KR20220054627A - 저장 용기에서 가스를 분배하기 위한 프로세스 및 장치 - Google Patents

Abstract

가스를 배출하기 위한 노즐을 포함하는 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 밸브 조립체 및 프로세스가 개시된다. 상기 밸브 조립체는 노즐과 연통하는 제1 단부, 및 가스가 저장되는 상기 저장 용기의 내부와 연통하는 제2 단부를 갖는 통로를 구비한다. 상기 통로의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 가스가 통과하는 것을 차단하거나 또는 허용하기 위해, 차단 밸브가 상기 통로에 개재된다. 체크 밸브는 우발적인 가스 배출을 방지하기 위해 상기 노즐의 구멍에 고정될 수 있다.

Description

저장 용기에서 가스를 분배하기 위한 프로세스 및 장치

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2020년 9월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/896,475호로부터 우선권을 주장하는데, 이 미국 가출원의 전체 내용이 본원에 인용되어 있다.

본 분야는 제조 응용 분야에 유용한 가스 저장 용기용 밸브 조립체에 관한 것이다.

광범위한 산업 공정 및 응용 분야에 있어서, 공정 가스(들)의 신뢰할 수 있는 소스가 필요하다. 그와 같은 공정 및 응용 분야로는 반도체 제조, 이온 주입, 평판 디스플레이 제조, 의료 개입 및 치료, 수처리, 응급 호흡 장비, 용접 작업, 액체 및 가스의 공간 기반 전달(space-based delivery) 등이 포함된다.

대기 이하 조건에서 유독성, 가연성, 부식성 가스를 처리하기 위한 안전하고도 효과적인 방법을 제공하는 것이 업계에서 중요하다. 특히, 그와 같은 가스로는 도펀트 가스가 포함된다. 일반적으로, 도펀트 가스는 특정 가스의 특성에 따라 주어진 압력 또는 특정 압력에서 가스 증기압과 동일한 압력으로 압축 가스 실린더에 저장된다. 이와 같은 가스는 반도체 디바이스의 제조를 위한 도펀트 재료의 소스로서 역할을 한다. 이와 같은 도펀트 가스는 이온 주입기라 칭하는 도구에 사용된다. 이온 주입기는 수백 또는 수천 명의 인력이 반도체 제조 공정에 고용되는 반도체 생산 설비의 제조 영역 내에 위치된다. 이와 같은 도구들은 일반적으로 최대 수천 킬로볼트의 매우 높은 전압에서 작동된다. 그와 같은 고전압으로 인해, 도펀트 소스 가스는 도구 자체에 또는 그 내부에 위치되어야 한다. 대부분의 다른 반도체 도구들은 작업자 또는 주요 생산 영역 외부에 소스 가스를 위치시킨다. 이온 주입 도구들의 한 가지 뚜렷한 특징은 대기압 이하에서 작동한다는 점에 있다. 실린더로부터 제품을 전달하기 위해 도구에 존재하는 진공을 활용하는 경우, 진공이 적용될 때까지 제품을 실린더 패키지로부터 제거할 수 없다는 점에서 더욱 안전한 패키지를 형성한다. 이와 같은 진공 전달 개념은 압축 가스에 우발적으로 노출되는 것을 방지한다.

도펀트 가스를 대기압 이하로 안전하게 전달하기 위한 한 가지 기술은 압축 가스 실린더에 비드형 활성탄(beaded activated carbon)과 같은 물리적 흡착 재료를 충전시키고, 도펀트 가스를 재료 위에 가역적으로 흡착시키는 단계를 포함한다. 이와 같은 개념은 일반적으로 SDS 기술로서 알려져 있다. 그 탈착 공정은 흡착 재료/실린더에 진공 또는 열을 가하는 단계를 포함한다.

기계적 압력 조절기는 도펀트 가스의 대기압 이하에서의 안전한 전달을 위해 사용될 수 있다. 압력 조절기는 대기 이하 또는 진공 조건이 디바이스에 적용될 때 개방되도록 설정된다. 일반적으로, 대기보다 낮은 조건의 적용은 가스 유동을 가능하게 하기 위해 조절 밸브를 작동시키는 사전 설정 압력에 도달할 때 가요성 재료가 구부러지게 한다. 이와 같은 밸브는 기존의 온/오프 실린더 밸브 시트 메커니즘의 상류에 위치한다. 이와 같은 상류 디바이스의 정확한 위치는 밸브 본체, 실린더 넥 캐비티, 실린더 자체 내부 또는 상기 3 위치 모두의 조합일 수 있다.

