膜蒸馏器及其操作方法技术

一种空气通道膜蒸馏器(1)包括热表面(12)、冷却区段(20)、和疏水膜(30)。该热表面和该疏水膜限定了密封的蒸发通道(40)。该冷却区段的表面(22)和该疏水膜限定了密封的冷凝通道(50)。供水管(42)连接至该蒸发通道。排水管(46)连接至该蒸发通道。净化水排出管(56)连接至该冷凝通道。该冷却区段的表面的温度低于该蒸发通道中的水的温度。用于惰性气体的气体供应装置(60)包括加热器(62)。气体管道系统(64)被布置为通向该冷凝通道的气体入口(55)以使得能够用该惰性气体来冲洗至少该冷凝通道。得能够用该惰性气体来冲洗至少该冷凝通道。得能够用该惰性气体来冲洗至少该冷凝通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜蒸馏器及其操作方法


[0001]本技术总体上涉及用于生产洁净水的装置和方法、尤其涉及膜蒸馏器和膜蒸馏器的操作方法。

技术介绍

[0002]在半导体生产中，将晶圆在生产线上的一系列级中进行处理。在生产线的某些位置，包括清洗步骤以用超纯水来清洁晶圆。
[0003]期望允许晶圆上的结构越来越小，以采用更快、更便宜且节能的电子器件解决方案。然而，应用较小线宽的晶圆电子器件也需要更有效的清洗，因为甚至非常小的污染物也可能导致电路故障，例如短路。满足此类期望的标准方法是使用越来越多的超纯水来进行清洗。大量的水已经成为半导体工业中的问题，尤其需要生产大量的超纯水，而且在处置大量用过的清洗水方面也是问题。已用于清洗目的的水可能含有有害物质，并且应以适当的方式进行对待。
[0004]典型地，已经使用不同种类的过滤器和去离子设备来生产这些大量的清洗水。在典型的情况下，在洁净室生产区附近设置大型中央超纯水生产单元，并且所生产的水通过管道输送至进行清洗的场所。
[0005]当进行较小线宽的半导体生产时，存在提供适当清洗和处置大水量的问题。
[0006]在已公开的美国专利申请US 2017/023239 A1中，披露了一种用于使蒸馏设备中的膜壁再生的方法。蒸馏设备具有多个蒸发级和冷凝级。每个蒸发级和冷凝级都有引导液体的流动通道。流动通道由可透蒸气且不透液体的膜壁限定，其中源自液体的蒸气穿过膜壁。将液体从流动通道中去除。去除液体之后，膜壁两侧被气体气氛环绕，但仍被液体润湿。该液体是通过调节膜壁周围的气体气氛以使气体气氛中的液体的分压低于将膜壁润湿的液体的蒸气压来去除。然而，如此产生的水的纯度通常不足以用于例如半导体工业。

