JP2008180168A - Evaporation type getter material, getter pump, decompression structure, reaction device, power generation device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸発型ゲッター材、ゲッターポンプ、減圧構造、反応装置、発電装置及び電子機器に関し、特に、蒸発によりガスを吸収する蒸発型ゲッター材及びそれを用いたゲッターポンプ、減圧構造及び反応装置並びにそれらを用いた発電装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to an evaporable getter material, a getter pump, a decompression structure, a reaction device, a power generation device, and an electronic device, and more particularly, an evaporative getter material that absorbs gas by evaporation and a getter pump, a decompression structure, and a reaction device using the same. In addition, the present invention relates to a power generation device and an electronic device using them.
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。 In recent years, fuel cells using hydrogen as fuel as a clean power source with high energy conversion efficiency have begun to be applied to automobiles and portable devices. A fuel cell is a device that directly extracts electric energy from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere.
燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いる場合には、液体燃料を気化させる気化器、気化した燃料と水を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副産物である一酸化炭素を除去するCO除去器等が必要となる。 The fuel used in the fuel cell includes hydrogen, but there is a problem in handling and storage due to being a gas at room temperature. When liquid fuel such as alcohols and gasoline is used, it is a vaporizer that vaporizes liquid fuel, a reformer that extracts hydrogen necessary for power generation by reacting vaporized fuel and water, and a byproduct of the reforming reaction. A CO remover or the like that removes carbon monoxide is required.
この改質器やCO除去器の動作温度が高温であるため、これらを断熱パッケージに収納し、放熱を抑制することが行われている(例えば、特許文献1参照)。更に、断熱パッケージ内の圧力を減圧し、その中を真空状態にすると、断熱効果が更に向上する。ところが、断熱パッケージの内壁面等に僅かに付着していた水分等が蒸発することで、断熱パッケージの中を一定の真空度に維持することができない。そこで、断熱パッケージの中の真空度を維持したり高めたりするために、蒸発型ゲッター材を用いることが行われている(特許文献2参照)。特許文献2における蒸発型ゲッター材はチタンからなるものであり、高温に加熱すると蒸発型ゲッター材が蒸発し、蒸発型ゲッター材が他の部分に付着して蒸着膜が成膜され、その蒸着膜にガスが吸収される。
ところが、チタンからなる蒸発型ゲッター材は1000℃以上の高温にしなければ蒸発しないので、それよりも低温で真空度の維持や向上を図ることができない。蒸発型ゲッター材を高温で蒸発させるために、蒸発型ゲッター材の周囲の構造を高温に耐えうるようにしなければならない。 However, since the evaporable getter material made of titanium does not evaporate unless the temperature is higher than 1000 ° C., the vacuum cannot be maintained or improved at a lower temperature. In order to evaporate the evaporable getter material at a high temperature, the surrounding structure of the evaporable getter material must be able to withstand the high temperature.
そこで、本発明は、低温でも蒸発してガスを吸着し得る蒸発型ゲッター材及びそれを用いたゲッターポンプ、減圧構造及び反応装置並びにそれらを用いた発電装置及び電子機器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an evaporable getter material that can evaporate even at a low temperature and adsorb gas, a getter pump using the evaporative getter material, a decompression structure and a reaction device, and a power generation device and electronic equipment using them. To do.
請求項1に係る発明は、構成物質がサマリウムを含むことを特徴とする蒸発型ゲッター材である。
The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のゲッター材であって、前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする蒸発型ゲッター材である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、蒸発型ゲッター材を有したゲッターポンプであって、前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とするゲッターポンプである。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項3に記載のゲッターポンプであって、前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とするゲッターポンプである。
The invention according to
請求項5に係る発明は、請求項3又は4に記載のゲッターポンプであって、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とするゲッターポンプである。
The invention according to
請求項6に係る発明は、請求項5に記載のゲッターポンプであって、前記ヒータが温度センサとしても機能することを特徴とするゲッターポンプである。
The invention according to
請求項7に係る発明は、密閉された空間を内部に形成した密閉体と、前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、を備え、前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とする減圧構造である。
The invention according to
請求項8に係る発明は、請求項7に記載の減圧構造であって、前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする減圧構造である。
The invention according to
請求項9に係る発明は、請求項7又は8に記載の減圧構造であって、前記密閉体内に収容され、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする減圧構造である。
The invention according to
請求項10に係る発明は、請求項9に記載の減圧構造であって、前記ヒータが温度センサとしても機能することを特徴とする減圧構造である。
The invention according to
請求項11に係る発明は、密閉された空間を内部に形成した密閉体と、前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、前記密閉体内に収容された高温反応部と、前記密閉体内に収容され、前記高温反応部よりも低温で動作する低温反応部と、を備え、前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とする反応装置である。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a sealed body having a sealed space formed therein, an evaporable getter material housed in the sealed body, a high-temperature reaction unit housed in the sealed body, and the sealed body. And a low temperature reaction part that operates at a temperature lower than that of the high temperature reaction part, wherein the evaporable getter material contains samarium.