저장 디바이스로부터 가스를 분배하기 위한 보다 안전한 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

가스를 배출하기 위한 노즐을 포함하는 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 밸브 조립체가 개시된다. 상기 노즐은 보어를 획정한다. 상기 밸브 조립체는 2개의 단부를 갖는 통로를 포함한다. 제1 단부는 상기 노즐과 연통하고 제2 단부는 가스가 저장되는 저장 용기의 내부와 연통한다. 차단 밸브가 상기 통로의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 가스가 통과하는 것을 차단 또는 허용하기 위해 상기 통로에 개재된다. 체크 밸브가 상기 보어에 고정될 수 있다. 상기 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 프로세스는 유체가 상기 채널로부터 상기 챔버로 통과하는 것을 방지하기 위해 노즐의 채널과 결합하도록 챔버의 폐색부를 편향시키는 단계를 포함한다. 상기 저장 용기의 내부 용적은 상기 노즐과 연통된다. 상기 챔버의 압력은 유체가 상기 채널로부터 상기 챔버로 통과하는 것을 허용하기 위해 상기 채널과의 결합으로부터 상기 폐색부를 충분하게 이동시키도록 상기 채널의 압력 미만으로 감소된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 저장 및 분배 시스템의 개략적인 단면 입면도이다.
도 2는 도 1의 대안적인 밸브 조립체의 등각도이다.
도 3은 본 발명의 체크 밸브의 단면도이다.
도 4는 도 3의 대안적인 체크 밸브의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 표시되는 데이터의 그래픽 설명도이다.

가스의 누출을 방지하기 위해 저장 용기의 노즐에 있는 체크 밸브를 이용하는 밸브 조립체 및 프로세스가 개시된다. 저장된 가스는 매우 유독할 수 있다. 예컨대, 아르신은 5 wppb만큼 낮은 독성 한계를 갖는다. 차단 밸브가 우발적으로 개방 상태로 되는 경우, 저장 용기로부터 우발적인 누출이 발생할 염려가 있다. 흡착제를 사용하여 가스를 저장하는 저장 용기에 있어서, 상기 저장 용기 내부로 공기가 누출되면, 저장된 가스가 흡착제로부터 제거되고 밸브 조립체의 노즐로부터 누출되는 온도 및 압력 변동이 발생할 수 있다. 저장된 가스의 누출은 또한 저장 용기의 내부 또는 밸브 조립체에 포함된 기계적 밸브의 고장시에도 발생할 수 있다.

밸브 조립체의 노즐에 체크 밸브를 사용하여 공기가 노즐 및 저장 용기 내부로 진입하는 것을 방지함으로써, 온도 변동을 유발하고 또한 저장된 가스가 저장 용기로부터 노즐을 통해 배출되는 것을 차단하게 하는 방안이 제안된다. 체크 밸브는 흡착제 상에 가스를 저장하는 저장 용기로부터 우발적으로 배출되는 것을 안전하게 방지한다. 체크 밸브는 기계적 밸브 고장을 방지하도록 배출을 방지하기 위해 기계적 밸브를 사용하는 저장 용기 상에도 사용될 수 있다. 제안된 체크 밸브는 배출 수준을 5 wppb 한계보다 훨씬 낮게 유지한다.

부적절한 주기 퍼지 또는 대기 중으로의 실린더의 우발적 개방은 저장 용기로 유입되는 외부 가스로 인한 오염을 유발할 수 있다. 앞서 언급한 안전상의 장점 외에도, 체크 밸브는 저장 용기로 유입되는 외부 가스로부터의 오염을 방지한다.

밸브 조립체는, 예를 들어 BF₃, F₂ 등과 같은 할로 화합물 가스; 예를 들어, 아르신, 포스핀 등과 같은 수소화물 가스; 및 기체 유기금속 소스 시약과 같은, 가스들의 주문형 공급을 제공하기 위해 반도체 제조 시설에서 사용하기에 특히 적합한 신뢰할 수 있는 가스 소스를 제공한다.

이제 도면들을 참조하면, 도 1은 예시적인 실시예에 따른 하나의 가스 저장 용기(100)의 개략적인 단면 입면도이다. 상기 저장 용기(100)는, 바닥 부재(106)에 의해 하부 단부에서 폐쇄된 원통형 벽(102)을 갖는, 일반적으로 원통형 형태의 유체 저장 및 분배 용기일 수 있다. 상기 용기의 상부 단부에는, 상기 용기(100)의 상부 개구를 획정하고 그와 외접하는 원통형 칼라(110)를 포함하는 목부(108)가 있다. 그에 따라, 도시된 바와 같이, 상기 벽(102), 바닥 부재(106) 및 목부(108)는 상기 용기(100)의 내부 용적(128)을 둘러싼다.

