(57)【要約】【課題】添加ガスの供給の切り替えを高精度で行えるガス供給装置を提供する。【解決手段】複数の原料ガス供給源１ａ、１ｂと、原料ガスから添加ガスを生成するためのガス混合管路２と、ガス混合管路の一端２ａから分岐すると共に、原料ガス供給源に接続された複数本の原料ガス注入管路３ａ、３ｂと、一端４ａがガス混合管路の他端２ｂに接続され、他端４ｂがガス流路５に接続される添加ガス供給管路４と、原料ガス注入管路における原料ガス供給源の下流側に設けられた第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂと、添加ガス供給管路の他端の手前から分岐した排気管路８と、排気管路に設けられた第２のマスフローコントローラ９と、予め決定された添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、第１および第２のマスフローコントローラを制御する制御部１０を備える。【選択図】図１
2019113326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部をガスが流れるガス流路に対して添加ガスを供給するガス供給装置であって、
それぞれ前記添加ガスの原料ガスを供給する複数の原料ガス供給源と、
前記原料ガスから前記添加ガスを生成するためのガス混合管路と、
それぞれ前記ガス混合管路の一端から分岐するとともに、前記複数の原料ガス供給源に接続された複数本の原料ガス注入管路と、
一端が前記ガス混合管路の他端に接続され、他端が前記ガス流路に接続される添加ガス供給管路と、
前記原料ガス注入管路における前記原料ガス供給源の下流側に設けられた第１の流量制御器と、
前記添加ガス供給管路の前記他端から、または前記添加ガス供給管路における前記他端の手前から分岐した排気管路と、
前記排気管路に設けられた第２の流量制御器と、
予め決定され、または前記ガス流路内の流量測定値に基づいて決定された添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、前記第１および第２の流量制御器を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記排気管路を複数本備えるとともに、前記複数本の排気管路のそれぞれにおける前記第２の流量制御器の上流側に設けられた第１の開閉弁をさらに備え、
前記第１の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記排気管路における前記第２の流量制御器および前記第１の開閉弁間から分岐した代替ガス供給管路と、
前記代替ガス供給管路に接続された代替ガス供給源と、
前記代替ガス供給管路における前記代替ガス供給源の下流側に設けられた第２の開閉弁と、をさらに備え、
前記第２の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記原料ガス注入管路における前記第１の流量制御器の下流側に設けられた第３の開閉弁をさらに備え、前記第３の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記原料ガス注入管路における前記第１の流量制御器および前記第３の開閉弁間から分岐した原料ガス排出管路と、
前記原料ガス排出管路に設けられた第４の開閉弁と、をさらに備え、前記第４の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項４に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記ガス混合管路を複数本備えるとともに、前記複数のガス混合管路がそれぞれ前記ガス供給管路の前記一端から分岐していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部をガスが流れるガス流路に対して添加ガスを供給するガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス流路に添加ガスを供給するガス供給装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載のガス供給装置は、それぞれ添加ガスの原料ガスを供給する複数の原料ガス供給源と、原料ガスから添加ガスを生成するためのガス混合管路と、それぞれガス混合管路の一端から分岐するとともに、複数の原料ガス供給源に接続された複数の原料ガス供給管路を備えている。そして、ガス混合管路の他端はガス流路に接続される。
【０００３】
このガス供給装置は、さらに、各原料ガス供給管路に設けられた第１の流量制御バルブと、入口がガス混合管路の他端に接続された第２の流量制御バルブと、ガス混合管路から分岐したオーバーフロー管と、第２の流量制御バルブの出口に接続された混合ガス供給管路と、第１および第２の流量制御バルブを制御する制御部を備えている。
【０００４】
