JPH08128596A - ガス蒸発装置及びガス供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱効率が向上して余分なエネルギー消費を抑
制するとともに、ガスの間欠使用に即応できるガス蒸発
装置とガス供給方法を提供する。 【構成】 本発明の装置は、内壁15と外壁16とから形成
された二重壁構造を具備した容器11であって、その中に
液化ガスを供給するための入口12と、気化したガスをこ
の容器外へ送り出すための出口13とを有し、且つ、上記
二重壁構造の内壁15と外壁16との間隙17に液化ガス加温
用の流体を流入させそして流出させるための入口18及び
出口19とを有する容器11と、当該二重壁構造の内壁15と
外壁16との間隙17を真空にするための手段21とを備えて
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス蒸発装置及びガス
供給方法に関する。より詳しく言えば、本発明は、液化
して貯蔵されているガスを気化させてユーザー（使用設
備）へ所望の圧力で供給するのに使用されるガス蒸発装
置及びガス供給方法に関する。本発明の装置と方法は、
特に半導体の製造に使用するのに適したものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、各種のガス類がいろいろな産業で
使用されている。これらのガスのうちで沸点が高く、常
温で液体になるものは、貯蔵や輸送の便から、液化して
供給されるのが一般的である。例えば、半導体製造プロ
セスでは、ジクロロシラン類、四塩化炭素、六フッ化タ
ングステンを始め多くの液化ガスが使用されている。

【０００３】このような液化ガスを気化させてから使用
するために、従来は、液化ガスボンベ・配管を電熱ヒー
ターや温水ヒーターで加熱して気化させ、そして気化し
たガスの供給配管を断熱材で被覆して保温する、といっ
た方法が講じられてきた。電熱ヒーターは、電熱リボン
を配管やガスボンベの周囲に巻きつけたものが一般的で
あり、また温水ヒーターは、ガスボンベや配管の周囲に
温水流を供給することで液化ガスの加温を行うのに利用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの気
化ガス発生方法は、電気・温水等によるオン／オフ制御
であり且つ保温効果が小さいため、熱効率が悪く、多く
のエネルギーを必要としていた。また、可燃性ガスの場
合には、ガスボンベを直接加熱するのは大きな危険を伴
うものであった。更に、温水ヒーターは、水漏れが発生
する危険もあり、あるいは漏れたガスと水との反応で配
管、ボンベ等が腐食される問題もあった。その上、余分
に気化したガスが供給配管の途中で再液化して配管系の
一部に液溜まりを作って配管を閉塞し、正常なガス供給
の障害となることがあった。

【０００５】本発明は、これらの問題点に鑑み、熱効率
が向上して余分なエネルギー消費を抑制するとともに、
ガスの間欠使用にも即応できるガス蒸発装置とガス供給
方法の提供を目的とする。また、配管閉塞によりガスの
供給量の不足や圧力変動が起きるのを防ぐことができる
ようにすることも本発明の目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のガス蒸発装置
は、内壁と外壁とから形成された二重壁構造を具備した
容器であって、この容器内に液化ガスを供給するための
液化ガス入口と、気化したガスをこの容器外へ送り出す
ための気化ガス出口とを有し、且つ、上記二重壁構造の
内壁と外壁との間に液化ガス加温用の流体を流入させそ
して流出させるための流体入口及び流体出口とを有する
容器と、当該二重壁構造の内壁と外壁との間隙を真空に
するための手段とを備えてなることを特徴とする。

【０００７】また、本発明のガス供給方法は、内壁と外
壁とから形成された二重壁構造を備えた容器内に液化ガ
スを入れ、この二重壁構造の内壁と外壁との間に液化ガ
ス加温用の流体を流して容器内の液化ガスを加温し、液
化ガスが所定の温度に達したなら加温用流体の供給を停
止し、二重壁構造の内壁と外壁との間を真空にして容器
内の液化ガスを保温し、容器内の液化ガス温度が低下し
たなら液化ガスの加温とその後の保温操作を繰り返し、
そして容器内で気化したガスをガス消費設備（ユーザ
ー）へ供給することを特徴とする。

