CN1435589A - 气体供应装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体供应装置及方法，可以从外部有效率的进行气体容器的加热或冷却，同时可以使供给气体的压力保持在略一定值。朝向载置于设置台(11)上的气体容器底面喷出热媒体的喷嘴插入设置于设置台(11)中央部的贯通孔(18)，并且设置有从气体容器底面与设置台上面之间的空间排出上述热媒体的热媒体排出路径。测定来自气体容器所供给的气体的流量与压力，当测定的流量超过容许流量变动幅度时，根据测量的流量与基准流量之差调节热媒体的温度，当测定的流量在容许流量变动幅度内时，根据量测的压力与基准压力之差调节热媒体的温度。

Description

气体供应装置及方法
技术领域
本发明是有关于一种气体供应装置及方法，且特别是有关于一种使填充在气体容器中的液化气体能够在气体容器中气化，并在安定状态下有效率的供给的气体供应装置及方法。
背景技术
在半导体制造领域中所使用的WF6、ClF3、BCl3、SiH2Cl2等的气体，在常温中是以液体状态(液化气体状态)填充储存在气体容器中，在使用这样的气体时，必须视其需要从外部加热气体容器，而促进气体容器内的液化气体的气化。
而且，在此种气体供应中，从气体容器导出的供给气体的压力必须要维持在设定压力的附近，公知的方法测定气体容器内的压力或连通气体容器的气体供应管路的压力，然后根据此压力变化调节气体容器的加热量。然而，此种只利用压力回授(Feedback)的控制，由于应答性低，在气体供应量有大变动的情况下，想要安定的控制变得很困难，特别是在气体容器内的压力低的气体供应初期，就会产生所谓需要很长的时间才能使压力稳定下来的问题。此外，来自气体容器的气体供应中，必需要检测气体容器内的气体剩余量，才能够确实的把握气体容器的更换时期。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种气体供应装置及方法，可以从外部有效率的进行气体容器的加热或冷却，同时可以使供给气体的压力保持在略一定值，并能够确实的检测出气体容器内的气体残留量。
为了达成上述目的，本发明的气体供应装置为一种使载置于设置台上的气体容器中所填充的液化气体在气体容器内气化并供给的气体供应装置，使朝向上述气体容器底面喷出热媒体的喷嘴插入设置于上述设置台中央部的贯通孔，并且设置有从气体容器底面与设置台上面之间的空间排出上述热媒体的热媒体排出路径。
而且，本发明的气体供应装置的特征为上述热媒体排出路径是由设置在上述设置中的通孔或设置在设置台上的凹凸所形成。此外，本发明的气体供应装置的特征为设置有包覆上述气体容器周围的筒状体，并且上述热媒体排出路径是形成使从气体容器底面部分排出的热媒体从气体容器与上述筒状体之间流出的样子。另外，本发明的气体供应装置的特征为上述设置台是由能够测定上述气体容器的重量变化的重量测定装置所支撑，上述喷嘴对应设置台而设置成非接触状态。
而且，为了控制气体容器的加热量，本发明的气体供应装置具备有可测定从上述气体容器供给的气体压力的压力测定装置与测定该气体的流量的流量测定装置，以及根据压力测定装置与流量测定装置的测定值调节上述热媒体的温度的温度调节装置。
本发明的气体供应方法为一种利用温度经调节的热媒体加温或冷却填充有液化气体的气体容器以一边调节气体容器内的液化气体的蒸发量一边供给气化气体的方法，测定从上述气体容器供给的气体的压力与流量，当测定的流量与预先设定的基准流量相比超过预先设定的容许流量变动范围时，根据测定的流量与上述基准流量之差调节上述热媒体的温度，当测定的流量与预先设定的基准流量相比处于预先设定的容许流量变动范围时，根据测定的压力与预先设定的基准压力之差调节上述热媒体的温度。
