(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を再循環させるための再循環ループであって、前記再循環ループ内に、流体連通して、浸漬管、ポンプ、レギュレータ、フローメータ、及び接続部を含む、再循環ループと、
前記接続部を通じて、かつ、前記接続部の下流で、前記再循環ループと流体連通しているフロー制御システムと
を含む、低い圧力変動の制御装置であって、
前記再循環ループが、供給容器から浸漬管を通じて前記液体をくみ出し、前記液体の少なくとも一部を、前記再循環ループ内の前記接続部の下流の戻り管を通じて前記供給容器に戻し、
前記ポンプがダイアフラム型又はベローズ型のポンプであり、
前記接続部が、前記ポンプの下流の前記フローメータの下流にあり、
前記再循環ループが、前記戻り管内に設置された背圧コントローラをさらに含む、装置。
【請求項２】
さらに、前記フロー制御システムがフローコントローラを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、前記フローコントローラが、流体連通しているフローメータ及び制御弁を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記フローメータがフロートランスミッターである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記再循環ループ内の前記フローメータがフロートランスミッターである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記フロー制御システム内の前記フローメータがフロートランスミッターである、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記再循環ループ内の前記レギュレータが、直動エアレギュレータによって制御される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記フロー制御システムが遮断弁をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記再循環ループ内の前記フロートランスミッターが、前記フロートランスミッターから信号を受け、前記ポンプにパイロット圧力を適応させるコントローラに電気的に接続された、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記レギュレータが、スプリングロード式、空気式、重量式、直線動作式、及びモータ搭載式のレギュレータからなる群より選択される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記フロー制御システムが、前記フローコントローラの下流に逆止弁をさらに含む、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項１２】
前記再循環ループが、前記再循環ループ内に、前記浸漬管、前記ポンプ、前記レギュレータ、前記フローメータ、及び前記接続部に接続された管を、それらの間で流体連通を提供するために、さらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記フロー制御システムが、流体連通を提供するために、前記フローコントローラを前記接続部に接続した管をさらに含む、請求項２、３及び１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記フロー制御システム内の前記フローコントローラが、前記フロー制御システム内の前記フロートランスミッターから信号を受け、前記信号に応答して前記制御弁にガス圧力を適応させる、請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
前記背圧コントローラが弁及びフローメータを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記背圧コントローラがニードル弁及びロータメータを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記背圧コントローラが、圧力変換器、コントローラ及び空気駆動弁を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記再循環ループが、前記再循環ループ内にフィルタをさらに含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
１つ又は複数の前記レギュレータが２つのダイアフラムを含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記レギュレータが２つのダイアフラムを含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記再循環ループ内の前記フローメータが、前記再循環ループ内の前記レギュレータの下流にある、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記ポンプがデュアルダイアフラム又はベローズを有するポンプである、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記再循環ループ内の前記レギュレータが、前記レギュレータの最大容量流量と、ポンプの最大容量流量との比が２．５：１〜５．５：１であるようにサイズ決めされた、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記再循環ループ内において、前記ポンプと前記接続部との間で液体圧力が測定された場合、前記ポンプ内のガス背圧が前記再循環ループ内の液体圧力以上である、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
前記ポンプ内のガス背圧及び前記ポンプ内のベンチュリ圧力が±１０％に等しい、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記フロー制御システム内の前記フローコントローラの前記フローメータが、前記フロー制御システム内の前記フローコントローラの前記制御弁の下流にある、請求項３に記載の装置。
【請求項２７】
液体を再循環させるための再循環ループであって、前記再循環ループ内に、流体連通して、浸漬管、レギュレータ、フローメータ、及び接続部を含む、再循環ループと、
前記再循環ループと流体連通しており、閉ループ制御型である第１フローコントローラを有する、液体材料供給ラインと、
液体と混合され液体配合物を作るための液体構成要素のための、閉ループ制御型である、第２フローコントローラと、
液体及び１つ又は複数の他の液体構成要素により配合液体が形成される、接続部又は連結管と
を含む、液体を配合する装置であって、
前記再循環ループが、吸入揚程能力を有するポンプ及び背圧コントローラを含み、前記ポンプがそのスピードを調整するための手段と、以下：チャンバーのオーバーラップ、ガス背圧、ベンチュリ圧力、並びにダイアフラム又はベローズへの排出フロー及び吸入フローのうち１つ又は複数又は全てを調整するための手段とを提供しており、
前記接続部が、前記ポンプの下流の前記フローメータの下流にある、装置。
【請求項２８】
前記再循環ループ内の前記背圧コントローラ又は背圧を調整するための手段が手動で、電気的に又は空気圧で調整可能である、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
液体のための前記第１フローコントローラが、１〜２０又は２〜８又は１〜３ＬＰＭに設定された、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記再循環ループ内の２０％以下の液体が、前記液体材料供給ラインに導かれることを含む、請求項２７に記載の装置を操作する、プロセス。
【請求項３１】
液体供給圧力が、前記ポンプと、液体材料ラインとの前記接続部との間で、前記再循環ループ内で測定された場合に、前記再循環ループ内の液体圧力以上であるポンプ内のガス背圧を有することを含む、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記ポンプ内のガス背圧及びベンチュリ圧力を、±１０％に等しくなるように調整することを含む、請求項３０又は３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
液体供給圧力が、前記ポンプと、液体材料ラインとの前記接続部との間で、前記再循環ループ内で測定された場合に、前記再循環ループ内の液体圧力以上であるポンプ内のガス背圧を有することを含む、請求項２７に記載の装置を操作する、プロセス。
【請求項３４】
前記ポンプ内のガス背圧及びベンチュリ圧力を、±１０％に等しくなるように調整することを含む、請求項２７に記載の装置を操作する、プロセス。
【請求項３５】
前記再循環ループ内の前記背圧コントローラ又は背圧を調整するための手段が手動で、電気的に又は空気圧で調整可能である、請求項３０〜３４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３６】
液体のための前記第１フローコントローラが、１〜２０又は２〜８又は１〜３ＬＰＭに設定された、請求項３０〜３５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３７】
圧力を有する液体を提供するための圧力で、液体を、ポンプを通じて液体供給容器から出して再循環ループ内にポンピングする工程と、
前記液体を、前記再循環ループの戻り部内に設置された背圧コントローラを通過させた後、前記液体の少なくとも一部を、前記再循環ループの戻り部内で、前記液体供給容器に戻して再循環させる工程と、
前記再循環ループからの液体の残りを、フローコントローラを通過させる工程であって、前記フローコントローラが、制御された容量の液体を前記フローコントローラの下流に提供する工程と
を含む、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の装置のいずれか１つを操作する方法。
【請求項３８】
前記再循環ループ内のレギュレータを通じて液体を流す追加の工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ポンプがポンピングしている間に継続して、前記液体の少なくとも一部を、前記液体供給容器に戻して再循環させる、追加の工程を含む、請求項３７又は３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法１１９条（ｅ）項の下で、「スラリー供給装置及び方法」という表題を有し、２０１４年１０月８日に出願された、先出願の米国特許出願第６２／０６１５３８号の優先権の利益を主張し、それは、参照することにより、全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体製作工場で使用するための成分を配合するのに一般的に用いられる、幾つかの配合技術が存在する。成分は、以下：水のような液体、ＣＭＰスラリー（研磨剤及び水又は他の希釈液）、過酸化水素、酸、塩基及び他の薬剤のうち１つ又は複数を含むことがある。一般的な配合方法は、混合タンク中の成分を計量するためのロードセルを有する秤を使用する、秤配合を含む。別の一般的な方法は、成分を測定するための容量ベッセルを使用し、次いで、その容量ベッセルから混合タンクへ輸送する、ビーカー配合である。最後の一般的な方法は、成分を測定するためのフローコントローラを使用する、フローコントローラ配合である。
