TW201805058A - 流體混合系統、混合系統與應用其之控制混合流體之濃度的方法 - Google Patents

Abstract

一種流體混合系統包含導流裝置、第一、第二、第三管路、調節裝置、流量偵測器與控制單元。導流裝置包含第一、第二入口與出口。第一、第二流體分別自第一、第二管路與第一、第二入口進入導流裝置。第一、第二流體自出口離開導流裝置。第一、第二、第三管路分別連接至第一、第二入口與出口。調節裝置連接第一管路，用以調節第一流體之流動參數。流量偵測器連接至第三管路，用以偵測第一、第二流體的流量。控制單元連接流量偵測器與調節裝置，用以記錄一預定值，並根據流量以控制調節裝置將第一流體之流動參數設定至預定值。

Description

流體混合系統、混合系統與應用其之 控制混合流體之濃度的方法

本揭露是有關於一種流體混合系統。

在半導體、液晶面板等電子產業中，利用二氧化碳氣體(CO₂)與未經處理之超純水(電阻值係數通常≧16MΩ‧cm)混合，使得混合之後的混合液其電阻值係數控制在特定範圍之內，以避免由於超純水本身電阻值係數過高所產生的靜電效應，造成相關產品的破壞或粒體吸附，以提高相關產品的良率。

由於超純水管路系統相關裝置是設置在寸土寸金之無塵室內，為使空間充分利用與考量生產成本，目前接在此相關裝置之下游設備已由單台增加為數台而有連接數目愈來愈多的趨勢。舉例來說，下游設備可為濕洗清洗器或切割、研磨設備等，從最初的一對一，進而一對三，目前業界在作業上已有一對五的配置方式。由於每台清洗器或切割設備在每一瞬間之總和需求水流量不同，造成超純水的水流量 波動會非常地劇烈，常會有二氧化碳氣體無法加入超純水管路中之現象發生，並造成電阻值偏高。若於此時強行加大二氧化碳氣體之壓力或流量，則會發生二氧化碳氣體過量、電阻值偏低且處理過後之超純水水質過酸等問題。

另一方面，當二氧化碳加入超純水後，通常需一段時間(例如約3秒)以讓二氧化碳與超純水充分混合，此時所測得之二氧化碳濃度才較準確。而在測得二氧化碳之濃度後，依回饋之濃度值來調整二氧化碳的加入量亦需一段時間(例如約1至3秒)。亦即超純水管路系統所調整的濃度值為數秒前的濃度，無法即時調整濃度，因此會使得調整後之二氧化碳濃度呈現巨幅震盪，無法將其控制於要求範圍內，可能會造成製程良率的下降。

本揭露之一態樣提供一種流體混合系統，包含導流裝置、第一管路、調節裝置、第二管路、第三管路、流量偵測器與控制單元。導流裝置包含第一入口、第二入口與出口。第一流體自第一入口進入導流裝置。第二流體自第二入口進入導流裝置。第一流體與第二流體自出口離開導流裝置。第一管路連接至導流裝置之第一入口，第一流體自第一管路進入導流裝置。調節裝置連接第一管路，用以調節第一流體之流動參數。第二管路連接至導流裝置之第二入口，第二流體自第二管路進入導流裝置。第三管路連接至導流裝置之出口。流量偵測器連接至第三管路，用以偵測第三管路之 第一流體與第二流體的流量。控制單元連接流量偵測器與調節裝置，用以記錄至少一預定值，並根據流量偵測器測得之流量以控制調節裝置將第一流體之流動參數設定至預定值。

在一或多個實施方式中，流體混合系統更包含濃度偵測器，連接至第三管路與控制單元，用以偵測第三管路之第一流體於第二流體中的濃度，且控制單元根據濃度偵測器測得之濃度以決定預定值。

在一或多個實施方式中，流體混合系統更包含壓力偵測器，連接至第三管路，用以偵測第三管路之第一流體與第二流體的總壓力。

在一或多個實施方式中，壓力偵測器更連接至控制單元。控制單元根據壓力偵測器測得之總壓力以決定預定值。

本揭露之另一態樣提供一種混合系統，包含複數個如上所述之流體混合系統。流體混合系統以並聯、串聯或其組合的方式互相連接。

本揭露之再一態樣提供一種控制混合流體之濃度的方法，包含將第一流體混合至第二流體。偵測混合後之第一流體與第二流體的流量。根據流量將第一流體之一流動參數設定至預定值。

