專(zhuān)利名稱(chēng)：用于調(diào)節(jié)流體溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
。
本發(fā)明涉及一種裝置，其通過(guò)利用由多根空心管構(gòu)成的熱塑性熱交換裝置來(lái)調(diào)節(jié)流體溫度。所述裝置通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)控制交換流體流動(dòng)的控制閥來(lái)控制熱交換器內(nèi)的處理流體的溫度。所述裝置具有快速的反應(yīng)、結(jié)構(gòu)緊湊、具有化學(xué)惰性并且能夠在提高的溫度下工作。
背景技術(shù)：
熱交換器已在醫(yī)療、汽車(chē)以及工業(yè)用途中得以使用。它們的效率和導(dǎo)熱能力是由導(dǎo)熱率、流動(dòng)分配以及交換器的熱傳遞表面積確定的。
在經(jīng)常要求液體控制加熱的半導(dǎo)體制造中使用的熱交換器的應(yīng)用例子包括硫酸和雙氧化物光刻剝離溶液、用于氮化硅和鋁金屬蝕刻的熱磷酸浴槽、氫氧化物和過(guò)氧化物SC1清潔溶液、鹽酸和過(guò)氧化物SC2清潔溶液、熱雙氧水漂洗液和基于加熱有機(jī)胺的光刻剝離劑。
可以實(shí)施對(duì)化學(xué)機(jī)械平整、CMP、液體和磨粉漿的加熱，以控制去除速率?；瘜W(xué)機(jī)械漿液通常包括類(lèi)似氧化鋁或硅研磨材料這樣的固體研磨材料、類(lèi)似雙氧化物的氧化劑、以及如鹽酸或氫氧化胺這樣的酸或堿。
在許多半導(dǎo)體的制造步驟中，將具有精確控制的溫度的液體分配至基板上，以形成薄膜。在這些應(yīng)用中，液體的溫度在最終薄膜的均勻性和厚度上具有一定的影響。在分配至一塊靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)的基板上之前，如介質(zhì)上的旋轉(zhuǎn)體、光刻膠、抗反射涂層和顯影劑這樣的液體的精確和重復(fù)溫度調(diào)節(jié)要求加熱或冷卻這些液體。其實(shí)現(xiàn)方式通常是使處理液體在較厚壁的全氟管內(nèi)流動(dòng)，其溫度在管外側(cè)由水流控制。
熱交換器為在流體之間傳遞能量的裝置。其是通過(guò)接觸流體(處理流體)和工作流體或交換流體實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)熱交換器的材料壁使這兩種流體彼此物理分離。由于其化學(xué)惰性、高純度以及耐腐蝕性，對(duì)于許多應(yīng)用而言，聚合物基的熱交換器通常用于加熱和冷卻用于這些應(yīng)用的化學(xué)物質(zhì)。但是，由于這些裝置中使用的聚合物的導(dǎo)熱率較低，以致需要較大的熱傳遞表面來(lái)實(shí)現(xiàn)給定溫度的變化，因此，聚合物熱交換器通常較大。
氣液翅管熱交換器用于調(diào)節(jié)在激光器中使用的氣體。這些交換器通常由不適于在腐蝕性化學(xué)物品或氣體中使用的金屬制成并且在出現(xiàn)潮氣時(shí)可能產(chǎn)生顆粒。
美國(guó)專(zhuān)利No.3,315,740披露了一種通過(guò)熔化將管結(jié)合在一起以便在熱交換器中使用的方法。由熱塑性材料制成的管以管的端部處于接觸平行關(guān)系的方式結(jié)合在一起。加拿大專(zhuān)利1252082披露了制造螺旋纏繞式聚合物熱交換器的技術(shù)，并且美國(guó)專(zhuān)利4,980,060披露了用于過(guò)濾的多孔空心纖維管的熔合封裝。沒(méi)有任何一篇專(zhuān)利文獻(xiàn)注意到這類(lèi)裝置的溫度控制的使用。
美國(guó)專(zhuān)利No.5,216,743披露了使用多個(gè)熱塑性艙室，并且為了加熱水，在每一艙室中均具有獨(dú)立的加熱元件。溫度傳感器與一溫度控制器相連，以打開(kāi)和關(guān)閉各個(gè)加熱元件，從而保持理想的水溫。該發(fā)明未考慮在有機(jī)液體、高純度腐蝕性或氧化性化學(xué)物品中的使用，這些物質(zhì)對(duì)使用這些加熱元件而言是不可接受的。類(lèi)似的熱塑性艙室在數(shù)量上是比較少的。
美國(guó)專(zhuān)利No.5,748,656披露了一種用于控制激光系統(tǒng)中的聚光氣體溫度的金屬熱交換系統(tǒng)的使用，作為控制激光氣體溫度的手段，其使用了一個(gè)熱交換器、一個(gè)溫度傳感器、一個(gè)微處理器控制器以及一個(gè)用以控制熱交換器流體的流動(dòng)的比例閥。雖然該發(fā)明用于控制氣體的溫度，但是該熱交換系統(tǒng)在控制液體溫度的使用中則具有局限性。其原因在于，與氣體相比，需要非常高的熱容量和液體量。另外，許多液體的腐蝕性特點(diǎn)將會(huì)阻礙這種系統(tǒng)對(duì)它們的使用。該發(fā)明未注意到利用熱交換器來(lái)分配液體的控制溫度和體積。
目前，由于需要昂貴和大型裝置，因此，使用熱塑性熱交換器來(lái)控制液體的溫度是不現(xiàn)實(shí)的。由于化學(xué)物品的腐蝕性特點(diǎn)以及需要由處理液體中除去金屬和顆粒雜質(zhì)，因此，金屬熱交換器通常不能用于半導(dǎo)體的制造。故需要一種裝置來(lái)控制和調(diào)節(jié)所分配的液體體積或再循環(huán)液體系統(tǒng)的溫度。這種系統(tǒng)必須對(duì)溫度變化具有快速的響應(yīng)、具有化學(xué)惰性、具有大表面面積以及最小的體積。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種具有大表面積的熱塑性熱交換裝置，其通過(guò)一溫度傳感器、一流體控制閥以及一微處理器控制器與一流體流動(dòng)回路結(jié)合或相連。所述裝置用于調(diào)節(jié)在再循環(huán)浴槽以及流體分配中使用的流體的溫度。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的熱交換器中使用了全氟熱塑性空心管、纖維或細(xì)絲。