CN1182632A - 具有快速连接性能的可置换分离组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能以快速连接模式与液体处理系统连通的可置换分离组件。该组件包括外壳,外壳内装有分离组件,外壳的一端上设有多个液体连接件,这些连接件相互平行且彼此独立。这种装置能使液体连接件基本上同时地和液体处理系统中与之相配的连接件形成液密密封。所述装置还包括保持机构,其能够在相互配合的连接件之间不产生相对运动的情况下,通过一次动作使整个组件保持液密啮合。

Description

具有快速连接性能的可置换分离组件

本发明涉及一种液体分离装置，更确切地说，涉及这样一种装置，该装置包括易更换和易置换液体分离组件，所说组件能与和其相配的连接装置相啮合并保持液体密封关系。

多年来一直采用上述类型的液体分离装置来控制工业过程中的杂质。这种装置是生产包括药物、食品和饮料等多种产品时的重要组成部分。但是，目前最需要对杂质进行有效控制的是半导体制造业。由于所涉及的范围必然是亚微米范围和更小的特征尺寸，所以控制半导体处理液中的粒子、离子、有机物和其它杂质是非常必要的。而且，由于半导体装置是在净室中制造的，所以将生产环境的潜在污染控制到最小是很重要的。因此，在半导体生产过程中最好设置一些可置换的液体分离装置以便将生产线和净室的污染减至最小。

在使用现场(POU)需经处理的半导体处理液的例子包括在光刻过程(光化学)中使用的化学品。光化学品包括底涂料、粘接促进剂、光刻胶、边缘去除剂、消反射涂料、显影剂、绝缘材料等物质。这些化学品通常是用特定的泵施加到硅片上接着利用所谓的施压涂覆使这些物质分散成均匀薄膜，在POU情况下对这些化学品进行净化对生产合格的产品是很必要的。

通常有两种液体分离装置。在第一种中，分离部件是可更换(replaceable)部件，而包裹分离部件的高压容器，即，外壳是可重复使用的。外壳上带有适合与液体处理系统其他部分相连的液体接头。更换液体分离部件时，需要打开外壳，移出分离部件，把更换的分离部件装入外壳，然后封闭外壳。这种液体分离装置存在很多缺点。首先，更换操作很费时，特别是当通向外壳的入口很窄时尤其不便。其次，由于外壳中包含一定量的被处理液体，而液体分离部件通常充满了液体，常常会发生液体泄漏现象。在所含液体是危险液体的情况下，泄漏将危及区域内正常工作的人并且对附近的设备造成潜在损坏。最后，打开外壳将使液体处理系统的内表面暴露在外，从而受到周围环境的污染。

第二种类型的分离装置是一种把分离部件永久装到外壳上的分离装置，这种装置也同样包括与液体处理系统其他部分相连以形成完整组件的接头。在这种情况下，更换过程包括将整个分离组件从液体处理系统上拆下和将一个更换组件重新连接到系统上。用这种方式，可以很容易地完成更换操作，且最大限度地减少了操作者暴露于危险化学品面前的机会，明显提高了连接的可靠性，减小了因环境因素造成的液体处理系统的污染。由于只要分离部件需要更换就将整个组件取下所以这种分离装置称为可置换(disposable)组件。

在工业应用中采用不同类型的可置换分离组件。所谓的“直列式”可置换组件具有设置在外壳两端的输入和流出连接器。虽然这种结构有其自身的优点，但是也存在许多缺点。首先，当把组件从液体处理系统上拆下时，容易出现液体损失，因此需采取特殊措施减少液体从组件中漏出，而且随后在与组件相连的设备上也会出现泄漏。其次，被设计成称之为直列式组件的液体系统由于需要设置两组液体接头，其中一组处于组件的入口端而另一组位于出口端，所以其结构更复杂，因此不能很快地适应快速连接组件的需要。