而且，本发明的气体供应方法为一种利用温度经调节的热媒体加温或冷却填充有液化气体的气体容器以一边调节气体容器内的液化气体的蒸发量一边供给气化气体的方法，测定从上述气体容器供给的气体的压力与流量，当测定的压力与预先设定的基准压力相比低于预先设定的下限压力时，根据测定的流量与预先设定的基准流量之差调节上述热媒体的温度，当测定的压力超过上述下限压力时，根据测定的压力与预先设定的基准压力之差调节上述热媒体的温度。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
图1为绘示本发明第一实施例的气体供应装置剖面正面图。
图2为绘示本发明第一实施例的气体供应装置剖面平面图。
图3为绘示本发明第二实施例的气体供应装置剖面正面图。
图4为绘示本发明第二实施例的气体供应装置剖面平面图。
图5为绘示本发明第三实施例的气体供应装置剖面正面图。
图6为绘示本发明第四实施例的气体供应装置剖面正面图。
图7为绘示本发明气体供应方法的概略方块图。
图8为绘示本发明的方法与公知方法在气体容器内的压力变化状况示意图。标记说明：
10：气体容器        11：设置台
12：热媒体喷出喷嘴  13：热媒体供给管路
14：容器护套        15：气体容器载置部
16：测力传感计      17：台座部
18：贯通孔          19：上板
19a、19b：通孔      19c：长条形切口
19d：凹口           20：下板
21：内周板          22：外周板
23：空洞部          24、25：空间部
26：热媒体排出路径  27：排出通路
51：气体供应管路    52：压力计
53：流量计          54：压力温度控制装置
55：控制部          56：热媒体温度调节装置
具体实施方式
图1与图2所绘示为本发明第一实施例的气体供应装置示意图，图1为剖面正面图，图2为平面图。此气体供应装置具备有载置气体容器10的设置台11、朝向气体容器10的底面喷出热媒体的热体喷出喷嘴12、供给经温度调节的热媒体至热媒体喷出喷嘴12的热媒体供给管路13、包围气体容器10且设置在设置台11上由分成两半的筒状体所组成的容器护套14。而且，上述设置台11通常是由所谓圆柱状橱柜箱体的底板部分所构成，于是气体容器10以够放入取出的状态收纳于圆柱状橱柜中。
上述设置台13是由支撑气体容器10底部的气体容器载置部15、设置成支撑气体容器载置部15的外周部分以作为重量测定装置的测力传感计16(Load cell)与设置于位于测力传感计16下部份的床面等的台座部17所构成。上述热媒体管路13以水平方向插通台座部17，在台座部17的中央部向上弯曲而上升至测力传感计16之间，并插入设置于气体容器载置部15中央部的贯通孔18，在其前端设置有上述热媒体喷出喷嘴12。此所形成的贯通孔18内径较形成热媒体供给管路13的导管外径或热媒体喷出喷嘴12的外径大，使得测力传感计16所支撑的气体容器载置部15会因为气体容器10的重量变化而可以上下移动。
气体容器载置部15具备有由上板19、下板20、内周板21与外周板22所包围的空洞部23，上述上板19是使用具有多数个通孔19a、19b的多孔板。于是，气体容器底面与设置台上面之间的空间24经过上板19内周侧的通孔19a而与上述空洞部23形成连通状态，空洞部23经过上板19外周侧的通孔19b而和气体容器10外周与容器护套14内周之间的空间25形成连通状态。
亦即，如图1箭号A所示，从上述热媒体喷出喷嘴12朝向气体容器底面高速喷出的热媒体，加热或冷却气体容器10的底面后，如箭号B所示，从气体容器底面与设置台上面之间的空间24通过上板19内周侧的通孔19a流至空洞部23，然后通过上板19外周侧的通孔19b排出至容器护套14内周的上述空间25，于是成为从气体容器10底面部分的空间24经过空洞部23使上述热媒体排出至容器护套14内周的上述空间25的热媒体排出路径(箭号B)被形成的状态。