【０００３】
市場には多くのタイプのフローコントローラが存在している。本明細書で使用された場合、「フローコントローラ」という用語は、フローメータからのフィードバックに基づいて制御弁を制御するタイプを意味し、３秒間未満の設定点変化への応答時間を持つ、閉ループ制御システムを作る。
【０００４】
秤配合及びビーカー配合の利点は、それらが、スラリー供給容器から（計量されるべき）混合タンクに又は容量ベッセルに、直接成分を輸送するためのポンプを用いることができることである。それに対して、信頼性のあるフローコントローラ配合は、本発明以前では、同様のタスクを達成するために、２つのポンプとタンクとを要していた。秤及びビーカー技術の１つの欠点は、混合タンクを要求することである。別の欠点は、混合タンク中での混合の間に、プロセス中に発生する遅れ（ｄｅｌａｙ）である。
【０００５】
フローコントローラ配合の利点は、配合をすぐに利用できることである。秤及びビーカー配合は混合タンク中の混合に対して遅れを要する。フローコントローラ配合は、遅れ又は混合タンクを要さない。秤又はビーカー配合技術の利点は、成分供給ポンプが大きな圧力変化を引き起こした場合でさえ、適切に配合することができることである。それに対して、フローコントローラ配合は、圧力変化に影響を受けやすい。高い供給圧力変化により、フローコントローラが過調整（ｏｖｅｒ−ａｄｊｕｓｔ）される場合がある。過調整は、短期間で急速に変わる信号に応答して急速な調整を行い、それにより、プロセスの変化の低減ではなく増幅を引き起こすこと、として規定される。
【０００６】
圧力変化は、典型的に、変化係数、圧力（ＰＳＩＧ）のＣＶとして規定される。ＣＶは、１個のデータ点／秒で収集される６００個のデータ点から、以下の式：ＣＶ（±％）＝σ／μ（式中、σは液体圧力（ＰＳＩＧ）の標準偏差（１σ）として規定され、μは液体圧力（ＰＳＩＧ）の平均として規定される）によって計算される。
【０００７】
フローコントローラの感度の問題に対する１つの解決策は、低い圧力変化のポンプ、例えば、ベアリングレス磁気浮動式（「マグレブ」）ポンプを通じて、フローコントローラに与える装置を使用することである。マグレブポンプは重力充填式でなければならない。重力充填は、次に、円錐底のタンクを有し、円錐底のレベルより下にポンプを物理的に位置付けたスラリー供給容器を要する。この装置により、フローコントローラへの、低い圧力変化の輸送が可能となる。ベアリングレス磁気浮動式遠心ポンプは吸入揚程機能を有しない。そのため、タンク中への成分の輸送は、吸入揚程機能を備えた別のポンプを要する。最終結果は、圧力変化を減らすことが求められる追加のタンク及びマグレブポンプが原因で、フローコントローラ配合が秤又はビーカー配合よりも高価になる。
【０００８】
本発明の装置は、マグレブポンプ又は重力充填式タンクを要しない。
【０００９】
関連する参考文献としては、米国特許第６１６８０４８号明細書、同第５５７３３８５号明細書、同第６３６４６４０号明細書、同第６０９５１９４号明細書、同第７１０８２４１号明細書、同第５９８３９２６号明細書、同第５９８３９２６号明細書、同第６８８９７０６号明細書、同第８１５５８９６号明細書、同第７８８５７７３号明細書、同第７４４７６００号明細書、同第７６５０９０３号明細書、及び同第７２９２９４５が挙げられ、これらの全ては、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００１０】
コンパクトで、複雑さが減少され、圧力ベッセルのようなコストのかかる部品を除外し、及び信頼できる設備を使用した、ポンプからフローコントローラへ一定の流れを提供する装置及び方法、並びに、スラリーを含む様々な流体に対して使用することができる液体流中で低い圧力変動を提供する方法についてのニーズが未だ存在する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、低い圧力変動を持つ（容量液体）フローコントローラを与えるための、改善された装置及び方法を提供する。本発明は、ポンプ及びフローコントローラを含む。ポンプは閉ループ流量制御を有する。ポンプの流量制御は圧力変動を取り除くのを助ける。ポンプは、低い圧力変動のポンプである及び／又は圧力レギュレータと直列なポンプであることができる。ポンプのフロー容量は、有効に減らされるべき圧力変動に対する圧力レギュレータで、特定の比にすることができる。
【００１２】
本発明の装置は、本発明の１つの態様である。別の態様は、低い圧力変化を可能とする本発明のプロセスである。プロセスを注意深く調整することで、装置は低い圧力変化を提供する。反対に、特性を調整可能である装置なしでは、プロセスは低い圧力変化を提供しない。まとめると、本発明は、低い圧力変化を得て、それによって、本発明の装置の下流で配合されるか又は消費されることがある、配合されるべき原料スラリー又は他の液体のフローにおける低い変化を得るための、調整可能な装置及び装置を操作するプロセスである。
【００１３】
「フローコントローラ」という用語は、フローメータと、制御弁と、コントローラとを有するデバイスを言い表し、フローメータ及びコントローラを有する容量液体フローコントローラと、一体型レギュレータ−制御弁とをまた含むように使用される。一体型レギュレータ−制御弁という用語は、圧力変動抑制を提供するレギュレータ機能と、流量調整を提供する制御弁機能との両方が、同一のデバイスによって同時に実行されるように、レギュレータと、フローメータと、コントローラとを含むフローコントローラを提供する、本発明の幾つかの実施形態で使用される特有の性質を言い表す。本発明の幾つかの実施形態において、一体型レギュレータ−制御弁は、フローメータに対して上流位置に一体型レギュレータ−制御弁を設置することで、フローメータが一体型レギュレータ−制御弁の圧力抑制の影響を測定することができるように、さらに改善される。本発明の幾つかの実施形態において、一体型レギュレータ−制御弁は、ユーザーが操作する圧力範囲を規定することを可能とするコントローラによってさらに改善され、それによって、一体型レギュレータ−制御弁は、圧力変動を最適に有効に抑制し、流量を制御する。「制御レギュレータ」という用語は、「一体型レギュレータ−制御弁」という用語と置き換え可能で使用することができる。追加的に、「レギュレータ」という用語の使用は、制御レギュレータと、コントローラなしのレギュレータとを含む。本発明は、フローを有効に制御しながら圧力変動抑制を提供する特定のパイロット圧力（ガス、空気）範囲で、レギュレータを操作する。この新しい考えは、分離したレギュレータと制御弁とについての必要性を取り除く。
【００１４】
本発明は、１つ又は複数の以下の利点を提供する。本発明は、ＣＭＰスラリーを沈降させるのに適した、圧力ベッセルを含まない。本発明は、信頼性の欠点を有する脈動抑制装置を用いない。幾つかの実施形態において、動作する１つのチャンバーと、脈動抑制する１つのチャンバーとを含み、それによってポンプの信頼性が増加する従来技術の場合は、低い圧力変動のポンプは操作することができない。その代わりに、本発明で有用なポンプは、２つの動作するダイアフラムを有することができる。圧力レギュレータは、２つのダイアフラムを有することができ、走行停止をなくすことができる。幾つかの実施形態において、圧力レギュレータは、第１及び第２、しばしば上側及び下側のダイアフラムを有し、第１ダイアフラム（典型的に、下側ダイアフラム）は、入口圧力を感知する。本発明は、レギュレータに通じる、壁内の消波突起をなくすことができる。幾つかの実施形態において、それらの突起は、例えば、ＣＭＰ液体中での凝集を促進する。上で述べたように、本発明のレギュレータは、分離した制御弁についての必要性を除外することができる。したがって、追加的に、本発明のコントローラは、レギュレータへフィードバックすることができ、制御弁へはフィードバックすることができない。
【００１５】
本発明の１つの実施形態において、本発明の圧力レギュレータは、閉鎖部を有し、弁開口部を通過するシャフトによって接続された２つのダイアフラムを持つ、標準的な実績のある設計である。入口圧力は、入口流体と接触する下側ダイアフラムによって感知される。レギュレータの有効性を損なう脈動を制限する走行停止がない、すなわち、それは走行停止フリーである。ＣＭＰ液体の凝集を促進する消波突起は存在しない。本発明の制御弁は、分離したデバイスではなく同一の圧力レギュレータである。これは空間効率が良く、費用効果がある。
【００１６】
２つのダイアフラムを含むレギュレータは、スプリングロード式（直動式）、空気式（ドームロード式）又は重量式、直線動作式、モータ搭載式などであることができる。
【００１７】
本発明は、本発明者らが発見した望ましい操作パラメータを開示する。本発明は、圧力変動の有効な抑制を作り出すドームロード式圧力レギュレータについてのパイロット圧力範囲を開示する。本発明はまた、幾つかの実施形態において、比較的低いパイロット圧力でレギュレータを操作するために、フロー容量設定点からレギュレータを大型化する利益を開示し、それにより、下流で十分なフローをなおも提供しながら、圧力変動を有効に抑制する。
【００１８】
本発明において、フローメータを、レギュレータ（及び一体の制御弁）の下流に直接配置することができる。下流のフローメータの位置は、本発明の複数ステージの圧力変動抑制に利益を与えることができる。上流のレギュレータは、制御弁として及び圧力変動抑制デバイスとして働くことができる。それによって、下流のフローメータは、レギュレータによる圧力変動から保護される。フローメータは、レギュレータに背圧を提供し、その有効性を改善する。レギュレータはフェイルクローズ（ｆａｉｌ−ｃｌｏｓｅｄ）のバブルタイトデバイスであることができ、フローメータの上流の遮断弁は、本発明を使用する際に必要ない。このように、圧力変動抑制装置及び制御弁として働くことに加え、それは、追加的に、遮断弁として働くことができる。
【００１９】
本発明で有用なレギュレータの１つのタイプは、ドームロード式圧力レギュレータである。完全に機械的であるにもかかわらず、これらのデバイスは高機能であり、一方が入口と接触し、他方が出口と接触した２つのダイアフラムを使用して、入口圧力と出口圧力間の差を感知することができる。ダイアフラムが圧力変化を感知した場合、両方のダイアフラムに取り付けられた閉鎖部を含み、開口部を通過するシャフトは、圧力変動を取り除くように位置を変える。例えば、入口圧力が増加した場合は、シャフトは入口ダイアフラム上に押し下がり、閉鎖部を移動させて、開口部を開き、それにより圧力を解放する。レギュレータはプロセスのエネルギーを操作する。レギュレータの機械的操作の原則は、有利には、圧力変動に対して早く直接的で、一定で信頼性のある応答を示す。
【００２０】
本発明は、容量液体フローコントローラを供給するポンプ駆動システムに関し、容量液体フローコントローラへの送入（ｆｅｅｄ−ｉｎ）は、できるだけ少ない圧力変動を有し、フローコントローラは閉ループフロー制御システムの一部であり、ポンプはベッセルから液体を取り除くために吸入を使用することができ、装置のウェット部の構築材料は、高純度な耐薬品性材料、例えば、ＰＦＡ又はＰＴＦＥである。
【００２１】
