JPH0926100A - 腐食性ガス配送システムの圧力レギュレータの動作条件確認する方法 - Google Patents

腐食性ガス配送システムの圧力レギュレータの動作条件確認する方法

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JPH0926100A
JPH0926100A JP8038167A JP3816796A JPH0926100A JP H0926100 A JPH0926100 A JP H0926100A JP 8038167 A JP8038167 A JP 8038167A JP 3816796 A JP3816796 A JP 3816796A JP H0926100 A JPH0926100 A JP H0926100A
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gas
pressure
pressure regulator
determining
corrosion
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Nimaru Riyanaaji Aa
アー・ニマル・リヤナージ
Kazuo Yokoki
横木和夫
Jean-Marie Friedt
− マリー・フリート ジャン
Eiichi Ozawa
小沢英一
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17D1/00—Pipe-line systems
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Abstract

(57)【要約】 【課題】非不活性ガス配送システムの異常な圧力レギュ
レータを識別する、または完全に故障する前に圧力レギ
ュレータの不具合を正確に予測できる、メカニズムを提
供する 【課題を解決する手段】腐食性または反応性ガス配送シ
ステムの圧力レギュレータ６８の異常または故障を、使
用中に、検出する方法は、ガス流がある時とない時の両
方の場合に、圧力レギュレータの出力圧力を連続して測
定またはモニタする工程を含んでいる。圧力レギュレー
タの故障の発生は、流れているガスと流れていないガス
との間の出力圧力差が大きく変動し徐々に増加する時に
予測できる。圧力レギュレータまたは全体的なシステム
の故障は、ガスが流れている時と流れていない時の出力
圧力差が、ある実験的に定められた値を越える時に検出
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、腐食性ガス配送システ
ムに用いられる圧力レギュレータの異常または故障を検
出する方法と、このような異常または故障を防止する方
法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】不活性および非不活性ガス配送システム
を含むガス配送システムは、広範囲の分野に用いられて
いる。不活性ガスは、ガス配送システムの種々の部分に
於いて、普通は問題にならない。しかし、非不活性ガ
ス、即ち活性ガスもしくは腐食性ガスを含む、周囲のも
のと反応するガスは、それらの取扱または搬送に関連す
る幾つかの問題を生じる、配管やバルブや圧力レギュレ
ータなどのように、それらの環境を強く侵害する恐れの
ある、特に腐食性のガスが問題を生じる。例えば、腐食
性 HBr ガスは半導体の製造に用いられている。多くの
製造施設に於いて、腐食性 HBr ガスは、製造施設の外
部のシリンダー・キャビネットに位置するシリンダーに
蓄積されている。ガス配送システムは、製造施設内の適
切な場所に腐食性ガスを送るために設けられている。
【０００３】ガス配送システムは、ガス流制御のために
数多くの構成要素、例えば、圧力レギュレータと質量流
量コントローラを一般的に備えている。腐食性ガス配送
システムに於ける異常の前兆に関する統計的な分析は、
これらの構成要素が異常または故障に関して最も頻繁に
発生する場所であることを示唆している。このような圧
力レギュレータ・バルブの概略的な構成が、図１に図示
してあり、入り口２２と出口２４とダイアフラム２６を
備えている。拘束オリフィス２８が、ダイアフラムに設
けてあり、シート３０を形成している。ポペット・スプ
リング３４により付勢され、かつポペット・キャップ４
０を備えた具備する、ポペット３２は、シート３０と係
合してあ、拘束オリフィス２８の流れを制御または管理
するように設計されている。ロード・スプリング３８に
接続された圧力調整ノブ３６は、圧力レギュレータ２０
も調整するように設けてある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】圧力レギュレータが異
常または故障を呈する時に、圧力レギュレータを交換す
る必要があることは当然のことである。圧力レギュレー
