CN108759513A - 用于冷却加热管的热交换器和所述冷却的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于冷却加热管的热交换器，所述热交换器包含：至少两个冷却管，其中所述至少两个冷却管被布置以使得所述至少两个冷却管的每个冷却管被配置以与加热管热接触；和用于产生气雾剂的装置，所述装置被配置以在至少两个冷却管中提供气雾剂。

Description

用于冷却加热管的热交换器和所述冷却的方法

本申请是申请日为2011年12月9日、申请号为201180075395.6、名称为“用于冷却加热管的热交换器和所述冷却的方法”的中国专利申请(PCT申请号为PCT/EP2011/072371)的分案申请。

技术领域

本发明实施例涉及用于冷却例如用作蒸发器的加热管的热交换器，和冷却加热管的方法。

背景技术

加热管被例如用于半导体工业中以沉积薄膜。材料在加热管中被汽化，且蒸汽在沉积在基板上之前穿过开口。例如，诸如三聚氰胺的三嗪可被汽化，且在蒸汽通过开口之后，蒸汽沉积在基板上以便涂布。加热管必须有时被冷却以例如替换涂料(例如三聚氰胺)，因为涂料在被用于涂布若干基板之后变得耗尽。生产的总速率可受各种操作时间影响，具体而言冷却加热管所需的时间。因此，与当加热管用于涂布应用时的加热管相关联的问题是用于冷却所需的时间，其中更需要快速的冷却时间。

尽管液态水可在一些情况下用作热设备的冷却剂，但是部分由于水的高比热容和/或汽化热的水功效的原因，存在当使用液态水冷却物品时引起显著问题的情况。例如，当温度高于水的沸点温度时，由于水的快速汽化，将水用作热交换器中的冷却剂可能引起高压。高压可能破坏垫圈和密封，和导致热交换器的故障。

存在具体而言用于冷却加热管或蒸发器的热交换器的强烈需要，所述热交换器可增加冷却速率，从而增加加热管的生产率。

鉴于上文，本发明的目的是提供克服本技术领域中的至少一些问题的热交换器。

发明内容

根据实施例，提供用于冷却加热管10的热交换器100，所述热交换器100包含：至少两个冷却管20，其中至少两个冷却管被布置以使得至少两个冷却管20的每个冷却管被配置以与加热管10热接触；和用于产生气雾剂50的装置，所述装置被配置以在至少两个冷却管中提供气雾剂。

根据另一实施例，本发明提供一种冷却蒸发器的加热管的方法，所述方法包含注入气雾剂至至少两个冷却管中，所述至少两个冷却管与加热管热接触。

附图说明

因此，以可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参考实施例获得上文简要总结的本发明的更特定描述。附图涉及本发明实施例且附图描述在下文中：

图1图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的热交换器；

图2图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的热交换器；

图3图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的热交换器；

图4图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的热交换器；

图5图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的热交换器；

图6图示根据本文所述的实施例的至产生气雾剂的装置的脉冲信号；

图7图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的冷却管的横截面；

图8图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的冷却管的横截面；

图9图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的热交换器的冷却管；

图10图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的冷却管的横截面，所述加热管具有凹槽；

图11图示根据本文所述的实施例的被配置以与加热管热接触的冷却管，和外部皮带的横截面；

图12图示根据本文所述的实施例的用于测量加热管温度的温度传感器，所述温度传感器连通地耦接到控制器；

图13图示根据本文所述的实施例的具有排气组件的热交换器；

图14图示根据本文所述的实施例的冷却管。

具体实施方式

现将对本发明的各种实施例进行详细参考，所述实施例的一或多个实例图示于诸图中。在附图的以下描述中，相同元件符号代表相同元件。通常，仅描述对于个别实施例的差异。每一实例是作为说明而提供且并不意味作为限制。此外，图示或描述为一个实施例的一部分的特征可用于其他实施例或结合其他实施例一起使用，以产生更进一步实施例。本描述意图包括所述修改和变化。

在本文中，气雾剂意图意指具有小液滴的气态悬浮物，特别地是水滴或包含水的液滴。在本文中，毛细管意图意指选择性地为圆形的软管或管道，所述软管或管道具有从约0.5mm²至约7mm²，或约3mm²的内部横截面积；或替代地或另外地，毛细管意图意指选择性地为圆形的管道或软管，所述管道或软管具有从约0.5mm至约3mm，或约2mm的内部宽度或内部直径。

