KR100815458B1 - 진공 단열 밸브 - Google Patents

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KR100815458B1
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쯔토무 시노하라
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노부카주 이케다
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코지 카와다
토시로 나리아이
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가부시키가이샤 후지킨
다다히로 오미
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Abstract

본 발명은, 가스의 공급계나 가스의 배기계 안에서 고온상태에서 사용할 수 있고, 또한 우수한 단열 성능에 의해 대폭적인 소형, 콤팩트화를 가능하게 한 진공 단열 밸브를 제공하는 것이다. 밸브 본체와 액추에이터를 구비한 밸브와, 그 밸브를 격납하는 진공 단열 상자로 형성한 진공 단열 밸브에 있어서, 상기 진공 단열 상자(S)를, 측면에 통형상의 진공 단열 배관 수용부(J)를 구비하고 또한 상면을 개방한 각이 진 형태의 하부 진공 재킷(S5)과, 그 하부 진공 재킷(S5)에 상방으로부터 기밀하게 끼워 맞춰지고 또한 하면을 개방한 각이 진 형태의 상부 진공 재킷(S4)으로 형성한다.

Description

진공 단열 밸브{VACUUM HEAT INSULATION VALVE}
본 발명은, 주로 반도체 제조장치나 화학 관계 플랜트 등에 있어서의 가스 공급계나 가스 배기계의 배관로 안에서 사용하는 진공 단열 밸브의 개량에 관한 것이다.
액화가스를 기화시켜 공급하는 가스 공급계에 있어서는, 종전부터 공급 가스가 배관로 내에서 재응축되는 것을 방지하기 위하여, 배관로를 소정 온도 이상으로 가열하는 것이 행해지고 있다. 마찬가지로, 반도체 제조장치나 플라즈마 발생장치 등의 가스 배기계에 있어서도, 배기가스의 관로 내에 있어서의 가스의 응축을 방지하기 위하여, 배관로나 배관로에 끼워 설치한 밸브장치 등의 가열이 행해지고 있다.
예컨대, 반도체 제조장치의 프로세스 쳄버는, 쳄버의 내압이 프로세스의 종류에 따라 10-4~102torr정도의 진공으로 유지되어 있고, 쳄버의 배기측은 진공펌프에 의해 연속적으로 배기되어 있다.
한편, 쳄버 내에서는, 각종 부식성 가스나 유해성 가스를 이용하여 필요한 처리가 행해지고 있기 때문에, 배기계 내를 유통하는 배기가스 내에는, 많은 부식 성 가스 등이 포함되게 된다.
그 때문에, 프로세스 쳄버의 배기계에서는, 그 관로나 밸브 유닛을 가열함으로써 부식성 가스 등의 응축을 방지하고, 이것에 의해 배기계를 구성하는 각 기기의 부식을 방지하도록 하고 있다. 왜냐하면, 부식성 가스가 응축해서 액화되면, 부식 작용이 대폭적으로 증가하기 때문이다.
또한, 반도체 제조장치에서는, 프로세스 쳄버의 배기계를 포함해서 장치 전체의 보다 한층의 소형화가 강하게 요청되고 있다. 그 때문에, 프로세스 쳄버의 진공 배기계에 있어서도, 배기용 관로의 세경화나 진공 배기 펌프의 소형화, 사용하는 밸브류의 소형화 등이 강하게 요구되고 있다. 그리고, 이들의 요청에 대응하기 위해 각종의 연구를 거듭하고 있고, 특히 진공 배기계에서는, 단열 성능을 더욱 높임으로써 관로나 밸브류의 한층의 소형화를 도모하는 노력이 거듭되고 있다.
그런데, 반도체 제조장치 등의 진공 배기계의 관로에 대해서는, 진공 단열 배관의 채용에 의해 초기의 목적은 거의 달성된 경지에 도달되어 있다.
그러나, 진공 배기계를 구성하는 밸브 유닛에 대해서는, 아직 여러가지 문제가 남겨져 있고, 단열성이나 소형화 및 에너지절약 등의 점에 많은 문제가 존재한다.
또한, 여기서는 반도체 제조장치의 진공 배기계를 예로 들어서 문제점을 설명하고 있지만, 이들의 문제는, 상류측의 가스 공급계나 다른 화학장치 등의 가스 공급계나 가스 배기계에도 공통되는 문제인 것은 물론이다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는, 반도체 제조장치 등의 가스 공급계나 배기계를 예로 해서, 그 문제점 등 을 설명한다.
종전부터, 반도체 제조장치 등에서는, 밸브 그 자체의 소형화 및 콤팩트화를 도모하기 위하여, 도 17 내지 도 20과 같은 구성의 소위 유닛화된 밸브(V)가 많이 이용되고 있다. 그리고, 예컨대 도 17 및 도 18의 유닛화된 밸브(V)는, 가로폭 150~500㎜, 높이 130~150㎜, 깊이 80~100㎜의 외형 치수를 갖고 있다.
즉, 이 밸브(V)는, 복수의 밸브 본체(V10,V20…)를 조합하여 형성한 밸브 유닛 본체(V1)와, 각 밸브 본체(V10,V20…)에 각각 설치한 액추에이터(D)로 형성되어 있고, 단위로 되는 밸브 그 자체는, 밸브 본체(V10)와 액추에이터(D)로 형성된 메탈 다이어프램형 밸브이다.
