KR100274925B1

KR100274925B1 - 액체 분배 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100274925B1
Application number: KR1019980042778A
Authority: KR
Inventors: 피터 엠 포즈니악; 벤자민 알 로버츠
Original assignee: 페이스 살바토르 피; 더 비오씨 그룹 인코포레이티드
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-12-15
Also published as: SG70129A1; IL126410A; CA2248386A1; TW396144B; JP4354551B2; EP0909610B1; DE69826804D1; DE69826804T2; JPH11182800A; CA2248386C; US6019250A; EP0909610A2; EP0909610A3; KR19990037056A; IL126410A0

Abstract

본 발명은 압력 용기일 수 있는 챔버로부터 유동 회로로 액체를 분배하는 액체 분배 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 챔버가 분배의 작동 모드로 작동할 때 다른 챔버가 복귀의 작동 모드로 기능을 하여 미사용 액체가 상기 챔버로 복귀되어 액체가 연속적으로 순환하도록 밸브 네트워크가 설계된다. 복귀 작동 모드인 챔버 또는 용기는 한 세트의 지점의 압력을 갖는 압력 제어 밸브나 또는 사용 지점의 액체 압력에 대응하여 원격 작동하는 제어 밸브인 밸브를 통해서 배기된다. 이러한 방식으로 복귀 작동 모드 상태의 챔버 또는 압력 용기내의 내부 압력이 차례로 사용 지점의 액체 압력을 제어하도록 조절된다. 압력 용기가 작동하는 경우에, 각각의 압력 용기내의 가스 압력은 복귀 모드 동안 내부압력과 함께 제어될 수 있다. 이러한 압력 제어의 결과로서, 유동 회로를 통과하는 액체 유량 및 사용 지점의 액체 유량이 일정하게 보증될 수 있다.

Description

액체 분배 장치 및 방법

본 발명은 액체를 하나 또는 그 이상의 사용 지점에 분배하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 충전 모드중에는 챔버가 액체로 충전되고, 분배 모드중에는 액체가 챔버로부터 하나 또는 그 이상의 사용 지점으로 이송되고, 복귀 모드중에는 한 사용 지점이나 여러 사용 지점에서 미사용된 액체가 챔버로 복귀되는 싸이클이 복수개의 챔버 각각에서 수행되도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은 일 챔버가 분배 모드에 있을 때, 다른 챔버가 복귀 모드에 있게 됨으로써 액체의 연속된 순환을 허락하도록 싸이클이 수행되는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에 처리 화학약품을 공업적으로 분배하는데 특히 적용되는 많은 액체 분배 시스템이 알려져있다. 이러한 장치의 주요 실시예중 하나로서 포토레지스트, 슬러리 등과 같은 화학약품이 반도체 제조에 사용되는 도구(tools)와 같은 하나 또는 그 이상의 사용 지점에 분배되는 반도체 제조 산업이 있다. 슬러리의 경우에, 사용 지점은 화학적 기계적 연마 또는 평탄화 공정에 사용되는 연마 도구를 이송하도록 채용되는 펌프일 수 있다.

펌프가 액체 분배용으로 사용되지만, 특히 반도체 제조에 있어서 펌핑 장치를 왕복운동시킴으로써 야기될 수 있는 흐름의 맥동과 같은 것이 없이 화학약품을 사용 지점에 분배되는 것이 중요할 수 있다. 이러한 무맥동 흐름(non-pulsating flow)은 분배를 수행하는데 압력 용기를 사용함으로써 일어날 수 있다. 이러한 목적으로 사용되는 압력 용기는 초고순도 질소와 같은(수행되는 처리에 대해서) 화학적으로 무반응성인 가스로 가압된다. 예컨대, 미국 특허 제 5,417,346 호는 먼저 진공화되어 액체를 흡인하는 3개의 압력 용기로 분배되는 액체를 가진다. 그 후, 압력 용기는 질소로 가압화되어 액체를 분배한다.

모든 분배 시스템에 있어서, 분배되는 액체의 실제 사용량과 관련된 문제가 발생할 수 있다. 즉, 분배되는 모든 액체가 사용 지점에서 필수적으로 사용되지는 않을 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서, 전술한 특허에 개시된 바와 같이, 왕복운동 경로는 부피가 큰 공급원(bulk source)으로 복귀하게 액체를 왕복운동시키도록 형성되어 있다. 이 문제는 슬러리의 경우에 현탁액 입자가 정체되어 있는 경우 슬러리의 밖으로 이동하려는 경향이 있을 것이기 때문에 특히 곤란할 수 있다. 사용되는 몇 개의 도구 또는 사용 지점이 일 분배 시스템에 의해서 공급되는 경우에 부가의 사용량에 관련된 문제가 발생한다. 하나 또는 그 이상이 오프라인(off-line)을 취하거나 또는 온라인(on-line)으로 복귀하는 경우에, 각각의 사용 지점의 액체 유량은 변할 것이다. 이것에 관해서, 미국 특허 제 5,417,346 호에서는 이송 지점의 유량이 자동적으로 트리거 니들 밸브(trigger needle valves)로 감지되어 일정한 유동상태를 유지하도록 한다. 전술한 특허에 언급하지는 않았지만, 액압을 조절하는 압력 조절 밸브를 통해 액체를 부피가 큰 공급원으로 회귀시키는 액체를 복귀 라인내의 압력을 조절함으로써 요구에 따라 분배 시스템의 전체 응답을 변경하도록 제어하는 것이 통상적이다. 일정한 유동 상태를 보증하는 밸브를 사용하는 것에 관련된 문제는, 분배될 화학약품이 매우 부식성 및/또는 마모성 등이 클 수 있으며, 이와 같이 밸브는 분배 장치의 잠재적인 마모 및 유지보수 지점으로서 작용을 할 수 있다는 것이다.

