KR20030044778A - 감압 기능 부착 용기 밸브 - Google Patents

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KR20030044778A
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하사카사토시
호리우치유타카
고이즈미마사오
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닛폰산소 가부시키가이샤
가부시키가이샤 하마이
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Abstract

용기내 압력이 고압이더라도 용기 밸브를 개방함에 따라 소비 압력으로 감압한 상태의 가스를 안전하게 공급할 수 있음과 동시에, 용기내로의 가스 충전도 용이하게 행할 수 있고, 소형화도 꾀할 수 있는 것 뿐만 아니라, 고순도 가스 공급을 위한 퍼징(purging) 조작도 확실히 행하는 것이 가능한 감압 기능 부착 용기 밸브를 제공한다.
가스 용기(10)에 장착되는 밸브 블록(12) 내에, 충전 밸브(13)를 구비한 가스 충전 유로(14)와, 도출 밸브(15)를 구비한 가스 도출용 유로(16)를 형성함과 동시에, 이 가스 도출용 유로(16)에 있어서의 상기 도출 밸브(15)의 일차측에 감압 밸브(17)를 설치한다.

Description

감압 기능 부착 용기 밸브{Container valve with pressure reducing function}
본 발명은 감압 기능 부착 용기 밸브에 관한 것으로, 상세하게는 가연성, 자연성, 독성, 부식성, 지연성(支燃性)을 갖는 각종 가스를 충전하는 가스 용기의 용기 밸브로서 특히 적합한 구조를 갖는 감압 기능 부착 용기 밸브에 관한 것이다.
공업용 가스 중에는 가연성, 자연성, 독성, 부식성, 지연성이란 위험성을 갖는 고압 가스가 있고, 이들이 대량으로 수송되어 소비 설비에서 소비되고 있고, 보안 유지를 위해 많은 노동력이 지불되고 있다. 특히, 반도체 산업에서는 웨이퍼의 대구경화(大口俓化)에 따라 위험성을 갖는 특수 재료 가스가 대량으로 소비되기 시작하여, 보안의 확보에 더욱 엄중한 관리가 행해지도록 되어 왔다.
공업용 가스를 공급하는 방법으로서, 일반적으로는 고압 가스 용기내에 가스를 고압 상태로 충전하여, 소비 설비의 가스 공급 라인에 설치한 감압 밸브로 소정 소비 압력(통상 1㎫ 이하)로 감압하여 공급하는 방법이 일반적이다. 특히, 일본에 서의 고압 보안법으로 규정되어 있는 특수 고압 가스, 예컨대 실란, 디실란, 아르신, 포스핀, 디보란, 셀렌화수소, 게르만은 소비를 위한 기술적인 필요요건이 상세하게 규정되어 있고, 소량의 소비이더라도 도도부현지사에로의 신고가 의무로 부과되고 있다. 특히, 기술요건인 실린더 캐비넷내의 용기 주둥이부(口金部)로부터 감압 밸브까지의 고압부는 고압 가스 보안협회의 인정품을 사용해야 하고, 고압부의 존재에 의해 누설시 등의 위험성이 높다는 점과, 인정품을 사용하기 위해 비용이 높아지는 점의 양쪽 결점을 갖고 있다.
또한, 용기내에 제올라이트나 활성탄 등의 흡착재를 충전하여, 이 흡착재에대기압 이하의 저 압력에서 포스핀, 아르신, 디보란, 게르만 등의 액화가스를 흡착시켜, 이 상태에서 가스를 공급하는 기술이 실용화되어 있다. 흡착재가 없는 상태로 동일한 용량의 용기에 고압 가스를 충전한 것에 비교하면 7배 내지 40배의 충전량이 되는데, 이 기술은 충전량에서는 큰 장점을 갖지만, 소비장치의 압력이 10Torr 이하가 아니면 공급할 수 없다는 문제점을 갖고 있고, 반도체 산업의 이온주입장치나 고밀도 플라스마 CVD 등의 한정된 용도로 밖에 응용할 수 없다는 결점을 갖고 있다. 또한, 흡착재를 사용하고 있기 때문에, 흡착재에 본래 흡착하고 있는 대기 성분의 제거가 곤란하거나, 흡착재 그 자체가 입자 발생원이 되기 때문에, 고순도의 가스를 공급할 수 없다는 결점도 있었다.