タだけでなく、後の交換プロセスの異常または故障は、
プロセス・ガスの好ましくない汚染と、システムの他の
構成要素に関して予想される故障とを導く。更に、圧力
レギュレータが異常または故障を呈する或いは交換を要
求する時に、必ず、製造ラインの生産性が必然的に低下
することになる。そのうえ、一部の事例では、圧力レギ
ュレータの異常または故障は腐食性ガスの漏洩を導き、
安全性と環境保全に関する重大な問題を生じる結果にな
る。
【０００５】圧力レギュレータに関する前述の異常また
は故障の主な原因の１つは、ポペット３２の部分の腐食
またはその場所での腐食性生成物の付着あるいはその両
方であり、そこで（すなわち、拘束オリフィス２８の部
分で）圧力低下が生じる。ポペット３２の外面とシート
３０との間のスペースは数ミクロンの単位なので、ポペ
ット３２の外面を特に滑らかにして、適切な漏洩防止構
造を維持し、２次ガス流を制御しなければならない。ポ
ペット３２の外面上に微量の腐食または付着が存在する
と、必要な漏洩防止構造の機能を妨げ、レギュレータが
閉止位置にある時に２次ガス漏洩を生じる結果になる。
【０００６】このタイプの圧力レギュレータの内部漏洩
は、ポペット・スプリング３４の腐食に起因して発生す
ることもある。このような腐食はポペット・スプリング
３４のスプリング力を弱めるので、ポペット３２は、拘
束オリフィス２８を封鎖するようにシート３０と完全に
係合できなくなる。
【０００７】前述の内部漏洩にくわえて、圧力レギュレ
ータの異常または故障は外部漏洩が原因で発生する。す
なわち、圧力レギュレータに流れる腐食性ガスは、圧力
レギュレータ２０のダイアフラム２６に点食（すなわ
ち、小さい穴）が生じる原因になる。この外部漏洩は、
直接、周囲環境に腐食性ガスを漏洩させる原因になる。
【０００８】前述の圧力レギュレータの内部と外部の漏
洩に関与するガス配送システムに於ける腐食の主な原因
の１つは、シリンダー交換プロセスが原因であることが
分かっている。すなわち、腐食性ガスを含んでいるシリ
ンダーが空の時に、それと満杯のシリンダーを交換する
必要がある。交換プロセス中に適切な手順に準じていな
いと、湿気成分が大気からガス配送システムに侵入し、
必然的に、ラインに腐食を生じることになる。
【０００９】腐食性ガス配送システムの圧力レギュレー
タの異常または故障に起因する潜在する重大な問題を回
避するために、ガス配送システムの圧力レギュレータ
は、所定の期間で普通は交換されている。圧力レギュレ
ータをスケジュール通りの間隔で交換すれば、レギュレ
ータが陥る事態を回避できるので望ましい。しかし、前
述のように、レギュレータは、予想以上に重大な腐食の
問題に遭遇するので、レギュレータが交換前に故障する
確率が高い。更に、スケジュールに従って交換すること
は、異常を示さない、または故障直前の状態でない、圧
力レギュレータを交換することが、しばしばある。そこ
で、必要であるかどうかにかかわらず、高コストの交換
が行われることになる。
【００１０】腐食性ガス配送システムを含めた、周知の
非不活性ガスに付随する前述の短所と欠点を鑑みて、非
不活性ガス配送システムの異常な圧力レギュレータを識
別する、または完全に故障する前に圧力レギュレータの
不具合を正確に予測できる、メカニズムを提供すること
が望まれる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様にお
いて、非不活性ガス流システム、特に腐食性ガス流シス
テムの圧力レギュレータの異常または故障を、使用中
に、検出する方法は、圧力レギュレータを具備するガス
流システムに非不活性または腐食性ガスを流し、非不活
性または腐食性ガスがシステムに流れている間に、ガス
流システムの圧力レギュレータの動作出力圧力を決定
し、システムに非不活性または腐食性ガスが流れていな
時の圧力レギュレータの出力圧力を連続して測定し、非
不活性または腐食性ガスがシステムに流れている場合の
圧力レギュレータの動作出力圧力と、ガス流がない場合
の圧力レギュレータの出力圧力との間の圧力差が、所定
の値を越える時に、圧力レギュレータの異常または故障
の存在を決定する工程を備えている。
【００１２】本明細書の全体にわたって、非不活性ガス
または反応性ガスまたは腐食性ガスという用語は、配
管、バルブ、圧力レギュレータなどのような、それらの
環境と反応する、普通は化学反応する、同じタイプのガ
スを交互に意味するために用いられる。
【００１３】好ましい実施例に依れば、圧力レギュレー
タの異常の存在は、圧力差が第１の所定の値を越える時
に識別され、なおかつ、圧力レギュレータの故障の存在
は、圧力差が第１の所定の値より大きい第２の所定の値
を越える時に識別される。特に、圧力レギュレータの異
常は、圧力差が約0.5 kgf/cm2 〜1.0 kgf/cm2 の範囲に
ある時に識別される。さらに、圧力レギュレータの故障
の存在は、圧力差が、約1.0 kgf/cm2 より大きい時に決