상기 용기의 목부에서, 밸브 조립체(114)의 나사형 플러그(112)는 상기 저장 용기(100)의 칼라(110)의 암나사형 개구와 나사식으로 결합된다. 상기 밸브 조립체(114)는 노즐(124)과 연통하는 제1 단부(121) 및 상기 용기(100)의 내부 용적(128)과 연통하는 제2 단부(123)를 갖는 통로(120)를 포함한다. 상기 노즐(124)은 상기 용기(100)의 내부 용적(128)을 상기 용기 외부의 환경과 연통시킨다. 따라서, 상기 노즐(124)은 상기 용기(100)로부터 가스를 분배하기 위한 것이며, 상기 용기에 가스를 충전하기 위한 것으로 고려된다. 상기 노즐(124)은 대응하는 암나사산과 단부 피팅을 갖는 가스 튜브와의 수형 연결을 위한 수나사산(154)을 가질 수 있다.

상기 노즐(124)은 그 내부에 보어(150)를 형성한다. 체크 밸브(10)는 상기 내부 용적(128)의 가스가 상기 노즐(124)로부터 의도하지 않게 누출되는 것을 추가로 방지하기 위해 상기 노즐(124)의 보어에 고정된다.

상기 통로(120)는 다수의 세그먼트들을 갖는다. 상기 통로(120)의 중앙 세그먼트(140)는 차단 밸브(122)와 조절기(132) 사이를 통과한다. 상기 차단 밸브(122)는 가스가 상기 통로(120)의 제1 단부(121)와 제2 단부(123) 사이를 통과하게 하거나 또는 차단되게 하도록 상기 통로(120)에 개재된다. 상기 차단 밸브(122)는 상기 중앙 세그먼트(120)를 향한 상기 밸브 측면 상의 시트(123)에 오리피스로 밀봉된다. 가요성 부재(144)는 이완 상태에 있을 때 가스에 의해 변위되어, 가스가 상기 차단 밸브(122)를 지나 유동하게 함으로써, 상기 통로(120)의 노즐 세그먼트(146)와 상기 중앙 세그먼트(140) 사이의 연통을 가능하게 한다. 핸드 휠(126)이 시계 방향으로 크랭크될 때, 이는 상기 차단 밸브(122)를 지나 오리피스를 통한 가스의 통과를 방지하는 압축 상태로 진입하는 상기 가요성 부재(144)를 압축한다. 상기 노즐 세그먼트(146)는 상기 차단 밸브(122)를 통해 상기 중앙 세그먼트(140)를 상기 노즐(124)과 연통시키는 통로(120)의 일부이다.

상기 밸브 조립체(114)는 상기 용기의 내부 용적(128) 및 충전 포트(118)와 연통하는 충전 통로(116)를 특징으로 할 수 있다. 이에 의해, 상기 용기(100)는 압축 가스로 충전될 수 있고, 이어서 도시된 바와 같이 상기 충전 포트는 폐쇄되고 캡핑된다.

밸브 헤드 조립체(114)의 중앙 유체 유동 통로(120)는 그 제2 단부(123)에서 커넥터 유동 튜브(130)에 결합되고, 순차적으로 상기 커넥터 유동 통로는 조절기(132)에 결합된다. 상기 조절기(132)는 상기 용기로부터 배출되는 유체의 선택된 압력을 유지하도록 설정된다. 상기 조절기(130)는 특정 압력으로 설정된다. 상기 조절기(130)는 기계적 밸브(138)를 포함한다. 상기 노즐(124)이 더 낮은 압력을 받을 때, 상기 차단 밸브(122)는 조절기(132)와 더 낮은 압력으로 균등화하기 위해 개방될 수 있다. 가요성 재료로 제조되는 벨로우즈(142)가 포핏(146)을 하향으로 변위시키도록 확장되어, 상기 내부 용적(128)으로부터의 가스가 포핏 주위의 포트(148)를 통해 상기 조절기(132)로 통과할 수 있게 한다. 다음에, 상기 가스는 상기 제2 단부(123)를 통해 상기 통로(120) 내로 이동한다.

상기 조절기의 하부 단부에는 관형 피팅(136)이 결합되며, 상기 관형 피팅은 순차적으로 예를 들어 맞대기 용접에 의해 하지부(lower extremity)에 디퓨저 단부 캡(131)을 갖는 필터 유닛(134)에 결합된다. 상기 필터 유닛은 스테인리스강으로 형성될 수 있으며, 디퓨저 벽은 316 L 스테인리스강과 같은 소결된 스테인리스강으로 형성된다. 상기 필터 유닛은 미리 정해놓은 직경보다 큰 모든 입자들, 예를 들어 상기 시스템으로부터 분당 30 표준 리터의 가스 유량에서 0.003 마이크로미터보다 큰 모든 입자들의 제거를 허용하는 벽 다공성을 갖는다.

