SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y DISPENSACION DE FLUIDOS.
Un dispositivo (10, 110, 300) de almacenamiento y dispensación de fluidos que comprende:
un recipiente (12, 112, 302) de almacenamiento y dispensación de fluidos para contener fluido a presión y que tiene una boca de salida; y
un regulador de presión (26, 232) que incluye una válvula montada en dicho recipiente aguas arriba de, y en comunicación con, dicha boca, caracterizado porque:
dicha válvula se mantiene cerrada para impedir que el fluido sea dispensado por dicha boca hasta que dicho regulador de presión reciba gas a presión subatmosférica a través de dicha boca desde aguas abajo del mismo, y se abre en respuesta a la recepción de dicho gas a presión subatmosférica
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05017857.
Solicitante: ADVANCED TECHNOLOGY MATERIALS, INC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 7 COMMERCE DRIVE,DANBURY, CT 06810.
Inventor/es: WANG,LUPING, TOM,GLENN.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 28 de Abril de 1999.
Fecha Concesión Europea: 25 de Noviembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- F17C1/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F17 ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCION DE GASES O LIQUIDOS. › F17C RECIPIENTES PARA CONTENER O ALMACENAR GASES COMPRIMIDOS, LICUADOS O SOLIDIFICADOS; GASOMETROS DE CAPACIDAD FIJA; LLENADO O DESCARGA DE RECIPIENTES CON GASES COMPRIMIDOS, LICUADOS O SOLIDIFICADOS (utilización de cámaras o cavidades naturales o artificiales para el almacenamiento de fluidos B65G 5/00; construcción o ensamblaje de depósitos almacenadores empleando las técnicas de la ingeniería civil E04H 7/00; gasómetros de capacidad variable F17B; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración o licuefacción F25). › Recipientes a presión, p. ej. cilindros de gas, tanques de gas, cartuchos reemplazables (aparatos presurizados con fines diferentes de los de almacenamiento, véanse las subclases apropiadas tales como la A62C, B05B; combinados con vehículos, véanse las subclases apropiadas de las clases B60 - B64; recipientes a presión en general F16J 12/00).
- F17C11/00 F17C […] › Uso de disolventes o absorbentes de gases en recipientes.
- F17C11/00D
- F17C13/02 F17C […] › F17C 13/00 Detalles de los recipientes, o de su llenado o vaciado. › Adaptaciones especiales de los dispositivos indicadores de medida o de control (medida en general G01).
- F17C13/02P
- F17C13/04 F17C 13/00 […] › Disposición o montaje de válvulas (válvulas en sí F16K).
- F17C7/00 F17C […] › Métodos o aparatos para el vaciado de gases licuados, solidificados o comprimidos de recipientes a presión, no cubiertos por ninguna otra subclase.
- F17C7/02 F17C […] › F17C 7/00 Métodos o aparatos para el vaciado de gases licuados, solidificados o comprimidos de recipientes a presión, no cubiertos por ninguna otra subclase. › Vaciado de gases licuados.
Clasificación PCT:
Clasificación antigua:
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Sistema de almacenamiento y dispensación de fluidos.
La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento de fluidos y dispensación de gases, que puede utilizarse para almacenar un líquido u otro fluido a alta presión, para dispensar gas desde el sistema y usar el gas dispensado en una aplicación tal como la fabricación de dispositivos y materiales semiconductores.
En una amplia variedad de procesos y aplicaciones industriales, existe la necesidad de una fuente fiable de fluido(s) de proceso.
Tales campos de proceso y aplicación incluyen la fabricación de semiconductores, implantación de iones, fabricación de monitores de pantalla plana, intervención y terapia médicas, tratamiento de aguas, equipos para respiración de emergencia, operaciones de soldadura, suministro de líquidos y gases basado en el espacio, etc.
La Patente Estadounidense 4.744.221 concedida el 17 de Mayo de 1988 a Karl O. Knollmueller describe un procedimiento para almacenar y posteriormente dispensar arsina, poniendo en contacto la arsina a una temperatura de entre unos -30ºC y unos +30ºC con una zeolita con tamaño de poro comprendido entre unos 5 y unos 15 Angstroms para la adsorción de la arsina por la zeolita. Posteriormente se dispensa la arsina calentando la zeolita, a una temperatura elevada de hasta 175ºC, durante un tiempo suficiente para liberar la arsina del material de zeolita.
