KR101713116B1 - 가스 회수 및 재사용을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

가스 회수 및 재사용을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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그레고리 호스로브 아슬라니안
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데이비드 찰스 윈체스터
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Abstract

공정 가스(들), 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 헬륨이 다양한 물건의 제조에 사용될 수 있다. 본원에서는 이들 물질을 폐기물로 처리하기보다는 생산 공정에서 사용되는 공정 가스(들)를 수거하고, 재사용하고 재순환시키는 방법이 기재되어 있다.

Description

가스 회수 및 재사용을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GAS RECOVERY AND REUSE}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 1월 13일에 출원된 미국 가출원 번호 제61/926,649호의 우선권 이익을 주장한다. 이러한 가출원의 개시내용은 본원에서 그 전체 내용이 참조로 포함된다.
발명의 배경
본원에서는 물건의 제조에서 사용되는 공정 가스(들), 예컨대, 헬륨(He)의 회수를 위한 시스템 및 방법을 기재하고 있다. 본원에서는 또한 물건을 제조하기 위한 공정 가스를 회수하고 이어서 재사용하는 시스템 및 방법을 기재하고 있다.
헬륨(He)은 다양한 물건의 제조에서 사용되는 공정 가스이다. 그러한 가스는 불활성이고, 극도의 용융점 및 비점을 지니고 있고 높은 열 전도성을 지니고 있기 때문에, 이는 다양한 물건의 제조, 예컨대, 광섬유, 고-에너지 촉진제(accelerator) 및 실리콘 웨이퍼 제조 및 아크 용접과 같은 특정의 공정에 사용하기에 적합하다. He는 지구 대기중의 두 번째로 풍부한 원소인 반면, 대기 중의 많은 He가 우주로 누출된다. 산업 목적으로 사용되는 헬륨 가스는 천연 가스 생산의 부산물로서 얻어진다.
헬륨은 20세기 중반에 군사적 정찰 및 우주 탐사에 중요했기 때문에, 미국 의회는 정부가 전국의 개인적인 헬륨 생산자가 그들의 헬륨을 연방 헬륨 프로그램(Federal Helium Program)의 일부로서 정부에 판매할 것을 명령했다. 미국 단독이 전세계 헬륨의 75%를 생산한다. 그 총량의 거의 절반, 또는 전세계 헬륨 공급량의 대략 30%가 미국 연방 헬륨 비축분(U.S. Federal Helium Reserve)으로부터 나온다. 헬륨 가격을 정하는 연방 정부는 4월에 헬륨 가격이 2012 회계년도의 천 입방 피트(thousand cubic feet: Mcf) 당 $75.75에서 2013 회계년도에 Mcf 당 $84로 폭등할 것임을 발표했다. 불확실한 연방 정책과 함께 이러한 폭등은 부족을 발생시킬 조짐을 보이고 있다.
따라서, 생산 공정에서 재사용 및/또는 재순환되도록 공정 가스(들), 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 헬륨 및/또는 그 밖의 공정 가스를 포집하기 위한 방법, 시스템, 장치 또는 이들의 조합을 제공하는 것이 요구되고 있다. 본 기술 분야에서는 생산 도구에 전달되는 공정 가스의 비용을 줄이는 것이 요구되고 있다. 추가로 본 기술분야에서는 생산 공정에서 사용되는 공정 가스(들)의 폐기물을 줄이는 것이 요구되고 있다.
발명의 간단한 요약
본원에서 기재되는 방법, 시스템 및 장치는 본 기술분야에서 필요로 하는 것 중 하나 이상을 충족시킨다. 한 가지 양태에서, 공정 가스를 사용하는 하나 이상의 생산 도구로부터의 공정 가스의 포집 및 회수를 위한 장치로서,
(a) 공정 가스를 도입하기 위한 유입 라인을 포함하고 공정 제어기와 전기 소통 관계에 있는 하나 이상의 생산 도구;
(b) 하나 이상의 생산 도구와 흐름 소통관계에 있으며 하나 이상의 생산 도구에서 물건이 가공된 후에 소비된 공정 가스를 제거하는 유출 라인;
(c) 생산 도구로부터의 소비된 공정 가스의 제거를 가능하게 하는 유출 라인내의 밸브;
(d) 소비된 공정 가스를 처리 라인으로 유도하는 밸브의 상류에 있는 회수 라인; 및
(e) 정제기를 포함하며 소비된 공정 가스가 정제기에서 처리되어 회수된 공정 가스를 제공하게 하는 처리 라인을 포함하는 장치가 제공된다.