또한, 상기 밸브(V)는, 내부를 유통하는 부식성 가스의 응축을 방지하기 위하여, 히터(도시 생략)에 의해 통상 약 150℃의 온도로 가열되어 있다.
그런데, 이 가열된 밸브(V)는, 매우 콤팩트한 구조로서, 외부로부터 사람의 손으로 만질 수 있을 정도의 온도(약 40℃) 이하로 유지되어 있고, 또한, 열기가 외부로 직접적으로 누설되지 않도록 단열되어 있을 필요가 있다.
그러나, 락울 단열재 등을 사용하여 단열을 한 경우에는, 필요한 울 두께가, 편측에만 30~50㎜로 되어, 콤팩트화의 요청에 따르는 것이 곤란하였다.
마찬가지로, 밸브(V)를 2중벽구조의 공기단열식 상자체(내벽면에 복사 전열을 억제하기 위한 은 도금층을 구비하고, 공기층 두께를 10㎜로 한 것)로 둘러싸는 구조의 단열로 한 경우에도, 공기층의 대류에 의한 열전도 때문에, 단열 상자의 외 표면 온도를 약 40℃ 이하로 저감시키는 것이 곤란하였다.
그래서, 본원 발명자들은, 우선, 진공 단열을 이용한 도 21과 같은 진공 단열 상자(S)를 이용하고, 이 진공 단열 상자(S) 내에 밸브(V)의 밸브 유닛 본체(V1)를 수용하도록 한 진공 단열 밸브를 개발했다. 그러나, 도 21의 진공 단열 밸브에 있어서는, 외부표면온도(중앙부의 액추에이터의 표면온도)가, 어떻게 해도 규정 온도(40℃) 이상으로 되어, 실용화가 곤란한 것이 판명했다.
그 때문에, 본원 발명자들은, 도 22~도 25에 나타나 있는 바와 같이, 3개의 진공 재킷(S1,S2,S3)의 조합으로 이루어지는 진공 단열 상자(S)를 형성하고, 이것을 이용하여 각종의 단열 시험을 실시했다.
또한, 도 22~도 25에 있어서, 진공 단열 상자(S)를 제1, 제2, 제3의 세개의 진공 재킷(S1,S2,S3)으로 나눈 것은, 진공 단열 배관 수용부(J)의 형성 가공을 용이한 것으로 하는 것 및 고체 전열 거리를 길게 하는 것이, 그 주된 이유이다.
또한, 도 22~도 25에 있어서, K은 실리콘 스펀지제 단열층(두께t=2㎜), H는 가열용 면상 히터, G은 게터 케이스, J는 진공 단열 배관 수용부, O는 셧오프 밸브(shut-off valve), Q는 케이블 취출구, OUT 및 IN은 온도 측정점이다.
또한, 도 22~도 25에 있어서는, 진공 재킷(S1,S2,S3)을 구성하는 금속판재로서 두께 2㎜의 스테인레스강판이 이용되고 있다. 또한, 진공 재킷(S1,S2,S3)의 내벽면의 전체면에는, 무전해 Ag도금이 실시되어 있고, 이 은 도금층에는, 복사율을 향 상시키기 위해, 550℃×2hr의 진공 가열 처리가 행해져 있다.
도 25에는, 상기 도 22~도 24에 기재되어 있는 각 측온점 IN 및 OUT과는 별도로 설치한 측온점의 위치가 나타내어져 있다. 또한, 도 26 및 도 27은, 제1진공 재킷(S1) 및 제2진공 재킷(S2)의 각 측온점에 있어서의 온도계측결과를 나타내는 것이다.
한편, 진공 단열 상자(S)의 단열 성능은, 진공 단열 상자(S) 내를 소정 온도로 유지하기 위해 필요한 전력을 대비함으로써, 표시할 수 있다.
본원 발명자들은 우선, 면상 히터(H)(100Vㆍ200Wㆍ50Ω×2장)로의 인가 전압을 조정 가능하게 하고, 밸브 유닛 본체(V1)의 온도가 150℃로 평형했을 때(가열 개시후 약 3시간)의 소비전력을, 진공 단열 상자(S)를 삽입 장착했을 때와 진공 단열 상자(S)를 삽입 장착하지 않을 때의 각각에 대해서 측정했다.
그 결과, 진공 단열 상자(S)를 삽입 장착했을 때의 입력 전력이 81W(45V에 있어서, 150℃로 안정, 따라서 입력 전력(W)=452/50×2=81W)인 것에 대해서, 진공 단열 상자(S)를 삽입 장착하지 않는 경우에는 213W(73V에 있어서, 150℃로 안정, 따라서 입력W=732/50×2=213W)로 되었다. 그 결과로부터, 진공 단열 상자(S)의 단열성에 의해서, 입력 전력을 81/213으로 감소시킬 수 있는 것이 판명되었다.
