CN1330902C - 高流率的气体输送 - Google Patents

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Abstract

本发明针对一种以高流率输送液化压缩气的方法，包括：将液化压缩的高纯度半导体气送入贮存罐；将温度测量装置设置在压缩气贮存罐壁上；将至少一个加热装置放置在贮存罐附近；通过温度测量装置监测所产生的温度；将压力测量装置放置在贮存罐的出口处并监测贮存罐压力；调节加热装置的热量输出，以便加热贮存罐中的液化压缩气，从而控制贮存罐中液化压缩气的蒸发；以及控制来自贮存罐的气体的流量。

Description

高流率的气体输送
发明领域
本发明涉及高流率的气体输送，更具体地说，本发明涉及一种用于以高流率输送高纯度半导体气体的方法和***。
发明背景
在半导体制造中对以高流率向使用点输送特殊气体有不断增长的需求。传统压缩气体贮存罐、即气瓶和吨级容器(ton container)让液化气在环境温度处于其自身蒸汽压力下。当蒸汽从罐中排放时，液体以等同的速率蒸发，而导致压力的降低。这消耗罐中剩余液体的能量。在与罐之间没有热传递的情况下，液体温度下降，导致蒸汽压力的相应下降。进一步的蒸汽排放最终使液体过冷以及使蒸汽流量减少。
与液体过冷一起，快速蒸汽排放以及对贮存罐的无控制热传递也引起罐壁剧热。这使亚稳液滴转入汽相。另外，传统的压缩气存储源输送饱和蒸汽。其温度下降或生产线中的流量限制导致冷凝。蒸汽流中出现液滴对大多数仪器是有害的，因此需要减至最少。
因此，问题是要从传统源输送高蒸汽流率，同时具有最少的液体带出并且没有液体过冷。
先有技术公开了从传统源输送高蒸汽流率的一些方式，但没有任何先有技术教授或建议一种方法和***，采用外部源以高流率进行这种输送，同时具有从贮存罐壁到液体的最佳热传递以及使生产线中的液滴形成减至最少。
美国专利第6122931号公开了一种***，它将液化气从贮存罐传输到蒸馏塔，并使用馏出液将超高纯度蒸汽输送到使用点。包含的附加处理步骤使用液化气。
美国专利第6076359号公开了增加环境和放置在气室中的气瓶之间的热传递。这种增加通过改变气室内的空气流率以及增加气室内部的散热片来实现。这增强了从环境到气瓶的热传递。所产生的流率比较低。但是，输送流率的提高仍然不足以满足当前的需求。
美国专利第5894742号公开了一种用泵抽入蒸发器的液化压缩气，它在将气体输送到使用点之前将液体转换为汽相。使用多个这类蒸发器，对应于使用点的每个蒸发器允许通过输送***的高吞吐量。
美国专利第5673562号公开了配备内部热交换器的贮存罐的使用，它保持液气界面的温度。热通过辐射或者经过气相的传导被传递给该界面。
美国专利第5644921号公开了使从包含采用外部热交换器加热的液化压缩气的贮存罐中排放的蒸汽过热。然后再通过浸入液相中的加热管传递蒸汽，用这种过热蒸汽与液相交换热量。这使蒸汽冷却，并导致液体沸腾以保持罐中的最小蒸汽压力。然后，冷却的蒸汽被输送到使用点。
上述专利中提出的所有方法提供了通过外部源向液体供给附加能量的方法。但是，这些方法不适合现有的压缩气贮存源，并且需要附加的设备。这使那些发明耗费大量资金。此外，这些发明仅针对向***供应额外能量的问题。没有关于实现输送***的最佳操作、降低各种热阻的方法的论述或建议。
Udischas R.等人的“各种散装电子特种气体输送方案的性能和成本比较”(在Workshop on Gas Distribution System，SEMICON West 2000中提出)比较了压缩气体的各种输送***的经济优势。用于比较的最大输送流率是每分钟400标准公升(slpm)氨、流动两小时以及1000slpmHCl、流动一小时。
