JP2003506207A

JP2003506207A - 回復可能な室温精製器

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Publication number: JP2003506207A
Application number: JP2001515054A
Authority: JP
Inventors: ダニエルケイ．ウェバー; ジョルジオヴェルガニ
Original assignee: サエスピュアガスインク
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2003-02-18
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: US6521192B1; WO2001010548A1; JP5179687B2; KR20020047114A; EP1204473A1; TW505538B

Abstract

(57)【要約】【課題】回復することが可能な室温精製器を提供すること。【解決手段】精製器は、入口及び出口を有するチャンバを備えるケーシングを備え、前記チャンバ内には少なくとも５％が金属の形をしている分散状態の遷移金属材料と、該遷移金属材料と混合された分散状態のＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びこれらの合金からなる群から選ばれるゲッタ材との混合物を含む精製材が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、概してガス精製に関し、特に分散した不純物吸収材を含むガス精製
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

超高純度（ＵＨＰ）ガスは、半導体デバイスの製造、研究室での研究、質量分
析機器、その他の産業や用途に用いられる。ＵＨＰガスは、通常、純度が少なく
とも９９．９９９９９９９容積％のガスであると定義される。ＵＨＰガスの製造
方法はいくつかある。精製器は、種々のメカニズムに従って不純物分子と相互に
作用することによって、主ガスの流れの中で不純物と結合できる固形材料の使用
に基づいて広く使用されている。

【０００３】ガス精製器の重要な部類には、活性成分としてＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａあるい
はＶをベースとする合金等のゲッタ合金の特性を利用するものがある。普通使用
される合金の例として、重量比率がＺｒ７０％−Ｖ２４．６％−Ｆｅ５．４％の
商標Ｓｔ７０７の合金、重量比率がＺｒ７６．５％−Ｆｅ２３．５％の商標Ｓｔ
１９８の合金、重量比率がＺｒ８４％−Ａｌ１６％の商標Ｓｔ１０１の合金、あ
るＴｉ−Ｎｉ合金が挙げられ、これらは全てカリフォルニア州、サンルイス
オビスポのサエスガスピュアインクによってガス精製器と共に製造、販売
されている。

【０００４】ゲッタ合金の作用原理は、Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ、ＣＯ₂及びＣＨ₄等の種の化学吸
収、すなわち、表面吸収から、続いて不純物分子を造りあげている原子のゲッタ
材塊中での解離および拡散である。あるゲッタ合金は同じメカニズムでＮ₂も吸
着するかもしれない。その結果、合金を構成する金属の酸化物、炭化物あるいは
窒化物が生成する。生成した種は非常に安定なので、ゲッタ合金による前記した
ガスの吸収は基本的に不可逆的である。

【０００５】ゲッタ合金は希ガスや不活性ガスと反応しないので、これらのガスの精製によ
く適している。これらの合金を使用することによって、微量の活性ガスを不活性
ガスから取り除くことが可能である。ゲッタ合金法で精製してもよいガスの例と
して、半導体業界で使用される希ガスやクロロフルオロカーボン及び窒素（Ｎ₂
）が挙げられる。例えば、Ｎ₂を該ガスに関しては極少量の吸収容量しかもたな
いＳｔ１９８合金で精製してもよい。ゲッタ合金の使用に基づく精製器の例が、
英国特許２，１７７，０７９号公報、２，１７７，０８０号公報、ヨーロッパ特
許３６５４９０号公報、及びアメリカ特許５，１９４，２３３号公報、５，２９
４，４２２号公報に開示されている。

【０００６】図１Ａは、高温でプロセスガスを精製している状態の従来技術のゲッタ精製器
１０の概略図である。ゲッタ精製器１０はチャンバ１２を備え、これは入口１４
及び出口１６に連結している。チャンバ１２は一部にゲッタ材粒子１８が充填さ
れている。ヒータ２０はゲッタ精製器１０を少なくとも３００℃に加熱する。水
蒸気や酸化炭素等のガス状不純物を含むプロセスガスが入口１４を通ってチャン
バ１２に導入され、そこでゲッタ材粒子１８が微量の水蒸気及び酸化炭素を吸収
する。精製されたプロセスガスは、次に出口１６を通ってチャンバ１２から出て
いく。

【０００７】ゲッタ材は、本質的に、半導体業界用の希ガスあるいは比較的不活性なガス（
例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素）中に通常存在する不純物（例えば、酸素、
水、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン）に対し不可逆なゲッタリングを示すが、
水素に対しては非常に違った挙動を示す。実際、ゲッタ材は水素に対しては可逆
的なゲッタリングを示し、殆どのゲッタ材は平衡反応を行う。室温付近では“フ
リー”ガスの圧力は非常に低いが、圧力は温度の上昇と共に上がる。

