本發(fā)明涉及利用鈀合金薄膜的氫氣選擇透過性的氫提純裝置、具有可通過氫而再生的催化劑或吸接材料的不活潑氣體提純裝置等的氣體提純裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及具有用于防止或抑制因氫而造成的爆炸的損傷的耐爆結構的氣體提純裝置。

背景技術：

在過去，在半導體制作工藝中，將高純度的氫氣和不活潑氣體作為氣氛氣體而大量地使用。對于這些氣體，伴隨半導體的集成度的提高，要求雜質的粘度為極低的濃度。

作為獲得高純度的氫氣的方法，人們知道有下述的方法，其中，將包含雜質的原料氫供給到由鈀合金的薄膜形成的氫分離膜，利用氫氣的選擇透過性，僅僅使氫透過，將其取出。這樣的用于氫提純的裝置為下述的氫提純裝置，其中，比如像專利文獻1～3所示的那樣，在包含雜質的原料氫的導入口、純氫的取出口以及在該導入口和該取出口之間的氣體流路中設置鈀合金的薄膜。

另外，作為獲得高純度的不活潑氣體的方法，比如，像專利文獻4、5所示的那樣，人們知道有下述的方法，其中，使包含雜質的不活潑氣體與鎳催化劑接觸，捕獲而去除作為雜質的氧，接著與合成沸石接觸，去除作為雜質的水和二氧化碳。在這樣的不活潑氣體提純方法中，對于鎳催化劑和合成沸石，在去除一定量的雜質后，其去除能力消失，但是，通過在加熱條件下，在填充了鎳催化劑和合成沸石的吸接筒中，流通氫或氫與不活潑氣體的混合氣體，相對鎳催化劑，氧作為水而脫離，水和二氧化碳相對合成沸石而脫離，可進行它們的再生。

專利文獻1：JP特開昭62—128903號公報

專利文獻2：JP特開平1—145302號公報

專利文獻3：JP特開平1—145303號公報

專利文獻4：JP特開平1—115806號公報

專利文獻5：JP特開平2—120212號公報

專利文獻6：JP特開平10—203803號公報

技術實現要素：

發(fā)明要解決的課題

針對前述那樣的氫提純裝置、以及在再生時采用氫的不活潑氣體提純裝置，采用高溫(150～500℃)的氫，另外，在這些設備的周邊，采用控制設備等的高價格的電子設備。此外，像在專利公報6中所記載的那樣，在進行氫氣的提純等的裝置中，比如在采用升壓器的場合，必須要求防爆型的升壓器。

于是，本發(fā)明要解決的課題在于針對前述那樣的提純裝置，提供具有耐爆結構的氣體提純裝置，該耐爆結構用于在萬一發(fā)生因氫氣而造成的爆炸的場合，使控制設備等的外設設備的損傷為最小限。

用于解決課題的技術方案

作為為了解決上述的課題而深入研討的結果，本發(fā)明人發(fā)現前述的那樣的氣體提純裝置由多個金屬制的單元構成，控制設備和采用高溫的氫的提純容器接納于各自的單元中，并且接納有提純容器的單元由三重結構構成，其從內側朝向外側，由非通氣性金屬壁、通過多個板狀件或線狀件形成的通氣性壁與外壁構成，在該非通氣性金屬壁上設置壓力調節(jié)機構，該壓力調節(jié)機構包括空氣或不活潑氣體的導入口和排出口，此時，可使在萬一發(fā)生因氫而造成的爆炸的場合，使控制器等的外設裝置的損傷為最小限，由此，得出本發(fā)明的氣體提純裝置。

即，本發(fā)明涉及一種氣體提純裝置，該氣體提純裝置由多個金屬制的單元構成，控制設備和提純容器接納于各自的單元中，其特征在于，接納有提純容器的單元由三重結構的壁構成，該壁從內側朝向外側，由非通氣性金屬壁、通過多個板狀件或線狀件形成的通氣性壁與外壁構成，設置壓力調節(jié)機構，該壓力調節(jié)機構包括開設于該非通氣性金屬壁上的空氣或不活潑氣體的導入口和排出口。

