JP2017094293A

JP2017094293A - 電装ユニット

Info

Publication number: JP2017094293A
Application number: JP2015230213A
Authority: JP
Inventors: 祐司及川; Yuji Oikawa; 敏雄秋山; Toshio Akiyama; 聖金森; Sei Kanamori; 保男秋山; Yasuo Akiyama
Original assignee: Japan Pionics Ltd
Current assignee: Japan Pionics Ltd
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-06-01
Also published as: CN106994285A; TW201718076A

Abstract

【課題】ガス精製装置またはガス回収装置を制御する電装ユニットであって、万一水素の漏洩が発生した場合に、ユニット内で水素に点火しない防爆構造を備えた電装ユニット、万一ユニット外で水素を原因とする爆発が発生した場合であっても、制御機器の損傷を少なくするための耐爆構造を備えた電装ユニットを提供する。【解決手段】シーケンサーをユニット内に設けられた耐爆構造を有する金属容器に収納し、空気または不活性ガスの導入口と排出口を含む圧力調整手段をユニットの外壁に設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、各種ガスの精製装置または回収装置を制御する、操作パネル、半導体リレー、シーケンサー等の制御機器を内蔵した電装ユニットに関し、詳細には、ガス精製装置、ガス回収装置からの水素の漏洩を原因とするユニット内での爆発の防止、万一ユニット外で爆発した場合に制御機器の損傷を防止または抑制するための防爆及び耐爆構成を備えた電装ユニットに関する。

従来から、半導体製造工程においては、高純度の水素ガス及び不活性ガスが雰囲気ガスとして多量に使用されている。これらガスは、半導体の集積度の向上により不純物の濃度が極めて低濃度であることが要求される。
高純度の水素ガスを得る方法としては、不純物を含む原料水素を、パラジウム合金の薄膜からなる水素分離膜に供給し、水素ガスの選択透過性を利用して水素のみを透過させて取出す方法が知られている。このような水素精製のための装置は、例えば特許文献１〜３に示すように、不純物を含む原料水素の導入口、純水素の取出口、及び該導入口と該取出口の間のガス流路中にパラジウム合金の薄膜を備えてなる水素精製装置である。

また、高純度の不活性ガスを得る方法としては、例えば特許文献４、５に示すように、不純物を含む不活性ガスを、ニッケル触媒と接触させて不純物である酸素を捕捉除去し、次に合成ゼオライトと接触させて不純物である水と二酸化炭素を除去する方法が知られている。このような不活性ガス精製方法において、ニッケル触媒及び合成ゼオライトは、一定量の不純物を除去した後はその除去能力がなくなるが、加熱下でこれらが充填された吸着筒に水素または水素と不活性ガスの混合ガスを流通させることにより、ニッケル触媒から酸素が水として脱離し、合成ゼオライトから水と二酸化炭素が脱離して、これらの再生を行なうことが可能である。

また、前記のように高純度に精製された各種ガスを、半導体製造工程において使用した後に回収する方法が開発されている。例えば特許文献６に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出されるアンモニア、水素、及び窒素を含む排ガスに、加圧処理及びヒートポンプによる冷却処理を行なって、該排ガスに含まれるアンモニアを液化し水素及び窒素と分離してアンモニアを回収し、さらにアンモニア除去処理後の排ガスに含まれる窒素を液化し水素と分離して水素を回収するアンモニア及び水素の回収方法がある。

特開昭６２−１２８９０３号公報特開平１−１４５３０２号公報特開平１−１４５３０３号公報特開平１−１１５８０６号公報特開平２−１２０２１２号公報特開２０１４−１５４７９２号公報

前述のような水素精製方法及び不活性ガス精製方法においては、高温（２００〜５００℃）の水素が使用され、またアンモニア及び水素の回収方法においては、水素を含む高圧力のガスが処理される。これらを行なう装置の周辺では、操作パネル、半導体リレー、シーケンサー等の制御機器を内蔵した電装ユニットが使用されるが、故障や落雷等により半導体リレー等において火花が発生する虞がある。さらに、ガス精製装置またはガス回収装置において、万一水素が漏洩して電装ユニットに流入し、その濃度が爆発限界濃度の下限値を超えた場合、電装ユニット内で水素に点火し爆発する虞もある。