또한, 상기 진공 단열 상자(S)의 단열성을 추정하는 소비전력(W)의 산정은, 면상 히터(H)에 전력을 공급하는 온조기의 릴레이의 작동 시간 및 작동 전압으로부 터 산정하는 것도 가능하다. 왜냐하면, 면상 히터(H)에의 공급 전력은, 온조기 릴레이의 출력전압에 비례하기 때문에, 온조기 릴레이의 출력전압과 출력 시간을 오실로그램에 의해 측정함과 아울러, 오실로그램의 피크 면적의 적산 기능을 이용하여 피크 면적(피크 적산값)을 구함으로써, 면상 히터(H)에의 공급 전력을 구할 수 있다.
즉, 상기 피크 면적(피크 적산값)=출력전압×출력 시간의 관계에 있기 때문에, 출력 시간=피크 적산값/출력전압으로 되고, 출력%=출력 시간×100/측정 시간=피크 적산값×100/(측정 시간×출력전압)으로 하여 구해진다.
예컨대, 지금, 온조기 릴레이의 출력전압을 12V, 측정 시간을 50sec로 하면, 출력%=피크 적산값×100/(12×50)=피크 적산값/6으로 하여 구할 수 있다.
시험의 결과에 의하면, 진공 단열 상자(S)를 삽입 장착했을 때의 밸브 유닛 본체(V1)의 온도가 150℃로 안정된 상태에 있어서의 오실로그램의 피크 적산값(5점평균)은, 평균하여 119.0(Vㆍsec)이었다. 따라서, 이 때의 출력%는 119/6=19.83%로 되고, 면상 히터(H)의 정격 용량이 400W이기 때문에, 면상 히터(H)의 출력은 400×19.83%=79.3W로 된다.
또한, 진공 단열 상자(S)를 떼어냈을 때의 밸브 유닛 본체(V1)의 온도가 150℃로 안정된 상태에 있어서의 오실로그램상의 피크 적산값(5점평균)은, 331.6(vㆍsec)이었다. 따라서, 이 때의 출력%는 331.6/6=55.27%로 되고, 면상 히터(H)의 출력은 400W×55.27%=221.1W로 된다.
상기 인가 전압의 조정에 의해 구한 입력 전력비(진공 단열 상자를 이용한 경우/진공 단열 상자 없음=81/213)와, 오실로그램상의 피크 적산값으로부터 구한 출력 전력비(79.3/221.1)를 대비했을 때, 양자간에 거의 차이가 없는 것을 알았다.
또한, 진공 단열 상자(S)의 단열 성능의 측정은, 전자의 면상 히터(H)로의 입력전압의 조정에 의한 방법의 경우쪽이 보다 간단하기 때문에, 본 발명의 실시예에 있어서는, 상기 입력전압의 조정에 의한 방법에 의해 진공 단열 특성의 확인 시험을 행하는 것으로 한다.
상기 도 22~도 25에 나타낸 3개의 진공 재킷(S1,S2,S3)의 조합에 따른 진공 단열 상자(S)를 이용한 경우에는, 면상 히터(H)로의 입력 전력으로 나타낸 단열 성능이 81/213이며, 충분한 단열 성능이 얻어지지 않는다는 문제가 있다.
또한, 상기 도 22~도 25의 진공 단열 상자(S)에서는 3개의 세그먼트의 조합구조로 하고 있기 때문에, 고체 전열에 의한 열전도가 커져, 단열성이 저하된다는 난점이 있다.
또한, 상기 도 22~도 25의 진공 단열 상자(S)에 있어서는, 기계적인 강도라는 점 때문에 두께 2㎜의 스테인레스강을 사용하고 있기 때문에, 고체 전열에 의한 열전도가 상대적으로 높게 된다는 난점이 있다.
특허문헌1 : 일본 특허공개 소61-262295호 공보
본 발명은, 앞에 본원 발명자들이 기초적인 개발을 행한 도 22~도 25와 같이 진공 단열 상자(S)에 있어서의 상술한 바와 같은 문제, 즉 (a) 충분한 단열 성능이 얻어지지 않는 것, 및 (b) 3개의 세그먼트를 조합시키고 있기 때문에, 고체 전열에 의한 단열성의 저하가 커지는 것 등의 문제를 해결하는 것을 발명의 주된 목적으로 하는 것이며, 진공 재킷의 세그먼트를 2개로 하여 단열 성능을 보다 높인 재킷형 진공 단열 상자(S)와, 밸브(V)의 조합으로 이루어지는 소형이며 또한 높은 진공 단열 성능을 구비한 진공 단열 밸브를 제공하는 것이다.
