TW422727B - Safety system for gas purifier - Google Patents

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經濟郃智慧財產局員工消費合作社印製 422727j 3960pin.doc/008 A7 _____B7_______ 五、發明說明（i ) 背景說明 本發明是有關於一種氣體淨化系統，且特別是有關於 一種具有用以中斷氣流之安全裝置與去除雜質氣體之氣體 淨化器（gas purifier)的氣體淨化系統及氣體淨化方法。 用於吸附雜質的氣體淨化器主要可分爲兩大類：吸氣 式淨化器（getter-based purifier)及催化式淨化器（catalyst- based purifier) 。 這兩大類淨化器不同處在於吸氣式淨化器 是利用不可逆的化學吸附（chemisorption)原理進行氣體純 化，當淨化器無法繼續吸附雜質時，必須加以更換；而催 化式淨化器則是利用物理吸附（physisorption)原理進行氣 體純化，當淨化器無法繼續進行雜質吸附時，可以熱處理 或化學處理等方式使淨化器再生(regenerate)。雖然催化式 淨化器具有再生特性，可以重覆使用，但其所適用之氣體 的種類及範圍較吸氣式淨化器之適用範圍狹窄。這兩種淨 化器都可去除氣體中的反應性雜質將氣體純化，當不適用 之氣體或特定雜質濃度太高之氣體通入淨化器時，或者氣 體管線故障使大氣中之氣體進入時，這兩類淨化器都會因 而失效。 使用吸氣式淨化器可以獲得半導體製程中所需之極高 純度氣體，例如氫氣(Ar)、氦氣(He)、氫氣(H2)以及氮氣(N02) 等。這類淨化器亦被稱爲吸氣管柱（getter column)，—般 都具有由吸氣材料構成之基材’用以吸附流經吸氣基材之 氣體中的雜質，將氣體加以純化。 但是由於淨化器中的吸氣材料會與高濃度的特定雜質 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 Λ*- -裝·-------訂----------产 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 422727 r 3960pifl -doc/008 ______B7______ 五、發明說明（7 ) 產生劇烈反應’因此吸氣式淨化器仍具有潛在危險性。舉 例來說’含有高濃度雜質的氣體，例如含氧的氣體，被導 入具有含锆（zirconium, Zr)吸氣材料的氣體淨化器中，會 產生放熱反應（exotherm丨c reaction)。此處含有高濃度雜質 的氣體或反應性氣體，其所指的是可與吸氣材料發生放熱 反應之氣體’而且在單位時間內，定量之氣體與吸氣材料 間放熱反應所產生的熱量，無法經由傳導或利用氣流等方 式順利消散，因此熱量會積聚於淨化器中，使淨化器溫度 急劇上升。造成此種狀況之氣體臨界量與氣體之特性有 關，亦即定量氣體與吸氣材料反應產生的熱量越高，則氣 體臨界量就越低。此外氣體臨界量還與氣體中之反應性物 種(reactive species)的濃度，以及氣體之流速等相關。一般 而言，氣體中的氧含量大於1~2%時，即會使淨化器產生 高溫之狀態，而氮則具有較低的反應性，因此當氣體中的 氮含量低於5〜6%時，仍不致於對淨化器造成任何影響。 因放熱反應而造成淨化器溫度急劇上升，將會導致淨 化器之器壁熔化。一般淨化器之器壁是以不銹鋼（stainless steel)製成，由於淨化器之器壁與吸氣材料接觸部分會反應 形成低共熔(eutectic)成分，所以在溫度約1000°C時，器壁 會熔化。當器壁熔化產生破洞時，將會破壞淨化器，並導 致嚴重的後果。因此上述之放熱反應，會造成吸氣式淨化 器之破壞並導致後續氣體純化製程之中斷。 高濃度之反應性氣體同樣會對催化式淨化器造成毀 損。在催化式淨化器所使用之催化材料中，廣爲人知並使 5 ---.·--------^-裝--------1τ---------·ϊ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張又度適闬中國围家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 3960pifl ,doc/〇08 42272 7 A7 B7 五、發明說明（乃） 用於純化氮氣的材料是含鎳之沸石。在與常壓氣體接觸的 情況下’含鎳之沸石基材可加熱到600〜S〇〇°C的溫度，但 是會形成一氧化鎳(nickel oxide，NiO)，並使基材產生燒結 顆粒’因而導致淨化器無法再生使用。 基於前述造成氣體淨化器失效無法使用的因素，因此 需要一種配置於氣體淨化器之安全裝置，在含有高濃度雜 質的氣體被導入裝有淨化材料之淨化器時’可以保護氣體 淨化器’避免器壁被破壞。爲確保氣體淨化器不被破壞， 所以安全裝置必須非常可靠。換言之，此安全裝置必須容 易安裝、成本低廉，而且不會發生故障或送出假警報，因 此可避免破壞半導體製程設備造成損失。 圖式之簡單設明: 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂’下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 第1圖繪示依照本發明之第一實施例，一種氣體淨化 系統’其氣體淨化器及安全系統之裝置示意圖； 第2圖繪示依照本發明之第二實施例，一種氣體淨化 系統’其氣體淨化器及安全系統之裝置示意圖； 第3圖繪示依照本發明之第三實施例，一種氣體淨化 系統，其氣體淨化器及安全系統之裝置示意圖； 第4圖繪示依照本發明之第二實施例，另一種氣體淨 化系統，其氣體淨化器、安全系統及控制單元之裝置示意 圖； 6 ------------- ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------浐！ 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張K度通用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（c ) 第5圖繪示依照本發明之第二實施例，又一種氣體淨 化系統，其氣體淨化器、安全系統及控制單元之裝置示意 圖； 第6圖繪示依照本發明之第四實施例，一種氣體淨化 系統，其氣體淨化器及安全系統之裝置示意圖； 第7圖繪示依照本發明之安全裝置第一實施例，一種 氣體淨化系統之安全裝置的示意圖； 第8圖繪示依照本發明之安全裝置第二實施例，一種 氣體淨化系統之安全裝置的示意圖； 第9圖繪示依照本發明之安全裝置第三實施例，一種 氣體淨化系統之安全裝置的示意圖； 第10圖繪示依照本發明之安全裝置第四實施例* 一 種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖； 第11圖繪示依照本發明之安全裝置第五實施例，一 種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖；以及 第12a圖與第12b圖繪示依照本發明之安全裝置第六 實施例，一種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖。 圖式標號之簡單說明·_ 10、10’、10” ：氣體淨化系統 12 :氣體淨化器 14 :安全系統 16 :淨化室 18、104 :進氣口 20、106 :排氣口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I » -裂·-------訂·--------.^' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 422727 3960pifi .doc/008 ____B7五、發明說明（i：) 20a ' 20b ' 100、130、150 ' 160 ' 170 ' 200 :安全裝 置 21 :逆行流向 22 :未純化氣體源 24 :主氣體管線 28 :需氣環境 30 ' 32 :分支管線 34、36 :排氣孔 40、44 :輸入分支管線 41a、41b、45a、45b :整流閥 42、46 :輸出分支管線 43a、43b :流量控制元件 47a、47b、56、62 :控制閥 50、50’ ：控制單元 52、54、58、60、68、74、112、140 :訊號線 66、72 :排氣閥 70、76 :排氣管線 102、134、152 :圓柱容器 105 :吸氣材料前緣 108、136、164 ' 172 :吸氣材料 110、138 :熱電偶 114 :移動老化前緣 132 :支撐條 154、176、206、208 ··金屬燈絲 A7 (請先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 裝

