JP2002124512A - 大流量気化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減圧環境であっても安定して液体材料を気化
することができ、また、その気化能力の飛躍的な上昇を
図ることができる大流量気化システムを提供する。 【解決手段】 液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧとを流
量制御しながら混合して気液混合体Ｍを形成し、この気
液混合体Ｍをノズル部３５から放出して減圧気化する制
御バルブ３の後段に、気化対象を流す配管５１と、この
配管５１に対して熱の授受を行う熱源５２とを備えた気
化器４を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
において用いるテトラエトキシシランなどの液体材料を
気化する大流量気化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の気化システムとして、例えば、図
１１（Ａ）に示すように、気化対象を流す配管（図示せ
ず）およびこの配管に対して熱の授受を行う熱源（図示
せず）を備えた気化器６４と、この気化器６４に導入す
る液体材料の流量を制御する液体用流量制御装置６５
と、前記気化器６４に導入するキャリアガスの流量を制
御する気体用流量制御装置６６と、前記気化器６４の下
流に設けられる反応炉６７と、前記気化器の下流側を減
圧環境とするための吸引ポンプ６８とを備えたものがあ
る。

【０００３】しかし、上記のような構成からなる従来の
気化システムでは、前記吸引ポンプ６８によって、前記
気化器６４の下流側だけでなく、気化器６４に液体材料
を導入するための導入管６９内も減圧環境となっていた
ことから、導入管６９内を流れる液体材料に減圧沸騰現
象が起きて、液体材料が気泡とともに気化器６４に導入
されることとなり、気化器６４の気化量が脈動してしま
うという問題があった。

【０００４】また、他の従来の気化システムとして、例
えば、図１１（Ｂ）に示すように、液体材料とキャリア
ガスとを流量制御しながら混合して気液混合体を形成
し、この気液混合体をノズル部（図示せず）から放出し
て減圧気化する制御バルブ７０と、この制御バルブ７０
に導入する液体材料の流量を制御する液体用流量制御装
置６５と、前記制御バルブ７０に導入するキャリアガス
の流量を制御する気体用流量制御装置６６と、前記制御
バルブ７０の下流に設けられる反応炉６７と、前記制御
バルブ７０の下流側を減圧環境とするための吸引ポンプ
６８とを備えたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
構成からなる従来の気化システムでは、吸引ポンプ６８
によって減圧環境となるのは前記制御バルブ７０の下流
側のみとなり、前記液体用流量制御装置６５と前記制御
バルブ７０とをつなぐ導入管６９内の液体材料に減圧沸
騰現象が起こることはなかったが、前記制御バルブ７０
の最大気化量が小さい（例えば水３ｇ／ｍｉｎ）という
問題があった。

【０００６】この発明は上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的は、減圧環境であっても安定して液体
材料を気化することができ、また、その気化能力の飛躍
的な上昇を図ることができる大流量気化システムを提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の大流量気化システムは、液体材料とキャリ
アガスとを流量制御しながら混合して気液混合体を形成
し、この気液混合体をノズル部から放出して減圧気化す
る制御バルブの後段に、気化対象を流す配管と、この配
管に対して熱の授受を行う熱源とを備えた気化器を配置
した（請求項１）。

【０００８】また、前記制御バルブへと導入される液体
材料の流量を計測するための液体用流量計を有する液体
材料供給ラインと、前記制御バルブへと導入されるキャ
リアガスを所定流量とするための気体用流量制御装置を
有するキャリアガス供給ラインとが、互いに独立して前
記制御バルブに接続されているとしてもよい（請求項
２）。

【０００９】上記の構成により、減圧環境であっても安
定して液体材料を気化することができ、また、その気化
能力の飛躍的な上昇を図ることができる大流量気化シス
テムを提供することが可能となる。

【００１０】さらに、前記気化器が、前記配管と前記熱
源とをアルミニウムにて鋳込んでなるとした場合には
（請求項３）、鋳込みによって配管とヒータとの間に熱
伝導の妨げとなる空間を極めて容易になくすことがで
き、また、液体の気化によって気化熱が吸収されて配管
の温度が低下しても、配管とヒータとの間の熱伝導が極
めて良く、配管をヒータによって十分に加熱でき、確実
な気化を行うことができる。さらに、鋳込みによって連
結される配管とヒータの接続は相互の位置関係に全く関
係なく行えるので、各部材はどのようにでも配置でき、
極めて簡単にその熱伝導を最大限に改善することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を、図を
参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施例に
係る大流量気化システムＤの構成を概略的に示す説明図
である。本発明の大流量気化システムＤは、液体材料供
給ライン１およびキャリアガス供給ライン２が互いに独
立して接続される制御バルブ３と、この制御バルブ３の
後段に配置される気化器４とを備えており、前記液体材
料供給ライン１は、前記制御バルブ３へと導入される液
体材料ＬＭの流量を計測するための液体用流量計５を有
し、前記キャリアガス供給ライン２は、前記制御バルブ
３へと導入されるキャリアガスＣＧを所定流量とするた
めの気体用流量制御装置６を有している。