定される。
【００１４】本発明の他の態様のガス流システムに於い
て、バルブと質量流量コントローラまたは同様に設計し
た構成要素のような構成要素の動作条件を確認する方法
は、ラインの流れを調整するために、このような構成要
素を具備するガス流システムのラインに流れるガスを備
え、ラインにガスが流れている間およびラインにガスが
流れていない場合の構成要素の出口近くの出口圧力をモ
ニタし、構成要素にガスが流れていない場合の構成要素
の出口圧力の変化に基づいて構成要素の動作条件を決定
する工程を含んでいる。
【００１５】好ましい実施の形態に依れば、構成要素の
外部漏洩の存在は、ラインにガスが流れていない間に、
出口圧力が低下すると決定される。ガスがラインに流れ
ている時の構成要素の出口圧力と、ガス流がない時の構
成要素の出口圧力との間の圧力差が、第１の所定の値を
越える場合に、構成要素が異常に作動していると決定さ
れる。一方で、ガスがラインに流れている時の構成要素
の出口圧力と、ガス流のない時の構成要素の出口圧力と
の間の圧力差が、第１の所定の値より大きい第２の所定
の値を越える場合に、システムが故障したと決定され
る。
【００１６】更なる全体的な態様に依れば、本発明は、
ガスが流れる少なくとも開口位置を具備し、ガスが流れ
ない少なくとも１つの閉止位置を具備する、構成要素に
於ける外部漏洩の存在を確認する方法に於いて、構成要
素が開口位置にある時のガスの圧力と比べると、加圧状
態のガスが前述の構成要素の入り口側に存在する時に、
閉止位置にある、構成要素からのガスの出口圧力の低下
を、決定する工程を備えている、前記の方法に関してい
る。
【００１７】
【実施の形態】図２は、本発明の特徴を包合する腐食性
ガス配送システムに関連する種々の特徴を全体的に示し
ている。図２に示すガス流配送システムは、半導体製造
施設に腐食性 HBr ガスを送る際に効果的である。しか
し、次に更に詳細に説明する本発明の特徴は、異常また
は故障の事態に晒される圧力レギュレータを使用する任
意の他のタイプの腐食性ガスまたは非不活性ガス配送シ
ステムに同様に応用できる。
【００１８】図２に示すように、腐食性 HBr ガスのシ
リンダー４２は、HBr ガスを送るためにガス配送システ
ムに接続されている。このシリンダー４２は、シリンダ
ーが空になる時に、別の満杯のシリンダーがシステムに
接続できるように交換自在に設計してある。ガス配送シ
ステムは、幾つかの高圧バルブ４４、４６、４８と、幾
つかの低圧バルブ５０１、５０２、５０３、５０４、５
０５、５０６と、低圧空気制御バルブ５２と、圧力レギ
ュレータ６８の前後で腐食性ガス HBr の圧力を測定す
る圧力センサ５４、７０と、真空発生器５６と、流量計
５８と、深層洗浄または交差洗浄ユニット６０と、幾つ
かのチェック・バルブ６２１、６２２、６２３と、幾つ
かのフィルタ６４１、６４２と、質量流量コントローラ
６６とを具備している。Ｎ2 供給源７３が設けてあり、
それはハウス・ライン７２を経由して配送システムに接
続している。供給源７３は、蒸発器を具備する液体窒素
貯蔵機能または現場用Ｎ2 プラントまたはシリンダーの
Ｎ2 ガスまたは任意の他のＮ2 生成手段になる。Ｎ2 清
浄器は、電子産業界の基準の要求に基づいて、高純度ま
たは超高純度のＮ2 を送るために、入力Ｎ2 ライン７２
にも接続している。前述のガス配送システムの種々の部
品は、図２に示すように、異なるサイズの直径を有する
適切な配管系統（例えば SUS 316L EP 配管と SUS 316
L BA 配管）に相互に接続している。ガス配送システム
は圧力レギュレータ６８も備えており、それは、シリン
ダー４２の圧力を作動圧力に下げるために、図１に示す
全体的な形状をしている。
【００１９】種々の高圧または低圧バルブは、２ポート
または３ポート・バルブであるかどうかにかかわらず、
種々のガス流を二方向（オンまたはオフ）で制御する
が、チェック・バルブは、ガスが一方向にだけ流れるよ
うにする。深層洗浄ユニットDPU 60 は２つのピグテー
ル６０１と６０２を搭載しており、それらは、シリンダ
ー４２のバルブ８０に接続して、HBr シリンダー交換中
のガス洗浄手順を支援する。（深層洗浄ユニット DPU
は、交差洗浄ユニットと交換できる）。真空発生器５６
は、ガスをシステムからガス希薄装置１５１にライン７
８を経由して排出する。流量計５８は、システムの窒素
流量を測定する。図２に示すシステムの動作は、３つの
基本工程、すなわち、初期ドライ・ダウン・工程と HBr
フロー・工程とシリンダー交換シミュレーションを含
んでいる。これらの工程の各々について次に説明する。
【００２０】1. 初期ドライ・ダウン 初期ドライ・ダウン中に、シリンダー・バルブ８０と、
バルブ４８、５０１、５０４、５０５、５０６とは閉止
状態を保つ。Ｎ2 ガスは、清浄器７５とバルブ４４と深
層洗浄ユニット (DPU) 60 とバルブ４６を経由してシス
