(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化状態からガスを配給するシステムであつて、(a) ガスが引かれるガスラインを有する圧縮液化ガスシリンダーと、(b) ガスシリンダーが収容されているガスシリンダーキャビネットと、(C) ガスシリンダー内の液体温度が環境温度を超えないで、環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度を増加する伝熱速度増加手段と、を備えたガス配給システム。
【請求項２】
(d) ガスシリンダーから引かれるガスの減圧手段と、(e) 減圧手段の上流に置かれている、ガスシリンダーから引かれたガスを過熱する手段と、をさらに備えた請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項３】
(f) 伝熱速度増加手段と過熱手段を統合可能に制御して、ガスシリンダーの圧力と温度、及び減圧手段の上流にあるガスシリンダーから引かれるガスを過熱する度合を制御できるようにする手段、をさらに備えた請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項４】
伝熱速度増加手段は、ガスシリンダーキャビネット中の１若しくはそれ以上の開口と、伝熱ガスが１若しくはそれ以上の開口を通るようにする手段と、を備えた請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項５】
伝熱ガスは、空気又は不活性ガスである請求項４に記載のガス配給システム。
【請求項６】
ガスキャビネット中の１若しくはそれ以上の開口は、１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットを備えている請求項４に記載のガス配給システム。
【請求項７】
１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットは、伝熱ガスの流れ方向を定めるためのフィンを備えている請求項６に記載のガス配給システム。
【請求項８】
伝熱速度増加手段は、１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットの温度を環境温度よりも高い値に電気的に制御する手段をさらに備えた請求項６に記載のガス配給システム。
【請求項９】
伝熱速度増加手段は、空気の流れを実質的に液体−蒸気界面に相当するガスシリンダー上の位置に向けることができる請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項１０】
伝熱速度増加手段は、一又はそれ以上の放射パネルヒーターを備えた請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項１１】
伝熱速度増加手段は、ガスシリンダーの下に置かれたヒーターを備えた請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項１２】
ガスシリンダーの下に置かれたヒーターは、加熱されるスケールカバーで、このスケールカバーは、上面と、下面と、上記上下面間に形成された中空部内に置かれた加熱要素とを備えた請求項１１に記載のガス配給システム。
【請求項１３】
スケールカバーは、上面に取付けられた窪み形状の部材をさらに備えた請求項１２に記載のガス配給システム。
【請求項１４】
ガスシリンダー圧力と重量の入力に基づいて、加熱されるスケールカバーからの熱出力を制御する手段をさらに備えた請求項１２に記載のガス配給システム。
【請求項１５】
過熱手段は、加熱されるガスフィルター又は加熱される清浄器を備えた請求項２に記載のガス配給システム。
【請求項１６】
過熱手段は、ガスラインと接触しているヒーターを備えている請求項２に記載のガス配給システム。
【請求項１７】
ガスラインと接触しているヒーターは、電気的な加熱タイプである請求項１６に記載のガス配給システム。
【請求項１８】
過熱手段は、空気を加熱する手段と、ガスラインの一部分に接続して、加熱される空気を吹き込む手段をさらに備えた請求項１に記載のガス配給システム。
【請求項１９】
過熱手段は、ガス入口、ガス出口、バルブを開閉するアクチュエータ、及びバルブと熱接触するヒーターとを備えた、加熱されるバルブをさらに具備した請求項２に記載のガス配給システム。
【請求項２０】
加熱されるバルブは、ブロックバルブである請求項１９に記載のガス配給システム。
【請求項２１】
加熱されるバルブは、更に第二のガス入口を備え、ここを通ってパージガスがバルブ内に入ることができるようになっている請求項１９に記載のガス配給システム。
【請求項２２】
加熱されるバルブは、これに接続された圧力測定装置をさらに備えた請求項１９に記載のガス配給システム。
【請求項２３】
ヒーターは、自己調整型ヒーターと、抵抗型ヒーターと、カートリッジヒーターとからなる群から選択される請求項１９に記載のガス配給システム。
【請求項２４】
ヒーターはヒートトレースである請求項２３に記載の加熱されるガス配給システム。
【請求項２５】
半導体処理装置と請求項１に記載のガス配給システムとを備えた半導体処理システム。
【請求項２６】
液化状態からガスを供給する方法であって、この方法は、(a) ガスシリンダーキャビネットに収容され、ガスラインを有するガスシリンダー内に、圧縮液化ガスを供給する工程と、(b)ガスシリンダー内の液体温度を環境温度を超えることなく環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度を増加する伝熱速度増加工程と、を備えたガス供給方法。
【請求項２７】
(c) ガスの膨脹前にガスシリンダーから引かれるガスを過熱する工程を更に備えた請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項２８】
(d) 伝熱速度の増加と過熱工程を統合可能に制御して、ガスシリンダーの圧力と温度、及びガスの膨脹前にガスシリンダーから引かれるガスを過熱する度合を制御する工程を更に備えた請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項２９】
ガスはＮＨ3 ，ＡｓＨ3 ，ＢＣｌ3 ，ＣＯ2 ，Ｃｌ2 ，ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ，Ｓｉ2 Ｈ6 ，ＨＢｒ，ＨＣｌ，ＨＦ，Ｎ2 Ｏ，Ｃ3 Ｆ8 ，ＳＦ6，ＰＨ3 ，及びＷＦ6 から選択される請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項３０】
伝熱ガスをガスキャビネット中の１若しくはそれ以上の開口を通すことにより、伝熱速度を増加する請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項３１】
伝熱ガスは、空気又は不活性ガスである請求項３０に記載のガス供給方法。
【請求項３２】
１若しくはそれ以上の開口は、１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットを備えている請求項３０に記載のガス供給方法。
【請求項３３】
伝熱速度増加工程は、１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットの温度を環境温度よりも高い値に電気的に制御する工程を更に備えている請求項３２に記載のガス供給方法。