【０００８】図１Ｂは、プロセスガスから水素を除去している状態の従来技術のゲッタ精製
器１０の概略図である。ゲッタ精製器１０は室温（０〜４０℃）で微量の水素を
プロセスガスから取り除ける。水素を含むプロセスガスが入口１４を通ってチャ
ンバ１２に導入されると、ゲッタ材粒子１８は該水素を吸収し、精製されたプロ
セスガスは出口１６を通ってチャンバ１２から排出される。

【０００９】ゲッタベースの精製器は、図１Ａに示すように、不純物の除去効率が高いが、
費用がかかり、又運転中は約３００〜約４５０℃に保つ必要がある。従って、あ
る状況においては、他の種類の精製器が好ましい。低コスト精製器の一例として
、室温付近で運転する、いわゆるニッケル精製器がある。これらの精製器は活性
材として金属ニッケルを含み、一般的にシリカのような多孔性支持体に支持され
ている。

【００１０】図２Ａは、プロセスガスを精製している状態の従来技術のニッケル精製器２２
の概略図である。ニッケル精製器２２はチャンバ２４を備え、これは入口２６及
び出口２８に連通している。チャンバ２４は一部にニッケル粒子３０が充填され
ている。ニッケルは通常ニッケル粒子３０の全量の少なくとも５％が金属の形で
、残りは一般的にニッケル酸化物、ＮｉＯとして存在する。ニッケルは一般的に
、少なくとも１００ｍ²／ｇ、好ましくは１００ｍ²／ｇ〜２００ｍ²／ｇの高い
比表面積を持つように粒子状あるいは分散状態で存在するが、ニッケルの全量は
制限されている。“分散されている”とは、材が粉末、顆粒、ペレットのような
バラバラの粒子によって形成されていることを意味する。

【００１１】ニッケル精製器は、しばしば、モレキュラーシーブのような物理的吸水材も備
え、水蒸気除去を助け、ニッケルの酸素及び酸化炭素の除去を可能にする。示す
ように、プロセスガス、水及び微量の酸素と酸化炭素は入口２６を通ってチャン
バ２４に入る。ニッケル精製器１０の運転中は、ニッケル粒子１８は酸素又は水
、及び一酸化炭素、二酸化炭素と反応する。ニッケルと酸素又は水との反応生成
物はＮｉＯである。ニッケル粒子１８の吸収キャパシティが一旦その限界に達す
れば、精製器は再生させてもよい。

【００１２】図２Ｂは、再生過程中の従来技術のニッケル精製器２２の概略図である。ニッ
ケル粒子３０は、ヒータ２０によって温度を約２００℃に保ったニッケル粒子３
０上を水素含有不活性ガスの流れを通すことによって再生される。不活性ガスと
しては窒素が好ましく、水素の量は好ましくは流れるガスの体積に対して約２０
％未満、より好ましくは約２〜約５％であり、再生プロセスは約１４〜２０時間
続けられるのが好ましい。これらの条件において、ＮｉＯ及びＮｉとＣＯ及びＣ
Ｏ／ＣＯ₂との反応生成物は金属ニッケルに還元される。ニッケル精製器は、例
えばアメリカ特許第４，７１３，２２４号公報に開示されている。

【００１３】水及びＣＯは再生プロセスで生成するので、システムが汚染されないように、
運転は精製器を純ガスラインから分離して行わなければならない。幅広い範囲の
ニッケルベースの精製器が、カリフォルニア州、サンディエゴのエアロネックス
インクによってゲートキーパ（登録商標）という名前で販売されている。前記
した応用の他、ニッケルベース精製器の他の重要な用途として、プロセスガスシ
リンタの交換中にガスパイプラインをパージするのに用いられるガス（一般的に
窒素）の精製用としてガスキャビネット中で用いられる。

【００１４】図３は、従来の他のニッケル精製器ユニット３２を示す。ニッケル精製器ユニ
ット３２は、一般的にステンレス鋼を略円柱形状に形成したチャンバ３４をもつ
本体あるいはケーシング３３を備える。チャンバ３４は、少なくとも１０Ｒａに
電解研磨されていることが好ましい。ニッケル精製器ユニット３２の対峙する２
つの基板に、ガス入口３６及び出口開口部３８が配設されている。ガス入口３６
と出口開口部３８は、普通、一連のガスラインと接続するため、適切な結合金具
４０が備え付けられている。示されている結合金具４０は雄型シール構造である
が、当業界で周知の圧入シール構造も使用することができる。ニッケル精製器ユ
ニット３２はガス入口３６と出口開口部３８に粒子フィルタを備えているのが好
ましい。粒子フィルタは一般的に、焼結ステンレス鋼粒子で造られ、粒子径が０
．００３ミクロ以上の粒子を保持することができる。

