JP6745825B2

JP6745825B2 - ガス供給装置及びガス供給方法

Info

Publication number: JP6745825B2
Application number: JP2018016286A
Authority: JP
Inventors: 大介曽根; 健一郎稲葉
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: JP2019132372A

Description

本発明は、ガス供給装置及びガス供給方法に関するものである。

従来から、半導体、液晶パネル及び太陽光発電パネル等の原料として、例えば、アンモニアや塩化水素等の液化ガスや、各種の圧縮ガスが用いられている。一般的に、例えば液化ガスは、液体の状態（液相）で金属製の容器に充填され、気液混合（気相及び液相）の状態で保管・流通されている。通常、これらの液化ガスを外部に向けて供給する際は、容器内の気相部から気体状態で抜き出すことで、液化ガスを使用する製造装置、例えば、上記のような半導体、液晶パネル及び太陽光発電パネル等の薄膜を製造するデバイス製造装置等に供給する。また、容器内のガス圧が低下した場合、即ち、気相部のガスが減少した場合には、外部から容器を加熱することで液相部から気化ガスを生成させて補充する。

上記のような高圧のガスを供給する、例えばシリンダーキャビネット等のガス供給装置においては、ガス供給ライン中のガスが供給過程で凍結するのを防止するため、従来から、ガス供給ラインの経路中に加熱器（ヒータ）を設け、ガスによる結露水の凍結等が発生するおそれのある温度よりも高い温度にガスを加熱して保持する構成が採用されている。この加熱器の設定温度（加熱温度）は、例えば、ガスの設計流量や環境温度等を考慮し、最も劣悪な条件、即ち、ガスの供給経路において結露水による凍結が発生し易い条件を考慮して決定され、常時、比較的高めとされた一定温度で加熱するように設定されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、ガス供給ライン中の圧縮ガスを加温する熱交換器を備えた構成が開示されている。

特許第５４６２６０７号公報

しかしながら、特許文献１に示されたような従来のガス供給装置では、上記のように、ガスを加熱する際の設定温度が、最も凍結が発生し易い条件を考慮して設定されていることから、如何なる条件においても、常時、高温で加熱するような一定温度に設定されている。このため、実際の条件が、高温設定が不要な条件である場合でも、常時、比較的高めの一定温度でガスを加熱することから、加熱器における放熱量も大きくなり、無駄な電力を消費する等の問題が生じていた。特に、大規模工場等にガス供給装置を設置する場合には、その設置台数も多くなることから、省エネルギーや製造コストの低減等の観点から、改善が望まれていた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、外部に供給するガスの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、ガスの供給経路において結露水による凍結が発生するのを確実に防止することが可能なガス供給装置及びガス供給方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させるとともに、前記気相部を昇圧してガス状とし、外部に向けて供給するガス供給装置であって、前記ガス容器に一端側が接続され、前記ガスを外部に向けて供給するガス供給ラインと、前記ガス供給ラインの経路中における前記ガス容器の出口側近傍に設けられ、前記ガス供給ラインを流通する前記ガスを加熱する加熱器と、前記ガス供給ラインの経路中における前記加熱器よりも下流側に設けられ、前記ガスの圧力を減圧する減圧弁と、前記加熱器に設けられ、該加熱器内の温度を検出する第１温度検出部と、前記ガス供給ラインの経路中における前記減圧弁の二次側近傍に設けられ、前記減圧弁で減圧された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度を検出する第２温度検出部と、前記第１温度検出部で検出された前記加熱器内の温度、及び、前記第２温度検出部で検出された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度に基づいて、前記減圧弁で減圧された前記ガスの温度を、前記ガスの結露水凍結温度よりも高い温度で一定に保持するように、前記加熱器による加熱温度を設定する加熱器制御部と、を備えることを特徴とするガス供給装置である。

また、請求項２に係る発明は、前記加熱器制御部は、前記加熱器内の温度、及び／又は、前記減圧弁で減圧された前記ガスあるいは前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度の変化に応じて、常時、前記加熱器に印加する電流をＰＩＤ制御することにより、前記加熱器による加熱温度を変化させながら、該加熱温度を設定することを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置である。

また、請求項３に係る発明は、前記ガスが液化ガスであり、前記ガス容器を加温することで、前記ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス供給装置である。