Yucelen B等人的“散装特种气体的高流量输送***”(Workshop onGas Distribution Systems，SEMICON West 2000中提供)公开了外部加热的吨级容器能够输送高流率(高达1500slpm)。该文件的中心是分析高流率的蒸汽中的水份带出。
从先有技术来看，需要一种方法和***，1)便于采用外部热源以高流率从现有的压缩气贮存源(气瓶和吨级容器)中排放蒸汽；2)提出一种控制策略，实现从贮存罐壁到液体的最佳热传递；以及3)研究出一种方法，输送高蒸汽流率，同时还使生产线中的液滴形成减到最少。
发明概述
本发明的一个方面针对一种用于控制贮存罐中液化压缩气的温度的方法，包括：使液化压缩气进入贮存罐；将温度测量装置放置在压缩气贮存罐壁上；将至少一个加热装置放置在贮存罐附近；通过温度测量装置监测贮存罐中压缩气的温度；以及调节加热装置的输出，以便对贮存罐中的液化压缩气进行加热。
在另一个实施例中，本发明针对一种用于在蒸汽输送过程中保持贮存罐中液化压缩气的蒸发的方法，包括：把液化压缩高纯度半导体气体送入贮存罐；将温度测量装置放置在贮存罐壁上；将至少一个加热装置放置在贮存罐附近；通过温度测量装置监测贮存罐中压缩气的温度；将压力测量装置放置在贮存罐的出口；通过压力测量装置监测贮存罐内压缩气的压力；从贮存罐中放出一部分气体；以及调节加热装置的热量输出，以便保持所需压力。
在另一个实施例中，本发明针对一种以高流率输送液化压缩气的方法，包括：将液化压缩的高纯度半导体气送入贮存罐；将温度测量装置放置在压缩气贮存罐壁上；将至少一个加热装置放置在贮存罐附近；通过温度测量装置监测所产生的温度；将压力测量装置放置在贮存罐的出口并监测贮存罐压力；调节加热装置的热量输出，以便对贮存罐中的液化压缩气加热，从而控制贮存罐中液化压缩气的蒸发；以及控制来自贮存罐的气体流量。
在另一个实施例中，本发明针对一种用于以高流率输送氨的方法，包括：将高纯度液化压缩氨气送入吨级容器；将热电偶放置在吨级容器壁上；将至少一个加热装置放置在吨级容器附近；监测热电偶；将压力传感器放置在吨级容器的出口并监测贮存罐压力；监测吨级容器中液化压缩氨的平均重量损失；从加热装置的输出调节温度，以便对吨级容器中的液化氨加热；使液化压缩氨在对流和泡核沸腾状态下沸腾；控制吨级容器中的液化压缩氨在对流和泡核沸腾状态下的蒸发；以及控制来自吨级容器的氨流量。
本发明还针对一种用于以高流率输送半导体生产气体的***，包括：贮存罐，包含液化压缩半导体生产气体；温度测量装置，放置在贮存罐壁上；压力探测器，放置在贮存罐的出口；加热装置，放置在贮存罐附近，其中温度探测器和压力探测器用来调节加热器的输出，以便对压缩气贮存罐中的液化压缩半导体气体加热，并实现来自压缩气贮存罐的半导体气体的高流量；以及阀装置，控制来自贮存罐的半导体气体的流量。
贮存罐是气瓶或吨级容器。液化的可以是氨、氯化氢、溴化氢、氯或全氟丙烷。一般来说，温度测量装置是热电偶。加热装置是陶瓷加热器、加热套或热流体传热装置。
本文所用术语“高流率”在本发明中表示气体从贮存罐流出的速度。为了本发明，术语“高流率”指超过或大约500slpm的速率。
本文所用的“贮存罐”在本发明中表示保存液化气的任何容器。为了本发明，“贮存罐”是气瓶或吨级容器。本文也考虑能够存储液化气的其它类型的贮存罐。
本文所用的“附近”指表明紧紧相邻的位置。在至少一个实施例中，“附近”表示加热装置靠近贮存罐的位置。
附图详细说明
通过以下最佳实施例的说明以及附图，本领域的技术人员会了解本发明的其它目的、特征及优点，图中：
图1提供本发明中的贮存罐壁上的热传递的示意表示；
图2提供液体的一种典型沸腾曲线；
