JP2000335906A - 高純度チッ素の製造方法および発生装置 - Google Patents
高純度チッ素の製造方法および発生装置Info
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- JP2000335906A JP2000335906A JP11151325A JP15132599A JP2000335906A JP 2000335906 A JP2000335906 A JP 2000335906A JP 11151325 A JP11151325 A JP 11151325A JP 15132599 A JP15132599 A JP 15132599A JP 2000335906 A JP2000335906 A JP 2000335906A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チッ素ガス中または液体チッ素中に含まれる
不純物酸素を除去し、高純度のチッ素ガスを安価に供給
する手段および装置を提供する。 【解決手段】 チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜
酸化チッ素に転化し、この亜酸化チッ素を吸着除去する
ことによって、高純度チッ素を製造する。
不純物酸素を除去し、高純度のチッ素ガスを安価に供給
する手段および装置を提供する。 【解決手段】 チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜
酸化チッ素に転化し、この亜酸化チッ素を吸着除去する
ことによって、高純度チッ素を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チッ素ガス中また
は液体チッ素中に含まれる不純物酸素を除去し、高純度
のチッ素ガスを安価に供給する手段および装置に関す
る。
は液体チッ素中に含まれる不純物酸素を除去し、高純度
のチッ素ガスを安価に供給する手段および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高純度ガスを得る方法としては、たとえ
ば「ガス分離技術の新展開」（東レリサーチセンター調
査研究事業部編、東レリサーチセンター1990年発行、ｐ
４）に記載されているように、表１に示す原料ガスの沸
点差で蒸留分離を行う深冷分離法がある。この方法を用
いた装置は大規模であり、ガスを圧縮冷却して液化さ
せ、沸点の違いを利用して蒸留法によってガスを分離す
るものである。
ば「ガス分離技術の新展開」（東レリサーチセンター調
査研究事業部編、東レリサーチセンター1990年発行、ｐ
４）に記載されているように、表１に示す原料ガスの沸
点差で蒸留分離を行う深冷分離法がある。この方法を用
いた装置は大規模であり、ガスを圧縮冷却して液化さ
せ、沸点の違いを利用して蒸留法によってガスを分離す
るものである。
【０００３】また、高純度アルゴンを得る場合、アルゴ
ンと酸素の沸点や分子径がきわめて近似しているため、
深冷分離法で高純度アルゴンを得るために複雑な装置と
過程が行われた。そのためより簡便な方法として、アル
ゴンに水素を添加し、アルゴン中の酸素を酸化触媒によ
り水とし、吸着除去する方法がTomitaら（United State
s Patent, 5,783,162, Jul.21, 1998）によって発明さ
れた。
ンと酸素の沸点や分子径がきわめて近似しているため、
深冷分離法で高純度アルゴンを得るために複雑な装置と
過程が行われた。そのためより簡便な方法として、アル
ゴンに水素を添加し、アルゴン中の酸素を酸化触媒によ
り水とし、吸着除去する方法がTomitaら（United State
s Patent, 5,783,162, Jul.21, 1998）によって発明さ
れた。
【０００４】一方、ＮＯx、ＳＯxを含む湿った原料空気
から、それらの不純物を除去する方法としてコロナ放電
によるＮＯx、ＳＯxの酸化除去法がRzadら（米国特許第
4,650,555号）によって開示された。コロナ放電により
ＮＯx、ＳＯxは空気中の水と酸素により酸化され、ＨＮ
Ｏ3とＨ2ＳＯ4を生成する。ここへＮＨ3を注入し、ＮＨ
4ＮＯ3や（ＮＨ4）2ＳＯ4を生成する。これらは粒子状
の塩であるため電気集塵器により集塵し、原料空気の不
純物除去することが可能である。
から、それらの不純物を除去する方法としてコロナ放電
によるＮＯx、ＳＯxの酸化除去法がRzadら（米国特許第
4,650,555号）によって開示された。コロナ放電により
ＮＯx、ＳＯxは空気中の水と酸素により酸化され、ＨＮ
Ｏ3とＨ2ＳＯ4を生成する。ここへＮＨ3を注入し、ＮＨ
4ＮＯ3や（ＮＨ4）2ＳＯ4を生成する。これらは粒子状
の塩であるため電気集塵器により集塵し、原料空気の不
純物除去することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】深冷分離法は、たとえ
ば「ガス分離技術の新展開」（東レリサーチセンター調
査研究事業部編、東レリサーチセンター1990年発行）ｐ
２８３に記載の図１１に示すように（この図は深冷分離
法、膜分離法、圧力変動吸着分離法それぞれの設備規模
（tons/day）を横軸に、高純度ガスのコストを縦軸にと
ってあらわしたものである）、小規模のプラントで高純
度ガスを必要とする時にはコストが高くなる問題点があ
った。なお、同図に示す深冷分離法が９９％以上の純度
が得られるのに対し、膜分離法、圧力変動吸着分離法で
はコストは低いが、膜分離法では２５〜４０％の低純
度、圧力変動吸着分離法では８０〜９０％の中純度のも
のしか得られない。
ば「ガス分離技術の新展開」（東レリサーチセンター調
査研究事業部編、東レリサーチセンター1990年発行）ｐ
２８３に記載の図１１に示すように（この図は深冷分離
法、膜分離法、圧力変動吸着分離法それぞれの設備規模
（tons/day）を横軸に、高純度ガスのコストを縦軸にと
ってあらわしたものである）、小規模のプラントで高純
度ガスを必要とする時にはコストが高くなる問題点があ
った。なお、同図に示す深冷分離法が９９％以上の純度
が得られるのに対し、膜分離法、圧力変動吸着分離法で
はコストは低いが、膜分離法では２５〜４０％の低純
度、圧力変動吸着分離法では８０〜９０％の中純度のも
のしか得られない。
【０００６】本発明は、チッ素ガス中または液体チッ素
中に含まれる不純物酸素を除去し、高純度のチッ素ガス
を安価に供給する手段および装置を提供することを目的
とする。
中に含まれる不純物酸素を除去し、高純度のチッ素ガス
を安価に供給する手段および装置を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかわる発明
は、チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素
に転化し、この亜酸化チッ素を吸着除去することを特徴
とする高純度チッ素の製造方法である。