한 가지 양태로, 본원에서 기재되는 장치는 추가로 처리 라인과 흐름 소통관계에 있는 회수 용기를 포함하고, 그러한 회수 용기는 회수된 공정 가스를 포함한다. 이러한 양태 또는 대안적인 양태에서, 본원에서 기재되는 장치는 회수된 공정 가스를 유입 라인을 통해서 하나 이상의 생산 도구 내로 도입시킴을 추가로 포함한다.
또 다른 양태에서, 공정 가스를 사용하는 하나 이상의 생산 도구로부터의 공정 가스의 포집 및 회수를 위한 시스템으로서,
(a) 공정 가스를 도입하기 위한 하나 이상의 라인을 지니며 공정 제어기와 전기 소통 관계에 있는 하나 이상의 생산 도구;
(b) 생산 도구 내로 도입된 공정 가스를 제거할 수 있는 하나 이상의 생산 도구로부터의 유출 라인;
(c) 생산 도구로부터의 공정 가스의 제거를 가능하게 하고 적어도 일부의 유출물이 하나 이상의 생산 도구로 되돌아가는 것을 방지하는 유출 라인 내의 밸브;
(d) 하나 이상의 생산 도구에 대한 연결부, 또는 생산 도구 또는 유출 라인으로부터의 공정 가스를 제거할 수 있으며 이를 처리 라인으로 보낼 수 있는 밸브 상류의 유출 라인에 대한 연결부를 지니는 회수 라인;
(e) 공정 제어기; 및,
(f) 공정 제어기와 전기적인 소통관계에 있으며 회수된 공정 가스를 하우징할 수 있는 회수 용기를 포함하는 장치가 제공된다.
한 가지 특정의 구체예에서, 공정 가스는 헬륨을 포함한다.
추가의 양태로, 공정 가스를 포집하고 회수하기 위한 방법으로서,
내부에서 처리되는 물건을 지니는 공정 도구에 공정 가스를 제공하는 단계;
물건을 공정 가스로 가공하여 소비된 공정 가스를 제공하는 단계;
유출 라인을 통해서 공정 도구로부터 소비된 공정 가스를 제거하는 단계; 및
소비된 공정 가스를 처리하여 회수된 공정 가스를 제공하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
한 가지 양태로, 본원에서 기재된 방법은 회수된 공정 가스를 함유시키기 위해서 회수된 공정 가스를 회수 용기, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 저장 실린더 또는 탱크로 유도함을 추가로 포함한다. 이러한 양태 또는 대안적인 양태로, 본원에 기재된 방법은 회수된 공정 가스를 유입 라인을 통해서 하나 이상의 생산 도구 내로 도입함을 추가로 포함한다.
본 발명은 이하 첨부된 도면과 결부되어 기재될 것이다.
도 1은 하나 이상의 생산 도구로부터의 공정 가스, 예컨대, 헬륨을 포집하고 회수하기 위해서 사용되는 장비, 시스템, 및 방법의 한 가지 구체예로서, 하나 이상의 생산 도구로의 회수된 공정 가스의 전달 전의 시스템의 구성요소를 나타내는 구체예를 제공하고 있다.
도 2는 본원에 기재된 시스템 장비, 시스템, 및 방법의 구체예로서, 복수의 생산 도구 및 그와 연관된 유출 라인으로부터 소비된 공정 가스를 회수하고 이어서 소비된 공정 가스를 처리하기 위한 추가의 시스템으로 유도함을 도시하고 있는 구체예를 나타내고 있다.
도 3은 본원에 기재된 시스템 장비, 시스템, 및 방법의 구체예로서, 소비된 공정 가스가 하나 이상의 처리에 주어짐을 도시하고 있는 구체예를 나타내고 있다.
도 4는 본원에 기재된 시스템 장비, 시스템, 및 방법의 구체예로서, 도 3으로부터의 처리된 공정 가스가 하나 이상의 추가의 처리, 예컨대, 정제에 주어짐을 도시하고 있는 구체예를 나타내고 있다.
도 5는 본원에 기재된 시스템 장비, 시스템, 및 방법의 구체예로서, 도 4로부터의 처리 및 정제된 공정 가스 또는 회수된 가스가 하나 이상의 추가의 처리, 예컨대 압축에 주어짐을 도시하고 있는 구체예를 나타내고 있다.
