JP5462511B2 - 流体供給設備 - Google Patents

Description

この発明は、窒素、アルゴンなどのガスを流体供給元から屋外を経由して屋内の流体消費設備に配管を介して供給するための流体供給設備に関し、屋内にある配管の表面での結露を簡便に防止できるようにしたものである。

半導体装置製造工場、液晶表示機器製造工場などでは、大量の窒素、アルゴン、乾燥空気などのガスが使用されている。
このようなガスの供給方法としては、工場敷地内に設置された大型の液化ガス貯蔵容器から気化器により気化したガスが屋外に敷設された配管を経て、工場建屋内の薄膜形成装置などのガス消費設備に送られることが多い。

このようなガスの供給形態にあっては、冬季などの外気温が低い場合や強風に曝される場合には、配管のうち屋外に敷設されている部分が冷却され、この部分の配管内を流れるガスが冷却され、低温となったガスが工場建屋内の配管部分に流れ、この部分の配管が冷却されることになる。
このとき、建屋内の気温が外気温よりも高いので、建屋内にある配管部分の表面に結露が生じることがある。

この種の配管は、クリーンルーム内まで配管されていることが多いが、クリーンルーム内での結露は絶対的に避ける必要がある。

配管の結露を防止する方策には、断熱塗料、結露防止塗料の塗布や配管を二重構造とする方法などがある。
しかし、クリーンルーム内での塗料の使用は禁じられており、二重構造配管を採用するには高額のコストが必要になる不都合がある。

特開２００４−４７８８８号公報

よって、本発明における課題は、屋内での配管表面での結露を防止するための方策であって、施工コストが安価にすみ、クリーンルームなどの清浄性を要求される室内においても結露を防止できるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、流体供給元から屋内の流体消費設備に向けて配管を介して流体を供給するようにし、この配管の一部が屋外に敷設されている流体供給設備において、
屋外に敷設されている配管の一部分を覆う配管カバーを有し、前記配管カバーの配管カバー長さが、前記配管内を移送中の流体の温度変化に影響を及ぼす配管部分のみを覆う長さであることを特徴とする流体供給設備である。

請求項２にかかる発明は、前記配管カバー長さが、配管外形、供給流体の配管カバー取り付け部分の入口での流体温度及び流体圧力、屋外配管長さ、屋外温度、屋内温度、屋内相対湿度、並びに風速の各パラメータを基に設定された長さであることを特徴とする請求項１記載の流体供給設備である。

請求項３にかかる発明は、配管カバーは、その断面形状が略コ字状の角樋状であって、配管の取り付け面にほぼ平行な第１壁部と、この第１壁部の両端部からほぼ直角に延びる第２壁部および第３壁部とから構成され、これら３つの壁部によって配管が覆われていることを特徴とする請求項１および２記載の流体供給設備である。
請求項４にかかる発明は、配管カバーで包囲された空間の配管カバー短手方向に沿う断面積Ａが、配管の径をＢとした時に、
Ａ（ｍｍ^２）＝１．７〜２．２×Ｂ（ｍｍ）
で表されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給設備である。

本発明によれば、配管のうち、そこを流れる流体の温度変化に影響が及ぶ部分のみに、は配管カバーを設ければよく、従来のように配管全長に結露防止手段を施す必要がなく、必要最小限の配管カバーを設ければよいので、施工コストを大幅に低減できる。
また、配管カバーを設ける部分は屋外にあるため、建屋内での工事が不要であり、建屋内のクリーンな環境を汚すことがない。

配管の外方を三方から３つの壁部で包囲するようにしているので、配管全周を包囲するものに比較して材料が少なくてすみ、施工も簡単に行える。
配管カバーの鉛直方向の上方側となる１つの壁部に水勾配を付け、その水下方向を南向きないし西向きとしているので、雨水がその壁部に溜まることがなく、日照もよいので、乾燥が早くなり、配管カバーの雨水による腐食の進行を遅らせることができ、長寿命となる。

本発明の流体供給設備の一例を示す概略構成図である。 本発明における配管カバーの一例を示す概略断面図である。

図１は、本発明の流体供給設備の一例を示すものである。
図１において、符号１は工場などの建屋を示し、符号２は配管を示し、窒素、アルゴンなどのガスを図示しないガス供給元から建屋１内に設置されている薄膜形成装置などのガス消費設備に送るためのものである。

この配管２は、外径が１００〜１０００ｍｍのステンレス鋼管などの鋼管を溶接してなるもので、建屋１の外壁に沿って配され、さらに建屋１の屋上２に延び、屋上３から建屋１内に引き込まれている。
この配管２のうち、屋上３に敷設されている部分は、配管カバー４によって覆われている。

