TW202023962A - 臭氧水輸送系統及使用方法 - Google Patents

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提亞克 克莉絲提安 拉
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Abstract

本發明揭示一種臭氧水輸送系統，其包含：至少一接觸裝置，其與經組態以提供超純水之至少一超純水源連通；至少一超純水導管，其耦合至該超純水源；至少一溶液，其經由該超純水導管而與該接觸裝置及該超純水源連通；一或多個氣源，其含有至少一氣體，該一或多個氣源與該超純水源、該超純水導管及溶液導管之至少一者連通；至少一混合氣體導管，其與該至少一氣源及該接觸裝置連通且經組態以提供至少一混合氣體至該接觸裝置；及至少一臭氧水輸出導管，其與該接觸裝置連通。

Description

臭氧水輸送系統及使用方法
目前，臭氧用於包含半導體製造、太陽能板加工、衛生應用、食品加工、平板加工及其類似者之諸多應用中。在一些應用中，臭氧可溶解於去離子水中。然而，臭氧與去離子超純水劇烈反應以藉此引起臭氧在數秒內衰減於超純水中。若干應用(諸如半導體製造應用、太陽能板及平板製造)需要溶解於超純水中之高臭氧濃度。然而，臭氧衰減速率隨著溶解於去離子超純水中之臭氧濃度提高而加快。某些應用(例如單半導體晶圓加工)需要隨機變化液體流速下之溶解臭氧，其可導致供應管內之變化滯留時間作為臭氧衰減之一額外變量，且低液體流速下之臭氧衰減量較高。另外，可因存在常見於工業用超純水中之微量氫氧離子及過氧化物而觸發臭氧衰減。因此，歸因於供應至不同位置之超純水內之此等雜質濃度之變動，臭氧衰減可變動於製造位置及/或位點之間。
作為回應，已採用諸多技術來控制臭氧水中臭氧之衰減速率。例如，圖1展示目前用於半導體製造應用中之一臭氧水輸送系統之一實例。如所展示，臭氧水輸送系統1包含經由一超純水源導管7 (下文稱為UPW源導管7)而與一超純水源5 (下文稱為UPW源5)流體連通之一接觸裝置3。一氣源及/或臭氧產生器9 (下文稱為氣源9)經由一進氣導管11而與接觸裝置3連通。通常，氣體混合物包含二氧化碳(CO2 )、臭氧(O3 )及氧氣(O2 )。一或多個閥裝置13及/或指示器用於將水與氣體混合物安全分離且防止水、氣體或兩者回流至氣源9中。在使用期間，使用一對流流動來使來自氣源9之氣體混合物與來自UPW源5之超純水接觸於接觸裝置3內以藉此導致來自氣源9之一部分臭氧溶解於超純水中。氣體混合物內之一些二氧化碳(CO2 )轉化成碳酸，其降低氫氧離子之濃度。碳酸離子清除羥基，其有效降低超純水中之溶解臭氧之衰減速率。其後，自接觸裝置3釋放或移除溶解臭氧以經由溶解臭氧導管19來形成一溶解臭氧輸出17。另外，可自接觸裝置3經由廢氣導管23釋放諸如二氧化碳(CO2 )、氧氣(O2 )及臭氧(O3 )之廢氣21。儘管圖1中之系統已被證明有用，但亦存在諸多缺點。例如，圖1中所展示之臭氧水輸送系統容許約25 ppm至約50 ppm之間的臭氧濃度。然而，事實證明，使用圖1中所展示之臭氧水輸送系統1來獲得大於約50 ppm之臭氧濃度係較難的。此外，質量轉移效率之提高需要接觸裝置3之填充柱較高以藉此需要一較大工作區域。另外，膜模組常用於將諸如二氧化碳之氣體溶解至超純水中或自超純水移除殘留氧氣。不幸的是，大多數市售膜模組包含塑膠(諸如聚丙烯及/或聚乙烯)或對氧化劑(如過氧化物及臭氧)高度敏感之類似材料。此外，二氧化碳及臭氧具有不同溶解度。因而，在一些流量配置中，接觸裝置內之二氧化碳之濃度顯著變動。例如，一填充柱接觸裝置內之對流配置可導致二氧化碳在接觸裝置3內之氣體混合物導管11之入口附近溶解，同時臭氧在UPW導管5之入口附近溶解，藉此降低形成臭氧水之效率。圖2以圖形展示使用對流架構之一填充柱接觸裝置3中二氧化碳之濃度分佈。圖2中之橫座標表示形成接觸裝置3之填充柱之橫向區段(下文稱為柱區段)。區段1表示接近UPW源導管7之入口及廢氣導管23之出口的柱頂。區段20表示接近進氣導管11及溶解臭氧導管19之柱底。
鑑於上文，一直需要一種能夠選擇性提供具有高臭氧濃度之超純水之臭氧水輸送系統。
本申請案揭示一臭氧水輸送系統之各種實施例，其能夠提供比先前技術系統更高之超純水數量(其內具有更高濃度之溶解臭氧)。在一些實施例中，該臭氧水輸送系統可經組態以允許調整臭氧反應性且維持精確溶解臭氧量測。更明確言之，在一實施例中，本申請案揭示一種臭氧水輸送系統，其包含與經組態以提供超純水之至少一超純水源連通的至少一接觸裝置。至少一超純水導管可耦合至該超純水源。此外，至少一溶液可經由該超純水導管而與該接觸裝置及該超純水源連通。含有至少一氣體之一或多個氣源可與該超純水源、該超純水導管及溶液導管之至少一者連通。在使用期間，當與該超純水反應時，該氣體可用於形成至少一溶液。至少一混合氣體導管可與該氣源及該接觸裝置連通。該混合氣體導管可經組態以提供至少一混合氣體至該接觸裝置。最後，至少一臭氧水輸出導管可與該接觸裝置連通。
