专利名称：尾气回收系统及其换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气相沉积技术，尤其是对金属有机化学气相沉积设备的尾气回收系统结构。
背景技术：
半导体照明是一个飞速发展的产业。在这个产业中，生产型金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统是生产半导体照明用发光二级管(LED)必需的关键设备。产业大发展促使MOCVD的数量迅速增加。目前，我国拥有的MOCVD设备已经超过500台。生产蓝光、绿光LED用的MOCVD设备会产生含有氨气(NH3)、氮气(N2)和氢气(H2)的大量尾气，MOCVD的尾气处理是一个亟待解决的问题。 随着环境保护的要求和意识的提高，原有的水洗式尾气处理设备因为达不到排放指标，已经基本被淘汰。新的尾气处理设备是采用等离子体燃烧的技术，通过燃烧的方法把IIIa族氮化物用的MOCVD所产生的含大量NH3的尾气转化成水、N2等无污染的气体进行排放。这种燃烧式尾气处理器虽然在一定程度上解决了水洗式处理器的问题，但是它把大量的高纯NH3、H2、N2等都作为废气进行燃烧，不仅在燃烧处理过程中要消耗大量的电力，还造成了浪费，因为高纯NH3、H2、N2等气体，尤其是高纯NH3的价格很高。在MOCVD设备中的NH3实际利用率甚至低于20%，因此传统的处理方法把大量的NH3作为废气处理掉了，造成了极大的浪费。在LED生产过程中会用到大量的氮气。氮气一般采用液氮气化的方式来供应，因LED工厂都备有液氮储罐以及液氮气化用的汽化器等设备。液氮在气化过程中会吸收大量的热。目前而言，液氮气化吸收的热量主要是来源于周围的空气，况且包括液氮储罐和汽化器的液氮站都建在室外，所以液氮在气化过程中能够提供的冷却能力没有得到充分利用，也造成了大的浪费。此外，用MOCVD生产LED的过程中会产生大量的热，需要专门的冷却系统为MOCVD设备提供适当温度的冷却水，造成了很大的电力消耗。综上所述，提供一种尾气回收系统，能充分回收利用上述各种能源是目前亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种换热器以及采用这种换热器组装的尾气回收系统，能高效处理和回收尾气，并使之循环再用。这种换热器，包括:尾气通道，所述尾气通道由若干条具有共同入口和出口的第一支管构成；填充有吸热流体的吸热通道，所述吸热通道包括与所述第一支管数量相当的第二支管，所述第一支管嵌套于所述第二支管内，用于所述吸热流体与尾气进行热交换。优选地，所述第二支管的横截面与所述第一支管的横截面为同心圆。
优选地，还包括完全包覆于所述吸热通道外的保温通道，所述保温通道填充有保温流体。优选地，所述尾气通道内的尾气流动方向与所述吸热通道内的吸热流体流动方向相逆。本发明还提供一种采用上述换热器组装的尾气回收系统，用于处理金属有机化学气相沉积设备由其尾气管排放的尾气，包括与所述尾气管连接的第一换热组，所述第一换热组由多个第一换热器串联组成；每个第一换热器设有配套的流体收集罐；所述第一换热器包括:用于尾气输送的尾气通道，所述尾气通道由若干条具有共同入口和出口的第一支管构成；所述出口一方面用于与所述入口配合使两相邻尾气通道形成首尾相接并输送尾气，另一方面用于与所述流体收集罐连接，用于输送和收集液化后的流体；容纳有吸热流体的吸热通道，其包括与所述第一支管数量相当的第二支管，所述第一支管嵌套于所述第二支管内，用于所述尾气及吸热流体之间的热传递。优选地，所述第二支管的横截面与所述第一支管的横截面为同心圆。优选地，所述尾气 的流动方向与所述吸热流体的流动方向相逆。优选地,所述吸热通道包括用于吸热流体流通的入口和出口，所述入口一方面用于与所述出口配合使两相邻吸热通道之间形成首尾相接，另一方面用于与吸热流体输出管连接，进行吸热流体的补给。优选地，所述第一换热器还包括包覆于所述吸热通道和尾气通道外的保温通道；保温通道还包括入口和出口，用于两相邻的保温通道之间形成首尾相接以及保温流体的流通。