專利名稱：通過感應(yīng)加熱液化氣體罐的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輸送以液態(tài)形式儲存在容器中的氣體的系統(tǒng)，所述容器在其下部包含所述氣體的液相并在其上部包含所述氣體的氣相，這種容器包括用于將該容器與應(yīng)用裝置相連的裝置，以及用于對所述容器下部進行加熱的裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨著對所謂專用氣體越來越大的需求，該專用氣體用于制造集成電路所必需的各種步驟。這些專用氣體中的一些，如HCl、Cl2、HBr、N2O、NH3、WF6、BCl3和3MS——這里僅引用其中一些——當(dāng)處于環(huán)境溫度時發(fā)生液化，這樣就使它們的分配存在困難。這些困難直接關(guān)系到在使用期間它們的壓力和/或它們的流速。
液化氣體包括兩種相/狀態(tài)，即液態(tài)和氣態(tài)，其互相保持平衡。這種平衡意味著在給定溫度下液化氣體具有被很好地確定的壓力，該壓力作為溫度的函數(shù)根據(jù)每種氣體所特定的(溫度壓力)關(guān)系而變化。因此，圖1是三甲硅烷(被稱為3MS)的液相和氣相的平衡曲線，該圖示出作為溫度的函數(shù)的在液相之上處于平衡的氣體壓力。人們發(fā)現(xiàn)，該壓力隨溫度升高而升高，反之亦然。
當(dāng)從液化氣體罐中抽出氣相時，部分液體必須轉(zhuǎn)化為氣體以再產(chǎn)生與所使用的量成比例的氣體，以便保持平衡。因此液體利用可獲得的能量(通常是圍繞罐的外部介質(zhì)的能量)而開始沸騰/汽化。隨著抽出速率的增大，所需的能量也增大，液體將劇烈沸騰，從而產(chǎn)生在氣相中夾帶含有雜質(zhì)的液滴的很大危險。這些液滴不僅污染氣體，而且還會加速腐蝕過程，并導(dǎo)致流速調(diào)節(jié)和壓力測量的不穩(wěn)定。如果可獲得的能量不足以使液體氣化并再產(chǎn)生氣相，則由于必須保持平衡，該溫度——并且進而該壓力——會降低。
通過加熱從外部提供能量可以限制所觀測到的冷卻和壓力降低情況。從而可以設(shè)想幾種解決方案。
一個解決方案如圖1所示，它包括加熱罐的下部或底部，同時利用罐中的壓力控制該加熱。當(dāng)壓力低于對應(yīng)于環(huán)境溫度的壓力時，允許進行加熱，而當(dāng)液體達到或處于環(huán)境溫度時，停止加熱。通過將氣體保持在稍低于環(huán)境溫度的溫度，可以避免不得不在沿分配網(wǎng)沒有冷點的限制下布置分配網(wǎng)的問題。這種系統(tǒng)在美國專利5761911，6076359和6199384中進行了說明。
一般來說，迄今為止用于增大液化氣體流速的加熱技術(shù)包括使用加熱帶或加熱條型的電阻加熱元件，或者甚至熱空氣來加熱罐的體部。這種加熱的缺點是能量傳遞受到從加熱元件到罐的熱傳導(dǎo)的很大的限制，這導(dǎo)致盡管有大量的能量輸入，但是可使用的流速還是受到限制。換句話說，這種設(shè)備具有低的能量效率。
更普遍的是，存在增大從罐中排出的氣體流速的問題，該罐以液相形式儲存氣體。當(dāng)要求將罐所輸送的氣體的壓力增大到其相對于罐中處于環(huán)境溫度下的液體的平衡壓力之上時，會出現(xiàn)另一個技術(shù)問題。在這兩種情況下可以采用的解決方案是在上述專利中所說明的方案，即增大由加熱系統(tǒng)傳送的能量。在這種情況下，很快加熱系統(tǒng)可以達到100℃以上的溫度，通過熱傳導(dǎo)傳遞給罐和/或液體的加熱能量導(dǎo)致罐的溫度升高，至少局部升高，從而罐壁所吸附的雜質(zhì)如CO、CO2等會發(fā)生解吸，這導(dǎo)致輸送的氣體中包含雜質(zhì)，如CO、CO2等，這對于用戶來說是無法接受的，尤其是在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域(但是在其它技術(shù)領(lǐng)域也是如此)。
