[发明专利]气体分配网络中的流量平衡

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求2012年8月17日提交的、申请号为61/684,261的美国临时专利申请和2012年11月2日提交的、申请号为13/667,282的美国专利申请的权益，前述申请出于全部目的通过参考将全文并入此处。

技术领域

本发明总体涉及流体的输送，更具体涉及气体分配网络中的流量平衡。

背景技术

现有流量分配网络依赖对称性、大部件和紧公差（close tolerance）来将流量均匀地分配给支线（branch）。虽然这可能适合液体或高压气体，但是低压可压缩流体所经历的速率扩大了射流元件（fluidic element）的微小变化，使流量失去平衡。该问题在复杂几何结构（比如在截流阀中所存在的那些结构）中尤为严重。

在等离子体打开的情况下改变气流的工艺序列（比如在2010年12月16日提交的申请序列号为12/970,846的美国专利申请中所描述的那个工艺序列（该专利其全文通过参考并入本文））通常要求将阀设置得尽可能靠近处理站（例如，室）。这转而要求将截流阀放置在该网络的每一条支线中，从而会产生流量不平衡。其它应用，尤其是牵涉给在一个反应器或多个反应器中的多个站的同步气流的那些应用，还会遭受至各个站或反应器的流量不平衡的影响。

用传统技术使流率平衡需要跨(across)支线的对称性，这在一些应用中可能不是可行的或者不是合乎希望的。例如，对称性可能排除诸如常规截流阀等高度可变的射流元件的使用。将这些射流元件制造为极低公差以维持跨支线的对称性会是过于昂贵的。替代地，利用大部件来平衡流量需要该系统中有显著的压降（pressure drop），这会增加成本并限制最大流量。

发明内容

本发明提供了使输送给低压流量分配网络中的多个站的可压缩流体的流量平衡的技术。为了平衡流量，在分配管线的多条支线的靠近至站的出口处的端部引入流量限制器。所述流量限制器在标称上是相同的且被设计来将大部分压强负载从位于所述支线上游的相对高度可变的射流元件转移到可变度较小（less variable）的下游限流器，同时无需过于增加入口压强。将压强负载转移到可变度较小的限流器可允许较多可变的射流元件操作在未壅塞流态（unchoked flow regime）中且可改善流量平衡。这些技术有助于补偿高度可变的射流元件和跨支线的其它不对称性的不平衡效应且无需使用大射流部件。

在实施方式中，流量分配网络将工艺气体供应到多站沉积室中的两或更多个站。该流量分配网络包括用于接收工艺气体的至少一个入口和用于运载该气体的流量分配管线的网络。该流量分配管线的网络包括该入口下游的分支点和该分支点下游的两或更多条支线。每一条支线具有用于将工艺气体供应给相应的站的出口。该流量分配网络还包括具有流量系数C_v值的可变流量元件（例如，截流阀），流量系数C_v值跨支线从元件到元件以至少约2%的幅度变化。限制部件位于每一条支线中的可变控制元件的下游。该限制部件可以是例如可变控制元件下游的相关流量分配管线中的限制件（constriction）。所述限制部件在标称上是相同的。从入口到出口，工艺气体的流跨流量分配网络产生系统压降，该系统压降至少与出口处的压强一样大。在一些实施例中，流量分配网络的可变流量元件可操作在未壅塞流态中。

流量分配网络的可变流量元件平均地产生该流量分配网络中的系统压降的第一部分。限制部件平均地产生该流量分配网络中的压降的第二部分。在一些实施例中，该第二部分和该第一部分之比可在约5:1至约20:1之间。

在一些实施例中，流量分配网络可进一步包括用于控制系统压降的控制器。该控制器可与入口、一或多个出口和/或该网络的其它部件通信。

在实施方式的一个方面，所述限制部件可产生跨所述支线中的所述限制部件的一定的平均系统压降。在一实施例中，所述限制部件可产生跨所述限制部件的占系统压降的平均至少约3%的压降。在另一实施例中，所述限制部件可产生跨所述限制部件的占系统压降的平均至少约50%的压降。在又一实施例中，所述限制部件可产生跨所述限制部件的占系统压降的平均在10%和80%之间的压降。

在另一方面，所述可变流量元件可产生跨所述支线中的所述元件的一定的平均系统压降。在一实施例中，所述可变流量元件可产生跨所述可变流量元件的占所述流量分配网络中的总压降的平均至多约5%的压降。在另一实施例中，所述可变流量元件可产生跨所述可变流量元件的占所述流量分配网络中的总压降的平均至多约10%的压降。