本发明涉及用于可靠的超高纯度(UHP)氦气供给和保持专用现场库存的方法及系统。具体而言，本发明使用了多个ISO容器，由此备用ISO容器中汽化的UHP氦被用于在联机ISO容器中累积压力。ISO容器的隔热可用于减少进入备用ISO容器中的热泄漏，从而降低了氦汽化速率和需要收回来保持器皿的最大可允许工作压力(MAWP)的气体量。通过使用节约器阀抽取UHP氦气但使液体保持在ISO容器中，甚至更低的供给速率也是可能的。这使得有可能高效地管理供给速率(从低流动至较高流动要求)，并有可能优化UHP氦从储存器皿的抽取速率。另一优点在于，发送给客户的UHP氦气具有较高的纯度，因为其直接来自于液体源。UHP氦气可用于半导体制造，例如作为运载气体，以便在薄膜沉积在晶片上的期间将前体引入沉积室。
1.一种用于将超高纯度氦气输送至使用场所的方法，所述方法包括：
提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有能将超高纯度氦气经由其注入所述内部器皿隔间中的至少一个进入口；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有能将所述超高纯度氦液体经由其从所述内部器皿隔间进行分送的至少一个排出口；
提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；
所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有能将超高纯度氦气经由其分送至所述主器皿的内部器皿隔间的至少一个排出口；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有能将所述超高纯度氦液体经由其从内部器皿隔间进行分送的至少一个排出口；
确定来自于所述主器皿和所述副器皿的组合的净蒸发速率是否大于所要求的氦客户使用速率，随后
ⅰ. 当来自于所述主器皿和所述副器皿的所述组合的净蒸发速率大于所述所要求的氦客户使用速率时，将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，其中，所述至少一个节约器装置包括被起动打开用于控制超高纯度氦气经由其流动至所述使用场所的反压阀；
ⅱ. 当所述组合的净蒸发速率不大于所述所要求的氦客户使用速率时，准许超高纯度氦流体从所述副器皿进入至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出；
当所述组合的净蒸发速率不大于所述所要求的氦客户使用速率时，将所述超高纯度氦液体从所述主器皿传送至至少一个汽化装置；所述汽化装置具有能将超高纯度氦液体经由其注入所述汽化装置中的至少一个进入口；并且所述汽化装置具有能将超高纯度氦气经由其从所述汽化装置进行分送的至少一个排出口；
使所述超高纯度氦液体在所述汽化装置中实现相变来形成超高纯度氦气；以及将所述超高纯度氦气从所述汽化装置输送至所述使用场所。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括控制了所述超高纯度氦气至所述使用场所的输送速率，这使用了(i)从副器皿注入所述主器皿的内部器皿隔间中的所述超高纯度氦气、(ii)所述一个或多个隔热层、以及/或者(iii)至少一个节约器装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，(i)从副器皿注入所述主器皿的内部器皿隔间中的所述超高纯度氦气控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；(ii)所述一个或多个隔热层控制了在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的所述超高纯度氦液体的净蒸发速率，所述净蒸发速率控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率，并且控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；并且(iii)所述至少一个节约器装置控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿至所述使用场所的输送速率，同时使超高纯度氦液体保持在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个隔热层具有用以保持隔热流体的内部隔间，所述隔热流体包括液体或气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个隔热层包括液氮(LN2)隔热层和氦气隔热层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括以下至少一个：(i)将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，以及(ii)准许超高纯度氦气从所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层进入至所述主器皿，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述隔热层减少了进入所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的热泄漏，从而降低了在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的所述超高纯度氦液体的净蒸发速率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述隔热层减少了进入所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的热泄漏，从而降低了在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的所述超高纯度氦液体的净蒸发速率，并且从而减少了需要从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中收回的超高纯度氦气的量，以便保持所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿的最大可允许工作压力。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括控制所述至少一个节约器装置以从所述至少一个主器皿和/或所述至少一个副器皿抽取超高纯度氦气而用于输送至所述使用场所，同时在所述至少一个主器皿和/或所述至少一个副器皿中保持超高纯度氦液体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述超高纯度氦气在所述使用场所处以至少约
