CN1251643A - 自身计量的储液罐 - Google Patents

Abstract

特别适合应用于蒸气发生系统的鼓泡器装置,包括一个主外容器,一个内鼓泡容器,载气入口和蒸气出口,使内鼓泡容器包含在主外容器内,和鼓泡器装置这样构造使得在引入载气和引出所产生的蒸气时它能自计量进入的可气化液体的供应。最好,系统还提供内浮动鼓泡容器的磁感应中心定位,液体温度的检测和控制,液体补充供应、载气输入供应和蒸气引出口的连接。

Description

自身计量的储液罐

                       发明的背景

发明的领域

本发明一般涉及在容器内维持恒定液面的各种系统，特别涉及到通过把载气引入到可气化液体的液柱中产生气化液体并将它供应给化学过程的各种系统。

背景资料

用于传送化学气体到工艺室的各种气体发生系统中一种常用的技术是迫使载气气泡通过发泡器中的化学液体，然后将从发泡器中得到的气化物传送到工艺室。传统的发泡器，包括在现有的自动再充满系统中所使用的那些，都依赖于相对大量的液体体积以便内在地补偿液面的变化，液面对产生的气化物浓度可以有负面的影响。由于在光纤和半导体工业中气化物源常常是有害的液体，人们已经增加对应用这些液体所产生的职业安全性和健康问题的考虑。这已经造成许多这些液体在工作场所所允许的最大体积的减小。因此希望在气化物发生的地点减小所需的液体体积，并且不会妨害气化物的浓度控制。

一般的发泡罐是由单个容器组成，它保持可气化液体一次使用的体积。载气如氢气，氦气或氮气引入到液柱的较低部位，向上运动，穿出液体的表面进入到上部空间。当载气通过液柱时，它夹带着气化的液体，造成液体体积相应的减少。在发泡罐内液面的这种降低，由于几个原因可能是很为显著的。例如，液面影响气化的效率和总的气体浓度的均匀性，这两者是可以影响过程应用的严格误差要求的重要因素。此外，在鼓泡器内的实际液柱不仅决定了载气的接触时间和产生的气泡的几何形状，而且也代表了要加入或引出热能的物质量。同时也确定了在鼓泡器内液面上方的空间，已经发现当该空间大小不是最佳时对气体浓度和最终的鼓泡器性能都有负面的影响。

因为当从液体体积中引出气体时造成鼓泡器内液体体积的减小，引起气体浓度的变化，所以需要一种再充满这种液体的装置。某些方法包括一旦液体体积到达预先确定的可接受的最低水平时用人工替换鼓泡器小玻璃瓶。另几种人工方法依赖于在不使用的间歇时间内液体的辅助供应以便再装满鼓泡器。虽然这样的方法可以减少与先有技术一次性使用鼓泡器相联系的许多忧虑，例如在小玻璃瓶的替换或任何必需的液体再充满期间减少污染的风险，但是这些系统一般都是保持在停车状态，以气体的产出中断来提供再充满的机会。用许多先进的方法，在发生再充满的机会之前能运行很长一段时间，液面可能下降，显著地导致小于最佳气体传送效率。虽然可以应用各种技术来补偿不断下降的液体体积的影响，例如在过程运行之间间断地再充满，但这样的技术可能很复杂而且昂贵。在任何情况下，这样的技术不能满足本发明所达到的控制水平。

除了人工再充满液体，也有自动的鼓泡器再充满系统。但这样的系统一般应用与电子装置耦合的浮子，如液面调节器，以便调节鼓泡器内液体的再充满。这样的装置容易出故障，通常是系统中最会出故障的机械。已经应用另外几种类型的液面传感器，例如光学的，负荷电池监视容量，和电阻传感器。但是应用这样的装置可能是很贵的，容易出错的，因许多液体都是可燃的。如果没有适当地规定和保管，就是代表一种火源。

                     本发明的概要

因此，本发明的一个目标是提供一种合算和可靠的鼓泡储液罐系统，能够计量进入到系统本身的外部液体的供应，以便在它鼓泡供应气体的过程时几乎维持恒定的液面。

另一个目标是在不需要电子或光学液面检测装置的条件下限制进入到鼓泡器的液体供应以便防止出现过份充满的情况。

本发明还有一个目标是提供一种装置能显著地减少在气化物发生点的液体体积，并不会妨碍气体浓度控制。

本发明另一个目标是防止或减少由于应用磁力因摩擦造成的磨损效应和颗粒的产生。

本发明还有一个目标是提供一种控制内鼓泡器液体温度的最佳机械，如果需要，在把这种液体引入到内容器之前，通过引导补充液体围绕内鼓泡容器的外壁，从外壁可以加入或引出热能，从而减少当补充液体与内鼓泡器液体混合时热循环的潜在可能性。

