JPH04132300U - 液化ガス気化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液化ガス気化装置のボンベ内の液体を、残液
量によらず同じ温度で気化させ、ボンベの温度ムラを防
止するとともに、気化したガスの過熱を防止し、かつ気
化装置の熱効率を向上させる。 【構成】 ヒータによりボンベ内の液体を気化させると
共に、ヒータを複数個に分割して設け、各ヒータを別個
独立に制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の利用分野】

この考案は、液化ガス気化装置に関し、特にそのヒータに関する。この考案の 液化ガス気化装置は、例えば半導体工業や感光ドラムの製造での原料ガスの気化 等に用いる。

【０００２】

【従来技術】

図３に、従来例での液化ガス気化装置を示す。図において、２はボンベ、０２ はヒータで、ボンベ２の全面に均一に巻き付けてある。３は温調モニターで例え ばボンベ２の中央部の温度を測定し、温度計４を介してヒータコントローラ６に より、ヒータ０２への電力を制御する。この従来例では、ヒータ０２によりボン ベ２を加熱し、気化熱によりボンベ２内の液温が低下するのを防止する。

【０００３】 しかしながらこの従来例では、ボンベ２内の残液量による、温度ムラが著しい との問題がある。例えばボンベ２に均一にヒータ０２を巻き付けると、ボンベ２ の上部が過熱される。ボンベ２の上部が過熱されると、気化したガスも過熱され て配管に送られ、配管内で冷却されて再凝縮する恐れが有る。ガスの再凝縮は配 管の目詰まり等の原因となり危険であり、またガスが腐食性の場合、配管のシー ル部等を侵す恐れが有る。過熱したガスが配管内で再凝縮することを防止するに は、配管の保温設計が複雑となり、反応装置等の構造を複雑にする。更にボンベ ２の上部を過熱するのはそれ自体として無駄であり、ヒータの熱効率を低下させ る。ボンベ２内の液温が残液量により異なることは、残液量により気化速度が異 なることを意味し、安定して一定量ずつ液化ガスを気化できないことを意味する 。

【０００４】

【考案の課題】

この考案の課題は、ボンベ内の液量による液化ガスの気化速度の変動を抑える とともに、ボンベ内の温度ムラを抑え、気化したガスの過熱や熱効率の低下を防 止することにある。

【０００５】

【考案の構成】

この考案は、ボンベ内の液化ガスを該ボンベの外部に配設したヒータで加熱し 気化させるようにした液化ガス気化装置において、ボンベに対する位置毎に別個 のヒータを設けて、各ヒータ毎に加熱制御手段を設けたことを特徴とする、液化 ガス気化装置に有る。

【０００６】 この考案はまた、ボンベ内の液化ガスを該ボンベの外部に配設したヒータで加 熱し気化させるようにした液化ガス気化装置において、上記ヒータの発熱密度を ボンベの上部では低く、ボンベの下部では高くしたことを特徴とする、液化ガス 気化装置に有る。

【０００７】 ここにヒータとしては、例えばバンドヒータやシリコンラバーヒータ等の電気 ヒータを用い、ボンベに巻き付け、あるいはボンベを収容するジャケット内に配 置して設ける。ヒータは例えばボンベの上部、中部、下部、底部等の４種、ある いは上部、中部と、下部と底部との３種等に分割し、別個独立に制御する。ある いはヒータは、ボンベの上部と下部とでピッチ等を変えて発熱密度を変え、上部 では発熱密度が低く、下部では発熱密度を高くする。

【０００８】

【考案の作用】

ボンベに複数個のヒータを設け、各ヒータを別個・独立に制御すると、ボンベ 内の液量に応じたきめの細かい制御ができ、ボンベ内の温度ムラを小さくできる 。例えば液量が多いときには、上部のヒータに高いエネルギーを加え、液量が減 少すると上部のヒータへの電力を減少させ、下部のヒータを中心に加熱する。こ のようにするとボンベ内の温度変動を抑え、気化速度の変動を小さくできる。ま たボンベの上部への無駄な過熱や、気化したガスの過熱による再凝縮の恐れが減 少する。

【０００９】 ボンベへのヒータの発熱密度を場所により変え、上部では低く下部では高くす ると、ボンベ内の温度ムラを小さくできる。ボンベの下部には常に液体が有り、 熱伝導率はボンベの上部よりも高い。そこで下部を中心に加熱する。

