包含用于可燃气体残余物后处理的氧离子泵的电化学反应器制造技术

一种用于抽吸包含可燃气体的气体流的系统包括固态氧化物离子传导膜片（２０）；及用于在低于大气压的压力下将气体流抽吸到膜片一侧的真空泵（３６）。膜片的另一侧暴露在氧化气体中，并且电势差跨越膜片而施加，使得各种反应性氧化物穿过膜片，以便与可燃气体反应，进而至少产生水蒸汽。气体流随后由真空泵（３６）所接收。真空泵可以具有抽吸机构，抽吸机构将气体暴露在水中，并且其中水蒸汽从气体流中冷凝。或者，冷凝器（１４）提供于泵和膜片之间，用于从气体流中冷凝水蒸汽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含用于可燃气体残余物后处理的氧离子泵的电化学反应器本专利技术涉及一种方法及设备，用于对包含可燃气体比如氢气或,友 氪化合物的气体流进行抽吸。许多工艺使用或产生包含燃料比如氢气与碳氢化合物且潜在地 可燃的混合物。比如，外延积淀工艺广泛地用于高速半导体装置，高 速半导体装置同时用于硅与复合半导体应用。外延积淀在高温典型地大约在800-1 IO(TC的高温氢气环境中并在真空状态下，利用硅源气体， 典型地为硅烷或氯硅烷复合物如三氯硅烷或二氯硅烷中的一种。在这 种积淀工艺中，积淀气体在处理腔室中的停留时间相对短暂，并且在 积淀工艺中，仅仅消耗了供应给腔室的气体的很小一部分比例。结果， 供应给腔室的积淀气体中的大多数连同来自积淀工艺中的副产品从 腔室中排出去。虽然废气自身并不可燃，对这种混合物的抽吸要求对来自泵的前 级管路及废气管路的泄露完整性特别地注意，以确保没有空气进入管 路中。 一旦气体混合物高于其下爆炸极限(LEL)的话，泵内的任何点 燃源可能导致危险火焰的产生，危险火焰经由泵而行进到废气管路 中。用于避免点燃可燃气体流的常用技术是将过量的惰性清除气体， 典型地为氮气引入到气体流中，用于促使气体流低于其LEL，然后用 于将气体流紧跟着传送到消除装置典型地为燃烧器中，用于在气体流 排放到大气中之前而可控制地将可燃气体转化为其它种类。然而，将 清除气体供应到气体流中可减小消除装置的效率，并且既浪费又成本 高。此外，使用燃烧器来破坏可燃气体可导致其它不需要的化学物质 作为将可燃气体破坏的副产品而排放到大气中。在第一方面中，本专利技术提供一种用于对包含可燃气体的气体流进行抽吸的方法，包括以下步骤在低于大气压的压力将气体流传送到 离子传导膜片一侧；将膜片的另一侧暴露在氧化气体中；跨越膜片施 力口电势差，使得各种反应性氧化物(reactive oxidising species)透过膜片 而与可燃气体反应，从而至少产生水蒸汽；及随后在真空泵处接收气 体，其中，水蒸汽从真空泵上游的气体流中冷凝，或者在真空泵内的 气体流中冷凝。因为潜在可爆性气体混合物的总压力得以减小，涉及可燃气体与 氧化剂的气相化学反应的灾难特性也得以减小。通过在低于大气压的 压力下，优选地在小于50mbar,更优选地在小于10mbar的低于大气 压的压力下，将各种反应性氧化物比如氧阴离子或氧基传送到可燃气 体中，需要加入气体流中以便将气体流减小到低于其下爆炸极限的惰 性清除气体的量得以减小，优选地减小到零，从而可避免复杂的清除 气体系统及与其相关的成本。与离子传导膜片比如钇稳定化的锆或掺有钆的二氧化铈氧阴离 子导体相关的优点是需要跨越膜片施加电势差，以便促使各种氧化 物透过膜片，否则膜片无法供各种氧化物透过。因此，在动力失效的 情况下，氧阴离子向气体流的移动得以抑制，进而避免了在膜片内产 生潜在可爆性大气。通过控制施加于膜片的电势差的幅度，各种氧化 物的透过率可得到控制，从而使各种氧化物进入气体流的速率充足， 从而与气体流内的大致全部可燃气体反应。用于驱动氧阴离子穿过膜 片的电流的绝对幅度将大体上依赖于位于膜片侧边的电极的表面区 域、氧化气体的局部压力及气体流内可燃气体的数量。根据用于测量 膜片下游的气体流内的氧气存在量的传感器的输出值，施加于膜片上 的电势差可得以调整。比如，如果传感器没有检测到氧气的话，这可 提供一种迹象氧气向膜片的渗透不足以使氧气与所有可燃气体反 应，并且电势差或电流强度可因此而逐渐增加，直到传感器检测到气 体流中存在氧气为止。