TW510822B

TW510822B - Integrated heated getter purifier system

Info

Publication number: TW510822B
Application number: TW089111195A
Authority: TW
Inventors: Charles H Applegarth
Original assignee: Seas Pure Gas Inc
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-11-21
Also published as: EP1198281A1; MY125949A; EP1198281B1; WO2000076627A1; JP5039262B2; KR20020026450A; CN1355720A; DE60045921D1; JP2003521365A; US6299670B1; KR100483039B1; CN1201849C; EP1198281A4

Description

510822 A7 五、發明說明（發明領垃 ^本發明是有關於氣體淨化，更具體的是有關於以吸收劑（getter)為基礎而用以將雜質從氣體中移除的方法及裝置。發明背景對於半導體裝置的製造、實驗室研究、質譜儀儀器以八他工業和應用而言，超高純度（UHP)的氣體是較佳的。UHP氣體係典型地定義為至少99·9999999%體積的吨氣體。、、 .、“ 方法可以製造UHP氣體。—般是由想要的氣體丨U k來》、疋所使用的方法。低流速的UHp 地點(P⑽tofuse，p〇u)上，例如單一：實驗至測试基地，或是使用於單一的製程工具上，例如化學汽減積（CVD)半導體製程卫具。對於剛應用以及其他速應用而言’較佳的方法是一種冰冷反應性的乎匕方法或一種加熱的吸收劑淨化器方法，主要是由於這些方法可能產生的是小規模的生產。、性的淨化方法典型地是使用一種以反應性金 σ金或聚合物樹脂為基礎的淨化材料。冰冷反應淨:一的反應性淨化材料曝露於打算要材料體：f型地’這個方法需要特別調節的淨化

這個淨化材料與雜質氣體中干或物理的鍵結，使得淨化的氣體從包覆體中流出。 4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（21()_X 297公髮 A7 B7 濟部智員五、發明說明（Z) #泣^ 1圖疋一說明先前技藝之冰冷反應性淨化方法10 作从係使用多孔的還原鎳催化劑顆粒狀物（PeUet) 乍為匕材料。首先’在操作14中，一種雜質的氣體，例夕二有微I氧氣雜質的氬氣，在壓力下被引流通過這個鎳顆粒狀物。這個微量的氧氣雜質與鎳金屬作用， ^ ί化鎳。其他的雜質也會與鎳作用。接著在操作16 ^廷個淨化的氣體便可使用於所預期的目的上（例如， ' ¥體製^過程）。當這個鎳已經實f上地被方法ι〇所氧除。’那麼氧氣以及其他的雜質將不再有效地從氣體中移 =冰冷反應性淨化材料已經與雜質反應到一種程度，，、中這個淨化材料已經不能再從雜質氣體中移除雜質以達至1所需之效能程度的時㉟，那麼就會說峨斗已經達到“淨化能力’，。用上糊例子“； =個鎳已經不能再從雜質氣體中移除微量氧氣的時候，固錄就已！工達到淨化能力，因此所產生的氣體就不會再是至少99.999999%的純度。當冰冷反應性淨化材料對於一 ^知的雜質已經達到淨化能力日寺，就必須更換淨化物質或，或者如果可能的話，將淨化物質重新活化。、、士雜質的總容量”係指實質上所有的淨化材料已經被攻個雜質消耗或反應完，並且這個淨化材料已經因此不能再與任何的雜質反應時所需的雜質量。對於一種已知的雜質而言，其總容量典型地是比淨化能力要來得大。典型地可藉由使用較大體績的淨化材料而獲得對於雜質之增加的淨化能力。、冰冷反應性淨化材料方法具有簡單操作的優點。在廷些方法中，淨化材料可在工廠内“活化，，，並且可在費 4HICKMAN/200007TW 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 510822 A7 B7 五、發明說明（彡）質，並4缺點，就疋只能移除有限類型的雜力。已in有限類型的雜質只具有少量的淨化能太高濃产之$所冷反應性>r化方法淨化器如果一次曝露於 ^雜号的話，淨化器會過熱，甚至引起火災。 .雜質氣體係曝露於維持在適當溫度下的二材:;化的作31 第Φ圖二兄I月*則技藝之加熱的吸收劑方法30。在操氣體從淨化器之第—端的人Π流進去。缺二ti : 32中，將雜質氣體預熱至操作溫度。接著，在操作34中，加熱的吸收劑與雜質，例如 h =在 =2;N及其他在此雜質氣體中的雜質發纽 ' 在刼作36中，淨化的氣體在一埶、、大的 >尹化旎力。在選擇性加入的操作38中，草接近周圍溫度的吸收劑，後續地將殘餘的= 3” ’淨化的氣體從淨化器之第二端的出口流出去。接著在操作40中，這個淨化的氣體便可使用 ς 期的目的上（例如，半導體製造過程）。；、當吸收劑不能再移除雜質以達到所 =收劑就已經到達淨化能力。當吸收劑材料對雜貝而吕已經到達淨化能力時，這個吸收劑就必須更換了。