사용시, 압축 가스는 상기 용기(100)의 내부 용적(128)에 포함된다. 상기 가스 압력 조절기(132)는 상기 밸브 조립체(114)의 밸브가 개방될 때 분배된 가스의 유동을 제공하기 위해 선택된 설정점으로 설정되고, 상기 가스는 필터 유닛(134), 피팅(136), 조절기(132), 커넥터 유동 튜브(130), 밸브 조립체(114)의 통로(120), 차단 밸브 및 노즐(124)을 통해 유동한다. 상기 밸브 조립체(114)는, 본 발명의 주어진 최종 용도 응용에서 바람직하거나 요구될 수 있는 경우, 다른 배관, 도관, 유동 제어기, 모니터링 수단 등에 결합될 수 있다.

도 2는 의도하지 않은 배출을 피하기 위해 상기 용기 내의 흡착제에 의존하는 저장 용기(300)의 사시 단면도이다. 도 2는 상기 저장 용기(300)의 내부 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 저장 용기(300)는 상기 용기의 내부 용적(352)을 둘러싸고 또한 그 내부에 미립자 흡착 재료(350)를 함유하는 벽(302)을 포함한다. 상기 용기의 상부 단부, 및 밸브 조립체(314)에서, 포트(308)는 다공성 중심 튜브(360), 또는 상기 흡착 재료의 베드로부터 미립자 고형물의 분배된 가스의 비말동반(entrainment)을 방지하는 역할을 하는 기타 구멍 또는 다른 가스 투과성 구조를 특징으로 할 수 있다. 상기 저장 용기는 또한 상기 저장 용기(300)로부터 가스를 분배하고 상기 저장 용기(300)에 가스를 충전하기 위한 노즐(324)을 포함한다. 상기 노즐(324)은 또한 그 내부에 고정된 체크 밸브(10)를 포함할 수 있다. 상기 노즐(324)은 대응하는 암나사산을 구비한 단부 피팅을 갖는 가스 튜브와의 수형 연결을 위한 수나사산(354)을 가질 수 있다.

상기 밸브 조립체(304)는 또한 상기 노즐(324)과 연통하는 제1 단부(321) 및 상기 저장 용기(352)의 내부 용적과 연통하는 제2 단부(323)를 갖는 가상선으로 도시된 통로(320)를 포함한다. 가스가 상기 통로의 제1 단부(321)와 제2 단부(323) 사이에서 통과하는 것을 차단하거나 허용하기 위해, 휠(306)에 의해 작동되는 차단 밸브(322)가 상기 통로(320)에 개재된다. 상기 노즐(324)을 대기압 이하의 가스 공급원에 연결된 튜브에 연결하고, 상기 휠을 돌려 상기 차단 밸브(322)를 개방시키고 또한 상기 대기압 이하의 압력이 흡착제와 균등화되도록 허용함으로써, 가스는 상기 흡착제로부터 탈착되고 상기 노즐(324)로부터 분배된다.

도 1의 노즐(124) 및 도 2의 노즐(324)에서의 체크 밸브(10)는 각각의 저장 용기(100, 302)로부터 우발적인 배출 가스를 방지하는 역할을 한다. 도 3은 적합한 체크 밸브(10)를 상세하게 도시한다. 상기 체크 밸브(10)는 상기 노즐(124, 324)에 고정된다.

상기 체크 밸브(10)는 상기 노즐(124, 324)에 고정될 때 상기 통로(120, 320)와 연통하는 채널(14)을 획정하는 몸체(12)를 포함한다. 상기 체크 밸브(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 보어(150)의 노즐(124)에 부착될 수 있다. 상기 체크 밸브(10)는 원통형이고 중공일 수 있으며, 상기 보어(150)는 상응하는 구성을 가질 수 있다. 상기 보어(150)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 나사산이 형성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 체크 밸브(10)의 본체(12)상의 수나사(16)와의 암형 연결을 위한 암나사(152)를 갖는다. 상기 체크 밸브(10)는 대안적으로 상기 노즐(124, 324)의 보어(150) 내에 스웨이징되거나 마찰 피팅될 수 있다. 상기 체크 밸브(10)는, 유체 배출 동안 상기 밸브 조립체로부터의 유동 방향(F)과 관련하여, 상기 밸브 조립체(114, 314)에 근접한 상류 단부(8) 및 상기 밸브 조립체(114, 314)로부터 멀리 떨어져 있는 하류 단부(9)를 갖는다.

