水汽捕捉装置的制作方法

本发明涉及工业气体处理工艺，尤其涉及一种水汽捕捉装置。

背景技术：

在半导体行业、太阳能行业、led行业、平板显示行业和光纤行业快速发展的今天，砷烷等电子气体的使用范围越来越广泛，在工艺流程中，对于电子气体的提纯工艺要求较高，不仅要求快速、高效地去除杂质，而且不能引入新的杂质，并且所产生的污染物要少，提纯设备还要求能在线再生等。

目前对于砷烷等电子气体中水汽的去除一般使用分子筛装置，但是分子筛的微孔内表面积吸附完毕水汽后即失去吸附作用，单位体积分子筛吸附水汽的能力有限，需要建造大容积的分子筛才能满足连续生产的需要；而且分子筛的再生需要大量的干氮气进行再生置换水汽，并且再生过程会产生较多含毒尾气，因而还需要单独配置尾气处理设备；另外，再生完毕后需要用砷烷等电子气体再次对分子筛内的氮气进行置换，而置换过程又会产生大量的有毒尾气，并且还会浪费部分电子气体。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种便于再生的水汽捕捉装置，用以替换现有的分子筛提纯方案，从而解决分子筛提纯过程中的诸多弊端。

本发明采用的技术方案如下：

一种水汽捕捉装置，包括：

用于捕捉水汽的冷凝腔；

所述冷凝腔的壳体上设有用于输入待处理气体的气体入口以及用于输出处理后气体的气体出口；

所述冷凝腔的内部设有柱状冷凝棒和多组水汽捕捉片；

所述水汽捕捉片安装在所述柱状冷凝棒上，且分多层交错设置，且每层水汽捕捉片具有间隙。

可选地，不同组的所述水汽捕捉片在所述柱状冷凝棒上具有不同的安装位置；和/或

不同组的所述水汽捕捉片的外周长不同。

可选地，所述柱状冷凝棒包括至少一个设置在靠近所述冷凝腔的中心位置的第一冷凝棒、多个设置在靠近所述冷凝腔的内壁的第二冷凝棒以及多个设置在所述第一冷凝棒和所述第二冷凝棒之间的第三冷凝棒；

