TW201718076A

TW201718076A - 電氣設備單元

Info

Publication number: TW201718076A
Application number: TW105129040A
Authority: TW
Inventors: Yuji Oikawa; Toshio Akiyama; Satoshi Kanamori; Yasuo Akiyama
Original assignee: Japan Pionics Co Ltd
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2017-06-01
Also published as: JP2017094293A; CN106994285A

Abstract

本發明係提供一種具備防爆結構的電氣設備單元，其是控制氣體純化裝置或氣體回收裝置之電氣設備單元，在萬一發生氫洩漏的情況下，於單元內部不會發生氫點火的電氣設備單元；及具有耐爆結構的電氣設備單元，該耐爆結構係用於萬一於單元之外發生因氫造成的爆炸的情况下，亦可减少控制機器的損傷。將定序器收納於設在該單元內部的耐爆結構的金屬容器中，且將具有空氣或非活性氣體的導入口和排出口的壓力調節手段設置在單元的收納容器中。

Description

電氣設備單元

本發明涉及一種電氣設備單元，在該電氣設備單元的內部設置有：控制各種氣體的純化裝置或回收裝置的操作面板、半導體繼電器與定序器(Sequencer)等的控制機器，具體來說，本發明涉及一種電氣設備單元，其具有用於防止因來自氣體純化裝置、氣體回收裝置的氫的洩漏而造成的單元內部的爆炸且萬一於單元之外發生爆炸的情況下，防止或抑止控制機器的損傷之防爆及耐爆結構。

在過去，於半導體製造工程中，高純度的氫氣和非活性氣體作為環境氣體而大量地使用。對於這些氣體，因半導體的集成度的提高，要求雜質的濃度為極低濃度。

作為獲得高純度的氫氣的方法，可知有下述的方法，將包含雜質的原料氫供給到由鈀合金的薄膜所構成的氫分離膜，利用氫氣的選擇透過性，僅僅使氫透過而取出。這樣的用於氫純化的裝置是例如專利文獻1~3所示的那樣，具備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而成之氫純化裝置。

另外，作為獲得高純度的非活性氣體的方法，可知有下述的方法，例如像專利文獻4、5所示的那樣，使包含雜質的非活性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。在這樣的非活性氣體純化方法中，對於鎳催化劑和合成沸石，在去除一定量的雜質後，其去除能力消失，但是，在加熱條件下，使氫或氫與非活性氣體的混合氣體流通於填充有鎳催化劑和合成沸石的吸接筒，藉此，氧作為水而從鎳催化劑脫離，水和二氧化碳從合成沸石脫離，可進行其等之再生。

此外，公開有下述方法，像前述那樣，高純度地純化的各種氣體在用於半導體製造步驟之後，進行回收。例如，具有下述的氨和氫的回收方法，對從氮化鎵系化合物半導體的製造工程排出的包含氨、氫、與氮的排氣，進行加壓處理和藉由熱泵的冷却處理，使包含於排氣中的氨液化，與氫和氮分離，回收氨，進一步使氨去除處理後的排氣中包含的氮被液化，與氫分離，回收氫。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開昭62-128903號公報

專利文獻2：日本特開平1-145302號公報

專利文獻3：日本特開平1-145303號公報

專利文獻4：日本特開平1-115806號公報

專利文獻5：日本特開平2-120212號公報

專利文獻6：日本特開2014-154792號公報

在前述那樣的氫純化方法和非活性氣體純化方法中，使用高溫(150~500℃)的氫，另外在氨和氫的回收方法中，對包含氫的高壓力的氣體進行處理。在進行處理的裝置的周邊使用電氣設備單元，在該電氣設備單元的內部設置操作面板、半導體繼電器與定序器等的控制機器，但是，具有因故障、雷擊等，在半導體繼電器等中產生火花的危險。另外，在氣體純化裝置或氣體回收裝置中，即使在萬一氫洩漏而流入電氣設備單元中，其濃度超過爆炸界限濃度的下限值的情况下，仍還於電氣設備單元的內部，發生氫點火而爆炸的危險。

在上述的控制機器中，特別是在定序器的內部設置各種氣體流量、閥的開閉等的控制程式、數據等的重要的資料，而有因丟失，造成重大的損失之虞。

因此，本發明所要解决的課題在於提供一種具有防爆結構的電氣設備單元，該防爆結構係在上述那樣的氣體純化裝置或氣體回收裝置中，即使在萬一發生氫的洩漏的情況下，於單元內部仍不會發生氫點火；且提供一種具有耐爆結構的電氣設備單元，該耐爆結構係用於萬一即使在於單元之外產生因氫而造成的爆炸的情况下，仍可减少控制機器的損傷。

為了解决上述課題而深入分析的結果，本發明人發現，定序器收納於耐爆結構的金屬容器的內部，並且具有空氣或非活性氣體的導入口和排出口的壓力調節手段設置於單元的收納容器中，如果可將單元內部的氣體壓力設定為高於周邊的話，則在產生氫的洩漏的情況下，可防止單元內部的氫點火所造成的爆炸，即使在於單元之外發生因為氫而造成的爆炸的情况下，仍可减少控制機器，特別是定序器的損傷，由此，得到本發明的電氣設備單元。

