具有极小死空间的可置换薄膜组件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于流体处理系统的薄膜式渗滤组件，其中组件和流体处理系统之间的所有有效连接件都设置在组件的一端上。组件中的中心流动管道使所有液体从一个连接件流向另一端。用这种方式，由于流线谱使液体流过组件内的所有空间，基本上消除了死空间，并通过把所有有效连接件都设在同一端上而使安装和更换变得容易。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜渗滤。更确切地说，本专利技术涉及薄膜渗滤组件，该组件比那些用于对超高纯液体，特别是在半导体加工过程中使用的液体进行渗滤的传统组件净化程度更高和更易于使用。此外，本专利技术还涉及薄膜过滤组件的设计，由于其所有有效开口均设在过滤组件的一端上，所以这些组件易于和便于更换。在下文中，将交替使用术语过滤器、过滤器组件和组件。在半导体生产过程中，要控制粒子杂质需使用具有薄膜的超净化过滤器(即薄膜过滤器)，所述薄膜能除去亚微型粒子。众所周知，沉积在半导体晶片上的任何粒子在粒子足够大时会产生缺陷。通常，在半导体工业中，象相当于半导体最小特征尺寸的十分之一那样小的粒子会产生致命的缺陷。因此，在生产半导体芯片的每一个工艺步骤中都要使用薄膜过滤器对液体和气体进行净化。为了满足这些严格的要求，薄膜过滤器应具有以下各种所需的特征。除了需消除特定的杂质之外，包含在组件中的液体空间不应是不可流动的或“死”空间。也就是说，组件内的空间结构必须是，当液体流过组件时，所有液体都进行非常快速的交换或振动。这就需要快速和可靠地消除那些在生产过程中不可避免进入到过滤器中的所有杂质，以及在使用过程中产生的杂质。在下文中将把满足此要求的薄膜过滤器称为“无死空间”过滤器。此外，在更换过滤器时极其需要防止化学液滴从过滤器进入处理设备。一般情况下，总是设法避免这种液滴出现，但是在净化室环境或危险的化学环境下，这一特征是很重要的。通过使所有有效连接件(即过滤液体时使用的连接件)都位于组件顶部的可置换(自含式)过滤组件可达到这一目的。这种结构的另一个优点是容易与处理设备相连接，通过将所有连接件仅设在一端上，可以使连接操作得到明显改善。按这种方式设计的组件意在使结构更紧凑，在高成本的设备中这是一个很重要的想法。虽然已存在很多种不同的在高纯度液体过滤中使用的过滤器，但是主要采用了两种优于其它过滤组件的设计。在一种致力于解决死空间问题的过滤器设计中，被过滤液体从过滤组件的一端流向另一端。在这种过滤器中，将输入和渗透连接件设在过滤器的两端，因此使液体从一端流到另一端。用这种方式可消除所有死空间或将其减到最小。这种流动结构称为“直列式”流动结构。目前使用的很多排出式组件都按这种方式设计。然而，虽然“直列式”流动结构具有无死空间的优点，但这种过滤器存在两个缺点，首先由于组件在两组连接件之间呈“夹心”状所以很难将其与处理设备相连，其次，由于至少一个连接件处于组件底部所以任何在组件中的自由液体都会在非连接状态下迅速排出。为了简化安装到处理设备上的过程，和更容易更换过滤器，将第二种过滤组件设计成使所有连接件都位于组件的同一端上。在这种组件中，输入和渗透液口在组件的顶部或“上”端向相反两侧呈水平取向。根据其形状，把这些组件称为“T”形结构。虽然能容易地把T形结构连接到流体处理系统的其它部分上，但这种结构的一个主要缺点是，通常在过滤元件底部和组件外壳之间的区域内存在死间隙。死间隙所导致的结果是，充溢组件所需的时间很长，而且当因时间过长而使液体品质变坏时可能会导致产生不希望的杂质。Thom sen等人在美国专利4654142中描述了种用于水处理的过滤系统，其采用了分离的和可重复使用的端头部件，该部件的连接件与水处理净化滤筒上的输入和收集口以密封配合的形式连接。两个连接口都设在处理滤筒的同一端上而且彼此相互靠近。在一个实施例中，展示了一种作为吸附分离介质使用的碳和离子交换树脂滤筒，其借助中心管道改变流动方向使液体从一个口流到滤筒相对端或相反。虽然Thom sen等人没有讨论使用中心管道的原因，但是对于本领域的技术人员来说很明显，该管道可防止在水流过吸附树脂介质时产生旁路。尽管Thosen等人讨论的一些实施例中解决了吸附树脂基滤芯中的流体旁路问题，但是这些设计仍然具有在远离输入和收集口处存在低速流区的缺陷。