일 실시예에서, 상기 본체(12)는 덕트의 원하는 내부 구성을 제공하기 위해 그 내부에 하나 이상의 인서트를 갖는 내부 덕트(22)를 획정하는 외부 쉘(20)을 포함할 수 있다. 상기 채널(14)에는 유동 제한 채널(18)이 선행될 수 있다. 상기 유동 제한 채널(18)은 좁은 내경을 가질 수 있다. 상기 유동 제한 채널(18)은 상기 체크 밸브(10)의 상류 단부(8)에서 상기 통로(22)의 관형 삽입물(24)에 의해 제공될 수 있다. 상기 채널(14)은 상기 유동 제한 채널(18)에 인접할 수 있고 또한 상기 유동 제한 채널(18)보다 더 큰 내경을 가질 수 있다. 상기 채널(14)은 2개의 내경을 가지며, 가장 작은 내경은 상기 관형 인서트(24)에 의해 한정된다는 사실을 또한 관측할 수 있다. 상기 본체(12)는 상기 채널과 연통하는, 상기 채널(14)에 인접한 챔버(26)를 획정한다. 일 실시예에 있어서, 상기 챔버(26)와 채널(18)은 상기 덕트(22) 내에 마찰 피팅되는 카운터보어 인서트(28)에 의해 제공될 수 있다. 상기 채널(18)은 상기 관형 인서트(24)와 환형 플랜지(30) 사이의 정위치에 샌드위치된 상기 카운터보어 인서트(28)의 큰 외경 섹션(29)에 의해 제공될 수 있다. 상기 챔버(26)는 상기 카운터보어 인서트(28)의 작은 외경 섹션(32)에 의해 제공될 수 있으며 또한 상기 환형 플랜지(30)를 지나서 상기 체크 밸브(10)의 하류 단부(9)를 향해 연장될 수 있다. 말단 인서트(34)는 상기 본체(12)의 덕트(22)의 하류 단부(9)에 고정될 수 있다. 상기 말단 인서트(34)는 또한 관형일 수 있고 좁은 내경을 통한 유동을 제한할 수 있다. 상기 말단 인서트(34)는 상기 체크 밸브(10)를 상기 노즐(124, 324)에 용이하게 고정하기 위해 스크루드라이버와 같은 기계 헤드와 정합되는 도구 수용 리세스(36)를 가질 수 있다. 상기 체크 밸브(10)의 상류 단부(8)에 있는 환형 리세스(38)는 상기 노즐(124, 324)의 내부에서 정합 표면과의 유체 밀착 결합을 용이하게 하기 위해 O-링(40)을 수용할 수 있다.

상기 챔버(26)는 상기 채널(14)보다 큰 측방향 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 챔버(26)는 상기 채널(14)의 내경보다 큰 내경을 가질 수 있다. 폐색부(42)는 상기 챔버(26)에 포함된다. 상기 챔버(26)는 상기 체크 밸브(10)를 통한 유체 유동을 방지하기 위해 상기 채널과 결합하도록 이동할 수 있고 또한 상기 체크 밸브를 통한 유체 유동을 허용하기 위해 상기 채널과 결합되지 않도록 이동할 수 있는, 이동 가능한 폐색부(42)를 포함한다. 상기 폐색부(42)는 상기 채널(14)의 측면 치수보다 큰 측면 치수를 가지므로, 상기 폐색부는 상기 채널(26)과 결합될 때 상기 폐색부가 상기 채널(14)에 진입하는 것을 차단할 수 있다. 그러나, 상기 폐색부(42) 및 상기 채널(14)은 상기 폐색부가 상기 채널(14)에 완전히 진입하는 것을 방지하도록 치수 결정된다. 일 실시예에 있어서, 상기 폐색부는 상기 채널의 하류 단부(44)와 결합하여, 상기 채널(14)과 상기 챔버(26)의 계면에 의해 구멍(46)을 형성한다. 일 실시예에 있어서, 상기 폐색부는 상기 채널(14)의 내경보다 큰 외경을 갖는다.

예시된 실시예에 있어서, 상기 폐색부(42)는 금속일 수 있는 구체이다. 상기 채널(14)은 원통형일 수 있다. 상기 구형 폐색부(42)는 상기 원통형 채널(14)의 하류 단부(44)와 결합할 수 있어서, 상기 폐색부가 상기 채널과 결합하는 동안 가스 유동을 방지할 수 있다. 상기 폐색부는 또한 채널(14), 특히 구멍(44)과의 결합으로 고정되어, 상기 유동 방향(F)에 대해 상류로의 유동을 방지하는 다이어프램일 수 있다.

상기 노즐(124, 324)에 설치될 때, 상기 채널(14)은 상기 챔버(26)보다 상기 통로(120, 320)에 더 근접하기 때문에, 상기 채널도 또한 상기 챔버(26)보다 상기 체크 밸브(10)의 상류 단부(8)에 더욱 근접한다.