후술되는 바와 같이, 본 발명은 액체의 연속 순환을 본질적으로 허용하는, 순환 작동을 포함하며 또한 분배될 액체와 접촉하는 밸브의 사용없이 사용 지점의 유동 상태를 제어하는데 특히 적합한 액체 분배 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 가스압의 힘에 의해 적어도 하나의 사용 지점에 액체를 분배하는 장치를 제공한다. 이것을 위해서, 복수개의 챔버가 제공되는데, 각각의 챔버는 그로부터 액체가 이동되고, 미사용 액체가 복귀되며 새 액체가 도입되는 분배, 복귀 및 충전의 작동 모드를 가진다. 압력 용기로부터 상기 액체를 이송하고 적어도 하나의 사용 지점으로부터 상기 미사용 액체를 복귀시키도록 적어도 하나의 사용 지점에 결합된 유동 회로를 갖는 액체 분배 시스템이 제공된다. 액체 분배 시스템은 또한 챔버와 상기 유동 회로 사이에서 연통하는 밸브 네트워크(valve network)를 가진다. 밸브 네트워크는 두 개의 챔버가 서로 연통할 수 있도록 구성됨으로써 상기 두 개의 챔버중 하나가 분배 모드로 기능하도록 하며 두 개의 챔버중 다른 하나가 복귀 모드로 기능하여 적어도 하나의 사용 지점으로부터 상기 미사용 액체를 수용한다. 또한, 분배의 작동 모드중 각각의 상기 챔버로부터의 액체를 액체 분배 시스템으로 이동시키는 수단이 설치되어 있다.

다른 면에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 사용 지점에 액체를 분배하는 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 복수개의 챔버 각각은 챔버중 하나가 분배의 작동 모드 상태에 있을 때, 다른 한 챔버가 복귀의 작동 모드 상태에 있도록 일 싸이클중에서 분배, 복귀 및 충전의 작동 모드가 수행된다. 액체는 분배의 작동 모드중 각각의 챔버로부터 나와서 적어도 하나의 사용 지점으로 이송되고 미사용 액체가 상기 복귀의 작동 모드 상태에 있는 다른 압력 용기로 복귀한다. 각각의 압력 용기는 충전의 작동 모드중에 분배될 새로운 액체로 충전된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 장치와 방법은 공정이 연속하도록 3개의 챔버로 수행된다. 그러나, 본 발명은 두 개의 챔버로 수행될 수도 있을 것이다. 이러한 경우에 복귀 모드의 종말점과 충전 모드의 종말점 사이 또는 기타에 약간의 불연속한 작동이 있을 수 있을 것이다. 복귀 모드와 충전 모드의 약간의 중첩이 연속 작동을 허용할 수 있을 것이다. 게다가, 본 발명은 챔버를 갖는 임의의 장치와 결합하여 샐행될 수 있다. 예컨대, 본 발명이 챔버로서 기능을 하는 압력 용기를 참고로 설명되지만, 챔버로서 기능을 하는 펌핑 챔버 또는 실린더를 갖는 펌프에 동등하게 적용가능할 것이다. 이러한 모든 가능성은 첨부된 청구범위안에 포함되도록 의도된다.

상기 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명은 기본적인 의미에서 분배된 액체가 사용 지점으로 순환되고 미사용 액체가 복귀의 작동 모드 상태의 챔버로 귀환하게 하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 방식으로, 액체는 분배 작동중에 운동을 한다. 분명한 바와 같이, 본 발명은 다른 면에서 분배, 복귀, 및 충전의 작동 모드로 이루어진 기본적 순환 작동은 사용 지점의 액체 압력을 일정하게 보증함으로써 사용 지점의 유량 상태를 일정하게 확보하기에 특히 적합하다는 사실에 관한 것이다. 압력 용기의 경우에, 이것은 분배 모드를 수행하는 압력 용기의 가스 압력과 복귀 모드를 수행하는 압력 용기의 내부 압력을 조절함으로써 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 다른 장점 및 특징은 물론 상세한 설명과 도면으로부터 분명하게 될 것이다.

본 명세서는 출원인이 자신의 발명이라고 간주하는 발명의 요지를 구별되게 지적하는 청구범위로 귀결되지만, 본 발명은 첨부된 도면을 관련하여 설명될 때 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 장치의 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 12, 14 : 압력 용기 16 : 액체 분배 시스템

18 : 유동 회로 20 : 밸브 네트워크

28 : 압력 배관 시스템 44, 46, 60, 62 : 차단 밸브

52, 54, 56, 58 : 체크 벨브 36, 40 : 매니폴드

88, 90, 92, 94, 96, 98 : 제 1의 3 방향 밸브 108, 110, 112 : 압력 레귤레이터

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(1)가 도시되어 있다. 장치(1)는 슬러리와 같은 화학적 액체를 사용 지점(2, 3)으로 분배하도록 의도되는데 이 사용 지점은 슬러리의 경우에 액체를 화학적 기계적 연마 장치로 이동시키는 연동 펌프(peristaltic pump)일 수도 있다.