所述第二冷凝棒和所述第三冷凝棒分别以所述第一冷凝棒为中心呈环状分布。

可选地，所述水汽捕捉片包括多个连接在所述第一冷凝棒上的第一捕捉片、多个连接在所述第二冷凝棒的第二捕捉片以及多个连接在所述第三冷凝棒的第三捕捉片。

可选地，所述第一捕捉片设有用于与所述第一冷凝棒配合的第一过孔；

所述第二捕捉片设有用于与所述第二冷凝棒配合的第二过孔以及用于容纳所述第一冷凝棒和所述第三冷凝棒的第一通孔；

所述第三捕捉片设有用于与所述第三冷凝棒配合的第三过孔以及用于容纳所述第一冷凝棒的第二通孔。

可选地，所述水汽捕捉装置还包括：再生设备，所述再生设备用于融化并排放所述水汽捕捉片上的冷凝物，以恢复所述冷凝腔的水汽捕捉功能；

所述再生设备包括：加热装置、排放装置以及分别安装在所述气体入口和所述气体出口的阀门；

所述阀门用于在进行再生作业时封闭所述气体入口和所述气体出口；

所述加热装置用于在进行再生作业时加热所述柱状冷凝棒或者所述冷凝腔；

所述排放装置用于在进行再生作业时将融化的冷凝物排出所述冷凝腔。

可选地，所述排放装置包括：

第一排放口和抽吸泵，所述第一排放口设置在所述冷凝腔的底部且与所述冷凝腔连通，所述抽吸泵与所述第一排放口连接；和/或

第二排放口和用于承托所述冷凝腔的支架，所述第二排放口设置在所述冷凝腔的底端且与所述冷凝腔连通，所述支架与所述冷凝腔的底端连接。

可选地，在所述冷凝腔的内部设有匀气腔，所述匀气腔靠近所述气体入口并与所述冷凝腔连通；

所述水汽捕捉片位于所述匀气腔外。

可选地，所述匀气腔内设有匀气板，所述匀气板上设有多个均匀分布的通气孔以及用于与所述柱状冷凝棒配合的第四过孔。

可选地，所述水汽捕捉装置还包括与所述柱状冷凝棒连接的冷媒管路，且在所述冷凝腔的内部还设有用于容置所述冷媒管路的容置腔。

本发明通过柱状冷凝棒和多组水汽捕捉片构成冷凝腔的主要部件，并采用交错层设的捕捉片结构实现对水汽的高效去除。相比现有的分子筛装置，本发明提出的冷凝捕捉结构提供了更多的水汽接触面积，无需花费大量成本建造大容积的分子筛装置；而且本发明采用冷凝原理对水汽进行捕捉，使得捕捉后的水汽经冷凝作用转变为固体物(如冰晶)，因而再生过程仅需升温操作即可实现对冷凝物的融化，无需耗费电子气体，也不会引入或者二次产生有毒副产物。综上所述，本发明在保证纯化效率的同时，还能够便于再生操作且实现水汽捕捉及再生工艺中降低污染物排放的目的。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的水汽捕捉装置的实施例的剖视示意图；

图2为本发明提供的冷凝腔的实施例的内部俯视示意图(一)；

图3为本发明提供的冷凝腔的实施例的内部俯视示意图(二)；

图4为本发明提供的冷凝腔的实施例的内部俯视示意图(三)；

图5为本发明提供的第一捕捉片的实施例的俯视示意图；

图6为本发明提供的第二捕捉片的实施例的俯视示意图；

图7为本发明提供的第三捕捉片的实施例的俯视示意图；

图8为本发明提供的水汽捕捉装置的综合实施例的剖视示意图。

附图标记说明：

1冷凝腔a气体入口b气体出口2柱状冷凝棒3水汽捕捉片4冷媒管路21第一冷凝棒22第二冷凝棒23第三冷凝棒31第一捕捉片33第三捕捉片32第二捕捉片311第一过孔321第二过孔322第一通孔331第三过孔332第二通孔5支架6第二排放口7匀气腔8匀气板81通气孔9容置腔

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了一种水汽捕捉装置的实施例，如图1所示，主要包括用于捕捉水汽的冷凝腔1，并且在冷凝腔1的壳体上设有用于输入待处理气体的气体入口a，例如前文提及的待除杂提纯处理的电子气体可由气体入口a流入至冷凝腔1内；相应地，在冷凝腔1的壳体上还设有用于输出处理后气体的气体出口b，例如经冷凝腔1除杂提纯处理后的纯化电子气体可由气体出口b输出至后道工序，以此实现在线捕捉水汽，图中以箭头示意待处理气体在冷凝腔1内的流通方向。需特别指出的是，本发明摒弃了现有的分子筛提纯装置，采用冷凝原理进行水汽捕捉，因而在前述冷凝腔1的内部可以设置多个柱状冷凝棒2和多组水汽捕捉片3，其中水汽捕捉片3安装在柱状冷凝棒2上，并且为了增大水汽接触表面积以及水汽在冷凝腔1内的流通效果，水汽捕捉片3可以参考图1所示设置成层层交错且每层水汽捕捉片具有间隙的迷宫结构，使得待处理的气体能够迂回流过各水汽捕捉片3，以此提升水汽捕捉效率。

此外，本领域技术人员可以理解的是，在冷凝过程中柱状冷凝棒2和水汽捕捉片3之间必然存在热传递效应，即起到冷源作用的柱状冷凝棒2能够使连接其上的水汽捕捉片3温度降低，且低至足以将待处理气体中的水汽凝结成固体形态，以此实现捕捉水汽的作用，因而柱状冷凝棒2和水汽捕捉片3的材质可选为导热性能较佳的材质，例如陶瓷、石墨或者更为优选地采用便于加工且成本较低的不锈钢材质。以不锈钢材质为例，水汽捕捉片3与柱状冷凝棒2的连接方式则可以进一步考虑采用焊接固定，当然也可以考虑过盈配合使二者固接，对此本发明不做限定。