도 6은 본원에 기재된 시스템 장비, 시스템, 및 방법의 구체예로서, 도 5로부터의 회수된 공정 가스가 복수의 공정 도구와 흐름 소통관계에 있는 매니폴드(manifold)에 유도됨을 도시하고 있는 구체예를 나타내고 있다.
도 7은 본원에 기재된 시스템 장비, 시스템, 및 방법의 구체예로서, 하나 이상의 생산 도구 및 공정 가스를 위한 유입 라인 및 소비된 공정 가스를 위한 유출 라인을 도시하고 있는 구체예를 나타내고 있다.
발명의 상세한 설명
물질 회수는 생산 공정에 의해서 발생되는 폐기물의 비용 및 양을 줄이는 기회를 제공한다. 반도체 공정으로부터의 유출물, 예컨대, 헬륨 또는 그 밖의 공정 가스(들)은 현재 수행하고 있는 바와 같이 폐기물로서 처리되기보다는 재사용을 위해서 회수될 수 있다. 물질 회수는 제한된 자원의 이용 효율을 개선시키고/거나, 그러한 제한된 자원을 보존하고/거나, 물건의 제조에 의해서 생성되는 폐기물의 양을 감소시킨다. 본원에 기재된 방법, 시스템 및/또는 장치는 물건의 생산에서 사용되었던 헬륨(He)을 포집하고 재사용하기 위해서 사용되고 있지만, 본원에서 기재된 방법, 시스템 및 장치는 다른 공정 가스(들), 예컨대, 이로 제한되는 것은 아니지만, 수소 또는 다음 영족 가스(noble gas)들, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및/또는 이들의 조합물 중 하나로 확대될 수 있은 것으로 사료된다. 그러나, 막 기술을 통해서 정제에 주어질 수 있는 본원에 기재된 것들 외의 다른 공정 가스가 또한 본원에 기재된 시스템, 방법 및 장치에서 사용될 수 있다.
본원에서는, 제조 공정에서의 생산 폐기물을 최소화하고 소비된 공정 가스(들)을 재사용하기 위해서 포집하게 하는 결과를 유도하는, 요망되는 공정 가스(들), 이로 한정되는 것은 아니지만, He를 회수하기 위한 수단이 기재된다. 본원에서 사용된 용어 "소비된 공정 가스"는 물건의 생산에서 사용되는 공정 가스를 의미한다. 본원에서 기재되는 방법, 시스템 및 장치의 한 가지 구체예에서, 소비된 공정 가스는 포집되고 이어서 하기 처리 중 하나 이상에 주어진다: 공정 가스에 대한 공정 요건, 예컨대, 순도, 습도, 미립물, 압력, 용적, 또는 회수된 공정 가스를 제공하기 위한 그 밖의 요건에 맞추기 위한 건조, 정제, 압축, 저장, 및/또는 응축. 한 가지 구체예에서, 이어서, 이러한 회수된 공정 가스는 생산 공정에 다시 재도입될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 회수된 공정 가스는 동일하거나 다른 생산 공정에서의 사용을 위해서 저장될 수 있다.
이전에는, 공정 가스, 예컨대, He가 물건을 가공하기 위한 하나 이상의 생산 도구 내에 함유된 대기에 전달되고, 생산 도구 배출물로 유도되고 생산 폐기물로서 처분된다. 본원에 기재된 방법, 시스템 및 장치는 공정 가스를 포함하는 생산 폐기물 또는 He를 포함하는 소비된 공정 가스가 저장 용기, 예컨대, 실린더 내로 포집되게 하고, 이어서, 또 다른 사용을 위해서 제거되고/거나 장래의 생산을 위한 재사용된다. 포집 방법은 공정 가스 또는 He를 처리, 예컨대, 정제(필요한 경우) 및 후속 재사용을 위한 용기 또는 회수 용기에 저장한다. 본원에 기재된 방법은 또한 하나 이상의 생산 도구의 유출물을 제거하고, 이를 하나 이상의 처리에 가하고, 이어서, 하나 이상의 생산 도구에서 처리된 공정 가스를 재사용할 수 있다. 기재된 방법을 이용하여 회수된 공정 가스를 제공하기 위해서 재사용을 위한 소비된 He 또는 공정 가스에 대해 얻을 수 있는 예시적인 수율은 하기 끝점 중 하나 이상을 포함한다: 전체 물질 공급을 기준으로 하여, 10 용적% 또는 그 초과, 20 용적% 또는 그 초과, 30 용적% 또는 그 초과, 40 용적% 또는 그 초과, 50 용적% 또는 그 초과, 55 용적% 또는 그 초과, 60 용적% 또는 그 초과, 65 용적% 또는 그 초과, 70 용적% 또는 그 초과, 75 용적% 또는 그 초과, 80 용적% 또는 그 초과, 또는 90 용적% 또는 그 초과. 본원에서는 또한 생산에서 재사용하기 위한 공정 가스 또는 He를 효율적으로 포집하는 장치, 방법 및 시스템이 기재된다.
