CN1759271A - 多个分配止回阀输送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制压力容器(1)出口排放的压力流体的装置，具体涉及容器(1)内的多个流体分配止回阀装置(7，10)，用于储存和控制流体或气体从容器流出。

Description

多个分配止回阀输送系统
技术领域
本发明涉及一种可储存和分配流体的阀组件，具体地，本发明涉及一种多个导出阀组件，储存和分配压力气体，可防止压力气体从容器失控排放。
背景技术
工业部门要求有一种安全和高效的方式来处理低于大气压的有毒的可燃的腐蚀性气体。具体地，这些气体包括掺杂气体。一般地，掺杂气体储存在压力气瓶中，其压力等于给定或特定压力下的各种气体的蒸气压，并取决于特定气体的性质。掺杂气体用作掺杂材料源，用于制造半导体器件。这些掺杂气体用于称为离子注入机的装置。离子注入机位于半导体生产装置的制造区，那里有数百或上千的工作人员从事半导体生产。这些装置在很高电压下工作，通常高达数千千伏。由于高电压，掺杂源气体必须设置在或位于装置内(许多其他的半导体装置的源气体设置在远离人员或主要生产区的地方)。离子注入装置的一个显著特征是在低于大气压的压力下工作。利用装置内的真空从气瓶输送产品气体可形成更安全外壳，因为产品只能在施加真空时才能从气瓶外壳排出。真空输送概念防止了偶然暴露于压力气体。
目前有4种不同的方法可解决低于大气压下输送掺杂气体的问题。第一种是用物理吸附材料(如珠状活性碳)充填压缩气瓶，可逆地吸收掺杂气体到吸附材料。这个概念一般称作SDSTM技术。解吸附过程涉及向吸附材料或气瓶提供真空或加热。实际上，离子注入机的真空用于吸收固相吸收材料产生的气体。SDS的问题涉及到给定尺寸气瓶中的产品数量；2)通过将气瓶外壳暴露于热源可激发解吸附过程，因此当气瓶暴露于高于70度F的温度时，可使气瓶达到大气压力和超过大气压力，在这些压力下输送气体，这种情况在许多气瓶仓库经常发生；3)由于吸附材料的其他材料/气体的吸附/解吸附，气瓶输送的气体纯度受到损害；4)吸收材料的摩擦可导致气体输送系统的颗粒污染。
解决在低于大气压下输送掺杂气体的问题的第二个方法涉及使用机械止回阀在低于大气压下输送产品。止回阀装置设置成，当应用低于大气压的压力或真空条件时，装置打开。该装置位于传统的气瓶开关阀座的上游。该上游装置的位置可位于阀体中，位于气瓶颈部空腔，位于气瓶内侧，或这三个位置的组合。在各种情况下，装置相对气瓶内部到输送端口的气体，位于气瓶阀座的上游。
美国专利No.5,937,895公开了一种止回阀，具有真空促动的分配止回阀和限流器的形式，提供了一种实际上不合格的安全系统，用来防止有害流体从压力气瓶或气罐的排放。美国专利No.6,045,115公开了一种流量限制器，提供了毛细管大小的开口，在不太可能发生的止回阀失效的情况下可使有毒气体从压力气瓶的排放最小。这两份公开文献提出了一种在低于大气压条件下的输送机构，其相对通过阀门的气流位于阀座的上游。应当相信，这些公开提供了一种装置，其具有很重要的对最大入口压力(或气瓶储存压力)的限制。该压力必须为大约600磅/平方英寸(表压)，或低于该值。
解决在低于大气压下输送掺杂气体的问题的第三个方法涉及在低于大气压的条件下使用调节器(多个调节器)来输送产品。调节器预先设置成可在特定的低于大气压力的条件下输送产品气体。调节器位于气瓶开关阀座的上游，还可位于气瓶颈部空腔或气瓶内部。美国专利No.6,089,027和No.6,101,816涉及一种流体储存和分配系统，其包括可保持气体于希望压力的气罐。气罐设有压力调节器，如单级或多级调节器，连接到气罐的端口，并设定于预定压力。分配组件，包括流量控制机构如阀门，可设置成与调节器气体/蒸气连通，因此阀门打开影响到气罐的气体/蒸气的分配。气罐内的流体可以是液体，在优势温度，即环境(室内)温度，下超过其液化压力的压力下容纳于气罐。具体地，美国专利No.6,089,027公开了一种多级调节器，位于阀控制机构的上游侧。