また、請求項４に係る発明は、ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させるとともに、前記気相部を昇圧してガス状とし、外部に向けて供給するガス供給方法であって、前記ガス容器においてガス状とされた前記ガスを、前記ガス容器に一端側が接続されたガス供給ラインによって外部に向けて供給するとともに、前記ガス供給ラインの経路中において、前記ガス容器の出口側近傍に設けられた加熱器内の温度、及び、該加熱器よりも下流側に設けられた減圧弁で減圧された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度を検出し、前記加熱器内の温度、及び、前記減圧弁で減圧された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度に基づいて前記加熱器による加熱温度を設定しながら、前記ガス供給ラインを流通する前記ガスを加熱することにより、減圧後の前記ガスの温度を、該ガスの結露水凍結温度よりも高い温度で一定に保持することを特徴とするガス供給方法である。

また、請求項５に係る発明は、前記加熱器内の温度、及び／又は、前記減圧弁で減圧された前記ガスあるいは前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度の変化に応じて、常時、前記加熱器による加熱温度を変化させながら、該加熱温度を設定することを特徴とする請求項４に記載のガス供給方法である。

また、請求項６に係る発明は、前記ガスが液化ガスであり、前記ガス容器を加温することで、前記ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガス供給方法である。

なお、本実施形態において説明する結露水凍結温度とは、例えば、液化ガスや圧縮ガスの温度が低下することによって、ガス供給ラインや減圧弁等の周囲に結露水が生じ、これが凍結するおそれのある温度のことをいう。

本発明に係るガス供給装置によれば、第１温度検出部で検出された加熱器内の温度、及び、第２温度検出部で検出されたガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度に基づいて、加熱器に印加する電流を制御することにより、減圧弁で減圧されたガスの温度を、ガスの結露水凍結温度よりも高い温度で一定に保持するように、加熱器による加熱温度を設定する加熱器制御部を備えた構成を採用している。
即ち、加熱器に印加する電流を、加熱器内の温度及び減圧後のガスの温度に応じて、この減圧後のガスを、供給経路において結露水による凍結が発生することの無い温度に加熱できるように制御することで、ガスの加熱温度を、空調設備の有無や季節毎の温度変動等に左右されることなく、適切な温度に自動設定することが可能になる。
従って、外部に供給するガスの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、ガスによって凍結が発生するのを確実に防止することが可能になる。

また、本発明に係るガス供給方法によれば、上記のように、加熱器内の温度、及び、前記減圧弁で減圧されたガス、あるいは、ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度に基づいて加熱器による加熱温度を設定しながら、ガス供給ラインを流通するガスを加熱することにより、ガスの温度を、該ガスの結露水凍結温度よりも高い温度で一定に保持する方法を採用している。
これにより、上記同様、ガスの加熱温度を、供給経路において結露水による凍結が発生することの無い適切な温度で自動設定することが可能になる。
従って、上記同様、ガスの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、ガスによって凍結が発生するのを確実に防止することが可能になる。

本発明を適用した実施形態であるガス供給装置及びガス供給方法を模式的に説明する図であり、ガス供給装置の全体構成を示す概略図である。本発明を適用した実施形態であるガス供給装置及びガス供給方法を模式的に説明する図であり、加熱器制御部における制御方法の一例を示すブロック図である。

以下、本発明を適用した一実施形態であるガス供給装置及びガス供給方法について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［液化ガス供給装置（ガス供給装置）］
以下、本発明を適用した実施形態であるガス供給装置について、図１に示すような液化ガス供給装置１０を例に挙げ、図１及び図２を参照しながら詳述する。
図１は、本実施形態で用いられる液化ガス供給装置１０の全体構成を示す概略図であり、図２は、図１に示した液化ガス供給装置１０に備えられる加熱器制御部で実施される制御パターンの一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態で用いられる液化ガス供給装置（ガス供給装置）１０は、液化ガス容器（ガス容器）１と、容器弁２と、ガス供給ライン３と、加熱器制御部４と、第１温度計（第１温度検出部）５と、第２温度計（第２温度検出部）６と、容器加熱部７と、加熱器８と、減圧弁９と、を備えて概略構成される。
液化ガス供給装置１０は、例えば、液化ガス容器１の表面を容器加熱部６で加熱することで、液化ガス容器１内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させるとともに、気相部を昇圧して、ガス状の液化ガス（ガス）Ｇを、ガス供給ライン３を通じて外部に向けて供給するための装置である。

より具体的には、液化ガス供給装置１０は、液化ガス容器１に一端３ａ側が接続され、液化ガスＧを外部に向けて供給するガス供給ライン３を備え、このガス供給ライン３の経路中に、液化ガスＧの圧力を減圧する減圧弁９が設けられている。また、ガス供給ライン３の経路中には、液化ガス容器１の出口１ａ側近傍に、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧを加熱する加熱器８と、この加熱器８に設けられ、該加熱器８内の温度Ｔ１を検出する第１温度計（第１温度検出部）５と、減圧弁９の二次側９ｂ近傍に設けられ、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２、あるいは、ガス供給ライン３の表面の温度の少なくとも何れかを検出することが可能な第２温度計（第２温度検出部）６とが備えられている。