【００１５】ニッケル精製器３２の内部はニッケル含有材あるいはニッケル支持材の粒子が
充填されている。これらの材料は、シリカのような多孔性担体の成形破片（球や
円柱）で造られ、その周りに触媒製造の分野ではよく知られた方法に従ってニッ
ケルが分散されている。ニッケルは金属部分は化合物として、一般的には酸化ニ
ッケルＮｉＯとして、混合された形で存在してもよく、少なくとも５％の金属が
還元された金属の形で存在する。

【００１６】ニッケルベース精製器の主な欠点は、出口でシステムの外に出す必要のある水
素含有ガスの流れの中に精製器を数時間キープしておく必要があり、再生が現場
で容易に成し遂げられず、その結果、再生を行うには一般的に精製器を製造者に
返さなければならないということである。点検修理による中断を避けるため、製
造者は一般的に、他を再生させている間もうひとつが運転できるように、２つの
ニッケル精製器を並行させてシステムを作り上げることを提案する。

【００１７】又、ゲッタ及びニッケル床を使用する精製器はよく知られている。これらの精
製器は、例えば、アメリカ特許第５，４９２，６８２号公報、第５，５５８，８
４４号公報、第５，５５６，６０３号公報、第５，９０２，５６１号公報に開示
されている。これらの特許では、ガスは先ず室温に保たれたニッケル床に接触し
、次いで約２５０℃〜約４００℃に保たれたゲッタ材の第２床に接触する２段精
製器が示されている。これらの精製器のそれぞれの床は上記した正常操作に従っ
て動く。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】

上記のことに鑑みて、効率的かつ経済的にガス精製器を回復しうる方法及び装
置、特に精製器を現場で回復できるようにすることが望まれている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

本発明は室温で運転可能なガス精製器を利用する種々のガスを精製する方法及
び装置を提供する。該方法及び装置は、飽和した時点で、それが組み込まれてい
るガスラインから簡単に分離され、該装置を設定温度で加熱することによって容
易に回復することができる。本発明は、プロセス、設備、システム、装置、方法
など多数のやり方で実行することができる。

【００２０】本発明の一実施形態として、回復可能な室温精製器が提供される。該精製器は
入口及び出口を有するチャンバを備えるケーシングを備える。遷移金属材料とゲ
ッタ材との混合物を含む精製材は、チャンバ内に置かれる。遷移金属材は、好ま
しくは少なくとも５％が純金属の形をした分散状態であるのが好ましい。又、ゲ
ッタ材は、該遷移金属材と混合された分散状態であるのが好ましい。ゲッタ材は
、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びこれらの合金からなる群から選ばれるのが好
ましい。

【００２１】本発明の他の実施形態として、回復可能な室温精製器システムが提供される。
該システムは入口及び出口を有するチャンバを備えるケーシングを備える。遷移
金属材料とゲッタ材との混合物を含む精製材はチャンバ内に置かれる。遷移金属
材は、好ましくは少なくとも５％が金属の形をした分散状態であるのが好ましい
。又、ゲッタ材は、該遷移金属材と混合された分散状態であるのが好ましい。ゲ
ッタ材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びこれらの合金からなる群から選ばれ
るのが好ましい。又、該精製器システムは、入口に連通する入口バルブと出口に
連通する出口バルブとを備える。該精製器を少なくとも２００℃まで加熱し得る
ようにヒータが精製器と共働する。

【００２２】本発明のさらに他の実施形態として、遷移金属材料とゲッタ材との混合物を含
室温精製器を回復させる方法が提供される。該方法は作業環境で精製器をシール
することを含む。遷移金属材料とゲッタ材との混合物は、精製器のチャンバ内に
置かれる。遷移金属材料は、好ましくは少なくとも５％が金属の形をした分散状
態であるのが好ましい。又、ゲッタ材は該遷移金属材料と混合された分散状態で
あるのが好ましい。ゲッタ材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びこれらの合金
からなる群から選ばれるのが好ましい。精製器は少なくとも２００℃まで加熱さ
れ、次いで該精製器がその作業環境の実質的な室温になるように冷却される。最
後に精製器はアンシールされ、再びいつでも使用できる準備が整う。

