KR20010080024A - 유체 흐름 제어 장치 및 방법 - Google Patents

유체 흐름 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

유체의 유속을 제어하는 방법 및 장치가 개시된다. 공지의 압력 강하와 유속 특성을 갖는 흐름 제한기(28)는 유체, 바람직하게는 가스가 유동하는 통로(26)내에 설치된다. 상류 압력 센서(14)는 흐름 제한기(28) 상류의 흐름 통로(26)의 유체 압력을 측정한다. 하류 압력 센서(16)는 흐름 제한기(28) 하류의 흐름 통로(26)의 유체 압력을 측정한다. 압력 조절기는 흐름 제한기(28)를 가로지른 압력 강하를 기초로 하여 흐름 제한기(28) 상류 또는 하류의 유체 압력을 조절하므로, 흐름 제한기(28)를 가로지른 실제 압력 강하가 유체의 희망 유속과 관련된 압력 강하에 밀접하게 대응한다.

Description

유체 흐름 제어 장치 및 방법{FLUID FLOW CONTROLLING}
다양한 공업 분야 및 기타 분야에서는 유체, 특히 가스의 유속을 측정하고 제어하는 것을 필요로 하고 있다. 통상적으로, 터빈 유량계, 로토미터(rotometer), 열적 질량 유속 제어 장치 또는 가스 음속 오리피스 등의 질량 흐름 장치를 사용하여 가스 흐름을 측정 및 제어하고 있다.
특히, 반도체 산업에서는 정밀 제어에 대한 요구가 강렬하였다. 컴퓨터 칩 제조 공정에서는 수소, 실란, 헬륨, 질소, 산소 및 아르곤으로 제한되지는 않지만 이들을 포함하는 다양한 처리 유체 및 가스의 정확한 제어를 필요로 한다. 반도체 산업에 있어서, 현재의 "기술 수준"은 흔히 가스 패널 조합형 "가스 스틱(gas sticks)"이라 불리우는 정교한 가스 전달 장치를 사용하고 있는데, 이 장치는 질량 흐름 제어기, 압력 변환기, 필터, 제어 밸브 및 압력 조절기를 포함하며, 이들 모두는 연속해서 연결되어 있다. 이러한 장치의 흐름 제어부는 초기 비용과 수리 비용이 비싸고, 전자 드리프트 및 스팬에 의해 야기된 부정확성을 방지하도록 검정과 수리를 자주 해야 하므로, 매우 낮거나 높은 유속을 필요로 할 때 유속이 부정확해진다.
절대적인 정밀도보다 반복성이 중요한 상황에서는, 가스 공급 압력에 대해 상시 교정된 가스 흐름을 제공하도록 정밀 교정된 오리피스를 사용하었다. 다수의 고정 유속이 필요하다면, 적절한 오리피스를 선택하는 절환 메카니즘과 서로 평행하게 다수의 오리피스를 연결할 수도 있다. 그러나, 일반적으로 그러한 오리피스의 사용은 일정한 하나 이상의 불변성 가스 흐름이 필요한 용도에 제한된다. 만약 그렇지 않다면, 그 사용이 만족스러운 고정 흐름에서조차도, 그러한 오리피스는 과도한 난류를 일으키는 고속의 가스를 필요로 하므로, 이로 인해 부식과 흐름 불안정이 발생하고 역전 제동이 생기게 된다.
(예를 들어, 본 출원의 양수인인 모트 코포레이션에 의해 제조 및 판매되고 서로 연속해서 평행하게 배열된 수백의 상호연결식 관통 구멍 또는 통로를 갖는 타입의) 정밀한 다공성의 소결 금속 흐름 제한기가 가해진 상류 압력 압력에 대해 특정의 하류 흐름을 제공하도록 사용된다. 그러한 흐름 제한기는 종래의 오리피스보다 역전 제동, 폐쇄 및 마모될 여지가 덜 하며, 비교적 저속의 흐름에서 작동하고, 평탄하고 일정한 하류 흐름을 제공한다. 그러나, 오리피스와 마찬가지로, 본질적으로 일정한 불변성의 흐름을 필요로 하는 용도에 그 사용이 제한된다.
열적 질량 흐름 제어기와 마찬가지로, 유속 및 유압 범위 이상에서 유체 흐름을 정확하게 측정 및 제어할 수 있으면서도 넓은 범위의 유속에 걸쳐 보다 정밀하고 덜 비싸며, 교정, 정기 점검 및 수리의 필요성이 상당히 감소되고 전자 드리프트 및 스팬에 영향을 적게 받는 장치에 대한 요구가 여전히 남아있다.
본 발명은 유체 흐름 제어 장치 및 방법, 보다 상세히는 가스 흐름 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 구현하는 흐름 제어 장치를 개략적으로 도시하는 부분 단면도.
도 2는 도 1의 장치에서 가스 유동과 압력 강하간의 관계를 도시하는 그래프.
도 3, 4, 5 및 6은 본 발명을 구현하는 기타 흐름 제어 장치를 개략적으로도시하는 부분 단면도.
본 발명은 제어 밸브보다는 압력 조절을 이용하여 유체, 특히 가스의 유속을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 데에 그 특징이 있다. 공지의 압력 강하-유속 특성을 갖는 흐름 제한기를 유체가 통과하는 통로내에 마련하고, 상기 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하를 결정하며, 흐름 제한기를 가로지른 실제 압력 강하가 희망 유속과 관련된 압력 강하에 밀접하게 대응하도록 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 압력 강하를 조절한다.
바람직한 실시예에 있어서, 압력 조절기는 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하를 기초로 하고 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 한정하는 데이터를 참조하여 흐름 제한기 상류 또는 하류의 가스 압력을 조정하므로, 실제 압력 강하는 가스의 희망 유속과 관련된 압력 강하에 밀접하게 대응하게 된다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 흐름 제한기는 다공성 소결 금속 요소를 구비하고, 상류 압력 센서는 흐름 제한기 상류의 흐름 통로에 있는 가스의 압력을 나타내는 데이터를 결정하여 제공하며, 하류 압력 센서는 흐름 제한기 하류의 흐름 통로에 있는 가스의 압력을 나타내는 데이터를 결정하여 제공하고, 센서로부터의 데이터는 가스의 희망 유속을 나타내는 데이터와 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 공지의 데이터와 비교되며, 장치는 이 비교를 기초로 하여 압력 조절기(그러므로 가스 압력)를 조절한다.
