KR20210005873A - 헬륨 저장 및 공급을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

헬륨 저장 및 공급을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20210005873A
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니엘스 로세
니콜라스 하이네스
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린데 게엠베하
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Abstract

ISO 시스템에서의 헬륨 공급 컨테이너의 불리한 점은 컨테이너 온도를 측정하거나 예측할 수 없다는 점이다. 직접 측정이 가능하지 않으며, ISO 시스템으로의 열의 잠재적인 누출 때문에 하류측 측정치가 부정확한 것으로 여겨진다. 본 발명은 헬륨을 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너로부터 적어도 하나의 공급 시스템을 통해 적어도 한 명의 최종 사용자에게 공급하고, 상기 적어도 하나의 컨테이너에 추가의 가압 헬륨 가스를 공급하기 위한 방법 및 장치이며, 여기서 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller)와 전자 통신 상태에 있는 질량 유량계 및 압력 전송기가 상기 적어도 한 명의 사용자에게 공급되는 헬륨의 양을 측정하고, 상기 양을 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러에 제공하고, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에 남아 있는 헬륨의 양 및 그 안의 온도의 신호를 상기 적어도 한 명의 최종 사용자에게 제공한다.

Description

헬륨 저장 및 공급을 위한 방법 및 장치
헬륨은 대부분 실린더, 예컨대 실린더 팩(MCP) 내에서 또는 튜브 트레일러(TT) 내에서 그의 기체 상태로 사용자에게 전달된다. 그럴지라도 일부 용도의 경우에는, 헬륨 공급원으로부터 헬륨 트랜스필 플랜트(transfill plant)로 액체 헬륨 또는 저온 초임계 헬륨 가스의 글로벌 수송을 위해 사용되는 것들과 유사한 액체 헬륨 ISO 컨테이너에 헬륨이 직접 공급되는 것이 유익할 수 있다.
그러한 사용자는 전형적으로 에어백 팽창(air bag inflation), 광섬유 생산, 화학 증착, 기계적 표면 코팅, 로켓 퍼징(rocket purging)과 같은 응용을 위하여 높은 헬륨 소비량을 갖거나, 그들은 가스상 헬륨 공급 모드보다는 액체 헬륨 ISO 컨테이너로부터 전형적으로 달성되는 마이크로전자장치 웨이퍼 생산을 위한 고순도 공급을 필요로 할 수 있다.
ISO 컨테이너로부터 사용자의 공정으로의 헬륨의 공급을 용이하게 하기 위하여, 사용자의 프레미스(premise) 내에 또는 부근에 전용 공급 공정이 설치되어야 한다. ISO 컨테이너의 사용에 관한 불리한 점은 그의 온도를 측정하거나 예측하는 능력이다. 직접 측정이 가능하지 않으며, ISO 시스템으로의 열의 잠재적인 누출 때문에 하류측 측정치가 부정확한 것으로 여겨진다.
헬륨 사용자는 ISO 컨테이너 상에 영구적인 계량대(weighbridge)를 설치할 필요가 있을 것이다. 대안적으로, 헬륨 사용자는 내용물의 정확한 양을 결정하기 위해 ISO 컨테이너를 외부 계량대로 수송할 필요가 있을 것이다.
또한, 헬륨 사용자는 중량 측정 전에 액체 질소 실드(shield)를 액체 질소로 가득 채우는 일을 수행할 필요가 있을 것이다.
헬륨 사용자는 ISO 컨테이너에 설치된 비교적 부정확한 레벨 표시기에 의지할 수 있다. 이는 ISO 컨테이너의 내용물의 연속적인 온라인 모니터링이 아니며, 이에 따라 헬륨 사용자는 실시간으로 ISO 컨테이너의 온도 또는 헬륨의 양을 알지 못할 것이다.
이는 또한 "가온된" ISO 컨테이너를 발생시킨다는 불리한 점을 야기할 수 있는데, 이는 ISO 컨테이너로부터 가스상 불순물의 배출을 증가시킬 수 있고, 소유자가 ISO 컨테이너를 재충전할 때 헬륨 공급원에 의해 컨테이너 냉각 수수료(cool down fee)가 적용되게 할 수 있다.