또한, 감압 밸브와 용기 밸브를 일체화한 고집적화 부품을 부속시켜, 저압 공급가능하게 한 제안도 되어 있지만(특표 2001-510546호(USP 610,816) 참조), 가스의 충전을 효율적으로 행할 수 있는 기능이 없기 때문에, 충전전의 진공화가 어렵거나, 충전 스피드가 느리다고 하는 결점을 갖고 있고, 결과로서 충전된 가스의 순도가 낮아진다는 결점을 갖고 있다. 또한, 용기내의 압력에서의 잔량 관리를 할 수 없다는 문제점도 갖고 있다.
그래서, 본 발명은 용기내 압력이 고압이더라도 용기 밸브를 개방함으로써 소비 압력으로 감압한 상태의 가스를 안전하게 공급할 수 있음과 동시에, 용기내로의 가스의 충전도 용이하게 행할 수 있고, 소형화도 꾀할 수 있을 뿐만 아니라, 고순도 가스 공급을 위한 퍼징 조작도 확실하게 행하는 것이 가능한 감압 기능 부착용기 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 1 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 2는 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 2 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 3은 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 3 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 4는 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 4 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 5는 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 5 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 6은 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 6 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 7은 제 6 형태예로 도시한 감압 기능 부착 용기 밸브의 구체적 구조예를 나타내는 종단면도이다.
도 8은 제 6 형태예로 도시한 감압 기능 부착 용기 밸브의 구체적 구조예를나타내는 횡단면도이다.
도 9는 제 6 형태예로 도시한 감압 기능 부착 용기 밸브의 도출 밸브 부분의 요부 단면도이다.
도 10은 감압 밸브를 외부에서 조작할 수 있도록 한 구체적 구조예를 나타내는 단면 정면도이다.
도 11은 감압 밸브를 외부에서 조작할 수 있도록 한 구체적 구조예를 나타내는 단면 측면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 가스 용기 11: 감압 기능 부착 용기 밸브
12: 밸브 블록 13: 충전 밸브
14: 가스 충전 유로 15: 도출 밸브
16: 가스 도출용 유로 17: 감압 밸브
22: 안전 밸브 23: 압력 센서
24, 25: 필터 31: 가스 정제기
32: 체크 밸브 41: 퍼징 가스 입구 구멍
42: 공급 가스 출구 구멍 43: 퍼징 가스 도입 경로
51: 밸브 보디 52: 수나사
53: 팽이형상 시트
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브는 가스 용기에 부속하는 용기 밸브로, 가스 용기에 장착되는 밸브 블록내에, 충전 밸브를 구비한 가스 충전 유로와, 도출 밸브를 구비한 가스 도출용 유로를 형성함과 동시에, 이 가스 도출용 유로에 있어서의 상기 도출용 밸브의 일차측에 감압 밸브를 설치한 한 것을 특징으로 하는 것이며, 또한 상기 가스 충전 유로에 있어서의 충전 밸브의 이차측에 접속하여, 안전 밸브 및 압력 센서 중 적어도 어느 한 쪽이 설치되어 있는 것, 상기 가스 도출용 유로에 있어서의 감압 밸브의 일차측 및 이차측 중 적어도 어느 한 쪽에 필터가 설치되어 있는 것, 상기 가스 도출용 유로에 있어서의 감압 밸브의 일차측에 가스 정제기가 설치되고 있고, 또한 이 가스 정제기의 일차측에 체크 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브가 부속한 가스 용기 중에 충전되는 가스로는 H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H8, n-C4H10, i-C4H10, CH3OH, C2H5OH 의 공업용 가스나, SiH4, AsH3, PH3, GeH4, B2H6, Si2H6, SF6, NF3, CF4, C2F6, C4F8, C3F8, C5F8, C4F6, Cl2, HF, HCl, HBr, ClF3, NH3, N2O, NO, He, Ar, H2, O2, CO2, CO 등의 반도체 재료 가스로서 사용되는 가스를 들 수 있다.