本发明的另一个目标是通过使用相反的磁场相对不同的液体，特别是相对比重上的差异，提供一种标定内鼓泡容器浮力相互作用的装置，一个磁场固定在内浮鼓泡容器内，一个可以在外容器的底部进行调节。

在克服先有技术的缺点和限制的一种系统中，通过提供一种设备和方法产生和支持从包含在如上述鼓泡器内气源来的气体传送，和支持实时计量进入的补充液体供应，以便代替因气体消耗造成的液体损失，可以实现本发明上述和其它的目标。系统计量引入的液体，直接响应被转化为气化物并被带走的液体的引出。本发明新颖的方法使支持连续传送气体所需的存液量最小化，由于它的补充液体的内在控制直接响应鼓泡器内液体的很小变化，这是最显著的特点。在优选的形式中，本发明也可以包括下述方法的一个或几个：应用可调节的磁场以便补偿不同比重的各种液体；应用磁场以便减小特定污染的可能性，不然会在鼓泡器内在可动部件的接触处由表面磨损造成污染；应用热电转换器来控制鼓泡器液体的温度，减少整个鼓泡器尺寸和温度控制的类型；和能使该装置整体化更接近加工现场。后者的特性不仅减小鼓泡器的最终成本，和它与加工设备整体化的尺寸，而且进一步减小由于从鼓泡器到加工点较长的气化物传送线造成的环境温度的不良影响。

本发明在这些应用中也特别有利，即有单个大容量再充满系统支持许多鼓泡器的地方。在典型的大容量再充满系统中，因为检测到鼓泡器内低的液面，在过程中断的时候产生补充液体的要求。由于存在多个先有技术的鼓泡器同时要求补充物料的可能性，大容量再充满系统的尺寸必须适当地满足多个鼓泡器总的体积消耗的速率。但用本发明，在工艺和大容量再充满系统之间不需要联系。由于许多鼓泡器可以实时再充满，基本上也减小了对大容量再充满系统的要求。还有，也不需要工艺过程中断；当它再充满时也不需要放空。再充满发生在体积流速等于气体从鼓泡器引出的速率的时候。这为大容量分配系统创造了最佳的条件，在该系统只有在任何一个或几个实际传送气体的点处以消耗的速率要求液体。这个特点与人工的气体传送系统刚好相反，在人工系统中是在气体及有从鼓泡器传送出来时进行液体的再充满。在先有技术自动的再充满系统中，支援的体积流速需求是出现补充机会频度的函数，和为了在任何一段时间内再充满任何假设数目的支援的鼓泡器所需的液体体积的函数。在两种情况下，分配系统的尺寸必须适合该系统支援的许多鼓泡器最大体积补充流速的要求。这个方法的结果是使对再充满系统要求的体积流速等于许多鼓泡器要求的补充液体的总体积。相反，当本发明实际传送气体时要求的补充液体，再充满系统最大体积流速是液体总的流速消耗乘以在实际传送气体状态的鼓泡器数目的函数。这样，因为系统部件的尺寸和在传送系统内有害液体的总体积可以显著地缩小，对大容量再充满系统的初始成本和安全性两者来说都有很大的好处。