発明者らは、液体をフロー制御し、構成要素を配合し、幾つかの実施形態においてはそれらの液体を配合するための装置と、装置を操作するためのプロセスとを設計した。これらの装置は、半導体製作プロセスで使用するのに適する。本発明の装置は、ベッセルから液体を吸い出すための吸入を使用し、ループ内でこの液体を循環させるポンプと、このループから液体を吸引するフローコントローラとを含み、上流のポンプのタイプにもかかわらず、フローコントローラが極めて感度が高く正確である。本発明の別の態様において、本発明は、少なくとも１つの別のスラリー構成要素の供給管中で移送される少なくとも１つの他のスラリー構成要素と配合される、原料スラリーの供給管に供給される原料スラリーについての流量を制御するフローコントローラを含む本発明の装置を提供し、各スラリー構成要素が、それ自体のスラリー構成要素の供給管中に移送され、前記スラリー供給管が再循環ループに接続され、前記再循環ループが、スラリー供給容器に挿入するための浸漬管と、ポンプと、液体背圧制御デバイスとを含む。少なくとも１つの他のスラリー構成要素の供給管中に移送される、少なくとも１つの他のスラリー構成要素と配合される、原料スラリー供給管に供給された原料スラリーについての速度、それ自体のスラリー構成要素の供給管中に移送された各スラリー構成要素、再循環ループに接続された前記スラリー供給管、スラリー供給容器に挿入する浸漬管と、ポンプと、液体背圧制御デバイスとを含む前記再循環ループである。装置は、様々な特性を調整することができるようなものであり、それらは、例えば、再循環ループ内の液体（例えば、原料スラリー）の圧力、ポンプのベンチュリ圧力、ポンプのダイアフラム又はベローズのガス及び真空フロー、ポンプスピード、ポンプのダイアフラム（又はベローズ）のオーバーラップ、ポンプのガス背圧、並びに、フローコントローラの設定点であり、フローコントローラの設定点とは、配合スラリー又は他の液体を作るために配合されることが望まれる原料スラリー又は他の液体の量である。吸入揚程機能を持つ１つのポンプと、最小の圧力変化又は変動（これらの用語のいずれも本明細書で使用されることがあり、互いに置き換えることができる）を持つ１つのポンプとである、２つのポンプを使用する代わりに、吸入揚程機能と圧力変化又は変動との両方を持つ、単一のポンプが使用される。本発明により、装置への圧力変化又は変動の影響が最小化され、フローコントローラ性能が最適化され、及び、幾つかの実施形態において、一定の配合スラリーを得ることができるように、ライン中の脈動ポンプ又は往復ポンプで引き起こされる圧力変化又は変動が制御される。ポンプの圧力変化又は変動は、本発明の装置及びプロセスを使用することで減らされ、それにより、フローコントローラの過調整を防止する。本発明は、脈動ポンプを使用して、スラリー又は他の液体の供給容器から、フローコントローラの直接供給を可能とする。本発明の最終結果は、従来技術と比較して、機械的により簡易で、より直接的で、高価でない配合方法である。
【００２２】
本発明の別の態様では、原料スラリー又は他の液体を再循環させるための再循環ループと、再循環ループと流体連通しており、閉ループ制御タイプである第１フローコントローラを有する、前記スラリー又は他の液体材料供給ラインとを含む、低い圧力変動の液体フロー制御（及び任意選択で、後の配合スラリー）を提供する装置又はプロセスであって、前記再循環ループが、吸入揚程機能を有する、背圧コントローラのポンプを含み、ポンプが、その速度を調整するための手段と、以下：チャンバーのオーバーラップ、ガス背圧、ベンチュリ圧力、並びに１つ又は複数のダイアフラム又はベローズへのガス及び真空フローのうち１つ又は複数又は全てを調整するための手段と、を提供し、装置を操作するプロセスにより、再循環ループ内の２０％以下のスラリー又は他の液体が、スラリー材料供給管、又は他の実施形態においてはフロー制御システムへ導かれることを含む、装置又はプロセスが提供される。幾つかの実施形態において、装置及び方法は、原料スラリーと混合されスラリー配合物を作るためのスラリー構成要素のための、閉ループ制御タイプである第２フローコントローラと、原料スラリー及び１つ又は複数の他のスラリー構成要素により配合スラリーが形成される接続部又は連結管と、を含む。
【００２３】
本発明の別の態様において、単独で又は他の態様と併せて、プロセスは、追加的に、スラリー又は他の液体の供給圧力が、ポンプと、スラリー又は他の液体材料供給ラインとの接続部との間で、再循環ループ内で測定された場合に、再循環ループ内のスラリー又は他の液体圧力以上であるポンプ内のガス背圧を有する装置を操作することを含む。
【００２４】
本発明の別の態様において、単独で又は他の態様と併せて、装置を操作するプロセスは、ポンプ内のガス背圧及びベンチュリ圧力を、±１０％に等しくなるように調整することを含む。
【００２５】
本発明の別の態様において、単独で又は他の態様と併せて、スラリー又は液体を配合する装置又はプロセスは、原料スラリー又は他の液体を再循環させるための再循環ループと、再循環ループと流体連通しており、閉ループ制御タイプである第１フローコントローラを有する、スラリー又は液体材料供給ラインと、原料スラリーと混合されスラリー配合物を作るためのスラリー構成要素のための、閉ループ制御タイプである第２フローコントローラと、原料スラリー及び１つ又は複数の他のスラリー構成要素により配合スラリーが形成される混合接続部又は連結管と、を含み、前記再循環ループが、吸入揚程能力を有する、背圧コントローラのポンプを含み、ポンプが、そのスピードを調整するための手段と、以下：チャンバーのオーバーラップ、ガス背圧、ベンチュリ圧力、並びに１つ又は複数のダイアフラム又はベローズへのガス及び真空フローのうち１つ又は複数又は全てを調整するための手段と、を提供し、液体供給圧力が、ポンプと、液体材料ラインとの接続部との間で、再循環ループ内で測定された場合に、装置を操作するプロセスが、再循環ループ内の液体圧力以上であるポンプ内の背圧を有することを含む。
【００２６】
本発明の別の態様において、単独で又は他の態様と併せて、液体を配合する装置及びプロセスは、液体を再循環させるための再循環ループと、再循環ループと流体連通しており、閉ループ制御タイプである第１フローコントローラを有する、液体材料供給ラインと、原料スラリーと混合されスラリー配合物を作るためのスラリー構成要素のための、閉ループ制御タイプである第２フローコントローラと、原料スラリー及び１つ又は複数の他のスラリー構成要素により配合スラリーが形成される接続部又は連結管と、を含み、前記再循環ループが、吸入揚程機能を有する、背圧コントローラのポンプを含み、ポンプが、そのスピードを調製するための手段と、以下：チャンバーのオーバーラップ、ガス背圧、ベンチュリ圧力、並びに１つ又は複数のダイアフラム又はベローズへのガス及び真空フローのうち１つ又は複数又は全てを調整するための手段と、を提供し、装置を操作するプロセスが、ポンプ中のガス背圧及びベンチュリ圧力を、±１０％に等しくなるように調整する。
【００２７】
如何なる上で説明した装置又はプロセスでは、再循環ループ内の背圧コントローラ（又は背圧を調整する手段）が、手動で、電気的に又は空気圧で調整可能である。
【００２８】
如何なる上で説明した装置又はプロセスでは、液体のための前記第１フローコントローラは、１〜２０又は２〜８又は１〜３リットル／分（ＬＰＭ）に設定される。
【００２９】
本発明の別の態様は、液体を配合する装置及びプロセスであって、装置及びプロセスが、単独で又は他の態様と併せて、第１液体を再循環させるための再循環ループと、再循環ループと流体連通しており、閉ループ制御タイプである第１フローコントローラを有する、第１液体材料ラインと、第１液体と混合され液体配合物を作るための第２液体構成要素のための、任意選択の閉ループ制御タイプである第２フローコントローラと、第１液体及び１つ又は複数の他の液体構成要素により配合液体が形成される接続部又は連結管と、を含み、前記再循環ループが、吸入揚程機能を有する、背圧コントローラのポンプを含み、ポンプが、そのスピード、チャンバーのオーバーラップ、ガス背圧、ベンチュリ圧力、並びに１つ又は複数のダイアフラム又はベローズへのガス及び真空フローを調整するための手段を提供する、装置及びプロセスである。
【００３０】
本発明の別の態様において、装置又は方法は、フロー制御液体を形成するために制御されたフローである、追加の構成要素流と、追加の構成要素供給ラインとを含む。装置は、混合物を構成するために、これらの構成要素を供給し配合するための追加のフローコントローラ及び／又は連結管を含むことができる。
【００３１】
本明細書での説明に基づいて、装置が機能し、配合物が本発明に従ったもので、正確で再現可能で、高純度で、腐食生成物で汚染されないように選択することができる、商業的に利用可能なポンプ、制御弁、フィルタハウジング、逆止弁、制御デバイス、器具、液体供給容器、背圧コントローラ及びミキサーが存在する。
【００３２】
耐食性は、一般的に、構成材料として耐食性プラスチックの使用を必要とする。幾つかの耐食性プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ペルフルオロアルコキシ、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリビニルクロリドが挙げられる。デバイスは、これらの材料、及び他の特殊な耐食性材料のうち１つ又は複数で構成することができる。利用可能なこれらのデバイスの多くのベンダーが存在する。適切なポンプの幾つかのベンダーとしては、Ｙａｍａｄａ、Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ−Ｒａｎｄ、Ｎｉｐｐｏｎ  Ｐｉｌｌａｒ、Ｗｉｌｄｅｎ、及びＴｒｅｂｏｒが挙げられる。適切な弁の幾つかのベンダーとしては、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ、ＳＭＣ、Ｓｗａｇｅｌｏｋ、Ｇｅｍｕ、及びＭｅｇａ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが挙げられる。適切な制御デバイスの幾つかのベンダーとしては、Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ、ＳＭＣ、Ｔｒｅｂｏｒ、及びＥｎｔｅｇｒｉｓが挙げられる。適切なフィルタハウジングの幾つかのベンダーとしては、Ｐａｌｌ及びＥｎｔｅｇｒｉｓが挙げられる。適切な逆止弁の幾つかのベンダーとしては、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ、ＳＭＣ、ＴＥＭ−ＴＥＣＨ及びＧｅｍｕが挙げられる。液体供給容器の幾つかのベンダーとしては、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ及びＳｃｈｕｔｚが挙げられる。再循環で背圧を調整するために使用される背圧コントローラの幾つかのベンダーとしては、Ｇｅｍｕ、Ｆｕｔｕｒｅｓｔａｒ、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ、及びＳＭＣが挙げられる。ミキサーの幾つかのベンダーとしては、Ｅｄｌｏｎ及びＳＭＣが挙げられる。
【００３３】