优选地，所述保温通道连接有温控装置，用于保证所述保温流体的工作温度范围为-100 100。。。优选地，所述第一换热组末端连接一检测装置，用于检测从所述第一换热组末端输出的气体成分。优选地，所述第一换热组始端与尾气管之间设有第一压缩装置，其包括压缩机及与所述压缩机配套连接的阀门和压力表。优选地，所述第一换热组末端设置有第一缓冲装置与所述吸热通道出口连接，用于所述吸热流体的回收再利用；所述第一缓冲装置包括压力缓冲罐及与其配套连接的压力表、阀门。优选地，所述检测装置出口连接有气体分离器，用于分离氮气和氢气。优选地，所述检测装置与所述气体分离器之间还设有第二压缩装置，其包括压缩机及与所述压缩机配套连接的阀门和压力表。优选地,这套尾气回收系统还包括:第二缓冲装置，其包括压力缓冲罐及与其配套连接的压力表、阀门；以及第二换热组，其至少包括一个与所述第一换热器结构相同的第二换热器；所述第二换热器的尾气通道入口、出口分别与所述第一压缩装置出口、所述第一换热组始端的尾气通道入口对应连接；所述第二换热器的吸热通道入口、出口分别与所述流体收集罐的出口、第二缓冲装置入口连接。
优选地，所述第二换热组与第二缓冲装置之间还串联有第三换热组，所述第三换热组至少包括一个与所述第一换热器结构相同的第三换热器；所述第二换热器的的吸热通道入口、出口分别与所述第二换热器的吸热通道出口、第二缓冲装置入口连接；所述第三换热器的尾气通道入口与保温流体输出端连接，用于保温流体的流通。优选地，所述流体收集罐与所述第一换热器的尾气通道出口之间还设有阀门。优选地，所述气体分离器为钯膜分离器。本发明与现有技术相比，有益效果体现在:1、本发明利用高纯气体工业常用的成熟的物理过程和技术，结合MOCVD设备的特点和要求，可以在实现富含高纯氨气、氢气和氮气的尾气的回收和再利用同时，充分利用MOCVD系统产生的热量和液氮冷却能力，起到节能降耗的作用。实现了高纯氨气、氢气和氮气的尾气的分离、回收再利用，降低环境污染的同时，也降低了原材料和能源的消耗。2、利用了 MOCVD运行过程中产生的较高温的冷却水，作为保温流体进入尾气回收系统中，把热量传递给吸热流体而得到重新冷却后流回MOCVD系统中给MOCVD降温既保证了氨气液化或液氮气化工艺所需的温度条件连续可控，也免去了 MOCVD外设的专用冷却系统的部分成本，更降低了电力消耗。3、尾气分离到回收再利用，整个过程可以密闭循环，减小了传统尾气排放方式所存在的爆燃的危险。4、实现了 MOCVD系统的零排放，降低了 MOCVD系统正常运转所需的尾气排放需求，也降低了尾气排放所需的排风系统的配置需求，进而节省MOCVD的配套设施成本和运营成本。本发明可以 在蓝绿光LED行业广泛应用，不仅解决了 MOCVD尾气对环境的污染问题，节省LED生产商的原材料消耗，实现“零排放”，降低成本，提高竞争力，还促进半导体照明产品早日替代传统照明产品，实现绿色环保的目标。
图1为本发明实施例1尾气回收系统的结构示意图。图2为本发明实施例1第一换热器的结构示意图。图3为本发明实施例2第一换热器的结构示意图。图4为本发明实施例2尾气回收系统的结构示意图。图5为本发明实施例3尾气回收系统的结构示意图。图6为本发明实施例4尾气回收系统的结构示意图。图7为本发明实施例5尾气回收系统的结构示意图。图8为本发明实施例6尾气回收系统的结构示意图。图9为本发明实施例7尾气回收系统的结构示意图。图10为本发明实施例8尾气回收系统的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明实施例作具体说明。实施例1