청구항1의 발명은, 밸브 본체와 액추에이터(D)를 구비한 밸브(V)와, 그 밸브(V)를 격납하는 진공 단열 상자(S)로 형성한 진공 단열 밸브에 있어서, 상기 진공 단열 상자(S)를, 측면에 통형상의 진공 단열 배관 수용부(J)를 구비하고 또한 상면을 개방한 각이 진 형태의 하부 진공 재킷(S5)과, 그 하부 진공 재킷(S5)에 상방으로부터 끼워 맞춰지고 또한 하면을 개방한 각이 진 형태의 상부 진공 재킷(S4)으로 형성하고, 상기 하부 진공 재킷(S5)의 상단부의 내벽(8b) 및 외벽(8a')을 내측으로 플랜지상으로 절곡하여 접합함으로써 접합부(2d')를 형성함과 아울러, 상기 하부 진공 재킷(S5)의 측부의 외벽의 높이방향의 중간부를 외방으로 플랜지상으로 절곡하여 접합함으로써 접합부(2d)를 형성하고, 또한, 상기 상부 진공 재킷(S4)의 하단부의 내벽(7b) 및 외벽(7a)을 외방으로 플랜지상으로 절곡하여 접합함으로써 접합부(2c)를 형성함과 아울러, 상기 하부 진공 재킷(S5)의 진공 단열측벽의 외방에 상부 진공 재킷(S4)의 진공 단열측벽을 위치시켜서 양자를 조합하고, 상기 상부 진공 재킷(S4)의 하단부의 접합부(2c)와 하부 진공 재킷(S5)의 외벽측의 접합부(2d) 사이에는 단열재층(K)이 배치되고, 또한, 상부 진공 재킷(S4)의 천정부 내벽(7b)과 하부 진공 재킷(S5)의 상단부의 접합부(2d') 사이에는 단열재층(K)이 배치되어, 상기 상부 진공 재킷(S4)과 상기 하부 진공 재킷(S5)을 끼워 맞추는 구성으로 한 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.
청구항2의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 밸브(V)는, 복수개의 밸브의 밸브 본체(V10, V20, V30)를 일체적으로 연결하여 이루어지는 밸브 유닛 본체(V1)를 구비한 것이다.
청구항3의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 밸브 본체에 가열용 히터(H)를 설치함과 아울러 상기 가열용 히터(H)를 밸브 본체에 고정한 면상 히터로 한 것이다.
청구항4의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 밸브 본체를, 외측 표면에 면상의 가열용 히터(H)를 고정함과 아울러 그 안쪽부에 밸브시트 및 밸브 시트부를 갖는 구성으로 한 것이다.
청구항5의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 단열재층(K)을 실리콘 스펀지제로 한 것이다.
청구항6의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 상부 진공 재킷(S4)의 외벽(7a)의 두께를 2㎜로, 또한 그 내벽(7b)의 두께를 1.5㎜로 함과 아울러, 하부 진공 재킷(S5)의 내벽(8b)의 두께를 2㎜로, 그 외벽(8a)의 하방부의 두께를 2㎜로 및 외벽(8a)의 측벽 상방의 두께(8a')를 1.5㎜로 하고, 또한 그 재질을 스테인레스강제로 하도록 한 것이다. 이 두께에 의해, 진공시의 평판의 변형이 방지된다.
청구항7의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 하부 진공 재킷(S5)의 측부에 설치한 진공 단열 배관 수용부(J)를, 두께 1.2㎜의 스테인레스강판으로 이루어지는 길이 50㎜~150㎜의 원통형의 진공 재킷으로 함과 아울러, 외방으로부터 상기 진공 단열 배관 수용부(J) 내로 삽입하는 진공 단열 배관(3)의 선단부(3a)의 일단 또는 양단의 외주면에 단열재제 O링(4aㆍ4b)을 삽입 장착하고, 진공 단열 배관 수용부(J)와의 사이에서 상기 단열재제 O링(4aㆍ4b)을 끼워 부착하는 구성으로 한 것이다.
청구항8의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 마주보는 형상으로 조합시킨 상ㆍ하 진공 재킷(S4,S5)의 측벽의 플랜지상의 각 접합부(2c,2d)를 복수의 협압(挾壓) 클립(5)에 의해 적절한 간격으로 협압하는 구성으로 한 것이다.
청구항9의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 진공 단열 상자(S)의 측벽의 상ㆍ하 양 진공 재킷(S4,S5)의 조합 중합부(W)의 높이 치수를 100㎜ 이상으로 하도록 한 것이다.
청구항10의 발명은, 청구항1의 발명에 있어서, 상ㆍ하 양 진공 재킷(S4,S5)의 진공 단열 공간(2a,2b,2b')의 내벽면에 도금 후 열처리를 실시하도록 한 것이다.
<발명의 효과>
본 발명에 있어서는, 진공 단열 상자(S)를 상ㆍ하 양 진공 재킷(S4,S5)의 조합으로 형성함과 아울러, 양자의 조합 중합부(W)의 길이 치수를 진공 단열 상자(S)의 높이 치수의 대략 절반정도 이상(약 100㎜ 이상)으로 함과 아울러, 양 진공 재킷(S4,S5)의 상기 중합부(W)를 형성하는 한쪽의 벽재(7b,8a')의 두께를 다른 부분의 벽재의 두께보다 얇게 하고 있으므로, 고체 전열량이 대폭적으로 감소하고, 이것에 의해 진공 단열성이 대폭적으로 향상된다.
또한, 본원 발명에 있어서는, 실리콘 스펀지제 단열재층(K)을 이용하여, 양 진공 재킷(S4,S5)의 조합 중합부의 기밀성의 향상과 고체 전열의 감소를 도모함과 아울러 양 진공 재킷(S4,S5)의 단부 등에 접합부(2c,2d,2d')를 각각 형성하는 구성하고 있기 때문에, 진공 단열 상자(S) 내부로부터의 열기 누설도 전혀 없게 되고, 보다 높은 단열 성능이 얻어진다.