장치(1)는 압력 용기(10, 12, 14)를 구비한다. 후술되는 바와 같이, 각각의 압력 용기(10, 12, 14)는 분배, 복귀 및 충전의 작동 모드를 수행한다. 분배 모드에서, 각각의 압력 용기(10, 12, 14)는 가압되어 액체를 사용 지점(2, 3)으로 이송시킨다. 액체는 각각의 압력 용기(10, 12, 14)로부터 사용 지점(2, 3)에 결합된 유동 회로(18)를 갖는 액체 분배 시스템(16)을 통해서 분배되는데, 액체 분배 시스템(16)은 액체를 압력 용기(10, 12, 14)로부터 사용 지점(2, 3)으로 이송하며 미사용 액체를 그로부터 압력 용기(10, 12, 14)로 복귀시킨다. 그 후 미사용 액체는 복귀 모드 상태에 있는 압력 용기(10, 12, 14)로 돌아간다. 또한 액체 분배 시스템(16)은 또한 밸브 네트워크(20)를 가져서 각각의 압력 용기(10, 12, 14)의 저부 영역(22, 24, 26)으로부터의 액체 유동 또한 저부 영역(22, 24, 26)으로의 액체 유동을 제어한다. 도시되지는 않았지만, 모든 액체의 배관은 슬러리와 같은 액체의 전단을 방지하기 위해서 평활한 반경 굽힘을 포함하여야 한다. 압력 배관 시스템(28)은 압력원(도시되지 않았지만 기술분야의 숙련자들에의해 이해될 수 있을 것임, 기화 액체 질소)과 압력 용기(10, 12, 14) 각각의 상부영역(30, 32, 34) 사이의 연통을 제공한다.

후술되는 바와 같이, 유동 회로(18)내의 액체 압력이 감지되고 분배 및 복귀 모드 상태에 있는 압력 용기내의 압력은 액체 압력이 실질적으로 일정하게 유지되도록 액체 압력을 제어하기 위해 조절된다. 이 압력 제어는 각각의 사용 지점(2, 3)으로의 액체 유량이 일정하게 유지되도록 할 것이다.

유동 회로(18)는 액체를 사용 지점(2, 3)으로 보내고 사용 지점(2, 3)으로부터 액체를 밸브 네트워크(20)로 귀환시키는 분배 레그(18A)와 복귀 레드(18B)를 가진다. 단지 두 개의 사용 지점(2, 3)이 도시되어 있지만, 본 발명은 임의의 갯수의 사용 지점에 적용가능하다. 본 발명은 단일 사용 지점에 조차도 적용가능할 수 있으며 단일 사용 지점이 간헐적으로 사용되는 경우에 특히 편리할 수도 있다.

밸브 네트워크(20)는 각각의 압력 용기가 분배 모드에 있을 때 다른 압력 용기가 사용 지점(2, 3)으로부터의 미사용 액체를 수용하는 복귀 모드에 있도록 설계된다. 이것을 위해서, 밸브 네트워크(20)는 액체가 분배 레그(18A)로 분배되는 분배 매니폴드(38)와, 미사용 액체가 복귀 레그(18B)로부터 복귀하는 복귀 매니폴드(38)를 구비한다. 분배될 액체의 부피가 큰 공급원에 결합될 수 있는 입구(42)를 가지는 공급 매니폴드(40)가 설치되어 있다. 도시되지는 않았지만, 임의의 수단이 부피가 큰 공급원으로부터 입구(42)로 이송하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 펌프, 중력, 및 진공이 사용될 수 있으며 어떤 특별한 수단이 바람직하지 않다.

밸브 네트워크(20)는 압력 용기(10, 12, 14)의 다양한 작동 모드중에 액체의 유동을 제어하는 차단 밸브와 체크 밸브의 그룹을 구비한다. 차단 밸브는 각각 액체의 흐름을 허용하고 또한 차단하는 개방 위치와 폐쇄 위치를 가진다. 체크 밸브는 단지 일방향으로의 흐름을 허락한다. 상세하게는, 제 1 및 제 2 차단 밸브(44, 46)와 한 세트의 두 개의 체크 벨브(52, 54)가 압력 용기(10)의 작동과 관련있으며, 제 1 및 제 2 차단 밸브(52, 54)와 체크 밸브(56, 58)는 압력 용기(12)의 작동과 연관되어 있으며 제 1 및 제 2 차단 밸브(60, 62)와 두 개의 체크 밸브(64, 66)는 압력 용기(14)의 작동과 연관되어 있다. 두 개의 체크 밸브(48, 50, 56, 58, 61, 66)가 액체의 복귀 매니폴드(38)로부터의 유동만을 허락하거나 또는 분배 매니폴드(36)로의 흐름만을 허락하도록 배향된다는 것을 주목하여야 한다.

