CN101473131A - 输送蒸汽的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提供蒸汽的系统和方法。在一种变化中，液体被放到密闭容器中，并且所述密闭容器中的压力被降低到大气压力以下。监控所述容器中的压力并且响应于所检测的压力低于要求的水平时来加热液体。当必要时，将蒸汽从液体密闭容器输送到外部系统。

Description

输送蒸汽的系统和方法

技术领域

本发明涉及化学蒸汽的输送系统。具体地(然而并非限制)，本发明涉及用于输送汽化液体的受控制的蒸气流的系统和方法。

背景技术

在许多处理环境中，有关不同的过程产生并且使用蒸汽(例如，水蒸汽)。在消除来自制造过程(例如，半导体制造过程)的不良物质的环境中，例如，根据环境准则和/或规则，试图使用蒸汽输送系统来将不合要求的副产品转换为安全的化合物以用于处理。

作为特别的实例，在有关等离子处理设备中使用水蒸汽来将不合要求的全氟化气体转化为包含二氧化碳的相对无害的成分。可以通过传统的水蒸汽输送系统来供应用于这种反应的水蒸汽，所述水蒸汽输送系统在相对正常的大气压下运行以提供100°C或高于约100°C的水蒸汽。使用这些传统的水蒸汽输送系统存在若干缺点。例如，这些系统一般需要相当大的能量，由此汽化大量的水的成本高昂。

产生蒸汽的另一种方法包括装备有利用热板加热器以传送所需的热量来蒸发液体的蒸发室。然而，所述蒸发器运行起来很昂贵并且一般不能输送用于有效地消除不良流出物所需要的大量蒸汽。

替代的水蒸汽输送系统使用水蒸发腔来将大量的水加热到足够高的温度以按要求供应蒸汽，并利用蒸汽输送管道中的蒸汽或气体质量流量控制器(MFC)来测量允许从汽化腔流出到等离子反应器中的蒸汽量。虽然该类系统克服了前面描述的系统的某些缺点，但是其仍然需要将整个系统(包括相当大量的去离子(DI)水)连续地保持在高温(例如，在90℃到140℃之间)下，这增加了热成本并且引入了与所述系统进行交互的工人的安全问题。

然而，在另一种方法中，在亚大气压力下产生低温蒸汽。虽然该方法允许在低温下产生蒸汽，但是液体(例如，水)易于凝固，这阻止了蒸汽的产生。解决该问题的一种方法包括监控液体的温度并且当液体接近流体的凝固点时升高液体的温度。

问题是，当液体被蒸发时，测量液体的表面温度是很困难的，并且测量表面以下的液体的温度不能提供液体趋于凝固的表面温度的精确和/或及时的测量。虽然可以主动搅拌液体以助于确保表面下的测量是准确的，但是搅拌液体需要能量并且涉及需要维修且易于发生故障的机械部件。

因此，现有设备是有作用的，但是它们不足够精确或者不满足要求。因此，需要一种解决现有技术的不足并且提供其他新的和创新特征的系统和方法。

发明内容

下面概述了附图中图示的本发明的示例性实施例。在详细的说明部分更全面地描述了这些及其他实施例。然而，很清楚，并不旨在将本发明限制在该发明内容或详细说明所描述的形式中。本领域的技术人员可以认识到，许多改进、等效和替换的结构落在如权利要求所表述的本发明的精神和范围内。

在一个示例性实施例中，本发明的特征可以是用于将蒸汽输送到外部系统的方法。在该实施例中的方法包括将液体放入密闭容器中，并且将所述密闭容器中的压力降低到低于大气压力。另外，测量密闭容器中的压力并响应于检测的低于所要求水平的压力来加热液体。当要求时，将蒸汽从密闭容器输送到外部系统。

在另一个实施例中，本发明的特征可以是蒸汽输送系统。在该实施例中，腔室适用于容纳液体和来自液体的蒸汽。所述腔室还包括端口，该端口配置成将腔室连接到真空，以便将腔室中的压力降低到低于大气压力。此外，所述腔室包括相对腔室安置的蒸汽出口，以便能够将蒸汽从腔室中排出。在腔室内部安置压力传感器来测量腔室中的压力并且提供压力的信号指示。将加热器连接到所述腔室并且将其安置成能够将热量传递给液体，并且将控制电路连接到压力传感器和加热器上。该实施例中的控制电路被配置成响应于指示所述腔室中的压力下降的信号来增加由加热器传递给液体的热量。