１つの実施形態において、本発明の装置は、スラリー又は液体供給容器に挿入するための浸漬管を含み、それは再循環ループと流体連通している。再循環ループは、それらと流体連通しているポンプと、再循環ループと流体連通している、原料スラリー又は液体供給ラインに接続するためのＴ字管又は他の接続部とをさらに含む。液体供給ラインは、本発明の装置の一部であることがある、任意選択の混合若しくは配合設備を与えるか、又は、ツール若しくは液体に対する他の下流での使用（本装置の一部でない）を与えるかのいずれかである。スラリー又は液体供給容器は、原料ＣＭＰスラリー又は他の液体を収容する。（原料ＣＭＰスラリーは、原料スラリーが水又は希釈液で希釈されなければならない、及び／又は使用前に化学構成要素と組み合わせなければならないことを意味する。）再循環ループのスラリー又は液体供給容器、ポンプ、フローコントローラ、及び全ての他の構成要素（部品、化学構成要素でない）の間での接続は、流体が上流構成要素の流体出口ポートから下流構成要素の流体入口ポートまで自由に通ることができるように、これらの構成要素（部品）を接続する配管を通ることができる（通ることが好ましい）。（配管は導管などによって置き換えることができる。）
【００３４】
ポンプは、２つのガスポートを通じてポンプ制御デバイスに接続される。「ガス」という用語は、圧縮したクリーンドライエアー（ＣＤＡ）、窒素、及び／又は他の不活性ガス、典型的にはＣＤＡを選択的に言及するために使用される。ポンプ、ポンプ制御デバイス、及びガス源の間の接続は、配管がガスをポンプに接続することを意味すると理解され、液体供給容器、ポンプ及びフローコントローラを接続する再循環ループの配管から分離している。高純度で耐薬品性がある流体の接続は、ポンプ、液体供給容器、フローコントローラ及び他の構成要素上に、フレア又はアメリカテーパ管用ネジ（ＦＮＰＴ）を合わせる、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）配管及びＰＦＡ金具を使用することで形成することができる。ガス接続は、ポンプガス入口、ソレノイド、及びガス源上にＦＮＰＴ又はワンタッチポートを合わせる、ポリエチレン又はナイロン配管及びポリプロピレン金具を使用することで形成することができる。ガス供給部に取り付けられたポンプ制御デバイスは、ソレノイド弁をオン又はオフにして、ポンプの２つのチャンバーに別々に供給する。各ソレノイドのオン及びオフの時間は、ポンプ制御デバイスに搭載された制御プログラムによって制御される。ソレノイド弁はＴ字管に接続され、それは次にガス源に接続される。ポンプ制御デバイスは、要求に応じてポンプ制御デバイスを操作する、より高いレベルの制御デバイスに接続される。
【００３５】
Ｔ字管又は他の接続部（接続部は、再循環ループと液体供給ラインとの間で任意の形状のコネクタであることができると理解されるが、Ｔ字管と言及される）で再循環ループに戻った場合、Ｔ字管の１つの側は、ポンプに直接又は間接に流体接続され、Ｔ字管の第２の側は、液体供給容器の戻り入口に最終的に接続する（及び再循環ループの一部である）ラインに接続され、Ｔ字管の第３の側は、液体供給ライン（本明細書では液体材料供給ラインとも言い表される）を通じて、フロー制御デバイス（フローコントローラ）に液体を供給する。Ｔ字管の液体戻り側は、ニードル弁を備えた可変面積型フローメータ（「ロータメーター」）に接続される、及び／又は流体連通している（それは背圧コントローラとして作用し、代替実施形態においては、異なるタイプの背圧コントローラであることができ、その他は以下に記載される）。ニードル弁は、再循環ループ内で背圧を調整する手段である。ニードル弁は、再循環ループからの液体の戻りに対して挿入された、第２のより短い浸漬管を好ましくは有する液体供給容器に接続されるか又は流体連通している。Ｔ字管の第３の側は、フローメータ（フローコントローラの一部）に接続される。フローメータは、制御デバイス又は回路と電気的に接続され、それは設定点信号を受信し、設定点と実際のフローの間の差を計算し、調整信号を作り出す。調整信号は制御弁に送られる。制御弁は、空気式又は電気的信号に応答して、部分的に又は完全に開ける又は閉じることができる弁として規定される。設定点は、より高いレベルの制御デバイスによって供給され、そうでない場合は、コントローラに入力される。フローメータは、電気操作式制御弁に接続される。制御デバイスによって提供された調整信号に応答して、制御弁が開く又は閉じる。フローメータ及び制御弁はまた、フローコントローラと言い表される。フローメータは、制御弁の下流にあることができるか又は制御弁はフローメータの下流にあることができる。制御弁又はフローメータの下流は、流体的に接続された逆止弁である。幾つかの実施形態において、逆止弁はライン中の第２Ｔ字管（それは任意の形状の接続部であることができると理解される）に接続される。
【００３６】
「接続される」の任意の使用は、「流体的に接続される」及び／又は「それと流体連通している」という用語と置き換えられるであろう、本発明の任意の及び全ての態様及び部品を説明するものであることに留意されたい。さらに、接続されるという用語は、装置の構成要素が、配管及び／又は他の導管及び／又は連結部及び／又は間に接続された部品若しくは構成要素のうち、１つ又は複数のセクションと互いに直接又は間接に接続されることができることを意味すると理解される。接続が「直接又は間接に接続される」などと説明される場合は、本明細書に加えることができる。
【００３７】
幾つかの実施形態において、先ほど述べた第２Ｔ字管の１つの側は、フローメータ又は制御弁の出口に接続される。第２Ｔ字管の第２の側は、配合液体のために、リザーバ又は使用場所に接続された任意選択の混合デバイスに接続される。第２Ｔ字管の第３の側は、逆止弁、任意選択のフローコントローラ、及び化学構成要素（例えば、水、酸化剤など）と言い表される第２の液体構成要素の源に接続される。任意選択の混合デバイス又はミキサーは、それらが完全に混合されるように２つの成分を混合する。ミキサーは、配合液体生成物を保管又は使用する、リザーバ又は使用場所に接続される。
【００３８】
幾つかの実施形態において、第２化学構成要素（成分とも言い表される）の源は、外部システムによって供給されることがある。第２成分源は、第２フローコントローラに接続することができる。フローコントローラは、存在する場合は、フローメータ及び制御弁を含むことができる。制御弁及びフローメータの両方は、上で説明した第１フローコントローラのように操作することができる制御デバイスに接続される。制御弁の下流、又は幾つかの実施形態において、フローメータの下流は、第２逆止弁である。第２逆止弁は第２Ｔ字管に接続される。
【００３９】
代替実施形態において、本発明の２つの低い圧力変動のフロー制御装置を、併用することができる。例えば、上で説明した実施形態の第２フローコントローラは、本明細書で説明したような、分離した低い圧力変動のフロー制御装置の（再循環ループの下流の）フロー制御システムの一部であることができる。
【００４０】
前述の段落は、本発明の装置の実施形態を説明してきた。代替実施形態において、装置は、単独で又は任意の組み合わせで、以下：追加の混合デバイス、フローコントローラ、フィルタハウジング、ループ内で背圧を調整するための電気的又は空気式制御弁、シャトルを含むポンプ、コントローラ無しのポンプ、フローメータ、圧力変換器、脈動抑制装置、衝撃遮断物、フロースイッチ、空気弁、手動弁、及びＹストレイナーのうち１つ又は複数を含むことができる。これらの部材は、再循環ループ内の又は装置の導管若しくは配管中の様々な場所で、単独で又は複数で加えることができる。
【００４１】
本発明のプロセスは、装置が再循環ライン内にフィルタハウジングを含む場合に、起動中にシステムからガスを取り除く困難性；高いフロー、圧力及び低い圧力変動を同時に得ることの困難性；及びフローコントローラが再循環ループから液体を吸入する場合に、低い圧力変動を維持する困難性、を含む従来技術の装置が持つ問題を克服するために使用することができる。ＣＭＰ液体は、研磨剤に応じて、研磨剤の沈殿を避けるために、１〜２．５ｆｔ／ｓの最小フローを要求する。１／２”配管では典型的に、およそ３．３ＬＰＭが最小の２．５ｆｔ／ｓの速度を維持するために要求される。本発明のプロセスは、沈殿を避けるために、フローコントローラに約３．３ＬＰＭのフローを提供することを求める。幾つかのフローコントローラは、フローコントローラのモデル及びブランドに応じて、操作するために１２ＰＳＩＧ以下を要求する。本発明のプロセスは、フローコントローラの操作が損なわれないことを確実にするために、少なくとも１２ＰＳＩＧの液体圧力をフローコントローラに提供することを求める。配合のために再循環ループからフローコントローラに液体のフローを導くことで、追加の課題が与えられる。再循環ループ内のフロー及び圧力は、上で説明した最小の要求を満たさなければならない。液体がフローコントローラに向かう場合、再循環ループ内の圧力は減少し、それによって、ループ内の圧力変動が増加する。本発明のプロセスは、再循環ループ内で維持されるような合理的な圧力及びフローを提供する装置及び方法を提供する。
【００４２】
因子であるフロー、圧力、及び圧力変動が大きく相互作用することで、説明した問題に対する解決策が複雑になる。背圧とフローは反対に相互作用する。これは、高い背圧が低いフローをもたらすことを意味する。まず、背圧が不適正である場合のみ、背圧−フロー相互作用はフローを適正にし、逆もまた同様である。装置をＣＭＰスラリー又は液体配合の用途に対して適正に動作させるために、この相互作用に対する解決が求められた。これは、問題を克服し、フロー−背圧の相互作用を低減し、フロー及び背圧を同時に適正にすることを可能とする設定を発見する最適化実験を導いた。好ましい実施形態において、液体の少なくとも一部は、ポンプが操作されている間は、連続的に再循環ループの全ての部分を通じて流れていて、液体の他の部分（残り）はフローコントローラに流れる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の装置の第１実施形態である。
【図２】本発明の装置の第２実施形態である。
【図３】本発明の装置の第３実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の装置及び方法は、配合スラリーを作るために、原料ＣＭＰスラリーを、他の化学構成要素と配合する目的のために制御されたフローを提供するために設計された。それは、任意の液体に対して使用することができることが理解される。複数の装置を、単一の配合装置に異なる液体を供給するために、併用することができることがさらに理解される。本発明の装置及び方法は、例えば、よく制御された液体のフローを要求する、任意のツール（配合装置でない）又は使用を直接提供するために使用することができることがさらに理解される。したがって、文脈が異なって要求しない限り、本明細書内の「スラリー」、「原料スラリー」又は「ＣＭＰスラリー」という用語の任意の使用は、「液体」と置き換えることができ、「液体」の使用は、「スラリー」、「原料スラリー」又は「ＣＭＰスラリー」に置き換えることができることが理解される。さらに、本発明の装置は、それに取り付けられた配合設備を有するとして、説明されることがある。任意のツール又は下流での使用は、本明細書で説明されるか又は示される混合又は配合設備に置き換えることができることが理解される。
【００４５】