請求項12に係る発明は、請求項11に記載の反応装置であって、前記蒸発型ゲッター材が膜状に設けられていることを特徴とする反応装置である。
The invention according to
請求項13に係る発明は、請求項11又は12に記載の反応装であって、前記低温反応部の外表面に搭載されて前記密閉体内に収容され、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする反応装置である。
The invention according to
請求項14に係る発明は、請求項13又は14に記載の反応装置であって、前記密閉体の内壁面に搭載されて前記密閉体内に収容され、電熱により発熱するヒータを更に備え、前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする反応装置である。
The invention according to
請求項15に係る発明は、請求項13又は14に記載の反応装置であって、前記ヒータが温度センサとしても機能することを特徴とする反応装置である。
The invention according to
請求項16に係る発明は、請求項10〜15の何れか一項に記載の反応装置と、前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置である。
An invention according to claim 16 includes the reaction apparatus according to any one of
請求項17に係る発明は、請求項16に記載の発電装置と、前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器である。 An invention according to claim 17 is an electronic apparatus comprising: the power generation apparatus according to claim 16; and an electronic apparatus main body that operates by electricity generated by the power generation apparatus.
本発明によれば、ゲッター材がサマリウム単体からなるので、ゲッター材を1000℃以上に加熱せずとも、ゲッター材を蒸発させることができる。一方、ゲッター材を設置する箇所の周囲の温度によってゲッター材が蒸発するということもなく、ゲッター材を目的とする温度で安定して蒸発させることができる。そのため、サマリウム単体からなるゲッター材は反応装置において真空度を維持するのに適している。 According to the present invention, since the getter material is made of samarium alone, the getter material can be evaporated without heating the getter material to 1000 ° C. or higher. On the other hand, the getter material does not evaporate due to the temperature around the place where the getter material is installed, and the getter material can be stably evaporated at the target temperature. Therefore, the getter material made of samarium alone is suitable for maintaining the degree of vacuum in the reaction apparatus.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
<ゲッターポンプ>
図1は、ゲッターポンプ1の断面図である。このゲッターポンプ1は、内部に密閉空間を持つ密閉体内に収容され、ゲッターポンプ1によって密閉体の真空度が向上したり、保たれたりする。その密閉体と、ゲッターポンプ1を備えたものが減圧構造であり、その減圧構造の具体的な構成については後述し、まずゲッターポンプ1の構成について説明する。ここで、減圧とは大気圧よりも低い状態という意味で使うが、主として、実質的には大気圧より十分低いいわゆる真空(数十10Pa以下)を指している。
<Getter pump>
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
図1に示すように、基材2はシリコン等の基板であり、具体的には厚さが0.5mm程度の基板である。基材2の表面に絶縁膜3が成膜されている。基材2がシリコンの場合、絶縁膜3は、基材2の表層を熱酸化法により酸化させたものである。絶縁膜3の膜厚は1μm程度である。なお、基材2は、他の装置の一部であって他の装置と兼用しても良いし、ゲッターポンプ1専用のものとしても良い。また、基材2が密閉体の内壁部分であっても良い。
As shown in FIG. 1, the
絶縁膜3の上に、温度センサ兼ヒータ8が葛折り状にパターニングされ、温度センサ兼ヒータ8の上に層間絶縁膜9が成膜され、温度センサ兼ヒータ8及びその周囲が層間絶縁膜9によって被覆されている。温度センサ兼ヒータ8は、下層から順に密着層4、拡散防止層5、電熱層6及び拡散防止兼密着層7を有する。これら層4〜7は葛折り状にパターニングされている。
A temperature sensor /
密着層4は、絶縁膜3及び拡散防止層5に対して密着性の高い材料からなり、具体的にはタンタル(Ta)からなる。密着層4の厚さは100nm程度である。