还需说明的是，柱状冷凝棒2的设置方式可以如图1中所示的一端连接在冷凝腔1的底部，当然也可以采用与冷凝腔1内壁固接的支架等机构使柱状冷凝棒2悬置于冷凝腔1内；再有，柱状冷凝棒2的制冷方案也可借鉴现有技术，例如由冷凝剂作为冷媒，经由串联或并联的冷媒管路4输入至各柱状冷凝棒2内，需说明的是，图中所示冷媒管路4为串联方式且冷媒出入口位于冷凝腔1的底端，但实际操作中并不限于此设置方式。接着，通过冷媒作用使柱状冷凝棒2的外壁及与其连接的水汽捕捉片3迅速降至所需温度，例如温度在-200℃～-400℃范围内的冷凝剂，足以确保99.9％以上的水汽被本实施例捕捉到。再有，为了防止冷凝腔1的壳体外部空气中的湿气由于冷凝作用在壳体上出现结冰现象，以及为了减少冷凝腔1的壳体与外界的热交换效应，还可以在冷凝腔1的壳体的外表面设置保温层(图中未示出)，例如贴设保温棉等。

关于前述交错安装成迷宫结构的多组水汽捕捉片3，实际操作中可以通过多种方式实现，需说明的是，成组设置水汽捕捉片3是考虑到不同组的所述水汽捕捉片3可以根据多个柱状冷凝棒2在冷凝腔1内的布局，成设置相应于不同布局位置上的柱状冷凝棒2的水汽捕捉片3组，当然也可以是根据同一柱状冷凝棒2的高度方向上的不同位置以组划分水汽捕捉片3；另外，成组设置方式还可以结合水汽捕捉片3的不同尺寸(例如外周长、外径或者表面积等)，以不同尺寸划分为多组，并且不同尺寸组的水汽捕捉片3也可以如前所述根据多个柱状冷凝棒2的布局或者同一柱状冷凝棒2的不同高度进行安装连接。

例如多个柱状冷凝棒以特定位置关系形成组合，在同一组柱状冷凝棒上设置多层水汽捕捉片，也即是处于同一组的水汽捕捉片相互关联。本发明通过下述较佳实施例给出了一种具体的实施参考，需指出的是，下述较佳实施方式中综合了柱状冷凝棒2及水汽捕捉片3的优选方案，本领域技术人员可以将其中一项或多项优选方案在其他实施例中以独立或者合并的方式予以实施。如图2所示的俯视图，前述柱状冷凝棒2可以具体包括至少一个设置在靠近冷凝腔1的中心位置的第一冷凝棒21、多个设置在靠近所述冷凝腔1的内壁的第二冷凝棒22以及多个设置在所述第一冷凝棒21和所述第二冷凝棒22之间的第三冷凝棒23，并且所述第二冷凝棒22和所述第三冷凝棒23分别以所述第一冷凝棒21为中心呈环状分布，也即是由多个柱状冷凝棒2构成多个同心环；需说明的是，当第一冷凝棒21的数量仅为一个时，前述靠近冷凝腔1的中心位置应理解为位于冷凝腔1的中心，而当第一冷凝棒21的数量为多个时，则应理解为多个第一冷凝棒21构成最为靠近中心的冷凝棒环；另外，图中所示仅为示例，实际操作中不限于圆形环状布局，也可以根据实际所需采用其他形状的环状结构；再有，图2中示出的是“内、中、外”三层布局结构(类似于前文提及的由位置关系构成内中外三组冷凝棒布局)，即对于由前述第三冷凝棒23构成的位于“中层”的冷凝棒环而言，本实施例仅在所述第一冷凝棒21和所述第二冷凝棒22之间提供了一层环状布局结构，但实际操作中不限于环状布局的层数，即不限于图示的“内、中、外”三层布局，因此由前述第三冷凝棒23构成的冷凝棒环可以包含多个同心环。