發(fā)明的效果

在本發(fā)明的氣體提純裝置中，控制設備和提純容器接納于各自的單元中，其特征在于，接納有提純容器的單元由三重結構的壁構成，該壁從內側朝向外側，由非通氣性金屬壁、通過多個板狀件或線狀件形成的通氣性壁與外壁構成，設置壓力調節(jié)機構，該壓力調節(jié)機構包括開設于該非通氣性金屬壁上的空氣或不活潑氣體的導入口和排出口，由此，在萬一發(fā)生因氫而造成的爆炸的場合，可在接納有提純容器的單元中，抑制提純容器等的碎片的飛出和急劇的壓力上升，可將控制設備等的外設設備的損傷抑制在最小限。

附圖說明

圖1為表示本發(fā)明的氣體提純裝置的一個例子的水平方向的結構的俯視圖；

圖2為表示本發(fā)明的圖1以外的氣體提純裝置的一個例子的水平方向的結構的俯視圖；

圖3為表示用于本發(fā)明的提純容器(鈀合金膜單元)的一個例子的結構圖；

圖4為表示圖3的提純容器的管板的位置的剖面的一個例子的結構圖；

圖5為表示與用于本發(fā)明的提純容器連接的配管的一個例子的結構圖；

圖6為表示與用于本發(fā)明的提純容器連接的圖5以外的配管的一個例子的結構圖；

圖7為表示通氣性壁的一個例子的立體圖；

圖8為表示非通氣性金屬壁和通氣性壁一體地構成的結構物的一個例子的立體圖；

圖9為表示非通氣性金屬壁和通氣性壁一體地構成的結構物的水平剖面的一個例子的結構圖；

圖10為表示非通氣性金屬壁和通氣性壁一體地構成的結構物的圖9以外的水平剖面的一個例子的結構圖；

圖11為表示包括配管的通氣性壁的正面的一個例子的結構圖；

圖12為表示配管的設置狀態(tài)的一個例子的剖面結構圖；

具體實施方式

本發(fā)明用于具有下述提純容器的精制裝置，該提純容器分別為：提純氫用的提純容器；填充有可通過氫而再生的催化劑或吸接材料且用于提純不活潑氣體的提純容器。

下面根據圖1～圖10，具體地對本發(fā)明的氣體提純裝置進行說明，但是，本發(fā)明并不限于它們。

另外，圖1、圖2為表示本發(fā)明的氣體提純裝置的一個例子的水平方向的結構的俯視圖，圖3為表示用于本發(fā)明的提純容器(鈀合金膜機構)的一個例子的結構圖，圖4為表示圖3的提純容器的配管板的位置的剖面的一個例子的結構圖，圖5、圖6為表示與用于本發(fā)明的提純容器連接的配管的一個例子的結構圖，圖7為表示通氣性壁的一個例子的立體圖，圖8為表示非通氣性壁和通氣性壁一體地構成的結構物的一個例子的立體圖，圖9、圖10為非通氣性金屬壁和通氣性壁一體地構成的結構物的水平剖面的一個例子的結構圖，圖11為表示包括配管的通氣性壁的正面的一個例子的結構圖，圖12為表示配管的設置狀態(tài)的一個例子的剖面結構圖。

本發(fā)明的氣體提純裝置像圖1、圖2那樣，為下述的氣體提純裝置，在該氣體提純裝置中，裝置3’由多個金屬制的單元3構成，控制設備1和提純容器2(2’，2”)接納于各自的單元中，并且接納有提純容器2的裝置3’由三重結構的壁構成，該壁從內側朝向外側，由非通氣性金屬壁4、通過多個板狀件或線狀件構成的通氣性壁5與外壁6構成，該氣體提純裝置包括壓力調節(jié)機構，該壓力調節(jié)機構包括設置于非通氣性金屬壁上的空氣或不活潑氣體的導入口7與排出口8與壓力調節(jié)裝置9。