此外，虽然这些设计对减少树脂基滤芯中的流体旁路问题是有效的，但是Thomsen等人并没有提出在超净化液体过滤中针对无死空间流动需要使用薄膜过滤组件。而且，由于将连接件设在过滤器的同一端上，所以需要净化效果好和易于更换的薄膜过滤器，由此可避免因留在组件中的液体在更换过滤器时排出而导致不希望的泄漏。此外，还要求具有上述特性的薄膜过滤器满足形成基本上无死空间的要求。本专利技术通过提供一种将一直列式结构和T形结构的优点相结合的薄膜过滤组件而克服了已有技术的缺陷和限制。这种结合的优点是通过使用中心管道使T形结构过滤器中的流体在内部改变方向，所说的中心管道使T形组件“头部”上的一个口的流体流向其另一端。尽管优选结构是把头部设置在组件的顶端，但是很显然也可以将其设在下部或底部位置，这些设置均未脱离本专利技术的构思。在下文中，将交替使用术语“上端”和“头部”来表示包含连接件的组件端部，而且将用“下部”和“底部”来说明另一端。在一个优选实施例中，引入的输入液体进入与中心管道相连的输入口，所说的中心管道使所有液体从输入口流到组件另一端并将其集中在一个空腔中，进入中心管道的液体分布在组件内并通过一组流动管流过薄膜。然后将经过滤的液体集中到出口并分配到流体处理系统的其它部分。用这种方式可使全部待过滤的液体流过组件。因此，本专利技术的目的是提供一种过滤组件，其具有很少死腔，而且易更换且在更换时产生极少甚至不产生泄漏。本专利技术的另一个目的是提供一种过滤组件，其综合了直列式和T形过滤器结构的优点。附图说明图1a是表示本专利技术所述一端封闭型薄膜渗滤组件的剖面侧视图，其中所有开口均位于顶端，而且该组件包含作为薄膜分离元件的单端空心纤维，液体从空心纤维的外部渗入内部。图1b是用于解释图1a所示组件中流线谱的剖面侧视图。图2a是表示本专利技术所述一端封闭型薄膜渗滤组件的剖面侧视图，其中所有开口均位于顶端，而且该组件包含作为薄膜分离元件的单端空心纤维，液体从空心纤维的内部渗入外部。图2b是用于解释图2a所示组件中流线谱的剖面图。图3a是表示本专利技术所述切向流薄膜过滤器的剖面侧视图，其所有开口均设在顶端，过滤器包括双端空心纤维，液体从空心纤维的内部渗到外部。图3b是用于解释图3a所示组件中流线谱的剖面图。图3c是用于解释当把图3a所示组件的输入口和回流口的位置颠倒设置时的流线谱的剖面侧视图。图4a表示一个一端封闭的薄膜渗滤组件的剖面侧视图，其除了用打褶的薄膜作为分离件之外，其它部分均与图1a所示的实施例相同。图4b是用于解释图4a中所示组件中流线谱的剖面侧视图。图5表示图4a所示打褶的薄膜分离件的放大剖面图，其说明由薄膜隔离件、上游和下游构成的流管情况。图6表示图1a所示空心纤维薄膜分离器的放大剖面图，其说明由空心纤维腔和空心纤维之间的间隔构成的流管的情况。如下文将更详细说明的那样，本专利技术对用于过滤在单端封闭和切向流渗滤(TFF)模式下流动的液体的薄膜组件是很有用的。单端封闭的薄膜过滤器具有输入和渗透(过滤)两束流，所以至少需要两个开口以便组件与液体处理系统的其它部分相连。通常，当流体是液体时，还设置一个第三开口，该开口用于向组件的输入侧提供排气通道，否则，引入到输入流中的空气将分离成为薄膜的上游进而妨碍液体流动。引入到输入口的所有流体都汇集到渗透口。相反，一个TFF过滤器具有输入、渗透和回流三束流，因此需要至少三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体分离组件，其特征在于包括： 具有第一和第二端的外壳， 包含在所说外壳内并将所说外壳的内部分成第一和第二空间的分离件，所说分离件包括微孔、超滤或反向渗透薄膜和所说薄膜的多个流体通道上游和下游； 位于所说第一端上的至少第一和第二连接装置，用于将流体引入所说外壳内部和从所说外壳内部将流体排出； 与所说第一连接装置相连并在所说外壳中纵向延伸到所说第二端以便使所有流体从所说第一连接件流向所说第二端或反向流动的中心管道； 所说第二端通过流体与所说第一空间相连通； 所说第二空间通过流体与所说第二连接件连通； 因此，引入到一个连接装置中的流体通过分离件进行处理并且至少部分地汇集到另一个所说的连接装置上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加斯顿德洛斯雷耶，J卡尔尼尔迈尔，
申请(专利权)人：迈克里斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]