そして、制御部は、ガス流路に供給すべき添加ガスの濃度および流量設定値に従い、第１の流量制御バルブの開度を調整すると同時に、第１の流量制御バルブの開度と第１の流量制御バルブの原料ガスに対するコンバージョンファクタとから算出した第２の流量制御バルブの添加ガスに対するコンバージョンファクタに基づき、第２の流量制御バルブの開度を調整するようになっている。
【０００５】
そして、このガス供給装置によれば、供給すべき添加ガスの濃度および流量設定値の変更があったとき、瞬時に、当該設定値に対応する濃度および流量の添加ガスが混合ガス供給管路に供給される。
【０００６】
しかしながら、このガス供給装置においては、供給すべき添加ガスの切り替えがなされるとき、混合ガス管路におけるオーバーフロー管との分岐点よりも下流側の部分（第２の流量制御バルブ内の流路も含む）に滞留する、前に供給された添加ガスの流量値が、次に供給される添加ガスの流量値の影響を受けて設定値からずれる。
この影響は、前に供給された添加ガスの流量値と次に供給される添加ガスの流量値の差が増大するほど、大きくなる。
【０００７】
そのため、例えば、小流量の添加ガスの供給と大流量の添加ガスの供給を交互に切り替える場合には、添加ガスの供給を小流量から大流量に切り替えたときは、小流量で供給すべき添加ガスが予め決定された時間よりも短時間で供給されてしまう一方、添加ガスの供給を大流量から小流量に切り替えたときには、大流量で供給すべき添加ガスが予め決定された時間よりも長時間かかって供給されてしまい、添加ガスの供給時間を正確に制御することができなかった。
【０００８】
すなわち、具体例を挙げると、添加ガスＡと添加ガスＢの供給を５秒毎に切り替え、添加ガスＡを０．２リットル／秒で５秒間供給した後、添加ガスＢを１リットル／秒で５秒間供給するというサイクルを繰り返した場合、添加ガスＡは５秒未満で供給される一方、添加ガスＢは５秒以上で供給され、添加ガスＡおよび添加ガスＢの供給を正確に５秒毎に切り替えることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４９２５４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の課題は、添加ガスの供給の切り替えを高精度で行えるガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、内部をガスが流れるガス流路に対して添加ガスを供給するガス供給装置であって、それぞれ前記添加ガスの原料ガスを供給する複数の原料ガス供給源と、前記原料ガスから前記添加ガスを生成するためのガス混合管路と、それぞれ前記ガス混合管路の一端から分岐するとともに、前記複数の原料ガス供給源に接続された複数本の原料ガス注入管路と、一端が前記ガス混合管路の他端に接続され、他端が前記ガス流路に接続される添加ガス供給管路と、前記原料ガス注入管路における前記原料ガス供給源の下流側に設けられた第１の流量制御器と、前記添加ガス供給管路の前記他端から、または前記添加ガス供給管路における前記他端の手前から分岐した排気管路と、前記排気管路に設けられた第２の流量制御器と、予め決定され、または前記ガス流路内の流量測定値に基づいて決定された添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、前記第１および第２の流量制御器を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とするガス供給装置を構成したものである。
ここで、「ガス混合管路」の「混合」は、複数の原料ガス供給源から同時に供給された複数の原料ガスを混合することだけでなく、複数の原料ガス供給源のうちの１つから供給された原料ガスをそのまま流通させることも意味する。
【００１２】
上記構成において、好ましくは、ガス供給装置が、前記排気管路を複数本備えるとともに、前記複数本の排気管路のそれぞれにおける前記第２の流量制御器の上流側に設けられた第１の開閉弁をさらに備え、前記第１の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されるようになっている。
【００１３】
上記構成において、また好ましくは、ガス供給装置が、前記排気管路における前記第２の流量制御器および前記第１の開閉弁間から分岐した代替ガス供給管路と、前記代替ガス供給管路に接続された代替ガス供給源と、前記代替ガス供給管路における前記代替ガス供給源の下流側に設けられた第２の開閉弁と、をさらに備え、前記第２の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されるようになっている。
【００１４】
また、ガス供給装置が、前記原料ガス注入管路における前記第１の流量制御器の下流側に設けられた第３の開閉弁をさらに備え、前記第３の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることが好ましい。
【００１５】
さらには、ガス供給装置が、前記原料ガス注入管路における前記第１の流量制御器および前記第３の開閉弁間から分岐した原料ガス排出管路と、前記原料ガス排出管路に設けられた第４の開閉弁と、をさらに備え、前記第４の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることが好ましい。
