JP2008501903A - フラットディスプレイパネル製造のためのｎｈ３の大流量配送システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

フラットディスプレイパネル製造の場所などへの液体アンモニアなどの液化製品の大流量配送システムであって、液相の前記製品を前記液体の製品の上方に位置する気相の前記製品と共に貯蔵するための少なくとも１つのコンテナを含んだ液化製品の大量貯蔵手段と、前記液体の製品を前記大量貯蔵手段から主たる気化手段に流すと共に前記液体の製品を、前記主たる気化手段への配送の間、実質的に液体の状態に維持する液体供給物配送手段と、前記液体の製品を製造の場所で生じた気体の製品の需要に応じて気化する主たる気化手段とを具備したシステム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ製造で使用するためのＮＨ_３のような液化製品の大流量配送システムおよび方法に関する。ＮＨ_３気体製品は、ＣＶＤ反応器などの清掃にとって特に有用である。

今日、これらのパネルの製造業者の需要は、２０００リットル／分から流れのない状態まで数秒のうち液化製品の流速を作り出すことである。配送装置およびシステムは、高速でかつ可変な流れの需要に応じることができると共に、所定の配送圧を維持し、それを最小の配送圧力以下に低下させないことを必要とする。

ＵＳ−Ａ−６ ０３２ ４８３によって、蒸気相の製品を使用の場に配送するシステムおよび方法が知られている。これは、液相の製品を気化器に配送し、蒸気を作り、高いガス流速を使用の場に供給するシステムおよび方法を記載している。このシステムはポンプの使用を必要とする。ポンプは、機械的な故障を起こし、すべての製品の流れを止める可能性がある。しかし、製品を液相に保つことを保証するための特別な設計の検討がなされなければ、気化の場所までに長い配送ラインある場合、気相がライン内に存在するであろう。気相の存在は、問題を液体の配送にもたらし得る。

ＵＳ−Ａ−６ ６４７ ９３０は、高流速の液体を配送するシステムおよび方法を記載している。気化が起こる予備収納タンクへの液体の配送を保証するために、凝縮器が必要である。予備収納タンクは、伝熱流体の収納、液体の製品の流入、気相の取り出し、ならびに圧力、温度および液面の測定のために、内部に延びる配管を考慮するようにカスタム設計することを必要とする。

ＵＳ−Ａ−６ ６３７ ２１２は、気化装置に入る液化ガスと可溶な不純物との全てを完全に気化させることで、液相および気相中の不純物のレベルが一定であるＮＨ_３ガス配送システムを開示している。したがって、本発明とは対照的に、この特許に開示された発明は、通常のものではない気化器をしている。

上述した現存のシステムが直面する、供給源から遠く離れた使用の場での配送を含んだ液化ガスの大量の流れの供給に伴う困難は以下のようにまとめることができる：
供給源からの液化製品の気相での配送は、気相を作るためにどれだけ多くのエネルギーを液相に伝達できるかに制限される。気相を作るための液相の気化が不十分であると、ヘッドスペースの圧力が低下し、配送できる気体の流速を結果的に制限する。

長い距離にわたる原料コンテナからのガスの配給ラインによる圧力低下は、達成できる最大の流速に別の制限を生じさせる。

システムが、使用する点の流速の変化に如何に速く応答できるかにも制限がある（多くの場合、同一の供給システムに接続したいくつかの使用の場があり、様々な長さを持つ複数のラインを備え、各々の使用の場では時間が予測不能でありかつ互いに独立した製品の需要がある）。

大きな原料コンテナは、通常、屋外に設置されて、温度と湿度との幅広い変化を受ける。これらの変化は、圧力とエネルギーをその原料コンテナに伝達させる能力とに影響を与える（必要条件は、例えば５℃、５×１０^５パスカル（冬）から、４０℃、１５×１０^５パスカル（夏）までであり得る）。