본 발명을 구현하는 유체 흐름 제어기는 흐름 제한기가 배치되는 유체 흐름 통로와, 흐름 제한기의 상류와 하류 양쪽에 위치한 흐름 통로에서 유동하는 유체의압력을 결정하는 압력 센서를 구비한다. 센서에 응답하는 압력 조절기는 흐름 제한기의 상류 또는 하류의 압력을 조절하여 흐름 제한기를 가로지르는 희망 압력 강하를 제공한다.
바람직한 가스 흐름 제어기는 유입구와 제어기로부터의 유출구 사이에서 평행하게 연결되는 한쌍의 가스 흐름 통로를 갖고, 흐름 제한기는 흐름 통로 중 하나에 배치되며, 밸브는 가스 흐름에 대해 흐름 통로 중 하나를 개폐한다.
소정의 바람직한 장치는 모듈형 구조로 이루어지며 적층된 다수의 직선형 모듈을 포함한다. 통상적으로 모듈중 하나는 바이패스 흐름 통로를 형성하고 제어 밸브를 포함하며, 그 외 모듈들은 흐름 제한기를 포함하는 통로를 형성하고, 초고효율 가스 필터는 흐름 제한기와 일렬로 장착된다. 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터를 저장하는 메모리를 포함하는 전자 모듈은 압력 센서로부터 신호를 수신하여 상류 압력 조절기를 제어하는 신호를 출력한다.
본 발명의 기타 목적, 특징 및 장점은 도면과 관련하여 취해진 다음의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 전체적으로 참조 부호 10으로 지시되고, 상류 압력 센서(14)와 하류 압력 센서(16) 사이에서 연속적으로 연결된 가스 흐름 제어 모듈(12)을 포함하는 흐름 제어 장치를 도시하고 있다. 이와 다른 구성에 있어서, 압력 센서는 가스 흐름 제어 모듈(12)의 일부가 아니라 유입구(22)와 유출구(24)에 근접하게 각각 설치될 수도 있다. 소스(18)로부터의 가스는 압력 조절기(20)를 통해 장치(10)내로 유동한다. 상기 압력 조절기는 가스 흐름 제어 모듈(12)내로 유동하는 가스의 압력을 제어하도록 조정할 수 있다.
흐름 제어 모듈(12)은 유입구(22)와, 유출구(24)와, 상기 유입구와 유출구 사이에서 연장하는 흐름 통로(26) 및 상기 흐름 통로(26)에 장착된 다공성 소결 금속 흐름 제한기(28)를 구비한다. 또한, 차단 밸브(30)가 흐름 통로내에 설치된다. 도시된 바와 같이, 차단 밸브(30)는 밸브 부재(34)의 헤드가 밸브 시트(36)로부터 이격되는 완전 개방 위치와 밸브 부재의 헤드가 밸브 시트(36)상에 안착하여 흐름 통로를 차단하는 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재(34)의 운동을 제어하는 밸브 구동기(32; 예를 들어 솔레노이드 또는 피동 공압 구동기)를 포함한다. 예시된 실시예에 있어서, 밸브 부재(34)는 폐쇄 위치를 향해 [예를 들어, 나선형 스프링(38)에 의해, 또는 대안으로 격막 또는 하기 타입의 메카니즘에 의해] 배향되어 있으므로, 구동기(32)로 전력이 공급되지 못했을 때 "정상 폐쇄"로서 지시되게 밸브(30)가 자동적으로 폐쇄될 것이다. 또한, 밸브는 전력 부족시 "정상 개방"으로서 작동하도록구성될 수도 있다.
흐름 제한기(28)는 흐름 통로(26) 내에 고정되어 통로의 전폭을 채우고 있는, 다공성 소결 금속 요소 또는 다공성 소결 금속 캡슐화 조립체를 포함한다. 예시된 실시예에 있어서, 흐름 제한기(28)는 흐름 제어 모듈(12)의 유출구에 인접하게 장착되어 있다. 흐름 통로(26)내에서 흐름 제한기(28)의 위치는 중요한 것이 아니므로, 흐름 제한기는 대안으로, 예를 들어 유입구(22)에 인접하게 배치되거나 또는 밸브 시트(36)의 상류 또는 하류에 가깝게 짧은 흐름 통로 부분(26a,26b) 중 하나에 배치될 수 있다.
다공성 소결 금속 요소를 통한 유체, 예를 들어 가스 또는 액체의 흐름 속도는 요소의 상류 압력과 하류 압력에 의존한다는 것은 잘 알려져 있다. 다공성 요소를 가로지르는 압력 강하가 크면 클수록 요소를 통한 흐름의 속도가 커지게 된다. 따라서, 요소를 통한 흐름의 속도는 압력 강하를 상승시킴으로써 증가될 수 있고 압력 강하를 하락시킴으로써 감소될 수 있다. 일반적으로, 유속과 압력 강하는 상류 압력을 조정함으로써 변화된다.
소정의 특정 요소의 경우, 유속과 압력 강하 사이의 정확한 관계는 요소 그 자체 뿐만 아니라 요소를 통해 유동하는 특정 유체의 점성, 밀도(가스의 경우) 및 전체 압력에도 의존한다. 소정의 특정 유체와 압력의 경우, 유속과 압력 강하간의 관계는 (예를 들어, 표준 기술 국립 협회의 표준을 규명할 수 있는 정밀한 유량계와 압력 게이지를 사용하여)고도의 정밀도로 실험상 결정될 수 있다. 통상적인 다공성 소결 금속 흐름 제한기의 유체 흐름과 압력 강하 간의 관계는 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 데이터는 수소, 헬륨, 질소, 공기, 산소 및 아르곤의 경우에 모트 코포레이션의 흐름 제한기의 표준 처리 제어의 흐름 특성을 도시하고 있는데, 이 흐름 특성은 30 PSIG의 유입 압력과 대기압의 유출 압력에서, 즉 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하가 30 PSI일 때 100 SCCM(분당 표준 세제곱 센티미터)의 질소를 이송하는 것으로 알려져 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 압력 강하에서 수소와 헬륨의 흐름은 질소의 흐름보다 커지고, 공기, 산소 및 아르곤의 흐름은 질소의 흐름보다 작게 된다. 이러한 소정의 가스들의 유속은 압력 강하의 증가와 비선형적으로 증가한다. 예를 들어, 흐름 제한기를 가로지른 압력차가 20 PSI 일 때, 도 2에 도시된 특성을 갖는 흐름 제한기를 통한 질소의 유속은 약 60 SCCM 이고, 30 PSI의 압력차에서는 100 SCCM이며, 40 PSI의 압력차에서는 약 160 SCCM이 된다. 또한, 소정의 특정 압력 강하의 경우에, 흐름 제한기를 통해 유동하는 가스의 양은 전체 압력 수준에 의존한다는 것이 명백하게 잘 알려져 있다. 예를 들어, 소정의 흐름 제한기의 경우, 100 PSIG의 유입 압력과 70 PSIG의 유출 압력으로 제한기를 통과하는 가스 유속은 유입 압력이 30 PSIG 이고 유출 압력이 대기압일 때의 유속보다 크게 된다.