다음의 상세한 설명은 오로지 바람직한 예시적인 구체예를 제공하고 있으며, 본 발명의 범위, 이용성 또는 형태를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 바람직한 예시적인 구체예에 대한 다음의 상세한 설명은 당업자에게 본 발명의 바람직한 예시적인 구체예를 실행하게 할 수 있는 설명을 제공할 것이다. 첨부된 특허청구범위에 기재된 바와 같은, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 구성요소의 기능 및 배열에서의 다양한 변화가 이루어질 수 있다.
명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어 "도관"은 시스템의 둘 이상의 부품 사이에서 유체가 수송될 수 있는 하나 이상의 구조물을 나타낸다. 예를 들어, 도관은 액체, 증기, 가스 및 이들의 조합물을 수송하는 튜브, 파이프, 덕트, 통로 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어 "흐름 소통관계"는 액체, 증기, 가스 또는 이들의 조합이 제어된 양상(즉, 누출 없이)으로 부품들 사이에서 수송되게 할 수 있는 둘 이상의 부품 사이의 연결의 본질을 나타낸다. 둘 이상의 부품을 연결시켜서 이들이 서로 흐름 소통관계에 있게 하는 것은 본 기술분야에 공지된 어떠한 적합한 방법, 예컨대, 피팅(fitting), 용접, 플랜지 도관(flanged conduit), 개스킷(gasket) 및 볼트의 이용과 연관될 수 있다. 둘 이상의 부품은 또한 그들을 분리시킬 수 있는 시스템의 다른 부품을 통해서 함께 연결될 수 있다.
명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어 "전기적 소통관계"는 본원에서 기재된 장치, 시스템 또는 방법의 둘 이상의 부품 사이의 연결의 본질을 나타낸다. 한 가지 구체예에서, 하나의 부품이 CPU 중앙 처리 장치(CPU), 공정 제어기, 컴퓨터, 무선 신호 수신기 또는 본원에 기재된 장치, 시스템 또는 방법내의 하나 이상의 부품으로부터의 전기적 신호를 유도하거나, 수신하거나, 이들 둘 모두를 수행하여 본원에서 기재된 하나 이상의 부품을 활성화시키거나 불활성화시키는 그 밖의 수단일 수 있다. CPU, 공정 제어기 등은 또한 특정의 사전-결정된 기준 또는 공정 요건에 대한 준수에 대해서 시스템, 장치 및/또는 방법을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 7에 나타낸 구체예에서, CPU(15)는, 예를 들어, 장치(5)의 특정의 양태, 예컨대, He의 압력, 순도, 백분율, 및/또는 다른 파라미터를 모니터링하기 위해서 사용된다.
본 발명을 설명하는 것을 돕기 위해서, 본 발명의 일부를 설명하기 위해 명세서 및 특허청구범위에서 방향 용어가 사용될 수 있다(예, 상부, 하부, 좌측, 우측, 등). 이들 방향 용어는 단지 본 발명을 설명하고 청구하는데 있어서 보조하는 것으로 의도되며, 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 도면과 관련하여 명세서에서 도입된 참조 번호는 다른 특징에 대한 맥락을 제공하기 위해서 명세서에서 추가의 설명 없이 하나 이상의 후속 도면에서 반복될 수 있다.