本發(fā)明的氣體提純裝置中的提純容器2具體來說，為圖1所示的那樣的氫的提純容器2’、與圖2所示的那樣的不活潑氣體的提純容器2”，該不活潑氣體的提純容器2”采用可通過包含氫的氣體的流體而再生的催化劑或吸接材料。

另外，作為氫的提純容器2’，比如列舉有具有下述的結構的提純容器，在該結構中，像圖3，圖4所示的那樣，一端封閉的多根鈀合金細配管11通過另一端的開口部12被支承于配管13上，接納于盒(cell)14的內部，通過該鈀合金細配管和管板將盒內部分隔為一次側空間14’(含雜質的原料氫的供給側空間)和二次側空間14”(純氫的取出側空間)，在盒14的外側設置加熱器18。

除此以外，作為氫的提純裝置的一部分，可列舉有填充有以鎳和/或氧化鎳為有效成分的催化劑的提純容器，其與設置于其下游側的填充吸氣材料的容器一起地用于氫的提純。

此外，作為不活潑氣體的提純容器2”，比如像圖6所示的那樣，可列舉有提純容器，其具有下述的結構，在該結構中，在填充了以鎳或銅為有效成分的催化劑19和以合成沸石為有效成分的催化劑20的提純筒中設置加熱器18。

除此以外，作為不活潑氣體的提純裝置的一部分，可列舉有填充以鎳和/或氧化鎳為有效成分的催化劑的提純容器，與設置于其下游側的填充了吸氣材料的容器一起，用于不活潑氣體的提純。

在前述的氧的提純容器2’中，在采用鈀合金膜的氧的提純時，高溫(300～500℃)的氫流通。另外，在前述的不活潑氣體的提純容器2”中，具有下述情況，即，在以鎳或銅為有效成分的催化劑、以合成沸石為有效成分的催化劑的再生時，流通有包含高溫(150～350℃)的氫的氣體的情況。對于本發(fā)明的氣體提純裝置，在這樣的狀況下，于萬一產生因氫造成的爆炸的場合，為了將控制設備等的外設裝置的損傷保留在最小，將控制設備和提純容器接納于相應的單元中，接納有提純容器的單元為三重結構的壁，該壁從內側朝向外側，由非通氣性金屬壁、通過多個板狀件或線狀件形成的通氣性壁與外壁構成，并且在該非通氣性金屬壁上設置壓力調節(jié)機構，該壓力調節(jié)機構具有空氣或不活潑氣體的導入口和排出口。

在本發(fā)明的氣體提純裝置中，像圖7所示的那樣，通氣性壁5至少用于該單元的側面整體，最好用于頂面，該通氣性壁5用作接納提純容器2的單元的三重結構的壁的一部分，由板狀件或線狀件21形成。該通氣性壁5按照板狀件或線狀件21呈幾何形狀的方式設置，但是，像圖7所示的那樣，通常，按照呈格子狀的方式構成。在通氣性壁5的組成材料采用板狀件的場合，其截面通常呈一邊在2～20mm的范圍內的正方形或長方形，在采用線狀件的場合，其截面通常為直徑在2～20mm的范圍內的圓形。另外，在任何的場合，通常采用不銹鋼等的金屬。另外，板狀件或線狀件通常以0.5～50cm的間隔來設置。

在本發(fā)明的氣體提純裝置中，用作接納有提純容器2的裝置的三重結構的壁的一部分的非通氣性金屬壁4與通氣性壁5相同，至少用于該單元的側面整體，最好還用于頂面。對于非通氣性金屬壁4，通常其厚度在1～5mm的范圍內。另外，該非通氣性金屬壁4的非通氣性可維持內部和外部的100kPa的氣體壓力差。非通氣性金屬壁4和通氣性壁5可分離開地設置，但是，最好，像圖8～圖10所示的那樣，通過焊接等方式而形成一體。