上述热媒体通常是使用例如空气或氮气等气体，当然也可以视实际需要而使用水等液体。此热媒体可以利用未图标的温度调节装置调节成适当的温度，并利用流量调节装置调节成适当的流量后，以送风机或泵供给至热媒体供给管路13。
温度调节装置可以使用公知的加热装置或冷却装置，举例来说，加热可以利用温水进行热交换或电热器，冷却可以利用冷水或低温气体进行热交换，此外，也可以利用皮蒂尔(Peltier)组件进行加热与冷却。而且，温度调节的控制，举例来说在使用加热器的情况下，可以使用单纯的ON·OFF、数阶段的ON·OFF控制、连续的温调控制的其中之一。
上述测力传感计16为透过气体容器载置部15以监视气体容器10重量变化的装置，只要不会影响热媒体供给管路13的设置，其可以使用任意形状的装置，举例来说可以形成环状，当然也可以于气体容器载置部15的适当位置设置复数个具有适当形状的装置。此外，在图1中符号16a表示测力传感计16的信号线。
上述容器护套14在高度方向可以形成包围整个气体容器10，也可以设置从气体容器10下方包围1/5程度高度的容器护套14，由于从气体容器底面部分排出的热媒体可以沿着气体容器侧壁上升，因此与未设置有容器覆盖物14的情况相比可以提升热传导率。
具有如此结构的气体供应装置，由于在气体容器底部通过热媒体加热或冷却，因此可以有效率的进行气体容器内的液化气体的温度调节。特别是，由于设置有热媒体喷出喷嘴可以高速的喷射出热媒体，因此可以提升容器底部的加热效率或冷却效率。而且，通过设置容器护套14可以从气体容器侧壁进行加热或冷却，而可以更进一步提升电热效率。此外，通过使容器护套14分割成两半而形成固定的后部侧14a与能够装拆及开关的前部侧14a，而可以容易的进行气体容器的更换作业。
图3与图4所绘示为本发明第二实施例的气体供应装置的示意图，图3为剖面正面图，图4为剖面平面图。而且，在下述说明中，本实施例与上述第一实施例所记载的气体供应装置的构成要素为同一构成要素者，给予相同的符号，并省略其详细说明。
在本实施例中，于上述气体容器载置部15的上板19中形成有复数个放射状的长条切口19c，这些长条切口19c作为热媒体排出路径。亦即，如图3所示的箭号A，从上述热媒体喷出喷嘴12朝向气体容器底面喷出的热媒体加热或冷却气体容器10后，如箭号B所示，从气体容器底面与设置台上面之间的空间24通过长条状切口19c内周侧而流至空洞部23，然后通过长条状切口19c的外周侧排出至容器护套14内周的空间25。
图5为绘示本发明第3实施例的气体供应装置剖面正面图。在本实施例中，上述气体容器载置部15中的容器护套14的内周部分是由厚板形成，在厚板的上面形成有与第二实施例的长条状切口相同配置成放射状的复数个凹槽19d，这些凹槽19d作为热媒体排出路径。亦即，如图5所示的箭号A，从上述热媒体喷出喷嘴12朝向气体容器底面喷出的热媒体加热或冷却气体容器10后，如箭号B所示，从气体容器底面与设置台上面之间的空间24通过凹槽19d内周侧，并穿过凹槽19d的槽内而流至外周侧，然后排出至容器护套14内周的空间25。
而且，在本实施例中，作为热媒体排出路径的凹槽19d是形成于厚板上面，当然也可以在上板19上面使用连续形成凹凸的波浪状薄板，此外，凹槽的方向并不限于放射状，只要能够使热媒体从空间24排出的状态就可以。