技术实现思路

[0007]本技术的一般目的是提供可以在允许使用更少量水的半导体生产线中提供用于清洗目的的净化水的方法和装置。
[0008]上述目的通过根据独立权利要求的方法和设备来实现。优选实施方案在从属权利要求中进行了限定。
[0009]一般来说，在第一方面，一种空气通道膜蒸馏器包括热表面、冷却区段、和疏水膜。该疏水膜具有直径小于1μm、优选地小于500nm、并且最优选地小于100nm的孔隙。该热表面相对于该疏水膜机械地布置成通过密封的蒸发通道隔开。该冷却区段的表面相对于该疏水膜机械地布置成通过密封的冷凝通道隔开。供水管连接至该蒸发通道的进水口。排水管连接至该蒸发通道的出水口。净化水排出管连接至该冷凝通道的出水口。冷却器件被布置用于将冷却区段的表面冷却至低于蒸发通道中的水温的温度。该空气通道膜蒸馏器进一步包括用于惰性气体的气体供应装置。气体供应装置包括被布置用于加热惰性气体的加热器。
气体管道系统连接至气体供应装置并且被布置为通向冷凝通道的气体入口以使得能够用惰性气体来冲洗至少冷凝通道。
[0010]在第二方面，根据第一方面的空气通道膜蒸馏器在半导体生产设施中的用途。
[0011]在第三方面，一种用于操作空气通道膜蒸馏器的方法包括在净化水生产时间段期间向蒸发通道提供水。在净化水生产时间段期间将冷凝通道冷却至低于该水的温度。该蒸发通道通过疏水膜与所述冷凝通道隔开，该疏水膜具有直径小于1μm、优选地小于500nm、并且最优选地小于100nm的孔隙。水蒸气由此从蒸发通道穿过疏水膜到达冷凝通道。在净化水生产时间段期间，排出在冷凝通道中冷凝的水。该方法进一步包括加热惰性气体。在结束净化水生产时间段后，将经加热的惰性气体流送穿过至少冷凝通道。由此去除任何剩余的水。在净化水生产时间段的下一瞬间之前停止加热和流送。
[0012]所提出的技术的一个优点是允许在与使用地点直接连接的场所生产净化水、并且可以及时地按需生产。当阅读具体实施方案时，将理解其他优点。
附图说明
[0013]通过参考以下结合附图的描述，可以最好地理解本专利技术及其进一步的目的和优点，在附图中：
[0014]图1A至图1B示意性地展示了空气通道膜蒸馏的基本理念；
[0015]图2示意性地展示了空气通道膜蒸馏器的实施例；
[0016]图3示意性地展示了热惰性气体被引入冷凝通道中；
[0017]图4示意性地展示了冷却器件的实施例；
[0018]图5示意性地展示了冷却器件的另外的实施例；
[0019]图6示意性地展示了加热块的实施例；
[0020]图7是用于操作空气通道膜蒸馏器的方法的实施例的步骤的流程图；
[0021]图8示意性地展示了具有多个蒸发通道和冷凝通道的空气通道膜蒸馏器的实施例；
[0022]图9示意性地展示了具有多个蒸发通道和冷凝通道的空气通道膜蒸馏器的另一实施例；
[0023]图10A示意性地展示了基于聚合物框架和板的堆叠体的空气通道膜蒸馏器的实施例；
[0024]图10B至图10G示意性地展示了图10A的实施例的各个聚合物框架和板；
[0025]图11示意性地展示了蒸发通道和冷凝通道中的压力传感器；
[0026]图12是分别示意性展示与完全可操作的、阻塞的和损坏的疏水膜接触的体积的压力时间演变的图；
[0027]图13示意性地展示了空气通道膜蒸馏器中水的再循环；并且
[0028]图14示意性地展示了半导体生产设施中水的再利用。
具体实施方式
[0029]在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的要素。
[0030]为了更好地理解所提出的技术，首先简要地概述使用水来进行清洁的新概念会是
有用的。
[0031]如上所述，现有技术半导体生产的总体趋势是提供较大的净化水供应装置。由于在洁净室环境中不便具有这些装置，因此必须使用相对长的管道来将水输送至清洗场所。
[0032]现在所理解的是，净化水的实际储存和运输会产生污染。已经在储箱中储存了一段时间的净化水相对快地变得较不纯净，这仅仅是由于储箱本身的污染。同样，无论管道的特性或材料如何，在管道中输送净化水时，水的纯度都会迅速降低。当然，一些精心挑选的材料会降低污染速率，但总会有一定程度的污染。
[0033]因此，备选途径是在即将使用净化水的场所的绝对附近提供新鲜生产的净化水，并且还是以与生产线清洗步骤相符的数量和时间来提供。这使得要向清洗工序提供纯度高得多的净化水，这已经证明显著地减少了所需的清洗水量。因此，通过提供极高的纯度，可以显著地减少用于清洗的水量。
[0034]然而，这种途径依赖于在特定时刻在特定地点提供特定量的新鲜生产的净化水。由于清洗在生产线的洁净室区域内进行，因此如果净化水生产单元本身也可以设置在洁净室区域内则是有益的。这对有用的技术施加了一些限制。