テムに流れ、洗浄するＮ2 の湿気レベルがライン７４の
末端に取り付けてある湿度計７０７に依って測定され
る。Ｎ2 の湿気成分が必要なレベルに達すると、Ｎ2 の
流れが停止する。清浄にされたＮ2 （約 20 ppb Ｈ
2 Ｏ）は、全てのラインの初期ドライ・ダウンにだけ必
要である。深層洗浄ユニット６０とシリンダー・バルブ
８０をシリンダー交換中に洗浄するには、純化された高
いグレードのＮ2 で十分である。純化された低いグレー
ドのＮ2 は、ガス希薄装置１５１に送られる前に、腐食
性ガスの空圧バルブ・オペレーションと希釈のような他
の目的のために使用する。
【００２１】2. ＨＢｒ フロー HBr フロー（または任意の他の非不活性ガスまたは腐食
性ガスまたは反応性ガス）に於いて、バルブ４４、４
８、５０３、５０５、５０６は閉止状態を保つ。シリン
ダー・バルブ８０の開口部は、ガス流を始動して、シリ
ンダー４２からシステムに深層洗浄ユニット６０を経由
して送る。ガスの入力圧力(P) （シリンダー圧力）は圧
力センサ (PS) 54 に依って測定される。圧力センサ７
０はレギュレータ６８からの出力圧力を表示する。質量
流量コントローラ６６はガス流量を制御する。一定の圧
力と流量とを備えたガスは、ライン７８を経由してガス
希薄装置１５１に流れる。窒素ガスは、ガス希薄装置１
５１に入る前に、バルブ５０４に流れて、接続部７４７
の HBr ガスを薄くする。
【００２２】3. シリンダー交換シミュレーション これは、腐食性ガス・システムで実際にガス交換をシミ
ュレーションするものである。シリンダー交換シミュレ
ーション中に、シリンダー・バルブ８０とバルブ４６、
５０２、５０３、５０４、５０６とは閉止状態を保つ。
バルブ５０５の開口部は真空発生器５６を作動する。す
ると、バルブ４８の開口部は、深層洗浄ユニット６０や
種々のシリンダー・バルブなどに残っていた HBr ガス
を除去し、ガスはガス希薄装置１５１に送られる。清浄
ガス（Ｎ2 ）は、バルブ４８を閉止しバルブ４４を開放
することに依って、バルブ４４、４８との間に設けてあ
るラインに導かれる。次に、ラインの同じ部分を減圧す
ることが、バルブ４４を閉止しバルブ４８を開放して行
われる。（この手順は、サイクル洗浄と呼ばれ、数回行
われる）。次に、シリンダー・バルブ８０が深層洗浄ユ
ニット６０から分離され、バルブ４４の開口部は、Ｎ2
の流れをピグテール・ブリード６０１から大気に、シリ
ンダー４２が深層洗浄ユニット６０から分離されている
時に生成する。約２分（シリンダーの交換に必要な実際
の時間）後に、シリンダー４２のバルブ８０は深層洗浄
ユニット６０に再び接続される。すると、シリンダー・
バルブに侵入していた大気は、始動時に HBr を除去す
るために用いた同じ手順で除去される。 HBr の流れ
は、その後に再会できる。
【００２３】図３を見ると、図１に示すような、好まし
い動作条件（すなわち、圧力レギュレータに内部と外部
の漏洩がない）にある、圧力レギュレータに於いて、出
力圧力ＰF は、ガスがガス配送システムに流れている限
り、時間に関して一定または実質的に一定になる。ガス
流が、例えば、圧力レギュレータのバルブ下流側の封鎖
の結果として停止する場合、圧力レギュレータの出力圧
力ＲNFは、ガスが流れている時に達する圧力と比べると
少しだけ増加し、再び、時間に関して一定または実質的
に一定になる。しかし、ポペット３２の腐食またはポペ
ット３２上の腐食性生成物の付着あるいはその両方が発
生する場合、またはポペット・スプリング３４のスプリ
ング力が特に腐食性のガス流に起因する腐食のために弱
くなる場合、あるいはその両方の場合に、ガス流のない
時のレギュレータの出力圧力は、ポペットがシート３０
と強く係合することができず、拘束オリフィス２８を完
全に封鎖できない事実のために、徐々に増加する。ある
周期中に達する最大圧力がＰM で表される場合、レギュ
レータの条件は次に示す式から測定できる。
【００２４】△Ｐ ＝ ＰM − ＰF 従って、圧力レギュレータの動作条件は、ガスがシステ
ムに流れている時およびガスがシステムに流れていない
時の圧力レギュレータの出力圧力を連続して測定し、か
つ、ガスがシステムに流れている時の圧力レギュレータ
の出力圧力と、ガスがシステムに流れていない時の圧力
レギュレータの出力圧力との間に存在する圧力差△Ｐを
モニタすれば、確認できることが分かる。
【００２５】圧力レギュレータの動作条件を確認する特
定のパラメータを決定するために、３つのガス配送シス
テム（各々が図２に示す方式で設計してある）に接続し
た圧力レギュレータの圧力差△Ｐを測定する試験が行わ
れた。前述のガス配送システムの構成要素のほかに、各
々システムは、圧力レギュレータ６８の出力圧力を連続
して測定するために、圧力レギュレータ６８のすぐ下流
側に位置する圧力センサ７０を備えていた。３つのシス
テムは、３つの異なる条件の圧力レギュレータ、すなわ
