JP2010095434A - Method and apparatus for purifying nitrogen gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒素ガスの精製方法および装置に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、酸素ガスの混在した純度の低い窒素ガスから、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する酸化セリウムを使用して、純度の高い窒素ガスを作り出す技術について述べたものである。 The present invention relates to a method and apparatus for purifying nitrogen gas, and more specifically, cerium oxide that absorbs oxygen gas by reacting with oxygen gas from low-purity nitrogen gas mixed with oxygen gas. This describes the technology for producing high-purity nitrogen gas.
従来、窒素ガスの精製方法および装置に関する技術としては、酸素ガスの混在した窒素ガスから、酸素ガスと反応することで酸化鉄にする鉄粉を使用して、純度の高い窒素ガスを作り出す内容のものは有った(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the technology related to the purification method and apparatus for nitrogen gas is to produce high-purity nitrogen gas from iron gas mixed with oxygen gas by using iron powder that reacts with oxygen gas. There were some (see, for example, Patent Document 1).
この場合、鉄粉に加えて、触媒として塩化ナトリウムを使用し、更に水を添加すると非常に効果的であるという一面があった。
しかしながら、このような従来の窒素ガスの製造方法および製造装置に関しては以下に示すような課題があった。 However, the conventional nitrogen gas production method and production apparatus have the following problems.
即ち、酸素ガスと鉄粉との反応を高めるために、塩化ナトリウムや水を使用しているが、万一水が残存していると、作り出した窒素ガスを使用することは不可とされる場合が多かった。 In other words, sodium chloride or water is used to enhance the reaction between oxygen gas and iron powder, but if water remains, it is impossible to use the produced nitrogen gas. There were many.
そこで、水を完全に除去しようとするとドライヤー等の配置が必要となるが、結果として装置全体がまた作り出された窒素ガスの単価が高額のものになる傾向にあった。 Therefore, if it is attempted to completely remove water, it is necessary to arrange a dryer or the like, but as a result, the entire apparatus tends to have a high unit price of nitrogen gas produced.
本発明は、酸素ガスの混在した窒素ガスを、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する酸化セリウム325を収納した窒素ガス精製装置300、400を通過させることを特徴とし、更には、前記窒素ガス精製装置300、400は、収納されている前記酸化セリウム325が酸素ガスを吸収出来なくなることに対応して前記酸化セリウム325を交換することが出来るように、単独でまたは前後の開閉弁290、410を一体にして取付けと取外しを可能にしたことを特徴とし、更には、前記酸化セリウム325が酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収することが出来る未使用の状態で保管している間に大気中の酸素と反応しないように、前記窒素ガス精製装置300、400の入口と出口を大気から遮断することを特徴とし、更には、前記酸化セリウム325が酸素と反応する前後の色の変化を利用することで、前記酸化セリウム325がこれ以上酸素との反応を行うことが出来ないと判断することが出来るようにしたことを特徴とし、更には、前記酸化セリウム325がこれ以上酸素との反応を行うことが出来ないと判断した後に、水素ガスを注入することで酸素ガスを吸収することが出来る状態に再生可能であることを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。 The present invention is characterized by passing nitrogen gas mixed with oxygen gas through nitrogen
また、本発明は、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを貯留する窒素タンク220と、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する粉状または錠剤状の酸化セリウム325を収納した窒素ガス精製装置300、400から構成されていることを特徴とし、更には、前記窒素ガス精製装置300、400は、収納されている前記酸化セリウム325が酸素ガスを吸収出来なくなることに対応して前記酸化セリウム325を交換することが出来るように単独で取付けと取外しすることが可能であり、前記酸化セリウム325を収納しているカートリッジ310、410と、保管している時には前記カートリッジ310、410を密閉状態にする目的で上部と下部の両方に位置しているシール機構330、340、430、440より構成されていることを特徴とし、更には、前記シール機構330、340、430、440は、前記カートリッジ310、410内に収納されている前記酸化セリウム325が、使用前の状態で保管している間に大気中の酸素と反応しないよう、前記カートリッジ310、410の入口と出口の両方を大気から遮断可能に構成したものであり、鍔を持った底331a、341aまたは底431a、441aと、小穴331g、341g、431g、441gを形成して、Oリング332、342、433、443を前記鍔を持った底331a、341aまたは底431a、441aに装着したボディ331、341、431、441によって、保管した時には前記カートリッジ310、410の入口と出口としての下側と上側の両方の蓋312、313、412、413に一体に形成されたボス312a、313a、412a、413aと前記Oリング332、342、433、443を接触させて前記カートリッジ310、410内を密閉し、設置した時には前記蓋312、313、412、413に一体に形成されたボス312a、313a、412a、413aと前記Oリング332、342、433、443を離脱させて前記カートリッジ310、410内を前記小穴331g、341g、431g、441gによって開放したことを特徴とし、更には、粉状または錠剤状のものの一部が何等かの理由によって粉状になった状態の前記酸化セリウム325が下流に流出しないように、前記カートリッジ310、410の流体の流れに沿っての断面と且つ下側と上側の両端部との間に各々空間部311x、311y、411x、411yを形成するように下側と上側の二枚の穴あき板321、322、421、422をその内側に不織布323、324、423、424を位置させ、結果として窒素ガスの流れに沿って前記空間部311x、411xと前記穴あき板321、421と前記不織布323、423と前記酸化セリウム325と前記不織布324、424と前記穴あき板322、422と前記空間部311y、411yの順に位置させ、更に前記窒素ガス精製装置300、400の下流に異物を除去するプレフィルター520を設置したことを特徴とし、更には、前記窒素ガス精製装置300、400の何れかの場所に来歴を示したシールを貼り付け、前記窒素ガス精製装置300、400を装着後、装着日の連絡とシールの返送を同時に行うことによって交換の管理をすることを特徴とし、更には、前記酸化セリウム325が酸素と反応する前後の色の変化を確認する為に、カートリッジ本体311、411を透明の材料にするか、または前記カートリッジ本体311、411及び蓋312、313、412、413に、透明の材料を使用した透明穴311f、311g、312g、313g、411f、411g、412g、413gを設け、穴あき板321、322、421、422にのぞき穴321g、322g、421g、422gを不織布323、324、423、424にのぞき穴323g、324g、423g、424gを設けて、前記酸化セリウム325を目視可能としたことを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。 The present invention also includes a
以上の説明から明らかなように、本発明によって、以下に示すような効果をあげることが出来る。 As is clear from the above description, the present invention can provide the following effects.