El procedimiento descrito en la patente de Knollmueller tiene el inconveniente de precisar la provisión de medios de calentamiento del material de zeolita, para calentar la zeolita a una temperatura suficiente para desorber de la zeolita la cantidad deseada de la arsina previamente adsorbida.
El uso de una camisa calefactora u otros medios externos al recipiente que contiene la zeolita que soporta la arsina es problemático, ya que el recipiente tiene típicamente una capacidad de calentamiento significativa y, por lo tanto, introduce un retardo temporal significativo en la operación de dispensación. Adicionalmente, el calentamiento de la arsina hace que se descomponga, resultando en la formación de gas hidrógeno, el cual introduce un riesgo de explosión en el sistema de proceso. Adicionalmente, tal descomposición de la arsina provocada térmicamente produce un aumento sustancial de la presión de gas en el sistema de proceso, que puede ser extremadamente desventajoso para la vida útil del sistema y la eficiencia de funcionamiento, así como en lo relativo a la seguridad.
La provisión de bobinas calefactoras u otros elementos calefactores dispuestos interiormente en el propio lecho de zeolita es problemático, ya que con tales medios es difícil calentar uniformemente el lecho de zeolita para conseguir la uniformidad deseada en la liberación del gas arsina.
El uso de corrientes de un gas portador caliente que pasen a través del lecho de zeolita en su recipiente de contención puede superar las anteriores deficiencias, pero las temperaturas necesarias para conseguir la desorción de la arsina por el gas portador caliente pueden ser indeseablemente elevadas o, en todo caso, inadecuadas para el uso final del gas arsina, por lo que se precisa un subsiguiente enfriamiento u otro tratamiento para acondicionar el gas dispensado para su uso final.
La Patente Estadounidense 5.518.528, concedida el 21 de Mayo de 1996 a nombre de Glenn M. Tom y James V. McManus, describe un sistema de almacenamiento y dispensación de gas, para el almacenamiento y la dispensación de gases, que supera las desventajas mencionadas anteriormente del proceso de dispensación de gas descrito en la patente de Knollmueller. El sistema de almacenamiento y dispensación de gas de la Patente de Tom y otros comprende un aparato de adsorción/desorción para el almacenamiento y dispensación de un gas, p.ej., un gas hidruro, un gas haluro, un compuesto organometálico del grupo V, etc. El recipiente de almacenamiento y dispensación de gas de la patente de Tom y otros reduce la presión de los gases sorbato almacenados, adsorbiéndolos reversiblemente en un medio portador sorbente tal como un material de zeolita o de carbón activado.
Más específicamente, tal sistema de almacenamiento y dispensación de gas comprende: un recipiente de almacenamiento y dispensación de gas construido y dispuesto para contener un medio sorbente físico en fase sólida, y para hacer fluir gas de manera selectiva hacia y desde dicho recipiente; estando dispuesto un medio sorbente físico en fase sólida en dicho recipiente de almacenamiento y dispensación de gas a una presión de gas interior; un gas sorbato físicamente adsorbido en el medio sorbente físico en fase sólida; un conjunto de dispensación acoplado en comunicación de flujo de gas con el recipiente de almacenamiento y dispensación, y construido y dispuesto para proporcionar, exteriormente al recipiente de almacenamiento y dispensación, una presión inferior a dicha presión interior para producir la desorción del gas sorbato del medio sorbente físico en fase sólida, y el flujo del gas desorbido a través del conjunto de dispensación; en el cual el medio sorbente físico en fase sólida carece de oligoelementos tales como agua, metales, y elementos oxídicos de metales de transición (p.ej., óxidos, sulfatos y/o nitratos) que de otra manera descompondrían el gas sorbato en el recipiente de almacenamiento y dispensación.
Eliminando tales oligoelementos del medio sorbente físico en fase sólida, la descomposición del gas sorbato tras 1 año a 25ºC y a las condiciones de presión interior se mantiene a niveles extremadamente bajos, p.ej., de tal modo que no se descompone más de un 1-5% en peso del gas sorbato.
El recipiente de almacenamiento y dispensación de la patente de Tom y otros constituye por lo tanto un avance sustancial en la técnica, con respecto al uso de cilindros de gas a alta presión de la técnica anterior. Los cilindros convencionales de gas a alta presión son susceptibles de fugas por los conjuntos reguladores dañados o defectuosos, así como de roturas u otros escapes masivos no deseados del gas del cilindro si la descomposición interna del gas conduce a un rápido incremento de la presión interior del gas en el cilindro.