另一种可置换组件的所有接头都位于外壳的一端上，其输入和渗透连接件通常垂直于外壳的主体而且彼此相对，因而使组件成为“T”形。这种组件因此被称为“T形”组件。T形组件解决了很多与直列式组件有关的问题。特别是，如果带有接头的端部处于顶端那么T形组件就能防止或减小更换时的液体流失，而且由于所有液体连接器都聚集在一个位置上，所以简化了液体处理系统。然而，T形组件会在分离部件的底部和外壳之间产生死空间，或形成不流动的液体体积，这是不希望出现的问题。

上述每种可置换组件仍然需要分别制造与液体处理系统相连的每个接头。一个液体接头需要通常包括一个阳连接件和一个阴连接件的两个相互配合的连接件，以及三个分离器以完成连接，即，两个相互配合的连接件主体同轴，阳连接件的主体啮合到阴连接件中形成液密密封，使两个连接件的相互位置定位以便在处理状态下保持液密密封。必须将相互配合的连接件设计成使其具有形成液密密封的能力和包括一些将连接件保持在装置中的机构。

这种通用连接件的连接件主体为圆形截面，阳连接的主体形状为柱形套筒，而阴连接件的形状为柱形管。要将两个连接件的尺寸设计成只要其相互啮合，它们之间就形成密封配合，即液体能够在没有任何液体流失的情况下从一个连接件流到另一个连接件，密封发生在两个相配合的连接件之间的一个圆形界面上。借助螺纹固紧器(例如螺钉和螺帽对)实现相互配合的连接件在液体密封啮合状态下的定位。通过只简单地采用圆形表面便可使这种接头形成可靠地密封，而且每一个接头与其他接头互相独立，即，不存在两个接头共用的连接件主体或密封界面/表面。

不管采用哪一种连接件设计，可置换组件通常需要多个接头，一般来说至少是两个接头，大多数情况下为三或四个接头。而且，螺纹固紧器很不方便而且有时很难啮合，因此显得费时费力。此外，在进行顺序连接时必须将组件保持就位，由于需要同时完成两种操作(即，将组件保持就位和顺序安装每个连接件)，所以使得连接过程更困难。最后，在与液体处理系统进行的永久性连接为非刚性连接的情况下，如上述实例所述，当采用柔性管道时，如果连接时没有啮合好就会再现液体漏出的倾向。所有这些问题都会增加更换可置换组件所需的时间和努力，此外，仍然会使操作者暴露于危险品面前并造成生产环境的污染。

因此，已经设计了一些具有以“快速连接”模式将组件迅速和容易地连接到液体处理系统上等特征的可置换分离组件。这些类型的快速连接组件包括一组连接件，这些连接件通过唯一的和简单的一次性动作或操作就能密封地啮合到与之相配的一组连接件上，这组连接件固定在一个可重复使用的基底上。为完成快速连接定位而设计了不同类型的机构，至今为止，所有这些机构都需要在阳连接件和其阴对应物之间形成一些相对运动，最常用的是旋转作用。

Thomsen等人在美国专利4,654,142中描述了一种用于水处理的过滤系统，其揭示了利用分离器和可重复使用的端头的实例，所说端头上带有连接口，该连接口与可置换水净化滤筒上的连接口密封地配合。为了便于更换可置换组件，而将两个连接口设置在可更换组件的同一端上，并使之形成同轴密封设置。在组件上安装一个卡口型锁定装置以便将其保持在可重复使用的端头上。使用时，以液体密封的形式将两个开口以及锁定装置联接到与之相配的端头上便可固定组件。

在另一个实例中，Groezinger等人在美国专利4719023中公开了一种类似的组件和安装装置，其将组件描述为“旋在可置换过滤器”上的组件。根据该公开文本，组件和安装装置的连接方式是，首先把组件上的卡口突缘对准安装装置中相应的卡口凹槽，将组件连接件同轴地插入安装装置的孔中，然后绕组件的纵轴转动组件使卡口突缘啮合，并由此来保持可置换过滤器。

