专利名称：低压力下降混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及以非常低的压力下降实现气体或液体的精确混合的混合器系统。
背景技术：
很多工业需要流体(例如，气体或液体)的精确混合，供制造过程中使用。通常优选的是就地混合这些流体。例如，电子装置、显示装置和太阳能电池装置的制造在若干制造过程中可能需要使用氟气体。一般而言，在这些过程中使用气体混合物形式的氟，该气体混合物包含约百分之二十(20%)的氟和余量的氩或氮。因为氟是非常活性的气体并且在运输时需要特殊处理，所以通常希望使用(诸如可从琳德(Linde)公司获得的)氟生成器就地制造氟，该氟生成器以最大20psig (磅/平方英寸)的压力产生氟。这是所制定的自施加的压力限制，以缓和利用较高压力和较大总量的氟有关的安全问题。 为了满足制造过程中的需要，氟一般必须与稀释气体(例如，氩或氮)混合，并且用作制造者所使用的气缸或气体容器的替换气体。该混合物通常非常专用于满足制造过程的特定需要。因此，需要能够提供氟与稀释气体的精确混合。已知的气体混合器，尤其是用于精确混合的那些气体混合器，通常依赖于两个气体馈送线上的质量流量控制器以提供混合所需的特性。这些质量流量控制器包括导致递送系统中显著的压力下降的控制阀。氟生成的20psig极限结合来自质量流量控制器的压力下降，以及通常很长且复杂的递送歧管使得已知气体混合器所导致的压力下降对于处理工具要求(要求高达IOpsig)而言是不可接受的。具体地，已知的气体混合器在这些类型的制造应用中完全不工作。此外，质量流量控制器中的控制阀是移动部件，这些移动部件可能出故障并且需要有效的修复或替换来维持操作。因此，现有技术中需要对用于气体混合的系统的改进。

发明内容
本发明提供了在没有显著压力下降的情况下用于混合流体(例如，气体或液体)的系统和方法。通过本发明的系统维持混合精度同时避免与已知混合系统相关联的压力下降。附图简述

图1是根据本发明一个实施例的混合系统的示意图。
具体实施例方式本发明提供了在不经历显著压力下降的情况下用于混合两种或更多种流体的系统和方法。具体地，本发明将近零压力下降运行流用于诸如氟之类的主气体，诸如氩或氮之类的稀释分支流被混合到主气体中。根据本发明，通过使分支流的质量流量控制器从属于主气体运行流的质量流量计，来确保混合精度。
根据本发明，通过使用一系列高Cv处理阀以及由精细刻度的压力传感器确定的激活/去激活来解决与气体的向后流动和倒退混合有关的任何问题。参考图1更全面地描述本发明，图1是根据本发明的一个实施例的混合系统的示意图。如图1所示，诸如氟生成器之类的主气体源10通过阀Vl连接到主气体质量流量计
20。诸如氩或氮之类的稀释气体源30通过阀Vl连接到稀释气体质量流量控制器40。流量控制器V2的操作通过控制器50从属于流量计20的操作。以此方式，离开流量控制器40的稀释气体的量可精确地匹配于与离开流量计20的主气体混合所需的量。具体地，来自流量计20的主气体穿过阀V3并且在混合点60与离开流量控制器40的稀释气体混合。通过由控制器50控制阀V3的操作来维持精确混合的气体的压力。具体地，控制器50从压力传感器PTl和Pt2接受压力信息，并且将这些信息用于控制阀V3，如下文将更全面地描述。可将混合系统提供给处理设备70，或者废气可离开系统至废物处理设施80。当根据本发明操作时，从源10至混合点60的主气体的压力下降非常小，例如，小于Ipsig ;且优选地小于
0.3psig。在操作中，本发明的系统遵循以下描述的一般顺序。阀Vl打开并且主气体(诸如氟)流过流量控制器20。另外，阀V2打开，以使稀释流开始流过质量流量控制器40。通过压力传感器PTl和PT2测量阀V3两端的压力差，并且该信息被提供给控制器50。因为流量控制器20不需要控制阀，所以在主气体源10和阀V3之间存在非常小的压力下降。因此，当阀V3关闭时压力传感器PTl的压力读数将大约为从主气体源10产生的主气体的压力，例如，对于来自氟生成器的氟，在15psig至20psig之间。当处理设备70需要来自系统的混合气体时，将从混合点60的一般区域汲取气体。最初，阀V3将保持关闭，且压力传感器PT2测量的压力将开始下降，且压力传感器PTl和压力传感器PT2之间的压力差升高。来自压力传感器PTl和PT2的压力读数被提供给控制器
50。可确定基于压力传感器P Tl和PT2处的测量压力值的压差，然后通过控制器50将其与预定压力值进行比较。当压差超过预定压力值时，控制器50提供用于打开阀V3的信号。在打开阀V3之后，主气体和稀释气体在混合点60组合并混合。当处理设备70继续需要混合气体时，主气体和稀释气体混合继续，并且阀V3两端的压差将大致保持在预定压力值。当处理设备70不再需要混合气体时，系统内的气体将开始达到平衡压力，并且压力传感器PTl和PT2所测量的压差将下降。当压差下降到低于控制器50设定的预定值时，阀V3关闭，直至处理设备70需要更多的混合气体。以此方式，系统两端的压力下降最小化。在利用本发明的系统的特定实验中，实施氮与10.5slm氟的运行流的动态混合。最终的产物是在氮混合气体流中20%的氟。以小于0.2psig的压力下降来实现这种混合。本发明的系统具有优于现有技术混合系统的若干优点。具体地，本发明的系统能以非常小的压差操作，例如小于lpsig。这是对采用质量流量控制器的现有技术系统所需的压差的显著改进。此外，本发明的系统通过使用简单的流量计来测量进入系统的主流体的量而去除了很多移动部件。具体地，根据本发明的主流体供应源不需要现有技术所需的具有易于损坏的控制阀的质量流量控制器。另外通过基于流量计所测量的主流体的量来控制用于混合的稀释流体的量，可实现更一致且精确的混合。本发明的更特别的优点是:因为向控制器50提供非常精确的主流体测量，所以在后续循环中，可计入混合所需的稀释流体的量的微小的开始和关闭差异。
