KR102393548B1 - 유동화 과립상 흡수 층 필터 - Google Patents

Abstract

필터 제품 및 상기 필터 제품의 사용 방법이 기재되며, 여기서 필터 제품은 다수의 셀을 포함하며, 각 셀은 사용 동안 개별 순환 유동층을 함유한다.

Description

유동화 과립상 흡수 층 필터

본 발명은 필터 제품 및 상기 필터 제품의 사용 방법에 관한 것이며, 여기서 필터 제품은 다수의 개별 셀을 포함하며, 각 셀은 셀에 함유된 과립상 필터 매체를 함유하여 과립상 필터 매체가 셀을 통한 기체상 유체의 유동에 의해 상향 방향으로 유동화될 수 있게 된다.

기체상 및 액체 유체 유동의 필터링은 현대 세계에서 많은 중요한 응용분야를 갖는 기술의 부문이다. 예는 오염물 방제, 유해 물질의 필터링, 및 상업적 제조에서 사용하기 위해 액체 및 기체상 유동의 미립자-제거된 및 오염물질-제거된 스트림을 제공하는 것을 포함한다.

반도체 프로세싱 및 마이크로전자 산업에서, 뿐만 아니라 다른 제조 산업에서, "클린 룸"은 대기 공기를 비롯하여, 고도로-정제된 환경을 포함하는 곳이다. 마이크로전자 및 반도체 제작 산업에 사용되는 클린 룸 적용에 있어서, 필터를 사용하여, 클린 룸 대기를 위한 공기를 지속적으로 프로세싱하여, 다양한 유형의 미립자 오염물질, 뿐만 아니라 "공기중 분자 오염물" ("AMC", 또한 "공기중 분자 오염물질")의 형태를 취하는 오염물질을 제거한다.

AMC는 일반적으로 오염물질이 크기가 입자 이하, 즉, 분자인 것을 의미하는, 분자 규모로, 기체상 유체, 특히 공기 내에 존재하는 오염물인 것으로 간주될 수 있다. 분자-규모 오염물질은 전형적으로 클린 룸에 존재하는 프로세싱 물질과 같은 항목에서 비롯되는, 기체상 대기로 확산되거나 또는 증발되는 화학 물질이다. AMC는 임의의 화학 조성, 예를 들어 임의의 무기 또는 유기 화학적 화합물, 이온 등을 가질 수 있다. 반도체 가공 및 마이크로전자 산업에 존재하는 클린 룸 환경에서, 공기중 분자 오염물로서 존재하는 전형적인 분자는 유기 또는 무기 분자, 예컨대: 산 또는 염기 화합물, 계면활성제, 중합체 첨가제, 유기금속 화합물 (예를 들어, 촉매), 도펀트, 산화제, 휘발성 유기 화합물 (VOC), 예컨대 유기 용매, 뿐만 아니라 다른 것들도 포함한다. 이러한 오염물질의 주요 출처는 클린 룸에서 사용되는 공정 화학물질을 포함할 수 있다. 마이크로전자 및 반도체 장치를 프로세싱하기 위한 클린 룸에서 이러한 유형의 공기중 분자 오염물질의 존재의 원하지 않는 효과는 오염물질과 공정중 마이크로전자 장치 또는 반도체 물질의 표면 사이의 임의의 다양한 원하지 않는 반응 또는 효과, 예를 들어: 공정중 웨이퍼, 회로 기판, 툴, 또는 기구 등의 표면의 부식; 도핑 에러; 핵생성 에러; 리소그래피 공정-관련 결함; 웨이퍼, 옵틱스, 또는 렌즈의 헤이징; 및 생산에서의 수율 손실을 발생시키거나 또는 민감한 생산 설비에 대한 손상을 유발할 수 있는 많은 다른 문제를 포함한다.

현재, 클린 룸 환경으로부터 공기중 분자 오염물질을 제거하기 위해 사용되는 하나의 매우 일반적인 방법은 공기중 분자 오염물질 분자가 흡착할 흡착제 입자를 함유하는 분자 필터를 제공하는 것이다. 흡착제 입자는 필터의 공기-투과성 구조물 내에, 필터에서 비교적 정적 상태로 유지된다. 오염물질-함유 공기는 필터를 통과하여 공기가 흡착제 입자의 이용가능한 표면을 지나 주위를 흘러갈 수 있게 한다. 공기중 분자 오염물질-함유 공기를 필터에 통과시키면 공기 중의 공기중 오염물질이 정적으로-유지된 흡착제 입자의 표면과 접촉하여, 그 때 입자의 표면 상에 흡착될 수 있게 한다. 이러한 목적에 가장 일반적인 필터 구조는 "로프트" 물질이 2개의 외부 섬유상 층, 예를 들어, 섬유상 스크림 사이의 내부 층으로서 샌드위칭된 것인, 섬유상, 다공성, 예를 들어, 스폰지-유사 "로프트"에 함유된 것과 같은 섬유상 물질의 제 위치에 고정된, 활성탄의 입자와 같은 과립상 필터 매체를 함유하는 주름형 필터 구조이다. 이러한 다층 필터 구조는 과립상 흡착제, 로프트, 및 스크림 층을 제 위치에 고정하기 위해 소정량의 접착제를 또한 포함한다.

이러한 필터 구조는 상업적으로 사용되기에 충분히 효과적이지만, 이들은 이들의 구조에 기초한 특정 단점을 나타낸다. 예를 들어, 접착제에 대한 필요성은 접착제가 흡착제 입자의 표면과 접촉하는 정도까지 감소된 필터링 효율을 유발할 수 있고; 흡착제 입자의 표면이 접착제에 의해 덮여 있는 경우에, 그러한 표면은 필터를 통과한 임의의 분자 오염물질을 흡착하는데 이용될 수 없다. 또한, 주름형 디자인은 흡착제 입자에 걸친 기류의 동일한 분포를 허용하지 않아, 주름형 필터의 접은 부분에서 기류를 감소시키고 흡착제 입자의 영역에 불균일한 농도 하중을 생성한다.

개선된 필터 및 개선된 필터링 방법에 대해, 산업, 제조, 및 상업 및 소비자 기술의 모든 부문에 걸쳐 지속적인 필요성이 존재한다.

따라서, 본 개시내용은 신규하고 독창적인 필터 제품, 및 상기 신규한 필터 제품의 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명의 필터는 다수의 셀을 포함하며, 각 셀은 과립상 필터 매체 (때때로 본원에서는 "과립상 필터 매체", "과립상 필터 입자", 또는 간단히 "입자"로 지칭됨)를 함유한다. 소정량의 과립상 필터 매체는 셀을 통과한 유체의 유동에 응답하는 것처럼, 과립상 필터 매체가 셀 내에서 자유롭게 이동할 수 있게 하는 방식으로 필터의 각각의 셀 내에 자유롭게 함유된다. 보다 구체적으로, 각각의 개별 셀은 중력의 반대를 의미하는, 상향인 기류 속도의 구성요소를 포함하는 방향으로를 의미하는, 상향 방향으로 유체의 유동이 각각의 개별 셀을 통과할 때 개별 셀 내에서 유동화될 수 있는 과립상 필터 입자의 수집물을 함유한다.

사용 시, 필터의 셀을 통해 상향 방향으로 유동하는 유체는 각 셀에 함유된 입자의 표면과 접촉하고 이를 지나가며, 각각의 개별 셀의 입자가 유체 유동 내에서 "유동화"될 수 있게 할 수 있는데, 즉, 셀, 입자, 및 유체 유동이 "유동층" 또는 "순환 유동층" (또는 CFB)을 구성한다. 구체적으로, 셀에 함유된 개별 입자는 입자를 지나 상향 방향으로 유동하고 있는 유체의 힘에 의해 (중력의 힘에 대항하여) 현탁되는 자유-이동 입자가 될 수 있다.

과거에, 유체의 유동을 프로세싱하기 위해 사용된 입자의 유동층은 입자의 대량 수집물을 단일 부피로 함유하며, 이 부피를 통해 소정량의 유체를 유동시켜 상기 부피 내의 입자가 유동화되게 하는 단일의, 비교적 큰 용기에 현탁된 입자의 형태로 존재하였다. 예를 들어, 미국 특허 번호 6,440,198을 참조한다. 상기 용기는 기체 프로세싱 시스템의 교체-불가능한 구조일 수 있지만, 단일의 비-분할된 내부 부피 내에 입자의 수집물을 함유할 수 있어, 입자가 상기 부피로부터 제거되고, 예를 들어, 사용 동안 또는 입자의 소정량의 사용 후에 교체될 수 있게 한다.

