CN103574289A - 危险气体安全输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种危险气体安全输送系统，其包括一密封柜，该密封柜中置有至少一个危险气体钢瓶，以及：一用于将该危险气体输出至一危险气体的使用端的危险气体输送线；与每个危险气体钢瓶一一对应的输送管道，该输送管道连接于该危险气体钢瓶与该危险气体输送线之间，用于输送该危险气体；与每个危险气体钢瓶一一对应的减压阀，该减压阀连接于该危险气体钢瓶的输出端与该输送管道的输入端之间，用于将该危险气体钢瓶输出的危险气体的压强减小至小于大气压强。采用该危险气体安全输送系统即使危险气体发生泄露，也不会产生喷射现象，且整个系统中包括了监控装置，在危险气体发生泄露后能及时关闭各个阀门，阻止了危险气体的蔓延。

Description

危险气体安全输送系统

技术领域

本发明涉及一种危险气体安全输送系统，特别是涉及一种应用于半导体工业的安全可靠且实时监控危险气体浓度的危险气体安全输送系统。

背景技术

工业加工和制造应用中需要用到毒性较高的流体（见美国专利7905247）。这些应用中有一类应用就是半导体材料的加工，在半导体材料的加工中需要保证毒性较高的氢离子气体或者卤素气体（hydridic or halidicgases）的安全储存和处理。这些气体包括例如：硅烷、锗烷、氨气、磷化氢、砷化氢、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、三氟化磷和五氟化砷等其他卤素化合物。出于毒性和安全的考虑，在工业加工设备中必须小心谨慎地储存和处理这些气体。半导体工业中特别依赖在离子注入中作为源砷（As）、磷（P）、硼（B）和硅（Si）的气态砷化氢（AsH₃）、磷化氢（PH₃）、三氟化硼（BF₃）和四氟化硅。通常离子注入系统采用储存于传送容器（deliveryvessel）中的压强为800psig（磅/平方英寸）的砷化氢和磷化氢的稀释混合物以及压强为1500psig的纯净气体，该纯净气体例如三氟化硼和四氟化硅。在半导体工业中，由于这些气体具有较强的毒性和较高的压强，它们的使用、运输和储存存在较大的安全顾虑。

出于不同安全上的顾虑，现有技术中已有一些系统被开发以用于在负压条件下将这些氢离子气体或者卤素气体传送至离子注入装置。例如，ATMI,Inc.的一化学系统SDS^TM涉及在一压缩气瓶中填充物理吸附材料（活性炭）并可逆地将该掺杂气体吸附至该材料上。解吸附过程涉及在该吸附材料/吸附柱上作用真空或高温。实际上，离子注入机中的真空是用于从该固相吸附剂中释放该气体的。该SDS（Safe Delivery System，安全传送系统）技术存在以下局限：1）由于该吸附材料具有一有限的装载容量，由此限制了在一给定尺寸气瓶中的产品的量；2）将该气瓶包裹（cylinder package）加热可以触发该解吸附过程，当该气瓶暴露在高于70华氏度的温度下时，会导致该气瓶达到了大气压强和超大气压强并且在大气压强和超大气压强下传送气体，而这一温度在气瓶仓库中和一离子注入装置中是很常见的；3）由于其他材料/气体在该吸附材料上的吸附/解吸附会影响传送至该气瓶上的气体的纯度；4）气瓶的利用率在很大程度上被作用于该包裹上的真空深度所影响，例如往往在该包裹中还有相当一部分产品的时候该气瓶就被替换了；5）吸附剂的损耗可在该气体传送系统造成微粒污染。

此外，美国专利Nos.6,089,027和6,101,816均涉及一流体储存和分配系统，该系统包括一容器，该容器用于维持一理想压强。该容器包括一压力调节器，例如一单级调节器或多级调节器，该压力调节器与该容器的一接口相连并且被设置为一预设压力。一分配组件被设置于可与该调节器气流相通，该分配组件例如包括一流控制装置，该流控制装置例如一阀门，该阀门的开启影响了气体/蒸汽自该容器的分配。该容器中的流体可以由在一般温度（例如环境温度（室温））、在超过其液化压强的一压强下被约束于该容器中的液体构成。

