专利名称：低温液化气体的充填方法
技术领域：
本发明涉及常温下是气体状态、呈气体状态向高压的气体容器中充填的低温液化气体的充填方法。具体地，本发明涉及使用泵使低温液化气体成为液体状态加压到必需的压力、使被加压的液体呈气体状态向高压气体容器中充填的方法。
背景技术：
一般低沸点的液化气体在临界温度以下的低温下是液体状态，而变成临界温度以上时，则变成气体状态。本发明中把这种气体称作“低温液化气体”。利用这样的特性，这些液化气体在数十～200kg/cm2G的压力下呈气体状态充填到制成高压用的容器中使用。作为这样的液化气体，以通用使用的氮、氧、氩为首，还有半导体产业中使用的三氟化氮(NF3，沸点-129℃)，六氟化硫(SF6)、无水盐酸(AHCl)、无水溴化氢(液态溴化氢，AHBr)、四氟化碳(CF4)、六氟化乙烷(C2F6)等。
过去，这些液化气体的充填方法一般是在制造过程中借助低温冷凝后，呈液体状态贮存在贮存容器中，在充填时使液体通过气化器或换热器再气化，使用压缩机对该气化的气体边进行加压边充填到高压气体容器中。
因此，向容器中充填低温的液化气体时主要利用液化气体气化、使用压缩机对该气化的气体边进行加压边向容器中充填的方法，其理由是，泵的场合，如果使用低沸点的低温液体则产生空穴现象(低沸点的液体气化后呈气体状态充填到泵压头中，由此形成泵不能运转的现象称空穴现象)。若产生这种空穴现象，泵不可能正常运转，但使用压缩气化气体的压缩机则不需要担心这种现象。
然而，这样的充填方法在用压缩机压缩气化气体时产生的压缩热造成充填气体的温度升高，激烈的场合，发生产品分解，因此引起杂质增多、纯度降低、部件磨损导致高的维修成本、高压下的充填速度降低之类的问题，但实际情况是压缩机的特性尚没有明确的解决方案，只是简单地冷却压缩机头或在排出部位安装冷却器，冷却气体，使压缩热造成的问题最小化，或者并用在排出侧安装过滤器除去杂质粒子等的补救方法，但没有彻底地解决问题。
此外，随着半导体产业的发展，在该领域所使用的气体的场合，要求的纯度越发严格，对气体的纯度及气体中的杂质含量的要求也更加强烈。
以往使液化气体气化后、使用压缩机对气化的气体边进行加压边充填到容器中的方法，不仅气化及加压工序所需的能量大，而且如半导体制造过程中用作蚀刻气体的三氟化氮(NF3)气体那样要求高纯度的气体的场合，造成气体变质的可能性增大。
因此，该领域不仅要求减少能量使用量，而且要求开发在充填过程中不会产生气体变质的液化气体充填方法。
发明内容
本发明涉及使用泵对低温的液化气体呈液体状态进行加压、使该被加压的液体通过气化器或直接充填到高压气体容器中的方法。
本发明者确认，通过使NF3这种要求高纯度的液化气体在不产生空穴现象的条件下使用泵充填到高压气体容器中，与以往使用压缩机使气体状态的气体充填到高压气体容器中的方法相比，不仅在充填过程中不引起变质，而且使用少的能量就可以充填，从而完成了本发明。
本发明目的在于通过使用泵充填低温液化气体，由于可以根本上防止压缩机具有的问题，例如压缩过程中的发热，高能成本，振动及噪音之类的问题，故提供一般用途、当然就连如NF3这种超高纯度半导体气体的充填也经济且稳定的新型的充填技术。
使用隔膜泵的液化气体的充填方法，在加压过程中不是呈气体而是呈液体状态通过泵可以容易地加压到所期望的压力，在低压及高压下可按大致一定的流量输送，可缩短充填时间，而且由于即使是高的压缩比，发热量也极少，故对如NF3这种在高温下的反应性及分解显著增加的物质也可安全地进行充填。另外，由于泵的压头部分充满液体(低温液化气体)，故起润滑作用。因此，可以根本上切断摩擦或磨耗导致的金属粒子的生成，同时与压缩机相比，由于是小型并且需要少的动力，故可以使动力成本或运转及维修成本最小化，而且在缩短充填时间、运转效率方面，也极为有利。
压缩机是压缩气体后进行输送的设备，泵是直接输送液体的设备，故拟充填相同量的液化气体时，压缩机的尺寸必须比泵大10倍以上。
泵是输送液体及充填用使用的设备，一般由活塞和单向阀组成的压头、产生动力的马达及利用马达的旋转力形成油压的机械驱动部位(齿轮及活塞工作部位)构成。
本发明中，从低温的液化气体呈液体状态贮存的贮存容器到泵的吸入部分利用配管连接，必须成为可以彻底地使吸入配管绝热或利用低温冷媒冷却而使低温液体不蒸发产生空穴现象的构造。
泵的压头部分为了预防空穴现象可以使其彻底地绝热，必要时可以设置能利用低温冷媒进行冷却的盘管或双层夹套。在泵的排出配管上设置与贮罐相连接的配管，使泵起动(priming)时，排出配管内的残留液体能返回到贮罐中。泵起动操作时，利用该配管使贮罐内的液体循环，充填作用结束后使排出配管内的残留液和压力恢复到贮罐，使产品的损失最小化。另外，设置压力计，使之可以确认泵的运转状态和排出压力，安装发生异常过压的场合可以消除的安全装置。在低温的液化气体充满配管的状态下仍维持密闭的场合，由于升温膨胀形成异常过压，激烈的场合配管有可能破损，因此必须加以注意。利用泵加压的液化气体液体可以通过与充填设备相连接的配管向充填容器输送，从而直接填充，也可以通过另外设置在排出配管上的气化器或换热器在常温下气化后，充填到容器中。直接充填到容器中的场合，充填完毕，关闭容器的阀后，经在室温下放置，使被充填的液体气化。充填量使用秤测定，在充填设备上安装能确认充填压力的压力计，使得不过量充填。本发明提供的充填方法可适用于单独充填设备及多个的充填设备。