【００１０】 この考案の液化ガス気化装置は、半導体工業や感光ドラムの製造に特に適して いる。これらの工業では、ＣｌＦ3等の混合ハロゲンガスで装置内に残ったポリ シリコン等のシリコン化合物を除去し、装置を清掃する。これらの混合ハロゲン ガスは高沸点で気化熱が大きく、ボンベ内での温度ムラの発生が特に著しい。ま たこれらのガスは、腐食性が有りかつ有毒で、配管や装置内での再凝縮は危険で ある。このため、ボンベ上部でのガスの過熱を特に避けねばならない。またボン ベを均一に加温するには、温水にボンベを浸すことが考えられる。しかしＣｌＦ 3等のガスが漏れると、水と反応し塩化水素やフッ化水素を発生するので、温水 によるボンベの加温は危険である。気化熱が大きく再凝縮が危険で、温水加温を 用いられないため、この考案は半導体工業や感光ドラムの製造での液化混合ハロ ゲンガスの気化に特に適している。

【００１１】

【実施例】実施例１ 図１に最初の実施例を示す。図において、２は液体ボンベ、３は温調モニター で熱電対やサーミスタ等を用いる。４は温度計で、温調モニター３の位置での、 ボンベ２の表面温度を測定し、６はヒータコントローラ−で、温度計４の信号で 、各位置でのボンベ２の表面温度が一定となるようにするためのものである。８ ，１０，１２，１４は電気ヒータで、８は上部ヒータ、１０は中部ヒータ、１２ は下部ヒータ、１４は底部ヒータである。ここではヒータ８，１０，１２，１４ の４種を設けたが、例えば下部ヒータ１２と底部ヒータ１４とを一体にして３種 のヒータとしても良く、あるいはヒータを更に分割して５種以上としても良い。 各ヒータ８，１０，１２，１４には、それぞれ温調モニター３と温度計４，ヒー タコントローラ−６を設け、別個・独立に制御する。ヒータ８，１０，１２，１ ４には、例えばバンドヒータやシリコンラバーヒータ等を用い、ボンベ２に巻き 付けて用いる。

【００１２】 ボンベ２からガスを気化させると、気化熱によりボンベ２内の液温は低下する 。この結果、液の有る部分の温度が低下するので、これをその付近の温調モニタ ー３で検出し、対応するヒータを加熱して液温を一定に保つ。液量が減少すると 、液体の蒸発が生じる位置が変化し、温度低下の著しい位置が変化するが、温調 モニターを複数設けたので、それに応じて対応するヒータへの電力を増し、他の ヒータへの電力を減らして、ボンベ２内の温度ムラを防止する。また液量の減少 に伴いボンベ２の上部の液のない部分では、外部への熱放出等に伴う温度低下が 生じるに過ぎなくなる。この部分を過熱すると、熱の無駄が生じ、またガスの過 熱による配管での再凝縮の恐れが生じる。そこで上部の温調モニター３からこの ことを検出して、上部ヒータ８への電力を減少させる。実施例２ 図２に第２の実施例を示す。図１と同じ符号は同じものを表し、２０はボンベ ２の表面に巻き付けたヒータで、ボンベ２の上部と下部とで巻き付けるピッチを 変え、上部では発熱密度が低く、下部では発熱密度が高くなるようにする。ヒー タ２０を巻き付けるピッチは、例えば下部と底部とで、上部の約１／４、中部の 約１／２とし、発熱密度を下部や底部で上部の約４倍、中部の約２倍とした。温 調モニター３は、液化ガスが常時残存している下部に配置したが、底部に配置し ても良い。上部や中部に温調モニター３を配置すると、液面がそれ以下に低下し た際に液温の検出ができなくなり、好ましくない。

【００１３】 ボンベ２の上部には液化ガスの無いことが多く、加熱も僅かでよい。一方下部 や底部では気化熱の補充を常に行い、熱量を多く与える必要がある。そこでヒー タ２０のピッチを上部と下部とで変え、下部の温度をモニターしてヒータ２０を 制御する。また仮に上部まで液化ガスが有る場合でも、液の有る部分での熱伝導 率は高いので、下部や底部を中心に加熱しても、加えた熱は液化ガスの対流で均 一に加えられて温度ムラは大きくならない。

【００１４】 図４に図１の実施例での試験結果を、図５に図２の実施例での試験結果を、図 ６，図７に図３の従来例での試験結果を示す。用いたヒータはいずれもバンドヒ ータでボンベ２に巻き付け、ボンベ２はステンレス製で、液量は最初が約１０Kg で、液面はボンベ２の底から１／３程度の位置にあり、７０分経過後に液面がボ ンベ２の底から約１／４となるようにした。流量は毎分標準状態換算で３．３Li tter（３．３SLM）、液化ガスの種類は、感光ドラムの製造後にグロー放電成膜 装置内に残ったポリシリコン粉体の除去用のＣｌＦ3である。主な結果を表１に 示す。

