CN220071101U - 水气分离器、高纯水脱气装置及供应设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种水气分离器、高纯水脱气装置及供应设备。水气分离器包括储水罐及设置于所述储水罐内的过滤单元，所述储水罐的上部设置有进气口，所述过滤单元的底部与储水罐的底部具有间距，所述过滤单元的表面至少部分设置有半透膜，过滤单元的顶部设置有出气口，气体从进气口进入并从出气口流出。本申请提供的水气分离器上设置具有通气和过滤功能的半透膜，可在实现水气分离的同时过滤杂质颗粒。半透膜只允许小分子物质通过，因而水气分离效果可得到明显改善。该装置结构简洁，占用空间小，使用非常方便。使用本申请提供的高纯水脱气装置及供应设备，可以延长装置使用寿命，降低生产成本。

Description

水气分离器、高纯水脱气装置及供应设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及水气分离器、高纯水脱气装置及供应设备。

背景技术

水气分离器是一种用于除去不能通过疏水阀排掉的悬浮在蒸汽中的水分的装置。在半导体行业中，水气分离器主要用在尾气处理设备中，用于对尾气进行水气分离处理。现有技术中的水气分离器主要有挡板型、气旋型和吸附型三种。挡板或折板式分离器由很多挡板构成，流体在分离器内多次改变流动方向，由于悬浮的水滴有较大的质量和惯性，当遇到挡板流动方向改变时，干蒸汽可以绕过挡板继续向前，而水滴则会积聚在挡板上，汽水分离器有很大的通流面积，减少了水滴的动能，大部分都会凝聚，最后落到分离器的底部，通过疏水阀排出。汽旋或离心型分离器使用了一连串肋片以便产生高速气旋，在分离器内高速旋转流动的蒸汽因水和气体的离心力差异实现水气分离。吸附型分离器内部的蒸汽通道上有一个阻碍物，一般是一个金属网垫，悬浮的水滴遇到它后被吸附，水滴大到一定程度后，由于重力作用落到分离器底部。但这三种水气分离器不仅体积比较大，而且其分离效果有限。此外，这几种水气分离器只能进行单纯的水气分离而无法实现过滤效果，水气中的杂质颗粒可能会随气流排出，这使得水气分离器的使用非常有限。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种水气分离器，以及一种高纯水脱气装置及供应设备，用于解决现有技术中的水气分离器存在的体积比较大，水气分离效果一般，且不具备过滤功能，限制了水气分离器的应用等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种水气分离器，所述水气分离器包括储水罐及设置于所述储水罐内的过滤单元，所述储水罐的上部设置有进气口，所述过滤单元的底部与储水罐的底部具有间距，所述过滤单元的至少部分表面设置有半透膜，过滤单元的顶部设置有出气口，气体从进气口进入并从出气口流出。

可选地，所述过滤单元为筒状结构，且过滤单元的侧壁与储水罐的侧壁具有间距。

可选地，所述过滤单元的底部开口设置，所述过滤单元的侧面设置有所述半透膜。

可选地，所述过滤单元的上部和/或底部设置有用于将积聚的水滴打碎的雾化装置。

可选地，所述雾化装置包括风扇。

可选地，所述过滤单元上部和底部的风扇通过联轴器及传动轴相连接。

可选地，所述底部开口处设置有风扇，所述风扇的扇面所在平面与所述过滤单元的中心轴线成锐角设置。

本申请还提供一种高纯水脱气装置，所述高纯水脱气装置包括脱气室、脱气膜、排气管路及如上述任一方案中所述的水气分离器；所述脱气室上设置有进水口、出水口和排气口；所述脱气膜设置于所述脱气室内，所述排气管路与所述脱气室的排气口相连通，所述水气分离器设置于所述排气管路上。

可选地，所述水气分离器与水平面的夹角为30°-60°。

本申请还提供一种高纯水供应设备，所述高纯水供应设备包括纯水柜、真空泵及如上述任一方案中任一项所述的高纯水脱气装置，所述高纯水脱气装置的进水口与所述纯水柜的出水口相连通，且高纯水脱气装置的排气口与真空泵相连通。