ち、適切に作動する圧力レギュレータと異常な状態で作
動する圧力レギュレータと故障した状態で作動する圧力
レギュレータを導くと思われる条件をシミュレーション
するために操作された。
【００２６】３つの試験システムの各々で、初期ドライ
・ダウン手順が行われた。すなわち、Ｈｅ漏洩試験が最
初に実施され、全ての３つのシステムはハウス・ライン
７２から送られてくる清浄なＮ2 に依って洗浄された。
洗浄のための流量の通常の範囲は、約 0.5 〜 10 スタ
ンダード・リットル／分または SLM である（ここで1
SLM =0.167 x 10-4 m3 /s である）。第１の試験シス
テムは、70 〜 80 ℃で焼きながら、清浄にしたＮ
2 （< 20 ppb Ｈ2 Ｏ）を用いて 1 SLM で洗浄され
た。対照的に、第２と第３のシステムは、清浄にしたＮ
2 （< 20 ppb Ｈ2 Ｏ）を用いて 1 SLM の速度と室温
で洗浄された。洗浄するＮ2 の湿気レベルは、約 20 pp
b Ｈ2 Ｏ の濃度測定まで可能にし、各々システムの出
力ライン７４に接続している、湿度計７０７（例えば M
EECO, INC が販売しているような電解湿度計）を用いて
モニタされた。数日間（すなわち、１〜２日間）の洗浄
後に、Ｎ2 ガスの湿気レベルは、ラインの末端で 100 p
pb に達していた。ここで洗浄が停止し、脈動する HBr
ガスの流れは、空圧バルブ５２に依って制御されて、
３つの試験システムの各々に導かれた。この脈動する H
Br ガスが流れている間に、各々試験システムの圧力レ
ギュレータ６８の出力圧力は、ガスが流れている場合と
流れていない場合の両方の状態で、圧力伝送器７０に依
って一定の割合で記録された。ガスの流量は、100 〜 1
000 標準立方センチメートルの範囲であった。
【００２７】前述のように、満杯のガス・シリンダーを
空のガス・シリンダーに代えて交換するプロセスは、適
切に制御されていないと、大気からの湿気侵入に起因す
るガス・ラインの腐食を導く大きな原因になる。このシ
リンダー交換を３つの試験システムの各々に於いてシミ
ュレーションするために、深層洗浄ユニット６０のピグ
テール・ブリードを、毎日、シリンダー・バルブから分
離して、大気のエアに約２分間露出し、再びシリンダー
に接続した。シミュレーションのシリンダー交換手順を
３つの試験システムに対して実施した後に、各々システ
ムは洗浄手順に準じて洗浄された。第３の試験システム
のシリンダー交換後の洗浄手順は、次に更に詳細に説明
するように、第１と第２の試験システムに関連して用い
た洗浄手順と異なっていた。
【００２８】第１の試験システムの場合、シリンダー・
バルブ８０を含めた高圧バルブ４４、４６に深層洗浄ユ
ニット６０を接続するシステムの部分が、シリンダー交
換中に導かれた大気の汚染物を除去するために、Ｎ2 を
用いて５回サイクル洗浄された。このＮ2 洗浄後に、シ
ステムの同じ部分は、更に任意の汚染物を除去するため
に HBr を用いて５回サイクル洗浄された。この手順
は、シリンダー交換後にシステムに侵入する湿気を最小
限にして、第１試験システムに於ける腐食の可能性を小
さくするために採用された。
【００２９】第２の試験システムの場合、シミュレーシ
ョンのシリンダー交換後の洗浄手順は、第１の試験シス
テムに用いた手順と同じだった。第１と第２の試験の唯
一の違いは前述の初期ドライ・ダウンに関係していた、
すなわち、第１のシステムは焼きながらドライ・ダウン
していたが、後者は実施していなかった。
【００３０】第３の試験システムに対するシミュレーシ
ョンのシリンダー交換後のＮ2 サイクル洗浄は、第１と
第２の試験システムと同様に実施した。しかし、Ｎ2 サ
イクル洗浄後の HBr 洗浄は実施しなかった。従って、
シリンダー交換中にシステムに侵入した汚染物の除去
は、第１システムまたは第２システムのケースほど効果
的でなかった。そこで、第３システムに於ける腐食の度
合いは、第１並びに第２のシステムのケースより著しく
悪かった。
【００３１】前述のオペレーションを３つの試験システ
ムに対して（図４、図５、図６に示すように１２〜２４
回の間で）実施した後に、各々システムの圧力レギュレ
ータ６８について調べた。その調査結果は、３つのシス
テムに実施した初期ドライ・ダウンと洗浄手順の違いの
ために、腐食の度合いに違いがあることを明確に示して
いた。第１試験システムの圧力レギュレータは、腐食ま
たはポペット上への腐食性生成物の付着を呈していなか
った。更に、ポペットのスプリングは、実質的に腐食の
ない状態を保っていた。
【００３２】圧力センサ７０の測定結果に依れば、第１
試験システムのレギュレータ６８の圧力差△Ｐは、図４
のグラフに示すように、ごく僅かであるが変動してお
り、シリンダー交換シミュレーションの回数に対して、
ほぼ一定であった。２４回のシリンダー交換シミュレー
ション後でも、圧力レギュレータ６８は異常を示さなか