尽管快速连接机构对可置换液体分离组件来说使用时比较方便，但是也存在一些缺陷。首先，连接件在液体入口和出口之间形成共用密封件这是不理想的，因为输入口上所用密封件的泄漏会导致渗透流受到未净化的输入流的污染；此外，这种污染可能并未被察觉。其次，使液体分离组件相对于安装装置转动将其锁在一起的动作必然会随着密封表面的相对转动而使两个部件产生微粒，从而污染液体通道并最终污染被净化的液体。最后，这些组件要求连接口聚集在组件的转轴附近，这需要综合考虑液体的流线谱，所以使得设计更加复杂并使组件外壳和连接口的制造受到约束。而且，还要求提供一种快速连接型的液体分离组件，这种组件采用可靠的液体接头和固位机构，其不要求在一个连接件和与之相配的对应物之间有相对运动。

本发明克服了已有技术的缺陷和限制，其提供一种能以快速连接模式连接到液体处理系统的可置换液体分离组件，所述组件利用与已有(非快速连接)组件中所使用的相同类型的工业上可行的连接件得到可靠和干净的接头。所谓的快速连接模式是指一种能快速和容易地连接分离组件的连接机构，其连接方式为，在相互配合的连接件之间基本上同时形成啮合和液密密封并通过一次动作而不需在相互配合的连接件之间产生相对运动即可将组件定位。按照本发明，把以快速连接模式连接的分离组件的所有连接件都设在组件的同一端上，以便利用一次运动或操作完成组件连接。此外，连接件的主体是平行的或基本平行的以便于它们的同时啮合。组件上还具有固定到外壳上的装置，该装置用于在连接件啮合之后把整个组件保持在固定的液体密封位置上。

本发明的一个重要方面是必须实现可靠的液体密封连接，组件连接件不与任何其它连接件共享密封件，从而也不共享连接件主体和密封界面，且连接件包含的密封界面不多于一个。在此所使用的连接件被称之为独立连接件。本发明的快速连接组件是在固位时不需(实际上是禁止)旋转操作的独立连接件，这是因为除了由平行连接件的共用啮合轴确定的方向之外，独立连接件限制组件在任何方向上的运动。

将所有这些特性结合构成的液体分离装置提供了至今没有的综合优点。

因此本发明的目的是提供一种快速连接型的可置换液体分离组件，其克服了已有技术中所述与这种组件有关的问题。本发明的另一个目的是提供一种易于使用、能快速连接的可置换液体分离组件，这种组件易于制造并能形成可靠密封。本发明的再一个目的是提供一种快速连接机构，其在连接过程中不会产生附加的污染。

下面将结合附图详细说明本发明的这些和其它方面及特征。

图1是在光化学的POU渗滤中使用的本发明优选实施例的透视图，其表示作为配送泵整体一部分且与可置换分离组件相配合的液体管座，所述可置换分离组件上带有将其安装并定位到管座上的法兰。

图2是图1中的组件和管座下部的透视图，其更详细地表示了组件在配送泵上的定位和密封。

图3a和3b是图2中的组件和相应的组件安装体的透视图，其更详细地表示了组件是如何安装到组件安装体上的。

图4a和4b是本发明的另一个实施例中使用的分离组件的侧视图，其表示了组件连接口和用于把组件保持在可重复使用的管座上的凹槽等细节。

图5a、5b、5c和5d是与图4所示分离组件相配的可重复使用的管座的局部剖面图，它特别适合于管座与液体处理系统的其它部件不成一体的场合，这些图表示了管座和把组件保持在管座上的机构等细节。

