KR100582967B1 - 액체 여과 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장치로부터 기포의 정화를 용이하게 하는 내부 유동 경로를 가진 액체 여과 장치를 제공한다. 상기 장치는 여과 장치로 여과 장치를 통해 들어오는 유체로부터 기포를 수집하는 내부 채널을 포함하고, 작동하는 동안 더욱 효율적으로 유체가 장치로부터 기포를 쓸어내도록 가압한다. 또한 본 발명은 통기 공정동안 유체 손실을 최소화하는 자동적인 수단을 제공한다.
기포, 내부 유동 경로, 여과 장치, 내부 채널, 보울, 캡, 하우징
Description
매사추세츠주의 베드포드의 마이크롤리스 코포레이션(Mykrolis Corporation)에 의해 판매되는 IMPACT(등록상표) LVHD 필터는 낮은 지지 공간을 가지고 있는데, 이는 포토레지스트, 절연체, 비반사체, 광디스크 물질인 기기에 의해 주로 여과되는 처리 유체의 높은 비용 때문에 매우 유리하다. IMPACT LVHD 필터는 처리 유체안의 잔해가 기질위에 침전되는 것과 다른 결함이 유발되는 것을 방지하는 우수한 여과기능을 제공한다.
도1에서 현행 IMPACT 필터의 단면도를 볼 수 있다. 도1은 고립식 매니폴드(a stand alone manifold)에 경계 면을 이루거나 또는 마이크롤리스 코포레이션(Mykrolis Corporation)에 의해서 제조된 RGEN(등록상표)또는 IntelliGen(등록상표) 분배 시스템과 같은 분배 시스템과 직접 연결될 수 있는 통기구(12), 공급부(14) 및 출구(16)의 세 개의 독립적인 연결구들을 사용하는 기구를 도시한다. 처리 유체는 입구 포트(14)를 통해 유입되어 입구 튜브(24)를 통해 하우징 바닥(25)으로 유동한다. 이후 처리 유체는 수직 멤브래인(membrane) 필터(26)를 통해 출구 포트(16)로 유동하며, 여기에서 정화된 유체는 매니폴드나 또는 분배 시스템으로 역 지향된다. 통기 포트(12)는 필터의 상류 측에 축적된 기포가 하우징(22)을 빠져나가는 것을 허용한다. 필터로부터 기포를 더 잘 제거하기 위해, 하우징 캡(18)의 상부 면은 통기 포트(12)로 상향 지향된 각도로 설정된다. 이것은 공기 기포가 점차 하우징(20)의 가장 높은 지점으로 상승하여 하우징(22)을 빠져나가는 것을 허용한다.
IMPACT LHVD 필터의 특징과 이점에 대한 더욱 자세한 설명은 엠.클라크 및 정국순(M.Clarke and Kwok-Shun Cheng)에 의해 기재된 것으로, 명칭이 "처리 개선을 위한 신규한 광화학 여과 기술(New Photochemical Filtration Technology for Process Improvement)"인 마이크롤리스(Mykrolis) 출원 노트 No.MA068에 개시되어 있다. 이 출원은 1997년 11월10일자로 인터페이스 97 포스터 세션(INTERFACE '97 Poster Session)에서 처음으로 발표되었다.
그것은 http:/www.mykrolis.com/micro/appnotesliq.nsf/docs/48LQ63 에서 볼 수 있다. 또한, IMPACT LHVD의 이점은 엠.클라크(M.Calrke)에 의해 기재되고, 명칭이"IMPACT ST 매니폴드를 갖는 개선된 사진 석판술 장비 OEE(Improving Photolithography Equipment OEE with the IMPACT ST Manifold)"인 마이크롤리스(Mykrolis) 출원 노트 No.MAL109에 나타나 있다.
그것은 http:/www.mykrolis.com/micro/appnotesliq.nsf/docs/46AK7B에서 볼 수 있다.
IMPACT LHVD 필터의 디자인 및 성능이 다른 여과 장치보다 더욱 개선되었지만, 기포 통기를 위해 완전히 최적화되지는 않았다. IMPACT LHVD 필터에서, 바닥에서의 유체의 정체와 겔 입자의 생성을 방지하기 위해 유체로 바닥을 쓸도록 기포 함유 유체는 상기 장치의 바닥으로 가압된다. 그러므로 소정의 함유된 기포는 이후에 통기구로 상승하여야 한다. 다시, 바닥으로부터 천천히 상승된 기포는 상기 장치로부터 정화되기 위해 더 많은 시간과 화학물질을 필요로 한다.