【請求項３４】
伝熱速度増加工程は、空気の流れを実質的に液体−蒸気界面に相当するガスシリンダー上の位置に向ける工程を備えている請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項３５】
伝熱速度増加工程は、ガスキャビネット中に１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットを用意する工程を備え、１若しくはそれ以上のプレナム板又はスリットは空気の流れ方向を決めるためのフィンを備えている請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項３６】
伝熱速度増加工程は、一又はそれ以上の放射パネルヒーターを備え、該ヒーターでガスシリンダーを加熱する工程を備えた請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項３７】
伝熱速度増加工程は、ガスシリンダーの下のヒーターでシリンダーを加熱する工程を備えた請求項２６に記載のガス供給方法。
【請求項３８】
ガスシリンダーの下に置かれたヒーターは、加熱されるスケールカバーで、このスケールカバーは、上面と、下面と、上記上下面間に形成された中空部内に置かれた加熱要素とを備え、この方法は更にスケールでガスシリンダーの重量を測定する工程を備えた請求項３７に記載のガス供給方法。
【請求項３９】
ガスシリンダー圧力と重量の入力に基づいて加熱されるスケールカバーからの熱出力を制御する工程を更に備えた請求項３８に記載のガス供給方法。
【請求項４０】
ガスシリンダーから引かれるガスを過熱する工程は、加熱されるガスフィルター又は加熱される清浄器でガスを過熱する工程を備えた請求項２７に記載のガス供給方法。
【請求項４１】
ガスシリンダーから引かれるガスを過熱する工程は、ガスラインと接触しているヒーターでガスを過熱する工程を備えた請求項２７に記載のガス供給方法。
【請求項４２】
ガスラインと接触しているヒーターは、電気的な加熱タイプを備えた請求項４１に記載のガス供給方法。
【請求項４３】
ガスシリンダーから引かれるガスを過熱する工程は、空気を加熱する工程と、ガスライン部分上に、加熱される空気を吹き込む工程とを備えた請求項２７に記載のガス供給方法。
【請求項４４】
ガスシリンダーから引かれるガスを過熱する工程は、バルブと熱接触するヒーターを備えたバルブ内でガス流を加熱する工程を備えた請求項２７に記載のガス供給方法。
【請求項４５】
加熱されるバルブは、ブロック形状のバルブである請求項４４に記載のガス供給方法。
【請求項４６】
ヒーターは、自己調整型ヒーターと、抵抗型ヒーターと、カートリッジヒーターとの群から選択される請求項４４に記載のガス供給方法。
【請求項４７】
ヒーターはヒートトレースである請求項４６に記載のガス供給方法。
【請求項４８】
加熱要素は中空部内に巻かれている請求項１２に記載のガス配給システム。
【請求項４９】
加熱要素は２２０゜Ｆ（１０４℃）までの温度で操作できる請求項１２に記載のガス配給システム。
【請求項５０】
中空部の下に更に絶縁層を備え、この絶縁層は加熱要素から上面に熱を向けるのに有効なものである請求項１２に記載のガス配給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液化状態からのガスの制御配給システム、及びこれを備えた半導体処理システムに関する。本発明は又液化状態からのガスの制御配給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工業では、シリンダーに貯えられた高純度ガスが処理ツールに供給され、各種半導体製造プロセスを行うようになっている。このようなプロセスの例として、拡散、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）、エッチング、スパッタリング、及びイオン注入（ion implantation）が挙げられる。ガスシリンダーは通常ガスキャビネット内に収容されている。これらガスキャビネットは、又、シリンダーをマニホールドを介して夫々のプロセスガスラインに安全に接続する手段を備えている。プロセスガスラインは、ガスが各種プロセスツールに導入される導管を備えている。
【０００３】
半導体製造プロセスに使用される各種のガスのうち、多くは液化状態でシリンダーに貯蔵されている。この方法で貯えられる化学品の部分的なリスト、及びこれらが貯えられる圧力は以下の表１に示す。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
ガスキャビネットの第一の目的は、１若しくは二以上のガスをシリンダーからプロセスツールに配給する安全な運搬具を提供することにある。ガスキャビネットは、通常、安全な方法で、シリンダーの変更及び／又は構成要素の取り替え可能な配置として、各種流量制御装置を備えたガスパネル、バルブ、その他を有している。
【０００６】
キャビネットは、従来、シールが壊れる前に不活性ガス（例えば、窒素又はアルゴン）を備えたガス配給システムをパージするシステムを備えている。パージ操作の制御及び自動化は公知である。例えば、米国特許4,989,160 、Garrett らに開示されている。この特許は、異なるタイプのガスに対して異なるパージプロセスが要求されることが示されているが、液化ガスシリンダーに関して特別の考慮が必要であることが認識されていない。
【０００７】
ＨＣｌの場合、ジュール−トンプソン効果(Joule-Thompsom Expansion and Corrosion in  HCl system, Solid State Technology，July  1992, 53-57 頁、参照) による濃縮が起こる。液化ＨＣｌは、その蒸気形態よりもより腐食性が強い。同様に、上記表１の化学品の多くは、液体の形態が対応する気体の形態よりも腐食性が強い。これは、水蒸気などの不純物によるもので、これらは液相内にトラップされて、ガス分配システムの表面に存在する。従って、ガス配給システム中にこれら材料が濃縮すると、腐食を導いてしまう。このことはシステムの構成要素にとって有害である。更に、腐食生成物は、高純度プロセスガスの汚染を導いてしまう。この汚染は、操業プロセスに関して有害であり、結局、製造される半導体装置に有害となる。
【０００８】
ガス配給システム中の液体の存在は、また、流量制御に際し不正確さを導くと評価されていた。すなわち、各種流量制御装置中に液体が蓄積すると、流速及び圧力制御の問題を引き起こすとともに構成要素の破損を引き起こし、処理上の問題を生じる。このような挙動の一つの例は、液体塩素によるバルブシートの膨張である。これによりバルブは、永久的に閉じられてしまう。
【０００９】
典型的なガス配給システムでは、シリンダーを離れた後、ガスが通過する最初の構成要素は、圧力調整器やオリフィスなどの減圧装置である。しかし、比較的低い蒸気圧を有する材料（ＷＦ６，ＢＣｌ３，ＨＦ，ＳｉＨ２Ｃｌ２など）を含むシリンダーでは、調整器は適切ではない。この場合、第一の構成要素はバルブとすることができる。これらの調整器又はバルブは、しばしばサービスや必要な取り替え中に故障する。これらの構成要素の故障は、この要素中の液体の存在にしばしば起因する。このような故障は、故障パーツの取り替えやこれに続くリークのチェック中でのプロセスのシャットダウンを必要とする。