하나 이상의 유체에서 특정 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 규정하는 데이터는 흐름 제한기의 유속 제어 데이터로도 불리운다. 실제적인 문제로서, 동일한 구성, 전체 크기 및 형상을 갖는 상이한 흐름 제한기용 유속 제어 데이터를 일관되게 하도록 본 발명에 사용된 흐름 제한기의 구성과 흐름 제한기의 제조에 사용된 처리들을 잘 규정하는 것이 바람직하다.
도 1의 장치를 통과하는 유체 흐름의 속도를 제어하기 위해서는, 흐름 제한기(28)의 상류 압력과 하류 압력을 압력 센서(14,16)를 사용하여 모니터하고, 상류 압력과 하류 압력간의 차이를 결정한 다음, 흐름 제한기(28)를 가로지른 맞은 편의 측정된 압력 강하가 원하는 흐름을 생성하는데 필요한 압력 강하에 대응하도록 압력 조절기(20)로부터 유동하는 유체의 압력을 (필요에 따라, 상향으로 또는 하향으로) 조정한다. 다시 도 2에 예시된 데이터를 사용하여, 도 1의 흐름 제한기(28)가 도 2에 도시된 유속 제어 데이터를 갖는다면, 대기압에 대해 흐름 제한기(28)를 가로질러 20 PSI의 압력 강하를 제공하도록 압력 조절기(20)를 조정하여 60 SCCM의 질소 흐름을 생성하고, 대기압에 대해 30 PSI의 압력 강하를 제공하도록 압력 조절기를 조정하여 100 SCCM의 질소 흐름을 생성하며, 대기압에 대해 40 PSI의 압력 강하를 제공하도록 압력 조절기를 조정하여 160 SCCM의 질소 흐름을 생성한다.
다양한 환경에 있어서, 흐름 제한기(28)의 하류 압력은 대기압보다 커지며, 이로 인해 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하는 압력 조절기(20)의 유출 압력과 동일하다기보다는 다소 작게 된다. 그러나, 유체 흐름 관리기(12)의 유출구가 충분히 개방되어 흐름 제한기(28)의 하류 압력이 대기압과 거의 동일하다면, 흐름 제한기(28)를 가로지른 압력 강하는 유입 압력 센서(14)에 의해 지시된 게이지 압력[ 및 압력 조절기(20)의 유출 압력]과 거의 동일해 진다. 이러한 환경에 있어서, 몇몇 적용에서는 하류 압력 센서(16)를 구비 또는 사용할 수 없어서, 상류 압력을 간단히 증가시킴으로써 흐름 제어 장치(10)를 통한 흐름을 조절할 수 없어 상류 게이지 압력이 흐름 제한기(28)를 가로지른 압력 강하와 동일하다고 간주된다. 그러나, 일반적으로는 동일한 차이의 압력에서 더 높은 장치의 유입 압력과 유출 압력으로 인해 제한기를 통한 흐름이 증가하게 된다.
넓은 범위의 희망 목표 유속, 예를 들어 완전 진공에서 100 PSI 이상의 범위의 유출 압력으로 원하는 2%의 목표 흐름내에서 다공성 금속 요소의 크기 및/또는 구조를 변화시킴으로써, 종래의 분말 야금 처리 방법을 사용하여 다공성의 소결 금속 흐름 제한기를 제조할 수 있다. 다공성 소결 금속 흐름 제한기는, 예를 들어 ±0.5% 이상으로 흐름 내구력을 강화하도록 개별적으로 교정될 수 있다. 예를 들어, 30 PSI 압력 강하에서 목표 흐름이 200 SCCM의 가스라면, 구성, 크기 및 다공성이 도 2에 도시된 요소와 표면 영역이 두 배라는 것을 제외하고 동일한 유속 제어 데이터를 갖는 요소를 이용하거나, 더 얇거나 보다 개방되는 개방 요소를 제조하여 이 목표 흐름을 달성할 수 있다. 유사하게, 20 PSI에서 100 SCCM의 목표 흐름은 더 얇거나 보다 개방되는 개방 요소를 사용하거나 표면 영역이 약 1.43(100/70)배라는 것을 제외하고 동일한 유속 제어 데이터를 갖는 요소를 사용하여 달성될 수 있으며, 30 PSI에서 50 SCCM의 목표 흐름은 더 얇거나 보다 폐쇄된 요소를 사용하거나 절반의 표면 영역을 갖는 요소를 사용하여 달성될 수 있다. 상이한 압력에서 여러 상이한 유속을 갖는 흐름 제한기를 공업적으로 이용할 수 있다.
도 3은 전체적으로 참조 부호 100으로 지시되며 밸브 제어기가 차단 능력을 제공하기보다는 바이패스 흐름을 제어하는 것을 제외하고는 도 1의 장치와 거의 유사한 흐름 제어 장치를 도시하고 있다. 도 3 실시예에서 흐름 제한기의 위치는 도 1의 장치의 경우보다 장치의 작동에 보다 중요하게 된다. 장치(10)의 부분들에 대응하는 장치(100)의 부분들은 접두사 "1"을 부가한 동일 참조 부호를 사용하여 동일시한다.
도시된 바와 같이, 도 3의 장치(100)는 상류 압력 센서(14)와 하류 압력 센서(116) 사이에서 연속해서 연결된 가스 흐름 제어 모듈(112)을 포함한다. 도 1의 구성과 마찬가지로, 압력 센서(114,116)들은 모듈(112)의 부품이라기 보다는 유입구(122)와 유출구(124)에 근접하게 장착된다. 소스(118)로부터의 가스는 압력 조절기(120)를 통해 장치(100)내로 유동한다.
