TWI689680B - 氣體管線自動排淨裝置及方法 - Google Patents

Abstract

一種氣體管線自動排淨裝置及方法；該裝置安裝於一氣體管線上，其中包括：一排氣控制閥、一供氣控制閥、一壓力偵測器及一程式控制器；程式控制器可接受壓力偵測器的壓力訊號以控制排氣控制閥及供氣控制閥；該方法包括：a1)關閉該排氣控制閥；a2)打開該供氣控制閥；a3)等待該氣體管線內的壓力達到一預定壓力；a4)關閉該供氣控制閥；a5)打開該排氣控制閥等步驟；藉此組合，可以程式控制器自動化進行殘餘氣體排放、排淨用氣體灌充、壓力控制、持壓計時及排淨次數控制等工作，因此能夠自動化進行管線排淨操作。

Description

氣體管線自動排淨裝置及方法

本發明係有關於一種氣體管線自動排淨裝置及方法；特別是有關於一種經由程式控制器控制，將排淨用氣體灌入氣體管線內，並達到一預定的高壓，計時使氣體管線內的殘餘氣體與排淨用氣體充分混合與稀釋，可加速排除氣體管線內的氣體管線自動排淨裝置及方法。

如圖4所示，例如在半導體工業的製程系統200中，會有以一氣體管線201傳輸氣體。氣體管線201具有相連通的第一支管2011、第二支管2012及第三支管2013；第一支管2011連接一製程用氣體鋼瓶202；第二支管2012連接一製程裝置203；第三支管2013連接一排淨用氣體鋼瓶204。氣體管線201可將大量的製程用氣體傳輸至製程裝置203。

由於氣體管線201用於傳輸製程用氣體，因此在停止傳輸氣體以後，氣體管線內會有殘餘氣體，這些殘餘氣體不利於進行下一階段的工作，故應預先排淨。

舉例而言，在鋼瓶202內的製程用氣體用完而需要換上新的鋼瓶時，此時氣體管線仍然殘留有製程用氣體，在拆開氣體管線時，氣體管線內的殘餘氣體會外洩。而製程用氣體可能是例如氟、氯、矽烷、氟化矽烷等是具有高毒性及/或高爆炸性的氣體，不能直接排放於環境中。 因此，在更換鋼瓶202前，需要先排淨氣體管線內的殘餘氣體，以防在更換鋼瓶時發生製程用氣體外洩而危害人員及環境的情況。

再者，在更換鋼瓶以後，氣體管線內的殘餘氣體是排淨用氣體及/或空氣，不是製程用氣體，若直接輸入製程裝置內將會影響加工品質。因此，在進行製程製造前，需要先排淨氣體管線內的殘餘氣體，以確保製造產品的品質。

習用的排淨方法主要是利用排淨用氣體帶走氣體管線內的殘餘氣體，其主要流程大致為先關掉製程用氣體鋼瓶202，然後打開排淨用氣體鋼瓶204，使排淨用氣體經過第三支管2013、第二支管2012後排出，並將氣體管線內的殘餘氣體帶走。

排淨用氣體鋼瓶204排出的排淨用氣體確實能帶走部份的殘餘氣體，但是排淨用氣體是從第三支管2013流入第二支管2012，再由第二支管2012排出，因此會在氣體管線201的第一支管2011內形成一死角空間。在排淨時，排淨用氣體幾乎不會灌入第一支管2011的死角空間，所以第一支管2011內的殘餘氣體難以排淨，故必須採取持續灌入排淨用氣體，藉以逐漸帶走死角空間內的殘餘氣體的方式，以排淨管線內的殘餘氣體。但是該方式需要耗費大量的排淨用氣體，並需要很長的工作時間，而且還不能保證可以排淨死角空間內的殘餘氣體。