필터의 단점을 보완하고 그것들이 표준 여과 및 분배 시스템에서 어떻게 사용되는지를 알기 위해, 마이크롤리스(Mykrolis)는 "투 스테이지 테크놀로지(Two Stage Technology)"또는 "TST"라 불리우는 통합된 여과 및 분배 시스템을 개발했다. 이러한 TST 시스템의 디자인은 새로운 필터의 개시 중에 버려지는 유체의 양을 최소화 할 수 있도록 기포 함유 유체의 재순환을 허용한다. 상기 시스템이 필터로부터 더욱 효과적으로 기포를 제거하고 유체를 보존할 수 있음에도 불구하고, 통기 공정이 최적화되지 못했기 때문에 노폐물은 여전히 발생한다.
투 스테이지 테크놀로지(Two Stage Technology) 시스템의 작동에 대한 보다 상세한 설명은 엠.클라크(M.Clarke)에 의해 기재되고, 명칭이 "밀리포어 2단계 기술 광화학 분배 시스템의 작동 사이클에 대한 이해(Understanding the Operating Cycles of Millipore Two-Stage Technology Photochemical Dispense System)"인 마이크롤리스(Mykrolis) 출원 노트 No. MAL111에 있다.
이것은 http:/www.mykrolis.com/micro/appnotesliq.nsf/docs/46FSWG 에서 볼 수 있다.
(심지어 TST시스템을 포함한)상기 모든 시스템에 있어, 통기 공정이 단지 기포만이 아니라 기포 함유 유체 스트림(stream)을 배출시키기 때문에 기포 통기는 아직 최적화되지 못했다. 많은 처리 유체 안에서 기포가 신속하게 상승하지 못하기 때문에 기포를 제거하기 위해 통기구로 향하는 유체의 움직임이 필요하다(사실상, 기포는 유체흐름에 의해 운반된다). 더욱이 제거되는 기포가 작을수록, 더 많은 유체가 유출된다.
상술한 출원 노트와 검토로부터 가스 기포는 반도체 제조업자에게 관심사라는 것을 알 수 있다. 그러나, 현재의 IMPACT 필터나 다른 입수 가능한 제품들에서는 부적절하게도 여과 전에 기포를 제거할 뿐 아니라 여과장치의 모든 표면에서 기포를 쓸어낼 필요가 있다.
따라서, 여과 전에 여과될 액체로부터 기포의 제거를 개시하여 제거된 가스 기포가 통기구에 인접하게 위치됨으로써, 여과된 액체로부터 가스 기포의 제거가 용이해지는 액체 여과 장치를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 유체의 손실량을 최소화하는 액체 여과 장치의 자동 통기용 수단을 제공하는 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 액체 여과 장치로부터 가스 덩어리를 제거하기 위해 특정한 유동 채널과 연결된 장치 안에서의 유체의 속도를 이용함으로써 유체로부터 가스 기포를 제거하는 장치를 제공한다. 적절하게 설계된 유동 경로는 가스 기포가 거의 대부분 수집될 수 있는 위치로 유체를 지향시킨다.
본 발명은 수용된 기포의 보다 신속하고 보다 효율적인 제거를 허용하는 하우징 커버를 가진 하우징 안에서 액체로부터 가스 기포를 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 상기 신규한 장치와 방법은 장치 내의 필터 카트리지의 플랜지 밑면 주위를 쓸어내기 위해 그 장치 입구에서의 유체속도의 일부분을 이용한다. 이것은 유체내의 가스 기포가 필터 멤브래인 상에, 그리고 하우징 커버의 내부면에 인접하게 상승하도록 가압한다. 이후 필터 카트리지의 플랜지 아래에 위치한 액체 흐름은 하우징 커버의 내부면에 수렴되고, 장치의 통기 포트 쪽으로 진행시키기 위해 유체로부터 가스 기포를 가압하도록 진행한다.
또한, 본 발명은 여과된 유체로부터 기포의 효과적인 자동 통기를 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 한 통기 사이클 중에 장치 내의 유체로부터 가스 기포를 제거하는 액체 여과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장치가 한 여과 사이클에서 작동하는 동안 그 장치 내의 표면을 이용함으로써 유체로부터 가스 기포를 제거하는 액체 여과 장치를 제공하는 것이다.
도1은 IMPACT LHVD 필터의 단면도로 종래 기술을 나타내는 도면이다.
도2a와 도2b는 유체 유동 경로를 나타내는 화살표가 도시된 본 발명의 여과 장치의 단면도이다.
도3a는 본 발명의 여과 장치의 상부 캡의 밑면도이다.
도3b는 본 발명의 필터 카트리지의 캡에 연관되어 위치한 그림 3a의 상부 캡의 부분 단면도이다.