因此，現(xiàn)在我們面臨這樣一個問題，即，增大由貯存器(罐等)輸送的氣體的流速和/或壓力但不產(chǎn)生附加雜質(zhì)，產(chǎn)生附加雜質(zhì)將與預(yù)定的目的相背離(因為這與氣體汽化已經(jīng)可以消除存在于液體中的不易汽化的雜質(zhì)正相反)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的系統(tǒng)可以克服這些缺點，其特征在于液化氣體和/或容器的外殼是導(dǎo)電元件，并且加熱裝置包括電磁感應(yīng)裝置，該電磁感應(yīng)裝置可以在外殼和/或液體中產(chǎn)生交變磁場從而對外殼下部和/或容器中的液體進行加熱。所提出的發(fā)明包括利用感應(yīng)加熱液化氣體罐已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以獲得非常高的效率，例如對于鋼可達到80-90％。由于感應(yīng)器所感應(yīng)的電流直接在罐的厚度內(nèi)加熱罐的材料，所以感應(yīng)加熱可以不通過熱傳導(dǎo)進行能量傳遞。這樣，例如對于液化氣體如C4F8，我們發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的效果是使用具有相同裝機功率的加熱元件的加熱系統(tǒng)的效果的5到10倍，同時不會引起容器表面雜質(zhì)大量解吸。
本發(fā)明尤其可用于滿足兩種類型的需要，這些需要是尤其以液相形式儲存在容器中的氣體的用戶所產(chǎn)生的。
例如，第一種需要可以是，在罐中的液體處于環(huán)境溫度時(當(dāng)罐沒有被加熱時)在使用位置提供壓力高于氣體平衡壓力的氣相形式的氣體。在這種情況下，本發(fā)明可以在不引起雜質(zhì)從罐的內(nèi)表面上解吸的情況下對罐和/或液體(或氣體)進行加熱，并且不會對使用安全性產(chǎn)生危險，這是因為在電磁感應(yīng)加熱裝置附近的容器的溫度保持較低，不會對用戶產(chǎn)生危險。雜質(zhì)的解吸受到一定程度的限制，即在使用位置所需的壓力對應(yīng)于貯存器內(nèi)的液化氣體的溫度，該溫度最多比環(huán)境溫度高5到10℃(或者通常是30℃的溫度)。該加熱裝置可以放置在對應(yīng)于容器內(nèi)的液體存量的高度處，但是優(yōu)選地覆蓋罐的整個高度。
第二種需要可以是在不對容器加熱的情況下，增大在所述容器出口處的氣體流速，但是這樣做時不會顯著增大容器壁的溫度(一般地，容器的外部溫度低于35℃)，從而避免所述壁上的雜質(zhì)發(fā)生解吸。
因此，本發(fā)明可以應(yīng)用于專用的液化氣體的分配，應(yīng)用于液化氣體向氣相的轉(zhuǎn)化，尤其是用于液化氣體的封裝和凈化。本發(fā)明可以顯著地減少輸送時間，從而提高了設(shè)備的生產(chǎn)率。另外，本發(fā)明的優(yōu)點還在于可避免表面溫度(40-50℃)升高，該表面溫度的升高會促使輕的物質(zhì)如CO和CO2發(fā)生解吸而進入產(chǎn)品中。利用本發(fā)明所述的感應(yīng)加熱，罐的表面溫度一般不會超過大約30℃。當(dāng)從第一容器向第二容器進行(氣體)輸送時，優(yōu)選地確保第二容器被充分冷卻，以使第二容器中的氣體冷凝的速度至少和第一容器中氣體的汽化速度一樣快。
本發(fā)明并不限于加熱小容量罐(50升或更少)。它可以應(yīng)用于任何類型的貯存器，其中該感應(yīng)器則適合于所述貯存器的幾何形狀，并且發(fā)生器被控制以配合該感應(yīng)器的工作。
該交變磁場優(yōu)選地利用在50Hz到4MHz之間的頻率下操作的發(fā)生器形成。