は、チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素
に転化し、この亜酸化チッ素を吸着除去することを特徴
とする高純度チッ素の製造方法である。
【０００８】請求項２にかかわる発明は、チッ素ガス中
に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する方法
が、１対の金属電極間に少なくとも一つの誘電体を挿入
した電極を用いて電極間に交流高電圧または方形波パル
スを印加することにより発生する放電を用い、その放電
条件を、放電場中に存在するガス分子密度ｎ（１／ｃｍ
3）、放電空隙長ｄ（ｃｍ）の積ｎｄを１〜３×１０17
（１／ｃｍ2）、放電場を通過するガスの滞留時間を１
０-3〜１０-2秒、放電電力をガス流量で除した分子１個
あたりに投入されるエネルギーを０．０６〜０．１５Ｊ
／Ｎｃｃに設定することを特徴とする請求項１記載の高
純度チッ素の製造方法である。
に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する方法
が、１対の金属電極間に少なくとも一つの誘電体を挿入
した電極を用いて電極間に交流高電圧または方形波パル
スを印加することにより発生する放電を用い、その放電
条件を、放電場中に存在するガス分子密度ｎ（１／ｃｍ
3）、放電空隙長ｄ（ｃｍ）の積ｎｄを１〜３×１０17
（１／ｃｍ2）、放電場を通過するガスの滞留時間を１
０-3〜１０-2秒、放電電力をガス流量で除した分子１個
あたりに投入されるエネルギーを０．０６〜０．１５Ｊ
／Ｎｃｃに設定することを特徴とする請求項１記載の高
純度チッ素の製造方法である。
【０００９】請求項３にかかわる発明は、放電空間を液
体チッ素温度または液体空気温度で冷却することで、チ
ッ素ガス中の不純物酸素の亜酸化チッ素転化効率を増加
させる請求項２記載の高純度チッ素の製造方法である。
体チッ素温度または液体空気温度で冷却することで、チ
ッ素ガス中の不純物酸素の亜酸化チッ素転化効率を増加
させる請求項２記載の高純度チッ素の製造方法である。
【００１０】請求項４にかかわる発明は、亜酸化チッ素
を吸着除去する方法が１０Å以下の分子を選択的に吸着
する合成ゼオライトであって、このゼオライトを液体チ
ッ素または液体空気で冷却することにより亜酸化チッ素
を吸着して高純度チッ素ガスを得、その後ゼオライトを
常温に戻すことにより亜酸化チッ素を脱着しゼオライト
を再生することを特徴とする請求項１または２記載の高
純度チッ素の製造方法である。
を吸着除去する方法が１０Å以下の分子を選択的に吸着
する合成ゼオライトであって、このゼオライトを液体チ
ッ素または液体空気で冷却することにより亜酸化チッ素
を吸着して高純度チッ素ガスを得、その後ゼオライトを
常温に戻すことにより亜酸化チッ素を脱着しゼオライト
を再生することを特徴とする請求項１または２記載の高
純度チッ素の製造方法である。
【００１１】請求項５にかかわる発明は、高純度チッ素
ガスの原料が不純物酸素を含む安価な液体チッ素であっ
て、液体チッ素を貯蔵する容器内に、放電により不純物
酸素を亜酸化チッ素に転化させ、その亜酸化チッ素をゼ
オライトに吸着させて、放電により生ずる熱を液体チッ
素の気化熱として用い、容器内の液体チッ素によってゼ
オライトを冷却させることを特徴とする請求項４記載の
高純度チッ素の製造方法である。
ガスの原料が不純物酸素を含む安価な液体チッ素であっ
て、液体チッ素を貯蔵する容器内に、放電により不純物
酸素を亜酸化チッ素に転化させ、その亜酸化チッ素をゼ
オライトに吸着させて、放電により生ずる熱を液体チッ
素の気化熱として用い、容器内の液体チッ素によってゼ
オライトを冷却させることを特徴とする請求項４記載の
高純度チッ素の製造方法である。
【００１２】請求項６にかかわる発明は、チッ素ガス中
に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する手段、
およびこの亜酸化チッ素を吸着除去する手段を有する高
純度チッ素の製造装置である。
に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する手段、
およびこの亜酸化チッ素を吸着除去する手段を有する高
純度チッ素の製造装置である。
【００１３】請求項７にかかわる発明は、チッ素ガス中
に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する手段
が、１対の金属電極間に少なくとも一つの誘電体を挿入
した電極を用いて電極間に交流高電圧または方形波パル
スを印加することにより発生する放電であって、その放
電条件を放電場中に存在するガス分子密度ｎ（１／ｃｍ
3）、放電空隙長ｄ（ｃｍ）の積ｎｄを１〜３×１０17
（１／ｃｍ2）、放電場を通過するガスの滞留時間を１
０-3〜１０-2秒、放電電力をガス流量で除した分子１個
あたりに投入されるエネルギーを０．０６〜０．１５Ｊ
／Ｎｃｃに設定することを特徴とする請求項６記載の高
純度チッ素の製造装置である。
に含まれる不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する手段
が、１対の金属電極間に少なくとも一つの誘電体を挿入
した電極を用いて電極間に交流高電圧または方形波パル
スを印加することにより発生する放電であって、その放
電条件を放電場中に存在するガス分子密度ｎ（１／ｃｍ
3）、放電空隙長ｄ（ｃｍ）の積ｎｄを１〜３×１０17
（１／ｃｍ2）、放電場を通過するガスの滞留時間を１
０-3〜１０-2秒、放電電力をガス流量で除した分子１個
あたりに投入されるエネルギーを０．０６〜０．１５Ｊ
／Ｎｃｃに設定することを特徴とする請求項６記載の高
純度チッ素の製造装置である。
【００１４】請求項８にかかわる発明は、放電空間を液
体チッ素温度または液体空気温度で冷却する手段を有す
る請求項７記載の高純度チッ素の製造装置である。
体チッ素温度または液体空気温度で冷却する手段を有す
る請求項７記載の高純度チッ素の製造装置である。
【００１５】請求項９にかかわる発明は、亜酸化チッ素
を吸着除去する手段が、１０Å以下の分子を選択的に吸
着する合成ゼオライトであって、亜酸化チッ素を吸着し
高純度チッ素ガスを得るためにこのゼオライトを液体チ
ッ素もしくは液体空気で冷却する手段、亜酸化チッ素を
脱着するためにゼオライトを常温に戻しゼオライトを再
生する手段を有することを特徴とする請求項６または７
記載の高純度チッ素の製造装置である。
を吸着除去する手段が、１０Å以下の分子を選択的に吸
着する合成ゼオライトであって、亜酸化チッ素を吸着し
高純度チッ素ガスを得るためにこのゼオライトを液体チ
ッ素もしくは液体空気で冷却する手段、亜酸化チッ素を
脱着するためにゼオライトを常温に戻しゼオライトを再
生する手段を有することを特徴とする請求項６または７
記載の高純度チッ素の製造装置である。
【００１６】請求項１０にかかわる発明は、高純度チッ