도 1은 공정 가스가 헬륨을 포함하는 본원에 기재된 방법, 시스템 및 장치의 한 가지 구체예를 제공한다. 공정 가스 또는 He는 하나 이상의 생산 도구에 제공되어 그 안에 함유된 물건을 가공한다(이에 대해서는 도 7에 260A로 도시되어 있다). 그러한 도구로의 He의 도입 전에, 내부 공간이 임의로 진공 시스템(진공 시스템은 도시되지 않음)을 사용하여 이배큐에이팅(evacuating)된다. 도 1에서 예시되고 있는 바와 같이, He는 순수한 He의 공급 캐비넷 또는 하우스 서플라이(house supply)(도 1에서는 도시되지 않음)로부터 공정 가스로서 제공되고, 공정 가스 유입(10)으로서 도시되고 있다. 공정 가스 유입(10)은 공급 라인(20)을 따라서 이동하고, 그러한 공급 라인은 추가로 압력 변환기(22)를 포함할 수 있다. 압력 변환기(22)는 시스템을 통한 공정 가스의 흐름을 유도하고/거나 모니터링하는 공정 제거기 또는 중앙 처리 장치(CPU)(15)와 전기적 소통관계에 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, CPU(15)는 압력 변환기(22) 및 질량 흐름 제어기(25)와 전기적 소통관계에 있다. 공급 라인(20)은 입자 필터(28)를 포함하고, 추가로 하나 이상의 임의의 체크 밸브(도시되지 않음)를 포함하여 하우스 서플라이 내로의 공정 가스의 역 흐름을 방지할 수 있다. 질량 흐름 제어기(25)는 하나 이상의 생산 도구에 전달되는 공정 가스의 흐름을 특정의 유량, 예컨대, 130 표준 입방 센티미터(standard cubic centimeter: sccm)로 제어한다. 그러나, 공정 가스에 대한 유량 및 다른 속성은 시스템 요건에 따라서 최종 사용자를 통해서 조절될 수 있다. 또한, 도 1에는 CPU(15)와 전기적인 소통관계에 있는 밸브(33)을 지니는 순도 메이크업 공정 라인(30)이 도시되고 있는데, 이는 공급 라인(20)에서의 가스의 농도가 하나 이상의 처리에 주어진 후에 공정 사양(process specification)을 벗어나는 경우에 공정 가스의 순도를 증가시키는 작용을 한다. 공급 라인(20)으로부터의 공정 가스는 본원에 함유된 도 5에 도시된 바와 같이 시스템 내로 도입된다. 다시 도 1을 참조하면, 밸브(23)가 시스템에 대한 전기 고장(power failure)의 경우에 자동 백업을 제공한다. CPU(15)와 전기적 소통관계에 있는 밸브(43)를 지니는 공정 라인(40)이 추가의 공정 라인을 제공하여, 예를 들어, 어떠한 생산 정지 시간을 피하기 위해서 하나 이상의 생산 도구에 스타트 업 필/퍼지(start-up fill/purge)를 제공한다. 임의의 스타트-업 필 또는 퍼지 라인(40)은 추가로 질량 흐름 제어기(45)를 포함하고, 회수 매니폴드/He 퍼지 라인(50)과 흐름 소통관계에 있다. 회수 매니폴드/He 퍼지 라인(50)은 도 2에 도시된 구성요소에서 시스템에 도입된다.
도 2는, 공정 가스가 물건의 제조시에 생산 도구(도 7에서 생산 도구(260a)로서 도시됨)에서 사용된 후에 본원에 기재된 방법, 시스템 및 장치가 복수의 생산 도구로부터의 소비된 공정 가스를 재포집하는, 60a, 60b, 및 60c로 나타내고 있는 복수의 유출 라인을 도시하고 있다. 공정 가스 흐름 또는 복수의 생산 도구로부터의 도구 유출 라인(60a 내지 60c)으로부터의 소비된 공정 가스는 주된 헤더 유출 라인(main header effluent line: 65)으로 합류된다. 순수한 공정 가스가 도 1에 도시된 시스템으로부터 공정 라인(예, 회수 매니폴드 He 퍼지)(50)을 통해서 주된 유출 라인(65)으로 전달된다. 공정 가스가 하나 이상의 생산 도구에서 사용된 후에, 소비된 공정 가스는 도구 유출 라인(60a-60c)을 통해서 다시 유도되고, 하나 이상의 처리, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 정제에 의해서 처리되도록 처리 라인(70)을 통해서 주된 유출 라인(65)으로 합류된다. 도 2에 도시된 구체예에서, 센서(80)는 하나 이상의 생산 도구에서 나오는 소비된 회수 공정 가스의 순도의 실시간 측정을 제공한다. 한 가지 구체예에서, 센서(80)는 공정 제어기, 예컨대, 도시된 CPU(15)와 전기적 소통관계에 있다. 한 가지 특정의 구체예에서, 시스템은 대기압 이하 압력(예, -2 psig 또는 700 Torr)에서 가동되어 공정 가스의 손실을 최소화한다. 다른 구체예에서, 진공 펌프(도시되지 않음)가 사용되어 하나 이상의 공정 도구로부터의 소비된 공정 가스를 배출시킬 수 있다. 주된 유출 라인(65)은 처리 라인(70)과 흐름 소통관계에 있다.