該細(xì)絲由聚(四氟乙烯-共-全氟(烷基乙烯基醚))，聚(四氟乙烯-共-六氟丙烯)或其混合物制成?？招墓鼙蝗酆显谝黄?，以與全氟熱塑性樹(shù)脂和一殼體形成一個(gè)單一的端部結(jié)構(gòu)或成一體的終端塊。在這種結(jié)構(gòu)中，空心管以液密方式與熱塑性樹(shù)脂結(jié)合。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，在熔合之前，編織、褶疊或扭絞容納在殼體中的空心管，以形成空心管、纖維或細(xì)絲的芯條(cords)。該芯條隨后被加溫退火，以形成該芯條的頂部或彎曲部。一個(gè)芯條是指在實(shí)施本發(fā)明中的一個(gè)或多個(gè)空心管、纖維或細(xì)絲，這些空心管、纖維或細(xì)絲已被扭絞、編織或褶疊并平行設(shè)置，以形成一個(gè)可被封裝或熔合至殼體中的單元組件。退火空心管的芯條使交換器具有高的組裝密度、大的熱傳遞表面積、增大的流動(dòng)分布以及較小的體積。熱交換裝置能夠在高溫下與有機(jī)、腐蝕性和氧化液體一起使用。所述熱交換器具有一個(gè)殼體，該殼體具有用于將穿過(guò)空心管的壁進(jìn)行接觸的處理和工作液體的流體入口和出口連接件。穿過(guò)空心管壁接觸流體使得能夠在處理和工作液體之間交換能量。
在所述裝置的一個(gè)實(shí)施例中，熱交換器與一個(gè)流量傳感器、溫度傳感器和閥結(jié)合，以能夠分配控制量的精確溫度控制液體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該熱交換器設(shè)置在一個(gè)流體回路中，該流體回路具有一溫度傳感器和一閥以及一用以控制浴槽溫度的微處理器。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1為示意圖，其顯示了本發(fā)明的裝置，其包括與一流體流動(dòng)回路串聯(lián)(connected in-line)的熱交換器、加熱浴槽、以及用以控制浴槽溫度的本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)。
圖2為示意圖，其顯示了本發(fā)明的裝置，其包括與一流體流動(dòng)回路順序相連的熱交換器、溫度控制浴槽、以及用以在分配位置提供測(cè)得量的溫度控制液體的本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)。
圖3為示意圖，其顯示了本發(fā)明的裝置，其包括與一流體流動(dòng)回路順序相連的熱交換器、溫度控制系統(tǒng)、以及用以在分配位置處提供控制量的加熱液體的熱水或蒸汽源。
圖4為示意圖，其顯示了本發(fā)明的裝置，其包括與一流體流動(dòng)回路順序相連的熱交換器、溫度控制系統(tǒng)、以及用以在分配位置處提供控制量的加熱液體的微波能量源。
圖5為一示意圖，其顯示了一個(gè)微處理器電路，其用于利用本發(fā)明的熱交換器、閥和溫度傳感器控制處理液體的溫度。
圖6為示意圖，其顯示了在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中使用的熱交換器。
圖7為使用例1中披露的本發(fā)明的裝置的閉合回路方法的示意圖。
圖8為使用例2中披露的本發(fā)明的裝置的分配方法的示意圖。
特定實(shí)施例的說(shuō)明本發(fā)明涉及一種熱交換裝置，該裝置由封裝在熱塑性材料內(nèi)的多根熱交換管構(gòu)成。所述熱交換裝置與溫度傳感器、控制微處理器、流量傳感器或閥相結(jié)合，以便實(shí)時(shí)控制所分配的處理流體或化學(xué)浴槽的溫度。雖然本發(fā)明的實(shí)施例和例子是針對(duì)被加熱或冷卻的水作出的，但是，應(yīng)理解，這些說(shuō)明不應(yīng)局限于將水作為流體以及將加熱的溶液作為被分配流體。用于加熱和冷卻的其它適合的流體包括氣體。
描述本發(fā)明的裝置的示意圖如圖1所示。在該圖中，雖然處理流體以及工作流體的流動(dòng)如圖所示是以同向流動(dòng)方式流動(dòng)的，但是，也可以使流體以逆流方式流動(dòng)。在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，利用熱交換器50和溫度控制器46控制循環(huán)浴槽12的溫度。作為半導(dǎo)體制造工藝的一部分，可利用浴槽12對(duì)基板18進(jìn)行清潔、剝離或涂覆。如兆聲波或輻射能量的能量源24可以經(jīng)一根管或燈箱14導(dǎo)入該容器內(nèi)?？梢允乖〔壑械牧黧w循環(huán)通過(guò)閥16、泵26以及用于流量計(jì)28的可選擇的流量控制器。來(lái)自浴槽的液體在入口接口56處進(jìn)入熱交換器50，并且流動(dòng)通過(guò)所述裝置，在該處，其與72中的流體進(jìn)行熱交換。來(lái)自浴槽的液體在出口58處離開(kāi)所述交換器，并通過(guò)可選的閥44返回浴槽12?？梢允箍蛇x的壓力變換器30和42以及溫度傳感器40和60與該液體流動(dòng)循環(huán)管道相連。可以使用一個(gè)旁通容量閥20來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)交換裝置的浴槽液體的流動(dòng)。由溫度傳感器72產(chǎn)生的信號(hào)傳送到一個(gè)微處理器基控制器46(例如，可由Omega Engineering，Stamford，CT購(gòu)得的CN/7600溫度控制器)。當(dāng)流體在出口54處離開(kāi)所述交換器時(shí)，可選的溫度傳感器48測(cè)量流體的溫度?？刂破?6持續(xù)監(jiān)測(cè)處理工作流體從理想設(shè)定值的變化，并且向一個(gè)閥64或流量控制器36發(fā)送信號(hào)或向泵68發(fā)送信號(hào)，以改變進(jìn)入熱交換器50內(nèi)的流體72的流量并保持在工作流體出口58處排出交換器的工作流體的溫度。通過(guò)管道76和74，由78調(diào)節(jié)72中流體的溫度。在該附圖中，雖然78所示為一冷卻器，但是其也可以是流體加熱器。在72中的流體流經(jīng)可選的流量控制器或流量計(jì)36。在通向流體出口52的流體管道輸入部分可選擇地包括閥34、壓力變換器38、以及溫度傳感器32。從72流出的流體在流體出口54處排出交換裝置，并且流動(dòng)通過(guò)帶有溫度傳感器48、壓力變換器62以及比例閥64的管道。該流體被返回72中。利用包括閥66的用于72的可選旁通回路來(lái)改變來(lái)自72的液體的流量。