盡管可以使用主頻率(50Hz或60Hz)或高頻率，但是為了控制成本，優(yōu)選地使用中頻發(fā)生器，即頻率在1kHz和100kHz之間的發(fā)生器。感應(yīng)器則由漆包絞線(Litz wire)或金屬帶或冷卻金屬管制成，對于每種要被加熱的材料來說，諧振電路(感應(yīng)器加上負載加上平衡電容)的阻抗要調(diào)配成盡可能地接近發(fā)生器的特性阻抗。當(dāng)該容器是罐時，感應(yīng)器優(yōu)選地圍繞罐的下部或在罐的底部下方放置，當(dāng)該容器是除了罐的其它容器時，感應(yīng)器圍繞該容器底部或在容器底部下方放置。
加熱裝置優(yōu)選地包括至少一匝導(dǎo)線，該導(dǎo)線優(yōu)選地環(huán)繞容器的至少90％。
當(dāng)要將感應(yīng)器放置在容器底部下面時，該感應(yīng)器的形狀可適于每種類型的容器底部。一般來說，為了以最小的效能實現(xiàn)加熱，本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱裝置包括至少一匝具有任何橫截面的導(dǎo)線，其厚度一般至少為1mm(設(shè)有或不設(shè)有鐵氧體，其一般沿該線匝具有均勻的間隔)。這種電磁感應(yīng)加熱裝置可以從容器下部(或者甚至可以位于容器下方，當(dāng)要加熱容器下部時在容器下方至少有一匝)延伸到容器頂部。當(dāng)涉及一個罐，或兩個罐的組合時，尤其是當(dāng)容器具有能形成單個連續(xù)表面的底壁和側(cè)壁時，容器的下部可具有一個或多個只在容器下方(例如，罐的底部)或僅從容器下側(cè)部進行環(huán)繞的線匝，如下面所說明的圖8和隨后的附圖中的容器。
但是，一般來說，當(dāng)為了增大氣體從容器到用戶的流速時，電磁感應(yīng)加熱裝置將只是放置在容器下部(這與上述它可以放置在任何位置的情形相反)，優(yōu)選在盡可能多地對應(yīng)于容器中液體高度的高度處。在感應(yīng)器圍繞罐的下部放置的情況下，加熱高度通常限制在50mm。在任何情況下，其目的都是將加熱集中在液相上，以便能夠例如利用與壓力成比例的溫度控制(如以上所引用的專利中所述的那樣)。實際上，液化氣體罐(或其它容器)從不會被用戶完全排空。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果對容器的加熱高度限于最多與裝在容器中的液體重量的5％對應(yīng)的高度，則幾乎可以確定總是對液體進行加熱，這就是當(dāng)要增大從容器中排出的氣體流速時通常所追求的目標。
優(yōu)選使用可以和若干類型的感應(yīng)器配合操作的發(fā)生器，這些感應(yīng)器根據(jù)要加熱的罐的材料和直徑而定?？紤]到感應(yīng)加熱的良好效率，可以用單個發(fā)生器同時控制兩個或更多罐的加熱。
也可以使用單個感應(yīng)器，該感應(yīng)器優(yōu)選在打算使用的具有最大直徑的罐上纏繞至少一匝，或者對于具有較小直徑的罐，該感應(yīng)器纏繞在自身之上或纏繞成螺旋形。這一方案可以減少所需的感應(yīng)器數(shù)量，但是會導(dǎo)致較低的效率。盡管如此，試驗顯示即使采用這種構(gòu)型氣體流速也是使用電阻加熱系統(tǒng)能達到的流速的5倍多(試驗是對10升和50升罐中的C4F8進行的)。
該試驗采用工業(yè)感應(yīng)烘烤所用類型的半橋式發(fā)生器進行，該工業(yè)感應(yīng)烘烤使用漆包絞線感應(yīng)器(互相絕緣并絞合的許多纖維制成的金屬線)。也可以使用其它實施例，如與水冷式感應(yīng)器連接的工業(yè)型發(fā)生器(半橋式或整橋式，串聯(lián)或并聯(lián)電路)——該發(fā)生器尤其用于鋼鐵工業(yè)或熱處理中。這樣效率會更好。這一方案尤其適于加熱鋁制的罐或容器。