The
拡散防止層5は、物質が密着層4から電熱層6へ又は電熱層6から密着層4へ拡散することを防止するための層であり、具体的にはタングステン(W)からなる。拡散防止層5の厚さは50nm程度である。
The
電熱層6は、その電熱層6に供給された電力により発熱する材料(例えば、金属の発熱材、酸化物の発熱材、半導体の発熱材)からなる。更に、電熱層6の電気抵抗と温度の関係が一次関数、より広くは、一価関数で表される材料からなり、電熱層6の電圧・電流の測定値から電熱層6の温度が一義的に求まるので、電熱層6が感温部として機能する。具体的には、電熱層6は金(Au)からなる。電熱層6の厚さは200nm程度である。
The
拡散防止兼密着層7は、層間絶縁膜9及び電熱層6に対して密着性の高い材料からなり、具体的にはタンタル(Ta)からなる。また、物質が電熱層6から層間絶縁膜9へ拡散することが拡散防止兼密着層7によって防止されている。
The diffusion prevention /
温度センサ兼ヒータ8の両端部において、金(Au)等の導電材料からなる電極パッド19が電熱層6に接触している。電極パッド19は絶縁膜3の上に形成されており、その一部が層間絶縁膜9によって被覆され、他の一部が層間絶縁膜9から露出している。
なお、温度センサ兼ヒータ8が葛折り状にパターニングされているが、他の形状に形成されていても良い。例えば、温度センサ兼ヒータ8が上面視矩形状に形成されていても良いし、円形状に形成されても良い。
In addition, although the temperature sensor /
層間絶縁膜9は二酸化シリコン(SiO2)からなる。層間絶縁膜9の厚さは200〜400nmである。
The
層間絶縁膜9の上に蒸発型のゲッター膜10が成膜されている。上面視して層間絶縁膜9の面積がゲッター膜10の面積よりも大きく、層間絶縁膜9の縁よりも内側にゲッター膜10が配置され、層間絶縁膜9の縁近傍部はゲッター膜10に覆われずに露出している。ゲッター膜10は、サマリウム(Sm)単体からなる。図2は、サマリウム単体とチタン単体の温度と蒸気圧の関係を示したものである。図2に示すように、サマリウム単体は、チタン単体と比較して、低い温度でも蒸気圧が高い。つまり、サマリウム単体とチタン単体を同じ気圧の環境下においた場合、サマリウム単体がチタン単体よりも低温で蒸発する。なお、チタン単体は、一般的に蒸発型ゲッター材として用いられているものである。
An evaporation
図1に示すように、ゲッター膜10はパイレックス(登録商標)ガラスからなるカバー12によって覆われている。カバー12はゲッター膜10から離れており、カバー12とゲッター膜10との間に隙間が存する。カバー12は板状の部材に凹部13を形成したものであり、凹部13を囲む縁部分14が接合金属膜11を介して絶縁膜3又は基材2に接合されている。そして、温度センサ兼ヒータ8、層間絶縁膜9及びゲッター膜10からなる積層物は、凹部13に収容されている。凹部13はカバー12の側縁まで至り、凹部13がその部分において開口し、カバー12と絶縁膜3との間に開口15が形成されている。なお、カバー12は設けなくとも良い。
As shown in FIG. 1, the
ゲッターポンプ1を制御する制御部について説明する。制御部からリード線が引き出され、リード線が電極パッド19に接続されている。制御部は電熱層6に供給する電力を制御し、これにより電熱層6の発熱量が調整される。また、上述したように電熱層6の温度と電気抵抗が一価関数で表される関係にあるので、電熱層6が感温部として機能し、電熱層6の温度が測定される。そのため、制御部が電熱層6の電流・電圧から電熱層6の電気抵抗を求めて、これにより温度センサ兼ヒータ8の測定温度が制御部にフィードバックされる。制御部は、温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックにより監視しながら温度センサ兼ヒータ8に供給する電力を制御することによって、温度センサ兼ヒータ8の温度を制御する。
A control unit that controls the
例えば、温度センサ兼ヒータ8の温度を所望の温度に保つように制御する場合には、制御部が温度センサ兼ヒータ8の測定温度を第1閾値(第1閾値は所望の温度未満である。)及び第2閾値(第2閾値は所望の温度を越えたものである。)と比較する。その比較の結果、温度センサ兼ヒータ8の測定温度が第1閾値を下まわる場合には制御部が温度センサ兼ヒータ8の供給電力を上げ、温度センサ兼ヒータ8の測定温度が第2閾値を越える場合には制御部が温度センサ兼ヒータ8の供給電力を下げ、温度センサ兼ヒータ8の測定温度が第1閾値以上第2閾値以下の場合には現状の温度センサ兼ヒータ8の供給電力を保持する。なお、制御部は密閉体の外側に設けられており、温度センサ兼ヒータ8に導通されたリード線は密閉体を貫通して密閉体の外の制御部まで配索されている。
For example, when controlling so that the temperature of the temperature sensor /
ゲッターポンプ1の動作について説明する。