실시간 판독치를 갖지 않음으로써 또한 ISO 컨테이너에 헬륨 가압 가스를 첨가함으로써 이용가능하게 되는 최적화에 영향을 주지 못한다.
본 발명자들은 이들 문제를 극복하는, 고객의 헬륨의 현장 사용을 위해 ISO 컨테이너로부터 고객에게 헬륨을 공급하는 방법을 알아내었다.
본 발명의 제1 실시 형태에서, 헬륨을 적어도 한 명의 최종 사용자에게 공급하기 위한 방법이 개시되며, 상기 방법은
헬륨을 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너로부터 적어도 하나의 공급 시스템을 통해 최종 사용자에게 공급하는 단계를 포함하며, 여기서 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller)와 전자 통신 상태에 있는 질량 유량계가 상기 적어도 한 명의 사용자에게 공급되는 헬륨의 양을 측정하고, 상기 양을 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러에 제공하고, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에 남아 있는 헬륨의 양의 신호를 상기 적어도 한 명의 최종 사용자에게 제공한다.
적어도 한 명의 최종 사용자는 에어백 팽창, 광섬유 생산, 화학 증착, 기계적 표면 코팅, 로켓 퍼징 및 마이크로전자장치 웨이퍼 생산, 리프팅 응용, 누출 검출 응용, 용접 응용, 의학적 응용, 및 호흡 응용의 군으로부터 선택된다.
적어도 하나의 컨테이너는 ISO 컨테이너, 바람직하게는 2개의 ISO 컨테이너일 수 있다.
공급 시스템은 적어도 하나의 컨테이너 및 적어도 한 명의 사용자와 연통 상태에 있는 적어도 하나의 파이프를 포함하고, 그 내부에는 자동 공정 제어 밸브가 존재할 수 있다.
헬륨을 공급하기 전에, 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너의 중량을 측정한다. 적어도 하나의 컨테이너의 초기 중량을 측정하고 프로그래머블 로직 컨트롤러에 제공한다.
적어도 하나의 질량 유량계는 적어도 하나의 컨테이너로부터의 헬륨의 질량 유량을 측정한다. 전형적으로, 질량 유량계는 코리올리스(Coriolis) 질량 유량계일 수 있다.
적어도 하나의 공급 시스템 내의 헬륨의 압력은 적어도 하나의 압력 전송기(pressure transmitter)에 의해 측정된다.
상기 방법은 적어도 하나의 컨테이너 내에서 미리 계산된 값이 초과되는 경우에 적어도 한 명의 사용자에게 경고하는 알람을 추가로 포함할 수 있다. 미리 계산된 값은 질량, 온도 및 압력으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 전형적으로, 이러한 미리 계산된 값은 적어도 하나의 컨테이너로부터 분배되는 헬륨의 양이다. 알람은, 적어도 하나의 컨테이너 내에 헬륨의 최소 부피가 남아 있음을 적어도 한 명의 최종 사용자에게 경고하여, 적어도 한 명의 최종 사용자가 적절한 교정 조치를 시작할 수 있도록 할 것이다.
프로그래머블 로직 컨트롤러는 추가로 적어도 하나의 압력 전송기와 전자 통신 상태에 있다. 프로그래머블 로직 컨트롤러는 적어도 하나의 질량 유량계 및 적어도 하나의 압력 전송기로부터 수신된 정보에 기초한 계산치를 통해 적어도 하나의 컨테이너의 온도를 계산한다.
프로그래머블 로직 컨트롤러는 가압 가스 시스템과 전자 통신 상태에 있다. 프로그래머블 로직 컨트롤러는 가압 가스 시스템에 추가의 헬륨 가스를 적어도 하나의 컨테이너에 공급하도록 지시함으로써 적어도 하나의 컨테이너의 온도를 제어한다.
적어도 하나의 컨테이너 내에 남아 있는 헬륨의 양은 적어도 한 명의 최종 사용자가 지불해야 하는 금액을 계산하는 데 사용될 수 있고, 이러한 금액은 헬륨의 공급자에게 보내진다. 그러면, 헬륨의 공급자는 적어도 한 명의 최종 사용자가 지불해야 하는 금액에 대해 적어도 한 명의 최종 사용자에게 보낼 청구서를 준비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 적어도 한 명의 사용자로의 헬륨의 유량을 측정하기 위한 방법이 개시되며, 상기 방법은 헬륨을 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너로부터 적어도 하나의 공급 시스템을 통해 상기 적어도 한 명의 최종 사용자에게 공급하는 단계를 포함하며,
여기서 프로그래머블 로직 컨트롤과 통신 상태에 있는 적어도 하나의 질량 유량계가 상기 적어도 한 명의 최종 사용자로의 헬륨의 유량을 측정한다.