一般來說，可以使用任何類型的能自動調(diào)頻的發(fā)生器，該發(fā)生器與優(yōu)選由漆包絞線、金屬片或金屬管制成的感應(yīng)器連接，并且規(guī)定感應(yīng)器具有合適的尺寸，并被適當(dāng)?shù)乜刂茝亩c發(fā)生器相適配。假設(shè)在這種情況下，作為要加熱的罐的本質(zhì)功能，用于補償虛功(reactive energy)的電容值被最優(yōu)化，則也可以使用固定頻率的發(fā)生器；如果與振蕩電路的諧振頻率相適配，則還可以使用可控制的變頻發(fā)生器。
每種感應(yīng)器可以由漆包絞線、金屬帶或冷卻金屬管(例如，冷卻液在其中循環(huán)的中空管)制成，在每種情形下可具有或不具有鐵氧體，且在每種情形下由一層或更多層制成。感應(yīng)器優(yōu)選以使加熱將集中在液化氣體的液相上的方式放置在容器上。但是本發(fā)明也可應(yīng)用于容器內(nèi)含有處于超臨界狀態(tài)的液體的情況。


通過以下以非限制性示例給出的實施例的示例以及附圖，可以更好地理解本發(fā)明，該附圖是圖1，三甲硅烷即3MS的液-汽平衡曲線；圖2，用于圓筒形罐的第一種類型的閉合感應(yīng)器；圖3，用于圓筒形罐的第二種類型的感應(yīng)器；圖4，用于罐的第三種類型的感應(yīng)器；圖5，利用本發(fā)明對罐的底部進行側(cè)面加熱的第一個示例；圖6，通過底部進行加熱的第二個示例；圖7，具有多個罐的實施例的一個示例；圖8，用于裝在具有任何形狀的大容量貯存器中的氣體的本發(fā)明的實施例的示例；圖9表示具有大容量貯存器的本發(fā)明的實施例的另一示例；圖10表示用圖9中的系統(tǒng)所獲得的性能；圖11，在將液體抽取到罐中的情況下應(yīng)用本發(fā)明的一個示例；圖12，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下和本發(fā)明的情況下從罐中排出的氣體的氣體流速變化曲線。
具體實施例方式
圖2表示稱為“標準圓筒形”感應(yīng)器的第一種類型的感應(yīng)器。這種感應(yīng)器的尺寸與容器的直徑相適配。它包括絕緣材料，在該絕緣材料中導(dǎo)線1纏繞成線匝10的形式。該感應(yīng)器通過沿罐縱向滑動進行安裝。如上所述，線匝10的數(shù)量與罐的材料相適應(yīng)。這組線匝10(相互串聯(lián)和/或并聯(lián)連接)形成感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈的端部2和3與可調(diào)頻交流發(fā)生器(圖2中未示出)連接。由鐵氧體或磁片4(變壓器型)制成的元件可環(huán)繞感應(yīng)器安裝，以使磁場集中朝向感應(yīng)器內(nèi)部，并且該感應(yīng)器本身可以制成多層的。盡管這種“標準”感應(yīng)器由于必須適應(yīng)于每種容器直徑和每種材料而更難以處理，但是它卻是能提供最好效果的感應(yīng)器。
圖3表示稱為“標準扁平形”感應(yīng)器的第二種類型的感應(yīng)器。這種感應(yīng)器放置在罐底部的下方并與罐的幾何形狀相適應(yīng)。它包括絕緣材料，該絕緣材料包含在11、12連接到交流發(fā)生器的電線同心線匝10。線匝的數(shù)量繼而也與要加熱的材料相適應(yīng)。由鐵氧體或磁片14(變壓器型)制成的元件可安裝在感應(yīng)器內(nèi)部面上，以使磁場集中朝向罐的底部，并且該感應(yīng)器本身可設(shè)置成多層的。
串并聯(lián)連接的線匝使得可以調(diào)整電路阻抗以便與發(fā)生器阻抗相匹配。