即，本發明係一種電氣設備單元，其係在該電氣設備單元的內部設置有：控制氣體純化裝置或氣體回收裝置的操作面板、半導體繼電器與定序器之電氣設備單元，其特徵在於，該定序器收納於金屬容器中，該金屬容器具有設在該單元內部的耐爆結構；包含空氣或非活性氣體的導入口和排出口的壓力調節手段設置於該單元的收納容器。

本發明的電氣設備單元，由於包含空氣或非活性氣體的導入口和排出口的壓力調節手段設置於該單元的收納容器中，故藉由將該單元內部之氣體壓力設定為高於周邊的氣體壓力，即使在從設置於附近的氣體純化裝置等發生氫洩漏的情况下，仍不會流入到該單元內。其結果，在產生氫的洩漏的情況下，可防止單元內部的氫的爆炸。另外，可减少因氫的洩漏而在單元之外發生爆炸所造成的操作面板、半導體繼電器與定序器等的控制機器的損傷。另外，由於定序器收納於設在該單元內部的具有耐爆結構的金屬容器中，故可特別减少損傷。

1‧‧‧電氣設備單元

2‧‧‧操作面板

3‧‧‧半導體繼電器

4‧‧‧定序器

5‧‧‧具有耐爆結構的金屬容器

6‧‧‧空氣或非活性氣體的導入口

7‧‧‧空氣或非活性氣體的排出口

8‧‧‧壓力調節裝置

9‧‧‧收納容器

10‧‧‧控制電源斷路器

11‧‧‧加熱器溫度調節器

12‧‧‧安全屏障

13‧‧‧電源

14‧‧‧加熱器斷路器

15‧‧‧控制機器

16‧‧‧氫的純化筒

16’‧‧‧非活性氣體的純化筒

17‧‧‧熱交換器

18‧‧‧氣體壓縮機

19‧‧‧熱泵冷却機

20‧‧‧冷媒運送器

21‧‧‧壓力調整裝置

圖1為表示本發明的電氣設備單元的一個例子的垂直方向結構的側視圖。

圖2為表示本發明的電氣設備單元與氣體(氫)純化裝置的組合的一個例子的水平方向結構的俯視圖。

圖3為表示本發明的電氣設備單元與氣體(非活性氣體)純化裝置的組合的一個例子的水平方向結構的側視圖。

圖4為表示本發明的電氣設備單元與氣體回收裝置的組合的一個例子的水平方向結構的側視圖。

本發明是適用於電氣設備單元，該電氣設備單元的內部設置有控制氣體純化裝置或氣體回收裝置的操作面板、半導體繼電器與定序器。

下面根據圖1~圖4，具體地對本發明的電氣設備單元進行說明，但是，本發明不受到它們的限定。

另外，圖1為表示本發明的電氣設備單元的一個例子的垂直方向結構的側視圖，圖2和圖3為表示本發明的電氣設備單元與氣體純化裝置的組合的一個例子的水平方向結構的俯視圖，圖4為表示本發明的電氣設備單元與氣體回收裝置的組合的一個例子的水平方向結構的側視圖。

本發明的電氣設備單元像圖1所示的那樣，是內部設置有控制氣體純化裝置或氣體回收裝置的操作面板2、半導體繼電器3與定序器4之電氣設備單元，定序器4收納於設在該單元內部的具有耐爆結構的金屬容器5中，及在該單元的外壁9設置具有空氣或非活性氣體的導入口6和排出口7與壓力調節裝置8的壓力調節手段。在本發明的電氣設備單元中，通常進一步設置控制電源斷路器10、加熱器溫度調節器11、安全屏障12、電源13、加熱器斷路器14。

具有用於本發明的電氣設備單元之具有耐爆結構的金屬容器5，可列舉有下述的容器，該容器的係例如作為頂面、底面與側面的結構材料具有厚度2~20mm的金屬板。作為金屬材料，可列舉錳鋼、鉻鋼、鉬鋼、不銹鋼、鎳鋼、鈦鋼、鋁、銅等，但在其等之中，從輕量的方面來看，較佳為使用鋁。金屬容器5的形狀通常為立方體或長方體，但是並不限定於它們。金屬容器5例如為在上部具有可開閉的蓋且在關閉蓋的狀態下具有非通氣性之容器，通常該容器設置於單元的底側。

在本發明中，在定序器4的內部設置有：用於氣體純化裝置或氣體回收裝置的各種氣體流量、該裝置的閥的開閉等的控制程式、該裝置的各種數據等的重要資料，即使在萬一於單元之外發生氫造成的爆炸的情况下，仍不破壞它們的性能，可通過上述那樣的結構的金屬容器5而保護。另外，較佳為，在金屬容器5收納有定序器4之外，還收納有加熱器斷路器14，其在平時流過較大的電流，在緊急時可安全地切斷流過加熱器的電流。