如上所述，本实用新型的水气分离器、高纯水脱气装置及供应设备，具有以下有益效果：本申请提供的水气分离器上设置具有通气和过滤功能的半透膜，可在实现水气分离的同时过滤杂质颗粒。半透膜只允许小分子物质通过，因而水气分离效果可得到明显改善。该装置结构简洁，占用空间小，使用非常方便。使用本申请提供的高纯水脱气装置及供应设备，可以延长装置使用寿命，降低生产成本。

附图说明

图1显示为本实用新型提供的水气分离器的一例示性截面结构示意图。

图2显示为图1所示的水气分离器的工作原理图。

图3显示为本实用新型提供的水气分离器的另一例示性截面结构示意图。

图4显示为图3所示的水气分离器的工作原理图。

图5显示为图3所示的水气分离器的优化工作原理图。

图6显示为本实用新型提供的水气分离器的另一例示性截面结构示意图。

图7显示为图6所示的水气分离器的工作原理图。

图8显示为本实用新型提供的高纯水脱气处理装置的例示性结构示意图。

图9显示为本实用新型提供的高纯水供应设备的例示性结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

如图1所示，本申请提供一种水气分离器10，所述水气分离器10包括储水罐11及设置于所述储水罐11内的过滤单元12，所述储水罐11的上部设置有进气口111，例如进气口111设置于储水罐11的侧面靠近顶部的位置，而储水罐11的顶面则处于封闭状态，所述过滤单元12的底部与储水罐11的底部具有间距，这个间距所在的空间为收容分离出的液体的空间，所述过滤单元12的表面至少部分区域设置有半透膜，过滤单元12的顶部设置有出气口121。水气分离器10在使用过程中，储水罐11的进气口111与气流源连通，而过滤单元12的出气口121通常连接至一负压吸附装置，例如连接至真空泵。

本实施例提供的水气分离器10的例示性使用方法及原理参考图2所示(图2中箭头示意气体流向，下同)，待分离的水汽流通过储水罐11的进气口111进入储水罐11内，气液流中的液滴与储水罐11的罐体内表面和过滤单元12的表面接触并沿着相应壁面向下滑落，以及因重力作用沉降于储水罐11的底部，水汽流中的气体则穿过过滤单元12上的半透膜上的微小孔隙并最终通过过滤单元12顶部的出气口121流出而实现水气分离。这个过程中，若水气中含有颗粒杂质，也将被过滤单元12阻挡而沉降于储水罐11底部和/或吸附于过滤单元12的表面。

本申请提供的水气分离器上设置具有通气和过滤功能的半透膜，可在实现水气分离的同时过滤杂质颗粒。半透膜只允许小分子物质通过，因而水气分离效果可得到明显改善。该装置结构简洁，占用空间小，使用非常方便。

于一些示例中，所述水气分离器10的储水罐11可以为金属罐。在其他一些示例中，储水罐11可以为透明材质的钢化玻璃罐，便于观察罐内的储水情况。罐体的形状可以根据需要选择，例如为筒状。储水罐11的体积可以根据需要设置，但一般不能过大，防止影响出气端的负压源提供的负压值。为提高对水分的吸附能力，储水罐11的底部可放置有诸如树脂或活性碳等吸附材料。储水罐11底部可以设置阀门(未示出)，以在储水罐11内的储水含量较高时打开储水罐11进行排水。

所述半透膜的材质可以根据过滤需要而定，例如可以采用醋酸纤维素膜、芳香聚胺膜、聚苯并咪唑膜等高分子聚合物膜。半透膜可以分布于过滤单元12的整个表面，也可以是多种结构搭配，比如部分区域，例如过滤单元12的侧壁和底部设置半透膜，部分区域，例如过滤单元12的底部设置透气孔。

所述过滤单元12的结构可以根据需要设置，例如其可以为覆盖于储水罐11顶部的平面结构。但在较佳的示例中，所述过滤单元12优选为非平面结构，以在有限的空间内增加半透膜的面积，提高过滤效率。在一较佳示例中，所述过滤单元12为筒状结构，过滤单元12的侧壁较佳地为与储水罐11的侧壁具有间距，以便于液滴沉降。所述过滤单元12可以具有支撑结构，例如具有由不锈钢等材质制成的圆筒状支撑结构，半透膜贴置于半透膜的表面。在其他一些示例中，若选用的半透膜自身有一定硬度可以加工成所需形状，则可以无需额外的支撑结构。