本発明で使用される液体ウェット部は、別段の記載がない限り、耐薬品性の高純度な材料、例えば、ポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）若しくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又は同種の材料で作られる。デバイスの液体ポートの管への接続は、別段の記載がない限り、耐薬品性の高純度な材料、例えば、ＰＦＡ又はＰＴＦＥで作られた、金具、例えば、フレア、プライムロック、ＮＰＴＦ、ＮＰＴＭ又は他の金具で作られる。幾つかのデバイスはまたエアポートを有する。エアポートの金具及び管は、非ＰＦＡ、非ＰＴＦＥ材料で作られることがある。
【００４６】
本明細書での「フローメータ」という用語の使用は、流量測定値を測定し、ゲージ、ダイアル又は電気ディスプレイなどを通じてその測定値を表示するフローメータと、流量測定値をコントローラに電気的に通信するために使用することができるフロートランスミッターとを含む。
【００４７】
「電気的に接続される」という用語の使用は、任意の形態の信号接続を含み、それは配線、又は無線波若しくは電波によるものであることができる。
【００４８】
図１は、以下の構成要素：液体供給容器１、吸入浸漬管２、液体輸送ポンプ３、ポンプコントローラ４、ガス源５、フィルタハウジング６、接続部又はＴ字管７、ニードル弁９を備えた可変面積型フローメータ８、及び戻り浸漬管１０を含む、再循環ループ１００を含む本発明の装置を示す。再循環ループは、再循環ループから、再循環ループと流体連通しているフローコントローラ１００に液体を供給する。液体が原料スラリーである場合は、それは、別のスラリー構成要素流と組み合わさり配合スラリーを形成することができる。
【００４９】
図１において、本発明の装置は、液体供給容器１から液体を取り除くための、少なくとも１つの液体輸送ポンプ３を含む。液体は、典型的に、５５ガロンの液体供給容器又は３００ガロンの袋（ｔｏｔｅｓ）に供給される。典型的に、液体供給容器は、上部にのみ開口を有し、それによって、典型的に、液体供給容器に挿入され、ポンプが操作されている際に吸入を提供する浸漬管２を要求する。浸漬管２は、典型的に、液体供給容器中の液体の多くを取り除くことができるように、先端が液体供給容器の底に近いように十分に長い。また要求されるのは、ポンプは容器の外に液体を持ち上げることができるような、吸入揚程機能を持つポンプである。ポンプはまた、フローコントローラに供給するのに十分な流量を提供しなければならない。装置内でポンプを操作することは、フローコントローラ１００の入口で、低い圧力変動を作り出さなければならない。ポンプの入口ポートは、フレア、ＦＮＰＴ又はフランジ付であることができる。ポンプの入口ポートのサイズは、１／４”、３／８”、１／２”、３／４”又は１”であることができる。ポンプの出口ポートは、ポンプの入口ポートと同じサイズであるか又は異なるサイズであることができる。好ましい実施形態において、ポンプのポートサイズは、フレア金具付きの１／２”入口、１／２”出口である。ポンプはＴｒｅｂｏｒ社のＰｕｒｕｓ  ＣＰであることができる。
【００５０】
ポンプ３は、吸入揚程機能を持つタイプとして規定され、典型的に、１つ又は複数のダイアフラム又はベローズ、幾つかの実施形態においてはデュアルダイアフラム又はベローズを有する、ベローズポンプ又はダイアフラムポンプである。ポンプ３の最大フローは、フローコントローラ１００の最大フローと一致することがあるか、又はポンプ３はフローコントローラ１００の１〜３倍の最大フローを供給することがあるか、又はポンプ３はフローコントローラ１００の１〜５倍の最大フローを供給することがある。ポンプ３は、ポンピングされた際に５０ＬＰＭの最大フロー、又は２５ＬＰＭの最大フロー、又は６ＬＰＭの最大フローを供給するように、選択することができる。フローコントローラ１００は、０〜２０ＬＰＭ、又は０〜１０ＬＰＭ、又は０〜５ＬＰＭ、又は０〜２．５ＬＰＭ、又は０〜１．２５ＬＰＭのフローを制御するように選択することができる。
【００５１】
この実施形態のポンプ３は、低い圧力変動のポンプであることができる。低い圧力変動は、２つの独立したダイアフラムチャンバー、第１チャンバー及び第２チャンバーを持つポンプによって作られるタイプのものであり、それらは、５つの工程で操作される。各工程において、ポンプは液体の略一定のフローを排出している。第１工程において、第１チャンバーは加圧（排出）下にあり、第２チャンバーは真空（吸入）下にある。第２工程において、第１チャンバー及び第２チャンバーは加圧（排出、相互位相）下にある。この工程において、相互位相という用語は、往復ポンプが、従来技術で示された圧力降下に切り替わるのを防止する、バランスを取った２つのチャンバーからの排出を組み合わせる、このポンプの機能を言い表す。第２工程において、第１チャンバーの圧力は低下し、同時に第２チャンバーの圧力は上昇する。第３工程において、第１チャンバーは真空（吸入）下にあり、第２チャンバーは加圧（排出）下にある。第４工程において、第１チャンバー及び第２チャンバーは、加圧（排出、相互位相）下にある。第４工程において、第１チャンバーの圧力は上昇し、同時に第２チャンバーの圧力は低下する。第５工程は、何度も繰り返す新しい５つの工程のサイクルを始めるために、第１工程を繰り返す。サイクルが進んだ場合、各チャンバーは、加圧下、次いで真空下であることを、間で相互位相の期間を持ちながら、交互に行う。
【００５２】
ポンプ３は、８０ｐｓｉｇの最大パイロット圧力と、６０ｐｓｉｇの最大液体圧力とを有する。ポンプ３についての最大フロー容量は６ＬＰＭである。１０〜２０のサイクル率及び５０％のオーバーラップを持つこのポンプの名目上の操作パラメータは、約３ＬＰＭの流量を作り出す。２０〜３０ｐｓｉｇの背圧を持つこのポンプを操作することが可能であり、実際に、これは、この実施形態においてはニードル弁９及びロータメータ８である、背圧コントローラによって提供することができる、ポンプ３の圧力変動抑制を改善する。このポンプは、チャンバーが吸入から排出に切り替わる際に、多くのダイアフラムポンプにある圧力降下の問題を解決する。切り替え中の圧力降下の代わりに、このポンプは相互位相排出を用いる。これにより、従来技術のポンプが圧力低下を受けている間に、圧力を一定に保つ。このポンプにおいて圧力変動抑制デバイスは存在しない。したがって、その設計は、脈動吸収装置に関する信頼性の問題に強い。
【００５３】
ポンプ３は、装置内で可能な限り低く置かれることが好ましい。それは、装置の残部への振動伝達を最小化するために、床のポンプを上げるサドル（図示せず）上に設置されることがある。ポンプはガスによって操作される。この低い圧力変動のポンプ３は、第１ステージの圧力変動抑制を構成する。
【００５４】
本発明の装置は、ポンプに接続され、ポンプを制御するポンプコントローラ４をさらに含む。ポンプコントローラは、ガス源から、ポンプの１つ又は複数のダイアフラム又はベローズにガスを供給する。ポンプコントローラはまた、ポンプのダイアフラム又はベローズに負圧（真空）を供給する。ポンプコントローラは、別々に、ポンプのダイアフラム又はベローズにガス又は真空を供給することができる。１つの実施形態において、ポンプコントローラは、プログラム可能なロジックリレー、２つのソレノイド弁、２つのベンチュリ真空発生器、ポンプのダイアフラム又はベローズへのガス又は真空フローを制限する２つの可変絞りナット、精密レギュレータ、排気マフラー、及びコントローラの部品に接続するための配管及び金具、を含むことができる。プログラム可能なロジックリレー（ＰＬＲ）は、ソレノイドに電気的に接続される。操作されている際、ＰＬＲメモリに搭載された適用プログラムによって指示された場合は、ＰＬＲはソレノイドをオン及びオフに変える。ベンチュリ圧力発生器は、ソレノイドがオフになった場合にポンプのガスポートに負圧を供給する。ＰＬＲ及びソレノイド弁は電気的であり、電力源を要求する。精密レギュレータはポンプ内のガス背圧を制御する。ソレノイド弁は可変絞りナットにガスを供給する。可変絞りナットは、それぞれ、ポンプの１つのダイアフラムを供給する。ポンプコントローラの精密レギュレータ、ベンチュリ、及びソレノイド弁の全ては、ガス源５を要求する。１つの有用なポンプコントローラは、Ｔｒｅｂｏｒ社製を利用可能である。
【００５５】
本発明の装置は、単一フィルタハウジング６として示される、１つ又は複数のフィルタハウジング中の任意選択の１つ又は複数のフィルタをさらに含む。図１は、ポンプの排出側上にフィルタハウジングを示す。本発明の代替実施形態は、ポンプの吸入側、又はフローコントローラの入口の隣に、又はニードル弁と液体供給容器の間に、１つ又は複数のフィルタハウジングを、代替的に又は追加的に設置する。フィルタハウジングは任意のサイズ、例えば、鉛直長で１０〜２０インチ、又は１０若しくは２０インチであることができ、ポリプロピレン又はＰＦＡ材料で作られる。ハウジングは右側上がりであることができ、入口ポート及び出口ポートの下に設置されたボウル、又は、反転されて、入口ポート及び出口ポートの上のボウルを持つ。ハウジングはまた、ハウジングの側の代わりにボウルの底に入口ポートを有することができる。好ましい実施形態は、反転したボウル及び側部入口を持ち、フィルタ入口を近く（ポンプの排出ポートの２４インチ以内又は１２インチ以内を意味する）に配置することである。
【００５６】
本発明の装置は、再循環ループ内に接続部又はＴ字管７をさらに含む。Ｔ字管は、液体供給容器に液体を戻して再循環させるためのパス、並びに、液体フローコントローラを供給するためのパスを提供する。再循環パスは、液体がＣＭＰスラリーである場合は、ＣＭＰスラリー又は他の液体を均一で沈降なく保つために、装置内及び液体供給容器内で安定したコロイド懸濁液を維持するのに有用である。液体供給容器内の吸入２及び戻り１０の挿入管の異なる長さにより、再循環が液体供給容器の向きを変えた場合に、濃度又密度の勾配を崩壊するための手段が提供される。再循環ループは、再循環ループ内で背圧を調整するための手段、例えば、ニードル弁又は空気式若しくは電気的制御弁又はフローコントローラをさらに有する。
【００５７】
Ｔ字管７の一方の側の下流で、本発明の装置は、示したように、再循環ループ内の背圧を調整するための手段として、可変面積型フローメータ８及びニードル弁９をさらに含む。フローメータ８は、フローを示すために表示された窓の手間のフロートの移動によって、フローの視覚的指標を提供する。手動操作式ニードル弁９を閉じることで、弁の上流の背圧を増加させ、フローを減少させる。本発明の代替実施形態において、フローメータ８は電気フローメータであることができる。代替実施形態において、弁９は電気的又は空気式駆動制御弁であることができる。代替実施形態において、弁９は、制御弁の上流で再循環ループ内に加えられた圧力変換器からのフィードバックに基づいて操作する制御弁であることができる。
【００５８】
Ｔ字管７の他方の側の下流で、本発明の装置は、空気式弁１１であることができる任意選択の遮断弁１１をさらに含む。この弁を使用して、フローコントローラへのフローを防止し、システムの残部が操作されているままで、フローコントローラのメンテナンス又は交換を可能とすることができる。
【００５９】