在另一實施例中，本申請案揭示一種臭氧水輸送系統，其包含一或多個感測器，其等經組態以量測由該臭氧水輸送系統產生之臭氧水之各種特性、濃度、流速及其類似者。更明確言之，該臭氧水輸送系統可包含與經組態以提供超純水之至少一超純水源連通的至少一接觸裝置。至少一超純水導管可耦合至該超純水源。此外，至少一溶液可經由該超純水導管而與該接觸裝置及該超純水源連通。含有至少一氣體之一或多個氣源可與該超純水源、該超純水導管及溶液導管之至少一者連通。在使用期間，當與該超純水反應時，該氣體可用於形成至少一溶液。至少一混合氣體導管可與該氣源及該接觸裝置連通。該混合氣體導管可經組態以提供至少一混合氣體至該接觸裝置。最後，至少一臭氧水輸出導管可與該接觸裝置連通。一或多個感測器可定位於該臭氧水輸送系統內且用於量測該輸出臭氧水之各種特性，諸如臭氧濃度、流速、溫度及其類似者。
在另一實施例中，本申請案揭示一種臭氧水輸送系統，其內包含多個接觸裝置。更明確言之，本申請案揭示一種臭氧水輸送系統，其內具有一第一接觸裝置及至少一第二接觸裝置。至少一超純水源可經組態以提供超純水至該第一接觸裝置。至少一超純水導管可耦合至該超純水源及該第一接觸裝置。至少一溶液導管可經由該超純水導管而與該第一接觸裝置及該超純水源連通。含有至少一氣體之至少一氣源可與該超純水源、該超純水導管及溶液導管之至少一者連通。在使用期間，當與該超純水反應時，該氣體可用於形成至少一溶液。該第二接觸裝置經由至少一第一接觸裝置導管而與該第一接觸裝置連通，該至少一第一接觸裝置導管經組態以運送自該第一接觸裝置輸出之臭氧水至該第二接觸裝置。至少一混合氣體導管可與該氣源及該第二接觸裝置連通。該混合氣體導管可經組態以提供至少一混合氣體至該第二接觸裝置。至少一廢氣導管與該第二接觸裝置及該第一接觸裝置連通，其中該廢氣導管經組態以將該混合氣體之一部分自該第二接觸裝置導引至該第一接觸裝置。至少一臭氧水輸出導管可與該第二接觸裝置連通。
本申請案亦揭示一種提供臭氧水之方法。更明確言之，本申請案揭示一種以較高數量提供具有比目前可用超純水更高之溶解臭氧濃度之超純水的方法。在一實施例中，提供臭氧水之該方法包含：形成由溶解於超純水中之二氧化碳組成之二氧化碳水溶液；使該二氧化碳水溶液流入至至少一接觸裝置中；使其至少一部分包括臭氧之至少一混合氣體流入至該接觸裝置中，該接觸裝置內流動有該二氧化碳水溶液；使該臭氧之至少一部分溶解於該接觸裝置內之該超純水內；使用該二氧化碳水溶液之該二氧化碳成分來延遲該超純水內之該溶解臭氧之臭氧衰減速率；及自該接觸裝置輸出臭氧水。
在另一實施例中，本申請案亦揭示一種用於調整或調節臭氧反應性之方法。更明確言之，本申請案揭示一種量測臭氧反應性且控制回應於此而流入至第一接觸裝置中之二氧化碳氣體量的方法。在一實施例中，第二感測器可用於透過臭氧水輸送系統內之至少一閥來選擇性調節流動條件。
將鑑於以下詳細描述來更加明白本文中所揭示之新穎臭氧水輸送系統之其他特徵及優點。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2018年8月29日申請之名稱為「Ozonated Water Delivery System and Method of Use」之美國臨時專利申請案第62/724,368號之優先權，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
本申請案揭示一新穎臭氧水輸送系統之若干實施例。在一實施例中，本文中所揭示之新穎臭氧水輸送系統可經組態以提供具有大於約50 ppm之臭氧濃度的臭氧水。在另一實施例中，本文中所揭示之新穎臭氧水輸送系統可經組態以提供具有大於約100 ppm之臭氧濃度的臭氧水。本文中所揭示之新穎臭氧水輸送系統可視情況經組態以提供具有約50 ppm或更小之臭氧濃度的臭氧水。此外，新穎臭氧水輸送系統可經組態以提供具有大於約50 ppm之臭氧濃度的臭氧水及20升/分鐘(LPM)或更大之超純水流速，但熟習技術者應瞭解，本文中所揭示之臭氧水輸送系統可經組態以依小於約20 LPM之流速提供超純水。在另一實施例中，臭氧水輸送系統可經組態以依20 LPM或更大之超純水流速提供具有大於約100 ppm之臭氧濃度的臭氧水。臭氧水輸送系統可視情況經組態以依2 LPM或更大之超純水流速提供具有各種臭氧濃度之臭氧水。系統可視情況經組態以依2 LPM至超過20 LPM之間的隨機變化臭氧水流速提供一恆定臭氧濃度。
圖3至圖6展示一新穎臭氧水輸送系統之各種實施例之示意圖。如所展示，本文中所揭示之臭氧水輸送系統30包含至少一接觸裝置32。在所繪示之實施例中，一單一接觸裝置32用於臭氧水輸送系統30中，但熟習技術者應瞭解，可使用任何數目個接觸裝置。此外，在一實施例中，接觸裝置32包括一填充柱架構。此外，在一實施例中，接觸裝置32包括由填塔料填充之一填充柱。在另一實施例中，接觸裝置32包括一基於膜之裝置或至少一膜模組。接觸裝置32可經由至少一超純水導管36 (下文稱為UPW導管36)而與至少一去離子超純水源34 (下文稱為UPW源34)流體連通，UPW導管36經組態以將去離子超純水自UPW源34運送至接觸裝置32。在所繪示之實施例中，至少一超純水及/或反應物入口40可形成於接觸裝置32之一表面上。熟習技術者應瞭解，任何數目個入口或出口可形成於接觸裝置32上。儘管圖3及圖4中未展示，但熟習技術者應瞭解，一或多個控制器、閥裝置、限流器、感測器、指示器、流量控制器及其類似者可包含於UPW導管36上。