본 발명의 추가의 실시 형태에서, 적어도 한 명의 최종 사용자로의 헬륨 공급을 제어하기 위한 방법이 개시되며, 상기 방법은
헬륨을 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너로부터 적어도 하나의 공급 시스템을 통해 상기 적어도 한 명의 최종 사용자에게 공급하는 단계를 포함하며,
여기서 프로그래머블 로직 컨트롤과 통신 상태에 있는 적어도 하나의 질량 유량계가 상기 적어도 한 명의 최종 사용자로의 헬륨의 유량을 측정한다.
도 1은 종래 기술의 헬륨 공급 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따른 헬륨 공급 공정의 개략도이다.
도 3은 다양한 압력에서의 헬륨의 잔류 질량에 대한 ISO 컨테이너의 온도를 나타낸 그래프이다.
ISO 컨테이너로부터 헬륨을 공급하는 종래 기술의 공정이 도 1에 도시되어 있다. 헬륨은 ISO 컨테이너(1.1)의 온도가 임계 온도 5.2 K를 초과하면, 2상 액체/기체 상태에서 또는 초임계 상태에서 ISO 컨테이너에서 사용자의 프리미스에 공급된다.
제2 ISO 컨테이너(1.2)가 설치될 수 있다. 전형적으로, ISO 컨테이너들의 물 부피는 3,400 갤런 내지 15,000 갤런의 범위이다. 헬륨은 ISO 컨테이너로부터 진공 재킷형일 수 있는 배관(pipework)(1.3), 예컨대 라인(8)을 통해, 라인(10)을 통해서 히터(1.4)를 통해, 그리고 압력 제어 밸브(1.5)를 통해서 라인(12)을 통해 사용자의 공정으로 공급된다.
크기가 3,400 갤런을 초과하면 ISO 컨테이너는 내부 액체 질소(LIN) 실드(1.6, 1.6A)를 구비할 것이며, 이들은 약 10 내지 45일 정도의 빈도로, 열의 감소 및 제어를 위해 액체 질소로 보충되어야 하는데, 이러한 액체 질소는 주위 대기 온도에서부터 ISO 컨테이너들로 누출될 수 있다. 액체 질소는 탱크(1.7)로부터 밸브(V1) 및 라인(1)을 통해 ISO 컨테이너(1.1) 내의 실드(1.6)에 그리고 라인(2)을 통해 ISO 컨테이너(1.2) 내의 실드(1.6A)에 공급된다. 탱크(1.7)는 고정식 또는 이동식일 수 있다. 대안적으로, ISO 컨테이너의 LIN 실드는 이동식 LIN 듀어(dewar)로부터 충전될 수 있다.
ISO 컨테이너들에는 기계적 레벨 표시기(1.8) 및 기계적 레벨 표시기(1.8A)가 구비되어 있으며, 이들은 각각 라인(3) 및 라인(4)을 통해 ISO 컨테이너들의 내부 베셀(vessel)의 상부와 하부 사이의 차압을 측정할 것이다. 작동 동안 ISO 컨테이너들의 내부에서의 다양한 압력 및 온도 조건, 특히 낮은 밀도의 액체 헬륨, 및 ISO 컨테이너들의 내부 베셀의 낮은 기하학적 높이로 인해, 이러한 레벨 표시 방법은 비교적 부정확하며 단지 대략적인 근사치만을 위해 의도된다.