比例閥64允許連續(xù)調(diào)節(jié)進(jìn)入熱交換器的水的流動(dòng)。也可使用一個(gè)開(kāi)關(guān)閥，其優(yōu)點(diǎn)在于，能夠更簡(jiǎn)單地操作并且能夠控制流體的更高壓力。該比例閥最好為一種速動(dòng)閥并且可以通過(guò)壓縮空氣操縱、音圈操縱或電操縱。這類(lèi)閥的例子包括SMC閥，Entegris Teflon氣動(dòng)閥。適合的流體流動(dòng)控制器36包括Mykrolis Coporation，Billerica，MA生產(chǎn)的氣體流量控制器；以及由NT International，Chaska，MN生產(chǎn)的液體流量控制器。在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的變速液體泵可以由Cole-Parmer InstrumentCompany，Vernon Hills，IL購(gòu)得。
溫度探測(cè)裝置22和48最好采用由Omerga Engineering，Stamford，CT購(gòu)得的電阻式溫度裝置或熱電耦。作為可選擇的方案，可以利用熱敏電阻來(lái)測(cè)量溫度。
在圖2中示意性地顯示了用于控制被分配的處理流體的溫度和體積的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在該圖中，處理流體和工作流體的流動(dòng)如圖所示是以同向流動(dòng)方式流動(dòng)的，但是，也可以使流體以逆流方式流動(dòng)。熱交換裝置110包括一流量傳感器92以及一閥128，以便測(cè)量和控制被分配的經(jīng)熱調(diào)節(jié)的處理流體的體積。通過(guò)工作或交換流體84加熱或冷卻來(lái)自流體源94的處理流體。一種適合的液體流量傳感器92可以由NTInternational，Chaska，MN購(gòu)得。通過(guò)一個(gè)增壓容器或一個(gè)增壓NOWPAK可以實(shí)現(xiàn)流體源94向熱交換器的供給。作為可選擇的方案，可以使用泵，如Intelligen，Mykrolis Corporation，Bedford，MA或White Knight泵，Hemlock，MI，以從所述流體源將流體輸送至交換器?？梢詫⒈冒惭b在交換器的流體接口112之前或流體交換器的接口116之后。通過(guò)與一個(gè)微處理器基溫度控制器130相連的溫度傳感器126監(jiān)測(cè)加熱液體的溫度。可以將一個(gè)可選的壓力傳感器124安裝在交換器出口116處。分配液體通過(guò)閥128并被分配至一基板上。閥128可以是開(kāi)關(guān)閥或制止倒吸閥。適合的制止倒吸閥可由日本的CKD公司購(gòu)得?？刂破?30與加熱器或冷卻器90連通，所述加熱器或冷卻器用于將儲(chǔ)存器82保持在適于使用的溫度。通過(guò)加熱器或冷卻表面84調(diào)節(jié)儲(chǔ)存器82中的液體溫度，并且利用溫度傳感器91檢測(cè)該溫度。經(jīng)閥86、泵96以及可選的流量控制器104將所述流體供給至交換裝置。在可選的壓力傳感器106和溫度傳感器108之后，來(lái)自82的流體在流體接口118處進(jìn)入交換裝置。在交換器中的工作流體和處理流體之間交換能量，并且來(lái)自82的流體在流體接口114處排出交換器。流體流過(guò)帶有可選溫度傳感器122、壓力變換器115的管道并返回82。
圖3為顯示本發(fā)明裝置的另一種結(jié)構(gòu)的示意圖。不同于封閉的回路供給或儲(chǔ)存器，使用了一個(gè)工作液體或交換液體源136。在該圖中，雖然來(lái)自源140的處理流體以及來(lái)自源136的工作流體的流動(dòng)如圖所示是以同向流動(dòng)方式流動(dòng)的，但是，也可以使流體以逆流方式流動(dòng)。適合的工作或交換流體136的例子包括冷卻工業(yè)用水、熱脫離子水或蒸汽。這些流體通常由半導(dǎo)體工廠(chǎng)的設(shè)備提供。來(lái)自源136的流體流經(jīng)可選閥137、可選流量控制器138以及可選壓力和溫度變換器144和162。來(lái)自136的流體進(jìn)入交換裝置，在該處，利用來(lái)自源140的處理流體輸送能量。工作流體136分別經(jīng)出口156和可選的壓力和溫度變換器154和155排出交換裝置。來(lái)自源140的工作流體經(jīng)一流量控制器146進(jìn)入交換裝置。通過(guò)一個(gè)增壓容器或增壓NOW PAK可選擇地將來(lái)自源140的流體供給至熱交換器。作為可選擇的方案，可以使用泵，如Intelligen，MykrolisCorporation，Bedford，MA或White Knight泵，Hemlock，MI，以從所述源將流體輸送至交換器?？梢詫⒈冒惭b在交換器的流體接口151之前或流體交換器的接口157之后。來(lái)自源140的流體流經(jīng)管道和可選閥148、可選壓力變換器150和溫度傳感器142。處理流體流經(jīng)158，在該處，其與來(lái)自136的工作流體交換能量。溫度傳感器168探測(cè)在流體接口157處排出熱交換器的輸出流體140的溫度。溫度傳感器168與微處理器控制器170連通，所述微處理器控制器170能夠斷開(kāi)和關(guān)閉閥152，以便調(diào)節(jié)工作流體通過(guò)交換器的流速；這樣便能控制排出熱交換器的處理流體140的溫度。通過(guò)閥166分配液態(tài)處理流體140并將其分配至一基板上。閥166可以采用開(kāi)關(guān)閥或制止倒吸閥。
