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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum beseitigen von Flüssigkeit
aus einem Vakuumspülsystem
auf eine Weise, die die Vakuumpumpe davor schützt mit der Flüssigkeit
geflutet zu werden. In einem anderen Aspekt bezieht sie sich auf
einen Apparat, einschließlich
einer Vakuumpumpe, der in der Lage ist einen Dampfraum, der auch
Flüssigkeit enthält, zu entleeren,
ohne die Pumpe zu fluten.
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Vakuumpumpen
werden häufig
verwendet um Flüssigkeiten
von einem Ort zu einem anderen zu transferieren und es muss eine
Vorkehrung getroffen werden, dass irgendeine vorhandene Flüssigkeit
daran gehindert wird in die Pumpe einzudringen, was ein Fluten der
Pumpe hervorruft und sie außer
Betrieb gesetzt wird. Wenn nicht sehr teuere Vakuumpumpen verwendet
werden, kann ein solches Fluten die Pumpe auch schädigen, was
eine Reparatur oder einen Ersatz erfordert. Im Stand der Technik
sind eine Vielzahl von Strategien verwendet worden, um die Pumpe
davor zu schützen
auf diese Weise deaktiviert zu werden. Im Allgemeinen stellen solche
Maßnahmen
irgendeine Schutzvorrichtung wie ein Abschaltventil oder eine Flüssigkeitsfalle
bereit, die in der Lage sind die Anwesenheit einer Flüssigkeit
nahe dem Pumpeneinlass festzustellen und den Anschluss, der zu der
Pumpe führt,
zu schließen
bevor die Flüssigkeit
sie erreichen kann. Die Flüssigkeit wird
dann abgeleitet, entweder automatisch oder manuell.
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Das
U.S. Patent Nr. 3,612,089 ,
Beguiristain (1971), beschreibt ein Mundabsauggerät, dass
von Zahnärzten
verwendet wird. Eine Saugpumpe oder ein Ventilator erzeugen ein
Vakuum, das Luft, Wasser und Zahnsplitter aus dem Mund des Patienten
in eine Sammelkammer saugt, die Flüssigkeit und Feststoffe abfängt, was
sie davon abhält
in die Saugquelle einzudringen. Ein Schwimmkugelventil verschließt den Kammerauslass
bei einem hohen Flüssigkeitsstand, wodurch
das Saugen an der Kammer abgeschaltet wird. Ein Ablaufventil in
der Kammer öffnet
sich automatisch um die Kammer in Folge des wahrgenommenen Vakuumverlusts
zu entleeren.
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Das
U.S. Patent Nr. 3,601,140 ,
Hooper (1971), offenbart ein ähnliches
System, das verwendet werden kann um Getränke in einem Automobil auszugeben,
wobei der Einlasskummer des Motors als Vakuumquelle verwendet wird.
Die Flüssigkeit wird
aus einem Speicherbehälter
durch das Anlegen eines Vakuums durch die Kammer gesaugt, die als eine
Falle dient, um die Flüssigkeit
daran zu hindern in den Eilasskrümmer
einzudringen. Ein Ablaufventil in der Falle wird durch das Anlegen
eines Vakuums geschlossen und öffnet
sich automatisch, wenn das Vakuum beendet wird, wie beim Abstellen
des Motors. Ein zusätzliches
Sicherheitsventil wird bereitgestellt, um den Vakuumanschluss in
dem Fall zu schließen,
irgendeine Flüssigkeit
tritt von der Falle in den Sauganschluss über.
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Das
U.S. Patent Nr. 3,827,452 ,
Baumgarten (1974), beschreibt ein automatisches Abschaltventil, das
die Vakuumpumpe davor schützt
geflutet zu werden, indem es den Durchlass, der zu der Pumpe führt, schließt. In dem
Fall, dass Flüssigkeit
das Ventil flutet, wird ein Flotationsnadelelement auf der Innenseite
des Ventils in den Durchlass, der zu der Pumpe führt, gedrückt, was irgendeine Flüssigkeit
von dem Pumpeneinlass abhält.
Das System hat auch ein oder mehrere Flüssigkeitsfallen, die manuell
ersetzt werden müssen,
wenn sie voll sind. Das Abschaltventil ist eine Vorsichtsmassnahme,
um die Pumpe vor menschlichem Versagen zu schützen. Dieses System wurde besonders
für die
Verwendung in medizinischen Einrichtungen entwickelt.
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Während die
oben beschrieben Systeme für ihre
jeweiligen Zwecke geeignet sein können, sind sie nicht für das Abführen von
chemischen Dämpfen geeignet,
die von toxischer Natur sein können
oder entweder eine Wiedergewinnung oder ein spezielle Behandlung
vor der Entsorgung benötigen.
Zum Beispiel zieht Hooper ein Entleeren seiner Flüssigkeitsfalle
unterhalb des Autos in Erwägung,
wann immer der Motor abgestellt wird. Baumgarten beschreibt einen
manuellen Wechsel der Fallen, wenn sie voll werden, wobei ein Arbeiter
Flüssigkeit
ausgesetzt wird, welche sie auch immer enthalten mag. Die entsprechend
dem System von Beguiristain entleerte Flüssigkeit ist in erster Linie
Wasser, das in die städtische
Abwasserleitung abgeleitet werden kann.