典型地是比此雜質的淨化能力要來得 4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）五、發明說明（4 ) 力要來得大。典型地二二::『化能力。皿度’而獲得對於雜質之增加的淨化能加熱的吸收劑方法具有比冰冷反應性佳的優點··對等量的淨化封 Μ /尹匕材枓方法更比冰冷反應性淨化材料方=多^力口3吸收劑方法可加熱的吸收劑方法也可移除多= 倍的已知雜質。性淨化材料方法口能移广’、插七式的雜質，而冰冷反應供4移除一種或二種形式的雜質。這會降低廷二糸統的整個操作及維護成本。曰 t”、、的吸收劑方法之缺點包括：增加淨化材料合 π r吕糸統，以及在甲化之後，增加冷卻淨化氣體的需求。因為員工典型地在30(TC或更高的溫度下操作，所以對於在加熱吸收，淨化器周圍工作的員工而言也存在著潛在的危險並且員工也會因為接觸而燙傷。已經知道，如果在操作溫度下，加熱的吸收劑一次曝露於太高濃度的雜質時二加熱的吸收劑淨化器會引起火災。由於需要熱源、控制糸統以及氣體冷卻系統，所以加熱的吸收劑淨化器係典型地用作中等及較大規模的應用。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製大部分的POU應用除了淨化之外，還需要小規模的控制及監控。這些控制、監控及淨化的裝配已知是一種“氣體棒（gas stick) ’’ 。第3圖是典型先前技藝氣體棒50的概要圖示。氣體棒50包括一壓力調節器52以控制氣體壓力，一入口閥5 4以控制入口氣流，一加熱的吸收劑淨化器 56以淨化氣體，一淨化器出口隔離閥58以隔離淨化器，一流動控制器或一流體計60以控制或監控氣體流速，一檢

4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（艾）查閥62以控制逆向氣流，一壓力變換器或壓力表64以監控系統壓力，以及一出口濾膜66以移除氣流中的顆粒。氣體棒係典型地使用二種黏合方法或其組合的方法而組合。對於可替換的零件而言，金屬與金屬黏合表面係典型地使用可壓碎之密封物68。對於典型上不可替換的零件而言，係典型地使用焊接的連接70。這兩種裝配方法都很昂貴且難以恰當地使用。當淨化、控制以及儀器之需求增加的時候，氣體棒就 •會發展的更複雜。更複雜的氣體棒變得更大且更難以在典型的POU之有限的空間中使用。近來，氣體棒除了上述的功能及零件之外，已發展成包括氣體混合、氣體淨化以及氣體來源選擇。氣體棒之增加的大小以及複雜度已經驅動模組化氣體棒的發展。一種模組化氣體棒規格書的實例已發現於氣體分佈零件之表面黏著界面的規格書（Specification For Surface Mount Interface of Gas Distribution Components)， SEMI草稿文件編號2787，1988，在此處納為參考資料。表面黏著界面（SMI)的規格書定義一對於氣體棒形式零件的模組化界面。第4A圖說明一模組化氣體棒基底 (substrate ) 80的實例，而第4B圖說明一模組氣體棒零件基底（component base) 100。模組化氣體棒基底80包括一用於氣體流動的機械通道82，，例如從零件站84到零件站94。每個零件站84、94、95、96、97、98及99包括一入口孔86及出口孔88，係相對應於每個模組化氣體棒零件基底100的入口孔102及出口孔104。許多的零件形式，例如，閥、流體計以及壓力轉換器可與模組化氣體棒基底1〇〇配合製造。每個模組化氣體棒零件基底1〇〇黏 4HICKMAN/200007TW 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 ‘ B7 _ 五、發明說明（G ) 合至共同的模組化氣體棒基底80。模組化的氣體基底80 可使用於單一或多重的氣體通道82設計。第5圖說明許多設置在模組化氣體棒基底8〇的典型零件，也就是第一個零件106、第二個零件1〇8以及第三個零件11 〇。氣體流進模組化氣體棒基底80的入口 90，通過模組化氣體棒基底80的通道82到第一個零件站84，通過基底80的入口孔86，通過第一個零件1〇6的入口 102，通過第一個零件106到出口 1〇4,通過基底80的出口孔88。從第一個零件106,氣體流進模組化氣體棒基底8〇的通道 82到達第二個零件1 〇8。這種氣體持續在零件站至零件站間流動’直到氣體到達模組化氣體棒基底8〇的出口 92。模組化氣體棒提供二個比傳統氣體棒更佳的重要優點·第一點’模組化氣體棒的組裝及維護比較快，比較簡單而且比較容易。第二點，模組化氣體棒在大小上非常緊實。經由以下對於零件之嚴格的大小及形狀限制，模組氣體棒更為緊實。例如，除了闊及MFC/MFM之外，SMI明峰指定零件的大小，例如淨化器，使其限定於寬3 8丨5毫米、深38.15毫米、高180毫米内。冰冷反應性淨化材料方法之簡單的周圍溫度操作可在模組化氣體棒應用中妥善地使用及運作。然而，加熱的吸收劑方法尚未以模組化的氣體棒使用。部分是由於氣體棒基底的溫度限制，典型地是需要40°c或更低的溫度。許多加熱的吸收劑淨化器將吸收劑材料加熱至2〇〇。(：至400°C 之間的溫度，因此與模組化氣體棒不相容。此外，比起相關於模組化氣體棒系統的應用而言，加熱的吸收劑淨化一般被視為較大且不緊實之規模的應用。