本实施例的尾气回收系统，用于处理MOCVD设备由尾气管30产生的尾气。可对所述尾气进行分离、回收或再利用。由于MOCVD常用氮族元素为沉积气源，因此常见的尾气成分主要为氨气，并掺杂有一定量的氮气和氢气。本实施例即以上述尾气组分为例，介绍这种尾气回收系统的结构及操作方法。如图1所示，该尾气回收系统包括:(一 )吸热流体输出端10:常用的吸热流体可为液氨、液氮、水或空气；各种吸热流体可视实际工艺不同而调整。( 二)第一压缩装置20:其包括压缩机Cl及与所述压缩机Cl配套连接的阀门G和压力表P。所述第一压缩装置20与所述尾气管30连接，用于提高尾气的压强，提高氨气的液化温度。这种结构与不设置第一压缩装置20相比，能使吸热流体在较高温度下，比如(TC以上，吸收较少的热量让氨气液化。(三)第一换热组40，第一换热组40始端与所述尾气管30连接，用于液化氨气。本实施例的第一换热组40包括4个串联的液氮/尾气第一换热器(NWHE);每个NWHE均连接有流体收集罐(YAG)，用于容纳液化后的氨。YAG—般由耐腐蚀的金属材料制作。本实施例的发明原理是利用换热技术，结合氨气放热或加压易液化的特点，从混合尾气中分离回收。因此尾气中大部分氨气会在该NWHE中放热而液化。参见图1、2所示，每个NWHE包括:其一，容纳所述尾气的尾气通道41。所述尾气通道41由4条具有共同入口 41A和出口 41B的多根第一支管41C构成，本领域技术人员可以知道，第一支管4C的数目可以根据尾气处理量来调整和尾气回收系统设计 容量来调整。两相邻的尾气通道41之间，在前的尾气通道出口 41B与在后尾气通道入口 41A配合，使尾气通道41形成首尾相接用于输送尾气。为了达到一些特定功能目的，本领域技术人员应该知道，所述尾气通道出口 41B可作一些特别处理，例如将尾气通道出口 41B制作为Y字型或T字型，或者连接一叉路管件，使尾气通道出口 41B延伸出一支路出口，用于与所述NWHE连接，输送和收集净化后的流体。其中，为了方便控制，每个出口 41B与对应的NWHE之间还设有阀门G。另一方面，为了避免尾气腐蚀或二次污染的产生，所述尾气通道41由耐腐蚀的管件和法兰盘焊接而成。其二，容纳有吸热流体的吸热通道42，其包括与所述第一支管41C数量相当的第二支管42C，所述第一支管41C嵌套于所述第二支管42C内，用于所述尾气及吸热流体之间的热传递。优选地，所述第二支管42C的横截面与所述第一支管41C的横截面为两同心圆，使得第一支管41C能完全嵌套于第二支管42C内部，与吸热通道42内的吸热流体充分进行热传递。进一步地，为了使吸热流体充分利用，吸热通道42设置有入口 42A和出口 42B，使两相邻的吸热通道42之间，在前的吸热通道出口 42B与在后的吸热通道入口 42A配合，使吸热通道42形成首尾相接用于输送吸热流体。类似地，所述入口 42A还可制作为Y字型或T字型，或者连接一叉路管件，使吸热通道42入口延伸一支路入口与所述吸热流体输出端10连接，用于往吸热通道42中补给必要的液氮。类似地，所述吸热通道42由耐腐蚀的管件和法兰盘焊接而成。为了热交换的充分进行，尾气在尾气通道41中的流动方向与所述吸热流体的流动方向相逆。故此，尾气通道41与吸热通道42的入口分别设置在NWHE相对的两侧。这样，由4个各带有YAGl 4的NWHEl 4通过其尾气通道41、吸热通道42串联成第一换热组40，配套设有4个NWHE和其对应阀门G。(五)检测装置A。为了便于监控第一换热组40的工作情况，随时反映从第一换热组40末端废气(除去氨气后的尾气，主要成分为氮气和氢气)品质，该尾气回收系统还包括检测装置A，一般装设在第一换热组40的末端。下面，介绍这种尾气回收系统的操作方法。步骤一，按照图1组装NWHE:使4个NWHE中的尾气通道41、吸热通道42首尾相接，形成串联的NM1E。每个NWHE尾气通道出口 41B延伸的支路出口与一 YAG连接，形成第一换热组40。使MOCVD尾气管30依次与第一压缩装置20、第一换热组40的尾气通道41连接；使吸热流体输出端10与第一换热组40的吸热通道42连接，输入吸热流体液氮。从尾气管30输出的尾气，经过第一压缩装置20，使尾气压强升高至0.1-200个大气压，使尾气的液化温度达到0°c以上，让氨气液化过程能够在o°c以上完成。同时打开吸热流体输出端10，使吸热流体进入各个吸热通道42的第二支管42C中。