ゲッターポンプ1が収容された密閉体の内部空間は減圧されており、密閉体の内側が真空(亜真空を含む意である。)に保たれている。例えば、密閉体の内側が数十Pa程度の真空度であり、ゲッターポンプ1の温度が数十℃程度とすると、蒸気圧は10-9Torr未満と十分に低く(図3参照)、ゲッター膜10の蒸発は殆ど発生しない。そして、制御部が温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックにより監視しながら、温度センサ兼ヒータ8の供給電力を上げて温度センサ兼ヒータ8を450℃程度まで昇温させる。すると、ゲッター膜10がサマリウム単体であるので、ゲッター膜10の蒸気圧が10-3Torr程度となり、活発な蒸発がゲッター膜10に発生する。そして、制御部が温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックしながら温度センサ兼ヒータ8の温度を450℃程度に保ち、所定時時間経過後、温度センサ兼ヒータ8の供給電力を下げて温度センサ兼ヒータ8を降温させる。温度センサ兼ヒータ8の温度が450℃程度を保つ時間が短くて、蒸発時間が短時間であると、カバー12の温度は450℃程度よりも十分に低い。そのため、ゲッター膜10から蒸散したサマリウム単体がカバー12や密閉体に蒸着し、サマリウム単体の薄膜がカバー12や密閉体に成膜される。カバー12や密閉体に成膜された膜は比較的純度の高い表面を持つので、密閉体内の残留ガスがゲッター効果によってその蒸着膜に吸着する。そのため、密閉体内の真空度を向上させたり、保ったりすることができる。
The operation of the
The internal space of the sealed body in which the
ゲッター膜10にサマリウム単体を用いているので、ゲッター効果を得るのに1000℃を越えるような温度を必要とせず、450℃程度の温度でもゲッター効果を得ることができる。
Since samarium is used for the
また、ゲッター膜10にサマリウム単体を用いているので、ゲッター膜10を蒸発させない状態ではゲッター膜10が酸化されにくい。そのため、ゲッター膜10から蒸散したサマリウム単体が蒸着膜になった時にはゲッター効果が高く、密閉体内の真空度を効率よく保ったり向上させたりすることができる。
Further, since samarium is used for the
また、サマリウム単体がゲッター膜10のように膜状に形成されているから、温度センサ兼ヒータ8による加熱時にゲッター膜10の温度分布が均一になる。そのため、ゲッター膜10が安定して定量ずつ蒸発していく。更に、ゲッター膜10が膜状であるがゆえに、ゲッター膜10の温度が温度センサ兼ヒータ8の温度に対して殆ど遅延せずに追従するので、ゲッター膜10の温度制御を容易に行うことができる。
Further, since samarium alone is formed in a film shape like the
また、温度センサ兼ヒータ8が発熱源のみならず温度センサも兼ねているので、シンプルな構造のゲッターポンプ1を提供することができ、その製造も容易に行うことができる。
Further, since the temperature sensor /
また、カバー12が設けられているので、蒸散したサマリウム単体が密閉体の内壁面に蒸着しにくい。
Moreover, since the
<ゲッターポンプの変形例1>
図3は、ゲッターポンプ1Aの断面図である。このゲッターポンプ1Aにおいては、基材2Aが絶縁性のガラス基板である。基材2Aが絶縁性であるので、図1に示したゲッターポンプ1とは異なり、基材2Aの表面に絶縁膜が形成されておらず、温度センサ兼ヒータ8及び層間絶縁膜9が基材2Aの表面に直接形成されている。また、図3に示したゲッターポンプ1Aではカバーが設けられていないが、図1に示したゲッターポンプ1と同様に、カバー12が設けられていても良い。
<
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
図3に示されたゲッターポンプ1Aと図1に示されたゲッターポンプ1との間で互いに対応する部分は、以上のことを除いて同様に設けられている。ゲッターポンプ1Aとゲッターポンプ1との間で互いに対応する部分であって同様に設けられた部分には、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
Portions corresponding to each other between the
<ゲッターポンプの変形例2>
図4は、ゲッターポンプ1Bの断面図である。このゲッターポンプ1Bにおいては、基材2Bが金属基板であり、具体的には基材2Bがクロム及び鉄を含むニッケル系合金(例えば、INCONEL(R))又はニッケルからなる。この基材2Bの表面に絶縁膜3Bが成膜されており、この絶縁膜3Bは熱酸化法によって形成されたものでも良いし、スパッタや蒸着といった気相成長法によって形成されたものでも良い。温度センサ兼ヒータ8及び層間絶縁膜9は絶縁膜3Bに形成されている。また、図4に示したゲッターポンプ1Bではカバーが設けられていないが、図1に示したゲッターポンプ1と同様に、カバー12が設けられていても良い。
<
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図4に示されたゲッターポンプ1Bと図1に示されたゲッターポンプ1との間で互いに対応する部分は、以上のことを除いて同様に設けられている。ゲッターポンプ1Bとゲッターポンプ1との間で互いに対応する部分であって同様に設けられた部分には、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
Portions corresponding to each other between the
<ゲッターポンプを用いた断熱真空構造及び反応装置>
ゲッターポンプ1を用いた断熱真空構造(断熱減圧構造)及び反応装置について説明する。
図5は、断熱減圧構造である断熱真空構造50を破断した状態で断熱真空構造50及び反応装置80を示した図面(断面図)である。断熱真空構造50は、密閉体としての断熱パッケージ51と、断熱パッケージ51に収容されたゲッターポンプ1と、断熱パッケージ51の内壁面に成膜された反射膜52とを具備する。反応装置80は、この断熱真空構造50と、断熱パッケージ51内に収容された高温反応部81と、断熱パッケージ51内に収容され、前記高温反応部よりも低温で動作する低温反応部82と、高温反応部81と低温反応部82とに連結された複数の配管83と、低温反応部82に連結されるとともに断熱パッケージ51を貫通して断熱パッケージ51の外に延出した複数の配管84とを備える。