そして、本実施形態の液化ガス供給装置１０は、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１、及び、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づいて、加熱器８に印加する電流Ａを制御することにより、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２を、液化ガスＧの結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に保持するように、加熱器８による加熱温度ＨＴを設定する加熱器制御部４を備える。

液化ガス供給装置１０においては、図１中では図示を省略するが、液化ガス容器１内には、液化ガスの供給開始時から供給停止時まで常に液相（液相部）が存在する常時液相の範囲と、液化ガスの供給開始時から供給停止時まで常に気相部を含んだ領域である範囲と、液化ガスの供給が進むにつれて、少なくとも一部が液相から気相に相転移する範囲とが存在する。そして、液化ガス供給装置１０においては、液化ガス容器１内における液相の範囲が一定以下となったとき、液化ガス容器１が交換時期に到達したと判断され、内部が液相部で満たされた新たな液化ガス容器１と交換して使用することができる。

液化ガス容器１は、液化ガスを充填するための容器である。液化ガス容器１の材質としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、マンガン鋼等が挙げられる。
液化ガス容器１に充填される液化ガスとしても、特に限定されないが、具体的には、例えば、アンモニア、塩化水素、塩素、亜酸化窒素などが挙げられる。

容器弁２は、液化ガス容器１の出口１ａに取り付けられた弁であり、弁の開閉により、外部への液化ガスの供給を制御することができる。
容器弁２としては、特に限定されないが、一般的に玉形弁が用いられる。

なお、図１においては図示を省略するが、容器弁２は、液化ガス容器１における、常に気相部を含んだ範囲に連通するように設けられる。なお、このような、液化ガス容器１において常に気相部を含んだ範囲の部分は、４０℃以下の温度となるように法律で定められている。

ガス供給ライン３は、上記のように、液化ガス容器１に一端３ａ側が接続され、液化ガスＧを外部に向けて供給する配管であり、図示例においては、一端３ａが、容器弁２を介して液化ガス容器１の出口１ａに接続されている。図示例のガス供給ライン３には、その経路中に、第１温度計５が設けられた加熱器８、第２温度計６、減圧弁９が順次設けられ、他端３ｂから液化ガスＧを外部に向けて供給できるように構成されている。

ガス供給ライン３を構成する配管の材質としては、特に限定されず、内部を流通させる液化ガスに対する耐性等を考慮しながら、適宜選択することができる。

加熱器制御部４は、上記のように、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２を、液化ガスＧの結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に保持するように、加熱器８による加熱温度Ｔを設定する。

具体的には、加熱器制御部４には、詳細を後述する第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１の測定値信号が信号線Ｃ１を介して入力されるとともに、第２温度計６で検出された温度Ｔ２の測定値信号が信号線Ｃ２を介して入力される。また、加熱器制御部４は、信号線Ｃ３を介して加熱器８と接続されている。

そして、加熱器制御部４は、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１、及び、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づき、信号線Ｃ３を介して加熱器８に印加する電流Ａを制御するか、あるいは、電圧パルスを制御する。これにより、加熱器制御部４は、詳細を後述する減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２を、液化ガスＧの結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に保持するように、加熱器８による加熱温度ＨＴを設定する。

加熱器制御部４としては、特に限定されるものではないが、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等を用いることができる。

第１温度計５は、上記のように、ガス供給ライン３の経路中に備えられる加熱器８に設けられ、この加熱器８内の温度Ｔ１を検出する。第１温度計５は、例えば、加熱器８内において、ガス供給ライン３の近傍に設置することができる。

第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１の測定値信号は、上記のように、信号線Ｃ１を介して加熱器制御部４に送信される。そして、加熱器制御部４は、上述したように、この第１温度計５、及び、第２温度計６から送信される測定値信号に基づいた処理を行い、液化ガスＧの加熱温度ＨＴを設定する。

第１温度計５としては、特に限定されないいが、例えば、Ｔ型熱電対等を用いることができる。
また、第１温度計５は、図１に示す例においては、加熱器８内において１箇所にのみ設けられているが、これには限定されず、複数箇所に設けられていても構わない。この場合には、複数の第１温度計５における検出値の平均値を測定値信号として、加熱器制御部４に送信してもよい。

第２温度計６は、上記のように、ガス供給ライン３の経路中において、減圧弁９の二次側（出口側）２ｂ近傍に設けられる。本実施形態において、第２温度計６は、例えば、液化ガス容器１から送出され、減圧弁９における減圧によって断熱膨張した後の液化ガスＧの温度Ｔ２を検出するため、減圧弁９の二次側９ｂ近傍に設けられている。