图3提供本发明中的用于输送高蒸汽流率的实验设置的示意图；
图4提供氨流率变化以及表面温度随时间变化的示意图；
图5提供输送***的示意图；
图6提供输送***的流程图；以及
图7是原型氨输送***的示意图。
发明详细说明
本发明通过限制自然对流和泡核沸腾状态中的液体沸腾，实现贮存罐中液化气的最佳热传递。本发明提供高达约180kWm-2的传递热通量，以输送高达约1000slpm的氨，同时使液体保持接近环境温度。一个实施例表明，输送大约500slpm的氨，传递热通量大约为93.5kWm-2。类似的传递热通量和流率适用于其它类似的半导体气体，并由那些气体的特性来确定。
本发明能够以较低的表面温度输送高蒸汽流率，其中表面温度预计不高于散装液体或环境温度以上20℃。以较低加热器温度的高蒸汽流率的输送可通过增强从加热器到贮存罐的热传递来进行。
本发明允许将全部可用的表面积用于通过外部热源对液相进行热传递，例如使用热液槽。控制策略允许以低表面温度来实现和保持高蒸汽流率，以及增强对液体的热传递。此外，本发明的***及方法还可能通过使贮存罐中的汽相过热来降低汽相中的液滴，而不需要任何额外的仪器。还提供了降低外部和内部对热传递的阻力的装置。
在建议的***中，***外部的热源用来提供能量以蒸发液体。热源可以是直接接触贮存罐的加热套或热流体。在热流体(水或油之类)的情况下，将贮存罐浸没于液槽中提供了对热传递的最低阻力(参见表1)。在加热套的情况下，加热器设计为较高温度，以便补偿加热器和贮存罐之间的不良接触。这允许即使加热器-贮存罐接触的效力随时间而恶化，也有足够的能量传递给液体。在高流率下不可避免的压缩气罐的频繁改变可能降低接触效力。另外，在每个气瓶改变之后难以准确地重复该接触。在加热套和贮存罐之间使用传导油脂或橡胶还进一步降低外部接触阻力。
提出一种控制策略以使贮存罐-液体接触处对热传导的内部阻力最小。这个策略限制对流和泡核沸腾状态中的液体蒸发。通过监测与液体接触的贮存罐表面的温度以及贮存罐的压力来实现这个目的。表面温度的降低表明从热源到贮存罐的热通量低于给定流率的液体汽化所需的能量。这表明高外部热阻。提高热源(热流体或加热套)的温度增加这种情况下的热通量。伴随压力下降的表面温度提升表明，从贮存罐到液体的热通量低于液体汽化所需的能量。这表明蒸汽薄膜沸腾的开始，这增加对热传递的内部阻力。降低加热器温度提高这种情况下的热通量。
相同的热源也用来将热传递到汽相，从而产生过热蒸汽的输送。这使气相中液滴的数量最小，并减少复杂仪器的使用，以便防止生产线中的蒸汽冷凝。过热蒸汽提供了使汽相中存在的液滴蒸发所需的能量。过热蒸汽还补偿使蒸汽冷凝减为最少的流动限制上的冷却。
本发明不要求使用新型贮存罐，并且能够输送来自传统压缩气贮存罐的大范围的蒸汽流率，从而降低资金投入并满足客户需求。本发明提出的策略控制对流和泡核沸腾状态的液体蒸发，从而提高热传递速率。在给定温度上提高的热通量导致高流率输送的最佳方法。
本发明的基础涉及压缩气容器中液体周围的能量平衡，以流率F输送蒸汽，如公式(1)所示。
mCp L dT L dt = Q - FΔH vap ( P sat ) - - - ( 1 )
汽化所需能量FΔHvap(Psat)是可检测的热损失(液体温度的下降TL)或者是来自热源的热传递(Q)。ΔHvap(Psat)是饱和压力Psat下的汽化潜热。符号m表示液体的质量，CpL是其热容。
为了保持恒定的液体温度(dTL/dt＝0)，对液体的热传递必须等于给定流率上汽化所需的能量。热传递源可以是外部加热器或者可以是环境。来自热源的热传递速率取决于可用表面积(A)、整体热传递系数(U)以及源和液体之间的温差(To-TL)，如公式(2)所示。
Q＝UA(To-TL)    (2)
