專利名稱：輸送蒸汽的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)蒸汽的輸送系統(tǒng)。具體地(然而并非限制)，本發(fā)明涉 及用于輸送汽化液體的受控制的蒸氣流的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在許多處理環(huán)境中，有關(guān)不同的過(guò)程產(chǎn)生并且使用蒸汽(例如，水蒸 汽)。在消除來(lái)自制造過(guò)程(例如，半導(dǎo)體制造過(guò)程)的不良物質(zhì)的環(huán)境中， 例如，根據(jù)環(huán)境準(zhǔn)則和/或規(guī)則，試圖使用蒸汽輸送系統(tǒng)來(lái)將不合要求的副 產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為安全的化合物以用于處理。
作為特別的實(shí)例，在有關(guān)等離子處理設(shè)備中使用水蒸汽來(lái)將不合要求 的全氟化氣體轉(zhuǎn)化為包含二氧化碳的相對(duì)無(wú)害的成分?？梢酝ㄟ^(guò)傳統(tǒng)的水 蒸汽輸送系統(tǒng)來(lái)供應(yīng)用于這種反應(yīng)的水蒸汽，所述水蒸汽輸送系統(tǒng)在相對(duì)
正常的大氣壓下運(yùn)行以提供ioo。 c或高于約ioo。 c的水蒸汽。使用這些傳
統(tǒng)的水蒸汽輸送系統(tǒng)存在若干缺點(diǎn)。例如，這些系統(tǒng)一般需要相當(dāng)大的能 量，由此汽化大量的水的成本高昂。
產(chǎn)生蒸汽的另一種方法包括裝備有利用熱板加熱器以傳送所需的熱量 來(lái)蒸發(fā)液體的蒸發(fā)室。然而，所述蒸發(fā)器運(yùn)行起來(lái)很昂貴并且一般不能輸 送用于有效地消除不良流出物所需要的大量蒸汽。
替代的水蒸汽輸送系統(tǒng)使用水蒸發(fā)腔來(lái)將大量的水加熱到足夠高的溫 度以按要求供應(yīng)蒸汽，并利用蒸汽輸送管道中的蒸汽或氣體質(zhì)量流量控制
器(MFC)來(lái)測(cè)量允許從汽化腔流出到等離子反應(yīng)器中的蒸汽量。雖然該類 系統(tǒng)克服了前面描述的系統(tǒng)的某些缺點(diǎn)，但是其仍然需要將整個(gè)系統(tǒng)(包 括相當(dāng)大量的去離子(DI)水)連續(xù)地保持在高溫(例如，在90° C到140 ° C之間)下，這增加了熱成本并且引入了與所述系統(tǒng)進(jìn)行交互的工人的安 全問(wèn)題。然而，在另一種方法中，在亞大氣壓力下產(chǎn)生低溫蒸汽。雖然該方法 允許在低溫下產(chǎn)生蒸汽，但是液體(例如，水)易于凝固，這阻止了蒸汽 的產(chǎn)生。解決該問(wèn)題的一種方法包括監(jiān)控液體的溫度并且當(dāng)液體接近流體 的凝固點(diǎn)時(shí)升高液體的溫度。
問(wèn)題是，當(dāng)液體被蒸發(fā)時(shí)，測(cè)量液體的表面溫度是很困難的，并且測(cè) 量表面以下的液體的溫度不能提供液體趨于凝固的表面溫度的精確和/或 及時(shí)的測(cè)量。雖然可以主動(dòng)攪拌液體以助于確保表面下的測(cè)量是準(zhǔn)確的， 但是攪拌液體需要能量并且涉及需要維修且易于發(fā)生故障的機(jī)械部件。
因此，現(xiàn)有設(shè)備是有作用的，但是它們不足夠精確或者不滿足要求。 因此，需要一種解決現(xiàn)有技術(shù)的不足并且提供其他新的和創(chuàng)新特征的系統(tǒng) 和方法。

發(fā)明內(nèi)容
下面概述了附圖中圖示的本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在詳細(xì)的說(shuō)明部分 更全面地描述了這些及其他實(shí)施例。然而，很清楚，并不旨在將本發(fā)明限 制在該發(fā)明內(nèi)容或詳細(xì)說(shuō)明所描述的形式中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí) 到，許多改進(jìn)、等效和替換的結(jié)構(gòu)落在如權(quán)利要求所表述的本發(fā)明的精神 和范圍內(nèi)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的特征可以是用于將蒸汽輸送到外部 系統(tǒng)的方法。在該實(shí)施例中的方法包括將液體放入密閉容器中，并且將所 述密閉容器中的壓力降低到低于大氣壓力。另外，測(cè)量密閉容器中的壓力 并響應(yīng)于檢測(cè)的低于所要求水平的壓力來(lái)加熱液體。當(dāng)要求時(shí)，將蒸汽從 密閉容器輸送到外部系統(tǒng)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的特征可以是蒸汽輸送系統(tǒng)。