通过感应加热液化气体罐的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于输送以液态形式储存在容器中的气体的系统，所述容器在其下部包含所述气体的液相并在其上部包含所述气体的气相，该容器包括用于与应用装置相连的装置以及用于对所述容器下部进行加热的装置。按照本发明专利技术，该液化气体和／或该容器的外壳是导电元件，并且该加热装置包括电磁感应装置，该电磁感应装置能够在该外壳和／或该液体中产生交变磁场，以便对该外壳下部和／或该容器中的液体进行加热，同时限制通过所述装置加热气体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于输送以液态形式储存在容器中的气体的系统，所述容器在其下部包含所述气体的液相并在其上部包含所述气体的气相，这种容器包括用于将该容器与应用装置相连的装置，以及用于对所述容器下部进行加热的装置。
技术介绍
当前，半导体产业面临着对所谓专用气体越来越大的需求，该专用气体用于制造集成电路所必需的各种步骤。这些专用气体中的一些，如HCl、Cl2、HBr、N2O、NH3、WF6、BCl3和3MS——这里仅引用其中一些——当处于环境温度时发生液化，这样就使它们的分配存在困难。这些困难直接关系到在使用期间它们的压力和/或它们的流速。液化气体包括两种相/状态，即液态和气态，其互相保持平衡。这种平衡意味着在给定温度下液化气体具有被很好地确定的压力，该压力作为温度的函数根据每种气体所特定的(温度压力)关系而变化。因此，图1是三甲硅烷(被称为3MS)的液相和气相的平衡曲线，该图示出作为温度的函数的在液相之上处于平衡的气体压力。人们发现，该压力随温度升高而升高，反之亦然。当从液化气体罐中抽出气相时，部分液体必须转化为气体以再产生与所使用的量成比例的气体，以便保持平衡。因此液体利用可获得的能量(通常是围绕罐的外部介质的能量)而开始沸腾/汽化。随着抽出速率的增大，所需的能量也增大，液体将剧烈沸腾，从而产生在气相中夹带含有杂质的液滴的很大危险。这些液滴不仅污染气体，而且还会加速腐蚀过程，并导致流速调节和压力测量的不稳定。如果可获得的能量不足以使液体气化并再产生气相，则由于必须保持平衡，该温度——并且进而该压力——会降低。通过加热从外部提供能量可以限制所观测到的冷却和压力降低情况。从而可以设想几种解决方案。一个解决方案如图1所示，它包括加热罐的下部或底部，同时利用罐中的压力控制该加热。当压力低于对应于环境温度的压力时，允许进行加热，而当液体达到或处于环境温度时，停止加热。通过将气体保持在稍低于环境温度的温度，可以避免不得不在沿分配网没有冷点的限制下布置分配网的问题。这种系统在美国专利5761911，6076359和6199384中进行了说明。一般来说，迄今为止用于增大液化气体流速的加热技术包括使用加热带或加热条型的电阻加热元件，或者甚至热空气来加热罐的体部。这种加热的缺点是能量传递受到从加热元件到罐的热传导的很大的限制，这导致尽管有大量的能量输入，但是可使用的流速还是受到限制。换句话说，这种设备具有低的能量效率。更普遍的是，存在增大从罐中排出的气体流速的问题，该罐以液相形式储存气体。当要求将罐所输送的气体的压力增大到其相对于罐中处于环境温度下的液体的平衡压力之上时，会出现另一个技术问题。在这两种情况下可以采用的解决方案是在上述专利中所说明的方案，即增大由加热系统传送的能量。在这种情况下，很快加热系统可以达到100℃以上的温度，通过热传导传递给罐和/或液体的加热能量导致罐的温度升高，至少局部升高，从而罐壁所吸附的杂质如CO、CO2等会发生解吸，这导致输送的气体中包含杂质，如CO、CO2等，这对于用户来说是无法接受的，尤其是在半导体制造领域(但是在其它
也是如此)。因此，现在我们面临这样一个问题，即，增大由贮存器(罐等)输送的气体的流速和/或压力但不产生附加杂质，产生附加杂质将与预定的目的相背离(因为这与气体汽化已经可以消除存在于液体中的不易汽化的杂质正相反)。
技术实现思路