【００１２】前記液体材料ＬＭは、例えば、テトラエト
キシシラン（ＴＥＯＳ），エタノール，ペンタエトキシ
タンタル（ＰＥＴａ）やトリメチルホスフェイト（ＴＭ
ＰＯ），水などである。なお、液体材料ＬＭは、常温常
圧で液体状態であるものに限られるものではなく、常温
常圧で気体であっても適宜加圧することにより常温で液
体となるようなものであってもよい。

【００１３】前記液体材料供給ライン１は、上流側から
順に、レギュレータ７を有する圧送ガス供給管８と、原
料タンク９と、開閉弁１０と、前記液体用流量計５と、
開閉弁１１とを有している。

【００１４】前記圧送ガス供給管８は、前記原料タンク
９の上部空間に接続されており、図中のＩＮより供給さ
れるＮ₂ ，Ｈｅ，Ａｒなどの圧送ガスが圧送ガス供給管
８を経て前記原料タンク９内へ導入されると、液体材料
ＬＭが原料タンク９内から下流側へ押し出されるように
構成されている。

【００１５】前記液体用流量計５は、前記原料タンク９
内から押し出されて流れてくる液体材料ＬＭの流量を計
測するものであり、この液体用流量計５としては、例え
ば公知の液体マスフローメータを用いることができる。
そして、この液体用流量計５の検出結果は、システム全
体を制御したり、検出信号などに基づいて演算を行う装
置制御部１２に送出される。

【００１６】前記キャリアガス供給ライン２は、上流側
から順に、キャリアガス供給源１３と、開閉弁１４と、
レギュレータ１５と、開閉弁１６と、前記気体用流量制
御装置６と、開閉弁１７とを有している。

【００１７】前記キャリアガス供給源１３は、Ｎ₂ ，Ｈ
ｅ，ＡｒなどのガスのいずれかをキャリアガスＣＧとし
て供給するものである。

【００１８】前記気体用流量制御装置６は、制御バルブ
３に対して供給されるキャリアガスＣＧが一定量になる
ように制御するもので、前記装置制御部１２からの制御
信号に基づいて開度が調節される。この気体用流量制御
装置６としては、例えば公知の気体マスフローコントロ
ーラを用いることができる。

【００１９】前記制御バルブ３（詳細は後述）は、例え
ば、その左側面部に前記液体材料供給ライン１が接続さ
れ、その右側面部に前記キャリアガス供給ライン２が接
続されており、また、その下側面部に、導出ライン１８
が接続されている。

【００２０】前記導出ライン１８は、上流側から順に、
前記気化器４（詳細は後述）と、気体用流量計１９と、
開閉弁２０と、ユースポイントとしての反応炉２１と、
吸引ポンプ２２とを有している。

【００２１】前記気体用流量計１９は、気化器４からの
ガスの流量を計測するもので、その計測結果は前記装置
制御部１２に送られる。この気体用流量計１９として
は、例えば公知のガスマスフローメータを用いることが
できる。

【００２２】前記反応炉２１は、例えばＣＶＤ装置など
の反応炉を意味する。

【００２３】なお、前記制御バルブ３から反応炉２１ま
での流路には、温度調節手段２３により制御されるヒー
タ２４によって、適宜の温度に維持・保温（例えば１２
０℃）されており、これによって、制御バルブ３および
気化器４において一度気化した液体材料ＬＭが温度の低
下によって再び液化しないように構成されている。

【００２４】図２は、前記制御バルブ３の構成を概略的
に示す縦断面図、図３は、前記制御バルブ３の要部の構
成を概略的に示す斜視図、図４（Ａ）および（Ｂ）は、
制御バルブ３の開状態および閉状態の構成を概略的に示
す縦断面図、図５は、前記制御バルブ３の気液混合部３
４の動作を概略的に示す説明図である。前記制御バルブ
３は、液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧとを流量制御し
ながら混合して気液混合体Ｍを形成し、この気液混合体
Ｍをノズル部３５から放出して減圧気化するものであ
る。

【００２５】すなわち、前記制御バルブ３は、本体ブロ
ック２５と、この本体ブロック２５に着脱自在な接続ブ
ロック２６，２７と、前記本体ブロック２５の上面に固
定される弁ブロック２８と、この弁ブロック２８内のダ
イヤフラム２９を操作するアクチュエータ３０とを備え
ている。