                    附图的简要描述

图1是按照本发明的发泡容器装配体切去前面的图。

图2是发泡容器装配体等比例切割的图。

图3是画在实现本发明的基本操作控制流程图内的鼓泡容器装配体的示意图。

                优选实施方案的详细描述

下面的描述是实现本发明最好的设想模式。这个描述没有限制的意思，仅是出于描述本发明原理的目的。

这里参考附图进行描述，附图中相同的参考数字在几个图中都表示相同的部件。图1是描述包括鼓泡器的各元件的装配体的图。在操作时，鼓泡器装配体操作如与计量装置耦合的浮子，它支持在浮子容器内的可汽化液体产生气体。在图1描述的主要元件中有主容器5和内鼓泡器浮子容器6。由外部供应和控制的载气连接到通过连接件24的口2，通过导管8传送，排出到内浮子容器6内存在的可汽化液体的较低平面中。当载气向上运动通过液体时，它夹带着蒸气，从液面表面排出到上部空间20，从通过连接件25的排出口3出来。由于汽化，内浮子容器6的液面下降。这个作用使内浮子容器6的重量减轻，而浮子容器是悬浮在外容器5的液体中。由于重量减轻的作用，内浮子容器6增加了浮起和在外容器5的补充液体室22内上升。内容器6的向上浮动将计量杆顶端10拉离孔10a，如图2中表示的那样。这个动作计量从与口1和连接件23相连的外部供应源来的流入到补充液体室22的相应补以液体流量。当外部容器5的补充液体22内补充液面上升时，内浮子容器6继续向上运动。在图1和图2表示的优选实施方案中，磁铁14通过连接件15嵌入在外容器5上部的4个角处。当内浮子容器6上升进入到磁铁14的磁力线场时，磁铁16的磁力线场增加对它的排斥。在排斥力超过内浮子容器6浮升时的那一点，外容器5中的补充液体到达并通过孔9流入到内浮子容器6中。补充液体进入到内浮子容器6中增加了它的重量，使得它和计量顶端10下降，进入到孔10a中限制补充的流速。

在操作中，通过蒸发从内浮子容器6引出液体造成液体体积的能量水平下降。这个损失的热能是被蒸发液体汽化潜热和单位时间内液体引出速率的函数。在鼓泡器内的流体温度可以由标准的工业热电温度控制组件27进行控制和监视，如由米尔考(Melcor)公司出售的，部件号CP10-127-051-2和充油的热#7并插入传感温度的热电偶，如辛普森公司(SimpSon)出售的，21244型，传感器型号RTD。热电温度控制组件的电源线29和温度检测传感器导线4通过标准的工业方法与可编程的温度控制器32成一整体，如图3所示。固定在外容器5外壁的铝板26增加热电转换器27和外容器5内液体体积之间的热交换速率。工业上现有的对流型热传递叶片28，如米尔考(Melcor)公司出售的，放置在热电转换器27的外面，以便增加温度控制单元的热交换效率。加入这些元件以便提供安瓿的热容量如单位时间内被蒸发的液体量和液体的蒸发潜热所要求的那样。

内容器6的干重被内容器的盘形磁铁11和外容器的环形磁铁12的相反磁场的排斥力所补偿。因为本发明打算应用许多不同类型的液体，对液体特性，如比重和粘度的补偿是通过调整外容器环形磁铁12和内容器盘形磁铁11之间的距离来完成的。通过转动螺纹拧入到外容器5底部的外容器磁铁补充环13来完成这种调整。在工作中，干的内容器6是动态地刚好悬浮在外容器计量孔10a内的它的整个座位之上。这造成补充液体流入外容器的计量流量减小到小于在引入载气时的最低的可能蒸发速率。在液体补充供应流内，载气入口，和气体传送管线上装设隔离阀，使它们成组工作，既作为一组或者打开或者关闭，从而当不需要气体时整个隔离本发明。

各优选实施方案的最佳功能性取决于磁场的强度。由于这个原因，最好是稀土金属的磁铁，如马斯达(Master)磁铁公司出售的，如钐钴，以便满足如磁铁11，12，14和16表示的各种形状。因为本发明打算处理各种液体，它们必须没有污染，特别是没有液体和磁铁材料反应产生的副产品，所以磁铁11和16应该完全嵌入到与内和外鼓泡容器相同的材料中。

图3描述气体发生系统的示意图。储液罐液面表示为30，内鼓泡容器液面表示为31，当载气通过导管2引入，排出到存放在内容器鼓泡器的液体中，并通过液体向上运动，液体被转化成蒸气状态。这个作用减小了存放在内鼓泡容器6内的液体量。当液体转化成气态时，在内鼓泡容器6内的液体造成损失，减小了它的总重量引起浮升增加；内容器6的总的干质量与优选的容器中最小的液体体积一起造成相对于计量杆顶端10和液体补充孔10a位置的整个入座状态。虽然并不打算绝对隔离补充液体流入到储液罐中，但是在整个入座状态，补充液体的流入速率远低于在任何正常操作状态下最低的液体可能汽化为蒸气的速率。为了保证储液罐不会被液体过分充满，装设包括液体补充源经过口1和载气源经过口2的独立隔离。如图3中可见，代表工业标准的阀，如尼波罗-斯瓦格洛克公司(Nupro-Swahelok.Co)出售的，部件号SS-BNV51-C，被用来有效地隔离入口1和2，出口3。在优选的实施方案中，所有的三个阀，34，35和36都是正常闭合的自动类型阀。如图3表示的那样，从控制系统33来的控制信号到每个阀。这种控制系统最像是整个过程自动操作平台的一部分，控制所有必须的装置支持气体沉积的应用。