圖4表示稱為“扁平帶形”感應(yīng)器的第三種類型的感應(yīng)器。這種感應(yīng)器可以繞罐的下部纏繞。它由其上纏繞有線匝的柔性絕緣材料制成，并且在圖中為矩形形狀(但是可以考慮能纏繞該罐的任何形狀)。該感應(yīng)器的尺寸(L)使它可以在最大直徑的罐上纏繞至少一匝。該感應(yīng)器的高度(1)被限制以便只加熱罐(該罐大致為豎直方向)的下部。對于較小直徑的罐，感應(yīng)器可以繞罐的下部自纏繞或纏繞成螺旋形。線匝20的數(shù)量取決于要加熱的材料。由鐵氧體或磁片(變壓器型)制成的元件24可以環(huán)繞感應(yīng)器安裝，以使磁場集中朝向感應(yīng)器內(nèi)部，并且該感應(yīng)器本身可以構(gòu)造成多層的。一電流或電壓發(fā)生器與感應(yīng)器20的端部21和22連接。這一方案——(稱為“扁平帶形感應(yīng)器”)——盡管沒有提供最好的能量效率，但是在大量的應(yīng)用中是足夠的，從裝有液化氣體的罐中排出的氣體的流速是使用傳統(tǒng)的加熱系統(tǒng)所獲得的流速的5到10倍。
圖5表示按照本發(fā)明對液化氣體罐進行加熱的第一種變型。
罐56的下部包含要汽化的液體57且在該液體57之上包含同一液體的氣相58，該氣體通過閥59和管路60組成的中間環(huán)節(jié)被引導(dǎo)到應(yīng)用設(shè)備61。與管路60連接的裝置51用于測量從罐56出來的氣體的壓力。該壓力裝置通過虛線(路徑)52與發(fā)生器53連接(例如電連接)，以便當(dāng)測量到的壓力低于一定的設(shè)定值時啟動發(fā)生器進行操作，而當(dāng)測量到的壓力高于該設(shè)定值時停止發(fā)生器的操作。當(dāng)啟動發(fā)生器53時，使得交流電通過電連接線路54在感應(yīng)器55(如上所述，例如圖2或4中的感應(yīng)器)中流動，從而通過電磁感應(yīng)對罐56(可能和/或液體57)進行加熱。只對罐的下部和/或液體進行加熱導(dǎo)致由于液體的上表面和液體的下部之間的溫差而使液體在罐中循環(huán)流動(這促進了對液體加熱的均勻性)。為了監(jiān)測罐中存量的變化，在罐56下方放置一稱量器63，且在罐和稱量器之間有一薄板62(通常是銅的)，該薄板可通過線路64接地，從而避免磁場對稱量器的影響。
圖6表示以相同方式操作的圖5的一個變型，圖2或4中的感應(yīng)器例如由放置在罐56下方的圖3中所示類型的感應(yīng)器所代替。
圖7表示多罐系統(tǒng)，其中每個罐配備有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)(圖5或6的變型，每組罐具有單獨一個測量壓力的裝置)；在半導(dǎo)體工業(yè)中用于分配液化氣體的系統(tǒng)通常使用兩個(或更多)罐，這兩個罐在其中一個的壓力降到一定的閾值以下時以一種交替方式使用。然后該控制裝置調(diào)整從一個罐到另一個的切換，從而不使氣體的分配中斷。圖7的多罐裝置包括n個罐76a、76b、76c、…(見該圖的左半部分)，這些罐通過閥79a、79b、79c、…和管路70與設(shè)備100和n個其它相同的罐86a、86b、86c、…(見該圖的右半部分)相連接，以便當(dāng)罐76中的壓力降到一預(yù)定值以下時，即，當(dāng)從罐中抽出氣體太快或當(dāng)罐變空時，對罐76進行“切換”。罐86分別通過閥89a、89b和89c以及管路80連接到設(shè)備100。
壓力測量裝置71和81分別測量區(qū)域70和80內(nèi)的氣體壓力，并且信號(電信號)分別通過72和82傳送給發(fā)生器73，該發(fā)生器分別通過74a、74b、74c、…和84a、84b、84c、…將交流電信號傳送給感應(yīng)器75a、75b、75c和85a、85b、85c、…，以用于感應(yīng)加熱液體77a、77b、77c、…和87a、87b、87c、…，以便在需要時分別產(chǎn)生氣體78a、78b、78c、…和88a、88b、88c、…。薄板101、201同樣放置在罐的底部和稱量器102、202之間并通過(線路)103、203接地。