【００２６】前記本体ブロック２５は、例えば、直方体
形状をしており、ステンレス鋼などのように耐熱性およ
び耐腐食性に富む素材よりなる。そして、前記本体ブロ
ック２５の内部には、液体材料導入路３１，キャリアガ
ス導入路３２，導出路３３が形成されている。

【００２７】前記液体材料導入路３１は、液体材料ＬＭ
を後述する気液混合部３４に導入するもので、その一端
が本体ブロック２５の左側面に開口し、他端が本体ブロ
ック２５の上面に開口するよう、逆Ｌ字形状を呈してい
る。

【００２８】前記キャリアガス導入路３２は、キャリア
ガスＣＧを気液混合部３４に導入するもので、その一端
が本体ブロック２５の右側面に開口し、他端が本体ブロ
ック２５の上面に開口するよう、Ｌ字形状を呈してい
る。

【００２９】前記導出路３３は、気液混合部３４におい
て形成された気液混合体Ｍを外部へ導出するためのもの
で、その一端が本体ブロック２５の下面に開口し、他端
が本体ブロック２５の上部の適宜位置に設けられたノズ
ル部３５を介して気液混合部３４に連なっており、全体
としてほぼ鉛直方向にのびる直線形状を呈している。ま
た、導出路３３は、適宜の接続部材などを介して外部の
導出ライン１８に接続されている。

【００３０】また、本体ブロック２５は、本体ブロック
２５全体を加熱するヒータ（例えばカートリッジヒー
タ）３６を、前記導出路３３の近傍に着脱自在に内蔵し
ているとともに、本体ブロック２５の温度を検出する温
度センサとしての熱電対３７を適宜の位置（例えばノズ
ル部３５付近）に内蔵している。なお、前記ヒータ３６
は、プレートヒータなどでもよく、ヒータ３６による加
熱温度は、液体材料ＬＭの種類などに応じて適宜設定で
きる。また、このヒータ３６は、本体ブロック２５の気
液混合部３４や導出炉３３の近傍を加熱できるようにし
てあればよく、特に、ノズル部３５から液体材料ＬＭを
放出することにより減圧させガスを好適に生成できる程
度にしてあればよい。

【００３１】前記接続ブロック２６は、本体ブロック２
５の左側面にシール部材３８を介して着脱自在に設けら
れている。また、接続ブロック２６は、前記液体材料導
入路３１に連通する流路２６ａを有しており、前記液体
材料導入路３１が、接続ブロック２６を介して外部の液
体材料供給ライン１に接続されるように構成されてい
る。

【００３２】前記接続ブロック２７は、本体ブロック２
５の右側面にシール部材３７を介して着脱自在に設けら
れている。また、接続ブロック２７は、前記キャリアガ
ス導入路３２に連通する流路２７ａを有しており、前記
キャリアガス導入路３２が、接続ブロック２７を介して
外部のキャリアガス供給ライン２に接続されるように構
成されている。

【００３３】前記弁ブロック２８は、前記本体ブロック
２５の上面２５ａにＯリング３９を介して載置され、例
えばステンレス鋼などのように熱伝導性および耐腐食性
の良好な素材からなる。また、この弁ブロック２８と前
記上円２５ａとの間に、液体流量制御機能を有するバル
ブ本体４０が形成される。すなわち、弁ブロック２８の
内部空間４１に、ダイヤフラム２９がばね４２によって
常時上方に付勢されるようにして設けられている。

【００３４】前記本体ブロック２５の上面２５ａには、
環状の隔壁として形成された内側のバルブシート４３ａ
および外側のバルブシート４３ｂからなるバルブシート
４３と、前記二つのバルブシート４３ａ，４３ｂによっ
て囲まれ、かつ液体材料導入路３１の下流側の開口３１
ａを含むように形成されて液流路として機能する平面視
環状の凹部４４と、前記内側のバルブシート４３ａによ
って囲まれた平面視円形状の気液混合部３４と、前記外
側のバルブシート４３ｂの外側に形成され、前記Ｏリン
グ３９が装填されるＯリング溝４５とが設けられてい
る。

【００３５】前記バルブシート４３は、前記ダイヤフラ
ム２９とともにバルブ本体４０を形成している。

【００３６】前記気液混合部３４には、その直径上にキ
ャリアガス導入路３２の下流側の開口３２ａと、導出路
３３への孔４６とが開設されているとともに、これらの
開口３２ａおよび孔４６を含む浅く細長い溝４７が形成
されており、開口３２ａから流入するキャリアガスＣＧ
と、内側のバルブシート４３ａとダイヤフラム２９との
間の隙間から流入する液体材料ＬＭとが混合されるよう
に構成されている。