在一或多個實施方式中，當混合後之第一流體與第二流體的流量升高時，設定第一流體之流動參數包含延後一段預定時間後再將第一流體之流動參數設定至預定值。

在一或多個實施方式中，當混合後之第一流體與第二流體的流量降低時，設定第一流體之流動參數包含將第一流體之流動參數設定至高參數值。高參數值大於預定值。將第一流體之流動參數自高參數值調至預定值。

在一或多個實施方式中，方法更包含在流量為定值時，偵測第一流體於第二流體中的濃度。待濃度達到預定濃度值後，記錄第一流體之流動參數以得到預定值。

在一或多個實施方式中，方法更包含在流量改變時，偵測混合後之第一流體與第二流體的總壓力。根據總壓力得到預定值。

因上述實施方式之流體混合系統與其控制方法利用第三管路(即混合流體)的流量直接回饋至控制單元以控制第一流量的流動參數，因此可增加混合流體之濃度的精準度。

100、100’‧‧‧流體混合系統

110‧‧‧導流裝置

112‧‧‧第一入口

114‧‧‧第二入口

116‧‧‧出口

120‧‧‧第一管路

122‧‧‧自動調節閥

124‧‧‧手動調節閥

130‧‧‧調節裝置

140‧‧‧第二管路

150‧‧‧第三管路

152‧‧‧前端部分

154‧‧‧後端部分

160‧‧‧流量偵測器

170‧‧‧控制單元

180‧‧‧混合裝置

190‧‧‧濃度偵測器

195‧‧‧壓力偵測器

900‧‧‧機台

S12、S14、S16、S22、S24、S26‧‧‧步驟

第1圖為本揭露一實施方式之流體混合系統與機台的示意圖。

第2圖為本揭露一實施方式之控制混合流體之濃度的方法的流程圖。

第3圖為第2圖之控制混合流體之濃度的方法於流量變化時的流程圖。

第4圖為本揭露另一實施方式之流體混合系統與機台的示意圖。

第5圖為本揭露一實施方式之混合系統的示意圖。

以下將以圖式揭露本揭露的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

本揭露之一實施方式提供一種流體混合系統與控制混合流體之濃度的方法，以增加混合流體之濃度的精準度。第1圖為本揭露一實施方式之流體混合系統100與機台900的示意圖。流體混合系統100包含導流裝置110、第一管路120、調節裝置130、第二管路140、第三管路150、流量偵測器160與控制單元170。導流裝置110包含第一入口112、第二入口114與出口116。第一流體自第一入口112進入導流裝置110。第二流體自第二入口114進入導流裝置110。第一流體與第二流體自出口116離開導流裝置110。第一管路120連接至導流裝置110之第一入口112，第一流體自第一管路120進入導流裝置110。調節裝置130連接第一管路120，用以調節第一流體之流動參數，例如為第一流體之壓力或流量。第二管路140連接至導流裝置110之第二 入口114，第二流體自第二管路140進入導流裝置110。第三管路150連接至導流裝置110之出口116。流量偵測器160連接至第三管路150，用以偵測第三管路150之第一流體與第二流體的流量。控制單元170連接流量偵測器160與調節裝置130，用以記錄至少一預定值，並根據流量偵測器160測得之流量以控制調節裝置130將第一流體之流動參數設定至預定值。在一些實施方式中，當流動參數為壓力時，預定值為預定壓力值，而當流動參數為流量時，預定值為預定流量值。

在操作上，請一併參照第2圖，其為本揭露一實施方式之控制混合流體之濃度的方法的流程圖。首先如步驟S12所示，將第一流體混合至第二流體。在一些實施方式中，第一流體可為氣體，例如二氧化碳，而第二流體可為液體，例如超純水，因此本實施方式之流體混合系統100可用以混合二氧化碳與超純水，藉由調控二氧化碳於超純水內的濃度，以達成所需之混合液體的電阻值。然而在其他的實施方式中，第一流體與第二流體可皆為液體或皆為氣體，流體混合系統100可作為滴定或其他合適用途，端視實際情形而定。