图6所绘示为本发明第四实施例的气体供应装置的剖面正面图。在本实施例中，使气体容器载置部15的中央部所设置的贯通孔18的直径变大，在此贯通孔18内周与设置热媒体喷出喷嘴12的热媒体供给管路13外周之间形成有将来自气体容器底面与设置台上面之间的空间24的热媒体排出的热媒体排出路径26。亦即，如图6所示的箭号A，从上述热媒体喷出喷嘴12朝向气体容器底面喷出的热媒体加热或冷却气体容器10后，如箭号B所示，从气体容器底面与设置台上面之间的空间24通过上述热媒体排出路径，在测力传感计16以适当间隔而设置复数个的情况下，通过测力传感计16彼此之间，然后通过台座部17上所设置的排出通路27而排出至外部。而且，在本实施例中，上板19是使用一般的板材。
而且，就气体容器10而言，可以使用一般流通的公知气体容器，并不是只限于底面往内侧凹陷的金属制气体容器，也可以使用底面为半球状的凸面周围配置有底座的气体容器，即使容器高度与容器直径不同，也能够利用热媒体确实的进行温度调节。
图7与图8所绘示为本发明的气体供应方法的一实例。图7为概略方块图，图8为本发明的方法与公知的方法的气体容器内的压力变化状况示意图。而且，图7中的气体供应装置使用上述第一实施例所揭露的气体供应装置。
从气体容器10供给气体至气体使用设备的气体供应管路51上设置有为了测定所供给气体的压力的压力计52(压力传感器)与为了测定流量的流量计53(质量流量计)，利用上述装置测出的压力信号P与流量信号F以及利用上述测力传感计16所测定出的重量信号W输入压力温度控制装置54中的控制部55。此控制部55控制热媒体温度调节装置56以进行上述热媒体的温度调节或供给量调节，并且根据来自测力传感计16重量信号W监视气体容器10内的气体残留量。
在使用气体之前气体消费量不会产生大变动的情况下，利用压力计测量气体的压力作为预先设定的基准压力以控制上述热媒体的温度，通过对应需要而调节热媒体的流量或压力以进行热量控制，而可以进行充分安定的控制。而且，基准压力通常是对应气体的种类、气体供应管路的状况、气体使用前的状况等条件，而设定成一定的压力。
另一方面，在使用气体前气体消费量产生变动的情况下，伴随着来自气体供应管路51的气体的供给量，亦即从气体容器10的气体取出量，气体容器内的压力也会依序改变。举例来说，气体供应量增加，由于与气体容器内的液化气体蒸发量相比，来自气体容器的气体取出量较多，因此气体容器内的气体量减少而使得压力容易依序降低。
此时，对应流量计53可以正确的检测出流量产生变动的时点，压力计52却因为伴随着流量变动而测定出渐渐改变的压力，所以会造成准确的控制很困难的情况。举例来说，流量以每分钟一公升增加至每分钟两公升，压力计52的测定值会因为此流量的增加而反映出压力的减少，所以流量产生变动会造成相当的时间差。而且，热媒体温度调节装置56使热媒体的温度上升，此温度上升的热媒体会加热气体容器内部的液化气体直到能够得到必要蒸发量的温度，因此流量产生变动而会造成相当的时间差(控制迟缓)。
于是，在使气体消费量急速增加的情况下，并无法确实的进行液化气体的加热，恐怕会造成供给气体压力的低落。另一方面，在使气体流量急速的减少的情况下，必须要使热媒体的温度下降已冷却液化气体，在此情况下也因为与上述同样的控制延迟，恐怕会使气体压力异常的上升，而产生必须提高设定气体供应管路51的设计压力等不适当问题。此时，如果利用压力变动进行热媒体的温度控制以缩小压力幅度，就可以进行较迅速的温度控制，在此情况下，仅仅通过压力变动或压力计的测定误差等而不得不频繁的切换热媒体的加热与冷却，就会妨碍其安定性。
另一方面，在本发明的方法进行根据压力的控制(压力控制)加上根据流量的控制(流量控制)。亦即，使气体的流量增加时，为了确保对应气体流量份的液化气体蒸发量，先根据压力进行控制，然后对应流量变化调高热媒体的加热温度以进行控制。