圖4顯示了為了分配而加熱一處理流體的本發(fā)明的另一實(shí)施例，其使用了一個(gè)圍繞著空心管的微波能量源183。微波可穿過(guò)全氟熱塑性管、管道和纖維，并且全氟熱塑性管、管道和纖維適合對(duì)含水流體或其它微波吸收材料(如酒精)進(jìn)行加熱。來(lái)自源182的工作流體通過(guò)流量控制器184進(jìn)入交換裝置。通過(guò)一個(gè)增壓容器或一個(gè)增壓NOW PAK可選擇地將來(lái)自源182的流體輸送至熱交換器188。作為可選擇的方案，可以使用泵，如Intelligen，Mykrolis Corporation，Bedford，MA或White Knight泵，Hemlock，MI，以從所述源將流體輸送至交換器?？梢詫⒈冒惭b在交換器的流體接口189之前或流體交換器的接口191之后。來(lái)自源182的流體流經(jīng)導(dǎo)管和可選閥185、可選壓力變換器187和溫度傳感器186。處理流體流經(jīng)熱交換裝置中的空心管并吸收由圍繞著空心管的微波能量源183產(chǎn)生的微波。溫度傳感器190測(cè)定在流體接口191處排出熱交換器的輸出流體182的溫度。溫度傳感器190與微處理器的控制器180連通，微處理器的控制器180能夠接通或關(guān)閉微波磁控管；這樣便能控制排出交換器188的處理流體182的溫度。作為可選擇的方案，微處理器控制器180調(diào)節(jié)到達(dá)磁控管的能量，以通過(guò)控制所產(chǎn)生的微波能量的量來(lái)控制流體的溫度。經(jīng)閥192將液態(tài)處理液體182分配至一基板上。閥192可以采用開(kāi)關(guān)閥或制止倒吸閥。作為可選擇的方案，可利用與溫度傳感器186和190連通的控制器180來(lái)控制流量計(jì)184并調(diào)節(jié)液體的流量和溫度。
圖5顯示了處理器249的示意圖，該處理器能夠由一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器探測(cè)信號(hào)，從而對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理而將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)形式，并將傳感器測(cè)的溫度與預(yù)定溫度設(shè)定值加以比較，以產(chǎn)生與測(cè)得的流體溫度和設(shè)定值溫度之間的差異呈正比的電信號(hào)，并且對(duì)分配泵、閥、流量計(jì)或處理裝置輸出信號(hào)，以根據(jù)比較的結(jié)果對(duì)它們進(jìn)行操縱。通過(guò)與控制微處理器260連通，源控制器250控制至少一個(gè)與測(cè)得的流體溫度和設(shè)定值溫度之間的溫度差呈正比的電信號(hào)。通過(guò)該處理器249也可以確定與流體溫度速度呈正比的電信號(hào)。該電信號(hào)可以作為在連接器252處的電壓或電流輸出，并且可用于控制流量控制閥或流體流量控制器。在連接器252處所產(chǎn)生的電信號(hào)可選擇地調(diào)制到達(dá)微波發(fā)生器183或其它環(huán)繞空心管的能量源的能量。通過(guò)調(diào)制外部加熱器90或冷卻器78，也可以利用該電信號(hào)控制工作或交換流體的溫度?？梢允褂眠@種配置來(lái)補(bǔ)償不同的流體特性并改變分配要求。信號(hào)調(diào)節(jié)器256激發(fā)并接收一個(gè)或多個(gè)傳感器輸入254。信號(hào)調(diào)節(jié)器256可對(duì)原始傳感器輸出信號(hào)實(shí)施放大、過(guò)濾或平均處理?？捎糜诒景l(fā)明的傳感器的例子包括溫度、流量、壓力和pH。多路調(diào)制器258允許多個(gè)與理想的傳感器信號(hào)不同的輸入?yún)⒖茧妷?82和284，以實(shí)現(xiàn)處理器249的校準(zhǔn)或控制功能。對(duì)于如流體粘性溫度這樣的環(huán)境變化而言，可以將參考電壓282和284用于校準(zhǔn)和運(yùn)行時(shí)間的補(bǔ)償?？刂铺幚砥?60控制處理器249和與處理器249相連的裝置之間的所有輸入和輸出接口，所述裝置包括觸發(fā)器262，其具有啟動(dòng)記錄并分析多個(gè)或一個(gè)輸入的功能；應(yīng)答裝置264，其功能在于使關(guān)于出現(xiàn)問(wèn)題或任務(wù)完成的設(shè)備的信號(hào)支持作為多個(gè)或一個(gè)輸出；旋轉(zhuǎn)器266，其具有轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)晶片的功能；以及模擬輸出270，其具有識(shí)別晶片旋轉(zhuǎn)控制的功能，該控制能夠完成分配并可以開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)。輸入—輸出接口272允許一個(gè)硬件經(jīng)RS232，Device Net，RS485或其它數(shù)字協(xié)議口268與磁道或其它支持裝置相連，以實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)。端口268用于啟動(dòng)和停止控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)特殊的裝置特點(diǎn)，并確定系統(tǒng)的狀態(tài)。電源274將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谔幚砥鞯膬?nèi)部所需的電壓(如5 VDC)，以及相關(guān)的邏輯和模擬高級(jí)電壓，如±15 VDC。