素ガスの原料が不純物酸素を含む安価な液体チッ素であ
って、液体チッ素を貯蔵する容器内に、放電により不純
物酸素を亜酸化チッ素に転化する放電部およびその亜酸
化チッ素を吸着するゼオライトを組み合わせた不純物ガ
ス処理ユニット、放電により生ずる熱を液体チッ素の気
化熱として、容器内の液体チッ素をゼオライトの冷却媒
体として用いる手段を有する請求項９記載の高純度チッ
素の製造装置である。
素ガスの原料が不純物酸素を含む安価な液体チッ素であ
って、液体チッ素を貯蔵する容器内に、放電により不純
物酸素を亜酸化チッ素に転化する放電部およびその亜酸
化チッ素を吸着するゼオライトを組み合わせた不純物ガ
ス処理ユニット、放電により生ずる熱を液体チッ素の気
化熱として、容器内の液体チッ素をゼオライトの冷却媒
体として用いる手段を有する請求項９記載の高純度チッ
素の製造装置である。
【００１７】請求項１１にかかわる発明は、高純度チッ
素ガスの原料が不純物酸素を含む安価な液体チッ素であ
って、液体チッ素を貯蔵する容器内に、放電により不純
物酸素を亜酸化チッ素に転化する放電部およびその亜酸
化チッ素を吸着するゼオライトを組み合わせた不純物ガ
ス処理ユニット、容器内に液体チッ素を出し入れするこ
とにより温度変化を付け吸脱着過程を繰り返し、この繰
り返し過程を複数個のガス処理ユニットが交互もしくは
順番に繰り返すことにより、連続的に高純度チッ素を得
る手段を有する請求項９記載の高純度チッ素の製造装置
である。
素ガスの原料が不純物酸素を含む安価な液体チッ素であ
って、液体チッ素を貯蔵する容器内に、放電により不純
物酸素を亜酸化チッ素に転化する放電部およびその亜酸
化チッ素を吸着するゼオライトを組み合わせた不純物ガ
ス処理ユニット、容器内に液体チッ素を出し入れするこ
とにより温度変化を付け吸脱着過程を繰り返し、この繰
り返し過程を複数個のガス処理ユニットが交互もしくは
順番に繰り返すことにより、連続的に高純度チッ素を得
る手段を有する請求項９記載の高純度チッ素の製造装置
である。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の高純度チッ素製造方法お
よび製造装置は、原料ガスであるチッ素ガス中および液
化チッ素中の不純物酸素を効率良く亜酸化チッ素に変換
し、冷却した合成ゼオライトで亜酸化チッ素を吸着除去
し高純度チッ素を得ることができる。
よび製造装置は、原料ガスであるチッ素ガス中および液
化チッ素中の不純物酸素を効率良く亜酸化チッ素に変換
し、冷却した合成ゼオライトで亜酸化チッ素を吸着除去
し高純度チッ素を得ることができる。
【００１９】亜酸化チッ素を吸着除去する吸着剤として
は、１０Å以下の分子を選択的に吸着する合成ゼオライ
トであることが好ましい。このような合成ゼオライトと
してはタイプＸがあげられる。タイプＸとは、組成Ｎａ
2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２．５ＳｉＯ2・６Ｈ2Ｏであり、結晶
構造内に１０Å以下の大きさのガス分子を入れ、吸着す
ることができる細孔をもつものである。この細孔のサイ
ズにより吸着するガスをその大きさでふるいわけするこ
とが可能である。また、ゼオライトは無極性分子を吸着
しにくく、極性分子を吸着しやすい性質がある。チッ素
や酸素は１０Å以下の分子であるが、分子構造に極性が
ないために、ゼオライト内部に吸着しにくい。亜酸化チ
ッ素は極性分子であるためにゼオライトに吸着しやすい
性質がある。この点で、好ましく使用できる。
は、１０Å以下の分子を選択的に吸着する合成ゼオライ
トであることが好ましい。このような合成ゼオライトと
してはタイプＸがあげられる。タイプＸとは、組成Ｎａ
2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２．５ＳｉＯ2・６Ｈ2Ｏであり、結晶
構造内に１０Å以下の大きさのガス分子を入れ、吸着す
ることができる細孔をもつものである。この細孔のサイ
ズにより吸着するガスをその大きさでふるいわけするこ
とが可能である。また、ゼオライトは無極性分子を吸着
しにくく、極性分子を吸着しやすい性質がある。チッ素
や酸素は１０Å以下の分子であるが、分子構造に極性が
ないために、ゼオライト内部に吸着しにくい。亜酸化チ
ッ素は極性分子であるためにゼオライトに吸着しやすい
性質がある。この点で、好ましく使用できる。
【００２０】実施の形態１ 図１は本発明の高純度チッ素発生装置の一例である。図
中に示す真空断熱容器内および放電処理内部の詳細図を
図２および図３に示す。図１中、１は液体チッ素貯蔵容
器、２は１０ｐｐｍ程度の不純物酸素を含む液体チッ
素、３は高電圧電源、４はマスフローコントローラー、
５は不純物ガス処理ユニット、６は５と同様のガス処理
ユニット、８はバルブである。５のガス処理ユニットの
詳細図を図２に示す。図中、７はフィルター、９は放電
処理ユニット、１０は真空断熱容器である。また、９の
放電処理ユニットの詳細図を図３に示す。図中、１１は
フィルター、１２は電極押さえるための金属弾性体、１
３は絶縁板、１４は金属高圧電極、１５は導電層、１６
は誘電体、１７は放射状金属スペーサ、１８は給電線、
１９はゼオライト吸着剤、２０はガスケットである。
中に示す真空断熱容器内および放電処理内部の詳細図を
図２および図３に示す。図１中、１は液体チッ素貯蔵容
器、２は１０ｐｐｍ程度の不純物酸素を含む液体チッ
素、３は高電圧電源、４はマスフローコントローラー、
５は不純物ガス処理ユニット、６は５と同様のガス処理
ユニット、８はバルブである。５のガス処理ユニットの
詳細図を図２に示す。図中、７はフィルター、９は放電
処理ユニット、１０は真空断熱容器である。また、９の
放電処理ユニットの詳細図を図３に示す。図中、１１は
フィルター、１２は電極押さえるための金属弾性体、１
３は絶縁板、１４は金属高圧電極、１５は導電層、１６
は誘電体、１７は放射状金属スペーサ、１８は給電線、
１９はゼオライト吸着剤、２０はガスケットである。
【００２１】低温プロセスにより製造した１０ｐｐｍ程
度の酸素不純物を含むチッ素は、液体チッ素保存タンク
に貯えられる。不純物酸素を含んだ液体チッ素を図１の
５に示すガス処理ユニットに供給する。次に液体チッ素
を蒸発させてＮ2ガスを取り出す過程で、不純物酸素を
亜酸化チッ素に転化させ、液体チッ素により冷却された
ゼオライトに吸着させて高純度チッ素を供給する。不純
物酸素除去処理中に液体チッ素の充填されていないガス
処理ユニットでは、ゼオライトの再生が行われる。この
プロセスでは液体チッ素貯蔵容器は従来のものと同様に
金属製真空容器として設計することができ、チッ素の蒸
発量は１日当たり１％に抑制することができる。
度の酸素不純物を含むチッ素は、液体チッ素保存タンク
に貯えられる。不純物酸素を含んだ液体チッ素を図１の
５に示すガス処理ユニットに供給する。次に液体チッ素
を蒸発させてＮ2ガスを取り出す過程で、不純物酸素を
亜酸化チッ素に転化させ、液体チッ素により冷却された
ゼオライトに吸着させて高純度チッ素を供給する。不純