美国专利No.6,857,447B2公开了一气体分配装置，其中源容器包含了压强在20psig-2,000psig之间的气体。该装置需要一较高压强的气瓶，该气瓶具有一个较大的颈部开口以容纳在流体排出路径上连续排列的两个压力调节器。位于入口气体端的该第一调节器将压强从1000psig（或者当时该容器中的实际压强）降至100psig，而该第二调节器将压强从100psig降至负压。

美国专利No.5,937,895致力于研究具有一分配阀和一流体限制装置的流体储存和分配容器以提供一失效保护的系统来防止流体从一加压气瓶或气罐的危险泄露。美国专利Nos.6,007,609and6,045,115公开了沿着流体流动路径放置的限流器，并且该限流器提供了细长的开口以在该分配阀失灵的时候最小化有毒气体从压缩气瓶的泄露。在后的三篇文献提供了一负压传送系统，其中褶皱盒位于一栓/提升阀组件对于通过一阀的气体流的下游。

另外，现有技术中还有一种“瓶中瓶”（bottle in bottle）的结构来为毒性较强的高压气体提供安全保障，即将该危险气体气瓶置于另一密封性良好的气瓶中，倘若该危险气体气瓶泄露，泄露的气体也可被限制于其外部的气瓶中。

然而，上述提及的装置大都没有高压端的漏气及自动保护措施，所以无法最有效防止危险气体泄露所导致的危害，并且具有较为复杂的结构和精细加工，其造价也都不菲。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中涉及危险气体的使用安全性不高的缺陷，加设了高压端的漏气检测装置和气源的关闭装置，并提供一种结构简单、成本低廉、安全性较高的危险气体安全输送系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种危险气体安全输送系统，其包括一密封柜，该密封柜中置有至少一个危险气体钢瓶，其特点在于，该危险气体安全输送系统还包括：

一位于该密封柜外部的危险气体输送线，该危险气体输送线用于将该危险气体输出至一危险气体的使用端；

与每个危险气体钢瓶一一对应的输送管道，该输送管道连接于该危险气体钢瓶与该危险气体输送线之间，用于输送该危险气体；

与每个危险气体钢瓶一一对应的减压阀，该减压阀连接于该危险气体钢瓶的输出端与该输送管道的输入端之间，用于将该危险气体钢瓶输出的危险气体的压强减小至小于大气压强。

在本发明所述的危险气体安全输送系统中，在减压阀的作用下，在每个输送管道中输送的危险气体的压强已经降至负压（即小于大气压强的压强），也就是说，在整个系统中，除了该危险气体钢瓶中的气体以外，其余的危险气体传输过程均在负压下进行，由此即使该输送管道产生气体泄露，该密封柜中也不会发生任何危险气体的喷射现象，这样大大提高了整个系统的安全性。同时，由于多个输送管道共用该危险气体输送线，也精简了整个系统的结构。本发明中所述的危险气体例如PH3、AsH₃、BF₃、GeF₄、NF₆、SiH₄、B₂H₆等所有的有毒和易爆气体或液体（液体在一定的低压能气化），它们常用于半导体、太阳能、LED（发光二级管）和平面显示的制程生产线上。

优选地，该危险气体安全输送系统还包括一监控装置和与每个危险气体钢瓶一一对应的第一阀门，该第一阀门设置于该危险气体钢瓶的输出端与该减压阀之间，其中，该监控装置用于探测该密封柜中该危险气体的浓度，并在该浓度达到一浓度阈值时关闭每个第一阀门。

优选地，该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时关闭每个第一阀门。

由于设置了监控装置，使得用户得以随时获知该密封柜中该危险气体的浓度和/或压强，以便及时应对可能发生的情况。另外，第一阀门的设置又进一步增加了安全系数，在危险气体发生泄露时，该监控装置与第一阀门的自动联动控制不仅简化了用户的操作，更重要的是及时阻止了危险气体的蔓延，为后续处理赢得了更多的处理时间。

优选地，该危险气体安全输送系统还包括与每个危险气体钢瓶一一对应的第二阀门，该第二阀门设置于该危险气体钢瓶所对应的输送管道的输出端，其中，该监控装置还用于探测该密封柜中该危险气体的浓度，并在该浓度达到该浓度阈值时关闭每个第二阀门。该第二阀门的位置只要位于输送管道的输出端即可，可以在该密封柜的内部，亦可在该密封柜的外部（即靠近该危险气体输送线）。

