气液混合装置及方法与流程

1.本发明涉及一种气液混合的手段，尤其涉及一种能供应稳定浓度气体溶解液的气液混合装置及方法。


背景技术：

2.目前将气体混合于液体的系统，例如传统型压力桶的系统，其架构包含压缩机、静态混合器、喷射器、高压溶解槽、饱和槽等装置，在使用时管路之间的控制与回馈多半需要以电子控制的方式进行，然而电子控制的系统受限于需要电力供应，因此有必要开发一种非电子控制的装置，用于稳定供应特定浓度的气体溶解液。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明之目的在于提供一种气液混合装置，通过流量限制的方式稳定气液混合空间内的压力，达到能提供稳定浓度的气体溶解液的效果。
4.缘以达成上述目的，本发明提供一种气液混合装置，包括：
5.一压力槽，包括一压力槽体及一限流板，其中所述压力槽体具有一气体输入管穿孔，所述限流板设置于所述压力槽体内部且将所述压力槽体内部的空间分隔为一气液混合室以及一液体储存室，所述限流板具有一限流通道，所述限流通道连通所述气液混合室以及所述液体储存室，且所述限流通道的总截面积小于所述液体输入口截面积的四分之一，所述压力槽体对应所述气液混合室的部分具有一液体输入口，所述压力槽体对应所述液体储存室的部分具有一液体输出口；以及
6.一气体输入管，穿过所述气体输入管穿孔而使部分管段位于所述压力槽体外，部分管段位于所述压力槽体内部，其中所述气体输入管位于所述压力槽体内部的管段的内端具有一内端部，所述内端部位于所述气液混合室并具有多个气孔。
7.缘以达成上述目的，本发明提供一种气液混合方法，其方法的步骤包括：
8.将由一气液混合室通往一液体储存室的限流通道的总截面积，限制在通往所述气液混合室的液体输入口的截面积的四分之一以下；以及
9.由所述液体输入口持续输入液体，并向所述气液混合室持续注入欲溶入液体的气体的气泡，使气泡在所述气液混合室内溶入液体成为气体溶解液，通过前述截面积的比例使所述限流通道产生限流的效果，使流入所述气液混合室内的液体能快速补充而将压力补满，减少所述气液混合室内液体的压力变化，令气体溶解液的浓度稳定，再由所述液体储存室向外输出气体溶解液。
10.本发明使用或实施时，液体由所述液体输入口进入所述压力槽体后，由所述气体输入管输入的气体通过多个气孔化为气泡，与液体混合溶解在所述气液混合室内成为气体溶解液，接着气体溶解液流入所述液体储存室，再由所述液体输出口输出提供机台清洗或其他用途的使用。
11.本发明之效果在于，由于限流通道的总截面积在所述液体输入口的截面积的四分
之一以下，因此气体溶解液由所述液体输出口流出供应机台后，液体能快速地流入所述气液混合室补充将压力补满，减少所述气液混合室内液体的压力变化，过程中不需要电子控制的手段，通过液体流入与流出孔径的比例限制，即可使所述气液混合室内产生的气体溶解液的浓度稳定，进而输出浓度稳定的气体溶解液。
附图说明
12.图1是本发明一优选实施例压力槽配合气体输入管的立体示意图。
13.图2为本发明一优选实施例连接多个晶圆清洗装置的示意图。
14.图3为本发明一优选实施例加装/未装限流板时之流量与导电率图。
15.图4a为本发明一优选实施例液体输出平衡时的气孔状态示意图。
16.图4b为本发明一优选实施例液体输出减少瞬间的气孔状态示意图。
17.图4c为本发明一优选实施例液体输出增加时的气孔状态示意图。
具体实施方式
18.为能更清楚地说明本发明，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1、图2所示，为本发明一优选实施例之气液混合装置100，主要包括一压力槽10以及一气体输入管20，其中：
