DE69205477T2 - Verfahren und Apparat zur Verhinderung des Flüssiggasleckagephänomens in einem Druckregler. - Google Patents
Verfahren und Apparat zur Verhinderung des Flüssiggasleckagephänomens in einem Druckregler.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Flüssiggasleckage in einem Druckregler.
- Zur Datierung von Gasen z.B. bei der Herstellung von Halbleitern ist bekannt, Diborangas (B&sub2;H&sub6;) oder ein Gasgemisch aus Diborangas und Argon, Stickstoff und/oder Silangas zu verwenden. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein solches Gas üblicherweise in einem Zylinder 1 unter hohem Druck gespeichert, so z.B. reines Dibarangas bei etwa 30 Bar, und ein Gasgemisch aus Diborangas und Stickstoff bei einem höheren Druck von etwa 100 Bar. In einer Zufuhranlage wird der Druck dieses Dotiergases unter Verwendung eines Druckreglers 2 auf einige Bar reduziert.
- Wenn der Druck eines unter hohem Druck stehenden Gases, wie beispielsweise eines Dotiergases, unter Verwendung eines Druckreglers herabgesetzt wird, so wird dieses Gas abgekühlt und könnte aufgrund seiner freien Expansion durch den Druckregler zumindest teilweise verflüssigt werden. Dies kann einige aus der Ventildichtung des Druckreglers aus tretende Leckagen verursachen. Dieser Umstand ist als Flüssiggasleckage bekannt, die zu einem unzuverlässigen Betrieb des Druckreglers führt. Da Diborangas oder dergleichen sehr giftige Gase sind, kann diese Art von Leckage beträchtliche Umweltprobleme verursachen.
- In der offengelegten japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 238,800/1989 wurde bereits die in Fig. 2 dargestellte Lösung dieses Leckageproblems vorgeschlagen: eine Gasleitung 3, die einen das Dotiergas enthaltenden Zylinder 1 und einen Druckregler 2 verbindet, wird durch eine die Gasleitung 3 umgebend angeordnete Heizeinrichtung 4 erwärmt. Diese Heizeinrichtung 4 wird durch eine automatische Steuereinrichtung 5 gesteuert, die die der Gasleitung 3 zugeführte Wärme steuert, so daß das Speisegas in der Heizeinrichtung 4 erwärmt wird. Dieses Speisegas wird auf eine Temperatur erwärmt, die so gewählt ist, daß die Temperatur des Gases an einem Auslaß 7 nach der Expansion durch den Druckregler 2 zumindest gleich der oder größer als die Temperatur des Speisegases in der Leitung 3 vor der Erwärmung durch die Heizeinrichtung 4 ist. Hieraus resultiert, daß die Temperatur des Speisegases aus dem Gaszylinder 1 nahezu gleich der Temperatur des Gases an dem Gasauslaß 7 des Druckreglers 2 wird, wodurch die Flüssigkeitsleckage des Speisegases verhindert wird.
- In einer solchen herkömmlichen Einrichtung gestaltet sich jedoch die Temperatursteuerung der Gasleitung 3, d.h. der Temperatur des Speisegases, durch die Heizeinrichtung 4 schwierig. Es ist außerdem schwer zu erfassen, ob das Speisegas aus der Gasleitung 3 durch korrosionsbedingte nadelförmige Löcher austritt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen.
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Flüssiggasleckage in einem Druckregler, wobei die Gasleitung zwischen einer Hochdruckgasquelle und einem den Gasdruck reduzierenden Druckregler eine Doppelleitung umfaßt, die aus einer inneren Leitung und einer äußeren Leitung besteht und das Hochdruckgas aus der Hochdruckgasquelle so durch die innere Leitung und ein erwärmtes Gas so durch die äußere Leitung strömen, oder umgekehrt, daß der durch die freie Ausdehnung des Hochdruckgases im Druckregler bedingte Temperaturabfall desselben im Druckregler zumindest teilweise kompensiert und die Flüssiggasleckage des Hochdruckgases verhindert wird, wobei Detektionssmittel vorgesehen sind, die das Vorhandensein von Hochdruckgas in aus der äußeren Leitung entnommenem erwärmtem Gas und dadurch eine Hochdruckgasleckage aus der inneren Leitung, oder umgekehrt, feststellen.