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In
der chemischen Verfahrensindustrie ist es häufig notwendig das Verfahrensequipment
zu reinigen, wie Reaktoren und Behandlungskammern zwischen den Zeitstaffelbetrieben,
Aufbewahrung- und Transfergefäße, nachdem
sie entleert worden sind, und Verfahrensanlagen, durch die Chemikalien
geleitet worden sind. Das Reinigen kann durchgeführt werden, indem ein inertes
Kehrgas wie Stickstoff verwendet wird, diese Technik vergrößert aber
im Wesentlichen das Volumen an Gas und Dampf, das vor der Entsorgung
behandelt werden muss. Die Menge an Spülgas kann verringert oder eliminiert
werden, indem die Zonen, die eine Reinigung benötigen, evakuiert werden, und
die Vakuumpumpen sind für
diesen Dienst geeignet. In einem solchen System werden die restlichen
chemischen Dämpfe
und Flüssigkeiten,
die an den Wandoberflächen
haften, den Spülzonen
entzogen und irgendeine Flüssigkeit,
die vorhanden ist, unter Subatmosphärendruck verdampft, der durch
die Vakuumpumpe erzeugt wird. Aus einer Vielzahl von Gründen, die
im Allgemeinen von Betriebsstörungen,
Geräteversagen
und menschlichen Fehlern herrühren,
kann ein Überschuss
an chemischer Flüssigkeit
in den Evakuierungsanschlüssen, die
zu der Vakuumpumpe führen, vorhanden
sein. Die einfache Verwendung einer Flüssigkeitsfalle oder eines Sicherheitsventils,
um die Pumpe zu schützen, wie
es in den Referenzen angegeben ist, ist nicht angemessen, wenn es
darum geht zu vermeiden, dass die Arbeiter gefährlichen Chemikalien ausgesetzt werden,
eine teuere Ausfallzeit für
den Betrieb riskiert wird oder toxische oder schädliche Dampfe in die Umgebung
freigesetzt werden.
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Eine
Lösung
für die
oben beschriebenen Probleme innerhalb der chemischen Industrie wird dringend
gebraucht und aus diesem Grund es ist notwendig sich mit der vorliegenden
Erfindung zu befassen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Entsprechend
dem Verfahren unserer Erfindung wird eine Verbesserung an einem
Vakuumspülfluidströmungssystem
bereitgestellt, in dem Dämpfe aus
einem Spülvolumen
durch eine Vakuumpumpe entzogen werden. Die Erfindung schützt durch
die folgenden Schritte die Vakuumpumpe davor mit irgendeiner Flüssigkeit,
die mit diesen Dämpfen
einhergeht, geflutet zu werden:
- (a) Irgendeine
Flüssigkeit,
die andernfalls in die Pumpe eintreten würde, wird in einem Fallenreservoir
gesammelt, das zwischen dem Spülsystem,
egal welches Volumen gereinigt wird, und der Vakuumpumpe positioniert
ist,
- (b) Es wird die Anwesenheit von Flüssigkeit, die in die besagte
Pumpe gezogen werden könnte,
in der Falle nachgewiesen, und
- (c) als Reaktion auf den Nachweis einer solchen Flüssigkeit
werden die Druck- oder Temperaturbedingungen oder beides, Druck
und Temperatur, innerhalb des Fallenreservoirs ausreichend geändert, sodass
die in der Falle vorhandene Flüssigkeit
verdampft wird und durch die Pumpe hindurch als Dampf passiert.
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Dieses
Verfahren kann manuell durchgeführt werden,
wird aber vorzugsweise automatisiert, um die Möglichkeit von menschlichem
Versagen zu verringern. Zum Beispiel kann die Anwesenheit von Flüssigkeit
in der Falle durch ein Fenster von dem Benutzer beobachtet werden,
der dann manuell den absoluten Druck in der Falle verringert oder
die Temperatur in der Falle durch den Einsatz von Wärme erhöht oder
beides, um die beobachtete Flüssigkeit
zu verdampfen. Die Vakuumpumpe setzt ihre Arbeit fort und die chemischen
Dämpfe
werden durch die Pumpe hindurch irgendwelchen Wiedergewinnungs-
oder Entsorgungsverfahren zugeführt.
Die bevorzugte Weise den Druck in der Falle zu verringern ist den Fluss
von Chemikalien zu der Falle zu beschränken, während der Betrieb der Vakuumpumpe
aufrechterhalten wird.
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In
einem Verfahren zur Durchführung
der Erfindung, die besonders für
das Abführen
von Chemikalien bei der Herstellung von Halbleitern in Folge, dass
eine gegebene Flüssigkeitsmenge
in der Falle nachgewiesen wird, von Vorteil ist, ist, dass der Fluss in
die Falle vollständig
angehalten wird bis eine ausreichende Flüssigkeitsmenge verdampft wurde
und durch die Vakuumpumpe ausgeströmt ist. An diesem Punkt wird
der Fluss zu der Falle wieder aufgenommen bis die Flüssigkeit
wieder nachgewiesen wird, worauf der Fluss wieder angehalten wird,
und so weiter, wobei dieser Zyklus wiederholt wird bis die Flüssigkeit
nicht mehr länger
mit den gereinigten Dampfen in die Falle eintritt. Auf diese Weise
können
chemische Flüssigkeiten
in der Reinigungsanlage, die durch eine temporäre Betriebstörung verursacht
werden, effizient gehandhabt werden und sicher aus dem System entfernt
werden.