物酸素除去処理中に液体チッ素の充填されていないガス
処理ユニットでは、ゼオライトの再生が行われる。この
プロセスでは液体チッ素貯蔵容器は従来のものと同様に
金属製真空容器として設計することができ、チッ素の蒸
発量は１日当たり１％に抑制することができる。
【００２２】液体チッ素貯蔵タンクの液体チッ素はガス
処理ユニットに一定量になるように供給される。このガ
ス処理ユニット内には放電処理、吸着剤であるゼオライ
トからなる単位セルが複数個並べられている。単位セル
の構造を図３に示す。この単位セルは無声放電を発生さ
せる金属電極、誘電体、放射状金属スペーサおよびゼオ
ライト粒子の分散を防ぐフィルタと出口ガス用配管にゼ
オライトペレットを付着させている。さらに、ゼオライ
トは周囲の液体チッ素によって冷却される。放電処理に
より生じた熱により周囲の液体チッ素は気化され、この
熱により気化したチッ素ガスの一部はチッ素の液滴が内
部に入り込まないように、フィルタ７を通して、下方の
処理部に導かれ、マスフローコントローラーを通して高
純度チッ素ガスとして供給される。放電エネルギーは周
辺液体チッ素の気化に用いられるので、装置内の温度は
安定している。各放電ユニットでは無声放電によって不
純物酸素より転化した亜酸化チッ素が生成し、亜酸化チ
ッ素はゼオライトによって吸着除去される。また、高純
度チッ素生成用に使われる以外のガスは、図１中に示す
処理ユニット６において、ゼオライト再生用パージガス
として用いられる。また、ゼオライトのかわりに活性炭
を使用することも可能である。
処理ユニットに一定量になるように供給される。このガ
ス処理ユニット内には放電処理、吸着剤であるゼオライ
トからなる単位セルが複数個並べられている。単位セル
の構造を図３に示す。この単位セルは無声放電を発生さ
せる金属電極、誘電体、放射状金属スペーサおよびゼオ
ライト粒子の分散を防ぐフィルタと出口ガス用配管にゼ
オライトペレットを付着させている。さらに、ゼオライ
トは周囲の液体チッ素によって冷却される。放電処理に
より生じた熱により周囲の液体チッ素は気化され、この
熱により気化したチッ素ガスの一部はチッ素の液滴が内
部に入り込まないように、フィルタ７を通して、下方の
処理部に導かれ、マスフローコントローラーを通して高
純度チッ素ガスとして供給される。放電エネルギーは周
辺液体チッ素の気化に用いられるので、装置内の温度は
安定している。各放電ユニットでは無声放電によって不
純物酸素より転化した亜酸化チッ素が生成し、亜酸化チ
ッ素はゼオライトによって吸着除去される。また、高純
度チッ素生成用に使われる以外のガスは、図１中に示す
処理ユニット６において、ゼオライト再生用パージガス
として用いられる。また、ゼオライトのかわりに活性炭
を使用することも可能である。
【００２３】本発明において最適であると考えられる電
極間を通過するガス滞留時間を説明する。
極間を通過するガス滞留時間を説明する。
【００２４】図２は、チッ素酸素中に酸素不純物が存在
する時の無声放電によるＮ2Ｏへの転化率の実験結果を
酸素不純物濃度を横軸に、転化された亜酸化チッ素濃度
を縦軸にして表したものである。無声放電において生成
した加速電子（〜１eV）が化学反応を開始する。常圧非
平衡プラズマによるチッ素ガス処理を行うために図５に
示す反応器を使用した。放射状をした金属製スペーサ
は、誘電体電極と水冷された接地電極の間に挿入されて
いる。電極間隔はスペーサの厚みを変えることにより調
整ができる。ドーナツ状導電層を持つ誘電体電極は、処
理ガスの滞留時間を減少させる(０．０１２秒→０．０
００５秒)ために用いられる。電源周波数は１０ｋＨｚ
であり、放電処理後のガス分析はフーリエ変換赤外線吸
光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定を行った。
する時の無声放電によるＮ2Ｏへの転化率の実験結果を
酸素不純物濃度を横軸に、転化された亜酸化チッ素濃度
を縦軸にして表したものである。無声放電において生成
した加速電子（〜１eV）が化学反応を開始する。常圧非
平衡プラズマによるチッ素ガス処理を行うために図５に
示す反応器を使用した。放射状をした金属製スペーサ
は、誘電体電極と水冷された接地電極の間に挿入されて
いる。電極間隔はスペーサの厚みを変えることにより調
整ができる。ドーナツ状導電層を持つ誘電体電極は、処
理ガスの滞留時間を減少させる(０．０１２秒→０．０
００５秒)ために用いられる。電源周波数は１０ｋＨｚ
であり、放電処理後のガス分析はフーリエ変換赤外線吸
光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定を行った。
【００２５】図５に示す反応器を用いて９９．９９％チ
ッ素標準ガスを放電場の圧力Ｐを１．３ａｔｍ、流量５
ＮＬ／分、投入電力２５Ｗの条件で処理したところＮ2
Ｏの生成が観測された。この場合の放電面積は２００ｃ
ｍ2、電極間空隙長は０．００５ｃｍとした。ここでチ
ッ素ガス中に含まれる不純物酸素が亜酸化チッ素に転化
したものと考えられる。亜酸化チッ素の酸素源がチッ素
ガス中に含まれる不純物酸素であることを確認するため
に、９９．９９％標準チッ素ガスに、６２０ｐｐｍ一酸
化チッ素を含む９９．９９９％標準チッ素ガスを混入し
て不純物酸素濃度を変化させた。放電初期段階において
は、以下に示す一連の反応によって一酸化チッ素分子は
チッ素ラジカルと作用して酸素分子に転化される。
ッ素標準ガスを放電場の圧力Ｐを１．３ａｔｍ、流量５
ＮＬ／分、投入電力２５Ｗの条件で処理したところＮ2
Ｏの生成が観測された。この場合の放電面積は２００ｃ
ｍ2、電極間空隙長は０．００５ｃｍとした。ここでチ
ッ素ガス中に含まれる不純物酸素が亜酸化チッ素に転化
したものと考えられる。亜酸化チッ素の酸素源がチッ素
ガス中に含まれる不純物酸素であることを確認するため
に、９９．９９％標準チッ素ガスに、６２０ｐｐｍ一酸
化チッ素を含む９９．９９９％標準チッ素ガスを混入し
て不純物酸素濃度を変化させた。放電初期段階において
は、以下に示す一連の反応によって一酸化チッ素分子は
チッ素ラジカルと作用して酸素分子に転化される。
【００２６】 ｅ ＋ Ｎ2 → ｅ + Ｎ ＋ Ｎ Ｎ ＋ ＮＯ → Ｎ2 ＋ Ｏ Ｏ ＋ Ｏ ＋ Ｍ → Ｏ2 ＋ Ｍ （ｅは電子、Ｍは第３体物質Ｎ2、Ｏ2などの気体分子や
壁面である。）不純物としての酸素量は、初期一酸化チ
ッ素濃度によって制御できる。本実験では初期一酸化チ
ッ素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した。９９．９９％
標準ガスボンベ中には約５０ｐｐｍの酸素が含まれてい
ることを考慮すると、図４に示すように、導入した不純
物酸素源と生成した亜酸化チッ素の間には安定した比例
関係が見られた。
壁面である。）不純物としての酸素量は、初期一酸化チ
ッ素濃度によって制御できる。本実験では初期一酸化チ
ッ素濃度をＦＴ−ＩＲによって測定した。９９．９９％