在該實(shí)施例 中，腔室適用于容納液體和來(lái)自液體的蒸汽。所述腔室還包括端口，該端 口配置成將腔室連接到真空，以便將腔室中的壓力降低到低于大氣壓力。 此外，所述腔室包括相對(duì)腔室安置的蒸汽出口，以便能夠?qū)⒄羝麖那皇抑?排出。在腔室內(nèi)部安置壓力傳感器來(lái)測(cè)量腔室中的壓力并且提供壓力的信 號(hào)指示。將加熱器連接到所述腔室并且將其安置成能夠?qū)崃總鬟f給液體， 并且將控制電路連接到壓力傳感器和加熱器上。該實(shí)施例中的控制電路被配置成響應(yīng)于指示所述腔室中的壓力下降的信號(hào)來(lái)增加由加熱器傳遞給液 體的熱量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的特征可以是用于清除來(lái)自處理環(huán)境的不 良成分的方法。在該實(shí)施例中的方法包括將液體放入腔室中，所述液體蒸 發(fā)以形成能夠與不良成分結(jié)合的蒸汽。將所述腔室中的壓力降低到低于大 氣壓力，并且使用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)腔室中的壓力。響應(yīng)于檢測(cè)的壓力， 將傳遞給液體的熱量調(diào)節(jié)成所檢測(cè)的壓力的函數(shù)，以便當(dāng)維持腔室中的低 于大氣壓力的壓力時(shí)維持腔室中的所要求的蒸汽量。當(dāng)滿足要求時(shí)，蒸汽 被輸送到消除腔(例如，等離子體消除腔)，在消除腔中蒸汽與一種或多種 不良成分結(jié)合以給出更少的不良成分。
如前面所述，上述實(shí)施例和技術(shù)實(shí)現(xiàn)僅用于說(shuō)明的目的。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以從下面的描述和權(quán)利要求中容易地了解到本發(fā)明的許多其他的 實(shí)施例、技術(shù)實(shí)現(xiàn)和細(xì)節(jié)。


當(dāng)結(jié)合所附圖時(shí)，通過(guò)參照以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的 不同目的和優(yōu)點(diǎn)，以及更全面的理解會(huì)變得明顯和更加容易了解，其中 圖l是描述按照本發(fā)明示例性實(shí)施例的蒸汽輸送系統(tǒng)的方框圖；以及
圖2是描述按照幾個(gè)實(shí)施例的用于輸送蒸汽的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)幾個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明是指能利用相對(duì)較低的能量來(lái)可靠地產(chǎn)生蒸 汽的低壓力(例如，低于大氣壓)蒸汽輸送系統(tǒng)。例如，在許多實(shí)施例中， 在低壓力下產(chǎn)生蒸汽是不可靠的，產(chǎn)生蒸汽的溫度控制方案是不精確的和/ 或昂貴的。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，其中相同或相似的元件在全部視圖中采用相同的附圖
標(biāo)記來(lái)指示，圖1是描述一示例性實(shí)施例的蒸汽輸送系統(tǒng)100的方框圖。如 圖所示，該實(shí)施例中的系統(tǒng)包括配置成容納液體104 (例如，液態(tài)水)和形 成于所述液體的蒸汽106 (例如，水蒸汽)的密閉容器102。圖示與密閉容 器102連接在一起的是真空108、壓力控制器IIO、加熱器112、液體輸入管線114、液位傳感器116和蒸汽出口118。如所描述的，壓力傳感器122布置 在密閉容器102的蒸汽106的內(nèi)部并且與壓力控制器110連接在一起，其還與 加熱器112連接在一起。此外，所圖示的控制器121連接到壓力控制器110、 液位傳感器116、輸入管線114的輸入閥122和用于真空108的真空閥124上。
在示例性實(shí)施例中，密閉容器102是能夠當(dāng)液體104蒸發(fā)而形成蒸汽106 時(shí)在低于大氣壓力下保留液體104和蒸汽106的腔室。在幾個(gè)實(shí)施例中，選 擇液體104的組成部分以便產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽包括具有與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的 不良流出物的反應(yīng)有親和力的成分。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，液體104是水， 并且其形成的水蒸汽具有除去來(lái)自半導(dǎo)體制造過(guò)程中的不良成分(例如， 全氟化氣體)的用途。
