反应装置及半导体废气处理系统的制作方法

1.本发明涉及半导体废气处理技术领域，尤其涉及一种反应装置及半导体废气处理系统。


背景技术：

2.在半导体废气处理设备中，需要通过各种方式提供半导体废气(或者制程气体)处理的所需的热量，现有的加热方式有电加热、气体燃烧、等离子电离等方式，加热温度往往达到800度以上。这些热量被反应后的气体携带，离开废气处理设备的反应腔后，需要马上进行水冷降温，保证气体进入厂务的酸排管路前达到30度以下。
3.所以，如此庞大的热量没有经过任何回收，通过气冷或者水冷的方式，以各种形式被消耗掉，从而造成大量的资源浪费。
4.有些特殊的废气处理设备，在废气进入反应腔之前，需要提前通入热氮气，防止气体在低温管路内冷凝结粉或液化。但热氮气需要电加热组件产生，占据设备空间，故障率高，且效率低，6个管路需要6组热氮气组件，造成较大的电能损耗。
5.而且反应腔的热量被水吸收，并被废气处理设备的排水逻辑定期进行更换，从而进行热量和酸水的更换，保证水温和ph值在合理范围内，从而使热能白白被浪费掉。


技术实现要素：

6.本发明提供一种反应装置及半导体废气处理系统，用以解决相关技术中存在的技术问题之一，实现利用反应装置中高温且持续性的热量，进行回收再利用，从而代替设备中的其它独立加热部件，进而达到节省电能消耗的目的。
7.本发明提供一种反应装置，包括反应器和换热器，所述反应器设有制程气体进口以及与所述制程气体进口连通的第一腔体，所述换热器包括壳体以及设置于所述壳体内部的换热部，所述壳体为环状，所述壳体的内周面外壁围设出与所述第一腔体连通的第二腔体，所述壳体还设有与所述换热部连通的换热介质的第一进口与第一出口，所述第一出口与所述制程气体进口连通。
8.根据本发明提供的一种反应装置，所述换热部包括换热片，多个所述换热片绕所述第二腔体的周向环绕设置，且每个所述换热片沿所述第二腔体的轴向延伸设置，所述换热片靠近所述第二腔体的端部形成蒸发部，所述换热片远离所述第二腔体的端部形成冷凝部，所述第一进口和所述第一出口均与所述冷凝部连通。
9.根据本发明提供的一种反应装置，所述换热片包括换热管，多根所述换热管沿所述第二腔体的轴向依次相互平行排列，且每根所述换热管沿垂直于所述第二腔体的轴向方向延伸设置。
10.根据本发明提供的一种反应装置，所述换热片还包括隔热部，所述隔热部设有多个固定孔，所述换热管插入其对应的所述固定孔，所述隔热部将所述换热管分隔为所述蒸发部和所述冷凝部。
11.根据本发明提供的一种反应装置，所述换热管构造所述冷凝部的管段设有导热片。
12.根据本发明提供的一种反应装置，所述壳体的内周面设有多个向所述第二腔体内延伸的翅片，所述翅片与所述换热片一一对应连接。
13.根据本发明提供的一种反应装置，所述蒸发部的体积小于或等于所述冷凝部的体积。
14.根据本发明提供的一种反应装置，所述壳体的顶部设有与所述蒸发部连通的空气的第二进口，所述壳体的底部设有与所述蒸发部连通的空气的第二出口。
15.根据本发明提供的一种反应装置，所述反应器包括由内向外依次套设的隔热层、中间层和冷却腔，所述隔热层为氧化锆层，所述隔热层通过所述中间层与所述冷却腔连通，所述冷却腔设有空气的第三进口和第三出口。
16.根据本发明提供的一种反应装置，还包括挡火板，所述挡火板位于所述换热器的底部且对应封挡所述第二腔体，所述挡火板的边缘设有通气孔。
17.本发明还提供一种半导体废气处理系统，包括气体输送管路和如上所述的反应装置，所述气体输送管路与所述制程气体进口连通。
18.根据本发明提供的一种半导体废气处理系统，所述气体输送管路包括制程气体管路、套管和保温层，所述套管套设于所述制程气体管路的外侧，并与所述制程气体管路之间形成送气夹层，所述送气夹层与所述第一出口连通，所述保温层套设于所述套管的外侧。
