TWI727553B - 大量處理氣體淨化系統及相關方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述大量處理氣體淨化系統及相關方法，其包含適於在一容器之一外表面處使用例如氣體流之一定體積之氣體以在一再裝填步驟期間、在一再裝填步驟之後之一冷卻步驟期間或兩者期間控制容器內部之一溫度之系統。

Description

大量處理氣體淨化系統及相關方法
本發明係關於大量處理氣體淨化系統及相關方法，其包含適於在一容器之一外表面處使用一定體積之氣體(例如，一氣體流)以在一再裝填步驟期間、在一再裝填步驟之後之一冷卻步驟期間或兩者期間控制容器內部之一溫度之系統。
在電子工業中，諸多操作需要高純度之特種氣體，諸如氫氣、氬氣、氦氣、氧氣，二氧化碳、氮氣、氨氣(NH3 )及超潔淨乾燥空氣，並且通常以高純度氣缸形式獲得或自在一使用點(諸如在一半導體製造廠中)處淨化之大量氣體源獲得。高純度氣缸源能夠為氣態原料提供所需之高純度位準，但在一製造設施內之多個使用點連續需要大量氣體之情況下，可能不方便或不具有成本效益。
作為氣缸源之一替代，大量源特種氣體可用於某些類型之氣態原料。大量源特種氣體可依加壓或液化形式儲存在罐車、罐卡車、大規模現場儲存裝置或類似者中，或者可自位於一使用點處或一使用點附近之壓氣機中獲取。可大量提供大量源特種氣體，但大量源特種氣體可能需要進行大量處理才能使氣體滿足所需之高純度標準。
當使用大量源特種氣體時，可使用能夠連續地淨化非常大量特種氣體之一現場淨化系統來達成必要位準之高純度及高體積。此一淨化系統可在一製造廠內集中操作以將一氣態原料輸送至工廠內之多個目的地，該多個目的地可包含多個工作空間及多個製造設備(工具)。相對於提供一氣態原料之其他模式，一中央淨化系統之使用可導致效率及成本節省。
典型之現場淨化系統包含至少一個(但更典型地係至少兩個)淨化容器，其含有用於淨化一特定類型之大量處理氣體之一淨化介質(例如，過濾介質)。在一典型之現場淨化系統之一淨化程序中，大量處理氣體流透過一容器入口進入一淨化容器，行進通過容器內部包含之淨化介質，且以經淨化大量處理氣體之形式透過一容器出口離開容器，該經淨化大量處理氣體接著被分配至製造設施內之一或多個不同目的地。淨化介質可包含過濾介質，諸如分離雜質(諸如水(濕氣)、碳氫化合物、微觀顆粒或其他污染物)之一吸附劑。淨化程序在一淨化溫度下操作。在一些系統中，淨化溫度之一典型範圍係自攝氏10度至攝氏60度。應避免過高淨化溫度，因為過高之一溫度可能會降低淨化介質分離污染物之能力，或甚至導致淨化介質釋放先前分離之污染物。
為保持有效性，必須週期性地再生淨化容器內之淨化介質。在一再生程序中，關閉容器入口及出口處之閥門以使容器離線(即，對容器向其供應一氣態原料之設備關閉)，並容許被加熱至一再生氣體溫度之一再生氣體行進通過淨化容器內之過濾介質。通常，為防止容器中過濾介質之污染，再生氣體係一經淨化氣體，諸如先前經淨化之大量處理氣體，例如已經淨化過之並視情況儲存之大量處理氣體(例如，使用相同容器或一對應容器)。替代地，再生氣體可為除先前淨化之大量處理氣體以外之一氣體；若如此，再生氣體必須係一高純度的，使得其有助於移除污染物。當行進通過容器時，典型再生氣體溫度超過攝氏60度，通常遠遠超過攝氏60度，並且可在自攝氏250至攝氏450度之範圍內。
在一再生步驟之後，僅在將容器及其容納之過濾介質冷卻至一有用操作溫度之後，才能使一淨化容器恢復連線並用於繼續生產。在一些系統中，再生程序包含一再生步驟，隨後係一冷卻步驟，在一冷卻步驟期間，使處於冷卻氣體溫度(低於再生溫度)之冷卻氣體行進通過淨化容器內之過濾介質，以自過濾介質移除熱量，並降低過濾介質之溫度。冷卻氣體可為一純淨氣體，諸如經淨化之大量處理氣體，其可為先前被淨化及儲存之淨化大量處理氣體，或者係自另一容器獲得之經淨化大量處理氣體。典型冷卻氣體溫度可為自攝氏10度至攝氏60度。
典型之現場淨化系統包括至少兩個淨化容器以及隨附導管及閥門，以容許一個容器繼續操作而另一容器被再生。
一態樣，本發明係關於一種大量處理氣體淨化器系統。該系統包含一淨化器，其包含一容器，該容器具有含有淨化介質之一容器內部。該系統亦包含一外殼，其圍封該容器並界定該外殼內部及該容器外部之一空隙。該外殼包含空氣循環通道以容許：環境氣體在一正輸入壓力下流入該空隙；該環境氣體在該空隙內之非對流循環；及循環環境氣體在一正出口壓力下自該空隙流動至該外殼之一外部。該空氣循環通道包含：一外殼入口，其容許環境氣體在一正輸入壓力下自該外殼之該外部流動至該空隙中；一外殼出口，其容許環境氣體在一正輸入壓力下自該空隙流動至該外殼之一外部；及一大量處理氣體循環系統，其適於致使該大量處理氣體流入該容器內部，通過該淨化介質並流出該容器內部。