이들 가스는 일반적으로 스텐레스강, CrMo강, 탄소강, Mn강, Al 합금, Al 라이닝 강화 플라스틱 등으로 이루어지는 가스 용기에 충전되어 있다. 가스 용기로는외경이 50㎜ 이상 1200㎜ 이하, 길이가 350㎜ 이상 12m 이하인 통형상의 것이 바람직하게 사용된다. 가스 용기의 양단은 경판상이나 평면상으로 열간가공되고, 용기 밸브 장착부가 적어도 1개소 형성되며, 용기 밸브를 설치하기 위한 나사 가공이 실시되어 있다.
우선, 도 1은 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 1 형태예를 나타내는 계통도이다. 가스 용기(10)에 부속하는 감압 기능 부착 용기 밸브(11)는 가스 용기(10)에 장착되는 밸브 블록(12) 내에, 차단 밸브(충전 밸브; 13)를 구비한 가스 충전 유로(14)와, 차단 밸브(도출 밸브; 15)를 구비한 가스 도출용 유로(16)를 형성함과 동시에, 이 가스 도출용 유로(16)에 있어서의 상기 도출 밸브(15)의 일차측(상류측, 전단)에 감압 밸브(17)를 설치한 것이다. 가스 충전 유로(14)는 충전 가스 출구(14a)에서 용기내 가스상(10a)으로 연통하고 있고, 충전 가스 입구(14b)와 용기내 가스상(10a)이 충전 밸브(13)에 의해서 칸막이된다. 또한, 가스 도출용 유로(16)는 도출 가스 입구(16a)에서 용기내 가스상(10a)으로 연통하고 있고, 도출 가스 출구(16b)와 용기내 가스상(10a)이 도출 밸브(15)에 의해 칸막이된다.
도출 밸브(15)를 개방하면, 가스 용기(10) 내에 충전된 고압 가스는 도출 가스 입구(16a)에서 가스 도출용 유로(16)로 유입하여, 감압 밸브(17)에 의해 미리 설정된 압력으로 감압된 후, 도출 밸브(15)를 경유하여 도출 가스 출구(16b)에서 소비 장소에 공급된다. 따라서, 도출 밸브(15)를 개방한 상태에서는, 소정 압력으로 감압된 가스가 감압 기능 부착 용기 밸브(11)로부터 도출됨으로써, 부주의로 도출 밸브(15)를 개방하더라도 종래와 같이 고압 가스가 기운차게 분출하는 일이 없어지기 때문에, 안전성을 보다 높일 수 있다. 또한, 이들을 일체화한 블록으로 함으로써, 용기 밸브의 소형화를 꾀할 수 있다.
또한, 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(11)는 통상 용기 밸브 장착부를 2개소 구비한 가스 용기에 있어서의 한 쪽의 용기 밸브 장착부에 부착되는 것으로, 다른 쪽의 용기 밸브 장착부에는 안전 밸브 또는 안전 밸브를 구비한 용기 밸브를 부착하고 있다.
도 2는 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 2 형태예를 나타내는 계통도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 형태예에 기재한 감압 기능 부착 용기 밸브에 있어서의 동일한 구성요소에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(21)는 상기 가스 충전 유로(14)에 있어서의 충전 밸브(13)의 이차측(하류측, 후단)에서, 충전 가스 출구(14a) 사이에 안전 밸브(22)를 접속한 것이다. 이러한 안전 밸브(22)를 일체로 끼워 넣은 감압 기능 부착 용기 밸브(21)는 용기 밸브 장착부가 다만 1개소인 가스 용기에도 부착될 수 있다.
또한, 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(21)에는 상기 가스 충전 유로(14)에 있어서의 충전 밸브(13)의 이차측에 압력 센서(23)도 접속되어 있다. 이 압력 센서(23)는 충전 가스 출구(14a)를 통해 용기내 가스상(10a)과 연통한 상태로 되어 있고, 용기내 가스상(1Oa)의 압력을 상시 검출할 수 있다. 이러한 압력 센서(23)를 일체로 끼워 넣음으로써, 용기내 가스의 잔압을 관리할 수 있기 때문에, 용기 교환 시기를 확실하게 알 수 있다.