在另一个实施例中，本发明的特征可以是用于清除来自处理环境的不良成分的方法。在该实施例中的方法包括将液体放入腔室中，所述液体蒸发以形成能够与不良成分结合的蒸汽。将所述腔室中的压力降低到低于大气压力，并且使用压力传感器来检测腔室中的压力。响应于检测的压力，将传递给液体的热量调节成所检测的压力的函数，以便当维持腔室中的低于大气压力的压力时维持腔室中的所要求的蒸汽量。当满足要求时，蒸汽被输送到消除腔(例如，等离子体消除腔)，在消除腔中蒸汽与一种或多种不良成分结合以给出更少的不良成分。

如前面所述，上述实施例和技术实现仅用于说明的目的。本领域的技术人员可以从下面的描述和权利要求中容易地了解到本发明的许多其他的实施例、技术实现和细节。

附图说明

当结合所附图时，通过参照以下详细描述和所附权利要求，本发明的不同目的和优点，以及更全面的理解会变得明显和更加容易了解，其中：

图1是描述按照本发明示例性实施例的蒸汽输送系统的方框图；以及

图2是描述按照几个实施例的用于输送蒸汽的方法的流程图。

具体实施方式

根据几个实施例，本发明是指能利用相对较低的能量来可靠地产生蒸汽的低压力(例如，低于大气压)蒸汽输送系统。例如，在许多实施例中，在低压力下产生蒸汽是不可靠的，产生蒸汽的温度控制方案是不精确的和/或昂贵的。

现在参见附图，其中相同或相似的元件在全部视图中采用相同的附图标记来指示，图1是描述一示例性实施例的蒸汽输送系统100的方框图。如图所示，该实施例中的系统包括配置成容纳液体104(例如，液态水)和形成于所述液体的蒸汽106(例如，水蒸汽)的密闭容器102。图示与密闭容器102连接在一起的是真空108、压力控制器110、加热器112、液体输入管线114、液位传感器116和蒸汽出口118。如所描述的，压力传感器122布置在密闭容器102的蒸汽106的内部并且与压力控制器110连接在一起，其还与加热器112连接在一起。此外，所图示的控制器121连接到压力控制器110、液位传感器116、输入管线114的输入阀122和用于真空108的真空阀124上。

在示例性实施例中，密闭容器102是能够当液体104蒸发而形成蒸汽106时在低于大气压力下保留液体104和蒸汽106的腔室。在几个实施例中，选择液体104的组成部分以便产生蒸汽，该蒸汽包括具有与工业生产过程中的不良流出物的反应有亲和力的成分。例如，在一个实施例中，液体104是水，并且其形成的水蒸汽具有除去来自半导体制造过程中的不良成分(例如，全氟化气体)的用途。

在示例性实施例中，真空108是来自与制造过程(未图示)有关的、利用的真空的真空管线，并且真空阀124配置为打开和关闭以便如此处进一步描述的为密闭容器102提供低压力。

在该实施例中，压力控制器110被配置成接收来自压力传感器120的压力信号，该压力信号是密闭容器102中的蒸气压力的指示。响应所述压力信号，压力控制器110向加热器112发送控制加热器112运行的控制信号。在某些实施例中，压力传感器120是由应变仪压力传感器来实现的；并且在其他实施例中，使用电容式压力传感器。然而，在其他实施例中，可以使用其他种类的压力传感器。在许多实施例中，压力控制器140是比例、积分和微分(PID)控制器，但是这当然不是必须的，可以考虑其他控制方式并且完全地落在本发明的范围内。

有利的是，压力传感器120能够使流体输送系统100比试图利用温度反馈系统来控制密闭容器中的环境的系统反应更快和/或更精确。例如，在一般的温度控制系统中，需要监控液体表面处的液体的温度，因为所述表面是液体易于变成固体(例如，冰)的地方。然而，当液体蒸发时所述液体表面下降并且当导入更多液体时所述液体表面上升，这使得表面温度的测量变得很困难。因此，一些温度控制系统将温度传感器浸没在液体表面下面。然而，该方法不能连续提供液体表面温度的准确观察，虽然可以进行搅动以企图使液体温度均匀，但是搅动需要能量并且给系统引入了机械的方面，该机械的方面易于发生故障—即使适当地维护。