작동시, 상기 폐색부(42)는 상기 채널(14)과 결합하여, 가스가 상기 유동 방향(F)에 대해 상기 저장 용기(100, 300) 내로 누출되는 것을 방지하며, 이는 특히 도 2의 실시예에서 상기 차단 밸브(122, 322)가 우발적으로 개방된 상태로 남아 있는 경우 가스가 상기 저장 용기(300)의 흡착제로부터 탈착되어 대기 중으로 누출되도록 할 수 있다. 또한, 도 1의 실시예에 있어서 상기 기계적 밸브(138)가 고장난 경우, 상기 내부 용적(128)에 존재하는 대기압 이하의 압력은 누출을 허용하기 위해 상기 유동 방향(F)과 반대로 상기 폐색부에 대해 작용하는 편향력을 극복하지 못할 것이다.

일 실시예에 있어서, 챔버(26)의 벽(50)에 대한 하류 단부 및 폐색부(42)와 결합하는 상류 단부와 고정되는 스프링(48)은 상기 채널(14)의 단부(46)와 결합되도록 상기 폐색부(42)를 편향시킨다. 상기 벽(50)은, 예컨대 가스가 상기 체크 밸브(10)의 하류 단부(9)를 통과할 수 있도록 하는 터널(52)을 갖는다.

상기 스프링은 밸브가 폐쇄된 상태를 유지하기 위해 상기 폐색부 상에 충분한 편향력을 가해야 한다. 그렇지 않을 경우, 체크 밸브(10)를 노즐(124, 324)로부터 제거하지 않고 상기 저장 용기(100, 300)로부터 모든 가스를 분배할 수 없게 될 것이다. 저장된 가스의 적절한 배출을 보장하기 위해, 상류 단부(8)의 압력에서 하류 단부(9)의 압력을 뺀 압력 차이가 0.01 Torr(0.0002 psi) 내지 517 Torr(10 psi)이어야 한다.

도 4는 상기 채널(14)과 결합하도록 상기 폐색부(42)를 편향시키기 위해 어떠한 스프링도 사용하지 않는다는 점에서 도 3의 실시예와는 상이한 대안적인 실시예를 도시한다. 대신에, 작은 차압이 편향을 제공하도록 작동한다. 각각 도 1 및 도 2에서 상기 저장 용기(100, 300)의 내부 용적(128, 352)의 압력은 상기 체크 밸브의 상류 단부(8)에서 1 내지 700 Torr와 같은 대기 미만이다. 상기 체크 밸브(10)의 하류 단부(9)에서의 대기압은 약 760 Torr일 것이고, 따라서 상기 채널(14)의 단부(46)와 결합되도록 상기 폐색부를 압박하고 또한 상기 용기로부터의 가스 누출을 방지한다. 상기 채널(14)은 상기 채널과 결합하도록 상기 폐색부를 편향시키기 위해 상기 챔버(26)보다 낮은 압력에 있을 것이다. 상기 용기(100, 300)에서보다 상기 밸브 조립체(114, 314) 상에 더 작은 대기압 이하의 압력을 가하는 상기 노즐(124, 324)에 라인이 연결될 때, 상기 폐색부(42)는 상기 채널(14)로부터 상기 하류 단부(9)를 향해 변위되어서, 상기 내부 용적(128, 352)으로부터의 가스가 상기 용기(100, 300)로부터 상기 체크 밸브(10) 및 상기 노즐(124, 324)을 통해 유동할 수 있게 한다. 매우 작은 차압으로 상기 체크 밸브(10)를 통한 가스 유동이 허용될 것이다. 일 양태에 있어서, 자석이 또한 어느 방향으로든 상기 체크 밸브(10)를 통한 가스의 유동을 허용하도록 금속 폐색부(42)를 상기 하류 단부(9)를 향해 이동시키기 위해 사용될 수 있다.

전형적인 저장에 있어서, 상기 체크 밸브(10)의 챔버(26) 내의 폐색부(42)는 상기 채널로부터 상기 챔버로의 의도하지 않은 유체의 통과를 방지하기 위해 상기 노즐(124, 324) 내의 채널(14)과 결합하도록 편향된다. 편향은 상기 스프링(48)을 사용하거나 또는 차압에 의해 상기 폐색부 상에서 유지될 수 있다. 상기 저장 용기(100, 300)로부터 가스를 분배하기 위해, 상기 저장 용기(100, 300)의 내부 용적(128, 354)은 상기 노즐(124, 324)과 연통된다. 이는 상기 통로(120) 아래의 압력의 균등화를 허용하기 위해 상기 차단 밸브(122, 322)를 개방함으로써 개시될 수 있다. 압력의 전달은 상기 포트(148)를 개방시키기 위해 구부러지는 상기 기계적 밸브(138)의 가요성 부재(144)로 전달될 수 있어서, 상기 저장 용기(100) 내의 유체가 상기 통로(120)를 통과할 수 있게 한다. 다른 실시예에 있어서 압력의 전달은 상기 내부 용적(352)에서 그 위에 흡착된 가스와 함께 상기 흡착제(350)로 전달되어 그로부터 가스를 탈착시켜, 상기 저장 용기(300)의 유체가 상기 통로(320)를 통과할 수 있게 한다. 추가적으로, 상기 챔버(26)의 압력은 상기 채널(14)로부터 상기 챔버(26)로의 유체의 통과를 허용하기 위해 상기 채널(14)과의 결합으로부터 상기 폐색부(42)를 이동시키기에 충분하게 상기 채널(14)의 압력 미만으로 감소되어야 한다. 튜브를 상기 노즐(124, 324)에 후크 결합함으로써, 아마도 그 위의 수나사산(154, 354)을 사용하고 또한 상기 저장 용기(100, 300)의 내부 용적(128, 328)의 압력보다 낮은 압력을 가함으로써, 상기 챔버(26)의 압력은 가스가 상기 체크 밸브(10)를 통해 유동할 수 있도록 충분히 감소될 수 있다. 가스는 상기 저장 용기(100, 300)로부터 상기 통로(120, 320)를 통해 상기 폐색부(42)를 지나 상기 노즐(124, 324)을 통과할 것이다.

