면, 제2 내부 유체 도관 개구(913)는 외부 유체 도관 개구(916)에서 받아들여진 유체의 20%를 받아들인다. 제어판(984)의 평면인 제어면(986)이 제1 및 제2 오리피스 리지(920, 921)의 양 접촉 트랙(925, 926)에 대해서 평행한 위치에서 유지되면, 제1 내부 유체 개구(912)와 제2 내부 유체 개구(913)에 제공된 유체의 비(ratio of flauid)는 (제1 내부 유체 도관 개구(912) 및/또는 제2 내부 유체 도관 개구(913)의 면적이 제한될 때까지) 계속 일정하게 될 것이다. 유체의 비가 오리피스 리지의 둘레 길이의 비에 의해 결정되도록 하기 위해, 유체 도관 개구(912, 913, 916)의 잠재적인 흐름 제한 영향은, 대응하는 유체 도관(910, 914, 및 918)의 단면적에 비해서 개구를 확대함으로써 줄일 수 있다. 예시의 바람직한 개구 모양은 내부 유체 도관 개구(912, 913)로 나타내어진 바와 같은 활형 슬롯(arcuate slot), 또는 외부 유체 도관 개구(916)로 나타내어진 바와 같은 플레어링(flaring) 및 베벨링(beveling)과 같은 다른 모양의 혼합 구성으로 구성될 수 있다.

유체 흐름을 비례 제어하기 위한 유체 전달 장치(예를 들면, 반도체 자본 장비에서의 질량 유량(mass flow) 컨트롤러)는, 의도된 장치의 최대 흐름에 적절하게 대응된 최대 전도도를 가지는 밸브를 바람직하게 사용할 수 있다. 물론, 불충분한 전도도를 가지는 밸브는, 의도된 장치의 최대 흐름을 제공할 수 없지만, 초과(excessive) 최대 전도도를 가지는 밸브는 장치가 가장 낮은 셋팅(setting)에서만 밸브가 작동되도록 하여, 시스템 제어는 잠재적으로 보다 어렵게 될 수 있다. 본 발명에서 설명된 여러가지의 오리피스 리지 모양의 조합은, 선택된 밸브체 크기 내를 유지하면서, 특별한 응용기기에 대응하기 위한 밸브 최대 전도도를 조정하기 위한 수단을 제공한다..

설명된 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 여러가지의 측면은, 다양한 대체, 변형 및 개선이 이루어질 수 있다. 이러한 대체, 변형 및 개선은 위 개시 내용의 일부가 될 것이며, 본 발명의 범위 내에 있는 것이다. 따라서, 앞설 설명한 상세한 설명 및 도면은 단지 예시에 불과하다.