도 3은 주된 유출 라인(65)내의 소비된 공정 가스가 처리 라인(70)을 통해서 처리되도록 보내지는 시스템의 양태를 도시하고 있다. 처리 라인(70)은 추가로 내부에 함유된 어떠한 미립자를 제거하기 위한 필터(90) 및 압력 센서(93)를 포함한다. 필터(90) 및 압력 센서(93)는 추가로 공정 제어기, 예컨대, 도시된 CPU(15)와 전기적 소통관계에 있어서 최종 사용자가 시스템 전체에 걸친 공정 가스의 흐름 및 그 밖의 양태를 모니터링하게 할 수 있다. 도 3에 도시된 구체예에서, 압력 센서(93)는 압력 제어 라인(98)내의 밸브(96)와 전기적 소통관계에 있다. 도 3은 추가로 정제 재순환 라인(100)(이는 도 4에 도시된 정제 시스템으로부터 나옴)으로 도시된 공정 가스 유입을 도시하고 있으며, 여기서, 시스템 요건 중 하나 이상과 부합하지 않는 처리된 공정 가스는 처리 사이클로 역으로 재도입된다. 처리 라인(70)은 정제 턴다운 탱크(purification turndown tank: 110)를 포함하며, 그러한 정제 턴다운 탱크는 액체 수준 센서(113) 및 자동 배출 밸브(115)를 포함하며, 자동 배출 밸브는 어떠한 물의 오버플로우(overflow)를 응축물 배출구(condensate drain: 117)로 유도한다. 정제 턴다운 탱크(110)는 처리 라인(70)으로부터 제거되는 물을 수거한다. 처리 라인(70)은 또한 압축기(97) 및 냉각기(99)를 포함한다. 압축기(97)는 처리 라인(70)이 일정한 압력을 유지하도록 가스의 일부를 재순환시킴으로써 유입 압력을 관리하는 작용을 한다. 냉각기(99)는 공정 가스로부터의 열 및 물을 제거하고, 임의로 습도 제어 밸브(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 처리 라인(70)은 추가로 정제 바이패스 라인(83)을 포함하고, 그러한 정제 바이패스 라인은 밸브(85)를 포함한다. 정제 바이패스 라인(83)은 최종 사용자가 하나 이상의 생산 도구(도 7에 도시됨)로 향하는 주된 유입 헤더를 보충하여 하나 이상의 생산 도구로의 유입물에 대한 공정 요건에 도달되게 한다. 예를 들어, 공정 제어기에 의해서 측정되고 분석되는 시스템 모니터링으로부터의 출력은, 처리된 소비된 공정 가스의 순도가 충분한지, 즉, 정제 바이패스가 이러한 가스가 정제를 필요로 하지 않으면서 하나 이상의 생산 도구에 유도되게 하는지를 측정한다. 이러한 사항은 시스템의 전체 효율성을 개선시킨다. 소비된 공정 가스가 압축되고 후속 건조된 후에, 이어서, 이는 밸브(119)를 통해서 정제 라인(120)으로 유도된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 밸브(119), 밸브(115), 액체 수준 센서(113), 필터(90) 및 압력 변환기(93)는 CPU(15)와 전기적 소통관계에 있다.