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Der
Apparat von unserer Erfindung kann verwendet werden, um das oben
beschriebene Verfahren in die Praxis umzusetzen, und umfasst eine
funktionsfähige
Verknüpfung
der folgenden Merkmale in Fluidkommunikation mit einem begrenzten
Volumen, aus dem chemische Dampfe abgeführt werden sollen:
- (a) eine Vakuumpumpe, die einen Einlass und einen Auslass hat,
- (b) eine Leitung für
Fluide, die das zu spülende Volumen
mit dem Einlass der Vakuumpumpe verbindet,
- (c) ein Fallengefäß, das so
zwischen dem Spülvolumen
und dem Pumpeneinlass positioniert ist, dass es einen Teil der Leitung
bildet, wobei das Fallengefäß eine Konfiguration
hat, die verursacht, dass Flüssigkeit,
die in es einströmt,
vom Dampf abgetrennt wird und in dem Gefäß gesammelt wird,
- (d) einen Flüssigkeitsdetektor,
der so positioniert ist, um eine vorher festgelegte Menge an Flüssigkeit
in dem Fallengefäß festzustellen,
- (e) Mittel, um eine Verdampfung der Flüssigkeit innerhalb des Gefäßes durch
die Verringerung des absoluten Drucks und/oder die Einführung von
Wärme in
das Gefäß zu verursachen,
und
- (f) eine Steuereinrichtung, die in der Lage ist ein Signal zu
entwickeln, das auf Flüssigkeit
in dem Gefäß hinweist
und die funktionsfähig
mit dem Detektor (d) und den Verdampfungsmitteln (e) verbunden ist,
um die Verdampfung der Flüssigkeit
in Folge des Nachweises einer Menge an Flüssigkeit darin zu stimulieren.
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Die
bevorzugten Mittel für
die Verringerung des absoluten Drucks innerhalb des Fallengefäßes ist
ein Kontrollventil in der Leitung zwischen dem Spülvolumen
und der Falle. Dieses Ventil kann teilweise oder vollständig geschlossen
werden, um den Durchtritt von Fluid in die Falle zu beschränken, während die
Vakuumpumpe weiter in Betrieb bleibt, wodurch der Druck in der Falle
heruntergezogen wird. Die Mittel für die Einführung von Wärme zu der Falle können alleine
oder im Zusammenspiel mit den Mitteln für die Verringerung des Drucks
in der Falle verwendet werden. Auch können die Mittel zur Verringerung
des Drucks in der Falle alleine, ohne die Zugabe von Wärme, verwendet
werden. Das eine oder das andere dieser Elemente muss für die Verdampfung der
Flüssigkeit
in der Falle in den Mitteln des Gegenstands (e) vorhanden sein,
oder es können
beide Elemente vorhanden sein und kontrolliert werden, um im Zusammenspiel
das gewünschte
Ergebnis zu produzieren.
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Dieser
Apparat kann auch angepasst werden, um das zyklische Verfahren zu
betreiben, in dem das Kontrollventil in Folge, dass eine Anwesenheit bzw.
Abwesenheit der vorher festgelegten Flüssigkeitsmengen in der Falle
festgestellt werden, wiederholt geschlossen und geöffnet wird.
Die Steuereinrichtung in dieser Ausführungsform kann eine programmierbare
Steuerung (PLC) sein, die darauf abgestimmt ist diesen zyklischen
Betrieb durchzuführen.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung der Apparatmerkmale der Erfindung,
die in ihrer Beziehung zueinander in der Arbeitsablaufsequenz gezeigt
sind.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Obwohl
unsere Erfindung wirksam in irgendeinem Evakuierungsspülvorgang
verwendet werden kann, wobei eine Vakuumpumpe als eine Ansaugquelle
verwendet wird, ist sie besonders in chemischen Verfahren von Vorteil,
die Chemikalien umfassen, die eine spezielle Handhabung benötigen. Ein
solches Verfahren ist die Herstellung von Halbleitern, das die Verwendung
eines sehr teuren Equipments und hoch qualifizierte Laborkräfte benötigt. In solchen
Vorgängen
hat ein Produktionsstillstand einen beträchtlichen Einfluss auch die
Produktkosten und unsere Erfindung hilft die verlorene Produktionszeit
zu verringern, indem sie Spülsysteme
bereitstellt, die effektiver arbeiten. Diese Herstellungsverfahren sind
im Wesentlichen diskontinuierliche Verfahren, die eine Vielzahl
von Chemikalien verwenden und einen zyklischen Vakuumspülvorgang
benötigen,
um die Verfahrenswerkzeuge und -leitungen von den rückständigen Chemikalien
zwischen den Zyklen zu reinigen.