本发明的方法具有可以使要求高纯度的低温的液化气体不引起变质、使用少的能量经简单的工序充填到高压气体容器中的效果。
图1是表示使用本发明的泵使液化气体充填到容器中的工序的简略工艺图。
图2是表示以往使用气化器和压缩机使液化气体充填到容器中的工序的简略工艺图。
符号说明T液化气体贮罐S1 吸入配管S2 排出配管P泵S3、S4、S5 充填配管G气化器E压缩机M充填口C充填容器V1、V2、V3、V4、V5 阀具体实施方式
以下，通过实施例详细地说明本发明。但本发明不限于这些实施例。
实施例根据图1对本发明的充填方法具体地进行说明。充填试验使用的液化气体是低温下冷凝的液态的高纯度NF3气体。贮罐T使用配管与NF3制造工序连接，为了绝热，贮罐T的外部可以用双层真空夹套制成。贮存在贮罐中的液态的NF3气体通过吸入配管S1输送到泵吸入口，吸入配管S1也制成双层管状的真空绝热配管。在泵的排出侧设置压力计，使得能确认泵的正常运转状态。在秤上设置充填容器，将充填容器与泵的排出配管S2相连，使得能确认充填量。充填作业按以下的顺序进行。
1)连接充填配管S4与高压容器C，为了除去配管内的空气及水分而将阀V1、V2关闭，将阀V3、V4、V5打开，形式1乇以下的真空。此时，高压容器C预先除去内部水分，真空处理，进行充填的准备。
2)1)的作业结束时，为了起动泵而关闭阀V3、V4、V5，打开阀V1、V2后，使泵运转，自行循环。
3)泵压头的温度充分地低到可以输送液体的程度，关闭阀V2时，若压力急剧上升，则打开阀V3、V4，把NF3液体充填在充填容器中。
4)充填作业结束时，关闭阀V4，泵停止后，打开阀V1、V2、V3，使充填配管S4内的残留液返回到贮罐中，压力均衡后，再将所有的阀关闭，将充填容器分开。该充填容器在常温下放置，升温到室温。
另外，也可使被泵P加压、通过排出配管S2输送的液化气体通过气化器G气化后，通过充填配管S3呈气体状态充填在容器C中。
比较例根据图2对以往使用气化器和压缩机使液化气体充填到容器中的工艺具体地进行说明。充填试验使用的液化气体是低温下冷凝的液态的NF3气体。贮罐T利用配管与NF3制造工序连接，为了绝热，贮罐T的外部使用真空夹套构成。贮存在贮罐中的液态的NF3气体通过吸入配管S1输送到气化器。通过装在加热装置内的气化器的液态的NF3，经升温容易气化，变成气体状态。通过排出配管S2供给压缩机的NF3气体变成加压状态，使加压状态的NF3气体通过排出配管S5充填到充填容器C中。
测定使用泵P呈液体状态充填到充填容器中的实施例的方法充填的充填气体、和使用气化器G与压缩机E呈气体状态充填到充填容器中的比较例的方法充填的充填气体的纯度及酸度变化，其测定值与贮罐T中的NF3的纯度及酸度比较的值如下表1所示。
表1
比较例的场合，纯度变化不大，但酸度出现大幅度增加的现象。这估计是因压缩机的压缩热，气体变成更活化的状态，故NF3气体容易分解。
另外，微细粒子的数也呈现增加的趋势，这估计是压缩机的压缩充填时的机械摩擦等造成的。
但实施例的场合，纯度与酸度的变化极低。
前述表1中，关于气体纯度，使用气相色谱仪分析各种杂质后，进行聚合，酸度分析，使产品气体被一定量水吸收后，使用NaOH进行中和滴定，测定总酸度，采用从总酸度的值减去HF量的值换算NHO3量。HF量使用F离子分析仪进行分析，HNO3的存在使用硫酸及FeSO4进行阴离子定性分析确认。微细粒子使用粒子测定仪测定，只考虑0.2μm以下的粒子。
权利要求
1.低温液化气体的充填方法，其特征是，在向高压充填容器充填低温液化气体的方法中，将低温液化气体输送配管制成绝热配管，使用泵充填到高压充填容器中。
2.权利要求1所述的低温液化气体的充填方法，其特征在于，前述低温液化气体从三氟化氮、氮、氧、氩、六氟化硫、无水盐酸、无水溴化氢、四氟化碳及六氟化乙烷中选择。
3.权利要求1所述的低温液化气体的充填方法，其特征在于，将利用泵加压的液体直接充填到容器中，或者通过安装在泵排出侧的蒸发器或气化器气化后，呈气体状态充填在容器中。
全文摘要
本发明提供可以使要求高纯度的低温液化气体不引起纯度变化、使用少的能量经简单的工序充填到高压气体容器中的低温液化气体的充填方法，其中，将低温液化气体输送配管制成绝热配管，使用泵充填到高压充填容器中。
文档编号F17C5/04GK1892093SQ20061007404
公开日2007年1月10日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年6月27日
发明者张香子, 饭久保祐一, 金大铉, 金哲虎 申请人:蔚山化学株式会社