【００１６】
また、ガス供給装置が、前記ガス混合管路を複数本備えるとともに、前記複数のガス混合管路がそれぞれ前記ガス供給管路の前記一端から分岐していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第２の流量制御器を、添加ガス供給管路ではなく添加ガス供給管路から分岐した排気管路に設け、排気管路側において添加ガスの流量制御を行うようにしたので、添加ガス供給管路における排気管路との分岐点よりも下流側の管路部分の内容積を最小限に抑制でき、それに伴って、添加ガスの供給の切り替え時に、当該管路部分に滞留する（前に供給された）添加ガスの量を最小限にとどめることができる。
【００１８】
そのため、供給すべき添加ガスを切り替えても、次に供給される添加ガスの流量が前に供給された添加ガスの流量に影響を及ぼすことが殆どなく、よって、設定された濃度の添加ガスを設定された流量で設定された時間、ガス流路に供給することができ、添加ガスの供給の切り替えが高精度で行える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の１実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
【図６】図１のガス供給装置による添加ガス供給の切り替えの精度を確認するためのシミュレーションの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の１実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
図１を参照して、本発明のガス供給装置は、それぞれ添加ガスの原料ガスを供給する複数（この実施例では２つ）の原料ガス供給源１ａ、１ｂと、原料ガスから添加ガスを生成するためのガス混合管路２と、それぞれガス混合管路２の一端２ａから分岐するとともに、２つの原料ガス供給源１ａ、１ｂに接続された複数本（この実施例では２本）の原料ガス注入管路３ａ、３ｂと、一端４ａがガス混合管路２の他端２ｂに接続され、他端４ｂがガス流路５に接続される添加ガス供給管路４を備えている。
【００２１】
なお、ガス混合管路２は、２つの原料ガス供給源１ａ、１ｂから同時に供給された原料ガスを混合する機能を有するだけでなく、２つの原料ガス供給源１ａ、１ｂのうちの一方から供給された原料ガスをそのまま流通させる機能も有する。
【００２２】
本発明のガス供給装置は、また、原料ガス注入管路３ａ、３ｂにおける原料ガス供給源１ａ、１ｂの下流側に設けられた第１のマスフローコントローラ（流量制御器）６ａ、６ｂと、原料ガス注入管路３ａ、３ｂにおける第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの下流側に設けられた開閉弁７ａ、７ｂを備えている。
【００２３】
なお、開閉弁７ａ、７ｂは、ガスの流れを完全に遮断することはできないというマスフローコントローラ６ａ、６ｂの特性に鑑み、関係する原料ガス注入管路３ａ、３ｂを完全に閉鎖する必要がある場合、すなわち、例えば、原料ガスの混合は行わずに、原料ガスのそれぞれを添加ガスとして切り替えてガス混合管路２に供給する場合のような、原料ガス注入管路３ａ、３ｂを切り替えて使用する場合に備えられる。
よって、この実施例において、原料ガス注入管路３ａ、３ｂが切り替えて使用されない場合は、いずれの開閉弁７ａ、７ｂも常に開かれている。
【００２４】
本発明のガス供給装置は、また、添加ガス供給管路４における他端（ガス流路５との接続点）４ｂの手前から分岐した排気管路８と、排気管路８に設けられた第２のマスフローコントローラ（流量制御器）９と、第１および第２のマスフローコントローラ６ａ、６ｂ、８、および開閉弁７ａ、７ｂを制御する制御部１０を備えている。
【００２５】
この場合、排気管路８と添加ガス供給管路４の分岐点は、できるだけ添加ガス供給管路４の他端４ｂ（ガス流路５との接続点）に近い位置にあることが好ましく、よって、当該分岐点を添加ガス供給管路４の他端４ｂに一致（排気管路８を他端４ｂから分岐）させてもよい。
【００２６】
制御部１０は、添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、当該設定値に対応する濃度および流量の添加ガスが原料ガス供給源１ａ、１ｂからガス混合管路２に供給されるようにすべく、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの開度を調整すると同時に、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの開度と第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの原料ガスに対するコンバージョンファクタとから算出した第２のマスフローコントローラ８の添加ガスに対するコンバージョンファクタに基づいて、第２のマスフローコントローラ８の開度を調整する。