대조적으로, 본 설명의 신규하고 독창적인 필터 제품은 단일 필터 구조 내에 다수의 셀을 포함하며, 여기서 각 셀은 유체의 유동에서 유동화될 수 있는 과립상 필터 입자의 수집물을 함유한다. 이러한 필터는 다수의 작은 개별 "순환 유동층" (CFB) 셀을 제공하며, 이들 각각은 사용 동안 개별 순환 유동층을 함유할 수 있다. 과거 필터 디자인과 비교하여 유동화 매체 입자의 사용에 의한 유체의 유동의 프로세싱의 개선된 효율; 및, 교체가능한 "패널" 또는 "프레임"-유형 필터 조립체의 형태로 종래의 필터 디자인 및 필적할만한 교체가능한 필터 조립체를 사용하는 용이성 및 편리성으로 유동층 유형 필터를 조작, 교체, 또는 교환하는 능력을 포함하여, 과거 유동층 기체 프로세싱 방법에 비해, 그리고 종래의 필터의 과거 사용에 비해 다양한 이점이 본 발명의 필터의 사용에 존재할 수 있다.

전자에 관하여, 필터 매체의 유동화 입자의 원리에 따라 작동하는 기재된 바와 같은 필터의 사용은, 필터에 의해 실질적으로 정적 상태로 유지된 필터 매체를 함유하는 이전의 필터 디자인에 비해 이점을 제공한다. 유리하게는, 기재된 바와 같은 다중-유동층-함유 필터 제품은, 예를 들어 어레이에, 임의적으로는 또한 프레임 또는 케이스와 같은 지지 구조물 내에 배열된, 개별 셀의 형태로 다수의 순환 유동층 (CFB)을 포함한다. 개별 셀 내의 과립상 필터 입자가 유용한 유량 및 개별 셀을 통한 선형 속도로 유체의 상향 유동에 의해 제공된 힘에 의해 유체-유사 상태로 현탁될 경우에 개별 셀 중 하나 이상에서 입자의 유동화가 일어난다. 유동화는 과립상 필터 매체 입자 치수 및 밀도, 층 (즉, 개별 셀) 기하구조, 유체 유동의 속도, 유체 유동의 유체의 밀도, 및 셀 내의 공극률 (즉, 과립상 필터 매체 입자에 의해 취해지지 않는 셀 내 공간의 양)을 포함하나 이에 제한되지 않는 여러 파라미터의 함수이다.

기재된 바와 같은 다중-유동층-함유-필터의 디자인은 다층 필터 구조 내에서 실질적으로 정적 구성으로 유지된 과립상 필터 매체 입자로 구성된 필적할만한 필터의 성능에 비해 개선된 성능을 제공한다. 과립상 필터 매체 입자가 사용 동안 유동화될 수 있게 하는, 기재된 바와 같은 필터는 필터의 모든 과립상 필터 매체 입자의 전체 표면적이 노출되고 기체상 유체의 유동과 접촉할 수 있게 한다. 본 발명의 필터의 개별 셀 및 전체 필터 구조는 필터 매체 입자의 표면과 필터를 통과한 기체상 유체의 유동에 함유된 오염 물질 (예를 들어, 공기중 분자 오염물) 사이의 접촉을 방지함으로써 과립상 필터 매체 입자의 기능을 방해할 수 있는 불활성 구성 물질 (로프트, 스크림) 또는 접착제에 대한 필요성을 요구하지 않고 특히 배제할 수 있다.

기재된 바와 같은 필터의 하나의 이점은 필터를 통해, 즉, 필터의 개별 셀을 통해 유동하는 유체의 증가된 체류 시간이며, 이는 유체와 과립상 필터 매체 입자 사이의 접촉의 증가된 시간을 의미한다. 셀 치수는 이전의 필터 디자인의 깊이로서 달성될 수 있는 것보다 여러 배 큰 셀을 통한 기체의 유동의 방향으로 깊이 치수를 생성하도록 설계될 수 있다.

또 다른 이점으로서, 개별 셀 내의 유체 유동에 의해 현탁된 매체 입자의 일정한 순환 (즉, 이동)은 매우 효율적인 유체-대-입자 표면 접촉을 허용한다. 주목할 만한 이점 중에, 입자의 표면이 고정으로 또는 필터의 구조와 연속 접촉하여 유지되지 않기 때문에, 입자의 전체 표면은 필터를 통해 유동하는 유체와의 접촉을 위해 노출된다.

또한 유리하게는, 기재된 바와 같은 바람직한 필터 및 셀 디자인은 다른 필터 디자인과 비교하여 유동이 빠져나가는 필터의 영역에 걸쳐 비교적 개선된 유동의 균일성 및 압력의 균일성을 나타내는 필터를 통한 유체의 유동을 생성할 수 있다. 본 발명의 필터의 개별 셀을 통한 (즉, 개별 CFB를 통한) 난류는 셀의 부피 내에서 국부화된 유동 및 압력 구배를 야기할 수 있지만, 본원에 기재된 바와 같은 셀의 어레이를 포함하는 필터의 유출구 측으로부터 빠져나가는 유동은 필터의 출구-측 (즉, 유출구 측)의 영역 위에 보다 균일한 유동, 예를 들어, 층류를 나타낼 수 있다. 또한, 셀을 통해, 유체에 의해 셀에 현탁된 입자를 통해 그리고 그 주위에서, 유체의 유동의 난류 특성은 유체가 필터 매체와 효과적인 (예를 들어, 흡착-유발) 접촉을 하지 않으면서 필터를 통해 임의의 상당한 양의 유체의 통과를 방지하는데, 즉, 필터 매체 입자를 우회하면서 유체가 필터를 통해 유동하는 것을 방지한다.

기재된 바와 같은 예시 필터 디자인은 주어진 크기 (유체 유동이 통과하는 필터의 면적을 의미함)의 필터가 증가된 필터 용량을 나타낼 수 있게 할 수 있거나, 또는, 대신, 주어진 용량을 갖는 필터가 감소된 크기 (이 크기는 유체 (예를 들어, 기류)가 필터에 진입하거나 또는 빠져나가는 측, 예를 들어, 유입구 측 또는 유출구 측 상의 필터의 면적을 지칭함)를 갖도록 제조될 수 있게 할 수 있다.

고정된 입자를 갖는 이전의 종래의 필터, 또는 유체 유동에 완전히 노출되지 않은 표면적을 갖는 입자는 기체상 유체에 존재하는 AMC와 효율적으로 접촉하는 감소된 능력을 나타낼 수 있다. 이전의 고정된-입자 필터는 또한 필터의 일부분에 걸쳐 불균일한 입자 분포를 나타낼 수 있다. 필터 내의 필터 매체 입자의 이러한 유형의 필터-내 불균일한 분포는 "우회"로 또한 지칭되는, 감소된 필터링 효율 (예를 들어, 흡착성 필터 매체 상의 감소된 흡착)의 필터-내 영역을 유발할 수 있다. 유리하게는, 유동성 필터 매체 입자를 함유하는 개별 셀을 갖는, 현재-기재된 필터 디자인은, 필터-내 불균일성 또는 그에 따른 필터링 효율 또는 우회의 손실을 겪지 않는다.

기재된 바와 같은 필터의 두 번째 일반적인 이점은, 유동화 입자 층의 원칙에 따라 작동하는 이전 유형의 프로세싱 장비와 달리, 본원에 기재된 유동층-유형 필터가 패널-유형 주름진-필터 조립체와 같은, 이전의 필터 제품과 유사한 방식으로 취급, 제거, 및 교체될 수 있는 교체가능하고, 취급하기 용이한 필터 조립체의 형태로 구성될 수 있다는 것이다. 예를 들어 CFB의 형태로 자급식 유동층의 어레이를 포함하는 패널-유형 필터 조립체의 형태를 취함으로써, 본 발명의 필터 조립체는 단일의 편리한 유닛으로서 공기-프로세싱 시스템 내에서 제거 및 교체가 가능할 수 있다.