도4a는 유체 흐름 경로를 나타내는 화살표와 함께 유체 채널을 도시한 본 발명의 부분 단면도이다.
도4b는 도4a의 장치의 밑면도이다.
도5는 본 발명의 여과장치의 보울(bowl)의 평면도이다.
도6a는 유체 유동 경로를 나타내는 화살표와 함께 유체 채널을 도시한 본 발명의 부분 단면도이다.
도6b는 도6a의 장치의 밑면도이다.
도7은 유체 유동 경로를 나타내는 화살표가 도시된 상부 캡과 하우징의 밑면도이다.
도8은 유체 유동 경로를 도시한 화살표와 유체 채널을 도시한 본 발명의 부분 단면도이다.
도9는 필터 카트리지 위로 기포를 가압하는 지점에 접근하는 유체 유동 경로의 수렴과 유체 채널을 도시한 본 발명의 부분 단면도이다.
도10은 본 발명의 다른 하우징 커버의 저면도이다.
도11은 도10의 하우징 커버와의 결합부에 사용되는 본 발명의 다른 상부 캡의 저면도이다.
도12는 본 발명의 장치를 작동하기 위한 자동화된 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 여과 장치내에서 여과되는 유체로부터 제거된 기포 및 여과된 유체의 유동 방향은 그 장치가 작동되는 모드에 따라 달라진다. 본 발명의 여과 장치는 통기구가 개방되거나 폐쇄된 상태로 작동될 수 있다. 여과 장치의 초기 작동 모드에서, 여과 장치는 유체로 채워져 있으며 상기 장치로부터 가스와 기포의 대부분을 제거하기 위해 추가의 유체가 통기구가 개방된 그 장치로 펌핑된다. 작동 모드 중에, 기포 함유 유체 역시 통기구를 통과한다. 이 초기 작동 모드 이후 통기구는 폐쇄되고 여과되는 유체는 본 발명의 여과 장치로 펌핑된다. 이러한 모드 중에, 기포는 여과되는 유체로부터 일정하게 분리되어 통기구에 또는 그 인접부에 수집된다. 바람직한 작동 모드에서, 버려지는 유체량을 최소화하기 위해 상기 필터의 구멍으로부터 완전한 또는 사실상 완전한 가스 제거를 보장하도록 유체는 한 주기의 시간동안 여과 장치에서 재순환된다. 특정 간격에서 상기 통기구는 개방되고 기포는 여과 장치로부터 배출된다. 이후 상기 통기구는 폐쇄되고 기포가 없는 유체는 필요한 곳으로 배분될 수 있다. 몇 주기의 시간 후에, 상기 장치는 추가의 기포를 수집하고 다른 통기 작동이 필요하게 된다. 다시, 기포와 유체는 통기구를 통해 배출된다.
유체에 유입된 기포는 여과 장치의 두 위치 중에 하나를 따라 유체로부터 가압된다. 제1채널은 여과 장치의 하우징 커버에 위치하며 통기구와 직접 유체 연통되도록 위치된다. 제2채널은 여과 장치의 필터 멤브래인 위에 상부 캡 안에 위치되고 제1채널과 직접 유체 연통되도록 위치된다. 제1채널은 유체가 여과 장치로 유입할 때 유체로부터 기포를 축적한다. 또한, 제1채널은 제2채널에서 회수된 기포를 받아들이도록 위치된다. 제2채널은 여과 장치의 필터 멤브래인 상류측에서 수집되거나 형성된 소정의 기포를 축적한다. 따라서, 여과 장치는 상기 여과 장치로 유입된 때 즉시 유체로부터 릴리즈된(released) 기포와 여과 전에 유체로부터 릴리즈된 기포를 회수한다.
본 발명은 공기 기포의 제거를 용이하게 하는 내부 유동 경로를 가진 액체 여과 장치를 제공하며, 상기 장치는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 보울(bowl)과, 캡과, 내부면 및 외부면을 갖고 유체 입구, 출구 및 통기구로써의 기능을 하는 구멍에 의해 특징 지워진 커버를 포함하며, 상기 캡, 커버 및 보울은 유체 채널을 형성하는 방식으로 결합되어, 이러한 채널은 기포를 장치의 외부로 그리고 통기구 방향으로 쓸어내는 것을 용이하게 하고, 상기 채널은 통기구가 위치된 하우징 부분으로 유체를 지향시키는 유체 채널과 보울 바닥을 쓸어 내도록 유체를 지향시키는 유체 채널과 캡의 밑면을 쓸어내도록 유체를 지향시키는 유체 채널을 포함한다.