標準ガスボンベ中には約５０ｐｐｍの酸素が含まれてい
ることを考慮すると、図４に示すように、導入した不純
物酸素源と生成した亜酸化チッ素の間には安定した比例
関係が見られた。
【００２７】９９．９９％標準チッ素ガスを用いて、酸
素分子から亜酸化チッ素への転化率を滞留時間に関して
調べた。放電電力をガス流量で除した比エネルギー[Ｊ
／Ｎｃｃ]（ここでＮｃｃは０℃、１ａｔｍの標準状態
でのガスの体積を表す）は、０．１５Ｊ／Ｎｃｃ一定と
した。図６に示すように滞留時間の増加に伴い酸素分子
から亜酸化チッ素への転化率が増加した。滞留時間は装
置のサイズやガス流量に関係する。放電空間において放
電空隙長ｄと放電面積Ｓ[ｃｍ2]、そこを通過するガス
流量Ｆ[ｃｍ3／秒]を考慮し、ガス滞留時間Ｒｔ[秒]を
もとめると、 Ｒｔ ＝ Ｓｄ／Ｆ である。ｄは放電条件ｎｄ＝１〜３×１０-7であること
から、この装置の現実的な運転は１気圧程度（ｎ＝２．
６×１０19 1／ｃｍ3）で運転するため、ｄ＝４〜１０
×１０-3ｃｍとなる。このためガス流量Ｆを増加させる
と、放電面積Ｓが増加する傾向にあり、例えばＦ＝１．
６×１０3、Ｒｔ＝１．２×１０-1、ｄ＝５×１０-3と
するとＳ＝４００００ｃｍ2となる。この例が示すとお
り、Ｓが大きくなり電極材料使用量＝初期コストが増加
し、装置のコンパクト化にもつながらない。またＳの増
加にともない圧損も増加することがあり、圧損のためブ
ロアーなどのランニングコストも増加する。そのため、
Ｒｔの増加と経済性の間には最適点が存在する。本発明
において電極の製造単価、ｄを保持するための加工精度
の観点から１０-3〜１０-2を現実的なＲｔであるとし
た。しかし、ガス流量がきわめて小さい場合、たとえば
実験室レベルにおいて本発明による高純度チッ素を０．
１ＮＬ／分発生させる場合は、０．１５Ｊ／Ｎｃｃの比
エネルギーで、Ｓ＝４０ｃｍ2必要となる。この面積で
は、電極加工精度や圧損もそれほど問題にならないた
め、Ｒｔ＝１．２×１０-1の条件で運転することが可能
である。
素分子から亜酸化チッ素への転化率を滞留時間に関して
調べた。放電電力をガス流量で除した比エネルギー[Ｊ
／Ｎｃｃ]（ここでＮｃｃは０℃、１ａｔｍの標準状態
でのガスの体積を表す）は、０．１５Ｊ／Ｎｃｃ一定と
した。図６に示すように滞留時間の増加に伴い酸素分子
から亜酸化チッ素への転化率が増加した。滞留時間は装
置のサイズやガス流量に関係する。放電空間において放
電空隙長ｄと放電面積Ｓ[ｃｍ2]、そこを通過するガス
流量Ｆ[ｃｍ3／秒]を考慮し、ガス滞留時間Ｒｔ[秒]を
もとめると、 Ｒｔ ＝ Ｓｄ／Ｆ である。ｄは放電条件ｎｄ＝１〜３×１０-7であること
から、この装置の現実的な運転は１気圧程度（ｎ＝２．
６×１０19 1／ｃｍ3）で運転するため、ｄ＝４〜１０
×１０-3ｃｍとなる。このためガス流量Ｆを増加させる
と、放電面積Ｓが増加する傾向にあり、例えばＦ＝１．
６×１０3、Ｒｔ＝１．２×１０-1、ｄ＝５×１０-3と
するとＳ＝４００００ｃｍ2となる。この例が示すとお
り、Ｓが大きくなり電極材料使用量＝初期コストが増加
し、装置のコンパクト化にもつながらない。またＳの増
加にともない圧損も増加することがあり、圧損のためブ
ロアーなどのランニングコストも増加する。そのため、
Ｒｔの増加と経済性の間には最適点が存在する。本発明
において電極の製造単価、ｄを保持するための加工精度
の観点から１０-3〜１０-2を現実的なＲｔであるとし
た。しかし、ガス流量がきわめて小さい場合、たとえば
実験室レベルにおいて本発明による高純度チッ素を０．
１ＮＬ／分発生させる場合は、０．１５Ｊ／Ｎｃｃの比
エネルギーで、Ｓ＝４０ｃｍ2必要となる。この面積で
は、電極加工精度や圧損もそれほど問題にならないた
め、Ｒｔ＝１．２×１０-1の条件で運転することが可能
である。
【００２８】次に本発明における最適なｎｄを説明す
る。亜酸化チッ素は以下の反応機構により生成する。
る。亜酸化チッ素は以下の反応機構により生成する。
【００２９】
【数１】
【００３０】ここでＮ2(A)は励起されたチッ素分子を表
し、以下の反応により分解する。
し、以下の反応により分解する。
【００３１】Ｎ2(A) + Ｎ2Ｏ → Ｎ2 + Ｎ2 + Ｏ 一方で酸素原子ラジカルはは再結合して酸素分子にな
る。
る。
【００３２】Ｏ + Ｏ + Ｍ → Ｏ2 + Ｍ 亜酸化チッ素生成過程での酸素分子生成に関して、酸素
原子ラジカルの壁失活過程は、常圧付近でチッ素分子密
度ｎ[１／ｃｍ3]と放電空隙長ｄの積ｎｄが１０17を満
たすような非常に電極間隔が狭い条件では支配的にな
る。このようなｎｄ値を満たすことで、放電により解離
された酸素原子またはＮＯから解離された酸素原子が酸
素分子に戻ることが容易になり、亜酸化チッ素生成効率
が増加する。
原子ラジカルの壁失活過程は、常圧付近でチッ素分子密
度ｎ[１／ｃｍ3]と放電空隙長ｄの積ｎｄが１０17を満
たすような非常に電極間隔が狭い条件では支配的にな
る。このようなｎｄ値を満たすことで、放電により解離
された酸素原子またはＮＯから解離された酸素原子が酸
素分子に戻ることが容易になり、亜酸化チッ素生成効率
が増加する。
【００３３】３番目に液体チッ素または液化空気程度の
温度で冷却することで亜酸化チッ素転化効率が増加する
ことを説明する。三体反応の共通の特徴として、温度低
下に伴う反応速度増加があげられる。一般的には、κ∝
Ｔ- nの関係があり、例として、 ＮＯ + ＯＨ + Ｍ → ＨＮＯ2 + Ｍ κ＝７．４×１０- 31(３００／Ｔ)2 （κは反応速度定
数） ＮＯ2 + ＯＨ + Ｍ → ＨＮＯ3 + Ｍ κ＝２．６×１０- 30(３００／Ｔ)2 があげられる。よって、室温での酸素分子から亜酸化チ
ッ素への転化効率が図６から１０％程度であったのに対
して、１００Ｋにおいては転化率が５０％程度になる結
果が得られた。
温度で冷却することで亜酸化チッ素転化効率が増加する
ことを説明する。三体反応の共通の特徴として、温度低
下に伴う反応速度増加があげられる。一般的には、κ∝
Ｔ- nの関係があり、例として、 ＮＯ + ＯＨ + Ｍ → ＨＮＯ2 + Ｍ κ＝７．４×１０- 31(３００／Ｔ)2 （κは反応速度定
数） ＮＯ2 + ＯＨ + Ｍ → ＨＮＯ3 + Ｍ κ＝２．６×１０- 30(３００／Ｔ)2 があげられる。よって、室温での酸素分子から亜酸化チ
ッ素への転化効率が図６から１０％程度であったのに対
して、１００Ｋにおいては転化率が５０％程度になる結
果が得られた。
【００３４】次に放電処理によって生成した亜酸化チッ
素をチッ素ガスから分離できることを確認するために、
以下ような吸着実験を行った。最初に９９．９９％標準
チッ素ガスをゼオライトタイプＸ（組成Ｎａ2Ｏ・Ａｌ2
Ｏ3・２．５ＳｉＯ2・６Ｈ2Ｏ）０．２ｇを封入した金属
管に、ガス流量０．４ＮＬ／分で通過させた。通過後ガ
ス中の不純物酸素をガスクロマトグラフ質量分析計（Ｇ
Ｃ−ＭＳ）によって検出した。次に、金属パイプを液体
チッ素に浸漬してゼオライトを冷却してガス中の不純物