Claims

제1 유체 도관 개구를 가지는 밸브체;
상기 밸브체 내에 배치되고 상기 제1 유체 도관 개구를 둘러싸는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지며, 상기 복수의 상호 연결 세그먼트는 상기 제1 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하는 오리피스 리지(orifice ridge); 및
실질적으로 평면인 제어면을 가지며, 상기 제어면이 상기 오리피스 리지 상에 위치되도록 구성된 제어판을 구비하는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브체는 제2 유체 도관 개구를 포함하는 밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 유체 도관 개구는 상기 오리피스 리지의 외부에 배치되어 있는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 상호 연결 세그먼트는 상기 제1 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함하는 밸브.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 상기 적어도 하나의 세그먼트는 상기 제1 유체 도관 개구를 향하는 방향으로 만곡되는 상기 적어도 하나의 세그먼트에 인접하는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 제어판은, 상기 실질적으로 평면인 제어면이 상기 오리피스 리지에 맞닿는 제1 위치와 상기 실질적으로 평면인 제어면의 적어도 일부가 상기 오리피스 리지로부터 멀어지는 제2 위치와의 사이에서 이동 가능한 밸브.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비원형 폐쇄 회로는 상기 제1 유체 도관 개구로부터 멀어지는 방향으로 만곡되는 복수의 세그먼트를 포함하는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 오리피스 리지는 제1 오리피스 리지이고, 상기 밸브체는 제2 유체 도관 개구를 포함하며, 상기 밸브는 상기 밸브체 내에 배치되고 상기 제2 유체 도관 개구를 둘러싸는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지는 제2 오리피스 리지를 더 구비하는 밸브.
청구항 8에 있어서,
상기 밸브체는 제1 유체 도관을 포함하며, 상기 제1 유체 도관 개구와 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장되는 밸브.
청구항 8에 있어서,
상기 밸브체는 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지의 외부에 배치된 제3 유체 도관 개구를 포함하는 밸브.
청구항 10에 있어서,
상기 밸브체는 제1 유체 도관, 제2 유체 도관, 및 제3 유체 도관을 포함하며, 상기 제1 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장되고, 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장되고, 상기 제3 유체 도관 개구는 상기 제3 유체 도관까지 연장되며, 상기 제3 유체 도관은 유체의 흐름을 받아들이는 유체 입구로서 구성되고, 상기 제1 및 제2 유체 도관은 유체 출구로서 구성되며, 상기 제3 유체 도관 개구에 의해 제어 가능하게 제공된 유량은 상기 제1 유체 도관 개구와 상기 제2 유체 도관 개구로 나누어지는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브체는 유체 도관을 포함하고 상기 제1 유체 도관 개구는 상기 유체 도관까지 연장되며, 상기 제1 오리피스 리지의 길이는 상기 유체 도관의 둘레 길이보다 실질적으로 긴 밸브.
제1 유체 도관 개구와 제2 유체 도관 개구를 가지는 밸브체;
상기 밸브체 내에 배치되며 상기 제1 유체 도관 개구를 둘러싸는 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지는 제1 오리피스 리지;
상기 밸브체 내에 배치되며 상기 제2 유체 도관 개구를 둘러싸는 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 상호 연결 세그먼트를 가지는 제2 오리피스 리지;
실질적으로 평면인 제어면을 가지며, 상기 제어면이 상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지에 맞닿도록 이동 가능하게 구성된 제어판을 구비하는 밸브.
청구항 13에 있어서,
상기 밸브체에 형성된 제1 유체 도관을 더 구비하며, 상기 제1 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장되는 밸브.
청구항 14에 있어서,
상기 제1 오리피스 리지의 길이는 상기 제1 유체 도관의 둘레 길이보다 실질적으로 긴 밸브.
청구항 14에 있어서,
상기 밸브체에 형성된 제2 유체 도관을 더 구비하며, 상기 제1 유체 도관은 유체의 흐름을 받아들이는 유체 입구로서 구성되고 상기 제2 유체 도관은 유체의 흐름을 제공하는 유체 출구로서 구성되는 밸브.
청구항 14에 있어서,
상기 제1 오리피스 리지의 외부와 상기 제2 오리피스 리지의 외부에서 상기 밸브체 내에 배치된 외부 유체 도관 개구를 더 구비하는 밸브.
청구항 17에 있어서,
상기 밸브체에 형성된 제2 유체 도관을 더 구비하며, 상기 외부 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장되고 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장되는 밸브.
청구항 14에 있어서,
상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제1 유체 도관까지 연장되는 밸브.
청구항 14에 있어서,
상기 밸브체 내에 배치되며 제3 유체 도관 개구를 둘러싸는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 복수의 세그먼트를 가지는 제3 오리피스 리지를 더 구비하는 밸브.
청구항 20에 있어서,
상기 밸브체에 형성된 제2 유체 도관을 더 구비하며, 상기 제3 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장되는 밸브.
청구항 17에 있어서,
제2 유체 도관과 제3 유체 도관을 더 구비하며, 상기 제2 유체 도관 개구는 상기 제3 유체 도관까지 연장되고 상기 외부 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관까지 연장되는 밸브.
청구항 22에 있어서,
상기 외부 유체 도관 개구는 상기 제2 유체 도관으로부터 유체의 흐름을 받아들이는 유체 입구로서 구성되어 있고, 상기 제1 유체 도관과 상기 제3 유체 도관은 유체 출구로서 구성되어 있으며, 상기 외부 유체 도관 개구에서 제어 가능하게 받아들여진 유량은 상기 제1 유체 도관 개구와 상기 제2 유체 도관 개구로 나누어지는 밸브.
청구항 23에 있어서,
상기 제2 유체 도관으로부터 상기 외부 유체 도관 개구에서 제어 가능하게 받아들여진 상기 유량은 상기 제1 오리피스 리지의 길이와 상기 제2 오리피스 리지의 길이의 합에 대한 상기 제1 오리피스의 길이에 근거하여 나누어지는 밸브.
청구항 13에 있어서,
상기 제2 오리피스 리지는 상기 제1 오리피스 리지와 간격을 두고 떨어져 있으며 상기 제1 오리피스 리지에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여져 있는 밸브.
청구항 25에 있어서,
상기 제2 오리피스 리지는 상기 제1 오리피스 리지에 의해 완전히 둘러싸여져 있는 밸브.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지 중 적어도 하나는 비원형 폐쇄 회로를 형성하는 밸브.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지의 복수의 세그먼트 중 적어도 하나는 적어도 하나의 만곡 세그먼트를 포함하는 밸브.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 오리피스 리지와 상기 제2 오리피스 리지의 상기 복수의 세그먼트는 상호 연결된 내측 및 외측으로 만곡된 세그먼트인 밸브.
청구항 1 내지 청구항 6, 및 청구항 8 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오리피스 리지는 타입316 스테인리스 스틸로 형성된 금속 합금으로 구성되어 있는 밸브.
청구항 1 내지 청구항 6, 및 청구항 8 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어판은 내부식성 니켈 합금으로 구성되어 있는 밸브.
얻어지는 밸브 전도도(傳導度)를 증가시키는 방법으로서,
제한된 이동을 가지는 제어 요소를 구비하는 밸브는, 제어 오리피스의 둘레에 곡률이 변화하는 경로를 포함하는 것에 의해 증가된 유효 개구 면적(effective opening area)을 제공하며, 곡률이 변화하는 상기 통로는 외측을 향해 만곡되는 적어도 하나의 부분을 포함하는, 얻어지는 밸브 전도도를 증가시키는 방법.