在较佳的示例中，所述过滤单元12的顶面高于储水罐11的顶面，即过滤单元12的上部部分位于储水罐11外，出气口121设置在突出于储水罐11的端部。

在一些示例中，所述过滤单元12的顶面底部开口设置，所述过滤单元12的侧面设置有所述半透膜。

在另一示例中，如图3所示，所述过滤单元12的底部设置有用于将所述过滤单元12内积聚的水滴打碎的雾化装置。在一些示例中，所述雾化装置可以为雾化器，或者可以为具有搅拌功能的装置，例如为具有扇叶，且适于水中作业的风扇13。风扇13可以通过支架、转动轴等连接件与半透膜固定(在设置有风扇13的情况下，则过滤单元12优选设置有不锈钢等材质的支撑结构)。

本示例中的水气分离器10的使用原理参考图4所示。如图4所示，流通经过的水气，气体从半透膜中过滤并被真空抽走，水珠慢慢汇积在储水罐11中，流通的气流会带动风扇13的扇叶工作。当汇积的水与扇叶接触时，转动的扇叶将水珠打散，最终由真空排出。因而设置风扇13可达到多重作用：从进气口到出气口之间，风扇13既能起到一定的阻挡作用，增加半透膜的透气量，即保证过滤作用；又因为其能够旋转，保证了当气流较大时，负压源所需要的流量，不影响装置中其他部件的正常运行；此外，风扇13又能起到打散水珠的作用，延长了该装置所在管路中水珠凝结的时间，减少了系统受水珠影响的概率，降低人工检查成本。

经发明人长时间测试证实，积水的速度与扇叶分散水珠排水的速度可以达到平衡，因此可实现水气分离作业持续进行。

在进一步的示例中，如图5所示，风扇13为倾斜设置，即风扇13叶片与水平面具有一倾斜角度。或者说所述风扇13的扇面所在平面与所述过滤单元12的中心轴线成锐角设置.该角度例如为30-60°，更佳地为45°。这样的设置能在尽可能小的储水罐11(空间大会影响负压真空)内设置更大的扇叶，由此可提供更大的打散水珠能力。同时，风扇13倾斜设置，使得即便因为储水罐11中的储水较多，导致水位上涨覆盖了风扇13的一部分，也依然有部分扇叶外露，风扇13仍能发挥打散水珠的能力，有助于进一步延长水气分离器10的使用寿命。在本申请提供的其他示例中，风扇13均可以倾斜设置，都能起到类似的技术效果，向后不再一一说明。

在另一示例中，所述过滤单元12的上部，例如在过滤单元12与储水罐11的顶面等高的位置处设置有风扇13。这样设置的好处在于，当水气分离器10底部的积水过多时，液面会部分或全部浸入扇叶的表面，使得风扇13在工作的时候产生较大的阻力，导致水珠有不能全部打散的风险。而在过滤单元12的上部设置风扇13，可以保证水珠会持续的被打散，同样可以起到延长水气分离器10的使用寿命。

在又一示例中，如图6所示，所述过滤单元12的上部和底部均设置有风扇13。这种结构下，水流的流向以及真空吸附吸力会使两个小风扇13旋转，起到打散水珠的作用，并产生一个离心力，让水珠顺着内壁流下，而且可以防止水气分离装置内部积水没过底部风扇13导致内部风扇13阻力变大而减弱打散能力，且具有双重打散水珠的效果，水气分离效果可以进一步优化。

在进一步的示例中，如图7所示，在所述过滤单元12的上部和底部均设置有风扇13的情况下，所述过滤单元12上部和底部的风扇13通过联轴器14及传动轴15相连接，或者说上部和底部的风扇13连接至同一传动轴15，传动轴15与联轴器14相连接，由此实现两个风扇13的联动。这种结构的水气分离器10针对真空管路的水气分离效果更加显著。因为出气端连接的是真空(Process Vacuum，简称PV)管路，所以对储水罐11有一个整体的吸力作用，在过滤单元12的出气端上方加装联轴器14，在过滤单元12中间柱状体的中部以及底部加装风扇13，当PV管路开启时会产生动能，动能通过联轴器14以及传动轴15带动柱体上两个风扇13的扇叶持续转动，因此能达到双重打散水珠的效果，使水气分离效果更佳。同时，由于PV提供的动力，可保障两个风扇13同时转动。

