JP2023045477A - 液体材料気化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体材料気化装置において、加熱機構を設けることなく液体材料供給管を加熱する。【解決手段】液体材料と気体とを混合して気液混合体を生成する気液混合部２と、気液混合部２に液体材料を供給する液体材料供給管４と、気液混合体を加熱し、液体材料を気化する気化部３と、気液混合部２、気化部３及び液体材料供給管４を収容する筐体７とを備え、筐体７の内部において、気化部３からの熱対流を液体材料供給管４に導く流路Ｒが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体材料気化装置に関するものである。

従来の液体材料気化装置としては、特許文献１に示すように、液体材料とキャリアガスとを気液混合部により混合して気液混合体を生成し、この気液混合体を気化部に導入して、液体材料を気化するものが考えられている。

特開２０１７－１０４８１５号公報

この液体材料気化装置には、図４に示すように、気化部を加熱するための気化部用加熱機構の他に、気液混合部に液体材料を供給する液体材料供給管を加熱する供給管用加熱機構が設けられている。この供給管用加熱機構は、液体材料供給管の周囲に加熱用ブロックを設け、当該加熱用ブロックに内蔵された例えばカートリッジヒータを用いて液体材料供給管を加熱するものである。

この供給管用加熱機構により液体材料供給管を所定の温度（例えば６０℃程度）に加熱して、液体材料供給管内の圧力が液体材料の蒸気圧であるか否かを検出することにより、液体材料供給管内の液体材料の有無を確認することが行われる。また、液体材料供給管を加熱することにより、粘性の高い液体材料の温度を上げて粘性を下げて、気液混合部に導入しやすくしている。

しかしながら、液体材料供給管用加熱機構を設けると、部品点数が増えることに加えて、消費電力も増えてしまう。また、液体材料供給管用加熱機構を設けることによって、液体材料気化装置のフットプリントも大きくなってしまう。

そこで、本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、液体材料気化装置において、加熱機構を設けることなく液体材料供給管を加熱することをその主たる課題とするものである。

すなわち、本発明に係る液体材料気化装置は、液体材料と気体とを混合して気液混合体を生成する気液混合部と、前記気液混合部に前記液体材料を供給する液体材料供給管と、前記気液混合体を加熱し、前記液体材料を気化する気化部と、前記気液混合部、前記気化部及び前記液体材料供給管を収容する筐体とを備え、前記筐体の内部において、前記気化部からの熱対流を前記液体材料供給管に導く流路が形成されていることを特徴とする。

このような液体材料気化装置であれば、筐体の内部において気化部からの熱対流を液体材料供給管に導く流路が形成されているので、気化部からの熱対流により液体材料供給管を加熱することができる。これにより、液体材料供給管を加熱するための供給管用加熱機構を不要にすることができる。その結果、部品点数を削減して環境負荷を低減することができるとともに、消費電力を低減することができる。また、液体材料気化装置のフットプリントも削減することができる。

気化部からの熱対流を気液混合部に接続された液体材料供給管に導きやすくするためには、前記筐体の内部において、前記気液混合部が前記気化部の上方に設けられていることが望ましい。

具体的には、前記筐体の内部において、前記液体材料供給管が前記気化部の上方に設けられていることが望ましい。

従来の液体材料気化装置では、気液混合部が気化部からの伝熱（熱対流）により加熱されてしまい、液体材料の種類によっては、液体材料が熱分解したり、劣化したりしてしまう。このため、従来では、気液混合部にガスを吹きかける等により冷却する冷却機構を設けている。この冷却機構を不要にしつつ、気液混合部が気化部からの熱対流により加熱されて高温にならないようにするためには、気液混合部と気化部との間を仕切る仕切り部を設けることが望ましい。具体的には、前記筐体の内部が２つの収容空間に区画されており、一方の前記収容空間に前記気液混合部が収容されており、他方の前記収容空間に前記気化部及び液体材料供給管が収容されていることが望ましい。

