处理物体的方法技术

提供了一种用于增加在液体如超纯去离子水中溶解的气体如臭氧的量的方法和系统。被溶解的气体（１０）在压力下引入到液体（３１）中，在压力（４０）下形成输送到成品使用装置的混合物。到达成品使用装置后，含有液体和溶解气体的混合物进行受控分配。因此，本发明专利技术的方法和系统能够连续有效地并且在不用冷却的条件下提供臭氧水，即提供了一种简单的、节约成本的生产高浓度臭氧水的方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种增加液体中溶解的气体量，并保持在溶液中溶解气体的大部分增加量，直到气/液溶液被输送到使用点的方法和系统。更具体地，本专利技术涉及一种通过加压混合并且输送气体和液体来增加液体中的溶解气体量的方法和系统。另外，通过在使用点使气/液溶液进行受控分配，维持溶液中气体的大部分增加量。
技术介绍
臭氧由于其出色的氧化活性早就被认为是一种特别有用的化学用品。事实上，臭氧是已知的氧化性化学物质的第四强，其氧化电位为2.07伏特。由于这一性质，臭氧和/或含有臭氧的流体混合物能从表面除去多种污染物，如氰化物、酚、铁、锰以及清洁剂等。另外，臭氧和/或含有臭氧的流体混合物能氧化表面。具体地，在半导体工业中，臭氧水用于“清洗”即氧化正在处理中的硅晶片表面。另外，臭氧也可用于抑制、降低和/或消除各种水溶液系统中的生物量、霉菌、植物霉(mildew)、藻类、真菌类、细菌生长和水垢的积累。当用于这种方式时，比起氯化作用来，臭氧化作用的优点是产生更少量的可能有害的残余物，氯化作用在水溶液系统中留有不希望的氯化残余物。由于这些广泛的性能，臭氧在许多不同的过程中都有应用。例如，臭氧被用作处理饮用水的杀菌剂。另外，在酿洒工业中，臭氧用于灭菌，在污水处理工业中，它用于进行臭味控制。最后，臭氧水在半导体工业中具有广泛应用，例如，臭氧用于对处理中的硅晶片进行清洗和表面修整。另外，如美国专利US 5378317所述，臭氧水可用于从硅晶片表面除去有机物质，如光致抗蚀剂。再者，在半导体工业中臭氧水用于在硅晶片表面形成薄的、钝化的氧化层。在这些应用中使用臭氧水具有许多优点。首先，由于臭氧水是在使用点产生的，它不含污染物如颗粒和金属，这些物质通常存在于桶装或罐装的化学物质中。臭氧水也比其它氧化性化学物质便宜，另外由于臭氧水自然分解，使用臭氧水不存在处理问题。但是在各种应用中臭氧的效果却因它在水溶液中低的溶解度及短的半衰期(大约10分钟)而受到不利影响。即在水溶液中不仅难以溶解臭氧，而且溶解以后，也难以将臭氧保持在溶液中。虽然已知几种增加水溶液中臭氧溶解量的方法，但是每种现有技术方法均有局限性，使得它们不足以用于某些应用中。例如，在常压下使臭氧直接鼓泡进入水中为一种在水溶液中溶解臭氧的方法。但由于在大量臭氧被溶入溶液中之前/或在臭氧水被用于处理表面之前臭氧气泡会冒出，因此这种技术不能优化臭氧溶解量。另外，已公开的欧洲专利申请EP 0430904 A1公开了一种生产臭氧水的方法，其中包括在一个确定体积的容器内使含有臭氧的气体与小水滴接触的步骤。但由于这种方法限制了含有臭氧的气体和水的接触，因此它不是最佳的。也就是说，当容器中充满水时，含有臭氧的气体与小水滴之间的接触时间被缩短了，导致只有少量的臭氧被溶解到溶液中。另外，该申请没有给出一种保持溶液中的臭氧直到溶液被输送到使用点的方法。因此，在输送过程中，溶液中溶解的大量臭氧可能会冒泡逸出，从而失去混合方法的好处。最后，还提出了几种利用冷却来增加水溶液中的臭氧溶解量的方法。例如，美国专利US 5186841公开了一种在压降至少为35psi时，向水溶液物流中注入臭氧来制备臭氧水的方法。然后臭氧化物流与第二股物流混合，该第二股物流优选为在冷却水系统内循环的水溶液的一部分。迫使所形成的物流以每秒7英尺的速度流过一段足以使70％的臭氧被吸收的距离。另外，美国专利US 4172786公开了一种通过向循环部分冷却水的侧线物流管路中注入含有臭氧的气体来增加水溶液中的臭氧溶解量的方法。