ISO 컨테이너들(1.1, 1.2)은 ISO 컨테이너의 내용물의 정확한 측정을 위해 사용될 수 있는 고정식 계량대들(1.9, 1.10) 상에 위치될 수 있다. 그러나, ISO 컨테이너들의 풀(full) 상태의 내용물 및 잔류 내용물 둘 모두의 정확한 측정은 측정을 실시하기 전에 액체 질소 실드의 충전을 필요로 한다. 대안적으로, 잔류 내용물의 중량은 도시되지 않은 외부 계량대 상에서 측정될 수 있다. 따라서, 이것은 ISO 컨테이너들이 시스템으로부터 분리되고, 외부 계량대로 그리고 그로부터 수송될 것을 필요로 할 것인데, 이는 시간을 필요로 하고 비용을 발생시킬 것이다. 또한, 이렇게 분리된 ISO 컨테이너들은 그들의 중량이 측정되기 전에 그리고 공급원에서 액체 헬륨으로 재충전되기 전에 LIN으로 충전되어야 한다.
이용하는 동안, ISO 컨테이너들의 압력은 사용자의 요건에 따라 원하는 값으로 제어되어야 한다. 전형적으로, 이 압력은 4 내지 175 psig의 범위이다.
이것은 전형적으로 주위 온도에 있는 헬륨 가압 가스(PG)를 ISO 컨테이너 내로 첨가함으로써 달성된다.
가압 가스는, 주위 공기 조건에 노출되는 열 교환기(1.11), 및 압력 제어 밸브(1.12)를 포함하는 내부 압력 축적 시스템을 통해 공급될 수 있다. 이 시스템은 ISO 컨테이너(들)의 일체형 부분일 수 있거나, 그것은 ISO 컨테이너(들)의 하류에 설치될 수 있다.
대안적으로, 헬륨 가압 가스는 이동 또는 고정 성질의 탱크 또는 다른 저장 장치일 수 있는 외부 가스상 헬륨 공급원(1.14)으로부터 공급될 수 있다. 이 헬륨 가압 가스는 라인(1.13) 및 개방 밸브(V2) 및 압력 조절기(1.12)를 통해 유동한 후에, 라인(7) 및 라인(6)을 통해 각각 ISO 컨테이너(1.1) 및 ISO 컨테이너(1.2)와 연결될 것이다.
ISO 컨테이너(들)(1.1, 1.2)를 이용하는 동안, 헬륨 가압 가스의 첨가는 불가피하게 ISO 컨테이너(들)의 온도를 상승시키게 될 것이다. ISO 컨테이너들 내의 낮은 함량과 조합된 이러한 온도 증가는 ISO 컨테이너(들)로부터의 가스상 불순물의 배출을 증가시킬 것이다. 이는 특히 원치 않는 결과인데, 그 이유는, 많은 헬륨 사용자들이 고순도 공급을 필요로 하고 헬륨을 추가로 정제하는 데 있어서의 추가 비용이 엄청나게 비쌀 수 있기 때문이다. 더욱이, 전형적으로 20 K를 초과하여 가온된 컨테이너는, 비어 있거나 거의 비어 있는 ISO 컨테이너(들)가 재충전을 위해 그들의 공급원으로 반환될 때, 냉각 수수료가 헬륨 공급원에서 적용되게 할 수 있다.
후속으로, 많은 경우에, ISO 컨테이너(들)의 온도를 측정하거나 예측하는 능력이 중요해진다. 그러나, ISO 컨테이너에는 온도계(또는 서모웰(thermowell))가 구비되어 있지 않기 때문에, ISO 컨테이너(들)의 온도의 직접 측정이 가능하지 않고, ISO 컨테이너(들)의 하류에서의 직접 온도 측정은 시스템 내로의 열 내부 누출(in-leak) 때문에 일반적으로 부정확한 것으로 여겨진다.
본 발명의 설명 목적상, 유사한 구성요소, 라인 등은 도 1과 도 2에서 동일한 번호매김 구성을 가질 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 헬륨 전달 시스템의 개략도이다.
2개의 ISO 컨테이너들(1.1, 1.2)이 헬륨의 현장 사용자에게 헬륨을 전달하도록 설계되어 있다.
본 발명의 공정은 더 이상 계량대를 사용하지 않고, 질량 유량계 및 압력 전송기를 시스템 내로 포함시키지 않는다. 또한, 도 1에서의 압력 조절기(1.12)는 자동 공정 제어 밸브로 대체되었다.
프로그래머블 로직 컨트롤이 질량 유량계, 압력 전송기 및 공정 제어 밸브와 통합되어 있다.