對于使非通氣性金屬壁4和通氣性壁5形成一體的機構，比如，像圖9、圖10所示的那樣，可列舉有下述機構，該下述機構通過呈立方體或長方體的形狀而組裝的L型的角架22支承而設置：由垂直方向的板狀件或線狀件21’與水平方向的板狀件或線狀件21”形成的通氣性壁5和非通氣性金屬壁4。通過形成一體，即使在非通氣性金屬壁4的厚度薄的情況下，仍獲得高的強度。在本發(fā)明中，沒有對于外壁必須要求特別高的氣密性等的限定，通常，按照不銹鋼等的金屬薄板按多個而接合的方式構成。

在本發(fā)明的氣體提純裝置中，在接納提純容器的單元的三重結構的壁中的最內側的非通氣性金屬壁4上設置空氣或不活潑氣體的導入口7和排出口8，在排出口8附近或排出口8的下游側中的任意者的部位設置用于調節(jié)非通氣性金屬壁內的壓力的壓力調節(jié)裝置9。作為該壓力調節(jié)裝置9，非通氣性金屬壁內的壓力可維持基本目標的壓力，并且在爆炸等的急劇的壓力上升的場合，如果可經由排出口8的下游側的配管等排出內部的氣體，可降低非通氣性金屬壁內部的壓力，則沒有特別的限制。作為壓力調節(jié)器9，可列舉流量控制閥、安全閥、它們的組合等。另外，接納提純容器2的非通氣性金屬壁內的壓力通常維持在100～200kPa(abs)的范圍內。此外，空氣或不活潑氣體的導入口7和排出口8通常按照氣體供給配管和排氣配管的連接分別容易的方式設置于非通氣性金屬壁4的上部側。

在本發(fā)明的氣體提純裝置中，在具有三重結構的壁的單元的內部可接納提純容器2、熱交換器10、填充了吸氣材料的容器等。接納有提純容器的單元的外形通常為立方體或長方體，但是，并不限定于此，也可比如于水平方向，在1個角部具有凹部，在該部位設置接納控制設備1的單元。但是，在任何的場合，并設了接納有提純容器2的單元3’與接納控制設備1的單元3”的氣體提純裝置整體的結構通常按照外形為立方體或長方體的方式設定。

另外，在本發(fā)明中，控制設備包括進行各種氣體的配管的氣體導入閥、氣體排出閥等的開閉的控制、提純容器的溫度控制、加熱器的通?？刂啤怏w壓力的控制的設備等。電氣面板1’像圖1、圖2所示的那樣，可接納于控制設備的單元內部，但是也可設置于提純容器的單元的外側表面上。各種的電氣端子和支承它的端子座1”不接納于控制設備中，但是，最好與控制設備相同不接納于提純容器的單元內部。另外，在本發(fā)明的氣體提純裝置中，接納有提純容器的單元在不妨礙本發(fā)明的目的時，不但設置于前述的三重結構的壁上，還可追加任意的壁的任意的部位。

各種氣體的導入配管(包括空氣或不活潑氣體的導入口配管)最好按照不通過接納有控制設備的單元，而可從氣體提純裝置的外部將各種氣體導入接納提純容器的單元的方式設置。同樣地，各種氣體的排出配管(包括空氣或不活潑氣體的排出配管)最好也按照不通過接納有控制設備的裝置，而可從接納有提純容器的裝單元將各種氣體排出到氣體提純裝置的外部的方式設置。通過形成這樣的結構，可實現氣體提純裝置的簡化。此時，各種氣體的配管23(包括空氣或不活潑氣體的導入口配管和排出配管)最好像圖11所示的那樣，支承而設置于其機械強度高于非通氣性壁4的通氣性壁5(21’和21”)上。配管的前端像圖12所示的那樣，通過焊接等而安裝于非通氣性金屬壁4上，可保持氣密性。