再次參考圖3至圖6，經組態以提供一或多種類型之氣體、反應物及/或流體之至少一氣體或流體源60 (下文稱為氣源60)可與UPW源34、UPW導管36及/或接觸裝置32之至少一者連通。在所繪示之實施例中，氣源60耦合至至少一氣體導管42，氣體導管42經由至少一耦合部件48來耦合至UPW導管36。因而，流動通過UPW導管36之超純水可與氣體導管42內之至少一氣體或流體反應以形成至少一反應溶液，該反應溶液可經由至少一超純水入口40來流入至接觸裝置32中。例如，去離子超純水可與二氧化碳反應以產生二氧化碳水溶液。此外，如同UPW導管36，氣體導管42可包含其上或與其連通之一或多個控制器、閥裝置、限流器、質量流量控制器、感測器、指示器、流量調節器及其類似者。例如，在圖3、圖4及圖6所展示之實施例中，氣體導管42包含經組態以防止水及/或氣體回流至氣源中之兩個(2個)閥44及一個(1個)指示器46，但熟習技術者應瞭解，各種組件可用於氣體導管42上用於各種應用。圖5視情況展示一臭氧水輸送裝置30之一替代實施例。如所展示，圖5中所展示之臭氧水輸送裝置30包含圖3、圖4及圖6中所展示之臭氧水輸送裝置30之諸多組件。然而，圖5中所展示之臭氧水輸送裝置30包含定位於UPW導管36、溶液導管38或兩者之至少一者上之一閥44。此外，至少一個(1個)閥44、至少一個(1個)限流器50及至少一個(1個)止回閥52及至少一控制閥54可定位於氣體導管42上。在所繪示之實施例中，添加二氧化碳至在控制閥54上游之UPW導管36內流動之超純水。
在一實施例中，氣源60可經組態以在超純水經由至少一溶液導管38進入接觸裝置32之前輸送二氧化碳(CO2 )至在超純水導管36內流動之超純水以形成二氧化碳水溶液。在使用期間，二氧化碳水溶液之二氧化碳成分可用於降低使用期間接觸裝置32內之溶解臭氧之衰減速率。例如，在一實施例中，氣源60及氣體導管42經組態以依約0.01標準升/分鐘(下文稱為SLPM)至約0.5 SLPM之一流速提供二氧化碳流至在UPW導管36內流動之超純水。氣源60及氣體導管42視情況經組態以依約0.005標準升/分鐘(下文稱為SLPM)至3.0 SLPM或更大之一流速提供二氧化碳流至在UPW導管36內流動之超純水。在一實施例中，氣源60可經組態以依一固定流速提供一恆定氣流(例如二氧化碳等等)至UPW導管36，不管流入至接觸裝置32中之超純水之流速如何。因而，超純水中二氧化碳之有效含量可在超純水流速較低時較高以藉此導致超純水中溶解臭氧之一較高濃度。在另一實施例中，氣源60可經組態以依超純水與氣體之一固定比提供一氣流(例如二氧化碳等等)至UPW導管36。在另一實施例中，氣源60及氣體導管42經組態以依約0.05 SLPM至約0.3 SLPM之一流速提供二氧化碳流至在UPW導管36內流動之超純水。氣源60及氣體導管42視情況經組態以依約0.1 SLPM至約0.2 SLPM之一流速提供二氧化碳流至在UPW導管36內流動之超純水，但熟習技術者應瞭解，氣源60及氣體導管42可經組態以依任何所要流速提供二氧化碳流至在UPW導管36內流動之超純水。因而，一或多個質量流量控制器44及閥46可用於選擇性控制向UPW導管36引入二氧化碳之速率。在一替代實施例中，氣源60可經組態以提供氮氣至氣體導管42。氣源60可視情況經組態以提供各種氣體或流體至氣體導管42、UPW源34、接觸裝置32及其類似者之至少一者。
如圖3至圖6中所展示，氣源60可經由至少一混合氣體導管62及至少一混合氣體入口68而與接觸裝置32連通。在所繪示之實施例中，一單一氣源60與接觸裝置32流體連通。例如，圖3至圖6中所展示之單一氣源60可經組態以提供由氧氣(O2 )、臭氧(O3 )及二氧化碳(CO2 )組成之一混合氣體至接觸裝置32。在另一實施例中，混合氣體由氧氣(O2 )、臭氧(O3 )、二氧化碳(CO2 )及小於約2 ppm氮氣(N2 )組成，但熟習技術者應瞭解，可使用大於約2 ppm氮氣(N2 )。其他氣體包含(但不限於)氮氣、二氧化氮、一氧化二氮。在一替代實施例中，多個氣源60可耦合至接觸裝置32或依其他方式與接觸裝置32流體連通。例如，臭氧(O3 )/氧氣(O2 )及二氧化碳(CO2 )之個別源可各耦合至氣體導管62，使得混合氣體導管62混合混合氣體且將混合氣體自個別源運送至接觸裝置32。在一實施例中，氣源60可與至少一臭氧產生器連通及/或可包含至少一臭氧產生器，該臭氧產生器經組態以提供臭氧至混合氣體導管62。在使用期間，經由混合氣體導管62引入至接觸裝置32中之混合氣體內之二氧化碳具有提高作為混合氣源60之部分之臭氧產生器中臭氧產生之效率的功能且抑制在接觸裝置32內之混合氣體輸入區域處溶解於水中之臭氧之臭氧衰減，同時二氧化碳水溶液之二氧化碳成分降低接觸裝置32之出氣側處溶解臭氧之衰減速率。因而，各種額外氣體(例如二氧化碳、氮氣、二氧化氮、一氧化二氮及其類似者)可用於提高及/或選擇性控制臭氧產生器內氧氣轉化成臭氧之程序之效率。