19.本发明提供的反应装置，利用制程气体反应产生的热量，流经换热器进行热能潜热回收后，用于对未进入反应装置的制程气体进行预热的能源，从而达到了节能的目的。即利用反应装置中高温且持续性的热量，进行回收再利用，从而代替设备中的其它独立加热部件，例如制程气体的加热组件等，进而达到节省电能消耗的目的。
20.本发明利用反应装置自身不使用且消耗掉的热量进行潜热储能，并将热能反馈到其它需要热量进程中，从而达到节能的目的，通过换热部加热常温换热介质，替换了传统的半导体废气处理系统中独立的高温换热介质设备和加热设备，每台半导体废气处理系统可以节省10kw以上的电能。而半导体废气处理系统通过能量的提前蓄能，也减少了对于降温手段的依赖程度，例如使通过第二腔体排出的气体提前进行降温，减少了原设备中对于水流降温的依赖，可以减少水降温喷头的数量，从而降低设备故障点，减少泵的输出负荷，降低酸性排风端的湿度，从而达到减少厂务端冷凝水的目的等，减少了气体降温压缩空气的通气量，从而降低了的不必要能源消耗。
21.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的反应装置的结构示意图；
24.图2是本发明提供的反应装置的换热片的结构示意图；
25.图3是本发明提供的反应装置的换热管的结构示意图；
26.图4是本发明提供的反应装置的换热器的结构示意图；
27.图5是本发明提供的半导体废气处理系统的气体输送管路的结构示意图。
28.附图标记：
29.100、反应器；110、制程气体进口；120、第一腔体；130、隔热层、140、中间层；150、冷却腔；151、第三进口；152、第三出口；
30.200、换热器；210、壳体；220、换热部；230、第二腔体；211、第一进口；212、第一出口；213、翅片；214、第二进口；215、第二出口；221、换热管；222、隔热部；223、冷凝部；224、蒸发部；225、导热片；
31.300、挡火板；
32.400、气体输送管路；410、制程气体管路；420、套管；430、保温层；440、送气夹层；421、第四进口；422、第四出口。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
36.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
38.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性
表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
39.如图1和图4所示，本发明实施例提供的反应装置，包括反应器100和换热器200，反应器100设有制程气体进口110以及与制程气体进口110连通的第一腔体120，换热器200包括壳体210以及设置于壳体210内部的换热部220，壳体210为环状，壳体210的内周面外壁围设出与第一腔体120连通的第二腔体230，壳体210还设有与换热部220连通的换热介质的第一进口211与第一出口212，第一出口212与制程气体进口110连通。
40.本发明实施例的反应装置为上下两部分，上部分为反应器100，下部分为换热器200，反应器100顶部具有制程气体进口110，内部具有与制程气体进口110连通的第一腔体120，换热器200内部具有与第一腔体120连通的第二腔体230，以此第一腔体120与第二腔体230共同组成反应装置的反应腔。制程气体由制程气体进口110进入第一腔体120内，在第一腔体120内点燃发生反应后，产生的热量随气体进入第二腔体230，热量通过换热器200的壳体210传导至换热部220上，在换热部220的作用下，换热介质由第一进口211进入壳体210内，与换热部220进行热交换后升温，再由第一出口212排出后进入制程气体进口110，此时带有回收热量的高温换热介质可对要进入第一腔体120的制程气体进行加热。