图6是图5中所示实施例使用的保持板的正视图。

本发明的应用例是在微电子制造工业中使用的光化学品POU净化的实例。通常将光化学品配送泵和POU液体分离装置设在安装于旋压涂覆装置之下的柜中。有时每个柜中装的泵达八台之多，这严重地限制了泵与POU液体分离装置的连通，液体分离装置需密合到配送泵上以省去额外的外部管路和消除潜在的污染。特别合适的配送泵和分离装置是美国专利5,262,068中公开的那种形成完整系统的泵和分离装置，在此引用这份公开文本作为参考文件。在该申请中优选使用能以快速连接模式连接的用户喜欢的分离组件。

图1、2和3中示出了本发明的优选实施例。图1表示光化学品配送系统1的透视图，其包括可置换的渗滤组件2、管座3、泵4和组件安装体5。还示出了泵控制器6,其控制送给泵和来自泵的电气动力信号。配送泵的设计和工作原理与美国专利5,262,068中公开的相类似。装到泵4上的管座3可重复使用而且如下面将详细说明的那样，把管座3设计成使其能配合地容纳和保持组件2。

图2是可置换组件2的透视图和管座3下部的局部剖面图，其示出了能够使组件2以快速连接模式与管座3相连的特征细节。组件2在其顶端上具有三个阴液体连接件21，并与外壳23中的分离部件(未示出)液体连通。分离部件可以是美国专利5,262,068中描述的扁平片状薄膜型分离部件，或更优选由Niermeyer和delos Reyes在1996年6月28日申请的同时转让并同样待审查的申请No.__________中描述的空心纤维薄膜型分离部件，在此引用该文本作为参考文件。

连接件21是彼此分离、平行和独立的，从而使它们能以快速连接模式密封地啮合到管座3上与之配合的阳连接件25上。阳连接件25是泵4上液体通道的管状延伸体，设置在泵4的最下部。借助于装到每个阳连接件25上的O型圈可实现彼此配合的连接件对21和25的液密密封。装在外壳23上的法兰22使整个组件2定位并进一步将组件2固定到与组件安装体5相结合的管座3上，这样有助于保持组件2与管座3的密封啮合。在该特定实施例中，法兰22包括帮助组件2在可安放可置换组件的组件安装体5中精确定位的突起24。组件2上的连接件21和法兰22的尺寸、形状和位置应使得组件2能够以快速连接模式连接到与组件安装体5相结合的管座3上。

图3a和3b是组件安装体5(在这些图中将其从泵4上移出)的透视图，安装体固定到使组件2在安装体5中定位的管座3上。法兰22与安装体主体中的一对凹槽32相配合。借助铰链33将组件安装体连接到管座3上，铰链33可以在纵向有限的范围内产生基本上为直线的运动，由此使可置换组件2与管座上的阳连接器25形成密封啮合和彼此脱离。此外，借助一个弹簧锁34将组件安装体固定到泵4上，锁的一端构成手柄34a，其另一端具有半圆形切口34b，切口34b与固定到管座上的保持柱36上的槽35形成联锁。该机构能使组件在安装后保持与泵密封啮合。弹簧锁34可以水平滑动(即图3b平面中的内和外)以便从保持柱上的槽中脱出，从而使安装体5绕铰链33向下转动以便更换组件。当相互配合的连接件脱离啮合时，切口34b在拉力作用下靠在保持柱36上。

通过向前拉手柄34a即可完成更换可置换渗滤组件2的过程，所谓“向前”是指与使阴连接件21和阳连接件25啮合所需的运动方向基本垂直的方向。这可使弹簧锁34与保持柱36脱离并使组件安装体5的无铰链端与泵4脱开，这样整个组件2就可以绕铰链上的枢轴向下转动一定距离，该距离足以把组件上的连接件21移出，使之脱离与管座3上的配合连接件25的密封啮合。在组件安装体5处于该下部位置时，可以通过将组件2滑出凹槽32而将其移出配送系统。然后将更换的渗滤组件插入凹槽，随后使组件安装体5绕枢轴向上转动使连接件21和管座上与之相配的连接件25形成密封啮合。当更换的组件2与和它相配的连接件25处于密封啮合状态时，切口34b自动地锁入槽35中，从而使渗滤组件在液体处理过程中与管座密封啮合。