19.所述压力槽10包括一压力槽体12以及一限流板14，所述限流板14结合于所述压力槽体12的内部，如本优选实施例中所述限流板14是将所述压力槽10内部的空间上下两侧分隔成一气液混合室121以及一液体储存室122，所述压力槽体12对应所述气液混合室121的顶部具有一液体输入口123，所述压力槽体12对应所述液体储存室122的底部的两侧具有一液体输出口124以及一气体输入管穿孔125；本发明除前述将所述压力槽10设为直式的状态以外，在其他优选实施例中也可以通过所述限流板14将所述压力槽体12内的所述气液混合室121以及所述液体储存室122分隔为左右并列的状态。
20.所述限流板14具有一限流通道141，以所述限流通道141连通所述气液混合室121以及所述液体储存室122，在本优选实施例中所述限流通道141是单孔型态的圆孔，在其他的优选实施例中所述限流板14亦可设计成双孔或多孔的型态，所述限流板14的中间具有一中间穿孔142；本优选实施例将所述限流通道141的总截面积设为小于所述液体输入口截面积的四分之一的设计，借此可利用所述限流通道141限制液体向所述液体储存室122流出的限流功能，使流入所述气液混合室121内的液体能快速补充而将压力补满，达到减少所述气液混合室121内液体的压力变化的效果。
21.所述气体输入管20是管体，并且内端由外密封地穿经所述气体输入管穿孔125而伸入所述压力槽体12的液体储存室122内，使部分管段位于所述压力槽体12，部分管段位于所述压力槽体12内部。所述气体输入管20穿入所述液体储存室122的内端是封闭端，于穿入后向上转折而由所述中间穿孔142密封地穿入所述气液混合室121，所述气体输入管20伸入所述气液混合室121内的部分为一内端部22，所述内端部22的周围具有多个气孔24；在其他优选实施例中所述气体输入管20可改由所述压力槽体12的顶部直接穿入所述气液混合室121，同样可以达到利用多个气孔24向所述气液混合室121输入气泡与液体混合的效果，这时所述限流板14因不需要让所述气体输入管20穿过，因此没有设置前述的中间穿孔142。
22.前述优选实施例的所述气液混合装置100混合气体与液体时，是由所述压力槽10的液体输入口123与所述气体输入管20分别输入液体与气体，例如在本优选实施例中液体与气体分别使用去离子水(diw)与二氧化碳气体(co
2 gas)。由所述液体输入口123输入所述气液混合室121的去离子水会充满所述气液混合室121以及所述液体储存室122，由所述气体输入管20输入的二氧化碳气体会通过多个气孔24化为气泡，在所述气液混合室121内混合、溶入去离子水成为二氧化碳的气体溶解液(co
2-diw)；所述气液混合装置100通过所述液体输出口124以并联的方式连接一个以上的晶圆清洗装置c，在本优选实施例中是连接多个晶圆清洗装置c，各晶圆清洗装置c的前端分别设有一机台手动阀c1，通过操作各机台手动阀c1可控制各晶圆清洗装置c的气体溶解液的总使用量。
23.为了让液体接触各气孔24的孔壁时，产生毛细现象的毛细压力(capillary pressure)朝向各气孔24内时，能与气体欲穿过各气孔24向外的压力抗衡而对气体产生反作用力，或在毛细压力朝向各气孔24外时牵引气体产生驱动力，所述毛细压力的大小都需要足以影响气体压力。依据毛细现象公式：h＝2γcosθ/ρgr，其中γ为液体与空气之间的表面张力(单位j/m
2 orn/m)，θ为接触角，ρ为液体密度(单位kg/m3)，g为重力加速度(单位m/s2)，r为半径(单位m)，可知毛细压力与各气孔24直径成反比，故将上述设于所述内端部22的多个气孔24的直径分别优选地设为等于或小于500μm的尺寸，例如在本优选实施例中，是将多个气孔24的直径分别设为150μm以上至160μm以下的尺寸，使液体接触各气孔24的孔壁时产生的毛细压力足以影响气体的压力。