【００１０】
米国特許5,359,787,Mostowy,Jr.etal では、ＨＣｌのような吸湿、腐食化学品をバルクソース（例えばチューブトレイラー）から使用場所に配給する装置が記載されている。この特許は、不活性ガスのパージと真空サイクルとバルク貯蔵コンテナの下流にある、加熱される清浄器の使用を開示している。減圧下で加熱することにより、配給ラインでの腐食性ガスの濃縮を防ぐことができる。米国特許5,359,787 は、バルク貯蔵システムに関し、貯蔵される化学品の体積は実質的にガスキャビネット中に貯蔵されるシリンダーの通常の体積よりも大きい。バルク貯蔵システムが大きな体積を有する結果、バルク貯蔵コンテナ内の温度と圧力とは、コンテナ内の液体が実質的に空になるまで、一般に一定である。このようなコンテナ内の圧力は、第一に環境温度の季節的な変動により制御される。
【００１１】
逆に、ガスキャビネット内に貯蔵される比較的少ない体積のシリンダーの圧力変動は、シリンダーから引かれるガスの速度（及び気化に必要な熱の排出）とともにシリンダーへの環境エネルギーの移動に依存する。このような影響は、バルク貯蔵システムでは一般に存在しない。バルク貯蔵システムでは、貯蔵化学品の熱量が十分大きく、液体温度変化は比較的ゆっくり生じる。バルクシステム中のガス圧は液体の温度により制御される。すなわち、コンテナ内の圧力は、コンテナ内に収容されている液体の温度での化学品の蒸気圧と等しい。シリンダーに基づくガス配給システムでは、シリンダー温度に関して液体温度を制御することによりシリンダー圧力を制御する必要性が従来から認識されている。ガスシリンダー加熱／冷却ジャケットとして、シリンダー温度の制御を通してシリンダー圧力を制御することが提案されている。このような場合、加熱／冷却ジャケットは、ガスシリンダーと直接接触するように置かれる。このジャケットは、流体を循環することにより一定温度に維持される。この温度は、外部のヒーター／冷却ユニットにより制御される。このような加熱／冷却ジャケットは、例えば、アキュレート  ガス  コントロール  システム  社から市販されている。
【００１２】
これら加熱／冷却ジャケットは、一般に、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等の熱的に不安定なガスの温度制御に使用される。加熱／冷却ジャケットの他の使用方法は、ＢＣｌ３、ＷＦ６、ＨＦ，ＳｉＨ２Ｃｌ２などの低い蒸気圧ガスを含むシリンダーの加熱である。これらガスのシリンダー圧力が低いため、液体温度を下げて更なる減圧をすると、流量制御問題を引き起こす。
【００１３】
全てのガス配管システムの熱調整と協同してシリンダー温度を制御して、ガス配給システム中の濃縮を防止することが、低い蒸気圧を有するガスに対して提案されている。配管システムの熱調整を要求すると、シリンダーが加熱／冷却ジャケットに起因して環境温度よりもより大きくなる結果となる。もし、ガスラインが熱的に制御されないと、加熱ゾーンから、より低い温度ゾーンを通過したときに、そこを通るガス流の再濃縮が起こってしまう。しかし、熱調整器と協同した加熱／冷却ジャケットは、システムメンテナンス（例えばシリンダー取り替え中）での煩雑さや費用の増加が生じるため、好ましくはない。更に加えて、加熱／冷却ジャケットは、ジャケットがシリンダー回りを被覆し、また全てのシステムが加熱され、そして加熱温度になるために、過熱に対して大きなポテンシャルを有している。このような過熱は、シリンダーの下流にあるガス分配システム中のより低い温度に起因して、再濃縮を引き起こす。その結果、ガスシリンダーから使用場所へ分配する全ての分配システムを加熱する場合は、このような再濃縮を阻止する必要がある。
【００１４】
さらに、シリンダー加熱／冷却ジャケットは、熱的に有効ではない。例えば、典型的なシリンダー加熱／冷却ジャケットは、約１５００Ｗの加熱と冷却の容量を持っている。表２は、シリンダーから１０ｓｌｍ（standard liters per minute）の流速で各種ガスを連続的に気化するためのエネルギー要求を要約している。このデータは、気化のためのエネルギー要求は、実質的にシリンダージャケットの加熱／冷却速度よりも低いことを示している。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
加熱／冷却ジャケット及びガス分配システムの厳格な熱調節器を用いると上記の欠点があるため、その使用は好ましくない。
【００１７】
半導体処理工業の要望に適合させるために、本発明の目的は、液化状態からガスを制御配給する新規なシステムを提供するもので、このシステムは液化ガスを含むシリンダーの圧力を正確に制御し、これと同時にシリンダーから引かれるガス中に入った液滴を最小にするものである。従って、単一相のプロセスガス流は、実質的に流速増加を伴って得られる。その結果、各種のプロセスツールを単一のガスキャビネットにより提供することができる。あるいは、個々のプロセスツールに、より高い流速で配給することができる。更に、扱いにくい加熱／冷却ジャケツの使用を避け、かつプロセスラインの厳格な熱管理を避けることができる。
【００１８】
さらに本発明の目的は、液化ガスからガスを制御配給する進歩性のあるシステムを備えた半導体プロセスシステムを提供することにある。
【００１９】
さらに本発明の目的は、液化ガスからガスを制御配給するための方法で、これは進歩性あるシステム及び方法と組み合わされて使用できるものを提供することにある。
【００２０】
さらに本発明の目的は、ガス流を調整する、加熱されるバルブを提供することにある。
【００２１】
さらに本発明の目的は、進歩性のあるシステム及び方法に使用できる、加熱されるスケールカバーを提供することにある。
【００２２】
本発明の別の目的及び事項は、ここに示された明細書、図面、請求範囲を見ることにより、当業者であれば、容易に理解できる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明のシステム及び方法に適合される。本発明の最初の形態によれば、液化状態からガスを配給する新規なシステムを提供する。このシステムは、(a) ガスが引かれるガスラインを接続した圧縮液化ガスシリンダー、（ｂ）ガスシリンダーが収容されるガスシリンダーキャビネット、及び(c) ガスシリンダー内の液体の温度が環境温度より高くならないように、環境とシリンダー間の伝熱速度を増加する手段を備えている。
【００２４】
本発明の第二の形態によれば、半導体プロセスシステムが提供される。このシステムは、半導体処理装置と、液化状態からガスを配給する進歩性あるシステムとを備えている。
【００２５】
本発明の第三の形態は、液化状態からガスを配給する方法である。この方法は、（ａ）ガスラインを接続したガスシリンダー中に圧縮液化ガスを定起用する工程と、（ｂ）ガスシリンダー内の液体の温度が環境温度より高くならないように、環境とシリンダー間の伝熱速度を増加する工程を備えている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の目的及び利点は、添付図面と関連する好適な実施の形態の詳細な説明から明確である。
【００２７】
すなわち、この発明は、シリンダー加熱／冷却ジャケットを使用することなく、シリンダー内の圧力を制御する有効な方法を提供し、同時にシリンダーから引かれるガス中に同伴される液滴を最小にする方法を提供する。