第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２の測定値信号は、上記のように、信号線Ｃ１を介して加熱器制御部４に送信され、加熱器制御部４は、この第２温度計６及び第１温度計５から送信される測定値信号に基づいた処理を行い、液化ガスＧの加熱温度ＨＴを設定する。

なお、第２温度計６としても、第１温度計５と同様、例えば、Ｔ型熱電対等を用いることができる。
また、第２温度計６は、減圧弁９の二次側２ｂ近傍において、複数で設けられていても構わない。この場合においても、複数の第２温度計６における検出値の平均値を測定値信号として、加熱器制御部４に送信してもよい。

容器加熱部７は、図示略の容器温度制御部による温度制御により、液化ガス容器１の内部に収容された液相状態の液化ガスを加熱することで、液相の液化ガスを、順次、気相の液化ガスＧに相転移させる。図示例の容器加熱部７は、液化ガス容器１の縦軸方向で概略中心から下側における領域の表面を覆うように設けられている。

容器加熱部７としては、液化ガス容器１の表面を加熱することができるものであれば、特に限定されない。具体的には、例えば、液化ガス容器１の表面に巻かれた熱交換媒体を流通するための配管であってもよい。熱交換媒体としては、具体的には、例えば、温風、熱風等の気体媒体、又は、温水、熱水、熱油等の液体媒体等が挙げられる。
また、容器加熱部７としては、ハロゲン加熱器等によって赤外線で熱を伝える方法や、電気加熱器等などによって、熱を直接、容器表面に伝える構成であってもよい。

加熱器８は、上記のように、ガス供給ライン３において、減圧弁９よりも上流の位置に設けられており、図１に示す例では、液化ガス容器１の出口１ａの近傍に設けられている。加熱器８は、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧを加熱するものであり、例えば、電熱ヒータ等からなり、ガス供給ライン３の周囲に巻回されるように構成することができる。

なお、本実施形態においては、加熱器８を電熱ヒータ等から構成し、加熱器制御部４において、加熱器８に印加する電流Ａを制御する構成を説明しているが、これには限定されない。加熱器８としては、例えば、ハロゲンヒータ等によって赤外線で熱を伝える方法を採用してもよい。

さらに、加熱器８としては、例えば、ガス供給ライン３の表面に巻回された、熱交換媒体を流通するための配管からなる構成であってもよい。この場合の熱交換媒体としては、例えば、温風、熱風等の気体媒体、又は、温水、熱水、熱油等の液体媒体等が挙げられる。このような場合には、加熱器制御部４において、例えば、配管内を流通する熱交換媒体を加熱するための、図示略の媒体加熱手段の設定温度（加熱温度）を制御する。

減圧弁９は、上記のように、液化ガスＧの圧力を減圧して断熱膨張させるものであり、ガス供給ライン３の経路中において、加熱器８よりも下流側に設けられる。減圧弁９の一次側９ａは、ガス供給ライン３の経路中において、加熱器８に接続されるように配置されており、また、二次側９ｂに上記の第２温度計６が接続されるように配置されている。
このような減圧弁９としては、特に限定されず、従来から、ガス供給装置の分野で広く使用されているものを何ら制限無く採用することができる。

以下に、本実施形態の液化ガス供給装置１０において、加熱器制御部４により、加熱器８で気化ガスＧを加熱する加熱温度ＨＴを設定し、液化ガスＧの温度Ｔを冷凍温度ＦＴよりも高い温度に保持する制御について、ＰＩＤ制御を行う場合を例に挙げて、以下に具体的に説明する。
まず、図２に示すように、加熱器制御部４には、使用する液化ガスＧのガス種毎の結露水凍結温度ＦＴに基づき、凍結防止温度として、予め、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で任意の温度が入力される（ＳＶ１：設定値）。
また、加熱器制御部４に、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２の測定値信号が、信号線２１を介して入力されるとともに、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１の測定値信号が、信号線Ｃ１を介して加熱器制御部４に入力される（ＰＶ１：測定値）。

次いで、加熱器制御部４は、予め入力された、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で任意の温度、及び、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づいてＰＩＤ制御を行い、この結果を、出力値（ＭＶ１）として、例えばメモリ等に保持する。