第一流體沿著第一管路120而到達導流裝置110，第二流體沿著第二管路140而到達導流裝置110。第一流體與第二流體在導流裝置110中混合，混合後之第一流體與第二流體便自導流裝置110之出口116離開，並進入第三管路150中。

接著如步驟S14所示，偵測混合後之第一流體與第二流體(以下簡稱混合流體)的流量。具體而言，流體混合系統100可應用至一對多系統(即一台流體混合系統100搭配多台使用混合流體之機台900，與/或搭配具有多道用水量之機台900，在此以搭配具有多道用水量之機台900作解說)。當流體混合系統100自供應一道用水量(稱為單刀)轉換為供應多道用水量(稱為雙刀)時，第三管路150之混合流體的流量便會產生變化，亦即當單刀狀態轉換為雙刀狀態時，混合流體的流量會增加，反之則減少。

接著如步驟S16所示，根據混合流體的流量將第一流體之流動參數設定至一預定值。在此先以壓力為流動參數且預定值為預定壓力值作說明。具體而言，流量偵測器160測得變化後之混合流體的流量後，便回饋至控制單元170。而控制單元170會根據所測得之流量以找到對應的預定壓力值，其中預定壓力值為在不同情況下，第一流體所對應的壓力。

舉例而言，當機台900處於單刀狀態時，混合流體的流量較小(稱為第一混合流量)，所需之第一流體的量也較低，亦即第一流體的壓力會較低，此為第一壓力值。當機台900處於雙刀狀態時，混合流體的流量較大(稱為第二混合流量)，所需第一流體的量也較高，亦即第一流體的壓力會較高，此為第二壓力值。如此一來，當流量偵測器160偵測到第一混合流量時，控制單元170便控制調節裝置130以將第一流體之壓力設定在第一壓力值，而當流量偵測器 160偵測到第二混合流量時，控制單元170便控制調節裝置130以將第一流體之壓力設定在第二壓力值，如此一來便能夠在短時間內將混合流體之濃度控制在目標範圍內。

在另一實施方式中，以第一流體之流量為流動參數且預定值為預定流量值作說明。具體而言，流量偵測器160測得變化後之混合流體的流量後，便回饋至控制單元170。而控制單元170會根據所測得之流量以找到對應的預定流量值，其中預定流量值為在不同情況下，第一流體所對應的流量。

舉例而言，當機台900處於單刀狀態時，混合流體的流量較小(稱為第一混合流量)，所需之第一流體的量也較低，亦即第一流體的流量會較低，此為第一流量值。當機台900處於雙刀狀態時，混合流體的流量較大(稱為第二混合流量)，所需第一流體的量也較高，亦即第一流體的流量會較高，此為第二流量值。如此一來，當流量偵測器160偵測到第一混合流量時，控制單元170便控制調節裝置130以將第一流體之流量設定在第一流量值，而當流量偵測器160偵測到第二混合流量時，控制單元170便控制調節裝置130以將第一流體之流量設定在第二流量值，如此一來便能夠在短時間內將混合流體之濃度控制在目標範圍內。

綜合上述，因本實施方式之流體混合系統100利用第三管路150的流量直接回饋至控制單元170以控制第一流量的壓力或流量，因此可增加混合流體之濃度的精準度。詳細而言，混合流體之濃度變化較為遲緩，若在第三管 路150測得之濃度偏移一預定值才回饋第一流體之壓力或流量，則可能發生過度回饋的現象，此時便需要再度反方向做回饋，因此混合流體之濃度便會呈現巨幅振盪，難以達到可接受的穩定值。然而流量為即時性的變化，因此當本實施方式之流體混合系統100偵測到混合流體之流量變化後，可準確地回饋第一流體之壓力或流量，因此混合流體之濃度便可控制在目標範圍內。在一實施例中，當第一流體為二氧化碳，且第二流體為超純水時，使用本實施方式之流體混合系統100，混合液體之電阻值(與第一流體的濃度呈反比)可維持在±0.1MΩ‧cm的精度內。