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述使用场所为半导体制造场所。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，(i)所述超高纯度氦气被用作将前体引入到沉积室中的运运载气体体，(ii)所述超高纯度氦气用于LCD处理中的干法蚀刻，(iii)所述超高纯度氦气在后侧冷却中控制硅层蚀刻过程的速率和均匀性，或(iv)所述超高纯度氦气用于检查泄漏和线路清洗。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括在一温度下从所述主器皿收回超高纯度氦液体，所述温度不大于被收回的所述超高纯度氦液体中至少一种杂质的浓度等于预定极限时所处的温度，其中所述至少一种杂质选自水、二氧化碳、氧、氩和氮。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括在将所述超高纯度氦气输送至所述使用场所之前，使所述超高纯度氦气经过低温压力保护(LTPP)单元和过滤装置。
15.一种用于将超高纯度氦气输送至使用场所的系统，所述系统包括：
包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有能将超高纯度氦气经由其注入内部器皿隔间中的至少一个进入口；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有能将所述超高纯度氦液体经由其从所述内部器皿隔间进行分送的至少一个排出口；
包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有能将超高纯度氦气经由其分送至所述主器皿的内部器皿隔间中的至少一个排出口；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有能将所述超高纯度氦液体经由其从所述内部器皿隔间进行分送的至少一个排出口；
超高纯度氦气供给线路，其在外部从所述副器皿顶部处或附近的至少一个排出口延伸至所述主器皿顶部处或附近的至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述主器皿顶部处或附近的所述至少一个进入口被分送至所述主器皿的内部器皿隔间中，所述超高纯度氦气供给线路在其中包含用于控制所述超高纯度氦气经由其流动的至少一个超高纯度氦气流量控制阀、以及至少一个节约器装置；所述至少一个节约器装置包括用于控制超高纯度氦气经由其流动至所述使用场所的反压阀；
至少一个汽化装置；所述汽化装置具有能将超高纯度氦液体经由其注入所述汽化装置中的至少一个进入口；并且所述汽化装置具有能将超高纯度氦气经由其从所述汽化装置进行分送的至少一个排出口；
超高纯度氦液体排放线路，其在外部从所述主器皿底部上方的至少一个排出口延伸至所述汽化装置的至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述汽化装置的所述至少一个进入口被分送至所述汽化装置，所述超高纯度氦液体供给线路在其中包含用于控制所述超高纯度氦液体经由其流动的至少一个超高纯度氦液体流量控制阀；以及超高纯度氦气排放线路，其在外部从所述汽化装置的至少一个排出口延伸至所述使用场所，所述超高纯度氦气排放线路在其中包含用于控制所述超高纯度氦气经由其流动的至少一个超高纯度氦气流量控制阀；
其中，所述系统被构造成确定来自于所述主器皿和所述副器皿的组合的净蒸发速率是否大于所要求的氦客户使用速率，随后当所述组合的净蒸发速率大于所述所要求的氦客户使用速率时，从所述主器皿和副器皿中的每一个供给所述超高纯度氦气，并且当来自于所述主器皿和所述副器皿的所述组合的净蒸发速率不大于所述所要求的氦客户使用速率时，从所述主器皿供给所述超高纯度氦液体，其中在足以将所述超高纯度氦液体从所述主器皿排出的压力下，所述超高纯度氦流体的压力被准许达到从所述副器皿进入至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述超高纯度氦气排放线路包含低温压力保护(LTPP)单元和过滤装置。
17.一种用于控制超高纯度氦气至使用场所的输送的方法，所述方法包括：
提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；
所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有能将超高纯度氦气经由其注入所述内部器皿隔间中的至少一个进入口；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有能将所述超高纯度氦液体经由其从内部器皿隔间进行分送的至少一个排出口；
提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；
所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有能将超高纯度氦气经由其分送至所述主器皿的内部器皿隔间中的至少一个排出口；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；
并且所述副器皿在副器皿底部上方具有能将所述超高纯度氦液体经由其从内部器皿隔间进行分送的至少一个排出口；
确定来自于所述主器皿和所述副器皿的组合的净蒸发速率是否大于所要求的氦客户使用速率，随后
ⅰ. 当来自于所述主器皿和所述副器皿的所述组合的净蒸发速率大于所述所要求的氦客户使用速率时，将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，所述至少一个节约器装置包括用于控制超高纯度氦气经由其流动至所述使用场所的反压阀；以及ⅱ. 当所述组合的净蒸发速率不大于所述所要求的氦客户使用速率时，准许超高纯度氦流体从所述副器皿进入至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出；
将所述超高纯度氦液体从所述主器皿传送至至少一个汽化装置；所述汽化装置具有能将超高纯度氦液体经由其注入所述汽化装置中的至少一个进入口；并且所述汽化装置具有能将超高纯度氦气经由其从所述汽化装置进行分送的至少一个排出口；
使所述超高纯度氦液体在所述汽化装置中实现相变来形成超高纯度氦气；
将所述超高纯度氦气从所述汽化装置输送至所述使用场所；以及