気液混合部が気化部の上方に設けられた構成において、気液混合部が気化部からの熱対流により加熱され難くしつつ、液体材料供給管に気化部からの熱対流を導きやすくするためには、前記気液混合部及び前記気化部の間に仕切り壁が設けられており、前記仕切り壁が前記液体材料供給管に向かって上り勾配の傾斜面を有していることが望ましい。

気化部からの熱対流を液体材料供給管に効率良く導くためには、前記気化部から前記液体材料供給管に向けて流れを形成する送風ファンをさらに備えていることが望ましい。

以上に述べた本発明によれば、液体材料気化装置において、加熱機構を設けることなく液体材料供給管を加熱することができる。

本発明の一実施形態に係る液体材料気化装置の構成を模式的に示す断面図である。 同実施形態の気液混合部の構成を模式的に示す断面図である。 変形実施形態の液体材料気化装置の構成を模式的に示す断面図である。 従来の液体材料気化装置の各加熱機構を示す模式図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る液体材料気化装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

＜装置構成＞
本実施形態の液体材料気化装置１００は、例えば光ファイバ製造装置に組み込まれて光ファイバ製造プロセスに用いられるものである。その他、例えば半導体製造装置に組み込まれて半導体製造プロセスに用いられるものとしても良い。

具体的に液体材料気化装置１００は、図１に示すように、液体材料と気体であるキャリアガスとを混合して気液混合体を生成する気液混合部２と、気液混合体を加熱して液体材料が気化した材料ガスをキャリアガスによって導出する気化部３とを備えている。

なお、液体材料としては、ＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン、沸点１７５℃）や、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、沸点１６９℃）等である。なお、液体材料としては、例えば従来の光ファイバ製造に用いられているＳｉＣｌ_４等のハロゲン系液体材料や、半導体プロセスに用いられる材料であっても良い。

＜気液混合部２＞
気液混合部２は、図２に示すように、液体材料及びキャリアガスを混合する混合部２１ｘを有する本体ブロック２１と、当該本体ブロック２１に設けられて液体材料の流量を調整するバルブユニット２２とを備えている。

本体ブロック２１には、図２に示すように、液体材料が流れる液体材料流路２１ａと、キャリアガスが流れるキャリアガス流路２１ｂと、気液混合体が流れる気液混合体流路２１ｃとが形成されている。そして、液体材料流路２１ａと気液混合体流路２１ｃとの合流部分が、液体材料とキャリアガスとの混合部２１ｘとなる。この混合部２１ｘには気液混合体流路２１ｃが接続されている。

本実施形態では、液体材料流路２１ａが、バルブユニット２２により上流側部分２１ａ１と下流側部分２１ａ２とに分断されるように構成されている。上流側部分２１ａ１の下流側開口は、本体ブロック２１の上面に形成された円環状の凹部２１１の底面に形成されている。また、円環状の凹部２１１の中央部分には、下流側部分２１ａ２の上流側開口が形成されており、下流側部分２１ａ２が混合部２１ｘに接続されている。ここで、円環状の凹部２１１の中央部分における上流側開口の周縁部２１２は、バルブユニット２２が接離するバルブシート（以下、バルブシート２１２という。）となる。

バルブユニット２２は、流量制御バルブとして機能するものであり、図２に示すように、本体ブロック２１の上面にシール部材（不図示）を介して設けられている。バルブユニット２２は、本体ブロック２１の上面に形成されたバルブシート２１２に当接又は離間する弁体部であるダイアフラム２２１と、当該ダイアフラム２２１を押圧して変形させるアクチュエータ２２２とを備えている。なお、アクチュエータは、例えばピエゾスタックを用いたものである。

また、本体ブロック２１には、図１及び図２等に示すように、液体材料流路２１ａに液体材料を供給するための液体材料供給管４、キャリアガス流路２１ｂにキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５、及び、気液混合体流路２１ｃからの気液混合体を導出するための気液混合体導出管６が接続されている。

流体材料供給管４の上流側には、流体材料供給管４を流れる液体材料の流量を測定するマスフローメータ（不図示）が設けられている。そして、このマスフローメータの測定値に基づいて混合部２１ｘに供給される液体材料が所定流量となるようにバルブユニット２２がフィードバック制御される。また、キャリアガス供給管５の上流側には、キャリアガス供給管５を流れるキャリアガスの流量を調整するマスフローコントローラが設けられている。