此外，有些氣體管線201的管徑很小，甚至只有1/4吋，管徑細，死角空間細長，排淨用氣體更不易灌入死角空間內，故死角空間內的殘餘氣體就更難以排淨了。

另外，排淨方法沒有配套的自動化操作設備，卻又需要很長的工作時間，造成大量的人力損耗。

發明人有鑑於此，積極研究，加以從事相關產品研究之經驗，並經不斷研究及改良，終於開發本發明。

本發明的目的在於提供一種透過變壓充氣及程式控制器之自動控制，進行稀釋氣體管線內的殘餘氣體的方式，以達加速排淨製程氣體管線內之殘餘氣體的氣體管線自動排淨裝置。

本發明達成上述目的之結構包括：一程式控制器，該程式控制器具有接受壓力等訊號，以操作控制閥，並具有計時計次之功能；及一排氣控制閥，設於該第二支管上，並與該程式控制器連接；及一供氣控制閥，設於該第三支管上，並與該程式控制器連接；以及一壓力偵測器，設於該第三支管上，並與該程式控制器連接，該偵測器可偵測該氣體管線內的壓力而產生一壓力訊號；該程式控制器接受該壓力偵測器的壓力訊號以控制排氣控制閥及供氣控制閥。

較佳者，在該氣體管線上的位於該排氣控制閥與供氣控制閥之間的位置，設有一安全支管；該安全支管上設有一釋壓閥；該釋壓閥的釋壓口連接一廢氣處理裝置；當該氣體管線的壓力超過一預定釋壓壓力時，該釋壓閥會自動開啟、釋壓，將該氣體管線內超過的氣體排放到該廢氣處理裝置，使該氣體管線的壓力下降，以確保安全性。

較佳者，該第三支管上設有一單向閥，可防止 製程用氣體進入第三支管造成排淨用氣體的污染。

較佳者，該氣體管線上的位於該供氣控制閥與排淨用氣體鋼瓶之間的位置，設有一第一壓力錶，可方便操作者觀測調壓閥調壓後的壓力。

較佳者，該氣體管線上的位於該供氣控制閥與排氣控制閥之間的位置，設有一第二壓力錶，可方便操作者觀測充氣壓力。

本發明的另一目的在於提供一種透過加壓稀釋氣體管線內的殘餘氣體的方式，以加速排淨氣體管線內的殘餘氣體的氣體管線自動排淨方法。

本發明達成上述目的之方法包括下列步驟：a1)關閉該排氣控制閥；a2)打開該供氣控制閥，將排淨用氣體灌入該排氣控制閥與供氣控制閥之間，使該排淨用氣體與該氣體管線內的殘餘氣體混合成混合廢氣；a3)等待該氣體管線內的壓力達到一預定壓力；a4)關閉該供氣控制閥；a5)打開該排氣控制閥，藉以排出該混合廢氣。

較佳者，在步驟a4)之後，先等待一預定時間，再進行步驟a5)，使殘餘氣體與排淨用氣體均勻混合。

較佳者，在步驟a5)之後，可藉由程式控制器計次，再自動進行下一次排淨操作，直到設定的排淨次數。

本發明為達到上述及其他目的，其所採取之技術手段、元件及其功效，茲採一較佳實施例配合圖示說明如下。

100‧‧‧氣體管線自動排淨裝置

1‧‧‧排氣控制閥

2‧‧‧程式控制器

3‧‧‧供氣控制閥

4‧‧‧壓力偵測器

5‧‧‧安全支管

51‧‧‧釋壓閥

6‧‧‧單向閥

7‧‧‧第一壓力錶

8‧‧‧第二壓力錶

200‧‧‧製程系統

201‧‧‧氣體管線

2011‧‧‧第一支管

2012‧‧‧第二支管

2013‧‧‧第三支管

202‧‧‧製程用氣體鋼瓶

2021‧‧‧自動調壓閥

203‧‧‧製程裝置

204‧‧‧排淨用氣體鋼瓶

2041‧‧‧自動調壓閥

205‧‧‧廢氣處理裝置

圖1為本發明之氣體管線自動排淨裝置的示意圖。

圖2為本發明之氣體管線自動排淨方法的流程圖。

圖3為本發明之氣體管線自動排淨裝置設有安全支管、單向閥等結構的示意圖。

圖4為習用排淨結構的示意圖。

如圖1所示，本發明氣體管線自動排淨裝置100安裝於一氣體管線201上，氣體管線201具有第一支管2011、第二支管2012及第三支管2013；第一支管2011連接一製程用氣體鋼瓶202；第二支管2012連接一製程裝置203；第三支管2013連接一排淨用氣體鋼瓶204。