그러므로, 압력 용기(10)가 분배 모드에 있으면, 제 1 차단 밸브(44)가 폐쇄 위치로 설정될 수 있고 제 2 차단 밸브(46)가 개방 위치로 설정될 수 있다. 이것은 액체가 압력 용기(10)로부터 분배 매니폴드(36) 그리고 그 다음에 유동 회로(18)의 분배 레그(18A)로 이동되게 할 것이다. 압력 용기(12)가 분배 모드에 있을 때, 제 1 차단 밸브(52)가 폐쇄 위치에 설정될 것이며 제 2 차단 밸브(54)가 개방 위치에 설정될 것이다. 유사하게, 압력 용기(14)가 분배 모드에 있을 때, 제 1 차단 밸브(60)가 폐쇄 위치에 있을 것이며 제 2 차단 밸브가 개방 위치에 설정될 것이다.

압력 용기(10)가 분배 모드에서 작동할 때, 압력 용기(12)는 복귀 모드에서 작동될 것이다. 이것을 위해서, 이 제 1 차단 밸브(52)가 폐쇄 위치에 설정되며 제 2 차단 밸브(54)가 개방 위치에 있다. 미사용 액체는 유동 회로(18)의 복귀 레그(18B)를 통해서 복귀 매니폴드(38)로 그 다음에 체크 밸브(56)와 제 2 차단 밸브(54)를 통해서 압력 용기(12)의 저부 영역(24)으로 귀환 유동할 것이다. 그러므로, 복귀 모드의 압력 용기(12)에 대해 설정한 차단 밸브는 분배 모드와 동일할 것이다. 동일 밸브의 설정은 압력 용기(10)가 복귀 모드에 있을 때 제 1 및 제 2 차단 밸브(44, 46)에 대해서 그리고 압력 용기(14)가 복귀 모드에 있을 때 제 1 및 제 2 차단 밸브에 대해서 유효할 것이다. 후술되는 바와 같이, 유동 방향은 분배 모드 상태의 압력 용기(10, 12, 또는 14)의 가압 압력보다 저압에서 복귀 모드 상태가 되는 압력 용기(10, 12, 또는 14)의 가스 빼기를 통해서 달성된다. 체크 밸브 쌍(48, 50; 56, 58; 64, 66)은 분배 매니폴드(36)로부터 복귀 매니폴드(38)로의 가압 액체 유동의 역류를 방지한다.

가압 용기(10)가 분배 모드에 있고 압력 용기(12)가 복귀 모드에 있을 때, 압력 용기(14)는 충전 모드에 있을 것이다. 이것을 위해서, 제 1 차단 밸브(60)는 개방 위치로 설정되고 제 2 차단 밸브(62)는 폐쇄 위치에 설정된다. 액체는 부피가 큰 공급원으로부터 입구(42)로 도입되어 공급 매니폴드(40)로 유동하며, 그 후 압력 용기(14)의 저부 영역(26)으로 흐른다. 압력 용기(10)가 충전 모드에 있을 때, 제 1 차단 밸브(44)는 개방 위치에 설정될 것이며 제 2 차단 밸브(46)는 폐쇄 위치에 설정될 것이며 압력 용기(12)가 충전 모드에 있을 때 제 1 차단 밸브(52)는 개방 위치로 설정될 것이며 제 2 차단 밸브(54)는 폐쇄 위치로 설정될 것이다.

압력 용기(10, 12 또는 14)가 분배 모드에 있은 후, 이것은 복귀 모드 그 다음에 충전 모드에서 작동될 것이다. 그러나, 모드 사이의 변환은 순간적이지 않으며, 이에 의해 임의의 어느 시기에 압력 용기(10, 12, 또는 14)중 두 개가 짧은 간격동안 분배 모드에서 작동할 것이다. 이들 두 개의 압력 용기는 각기 충전 모드를 완료하고 분배 모드에서 작동한 것일 것이다. 이러한 분배 모드의 동시 작동 후, 두 개의 압력용기 중 가장 최근에 충전 모드를 완료한 하나가 분배 모드로서 계속해서 기능을 할 것이며 다른 압력 용기가 다음에 복귀 모드로 기능할 것이다. 이 시기동안, 복귀 모드로 기능을 하였던 제 3의 압력 용기(10, 12 또는 14)가 동시에 작동을 할 것이며 그 후 충전 모드로 변환될 것이다. 이러한 모드의 혼합은 유동 회로(18)내에 압력 맥동이 발생하지 않도록 작용한다. 후술되는 바와 같이, 모드의 트리거링은 액체 수위 검출에 의해서 제어된다.

밸브 네트워크(20)에 또한 차단 밸브(68)를 형성하여 부피가 큰 공급원으로부터의 유동을 차단한다. 또한 차단 밸브(70)가 설치되어 있다. 정상 작동중, 차단 밸브(70)가 폐쇄 위치에 설정된다. 개방 위치에 설정될 때, 액체는 부피가 큰 공급원으로 재순환하게 된다. 차단 밸브(72, 74)는 매니폴드(36)와 복귀 매니폴드(38)의 배수를 허용한다. 상기 배수중, 차단 밸브(76, 78)가 유동 회로(18)를 차단한다. 차단 밸브(80)는 액체가 유동 회로(18)로부터 귀환되어 배수관으로 나가도록 설치되어 있다.