然后打开压缩机Cl阀门G，使压缩后的尾气进入第一换热组40，依次流经NWHEl 4 ;打开对应的YAGl 4阀门G。步骤二，液化。当尾气从NWHEl的尾气通道入口 41A流向其出口 41B的过程中，尾气被分流到每一根第一支管41C中，每根第一支管41C外均包覆有填充液氮的第二支管42C，使尾气与液氮在流动过程充分进行热交换。液氮吸收尾气热量，让尾气中的氨气放热液化，并随着尾气通道41流出。氨气液化后随即通过NWHEl的支路出口流入对应的YAGl中；未液化的氨气及氮气、氢气则通过尾气通道出口 41B进入NWHE2中。另一方面，吸热流体液氮吸收氨气液化所放出的大量热能后，逐渐从液态变为气态，各种状态的吸热流体从出口进入NWHE2中，再次对后续的尾气吸热直到输送到第一换热组40的末端。所述吸热流体输出端10则通过支路入口往所述吸热通道42中不断补给必要的液氮。尾气依次流经NWHE2 4的情况与NWHEl相似，在此不再赘述。其中，若任意一 YAG容量已满，可关闭阀门G，方便更换新的YAG ;也可以引导液氮用作其他用途。经过NWHEl 4处理后的尾气，氨气基本被液化，其在尾气中的含量低于lOppm。液氨被收集到YAGl 4中，每个YAG中的液氨纯度很高，可用作其他制作工艺。步骤三，此时，从NWHE4尾气通道出口 41B输出的废气(含有大量氮气和氢气)流经检测装置A在线分析废气成分状况和氨含量。检测装置A显示该废气已达到国家的直排标准，则可合格排放。步骤四，由第一换热组40末端吸热通道出口 42B输出的液氮，由于吸收了大量热能而气化，最终以气态氮气从NWHE4的吸热通道出口 42B排出。实施例2本实施例的尾气回收系统与实施例1相比，每个NWHE的结构进行了改进，增加了保温通道43，如图3所示:每个NWHE的尾气通道41和吸热通道42外包覆一保温通道43，使吸热通道42完全浸没于一充有保温液体的保温通道43中。该保温通道43可以是完全包覆于所述吸热通道42的管路，也可以是一箱体。其还设有用于保温液体流通的入口 43A和出口 43B，位于第一换热组40始端NWHE的保温通道入口 43A与保温流体输出端50连接，容纳温度较高的保温流体；两相邻的保温通道 43之间通过各自的出口 43B和入口 43A首尾相接，用于保温流体流经整个第一换热组40，从第一换热组40末端的保温通道43出口回收温度较低的保温流体。所述保温通道43还连接有温控装置(图中未示出)，用于保证所述保温流体的工作温度范围为-100 100°C。保温通道43主要是在氨气液化过程发出的热量不足以使吸热通道42中的液氮气化时，用来提供液氮气化所需的额外热量。这部分热量可以采用MOCVD系统运行时所产生的大量冷却水。通常该冷却水的温度较高，达到50 100°C，为了消除冷却水的余热现有技术需要采用额外的冷却系统来达到，不仅增加设备投入成本，更要耗费大量的电力。但是，本实施例中尾气没有通过第一压缩装置加压，尾气的压强不够高，氨气的液化温度不够高，则氨气液化必须在很低的温度，比如_30°C，液化过程所放出的热量也不足以让液氮升温至(TC以上，此时很可能将导致保温通道43的冷却水凝结成冰而无法工作，导致液态水的工作温度范围不能满足工艺的实际需要。需用防冻剂代替液态水作为保温流体使液氮最终能气化。防冻剂例如为RH、R123、乙二醇、甲醇等，从保温流体输出端50输送入保温通道43中，其工作温度可控制在-30 20°C之间，配合温控装置来调整保留流体自身的温度。从第一换热组40末端流出的防冻剂又可以回收用于MOCVD冷却水的冷却处理。又例如，防冻剂还可以用空气代替，空气的工作温度为-30 20°C之间。本实施例保温通道43的引入，使MOCVD的余热能再利用，且不再需要另行增加冷却设备，一举两得，大大节省能源及成本。本实施例对NWHE进行了改进，增加了保温通道43，为吸热流体液氮的气化提供另一条热量补给途径。这样氨气即使在较高温度下液化，也能保证液氮能在第一换热组40末端以气态排出。