또한, 상기 제 1 형태예와 마찬가지로, 다른 쪽의 용기 밸브 장착부에 안전 밸브 또는 안전 밸브를 구비한 용기 밸브를 장착한 가스 용기의 경우는 안전 밸브(22)를 생략하여 압력 센서(23) 만을 설치하도록 해도 되고, 용기내 가스의 잔압을 관리할 필요가 없을 때, 또는 다른 쪽의 용기 밸브 장착부에 압력 센서를 설치한 경우에는, 압력 센서(23)를 생략해도 된다.
또한, 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(21)에는 상기 가스 도출용 유로(16)에 있어서의 감압 밸브(17)의 일차측, 도출 가스 입구(16a) 사이에 필터(24)가 끼워 넣어져 있다. 이와 같이, 감압 밸브(17)의 일차측에 필터(24)를 설치함으로써, 가스 중의 입자에 의해 감압 밸브(17)의 밸브 시트에서 가스 누설(시트 리크)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 3 형태예를 나타내는 계통도이다. 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(31)는 상기 가스 도출용 유로(16)에 있어서의 감압 밸브(17)의 이차측에서, 도출 밸브(15)의 일차측에 필터(25)를 끼워 넣은 것이다. 이 위치에 필터(25)를 설치함으로써, 가스 도출용 유로(16)로부터 소비 장소에 공급하는 가스 중의 입자를 충분히 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 4 형태예를 나타내는 계통도이다. 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(41)는 상기 가스 도출용 유로(16)에 있어서의 감압 밸브(17)의 일차측 및 이차측에 필터(24, 25)를 각각 끼워 넣은 것이다. 이와 같이 2개소에 필터(24, 25)를 설치함으로써, 감압 밸브(17)의 시트 리크를 방지할 수 있음과 동시에, 입자를 제거한 고순도 가스를 소비 장소에 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 5 형태예를 나타내는 계통도이다. 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(51)는 상기 가스 도출용 유로(16)에 있어서의 감압 밸브(17)의 일차측에 가스 정제기(31)를 설치함과 동시에, 이 가스 정제기(31)의 일차측에 체크 밸브(32)를 설치한 것이다. 이와 같이 가스 정제기(31)를 끼워 넣음으로써, 가스 중에 불순물로서 존재하는 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수분 등을 제거할 수 있고, 특히 반도체 산업용 가스의 고순도화에 기여할 수 있다.
또한, 가스 정제기(31)는 감압 밸브(17)의 이차측에 설치하는 것도 가능하지만, 통상의 가스 정제기는 가스 압력이 높을수록 정제 능력도 높아지기 때문에, 감압 밸브(17)의 일차측에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 이 가스 정제기(31)와 상기 필터를 조합하는 것도 가능하다. 또한, 상기 체크 밸브(32)는 가스 정제기(31)로부터 용기내에 불순물이 역류하는 것을 방지하는 것으로, 생략하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브의 제 6 형태예를 도시하는 계통도이다. 본 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브(61)는 상기 도출 밸브(15)의 주둥이부(15a)에 퍼징 가스 입구 구멍(41)과 공급 가스 출구 구멍(42)을 밸브 시트부에서 연통가능하게 설치된 것이다. 이와 같이 퍼징가스 입구 구멍(41)을 형성함으로써, 도출 가스 출구(16b)에 소비 설비의 가스 공급 라인을 접속하였을 때에, 퍼징 가스 도입 경로(43)로부터 퍼징 가스를 도입하여 퍼징 가스입구 구멍(41)으로부터 주둥이부(15a)를 지나서 도출 가스 출구(16b)로 유동시킴으로써, 도출 밸브(15)의 주둥이부(15a)나 도출 가스 출구(16b)를 효과적으로 퍼징할 수 있다.