建屋１の屋上３は、地表に比べて当然のことながら風が強く、この風が低温である場合に、直接配管２に当たれば、配管２自体の温度が降下し、その内部を流れるガスの温度も低下する。
この例では、配管２のうち、屋上３に敷設された部分が最もガスの温度降下について影響を受ける部分であり、この部分を配管カバー４に覆うようにしている。

図２は、配管カバー４の一例を示すものである。
建屋１の屋上３の床面５には、Ｌ字アングルなどからなる複数の支持金物６、６・・が配管２の経路に沿って２〜３ｍ間隔で配置されている。これらの支持金物６、６・・に配管２がＵ字ボルト７、７・・により固定され、配管２が床面５から数十ｃｍ浮かされて敷設されている。
この状態の配管２は、その屋上敷設部分が配管カバー４により包囲されている。

配管カバー４は、断面形状が角形の樋状のもので、例えばステンレス鋼板、亜鉛めっき鋼板、ビニル被覆鋼板などの鋼板に板金加工を施して折り曲げて、断面形状が略コ字状の折り曲げ加工品を作り、これらをその長手方向につなげて作られたものである。
配管カバー４は、配管２の取り付け面、ここでは屋上３の床面５に対してほぼ平行な第１壁部４ａと、この第１壁部４ａの両側端縁からほぼ直角に延びる第２壁部４ｂおよび第３壁部４ｃと、これら第２壁部４ｂおよび第３壁部４ｃの側端縁からほぼ直角に延びる取付部４ｄ、４ｄとから構成されている。
配管カバー４は、その取付部４ｄ、４ｄを支持金物６にボルトなどによって取り付ることにより支持金物６、６・・に固定されている。

また、配管カバー４の各壁部４ａ、４ｂ、４ｃには、これら壁部を機械的に補強するためのＬ字アングル、Ｃ型鋼、Ｈ型鋼などからなる補強金具８、８・・が２〜３ｍ間隔で取り付けられている。
配管カバー４の前記第１壁部４ａは、鉛直方向の上方側に位置し、ここに雨水などが降ることになるため、水平面に対して２〜５度の傾斜が形成されて水勾配Ｗが付けられており、雨水等を速やかに床面５に流すようになっている。

この水勾配Ｗの水下方向（図２において、矢印で示してある）が南向きないし西向きになるように構成されている。例えば、配管カバー４が南北方向に配置されている場合には、水勾配Ｗの水下方向が西向きになるように、配管カバー４が東西方向に配置されている場合には、水下方向が南向きとなるようにされる。
さらに、配管カバー４が南東から北西に向けて配置されている場合には水下方向が南西向きになるようにされる。

このように第１壁部４ａに水勾配Ｗを付け、その水下方向を南向きないし西向きとすることで、第１壁部４ａに降った雨水などはそこから速やかに流れ落ち、しかも第１壁部４ａに日射が多くなるので、第１壁部４ａが速やかに乾くことになり、雨水などによる配管カバー４の腐食劣化を最小限とすることができる。

配管２を覆う配管カバー４の取り付け部位は、上述のように配管２内を流れるガスの温度変化（温度降下）を最も与える部位、例えば高所、日陰、風当たりの強い場所などに存在する配管部分であるが、なかでも、風による影響がガス温度の低下に大きく作用し、配管敷設場所で最も風速が大きくなる配管部分に配管カバー４を取り付けることが効果的である。

配管カバー４を風速の最も大きい部分に取り付ける場合には、取り付けるべき配管カバー４の必要最低限の長さをシミュレーションによって求めることができる。シミュレーションに用いられるパラメータには、配管外径、供給ガスの配管カバー取り付け部分の入口でのガス温度、同じくガス圧力、屋外配管長さ、屋外温度、室内（建屋内）温度、室内(建屋内）相対湿度、風速であり、これらのパラメータを適宜設定することで、配管カバー４の必要最低限の長さが求められる。

表１に示したものは、このシミュレーションによって得られた結果の一例を示すもので、パラメータの設定値は、以下の通りである。
供給ガスの配管カバー取り付け部分の入口でのガス温度：２５℃
供給ガスの配管カバー取り付け部分の入口でのガス圧力：０．８ＭＰａＧ
屋外温度：−５℃
室内（建屋内）温度：２０℃
室内(建屋内）相対湿度：８０％
風速：最大１５ｍ／秒
この設定により、配管径と屋外配管長さとを変化させた際の必要な配管カバー長さを算出したもので、表中の括弧内の値は屋外配管長さに占める配管カバー長さの比率である。