った。その圧力差△Ｐは、常に約 0.5 kgf/cm 2 より小
さかった。
【００３３】第２試験システムの圧力レギュレータ６８
の圧力差△Ｐは、図５のグラフに示すように、かなり変
動しており、シリンダー交換シミュレーションの回数に
相応して、約 0.9 kgf/cm 2 に向けて徐々に増加してい
た。２１回のシリンダー交換シミュレーション後では、
圧力差△Ｐは 1.0 kgf/cm 2 未満だった。圧力レギュ
レータ６８は使用可能と考えていたが、圧力差△Ｐの高
い値（約 0.9 kgf/cm2 ）と圧力差△Ｐの大きい変動
は、異常の発生を示していた。調査時に、第２試験シス
テムの圧力レギュレータ６８は、僅かに腐食しており、
かつ、圧力レギュレータのシート３０へのポペット３２
の係合に依る拘束オリフィス２８の漏洩閉止構造を弱め
る傾向を示すと思われたポペット上の腐食性生成物の付
着も僅かであった。第２試験システムの圧力レギュレー
タ６８についても、ガス流のない場合にポペット・スプ
リング３４の跳ね返り機能を抑制または弱める傾向を示
すと思われたポペット・スプリング３４上の腐食が観察
された。このポペット３２上への腐食性生成物の付着お
よびポペット・スプリング３４の腐食は、図５のグラフ
に示すように、時間経過に伴って圧力差△Ｐに観察され
た変動が原因であると考えられた。
【００３４】第３試験システムの圧力レギュレータ６８
の圧力差△Ｐは、図６のグラフに示すように、大幅に変
動しており、僅か１１回のシリンダー交換シミュレーシ
ョン後に 1.0 kgf/cm 2 を越えていた。ここで、圧力
レギュレータ６８は、第１システムの圧力レギュレータ
のケースより遥かに早く低下（△Ｐ ＞ 1.0 kgf/c
m2 ）していた。調査時に、第３試験システムの圧力レ
ギュレータ６８はポペット３２上の腐食性生成物の大き
な付着とポペット・スプリング３４の激しい腐食とを呈
しており、その両方が、圧力レギュレータのシート３０
とポペット３２との十分な係合に依る拘束オリフィス２
８の漏洩閉止構造を弱めていた。このポペット３２上の
腐食性生成物の大きな付着と、ポペット・スプリング３
４の激しい腐食は、内部漏洩に起因する第３試験システ
ムの圧力レギュレータの故障が原因であると考えられ
た。
【００３５】前述の説明から、経過時間に伴う圧力差△
Ｐの変動は、シリンダー交換に関連する洗浄手順（すな
わち、システム、特に圧力レギュレータの腐食レベル）
に特に強く左右されることが分かった。腐食のないライ
ンの場合、圧力差△Ｐは、ごく僅かで、0.5 kgf/cm 2
未満の単位であり、経過時間に伴って変動しないことが
分かった。ポペット３２の腐食または腐食性生成物の付
着あるいはその両方のために、またはポペット・スプリ
ング３４の腐食のため、あるいはその両方が原因で圧力
レギュレータが故障すると、圧力差△Ｐは、特に大き
く、1.0 kgf/cm 2を越える単位になり、経過時間に相応
して徐々に増加する。従って、圧力差△Ｐは、次に示す
ように圧力レギュレータの動作条件の表示に適した任意
の指標になる。
【００３６】△Ｐ < 0.5 kgf/cm 2 で、経過時間に伴っ
て変動しない時に、レギュレータは、正規の状態で変動
している。
【００３７】0.5 kgf/cm 2 < △Ｐ < 1 kgf/cm 2 で、
経過時間に伴って大幅に変動する時に、レギュレータ
は、正規の状態で変動せずに、異常の発生を表示する。
【００３８】△Ｐ > 1 kgf/cｍ 2 で、徐々に増加する
時に、レギュレータは、内部漏洩のために故障する。
【００３９】ガス流がない場合の出力圧力が、徐々に、
ごく僅かでも、低下する時に、それは、外部に対する漏
洩、すなわち、外部漏洩を表示する。
【００４０】従って、本発明に依れば、内部または外部
漏洩の有無を基準とする、腐食性ガス配送システムの圧
力レギュレータの動作条件は、システムにガスが流れて
いる場合と流れていない場合の圧力レギュレータの出力
圧力を（連続して）モニタまたは測定すれば確認でき
る。ガスがシステムに流れている時の圧力レギュレータ
の出力圧力を知り、その圧力と、ガス流のない場合のレ
ギュレータの出力圧力とを比較して、圧力差の大きさを
求めると、レギュレータの動作条件を容易に求めること
ができる。この長所は、腐食作用が腐食性ガス漏洩の発
生前に行われるように、圧力レギュレータの異常を初期
の段階で検出することを可能にする。従って、ガス配送
システムの安全性ならびに生産性を高いレベルに向上で
きる。
【００４１】この技術は、潜在する有害な事態が発生す
る前に、異常を自動的に予測して、それらを修復するた
めに、コンピュータ式ガス配送システムでもマニュアル
で使用できる。コンピュータ式ガス配送システムのケー
スでは、圧力差△Ｐと、経過時間に伴うその変動が自動
的に測定できて、その結果は安全装置に自動的に送られ
るので、安全で無故障の総合腐食性ガス配送システムの
運用が可能になる。