另一態樣，本發明係關於一種使用及再生如本文所描述之一大量處理氣體淨化器系統之淨化介質之方法。該方法包含：使大量處理氣體在淨化溫度下行進通過該淨化介質，以致使該大量處理氣體中之雜質由該淨化介質移除，並產生具有一降低位準之該雜質之經淨化大量處理氣體；在雜質已被收集在該淨化介質中之後，藉由使具有一再生氣體溫度之再生氣體行進通過該淨化介質來再生該淨化介質，藉此該再生氣體將該淨化介質加熱至一再生溫度以致使所收集雜質自該淨化介質移除並隨該再生氣體一起自該容器中流出；在再生該淨化介質之後，藉由使冷卻氣體在低於該再生溫度之冷卻氣體溫度下行進通過該淨化介質來降低該淨化介質之溫度，從而冷卻該淨化介質。在冷卻期間，使環境空氣流以低於攝氏60度之一環境空氣冷卻溫度行進通過該空隙，其中該環境空氣：自該系統外殼外部之一位置行進通過該外殼入口並至該空隙中；以一非對流方式在該空隙內循環；及自該空隙行進通過該外殼出口至該外殼外部之一位置。
本發明之前述發明內容並非意欲描述本發明之各實施例。本發明之一或多個實施例之細節亦在下文描述中闡述。根據描述及申請專利範圍，本發明之其他特徵、目的及優點將變得顯而易見。
除非另有說明，否則本文使用之所有科學及技術術語皆具有此項技術中通常使用之含義。
如在本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，單數形式「一」及「該」涵蓋具有多個指示物之實施例，除非內容另外明確指出。
如在本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，術語「或」通常以包含「及/或」之意義使用，除非內容另外明確指出。
如本文所用，「具有」、「包含」、「包括」或類似者以其開放式意義使用，並且通常意指「包含(但不限於)」。應理解，術語「由……組成」及「基本上由……組成」歸入術語「包括」及類似者中。
以下描述係關於在一淨化容器之一再生程序中實現一更快冷卻步驟之方法及設備，該再生程序包括一再生步驟，在該再生步驟期間，加熱淨化容器及其過濾介質之內容物，隨後進行一冷卻步驟，在該冷卻步驟期間，冷卻淨化容器及其內容物。
一更快再生程序帶來諸多優點。一再生程序在再生步驟期間消耗一定量之再生氣體，而在冷卻步驟中消耗一定量之冷卻氣體。此等氣體之各者通常係一經淨化大量處理氣體，其先前已由正在再生之淨化系統(或對應物)淨化，且將以其他方式用於製造操作。藉由減少在冷卻步驟期間消耗之冷卻氣體之總量，減少用於執行一再生程序之一冷卻步驟之時間量可節省冷卻氣體。並且，由於淨化容器在包含冷卻步驟之再生程序期間必須離線，因此一雙容器淨化系統之峰值容量減少一半。一更快再生程序(包含一冷卻步驟)減少此缺點。在再生期間，由一雙容器系統之冗餘提供之安全性喪失。一更快再生程序減少此缺點。
本發明之方法及系統係關於在一再生步驟之後之一冷卻步驟，其中冷卻步驟使用行進通過一淨化容器之冷卻氣體以降低容納在容器內部處之過濾介質之一溫度。除冷卻氣體在容器內部處之流動之外，該方法及系統亦係關於在冷卻步驟期間藉由在容器外部使用一非對流氣流來增加對容器溫度之控制。
根據本發明，容器容納在一外殼中，該外殼係一大體上封閉結構，其包含側壁、一地板或底部及頂部。外殼界定圍繞容器、在容器之外部與外殼之內部之間界定一有限量之空間，該空間在本文中被稱為「空隙」。儘管外殼大體上係封閉的，但其在外殼之壁、地板及底部中亦包含至少兩個空氣循環通道(例如，一入口及一出口)，其容許空氣或另一環境氣體之有用流行進至空隙中、行進通過空隙並離開空隙。空氣循環通道之大小及放置容許一有用體積之空氣(或另一環境氣體)流入外殼、通過空隙並流出外殼，其中空氣之體積流量足以自容器移除一所需量之熱量以按一所需溫度降低速率降低容器及其內容物之溫度。
通過空隙之空氣流可為「強制的」或「非對流的」。舉例而言，可使用例如來自一風扇或其他空氣循環裝置之一機械動力來給予空氣移動，以致使空氣流動通過空隙。強制(非對流)空氣流與某些其他形式之空氣流不同，某些其他形式之空氣流可能被認為係對流的，被動的或僅僅係偶然的(歸因於外殼外部之空氣移動)，但亦可能會或以其他方式發生在如上文描述之容納一加熱容器之一空隙中。
在如所描述之一系統或方法中，在一空隙內由「對流」引起之空氣流(即「對流」空氣流)被認為係空隙內之空氣之運動(流動)，其大體上或完全源自位於空隙內之一加熱容器之一表面處或附近空氣與在空隙內但遠離表面之附近空氣相比之溫度差及所得密度差，其中溫度差由熱能自加熱容器轉移至位於表面處或附近之空氣引起；在此情況下，重力將導致不同溫度及密度之空氣團在空隙內移動。一空隙內之此類型之對流空氣循環可偶然發生在未如本文所描述般設計之一淨化器系統中，以在一再生步驟之後及在藉由使冷卻氣體行進通過容器內部而冷卻容器之內部之一步驟期間，出於自一加熱容器吸收及移除熱能之特定目的，使用通過空隙之一強制或「非對流」空氣流。