41.本发明的反应装置的下部分使用换热器200，主要作用是吸收制程气体在燃烧反应过程中释放的热量，然后将热量回馈到反应前需要加热的制程气体上。热量回收再利用的主要是采用效率较高的换热部220，安装于壳体210内部，靠近第二腔体230的部分为热端，远离第二腔体230的部分为冷端，第二腔体230的热量是高温且持续性的，也就为热能回收再利用创造了可实施性条件。热端用于收集第二腔体230内的热量，并且传输到冷端，进而可加热冷端的换热介质进行换热介质的升温，然后将加热后的换热介质输送到相应位置，用于加热制程气体。
42.本发明利用制程气体反应产生的热量，流经换热器200进行热能潜热回收后，用于对未进入反应装置的制程气体进行预热的能源，从而达到了节能的目的。即利用反应装置中高温且持续性的热量，进行回收再利用，从而代替设备中的其它独立加热部件，例如制程气体的加热组件等，进而达到节省电能消耗的目的。
43.本发明利用反应装置自身不使用且消耗掉的热量进行潜热储能，并将热能反馈到其它需要热量进程中，从而达到节能的目的，通过换热部220加热常温换热介质，替换了传统的半导体废气处理系统中独立的高温换热介质设备和加热设备，每台半导体废气处理系统可以节省10kw以上的电能。而半导体废气处理系统通过能量的提前蓄能，也减少了对于降温手段的依赖程度，例如使通过第二腔体230排出的气体提前进行降温，减少了原设备中对于水流降温的依赖，可以减少水降温喷头的数量，从而降低设备故障点，减少泵的输出负荷，降低酸性排风端的湿度，从而达到减少厂务端冷凝水的目的等，减少了气体降温压缩空气的通气量，从而降低了的不必要能源消耗。
44.可以理解的是，加热后的换热介质的温度可以通过hmi(人机交互)进行设定，从而根据不同的制程气体的化学组分，设定需要的温度。第一出口212有温度检测装置，作为控制换热介质温度的信号来源，触摸屏中可以设定换热介质的温度。
45.本实施例中，可采用氮气作为换热介质，氮气成本较低，不与制程气体发生反应，且可以直通到反应腔内。
46.如图2所示，根据本发明提供的一个实施例，换热部220包括换热片，多个换热片绕第二腔体230的周向环绕设置，且每个换热片沿第二腔体230的轴向延伸设置，换热片靠近第二腔体230的端部形成蒸发部224，换热片远离第二腔体230的端部形成冷凝部223，第一进口211和第一出口212均与冷凝部223连通。本实施例中，通过多个换热片周向排列环绕组成环状换热部220，每个换热片均呈竖立状态设置，换热片的冷端靠近第二腔体230，所有换热片的冷端组成换热部220的蒸发部224，蒸发部224为吸热部分，换热片的热端远离第二腔体230，所有换热片的热端组成换热部220的冷凝部223，冷凝部223为放热部分，壳体210在对应冷凝部223的位置上设置第一出口212和第二出口215，已将冷凝部223的热量通过换热介质带出用于其它的加热用途。
47.本实施例中，冷凝部223可以根据所需热量的多少，选用流量表进行控制，在不同的管路上，选用相应的限流阀进行控制，保证不同管路流量均衡，例如，高温换热介质从第一出口212流出时，可分出六路分别流至六个制程气体进口，这六个制程气体进口均汇总到反应装置，可通过阀体控制六路换热介质的流量，进而控制每条流路的温度。
48.本实施例中，冷凝部223通入常温换热介质，第一进口211和第一出口212之间设置隔层，即常温换热介质进入冷凝部223后，环绕冷凝部223一周后，从第一出口212压出，最大范围的提升第一出口212的换热介质的温度。
49.可以理解的是，换热部220还可采用除换热片围设的其它形式组成，如蒸发吸热材料和冷凝放热材料分别制成的环状结构，自内向外依次设置，能够进行热量传导和回收利用即可。