如圖3至圖6中所展示，至少一閥、質量流量控制器、指示器、感測器及其類似者可定位於氣源60、混合氣體導管62或兩者之至少一者上或與其連通。例如，兩個(2個)閥64及一個(1個)指示器66包含於圖3至圖6所展示之臭氧水輸送系統30之實施例中，但熟習技術者應瞭解，任何數目個閥、質量流量控制器、指示器、感測器及其類似者可耦合至混合氣體導管62或與其連通。
再次參考圖3至圖6，在使用期間，經由溶液導管38將二氧化碳水溶液引入至接觸裝置32中。如上文所述，將來自混合氣體導管62之混合氣體引入至接觸裝置32中。混合氣體內之臭氧與超純水反應且溶解於超純水內以形成溶解臭氧(DIO3 )。經由溶液導管38引入至接觸裝置32中之超純水內之二氧化碳可用於抑制新形成之溶解臭氧之衰減速率。其後，自接觸裝置32經由至少一臭氧水導管72來釋放臭氧水於臭氧水輸出70處。在一實施例中，來自臭氧水輸出70之臭氧水之流速係自約0.2 LPM至約70 LPM。在另一實施例中，來自臭氧水輸出70之臭氧水之流速係自約3 LPM至約40 LPM。圖3及圖4中所展示之臭氧水輸送系統30可視情況經組態以自臭氧水輸出70輸出約2 LPM至約20 LPM之臭氧水。此外，可自接觸裝置32經由至少一廢氣導管82移除諸如氧氣(O2 )、臭氧(O3 )、二氧化碳(CO2 )及其他氣體之廢氣80。
圖4及圖6展示圖3中所展示之臭氧水輸送系統30之替代實施例，臭氧水輸送系統30內具有至少一處理器。如所展示，至少一感測器、指示器、閥或其類似者可定位於臭氧水導管72上。例如，在所繪示之實施例中，感測器74耦合至臭氧水導管72，但熟習技術者應瞭解，可類似地包含各種其他組件。例如，在一實施例中，感測器74可經組態以量測臭氧水導管72附近之臭氧濃度，但熟習技術者應瞭解，本文中所揭示之各種臭氧水輸送系統可包含定位於臭氧水輸送系統內之各種位置處之一或多個感測器74，感測器74經組態以量測臭氧濃度、二氧化碳濃度、流速、溫度及其類似者。感測器74可經由至少一處理器導管76而與至少一處理器78通信。此外，處理器78可經由處理器導管76而與UPW源34、閥44、指示器46、氣源60、閥64及指示器66之至少一者通信。因而，處理器78可經組態以自UPW源34、閥44、指示器46、氣源60、質量流量控制器64、指示器66及感測器74之至少一者接收資料及向其提供資料。因而，處理器78可經組態以經由用於整個系統中之感測器、UPW源、閥、質量流量控制器、氣源及其類似者來容許、限制及/或依其他方式控制系統內超純水、混合氣體及/或臭氧水之流動。在使用期間，處理器78可經組態以監測臭氧水之臭氧濃度、水流速及類似特性及諸如接觸裝置32內之壓力、UPW源34內之壓力及其類似者之操作特性。此外，處理器78可經組態以相應地選擇性變動UPW源34、質量閥44、指示器46、氣源60、閥64、指示器66及感測器74之效能。接觸裝置32中之壓力可由處理器78控製至一有效恆定值。接觸裝置32之壓力可經組態以在1巴至4巴之間(諸如在1.8巴至2.5巴之間)，但熟習技術者應瞭解，接觸裝置32內之壓力可取決於應用而更高或更低。圖7以圖形展示使用圖3及圖4中所展示之架構之CO2 液體濃度及CO2 氣體濃度分佈。熟習技術者應瞭解，圖5及圖6中所展示之實施例將產生CO2 液體濃度及CO2 氣體濃度之一類似圖形表示。如所展示，接觸裝置32內之CO2 之分佈比使用圖1中所展示之先前技術對流架構之一填充柱接觸裝置3中之二氧化碳之濃度分佈更均勻。此外，熟習技術者應瞭解，歸因於運送程序之原理類似性，包含一膜接觸裝置之架構存在類似於使用圖1中所展示之先前技術對流架構之一填充柱接觸裝置3中之二氧化碳濃度分佈的二氧化碳濃度分佈之一不均勻性。
圖6展示包含兩個臭氧感測器之一臭氧水輸送系統之一實施例，但熟習技術者應瞭解，可使用任何數目個感測器。在一實施例中，第一感測器74可經組態以連續操作且可與可控閥212及處理器78協同控制輸出臭氧水72中之臭氧濃度。在所繪示之實施例中，臭氧水輸送系統30可視情況包含至少一第二感測器204 (例如臭氧量測裝置)。在一實施例中，第二感測器204可經組態以控制量測裝置74之準確度。在另一實施例中，第二感測器204可經組態以量測臭氧水輸送系統30之一輸出之各種特性。例如，第二感測器204可經組態以量測導管72中之溶解臭氧濃度且與處理器78協同比較由第一感測器74量測之量測臭氧濃度與由第二感測器204量測之臭氧濃度且在存在一偏差時相應地調整第一感測器74之零點。在一實施例中，至少一閥213可用於(例如)在使用新鮮臭氧水填充臭氧感測器204之後選擇性控制系統內之流動條件。接著，將由控制器78視情況採用停滯於感測器204中之水之隨時間臭氧濃度。可自隨時間臭氧濃度曲線計算衰減速率。其後，可由一控制器78基於所量測之臭氧衰減速率來控制所供應之二氧化碳量以達成經處理目標表面處之所要臭氧反應性。在一實施例中，可使用一或多個臭氧感測器204 (光學感測器、可見光感測器、IR感測器、UV感測器及其類似者)。例如，臭氧感測器204可經組態以基於可見光吸收來量測臭氧。第二感測器204可經組態以操作為一參考感測器，其經組態以量測供應水中一給定時間之臭氧濃度。接著，可比較兩個感測器之量測值。因而，歸因於使用無溶解臭氧之水(用於重新校準零點)填充感測器，此配置允許無中斷連續操作第一感測器74，其在經濟上有利於整個系統(歸因於一較高可用時間量)。