시스템 작동 전에, 풀 상태의 ISO 컨테이너의 질량이 프로그래머블 로직 컨트롤러 내에 기록된다. 시스템 작동 동안, 프로그래머블 로직 컨트롤러는 질량 유량계로부터 아날로그 신호를 수신하며, 이것에 의해 프로그래머블 로직 컨트롤러는 100% 보충된 액체 질소 실드와 관계없이 ISO 컨테이너 내의 잔류 질량을 계산할 수 있게 된다.
ISO 컨테이너 내의 미리 결정된 낮은 잔류 함량에 도달되었을 때, 사용자는 프로그래머블 로직 컨트롤러에 의해 통지받고 헬륨의 유량이 조정되고/되거나 ISO 컨테이너가 꺼진다.
ISO 컨테이너 내의 헬륨의 잔류 질량이 항상 알려져 있기 때문에, 프로그래머블 로직 컨트롤러는 잔류 질량을 ISO 컨테이너들의 내부 베셀의 온도 보상된 물 부피로 나눔으로써 언제든지 컨테이너 내의 헬륨의 실제 밀도를 계산하도록 프로그래밍될 수 있다.
ISO 컨테이너 내부의 헬륨의 밀도에 대한 이 정보를 압력 전송기에 의해 측정된 바와 같은 ISO 컨테이너의 압력과 조합함으로써, 프로그래머블 로직 컨트롤러는 ISO 컨테이너들의 상응하는 온도를 계산하도록 프로그래밍될 수 있다. 이 알고리즘은, NIST 또는 REFPROP와 같은 데이터베이스에 의해 보고되어 있고, 도 3과 관련하여 하기에 더 상세히 설명된 바와 같은 헬륨 가스에 대한 열물리적 특성에 기초할 수 있다.
프로그래머블 로직 컨트롤러는, ISO 컨테이너의 원치 않는 고온이 보고되는 경우, 알람 시스템을 통해 사용자에게 경고하거나 ISO 컨테이너를 셧다운/스위치오버하도록 프로그래밍될 수 있다.
실제 잔류 질량에 대한 정보, ISO 컨테이너들의 압력 및 온도를 조합함으로써, 프로그래머블 로직 컨트롤러는, 예를 들어 피드백 또는 캐스케이드 제어 루프에 의해 최적화되는 프로세스 제어 밸브를 통해 가압 가스의 첨가를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 이는, 예를 들어 실제 압력 증가 또는 감소 속도에 대한 ISO 컨테이너들에서의 압력 증가 또는 감소에 대한 응답 시간으로서, 그러한 변수들을 고려함으로써 ISO 컨테이너들 내로의 열에너지의 과다투입을 억제할 수 있다.
ISO 컨테이너들에의 최소화된 열 투입은 "가온된" ISO 컨테이너들을 발생시킬 위험을 감소시킬 것인데, 이때 이러한 가온된 ISO 컨테이너들은 경험적으로 사용자에게로 헬륨 가스 내로의 가스상 불순물의 과도한 배출을 발생시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 최소화된 열 투입은 ISO 컨테이너의 압력 안전 장치를 활성화시킬 수 있는 ISO 컨테이너들의 최대 허용 작업 압력보다 높은 ISO 컨테이너 압력을 발생시킬 위험을 감소시킬 것인데, 이때 이러한 높은 ISO 컨테이너 압력 발생은 헬륨의 추가의 손실로 이어질 수 있다.
도 1에 관하여 언급된 바와 같이, ISO 컨테이너들의 물 부피는 3,400 갤런 내지 15,000 갤런의 범위이다. 헬륨은 ISO 컨테이너로부터 진공 재킷형일 수 있는 배관(1.3), 예컨대 라인(8)을 통해, 라인(10)을 통해서 히터(1.4)를 통해, 그리고 압력 제어 밸브(1.5)를 통해서 라인(12)을 통해 사용자의 공정으로 공급된다.