4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------------裝 i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7

五、發明說明（7) 詳細說@ >颇本發明係提供一種使用加熱的吸收劑方法來淨化各種 f肢的方法及裝置，而這個加熱的吸收劑方法之包裝比以前加熱的吸收劑方法的包裝還小。這個較小的包裝（“形 ^係數（form factor) ”）也包括一整合式再生的熱交換器，以同時地增加加熱器的效率並冷卻此淨化的氣體。再將ΐ部的氣體曝露至第二數量的較冷吸收劑以移除殘留的雜質，並接著在釋放之前過濾以移除顆粒。本發明之較佳具體實施例更對各種模組化氣體棒基底設計提供一界面。一種用於淨化氣體以移除雜質氣體之多種雜質的方法，包括將雜質氣體在一再生的熱轉換器中加熱，並藉由 2熱器將氣體加熱至操作溫度。接著將加熱的雜質氣體曝露至加熱的吸收劑材料，並且在再生的熱轉換器中冷卻。接著將所產生的冷卻氣體曝露至較冷的吸收劑以移除殘留的雜質。然後使用UHP效能之顆粒濾膜將淨化的氣體過濾、。禋用於淨化氣體的裝置，包括一外包覆體及 π a (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製覆體。第一端係連接於外包覆體及内包覆體兩者，而第二端係連接於外包覆體。環狀容積係定義為外包覆體及内包覆體之間，而内部容積係由内包覆體所定義。第一端也包括一入口及一出口。入口係連接於環狀容積，而出口係連接於内部容積。某份量的加熱吸收劑係位於内部容積内。較佳地，一分流器、第二數量的吸收劑以及一濾膜也位於内部容積内。此分流器將加熱的吸收劑與第二數量的較冷吸收劑分開’而濾·膜則將内部容積的内容物與出口分開。

4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7

五、發明說明（f ) 本發明係在一小的、緊實的形狀係數中提供優良的加熱吸收劑淨化效能。透過有效的設計，在流進及流出的氣體之間進行熱交換，以降低淨化器的能量消耗並冷卻淨化的氣體。整合的熱交換器也提供機會給較冷的吸收劑，使其得以移除外流氣體的殘留雜質。這些因素使得加熱的吸收劑淨化器可以與模組化的氣體棒系統以及其他緊實、溫度敏感之應用一起使用。本發明的這些或其他優點對於這些熟知此技藝者而言，在閱讀以下的詳細說明並研讀各式圖解和圖示的時候，將變得顯而易見。 ------------·裝! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖示之簡單說明第1圖是一方法流程圖，係說明先前技藝之冰冷反應性淨化材料方法。第2圖是一方法流程圖，係說明先前技藝之加熱吸收劑淨化方法。第3圖是一典型先前技藝的氣體棒之概圖。第4A圖說明一先前技藝的模組化氣體棒基底。第4B圖說明一先前技藝的模組化氣體棒界面。第5圖說明一先前技藝之具有許多附著零件的模組化氣體棒界面糸統。第6圖是本發明之加熱的吸收劑淨化系統的橫切面。第7A-7E圖說明第6圖之分流器226的其他各種分流

4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）訂

發明說明（為設計。第8Α及8Β圖說明用於第6圖所說明二種濾膜形式。之具體實施例的、、士 =9圖是如本發明所述之加熱的吸收劑淨化系法流程圖。 ν、統之方經濟部智慧財產局員工消費合作社印製宜羞發明之最佳模次第1圖至第5圖是有關於先前技藝的討論。第6圖說明一整合式的加熱吸收劑淨化系統·，為本發明的具體實_。此整合式的加熱勘包括-外包覆體202。此外包覆體2〇2可以2二匕= 任何的其他橫切面形狀，例如，長方形、正方形：二或任何其他的多邊形。也可此用其他形狀。在第一個呈二 K施例所說明的外包覆體2 〇 2較佳地是從3丨6 L或3 〇礼ς ，不鏽鋼（SST)戶斤製造而成。也可使用其他材料，例如 /、他等級的鋼鐵以及其他金屬。所預期的設計壓力是忖（PS1) 150磅或更高。外包覆體202的壁應該至少要有0.016英吋，以支撐所預期的設計壓力。外包覆體2〇2 的壁也Γ能要如所需的一樣厚。外包覆體202的壁提供加熱淨化器裝配的構造強度，並提供一些熱量的絕緣。在個具體實施例中，外包覆體2〇2較佳地是從標準15英; ^徑的SST管來製造。這樣的管子的厚度典型地是〇·邮央吋。對於上述的因素而言，0 065英吋的壁是最簡選擇，但是其他厚度也可使用。表面拋光係典型地以粗糙度平均值（Ra)來表作統的示，其

