KR100441465B1 - 코팅시스템용가스주입장치 - Google Patents

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KR100441465B1
KR100441465B1 KR10-1998-0703158A KR19980703158A KR100441465B1 KR 100441465 B1 KR100441465 B1 KR 100441465B1 KR 19980703158 A KR19980703158 A KR 19980703158A KR 100441465 B1 KR100441465 B1 KR 100441465B1
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헬무트 뢸레
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아익스트론 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 공급 밸브(13)에 의해 폐쇄될 수 있는 공급 초크(10)를 통해 공급 라인(11)과 연결되어 있는 가스 저장실(5)를 포함하는 가스 주입 장치에 관한 것이다. 가스는 제어 밸브(6)와 공급 초크(4)를 통해 가스 저장실(5)에 공급될 수 있다. 제어 밸브(6)와 공급 밸브(13)는 외부로부터 가스 저장실을 폐쇄하기 때문에, 개폐하는 동안 압력은 거의 변화가 없다. 이러한 수단에 의해, 가스 저장실(5)의 압력은 정교하게 조절될 수 있으며, 가스 저장실(5)로부터 공급 라인(11) 안으로의 가스 흐름은 매우 정교하게 조절될 수 있다.

Description

코팅 시스템용 가스 주입 장치{GAS INLET DEVICE FOR A COATING SYSTEM}
이러한 형태의 가스 주입 장치는 독일 특허 공보 제 35 37 544 C1 에 개시되어 있다. 이러한 가스 주입 장치는 반응 가스에 각각 할당되어 있는 4방 밸브(four-way vavle)의 체인을 포함하고 있다. 4방 밸브에 의해 형성된 체인이 캐리어 가스가 연속하여 흘러 나오는 경로 채널을 형성하도록 각각의 4방 밸브는 각각 두 개의 연결부를 통해 서로 연결되어 있는데, 이러한 체인은 가스 주입 장치의 공급 챔버를 나타낸다. 경로 채널은 코팅될 물질을 수용하고 있는 반응 용기를 향해 개방되어 있다. 각각의 4방 밸브에 연결되어 있는 가스 저장실은 가스 저장실 라인을 통해 각각의 4방 밸브의 제 3연결부에 연결되어 있다. 4방 밸브의 제 4연결부는 배출 채널에 연결되어 있다. 경로 채널 내에 배치된 제 1밸브 플런저(valve plunger)는 경로 채널에서 가스 저장실 라인을 밀봉한다. 이러한 가스 저장실 라인은 푸시풀 방식(push-pull manner)으로 작동하는 제 2밸브 플런저에의해 배출 채널에서 밀봉된다.
공지된 가스 주입 장치는 가스상 적층성장(gas phase epitaxy) 또는 분자 비임 적층성장과 같은 공정에서 코팅용 반응 가스를 수용하는 반응 용기를 공급하는데 주로 적용된다. 반응 가스의 양과 시간을 고려하여 매우 정교하게 반응 용기내로 반응 가스를 공급하는 것은 매우 중요하다.
푸시-풀(push-pull) 방식으로 작동하는 제 1 및 제 2밸브 플런저는 가스 저장실로부터 경로 채널과 배출 채널 사이로 가스 흐름을 단지 개폐만시키기 때문에, 실제로 가스 저장실 라인 또는 가스 저장실에서는 어떠한 압력 변화도 일어나지 않는다. 더욱이, 경로 채널을 향해 있는 반응 가스 라인의 개구부는 제 1밸브 플런저에 의해 폐쇄될 수 있고, 경로 채널에 위치한 4방 밸브의 기구들이 캐리어 가스로 연속적으로 세척되기 때문에, 사부피(dead volume)에 기인한 개폐의 지체는 무시될 수 있다.
결과적으로, 이러한 가스 주입 장치는 실시간(real time)에 근접하여 매우 정교하게 반응 가스의 흐름의 개폐를 허용한다.
그렇지만, 공지된 가스 주입 장치의 한 단점은 가스 손실이 높다는 점이며, 이러한 가스 손실은, 제 1플런저가 경로 채널에 대항하여 가스 저장실 라인을 밀봉하는 경우 가스가 가스 라인에서 편향될 때 발생한다.