【００２７】
この制御部１０による第１および第２のマスフローコントローラ６ａ、６ｂ、８の開度調整の仕方は、上述の特許文献１に記載の制御部による第１および第２の流量制御バルブの開度の調整の仕方と同様であり、第２のマスフローコントローラの添加ガスに対するコンバージョンファクタは、次のようにして算出される。
【００２８】
すなわち、ｎ種類の原料ガスを混合する場合を考え、第１のマスフローコントローラの第１の原料ガス、第２の原料ガス、・・・、および第ｎの原料ガスに対するコンバージョンファクタを、それぞれ、ＣＦ１、ＣＦ２、・・・、およびＣＦｎとし（各原料ガスに対するコンバージョンファクタは、例えば、窒素のＣＦ値＝１、酸素のＣＦ値＝０．９８、二酸化炭素のＣＦ値＝０．７４、一酸化炭素のＣＦ値＝１等、既知である。）、第１の原料ガスの濃度Ｘ１（vol％）、第２の原料ガスの濃度Ｘ２（vol％）、・・・、第ｎの原料ガスの濃度Ｘｎ（vol％）の割合で混合するとき、第２のマスフローコントローラの混合ガスに対するコンバージョンファクタＣＦは、
【００２９】
【数１】
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となる。
【００３０】
よって、例えば、酸素を５vol％、二酸化炭素を１２vol％、一酸化炭素を６vol％、窒素を７７vol％混合して添加ガスを生成する場合、混合ガスのＣＦ値は、０．９５８となる。
【００３１】
そして、制御部１０は、第１および第２のマスフローコントローラ６ａ、６ｂ、８の上記調整した開度を添加ガスの供給時間設定値の時間だけ維持し、当該時間が経過したとき、次に供給すべき添加ガスの濃度設定値および流量設定値に基づき、前と同様にして、第１および第２のマスフローコントローラ６ａ、６ｂ、８の開度を調整し、この調整した開度を当該添加ガスの供給時間設定値の時間だけ維持する。
こうして、添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、第１および第２のマスフローコントローラ６ａ、６ｂ、８の開度が切り替えられることによって、添加ガスの供給の切り替えが瞬時になされる。
【００３２】
なお、添加ガスの供給の切り替えに際し、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂから添加ガス供給管路４の排気管路８との分岐点までの管路内において、供給されたガスが前に供給されたガスと置き換わるまでに時間遅延が生じる点に鑑み、第１のマスフローコントローラ１ａ、１ｂの開度の切り替えと第２のマスフローコントローラ８の開度の切り替えのタイミングがずらされる。
【００３３】
このタイミングのずれは、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂから添加ガス供給管路４の排気管路８との分岐点までの管路の内容積と、供給すべき添加ガスの流量設定値に基づいて予め算出される。あるいは、添加ガス供給管路４の出口に、添加ガスの濃度を測定するための濃度計を配置し、この濃度計の測定値に基づいて、その都度、制御部１０によってタイミングのずれが決定される。
【００３４】
本発明によれば、第２のマスフローコントローラ８を、添加ガス供給管路４から分岐した排気管路８に設け、排気管路８側において添加ガスの流量制御を行うので、添加ガス供給管路４における排気管路８との分岐点よりも下流側の管路部分の内容積を最小限に抑制し、添加ガスの供給の切り替え時に、当該管路部分に滞留する（前に供給された）添加ガスの量を最小限にとどめることができる。
【００３５】
そのため、添加ガスの供給を切り替えても、次に供給される添加ガスの流量が先に供給された添加ガスの流量に影響を及ぼすことが殆どなく、よって、設定された濃度の添加ガスを設定された流量で設定された時間、ガス流路に供給することができ、添加ガスの供給の切り替えが高精度で行える。
【００３６】
次に、図１のガス供給装置による添加ガス供給の切り替えの精度を確認すべくシミュレーションを行った。
このシミュレーションでは、主流路５に、濃度１０００volppmのＣＯが、１秒毎に流量を切り替えながら（４L/sec、８L/sec、１２L/sec）流れている場合に、図１のガス供給装置から添加ガス（ＣＯ）を主流路５に供給することによって、主流路５のＣＯ濃度を０．１秒毎に１１２０volppmと８８０volppmに切り替えて変化させた。
【００３７】
この場合には、ガス供給装置の添加ガス濃度・流量・供給時間設定値は、次のようになる。
(1)０〜１秒
１６００volppmのＣＯの１L/sec（４L/secの２５％に相当）と、４００volppmのＣＯの１L/secを０．１秒毎に切り替えて供給する。
(2)１〜２秒
１６００volppmのＣＯの２L/sec（８L/secの２５％に相当）と、４００volppmのＣＯの２L/secを０．１秒毎に切り替えて供給する。
(3)２〜３秒
