CN114130168B - 多级除湿装置、废气处理系统及除湿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多级除湿装置、废气处理系统及除湿控制方法，多级除湿装置包括壳体和位于壳体内部且沿壳体内的气体流向依次设置的第一风扇、换热组件和第二风扇，第一风扇、换热组件和第二风扇同轴设置。气体在换热组件处遇冷降温，气体中的水分冷凝，第一风扇与第二风扇增强气体流动的对流效果，加速气体的降温干燥，对气体达到除湿效果，使排出气体的达到温湿度要求。本发明的多级除湿装置可在不影响负压的情况下，直接安装在废气处理系统内，达到除湿效果，方便现有设备改造，降低厂务除湿需求更换机台成本。解决半导体制造过程中对温湿度方面的要求，提升设备除湿能力，降低厂务端酸排管路积水跌落，高危砸伤风险。

Description

多级除湿装置、废气处理系统及除湿控制方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多级除湿装置、废气处理系统及除湿控制方法。

背景技术

泛半导体制程废气中含有大量有毒有害气体，伴随制程工艺不同，粉尘量也不同，尤其是金属制成粉尘含量较高，所以废气处理设备基本采用高温裂解或反应，再加水洗喷淋冷却的处理方式以消除废气中的有毒物质和降低粉尘，对温湿度的要求是生产工艺无温湿度要求时，控制温度为20～26℃，相对湿度低于70％。因此在废气处理过程中存在的以下一些问题：

1、废气处理系统排放到厂务端时，相对湿度RH90％，造成厂务端酸排管路积水、高危砸伤等问题；

2、机台数量成倍增加，废气处理系统的单台负压降低，设备内压损严重容易宕机，影响生产效率；

3、相关技术中常用的除湿设备体积较大，又无法满足半导体安全等性能要求；

4、增加相关多级除湿装置，现有机台更换成本高，除湿效果并不明显；

5、吸附式除湿方式，效率低、效果差，洗水后容易造成致密影响负压，且固废处理问题容易引起二次污染。

发明内容

本发明提供一种多级除湿装置、废气处理系统及除湿控制方法，用以解决相关技术中除湿装置更换成本高，除湿效果并不明显，厂务端酸排管路积水跌落，高危砸伤风险的缺陷，实现气体在换热组件处遇冷降温，气体中的水分冷凝，第一风扇与第二风扇增强气体流动的对流效果，加速气体的降温干燥，以此对气体达到除湿效果，最终使排出气体的达到温湿度要求效果。

本发明提供一种多级除湿装置，包括壳体和位于所述壳体内部且沿所述壳体内的气体流向依次设置的第一风扇、换热组件和第二风扇，所述第一风扇、所述换热组件和所述第二风扇同轴设置。

根据本发明提供的一种多级除湿装置，所述换热组件包括冷端换热件和热端换热件，所述第一风扇、所述冷端换热件、所述热端换热件与所述第二风扇沿所述气体流向依次设置。

根据本发明提供的一种多级除湿装置，所述冷端换热件包括冷端换热器与冷端翅片，所述热端换热件包括热端换热器与热端翅片，所述冷端翅片沿所述冷端换热器的周向环绕设置于所述冷端换热器的外侧，所述热端翅片沿所述热端换热器的周向环绕设置于所述热端换热器的外侧。

根据本发明提供的一种多级除湿装置，还包括设置于所述壳体内部的吸附件，所述第一风扇、所述换热组件、所述第二风扇和所述吸附件沿所述气体流向依次设置，所述吸附件在所述壳体的横截面上填充。

根据本发明提供的一种多级除湿装置，所述吸附件包括有色硅胶和/或鲍尔环。

根据本发明提供的一种多级除湿装置，还包括设置于所述壳体内部的第一湿度传感器、第二湿度传感器和温度传感器，所述第二风扇、所述第一湿度传感器、所述吸附件、所述第二湿度传感器和所述温度传感器沿所述气体流向依次设置。