再如图3和图4所示，水汽捕捉片3则可以进一步包括多个连接在第一冷凝棒21上的第一捕捉片31、多个连接在第二冷凝棒22的第二捕捉片32以及多个连接在第三冷凝棒23的第三捕捉片33，并且由前述柱状冷凝棒2的具体布局方式，再结合图1的实施参考可知，第一捕捉片31、第三捕捉片33和第二捕捉片32三者的外周长依次递增，也即是所述三种捕捉片的尺寸是由内至外依次增加的，需指出的是，水汽捕捉片3的形状也不限于图中示出的圆环形，可以根据实际需要设置为其他形状。本实施例提供的捕捉片的具体结构可参考图5～图7所示的俯视图，如图5示出前述第一捕捉片31可以设有用于与第一冷凝棒21配合的第一过孔311，需指出第一过孔311的数量并不限于图示的一个；如图6示出前述第二捕捉片32设有用于与第二冷凝棒22配合的第二过孔321以及用于容纳第一冷凝棒21和所述第三冷凝棒23的第一通孔322，对此可结合图3所示，由于第二捕捉片32是连接在最外层也即是靠近冷凝腔1内壁的冷凝棒的捕捉片，因此为了保证气体流通性以及考虑到第一冷凝棒21和所述第三冷凝棒23的布局，设计了前述第一通孔322；如图7示出的前述第三捕捉片33设有用于与第三冷凝棒23配合的第三过孔331以及用于容纳第一冷凝棒21的第二通孔332，对此可结合图4所示(图4虚线示出的为被遮挡的第一捕捉片31)，由于第三捕捉片33是连接在中层冷凝棒的捕捉片，因此为了保证气体流通性以及考虑到第一冷凝棒21的布局，设计了前述第二通孔332。在逐层安设上述各捕捉片时，可以考虑使第一捕捉片31和第三捕捉片33成组设置在同一水平面上，而第二捕捉片32则单独成组，设在另一个水平面上，以此类推，交错设置成图1所示的迷宫结构。但需说明的是，迷宫结构不限于上述层设方式，只要可以确保每层的水汽捕捉片3有均衡的间隙以及尽量最大化的水汽接触面积即可。

在上述实施例及其优选方案的基础上，本发明还进一步考虑到当水汽捕捉片3捕捉到的水汽凝结成冰晶，且冰晶随着水汽捕捉装置的使用越积越多时，则会影响到水汽捕捉装置的水汽捕捉效率以及待处理气体的流通。因而需要对水汽捕捉装置进行再生处理，这里可以补充的是，对于再生与否的时机，可以考虑设置再生检测设置予以监测，例如可以在气体入口a处设置第一压力表，在气体出口b设置第二压力表，通过二者的压力差再结合气体阻力等参数，即可判定水汽捕捉装置内的冰晶是否已经积累到需要再生处理的程度。本领域技术人员可以理解的是，水汽捕捉装置处于再生操作时无法进行水汽捕捉作业，因而可以设置两个本发明提供的水汽捕捉装置，即一用一备，当需要再生其中一个水汽捕捉装置时，气体可以切换到另一个水汽捕捉装置进行除杂提纯处理，按此设计则不会影响电子气体的连续性生产。

关于再生设备，其作用是融化并排放前述水汽捕捉片3上的冷凝物(例如冰晶)，以恢复冷凝腔1的水汽捕捉功能。具体而言，再生设备可以包括加热装置、排放装置以及分别安装在气体入口a和气体出口b的阀门。其中，阀门的作用是在进行再生作业时封闭气体入口a和气体出口b，使冷凝腔1形成一个与外部隔绝的封闭腔体；而加热装置的作用则是在进行再生作业时加热前述柱状冷凝棒2，或者直接使整个冷凝腔1的整体升温，所采用的加热方式，同样也可从现有的多种方式中选取，例如通过向前述冷媒管路4中通入高温液体，或者通过设置加热套等电加热形式对上述设备和装置进行升温操作，目的都是使水汽捕捉片3上的冷凝物充分融化；关于排放装置，其作用则是在进行再生作业时将融化的冷凝物排至冷凝腔1外部。对此，本发明提供了两种排放装置参考：

其一，可以在冷凝腔1的底部设置至少一个与冷凝腔1连通的第一排放口，以及与该第一排放口连接的抽吸泵，依靠电控抽吸泵主动将融化并落至冷凝腔1底部的液体抽出腔外，需说明的是，由于依靠了抽吸泵提供的吸力，第一排放口可以平设在冷凝腔1的底部；