如本文所使用，一空隙內之「非對流」空氣流包含藉由將能量機械地施加至一定體積之空氣上而產生之空氣流之類型(「機械輔助空氣移動」或「強制」空氣移動)，與由一空隙中之空氣吸收來自一加熱容器之熱能而產生之氣流類型相反；非對流空氣流可由藉由使用一風扇或其他機械葉輪機械地傳遞給空氣之能量產生，使得空氣被引導(抽出或吹出)通過外殼之一入口，進入並通過空隙，然後通過出口被引導出外殼。
當致使環境氣體流動通過空隙時，入口及出口經設計及適配(例如，在其大小及作為外殼之部分之位置方面)以專門容置具有一體積(體積流動速率)及溫度(例如，一環境溫度)之一環境氣體(例如，空氣)流以引起容納在外殼中之一加熱容器之加速或快速冷卻。引起非對流之機械能量源(例如，風扇)可位於外殼內或外殼外部，諸如在與外殼內部有一定距離但與外殼內部流體連通之導管中。
在根據本發明之一設備中，淨化容器大體上容納在一淨化容器外殼中，此創建了在外殼內部且在容器外部之一空隙。淨化容器外殼圍封一單一淨化容器，且因此與一淨化系統殼體有區別，該淨化系統殼體可圍封兩個或更多個容器(各容器亦容納在單獨外殼中)，並且可圍封一整個淨化系統之全部或大部分。然而，在一些實施例中，淨化容器外殼可與一淨化系統殼體共用一或多個邊界，諸如一地板或下邊界，一天花板或上邊界或一或多個壁。淨化容器外殼同樣與較大外殼有區別，該較大外殼諸如其中安裝有淨化系統之一房間、建築物(例如，工廠)或一建築物之一部分。在一些實施例中，容器係圓柱形之並且外殼係矩形或盒形的。一間隙距離在外殼之拐角處較大，且在沿拐角之間之壁之位置處較小。在沿壁且在拐角之間之位置處，容器與外殼壁之間之一最小距離可為2英寸、一英寸或半英寸。針對一直徑為36英寸之一實例容器，容器與外殼之一拐角之間之一距離可在大約26至大約28英寸之範圍內；針對一較大或較小直徑之一圓柱形容器，該距離將為相對較大或較小距離。
淨化容器外殼包含至少一個外殼入口，以容許環境大氣至空隙中之一非對流流動。入口可連接至導管及一環境空氣源，可(例如，藉由一風扇)致使該環境空氣流動通過入口並進入空隙。環境空氣可自任何相對較乾淨之空氣源中獲取，並且不需要淨化，且可藉由過濾或可不藉由過濾進行處理。空氣(例如，「環境氣體」)可例如自含有淨化器系統但遠離(通常接近抑或遠離)淨化器系統之一工廠之一位置供應，或者可替代地自工廠外部之一位置供應。當引入至空隙時環境空氣之溫度可為低於容納在空隙中之容器之溫度之一溫度，例如，一環境空氣溫度在自華氏30至120度之範圍內，例如自華氏40或50度至75或80度。
一有用或較佳入口之一尺寸可依至少每分鐘50至400立方英尺(諸如每分鐘100至300立方英尺)之一流動速率容置環境空氣之空氣流。入口之一實例大小(即入口開口之面積)可在大約7平方英寸至大約100平方英寸之一範圍內，例如，自15至大約75平方英寸，並且可使用一擋板或其他封閉裝置打開或關閉。
外殼入口可為一單一開口，並且可視情況並且較佳地適於容許透過導管或另一種形式之流體導管與環境大氣流體連通。外殼入口裝備有一入口風門以選擇性地打開及關閉外殼入口，以選擇性地容許或阻止空氣或另一種環境氣體流動通過入口並進入空隙。入口風門可能能夠手動操作或藉由伺服機構、馬達、氣動致動器或類似者進行操作。入口風門可能能夠進行遠端或自動化操作，其包含由一電腦處理單元引導之操作。入口區有別於較小開口(例如，上文所指定之「通孔」)，該較小開口將僅容許少量且偶然之被動對流空氣流。
淨化容器外殼包含至少一個外殼出口，以容許氣體或空氣自空隙流出至環境大氣中。一有用或較佳出口之一尺寸可依至少每分鐘50至400立方英尺(諸如每分鐘100至300立方英尺)之一流動速率容置環境空氣之空氣流。出口之大小(即出口開口之面積)可在大約7平方英寸至大約100平方英寸之一範圍內，例如，自15至大約75平方英寸，並且可使用一擋板或其他封閉裝置打開或關閉。
在一正壓力下致使環境氣體通過入口流入空隙，該正壓力係指大於外殼外部直一位置處之一環境壓力之一壓力。舉例而言，環境氣體可作為一壓力(在入口處量測)比一環境壓力高至少50托(例如在50、100或200托直至400、500、600或700托之範圍內)之氣體進入外殼。當氣體流動通過空隙時，環境氣體之壓力(即空隙處之壓力)亦可大於環境壓力，例如，比環境壓力大至少20或40托。
