[发明专利]气体贮藏和分送系统

说明书

本发明大体涉及用于选择性地从容器或贮存器中分送流体的贮藏和分送系统，在容器中流体组份由固体吸附剂介质吸附着并且在分送作业中可解吸地从吸附剂介质释放出来。

在许多工业生产和应用场合，都需要一个可靠的生产流体源，该生产流体源是紧凑的、便携的并且可根据需要供应流体。这种生产和应用场合包括半导体生产、离子注入、平板显示仪生产、医疗、水处理、紧急呼吸装备、焊接作业、涉及流体和气体分送的空间应用场合等。

1988年5月17日授予Karl O.Knollmueller的No.4,744,221美国专利公开了贮藏和随后分送砷化氢的方法，它通过在从大约-30℃至大约+30℃的温度时让砷化氢与孔尺寸在从大约5至15埃范围内的沸石接触并使砷化氢吸附在沸石上，然后通过加热沸石到大约175℃的高温足够长的时间使砷化氢从沸石材料上释放而分送砷化氢。

在Knollmueller专利中公开的方法的缺点在于它需要提供用于沸石材料的加热装置，该装置必须作成用于加热沸石材料到足够的温度使先前吸附的砷化氢按照需要的量从沸石上解吸。

在容纳着吸有砷化氢的沸石的容器外部使用加热套或其它装置也是有问题的，因为容器一般有较大的热容量，因此它将给分送作业带来较长的滞后时间。另外，加热砷化氢会引起它分解并生成氢气，这将给处理系统引入爆炸危险。此外，砷化氢的这种加热过程中的分解会使处理系统中的气体压力相当大地增加，从系统寿命和运行效率的观点来看，这是十分不利的。

在沸石床内部安装一个加热盘管或其它加热部件也有问题，因为用这种装置很难均匀地加热沸石床以获得所需的砷化氢气体的均匀释放。

采用通过密封容器中的沸石床的加热载体气流可以克服上述缺陷，但是为实现被加热的载体气体解吸砷化氢所需的温度可能是不合需要的高，或者对砷化氢气体的最终使用是不合适的，因此冷却或其它处理是必要的以使被分送的气体适应最终应用。

1996年5月21日授予Glenn M.Tom和James V.McManus的5,518,528号美国专利描述了一个气体贮藏和分送系统，用于诸如氢化物气体、卤化物气体、V族金属有机化合物等气体的贮藏和分送，这个系统可以克服在Knollmuller专利中公开的气体供应工艺的许多缺点。

Tom等专利的气体贮藏和分送系统由用于贮藏和分送气体的吸附一解吸装置组成，它包括一个容纳固相物理吸附剂的贮藏和分送容器并布置成使气体选择性地流入或流出该容器。一种吸附气体物理吸附在吸附剂上。分送装置与贮藏和分送容器气体流动相通连接并且保证容器外部压力低于容器内部压力以使吸附物从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的气体流过分送装置。可利用加热装置加强解吸作用，但是，如上所述，加热会给吸附/解吸系统带来许多缺点，因此应优先采用至少部分地通过压力差从吸附剂介质上释放吸附气体实现解吸来运行Tom等人的系统。

相对于现有技术中高压气瓶的应用，Tom等人的专利的贮藏和分送容器体现了在该领域的相当大的进展。如果气瓶中的内部气体超过了允许的极限现有的高压气瓶由于调节装置的损坏或失灵容易发生泄漏以及破裂和不希望的从气瓶中大量释放气体。这种过压例如可能由气体的内部分解而导致气瓶中的内部气体压力迅速增加而来的。

Tom等人的专利的气体贮藏和分送容器通过将吸附气体可逆地吸附到诸如沸石或活性碳材料的载体吸附剂上而降低被贮藏的吸附气体的压力。

Tom等专利的贮藏和分送容器一般包括具有竖直长形特征的气瓶或气体容器，气瓶或气体容器的高度直径比(两者以相同的尺寸单位测量)例如可在3到6的范围。尽管与这种贮藏和分送容器相连的分送流通线路可以有不同的变化，但是通常是在流通管和容器的连接处配置一个多孔的烧结金属的烧结管。烧结管中插入一个物理过滤挡板，在从容器中解吸/分送气体的过程中，过滤挡板可防止颗粒状固体从吸附剂床溢出。

由于气体通过仅仅在容器的一端的烧结管而从贮藏和分送容器中排出，如果逸出的气体分子的质量传递受到限制，被分送气体的分送速率就可能受到抑制。贮藏在容器瓶中的气体必须吸附/解吸地“排除困难前进”到容器的上部。沿着这个通道，气体的分送可能会受到由吸附剂床(在容器的下端和容器的上端之间并与外部气体流通线路相连)提供的许多气体吸附格点的妨碍或阻止。

因此，在高的释放速率情况下，甚至在有些情况的正常运转中，贮藏和分送容器的分送能力可能受到大量运输的限制并小于最佳值。

因此，本发明的一个目的是提供一种对在Tom等人专利中公开的那种类型的贮藏和分送流体供应系统的改进，它排除了上述的大量运输的限制问题。