4HICKMAN/200007TW

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（广）中粗糙度平均值的估算來自所測量的側面高度偏差之絕對值的算術平均值，而這些偏差是從取樣的長度内所計算的，並且是從圖解的中線測量。外包覆體202壁的表面拋光是較佳的，以致於實質上所有製造油以及薄膜皆已經被移除。典型地，為了清潔及裝飾之目的，外包覆體202係電解拋光成10微英吋的Ra拋光。對於外包覆體202而言，電解拋光是不需要的。整合式加熱吸收劑淨化系統200的第一個具體實施例也包括一内包覆體204。内包覆體204可以是任何符合外包覆體202的橫切面形狀。内包覆體是配置於外包覆體内，因此環狀容積是由這兩個包覆體所定義。内包覆體204 也定義内部容積208。第一個具體實施例中的内包覆體204 較佳地是從316L或304L低碳SST所製造而成。其他材料，例如其他等級的鋼鐵及其他金屬也可使用。第一個較佳具體實施例中的内包覆體204之厚度較佳地是大約0.010英吋，以便更容易地使熱量從内部容積208 通過内包覆體204的壁轉移至環狀容積206。内包覆體204 之壁的厚度可以更厚或是更薄。内包覆體204的壁厚度可藉由以下的熱轉移關係式而決定。

Watt = (ΚΑΔ T)/L，其中

Watt =通過材料所轉移的熱量，以瓦特表示。 K=對於内包覆體204材料形式而言的熱轉移常數。 Α =曝露於熱的面積，在這裡是指内包覆體204壁面積。 ΔΤ= Τ1-Τ2 4HICKMAN/200007TW 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝訂 Α7 Β7 五、發明說明（// ) 1 =較熱的溫度，内包覆體204壁的内部表面。 T2 =較冷的溫度，内包覆體2〇4壁的外部表面。 -------------4-裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) L =内包覆體204壁的厚度。因為K和A是常數，並且期望非常高的Δτ ，所以當 ^降低的時候，通過内包覆體204壁所轉移的熱量會升高。以下會再進一步討論，通過内包覆體2〇4壁的厚度係最理想化，以盡可能快且有效率地轉移熱量。 “内包覆冑204 |的表面拋光程度必須使所有的製造油及薄膜實質上皆已雜移除。較佳地，為了顆粒及淨化的效能’内包覆體2G4是被電解抛光成5_1()微英忖的㈣勉光。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在第6圖所說明的整合式加熱吸收劑淨化系統2〇〇進一步包括第一端部分210。第一端部分21〇較佳地是從 316L或304L SST所製造而成。也可使用其他材料，例如其他等級的鋼鐵或其他金屬。第一端部分21〇可焊接至内包覆體204以及外包覆體202。這樣的焊接是典型的異類焊接，使用電弧焊搶，不用任何的填充材料，將這些組件焊接在一起。也可運用其他的焊接方法。第一端部& 21〇被電解拋光，以達到10微英吋Ra或更佳的表面拋光。也可使用除了電解拋光之外的方法，但是曝露於内部容積 208之第一端210的出口 212和表面應該要有1〇微英吋以或更佳的表面拋光。對於維持淨化材料下游2UHp的效能而言，這個表面拋光的需求是需要的。第一端部分21〇也包括入口 2H通道，使得入口 214可以與環狀容積相通。第一端部分210形成模組化氣體棒界面216，使之盥與模組化氣體棒基底相通。在市場上有許多触化氣體棒 4HICKMAN/200007TW π

A7 B7 、發明說明（/7) 基底的設計。第一端部分21〇可設計成許多種形狀，使得這種形狀可以與特定的氣體棒基底相通。在每種形式中，依特定模組化氣體棒基底之所需，出口 212以及入口 214 可以是各種的位置或方向。在第6圖所說明的整合式加熱吸收劑淨化系統進一步包括第二端218。在第一個具體實施例中，第二端部分218 較佳地是從316L或304L SST所製造而成。也可使用其他材=，例如其他等級的鋼鐵或其他金屬。第二端部分〃218 I焊接至外包覆體202，但不接觸内包覆體204。第二端部分218也可被焊接至内包覆體2〇4或用其他方式與内包覆體2〇1接觸。較佳具體實施例在第二端218及内包覆體之間提供氣體流動的小空間。如果第二端218與内包覆體 2^04接觸，那麼必須提供環狀容積2〇6至内部容積2〇8的氣體流動。這樣的焊接是典型的異類焊接，使用電弧焊搶，不用任何的填充材料，將這些組件焊接在一起。也可運用其他的焊接方法。第二端部分218的表面拋光程度應該使所有的製造油及薄膜實質上皆已經被移除。典型地，為了顆粒及淨化效能，第二端部分218係電解拋光至1〇微英吋