本申请提供的水气分离器可以用于各种需要进行水气分离的场合，比如用于尾气处理设备中，且尤其适用于对水气分离要求很高的环境中。接下来将展示利用了本实施例的水气分离器的一种装置。

如图8所示，本申请还提供一种高纯水脱气装置20，所述高纯水脱气装置20包括脱气室21、脱气膜22、排气管路23及如上述任一方案中所述的水气分离器10。所述脱气室21上设置有进水口211、出水口212和排气口213；所述脱气膜22设置于所述脱气室21内，所述排气管路23与所述脱气室21的排气口213相连通，所述水气分离器10设置于所述排气管路23上。所述水气分离器10的具体结构还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。

本实施例提供的高纯水脱气装置20的一例示性使用方法为，脱气室21通过排气管路23与真空泵等吸附装置相连接而保持负压乃至真空状态。经过过滤除杂、脱盐和除菌等工序后得到的纯水经本实施例的高纯水脱气装置20的进水口211进入脱气室21并经过脱气膜22，水中的气体通过脱气膜22的细孔向外溢出而达到去除水中气体的目的，经脱气后的高纯水则经出水口212排出。在这个过程中，由于脱气膜22两侧存在温度差，导致脱气膜22表面形成冷凝水珠，经过负压的抽取以后，冷凝水也将随排气流出，气流在经过水气分离器10时，夹带的水份由于速度的降低而被分离出来而流入水气分离器10的底部，除水后的气体经水气分离器10的出口回到排气管路23中并最终被排出。

当然，上述使用方法只是例示性的，在其他示例中也可以先进行脱气再进行过滤除杂和脱盐除菌等纯化处理。但相对而言，先进行过滤除杂和脱盐除菌再进行脱气处理，有助于避免因颗粒杂质造成脱气膜22的堵塞故障，有助于延长脱气装置的使用寿命。

本申请提供的脱气装置经改善的结构设计，在脱气过程中，利用水气分离器排除排气管路中的水分，且水气分离器中设置了仅供小分子通过的半透膜，可以有效避免因冷凝水造成排气管路内的压力下降导致脱气机台无法正常运行等问题，有助于延长装置使用寿命，降低生产成本。该装置结构简洁，使用非常方便。本申请提供的脱气装置可以用于各类高纯水乃至超纯水的脱气处理。

在较佳的示例中，所述水气分离器10与水平面的夹角为30°-60°，即水气分离器10为倾斜放置。在更佳的示例中，该角度为45°。这样的放置可以使得水气分离器10下方的储液罐有一半高于水平面，使得水气分离器10能保持持续过滤效果，有助于进一步延长装置的使用寿命。

在一些示例中，在所述水气分离器10与脱气室21之间的排气管路23上还设置有质量流量控制器(MFC)24，该质量流量控制器24可以进一步与水气分离器10相连接。质量流量控制器24监测排气管路23中的水流量，当监测到水流量超过阈值时，发送信号至水气分离器10，使之开始除水作业。或者质量流量控制器24和水气分离器10可以均电性连接至一控制器(未示出)，由控制器根据质量流量控制器24的监测结果决定是否启用水气分离器10.

所述排气管路23较佳地为至少部分管路段为螺旋上升结构，这有助于增大水珠的凝结阻力，使得残余的水珠阶梯型爬升而被抽走。排气管路23优选透明的PVC管。在一些示例中，排气管路23可以为单条管路。在其他一些示例中，排气管路23可以包括主管路231以及两端与主管路231相连通的支路232，主管路231和支路232上均设置有若干个本申请的水气分离器10，各水气分离器10的前后端(即进口端和出口端)的管路上均可以设置电动和/或手动阀门25(电动阀和手动阀门可以择一设置或者同时设置)，以根据需要开启或关闭相应管路。例如如果主管路231上的水流比较小，例如在阈值内，则可以关闭支路232；若主管路231上的水流比较大，则可以关闭与支路232并联的主管路232的出气口并开启支路232同时进行水气分离。为此，可在主管路231上设置水位监测器26，以根据监测结果决定是否启用支路232。