가스 흐름 제어 모듈(112)은 유입구(122)와, 유출구(124)와, 상기 유입구와 유출구 사이에서 연장하는 흐름 통로(126)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 흐름 통로(126)의 중앙부는 참조 부호 125와 127로 지시된 평행하게 연결된 2개의 흐름 통로 부분을 포함한다. 다공성 소결 금속 흐름 제한기(128)는 흐름 통로 부분(125)내에 설치된다. 도시된 바와 같이, 차단 밸브(130)는 밸브 부재의 헤드가 밸브 시트(136)에서 이격된 완전 개방 위치(도시않음)와 밸브 부재의 헤드가 밸브 시트(136)상에 안착되어 흐름 통로 부분(127)을 폐쇄하는 폐쇄 위치(도시됨) 사이에서 밸브 부재(134)의 운동을 제어하는 밸브 구동기(132; 예를 들어, 솔레노이드 또는 공압 구동기)를 포함한다. 분명히 나타나는 바와 같이, 흐름 통로 부분(127)은 유입구(122)로부터의 흐름이 밸브(130)가 개방될 때 본질상 비제한적으로 유출구(124)로 통과할 수 있는 바이패스 흐름을 제공한다. 한편, 밸브(130)가 폐쇄되면, 모든 흐름은 흐름 통로 부분(125)과 그 내부에 설치된 흐름 제한기(128)를 통해 통과한다.
밸브(130)가 폐쇄된 경우, 가스 흐름 제어 모듈(112)을 통한 가스의 유속은 압력 센서(114,116)를 모니터함으로써 제어된다. 도 1의 실시예와 도 3의 가스 흐름 제어 모듈(112)로 실행한 정상적인 바람직한 형태에 있어서는 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하를 상류 압력 센서(114)의 상류에 있는 압력 조절기(120)를 사용하여 변화시킨다.
그러나, 도 3은 이와 다른 처리도 도시하고 있다. 이러한 대안의 처리에 있어서, 상류 압력 조절기(120)를 생략하거나 강제 유출 압력 드라이브로 대체할 수도 있으며, 압력 흐름 조절기, 예를 들어 조정가능한 흐름 제어 밸브(120a; 도 3에서 점선으로 도시됨)를 압력 센서(116)의 하류에 장착할 수도 있다. 이러한 대안의 처리에 있어서, 소스(118)로부터의 가스 흐름은 조절기(120)와 같은 상류 압력 조절기에 의해 제어될 수 없다. 이러한 대안에서 명백히 나타나는 바와 같이, 가스 흐름 제어 모듈(100)을 통한 가스의 유속과 흐름 제한기(128) 하류의 가스 압력은 밸브(12a)를 개폐함으로써 변화될 수 있다. 따라서, 흐름 제한기(128)를 가로지른 압력 강하가 희망 유속에 대응하는 것보다 작다는 것을 센서(114,116)에 의해 지시된 압력이 보이고 있다면, 흐름 제한기(128)를 통한 가스의 유속(과 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하)을 밸브(120a)를 개방함으로써 증가시킬 수도 있다. 유사하게, 흐름 제한기(128)를 통한 가스의 유속과 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하를 밸브(12a)를 페쇄시킴으로써 감소시킬 수 있다.
도 4는 전체적으로 참조 부호 200으로 지시되는 흐름 제어 장치를 도시한다. 장치(10과 100)들은 제어된 단일 흐름을 제공하였지만, 장치(200)는 제어된 2개의흐름과 또한 바이패스 흐름을 제공한다. 장치(10)의 부분들에 대응하는 장치(200)의 부분들은 접두사 "2"를 부가한 동일 참조 부호를 사용하여 동일시한다. 예를 들어, 가스 흐름 제어 장치(10)는 가스 흐름 제어 모듈(12)로서 동일시되는 반면에, 장치(200)의 모듈은 가스 흐름 제어 모듈(212)로서 동일시된다.
도시된 바와 같이, 가스 흐름 제어 모듈(212)은 단일 유입구(222)와 224a, 224b 및 224c로 지시되는 3개의 유출구를 구비한다. 종래의 4방향 밸브(230)는 유입구(222)로부터 유출구중 소정의 하나로 흐름을 제공하고 흐름 관리기(200)를 통한 소정의 흐름을 방지하도록 "오프" 기능을 제공하고 있다. 4개의 온/오프 제어 밸브가 있는 매니폴드 장치(도시 않음)를 4방향 밸브 대신에 사용할 수 있다. 하나의 다공성 소결 금속 흐름 제한기(228a)는 유출구(224a)로 안내하는 흐름 통로(226a)내에 장착되고, 제2 다공성 소결 금속 흐름 제한기(228b)는 유출구(224b)로 안내하는 흐름 통로(226b)내에 장착된다. 상류 압력 센서(214)는 흐름 제어 모듈(212)에 대한 유입구(222)와 압력 조절기(220) 사이에 설치된다. 2개의 하류 압력 센서(216a, 216b)는 흐름 제한기(228a,228b)의 하류에서 각 유출구(224a,224b)에 인접하게 하나씩 설치된다. 인지할 수 있겠지만, 압력 센서(214,216a)는 흐름 제한기(228a)를 가로지른 압력 강하를 측정하도록 사용되고, 압력 센서(214,216b)는 흐름 제한기(228b)를 가로지른 압력 강하를 측정하도록 사용된다. 또 알 수 있는 바와 같이, 흐름 제한기(228a,228b)는 상이한 압력 흐름 특성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 흐름 제한기(228a)는 특정 유출 압력에서 30 PSI의 압력 강하로 200 SCCM을 제공하도록 선택되지만 흐름 제한기(228B)는 동일하거나 상이한 유출 압력에서 동일하거나 상이한 유출 압력으로 50 SCCM을 제공하도록 선택된다. 따라서, 밸브(230)의 위치에 따라, 유출구(224a)는 제어된 200 SCCM의 출력을 제공하고, 유출구(224b)는 제어된 50 SCCM의 출력을 제공하며, 압력 조절기(220)로부터의 전체 출력 가스 흐름은 유출구(224c)로부터 얻어진다. 제어된 200 SCCM이 필요하면, 밸브(230)는 유출구(224a)를 통한 흐름을 안내하도록 설정되고 작동자가(또는 장치가 자동적으로) 센서(214,216a)를 모니터하여 흐름 제한기(228a)를 가로질러 30 PSI의 압력 강하를 유지하도록 압력 조절기(220)를 조정한다. 한편, 제어된 50 SCCM의 출력이 필요하다면, 밸브(230)는 유출구(224)를 통과하는 흐름을 안내하며 작동자는 흐름 제한기(228b)를 가로지르는 다음에 원하는 압력 강하를 유지하도록 센서(214, 216b)를 모니터하여 압력 조절기(220)를 조정한다. 특정 흐름 제한기와 희망 흐름에 따라, 압력 조절기(220)로부터 출력되는 가스의 압력은 흐름이 흐름 제한기(228b)와 유출구(224b)를 통할 때보다는 제어된 흐름이 흐름 제한기(228a)와 유출구(224a)를 통할 때 훨씬 상이해 진다는 것을 알 수 있다.