Ra。對於第二端部分218而言，並不需要電解拋光，也可使用其他清潔方法。第二端部分218也提供位置給加熱器22〇。裝備典型地是十‘凹槽”，是在第二端部分W 戶二巧狹縫或洞。此凹槽並不會完全地穿透第二端部分蕾/Ϊί個具體實施例中的加熱器220是圓柱狀有電阻的可從許多來源獲得’例如密蘇里州，路易斯街的W·:公司。也可使用其他形式的加熱器，例如線圈 u大形式加熱器、毛毯形式加熱器221，圍繞在第一218外面或裡面之其他形式的加熱器也可使 4HICKMAN/200007TW 12 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 510822 A7 B7 五、發明說明（/3 ) 用。加熱器220也具有一整合式的溫度感應器或電偶 (thermocouple )。可藉由以下說明的外部控制器來使用電偶。加熱器220也具有一内部溫度控制開關。這個内部溫度控制開關會提供加熱器220的内部溫度調節。内部容積208包含某數量的淨化材料222。在這個較佳具體實施例中的淨化材料是吸收劑材料222。也可使用其他的淨化材料，例如，分子篩網（sieves )、；弗石 (zeolites )、鎳及其他材料。這些淨化材料可從許多來源獲得，例如，義大利Lainate的SEAS Getter S.p.A.及俄亥俄州Beachwood的Engelhard以及加州山克加門都的UOP 公司。 -----------^裝 i C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製吸收劑222典型地是以多孔金屬顆粒狀物或金屬粉末的形式存在。這個顆粒狀物的形式典型地是圓柱狀，直徑為2至3毫米，長為3至5毫米。這個顆粒狀物也可能是其他形狀及大小。粉末形式典型地是0.010”顆粒大小。吸收劑222典型地是錘（Zr )、鈦（Ti)、鈮（Nb )、鈕（Ta)、釩（V)及其合金和混合其他材料的混合物。在此較佳具體實施例中的吸收劑222是ST707tm、ST198tm、 ST101TM 及其他由義大利 Lainate 的 SAES Getters S.p.A· 所製造之吸收劑的顆粒狀物形式。ST707對於淨化氦氣/ 惰性氣體族群及其他氣體是最理想的。ST198對於淨化氮氣及其他類似氣體是最理想的。其他氣體可能要用其他淨化材料形式來淨化。在較佳具體實施例中，加熱吸收劑的溫度將典型地介於200°C至400°C之間。也可使用較冷或較熱的溫度。吸收劑222操作溫度是取決於特定的吸收劑形式、氣體形式、裝載雜質的量、氣體流速以及其他變數。吸收劑222係藉由壓縮篩網（screen ) 224而壓入内部

4HICKMAN/200007TW 13 訂本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（/f ) 容積208。壓縮篩網224是位於内部容積208中，靠近第二端部分218。壓縮篩網224對吸收劑222提供穩定的壓力，使得吸收劑222不會實質上地移動或沈澱在内部容積。如果吸收劑222移動或是沈澱，氣體可能會繞過吸收劑並且因此無法淨化這些氣體。壓縮篩網224使得此整合式加熱吸收劑淨化系統200可在水平或垂直的方向上使用。壓縮筛網224較佳地是由316L或304L SST所製造。也可使用其他材料，例如其他等級的鋼鐵及其他材料。分流器226也是位於内部容積208中。分流器226具有許多目的：第一，分流器226將位於分流器226與第二端218之間的加熱吸收劑245從位於分流器226與第一端部分210之間的冷卻吸收劑246分開來並絕緣。分流器226 的第二個目的是將氣流從加熱吸收劑245引導至内包覆體 204的壁，以便將熱量從氣流轉移至内包覆體204的壁。分流器226也可限制流過整合式加熱吸收劑淨化系統的最大的氣流速度。分流器226在内部容積208内之具體的縱向位置可依特定的應用變數而有所不同，包括分流器226構造、淨化材料形式、氣體形式及裝載雜質的量、操作溫度及其他因素。在分流器226任一邊的加熱吸收劑245及冷卻吸收劑 246的量決定了分流器226的縱向位置。分流器226的一個目的是限制從加熱的吸收劑區到冷卻的吸收劑區之直接的熱量轉移。此目的之實例藉由以下的關係式來說明：

Watt = (IL4 △ T)/ L，其中：

Watt =通過材料所轉移的熱量，以瓦特表示。 4HICKMAN/200007TW 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（啰） K=對於材料形式而言的熱轉移常數。 A =曝露於熱的面積，在這裡是指分流器226之端點曝露至加熱吸收劑245的面積。 Δ T= Τ1-Τ2 Τ1 =較熱吸收劑245的溫度 Τ2 =較冷吸收劑246的溫度 .L =分流器226的厚度 Κ是由分流器226材料形式及形狀所決定的常數，會在以下做詳細討論。ΔΤ是由這個方法所決定的常數。例如，如果加熱劑245持續是400°C，而冷卻吸收劑246持續是20°C，那麼ΔΤ就是常數380°C。因為K和ΔΤ是常數，所以在可實施的範圍内乂必須盡可能的降低，L必須盡可能的增加。 ^[是由分流器226的形狀所決定的。當乂降低的時候，所轉移的熱量就會降低。 L是受限於内部容積208的物理空間以及所需之淨化材料222的量。當L增加的時候，通過分流器226所轉移的熱將會降低。分流器226的另一個目的是作為一部分有效率、整合且緊實的熱量轉移器。熱量交換發生在當分流器226將熱氣流從加熱吸收劑245導引至内包覆體204的壁的時候，以便將熱量從氣流轉移至内包覆體204的壁上。分流器226 的外部尺寸是稍微比内包覆體204的尺寸要小。圍繞在分流器226周圍的氣流將會很靠近内包覆體204的壁。從加 4HICKMAN/200007TW 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