圖8及圖9展示一臭氧水輸送系統之另一實施例。如所展示，臭氧水輸送系統100包含一第一接觸裝置102a及至少一第二接觸裝置102b。在一實施例中，第一接觸裝置102a、第二接觸裝置102b或兩者包括一填充柱架構。第一接觸裝置102a及/或第二接觸裝置102b之至少一者視情況無需包括一填充柱架構。例如，第一接觸裝置102a及/或第二接觸裝置102b之至少一者可包括一基於膜之裝置或至少一膜模組。第一接觸裝置102a可經由至少一超純水導管106 (下文稱為UPW導管106)而與至少一超純水源104 (下文稱為UPW 104)流體連通。此外，儘管圖8及圖9中未展示，但熟習技術者應瞭解，一或多個控制器、閥裝置、感測器、指示器及其類似者可包含於耦合部件106上。
再次參考圖8及圖9，至少一氣源130可經由至少一氣體導管112而與UPW源104、UPW導管106及/或接觸裝置102a之至少一者連通。在所繪示之實施例中，氣源130耦合至至少一氣體導管112，氣體導管112經由至少一耦合部件118來耦合至UPW導管106。如同先前實施例，流動通過UPW導管106之超純水與氣體導管112內之氣體反應以形成至少一反應溶液。此外，如同UPW導管106，氣體導管112可包含其上或與其連通之一或多個控制器、閥裝置、質量流量控制器、感測器、指示器及其類似者。例如，在所繪示之實施例中，氣體導管112上包含經組態以防止水及/或氣體回流至氣源130中之兩個(2個)閥114及一個(1個)指示器116；但熟習技術者應瞭解，任何數目個閥、指示器、控制器及其類似者可包含於氣體導管112上或與氣體導管112連通而用於各種應用。
氣源130可視情況經組態以在超純水經由至少一溶液導管120進入第一接觸裝置102a之前輸送二氧化碳(CO2 )至在超純導管106內流動之超純水以形成二氧化碳水溶液。熟習技術者應瞭解，氣源130及氣體導管112可經組態以依任何所要流速提供二氧化碳流至在UPW導管106內流動之超純水。例如，在一實施例中，氣源130及氣體導管112可經組態以依一恆定流速提供二氧化碳流至在UPW導管106內流動之超純水，不管超純水之流速如何。
再次參考圖8及圖9，氣源130可經由至少一混合氣體導管132而與第二接觸裝置102b連通。如同先前實施例，氣源130可耦合至至少一臭氧產生器、與至少一臭氧產生器連通或其內包含至少一臭氧產生器。在所繪示之實施例中，一單一氣源130與第二接觸裝置102b流體連通，但可使用任何數目個氣源130。如同先前實施例，圖8及圖9中所展示之氣源130可經組態以提供由氧氣(O2 )、臭氧(O3 )及二氧化碳(CO2 )組成之一混合氣體至接觸裝置102b。在一替代實施例中，多個氣源130可耦合至第二接觸裝置102b或依其他方式與第二接觸裝置102b流體連通。例如，氧氣(O2 )、臭氧(O3 )及二氧化碳(CO2 )之個別源可各耦合至混合氣體導管132，使得混合氣體導管132混合混合氣體且將混合氣體自個別源運送至第二接觸裝置102b。如圖8及圖9中所展示，至少一閥、質量流量控制器、指示器、感測器及其類似者可定位於混合氣體導管132上或與混合氣體導管132連通。例如，兩個(2個)閥134及一個(1個)指示器136包含於圖8及圖9中所展示之臭氧水輸送系統100之實施例上，其等經組態以防止水及/或氣體回流至氣源130中；但熟習技術者應瞭解，任何數目個閥、質量流量控制器、指示器、感測器及其類似者可耦合至混合氣體導管132或與混合氣體導管132連通。
在使用期間，經由溶液導管120將二氧化碳水溶液引入至第一接觸裝置102a中。另外，將來自混合氣體導管132之混合氣體引入至第二接觸裝置102b中。一些混合氣體自第二接觸裝置102b經由與第一接觸裝置102a及第二接觸裝置102b流體連通之至少一廢氣耦合導管164來導引至第一接觸裝置102a。來自第二接觸裝置102b之混合氣體可被引入至第一接觸裝置102a中且與第一接觸裝置102a內之二氧化碳水溶液反應以藉此使混合氣體中之臭氧溶解於二氧化碳水溶液中以提供一溶解臭氧/UPW溶液。第一接觸裝置102a內之溶解臭氧/UPW溶液可自第一接觸裝置102a經由至少一第一接觸裝置導管152移除而流入至第二接觸裝置102b中，同時自第一接觸裝置102a經由至少一第一接觸裝置廢氣導管168來移除廢氣166。在所繪示之實施例中，至少一泵150可用於使溶解臭氧/UPW溶液自第一接觸裝置102a經由第一接觸裝置導管152來導引至第二接觸裝置102b。
