JP5106979B2 - ガス供給システム - Google Patents
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Description
(i)上記のような配管内の残留ガスのパージ方法では、シリンダ101の交換時において、シリンダ元バルブ123からエアオペレートバルブ110までの1次側配管114および配管120の配管内を全てパージし、新しいシリンダ101に収容されたガス122で置換する必要があり、充填容器や配管の設置場所などの条件について制約されることが多い製造プロセスにおいては配管内の置換すべき容量が大きくなることがあり、貴重な液化ガスが製造プロセスに使用されずに排気されるという課題があった。
(ii)また、エアオペレートバルブ106や110をできる限り容器バルブに近い位置に設置することによって、パージすべき配管内容量の低減を図ることができる一方、新しい充填容器が取り付けられた後の液化ガスによる当該配管パージ時には、充填容器の充填圧力によるパージを必要とすることから、特に充填圧力の高い液化ガスにおいてはパージに用いられ排気される液化ガスの量は無視できない。
(iii)さらに、上記のように半導体製造プロセスに用いられる液化ガスは、毒性や腐食性あるいは反応性の高いガスが多く、排ガス処理が不可欠であり、特殊な排ガス処理を必要とする場合も多い。従って、次工程の排ガス処理装置負荷低減のため、パージされた特殊材料ガス量の一層の低減が求められていた。
前記配管部の一部として、前記容器バルブに近接する位置に設けられた開閉弁Vaと前記圧力調整部の1次側の近接する位置に設けられた開閉弁Vbを両端部に有する配管Loを配設するとともに、前記容器バルブと開閉弁Vaを接続する配管Laに、開閉弁Vcを介して減圧処理部および不活性ガス供給部を接続することを特徴とする。
(1)充填容器からの配管部の取外し操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管Laの内部のガスを排出する操作、および前記不活性ガス供給部を作動して前記配管Laの内部に不活性ガスを充当する操作を有し、これらの操作を予め設定された回数Mo繰返し行い、
(2)充填容器への配管部の取付け操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管Laの内部のガスを排出する操作、前記開閉弁Vaを開として前記配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを前記配管Laの内部に充当する操作を有し、これらの操作を予め設定された回数Na繰返し行う
ことによって流路パージを実施することを特徴とする。
(1)充填容器からの配管部の取外し操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管Laまたは配管La,配管Ldおよび配管Lbの内部のガスを排出する操作を有するとともに、前記配管Laに対して該排出操作と前記不活性ガス供給部を作動して前記配管Laの内部に不活性ガスを充当する操作を予め設定された回数Mo繰返し行い、
(2)充填容器への配管部の取付け操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管La,配管Ldおよび配管Lbの内部のガスを排出する操作、および前記開閉弁Vaまたは/および開閉弁Vbを開として前記配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを前記配管La,配管Ldおよび配管Lbの内部に充当する操作を前記配管Laと配管Ldまたは/および配管Lbに対して同時あるいは交互に、予め設定された回数Nb繰返し行う
ことによって流路パージを実施することを特徴とする。
前記開閉弁Va〜Vcまたは前記開閉弁Va〜Veを閉とした状態で、前記容器バルブを開とした後、前記開閉弁VaおよびVbまたは前記開閉弁Va,VbおよびVdを順に所定時間間隔をおいて開とし、供給用ガスを充填容器から配管部を介して前記ガス消費設備に供給することを特徴とする。
図1は、本発明に係るガス供給システム(以下「本システムA」という)を例示する概略図である。本システムAは、特定のガス(供給用ガス)が充填された充填容器1が、設置部2によって保持された状態で設置され、充填容器1内の供給用ガスが所定量以下となった時点で充填容器を交換する場合を想定する。ここでは、供給用ガスを液化ガスとした場合について説明する。充填容器1は、その上部に設けられた容器バルブ1aから内部の液化ガスを供出する。容器バルブ1aには配管Laが接続され、さらに配管Lo,配管Lb,配管Ld,配管Ldと接続する配管Lpからなる配管部によって消費設備であるプロセス装置4に繋がる。充填容器1から供出された液化ガスは、配管Lbに設けられた減圧弁3(「圧力調整部」に相当)によって供給圧力が調整され、プロセス装置4(「ガス消費設備」に相当)へ供給される。供給のON/OFFは、開閉弁Vdによって制御される。また、本システムAの特徴の1つであるパージ操作は、配管Lcおよび開閉弁Vcを介して配管Laと繋がるパージ操作部5によって作動される。こうしたガス供給機能およびパージ操作機能は、プロセス制御部6によって制御管理される。