１６００volppmのＣＯの３L/sec（１２L/secの２５％に相当）と、４００volppmのＣＯの３L/secを０．１秒毎に切り替えて供給する。
【００３８】
シミュレーションの結果を図６のグラフに示した。
図６のグラフ中、左側縦軸はＣＯ濃度（volppm）を表し、右側縦軸は流量（SLM）を表し、横軸は経過時間（sec）を表している。また、（I）は、主流路５のガス（ＣＯ）の設定濃度値を表し、（II）は、主流路５のガスと添加ガスの混合ガスの測定濃度値（応答速度が０．１秒の分析計で測定した濃度値）を表し、（III）は、主流路５のガスの設定流量値を表し、（IV）は、ガス供給装置から供給された添加ガスの設定流量値を表している。
【００３９】
図６のグラフから、主流路５の混合ガスの濃度が、０．１秒毎に１１２０volppmと８８０volppmに切り替えて変化していることが確認できた。
このことから、本発明のガス供給装置によれば、添加ガスの供給の切り替えが高速にかつ高精度で行えることがわかる。
【００４０】
図２は、本発明の別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
図２の実施例は、図１の実施例と、排気管路に関する構成が異なるだけである。したがって、図２中、図１に示したものと同じ構成要素には同一番号を付し、以下ではそれらの詳細な説明を省略する。
【００４１】
図２を参照して、この実施例では、添加ガス供給管路４から分岐した排気管路８が、下流側に向かってさらに第１の排気管路８ａと第２の排気管路８ｂに分岐するとともに、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂのそれぞれに第２のマスフローコントローラ９ａ、９ｂが設けられている。さらに、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂのそれぞれにおける第２のマスフローコントローラ９ａ、９ｂの上流側に開閉弁１１ａ、１１ｂが設けられている。
【００４２】
第２のマスフローコントローラ９ａ、９ｂおよび開閉弁１１ａ、１１ｂは、制御部１０によって制御される。
【００４３】
なお、図示の実施例では、排気管路８から第１および第２の排気管路８ａ、８ｂを分岐させたが、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂを、排気管路８を介さず、それぞれ直接添加ガス供給管路４から分岐させてもよい。
また、図示の実施例では、２本の排気管路８ａ、８ｂを設けたが、排気管路を３本以上設けてもよい。
【００４４】
図２の実施例では、添加ガスの供給の切り替えに伴って、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂが切り替えられる。
例えば、先の添加ガスの供給時には、開閉弁１１ａが開かれる一方、開閉弁１１ｂは閉じられて第１の排気管路８ａが使用され、制御部１０によって、図１の実施例と同様に、添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの開度と、第１の排気管路８ａの第２のマスフローコントローラ９ａの開度が調整されるとともに、当該開度が供給時間設定値の時間だけ維持され、設定濃度の添加ガスの設定流量が設定時間だけ添加ガス供給管路４から主流路５に供給される。
【００４５】
また、これと並行して、制御部１０によって、次に供給すべき添加ガスの濃度・流量設定値に基づいて、第２の排気管路８ｂの第２のマスフローコントローラ９ｂの開度が予め設定される。
【００４６】
そして、先の添加ガスの供給が完了した時点で、開閉弁１１ａが閉じられる一方、開閉弁１１ｂは開かれ、制御部１０によって、次に供給すべき添加ガスの濃度・流量・供給時間設定値に基づき、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの開度が調整されるとともに、第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂの開度、および第２の排気管路８ｂの第２のマスフローコントローラ１１ｂの開度が、供給時間設定値の時間だけ維持される。
これと並行して、次に供給すべき添加ガスの濃度・流量設定値に基づき、第１の排気管路８ａの第２のマスフローコントローラ９ａの開度が予め設定される。
【００４７】
こうして、この実施例では、排気管路を切り替え可能とし、先の添加ガスの供給時に、次の添加ガスの供給のために使用する排気管路のマスフローコントローラの開度を予め設定するので、図１の実施例で得られる効果に加えて、添加ガスの供給の切り替えを、より高速で行えるという効果が得られる。
【００４８】
図３は、本発明のさらに別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
図３の実施例は、図２の実施例と、第１および第２の排気管路に関する構成が異なるだけである。よって、図３中、図２に示したものと同じ構成要素には同一番号を付し、以下ではそれらの詳細な説明を省略する。
【００４９】