<Adiabatic vacuum structure and reaction apparatus using getter pump>
An adiabatic vacuum structure (adiabatic decompression structure) and a reaction apparatus using the
FIG. 5 is a drawing (cross-sectional view) showing the
断熱パッケージ51は、ステンレス鋼(SUS304、SUS316L)、コバール合金、ニッケル系合金(例えば、INCONEL(R))等の金属板又はガラス基板を貼り合わせて構成されている。断熱パッケージ51の内側が密閉空間とされている。断熱パッケージ51内の密閉空間は減圧され、真空になっており、その真空度は通常十Pa以下である。断熱パッケージ51内が真空とされているので、気体分子による熱伝導及び対流を防ぐことができる。
The
反射膜52は、例えば金(Au)のように赤外線反射率が高い金属からなる膜である。高温反応部81や低温反応部82の熱により発生した赤外線が反射膜52によって反射されるので、高温反応部81や低温反応部82から断熱パッケージ51への輻射による熱損失を抑えることができる。
The
ゲッターポンプ1の基材2が反射膜52を介して断熱パッケージ51の内壁面に接合されている。また、カバー12には反射膜20が成膜され、反射膜20も例えば金(Au)のように赤外線反射率が高い金属からなる膜である。ゲッターポンプ1の代わりにゲッターポンプ1A又はゲッターポンプ1Bの基材2A又は基材2Bが断熱パッケージ51の内壁面に接合され、ゲッターポンプ1A又はゲッターポンプ1Bが断熱パッケージ51内に収容されても良い。また、基材2,2A、2Bが断熱パッケージ51と別物であったが断熱パッケージ51が基材2,2A,2Bを兼ねても良い。
The
断熱パッケージ51内が真空とされていても、断熱パッケージ51内にはガスが残留する。更に、断熱パッケージ51の内壁面又は高温反応部81若しくは低温反応部82の表面に付着していた水分等が蒸発したり、希なケースでは、断熱パッケージ51、高温反応部81又は低温反応部82から基材に含まれる気泡が破裂したりするなどして、ガスが発生することもある。そのため、時間が経過するにつれて、断熱パッケージ51の真空度が低下していく。そのような場合、制御部によって温度センサ兼ヒータ8を昇温させ、ゲッター膜10の一部を蒸発させる。蒸着膜が成膜されると、断熱パッケージ51内の残留ガスが蒸着膜に吸収される。そのため、断熱パッケージ51の真空度の悪化を抑えることができ、真空による断熱効果を維持することができる。
Even if the
断熱パッケージ51内の真空度が適切に保たれている場合に、ゲッターポンプ1の温度センサ兼ヒータ8が制御部によってオフにされており、温度センサ兼ヒータ8が発熱していない場合でも、低温反応部82の輻射などによりによってゲッター膜10が僅かに加熱されることもあるが、ゲッター膜10のサマリウム単体の蒸気圧は十分に低く、ゲッター膜10は蒸発しない。つまり、ゲッター膜10にサマリウム単体を用いることで、制御部によって、真空度を上げようと所望する時にはゲッターポンプ1を確実に動作させることができるとともに、特に真空度を上げる必要がない時にはゲッターポンプ1を確実に停止させることができる。従って、目標とする真空度を保つのにサマリウム単体のゲッター膜10が非常に適している。
Even when the temperature sensor /
配管84が断熱パッケージ51を貫通し、配管84が貫通した箇所は封止材によって封止されている。断熱パッケージ51の内側において配管84が低温反応部82に接続され、低温反応部82が配管84によって支持され、低温反応部82が断熱パッケージ51の内壁面から離れている。配管83が高温反応部81と低温反応部82の間に架設され、配管83によって高温反応部81が支持され、高温反応部81が断熱パッケージ51の内壁面から離れている。配管83が複数本あるが、これらが一体化されても良い。
The piping 84 penetrates the
反応物や生成物は配管83を通じて高温反応部81から低温反応部82へ送られたり、低温反応部82から高温反応部81へ送られたりする。また、反応物や生成物は配管84を通じて外部から低温反応部82へ送られたり、低温反応部82から外部へ送られたりする。反応物や生成物は、配管83及び配管84を通じて外部から高温反応部81へ送られたり、高温反応部81から外部へ送られたりする。
The reactants and products are sent from the high
高温反応部81の内部で化学反応が起こり、低温反応部82の内部で化学反応が起こる。高温反応部81における化学反応は低温反応部82における化学反応よりも高温で起き、高温反応部81が低温反応部82よりも高温で動作する。例えば、高温反応部81は280〜400℃程度で動作し、低温反応部82は100〜180℃程度で動作する。なお、高温反応部81と低温反応部82の何れか一方のみが、あるいはそれぞれが別々の断熱パッケージ51内に収容されていても良い。
A chemical reaction takes place inside the high