도 4는 정제에 주어지는 소비된 공정 가스의 처리를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 시스템에서, 소비된 공정 가스는 하나 이상의 막을 통해서 정제에 주어진다. 다른 정제 방법, 예컨대, 흡수, 흡착, 증류 또는 이와 유사한 수단이 사용될 수 있다. 하나 이상의 대안적 또는 보충적 처리 방법이 시스템 요건에 따라서 채택될 수 있음이 예상된다. 도 3으로부터의 정제 라인(120)은 생산 요건에 따라서 하나 이상의 정제기(125)에 도입된다. 정제 라인(120)은 선택된 정제 방법에 따라서 압력 변환기(137) 및 밸브(135)를 포함한다. 도 4에 도시된 구체예에서, 시스템은 시스템 전체에 걸친 다양한 지점에서 공정 가스의 흐름의 유지시키고 계산하는 것을 요구하는 정제기(125) 내의 막 정제를 이용한다. 이러한 양태는 CPU(15)로서 도시된 공정 제어기를 사용하여 제어되며, 이는 다음 구성요소, 정제기(125), 변환기(133), 변환기(137), 및 조절기(regulator: 135) 중 하나 이상과 전기적 소통관계에 있다. 도 4는 정제 바이패스 라인(83)(이는 도 3에 도시되어 있다)을 도시하고 있으며, 이는 최종 생성물 라인(130)으로서 도시되고 있는 정제된 최종 생성물과 배합된다. 정제 바이패스 라인(83)은 공정 가스의 순도가 정제를 필요로 하지 않기에 충분한 때에 사용된다. 도 4는 또한 주된 유출 라인(65)(도 2에 도시됨)을 통해서 시스템 내로 도입되는 배출구(139)를 통한 공정 가스내에 함유된 오염물을 배출시키는 배출 라인(131)을 도시하고 있다. 마지막으로, 도 4는 조절기(137)를 통해서 정제기(125)로부터 나오는 사양을 벗어난 공정 가스(100)(예, 공정 요건 중 하나 이상과 부합하지 않는 공정 가스)를 유도하고 도 3에 도시된 처리 시스템으로 처리된 공정 가스를 다시 재유도하는 재순환 스트림(100)을 도시하고 있다.
도 5는 압축기(140)로 도입되고, 이어서, 도 6의 주된 유입 라인(165)을 통해서 하나 이상의 생산 도구로 재도입될 수 있는 도 4에 도시된 시스템으로부터의 정제된 최종 생성물(130)을 도시하고 있다. 압축기(140)는 (150)으로 나타낸 압축된 최종 가스를 제공하기 위해서 유입 가스의 압력을 생산 도구 요건과 부합하도록 조절한다. 도 5는 추가로 공급 라인(20)(도 1에 도시됨)으로부터의 순수한 헬륨의 역류를 압축기로의 역류를 방지하는 체크 밸브(145)를 도시하고 있다. 순수한 He는 처리된 공정 가스의 순도가 시스템 요건과 부합하지 않는 지점에서 시스템내로 도입될 수 있다. 나타내지 않은 특정의 구체예에서, 압축된 최종 생성물 가스는 후처리될 수 있으며, 예컨대, 수화 사이클에 유도되어 수분 수준을 조절할 수 있다. 이러한 또는 다른 구체예에서, 최종 생성물 압축 가스는 추가로 시스템 요건에 따라서 하나 이상의 생산 도구로 재도입되기 전에 하나 이상의 가스와 배합될 수 있다.
도 6은 하나 이상의 생산 도구(도 7에 260a로 나타냄)에 유도되는 압축된 최종 생성물 가스(150)를 도시하고 있다. 압축된 최종 생성물 가스 라인(150)은 추가로 탱크(167)를 포함하며, 그러한 탱크는 주된 가스 유입 헤더 또는 매니폴드(165) 및 도구에 대한 요구되는 전달 압력을 유지시키는 제어 밸브(163)에 전달하기 전에 어떠한 과량의 헬륨을 포집한다. 탱크(167)는 추가로 생산 도구 및 라인내에 함유된 공정 가스 모두를 시스템 고장의 경우에 포집되게 한다. 주된 가스 헤더(165)는 도구 유입 라인(160A 내지 160C)과 흐름 소통관계에 있다. 시스템은 추가로 산소(O2), 물(H2O) 및 압력 흐름을 모니터링하는 센서인 센서(171, 173, 및 175)를 포함한다. 이들 센서는 공정 제어기, 예컨대, 도시된 CPU(15)와 전기적 소통관계에 있다.