再次參考圖8及圖9，在存在來自氣源130之混合氣體之情況下將溶解臭氧/UPW溶液自第一接觸裝置102a導引至第二接觸裝置102b中。因此，第二接觸裝置102b內之混合氣體中之臭氧溶解於溶解臭氧/UPW溶液中以藉此導致較高濃度之溶解臭氧160，溶解臭氧160可自第二接觸裝置102b經由至少一第二接觸裝置輸出導管162輸出。熟習技術者應瞭解，儘管圖8及圖9展示串聯耦合之第一接觸裝置及第二接觸裝置，但第一接觸裝置及第二接觸裝置可依任何所要組態耦合。
圖9視情況展示圖8中所展示之臭氧水輸送系統100之一替代實施例，其內具有至少一處理器。如同上述先前實施例，至少一感測器、指示器、閥或其類似者可定位於第二接觸裝置輸出導管162上。例如，在所繪示之實施例中，一感測器170耦合至第二接觸裝置輸出導管162，但熟習技術者應瞭解，可類似地包含諸如壓力感測器或位準感測器之各種其他組件。感測器170可經由至少一處理器導管172而與至少一處理器174通信。此外，處理器174可經由處理器導管172而與UPW源104、質量流量控制器114、指示器116、氣源130、質量流量控制器134、泵150及指示器136之至少一者通信。因而，處理器174可經組態以自UPW源104、質量流量控制器114、指示器116、氣源130、質量流量控制器134、指示器136及感測器170之至少一者接收資料及向其提供資料。在使用期間，處理器174可經組態以監測臭氧水之溶解臭氧濃度及類似特性且相應地選擇性變動UPW源104、質量流量控制器114、指示器116、氣源130、質量流量控制器134、泵150及感測器170之效能。可控制泵150以將接觸裝置102b之壓力設定為比接觸裝置102a高0.1巴至1巴(諸如高0.2巴至0.7巴)，但熟習技術者應瞭解，接觸裝置102b可依任何所要壓力操作。因而，儘管圖9中未展示，但熟習技術者應瞭解，泵150可與處理器174通信。第二接觸裝置102b中之壓力將由處理器174控制至一有效恆定值。第二接觸裝置102b之壓力可經組態以在1巴至4巴之間，諸如在1.8巴至2.5巴之間。
本文中所揭示之實施例繪示本發明之原理。可採用本發明之範疇內之其他修改。因此，本申請案中所揭示之裝置不限於為本文中所精確展示及描述之裝置。
1:臭氧水輸送系統 3:接觸裝置 5:超純水(UPW)源 7:UPW源導管 9:氣源/臭氧產生器 11:進氣導管 13:閥裝置 17:溶解臭氧輸出 19:溶解臭氧導管 21:廢氣 23:廢氣導管 30:臭氧水輸送系統 32:接觸裝置 34:UPW源 36:UPW導管 38:溶液導管 40:超純水及/或反應物入口 42:氣體導管 44:閥/質量流量控制器 46:指示器/閥 48:耦合部件 50:限流器 52:止回閥 54:控制閥 60:氣源 62:混合氣體導管 64:閥/質量流量控制器 66:指示器 68:混合氣體入口 70:臭氧水輸出 72:臭氧水導管/輸出臭氧水 74:感測器/量測裝置 76:處理器導管 78:處理器/控制器 80:廢氣 82:廢氣導管 100:臭氧水輸送系統 102a:第一接觸裝置 102b:第二接觸裝置 104:UPW源 106:UPW導管/耦合部件 112:氣體導管 114:閥/質量流量控制器 116:指示器 118:耦合部件 120:溶液導管 130:氣源 132:混合氣體導管 134:閥/質量流量控制器 136:指示器 150:泵 152:第一接觸裝置導管 160:溶解臭氧 162:第二接觸裝置輸出導管 164:廢氣耦合導管 166:廢氣 168:第一接觸裝置廢氣導管 170:感測器 172:處理器導管 174:處理器 204:第二感測器/臭氧感測器 212:可控閥 213:閥
將在檢閱下圖之後更加明白本文中所描述之臭氧水輸送系統及使用方法之新穎態樣，其中：
圖1展示一先前技術臭氧水輸送系統之一示意圖；
圖2展示描繪圖1中所展示之先前技術填充柱接觸裝置中二氧化碳之濃度分佈的一曲線圖。
圖3展示一臭氧水輸送系統之一實施例之一示意圖，該臭氧水輸送系統具有提供氣態二氧化碳至用於接觸裝置中之超純水的一氣源；
圖4展示一臭氧水輸送系統之另一實施例之一示意圖，該臭氧水輸送系統具有提供氣態二氧化碳至用於接觸裝置中之超純水的一氣源；
圖5展示一臭氧水輸送系統之另一實施例之一示意圖，該臭氧水輸送系統具有提供氣態二氧化碳至用於接觸裝置中之超純水的一氣源；
圖6展示一臭氧水輸送系統之另一實施例之一示意圖，該臭氧水輸送系統併入用於量測臭氧反應性之一裝置；
圖7展示描繪圖3及圖4中所展示之接觸裝置中二氧化碳之濃度分佈的一曲線圖。
圖8展示併入多個接觸裝置之一臭氧水輸送系統之一實施例之一示意圖；及
圖9展示併入多個接觸裝置之一臭氧水輸送系統之另一實施例之一示意圖。
30:臭氧水輸送系統
32:接觸裝置
34:超純水(UPW)源
36:UPW導管
38:溶液導管
40:超純水及/或反應物入口
44:閥/質量流量控制器
46:指示器/閥
48:耦合部件
60:氣源
62:混合氣體導管
64:閥/質量流量控制器
66:指示器
68:混合氣體入口