또한, 본원 발명에서는, 밸브 유닛 본체(V1)를 이용함과 아울러, 상기 밸브 유닛 본체(V1)를 면상 히터(H)로 가열하도록 하고 있으므로, 밸브 유닛 본체(V1) 내에서 가스의 응축이 생길 우려는 전혀 없고, 소형이며 콤팩트한 진공 단열 밸브를 저렴하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 단열 밸브의 일부를 파단한 정면도이다.
도 2는 도 1의 좌측면도이다.
도 3은 도 1의 우측면도이다.
도 4는 도 1의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진공 단열 밸브를 형성하는 진공 단열 상자의 사면도이다.
도 6은 상부 진공 단열 재킷과 하부 진공 단열 재킷의 조합부분의 부분 확대 단면도이다.
도 7은 하부 진공 단열 재킷의 조인트부와 진공 단열 배관부의 접합부분을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 진공 단열 밸브의 단열 성능 시험에 있어서의 측정점의 위치를 나타내는 것이다(정면도).
도 9는 본 발명에 따른 진공 단열 밸브의 단열 성능 시험에 있어서의 측정점의 위치를 나타내는 것이다(좌측면도).
도 10은 본 발명에 따른 진공 단열 밸브의 단열 성능 시험에 있어서의 측정점의 위치를 나타내는 것이다(평면도).
도 11은 본 발명에 따른 진공 단열 밸브의 단열 성능 시험에 있어서의 측정점의 위치를 나타내는 것이다(좌측면도).
도 12는 밸브 유닛 본체(V1)의 온도를 150℃로 했을 때의 각 측정점의 온도분포를 나타내는 곡선이다.
도 13은 각 측정점의 온도와 재킷 접합부로부터의 거리의 관계를 나타내는 선도이다(상부 재킷).
도 14는 각 측정점의 온도와 재킷 접합부로부터의 거리의 관계를 나타내는 선도이다(하부 재킷).
도 15는 상부 재킷과 하부 재킷의 접합부를 나타내는 단면도이다.
도 16은 조인트부의 다른 예를 나타내는 부분단면도이다.
도 17은 본 발명을 형성하는 유닛 밸브의 일례를 나타내는 정면도이다.
도 18은 도 17의 유로의 구성도이다.
도 19는 본 발명을 형성하는 유닛 밸브의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 20은 도 19의 유로의 구성도이다.
도 21은 진공 단열 상자의 일례를 나타내는 사면도이다.
도 22는 3개의 진공 재킷으로 형성한 진공 단열 상자의 정면도이다.
도 23은 도 22의 진공 단열 상자의 좌측면도이다.
도 24는 도 22의 진공 단열 상자의 평면도이다.
도 25는 도 22의 진공 단열 상자의 측정점을 나타내는 도면이다.
도 26은 도 22의 진공 단열 상자의 각 측정점의 온도와 내벽면으로부터의 거리의 관계를 나타내는 선도이다(제1진공 재킷).
도 27은 도 22의 진공 단열 상자의 각 측정점의 온도와 내벽면으로부터의 거리의 관계를 나타내는 선도이다(제2진공 재킷).
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
V : 밸브 V1 : 밸브 유닛 본체
V10 : 밸브 본체 V20 : 밸브 본체
Vn0 : 밸브 본체 D : 액추에이터
S : 진공 단열 상자 S1 : 제1진공 재킷
S2 : 제2진공 재킷 S3 : 제3진공 재킷
S4 : 상부 진공 재킷 S5 : 하부 진공 재킷
W : 상ㆍ하 진공 재킷의 조합 중합부 J : 진공 단열 배관 수용부
K : 실리콘 스펀지제 단열재층 H : 가열용 히터
G : 게터 케이스 O : 셧오프 밸브
Q : 케이블 취출구 OUTㆍIN : 온도측정점
1 : 진공 단열 밸브 2aㆍ2bㆍ2b' : 진공 단열 공간
2c : 상부 진공 재킷의 하단부의 접합부
2d : 하부 진공 재킷의 외측벽의 접합부
2d' : 하부 진공 재킷의 상단부의 접합부
2eㆍ2f : 용접부 3 : 진공 단열 배관
3a : 선단부 3bㆍ3c : 단차부
4aㆍ4b : 단열재제 O링 5 : 협압 클립
6 : 파이프 히터 7a : 상부 진공 재킷의 외벽
7b : 상부 진공 재킷의 내벽 8a : 하부 진공 재킷의 외벽
8a' : 하부 진공 재킷의 중간부보다 상방의 외벽
8b : 하부 진공 재킷의 내벽 9 : 금속 파이프
10 : 파이프 조인트
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 각 실시형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 진공 단열 밸브의 일부를 파단한 정면도이며, 도 2는 그 좌측면도, 도 3은 우측면도, 도 4는 평면도이다. 또한, 도 5는, 본 발명을 구성하는 진공 단열 상자(S)의 사면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 진공 단열 밸브(1)는, 밸브(V)와 이것을 둘러싸는 진공 단열 상자(S)로 형성되어 있다.
또한, 상기 밸브(V)는 밸브 유닛 본체(V1)와 복수의 액추에이터(D)와 히터로 형성되어 있고, 또한 진공 단열 상자(S)는 상부 진공 재킷(S4)과 하부 진공 재킷(S5)으로 형성되어 있다.