- Die Erfindung betrifft gleichermaßen ein Verfahren zum Verhindern einer Flüssiggasleckage in einer Ausdehnungsvorrichtung, bei dem ein Hochdruckgas aus einer Quelle durch eine Leitung zu der Ausdehnungsvorrichtung strömt, um den Druck des Gases auf einen niedrigeren Druck herabzusetzen, und die Leitung eine innere, von dem Hochdruckgas durchströmte Leitung sowie eine äußere, von einem erwärmten Gas durchströmte Leitung, oder umgekehrt, umfaßt, um das Hochdruckgas so zu erwärmen, daß der Temperaturabfall des Hochdruckgases in der Ausdehnungsvorrichtung zumindest teilweise kompensiert und die Verflüssigung bzw. die Leckage desselben verhindert wird, und wobei das Verfahren des weiteren einen Detektionsschritt umfaßt, in dem das erwärmte Gas nach dem Spülen der von dem Hochdruckgas durchströmten Leitung analysiert wird, um das Vorhandensein von Hochdruckgas festzustellen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vereinfacht in Fig. 3 dargestellt.
- Erfindungsgemäß besteht, wie in Fig. 3 dargestellt, die Doppelleitung 3 aus einer inneren Leitung 3a und einer äußeren Leitung 3b. Ein unter hohem Druck stehendes Speisegas, beispielsweise ein Dotiergas, aus einem Gaszylinder 1 wird durch die innere Leitung 3a geleitet, während ein erwärmtes Inertgas, wie beispielsweise Stickstoffgas, von einem Ende der äußeren Leitung 3b zu dem anderen Ende derselben strömt, oder umgekehrt, wodurch die innere Leitung 3a, d.h. das in dieser strömende Dotiergas, auf eine gegebene Temperatur erwärmt wird. Außerdem wird das an dem anderen Ende der äußeren Leitung 3b abgeführte Stickstoffgas durch einen Detektor 10 geleitet, um das Vorhandensein von mit dem Stickstoffgas vermischtem Dotiergas zu erfassen.
- Bevorzugt strömt das Inertgas (Stickstoff, Argon, Helium, Xenon etc.) im Gegenstrom zu der Hochdruck-Dotiergasströmung, eine Strömung im Mitstrom ist jedoch ebenfalls möglich. Die Temperatur des Inertgases (sowie auch die Strömungsgeschwindigkeit) wird gesteuert, um die innere Leitung und das Hochdruckgas auf einer Temperatur zu halten, die zur Vermeidung jeglicher Verflüssigung des Gases durch Expansion durch den Druckregler ausreicht. Diese Temperatur hängt von der Verflüssigungstemperatur des Hochdruckgases bei dem betrachteten Druck ab. Der Fachmann wird in Übereinstimmung mit diesen Sicherheitsanforderungen zur Vermeidung von Leckagen ermitteln, wie stark das Hochdruckgas zur Minimierung oder Vermeidung sder Verflüssigungsgefahr des Hochdruckgases durch Expansion durch den Druckregler erwärmt werden muß.