【００３７】前記孔４６と前記導出路３３との間にノズ
ル部３５が形成されており、このノズル部３５は、その
直径および長さがかなり小さく、例えば直径は１．０ｍ
ｍ以下、長さは１．０ｍｍ以下である。また、前記ノズ
ル部３５は、前記気液混合部３４とできるだけ近接して
設けられる。そして、前記気液混合部３４において液体
材料ＬＭとキャリアガスＣＧとが混合することで形成さ
れた気液混合体Ｍが前記孔４６からこのノズル部３５を
経て導出路３３に放出されるのであり、これにより、気
液混合体Ｍに含まれる液体材料ＬＭが減圧されることに
よりいくらかガス化される。

【００３８】前記ダイヤフラム２９は、耐熱性および耐
腐食性が良好で、かつ適当な弾性を有する素材よりな
り、軸部２９ａと、この軸部２９ａの下方に形成され、
前記内側のバルブシート４３ａの上面と当接または離間
する弁部２９ｂと、この弁部２９ｂの周囲に設けられた
薄肉部２９ｃと、この薄肉部２９ｃの周囲に設けられた
厚肉部２９ｄとを備えている。

【００３９】前記ダイヤフラム２９は、常時はばね４２
によって上方に付勢されることにより、弁部２９ｂが内
側のバルブシート４３ａからは離間しているが、軸部２
９ａに下方向への押圧力が作用すると、弁部２９ａがバ
ルブシート４３ａと当接する方向に変移するように構成
されている。

【００４０】前記アクチュエータ３０は、ダイヤフラム
２９を下方へ押圧してこれを歪ませるためのもので、こ
の実施例においては、弁ブロック２８の上部に立設され
たハウジング４８内に複数の圧電素子を積層してなるピ
エゾスタック４９を設け、このピエゾスタック４９の下
方の押圧部５０をダイヤフラム２９の軸部２９ａに当接
させたピエゾアクチュエータに構成されている。なお、
前記アクチュエータ３０を、電磁式のものやサーマル式
のものとしてもよい。

【００４１】上記の構成からなる制御バルブ３では、気
液混合部３４において、液体材料ＬＭを流量制御しなが
らキャリアガスＣＧと混合し、このときの気液混合体Ｍ
を、気液混合部３４に近接するノズル部３５から放出し
て液体材料ＬＭを減圧し気化するようにしているので、
良好に混合された状態の気液混合体Ｍをノズル部３５か
ら放出することができ、気液混合体Ｍ中の液体材料ＬＭ
を効率よくしかも安定した状態で気化し、一定濃度の気
体を含むガスを安定して供給できる。

【００４２】図６および図７は、前記気化器４の構成を
概略的に示す斜視図および側面図である。前記気化器４
は、前記制御バルブ３から送られてきた気化対象となる
気液混合体Ｍを流す耐腐食性（例えばステンレス製）の
配管５１と、この配管５１に対して熱の授受を行う熱源
５２と、前記配管５１の温度を測定する温度センサ５３
とをアルミニウムで鋳込んで形成され、前記アルミニウ
ムは、例えば外形が直方体形状を呈するアルミブロック
５４となる。

【００４３】前記配管５１は、直径１／４インチのステ
ンレス製であり、本実施例ではその全長が３１００ｍｍ
であり、中心径７０ｍｍのスパイラルを描くように、１
３周半巻いて形成されている。また、本実施例では、気
化対象とする気液混合体Ｍが、配管５１の一端５１ａか
ら流入し、気化された混合気体ＫＧが他端５１ｂから流
出するように構成されている。

【００４４】前記熱源５２は、例えば１ｋＷの容量をも
つ１本のヒータを前記アルミブロック５４内で２往復す
るように折り畳んでなり、前記配管５１のスパイラルの
中に位置させている。言い換えれば、前記配管５１が、
熱源５２を取り囲むように配置されている。

【００４５】前記温度センサ５３は、前記配管５１の近
傍または配管５１に接触するように配置されており、特
に例えば配管５１の下流側における配管５１の温度を測
定する。そして、図外の制御回路は温度センサ５３によ
って測定された温度が所定の温度以下になるように、熱
源５２に供給する電力を調節する。すなわち、配管５１
内を通る気液混合体Ｍに加わる熱量が、気液混合体Ｍ内
の液体材料ＬＭに不要な化学変化を起こさせることがな
く、かつ気液混合体Ｍを気化させることができる範囲と
なるように、配管５１の温度が調節される。

【００４６】上記の構成からなる気化器４は、前記配管
５１，熱源５２および温度センサ５３を上述のように配
置した状態で、これらを封入できる大きさの容器（図示
せず）にセットし、前記配管５１内に不活性ガス（例え
ばアルゴンガス）を流しながら、７００℃程度に加熱し
て溶解したアルミニウムを前記容器に流し込んでアルミ
ブロック５４とすることで形成される。