양호한 실시예에서, 상기 장치는 입구 및 통기 유체 유동 경로의 단면적이 기포의 제거와 분리를 위해 최적의 유체 속도를 이루게 하는 방식으로 제어되도록 설계되어 기포 제거의 효율을 증가시킨다.
양호한 실시예에서, 상기 상부 캡의 밑면은 경사면을 갖고, 밑바닥과 천정을 갖는 상기 경사면은 통기 사이클과 여과 사이클 중에, 그리고 이들 사이클 사이에서 사용된다. 이러한 경사면은 장치로부터 기포의 제거를 용이하게 한다. 양호하게는, 상기 면의 천정은 통기구와 병치되어 기포는 더욱 효율적으로 유체로부터 제거된다.
양호한 실시예에서, 통기 경로는 캡과 커버 사이 공간의 바닥이나 바닥의 인접부에 수렴된다. 이 공간은 제거된 기포가 모이는 곳임을 알 수 있다. 본 실시예에서, 상기 면의 천정은 기포가 더 효율적으로 제거되도록 통기구와 병치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 커버의 내부면은 통기구 리지(ridge)를 갖고, 상기 통기구 리지의 천정은 실질적으로 통기구에 인접하게 위치된다.
다른 양호한 실시예에서, 유체로부터 가스를 가압하기 위한 유체 속도를 유지하도록 통기 유체 경로를 제한하는 동안 통기구는 통기 구멍 위에 직접 위치된다.
또 다른 양호한 실시예에서, 통기 공정은 자동적으로 제어되어 극소량의 유체만이 통기 공정 중에 손실된다.
본 발명은 유체를 여과하는 장치로부터 기포를 제거하는 방법을 제공하며, 상기 장치는 입구, 출구 및 통기구를 포함하고 여과 및 통기 공정 상태에 있게 되는 것을 특징으로 하며, 상기 방법은 여과 및 통기 공정 중에 쓸리는 유체 채널을 제공하는 단계를 포함한다. 제공된 유체 채널은 장치의 표면으로부터 통기구 쪽으로 공기 기포의 쓸림을 용이하게 하도록 제공되어 여과 또는 통기 중에 상기 장치를 사용하여 장치로부터 기포를 제거할 수 있다.
도2a 및 도2b를 참조하면, 본 발명의 장치는 하우징 커버(36)로부터 형성된 출구(30), 입구(32) 및 통기구(34)를 포함한다. 하우징 커버(36)는 상부 캡(38) 및 하우징 보울(42)에 끼워진다. 필터 매체(40)은 하우징 보울(42)에 내장된다. 화살표는 장치 안에서 유체가 어떻게 흐르는가를 나타낸다. 변환 밸브(44)는 유체 유동로를 입구로부터 통기구(34)로 변경한다. 여과 장치가 유체를 여과할 경우, 통기구(34)의 인접부에 공기 기포를 가라앉히는 동안 유체의 대부분은 입구(32)에서 하우징 보울(42)로 직접 지나간다. 하우징 커버(36)은 하우징 커버(36)의 전체 또는 실질적으로 전체 주변부 주위로 연장되고 가스와 기포를 통기구(34)로 향하도록 하는 경로를 제공하는 제1채널(31)을 구비한다. 상부 캡(38)에는 실질적으로 상부 캡(38)의 전체 주변부로 연장되고, 입구 유체로부터의 가스를 제1채널(31)을 지나 통기구(34)로 향하도록 하는 경로를 제공하는 제2채널(33)이 구비된다.
도3a 및 도3b에서, 하우징 커버(36)은 하우징 커버(36)의 통기구 측면(35)쪽으로 경사진 내부면(37)을 가진다. 모든 추가적인 가스 기포를 제거하기 위해 제1채널(31)은 하우징 커버(36)의 출구 측면(39)으로부터 통기구(34; 도2b)까지 나선형으로 올라간다.
또한, 도3a 및 도3b에 도시된 것처럼, 입구 유체는 통기구(34; 도2b)가 특정한 설계용으로 위치된 변환 밸브(44)에 의해서 하우징의 중심으로부터 하우징의 측면으로 재지향된다. 이러한 구성은 기포를 함유한 유체를 입구(32; 도2b)로부터 통기구(34; 도2b) 쪽으로 이동하도록 가압한다. 단면적을 제어함으로써 유체 속도가 조절될 수 있어 효율적인 기포 제거를 위해 부력과 체류시간이 최적화된다. 이후 상기 유체는 측면 유체 채널(46)로 하향 이동한다.