- Darüber hinaus stellt das Bezugszeichen 8 zwischen die innere Leitung 3a und die äußere Leitung 3b eingefügte Abstandshalter dar. Das Material für die Abstandshalter wird unter denjenigen Materialien ausgewählt, die Wärmeisolations- und/oder Festigkeitseigenschaften aufweisen und die der erforderlichen Inertgas-Temperatur standhalten können. In Fällen, in denen Leckagen in der inneren Leitung nicht vorkommen oder auf andere Weise verhindert werden, ist es auch möglich, das Mantelgas lediglich zum Erwärmen des Hochdruckgases zu verwenden. In diesem Fall muß das Gas nicht notwendigerweise inert sein.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verhinderung der Flüssiggasleckage in einem Druckregler ist aufgrund des vorstehend erwähnten Aufbaus sehr vorteilhaft. Denn die Temperatur des durch die innere Leitung 3a strömenden Dotiergases kann genau gesteuert werden, indem die Temperatur des durch die äußere Leitung 3b strömenden erwärmten Stickstoffgases, dessen Temperatur sehr einfach mittels einer herkömmlichen Einrichtung auf einen wahlfreien Wert geregelt wird, gesteuert wird, wodurch durch dessen freie Expansion in dem Druckregler bedingte Flüssigkeitsleckagen dieses Dotiergases vermieden werden können. Außerdem kann die Leckage des Dotiergases aus der inneren Leitung 3a auf einfache Weise erkannt werden, indem erfaßt wird, ob dem Inertgas Dotiergas beigemischt ist oder nicht. Demzufolge kann die eingangs in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnte Gefahr auf einfache Weise vermieden werden.
- Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann sdas Hochdruck-(Dotier-)Gas in der äußeren Leitung strömen, während das Inertgas durch die innere Leitung strömt.
- Dieselben Flüssiggasleckage-Erscheinungen können durch jede Ausdehnungseinrichtung bedingt auftreten. Die Erfindung bezieht sich daher nicht nur auf Druckregler, sondern betrifft beliebige Ausdehnungseinrichtungen, bei denen Leckagen auftreten können.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Verhinderung einer Flüssiggasleckage in
einem Druckregler, wobei die Gasleitung (3) zwischen einer
Hochdruckgasquelle (1) und einem den Gasdruck reduzierenden
Druckregler (2) eine Doppelleitung (3) umfaßt, die aus einer
inneren Leitung (3a) und einer äußeren Leitung (3b) besteht
und das Hochdruckgas aus der Hochdruckgasquelle (1) so durch
die innere Leitung (3a) und ein erwärmtes Gas so durch die
äußere Leitung (3b) strömen, oder umgekehrt, daß der durch
die freie Ausdehnung des Hochdruckgases im Druckregler (2)
bedingte Temperaturabfall desselben im Druckregler (2)
zumindest teilweise kompensiert und die Flüssiggasleckage des
Hochdruckgases verhindert wird, wobei Detektionssmittel (10)
vorgesehen sind, die das Vorhandensein von Hochdruckgas in
aus der äußeren Leitung (3b) entnommenem erwärmtem Gas und
dadurch eine Hochdruckgasleckage aus der inneren Leitung
(3a), oder umgekehrt, feststellen.
2. Vorrichtung Anspruch 1, mit Mitteln, die die Temperatur
des erwärmten Gases steuern.
3. Vorrichtung Anspruch 1 oder 2, wobei das erwärmte Gas ein
inertes Gas ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erwärmte Gas
Stickstoff ist.
5. Verfahren zum Verhindern einer Flüssiggasleckage in einer
Ausdehnungsvorrichtung, bei dem ein Hochdruckgas aus einer
Quelle (1) durch eine Leitung (3) zu der
Ausdehnungsvorrichtung (2) strömt, um den Druck des Gases auf einen niedrigeren
druck herabzusetzen, und die Leitung (3) eine innere, von dem
Hochdruckgas durchströmte Leitung (3a) sowie eine äußere, von
einem erwärmten Gas durchströmte Leitung (3b), oder
umgekehrt, umfaßt, um das Hochdruckgas so zu erwärmen, daß der
Temperaturabfall des Hochdruckgases in der
Ausdehnungsvorrichtung (2) zumindest teilweise kompensiert und die
Verflüssigung bzw. die Leckage desselben verhindert wird, und wobei
das Verfahren des weiteren einen Detektionsschritt umfaßt, in
dem das erwärmte Gas nach dem Spülen der von dem Hochdruckgas
durchströmten Leitung analysiert wird, um das Vorhandensein
von Hochdruckgas festzustellen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das erwärmte Gas ein
inertes Gas, bevorzugt Stickstoff, ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das erwärmte
gegensinnig zu dem Hochdruckgas zirkuliert.
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