상기 저장 장치를 충전시키기 위해, 상기 체크 밸브(10)는 상기 노즐(124, 324)로부터 제거될 수 있고 또한 상기 노즐에 가스 튜브를 고정하여 도 3 및 도 4에서의 일반적인 유동 방향에 대항하여 상기 노즐을 통해 유체로 상기 저장 용기를 충전시킬 수 있다.

본 발명은 훨씬 더 안전하고 오염이 없도록 저장 용기에 가스를 저장할 수 있는 장치 및 프로세스를 제공한다.

예

상기 체크 밸브(10)를 테스트하기 위해, 체크 밸브가 아르신 가스를 함유하는 도 2의 저장 용기와 유사한 저장 용기(300)의 밸브 조립체(314)의 노즐(324)에 삽입되었다. 상기 내부 용적(328)은 650 Torr이었다. 상기 차단 밸브(322)는 완전히 개방되었고 배출 농도를 2개월 동안 측정하였다. 결과들은 도 5에 나타내었다. 온도는 약 23℃ ± 1℃로 변동했다. 배출 속도는 산발적인 미세 배출로 대부분 0이었다. 1.4 표준 ㎥/분(50 표준 ft³/분)의 환기량에서, 배출 수준은 5 ppb의 아르신 가스보다 훨씬 낮았다. 평균 배출은 0 ppb이었으며 최대 피크는 1.5 ppb이었다.

동일한 조건하에서 상기 체크 밸브(10)가 없는 경우, 상기 차단 밸브가 개방된 상태로 있을 때, 배출은 평균 21.6 ppb 및 최대 피크 81.3 ppb로 아르신 가스 5 ppb보다 훨씬 높았다.

다음은 특정 실시예들과 관련하여 설명되지만, 이와 같은 설명은 이전의 설명 및 첨부된 청구항들의 범위를 제한하는 일 없이 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다.

추가의 설명 없이, 당업자라면 상술된 설명을 사용하여 본 발명을 최대한 활용할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명의 본질적인 특성을 용이하게 확인하여, 본 발명을 다양하게 변경 및 수정하고, 다양한 용도 및 조건에 적응시킬 수 있다고 믿어진다. 따라서, 상술된 바람직한 특정 실시예들은 단지 예시적인 것으로서만 해석되어야 하고, 어떠한 방식으로든지 개시 내용의 나머지를 제한하지 아니하며, 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가 배열을 포함하도록 의도된다.

상기에서, 모든 온도는 섭씨로 표시되며, 모든 부분들 및 백분율은 달리 명시되지 않는 한 중량 기준이다.

Claims (20)