＜気化部３＞
気化部３は、図１に示すように、気液混合部２により生成された気液混合体を加熱する加熱流路ＨＳを有する加熱ブロック３１を備えている。

具体的に気化部３は、加熱流路ＨＳを形成する加熱用配管３２と、加熱用配管３２を加熱するヒータ３３とを備えており、加熱用配管３２及びヒータ３３を熱伝導用の金属（例えばアルミニウム）により覆うことで加熱ブロック３１内に加熱用配管３２及びヒータ３３が内蔵された構成とされている。

そして、この気化部３において、加熱用配管３２の一端部３２ａ及び他端部３２ｂが、加熱ブロック３１の表面（上面及び下面）から外部に延出するように構成されている。そして、この加熱用配管３２の一端部３２ａが、気液混合体導出管６に接続され、加熱用配管３２の他端部３２ｂが、液体材料が気化した気化ガスを導出する導出ポートとなる。

本実施形態の加熱用配管３２は、図１に示すように、その一端部３２ａは加熱ブロック３１の上端側に設けられており、その他端部３２ｂは加熱ブロック３１の下端側に設けられている。また、加熱用配管３２の内部には、気液混合体との熱交換面積を増大するための熱交換素子３２１が設けられている。さらに、加熱用配管３２の内部において、熱交換素子３２１の上流側に気液混合体を噴射するノズル３２２を設けてもよい。

＜気化部３からの熱対流を利用する構成＞
そして、本実施形態の気液混合部２、気化部３、液体材料供給管４、キャリアガス供給管５及び気液混合体導出管６は、概略直方体形状の筐体７に収容されている。具体的には、筐体７を起立させた状態で、筐体７の内部において、気液混合部２が気化部３の上方に位置するように設けられている。また、気液混合部２に接続される液体材料供給管４も気化部３の上方に位置しており、液体材料供給管４の導入ポート４１は、筐体７の上面に設けられている。なお、キャリアガス供給管５も気化部３の上方に位置しており、キャリアガス供給管５の導入ポート５１は、筐体７の上面に設けられている。なお、本実施形態において上方とは、直上のみならず、斜め上方も含む概念である。

また、筐体７の内部には、気化部３からの熱対流を液体材料供給管４に導く流路Ｒが形成されている。なお、気化部３からの熱対流は、気化部３からの放熱により気化部３の周囲の空気が暖められることにより生じる。具体的に筐体７の内部は２つの収容空間Ｓ１、Ｓ２に区画されており、一方の収容空間Ｓ１（以下、第１収容空間Ｓ１）に気液混合部２が収容されており、他方の収容空間Ｓ２（以下、第２収容空間Ｓ２）に気化部３及び液体材料供給管４が収容されている。そして、第２収容空間Ｓ２が、気化部３からの熱対流を液体材料供給管４に導く流路Ｒとなる。第２収容空間Ｓ２を形成する筐体７の右側壁部の上部には、排気口７Ｈが形成されており、気化部３からの熱対流は排気口７Ｈから外部に排出される。

さらに、筐体７の内部を２つの収容空間Ｓ１、Ｓ２に区画する仕切り壁８は、気液混合部２及び気化部３の間に設けられる第１仕切り壁部８１と、気液混合部２及び液体材料供給管４の間に設けられる第２仕切り壁部８２とを有している。本実施形態の仕切り壁８は、気液混合部２及び気化部３の間を仕切り、気化部３からの熱が気液混合部２に到達しないようにするものである。本実施形態の仕切り壁８は、図１に示すように、断面形状が概略Ｌ字形状をなすものである。そして、仕切り壁８と筐体７の前壁部、後壁部、上壁部及び左壁部とにより第１収容空間Ｓ１が形成され、残りの空間が第２収容空間Ｓ２となる。また、第１仕切り壁部８１には、気液混合体導出管６が貫通しており、第２仕切り壁部８２には、液体材料供給管４及びキャリアガス供給管５が貫通している。