50.根据本发明提供的一个实施例，换热片包括换热管221，多根换热管221沿第二腔体230的轴向依次相互平行排列，且每根换热管221沿垂直于第二腔体230的轴向方向延伸设置。本实施例中，换热片由多根换热管221在同一平面平行排列组成，靠近第二腔体230的一端组成蒸发部224，远离第二腔体230的一端组成冷凝部223，以此利用换热管221进行反应腔内部的热量收集。每根换热管221靠近第二腔体230的一端均与合金材质的壳体210保持良好的接触，以保证蒸发部224的良好吸热效果。通过换热管221组成的热管换热器200对反应腔进行热能潜热回收，利用换热管221的高效性以及恒温性，放出的热量用于设备进行换热介质加热的能源，从而达到了节能的目的。
51.换热管221的温度均衡，换热管221的蒸发部224受热后，会在极短时间内使换热管221整体温度相同；换热管221在热量收集过程中热损较小，因为整体温度快速均衡，使热能损耗较小，换热管221数量越多，效率越高；使用寿命长，换热管221工作原理为相变储能，即利用物质的气、液、固变化进行能量转移，受热放热循环。
52.根据本发明提供的一个实施例，换热片还包括隔热部222，隔热部222设有多个固定孔，换热管221插入其对应的固定孔，隔热部222将换热管221分隔为蒸发部224和冷凝部223。本实施例中，换热片的各换热管221通过隔热部222固定，即换热管221插入隔热部222的固定孔排列设置，隔热布两侧分别为换热管221的蒸发部224和冷凝部223，以此将整个换热部220的冷凝部223和蒸发部224隔开，使热交换仅冷凝部223和蒸发部224的换热管221进行，而不存在蒸发部224和冷凝部223所处空间的传热，更大程度实现热传导，提高换热效
率，减少因空间传热而导致的热量损失。
53.可以理解的是，隔热部222采用绝热材料制成，条状填充于壳体210与换热管221之间，能够有效阻隔空间热传导。
54.如图3所示，根据本发明提供的一个实施例，换热管221构造冷凝部223的管段设有导热片225。本实施例中，每根换热管221在其属于冷凝部223的管段上均设置有微小翅片作为导热片225，增大换热管221与换热介质的接触面积，提高吸热效率，使换热介质温度上升效果明显。
55.根据本发明提供的一个实施例，壳体210的内周面设有多个向第二腔体230内延伸的翅片213，翅片213与换热片一一对应连接。本实施例中，壳体210在围设第二腔体230的一侧构造出多个翅片213，每个翅片213均伸入第二腔体230内，第二腔体230内的热量通过翅片213传导至壳体210内的蒸发部224上。翅片213的设置能够更好地收集第二腔体230内部热量，且对第二腔体230负压损耗的影响较小，所以翅片213采用竖立设置的结构，每一个翅片213均对应接触一个换热片，保证热量传导效果。
56.本实施例中，因为反应腔内部的制程气体往往带有腐蚀性，因此包裹换热管221的外部壳体210和翅片213均选用耐腐蚀性强和耐温性高的合金材质。
57.根据本发明提供的一个实施例，蒸发部224的体积小于或等于冷凝部223的体积。本实施例中，由于换热管221良好的均衡温度特性，可以设计蒸发部224的体积小于或等于冷凝部223的体积，从而最大程度的保证冷凝部223处换热介质的受热面积。
58.根据本发明提供的一个实施例，壳体210的顶部设有与蒸发部224连通的空气的第二进口214，壳体210的底部设有与蒸发部224连通的空气的第二出口215。本实施例中，壳体210在对应蒸发部224的位置设置用于空气进出的第二进口214和第二出口215，常温空气通入壳体210内蒸发部224位置，可以调节蒸发部224处的热量，进而影响冷凝部223的热量，从而调节通入冷凝部223与其进行热交换的换热介质的温度，因此根据第一出口212的温度，决定常温空气的通入量。空气由壳体210底部的微小孔径的第二出口215排出，采用底部溢出的好处是，反应装置内部的反应腔为负压系统，即气体被负压抽送往酸排方向，使蒸发部224通入空气为正压情况，外部的制程气体或者燃烧反应后的气体不会进入到蒸发部224内部，从而在达到控制蒸发部224温度的情况下，也保护蒸发部224内部不受制程气体的腐蚀。