高温反応部81が改質器及び燃焼器等からなり、低温反応部82が一酸化炭素除去器等からなる。高温反応部81の改質器では、燃料(例えばメタノール)と水の気体から水素等が生成される改質反応が起こり、高温反応部81の燃焼器では、燃料(例えば水素)の燃焼(酸化反応)が起こり、低温反応部82の一酸化炭素除去器では、一酸化炭素の酸化反応が起こる。高温反応部81が改質器及び燃焼器等からなり、低温反応部82が一酸化炭素器等からなる場合の一例については後述する。なお、高温反応部81の改質反応と燃焼は一例であり、低温反応部82の酸化反応も一例である。低温反応部82の内部で起きる化学反応は反応装置80の用途に応じて適宜変更可能である。また、配管83,84の経路も高温反応部81の化学反応と低温反応部82の化学反応に応じて適宜変更可能である。
The high
このような反応装置80においては、高温反応部81及び低温反応部82が断熱パッケージ51の内壁面から離れた状態で断熱パッケージ51内に収容され、更に断熱パッケージ51の内壁面に反射膜52が成膜されているから、高温反応部81及び低温反応部82における熱の利用効率が高い。また、高温反応部81と低温反応部82とが離れており、配管83を通じて、熱が高温部から低温部へ流れ、更に配管84を通じて断熱パッケージ51に流れるため、高温反応部81と低温反応部82の間に温度差を生じさせることができる。
In such a
ゲッターポンプ1,1A,1B及び断熱真空構造50を反応装置80に適用したが、他の装置に適用しても良い。例えば、真空な密閉空間を形成した密閉体(例えば、画素セル体、画素が配列された表示セル体、真空管)を備える装置(例えば、表示装置)に適用するには、ゲッターポンプ1,1A,1Bをその密閉体内に収容し、その装置に真空構造を設ける。
The getter pumps 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B and the
<断熱真空構造及び反応装置の変形例>
図6は、断熱減圧構造である断熱真空構造50Dを破断した状態で断熱真空構造50D及び反応装置80Dを示した図面(断面図)である。図5に示した断熱真空構造50及び反応装置80ではゲッターポンプ1が断熱パッケージ51の内壁面に搭載されていたのに対し、図6に示した断熱真空構造50D及び反応装置80Dではゲッターポンプ1Bが低温反応部82の表面に搭載されている。ここで、低温反応部82がゲッターポンプ1Bの基材2Bを兼ねており、絶縁膜3Bが低温反応部82の表面に成膜され、その絶縁膜3B上に温度センサ兼ヒータ8がパターニングされ、温度センサ兼ヒータ8及び絶縁膜3Bが層間絶縁膜9によって被覆され、層間絶縁膜9上にゲッター膜10が成膜されている。なお、低温反応部82が基材2Bを兼ねているが、低温反応部82の表面に基材2Bが接合されるようにして、ゲッターポンプ1Bが低温反応部82の表面に搭載されても良い。
<Modified example of adiabatic vacuum structure and reactor>
FIG. 6 is a drawing (cross-sectional view) showing the
また、ゲッターポンプ1Bの代わりにゲッターポンプ1又はゲッターポンプ1Aが低温反応部82の表面に搭載されても良い。ゲッターポンプ1又はゲッターポンプ1Aが低温反応部82に搭載される場合、低温反応部82が基材2又は基材2Aを兼ねても良いし、低温反応部82の表面に基材2又は基材2Aが接合されるようにしても良い。
Further, the
図6に示された反応装置80Dと図5に示された反応装置80との間で互いに対応する部分は、以上のことを除いて同様に設けられている。反応装置80Dと反応装置80との間で互いに対応する部分であって同様に設けられた部分には、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
The portions corresponding to each other between the
<断熱真空構造及び反応装置を用いた発電装置及び電子機器>
図7は、上述の断熱真空構造50及び反応装置80を用いた発電装置90のブロック図である。この発電装置90は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
<Power generation device and electronic equipment using adiabatic vacuum structure and reaction device>
FIG. 7 is a block diagram of a
発電装置90は、燃料容器91と、気化器92と、反応装置80と、燃料電池型の発電セル93、発電セル93により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するDC/DCコンバータ94と、DC/DCコンバータ94に接続される二次電池95と、それらを制御する制御部97と、を備える。
The
燃料容器91には、メタノール、エタノール、ブタン、ジメチルエーテル等の燃料と水が別々に又は混合した状態で貯留されている。燃料容器91内の燃料と水は、図示しないマイクロポンプにより気化器92に供給され、燃料と水が気化器92にて気化される。
The
反応装置80は、図5に示したような断熱真空構造50、高温反応部81及び低温反応部82等を具備する。ここで、高温反応部81は改質器85、燃焼器87及び図示しない電熱線による高温ヒータを有し、低温反応部82はCO除去器86及び図示しない電熱線による低温ヒータを有する。
The
気化器92で気化した燃料と水は反応装置80の改質器85に流れ込む。改質器85においては燃料と水が触媒により改質反応を起こし、水素ガスが生成されるとともに僅かながら一酸化炭素ガスも生成される(燃料がメタノールの場合には、下記化学式(1)、(2)を参照。)。改質器85における改質反応は吸熱反応であり、高温ヒータにおける電熱や燃焼器87における燃焼熱が改質器85に伝導して改質反応に利用される。