本发明还提供一种废气处理系统，包括水洗塔和如上所述的多级除湿装置，所述水洗塔的内部设有喷头，所述水洗塔的出口与所述壳体的进口连通。

根据本发明提供的一种废气处理系统，所述温度传感器的检测温度其中Q为所述喷头的流量，n1为所述第二风扇的转速，n2为所述第一风扇的转速，a与b均为常数。

根据本发明提供的一种废气处理系统，所述第二湿度传感器的检测湿度其中m为所述吸附件的质量，Q为所述喷头的流量，n1为所述第二风扇的转速，n2为所述第一风扇的转速，c为常数，d为所述吸附件相对湿度条件下的吸附率。

本发明提供一种除湿控制方法，应用于如上所述的废气处理系统进行除湿控制，包括：

当所述第一湿度传感器的检测湿度小于RH80％且所述第二湿度传感器的检测湿度大于RH80％时，所述第一风扇与所述第二风扇均不启动，调节所述喷头的流量和所述吸附件的质量，使所述温度传感器的检测温度f(T3)＝bf(Q)，使所述第二湿度传感器的检测湿度f(RH2)＝cf(Q)-df(m)；

当所述第一湿度传感器的检测湿度小于RH85％且所述第二湿度传感器的检测湿度大于RH85％时，所述第一风扇启动，所述第二风扇不启动，调节所述喷头的流量、所述吸附件的质量和所述第一风扇的转速，使所述温度传感器的检测温度使所述第二湿度传感器的检测湿度

当所述第一湿度传感器的检测湿度等于所述第二湿度传感器时，所述第一风扇与所述第二风扇均启动，调节所述喷头的流量、所述吸附件的质量、所述第一风扇和所述第二风扇的转速，使所述温度传感器的检测温度使所述第二湿度传感器的检测湿度/>

本发明提供的多级除湿装置，壳体设有进口和出口，气体由进口进入壳体内部，由出口排出，壳体内部设置换热组件，换热组件靠近进口的一端为冷端，靠近出口的一端为热端，第一风扇设置于进口与冷端之间，第二风扇设置于热端与出口之间，即进入壳体的气体依次经过第一风扇、换热组件和第二风扇。气体在换热组件处遇冷降温，气体中的水分冷凝，第一风扇与第二风扇增强气体流动的对流效果，加速气体的降温干燥，以此对气体达到除湿效果，最终使排出气体的达到温湿度要求。

本发明的多级除湿装置可在不影响负压的情况下，直接安装在废气处理系统内，达到除湿效果，方便现有设备改造，降低厂务除湿需求更换机台成本。解决半导体制造过程中对温湿度方面的要求，提升设备除湿能力，降低厂务端酸排管路积水跌落，高危砸伤风险。通过控制第一风扇与第二风扇的启停和转速，还可满足气体在不同流量、不同程度含水量等多类型多条件下的除湿需求。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的废气处理系统的结构示意图；

图2是本发明提供的多级除湿装置的结构示意图；

附图标记：

100、壳体；110、第一湿度传感器；120、第二湿度传感器；130、温度传感器；

200、第一风扇；

300、换热组件；310、冷端换热件；320、热端换热件；311、冷端翅片；321、热端翅片；

400、第二风扇；500、吸附件；

600、水洗塔；610、喷头；620、鲍尔环；

710、第一循环水；720、第二循环水、730、水箱、740、燃烧腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的多级除湿装置，包括壳体100和位于壳体100内部且沿壳体100内的气体流向依次设置的第一风扇200、换热组件300和第二风扇400，第一风扇200、换热组件300和第二风扇400同轴设置。

本发明实施例的多级除湿装置，壳体100设有进口和出口，气体由进口进入壳体100内部，由出口排出，壳体100内部设置换热组件300，换热组件300靠近进口的一端为冷端，靠近出口的一端为热端，第一风扇200设置于进口与冷端之间，第二风扇400设置于热端与出口之间，即进入壳体100的气体依次经过第一风扇200、换热组件300和第二风扇400。气体在换热组件300处遇冷降温，气体中的水分冷凝，第一风扇200与第二风扇400增强气体流动的对流效果，加速气体的降温干燥，以此对气体达到除湿效果，最终使排出气体的达到温湿度要求。

本发明的多级除湿装置可在不影响负压的情况下，直接安装在废气处理系统内，达到除湿效果，方便现有设备改造，降低厂务除湿需求更换机台成本。解决半导体制造过程中对温湿度方面的要求，提升设备除湿能力，降低厂务端酸排管路积水跌落，高危砸伤风险。通过控制第一风扇200与第二风扇400的启停和转速，还可满足气体在不同流量、不同程度含水量等多类型多条件下的除湿需求。