其中所述输送使用从副器皿注入到所述主器皿的内部器皿隔间中的所述超高纯度氦气、所述一个或多个隔热层、以及/或者至少一个节约器装置来控制所述超高纯度氦气输送至所述使用场所。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，(i)从副器皿注入到所述主器皿的内部器皿隔间中的所述超高纯度氦气控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；(ii)所述一个或多个隔热层控制了在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的所述超高纯度氦液体的净蒸发速率，所述净蒸发速率控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率，并且控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；并且(iii)所述至少一个节约器装置控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿至所述使用场所的输送速率，同时使超高纯度氦液体保持在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法包括以下至少一个：(i)将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，以及(ii)准许超高纯度氦气从所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层进入至所述主器皿，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出。
用于大量超高纯度氦供给和使用的方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及用于将超高纯度(UHP)氦气输送至使用场所(例如，半导体制造设施)的方法及系统。所述方法和系统对于以大范围流动来供给超高纯度氦气、在客户场所处保持额外的超高纯度氦气库存，以及将超高纯度氦气直接供给至使用点特别有益。
背景技术
[0002] 当没有现场生产能力的客户需要大容积的气体(诸如氧(oxygen)、氮(nitrogen)、氩(argon)或氢(hydrogen))时，气体通常以液体形式从生产场所输送至使用点附近的储存罐。然而，出于安全原因，液化气体不能在显著高于大气的压力下在公共道路上运输。对于大多数气体而言，通过使用液化气体泵将液化气体从运输车辆传送至储存罐来提高其压力而满足在使用点处所需的较高压力。液化气体以这种高压储存在储存罐中，并且在使用点需要时，以高压汽化且输送至使用点。
[0003] 氦并不顺从这样的实施。它具有很低的汽化热，并且因此由液泵作用引至液体的热导致大量液体汽化且因此损失。即使在由压力差从运输器皿传递至储存罐期间，也会出现过度的汽化和氦的损失，因为冷氦气的密度并非与液氦密度大为不同，并且因此罐内大量的冷氦气将被置换并损失；在较高的压力下，这些置换损失甚至更高。因此，习惯做法是在真空绝缘的ISO容器中运输液氦至分送场所(转换填充(transfill))，将液体汽化，并且将产生的气体压缩到高压缸和管式挂车中。然而，增长的氦的需求和使用使得这种模式的供给不切实际，因为这些容器(即，缸和管式挂车)典型地保持小的容积。
[0004] 增长的氦的需求主要是因为其在新的半导体制造工艺中的使用。当集成电路上的特征几何形状在尺寸中减小时，就需要更先进的工艺来沉积可接受的膜，其依次通常需要3 3
更高纯度的更多氦。典型的20缸组合(具有总能力为150Nm)在5Nm/hr的使用速率下将
3 3
仅持续30小时。同样，20Nm/hr的使用速率意思是具有容量为2900Nm 的管式挂车将持续少于5天，并且甚至更高的使用速率导致更频繁的变化(change-outs)。频繁的源的变化是非期望的，因为它们劳动密集，并且增加了切换期间空气和水分受污染痕量的潜在性。此外，转换填充能力可变为限制因素，因为压缩和填充设备的能力或故障，不动产的可用性和多管式挂车填充湾的成本也变为考虑因素。
[0005] 因此，在正常的操作条件下，大容积用户的氦供给的物流是消耗性的，但可管理。然而，在异常情况下，管式挂车氦供给物流将尤其是不可预见的。例如，当全球氦供给中短缺周期延长时，或当转换填充故障时，就将出现异常情况。当这种中断出现时，由转换填充服务的所有客户必须分享有限的剩余库存，或没有氦。可以预计到的是，氦市场中紧张的供应情形将持续，因为计划的工厂储运损耗、维护中断和由设备阻碍(setback)造成的延迟。
新的氦工厂的建设不是切实可行的方案，因为氦是从天然气田中开采的且取决于天然气的生产。这些因素增加了客户用尽的可能性，因此对其处理能力具有显著的不利影响。
[0006] 因此，就需要新的和改进的方法及系统来将超高纯度氦气输送至使用场所，并且确保在地理上很分散的区域中的较多客户的长期库存。具体而言，存在确保可靠超高纯度氦供给的需要。
发明内容
[0007] 本发明部分地涉及一种用于将超高纯度氦气输送至使用场所的方法，所述方法包括：
[0008] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口(inlet opening)，超高纯度氦气能经由所述进入口被注入内部器皿隔间中；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口(outlet opening)，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0009] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口被分送至所述主器皿的内部器皿隔间中；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0010] 可选地将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿经由至少一个节约器装置(economizer apparatus)输送至所述使用场所，所述至少一个节约器装置包括用于控制超高纯度氦气经由其流动至所述使用场所的反压阀；
[0011] 准许超高纯度氦流体从所述副器皿进入至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出；
[0012] 将所述超高纯度氦液体从所述主器皿传送至至少一个汽化装置；所述汽化装置具有至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口注入汽化装置中；并且所述汽化装置具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口从汽化装置进行分送；
[0013] 使所述超高纯度氦液体在所述汽化装置中实现相变来形成超高纯度氦气；以及[0014] 将所述超高纯度氦气从所述汽化装置输送至所述使用场所。
[0015] 本发明还部分地涉及一种用于将超高纯度氦气输送至使用场所的系统，所述系统包括：
[0016] 包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口注入内部器皿隔间中；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间被分送；