然后将注入臭氧的水在塔下水池中与冷却水混合，从而得到臭氧水。最后，美国专利US 5464480公开了一种利用臭氧水除去半导体晶片上的有机物质的方法。具体地，该专利指出，适用于所公开的方法的高浓度臭氧水可以通过将臭氧与水在大约为1-15℃的温度下混合得到。虽然美国专利US 5186841、US 4172786和US 5464480所公开的系统宣称增加了水中的臭氧溶解量，但更可能的是许多臭氧冒泡进入大气中和/或转化成氧气，而不是溶解在水中。因此，这些系统需要使用大量的臭氧，相应地使它们费用较高。另外，这些专利没有公开在使用点优化臭氧浓度的方法，因此，即使因为冷却溶液而增加了臭氧溶解量，在使用点臭氧也可能从溶液中冒泡逸出。因此，需要一种有效的方法来增加水溶液中溶解的臭氧量并且保持到使用点，这样不仅减少了臭氧使用量，而且对确定的应用提供了足够的臭氧水溶液。专利技术概述按照本专利技术，在阅读本专利技术时，对本领域熟练技术人员来说很明显地可以看到上述目的以及其它目的可以由本专利技术达到，本专利技术提出一种增加液体中的溶解气体量并且在使用点优化保留在溶液中的溶解气体量的方法和系统。更具体地，本专利技术的一个目的是提供一种增加水溶液中臭氧溶解量，并进一步在输送到使用点时保持溶液中溶解的臭氧的方法和系统。按照这种方式，本专利技术提供一种特别有效的生产和应用高浓度臭氧水的方法和系统。通常该方法包括向加压容器中引入所要溶解的气流，在容器中气体与一定量的液体接触并溶于其中。在压力下使溶解的气体与液体混合，致使相对于常压下的溶解量来说，溶解的气体量增加了。然后将得到的含有液体和溶解气体的混合物通过加压管路输送到使用点，从而保持溶液中增加的溶解气体量。在使用点，混合物进行控制分配。即混合物在足够温和的条件下进行分配，从而使分配后的混合物在与底物接触时仍含有过饱和量的溶解气体。优选地，混合物的分配条件应使所输送的混合物体积具有相对较小的表面积/体积比。因为表面积/体积比较小，溶解气体扩散逸出液体的量受到限制，这样就能使液体中增加的溶解气体浓度保持到使用点。相反，当表面积/体积比相对较大时，溶解气体会更快地扩散逸出溶液。因此使所要输送的混合物体积具有较大的表面积/体积比的分配方法也会导致所输送的量在使用点具有降低了的溶解气体浓度。有几种适用于本专利技术的受控分配方法。例如，在使用点可以使混合物进行受控雾化。具体地，可以使混合物在一定条件下雾化，从而使所形成的液滴的平均尺寸相对于传统雾化法得到的液滴尺寸大(即表面积/体积比较小)。也就是说，传统雾化法通常产生细雾，即表面积/体积比相对较大的小液滴。因此溶解气体将更快地会扩散逸出溶液，导致在使用点溶解气体浓度降低。相反，在本专利技术的方法和系统中所应用的受控雾化产生表面积/体积比较小的大液滴，因此限制了在溶液中发生的扩散量，将溶液中增加的溶解气体浓度保持到使用点。可以通过多种机理实现受控雾化。例如，在优选的实施方案中，可以使混合物与第二股混合物流或者惰性气流如氮气按一定方式“温和”碰撞，形成所希望的液滴尺寸。在使用点利用一个扇形结构输送混合物也能实现受控分配。当按这种方式进行受控分配时，扇形喷嘴将混合物流破碎成混合物薄片或大液滴，从而使输送的混合物体积具有所希望的较小的表面积/体积比。适用于本专利技术的另一个受控分配方法的例子包括将混合物作为稳态物流温和地分配。在本专利技术的这种实施方案中，混合物可以直接分配到使用点，如硅晶片表面，或者可以将混合物温和地分配到合适尺寸的容器中，即容器的开放表面积较小，但体积较大。也就是说，通过将混合物温和地分配到合适尺寸的容器中，从而形成所希望的表面积/体积比，简单地达到所希望的较小的表面积/体积比。在优选的实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增加液体中的溶解气体量并且优化保留在溶液中的溶解气体量直到输送到底物的方法，该方法包括：向加压容器输送气体进料；当气体在加压容器中时，使气体与一定量的液体接触，从而使一定量的气体溶解于所述液体中；通过与所述加压容器流体连通的 加压管路，从加压容器中排出一批含有液体和溶解气体的混合物；在足够温和的条件下，通过一个出口控制分配该批混合物，从而使混合物与所述的底物接触时，分配的混合物中含有过饱和量的溶解气体。