本发明的系统可在尺寸上改变以适应从0.1slm至IOOOOslm范围的不同流速。混合比可以是任意感兴趣的值，例如，利用本发明的系统可实现1%至99%的混合比。尽管以上已经具体描述了氟，然而，本发明的系统可用于任意期望的处理流体，诸如用于电子、显示器和太阳能装置制造的那些流体。此外，可使用任意稀释流体，诸如，氩、氮、氦、氢、空气、氧、或甲烷。此外，可使用一种以上的稀释气体，例如，两种或更多种流体流可连续地添加到处理流。可改变主流体和稀释流体的馈送压力以满足处理要求，例如，主流体压力的范围可以是从0.3psig至200psig,且稀释流体压力的范围可以是从5psig至500psig。此外,尽管以上描述了气体混合，然而本发明不限于气体，而是可用于混合两种或更多种液体流或气体和液体流的组合。应当理解，本文所述的实施例仅仅是示例性的，本领域的技术人员可以在不背离本发明精神和范围的前提下进行许多改变和改进。所有的这些改变和改进都包括在以上描述的本发明的范围之内。此外，所披露的所有实施例不一定是选择性的，因为本发明的各实施例可被组合以提供期望·的结果。
权利要求
1.一种混合流体的方法，包括: 通过流量计递送主流体至关闭的控制阀下游的区域； 测量通过所述流量计递送的主流体的量； 测量关闭的控制阀下游的区域中主流体的压力； 通过质量流量控制器递送辅助流体至关闭的控制阀下游的区域； 基于对通过所述流量计递送的主流体的量进行的测量，来控制通过所述质量流量控制器递送的辅助流体的量； 测量关闭的控制阀下游的区域中辅助流体的压力； 比较关闭的控制阀下游和上游 的测量压力； 当测量的下游压力和测量的上游压力之间的差超过预定量时，打开所述控制阀；以及 在所述控制阀上游的区域中混合所述主流体和辅助流体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体是气体。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体是液体。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体是气体和液体。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量的下游压力和所述测量的上游压力之间的差由来自与所述控制阀上游的区域流体连接的处理设备的需求形成。
6.原文缺失。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述处理设备是用于电子装置、显示装置或太阳能电池装置的制造的设备。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将附加流体与所述主流体和辅助流体混合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主流体是氟气体，且所述辅助流体是稀释气体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氟气体由氟生成器产生。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述稀释气体是氩、氮、氦、氢、空气、氧或甲烷。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，主流体以0.3至200psig的压力被递送到所述控制阀下游的区域。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，辅助流体以5至500psig的压力被递送到所述控制阀上游的区域。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主流体经历递送和混合之间小于Ipsig的压力下降。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述压力下降小于0.3psig。
16.一种混合流体的系统，包括: 主流体的源； 与所述主流体的源流体连接的流量计； 辅助流体的源； 与所述辅助流体的源流体连接的质量流量控制器； 流体连接在所述流量计和所述质量流量控制器之间的阀； 用于测量所述阀下游的压力的装置；用于测量所述阀上游的压力的装置；以及 控制装置，用于响应于通过所述流量计递送的主流体的量控制通过所述质量流量控制器递送的辅助流体的量，并且响应于在所述阀的上游和下游进行的压力测量之间的差打开或关闭所述阀。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述流体是气体、液体或气体和液体的组合 ο
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括与所述阀的上游流体连接的处理设备。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述处理设备是用于电子装置、显示装置或太阳能电池装置的制造的设备。
20.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用于与所述主流体和辅助流体混合的附加流体的源。
21.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述主流体是氟气体，且所述辅助流体是稀释气体。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述稀释气体是氩、氮、氦、氢、空气、氧或甲烷。
23.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述主流体的源是氟生成器。
全文摘要
一种用于诸如气体或液体之类的流体的一致且高度精确混合而没有显著压力下降的系统和方法。该系统使用流量计来测量主流体的量，该主流体被提供用于与稀释流体的量混合，该稀释流体的量是基于主流体量的测量来控制的。
文档编号G01F1/00GK103238046SQ201180049734
公开日2013年8月7日 申请日期2011年9月23日 优先权日2010年10月15日
发明者B·M·J-C·科隆布, D·普雷科特, D·L·鲁波特, P·A·斯托克曼 申请人:琳德股份公司