因此，本实施例可省略实施例1中的第一压缩装置20，改由第一换热组40的始端与MOCVD的尾气管30直接相连即可，参见图4所示。其余结构及其连接关系可参考实施例1所示，在此不再 赘述。本实施例的尾气回收系统操作方法如下，结合图3、4所示，步骤一、按照图3组装NWHE:使4个NWHE中的尾气通道41之间首尾相接、吸热通道42之间首尾相接，形成串联的NWHE。每个NWHE尾气通道出口 41B延伸的支路出口与一YAG连接，形成第一换热组40。使MOCVD尾气管30依次与第一换热组40的尾气通道41、检测装置A连接；使吸热流体输出端10与第一换热组40的吸热通道42连接；使保温流体输出端50与所述第一换热组40中保温通道43连接。从尾气管30输出的尾气，经过始端NWHE的尾气通道41输入第一换热组40。同时打开吸热流体输出端10、保温流体输出端50，使吸热流体、保温流体分别进入吸热通道42、保温通道43中。让尾气依次流经NWHEl 4与吸热流体进行热交换；打开对应的YAGl 4阀门G。步骤二 三,参见实施例1所示。步骤四，由第一换热组40末端吸热通道42出口输出的液氮，由于吸收了氨气液化放出的热量以及保温流体所补给的热，顺利气化，最终以气态氮气从NWHE4的吸热通道42出口排出。实施例3本实施例是在实施例2的尾气回收系统基础上增加实施例2的第一压缩装置20，如图5所示。第一压缩装置的引入进一步保证尾气在较高温度液化，更能保证保温流体能工作在较高温度，比如0°C以上，减少控制保温流体温度的困难，也使水作为保温流体成为可能。本实施例的保留流体为水，其工作温度范围为O 50°C，可配合温控装置调节。其余器件结构请结合实施例2所示。本实施例尾气回收系统的操作方法如下，如图3、5所示:步骤一、按照图5组装NWHE:使4个NWHE中的尾气通道41之间首尾相接、吸热通道42之间首尾相接，形成串联的NWHE。每个NWHE尾气通道出口 41B延伸的支路出口与一YAG连接，形成第一换热组40。使MOCVD尾气管30依次与第一压缩装置20、第一换热组40的尾气通道41连接、第一缓冲装置60、检测装置A连接；使吸热流体输出端10与第一换热组40的吸热通道42连接，保温流体与所述第一换热器中保温通道43连接。从尾气管30输出的尾气，经过第一压缩装置20，使尾气压强升高至0.1-200个大气压，使尾气的液化温度升高到E以上，让氨气液化过程能够在E以上完成。同时打开吸热流体输出端10、保温流体输出端50，使吸热流体、保温流体分别进入吸热通道42、保温通道43中，经过始端NWHE的尾气通道41输入第一换热组40。打开第一压缩装置20的阀门G，让尾气进入第一换热组40，依次流经NWHEl 4与吸热流体进行热交换；打开对应的YAGl 4阀门G。步骤二 四，参见实施例2所示。实施例4如图6所示，本实施例是在实施例3的尾气回收系统基础上，在第一换热组40末端设置第一缓冲装置60与所述吸热通道出口 42B连接，用于所述吸热流体液氮的回收再利
用。 由于液氮在吸热通道42的传输中仅作为冷却剂，并没有其他污染源进入，因此从第一换热组40末端收集获得的氮气纯度很高，若直接排向空气，则造成资源的大大浪费。可以在第一换热组40末端安装第一缓冲装置60，回收这部分的氮气循环再用。该第一缓冲装置60包括氮气压力缓冲罐(NFB)和配套连接的压力表P、阀门G，从第一换热组40末端的吸热通道出口 42B流出的氮气全部进入NFB中进行升压，压力可达到I 30个大气压；待压力表P显示NFB载满后，其中的氮气又可以作为工艺气体重新应用到MOCVD或其他设备中。本实施例的尾气回收系统操作方法如下，结合图3、6所示，步骤一 三,如实施例3所示；步骤四，由第一换热组40末端吸热通道出口 42B输出的液氮，由于吸收了氨气液化放出的热量以及保温流体所补给的热，顺利气化，最终以气态氮气从NWHE4的吸热通道出口 42B流入第一缓冲装置60中，由NFB收集增压后又可以作为工艺气体重新应用到MOCVD或其他设备中。实施例5本实施例是在实施例4的尾气回收系统基础上加入气体分离器80。