[0017] 包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口被分送至所述主器皿的内部器皿隔间中；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0018] 超高纯度氦气供给线路，其在外部从副器皿顶部处或附近的至少一个排出口延伸至主器皿顶部处或附近的至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口被分送至所述主器皿内部器皿隔间中，超高纯度氦气供给线路在其中包含至少一个超高纯度氦气流量控制阀，其用于控制超高纯度氦气经由其的流动，以及至少一个节约器装置；所述至少一个节约器装置包括反压阀，所述反压阀用于控制经由其的超高纯度氦气至所述使用场所的流动；
[0019] 至少一个汽化装置；所述汽化装置具有至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口注入汽化装置中；并且所述汽化装置具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口从汽化装置进行分送；
[0020] 超高纯度氦液体排放线路，其在外部从主器皿底部上方的至少一个排出口延伸至汽化装置的至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述排出口被分送至汽化装置，超高纯度氦液体供给线路在其中包含至少一个超高纯度氦液体流量控制阀，其用于控制超高纯度氦液体经由其的流动；以及
[0021] 超高纯度氦气排放线路，其在外部从汽化装置的至少一个排出口延伸至所述使用场所，超高纯度氦气排放线路在其中包含至少一个超高纯度氦气流量控制阀，其用于控制超高纯度氦气经由其的流动。
[0022] 本发明还部分地涉及一种用于控制超高纯度氦气输送至使用场所的方法，所述方法包括：
[0023] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口注入内部器皿隔间中；所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0024] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层对准成在邻近所述一个或多个壁部件的所述内部器皿隔间周边处邻近彼此；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口被分送至所述主器皿的内部器皿隔间中；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0025] 可选地将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，所述至少一个节约器装置包括用于控制超高纯度氦气经由其流动至所述使用场所的反压阀；
[0026] 准许超高纯度氦流体从所述副器皿进入至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出；
[0027] 将所述超高纯度氦流体从所述主器皿传送至至少一个汽化装置；所述汽化装置具有至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口注入到汽化装置中；并且所述汽化装置具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口从汽化装置进行分送；
[0028] 使所述超高纯度氦液体在所述汽化装置中实现相变来形成超高纯度氦气；
[0029] 将所述超高纯度氦气从所述汽化装置输送至所述使用场所；以及[0030] 使用从副器皿注入到所述主器皿的内部器皿隔间中的所述超高纯度氦气、所述一个或多个隔热层、以及/或者至少一个节约器装置来控制所述超高纯度氦气输送至所述使用场所。
[0031] 本发明提供了许多优点。本发明描述了一种用于可靠的UHP氦气供给和保持专用现场库存的方法及系统。具体而言，本发明使用了多个ISO容器，由此备用ISO容器的蒸汽空间(vapor space)和/或氦气隔热层中汽化的UHP氦用于联机(on-line)器皿中累积(build-up)压力。ISO容器的隔热有助于减少热泄漏，由此降低了蒸发速率和UHP氦的总量，UHP氦需要收回来保持器皿的最大可允许工作压力(MAWP)。通过经由节约器(如本文所述)从主ISO容器和待机(standby)ISO容器两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层抽取(draw)蒸发的UHP氦气但将液体保持在ISO容器中，甚至更低的供给速率是可能的。这使得有可能高效地管理供给速率(从低流动至较高流动要求)，并且有可能优化UHP氦从储存器皿的抽取速率。另一优点在于，发送给客户的UHP氦气高度纯净，因为其直接来自于液体源。如果需要高纯度气体，则来自于管式挂车的气态氦通常需要代价较高的净化工艺。
[0032] 昂贵的转换填充膨胀、管式挂车的大量资金投入、支持使用速率较高的客户的许多变化的较大分送成本和人工成本可能会变为不允许的。UHP液氦输送方法是全面的更为经济的选择，因为其准许较大的待运输的数量。多个ISO容器的使用也提供了增加的库存，这在短缺周期期间尤其是所期望的。客户可选地使用高压气体管式挂车来作为液体ISO容器的后备。管式挂车在供给中断期间受到较少保护，并且使得生产设施由于氦用尽而不得不关闭更为可能。这可对客户操作有显著的不利影响。另外，来自于液体源的氦的固有高纯度消除了在氦从气态储存器皿抽取时通常所要求的昂贵净化系统。
附图说明
[0033] 图1为根据本发明的氦供给系统的示意图。
[0034] 图2为绘出涉及汽化气体供给的操作逻辑的流程图。
[0035] 图3为绘出UHP氦供给和使用方法的流程图。
具体实施方式
[0036] 如本文所使用的，超高纯度(UHP)意思是气体或液体具有小于大约十亿分之100，优选为小于大约十亿分之50，并且更优选为小于大约十亿分之10的分子杂质，并且具有小于大约万亿分之1000、优选为小于大约万亿分之500，并且更优选为小于大约万亿分之10的金属杂质。更优选的是，UHP气体和液体具有小于大约十亿分之10的分子杂质和小于大约万亿分之10的金属杂质。
[0037] 本发明涉及一种用于确保向使用速率为10Nm3/hr或更高的客户可靠地供给UHP氦气的方法。在一个实施方式中，供给方法涉及在客户场所处直接装运和保持多个巨大的液氦ISO容器。
[0038] 本发明关于一种稳健的供给系统，其将UHP氦气供给使用速率为10Nm3/hr或更大的客户。具体而言，本发明关于确保可靠的UHP氦气供给。本发明在半导体工艺和其它工业应用中提供了一种从低容量缸式/管式挂车供给切换至支持UHP氦气的增长的应用的有效方式。