1Γ---------VI 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 經濟部智慧財產局R工消費合作社印製 42272 7 at 3960pifl.doc/008 __B7_____ 五、發明說明（么） 156、180、212 :電流源 162 :皺摺構型金屬條 166、174、202、204 :反應室 168 :熱傳遞方向 169 :輻射屏蔽物 178 :彈簧 214、216 :電阻 220 :接地端 222、224 :節點 較佳青施例之詳細說明 本發明之較佳實施例將配合所附之圖式，分別說明如 後。 安全系統 請參照第1圖，其所繪示的是依照本發明之第一實施 例，一種氣體淨化系統之裝置示意圖，在氣體淨化系統10 中包括氣體淨化器I2及安全系統I4。其中氣體淨化器12 包括具有進氣口 18及排氣口 20的淨化室16。 由未純化氣體源22所提供之含有雜質的氣體，經自 主氣體管線24從進氣口 18流入氣體淨化器I2中。氣胃 經氣體淨化器12純化之後，由排氣口 20流出，進入主氣 體管線24中並被導入需要使用純化氣體的需氣環境28, 例如半導體製程所使用的反應室等。其中氣體淨化$ 12 包括吸氣式淨化器與催化式淨化器，雖然本發明中^&^ 氣式淨化器進行說明，並特別著重於吸氣材料及吸氣 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-0 I n n n n n^-OJ« l^i n I I 本紙掁尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） A' 422727 3960pifl .doc/Cr〇8 五、發明說明（^)) 化器，然而並非用以限制本發明之範圍。因此本發明之安 全系統可適用於其他種類之淨化器，例如使用鹼金屬去除 氣體中氧化物種之淨化器。此外，例如使用以含鎳之沸石 作爲基材之催化式淨化器，並配合安全系統，對於其所適 用氣體進行純化時，可獲得與使用吸氣式淨化器相同的淨 化效果。 作爲氣體淨化器12之吸氣式淨化器，其整體架構爲 熟習此技藝者所熟知。氣體淨化器12之淨化室16係由具 有較佳機械強度及耐高溫特性之材料所構成，例如是金屬 性材料，在本實施例中，淨化室16之材質較佳的是使用 不銹鋼。如熟習此技藝人士所熟知，在氣體淨化器12中 內部還包括器壁與吸氣幫浦或吸氣基材（未顯示於圖中）， 以利氣體純化之進行。欲純化之氣體流經吸氣基材時，吸 氣材料會吸附其中所含之雜質，因而將氣體純化。一般可 購得並適用於純化氣體之吸氣材料，即可用於製作吸氣基 材’而構成吸氣基材之吸氣材料的形狀包括九狀(pellet)、 錠狀(pill)、粉末狀(powder) ’顆粒狀(gr_le)或其他適合 的形狀。舉例來說’用於純化如氬氣、氦氣等惰性氣體(n〇ble gas)的較佳吸氣材料中’包括由義大利米蘭SAES better S.P.A.公司所販售的St7〇7™合金與Stl〇1⑧合金。其中 81707祝合金係由70%的銷（21〇、24.6。/。的釩（仰抑(1丨11111，¥) 與5.4%的鐵(i_，Fe)所構成，而St 1〇1⑧合金則是由84% 的銷(Zr)與16%的鋁(aluminum，A丨)所構成。用以純化氮氣 之較佳吸氣材料中，則包括由義大利米蘭SAES Getter 〈請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) -- -裝 -------訂---------^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張K度適用中囷园家標準（CNS)A‘l規格（210 X 297公餐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 422727 五、發明說明（¾ ) S_p.A.公司所販售的Stl98™吸氣材料，而stl98™吸氣材 料係由鐵化二锆(Zr2Fe)化合物所構成。 爲避免大量雜質氣體進入氣體淨化器12中，與吸氣 材料產生劇烈反應’造成淨化器毀壞，使安全發生顧慮， 對環境產生危害，因此本發明中之安全系統14係用以保 護氣體淨化器12。本發明之安全系統14還包括用以感測 含高濃度雜質之反應性氣體的安全裝置20a與20b，而較 佳的安全裝置是在感測到含高濃度雜質之反應性氣體時， 會發出電子警報訊號。當控制單元接收到警報訊號，會控 制閥件以保護淨化器，其運作方式將於後詳述。在本實施 例中，安全裝置20a是配置於主氣體管線24中，使所有 流經管線的氣體都會通過此一安全裝置20a。 進氣端安全裝置20a較佳的裝設位置是在氣體流入瓦 瓦淨化器12的上游部分，相對於排氣端安全裝置20b，進 氣端安全裝置20a是用來偵測任何以正常流向通過主氣體 管線24含雜質的氣體，並與其產生反應，所以進氣端安 全裝置20a必須能夠承受較長的使用時間。在正常運作時’ 進氣端安全裝置20a需要有較長的最低使用壽命；而在緊 急情況時，進氣端安全裝置20a則需要有快速反應能力’ 因此進氣端安全裝置20a必須擁有能夠兼顧上述兩種相互 牽制之需求的反應性，其中最低使用壽命之需求約爲六個 月。相較之下，排氣端安全裝置20b則可以具有較高的反 應性，而且可以是一種”只用一次”(〇ne-shot)的裝置’其結 構與安全裝置20a之結構將於後詳述。由安全裝置發出的 --------------裝-------訂---------r'· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公t )

經濟部智慧財產局員工消費合作社印S 42〜7 3960pifl .doc/008 五、發明說明) 電子警報訊號與控制單元之間的運作，將於後配合第4圖 再加以說明。 排氣端安全裝置20b則是配置於氣體流經氣體淨化器 12的下游部分，防止氣體以逆行流向21回流至氣體淨化 器12中。例如系統故障、製程之需要或其他因素，含雜 質氣體的氣流將被中止’使其無法從主氣體管線24流入 氣體淨化器12，造成氣體淨化器12的內部壓力低於主氣 體管線24下游部分的壓力，導致大氣或管線下游部分的 氣體由主氣體管線24回流，此即所謂的逆向擴散 (backdiffusion)。與逆向擴散類似的逆流(backflow)狀態， 則是由於淨化器上游部分的壓力低於淨化器下游部分時所 產生的，此處將逆向擴散與逆流兩種現象統稱爲逆流。此 外，淨化器運作發生錯誤時，亦會造成含雜質的氣體以逆 行流向21回流。由於逆流可以在未純化氣體源22被隔離 的狀態下發生，所以排氣端安全裝置20b可以是只用一次 的裝置，其中具有高反應性材料，用以感測短時間內所流 入之大量含雜質的不純氣體，其細節在將於後詳述。 將安全裝置20a與20b設於主氣體管線24中，氣體 不需流經由主要之氣體管線分離出來的分支管路，因此具 有不耗費氣體的優點。然而，此種構型會使氣體管線截面 積縮減，當系統需要高流率(flow rate)之氣體時產生問題。 此外，在更換安全裝置20a或20b時，必須中斷主氣體管 線24與淨化器之運作。而本發明之安全系統Η以及/或 者安全裝置20a和20b還可以與其他的安全系統或安全裝 12 -----------I裝--------訂---------产-、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（幻Οχ 297公釐） 42”27 396〇Pm 一 B7 ----—---—' '' 五、發明說明（（G ) 置連接使用。 請參照第2圖，其所繪示的是依照本發明之第二實施 例，一種氣體淨化系統之裝置示意圖’在氣體淨化系統1〇, 中包括氣體淨化器12及安全系統μ。其中氣體淨化器12 及主氣體管線24與第1圖所示類似，而安全裝置20a及2〇b 也與第一實施例相仿，其結構將配合第7圖至第u圖於 後詳細說明。 在氣體淨化系統1〇’中’包括配設於主氣體管線24導 出之分支管線上的安全裝置20a與20b。