本专利技术的系统可以克服这些缺点，其特征在于液化气体和/或容器的外壳是导电元件，并且加热装置包括电磁感应装置，该电磁感应装置可以在外壳和/或液体中产生交变磁场从而对外壳下部和/或容器中的液体进行加热。所提出的专利技术包括利用感应加热液化气体罐已经发现可以获得非常高的效率，例如对于钢可达到80-90％。由于感应器所感应的电流直接在罐的厚度内加热罐的材料，所以感应加热可以不通过热传导进行能量传递。这样，例如对于液化气体如C4F8，我们发现所产生的效果是使用具有相同装机功率的加热元件的加热系统的效果的5到10倍，同时不会引起容器表面杂质大量解吸。本专利技术尤其可用于满足两种类型的需要，这些需要是尤其以液相形式储存在容器中的气体的用户所产生的。例如，第一种需要可以是，在罐中的液体处于环境温度时(当罐没有被加热时)在使用位置提供压力高于气体平衡压力的气相形式的气体。在这种情况下，本专利技术可以在不引起杂质从罐的内表面上解吸的情况下对罐和/或液体(或气体)进行加热，并且不会对使用安全性产生危险，这是因为在电磁感应加热装置附近的容器的温度保持较低，不会对用户产生危险。杂质的解吸受到一定程度的限制，即在使用位置所需的压力对应于贮存器内的液化气体的温度，该温度最多比环境温度高5到10℃(或者通常是30℃的温度)。该加热装置可以放置在对应于容器内的液体存量的高度处，但是优选地覆盖罐的整个高度。第二种需要可以是在不对容器加热的情况下，增大在所述容器出口处的气体流速，但是这样做时不会显著增大容器壁的温度(一般地，容器的外部温度低于35℃)，从而避免所述壁上的杂质发生解吸。因此，本专利技术可以应用于专用的液化气体的分配，应用于液化气体向气相的转化，尤其是用于液化气体的封装和净化。本专利技术可以显著地减少输送时间，从而提高了设备的生产率。另外，本专利技术的优点还在于可避免表面温度(40-50℃)升高，该表面温度的升高会促使轻的物质如CO和CO2发生解吸而进入产品中。利用本专利技术所述的感应加热，罐的表面温度一般不会超过大约30℃。当从第一容器向第二容器进行(气体)输送时，优选地确保第二容器被充分冷却，以使第二容器中的气体冷凝的速度至少和第一容器中气体的汽化速度一样快。本专利技术并不限于加热小容量罐(50升或更少)。它可以应用于任何类型的贮存器，其中该感应器则适合于所述贮存器的几何形状，并且发生器被控制以配合该感应器的工作。该交变磁场优选地利用在50Hz到4MHz之间的频率下操作的发生器形成。尽管可以使用主频率(50Hz或60Hz)或高频率，但是为了控制成本，优选地使用中频发生器，即频率在1kHz和100kHz之间的发生器。感应器则由漆包绞线(Litz wire)或金属带或冷却金属管制成，对于每种要被加热的材料来说，谐振电路(感应器加上负载加上平衡电容)的阻抗要调配成尽可能地接近发生器的特性阻抗。当该容器是罐时，感应器优选地围绕罐的下部或在罐的底部下方放置，当该容器是除了罐的其它容器时，感应器围绕该容器底部或在容器底部下方放置。加热装置优选地包括至少一匝导线，该导线优选地环绕容器的至少90％。当要将感应器放置在容器底部下面时，该感应器的形状可适于每种类型的容器底部。一般来说，为了以最小的效能实现加热，本专利技术的电磁感应加热装置包括至少一匝具有任何横截面的导线，其厚度一般至少为1mm(设有或不设有铁氧体，其一般沿该线匝具有均匀的间隔)。这种电磁感应加热装置可以从容器下部(或者甚至可以位于容器下方，当要加热容器下部时在容器下方至少有一匝)延伸到容器顶部。当涉及一个罐，或两个罐的组合时，尤其是当容器具有能形成单个连续表面的底壁和侧壁时，容器的下部可具有一个或多个只在容器下方(例如，罐的底部)或仅从容器下侧部进行环绕的线匝，如下面所说明的图8和随后的附图中的容器。但是，一般来说，当为了增大气体从容器到用户的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于输送尤其以液态形式储存在容器中的气体的系统，所述容器在其下部包含所述气体的液相并在其上部包含所述气体的气相，该容器包括用于与应用装置相连的装置以及加热装置，其特征在于：该液化气体和／或该容器的外壳是导电元件，并且所述加热装置包括电磁感应装置，该电磁感应装置能够在该外壳和／或该液体中产生交变磁场以便对该外壳和／或该容器中的液体进行加热。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G拉莫，V洛朗，T布雷维尔，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]