大きな原料コンテナは、気相を取り出す際に、残留する液相中で不純物を濃縮させることがある。

液相の配送製品は、長い距離にわたって屋外で液相に維持されることを必要とする。

蒸気サージ容量は、流れの需要の変化を補うために、大きいことが必要である。

従来技術のシステムおよび方法の上述の欠点は、本発明により解決される。１つの実施形態によると、圧力上昇循環路（pressure build circuit）（気化器）を２０，０００リットルより大きい容量のＩＳＯ−コンテナであり得る供給源で使用して、大流量の液体を取り出す間、コンテナ内の圧力を維持する。コンテナ内の液体の上方にある気体のヘッドスペースで維持されるこの圧力は、配送の間液相に保つのに役立つと共に、この液体をポンプを必要とせずに配送することに役立つ。ＮＨ_３製品を、好ましくは、ＮＨ_３コンテナ供給源から液相で、その供給源から遠い距離に設置されている主たる気化器へと配送する。気化は、好ましくは、ＮＨ_３ガスの使用の場に近い屋内で行って、気相の製品を運ぶ距離を最小にする。好ましい実施形態によると、背圧調節手段（背圧調節器）を使用して、潜在的な流れの需要の変化を補うことが必要なガスサージタンクの大きさを最小にする。

本発明に有用な気化器は、例えば、電気タイプの気化器またはシェルアンドチューブ熱交換器タイプの気化器であり、これらを液相の供給原料を用いて、大流量の蒸気相の製品のために作動させることができる。これらの気化器は、２つの動作モード：フィードバックモードとフィードスルーモードとを有する。フィードバックモードは気化器を原料タンク用の圧力上昇器として用いる場合であり、フィードスルーモードは気化器が気体の製品を使用の場または原料タンクのヘッドスペースに提供する場合である。

本発明の長所を以下のようにまとめることができる：
供給源から液相での配送を利用することで、例えば、複数の顧客の製造工場または同一の顧客の複数のプラントの場合に要求される圧力低下が長い距離にわたって同一であることが必要なパイプのサイズを、気体での配送システムを利用した場合と比べて縮小させる。

気化のための主たるエネルギーの需要は、屋内で、より制御された環境において、より小さな体積の液体を用いて満たされる。

主たる気化器は、サージタンクを下流に具備したガスラインに供給でき、それと共に、要求された配送圧を維持しながら、流れのない状態から最大の流れまでの変化に応じることを確実にする。

主たる気化器の下流に設置された背圧調節器のような背圧調節システムの使用は、原料コンテナから主たる気化器への液体の配送を提供すると共に、ガスセージタンクの大きさを最小にすることができる。

周囲の温度と湿度との変化およびそれらの欠点を補うことができる：圧力上昇気化器を使用して、液体原料（ＮＨ_３）の温度および圧力を安定化させる。その圧力上昇気化器は、供給源（コンテナ）から前記コンテナの近くに設置された気化器への液体の配送を具備している。この気化器は、蒸気相を液相から作り出し、前記蒸気相を原料コンテナのヘッドスペースに送り返す。

本発明の別の実施形態によると、原料コンテナ内の液相の上にある気相での圧力低下は、ポンプを使用して補正液体を液体供給源から主たる気化器に配送することにより避けることができる。

このような圧力上昇気化器を使用することで、その気化器の出口からコンテナのヘッドスペースまでの圧力を上昇させることができるおよび／またはその流れが製造業者の流速の需要を満たすことを可能とする。

本発明によると、液体を取り出すことにより大量貯蔵タンク内で濃縮される不純物を最小限にし得るので、気化器またはそこへの液体供給物中で濃縮される不純物についての懸念はごく小さく、気体での取り出しが行われる状況と比較して、コンテナの底にたまる前記不純物の量をより少なくすることができる。

しかし、気化器は、好ましくは、液体パージバルブを含む。これは、前記気化器の底に設置され、そこにたまり得る不純物を時間を調節しておよび／または定性的に放出することができる。本発明のその他の実施形態によると、液体パージをメンテナンスのための気化器の接続の切断および再接続の後に行う。