압력은 분배될 화학 약품과 무반응성인 가압 가스원으로부터 공급된다. 반도체 제조 산업에 있어서 가압 초고순도 질소가 이러한 목적으로 통상 사용된다. 압력 용기 배관 시스템(28)은 가스 압력원에 결합하는 입구(84)와 배기 가스에 부식성 화학 약품이 있는 경우에 통상 배출시키도록 배관설치된 배기 출구(86)을 구비한다. 분배 모드중의 압력 용기(10, 12, 또는 14)의 가압화는 압력 매니폴드(82)와 압력 용기(10, 12, 14) 각각의 사이에 결합되어 있는 제 1의 3 방향 밸브(88, 90, 92)에 의해서 제어된다. 복귀의 작동 모드와 충전의 작동 모드중 배기를 제어하도록 제 2의 3 방향 밸브(94, 96, 98)가 제 1의 3 방향 밸브(88, 90, 92)에 결합되어 있다. 전술한 3방향 밸브(88 내지 98 포함) 각각은 유동이 두 개의 밸브 포트 사이에서 달성될 수 있도록 두 개의 위치를 가진다.

제 1의 3 방향 밸브(88, 90, 92) 각각은 두 개의 위치중 첫번째에 설정될 때, 유체 연통이 압력 매니 폴드(82)와 각각의 연결된 압력 용기(10, 12, 또는 14) 사이에서 이루어져서 분배 모드를 이룬다. 따라서, 제 1의 3 방향 밸브(88)가 두 개의 위치중 제 1 위치에 설정될 때, 고압 질소가 분배의 작동 모드상태에 있는 압력 용기(10)속으로 유동된다.

제 1의 3 방향 밸브(88, 90 또는 92) 각각이 두 개의 위치중 제 2 위치에 설정될 때, 연통이 압력 용기(10, 12, 14)의 상부 영역(30, 32, 34)과 제 2의 3 방향 밸브(94, 96, 98) 사이에 이루어진다. 이 제 1의 3 방향 밸브(88, 90, 92)의 제 2 설정은 충전의 작동 모드중과 복귀의 작동 모드중에 나타난다.

3방향 밸브(94, 96, 98)가 제 1 및 제 2의 두개의 위치[제 1의 3 방향 밸브(88, 90, 92)는 이들 두개의 위치중 제 2 위치에 설정되었다]에 설정될 때 유체 연통이 압력 용기(10, 12, 14)의 상부 영역(30, 32, 34)과 유동 경로(100) 또는 유동 경로(102) 사이에 형성된다. 제 2의 3 방향 밸브가 유동 경로(100)를 포함하는 위치에 설정될 때, 압력 용기(10, 12, 14)가 대기압으로 공기가 빠지므로써 간단히 배기된다. 이것은 충전 모드중 압력 용기(10, 12, 또는 14)의 충전을 허용한다. 예컨대 압력 용기(14)가 충전 모드에 있으면, 제 1의 3 방향 밸브(92)는 그것의 제 2 위치에 설정될 것이며 제 2의 3 방향 밸브(98)는 유동 경로(100)와 유체 연통하게 하는 위치에 설정될 수 있을 것이다. 이러한 경우에 압력 용기(12)는 복귀 모드 상태에 있을 것이며, 마찬가지로, 제 2의 3 방향 밸브(96)는 유동경로(102)와 유체 연통하는 위치의 반대편에 설정될 수 있을 것이다. 유동 경로(102)는 복귀 모드를 통해서 가스가 배출되는 압력 제어 밸브(104)를 가진다. 압력 제어 밸브(104)는 가스 압력보다 저압에서 작동하도록 제어되는 제어 밸브여서 액체가 유동 회로(18)를 통해서 구동되며 복귀 작동 모드 상태의 압력 용기내의 압력을 제어한다.

각각의 압력 용기(10, 12, 14)(분배 작동 모드중)의 압력은 파일럿 레귤레이터(106)에 의해서 조절되며 또 다른 제어 밸브가 파일럿 레귤레이터(106)의 하류에 배치된 종속 장치로서 작동되는 압력 레귤레이터(108, 110, 112)의 압력을 제어한다. 이것은 그렇지 않으면 분배, 복귀 및 충전 작동 모드 사이의 압력 용기를 전환하는 동안 압력 용기(10, 12, 또는 14)내에 발생될 압력 맥동을 방지한다. 덜 편리하지만, 단일 압력 레귤레이터(106)가 종속 장치로서 작동하는 압력 레귤레이터(18, 110, 112) 없이 사용될 수 있을 것이다. 또한, 압력 릴리프 밸브(114)가 안전 장치로서 제공되어 제대로 작동하지 않을 수 있는 압력 용기 배관 시스템(28)의 오류를 방지한다.

알 수 있는 바와 같이, 가스 압력을 압력 용기로 전달할 수 있는 상기 수단이 바람직하지만, 다른 많은 밸브 조립체중 하나일 수 있다. 예를들어 압력 용기로부터 또는 압력 용기로 연결된 분리형 관을 갖는 두 개의 위치의 밸브가 용기에 압력을 전달하며 차후 용기내를 배기하도록 제공될 수 있다.