例如’進氣端安 全裝置20a是經由分支管線30與主氣體管線24連接，而 排氣端安全裝置20b則是經由分支管線32與主氣體管線24 相連。此外，安全裝置20a及20b還分別具有排氣孔34 和36，經由排氣孔可以把通過安全裝置的氣體排放至空氣 中。 此種構型之氣體淨化系統，流經主氣體管線24的部 分氣體會被導入分支管線中，並通過安全裝置2〇a及20b 再被釋出至大氣中，因此會造成部分氣體的流失，而流失 氣體與流入系統之氣體的比例約爲1/100-1/1000。舉例來 說，一般淨化器之氣體流量約爲5~50立方公尺/每小時 (m3/hr)，亦即其流量約爲85〜850公升/分鐘(liters/min)， 就此一流量而言，流入安全裝置並由排氣孔釋出的氣體流 失量約爲〇,8〜0.9公升/分鐘(liters/min)。然而，由於此種 氣體淨化系統之氣體管線焊接接合點數量可降至最低，因 而具有結構較易裝設，可減少可能的污染源等優點。除此 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝*--- 訂---.------疒 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 私纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 5122727 3960pifi .d〇c/〇〇8 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（（（） 之外’與第一實施例不同之處，是在更換安全裝置2f)a或 20b時’不需中斷氣體純化製程。 請參照第3圖’其所繪示的是依照本發明之第三實施 例’一種氣體淨化系統之裝置示意圖，在氣體淨化系統10” 中包括氣體淨化器I2及安全系統14 〇其中氣體淨化器12 及主氣體管線24與第1圖所示類似，而安全裝置20a及20b 也和前述實施例相仿，其結構將配合第7圖至第11圖於 後詳述。 於氣體淨化系統10”中，包括與主氣體管線24並聯裝 設的安全裝置20a及20b。因此，進氣端安全裝置20a還 包括由主氣體管線24導出之輸入分支管線40，可將氣體 引入安全裝置之輸入端；而輸出分支管線42則是用以連 接安全裝置之輸出端與主氣體管線24。由於此種氣體淨化 系統可將流入安全裝置之氣體導流至主氣體管線，所以不 會使氣體流失到空氣中而造成耗損。排氣端安全裝置20b 之架構與進氣端安全裝置類似，具有輸入分支管線44及 輸出分支管線46。此外在主氣體管線24上，介於安全裝 置20a(20b)的氣體輸入接點與氣體輸出接點之間，還可以 裝設流量控制元件，用以將具有適當壓力且適量的氣體導 流至安全裝置中。 由於連接在安全裝置兩端的分支管線分別與主氣體管 線上的兩個接點相連，與第二實施例(如第2圖所示)比較， 此種氣體淨化系統的構型較爲複雜，並可能因而引進污染 物。除此之外，使用並聯之構裝亦可能導致氣體管線之壓 ----.---------i! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr----------^、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（2Κ)χ297公釐） 經濟部智.«財產局員工消費合作祍印製 A227 2 7 A7 3960pif l .doc/008 ____B7_______ 五、發明說明（丨V) 力下降。 在前述三個實施例中，其安全裝置與氣體管線各有不 同的連接方式，而在單一的安全系統14中’可以合倂使 用上述各種不同的連接方式。因此’在單一的安全系統14 中，進氣端安全裝置20a可以採用第1圖所示之串聯方式 與氣體管線聯結，而排氣端安全裝置2〇b則可採用第2圖 所示之T字構型（“tee” configuration)聯結方式與氣體管線 相連。 請參照第4圖，其所繪示的是依照本發明之第二實施 例，另一種氣體淨化系統，其氣體淨化器、安全系統及控 制單元之裝置示意圖。此種氣體淨化系統1〇’與第2圖所 示類似，但在氣體淨化系統10’中還包括控制單元，而控 制單元亦可以應用於其他實施例之氣體淨化系統。 如第4圖所示，當安全裝置2〇a或20b感測到大量的 反應性氣體時，控制單元50將會進行保護氣體淨化器12 之緊急程序。在本實施例中，當高濃度之反應性氣體爲安 全裝置20a所感測到時，安全裝置20a會發出警報訊號， 並經由訊號線52傳輸至控制單元50。控制單元50在接收 警報訊號後，會經由訊號線54將關閉訊號傳送至控制閥 56。其中控制閥56是配置於主氣體管線24上，且位於氣 體淨化器12的進氣口 18之前。控制閥56在接收關閉訊 號後，則會關閉管線，防止氣體進入氣體淨化器12。控制 單元50亦可經由訊號線54將打開訊號傳輸至控制閥56， 使控制閥56打開，讓氣體流入氣體淨化器12。 -----------.、裝 --------1T·--------1,^.、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本適用10园家標準(CNSM4規格^忉“耵公爱）

42272T 3960pifl.doc/008 五、發明說明（p) 同樣地，當排氣端安全裝置20b感測到大量反應性氣 體逆流時，可經由訊號線Μ將警報訊號傳輸至控制單元 50。而控制單元50則是利用訊號線60，將關閉或打開訊 號傳輸至配設於主氣體管線24上、氣體淨化器12排氣口 20之後的控制閥62。位於主氣體管線24上之控制閥62 的開合，係由控制單元50輸出之訊號所管制。當反應性 氣體導致突發狀態時，對應於突發狀態產生的區域’控制 單元50會使控制閥56或62關閉，以隔離反應性氣體。 在本較佳實施例中’不論突發狀態區域爲何’控制單元50 會同時關閉控制閥56及62 ’以因應突發狀態。因此可以 避免只關閉其中一個控制閥時，由於壓力差與氣體濃度之 梯度對淨化器中其他區域所造成的污染。 控制單元50可由許多不同的方式 '組件所構成’例 如：由分離的邏輯組件、微處理器，以及/或者用以控制 閥件動作、訊號之輸出/輸入的軟體所組成，以及/或者是 以軟體及硬體搭配組成，以提供控制單元50所需之功能。 用以控制訊號之輸出/輸入及運作的控制單元50，其所需 之控制元件及其使用之控制方法，皆爲熟習該技藝人士所 周知。 請參照第4圖，在如第2圖、第4圖 '以及/或者第5 圖之安全裝置20a及20b的Τ字構型中，還包括其他可供 選用之組件。其中整流閥(check valve)4la及45a分別配置 在安全裝置20a之進氣端及排氣端，用以防止氣體由排氣 孔回流至主要氣體管線；而流量控制元件或流量控制孔43a (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------产 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） Α7 Β7 422727

3960pifl .doc/ODS 五、發明說明（β) 則是裝設於安全裝置20a的進氣端之前，以調節通過安全 裝置之氣體流量；此外在分支管線上還裝有控制氣體流入 安全裝置的控制閥47a。同樣地，安全裝置20b之前後分 別配置有控制閥47b、整流閥41b及45b與流量控制元件 43b。 請參照第5圖，其所繪示的是依照本發明之第二實施 例，又一種氣體淨化系統，其氣體淨化器、安全系統及控 制單元之裝置示意圖。如第5圖所示，此種氣體淨化系統 10’與第4圖所示類似，使用控制單元50’控制淨化室氣體 排放，可進一步保護氣體淨化器12。 如第5圖所示，控制單元50’可以經由訊號線52及58， 分別接收由安全裝置20a及20b發出之警報訊號，並可藉 由訊號線54及60，將打開/關閉訊號分別傳送到控制閥56 及62。此外，控制單元50’還可經由訊號線68，將打開或 關閉訊號傳送至排氣閥66，以控制其開關，當排氣閥66 打開時，氣體淨化器12中的氣體會經由排氣管線70排放 到大氣之中。同樣地，控制單元50’可經由訊號線74，將 打開或關閉訊號傳送至排氣閥72，以控制其開關，當排氣 閥72打開時’氣體淨化器I2中的氣體會經由排氣管線％ 排放到大氣之中。 突發狀態產生時，利用排氣閥66及72可將氣體淨化 器I2中大部分的反應性氣體排出。例如：淨化器通常是 在定壓下運作’當緊急情況發生時，控制單元5〇,會使淨 化器進氣口控制閥56與排氣口控制閥62關閉，將氣體淨 — — — — — — — — — — —/1 i - I I— I I I I I ^ 1111111> .. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 271 3960pifJ d〇c/008 五、發明說明（（f) 化器12隔離起來。在緊急情況發生之初，安全系統會使 氣體淨化系統停止運作，在被隔絕的氣體淨化器12中之 氣體’其成分中大部分是將在淨化器工作壓力下被純化之 含雜質的氣體。由於突發狀態之種類不同，大量的反應性 氣體將會由進氣口或排氣口回流，因此淨化器中的臨界區 域（亦即淨化器中達到高溫之區域）是位於鄰近進氣口或鄰 近排氣口的區域。當最接近反應性氣體之排氣閥被打開 時，高於常壓的氣體會由淨化器中逸出，並通過反應性氣 體所造成之臨界區域，因此會產生兩種效應：由氣流將熱 量移除，使臨界區域的溫度下降；反應性氣體也因氣流帶 動而被排出。 爲避免氣體回流至淨化器之中，可以調整排氣閥66 及72，使淨化器內外之氣體壓力差値爲特定値，以確保在 淨化器內部壓力仍大於常壓時，氣體即已停止向外流出。 不過，在欲純化之氣體具有危險性（例如在高溫下與空氣 接觸會產生***的氫氣）或毒性(例如含鹵素之氣體、氨氣 等）時，將避免使用排氣閥排氣，以防止危險。在前述之 實施例中，排氣閥可與廢氣管線連接，經由位於廢氣管線 末端的洗氣器(scrubber)或其他裝置減少危險氣體之排出。 在上述所有的實施例中，排氣閥可以配置於氣體淨化器12 的進氣口及排氣口兩者或其中之一 β 此外，可將熱電偶(therm〇c〇upie)配置於淨化器中鄰近 進氣口 18及排氣口 2〇之處，用以偵測臨界區域之溫度。 而控制單元50’則可與熱電偶連接’並藉由熱電偶偵測溫 I--- ---— — — If— -111 I — I — · I ( I---I I h (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙Ϊ民尺度遶用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 422727丨 3960pjfl .doc/008 五、發明說明（p ) 度之變化，所以當緊急情況發生時，只有對應於產生高溫 之臨界區域的排氣閥會被打開，而不會將兩個排氣閥都打 開’由於所有向外流出之氣體都會通過臨界區域，因此可 以改善安全裝置之效率。 請參照第6圖，其所繪示的是依照本發明之第四實施 例’一種氣體淨化系統，其氣體淨化器及安全系統之裝置 示意圖，其中安全裝置是位於氣體淨化器I2的兩端。例 如’將安全裝置2〇a裝設於吸氣管柱淨化器的前端，在欲 純化之氣體還未到達氣體淨化器I2中的吸氣材料時，先 行對其進行檢測，此種構造與第1圖類似。與前述之實施 例’高濃度之反應性氣體被安全裝置所測知時，導Λ之氣 流將會被中止，或被導流至其他區域，使其無法進入氣體 淨化器12中。同樣地，安全裝置20b則是裝設於淨化器 排氣口端，用以偵測逆流之氣體。 上述所有實施例可以不同方式組合，以獲得不同結構 之安全的氣體淨化系統，因此根據本發明可以架構出各種 不同的之氣體淨化系統。 安全裝置 本發明中之安全裝置20a及20b，可由不同的方式構 成’其較佳之實施例將於後詳述。 吸氣材料筒 請參照第7圖’其所繪示的是依照本發明之安全裝置 第一實施例’一種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖。在 則述實施例中之安全裝置2〇a及20b，其構造如第7圖安 -----------、裝--------tT'---------^-,/ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱〉 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 .Q A7 __，⑴一 B7_____ 五、發明說明（〇 ) 全裝置100所示’其中小型圓柱容器l〇2具有進氣口 1〇4 與排氣口 106,且其所使用之材料能夠承受圓柱容器1〇2 中吸氣材料108的工作溫度’例如約爲400°C。而安全裝 置2〇a及2〇b之操作溫度與所使用之吸氣材料的幾何形 狀’以及其他如流經安全裝置之氣體流率等因素之影響。 於操作溫度時’圓柱容器i〇2不會與吸氣材料產生反應。 安全裝置中之吸氣材料可使用不同於氣體淨化器12中的 吸氣材料，但通常都是使用同一種吸氣材料。與淨化器之 作用相同，大量反應性氣體與安全裝置中吸氣材料接觸發 生反應，使安全裝置測知吸氣材料溫度之上升，其溫度上 升之幅度較淨化器低。在使用安全裝置時，可將圓柱容器 加熱至操作溫度，以利其運作’其中圓柱容器之操作溫度 約爲350〜4〇0°C的’加熱則是例如使用盤管加熱器（coil heater)或其他加熱裝置進行。 在不與吸氣材料反應之氣體中，其中所含會與吸氣材 料產生作用的雜質’即是所謂的反應性氣體。在正常操作 情況下’單位時間內與吸氣材料接觸之反應性氣體量足以 使得系統達到穩定狀態’亦即單位時間內由氣體與吸氣材 料作用所產生的熱可被系統所排除，因此系統的溫度係由 外部加熱器所維持。其中外部加熱器例如使用於吸氣式氣 體淨化器之外部加熱器’可以應用於本發明其他實施例之 中。在突發狀態下，單位時間內大量反應性氣體會與吸氣 材料接觸並反應’由於反應所產生之熱量無法消散，因而 導致安全裝置溫度上升超過預設溫度値。 20 ------------裝--------訂---------产/ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公楚） 42272 7 3960pifi ,d〇c/〇〇8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印p; 五、發明說明（戌） 爲偵測放熱反應時，周於正常操作溫度之增加量，因 此可在安全裝置之中配設熱電偶(thermocouple) 110。如第 7圖所示，熱電偶110是裝設於吸氣材料1〇8中，其位置 與吸氣基材108之前緣1〇5的距離爲d，而控制單元50則 是經由訊號線112與熱電偶110連接。爲避免使氣體純化 過程產生不必要之中斷，因此必需預先了解溫度之統計漲 落（statistic fluctuation)可能產生的影響。依照上述之目的， 在使用安全裝置時，需要先設定預設溫度T的起始値，當 溫度超過起始値時，產生警報訊號。通常淨化器與安全裝 置的工作溫度約爲350〜600°C，而淨化器之器壁至少可以 承受約1000〜1100°C高溫；所以設定預設警報溫度時，具 有相當大的選擇餘地。然而，由於安全裝置的反應時間必 須儘量縮短，因此警報溫度不能設得太高。一般而言，與 安全裝置連接之電子元件或控制單元50是被預先設定好 的，當安全裝置中熱電偶所感測到之溫度高於淨化器工作 溫度約5〇〜l〇(TC時，會發出警報訊息。後續所進行之測試， 是將警報溫度與工作溫度之差値分別設定成50°C或高於50 °C，以及l〇〇°C或高於100°C兩種。 安全裝置之詳細結構已經過初步的測試，其結果如 後。爲避免將過多的氣體由主氣體管線24中導入安全裝 置之中，所以安全裝置進氣口的尺寸必需小一點，因此在 上述條件下，可使用不同口徑之進氣口，例如進氣口之直 徑約爲1吋至3/8吋。特別是當安全裝置中使用之吸氣粉 末的顆粒尺寸低於212微米(micron)時，較佳之進氣口直 本紙張尺度適用中园國家標準（CNS)A4規格（210x297公楚） — 丨 — — — — — 丨 — — If — --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言