图1示意表示穿过贮存罐壁的截面从热源到液体的热传递的阻力。图中，To、Twout、Twin以及TL分别表示热源、贮存罐外壁、贮存罐内壁以及液体的温度。整体热传递系数U与从热源到贮存罐的热传递系数hout、贮存罐壁的导热性kW以及从罐壁到液体的热传递系数hin的关系如下所示。
1 UA = 1 2 πr o Lh out + 1 2 πr i Lh in + In ( r o / r i ) 2 πk w L - - - ( 3 )
公式(3)假设长圆筒贮存罐长度为L，具有内径ri和外径ro。对于给定的贮存罐，由导热性(In(ro/ri)/(2ΔkwL))产生的热阻是固定的。但是，内部(1/(2ΔriLhin)和外部(1/(2ΔroLhout)热阻取决于工作参数和热源。下表1列出各种条件(稍后说明)的典型热阻值。
表1：对基于图1的热传递的热阻的比较
Figure C0182297000102
对于具有24英寸外径和0.5英寸壁厚的合金钢吨级容器计算所列的值。加热的长度假设为5英尺。对于这些计算，采用21℃的环境温度和27℃的热水温。对于内部热传递热阻，采用环境温度下的氨特性。用于计算热传递系数的相关方法摘自“热量和质量传递”(Perry’sChemical Engineers Handbook，第7版，第5章，McGraw-Hill，1999)。表1说明静止的环境空气提供对外部热传递的最大热阻。在上述公式中使用这些值，可以证明，来自环境空气的热传递在没有明显液体过冷的条件下只够输送大约7slpm的氨。这个计算假设液体温度从低温冷却下降10℃。在没有外部热源的情况下，来自环境的热传递限制了液体汽化的速率。为了获得高蒸汽流率而没有液体过冷，可使用例如加热套或热液槽之类的外部热源，它们是本领域已知的。除此之外，本发明中的加热装置同样包括本领域已知的用于向贮存罐提供热量的其它陶瓷加热器或其它适当的装置和方法。使用热水槽可大大减小如表1所示的外部热阻。在加热套的情况下，对热传递的热阻将取决于加热套和贮存罐之间的接触。加热套和贮存罐之间气隙的存在会因空气作为隔热体而减少热传递。但是，较高的加热套温度可补偿加热器和贮存罐之间的不良接触。将导热流体放置在加热器和贮存罐之间也可增强热传递。
如上所述，整体热传递系数也取决于对热传递的内部热阻。内部热传递系数取决于罐壁和液体之间的温差以及液体的沸腾特性。一般来说，液池沸腾特性可大致分为四种状态，如图2中典型沸腾曲线所示。沸腾曲线是每单位面积热通量(Q/A)对罐壁和液体之间温差(Twin-TL)的双对数坐标图。四种状态是：自然对流沸腾、泡核沸腾、蒸汽薄膜沸腾以及辐射沸腾。曲线上的示意图表示各状态的特性。在自然对流沸腾中，靠近热壁的加热液体因自然对流而提升，并在汽液界面蒸发。在泡核沸腾状态下，在罐壁上形成汽泡并升高到液气界面，而不在散装液体中冷凝。随着温差增加，气泡在壁表面上聚结并形成蒸汽薄膜。这称作薄膜沸腾。虽然这种状态下的温差较高，但热传递的速率比泡核沸腾要低。在更高的温差上，壁温明显升高，产生辐射热传递。在这个状态下，到液体的热通量又随着温差的增加而增加。但是，这种状态因接近传统贮存罐材料的熔点的壁温(超过大约1000℃)而对加热没有实际用途。
表1列出氨的不同沸腾状态下热阻的典型值。在由于液相中对热传递的低热阻而产生的极低温差(Twin-TL)下，在自然对流和泡核沸腾状态下获得高热传递速率。在薄膜沸腾状态下，蒸汽薄膜作为隔热体。由于汽相中热阻较高，所以这就减少了到液体的热通量。这表明，为了从压缩气容器中输送高蒸汽流率，汽化速率必需通过减小整体热阻来提高。汽化的能量可用外部热源来提供。对内部热传递的低热阻可通过控制自然对流或泡核沸腾状态下的液体沸腾来获得。