도 7은 압축된 최종 생성물 가스(165)가 주된 가스 헤더로부터 생성물 도구 유입 라인(160A)으로 공급됨을 나타내는 하나 이상의 생산 도구(260)를 도시하고 있으며, 여기서, 소비된 공정 가스는 물건(도시되지 않음)을 처리한 후에 가스 회수 라인 또는 도구 유출 라인(60A)을 통해서 하나 이상의 생산 도구(260A)로부터 제거된다. 생산 도구 유입 라인(160A)은 추가로 밸브(181)를 포함한다. 가스 회수 라인은 추가로 하나 이상의 밸브, 예컨대, 밸브(71)를 포함한다. 또한, 가스 회수 라인은 회수 시스템으로의 소비된 공정 가스의 과도한 흐름을 방지하는 임의의 역압 조절기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 도 7은 추가로 공정 제어기, 예컨대, 도시된 CPU(15)와 전기적 소통관계에 있는 순도 센서(180)로서, 사양을 벗어난 공정 가스 및/또는 시스템 고장의 경우에 도시된 밸브(181)를 폐쇄함으로써 하나 이상의 생산 도구(260A)가 분리되게 하는 순도 센서를 도시하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브(181), 밸브(71), 생산 도구(260), 및 순도 센서(180)는 CPU(15)와 전기적 소통관계에 있다.
본 발명의 원리가 바람직한 구체예와 결부되어 상기 기재되고 있지만, 이러한 설명은 단지 예로서 설명되고 있는 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아님을 명확히 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 생산 도구로부터 물건의 생산에서 사용된 공정 가스의 회수를 위한 장치로서,
    (a) 공정 가스를 도입하기 위한 유입 라인을 포함하고 공정 제어기와 전기적 소통 관계에 있는 하나 이상의 생산 도구;
    (b) 하나 이상의 생산 도구와 흐름 소통관계에 있으며 하나 이상의 생산 도구에서 물건이 가공된 후에 소비된 공정 가스를 제거하는 유출 라인;
    (c) 생산 도구로부터의 소비된 공정 가스의 제거를 가능하게 하는 유출 라인내의 밸브;
    (d) 소비된 공정 가스를 처리 라인으로 유도하는 밸브의 상류에 있는 회수 라인; 및
    (e) 정제기, 및 소비된 공정 가스의 순도가 사전-결정된 순도를 초과하는 경우 소비된 공정 가스를 정제 없이 하나 이상의 생산 도구에 유도하는 정제 바이패스 라인을 포함하며, 소비된 공정 가스가 정제기에서 처리되어 회수된 공정 가스를 제공하게 하는 처리 라인을 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 처리 라인과 흐름 소통관계에 있으며 회수된 공정 가스를 포함하는 회수 용기를 추가로 포함하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 회수된 공정 가스를 유입 라인을 통해서 하나 이상의 생산 도구내로 도입함을 추가로 포함하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 회수된 공정 가스가 하나 이상의 생산 도구내로 도입되기 전에 압축되는 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 공정 가스가 헬륨을 포함하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 정제기가 막 정제기인 장치.
  7. 물건의 제조에서 사용되는 공정 가스를 포집하고 회수하기 위한 방법으로서,
    내부에서 처리되는 물건을 지니는 하나 이상의 생산 도구에 공정 가스를 제공하는 단계;
    물건을 공정 가스로 가공하여 소비된 공정 가스를 제공하는 단계;
    유출 라인을 통해서 하나 이상의 생산 도구로부터 소비된 공정 가스를 제거하는 단계; 및
    소비된 공정 가스를 정제기, 및 소비된 공정 가스의 순도가 사전-결정된 순도를 초과하는 경우 소비된 공정 가스를 정제 없이 하나 이상의 생산 도구에 유도하는 정제 바이패스 라인을 통해서 처리하여 회수된 공정 가스를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 회수된 공정 가스를 회수 용기 내로 유도하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 회수 용기가 저장 실린더 또는 저장 탱크로부터 선택되는 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 회수된 공정 가스를 유입 라인을 통해서 하나 이상의 생산 도구 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 공정 가스가 네온을 포함하는 장치.
  12. 제 7항에 있어서, 공정 가스가 네온을 포함하는 방법.
  13. 제 7항에 있어서, 공정 가스가 압축에 의해 처리되는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 공정 제어기와 전기적 소통 관계에 있는 하나 이상의 밸브를 포함하는 순도 메이크업 공정 라인을 추가로 포함하는 장치로서, 상기 순도 메이크업 공정 라인이 유입 라인과 흐름 소통관계에 있는 장치.
  15. 제 10항에 있어서, 순도 메이크업 공정 라인을 통해서, 유입 라인 내의 회수된 공정 가스의 농도가 사전-결정된 농도 미만인 경우 회수된 공정 가스의 순도를 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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