510822 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（A) 熱吸收劑245流過來的加熱氣體將熱量轉移至較冷的内包覆體204壁。從加熱吸收劑245流過來之加熱氣體轉移至内包覆體204壁的能量，進一步地轉移至較冷的入口氣體，並流過環狀容積206。第7A圖到7D圖說明分流器226的各種具體實施例。第7A圖說明實心形狀的分流器226A。實心形狀的分流器 226A是一種簡單的構造，並因此可能比較便宜。因為分流器226A是實心的，分流器226A之材料的有效面積是分流器226 A的端點面積。因為分流器226A是實心的，所以分流器226A之材料的熱轉移常數（K)決定熱量的轉移。第7B圖說明中空形狀並具有尾端蓋子的分流器 226B。在分流器226B内之空間的熱轉移常數（K)以及分流器226B之材料的熱轉移常數（K)實質上決定熱的轉移效能。分流器226B之材料的有效面積降低至只有一環狀面積227B。中空形狀的分流器226B可從具有高熱轉移常數的材料製造，例如不銹鋼，可降低成本並增加耐久性。第7C圖說明水桶狀的分流器226C。水桶狀的分流器 226C提供額外的容積，可供吸收劑材料填充。額外的吸收劑材料提供額外的雜質容量。水桶的形狀也使分流器226C 的有效面積降低至一填滿的面積227C，其中環狀部分的熱轉移（K)是由分流器227C的材料所決定，而填滿部分的熱轉移（K)是由填滿水桶形狀之淨化材料222所決定。第7D圖說明一部份填滿的水桶形狀並具有一支撐篩網236的分流器226D。部分填滿之水桶狀的分流器226D 結合了中空分流器226B及水桶狀分流器226C之額外容積的優點。部分的水桶形狀也將分流器226D的有效面積降低至填滿的環狀227D，其中環狀部分的熱轉移（K)是由 4HICKMAN/200007TW 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（〇 ) 分流器227D的材料所決定的，而填滿部分的熱轉移（K) 是部分由填滿水桶形狀的淨化材料222及維持在水桶狀内的中空空間所決定。在較佳具體實施例中，分流器226是由316L或304L SST所製造而成，並且是具有端點蓋子的中空形狀，如同第7B圖所說明的。也可使用其他材料。分流器226可由 General Electric製造，或由用於各種高溫應用之相似形式產品的製造商所製造。另外，也可使用其他材料，例如陶瓷、玻璃或矽化合物以及其他低熱轉移型式的材料。分流器226也可用許多其他形狀來製造，以符合特定應用的需求。第7E圖說明具有延伸部分238的分流器226E。分流器226E可以是上述分流器226的任何形狀。為了清楚起見，用類似第7A圖所說明的實心形狀分流器做說明。分流器226必須正確地位於内部容積208内，以正確地將氣流導引至内包覆體204的壁上，使熱量轉移。分流器226E 的延伸部分238決定分流器226E在内包覆體208内的位置。延伸部分238也可形成於内包覆體204的壁上。延伸部分238可以是許多種形狀，例如小方塊或圓滑的“突塊”或其他形狀。延伸部分較佳地是圍繞在分流器226E 的外在周邊，使得分流器226E可放在内包覆體204的中間。延伸部分238也可以是整個圍繞在分流器226E周圍的外圍。如果延伸部分238是一完整的外圍設計，對氣流而言，需要通過分流器226E的額外通道240,這個通道提供將氣流導向較冷吸收劑246之中間的優點，這可提供比其他分流器226形狀更佳的冷卻吸收劑246之利用。 4HICKMAN/200007TW 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

510822 A7 B7 五、發明說明（/Γ) 關於第6圖中的釋粒濾紙244。濾紙2料是位於内部容積208之中，將吸收劑材料222與加熱吸收劑淨化系統 200的出口 212分開。濾膜244將顆粒從來自淨化器中的氣流移除。濾膜可從許多材料，例如，鐵弗龍或燒結金屬或其他商業上可獲得的濾膜材料來製造。這個實例^的濾膜244是燒結不鏽鋼。燒結不銹鋼典型的是由製造商保^ 五年。其他型式的濾膜材料並沒有這麼久的保證期。製造商，例如康乃迪克州Farmington的Pall灿⑽或M〇u Filters以及其他製造商可提供適當的濾膜。有許多的濾膜244效能設計可使用。在較佳具體實施例中，濾膜244被認為是實質上地移除所有丨〇微米或更大的顆粒。也可使用更精準的過濾方式，實質上地將大於 0.003微米的顆粒移除。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第8A圖說明“上帽（tophat)，，形式的濾膜244A。第8B圖說明“圓盤’’形式的濾膜244B。也可使用沒有在此說明的濾膜形式。濾膜244A和244B較佳地是藉由焊接在實心邊緣或“帽緣”而將濾膜焊接在適當的地方。濾膜 244可設置在第一端210,就像第8圖所說的，或是設置在遠離第一端210的内包覆體。整合式加熱吸收劑淨化系統200較佳地是用溫度控制系統來監測，以控制加熱吸收劑245的溫度。加熱吸收劑 245應該是在最佳效能所想要的溫度下或接近這個溫度。有許多方法來控制溫度。第一個控制溫度的具體實施例是透過使用一外部控制器來控制’也可用於模組化氣體棒。模組化氣體棒需要一控制器以控制並操作氣體棒零件，例如，閥、氣流控制器以及其他活動零件。電偶監控加熱吸收劑245的溫度，並