본 발명은 가스 저장실을 갖춘 코팅 시스템용 가스 주입 장치에 관한 것으로서, 가스 저장실이 공급 채널 기구를 통해 공급 챔버에 연결되어 있으며, 이러한 공급 채널 기구가 각각의 공급 밸브 기구에 의해 공급 챔버로부터 폐쇄될 수 있는 가스 주입 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 주입 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예와 비교하여 배출 밸브가 추가된 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 가스 주입 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 다수의 공급 밸브를 구비한 가스 주입 장치의 변형예를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 가스 주입 장치 2 : 공급 라인
3 : 제어 밸브 챔버 4 : 제어 초크
5 : 가스 저장실 7 : 제어 밸브 플런저
8 : 제어 밸브 벨로우즈 9 : 압력 측정기
10,29,30 : 공급 초크 11 : 공급 라인
13,27,28 : 공급 밸브 14,31,32 : 공급 밸브 플런저
15 : 공급 밸브 벨로우즈 19 : 배출 밸브
20 : 배출 초크 21 : 배출 챔버
22 : 배출 밸브 플런저
상술한 종래 기술의 단점에 근거하여, 본 발명의 목적은 공급 라인에 공급될 가스의 흐름을 매우 정교하게 개폐시킬 수 있고 가스를 유실시키지 않으면서 실시간에 근접할 수 있는 가스 주입 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 공급 채널 기구가 공급 초크 기구(supply choke arrangement)로서 구성되며, 가스 저장실 내의 압력이 압력 계기에 의해 측정되어 제어 초크 기구에 의해 조절되며, 이러한 제어 초크 기구는 가스원에 연결되어 있고, 압력 측정기에 의해 제어되는 제어 밸브 기구에 의해 외부로부터 폐쇄될 수 있는 가스 주입 장치를 제공함으로써 해결된다.
공급 밸브 기구의 공급 밸브와 제어 밸브 기구의 제어 밸브가 외부로부터 폐쇄되기 때문에, 가스 저장실의 부피는 제어 밸브와 공급 밸브의 개폐 과정에 의해 변화되지 않는다. 결과적으로, 가스 저장실 내의 가스 압력은 또한 제어 밸브 또는 공급 밸브를 작동시킴에 의해 감지가능할 정도로 변화되지 않는다. 이러한 방식에 의해, 가스 압력은 정밀한 압력 측정기와 조절 수단에 의해 매우 정밀하게 일정한 상태로 용이하게 유지될 수 있다. 따라서, 가스 저장실은 공급 밸브가 개방된 상태에서 공급 초크를 통해 공급 챔버에 즉시 연결되며, 가스 흐름은 매우 정교하게 조절된다. 더욱이, 사부피가 없기 때문에, 가스 흐름은 실제로 순간적으로 개폐될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각각의 공급 밸브에 할당된 공급 초크를 가지며 가스 저장실에 연결되어 있는 다수의 공급 밸브를 포함하는 공급 밸브 기구는 폐쇄될 수 있으며, 이에 의해 가스 저장실로부터 공급 챔버 내로 가스 흐름을 여러 가스 흐름값으로 설정하거나 단계별로 가스 흐름을 개폐시킬 수 있다.
이하에 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 명백하게설명한다.
도 1은 공급 라인을 통해 가스원(도시되지 않음)에 연결되어 있는 가스 주입장치(1)를 도시하고 있다. 반응 가스는 가스원으로부터 공급 라인(2)을 통해 제어 밸브 챔버(3)로 도달하게 되며, 여기서부터 제어 초크(4)를 통해 가스 저장실(5)로 흐르게 된다. 가스 저장실(5)과 접하지 않는 제어 초크(4)의 주입 개구부는 제어 밸브(6)의 일부분을 형성하며, 이는 제어 밸브 플런저(7)에 의해 폐쇄될 수 있다. 제어 밸브 플런저(7)는 그의 헤드부에 인접하여 있는 제어 밸브 벨로우즈(control valve bellows)(8)에 의해 외부와 밀폐되어 있으며, 이러한 제어 밸브 벨로우즈(8)의 대향 단부는 제어 밸브 챔버(3)의 벽에 부착되어 있다. 압력 측정기(9)는 가스 저장실(5) 내의 압력을 측정한다. 압력 측정기(9)에서 측정한 측정값은 압력 제어부(도시되지 않음)로 보내어지며, 압력 제어부는 측정된 압력값과 원하는 압력값을 비교한 후 제어 밸브(6)를 작동시킨다. 가스 저장실(5)은 공급 초크(10)를 통해 코팅 물질용 코팅 용기(도시되지 않음)로 이어져 있는 공급 라인(11)에 연결되어 있다. 캐리어 가스는 공급 라인(11)을 통해 화살표(12) 방향으로 흐른다. 공급 초크(10)는 공급 밸브(13)의 일부분을 형성하며, 공급 라인(11) 내에 배치되어 있는 공급 밸브 플런저(14)를 통해 폐쇄될 수 있다. 공급 밸브 플런저(14)는 그의 헤드부에 인접하여 있는 공급 밸브 벨로우즈(15)에 의해 외부로부터 밀폐되어 있으며, 이러한 공급 밸브 벨로우즈(15)의 대향 단부는 제어 밸브 챔버(3)의 벽에 부착되어 있다.