外殼出口可為一單一開口，並且可視情況並且較佳地透過管道系統與一環境大氣連通。外殼出口裝備有一出口風門以選擇性地打開及關閉外殼出口，以選擇性地容許或阻止空氣流出空隙。出口風門可能夠手動操作或藉由伺服機構、馬達、氣動致動器或類似者進行操作。出口風門可能夠進行遠端或自動化操作，其包含由一電腦處理單元引導之操作。
與空氣循環通道不同，淨化容器外殼(例如在側壁、一頂部或一底部)亦可視情況裝備有小開口(例如「通孔」)，該小開口經設計以容許自外殼之外部至內部之各種導管、電佈線或纜線、流體管線及類似者之通道，以用於操作氣體淨化系統。外殼結構亦可包含小通風孔、裂縫或其他小開口，其不被視為本文所描述之空氣循環通道，此至少係因為彼等類型之開口並非為引起通過空隙之一強制(非對流)空氣流來降低外殼中容納之加熱容器之溫度之目的來設計或使用。
淨化容器外殼可順便用作用於形成氣體淨化系統操作之一部分之各種導管、纜線，閥及類似者之安裝結構。理想地，淨化容器之外表面與空隙中之空氣或氣體直接接觸，以便於容許外表面與引起流動通過空隙之空氣或氣體之間之有效熱轉移。在此等實施例中，淨化容器未被任何外部物品(諸如一加熱毯、隔熱毯或類似者)部分或全部覆蓋。
在某些有用或較佳實例系統中，淨化容器外殼可裝備有一或多個風扇、葉輪或其他空氣移動設備，在本文中統稱為「風扇」。舉例而言，淨化容器外殼可裝備有一或多個入口風扇，其經結構設計以透過外殼入口將環境氣體或空氣吸入空隙。替代地或另外，淨化容器外殼可裝備有一或多個出口風扇，其經結構設計以透過外殼出口將氣體或空氣自空隙排出。
替代地或另外，外殼可在外殼之內部(即，在空隙內)裝備有一或多個循環風扇，其經結構設計以使氣體或空氣在空隙內循環。在各種實施例中，淨化容器外殼可裝備有入口風扇、出口風扇或空隙循環風扇之任何組合。此風扇可位於淨化容器外殼內，或者在各種實施例中，風扇或其部分可位於淨化容器外殼外部。
在一有用或較佳系統中，外殼可包含一或多個加熱器、熱交換器、散熱器或其他熱傳輸設備，在本文中統稱為「加熱器」。加熱器通常經結構設計以使得其可選擇性地增加淨化容器外殼內空隙中氣體或空氣之溫度。加熱器可位於外殼之內部，即在空隙內。在一些實施例中，主要負責加熱再生氣體之一加熱器可位於外殼中或附接至外殼，使得逸出加熱器之廢熱可用於加熱空隙內之氣態大氣。通常，加熱器直接對空隙內之氣體或空氣進行操作。通常，加熱器不直接對淨化容器進行操作或與其接觸。
根據本文所描述之方法，一再生程序包含一再生步驟，在該再生步驟期間，致使一定量之加熱流體行進通過一容器之一內部以自容納在其中之過濾介質移除污染物，隨後係一冷卻步驟，在該冷卻步驟期間亦使流體行進通過容器內部及過濾介質，以降低兩者之溫度。
在再生步驟期間，操作容器入口及出口處之閥以使容器相對於製造裝備離線，並容許加熱至再生氣體溫度之一再生氣體行進通過淨化容器內之淨化介質。典型再生氣體溫度超過攝氏60度，通常遠超過攝氏60度，並且可在自攝氏250至450度之範圍內。在一再生步驟期間，在本發明之設備之操作中，外殼之入口及出口兩者皆關閉，使得熱空氣在淨化容器外殼內(即，在空隙內)保持熱。空隙處之熱空氣可導致容器及容器中之過濾介質之溫度更高，藉此減少再生步驟所需之時間量。視情況，可在再生步驟期間打開位於空隙中之一循環風扇以使空隙中之氣體或空氣循環，以使淨化容器周圍之溫度分佈更均勻，此亦可減少一再生步驟所需之時間量。視情況，容納在空隙中之一加熱器亦可在再生步驟期間打開，以增加空隙中之氣體或空氣之溫度，並藉此使再生加速。
在冷卻步驟期間，使在一冷卻氣體溫度下之一冷卻氣體行進通過淨化容器內之淨化介質以輔助冷卻。冷卻氣體之溫度(「冷卻氣體溫度」)低於容器或其容納之過濾介質之溫度。典型冷卻氣體溫度在攝氏10度至攝氏40度之間，例如自攝氏10至20、25或30度。再生淨化容器必須冷卻至一適當淨化溫度，諸如低於約攝氏40或30度，例如冷卻至自攝氏20至25或20至30度之一範圍內溫度，才能恢復連線。
在本發明之設備之操作中，入口風門及出口風門兩者皆在冷卻步驟期間打開，以容許來自一環境大氣之在一環境氣體溫度下之環境氣體(例如，環境空氣)，進入空隙並流動通過空隙以自空隙及容器移除熱量，此可較佳地減少一冷卻步驟所需之時間量。環境氣體溫度應低於被冷卻容器之溫度。典型環境氣體溫度可在攝氏10度至攝氏30度之間，例如自攝氏10至20、25或30度。
視情況，可在冷卻步驟期間打開一循環風扇，以使氣體或空氣在空隙中循環。視情況，在冷卻步驟期間打開入口處、出口處或兩者之風扇，以將環境氣體或空氣吸入空隙，使空氣行進通過空隙，然後使空氣自空隙流動通過出口。通常，在冷卻步驟期間，關閉空隙中之任何加熱器。