[0039] 根据本发明，提供了一种将UHP氦气供给大型用户的方法，其导致了用于客户的专用UHP氦气库存，涉及将ISO容器中的UHP液氦直接地供给客户，并且在生产场所处保持储存容量。本发明消除了氦转换填充和管式挂车的需要。本发明的方法从客户的视角来看本身更为可靠。
[0040] 如上文指出那样，本发明部分地涉及一种用于将超高纯度氦气输送至使用场所的方法，所述方法包括：
[0041] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，一个或多个的真空绝缘层和一个或多个的隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口注入内部器皿隔间中；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0042] ]提供了包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，一个或多个的真空绝缘层和一个或多个的隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口被分送至所述主器皿的内部器皿隔间中；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0043] 可选地将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿(例如，从所述主器皿和/或所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层)经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，所述至少一个节约器装置包括反压阀，其用于控制超高纯度氦气经由其至所述使用场所的流动；
[0044] 准许超高纯度氦流体从所述副器皿(例如，从所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层)至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出；
[0045] 将所述超高纯度氦液体从所述主器皿运送至至少一个汽化装置；所述汽化装置具有至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口注入汽化装置中；并且所述汽化装置具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口从汽化装置进行分送；
[0046] 使在所述汽化装置中的所述超高纯度氦液体实现相变来形成超高纯度氦气；以及[0047] 将所述超高纯度氦气从所述汽化装置输送至所述使用场所。
[0048] 以上方法还包括控制了所述超高纯度氦气至所述使用场所的输送速率，这使用了(i)从副器皿注入所述主器皿的内部器皿隔间中的超高纯度氦气、(ii)一个或多个隔热层、以及/或者(iii)至少一个节约器装置。
[0049] 在一个实施方式中，本发明的方法涉及将超高纯度氦气从主器皿和/或副器皿的蒸汽空间和/或氦气隔热层经由至少一个节约器装置输送至使用场所。在另一实施方式中，本发明的方法涉及准许超高纯度氦气从副器皿的蒸汽空间和/或氦气隔热层进入主器皿，该超高纯度氦气在主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从主器皿排出。
[0050] 关于控制输送速率，(i)从副器皿(例如，从副器皿的蒸汽空间和/或氦气隔热层)注入所述主器皿的内部器皿隔间的超高纯度氦气控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿(例如，从主器皿和副器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层)经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；(ii)一个或多个隔热层控制了所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的所述超高纯度氦液体的净蒸发速率，所述净蒸发速率控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率，并且控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿(例如，从主器皿和副器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层)经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；并且(iii)至少一个节约器装置控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿(例如，从主器皿和副器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层)至所述使用场所的输送速率，同时使超高纯度氦液体保持在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中。
[0051] 超高纯度氦气供给线路可在外部从副器皿顶部处或附近的至少一个排出口延伸至主器皿顶部处或附近的至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口被分送至所述主器皿内部器皿隔间中，超高纯度氦气供给线路在其中包含了用于控制超高纯度氦气经由其流动的至少一个超高纯度氦气流量控制阀、以及至少一个节约器装置；所述至少一个节约器装置包括反压阀，该反压阀用于控制超高纯度氦气经由其至所述使用场所的流动。
[0052] 超高纯度氦液体排放线路可在外部从主器皿底部上方的至少一个排出口延伸至汽化装置的至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口被分送至汽化装置，超高纯度氦液体供给线路在其中包含了用于控制超高纯度氦液体经由其流动的至少一个超高纯度氦液体流量控制阀。
[0053] 超高纯度氦气排放线路在外部从汽化装置的至少一个排出口延伸至所述使用场所，超高纯度氦气排放线路在其中包含了用于控制超高纯度氦气经由其流动的至少一个超高纯度氦气流量控制阀。
[0054] 一个或多个隔热层具有内部的隔间来保持隔热流体，例如液体或气体。在一个实施方式中，隔热层包括液氮(LN2)隔热层和氦气隔热层。
[0055] 隔热层可减少进入至少一个主器皿和至少一个副器皿中的热泄漏，从而降低至少一个主器皿和至少一个副器皿中的超高纯度氦液体的净蒸发速率。通过减少进入至少一个主器皿和至少一个副器皿中的热泄漏，并且从而降低了至少一个主器皿和至少一个副器皿中的超高纯度氦液体的净蒸发速率，隔热层就可降低从至少一个主器皿和至少一个副器皿中所需要被收回的超高纯度氦气的总量，以便保持至少一个主器皿和至少一个副器皿的最大可允许工作压力。在一个实施方式中，通过从副器皿的隔热层抽取汽化的UHP氦气并且将其供给至少一个主器皿的蒸汽空间以在主器皿中累积压力而减少了进入至少一个副器皿中的热泄漏。