70:臭氧水輸出
72:臭氧水導管
80:廢氣
82:廢氣導管

Claims (31)

  1. 一種臭氧水輸送系統，其包括： 至少一接觸裝置； 至少一超純水源，其經組態以提供超純水； 至少一超純水導管，其耦合至該至少一超純水源； 至少一溶液，其經由該至少一超純水導管而與該至少一接觸裝置及該至少一超純水源連通； 至少一氣源，其含有至少一氣體，該至少一氣源與該至少一超純水源、該至少一超純水導管及至少一溶液導管之至少一者連通，該至少一氣體在與該超純水反應時形成至少一溶液； 至少一混合氣體導管，其與該至少一氣源及該至少一接觸裝置連通，該至少一混合氣體導管經組態以提供至少一混合氣體至該至少一接觸裝置；及 至少一臭氧水輸出導管，其與該至少一接觸裝置連通。
  2. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該接觸裝置包括至少一填充柱接觸裝置。
  3. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該接觸裝置包括至少一填充柱接觸裝置，該至少一填充柱接觸裝置內包含填塔料。
  4. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該接觸裝置包括至少一基於膜之接觸裝置，該至少一基於膜之接觸裝置內具有至少一膜模組。
  5. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以提供二氧化碳至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管之至少一者以藉此形成二氧化碳水溶液。
  6. 如請求項5之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以使二氧化碳依約0.01 SLPM至約0.5 SLPM之一流速流動至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管。
  7. 如請求項5之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以使二氧化碳依約0.05 SLPM至約0.3 SLPM之一流速流動至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管。
  8. 如請求項5之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以使二氧化碳依約0.1 SLPM至約0.2 SLPM之一流速流動至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管。
  9. 如請求項5之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以使二氧化碳依一固定氣體流速流動至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管。
  10. 如請求項5之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以使二氧化碳依一可變氣體流速流動至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管。
  11. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中自該至少一氣源經由該至少一混合氣體導管流動至該至少一接觸裝置之至少一混合氣體由氧氣、臭氧及二氧化碳組成。
  12. 如請求項11之臭氧水輸送系統，其中自該至少一氣源經由該至少一混合氣體導管流動至該至少一接觸裝置之至少一混合氣體可包含選自氮氣、二氧化氮及二氧化二氮之群組的至少一氣體。
  13. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其進一步包括定位於該至少一氣源、該至少一超純水源、該至少一超純水導管、該至少一溶液導管、該至少一混合氣體導管、該至少臭氧水出口導管之至少一者上的一處理器、閥、質量流量控制器、流量感測器、量錶、指示器、限流器及感測器之至少一者。
  14. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其進一步包括： 至少一超純水入口，其形成於該接觸裝置上且經由該至少一超純水導管及該至少一溶液導管之至少一者而與該至少一超純水源連通；及 至少一混合氣體入口，其形成於該接觸裝置上且經由該至少一混合氣體導管而與該至少一氣源連通。
  15. 如請求項14之臭氧水輸送系統，其中該至少一混合氣體入口定位成遠離該至少一超純水入口。
  16. 如請求項14之臭氧水輸送系統，其中該至少一混合氣體入口定位成相鄰於該至少一超純水入口。
  17. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該至少臭氧水出口導管經組態以輸出臭氧水。