本発明は、以下の図面で開示された２つの異なる実施形態としてさらに開示される：
図１は、本発明の好ましい実施形態である。

図２は、ポンプを使用して液体を循環させる代わりの実施形態である。

本発明によるシステムおよび方法は、通常、３つの異なる部分を具備している（ＮＨ３の流れに沿って上流から下流までにかけて）：
ａ）大量貯蔵手段を具備した第１部分：
圧力上昇手段を好ましくは含んだ大量貯蔵手段が上流に設けられている：この大量貯蔵手段は、１つまたは複数のコンテナ，例えば、をｉｓｏ−コンテナ，を具備していてもよく、好ましくは、ここで考えている使用（フラットディスプレイパネルの製造）ために大容量を有する。これらのコンテナ（通常は２つ）は通常、並列（直列／並列が可能である）で接続されており、システムのＰＬＣコントローラで、必要なときに、一方から他方へ切り替えることができる（切り替えは通常、液面検出により、またはコンテナの下に設置され、コンテナ内にまだ収容されている液体の体積を表示するスケール（scale）を使用することにより制御する）。各々のコンテナは配管系を備えている。この配管系は、好ましくは、コンテナの底に達していて、その中に収容されているほとんどまたは全ての液体の流動を可能にし得る。この配管系は、様々なバルブ機構を具備していてもよい（チェックバルブ、クローズバルブ、パイプを必要なときにいつでもパージできる三方向バルブ、およびＰＬＣシステムによって制御されてラインの開閉を行う少なくとも１つの制御バルブ。その出口は、他のコンテナの他の制御バルブの出口に接続されており、共通の液体供給パイプを形成しかつシステムの第２部分（液体供給手段）の配管系に接続されている）。この共通の液体供給パイプには、液体を圧力上昇循環路に給送するための給送パイプおよび制御バルブも接続されている。この循環路は、共通の液体供給ラインから取り出した液体を気化させて蒸気相を作り出す圧力上昇気化器を具備している。圧力は気化器に与えられるエネルギー（熱）に依存する；それから、加圧されたこの気相を少なくとも１つの（好ましくはそれら全ての）コンテナのヘッドスペースに制御バルブ（少なくともコンテナあたり１つ）を介して配給し、このヘッドスペースにおいて適切な圧力（通常、１０^５から１０^６パスカルの間）（１５０−２００ｐｓｉｇ）まで上昇させ、それを維持し、適切なバルブが開いたときにコンテナ内に設置された配管系中の液体を押し出して、下流で必要とされる液体の需要を満たすようにする。この圧力上昇循環路は、例えば、共通の液体供給パイプに設置されたポンプ（図２参照）と置き換えることができる。

ｂ）第２部分すなわち液体供給手段：この第２部分は、液体を第１部分ａ）から第３部分ｃ）に輸送する少なくとも１つの液体供給ラインを具備している。複数のラインがある場合、それらの各々は、同一の第３部分ｃ）への複数の供給ラインを設ける特別な理由がないかぎり、液体を別々の第３部分ｃ）に提供し得る。通常、この第２部分は、温度が−２０℃から８０℃まで変化し得る屋外に設置される（通常、第１部分と同じように）。これらのラインは、気相が前記ライン部分（必要であれば適切な排除（abatement）に関連するパージバルブ／チェックバルブを適切であればこれらのラインに設けてもよい）に存在しないまたは実質的に存在しないように断熱されていることも必要である。この断熱をさらに圧力上昇循環路および／または背圧調節手段（第３部分の）に与え、実質的な気相の製品を主たる気化器に達するまで避けることもできる。