【００２８】
驚くべきかつ予想し得なかったことに、環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度の増加が明確になされた。これは、環境とシリンダーとの間の温度差を減少し、シリンダー加熱／冷却ジャケットを使用したときに、ガスラインで要求されるのと同様の厳格な熱調整が要求されることはない。伝熱速度の増加によりシリンダー温度が増加することはないので、このような厳格な調整は要求されない。
【００２９】
ここに使用されるように、「環境」(ambient) なる用語は、ガスシリンダーを囲む雰囲気に関する。
【００３０】
ノーマルなシリンダー使用中に、プロセスガス中にいかに同伴液滴が見出されるかを示すために、シリンダー中の熱変化を図１、２を参照して以下に示す。
【００３１】
図１は、３ｌ／ｍの流速の７ｌのＣｌ２シリンダーについて、各種位置での外部シリンダー壁温度を時間の関数で示す。シリンダー内の蒸気圧力も時間の関数として示す。シリンダーの操作中、外部シリンダー温度は、実質的に環境温度よりも低くなった。シリンダー表面の最も低い温度は、液体−蒸気界面の位置に対応する。何故なら、この領域で気化プロセスが生じるためである。
【００３２】
Ｃｌ２蒸気圧力曲線に基づき、シリンダー内部の圧力は、最も低い外部壁温度よりも低い液体温度を示す。このような効果は、図２に明確に示される。これは、シリンダー中の液体温度の関数として塩素蒸気圧を示す（実線）。また、測定外部シリンダー温度の関数として、流速が０．１６，１，及び３ｌ／ｍ（個々の点）に対するシリンダー圧力を示す。液体の温度は最も低い外部シリンダー温度よりも低くなければならないので、自然対流流動が引き起こされる。これらの自然対流流動により、液相の温度の均一化が促進される。
【００３３】
シリンダー温度と圧力の変化速度は、シリンダーに対する伝熱速度、流速による特定のエネルギー要求及びシリンダーの熱容量のバランスである。環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度は、（１）総合伝熱係数，（２）伝熱に有効な表面領域，（３）環境とガスシリンダーとの間の温度差により支配される。概略的にいうと、無限に長いシリンダーとしてのガスシリンダーは、総合伝熱係数が以下の式１により計算される。
【００３４】
【数１】
0004531873.tif 000004
【００３５】
上記式において、Ｕは、総合伝熱係数（Ｗ／ｍ２Ｋ）、ｒｏは、シリンダーの外径（ｍ），ｒｉはシリンダーの内径(m),ｈｉシリンダーと液体との間の内部伝熱係数（Ｗ／ｍ２Ｋ）、ｋは、シリンダー材料の熱伝導率（Ｗ／ｍ２Ｋ）、ｈ０は、シリンダーと環境との間の外部伝熱係数（Ｗ／ｍ２Ｋ）である。
【００３６】
総合的な伝熱係数Ｕは、伝熱に対する個々の抵抗値のもっとも小さい値（すなわち、式Ｉの分母中の各項）よりも少ない値である。通常使用されるシリンダーの寸法（例えば、内容積５５ｌ以下）では、総合的な伝熱係数は、第一に、外部伝熱係数ｈ０の値によって制御される。この事は以下の例により示される。ここで、ｒｉ＝３インチ、ｒ０＝３．２インチ、ｋ＝４０Ｗ／ｍ２Ｋ，ｈｉ＝８９０Ｗ／ｍ２Ｋ，ｈ０＝４．５Ｗ／ｍ２Ｋである。伝熱係数の値は、一般に入手可能な工学技術の表に基づき、これは内部と外部の両方の伝熱に対して、第一のメカニズムとして自然対流を用いている。総合的な伝熱係数Ｕは４．４７Ｗ／ｍ２Ｋに等しく、この値は外部伝熱係数ｈ０に大変近い。
【００３７】
以下の例は、外部伝熱係数ｈ０は、強制対流の場合総合的な伝熱係数式をも支配することを示している。ガスキャビネットは、通常、キャビネットの底部内に空気を引き込み、例えば頂部から排気をすることによりパージがなされる。その結果、空気は連続的にガスシリンダーの表面に沿って連続的に流れる。強制対流伝熱係数が１２Ｗ／ｍ２Ｋとすると（正方形板上を２ｍ／ｓで流れる空気の特徴）、このようなシステムの総合的な伝熱係数は、１１．８Ｗ／ｍ２Ｋである。従って、伝熱に対する第一の抵抗は環境とシリンダーとの間に生じる。
【００３８】
外部伝熱係数ｈ０は、シリンダーの全ての表面に沿って一定ではない。空気がキャビネット底部に近いキャビネットに入るので、流れ方向はキャビネットのその領域内でシリンダーを横切る（すなわち、シリンダーの長手軸に対して横断する）。キャビネットの頂部に近い領域では、空気は第一に垂直方向に移動する  （すなわち、シリンダーの長手軸に平行）。
【００３９】
図３及び４は、シリンダーの長手軸301,401 を横切る二つの異なる面300,400 でのガスキャビネット内での空気速度ベクトルを示す。図３の面300 は、キャビネットの底部から約0.15m の位置でガスキャビネット内に空気を引き込む位置である。一方、面400 は、図４のガスキャビネットの底部から約1mである。図３に示されるように、流れは第一にシリンダーを横切って、ガスキャビネットの底部に近いシリンダーの長手軸301 を横断する。逆に、図４は、空気流が第一にガスシリンダーの頂部に近いシリンダー長手軸401 に平行である。
【００４０】
ガスキャビネット中の空気流パターンは、外部伝熱係数ｈ０の局地的な値により決定される。シリンダーの長さに沿う外部伝熱係数ｈ０の等高線図を図５に示す。外部伝熱係数ｈ０の値は負であり、エネルギーは環境からシリンダーに流れることを示している。しかし、全ての伝熱係数Ｕを計算するのに絶対値を使用している。従って、伝熱係数間でなされる比較はその絶対値に基づく。よって、−５０Ｗ／ｍ２Ｋの伝熱係数は、−２５Ｗ／ｍ２Ｋの伝熱係数よりも大きいとする。外部伝熱係数ｈ０の値は、約−３６から約−２Ｗ／ｍ２Ｋの範囲にあり、外部伝熱係数ｈ０の平均値は−１０．５Ｗ／ｍ２Ｋである。図５に示される結果に基づき、外部伝熱係数は、環境空気がキャビネット内に引かれる位置と逆の点で最大である。これは、この領域での空気の方向と速度の大きさによる。
【００４１】
外部伝熱係数ｈ０の増加と、その結果として生じる伝熱速度の増加に伴い、外部シリンダー温度もまた増加する（同一のプロセスガス流速とする）。また、より高いプロセスガスの流速とすることもできる。そのことにより、環境とシリンダーとの間の温度に同様の差を維持することができる。しかし、材料を環境とシリンダー間の温度差が大きすぎるシリンダー（類推すれば、シリンダーとシリンダーに貯蔵された液体との間）から引き抜くことは好ましくない。その理由は、異なる沸騰現象に起因して、シリンダーから引き抜かれるガス中の液滴を同伴する可能性があるためである。シリンダーと液体との間の温度差が増加するので、蒸発プロセスは、界面蒸発の一つから沸騰タイプの現象に変化する。
【００４２】
図６は、シリンダーＴｗとシリンダーに貯蔵された液体Ｔsat との間の温度差ΔＴｘを有する内部伝熱係数ｈｉの質的変動を示す。小さな温度差では、蒸発プロセスは、液体−蒸気界面で起こる。大きな温度差では、少しの度合だけ大きくても、液体中での蒸気沸騰の形成を通して蒸発プロセスが進行する。沸騰が界面で起こるので、ごく微細な液滴はガス流中に同伴されることが可能である。この液滴の同伴は観察され、図７での３ｓｌｍ流速のＣｌ２シリンダーについて定量化される。この図は、時間の関数として、３ｓｌｍのＣｌ２ガス流中の液滴の濃度を示す。液滴濃縮中の初期腐食は、シリンダーのヘッドスペース内の液滴をパージすることに関するものであるが、この後、液滴数は時間経過によりゼロに落ちた。Ｃｌ２シリンダーの温度は低下し続けるので、沸騰現象は最終的に変化する。この変化は、液滴カウント数の急激な増加により証明される。