从传统压缩气源输送的蒸汽是饱和的，因为它与容器内存在的液体相平衡。在工艺管线中，蒸汽可因生产线的较低温度或者流量限制上的膨胀过程中的温度下降而冷却。饱和蒸汽的温度下降会导致冷凝。液滴的出现对仪器可能是有害的。对蒸汽提供能量以补偿冷却作用能够使液滴形成的可能性最小。
实例
进行实验以评估采用吨级容器来输送高流率氨的可行性。这些实验用来建立蒸汽流率和表面温度之间的关系。
用于测试吨级容器的实验设置如图3所示。充满～530磅氨的4130X合金钢吨级容器用于该实验。十二个陶瓷加热器用来控制吨级容器的表面温度。加热器是1”×1”大小的陶瓷方形网格，覆盖连续的加热丝。各陶瓷网格的大小为6”×19.5”，额定功率为3.6kW。这些加热器间隔为～1”，沿网格纵向四个一组配合。其中的三组沿容器纵向并排放置。一英寸厚的隔热材料用于加热器之上，整个组件采用钢丝固定到吨级容器的底部。这种加热装置覆盖吨级容器总表面积的～25％。
表面温度在六个不同位置采用在加热表面积上以之字形排列的热电偶来监测及控制。热电偶通过接头焊接固定到吨级容器表面，以获得真实的表面温度。各热电偶用于采用简单开关控制器来控制一组加热器。这种设置允许保持加热表面上的一致温度。氨流率根据30至50分钟时段中的平均重量损失来测量。
图4说明氨流率(右y轴)的变化以及表面温度(左y轴)随时间的变化。表面温度的升高导致吨级容器输送的氨蒸汽流率的相应增加。在这个实验过程中同样受到监测的压力和液体温度保持恒定。较高表面温度下热通量的增加导致较高的汽化速率，这提高了流率。恒定压力和液体温度表明加热器提供的能量是足够的，并且全部能量用来使氨蒸发并保持流率。在各种流率以及到液体的实际热通量上所观察的温差如表2所示。热通量采用氨流率和汽化热量来计算。
表2：实验结果
  温差(Twout-TL)(℃)    平均氨流率(F)(slpm)    平均热通量(Q/A)(kW/m-2)
    2.78     150     28.61
    3.33     327     62.25
    4.22     363     70.60
    5.56     492     93.51
可在泡核沸腾期间传递给液态氨的最大热通量为1.5×103kWm-2。这个热通量对应于图2所示沸腾曲线上的泡核和蒸汽薄膜沸腾状态之间的最大点。采用摘自“热量和质量传递”(Perry’s Chemical EngineersHandbook，第7版，第5章，McGraw-Hill，1999)的相关方法来计算最大热通量。采用核泡沸腾的热传递相关，能够进一步表明：对于氨，在这个最大热通量点上罐壁(Twin)和散装液体(TL)之间温差为°20℃。在实验中，贮存罐外表面(Twout)和散装液体(TL)之间所观察的温差在492slpm的流率下低于6℃。这表明，即使在如此高的流率下，液体只是才开始泡核沸腾。更高的流率可因增强的热传递而在这种状态下方便地实现。在概念上，采用上述实验配置，可输送7890slpm的氨，同时仍然使泡核状态下的液态氨沸腾。
以上提供的实验数据证明：采用足够的热源并控制表面温度，就能够从吨级容器中输送一系列蒸汽流率。数据还表明：能够刚好在泡核沸腾开始时实现这些高流率。
图5说明一种最佳***。该***包括以下组件：1)传统的压缩气源(即气瓶、吨级容器)；2)热源；3)阀装置(即控制来自气源的气体流量)；4)压力测量装置(即监测气源中的压力的压力传感器)；5)温度测量装置(即测量气源内温度的温度传感器)；6)控制热量的加热器控制箱；以及7)控制气流的流量开关。图5中，图中实线表示气体流量，虚线表示控制回路。