根据本发明提供的一个实施例，换热组件300包括冷端换热件310和热端换热件320，第一风扇200、冷端换热件310、热端换热件320与第二风扇400沿气体流向依次设置。本实施例中，冷端换热件310靠近第一风扇200，热端换热件320靠近第二风扇400，气体进入壳体100后先经过冷端换热件310，冷端换热件310的温度处于0℃左右的低温，气体在此处放热降温，水分凝结，再经过热端换热件320，热端换热件320的温度处于60℃左右的高温，气体在此处进行干燥升温，水分蒸发，通过调整第一风扇200与第二风扇400的转速，从而调节气体的对流效果，进一步控制对气体的除湿效果，同时控制气体的排出温度。

根据本发明提供的一个实施例，冷端换热件310包括冷端换热器与冷端翅片311，热端换热件320包括热端换热器与热端翅片321，冷端翅片311沿冷端换热器的周向环绕设置于冷端换热器的外侧，热端翅片321沿热端换热器的周向环绕设置于热端换热器的外侧。本实施例中，冷端换热件310与热端换热件320均可采用翅板散热器，换热器位于中间，能够保证良好的热传导，翅片环绕设置于换热器的外周且均匀分布，增加与气体接触面积的同时，还可进行全面的热传递，对气体进行制冷或制热。同时，翅板散热器不会对气体流通造成影响，因此对设备负压影响小。

在其它实施例中，冷端换热件310与热端换热件320还可采用管式冷却水制冷结构等，能够实现不同程度热交换即可。

根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的多级除湿装置还包括设置于壳体100内部的吸附件500，第一风扇200、换热组件300、第二风扇400和吸附件500沿气体流向依次设置，吸附件500在壳体100的横截面上填充。本实施例中，第二风扇400与壳体100的出口之间填充吸附件500，即气体进入壳体100后依次通过第一风扇200、冷端换热件310、热端换热件320、第二风扇400和吸附件500，气体在通过吸附件500时被吸附件500吸附，气体中携带的水分和杂质将停留在吸附件500处，进一步吸附水分，对气体除湿，最终达到气体排出的温湿度要求。吸附件500可随时更换，减少固废处理和二次污染，避免因吸附件500密度大而造成的除湿效果不佳效率低的问题。

当吸附件500吸附水分达到最大程度，无法进行后续吸附工作时，第二风扇400开启，可将热端换热器散发的热量吹至吸附件500中，对吸附件500进行烘干，吸附件500内水分逐渐减少，干燥吸附件500能够继续进行吸附工作，以此实现吸附件500的循环利用。

根据本发明提供的一个实施例，吸附件500包括有色硅胶和/或鲍尔环。本实施例中，吸附件500采用有色硅胶，可以循环反复使用，减少固废处理和二次污染；洗水后不会因致密影响设备负压，吸附式除湿效率高效果佳。有色硅胶在壳体100内方便拆装，能够适配多种气体前端处理工艺设备。

在其它实施例中，吸附件500还可采用其它可拆装更换清洁的吸附材料，如鲍尔环等。

根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的废气处理装置还包括设置于壳体100内部的第一湿度传感器110、第二湿度传感器120和温度传感器130，第二风扇400、第一湿度传感器110、吸附件500、第二湿度传感器120和温度传感器130沿气体流向依次设置。本实施例中，温度传感器130用于检测气体经过换热组件300和吸附件500的除湿后的温度，第一湿度传感器110用于检测气体经过换热组件300冷凝除湿后的湿度，第二湿度传感器120用于检测气体经过吸附件500吸附除湿后的湿度，即气体排出壳体100时的湿度情况，从而控制第一风扇200与第二风扇400的转速，通过两次湿度检测的对比还可获得吸附件500的吸附状态，从而控制第二风扇400的转速，对吸附件500进行烘干处理，以保证其正常吸附作用。

如图1所示，本发明实施例还提供一种废气处理系统，包括水洗塔600和如上述实施例的多级除湿装置，水洗塔600的内部设有喷头610，水洗塔600的出口与壳体100的进口连通。