【００４３】
図８は、図１４Ａ、１４Ｂで例示した、形状がブロック状のバルブ（以下、ブロックバルブと称する）を用いたとき、時間の関数として、１ｓｌｍＣｌ２ガス流中の液体液滴の濃縮を示す。ヘッドスペースからガス流内の多数の液滴は、シリンダーバルブを開いたときに、はじめから存在する。これら液滴は、過飽和状態でヘッドスペースに存在する。ガスの流れが連続しているので、液滴は最終的にはヘッドスペースからパージされる。従って、ガス流の液滴数は、減少する。初期の段階で検出された液滴は、部分的な膨張プロセスにより形成されるが、これはシリンダーバルブが開いたときに生じ、及び／又は液滴がシリンダーのヘッドスペース内に懸濁された平衡液滴の数に寄与できると思われる。形成メカニズムを考慮することなく、これら液滴が出口ガス中にある時間の長さは、シリンダーの液体レベル（または換言すれば、ヘッドスペース容積）とシリンダーから除去されるガスのガス流速に関係する。仮に、液滴を同伴するガスが一定圧力で加熱される場合、液滴は蒸発されることが分かった。
【００４４】
ガス配送システム中の液体が存在するのは、シリンダーからガスを引くプロセス、環境変動による局部的な冷却、若しくは膨張プロセス中の液滴形成の結果である。図９を参照すると、２９５Ｋで飽和蒸気からＨＣｌの等エンタルピー減圧を伴い、材料は二つの相領域内を通る。表１，２の他のガスは、等エンタルピー減圧に関して二つの相領域内を通ることはない。しかし、膨張過程で伴う熱力学的な経路は、断熱ではなく（実際の膨張プロセスは、運動エネルギーに対して初期エネルギーを変換するために、等エントロピーに近い）、以下の不等式を満たした場合、二つの相領域に入る可能性を持つ。
【００４５】
【数２】
0004531873.tif 000005
【００４６】
ここで、不等式の左側は、一定エントロピーでの温度変化を伴う圧力の変化を示す。不等式の右側は、温度の関数としての蒸気圧の導関数を示す。
【００４７】
上記関係は、表１、２の各ガスに対して満足する。膨張プロセスの局部的な制御が困難なので、膨張経路が２相領域に入ることを防ぐために、膨張前にガスを加熱する必要がある。ガスがシリンダーから引かれる前に加熱されると、圧力は上がらず、要求される厳格な熱管理の困難性を未然に防ぐ。
【００４８】
上述したシステム中にガスを流す液相の存在に対して信頼性のある三つのメカニズムの組合わせ（すなわち、シリンダーから引かれる液滴、シリンダーの下流にある第一要素内の膨張過程での形成、及び流れの開始過程で存在する液滴のパージ）は、個々のガスキャビネットマニフォールドにより信頼性をもって供給されるガス流速を有効に制限する。現在、これらの制限は、単位分当り、数標準リットルに達し、これは連続ベースで測定される。プロセスガス中でこれらの液滴が消失するので、より多くのプロセスツールを単一のガスキャビネットに接続することができ、また、単一のプロセスツールに対する流速が実質的に上昇することが見出された。
【００４９】
図１０を参照して、液化状態からガスを配送する進歩性のあるシステム及び方法の好適な具体例を以下に示す。しかし、特定のシステムの形態は、一般に、コスト、安全性、及びキャビネットの流動性に依存する。
【００５０】
このシステムは、ガスキャビネット003 内に収容される一又は二以上の圧縮液化ガスシリンダー002 を備えている。液化ガスシリンダー内に充填される特定の材料は、限定されないが、プロセスに依存する。典型的な材料は表１、２に示すもので、ＮＨ３、ＡｓＨ３、ＢＣｌ３、ＣＯ２、Ｃｌ２、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ２Ｈ６、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｎ２Ｏ、Ｃ３Ｆ８、ＳＦ６、ＰＨ３、ＷＦ６である。ガスキャビネット003 は、格子004 を有し、ここを通ってパージ空気がキャビネットに入る。このパージ空気は、好ましくは乾燥し、排気ダクト005 を通って、ガスキャビネットから排気される。
【００５１】
環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度は、ガスシリンダー中の液体温度が環境温度を超える値に増加しないように、増加する。伝熱速度を増加させる適切な手段の例は、ガスキャビネット003 内の一又は二以上のプレナム板(plenum plates) 、又はスリット列006 で、ここを通って、空気が強制的にシリンダーを横切るようになっている。空気がプレナム板又はスリットを強制的に通すのに、空気吹込み器又はファン007 を使用できる。吹込み器又はファンは可変速度で操作出来るものが好ましい。
【００５２】
所定の減圧（吹込み器またはファン特性で決る）に対して最大伝熱係数を持つ適切なプレナム板は、Holger Martin で市販されている。このような構成要素は、ガスキャビネット寸法で最小の又は増加しないガスキャビネット内に容易に組み込むことができる。
【００５３】
プレナム板またはスリットは、空気の流れを設定することができるフィンを加えることにより、選択的に修正することができる。フィンは、液体−蒸気界面の近傍で第一にシリンダーに向けて空気の流れを設定するものが好ましい。
【００５５】
プレナム面又はスリットの温度は、また、伝熱速度を更に増加するために環境よりもやや高い値に電気的に制御することができる。しかし、プレナム面またはスリットの温度は、液体−蒸気界面でのみ蒸発が生じるように限定されなければならない。そして、環境を越える温度にシリンダー内側の液体を加熱するのを避けるようにしなければならない。
【００５６】
付加的又はこれとは別に、シリンダーの下にある放射パネルヒーターまたはヒーター（例えば、その上にシリンダーがセツトされるホットプレートタイプのヒーター）は、環境とガスシリンダーと間の伝熱速度を増加するように使用できる。特に好ましい本発明の具体例では、ホットプレートタイプのヒーターを使用することにより伝熱速度が増加される。
【００５７】
図１１Ａ及び１１Ｂは、実施例のホットプレートタイプのヒーターの側断面および平面図をそれぞれ示す。ヒーター100 は、重量測定計（以下、スケールと略称する）用のカバーの形をとっており、このスケールはヒーターにより囲われることができる。このようなスケールは公知であり、通常はガスキャビネットの床上に置かれる。液化ガスを充填するシリンダーは、一般にスケール上に直接乗せられ、このスケールでシリンダー内に残っている材料の量を測定する。図１１Ａ、１１Ｂで例示される加熱される重量測定計のカバー（以下、スケールカバーと略称する）を使用する時、シリンダーは、カバーされたスケール上に直接置かれる。
上述したスケールカバー／ヒーターは、ガスシリンダーをごくわずか移動しさえすれば、現存するガスキャビネット内に適合することができるので、特に有効である。従って、現存するガスキャビネット又はガス配管を再適合したり修正することは不要となる。
【００５８】
ヒーター100 は、センタースペーサー手段106 、多数のサイドスペーサー108 、及びスクリュー110 により、底部面すなわち底部板104 に取付けられた頂部面即ち頂部板102 を有する。ヒーターは、さらに加熱要素（図示せず）を入れる空隙を有する。適切な加熱要素には、これに限定されるものではないが、電気加熱タイプにような抵抗型ヒーターまたはヒートトレスのような自己調節型ヒーターが挙げられる。加熱要素は、好ましくは、空隙112 内に巻かれることができるものが良い。加熱要素は、環境温度〜約２２０゜Ｆの温度で操作できるべきである。