本システムAを用いたガス供給方法は、パージ操作を第1ステップとして供給用ガスを充填容器から供給することが可能な状態を形成し、ガス供給操作を第2ステップによって実際にプロセス装置にガス供給する状態を形成する。また、本システムAに対するパージ操作は、(1)充填容器の取外し操作(ガスアイソレーション含む)および(2)新しい充填容器の取付け操作から形成される。以下、実稼動状態で充填容器1内の供給用ガスの減少によって充填容器1の交換が必要となった場合をスタートとして、概括的に説明する。
容器交換等における充填容器の取外し操作は、図1に例示した本システムAにおいて、下記の操作手順によって行うことができる。
(1−1)容器バルブ1aおよび開閉弁Va〜Vgを閉とする。
(1−2)開閉弁Vcを開としてパージ操作部5の減圧処理部を作動し、配管Laの内部のガスを排出する。具体的には、開閉弁Vfを開とし、ガスエゼクタFvを機能させることによって、配管LfとLcを介して配管Laを減圧状態にさせ、内部の供給用ガスを含むガスを排出することができる。安定状態になったことは、圧力計Sa,Scによって確認することができる。また、各圧力計Sa,Scからの出力を基に、プロセス制御部6によって自動的に制御することが可能である。
(1−3)減圧処理部に代えて不活性ガス供給部を作動し、配管Laの内部に、不活性ガスを充当する。具体的には、開閉弁Vfを閉として開閉弁Vgを開とし、不活性ガスを導入することによって、配管LgとLcを介して減圧状態にあった配管Laの内部に不活性ガスを充当することができる。安定状態になったことは、圧力計Sa,Scによって確認することができる。また、各圧力計Sa,Scからの出力を基に、プロセス制御部6によって自動的に制御することが可能である。
(1−4)前記操作(1−2),(1−3)を、予め設定した繰返し回数Mo回行い、配管La内の供給用ガスを排出する。つまり、水素などの吸着性の小さな分子であれば1回の「減圧−不活性ガス」処理において十分なパージができるが、NH3やSiH4などの吸着性の大きな分子であれば数回の「減圧−不活性ガス」処理を必要とする。
(1−5)配管Laの内部に不活性ガスを充当した状態で、開閉弁Vcを閉とする。これによって、配管Laのパージを行うと同時に、充填容器1と配管Loを含む上流側がガスアイソレートされた状態を形成することができる。
(1−6)容器バルブ1aと配管Laの該一端部を取外す。これによって、充填容器1の搬出が可能となる。
(1−7)充填容器1を設置部2から取外す。
本システムAを用いた新しい充填容器の取付け操作は、下記の操作手順によって行うことができる。
(2−1)新しい充填容器を前記設置部に設置する。
(2−2)容器バルブ1aに配管Laの一端部を接続する。
(2−3)開閉弁Vcを開として、パージ操作部5の減圧処理部を作動し、配管Laの内部のガスを排出する。
(2−4)開閉弁Vcを閉として開閉弁Vaを開とし、配管Laの内部に、配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを充当する。
(2−5)開閉弁Vaを閉とし開閉弁Vcを開として、パージ操作部5の減圧処理部を作動し、配管Laの内部のガスを排出する。
(2−6)操作(2−4),(2−5)を、予め設定した繰返し回数Na回行った後、前記配管Laの内部に、前記配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを充当する。
(2−7)配管Laの内部に供給用ガスを充当した状態で、開閉弁Vcを閉とする。これによって、配管Laのパージを完了すると同時に、充填容器1と配管Loを含む上流側がガスアイソレートされた状態を形成することができる。
本システムAを用いたガス供給方法の第2ステップとして、プロセス装置4へのガスの供給操作を、下記の操作によって行うことができる。
(3−1)開閉弁Va〜Veを閉とした状態で、容器バルブを開とする。
(3−2)開閉弁Va,Vb,Vdを順に所定時間間隔をおいて開とする。ここで、所定時間とは、それぞれ配管LoおよびLbの内部圧力が充填容器1の内部圧力となる時間をいい、各配管の内容積によって予め設定することができる。また、このとき減圧弁3の2次側の圧力計Sbによって、その圧力変動がないことを確認することが好ましい。