信號(hào)處理器276由對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器278的模擬獲得實(shí)時(shí)信號(hào)，并且確定流體分配溫度和流速所需的算法規(guī)則?？梢?xún)?chǔ)存由對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器278的模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以便作進(jìn)一步的修正和分析?？梢詫⒂蓚鞲衅鳟a(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)用作分配的體積、時(shí)間和流體溫度的封閉回路控制的控制信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用由Ametek，Wilmington，DE購(gòu)得的市場(chǎng)上銷(xiāo)售的熱塑性熱交換器。在美國(guó)專(zhuān)利No.3,315,750、美國(guó)專(zhuān)利No.3,616,022，美國(guó)專(zhuān)利No.4,749,031，美國(guó)專(zhuān)利No.4,484,624以及加拿大專(zhuān)利No.1,252,082中披露了用于形成適于實(shí)施本發(fā)明的熱塑性熱交換器的其它方法，這些文獻(xiàn)均可在本申請(qǐng)中參考使用。通過(guò)可在本申請(qǐng)中參考使用的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0 559 149 A1中披露的注射模塑方法，也可以使空心細(xì)絲連接至殼體上。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在本發(fā)明的實(shí)踐中，可以使用與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的待審申請(qǐng)US Serial No.200100292PCT(申請(qǐng)人參考代碼MYKP-620)，其全文可在本申請(qǐng)中參考使用。所述熱交換器包括纏結(jié)、編織、褶疊或扭絞的全氟熱塑性空心管，這些空心管已被退火處理，以在褶疊中形成空心管的彎曲或凸起部。在圖6中示意性顯示了這種裝置的一個(gè)例子。所述裝置在大約1升的很小體積中具有大約13平方英尺的大的熱量傳遞表面積，并且退火處理后的褶疊管省去了形成折流板的需要。由于它們的耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性，因此，在實(shí)施本發(fā)明中，全氟熱塑性空心管是優(yōu)選的。在該實(shí)施例中，如圖6所示，熱交換裝置是以單一端部結(jié)構(gòu)或成一體的終端塊結(jié)構(gòu)形成的，并且空心管328和330在316和320處熔化為熱塑性樹(shù)脂?？招墓?28和330(在本發(fā)明的實(shí)踐中，也可采用空心纖維或剛性細(xì)絲)已經(jīng)被扭絞和退火處理，以設(shè)定這些管的彎曲部。殼體在端蓋334和336上包括第一流體入口配件312和第一流體出口配件326。端蓋可選擇地熔合至殼體332和成一體的終端塊316和320上。殼體還包括外殼側(cè)入口配件322、用于外殼側(cè)流體分配的可選擇的插入件338、以及用于外殼側(cè)流體輸出的殼體側(cè)出口配件318。以所示方式，第一液體進(jìn)入流體配件312并在314處進(jìn)入空心管，在314處，第一液體接觸管的表面且經(jīng)所述管流至空心管出口324，并排出第一液體出口配件326。第二液體進(jìn)入流體連接件322，在該處，接觸管的第二表面并通過(guò)所述管流至空心管。第一和第二流體通過(guò)殼體332和成一體的終端塊316和320彼此分離。
用于空心管和殼體的在本發(fā)明的實(shí)踐中有用的全氟熱塑性塑料或它們的組合物的例子包括但不應(yīng)局限于[聚四氟乙烯-共-全氟乙烯甲醚]、MFA、[聚四氟乙烯-共-全氟丙基乙烯醚]、(PFA)、[聚四氟乙烯-共-六氟丙烯]、(FEP)、以及[聚偏二氟乙烯]、(PVDF)。PFA Teflon和FEP Teflon熱塑性塑料由DuPont，Wilmington，DE制造。NeoflonPFA為一種可由Daikin Industries購(gòu)得的聚合物。MFA Haflon為一種可由Ausimont USA Inc購(gòu)得的聚合物。Thorofare，NJ.Peformed MFA Haflon和FEP Teflon管可由Zeus Industrial Products Inc.Orangebury，SC購(gòu)得。用于實(shí)施本發(fā)明的其它的熱塑性塑料或它們的混合物包括但不應(yīng)局限于聚(三氟氯乙烯偏二氯乙烯)、聚氯乙烯、聚烯烴類(lèi)聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯以及超高分子量聚乙烯、聚酰胺、聚砜、聚醚酮醚以及聚碳酸酯。
可以在空心管中注入導(dǎo)熱粉末或纖維，以提高它們的導(dǎo)熱性?？墒褂玫膶?dǎo)熱材料的例子包括但不局限于玻璃纖維、金屬氮化物、硅以及金屬碳化物纖維或石墨。
外徑為0.007～0.5英寸(更理想的直徑為0.025～0.1英寸)、厚度為0.001～0.1英寸(優(yōu)選為0.003～0.05英寸)的由全氟熱塑性塑料的混合物制成的全氟熱塑性管細(xì)絲可用于形成交換器的編織或扭絞芯條。對(duì)于本發(fā)明而言，單一的未纏繞的退火管假定為非圓周形管(non-circumferential tube)。非圓周形管的外部尺寸在管的一端至另一端的縱向軸線(xiàn)上不是形成一連續(xù)的圓周。其例子包括但不應(yīng)局限于螺旋線(xiàn)圈、永久扭絞的空心圓形管(如單一的未纏繞的退火纖維或在這種條件下擠出的管)、三角形管或纖維、矩形管或纖維或方形管或纖維。