도 5는 전체적으로 참조 부호 300으로 지시되는 본 발명을 구현하는 제4 장치를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 장치(300)는 모듈형 구조이며 하부 흐름 모듈(301)의 상부 상에서 흐름 제한기(328)가 내부에 장착된 상부 모듈(302)로 이루어지는 가스 흐름 제어 모듈(312)을 포함한다. 볼트(303)가 2개의 모듈을 함께 유지하고 있으며, 흐름 통로가 한 모듈에서 다른 모듈내로 연장하는 곳에 시일(309)이 설치된다. 이전과 마찬가지로, 전술한 시스템의 부분들과 대응하는 시스템(300)의 부분들은 접두사 "3"을 부가하고 마지막 두자리 숫자가 같은 동일 참조 부호를 사용하여 동일시한다.
상부 모듈(302)은 관통 천공형 흐름 통로(326)와, 305와 307로 지시된 2개의 크로스형 통로를 포함한다. 크로스형 통로(305)는 관통 통로(326)의 중앙으로부터 모듈(301)의 상부를 향해 하향으로 연장하고 있다. 크로스형 통로(307)는 모듈(302)의 하부로부터 대각선으로 연장하고 통로(326)의 유출구 단부(324)와 더 근접하게 천공형 통로(326)와 교차한다. 모듈(301)에 있어서, 거의 u자형 통로(323)는 일단에서 크로스형 통로(305)와 연통하고 타단에서 제2 크로스형 통로(307)와 연통한다.
크로스형 통로(305)의 하부에는 모듈(301)의 상부에 근접하게 흐름 제한기(328)가 장착된다. 3방향 수동 밸브(330)는 통로(326과 305)의 교차점에 장착된다. 상기 밸브의 완전 폐쇄 위치에서, 밸브(330)는 직접적으로 통로(326)를 통해서 또는 크로스형 통로(305,307)를 통해서 유입구(322)에서 유출구(324)로 흐르는 통류(通流)를 방지한다. 제2 위치에서, 밸브(330)는 통류에 대한 통로(326)를 폐쇄하지만, 통로(326)의 유입구 부분(326-i)으로부터 크로스형 통로(305)와 u자형 통로(323)를 통과한 다음 크로스형 통로(307)와 통로(326)의 하류 부분(326-o)을 통과하여 유출구(324)를 향한 흐름을 허용한다. 제3 위치에서, 밸브(330)는 천공형 통로(326)를 통한 흐름을 허용하는 한편, 모듈(301)의 크로스형 통로(305,307)와 u자형 통로(323)를 통한 흐름을 방지한다.
이와 달리, 통로(326,305)의 교차점 후방에 그리고 통로(307,326)의 교차점전방에 밸브(330)에 대한 수동식 온/오프 밸브(332; 도 5에서 점선으로 도시됨)가 장착될 수도 있다. 상기 밸브(332)는 흐름 통로(326)를 유입 흐름 통로(326-i)와 배출 통로(326-o)의 2부분으로 분할한다. 이 수동식 온/오프 밸브의 완전 폐쇄 위치에서, 밸브(330)는 가스 흐름을 유입구(322)와 흐름 통로(326-i)로부터, 흐름 통로(305,307)를 통과한 다음 흐름 통로(326-o)를 통해 유출구(324)로 안내한다. 그 밸브의 완전 개방 위치에서, 밸브(330)는 직접 천공형 통로(326)를 통과하는 흐름을 허용함으로써 바이패스 흐름을 묵인하고, 또 모듈(301,302)에 있는 제한기(328)와 u자형 통로(323,307)로 크로스형 통로(305)를 통한 (통상 매우 느린 속도의)흐름을 허용한다. 확실한 차단 능력을 제공하기 위해 추가의 온/오프 밸브(도시않음)를 압력 조절기(320)와 흐름 통로(326-i, 305)의 교차점 사이에 있는 흐름 통로(326-i)내에 설치할 수도 있다. 수동식 압력 조절기(320)는 밸브(330)와 유입구 사이에서 모듈(302)에 장착된다. 전술한 실시예들과 같이, 유입 압력 센서(314)는 밸브(330)와 흐름 제한기(328)의 상류 가스의 압력을 모니터하고, 하류 압력 센서(316)는 밸브와 흐름 제한기의 하류 가스의 압력을 모니터한다.
도 1, 3, 4 및 5의 실시예에 있어서, 도시된 압력 센서들은 작동자가 눈으로 특정 압력을 측정하고 이에 따라 관련된 흐름 제한기를 가로지르는 압력 강하를 결정하는데 필요한 데이터를 얻을 수 있는 종래의 압력 게이지이다. 이와 달리, 특정 압력을 표시하는 아날로그 또는 디지털 신호를 제공하는 종래의 전자 압력 센서를 사용할 수도 있다. 그러한 전자 압력 센서는 인쇄된 출력물 또는 기타 시각적인 출력물을 제공한다. 자동화 시스템에 있어서, 상기 압력 센서는 압력 신호를 자동 제어기로 제공하는데, 이 자동 제어기는 차례로 흐름 제한기를 가로지르는 압력 강하를 결정하고 희망 흐름을 생성하는 압력 강하를 유지하는데 필요한 것으로 압력 조절기를 제어한다. 유사한 자동화 시스템은 당분야에 잘 알려져 있다.
도 6은 본 발명을 구현하는 제5 가스 흐름 제어 장치를 도시하고 있는데, 이 장치는 참조 부호 400으로 지시되며 역시 모듈형 구조이지만 추가로 가스 흐름 관리기 제어 장치를 포함하고 있다. 장치(10)의 부분들에 대응하는 장치(400)의 부분들은 접두사 "4"를 부가한 상태로 장치(10)와 연관하여 사용된 동일 참조 부호를 사용하여 동일시된다.
도시된 바와 같이, 장치(400)는, 바이패스 밸브 모듈(401), 제한기와 압력 센서 모듈(402), 압력 제어와 센서 모듈(403), 필터 모듈(404), 전자 모듈(405) 및 입력/판독 모듈(406)과 같이 적층된 6개의 블록 또는 모듈을 포함한다. 각 모듈의 형태는 거의 직선형이며, 여러 모듈들은 다른 모듈 위에 한 모듈이 놓이는 상태로[또는 모듈(403과 404)의 경우에는 제외하고)] 적층되어 있다. 한 블록에서 다른 블록으로 흐름 통로가 연장하는 곳에서 인접 블록의 병렬면에 금속 시일 또는 O-링, 예를 들어 링(409)에 의해 통로가 밀봉된다.