[0056] 出于若干原因，使用根据本发明的多个ISO容器是有益的。例如，多个ISO容器准许在大范围流动下供给氦，在客户场所保持附加的库存，以及将UHP氦气直接供给使用场所。
[0057] 在本发明的UHP氦气供给方法和系统中可使用至少两个ISO容器(例如，真空绝缘的ISO容器)。一个ISO容器联机，而另一个待机。待机ISO容器中的热泄漏汽化了UHP氦(净蒸发速率(NER)气体)，从而增大了器皿中的压力。从待机ISO容器的蒸汽空间和/或氦气隔热层中抽取这种NER气体，可选地将这种NER气体通过压力累积汽化器(pressure building vaporizer)加热且排放至工作的ISO容器来累积和保持操作压力。来自于工作的ISO容器的UHP液氦被注入产物汽化器且发送至使用点。可通过使用ISO容器的隔热以将热泄漏减至最少且因此将产生和必须收回的NER量减至最少来实现更低的氦供给速率。还可通过使用节约器来从将发送至客户的主器皿和后备器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层放出压力累积气体同时在储存器皿中保持液氦来达到更低的氦供给速率。
[0058] 巨大(bulk)的液体ISO容器可保持大量UHP液体或超临界氦，例如，1800至11000加仑的UHP液氦。因为在与UHP气态氦等容量的情况下可运输更大的量(超过五倍的分子)，可有利地以液体或超临界形式供给UHP氦。更大容量的UHP氦源显著地减少与劳动和污染风险相关联的变化频率。另外，执行如本文所描述的供给方法提供了UHP氦气使用速率中的灵活性，并且准许客户在长时间周期内有效地管理库存。
[0059] UHP氦流体可直接从如上文所描述的储存器皿中抽取。存在于器皿中的杂质比液体或低温超临界氦更密集，并且因此主要在底部或沉积在器皿的壁上。UHP氦可在一温度下收回，该温度不大于被收回的流体中杂质浓度等于预定极限时所处的温度，该极限例如为所期望或可准许的极限。这消除了从气态源获得供给时通常所要求的昂贵净化设备的需求。
[0060] 直接的UHP液氦供给系统由多件设备构成。这包括如图1中所绘的UHP液氦容器、高压软管、软管清洗组件、压力调节器和产物供给压力减压阀。参考图1，来自于备用ISO容器102的汽化氦(NER气体)可选为通过压力累积汽化器202和201加热，并且经由气体连接线路601被注入工作的ISO容器101，以便累积和保持操作压力。如果需要时可选的高压管式挂车103还可用于在工作的ISO容器中累积压力。减压阀401和402分别用于保持ISO容器101和102中的可允许压力。减压阀403、404、405和406用于保持ISO容器101和102上的气体连接和液体连接线路中的可允许压力。气体连接线路601上的控制阀300、301和304用于调节ISO容器压力累积气体或直接被发送至节约器305的气体的流动。
[0061] 流体流动的驱动力为器皿与使用点605之间的压力差。主ISO容器101中增大的压力用于经由液体连接线路602上的控制阀501来驱动液氦，以便汽化和发送给使用点。因此，主供给器皿101中所需的压力取决于所期望的氦使用速率和输送压力。从定位在器皿底部上方大约1厘米至30厘米处的端口收回。当器皿101联机时，待机ISO容器102的液体输送线路的出口上的控制阀502就关闭，并且根据所期望的流动速率来起动控制阀501。经由线路602驱动的液氦发送至产物汽化器203来汽化，并且被发送至使用点605。汽化产物的流动由阀303和503控制。汽化气体还穿过可选的低温压力保护(LTPP)单元306(用以保护下游设备)，并且然后穿过可选的过滤滑道(skid)204(用以除去颗粒)。
[0062] 储存器皿(NER气体)中的氦蒸发速率可借助于隔热来控制。隔热为覆盖包含液化氦的内器皿隔间的区。通常，存在若干交替的真空绝缘层和隔热层，使得在其它情况下将传递至ISO容器的内器皿的辐射能由隔热流体进行拦截。典型地，至少一个隔热层填充有液化气体诸如氮，并且至少一个其它隔热层填充有来自于内器皿隔间的汽化UHP氦气，该内器皿隔间包含液化UHP氦。在ISO容器从生产场所至客户场所的运输期间，这可花费若干星期，将排出汽化防护流体。液化气体隔热典型地可保持足够的液化气体以持续高达约30天。
[0063] 在副器皿中的热泄漏可汽化超高纯度氦液体，从而增大了所述副器皿中的压力。蒸发的氦气被运送至所述主器皿以累积并保持操作压力足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出。
[0064] 只要出口(exit)处的温度低于杂质的冻结温度，则可收回杂质浓度低到足以用于特定用途的氦流体。可在一定温度下收回氦来实现仍更低的杂质浓度，该温度不大于杂质蒸汽压力导致所收回的流体中的杂质达到或等于所期望或可允许的浓度极限时所处的温度。杂质可存在于氦和相应的接近温度下，在这些温度下，杂质蒸汽压力导致杂质在大气压力下达到氦流体中百万分之5体积(ppmv)的浓度，杂质包括例如H2O(207°K)、CO2(111°K)、O2(42°K)、Ar(42°K)和N2(36°K)。相比之下，杂质在大气压力下在氦流体中达到1ppmv浓度所处的相应接近的温度，杂质包括例如H2O(197°K)、CO2(105°K)、O2(39°K)、Ar(39°K)和N2(34°K)。如果这些杂质中的一些存在，只要收回温度不大于具有最高蒸汽压力的杂质达到氦流体中浓度极限时所处的温度，则可从下气门(port)收回氦。美国专利No.5,386,707中描述了从器皿收回具有较低杂质的低温氦的更为详细的说明，该专利的公开内容通过引用并入本文中。
[0065] 现场供给系统也配备有节约器装置，即，反压阀305，其可用于放出压力累积气体且直接发送给客户。当器皿中的气体累积大于客户的抽取速率时，这很重要。当器皿中压力增大且达到节约器装置(即，反压阀305)上的设定点时，就使用如图2中所示的操作逻辑迫使气体穿过线路603。阀305设置在低于器皿MAWP但高于产物阀303的压力下。穿过节约器的较高压力的流动保持阀303关闭，并且将产物供给给客户。以此方式，系统可以以很低的流动速率(即，来自于所有器皿的NER)供给氦，同时将液氦保持在器皿中且在MAWP下。此外，来自于器皿隔热的UHP氦气可如本文所描述地被抽取和发送给节约器。当可用时，气体也可从备用管式挂车经由阀302和线路604直接地发送给客户。
[0066] 参考图1和图2，如果来自于ISO容器101和102的组合NER气体大于客户所求的氦使用速率，则节约器装置(即反压阀305)开启，控制阀301和304开启，并且来自于ISO容器101和102的NER气体经由线路603直接供给使用场所605。如果来自于ISO容器101和102的组合NER气体不大于客户所需要的氦使用速率，则NER气体从ISO容器102直接接至ISO容器101来生成压力，液氦从ISO容器101经由阀501抽至汽化器203，在汽化器203处其被汽化且氦气被输送至使用场所605。控制至少一个节约器装置以从至少一个主器皿和/或至少一个副器皿抽取超高纯度氦气用于输送至使用场所，同时将超高纯度氦液体保持在至少一个主器皿和/或至少一个副器皿中。