在圖1呈現根據本發明之現場淨化系統之一個實施例。第一大量氣體源420 (諸如罐)含有在一潔淨室製造系統中有用之一高純度特種氣體(例如「清潔乾燥空氣」)之一供應。一第二大量氣體源425含有一第二高純度特種氣體之一供應，例如可用於電子半導體生產之第二高純度特種氣體，例如氫氣、氬氣、氦氣、氧氣、二氧化碳、氮氣或氨氣(NH3 )。大量氣體源420、425可位於工廠建築物800外部。大量氣體透過管道430、435被供應至淨化系統500、510。經淨化之清潔乾燥空氣透過管道550被供應至潔淨室600、601、602、603。經淨化之特種氣體透過管道560供應至工作站700、701、702、703。淨化系統500、510集中操作，從而將多種氣體輸送至一製造設施內之多個目的地。
參考圖2，描繪根據本發明之一氣體淨化系統10之一個實施例之一部分。氣體淨化系統10包含淨化容器110及310。第一淨化容器110大體上在所有側上被圍封在第一淨化容器外殼120中，此在第一淨化容器外殼120內部且在第一淨化容器110外部創建第一空隙130。同樣地，第二淨化容器310大體上在所有側上被圍封在第二淨化容器外殼320中，此在第二淨化容器外殼120內部且在第二淨化容器110外部創建第一空隙330。
淨化系統殼體15在第一淨化容器外殼120及第二淨化容器外殼320之外部。
各淨化容器110、310之內部含有淨化介質(圖中未展示)。各淨化容器110、310之內部由容器入口導管150、350及容器出口導管140、340接達。圖中所展示之容器入口導管150、350及容器出口導管140、340之位置僅僅係示範性的，並且可設想其他結構設計，例如包含容器入口導管150、350之位置及容器出口導管140、340之位置相互交換。在一淨化程序期間，即，淨化用於一製造步驟之一大量處理氣體之一程序中，容器入口閥152、352可用於選擇透過大量處理氣體入口導管154、354來自一大量處理氣體源(圖中未展示)之輸入。在一再生程序期間，容器入口閥152、352可用於選擇透過再生氣體入口導管156、356來自一再生氣體源(圖中未展示)之輸入。
藉由使再生氣體行進通過一再生氣體加熱器190、390將再生氣體加熱至一再生氣體溫度。再生氣體加熱器190、390位於淨化容器外殼120、320之內部(如所展示)，即在空隙130、330處，但可替代地位於淨化容器外殼120、320之外部(圖中未展示)。在淨化程序期間，容器出口閥142、342可用於選擇透過經淨化之大量處理氣體出口導管144、344至一經淨化之大量處理氣體分配系統(圖中未展示)之輸出。在一再生程序期間，容器出口閥142、342可用於選擇透過再生氣體出口導管146、346至一再生氣體目的地(圖中未展示)之輸出。取決於所使用之再生氣體之類型，再生氣體目的地可為儲存、分離或釋放至大氣。在典型操作期間，淨化容器110、310之僅一者在任何一個時間被再生，在此期間，另一容器通常參與一淨化程序。
淨化容器外殼120、320包含可使用入口風門165、365打開或關閉之外殼入口160、360，以及可使用出口風門175、375打開或關閉之外殼出口170、370。淨化容器外殼120、320可視情況包含循環風扇180、380。淨化容器外殼120、320可視情況包含加熱器190、390。在任何一個時間通常僅對一個容器執行之再生程序之再生步驟期間，關閉入口風門165、365及出口風門175、375。可打開循環風扇180、380。打開再生氣體加熱器190、390。在再生程序之冷卻步驟期間，打開入口風門165、365及出口風門175、375。可打開循環風扇180、380。關閉再生氣體加熱器190、390。
參考圖3A，在淨化程序期間，容器入口閥152用於選擇透過大量處理氣體入口導管154來自大量處理氣體源(圖中未展示)之輸入，並透過容器入口導管150將在一淨化氣體溫度下之氣體輸送至淨化容器110之內部。經淨化氣體通過容器出口導管140離開淨化容器110。容器出口閥142用於選擇透過經淨化之大量處理氣體出口導管144至一經淨化之大量處理氣體分配系統(圖中未展示)之輸出。外殼入口160上方之入口風門165及外殼出口170上方之出口風門175兩者皆可打開以容許環境大氣在淨化容器外殼120內部之空隙130中被動循環。
參考圖3B，在再生程序之再生步驟期間，容器入口閥152用於選擇透過再生氣體入口導管156來自一再生氣體源(圖中未展示)之輸入，該再生氣體行進通過再生氣體加熱器190以被加熱至一再生氣體溫度。再生氣體通過容器入口導管150輸送至淨化容器110之內部。再生氣體透過容器出口導管140離開淨化容器110。容器出口閥142用於選擇至再生氣體出口導管146之輸出。關閉外殼入口160上方之入口風門165及外殼出口170上方之出口風門175以將熱量保留在淨化容器外殼120內部之空隙130中。打開循環風扇180以在空隙130中分配熱量。
