CN101230948A - 气柜温度控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种气柜温度控制系统。此气柜温度控制系统包括：气柜本体、加热/冷却装置、控制器以及压力传感器。气柜本体内部用于放置至少一气体钢瓶。加热/冷却装置连接气柜本体，以调整气柜本体内部的温度。控制器则连接加热/冷却装置。而压力传感器设置于气体钢瓶的输出口，并耦接至控制器。控制器根据压力传感器的信号，控制加热/冷却装置以调整气柜本体内部温度，进而加热或冷却气体钢瓶。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于半导体工艺中的气体输送系统，且特别涉及一种具有加热/冷却装置，以控制气体钢瓶温度的气柜(Gas Cabinet)系统。
背景技术
在半导体工艺中，几乎每一种工艺设备都需要各种不同的气体。所以，半导体的工艺设备都需要个别的气体输送处理系统来传输所需要的工艺气体。气体输送系统通常指的是气体从气体钢瓶(Gas Cylinder)经过各种阀及配件，到供应给各个工艺机器。而气体输送系统的规划，也随着各种不同气体间的特性，而有简单到非常复杂的设计。
目前，半导体工艺所需要的各种气体供应，通常是储存在大小不等的气体钢瓶里。气体钢瓶都是被放置在一持续排气的气柜内，以防止气体外泄。一般常用的气体钢瓶为高压钢瓶，可依其填充的气体特性分为气态与液态钢瓶。在半导体工艺中常使用的氟化钨(VI)(WF6)、三氟化氯(ClF3)、三氯化硼(BCl3)、二氯硅烷(SiH2Cl2)等气体，由于其本身的蒸汽压较低，在常温中是以液体状态(液态气体)填充储存在气体钢瓶中。
液态钢瓶内部在工作压力下为液态/气态共存，钢瓶内的液态气体通过钢瓶本身与环境之间的热传导使得液态蒸发，形成气态的蒸气则为气体的供应来源。随着钢瓶内液态气体的液位下降，钢瓶内部的压力也会跟着改变。在环境所提供的热量不足的情况下，钢瓶内部的压力降低会导致出口气体供应量不足。为了满足半导体工艺中对气体供应量的稳定需求，要使储存于钢瓶的内的液态气体变成气态就需要吸收大量的热能。然而，单纯透过钢瓶吸收外面环境的热量，效果十分有限，并且会造成压力不稳定。因此，在使用这类的气体时，必须视其需要从外部加热气体钢瓶，而促进气体钢瓶内的液态气体汽化，以提供稳定的气体供应量。
常规所采用的气体钢瓶加热方式，主要为电热套加热系统、底部CDA加热系统、以及底部电热加热系统。常规的加热系统，皆为局部接触式对液态气体钢瓶加热。此种直接加热方式无法均匀包覆住气体钢瓶，容易因为加热源与钢瓶的接触面积小，使得热传导效果不佳。因此，常规的加热方式容易造成钢瓶内部的温差增大，已形成气态的蒸气会因钢瓶顶部的较低温度而再次凝结成液态，形成液滴。一旦钢瓶内部形成液滴，会造成出口气体的压力不稳定，并影响气体供应量。若使用高温电热为加热方式，则需要消耗大量电力，容易造成危险。
此外，常规的加热系统皆无法有效处理气体泄漏的问题，尤其是在使用有毒性或是易爆性等危险气体。因为部分危险气体具有自燃或是会和水剧烈反应的特性，无法使用一般消防洒水系统灭火，必须待其在封闭的气柜中燃烧殆尽。此种处理泄露气体的方式会对周围环境造成危害，因此，以更谨慎的方式来处理这些特殊危险气体是必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种气柜温度控制系统，可以有效率地对气体钢瓶进行加热或冷却，使供给气体的压力保持稳定。
本发明的再一目的是提供一种气柜温度控制方法，可以对气体钢瓶全面性加热，并有效地解决气体泄漏的问题。
本发明提出一种气柜温度控制系统，此系统包括：内部用于放置气体钢瓶的气柜本体、连接气柜本体以调整气柜本体内部温度的加热/冷却装置、连接加热/冷却装置的控制器、以及设置于气体钢瓶的输出口并耦接至控制器的压力传感器。其中，控制器会根据压力传感器的信号，控制加热/冷却装置以调整气柜本体内部温度，进而加热或冷却气体钢瓶。
依照本发明的优选实施例所述气柜温度控制系统，上述的加热/冷却装置包括：设置于气柜本体内部的第一机组、设置于气柜本体外部，并连接第一机组的第二机组、以及同时连接第一机组与第二机组的热泵。其中，加热/冷却装置中的热泵连接至上述的控制器。