본 필터 (예를 들어, 필터 조립체)는 다수의 작은, 예를 들어, 소형 셀을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 "CFB"의 자급식, 완전한, 기능성 유동층이며; 각 셀은 유동화될 수 있는 필터 매체 입자를 함유하는 공간을 함유한다. 필터 조립체는 다수의 이러한 셀을 어레이로 함유한다. 각 셀은 면적을 의미하는, 임의의 원하는 크기일 수 있는 유입구 및 유출구를 가질 수 있고, 셀은 셀의 개별 유입구 및 유출구가, 예를 들어, 필터 조립체의 유입구 측, 및 유출구 측 상에 각각, 필터의 평면 표면의 영역 위에 분포된 것인 어레이로서 존재할 수 있다. 어레이는 각각에 대한 유입구 및 유출구를 포함하여, 수십 또는 수백개의 셀을 함유할 수 있고, 어레이의 셀은, 임의적으로 프레임 또는 다른 지지 구조물에 의해 지지되거나 또는 봉입된, 단일 필터 조립체로서 취급될 수 있다. 이러한 필터는 패널-유형 필터 또는 프레임-유형 필터로서 지칭될 수 있고, 이전에 그리고 현재-사용되는 종래의 (예를 들어, 주름형) 필터의 크기 및 취급 특성을 모방할 수 있다.

다수의 셀을 함유하며, 각 셀은 유동성 층 또는 CFB를 함유하는 것인 패널-유형 필터는 이전의 유동층-유형 프로세싱 시스템에 비해, 용이하고 효율적으로 취급, 이동, 제거, 및 교체될 수 있다. 프레임-스타일 필터의 형태를 갖는 유동층 필터링 메카니즘을 함유하는 현재-기재된 필터의 예는 손에 의해 쉽게 이동, 취급, 및 삽입될 수 있는, 예를 들어, 유체-프로세싱 (예를 들어, 공기-프로세싱) 시스템의 유체의 유동 (예를 들어, 기류)에 삽입되고 나중에 이로부터 제거될 수 있는 크기일 수 있다. 유체 (예를 들어, 공기) 프로세싱 시스템은 필터를 필터링될 유체의 유동 (예를 들어, 기류)에 삽입하기 위해 프레임-스타일 필터를 함유하도록 적합화된 덕트 또는 패널에 공간을 포함할 수 있다. 이러한 시스템에서, 필터는 쉽게 교체가능한데, 이는 필터가, 필터의 셀의 어레이가 기류에 용이하게 배치될 수 있고, 결국, 원하는 대로, 예를 들어 원하는 양의 시간 후에 (이 때 셀의 두 번째 어레이를 갖는 새로운 또는 새 필터 (CFB)가 기류에 삽입되어 후속 필터링을 수행함) 기류로부터 제거될 수 있게 하는 크기 및 구조를 갖는다는 것을 의미한다.

임의적으로, 원하는 경우에, 필터 조립체의 셀의 어레이는 또한 필터 조립체의 셀 내에서 필터 매체 입자의 교체를 허용하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 필터가 유체의 유동을 필터링하는 사용에서 제거된 상태에서, 필터의 셀은 사용된 필터 매체 입자가 제거될 수 있게 하고, 새로운 (프레시, 리프레싱된, 또는 재생된) 필터 매체 입자가 첨가되어 제거된 사용된 입자를 교체할 수 있도록 개방되게 설계될 수 있다. 이어서 어레이의 셀은 재폐쇄될 수 있고, 교체된 필터 매체 입자를 갖는 필터는 필터링을 위해 유체의 유동으로 다시 배치될 수 있다.

한 측면에서, 본 발명은 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하도록 적합화된 필터에 관한 것이다. 필터는, 각 셀이 셀 유입구와 셀 유출구 사이에서 연장되는 측벽에 의해 한정되고, 각 셀이 측벽, 유입구, 및 유출구 사이에 부피를 갖는 것인, 2개 이상의 셀, 및 개별 과립이 각 셀을 통과한 유체의 유동에 응답하여 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에서 이동할 수 있게 하는 느슨한 방식으로 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에 함유된 개별 과립을 포함하는 과립상 필터 매체를 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 기체상 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 기체상 유체의 유동을 안내하기 위한 덕팅; 기체상 유체의 유동에 제거가능한 필터 조립체를 배치하여 기체상 유체의 유동을 필터 조립체를 통해 유동시키기 위한 덕팅과 유체 연통하는 공간; 및 공간 내의 제거가능한 필터 조립체를 포함한다. 제거가능한 필터 조립체는, 각 셀이 셀 유입구와 셀 유출구 사이에서 연장되는 측벽에 의해 한정되고, 각 셀이 측벽, 유입구, 및 유출구 사이에 부피를 갖는 것인, 2개 이상의 셀; 및 개별 과립이 각 셀을 통과한 기체상 유체의 유동에 응답하여 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에서 이동할 수 있게 하는 느슨한 방식으로 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에 함유된 과립을 포함하는 과립상 필터 매체를 포함한다.

추가 측면에서, 본 발명은 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 각 셀이 셀 유입구와 셀 유출구 사이에서 연장되는 측벽에 의해 한정되고, 각 셀이 측벽, 유입구, 및 유출구 사이에 부피를 갖는 것인, 2개 이상의 셀; 및 개별 과립이 각 셀을 통과한 기체상 유체의 유동에 응답하여 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에서 이동할 수 있게 하는 느슨한 방식으로 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에 함유된 개별 과립을 포함하는 과립상 필터 매체를 포함하는 필터를 제공하는 것을 포함한다. 상기 방법은 과립이 기체상 유체의 유동 내에서 유동화되게 하는 방식으로 2개 이상의 셀을 통해 유체를 유동시키는 것을 추가로 포함한다.

도 1은 본 설명의 어레이 또는 필터 조립체의 예시 실시양태를 보여준다.
도 2a 및 2b는 본 설명의 셀의 예시 실시양태를 보여준다.
도 3a, 3b, 및 3c는 본 설명의 예시 어레이 (예를 들어, 필터 조립체) 및 예시 셀을 보여준다.
도 4는 필터를 통해, 유량을 다른 유동 파라미터와 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 필터 조립체의 성능에 관한 정보를 제시한다.
도 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 및 3c는 개략적이고 반드시 축척에 따르지는 않는다. 모든 도면은 기재된 필터 또는 방법의 예시적이고 비제한적인 것이다.

신규하고 독창적인 필터 제품 및 상기 신규하고 독창적인 필터 제품의 사용 방법이 본원에 기재되어 있다. 본 발명의 필터 제품 (필터 또는 필터 조립체)은 다수의 개별 셀을 함유하며, 여기서 각 셀은, 본원에서 "과립상 필터 매체", "과립상 필터 입자", "과립상 필터 매체 입자", 또는 간단히 "과립" 또는 "입자"로 지칭되는, 과립 또는 입자의 수집물의 형태로 필터 매체를 함유한다. 과립상 필터 매체 입자는 개별 입자가 셀을 통해 이동하는 기체상 유체의 유동에 응답하여 이동할 수 있게 하는 방식으로 각각의 개별 셀에 느슨하게 포함된다. 더욱 특히, 각 셀은 과립상 필터 입자의 수집물을 함유하고, 입자의 그 수집물은 상향 방향 (중력에 반대되는, 상향인 유체 유동 속도의 구성요소를 포함하는 임의의 방향을 의미함)으로 셀을 통과하는 기체상 유체의 유동에 의해 유동화될 수 있다. 유동화 입자를 함유하는 필터의 각각의 개별 셀은 순환 유동층, 또는 CFB로 지칭될 수 있다. 속도, 부피 유량, 및 압력 면에서 입자를 유동화하는데 필요한 유체의 유동은, 유체의 밀도 및 입자의 크기, 밀도, 및 물리적 특성 (형상, 표면 질감 등)과 같은 요인에 좌우될 것이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "상향"은 중력에 반대되는, 아래에서 위로의 방향을 지칭하고; 셀에 함유된 필터 매체 입자를 유동화하는데 충분한 셀을 통한 유동은, 충분한 압력, 비율, 및 속도의 기체상 유체 유동의 힘으로 인해 입자가 유동화되도록 하기에 충분한 수직 구성요소를 여전히 포함하면서, 직상향, 즉, 본질적으로 수직일 수 있거나, 또는 실질적으로 상향, 즉, 대부분 수직일 수 있다. 입자에 미치는 중력의 힘이, 입자를 지지하기 위해 셀을 통해 유동하고 있는 유체의 힘에 의해, 대략 동일하게 대치되어, 입자가 유체의 유동에 의해 현탁되고 셀 내에서 자유롭게 이동하게 되는 경우에, 입자는 유동화되는 것으로 여겨진다.