도4a 및 도4b는 상부 캡(38; 도2b) 아래로 지향되어 절결부(52)를 통과하여 이후 나뉘어 지는 유입 유체를 보여준다. 대부분의 유체는 유체 정체위치 및 겔 입자의 생성을 방지하기 위해 하우징 보울 바닥(25; 도6b)를 쓸어내도록 보울(42; 도2b)의 내측에 있는 두 개의 리브(49)로 형성된 측면 유체 채널(46) 아래로 이동한다. 유입 유체의 다른 부분은 상부 캡(38; 도2b)의 밑면 주위의 가스 덩어리를 쓸어내기 위해 유체 채널(53,54)로 유입된다. 상부 캡(38; 도2b)과 하우징 보울(42; 도2b) 사이에 기계식인 시일을 형성함으로써, 유체가 상부 캡(38; 도2b) 아래로 이동한 뒤 절결부(51)를 통해 대향 측면 위로 역이동하는 것을 허용하는 유체 경로가 두 개의 채널(53,54)과 함께 생성된다.
도5는 보울(42; 도2b)의 바닥과 상부 캡(38; 도2b)의 밑면을 쓸도록 유입 유체를 지향시키는 상부 캡 시일 리지(55) 바로 아래에 위치된 두 개의 큰 리브(49)를 도시한다.
도6a 및 도6b는 화살표로 나타난 것과 같이 액체의 유동을 도시한다. 유입 유체는 리브(49; 도5)에 의해 형성된 측면 채널(46) 아래로 지향되어 필터 매체(40; 도2b)의 바닥과 보울(42)의 내부면 바닥 사이의 공간을 쓸어낸다. 또한, 유체는 상부 캡(38)의 밑면을 쓸기 위해 채널(53,54; 도4b)로 지향된다.
도7은 가스 기포를 제거하기 위해 증가하는 경사 위에 제2채널(33; 도2b)을 통과하여 상부 캡(38; 도2b)의 밑면(57)으로 향하는 유체 유동을 도시한다.
도8은 기포를 제2채널(33)을 통과하여, 절결부(51)를 통과하여 상부 캡(38; 도2b) 위를 지나 상부 캡(38; 도2b)과 커버(36; 도2b) 사이의 공간으로 지향시키는 진입점(48)으로 수렴하는 유동 경로를 도시한다.
도9는 하우징 커버(36; 도2b) 아래 공간의 가장 낮은 위치(최하점; 58)에서 상부 캡(38) 위로 역지향되는 유동 경로를 도시한다. 이것은 액체가 가스 기포를 상부 캡(38; 도2b)의 밑면을 따라 채널(31; 도2b)로 가압하는 것을 보장한다.
도10은 채널(73)을 따라 유체가 역류하는 것을 막기 위해 구비된 제한된 유체 유동 경로(71)가 있는 하우징 커버(88)를 도시한다. 제한된 유동 경로(71)는 임계면이 통기 공정에서만 쓸려지는 것을 허용한다. 통기 공정 중에 유체 입구(93)로 유입된 유체의 작은 양만이 통기구(92)로 직접 지나갈 수 있고, 나머지 유체 속도는 필터 카트리지(40; 도2b)의 상부 캡(81; 도11) 아래로 유체 유동을 지속하여 상부 캡(81)의 밑면을 쓸어내도록 유지된다. 이후 유체는 유체 속도가 작은 단면적으로 보다 용이하게 유지될 수 있는 통기구 홈(73)의 접근 지점(84)으로 수렴된다. 반면에, 가스 통기구(92)로의 접근이 제한되지 않음에 따라 카트리지의 쓸어냄은 여과 공정동안 수행되어야 하고, 따라서 통기 공정이나 또는 통기와 여과 공정 모두에서 덜 효율적이다. 하우징 커버(88)는 통기구(92), 유체 입구(93) 및 유체 출구(75)를 구비한다. 내부면(90, 77)은 가스 통기구(92)로의 가스 유동을 촉진하기 위해 가스 통기구 리지(87) 쪽으로 경사진다. 도11에서 도시된 것처럼, 상부 캡(81)의 밑면(94)에는 채널(73; 도10)과 유체 연통된 접근지점(84)으로 집중되는 가스 채널(83)이 구비된다. 또한, 상부 캡(81)에는 출구(75; 도10)와 유체 연통된 출구(85)가 구비된다. 도11의 상부 캡은 구역(86)을 차단하도록 하우징 커버(88)에 부착되어 지지(hold-up)공간을 감소시키고 여과 장치의 유체 유동 경로를 형성한다.