在本文中，热容可意指容积热容或摩尔热容等等；因此，热容可以是如热容所通常定义的广延性质，或热容可以是强度性质(例如，水在标准条件下的热容通常高于氮的热容)。

图1图示根据本文所述的实施例的热交换器100，所述热交换器100包含两个冷却管20和用于产生气雾剂50的装置。也可预期多于两个的冷却管，所述冷却管被配置以与加热管10热接触，所述加热管10可以是选择性地放置在真空腔室之内的蒸发器或蒸发式涂布机。当气雾剂流过冷却管时，加热管比使用氮气冷却的情况下(无气雾剂)更迅速地冷却。

例如，冷却实验是使用在大气压力下的氮气或气雾剂流对初始温度为350℃的热加热管进行，在与加热管热接触之前，每一热交换介质(氮气或气雾剂)处于接近室温的初始温度下。对于大气压力下的氮气，从350℃至200℃的温度下降费时大约半小时，而气雾剂费时7分钟。(具有不同的初始温度和最终温度，例如，从350℃冷却到100℃的)冷却速率的其他比较可给予甚至更多的时间节省，例如使用气雾剂的15分钟的冷却工艺可相比于使用不同热交换介质的一小时长的工艺。气雾剂热交换介质的使用提供期望的快速冷却速率，且可例如实现蒸发器的更大的生产率。

本文所述的加热管和/或蒸发器可被放置在真空系统中，其中热交换器被配置用于冷却加热管和/或蒸发器。通常，真空操作排除了基于液态水的热交换器的使用，所述基于液态水的热交换器最经常用在大气压力下。本文的热交换器的实施例实现了诸如加热管和/或蒸发器的高温和/或低压设备的快速冷却。

在实施例中，加热管是蒸发器的一部分，所述蒸发器可用于涂布诸如三嗪的有机材料，所述三嗪诸如三聚氰胺。通常，蒸发器是通过升高至约350℃至400℃的电加热线圈加热，且位于蒸发器和加热管内部的有机材料被在从300℃到400℃的温度下通过蒸发或升华中的任一个(对于三聚氰胺而言为升华)而汽化。有机蒸汽通常通过诸如狭缝的开口，且在基板上沉积为层。在涂布基板之后，加热被关闭且冷却工艺开始。至少部分地因为热涂层材料的反应性，所以在许多情况下的冷却必须在真空中或不暴露于空气的情况下进行。例如，当温度超过大约200℃时，在暴露于大气之后，多数三嗪(三嗪的实例是三聚氰胺)可以分解。因此，加热管被从200℃或更高的涂布温度冷却，所述涂布温度可以是300℃和更高，或从350℃到400℃的温度。

在实施例中，气雾剂的液滴是水溶液，例如与诸如丙二醇或乙二醇的沸点升高剂(elevator)混合的水。通过使用沸点升高剂，气雾剂的比热容可被调整，例如降低；且液滴的沸点温度可被调整，例如升高。冷却加热管的速率，和替代地或另外地，热交换器性能特性(例如，传热系数和传热速率)可因此被基于至少调整气雾剂的成分和/或例如流率而调整。气雾剂的液滴可由除了水之外的材料组成，尽管由于以下至少一个原因水是比较好的：水的比热、汽化热、无可燃性，和低成本。

气雾剂，特别地包含水滴的气雾剂的使用具有避免高压的优点，然而雾化水滴的高热容量和汽化热被利用以有效地从加热管去除热量(即冷却)。

在实施例中，加热管被使用气雾剂冷却，直到冷却工艺终止或达到用于打开蒸发器的安全温度。在又一个实施例中，加热管被使用气雾剂冷却直至所述加热管处于例如接近100℃的安全温度以便使用基于液态水的热交换器，基于液态水的热交换器同样与加热管接触，且选择性地共用诸如与加热管热接触的冷却管的一些元件；视情况地，使用气雾剂的热交换器可能不与基于液态水的热交换器共用任何元件，所述基于液态水的热交换器同样与加热管热接触。

例如，通过使用气雾剂热交换介质，与对于非气雾剂热交换介质的大约60分钟相比，冷却加热管的时间被降低至小于15分钟。例如，通过在热交换器中使用气雾剂，总工艺时间可从180分钟降低到135分钟而降低25％，对蒸发工艺的生产率和总成本具有理想的影响，所述蒸发工艺可涉及多个周期，所述多个周期是加热蒸发器、涂布基板、冷却蒸发器，和再装满涂料。