示例性实施例中，加热器112被热耦合至液体104，以能够使加热器112向液体104传送热量。在许多实施例中，加热器112是由外部的、电热器毯(heater blanket)来实现的，但是这当然不是必需的，并且在其他实施例中，加热器是由放置在密闭容器102中的液体104内部的潜水式加热器来实现的。当在此处进一步论述时，液体104的蒸发速度和蒸汽106的压力是与由加热器112传递给液体104的能量成比例的。

如在图1中所描述的，液位传感器116配置在密闭容器102的内部并且布置来响应液位低于所要求的水平时向控制器121提供液位信号。在一个实施例中，液位传感器116是由液体104中的浮标来实现的，所述浮标被磁耦合至干簧管(reed switch)。例如，在一种变化中，采用两组浮标—一组浮标检测最大的液体体积且另一组浮标检测最小的液体体积。本领域的技术人员利用该公开的内容可以认识到，还可以使用其他的液位传感器。

如图所示，在该实施例中，控制器121被配置成接收来自液位传感器116的液位信号(例如，低位信号或高位信号)，并且向输入阀122提供液位控制信号。此外，在该实施例中，控制器121被配置成接收用户的输入(例如，指令和设定值信息)，并且将状态信息反馈给用户。此外，在该实施例中，控制器121连接到压力控制器110上以能够使控制器121向压力控制器110输送信息(例如，设定值信息)。

在一些实施例中，控制器121是由硬件来实现的，并且在其他实施例中，其是由硬件和固件(例如，存储在非易失性存储器中的处理器的执行指令)的结合来实现的。应该认识到，仅是为了描述示例性实施例的功能成分，将控制器121和压力控制器110描述为单独的元件，但是在一些实施例中，由控制器121和压力控制器110执行的功能是由单一的控制器来执行的。

如所描述的，输出阀126使用户能够经过蒸汽出口管线118从腔室向所希望的位置输送蒸汽。例如，在一些设备中，输出阀126将蒸汽出口管线118连接到清除系统上，在该清除系统中蒸汽与不良成分混合在一起并且在等离子体腔室中被处理。

如图所示，在该示例性实施例中，密闭容器102包括挡板128，所述挡板布置在液体104和蒸汽出口118之间，并且当新的液体(例如，包含裹入空气的液体)在密闭容器102的低压环境中除气时，所述挡板被安置成减少可能溅入到蒸汽输出管线118中的任何液体的量。在一些变化中，为了防止冷凝，蒸汽出口118被加热(例如，通过电阻元件)，未图示。

接着参见图2，图示了描述本发明几个实施例中用于输送蒸汽的方法的流程图。当参见图2时，将以图1为参考，但是应该清楚，此处参见图2所描述的方法不被限制在先前参见图1描述的具体实施例中。

如图所示，液体开始被放入密闭容器(程序块202、204)中并且所述密闭容器中的压力降低到亚大气压(程序块206)。例如，在几个实施例中，密闭容器中的压力降低到35到150托(Torr)的压力之间，并且在一个具体的实施例中，压力降低到大约50托。

如图2所描述的，一旦液体充满密闭容器，则利用压力传感器(例如，压力传感器120)来检测密闭容器中的蒸气压力(程序块208)。在许多实施例中，连续地测量压力以提供关于蒸汽状态和由此液体表面处的状态的近似即时的信息。特别是，易于基于所测量的密闭容器中的蒸气压力来确定液体的物理状态。因此，在许多实施例中，确立了压力控制器(例如，压力控制器121)的设定值以便液体的状态呈现最佳的蒸发水平。

如图2所示，当蒸汽的压力下降低于所希望的水平时，加热液体以将蒸气的压力返回到工作压力所希望的范围内(程序块210)。如此，在利用相对很少的能量来促使液体蒸发的亚大气压力的范围下保持液体。