CH3OH+H2O→3H2+CO2・・・(1)
H2+CO2→H2O+CO・・・(2)
The fuel and water vaporized by the
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)
改質器85で生成された水素ガス等はCO除去器86に送られ、更に外部の空気がCO除去器86に送られる。CO除去器86においては、一酸化炭素ガスが選択酸化触媒により優先的に酸化する選択酸化反応が起こり、一酸化炭素ガスが除去される(下記化学式(3)を参照)。CO除去器86における選択酸化反応は発熱反応であり、100〜180℃程度で起こる。CO除去器86が暖機されていない場合には、低温ヒータによってCO除去器86が加熱され、CO除去器86が暖機されると、低温ヒータによる発熱が停止し、CO除去器86の自己加熱により、CO除去器86が100〜180℃程度で動作する。
2CO+O2→2CO2・・・(3)
Hydrogen gas or the like generated by the
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)
CO除去器86を経た水素ガス等は発電セル93の燃料極に供給され、発電セル93の酸素極には空気が供給される。発電セル93は、燃料極と、酸素極と、燃料極と酸素極の間に挟持された電解質膜とを備える。燃料極に送られたガス中の水素と、酸素極に送られた空気中の酸素が、電解質膜を介して電気化学反応をすることにより、発電セル93において電力が生じる。なお、電解質膜が水素イオン透過性の電解質膜(例えば、固体高分子電解質膜)の場合には、燃料極では次式(4)のような反応が起き、燃料極で生成された水素イオンが電解質膜を透過し、酸素極では次式(5)のような反応が起こる。
H2→2H++2e- …(4)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(5)
Hydrogen gas or the like that has passed through the
H 2 → 2H + + 2e − (4)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)
ここで、発電セル93の燃料極に供給された水素ガスは全てが反応しない方が高効率であり、残留した水素ガスは燃焼器87に供給される。水素ガスの他に空気も燃焼器87に供給され、燃焼器87内において水素ガスが触媒により酸化され、燃焼熱が発生する。燃焼器87で発生した熱によって改質器85が加熱される。高温ヒータによっても改質器85が加熱され、特に起動直後に燃焼器87で燃焼熱が発生していない場合に高温ヒータによって改質器85が暖機される。
Here, it is more efficient that the hydrogen gas supplied to the fuel electrode of the
DC/DCコンバータ94は、発電セル93により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体96に供給する機能を有する。更に、DC/DCコンバータ94は、発電セル93により生成された電気エネルギーを二次電池95に充電し、発電セル93や反応装置80等が動作していない時に、二次電池95に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体96に供給する機能も果たせるようになっている。制御部97は気化器92、反応装置80、発電セル93を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、ヒータ類のほか、DC/DCコンバータ94等を制御し、電子機器本体96に安定して電気エネルギーを供給するような制御を行う。
この発電装置90においては、制御部97はゲッターポンプ1の制御部も兼ねている。制御部は温度センサ兼ヒータ8の測定温度をフィードバックにより監視しながら温度センサ兼ヒータ8に供給する電力を制御することによって、温度センサ兼ヒータ8の温度を制御する。
なお、図7では、燃料としてメタノールを使用する場合について反応物や生成物を示している。また、反応装置80に代えて反応装置80Dを発電装置90に適用しても良い。
なお、上記実施形態では、サマリウム単体の場合について述べたが、にイットリウムを10%以下含むサマリウムの場合においても、蒸気圧が若干低下するが、チタンに比較し十分低温でも蒸発してガスを吸着し得るゲッター効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、ゲッター材が膜状の場合について述べたが、バルク状であっても加熱に時間がかかる、温度コントロールが難しいといった点はあるが、同様にゲッター効果を得ることができる。
The DC /
In the
FIG. 7 shows reactants and products when methanol is used as the fuel. Further, the
In the above embodiment, the case of samarium alone has been described, but even in the case of samarium containing 10% or less of yttrium, the vapor pressure is slightly reduced, but it evaporates even at a sufficiently low temperature compared to titanium and adsorbs the gas. Getter effect can be obtained.