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Die
Vakuumpumpen der Wahl sind Diaphragmapumpen, die eine sehr geringe
Toleranz für eine
Flüssigkeitsaufnahme
haben. Diese Pumpen werden gewöhnlich
beschädigt,
wenn Flüssigkeit
in sie eindringt, und dies erfordert häufig ein Abschalten des gesamten
Arbeitsvorgang bis die Pumpe ersetzt werden kann. Es sind verschiedene
Arten von Fallen verwendet worden, um diese Pumpen zu schützen, indem
die Flüssigkeit
gesammelt wird, die ansonsten in die Pumpe eindringen würde, dies
aber führt
ein weiteres Problem ein, nämlich
wie mit den Flüssigchemikalien,
wenn sie einmal akkumulieren, umgegangen werden soll. Diese Erfindung
stellt ein System bereit, dass die Falle von der Flüssigkeit
reinigt, während
es die Spülung
der Vakuumanlagen von der Flüssigkeit
fortsetzt, ohne einen Pumpenschaden oder eine übermäßige Stillstandszeit zu verursachen.
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Unsere
Erfindung stellt Flüssigkeit
fest, wenn sie in die Falle fließt, stoppt oder beschränkt den Fluss
von allen Fluiden, Flüssigkeiten
oder Dampfen in die Falle und/oder führt der Flüssigkeit in der Falle Wärme zu,
um so die Flüssigkeit
in der Falle zu verdampfen und saugt dann den resultierenden Dampf durch
die Vakuumpumpe ab. Normalerweise müssen die Chemikalien, die auf
diese Weise abgeführt
werden, entweder zurück
gewonnen oder behandelt werden, um ihre ungefährliche Entsorgung an die Umwelt
oder durch das Personal zu erlauben. Durch das Evakuieren der Flüssigkeit
aus der Falle als Dampf mittels der Pumpe nutzt das System irgendeinen Wiedergewinnungs-
oder Behandlungsvorgang, der bereits existiert, und erzeugt keine
neuen Entsorgungsprobleme.
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Beispiele
für Chemikalien,
die in der Halbleiterherstellungsindustrie verwendet werden und
durch die Erfindung abgeführt
und gehandhabt werden können,
schließen
lichtundurchlässige
Lösungsmittel,
Entwickler und der gleichen ein, zum Beispiel Tetraethylorthosilan
(TEOS). Standartverfahren für
die Entsorgung solcher Chemikalien umfassen Wäscher, Verbrennungsboxen, Aktivkohlefilter
und dergleichen. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die Erfindung
eine breite Anwendung für
die Handhabung von irgendwelchen flüssigen Verfahrenschemikalien
hat und nicht auf die Handhabung von irgendwelchen spezifischen
Substanzen beschränkt
ist. Unter idealen Betriebsbedingungen sind solche Chemikalien nicht
in flüssiger
Form in dem Spülstrom
vorhanden, der die Vakuumpumpe passiert, aufgrund von Equipmentversagen
aber, wie fehlerhafte Ventile und menschliches Versagen, ist es
nicht ungewöhnlich,
dass Flüssigkeiten
in den Anlagen vorhanden sind.
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Mit
Bezug nun auf die Zeichnung, 1, ist eine
Vakuumpumpe 10 gezeigt, die durch eine Falle 11 mit
dem Kontrollventil 12 verbunden ist. Das Einlassventil 12 ist
durch die Leitung 13 mit irgendeinem Volumen des Verfahrensequipments
verbunden, das von dem Chemikalienrückstand gereinigt wird. Während die
Pumpe 10 das Volumen, das gespült wird, evakuiert, passieren
chemische Dämpfe,
die auch Flüssigkeit
enthalten können,
die Leitung 13, das Ventil 12 und die Leitung 14 in
die Falle 11. Die Falle 11 ist in der Größe und dem
Aufbau so gestaltet, dass sie Flüssigkeit
von dem Dampf trennt, wobei die Flüssigkeit in dem unteren Teil
der Falle 1 gesammelt wird. Die Gestaltung und die Konstruktion
der Flüssigkeitsfallen
ist im Stand der Technik gut bekannt und ist nicht ein Merkmal dieser
Erfindung. Es ist irgendeine Standartfallengestaltung, die in der
Industrie verwendet wird, geeignet, um die Diaphragmavakuumpumpen
zu schützen.
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Der
Dampf, der auf diese Weise von irgendeiner Flüssigkeit abgetrennt worden
ist und in die Falle 11 eintritt, passiert die Leitung 16 zu
dem Einlass der Pumpe 10. Der Auslass der Pumpe 10 entweicht
in die Leitung 17, die zu egal welchem Wiedergewinnungs-
oder Entsorgungssystem führen kann,
das von der Anlage in Verwendung wird. Das Ventil 18 in
der Leitung 14 und das Ventil 19 in der Leitung 16 sind
bloß Absperrventile,
die eine Isolation der Falle 11 in dem Fall erlauben, dass
die Falle repariert oder ausgetauscht werden muss.