次いで、加熱器制御部４は、上記の出力値（ＭＶ１）を加熱温度ＨＴの設定値（ＳＶ２）とし、設定された加熱温度ＨＴ、及び、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１に基づいて、さらにＰＩＤ制御を行うことで、この出力値（ＭＶ２）を加熱温度ＨＴとして設定する。
そして、加熱器制御部４は、設定された加熱温度ＨＴに基づき、加熱器８に印加する電流Ａの制御を行うことで、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧを、加熱器８によって加熱温度ＨＴで加熱する。

即ち、加熱器制御部４は、上記のようなＰＩＤ制御を行うことにより、例えば、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定された加熱温度ＨＴ未満である場合、加熱器制御部４は、加熱器８による加熱温度ＨＴが上記設定値となるように、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げ、より高い温度で液化ガスＧを加熱するように加熱器８を制御する。その後、第２温度計６で検出される液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定した加熱温度ＨＴよりも高い温度まで昇温したとき、加熱器制御部４は、加熱器８に印加する電流Ａを引き下げるか、あるいは停止することで、加熱器８による加熱温度ＨＴを低くするように制御する。
そして、液化ガスＧの温度Ｔ２が、再び、上記で設定した加熱温度ＨＴ以下になったときは、再度、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げ、上記で設定した加熱温度ＨＴで液化ガスＧを加熱するように制御することで、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持する。

一方、加熱器制御部４は、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定された加熱温度ＨＴよりも高い場合には、加熱器８に印加する電流Ａを引き下げるか、あるいは停止することにより、加熱器８による加熱温度ＨＴを低くするように制御する。その後、液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定された加熱温度ＨＴ以下まで降温したとき、加熱器制御部４は、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げ、加熱温度ＨＴを高くするように制御する。
そして、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２が、再び、上記で設定した加熱温度ＨＴよりも高い温度になったとき、加熱器制御部４は、再度、加熱器８に印加する電流Ａを引き下げるか、あるいは停止することで、加熱温度ＨＴを低くするように制御することで、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持する。

加熱器制御部４は、上記のような制御を繰り返すことにより、ガス供給ライン３を流通する減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持する。即ち、液化ガス供給装置１０における実際の条件が、高温設定が不要な条件である場合においてまで、常時、一定温度で液化ガスを加熱するのではなく、液化ガスＧの温度Ｔ２を結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度に維持できる程度で一定となるように、加熱器８による加熱温度ＨＴを制御する。これにより、加熱器８に印加する電流Ａが過剰になって無駄な電力が消費されるのを防止できるので、液化ガスＧの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、液化ガスＧが供給過程で凍結するのを確実に防止でき、さらに、減圧弁９近傍における結露を防止することも可能になる。特に、大規模工場等に液化ガス供給装置１０を設置する場合、その設置台数も多くなるので、省エネルギーや製造コストの低減等の観点から、さらに大きなエネルギー削減効果が得られる。

一般的に、液化ガス供給装置において、液化ガスが設計最大流量で流れる時間はごく僅かであるため、加熱器制御部４において、上述したようなＰＩＤ制御を行うことにより、効率的な加熱制御が可能になる。

また、液化ガス供給装置１０においては、加熱器制御部４が、加熱器８内の温度Ｔ１、及び／又は、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２の変化に応じて、常時、加熱器８に印加する電流をＰＩＤ制御することにより、加熱器８による加熱温度ＨＴを変化させながら、この加熱温度ＨＴを設定する構成を採用することがより好ましい。これにより、上述したような、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔを結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度に維持する制御を、常時、安定して実施することができるので、より大きなエネルギー削減効果が得られる。

上記構成を備える本実施形態の液化ガス供給装置１０においては、液化ガスＧの供給開始時、容器加熱部７によって加熱される、液化ガス容器１の内部は、液体状態の液化ガス（液相部）で満たされた状態である。図１中においては、詳細な図示を省略するが、供給開始時の液相の液化ガスの液面は、容器加熱部７の上端よりも上方に位置している。そして、液化ガス容器１の内部に収容された液相の液化ガスは、容器加熱部７によって加熱されることで、順次、気相の液化ガスＧに相転移した後、出口１ａ及び容器弁２を介してガス供給ライン３に導入され、外部に供給される。

その後、液化ガス容器１内の液化ガスが外部に向けて供給されるのに伴い、液化ガス容器１内の液相部（液化ガス）の液面が低下する。そして、液化ガス容器１内における液相部の液面が所定の位置まで低下したとき、例えば、図示略の重量計等によって液相部の残量を検出することで、内部に収容された液化ガスの残量が少なくなったと判断し、液化ガスの供給を停止する。その後、液相部の残量が所定以下となった液化ガス容器１を液化ガス供給装置１０から取り外し、新たな液化ガス容器１と交換する。