酸素量を測定したところ酸素量は同じであった。また、
常温において、ゼオライト前後での不純物酸素量は変化
しておらず、２．５％の不純物酸素を含んだ場合におい
ても同様の結果が得られた。以上の結果より吸着により
合成ゼオライトタイプＸで不純物酸素を除去することは
困難であることが示された。
素をチッ素ガスから分離できることを確認するために、
以下ような吸着実験を行った。最初に９９．９９％標準
チッ素ガスをゼオライトタイプＸ（組成Ｎａ2Ｏ・Ａｌ2
Ｏ3・２．５ＳｉＯ2・６Ｈ2Ｏ）０．２ｇを封入した金属
管に、ガス流量０．４ＮＬ／分で通過させた。通過後ガ
ス中の不純物酸素をガスクロマトグラフ質量分析計（Ｇ
Ｃ−ＭＳ）によって検出した。次に、金属パイプを液体
チッ素に浸漬してゼオライトを冷却してガス中の不純物
酸素量を測定したところ酸素量は同じであった。また、
常温において、ゼオライト前後での不純物酸素量は変化
しておらず、２．５％の不純物酸素を含んだ場合におい
ても同様の結果が得られた。以上の結果より吸着により
合成ゼオライトタイプＸで不純物酸素を除去することは
困難であることが示された。
【００３５】続いてチッ素標準ガスの変わりに亜酸化チ
ッ素１００ｐｐｍ含有のチッ素ガスを用いて、ＦＴ−Ｉ
Ｒ測定用容器（容積８Ｌ）に試料ガスを徐々に導入し
た。ＦＴ−ＩＲ測定用容器にガスを１気圧になるまで導
入する過程で亜酸化チッ素のＦＴ−ＩＲによる吸収を連
続的に測定した。図７をみてわかるように、合成ゼオラ
イトタイプＸを冷却しない場合には、吸着分離による亜
酸化チッ素濃度の減少は検出されず、ＦＴ−ＩＲ測定容
器に１気圧まで封入した後の亜酸化チッ素吸光度は１０
０ｐｐｍに対応している。一方、合成ゼオライトを液体
チッ素冷却したところ、５０％以上の亜酸化チッ素が
０．２ｇの合成ゼオライトタイプＸに吸着され吸光度は
減少した。
ッ素１００ｐｐｍ含有のチッ素ガスを用いて、ＦＴ−Ｉ
Ｒ測定用容器（容積８Ｌ）に試料ガスを徐々に導入し
た。ＦＴ−ＩＲ測定用容器にガスを１気圧になるまで導
入する過程で亜酸化チッ素のＦＴ−ＩＲによる吸収を連
続的に測定した。図７をみてわかるように、合成ゼオラ
イトタイプＸを冷却しない場合には、吸着分離による亜
酸化チッ素濃度の減少は検出されず、ＦＴ−ＩＲ測定容
器に１気圧まで封入した後の亜酸化チッ素吸光度は１０
０ｐｐｍに対応している。一方、合成ゼオライトを液体
チッ素冷却したところ、５０％以上の亜酸化チッ素が
０．２ｇの合成ゼオライトタイプＸに吸着され吸光度は
減少した。
【００３６】以上の結果より、チッ素中の不純物酸素
は、投入比エネルギ―０．１Ｊ／Ｎｃｃ程度、滞留時間
０．０１秒程度、電極間隔はｎｄが１０17程度の条件を
満たす無声放電で効率良く亜酸化チッ素分子に転化さ
れ、転化された亜酸化チッ素分子は液体チッ素冷却した
ゼオライトタイプＸによって選択的に分離除去できるこ
とが実験的に示された。さらに、常温では亜酸化チッ素
分子がゼオライトに吸着しないことが見出されたことか
ら亜酸化チッ素が吸着したゼオライトタイプＸに常温空
気をパージガスとして流すことにより亜酸化チッ素が脱
着し、ゼオライトの再生を容易に行うことができる。
は、投入比エネルギ―０．１Ｊ／Ｎｃｃ程度、滞留時間
０．０１秒程度、電極間隔はｎｄが１０17程度の条件を
満たす無声放電で効率良く亜酸化チッ素分子に転化さ
れ、転化された亜酸化チッ素分子は液体チッ素冷却した
ゼオライトタイプＸによって選択的に分離除去できるこ
とが実験的に示された。さらに、常温では亜酸化チッ素
分子がゼオライトに吸着しないことが見出されたことか
ら亜酸化チッ素が吸着したゼオライトタイプＸに常温空
気をパージガスとして流すことにより亜酸化チッ素が脱
着し、ゼオライトの再生を容易に行うことができる。
【００３７】図１に示す設備の稼働能力を確認するた
め、具体的な設備性能を評価した。
め、具体的な設備性能を評価した。
【００３８】放電処理部とゼオライト吸着部からなるガ
ス処理ユニットを１０セット設置した場合につき評価す
る。この１つのガス処理ユニットの放電部のガス滞留時
間は０．０１２秒、投入比電力は０．０６Ｊ／Ｎｃｃ
（処理流量８３Ｎｃｃ／秒、放電投入電力５Ｗ）とす
る。液体チッ素の気化熱が約２００Ｊ／ｇ、１０セット
の放電投入電力が５０Ｗであることから、毎秒２００Ｎ
ｃｃの速度でチッ素が気化すると推算できる。内８３Ｎ
ｃｃ／秒は処理部へ導入され、残り１１７Ｎｃｃ／秒は
ゼオライト再生プロセスで用いられる。低温における金
属の熱伝導率は、たとえばアルミニウム(１５０Ｋ)の場
合、２．４８Ｗ／(ｃｍ Ｋ)であり、放電電極と液体チ
ッ素の温度差は０．１Ｋ程度と推算できる。また、前に
述べたように液体チッ素のような極低温では不純物酸素
の亜酸化チッ素への転化率が向上する。また、図７に示
した実験結果と、図４における不純物酸素から転化され
る亜酸化チッ素量の関係から、１セットのガス処理ユニ
ットでは不純物酸素の内７．５％が亜酸化チッ素に転化
されているものと思われる。よって原料となる液体チッ
素中に不純物酸素が１０ｐｐｍ含有されている場合、充
分なゼオライトがあれば、１０セットのガス処理ユニッ
トによって不純物酸素濃度は４．６ｐｐｍまで低減され
る。通常の状態（圧力１ａｔｍ、粘度１７．５６９×１
０-6Ｐａ・Ｓ、密度１．２５ｋｇ／ｍ3）より、この放電
処理ユニットの動作条件における圧力、密度は１．３ａ
ｔｍ、３．７ｋｇ／ｍ3と高くなっているが、粘度は
５．５９×１０-6Ｐａ・ｓ小さいので、処理部全体で生
じる圧力損失は１Ｔｏｒｒ以下であると見積もることが
できる。マスフローコントローラーは装置出口のガス流
量を安定に制御することが可能である（ゼオライト生成
パージ用１１７Ｎｃｃ／秒、高純度チッ素生成用８３Ｎ
ｃｃ／秒）。
ス処理ユニットを１０セット設置した場合につき評価す
る。この１つのガス処理ユニットの放電部のガス滞留時
間は０．０１２秒、投入比電力は０．０６Ｊ／Ｎｃｃ
（処理流量８３Ｎｃｃ／秒、放電投入電力５Ｗ）とす
る。液体チッ素の気化熱が約２００Ｊ／ｇ、１０セット
の放電投入電力が５０Ｗであることから、毎秒２００Ｎ
ｃｃの速度でチッ素が気化すると推算できる。内８３Ｎ
ｃｃ／秒は処理部へ導入され、残り１１７Ｎｃｃ／秒は
ゼオライト再生プロセスで用いられる。低温における金
属の熱伝導率は、たとえばアルミニウム(１５０Ｋ)の場
合、２．４８Ｗ／(ｃｍ Ｋ)であり、放電電極と液体チ
ッ素の温度差は０．１Ｋ程度と推算できる。また、前に
述べたように液体チッ素のような極低温では不純物酸素
の亜酸化チッ素への転化率が向上する。また、図７に示
した実験結果と、図４における不純物酸素から転化され
る亜酸化チッ素量の関係から、１セットのガス処理ユニ
ットでは不純物酸素の内７．５％が亜酸化チッ素に転化
されているものと思われる。よって原料となる液体チッ
素中に不純物酸素が１０ｐｐｍ含有されている場合、充
分なゼオライトがあれば、１０セットのガス処理ユニッ
トによって不純物酸素濃度は４．６ｐｐｍまで低減され