压缩气体贮存罐充满在环境温度下处于其自身蒸汽压力的液化气。这在容器底部产生液相以及在顶部产生汽相。通过完全打开阀从汽相中排放待输送的气体。在这种配置中，压力传感器读取罐内的蒸气压力。温度传感器用来监测罐底部的表面温度，它始终与内部液相接触。至少在三个不同位置上监测温度。这些读数的平均值用于控制逻辑中。温度传感器可以是红外传感器或接头焊接的热电偶。控制箱可以是计算机或实时逻辑控制器。采用热源来传递到贮存罐的热量。
热源可以是套式加热器或者再循环液槽。液槽中流体的温度通过外部加热器来保持，其流率采用流量计来控制。套式加热器可由电力(如实验设置中的电阻加热器)或者由再循环热流体来提供能量。如果贮存罐浸入水或油之类的加热液槽中并且让流体再循环，则获得最低热传递热阻。如果使用加热套(电气的或热流体)，则最好是使用传导油脂或橡胶来增加加热器和贮存罐之间的接触面积。
对输送***提出的控制策略如图6示意所示。控制判决的基础是将当前时间t的压力P和表面温度T的值与以前时间t-Δt的值进行比较。这通过对温度设置上限(Tmax)以及对压力设置上限(Pmax)来改善输送***的安全性，并且还确保不间断的输送。表面温度随流率增加而降低是供热不足的警告。如果加热器传递的热量低于蒸发液体以保持流率所需的热量，表面温度会下降。表面温度随压力下降而升高表明蒸汽薄膜状态下的沸腾。在这种情况下，从贮存罐传递到液体的能量低于汽化所需的能量。
在没有流量条件(没有对气体的处理需求)下，阀保持全开，压力传感器和温度传感器读出的压力和温度是恒定的。生产线充满气体。当客户需要气体时，流量开关打开，触发控制回路。当气体开始流动时压力下降，根据流率，表面温度保持恒定或者降低。这触发控制器提高加热器温度以保持恒定压力。在再循环流体加热器(液槽或加热套)的情况下，流体温度或流体流率可有效地用于控制提供给贮存罐的热量。电加热器提供的热量由施加给加热器的电压或者通过交替开关加热器来控制。加热器向液相提供能量，导致液体汽化，它保持贮存罐内的恒定压力。因恒定或下降的表面温度下流率需求的进一步增加而产生的压力下降增加给加热器的功率以便蒸发更多液体。增加的热输入将液体保持在恒定温度。
当流率需求减少时，贮存罐中的压力因蒸汽聚集而增加，它还因热量聚集而提高表面温度。当满足这两种条件时，控制器降低加热器温度。加热器温度还在以下两种情况下降低。首先，如果达到了压力或温度上限。其次，如果表面温度上升，同时压力下降(蒸汽薄膜沸腾)。每次重新进入控制回路之前，检查流量开关以确认仍然需要气体。
加热整个贮存罐还导致对贮存罐中汽相的热传递。这在容器中产生过热蒸汽。过热蒸汽的过剩能量有助于可能已带到汽相中的任何亚稳液滴的蒸发。从压缩气源排放过热蒸汽使生产线中蒸汽冷凝的机会减至最少，蒸汽冷凝可能是排放饱和蒸汽时的严重问题。温度的下降或流量限制会在使用饱和蒸汽的同时，在生产线中导致液滴冷凝。
散装氨输送***的实例
下面说明一种待安装在客户地点的原型散装氨输送***，它采用了上述控制策略的可能变化。
输送***包括装在金属片外壳中并由其支撑的吨级容器。吨级容器是卧式压力罐，具有～450L的内体积以及～529kg的重量。吨级容器外壳具有内部涂敷的绝热材料。外壳在接近吨中线处水平划分。上半部安装了铰链以提供吨级容器的维护、安装以及拆卸入口。边缘具有足够的刚性以免变形。嵌入外壳底部的三个圆环支架沿吨级容器的～52”圆柱段等距分隔。中央支架具有安装监测吨级容器表面温度的两个红外检测器的设施。在外壳的各端，放置在纵向中线上的斜导轨被结合并连接到端支架，以便定位吨级容器。