參考圖3C，在再生程序之冷卻步驟期間，容器入口閥152用於選擇在冷卻氣體溫度下通過冷卻氣體入口導管156來自一冷卻氣體源(圖中未展示)之輸入，該冷卻氣體源通常係與再生氣體源(如所描繪)相同之源。冷卻氣體透過容器入口導管150輸送至淨化容器110之內部。冷卻氣體透過容器出口導管140離開淨化容器110。容器出口閥142用於選擇至冷卻氣體出口導管146之輸出，冷卻氣體出口導管146通常係與再生氣體出口(如所描繪)相同之輸出。外殼入口160上方之入口風門165及外殼出口170上方之出口風門175打開，以容許環境大氣在淨化容器外殼120內部之空隙130中循環。打開循環風扇180以分配空隙130中之冷卻環境空氣。
根據某些較佳方法，相較於不包含使環境空氣之強制流行進通過空隙之步驟之一相當(除此以外等同)之方法，可以減少之一時間執行用包含使環境空氣之一強制(非對流)流行進通過空隙之方法藉由使用如所描述之一系統(其包含如所描述之空氣循環通道)執行之一冷卻步驟。作為一個實例，冷卻步驟可為在一溫度為攝氏25度之環境空氣之一強制流下實行之步驟，其將淨化介質之溫度降低至低於攝氏60度，其中將淨化介質之溫度降低至低於60度所需之時間小於在不使環境空氣在一環境氣體冷卻溫度下行進通過空隙之情況下將淨化介質之溫度降低至低於60度所需之時間之百分之四十、百分之五十或百分之六十。
在一第一態樣，一種大量處理氣體淨化器系統，其包括：一淨化器，其包括一容器，該容器具有含有淨化介質之一容器內部；一外殼，其圍封該容器並界定在該外殼內部且在該容器外部之一空隙；空氣循環通道，其在該外殼中以容許：環境氣體在一正輸入壓力下流入該空隙；該環境氣體在空隙內之非對流循環；及經循環環境氣體在一負出口壓力下自該空隙流動至該外殼之一外部；該空氣循環通道包括：一外殼入口，其容許環境氣體在正輸入壓力下自該外殼之該外部流動至該空隙中；一外殼出口，其容許環境氣體在一正輸出壓力下自該空隙流動至該外殼之一外部；及一大量處理氣體循環系統，其適於致使該大量處理氣體流入該容器內部，通過該淨化介質並流出至該容器內部以外。
根據該第一態樣之一第二態樣，其中該外殼入口具有至少7平方英寸之一開口面積。
根據該第一或第二態樣之一第三方面，其中該外殼出口具有至少7平方英寸之一開口面積。
根據任一前述態樣之一第四態樣，其中該外殼入口適於接納入口管道系統之附接。
根據任一前述態樣之一第五態樣，其中該外殼出口適於接納出口管道系統之附接。
根據任一前述態樣之一第六態樣，其進一步包括一入口風門以打開及關閉該外殼入口。
根據第六態樣之一第七態樣，其中該入口風門裝備有能夠打開或關閉該入口風門之一入口致動器。
根據任一前述態樣之一第八態樣，其進一步包括一出口風門以打開及關閉該外殼出口。
根據任一前述態樣之一第九態樣，其進一步包括一循環風扇，該循環風扇包括位於該空隙內之一葉輪以使一氣態流體在該空隙內循環。
根據任一前述態樣之一第十態樣，其中除該外殼入口及該外殼出口之外，該外殼不包括一開口面積為10 cm2 或更大之開口，其中用在適當之地方行進通過通孔之任何物品量測一通孔之開口面積。
根據任一前述態樣之一第十一態樣，其中該外殼入口位於該外殼之一頂板上，並且該外殼出口位於該外殼之一頂板上。
根據任一前述態樣之一第十二態樣，其中該正輸入壓力超過該外殼外部之一環境壓力至少50托。
根據任一前述態樣之一第十三態樣，其中該空隙具有超過該外殼外部之一環境壓力至少20托之一正壓力。
根據任一前述態樣之一第十四態樣，其中該大量處理氣體循環系統包括能夠在該大量氣體流入該容器內部之前加熱該大量處理氣體之一加熱器。
根據任一前述態樣之一第十五態樣，其中該大量處理氣體循環系統包含：一容器入口，其將供應大量處理氣體引導至該容器；以及一容器出口，其在經淨化之大量處理氣體行進通過過濾介質之後自該容器引導經淨化之大量處理氣體。
根據任一前述態樣之一第十六態樣，其進一步包括：第二淨化器，其包括一第二容器，該第二容器具有含有第二淨化介質之一第二容器內部；一第二外殼，其圍封該第二容器並界定在該第二外殼內部且在該第二容器外部之一第二空隙；第二空氣循環通道，其在該第二外殼中以容許：環境氣體在一第二正輸入壓力下流入該第二空隙；該環境氣體在該第二空隙內之非對流循環；及經循環環境氣體在一第二正出口壓力下自該第二空隙流動至該第二外殼之一外部；該第二空氣循環通道包括：一第二外殼入口，其容許環境氣體在一第二正輸入壓力下自該第二外殼之該外部第二流動至該第二空隙中；一第二外殼出口，其容許環境氣體在一第二正輸入壓力下自該第二空隙流動至該第二外殼之一外部；及一第二大量處理氣體循環系統，其適於致使該大量處理氣體流入該第二容器內部，通過該第二淨化介質並流出該第二容器內部。