空心管或纖維的編織、褶疊、扭絞或非圓周形輪廓能夠確保加強(qiáng)流體通過(guò)以及在空心管內(nèi)的分布。所述裝置在無(wú)需折流板的情況下在小體積內(nèi)提供了較大的接觸面積。具有化學(xué)惰性材料結(jié)構(gòu)的裝置的單一或成一體終端塊結(jié)構(gòu)無(wú)需O形環(huán)并且允許在升高的溫度下以及利用各種流體進(jìn)行裝置的操作使用。
例1由Zeus Industrial Products Inc.Orangebury，SC提供內(nèi)徑為0.047英寸、壁厚為0.006英寸的預(yù)先形成的MFA管細(xì)絲。通過(guò)扭絞MFA細(xì)絲制造用于封裝的芯條，以獲得每英尺12轉(zhuǎn)的合股線(xiàn)。將一根合股線(xiàn)纏繞在8英尺寬、18英尺長(zhǎng)的金屬機(jī)架8上。機(jī)架和纏繞的合股線(xiàn)在爐子中以150攝氏度的溫度退火30分鐘。由退火后的掛架獲得長(zhǎng)度為18英寸的大約75根芯條。來(lái)自多個(gè)掛架的芯條聚集在一起，以獲得310根芯條并將它們放入長(zhǎng)度為16英寸的預(yù)加熱處理和涂覆有MFA的PFA管內(nèi)。PFA的內(nèi)徑為2英寸并且距離每一PFA管的端部2英寸處連接有流體配件/接頭。在275℃、大約40小時(shí)的條件下，利用可從Ausimont USA Inc.Thorofare，NJ.獲得的HaflonMFA 940 AX樹(shù)脂對(duì)裝置的每一端進(jìn)行封裝。進(jìn)行40小時(shí)封裝后，以控制在0.2℃/每分鐘的速率將每一端冷卻至150℃，以防止產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。清除所述端部的樹(shù)脂，并且利用車(chē)床對(duì)封裝裝置的端部進(jìn)行加工，以打開(kāi)細(xì)絲。通過(guò)在管的每一端刻出管螺紋的方式，形成用于封裝交換器的流體配件/接頭。
圖1所示的試驗(yàn)由以7.2升/每分鐘的流量通過(guò)泵26的流體流和在大約25℃下以6.2升/每分鐘的流量供給的交換流體流構(gòu)成。在每分鐘6.2升的25℃的水流動(dòng)通過(guò)配件52和54的情況下，使浴槽的溫度保持在大約34℃。當(dāng)停止冷卻水流動(dòng)時(shí)，浴槽12的溫度增大至41℃。利用牌號(hào)為CN76000的Omega Engineering控制器以及一電阻溫度傳感器22，在浴槽中能夠控制設(shè)定值1的浴槽溫度為38℃以及設(shè)定值2的溫度為39.5℃。通過(guò)一個(gè)未示出的加壓至每平方英寸80磅的電操縱電磁閥，使控制器與一個(gè)氣動(dòng)閥64相連。控制器響應(yīng)由控制器產(chǎn)生的電信號(hào)而打開(kāi)和關(guān)閉閥。由該實(shí)施例產(chǎn)生的結(jié)果如圖7所示。
例2由Zeus Industrial Products Inc.Orangebury，SC提供內(nèi)徑為0.047英寸、壁厚為0.006英寸的預(yù)先形成的MFA管細(xì)絲。通過(guò)扭絞該MFA細(xì)絲制造用于封裝的芯條，以獲得每英尺12轉(zhuǎn)的合股線(xiàn)。將一根合股線(xiàn)纏繞在8英尺寬、18英尺長(zhǎng)的金屬機(jī)架8上。機(jī)架和纏繞的合股線(xiàn)在爐子中以30分鐘、150攝氏度的條件進(jìn)行退火。在退后之后，從掛架中獲得長(zhǎng)度為18英寸的大約75根芯條。將從多個(gè)掛架獲得的芯條聚集，以獲得310根芯條。將它們放入長(zhǎng)度為16英寸的預(yù)加熱處理和涂覆有MFA的PFA管內(nèi)。PFA的內(nèi)徑為2英寸并且距PFA管每一端2英寸的位置處連接有流體配件。在275℃、大約40小時(shí)的條件下，利用由Ausimont USA Inc.Thorofare，NJ.提供的HaflonMFA 940 AX樹(shù)脂對(duì)裝置的每一端進(jìn)行封裝。在進(jìn)行40小時(shí)封裝后，以控制在0.2℃/每分鐘的速率將每一端冷卻至150℃，以防止產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。清除所述端部的樹(shù)脂，并且利用車(chē)床對(duì)封裝裝置的端部進(jìn)行加工，以打開(kāi)細(xì)絲。通過(guò)在管的每一端加工出管螺紋，可制造出用于封裝交換器的流體配件。兩個(gè)裝置串連地構(gòu)造而成，以使從第一熱交換器的管的排出流體供給至第二熱交換器的管的入口配件。
圖2顯示了試驗(yàn)裝置，將NT International的流量計(jì)92以及Entegris的電動(dòng)閥98連接至流體配件112上游的熱交換器110上。通過(guò)利用1000瓦的加熱器將60升來(lái)自?xún)?chǔ)存器的水加熱至70℃來(lái)制備在儲(chǔ)存器82中所含的加熱交換流體。將23℃的處理液態(tài)水94送入熱交換器，以便通過(guò)空心管的壁接觸70℃的工作流體并與其進(jìn)行能量交換。由體積大約為330毫升的水構(gòu)成的分配物以每秒大約22毫升的流速供給15秒。通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉閥98分配處理水。在圖8中，用圖表顯示了由該試驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果。所示結(jié)果顯示了本發(fā)明的裝置能夠以可重復(fù)的方式將大量的液體從23℃加熱至65.7℃。