각 형태예에 도시한 감압 기능 부착 용기 밸브는 충전 밸브(13), 도출 밸브(15), 감압 밸브(17), 안전 밸브(22), 압력 센서(23), 필터(24, 25), 가스 정제기(31), 체크 밸브(32) 등을 필요에 따라 밸브 블록(12) 내에 끼워 넣기 때문에, 용기 밸브 전체의 소형화를 꾀할 수 있다. 또한, 이들 각 부재는 밸브 블록(12) 내에 일체로 형성하는 것이 바람직하지만, 별개로 제조한 것을 용접 구조나 이음매 구조를 채용하여 일체화할 수도 있다. 또한, 이음매 구조의 경우는 리크 타이트한 금속 개스킷을 사용한 금속면 시일, 예컨대 VCR 시일, W 시일, C 시일 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 각 형태예에서는 밸브 블록(12)에 있어서, 감압 밸브(17)나 필터(24, 25) 등을 가스 용기(10) 내에 삽입하는 바와 같은 형상으로 함으로써 용기 외부에 있어서의 감압 기능 부착 용기 밸브의 소형화를 더욱 더 꾀하고 있지만, 충전 밸브(13)나 압력 센서(23)도 가스 용기내에 삽입하는 것 같은 구조로 하는 것도 가능하고, 도출 밸브(15)까지를 가스 용기내에 수납하여 충전 가스 입구(14b) 부분, 도출 가스 출구(16b) 부분, 퍼징 가스 도입 경로(43) 부분만을 용기 외부로 돌출시킨 상태로 하는 것도 가능하다. 또한, 감압 밸브(17)를 용기 외부로 비어져 나오도록 설치하여, 감압 밸브(17)의 이차 압력을 조절가능한 상태로 할 수도 있다.
감압 기능 부착 용기 밸브에 있어서의 밸브 블록(12)은 황동, 스텐레스강,니켈 합금 등을 기계가공함으로써 제작할 수 있고, 차단 밸브(충전 밸브(13), 도출 밸브(15))는 키 플레이트식 또는 다이어프램식이 일반적이지만, 다이어프램식의 경우가 밸브 내부의 데드 스페이스(dead space)를 효율 좋게 퍼징할 수 있는 점에서 최적이다. 또한, 각 차단 밸브의 팽이형상 시트는 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE), 테트라플루오로에틸렌-펜타플루오로비닐에테르 공중합체(PFA), 폴리이미드 등으로 형성하는 것이 바람직하다.
각 차단 밸브의 개폐 구동은 수동에 의한 매뉴얼 밸브이어도 되고, 에어 구동이나 전자 구동에 의해 개폐시켜 긴급 차단 밸브를 겸하도록 해도 된다. 특히, 도출 밸브(15)는 가스 공급시의 긴급사태에 대응하기 위해 에어 구동 밸브나 전자 구동 밸브가 바람직하고, 가연성이나 지연성을 갖는 가스의 경우는 에어 구동 밸브가 바람직하다.
또한, 상기 감압 밸브(17)는 스프링식 감압 밸브가 일반적이지만, 데드 스페이스가 적고, 입자 발생이 적은 다이어프램식 감압 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 이 감압 밸브(17)의 이차측 압력은 일반적으로 100Torr∼1㎫의 범위로 설정가능하지만, 0.1㎫ 이하로 감압하는 경우는, 압력 제어 정밀도를 향상시키기 위해 감압 밸브를 직렬로 2단 설치하는 것이 바람직하고, 감압 기능이 2단으로 되어 있는 1대의 감압 밸브를 사용할 수도 있다.
상기 안전 밸브(22)에는 파열판식, 스프링식 또는 가용 마개(可溶栓)식을 채용할 수 있고, 다수 방식을 병용할 수도 있다. 압력 센서(23)는 충전 가스압에 맞춘 범위의 것을 선택하면 되고, 보르돈관(Bourdon tube)식이나 트위스트 게이지식,반도체 센서식을 채용할 수 있고, 특히 반도체 센서식으로 다이어프램 타입의 압력 센서가 바람직하다.