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Ein
Flüssigkeitsdetektor 20 ist
am oder nahe der Bodens der Falle 11 lokalisiert, um eine
vorherbestimmte Menge an Flüssigkeit,
die sich in der Falle angesammelt hat, nachzuweisen. Der Detektor 20 ist funktionsfähig mit
der Kontrolleinrichtung 21 verbunden, die wiederum mit
dem Kontrollventil 12 verbunden ist. Vorzugsweise sind
diese Instrumente elektronisch durch eine geeignete Leitungsführung verbunden,
angezeigt in der 1 durch die gestrichelten Linien,
allerdings kann auch eine mechanische oder Radiofrequenzverbindung
verwendet werden. Zum Beispiel könnte
der Flüssigkeitsdetektor
ein Kugelschwimmer sein, der mit einem Kontrollarm mit dem Kontrollventil
auf eine Weise verbunden ist, dass das Ventil hin zu einer geschlossenen
Position ausrichtet wird, während
der Kugelschwimmer in der Flüssigkeit aufsteigt,
die in der Falle 11 akkumuliert hat. Obwohl der Detektor 20 und
die Steuereinrichtung 21 als getrennte Instrumente gezeigt
sind, können
sie ein Equipmentteil sein, das so gestaltet ist, dass es als ein
Ventil 12 in Reaktion auf den Nachweis einer gegeben Flüssigkeitsmenge
in der Falle 11 arbeitet.
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Wie
in der 1 gezeigt, ist die Falle 11 mit einer
Wärmequelle
wie Widerstandsleitungen 22 ausgestattet, die sich um die
Außenseite
der Falle 11 winden, um die Falle mit Wärme zu versorgen, wobei sie
die Verdampfung von irgendwelcher Flüssigkeit in der Falle unterstützen. Es
können
irgendwelche Mittel verwendet werden, die der akkumulierten Flüssigkeit
Wärme zuführen, so
wie Heizspulen, die an der Außen-
oder Innenseite der Falle angebracht sind, oder ein externer Mantel,
durch den ein Heizfluid geführt
werden kann, um die benötigte
Wärme bereitzustellen.
Diese Wärmeversorgung
wird durch einen Regulator 23 kontrolliert, der mit der
Steuereinrichtung 21 funktionsfähig verbunden ist, der in diesem Fall
eine Temperaturkontrollfunktion hat, die mit einem Temperaturmessfühler in
dem Flüssigkeitsdetektor 20 kommuniziert.
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Die
gestrichelte Linie
24 in der
1 zeigt eine
mögliche
Position für
den Ort von einer verspiegelten Oberfläche, die in Verbindung mit
einem optischen Flüssigkeitsdetektor
in dem Fall verwendet werden kann, dass dieser Flüssigkeitsdetektortyp
für die
Verwendung ausgewählt
wird. Solch eine Vorrichtung für
den Nachweis von kleinen Flüssigkeitsmengen über das
reflektierte oder transmittierte Licht ist in dem
U.S. Patent Nr. 5,764,356 gezeigt.
Der elektrische Flüssigkeitsnachweis
unter Verwendung eines temperaturempfindlichen Widerstandelements
ist in dem
U.S. Patent Nr. 4,706,497 gezeigt.
Das chemische Erkennen von Flüssigkeit
mit einem Pulver, das in der Anwesenheit von Flüssigkeit quillt, was die Schwächung eines
elektrischen Signals hervorruft, das durch eine Leitung führt, die
von einer Hülle
mit dem Pulver umgeben ist, ist in dem
U.S. Patent Nr. 4,596,443 gezeigt.
In dem
U.S. Patent Nr. 3,612,089 ist
ein Kugelschwimmer gezeigt, um den Flüssigkeitslevel in einer Falle
zu ermitteln. Es sind viele Möglichkeiten
für den
Anwesenheitsnachweis von Flüssigkeit
verfügbar
und die, die am besten geeignet ist, hängt von der Natur des chemischen
Rückstands, der
abgeführt
werden soll, der Größe der Falle,
die für
den Einsatz ausgewählt
wird, und den Kostenfaktoren ab.
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Der
Flüssigkeitsdetektor
kann in der Falle integriert sein, wobei er innen, wo die Flüssigkeit
akkumuliert, montiert ist, oder er kann extern angeordnet sein,
wobei er an der Seite der Falle positioniert ist oder so aufgestellt
ist, dass er den Flüssigkeitslevel durch
eine klares Fenster in der Falle feststellen kann. Solch ein Fenster
oder ein externes Füllstandsschauglas
können
verwendet werden, um Flüssigkeit bei
einer manuellen Bedienung visuell nachzuweisen. Das „Fenster" kann aus irgendeinem
Material konstruiert sein, das in der Lage ist die Wellenlängen des
verwendeten Lichts zu übermitteln,
einschließlich
Glas, Quarz, Saphir, Magnesiumfluorid, Lexan oder irgendein anderes
Material, das in der Lage ist die Nachweisstrahlung zu transmittieren
und das stark genug ist dem Vakuum innerhalb der Falle stand zu
halten. Der Detektor kann aus irgendwelchen Materialien konstruiert
sein, die für
die Konstruktion der Falle geeignet sind. Der Detektor kann ein
mechanischer Schwimmkörper,
ein optischer Messfühler,
ein kapazitiver Fühler,
eine Gewichtsskalierung, ein in-situ Ultraschalldetektor, ein Strap-on-Ultraschalldetektor,
ein stromleitender Detektor oder irgendeine andere Vorrichtung sein,
die in der Lage ist die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Falle nachzuweisen.