도시되지는 않았지만, 당해 기술분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 바와 같이, 차단 밸브와 3 방향 밸브로서 작동하는 전술한 모든 밸브가 프로그램화가능한 논리 제어기 또는 아날로그 장치에 의해서 제어될 수 있다. 이러한 회로 또는 장치 및 전기적 연결부가 당해 기술분야의 숙련자들에게 공지되어 있으므로 도시되어 있지 않다. 그러나, 이러한 회로 또는 장치의 작동은 고수위 검출기(116, 118, 120)와 제 1 및 제 2 저수위 검출기(122, 124, 126; 128, 130, 132)에 의해서 각기 제어될 수 있을 것이다. 각각의 수위 검출기(116 내지 132)는 초음파 검출기, 포인트 레벨 검출기 및 기계적 장치중 어느 것일 수 있다.

예를들어, 압력 용기(10)가 분배 작동 모드에 있으면, 액체 수위가 제 1 저수위 센서(122)에 의해서 검출될 때, 압력 용기(14)(액체로 충전됨)가 가압되도록 트리거되므로써 제 1의 3 방향 밸브(92)가 압력 매니폴드(82)와 압력 용기(14)의 상부 영역(34) 사이에 유체 연통을 이루는 위치에 설정된다. 약간의 지연후, 차단 밸브(62)가 개방되어 양 압력 용기(10, 14)가 분배 모드로 작동한다. 압력 용기(12)는 복귀 모드로 기능을 한다. 압력 용기(10)의 액체 수위가 떨어지고 제 2 저수위 검출기(128)에 의해서 감지될 때, 제 1 및 제 2의 3 방향 밸브(88, 94)는 압력 용기(10)가 유동 경로(102)를 통해서 배기되도록 설정된다. 마찬가지로, 압력 용기(10)는 압력 용기(12)와 복귀 작동 모드에서 작동한다. 이 기간 동안, 미사용 액체가 압력 용기(10, 12)를 역충전시킨다. 압력 용기(10)내에서 감지되는 액체의 수위가 상승하고 제 1 저수위 검출기(122)에 의해서 감지될 때, 밸브(52)가 그 개방 위치로 트리거되고 차단 밸브(54)가 그 폐쇄 위치로 재설정되어 압력 용기(12)는 충전 작동 모드 상태가 되고 액체 수위가 고수위 검출기(118)에 의해서 감지될 때 까지 액체로 채워진다. 동시에 제 1 및 제 2의 3 방향 밸브(90, 26)이 유동 경로(100)를 통해 배기되는 대기압을 허용하도록 설정된다. 고수위가 수위 검출기(118)에 의해서 감지될 때, 밸브(52)는 그 폐쇄 위치로 재설정된다. 다음 작동 싸이클 중, 압력 용기(12)는 분배 모드에서 작동할 것이며 압력 용기(10)는 복귀 모드로부터 충전 모드로 변할 것이며 압력 용기(14)는 분배 모드와 복귀 모드 사이에서 변할 것이다. 전술한 바와 같이, 이러한 모드의 혼합은 유체 회로(18)내의 어느 정도의 압력 맥동을 야기할 수 있는 순간적인 전환에 바람직하다.

사용 지점의 압력과 이에 따른 액체 유동을 제어하기 위해서, 유동 회로(18)내의 액체 압력이 압력 트랜스듀서(134)에 의해서 감지된다. 이것의 중앙 배치는 따라서 양 사용 지점(2, 3)의 압력을 일정(결과적으로 일정한 유동을 야기)하게 할 것이다. 압력 트랜스듀서(134)의 출력부가 파일럿 레귤레이터(106)와 압력 제어 밸브(104)를 조정하도록 차례로 작동하는 제어기(136)에 대한 입력부로 되는데, 이것은 제어 밸브를 원격으로 작동시켜 분배 모드 상태인 압력 용기와 복귀 모드 상태인 내부 압력 용기의 가스 압력을 제어하여 압력 트랜스듀서(134)에 의해서 감지된 바와 같은 액체 압력이 시스템 응동의 한계안에서 실질적으로 일정하게 유지되게 한다. 제어기(136)가 액체 압력이 떨어질 때, 파일럿 레귤레이터(106)가 개방되어 압력이 증가하고 그 역으로 압력이 증가되어 개방되도록 프로그램화된다. 또한, 이 때 압력 제어 밸브(104)가 복귀 모드 상태인 압력 용기내를 저압으로 유지하도록 조정되며 또한, 압력 트랜스듀서(134)에 의해서 감지되는 바와 같이 액체 압력이 일정하다 이것은 액체 압력을 일정하게 하고 파일럿 레귤레이터(106)와 압력 제어 밸브(104)를 유동 특성에 따라 적절히 조정함으로써 달성된다.

또 다른 가스 압력과 내부 압력을 제어함으로써 사용 지점의 액체 유동을 제어하는 덜 바람직한 수단은 파일럿 레귤레이터(106)와 압력 제어 밸브(104)에 대해서 기계적으로 조정되는 밸브가 채용된다. 이러한 기계적으로 조정되는 밸브는 일정한 가스 압력과 내부 압력을 유지하도록 설정된다. 이러한 수단의 단점은 액체 압력을 유지할 수 없어서 사용 지점의 액체 압력에 대응하는 전자 시스템만큼 정밀하게 유동할 수 없다는 것이다.