24.前述的气液混合装置100运作时，是执行一气液混合方法，其步骤是通过所述限流板14的设置，将由所述气液混合室121通往所述液体储存室122的限流通道141的总截面积，限制在通往所述气液混合室121的所述液体输入口123的截面积的四分之一以下；接着由所述液体输入口123持续输入去离子水的液体，并通过所述气体输入管20向所述气液混合室持续注入欲溶入液体的二氧化碳气体的气泡，使气泡在所述气液混合室内溶入液体成为二氧化碳的气体溶解液，通过前述截面积的比例使所述限流通道141产生限流的效果，使气体溶解液由所述液体输出口124流出供应各晶圆清洗装置c后，流入所述气液混合室121内的液体能快速补充而将压力补满，减少所述气液混合室121内液体的压力变化。
25.以往通过实验测试可知，气液混合的关键除了接触面积、温度以外，液体的压力是一个重要的因素，由亨利定律(p＝kc，p为压力，k为常数，c为气体浓度)可知压力对于气体浓度的影响，压力越稳定，气液混合的浓度也越稳定。由于本发明于优选实施例的设计能使所述气液混合室121内液体的压力更稳定，因此能令所述气液混合室121内产生的气体溶解液的浓度稳定，再由所述液体储存室122向外输出气体溶解液。此外，本发明可通过将所述液体储存室122的体积限制在所述气液混合室121的体积的四分之一以下，增加所述气液混合室121在所述压力槽体12内的占比，使所述气液混合室121内储存的液体多于所述液体储存室122内液体的四倍以上，进一步通过减少所述气液混合室121内液体流动至液体储存室122占其整体比例的方式，稳定所述气液混合室121内液体的压力以及此处产生的气体溶解液的浓度。
26.为了调整所述气液混合室121内液体的压力，在本优选实施例中于所述压力槽体12对应所述气液混合室121的部分在顶部的周围具有一泄流孔126，以所述泄流孔126连接阀门例如针阀，通过调整针阀的方式由所述泄流孔126排放液体，改变、调整所述气液混合
室121内液体的压力。
27.前述的气液混合装置100进一步还包括一气液供应构造30以及一感测与控制阀组40，其中所述气液供应构造30包括一气体供应来源32以及一液体供应来源34。所述气体输入管20的外端接向所述气体供应来源32，所述压力槽10以所述液体输入口123连接一液体输入管a再接向所述液体供应来源34，以所述液体输出口124连接一液体输出管b，通过所述液体输出管b以并联的方式连接前述多个晶圆清洗装置c，并以所述泄流孔126连接一泄流管d，在所述泄流管d串联设有一泄流限流阀件d1，所述泄流限流阀件d1可为针阀、限流器等。
28.由于所述感测与控制阀组40的阀门都是机械式的构造，因此前述阀门都不需要电子控制，配合所述气液混合室121以及所述液体储存室122的位置，于所述压力槽体12分别安装一气液混合室压力计41以及一液体储存室压力计42，分别用于量测所述气液混合室121与所述液体储存室122内的液体压力，让使用者能通过掌握所述气液混合室121与所述液体储存室122内的液体压力数据的方式，依照需求调整所述气体供应来源32以及所述液体供应来源34输入所述压力槽10的流量，或调整由所述泄流孔126与所述泄流管d向外排放液体的流量。
29.为精确调整前述气体、液体输入所述压力槽10的流量，或者所述压力槽10由所述泄流管d向外排放液体的流量，所述感测与控制阀组40还进一步于所述气体输入管20、所述液体输入管a、所述液体输出管b，以及所述泄流管d分别串联地设有一流量计43；于所述液体输入管a以及所述气体输入管20分别串联地设有一流量调节阀44，于所述液体输入管a以及所述液体输出管b分别串联地设有一手动阀45，设于所述气体输入管20的流量计43位于所述流量调节阀44的上游，于所述气体输入管20位于所述流量调节阀44下游的位置串联地设有一限流阀件46，所述限流阀件46可为针阀、限流器等，于所述气体输入管20位于所述限流阀件46与所述流量调节阀47之间的部分串联地设有一气压计47，于所述气体输入管20位于所述限流阀件46下游的部分串联地设有一止逆阀48，其中：