本发明实施例的废气处理系统，废气在燃烧腔内经过高温燃烧处理产生的高温烟气，在经过第一循环水710喷淋降温后进入水箱，烟气有水箱流出后进入第二循环水喷淋降温，再进入水洗塔600，水洗塔600内设有鲍尔环620，对烟气进行吸附除尘，水洗塔600内的鲍尔环620上方还设有喷头610，用于喷淋新水洗尘，而后由水洗塔600内流出的气体进入多级除湿装置的壳体100内部，多级除湿装置的换热组件300的冷端换热件310温度较低可对烟气冷凝除湿，吸附件500对烟气吸附除湿，最终达到对排出气体的温湿度要求。

废气处理系统在原有机台的基础上可直接在排气端加装多级除湿装置，多级除湿装置结构简单方便安装，体积小，不受前端工艺设备的影响，适用范围广。解决半导体制造过程中废气处理对排出气体温湿度方面的要求，提升设备除湿能力，降低厂务端酸排管路积水跌落，高危砸伤风险。通过控制第一风扇200与第二风扇400的启停和转速，还可满足气体在不同流量、不同程度含水量等多类型多条件下的除湿需求。

根据本发明提供的一个实施例，温度传感器130的检测温度其中Q为喷头610的流量，n1为第二风扇400的转速，n2为第一风扇200的转速，a与b均为常数，f(*)为括号中变量的函数关系。本实施例中，经过换热组件300冷凝除湿和有色硅胶吸附除湿的气体的温度T3与喷头610喷淋新水的流量Q有关，流量Q越大，温度T3越低；温度T3与第二风扇400的转速n1成正比，第二风扇400的转速n1越大，散热量越大，温度T3越大；第二风扇400的转速n1越大，热端换热件320的散热量越大，冷端换热件310的温度就越低，使换热组件300的冷端与热端温差增大，增强冷端换热件的冷凝效果。a与b的确定可根据设备自身参数及反复实验效果论证总结得出，即a和b是建立起相应关系之后，利用实验数据拟合出的结果。

根据本发明提供的一个实施例，第二湿度传感器120的检测湿度其中m为吸附件500的质量，Q为喷头610的流量，n1为第二风扇400的转速，n2为第一风扇200的转速，c为常数，d为吸附件500相对湿度条件下的吸附率，f(*)为括号中变量的函数关系。本实施例中，经过换热组件300冷凝除湿和吸附件500吸附除湿后的气体的湿度RH2与喷头610喷淋新水的流量Q成反比，流量Q越大，湿度RH2越大；湿度RH2与第二风扇400的转速n1成正比，第二风扇400的转速n1越大，热端换热件320的散热量越大，冷端换热件310的温度就越低，使换热组件300的冷端与热端温差增大，增强冷端换热件310的冷凝效果；第一风扇200的转速n2越大，强制对流效果越好，冷端换热件310的冷凝除湿效果就越好；有色硅胶进行吸附除湿的情况与其本身干燥量有关。c的确定可根据设备自身参数及反复实验效果论证总结得出，即c是建立起相应关系之后，利用实验数据拟合出的结果。

本发明的实施例提供的除湿控制方法，应用于如上述实施例的废气处理系统进行除湿控制，包括：

当第一湿度传感器110的检测湿度小于RH80％且第二湿度传感器120的检测湿度大于RH80％时，第一风扇200与第二风扇400均不启动，调节喷头610的流量和吸附件500的质量，使温度传感器130的检测温度f(T3)＝bf(Q)，使第二湿度传感器120的检测湿度f(RH2)＝cf(Q)-df(m)；

当第一湿度传感器110的检测湿度小于RH85％且第二湿度传感器120的检测湿度大于RH85％时，第一风扇200启动，第二风扇400不启动，调节喷头610的流量、吸附件500的质量和第一风扇200的转速，使温度传感器130的检测温度使第二湿度传感器120的检测湿度/>

当第一湿度传感器110的检测湿度等于第二湿度传感器120时，第一风扇200与第二风扇400均启动，调节喷头610的流量、吸附件500的质量、第一风扇200和第二风扇400的转速，使温度传感器130的检测温展使第二湿度传感器120的检测湿度/>