【技术特征摘要】
US 1997-10-29 08/960,2771.一种增加液体中的溶解气体量并且优化保留在溶液中的溶解气体量直到输送到底物的方法，该方法包括向加压容器输送气体进料；当气体在加压容器中时，使气体与一定量的液体接触，从而使一定量的气体溶解于所述液体中；通过与所述加压容器流体连通的加压管路，从加压容器中排出一批含有液体和溶解气体的混合物；在足够温和的条件下，通过一个出口控制分配该批混合物，从而使混合物与所述的底物接触时，分配的混合物中含有过饱和量的溶解气体。2.权利要求1的方法，进一步包括通过一个限制流量的气体出口管路，从加压容器中排出未溶解的气体的步骤，其中通过气体出口管路的气体流量受到足够的限制，从而在加压容器内维持反压，以有助于推动混合物通过所述的出口。3.权利要求1的方法，其中液体选自水、超纯去离子水、硫酸、盐酸、氢氟酸、氟化液体或它们的混合物。4.权利要求3的方法，其中液体为水或超纯去离子水。5.权利要求4的方法，其中溶解气体选自氯化氢、氮、二氧化碳、氧、氟化氢、氢氧化铵、臭氧或它们的混合物。6.权利要求5的方法，其中溶解气体为臭氧。7.权利要求1的方法，其中分配步骤包括在液滴接触底物时，在有效形成含有过饱和量溶解气体的雾化液滴的条件下，使混合物流与第二种流体物流碰撞。8.权利要求7的方法，其中第二种流体物流为压力范围为大约1psi至大约10psi的气流。9.权利要求7的方法，其中第二种流体物流为第二股混合物流。10.权利要求1的方法，其中分配步骤包括向使用点输送稳态混合物流。11.权利要求1的方法，其中将液体传感器设在加压容器上，从而该液体传感器能够检测加压容器中的液体量。12.权利要求11的方法，进一步包括从液体源向加压容器输送液体的步骤，所述液体源响应液体传感器，从而可以响应液体传感器的信号，控制从液体源到加压容器的液体输送。13.权利要求12的方法，其中液体在第一个位置进入加压容器，气体在第二个位置进入加压容器，其中所述的第一和第二位置处于加压容器相对的两端，从而在加压容器内形成液体与气体的逆流。14.权利要求1的方法，其中加压容器的压力为大约1.1大气压至大约10大气压。15.权利要求14的方法，其中加压容器的压力为大约2大气压至大约5大气压。16.权利要求15的方法，其中加压容器的压力为大约2大气压至大约3大气压。17.权利要求1的方法，其中加压容器包括位于加压容器内部容积内的流动障碍物，从而使液体与气体之间的接触时间相对于在内部容积内无流动障碍物的容器内的液体与气体之间的接触时间延长。18.一种用于生产其中含有增加的溶解气体量的液体，并且优化保留在溶液中的溶解气体量直到输送到底物的系统，该系统包括加压容器；与加压容器相连的出口，用于在足够温和的条件下控制分配含有液体和溶解气体的混合物流，从而使分配的混合物与底物接触时，其中含有过饱和量的溶解气体；与加压容器流体连通的液体源，用于从液体源向加压容器输送液体进料；与加压容器流体连通的气源，用于从气源向加压容器输送通常连续的气体进料；与加压容器出口相连的加压液体出口管路，其设置使一定量的其中含有一定量的溶解气体的液体可以从加压容器中排出，输送到使用点；与加压容器相连的加压气体出口管路，从而可以从加压容器中排出气体，其中通过气体出口管路的气体流量受到足够的限制，从而在加压容器内维持反压...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文L纳尔逊，库尔特K克里斯坦森，
申请(专利权)人：FSI国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]