氣體管線自動排淨裝置100包括：一排氣控制閥1，設於第二支管2012上，並與一程式控制器2連接；及一供氣控制閥3，設於第三支管2013上，並與程式控制器2連接；以及一壓力偵測器4，設於第三支管2013上，並與程式控制器2連接，其可偵測氣體管線201內的壓力而產生一壓力訊號；程式控制器2接受壓力偵測器4的壓力訊號以控制排氣控制閥1及供氣控制閥3；藉此結構，可經由充氣加壓以稀釋氣體管線201內的殘餘氣體的方式，達到加速排淨氣體管線201內的殘餘氣體的目的。下文將詳予說明。

本發明之排淨裝置100可應用於各種製程系統的氣體管線201的排淨作業上。氣體管線201主要用於傳輸製程用氣體，例如在半導體製程中傳輸製程用的氟、氯、矽烷、氟化矽烷等高純度特有氣體。

由於氣體管線201用於傳輸製程用氣體，因此在停止傳輸氣體以後，氣體管線201內會有殘餘氣體。氣體管線201內的殘餘氣體是上一階段的工作留下的製程用 氣體，也可能是更換製程用氣體鋼瓶後殘留的空氣。

排氣控制閥1設於第二支管2012上，並與一程式控制器2(Programmable Logic Controller，PLC)連接，其關閉時可使氣體管線201內的部份空間呈現密閉狀態。

供氣控制閥3設於第三支管2013上，並與程式控制器2連接，其經由程式控制器2可控制排淨用氣體進入排氣控制閥1與供氣控制閥3之間。

壓力偵測器4設於第三支管2013上，並與程式控制器2連接，其可偵測氣體管線201內的壓力而產生一壓力訊號。

程式控制器2接受壓力偵測器4的壓力訊號以控制排氣控制閥1及供氣控制閥3，以進行充氣/排氣動作，可達到自動排淨的目的，因此能在更換製程用氣體鋼瓶或製程開始等工作之前預先排淨氣體管線內的殘餘氣體，藉以維護環境及人員安全或確保製程品質。茲以更換製程用氣體鋼瓶前的排淨工作為例說明如下。

本發明提供一種氣體管線自動排淨方法，可使用氣體管線自動排淨裝置100進行排淨工作，其主要利用程式控制器2自動控制排氣控制閥1及供氣控制閥3，可達到以充氣加壓的方式快速排淨氣體管線之死角空間內之殘餘氣體的目的。

在進行氣體管線自動排淨方法之前，應先進行一前置作業，前置作業包括：1、確認製程用氣體鋼瓶202呈關閉狀態。2、確認排氣控制閥1呈開啟狀態，可藉以釋放氣體管線內的壓力，使氣體管線內的壓力呈常壓狀態。3、確認供氣控制閥3呈關閉狀態。4、確認排淨用氣體鋼 瓶204呈開啟狀態。

如圖2所示，氣體管線自動排淨方法包括下列步驟：a1)關閉排氣控制閥；a2)打開供氣控制閥，將排淨用氣體灌入氣體管線內，使排淨用氣體與氣體管線內的殘餘氣體混合成混合廢氣；a3)等待氣體管線內的壓力達到一預定的壓力；a4)關閉供氣控制閥；a5)打開排氣控制閥，藉以排出混合廢氣。

步驟a1)為關閉排氣控制閥1，藉此步驟可使氣體管線201內的排氣控制閥上游的空間呈現密閉狀態。

步驟a2)為打開供氣控制閥3，藉此步驟可將排淨用氣體灌入氣體管線內，使排淨用氣體與氣體管線內的殘餘氣體混合成混合廢氣。由於步驟a1)已經使氣體管線內的排氣控制閥上游的空間呈現密閉狀態，因此在步驟a2)灌入的排淨用氣體會累積在氣體管線內，使氣體管線內的壓力逐漸上升，並可藉以稀釋氣體管線內的殘餘氣體的濃度。