液化ガスの液相部の液面検出手段として図示略の重量計を採用する場合には、例えば、重量計としてロードセル等を用い、常時、液化ガス容器１全体の重量を測定して内部の液相部の重量を測定し、演算処理することで、液相部の液面の位置を検出することができる。

なお、容器温度制御部としても、加熱器制御部４と同様、特に限定されず例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等を用いることができる。

［液化ガス供給方法（ガス供給方法）］
次に、本実施形態のガス供給方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。本実施形態では、ガス供給方法として、上述したような液化ガス供給装置１０を用いた、液化ガス供給方法を例に挙げて説明する。
本実施形態の液化ガス供給方法（ガス供給方法）は、液化ガス容器（ガス容器）１の表面を加熱することで、液化ガス容器１内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させるとともに、気相部を昇圧してガス状の液化ガス（ガス）Ｇを外部に向けて供給する方法である。
なお、以下の説明では、上記の液化ガス供給装置１０の説明と重複する構成については、その詳細な説明を省略する。

より具体的には、本実施形態の液化ガス供給方法においては、液化ガス容器１においてガス状とされた液化ガスＧを、液化ガス容器１に一端３ａ側が接続されたガス供給ライン３によって外部に向けて供給するとともに、ガス供給ライン３の経路中において、液化ガス容器の１出口１ａ側近傍に設けられた加熱器８内の温度Ｔ１、及び、この加熱器８よりも下流側に設けられた減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２を検出する。
そして、本実施形態の液化ガス供給方法においては、加熱器８内の温度Ｔ１、及び、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づいて加熱器８による加熱温度ＨＴを設定しながら、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧを加熱することにより、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、この液化ガスＧの結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に保持する。

本実施形態の液化ガス供給方法における、加熱器８による液化ガスＧの加熱温度ＨＴを設定する一例について、図２に示す、加熱器制御部における制御方法の一例を示すブロック図を参照しながら具体的に説明する。図２は、ＰＩＤ制御により、加熱器８の加熱温度ＨＴを設定する制御の流れを示すブロック図である。

まず、図２に示すように、加熱器制御部４に、使用する液化ガスＧのガス種毎の結露水凍結温度ＦＴに基づき、凍結防止温度として、予め、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度、図示例においては１５℃の温度を入力する（ＳＶ１：設定値）。
また、加熱器制御部４に、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２の測定値信号を、信号線２１を介して入力するとともに、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１の測定値信号を、設定値（ＳＶ１）として、信号線Ｃ１を介して加熱器制御部４に入力する。

次いで、加熱器制御部４に予め入力された、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度（本例では１５℃）、及び、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づいてＰＩＤ制御を行い、この結果を出力値（ＭＶ１：操作量が０〜１００％）とする。

次いで、加熱器制御部４において、上記の出力値（ＭＶ１）を加熱温度ＨＴの設定値（ＳＶ２）とし、設定された加熱温度ＨＴ（２０〜８０℃の範囲）、及び、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１に基づいて、さらにＰＩＤ制御を行うことで、この出力値（ＭＶ２）を加熱温度ＨＴとして設定する。
そして、加熱器制御部４は、上記のＰＩＤ制御で設定された加熱温度ＨＴに基づき、加熱器８に印加する電流Ａの制御を行うことで、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧを、加熱器８によって加熱温度ＨＴで加熱する。

加熱器制御部４は、上記のようなＰＩＤ制御を行うことにより、例えば、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定された加熱温度ＨＴ未満、即ち、例えば２０℃未満である場合、加熱器制御部４は、加熱器８による加熱温度ＨＴが、例えば２０℃以上となるように、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げ、この加熱温度ＨＴで液化ガスＧを加熱するように制御する。その後、第２温度計６で検出される液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定した加熱温度ＨＴの下限（２０℃）よりも高い温度まで昇温したとき、加熱器制御部４は、加熱器８に印加する電流Ａを引き下げるか、あるいは停止することで、加熱器８による加熱温度ＨＴを低くするように制御する。
そして、液化ガスＧの温度Ｔ２が、再び、上記で設定した加熱温度ＨＴの下限（２０℃）以下になったときは、再度、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げ、上記で設定した２０℃以上の加熱温度ＨＴで液化ガスＧを加熱するように制御することで、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持できる。

一方、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定された加熱温度ＨＴよりも高い場合、例えば、８０℃以上である場合には、加熱器８に印加する電流Ａを引き下げるか、あるいは停止することにより、加熱器８による加熱温度ＨＴを、２０〜８０℃の範囲で低くなるように制御する。
その後、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２が、設定された加熱温度ＨＴ（２０℃）以下まで降温したとき、加熱器制御部４は、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げ、加熱温度ＨＴを高くするように制御する。
そして、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２が、再び、上記で設定した加熱温度ＨＴの上限（８０℃）よりも高い温度になったとき、加熱器制御部４は、再度、加熱器８に印加する電流Ａを引き下げるか、あるいは停止することで、加熱温度ＨＴを、２０〜８０℃の範囲で低くなるように制御する。これにより、減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持する。