【００２３】又、本発明の更に他の実施態様として、室温でガスを精製する方法が提供され
る。シール可能なケーシングをもつ精製器を準備することを含む。該ケーシング
は入口と出口を有するチャンバを持つ。遷移金属材料とゲッタ材との混合物は、
精製器のチャンバ内に置かれる。遷移金属材料は、好ましくは少なくとも５％が
金属の形をした分散状態であるのが好ましい。又、ゲッタ材は、該遷移金属材料
と混合された分散状態であるのが好ましい。ゲッタ材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｖ及びこれらの合金からなる群から選ばれるのが好ましい。入口に流れるガ
スは、精製材を通って精製される。次いでガスは略室温で出口から放出される。
こうすることによって、遷移金属材料は水、酸素、一酸化炭素を吸収し、ゲッタ
材は水素を吸収する。次いで、ケーシングをシールするために入口と出口が閉め
らる。

【００２４】精製器が少なくとも約２００℃まで加熱されることで、ゲッタ材は水素を放出
する。水素は酸素と炭素を遷移金属材料から取り除く。次いで過剰の水素がゲッ
タ材によって吸収される。該精製器は、精製器が略、作業環境の室温に戻るよう
に冷却される。最後に精製器は入口と出口を開放することによってアンシールさ
れ、ガスの精製に再び活躍する。

【００２５】本発明の利点は、遷移金属材料に基づく精製器に回復能力を加えたガス精製装
置及び方法を提供することである。精製器の回復は、効率を高め、精製器の点検
のためその製造業者に戻さなければならない回数を減らす。これらの及び他の本
発明の利点は、以下の詳細な記載を読み、種々の図面を検討することによって、
当業者に明らかになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】

本発明は図面及び下記する詳細な説明によって容易に理解されるであろう。こ
の説明を容易にするため、番号は構造要素を示す。

【００２７】精製器を回復する方法及び装置が提供される。以下に、本発明の十分な理解を
提供するために、多くの特定説明を記載する。ただし、本発明はこれらの特定説
明のうちのいくつかあるいは全部を採用しなくても実施できることは当業者には
理解されるところである。又、公知のプロセスアクトは、本発明を不必要に不明
瞭にするのを避けるため、詳細には記載していない。

【００２８】図１−３は従来技術に関連して説明した。図４は本発明の一実施態様によるプ
ロセスガス精製中の回復可能な精製器ユニット４２を示す。回復可能な精製器ユ
ニット４２は、入口４６及び出口４８と連通しているチャンバ４４をもつケーシ
ング４３を備える。ケーシング４３は、図３で説明したように、従来技術のニッ
ケル精製器３２のケーシング３３に似た形態と構造であることに留意すべきであ
る。入口４６及び出口４８には、粒子フィルタ５０と雄型シール構造あるいは圧
入シール構造（図３参照）が取りつけられているのが好ましい。チャンバ４４は
一部にゲッタ材粒子５４と多数の遷移金属材料粒子５６とが充填されている。遷
移金属材料粒子として、ニッケル、鉄、マンガン、これらの組合せ等が挙げられ
る。遷移金属材料粒子５６は、図２Ａで説明したように、ニッケルを含んでいる
のが好ましい。

【００２９】回復可能な精製器ユニット４２は、プロセスガスから不純物を取り除くように
働く。入口４６のバルブ４５と出口４８のバルブ４７を開いた後、精製すべきプ
ロセスガスは入口４６を通ってチャンバ４４に流れ込む。該プロセスガスが吸収
材床に接触すると、遷移金属材料粒子５６は該プロセスガスから不純物を取り除
く。次いで、精製されたプロセスガスは出口４８を通って回復可能な精製器ユニ
ット４２から放出される。

【００３０】図４の破線５５で囲われた部分は、本発明の一実施形態による、室温（例えば
２５℃）でのゲッタ材粒子５４と遷移金属材料粒子５６との反応を示す。遷移金
属材料粒子５６は不純物５８を吸収し、精製されたプロセスガス６０を放出する
。回復可能な精製器ユニット４２は約０℃〜約５０℃、好ましくは約１０℃〜約
４０℃、最も好ましくは約２５℃に保たれているので、このプロセスでは、不純
物５８を吸収することによって遷移金属材料粒子５６だけが反応し、ゲッタ材粒
子５４は反応せず不活性のままである。

【００３１】図５は、本発明の一実施例による、回復プロセスの初期段階の回復可能な精製
器ユニット４２を示す。回復可能な精製器ユニット４２が再生を必要とする時（
即ち、遷移金属材料粒子５６が飽和した時）、バルブ４５とバルブ４７が閉めら
れ、精製器はヒータ５９によって約２００℃から約４００℃に加熱され、ゲッタ
材粒子５４は水素を放出し始める。再生温度は、本実施態様のシステムの過圧状
態を避けるために、約２５０℃から約３５０℃に固定されるのが好ましく、約３
００℃に固定されるのがより好ましい。より高温では水素の放出は急な上昇とな
り、精製器チャンバ内の圧力は急速に数１０バールの範囲に達する。