步驟a3)為等待氣體管線內的壓力達到一預定壓力，藉此步驟可使氣體管線內的殘餘氣體被稀釋至預定濃度。

步驟a4)為關閉供氣控制閥，藉此步驟可防止氣體管線內的壓力超過預定壓力。

步驟a5)為打開排氣控制閥，藉此步驟可排出混合廢氣，使氣體管線內的壓力恢復至常壓狀態。

在步驟a4)之後，可先等待一預定時間，使殘餘氣體與排淨用氣體均勻混合，再進行步驟a5)。因此可在完成維持壓力計時後，才打開排氣控制閥1，將氣體管線 的混合廢氣排放掉。

依照波義耳定律，定量的理想氣體，在固定溫度下，壓力增加一倍，則氣體體積將減少一半，亦即在固定溫度下，壓力增加一倍，同樣容積的容器可以增加一倍摩爾容量的氣體，亦即可以將容器內原有氣體的濃度降低一半。依此，本發明最重要的特徵是以波義耳定律為基礎，藉由加壓混合，加倍稀釋氣體管線201死角中的殘餘氣體的濃度，藉以達到快速排淨氣體管線201死角內的殘餘氣體的目的。如果氣體管線201內的壓力增加二倍，則可以將氣體管線201內的殘餘氣的濃度降低至三分之一。依此，自動化循環進行步驟a1)~a5)，可以倍速的將氣體管線201內殘留氣體的排淨。

本發明藉由上述加壓稀釋的氣體管線排淨方法以達到快速排淨氣體體管線之目的，與習用的在常壓下做排淨動作的排淨方法(如圖4所示)相較下，本發明可快速排除細長的管線死角內的殘餘氣體，並可大量節省排淨作業時間及節省排淨用氣體。因此，可經由經驗或實際測試等方式針對特定系統設定排淨次數，再藉由程式控制器計次，再自動進行下一次排淨操作，直到設定的排淨次數。

除此之外，程式控制器2可具有計時、計次及記錄操作參數的功能的模組(圖中未示)，藉以控制壓力的保持時間及控制排淨次數，以確保管線內殘留廢氣排淨乾淨，及節省人力和節省排淨用的氣體資源，並能夠追蹤操作參數。

如圖3所示，一般製程系統200的製程裝置203之後設有一廢氣處理裝置205，因此，步驟a5)排出的混合 廢氣可直接排至廢氣處理裝置205。若有必要亦可另外設置一廢氣處理裝置(圖中未示)。

在氣體管線201上的位於排氣控制閥1與供氣控制閥3之間的位置，可設有一安全支管5。安全支管5上設有一釋壓閥51。釋壓閥51的釋壓口連接一廢氣處理裝置205。當氣體管線201的壓力超過一預定釋壓壓力時，釋壓閥51會自動開啟、釋壓，將氣體管線201內超過的氣體排放到廢氣處理裝置205，使氣體管線201的壓力下降，以確保安全性。

由於製程用氣體鋼瓶202、排淨用氣體鋼瓶204等高壓氣體鋼瓶之壓力甚高，因此在製程用氣體鋼瓶202、排淨用氣體鋼瓶204的出口可分別設置一自動調壓閥2021、自動調壓閥2041，藉以使鋼瓶可輸出壓力穩定的氣體。此外，可藉由自動調壓閥2041設定氣體管線201內的氣體的壓力，例如使氣體管線201排出的氣體的壓力略大於預定的壓力，藉以使氣體管線201內的壓力可達到預定的壓力，並可提高操作安全性。

在第三支管2013上可設有一單向閥6。單向閥6可設於靠近第一支管2011的位置，其可防止製程用氣體進入第三支管2013及排淨用氣體體鋼瓶204所造成污染排淨用氣體。