本發明的電氣設備單元，像圖1所示的那樣，於收納容器9設置空氣或非活性氣體的導入口6和排出口7，在排出口7附近或排出口7的下游側的任何的一處設置非通氣性金屬壁內的壓力調節裝置8。空氣或非活性氣體的導入口6和排出口7通常設置於單元的內側的側壁。作為壓力調節裝置8，只要是可維持使單元內部的氣體壓力高於周圍的壓力，則沒有特別的限制，例如，可列舉有流量控制閥、安全閥、其等之組合等。另外，單元內部的氣體壓力通常維持在110~200kPa(abs)。

成為本發明的電氣設備單元的控制的對象的氣體純化裝置為氫的純化裝置、非活性氣體的純化裝置，該非活性氣體的純化裝置是使用可藉由包含氫的氣體的流通而再生的催化劑或吸接材料。

在本發明中，作為氫的純化裝置，可列舉圖2所示的那樣的由氫的純化筒16和熱交換器17所構成的純化裝置。氫的純化筒16為下述的結構：例如一端封閉的複數根鈀合金細管，在其另一端的開口部被管板所支撐，收納於盒(cell)的內部，藉由該鈀合金細管和管板，將盒的內部劃分為一次側空間(包含雜質的原料氫的供給側空間)和二次側空間(純氫的取出側空間)的兩個空間，在盒的外側設置加熱器。另外，作為其它的氫的純化裝置，可列舉填充了以鎳及/或氧化鎳為有效成分的催化劑之純化筒、與設置於其下游側的填充有吸氣材料的純化筒所構成的純化裝置。

另外，作為非活性氣體的純化裝置，可列舉圖3所示的那樣，由非活性氣體的純化筒16’和熱交換器17所構成的純化裝置。非活性氣體的純化筒16’，可列舉例如填充有以鎳或銅為有效成分的催化劑和以合成沸石為有效成分的吸接材料之純化筒。另外，作為其它的非活性氣體的純化裝置，可列舉由填充有以鎳和/或氧化鎳為有效成分的催化劑之純化筒、與設置於其下游側之填充有吸氣材料的純化筒所構成之純化裝置。

此外，在包含氧、水、二氧化碳等的雜質的非活性氣體的純化方法中，以鎳或銅為有效成分的催化劑，在去除一定量的氧後，其去除能力消失，合成沸石，在去除一定量的水和二氧化碳後，其去除能力消失。但是，藉由在加熱條件下，使氫或氫與非活性氣體的混合氣體流通於填充了上述催化劑和合成沸石的吸接筒，氧作為水從催化劑脫離，水和二氧化碳從合成沸石脫離，可進行其等之再生，因此而使用氫。

成為本發明的電氣設備單元的控制對象的氣體回收裝置為如下裝置，例如從由氮化鎵系化合物半導體的製造工程排出的包含氨、氫與氮的排氣中，回收氨及/或氫。

在本發明中，作為氨回收裝置，像圖4所示的那樣，可列舉由氣體壓縮機18、熱泵式冷却機19、冷媒運送器20、壓力調節裝置21等所構成的回收裝置。另外，作為氫回收裝置，除前述的單元之外，還可列舉有由不同於前述的氣體壓縮機、熱交換器、深冷分離器(Cryogenic separator)、壓力調節裝置等所構成的回收裝置。

在採用上述那樣的回收裝置的回收方法中，由於對排氣進行加壓處理和加熱泵的冷却處理，故該排氣中所含的氨發生液化，可與氫和氮分離，故可回收氨。另外，使氨去除處理後的排氣中所含的氮發生液化，可與氫分離，以回收氫。另外，在從氮化鎵系化合物半導體的製造工程排出的排氣中，通常包含10~40vol%左右的氫。

[實施例]

接著，通過實施例具體地對本發明進行說明，但是，本發明不受到它們的限定。

[實施例1]

氣體純化裝置用的電氣設備單元是如下述般製作。

採用厚度為10mm的鋁製的金屬板製作金屬容器，該金屬容器具有橫向尺寸為25cm、高度為40cm、進深為18cm的長方體狀的外形，在上部設置可開閉的蓋。於該金屬容器的內側設置複數個框狀的支撐體用以保持機器類，在最上部設置加熱器斷路器(breaker)，在其下部設置程式定序器等。

在設置於不銹鋼製的收納容器(橫向尺寸為30cm、高度為160cm、進深為22cm)的內側的側壁上之空氣或非活性氣體的導入口和排出口用的連接孔中連接導入管和排出管，並且在排出口的附近設置流量控制閥和安全閥。接著，將半導體繼電器、控制電源斷路器(breaker)、加熱器溫度調節器，安全屏障等收納於上述收納容器中，將操作面板設置於該收納容器的前面，然後，通過電線將它們連接，完成電氣設備單元。另外，作為上述半導體繼電器使用加熱器用高電流半導體閘流管。

在該電氣設備單元中確認了下述情况，可從空氣或非活性氣體的導入口導入空氣，並且通過流量控制閥控制從排出口排出的空氣的流量，可將單元內部的氣體壓力維持在130kPa(abs)。