本発明の装置は、液体フローコントローラ１００をさらに含む。フローコントローラ１００は、フローメータ１２、制御弁１３、及び制御デバイス（コントローラ）１４を含む。フローコントローラ１００のフローメータ１２は、超音波、回転タービン若しくはホイール、渦、電磁気、コリオリ、又は差圧の原理に基づいて操作することができる。好ましいフローメータの操作原理は差圧であり、それは、あらゆる操作原理のうち最も早い応答を提供する。フローメータ１２は制御デバイス１４に電気的に接続され、流体はフローメータ１２から制御弁１３に流れる。制御弁１３は通常閉じられている。制御デバイス１４により指示された場合、制御弁１３は、フローメータ１２により感知されたフローに応じて、部分的に又は完全に開く。フローコントローラユニットは異なるフロー範囲を有する。本発明で有用なフローコントローラはＥｎｔｅｇｒｉｓにより作られる。フローコントローラの有用な制御レギュレータ１３は、閉鎖部を有し、弁開口部を通過するシャフトにより接合された上側ダイアフラム及び下側ダイアフラムを有することができる。下側（入口）ダイアフラムは、圧力変動に応答して閉鎖部を動かす。Ｅｎｔｅｇｒｉｓ６５１０のフローコントローラに組み込まれた、この制御レギュレータ１３は、第２ステージの圧力変動抑制を構成する。制御レギュレータ１３は、示されるように、図１のフローメータ１２の下流にあるため、圧力変動抑制の影響は、フローメータ１２によって測定することができない。幾つかのフローコントローラにおいて、フローメータ１２及び制御弁１３は、配置において単一体に組み込まれる。フローメータが、図２及び図３の実施形態で示したように、制御弁又はレギュレータの下流にあるフローコントローラを使用することは有益であることがある。
【００６０】
フローコントローラ２００の性能は、フローメータ１２のスピード及び精度、制御デバイス１４の制御アルゴリズムのスピード及び精度、制御弁１３のスピード及び精度、並びにフローメータ１２に対する入口での圧力及び圧力変動に依存する。圧力変動が低い場合は、配合結果が改善される。ポンプ３の圧力変動は、装置内の圧力変動に影響を与える１つの因子であるが、その因子のみでない。他の因子としては、フィルタハウジングの配向、存在する場合は、反転したフィルタハウジングの上部にあることがあるフィルタハウジング中でのガスの存在、フィルタハウジング中での捕集ガスの量、捕集ガスの圧力、フィルタハウジング中で捕集ガスと液体との比、フィルタハウジング中のフィルタ、フィルタハウジングのサイズ、背圧制御デバイス９により提供されたポンプ圧力変動に対する埋め合わせ、並びに管のサイズ、体積及び配向、が挙げられる。フローコントローラの精度に影響する他の因子はフローメータ９に供給される圧力及びフローである。
【００６１】
本発明者らは、ポンプ３と、フィルタハウジング６と、配管と、フローコントローラ１００のフローメータの入口に低い圧力変動、正確なフロー及び正確な圧力を提供する背圧制御デバイス９と、を含む装置を考案した。装置は１つのみのポンプを要求する。前で述べたように、適切なタイプの各々のこれらのデバイスを作る幾つかのベンダーが存在する。本発明は、１つのベンダー又はデバイスに制約されない。さらに、ベンダーは、これらのデバイスの各々の幾つかのサイズを提供する。例えば、本発明のポンプは、１／２”フレアポートを有し、３ＬＰＭのフローを供給することがあるか、又は、１”フレアポートを有し、１００ＬＰＭを供給することがある。
【００６２】
装置内の圧力変動が大きい場合は、配合性能が悪化される。フローメータ１２はこの変動をすぐに検出する。制御デバイス１４は制御弁１３に信号を送り、変動に応答して調整する。この制御弁、フローメータ、及び制御デバイスは、高速の応答デバイスであるが、瞬時に応答しない。圧力変動が±１０％、又は±５％、又は±３％より大きい場合は、応答における遅延が問題となる。従来技術のダイアフラムポンプからの圧力変動の脈動は高周波数である。変動の周波数が、フローメータ１２、制御弁１３、及び制御デバイス１４の遅延時間の合計（「フローコントローラ遅延」と称される）よりも大きい場合、変化を検出するフローメータ１２と、調整するための制御弁１３に信号を送る制御デバイス１４とのサイクルは、遅すぎて有効に発生しない。有効にするためには、フローコントローラの遅延が減らされるか又は脈動周波数が減らされなければならない。本発明は、フローコントローラが応答するのに十分な時間を有することを確実にするために、脈動周波数を減らすための方法を提供する。
【００６３】
本発明の装置は、液体逆止弁１５をさらに含む。図１に示される実施形態において、逆止弁は、配合スラリーであることがある配合液体を作るために、第１液体と配合されるべき第２液体構成要素を含有する供給ライン４０に接続されたＴ字管に接続される。第２成分は、加圧源により供給することができる。第２成分の圧力が第１成分の圧力よりも高い場合、混合ではなく逆流が起こる。逆止弁１５は逆流を防止し、それによって混合が起こることを確実にする。
【００６４】
本発明の装置は、逆止弁１５と逆止弁２２との両方の下流に接続されたＴ字管２３と、Ｔ字管２３の下流の混合デバイス１６とをさらに含む。Ｔ字管は、単独で又は任意選択の１つ又は複数の逆止弁、及び／又は１つ又は複数の混合デバイスに加え、これらの任意選択のデバイスに接続する配管と組み合わせて、混合連結管を作る。本明細書で説明される混合連結管は２つの成分を混合する簡易なものであり、接続部又はＴ字管であることができる。代替的に、追加の１つ及び／又は複数の逆止弁、ミキサー並びにＴ字管をそれに加えることができる。代替的に、１つ又は複数のＴ字管、１つ又は複数の逆止弁、及び１つ又は複数のミキサーを任意の組み合わせで含む第２連結管は、２つ以上の成分を混合するために使用することができる。第２混合連結管の後は、最初の２つの連結管の生成物を組み合わせて最終生成物にする最終ミキサーであることができる。最終ミキサーに加え２つの混合連結管は、４つ以下の成分を混合するための本発明の実施形態である。別の実施形態は、一度に３つの成分を混合する単一混合連結管である。多くの異なる組み合わせが可能である。
【００６５】
混合連結管は、フローコントローラを通じて混合するための成分が供給される。それらはまた、容量ビーカー、圧力ベッセル、又はポンプによって供給されることができる。他の実施形態において、混合連結管は、Ｔ字管を使用せずに成分を一緒に運ぶように構成されることがある。Ｔ字管なしの連結管は、複数の流体ポートを用いて複数の経路を単一片の材料に形成することで、一緒に成分を運び、それによって経路が連結管の内部で一体となる。連結管は、単一のプラスチック連結管であることができる。これらの統合された混合連結管は、連結管に物理的に取付けられた逆止弁を有することができる。
【００６６】
混合連結管又はミキサーは、幾つかの混合技術を用いることができる。１つの一般的な混合技術は、フローパス中で特別に設計された挿入物を通じて、フローパス中で乱流を作ることである。これらの挿入物は、それらが成分の混合を助けるのに十分な乱流を作り出すように、計算流体力学及び実際の試験を使用して設計される。他の混合方法は、サイクロン混合であり、それは、ボウル中で２つ以上の成分を一緒に旋回させ、成分に捩りの動きを与える螺旋ブッシングを通じて各成分を通過させ、それらの混合を助ける。
【００６７】
示されるように、本発明の装置は、第２成分のリザーバ１８をさらに含む。このリザーバは、使用場所への分配のため、バルク薬剤の分配連結管を供給するために加圧されることがある。説明された本発明の装置はそのような使用場所の１つである。
【００６８】
本発明の装置は、示されるように、任意選択の第２成分のフローコントローラ２００をさらに含む。任意選択のフローコントローラ２００は、示されるように、フローメータ１９、制御弁２０、及び制御デバイス２１で構成される。フローメータ１９は制御弁２０に接続される。フローメータ１９はまた、制御デバイス２１に電気的に接続される。制御弁２０は、制御デバイス２１にまた電気的に接続される。フローコントローラ２００の操作はフローコントローラ１００の操作と同じであり、それは上で説明してきた。ポートサイズ、フロー範囲、及び圧力範囲は、同一であるか又はフローメータ１２と１９とで異なることができる。制御弁１３及び２０は同一の又は異なるポートサイズ、最大フロー、内部開口部サイズ及び他の特性を有することができる。
【００６９】
フローメータ１９の入口に供給された圧力の変化は、最大化されるべき配合精度のために最小化されなければならない。圧力分配システムでの圧力変化は、通常、±１０％未満、又は±５％未満、又は±３％未満であり、好ましくは、発生する任意の変化は、通常、低周波数であり、変化の種類は、フローコントローラが容易に制御することができるものである。
【００７０】
本発明の装置は、配合生成物のためのリザーバ１７をさらに含む。一般的に、生成物は、使用場所への分配又は追加の濾過又は他の処理の前に、タンク又は他のベッセル中に保管される。本発明の代替実施形態は、小さいリザーバ、又はリザーバなしであり、使用場所に配合生成物を直接分配することを提供する。リザーバ１７をバイパスし、配合連結管及び供給装置においてラインを詰め（ｐａｃｋ）、古い生成物を取り除くために、一定期間、配合生成物を老廃物ドレンに導き、フローコントローラが、安定化するのに十分な時間を有することも、一般的である。フローコントローラは、典型的に３秒後に安定化するため、少なくとも３秒間のラインの詰め時間が最適であることを意味する。ラインの詰め時間が終了した後、装置はリザーバ１７を満たすか、又は配合スラリー生成物を使用場所に分配するか、又はある他の方法で配合スラリー生成物を処理する。
【００７１】
本発明のプロセスは、本発明の背景で述べた問題を解決する。これらの問題は、異なる条件（濾過、充填、及び一般的操作）下での、物理量であるフロー、圧力及び圧力変動に関する。対象は、十分なフロー、十分な圧力、及び最小の圧力変動を、フローコントローラのフローメータの入口に提供することである。
【００７２】
本発明の追加の実施形態は図２に示される。図２に示されるように、薬剤ベッセル１は、フローメータ１２ａに運ばれる液体を含む。液体は、高純度の半導体グレードの薬剤、ＣＭＰスラリー、又は任意の液体であることができる。吸入ライン２８は、薬剤ベッセルをベローズポンプ３ａに接続する。吸入ラインは、好ましくは、Ｄａｉｋｉｎ  ＡＰ−２３１ＳＨ樹脂で作られた、１／２”の外径のＥｎｔｅｇｒｉｓ  ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｅＸＫＴ配管であることができる。Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ製又はＺｅｕｓ製又は他の樹脂、例えば、Ｄｕｐｏｎｔ  ４５０ＨＰ若しくは９５０の代替の配管がまた適切である。より大きい径、例えば、３／４”又は１”を、吸入ライン性能を改善するために使用することができる。システム内の他の配管は、別段の記載がない限り、同一のＥｎｔｅｇｒｉｓ  ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｅＸＫＴ配管である。
【００７３】
幾つかの代替実施形態として、吸入ライン２８は、ストレイナー、手動遮断弁、又は空気式エア操作弁を含むことができる。
【００７４】
ポンプ３ａは適度な圧力変動を有するベローズポンプである。１つの有用なポンプは、Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  Ａｓｔｉ製を利用可能である。適度な圧力変動は、６ＳＣＦＭ以下のエア消費量を持ち、０．５ＭＰａ以下の最大ポンプ操作圧力を持つ、ベローズポンプによって作り出されるタイプのものである。これは、比較的低い周波数及び振幅をもつ圧力変動を作り出す。ポンプは装置内で可能な限り低く置かれることが好ましい。それは、装置の残部への振動伝達を最小化するためにサドル上に設置されることがある。ポンプは、空気若しくは窒素、又は他の不活性ガスによって操作される。不活性ガスはエア管２９を通じてポンプ３ａのパイロットポートに供給される。エア配管は１／８”以上の外径であることが好ましい。配管２９はＦＥＰ又は他のプラスチックで作られることがある。ポンプを供給するエア管２９は、ラインが３メートル超である場合は、より大きい外径にする必要があることがある。ポンプ３ａは、管２９により接続されたコントローラ４ａによって供給される。幾つかの代替実施形態において、エア管２９は、ポンプへのエア供給をオン及びオフに変えるための、２又は３方向ソレノイド駆動弁を含むことができる。