<2272 7 , Λ7 39&〇pifl .doc/008 — ______B7______- 五、發明說明（叫） 徑約爲1/2吋。若使用不同的吸氣材料時，其進氣口所適 用之較佳口徑亦隨之改變。 安全裝置之老化(aging)現象’特別是安全裝置20a的 老化，則是另一個重要關鍵。在正常使用狀態下，含雜質 的氣體會通過安全裝置，其所含之雜質將被安全裝置中的 吸氣材料吸附，使得吸氣材料雜質吸附能力逐漸降低而失 效。當含雜質的氣體被導入安全裝置時’流經安全裝置之 氣體中的雜質，是和吸氣材料中未與氣體發生作用之部分 產生反應。所以在未反應吸氣材料中會形成移動前緣（或 稱爲老化前緣）114，並隨使用時間的增加’由安全裝置的 進氣口 104逐漸向排氣口 1〇6移動。當突發狀態發生時’ 過量之氣體雜質將於第一未反應吸氣區域’與未反應吸氣 材料產生作用，其中第一未反應吸氣區域亦即前述會移動 的老化前緣Π4。 熱電偶110的最佳裝設位置，是在氣體之雜質與吸氣 材料產生反應的反應區域，相對於熱電偶之固定位置’反 應區域前緣則是隨著老化前緣移動。在全新的（fresh)安全 裝置中，熱電偶之最佳位置是在最接近進氣口之吸氣基材 或其他結構的前緣。例如，將熱電偶110裝設於距離進氣 口約0.2公分的位置，以確保熱電偶被埋置於吸氣材料之 中。安全裝置的使用壽命約爲六個月左右’在標準操作狀 況下，安全裝置經六個月使用後，其吸氣基材之老化前緣 向前移動約〇·7公分。在安全裝S中，吸氣基材是裝配於 距離進氣口約0.2公分的位置，經過六個月（使用壽命末期) 22 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------1Τ·---------,^·, 經濟部智慧財產局I工消費合作社印*'J衣 本紙張又度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） Λ7 Λ7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（>心） 使用後’由測試得知，其警報偵測時間約爲全新安全裝置 之偵測時間的三倍。在淨化系統使用並老化的期間，淨化 器無可避免的會漸漸耗費殆盡而失效，淨化器中吸氣材料 之反應性也會逐漸降低，因此以較長的警報偵測時間，即 可防止淨化器容器破壞所導致的嚴重後果。由此可知，將 熱電偶固定安裝於安全裝置中，距離進氣口約0.2公分的 位置（£i=0.2Cm) ’可以適用於安全裝置所有使用壽命期間。 而熱電偶所適用之材料包括鎳/鎳鉻（Ni/NiCr)，其中包括 兩條連接於距進氣口約0·2公分的裸線(bare wire)。 安全裝置中吸氣材料的形狀有很多種，其中使用粉末 狀吸氣材料較錠狀吸氣材料之效果佳，因爲粉末狀吸氣材 料在偵測到氣體中之雜質並產生反應時，其反應之均勻性 較佳。而用以放置吸氣材料之容器，其材料較佳的是不銹 鋼或玻璃。由於玻璃具有透明或半透明之特性，所以使用 玻璃製吸氣材料容器，可以檢測熱電偶在安全裝置中的適 用位置。 偵測含雜質氣體所造成之危險程度所需的偵測時間， 可以用來判斷安全裝置是否適用於本發明之安全系統。在 以下所述的測試中’是以氧氣作爲雜質氣體，使用不同特 定濃度的氣體測試時’至少分別進行三次量測。而安全裝 置中係使用細微粉末之吸氣材料，例如顆粒尺寸小於212 微米之St707™吸氣材料。將含氧濃度不同之氬氣通入安 全裝置中，並使其線性流速維持約18.5公分/秒(cm/see)， 以獲得較佳的流動狀態。測試的結果如表！所列，其中第 23 (讀先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 、裝--------訂---------μ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 422^2 * Α7 3960pifl .d〇c/008 _______—--- 五、發明說明（）（） 一

2行所編列的是安全裝置感測之溫度高於操作溫度約50°C 所需的時間’第3行所編列的則是感測溫度高於操作溫度 約100T：所需的時間。如表1所列’含氧濃度相同之氬氣， 由於熱電偶裝設位置之略微變化’因而使其反應時間亦有 些微不同。 同時進行實際之測試及理論數據之探討’以確定淨化 器損壞前安全裝置產生功效所需之臨界時間。其中分別對 淨化器進行測試，以測知其臨界時間；並經由模擬測試結 果並最佳化後，建立理論模型’以獲得臨界時間之理論數 據。將氧含量約1%的氬氣通入安全裝置中’經過約46.5 秒之後，淨化器之溫度可達約480°C。因此以安全裝置之 40秒反應時間而言，就足以在系統達到臨界溫度之前停止 其運作。相同的反應時間亦適用於氧含量約1.5%的氬氣。 以氧含量約2〜3%之氬氣而言，淨化器達到臨界溫度(約 1000°c)所需的時間約爲25秒，而安全裝置感測到溫度高 於操作溫度約50°C所需之反應時間約爲15秒，因此可以 保護淨化器安全運作^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝---- 1T-——.------沪 經濟部智«-財產局員工消費合作社印製

本紙張尺度遇用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） * 3960p]f丨.doc/008 Λ7 B7 五、發明說明（7.1) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表1氬氣中雜質含量與反應時間之關係 氬氣中之氧含量(％) 反應時間+50°C (秒) 反應時間+l〇〇°C(秒） 1.00 40 未達指定溫度 1.00 53 未達指定溫度 2.00 29 65 2.00 12.5 21.5 2.00 15 30 3.00 8 10.5 3.00 10.5 17.5 3.00 14 17.5 10.00 7.5 9 10.00 8.5 11 10.00 7 10.5 20.00 5.5 7.5 20.00 3.5 4 20.00 3.5 4 空氣 2.5 3.5 空氣 2.5 3.5 空氣 2.5 3.5 將含氧量約10°/。之氬氣導入淨化器中，產生反應所需 之臨界時間約爲8秒。在臨界時間內，使用控制單元控制 排氣閥，並關閉淨化器進氣口與排氣口的控制閥（如第5 圖所示），則可以防止淨化器損壞。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝·— 訂---------产 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 五 Λ7 B7 vf ， 3960pifl ,d〇m>0® 發明說明) 將含氧量約20%的氬氣通入標準吸氣管柱中，由實驗 結果顯示，安全裝置的反應時間約爲3〜5秒，已足夠使控 制單元控制排氣閥並關關淨化器進氣口與排氣口的控制 閥，保護淨化器不被破壞。 使用主要由氮氣及氧氣混合而成的空氣進行測試時’ 其結果與前述使用含氧的氬氣不同，因爲氮氣會與某些吸 氣材料產生反應，例如St707™吸氣材料。如表1所列， 由於氮氣之反應特性，因而導致反應時間大幅縮減。然而， 由實驗測試得知，配合以控制單元控制進氣口及排氣口控 制閥與排氣閥，使用安全裝置即可適時保護淨化器。 另一組實驗則是使用不同的吸氣材料，以Stl98™取 代St7〇7™進行測試。SU98™吸氣材料是用以純化氮氣之 較佳材料’其工作溫度約爲350°C，以含氧的氮氣進行測 試，其結果如表2所列。 氮氣中之氧含量(％) 反應時間+50°C (秒） 3 18.5 10 — 1 ------- 6 20 」 -------- 5.4 空氣 ------〜 / 除了統rP漲落的影響外，以丨⑽很及St7〇7TM吸氣材 的反應時間類似。Stl98™材料與氧氣產生放熱反應之效果 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---------訂·-------•轉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用肀國國家標準（CNS)A4規格（210 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A22f^7 396〇pifl .doc/008 ^ _____ B7 _____ 發明說明（·?/) 較St707™材料低，但是當溫度因反應而升高以致超過4〇〇 t時’ Stl98™材料會開始與氮氣作用，增加反應所產生的 熱量，導致偵測時間縮短。 當欲純化之惰性氣體中含有氮氣時，會導致使用 St7〇7™吸氣材料之淨化器失效。因此在淨化器溫度維持在 約400°C的情況下，將含氮濃度不同的氬氣通入淨化器中， 對使用St707™吸氣材料之淨化器進行測試，以評估保護 此種淨化器的可能性，其結果如表3所列。 表3使用含氮之氬氮的測試結果 氬氣中之氮含量(°/〇) 反應時間+50°c (秒） 6 未達指定溫度. 10 14 14 15 20 10.1 100(純氮氣） 4.9 由於使用氮含量約6%之氬氣進行測試時，並未達臨 界範圍，因此安全裝置不會升高至指定溫度450°C。使用 標準吸氣管柱並通入純氮氣進行測試，經6.5秒後，其溫 度可達65〇°C，而安全裝置於通入氮氣4.9秒後發生作用， 所以能夠有效防護淨化器。因爲氮含量約6%的氣體不致 於對系統造成危害，而且使用安全裝置可以防止淨化器發 生危險狀況，因此表3所列示之反應時間，已足夠使安全 27 I ---------If I 4 ---- (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁)