在示例性實(shí)施例中，真空108是來(lái)自與制造過(guò)程(未圖示)有關(guān)的、利 用的真空的真空管線，并且真空閥124配置為打開(kāi)和關(guān)閉以便如此處進(jìn)一步 描述的為密閉容器102提供低壓力。
在該實(shí)施例中，壓力控制器110被配置成接收來(lái)自壓力傳感器120的壓 力信號(hào)，該壓力信號(hào)是密閉容器102中的蒸氣壓力的指示。響應(yīng)所述壓力信 號(hào)，壓力控制器110向加熱器112發(fā)送控制加熱器112運(yùn)行的控制信號(hào)。在某 些實(shí)施例中，壓力傳感器120是由應(yīng)變儀壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的；并且在其他 實(shí)施例中，使用電容式壓力傳感器。然而，在其他實(shí)施例中，可以使用其 他種類的壓力傳感器。在許多實(shí)施例中，壓力控制器140是比例、積分和微 分(PID)控制器，但是這當(dāng)然不是必須的，可以考慮其他控制方式并且完 全地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
有利的是，壓力傳感器120能夠使流體輸送系統(tǒng)100比試圖利用溫度反 饋系統(tǒng)來(lái)控制密閉容器中的環(huán)境的系統(tǒng)反應(yīng)更快和/或更精確。例如，在一 般的溫度控制系統(tǒng)中，需要監(jiān)控液體表面處的液體的溫度，因?yàn)樗霰砻?是液體易于變成固體(例如，冰)的地方。然而，當(dāng)液體蒸發(fā)時(shí)所述液體 表面下降并且當(dāng)導(dǎo)入更多液體時(shí)所述液體表面上升，這使得表面溫度的測(cè) 量變得很困難。因此， 一些溫度控制系統(tǒng)將溫度傳感器浸沒(méi)在液體表面下 面。然而，該方法不能連續(xù)提供液體表面溫度的準(zhǔn)確觀察，雖然可以進(jìn)行 攪動(dòng)以企圖使液體溫度均勻，但是攪動(dòng)需要能量并且給系統(tǒng)引入了機(jī)械的 方面，該機(jī)械的方面易于發(fā)生故障一即使適當(dāng)?shù)鼐S護(hù)。示例性實(shí)施例中，加熱器112被熱耦合至液體104，以能夠使加熱器112 向液體104傳送熱量。在許多實(shí)施例中，加熱器112是由外部的、電熱器毯 (heater blanket)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是這當(dāng)然不是必需的，并且在其他實(shí)施 例中，加熱器是由放置在密閉容器102中的液體104內(nèi)部的潛水式加熱器來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)在此處進(jìn)一步論述時(shí)，液體104的蒸發(fā)速度和蒸汽106的壓力是 與由加熱器l 12傳遞給液體104的能量成比例的。
如在圖l中所描述的，液位傳感器116配置在密閉容器102的內(nèi)部并且布 置來(lái)響應(yīng)液位低于所要求的水平時(shí)向控制器121提供液位信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施 例中，液位傳感器116是由液體104中的浮標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述浮標(biāo)被磁耦合 至干簧管(reed switch)。例如，在一種變化中，采用兩組浮標(biāo)一一組浮 標(biāo)檢測(cè)最大的液體體積且另一組浮標(biāo)檢測(cè)最小的液體體積。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員利用該公開(kāi)的內(nèi)容可以認(rèn)識(shí)到，還可以使用其他的液位傳感器。
如圖所示，在該實(shí)施例中，控制器121被配置成接收來(lái)自液位傳感器116 的液位信號(hào)(例如，低位信號(hào)或高位信號(hào))，并且向輸入閥122提供液位控 制信號(hào)。此外，在該實(shí)施例中，控制器121被配置成接收用戶的輸入(例如，
指令和設(shè)定值信息)，并且將狀態(tài)信息反饋給用戶。此外，在該實(shí)施例中， 控制器121連接到壓力控制器110上以能夠使控制器121向壓力控制器110輸
送信息(例如，設(shè)定值信息)。
在一些實(shí)施例中，控制器121是由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且在其他實(shí)施例中， 其是由硬件和固件(例如，存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的處理器的執(zhí)行指令) 的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，僅是為了描述示例性實(shí)施例的功能成分， 將控制器121和壓力控制器110描述為單獨(dú)的元件，但是在一些實(shí)施例中， 由控制器121和壓力控制器110執(zhí)行的功能是由單一的控制器來(lái)執(zhí)行的。