根据可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例，冷却管可具有从6mm到10mm，较好地8mm的内直径。可以预期被配置用于与加热管热接触的多于两个冷却管，例如从2个至64个，较好地18个至24个冷却管。每一冷却管可沿着大致加热管的整个长度延伸，或每一冷却管可仅延伸加热管长度的一部分，例如延伸加热管长度的约一半、三分之一、四分之一，或五分之一。替代地或另外地，至少一个或所有冷却管可围绕加热管的轴线延伸。

在实施例中，冷却管的长度大致是气雾剂液滴蒸发处的最小长度，所述最小长度例如从20cm至80cm，或从20cm至60cm，或大约40cm(例如，从35cm至45cm)。

在实施例中，冷却管的长度大约是气雾剂液滴蒸发处的长度。例如，对于在冷却工艺开始时在例如加热管的初始温度下的加热管，例如从约350℃至约400℃的温度；冷却管的长度可从30cm至45cm，或从35cm至40cm，或约37cm或约40cm。在实施例中，可使用铜冷却管，尽管可以预期使用其他材料，所述材料诸如金属，例如铝、铜合金、钢，和不锈钢。诸如铜的具有高导热率的材料是较佳的。

在实施例中，用于产生气雾剂的装置包含毛细管和阀门，所述阀门较好地是脉冲阀。在实施例中，用于产生气雾剂的装置包含振动元件、板材，或网孔，所述振动元件例如在超声波频率下振动的压电元件或振动膜。例如，用于产生气雾剂的装置，换句话说，气雾剂产生器可包括穿孔振动片，所述穿孔振动片被配置以使得液滴在穿孔处产生且以气流的形式被携带。

在实施例中，用于产生气雾剂50的装置包含阀门40，具体而言，脉冲阀；和至少一个或两个毛细管30。

图3图示根据实施例的热交换器100，所述热交换器100包含用于产生气雾剂的装置，所述装置包含毛细管30和阀门40，其中所述毛细管30连接到冷却管20。冷却管被配置以与加热管10热接触，阀门40例如是脉冲阀。在由图3所示的实施例中，一个阀门40可用于一个以上毛细管和冷却管，例如一个阀门40用于两个毛细管30和两个冷却管20。

在实施例中，导管60将阀门40连接到毛细管30，所述导管60被进一步连接到冷却管20的进口。也可预期使第二阀门连接到例如两个更多的毛细管和冷却管；换句话说，每一阀门可被连接到一个以上毛细管和冷却管。图3图示其中毛细管30位于冷却管20的进口侧上的实施例。

图4图示根据实施例的热交换器，所述热交换器包含：冷却管20，被配置以与加热管10热接触；阀门45，在冷却管的进口侧上；和通往阀门的导管60，所述阀门可以是气雾剂产生阀门45。根据实施例，阀门或气雾剂产生阀门从进口到冷却管为1cm至10cm，或相邻于冷却管20的进口。用于产生气雾剂的装置包含阀门45和选择性地毛细管，所述毛细管布置在阀门和冷却管20之间。使气雾剂产生阀门接近冷却管的进口的优点在于，此举减少气雾剂液滴在导管或用于携带或输送气雾剂至冷却管的其他装置的壁上的吸附、冷凝和/或结块。

图5图示根据实施例的具有控制器500的热交换器100。控制器与用于产生气雾剂50的装置通信，且控制器可包含处理器和存储器。控制器被配置以调整以下各项的至少一个：脉冲周期620、脉冲持续时间630，和脉冲延迟640；脉冲参数被图示在图6中，根据实施例，图6图示时间轴600和振幅轴线610、脉冲周期620、脉冲持续时间630，和脉冲延迟640。例如，控制器可通过减少脉冲周期620，或换句话说增加脉冲频率来增加气雾剂的密度。在实施例中，脉冲参数(脉冲周期、持续时间，和延迟)的数量级为毫秒；例如，每一脉冲参数是从约1ms至约1000ms，或从约1ms至约100ms。在另一实例中，脉冲周期是2ms，脉冲持续时间是1ms，且脉冲延迟是1ms。脉冲参数通过调整例如气雾剂的密度来影响冷却速率，所述气雾剂的密度影响气雾剂的热容。在实施例中，用户可调整脉冲参数；且在另一实施例中，脉冲参数是通过计算机程序选择，所述计算机程序是从计算机可读介质读取。替代地或另外地，控制器可通过硬件或软件与热交换器的其他元件、加热管，和/或蒸发式涂布机接口连接。至少作为调整气雾剂密度的结果，通过调整脉冲参数，控制器可调整冷却速率。在实施例中，通过冷却管或热交换器的热交换介质(包含气雾剂)的流率可替代地或另外地由控制器或由第二控制器调整。