4HICKMAN/200007TW 18 訂 % 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（θ ) 對控制器提供一種回饋來源。電偶可整合至加熱器220或設置在加熱吸收劑系統200之表面内或表面上的其他位置。控制加熱器220溫度的另一個方法是透過利用本身溫度限制的加熱器220。這樣的加熱器220具有一整合式的溫度開關。當加熱器220達到一課定的溫度時，這個整合式的溫度開關或相等的電路將電流停住，不會流到加熱器 220 ° 另一個控制加熱器220溫度的方法是透過一外部的控制器，這個控制器會控制用於加熱器上的伏特及電流來源。當加熱器220的溫度升高時，這個加熱器的電阻會增加。當加熱器220的電阻達到一設定的電阻時，控制器會將電流中斷。另一個控制加熱器220溫度的方法是一種平衡的方法，這個方法需要精確調節的伏特及電流源。加熱器220 是持續開著的。通過淨化器的氣流持續地冷卻加熱器220 及加熱的吸收劑245。加熱器220的電源功率須使加熱器 220的電源持續地加熱及冷卻氣流，以達到溫度平衡的狀態。例如，如果計算及測試顯示用100瓦特的熱量會達到溫度平衡，那麼就使用100瓦特的熱量，並且精確地調節對於加熱器的電流及伏特，因此加熱器會產生相對穩定的 100瓦特。第9圖是說明本發明之整合式加熱吸收劑淨化系統的流程圖300。在操作302中，氣體流進整合式加熱吸收劑淨化系統200的入口 214,並進入環狀容積206,流向加熱器 220。 4HICKMAN/200007TW 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱i ------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 510822 A7 B7_ 五、發明說明（π) 接下來，氣流在操作304中加熱。當氣體流過内包覆體204壁的加熱區域並流向加熱器220時，此氣體就被加熱。然後，在操作306中，氣體流過加熱器220並加熱至適當的運轉溫度。加熱器220將氣流與加熱吸收劑245加熱至適當的運轉溫度。在這個例子中，加熱淨化材料的溫度將典型地介於200°C至400°C之間。也可使用較低或較高的溫度。加熱吸收劑245運轉溫度是取決於特定的加熱吸收劑245形式、氣體形式、雜質裝載量、氣體流速及其他變數。接下來，在操作308中，雜質，例如C02、H20、CH4、 CO、02、N2是實質上地從加熱器流中移除。雜質是被加熱的吸收劑245所吸收。來自加熱的吸收劑245之氣流，從運轉溫度被冷卻至所要的出口溫度。在操作3 10中，氣流藉由繞過分流器226 而冷卻。分流器226將氣流導引至内包覆體204的壁上，在這裡加熱的氣體分散一部份的熱量至内包覆體204的壁上。加熱的内包覆體壁將流動在環狀容積的氣體預熱，同上述的操作304。下一個操作312，冷卻的氣體流進第二數量未加熱之較冷的吸收劑246中，位於内部容積中，在分流器226及濾膜244之間。較冷的吸收劑246實質上地從氣流中移除殘餘的H2。在下一個操作3 14中，淨化的氣體流進濾膜244。濾、膜244實質上地從氣流中移除顆粒。濾膜244被認為是用來移除如0.003微米般小的顆粒。接著在操作316中，這 4HICKMAN/200007TW 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims

申請專利範圍之第容 •種氣體淨化器，包括個外包覆體，係具有第一端以及第二端；产狀二個=包覆體，係配置於該外包覆體之内，使得一二辦定義於該内包覆體及該外包覆體之間，該内包復體疋義一内部容積； y >尹化材料，係配置於該内包覆體的該内部容積円，以及、、入口以及一出口，兩者皆靠近該外包覆體的該一端’該入口與該環狀容積相通並且該出口與該積相通； σ σ〇藉此’ 一雜質氣體可經由該入口進入該氣體淨化 :、”L ^該$衣狀谷積到該内部容積’通過配置於該内部谷積之内的該氣體淨化材料，然後經由該出口離開該氣體淨化器’該氣體淨化器係可操作以捕捉至少一些存在於該雜質氣體中的雜質。 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2.如申請專利範闺第1項所述之氣體淨化器，更包括用於加熱該氣體淨化器的加熱器，該加熱器與該淨化之至少一些部分的第二端區域有接觸，包括該第二端及一部份靠近該第二端的外圍。 •如申請專利範圍第2項所述之氣體淨化器與至少一些該淨化材料有接觸的加熱器。器以更包括 4.如申請專利範圍第2項所述之氣體淨化器，更包括一配置於該内部容積之内的分流器，介於該外包覆體之該丨線· 22 4HICKMAN/200007TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X ?97公釐）經齊部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 ^^___ C8 ^------- D8 々、申請;^~~^ 第一端與該加熱器之間。 5.如申請專利範圍第4項所述之氣體淨化器，其中該分流器包括一陶瓷材料。 •如申晴專利範圍第1項所述之氣體淨化器，其中該淨化材料是由金屬所組成的吸收劑（getter)材料，該金屬是選擇自锆（Ζ〇、鈦（Ti)、鈮（Nb)、鈕（Ta)、釩（V) 及其合金所組成的族群。 7.如申請專利範圍第6項所述之氣體淨化器，更包括一與至少一些該淨化材料有接觸的加熱器。。 8·如申請專利範圍第7項所述之氣體淨化器，更包括一配置於該内部容積之内的分流器，介於該外包覆體之該第一端與該加熱器之間。 9·如申請專利範圍第8項所述之氣體淨化器，其中該分流器包括一陶瓷材料。 10·如申請專利範圍第6項所述之氣體淨化器，更包括一配置於該内部容積内並靠近該出口的濾膜。 U·如申請專利範圍第10項所述之氣體淨化器，其中該濾、膜包括燒結不錄鋼。 12·如申請專利範圍第10項所述之氣體淨化器，其中該濾膜係實質上有能力從該出口氣流中移除如0 003微米般小的顆粒。 13·如申請專利範圍第6項所述之氣體淨化器，更包括一位於該第一端的模組化氣體棒（gas stick)界面。 __4HICKMAN/200QQ7TW 23 巧張尺度適用中關家鮮（CNS)A4 χ视— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝訂· -丨線- A8 B8 C8

六、申請專利範圍經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14.如申請專利範圍第1項所述之氣體淨化器，更包括一配置於該内部容積中並靠近該出口的濾膜。 15·如申請專利範圍第I#項所述之氣體淨化器，其中該濾膜包括燒結不銹鋼。 16·如申請專利範圍第14項所述之氣體淨化器，其中該濾膜係實質上有能力從該出口氣流中移除如0.003微米般小的顆粒。 17·如申請專利範圍第1項所述之氣體淨化器，更包括一位於該第一端的模組化氣體棒界面。 18·如申請專利範圍第17項所述之氣體淨化器，其中該模組化氣體棒界面與模組化氣體棒狀基底（substrate )相通。 19· 一種用於淨化氣體的方法，包括：使氣體流進位於一淨化單元之第一端的入口；將該氣體加熱；將該氣體與一淨化材料接觸；以及使該氣體從位於該淨化單元之該第一端的出口流出。 20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包括在該氣體與淨化材料接觸之前將該氣體預熱。 21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該淨化材料是一由金屬所組成的吸收劑材料，該金屬是選擇自锆 (Zr)、鈦（Ti)、鈮（Nb )、鈕（Ta)、釩（V)及其合金所組成的族群。 __4HICKMAN/200007TW 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A‘l規格（210 X 297公釐） - --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一 _°J«- .線 510822 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 22·如申請專利範圍第21項所述之方法，更包括在該氣體與淨化材料接觸之前將該氣體預熱。 23~·如申請專利範圍第22項所述之方法，更包括在該氣體從該出口流出之前將該氣體冷卻。 24~如申請專利範圍第23項所述之方法，更包括在該氣體從該出口流出之前將該冷卻的氣體過濾。 25· —種熱交換器，包括：一具有第一端以及第二端的延長外包覆體；一配置於該外包覆體以内的延長内包覆體，使得一環狀容積定義於該内包覆體及該外包覆體之間，該延長的内包覆體定義一内部容積；一用於加熱該熱轉換器的加熱器，該加熱器與該熱轉換器之至少一些部分的第二端區域有接觸，包括該第二端以及一部份靠近該第二端的外圍；裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一配置於在該外圍之内的分流器之第一端與該第二端之間；以及介於該外包覆體一入口以及一出口，兩者皆靠近該外圍的該第一知’該入口與該環狀容積相通並且該出口與該内部容積相通；線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製藉此，一氣體可經由該入口而進入該熱轉換器過該環狀容積通過該第二端區域進入該内部容積，環繞配置於該内部容積的分流器，然後經由該出口離開該熱轉換器’該第二端區域係可操作而加熱該氣體，該分流器係可操作而將該加熱氣體導向該内包覆體壁，該内包流 4HICKMAN/200007TW 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 510822 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍覆體壁係可操作而將至少一些存在於該氣體中的熱轉移至該環狀容積中的該氣流。 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 26. —種用於預熱氣體的方法，包括：使氣體流進位於一熱轉換器單元之第一端的入口；使該氣體與第一個加熱表面的第一面接觸；使該氣體與第二個加熱表面接觸；將該氣體分流，以便使氣體接觸第一個加熱表面的第二面；以及使該氣體從位於該熱轉換器單元之該第一端的出口流出；藉此，該加熱氣體將熱轉移至該第一個加熱表面的第二面0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4HICKMAN/200007TW 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X 297公釐）