如图1所示，所述检测装置A出口连接有气体分离器80，用于氮气和氢气的分离、回收再利用，可实现密闭循环，减小了传统尾气排放方式所存在的爆燃的危险。MOCVD设备的尾气经过尾气回收装置处理后，其中的氨气液化回收到YAG中，而未液化的少量氮气和氢气经过检查装置检查合格后成为废气排入空气中。但是，废气仍然有再利用价值，因此在检查装置出口设置气体分离器80，本实施例的气体分离器80为氮气/氢气分离器(HNSP)，例如为钯膜分离器以及与其配套的阀门G，将氢气从废气中分离出来。分离收集后获得的高纯度氢气和氮气，又可以作为工艺气体重新应用到MOCVD或其他设备中。本实施例的尾气回收系统操作方法如下:结合图5、6所示，步骤一 二,参见实施例4所示；步骤三，从NWHE4尾气通道41其出口输出的废气(含有少量氮气和氢气)流经检测装置A在线分析废气品质状况。然后将所述废气输入HNSP中，过滤分离氢气和氮气。待分离收集完成后，获得氢气和氮气又可以作为工艺气体重新应用到MOCVD或其他设备中。步骤四，参见实施例4所示。实施例6 本实施例是在实施例5的尾气回收系统基础上增加第二压缩装置90，如图8所示。该第二压缩装置90设置于所述检测装置A与气体分离器80之间，其包括压缩机C2及与所述压缩机C2配套连接的阀门G和压力表P，用于对废气增压。增压后的废气再输送到气体分离器80中，能在较高的压强 下高效完成氮气和氢气的分离。在本实施例中，也可以撤去第一压缩装置20，只有在打算使用水作为保温流体的情况下，需要增加氨气的压强，提高其液化温度，来保证氨气能在0°c以上液化，不至于使作为保温流体的水冻结。本实施例的尾气回收系统操作方法如下:结合图6、7所示，步骤一 二,参见实施例5所示。步骤三，从NWHE4尾气通道出口 41B输出的废气(含有少量氮气和氢气)流经检测装置A在线分析废气品质状况。然后将所述废气输入第二压缩装置90中进行增压，待压力表P显示增压到13个大气压以上时，打开压缩机C2阀门G，让增压后的废气进入气体分离器80中，高效过滤分离氢气和氮气。待分离收集完成后，获得氢气和氮气又可以作为工艺气体重新应用到MOCVD或其他设备中。步骤四，参见实施例5所示。实施例7本实施例是在实施例6的尾气回收系统基础上引入另第二换热组和第二缓冲装置70，如图9所示，利用第二换热组使YAG中的液氨和MOCVD尾气进行热交换，一方面为进一步提高尾气的液化效率，另一方面促使液氨气化为氨气，循环再利用。其中，第二缓冲装置70的结构域所述第一缓冲装置60结构一致，即包括用于收集和存储气化后氨气的压力缓冲罐(AFB)和与AFB配套连接的压力表P和阀门G。第二换热组包括一个第一换热器，为达到实施目的，也可以根据实际情况设置多级的第二换热器。其中，第二换热器与所述实施例1的第一换热器结构是一致的，只是第二换热器为液氨/尾气换热器(AWHE)，仅用于液氨与尾气之间的热交换，不需要对任何流体进行收集，因此AWHE的尾气通道出口 41B或吸热通道42入口不需要特别处理。具体地，结合图3、9所示，本实施例的AWHE的尾气通道入口 41A、出口 41B分别与所述第一压缩装置20出口、所述第一换热组40NWHE1的尾气通道入口 41A对应连接。
以及，AWHE所述吸热通道42入口、出口分别与所述YAGl 4的出口、第二缓冲装置70入口连接。AffHE的吸热通道42是用于吸热流体液氨的流通，利用MOCVD尾气管30输出尾气的自身热量及液化放热对YAG输出的液氨加热使之重新气化为氨气，一方面可加速尾气本身降温液化，另一方面为液氨的循环再利用作准备。本实施例的尾气回收系统操作方法如下，如图8、9所示，步骤一:使MOCVD尾气管30依次与第一压缩装置20、第二换热组的尾气通道41、第一换热组40的尾气通道41连接、第一缓冲装置60、检测装置A、第二压缩装置90及气体分离器80连接；使吸热流体输出端10与第一换热组40的吸热通道42连接；YAG依次与第二换热器的吸热通道42、第二缓冲装置70连接；保温流体与所述第一换热器中保温通道43连接。