其二，还可以参考图8所示，在冷凝腔1的底端连接一个用于垫高且承托冷凝腔1的支架5(或等效的内设预留空间的模块或者壳体)，当然该支架5还可以与冷凝腔1的底部集为一体，即冷凝腔1可以设置为底部通透的罩壳结构，而支架5的上部则为完整的板状结构，罩壳结构的冷凝腔1扣罩在支架5的上部并以连接件和密封件固定连接，二者形成一个密闭的腔室；接续上文，在冷凝腔1的底端还设置至少一个与冷凝腔1连通的第二排放口6，第二排放口6可以竖直设置或以一定角度倾斜设置在冷凝腔1的底端，即依靠重力作用使落至腔底的融化后的液体由第二排放口6排出至腔外。

对于上述两种排放措施还可以进一步说明的是，二者既可以独立设置，也可以共同合用以提高排放效率；并且，还可以分别在第一排放口或第二排放口6处设置排放阀，使排放口在提纯作业时处于关闭状态，以保证电子气体不致泄至腔外；再有一点，由于捕捉到水汽来自于待处理的有毒气体，因而难免融化后的冷凝物含有少量的污染物质，因而实际操作中可以考虑将前述排放口与水处理或者污染物回收装置相连，以确保达到零污染的效果。

图8是本发明综合上述各实施例及优选方案的综合实施例，在该综合实施方案中，冷凝腔1的内部还设有一个匀气腔7，该匀气腔7靠近前述气体入口a并与冷凝腔1连通，而前述水汽捕捉片3则位于该匀气腔7之外，该匀气腔7的作用是使输入至冷凝腔1的待处理气体能够均匀接触水汽捕捉片3，并且还可以起到一定的预冷以及缓冲作用。为了提升更优的匀气效果，可以在匀气腔7内设置一个匀气板8，如图8所示，匀气板8上可设有多个均匀分布的通气孔81以及用于与柱状冷凝棒2配合的第四过孔(图中未示出)，也即是匀气板8套设在各柱状冷凝棒2上，并由其分割出匀气腔7，当待处理气体进入匀气腔7后，经过匀气板8上均匀分布的通气孔81向上方的水汽捕捉片3流动。

基于前述采用冷媒制冷的技术方案，在图8实施例中，水汽捕捉装置不仅包括与柱状冷凝棒2连接的冷媒管路4，并且在冷凝腔1的内部还设有用于容置该冷媒管路4的容置腔9，优选地，该容置腔9可以包含在匀气腔7的内部并与匀气腔7隔绝，前述柱状冷凝棒2的一端则可以连接在该容置腔9上。设置容置腔9的目的是考虑到为了确保良好的冷凝捕捉效果，冷媒的温度通常较低，如暴露在外则极容易使管壁表面冻结出冰晶，因而采取隔绝的方式予以保护，当然在实际操作中也可以在完全置于外部的冷媒管路4上包覆保温措施，同样可以起到保护冷媒管路的作用。最后需说明的是，如图8所示若在冷媒管路4置于容置腔9内，在还可以在容置腔9的底部开设排放口(例如前述第二排放口6)，使得再生作业阶段容置腔9内所积液体能够排出腔外。

综上所述，本发明通过多个柱状冷凝棒和多个水汽捕捉片构成冷凝腔的主要部件，并采用交错层设的捕捉片结构实现对水汽的高效去除。相比现有的分子筛装置，本发明提出的冷凝捕捉结构提供了更多的水汽接触面积，无需花费大量成本建造大容积的分子筛装置；而且本发明采用冷凝原理对水汽进行捕捉，使得捕捉后的水汽经冷凝作用转变为固体物(如冰晶)，因而再生过程仅需升温操作即可实现对冷凝物的融化，无需耗费电子气体也无需引入或者二次产生有毒副产物。因此，本发明在保证纯化效率的同时，还能够便于再生操作且实现水汽捕捉及再生工艺中降低污染物排放的目的。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上所述仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。