図３を参照して、この実施例では、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂにおける第２のマスフローコントローラ９ａ、９ｂおよび開閉弁１１ａ、１１ｂ間からそれぞれ第１および第２の代替ガス供給管路１２ａ、１２ｂが分岐し、第１および第２の代替ガス供給管路１２ａ、１２ｂはそれぞれ第１および第２の代替ガス供給源１３ａ、１３ｂに接続されている。
【００５０】
さらに、第１および第２の代替ガス供給管路１２ａ、１２ｂにそれぞれ開閉弁１４ａ、１４ｂが設けられている。
開閉弁１４ａ、１４ｂは、制御部１０によって制御される。
【００５１】
第１および第２の代替ガス供給源１３ａ、１３ｂが供給する代替ガスの種類は特に限定されず、代替ガス供給源１３ａ、１３ｂを、例えば、外気を送給するポンプから構成することもできる。
【００５２】
この実施例においても、図２の実施例と同様に、添加ガスの供給の切り替えに伴って、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂが切り替えられる。
さらに、この実施例では、第１および第２の排気管路８ａ、８ｂのうちの、目下の添加ガスの供給には使用されずに、次の添加ガスの供給のために予め関係する第２のマスフローコントローラ９ａ、９ｂの開度の調整がなされる排気管路、例えば第２の排気管路８ｂについて、当該開度の調整の際に、第２の代替ガス供給管路１２ｂの開閉弁１４ｂが開かれ、第２の代替ガス供給源１３ｂから第２の排気管路８ｂに代替ガスが供給される。こうして、開度調整された第２のマスフローコントローラ９ｂは内部に代替ガスが流された状態で次の添加ガスの供給の開始まで待機している。
【００５３】
そして、（第１の排気管路８ａを使用した）目下の添加ガスの供給が完了したとき、第１の排気管路８ａの開閉弁１１ａが閉じられる一方、開閉弁１４ｂが閉じられて第２の排気管路８ｂへの代替ガスの供給が停止されるとともに、第２の排気管路８ｂの開閉弁１１ｂが開かれ、第２の排気管路８ｂを使用して次の添加ガスの供給が開始される。
【００５４】
この添加ガスの供給と並行して、第１の代替ガス供給管路１２ａの開閉弁１４ａが開かれて第１の代替ガス供給源１３ａから代替ガスが第１の排気管路８ａに供給されるとともに、第１の排気管路８ａの第１のマスフローコントローラ９ａの開度の調整がなされる。こうして、開度調整された第１のマスフローコントローラ９ａは内部に代替ガスが流された状態で次の添加ガスの供給の開始まで待機している。
【００５５】
そして、（第２の排気管路８ｂを使用した）添加ガスの供給が完了したとき、第２の排気管路８ｂの開閉弁１１ｂが閉じられる一方、開閉弁１４ａが閉じられて第１の排気管路８ａへの代替ガスの供給が停止されるとももに、第１の排気管路８ａの開閉弁１１ａが開かれ、第１の排気管路８ａを使用して次の添加ガスの供給が開始される。
【００５６】
この実施例では、排気管路を切り替え可能とし、先の添加ガスの供給時に、次の添加ガスの供給のために使用する排気管路のマスフローコントローラの開度を予め設定するだけでなく、設定したマスフローコントローラを内部に代替ガスを流した状態で待機させておくので、図２の実施例で得られる効果に加えて、添加ガスの供給の切り替えをさらに高速で行えるという効果が得られる。
【００５７】
図４は、本発明のさらに別の実施例によるガス供給装置の概略構成を示す図である。
図４の実施例は、図１の実施例と、原料ガス注入管路に関する構成だけが異なるだけである。よって、図４中、図１に示したものと同じ構成要素には同一番号を付し、以下ではそれらの詳細な説明を省略する。
【００５８】
図４を参照して、この実施例においては、原料ガス注入管路３ａ、３ｂにおける第１のマスフローコントローラ６ａ、６ｂおよび開閉弁７ａ、７ｂ間から原料ガス排出管路１５ａ、１５ｂが分岐し、原料ガス排出管路１５ａ、１５ｂに開閉弁１６ａ、１６ｂが設けられる。開閉弁１６ａ、１６ｂは制御部１０によって制御される。
【００５９】
この実施例では、添加ガスの供給の切り替えが、開閉弁７ａ、７ｂの開閉を切り替えて原料ガス注入管路３ａ、３ｂを切り替えることによってなされる。つまり、原料ガスの混合はなされず、原料ガスがそのまま添加ガスとして添加ガス供給管路４からガス流路５に供給される。
【００６０】
そして、例えば、開閉弁７ａが開かれる一方、開閉弁７ｂが閉じられて、原料ガス供給源１ａから原料ガス（添加ガス）が原料ガス注入管路３ａを通じてガス混合管路２に供給されるとき、原料ガス排出管路１５ｂの開閉弁１６ｂが開かれると同時に、原料ガス注入管路３ｂの第１のマスフローコントローラ６ｂの開度が、次に供給すべき添加ガス（原料ガス）の濃度・流量設定値に基づいて調整される。
こうして、開度調整された第１のマスフローコントローラ６ｂは、内部に次に供給すべき添加ガス（原料ガス）が流された状態で当該添加ガスの供給の開始まで待機している。
【００６１】
原料ガス供給源１ａからの原料ガス（添加ガス）の供給が完了したとき（添加ガスの供給時間設定値の時間が経過したとき）、開閉弁７ａが閉じられる一方、開閉弁１６ｂが閉じられて開閉弁７ｂが開かれ、原料ガス供給源１ｂから添加ガス（原料ガス）が原料ガス注入管路３ｂを通じてガス混合管路２に供給される。