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Wenn
ein optischer Messfühler
verwendet wird, um die Anwesenheit von Flüssigkeit nachzuweisen, sind
viele verschiedene Equipmenttypen für einen solchen Dienst erhältlich.
Bei einer Möglichkeit wird
eine Detektorspitze in einem Winkel so ausgerichtet, dass die Totalreflexion
eines Lichtstrahl zurück
in den Detektor stattfindet, wenn keine Flüssigkeit vorhanden ist und
eine geringere Reflexion auftritt, wenn Flüssigkeit vorhanden ist. Solche
Vorrichtungen werden verwendet, um übergelaufene Flüssigkeiten
in Nachfüllsystemen
und anderen Überlaufeindämmungsgefäßen nachzuweisen.
Eine andere solche Vorrichtung verwendet eine Spiegel, der an der
Innenseite des Fallengefäßes platziert
sein kann. Der Spiegel erlaubt die Reflexion von Licht, wenn keine
Flüssigkeit
vorhanden ist, auf Grund der Brechung und Beugung eine Lichtstrahls
aber kehrt weniger Licht zurück,
wenn Flüssigkeit
vorhanden ist. Solch ein Spiegel kann auf einer Wanne oder einem
Screen innen in der Falle angebracht sein, wie es in Verbindung
mit der 1 diskutiert wird. Ein anderer
optischer Detektor verwendet einen Detektor, der eine Lichtquelle
auf der einen Seite des Gefäßes und
einen Detektor oder des entgegen gesetzten Seite des Gefäßes bereitstellt,
sodass, wenn Flüssigkeit
vorhanden ist, das Licht von dem Detektor weg gebrochen wird und
die verringerte Transmission die Anwesenheit einer Flüssigkeitsmenge
anzeigt. Eine noch andere Möglichkeit
ist es eine Stück
einer benetzbaren Substanz zu verwenden, wie ein „GoreTEX"-Teflon oder ein
geeignetes Material, das lichtundurchlässig ist und, wenn es trocken
ist, nicht reflektiert, wenn es aber nass ist reflektiert, sodass, wenn
Flüssigkeit
vorhanden ist, eine vermehrte optische Reflexion stattfindet.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Bedingungen im Inneren der Falle nicht
verändert
bis sich eine vorher festgelegte Flüssigkeitsmenge angesammelt
hat. Die Menge kann einfach empirisch bestimmt werden oder hängt von
der Kapazität
der Vakuumpumpe, dem erwarteten Flüssigkeitsfluss, der Erwärmungsleistungsfähigkeit,
dem Dampfdruck der Chemikalie, die abgeführt werden soll, und dergleichen
ab.
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Diese
Menge sollte klein genug sein, dass die Flüssigkeit schnell verdampft
werden kann und der Entleerungsbetrieb sich normalisiert, sie sollte aber
groß genug
sein, dass das System nicht zu häufig
hin und her wechselt. In manchen Fällen ist es wünschenswert
eine Flüssigkeit
auf zwei oder mehreren Leveln nachzuweisen, sodass die Verdampfungsbedingungen
ernster gemacht werden können, während die
akkumulierte Flüssigkeit
in der Falle zunimmt. Bei einem solchen Betrieb kann das Kontrollventil 12 in
Richtung der geschlossenen Position beeinflusst werden, nachdem
es ein Signal erhält,
das für
einen geringen nachgewiesenen Flüssigkeitslevel kennzeichnend
ist, und in Folge des Nachweises eines höheren Flüssigkeitslevels vollständig schließt. In einem
anderen möglichen
Schema der Erfindung wird der Falle in Folge des Nachweises einer
kleinen Flüssigkeitsmenge
Wärme zugeführt und
das Kontrollventil in Richtung der geschlossenen Position beeinflusst,
während
die Flüssigkeitsmenge
zunimmt. Es sind verschiedene Kombinationen dieses Typs innerhalb
des Bereichs unserer Erfindung.
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Die
Größe der Falle 11 hängt von
dem speziellen Betrieb, der von dem Spülsystem geleistet wird, und
von Faktoren ab, wie dem Leitungsdurchmesser, der Pumpenkapazität, der Beschaffenheit
des abzuführenden
Fluids, der Absaugleistungsfähigkeiten, der
chemischen Toxizität
und anderen damit zusammenhängenden
Verfahrensvariablen. Wenn große Flüssigkeitsflüsse möglich sind
kann die Falle sehr groß sein,
wobei sie Liter oder Gallonen der Chemikalie aufnehmen kann. Bei
den meisten Halbleiteranwendungen wird die Größe der Falle ziemlich klein sein,
wobei sie im Durchmesser und in der Länge ein paar Inches misst,
sie aber in der Lage ist Chemikalien zu handhaben, die mit der Luft
reagieren oder häufig
toxisch sind.