【００３２】ヒータ５９は、ケーシング４３のチャンバ４４の外付けであるのが好ましく、
電気抵抗、レジアントあるいは他のタイプのヒータで、ケーシングと導電的に、
放射状に、あるいは対流的に共働する。ヒータ５９はオープンあるいは閉ループ
制御システムを備え、回復可能な精製器ユニット４２の温度をコントロールする
のが好ましい。閉ループ制御システムとして、精製器の温度を直接あるいは間接
的に感知してヒータ５９管理システムにフィードバックさせる温度センサ（例え
ば熱電対、図示せず）が使用される。

【００３３】ゲッタ材粒子５４は、３００℃で高い平衡圧を持つのが好ましい。高い平衡圧
とは約３００℃で約０．１ミリバールを超えるのが好ましい。このようなゲッタ
材の例としては、ジルコニウム−コバルト金属間化合物ＺｒＣｏがあり、これは
約３００℃で０．２５ミリバールを超える水素平衡圧をもつ。水素が遷移金属材
料粒子５６のニッケルに高温で接触すると、該水素はプロセスガスの精製中に遷
移金属材料粒子５６上に形成された種（プロセスガスから除去された不純物）を
分解する。該反応で放出された水は、熱ゲッタ材粒子５４によって吸収される。
ゲッタ上で水が分解して酸素と水素になる。該酸素はゲッタ上で酸化物として不
可逆的に固定され、水素は再び放出され得る。

【００３４】図５の破線５７で囲われた部分は、本発明の一実施態様による約３００℃での
ゲッタ材粒子５４と遷移金属材料粒子５６との反応を示す。実際的にはある種の
“水素サイクル”、ニッケル表面からゲッタ塊に向かって“酸素ベヒクル”のよ
うに働く水素がわかっている。この“水素サイクル”は、水素がゲッタによって
吸着されないのに十分に高い温度である（そして精製器がガス供給ラインから分
離される）時にのみ作動可能である。主反応は以下のように起こる。

【００３５】ＮｉＯ＋Ｈ₂ → Ｎｉ＋Ｈ₂Ｏ式１Ｈ₂Ｏ＋ゲッタ → ゲッタ−Ｏ＋Ｈ₂（ＮｉＯ還元反応に戻る）式２

【００３６】図６は、本発明の一実施例による、回復プロセスの終了段階の回復可能な精製
器ユニット４２を示す。再生後、ヒータ５８はスイッチを切られる。温度が室温
に向けて下がるにつれ、遷移金属材料粒子５６の再生中に使われなかったフリー
の水素は、該システム中で極小さいガス圧を放出するゲッタ材粒子５４によって
再吸収される。あるいは、回復可能な精製器ユニット４２は、例えば強制空気や
ウォータジャケット（図示せず）によって積極的に冷却されうる。ゲッタ材粒子
５４は室温で低水素平衡圧をもつのが好ましい。該低水素平衡圧とは４０℃で約
１０^-6ミリバールが好ましい。このようなゲッタ材の例として、４０℃で約１．
３×１０^-6ミリバールの水素平衡圧をもつジルコニウム−コバルト金属間化合物
ＺｒＣｏが好ましい。

【００３７】図６の破線６１で囲われた部分は、本発明の一実施態様による回復プロセスの
終了段階のゲッタ材粒子５４の反応を示す。正常な精製運転のためバルブが開け
られている時、精製器によって出口ガスには水素は導入されない。水素サイクル
によって、酸素の形成がゲッタ材粒子５４中で起こり、これは、ゲッタ表面に厚
い不動態状酸素層を造るため、結局はゲッタの水素吸収・放出能力を“殺す“こ
とになる。しかしながら、最終的な結果は、精製器はゲッタ材粒子５４が廃棄さ
れるまで何回かの再生サイクルに耐え得る。

【００３８】精製器の正確な回復を保証するために、精製器チャンバ内の遷移金属材料とゲ
ッタ材の比は正確に仕込まなければならない。もしゲッタ材が少なすぎると、利
用できる水素が足りないので再生は起こらない。もしゲッタ材が多すぎると、過
剰のゲッタ材が浪費される。付加的なゲッタ材増加は費用がかかるだけでなく、
該ゲッタ材は精製の全てを行う遷移金属材料によって使用されうる空間を占める
。テストは、精製器の内容積の約２０％〜約５０％がゲッタ材によって使用され
るのが好ましいことを示している。