一级除湿：针对粉尘量不大，温度和湿度相对降低的制程或废气处理系统，第一风扇200和第二风扇400均不启动；即RH1＜RH80％＜RH2或RH2＜RH70％的条件下，调节喷头610的流量和吸附件500的质量，使温度传感器130的检测温度f(T3)＝bf(Q)，使第二湿度传感器120的检测湿度f(RH2)＝cf(Q)-df(m)。

二级除湿：针对温度和湿度一般的制程或废气处理系统，第一风扇200单独启动，且根据实际温湿度进行变频调速；即RH1＜85％＜RH2或RH2＜RH70％条件下，调节喷头610的流量、吸附件500的质量和第一风扇200的转速，使温度传感器130的检测温度使第二湿度传感器120的检测湿度

三级除湿：随着有色硅胶吸附率下降，或温湿度较高的制程或废气处理系统，第一风扇200和第二风扇400全部启动，且根据实际温湿度进行变频调速，调节喷头610的流量、吸附件500的质量、第一风扇200和第二风扇400的转速，使温度传感器130的检测温度使第二湿度传感器120的检测湿度另外，当/>时，有色硅胶已经饱和，加大第二风扇400转速，高温烘干有色硅胶水分脱离，当RH1＜RH2后，继续以上控制方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种多级除湿装置，其特征在于：包括壳体和位于所述壳体内部且沿所述壳体内的气体流向依次设置的第一风扇、换热组件和第二风扇，所述第一风扇、所述换热组件和所述第二风扇同轴设置；所述换热组件包括冷端换热件和热端换热件，所述第一风扇、所述冷端换热件、所述热端换热件与所述第二风扇沿所述气体流向依次设置；所述冷端换热件包括冷端换热器与冷端翅片，所述热端换热件包括热端换热器与热端翅片，所述冷端翅片沿所述冷端换热器的周向环绕设置于所述冷端换热器的外侧，所述热端翅片沿所述热端换热器的周向环绕设置于所述热端换热器的外侧；还包括设置于所述壳体内部的吸附件，所述第一风扇、所述换热组件、所述第二风扇和所述吸附件沿所述气体流向依次设置，所述吸附件在所述壳体的横截面上填充；还包括设置于所述壳体内部的第一湿度传感器、第二湿度传感器和温度传感器，所述第二风扇、所述第一湿度传感器、所述吸附件、所述第二湿度传感器和所述温度传感器沿所述气体流向依次设置。

2.根据权利要求1所述的多级除湿装置，其特征在于：所述吸附件包括有色硅胶和/或鲍尔环。

3.一种废气处理系统，其特征在于：包括水洗塔和权利要求1所述的多级除湿装置，所述水洗塔的内部设有喷头，所述水洗塔的出口与所述壳体的进口连通。

4.根据权利要求3所述的废气处理系统，其特征在于：所述温度传感器的检测温度，其中Q为所述喷头的流量，n1为所述第二风扇的转速，n2为所述第一风扇的转速，a与b均为常数。

5.根据权利要求4所述的废气处理系统，其特征在于：所述第二湿度传感器的检测湿度，其中m为所述吸附件的质量，Q为所述喷头的流量，n1为所述第二风扇的转速，n2为所述第一风扇的转速，c为常数，d为所述吸附件相对湿度条件下的吸附率。

6.一种除湿控制方法，其特征在于：应用于权利要求5所述的废气处理系统进行除湿控制，包括：

当所述第一湿度传感器的检测湿度小于RH80%且所述第二湿度传感器的检测湿度大于RH80%时，所述第一风扇与所述第二风扇均不启动，调节所述喷头的流量和所述吸附件的质量，使所述温度传感器的检测温度，使所述第二湿度传感器的检测湿度；

当所述第一湿度传感器的检测湿度小于RH85%且所述第二湿度传感器的检测湿度大于RH85%时，所述第一风扇启动，所述第二风扇不启动，调节所述喷头的流量、所述吸附件的质量和所述第一风扇的转速，使所述温度传感器的检测温度；使所述第二湿度传感器的检测湿度/>；

当所述第一湿度传感器的检测湿度等于所述第二湿度传感器时，所述第一风扇与所述第二风扇均启动，调节所述喷头的流量、所述吸附件的质量、所述第一风扇和所述第二风扇的转速，使所述温度传感器的检测温度；使所述第二湿度传感器的检测湿度/>。