  18. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該至少臭氧水出口導管經組態以依0.2升/分鐘至70升/分鐘之一速率輸出臭氧水。
  19. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該至少臭氧水出口導管經組態以依3升/分鐘至40升/分鐘之一速率輸出臭氧水。
  20. 如請求項1之臭氧水輸送系統，其中該至少臭氧水出口導管經組態以依2升/分鐘至20升/分鐘之一速率輸出臭氧水。
  21. 一種臭氧水輸送系統，其包括： 一第一接觸裝置； 至少一超純水源，其經組態以提供超純水至該第一接觸裝置； 至少一超純水導管，其耦合至該至少一超純水源及該第一接觸裝置； 至少一溶液導管，其經由該至少一超純水導管而與該第一接觸裝置及該至少一超純水源連通； 至少一氣源，其含有至少一氣體，該至少一氣源與該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管之至少一者連通，該至少一氣體在與該超純水反應時形成至少一溶液； 至少一第二接觸裝置，其經由至少一第一接觸裝置導管而與該第一接觸裝置連通，該第一接觸裝置導管經組態以運送自該第一接觸裝置輸出之臭氧水至該至少一第二接觸裝置； 至少一混合氣體導管，其與該至少一氣源及該至少一第二接觸裝置連通，該至少一混合氣體導管經組態以提供至少一混合氣體至該至少一第二接觸裝置； 至少一廢氣導管，其與該至少一第二接觸裝置及該第一接觸裝置連通，該至少一廢氣導管經組態以將該至少一混合氣體之一部分自該至少一第二接觸裝置導引至該第一接觸裝置；及 至少一臭氧水輸出導管，其與該至少一第二接觸裝置連通。
  22. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其中該第一接觸裝置及該至少一第二接觸裝置之至少一者包括至少一填充柱接觸裝置。
  23. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其中該第一接觸裝置及該至少一第二接觸裝置之該至少一者包括至少一填充柱接觸裝置，該至少一填充柱接觸裝置內包含填塔料。
  24. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其中該第一接觸裝置及該至少一第二接觸裝置之該至少一者包括至少一基於膜之接觸裝置，該至少一基於膜之接觸裝置內具有至少一膜模組。
  25. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其進一步包括與該第一接觸裝置及該至少一第二接觸裝置連通之至少一泵，該至少一泵經組態以將自該第一接觸裝置輸出之臭氧水泵送至該至少一第二接觸裝置。
  26. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以提供二氧化碳至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管之至少一者以藉此形成二氧化碳水溶液。
  27. 如請求項26之臭氧水輸送系統，其中該至少一氣源經組態以使二氧化碳依約0.01 SLPM至約0.5 SLPM之一流速流動至該至少一超純水源、該至少一超純水導管及該至少一溶液導管。
  28. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其中自該至少一氣源經由該至少一混合氣體導管流動至該至少一第二接觸裝置之至少一混合氣體由氧氣、臭氧及二氧化碳組成。
  29. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其中自該至少一氣源經由該至少一混合氣體導管流動至該至少一第二接觸裝置之至少一混合氣體可包含選自氮氣、二氧化氮及二氧化二氮之群組的至少一氣體。
  30. 如請求項21之臭氧水輸送系統，其進一步包括定位於該至少一氣源、該至少一超純水源、該至少一超純水導管、該至少一溶液導管、該至少一第一接觸裝置導管、該至少一混合氣體導管、該至少一廢氣耦合導管及該至少臭氧水出口導管之至少一者上的一處理器、閥、質量流量控制器、流量感測器、量錶、指示器、限流器、泵及感測器之至少一者。
  31. 一種提供臭氧水之方法，其包括： 形成由溶解於超純水中之二氧化碳組成之二氧化碳水溶液； 使該二氧化碳水溶液流入至至少一接觸裝置中； 使其至少一部分包括臭氧之至少一混合氣體流入至該至少一接觸裝置中，該至少一接觸裝置內流動有該二氧化碳水溶液； 使該臭氧之至少一部分溶解於該至少一接觸裝置內之該超純水內； 使用該二氧化碳水溶液之該二氧化碳成分來延遲該超純水內之該溶解臭氧之臭氧衰減速率；及 自該至少一接觸裝置輸出臭氧水。
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