【００３９】又、ゲッタ材は製造において予め水素を添加しておくのが好ましい。そうでな
ければ、精製操業の始めにゲッタによる水素摂取に頼ることになる。しかしその
ような摂取は（もし精製ガス中の水素含有率が低ければ）、良好な再生性能を保
証するには十分ではないかもしれない。一方、ケーシングの機械的破壊のリスク
から、該添加レベルは高くし過ぎないようにしなければならない。でないと、再
生中の精製器内の圧力増加は過度になるかもしれない。ゲッタ塊中の水素吸収量
は、好ましくは、合金１ｇ当り約１０^-3〜約５×１０^-3モルを測定すべきである
。

【００４０】従来のニッケル精製器の場合のように、本発明の精製器も水吸収材を含んでい
てもよい。該水吸収材として、モレキュラーシーブ、アルミナ、シリカ等のよう
な物理的吸収剤、化学吸収剤等が挙げられ、モレキュラーシーブ１３Ｘが好まし
い。水吸収材は、ＮｉＯ反応によって放出される水が、フリーの水素を放つゲッ
タ材に確実に届くようにするために、再生条件で水を放出できるものが好ましい
。これは “水素サイクル”に参加する水素の量を増やし、それによって将来、
効果的な再生作業の可能性を高めることとなる。もし水吸収材を精製器に加える
なら、ゲッタ材の量は精製器チャンバの内容積の約１５％〜約４０％が好ましい
。

【００４１】実施例として、内容積２００ｃｃの精製器は、粒状ＺｒＣｏ、多孔性シリカに
担持されたニッケル及びモレキュラーシーブ１３Ｘ（図示せず）とを含む三材料
混合物を含む。当業界での吸収床の吸収キャパシティは、しばしば、標準温度及
び圧力でのリットル／リットル（ｌ／ｌ）として測定され、ガスのリットルとし
て表される。これは、該吸収床の１リットルが出せ、材粒子によって占められる
実際の体積として測定される。ニッケル床は、酸素に対して２０ｌ／ｌのキャパ
シティを、水に対して１５ｌ／ｌのキャパシティをもつ。モレキュラーシーブ１
３Ｘは、水に対して２５ｌ／ｌのキャパシティをもつ。精製器が、精製中同じ酸
素と水に対する除去キャパシティであることを保証するため、ニッケルとモレキ
ュラーシーブは約５：１の間の体積比で含まれているのが好ましい。一方、Ｚｒ
Ｃｏの量は約３５〜７５ｃｃが好ましい。

【００４２】図７は、室温でガスを精製する方法６２のフローチャートである。方法６２は
、精製器を準備する行為６４から始まる。精製器は、室温で精製器のチャンバに
プロセスガスを導入してガスを精製する行為６６に使用される。プロセスガス中
の不純物は、精製器のチャンバ内の遷移金属材料粒子によって取り除かれ、精製
されたプロセスガスが精製器チャンバから出て行く。次いで行為６８で精製器を
回復させる必要があるかどうかを決定する。もしなければ、精製が行為６６で続
けられる。もし遷移金属材料粒子が飽和すれば（使い果たされる）、方法６２は
、回復可能かどうかを決定する行為７０に進む。もし回復が可能でなければ、行
為６４で新しい精製器が準備される。

【００４３】行為６８では、多くの技術によって回復が可能かどうかを決定することができ
る。そのひとつとして、精製器は、ある量のガスを精製した後、ある設定された
時間間隔で回復されるかもしれない。あるいは、精製器の出口に探知器を取りつ
けて、少量のガスが該精製器によって取り除かれなかった時を探知して、該精製
器を再生するかあるいは取り換える時であることを示唆するように使用される。

【００４４】もし回復が可能であれば、精製器の回復方法７２が、行為７４において精製器
をシールする、普通は入口と出口のバルブを閉じることによって始まる。次いで
、行為７６で精製器は約３００℃まで加熱される。より高温で精製器チャンバ内
のゲッタ材粒子は水素ガスの放出を始める。該水素は、次いで、行為６６でプロ
セスガスの精製で遷移金属材料粒子の上に形成された不純物を分解する。次いで
、行為７８で精製器は冷却される。精製器が室温まで冷えると、再生中に使用さ
れなかった水素はゲッタ材粒子に吸収される。精製器は、次いで、行為８０でア
ンシールされ、方法６２は行為６６に戻って、プロセスガスの精製を始める用意
ができる。