これと並行して、原料ガス排出管路１５ａの開閉弁１６ａが開かれると同時に、原料ガス注入管路３ａの第１のマスフローコントローラ６ａの開度が、次に供給すべき添加ガス（原料ガス）の濃度・流量設定値に基づいて調整される。
こうして、開度調整された第１のマスフローコントローラ６ａは、内部に次に供給すべき添加ガス（原料ガス）が流された状態で当該添加ガスの供給の開始まで待機している。
【００６２】
この実施例によれば、図１の実施例で得られる効果に加えて、添加ガスの供給の切り替えを、より高速で行えるという効果が得られる。
【００６３】
以上、本発明の構成をいくつかの好ましい実施例に基づいて説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されるものではなく、当業者が、本願に添付した特許請求の範囲に記載した構成の範囲内で種々の変形例を容易に案出し得ることは言うまでもない。
【００６４】
例えば、図１の実施例では、ガス混合管路２が１本だけ備えられるが、図５に示すように、複数本のガス混合管路２、２’が備えられ、それらのガス混合管路２、２’がそれぞれガス供給管路４の一端４ａから分岐していてもよい。
【００６５】
この変形例によれば、原料ガスの混合によって添加ガスを生成する場合に、複数の異なる種類の添加ガスを高速で切り替えて供給することができる。
【００６６】
また、上述の実施例では、添加ガス濃度・流量・供給時間設定値が予め決定されるが、添加ガス濃度・流量・供給時間設定値を、例えば、ガス流路５内のガスの流量設定値に基づいて、ガス流路５内のガスと添加ガスとの混合比が常に一定となるように決定することもできるし、あるいは、添加ガス濃度・流量・供給時間設定値を、ガス流路５を流れるガスの流量測定値、またはガス流路５を流れるガスと添加ガスとの混合ガスの流量測定値に基づいて、ガス流路５内のガスと添加ガスとの混合比が常に一定となるように決定することもできる。
【００６７】
また、上述の実施例では、添加ガス供給管路４（の他端４ｂ）をガス流路５の中間部に接続したが、添加ガス供給管路４の他端４ｂをガス流路５の入口端に接続して、本発明のガス供給装置をガス流路５を流れるガスの供給源として使用することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  原料ガス供給源
２、２’  ガス混合管路
２ａ、２ａ’  一端
２ｂ、２ｂ’  他端
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  原料ガス注入管路
４  添加ガス供給管路
４ａ  一端
４ｂ  他端
５  ガス流路
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  第１のマスフローコントローラ（流量制御器）
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  開閉弁
８、８ａ、８ｂ  排気管路
９、９ａ、９ｂ  第２のマスフローコントローラ（流量制御器）
１０  制御部
１１ａ、１１ｂ  開閉弁
１２ａ、１２ｂ  代替ガス供給管路
１３ａ、１３ｂ  代替ガス供給源
１４ａ、１４ｂ  開閉弁
１５ａ、１５ｂ  原料ガス排出管路
１６ａ、１６ｂ  開閉弁
【図１】
2019113326.tif 000004
【図２】
2019113326.tif 000005
【図３】
2019113326.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019113326.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月20日(2018.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部をガスが流れるガス流路に対して添加ガスを供給するガス供給装置であって、
それぞれ前記添加ガスの原料ガスを供給する複数の原料ガス供給源と、
前記原料ガスから前記添加ガスを生成するためのガス混合管路と、
それぞれ前記ガス混合管路の一端から分岐するとともに、前記複数の原料ガス供給源に接続された複数本の原料ガス注入管路と、
一端が前記ガス混合管路の他端に接続され、他端が前記ガス流路に接続される添加ガス供給管路と、
前記原料ガス注入管路における前記原料ガス供給源の下流側に設けられた第１の流量制御器と、
前記添加ガス供給管路の前記他端から、または前記添加ガス供給管路における前記他端の手前から分岐した複数本の排気管路と、
前記複数本の排気管路のそれぞれに設けられた第２の流量制御器と、
前記複数本の排気管路のそれぞれにおける前記第２の流量制御器の上流側に設けられた第１の開閉弁と、