从尾气管30输出的尾气，经过第一压缩装置20，完成对尾气的加压。同时打开吸热流体输出端10，使吸热流体进入各个吸热通道42的第二支管42C中。然后打开压缩机Cl阀门G，使压缩后的尾气穿过第二换热组的AWHE尾气通道41，此时，由于AWHE的吸热通道42内没有吸热流体液氨生产并流通，尾气穿过AWHE后几乎没有任何变化。尾气输送到第一换热组40，依次流经NWHEl 4 ;打开对应的YAGl 4阀门G。步骤二 四，如实施例6所示。步骤五，待储存在YAGl 4中的液氨到达一定容量，希望重新气化成氨气循环再 用。打开YAG与AWHE吸热通道42入口之间的阀门G，使液氨流入AWHE的吸热通道42中。此时，AWHE吸热通道42内的液氨与AWHE尾气通道41中的尾气进行热交换，利用尾气自身热量及其液化所放出的热量将吸热通道42内的液氨逐渐气化。气化后的氨气进入第二缓冲装置70中，由AFB收集并增压，作为工艺气体重新用于MOCVD其他工艺制作中。实施例8本实施例是在实施例1的尾气回收系统基础上增加第三换热组，如图10所示，用于加强第二换热组的气化效果。在第二换热组与第二缓冲装置70之间串联有第三换热组。该第三换热组包括一个用于液氨/保温流体热交换的第三换热器(AYHE)，为达到实施目的，也可以根据实际情况设置多级的AYHE。其中，该AYHE的结构与所述NWHE、AWHE结构是相同的。所述AYHE的吸热通道42入口、出口分别与所述AWHE的吸热通道42出口、第二缓冲装置70的AFB A 口连接；所述AYHE的尾气通道41入口与保温流体输出端50连接，用于保温流体的流通。本实施例所连接的保温流体输出端50，可以是MOCVD本身的冷却水，工作温度为0 50°C之间，从AYHE尾气通道出口 41B输出的冷却水，温度大幅降低，可回流到MOCVD中再次发挥冷凝作用。本实施例的尾气回收系统操作方法如下，结合图9、10所示。步骤一 四，如实施例7所示。步骤五，待储存在YAGl 4中的液氨到达一定容量，希望重新气化成氨气循环再用。打开YAG与AWHE吸热通道42入口之间的阀门G，使液氨流入第二换热组中。此时，AWHE吸热通道42内的液氨与AWHE尾气通道41中的尾气进行热交换，利用尾气自身热量及其液化所放出的热量将吸热通道42内的液氨逐渐气化。获得初步加温后的液氨再送人第三换热组，利用AYHE尾气通道41内保温流体自身热量对吸热通道42内的液氨再次加热升温，使之 完全气化后进入第二缓冲装置70中，由AFB收集并增压，作为工艺气体重新用于MOCVD其他工艺制作中。
权利要求
1.一种换热器,其特征在于,包括: 尾气通道，所述尾气通道由若干条具有共同入口和出口的第一支管构成； 填充有吸热流体的吸热通道，所述吸热通道包括与所述第一支管数量相当的第二支管，所述第一支管嵌套于所述第二支管内，用于所述吸热流体与尾气进行热交换。
2.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述第二支管的横截面与所述第一支管的横截面为同心圆。
3.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，还包括完全包覆于所述吸热通道外的保温通道，所述保温通道填充有保温流体。
4.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述尾气通道内的尾气流动方向与所述吸热通道内的吸热流体流动方向相逆。
5.一种尾气回收系统，用于处理金属有机化学气相沉积设备经其尾气管所排出的尾气，其特征在于，包括与所述尾气管连接的第一换热组，所述第一换热组由多个第一换热器串联组成；每个第一换热器设有配套的流体收集罐；所述第一换热器包括: 用于尾气输送的尾气通道，所述尾气通道由若干条具有共同入口和出口的第一支管构成；所述出口一方面用于与所述入口配合使两相邻尾气通道形成首尾相接并输送尾气，另一方面用于与所述流体收集罐连接，用于输送和收集尾气液化后的流体； 容纳有吸热流体的吸热通道，其包括与所述第一支管数量相当的第二支管，所述第一支管嵌套于所述第二支管内，用于所述尾气及吸热流体之间的热传递。