【００５９】
面内の好適な加熱要素の一端を保持するために、端部はセンタースペーサー106 内で遮断部114 に固定でき、加熱要素は、所望の領域がカバーされるまでセンタースペーサーの回りに、及び選択的にサイドスペーサーの回りに巻回することができる。加熱要素はガスシリンダーとスケールとの間の接触領域をカバーするのが好ましい。加熱要素の有効な長さ、例えば１６フィートまたはそれ以上の長さが、ヒーター内で巻かれる。２０ワット／１フィートの加熱要素の１６フィート長さを考えると、３２０ワットの熱がヒーターから得られる。
【００６０】
空隙112 の底部は、絶縁層116 を使用して絶縁され、加熱要素からの熱が直接上方のガスシリンダーの底部に向けるのが好ましい。絶縁層はまた、加熱要素と頂部面102 との間の接触を維持するように働く。ヒーターは、さらに前後部パネル118 、サイドパネル120 及びブリッジ122 を有し、ヒーターがシリンダーの重量を測定するスケール（以下、シリンダースケールと称する）上に適合することができるようにしている。
【００６１】
ヒーター100 の構成材料は、有効な伝熱がガスシリンダーの底部に成されるものでなければならない。頂部板102 は好ましくはステンレススチールで作られ、前後部パネル、サイドパネル、ブリッジは好ましくはアルミニウムまたは炭素鋼で構成されるのがよい。
【００６２】
使用される特定のタイプのヒーターに依存して、各種の方法で温度制御できる。本発明の好適な形態によれば、ヒーターの出力は、ガスシリンダーの要求エネルギーに基づいて、オン、オフできる。この目的のための好適な制御方法及びアルゴリズムを以下に述べる。
【００６３】
本発明の更なる形態によれば、ヒーター100 は、ヒーターの頂部面102 に取付けられた窪みまたはカップ形状部分を有することができる。窪み部分は、好ましくは、シリンダーに対するより有効な伝熱が可能となるように、ガスシリンダーの底部の形に従うのがよい。窪み部分は比較的硬くてガスシリンダーとの接触に関して変形抵抗があり、シリンダーに対して熱を移動するのに有効である材料で形成されるべきである。このような材料には、例えば、炭素鋼、ステンレススチールがある。
【００６４】
図１２は、時間の関数として、ガス流の中での液滴の存在に関するヒーター温度の影響を示すグラフである。試験は、流速５ｓｌｍで、Ｃ３Ｆ８で行ない、ヒーター温度を約７８゜Ｆ〜１１２゜Ｆ(25.6-44℃) で変化させた。使用したヒーターは、上述したホットプレートタイプのヒーター１００である。ヒーター温度の上昇により、液滴濃度中の有意義な減少が得られた。
【００６５】
上述した伝熱速度を増加する手段の結合もまた、この発明で考えることができる。例えば、放射ヒーターまたはホットプレート型ヒーターは吹き込み器またはファンと組合わせて、さらには上述のプレナム板またはスリットと組合わせて使用できる。
【００６６】
発明によるシステムの操作は、図１３を参照してここに述べる。接続されたガスラインを通ってシリンダー302 から引かれる。ガスラインを構成する好適な材料は、ガスに腐食性があるため、電気研磨されたステンレススチール、ハステロイ、またはモネルが挙げられる。
【００６７】
ガスラインは、更にシリンダーから引かれるガスの圧力を下げる手段304 を含む。上述のように、圧力調整器、またはバルブはこの減圧工程に適切である。このような構成要素は例えば、ＡＰ  Ｔｅｃｈから市販のルートで入手できる。
【００６８】
システムは、更にシリンダーから引かれるガスを過熱する手段306 を備えることができる。過熱手段は、減圧手段の上流側に置かれている。ガスの過熱はシリンダーヘッドスペース内の液滴またはミストの移動で生じる有害な影響を防止することができ、これはシリンダーからの初期ガス流中に独特なものである。過熱手段は、この蒸気の過熱を最小の度合いとして、これに続く膨脹プロセスで液滴が形成される可能性を確実に避ける。
【００６９】
過熱手段は、加熱されるラインのように、ガス流に同伴される液滴を有効に除去するユニットであればどのようなものでもよい。このラインは、例えば、ガスラインの長さに沿って設けた、電気加熱型のような抵抗型ヒーター、ヒートトレースのような自己調整型ヒーターが使用できる。
【００７０】
本発明の好適な具体例によれば、過熱手段は修正ブロックバルブの形態を取ることができる。図１４Ａ、１４Ｂを参照して、ブロックバルブ400 は、適切なガス配管および付属品（図示せず）を通ってガスシリンダーに接続されている。配管は、入口部402 でブロックバルブに接続されている。ブロックバルブは、さらに、パージガス入口部404 を有し、ここを通って、窒素やアルゴンなどの不活性ガスがバルブ内に導入される。入口部402 を通って導入されるプロセスガスは、出口部406 を通ってバルブを出る。この出口部406 は、適切なガス配管、付属品、バルブなどを通って、使用場所、たとえば、プロセスツールに接続されている。ブロックバルブは、アクチュエータ408,410 により操作され、これらはバルブ内でガス流経路を開いたり、閉じたりする。バルブ内のガス圧力は、圧力変換機などの圧力測定機器によりモニターされる。
本発明はブロックバルブにかぎらず、加熱されるバルブの過熱手段が、ガス入口、ガス出口、バルブを開閉するアクチュエータ、及びバルブと熱接触するヒーターとを備えた加熱されるバルブであればよい。
【００７１】
熱は、ブロックバルブに取り付けられ、またはブロックバルブ内に挿入された一または二以上の加熱要素414 によりブロックバルブ400 に提供される。加熱要素は、ブロックバルブに対して一定の熱流動を提供できるものとすべきである。適切な熱要素には、これに限定するものではないが、ヒートトレースのような自己調整型ヒーター、電気加熱型のような抵抗型ヒーター、若しくはカートリッジヒータが挙げられる。図示した具体例に示されるように、ヒートトレース414 の一または二以上のストリップは、この目的のために、ブロックバルブの後ろ側に取り付けることができる。ヒートトレースのような自己調整型ヒーターの場合、ヒーターは全時間維持できる。逆に、カートリッジヒータを使用した場合、ブロックバルブ内、例えば位置416 内に挿入できる。
【００７２】
伝熱効率を改善するために、ブロックバルブには、好ましくは、出口部分406 に加えられた焼結金属ディスク418 が挙げられる。金属ディスク418 は、孔サイズが例えば約１〜６０ミクロン、好ましくは５〜３０ミクロンの孔サイズを有するフィルターの形態を取ることができる。金属ディスク418 は加熱要素により加熱されるので、ガスが接触するための付加的な加熱表面領域を設ける。したがって、金属ディスク418 は必要なエネルギーを提供して、ガス流中の任意の液体が確実に気化するのを助ける。
【００７３】
金属ディスクは、出口部内の場所に溶接できる。金属ディスクの構成材料は、バルブを流通するプロセスガスに基づいて選択される。すなわち、構成材料は、プロセスガスと適合して、プロセスガスの汚染を防ぎ、同時に各種ガスライン構成要素のダメージを防ぐものでなければならない。金属ディスクの典型的な材料として、これに限定されるものではないが、ステンレススチール（例えば、３１６Ｌ）、ハステロイ及びニッケルが挙げられる。
【００７４】