【００７５】
ポンプ３ａは、０．３５ＭＰａのパイロット圧力で操作されることが好ましい。最大パイロット圧力は０．５ＭＰａであり、最小は０．２ＭＰａである。
【００７６】
コントローラ４ａは、Ｎｕｍａｔｉｃｓ  Ｓｅｎｔｒｏｎｉｃ  Ｄ又はＳｅｎｔｒｏｎｉｃ  Ｐｌｕｓであることが好ましい。このコントローラは、フローメータ３４から、設定点、電力及び外部のフィードバック信号３５を受けるための電気コネクタを有する。コントローラは、フローメータ３４から信号を受ける。この信号は、コントローラ４ａのファームウェアで設定されたカスケード制御スキームについての基準になる。カスケード制御は、２つのループと、スレーブとマスターとがあり、そのマスターがスレーブループに入力を提供することを意味する。マスターループは外部のフィードバック（フローメータ３４）から離れて操作する。スレーブループは、コントローラ４ａの内部にあり、ライン２９での圧力を測定する出口圧力トランスミッターと離れて操作する。フローメータ３４の設定点とフローメータのフィードバック信号３５との間で差がある場合、これは、コントローラ４ａ内の内部圧力設定点に変化をもたらす。変化の積極性（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅｎｅｓｓ）は、マスターファームウェアがどの程度調節されたかに依存する。これは、次に、内部圧力トランスミッターに圧力制御ループ内でエラー信号を登録させる。圧力トランスミッターのエラーにより、ポンプ３３ａへの圧力供給を調整するコントローラがもたらされる。変化の積極性は、スレーブファームウェアがどの程度調節されたかに依存する。コントローラが信号にどの程度応答するかに影響を与えるファームウェアにおいて多くのパラメータが存在し、それはエンジニアが調整することができる。ファームウェアは、圧力範囲が０．５〜０．２ＭＰａであるように設定される。まとめると、コントローラ４ａは、フローメータから信号を受け、ポンプ３３ａへの圧力供給を調整して、流量設定点を維持する。
【００７７】
ポンプ３３ａは、管を通じて任意選択のフィルタハウジング６に接続される。フィルタハウジングは、第１実施形態で説明したものと同一である。
【００７８】
フィルタハウジング６は、管を通じて、ドームロード式圧力レギュレータ３０に接続される。有用なレギュレータは、４０ＬＰＭのフロー容量を持つＳＭＣ社から入手可能である。（他の実施形態において、レギュレータの容量フロー容量は、およそ２０〜５０ＬＰＭであることができる。）これは、最大容量流量が２．５ＧＰＭのポンプ３ａと比較し、およそ４：１の比である（９．５ＧＰＭ）。他の実施形態において、この比は、２．５：１〜５．５：１、又は３：１〜５：１、又は３．５：１〜４．５：１であることができる。最大圧力（パイロット及び液体）は０．５ＭＰａであり、０．４ＭＰａ（パイロット及び液体）が実際の名目上の操作最大圧力である。最大の圧力変動抑制のための最適なパイロット圧力範囲は０．１５±０．０５ＭＰａである。パイロット圧力が低くなるにつれ、（液体の）圧力変動が良好に抑制される。パイロット圧力は弁の開口％を制御し、より低い圧力によって弁がより小さく開く。これにより流量が減らされる。ポンプ３ａは０．３５ＭＰａのパイロット圧力が供給され、レギュレータ３０は０．１ＭＰａのパイロット圧力が供給された場合、システム内の流量は約３ＬＰＭであり、圧力変動は、ロータメータのフロートが視覚的に安定である程度に小さい。０．２ＭＰａのレギュレータ３０のパイロット圧力で、ロータメータのフロートはわずかに上下し、少量の圧力変動を示す。０．２ＭＰａでのより大きいレギュレータ弁の開口により流量が増加する。このレギュレータは第１ステージの圧力変動抑制を構成する。
【００７９】
ドームロード式レギュレータ３０は、圧力低減レギュレータである。それは、０．１ＭＰａのパイロット圧力を持つ供給レギュレータ３０を供給することで、出口液体圧力が０．１ＭＰａ未満に低減することを意味する。液体供給圧力は、０．１ＭＰａの出口圧力を得るために、０．２ＭＰａ以上でなければならない。より高い入口圧力（０．３５ＭＰａがポンプの名目上の操作パイロット圧力である）は、より大きな圧力低減と、圧力変動抑制のより大きい有効性をもたらす。
【００８０】
ドームロード式レギュレータ３０は、エア配管３１を通じて圧力が提供される。この管は、１／４”又は５／３２”の外径であることができ、任意のプラスチック材料で作ることができるが、ＦＥＰが好ましい。管は、直動エアレギュレータ３２をもたらす。使用される一般的な部品はＳＭＣ社から入手可能である。商業的に利用可能である多くの他のものが存在する。
【００８１】
レギュレータ３０はフローメータ３４に接続される。それらを接続する管は耐薬品性ＰＦＡであり、レギュレータ３０からの流量を操作するのに十分大きい任意のサイズであることができる。１／２”の管サイズが好ましい。適切なフローメータの部品はＳＭＣ製である。フローメータ３４は、点線３５で示され、コントローラ４４と電気通信している。幾つかの代替実施形態において、フローメータ３４は可変面積型フローメータであり、例えば、それはＦｕｔｕｒｅｓｔａｒ社から入手可能である。
【００８２】
次に、流体はＴ字管７を通過する。第１分岐１０は薬品ベッセル１への戻り管である。これは、フロー制御システム２００によって消費されない液体を再循環させるためのパスを提供する。
【００８３】
再循環ループ３００は、（任意選択の薬品ベッセル１）、（薬品ベッセル１中の）吸入管２、ポンプ３ａ、レギュレータ３０、フローメータ３４、及び戻り管１０、並びに（薬品ベッセル１中の）戻り管１０に設置された１つ又は複数の背圧ユニット２４ａ及び２４ｂを含む。レギュレータはポンプの下流に位置し、フローメータはレギュレータの下流に位置する。レギュレータは電気的に制御されたレギュレータであるか又は機械的に制御されたレギュレータであることができる。このループは、フローメータ３４、ポンプ３ａ及びコントローラ４ａが制御ポンプフローに組み合わさるため、ポンプフロー制御ループと言い表すことができる。
【００８４】
幾つかの代替実施形態において、戻りライン１０（接続部７の下流に位置する）は、以下：フィルタ、手動遮断弁、空気式エア操作弁、可変面積型フローメータ８及び手動背圧制御弁９を有する手動背圧制御システム２４ａ、並びに／又は、空気式駆動制御弁２７を制御するコントローラ２６に電気的に接続された圧力変換器２５を有する背圧制御システム２４ｂのうち１つ又は複数を有することができる。
【００８５】
接続部７の下流は、フロー制御システム１００であり、流体的に接続されたドームロード式レギュレータ１３ａ、フローメータ１２ａ及び任意選択の遮断弁１１を有し、装置のこの部分の対象がフローメータ１２ａを通じてフローを制御することであるため、電気接続３０を通じてフローメータと連通し、レギュレータ１３を制御するコントローラ１４ａをまた有する。レギュレータ１３ａは管３６に流体的に接続され、それはＴ字管７に接続され、それによって、任意選択の遮断弁１１を通じて再循環ループ３００に接続される。幾つかの実施形態において、有用な遮断弁は、Ｔ字管７とレギュレータ１３ａの間で流体的に接続された、空気式又は手動遮断弁１１であることができる。
【００８６】
遮断弁１１の下流の管２８は、レギュレータ１３ａ及びフローメータ１２ａを供給する。管サイズは、好ましくは、１／４”の外径であることができる。レギュレータ１３ａは、（フローメータ１２ａからの信号入力を得て、ガス供給部５からライン３９を通じてレギュレータ１３ａまで、ガスのフローを制御するコントローラ１４ａ内で弁（図示せず）を制御する）電気コントローラ１４ａにより制御されるため、それは制御レギュレータと言い表すことができる。（これは、固定された手動調整方法を使用する手動レギュレータ３２からエア圧力が供給されるレギュレータ３０と対照的である。）さらに、制御レギュレータ１３ａ及び１４ａはまた、制御された弁（制御弁とも言い表される）を有し、フロートランスミッター１２に応答して動作するため、それらの３つの構成要素はまた、併せてフローコントローラと言い表すことができる。
【００８７】
管３６はドームロード式圧力レギュレータ１３ａに接続される。有用なレギュレータはＳＭＣ社から入手可能であり、４．５ＬＰＭのフロー容量を有する。最大圧力（パイロット及び液体）は０．５ＭＰａであり、０．４ＭＰａ（パイロット及び液体）が実際の名目上の操作最大圧力である。最大の圧力変動抑制のための最適なパイロット圧力の範囲は、０．１５±０．０５ＭＰａである。パイロット圧力が下がるにつれ、圧力変動が良好に抑制される。パイロット圧力は弁の開口％を制御し、より低い圧力によって弁がより少なく開く。これにより流量が減る。圧力レギュレータ３０からの出力が約０．２ＭＰａの圧力であり、圧力レギュレータ１３ａに０．１ＭＰａのパイロット圧力が供給された場合、レギュレータは、圧力変動を抑制しつつ、液体圧力を０．１ＭＰａ未満に減らす。このレギュレータ１３ａは、第２ステージの圧力変動抑制を構成する。この実施形態において、圧力変動抑制の影響は、圧力レギュレータ１３ａの下流のフローメータ１２ａにより測定される。
【００８８】
レギュレータ１３ａは、エア管３７を通じて、コントローラ１４ａに接続される。エア管３７は、１／４”又は５／３２”の外径であり、ＦＥＰであることが好ましいが、任意のプラスチックであることができる。コントローラ１４ａはＳｅｎｔｒｏｎｉｃ  Ｄ又はＰｌｕｓである。コントローラは、コントローラがレギュレータ１３ａにガス圧力を適応させることを除き、４４ａについて説明されたのと同じ方法で操作される。コントローラのファームウェアが、レギュレータ１３ａに、０．１５±０．０５ＭＰａのガス圧力範囲を供給するように設定される。まとめると、フローメータ１２ａによって測定された場合、コントローラ１４ａはフローメータ１２から信号を受け、レギュレータ１３ａにガス圧力供給を適応させ、流量設定点を維持する。
【００８９】
レギュレータ１３ａは、管を通じてフローメータ１２ａに接続される。フローメータ１２ａは電気接続３９を通じてコントローラ１４ａに接続される。フローメータ１２ａは、０〜４ＬＰＭのフロー範囲を持つ、Ｌｅｖｉｔｒｏｎｉｘ  Ｌｅｖｉｆｌｏｗの超音波フローメータであることができる。超音波フローメータは、液体圧力が１０ｐｓｉｇ未満である場合でさえ、正確に流量を測定することができる。
【００９０】
コントローラ１４ａ、レギュレータ３０及びコントローラ４ａは、レギュレータ４０によって全て供給される。レギュレータ４０は、１５００ＬＰＭの最大流量容量を持つより大容量のレギュレータである。一般的な部品はＳＭＣ製である。商業的に利用可能である多くの同様の部品がある。レギュレータ４０は、加圧ガス、典型的に空気又は窒素の供給部５により供給される。
【００９１】