또한 본 발명은 처리 유체를 여과하고 분배하기 위한 시스템에서 액체 여과 장치 작동 방법을 제공한다. 전형적인 용도(또한 단일 스테이지 기술이라 불리는)에서, 필터는 분배 기구(예를 들어, 다이아프램 펌프, 공기 가압식 흡수통 등)와 반도체 웨이퍼 또는 광학 디스크와 같은 기질위로 유체를 향하게 하는 출구 노즐 사이에 건식으로 설치된다. 필터의 구멍으로부터 공기를 제거하기 위해, 처리 유체는 필터 안으로 푸싱되고 각 유체 흐름이 눈에 보이는 기포를 포함하지 않을 때까지 통기구 및 출구 포트 밖으로 배수된다. 불행히도, 통기구와 출구 밖으로 보내진 유체는 많은 기포를 포함하고, 기포가 코팅된 기질 위 또는 안의 결함을 유발할 수 있다는 것은 공지되어 있다. 따라서, 이런 기포 함유 유체는 보통 버려져서 다시 사용할 수 없게 되고, 이런 실시는 현저한 양의 유체를 소비할 수 있다. 처리 유체는 값비쌀 수 있으며(리터당 1,000달러에서 10,0000달러) 더 효율적으로 기포를 제거함으로써 낭비를 줄이는 것은 중요하다.
전형적인 여과 장치는 기포를 제거하기 위해 최적화되지 못했다. 기포를 제거하기 위한 양호한 작동 방위는 바닥에 유체 입구가 있고 상부에 통기구가 있는 필터를 사용한다. 비록 이것이 효과적으로 많은 가스 기포를 장치로부터 제거함에도 불구하고, 입구를 통해 주입된 더 작은 기포는 멤브래인의 외측을 따라 천천히 상승한다. 장치의 상류측으로부터 이 기포를 제거하는 것에는 상당한 시간이 소모되고 유체를 버리게 된다. 또한, 기포는 멤브래인에 의해 흡수될 수 있어 비습윤지점은 짧은 필터 수명 및 기질 결함을 유도하는 기포를 야기시킨다.
TST 시스템에서, 마이크로프로세서는 많은 공정의 이점을 허용하기 위해 그 사이에 필터를 가진 두 개의 펌프의 작동을 제어한다. 또한 이 시스템의 디자인은 새로운 필터의 개시 중에 버려지는 유체의 양을 최소화하기 위해 기포 함유 유체의 재순환을 허용한다. 건식 필터를 개시하는 동안, 유체는 필터를 통해 하류측으로 푸싱되며, (필터 멤브래인의 구멍에서 제거된 가스로부터의)기포 함유 유체는 펌프의 입구로 역순환된다. 이후 상기 유체는 필터의 상류측으로 되돌려 진다. 멤브래인 구멍은 이제 처리 유체로 채워져 있기 때문에, 멤브래인은 기포 통과에 대한 더 효율적인(하지만 완전하게 효율적이지는 않은) 차단부이다. 종래 Impact LHVD 필터 분야에서, 기포 함유 유체는 필터의 바닥으로 지향된다. 이후 기포는 자동 수단(소프트웨어 작동식 통기 밸브)에 의하거나 또는 수동 수단(수동 작동식 통기 밸브)에 의해 제거되는 필터의 통기구로 부력에 의해 상승되어야 한다. 이것이 필터로부터 기포를 제거하고 유체를 보존하는 더 효율적인 방법임에도 불구하고, 통기 공정이 최적화되지 않았기 때문에 폐기물이 여전히 발생된다. 모든 이러한 시스템에 있어, 통기 공정이 단지 기포만이 아니라 기포 함유 유체 스트림을 릴리즈하기 때문에 기포 통기는 최적화되지 못한다. 많은 처리 유체에서 기포가 신속하게 상승하지 못하기 때문에, 기포(효율적으로 기포는 유체 흐름을 따라서 운반된다)를 제거하기 위해 통기구로 향한 유체의 움직임이 요구된다. 게다가, 제거되는 기포가 작을수록, 더 많은 유체가 방출된다.
본 발명의 액체 여과 장치로 하는 기포 통기는 자동적으로 필터의 통기("양호한 통기")를 조절하는 알고리즘을 사용할 수 있다. 특히, 양호한 통기는 필터가 한 통기 사이클을 지나는 단위 시간을 제한하고, 각 통기 사이클동안 손실되는 유체의 양을 제한할 수 있다.