上面的专利显示出，调节机构设置在阀座的上游，相对从气瓶内部到输送端口的气流。但是，调节机构也可以位于阀体，位于颈部空腔，位于气瓶的内部，或所有三个位置的组合。
解决在低于大气压下输送掺杂气体的问题的第四个方法涉及使用单个调节器，其位于气瓶的开关阀的下游，所述调节器位于阀体内，设计成可在低于大气压的条件下控制/输送产品气体。美国专利No.6,314986公开了一种调制气体控制机构，用于压缩气瓶，包括主模块和固定到主模块的次模块。该专利显示出单个调节器设置在主气瓶关闭阀的下游。调节器位于阀体内，可从低于到高于大气压力进行调节以输出任何希望的出口压力。关闭阀具有内部的座机构，位于调节器的上游。公开了单个调节器。这个方法还有某些潜在的问题。例如，在调节器损坏时会出现可能的高泄漏率和压力上升。还有，单个调节器在过大的入口压力范围内难以控制流体。
发明内容
本发明的目的是限制或防止有毒气体在阀门或管路损坏的情况下释放。
本发明的另一目的是气瓶能够高压储存。较高压力使得更多数量的产品气体容纳于气瓶，因此，向客户提供了更高的生产率和更低的成本。
本发明的又一目的是提供更多的保护，防止气瓶阀座暴露于空气中的污染物。
本发明还有一个目的是提供一种压力气瓶，由于特殊毛细管的有限流动能力，可更好地保护并防止压力气体暴露于大气。
本发明涉及一种装置，可控制压力流体从压力容器出口的排放，所述装置包括：a.端口部分，与压力容器出口连通，形成流体排放路径；b.气瓶阀，固定在所述端口部分或其上游，可在阻挡流体流过流体排放路径的封闭位置和允许流体沿流体排放路径流动的打开位置之间移动；c.上游薄膜分配机构，形成与阀件上游的压力状态隔离的内部空间，并与所述阀件接合，通过保持所述阀件于封闭位置，直到薄膜的内部空间和端口部分内部之间压力差移动所述阀件到打开位置，来控制所述阀件的移动；和d.下游薄膜分配机构，形成与阀件上游的压力状态隔离的内部空间，并与所述阀件接合，通过保持阀件于封闭位置，直到薄膜内部空间和端口部分内部之间的压力差移动阀件到打开位置，来控制所述阀件的移动。
在另一实施例中，本发明涉及一种气瓶和阀组件，可容纳压力流体和控制压力流体从气瓶的排放，所述气瓶和阀组件包括：a)气瓶，具有气瓶开口；b)端口部分，可密封接合所述气瓶开口；c)流体入口端口，由所述端口部分形成，位于所述气瓶外侧；d)流体排放路径，位于流体入口端口和流体出口端口之间；e)手动截止阀，可控制沿流体排放路径流动的流体；其中，所述手动截止阀偏压气瓶阀到密封位置，阻挡沿流体排放路径和多个密封伸缩腔流动的流体，至少一个伸缩腔沿流体排放路径位于气瓶阀上游，至少一个位于气瓶阀的下游，密封的伸缩腔的一部分连接到阀件，当伸缩腔的内部和外部之间的相对压力扩大伸缩腔时，移动阀件到打开位置，在打开位置流体可沿流体排放路径流动。
在另一个实施例中，本发明涉及一种装置，可控制含有有毒的氢化物或卤化物的压力流体从压力罐出口的排放。装置包括：a)容器，保存至少部分为气相的压力流体；b)出口端口，释放容器的压力气体；c)气体流动路径，至少一部分由出口端口形成，输送容器的气体；和d)多个单独分配止回阀装置，至少一个位于气瓶阀上游，至少一个位于气瓶阀下游；和e)毛细管装置，位于气体流动路径，具有限流器的形式。
在本发明中，气罐或端口部分容纳关闭阀，其可以手动促动，或电促动(螺线管)、气动或磁力促动，来操作气瓶阀。带有限制的流动路径的管路中的填充物形成了一部分流体排放路径。该管路包括毛细管，内径为0.2毫米或更小。
通过下面对优选实施例的详细介绍，可了解本发明的其他目的，
实施例，优点和细节。
附图说明
图1是气瓶和顶部阀组件的截面示意图，组件结合了本发明的双止回阀的输送阀组件；
图2是本发明的上游止回阀和毛细管限流器的另外位置的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种输送系统的多止回阀分配装置。所述系统最好是真空输送系统，其中第一分配机构位于流体控制件(如气瓶阀)的上游。第一机构促动后允许气体从气瓶内部输送。