필터(24, 25)는 폴리테트라플루오로에틸렌제, 세라믹제, 스텐레스제 등의 필터 미디어(노재)를 사용할 수 있지만, 고순도 가스의 경우는 수분 방출이 적은 스텐레스제 필터 미디어가 바람직하다. 이 필터에 있어서의 입자의 제거 성능은 0.01∼20㎛ 이상까지의 것을 사용하는 것이 가능하지만, 감압 밸브(17)의 입자에 의한 시트 리크를 막기 위한 필터(24)는 5㎛ 정도로 충분하고, 한편, 감압 밸브(17)의 후단에 설치하는 필터(25)는 입자를 충분히 저감한 고순도 가스를 공급하기 위해, O.O1∼1㎛의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
가스 정제기(31)는 제올라이트, 활성 알루미나, 금속 촉매, 금속 산화물 촉매 등의 정제제로 가스 중의 불순물을 제거하는 것으로, 가스 용기내의 가스의 순도나 용도에 따라 이들을 적절히 선택하여 사용하면 되고, 수분 등의 제거에는 제올라이트계 정제제가 바람직하다.
각 구성부재의 모든 접촉 가스면은 기계 연마, 지립(砥粒) 연마, 전해 연마, 복합 전해 연마, 화학 연마, 복합 화학 연마 등을 실시한 것이 바람직하고, 니켈을 전해 또는 무전계에서 도금해도 되고, 또한 플루오르화에 의해 니켈 플루오르화물을 표면에 형성해도 된다. 밸브 블록(보디)이 스텐레스강제인 경우는 연마후, 열처리에 의해 철이나 크롬, 알루미늄의 산화막으로 부동태막을 형성할 수도 있다. 이들 내표면 조도는 고순도 가스의 경우는 Rmax로 1㎛ 이하가 바람직하고, 특히 0.3㎛ 이하가 최적이다.
이와 같이 형성한 감압 기능 부착 용기 밸브에 있어서, 가스 용기(10) 내로의 가스의 충전 조작을 제 2 형태예에 도시한 감압 기능 부착 용기 밸브(21)를 예로 들어 설명하는데, 우선 최초에, 가스 용기(10) 내의 진공화가 행해진다. 이 진공화는 충전 가스 입구(14b)와 도출 가스 출구(16b)를 각각 진공 라인에 접속하여, 충전 밸브(13) 및 도출 밸브(15)를 개방한 상태에서 가스 용기내의 진공화를 행하여, 가스 용기 내의 가스, 대기 성분을 1Torr 이하, 반도체 재료 가스의 경우는 0.01Torr 이하까지 배출제거한다. 이 때, 가스 용기(10)는 실온으로 해도 되지만, 250℃ 이하의 온도 범위로 가열한 상태로 두는 것이 바람직하다. 이 진공화에 요하는 시간은 가스 용기의 용적에 따라 다르지만, 30분∼20시간 정도의 진공화를 행한 후, 도출 밸브(15)를 닫고 충전 가스 입구(14b)에서 충전 밸브(13), 가스 충전 유로(14), 충전 가스 출구(14a)를 통해 가스 용기(10) 내에 가스를 소정 압력까지 충전한다. 이 충전 조작은 액화가스를 충전할 때도 동일한 방법으로 행할 수 있다. 가스 충전이 종료한 가스 용기(10)는 누설 유무가 확인된 후, 가스 소비 장소로 이동되어 도출 가스 출구(16b)가 가스 소비 설비의 가스 공급 라인에 접속된다.
가스 용기(10) 내의 가스를 소비 설비에 공급할 때에는, 우선 도출 가스 출구(16b)를 가스 공급 라인에 접속한 후, 가스 공급 라인에 사용 압력 이상의 퍼징가스를 공급하여 가스 누설의 유무를 확인한다. 이 때, 진공화, 또는 진공화와 퍼징 가스의 가압 공급의 반복, 또는 퍼징 가스의 가압 공급과 방출의 반복을 행함으로써, 라인 접속시에 혼입한 대기 성분을 완전히 제거한다. 또한, 반도체 재료 가스와 같이 고순도 가스가 요구되는 경우는, 제 6 형태예에 도시한 바와 같이 형성함으로써, 도출 밸브(15)의 주둥이부(15a)에 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 등의 퍼징 가스를 공급하여, 퍼징 가스 입구 구멍(41)으로부터 주둥이부(15a)를 지나서 도출 가스 출구(16b)로 유동함으로써, 도출 밸브(15)의 데드 스페이스에 잔류하는 대기 성분도 완전히 제거할 수 있다.