전형적으로, 필터는 다음과 같이 개시하는 동안 그리고 작동하는 동안 통기된다:
(A) 필터를 개시하는 동안 TST 시스템에서, 필터는 포획된 기포를 제거하기 위해 매 다섯 사이클마다 통기된다. 구체적으로, 통기 밸브는 250밀리초 (milliseconds)동안 개방되고, 대략 50에서 150마이크로리터(microliters)의 유체가 폐기물로 보내진다. 전형적인 개시와 예비 조건 설정 공정동안에, 필터는 200회 이상 통기될 수 있다. 그러므로, 이 공정은 대략 10밀리리터와 30밀리리터 사이의 유체를 소모한다. 또한 정상적인 작동 중에, 필터는 매 주기 통기되고, 결국 다시 각 분배당 50에서 150마이크로리터 사이가 손실된다.
(B) non-TST 적용에 있어서, 통기는 보통 수동 공정이고 작업자의 재량과 편의에 달려 있다. 개시 동안, 통기는 더 빈번하지만 수동적인 형태의 통기는 50에서 100밀리리터 사이의 유체 손실을 유발한다. 또한, 전형적으로 필터의 하류 유체의 재순환이 없기 때문에, 부가적인 500에서 1500밀리리터가 필터를 조절하는데 버려질 수 있다. 마지막으로, 작동하는 동안, 통기는 하루에 한번씩 수행될 수 있고, 그리고 다시, 20에서 30밀리리터 사이가 매번 손실될 수 있다.
본 발명의 액체 여과 장치로 양호한 통기는 계획될 수 있고 자동화된다. 단일 스테이지 시스템에서, 이것은 "인텔리젼트(intelligent)" 매니폴드와 본 발명의 장치를 이용함으로써 달성될 수 있다. 현행 IMPACT ST 매니폴드는 수동적인 장치이지만, 마이크로프로세서와 몇 개의 유체 연결부(예를 들면, 솔레노이드 밸브, T자관)을 부가함으로써 양호한 통기를 하도록 제조될 수 있다. 그런 시스템의 설명은 도12에서 도시된다. 이 도면에서, 본 발명의 필터 장치(70)를 갖는 매니폴드는 솔레노이드 통기 밸브(72)와 솔레노이드 재순환 밸브(74)의 작동을 제어한다. 또한 본 발명의 장치를 갖는 매니폴드는 펌프(89)와 연통된다. T자관 연결부(76)는 유체가 재순환 밸브(74) 또는 정지 및 재흡수 밸브(78)를 통해 기질(91)로 지향될 수 있도록 위치된다. T자관(80)은 정상적인 작동 중에 유체 공급원(82)로부터 또는 유체가 매니폴드와 필터 장치(70)로 재순환될 경우 밸브(74)로부터 유체를 수용하도록 위치된다. 새로운 필터의 개시에서, 재순환 밸브(74)와 정지 및 재흡수 밸브(78)는 폐쇄되고 통기 밸브(72)는 개방된다. 이후 유체는 여과 장치의 하우징을 채우기 위해 매니폴드로 보내진다. 하우징이 가득 찬 후에, 통기 손실이 최소화될 수 있도록 통기 밸브(72)가 폐쇄되고 재순환 밸브(74)가 개방되어 유체는 자동적으로 재순환될 수 있다. (정기적인 또는 소정의 몇 사이클 후의)재순환이 있는 동안 선택된 시간에, 매니폴드와 필터(70)로부터 가스를 제거하기 위해 재순환 밸브(74)는 폐쇄되고 통기 밸브(72)는 개방된다. 필터가 준비된 후에, 유체가 기질(91)상에 침전될 수 있도록 밸브(74)는 폐쇄되고 밸브(78)는 개방된다.
대부분의 경우에 있어서, 본 발명의 장치를 이용함으로써 통기사이에 사이클의 수가 늘어날 수 있다. 기포는 우선적으로 포획되고 여과 장치의 상부로 모이기 때문에, 필터 멤브래인과 접촉하거나 그 옆으로 지나지 않는다. 이로써, (예를 들면, 더 짧은 필터의 수명을 유발하거나 기질 결함을 유도하는 기포를 생성하는)비습윤지점을 형성하지 않는다. 그러므로, 통기 공정 사이의 시간은 증가될 수 있다.
또한, 통기 밸브 개방(시간 및 기하학적 형상)이 최소화될 수 있다. 일반적으로, 기포 함유 유체가 밸브를 통해 유동하는 것을 허용하기 위해 통기 밸브는 충분히 개방되어야 한다. 그러나, 기포는 더 큰 기포로 합체되기 때문에, (더 낮은 점성을 가진)공기는 작은 통로를 통과하는 유체보다 더욱 용이하게 유동하고, 짧은 시간 간격동안 약간 통기구를 개방하는 것으로도 유체가 통과하는 것은 허용하지 않으면서 공기가 통과하는 것은 허용한다. 이것은 개방 오리피스(orifice) 면적을 최소화하도록 짧은 통기구 개방 시간을 설정하거나 또는 통기구 밸브를 제어함으로써 달성될 수 있다. 이 두 가지는 서로 다른 점성도의 유체에 대한 밸브의 개방을 최소화하는데 효과적이고, 통기구로의 유체 손실을 최소화한다.
