TWI602610B - Gas recovery and purification device - Google Patents

Description

氣體回收純化裝置

本發明係有關於一種氣體回收純化裝置；特別是有關於一種將混合氣體中的部份氣體冷凍成為固體，可使氣相中只剩下一種氣體即為純化後的氣體，進而得到高純度氣體，還可使混合氣體中的有害氣體固化，藉以達到環保需求的氣體回收純化裝置。

在半導體工業的製程中，使用大量的高純度稀有氣體，也產生大量的稀有氣體廢氣，這些稀有氣體廢氣都是二種以上稀有氣體的混合氣體，必須加以分離純化後才能再利用，例如氖、氬和氪的混合氣體必需將氖氣、氬氣、氪氣純化分開後才能再利用。

專利文獻1：US5294422A。專利文獻1是在1944年於美國揭露的一種稀有氣體純化技術，其利用鋯釩二種金屬的合金製成的氣體捕捉器去除稀有氣體中的不純物，而得到高純度的稀有氣體。

專利文獻2：EP0422559A1。專利文獻2是在1991年於歐洲揭露的一種稀有氣體純化技術，其是利用金屬和陶瓷製造成多孔性的儲氫材料去除稀有氣體中的不純物，而得到高純度的稀有氣體。

專利文獻3：US6843973(B2)。專利文獻3是2002年於美國揭露的一種稀有氣體純化技術，其利用蒸餾法從 氧氣中回收氪和氙。

前述的氣體捕捉器或儲氫材料都是用吸附法或化學反應法去除稀有氣體中的不純物，以得到純化的稀有氣體，至於蒸餾法是用於液態蒸發為氣態之分離，由於液態也有其蒸汽壓，因此需要精餾塔才能將它們分離，而且很難達到高純度的氣體。

另外，除了隨意排放稀有氣體會造成浪費的問題以外，隨意有害氣體則會有造成環境污染的問題；另外，當發生有害氣體之洩露或有害氣體之緊急排放時，都可能會造成環境污染；因此，有害氣體之緊急處理亦是極需解決的課題。

發明人有鑑於此，乃苦思細索，積極研究，加以多年從事相關產品研究之經驗，並經不斷研究及改良，終於發展出本發明。

本發明的目的在於提供一種可連接一混合氣體源，藉由將混合氣體中的部分氣體固化，可使氣相中留下純化後的氣體，達到回收及純化氣體的目的。

本發明達成上述目的之結構包括：一純化槽，該純化槽為雙套層純化槽，具有一夾層空間及一內部空間；該純化槽的內部空間具有一混合氣體入口及一純化氣體出口；該純化槽的混合氣體入口連接該混合氣體源；及一冷凍劑儲存槽，連接該純化槽的夾層空間；及一純化氣體儲存槽，連接該純化槽的純化氣體出口。

較佳者，該混合氣體源與該純化槽之間設有一流量控制閥，藉以使混合氣體在純化槽中有足夠的冷凍滯 留時間以完成冷凍固化。

較佳者，該純化槽的夾層空間外部設有一調壓閥，藉以方便控制冷凍劑的溫度，進而方便控制純化槽的內部空間的溫度。

較佳者，該純化槽的內部空間的槽壁上設有若干冷凍板，藉以提升冷凍效率，進而提高氣體純化的程度。

較佳者，該純化槽的內部空間設有至少一攔截網，藉以提升純化的程度。

較佳者，該純化槽的混合氣體入口位於其中段；該純化槽的純化氣體出口位於其頂段，藉以提升純化的程度。

本發明為達到上述及其他目的，其所採取之技術手段、元件及其功效，茲採一較佳實施例配合圖示說明如下。

100‧‧‧氣體回收純化裝置

101‧‧‧混合氣體源

1‧‧‧純化槽

11‧‧‧夾層空間

12‧‧‧內部空間

121‧‧‧混合氣體入口

122‧‧‧純化氣體出口

13‧‧‧真空絕熱層

14‧‧‧冷凍板

15‧‧‧攔截網

16‧‧‧流量控制閥

2‧‧‧冷凍劑儲存槽

3‧‧‧純化氣體儲存槽

圖1為本發明的結構示意圖。

如圖1所示，本發明氣體回收純化裝置100用於純化一混合氣體源101所輸出的混合氣體，其中包括：一純化槽1，純化槽為雙套層純化槽，具有一夾層空間11及一內部空間12；純化槽的內部空間12具有一混合氣體入口121及一純化氣體出口122；純化槽的混合氣體入口121連接混合氣體源101；及一冷凍劑儲存槽2，連接純化槽的夾層空間11；及一純化氣體儲存槽3，連接純化槽的純化氣體出口122；藉由冷凍劑控制純化槽的內部空間的溫度，使 混合氣體中的部分氣體固化，並使氣相中留下純化後的氣體，可達到回收及純化氣體的目的。下文將詳予說明。