【００４２】コンピュータ式シリンダー・キャビネット
のケースでは、例えば、本発明に従うシステムは、次の
ようにして実現できる。
【００４３】シリンダー・キャビネットのガス配送シス
テムは一定の圧力（Ｐ）でガスを提供し、コンピュータ
はこの圧力Ｐ（出力圧力）を連続してモニタする。ガス
流量は、シリンダー・キャビネットのガス配送システム
に接続したデバイス、例えば、反応器に依って制御され
る。
【００４４】本発明に従うプロセスは、ガス流がある場
合とない場合の両方のケースで、出力圧力Ｐに関するデ
ータを使用するので、ガス流に関するインフォーメーシ
ョンは、圧力Ｐについて実施した測定結果が属する規準
（ガス流がある場合とない場合）を決定するために、コ
ンピュータにも送られる。このインフォーメーションを
ガス・キャビネットのコンピュータが使用できるように
するために、ガス流量計を、シリンダー・キャビネット
のガス配送システムの出口に取り付けることもできる。
【００４５】流量計を取り付けずに、例えば、デバイス
（例えば反応器）が送る信号をコンピュータに知らせ
て、ガス流の有無についてコンピュータに連絡すること
もできる。
【００４６】このインフォーメーションを得ると、ガス
・キャビネットのコンピュータは、連続してまたは時
々、前述のＰNFとＲM の大きい方とＰF との間の△Ｐを
計算して、圧力レギュレータ、または前述と同様に試験
した任意の他のデバイスが、正規の状態で作動している
か、作動していないか、または既に故障しているかにつ
いて決定する。コンピュータは、試験したデバイス（例
えば圧力レギュレータ）が異常に作動していると決定さ
れると、直ちに、プリントアウトまたは任意の他の照明
または音声信号を生成できる。当業者は、特殊な警報信
号（音声、照明、特殊なプリントアウト、別個にまたは
組み合わせて）を故障検出の際に生成できることも認め
ると思われる。
【００４７】本発明の原理と好ましい実施の形態とオペ
レーション・モードは、前述の明細書で説明されてき
た。しかし、保護を受けることを意図する本発明は、開
示した特定の実施の形態に制限されると解釈されるべき
でない。更に、ここで説明した実施の形態は、限定とい
うよりむしろ図解用と見なすべきである。変形と変更
は、本発明の精神から逸脱せずに、他にも可能であり、
同等の機能も使用できる。従って、特許請求の範囲に記
載する本発明の精神と範囲に属する、全てのこのような
変形と変更と同等機能が、ここで対象となることが、明
確に意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力レギュレータの種々の部品の略図である。
【図２】図１に示す圧力レギュレータを具備するガス流
配送システムの略図である。
【図３】図１に示す圧力レギュレータのある動作条件中
に於いて、時間を基準にした圧力の変化を描くグラフで
ある。
【図４】図１に示す圧力レギュレータの出力圧力の変化
を、適切に作動している圧力レギュレータのシリンダー
の交換回数を基準にして描いたグラフである。
【図５】図１に示す圧力レギュレータの出力圧力の変化
を、異常な状態で作動している圧力レギュレータのシリ
ンダー交換の回数を基準にして描いたグラフである。
【図６】図１に示す圧力レギュレータの出力圧力の変化
を、故障した状態で作動している圧力レギュレータのシ
リンダー交換の回数を基準にして描いたグラフである。
【符号の説明】
４２…シリンダー、４４，４６，４８…高圧バルブ、５
０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６…低圧
バルブ，５２…低圧空気制御バルブ、６８…圧力レギュ
レータ、５４，７０…圧力センサ、５６…真空発生器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン − マリー・フリート 東京都中央区新川１−28−７、隅田リバ ー・サイド・タワー 1401号 (72)発明者 小沢英一 千葉県東葛飾郡沼南町大津ヶ丘 ４−５− 24−104

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】非不活性ガス配送システムの内部漏洩に起
    因する腐食感応要素の異常または故障を、使用中に、検
    出する方法であって、 腐食感応要素が設けられたガス配送システムに非不活性
    ガスを流す工程と、 非不活性ガスがシステムに流れている間に、ガス配送シ
    ステム内の腐食感応要素の動作出力圧力を決定する工程
    と、 ガス配送システム内のガス流を、少なくとも定期的に停
    止する工程と、 ガス配送システム内をガス流が流れていない場合の腐食
    感応要素の出力圧力を測定する工程と、 腐食感応要素の動作出力圧力と、ガス流が流れていない
    場合の腐食感応要素の出力圧力との間の圧力差が、所定
    の値を越える時に、腐食感応要素の異常または故障の存