1T·---------V 本紙張义度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 五、發明說明（式） 裝置在所有的情況下得以保護淨化器》 覆有吸氣材料的吸氣悴 請參照第8圖，其所繪示的是依照本發明之安全裝置 第一實施例，一種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖。在 前述實施例中之安全裝置20a及2〇b，其構造如第8圖安 全裝置130所示，其中包括表面覆有吸氣粉末之金屬或基 板支撐條（support stripe)。位於圓柱容器1M中之金屬支 撐條132的材質例如是不銹鋼，此外可採用加網印刷（screen printing)方式使吸氣材料136被覆於金屬支撐條132表面。 而加網印刷係爲已提出專利申請之方法，其專利申請序號 爲No. 08/855,080，此處提及以做爲參考。製作支撐條的 方法’例如使用加網印刷法，將SU22吸氣粉末覆蓋於長 度約爲10公分、寬度約爲1公分、厚度約爲20微米之鎳 鉻合金(Nichrome)薄片的表面，而Stl22吸氣材料係由鈦 金屬粉末(titanium powder)與St707™合金粉末混合而成。 被覆於鎳鉻合金薄片表面之吸氣粉末，其厚度的變化範圍 約介於7〇微米與200微米之間(第8圖中所繪之相對尺寸 較大）。在其他實施例中，可以使用不同的材料及其尺寸， 例如可使用由St7〇7™合金粉末及銷金屬粉末混合而成的 Stl72吸氣材料。 此外，也可以採用其他的方法將吸氣材料覆蓋於支撐 條之表面，例如爲熟習粉末冶金者所熟知的冷軋法（C0ld rolling);或如專利申請公開號W〇95/23425文件中所述 之噴霧法(spraying)等，以及其他可供參考之相關資料。熱 28 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----

訂------------V 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中阀囤家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 422727 3960pm .doc/008 A7 B7 五、發明說明（“） 電偶138則是耦接於金屬支撐條132，並經由訊號線140 與控制單元50相連接。在使用安全裝置時，最好能使用 如盤管加熱器或其他加熱器，將安全裝置加熱至操作溫 度’例如約500°C，以利其運作。 此種安全裝置之操作原理與第7圖所示之安全裝置相 同，亦即使用熱電偶偵測安全裝置的溫度，當安全裝置的 溫度高於穩定操作溫度約50°C或i〇〇°C時，發揮其保護功 用，其中熱電偶是將鎳金屬線140與鎳鉻合金線M0焊接 於金屬支撐條上所構成。前述之實施例，主要是以氧氣爲 雜質氣體進行測試，然而其實驗結果可以推廣至欲純化氣 體中的氮或其他雜質。 以下所述之參數包括氧含量、安全裝置之老化 '安全 裝置之形狀（平坦或彎曲）、操作溫度以及被覆於支撐條上 吸氣材料的厚度等。例如，將覆有吸氣材料之支撐條置於 直徑約爲1吋、長度約爲5吋的不銹鋼圓柱容器中，其中 支撐條具有平坦而不彎曲的形狀，且平行於氣流方向。在 溫度約爲4〇〇〜5〇〇°C時，將純氬氣導入安全裝置中，並使 其氣體流量約爲300毫升/分鐘（cc/min)，經過約30分鐘， 把吸氣材料活化，使安全裝置處於啓用狀態。 經由實驗可知，欲純化氣體中之氧含量對於安全裝置 反應時間的影響，其測試的結果如表4所列。安全裝置之 溫度是維持在約4〇〇〜5〇〇°C，並將流量固定（約爲 1000cc/min)且含氧濃度不同的氬氣導入安全裝置進行測 試，而每次測試皆是使用全新且未被污染的安全裝置，吸 29 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝·-------訂---------- ^ 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國®家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ---- 422727 3960pifl doc/008 Λ/ ______B7______ ^、發明說明（>~)) 氣材料則是以加網印刷方式覆蓋於支撐條上。 (請先閱讀背面之注意事項再填冩本頁) 如表4所示，當溫度約400°C時，安全裝置無法正常 運作；在溫度約爲50(TC時，導入含氧濃度不同的氬氣進 行測試時’其反應時間都非常快，因此可有效防止淨化器 損害。 表4氬氣中不同氧含量對反應時間的測試結果 操作溫度 氧含量 反應時間 反應時間 最高溫度 CO (%) + 50°C (秒） + 100°C (秒） (°C) 400 1 / / 422 500 1 l<t<2 l<t<2 703 500 10 l<t<2 l<t<2 784 500 50 l<t<2 l<t<2 1154 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對經加速老化之安全裝置進行測試，可以確定吸氣材 料老化對安全裝置的影響。使用氧含量約爲50%的氬氣導 入安全裝置進行測試時，幾乎沒有產生老化效應，其感測 溫度高於操作溫度100°C所需的反應時間約爲3〜4秒，相 較之下，全新安全裝置所需的反應時間約爲1〜2秒。而以 低雜質含量（1%)之氣體進行測試時，其溫度僅能升至高於 操作溫度約22°C，而無法高於操作溫度50°C。 而支撐條之幾何構型亦會影響安全裝置之運作及溫 度。由於彎曲構型支撐條對於熱量移除之能力較差，因此 使用具有彎曲構型支撐條之安全裝置時，其溫度升高量大 30 本紙張尺度遶用中國园家標準（CNS)A4規格（210 * 297公t ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A22T27 A7 3960pifl doc/008 ， B7_ ------------- " - 五、發明說明（j) 於使用平坦構型支撐條。當氣體流經彎曲構型支撐條，支 撐條上不同部位會阻礙其他部位上的氣體傳導，因而產生 陰影(shadow)效應。使用氧含量約50%的氬氣時，將導致 前述相異之效應達到平衡’彎曲構型支撐條與氣體中之雜 質反應速度較快，且其反應的範圍也較大，所以其溫度甚 至可達支撐條的熔點。然而當氣體中的氧含量約爲10%或 更低時，所需的偵測時間則會增加，例如由1〜2秒增加爲 4〜7秒。 在上述不同氧含量造成之效應中，亦有提及溫度對安 全裝置之反應時間的影響’但在氧含量較低之測試中，當 溫度分別爲4〇〇°C和500°C時’其對反應時間之效應的差 異性會爲老化現象所遮掩而不明顯。 被覆於支撐條上之吸氣材料的厚度亦會影響安全裝置 之運作。用以評估吸氣材料厚度所產生之效應的對照性測 試’是在溫度約500°C，氣體流量約爲1〇〇〇毫升/分鐘， 並使用氧含量約10%之氬氣的條件下進行。實驗的結果顯 示’使用吸氣材料厚度約70微米的安全裝置，其感測溫 度高於操作溫度50°C的所需的時間約爲1〜2秒；而使用吸 氣材料厚度約200微米之安全裝置，其所需的感測時間約 爲2〜4秒’因此使厚度較薄之吸氣材料，其感測時間較快。 綜合上述之測試結果’此種安全裝置之較佳操作條件 是在溫度約500°C ’而吸氣材料之厚度約爲70微米a由於 一般需純化之氣體的雜質濃度都不高，而平坦構型支撐條 對於偵測低雜質濃度之氣體所需的時間較短、反應較快， ------------ I I I I----訂-- ----— |*^* (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 本""紙張&度_適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ视公爱） ---'― 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制仅 422727 3960pif 1 .d〇c/008 ^ _____B?