在实施例中，当冷却管和/或加热管的温度达到低于100℃时，特别是脉冲阀的阀门可被保持开启，以便脉冲发生可能停止且液态水可贯穿冷却管。

图7图示根据实施例的被配置以与加热管10热接触的冷却管20的横截面。

图7图示在横截面中的六个冷却管20，尽管可以预期其他数目的冷却管，诸如从2至64个冷却管，较好地18至24个冷却管。在实施例中，冷却管可保持平行于加热管的轴线(即，对称轴线，或最大对称的轴线，或长轴)，如与图7中所示的横截面一致。

在实施例中，冷却管20被平行于加热管10的轴线而布置，冷却管按360/s度间隔开，其中s＝冷却管的数目；s可为从3至30。

图8图示根据实施例的十二个冷却管20的横截面。在实施例中，冷却管对按360/t度间隔开；其中t是冷却管的对数，例如其中t＝从2、3、4、5、6……16至32(图8图示t＝6的情况)。例如，对于图3中所示的实施例，其中一个阀门被连接到通往两个冷却管的两个毛细管，所述毛细管和所述冷却管可成对分组。

图9图示根据实施例的被配置以与加热管10热接触的冷却管20，其中每一冷却管延伸加热管长度的一小部分，例如，1/2、1/3(如图所示)、1/4、1/5等等。在实施例中，加热管长度的每一部分包含数个冷却管。因此，可以预期，对于总共M×N个冷却管，加热管10可被分成M个管段，每一管段包含N个冷却管20(例如M＝3和N＝2，如图9中所示)。例如，M可为从1至6；和N可为从2至16。

图10图示根据实施例的与加热管10热接触的冷却管20的横截面，其中冷却管20布置在加热管10上的凹槽70中。凹槽的优点在于所述凹槽可允许冷却管20与加热管10的更大热接触。在实施例中，冷却管被压配合到凹槽中，这样以便提供冷却管20和加热管10之间的更大热接触。冷却管可替代地或另外地通过至少一个紧固件(未图示)固定就位。

图11图示与加热管10热接触的冷却管20的横截面，其中冷却管20被通过紧固件700紧固至加热管，所述紧固件700选择性地包括紧线器710。紧固件可以是弹簧夹、软管夹等等。替代地或另外地，冷却管20可被焊接至加热管。紧固件的优点在于所述紧固件在冷却管和加热管之间带来更强的热接触。此外，紧固件在加热和冷却的多次循环之后实现很强的热接触，由于与加热和冷却相关联的膨胀和收缩的循环，此举可能另外倾向于产生冷却管从加热管的一些缩回(和减少热接触)。预期使用数个紧固件，例如具有与每一冷却管接触的2个、3个、4个或甚至更多个紧固件。例如，紧固件被沿着每一冷却管的长度大约按每5cm至10cm(或甚至更高距离，诸如15cm、20cm、25cm、50cm或上述值之间的值)一个放置。

图12图示根据实施例的热交换器100和控制器500，所述热交换器100具有被配置以与加热管10热接触的冷却管20，所述控制器500与用于产生气雾剂的装置通讯且还选择性地与温度传感器80通讯。在实施例中，温度传感器80向用户和/或控制器500指示加热管10的温度。因此，当达到加热管10的所需温度时，冷却工艺可终止。所需温度例如是：热交换介质的沸点温度、热交换介质的液滴的沸点温度，和在水气雾剂情况下的近似100℃。替代地或另外地，在例如100℃的所需温度下，使用基于气雾剂的热交换器的冷却可用使用基于液态水的热交换器的冷却来增加或替代。

温度传感器80的若干可能的优点如下：温度传感器可允许用户被告知加热管10的温度；温度传感器可指示何时安全地终止冷却；温度传感器指示何时安全地以诸如基于液态水的冷却的另一类型冷却来增加或替换基于气雾剂的冷却；和/或温度传感器可向控制器指示用于调整脉冲参数的数据，所述脉冲参数可调整冷却速率。

在实施例中，一或多个温度传感器可与冷却管热接触；替代地或另外地，一或多个温度传感器可与加热管热接触。在实施例中，当冷却管的温度达到低于100℃时，诸如脉冲阀的阀门可被永久地开启，允许与在脉冲操作中相比更多的水通过冷却管，例如以便当冷却管和/或加热管温度低于100℃时，液态水流过冷却管。