Existe por lo tanto en la técnica una necesidad de proporcionar sistemas perfeccionados de almacenamiento y suministro de fluidos, para la dispensación selectiva de gases, que superen las diversas deficiencias descritas anteriormente.
Con respecto al estado de la técnica y a la invención tal como se describe en su totalidad a continuación, la técnica pertinente incluye las siguientes referencias: Patente Estadounidense 3.590.860 concedida a Stenner (una válvula reguladora de ajuste manual para un cartucho de propano líquido, que incluye un diafragma regulador y un conjunto de muelle actuador); Patente Estadounidense 4.836.242 concedida a Coffre y otros (un reductor de presión para suministrar gas de grado electrónico, que incluye un fuelle y una válvula de entrada, con un filtro de partículas solidas dispuesto entre el fuelle y una salida de baja presión); Patente Estadounidense 5.230.359 concedida a Ollivier (un regulador de presión basado en un diafragma para un cilindro de gas a alta presión, en el cual una válvula está dispuesta en el regulador para estrangular de manera ajustable el flujo del fluido a presión); Patente Estadounidense 3.699.998 concedida a Baranowski, Jr. (un regulador de presión calibrable en el cual se utilizan unas fijaciones de muelle de lámina para retener los componentes del regulador en su posición); Patente Estadounidense 3.791.412 concedida a Mays (una válvula reductora de presión para recipientes de gas a alta presión, que incluye un par de elementos de válvula para dispensar fluido estrangulado a baja presión); Patente Estadounidense 3.972.346 concedida a Wormser (regulador de presión que presenta un conjunto de válvula de seta con un retén de anillo en U); Patente Estadounidense 4.793.379 concedida a Eidsmore (válvula operada por botones para el cierre principal y el control de flujo de un cilindro de gas a presión, que utiliza actuación magnética de los componentes de la válvula) considerada como la técnica anterior más cercana; Patente Estadounidense 2.615.287 concedida a Seneski (un regulador de presión de gas que incluye un diafragma y elementos de fijación del diafragma): Patente Estadounidense 4.173.986 concedida a Martin (válvula de control de flujo de gas a presión que incluye un regulador de presión y una correspondiente estructura de válvula de seta); Patente Estadounidense 3.388.962 concedida a Baumann y otros (dispositivo medidor de combustible...
Reivindicaciones:
1. Un dispositivo (10, 110, 300) de almacenamiento y dispensación de fluidos que comprende:
un recipiente (12, 112, 302) de almacenamiento y dispensación de fluidos para contener fluido a presión y que tiene una boca de salida; y
un regulador de presión (26, 232) que incluye una válvula montada en dicho recipiente aguas arriba de, y en comunicación con, dicha boca, caracterizado porque:
dicha válvula se mantiene cerrada para impedir que el fluido sea dispensado por dicha boca hasta que dicho regulador de presión reciba gas a presión subatmosférica a través de dicha boca desde aguas abajo del mismo, y se abre en respuesta a la recepción de dicho gas a presión subatmosférica.
2. Un dispositivo según la Reivindicación 1 en el cual dicho regulador de presión tiene medios para detectar la presión en el gas aguas abajo del mismo y medios para abrir dicha válvula cuando la presión detectada sea igual o inferior a un nivel preajustado, y cerrar dicha válvula cuando la presión detectada sea superior a dicho nivel preajustado, para así regular la presión de dicho gas aguas abajo y evitar escapes indeseados de dicho gas.
3. Un dispositivo según las Reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dicho regulador determina el caudal al cual se dispensa dicho fluido.
4. Un dispositivo de acuerdo a cualquier reivindicación precedente, en el cual el recipiente contiene un fluido seleccionado dentro del grupo consistente en gases hidruro.
5. Un dispositivo de acuerdo a una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3, en el cual el recipiente contiene un fluido seleccionado dentro del grupo consistente en arsina, fosfina, estibina, diborano, fluoruro de hidrógeno, tricloruro bórico, trifluoruro bórico, cloruro de hidrógeno, silanos halogenados y disilanos.