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Die
Falle kann aus einem Material gemacht sein, das mit den Chemikalien
kompatibel ist, mit denen umgegangen werden soll, muss aber stabil
genug sein, um den Druckveränderungen
während
von dem starken Vakuum zu Atmosphärendruck hin- und her gewechselt
wird standzuhalten. Das bevorzugte Material für die Konstruktion ist Edelstahl,
es können aber
auch andere Materialien verwendet werden. Beispiele für Materialien,
die in Betracht kommen können,
umfassen andere Materialen, wie Kupfer, Nickel, Aluminiummonel,
Hastelloy und dergleichen; Kunststoffe, wie Teflon, Viton, Kynar,
Polypropylen, Polyethylen und dergleichen; und Keramiken, wie Siliziumkarbid,
Aluminiumoxid, Diamant, Kieselglas, Borosilikatglas, Fensterglas
oder modifizierte Gläser (exotic
glasses) und dergleichen. Es können
auch Kombinationen von diesen Materialien wie glasüberzogener
Stahl verwendet werden.
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In
seiner bevorzugten Ausführungsform
wird das Fallengefäß mit Mitteln
ausgestattet, um die akkumulierte Flüssigkeit zu erwärmen. Solche
Erwärmungsmittel
können
weggelassen werden, wenn die Natur der Flüssigkeit keine Wärme benötigt, um
eine Verdampfung zu erreichen, sondern einfach durch die Verringerung
des absoluten Druck in der Falle verdampft werden kann. Ob Mittel
zur Druckverringerung oder zur Wärmezuführung oder
beides notwendig sind, hängt
von dem Dampfdruck der Chemikalien ab, die Abgeführt werden sollen. Die Erwärmungsmittel
können
Widerstanderhitzer, die an der Innenseite der Falle angebracht sind,
wo sie mit der akkumulierten Flüssigkeit
in Kontakt treten können,
oder Heizbänder
oder Leitungen umfassen, die außen
an dem Gefäß positioniert
sind, um die Wärme
durch die Gefäßwände zuzuführen. Andere
Erwärmungsmittel umfassen
ein temperaturkontrolliertes Bad aus Wasser oder Öl, Spulen
oder Mänteln,
durch die eine erwärmtes
Fluid wie Wasser oder Öl
zirkulieren kann, Infrarotheizvorrichtungen oder andere optische/photonische
Verfahren, Mikrowelleneergiequellen und dergleichen. Die Heizvorrichtungen
können
in den Gefäßwänden eingebettet
oder intern installiert sein, wie es bei Patronenheizkörpern der
Fall ist, oder extern, wie in dem Fall eines Heizbandes.
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Es
kann ein Temperaturfühler
bereitgestellt werden, um dabei zu helfen die Wärme zu kontrollieren, die der
Falle zugeführt
wird. Dieser Fühler
kann in den Leveldetektor eingebaut sein, an der Oberfläche der
Fallengefässes
angebracht sein oder getrennt, in das Gefäß eingebaut werden. Solch ein Fühler kann
irgendeine Standardtemperaturmessvorrichtung sein, wie Thermoelemente,
Thermistoren, Infrarotdetektoren und dergleichen.
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Das
Kontrollventil 12 kann pneumatisch, hydraulisch, elektrisch,
mechanisch oder manuell betrieben werden. In seiner automatischen
Betriebweise wird das Ventil mit einem Betätigungsschaltkreis oder einer
Betätigungsvorrichtung
verbunden, die mit dem Flüssigkeitslevelmesssystem
kommunizieren, das mit dem Fallengefäß verbunden ist. Dieses Betätigungssystem
kann so einfach sein wie ein Strom, der einen Kontakt passiert,
der direkt durch die Elektronik des Flüssigkeitsleveldetektors kontrolliert
wird. Das Betätigungssystem
kann auch so kompliziert wie ein Mikroprozessorkontrollsystem sein,
das die verschiedenen benötigten
Funktionen integriert, wie die Temperaturkontrolle, die Druckkontrolle,
die Ventilposition, den Flüssigkeitslevel
und dergleichen. Das Ventil kann aus irgendeinem der Materialien
konstruiert sein, die für
die Falle aufgelistet sind, und es können auch Kombinationen solcher
Materialien verwendet werden. In dem Fall, in dem zwei oder mehr
Volumina gleichzeitig abgeführt
werden, können
mehrere Kontrollventile in mehreren Leitungen, die zu der Falle
führen,
verwendet werden. Alternativ können Mehrfachanschlussventile
oder Mehrfachstellventile verwendet werden, abhängig von den spezifischen Merkmalen,
die für
ein bestimmtes Verfahren benötigt
werden. Auf die gleiche Weise können
mehrere Vakuumpumpen mit einer einzigen Falle verbunden werden.