应该理解，这里描述的各实施方案只是以选择的优选形式说明本发明的原理。当然可以对它进行许多修改，补充和删减而不会背离本发明如下述权利要求中所提出的宗旨和范畴。

Claims (15)

1.一种自身计量的储液罐，用来在使用液体的容器中维持通常恒定的液面，储液罐包括：

有液体入口的主容器，

放置在主容器内的浮子容器，有计量部件位于液体入口附近用于控制液体的输入供应量，所述浮子容器还有至少一个开口，用作液体从所述主容器进入所述浮子容器的通道。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述计量部件包括在所述浮子容器一端上的突起，用来限制液体通过液体入口的流量。

3.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个磁铁用于维持浮子容器在主容器内的中心悬浮。

4.如权利要求1所述的设备，还包括第一浮子容器磁铁，与第二磁铁分离一定的距离，两者有相反的磁场，从而可以调节所述磁铁之间的距离以便适应不同的液体特征。

5.如权利要求1所述的设备，还包括温度控制机构用于控制所述液体的温度。

6.在产生蒸气的过程中用于控制液体输入供应的一种设备，包括：

有液体入口的主容器，

引出蒸气的出口，

在主容器内的鼓泡浮子容器，有计量部件放置在液体入口附近，所述鼓泡浮子容器还有至少一个用作液体从所述主容器进入到所述鼓泡浮子容器的通道的开口，从而鼓泡浮子容器的浮力计量液体的输入供应量。

7.用于产生蒸气的设备，包括：

能保持液体的主容器，并有入口用于引入液体到主容器，

在主容器内的内鼓泡容器，有计量顶端在所述入口附近，以便控制液体引入到所述主容器内，所述内鼓泡容器还有至少一个口用于从主容器再充满液体。

用于引入载气到内鼓泡容器以便产生蒸气的导管，和

用于引出所述蒸气的气体出口，从而蒸气的不断产生减少了在内鼓泡容器中的液体。

8.如权利要求7所述的设备，还包括一组磁铁用于维持鼓泡浮子容器在主容器内的中心悬浮。

9.在用于产生蒸气的储液罐中再充满液体的方法，包括如下各步骤：

(a)用液体充满内鼓泡容器到预定的液面，

(b)在内鼓泡容器中液体表面下引入载气，

(c)产生蒸气，

(d)在内鼓泡容器中液面降低，

(e)通过允许内鼓泡容器在主容器内浮动，再充满在内鼓泡容

   器内的液面。

10.在工艺操作时消耗液体的设备中，用于维持通常恒定液面的方法，包括如下各步骤：

(a)通过液体入口从供应源用液体充满外容器，

(b)将内容器的计量部件放入到所述外容器中，在所述液体入

   口附近，

(c)从内容器中至少一个开口用液体从所述外容器充满所述内

   容器，直到所述计量部件充分限制液体流入到外容器，

(d)进行一个操作过程，它使内容器内的液面下降，

(e)当内容器变得更加上浮时通过减小对液体通过入口流动的

   限制，从外容器再充满内容器内的液面。

11.用于减小两个容器之间摩擦的设备，包括：

有内室的外容器，

放置在所述室内的内容器，

放置在所述内容器一端的第一内容器磁铁，邻近至少一个有相反磁场的第一外容器磁铁，

放置在所述第一内容器磁铁相对端的第二内容器磁铁，

与所述第二内容器磁铁有相反磁场并放置在其附近的一组第二外容器磁铁，从而应用所述内和外磁铁的相反的磁场，使所述内容器保持在中心悬浮状态。

12.如权利要求11所述的设备，其中可以调节所述第一内容器磁铁和所述第一外容器磁铁之间的距离，以便补偿在所述容器内包含的液体的不同重量。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述第一外容器磁铁是环形磁铁。

14.如权利要求13所述的设备，其中所述第一内容器磁铁是盘形磁铁。

15.如权利要求12所述的设备，其中所述第二内容器磁铁是中心定位在所述一组第二外容器磁铁的磁力线场中。

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