图13图示根据实施例的的热交换器100，热交换器100具有被配置以与加热管10热接触的冷却管20和连接到冷却管20的排气口99。排气口允许收集来自冷却管20的排气。

图14图示根据实施例的包含环路部分24和颈部部分26的冷却管20，所述冷却管20可被径向地布置在加热管10周围而不是平行于加热管，平行于加热管的冷却管如例如在图1的实施例中的冷却管20。根据图14的实施例的冷却管20被配置以与加热管热接触，即其中环路部分24与加热管热接触，且其中颈部部分26离开加热管而导向。颈部部分26具有两端，用于接收气雾剂的进口和在另一侧上例如通往排气歧管的排气装置。使用诸如图14中所示的冷却管实施例的热交换器也可包含用于将颈部部分26的两端夹紧在一起的颈部夹具，所述颈部夹具可帮助使得环路部分24和加热管之间热接触。颈部夹具可具有柔性以在加热和冷却的循环期间容纳冷却管的膨胀和收缩。选择性地，当如图示在图14中的冷却管与具有凹槽70的加热管结合时，凹槽被布置在加热管周围(即径向地)以容纳冷却管20。

虽然前述内容是针对本发明实施例，但是可在不背离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步实施例，且本发明的范围是由以上权利要求书所决定。

Claims (15)

1.一种冷却加热管(10)的热交换器(100)，包含：

至少两个冷却管(20)，其中所述至少两个冷却管被布置以使得至少两个冷却管(20)的每个冷却管被配置以与加热管(10)热接触；和

用于产生气雾剂(50)的装置，被配置以在所述至少两个冷却管中提供所述气雾剂。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于

用于产生所述气雾剂(50)的装置包含：

至少两个毛细管(30)；和

阀门(40)，特别是脉冲阀。

3.如权利要求2所述的热交换器，进一步包含：

导管(60)，在所述阀门(40)和所述至少两个毛细管(30)之间。

4.如任一前述权利要求所述的热交换器，其特征在于

用于产生所述气雾剂(50)的装置包含：

至少两个阀门(45)，特别是脉冲阀，在所述至少两个冷却管的进口侧提供。

5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于

用于产生所述气雾剂的装置包含振动元件。

6.如任一前述权利要求所述的热交换器，进一步包含：

控制器(500)，与所述用于产生气雾剂的装置通讯；其中所述控制器被配置以调整以下参数的至少一个：脉冲周期(620)、脉冲持续时间(630)和脉冲延迟(640)。

7.如任一前述权利要求所述的热交换器，其特征在于

所述冷却管数目是从2至64，较好地从18至24；和/或

所述冷却管内直径是从12mm²至200mm²，较好地是从25mm²至80mm²，且更较好地是约50mm²；和/或

与所述加热管接触的所述冷却管的每一部分的长度是从20cm至100cm，较好地是约40cm。

8.一种用于蒸发器的冷却的加热管，包含：

如权利要求1至7所述的热交换器，所述热交换器与所述加热管热接触。

9.如权利要求8所述的用于蒸发器的冷却的加热管，进一步包含：

凹槽(70)，布置在所述加热管上，所述冷却管至少部分地布置在所述凹槽中；且其中所述冷却管被选择性地压配合到所述凹槽中。

10.一种蒸发器，包含如权利要求8至9所述的冷却的加热管，

其特征在于，所述蒸发器被选择性地布置在真空腔室内。

11.如权利要求10所述的蒸发器，进一步包含：

温度传感器(80)，用于测量所述加热管和/或所述冷却管的温度，所述传感器通讯地耦接到控制器。

12.一种冷却蒸发器加热管的方法，包含：

注射气雾剂至至少两个冷却管中，所述至少两个冷却管与所述加热管热接触。

13.如权利要求12所述的冷却蒸发器加热管的方法，其特征在于

所述加热管的初始温度是200℃或更高温度，和

较好地是300℃和更高温度。

14.如权利要求12至13所述的冷却蒸发器加热管的方法，其特征在于

流体的注射是脉冲注射；其中

至少一个脉冲参数是选择性可变的，所述至少一个脉冲参数是以下至少一个参数：脉冲周期(620)、脉冲持续时间(630)和脉冲延迟(640)。

15.如权利要求14所述的冷却蒸发器加热管的方法，其特征在于

所述脉冲持续时间(630)是从1毫秒至10毫秒，较好地是从2毫秒至4毫秒，且更较好地是约3毫秒。