바이패스 모듈(401)은 일단에 가스 유입구(422)와 타단에 가스 유출구(424)를 구비하는 통류 통로(421)와, 통류 통로(421)로부터 모듈(401)의 상부면으로 상향으로 각각 연장하는 한쌍의 유입 흐름 통로와 유출 흐름 통로(401-i,401-o)를 포함한다. 3방향 밸브(430)는 통류 통로(421)내에서 유입 흐름 통로(401-i)와의 교차점에 장착된다. 한 위치에 있어서, 밸브(430)는 유입구(422)로부터 유출구(424)로직접 흐름을 안내하고, 제2 위치에 있어서, 유입구(422)로부터 유입 흐름 통로(401-i)내로 흐름을 안내하며, 제3 위치에 있어서, 밸브는 유입구(422)로부터의 흐름을 차단한다.
다른 구성으로서, 이 3방향 밸브(430)를 유입 흐름 통로(401-i)와 유출 흐름 통로(401-o) 사이의 통로(421)내에 배치된 차단 밸브(432; 도 6에 점선으로 도시됨)로 대체한다. 이 다른 구성은 밸브(432)가 완전 폐쇄되었을 때 유입 통로(422,401-i,402-i,403-i,404-i), 흐름 제한기(428), 그리고 유출 통로(404-o, 402-o,401-o 및 424)를 통해 흐름이 흐르게 한다. 밸브가 완전 개방되었을 때, 밸브(432)는 통류 통로(421), 유입 통로(422,401-i,402-i,403-i, 404-i), 흐름 제한기(428), 그리고 유출 통로(404-o,402-o,401-o 및 424)를 통해 더 느린 속도로 흐름이 우회하게 한다.
제한기와 제2 모듈(402)은 바이패스 밸브 모듈(401)의 상부상에 장착된다. 모듈(402)은 종방향 횡단면으로 계단부를 형성하고 있고, 그 얇은 부분은 하단부에서 모듈(401)의 유입 흐름 통로(401-i)와 연통하는 유입 흐름 통로(402-i)를 포함하며, 그 두꺼운 부분은 다공성 소결 금속 흐름 제한기(428)가 장착되고 모듈(402)의 상부에서 하향으로 연장하며 하단부에서 모듈(401)의 유출 통로(401-i)와 연통하는 유출 흐름 통로(402-o)와 연통하고 있는 유입 흐름 통로(402-i)를 구비한다. 하류 압력 센서(416)는 흐름 제한기 하류의 가스 압력을 감지하는 위치에서 흐름 제한기(428) 하부의 유입 흐름 통로(402-i)의 하부와 교차하는 테이퍼형의 횡구멍내에 배치된다.
압력 조절기 모듈(403)은 하단부에서 모듈(402)의 통로(402-i)와 연통하는 유입 흐름 통로 부분(403-i)과 모듈의 타단부에 유출 부분(403-o)을 포함하는 통류 통로(423)를 포함한다. 압력 조절기(420)는 유입 흐름 통로 부분(403-i)내에 장착되고, 상류 압력 센서(414)는 압력 조절기(420)의 하류 통로(423)내에 설치된다.
필터 모듈(404)은 모듈(403)의 유출 통로 흐름 부분(403-o)과 연통하는 유입 흐름 통로(404-i)와, 제한기와 센서 모듈(402)의 유입 통로(402-i)와 연통하는 유출 흐름 통로(404-o)를 포함한다. 다공성 소결 금속으로 된 초고효율(예를 들어, 9 로그 감소율)의 컵형상 필터(440)가 유입 흐름 통로(404-i)와 배출 통로(404-o) 사이에 설치된다. 이 필터(440)는 본 출원에 참조로서 조합되는, 미국특허 제5,114,447호와 제5,487,771호 및 같이 계류중인 출원 제08/895,605호에서 예시된 일반적인 타입이다. 당분야에 공지된 바와 같이, 그러한 9 로그 필터는 통상적으로 약 0.1 마이크로미터인 대부분의 관통 입자 크기에서 판명되는 것처럼, 유입 처리 흐름내에 있는 입자의 99.9999999%를 제거할 수 있다.
전자 모듈(405)은 제한기(428)의 유속 제어 데이터를 저장하고 있는 메모리 부분(450)과, 압력 센서(414,416)에 의해 감지된 유입 및 유출 가스 압력을 나타내는 데이터와 예를 들어 입력/판독 모듈(406)로부터의 희망 유속을 나타내는 데이터를 수용하고 메모리 부분(450)으로부터 유속 제어 데이터를 사용하여 실제 유속이 희망 흐름과 (소정의 허용 오차내에서)동일한 지를 판단하고 (필요하면) 압력 조절기(420)에 의해 출력된 압력을 (필요에 따라)증감하는 신호를 출력하는 비교기 부분(452)을 포함한다.
입력/판독 모듈(406)은 희망 가스 유속과, 임의로 가스의 타입, 처리 사이클 시간 및 가스 흐름 주기 등의 기타 정보를 입력하기 위한 입력부[예를 들어, 키보드 입력 패드(454)]를 포함하므로, 작업자는 눈으로 작동을 모니터할 수 있다. 또한, 모듈(406)은 유입구와 유출구의 실시간 압력, 희망(또는 설정) 유속 및 실제 유속을 포함하는 처리 또는 흐름 관련 데이터를 보여주는 출력부[예를 들어, 디지털 디스플레이(456)]를 포함한다.
작동시, 흐름 제한기(428)와 장치(400)내에 포함된 특정 처리 가스용으로 실험상 결정된 유속 제어 데이터는 사용자에 의해 또는 흐름 제한기가 원래 공급되어 있다면 장치(400)의 자동화에 의해 전자 모듈(406)의 메모리 부분으로 로딩된다. 가스 유입구(422)는 처리 가스(418)의 소스에 연결되고 가스 유출구(424)는 처리 가스를 필요로 하는 반도체 제조 작업의 유입구에 연결된다. 사용자는 희망 유속, 그리고 특정 장치에 따라 기타 처리 데이터를 키보드 입력 패드(454)를 사용하여 모듈(406)로 입력한다. 밸브 제어부는 희망하는 (오프, 제어된 흐름, 바이패스 흐름) 위치에 3방향 밸브(430)를 설정한다.