从上面对移出和安装渗滤组件2的描述中可以看出，通过使其在平行于由连接件主体确定的轴向上产生第一次基本上呈直线的运动，便可有效地实现相互配合的连接件21和25之间的啮合和密封。然后通过与连接件的啮合和密封相应的第一次运动相垂直的方向上产生的第二次基本上为直线的运动，在相互配合的连接件之间没有相对运动的情况下完成配合件的联锁和组件的固位。而且很显然，这种快速连接装置使可置换渗滤组件2顶端的所有连接件同时完成连接和密封。然而，很明显，即使是组件安装体5以较大弧度转动和即使是配合连接件在啮合时要按顺序啮合，所得到的效果也是相同的，而且能够迅速完成定位，其程度足以称为“快速接连”。变型实施例

图4a和4b表示本发明的另一个实施例。在该实施例中，可置换渗滤组件40包括外壳41、位于外壳顶端上的阳连接件42和一对凹槽43，凹槽43以开口的形式设在每个阳连接件42基座附近的相对侧上。连接件与外壳内包含的分离部件(未示出)通过液体连通。连接件42和组件上的凹槽43的尺寸、形状和位置应使得组件40能以快速连接模式连接到可重复使用的管座上，这将在下面进行说明。

图5a、5b、5c和5d表示适用于组件40且可重复使用的管座50的多个视图，管座50包括主体51和滑动保持板52，保持板52借助于端板53保持在主体51上。设置主体51下端的阴连接件54与40上的配合连接件42形成液密密封啮合。密封是由O型圈58完成的，O型圈58由设在每个阴连接件54上的O型圈保持器59保持就位。通常将液体连接件55设置在主体51的顶端并通过管路(未示出)和配合螺母57将其与液体处理系统(未示出)相连。滑板52上带有长形开孔56(参见图6)，孔的形状为带有三个扩大的圆形开口62的长槽，圆形开口的尺寸和形状应使得当滑板52处于缩进(未锁紧)的位置(图5a和5b)时，组件40与管座50形成密封啮合。在组件40密封地啮合之后，滑板52移到锁定位置(图5c和5d)而且长形开孔56上的三个窄口64与组件40上的槽相配合从而牢固地把组件40保持到管座50上。虽然可通过固定连接件55而将管座3单独装到液体处理系统上，但是也可以如上所述使管座成为一个分离的独立部件，主体51还可以包括支架或其它固定装置(未示出)以便永久地把管座固定到液体处理系统上。

更换失效组件并用快速连接模式连接一个新组件的方法，其包括以下步骤：

1.将滑板缩回(如图5a和5b所示的位置)；

2.竖直向下拉动失效组件40将其移出；

3.把新组件置于可重复使用管座50的下部并将其固定，以便使阳连接件42处于阴连接件54的竖直下方；

4.竖直向上推动组件40使其与管座50啮合；

5.将滑板52推到锁定位置(图5c和5d)使组件40与管座50保持密封啮合。

虽然本实施例说明了本发明的通用性及其主要特征，但是很显然，有大量的变化有时优于本文所述。一些在此文中未表明但却被本发明覆盖的变化包括：不需使用O型圈的密封件；垂直于外壳纵轴(即垂直于图中所示连接件的方向)的组件液体连接件；把分离部件固定到管座上的其它装置，例如用外壳上的镗孔内含物代替法兰和凹槽；在组件与管座啮合时产生所需的其它机构，例如，采用可伸缩夹紧装置或传动装置；使组件和液体管座保持密封啮合的其它装置，例如采用凸轮、杠杆或螺栓代替弹簧锁和滑板。此外，虽然以上对特定的分离部件类型进行了说明，但是本发明对本领域技术人员所熟知的各种分离组件都是有用的，例如，这些分离组件包括传统的过滤器、薄膜过滤器(MF、UF和RO)、色层分离柱、吸附介质滤芯(例如离子交换、活性碳和特定配合体)以及嵌有吸附树脂介质的薄膜过滤器。最后，应该认识到，虽然上面所涉及的领域是半导体工业，以及该工业中的一些特殊用途，但是其它工业中的其它应用领域也有类似的需要，例如在核工业、生物工程、生物制药工业中也对安全性、密封性和过滤器的易更换性有极高要求。