1. 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 밸브 조립체로서,
   상기 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 노즐;
   상기 노즐과 연통하는 제1 단부 및 상기 저장 용기의 내부 용적과 연통하는 제2 단부를 갖는 통로;
   상기 통로의 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 가스가 통과하는 것을 차단 또는 허용하기 위해 상기 통로에 개재되는 차단 밸브; 및
   상기 노즐에 고정되는 체크 밸브
   를 포함하는 밸브 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 체크 밸브는 상기 통로와 연통하는 채널을 획정하는 본체 및 상기 채널과 연통하는 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 상기 체크 밸브를 통한 유체 유동을 방지하기 위해 상기 채널과 결합하도록 이동할 수 있고 또한 상기 체크 밸브를 통한 유체 유동을 허용하기 위해 상기 채널과 결합되지 않도록 이동할 수 있는 이동 가능한 폐색부를 포함하는 것인 밸브 조립체.
3. 제2항에 있어서, 상기 챔버는 상기 채널보다 큰 측방향 치수를 갖는 것인 밸브 조립체.
4. 제2항에 있어서, 상기 폐색부는 상기 챔버에 포함되는 것인 밸브 조립체.
5. 제2항에 있어서, 상기 채널은 상기 챔버보다 상기 통로에 더 근접한 것인 밸브 조립체.
6. 제2항에 있어서, 상기 채널은 상기 폐색부를 상기 채널과 결합하도록 편향시키기 위해 상기 챔버보다 낮은 압력에 있는 것인 밸브 조립체.
7. 제2항에 있어서, 상기 폐색부를 상기 채널과 결합하도록 편향시키는 상기 챔버 내의 스프링을 추가로 포함하는, 밸브 조립체.
8. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 가스 튜브와의 수형 연결을 위한 수나사산을 가지며, 상기 보어는 상기 체크 밸브의 수나사산과의 암형 연결을 위한 암나사산을 갖는 것인 밸브 조립체.
9. 제1항에 있어서, 상기 통로를 통한 가스의 유동을 조절하기 위해 상기 통로에 개재되는 조절기를 추가로 포함하는 밸브 조립체.
10. 제1항에 있어서, 상기 통로와 연통하는 상기 저장 용기에 흡착제를 추가로 포함하는 밸브 조립체.
11. 저장 용기로부터 가스를 분배하는 프로세스로서,
    노즐의 채널과 결합하도록 챔버의 폐색부를 편향시켜 상기 채널로부터 상기 챔버로의 유체의 통과를 방지하는 단계;
    상기 저장 용기의 내부 용적을 상기 노즐과 연통시키는 단계;
    상기 채널로부터 상기 챔버로의 유체의 통과를 허용하기 위해, 상기 채널과의 결합으로부터 상기 폐색부를 충분히 이동시키도록 상기 챔버의 압력을 상기 채널의 압력 미만으로 감소시키는 단계
    를 포함하는 프로세스.
12. 제11항에 있어서, 상기 저장 용기로부터의 가스를 상기 통로를 통과하여 상기 폐색부를 지나 상기 노즐을 통과하게 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 프로세스.
13. 제11항에 있어서, 상기 편향은 스프링에 의해 제공되는 것인 프로세스.
14. 제11항에 있어서, 상기 편향은 차압에 의해 제공되는 것인 프로세스.
15. 제11항에 있어서, 상기 챔버의 압력을 감소시키는 단계는, 상기 저장 용기의 유체가 상기 통로를 통과할 수 있게 포트를 개방하도록 구부러지는 가요성 부재에 압력의 감소를 전달하는 것인 프로세스.
16. 제11항에 있어서, 상기 챔버의 압력을 감소시키는 단계는, 상기 저장 용기의 유체가 상기 통로를 통과할 수 있도록 상기 흡착제 상에 흡착된 유체를 탈착시키는 상기 저장 용기의 흡착제에 압력의 감소를 전달하는 것인 프로세스.
17. 제11항에 있어서, 상기 폐색부는 체크 밸브에 포함되고,
    상기 노즐로부터 상기 체크 밸브를 제거하는 단계 및 상기 저장 용기를 유체로 충전시키기 위해 상기 노즐에 가스 튜브를 고정시키는 단계를 추가로 포함하는 프로세스.
18. 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 밸브 조립체로서,
    상기 저장 용기로부터 가스를 분배하기 위한 노즐로서, 보어를 획정하는 것인 노즐;
    상기 노즐과 연통하는 제1 단부 및 상기 저장 용기의 내부 용적과 연통하는 제2 단부를 갖는 통로;
    상기 통로의 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 가스가 통과하는 것을 차단 또는 허용하기 위해 상기 통로에 개재되는 차단 밸브; 및
    상기 보어에 고정되는 체크 밸브로서, 상기 통로와 연통하는 채널 및 상기 채널과 연통하는 챔버를 획정하는 외부 몸체를 포함하고, 상기 챔버는 상기 체크 밸브를 통한 유체 유동을 방지하기 위해 상기 채널과 결합하도록 이동할 수 있고 상기 체크 밸브를 통한 유체 유동을 허용하기 위해 상기 채널과 결합되지 않도록 이동할 수 있는 이동 가능한 폐색부를 포함하는 것인 체크 밸브
    를 포함하는 밸브 조립체.
19. 제18항에 있어서, 상기 채널은 상기 폐색부를 상기 채널과 결합하도록 편향시키기 위해 상기 챔버보다 낮은 압력에 있는 것인 밸브 조립체.
20. 제18항에 있어서, 상기 노즐은 가스 튜브와의 수형 연결을 위한 수나사산을 가지며, 상기 보어는 상기 체크 밸브의 수나사산과의 암형 연결을 위한 암나사산을 갖는 것인 밸브 조립체.

Images