【０００８】次に、図１を参照して本発明の装置と方法
を説明する。この図に示すように、本発明のガス蒸発装
置における容器11は、液化ガス入口12と気化ガス出口13
を有する。この容器へは、液化ガスボンベ24のような適
当な液化ガス貯蔵器から、液化ガス入口12を介して液化
ガスが供給される。液化ガスの供給は、容器11内の液化
ガス14が所定の量に達すると停止される。なお、液化ガ
ス貯蔵器は、ボンベ24以外にも液化ガスを蓄えるのに適
したものであればどのようなものでもよく、例えばタン
クのようなものでもよい。

【０００９】容器11はまた、内壁15と外壁16との間隙17
に加温用の流体を流すことができるように、流体入口18
と流体出口19を備えている。加温用流体としては、空気
や不活性ガス（窒素等）のような気体を使用することが
でき、あるいは水等の液体を使用してもよい。とは言う
ものの、液体を使用した場合には、加温により所定温度
に達した容器内の液化ガス14を保温するために加温用流
体の供給を止め、内壁15と外壁16との間隙17の流体を排
出し、そしてこの間隙17を真空ユニット21を用いて真空
にする際に、残留する液体のために真空排気に長い時間
を要し、効率的でないので、気体を加温媒体として使用
する方が好ましい。また、液化ガスが可燃性である場合
には、空気を使用するより不活性ガスを使用する方が好
ましい。加温用の流体は、使用後に大気へ放出してもよ
く、あるいは循環使用することもできる。

【００１０】ボンベ24から容器11内に移された液化ガス
14は、既に説明したように例えば窒素のような不活性ガ
スを、加温流体入口18から二重壁構造の間隙17に供給し
て加温される。好ましくは、この不活性ガスは、容器11
内の液化ガス14の温度が一定になるように、制御して供
給される。気化したガスの消費が停止された場合のよう
に、不活性ガスを続けて供給すると容器11内の液化ガス
温度が所定の温度以上に上昇してしまうような場合に
は、加温用不活性ガスの供給を止め、真空ユニット21を
作動させて、二重壁構造の間隙17を排気して真空にす
る。こうすることで、容器内の液化ガスを効果的に保温
してその温度を維持することができる。容器11の周囲に
保温材を施して、保温効率を一層高めてもよい。なお、
図１では真空ユニット21を、加温用流体が二重壁構造の
間隙17から排出される出口19につながる配管に接続して
いるが、真空ユニット21は加温用流体供給側の入口18に
つながる配管に接続しても差し支えない。

【００１１】このように、容器11の二重壁構造は容器内
の液化ガス14の加温と保温の両方の目的に使用される。
従って、熱効率を高めるために、この二重壁構造は容器
11の表面のできるだけ広い範囲に及ぶように作られるの
が好ましい。

【００１２】容器11内で気化したガスは、気化ガス出口
13からユーザー25へ供給される。容器11内の液化ガス温
度は、先に説明したようにしてほぼ一定に維持されるの
で、容器11内の気化ガスの圧力もやはりほぼ一定に保た
れ、従ってユーザー側での気化ガスの使用が再開された
場合それに即応することができる。

【００１３】容器11内の液化ガス温度が低下したら、容
器11の二重壁構造の間隙17の真空を解除し、再び加温用
流体の供給を開始する。容器11内の液化ガス温度の低下
は、ガスの消費に伴う容器内での液化ガスの蒸発によ
り、あるいはボンベ24からの新たな液化ガスの供給によ
り、あるいは容器11からの自然放熱等によって起きる。