在一第十七態樣，一種再生一大量處理氣體淨化器系統之淨化介質之方法，該氣體淨化器系統包括：一淨化器，其包括一容器，該容器具有含有淨化介質之一容器內部；一外殼，其圍封該容器並界定在該外殼內部且在該容器外部之空隙，該外殼包括：一外殼入口，其容許環境氣體流入該空隙；一外殼出口，其容許環境氣體自該空隙流動；及一大量處理氣體循環系統，其適於致使該大量處理氣體流入該容器內部，通過該淨化介質，並流出該容器內部，該方法包括：使大量處理氣體在一淨化溫度下行進通過該淨化介質，以致使該大量處理氣體中之雜質由該淨化介質移除，並產生具有一降低位準之該雜質之淨化大量處理氣體；在雜質已被收集在該淨化介質中之後，藉由使具有一再生氣體溫度之再生氣體行進通過該淨化介質來再生該淨化介質，藉此該再生氣體將該淨化介質加熱至一再生溫度以致使所收集雜質自該淨化介質移除並隨該再生氣體一起自該容器中流出；在再生該淨化介質之後，通過使冷卻氣體在低於該再生溫度之一冷卻氣體溫度下行進通過該淨化介質來降低該淨化介質之溫度，從而冷卻該淨化介質；在冷卻期間，使環境空氣流在低於攝氏60度之一環境空氣冷卻溫度下行進通過該空隙：使該環境空氣自該系統外殼外部之一位置行進通過該外殼入口並至該空隙中；使該環境空氣以一非對流方式在該空隙內循環；及使該環境空氣自該空隙行進通過該外殼出口至該外殼外部之一位置。
根據第十七態樣之一第十八態樣，其中該淨化溫度在自攝氏10度至攝氏40度之一範圍內。
根據第十七或第十八態樣之一第十九態樣，其包括在冷卻期間將該淨化介質之該溫度降低至低於攝氏60度，其中將該淨化介質之該溫度降低至低於60度所需之時間小於在不使該環境空氣在一環境空氣冷卻溫度下行進通過該空隙之情況下將該淨化介質之該溫度降低至低於60度所需之時間之百分之五十。
根據第十七至第十九態樣中任一態樣之一第二十態樣，其中該大量處理氣體選自：氫氣、氬氣、氦氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氨氣(NH3 )及超潔淨乾燥空氣。
根據第十七至第二十態樣中任一態樣之一第二十一態樣，其中該冷卻氣體溫度在自攝氏10度至攝氏40度之一範圍內。
根據第十七至第二十一態樣中任一態樣之一第二十二態樣，其中該環境氣體溫度在自攝氏10度至攝氏40度之一範圍內。
在不脫離本發明之範疇及原理之情況下，本發明之各種修改及變更對於熟習此項技術者將變得顯而易見，並且應理解，本發明不應過度地限於以上所闡述之闡釋性實施例。
10:氣體淨化系統 15:淨化系統殼體 110:淨化容器 120:第一淨化容器外殼 130:第一空隙 140:容器出口導管 142:容器出口閥 144:氣體出口導管 146:再生氣體出口導管/冷卻氣體出口導管 150:容器入口導管 152:容器入口閥 154:大量處理氣體入口導管 156:再生氣體入口導管/冷卻氣體入口導管 160:外殼入口 165:入口風門 170:外殼出口 175:出口風門 180:循環風扇 190:再生氣體加熱器 310:淨化容器 320:淨化容器外殼 330:第一空隙 340:容器出口導管 342:容器出口閥 344:大量處理氣體出口導管 346:再生氣體出口導管/冷卻氣體出口導管 350:容器入口導管 352:容器入口閥 354:大量處理氣體入口導管 356:再生氣體入口導管 360:外殼入口 365:入口風門 370:外殼出口 375:出口風門 380:循環風扇 390:再生氣體加熱器 420:第一大量氣體源 425:第二大量氣體源 430:管道 435:管道 500:淨化系統 510:淨化系統 550:管道 560:管道 600:潔淨室 601:潔淨室 602:潔淨室 603:潔淨室 700:工作站 701:工作站 702:工作站 703:工作站 800:工廠建築物
圖1係根據本發明之氣體淨化系統在一半導體製造廠中之使用之一個實施例之一示意圖。
圖2係根據本發明之一氣體淨化系統之一個實施例之一部分之一示意圖。
圖3A、圖3B及圖3C分別係在淨化程序、再生程序之再生步驟及再生程序之冷卻步驟期間之一氣體淨化系統之一個實施例之一部分之示意圖。
10:氣體淨化系統
15:淨化系統殼體
110:淨化容器
120:第一淨化容器外殼
130:第一空隙
140:容器出口導管
142:容器出口閥
144:氣體出口導管
146:再生氣體出口導管/冷卻氣體出口導管
150:容器入口導管
152:容器入口閥
154:大量處理氣體入口導管
156:再生氣體入口導管/冷卻氣體入口導管
160:外殼入口
165:入口風門
170:外殼出口
175:出口風門
180:循環風扇
190:再生氣體加熱器
310:淨化容器
320:淨化容器外殼
330:第一空隙
340:容器出口導管
342:容器出口閥