【００４５】このように、本発明は、ガスを精製し、次いで精製器チャンバ内の遷移金属材
料とゲッタ材とを利用することによってガス精製器を回復する方法及び装置を提
供することが理解される。本明細書において本発明を数々の好ましい実施態様で
表した。本発明のほかの実施態様も明細書の熟考と発明の実践によって当業者に
は明らかになる。更に、ある用語は本発明を明瞭に説明するために用いられるも
のであって、本発明を限定するために用いられない。上記した実施態様、好まし
い特徴及び従属項で規定される発明は例として考えられるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】高温度でプロセスガスを精製している状態の従来技術のゲッタ精
製器の概略図。

【図１Ｂ】プロセスガスから水素を除去している状態の従来技術のゲッタ精
製器の概略図。

【図２Ａ】プロセスガスを精製している状態の従来技術のニッケル精製器の
概略図。

【図２Ｂ】再生中の従来技術のニッケル精製器の概略図。

【図３】従来技術のニッケル精製器ユニットを示す。

【図４】本発明の一実施態様によるプロセスガスを精製している状態の回復
可能な精製器を示す。

【図５】本発明の一実施態様による回復プロセスの初期段階の回復可能な精
製器を示す。

【図６】本発明の一実施態様による回復プロセスの終了段階の回復可能な精
製器を示す。

【図７】室温でガスを精製する方法のフローチャート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D020 AA02 AA03 AA04 AA08 AA10 BA03 BA06 BA30 BB01 BC01 CD03 DA03 DB02 4G066 AA03B AA61B BA09 BA23 BA50 CA35 CA37 CA43 CA51 DA05 GA01 GA32 GA37 5F045 AC11 AC16 BB14 EE02 GB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入口及び出口を有するチャンバを備えるケーシングと、前記チャンバ内に配置される精製材とを備え、前記精製材は、少なくとも５％が金属の形をしている分散状態の遷移金属材料
と、該遷移金属材料と混合された分散状態のＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びこ
れらの合金からなる群から選ばれるゲッタ材との混合物を含む回復可能な室温精
製器。
【請求項２】前記遷移金属材料がＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ及びこれらの組合せから
なる群から選ばれる請求項１記載の回復可能な室温精製器。
【請求項３】前記遷移金属材料が多孔性支持体によって支持されている請求
項１記載の回復可能な室温精製器。
【請求項４】前記精製器が約３００℃まで加熱される請求項１記載の回復可
能な室温精製器。
【請求項５】前記ゲッタ材が、室温で低水素平衡圧をもち、約３００℃でよ
り高い水素平衡圧をもつ請求項４記載の回復可能な室温精製器。
【請求項６】前記ゲッタ材が、約１０^-6ミリバールの低水素平衡圧及び約０
．１ミリバールより高い高水素平衡圧をもつ請求項５記載の回復可能な室温精製
器。
【請求項７】前記ゲッタ材がＺｒＣｏである請求項６記載の回復可能な室温
精製器。
【請求項８】前記ゲッタ材が前記精製器の内容積の約２０％から約５０％を
占める請求項１記載の回復可能な室温精製器。
【請求項９】前記ゲッタ材は予め水素が添加されている請求項１記載の回復
可能な室温精製器。
【請求項１０】前記ゲッタ材は、ゲッタ材１ｇ当り約０．００１モルから約
０．００５モルの水素が存在するように予め水素が添加されている請求項９記載
の回復可能な室温精製器。
【請求項１１】さらに吸水材を備える請求項１記載の回復可能な室温精製器
。
【請求項１２】前記吸水材がモレキュラーシーブである請求項１１記載の回
復可能な室温精製器。
【請求項１３】ゲッタ材が精製器の内容積の約１５％から約４０％を占める
請求項１２記載の回復可能な室温精製器。
【請求項１４】（ａ）入口及び出口を有するチャンバを備えるケーシングと
、前記チャンバ内に配置される精製材とを備え、前記精製材は、少なくとも５％が金属の形をしている分散状態の遷移金属材料
と、該遷移金属材料と混合された分散状態のＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びこ
れらの合金からなる群から選ばれるゲッタ材との混合物を含む精製器と、（ｂ）前記入口に連結する入口バルブと、（ｃ）前記出口に連結する出口バルブと、（ｄ）前記精製器を少なくとも約２００℃まで加熱し得るように前記精製器と共
働するヒータとを備える回復可能な室温精製器システム。
【請求項１５】前記精製器が約３００℃まで加熱される請求項１４記載の回
復可能な室温精製器システム。