前述の制御機器の中で、特にシーケンサーは、各種ガス流量、バルブの開閉等の制御プログラム、データ等重要なものが内蔵されており、喪失により重大な損失を被る虞がある。
従って、本発明が解決しようとする課題は、前記のようなガス精製装置またはガス回収装置において、万一水素の漏洩が発生した場合に、ユニット内で水素に点火しない防爆構造を備えた電装ユニット、万一ユニット外で水素を原因とする爆発が発生した場合であっても、制御機器の損傷を少なくするための耐爆構造を備えた電装ユニットを提供することである。

本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、シーケンサーを耐爆構造の金属容器に収納するとともに、空気または不活性ガスの導入口と排出口を含む圧力調整手段をユニット内の外壁に設け、ユニット内を周辺よりも高いガス圧力に設定できるようにすれば、水素の漏洩が発生した場合に、ユニット内での水素の点火による爆発を防止できること、ユニット外で水素を原因とする爆発が発生した場合であっても、制御機器、特にシーケンサーの損傷を少なくできることを見出し、本発明の電装ユニットに到達した。

すなわち本発明は、ガス精製装置またはガス回収装置を制御する、操作パネル、半導体リレー、及びシーケンサーを内蔵した電装ユニットであって、シーケンサーが該ユニット内に設けられた耐爆構造を有する金属容器に収納され、空気または不活性ガスの導入口と排出口を含む圧力調整手段が該ユニットの外壁に設けられたことを特徴とする電装ユニットである。

本発明の電装ユニットは、空気または不活性ガスの導入口と排出口を含む圧力調整手段が該ユニットの外壁に設けられるので、該ユニット内を周辺よりも高いガス圧力に設定することにより、近くに設置されるガス精製装置等から水素が漏洩した場合でも、該ユニット内に流入しないようにすることができる。その結果、水素の漏洩が発生した場合に、ユニット内での水素の爆発を防止することが可能である。また、水素の漏洩を原因とするユニット外での爆発による、操作パネル、半導体リレー、シーケンサー等の制御機器の損傷を少なくすることが可能である。さらに、シーケンサーは、該ユニット内に設けられた耐爆構造を有する金属容器に収納されるので、特に損傷を少なくすることが可能である。

本発明は、ガス精製装置またはガス回収装置を制御する、操作パネル、半導体リレー、及びシーケンサーを内蔵した電装ユニットに適用される。
以下、本発明の電装ユニットを、図１〜図４に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
尚、図１は、本発明の電装ユニットの一例を示す鉛直方向の構成図、図２及び図３は、本発明の電装ユニットとガス精製装置の組合せの一例を示す水平方向の構成図、図４は、本発明の電装ユニットとガス回収装置の組合せの一例を示す水平方向の構成図である。

本発明の電装ユニットは、図１に示すように、ガス精製装置またはガス回収装置を制御する、操作パネル２、半導体リレー３、及びシーケンサー４を内蔵した電装ユニットであって、シーケンサー４が該ユニット内に設けられた耐爆構造を有する金属容器５に収納され、空気または不活性ガスの導入口６と排出口７を含む圧力調整手段８が該ユニットの外壁９に設けられた電装ユニットである。本発明の電装ユニットにおいては、通常はさらに、制御電源ブレーカ１０、ヒータ温度調節器１１、安全バリア１２、電源１３、ヒータブレーカ１４が設けられる。

本発明の電装ユニットに使用される耐爆構造を有する金属容器５は、例えば上面、下面、及び側面の構成材料として、厚さ２〜２０ｍｍの金属板を有する容器を挙げることができる。金属材料としては、マンガン鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、チタン鋼、アルミニウム、銅等を例示することができるが、これらの中では軽量である点でアルミニウムを用いることが好ましい。金属容器５の形状は、通常は立方体または直方体であるが、これらに限定されることはない。金属容器５は、例えば上部に開閉可能な蓋があり、蓋を閉じた状態では非通気性の容器で、通常はユニットの下側に設置される。