その他、筐体７には、気化部３から液体材料供給管４に向けて流れを形成する送風ファン９が設けられている。具体的に送風ファン９は、第２収容空間Ｓ２に設けられており、図１においては、気化部３の左側に設けた例を示しているが、送風ファン９の位置はこれに限られず、どこに設けられていても良い。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の液体材料気化装置１００であれば、筐体７の内部において気化部３からの熱対流を液体材料供給管４に導く流路が形成されているので、気化部３からの熱対流により液体材料供給管４を加熱することができる。これにより、液体材料供給管４を加熱するための液体材料供給管用加熱機構を不要にすることができる。その結果、部品点数を削減して環境負荷を低減することができるとともに、消費電力を低減することができる。また、液体材料気化装置１００のフットプリントも削減することができる。

また、本実施形態では、気液混合部２と気化部３との間を仕切る仕切り部（仕切り壁８）を設けるので、気液混合部２が気化部３からの熱対流により加熱されて高温にならないようにすることができる。その結果、気液混合部２が気化部３からの熱対流により加熱されて、液体材料が熱分解したり、劣化したりすることを防止することができる。

＜その他の実施形態＞
例えば、図３に示すように、気液混合部及び気化部の間にある仕切り壁８（第１仕切り壁部８１）が、液体材料供給管４に向かって上り勾配の傾斜面８ｘを有する構成としてもよい。この構成により、液体材料供給管４に気化部３からの熱対流を導きやすくすることができる。

前記実施形態の液体材料気化装置を光ファイバ製造プロセスや半導体製造プロセスのみならず、それら以外の液体材料を気化するような用途全般に用いることができるのは勿論である。

気液混合部の方式としては、気体中に液体材料をノズル等を用いて噴霧する方式や、超音波振動子等を用いて超音波で液体を振動させる方式であっても良い。

前記実施形態では、気液混合体導入管６は直管形状であったが、気液混合部２及び気化部３の配置によっては、湾曲又は屈曲したものであっても良い。

前記実施形態の気液混合体導入管６は本体ブロック２１と一体に形成しても良い。この場合、本体ブロック２１の気液混合体流路２１ｃは、気液混合体導入管６の一部を構成する。つまり、気液混合部２における混合部２１ｘの下流側を気液混合体導入管６としても良い。

前記実施形態の液体材料は、前記実施形態の他、固体を溶媒に溶解させたものや、固体を分散媒に分散させたものであっても良い。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

１００・・・液体材料気化装置
２・・・気液混合部
３・・・気化部
４・・・液体材料供給管
５・・・キャリアガス供給管
６・・・気液混合体導出管
７・・・筐体
Ｒ・・・流路
Ｓ１・・・第１収容空間
Ｓ２・・・第２収容空間
８・・・仕切り壁
８ｘ・・・傾斜面
９・・・送風ファン

Claims (6)

1. 液体材料と気体とを混合して気液混合体を生成する気液混合部と、
   前記気液混合部に前記液体材料を供給する液体材料供給管と、
   前記気液混合体を加熱し、前記液体材料を気化する気化部と、
   前記気液混合部、前記気化部及び前記液体材料供給管を収容する筐体とを備え、
   前記筐体の内部において、前記気化部からの熱対流を前記液体材料供給管に導く流路が形成されている、液体材料気化装置。
2. 前記筐体の内部において、前記気液混合部が前記気化部の上方に設けられている、請求項１に記載の液体材料気化装置。
3. 前記筐体の内部において、前記液体材料供給管が前記気化部の上方に設けられている、請求項１又は２に記載の液体材料気化装置。
4. 前記筐体の内部が２つの収容空間に区画されており、
   一方の前記収容空間に前記気液混合部が収容されており、
   他方の前記収容空間に前記気化部及び液体材料供給管が収容されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体材料気化装置。
5. 前記気液混合部及び前記気化部の間に仕切り壁が設けられており、
   前記仕切り壁が前記液体材料供給管に向かって上り勾配の傾斜面を有している、請求項１乃至４の何れか一項に記載の液体材料気化装置。
6. 送風ファンをさらに備えている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の液体材料気化装置。

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