如所描述的，輸出閥126使用戶能夠經(jīng)過(guò)蒸汽出口管線118從腔室向所 希望的位置輸送蒸汽。例如，在一些設(shè)備中，輸出閥126將蒸汽出口管線118 連接到清除系統(tǒng)上，在該清除系統(tǒng)中蒸汽與不良成分混合在一起并且在等 離子體腔室中被處理。
如圖所示，在該示例性實(shí)施例中，密閉容器102包括擋板128，所述擋 板布置在液體104和蒸汽出口118之間，并且當(dāng)新的液體(例如，包含裹入 空氣的液體)在密閉容器102的低壓環(huán)境中除氣時(shí)，所述擋板被安置成減少可能濺入到蒸汽輸出管線118中的任何液體的量。在一些變化中，為了防止 冷凝，蒸汽出口118被加熱(例如，通過(guò)電阻元件)，未圖示。
接著參見(jiàn)圖2，圖示了描述本發(fā)明幾個(gè)實(shí)施例中用于輸送蒸汽的方法的 流程圖。當(dāng)參見(jiàn)圖2時(shí)，將以圖l為參考，但是應(yīng)該清楚，此處參見(jiàn)圖2所描 述的方法不被限制在先前參見(jiàn)圖l描述的具體實(shí)施例中。
如圖所示，液體開(kāi)始被放入密閉容器(程序塊202、 204)中并且所述 密閉容器中的壓力降低到亞大氣壓(程序塊206)。例如，在幾個(gè)實(shí)施例中， 密閉容器中的壓力降低到35到150托(Torr)的壓力之間，并且在一個(gè)具體 的實(shí)施例中，壓力降低到大約50托。
如圖2所描述的， 一旦液體充滿密閉容器，則利用壓力傳感器(例如， 壓力傳感器120)來(lái)檢測(cè)密閉容器中的蒸氣壓力(程序塊208)。在許多實(shí)施 例中，連續(xù)地測(cè)量壓力以提供關(guān)于蒸汽狀態(tài)和由此液體表面處的狀態(tài)的近 似即時(shí)的信息。特別是，易于基于所測(cè)量的密閉容器中的蒸氣壓力來(lái)確定 液體的物理狀態(tài)。因此，在許多實(shí)施例中，確立了壓力控制器(例如，壓 力控制器121)的設(shè)定值以便液體的狀態(tài)呈現(xiàn)最佳的蒸發(fā)水平。
如圖2所示，當(dāng)蒸汽的壓力下降低于所希望的水平時(shí)，加熱液體以將蒸 氣的壓力返回到工作壓力所希望的范圍內(nèi)(程序塊210)。如此，在利用相 對(duì)很少的能量來(lái)促使液體蒸發(fā)的亞大氣壓力的范圍下保持液體。
當(dāng)需要時(shí)，蒸汽從密閉容器被輸送到外部系統(tǒng)(例如，消除系統(tǒng))(程 序塊212)，并且液體的蒸發(fā)補(bǔ)充密閉容器中的蒸汽。有利的是，壓力傳感 器(例如，壓力傳感器120)的應(yīng)用使所監(jiān)控的蒸氣壓力中的變化能夠被快 速地檢測(cè)到，以便當(dāng)用戶按脈沖方式從密閉容器中除去蒸汽時(shí)，壓力控制 器能夠響應(yīng)蒸氣壓力的突然下降而向加熱器直接發(fā)送信號(hào)。
最后，除了別的以外，本發(fā)明還提供了一種用于輸送蒸汽的系統(tǒng)、裝 置和方法。在幾種變化中，在低壓環(huán)境中產(chǎn)生蒸汽，并且利用壓力控制系 統(tǒng)來(lái)測(cè)量和維持蒸汽的壓力。這樣，當(dāng)需要時(shí)，蒸汽被迅速地、有效率地 且可靠地輸送。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以輕易地了解到，本發(fā)明可以有許多 變化和替換，其用途和結(jié)構(gòu)可以基本上達(dá)到此處所描述的實(shí)施例所達(dá)到的 相同的效果。因此，并不試圖將本發(fā)明限制在所公開(kāi)的示例的形式中。許 多變化、改進(jìn)和替換結(jié)構(gòu)落入如權(quán)利要求所表示的公開(kāi)的發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種將蒸汽輸送到外部系統(tǒng)的方法，包括將液體放到密閉容器中，其中所述液體在所述密閉容器中蒸發(fā)以形成蒸汽；將所述密閉容器中的壓力降低到低于大氣壓力；利用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)所述密閉容器中的壓力；響應(yīng)于檢測(cè)到的降低到低于所要求水平的壓力來(lái)加熱所述液體；以及將所述蒸汽輸送到所述外部系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述降低包括將所述密閉容器中的 壓力降低到在20到150托之間的壓力。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括將所述密閉容器內(nèi)部的壓力維持為 實(shí)質(zhì)上恒定的壓力。