JPH0727297A - 高沸点不純物を実質的に含まないクライオジェンを供給するためのクライオジェンステーション - Google Patents

高沸点不純物を実質的に含まないクライオジェンを供給するためのクライオジェンステーション

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JPH0727297A
JPH0727297A JP6143344A JP14334494A JPH0727297A JP H0727297 A JPH0727297 A JP H0727297A JP 6143344 A JP6143344 A JP 6143344A JP 14334494 A JP14334494 A JP 14334494A JP H0727297 A JPH0727297 A JP H0727297A
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heat exchanger
tank
auxiliary tank
vapor
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ケヴィン・エル・シッファリング
Walter H Whitlock
ウォルター・エイチ・ウイットロック
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高沸点不純物を実質的に含有しな
いクライオジェンを供給するためのクライオジェンステ
ーションを提供する。 【構成】 本発明のクライオジェンステーションは断熱
メインタンクと補助タンクを含む。メインタンク中に貯
蔵され圧力生成回路によって加圧された液体クライオジ
ェンが、補助タンク中に送り込まれる。補助タンク中に
形成されたクライオジェン蒸気が外部熱交換器によって
周囲温度に加温され、次いで補助タンク内に配置された
内部熱交換器に再循環される。この内部熱交換器は補助
タンク中に送り込まれたクライオジェンの一部が気化し
てクライオジェン蒸気を形成し、そしてこのようなクラ
イオジェンの残部が補助タンク内にそのまま残されて、
高沸点不純物を固化状態にて実質的に保持するよう形づ
くられている。従ってクライオジェン蒸気は、生成物流
れとして供給されるときに不純物を実質的に含まない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高沸点不純物（例え
ば、二酸化炭素や水分）を実質的に含まないクライオジ
ェンを供給するためのクライオジェンステーションに関
する。さらに詳細には、本発明は、高沸点不純物が固化
状態にてクライオジェン中に実質的に保持され、クライ
オジェンの気化により形成されるクライオジェン蒸気が
これによって高沸点不純物を実質的に含有しなくなるよ
う、クライオジェンが平衡条件下にて補助タンク内で気
化される、というクライオジェンステーションに関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】種々
の業界において、高沸点不純物を含まないクライオジェ
ンガスを貯蔵・供給する必要性が叫ばれている。こうし
たニーズは、エレクトロニクス工業では特に大きい。エ
レクトロニクス工業においては、半導体デバイスの製造
に対して種々の超高純度大気ガスが使用されている。こ
のような超高純度大気ガスは、供給が必要となったとき
にクライオジェン蒸気として供給できるよう、クライオ
ジェンステーション内に液体クライオジェン状態で貯蔵
される。このようなクライオジェンステーションは、圧
力生成回路を有する断熱貯蔵タンクからなる。貯蔵タン
クの底部からの液体クライオジェンが、圧力生成回路の
圧力生成コイルにて気化され、そして貯蔵タンクを供給
圧力に加圧するために、引き続き貯蔵タンクのヘッドス
ペースに蒸気が導入される。ガス状生成物（最初は液体
クライオジェンの形態）が供給圧力にてタンクから周囲
温度熱交換器に供給され、これによって生成物が気化さ
れ、周囲温度に加温される。
【０００３】高沸点不純物〔すなわち、クライオジェン
の沸点より高い温度で沸騰する不純物（例えば、水分や
二酸化炭素）〕がクライオジェン中で最初に固化する
が、最終的にはクライオジェンとともに気化する。この
結果、生成物とともに不純物がタンクから供給される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、高沸点不純物
を実質的に含まないクライオジェンを供給するためのク
ライオジェンステーションを提供する。本明細書で使用
している“クライオジェン”とは、大気温度および大気
圧にて通常はガスであるような揮発性流体（例えば窒
素）を意味する。本明細書で使用している“高沸点不純
物”とは、クライオジェンの沸点より高い沸点を有する
不純物を意味する。
【０００５】本発明のクライオジェンステーションは、
上部ヘッドスペース区域がクライオジェン液体のレベル
より上に形成されるよう、液体としてのクライオジェン
で充填されるべく造られた断熱メインタンクを含む。前