純化槽1為雙套層純化槽，具有一夾層空間11及一內部空間12，其內部空間12與夾層空間11之間的槽壁可採用導熱效率良好的金屬材料製成，藉以利用夾層空間中的冷凍劑快速的控制純化槽的內部空間的溫度；此外，純化槽表層可設有例如真空絕熱層13之絕熱結構，藉以避免外界環境影響純化槽內的溫度。

純化槽1的內部空間12具有一混合氣體入口121及一純化氣體出口122，其混合氣體入口121連接混合氣體源101；當混合氣體源101輸出的混合氣體進入純化槽的內部空間12以後，將會有部分氣體固化，使氣相中留下純化後的氣體。純化槽1的混合氣體入口121可位於其中段，而其純化氣體出口122可位於其頂段；藉此結構，不但可使得會凝固的氣體沉積在純化槽1底部，且可確保因凝固、凝結而變得較重的物質不會隨著氣體從位於頂段的純化氣體出口122排出，可提升純化的程度。此外，在純化槽的內部空間還可進一步設有若干冷凍板14及/或至少一攔截網15。冷凍板14及攔截網15均與純化槽1的槽壁連接，因此會受到冷凍劑的影響而具有預定的低溫，可使懸浮的物質凝固在其表面上，進而提升純化的程度。

在混合氣體源101與純化槽1之間可設有一流量控制閥16，藉以控制混合氣體進入純化槽的速度及數量，使得混合氣體在純化槽中有足夠的冷凍滯留時間以完成冷凍固化。

冷凍劑儲存槽2連接純化槽的夾層空間11，其 中含有例如液態氮等低溫冷凍劑。當冷凍劑輸入到純化槽1的夾層空間11以後，可有效影響純化槽1的內部空間12的溫度。前述的純化槽1的夾層空間11外部可設有一調壓閥(圖中未示)，藉以控制冷凍劑的壓力，進而方便控制純化槽的內部空間的溫度。

純化氣體儲存槽3連接純化槽1的純化氣體出口122，用於儲存純化槽1排出的純化氣體。另外，當純化槽內累積的固態物質達到預定程度以後，可先關掉混合氣體的來源，然後換另一個純化氣體儲存槽(圖中未示)，接著藉由提高冷凍劑的溫度來提高純化槽的內部空間的溫度，使得固態物質中至少一種物質汽化，並將已經汽化的氣體排出到新的純化氣體儲存槽中。為了方便示意，圖1中係分別以方框表示混合氣體源101、冷凍劑儲存槽2、純化氣體儲存槽3。

與本發明配合的混合氣體源101之中的混合氣體可含有各種氣體，例如含有氖氣、氬氣、氪氣等稀有氣體，可藉以回收及純化氖氣、氬氣、氪氣等稀有氣體。

另外，混合氣體源101之中的混合氣體當然也可以含有例如氯氣等有害氣體；此時，除了可回收、純化氯氣以外，亦可先將有害氣體固化，以便將其他氣體排放到大氣中，藉以符合環保需求；藉此結構，當發生有害氣體洩漏或需要緊急排放時，可將純化槽1的混合氣體入口121連接到一有害氣體的洩露處或一有害氣體緊急排放口，藉以固化有害氣體，可快速的減少有害氣體的體積，以確保安全。

以上為本案所舉之實施例，僅為便於說明而 設，當不能以此限制本案之意義，即大凡依所列申請專利範圍所為之各種變換設計，均應包含在本案之專利範圍中。

100‧‧‧氣體回收純化裝置

101‧‧‧混合氣體源

1‧‧‧純化槽

11‧‧‧夾層空間

12‧‧‧內部空間

121‧‧‧混合氣體入口

122‧‧‧純化氣體出口

13‧‧‧真空絕熱層

14‧‧‧冷凍板

15‧‧‧攔截網

16‧‧‧流量控制閥

2‧‧‧冷凍劑儲存槽

3‧‧‧純化氣體儲存槽

Claims (3)

1. 一種氣體回收純化裝置，用於純化一混合氣體源所輸出的混合氣體，其中包括：一純化槽，該純化槽為雙套層純化槽，具有一夾層空間及一內部空間；該純化槽的內部空間具有一混合氣體入口及一純化氣體出口；該純化槽的混合氣體入口連接該混合氣體源；該混合氣體源與該純化槽之間設有一流量控制閥；該純化槽的夾層空間外部設有一調壓閥；該純化槽的內部空間的槽壁上設有若干冷凍板；該純化槽的內部空間設有至少一攔截網；該純化槽的混合氣體入口位於其中段；該純化槽的純化氣體出口位於其頂段；及一冷凍劑儲存槽，連接該純化槽的夾層空間；及一純化氣體儲存槽，連接該純化槽的純化氣體出口。
2. 如請求項1所述之氣體回收純化裝置，其中該混合氣體源之中的混合氣體含有稀有氣體。
3. 如請求項1所述之氣體回收純化裝置，其中該混合氣體源之中的混合氣體含有有害氣體。