본 발명의 자동 작동 방법은 다음의 특징과 통합됨으로써 더욱 개선될 수 있다:
(A) 시스템의 멤브래인 접촉기 형의 디개서(degasser)를 설치한다. 이 디개서는 필터의 통기 라인에 설치될 수 있다. 또한, 단일 스테이지 시스템에서, 이는 필터의 상류부에 있을 수 있고, 두개의 스테이지 기술 시스템에서 펌프의 상류측에 위치된다(그러나 라인의 하류부는 개시 중에 유체를 재순환 시키는데 사용된다). 그러한 디개서는 유체 흐름에 영향을 미치지 않으면서 기포를 제거하고 미세 기포의 생성을 방지한다. 또한 이것은 정상적인 작동 중에 실질적으로 통기하지 않는 이점을 가지고 있다. 다른 탈가스 수단(예를 들면, 살포, 가열, 진공 등)이 사용될 수 있지만, 이러한 수단은 보통 처리 유체의 바람직하지 않은 변형(예를 들면, 용매 증발로 인한 점성도의 변화)을 유발한다.
(B) 기포 검출기를 통기 라인, 필터 자체의 통기 포트, 또는 여과 장치를 두개의 스테이지 기술 시스템에 연결하는 매니폴드 중에 어느 한 곳에 설치한다. 이후 기포 검출기가 마이크로프로세서에 의해 판독된 신호로 충분한 양의 가스를 감지했을 때에만 통기될 수 있다. 또한, 통기는 유체가 아닌 기포만을 배출하도록 제어될 수 있다.
Claims (12)
- 기포의 제거를 용이하게 하는 내부 유동 경로를 갖는 액체 여과 장치이며,보울과,캡과,내부면 및 외부면을 갖고, 유체 입구, 출구 및 통기구로서 기능하는 구멍을 갖는 커버를 구비한 하우징을 포함하며,상기 캡, 커버 및 보울은 기포를 상기 장치의 외부로 그리고 통기구 쪽으로 용이하게 쓸어내는 유체 채널들을 형성하는 방식으로 결합되고,상기 채널들은 유체를 상기 통기구가 위치된 하우징의 부분 쪽으로 지향시키는 유체 채널과,상기 보울의 바닥을 쓸어내도록 유체를 지향시키는 유체 채널과,상기 캡의 밑면을 쓸어내도록 유체를 지향시키는 유체 채널을 포함하는 액체 여과 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 캡과 커버 사이의 공간으로 수렴하는 통기 경로를 더 포함하는 액체 여과 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 상부 캡의 밑면은 경사면을 가지고, 상기 경사면은 바닥부와 천정부를 가지는 액체 여과 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 천정부 면은 상기 통기 구멍과 병치되는 액체 여과 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 통기 경로의 수렴은 캡과 커버 사이의 공간의 바닥부로 나란히 이루어지는 액체 여과 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 통기 경로의 수렴은 캡과 커버 사이의 공간의 바닥부로 나란히 이루어지는 액체 여과 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 바닥부 면은 상기 수렴된 통기 흐름 경로와 병치되는 액체 여과 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 통기 흐름 경로의 수렴은 캡과 커버 사이의 공간의 바닥부로 나란히 이루어지는 액체 여과 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 커버의 내부면이 통기 리지를 형성하는 액체 여과 장치.
- 입구, 출구 및 통기구를 포함하고 여과 사이클 및 통기 사이클 모두를 수행하는 유체 여과 장치로부터 기포를 제거하는 방법이며,상기 장치 내의 위치에서 유체를 지향시키도록 위치되어 통기 사이클 중에 유동 유체를 수용하는 유체 채널을 제공하는 단계와,상기 장치의 표면으로부터 통기구 쪽으로 기포를 용이하게 쓸어내는 여과 사이클을 위한 유체 채널을 제공하는 단계를 포함하며,상기 장치를 여과 사이클 또는 통기 사이클에 적용함으로써 그 장치로부터 기포가 제거되는 기포 제거 방법.
- 제10항에 있어서, 통기 공정동안 유체 손실을 최소화하기 위해 통기 사이클이 자동적으로 제어되는 기포 제거 방법.
- 제11항에 있어서, 탈가스 멤브래인 접촉기가 기포 및 미세 기포를 한층 더 제거하는데 사용되는 기포 제거 방법.
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