專利名稱：低壓力下降混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以非常低的壓力下降實(shí)現(xiàn)氣體或液體的精確混合的混合器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
很多工業(yè)需要流體(例如，氣體或液體)的精確混合，供制造過程中使用。通常優(yōu)選的是就地混合這些流體。例如，電子裝置、顯示裝置和太陽能電池裝置的制造在若干制造過程中可能需要使用氟氣體。一般而言，在這些過程中使用氣體混合物形式的氟，該氣體混合物包含約百分之二十(20%)的氟和余量的氬或氮。因?yàn)榉欠浅；钚缘臍怏w并且在運(yùn)輸時(shí)需要特殊處理，所以通常希望使用(諸如可從琳德(Linde)公司獲得的)氟生成器就地制造氟，該氟生成器以最大20psig (磅/平方英寸)的壓力產(chǎn)生氟。這是所制定的自施加的壓力限制，以緩和利用較高壓力和較大總量的氟有關(guān)的安全問題。 為了滿足制造過程中的需要，氟一般必須與稀釋氣體(例如，氬或氮)混合，并且用作制造者所使用的氣缸或氣體容器的替換氣體。該混合物通常非常專用于滿足制造過程的特定需要。因此，需要能夠提供氟與稀釋氣體的精確混合。已知的氣體混合器，尤其是用于精確混合的那些氣體混合器，通常依賴于兩個(gè)氣體饋送線上的質(zhì)量流量控制器以提供混合所需的特性。這些質(zhì)量流量控制器包括導(dǎo)致遞送系統(tǒng)中顯著的壓力下降的控制閥。氟生成的20psig極限結(jié)合來自質(zhì)量流量控制器的壓力下降，以及通常很長且復(fù)雜的遞送歧管使得已知?dú)怏w混合器所導(dǎo)致的壓力下降對(duì)于處理工具要求(要求高達(dá)IOpsig)而言是不可接受的。具體地，已知的氣體混合器在這些類型的制造應(yīng)用中完全不工作。此外，質(zhì)量流量控制器中的控制閥是移動(dòng)部件，這些移動(dòng)部件可能出故障并且需要有效的修復(fù)或替換來維持操作。因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要對(duì)用于氣體混合的系統(tǒng)的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了在沒有顯著壓力下降的情況下用于混合流體(例如，氣體或液體)的系統(tǒng)和方法。通過本發(fā)明的系統(tǒng)維持混合精度同時(shí)避免與已知混合系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的壓力下降。附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的混合系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了在不經(jīng)歷顯著壓力下降的情況下用于混合兩種或更多種流體的系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明將近零壓力下降運(yùn)行流用于諸如氟之類的主氣體，諸如氬或氮之類的稀釋分支流被混合到主氣體中。根據(jù)本發(fā)明，通過使分支流的質(zhì)量流量控制器從屬于主氣體運(yùn)行流的質(zhì)量流量計(jì)，來確保混合精度。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用一系列高Cv處理閥以及由精細(xì)刻度的壓力傳感器確定的激活/去激活來解決與氣體的向后流動(dòng)和倒退混合有關(guān)的任何問題。參考圖1更全面地描述本發(fā)明，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的混合系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，諸如氟生成器之類的主氣體源10通過閥Vl連接到主氣體質(zhì)量流量計(jì)
20。諸如氬或氮之類的稀釋氣體源30通過閥Vl連接到稀釋氣體質(zhì)量流量控制器40。流量控制器V2的操作通過控制器50從屬于流量計(jì)20的操作。以此方式，離開流量控制器40的稀釋氣體的量可精確地匹配于與離開流量計(jì)20的主氣體混合所需的量。具體地，來自流量計(jì)20的主氣體穿過閥V3并且在混合點(diǎn)60與離開流量控制器40的稀釋氣體混合。通過由控制器50控制閥V3的操作來維持精確混合的氣體的壓力。具體地，控制器50從壓力傳感器PTl和Pt2接受壓力信息，并且將這些信息用于控制閥V3，如下文將更全面地描述?？蓪⒒旌舷到y(tǒng)提供給處理設(shè)備70，或者廢氣可離開系統(tǒng)至廢物處理設(shè)施80。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明操作時(shí)，從源10至混合點(diǎn)60的主氣體的壓力下降非常小，例如，小于Ipsig ;且優(yōu)選地小于