본 발명의 필터의 예는 유입구 측 (셀 유입구가 존재하는 측) 및 유출구 측 (유출구가 존재하는 측)으로 지칭되는 것을 포함하는 2개의 대향 주요 측을 갖는, 평면 구성으로 배열된 다수의 개별 셀의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 도 1을 참조한다. 각 셀은 상향 방향으로 셀을 통한 유체의 유동에 의해 유동화될 수 있는 매체 입자를 함유한다. 각 셀의 부피는 원하는 대로, 예를 들어 적어도 0.25 세제곱 인치의 부피, 예를 들어, 0.3 내지 10 세제곱 인치 (또는 그 초과), 또는 0.4 내지 5, 8, 또는 9 세제곱 인치 범위의 부피일 수 있다. 이러한 부피는 예시적이고 비제한적이며; 이러한 범위 밖의 부피는 또한, 전체적으로 취한 본 개시내용에 기초하여 명백한 바와 같이, 기재된 바와 같은 필터의 셀에 효과적일 수 있다. 본 개시내용의 지식을 가진 관련 기술분야의 통상의 기술자는 특정 시스템의 요구를 해결하기 위해 비부피를 선택할 수 있다.

셀의 총 부피당, 셀 내의 필터 입자의 상대 부피는 셀 내에서 입자의 유동화를 가능하게 하는 입자의 임의의 부피일 수 있다. 개별 셀 내의 입자의 비제한적인 예시 부피는 셀의 총 부피의 5 내지 70 퍼센트, 예를 들어, 셀의 부피의 10 내지 60 퍼센트, 또는 개별 셀의 부피의 15 내지 최대 20, 30, 40 또는 50 퍼센트의 범위일 수 있다.

각각의 셀은 유입구 단부에서 유입구, 유출구 단부에서 유출구, 및 유입구 단부 및 유출구 단부로부터 이들 사이에서 연장되는 측벽에 의해 한정될 수 있고, 측벽은 전형적으로 그리고 바람직하게 유입구 단부와 유출구 단부 사이에서 연속적이다. 유입구 단부는 유체가 셀에 진입하는 위치로 간주될 수 있고, 유체는 후속적으로 셀을 통해 상향 방향으로 유동하고 이어서 유출구 단부에서 셀을 빠져나간다. 유입구 단부는 다공성 커버, 예컨대 스크린, 스크림, 또는 다른 유형의 다공성, 평면 구조, 예컨대 금속 프릿을 포함할 수 있으며, 이는 입자가 유입구를 통해 셀 밖으로 통과하는 것을 방지하기 위해 셀에서 필터 매체 입자를 정지 상태로 지지한다. 유출구 단부는 또한 스크린, 스크림, 또는 금속 프릿과 같은 다른 유형의 다공성, 평면 구조 형태의 다공성 커버를 함유할 수 있으며, 이는, 예컨대 셀을 통과한 유체에 의해 유출구 단부를 통해 셀 밖으로 운반됨으로써 매체 입자가 사용 동안 유출구 단부를 통해 셀을 빠져나가는 것을 방지한다.

바람직하게, 셀의 어레이는 길이 및 폭 방향 (이러한 방향은 셀의 깊이에 수직임)으로 필터의 영역에 걸쳐 연장되는 반복 패턴으로 정렬된 원하는 수의 셀을 함유할 수 있으며, 여기서 어레이의 셀은 부피, 깊이, 폭, 및 높이가 실질적으로 균일하다. 셀, 즉, 셀의 측벽은, 금속 또는 유용한 중합체성 물질과 같은, 임의의 기계가공된 또는 압출된 물질로 제조될 수 있다.

유입구 단부와 유출구 단부 사이에서 연장되는 깊이 (또는 "높이"), 및 깊이에 수직인 폭 및 길이 치수를 포함하여, 어레이의 셀 또는 셀들의 치수는 임의의 유용한 치수일 수 있다. 깊이는 유리하게는 종래의, 다층 (예를 들어, 주름형) 필터의 두께보다 큰 깊이일 수 있으며, 이는, 예를 들어, 다층 필터의 스크림, 로프트, 또는 필적할만한 물질의 다수의 층의 합한 두께를 의미한다. 다수의 개별 순환 유동층을 함유하는, 기재된 바와 같은 필터의 셀의 예시 깊이는 적어도 0.25 인치 예를 들어, 0.3 또는 24 인치 (또는 그 초과), 또는 0.5 내지 10, 15, 18, 또는 20 인치일 수 있다. 이러한 깊이는 단지 예시적이며 비제한적인 것으로 간주되어야 하고; 이러한 범위 밖에 있는 깊이는 또한, 전체적으로 취한 본 개시내용에 기초하여 명백한 바와 같이, 기재된 바와 같은 필터의 셀에 효과적일 수 있다.

셀의 폭 및 길이는 유용한 전체 치수의 셀을 생성하기 위해 원하는 대로일 수 있다. 함께, 셀의 길이 및 폭은 각각 적어도 0.4 제곱 인치, 예를 들어 0.5 내지 7, 8, 9, 또는 10 제곱 인치 범위의 단면적을 갖는 셀 유입구 및 셀 유출구를 제공하기에 충분할 수 있다. 유입구 및 유출구의 이러한 특정된 면적은 단지 예시적이며 비제한적인 것으로 간주되어야 하며; 이러한 범위 밖에 있는 셀 유입구 및 셀 유출구의 면적은 또한, 전체적으로 취한 본 개시내용에 기초하여 명백한 바와 같이, 기재된 바와 같은 필터의 셀에 효과적일 수 있다.

바람직하게는 셀의 단면 형상에 상응하는 (깊이 방향, 즉, 셀을 통한 선형 유체 유동의 방향으로 셀의 축에 수직으로 취한 것), 유입구 및 유출구의 영역의 형상은 원형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 삼각형, 사다리꼴 등과 같은 임의의 원하는 기하구조일 수 있거나, 또는 불규칙할 수 있다.

셀이 어레이로 배열된 경우에, 어레이는 셀이 깊이 방향으로 평행하게 정렬된 것인, 반복 배열로 배치되고 지지된 2개 이상의 셀을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 셀 유입구의 영역은 유입구 평면에 정렬되고, 셀 유출구의 영역은 유입구 평면과 2차원으로 평행한 유출구 평면에 정렬된다. 유입구 평면은 또한 필터 조립체의 유입구 측의 표면에 존재할 수 있거나 (그러나 반드시 그런 것은 아님) 또는 그에 인접할 수 있다. 유출구 평면은 또한 필터 조립체의 유출구 측의 표면에 존재할 수 있거나 (그러나 반드시 그런 것은 아님) 또는 그에 인접할 수 있다.

셀의 어레이의 한 예로서, 도 1은 셀(4)의 어레이(2)를 포함하는 필터 조립체(1)를 제시한다. 어레이(2)는 도시된 바와 같이, 어레이(2)의 하단에 유입구 측(3), 그리고 어레이(2)의 상단 (상부 측)에 유출구 측(5)을 포함한다. 각 셀은 어레이(2)의 하단 측(3) 상의 유입구(8) (도 1의 어레이(2)에 제시되지 않음), 어레이(2)의 유출구 측(5) 상의 유출구(6) (정사각형 개구) (어레이(2)의 셀(4)의 상단에 제시됨), 깊이(10), 폭(12), 및 길이(14)를 갖는다. 셀 유입구 (8) 및 셀 유출구 (6)는 유입구와 유출구 사이에서 연장되는 셀의 단면 형상과 같이, 정사각형이다. 기체상 유체(16)는 어레이(2)를 통해 상향 방향으로 유동하여, 동일한 상향 (및 수직) 방향으로 각각의 개별 셀(4)을 통과할 수 있다.