举例来说，在流量从每分钟100c.c.增加至每分钟200c.c.的情况下，在检测出上述状态的时点控制热媒体温度调节装置56，热媒体的温度例如是比现在的温度上升2℃。于是，其与从检测出压力降低而使热媒体的温度上升时相比较，由于可以迅速的进行液化气体的加热，因此可以对应流量增加而增加气体容器内的液化气体蒸发量，通过抑制压力降低而可以缩小压力变动。此时，通过气体容器10内的液化气体量或气体体积、大气温度等的条件，在压力到达预先设定的上限压力的情况下，通过来自压力计52的信号而中断热媒体的加热。
而且，在使流量从每分钟200c.c.减少至每分钟100c.c.的情况下，在检测出上述状态的时点控制热媒体温度调节装置56，热媒体的温度例如是较现在的温度降低2℃。于是，其与从检测出压力上升而使热媒体的温度降低时相比较，由于可以迅速的降低液化气体的温度，因此可以对应流量减少而减少气体容器内的液化气体蒸发量，通过抑制压力上升而可以缩小压力变动。
对应流量的变动量而进行热媒体的温度调节的程度会因为设置气体供应装置的气体使用前的条件而有所不同，不仅仅是气体消费量的变动幅度，例如因为设置场所的气温也会不同、气体容器10的大小或材质也会不同。就简单的控制而言，在使用气体前采用平均的气体消费量作为基本的基准流量，并且设定为了满足此基准流量的热媒体温度为基准温度，在使测定的气体流量高于此基准流量的情况下，可以提高热媒体的温度，在使气体的流量低于基准流量的情况下也可以降低热媒体的温度。举例来说，在基准流量为每分钟100c.c.、基准温度为23℃的情况下，若测定流量变成200c.c.则控制热媒体温度为25℃，在测定流量变成50c.c.则可以控制热媒体温度为20℃，于是就可以得到缓和压力变动的效果。
在气体使用前流量变动产生非常频繁的情况下，可以记忆预先测定流量，并设定测定流量在变动时之前(变动前)的流量为第二基准流量，比较第二基准流量与测定流量，当流量变动幅度在容许流量变动幅度的范围内时，不进行热媒体温度的调节，当流量变动幅度超过一定的范围时，进行热媒体温度的调节，而可以减轻热媒体温度调节装置56的负担并提升安定性。
在此情况下，当气体的流量如阶梯状的逐渐增加或减少时，由于作为之前流量的第二基准流量也会产生阶梯状的变化，对于此第二基准流量是比较难进行确实的控制。然而，在此种情况下，比较对照上述基本的基准流量(第一基准流量)加入设定作为第三的基准流量(第三基准流量)的最初测定流量变动时的流量、经过1小时的平均流量或前一日的平均流量等适当的流量，比较上述各基准流量与测定流量，并根据两者之差以进行控制。而且，也可以根据流量的变化量或流量变动状况而适当的组合比例控制、微分控制、积分控制以进行之，当然也可以仅对应流量变动而设定进行温度控制。
此外，在任一种情况下，气体的压力对应基准压力而低于预先设定压力的下限压力时，流量测量值无关而上升热媒体的温度以增加液化气体蒸发量，使压力维持在基准压力。而且，热媒体的加热温度并不是只限于热媒体温度调节装置56的温度，在通过在热媒体排出路径中测定控制排出时的热媒体温度，而能够进行较正确的温度控制。
另一方面，在气体容器交换后的供给初期，以压力计52所测定的气体压力较上述下限压力低的情况下，上述的控制根据压力进行控制，当基准压力与测定压力之差为较大的状态下，热媒体温度调节装置56以最大加热能力加热热媒体，在此情况下，测定压力到达基准压力时不仅仅中止热媒体的加热，液化气体的温度下降至最适当的温度且持续蒸发量过剩状态，而使压力大幅度的上升。而且，流量变动，特别是流量的减少几乎没有的状态下，因为无法根据上述流量进行控制，压力要回到基准压力附近需要长时间。
在此种状态下，本发明的方法中，以压力计52测定出气体压力较上述下限压力低时，根据流量进行控制。亦即，就基准流量而言，可以设定上述的第1基准流量或第3基准流量或气体容器交换前的流量作为控制用的基准流量，控制热媒体温度调节装置56，使以流量计53测定的气体供应量靠近基准流量附近的流量。在此情况下，若在途中流量产生变动，则进行与上述根据流量变动的控制相同控制。