上述の構造に加えて、過熱手段は、空気または不活性ガス、好ましくは乾燥したガスを加熱するユニットを備えることができ、これは吹込み器またはファンによりガスラインのセクション上に吹かれる。加熱される空気または不活性ガスは共軸ライン構造の使用により、ガス流を加熱するのにも使用される。
【００７５】
付加的又はこれとは別に、過熱手段は、ライン中に加熱ガスフィルターおよび／または加熱ガス浄化器を有することができる。上述した焼結金属ディスクは、そのようなタイプのフィルターの一つである。加熱ガスフィルターはガス中の粒子を除去し、伝熱のために大きな表面領域を提供する。加熱ガス浄化器は、シリンダー内のガスからの不所望な汚染物を除去することができ、伝熱のために大きな表面領域を提供する。
【００７６】
図１５Ａ及び１５Ｂは、最初にガスシリンダーバルブを開くときに観察される多数の液滴を減少するのに過熱器の有効性を示すものである。試験は、５ｓｌｍで過熱器を用いない場合（図１５Ａ）と過熱器を用いた場合（図１５Ｂ）とで行われた。使用された過熱器は、上述した加熱ブロックバルブであった。過熱器を用いない場合、約３８００／ｌ〜約１９, ０００／ｌの範囲の数の液滴がガス流中に観察された。これら液滴は、過熱器を使用したときに、有効に消失された。
【００７７】
図１３の概略ダイヤグラムに戻って、このシステムは、伝熱速度増加手段308 と過熱手段306 とを統括的に制御する手段をさらに備えることができる。この制御手段は、シリンダーの圧力と温度とを、また、減圧手段304 の上流側のシリンダーから引かれたガスを過熱する度合いを正確に制御することができる。従って、一定のシリンダー圧力、環境温度もしくは環境温度よりもやや低いシリンダー温度、および膨脹前のガス過熱の所望する度合いを全て得ることができる。
【００７８】
適切な制御手段は公知であり、例えば、一又は二以上のプログラム可能な論理制御器（ＰＬＣｓ）またはマイクロプロセッサーがある。圧力センサー310 は、シリンダー310 の出口で圧力をモニターする。圧力センサーで読まれる圧力は、気化が生じる圧力を示し、さらに伝熱速度増加手段を調整するコントローラー314 に入力する。この調整は、例えば、瞬間的な圧力値とその履歴に基づくことができる。選択的に、シリンダー過熱センサー316 をも設けて、所定の温度リミットを越えたときにコントローラーを無視するようにすることもできる。
【００７９】
過熱手段306 と減圧機器304 の上流側の直接のガス温度は、上述したのと同様の仕方で制御される。
【００８０】
過熱手段の制御システムは、温度センサー318 を有し、これは過熱手段306 の下流側と減圧手段304 の上流側に位置している。温度センサーの出力に基づき、コントローラー314 は、制御信号を過熱器306 に送り、このことによりガス温度を調整する。
【００８１】
過熱制御温度のセットポイントは、例えば、その時点のシリンダー圧力およびシリンダー壁温度に依存する。シリンダー壁温度と液体温度（上気圧曲線により定義される）との間の示唆された差が増加する時に、多数の液滴が引かれるので、過熱器で要求されるエネルギー量が増加する。
【００８２】
過熱の度合は、エネルギー出力又は温度の関数として制御することができる。エネルギー出力の関数として過熱の度合いを制御するのが望ましい場合、以下の式が過熱器の出力を支配する。
【００８３】
【数３】
0004531873.tif 000006
【００８４】
ここで、Ａ及びＢは定数で、含有される特定のガスに対する蒸気圧曲線に依存し、Ｔliq は、蒸気圧曲線によるシリンダー圧力測定値から導かれる。同様の式は、温度の関数として過熱の度合いを制御する場合に適用可能である。或るガスの場合、過熱セットポイントはシリンダー圧力で変化しないことが可能である。このことは、低い圧力ガスでほとんど正しいといえる。
【００８５】
図１６を参照して、以下は、本発明の液化ガス配給用のさらなる制御システムに関する記述である。特定の加熱構成要素に限定されることなく、この例示された制御システムは、スケール602 、底部ヒーター／スケールカバー604 とともに上述したブロックバルブ加熱器606 を有するガス配給システムと結合して使用される。
【００８６】
好適には、ブロックバルブは、ヒートトレースのような自己調整加熱要素で加熱される。その結果、さらに制御することなく、ブロックバルブヒーターに出力を連続的に供給することができる。制御システムは、ガスシリンダーのエネルギー要求量を決定する。例示した制御システムは、他の公知のコンピューター制御の形態も可能であるが、一または二以上のプログラム可能な論理コントローラー（ＰＬＣｓ）608 に基づく。
【００８７】
気相がガスシリンダ610 からのみ流れることを確認するために、ＰＬＣで使用するためにアルゴリズムを作り、シリンダーのエネルギー要求量を決定するようにする。アルゴリズムのステップを図１７に示し、フローチャートを図１８に示す。
【００８８】
アルゴリズムは、変可入力値として、とりわけ、ガスシリンダー圧力Ｐおよびガスシリンダー容積（すなわち自重）Ｍｔを必要とする。シリンダー圧力は、加熱ブロックバルブ内の圧力変換器などの圧力測定機器で測定される。シリンダー容量は、下部ヒーターによりカバーされたスケールで測定され、シリンダーは、この下部ヒーター上でガスシリンダーキャビネット内にセットされている。シリンダー圧力と容量は、ＰＬＣにより読まれる。そして、シリンダーのエネルギー要求量は従ってシリンダーの使用により直接制御される。
【００８９】
特に、シリンダー内に残る生成物の重量Ｍｐは、スケールで測定されるように、シリンダー重量Ｍから自重（すなわち空のシリンダー重量で、可変入力値）を減算することにより算出される。全ての重量はポンドで測定される。
【００９０】
次にＭｐは、変動値(inequality)、（ρｇ／１０００．０＊Ｖ＊ｓ）＊２．２と比較される。ここでρｇは、ＰＬＣ内に入力される表により提供される。Ｖ（可変入力値）はリットルで示すシリンダーの容積で、ｓは安全係数である。不純物がシリンダーの底部で残りの液体中に濃縮する傾向があるので、安全係数は、ガスシリンダー中の液体の完全な減少を防ぐために使用される。このような不純物は、ガス配給システムの構成要素と共に、作られる半導体装置にとって潜在的に有害である。これに限定されるものではないが、安全係数ｓの典型的な値は１．１〜１．３である。
【００９１】
結局、Ｍｐは、上述した不等式よりも少なく、「出力」関数は、零の値が割り当てられる。このような場合、「分数」関数（分数＝出力／最大出力）もまた零に等しい。
【００９２】
逆に、もしＭｐが上述した不等式よりも大きければ、液体温度Ｔldk （゜Ｋ）は式Ｔldk ＝（Ｂ／（ｌｎ（Ｐ）−Ａ）から計算される。ここで、ＡおよびＢは、特定の材料の蒸気圧曲線から決定される定数である。Ａは蒸気圧曲線のｙ遮断(intercept) で、一方Ｂは蒸気圧曲線の傾斜である。Ａ、Ｂ値の値のテーブルは、ＰＬＣ内に予めプログラムされる。圧力Ｐ（ｐｓｉａ）は、圧力センサーで測定される。
【００９３】
次に、液体温度Ｔldk は、式Ｔld＝１．８＊Ｔldk により温度Ｔld（゜Ｆ）に変換される。温度Ｔldは、温度セットポイントＴsp（゜Ｆ）（入力値）と比較される。温度差（「誤差」"error" ）は、式、誤差＝Ｔsp−Ｔldで計算される。
【００９４】