【００４７】前記アルミブロック５４の外形寸法は、本
実施例では、高さおよび奥行きがそれぞれ９０ｍｍであ
り、長さが２２２ｍｍである。なお、本実施例では、ア
ルゴンガスなどの不活性ガスを配管５１内に流すことに
より、配管１の内部が熱によって酸化することを防止し
ている。

【００４８】上記の構成からなる気化器４は、この気化
器４を構成する配管５１，熱源５２および温度センサ５
３がアルミニウムによって鋳込まれるので、本実施例の
ようにスパイラル状に巻き取った配管２であっても、複
雑な形状のブロックを組み合わせることなく極めて容易
に完全に隙間無くアルミニウムで覆うことができる。ま
た、熱源５２や温度センサ５３の配置も自由に決められ
るので、最も効率的な配管５１，熱源５２および温度セ
ンサ５３の配置を自在に設定できる。そして、熱源５２
や温度センサ５３の位置をどのように設定してもアルミ
ニウムによって隙間無く鋳込むことができるので、その
熱伝達の効率を最大限に良くすることができる。

【００４９】アルミニウムは、単体の金属としては比較
的低い温度（６６０．４℃）で溶解するので、この温度
に耐えられる配管５１，熱源５２および温度センサ５３
を用いればよい。また、アルミニウムは銀，銅，金に続
いて高い熱伝導性を有するものであるから、アルミニウ
ムで鋳込むことにより、熱源５２からの熱をより効率的
に配管５１に伝達させることができる。なお、本実施例
では、アルミニウムを鋳込むことにより、軽量かつ安価
な構成で、容易に熱伝導率を上げることができるが、鋳
込みに用いる金属として銀や銅を用いたほうがより高い
熱伝導性を得ることができることはいうまでもない。

【００５０】上記の構成からなる気化器４では、熱源５
２の熱が、図７の矢印Ａで示すように、アルミニウムを
伝達して確実に配管５１に到達し、配管５１の温度が上
昇する。すなわち、熱源５２が配管５１によって形成さ
れたスパイラルの中に配置されているので、熱源５２か
ら発生した熱がまず周囲の配管５１を加熱することにな
り、これによって熱効率を上げることができる。このと
き、熱源５２と配管５１との間にはアルミニウムだけが
介在しており、接続部分や空洞などの熱伝達の妨げにな
るものが何もなく、きわめて効率的に配管５１を加熱で
きる。

【００５１】また、配管５１内で気液混合体Ｍが気化す
ると気化熱が取り去られて配管５１の温度が低下する
が、温度センサ５３は配管５１に接するように配置され
ているので、この温度センサ５３によって配管５１の温
度低下を確実に検知することができる。とりわけ、アル
ミニウムの鋳込みによって配管５１に接するように配置
された温度センサ５３は配管５１の温度を遅れ時間なく
正確に測定でき、図示しない制御回路によって熱源５２
に供給する電力の調節が行われる。

【００５２】なお、温度センサ５３の位置は配管５１に
接するものであることがより望ましいが、その近傍に位
置するものであってもよい。つまり、温度センサ５３が
配管５１に接していても近傍に配置されていても、アル
ミニウムの鋳込み作業には何ら問題となることがなく、
その機能にも大差が生じることがない。

【００５３】前記配管５１の一端５１ａから供給された
気液混合体Ｍは、配管５１内を流動する間に熱源５２か
らの熱を受けとって気化し、気化熱を奪って下流側の他
端５１ｂから排出される。そして、一端気化されたあと
は気化熱を必要としないので、配管５１の温度を下げる
こともない。すなわち、配管５１の上流側においては気
化熱によって配管５１の温度が低下するが、配管５１の
下流側においては気化熱を必要としていない。従って、
下流側における配管５１の温度が液体材料ＬＭを気化さ
せる程度以上の温度であるとき、配管５１内を流れる液
体材料ＬＭは完全に気化されてキャリアガスＣＧとの混
合し、混合気体ＫＧとして気化器４から排出されること
になる。

【００５４】本実施例の場合、配管５１がスパイラル状
に配置されて、その長さが十分に確保されているので、
配管５１の内部を流動する液体材料ＬＭが気化するため
に十分な熱量を受けることができる。従って、配管５１
内に熱伝導率を向上するための充填材を詰め込んだりす
る必要がなく、充填材を使用したときに生じる圧力損失
をなくすことができる。また、従来のような充填材を充
填する代わりに配管５１の長さを長くして液体材料ＬＭ
に対する熱伝導を向上しているので、液体材料ＬＭの気
化熱が奪われても、この熱低下の正確な状況を温度セン
サ５３によって検出でき、気化不良の発生を防止でき
る。そして、充填材の充填を省略することにより、その
構造を可及的に簡素にすることができる。