59.根据本发明提供的一个实施例，反应器100包括由内向外依次套设的隔热层、中间层和冷却腔150，隔热层为氧化锆层，隔热层通过中间层与冷却腔150连通，冷却腔150设有空气的第三进口151和第三出口152。本实施例中，反应器100内部的第一腔体120作为制程气体主要反应空间，隔热层围设出第一腔体120，隔热层外侧套设冷却腔150，隔热层与冷却腔150之间是中间层。反应装置的上部分保持基本原有结构，但需要采用气冷方式，因此设置通入空气的冷却腔150，向第一腔体120内部通入常温空气，隔热层通过氧化锆代替传统反应腔内壁的陶瓷隔热层，主要起到常温空气多角度逸散的目的，中间层为可通过气体的腔室，进一步方式热量外溢散失，所以气体可以均衡的从氧化锆隔热层溢出进入第一腔体120，达到为第一腔体120内制程气体燃烧反应提供氧气的目的，同时为反应器100外壁降温的目的。
60.根据本发明提供的一个实施例，反应装置还包括挡火板300，挡火板300位于换热器200的底部且对应封挡第二腔体230，挡火板300的边缘设有通气孔。本实施例中，换热器
200的底部设置挡火板300，即制程气体在第一腔体120内燃烧反应后经过第二腔体230，由挡火板300所在位置排出，挡火板300的四周边缘设置通气孔，中部为实体封闭面，在半导体废气处理系统的负压环境的作用下，可以使气流向四周的通气孔流动，并经过通气孔排出，延长气体在第二腔体230内的停留时间，使热气流最大限度的流经换热器200的翅片213，并与换热部220进行热交换，使第二腔内气体与换热器200的热交换更加充分。
61.如图5所示，本发明实施例还提供了半导体废气处理系统，包括气体输送管路400和如上述实施例的反应装置，气体输送管路400与制程气体进口110连通。
62.本发明实施例的半导体废气处理系统，气体输送管路400与反应装置的支撑气体进口连通，反应装置通过换热器200进行热能潜热回收，利用换热管221的高效性以及恒温性，放出的热量用于设备进行换热介质的加热，进而在制程气体进口110处与气体输送管路400送入第一腔体120的制程气体进行混合加热，从而达到了节能的目的。
63.根据本发明提供的一个实施例，气体输送管路400包括制程气体管路410、套管420和保温层430，套管420套设于制程气体管路410的外侧，并与制程气体管路410之间形成送气夹层440，送气夹层440与第一出口212连通，保温层430套设于套管420的外侧。本实施例中，制程气体管路410与套管420组成夹层结构，二者之间形成送气夹层440，第一出口212与送气夹层440连通，制程气体管路410向反应装置内输送制程气体，第一出口212向送气夹送输送经过换热器200升温的换热介质，由此高温换热介质对制程气体进行加热。最外部使用保温层430包裹，防止散热。
64.半导体废气处理设备在进行废气处理时，来自干泵的气体需要进行加热保温处理，温度由120度至200度不等，传统的处理措施是在从干泵到反应装置之间的制程气体管路410上增加加热带，但一个系统需要处理多路这样的气体，而且加热带供电是单独的220v供电，所以，也会造成大量的电能损耗。
65.本发明通过反应装置的换热器200进行热能潜热回收，利用换热管221的高效性以及恒温性，放出的热量用于设备进行制程气体管路410加热的能源，从而达到了节能的目的。同时，利用半导体废气处理设备的反应腔中高温且持续性的热量，进行回收再利用，从而代替设备中的其它独立加热部件，例如换热介质的加热组件等和制程气体管路410的加热保温组件，从而达到节省电能消耗的目的。
66.本实施例中，套管420上设置相应的换热介质的第四进口421和第四出口422，第四进口421与第一出口212连通，以使由换热器200排出的高温换热介质进入送气夹层440中。
67.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。