도 2a 및 2b를 보면, 어레이(2)의 개별 셀(4)이 도시되어 있다. 셀(4)은 측벽(18), 다공성 유입구 커버(20), 및 다공성 유출구 커버(22)를 포함한다 (이들은 도 1에 제시되어 있지 않음). 셀(4)은 또한 필터 매체 입자(24)를 함유한다. 셀 부피(30)는 측벽(18), 유입구 커버(20), 및 유출구 커버(22) 사이의 부피로서 한정된다. 유체가 셀(4)을 통해 유동하지 않는 동안 (도 2a 참조), 필터 매체 입자(24)는 다공성 유입구 커버(20)에 의해 지지된, 셀(4)의 하부 부분에서 정지 상태에 있다. 공기와 같은 유체(16)가 셀(4)을 통해 상향 (예를 들어, 중력에 반대되는, 수직) 방향으로 유동할 경우에, 유체는 필터 매체 입자(24)가 유체의 유동에 현탁되게, 즉, 입자가 유동화되게 할 수 있다. 도 2b를 참조한다. 본원에 기재된 바와 같은 필터의 사용 동안, 필터의 어레이(2)의 다수의 또는 모든 셀 (4)은 도 2b에 제시된 바와 같이 유동화되는 입자를 함유할 수 있다.

어레이, 예컨대 도 1의 어레이(2)는 유체의 수직 유동에 직접 배치될 수 있고, 수직 유동은 각 유입구로 바로 진입하고, 각 셀을 통과하고, 유출구에서 셀을 빠져나갈 수 있다. 이러한 어레이는 유체 유동이 상향이고 수직인 필터링 시스템에 직접 적합화될 수 있다. 그러나, 다른 시스템에서, 유체는 아래로 (즉, 상향의 반대로 그리고 중력에 반대되게) 또는 수평으로 유동할 수 있다. 이러한 시스템에서, 개별 셀 또는 셀 유입구의 어레이는, 유체를 유입구 내로 그리고 셀을 통해 상향 방향으로 통과시키기 위해, 유동을 하향 또는 수평에서 상향으로 재지향시키는, 유입구와 유체 연통하는 하나 이상의 추가의 유체 채널과 연통할 수 있다. 개별 셀 유출구 또는 셀 유출구의 어레이와 유체 연통하는 또 추가의 채널은 셀 유출구를 빠져나간 후, 셀 유출구를 빠져나가는 유체의 유동을 원래 하향 (또는 수평) 방향으로 재지향시키기 위해, 셀 유출구로부터 빠져나가는 유체의 유동의 방향을 변경할 수 있다.

어레이의 셀에 진입하거나 또는 빠져나가는 유체의 유동의 방향을 변경하기 위해 채널을 포함하는 어레이 및 필터 조립체에서, 필터 조립체의 주요 측은 반드시 셀 유입구 및 셀 유출구와 정렬되는 것은 아니다. 이러한 필터 조립체에서, 필터의 유입구 측은 셀 유입구로 이어지는 채널로의 유입구를 포함하는 필터의 측인 것으로 간주될 수 있고, 필터 조립체의 제2 주요 측인, 유출구 측은 셀 유출구로부터 이어지는 통로의 유출구를 포함하는 필터 조립체의 측으로 간주될 수 있다.

도 3a, 3b, 및 3c는 셀(4)을 포함하는 어레이(40)를 포함하는 필터 조립체(41)를 나타낸다. 각 셀(4)은 셀 유입구(8), 셀 유출구(6), 측벽(18), 다공성 유입구 커버(20), 다공성 유출구 커버(22), 및 측벽(18), 유입구 커버(20), 및 유출구 커버(22) 사이의 공간으로서 한정된 셀 부피(30)를 포함한다 (도 3b 및 3c 참조). 각 셀(4)은 필터 매체 입자(24)를 함유한다 (도 3b 및 3c 참조). 각 셀(4)은 셀 유입구(8)와 유체 연통하는 흡입 채널(42), 및 셀 유출구(6)와 유체 연통하는 유출구 채널(44)과 유체 연통한다. 어레이(40)는 유입구 측 (상단 측)(50) 및 유출구 측 (하단 측)(52)을 포함한다.

사용 시, 필터 어레이(40)를 향해 하향 방향 (D)으로 유동하는 유체(16)는 필터 조립체(41)의 유입구 또는 상단 측(50)에 위치하는, 흡입 채널 유입구(44)에 진입한다. 유체(16)는 셀(4)의 깊이에 평행한 하향 방향으로 계속 가고; 흡입 채널(42)의 하단 부분에서, 채널(42)은 셀(4)의 하단에서 유입구(8)와 만나기 위해 회전하며, 여기서 흡입 채널(42)은 처음에 필터 조립체(41)의 유입구 측(50)과 접촉할 때, 유체(16)의 유동을 그의 하향 방향(D)에서, 180 도, 상향 방향(U)으로 효율적으로 재지향시키고, 유체 유동을 상향 방향으로 셀 유입구(8)로 유도한다. 셀 유입구(8)에 진입하면, 유체 유동은 상향 방향(U)으로 이동하면서 셀(4) 및 입자(24)를 통과한다. 셀(4)의 전체 깊이를 통해 상향 방향(U)으로 통과한 후에, 유체의 유동은 셀 유출구(6)를 통과함으로써 셀(4)을 빠져나가고, 이 지점에서 유체 유동은 상향 방향으로 계속 이동하면서, 유출구 채널(44)에 진입한다. 유출구 채널(44)의 상단 부분에서, 채널(44)은 180 도 회전하고 유체(16)의 유동을 원래 하향 방향(D)으로 재지향시키고, 유체(16)는 유출구 채널(44)의 길이를 통해 하향 방향(D)으로, 셀(4)의 깊이에 평행하게 계속 유동하여, 후속적으로 필터 조립체(41)의 유출구 측(52)에서 유출구 채널 유출구(46)에서 유출구 채널(44)을 빠져나간다.

유체가 필터 조립체(41)의 어레이(40) 및 셀(4)을 통해 유동하지 않는 동안, 필터 매체 입자(24)는 유입구 커버(20)에 의해 지지되는, 셀(4)의 하부 부분에서 정지 상태에 있다 (도 3b 참조). 공기와 같은 유체(16)가 어레이(40)의 상부 표면(50)을 향해 하향 방향으로 유동하는 경우에, 유체는 흡입 채널(42)에 진입하고 후속적으로 흡입 채널(42)에 의해 상향 (예를 들어, 중력에 반대되는, 수직) 방향으로 재지향되어 상향 방향으로 셀(4)을 통과한다. 상향 방향으로 셀(4)을 통과하는 경우에, 유체(16)는 입자 필터 매체 입자(24)가 유체(16)의 유동에 현탁되게, 즉, 필터 매체 입자(24)가 유동화되게 할 수 있다 (도 3b 참조).

임의적으로, 셀(4)의 어레이, 예를 들어, 어레이(2) 또는 어레이(40)는 유체의 유동에 삽입될 수 있는 자기-지지형 필터 조립체로서 효과적일 수 있다. 어레이(2) 또는 (40)과 같은 셀(4)의 어레이는 유체의 유동의 필터링 사용을 위해 어레이(2) 또는 (40)의 형상 및 구조적 강성을 유지하도록 설계된 임의의 추가의 구조를 필요로 하지 않고 이를 특별히 배제할 수 있다. 임의적으로, 예시 필터 조립체는 유체의 유동에 어레이(2) 또는 (40)를 배치하기 위해, 추가의 구조 지지체를 제공하거나, 또는 어레이가 유체 취급 시스템 내의 개구부에 배치될 수 있게 하는 어레이(2) 또는 (40)의 주연부를 둘러싸는 프레임을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 유체는 유입구 측에 진입하고, 상향 방향으로 셀(4)의 어레이를 통과하고, 이어서 필터 조립체의 유출구 측으로부터 빠져나간다.

유동성 필터 매체 입자를 각각 함유하는 다수의 셀을 함유하는, 본원에 제시된 바와 같은 필터는 유체 유동이 여과에 의해 제거되는 오염물질을 함유하는 임의의 환경에서, 오염물질을 제거하기 위해, 유체 필터링의 사용에 적합화될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 오염물질은 임의의 다양한 프로세싱, 제조, 또는 상업적 환경의 임의의 유체 유동의 일부분일 수 있다. 필터는 폭넓게 다양한 유체 유동으로부터, 바람직하게는 공기, 증기, 또는 불활성 기체와 같은 기체상 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하는데 효과적일 수 있다. 오염물질은 여과 매체의 사용에 의해 유체 유동으로부터 제거될 수 있는 임의의 유형의 오염물질일 수 있고, 예시적인 오염물질은 미립자-크기의 오염물질 뿐만 아니라 공기중 분자 오염물질 (AMC)을 포함한다. 기재된 바와 같은 바람직한 필터 제품 및 방법에 따르면, 현재-기재된 필터 및 필터링 방법의 특히 유용한 적합화는 공기 또는 불활성 기체, 예를 들어 클린 룸을 통해 진입하거나 또는 순환하고 있는 공기의 유동으로부터 공기중 분자 오염물 (AMC)을 제거하는데 유용한 것들일 수 있다.