實施例

下面通過實施例，具體地對本發(fā)明進行說明，但是，本發(fā)明不并限定于它們。

(實施例1)

(非通氣性金屬壁和通氣性壁的制作)

構成非通氣性金屬壁和通氣性壁形成一體的提純容器的單元的一部分的結構物像下述那樣而制造。

作為構成非通氣性金屬壁的4個側面中的1個面的材料，采用不銹鋼制的金屬薄板(縱向尺寸為198cm、橫向尺寸為148cm、厚度為0.3cm)，作為與其密貼的通氣性壁的材料，采用由縱橫各3個的不銹鋼制的板狀件(截面的形狀：縱向尺寸為2cm、橫向尺寸為1cm)形成的呈格子狀的通氣性壁，通過焊接而將它們形成一體。另外，用于上述側面的非通氣性金屬壁的對面的材料，在上述非通氣性金屬壁中，設置空氣或不活潑氣體的導入口和排出口用的連接孔的非通氣性金屬壁、和與前述的通氣性壁相同的通氣性壁通過焊接而形成一體。

作為構成非通氣性金屬壁的4個側面中的另外的2個面的材料，采用不銹鋼制的金屬薄板(縱向尺寸為128cm、橫向尺寸為148cm、厚度為0.3cm)，作為與其密貼的通氣性壁的材料，采用由縱向2個、橫向3個的板狀件(截面的形狀：縱向尺寸為2cm、橫向尺寸為1cm)構成的呈格子狀而形成的通氣性壁，通過焊接而將它們形成一體。此外，在通氣性壁中，分別預先開設氣體的導入配管用的孔、電線用的孔。

接著，在按照形成橫向尺寸為200cm、高度為150cm、進深為130cm的長方體的方式組裝的L型角架的內側，焊接上述的4側面壁和下面用的不銹鋼制的金屬薄板(縱向尺寸為200cm、橫向尺寸為130cm、厚度為0.5cm)，制造水平方向的截面為圖10所示的那樣的形態(tài)(在圖8中沒有頂面的形態(tài))的非通氣性金屬壁和通氣性壁形成一體的結構物。

(提純容器的制作)

在直徑為25mm、厚度為5mm的圓盤狀的鎳制配管板上，于多個同心圓上焊接由以鈀、銀、與金為主成分的合金形成的35根鈀合金細配管11(外徑為1.8mm、厚度為70μm、長度為300mm)。接著，在于圖3所示的那樣的位置具有原料氫供給口15、含雜質氣體取出口16與純氫取出口17的內徑為25mm、長度為400mm的SUS316L制的盒中，接納上述的管板13和鈀合金細配管11，于盒的外側設置加熱器18，制作用于提純氫的提純容器。

(提純容器的單元的制作)

在由上述的非通氣性金屬壁和通氣性壁形成的結構物中，接納上述氫的提純容器，并且像圖5所示的那樣，于原料氫供給口處連接原料氫的導入配管，于純氫取出口處連接純氫取出配管，于含雜質氣體取出口處連接含雜質氣體回收配管。另外，在非通氣性金屬壁的空氣或不活潑氣體的導入口和排出口處，連接用于使這些氣體流通的配管，于排出口的附近處設置流量控制閥和安全閥。接著，由不銹鋼制的金屬薄板(縱向尺寸為128cm，橫向尺寸為198cm，厚度為0.3cm)形成的非通氣性金屬壁、與由縱向3根、橫向2根的板狀件(截面的形狀：縱向尺寸為2cm，橫向尺寸為1cm)構成的呈格子狀的通氣性壁形成一體的頂蓋設置于結構物上。另外，通過不銹鋼制的接納容器(橫向尺寸為210cm，高度為160cm，進深為140cm)，覆蓋這些裝置，制作提純容器的單元。