______ 五、發明說明（4) 因此使用平坦構型支撐條較使用彎曲構型支撐條爲佳。參 考上述經測試後的條件參數，可獲得適用的安全裝置，然 而經由系統化分析可以得到這些參數其他之最佳化組合， 所以此處僅提出最佳化狀態之參數組合其中之一加以說 明’但並非用以限制本發明之範圍^ 金屬熱燈絲 請參照第9圖，其所繪示的是依照本發明之安全裝置 第三實施例，一種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖。在 前述實施例中之安全裝置2〇a及20b，其構造如第9圖安 全裝置150所示，其中經由圓柱容器152之導接口 (feedthrough) ’安裝於其中的金屬燈絲（fiiament) 154可使 電流通過。在圓柱容器152中裝有與電流源156連接的金 屬燈絲154，而控制單元50或50’亦包含於由電流源156 與金屬燈絲I54所構成之電路中，其中圓柱容器152可以 使用例如內部管徑約爲30公厘、長度約爲230公厘的玻 璃圓柱容器。在其他實施例中，圓柱容器可以使用不同尺 寸之管徑與長度。此種熱燈絲之工作原理與一般白熱燈泡 (incandescent lamp)類似，當其感測到反應性氣體時會溶 斷’使電路中斷，並由控制單元50或50,將此電路中斷狀 況解讀爲警報訊號。 在測試之中’是以材料爲鎢(tungsten, W)的燈絲進行 實驗。鎢易於和氧及水產生反應，因此在純化惰性氣體、 氮氣及氫氣時，可以使用鎢來偵測氣體中的氧或水。 在室溫下，將純氬氣導入安全裝置中，經過約5分鐘， -----------I-·裝---1--!訂---I -----0 (請先閒讀背面之土意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21ϋ X 297公釐） B7 42ϋIc r 3960pifl.iloc/008 五、發明說明 利用氬氣將其中可能存在的污染物移除’並使安全裝置處 於啓用狀態。當電流通過燈絲時’會將燈絲加熱。將含氧 濃度不同的氬氣導入安全裝置中’以測試其燈絲熔斷及發 出警報訊號所需的時間’其中測試使用之氬氣的氧含量約 爲1%及10%。實驗的結果顯示，其安全裝置之偵測時間 與燈絲直徑、外加電壓以及氣流量有關。使用氧含量固定 之氬氣進行測試時’當燈絲的直徑增加、外加電壓降低、 燈絲溫度下降或氣流量減小時’都會導致燈絲熔斷所需時 間增長，亦即安全裝置的偵測時間增長。 以含氧之氬氣作爲檢測氣體’對安全裝置進行一系列 測試。採用矩陣元素組合之模式（matrix scheme) ’在評估 某一參數的影響時，將其他的參數加以固定’以便進行對 照。其中各參數的變動範圍如下：氣體流量變化介於2〇〇 毫升/分鐘與1000毫升/分鐘之間；測試氣體的氧含量則介 於1%與10%之間；作用於燈絲的外加電壓是介於8伏特 (voltage，V)與220伏特之間；而燈絲的直徑則是介於〇.〇5 公厘與0.2公厘之間。使用氧含量約爲10%的測試氣體’ 氣流量約爲900毫升/分鐘，外加電壓約爲24伏特以及燈 絲直徑約爲0.05公厘的條件下，其燈絲熔斷所需的時間最 短，約爲2秒。而在使用氧含量約爲1%之測試氣體，氣 流量約爲1000毫升/分鐘，外加電壓約爲8伏特且燈絲直 徑約爲0.2公厘的條件下，燈絲熔斷所需的時間最長，約 爲80秒。由上述之結果得知，使用燈絲可以製作出具有 反應靈敏特性的安全裝置，然而調制其反應時間可使其響 33 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---1 訂·丨丨l·-----蝮 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張又度適闬中國國家標準（〇^)晃4規格（2〗0><297公釐） Λ7 422ΪΖ f 3960pifl .doc/〇〇8 五、發明說明Ol ) 應較和緩，以獲得使用壽命較長的安全裝置。 因此，本發明之安全系統’可使用具有金屬燈絲、反 應靈敏的安全裝置。與本發明其他安全裝置比較，將雜質 氣體導入安全裝置時’使用金屬燈絲之安全裝置的壽命比 較短。由於通過淨化器12純化後的高純度氣體，並不會 對排氣端安全裝置20b的使用壽命造成影響，而且在對於 排氣端氣體逆流至淨化器必須迅速反應的要求下，基於金 屬燈絲安全裝置之特性’所以金屬燈絲安全裝置適用於排 氣端安全裝置20b。 吸氣器保險絲 使用吸氣器保險絲(getter fuse)之安全裝置與使用金屬 燈絲之安全裝置類似，而吸氣器保險絲之製作方法與被覆 吸氣材料之支撐條類似，是將吸氣材料覆蓋於金屬基板或 金屬條上，例如以加網印刷、冷軋法或噴霧法等，將吸氣 材料被覆於不銹鋼上。請參照第9圖，在圓柱容器中之燈 絲I54’可用表面覆有吸氣材料之金屬線取代。在使用安 全裝置時’以加熱器將圓柱容器加熱至操作溫度，例如 500〜600°C ’以利其運作。與使用金屬燈絲類似，當含高 濃度雜質之氣體導入安全裝置時，反應性氣體會與吸氣材 料產生反應’因而導致金屬線熔斷，造成電路中斷並顯示 警報訊號狀況。與前述使用被覆吸氣材料之支撐條不同， 吸氣器保險絲是利用保險絲熔斷造成斷路以顯示警報狀 態，而不是以熱電偶來感測警報溫度。 請參照第10圖’其所繪示的是依照本發明之安全裝 34 本紙張K度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2J0 κ 297公笼） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂---------·έά 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3960ρϊΠ -dc>c/〇〇g B7 五、發明說明U 2/) 置第四實施例，一種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖。 在前述實施例中之安全裝置2〇a及20b，其構造如第10圖 安全裝置160所示。由於使用覆有吸氣材料之平坦構型或 略微彎曲的金屬線作爲吸氣器保險絲，將會導致大量的熱 量由金屬線散失，因此在圓柱容器中需要大量的熱量，以 使雜質氣體能與吸氣材料產生反應。如第10圖所示，其 中使用具有類似手風琴風箱之皺摺構型（concertina)的金屬 條162 ’並以前述實施例所提及之方法，如加網印刷等， 將吸氣材料164覆蓋於皺摺構型金屬條162之表面。皺摺 構型金屬條之製作，例如先把吸氣材料被覆於平坦構型金 屬條之上，再將金屬條加工使其彎曲成皺摺構型。而覆有 吸氣材料之雛摺構型金屬條162,是被配置於安全裝置之 反應室166之中，而反應室的形狀例如是圓柱型。與使用 平直吸氣器保險絲的實施例相同，當含高濃度雜質的氣體 與吸氣材料反應時，其所產生的熱量會使金屬條162熔斷， 並導致電性連接中斷，而此電路中斷可以作爲偵測到含高 濃度雜質之氣體的警報訊號。 使用皺摺構型金屬條可有效利用雜質氣體與吸氣材料 反應所產生的熱量，所以可使其反應較快。如第10圖中 熱傳遞方向108所示，由金屬條某一部位所散發之熱量， 會傳遞至其他部位。不同部位散發之熱量會相互影響，進 而導致鄰近部位之金屬條反應加快。因此使用皸摺構型金 屬條162時，其熔斷所需的時間較平直構型金屬條爲快， 故可縮減安全裝置的反應時間。而金屬條的皺摺構型，除 35 ί琦先閲璜背面之注音5事項再填寫本頁) I^--------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印Μ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公* ) ft ^960pif! do pifI doc/008 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明（w) 了如第10圖所示的尖角皺摺構型之外，遺可以使用其他 的皺摺構型，例如方形皺摺構型或圓弧皺瘤構型等。 此外，在覆有吸氣材料之金屬條〖62的周圍還可以裝 設輻射屏蔽物(radiation shield)，將金屬條所放出之熱量反 射回金屬條I62，例如使用第10圖中的管狀輻射屏蔽物 169，其中管狀幅射屏蔽物I69包括數個配置於圓柱容器 或反應室之器壁上的管狀物’而在反應室中還可以裝設加 熱器，將其加熱至操作溫度。