0.3psig。在操作中，本發(fā)明的系統(tǒng)遵循以下描述的一般順序。閥Vl打開并且主氣體(諸如氟)流過流量控制器20。另外，閥V2打開，以使稀釋流開始流過質(zhì)量流量控制器40。通過壓力傳感器PTl和PT2測(cè)量閥V3兩端的壓力差，并且該信息被提供給控制器50。因?yàn)榱髁靠刂破?0不需要控制閥，所以在主氣體源10和閥V3之間存在非常小的壓力下降。因此，當(dāng)閥V3關(guān)閉時(shí)壓力傳感器PTl的壓力讀數(shù)將大約為從主氣體源10產(chǎn)生的主氣體的壓力，例如，對(duì)于來自氟生成器的氟，在15psig至20psig之間。當(dāng)處理設(shè)備70需要來自系統(tǒng)的混合氣體時(shí)，將從混合點(diǎn)60的一般區(qū)域汲取氣體。最初，閥V3將保持關(guān)閉，且壓力傳感器PT2測(cè)量的壓力將開始下降，且壓力傳感器PTl和壓力傳感器PT2之間的壓力差升高。來自壓力傳感器PTl和PT2的壓力讀數(shù)被提供給控制器
50?？纱_定基于壓力傳感器P Tl和PT2處的測(cè)量壓力值的壓差，然后通過控制器50將其與預(yù)定壓力值進(jìn)行比較。當(dāng)壓差超過預(yù)定壓力值時(shí)，控制器50提供用于打開閥V3的信號(hào)。在打開閥V3之后，主氣體和稀釋氣體在混合點(diǎn)60組合并混合。當(dāng)處理設(shè)備70繼續(xù)需要混合氣體時(shí)，主氣體和稀釋氣體混合繼續(xù)，并且閥V3兩端的壓差將大致保持在預(yù)定壓力值。當(dāng)處理設(shè)備70不再需要混合氣體時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的氣體將開始達(dá)到平衡壓力，并且壓力傳感器PTl和PT2所測(cè)量的壓差將下降。當(dāng)壓差下降到低于控制器50設(shè)定的預(yù)定值時(shí)，閥V3關(guān)閉，直至處理設(shè)備70需要更多的混合氣體。以此方式，系統(tǒng)兩端的壓力下降最小化。在利用本發(fā)明的系統(tǒng)的特定實(shí)驗(yàn)中，實(shí)施氮與10.5slm氟的運(yùn)行流的動(dòng)態(tài)混合。最終的產(chǎn)物是在氮混合氣體流中20%的氟。以小于0.2psig的壓力下降來實(shí)現(xiàn)這種混合。本發(fā)明的系統(tǒng)具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)混合系統(tǒng)的若干優(yōu)點(diǎn)。具體地，本發(fā)明的系統(tǒng)能以非常小的壓差操作，例如小于lpsig。這是對(duì)采用質(zhì)量流量控制器的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所需的壓差的顯著改進(jìn)。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)通過使用簡(jiǎn)單的流量計(jì)來測(cè)量進(jìn)入系統(tǒng)的主流體的量而去除了很多移動(dòng)部件。具體地，根據(jù)本發(fā)明的主流體供應(yīng)源不需要現(xiàn)有技術(shù)所需的具有易于損壞的控制閥的質(zhì)量流量控制器。另外通過基于流量計(jì)所測(cè)量的主流體的量來控制用于混合的稀釋流體的量，可實(shí)現(xiàn)更一致且精確的混合。本發(fā)明的更特別的優(yōu)點(diǎn)是:因?yàn)橄蚩刂破?0提供非常精確的主流體測(cè)量，所以在后續(xù)循環(huán)中，可計(jì)入混合所需的稀釋流體的量的微小的開始和關(guān)閉差異。
本發(fā)明的系統(tǒng)可在尺寸上改變以適應(yīng)從0.1slm至IOOOOslm范圍的不同流速?；旌媳瓤梢允侨我飧信d趣的值，例如，利用本發(fā)明的系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1%至99%的混合比。盡管以上已經(jīng)具體描述了氟，然而，本發(fā)明的系統(tǒng)可用于任意期望的處理流體，諸如用于電子、顯示器和太陽能裝置制造的那些流體。此外，可使用任意稀釋流體，諸如，氬、氮、氦、氫、空氣、氧、或甲烷。此外，可使用一種以上的稀釋氣體，例如，兩種或更多種流體流可連續(xù)地添加到處理流?？筛淖冎髁黧w和稀釋流體的饋送壓力以滿足處理要求，例如，主流體壓力的范圍可以是從0.3psig至200psig,且稀釋流體壓力的范圍可以是從5psig至500psig。此外,盡管以上描述了氣體混合，然而本發(fā)明不限于氣體，而是可用于混合兩種或更多種液體流或氣體和液體流的組合。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的實(shí)施例僅僅是示例性的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下進(jìn)行許多改變和改進(jìn)。