本发明的一个重要方面是使用第二分配止回阀机构，其位于气瓶阀的下游，设置在阀体内。第二分配机构设计成，在低于大气压力的条件下(即分配机构的入口压力大于分配机构的出口压力，最好入口压力等于或大于大气压力，而分配机构的出口压力低于大气压力)，打开(或输送气体)。当然，分配机构不限于真空输送。两个分配机构可设置成可在任何下游压力范围从气瓶内输送气体，下游压力范围包括低于大气压，大气压和超大气压，直到气瓶最大储存压力。
第二分配机构所在的位置，使得其只有在气瓶阀打开时才承受气瓶压力，因此限制了分配机构，使其不暴露于气瓶内的气体。另一个优点是，分配机构足够小可安装在传统的气瓶开口内。或者，分配机构可设置在气瓶的外面(如客户使用端口)，使机构可进行调节(如调节促动范围)。分配机构的定位使得一个机构位于气瓶阀上游，第二个机构位于气瓶阀下游。导致了本发明的具优越性的实施例。具体地，气瓶阀下游的第二分配机构可整体形成于气瓶阀，因分配机构永久连接到气瓶阀或实际上是气瓶阀的一部分。
文中介绍的多个分配系统最好设置成与毛细管限流器组件结合。限流器组件设置成在任何机械装置损坏的情况下可限制气体从气瓶的流动。该组件最好位于，1)第一分配机构和气瓶阀之间，或2)第一分配机构的上游。所属领域的技术人员应认识到限流器组件的确切定位取决于实际应用场合。
图1显示了本发明的示例性实施例，其实现了低于大气压输送的目的。至少一个分配机构7位于关闭阀3(或气瓶阀11)的上游，一个分配机构10设置在阀3的下游。这样设置形成了一个系统，可防止气瓶阀暴露于空气，允许更大的充填容量，并利用毛细管限流器来限制流体于预定的低速率。
如图1所示设置的多个分配真空输送阀组件2比传统的出口端口部分4大，或稍大于普通的阀体。气瓶阀11位于阀体内，以及位于第一分配机构1的下游。毛细管组件9设置在分配机构7和气瓶阀11之间。
压缩气瓶1的流体储存和分配系统显示出带有多个分配机构真空输送阀组件2。压缩气瓶充有希望的流体13(或具体地，掺杂气体)，达到预定压力或产品重量。
一般地，本发明的真空输送阀组件可应用于多种气体产品。下面的表一包括，但不限于，本发明预期的流体。其他的流体，尤其是其他惰性、可燃烧的，有毒的或半导体工艺气体都在本发明的范围内。
表一
  气体或流体   气瓶压力(或蒸气压力)，磅/平方英寸(表压)   要求的下游输送压力，托   可选择的下游输送压力，磅/平方英寸(表压)
  三氢砷化   205   ＜760   ＜205
  三氟化硼   600-1800   ＜760   ＜600
  磷化氢   583   ＜760   ＜583
  锑化氢   780-1100   ＜760   ＜1100
  硅烷   1100   ＜50磅/平方英寸   ＜1100
  乙硼烷   1000   ＜760   ＜1000
  三氯化硼   4.4   ＜760   ＜4
  卤化物   0-1800   ＜760   ＜1800
  四氟化锗   180   ＜760   ＜180
  四氟化硅   1000   ＜760   ＜1000
气瓶充填物，条件和产品测试通过第二充填端口(未显示，但其位于阀体的后面，见图1)进行。充填端口的打开和关闭通过阀机构5和单独的充填端口6。客户通过手动关闭阀3，使端口4打开和关闭。
在优选实施例中，气体流动是通过施加真空到出口端口4来实现，真空与第二分配止回阀10连通，并与流体排放路径上游的第一分配止回阀7连通。本发明的分配止回阀可以是薄膜型，其包括伸缩腔。具体地，薄膜壳体形成了伸缩腔，其中有多个伸缩腔，其中伸缩腔连通位于阀件上游的部分流体排放路径，当与排放路径内的连通在伸缩腔产生足够的压力条件，以足够的内压封闭伸缩腔，移动阀件到打开位置。