本実施形態の液化ガス供給方法においては、上記のようなＰＩＤ制御を繰り返すことにより、ガス供給ライン３を流通する減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ２を、結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持する。これにより、上述したように、加熱器８に印加する電流Ａが過剰になって無駄な電力が消費されるのを防止でき、液化ガスＧの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、液化ガスＧが供給過程で凍結するのを確実に防止することが可能になる。

本実施形態の液化ガス供給方法においては、加熱器８内の温度Ｔ１、及び／又は、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ１の変化に応じて、常時、加熱器８による加熱温度ＨＴを変化させながら、この加熱温度ＨＴを設定することがより好ましい。これにより、上述したような、液化ガスＧの温度Ｔを結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に維持する制御を、常時、安定して実施することができるので、より大きなエネルギー削減効果が得られる。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、第１温度計５で検出された加熱器８内の温度Ｔ１、及び、第２温度計６で検出された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づいて、加熱器８に印加する電流Ａを制御することにより、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２を、液化ガスＧの結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に保持するように、加熱器８による加熱温度ＨＴを設定する加熱器制御部４を備えた構成を採用している。即ち、加熱器８に印加する電流Ａを、加熱器８内の温度Ｔ１及び減圧後の液化ガスＧの温度Ｔ１に応じて、この減圧後の液化ガスＧを、供給経路において結露水による凍結が発生することの無い温度に加熱できるように制御することで、液化ガスＧの加熱温度ＨＴを、空調設備の有無や季節毎の温度変動等に左右されることなく、適切な温度に自動設定することが可能になる。従って、外部に供給する液化ガスＧの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、液化ガスＧによって凍結が発生するのを確実に防止することが可能になる。

また、本実施形態の液化ガス供給方法によれば、上記のように、加熱器８内の温度Ｔ１、及び、減圧弁９で減圧された液化ガスＧの温度Ｔ２に基づいて加熱器８による加熱温度ＨＴを設定しながら、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧを加熱することにより、液化ガスＧの温度Ｔ２を、この液化ガスＧの結露水凍結温度ＦＴよりも高い温度で一定に保持する方法を採用している。これにより、上記同様、液化ガスＧの加熱温度ＨＴを、供給経路において結露水による凍結が発生することの無い適切な温度で自動設定することが可能になる。従って、上記同様、液化ガスＧの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、液化ガスＧによって凍結が発生するのを確実に防止することが可能になる。

＜本発明の変形例＞
本発明の実施の形態について、図面を参照して上記のように説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を施すことが可能である。
例えば、本実施形態においては、さらに、ガス供給ライン３の経路中において複数の加熱器８を設けることで、ガス供給ライン３の長さ方向の部位毎に、それぞれ最適化された温度制御を行う構成を採用することも可能である。

また、本実施形態で説明する例においては、加熱器８による加熱温度制御を、加熱器８に印加する電流Ａを引き上げるか、あるいは引き下げることで行っているが、これには限定されず、例えば、加熱器８に印加するパルス電圧を制御することで行ってもよい。

また、本実施形態では、第２温度計６によって検出する温度を、ガス供給ライン３を流通する液化ガスＧの温度Ｔとしているが、これには限定されない。例えば、第２温度計６によって、ガス供給ライン３の表面、即ち、配管の表面の温度を検出し、この値を加熱器制御部４に送信して、加熱器８による液化ガスＧの加熱温度ＨＴの制御を行う構成としてもよい。このように、第２温度計６で測定する温度を、ガス供給ライン３の配管表面の温度とすることで、第２温度計６をシンプルな構造とすることができる。

例えば、ガス供給ライン３の配管表面の温度が、結露水凍結温度ＦＴよりも高ければ、ガス供給ライン３や減圧弁９等の周囲において結露水の凍結が発生することはない。このため、ガス供給ライン３の配管表面の温度を第２温度計６で検出して加熱器制御部４に送信し、加熱器８による液化ガスＧの加熱温度ＨＴの制御を行う場合であっても、液化ガスＧの温度Ｔ２を直接検出する場合と同様、液化ガスＧによって結露水の凍結が発生するのを確実に防止できる。