344:大量處理氣體出口導管
346:再生氣體出口導管/冷卻氣體出口導管
350:容器入口導管
352:容器入口閥
354:大量處理氣體入口導管
356:再生氣體入口導管
360:外殼入口
365:入口風門
370:外殼出口
375:出口風門
380:循環風扇
390:再生氣體加熱器

Claims (10)

  1. 一種大量處理氣體淨化器系統，其包括：一淨化器，其包括一容器，該容器具有含有淨化介質之一容器內部，一外殼，其圍封該容器並界定在該外殼內部且在該容器外部之一空隙，一空氣循環通道，其在該外殼中以容許：環境氣體在一正輸入壓力下流入該空隙；該環境氣體在該空隙內之非對流循環；及經循環環境氣體在一正出口壓力下自該空隙流動至該外殼之一外部；該空氣循環通道包括：一外殼入口，其容許環境氣體在一正輸入壓力下自該外殼之該外部流動至該空隙中；一外殼出口，其容許環境氣體在一正輸出壓力下自該空隙流動至該外殼之一外部；及其中，一容器入口導管及一容器出口導管分別連接該容器，且其中該大量處理氣體循環系統適於致使該大量處理氣體通過該容器入口導管流入該容器內部，通過該淨化介質並通過該容器出口導管流出至該容器內部以外。
  2. 如請求項1之大量處理氣體淨化器系統，其中該外殼入口具有至少7平方 英寸之一開口面積。
  3. 如請求項1之大量處理氣體淨化器系統，其中該外殼出口具有至少7平方英寸之一開口面積。
  4. 如請求項1之大量處理氣體淨化器系統，其中該外殼入口適於接納入口管道系統之附接。
  5. 如請求項1之大量處理氣體淨化器系統，其中該外殼出口適於接納出口管道系統之附接。
  6. 如請求項1之大量處理氣體淨化器系統，其進一步包括一循環風扇，該循環風扇包括位於該空隙內之一葉輪以使一氣態流體在該空隙內循環。
  7. 如請求項1之大量處理氣體淨化器系統，其進一步包括：一第二淨化器，其包括一第二容器，該第二容器具有含有第二淨化介質之一第二容器內部，一第二外殼，其圍封該第二容器並界定在該第二外殼內部且在該第二容器外部之一第二空隙，第二空氣循環通道，其在該第二外殼中以容許：環境氣體在一第二正輸入壓力下流入該第二空隙；該環境氣體在該第二空隙內之非對流循環；及經循環環境氣體在一第二正出口壓力下自該第二空隙流動至該 第二外殼之一外部；該第二空氣循環通道包括：一第二外殼入口，其容許環境氣體在一第二正輸入壓力下自該第二外殼之該外部流動至該第二空隙中；一第二外殼出口，其容許環境氣體在一第二正輸入壓力下自該第二空隙流動至該第二外殼之一外部；及一第二大量處理氣體循環系統，其適於致使該大量處理氣體流入該第二容器內部，通過該第二淨化介質並流出至該第二容器內部以外。
  8. 一種再生一大量處理氣體淨化器系統之淨化介質之方法，該氣體淨化器系統包括：一淨化器，其包括一容器，該容器具有含有淨化介質之一容器內部，一外殼，其圍封該容器並界定在該外殼內部且在該容器外部之一空隙，該外殼包括：一外殼入口，其容許環境氣體流入該空隙，一外殼出口，其容許環境氣體自該空隙流動，及一大量處理氣體循環系統，其適於致使該大量處理氣體流入該容器內部，通過該淨化介質，並流出至該容器內部以外，該方法包括：使大量處理氣體在淨化溫度下行進通過該淨化介質，以致使該大量處理氣體中之雜質由該淨化介質移除，並產生具有一降低位準之 該雜質之經淨化大量處理氣體，在雜質已被收集在該淨化介質中之後，藉由使具有一再生氣體溫度之再生氣體行進通過該淨化介質來再生該淨化介質，藉此該再生氣體將該淨化介質加熱至一再生溫度以致使所收集雜質自該淨化介質移除並隨該再生氣體一起自該容器中流出，在再生該淨化介質之後，藉由使冷卻氣體在低於該再生溫度之一冷卻氣體溫度下行進通過該淨化介質來降低該淨化介質之溫度，從而冷卻該淨化介質，在冷卻期間，使環境空氣流以低於攝氏60度之一環境空氣冷卻溫度行進通過該空隙：使該環境空氣自該系統外殼外部之一位置行進通過該外殼入口並至該空隙中，使該環境空氣以一非對流方式在該空隙內循環，及使該環境空氣自該空隙行進通過該外殼出口至該外殼外部之一位置。
  9. 如請求項8之方法，其包括在冷卻期間將該淨化介質之該溫度降低至低於攝氏60度，其中將該淨化介質之該溫度降低至低於60度所需之時間小於在不使該環境空氣在一環境空氣冷卻溫度行進通過該空隙之情況下將該淨化介質之該溫度降低至低於60度所需之時間之百分之五十。
  10. 如請求項8之方法，其中該大量處理氣體選自：氫氣、氬氣、氦氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氨氣(NH3)及超潔淨乾燥空氣。
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