或者，该危险气体安全输送系统还包括与每个危险气体钢瓶一一对应的第二阀门，该第二阀门设置于该危险气体钢瓶所对应的输送管道的输出端，其中，该监控装置还用于探测该密封柜中该危险气体的浓度，并在该浓度达到该浓度阈值时提示用户关闭每个第二阀门。例如，该第二阀门位于该密封柜外部，当监控装置探测到有危险气体泄露时，可以通过例如声光提示来提示用户手动关闭该第二阀门（提示可以通过一提示单元来实现，该提示单元可以集成于该监控装置之中，亦可以单独设置）。

优选地，该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时关闭每个第二阀门。

或者，该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时提示用户关闭每个第二阀门。

该第二阀门的设置有效阻止了危险气体向外部的泄露，进一步增加了安全系数。

优选地，该监控装置还包括：

一传感器模组，用于探测该密封柜中该危险气体的浓度和/或探测该密封柜中的压强；

一控制装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时关闭每个第一阀门，和/或，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时关闭每个第二阀门。

例如，该传感器模组可以包括压力传感器。

优选地，该第一阀门是由压缩空气驱动的或者该第一阀门是电磁驱动的，该第二阀门是由压缩空气驱动的。当然，在监控装置探测到浓度达到该浓度阈值和/或压强达到该压强阈值时，也可通知用户以使用户手动关闭该第二阀门，即在这种情况下，该第二阀门也可以为机械阀门，手动控制其开启与关闭。

优选地，该危险气体安全输送系统还包括一抽气装置，用于将该密封柜中的气体抽离该密封柜直至该浓度小于该浓度阈值和/或该压强小于该压强阈值。

在该危险气体安全输送系统中，除了上述安全措施之外，在危险气体发生泄露之后，除却阻止危险气体继续泄露之外，为了便于维修人员的后续处理，保证维修人员的操作安全，还可以采用该抽气装置尽可能减少该密封柜中残留的危险气体。

优选地，该危险气体安全输送系统还包括一充气装置，用于将安全气体充入该密封柜中。该安全气体可以为氮气。通过该充气装置向该密封柜中填充安全气体，以保证维修人员的操作安全。当然，该充气装置和该抽气装置可以结合使用，先利用抽气装置抽去密封柜中的大部分气体，再填充氮气，之后再次利用该抽气装置抽去该密封柜中氮气和危险气体的混合气体，多次执行上述操作，以将该密封柜中的危险气体的量降低，保证了维修人员的操作安全。

优选地，该危险气体安全输送系统还包括一本地报警装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时实现本地报警，和/或，

该危险气体安全输送系统还包括一远程报警装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时生成告警信息并将该告警信息发送给用户以实现远程报警。

通过上述报警装置，可以使用户及时获知危险气体的泄露状况，及时做出有效处理。

本发明的积极进步效果在于：

1、由于该减压阀连接于该危险气体钢瓶的输出端与该输送管道的输入端之间，这样即使危险气体发生泄露，也不会产生喷射现象。

2、整个系统中包括了监控装置，在危险气体发生泄露后能及时关闭各个阀门，阻止了危险气体的蔓延。

3、抽气装置和充气装置的引入可在维修人员打开该密封柜检查泄露原因前将该密封柜中的危险气体降低至一安全范围内，保证了维修人员的操作安全。

4、本地报警装置和/或远程报警装置的设置使得用户得以及时获知密封柜中危险气体的浓度、压强状况，以便及时作出有效处理，避免事态进一步发展。

附图说明

图1为本发明实施例1的危险气体安全输送系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1

参考图1，本实施例所述的危险气体安全输送系统，其包括一密封柜1，该密封柜1中置有至少一个危险气体钢瓶11，图1中以两个危险气体钢瓶为例，该危险气体安全输送系统还包括：

一位于该密封柜外部的危险气体输送线2，该危险气体输送线2用于将该危险气体输出至一危险气体的使用端；

与每个危险气体钢瓶11一一对应的输送管道3，该输送管道3连接于该危险气体钢瓶11与该危险气体输送线2之间，用于输送该危险气体；

与每个危险气体钢瓶11一一对应的减压阀12，该减压阀12连接于该危险气体钢瓶11的输出端与该输送管道3的输入端之间，用于将该危险气体钢瓶11输出的危险气体的压强减小至小于大气压强（图1中的箭头方向表示了危险气体的传输方向）。