發(fā)生器73可以在壓力傳感器71、81用于n個罐的情況下控制必需的n個感應(yīng)器75、85的加熱，該感應(yīng)器為串聯(lián)、并聯(lián)和/或順序模式。當(dāng)n個罐的壓力(在一側(cè))降低到一預(yù)定閾值以下時，自動切換到另一側(cè)的n個罐，從而確保連續(xù)的分配。已經(jīng)被斷開的罐繼續(xù)被加熱，直到它們的壓力升高到對應(yīng)于環(huán)境溫度的壓力，因此它們可以在必要時進行接替。與現(xiàn)有技術(shù)利用熱傳導(dǎo)的加熱系統(tǒng)相比，本發(fā)明的感應(yīng)加熱系統(tǒng)可以使氣體壓力快速回到對應(yīng)于環(huán)境溫度。圖7所示是圖2中的感應(yīng)器。也可以使用圖3和4中的感應(yīng)器。
為了確保以非常高的流速分配液化氣體，有時使用比傳統(tǒng)的罐容量更大的貯存器。具有這種貯存器的本發(fā)明的實施例的一個示例如圖8所示。這種貯存器的典型容量為大約450升到1000升。
在圖8中，容納液體302和氣體301的貯存器300通過插腳313、314由一稱量器304支承。加熱感應(yīng)器303設(shè)在貯存器下面并向上緊靠貯存器(見橫截面A-A)。該感應(yīng)器通過線路305與發(fā)生器306電連接，發(fā)生器306通過線路307接收來自壓力傳感器308的控制信號。壓力傳感器308通過(線路)309與來自貯存器300的氣體管路310連接，并通過管路311與設(shè)備312連接。該操作與前述操作相同。該感應(yīng)器(由一個或多個串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的元件制成)具有適當(dāng)?shù)男螤钜员阍诨蚨嗷蛏俚幕鹃L度上(沿兩個方向)與貯存器300的下部相一致。
圖9表示應(yīng)用于大容量貯存器，也稱為“噸級貯存器”(通常為水平方向的貯存器)的本發(fā)明的實施例的另一個示例。在圖9中使用并聯(lián)分列的多個感應(yīng)器404以分配對貯存器401的加熱功率。每個感應(yīng)器404均具有鐵氧體405，該鐵氧體可以使磁場集中并提高效率。貯存器401靠放在一稱量器403之上并與具有壓力傳感器408、壓力調(diào)節(jié)器409和流量計410的分配管路411連接。所使用的感應(yīng)器是扁平的如圖4所示的“扁平帶”型。它們借助于纏繞貯存器的帶子406而安裝在貯存器401的底部下面且在貯存器的支承部件402之間。
對圖9的系統(tǒng)用液態(tài)形式的氨NH3進行試驗。制造液晶平板(LCD顯示屏)，也稱為TFT(“薄膜晶體管”)顯示屏的過程中使用高純度氣態(tài)氨(NH3)。這些制造過程需要500到1000升/分鐘的流速。NH3是具有低標準密度但卻具有非常高的汽化熱(大約1200kJ·kg-1)的液化氣體。為此，由于所需的加熱功率變得非常高，在這種流速下進行(氣體)分配尤其困難。
本發(fā)明的工藝由于其極高的能量效率，使得可以限制裝機加熱功率。對450升貯存器進行的試驗顯示，8kW的額定功率足以獲得500slm的流速，同時保持貯存器內(nèi)的壓力。理論計算可以表明，在環(huán)境溫度(20℃)下，為了使NH3以500L/min進行汽化需要大約7kW的功率，這并不包括較少量的熱損失。試驗中感應(yīng)發(fā)生器輸出功率的測量值為大約7.5kW，也就是說容器接收的能量和有效地用于使氨汽化的能量之間的效率接近于90％。根據(jù)本發(fā)明，利用感應(yīng)加熱可以獲得短得多的響應(yīng)時間。與利用傳統(tǒng)的電阻加熱需要幾個小時的時間相比，將裝在450L貯存器中的250kg氨從10℃預(yù)熱到22℃需要不到半小時的時間。