依照本发明的优选实施例所述气柜温度控制系统，上述还包括设置于压力传感器与气体钢瓶的输出口之间的再热器，以及设置于气柜本体内部并耦接至控制器的气体传感器。其中，控制器可以根据气体传感器的信号，控制加热/冷却装置，以调整气柜本体内部温度。
依照本发明的优选实施例所述气柜温度控制系统，上述的气体钢瓶，内部存放的物质为具有较低蒸汽压的气体，此种气体在大气压力下以液态形式存在，为三氟化氯(ClF3)、全氟丁二烯(C4F6)、或是氟化钨(VI)(WF6)其中之一。
本发明的气柜温度控制系统具有加热/冷却装置，因此可以持续地在气柜内以热风排气加热，控制气柜内环境温度。而且，控制器可根据钢瓶出口的压力传感器的信号，控制加热/冷却装置，以调节气柜本体内部的温度。此外，通过加热/冷却装置提高气柜本体内的温度，对气体钢瓶进行全面性加热，能够提供稳定的气体供应量。另外，本发明的气柜温度控制系统于气体钢瓶出口设置再热器，以减少液滴形成以及后段冷凝的问题，有助于稳定气体钢瓶的出口压力。
本发明再提出一种气柜温度控制方法，此方法适用于上述的气柜温度控制系统。气柜温度控制系统包括：内部用于放置气体钢瓶的气柜本体、连接气柜本体以调整气柜本体内部温度的加热/冷却装置、连接加热/冷却装置的控制器、以及设置于气体钢瓶的输出口并耦接至控制器的压力传感器。而气柜温度控制方法通过控制器根据压力传感器的信号，控制加热/冷却装置以调整气柜本体内部温度，进而加热或冷却气体钢瓶。
依照本发明的优选实施例所述气柜温度控制方法，上述的气柜温度控制系统还包括设置于气柜本体内部，并耦接至控制器的气体传感器。当气体传感器检测到气体有泄漏时，通过控制器控制加热/冷却装置，降低气柜本体内部温度，使气体钢瓶内的饱和压力低于大气压力。
本发明的气柜温度控制方法，利用加热/冷却装置可以持续地在气柜内以热风排气加热，对气体钢瓶进行全面性加热。本发明通过控制器根据压力传感器的信号，控制加热/冷却装置，以调整气柜本体内部的温度。此外，当气柜本体内部的气体传感器检测到有气体泄漏的情况发生，控制器亦能够将加热/冷却装置切换到冷却模式。当气柜本体内部温度降低时，气体钢瓶内的压力也跟着降低，有利于防止气体持续泄漏。因此本发明能够提供气体钢瓶全面性的加热方式，以稳定气体供应量，并有助于防止气体持续泄漏的情形发生。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为依照本发明实施例所绘示的气柜温度控制系统装置图。
附图标记说明
100：气柜温度控制系统
102：气体钢瓶
102a：气体钢瓶输出口
104：气柜本体
106：加热/冷却装置
106a、106b：机组
106c：热泵
108：控制器
110：压力传感器
112：再热器
114：气体传感器
116：使用端
具体实施方式
图1为依照本发明实施例所绘示的气柜温度控制系统装置图。
请参照图1，气柜温度控制系统100包括气柜本体104、加热/冷却装置106、控制器108、压力传感器110、再热器112、以及气体传感器114。
气柜本体104内部例如用于放置气体钢瓶102。气体钢瓶输出口102a连接至使用端116。加热/冷却装置106例如连接至气柜本体104，以调整气柜本体104内部温度。控制器108例如连接至加热/冷却装置106，以控制加热/冷却装置106为加热或冷却模式。压力传感器110例如设置于气体钢瓶输出口102a，并耦接至控制器108。再热器112例如设置于压力传感器110与气体钢瓶输出口102a之间。此外，气体传感器114例如设置于气柜本体104内部，并耦接至控制器108。
气柜本体104例如是持续排气的气柜装置，其基本构件包括设置于内部中央的支架(未绘示)。此支架用以固定气体钢瓶102。而气体钢瓶102内部存放的气体例如是具有较低蒸汽压的气体。低蒸汽压的气体在大气压力下是以液态形式存在，例如是三氟化氯、全氟丁二烯、或是氟化钨(VI)。
加热/冷却装置106例如是由第一机组106a、第二机组106b、以及热泵106c所构成。第一机组106a例如是室内机组，其设置于气柜本体104内部。第二机组106b例如是室外机组，其设置于气柜本体104外部，并与第一机组106a连接。热泵106c例如是变频热泵，其同时连接第一机组106a与第二机组106b。控制器108连接至热泵106c。