前述各水气分离器10和电动阀的开合工作可由工作人员操作。但在较佳的示例中，所述高纯水脱气装置20还可以设置与水气分离器10、各电动阀和水位监测器相连接的控制器(未示出)，由控制器根据水位监测器的监测结果控制水气分离器10和各阀门的开合，有助于提高装置的自动化作业水平。

如图9所示，本申请还提供一种高纯水供应设备，所述高纯水供应设备包括纯水柜30、真空泵40及如上述任一方案中所述的高纯水脱气装置20，所述高纯水脱气装置20的进水口(即脱气室21的进水口211)与所述纯水柜的出水口相连通，且高纯水脱气装置20的排气口(即脱气室21的排气口213)通过排气管路23与真空泵相连通。所述高纯水脱气装置20的详细结构还请参考前述介绍，出于简洁的目的不赘述。

所述纯水柜30中可包含活性碳吸附单元、离子交换单元和紫外杀菌单元等处理单元中的若干种。经纯水柜30进行处理得到的高纯水进入高纯水脱气装置20中进行脱气，分离出的气体经排气管路23和真空泵40排出，完成脱气处理的高纯水经出水口供应至所需栈点，例如供应至半导体厂内的工艺设备中，例如供应至清洗机台中。

采用本实施例的高纯水供应设备，有助于提高设备的运行寿命，降低使用成本。

综上所述，本实用新型提供一种水气分离器、高纯水脱气装置及供应设备。水气分离器包括储水罐及设置于所述储水罐内的过滤单元，所述储水罐的上部设置有进气口，所述过滤单元的底部与储水罐的底部具有间距，所述过滤单元的表面至少部分设置有半透膜，过滤单元的顶部设置有出气口，气体从进气口进入并从出气口流出。本申请提供的水气分离器上设置具有通气和过滤功能的半透膜，可在实现水气分离的同时过滤杂质颗粒。半透膜只允许小分子物质通过，因而水气分离效果可得到明显改善。该装置结构简洁，占用空间小，使用非常方便。使用本申请提供的高纯水脱气装置及供应设备，可以延长装置使用寿命，降低生产成本。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种水气分离器，其特征在于，所述水气分离器包括储水罐及设置于所述储水罐内的过滤单元，所述储水罐的上部设置有进气口，所述过滤单元的底部与储水罐的底部具有间距，所述过滤单元的表面至少部分设置有半透膜，过滤单元的顶部设置有出气口，气体从进气口进入并从出气口流出。

2.根据权利要求1所述的水气分离器，其特征在于，所述过滤单元为筒状结构，且过滤单元的侧壁与储水罐的侧壁具有间距。

3.根据权利要求2所述的水气分离器，其特征在于，所述过滤单元的底部开口设置，所述过滤单元的侧面设置有所述半透膜。

4.根据权利要求2所述的水气分离器，其特征在于，所述过滤单元的上部和/或底部设置有用于将积聚的水滴打碎的雾化装置。

5.根据权利要求4所述的水气分离器，其特征在于，所述雾化装置包括风扇。

6.根据权利要求5所述的水气分离器，其特征在于，所述过滤单元上部和底部设置的风扇通过联轴器及传动轴相连接。

7.根据权利要求3所述的水气分离器，其特征在于，所述底部开口处设置有风扇，所述风扇的扇面所在平面与所述过滤单元的中心轴线成锐角设置。

8.一种高纯水脱气装置，其特征在于，所述高纯水脱气装置包括脱气室、脱气膜、排气管路及如权利要求1至7任一项所述的水气分离器；所述脱气室上设置有进水口、出水口和排气口；所述脱气膜设置于所述脱气室内，所述排气管路与所述脱气室的排气口相连通，所述水气分离器设置于所述排气管路上。

9.根据权利要求8所述的高纯水脱气装置，其特征在于，所述水气分离器与水平面的夹角为30°-60°。

10.一种高纯水供应设备，其特征在于，所述高纯水供应设备包括纯水柜、真空泵及如权利要求8或9任一项所述的高纯水脱气装置，所述高纯水脱气装置的进水口与所述纯水柜的出水口相连通，且高纯水脱气装置的排气口与真空泵相连通。