る。通常の状態（圧力１ａｔｍ、粘度１７．５６９×１
０-6Ｐａ・Ｓ、密度１．２５ｋｇ／ｍ3）より、この放電
処理ユニットの動作条件における圧力、密度は１．３ａ
ｔｍ、３．７ｋｇ／ｍ3と高くなっているが、粘度は
５．５９×１０-6Ｐａ・ｓ小さいので、処理部全体で生
じる圧力損失は１Ｔｏｒｒ以下であると見積もることが
できる。マスフローコントローラーは装置出口のガス流
量を安定に制御することが可能である（ゼオライト生成
パージ用１１７Ｎｃｃ／秒、高純度チッ素生成用８３Ｎ
ｃｃ／秒）。
【００３９】チッ素ガス浄化プロセスを制御するため
に、ゼオライト再生側の放電ガス処理ユニットの出口に
ＦＴ−ＩＲのような赤外線の全波長を測定するような赤
外線吸収光度計もしくは亜酸化チッ素の吸収帯に波長を
絞った赤外検出器を取り付けることによって亜酸化チッ
素転化量を測定し、所望の酸素濃度を含有する高純度チ
ッ素ガスを得ることができる。
に、ゼオライト再生側の放電ガス処理ユニットの出口に
ＦＴ−ＩＲのような赤外線の全波長を測定するような赤
外線吸収光度計もしくは亜酸化チッ素の吸収帯に波長を
絞った赤外検出器を取り付けることによって亜酸化チッ
素転化量を測定し、所望の酸素濃度を含有する高純度チ
ッ素ガスを得ることができる。
【００４０】実施の形態２ 図８に本発明の実施の形態の一例を示す。この装置は液
体空気から高純度チッ素を製造する装置であり、容器内
に細孔の空いたトレイと、容器内部には図３に示す放電
による不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する部分と転化
した亜酸化チッ素をゼオライトに吸着する部分からなる
ガス処理ユニットを備えたものである。この装置では、
容器底部に貯蔵した液体チッ素を放電により発生した外
部へ伝熱して行くエネルギーまたは装置に取り付けた熱
交換器による外気と内部の熱交換で気化する。気化した
空気中の低温チッ素ガスの一部はトレイと衝突し液滴化
し、さらにこの液滴が酸素ガスと衝突することにより酸
素ガスを凝縮する。このトレイを複数段通過させ、酸素
を数十ｐｐｍレベルまで除去する。この数十ｐｐｍレベ
ルの不純物酸素を含むチッ素ガスを放電部に通過させ不
純物酸素を放電処理ユニットで亜酸化チッ素に転化し、
液体空気で冷却された合成ゼオライトタイプＸに吸着除
去し、高純度チッ素を製造することができる。
体空気から高純度チッ素を製造する装置であり、容器内
に細孔の空いたトレイと、容器内部には図３に示す放電
による不純物酸素を亜酸化チッ素に転化する部分と転化
した亜酸化チッ素をゼオライトに吸着する部分からなる
ガス処理ユニットを備えたものである。この装置では、
容器底部に貯蔵した液体チッ素を放電により発生した外
部へ伝熱して行くエネルギーまたは装置に取り付けた熱
交換器による外気と内部の熱交換で気化する。気化した
空気中の低温チッ素ガスの一部はトレイと衝突し液滴化
し、さらにこの液滴が酸素ガスと衝突することにより酸
素ガスを凝縮する。このトレイを複数段通過させ、酸素
を数十ｐｐｍレベルまで除去する。この数十ｐｐｍレベ
ルの不純物酸素を含むチッ素ガスを放電部に通過させ不
純物酸素を放電処理ユニットで亜酸化チッ素に転化し、
液体空気で冷却された合成ゼオライトタイプＸに吸着除
去し、高純度チッ素を製造することができる。
【００４１】実施の形態３ 図１０に本発明の実施例の一例を示す。従来の深冷却分
離法を用いたチッ素ガス製造装置に図８に示すガス処理
ユニットを挿入することにより、従来より低運転コスト
で高純度ガスを得ることができる。
離法を用いたチッ素ガス製造装置に図８に示すガス処理
ユニットを挿入することにより、従来より低運転コスト
で高純度ガスを得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】前述したとおり、本発明の請求項１およ
び６にかかわる発明によれば、チッ素中における不純物
酸素を高効率で亜酸化チッ素に転化し、吸着除去するこ
とによって、高純度チッ素を安価に高効率で得ることが
可能となる。
び６にかかわる発明によれば、チッ素中における不純物
酸素を高効率で亜酸化チッ素に転化し、吸着除去するこ
とによって、高純度チッ素を安価に高効率で得ることが
可能となる。
【００４３】請求項２および７にかかわる発明によれ
ば、特定条件で放電を行うため、不純物酸素を効率よく
亜酸化チッ素に転化でき、高純度チッ素を安価に高効率
で得ることが可能となる。
ば、特定条件で放電を行うため、不純物酸素を効率よく
亜酸化チッ素に転化でき、高純度チッ素を安価に高効率
で得ることが可能となる。
【００４４】請求項３〜５および請求項８〜１１にかか
わる発明によれば、合成ゼオライトを冷却して使用する
ために、放電により生成した亜酸化チッ素を効率よく除
去することができる。
わる発明によれば、合成ゼオライトを冷却して使用する
ために、放電により生成した亜酸化チッ素を効率よく除
去することができる。
【図１】 本発明の一実施の形態を示す装置構成の説明
図である。
図である。
【図２】 本発明の一実施の形態を示す装置構成の説明
図である。
図である。
【図３】 本発明の一実施の形態を示す装置構成の説明
図である。
図である。
【図４】 本発明の実施の形態を説明するために行った
実験結果図である。
実験結果図である。
【図５】 本発明の実施の形態を説明するために行った
実験概略図である。
実験概略図である。
【図６】 本発明の実施の形態を説明するために行った
実験結果図である。
実験結果図である。
【図７】 本発明の実施の形態を説明するために行った
実験結果図である。
実験結果図である。
【図８】 本発明の一実施の形態を示す装置構成の説明
図である。
図である。
【図９】 酸素がチッ素液滴に吸着される様子を示す説
明図である。
明図である。
【図１０】 本発明の一実施の形態を示す装置構成の説
明図である。
明図である。
【図１１】 従来の方法のコスト比較図である。
１ 液体チッ素貯蔵容器、２ 不純物酸素を含んだ原料
液体チッ素、３ 電源、４ マスフローコントローラ
ー、５ ガス処理ユニット、６ 再生ユニット、７ フ
ィルター、８ バルブ、９ 放電処理ユニット、１０
真空断熱容器、１１ フィルター、１２ 金属弾性体、
１３ 絶縁板、１４ 金属電極、１５導電層、１６ 誘
電体、１７ 放射状金属スペーサ、１８ 給電線、１９
合成ゼオライト（タイプＸ）、２０ 金属パッキン、
２１ 圧力容器、２２ ガス供給口、２３ 水冷式金属
電極、２４ ガス排出管、２５ ガス処理ユニット、２
６ 細孔の空いたトレイ、２７ 液体空気、２８ 圧縮
機、２９ 熱交換器、３０ 凝縮器、３１ チッ素液
滴、３２ チッ素、３３ 酸素。
液体チッ素、３ 電源、４ マスフローコントローラ
ー、５ ガス処理ユニット、６ 再生ユニット、７ フ
ィルター、８ バルブ、９ 放電処理ユニット、１０
真空断熱容器、１１ フィルター、１２ 金属弾性体、
１３ 絶縁板、１４ 金属電極、１５導電層、１６ 誘
電体、１７ 放射状金属スペーサ、１８ 給電線、１９