記断熱メインタンクを供給圧力に加圧するための圧力生
成回路が、断熱メインタンクに連結されている。ある量
のクライオジェン液体が供給圧力の起動力（impetus）
の下で補助タンク中に送り込まれるよう、底部入口を有
する補助タンクが断熱メインタンクに連結されている。
前記補助タンクにはさらに、クライオジェン蒸気を排出
するための上部出口が設けられている。クライオジェン
蒸気を周囲温度に加温するための、補助タンクの上部出
口と連通関係にある少なくとも１つの外部熱交換器が設
けられている。少なくとも１つの内部熱交換器が補助タ
ンク内に配置されている。前記少なくとも１つの内部熱
交換器は、周囲熱交換器（ambient heat exchanger）と
連通関係にある入口導管と、クライオジェン蒸気を排出
するための、補助タンクを通って延びている排出導管と
を有する。
【０００６】前記少なくとも１つの内部熱交換器は、補
助タンク中に送り込まれたクライオジェン液体の量の一
部が気化してクライオジェン蒸気を形成し、そしてクラ
イオジェン液体の量の残部が補助タンク内に残されて、
高沸点不純物を固化状態にて実質的に保持するよう形づ
くられている。この結果、高沸点不純物を実質的に含ま
ないクライオジェン蒸気が補助タンクから排出される。
【０００７】図面を参照すると、クライオジェンステー
ション１０（都合上、超高純度の窒素を貯蔵するものと
して説明する）が示されている。当技術者には公知のこ
とであるが、クライオジェンステーション１０は、他の
物質をクライオジェン形態にて貯蔵するのに使用するこ
とができ、本発明は、液体窒素の貯蔵に限定されない。
例えば、クライオジェンステーション１０は、液体ヘリ
ウムや液化天然ガス等を貯蔵するのに使用することがで
きる。
【０００８】クライオジェンステーション１０は、真空
断熱１３で覆われた断熱メインタンク１２からなる。メ
インタンク１２は、上部ヘッドスペース区域１６が液体
窒素１４のレベルより上に形成されるよう液体窒素１４
で充填されるべく造られている。メインタンク１２には
さらに、底部出口１７が設けられている。底部出口１７
には、圧力生成コイル２０を使用した従来設計の圧力生
成回路１８が接続されている。液体窒素１４が圧力生成
回路１８に入り、そして気化される。この蒸気が上部ヘ
ッドスペース区域１６に導入されて、メインタンク１２
を供給圧力に加圧する。
【０００９】クライオジェンステーション１０はさら
に、メインタンク１２の上部ヘッドスペース区域１６内
に配置された補助タンク２２を含む。補助タンク２２
は、出口ライン２５からメインタンク１２の底部出口１
７のほうに延びている入口導管２４の形の底部入口を有
する。補助タンク１２にはさらに、クライオジェン蒸気
を排出するための上部出口ライン２６の形の上部出口が
設けられており、メインタンク１２を通って延びてい
る。実際の操作においては、液体窒素１４のある量が、
メインタンク１２の底部出口１７からの供給圧力の起動
力の下に、出口ライン２５と入口導管２４を介して補助
タンク２２中に送られる。このとき同時に、クライオジ
ェン蒸気が補助タンク２２の上部出口ライン２６から排
出される。
【００１０】クライオジェン蒸気を周囲温度に加熱する
ための外部熱交換器２８が出口ライン２６に接続されて
いる。内部熱交換器３０（補助タンク２２内に配置）に
は、メインタンク１２と補助タンク２２を通過して、外
部熱交換器２８と連結されている入口導管３２が取り付
けられている。必要に応じて、外部熱交換器２８と内部
熱交換器３０との間に電気ヒーター３３を配置してもよ
い。図示のように、内部熱交換器３０は、チューブ状の
コイルを垂直に配向させるよって形成することができ
る。内部熱交換器３０にはさらに、補助タンク２２とメ
インタンク１２を通過していて、クライオジェン蒸気を
排出するための排出導管３４が取り付けられている。
【００１１】内部熱交換器３０は、補助タンク２２中に
送り込まれる液体窒素１４の量の一部を気化させるに足
る表面積を有し、これによって液体窒素１４の量の残部
３６をそのまま残すよう、当業界によく知られた仕方で
設計される。補助タンク２２内で気化された液体窒素１
４の部分がクライオジェン蒸気を形成する。高沸点不純
物の一部が液体窒素とともに気化することがあるけれど
も、高沸点不純物は一般に液体窒素１４の残部３６中に
再固化し、液体窒素中に固化状態にて保持される。した
がって、排出導管３４から排出されるクライオジェン蒸
気は、高沸点不純物を実質的に含有しない。
【００１２】クライオジェン蒸気を周囲温度に加熱する
ために、そしてこれによって生成物流れを形成させるた
めに、さらに周囲熱交換器３８を設けてもよい。図示の
ように、周囲熱交換器３８は、内部熱交換器３０の排出
導管３４に連結されている。
【００１３】本発明が適用されるその使用状況によって
異なるが、２つの外部熱交換器２８と２つの内部熱交換
器３０を使用して熱交換の２回パスを行う必要がある。
このような場合、クライオジェン蒸気が１つの外部熱交
換器２８から１つの内部熱交換器３０へと流れ、そして
排出導管３４に排出されずに、引き続きもう１つの外部