当需要时，蒸汽从密闭容器被输送到外部系统(例如，消除系统)(程序块212)，并且液体的蒸发补充密闭容器中的蒸汽。有利的是，压力传感器(例如，压力传感器120)的应用使所监控的蒸气压力中的变化能够被快速地检测到，以便当用户按脉冲方式从密闭容器中除去蒸汽时，压力控制器能够响应蒸气压力的突然下降而向加热器直接发送信号。

最后，除了别的以外，本发明还提供了一种用于输送蒸汽的系统、装置和方法。在几种变化中，在低压环境中产生蒸汽，并且利用压力控制系统来测量和维持蒸汽的压力。这样，当需要时，蒸汽被迅速地、有效率地且可靠地输送。本领域的技术人员可以轻易地了解到，本发明可以有许多变化和替换，其用途和结构可以基本上达到此处所描述的实施例所达到的相同的效果。因此，并不试图将本发明限制在所公开的示例的形式中。许多变化、改进和替换结构落入如权利要求所表示的公开的发明的范围和精神内。

Claims (17)

1.一种将蒸汽输送到外部系统的方法，包括：

将液体放到密闭容器中，其中所述液体在所述密闭容器中蒸发以形成蒸汽；

将所述密闭容器中的压力降低到低于大气压力；

利用压力传感器来检测所述密闭容器中的压力；

响应于检测到的降低到低于所要求水平的压力来加热所述液体；以及

将所述蒸汽输送到所述外部系统。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述降低包括将所述密闭容器中的压力降低到在20到150托之间的压力。

3.如权利要求1所述的方法，包括将所述密闭容器内部的压力维持为实质上恒定的压力。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述液体是液态水。

5.如权利要求1所述的方法，包括向控制器发送所述检测到的压力的信号指示，并且从所述控制器向加热器发送控制信号以增加传递给所述液体的热量。

6.如权利要求5所述的方法，包括向所述加热器发送控制信号，该控制信号与所述密闭容器中的压力和所要求的压力之间的差成比例。

7.如权利要求1所述的方法，包括将所述液体维持在实质上未通过机械方法搅动的状态中。

8.如权利要求1所述的方法，包括：

利用至少一个阻挡件来阻止至少一部分溅起的液体进入所述密闭容器的蒸汽出口管。

9.一种蒸汽输送系统，包括：

腔室，其适合于容纳液体和来自所述液体的蒸汽，其中所述腔室包括端口，该端口配置成将所述腔室连接到真空使得所述腔室中的压力能够被降低到低于大气压力；

蒸汽出口，其相对于所述腔室安置使得能够排出来自所述腔室的蒸汽；

压力传感器，其在所述腔室内部并且安置在所述液体的外部以测量所述腔室中的压力，其中所述传感器被配置成提供所述腔室中的压力的信号指示。

加热器，其连接到所述腔室并且安置成使得能够将热量传递给所述液体；以及

控制电路，其连接到所述压力传感器和加热器，其中所述控制电路被配置成响应于指示所述腔室的压力下降的信号，通过所述加热器增加传递给所述液体的热量。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制电路是比例积分微分(PID)控制电路。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述液体是液态水并且所述蒸汽是水蒸汽。

12.如权利要求9所述的系统，其中所述腔室包括挡板，该挡板被配置和安置成使得能够减少进入所述蒸汽出口的液体量。

13.一种用于从处理环境消除不良成分的方法，包括：

将液体放到腔室中，其中所述液体的蒸汽能够与所述不良成分结合；

将所述腔室中的压力降低到低于大气压力；

利用压力传感器检测所述腔室中的压力；

将传递给所述液体的热量调节成所检测的压力的函数，以便当维持所述腔室中的低于大气压力的压力时维持所述腔室中的所要求的蒸汽量；以及

将所述蒸汽输送到消除系统，所述消除系统利用所述蒸汽来减少所述不良成分。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述处理环境是半导体制造处理环境。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述液体是液态水。

16.如权利要求13所述的方法，其中调节传递给所述液体的热量包括利用PID控制器来调节热量。

17.如权利要求13所述的方法，其中所述降低包括利用真空来降低所述腔室中的压力，所述真空还被利用在所述处理环境内的有关制造过程中。

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