合成ゼオライト（タイプＸ）、２０ 金属パッキン、
２１ 圧力容器、２２ ガス供給口、２３ 水冷式金属
電極、２４ ガス排出管、２５ ガス処理ユニット、２
６ 細孔の空いたトレイ、２７ 液体空気、２８ 圧縮
機、２９ 熱交換器、３０ 凝縮器、３１ チッ素液
滴、３２ チッ素、３３ 酸素。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葛本 昌樹 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4G066 AA61A AA61B CA37 DA05 EA09 FA33 FA38 FA39 FA40 GA32
Claims (11)
- 【請求項１】 チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜
酸化チッ素に転化し、この亜酸化チッ素を吸着除去する
ことを特徴とする高純度チッ素の製造方法。 - 【請求項２】 チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜
酸化チッ素に転化する方法が、１対の金属電極間に少な
くとも一つの誘電体を挿入した電極を用いて電極間に交
流高電圧または方形波パルスを印加することにより発生
する放電を用い、その放電条件を、放電場中に存在する
ガス分子密度ｎ（１／ｃｍ3）、放電空隙長ｄ（ｃｍ）
の積ｎｄを１〜３×１０17（１／ｃｍ2）、放電場を通
過するガスの滞留時間を１０-3〜１０-2秒、放電電力を
ガス流量で除した分子１個あたりに投入されるエネルギ
ーを０．０６〜０．１５Ｊ／Ｎｃｃに設定することを特
徴とする請求項１記載の高純度チッ素の製造方法。 - 【請求項３】 放電空間を液体チッ素温度または液体空
気温度で冷却することで、チッ素ガス中の不純物酸素の
亜酸化チッ素転化効率を増加させる請求項２記載の高純
度チッ素の製造方法。 - 【請求項４】 亜酸化チッ素を吸着除去する方法が１０
Å以下の分子を選択的に吸着する合成ゼオライトであっ
て、このゼオライトを液体チッ素または液体空気で冷却
することにより亜酸化チッ素を吸着して高純度チッ素ガ
スを得、その後ゼオライトを常温に戻すことにより亜酸
化チッ素を脱着し、ゼオライトを再生することを特徴と
する請求項１または２記載の高純度チッ素の製造方法。 - 【請求項５】 高純度チッ素ガスの原料が不純物酸素を
含む安価な液体チッ素であって、液体チッ素を貯蔵する
容器内に放電により不純物酸素を亜酸化チッ素に転化さ
せ、その亜酸化チッ素をゼオライトに吸着させて、放電
により生ずる熱を液体チッ素の気化熱として用い、容器
内の液体チッ素によってゼオライトを冷却させることを
特徴とする請求項４記載の高純度チッ素の製造方法。 - 【請求項６】 チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜
酸化チッ素に転化する手段、およびこの亜酸化チッ素を
吸着除去する手段を有する高純度チッ素の製造装置。 - 【請求項７】 チッ素ガス中に含まれる不純物酸素を亜
酸化チッ素に転化する手段が、１対の金属電極間に少な
くとも一つの誘電体を挿入した電極を用いて電極間に交
流高電圧または方形波パルスを印加することにより発生
する放電であって、その放電条件を放電場中に存在する
ガス分子密度ｎ（１／ｃｍ3）、放電空隙長ｄ（ｃｍ）
の積ｎｄを１〜３×１０17（１／ｃｍ2）、放電場を通
過するガスの滞留時間を１０-3〜１０-2秒、放電電力を
ガス流量で除した分子１個あたりに投入されるエネルギ
ーを０．０６〜０．１５Ｊ／Ｎｃｃに設定することを特
徴とする請求項６記載の高純度チッ素の製造装置。 - 【請求項８】 放電空間を液体チッ素温度または液体空
気温度で冷却する手段を有する請求項７記載の高純度チ
ッ素の製造装置。 - 【請求項９】 亜酸化チッ素を吸着除去する手段が、１
０Å以下の分子を選択的に吸着する合成ゼオライトであ
って、亜酸化チッ素を吸着し高純度チッ素ガスを得るた
めにこのゼオライトを液体チッ素もしくは液体空気で冷
却する手段、亜酸化チッ素を脱着するためにゼオライト
を常温に戻しゼオライトを再生する手段を有することを
特徴とする請求項６または７記載の高純度チッ素の製造
装置。 - 【請求項１０】 高純度チッ素ガスの原料が不純物酸素
を含む安価な液体チッ素であって、液体チッ素を貯蔵す
る容器内に、放電により不純物酸素を亜酸化チッ素に転
化する放電部およびその亜酸化チッ素を吸着するゼオラ
イトを組み合わせた不純物ガス処理ユニット、放電によ
り生ずる熱を液体チッ素の気化熱として、容器内の液体
チッ素をゼオライトの冷却媒体として用いる手段を有す
る請求項９記載の高純度チッ素の製造装置。 - 【請求項１１】 高純度チッ素ガスの原料が不純物酸素
を含む安価な液体チッ素であって、液体チッ素を貯蔵す
る容器内に、放電により不純物酸素を亜酸化チッ素に転
化する放電部およびその亜酸化チッ素を吸着するゼオラ
イトを組み合わせた不純物ガス処理ユニット、容器内に
液体チッ素を出し入れすることにより温度変化を付け吸
脱着過程を繰り返し、この繰り返し過程を複数個のガス
処理ユニットが交互もしくは順番に繰り返すことによ
り、連続的に高純度チッ素を得る手段を有する請求項９
記載の高純度チッ素の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11151325A JP2000335906A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | 高純度チッ素の製造方法および発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11151325A JP2000335906A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | 高純度チッ素の製造方法および発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000335906A true JP2000335906A (ja) | 2000-12-05 |
Family
ID=15516153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11151325A Pending JP2000335906A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | 高純度チッ素の製造方法および発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000335906A (ja) |
-
1999
- 1999-05-31 JP JP11151325A patent/JP2000335906A/ja active Pending
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