阀件包括提升阀，伸缩腔的膨胀使得销移动提升阀到打开位置。一封闭伸缩腔位于气瓶阀11的上游，一个伸缩腔位于其下游。各伸缩腔可响应伸缩腔中的压力条件，移动阀件到打开位置。限制通道可包括含有充填物的毛细管，形成流体入口端口，入口端口位于沿气瓶长度的中间附近，气瓶内部的径向中心。
因此，参考图1，真空施加到出口端口4，使第二分配止回阀装置10内的伸缩腔膨胀，移动提升阀离开阀座，使得气瓶1内部的气体流过第一分配止回阀7，流过毛细管9和气瓶阀11打开的开口。第一分配机构7，其设置在气瓶阀11的上游，设计成在小于或等于气瓶空间内压力的压力范围打开。第二分配止回阀10提供气体的真空输送到出口端口，供半导体装置使用。此外，可设置玻璃料过滤机构8A，8B以清除颗粒物。
图2显示了涉及毛细管组件和气瓶阀的分配机构设置的示意图。在一个示例性实施例中，毛细管限流器9设置在分配止回阀7的上游。流体通过气瓶阀11的下游，然后流到下游的分配机构10。在另一个示例性实施例中，上游的分配止回阀设置在毛细管限流器9的上游，然后流过气瓶阀11后，到达下游的分配机构10。
这里不具体讨论各个部件及其操作，包括但不限于分配止回阀机构和毛细管限流器的操作可参考美国专利No.5,037,895；No.6,045,115和No.6,007,609，其内容本文结合参考。
如上面所讨论的，本发明的关键方面是使用至少两个分配止回阀和其位置(即，第一机构设置在气瓶阀的上游，第二机构设置在下游)。止回阀的类型可根据使用的气体，促动压力，流速等变化。第二真空促动的分配止回阀必须以提供气体密封的方式连接。最好固定连接到阀体，分配止回阀最好设置在阀体的壳体内。将止回阀设置在这个位置可保护止回阀免于损坏。可以想到其他的结构，可取下的第二分配机构可以任何能够提供气体密封的机械方式进行螺纹连接或固定。
分配机构可插入出口端口的主体内，类似于安装减流孔到出口端口的方式。由于第二分配止回阀位于气瓶的外面，使得这个机构可进行调节。调节可改变该分配机构的促动压力范围，以满足客户的要求。例如，分配机构可调节改变下游压力范围，从低于大气压到大气压或超大气压的范围，这取决于客户的需要/应用。如上所述，对于这种应用，两个分配止回阀的位置是本发明的关键方面。
本发明的多个单独分配止回阀机构有助于气罐储存更高压力的气体。更高压力提供了更大的机会在相同的体积下储存更多的产品(流体或气体)，因此，向客户提供了更低的成本。多个单独分配止回阀机构提供了气瓶阀与空气连通的更好保护，以及更安全的设计，可防止分配机构失效。
在另外的实施例中，改进还包括设置单个分配机构，因此机构位于阀门上，用作分配止回阀和气瓶阀。本发明的应用还包括使用单个分配止回阀机构，其位于气瓶阀的下游。该分配机构作为气瓶阀体的一部分，或可插入上述出口端口。该分配机构的位置允许对机构进行调节，在很大的下游输送压力范围内输送气体产品。
本发明还允许使用特殊形状的气瓶，专门用于某些进行储存和分配的气体或流体。具体地，本发明提供了更短和更宽的气瓶以储存和分配三氟化硼。例如，这种气瓶的长度可以是12英寸或更小(不包括颈部)，外径为4.5英寸或更小。这种类型气瓶的优点是，压力释放阀不是必要的。因此，消除了装置的泄漏问题，还减少了不希望的可能出现的气体释放。
本发明的多个分配止回阀输送系统将通过参考下面的示例进行进一步的介绍，该示例不应视作对本发明的限制。
示例
气瓶1充有三氟化硼(BF3)气体13，压力大约为1800磅/平方英寸(表压)。手动操作手柄3，可转动气瓶阀11到打开位置。常态为封闭的薄膜分配止回阀10和7设计成可在400托的压力或更低压力下打开(即低于大气压力)，或200磅/平方英寸(表压)或更低时打开。
通过与第二分配止回阀10连通和位于气瓶阀11下游的出口端口4，真空施加到气瓶1。止回阀10中的伸缩腔膨胀使阀10中的提动头离位。当分配止回阀10打开时，第二分配止回阀10和第一分配止回阀7之间的流体排放路径的压力继续从200磅/平方英寸(表压)下降到100磅/平方英寸(表压)。
当第一分配止回阀7的下游压力下降到低于200磅/平方英寸(表压)时，止回阀7中的伸缩腔膨胀，使阀7中的提动头离位。