클린룸에서의 AMC 수준을 제어하는데 유용한 특정 필터의 예는 흡착에 의해 AMC를 포집하는데 적합화되고 효과적인 화학적 유형인 필터 매체를 포함할 수 있다 (이러한 흡착제 여과 매체는 나노-크기 미립자 오염물질과 같은 AMC와 상이한, 예를 들어 그보다 큰 오염물질을 제거하는데 효과적인 추가의 필터 시스템과의 조합으로 클린룸 환경에서 종종 사용됨). 효과적인 흡착형의 필터 매체는 다양한 유형의 중합체성 필터 매체, 뿐만 아니라 활성탄 필터 매체 (예를 들어, 과립상 활성탄, 또는 GAC)를 포함한다. 본 설명의 필터에서, 과립상 입자가 필터의 셀에 함유된 경우에 유체의 유동에 의해 균일하게 유동화될 수 있도록, 크기, 형상, 농도 (밀도), 및 다른 물리적 특성, 예컨대 입자 크기 범위 및 분포의 과립을 갖는, 임의의 이러한 유형의 필터 매체가 과립상 (즉, 미립자) 형태로 사용될 수 있다. 과립상 필터 매체 입자의 표면 상의 공기중 분자의 흡착 효율은 과립상 필터 매체의 다공도, 화학 조성, 및 비표면적 및 기계적 표면 특성과 같은 다양한 요인에 좌우될 수 있다. 유체 유동으로부터 제거되는 AMC의 화학적 성질에 따라, 과립상 활성탄 필터 매체 및 중합체성 필터 매체는 화학적 처리 또는 화학적 코팅 (예를 들어, 촉매)의 적용에 의해 개질되어 과립상 필터 매체 입자의 흡착 성능을 향상시킬 수 있다.

여과 기술에서, 다층, 예를 들어, 주름형 필터 디자인에서 이전에 사용되었던 예를 비롯하여, 다양한 흡착성 여과 매체 물질이 흡착성, 화학-유형 필터에 유용한 것으로 공지되어 있다. 동일한 흡착성 여과 매체 물질 중 일부는 유체 유동으로부터 임의의 다양한 유형의 AMC와 같은 오염물을 제거하기 위해, 본원에 기재된 신규하고 독창적인 필터의 흡착성 필터링 매체 입자로서 기능하는데 본 설명에 따라 유용할 수 있다. 이러한 과립상 여과 매체의 유형 중 일부 예는 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지, 제올라이트, 금속 산화물, 염, 활성탄 (천연 및 합성), 화학적으로-코팅된 탄소, 및 화학적으로-코팅된 중합체를 포함하며, 이들 중 임의의 것은 기재된 바와 같은 필터의 셀을 통해 유동하는 유체와 함께, 기재된 바와 같은 필터의 셀에 함유될 경우에 유동화될 수 있는 과립상 형태로 제공될 수 있다.

이들 또는 다른 필터 매체 중 임의의 것은 또한, 예를 들어, 하나 이상의 일반적인 또는 특정 유형의 공기중 분자 오염물질의 흡착을 개선하기 위해, 필터 매체의 흡착 특성을 개선시킬 화학적 처리, 예를 들어, 코팅을 포함할 수 있다. 과립상 필터 매체에 유용한 화학적 코팅은 아이오딘화물 용액, 수산화물 용액, 염화아연, 탄산염 및 중탄산염 용액, 아민, 시트르산, 인산, 옥살산, 황산, 및 현재 공지되어 있거나 또는 향후 개발될 수 있는 다른 것들을 포함할 수 있다.

기재된 바와 같은 필터가 기체상 유체의 유동으로부터 효과적으로 제거할 수 있는 AMC의 유형은 반도체 웨이퍼 또는 마이크로전자 프로세싱 및 제작의 환경에서 발견되는 공기 대기 또는 불활성 기체 대기에 일반적으로 존재하고 공지되어 있는 분자 오염물의 유형을 포함하여, 임의의 일반적인 또는 특정 유형일 수 있다. 이러한 공기중 분자 오염물질의 일반적인 유형의 예는 휘발성 산성 기체 및 에어로졸, 휘발성 염기, C2 내지 C30 화합물 범위의 모든 종류의 휘발성 및 응축성 유기 화합물 (이는 내화물 및 규소 함유 화합물을 포함함), 및 미립자 (이차)를 포함할 수 있다.

보다 구체적인 특정 예시 화합물은 산, 예컨대 특히 NOx, SOx, HCl, HF, H2SO4, HNO3, 인산, 및 브롬화수소산; 염기, 예컨대 특히 아민, 암모니아, 수산화암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에탄올아민, 모르폴린, 헥사메틸디실라잔, 시클로헥실아민, 디에틸아미노에탄올, 및 n-메틸 피롤리돈 (NMP); 응축성 물질, 예컨대 특히 2-프로판올, 실리콘, 크실렌, 헵탄, 벤젠, 실록산, 부틸레이트 히드록시톨루엔 (BHT); 도펀트, 예컨대 특히 B (예를 들어, BH), 톨루올, AsH3, B2H6, BF3, 오가노포스페이트, 트리에틸 포스페이트 (TEP), TCPP, 비소 (예를 들어, 비산염), 및 O=P; 뿐만 아니라 H2O2 및 O3과 같은 산화제를 포함하는 다른 화합물, 유기 용매, 예컨대 아세톤 및 이소프로필 알콜 (IPA), 및 H2S를 포함한다.

본 설명의 필터는 임의의 유체 취급 시스템, 예를 들어, 임의의 에어-핸들링, 또는 난방-환기-공기-조화 (HVAC) 시스템의 여과 구성요소에 포함됨으로써, 임의의 환경의 유체의 유동으로부터 오염물을 필터링, 즉, 제거하기 위한 적합화를 포함하는 유체 취급 시스템에 유용할 수 있다. 필터는, 기류가 본 설명의 독창적인 필터를 또한 통과하게 하는 위치 및 배향에서, 예를 들어, 덕트 내로 통과하는 기류에 삽입될 수 있다. 공기는 필터 조립체의 셀을 통해 상향 방향으로 필터 조립체의 유입구 측으로 흐르고, 유출구 측에서 필터 조립체를 빠져나간다. 셀을 통과할 때, 유체 유동은 셀에 함유된 과립상 필터 매체 입자가 유동화되게 하고 유체 중에 운반된 AMC가 유동화된 입자의 표면 상에 흡착됨으로써 기류로부터 효과적으로 제거될 수 있게 한다.

바람직한 필터 실시양태에 따르면, 셀의 어레이 및 임의적인 프레임을 포함하는, 본원에 기재된 바와 같은 필터 조립체는 유체 취급 시스템의 지정된 덕트 또는 패널 내에 맞도록 하는 크기 및 형상일 수 있다. 구체적으로, 유체 취급 시스템은 필터 조립체가 공간에 위치할 때, 유체 (예를 들어, 공기)가 필터 및 그의 셀을 통해 필터의 유입구 측으로 통과하고, 감소된 농도의 AMC로 필터의 유출구 측을 빠져나가기 위해 필터 조립체를 함유하도록 적합화된 공간을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 유체 취급 시스템에서 사용하기에 바람직한 필터 조립체는 유체 취급 시스템의 공간과 일치하는 치수를 갖는 프레임-유형 또는 패널-유형의 필터와 같은 교체가능한 스타일일 수 있다. 필터 조립체의 크기 및 형상은, 유동층으로 작동하고 유동층을 통한 유동에 의해 유체를 프로세싱하는 시스템에 일반적으로 존재하는 더 큰 용기를 포함하는 더 다루기 힘든 시스템 구성과 달리, 유체 취급 시스템, 예를 들어, HVAC 시스템 및 클린 룸 공기 프로세싱 시스템에서 이전에 사용된 주름형 디자인의 교체가능한 필터와 필적할 수 있다.