ｃ）第３部分すなわち気化器と気体供給手段：それは通常は屋内に設置されるが、必須というわけではない。それは通常、２つのサブポーションを具備している（上流から下流に）。：
−上流部分すなわち主たる気化手段は、液相の製品を部分ｂ）から様々なバルブ機構（パージを含む）を通して受け取る。前記液体は、パイプを通して主たる気化器の底（通常）に供給される。この主たる気化器は、任意であるが好ましくは、液体および存在し得る残渣を気化器の底からパージするための液体パージ系を有する。主たる気化器を好ましくは熱制御し、気化した製品を主たる気化器の頂部（またはその近く）で回収し、その後この気相をパイプを通してその製品の使用の場に循環させる。好ましくは、適切な大きさ（圧力需要に依存する）の蒸気サージタンクと、このタンクの下流に設置された圧力制御（圧力センサを介する）とがこのパイプに設けられている。顧客の需要により使用の場で制御される適切なバルブ手段も設けられており、下流（使用の場の近く）で接続し、ラインのパージを行った際に、製品の流れを排除装置（湿式および／または乾式）に流すことを可能にする。

もちろん、ＰＬＣのような電気コントローラを使用し、圧力検出信号、温度検出信号、顧客からの製品需要の信号（例えば、反応器の洗浄）、警報信号、コンテナが空になったという信号、パージ信号などに応じてバルブの開閉を制御する。

本発明の様々な実施形態の例を、ここで以下の図面で説明する。
図１では、第１の実施形態の様々な部分およびサブパーツを示す。

大量の貯蔵および圧力上昇
大量の供給は、通常、図１および図２に示すＩＳＯ−コンテナのような大きな原料コンテナを用いて達成され得る。これらの原料コンテナは、通常、屋外で保管され、周囲の温度の温度変動を受けるであろう。屋外の低い温度と液相の大量の材料の取り出しとを補うために、圧力上昇循環路１０は圧力上昇気化器への液相の一部を受け取り、気相を作り出して大容量コンテナのヘッドスペースに戻す。これが圧力上昇循環路（大容量タンクに接続されている電気気化器）である。それから、ヘッドスペースの圧力は、液相の大量の材料を数キロメートル離れた場所に設置され得る（屋内の）主たる気化器に配送することができる。

真空／圧力パージは、古い／新しい原料コンテナの接続の切断／再接続の間にＮ_２または他の適切なパージガスを使用して行うことができる。パージは、液体および気体の原料コンテナへの連接部に行う必要がある。

屋外の液体供給
屋外の液体供給物は、屋外環境の温度および湿度の変化を、複数の顧客の製造設備に供給するための数キロメートルの間に受け得る。真空ジャケットまたは断熱材を配管に対して使用して、配管の加熱または冷却が極度の高温または低温になるのを避けることができる。

屋内の気化器
液体供給物が製造設備の内部に達すると、それは気化器の中に入り、熱交換をして、蒸気相の製品を作り出し得る。気化器を加熱する手段は、常時取り付けていてもよい。気化器の上流のバルブは、下流のサージタンクの圧力に基づいて開閉する。背圧調節器を主たる気化器のすぐ下流で二つの目的のために使用する。それは高圧で動作したとき、気化器への単一相での液体の供給を確実にすることに役立つと共に、ガスサージタンクの大きさを最小にすることができる。

不純物の濃度が液体原料の汚染が原因で高くなった場合には、液体パージを気化器の底部で行うこともできる。これは、必要であれば、原材料のいくつかの基本的な精製が可能である。

屋内での蒸気の供給
赤で示した気化器からの蒸気供給ラインは、前方の圧力調節器まで断熱され得る。加熱は、必要なガスおよび流速に応じて、必要な場合もあれば、必要でない場合もある。顧客の流速需要の変化を補うサージタンク３０が設けられている。顧客が営業しておらずかつその後設計容量を満たすことを要求した場合に備え、サージタンクは主たる気化器２０の配送容量を満たすまで供給することができる大きさである。顧客が最大流れで営業しかつ、その後、生産を完全に止めた場合には、圧力センサ３１を用いてサージタンク３０で測定される圧力は、認可圧力の上限をこえて上昇し得る。認可圧力の上限に達すると、主たる気化器２０の上流のバルブ３２が閉じる。サージタンク３０は、この場合に、気化器の中の最大残留液体が気化することにより生成し得る気体を受け入れることができる大きさであり得る。好ましくは、使用する気化器は、これを考慮に入れてサージタンクの大きさを決める必要はないように、閉まっているときは逆流を可能にする。