크기가 3,400 갤런을 초과하면 ISO 컨테이너는, ISO 컨테이너(1.1) 및 ISO 컨테이너(1.2)에 대해 각각 내부 액체 질소(LIN) 실드(1.6) 및 LIN 실드(1.6A)를 구비할 것이며, 이들은 약 10 내지 45일 정도의 빈도로, 열의 감소 및 제어를 위해 액체 질소로 보충되어야 하는데, 이러한 액체 질소는 주위 대기 온도에서부터 ISO 컨테이너들로 누출될 수 있다. 액체 질소는 탱크(1.7)로부터 개방 제어 밸브(V1) 및 라인(1)을 통해 ISO 컨테이너(1.1) 내의 실드(1.6)에 그리고 라인(2)을 통해 ISO 컨테이너(1.2) 내의 실드(1.6A)에 공급된다. 탱크(1.7)는 고정식 또는 이동식일 수 있다.
ISO 컨테이너들에는 기계적 레벨 표시기(1.8) 및 기계적 레벨 표시기(1.8A)가 구비되어 있으며, 이들은 각각 라인(3) 및 라인(4)을 통해 ISO 컨테이너(1.1) 및 ISO 컨테이너(1.2)에 대해 각각 ISO 컨테이너의 내부 베셀(1.1A) 및 내부 베셀(1.2A)의 상부와 하부 사이의 차압을 측정할 것이다. 작동 동안 ISO 컨테이너들의 내부에서의 다양한 압력 및 온도 조건, 및 ISO 컨테이너들의 내부 베셀의 낮은 기하학적 높이로 인해, 이러한 레벨 표시는 비교적 부정확하며 단지 대략적인 근사치만을 위해 의도된다.
이용하는 동안, ISO 컨테이너들의 압력은 사용자의 요건에 따라 원하는 값으로 제어되어야 한다. 전형적으로, 이 압력은 4 내지 175 psig의 범위이다.
이것은 전형적으로 주위 온도를 갖는 헬륨 가압 가스(PG)를 ISO 컨테이너 내로 첨가함으로써 달성된다.
가압 가스는, 주위 공기 조건에 노출되는 열 교환기(1.11), 및 압력 제어 밸브(1.12)를 포함하는 내부 압력 축적 시스템을 통해 공급될 수 있다. 이 시스템은 ISO 컨테이너(들)(1.1, 1.2)의 일체형 부분일 수 있거나, 그것은 ISO 컨테이너(들)(1.1, 1.2)의 하류에 설치될 수 있다.
대안적으로, 헬륨 가압 가스는 이동 또는 고정 성질의 탱크 또는 다른 저장 장치일 수 있는 외부 가스상 헬륨 공급원(1.14)으로부터 공급될 수 있다. 이 헬륨 가압 가스는 라인(1.13) 및 개방 밸브(V2) 및 압력 조절기(1.12)를 통해 유동한 후에, 라인(7) 및 라인(6)을 통해 각각 ISO 컨테이너(1.1) 및 ISO 컨테이너(1.2)와 연결될 것이다.
ISO 컨테이너(1.2)로부터 유출되는 헬륨은 압력 측정 및 전송 장치(2.4)를 통과한 후, 라인(8)을 통해 히터(1.4) 내로 공급된다. 마찬가지로, ISO 컨테이너(1.1)로부터 인출되는 헬륨도 압력 측정 및 전송 장치(2.3)를 통해 직행된다. 압력 측정 및 전송 장치(2.3)는 신호 케이블(21)을 통해 PLC(2.6)와 전자 통신 상태에 있다. 마찬가지로, 압력 전송 장치(2.4)도 신호 케이블(2.4A)을 통해 PLC(2.6)와 전자 통신 상태에 있다.
프로그래머블 로직 컨트롤러(2.6)는 질량 유량계(2.1, 2.2)뿐만 아니라 압력 전송기(2.3, 2.4) 및 공정 제어 밸브(2.5)와 전자 통신 상태에 있는데, 이는, PLC가 최종 사용자에 대한 헬륨의 공급, ISO 컨테이너(1.1, 1.2) 내의 헬륨의 함량, 및 ISO 컨테이너(1.1, 1.2)의 온도에 관한 정보를 제공하는 이들 장치로부터 신호를 수신할 것이라는 점에서 그러하다.
질량 유량 계량 장치는 시스템 내의 헬륨의 유량을 측정하고 모니터링하도록 설계된다. 시스템 내의 다양한 위치에서 헬륨의 온도 및 압력을 측정함으로써, 이러한 데이터는 프로그래머블 로직 컨트롤러에 전달될 수 있으며, 프로그래머블 로직 컨트롤러는 밸브, 개구 등을 조정하여 헬륨 유량을 변화시켜 시스템 및 사용자의 요구를 충족시킬 수 있다.