【００１４】図１では、液化ガス入口12と気化ガス出口
13は別個のものとして示されているが、場合によっては
（例えば必要とする容器11の容量が小さくて入口と出口
を別々に設けるのが困難な場合等）、入口と出口を一緒
にして一つにしてもよい。この態様は、容器11への液化
ガスの供給とそこからの気化ガスの送り出しが重ならな
い場合に特に適している。

【００１５】容器11からユーザー25への気化ガス供給配
管28では、配管からの放熱により気化ガスの一部が冷却
されて凝縮され、再び液化する現象が見られる。配管28
の途中に、一旦降下した配管が上昇するような構造部分
があると、再液化したガスが液溜まりを形成して配管の
一部を閉塞し、気化ガスの正常な供給の妨げとなる。こ
れを避けるために、容器11からユーザー25への気化ガス
供給配管28は、途中で再液化したガスを回収する機能を
持つようにすべきである。配管途中での再液化ガスの回
収は、再液化ガスをボンベ24に戻すための機構を設ける
ことで行うことができる。これは、図１に29で示された
ような、配管28からボンベ24へと再液化ガスを戻す配管
を設けることで果たすことができる。また、容器11から
ユーザー25への配管28に容器11の方へ下向きに傾斜した
勾配を設けて、再液化ガスを容器11へ回収するようにす
ることもできる。

【００１６】

【作用】本発明では、液化ガスの貯蔵器とは別個の容器
を二重壁構造のガス蒸発器として採用し、その内壁と外
壁との間隙に加温用流体を流して液化ガスの加温を行う
とともに、液化ガスの加温を終えた時点で加温用流体の
供給を止め、二重壁構造の間隙を真空にできるようにし
ている。そのため、加温停止時の容器の保温をずっと効
果的にすることができるようになり、これに伴い、熱効
率を高め、エネルギーの浪費を抑制することが可能にな
る。また、蒸発容器内の液化ガスの保温効果が高まるた
め、容器内の液化ガスを気化しやすい状態のまま長時間
保持することが可能になり、そして必要時に所定の圧力
のガスを供給することができるようになる。

【００１７】更に、気化したガスの使用が中断されてい
るときに、蒸発容器からユーザーへの供給配管の途中で
再液化したガスを回収する機能を備えることで、配管閉
塞によるガスの供給量不足及び圧力変動を防止すること
ができるようになる。

【００１８】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に詳しく説明
する。ここで説明する実施例は、例示を目的とするもの
であって、言うまでもなく、本発明を限定しようとする
ものではない。

【００１９】本発明の一実施例を図２に示す。この図に
おいて、41は液化ガスボンベを表しており、ガス蒸発装
置の蒸発容器は42で示されている。液化ガスボンベ41の
中には、例えば六フッ化タングステンの液化ガスが充填
されている。蒸発容器42は、例えば、外径 104mm、内径
100mm、高さ 250mmの内壁構成用ステンレス部材43と、
外径 200mm、内径 190mmの外壁構成用ステンレス部材44
から構成されている。また、蒸発容器42の二重壁構造の
内壁を構成する部材43と外壁を構成する部材44との間隙
45を真空にすることができるように、蒸発容器42は真空
ユニット46につながれている。

【００２０】ボンベ41内の液化ガスは、弁V1を開けるこ
とで配管51により容器42へ供給される。容器42内の液面
は液面計ＬＳにより監視されており、所定の液面に達す
るとＬＳからの信号により弁V1を閉じて液化ガスの供給
を停止する。容器42内の液面が一定のレベルまで低下す
ると、液面計ＬＳが作動し、その信号により弁V1が開い
て再び液化ガスがボンベ41から供給される。