BF3气体通过流体排放路径排出，直到路径上的压力(即第一和第二分配止回阀之间压力)达到200磅/平方英寸(表压)。一旦压力达到这个预定压力(即200磅/平方英寸)，第一分配止回阀7的伸缩腔收缩，封闭提动头，流体路径中剩余的BF3气体被施加到第二分配止回阀10的真空排出。
所属领域的技术人员应认识到对上面详细介绍的过程可进行许多改进，这未脱离如所附权利要求具体限定的本发明的范围或精神。

Claims (10)

1.一种控制压力流体从压力容器出口排放的装置，所述装置包括：
a.端口部分，与所述压力容器出口连通，形成流体排放路径；
b.气瓶阀，固定在所述端口部分或其上游，可在阻挡流体流过流体排放路径的封闭位置和允许流体沿流体排放路径流动的打开位置之间移动；
c.上游薄膜分配机构，形成与阀件上游的压力状态隔离的内部空间，并与所述阀件接合，通过保持所述阀件于封闭位置，直到薄膜内部空间和端口部分内部之间的压力差移动所述阀件到打开位置，来控制所述阀件的移动；和
d.下游薄膜分配机构，形成与阀件上游的压力状态隔离的内部空间，并与所述阀件接合，通过保持阀件于封闭位置，直到薄膜内部空间和端口部分内部之间的压力差移动阀件到打开位置，来控制所述阀件的移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，外壳形成所述上游薄膜的伸缩腔，所述伸缩腔与阀件下游的流体排放路径的一部分连通，当与排放路径的连通在伸缩腔中产生真空状态或压力差时，所述伸缩腔被足够的内部压力密封，移动所述阀件到打开位置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述阀件包括提升阀，所述伸缩腔的膨胀使得销可移动所述提升阀到打开位置。
4.一种气瓶和阀组件，可容纳压力流体和控制压力流体从所述气瓶的排放，所述气瓶和阀组件包括：
气瓶，具有气瓶开口；
端口部分，可密封接合所述气瓶开口；
流体入口端口，由所述端口部分形成，位于所述气瓶外侧；
流体排放路径，由所述流体入口端口和所述流体出口端口之间的阀体形成；
手动截止阀，可控制沿所述流体排放路径流动的流体；
其中，所述手动截止阀偏压气瓶阀到封闭位置，阻挡沿流体排放路径和多个密封伸缩腔流动的流体，至少一个伸缩腔沿流体排放路径位于所述气瓶阀上游，至少一个位于所述气瓶阀下游，所述密封伸缩腔的一部分连接到阀件，当所述伸缩腔的内部和外部之间相对压力扩大所述伸缩腔时，移动所述阀件到打开位置，在所述打开位置允许流体沿流体排放路径流动。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述伸缩腔可响应伸缩腔的真空条件或压力差，移动阀件到打开位置。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述阀件包括提升阀。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述端口部分包括沿流体排放路径长度的受到限制的通道。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，毛细管形成流体入口端口，所述流体入口端口大约位于所述气瓶长度的中间。
9.一种控制压力流体从压力容器出口排放的装置，压力容器含有毒的氢化物或卤化物，所述装置包括：
容器，保存至少部分为气相的压力流体；
出口端口，可释放所述容器的压力气体；
气体流动路径，至少一部分由出口端口形成，输送容器的压力气体；和
多个单独的分配止回阀装置，至少一个位于气瓶阀上游，至少一个位于气瓶阀下游；和
流量限制器。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述容器内的通道包括流动路径的限制部分。
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