熱交換器２８ともう１つの内部熱交換器３０を通過す
る。次いでクライオジェン蒸気が、このような他の熱交
換器３０から周囲熱交換器（例えば周囲熱交換器３８）
に排出される。
【００１４】言うまでもないが、補助タンク２２は、メ
インタンク１２の外側に配置された別個のタンクであっ
てもよい。このような場合、補助タンクはそれ自身の真
空断熱処置が施されていなければならない。このような
実施態様は、本発明にしたがってクライオジェンステー
ションを組み上げる際に複雑さが加わることになる。前
述したように、電気ヒーター３３はその使用が任意であ
る。しかしながら極めて低温の地域では、補助タンク２
２に供給される液体窒素１４の量の必要な気化を引き起
こすに足る熱を外部熱交換器２８に与えないことがあ
る。このような場合、電気ヒーター３３（好ましくは耐
候性の電気加熱パイプ）を組み込まなければならない。
図示してはいないが、堆積した固体不純物を補助タンク
２２から定期的に抜き取るために使用することのできる
液体抜き取りラインと制御弁を、補助タンク２２に装備
することもできる。
【００１５】好ましい実施態様に関して本発明を説明し
てきたが、当技術者にとっては、本発明の精神と範囲を
逸脱することなく、種々の付加形、変形、および改良形
が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクライオジェンステーションの概
略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォルター・エイチ・ウイットロック アメリカ合衆国ノース・カロライナ州チャ ペル・ヒル，フォーブッシュ・マウンテ ン・ドライブ 303

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 上部ヘッドスペース区域がクラ
    イオジェン液体のレベルより上に形成されるよう、液体
    としてのクライオジェンで充填されるべく造られた断熱
    メインタンク； （ｂ） 前記断熱メインタンクを供給圧力に加圧するた
    めの、前記断熱メインタンクに連結された圧力生成回
    路； （ｃ） ある量のクライオジェン液体が供給圧力の起動
    力の下で補助タンク中に送り込まれるよう、前記断熱メ
    インタンクに連結された底部入口と、クライオジェン蒸
    気を排出するための上部出口とを有する補助タンク； （ｄ） 前記クライオジェン蒸気を周囲温度に加温する
    ための、前記補助タンクの前記上部出口と連通関係にあ
    る少なくとも１つの外部熱交換器；および （ｅ） 前記補助タンク内に配置されていて、前記周囲
    熱交換器と連通関係にある入口導管と、クライオジェン
    蒸気を排出するための、補助タンクを通って延びている
    排出導管とを有する少なくとも１つの内部熱交換器、 このとき前記少なくとも１つの内部熱交換器は、補助タ
    ンク中に送り込まれたクライオジェン液体の量の一部が
    気化してクライオジェン蒸気を形成し、そしてクライオ
    ジェン液体の量の残部が補助タンク内に残されて、高沸
    点不純物を固化状態にて実質的に保持するよう形づくら
    れ、これによって補助タンクから排出されるクライオジ
    ェン蒸気は高沸点不純物を実質的に含有しなくなる；を
    含む、高沸点不純物を実質的に含まないクライオジェン
    を供給するためのクライオジェンステーション。
  2. 【請求項２】 前記補助タンクが前記メインタンクの上
    部ヘッドスペース区域内に配置されており；前記少なく
    とも１つの内部熱交換器の入口導管と排出導管が前記メ
    インタンクを通って延びており；そして前記補助タンク
    の上部出口が、前記メインタンクを通って前記少なくと
    も１つの外部熱交換器に連結されている上部出口ライン
    を含んでいる；請求項１記載のクライオジェンステーシ
    ョン。
  3. 【請求項３】 クライオジェン蒸気を周囲温度に再加熱
    するための、前記排出導管に連結された周囲熱交換器を
    さらに含む、請求項２記載のクライオジェンステーショ
    ン。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つの外部熱交換器と前
    記少なくとも１つの内部熱交換器との間に配置された、
    クライオジェン蒸気をさらに加熱するための電気ヒータ
    ー手段をさらに含む、請求項１、２、または３に記載の
    クライオジェンステーション。
JP6143344A 1993-07-07 1994-06-24 高沸点不純物を実質的に含まないクライオジェンを供給するためのクライオジェンステーション Pending JPH0727297A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US088454 1993-07-07
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