유리하게, 본원에 기재된 바와 같은 프레임-스타일 또는 패널-스타일 필터 조립체는 유체 취급 시스템의 덕트 내의 지정된 공간으로 필터 조립체를 슬라이딩함으로써 유체의 유동에 쉽게 배치될 수 있다. 기류는 수평, 수직 상향, 또는 수직 하향일 수 있고, 필터 조립체는 유체의 유동에 삽입되어 필터의 영역을 유동에 가로질러 배치할 수 있다. 유체 유동 내에 삽입될 때, 필터의 유입구 측은 유입 유체 유동 쪽으로 (즉, "상류" 방향으로) 향할 것이고, 필터의 유출구 측은 유출 유체 유동의 방향으로 (즉, "하류" 방향으로) 향할 것이고, 필터의 개별 셀은 수직 배향으로 배향될 것이며, 여기서 셀의 깊이는 수직 배향으로 존재한다. 필터 조립체는, 필요한 경우에, 유체가 수직 (아래에서 위) 방향으로 셀을 통해 유동하도록 유체의 유동을 지향 또는 재지향시킬 셀 흡입 채널을 포함하도록 구성될 수 있다. 필터 조립체는 또한, 필요한 경우에, 유동을 다시 유체의 유동의 원래 방향으로 한 번 더 재지향시키는 셀 유출구 채널을 포함할 것이다. 필터 조립체는 셀에 함유된 과립상 필터 매체의 유용한 수명 동안 제 위치에 유지된다. 과립상 필터 매체의 유용한 수명이 지나갔을 때, 필터 조립체는 덕트로부터 제거될 수 있고, 예를 들어, 필터 조립체에 맞도록 크기가 부여된 덕트 내의 공간에서 미끄러져 나갈 수 있고, 교체 필터 조립체는 유체의 지속적인 처리를 위해 덕트 내의 공간에 배치될 수 있다.

기재된 필터 제품의 특히 유용한 적용 및 방법은 반도체 및 마이크로전자 산업에서 사용되는 클린 룸, 예컨대 베어 반도체 웨이퍼 또는 프로세싱된 또는 공정중 반도체 제품 및 마이크로전자 장치, 예컨대 인쇄 회로 기판, 집적 회로, 고체-상태 메모리 디바이스, 하드 디스크 구성요소 및 조립체, 플랫 패널 디스플레이, 태양 전지 및 패널, 바이오칩, 및 유사 제품 및 디바이스를 프로세싱, 시험, 또는 조립하는 클린 룸에 있을 수 있다. 이러한 제품을 위한 클린룸 환경은 반도체 웨이퍼, 마이크로전자 장치, 또는 그의 구성요소를 프로세싱하는데 유용한 장비, 예를 들어 반도체 프로세싱 툴, 예컨대 리소그래피 영역에서의 스캐너, 코터 디벨로퍼, 확산 퍼니스, 미니환경, 툴 인터페이스 (예를 들어, 코팅 툴, 클리닝 툴, 화학적-기계적 평탄화 툴 등), 금속 침착 장비, 도핑 장치 등을 포함한다. 이러한 상이한 유형의 장비 각각은 AMC를 생성할 수 있는 액체 또는 기체상 화학 물질을 포함할 수 있는 프로세싱 유체 또는 물질과 관련될 것이고, 유체, 예컨대 액체 슬러리, 도펀트, 세정 용액, 유기 용매, 산과 염기, 오일, 또는 임의의 다른 다양한 예를 포함할 것이다. 클린룸에 진입하는 신선한 공기를 여과하거나, 또는 오염물질을 제거하기 위해 여과된 후 클린룸을 빠져나간 다음 재진입하는 재순환 공기를 여과하는 에어 핸들링 유닛 또는 시스템의 일부분인 기재된 바와 같은 필터를 기류에 배치할 수 있다.

특정 실시양태에서, 기재된 바와 같은 필터의 셀을 통한 기체상 유체 (예를 들어, 공기, 불활성 기체)의 유동은 주로 중력과 반대되는 방향으로를 의미하는, 상향 구성요소를 포함하는 방향으로 있고, 바람직한 방향은 중력의 힘에 반대되는, 직상향, 즉, 수직이다. 적절한 유량에서, 유체의 상향 유동은 필터의 셀에 함유된 필터 매체 입자와 접촉하는 상향-유동 유체로 인해, 과립상 필터 입자 상에 상향 힘을 생성하는데 효과적일 수 있으며, 상기 힘은 필터의 셀 내에서 유동화 상태로 입자를 현탁시키기에 충분하다.

기재된 바와 같은 필터를 통해 유동하는 유체의 유동 파라미터, 예컨대 선형 속도, 압력 (즉, 필터에 걸친 압력 강하), 및 부피 유량은 원하는 대로일 수 있고 필터의 셀 내에서 필터 매체 입자의 유동화를 생성하는데 유용한 바와 같을 수 있다. 유동 파라미터 (선형 속도, 압력, 및 부피 유량)의 조합은 필터 셀에서 입자의 유동화를 생성하도록 조정되고 선택될 수 있다. 셀에서 입자의 원하는 유동화를 제공할 이러한 파라미터의 값은 입자의 유형 및 특성 (이들의 크기, 형상, 밀도, 및 표면 특징) 및 유체의 특성, 예컨대 밀도와 같은 요인에 좌우될 수 있다.

도 4에는 유체의 부피 유량에 대한, 필터에 걸친 유동의 차압 뿐만 아니라, 유동하는 기체상 유체 (공기)의 선형 속도를 제시하는 그래프가 있다. 제시된 바와 같이, 유동이 0에서부터 증가함에 따라, 차압 및 선형 공기 속도에서의 증가가 선형으로 증가한다. 더 낮은 유동 체제는 유동화에 영향을 미치지 않으면서, 압력 차를 증가시키고 선형 속도를 증가시키는 것과 관련이 있다. 부피 유동이 차압 또는 선형 공기 속도에서의 증가 없이 약간 증가할 수 있는 짧은 고원의 위치에서, 유동화가 일어나기 시작한다. 고원에서의 유량보다 높은 유량 위에 유동화 구역이 놓여 있으며, 여기서 필터 매체 입자는 셀에서 자유-유동하고 유동화되는데, 즉, 상향 방향으로 필터의 셀을 통과하는 유체의 힘에 의해 중력에 대항하여 지지된다. 그러나, 부피 유량이 너무 크면, 입자에 대한 힘이 입자가 셀 유출구에 고정되게 하여, 입자의 유동화 상태를 없앨 것이다.

기체상 유체로부터 AMC를 제거하기 위해, 기재된 바와 같은 필터를 사용하는 것은, 유체의 유동으로부터 상당량의 이러한 오염물질을 효율적으로 제거하는데 효과적일 수 있다. 유체의 유동으로부터의 오염물질의 제거의 효율 및 총량은 기체상 유체의 유사한 유동, 예를 들어, 클린룸 환경의 기류로부터 유사한 오염물질을 제거하는데 사용된 선행 기술의 화학적 필터에 비해, 적어도 필적할 수 있고, 바람직하게는 개선될 수 있다. 예시 실시양태에서, 기재된 바와 같은 필터를 통과했던 클린 룸의 공기는 본 설명의 필터를 빠져나간 기체의 유동 중 감소된 농도의 공기중 분자 오염물, 예컨대 약 1000 조분율 (ppt) 미만의 총 공기중 분자 오염물질, 예를 들어, 500 ppt 미만의 총 공기중 오염물질인 공기중 분자 오염물의 수준을 함유할 수 있다. 대안적 용어로 말하면, 유용한 또는 바람직한 필터는 특정 AMC의 상류 농도의 적어도 50 퍼센트의 제거 효율, 예를 들어 특정 AMC (이것은 분자 오염물질로서 본원에 열거된 구체적 화학 종 중 임의의 하나일 수 있음)의 상류 농도의 50 내지 99 퍼센트인 범위의 제거 효율, 예컨대 공기중 오염물질의 특정 종에 따라, 적어도 80, 90, 95, 또는 99 퍼센트의 효율을 나타낼 수 있다.

실시예

본 발명의 필터 조립체의 두 실시예를 제조 및 시험하였고, 성능에 기초하여 필적할만한 탄소 흡착제를 갖는 다층 주름형 필터 디자인과 비교하였다. 도 5를 참조한다. 본 발명의 필터 조립체는 프로토타입(Prototype) V1.1 및 프로토타입 V1.2로서 식별되었다. 비교 필터는 주름형 100g 로딩된 것 (탄소 1) 및 주름형 114 g 로딩된 것 (탄소 2)으로서 식별되었다.