당해 기술분야의 숙련자들이 알 수 있는 바와 같이, 압력 제어 밸브(104)는 복귀 모드 상태의 용기내를 일정 압력으로 유지하도록 설계된 기계적 장치일 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 파일럿 레귤레이터(106)만이 액체 압력 변화에 대응하여 제어기(136)에 의해서 조정될 수 있을 것이다. 마찬가지로, 파일럿 레귤레이터(106)는 액체 압력 변화에 대응한 제어기(136)에 의해서 압력 제어 밸브(104)만이 작동되는 기계적 장치일 수 있다. 그러나, 임의의 실시예에 있어서, 압력 제어 밸브(104)는 가스 압력과, 유동 회로(18)를 액체가 통과하게 하는 복귀 작동 모드 중 배기되는 가스 사이의 압력차를 유지하도록 작동되어야만 한다.

전술한 바와 같은 방식으로, 본질적으로 부식성 및/또는 마모성 액체는 일정한 액체 압력을 유지하도록 작동하는 제어 밸브와 결코 접촉하지 않는다.

당해 기술분야의 숙련자들이 알 수 있는 바와 같이, 단지 3개의 압력 용기가 도시되어 있지만, 3개 이상의 압력 용기가 본 발명의 실시예에 사용될 수 있을 것이다. 예컨대, 제 4의 압력 용기가 시스템이 차단된 경우에 항상 충전되고 가압될 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 최소 두 개의 챔버 또는 압력 용기가 본 발명을 수행하는데 필요하다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참고로하여 설명하였지만, 당해 기술분야의 숙련자들에게 다양한 변경, 부가 및 생략이 본 발명의 정신과 범위를 벗어남없이 가능할 것이다.

본 발명은 액체의 연속 순환을 본질적으로 허용하는, 순환 작동을 포함하며 또한 분배될 액체와 접촉하는 밸브의 사용없이 사용 지점의 유동 상태를 제어하는데 특히 적합한 액체 분배 장치 및 방법을 달성할 수 있다.

Claims

적어도 하나의 사용 지점에 액체를 분배하는 장치에 있어서,

각각 액체가 이동되고, 미사용 액체를 귀환시키며, 새 액체가 도입되는 분배, 복귀 및 충전의 작동 모드를 가지는 복수개의 챔버와,

상기 압력 용기로부터 상기 액체를 이송하고 적어도 하나의 사용 지점으로부터 상기 미사용 액체를 복귀시키도록 적어도 하나의 사용 지점에 결합된 유동 회로를 가지며, 또한 챔버와 상기 유동 회로 사이에서 연통하는 밸브 네트워크(valve network)를 가지는 액체 분배 시스템과,

두 개의 챔버가 서로 연통할 수 있도록 구성됨으로써 상기 두 개의 챔버중 하나가 분배의 작동 모드로 기능하도록 하며 두 개의 챔버중 다른 하나가 복귀 모드로 작동하도록 기능하여 적어도 하나의 사용 지점으로부터 상기 미사용 액체를 수용하도록 구성된 상기 밸브 네트워크와,

분배의 작동 모드중 각각의 상기 챔버로부터의 액체를 액체 분배 시스템으로 이동시키는 수단을 포함하는 액체 분배 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 챔버는 압력 용기를 포함하며,

상기 액체 구동 수단은 압력원과 상기 분배 모드중 가스 압력으로 상기 용기를 가압하는 각각의 상기 용기 사이를 선택적으로 연통하는 가압 수단을 구비하는 액체 분배 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 분배 및 복귀 작동 모드에서 작동할 때 상기 각각의 압력 용기내의 가스 압력과 내부 압력을 상기 적어도 하나의 사용 지점의 액체 압력이 실질적으로 일정하게 유지되도록 조정하는 제어 수단을 더 포함하는 액체 분배 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어 수단은,

상기 분배 및 복귀 작동 모드중 상기 압력 용기내의 가스 압력과 상기 내부 압력을 제어하도록 배치된 원격 작동 제어 밸브와,

액체 압력을 감지하도록 상기 유동 회로내에 배치된 압력 트랜스듀서와,

액체 압력이 실질적으로 일정하게 되도록 상기 제어 밸브를 제어하도록 구성되고 상기 압력 트랜스듀서에 대응하는 제어기를 포함하는 액체 분배 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 압력 수단은 상기 충전 작동 모드와 복귀 작동 모드중 상기 용기를 배기하도록 또한 구성되며 두 개의 유동 경로를 가지며, 두 개의 유동 경로중 하나는 충전 작동 모드 동안 작동하여 대기압으로 배기되고 두 개의 유동 경로중 다른 하나는 복귀 작동 모드 동안 작동하며 상기 제어 수단과 관련되어 복귀 모드에서 작동하는 상기 압력 용기 각각의 내부 압력이 두 개의 유동 경로중 다른 하나를 통해서 제어되도록 하는 액체 분배 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액체 분배 시스템은 또한 입구를 가지며 상기 밸브 네트 워크는 상기 압력 용기와 상기 입구 사이를 충전 작동 모드 동안 선택적으로 연통하도록 구성되는 액체 분배 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 압력 수단은,

상기 가스 압력원과, 상기 가스 압력을 제어 하도록 제어 밸브 중 하나에 접속되는 입구와 배기 출구를 갖는 압력 매니폴드와,

두 개중 하나가 대기압으로 배기되고 다른 하나가 상기 내부 압력을 제어하도록 상기 제어 밸브중 다른 하나를 가지는 상기 배기 출구에 연결된 두 개의 유동 경로 및,