「総和」"sume"関数は、次に式、総和"sume"＝総和"sume"＋誤差"error" ＊ｄｔで計算される。ここで、ｄｔはサンプル時間（総和関数は制御アルゴリズムの初期化の後、最初は零の値にセットされた）。「総和」"sume"は、誤差"error" 、すなわち温度差の総和を示す。
【００９５】
「誤差」"error" 関数の値は次にチェックされる。もし値が零よりも少ないと、「出力」"output"関数は零の値が割り当てられる。しかし、もしこの値が零未満ではないとするとＫｃ値は、式、Ｋｃ＝Ｔgain＊Ｍで計算される。ここで、Ｔgainは、Ｗ／゜Ｆ−ｌｂ単位中の、ガスシリンダーとここに充填されている１秒当りの(per second)液体の熱容量を示す。この値に限定されるものではないが、Ｔgainは、例えば、１０〜１００Ｗ／゜Ｆ−ｌｂの値をとることができる。例示するシステムでは、Ｔgainは、約３０Ｗ／゜Ｆ−ｌｂに等しい。Ｋｃはシステム（シリンダーおよび液体）の温度を１゜Ｆ上昇するのに要求される出力を示し、Ｗ／゜Ｆの単位をもつ。
【００９６】
「出力」"output"関数の値は、次に式、出力"output"＝Ｋｃ＊誤差"error" ＋Ｋｃ／tau ＊総和"sume"で計算される。tau は，制御システムに対するヒーターの応答の遅れ時間に基づく定数である。
【００９７】
「分数」"fraction on" 関数は、次に式、分数"fraction on" ＝出力"output"／最大出力"maxoutput" により決められる。「分数」"fraction on" 関数は、ヒーターがオンする時間を示す。「最大出力」"masoutput" は、ワットでヒーターの最大出力を示す。制御システムを通して、ヒーターへの出力は、「分数」"fraction on" 関数で計算された時間、オンされる。
【００９８】
制御ループは、不等式，Ｍｐ＜ρｇ／１０００．０＊Ｖ＊ｓ）＊２．２に適合するまで続けられる。この時間、ガスシリンダーは、置き換えられ、アルゴリズムは再度初期化されるべきである。
【００９９】
ガスシリンダーから気相のみを配送する容量を最大とすることに加えて、上述したアルゴリズムおよび制御システムは、ガス流速とともにシリンダーがこのような高い流量を配給できる時間の長さを最大とすることができる。
【０１００】
上述した制御システムの特別な有益な形態はバルク貯蔵容器やトレイラーのような，シリンダーよりも大きな相当大きな液化ガス源ガスから、ガスを全べて確実に気相配給するまで、システムを評価することができる。
【０１０１】
発明の結果として、シリンダー内の液化ガスからプロセスガス流速の実質的な増加は、ガスシステム中の同伴液滴の最小化もしくは完全な不存在を達成することができる。シリンダーから除去される液滴は、有効に消失され、膨脹プロセスで形成される液滴の可能性もまた最小化され、消失される。
【０１０２】
シリンダー温度に関してシリンダーの内側の液体の温度が環境温度と等しいかまたはやや低い値に維持されるので、ヒーター下流での厳格な熱管理は、不必要となる。また、進歩性のあるシステムおよび方法に関連する任意の熱駆動力により，シリンダーキャビネットの下流の配管システム中での濃縮が避けられる。
【０１０３】
進歩性のあるシステム及び方法により得られる外部伝熱係数ｈo の増加は、約100 Ｗ／ｍ２Ｋと推定される。これは，液体温度を環境温度を越えて増加することなく、環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度の実質的な増加に転換される。その結果、ガス流速は約１０倍で増加することができる。
【０１０４】
発明はその特定の具体例を参照することにより詳細に記載されているが、当業者であれば、請求項の発明の範囲を逸脱しないで、各種変更や修正を行い、均等物を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダーに沿う各種の位置で測定された外部シリンダー壁温度と、Ｃｌ２シリンダーに対する時間の関数としてのシリンダー内の蒸気圧力を示すグラフ。
【図２】各種流速における、シリンダー内の液体温度の関数としてシリンダー内の蒸気圧と、最も低い外部シリンダー温度に対応する理論蒸気圧を示す図。
【図３】ガスキャビネット中の第１の面での空気速度ベクトルを示す図。
【図４】ガスキャビネット中の第１の面から垂直に置かれた第二の面内での空気速度ベクトルを示す図。
【図５】ガスシリンダーの外側表面に沿う外部伝熱速度中の変動を示す概略図。
【図６】シリンダーとシリンダー内の液体との間の温度差の関数としてシリンダー内部伝熱係数の量的変動を示す図。
【図７】時間の関数として、３ｓｌｍでのＣｌ２シリンダーから引かれるガス流内に検知される液体液滴の濃度を示す図。
【図８】時間の関数として、１ｓｌｍでのＣｌ２シリンダーから引かれるガス流内に検知される液体液滴の濃度を示す図。
【図９】無水ＨＣｌの状態図。
【図１０】この発明の第一の形態による、ガスキャビネットと環境とガスシリンダーとの間の伝熱速度を増加する手段を示すダイアグラム。
【図１１】１１Ａ及び１１Ｂは、本発明のガスシリンダーヒーターの側断面図及び平面図。
【図１２】時間の関数として、液体液滴の存在に関するヒーター温度の影響を示すグラフ。
【図１３】本発明の第一の形態による、液化ガスの配給を制御するシステムを示す概略図。
【図１４】１４Ａ及び１４Ｂは、本発明の第一の形態による、ガス流を過熱する手段を示す図。
【図１５】１５Ａ及び１５Ｂは、ガス流中の液滴の存在を除去する過熱器の有効性を示す図。
【図１６】この発明の第一の形態による、液化ガスの配給を制御する好適なシステムを示す概略図。
【図１７】本発明の第一の形態によるヒーターを制御するコントロールアルゴリズムを示す図。
【図１８】図１７の制御アルゴリズムのフローチャート。
【符号の説明】
002 …圧縮液化ガスシリンダー
003 …ガスキャビネット
004 …格子
006 …プレナム板(plenum plates) 、又はスリット列
007 …空気吹込み器又はファン
100 …ヒーター
102 …頂部板
104 …底部板
106 …センタースペーサー手段
108 …サイドスペーサー
110 …スクリュー
112 …空隙
114 …遮断部
116 …絶縁層
118 …前後部パネル
120 …サイドパネル
122 …ブリッジ
301,401 …シリンダーの長手軸
300,400 …二つの異なる面
302 …シリンダー
304 …減圧手段
306 …過熱手段
308 …伝熱速度増加手段
310 …圧力センサー
314 …コントローラー
316 …シリンダー過熱センサー
318 …温度センサー
400 …ブロックバルブ
402 …入口部
404 …パージガス入口部
406 …出口部
408,…410 アクチュエータ
414 …加熱要素
416 …位置
418 …金属ディスク
602 …スケール
604 …底部ヒーター／スケールカバー
606 …ブロックバルブ加熱器
610 …ガスシリンダ
【図１】
0004531873.tif 000007
【図２】
0004531873.tif 000008
【図３】
0004531873.tif 000009
【図４】
0004531873.tif 000010
【図５】
0004531873.tif 000011
【図６】
0004531873.tif 000012
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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