可以看出，在减压阀的作用下，在每个输送管道中输送的危险气体的压强已经降至负压（即小于大气压强的压强），也就是说，在整个系统中，除了该危险气体钢瓶中的气体以外，其余的危险气体传输过程均在负压下进行，由此即使该输送管道产生气体泄露，该密封柜1中也不会发生任何危险气体的喷射现象，这样大大提高了整个系统的安全性。同时，由于多个输送管道3共用该危险气体输送线2，也精简了整个系统的结构。

除此之外，该危险气体安全输送系统还包括一监控装置（图中未示出）和与每个危险气体钢瓶一一对应的第一阀门13，该第一阀门13设置于该危险气体钢瓶11的输出端与该减压阀12之间，其中，该监控装置用于探测该密封柜1中该危险气体的浓度，并在该浓度达到一浓度阈值时关闭每个第一阀门13。

并且，该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时关闭每个第一阀门13。

具体来说，该监控装置还包括：

一传感器模组，用于探测该密封柜1中该危险气体的浓度和/或探测该密封柜1中的压强，本实施例中该传感器模组包括一用于探测该密封柜中压强的压力传感器；

一控制装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时关闭每个第一阀门13。

由于设置了监控装置，使得用户得以随时获知该密封柜中该危险气体的浓度和/或压强，以便及时应对可能发生的情况。另外，第一阀门的设置又进一步增加了安全系数，在危险气体发生泄露时，该监控装置与第一阀门的自动联动控制不仅简化了用户的操作，更重要的是及时阻止了危险气体的蔓延，为后续处理赢得了更多的处理时间。

除了防止该密封柜1中的危险气体泄露之外，该危险气体安全输送系统还包括与每个危险气体钢瓶一一对应的第二阀门4，该第二阀门4设置于该危险气体钢瓶11所对应的输送管道3的输出端，用于防止输送管道处危险气体的泄露，其中，该监控装置还用于探测该密封柜1中该危险气体的浓度，并在该浓度达到该浓度阈值时关闭每个第二阀门4。该第二阀门4的位置只要位于输送管道的输出端即可，本实施例中，该第二阀门位于在该密封柜的外部（即靠近该危险气体输送线一侧）。

同样地，该监控装置还用于探测该密封柜1中的压强，并在该压强达到一压强阈值时关闭每个第二阀门4，这样就有效阻止了危险气体的外泄。该第二阀门的设置有效阻止了危险气体向外部的泄露，进一步增加了安全系数。

在本实施例中，该第一阀门13和该第二阀门4均为由压缩空气驱动的阀门。另外，本实施例以两个危险气体钢瓶为例，本领域技术人员可以根据上述描述知晓两个以上危险气体钢瓶的设置方式。

实施例2

实施例2的原理与实施例1相同，其主要部分也相同，不同之处在于（以下仅阐述不同部分，相同部分参考实施例1和图1）：

本实施例中第二阀门并不采用自动控制的形式，在本实施例中该第二阀门由用户手动控制，即该监控装置用于探测该密封柜1中的浓度和压强，并在该压强达到该压强阈值时或者在该浓度达到该浓度阈值时提示用户关闭每个第二阀门4。本实施例中，该监控装置包括一提示单元，以声光提示的方式提示用户有气体泄露，用户在得知情况后赶至现场手动关闭该第二阀门。

实施例3

实施例3的原理与实施例1相同，其主要部分也相同，不同之处在于（以下仅阐述不同部分，相同部分参考实施例1和图1）：

该危险气体安全输送系统还包括一抽气装置（图中未示出），用于将该密封柜中的气体抽离该密封柜直至该浓度小于该浓度阈值和/或该压强小于该压强阈值（浓度阈值取决于气体种类，例如AsH₃可以设置浓度阈值为20ppb（part per billion的缩写，表示液体浓度的一种单位符号，一般读作1/10亿，十亿分之一，即10的负9次方的代表符号，是1‰ppm），压强阈值可以设置为1毫米汞柱，或者把密封柜抽成真空）。