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Die
Steuereinrichtung 21 kann ein einfacher Schaltkreis sein,
in dem die Flüssigkeitsmessvorrichtung 20 einen
Relaiskontakt in die geschlossene Position zieht, wenn keine Flüssigkeit
vorhanden ist, was den Stromfluss zu dem Kontrollventil 12 erlaubt. Dieser
Strom aktiviert ein normalerweise geschlossenes Ventil 12, öffnet es
und hält
es offen solange keine Flüssigkeit
mit einem ausreichenden Level nachgewiesen wird. Wenn die Flüssigkeit
vorhanden ist, was eine Flüssigkeitsakkumulierung
anzeigt, öffnet der
Detektor 20 den Kontakt in der Steuereinrichtung 21,
was den Strom von dem Ventil 12 entfernt und es schließt. Dieses
Betriebsverfahren hat den Vorteil, dass es störungssicher ist, weil sich
das Ventil 12 in dem Fall eines Stromausfalls, bei einem
Ausfall des Flüssigkeitsleveldetektors 20,
bei einem Flüssigkeitslevel,
der seinen vorher festgelegten Wert erreicht, oder anderen nicht
Standard Vakuumbedingungen schließen wird. Die Verwendung eines
normalerweise offenen Ventils für
das Kontrollventil 12 oder eines Ventils, das in einer
Zahl von Zwischenpositionen arbeiten kann, zwischen ganz geöffnet und
ganz geschlossen, erlaubt eine höhere
Flexibilität
beim Betrieb, bedarf aber eines komplexeren Schaltschemas.
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Eine
komplexere Steuereinrichtung 21 kann einen Mikrokontroller
verwenden, der wirksam mit dem Kontrollventil oder den Kontrollventilen 12,
der Levelmessvorrichtung 20 und den Erwärmungskreisläufen 23 kommuniziert.
Es kann eine programmierbare Steuerung für diesen Dienst verwendet werden. Solch
eine Steuerung kann kontinuierlich die Temperatur des Fallengefäßes überwachen
und die Erwärmungsmittel
aktivieren und einen Alarm ertönen
lassen, wenn es wahrscheinlich ist, dass die Kondensation auf Grund
niedriger Temperaturen zu einem Problem wird. Sie kann auch eine
Abschaltung für
hohe Temperaturen haben. Sie kann den Gefäßdruck und den Flüssigkeitslevel überwachen,
um zu bestimmen, wann eine vollständige Verdampfung stattgefunden
hat, und kann solche Daten in einer Datenbank verwenden, um vorherzusagen,
wie lange jeder Zyklus in dem Fall, dass die Falle geflutet wird,
dauern wird. Diese Vorhersage kann dann verwendet werden, um einen
Alarmzustand anzuzeigen, wenn der Gefäßdruck nicht auf bestimmte
Werte innerhalb einer gegebenen Zeit abfällt, basierend auf den normalerweise
gewünschten
Bedingungen. Dies stellt eine wirksame Vakuumpumpenüberwachungsvorrichtung
bereit. Solch ein Mikrokontroller kann eine Familie von Kontrollern
umfassen, die von Single-Chip-Mikrokontrollsystemen
zu vollständigen
Universalcomputern reicht. Alle sind für die Verwendung bei der Ausführung der
Erfindung geeignet. Das Kontrollsystem kann auch von einer Kontrollhardware
mit einem Endbenutzerinstrument, einem Wiederauffüllsystem
oder einer intelligenten Vakuumpumpe stammen.
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Es
kann ein Tauchrohr (nicht gezeigt) in dem unteren Teil der Falle
umfasst sein, um für
einen Notfall vorzusorgen, in dem die Falle geflutet wird. Diese Situation
könnte
sich entwickeln, wenn Flüssigkeit
in die Falle fließt
und diese flutet bevor die normalen Arbeitsvorgänge die Falle durch die Verdampfung
der Flüssigkeit
und das Entfernen des Dampfes durch die Vakuumpumpe entleeren können. In
einem solchen Fall kann die Flüssigkeit
durch das Tauchrohr in ein getrenntes Gefäß abgezogen werden.
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Die
Falle kann auch mit einer Vakuum/Druckdetektionsfühler irgendeines
Typs ausgestattet sein. Solch ein Fühler kann verwendet werden,
um die Anwesenheit von Flüssigkeit
zu bestätigen,
die Verdampfungsrate zu überwachen,
den Betrieb der Vakuumpumpe während
der Verdampfungsstadiums im Betrieb zu bestätigen und jede Art von Sicherheitsabschaltung
und Kontrollverfahren bereitstellen, die möglicherweise notwendig sind.
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Diese
Erfindung in einzigartig in ihrer Fähigkeit wiederholt Flüssigkeiten
abzufangen und zu verdampfen, die in einer Vakuumanlage vorhanden
sind, und sie stellt auf diese Weise ein „Selbstreinigungssystem" bereit. Die Kontrolle
der Temperatur und die Überwachung
des Drucks in der Falle kann der Fallenentleerungszyklus beschleunigt
und automatisiert werden, um für
irgendeinen Vakuumspülbetrieb
geeignet zu sein. Ob für
die automatische oder manuelle Nutzung angepasst, die Erfindung
eliminiert den Bedarf für
einen Arbeiter, die die Falle auseinanderbaut, wobei er die Vakuumpumpe
schützt.
Dieser Vorteil ist insbesondere wertvoll, wenn mit potentiell gefährlichen
Chemikalien umgegangen wird, weil die Erfindung die Entweichungsprobleme
verhindert, die mit dem wiederholten Auseinanderbau verbunden sind,
und sie eliminiert die Stillstandszeit und andere Risiken, die mit
dem Entfernen von Schlüsselelementen
eines Vakuumspülsystems
einhergehen.