밸브(430)가 제어된 흐름 모드로 흐름을 안내하도록 설정되면, 즉 장치(400)내에서 유입구(422)를 통한 다음 필터(440)와 흐름 제한기(428)를 통해 장치 유출구(424)로 흐름을 안내하도록 설정되면, 상류 센서와 하류 센서(414,416)는 흐름 제한기(428)의 상류 및 하류의 가스 압력들을 측정한다. 모듈(406)로부터의 희망 유속 데이터와 함께 센서(414,416)로부터의 데이터가 전자 모듈(405)로 전송된다. 전자 모듈(405)은 입력 데이터를 계속 모니터하고 장치를 통한 실제 흐름이 희망하는 흐름과 정확히 대응되도록 (필요에 따라)압력 조절기(420)를 계속 조절한다.
기타 실시예
전술한 실시예들에 사용된 흐름 제한기는 모트 코포레이션에 의해 현재 제조 및 판매되는 타입의 다공성 소결 요소이다. 다른 3차원의 다공성 요소도 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 다공성 금속으로 된 흐름 제한기는 GKN 소결 금속(코네티컷 테리빌 소재), SSI 스페셜티즈(위시콘신 자네스빌 소재) 및 챤드 어소시에이트(메사추세츠 워세스터 소재)에서도 제조된다. 특히, 필터 용도에 통상적으로 필요로 하는 것보다 더 정밀하게 밀도와 흐름 특성을 제어하기 위해 추가 처리 공정을 사용한다면, 폴 코포레이션과 밀리포어 코포레이션에서 사용되는 것과 같은 고효율의 가스 필터용 다공성 소결 금속 매체를 흐름 제한기에 사용할 수 있다. 1998년 5월 8일자로 출원되어 함께 계류중인 미국특허출원 제09/074,957호(본 출원에 참조로서 조합됨)에 개시된 것과 같은 폼(foam)/분말 합성물, 고밀도 폼 및 세라믹과 플라스틱 등의 기타 다공성 재료도 흐름 제한기의 다공성 요소로서 사용될 수 있다. 본 출원에 사용되는 바와 같이, 가장 넓은 의미로, "흐름 제한기"라는 용어는 특정 가스의 경우에 압력 범위 이상으로 3차원 다공성 구조를 통과하는 가스 유속이 구조를 가로지르는 압력 강하에 의존하고 압력 강하-유속 특성이 만족스럽게 한정되도록 가스가 유동하는 다수의 구멍 또는 통로를 포함하는 통류 매트릭스를 한정하는 소정의 3차원 다공성 구조를 포함한다.
본 발명의 범위는 전술한 실시예들에 제한되지 않고, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 한정되며, 이들 청구범위는 기재된 것에 대한 변경 및 개선을 포함한다는 것을 인지해야 한다.

Claims (35)

  1. 다수의 구멍이 있으며 공지의 압력 강하-유속 특성을 갖는 통류(通流) 매트릭스 구조를 형성하는 3차원 다공성 구조를 구비하는 흐름 제한기를 마련하는 단계와,
    흐름 제한기를 통과하는 유체의 희망 유속을 결정하는 단계와,
    흐름 제한기를 통해 유체가 유동되게 하는 단계와,
    흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하를 결정하는 단계와,
    흐름 제한기를 가로지른 유체의 압력 강하가 유체의 희망 유속에 대응하도록 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하를 조절하는 단계
    를 포함하는 것인 흐름 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 압력 강하를 공지된 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터와 비교하는 단계와, 이 비교를 기초로 하여 흐름 제한기 상류의 유체 압력을 조절하는 단계를 포함하는 것인 흐름 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 압력 강하를 공지된 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터와 비교하는 단계와, 이 비교를 기초로 하여 흐름 제한기 하류의 유체 압력을 조절하는 단계를 포함하는 것인 흐름 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 흐름 제한기는 다공성 소결 금속을 구비하는 것인 흐름 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 흐름 제한기 상류의 유체 압력을 결정하고 상기 상류 압력을 나타내는 데이터를 제공하는 제1 센서와 상기 흐름 제한기 하류의 유체 압력을 결정하고 상기 하류 압력을 나타내는 데이터를 제공하는 제2 센서를 마련하는 단계를 포함하고, 상기 압력 강하는 상기 데이터의 비교를 기초로 하여 결정되는 것인 흐름 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 유체의 희망 유속을 나타내는 전자 신호, 상기 상류 압력을 나타내는 데이터의 전자 신호, 상기 하류 압력을 나타내는 데이터의 전자 신호 및 공지된 흐름 제한기의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터의 전자 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것인 흐름 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 흐름 제한기의 상류 또는 하류의 유체 압력은 전자 신호중 낮은 것에 따라 조절되는 것인 흐름 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흐름 제한기 상류의 유체 압력을 조절하는 압력 조절기를 제공하는 단계를 포함하는 것인 흐름 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흐름 제한기를 가로지른 압력 강하는 주기적인 시간 동안 계속적으로 모니터되고, 상기 주기 중에 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 압력 강하는 상기 흐름 제한기를 통과하는 유체 흐름을 희망 유속으로 유지하는데 필요할 때 조절되는 것인 흐름 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 공지의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터를 저장하는 메모리와 상기 흐름 제한기의 상류 또는 하류의 유체 압력을 나타내는 데이터를 제공하는 제1 센서를 마련하는 단계를 포함하고, 상기 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 압력 강하는 상기 메모리에 저장된 데이터와 상기 제1 센서에 의해 제공된 데이터를 기초로 하여 조절되는 것인 흐름 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 흐름 제한기 하류의 유체 압력을 나타내는 데이터를 제공하는 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 센서는 상기 흐름 제한기 하류의 유체 압력를 나타내는 데이터를 제공하고, 상기 흐름 제한기를 통해 유동하는 유체의 압력 강하는 상기 메모리에 저장된 데이터와 상기 제1 센서와 제2 센서에 의해 제공된 데이터를 기초로 하여 조절되는 것인 흐름 제어 방법.
  12. 제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 가스인 것인 흐름 제어 방법.