为了向吨级容器传递热量，采用12”内径×11”宽×28”周长的四个陶瓷加热器。加热器安装在两组二个一组的支架之间的外壳中。吨级容器的圆柱段上的加热器布置如图7所示。各加热带具有850的最大工作温度，额定功率为～3.75kW、440V、单相功率。各加热带在各端配备了固定法兰，适合弹簧固定。弹簧连接外壳内部，使加热器在吨级容器下降定位时对贮存罐施加夹持力。加热带/弹簧/吨级容器表面的几何结构确保带式加热器决不支撑吨级容器的重量，并提供加热器和贮存罐之间的最佳表面接触。这种配置还允许改变吨级容器而不需要反复调整。
各加热器带连接到过程控制器，并配备两个热电偶。一个热电偶用于控制温度设定点，另一个用于过热监测。四个加热器的过程控制器安装在公共控制箱内。控制箱通过电源接线盒将电力施加给加热器，并通过信号接线盒读取温度。
开始流动之前，在通用控制器中输入压力设定点。到达压力设定点时关闭加热器，并在压力下降到低于设定点时重新接通。压力会因蒸汽排放而下降。加热器温度设定点被输入各过程控制器，以便设置加热器温度的上限。过热条件通过控制箱向通用控制器发送信号，它关闭加热器。除过热信号之外，加热器过程控制器还将在加热器烧坏或出故障的情况下向通用控制器提供信号，这将启动告警，关闭加热器的电源，以及发起向备用设备的自动切换。
两个红外表面温度传感器连接到通用控制器，并通过限制吨级容器壁温来作为主要安全装置。它们具有最大可配置值125。在所配置的表面温度之下，传感器允许加热器工作。如果在任一传感器上达到表面温度设定点，这个信号超越上述压力控制过程。通用控制器关闭加热器的电源，并发起向备用设备的自动切换。温度传感器也安装在用于蒸汽温度测量的工艺管线中，信号发送到通用控制器。在本发明中，温度测量装置是任何温度传感器，最好是热电偶。蒸汽温度和两个红外传感器的平均值之间的温差与控制器中配置的设定点进行比较。
超过设定点的温差值用作液体过冷的警告。这为操作人员提供了减少氨需求或转换到另一个吨级容器的机会。
为了总结控制策略，如果满足以下全部条件，则接通加热器的电源：1)吨级容器表面温度低于设定点；2)吨级容器蒸汽压力低于设定点；3)没有加热器过热；4)所有加热器工作；5)吨级容器表面/蒸汽温差低于设定点。如果没有满足条件1)、3)或4)中任一个，则关闭加热器的电源，并且通用控制器发起向第二吨级容器的自动切换。
原型输送***的测试证明：600slpm的平均氨流率可在90psi(每平方英寸磅数)的输送压力下保持～2.5小时而没有明显的液体过冷。测试还证明：采用上述配置，800slpm的最大氨流率可输送30分钟，而在吨级容器中没有明显的压力下降。
本发明中所用的半导体气体可以是任何液化可压缩气，最好是氨、氯化氢、溴化氢、氯以及全氟丙烷。
虽然上述发明完全可工作，但可考虑某些变更。可能需要一些修改重新设计贮存罐。
贮存罐可设计为罐壁的组成部分。这种配置会提供与采用热液槽时所获得的热传递系数相似的热传递系数。
内部构件(如散热片)的使用可加入贮存罐中，以增加热传递面积。这具有在更低温度下输送高流率的可能。如果贮存罐的所有可用外表面被加热，并且在蒸汽和液体空间中都有延伸到液体中的高传导性内部散热片，则会增强热传递。
也可添加外部散热片以增强从液槽到贮存罐的热传递。
热电偶或热井可包含在贮存罐中，以便实现直接液体温度测量。当液体温度而不是贮存罐压力保持恒定时，这实现更健壮的控制。
分子筛垫或其它分离单元操作、如出口上的蒸馏可用来减少汽相中水分之类的杂质，从而向使用点输送超高纯度气体。
对缓和(abatement)***排出一定百分比的原始蒸汽液面上空间会减少轻组分杂质，产生超高纯度气体的输送。
本发明还可在连续方式下工作。液体蒸发器可根据所建议的发明来设计。现有的存储容器可修改为连续接受液体产品。液化气泵入该蒸发器中，在这里被连续蒸发，以便向使用点输送气态产品。泵浦速率取决于流率需求。流率需求和所需的蒸汽温度控制送到蒸发器的热通量。