此外，由于可燃气体与各种氧化物之间的反应产品中的至少一种或在氢气的情况下为全部反应产品可冷凝，需要对气体流进行抽吸的 真空泵的尺寸可得以减小，比如当可冷凝核素例如水蒸汽从气体流中冷凝的时候，包含于气体流中的氢气的每个slm(标准升/分钟)产生了 抽吸速度的额外slm。水蒸汽可在位于膜片与真空泵之间的冷凝器内从气体流中冷凝。 备选地，真空泵可具有抽吸机构，其将气体流暴露在水中，并且水蒸 汽从气体流中冷凝。具有这种抽吸机构的真空泵的例子包括液体环泵 与液体喷射泵。如上文所提到的那样，可使用位于膜片 一侧上的笫一电极及位于 膜片另一侧上的第二电极而将电势差施加到膜片上，其中电极中的至 少 一个包括催化材料比如铂，用于改善反应动力性。可提供用于控制膜片温度的装置。根据膜片的特性，膜片可能需 要加热到高温，以便具有所要求的各种氧化物传导程度。在低于临界 温度(Tc)的温度中，电解材料可以为非传导性，但在高于Tc的温度中， 电解质可以逐渐变得更具传导性。可方便地提供围绕膜片的加热器， 用于将膜片加热到所要求的温度。在优选实施例中，膜片为具有开孔的圆柱形，气体流经由开孔而 被真空泵抽吸。为了增加破坏效率，可以平行地提供多个圆柱形膜片。 备选地，膜片可具有板状结构。氧化气体可来源于气态氧化源。虽然可使用其它气体组分，典型 地将大气空气用作气态氧化源。在第二方面中，本专利技术提供一种用于抽吸包含可燃气体的气体流 的系统。系统包括离子传导膜片；用于在低于大气压的压力下将气体 流抽吸到膜片一侧的真空泵，膜片的另一侧暴露在氧化气体中；用于 跨越所述膜片施加电势差的装置，用于使各种反应性氧化物穿过膜 片，以便与可燃气体反应，进而至少产生水蒸汽，真空泵设置成接收 来自膜片的气体流，并设置成具有抽吸机构，抽吸机构将气体暴露在 水中，并且水蒸汽从气体流中冷凝。在第三方面中，本专利技术提供一种用于抽吸包含可燃气体的气体流的系统。系统包括离子传导膜片；用于在低于大气压的压力下将气体 流抽吸到膜片一侧的真空泵，膜片的另一侧暴露在氧化气体中；用于 跨越所述膜片施加电势差的装置，用于使各种反应性氧化物穿过膜 片，以便与可燃气体反应，进而至少产生水蒸汽，真空泵设置成接收 来自膜片的气体流，并设置成具有抽吸机构，抽吸机构将气体暴露在 水中，并且水蒸汽从气体流中冷凝。面，反之亦然。现在将结合附图描述本专利技术的优选特征，其中附图说明图1展示了用于抽吸包含可燃气体的气体流的系统的第 一个实施例；图2更详细地展示了图1所示系统的电化学电池与冷凝器的配置；图3展示了用于控制施加于图2所示电池的电化学膜片上的电势 差的系统；图4展示了穿过具有管状电化学膜片阵列的电化学电池的截面图；图5展示了用于抽吸包含可燃气体的气体流的系统的笫二个实施 例；及图6展示了适于用于图5所示系统的泵的抽吸机构。参考图1,用于抽吸包含可燃气体的气体流的系统的第一个实施 例包括用于在低于大气压的压力下经由电化学电池12对气体流进行 抽吸的真空泵IO及位于电池12下游的冷凝器14。真空泵IO可具有 任何抽吸机构，该抽吸机构适于在适当的低于大气压的压力下，优选 地在小于50mbar,更优选地在小于lOmbar的低于大气压的压力下， 经由电池12而对气体流进行抽吸。真空泵IO可在大气压力下或在大气压力左右或在另一个低于大气压的压力下将气体流排出，在这种情 况下，额外的真空泵可位于真空泵10的下游，用于接收从真空泵中去。、 " ' , 、 、电化学电池12及冷凝器14的例子更详细地展示于图2中。电池 12包括用于接收气体流的法兰状入口 16及法兰状出口 18，气体流经 由该法兰状出口 18而从电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对包含可燃气体的气体流进行抽吸的方法，包括以下步骤：在低于大气压的压力下将所述气体流传送到离子传导膜片一侧；将所述膜片的另一侧暴露在氧化气体中；跨越所述膜片施加电势差，使得各种反应性氧化物透过所述膜片而与所述可燃气体反应，从而至少产生水蒸汽；及随后在真空泵处接收所述气体，其中，所述水蒸汽从所述真空泵上游的所述气体流中冷凝，或者在所述真空泵内的所述气体流中冷凝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RB格兰特，
申请(专利权)人：爱德华兹有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]