【００２１】一方、容器42内の液化ガス温度は温度計Ｔ
Ｉで監視されていて、ボンベ41から液化ガスが供給され
た場合のように容器42内の液温が低下すると、温度制御
装置ＳＣからの指令で不活性ガス供給弁V2と排出弁V3が
開き、不活性ガスが容器41の二重壁構造の間隙45に流入
し始め、同時に温度制御装置ＳＣからの信号で加熱器47
での不活性ガスの加熱が始まる。不活性ガスの供給温度
も、供給配管52に設置された温度計ＴＩで監視され、加
熱器47で不活性ガスに与えられる熱エネルギーを調節す
ることで制御される。不活性ガス加熱器47は、任意のタ
イプのものを使用することができる。例えば、赤外ヒー
ターで加熱するタイプのものでよく、あるいは他の加温
媒体（例えばスチーム等）を使用するものでもよい。加
温用に不活性ガスを流している間は、真空ユニット46に
接続する配管54に設けられた弁V4は閉じられており、加
温に使用された不活性ガスは配管53を経由して排出され
る。排出された不活性ガスは循環させて再使用しても差
し支えない。

【００２２】加温用不活性ガスの供給を開始後、蒸発容
器41内の液化ガス温度が所定の値に達したなら、容器42
内の温度計ＴＩからの信号により温度制御装置ＳＣが機
能して、加熱器47での不活性ガスの加熱を停止するとと
もに、不活性ガス配管の弁V2及びV3を閉じ、且つ真空ユ
ニット46につながる配管54の弁V4を開け、真空ユニット
46の運転を開始する。真空ユニット46は、任意の真空発
生手段から構成することができる。例えば、エジェクタ
ー方式の真空発生手段を利用してもよく、あるいは真空
ポンプを用いることもできる。二重壁構造の間隙45が真
空になったら、弁V4を閉じ、真空ユニット46の運転を停
止する。このように二重壁構造の間隙45を真空に保つこ
とによって、容器42内の液化ガスの保温効果が高まる。

【００２３】容器42内の液化ガスの温度は、ガスの消費
に伴う液化ガスの気化により、あるいは容器42内の液面
低下に伴うボンベ41からの液化ガスの補給により、また
容器42からの自然放熱によっても、低下する。容器42内
の液化ガス温度は、先に述べたように温度計ＴＩで監視
されており、所定の温度まで低下すると先に説明した加
温操作が繰り返される。

【００２４】蒸発容器42で気化されたガスは、配管55で
ユーザー48に供給される。図２に示した態様では、配管
55には遮断弁V5が設けられていて、ユーザー48でガスが
使用されていないときにはこの弁V5は閉じられている。
ユーザー48でガスの使用が開始されると、それを検知す
る例えば流量計（図示せず）からの信号により弁V5が開
いて、容器42からのガスの供給が開始される。弁V5の下
流に配置された弁V6は、ユーザー48への供給ガス圧力を
一定に保つための調節弁である。ユーザー48でガスの使
用が中断されると、流量計（図示せず）からの信号で遮
断弁V5が閉じられる。このようにガス蒸発装置とユーザ
ー（ガス消費設備）との間に遮断弁を設けることで、こ
の遮断弁がなければガスの使用停止時において遮断弁V5
の下流のユーザー側の配管56でガスが再液化する結果と
して、この配管56の部分に蒸発容器42から余分なガスが
供給されるのが防止される。また、配管56で生じた再液
化ガスは、配管57を経由してボンベ41へ戻される。この
配管57にも遮断弁V7が設けられていて、これは配管55の
遮断弁V5と連動して操作され、弁V5が開いている、すな
わちユーザー48でガスが使用されているときには閉じら
れており、そして弁V5が閉じているときに定期的に開け
られる。

【００２５】気化したガスが流れる配管には適当な勾配
を持たせ、配管内で再液化したガスを配管内に滞留させ
ずに回収できるようにする。再液化ガスは、ボンベ41に
回収することもでき、蒸発容器42に回収することもでき
る（図２はボンベ41に回収する場合を示している）。