반응 가스는 가스원으로부터 제어 밸브 챔버(3)로 화살표(16) 방향으로 흐른다. 제어 밸브(6)에 대한 압력 조절은 가스 저장실(5) 내의 압력 측정값을 대응하는 원하는 값과 비교하여, 가스 저장실(5)의 압력이 원하는 값으로 유지되도록 작동력(17)을 가하여 제어 밸브(6)를 조절한다. 압력 조절을 신속하게 행할 수 있도록, 제어 초크(4)의 개구부는 공급 초크(10)의 개구부보다 크다. 통상적으로, 가스 분자에 의해 덮혀진 자유 거리의 면적이 가스 저장실(5)의 내부 면적의 영역 내에 놓이도록, 가스 저장실(5)의 압력은 10 내지 1000 밀리바아(millibar)의 범위를 가진다.
가스 저장실(5)과 공급라인(11)의 공통벽 부분 내의 개구부로 형성된 공급 초크(10)는 가스 저장실(5) 내의 압력에 비례하는 가스 흐름을 공급 라인(11)으로 흐르게 한다. 이후 공급 라인(11)으로 흐르는 가스는 캐리어 가스 흐름(12)을 통해 코팅 용기 방향으로 흐르게 된다. 가스 저장실(5) 내의 압력이 코팅 용기 내의 압력에 비해 두배 이상이 되는 한 비례성이 적용된다. 만일 가스 주입 장치(1), 특히 가스 저장실(5)의 온도가 일정하지 않다면, 가스 저장실(5)의 온도는 측정되어야만 하며, 가스 흐름에 영향을 주는 정방형의 형태가 고려되어야만 한다. 이는 지능 압력 조절부가 제어 밸브(6)를 작동시키기 위해 제공된다면 자동으로 일어날 수 있는데, 이러한 지능 압력 조절부는 공급 초크(10)에서 원하는 가스 흐름이 달성되도록 온도에 의존하는 가스 저장실(5) 내의 압력을 설정한다.
제어 밸브 플런저(7)와 공급 밸브 플런저(14)는 가스 주입 장치(1)의 작동을 위해 필수적으로 설치되어야 한다. 이러한 제어 밸브 플런저(7)와 공급 밸브 플런저(14)가 가스 저장실(5) 외측에 위치하기 때문에, 제어 밸브 플런저(7)와 공급 밸브 플런저(14)의 작동은 가스 저장실(5)의 부피를 변화시키지 못하며, 따라서 가스 저장실(5) 내의 압력을 변화시키지 못한다. 가스 저장실(5) 내에서의 압력의 변화가 작기 때문에, 가스 저장실(5) 내의 압력은 매우 정확하게 측정될 수 있다. 예컨대, 커패시턴스 압력 센서가 압력 측정기(9)로서 적용될 수 있으며, 가스 저장실(5) 내의 압력과 연관된 센서의 용량값이 측정 브리지에 의해 측정될 수 있다. 가스 저장실(5) 내에서의 압력 변동과 커패시턴스 압력 센서의 용량값의 변동이 작기 때문에, 용량값의 매우 작은 변화를 상대적으로 큰 전압 신호로 변환시키며 매우 큰 증폭값을 갖는 측정 증폭기가 측정 브리지에 연결되어, 가스 저장실(5) 내의 압력을 매우 정밀하게 조절할 수 있도록 한다.