【００５５】また、熱源５２を配管５１のスパイラルの
ほぼ中心に位置するように配置しているので、熱源５２
と配管５１との間のアルミニウムが熱の均等を図るもの
となり、配管５１に局部的な高温部を形成することがな
い。つまり、上述した圧力損失を無くす効果に加えて配
管５１を均等に加熱できる効果があるので、気化器４と
して理想的な熱の供給を行うことができる。

【００５６】次に、上記の構成からなる大流量気化シス
テムＤの動作について説明する。まず、圧送ガスを前記
原料タンク９に供給すると、原料タンク９内の液体材料
ＬＭが加圧され、液体材料ＬＭは液体材料供給ライン１
を制御バルブ３方向に流れる。この液体材料ＬＭの流量
は、液体流量計５で計測され、この計測結果は、装置制
御部１２に入力される。そして、前記液体材料ＬＭは、
制御バルブ３内に導入される。続いて、液体流量設定信
号に応じた流量となるように、装置制御部１２から制御
信号が制御バルブ３に送られる。これにより、制御バル
ブ３内に導入された液体材料ＬＭは、図３に示すよう
に、液体材料導入路３１を経て液流路となる凹部４４に
至り、さらに、図３および図５に示すように、凹部４４
から内側のバルブシート４３ａとダイヤフラム２９の弁
部２９ｂとの隙間を経て、適宜の温度になっている気液
混合部３４に至る。

【００５７】一方、キャリアガス供給源１３からのキャ
リアガスＣＧは、気体用流量制御装置６において流量制
御されて制御バルブ３方向へ送られ、この制御バルブ３
内の気液混合部３４に送られる。制御バルブ３内に導入
されたキャリアガスＣＧは、図３に示すように、キャリ
アガス導入路３２を経て気液混合部３４に入る。

【００５８】前記気液混合部３４に入った液体材料ＬＭ
とキャリアガスＣＧは互いに混合される。特に、気液混
合部３４に細長い溝４７が形成されており、液体材料Ｌ
Ｍがこの溝４７に流れ込みながらキャリアガスＣＧと混
合されるので、両者ＬＭ，ＣＧが十分に混ざり合った気
液混合体Ｍとなる。

【００５９】そして、前記気液混合体Ｍは、気液混合部
３４の孔４６を経てノズル部３５から導出路３３に向け
て放出される。このとき、気液混合体Ｍのなかの液体材
料ＬＭが瞬間的に減圧されて一部がガスとなる。このガ
スは、気液混合体Ｍ中のガス化してない液体材料ＬＭお
よびキャリアガスＣＧと混合した状態で導出路３３の下
流側に流れていく。このとき、導出路３３から下流側
は、ヒータ３６やヒータ２４などによって加熱されてい
るので、一度ガス化した一部の液体材料ＬＭが途中で液
化するということがない。

【００６０】なお、前記キャリアガスＣＧは、前記ノズ
ル部４２の手前（上流側）において、圧力が高い状態と
なり、前記ヒータ３６によって効率良く加熱・昇温され
ることになる。また、このように、キャリアガスＣＧ自
体の加熱効率が上昇するだけでなく、前記液体材料ＬＭ
は、ノズル部３５において強制的にキャリアガスＣＧと
混合されることから、前記キャリアガスＣＧから液体材
料ＬＭへの熱伝達が効率良く行われることになる。これ
らのことから、前記ヒータ３６から液体材料ＬＭへの熱
の伝達効率が上昇するため、液体材料ＬＭの気化効率が
あがるとともに、気化した液体材料ＬＭの流量を大きく
し、液体材料ＬＭを気化させるために必要な温度の低温
化、ひいてはエネルギーコストの削減を図ることが可能
となる。

【００６１】また、前記気液混合体Ｍが気液混合部３４
から導出路３３の下流側に向かう過程において、前記ノ
ズル部３５から放出され、気化した液体材料ＬＭのガス
濃度は、前記キャリアガスＣＧの存在によって低下する
こととなり、これに伴って、気化した液体材料ＬＭが導
出路３３内において液化することを防止するために必要
な温度も下がることから、ひいては、導出路３３を加熱
するためのエネルギーコストを削減することが可能とな
る。また、前記液体材料ＬＭの一部は、ノズル部３５か
ら導出路３３へ放出されて気化するときに、断熱膨張す
ることによって熱を失うため、通常は気化効率が低下す
るが、本実施例においては、液体材料ＬＭが失った熱
を、液体材料ＬＭと混合するキャリアガスＣＧによって
補うことができ、これにより、液体材料ＬＭの気化効率
の向上が達成できる。

【００６２】すなわち、前記制御バルブ３によれば、液
体を気化させるために必要な加熱温度を下げることがで
き、ひいては高温で分解する液体材料ＬＭを気化させる
場合などであってもその分解を抑えることが可能とな
る。