接著請回到第1圖。在一些實施方式中，為了縮短離子化的時間，流體混合系統100可更包含混合裝置180。詳細而言，第三管路150可包含前端部分152與後端部分154。前端部分152連接導流裝置110與混合裝置180，而後端部分154則連接混合裝置180與機台900，而流量偵測器160可置於第三管路150之後端部分154。在一些實施方式中，混合裝置180的內部可埋設有能夠改變第二流體層流運動的速度梯度或形成湍流，或能在流體運動斷面方向產生劇烈的渦流的一混合器模組，例如可為靜態混合器(Static Mixer)、球型混合器、多孔空心纖維或透氣薄膜、轉子、電動攪拌器等裝置所構成，因此能在短距離內發揮第一流體與第二流體均勻混合的效果。

接著將介紹如何得到預定值(如上述之第一壓力/流量值與第二壓力/流量值)。在一些實施方式中，流體 混合系統100更包含濃度偵測器190，連接至該第三管路150，例如連接至第三管路150之後端部分154。濃度偵測器190用以偵測第三管路150之第一流體於第二流體中的濃度。濃度偵測器190更連接至控制單元170。控制單元170根據濃度偵測器190測得之濃度以決定預定值。在一些實施方式中，濃度偵測器190可為電阻值偵測器、酸鹼度偵測器、折射率偵測器或其他合適的偵測器。只要能夠偵測到第一流體於第二流體中的濃度，即在本揭露之範疇中。而在本實施方式中，濃度偵測器190為電阻值偵測器。

在進行第2圖之操作前，可先確定於各狀態下之預定值。舉例而言，首先機台900處於單刀狀態，此時流體混合系統100只供應一道混合流體至機台900，因此第三管路150之流量固定為第一混合流量。在此狀態(單刀狀態)下，設定一目標電阻值(目標濃度)，例如為第一電阻值。控制單元170開始控制調節裝置130，利用改變第一流體之壓力/流量而改變混合流體的電阻值。當濃度偵測器190測到之電阻值穩定在第一電阻值時，控制單元170便記下當下第一流體之壓力(稱為第一壓力值)或流量(稱為第一流量值)，因此第一壓力值即為單刀狀態的預定壓力值，而第一流量值即為單刀狀態的預定流量值。

接著，機台900處於雙刀狀態，此時流體混合系統100供應兩道混合流體至機台900，因此第三管路150之流量固定為第二混合流量。在此狀態(雙刀狀態)下，設定另一目標電阻值(目標濃度)，例如為第二電阻值。控制單元 170再度控制調節裝置130以改變混合流體的電阻值。當濃度偵測器190測到之電阻值穩定在第二電阻值時，控制單元170便記下當下第一流體之壓力(稱為第二壓力值)或流量(稱為第二流量值)，因此第二壓力值即為雙刀狀態的預定壓力值，而第二流量值即為雙刀狀態的預定流量值。完成上述步驟後即可得到表一的各參數。

綜合上述，在每一狀態下，流體混合系統100之第三管路150的混合流體之流量皆為定值，藉由濃度偵測器190回饋控制單元170，以找出各狀態下達成目標濃度(目標電阻值)的預定壓力/流量值，控制單元170便可將這些預定壓力/流量值與對應之混合流體之流量記錄下來。待流體混合系統100開始操作時，控制單元170便可藉由流量偵測器160所測得的混合流體之流量找出對應之預定壓力/流量值，進而立即回饋調節裝置130，以達到快速又準確的濃度控制。

在一些實施方式中，在多個狀態之間互相轉換後，第三管路150的混合流體之流量不一定會與啟始流量相同。舉例而言，當單刀狀態轉換為雙刀狀態又回到單刀狀態後，此時的流量不一定仍為第一混合流量，而是有些微偏移。在此狀況下，控制單元170可以微調第一流體的流動參數，以得到新的預定值。

在此以壓力為流動參數且預定值為預定壓力值作說明。具體而言，在一些實施方式中，流體混合系統100更包含壓力偵測器195，連接至第三管路150，例如連接至第三管路150的前端部分152。壓力偵測器195用以偵測第三管路150之混合液體的總壓力。壓力偵測器195更連接至控制單元170。控制單元170根據壓力偵測器195測得之總壓力以決定預定壓力值。