(3−3)供給用ガスを充填容器から配管部を介してプロセス装置4に供給する。
以上の操作において排出される供給用ガスの総量と、配管Loの内部を含めたガスの置換を行う従前の方法によって排出される供給用ガスの総量を解析して比較する。ここでは新たな充填容器に交換する場合におけるパージ操作について解析する。
(a)解析条件
(a−1)各配管容量
配管La(内径7.53mm、長さ0.3m)の容量:0.01336L
配管Lo(内径7.53mm、長さ2.5m)の容量:0.11133L
配管Lb(内径7.53mm、長さ0.1m)の容量:0.00445L
配管Ld(内径7.53mm、長さ0.2m)の容量:0.00891L
(a−2)圧力条件
減圧弁2次側の圧力:0.5MPa
パージ操作前の減圧弁1次側の圧力:1MPa
新しい充填容器内部圧力:10MPa
(b−1)減圧操作を用いない従前の方法
配管Loに相当する配管Lo’が設けられ、両端には開閉弁がなく配管LaとLbに連通したものとする。充填容器1の取外し操作(i)において、配管(La+Lo’+Lb+Ld)を常圧で不活性ガスによるパージを行った。新しい充填容器1の取付け操作(ii)において、充填圧力で供給用ガスによるパージを上記配管の内容積の2倍量行った。
(b−2)減圧操作を用いた従前の方法
配管Lo’について(b−1)と同様とする。操作(i)において、配管(La+Lo’+Lb+Ld)を減圧後不活性ガスによるパージを行った。操作(ii)において、減圧後パージ操作前の配管圧力で供給用ガスによるパージを行った後、再度減圧した後に充填圧力で供給用ガスによるパージを行った。
(b−3)本システムAを用いた場合
供給用ガスによるパージは、配管La(および配管Lo)を減圧後1回供給用ガスによって充当し、再度減圧してパージした後に、供給用ガスを充当したときの供給用ガスの総処理量(常圧換算)を解析し比較した。
(c−1)減圧操作を用いない従前の方法
操作(i)における供給用ガスの処理量:
(0.01336+0.11133+0.00445)×10+0.00891×5=1.336L
操作(ii)における供給用ガスの処理量:
{(0.01336+0.11133+0.00445)×100+0.00891×5}×2=25.837
(c−2)減圧操作を用いた従前の方法
操作(i)における供給用ガスの処理量:
(0.01336+0.11133+0.00445)×10+0.00891×5=1.336L
操作(ii)における供給用ガスの処理量:
{(0.01336+0.11133+0.00445)×10+0.00891×5}+{(0.01336+0.11133+0.00445)×100+0.00891×5}=1.336+12.959=14.295
(c−3)本システムAを用いた場合
操作(i)における供給用ガスの処理量:
0.01336×10=0.1336L
操作(ii)における供給用ガスの処理量:
0.01336×10×0.11133/(0.01336+0.11133)
=0.1193L
図3は、本発明に係るガス供給システムの他の構成例(本システムB)を示す概略図である。本システムBは、基本的は、本システムAと同様の構成であるが、減圧弁3の2次側に開閉弁Vdを設けるとともに、該開閉弁Vdと減圧弁3とを接続する配管Ldに開閉弁Veを介してパージ操作部5aからの配管Leが接続される。配管Leは、配管Lcとともにパージ操作部5a内の開閉弁Vf,Vgと接続され、配管Laとともに配管Ldおよび配管Lbの減圧操作と不活性ガス供給を担っている。
本システムBを用いたガス供給方法の第1ステップとして、下記の操作によってパージ処理を実施することができる。基本的には、本システムAと同様であり、第2ステップのガス供給操作については省略する。また、ここでは配管Laと配管Ldおよび配管Lbに対し、同時に減圧操作および不活性ガスあるいは供給用ガスの供給操作を行う場合を説明する。
容器交換等における充填容器の取外し操作は、図3に例示した本システムBにおいて、下記の操作手順によって行うことができる。
(1−1)容器バルブ1aおよび開閉弁Va〜Vgを閉とする。
(1−2)開閉弁Vc,Veを開としてパージ操作部5の減圧処理部を作動し、配管LaおよびLd,Lbの内部のガスを排出する。具体的には、開閉弁Vfを開とし、ガスエゼクタFvを機能させることによって、配管LfとLc,Leを介して配管LaおよびLd,Lbを減圧状態にさせ、内部の供給用ガスを含むガスを排出することができる。安定状態になったことは、圧力計Sa,Sb,Scによって確認することができる。また、各圧力計Sa,Sb,Scからの出力を基に、プロセス制御部6によって自動的に制御することが可能である。