【００６３】そして、前記制御バルブ３において液体材
料ＬＭの一部が気化した状態となった気液混合体Ｍは、
前記気化器４に送られる。この気化器４においては、前
段の制御バルブ３において気化されずに液状のまま送ら
れてきた液体材料ＬＭも全て気化し、気化した液体材料
ＬＭはキャリアガスＣＧと混合されて混合ガスＫＧとな
って気化器４から排出されることになる。

【００６４】上記のように気化器４から排出された混合
ガスＫＧは、導出ライン１８のさらに下流側に進み、ユ
ースポイントである反応炉２１に供給される。このと
き、混合ガスＫＧの流量は、導出ライン１８に介装され
た気体用流量計１９によって計測され、その結果は装置
制御部１２に送られる。

【００６５】上記の構成からなる大流量気化システムＤ
では、液体材料ＬＭの気化を、制御バルブ３と、気化器
４との二段階において行っており、制御バルブ３におい
て気化しきれなかった液体材料ＬＭを気化器４にて確実
に気化する構成となっている。このように、前記気化器
４によって気化できる液体材料ＬＭの流量が飛躍的に上
昇することから、特に大流量を必要とするラインに導入
すればその能力を存分に発揮できる。

【００６６】例えば、水を最大３ｇ／ｍｉｎで気化でき
る制御バルブ３と、水を最大２２ｇ／ｍｉｎで気化でき
る気化器４とを本実施例の大流量気化システムＤに用い
た場合には、水を最大２５ｇ／ｍｉｎで気化することが
可能となる。そして、水を２５ｇ／ｍｉｎで気化させる
場合には、前記制御バルブ３および気化器４における水
の流量を２５ｇ／ｍｉｎとすればよい。

【００６７】また、液体材料供給ライン１およびキャリ
アガス供給ライン２を制御バルブ３に接続し、この制御
バルブ３の下流側に気化器４を設けてあることから、た
とえ気化器４の下流側に設けた吸引ポンプ２２などによ
って制御バルブ３の下流側が減圧環境になったとして
も、制御バルブ３の上流側までが減圧環境とはならない
ため、前記液体材料供給ライン１内を流れる液体材料Ｌ
Ｍに減圧沸騰現象が生じることがなく、制御バルブ３に
おける液体材料ＬＭの気化量が脈動するということもな
い。もちろん、前記大流量気化システムＤを、前記制御
バルブ３の下流側が減圧環境でない構成のものとしても
よい。すなわち、前記大流量気化システムＤでは、前記
制御バルブ３の下流側が減圧環境であっても常圧環境で
あっても、常時安定した液体材料の気化が行えるのであ
る。

【００６８】さらに、上記の構成からなる大流量気化シ
ステムＤでは、液体材料ＬＭの反応炉２１までの搬送
を、高速で流すことが可能なキャリアガスＣＧにのせる
（混合する）ことで行っていることから、液体材料ＬＭ
を反応炉２１まで高速で送ることができ、高速応答が要
求される場合にも対応することができる。

【００６９】また、前記制御バルブ３および気化器４
は、ともに従来のものに比して小型化されたものである
ことから、大流量気化システムＤ全体の大きさも小型と
することができる。

【００７０】なお、前記大流量気化システムＤにおける
制御バルブ３において、液体材料ＬＭの流量制御を、導
出ライン１８に設けられた気体用流量計１９の出力に基
づいて行うようにしてもよく、このようにした場合、よ
り精度よく液体材料ＬＭの流量を制御することができ
る。

【００７１】また、前記大流量気化システムＤにおける
気化器４を、図８，９に示すような構成のものとしても
よい。すなわち、図８および図９は、前記気化器４の変
形例である気化器５５の構成を概略的に示す斜視図およ
び側面図である。前記気化器５５は、配管５１と熱源５
２とをアルミニウムによって鋳込んだ後に、適所にセン
サ取付け穴５３ａを掘削し、この穴５３ａに対してセン
サ５３を挿入している。また、センサ５３は取付け穴５
３ａに対して熱伝導パテを介在させて取り付けることに
より、熱伝達ができるだけ良くなるように構成されてい
る。

【００７２】すなわち、図６，７に示した気化器４で
は、気化対象の気液混合体Ｍを流す耐腐食性の配管５１
と、この配管５１を加熱する熱源５２と、配管５１の温
度を測定する温度センサ５３とをアルミニウムにて鋳込
むことにより、熱伝達を最大限に良くすることが可能で
あるが、図８，９に示す気化器５５のように、アルミニ
ウムによる鋳込みを行った後に温度センサ５３を取り付
けることにより、鋳込みのときの熱によってセンサ５３
が破損することを防止できる。