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述液體是液態(tài)水。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括向控制器發(fā)送所述檢測(cè)到的壓力的 信號(hào)指示，并且從所述控制器向加熱器發(fā)送控制信號(hào)以增加傳遞給所述液 體的熱量。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，包括向所述加熱器發(fā)送控制信號(hào)，該控 制信號(hào)與所述密閉容器中的壓力和所要求的壓力之間的差成比例。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述液體維持在實(shí)質(zhì)上未通過(guò)機(jī) 械方法攪動(dòng)的狀態(tài)中。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括利用至少一個(gè)阻擋件來(lái)阻止至少一部分濺起的液體進(jìn)入所述密閉容器的蒸汽出口管。
9. 一種蒸汽輸送系統(tǒng)，包括腔室，其適合于容納液體和來(lái)自所述液體的蒸汽，其中所述腔室包括 端口 ，該端口配置成將所述腔室連接到真空使得所述腔室中的壓力能夠被降低到低于大氣壓力；蒸汽出口，其相對(duì)于所述腔室安置使得能夠排出來(lái)自所述腔室的蒸汽； 壓力傳感器，其在所述腔室內(nèi)部并且安置在所述液體的外部以測(cè)量所述腔室中的壓力，其中所述傳感器被配置成提供所述腔室中的壓力的信號(hào)指示。加熱器，其連接到所述腔室并且安置成使得能夠?qū)崃總鬟f給所述液 體；以及控制電路，其連接到所述壓力傳感器和加熱器，其中所述控制電路被 配置成響應(yīng)于指示所述腔室的壓力下降的信號(hào)，通過(guò)所述加熱器增加傳遞 給所述液體的熱量。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路是比例積分微分 (PID)控制電路。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述液體是液態(tài)水并且所述蒸汽 是水蒸汽。
12. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述腔室包括擋板，該擋板被配 置和安置成使得能夠減少進(jìn)入所述蒸汽出口的液體量。
13. —種用于從處理環(huán)境消除不良成分的方法，包括 將液體放到腔室中，其中所述液體的蒸汽能夠與所述不良成分結(jié)合； 將所述腔室中的壓力降低到低于大氣壓力； 利用壓力傳感器檢測(cè)所述腔室中的壓力；將傳遞給所述液體的熱量調(diào)節(jié)成所檢測(cè)的壓力的函數(shù)，以便當(dāng)維持所述腔室中的低于大氣壓力的壓力時(shí)維持所述腔室中的所要求的蒸汽量；以 及將所述蒸汽輸送到消除系統(tǒng)，所述消除系統(tǒng)利用所述蒸汽來(lái)減少所述 不良成分。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述處理環(huán)境是半導(dǎo)體制造處理 環(huán)境。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述液體是液態(tài)水。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中調(diào)節(jié)傳遞給所述液體的熱量包括 利用PID控制器來(lái)調(diào)節(jié)熱量。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述降低包括利用真空來(lái)降低所 述腔室中的壓力，所述真空還被利用在所述處理環(huán)境內(nèi)的有關(guān)制造過(guò)程中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于提供蒸汽的系統(tǒng)和方法。在一種變化中，液體被放到密閉容器中，并且所述密閉容器中的壓力被降低到大氣壓力以下。監(jiān)控所述容器中的壓力并且響應(yīng)于所檢測(cè)的壓力低于要求的水平時(shí)來(lái)加熱液體。當(dāng)必要時(shí)，將蒸汽從液體密閉容器輸送到外部系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F02M9/127GK101473131SQ200780009231
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者F·G·托馬塞爾, J·J·岡薩雷斯, J·莫克 申請(qǐng)人:先進(jìn)能源工業(yè)公司