この計算により、必要最低限の配管カバー長さを求めることができ、余分な配管カバーを設置する必要がなくなり、低コストで建屋１内での結露を防止することができる。
なお、実際の実験施工によれば、このシミュレーション結果と施工実験結果とは良好な一致を示していることが判明している。

配管カバー４の断面の寸法、すなわち各壁部４ａ、４ｂ、４ｃの幅は、配管２の外径によって定めることができる。
配管カバー４の断面における３つの壁部４ａ、４ｂ、４ｃに囲まれる四角形の面積をＳ(ｍｍ^２）とし、配管外径をＢ（ｍｍ）とすると、面積Ｓは、下記（Ｉ）式で求められる。
Ｓ＝１．７〜２．２×Ｂ ・・・（Ｉ）
前記四角形を正方形と見なせば、算出された面積から壁部の幅を知ることができる。

前記式（Ｉ）における係数が１．７未満では配管２と配管カバー４との間の空隙が狭くなり、配管２の熱膨張などによる変形により配管２と配管カバー４とが接触してしまい、配管２の冷却を防止する効果が薄れてしまう。係数が２．２を越えると前記空隙が広くなり、この空隙に風が流れ、配管２が冷却されることになって配管カバー４を設ける意味がなくなってしまう。

配管２が建屋１の壁面などの鉛直面に敷設されている場合には、配管カバー４の第２または第３壁部４ｂ、４ｃが配管カバー４の鉛直方向の上方側に壁部となり、この壁部に水勾配Ｗを付け、この水勾配Ｗの水下方向を南向きないし西向きとする。但し、建屋１の壁面が北向きである場合では、日射を期待できないので、水下方向を特定する必要はない。

このような配管カバー４を設けることで、風が配管２に直接当たることがなくなる。また、配管２と配管カバー４との間の空隙において空気の流れ、流動がほとんど生じず、この間隙にある空気層が実質的に断熱層として機能し、配管２から熱が奪われることがない。このため、配管カバー４に覆われた配管２内を流れるガスが冷却されることがない。
また、配管カバー４が配管の最も冷却される部分、すなわちガスが最も冷却される部分に設けられているので、その長さを必要最小限にすることができ、無駄となる部分がなく、施工コストが安価となる。
この発明での配管カバー４では、配管２の取り付け面側の部分が覆われない形態となり、外気に直接曝されるが、この配管カバー４の開口部分から風が入り込み、配管２を冷やす作用は少ないことが判明している。これは、風向きがこの開口部分に向くことはないなどの理由によるものと予想される。

図２に示した形態では、配管カバー４として鋼板を折り曲げ加工したものを例示したが、本発明での配管カバー４の形態は、これに限られることはなく、例えば耐候性、耐衝撃性の優れた合成樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂などを連続的に押出成形して得られた長尺の樋状のものを用いてもよい。また、断面形状は角樋状に限られず、馬蹄形状などであってもよい。
なお、以上の実施形態では、流体としてガスの例を挙げて説明したが、ガス以外の液体、例えば水、有機溶剤などを供給する設備であっても同様の効果を得ることができる。

１・・建屋、２・・配管、３・・屋上、４・・配管カバー、４ａ・・第１壁部、４ｂ・・第２壁部、４ｃ・・第３壁部、４ｄ・・取付部、５・・床面、６・・支持金物、７・・Ｕボルト、８・・補強金具、Ｗ・・水勾配

Claims (4)

1. 流体供給元から屋内の流体消費設備に向けて配管を介して流体を供給するようにし、この配管の一部が屋外に敷設されている流体供給設備において、
   屋外に敷設されている配管の一部分を覆う配管カバーを有し、
   前記配管カバーの配管カバー長さが、前記配管内を移送中の流体の温度変化に影響を及ぼす配管部分のみを覆う長さであることを特徴とする流体供給設備。
2. 前記配管カバー長さが、配管外形、供給流体の配管カバー取り付け部分の入口での流体温度及び流体圧力、屋外配管長さ、屋外温度、屋内温度、屋内相対湿度、並びに風速の各パラメータを基に設定された長さであることを特徴とする請求項１記載の流体供給設備。
3. 配管カバーは、その断面形状が略コ字状の角樋状であって、配管の取り付け面にほぼ平行な第１壁部と、この第１壁部の両端部からほぼ直角に延びる第２壁部および第３壁部とから構成され、これら３つの壁部によって配管が覆われていることを特徴とする請求項１および２記載の流体供給設備。
4. 配管カバーで包囲された空間の配管カバー短手方向に沿う断面積Ａが、配管の径をＢとした時に、
   Ａ（ｍｍ^２）＝１．７〜２．２×Ｂ（ｍｍ）
   で表されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給設備。

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