在前述的實施例中，例如使 用平坦構型或彎曲構型之支撐條’都可以加裝輻射屏蔽 物，比如是第圖中之管狀幅射屏蔽物1β9 除了使用 輻射屏蔽物外，採用可有效反射熱量之材料製作反應室或 圓柱容器之器壁，或是將其被覆於器壁上，都可以達到防 止熱量散失及加速反應進行的功效。 緊繃之金屬線 請參照第11圖，其所繪示的是依照本發明之安全裝 置第五實施例，一種氣體淨化系統之安全裝置的示意圖， 在前述實施例中之安全裝置20a及20b，其構造如第u圖 安全裝置170所示。位於吸氣材料中，而且被彈簧所緊繃 之金屬線，是用以指示警報狀態。如第11圖所示，吸氣 材料或吸氣基材172是配置於安全裝置之反應室174中， 且安全裝置可被加熱至400~500°C的操作溫度。金屬燈絲 或金屬線176則是裝設於吸氣基材172中，並穿過吸氣基 材172與彈簧178連接，彈簧178的另一端則是固定於反 應室174器壁上。與第9圖類似，在安全裝置中設置電流 36 • . -ill — — —— —------ 1 I I 1 I I I 訂·---— 11 — ·^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準規格（2〗〇 x 297公釐） 422727i 3960pifl .doc/008 AT B7 經濟部智慧財產局員工消貲合作社印製 五、發明說明Ud ) 源180’使電流源180與金屬線176及彈簧178構成電路， 其中金屬線Π6的材質包括不銹鋼或鋁。吸氣材料與含高 濃度雜質的氣體反應導致溫度升高，金屬線176在特定溫 度熔化’並由彈簧Π8之張力使金屬線176斷裂，導致電 流無法通過形成斷路。此斷路狀態即爲警報狀態，可由控 制單元測知。例如金屬線176之材質爲鋁時，在其熔斷之 前，吸氣基材的溫度可達600°C，或是吸氣基材與金屬線 形成低共熔狀態；若金屬線之材質爲不銹鋼時，在電流斷 路之前，吸氣基材的溫度可達1000°C，或形成低共熔狀態。 微差感應器 請參照第12a圖及第12b圖，其所繪示的是依照本發 明之安全裝置第六實施例，一種氣體淨化系統之安全裝置 的示意圖。在前述實施例中之安全裝置20a及20b，其構 造如第12a圖中安全裝置200所示，其中具有可以判斷警 報狀態的微差熱導率感應器（differential thermal conductivity sensory如第12a圖所示，在安全裝置之反 應室2〇2中，具有熱導率量測燈絲206，其導電率會隨著 通入反應室202之雜質氣體濃度而改變，通過燈絲206之 電流爲k。欲純化之氣體先流經反應室202,再由進氣口 導入淨化器U中。安全裝置中還有第二反應室2〇4，其結 構與反應室202類似，其中具有熱導率參考燈絲208，通 過燈絲208之電流亦爲電流im。由淨化器12純化後之氣 體，會經由排氣口流入反應室204中。 請參照第12b圖，其所繪示的是用以偵測流經反應室 37 --I--------- 11 丨 — 11 —tT-*l — —丨 I — — —^— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張又度適用中囷®家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 422727 五、發明說明（扒） 氣體中之雜質濃度的電路。電流源212所提供之電流L， 在電路中分別通過燈絲206及208。此外，在電路中還有 電阻214和216以及接地端220。節點222與接地端22〇 之間的電壓差爲參考電壓VREF，而節點224與接地端220 之間的電壓差則爲量測電壓VM。含低濃度雜質的氣體流 經反應室202時，由於燈絲206和燈絲2〇8之間的熱導率 差値不大，因此參考電壓與量測電壓間的差値亦不大，而 電流與參考電壓、量測電壓也不會出現大幅_動。當含 有高濃度雜質之氣體導入反應室2〇2時，經由浄化器純化 後，氣體之雜質濃度會大幅降低，導致參考電懕vReF與量 測電壓vM之間的差値加大。因此，當參考電顧與量測電 壓之差値高於特定啓始値，而且爲控制單元50洵J知時， 即是處於警報狀態。與前述之實施例比較，此撞安全裝置 較爲複雜，其可靠性與成本因而受影響。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 -------------裝--------訂---------'"* (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 38 本纸張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（21CM297公莹）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 4?2727 3960pjf] d〇c/〇〇g 六、申請專利範圍 1.—種具有安全裝置的氣體淨化系統’其中包括： 一氣體淨化單元，其中包含一淨化室及位於該淨化室 中之一淨化材料，當複數個特定氣體污染物被導入該淨化 室中，該些特定氣體污染物與該淨化材料產生放熱反應， 該氣體淨化單元中還包含一進氣口與一排氣口，該進氣口 與一未純化氣體輸入管線連接，該排氣口與一純化氣體輸 出管線連接；以及 一安全裝置，與該未純氣體輸入管線及該純化氣體輸 出管線其中之一連接，被導入該安全裝置之氣體污染物與 被導入該氣體淨化單元之該些特定氣體污染物類似，當導 入該安全裝置之氣體污染物在單位時間內高於一特定濃 度，該安全裝置發出一警報訊號。 2.如申請專利範圍第1項所述之具有安全裝置的氣體 淨化系統，其中該安全裝置係爲一第一安全裝置，該氣體 淨化系統更包括具有一第二安全裝置，其中該第一安全裝 置係與該未純化氣體輸入管線連接，該第二安全裝置係與 該純化氣體輸出管線連接。 3·如申請專利範圍第1項所述之具有安全裝置的氣體 淨化系統，其中該安全裝置係由該些特定氣體污染物與一 檢測材料產生之放熱反應，以偵測導入該安全裝置中之該 些特定氣體污染物高於該特定濃度。 4.如申請專利範圍第2項所述之具有安全裝置的氣體 淨化系統，其中該些安全裝置係由該些特定氣體污染物# 複數個檢測材料產生之放熱反應，以偵測導入該些安全_ 39 ------------ 裝 i I ---訂-----I I--緯 {請先間讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2扣x 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42272Τ A8 B8 3960pifl-d〇c/008 六、申請專利範圍 置中之該些特定氣體污染物高於該特定濃度。 5_如申請專利範圍第3項所述之具有安全裝鹰的氣_ 淨化系統，其中該檢測材料之種類與該淨化材料相同。$ 6.如申請專利範圔第4項所述之具有安全裝窻的氣_ 淨化系統，其中該些檢測材料之種類與該淨化材料相同。& 7.如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任_項 所述之具有安全裝置的氣體淨化系統’其中該安％裝#係 與該未純氣體輸入管線及該純化氣體輸出管線其中之 串聯方式連接。 8. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任〜項 所述之具有安全裝置的氣體淨化系統，其中該安全裝慶係 與該未純氣體輸入管線及該純化氣體輸出管線其中之 並聯方式連接。 9. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任〜項 所述之具有安全裝置的氣體淨化系統’其中該安全裝胃$ 分接於該未純氣體輸入管線及該純化氣體輸出管線其中^ --〇 10. 如申請專利範圍第1、2、3、4 ' 5或6項中任〜項 所述之具有安全裝置的氣體淨化系統，其中更包括具；^^ 自動閥，當該警報訊號被發出時，該自動閥關閉以卩方4_ 體流入該氣體淨化單元。 11. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6頊中任〜 所述之具有安全裝置的氣體淨化系統，其中該安全 括作爲該偵測材料之一吸氣材料，以及用以偵測該η及氣# 40 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i! 17—— '------始·、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）