[0067] 本发明的供给过程的执行可涉及若干ISO容器的使用。供给过程可涉及主器皿和副器皿的各种组合，例如，一个或多个主器皿和2个或多个副器皿、一个或多个主器皿和3个或多个副器皿，2个或多个主器皿和2个或多个副器皿，等。所需要的容器总数主要取决于氦的使用速率。这是因为：如果来自于所有容器的总NER气体超过日常需要，则氦必须排至大气以便保持ISO容器的MAWP。另外，当计算所需的容器总数时，必须考虑客户需要在现场保持的库存水平和客户与生产设施之间的ISO容器转送(装运)时间。图3中示出了供给循环流程图的示意图。在任意时间点，每个容器均处于循环中的不同点。这包括了客户场所处的装满的和/或部分使用的容器、运回至供应商处用于再填充的空容器，以及已经再填充过且正转送回至客户场所的容器。在正常操作模式下，在工作的容器腾空之前不久新容器到达客户场所。装满的ISO容器在客户场所处被卸下，并且空挂车开走来再填充。如果计算出所要求的ISO容器的数目不是整数，则建议进位舍入最接近的整数来提供供给系统的灵活性。
[0068] UHP氦气可输送至多种使用场所，例如，半导体制造场所和其它工业应用场所。当使用场所为半导体制造场所时，超高纯度氦气可用来例如作为运载气体以将有机金属前体(precursor)引入化学蒸汽或原子层沉积室内。超高纯度氦气还可用于在LCD处理中进行干法蚀刻。超高纯度氦气还可用于后侧冷却来控制硅层蚀刻过程的速率和均匀性。超高纯度氦气还可用于检查泄漏和线路清洗(purge)。
[0069] 远程监测系统可用于监测液体储存罐。其可由遥测单元构成，遥测单元采集液位和头部空间压力数据和全球位置数据。在装运期间，该数据无线传输至客户和/或供应商。如果压力和液体的不正常状态到达隔热和/或ISO容器中，则蒸汽可根据预定程序排出，以便尝试重建液位和蒸汽压力设定点。追踪系统还提示供应商关于运输期间的装运延期和其它容器问题。一旦挂车处在目的地，则客户可选择继续使用该单元来监测库存水平或其它。
取决于客户想要在现场保持的最少氦量，客户通过电话或通过电子系统(例如，电子邮件)下了新挂车的订单。何时下该订单必须考虑ISO容器的转送时间。这还可自动地设立，使得在某一时间周期之后，新挂车将发送至客户。例如，见美国专利No.6,922,144，该专利的公开内容通过引用并入本文中。
[0070] 控制系统和方法可选为在UHP氦气输送系统的操作中使用，该系统构造成使得能够自动实时优化和/或调整操作参数来实现所期望或最佳的操作条件。
[0071] 计算执行的系统可选为用于控制NER、供给速率、ISO容器的加热和冷却、反压阀和减压阀上的设置等。计算机控制系统可具有调整不同参数以求优化UHP氦气输送至客户场所的能力。该系统可执行为自动地调整参数。UHP氦气输送系统的控制可使用常规硬件或软件执行的计算机和/或电子控制系统与多种电子传感器一同来实现。控制系统可构造成用以控制NER、供给速率、ISO容器的加热和冷却、反压阀和减压阀上的设置等。
[0072] UHP氦气输送系统还可包括传感器，传感器用于测量多种参数，诸如NER、供给速率、ISO容器的加热和冷却、反压阀和减压阀等。控制单元可连接到传感器、以及进入口和排出口中的至少一个上，用于根据测得的参数值来将UHP氦传遍整个系统。
[0073] 计算机执行的系统可选地为UHP氦气输送系统的一部分或者与UHP氦气输送系统相联。该系统可构造或编程为控制和调整系统的操作参数，以及分析和计算值。计算机执行的系统可发送和接收控制信号来设置和控制系统的操作参数。计算机执行的系统可相对于UHP氦气输送系统远程地被定位。其还可构造成用以从一个或多个远程UHP氦气输送系统通过间接或直接的方式接收数据，诸如通过以太网连接或无线连接。控制系统可远程地操作，诸如通过国际互联网。
[0074] 可在没有计算机的情况下完成UHP氦气输送系统的部分或所有的控制。可利用物理控制来实现其它类型的控制。在一种情形中，控制系统可为用户所操作的人工系统。在另一实例中，用户可如所描述那样向控制系统提供输入。适合的压力计可用于监测供给速率(例如，UHP氦气输送速率)。气压计可具有适合的关闭阀，如果速率超高预定值，则该关闭阀可预设为关闭UHP氦气至客户的供给。
[0075] 在异常条件的情况下，例如，当全球氦供给中短缺周期延长时或转换填充故障时，本发明的方法就可提供可靠的UHP氦供给。参考图3，如果发生供给中断，可识别中断的性质，例如，全球氦供给短缺、ISO容器故障或装运延期。如果发生全球氦供应短缺，UHP氦可在现场从ISO容器抽取，并且告知客户调配情况。如果发生ISO容器故障，UHP氦可在现场从另一ISO容器抽取，并且剩余库存将更新。将通知氦生产场所，并且请求另一ISO容器。故障的ISO容器将回到氦生产场所用于修理。如果发生装运延期，UHP氦可在现场从ISO容器抽取，并且告知客户和生产场所装运延期。如果没有发生供应中断，UHP氦可在现场从ISO容器抽取，剩余库存将更新，并且更新了在转运中的ISO容器信息。
[0076] 在另一实施方式中，可以为客户保持位于氦生产工厂处的大的液体储存容量。该储存容量可为连接到UHP氦液化器上的大容量的杜瓦瓶(例如，30,000加仑的容积)的形式。一旦填充该容积，则汽化的UHP氦可被很有效地再液化。杜瓦瓶中的UHP氦预售且专用于特定客户(具有商业协议所涵盖的细节)。如果发生UHP氦短缺，杜瓦瓶将可用于供给客户的输送。这可为特别有效的方式来在工厂供给不足("调配")期间管理UHP氦源，因为调配的情形通常与装运容器良好可用性相符(即，当装运小于最大产品量时，容器空闲)。因此，不需要预先购入昂贵的装运容器就能够在调配周期期间装运该产品。
[0077] 如上文指出那样，本发明部分地涉及一种用于控制超高纯度氦气输送至使用场所的方法，所述方法包括：
[0078] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口注入内部器皿隔间中；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0079] 提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口分送至所述主器皿的内部器皿隔间中；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0080] 可选地将超高纯度氦气从所述主器皿和/或所述副器皿(例如，从所述主器皿和/或所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层)经由至少一个节约器装置输送至所述使用场所，所述至少一个节约器装置包括反压阀，该反压阀用于控制超高纯度氦气经由其至所述使用场所的流动；