對于450L的NH3貯存器獲得500L/min的流速的性能總括在圖10中。曲線A1表示作為時間的函數(shù)的氣體壓力(以絕對值表示)，氣體壓力以105帕斯卡為單位，時間以分鐘為單位。曲線A2表示作為時間的函數(shù)的氣體流速，該流速以L/min為單位(像本申請中所有的流速測量值一樣，換算成在標準溫度和壓力狀態(tài)下的值，即“標準的升/分鐘”或slm-按照美國/英國的規(guī)定)。在圖10中在時間T停止對容器的加熱(在開始抽出氣體后大約19分鐘)。盡管有氣體抽出但是仍保持穩(wěn)定在7和7.5×105帕之間的氣體壓力在停止加熱時(T)會下降，如曲線A1所示。另一方面，由于氨可以利用加熱期間預(yù)先存儲的能量，所以停止加熱后液體流速還可以保持10分鐘。
本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于液化氣體，但是也可應(yīng)用于在同一容器中只容納氣相或只容納超臨界狀態(tài)物質(zhì)的容器。尤其可應(yīng)用于半導(dǎo)體(尤其是預(yù)報器)生產(chǎn)所使用的所謂專用氣體(特別是SF6、N2O、NH3、HCl、CL2等)以及CO2型(氣相和/或液相和/或超臨界狀態(tài))，或者甚至是乙炔型氣體(或者其它焊接氣體或用于焊接的氣體)。
比較例以下示例對于具有相同容積(10L)的罐進行，這些罐均裝有C4F8。
兩種加熱類型的比較—使用由互相連接的高功率密度元件組成的1kW電阻帶對罐的下部進行加熱，—使用能輸送大約900W-1kW功率的發(fā)生器進行感應(yīng)加熱作為參考，在不加熱的情況下也進行一個試驗。圖12示出在每種情況下所抽出的氣相C4F8的流速。
—曲線C1對應(yīng)于用電阻帶進行的加熱，—曲線C2對應(yīng)于按照本發(fā)明的感應(yīng)加熱，—曲線C3對應(yīng)于不進行加熱的情況。
圖12的曲線清楚地示出本發(fā)明(曲線C2)與使用具有相同額定功率電阻帶的情況相比所具有的優(yōu)點。所獲得的流速可以是后者的5倍(20L/min與4L/min相比)。根據(jù)比較，本發(fā)明的流速是不對罐進行加熱的情況下的十倍。
本發(fā)明的各種應(yīng)用按照本發(fā)明對液化氣體貯存器進行加熱對其能提供真正的好處的第一種應(yīng)用是，以非常高的流速對這些液化氣體進行分配。
在第一種情況下，本發(fā)明可用于利用罐的壓力對加熱進行監(jiān)測。液化氣體的液汽平衡曲線使得可以在任何時間獲知貯存器內(nèi)部液體的溫度值。從而可僅對容器提供保持該壓力所必需的加熱量，以便不超過環(huán)境溫度。假設(shè)沿分配管路下游沒有較冷的點，則因為消除了在分配管路中氣體再冷凝的危險，從而可避免對所述分配管路進行加熱。
在第二種情況下，本發(fā)明可用于保持貯存器溫度恒定。當(dāng)貯存器中所要保持的溫度高于沿分配管路的環(huán)境溫度時，對分配管路下游進行加熱就變得必不可少。
本發(fā)明可應(yīng)用于通過輸送氣相來封裝液化氣體以高流速從液化氣體貯存器中抽出氣相的能力使得可以將該液化氣體封裝在其它包裝件中。通過利用本發(fā)明的加熱所獲得的流速可以顯著提高這種設(shè)備的生產(chǎn)率，只要用于接納該液化氣體的包裝件的冷卻能力至少等于該感應(yīng)加熱能力即可。
由于相當(dāng)于是進行單級蒸餾，所以這種類型的氣相傳輸具有凈化液化氣體的優(yōu)點。另外，感應(yīng)作用可以限制原始貯存器的表面溫度，從而避免可能污染液化氣體的揮發(fā)性物質(zhì)從貯存器的壁上發(fā)生解吸。