Claims (16)

1.可置换分离组件，其特征在于包括：

外壳，该外壳的一端上设有多个连接装置，这些连接装置与外壳内部通过液体连通；

位于所说外壳内的分离部件；

所说外壳包括第一配合部件，其尺寸和形状与基底上可重复使用的第二配合部件相适应；

所说连接装置彼此平行且相互分离并且独立，因此，能够按快速连接模式把所说组件连接到所说基底上。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所说第一配合部件是一个固定到外壳上的法兰，所说法兰具有伸到外壳主体之外用于与装到所说基底上的安装体啮合的表面。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于所说法兰的侧向表面包括用于把所说法兰定位在所说安装体内的突起装置。

4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于所说法兰安装在外壳顶部且紧靠所说多个连接装置。

5.根据权利要求2所述的组件，其特征在于所说法兰安装在所说外壳的顶部且紧靠所述多个连接装置。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所说第一配合部件是设在每个连接装置侧壁上的槽形装置，其用于与安装到所说基底或所说第二配合部件上的可运动锁相啮合。

7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于所说槽形装置是横向延伸的水平槽。

8.液体分离装置，其特征在于包括：

可置换的分离组件；

液体连接件；

所说分离组件包括：

外壳；

包含在所说外壳内的分离部件；

第一组多个连接装置，这些装置位于所说外壳的一端上并与外壳内部通过液体连通，以便将液体引入外壳内部和从内部将液体排出，所说第一组连接装置是彼此平行和分离的而且相互独立，和

所说液体连接件包括第二组多个连接装置，其位置、尺寸和形状应能与和其啮合的所说第一组连接装置形成液密密封关系。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于包括定位装置，其可连续地完成如下操作：(a)使所说第一组连接装置密封地且基本上同时地与所说第二组连接装置相配合，(b)使所说第一组连接装置与所说第二组连接装置基本上同时脱离。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所说定位装置包括保持器，该保持器可以在所说分离组件和所说液体连接件之间不产生相对运动的情况下把所说分离组件锁定到所说液体连接件上。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所说的液密啮合是通过第一运动完成的，所说第一运动是在啮合过程中与所说第一和第二组连接装置的轴线平行并基本上呈直线的运动，所说装置还包括用于把所说分离组件锁定到所说液体连接件上的保持器，其中通过基本上垂直于所说第一运动的第二运动完成所说的锁定。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于所说保持器包括装在所说液体连接件上用于接纳、定位和保持所说分离组件的安装体，而且还进一步包括安装在所说液体连接件或所说分离组件上的可运动锁定装置，所说锁定装置可在基本上垂直于所说第一运动的平面内运动并由此把所说连接件锁定到所说分离部件上。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于所说安装体是铰链连接的以便在第一运动期间产生基本上为直线的运动。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所说液体连接件一体地连接到液体处理系统的部件上。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于所说部件是泵，其用于输送和过滤所说液体处理系统中的光化学溶液。

16.可置换分离组件，其特征在于包括：

外壳，其一端上设有多个连接装置，连接装置与外壳内部通过液体连通；

设在外壳内的分离部件；

所说连接装置是彼此平行、分离和独立的而且其位置应使得所说多个连接装置与基底上与之配合的连接件同时形成液密啮合；和

所说外壳包括第一配合部件，其尺寸和形状应使得该第一配合部件与所说基底上的第二可重复使用的配合部件形成联锁从而使所说组件与所说基底保持液密关系。

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