개방 공정 유동 컨트롤러(1.5)를 통해 사용자에게 공급되는 헬륨의 일부분은 질량 유량계(2.1)를 통해 공급되고, 이때 질량 유량계는 신호 케이블(20)을 통해 PLC(2.6)와 통신한다.
PLC(2.6)는 신호 케이블(23)을 통해 공정 제어 밸브(2.5)와 통신 상태에 있으며, 공정 제어 밸브는 외부 가스상 공급원(1.14)으로부터 나오는 헬륨을 ISO 컨테이너들(1.1, 1.2) 내의 헬륨과 조합시킬 것이다. 공정 제어 밸브(2.5)는 헬륨의 적절한 유량을 ISO 컨테이너들(1.1, 1.2)로 직행시키고 이들에서 원하는 압력을 유지하도록 작동할 것이다. 외부 가스상 헬륨의 유동은 질량 유량계(2.2)를 통해 공급되는데, 이때 질량 유량계는 신호 케이블(22)을 통해 PLC(2.6)와 전자 통신 상태에 있어서, PLC(2.6)가 ISO 컨테이너들(1.1, 1.2) 내의 잔류 함량을 항시 계산할 수 있게 한다.
추가적으로, PLC(2.6)는 질량 유량계(2.2)와의 그의 전자 통신을 통해 ISO 컨테이너들(1.1, 1.2)의 가압에 사용되는 외부 가스상 헬륨의 누적 소비량을 측정할 수 있다. 이는, PLC(2.6)가 외부 가스상 공급원의 잔류 함량을 항시 계산할 수 있게 하고 새로운 외부 가스상 헬륨 공급원이 설치되어야 할 시기를 미리 사용자에게 알려줄 수 있게 할 것이다.
시스템을 통한 헬륨의 질량 유량을 측정함으로써, 계량대뿐만 아니라 그들의 설치, 루핑(roofing) 등과 관련된 비용도 시스템으로부터 제거될 수 있다.
또한, 이제 ISO 컨테이너들의 중량을 측정하기 위해 이들을 이동시킬 필요가 없으며, 이에 따라 비용 절감이 마찬가지로 실현된다. ISO 컨테이너들의 함량의 연속적인 "온라인" 측정은, ISO 컨테이너가 제자리에 있고 LIN 충전들 사이의 허용되는 시간을 초과하는 시간을 고려하여, 액체 질소로 가득 채우는 일에 대한 필요성을 제거할 것이다. 따라서, 온도 및 압력 측정과 함께 질량 유량계를 사용하는 것은 ISO 컨테이너들 내의 헬륨의 양의 계산이 정확하게 측정될 수 있게 한다.
추가적으로, ISO 컨테이너들의 물리적 조건, 예컨대 밀도, 압력 및 온도가 측정될 수 있기 때문에, 실제 질량 인출은 항시 알려져 있을 수 있다. 따라서, 공급 후방 제어 루프 및 제어 밸브는 외부 헬륨 가압 가스의 투입을 최적화함으로써, ISO 컨테이너들의 원치 않는 온도 상승을 최소화할 수 있다.
조건들의 정밀한 모니터링은 사용자가 그 다음의 ISO 컨테이너가 공급될 필요가 있는 시기를 예측하고 그에 따라 작동할 수 있게 한다. 마찬가지로, 이들 측정은 헬륨의 공급자의 청구서 작성 작업을 도울 수 있다.
도 3은 160 psia, 130 psia 및 100 psia의 3개의 상이한 압력에서 11,000 갤런 ISO 컨테이너 내의 헬륨의 잔류 질량에 대한 그 ISO 컨테이너의 온도를 나타낸 그래프이다. ISO 컨테이너의 온도는 ISO 컨테이너로부터 분배되는 것을 통해 헬륨의 양이 감소됨에 따라 증가함을 알 수 있다.