詳細而言，在取得各狀態下的預定壓力值時，控制單元170先一併取得混合液體的總壓力，亦即在單刀狀態時為第一總壓力，且在雙刀狀態時為第二總壓力。之後取得總壓力與第一流體之壓力之間的壓力差，亦即第一壓力差與第二壓力差。接著，當在操作時，回到單刀狀態後，控制單元170先取得總壓力值，若總壓力值從第一總壓力變為第三總壓力，則第一流體之壓力便一併變更為第三壓力值(為第一總壓力與第一壓力差的和)，因此第三壓力值則為單刀狀態下更新之預定壓力值。同樣的，當在操作時，回到雙刀狀態後，控制單元170先取得總壓力值，若總壓力值從第二總壓力變為第四總壓力，則第一流體之壓力便一併變更為第 四壓力值(為第四總壓力與第二壓力差的和)，因此第四壓力值則為雙刀狀態下更新之預定壓力值。表二即為各狀態下的混合流體之流量、總壓力、第一流體之壓力與壓力差值。

如此一來，藉由上述的程序，流體混合系統100便能持續且準確地將混合流體的濃度維持在目標濃度的範圍中。

接著再討論當混合流體之流量變化時所伴隨的虹吸效應。請一併參照第1圖與第3圖，其中第3圖為第2圖之控制混合流體之濃度的方法於混合流體之流量變化時的流程圖。在此以壓力為流動參數且預定值為預定壓力值作說明。具體而言，因雙刀狀態的混合流體之流量較大，所以第二壓力值較第一壓力值大。如步驟S14所示，偵測混合流體的流量。當單刀狀態轉變為雙刀狀態(即混合流體之流量升高)時，第三管路150會產生虹吸效應。虹吸效應會使混合流體流動增快，若在此當下控制單元170立刻將第一流體的壓力調至第二壓力值的話，第一流體於第二流體中的濃度會 過濃。因此如步驟S22所示，控制單元170可延後一段預定時間(例如1秒)後再將第一流體之壓力設定至第二壓力值。此段預定時間便可補償虹吸效應，使得第一流體於第二流體中的濃度維持在目標濃度的範圍內。上述之步驟亦可應用於流動參數為第一流體之流量的情況，因此便不再贅述。

接著再討論當流量變化時所伴隨的水錘效應。請一併參照第1圖與第3圖。如步驟S14所示，偵測混合流體的流量。當雙刀狀態轉變為單刀狀態(即混合流體之流量降低)時，第三管路150會產生水錘效應，亦即混合流體會被閘門堵住而回衝的現象。水錘效應會使混合流體回衝，若在此當下控制單元170立刻將第一流體的壓力調至第一壓力值的話，第一流體於第二流體中的濃度會過低。因此如步驟S24所示，控制單元170可先將第一流體之壓力設定至一高壓力值(亦稱為高參數值)，此高壓力值大於第二壓力值與第一壓力值。接著如步驟S26所示，控制單元170將第一流體之壓力自高壓力值調至第一壓力值。如此一來，高壓力值便可補償水錘效應，使得第一流體於第二流體中的濃度維持在目標濃度的範圍內。在一些實施方式中，步驟S24可維持數微秒(例如0.3秒)的時間，此段時間端視實際需求而定。上述之步驟亦可應用於流動參數為第一流體之流量的情況，而高參數值即為高流量值，其大於第二流量值與第一流量值，因此便不再贅述。

接著請參照第4圖，其為本揭露另一實施方式之流體混合系統100與機台900的示意圖。調節裝置130可為自 動調節閥、手動調節閥或其組合。舉例而言，在本實施方式中，調節裝置130包含自動調節閥122與手動調節閥124。自動調節閥122可利用電腦程式以調節第一流體的流動參數(即壓力或流量)，而手動調節閥124可包含多個閥，其為不同狀態(如單刀狀態與雙刀狀態)的閥。在正常時段時，可使用自動調節閥122以調節第一流體的流動參數，然而當自動調節閥122有異常時，可轉換至手動調節閥124，以手動方式轉換第一流體的流動參數。如此的設置可維持流體混合系統100的運轉，以減少流體混合系統100停機的時間，亦可使得維修時間更具彈性。至於本實施方式的其他細節皆與第1圖相似，因此便不再贅述。