【００２６】ここでは完全に自動化して運転する例を説
明したが、もちろん手動式に運転することも可能であ
り、また一部を自動化（例えば、液化ガスの加温・保温
操作あるいは気化したガスのユーザーへの供給操作を自
動化）し、残りを手動式に運転しても差し支えない。ま
た、容器42からの気化ガス供給配管を複数のユーザーに
つないでそれぞれに気化ガスを供給することも可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蒸発容器の二重壁構造の間隙に加熱した不活性ガスを流
し、容器内の液化ガスを加温し、続いてこの間隙を真空
にして液化ガスを保温することで、エネルギーの浪費が
抑制される上に、容器内の液化ガスを気化しやすい温度
に長時間保つことができ、そのためガス消費設備（ユー
ザー）の要求に応じて必要量及び必要圧力のガスを随時
供給することができる。

【００２８】また、本発明によれば、蒸発容器から消費
設備への配管途中で再液化したガスを回収する機能を備
えることで、再液化ガスでの配管の閉塞によるガスの供
給量不足及び圧力変動を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置及び方法の説明図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する図である。

【符号の説明】

１１…容器 １２…液化ガス入口 １３…気化ガス出口 １４…液化ガス １５…容器の内壁 １６…容器の外壁 １７…内壁と外壁との間隙 １８…加温用流体入口 １９…加温用流体出口 ２１…真空ユニット ２４…液化ガスボンベ ２５…ガス消費設備 ４１…液化ガスボンベ ４２…蒸発容器 ４３…内壁構成用部材 ４４…外壁構成用部材 ４５…二重壁構造の間隙 ４６…真空ユニット ４７…加熱器 ４８…ガス消費設備

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁（15）と外壁（16）とから形成され
   た二重壁構造を具備した容器（11）であって、この容器
   （11）内に液化ガス（14）を供給するための液化ガス入
   口（12）と、気化したガスをこの容器外へ送り出すため
   の気化ガス出口（13）とを有し、且つ、上記二重壁構造
   の内壁（15）と外壁（16）との間に液化ガス加温用の流
   体を流入させそして流出させるための流体入口（18）及
   び流体出口（19）とを有する容器（11）と、当該二重壁
   構造の内壁（15）と外壁（16）との間隙（17）を真空に
   するための手段（21）とを備えてなることを特徴とする
   ガス蒸発装置。
2. 【請求項２】 前記液化ガス加温用流体として不活性ガ
   スを使用する、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記容器の気化ガス出口を配管を介して
   １又は２以上のガス消費設備に接続された、請求項１記
   載の装置。
4. 【請求項４】 前記配管に勾配をつけて、配管内で生じ
   た再液化ガスを配管内に滞留させずに回収する機構を備
   えた、請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記配管に遮断弁を設け、前記ガス消費
   設備へのガスの供給停止時にこの遮断弁の下流側の配管
   で生じた再液化ガスを回収する機構を備えた、請求項３
   又は４記載の装置。
6. 【請求項６】 内壁と外壁とから形成された二重壁構造
   を備えた容器内に液化ガスを入れ、この二重壁構造の内
   壁と外壁との間に液化ガス加温用の流体を流して容器内
   の液化ガスを加温し、液化ガスが所定の温度に達したな
   ら加温用流体の供給を停止し、二重壁構造の内壁と外壁
   との間を真空にして容器内の液化ガスを保温し、容器内
   の液化ガス温度が低下したなら液化ガスの加温とその後
   の保温操作を繰り返し、そして容器内で気化したガスを
   ガス消費設備へ供給することを特徴とするガス供給方
   法。
7. 【請求項７】 前記加温用流体として不活性ガスを使用
   する、請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 前記容器で気化されたガスを１又は２以
   上のガス消費設備に供給する、請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 前記容器から前記ガス消費設備までの途
   中で生じた再液化ガスを回収して液溜まりのできるのを
   防止する、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記液化ガスの加温操作と保温操作を
    自動化して行う、請求項６から９までのいずれか一つに
    記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記気化したガスの供給を自動化して
    行う、請求項６から１０までのいずれか一つに記載の方
    法。