Further, in the above embodiment, the case where the getter material is in the form of a film has been described. However, even if it is bulk, heating takes time and temperature control is difficult, but the getter effect can be obtained similarly. .
クライオポンプとロ−タリポンプの真空システムを持つスパッタ装置において、あるターゲットにスパッタする場合、最初の状態では通常約1時間で、大気圧から3×10−4Pa程度まで引ける。
この装置条件でサマリウムを200nm程度スパッタした場合、同一時間で、大気圧から2×10−4Paまで引くことが可能となった。
これは密閉体にも一部サマリウムがスパッタされ、そのゲッター効果により真空度が上げられたことを示している。
In a sputtering apparatus having a vacuum system of a cryopump and a rotary pump, when sputtering to a certain target, it can be pulled from atmospheric pressure to about 3 × 10 −4 Pa in about 1 hour in the initial state.
When samarium was sputtered to about 200 nm under these apparatus conditions, it was possible to draw from atmospheric pressure to 2 × 10 −4 Pa in the same time.
This indicates that samarium was also sputtered on the sealed body, and the degree of vacuum was raised by the getter effect.
1、1A、1B ゲッターポンプ
8 温度センサ兼ヒータ
9 層間絶縁膜
10 ゲッター膜
50、50D 断熱真空構造(断熱減圧構造)
51 断熱パッケージ(密閉体)
80、80D 反応装置
81 高温反応部
82 低温反応部
90 発電装置
96 電子機器本体
97 制御部
1, 1A,
51 Insulation package (sealed body)
80,
Claims (17)
前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とするゲッターポンプ。 A getter pump having an evaporable getter material,
A getter pump characterized in that the evaporable getter material contains samarium.
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項3又は4に記載のゲッターポンプ。 It further includes a heater that generates heat by electric heating,
The getter pump according to claim 3 or 4, wherein the evaporable getter material is mounted on the heater and heated by the heater.
前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、を備え、
前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とする減圧構造。 A sealed body with a sealed space formed inside;
An evaporable getter material housed in the sealed body,
The decompression structure, wherein the evaporable getter material contains samarium.
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項7又は8に記載の減圧構造。 Further comprising a heater housed in the sealed body and generating heat by electric heat;
The decompression structure according to claim 7 or 8, wherein the evaporable getter material is mounted on the heater and heated by the heater.
前記密閉体内に収容された蒸発型ゲッター材と、
前記密閉体内に収容された高温反応部と、
前記密閉体内に収容され、前記高温反応部よりも低温で動作する低温反応部と、を備え、
前記蒸発型ゲッター材がサマリウムを含むことを特徴とする反応装置。 A sealed body with a sealed space formed inside;
An evaporative getter material housed in the sealed body;
A high-temperature reaction part housed in the sealed body,
A low-temperature reaction part housed in the sealed body and operating at a lower temperature than the high-temperature reaction part,
A reactor characterized in that the evaporable getter material contains samarium.
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項11又は12に記載の反応装置。 It is mounted on the outer surface of the low-temperature reaction part and is contained in the sealed body, further comprising a heater that generates heat by electric heat,
The reaction apparatus according to claim 11 or 12, wherein the evaporable getter material is mounted on the heater and heated by the heater.
前記蒸発型ゲッター材が前記ヒータに搭載されて前記ヒータにより加熱されることを特徴とする請求項11又は12に記載の反応装置。 Mounted on the inner wall surface of the sealed body and housed in the sealed body, further comprising a heater that generates heat by electric heat;
The reaction apparatus according to claim 11 or 12, wherein the evaporable getter material is mounted on the heater and heated by the heater.
前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置。 The reaction apparatus according to any one of claims 10 to 15,
A power generation device comprising: a power generation cell that extracts electric power from a product gas generated by the reaction device by an electrochemical reaction.
前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。 A power generator according to claim 16,
And an electronic device body that operates by electricity generated by the power generation device.
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