30.位于同一液体输入管a的所述流量调节阀44位于所述流量计43的下游，设于同一液体输入管a的所述手动阀45位于所述流量计43的下游；设于同一液体输出管b的所述手动阀45位于所述流量计43的下游。
31.为了获得由所述液体输出管b并联地输往多个晶圆清洗装置c的气体混合液的浓度，所述感测与控制阀组40于所述液体输出管b串联地设有一浓度侦测装置49，并将所述浓度侦测装置49设于所述手动阀45的下游。在本优选实施例中，所述浓度侦测装置49是以感测导电率的方式获得气体溶解液的气体浓度(液体导电率与溶解的气体浓度成正比)。
32.当陆续开启各机台手动阀c1，使气体溶解液由所述气液混合装置100的液体储存室122流出的量逐渐增加时，将所述浓度侦测装置49量测气体溶解液的导电率(μs/cm)与流量(lpm，l/min，公升/分钟)关系(前述导电率对应气体溶解的浓度)，绘制如图3所示，于此图3中还绘制了未装限流板14时流量与导电率(气体浓度)的曲线，由未装/加装限流板14的两条曲线比较可知，通过将由所述气液混合室121通往所述液体储存室122的限流通道141的总截面积，限制在通往所述气液混合室121的所述液体输入口123的截面积的四分之一以下的构造与方法，可以有效减少所述气液混合室121内液体的压力变化，稳定所述气液混合室121内产生的气体溶解液的浓度。
33.如上所述，所述气液混合室121内液体的压力变化已稳定在一定的范围内，本发明通过将各气孔24的直径限定为等于或小于500μm的尺寸，例如于上述优选实施例将直径进一步限定为150μm以上至160μm以下的尺寸，使接触各气孔24周围孔壁的液体产生的毛细压力，还能在微幅的压力变化下控制气体穿过多个气孔24进入所述气液混合室121内溶解的流量变化。
34.通过限定各气孔24的尺寸，如图2与图4a所示，当所述液体输出口124输出的流量稳定时，气体穿过各气孔24流入所述气液混合室121内。当所述液体输出口124输出流量瞬间变小时，所述气液混合室121内的压力会瞬间微幅上升，此时压力的上升会让水压与气压的压差变小，如图4b所示，让液体瞬间接触到各气孔24的孔壁，通过朝向各气孔24内的毛细压力使液体阻塞各气孔24，降低气体进入所述气液混合室121内的总量，减少混合于液体的气体量。反之当所述液体输出口124输出的流量变大时，所述气液混合室121内压力变小，气体液体间的压差变大，使气体穿过各气孔24进入所述气液混合室121内的进气量增加；本发明通过前述的反应可稳定混合的液体浓度。
35.以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。
36.附图标记说明
37.[本发明]
[0038]
100：气液混合装置
[0039]
10：压力槽
[0040]
12：压力槽体
[0041]
121：气液混合室
[0042]
122：液体储存室
[0043]
123：液体输入口
[0044]
124：液体输出口
[0045]
125：气体输入管穿孔
[0046]
126：泄流孔
[0047]
14：限流板
[0048]
141：限流通道
[0049]
142：中间穿孔
[0050]
20：气体输入管
[0051]
22：内端部
[0052]
24：气孔
[0053]
30：气液供应构造
[0054]
32：气体供应来源
[0055]
34：液体供应来源
[0056]
40：感测与控制阀组
[0057]
41：气液混合室压力计
[0058]
42：液体储存室压力计
[0059]
43：流量计
[0060]
44：流量调节阀
[0061]
45：手动阀
[0062]
46：限流阀件
[0063]
47：气压计
[0064]
48：止逆阀
[0065]
49：浓度侦测装置
[0066]
a：液体输入管
[0067]
b：液体输出管
[0068]
c：晶圆清洗装置
[0069]
c1：机台手动阀
[0070]
d：泄流管
[0071]
d1：泄流限流阀件。