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述空心管被褶疊為芯條并退火處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱塑性空心管中注入有導(dǎo)熱材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為光刻膠、防反射涂層或光刻顯影劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為在一電介質(zhì)上的旋轉(zhuǎn)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為具有銅離子的溶液。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體從酸、堿、氧化劑或磨粉漿中選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體為光刻剝離劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體為有機(jī)溶液。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括與所述殼體的流體連接件保持流體連通的流體流量控制裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體流量控制裝置為分配泵、閥、流體流量控制器或壓力容器。
19.一種用于保持流體溫度的方法，其中，設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，以讀取所述第一流體的溫度并產(chǎn)生表示第一流體溫度的溫度信號(hào)，設(shè)置一個(gè)對(duì)第一流體加熱或從第一流體除去熱量的熱塑性熱交換器，所述方法包括將由溫度信號(hào)指示的第一流體的溫度與一設(shè)定值相比較，并調(diào)節(jié)通過(guò)熱交換器加熱或除熱的瞬時(shí)速度，以保持由溫度傳感器讀取的流體回路中第一流體的溫度大致恒定，通過(guò)使第二流體經(jīng)過(guò)一個(gè)流量比例閥
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)流體溫度的裝置，其適于與一流體流動(dòng)回路相串連，所述裝置包括a)多根由熱塑性樹(shù)脂制成的空心管，所述空心管中的每一個(gè)具有第一表面、第二表面、以及位于所述表面之間的壁，每個(gè)空心管具有兩個(gè)端部部分以及位于兩個(gè)端部部分之間的空心通道；b)所述空心管的所述端部部分中的至少一個(gè)與其第二表面的至少一部分結(jié)合，以形成一個(gè)終端塊，其中，所述空心管的端部部分以熔合方式緊密結(jié)合在一起；c)所述空心管在除端部以外的部分處未結(jié)合；d)所述成一體的終端塊具有與所述空心管的未結(jié)合部分的空心部分連通的通孔；e)一含有所述空心管的殼體，所述殼體將與所述空心管中的所述第一表面接觸的第一流體和與所述空心管中的所述第二表面接觸的第二流體分離；f)所述殼體具有至少一個(gè)第一流體連接件，以便第一流體流動(dòng)通過(guò)空心管的第一表面，所述第一流體將與通過(guò)空心管壁與第一流體分離的第二流體接觸；g)所述殼體具有至少一個(gè)第二流體連接件，以便第二流體流動(dòng)通過(guò)空心管的第二表面，所述第二流體將與第一流體接觸且通過(guò)空心管壁與第一流體分離；h)流體流動(dòng)控制裝置，其與所述第二殼體流動(dòng)連接件保持流體連通；i)溫度傳感裝置，其與所述第一流體保持流體連通并且與所述第一流體連接件保持流體連通，以便測(cè)量第一流體的溫度；以及j)一電路裝置，其用于確定第一流體的溫度，并將所述測(cè)量的第一流體的溫度與所述第一流體的預(yù)設(shè)定溫度相比較，以產(chǎn)生與第一流體設(shè)定溫度和所測(cè)量的第一流體溫度之差呈正比的電輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括電路裝置，其中利用與第一流體設(shè)定溫度和所測(cè)量的第一流體溫度之差呈正比的所產(chǎn)生的電輸出信號(hào)改變通過(guò)用于第二液體的流量控制裝置的流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括電路裝置，其中，利用與第一流體設(shè)定溫度和所測(cè)量的第一流體溫度之差呈正比的所產(chǎn)生的電輸出信號(hào)改變第二流體源的溫度，直至第一流體的溫度與第一流體流體溫度設(shè)定值大致相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括電路裝置，其中，利用與第一流體設(shè)定溫度和所測(cè)量的第一流體溫度之差呈正比的所產(chǎn)生的電輸出信號(hào)控制來(lái)自封閉空心管的能量源的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括電路裝置，其中，利用與第一流體設(shè)定溫度和所測(cè)量的第一流體溫度之差呈正比的所產(chǎn)生的電輸出信號(hào)改變第一流體源的流速，直至第一流體的溫度與第一流體溫度設(shè)定值大致相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一個(gè)閥，以用于控制流體分配至一基板上的體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱交換器由聚(四氟乙烯—共—全氟(烷基乙烯基醚))、聚(四氟乙烯—共—六氟丙)、MFA、聚丙烯、聚甲基戊烯、超高分子量聚乙烯或其共聚物構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述空心管是非圓周形的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述空心管被褶疊為芯條并退火處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱塑性空心管中注入有導(dǎo)熱材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為光刻膠、防反射涂層或光刻顯影劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為在一電介質(zhì)上的旋轉(zhuǎn)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為具有銅離子的溶液。