    在を決定する工程とを具備する方法。
  2. 【請求項２】 前記腐食感応要素の異常または故障の存
    在を決定する工程は、前記の圧力差が第１の所定の値を
    越える時に腐食感応要素の異常の発生を決定し、前記の
    圧力差が第１の所定の値より大きい第２の所定の値を越
    える時に、腐食感応要素の故障が発生したと決定するこ
    とを含んでいる、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記腐食感応要素の異常または故障の存
    在を決定する工程は、前記の圧力差が 0.5 kgf/cm 2 〜
    1.0 kgf/cm 2 の範囲にある時に腐食感応要素の異常を
    決定することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記腐食感応要素の異常または故障の存
    在を決定する工程は、前記の圧力差が 1.0 kgf/cm 2 よ
    り大きい時に腐食感応要素の故障の存在を決定する工程
    を含んでいる、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記非不活性ガスは、腐食性ガスと反応
    性ガスから成るグループから選択される、請求項１に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 バルブ装置と質量流量コントローラと圧
    力レギュレータと配管を具備する腐食性または反応性ガ
    ス配送システムの動作条件を確認し、ラインの流れを調
    整する圧力レギュレータを具備するガス配送システムに
    流れるガスを備え、ラインにガスが流れている間および
    ラインにガスが流れていない場合の圧力レギュレータの
    出口近くの出口圧力をモニタし、システムにガスが流れ
    ていない場合に圧力レギュレータの出口圧力の変化に基
    づいてシステムの動作条件を決定する方法。
  7. 【請求項７】 前記システムの動作条件を決定する工程
    は、ガスがラインに流れている時の圧力レギュレータの
    出口圧力と、ガス流がない時の圧力レギュレータの出口
    圧力の間の圧力差が、第１の所定の値を越える時に、シ
    ステムが異常に作動していると決定することを含んでい
    る、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記システムの動作条件を決定する工程
    は、ガスがラインに流れている時の圧力レギュレータの
    出口圧力と、ガス流のない時の圧力レギュレータの出口
    圧力との間の圧力差が、前記の第１の所定の値に少なく
    とも等しい第２の所定の値を越える場合に、システムが
    故障したと決定することを含んでいる、請求項７に記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 前記の第２の所定の値が 1.0 kgf/cm 2
    より大きい、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記の第１の所定の値が 0.5 kgf/cm
    2 〜 1.0 kgf/cm 2の範囲にある、請求項７に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 ガスが流れる少なくとも開口位置を具
    備し、ガスが流れない少なくとも１つの閉止位置を具備
    する、構成要素に於ける外部漏洩の存在を確認する方法
    に於いて、構成要素が開口位置にある時のガスの圧力と
    比較して、加圧状態のガスが前記の構成要素の入り口側
    に存在する間に、閉止位置にある、構成要素からのガス
    の出口圧力の低下を決定することを含んでい、方法。
JP8038167A 1995-02-24 1996-02-26 腐食性ガス配送システムの圧力レギュレータの動作条件確認する方法 Pending JPH0926100A (ja)

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US08/393,684 US5677480A (en) 1995-02-24 1995-02-24 Method and system for assessing the operating condition of a pressure regulator in a corrosive gas distribution system
US393684 1995-02-24

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EP (1) EP0729020A3 (ja)
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