또한, 반도체 재료 가스의 경우는 대기 성분 제거후에, 가스 공급 라인의 진공화와 가스 용기내의 반도체 재료 가스의 가압 공급을 반복하여, 퍼징 가스를 배제하여 가스 공급 라인내의 가스를 가스 용기내의 가스로 치환하는 조작을 행한다. 그 후, 도출 밸브(15)를 개방함으로써, 가스 용기내의 가스를 소비 설비로 소정 압력으로 감압한 상태에서 연속적으로 공급하는 것이 가능해진다.
압력 센서(23)의 지시값이 낮아진 경우는, 도출 밸브(15)를 닫은 후, 충전 가스 입구(14b)에 가스 충전원을 접속하여 충전 밸브(13)를 개방함으로써, 소비 장소에서도 가스를 용기내에 충전할 수 있다. 소비 장소에서 가스를 충전하지 않은 경우는 도출 가스 출구(16b)의 진공화와 퍼징 가스의 가압 공급을 반복하여 도출 가스 출구(16b)를 퍼징 가스로 치환한 후, 가스 공급 라인을 절단분리하여 가스 용기를 가스 충전 공장으로 이동하여, 여기서 새로운 가스를 가스 용기내에 충전한다.
도 7 내지 도 9는 상기 제 6 형태예에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브의 구체적 구조예를 나타내는 것으로, 도 7은 종단면도, 도 8은 횡단면도, 도 9는 도출 밸브 부분의 요부 단면도이다.
이 감압 기능 부착 용기 밸브는 충전 밸브(13), 가스 충전 유로(14), 도출밸브(15), 가스 도출용 유로(16), 안전 밸브(22), 압력 센서(23), 퍼징 가스 입구 구멍(41), 공급 가스 출구 구멍(42)을 형성한 밸브 보디(51)에, 감압 밸브(17)와 필터(24)를 용접에 의해 접속하여 일체화한 것이다. 이들 접촉 가스면은 전해 복합 연마나 화학 연마 등에 의해, 예컨대, Rmax로 1㎛까지 연마되어 있다.
가스 용기(10)는 예컨대 CrMo강제 용기로, 용기 내면은 Rmax로 1㎛까지 화학 연마되어 있다. 밸브 보디(51)는 SUS316L제이고, 용기 밸브 장착부(1Ob)의 암나사에 나사부착하기 위한 수나사(JIS-B8244 나사; 52)가 형성되어 있다. 충전 밸브(13)는 SUS316L제 다이어프램식 매뉴얼 밸브로, 핸들(13a)은 탈착가능하게 형성하여 가스 충전 공장에서 출하할 때에 떼어 낼 수 있도록 하고 있다. 가스 충전 유로(14)는 충전 밸브(13)의 다이어프램이 접하는 팽이형상 시트의 외주 부분에 충전 가스 입구(14b) 측이 시트 중앙부에 충전 가스 출구(14a) 측이 각각 위치하도록 형성되어 있다.
도출 밸브(15)는 SUS316L제 다이어프램식 에어 구동 밸브로, 긴급 차단 밸브의 기능을 동시에 갖게 하고 있다. 또한, 도출 밸브(15)에는 퍼징 가스 도입 경로에 접속하는 퍼징 가스 입구 구멍(41)과, 도출 가스 출구(16b)에 접속하는 공급 가스 출구 구멍(42)이 다이어프램이 접하는 팽이형상 시트(53)의 외주 부분에서, 팽이형상 시트(53)를 끼워 대향하는 위치로 개구하고 있고, 팽이형상 시트(53)의 중앙부에는 도출 가스 입구(16a) 측의 가스 도출용 유로(16)가 개구하고 있다. 또한, 팽이형상 시트(53)로는 PCTFE제의 것을 사용하고 있다.
감압 밸브(17)는 다이어프램 타입의 SUS316L제의 것으로, 이차측 압력은 예컨대 0.15㎫로 미리 설정하고 있다. 또한, 필터(24)는 SUS316L제 금속 필터로, 입자 제거 성능은 5㎛ 이상의 것으로 하였다.