6.根据权利要求5所述的尾气回收系统，其特征在于，所述第二支管的横截面与所述第一支管的横截面为同心圆。
7.根据权利要求5或6所述的尾气回收系统，其特征在于，所述尾气的流动方向与所述吸热流体的流动方向相逆。
8.根据权利要求5或6所述的尾气回收系统，其特征在于，所述吸热通道包括用于吸热流体流通的入口和出口，所述入口一方面用于与所述出口配合使两相邻吸热通道之间形成首尾相接，另一方面用于与吸热流体输出管连接，进行吸热流体的补给。
9.根据权利要求5所述的尾气回收系统，其特征在于，所述第一换热器还包括包覆于所述吸热通道和尾气通道外的保温通道；保温通道还包括入口和出口，用于两相邻的保温通道之间形成首尾相接以及保温流体的流通。
10.根据权利要求9所述的尾气回收系统，其特征在于，所述保温通道连接有温控装置，用于保证所述保温流体的工作温度范围为-100 100°C。
11.根据权利要求5所述的尾气回收系统，其特征在于，所述第一换热组末端连接一检测装置，用于检测从所述第一换热组末端输出的气体成分。
12.根据权利要求5所述的尾气回收系统，其特征在于，所述第一换热组始端与尾气管之间设有第一压缩装置，其包括压缩机及与所述压缩机配套连接的阀门和压力表。
13.根据权利要求5所述的尾气回收系统，其特征在于，所述第一换热组末端设置有第一缓冲装置与所述吸热通道出口连接，用于所述吸热流体的回收再利用；所述第一缓冲装置包括压力缓冲罐及与其配套连接的压力表、阀门。
14.根据权利要求5或11所述的尾气回收系统，其特征在于，所述检测装置出口连接有气体分离器，用于分离氮气和氢气。
15.根据权利要求5或11所述的尾气回收系统，其特征在于，所述检测装置与所述气体分离器之间还设有第二压缩装置，其包括压缩机及与所述压缩机配套连接的阀门和压力表。
16.根据权利要求5或6所述的尾气回收系统，其特征在于，还包括 第二缓冲装置，其包括压力缓冲罐及与其配套连接的压力表、阀门； 以及第二换热组，其至少包括一个与所述第一换热器结构相同的第二换热器；所述第二换热器的尾气通道入口、出口分别与所述第一压缩装置出口、所述第一换热组始端的尾气通道入口对应连接；所述第二换热器的吸热通道入口、出口分别与所述流体收集罐的出口、第二缓冲装置入口连接。
17.根据权利要求10所述的尾气回收系统，其特征在于，所述第二换热组与第二缓冲装置之间还串联有第三换热组，所述第三换热组至少包括一个与所述第一换热器结构相同的第三换热器；所述第 二换热器的的吸热通道入口、出口分别与所述第二换热器的吸热通道出口、第二缓冲装置入口连接；所述第三换热器的尾气通道入口与保温流体输出端连接，用于保温流体的流通。
18.根据权利要求5所述的尾气回收系统，其特征在于，所述流体收集罐与所述第一换热器的尾气通道出口之间还设有阀门。
19.根据权利要求14所述的尾气回收系统，其特征在于，所述气体分离器为钯膜分离器。
全文摘要
本发明涉及半导体制作技术，提供一种换热器，用于尾气处理，其包括尾气通道，所述尾气通道由若干条具有共同入口和出口的第一支管构成；填充有吸热流体的吸热通道，所述吸热通道包括与所述第一支管数量相当的第二支管，所述第一支管嵌套于所述第二支管内，用于所述吸热流体与尾气进行热交换。本发明还提供采用这种换热器组装的尾气回收系统。本发明不仅解决了MOCVD尾气对环境的污染问题，节省原材料消耗，降低成本，还能实现尾气零排放，促进半导体照明产品早日替代传统照明产品，实现绿色环保的目标。
文档编号C01B3/50GK103212270SQ20131012237
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者朱建军, 周礼誉, 张永红 申请人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所