더욱이, 공급 밸브(13)를 폐쇄한 후에는 사부피를 비워지거나 재충진될 필요성이 없으며, 공급 밸브(130를 개방한 후에는 원하는 흐름이 즉시 달성된다. 따라서, 가스 흐름은 공급 초크(10)와 공급 밸브 플런저(14)의 도움으로 즉시 중단되고 진행될 수 있다. 공급 라인(11)의 내면과 접촉하는 공급 밸브 벨로우즈(15)의 표면은 또한 단점이 될 수 없는데, 이는 공급 라인(11)에서 흐르는 캐리어 가스가 연속적으로 벨로우즈(15)의 표면을 자유롭게 세척해주기 때문이다.
도 2는 가스 주입 장치(1)의 변형된 바람직한 실시예를 도시하고 있는데, 여기서는 배출 밸브(19)가 추가되어 있다. 배출 밸브(19)는 가스 저장실(5)의 벽의 개구부로 형성된 배출 초크(20)가 제공되어 있다. 배출 초크(20)는 배출 챔버(21)에서 종단된다. 배출 밸브 플런저(22)는 배출 챔버(21) 내에 위치되어 있는데, 배출 밸브 플런저(22)는 작동력(23)에 의해 배출 초크(20)의 개구부를 폐쇄할 수 있다. 배출 밸브 플런저(22)는 그의 헤드부에 부착되어 있는 배출 밸브 벨로우즈(24)에 의해 외부로부터 밀폐되어 있으며, 배출 밸브 벨로우즈(24)의 대향하는 단부는 배출 챔버(21)의 벽에 부착되어 있다.
배출 밸브(19)는 높은 가스 흐름으로부터 낮은 가스 흐름으로 신속하게 변화되도록 한다. 배출 밸브(19)에 의해, 가스 저장실(5)에 수용된 반응 가스는 배출 라인(25)을 통해 화살표(26) 방향으로 배출될 수 있다. 이후, 가스 흐름을 낮추어야 한다면, 배출 밸브(19)는 공급 밸브(13)의 작동 상태와 무관하게 개방된다. 결과적으로, 가스의 손실은 무시할 수 있을 정도로 작다.
도 3은 가스 주입 장치(1)의 다른 바람직한 실시예를 도시하고 있는데, 여기서는 제 1 및 제 2공급 초크(29,30)와 제 1 및 제 2공급 밸브 플런저(31,32)를 구비한 제 1공급 밸브(27) 및 제 2공급 밸브(28)가 공급 라인(11)을 따라 제공되어 있다. 제 1 및 제 2공급 밸브 플런저(31,32)는 공급 밸브 벨로우즈(33,34)에 의해 각각 외부와 밀폐되어 있다. 제 1공급 밸브(27)와 제 2공급 밸브(28)은 제 1작동력(35)과 제 2작동력(36)에 의해 폐쇄될 수 있다. 공급 밸브(27,28) 모두의 개구부에 의해, 또는 두 공급 밸브(27,28)의 개구부 중 어느 하나의 개구부에 의해 다른 흐름값을 가질 수 있도록, 제 1공급 초크(29)와 제 2공급 초크(30)의 개구부는 다른 크기로 선택될 수 있다.
제어 초크(4)의 개구부, 배출 초크(20)의 개구부, 및 공급 초크(10,29,30)의 개구부는 가스 저장실(5)의 기본 몸체 내로 나사결합될 수 있는 셔터(shutter)에 의해 얻어질 수 있는데, 제어 밸브(6), 배출 밸브(19), 및 공급 밸브(13,27,28)에 이를 적용함으로써 다른 흐름값을 얻을 수 있다. 만일 제어 밸브 플런저(7), 배출 밸브 플런저(22), 제어 밸브 벨로우즈(8)와 연결되어 있는 공급 밸브플런저(14,31,32), 배출 밸브 벨로우즈(24), 및 공급 밸브 벨로우즈(15,33,34)가 교체되어야 하는 경우에 초크 셔터들이 용이하게 외부로부터 접근가능하도록 스크류 결합으로 구성된다면 또한 유용하다.
더욱이, 공급 초크와 같은 역할을 하는 여러 크기를 갖는 다수의 개구부를 제공하는 것이 가능하다. 제 1공급 초크는 F의 흐름이 제 1공급 초크에 의해 생성될 수 있는 면적을 가져야 한다. 제 2공급 초크는 2F의 흐름을 전달하고, 제 3공급 초크는 4F의 흐름을 전달한다. 이러한 공급 초크 기구는 OF 내지 7F 사이의 8개의 흐름값을 단계별로 설정할 수 있다.