【請求項１６】前記ゲッタ材が、室温で低水素平衡圧をもち、約３００℃で
より高い水素平衡圧をもつ請求項１５記載の回復可能な室温精製器システム。
【請求項１７】前記ゲッタ材が、約１０^-6ミリバールの低水素平衡圧及び約
０．１ミリバールの高水素平衡圧をもつ請求項１６記載の回復可能な室温精製器
システム。
【請求項１８】前記ゲッタ材がＺｒＣｏである請求項１６記載の回復可能な
室温精製器システム。
【請求項１９】前記ゲッタ材が前記精製器の内容積の約２０％から約５０％
を占める請求項１４記載の回復可能な室温精製器システム。
【請求項２０】前記ゲッタ材は、予め水素が添加されている請求項１４記載
の回復可能な室温精製器システム。
【請求項２１】前記ゲッタ材は、ゲッタ材１ｇ当り約０．００１モルから約
０．００５モルの水素が存在するように予め水素が添加されている請求項２０記
載の回復可能な室温精製器システム。
【請求項２２】さらに吸水材を備える請求項１４記載の回復可能な室温精製
器システム。
【請求項２３】前記吸水材がモレキュラーシーブである請求項２２記載の回
復可能な室温精製器システム。
【請求項２４】ゲッタ材が精製器の内容積の約１５％から約４０％を占める
請求項２３記載の回復可能な室温精製器。
【請求項２５】前記遷移金属材料がＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ及びこれらの組合せか
らなる群から選ばれる請求項１４記載の回復可能な室温精製器。
【請求項２６】前記遷移金属材料が多孔性支持体によって支持されている請
求項１４記載の回復可能な室温精製器。
【請求項２７】（ａ）少なくとも５％が金属の形をしている分散状態の遷移
金属材料と、該遷移金属材料と混合された分散状態のＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｖ及びこれらの合金からなる群から選ばれるゲッタ材との混合物を含む精製器を
ある作業環境下にシールし、（ｂ）該精製器を少なくとも２００℃まで加熱し、（ｃ）精製器がその作業環境の実質的な室温になるように該精製器を冷却し、（ｄ）該精製器をアンシールすることを含む遷移金属材料とゲッタ材との混合物
をもつ室温精製器の回復方法。
【請求項２８】前記遷移金属材料がＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ及びこれらの組合せか
らなる群から選ばれる請求項２７記載の室温精製器の回復方法。
【請求項２９】前記遷移金属材料が、多孔性支持体で支持されている請求項
２７記載の室温精製器の回復方法。
【請求項３０】前記精製器が約３００℃まで加熱される請求項２７記載の室
温精製器の回復方法。
【請求項３１】前記ゲッタ材が、室温で低水素平衡圧をもち、約３００℃で
より高い水素平衡圧をもつ請求項３０記載の室温精製器の回復方法。
【請求項３２】前記ゲッタ材が、約１０^-6ミリバールの低水素平衡圧及び約
０．１ミリバールの高水素平衡圧をもつ請求項３１記載の室温精製器の回復方法
。
【請求項３３】ゲッタ材がＺｒＣｏである請求項３２記載の室温精製器の回
復方法。
【請求項３４】少なくとも５％が金属の形をしている分散状態の遷移金属材
料と、該遷移金属材料と混合された分散状態のＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及び
これらの合金からなる群から選ばれるゲッタ材との混合物を含む精製材が配置さ
れているチャンバ、入口及び出口を有するシール可能なケーシング備える精製器
を準備し、ガスを室温で前記入口から前記精製材に流し入れ出口から流し出すことで、前
記遷移金属材料が水、酸素、一酸化炭素及び二酸化炭素を吸収し、前記ゲッタ材
が水素を吸収し、前記入口及び前記出口を閉めて前記ケーシングをシールし、前記精製器を少なくとも２００℃まで加熱することで、前記ゲッタ材が、酸素
及び炭素を前記遷移金属材料から除き次いで該ゲッタ材によって吸収される水素
を放出し、前記精製器が室温近くまで戻るように前記精製器を冷却し、前記入口及び出口を開けて前記精製器をアンシールすることで、前記精製器が
ガスの精製を回復することを含む室温でガスを精製する方法．
【請求項３５】前記ゲッタ材が前記精製器の内容積の約２０％から約５０％
を占める請求項３４記載の室温でガスを精製する方法。
【請求項３６】前記ゲッタ材は予め水素が添加されている請求項３４記載の
室温でガスを精製する方法。
【請求項３７】前記ゲッタ材は、ゲッタ材１ｇ当り約０．００１モルから約
０．００５モルの水素が存在するように予め水素が添加されている請求項３６記
載の室温でガスを精製する方法。
【請求項３８】さらに吸水材を備える請求項３４記載の室温でガスを精製す
る方法。
【請求項３９】前記吸水材がモレキュラーシーブである請求項３８記載の室
温でガスを精製する方法。
【請求項４０】ゲッタ材が精製器の内容積の約１５％から約４０％を占める
請求項３９記載の室温でガスを精製する方法。