  13. 유입구와 유출구를 구비하는 가스 흐름 통로와,
    다수의 구멍을 포함하는 통류 매트릭스를 형성하는 3차원 다공성 구조를 구비하고 공지의 압력 강하-유속 특성을 갖는 흐름 제한기와,
    상기 흐름 제한기의 상류 또는 하류의 흐름 통로에 있는 유체의 압력을 결정하는 압력 센서와,
    상기 공지의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터를 저장하는 메모리와,
    상기 흐름 통로의 유체 압력을 조절하는 조절기
    를 구비하는 것인 유체 흐름 제어기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 압력 센서는 상기 흐름 제한기의 상류 또는 하류의 흐름 통로의 유체 압력을 나타내는 전자 신호를 제공하고, 비교기는 상기 전자 신호와 메모리내의 데이터와 관련되며, 상기 조절기는 상기 관계를 기초로 하여 조절되는 것인 유체 흐름 제어기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 압력 센서는 상기 흐름 제한기 상류의 유체 압력을 결정하고, 상기 흐름 제한기 하류의 흐름 통로의 유체 압력을 나타내는 전자 신호를 제공하는 제2 압력 센서를 포함하며, 상기 비교기는 상기 양쪽의 전자 신호들과 관련되고, 상기 데이터와 조절기는 전자 신호와 데이터 양쪽의 관계를 기초로 하여 조절되는 것인 유체 흐름 제어기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조절기는 상기 흐름 제한기 상류의 유체 압력을 조절하는 것인 유체 흐름 제어기.
  17. 제13항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 가스인 것인 유체 흐름 제어기.
  18. 유입구와 유출구를 구비하는 제1 유체 흐름 통로와,
    다수의 구멍을 포함하는 통류 매트릭스를 형성하는 3차원 다공성 구조를 구비하고 상기 흐름 통로내에 위치된 공지의 압력 강하-유속 특성을 갖는 제1 흐름 제한기와,
    상기 흐름 제한기 상류의 흐름 통로의 가스 압력을 결정하는 상류 압력 센서와,
    상기 흐름 제한기 하류의 흐름 통로의 가스 압력을 결정하는 하류 압력 센서
    를 구비하는 것인 유체 흐름 제어기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 흐름 제한기의 상류 또는 하류에서 유동하는 가스의압력을 조절하는 조절기를 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
  20. 제18항에 있어서, 상기 흐름 제한기 상류의 제1 흐름 통로와 연통하는 유입구가 있는 제2 흐름 통로를 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 흐름 통로는 상기 흐름 제한기가 배치되는 제1 흐름 통로의 부분과 평행하게 연결되는 것인 유체 흐름 제어기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 흐름 통로와 제2 흐름 통로 중 한 통로내에 마련된 밸브를 포함하며, 상기 밸브는 상기 흐름 통로들 중 하나를 통과하는 흐름을 허용하는 제1 위치와 상기 흐름 통로들 중 하나를 통과하는 흐름을 차단하는 제2 위치 사이에서 조정가능한 것인 유체 흐름 제어기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 밸브는 상기 제1 흐름 통로내에 있는 것인 유체 흐름 제어기.
  24. 제20항에 있어서, 상기 제2 흐름 통로내에 제2 흐름 제한기가 배치되는 것인 유체 흐름 제어기.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2 흐름 제한기 하류의 제2 흐름 통로의 유체 압력을 결정하는 제2 하류 압력 센서를 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제1 및 제2 흐름 제한기의 상류에 있는 제1 흐름 통로와 연통하는 유입구가 있는 제3 흐름 통로를 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 흐름 제한기와 제3 흐름 통로를 통과하는 흐름을 차단하는 제1 위치와, 상기 제2 흐름 통로와 제3 흐름 통로를 통과하는 흐름을 차단하는 제2 위치와, 상기 제3 흐름 통로를 통과하는 흐름을 허용하고 상기 제1 흐름 제한기와 제2 흐름 통로를 통과하는 흐름을 차단하는 제3 위치를 갖는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 상기 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치 사이에서 조정가능한 것인 유체 흐름 제어기.
  28. 제18항 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 가스인 것인 유체 흐름 제어기.
  29. 거의 직선형인 다수의 모듈로서, 상기 모듈 중 제1 모듈은 유입구와 유출구를 구비하는 제1 유체 흐름 통로를 형성하고, 상기 모듈 중 제2 모듈은 상기 제1 유체 흐름 통로와 연통하는 유입구가 있는 제2 유체 흐름 통로를 형성하며 상기 제2 유체 흐름 통로내에 배치되고 다수의 구멍을 포함하는 통류 매트릭스를 형성하는 3차원 다공성 구조를 구비하고 공지의 압력 강하-유속 특성을 갖는 흐름 제한기를 포함하는 것인 다수의 모듈과,
    상기 흐름 제한기 상류의 흐름 통로의 유체 압력을 결정하기 위해 상기 모듈 중 하나에 있는 상류 압력 센서와,
    상기 흐름 제한기 하류의 흐름 통로의 유체 압력을 결정하기 위해 상기 모듈 중 하나에 있는 하류 압력 센서
    를 구비하는 것인 유체 흐름 제어기.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제2 유체 흐름 통로는 상기 제1 유체 흐름 통로와 평행하게 연결되며 상기 제1 유체 흐름 통로와 연통하는 유출구를 구비하는 것인 유체 흐름 제어기.
  31. 제29항에 있어서, 상기 모듈 중 제1 모듈은 상기 제1 흐름 통로를 통과하는 흐름을 허용하고 상기 제2 흐름 통로와 흐름 제한기를 통과하는 흐름을 차단하는 제1 위치와 상기 제2 흐름 제한기를 통과하는 흐름을 허용하고 상기 제2 흐름 통로를 통과하는 흐름을 차단하는 제2 위치 사이에서 조정가능한 밸브를 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
  32. 제29항에 있어서, 상기 모듈 중 제3 모듈은 상기 제1 유체 흐름 통로와 연통하는 유입구와 제3 가스 흐름 통로와 연통하는 유출구가 있는 제3 유체 흐름 통로를 형성하고, 상기 제3 유체 흐름 통로내에 배치된 고효율의 필터를 포함하는 것인유체 흐름 제어기.
  33. 제32항에 있어서, 상기 필터는 다공성 소결 금속으로 된 여과 요소를 구비하는 것인 유체 흐름 제어기.
  34. 제31항에 있어서, 상기 흐름 제한기의 공지의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터를 포함하는 메모리 부분을 구비하는 전자 모듈을 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
  35. 제29항에 있어서, 상기 모듈 중 한 모듈은 상기 흐름 제한기의 상류 및 하류의 가스 압력을 나타내는 신호를 상기 상류 센서와 하류 센서로부터 수신하는 입력부와, 상기 신호들과 공지의 압력 강하-유속 특성을 나타내는 데이터에 응답하여 상기 압력 조절기를 조절하는 출력부를 포함하는 것인 유체 흐름 제어기.
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