실시예1
상기 밸브(V)는, 도 15 및 도 17에 나타내는 바와 같이 복수개의 밸브 본체(V10,V20,V30)를 해리(解離) 가능하게 일체적으로 연결하여 이루어지는 밸브 유닛 본체(V1)와, 각 밸브 본체(V10,V20,Vn0)에 고정한 액추에이터(D, D …) 등으로 형성되 어 있다. 또한, 상기 밸브 본체(V10,V20 …)에는 공지의 금속 다이어프램형 밸브가, 또한 액추에이터(D,D …)로서는 공기압 작동 실린더나 전동형 구동기구가 많이 사용되고 있다.
또한, 상기 밸브(V) 그 자체는 이미 알려져 있으므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하지만, 본 발명에서 사용하는 각 밸브 본체(V10,V20)의 밸브시트 및 밸브 시트부는, 히터(H)에 의해 용이하게 가열되도록 하기 위해서, 본체(V10,V20)의 안쪽에 위치해서 형성되어 있다.
진공 단열 상자(S)는, 상부 진공 재킷(S4)과 하부 진공 재킷(S5)을 조합하여 고착함으로써 형성되어 있다. 즉, 상부 진공 재킷(S4) 및 하부 진공 재킷(S5)은, 도 6에 나타내는 바와 같이 두께 1.5㎜의 스테인레스강판(7b,8a')과 두께 2.0㎜의 스테인레스강판(7a,8a,8b)을 이중벽 형상으로 조합시킴으로써 형성되어 있고, 상부 진공 재킷(S4)의 진공 단열 공간(2a)(간격 약 4.5㎜)은 진공도가 10-2~10-4torr정도로 유지되어 있다. 또한, 고온하 10-4torr 이하의 진공도는, 게터에 의해 유지되어 있다.
또한, 하부 진공 재킷(S5)의 하방부의 진공층(2b)의 간격 치수는 13㎜로 선정되어 있고, 또한 상부 진공 재킷(S4)이 끼워 맞춰지는 부분(W)(상ㆍ하 진공 재킷(S4,S5)의 조합 중합부분(W))은, 그 진공층(2b')의 공간거리가 약 4.5㎜로 되어 있다.
또한, 전열 영향부를 구성하는 양 진공 재킷(S4,S5)의 끼워맞춤부(조합 중합부(W))의 높이 치수(즉, 전열거리)는 약 100㎜로 선정되어 있다.
보다 구체적으로는, 상부 진공 재킷(S4)의 외벽(7a)의 두께 치수는 2㎜로, 또한 내벽(7b)의 두께 치수는 1.5㎜로 선정되어 있고, 스테인레스강판이 이용되고 있다.
한편, 하부 진공 재킷(S5)은, 외벽(8a)의 하방부(저면를 포함하여)가 두께 2㎜로, 또한, 내벽(8b)의 두께가 2㎜로, 외벽의 측벽 상방(중합부(W))(8a')의 두께가 1.5㎜로 선정되어 있고, 스테인레스강판이 사용되고 있다.
상기 상부 진공 재킷(S4) 및 하부 진공 재킷(S5)에는 게터 케이스(G) 및 셧오프 밸브(O)가 각각 부착되어 있고, 또한, 전자에는 케이블이나 밸브구동용 공기관의 취출구(Q)가 또한, 후자에는 진공 단열 배관(도시생략)을 접속하기 위한 진공 단열 배관 수용부(조인트부)(J)가, 각각 설치되어 있다.
상기 상부 진공 재킷(S4)의 하단부를 형성하는 내벽(7b) 및 외벽(7a)은 각각 외방을 향해서 플랜지상으로 절곡되어 있고, 양자는 접합되어 플랜지상의 접합부(2c)를 형성하고 있다.
마찬가지로, 하부 진공 재킷(S5)의 상단부는, 내ㆍ외벽(8b,8a')이 각각 안쪽으로 절곡되어 있고, 플랜지상의 접합부(2d')가 형성되어 있다.
또한, 하부 진공 재킷(S5)의 측벽의 중간부에는, 외벽(8a')의 하단부와 외벽(8a)의 상단부를 각각 외방으로 절곡하여 겹침으로써, 외방으로 돌출한 접합부(2d)가 형성되어 있다.
또한, 상기 외방으로 돌출시킨 각 플랜지상의 접합부(2c,2d,2d')의 끝면은 각각 용접(2e,2f)에 의해 기밀한 상태로 고정되어 있다.
또한, 양 진공 재킷(S4,S5)을 조합시켰을 때의 진공 재킷(S4)의 내벽(7b)과 접합부(2d') 사이 및 접합부(2d,2c) 사이에는, 도 6에 나타내는 바와 같이 실리콘 스펀지제의 단열재층(K)이 배치되어 있고, 이것에 의해 내외 진공 재킷(S4,S5) 사이의 기밀성의 유지와 고체 전열의 저지가 도모되고 있다.
상기 하부 진공 재킷(S5)의 측면에 설치한 진공 단열 배관 수용부(J)는, 두께 1.2㎜의 스테인레스강판을 이용하여, 도 7에 나타내는 것 같은 구성의 소위 베요넷 조인트방식인 진공 단열부에 형성되어 있다.