于是，当测定压力超过下限压力之后，中断此种根据流量的控制，停止热媒体的加热，控制热媒体温度调节装置56使热媒体温度达到预先设定的热媒体温度。之后，组合上述流量控制与压力控制以进行热媒体温度调节装置56的控制。
如此，在供给初期进行流量控制，超过下限压力后通过组合上述流量控制与压力控制以进行热媒体温度调节装置56的控制，如图8所示，本发明的方法与公知只利用压力控制的方法相比较(公知方法)，可以对应气体种类、气体容器的容量等各种条件，而可以短时间的在预先设定的压力附近安定化，并能够迅速的开始安定的气体供应。
而且，如上述一般，通过设置测力传感计16测定气体容器的重量，由于可以确实的监视气体容器内的液化气体残留量，因此在液化气体量低于规定值以下时，通过终止热媒体的加热可以防止压力异常上升，并且通过以适当的装置显示此信息，可以明白的知道气体容器的更换时期，而可以提升气体容器中所填充的液化气体的使用效率。
在上述说明中，本发明可以有效率的蒸发气化、供给气体容器内所填充的液化气体，由于可以使供给压力安定化，因此可以在安定状态下进行气体供应。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1、一种气体供应装置，为一种使载置于一设置台上的一气体容器中所填充的液化气体在该气体容器内气化并供给的气体供应装置，其特征在于，使朝向该气体容器底面喷出热媒体的一喷嘴插入设置于该设置台中央部的一贯通孔，并且设置有从该气体容器底面与该设置台上面之间的空间排出该热媒体的一热媒体排出路径。
2、如权利要求1所述的气体供应装置，其特征为，该热媒体排出路径为设置在该设置台中的通孔。
3、如权利要求1所述的气体供应装置，其特征为，该热媒体排出路径为设置在该设置台上的凹凸。
4、如权利要求1所述的气体供应装置，其特征为，设置有包覆于该气体容器周围的筒状体，并且该热媒体排出路径是形成使从该气体容器底面部分排出的热媒体从该气体容器与该筒状体之间流出。
5、如权利要求1所述的气体供应装置，其特征为，该设置台是由能够测定该气体容器的重量变化的一重量测定装置所支撑，该喷嘴对应该设置台而设置成非接触状态。
6、如权利要求1所述的气体供应装置，其特征为，具备有可测定从该气体容器供给的一气体的压力的一压力测定装置与测定该气体的流量的该流量测定装置，以及根据该压力测定装置与该流量测定装置的测定值调节热媒体的温度的一温度调节装置。
7、一种气体供应方法，为一种利用温度经调节的一热媒体加温或冷却填充有液化气体的一气体容器以一边调节该气体容器内的液化气体的蒸发量一边供给气化气体的方法，其特征在于，测定从该气体容器供给的一气体的压力与流量，当一测定的流量与预先设定的一基准流量相比超过预先设定的一容许流量变动范围时，根据该测定的流量与该基准流量之差调节该热媒体的温度，当该测定的流量与预先设定的该基准流量相比处于预先设定的该容许流量变动范围时，根据测定的压力与预先设定的基准压力之差调节该热媒体的温度。
8、一种气体供应方法，为一种利用温度经调节的一热媒体加温或冷却填充有液化气体的一气体容器以一边调节该气体容器内的液化气体的蒸发量一边供给气化气体的方法，其特征在于，测定从该气体容器供给的气体的压力与流量，当一测定的压力与预先设定的一基准压力相比低于预先设定的一下限压力时，根据一测定的流量与预先设定的一基准流量之差调节该热媒体的温度，当该测定的压力超过该下限压力时，根据该测定的压力与预先设定的该基准压力之差调节该热媒体的温度。
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