本発明において、シーケンサー４は、ガス精製装置またはガス回収装置に使用される各種ガス流量、該装置のバルブの開閉等の制御プログラム、該装置の各種データ等重要なものが内蔵されており、万一ユニット外で水素を原因とする爆発が発生した場合であっても、これらの機能が破壊されることなく、前記のような構成の金属容器５により保護することが可能である。尚、金属容器５には、シーケンサー４の他、常時に比較的大きな電流が流れ、緊急時にヒータに流れる電流を安全に切断できるヒータブレーカ１４を収納することが好ましい。

本発明の電装ユニットは、図１に示すように、外壁９に空気または不活性ガスの導入口６と排出口７が設けられ、排出口７近辺または排出口７の下流側のいずれかの場所に、非通気性金属壁内の圧力調整手段８が設けられる。空気または不活性ガスの導入口６と排出口７は、通常はユニットの側壁の裏側に設けられる。圧力調整手段７としては、ユニット内のガス圧力を周囲の圧力より高く維持することができるものであれば特に制限されることはなく、例えば、流量制御弁、安全弁、これらの組合せ等を例示することができる。尚、ユニット内のガス圧力は、通常は１１０〜２００ｋＰａ（ａｂｓ）に維持される。

本発明の電装ユニットの制御の対象となるガス精製装置は、水素の精製装置と、水素を含むガスの流通により再生可能な触媒または吸着材を使用した不活性ガスの精製装置である。
本発明において、水素の精製装置としては、図２に示すような水素の精製筒１６と熱交換器１７からなる精製装置を例示することができる。水素の精製筒１６は、例えば、一端が封じられた複数本のパラジウム合金細管が、他の一端の開口部で管板に支持されてセル内に収納され、このパラジウム合金細管及び管板によってセル内が一次側空間（不純物を含む原料水素の供給側空間）及び二次側空間（純水素の取出し側空間）の二つの空間に仕切られ、セルの外側にヒータが設けられた構成を有する精製筒である。また、その他の水素の精製装置としては、ニッケル及び／または酸化ニッケルを有効成分とする触媒が充填された精製筒と、その下流側に設けられたゲッタ材が充填された精製筒からなる精製装置を例示することができる。

また、不活性ガスの精製装置としては、図３に示すような不活性ガスの精製筒１６’と熱交換器１７からなる精製装置を例示することができる。不活性ガスの精製筒１６’は、例えば、ニッケルまたは銅を有効成分とする触媒と合成ゼオライトを有効成分とする吸着剤が充填された精製筒を挙げることができる。また、その他の不活性ガスの精製装置としては、ニッケル及び／または酸化ニッケルを有効成分とする触媒が充填された精製筒と、その下流側に設けられたゲッタ材が充填された精製筒からなる精製装置を例示することができる。

尚、酸素、水、二酸化炭素等を不純物として含む不活性ガスの精製方法において、ニッケルまたは銅を有効成分とする触媒は、一定量の酸素を除去した後はその除去能力がなくなり、合成ゼオライトは、一定量の水と二酸化炭素を除去した後はその除去能力がなくなる。しかし、加熱下でこれらが充填された吸着筒に水素または水素と不活性ガスの混合ガスを流通させることにより、触媒から酸素が水として脱離し、合成ゼオライトから水と二酸化炭素が脱離して、これらの再生を行なうことが可能であり、そのために水素が使用される。

本発明の電装ユニットの制御の対象となるガス回収装置は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出されるアンモニア、水素、及び窒素を含む排ガスから、アンモニア及び／または水素を回収する装置である。
本発明において、アンモニア回収装置としては、図４に示すように、ガス圧縮機１８、ヒートポンプ式冷却機１９、冷媒送液器２０、圧力調整装置２１等からなる回収装置を例示することができる。また、水素回収装置としては、前記のほか、前記とは別のガス圧縮機、熱交換器、深冷分離器、圧力調整装置等からなる回収装置を例示することができる。