図１において、圧力上昇手段を含む大量貯蔵手段１が上流に設けられている：この大量貯蔵手段は、２つのコンテナ１１および１２，たとえば、ｉｓｏ−コンテナを具備しており、好ましくは、ここで考えている使用（フラットディスプレイパネル）のために大きな容量を有している。これらのコンテナは各々、スケール１３、１４の上に設置されている。各々のコンテナは、液体１５、１７で満たされており、それぞれ、気体のヘッドスペース１６、１８を上方に有している。液体をパイプ１９、２１（選択的に）を通して取り出し、それから、バルブ２２、２３、２４およびパイプ２８と、バルブ２５、２６、２７およびパイプ２９とをそれぞれ通して、一方では屋外の液体供給２の一部であるパイプ５０に流し、他方では圧力上昇循環路に液体１５または１７を供給するパイプ４０に流す。パイプ４０は、バルブ４１、パイプ４２、それから圧力上昇循環路１０の気化器の入り口に接続されている。これは、パイプ４３に、そのように気化された加圧下にある気体の製品を配送する（圧力上昇循環路は、例えば、液体を気化させかつ加圧された気相の圧力を上昇させる電気的加熱手段を具備している）。この気体の製品をそれから、一方では、バルブ４４、パイプ４６およびバルブ４７を通して液体１５の上の気体のヘッドスペース１６に供給してコンテナ１１内の圧力を上昇させ、他方では、バルブ４５、パイプ４８およびバルブ４９を通して液体１７の上の気体のヘッドスペース１８に供給してコンテナ１２内の圧力を上昇させる。システムのＰＬＣコントローラ（図面には示していない）は、必要なときに、１つのコンテナ１１からもう一方１２へとまたはそれとは反対に切り替えることができる（切り替えは通常、液面検出により、または各々のコンテナ内にまだ収容されている液体の体積を示すスケール１３、１４を使用することにより制御する）。配管系は、様々なバルブ機構（チェックバルブ、クローズバルブ、パイプをいつでも必要なときに、例えば、高純度の窒素を用いてパージするための三方向バルブ、およびＰＬＣシステムに制御されてラインの開閉を行う少なくとも１つの制御バルブ）を具備していてもよい。

第２部分すなわち液体供給手段２は、液体を第１部分（大量貯蔵１）から主たる気化器２０に輸送するための少なくとも１つの共通の液体供給ライン５０を具備している。この共通ライン５０に接続している、気化器２０に供給するためのいくつかの分岐５１、５２など（１つだけ示している）があってもよい（図１の３のような気化器と気体供給とのセクションはいくつかあってもよい）。通常、この第２部分２は、屋外に設置され（通常、第１部分と同じように）、温度は−２０℃から８０℃まで変化し得る。これらのライン５０、５１、５２は、気相が前記ライン部分（必要であれば、適切な排除に関連するパージバルブ／チェックバルブを適切であればこれらのラインに設けてもよい）に存在しないまたは実質的に存在しないように断熱されている必要がある。