また、本実施形態では、ガスとして液化ガスＧを用い、液化ガス容器１を容器加熱部７によって加温することで、この液化ガス容器１内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させて液化ガスＧとし、ガス供給ライン３に送出する例を説明しているが、これには限定されない。本実施形態のガス供給装置及びガス供給方法は、例えば、ガスの種類やガス容器内の圧力に応じて、ガス容器を加温しない場合にも適用可能なものである。即ち、例えば、本実施形態のガス供給装置を用いて、圧縮ガス等を取り扱うことも可能である。また、上記のような液化ガスＧを用いる場合であっても、液化ガス容器１の内部圧力や流量が、需要（必要量）に対して十分な場合には、必ずしも液化ガス容器１を加熱する必要は無い。従って、液化ガス容器１を加熱するか否かは、液化ガスの種類や液化ガス容器１の内部圧力に応じて適宜判断すればよい。

なお、上記のような圧縮ガスとしては、例えば、ＳｉＨ_４、ＮＦ_３、ＣＦ_４等を挙げることができる。

本発明のガス供給装置及びガス供給方法は、ガスの加熱に過剰なエネルギーを消費することなく、且つ、ガスが供給過程で凍結するのを確実に防止できるものなので、例えば、半導体、液晶パネル、又は太陽光発電パネル等の製造に用いられる液化ガス、あるいは圧縮ガスを大量に供給する用途において非常に好適である。

１０…ガス供給装置
１…液化ガス容器（ガス容器）
１ａ…出口
２…容器弁
３…ガス供給ライン
３ａ…一端
３ｂ…他端
４…加熱器制御部
５…第１温度計（第１温度検出手段）
６…第２温度計（第２温度検出手段）
７…容器加熱部
８…加熱器
９…減圧弁
９ａ…一次側
９ｂ…二次側
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…通信線
Ｇ…液化ガス（ガス、気相）
Ａ…電流

Claims

ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させるとともに、前記気相部を昇圧してガス状とし、外部に向けて供給するガス供給装置であって、
前記ガス容器に一端側が接続され、前記ガスを外部に向けて供給するガス供給ラインと、
前記ガス供給ラインの経路中における前記ガス容器の出口側近傍に設けられ、前記ガス供給ラインを流通する前記ガスを加熱する加熱器と、
前記ガス供給ラインの経路中における前記加熱器よりも下流側に設けられ、前記ガスの圧力を減圧する減圧弁と、
前記加熱器に設けられ、該加熱器内の温度を検出する第１温度検出部と、
前記ガス供給ラインの経路中における前記減圧弁の二次側近傍に設けられ、前記減圧弁で減圧された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度を検出する第２温度検出部と、
前記第１温度検出部で検出された前記加熱器内の温度、及び、前記第２温度検出部で検出された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度に基づいて、前記減圧弁で減圧された前記ガスの温度を、前記ガスの結露水凍結温度よりも高い温度で一定に保持するように、前記加熱器による加熱温度を設定する加熱器制御部と、
を備えることを特徴とするガス供給装置。
前記加熱器制御部は、前記加熱器内の温度、及び／又は、前記減圧弁で減圧された前記ガスあるいは前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度の変化に応じて、常時、前記加熱器に印加する電流をＰＩＤ制御することにより、前記加熱器による加熱温度を変化させながら、該加熱温度を設定することを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
前記ガスが液化ガスであり、前記ガス容器を加温することで、前記ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス供給装置。
ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させるとともに、前記気相部を昇圧してガス状とし、外部に向けて供給するガス供給方法であって、
前記ガス容器においてガス状とされた前記ガスを、前記ガス容器に一端側が接続されたガス供給ラインによって外部に向けて供給するとともに、前記ガス供給ラインの経路中において、前記ガス容器の出口側近傍に設けられた加熱器内の温度、及び、該加熱器よりも下流側に設けられた減圧弁で減圧された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度を検出し、
前記加熱器内の温度、及び、前記減圧弁で減圧された前記ガス、あるいは、前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度に基づいて前記加熱器による加熱温度を設定しながら、前記ガス供給ラインを流通する前記ガスを加熱することにより、減圧後の前記ガスの温度を、該ガスの結露水凍結温度よりも高い温度で一定に保持することを特徴とするガス供給方法。
前記加熱器内の温度、及び／又は、前記減圧弁で減圧された前記ガスあるいは前記ガス供給ラインの表面の少なくとも何れかの温度の変化に応じて、常時、前記加熱器による加熱温度を変化させながら、該加熱温度を設定することを特徴とする請求項４に記載のガス供給方法。
前記ガスが液化ガスであり、前記ガス容器を加温することで、前記ガス容器内に収容された液相部を気化して気相部に相転移させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガス供給方法。