[0081] 准许超高纯度氦流体从所述副器皿(例如，从所述副器皿的蒸汽空间和/或隔热层)至所述主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦气，所述超高纯度氦气在所述主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从所述主器皿排出；
[0082] 将所述超高纯度氦流体从所述主器皿传送至至少一个汽化装置；所述汽化装置具有至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口注入汽化装置中；并且所述汽化装置具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口从汽化装置进行分送；
[0083] 使所述超高纯度氦液体在所述汽化装置中实现相变来形成超高纯度氦气；
[0084] 将所述超高纯度氦气从所述汽化装置输送至所述使用场所；以及[0085] 使用从副器皿注入到所述主器皿的内部器皿隔间中的所述超高纯度氦气、所述一个或多个隔热层、以及/或者至少一个节约器装置来控制所述超高纯度氦气输送至所述使用场所。
[0086] 在一个实施方式中，本发明的方法涉及将超高纯度氦气从主器皿和/或副器皿的蒸汽空间和/或氦气隔热层经由至少一个节约器装置输送至使用场所。在另一个实施方式中，本发明的方法涉及准许超高纯度氦气从副器皿的蒸汽空间和/或氦气隔热层至主器皿，该超高纯度氦气在主器皿中的压力被准许达到足以将超高纯度氦液体从主器皿排出。
[0087] 关于控制所述超高纯度氦气至所述使用场所的输送，(i)从副器皿(例如，从副器皿的蒸汽空间和/或氦气隔热层)注入到所述主器皿的内部器皿隔间的超高纯度氦气控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿(例如，从主器皿和副器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层)经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；(ii)一个或多个隔热层控制了在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中的所述超高纯度氦液体的净蒸发速率，所述净蒸发速率控制了所述超高纯度氦液体从所述至少一个主器皿至所述至少一个汽化装置的输送速率、以及超高纯度氦气从所述至少一个汽化装置至所述使用场所的输送速率，并且控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿(例如，从主器皿和副器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层)经由所述至少一个节约器装置至所述使用场所的输送速率；并且(iii)至少一个节约器装置控制了所述超高纯度氦气从所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿(例如，从主器皿和副器皿两者的蒸汽空间和/或氦气隔热层)至所述使用场所的输送速率，同时使超高纯度氦液体保持在所述至少一个主器皿和所述至少一个副器皿中。
[0088] 如上文指出那样，本发明部分地涉及用于将超高纯度氦气输送至使用场所的系统，所述系统包括：
[0089] 包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口注入内部器皿隔间中；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0090] 包含低温超高纯度氦流体的至少一个副器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述副器皿包括一个或多个壁部件，这样的一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，所述一个或多个真空绝缘层和所述一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述副器皿在副器皿顶部处或附近具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口分送至所述主器皿的内部器皿隔间中；所述副器皿与所述主器皿进行超高纯度氦气流动连通；并且所述副器皿在副器皿底部上方具有至少一个排出口，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；
[0091] 超高纯度氦气供给线路，其在外部从副器皿顶部处或附近的至少一个排出口延伸至主器皿顶部处或附近的至少一个进入口，超高纯度氦气能经由所述进入口被分送至所述主器皿的内部器皿隔间中，超高纯度氦气供给线路在其中包含用于控制超高纯度氦气经由其流动的至少一个超高纯度氦气流量控制阀、以及至少一个节约器装置；所述至少一个节约器装置包括反压阀，该反压阀用于控制超高纯度氦气经由其至所述使用场所的流动；
[0092] 至少一个汽化装置；所述汽化装置具有至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述进入口注入汽化装置中；并且所述汽化装置具有至少一个排出口，超高纯度氦气能经由所述排出口从汽化装置进行分送；
[0093] 超高纯度氦液体排放线路，其在外部从主器皿底部上方的至少一个排出口延伸至汽化装置的至少一个进入口，超高纯度氦液体能经由所述排出口被分送至汽化装置，超高纯度氦液体供给线路在其中包含至少一个超高纯度氦液体流量控制阀，其用于控制超高纯度氦液体经由其的流动；以及
[0094] 超高纯度氦气排放线路，其在外部从汽化装置的至少一个排出口延伸至所述使用场所，超高纯度氦气排放线路在其中包含用于控制超高纯度氦气经由其流动的至少一个超高纯度氦气流量控制阀。
[0095] 现场供给系统可配备有节约器装置，即，反压阀305，其可用于经由线路603放出压力累积气体，并且使用如图2中所示的操作逻辑直接地发送至客户。现场系统还可配备有低温压力保护(LTPP)单元306(用以保护下游设备)和过滤装置204，例如过滤滑道，在其中超高纯度氦气可在输送超高纯度氦气至使用场所之前穿过过滤装置204。过滤滑道用于除去颗粒。
[0096] 尽管建议多个ISO容器用于实施本发明，但小容积的用户可使用具有嵌入的压力累积线圈的单个容器。这将使得能够在不使用外侧气体的情况下在器皿中进行压力累积。该方法比管式挂车提供了显著更高的专用现场库存水平。小容积使用的客户还能通过具有较低NER的较小ISO容器来从本发明中受益。另外，尽管以上公开内容集中于大型电子设备客户，但该供给方法也可提供给其它行业中的大型氦用户。
[0097] 本发明的各种修改和变型对于本领域的技术人员将是明显的，并且应当理解的是这样的修改和变型被涵盖在本申请的权限和权利要求的精神和范围内。