(1−3)減圧処理部に代えて不活性ガス供給部を作動し、配管LaおよびLd,Lbの内部に、不活性ガスを充当する。具体的には、開閉弁Vfを閉として開閉弁Vgを開とし、不活性ガスを導入することによって、配管LgとLc,Leを介して減圧状態にあった配管LaおよびLd,Lbの内部に不活性ガスを充当することができる。安定状態になったことは、圧力計Sa,Sb,Scによって確認することができる。また、圧力計Sa,Sb,Scからの出力を基に、プロセス制御部6によって自動的に制御することが可能である。
(1−4)前記操作(1−2),(1−3)を、予め設定した繰返し回数Mo回行い、配管LaおよびLd,Lb内の供給用ガスを排出する。つまり、水素などの吸着性の小さな分子であれば1回の「減圧−不活性ガス」処理において十分なパージができるが、NH3やSiH4などの吸着性の大きな分子であれば数回の「減圧−不活性ガス」処理を必要とする。ただし、配管LdおよびLbについては、通常汚染等が生じる可能性が低いことから少ないパージ回数で十分なことが多く、配管Ld,Lbのパージ回数を配管Laよりも少なくすることも可能である。
(1−5)配管LaおよびLd,Lbの内部に不活性ガスを充当した状態で、開閉弁Vc,Veを閉とする。これによって、配管LaおよびLd,Lbのパージを行うと同時に、配管Laによって充填容器1と配管Loを含む下流側とのガスアイソレート、および配管Ld,Lbによって配管Lpと配管Loを含む上流側がガスアイソレートされた状態を形成することができる。
(1−6)容器バルブ1aと配管Laの該一端部を取外す。これによって、充填容器1の搬出が可能となる。
(1−7)充填容器1を設置部2から取外す。
本システムBを用いた新しい充填容器の取付け操作は、下記の操作手順によって行うことができる。
(2−1)新しい充填容器を前記設置部に設置する。
(2−2)容器バルブ1aに配管Laの一端部を接続する。
(2−3)開閉弁Vc,Veを開として、パージ操作部5の減圧処理部を作動し、配管LaおよびLd,Lbの内部のガスを排出する。
(2−4)開閉弁Vc,Veを閉として開閉弁Va,Vbを開とし、配管LaおよびLd,Lbの内部に、配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを充当する。
(2−5)開閉弁Va,Vbを閉とし開閉弁Vc,Veを開として、パージ操作部5の減圧処理部を作動し、配管LaおよびLd,Lbの内部のガスを排出する。
(2−6)操作(2−4),(2−5)を、予め設定した繰返し回数Nb回行った後、前記配管LaおよびLd,Lbの内部に、前記配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを充当する。
(2−7)配管LaおよびLd,Lbの内部に供給用ガスを充当した状態で、開閉弁Vc,Veを閉とする。これによって、配管LaおよびLd,Lbのパージを完了すると同時に、配管Laによって充填容器1と配管Loを含む下流側とのガスアイソレート、および配管Ld,Lbによって配管Lpと配管Loを含む上流側がガスアイソレートされた状態を形成することができる。
次に、本システムBを用いたガス供給方法の第2ステップとして、プロセス装置4へのガスの供給操作を、本システムAと同様、下記の操作によって行うことができる。
(3−1)開閉弁Va〜Veを閉とした状態で、容器バルブを開とする。
(3−2)開閉弁Va,Vb,Vdを順に所定時間間隔をおいて開とする。
(3−3)供給用ガスを充填容器から配管部を介してプロセス装置4に供給する。
以上の操作において排出される供給用ガスの総量と、配管Loの内部を含めたガスの置換を行う従前の方法によって排出される供給用ガスの総量を解析し、比較する。
(a)解析条件
上記〔排出される供給用ガスの解析A〕と同様であり、省略する。
(b)パージ操作方法
従前の方法(b−1)および(b−2)については、上記〔排出される供給用ガスの解析A〕と同様であり、省略する。
(b−3)本システムBを用いた場合
供給用ガスによるパージは、配管La(および配管Lo),Ld,Lbを減圧後1回供給用ガスによって充当し、再度減圧してパージした後に、供給用ガスを充当したときの供給用ガスの総処理量(常圧換算)を解析し比較した。
従前の方法(c−1)および(c−2)については、上記〔排出される供給用ガスの解析A〕と同様であり、省略する。
(c−3)本システムBを用いた場合
操作(i)における供給用ガスの処理量:
(0.01336+0.00445)×10+0.00891×5=0.2226L
操作(ii)における供給用ガスの処理量:
(0.01336+0.00445)×(10×0.11133−0.00891×5)/(0.01336+0.11133+0.00445)+0.00891×5
=0.1474L