Claims (11)

  1. 공급 채널 기구를 통해 공급 챔버(11)에 연결되어 있는 가스 저장실(5)이 제공되어 있으며, 상기 공급 채널 기구가 각각의 공급 밸브 기구(14,15,31,32,34)에 의해 상기 공급 챔버(11)로부터 폐쇄될 수 있는 코팅 시스템용 가스 주입 장치에 있어서,
    상기 공급 채널 기구는 공급 초크 기구(10,29,30)로서 구성되며, 상기 가스 저장실(5) 내의 가스 압력은 가스 측정기(9) 및 제어 초크 기구(14)에 의해 조절되며, 상기 가스 측정기(9)는 상기 가스 저장실(5) 내의 가스 압력을 측정하고, 상기 제어 초크 기구(4)는 가스원에 연결되어 있으며 상기 압력 측정기(9)에 의해 제어되는 제어 밸브 기구(7,8)에 의해 외부로부터 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공급 초크 기구(10,29,30)는 상기 공급 챔버(11)와 상기 가스 저장실(5)의 공통벽에 형성되어 있는 하나 이상의 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어 초크 기구(4)는 상기 가스 저장실(5)의 벽에 형성된 하나 이상의 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어 초크 기구(4)의 개구부의 전체 단면은 상기 공급 초크 기구(10,29,30)의 개구부의 전체 단면 보다 큰 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 가스 저장실(5)에는 배출 초크 기구(20)가 제공되어 있으며, 상기 배출 초크 기구(20)에는 상기 가스 저장실(5)의 벽에 형성된 하나 이상의 개구부가 제공되어 있으며, 배출 밸브 기구(22,24)에 의해 외부로부터 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공급 밸브 기구에는 각각의 공급 초크(10,29,30)의 개구부를 폐쇄시킬 수 있는 하나 이상의 공급 밸브 플런저(14,31,32)가 제공되어 있으며, 상기 공급 밸브 플런저(14,31,32)는 상기 공급 밸브 플런저(14,31,32)의 헤드부에 일단부가 부착되고 상기 공급 챔버(11)의 벽에 대향 단부가 부착되어 있는 공급 밸브 벨로우즈(15,33,34)에 의해 외부와 밀폐되는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어 밸브 기구에는 상기 각각의 제어 초크(4)의 외부 유입 개구부를 폐쇄시킬 수 있는 하나 이상의 제어 밸브 플런저(7)가 제공되어 있으며, 상기 제어 밸브 플런저(7)는, 상기 제어 밸브 플런저(7)의 헤드부에 인접하고 대향 단부가 공급 라인(2)의 벽에 부착되어 있는 제어 밸브 벨로우즈(8)에 의해 외부와 밀폐되는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  8. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 배출 밸브 기구에는 각각의 배출 초크(20)의 외부 개구부를 폐쇄시킬 수 있는 하나 이상의 배출 밸브 플런저(22)가 제공되어 있으며, 상기 배출 밸브 플런저(22)는, 상기 배출 밸브 플런저(22)의 헤드부에 인접하고 대향 단부가 배출 라인(25)의 벽에 부착되어 있는 배출 밸브 벨로우즈(24)에 의해 외부와 밀폐되는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 압력 측정기(9)는 조절 수단을 통해 상기 제어 밸브 기구(7,8)를 조절하는 정전 용량 압력 센서인 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 온도 측정 센서는 상기 가스 저장실(5)의 온도를 측정하고, 그의 출력 신호를 상기 조절 수단으로 보내며, 상기 조절 수단은, 상기 가스 저장실(5) 내의 온도에 따라 상기 가스 저장실(5) 내의 압력을 설정함으로써 상기 공급 챔버(11) 안으로 일정한 가스 흐름이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 가스 저장실(5) 내의 압력을 상기 공급 챔버 내의 압력의 두배 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는가스 주입 장치.
KR10-1998-0703158A 1995-11-02 1996-11-01 코팅시스템용가스주입장치 KR100441465B1 (ko)

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DE19540771A DE19540771A1 (de) 1995-11-02 1995-11-02 Gaseinlaßvorrichtung für eine Beschichtungsanlage
DE19540771.7 1995-11-02

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