利用此加热/冷却装置106使气柜本体104内部温度上升时，使热泵106c开始动作，以第二机组106b回收室内，例如是办公室或是厂房所放出的热能。然后，将第二机组106b所回收的热能传送到第一机组106a，利用固定通风排气加热气柜本体104内部，以调整气柜本体104内部环境温度。气柜本体104内部环境温度上升，可使气体钢瓶102中的气体达到饱合压力，有助于气体钢瓶102内的气体从液态变成气态。而且，采用间接性全面式加热气体钢瓶102，可以更有效率地加热气体钢瓶102。
而且，热泵106c能够将处于某一温度的空间中的热量，转移到另一温度的空间。由于其加热性能系数(COP)比一般电热高约4倍，能源效率比常规的加热系统高，亦可以将放出来的冷能回收再使用。因此，加热/冷却装置106可以更有效率地加热气柜本体104内部，并减少能源的浪费。此外，气柜本体104内部环境温度不会超过40℃，因此采用热泵式的加热/冷却装置106可以提高气柜系统的安全性。
压力传感器110例如设置于气柜本体104内部，并耦接至控制器108。控制器108接收压力传感器110的信号，并根据来自压力传感器110的信号控制热泵106c。亦即，使用加热/冷却装置106加热气柜本体104内部时，通过侦测气体钢瓶输出口102a的压力来控制热泵106c的运转，由此调整第一机组106a的出风温度，进而加热或冷却气体钢瓶102。
另一方面，当供应管路内的气体气相压力大于或等于饱和蒸汽压力时，容易会有冷凝的现象产生。设置于压力传感器110与气体钢瓶输出口102a之间的再热器112，能够增加管路中的温度。通过再热器112加热，有助于避免液滴的产生，并减少管路后端发生冷凝的问题。
气体传感器114可以侦测气柜本体104内部的是否有气体泄漏。由于压力传感器110连接至控制器108，控制器108通过气体传感器114的信号，可控制加热/冷却装置106。加热/冷却装置106可以对气柜本体104内部进行加热或冷却，进而调节气体钢瓶102的温度。
承上述，具有如此结构的气柜温度控制系统100，由于控制器108可经由压力传感器110的信号控制加热/冷却装置106。因此，加热/冷却装置106可以有效率地对气柜本体104内部进行加热或冷却。特别是，加热/冷却装置106设置有第二机组106b，能够回收室内产生的热能并加以利用。因此，加热/冷却装置106可以提升气柜本体104内部的加热效率。而且，通过调节气柜本体104内部的温度，可以间接对气体钢瓶102进行全面性加热或冷却，并可以更进一步稳定气体供应量。
接着说明本发明的气柜温度控制方法。
请参照图1所示，当要供应气体至使用端116时，打开放置于气柜本体104内部的气体钢瓶102的开关，使气体经由气体钢瓶输出口102a、再热器112、压力传感器110供应到使用端116。气体钢瓶102内部存放的气体例如是具有较低蒸汽压的气体。因此，利用加热/冷却装置106控制气柜本体104内部温度，以加热气体钢瓶102，使气体钢瓶102的内部气体从液态变成气态，而能够提供工艺所需的气体供应量。
然后，利用压力传感器110侦测气体钢瓶输出口102a的气体压力。压力传感器110将侦测的压力传送至控制器108。控制器108将此压力与标准值作比较，并根据比较结果来控制加热/冷却装置106，使加热/冷却装置106为加热或冷却模式。
举例来说，当压力传感器110所测得的气体输出压力值小于标准值时，控制器108使加热/冷却装置106切换为加热模式，以提高气柜本体104内部的温度。气柜本体104内部温度提高，气体钢瓶102的温度亦跟着提高，有助于气体钢瓶102内的气体从液态变成气态，而提高气体输出量。当压力传感器110所测得的气体输出压力值大致等于标准值时，则维持系统的现有运转状况。相反的，当压力传感器110所测得的气体输出压力值大于标准值时，控制器108使加热/冷却装置106切换为冷却模式，以降低气柜本体104内部的温度。气柜本体104内部温度降低，气体钢瓶102的温度亦跟着降低，而减缓气体钢瓶102内的气体从液态变成气态，降低气体输出量。
另一方面，气体传感器114设置于气柜本体104内部，并耦接至控制器108。一旦气体钢瓶102中的气体从管路中外泄至气柜本体104内部，可以立刻被气体传感器114所侦测到，以便进行适当的处置。控制器108通过气体传感器114的信号，控制加热/冷却装置106，以调整气柜本体104内部温度。