在该危险气体安全输送系统中，除了上述安全措施之外，在危险气体发生泄露之后，除却阻止危险气体继续泄露之外，为了便于维修人员的后续处理，保证维修人员的操作安全，还可以采用该抽气装置尽可能减少该密封柜中残留的危险气体。

除此之外，该危险气体安全输送系统还包括一充气装置（图中未示出），用于将安全气体充入该密封柜中。该安全气体可以为氮气。通过该充气装置向该密封柜中填充安全气体，以保证维修人员的操作安全。本实施例中，该充气装置和该抽气装置结合使用，先利用抽气装置抽去密封柜中的大部分气体，再填充氮气，之后再次利用该抽气装置抽去该密封柜中氮气和危险气体的混合气体，多次执行上述操作，以将该密封柜中的危险气体的量降低，保证了维修人员的操作安全。经过多次的抽气、充气之后，再行处理该危险气体安全输送系统，例如，将该密封柜打开以检查事故原因，这样就从很大程度上避免了危险气体对维修人员的影响。

另外，该危险气体安全输送系统还包括一本地报警装置（图中未示出），用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时实现本地报警，以及，

该危险气体安全输送系统还包括一远程报警装置（图中未示出），用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时生成告警信息并将该告警信息发送给用户以实现远程报警。

通过上述报警装置，可以使用户及时获知危险气体的泄露状况，及时做出有效处理。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种危险气体安全输送系统，其包括一密封柜，该密封柜中置有至少一个危险气体钢瓶，其特征在于，该危险气体安全输送系统还包括：

一位于该密封柜外部的危险气体输送线，该危险气体输送线用于将该危险气体输出至一危险气体的使用端；

与每个危险气体钢瓶一一对应的输送管道，该输送管道连接于该危险气体钢瓶与该危险气体输送线之间，用于输送该危险气体；

与每个危险气体钢瓶一一对应的减压阀，该减压阀连接于该危险气体钢瓶的输出端与该输送管道的输入端之间，用于将该危险气体钢瓶输出的危险气体的压强减小至小于大气压强。

2.如权利要求1所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该危险气体安全输送系统还包括一监控装置和与每个危险气体钢瓶一一对应的第一阀门，该第一阀门设置于该危险气体钢瓶的输出端与该减压阀之间，其中，该监控装置用于探测该密封柜中该危险气体的浓度，并在该浓度达到一浓度阈值时关闭每个第一阀门。

3.如权利要求2所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时关闭每个第一阀门。

4.如权利要求2所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该危险气体安全输送系统还包括与每个危险气体钢瓶一一对应的第二阀门，该第二阀门设置于该危险气体钢瓶所对应的输送管道的输出端，其中，该监控装置还用于探测该密封柜中该危险气体的浓度，并在该浓度达到该浓度阈值时关闭每个第二阀门，或者，

该监控装置还用于探测该密封柜中该危险气体的浓度，并在该浓度达到该浓度阈值时提示用户关闭每个第二阀门。

5.如权利要求4所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时关闭每个第二阀门，或者，

该监控装置还用于探测该密封柜中的压强，并在该压强达到一压强阈值时提示用户关闭每个第二阀门。

6.如权利要求2-5中任意一项所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该监控装置还包括：

一传感器模组，用于探测该密封柜中该危险气体的浓度和/或探测该密封柜中的压强；

一控制装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时关闭每个第一阀门，和/或，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时关闭每个第二阀门。

7.如权利要求2-5中任意一项所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该第一阀门是由压缩空气驱动的或者该第一阀门是电磁驱动的，该第二阀门是由压缩空气驱动的。

8.如权利要求2-5中任意一项所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该危险气体安全输送系统还包括一抽气装置，用于将该密封柜中的气体抽离该密封柜直至该浓度小于该浓度阈值和/或该压强小于该压强阈值。

9.如权利要求8所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该危险气体安全输送系统还包括一充气装置，用于将安全气体充入该密封柜中。

10.如权利要求2-5中任意一项所述的危险气体安全输送系统，其特征在于，该危险气体安全输送系统还包括一本地报警装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时实现本地报警，和/或，

该危险气体安全输送系统还包括一远程报警装置，用于在该浓度达到该浓度阈值时和/或该压强达到该压强阈值时生成告警信息并将该告警信息发送给用户以实现远程报警。

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