상기 압력 매니 폴드와 상기 압력 용기에 접속된 제 1의 3 방향 밸브와 상기 제 1의 3 방향 밸브와 상기 두 개의 유동 경로에 접속된 제 1의 3 방향 밸브를 포함하며,

상기 제 1 및 제 2의 3 방향 밸브는 각기 상기 제 1의 3 방향 밸브가 두 개의 위치중 제 1 위치에 설정될 때 상기 압력 매니폴드와 상기 압력 용기 사이에 연통이 이루어지게 하고 상기 제 1의 3 방향 밸브가 두 개의 위치중 제 2 위치에 설정될 때 상기 압력 용기와 상기 제 2의 3 방향 밸브 사이에 연통이 이루어지게 하며, 상기 제 2의 3 방향 밸브가 두 개의 위치중 제 1 및 제 2 위치에 설정될 때 두 개의 유동 경로 양자 사이에 연통이 이루어져서 상기 제어 수단을 통하여 대기압으로 배기되게 하는 두 개의 위치 사이에 구성되는 액체 분배 장치.
제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 밸브 네트워크는,

분배 매니폴드와,

복귀 매니폴드와,

상기 입구를 갖는 입구 매니폴드 및,

각각의 상기 압력 용기에 대해서, 제 1 및 제 2 차단 밸브가 그에 결합되며 한 쌍의 두 개의 체크 밸브가 상기 제 2 차단 밸브를 상기 분배 매니폴드와 복귀 매니폴드에 결합하며, 상기 제 1 차단 밸브는 상기 입구 매니폴드에 결합되어 개방 위치에 설정될 때 액체가 상기 압력 용기 각각을 충전시키게 하며 제 2 차단 밸브가 상기 압력 용기와 상기 한쌍의 두 개의 체크 밸브 사이에 개재되게 하며 상기 두 개의 체크 밸브가 상기 복귀 매니폴드로부터 상기 제 2 차단 밸브까지의 상기 액체 유동을 가능하도록 배향되어서 상기 제 2 차단 밸브가 그 개방 위치에 있을 때, 액체가 분배 모드 동안 상기 분배 매니폴드에 상기 압력 용기 각각으로부터 유동하게 하거나 또는 상기 복귀 매니폴드로부터 상기 압력 용기로 복귀 모드 동안 복귀할 수 있도록 하는 액체 분배 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 분배 작동 모드, 상기 복귀 작동 모드 및 상기 충전 작동 모드를 트리거하도록 상기 압력 용기에 결합되는 액체 수위 센서를 더 포함하는 액체 분배 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 복수개의 압력 용기는 3개의 상기 압력 용기로 구성되는 액체 분배 장치.
적어도 하나의 사용 지점에 액체를 분배하는 방법에 있어서,

복수개의 챔버 각각을 챔버중 하나가 분배의 작동 모드 상태에 있을 때, 부가의 챔버가 복귀의 작동 모드 상태에 있도록 일 싸이클 중에 분배, 복귀 및 충전의 작동 모드를 수행하도록 하는 단계와,

분배의 작동 모드중 액체를 각각의 상기 챔버로부터 적어도 하나의 사용 지점으로 이송시키는 단계와,

미사용 액체가 상기 복귀의 작동 모드 상태에 있는 다른 압력 용기로 복귀되는 단계와,

각각의 압력 용기를 충전의 작동 모드중에 분배될 새로운 액체로 충전시키는 단계를 포함하는 액체 분배 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 챔버 각각은 압력 용기이며 상기 압력 용기는 분배 모드중 가스 압력으로 가압되어 압력 용기 각각으로부터 액체를 뽑아내는 액체 분배 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 복귀 작동 모드 동안 상기 압력 용기 각각의 내부의 상기 가스 압력과 내부압력을 조절하여 상기 적어도 하나의 사용 지점의 액체 압력이 실질적으로 일정하게 유지되게 하는 액체 분배 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 유동 회로의 액체 압력을 감지하는 단계 및,

감지된 액체 압력에 대응하여 상기 가스 압력과 내부 압력을 조절하는 단계를 더 포함하는 액체 분배 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 액체의 고수위와, 상기 액체의 제 1 및 제 2 저수위가 상기 챔버안에 감지되고, 제 2 저수위는 제 1 저수위 아래에 위치되며,

상기 액체의 제 1 저수위가 상기 일 챔버안에서 감지될 때, 상기 충전 작동 모드를 완료한 다른 챔버가 분배 작동 모드 상태가 되어 상기 일 챔버와 다른 챔버가 동시에 상기 분배 작동 모드 상태가 되게 하며,

상기 액체의 제 2 저수위가 상기 일 챔버안에서 감지될 때, 상기 일 챔버와 상기 다른 챔버가 동시에 상기 복귀 작동 모드 상태가 되게 하며, 상기 액체의 제 1 저수위가 상기 일 챔버안에서 다시 감지될 때, 일 압력 용기가 복귀 작동 모드 상태가 되고 미사용 액체가 상기 일 챔버안으로 복귀되기 때문에, 상기 다른 챔버가 상기 충전 작동 모드 상태가 되며 그 내부의 액체의 수위가 고수위로 감지될 때까지 충전되는 액체 분배 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 액체는 슬러리이며 상기 사용 지점은 화학적 기계적 연마에 사용되는 공구를 포함하는 액체 분배 방법.