本發(fā)明的另一個應(yīng)用包括將處于液態(tài)形式的氣體抽取到罐內(nèi)可以利用氣體自身的蒸汽壓力而不是利用運載氣體如氮氣——該運載氣體存在溶解于液化氣體的危險——將該氣體以液態(tài)形式推動流過汲取管。在這種情況下，例如如圖11所示進行操作在該圖中罐500靠放在稱量器501(為監(jiān)測罐的重量，以及進而其排空)之上。如上所述，在罐的下部設(shè)有加熱液體508的感應(yīng)帶502，該感應(yīng)帶與發(fā)生器連接，液體508汽化成509509中的氣體壓力升高，以便液體508可以上升進入汲取管504，通過閥505并通過管路510以液態(tài)形式分配給設(shè)備507。壓力調(diào)節(jié)監(jiān)測裝置506也設(shè)在管路510上，用于控制502的加熱。
權(quán)利要求
1.一種用于輸送尤其以液態(tài)形式儲存在容器中的氣體的系統(tǒng)，所述容器在其下部包含所述氣體的液相并在其上部包含所述氣體的氣相，該容器包括用于與應(yīng)用裝置相連的裝置以及加熱裝置，其特征在于該液化氣體和/或該容器的外殼是導(dǎo)電元件，并且所述加熱裝置包括電磁感應(yīng)裝置，該電磁感應(yīng)裝置能夠在該外殼和/或該液體中產(chǎn)生交變磁場以便對該外殼和/或該容器中的液體進行加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該交變磁場是利用在50Hz和4MHz之間的頻率下工作的一發(fā)生器產(chǎn)生的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于該容器放置在一稱量器上面以監(jiān)測該容器內(nèi)的液位。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于一電導(dǎo)體薄板放置在該感應(yīng)器與該稱量器之間以保護該稱量器不被磁場干擾。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于該產(chǎn)生交變磁場的發(fā)生器為若干個感應(yīng)器供電。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于該加熱裝置包括至少一匝導(dǎo)線，該導(dǎo)線優(yōu)選地環(huán)繞該容器的至少90％。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于每一匝的厚度至少為1mm。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的系統(tǒng)，其特征在于該容器是通常為豎直方向的罐。
9.如權(quán)利要求1至7之一所述的系統(tǒng)，其特征在于該容器是通常為水平方向的“噸級罐”類型。
10.利用如權(quán)利要求1至9之一所述的系統(tǒng)，在使用位置提供一種氣體，該氣體的壓力高于在該罐中的液體處于環(huán)境溫度下時該氣體的平衡壓力。
11.利用如權(quán)利要求1至9之一所述的系統(tǒng)增大該氣體的流速，但是不顯著增加該容器壁的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于輸送以液態(tài)形式儲存在容器中的氣體的系統(tǒng)，所述容器在其下部包含所述氣體的液相并在其上部包含所述氣體的氣相，該容器包括用于與應(yīng)用裝置相連的裝置以及用于對所述容器下部進行加熱的裝置。按照本發(fā)明，該液化氣體和/或該容器的外殼是導(dǎo)電元件，并且該加熱裝置包括電磁感應(yīng)裝置，該電磁感應(yīng)裝置能夠在該外殼和/或該液體中產(chǎn)生交變磁場，以便對該外殼下部和/或該容器中的液體進行加熱，同時限制通過所述裝置加熱氣體。
文檔編號F17C9/00GK1637336SQ20041001046
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者G·拉莫, V·洛朗, T·布雷維爾 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司