프로토타입 V1.1은 제곱 피트당 480 그램의 활성탄 (탄소 1)을 포함하였다. 프로토타입 V1.2는 제곱 피트당 515 그램의 상이한 활성탄 (탄소 2)을 포함하였다. 프로토타입 및 주름형 필터에 사용된 2개의 상이한 유형의 활성탄 (탄소 1 및 탄소 2)은 영국 에식스 할로 소재 몰레큘라 프로덕츠 그룹 리미티드(Molecular Products Group Ltd.)로부터 구입하였다.

2개의 상이한 유형의 활성탄이 본 발명의 필터 둘 다 (V1.1 및 V1.2) 및 또한 비교 주름형 필터에 사용되었고; 주름형 비교 필터는 100g/ft2 (100g 로딩된 탄소 1), 또는 114g/ft2 (100g 로딩된 탄소 2)를 함유하였다. 필터는 1' x 1' 필터 크기로 시험하였다. 1' x 1' 필터당 8.75 ft2의 주름형 매체가 있어 주름형 필터당 875g (탄소 1) 및 997.5g (탄소 2)이 되었다. 각 매체 유형에 있어서, 본 발명의 유동화 프로토타입 필터는 총 탄소 로딩의 대략 50%로 더 양호한 성능을 초래하였다.

프로토타입 V1.1은 0.5 미터/초의 선형 공기 속도 및 대략 120 Pa의 압력 강하에서, IPA의 경우에 100 g/ft2 로딩된 탄소 1 비교 필터의 용량 (50% RE)의 2배보다 많은 정규화 용량을 나타냈다.

프로토타입 V1.2는 V1.1과 유사하였지만, 개선된 에지 실, 및 515 g/ft2의 탄소 2를 가졌다. 프로토타입 V1.2는 114g/ft² 탄소 2 비교 필터의 용량의 두 배 (2배)였던 정규화 용량을 나타냈다.

Claims (20)

1. 기체상 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하도록 적합화된 필터로서,
   각 셀이 셀 유입구와 셀 유출구 사이에서 연장되는 다공성 유입구 커버, 다공성 유출구 커버 및 측벽에 의해 한정되고, 각 셀이 측벽, 다공성 유입구 커버, 및 다공성 유출구 커버 사이에 부피를 갖는 것인, 2개 이상의 셀;
   개별 과립이 각 셀을 통과한 기체상 유체의 상향 방향 유동에 응답하여 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에서 이동할 수 있게 하는 느슨한 방식으로 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에 함유된 개별 과립을 포함하는 과립상 필터 매체;
   제1 하향 또는 수평 유동 방향으로 이동하는 기체상 유체의 유동을 수용할 수 있고 2개 이상의 셀 중 하나를 통한 유동을 위해 기체상 유체의 유동의 방향을 상향 방향으로 변경할 수 있고, 상향 방향은 중력에 반대되는 방향인, 2개 이상의 셀 중 하나의 셀 유입구와 유체 연통하는 흡입 채널; 및
   2개 이상의 셀 중 하나의 셀 유출구와 유체 연통하고, 2개 이상의 셀 중 하나로부터 유동하는 기체상 유체를 수용하고 유동의 방향을 제1 하향 또는 수평 유동 방향과 동일한 방향으로 변경하도록 적합화된 유출구 채널
   을 포함하는 필터.
2. 제1항에 있어서, 과립이 셀을 통한 기체상 유체의 상향 유동에 의해 개별 셀 내에서 유동화될 수 있는 것인 필터.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 2개 이상의 셀을 함유하는 어레이를 포함하며, 상기 어레이가 깊이의 방향으로 평행하게 정렬된 셀, 및 평면으로 정렬된 셀 유입구의 영역과 반복 배열을 갖는 셀의 층을 포함하는 것인 필터.
5. 제4항에 있어서, 어레이, 및 주연부를 한정하도록 연장되는 프레임을 포함하며, 상기 어레이가 주연부 내의 프레임에 의해 지지되며, 여기서 상기 어레이의 셀은 부피가 실질적으로 균일하고 깊이가 실질적으로 균일한 것인 필터.
6. 제1항에 있어서,
   2개 이상의 셀 유입구 각각에서의 다공성 유입구 커버는 기체상 유체가 셀 내로 통과할 수 있게 할 수 있고 셀 유입구에서 셀 내에 과립을 함유할 수 있고,
   2개 이상의 셀 유출구 각각에서의 다공성 유출구 커버는 기체상 유체가 셀 밖으로 통과할 수 있게 할 수 있고 셀 유출구에서 셀 내에 과립을 함유할 수 있는 필터.
7. 제1항에 있어서, 과립이 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지, 제올라이트, 금속 산화물, 염, 천연 활성탄, 합성 활성탄, 및 그의 조합의 과립으로부터 선택된 것인 필터.
8. 제1항에 있어서, 과립이 화학적으로 코팅된 탄소 및 화학적으로 코팅된 중합체로부터 선택되며, 상기 화학적 코팅이 아이오딘화물 용액, 수산화물 용액, 염화아연, 탄산염 용액, 중탄산염 용액, 아민, 시트르산, 인산, 옥살산, 또는 황산을 포함하는 것인 필터.
9. 기체상 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
   기체상 유체의 유동을 안내하기 위한 덕팅,
   기체상 유체의 유동에 제거가능한 필터 조립체를 배치하여 기체상 유체의 유동을 필터 조립체를 통해 유동시키기 위한 덕팅과 유체 연통하는 공간,
   공간 내의 제거가능한 필터 조립체
   를 포함하며, 상기 제거가능한 필터 조립체는
   각 셀이 셀 유입구와 셀 유출구 사이에서 연장되는 다공성 유입구 커버, 다공성 유출구 커버 및 측벽에 의해 한정되고, 각 셀이 측벽, 다공성 유입구 커버, 및 다공성 유출구 커버 사이에 부피를 갖는 것인, 2개 이상의 셀,
   개별 과립이 각 셀을 통과한 기체상 유체의 상향 방향 유동에 응답하여 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에서 이동할 수 있게 하는 느슨한 방식으로 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에 함유된 개별 과립을 포함하는 과립상 필터 매체,
   제1 하향 또는 수평 유동 방향으로 이동하는 기체상 유체의 유동을 수용할 수 있고 2개 이상의 셀 중 하나를 통한 유동을 위해 기체상 유체의 유동의 방향을 상향 방향으로 변경할 수 있고, 상향 방향은 중력에 반대되는 방향인, 2개 이상의 셀 중 하나의 셀 유입구와 유체 연통하는 흡입 채널, 및
   2개 이상의 셀 중 하나의 셀 유출구와 유체 연통하고, 2개 이상의 셀 중 하나로부터 유동하는 기체상 유체를 수용하고 유동의 방향을 제1 하향 또는 수평 유동 방향과 동일한 방향으로 변경하도록 적합화된 유출구 채널
   을 포함하는 것인
   시스템.
10. 기체상 유체의 유동으로부터 오염물질을 제거하는 방법으로서,
    각 셀이 셀 유입구와 셀 유출구 사이에서 연장되는 다공성 유입구 커버, 다공성 유출구 커버 및 측벽에 의해 한정되고, 각 셀이 측벽, 다공성 유입구 커버, 및 다공성 유출구 커버 사이에 부피를 갖는 것인, 2개 이상의 셀,
    개별 과립이 각 셀을 통과한 기체상 유체의 상향 방향 유동에 응답하여 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에서 이동할 수 있게 하는 느슨한 방식으로 2개 이상의 셀 각각의 부피 내에 함유된 개별 과립을 포함하는 과립상 필터 매체,
    제1 하향 또는 수평 유동 방향으로 이동하는 기체상 유체의 유동을 수용할 수 있고 2개 이상의 셀 중 하나를 통한 유동을 위해 기체상 유체의 유동의 방향을 상향 방향으로 변경할 수 있고, 상향 방향은 중력에 반대되는 방향인, 2개 이상의 셀 중 하나의 셀 유입구와 유체 연통하는 흡입 채널, 및
    2개 이상의 셀 중 하나의 셀 유출구와 유체 연통하고, 2개 이상의 셀 중 하나로부터 유동하는 기체상 유체를 수용하고 유동의 방향을 제1 하향 또는 수평 유동 방향과 동일한 방향으로 변경하도록 적합화된 유출구 채널
    을 포함하는 필터를 제공하는 것, 및
    과립이 기체상 유체의 유동 내에서 유동화되게 하는 방식으로 2개 이상의 셀을 통해 기체상 유체를 유동시키는 것
    을 포함하는 방법.
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