只是为方便起见，在一个或多个附图中给出本发明的具体特征，而各特征可根据本发明与其它特征组合。本领域的技术人员会知道其它实施例，这些实施例也要包含于权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制贮存罐中液化压缩气的温度的方法，包括：
a.将液化压缩气送入贮存罐；
b.将温度测量装置设置在所述压缩气贮存罐的内壁上；
c.将至少一个加热装置放置在所述贮存罐附近；
d.通过所述温度测量装置监测所述贮存罐内所述压缩气的温度；以及
e.调节所述加热装置的输出以加热所述贮存罐中的所述液化压缩气。
2.一种用于在蒸气输送过程中保持贮存罐中液化压缩气的蒸发的方法，包括：
a.将高纯度半导体液化压缩气送入贮存罐；
b.将温度测量装置设置在所述贮存罐的内壁上；
c.将至少一个加热装置放置在所述贮存罐附近；
d.通过所述温度测量装置监测所述贮存罐内的所述压缩气的温度；
e.将压力测量装置放置在所述贮存罐的出口处；
f.通过所述压力测量装置监测所述贮存罐内所述压缩气的压力；
g.使一部分气体排出所述贮存罐；以及
h.调节所述加热装置的热输出以保持所需压力。
3.一种用于以高流率输送液化压缩气的方法，包括：
a.将高纯度半导体液化压缩气送入贮存罐；
b.将温度测量装置设置在所述压缩气贮存罐的内壁上；
c.将至少一个加热装置放置在所述贮存罐附近；
d.通过所述温度测量装置监测产生的温度；
e.将压力测量装置放置在所述贮存罐的出口处并监测所述贮存罐压力；
f.调节所述加热装置的热输出，以便加热所述贮存罐内的所述液化压缩气，从而控制所述贮存罐内所述液化压缩气的蒸发；以及
g.控制来自所述贮存罐的所述气体的流量。
4.一种用于以高流率输送氨的方法，包括：
a.将高纯度液化压缩氨气送入吨级容器；
b.将热电偶设置在所述吨级容器的内壁上；
c.将至少一个加热装置放置在所述吨级容器附近；
d.监测所述热电偶；
e.将压力传感器放置在所述吨级容器的出口处，并监测所述贮存罐压力；
f.监测所述吨级容器中所述液化压缩氨的平均重量损失；
g.从所述加热装置的输出中调节温度，以便加热所述吨级容器中的所述液化氨；
h.在对流和泡核沸腾状态下使所述液化压缩氨沸腾；
i.控制所述吨级容器内所述液化压缩氨在所述对流和泡核沸腾状态下的蒸发；以及
j.控制来自所述吨级容器的氨的流量。
5.一种用于以高流率输送半导体生产气体的***，包括：
a.贮存罐，包含液化压缩半导体生产气体；
b.温度测量装置，设置在所述贮存罐的内壁上；
c.压力探测器，放置在所述贮存罐的出口处；
d.加热装置，放置在所述贮存罐附近，其中所述温度测量装置和压力探测器用来调节所述加热器的输出，以便加热所述压缩气贮存罐内的所述液化压缩半导体气体，并实现来自所述压缩气贮存罐的半导体气体的高流率；以及
e.阀装置，控制从所述贮存罐流出的所述半导体气体的流量。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述贮存罐是气瓶或吨级容器。
7.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述加热装置是加热套。
8.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述加热装置是陶瓷加热器。
9.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述高流率高达500slpm。
10.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述温度测量装置是热电偶。
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