본 발명이 그의 특정 실시 형태와 관련하여 설명되어 있지만, 본 발명의 다수의 다른 형태 및 변형이 당업자에게 명백할 것임이 자명하다. 본 발명의 첨부된 청구범위는 일반적으로 본 발명의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 모든 그러한 명백한 형태 및 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 자동 공정 제어 밸브를 사용하여 상기 적어도 하나의 공급 시스템 내의 상기 유량을 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너의 중량을 제공한 후에, 상기 헬륨을 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller)에 공급하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에서 미리 계산된 값이 초과되는 경우에 상기 최종 사용자에게 표시를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 미리 계산된 값은 질량, 온도 및 압력으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 질량 유량계 및 적어도 하나의 압력 전송기로부터 수신된 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 컨테이너의 온도를 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨테이너 내의 상기 온도를 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 컨테이너에 상기 추가의 가압 헬륨 가스를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에 남아 있는 헬륨의 양에 기초하여 상기 적어도 한 명의 사용자가 지불해야 하는 금액을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 금액을 상기 헬륨의 공급자에게 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 적어도 한 명의 최종 사용자에게 헬륨을 공급하기 위한 장치로서, 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너;
    추가의 헬륨 가스를 상기 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너에 공급하기 위한 적어도 하나의 가압 가스 시스템;
    헬륨을 상기 적어도 하나의 컨테이너로부터 적어도 한 명의 최종 사용자에게 공급하도록 구성된 적어도 하나의 공급 시스템을 포함하며,
    상기 공급 시스템은
    적어도 하나의 질량 유량계를 사용하여 상기 적어도 한 명의 사용자에게 공급되는 헬륨의 양을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 질량 유량계, 프로그래머블 로직 컨트롤러를 포함하며, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 질량 유량계와 전자 통신 상태에 있어서, 상기 공급되는 헬륨의 측정량이 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러에 입력으로서 제공되도록 하고;
    상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는, 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에 남아 있는 헬륨의 양을 계산하고, 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에 남아 있는 헬륨의 양을 상기 적어도 한 명의 최종 사용자에게 표시하는 것을 제공하도록 구성되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 한 명의 최종 사용자는 에어백 팽창(air bag inflation), 광섬유 생산, 화학 증착, 기계적 표면 코팅, 로켓 퍼징(rocket purging) 및 마이크로전자장치 웨이퍼 생산, 리프팅 응용, 누출 검출 응용, 용접 응용, 의학적 응용, 및 호흡 응용의 군으로부터 선택되는, 장치.
  10. 제8항 및 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨테이너는 ISO 컨테이너인, 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 시스템은 상기 적어도 하나의 컨테이너 및 적어도 한 명의 사용자 둘 모두와 연통 상태에 있는 적어도 하나의 파이프를 포함하는, 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 헬륨을 공급하기 전에, 상기 헬륨의 적어도 하나의 컨테이너의 중량을 측정하기 위한 장치를 포함하는, 장치.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 질량 유량계는 상기 적어도 하나의 컨테이너로부터 헬륨의 질량 유량을 측정하도록 구성되는, 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공급 시스템 내의 상기 헬륨의 압력을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 압력 전송기를 추가로 포함하는, 장치.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공급 시스템은 자동 공정 제어 밸브를 추가로 포함하는, 장치.
  16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 한 명의 최종 사용자에게 전달될 때 상기 적어도 하나의 컨테이너의 초기 중량이 측정되고 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러에 제공되는, 장치.
  17. 제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨테이너 내에서 미리 계산된 값이 초과되는 경우에 상기 적어도 한 명의 사용자에게 경고하는 알람을 추가로 포함하는, 장치.
  18. 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 계산된 값은 질량, 온도 및 압력으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.
  19. 제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 추가로 적어도 하나의 압력 전송기와 전자 통신 상태에 있는, 장치.
  20. 제8항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 질량 유량계 및 적어도 하나의 압력 전송기로부터 수신된 정보에 기초한 계산치를 통해 상기 적어도 하나의 컨테이너의 온도를 계산하도록 구성되는, 장치.
  21. 제8항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 가압 가스 시스템과 전자 통신 상태에 있는, 장치.
  22. 제8항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러는 상기 가압 가스 시스템에 추가의 헬륨 가스를 상기 적어도 하나의 컨테이너에 공급하도록 지시함으로써 상기 적어도 하나의 컨테이너의 온도를 제어하도록 구성되는, 장치.
  23. 제8항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨테이너는 2개의 컨테이너인, 장치.
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