予め決定され、または前記ガス流路内の流量測定値に基づいて決定された添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、前記第１および第２の流量制御器および前記第１の開閉弁を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記排気管路における前記第２の流量制御器および前記第１の開閉弁間から分岐した代替ガス供給管路と、
前記代替ガス供給管路に接続された代替ガス供給源と、
前記代替ガス供給管路における前記代替ガス供給源の下流側に設けられた第２の開閉弁と、をさらに備え、
前記第２の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記原料ガス注入管路における前記第１の流量制御器の下流側に設けられた第３の開閉弁をさらに備え、前記第３の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記原料ガス注入管路における前記第１の流量制御器および前記第３の開閉弁間から分岐した原料ガス排出管路と、
前記原料ガス排出管路に設けられた第４の開閉弁と、をさらに備え、前記第４の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されることを特徴とする請求項３に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記ガス混合管路を複数本備えるとともに、前記複数のガス混合管路がそれぞれ前記ガス供給管路の前記一端から分岐していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス供給装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、内部をガスが流れるガス流路に対して添加ガスを供給するガス供給装置であって、それぞれ前記添加ガスの原料ガスを供給する複数の原料ガス供給源と、前記原料ガスから前記添加ガスを生成するためのガス混合管路と、それぞれ前記ガス混合管路の一端から分岐するとともに、前記複数の原料ガス供給源に接続された複数本の原料ガス注入管路と、一端が前記ガス混合管路の他端に接続され、他端が前記ガス流路に接続される添加ガス供給管路と、前記原料ガス注入管路における前記原料ガス供給源の下流側に設けられた第１の流量制御器と、前記添加ガス供給管路の前記他端から、または前記添加ガス供給管路における前記他端の手前から分岐した複数本の排気管路と、前記複数本の排気管路のそれぞれに設けられた第２の流量制御器と、前記複数本の排気管路のそれぞれにおける前記第２の流量制御器の上流側に設けられた第１の開閉弁と、予め決定され、または前記ガス流路内の流量測定値に基づいて決定された添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づき、前記第１および第２の流量制御器および前記第１の開閉弁を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とするガス供給装置を構成したものである。
ここで、「ガス混合管路」の「混合」は、複数の原料ガス供給源から同時に供給された複数の原料ガスを混合することだけでなく、複数の原料ガス供給源のうちの１つから供給された原料ガスをそのまま流通させることも意味する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記構成において、好ましくは、ガス供給装置が、前記排気管路における前記第２の流量制御器および前記第１の開閉弁間から分岐した代替ガス供給管路と、前記代替ガス供給管路に接続された代替ガス供給源と、前記代替ガス供給管路における前記代替ガス供給源の下流側に設けられた第２の開閉弁と、をさらに備え、前記第２の開閉弁は、前記制御部により、前記添加ガス濃度・流量・供給時間設定値に基づいて制御されるようになっている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明によれば、第２の流量制御器を添加ガス供給管路から分岐した複数本の排気管路のそれぞれに設け、さらに各排気管路における第２の流量制御器の上流側に第１の開閉弁を設けて、排気管路側において添加ガスの流量制御を行うとともに、排気管路を切り替え可能としている。
それによって、添加ガス供給管路における排気管路との分岐点よりも下流側の管路部分の内容積を最小限に抑制し、添加ガスの供給の切り替え時に、当該管路部分に滞留する（前に供給された）添加ガスの量が最小限に抑制することができ、そのため、供給すべき添加ガスを切り替えても、次に供給される添加ガスの流量が前に供給された添加ガスの流量に影響を及ぼすことが殆どない。さらには、複数本の排気管路を切り替えて使用し、先の添加ガスの供給時に、次の添加ガスの供給のために使用する排気管路の第２の流量制御器の開度を予め設定することができる。
こうして、設定された濃度の添加ガスを設定された流量で設定された供給時間、当該濃度・流量・供給時間を高速度で切り替えつつガス流路に供給することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】