図4は、本システムBの変形例として、配管Laと配管Ld,Lbに対して、「減圧−不活性ガスの充当」「減圧−供給用ガスの充当」を交互に行うことができる構成例を示す〔変形例B1〕。上記本システムBと同様の構成であるが、パージ操作部5b内において、減圧処理部に繋がる開閉弁Vf1,Vf2を有し、不活性ガス供給部に繋がる開閉弁Vg1,Vg2を有することによって、配管Laに対し開閉弁Vf1および開閉弁Vg1によって減圧操作と不活性ガス供給の切換を行うとともに、配管Ld,Lbに対し開閉弁Vf2および開閉弁Vg2によって減圧操作と不活性ガス供給を担っている。
図5は、本システムBの変形例として、減圧弁3の上流および下流に対して「減圧−不活性ガスの充当」および「減圧−供給用ガスの充当」を同時に行うことができる構成例を示す〔変形例B2〕。上記本システムBと同様の構成であるが、減圧弁3の上流側の配管Lbおよび下流側の配管Ldに、各々開閉弁Ve1およびVe2を介してパージ操作部5bが接続されている。
1a 容器バルブ
2 設置部
3 減圧弁(圧力調整部)
4 プロセス装置(ガス消費設備)
5 パージ操作部
6 プロセス制御部
Fv ガスエゼクタ
Lo,La〜Lg,Lp 配管
Sa,Sb,Sc 圧力センサ
Va〜Vg 開閉弁
Claims (4)
- 容器バルブが配設された供給用ガスの充填容器と、該充填容器が設置される設置部と、前記ガスを消費するガス消費設備と、前記充填容器とガス消費設備を接続する配管部と、該配管部に設けられた圧力調整部と、各部の動作を制御管理するプロセス制御部と、を有するガス供給システムにおいて、
前記配管部の一部として、前記容器バルブに近接する位置に設けられた開閉弁Vaと前記圧力調整部の1次側の近接する位置に設けられた開閉弁Vbを両端部に有する配管Loを配設するとともに、前記容器バルブと開閉弁Vaを接続する配管Laに、開閉弁Vcを介して減圧処理部および不活性ガス供給部を接続し、
前記配管部のパージ操作において、
(1)充填容器からの配管部の取外し操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管Laの内部のガスを排出する操作、および前記不活性ガス供給部を作動して前記配管Laの内部に不活性ガスを充当する操作を有し、これらの操作を予め設定された回数Mo繰返し行い、
(2)充填容器への配管部の取付け操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管Laの内部のガスを排出する操作、前記開閉弁Vaを開として前記配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを前記配管Laの内部に充当する操作を有し、これらの操作を予め設定された回数Na繰返し行う
ことによって流路パージを実施することを特徴とするガス供給システム。 - 前記圧力調整部の2次側に開閉弁Vdを設けるとともに、該開閉弁Vdと圧力調整部を接続する配管Ldまたは/および圧力調整部と開閉弁Vbを接続する配管Lbに、開閉弁Veを介して減圧処理部および不活性ガス供給部を接続することを特徴とする請求項1記載のガス供給システム。
- 前記配管部のパージ操作において、
(1)充填容器からの配管部の取外し操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管Laまたは配管La,配管Ldおよび配管Lbの内部のガスを排出する操作を有するとともに、前記配管Laに対して該排出操作と前記不活性ガス供給部を作動して前記配管Laの内部に不活性ガスを充当する操作を予め設定された回数Mo繰返し行い、
(2)充填容器への配管部の取付け操作として、少なくとも、
前記減圧処理部を作動して前記配管La,配管Ldおよび配管Lbの内部のガスを排出する操作、および前記開閉弁Vaまたは/および開閉弁Vbを開として前記配管Loの内部に保持されていた供給用ガスを前記配管La,配管Ldおよび配管Lbの内部に充当する操作を前記配管Laと配管Ldまたは/および配管Lbに対して同時あるいは交互に、予め設定された回数Nb繰返し行う
ことによって流路パージを実施することを特徴とする請求項2記載のガス供給システム。 - 前記操作(1)および(2)の後に、
(3)ガス消費設備へのガスの供給操作として、少なくとも、
前記開閉弁Va〜Vcまたは前記開閉弁Va〜Veを閉とした状態で、前記容器バルブを開とした後、前記開閉弁VaおよびVbまたは前記開閉弁Va,VbおよびVdを順に所定時間間隔をおいて開とし、供給用ガスを充填容器から配管部を介して前記ガス消費設備に供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガス供給システム。
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