所有的這些改變和改進(jìn)都包括在以上描述的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，所披露的所有實(shí)施例不一定是選擇性的，因?yàn)楸景l(fā)明的各實(shí)施例可被組合以提供期望·的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種混合流體的方法，包括: 通過流量計(jì)遞送主流體至關(guān)閉的控制閥下游的區(qū)域； 測(cè)量通過所述流量計(jì)遞送的主流體的量； 測(cè)量關(guān)閉的控制閥下游的區(qū)域中主流體的壓力； 通過質(zhì)量流量控制器遞送輔助流體至關(guān)閉的控制閥下游的區(qū)域； 基于對(duì)通過所述流量計(jì)遞送的主流體的量進(jìn)行的測(cè)量，來控制通過所述質(zhì)量流量控制器遞送的輔助流體的量； 測(cè)量關(guān)閉的控制閥下游的區(qū)域中輔助流體的壓力； 比較關(guān)閉的控制閥下游和上游 的測(cè)量壓力； 當(dāng)測(cè)量的下游壓力和測(cè)量的上游壓力之間的差超過預(yù)定量時(shí)，打開所述控制閥；以及 在所述控制閥上游的區(qū)域中混合所述主流體和輔助流體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流體是氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流體是液體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流體是氣體和液體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量的下游壓力和所述測(cè)量的上游壓力之間的差由來自與所述控制閥上游的區(qū)域流體連接的處理設(shè)備的需求形成。
6.原文缺失。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述處理設(shè)備是用于電子裝置、顯示裝置或太陽能電池裝置的制造的設(shè)備。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將附加流體與所述主流體和輔助流體混合。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述主流體是氟氣體，且所述輔助流體是稀釋氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述氟氣體由氟生成器產(chǎn)生。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述稀釋氣體是氬、氮、氦、氫、空氣、氧或甲烷。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，主流體以0.3至200psig的壓力被遞送到所述控制閥下游的區(qū)域。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，輔助流體以5至500psig的壓力被遞送到所述控制閥上游的區(qū)域。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述主流體經(jīng)歷遞送和混合之間小于Ipsig的壓力下降。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述壓力下降小于0.3psig。
16.一種混合流體的系統(tǒng)，包括: 主流體的源； 與所述主流體的源流體連接的流量計(jì)； 輔助流體的源； 與所述輔助流體的源流體連接的質(zhì)量流量控制器； 流體連接在所述流量計(jì)和所述質(zhì)量流量控制器之間的閥； 用于測(cè)量所述閥下游的壓力的裝置；用于測(cè)量所述閥上游的壓力的裝置；以及 控制裝置，用于響應(yīng)于通過所述流量計(jì)遞送的主流體的量控制通過所述質(zhì)量流量控制器遞送的輔助流體的量，并且響應(yīng)于在所述閥的上游和下游進(jìn)行的壓力測(cè)量之間的差打開或關(guān)閉所述閥。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流體是氣體、液體或氣體和液體的組合 ο
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述閥的上游流體連接的處理設(shè)備。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理設(shè)備是用于電子裝置、顯示裝置或太陽能電池裝置的制造的設(shè)備。
20.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于與所述主流體和輔助流體混合的附加流體的源。
21.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主流體是氟氣體，且所述輔助流體是稀釋氣體。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稀釋氣體是氬、氮、氦、氫、空氣、氧或甲烷。
23.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主流體的源是氟生成器。
全文摘要
一種用于諸如氣體或液體之類的流體的一致且高度精確混合而沒有顯著壓力下降的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)使用流量計(jì)來測(cè)量主流體的量，該主流體被提供用于與稀釋流體的量混合，該稀釋流體的量是基于主流體量的測(cè)量來控制的。
文檔編號(hào)G01F1/00GK103238046SQ201180049734
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者B·M·J-C·科隆布, D·普雷科特, D·L·魯波特, P·A·斯托克曼 申請(qǐng)人:琳德股份公司