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體從酸、堿、氧化劑或磨粉漿中選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體為光刻剝離劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體為有機(jī)溶液。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括與所述殼體的流體連接件保持流體連通的流體流量控制裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體流量控制裝置為分配泵、閥、流體流量控制器或壓力容器。
19.一種用于保持流體溫度的方法，其中，設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，以讀取所述第一流體的溫度并產(chǎn)生表示第一流體溫度的溫度信號(hào)，設(shè)置一個(gè)對(duì)第一流體加熱或從第一流體除去熱量的熱塑性熱交換器，所述方法包括將由溫度信號(hào)指示的第一流體的溫度與一設(shè)定值相比較，并調(diào)節(jié)通過(guò)熱交換器加熱或除熱的瞬時(shí)速度，以保持由溫度傳感器讀取的流體回路中第一流體的溫度大致恒定。通過(guò)使第二流體經(jīng)過(guò)一個(gè)流量比例閥并利用所述流量比例閥調(diào)節(jié)所述第二流體的流動(dòng)，以控制所述第二流體通過(guò)所述熱交換器的流動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將溫度傳感器設(shè)置在一個(gè)晶片清洗浴槽中。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，使溫度傳感器與流動(dòng)回路的分配噴嘴保持流體連通。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將溫度傳感器設(shè)置在流體回路中。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，溫度傳感器為熱電耦、電阻式溫度裝置或熱敏電阻。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該處理液體為光刻膠。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該處理液體為有機(jī)溶液。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該處理液體含有銅離子。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該處理液體包括酸、堿、氧化劑或磨粉漿。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，通過(guò)一個(gè)微波源實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)通過(guò)熱交換器加熱或除熱的瞬時(shí)速度的功能，以保持由溫度傳感器讀取的流體回路中第一流體的溫度大致恒定。
29.一種控制從第一液體至第二液體的熱傳遞的方法，該方法包括使第一液體與一熱塑性熱交換器接觸；使熱塑性熱交換器與第二流體接觸，以通過(guò)熱塑性交換器對(duì)所述第一液體加熱或從第一液體中除熱；其中，每單位體積的交換器空間的熱交換表面積為1200m2/m3或更大。
30.一種用于加熱或除熱的熱交換器和控制器，所述裝置包括一個(gè)熱交換器，在該熱交換器中，每單位體積的交換器空間的熱交換表面積為1200m2/m3或更大。
31.一種用于加熱或除熱的閉環(huán)熱交換裝置，所述裝置包括一熱塑性熱交換器和閉環(huán)溫度回路，該閉環(huán)溫度回路包含一用于探測(cè)第一和第二液流的溫度傳感器、一電路和第二流體熱傳遞控制器，該閉環(huán)回路通過(guò)探測(cè)第一和第二液流的溫度進(jìn)行工作并且該電路接收與第一和第二液流溫度呈正比的信號(hào)；第二流體的流量或第二流體的溫度被調(diào)節(jié)，直至第一流體的溫度與理想的第一流體溫度大致相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，其通過(guò)利用由多根空心管構(gòu)成的熱塑性熱交換裝置來(lái)調(diào)節(jié)流體溫度。所述裝置通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)能夠調(diào)整熱交換流體的流動(dòng)的控制閥來(lái)控制熱交換器內(nèi)的處理流體的溫度。所述裝置可用于保持化學(xué)物品浴槽的溫度以及制備謹(jǐn)慎分配量的溫度控制液體。所述裝置具有化學(xué)惰性、能夠在高溫下工作、并且可以與腐蝕性物質(zhì)和氧化液體一起工作。
文檔編號(hào)F28D7/08GK1561473SQ02819400
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2002年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月1日
發(fā)明者約翰·E·皮利恩, 徐介華, 艾麗西亞·布里格斯, 羅伯特·麥克洛克林 申請(qǐng)人:邁克里斯公司