フローメータ１２ａの後に、流体は、逆流を防ぐ逆止弁１５を通じて流れ、上で説明され、図１で示されたように配合のためであることがある、ツール又はシステムの別の部分に流れる。それぞれが再循環ループ及びフロー制御システムを含む、複数（２つ以上）の低い圧力変動のフロー制御装置が、複数の液体構成要素が消費又は配合などされる、より大きいシステム内で用いられることがある。有用な逆止弁は、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ製又はＰａｒｋｅｒ製のものを含む。
【００９２】
本発明の第３実施形態は図３に示される。この実施形態のポンプ３３３は、デュアルダイアフラムを含む低い圧力変動のポンプである。このポンプは、実施形態１のポンプのように操作する。吸入及び排出ストロークは、吸入と排出の間で起こる相互位相の排出相と交互に起こる。ポンプは多くの他のダイアフラム又はベローズポンプで起こる圧力降下を減らし、信頼性のないことがある全体の脈動抑制装置を含まない。ポンプ３ｂは１００ｐｓｉｇの最大パイロット圧力と、８０ｐｓｉｇの最大液体圧力とを有する。ポンプ３ｂに対する最大フロー容量は２０ＬＰＭである。これは、実施形態１のポンプより高い圧力及びフロー容量である。
【００９３】
ポンプ３ｂのデュアルチャンバーは、エア管２９及び２９ａを通じて個別に供給される。エア配管は、３／８”以上の外径であることが好ましい。管２９及び２９ａは、好ましくはＦＥＰであることができるが、任意のプラスチックが適切である。ポンプ３ｂは管２９及び２９ａによって接続されたコントローラ４によって供給される。ポンプ３ｂは、Ｔｒｅｂｏｒ  Ｅｖｏｌｖｅ２０「Ｘ」モデルであることが好ましい。このポンプ３ｂは、第１ステージの圧力変動抑制を構成する。
【００９４】
コントローラ４はＴｒｅｂｏｒ  ＰＣ１５−０２であることが好ましい。このコントローラは図１で説明されたものと同一である。
【００９５】
図３において、コントローラ４はフローメータ３４からフィードバック信号を受ける。コントローラはＰＩＤコントローラ機能を含むべきであり、フローメータ２６によって測定された流量と、コントローラ４に供給された設定点との間で差がある場合は、ポンプスピードを変えるようにプログラムされるべきである。追加的に、コントローラは、ポンプのサイクル速度が増えた場合にオーバーラップが減るように、オーバーラップの割合を変えるようにプログラムされるべきである。
【００９６】
ポンプ３ｂは、管を通じて、ポンプの下流に設置された任意選択のフィルタハウジング６に接続される。フィルタハウジングは図１で説明されたものと同一である。
【００９７】
任意選択のフィルタハウジング６は、管を通じて、下流のドームロード式圧力レギュレータ３０ａに接続される。ＳＭＣ社から入手可能な有用なレギュレータは、９１ＬＰＭのフロー容量を有する。これは２０ＬＰＭの最大流量のポンプ３ｂと比較して、約４．５：１の比である。この実施形態において、最大圧力（パイロット及び液体）は０．５ＭＰａであり、０．４ＭＰａ（パイロット及び液体）が、実際の名目上の操作最大圧力である。最大の圧力変動抑制のための最適なパイロット圧力範囲は０．２５±０．０５ＭＰａである。前で説明されたように、より低いパイロット圧力はより低い圧力変動を作り出すだけでなく、より低い出口圧力とより低い流量も提供する。レギュレータは、ポンプ３ｂからのより高い圧力供給と組み合わせて、圧力変動を有効に抑制しつつ、より高い出口圧力で操作することができる。最適には、ポンプ３ｂは、６０〜７０ｐｓｉｇでポンプを出た液体をレギュレータ３０ａに供給すべきである。このレギュレータ３０ａは、第２ステージの圧力変動抑制を構成する。
【００９８】
ドームロード式レギュレータ３０ａは、配管３１を通じてガス圧力が提供される。この管は、１／４”又は５／３２”の外径であることができ、任意のプラスチック材料で作られるが、ＦＥＰが好ましい。管は、例えば、ＳＭＣ社から入手可能な直接操作式エアレギュレータ３２をもたらす。
【００９９】
レギュレータ３０ａはフローメータ３４に接続される。それらを接続する管３３は耐薬品性材料であり、レギュレータ３０ａからの流量を操作するのに十分大きい任意のサイズであることができる。１／２”の管サイズが好ましい。適切なフローメータの部品は、ＳＭＣ製の、１．８〜２０ＬＰＭの流量の渦フローメータである。フローメータ３４は電気コネクタ３５を通じてコントローラ４に接続される。幾つかの実施形態において、フローメータ３４は、例えば、Ｆｕｔｕｒｅｓｔａｒ社の、可変面積型フローメータである。
【０１００】
次に、流体はＴ字管７を通過する。第１分岐１０は薬剤ベッセル１への戻り管である。これは、フロー制御システムによって消費されない液体の再循環のためのパスを提供する。
【０１０１】
再循環ループ３００は、任意選択の薬品ベッセル１、存在する場合は薬品ベッセル１中に設置された吸入管２、ポンプ３ｂ、Ｔ字管７の上流のレギュレータ３０ａ及びフローメータ３４を有し、Ｔ字管（及びそれの下流）に取り付けられるのは、戻り管１０、及び、任意選択で、薬品ベッセル１に戻る戻り管１０における背圧ユニット２４ａ又は２４ｂである。再循環ループ３００はまた、フローメータ３４、ポンプ３ｂ及びコントローラ５がポンプからの液体のフローを制御するために組み合わさるため、ポンプフロー制御ループ３００と言い表されることがある。示されるように、再循環ループはまたフィルタ６を有する。代替実施形態において、追加の構成要素を再循環ループ内に含めることができる。
【０１０２】
例えば、幾つかの代替実施形態において、戻りライン１０は、以下：フィルタ、手動遮断弁、空気式エア操作弁、可変面積型フローメータ８及び手動背圧制御弁９から構成される手動背圧システム２４ａ、又は空気式駆動制御弁２７を制御するコントローラ２６に電気的に接続された圧力変換器２５から構成された背圧制御システム２４ｂのうち１つ又は複数を含むことができる。
【０１０３】
複合ドームロード式レギュレータ１３ｂ、フローメータ１２ｂ及びコントローラ１４ｂは、このループの対象がフローメータ１２ｂを通じてフローを制御することであるため、フロー制御システム１００と称される。レギュレータ１３ｂは、弁１１を通じてＴ字管７に接続された管３６に接続される。
【０１０４】
追加的に、幾つかの代替実施形態において、Ｔ字管７とレギュレータ１３ｂの間の任意選択の空気式遮断弁１１、又はＴ字管７とレギュレータ１３ｂの間の手動遮断弁、又は両方が存在することがある。
【０１０５】
管３６は、レギュレータ１３ｂ及びフローメータ１２ｂに流体を提供する。管サイズは、好ましくは３／８”の外径であることができる。管３６は、ドームロード式圧力レギュレータ１３ｂに接続される。好ましいレギュレータはＳＭＣ製であり、１５ＬＰＭのフロー容量を持つ。最大圧力（パイロット及び液体）は０．５ＭＰａであり、０．４ＭＰａ（パイロット及び液体）が実際の名目上の操作最大圧力である。最大の圧力変動抑圧のための最適なパイロット圧力の範囲は０．１５±０．０５ＭＰａである。レギュレータ１３ｂは、圧力変動抑制に対する有効なパイロット圧力範囲で操作しつつ、図２で示される第２実施形態のレギュレータ１３ｂに比べ、０．１〜０．２ＭＰａのパイロット圧力で操作されている高い流量を得る。レギュレータ１３ｂは、第３ステージの圧力変動抑制を構成する。この実施形態において、圧力変動抑制の影響は、圧力レギュレータ１３ｂの下流で、フローメータ１２２ｂによって測定される。
【０１０６】
レギュレータは、エア管３７を通じてコントローラ１４ｂに接続される。エア管３７は１／４”又は５／３２”の外径であり、ＦＥＰであることが好ましいが、任意のプラスチックであることができる。コントローラ１４ｂはＳｅｎｔｒｏｎｉｃ  Ｄ又はＰｌｕｓであることができる。コントローラは、コントローラがレギュレータ１３ｂにガス圧力を適応させることを除き、４ａ（図２）について説明したのと同じ方法で操作される。コントローラのファームウェアは、０．１５±０．０５ＭＰａの圧力範囲をレギュレータ１３ｂに供給するように設定されることができる。まとめると、コントローラ１４ｂはフローメータ１２ｂから信号を受け、レギュレータ１３ｂに圧力供給を適応させ、流量設定点を維持する。
【０１０７】
レギュレータ１３ｂは示される管を通じてフローメータ１２ｂに接続される。フローメータ１２ｂは電気接続３８を通じてコントローラ１４ｂに接続される。フローメータ１２ｂは、０〜２０ＬＰＭのフロー範囲を持つ、Ｌｅｖｉｔｒｏｎｉｘ  Ｌｅｖｉｆｌｏｗの超音波フローメータであることができる。超音波フローメータは、液体圧力が１０ｐｓｉｇ未満の場合でさえ、正確に流量を測定することができる。
【０１０８】
コントローラ１４ｂ、レギュレータ３０ａ、及びコントローラ４は、レギュレータ４０によって全て供給される。レギュレータ４０は、例えばＳＭＣ製の、１５００ＬＰＭの最大流量容量を持つより大容量のレギュレータであることができる。レギュレータ４０は供給部５から空気又は窒素によって供給される。
【０１０９】
フローメータ１１２の後、流体は、逆流を防止する逆止弁１５を通じて流れ、次いで、混合又は他の使用のためにシステムの別の部分に流れる。逆止弁の下流で計量された液体の量は、図１で示されるように、装置の混合部に導かれ、配合液体を形成することができる。Ｅｎｔｅｇｒｉｓ製又はＰａｒｋｅｒ製の逆止弁を使用することができる。複数のポンプループ１００及びフローコントローラユニット１００を、複数の液体流のためのより大きいシステムで用いることができる。
【０１１０】
使用において、オペレータは、典型的に、液体及び挿入浸漬管２を含む液体供給容器を取り付けなければならない。ポンプは、容器から液体を取り除くための吸入を使用して、操作し始める。液体は、容器から、ポンプ、任意選択のフィルタ６、幾つかの実施形態ではレギュレータ３０又は３０ａ、及び幾つかの実施形態では背圧ユニット２４ａ及び２４ｂを通じて再循環して、ベッセルに戻る。
【０１１１】
下流での必要性が存在し、液体のフロー制御が望まれる場合は、任意選択の弁１１が開き、制御レギュレータ１３、１３ａ又は１３ｂ（実施形態に応じて）が開き、フローコントローラシステムに向けてフローを開始する。レギュレータにおける弁は、フローメータ１２、１２ａ又は１２ｂ（実施形態に応じて）からのフィードバックに基づいて、パイロット圧力を調整するコントローラ１４、１４ａ又は１４ｂ（実施形態に応じて）により開く割合を調整する。レギュレータ３０及び３０ａは液体圧力変動を減らす。パイロット圧力は、コントローラ１４ａ又は１４ｂを本発明により開示された範囲に設定して、最適な脈動抑制及びフロー制御を提供する。したがって、レギュレータ１３、１３ａ及び１３ｂは、第２又は第３ステージの圧力変動抑制とフロー制御とを同時に提供する。
【０１１２】
同時に１３、１３ａ又は１３ｂが開いた場合、再循環ループ３００から液体を取り除き、フローメータ３４は（設定点の流量と比較して減らされた）流量の変化を検出し、ポンプ３、３ａ又は３ｂ（実施形態に応じて）に信号を送り、スピードを調整する。ポンプは、存在する場合は、コントローラからの信号に応じて他の変数を調整することができる。
【０１１３】
本発明は、液体配合物を形成するか又は他の設備若しくはツールに供給するために使用することができる、低い圧力変動を持つ安定した容量の液体を供給する装置及び方法を提供する。本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきた。説明した実施形態に変更及び置換を行うことができ、したがって、本発明は説明された実施形態のみに限定されないことが理解され予測される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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