안전 밸브(22)는 가용 마개와 파열판을 병용하고 있고, 예컨대 155℃ 이상의 온도 또는 25㎫ 이상의 압력이 되었을 때에 작동하도록 설정하고 있다. 이 안전 밸브(22)는 가스 충전 유로(14)로부터 측방향으로 분기하도록 형성된 유로(22a)에 접속하도록 하여 밸브 보디(51)에 부착되어 있다. 압력 센서(23)는 반도체 센서식 다이어프램 타입의 것을 사용하여, VCR 이음매에 의해 밸브 보디(51)에 접속하고 있다. 압력 센서(23)의 압력 측정 범위는 0∼30㎫로 하고 있다. 이 압력 센서(23)는 가스 충전 유로(14)로부터 측방향으로 분기하도록 설치된 유로(23a)에 접속하도록 하여 밸브 보디(51)에 부착되어 있다.
또한, 접촉 가스면의 상태, 감압 밸브(17)의 이차측 압력, 안전 밸브(22)에 있어서의 가용 마개의 설정 온도 및 파열판의 설정 압력, 압력 센서(23)의 압력 측정 범위, 필터(24)의 입자 제거 성능은 가스 용기(10) 내에 충전하는 가스의 종류나 사용 용도, 가스 공급시의 환경에 따라 적당히 설정되는 것으로, 예컨대 반도체 산업용 고순도 가스의 경우는 접촉 가스면을 Rmax로 0.1㎛까지 연마하는 일이 있으며, 필터(24)에도 보다 입자 제거 성능이 뛰어난 것을 사용하는 일이 있다.
도 10 및 도 11은 감압 밸브(17)를 외부에서 조작할 수 있도록 한 구체적 구조예를 나타내는 것으로, 도 10은 단면 정면도, 도 11은 단면 측면도이다. 또한, 본 예에서는 감압 밸브(17)의 설치 위치 이외에는 상기 도 7 내지 도 9에 도시하는 감압 기능 부착 용기 밸브와 계통적으로 동일한 구조로 하고 있다.
즉, 밸브 보디(51)의 선단에는 필터(24) 만을 용접에 의해 접속하여 일체화함과 동시에, 가스 도출용 유로(16)의 중간 부분을 떼어 내어 밸브 보디(51)의 용기 외부측으로 각각 굴곡시켜, 이 굴곡한 유로(17a, 17b)에 감압 밸브(17)의 일차측 및 이차측을 각각 접속한 것이다. 이와 같이 하여 감압 밸브(17)를 용기 외부에 설치함으로써, 가스 공급시에 필요에 따라 감압 밸브 이차측의 압력을 조절하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 감압 기능 부착 용기 밸브에 의하면, 가연성, 자연성, 독성, 부식성, 지연성을 갖는 각종 가스를 보다 안전하게 공급하는 것이 가능해지고, 또한 필터나 가스 정제기를 끼워 넣음으로써 고품위의 고순도 가스를 공급할 수 있다. 또한, 감압 밸브 등을 일체적으로 맞붙임으로써 용기 밸브의 소형화가 도모되고, 일부의 부품을 가스 용기내에 삽입한 상태로 함으로써 용기 외부의 부분을 보다 소형화할 수 있다.

Claims (5)

  1. 가스 용기에 부속하는 용기 밸브에 있어서, 가스 용기에 장착되는 밸브 블록 내에, 충전 밸브를 구비한 가스 충전 유로와, 도출 밸브를 구비한 가스 도출용 유로를 형성함과 동시에, 이 가스 도출용 유로에 있어서의 상기 도출 밸브의 일차측에 감압 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 감압 기능 부착 용기 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 충전 유로에 있어서의 충전 밸브의 이차측에 접속하여, 안전 밸브 및 압력 센서 중 적어도 어느 한 쪽이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 기능 부착 용기 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 도출용 유로에 있어서의 감압 밸브의 일차측 및 이차측 중 적어도 어느 한 쪽에 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 기능 부착 용기 밸브.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 도출용 유로에 있어서의 감압 밸브의 일차측에 가스 정제기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 기능 부착 용기 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가스 정제기의 일차측에 체크 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 기능 부착 용기 밸브.
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