[0035]这样，膜蒸馏器长期以来一直已知用于净化水。由于与其他替代方案相比，典型的装置体积庞大且相对缓慢，因此它们迄今尚未在任何较大程度上用于为半导体行业生产净化水。然而，根据上述替代性途径，如果净化水的供应在地点和时间上相匹配，则可以将每个清洗步骤的净化水量保持为少量。现有技术的膜蒸馏器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种空气通道膜蒸馏器(1)，包括：热表面(12)；冷却区段(20)；疏水膜(30)，所述疏水膜具有直径小于1μm、优选地小于500nm并且最优选地小于100nm的孔隙；其中，所述表面(12)相对于所述疏水膜(30)机械地布置成通过密封的蒸发通道(40)隔开；其中，所述冷却区段(20)的表面(22)相对于所述疏水膜(30)机械地布置成通过密封的冷凝通道(50)隔开；与所述蒸发通道(40)的进水口(44)连接的供水管(42)；与所述蒸发通道(40)的出水口(48)连接的排水管(46)；与所述冷凝通道(50)的出水口(58)连接的净化水排出管(56)；以及冷却器件(24)，所述冷却器件被布置用于将所述冷却区段(20)的所述表面(22)冷却至低于所述蒸发通道(40)中的水温的温度，其特征为，用于惰性气体(70)的气体供应装置(60)；所述气体供应装置(60)包括被布置用于加热所述惰性气体(70)的加热器(62)；气体管道系统(64)，所述气体管道系统连接至所述气体供应装置(60)并且被布置为通向所述冷凝通道(50)的气体入口(55)以使得能够用所述惰性气体(70)来冲洗至少所述冷凝通道(50)；以及控制器(80)，所述控制器(80)被布置用于在结束净化水生产时间段时控制所述气体供应装置(60)通过所述气体管道系统(64)来供应所述惰性气体(70)、并且在开始净化水生产时间段之前控制所述气体供应装置(60)停止供应所述惰性气体(70)。2.根据权利要求1所述的空气通道膜蒸馏器，其特征为，包括所述热表面(12)的加热块(10)。3.根据权利要求1或2所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述气体管道系统(64)进一步连接至所述蒸发通道(40)的气体入口(45)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述控制器(80)被布置用于控制由所述气体供应装置(60)供应的所述惰性气体(70)的气体流量和气体温度中的至少一个。5.根据权利要求1至4中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述蒸发通道(40)的所述进水口(44)设置在所述蒸发通道(40)的下端处，并且所述蒸发通道(40)的所述出水口(48)设置在所述蒸发通道(40)的上端处。6.根据权利要求1至5中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述冷却区段(20)包括：面向所述冷凝通道(50)的聚合物膜(23)，冷却块(29)，所述冷却块相对于所述聚合物膜(23)机械地布置成通过密封的冷却通道(26)隔开，连接至所述冷却通道(26)的入口(21)的冷却介质供应管(25)；
连接至所述冷却通道(26)的出口(27)的冷却介质排出管(28)。7.根据权利要求6所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述聚合物膜(23)的面向所述冷凝通道(50)的表面的表面粗糙度小于30μm。8.根据权利要求6或7所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述聚合物膜(23)的厚度低于60μm、优选地低于40μm、并且最优选地低于30μm。9.根据权利要求4至8中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征为，连接至冷却介质供应管(25)的冷却介质供应源(90)，并且其中，所述控制器(80)进一步被布置用于在结束净化水生产时间段时停止供应任何冷却介质、并且在开始下一个所述净化水生产时间段时开始供应冷却介质。10.根据权利要求2至9中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述加热块(10)是绝热的。11.根据权利要求2至10中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述加热块(10)包括加热元件(14)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述冷凝通道(50)包括排气阀(59)，所述排气阀仅在净化水生产时间段期间被允许打开。13.根据权利要求1至12中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述空气通道膜蒸馏器包括被相应的疏水膜(30)隔开的多个蒸发通道(40)和多个冷凝通道(50)。14.根据权利要求1至13中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，所述蒸发通道(40)、所述疏水膜(30)、所述热表面(12)、所述冷却区段(20)和所述冷凝通道(50)设置在聚合物框架和/或板(71
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76)的堆叠体中。15.根据权利要求1至14中任一项所述的空气通道膜蒸馏器，其特征为，蒸发侧压力传感器(41)和冷凝侧压力传感器(51)中的至少一个。16.根据权利要求12在从属于权利要求3时所述的空气通道膜蒸馏器，其特征在于，蒸发侧压力传感器(41)和冷凝侧压力传感器(51)中的所述至少一个连接至所述控制器(80)，其中，所述控制器(80)被布置为随时间跟踪与所述疏水膜(30)接触的体积中的压力。17.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德，
申请(专利权)人：纳米瑞典公司，
类型：发明
国别省市：