第３部分すなわち気化と気体供給との手段３は、通常、屋内に設置されるが、必須ではない。それは通常、２つのサブポーション（上流から下流にかけて）４および５を具備している：
−上流部分４すなわち主たる気化手段は、液相の製品をパイプ５２から様々なバルブ機構（パージを含む）５３、５４、５５、５６を通して受け取る。前記液体はパイプ５７を通して主たる気化器２０の底部（通常）にある入り口に供給する。気化器２０は、任意であるが好ましくは、液体および存在し得る残渣を気化器２０の底にある入り口からパージするための液体パージ系を有する。主たる気化器２０を熱制御し、気化した製品を主たる気化器２０の頂部６２（またはその近く）で回収する。この気相を、その後、バルブ６３、６４およびパイプ６６を通してこの製品の使用の場所へ直接循環させるか、または、好ましくは、適切な大きさ（圧力需要に依存する）の蒸気サージタンク３０へと循環させる。気体の製品はそこから使用の場（ＶＭＢ）にバルブ機構６８、６９（圧力調節器）、７０およびパイプ７１を通して配送され得る。

もちろん、ＰＬＣ（図２で１３０として示した）のような電気コントローラを使用して、５９、６０、６５、７２、３１のような検出器、または特に図面には示していない他のものによって発信される、圧力検出信号、温度検出信号、顧客からの製品需要の信号（例えば、反応器の洗浄）、警報信号、コンテナが空であるという信号、パージ信号などに応じてバルブの開閉を制御する。この図面では、背圧調節器６４を使用して、主たる気化器までの液体の配送を維持する（この上で説明した他の手段と協働して）。

図２は、圧力上昇循環路の代わりにポンプ１０４を使用して液体を２０のような屋内の気化器に配送することにより、同じ機能を達成する代替的な実施形態を示す。この図２では、図１と同じ装置は同じ参照符号を持つ。ポンプ１０４に、バルブ１０１およびパイプ１０２を通して供給し、加圧された液体をバルブ１０５、１０６でパイプ５７に配送する；ＰＬＣ１３０は、１３２、１３１、１３４、１３５、１３６、１３３、１４０、１４１、１４２といった、様々なセンサ、バルブなどからの信号を制御する。

この実施形態は、ポンプを使用して、液体をコンテナ（底）から汲み上げ、図１の実施形態とは対照的に圧力上昇循環路を設けない。

本発明の好ましい実施形態を示す図。 ポンプを使用する代替的な実施形態を示す図。

Claims (6)

1. フラットディスプレイパネル製造の場所などへの液体アンモニアなどの液化製品の大流量配送システムであって、液相の前記製品を前記液体の製品の上方に位置する気相の前記製品と共に貯蔵するための少なくとも１つのコンテナを含んだ液化製品の大量貯蔵手段と、前記液体の製品を前記大量貯蔵手段から主たる気化手段に流すと共に前記液体の製品を、前記主たる気化手段への配送の間、実質的に液体の状態に維持する液体供給物配送手段と、前記液体の製品を製造の場所で生じた気体の製品の需要に応じて気化する主たる気化手段とを具備したシステム。
2. 液体の製品を受け取る一端を有し、かつ多端で気体の製品を配送して前記液体の製品を貯蔵する少なくとも１つの前記コンテナの上方のスペースに供給し、関連する少なくとも１つのコンテナによって、実質的に液体のみを前記液体供給物配送手段に供給するのに十分な、液体の上方の圧力を維持する圧力上昇循環路手段が前記大量貯蔵手段の一部として設けられた請求項１記載のシステム。
3. 前記主たる気化手段の出口が、バルブ機構を通して、前記製造の場所の需要に関連する適切な大きさを有する蒸気サージタンクに接続されている請求項１または２記載のシステム。
4. 液体および／または気体の製品の流れを前記製造の場所における使用の場まで制御するＰＬＣ手段をさらに具備した請求項１から３のいずれか１項記載のシステム。
5. 前記主たる気化器の下流に設置され、前記コンテナから前記主たる気化器までの液体の配送に寄与する背圧調節手段をさらに具備した請求項１から４のいずれか１項記載のシステム。
6. 主たる気化器の下流に設置されたサージタンクを具備し、前記背圧調節手段が前記サージタンクの上流に設置された請求項５記載のシステム。

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