举例来说，当气体传感器114侦测到气柜本体104内部有气体泄漏，将信号传给控制器108。控制器108控制加热/冷却装置106，立刻切换为冷却模式，以降低气柜本体104内部温度。气柜本体104内部环境温度降低，气体钢瓶102亦进行全面性冷却，直到气体钢瓶102内部的气体饱和压力会降至大气压力以下。由于气体钢瓶102内部存放的气体在大气压力下是以液态形式存在，气体无法再由液态形成气态，有助于阻止气体持续泄漏。
综上所述，本发明的气柜温度控制系统通过加热/冷却装置，持续地在气柜内以热风排气加热。此种间接式全面热流控温的方式，具有温差小及热交换面积大的特性。在加热气体钢瓶时，能够增加液态气体的蒸发量，以提供稳定的气体供应量。而且，设置于压力传感器与气体钢瓶输出口之间的再热器，有助于减少液滴的产生、解决后段冷凝的问题，并避免出口气体的压力不稳。加热/冷却装置中的热泵加热是以空气作为传热的介质，安全性高不易过热。且热泵加热性能及能源效率高，结合室外机组回收室内的热能，可以更有效率地加热气柜，并减少能源的浪费。因此，本发明通过提高气柜本体内的温度，对气体钢瓶进行全面性加热，可有助于提供稳定的气体供应量。
本发明的气柜温度控制方法通过上述的气柜温度控制系统，对气体钢瓶进行全面性加热。控制器根据钢瓶出口的压力传感器的信号，控制加热/冷却装置，以调整气柜本体内部的温度。此外，若气体传感器侦测到有气柜本体内部有气体泄漏，将信号传给控制器。控制器可以马上将加热/冷却装置切换成冷却模式，以使气柜内的环境温度降低，而能够阻止气体钢瓶持续地泄漏气体，以维护周围环境以及人员的安全。
虽然本发明已以优选实施例批露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1.一种气柜温度控制系统，包括：
气柜本体，其内部用于放置至少一气体钢瓶；
加热/冷却装置，连接该气柜本体，用以调整该气柜本体内部温度；
控制器，连接该加热/冷却装置；以及
压力传感器，设置于该气体钢瓶的输出口，并耦接至该控制器，该控制器根据该压力传感器的信号，控制该加热/冷却装置以调整该气柜本体内部温度，以加热或冷却该气体钢瓶。
2.权利要求1所述的气柜温度控制系统，其中该加热/冷却装置包括：
第一机组，设置于该气柜本体内部；
第二机组，设置于该气柜本体外部，并连接该第一机组；以及
热泵，连接该第一机组与该第二机组。
3.权利要求2所述的气柜温度控制系统，其中该控制器，连接该热泵。
4.权利要求1所述的气柜温度控制系统，还包括再热器，设置于该压力传感器与该气体钢瓶的该输出口之间。
5.权利要求1所述的气柜温度控制系统，还包括：
气体传感器，设置于该气柜本体内部，并耦接至该控制器，该控制器根据该气体传感器的信号，控制该加热/冷却装置以调整该气柜本体内部温度。
6.权利要求1所述的气柜温度控制系统，其中该气体钢瓶用于存放在大气压力下为液态的低蒸汽压气体。
7.权利要求6所述的气柜温度控制系统，其中该低蒸汽压气体为三氟化氯、全氟丁二烯或氟化钨(VI)其中之一。
8.一种气柜温度控制方法，适用于气柜系统，该气柜系统包括：内部用于放置至少一气体钢瓶的气柜本体；
连接该气柜本体，并用以调整该气柜本体内部温度的加热/冷却装置；连接该加热/冷却装置的控制器；设置于该气体钢瓶的输出口，并耦接至该控制器的一压力传感器，该方法包括：
根据该压力传感器的信号，通过该控制器控制该加热/冷却装置以调整该气柜本体内部温度，以加热或冷却该气体钢瓶。
9.权利要求8所述的气柜温度控制方法，其中该气柜系统还包括设置于该气柜本体内部，并耦接至该控制器的气体传感器，当该气体传感器检测到气体有泄漏时，通过该控制器控制该加热/冷却装置，降低该气柜本体内部温度，使该气体钢瓶内的气体压力低于大气压力。
10.权利要求8所述的气柜温度控制方法，其中该气体钢瓶用于存放在大气压力下为液态的低蒸汽压气体。
11.权利要求10所述的气柜温度控制方法，其中该低蒸汽压气体为三氟化氯、全氟丁二烯或氟化钨(VI)其中之一。
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Open date: 20080730 |