(氣體提純裝置的制作)

各種氣體的配管的氣體導入閥的控制器、氣體排出閥等的開閉的控制器、提純容器的溫度控制器、加熱器的通電控制器、氣體壓力的控制器等接納于不銹鋼制的接納容器(橫向尺寸為90cm，高度為160cm，進深為70cm)中，電氣面板設置于該接納容器的側面上。另外，各種的電氣端子和支承它的端子座接納于不銹鋼制的接納容器(橫向尺寸為90cm，高度為160cm，進深為70cm)中。將它們設定為圖1所示的那樣的配置，并且通過電線將各種控制設備、提純容器、流量控制閥、安全閥等連接，完成氣體提純裝置。

(實施例2)

制作下述圖6所示的那樣的結構的裝置，在該結構中，在不銹鋼制的提純筒(內徑為8cm，長度為60cm)中，以填充長度為20cm的方式填充市場上銷售的鎳催化劑，以填充長度為20cm的方式填充市場上銷售的相當于的合成沸石(モレキュラ—シ—ブス4A，由ユニオンカ—バイト社生產)的不活潑氣體的提純容器具有2個系列。

這些提純容器接納于由與實施例1相同地制作的非通氣性金屬壁和通氣性壁形成的結構物中，并且連接各配管。另外，在非通氣性金屬壁的空氣或不活潑氣體的導入口和排出口處連接使這些氣體流通的配管，在排出口的附近設置流量控制閥和安全閥。接著，于結構物上設置上蓋，該上蓋使由不銹鋼制的金屬薄板形成的非通氣性金屬壁和由板狀件(截面的形狀：縱向尺寸為2cm，橫向尺寸為1cm)而呈格子狀形成的通氣性壁一體化。另外，通過不銹鋼制的接納容器(橫向尺寸為210cm，高度為160cm，進深為140cm)覆蓋這些裝置，制作提純容器的單元。

各種氣體的配管的氣體導入閥的控制器、氣體排出閥等的開閉的控制器、提純容器的溫度控制器、加熱器的通電控制器、氣體壓力的控制器等接納于不銹鋼制的接納容器(橫向尺寸為90cm，高度為160cm，進深為70cm)中，電氣安裝面板設置于該接納容器的側面上。另外，各種的電氣端子和支承它的端子座接納于不銹鋼制的接納容器(橫向尺寸為90cm，高度為160cm，進深為70cm)中。將它們設定為圖2所示的那樣的配置，并且通過電線將各種控制設備、提純容器、流量控制閥、安全閥等連接，完成氣體提純裝置。

標號的說明：

標號1表示控制設備；

標號1’表示電氣安裝面板；

標號1”表示端子座；

標號2表示提純容器；

標號2’表示氫的提純容器；

標號2”表示不活潑氣體的提純容器；

標號3表示單元；

標號3’表示接納有控制設備的單元；

標號3”表示接納有提純容器的單元；

標號4表示非通氣性金屬壁；

標號5表示通氣性壁；

標號6表示外壁；

標號7表示空氣或不活潑氣體的導入口；

標號8表示空氣或不活潑氣體的排出口；

標號9表示壓力調節(jié)裝置；

標號10表示熱交換器；

標號11表示鈀合金細管；

標號12表示開口部；

標號13表示管板；

標號14表示盒；

標號14’表示盒的一次側空間；

標號14”表示盒的二次側空間；

標號15表示原料氫供給口；

標號16表示含雜質氣體取出口；

標號17表示純氫取出口；

標號18表示加熱器；

標號19表示以鎳或銅為有效成分的催化劑；

標號20表示以合成沸石為有效成分的催化劑；

標號21表示板狀件或線狀件；

標號21’表示垂直方向的板狀件或線狀件；

標號21”表示水平方向的板狀件或線狀件；

標號22表示L型角架；

標號23表示配管。