6. Un dispositivo de acuerdo a cualquier reivindicación precedente, en el cual el recipiente está acoplado en comunicación selectiva de flujo de fluido con una instalación de fabricación de semiconductores.
7. Un dispositivo de acuerdo a la Reivindicación 1, en el cual una porción (17) del fluido contenido en el recipiente está licuada, y que incluye un dispositivo (28) separador de fases que impide el escape de dicho liquido desde dicho recipiente.
8. Un dispositivo de acuerdo a la Reivindicación 1, en el cual el recipiente contiene un fluido para procesos de fabricación de semiconductores seleccionado dentro del grupo consistente en fluidos para implantación de iones y deposición de vapores químicos.
9. Un dispositivo de acuerdo a la Reivindicación 1, en el cual el recipiente contiene un fluido seleccionado dentro del grupo consistente en fosfina, silano, arsina y BF3, y está adaptado para dispensar fluido en procesos de deposición de vapores químicos para la fabricación de semiconductores.
10. Un dispositivo de acuerdo a la Reivindicación 1, en el cual el recipiente contiene un fluido seleccionado dentro del grupo consistente en fosfina y arsina, y está adaptado para dispensar fluido en procesos de deposición de vapores químicos para la fabricación de semiconductores.
11. Un dispositivo de acuerdo a la Reivindicación 1, en el cual el recipiente contiene un fluido seleccionado dentro del grupo consistente en fosfina, arsina y BF3, y está adaptado para dispensar fluido para procesos de fabricación de iones.
12. Un dispositivo de acuerdo a cualquier reivindicación precedente que comprende adicionalmente un controlador para accionar selectivamente el dispositivo de dispensación para efectuar el flujo del gas, derivado del liquido del recipiente, a través del regulador de presión y de la boca de salida para la descarga del gas desde el dispositivo.
13. Un dispositivo de acuerdo a cualquier reivindicación precedente, en el cual dicho recipiente contiene un material adsorbente físico que lleva adsorbido en el mismo un gas a una presión interna del recipiente comprendida entre unos 3,5 kg/cm2 y unos 350 kg/cm2 (50-5.000 psig).
14. Un dispositivo de acuerdo a cualquier reivindicación precedente, en el cual dicho recipiente de almacenamiento y dispensación de fluidos encierra un volumen interior inferior a unos 50 litros y tiene una abertura de entrada mayor de 2,54 cm (1 pulgada NGT).
15. Un procedimiento para dispensar un fluido contenido en un recipiente (12, 112, 323) a presión caracterizado porque:
dicho fluido está confinado en dicho recipiente por un regulador de presión (26, 332), situado en dicho recipiente, en un camino (334, 336, 332, 330, 320) de flujo de fluido cerrado por dicho regulador de presión para que el fluido fluya aguas abajo de dicho regulador de presión, y
dispensar selectivamente el fluido confinado abriendo el camino de flujo de fluido hacia aguas abajo de dicho regulador de presión, y
comprendiendo dicha etapa de dispensación suministrar gas a dicho regulador de presión a presión subatmosférica a través de dicho camino de flujo de fluido desde aguas abajo del mismo, estando ajustado dicho regulador de presión para regular la presión del fluido que se esté dispensando a dicha presión subatmosférica.
16. Un procedimiento de acuerdo a la Reivindicación 15, en el cual dicho fluido es utilizado en el proceso de implantación de iones o de deposición de vapores químicos en la fabricación de semiconductores.
17. Un procedimiento de acuerdo a la Reivindicación 15, en el cual dicho fluido es seleccionado dentro del grupo consistente en gases hidruros licuados, gases ácidos licuados, arsina, fosfina, estibina, silano, diborano, cloruro de hidrógeno, silanos halogenados y disilanos.
18. Un procedimiento de acuerdo a la Reivindicación 15, en el cual dicha etapa dispensadora incluye aplicar gas con una presión subatmosférica a la salida de dicho regulador de presión para alternativamente abrir y cerrar una válvula del mismo para dispensar dicho fluido desde dicho recipiente.
19. Un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las Reivindicaciones 15 a 18 que comprende adicionalmente:
contener el fluido en un estado al menos parcialmente adsorbido a una presión comprendida entre unos 3,5 kg/cm2 y unos 350 kg/cm2 (50-5.000 psig); y
dispensar selectivamente el fluido desorbiendo el mismo desde el estado adsorbido liberando al mismo de la contención.
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