즉, 진공 단열 배관(3)의 선단부의 가는 직경부(3a)를 수용부(J) 내에 삽입하고, 수용부(J)의 선단면을 진공 단열 배관(3)의 선단부의 가는 직경부(3a)의 단차부(3b)에 단열재제 링(4a)을 통해서 접촉시킴으로써, 수용부(J)와 진공 단열 배관(3)을 기밀하게 연결하도록 구성되어 있고, 수용부(J)의 길이 치수는 약 100㎜로 선정되어 있다.
또한, 도 7에 있어서, 6은 히터, 9는 금속 파이프, 10은 파이프 조인트이다.
또한, 상기 진공 단열 배관 수용부(J) 및 파이프 조인트(10) 등의 구조는 이 미 알려져 있으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
다음에, 본 발명에 따른 진공 단열 밸브(1)의 단열 특성 시험과 그 결과에 대해서 설명한다.
우선, 도 8 내지 도 11에 나타내는 바와 같이, 가로폭 약 400㎜, 높이 약 190㎜, 깊이 약 180㎜, 수용부(J)의 길이 약 100㎜, 상ㆍ하 진공 재킷(S4,S5)의 중합부(W)의 높이 약 100㎜의 진공 단열 상자(S) 내에 5연결형의 밸브(유닛 밸브)(V)를 수납하고, 밸브 유닛 본체(V1)에 400W(200W×2장)의 면상 히터(H)를 부착함과 아울러, 도 8 내지 도 11에 나타내는 각 위치 IN 및 OUT에 온도 측정 센서(가부시키가이샤 오카자키 세이사쿠쇼 제작)를 설치하였다.
다음에, 면상 히터(H)에 미리 실측에 의해 구한 밸브 유닛 본체(V1)를 약 150℃의 온도까지 상승시키는 전압을 인가하고, 각 온도센서의 시간과 검출 온도의 관계를 조사했다.
그 결과는 도 12와 같고, 실온이 약 26.3℃일 때에, 상부 진공 재킷(S4)의 상면측의 온도(OUT-6점)는 약 34.3℃까지밖에, 또한, 하부 진공 재킷(S5)의 측면의 온도(OUT-8)는 44.7℃까지밖에 각각 상승하지 않는 것을 판명하였다.
다음에, 밸브 유닛 본체(V1)의 온도를 150℃로 안정시킨 후, 이 상태하에서 상부 진공 재킷(S4) 및 하부 진공 재킷(S5)의 외측의 각 측온점(OUT)의 온도를 계측했다.
도 13 및 도 14는 그 결과를 나타내는 것이며, 상기 각 측정치와 양 진공 재킷(S4,S5)의 중합부(접합부)(W)로부터의 거리의 관계를 나타내는 것이다.
또한, 상기 도 1 내지 도 4에 나타낸 2분할형의 진공 단열 상자(S)를 이용한 경우에 대해서, 밸브 유닛 본체(V1)를 150℃로 가열 유지하기 위해 필요한 입력 전력을, 입력 전압 조정법에 의해 구했다. 또한, 밸브 유닛 본체(V1)의 가열용 면상 히터(H)는 200W(100Vㆍ50Ω)×2장이다. 시험 결과에 의하면, 입력전압 37V에 있어서, 밸브 유닛 본체(V1)는 150℃로 유지되었다. 따라서, 이 때의 입력은 (372/50)×2=54.8W로 되고(또한, 진공 단열 상자(S)를 사용하지 않을 때의 입력은 213W), 상기 3분할형의 진공 단열 상자(S)의 경우의 입력 전력 81W에 비교하여, 진공 단열 성능이 대폭적으로 향상되어 있는 것을 알았다.
실시예2
도 15는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것이며, 이 실시예2에 있어서는, 상ㆍ하 진공 단열 재킷(S4,S5)을 조합시켜 삽입 장착한 후, 양자의 플랜지상의 접합부(2cㆍ2d)를 단면 コ형의 협압 클립(5)에 의해, 단열재층(K)을 통해서 협압하는 구성으로 한 것이다.
상기 협압 클립(5)을 이용하여, 적절한 간격으로 플랜지상의 접합부(2cㆍ2d)를 협압함으로써, 양자의 기밀성이 보다 향상되고, 그 결과, 상기 밸브 유닛 본체(V1)를 150℃로 유지하기 위한 소비전력이 54.8W에서 43.0W로 감소하는 것이 실험 에 의해 확인되어 있다.
실시예3
또한, 도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 것이며, 수용부(J) 내에 삽입하는 진공 단열 배관(3)의 가는 직경부(3a)의 선단부에 단차부(3c)를 형성하고, 이 단차부에 실리콘 고무제의 O링(4b)을 끼워 장착하는 구성으로 한 것이다.
상기 구성으로 함으로써, 진공 단열 배관(3)의 선단부(3a)와 조인트부(J)의 내벽면 사이의 기밀성이 보다 향상되고, 소위 진공 단열 상자(S) 내부의 열기가 외부로 누출되는 것이, 열원측에서 차단되게 되어, 단열 성능이 보다 한층 향상된다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 단열층재(K)에 실리콘 고무제 스펀지를 이용하거나, 또는 단열용 O링(4a,4b)에 실리콘 고무제 단열재를 이용하는 것은, 내열성 및 기밀성에 특히 우수하기 때문이고, 본 실시예에 있어서는 신에츠 폴리머 가부시키가이샤 제품의 저분자 실록산 대책품을 사용하고 있다.