前記のような回収装置を用いた回収方法においては、排ガスに加圧処理及びヒートポンプによる冷却処理を行なうことにより、該排ガスに含まれるアンモニアが液化し、水素及び窒素から分離できるので、アンモニアを回収することができる。さらにアンモニア除去処理後の排ガスに含まれる窒素を液化し、水素と分離して水素を回収することができる。尚、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出される排ガスには、通常は水素が１０〜４０ｖｏｌ％程度含まれる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

［実施例１］
ガス精製装置用の電装ユニットを、以下のように製作した。
厚さ１０ｍｍのアルミニウム製の金属板を用いて、横２５ｃｍ、高さ４０ｃｍ、奥行１８ｃｍの直方体状の外形を有し、上部に開閉可能な蓋を設けた金属容器を製作した。この金属容器の内側に機器類を保持するための枠状の支持体を複数個設け、最上部にヒータブレーカを、その下部にプログラムシーケンサー等を設置した。

空気または不活性ガスの導入口と排出口のための接続穴を側壁に設けたステンレス製の収納容器（横３０ｃｍ、高さ１６０ｃｍ、奥行２２ｃｍ）の裏側に、導入配管と排出配管を接続するとともに、排出口の近辺に流量制御弁及び安全弁を設けた。次に、半導体リレー、制御電源ブレーカ、ヒータ温度調節器、安全バリア等を前記の収納容器に収納し、操作パネルを該収納容器の前面に設置した後、電気配線によりこれらを連結して電装ユニットを完成した。尚、前記の半導体リレーとして、ヒータ用高電流サイリスタを用いた。
この電装ユニットにおいて、空気または不活性ガスの導入口から空気を導入するとともに、排出口から排出される空気の流量を流量制御弁により制御して、ユニット内のガス圧力を１３０ｋＰａ（ａｂｓ）に維持できることを確認した。

本発明の電装ユニットの一例を示す鉛直方向の構成図本発明の電装ユニットとガス（水素）精製装置の組合せの一例を示す水平方向の構成図本発明の電装ユニットとガス（不活性ガス）精製装置の組合せの一例を示す水平方向の構成図本発明の電装ユニットとガス回収装置の組合せの一例を示す水平方向の構成図

１電装ユニット
２操作パネル
３半導体リレー
４シーケンサー
５耐爆構造を有する金属容器
６空気または不活性ガスの導入口
７空気または不活性ガスの排出口
８圧力調整手段
９外壁
１０制御電源ブレーカ
１１ヒータ温度調節器
１２安全バリア
１３電源
１４ヒータブレーカ
１５制御機器
１６水素の精製筒
１６’不活性ガスの精製筒
１７熱交換器
１８ガス圧縮機
１９ヒートポンプ式冷却機
２０冷媒送液器
２１圧力調整装置

Claims

ガス精製装置またはガス回収装置を制御する、操作パネル、半導体リレー、及びシーケンサーを内蔵した電装ユニットであって、シーケンサーが該ユニット内に設けられた耐爆構造を有する金属容器に収納され、空気または不活性ガスの導入口と排出口を含む圧力調整手段が該ユニットの外壁に設けられたことを特徴とする電装ユニット。
耐爆構造を有する金属容器が、上面、下面、及び側面の構成材料として、厚さ２〜２０ｍｍの金属板を有する容器である請求項１に記載の電装ユニット。
ガス精製装置が、水素精製装置である請求項１に記載の電装ユニット。
ガス精製装置が、水素により再生可能な触媒または吸着材を充填した精製筒を有する不活性ガス精製装置である請求項１に記載の電装ユニット。
ガス回収装置が、アンモニア回収装置である請求項１に記載の電装ユニット。
ガス回収装置が、水素回収装置である請求項１に記載の電装ユニット。
空気または不活性ガスの導入口と排出口が、ユニットの側壁の裏側に設けられた請求項１に記載の電装ユニット。