【００１５】 図４ではボンベ２の上，中，下，底の４箇所に温調モニター３を設け、各温調 モニター３でのボンベ２の表面温度が２５℃となるように、ヒータ８，１０，１ ２，１４を制御した。なおこの時外気温度は２８℃であった。

【００１６】 図５では、ボンベ２の下部の表面温度が２５℃となるように、ヒータ２０を制 御した。外気温度は２８℃であった。

【００１７】 図６の従来例では、ボンベ中央部の表面温度が２５℃となるように、温度制御 を行った。外気温度は２６℃であった。また図７の従来例では、ボンベ２の下部 に温調モニター３を配置し、外気温度２８℃でボンベ２の下部表面温度が２５℃ となるように温度制御した。

【００１８】 図４，図５の実施例では、気化の開始から４０分経過後は、ボンベ２の下部温 度はかなり安定となり、約６０分で安定状態に移行した。安定状態とは、気化熱 とヒータからの熱が釣り合い、蒸気圧が一定でガス流量も一定となるとともに、 ボンベ２内の液化ガスの有る部分の温度が一定となる状態である。ボンベ２の表 面温度の温度ムラは、図４の実施例で最大１３．５℃と小さく、６０分以上経過 すると温度ムラは逆に減少した。図５の実施例では、温度ムラは最大１８．５℃ で、６０分経過後と７０分経過後との温度ムラは変わらず、温度ムラには一定の 上限値があった。

【００１９】 これに対して、ボンベ２の中部に温調モニター３を配置した図６の従来例では 、７０分経過しても安定状態とはならず、流量は不安定なままであった。またボ ンベ２の下部温度は一貫して低下し続け、流量は一貫して低下した。ボンベ２の 表面温度のムラは最大２４℃で、６０分以上経過しても飽和せずに増加し続けた 。更にボンベ２の下部に温調モニター３を配置した図７の従来例では、約６０分 で安定状態に移行したが、４０分以上経過後の下部温度の安定性は図４，図５の 実施例よりも低かった。ボンベ２の表面温度のムラは最大２７℃で、安定状態へ の以降後も増加し続け、ボンベ２の上部の過熱が著しかった。

【００２０】

【表１】 試 験 結 果 結果 安定状態への移行 温度ムラ 図４ ６０分で安定状態に移行 最大１３．５℃ 図１の実施例 ４０分経過後は下部温度は ６０分以上経過すると かなり安定で流量はほぼ安定 温度ムラは逆に減少 図５ ６０分で安定状態に移行 最大１８．５℃ 図２の実施例 ４０分経過後は下部温度は ６０分以上経過すると かなり安定で流量はほぼ安定 温度ムラは飽和 図６ 安定状態に移行せず、 最大２４℃ 図３の従来例 下部温度は一貫して低下し 温度ムラは一貫して増加 中部を温調 流量は不安定なまま 図７ ６０分で安定状態に移行 最大２７℃ 図３の従来例 ４０分経過後の下部温度の ６０分以上経過しても 下部を温調 安定性は低い 温度ムラは飽和せず上部の 過熱が著しい

【００２１】

【考案の効果】

この考案では、ボンベ内温度のムラを抑制し、気化速度を一定に保ち易くする とともに、ボンベ上部の過熱を防止する。ボンベ上部の過熱を防止すると、配管 内での気化したガスの再凝縮の恐れを小さくし、配管の保温設計が容易となる。 またボンベ上部の過熱を避けることにより、無駄なエネルギーを減少させ、熱効 率を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 最初の実施例の断面図

【図２】 第２の実施例の断面図

【図３】 従来例の断面図

【図４】 最初の実施例の特性図

【図５】 第２の実施例の特性図

【図６】 従来例の特性図

【図７】 従来例の特性図

【符号の説明】

２ ボンベ ３ 温調モニター ４ 温度計 ６ ヒータコントローラ− ８ 上部ヒータ １０ 中部ヒータ １２ 下部ヒータ １４ 底部ヒータ ２０ ヒータ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボンベ内の液化ガスを該ボンベの外部に
   配設したヒータで加熱し気化させるようにした、液化ガ
   ス気化装置において、ボンベに対する位置毎に別個のヒ
   ータを設けて、各ヒータ毎に加熱制御手段を設けたこと
   を特徴とする、液化ガス気化装置。
2. 【請求項２】 ボンベ内の液化ガスを該ボンベの外部に
   配設したヒータで加熱し気化させるようにした、液化ガ
   ス気化装置において、上記ヒータの発熱密度をボンベの
   上部では低く、ボンベの下部では高くしたことを特徴と
   する、液化ガス気化装置。