본 발명에 따른 진공 단열 밸브는, 주로 반도체 제조장치나 플라즈마 발생장치의 가스 공급계나 진공 배기계의 배관 안에서 이용되지만, 그 이용 대상은 상기 반도체 제조장치 등에 한정되는 것은 아니고, 화학산업이나 약품산업, 식품산업 등의 각종 장치에 있어서의 가스 공급계나 가스 배기계의 구성재로서 이용되는 것이다.

Claims (10)

  1. 밸브 본체와 액추에이터(D)를 구비한 밸브(V)와, 그 밸브(V)를 격납하는 진공 단열 상자(S)로 형성한 진공 단열 밸브에 있어서,
    상기 진공 단열 상자(S)를, 측면에 통형상의 진공 단열 배관 수용부(J)를 구비하고 또한 상면을 개방한 각이 진 형태의 하부 진공 재킷(S5)과, 그 하부 진공 재킷(S5)에 상방으로부터 끼워 맞춰지고 또한 하면을 개방한 각이 진 형태의 상부 진공 재킷(S4)으로 형성하고,
    상기 하부 진공 재킷(S5)의 상단부의 내벽(8b) 및 외벽(8a')을 내측으로 플랜지상으로 절곡하여 접합함으로써 접합부(2d')를 형성함과 아울러, 상기 하부 진공 재킷(S5)의 측부의 외벽의 높이방향의 중간부를 외방으로 플랜지상으로 절곡하여 접합함으로써 접합부(2d)를 형성하고,
    또한, 상기 상부 진공 재킷(S4)의 하단부의 내벽(7b) 및 외벽(7a)을 외방으로 플랜지상으로 절곡하여 접합함으로써 접합부(2c)를 형성함과 아울러, 상기 하부 진공 재킷(S5)의 진공 단열측벽의 외방에 상부 진공 재킷(S4)의 진공 단열측벽을 위치시켜서 양자를 조합하고,
    상기 상부 진공 재킷(S4)의 하단부의 접합부(2c)와 하부 진공 재킷(S5)의 외벽측의 접합부(2d) 사이에는 단열재층(K)이 배치되고, 또한, 상부 진공 재킷(S4)의 천정부 내벽(7b)과 하부 진공 재킷(S5)의 상단부의 접합부(2d') 사이에는 단열재층(K)이 배치되어, 상기 상부 진공 재킷(S4)과 상기 하부 진공 재킷(S5)을 끼워 맞추는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    밸브(V)는, 복수개의 밸브의 밸브 본체(V10, V20, V30)를 일체적으로 연결하여 이루어지는 밸브 유닛 본체(V1)를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    밸브 본체에 가열용 히터(H)를 설치함과 아울러 그 가열용 히터(H)를 밸브 본체에 고정한 면상 히터로 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    밸브 본체를, 외표면에 면상의 가열용 히터(H)를 고정함과 아울러 그 안쪽부에 밸브시트 및 밸브 시트부를 갖는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    단열재층(K)을 실리콘 스펀지제로 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상부 진공 재킷(S4)의 외벽(7a)의 두께를 2㎜로, 또한 그 내벽(7b)의 두께를 1.5㎜로 함과 아울러, 하부 진공 재킷(S5)의 내벽(8b)의 두께를 2㎜로, 그 외벽(8a)의 하방부의 두께를 2㎜로 및 외벽(8a)의 측벽 상방(8a')의 두께를 1.5㎜로 하고, 또한 그 재질을 스테인레스강제로 하도록 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    하부 진공 재킷(S5)의 측부에 설치한 진공 단열 배관 수용부(J)를, 두께 1.2㎜인 스테인레스강판으로 이루어지는 길이 50㎜~150㎜의 원통형의 진공 재킷으로 함과 아울러, 외방으로부터 상기 진공 단열 배관 수용부(J) 내로 삽입되는 진공 단열 배관(3)의 선단부(3a)의 일단 또는 양단의 외주면에 단열재제 O링(4a·4b)을 삽입 장착하고, 진공 단열 배관 수용부(J)와의 사이에 상기 단열재제 O링(4a·4b)을 끼워 장착하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    마주보는 형상으로 조합한 상ㆍ하 양 진공 재킷(S4, S5)의 측벽의 플랜지상의 각 접합부(2c, 2d)를 복수의 협압 클립(5)에 의해 적절한 간격으로 협압하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  9. 제1항에 있어서,
    진공 단열 상자(S)의 측벽을 형성하는 상ㆍ하 양 진공 재킷(S4, S5)의 조합 중합부(W)의 높이 치수를 100㎜ 이상으로 하도록 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
  10. 제1항에 있어서,
    상ㆍ하 양 진공 재킷(S4, S5)의 진공 단열 공간(2a, 2b, 2b')의 내벽면에 도금 후 열처리를 실시하도록 한 것을 특징으로 하는 진공 단열 밸브.
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