在氣體管線201上的位於供氣控制閥3及排淨用氣體鋼瓶204之間的位置，可設有一第一壓力錶7，供操作者直接觀查調壓閥調壓後之壓力。

在氣體管線201上的位於排氣控制閥1及供氣控制閥3之間的位置，可設有一第二壓力錶8，供操作者直 接觀查充氣壓力。

如前所述，本發明是經由充氣加壓以稀釋氣體管線201內的殘餘氣體的方式，達到加速排淨氣體管線201內的殘餘氣體的目的。

為達到上述目的，在進行排淨之前置作業時，須確認排氣控制閥1呈開啟狀態，可使氣體管線201內的壓力呈常壓狀態，以確保後續充氣稀釋殘餘氣體的效果。此外，在進行步驟a1)關閉排氣控制閥1之後，可以使用其他抽氣設備抽取氣體管線201內的殘餘氣體(圖中未示)，使氣體管線201內的壓力呈負壓狀態，藉以減少氣體管線201內的殘餘氣體的含量，並可增加下一次的充氣量，進而加快氣體管線的排淨工作。

以上為本案所舉之實施例，僅為便於說明而設，當不能以此限制本案之意義，即大凡依所列申請專利範圍所為之各種變換設計，均應包含在本案之專利範圍中。

100‧‧‧氣體管線自動排淨裝置

1‧‧‧排氣控制閥

2‧‧‧程式控制器

3‧‧‧供氣控制閥

4‧‧‧壓力偵測器

201‧‧‧氣體管線

2011‧‧‧第一支管

2012‧‧‧第二支管

2013‧‧‧第三支管

202‧‧‧製程用氣體鋼瓶

203‧‧‧製程裝置

204‧‧‧排淨用氣體鋼瓶

Claims (8)

1. 一種氣體管線自動排淨裝置，安裝於一氣體管線上，該氣體管線具有第一支管、第二支管及第三支管；該第一支管連接一製程用氣體鋼瓶；該第二支管連接一製程裝置；該第三支管連接一排淨用氣體鋼瓶；該氣體管線自動排淨裝置包括：一程式控制器，該程式控制器具有接受壓力等訊號，以操作控制閥，並具有計時計次之功能；及一排氣控制閥，設於該第二支管上，並與該程式控制器連接；及一供氣控制閥，設於該第三支管上，並與該程式控制器連接；以及一壓力偵測器，設於該第三支管上，並與該程式控制器連接，該偵測器可偵測該氣體管線內的壓力而產生一壓力訊號；該程式控制器接受該壓力偵測器的壓力訊號以控制排氣控制閥及供氣控制閥。
2. 如請求項1所述之氣體管線自動排淨裝置，其中在該氣體管線上的位於該排氣控制閥與供氣控制閥之間的位置，設有一安全支管；該安全支管上設有一釋壓閥；該釋壓閥的釋壓口連接一廢氣處理裝置；當該氣體管線的壓力超過一預定釋壓壓力時，該釋壓閥會自動開啟、釋壓，將該氣體管線內超過的氣體排放到該廢氣處理裝置，使該氣體管線的壓力下降。
3. 如請求項1所述之氣體管線自動排淨裝置，其中該第三支管上設有一單向閥。
4. 如請求項1所述之氣體管線自動排淨裝置，其中該氣體管線上的位於該供氣控制閥與排淨用氣體鋼瓶之間的位置，設有一第一壓力錶。
5. 如請求項1所述之氣體管線自動排淨裝置，其中該氣體管線上的位於該供氣控制閥與排氣控制閥之間的位置，設有一第二壓力錶。
6. 一種氣體管線自動排淨方法，使用如請求項1至5中任何一項之氣體管線自動排淨裝置，其中包括下列步驟：a1)關閉該排氣控制閥；a2)打開該供氣控制閥，將排淨用氣體灌入該排氣控制閥與供氣控制閥之間，使該排淨用氣體與該氣體管線內的殘餘氣體混合成混合廢氣；a3)等待該氣體管線內的壓力達到一預定壓力；a4)關閉該供氣控制閥；a5)打開該排氣控制閥，藉以排出該混合廢氣。
7. 如請求項6所述之氣體管線自動排淨方法，其中在步驟a4)之後，先等待一預定時間，再進行步驟a5)。
8. 如請求項6所述之氣體管線自動排淨方法，其中在步驟a5)之後，可藉由程式控制器計次，再自動進行下一次排淨操作，直到設定的排淨次數)。

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