請參照第5圖，其為本揭露一實施方式之混合系統的示意圖。在本實施方式中，混合系統包含複數個流體混合系統100、100’，其可互相串聯，以將第二流體作多步驟的混合。舉例而言，流體混合系統100可為超純水系統，負責改變第二流體的電阻值，而流體混合系統100’可為藥液系統(Diamaflow)，負責改變第二流體的酸鹼度混合比例，因此第二流體的性質即可由一連串的流體混合系統而改變。在其他的實施方式中，流體混合系統100可連接至多個流體混合系統100’(即一對多或並聯)，或者可串聯三個以上的流體混合系統，端視實際需求而定。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和 範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧流體混合系統

110‧‧‧導流裝置

112‧‧‧第一入口

114‧‧‧第二入口

116‧‧‧出口

152‧‧‧前端部分

154‧‧‧後端部分

160‧‧‧流量偵測器

170‧‧‧控制單元

180‧‧‧混合裝置

120‧‧‧第一管路

130‧‧‧調節裝置

140‧‧‧第二管路

150‧‧‧第三管路

190‧‧‧濃度偵測器

195‧‧‧壓力偵測器

900‧‧‧機台

Claims (10)

1. 一種流體混合系統，包含：一導流裝置，包含一第一入口、一第二入口與一出口，一第一流體自該第一入口進入該導流裝置，一第二流體自該第二入口進入該導流裝置，該第一流體與該第二流體自該出口離開該導流裝置；一第一管路，連接至該導流裝置之該第一入口，該第一流體自該第一管路進入該導流裝置；一調節裝置，連接該第一管路，用以調節該第一流體之一流動參數；一第二管路，連接至該導流裝置之該第二入口，該第二流體自該第二管路進入該導流裝置；一第三管路，連接至該導流裝置之該出口；一流量偵測器，連接至該第三管路，用以偵測該第三管路之該第一流體與該第二流體的流量；以及一控制單元，連接該流量偵測器與該調節裝置，用以記錄至少一預定值，並根據該流量偵測器測得之該流量以控制該調節裝置將該第一流體之該流動參數設定至該預定值。
2. 如請求項1所述之流體混合系統，更包含一濃度偵測器，連接至該第三管路與該控制單元，用以偵測該第三管路之該第一流體於該第二流體中的濃度，且該控制單元根據該濃度偵測器測得之該濃度以決定該預定值。
3. 如請求項1所述之流體混合系統，更包含一壓力偵測器，連接至該第三管路，用以偵測該第三管路之該第一流體與該第二流體的總壓力。
4. 如請求項3所述之流體混合系統，其中該壓力偵測器更連接至該控制單元，該控制單元根據該壓力偵測器測得之該總壓力以決定該預定值。
5. 一種混合系統，包含：複數個如請求項1所述之流體混合系統，其中該些流體混合系統以並聯、串聯或其組合的方式互相連接。
6. 一種控制混合流體之濃度的方法，包含：將一第一流體混合至一第二流體；偵測混合後之該第一流體與該第二流體的流量；以及根據該流量將該第一流體之一流動參數設定至一預定值。
7. 如請求項6所述之方法，其中當混合後之該第一流體與該第二流體的流量升高時，設定該第一流體之該流動參數包含：延後一段預定時間後再將該第一流體之該流動參數設定至該預定值。
8. 如請求項6所述之方法，其中當混合後之該第一流體與該第二流體的流量降低時，設定該第一流體之該流動參數包含：將該第一流體之該流動參數設定至一高參數值，該高參數值大於該預定值；以及將該第一流體之該流動參數自該高參數值調至該預定值。
9. 如請求項6所述之方法，更包含：在該流量為定值時，偵測該第一流體於該第二流體中的濃度；以及待該濃度達到一預定濃度值後，記錄該第一流體之該流動參數的值以得到該預定值。
10. 如請求項6所述之方法，更包含：在該流量改變時，偵測混合後之該第一流體與該第二流體的總壓力；以及根據該總壓力得到該預定值。