【００７３】また、アルミニウムは比較的柔らかい金属
であるので、ステンレス製の配管５１を傷つけることな
く穴５３ａを掘削することができ、穴５３ａの位置を配
管５１近くに配置することが容易となる。すなわち、温
度センサ５３を配管５１に近づけて配置することによ
り、配管５１の温度変化をできるだけ直接的に検出する
ことができる。

【００７４】また、前記大流量気化システムＤにおける
気化器４を、図１０に示すような構成のものとしてもよ
い。すなわち、図１０は、前記気化器４の他の変形例で
ある気化器５６の構成を概略的に示す斜視図である。前
記気化器５６は、アルミニウムからなる上ブロック５７
と、この上ブロック５７とほぼ同じ形状をしたアルミニ
ウムからなる下ブロック５８と、前記上ブロック５７お
よび下ブロック５８によって挟まれた状態で固定される
配管（カラム）５９と、前記上ブロック５７および下ブ
ロック５８の適宜の箇所に埋設され、前記配管５９を加
熱するヒータ６０と、前記上ブロック５７および下ブロ
ック５８の適宜の箇所に埋設されて配管５９の温度を測
定する温度センサ６１とを備えている。

【００７５】前記上ブロック５７および下ブロック５８
は、それぞれ例えばほぼ直方体形状に形成されている。

【００７６】前記配管５９は、例えば２本設けられてお
り、２本の配管５９，５９は互いに平行となるように配
置される。さらに、２本の配管５９，５９の両端は、そ
れぞれ同一の導入配管６２および導出配管６３に接続さ
れる。

【００７７】また、前記配管５９内には、ステンレスや
チタン等の充填材を充填してあり、これによって熱伝導
率がより上がることとなっている。

【００７８】前記ヒータ６０は、上ブロック５７および
下ブロック５８にそれぞれ４つずつ設けられている。そ
して、各ヒータ６０は、前記配管５９の近傍において配
管５９に沿うように配置されている。

【００７９】前記上ブロック５７および下ブロック５８
と、各配管５９，各ヒータ６０，温度センサ６１との接
触部分には、熱伝達を良くするために熱伝導パテが介在
（塗布）されている。

【００８０】上記の構成からなる気化器５６では、前記
各ヒータ６０を加熱することによって、発生した熱が上
ブロック５７および下ブロック５８を介して配管５９，
５９に到達し、各配管５９内を通る気液混合体Ｍが加熱
される。そして、各配管５９が十分加熱されることによ
って、各配管５９内を通る気液混合体Ｍが気化され、そ
の後、導出配管６３へと排出される。

【００８１】

【発明の効果】上記の構成からなる本発明によれば、減
圧環境であっても安定して液体材料を気化することがで
き、また、その気化能力の飛躍的な上昇を図ることがで
きる大流量気化システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る大流量気化システム
の構成を概略的に示す説明図である。

【図２】上記実施例における制御バルブの構成を概略的
に示す縦断面図である。

【図３】前記制御バルブの要部の構成を概略的に示す説
明図である。

【図４】前記制御バルブの動作を概略的に示す説明図
で、（Ａ）および（Ｂ）は、制御バルブの開状態および
閉状態の構成を概略的に示す縦断面図である。

【図５】前記制御バルブの気液混合部の動作を概略的に
示す説明図である。

【図６】上記実施例における気化器の構成を概略的に示
す斜視図である。

【図７】前記気化器の構成を概略的に示す側面図であ
る。

【図８】前記気化器の変形例の構成を概略的に示す斜視
図である。

【図９】前記気化器の変形例の構成を概略的に示す側面
図である。

【図１０】前記気化器の他の変形例の構成を概略的に示
す斜視図である。

【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、従来の気化システム
の一例および他の例の構成を概略的に示す説明図であ
る。

【符号の説明】

３…制御バルブ、４…気化器、３５…ノズル部、５１…
配管、５２…熱源、Ｄ…大流量気化システム、ＣＧ…キ
ャリアガス、ＬＭ…液体材料、Ｍ…気液混合体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体材料とキャリアガスとを流量制御し
   ながら混合して気液混合体を形成し、この気液混合体を
   ノズル部から放出して減圧気化する制御バルブの後段
   に、気化対象を流す配管と、この配管に対して熱の授受
   を行う熱源とを備えた気化器を配置したことを特徴とす
   る大流量気化システム。
2. 【請求項２】 前記制御バルブへと導入される液体材料
   の流量を計測するための液体用流量計を有する液体材料
   供給ラインと、前記制御バルブへと導入されるキャリア
   ガスを所定流量とするための気体用流量制御装置を有す
   るキャリアガス供給ラインとが、互いに独立して前記制
   御バルブに接続されている請求項１に記載の大流量気化
   システム。
3. 【請求項３】 前記気化器が、前記配管と前記熱源とを
   アルミニウムにて鋳込んでなる請求項１または２に記載
   の大流量気化システム。