第一に、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを貯留する窒素タンクと、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する粉状または錠剤状の酸化セリウムを収納した窒素ガス精製装置から構成されていることで、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収しても水を発生することのない窒素ガス精製装置が可能となった。 First, it consists of a nitrogen tank that stores nitrogen gas containing oxygen gas as an impurity, and a nitrogen gas purification device that contains powdered or tablet-like cerium oxide that reacts with oxygen gas to absorb oxygen gas As a result, a nitrogen gas refining device that does not generate water even when oxygen gas is absorbed by reacting with oxygen gas has become possible.
第二に、窒素ガス精製装置は、収納されている酸化セリウムが酸素ガスを吸収出来なくなることに対応して酸化セリウムを交換することが出来るように、単独でまたは前後の開閉弁を一体にして取付けと取外しを可能にしたことで、劣化した酸化セリウムの交換が容易となった。 Secondly, the nitrogen gas purification device is independent or integrated with front and rear on-off valves so that cerium oxide can be replaced in response to the stored cerium oxide being unable to absorb oxygen gas. By enabling attachment and removal, it became easy to replace deteriorated cerium oxide.
第三に、酸化セリウムが酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収することが出来る未使用の状態で保管している間に大気中の酸素と反応しないように、窒素ガス精製装置の入口と出口を大気から遮断することで、未使用の状態で窒素ガス精製装置を長期間の間保管することが可能となった。 Third, the inlet of the nitrogen gas refining device is used so that the cerium oxide does not react with oxygen in the atmosphere while it is stored in an unused state that can absorb oxygen gas by reacting with oxygen gas. By blocking the outlet from the atmosphere, the nitrogen gas purifier can be stored for a long period of time in an unused state.
第四に、酸化セリウムが酸素と反応する前後の色の変化を利用することで、酸化セリウムがこれ以上酸素との反応を行うことが出来ないと判断することが出来るようにしたことで、単純な構造によって交換する的確な時期を、容易に判断することが出来るようになった。 Fourth, by using the color change before and after cerium oxide reacts with oxygen, it is possible to judge that cerium oxide can no longer react with oxygen. It is now possible to easily determine the exact time for replacement according to the correct structure.
第五に、酸化セリウムがこれ以上酸素との反応を行うことが出来ないと判断した後に、水素ガスを注入することで酸素ガスを吸収することが出来る状態に再生可能であることで、繰り返して何回も使用することが可能となり、高純度窒素ガスの製造単価を安くすることが可能となった。 Fifth, after determining that cerium oxide can no longer react with oxygen, it can be regenerated to a state where oxygen gas can be absorbed by injecting hydrogen gas. It can be used many times, and the unit price of high-purity nitrogen gas can be reduced.
第六に、粉状または錠剤状のものの一部が何等かの理由によって粉状になった状態の酸化セリウムが下流に流出しないように、カートリッジの流体の流れに沿っての断面と且つ下側と上側の両端部との間に各々空間部を形成するように下側と上側の二枚の穴あき板をその内側に不織布を位置させ、結果として窒素ガスの流れに沿って空間部と穴あき板と不織布と酸化セリウムと不織布と穴あき板と空間部の順に位置させ、更に窒素ガス精製装置の下流に異物を除去するプレフィルターを設置したことで、粉末の酸化セリウムが流出するという懸念は解消された。 Sixth, the cross section along the fluid flow of the cartridge and the lower side so that the cerium oxide in a powdered or tableted state for some reason does not flow downstream. The lower and upper two perforated plates are positioned on the inner side so as to form a space between the upper end and the upper end, respectively. As a result, the space and the hole are formed along the flow of nitrogen gas. Concern that powdered cerium oxide will flow out by placing a pre-filter to remove foreign substances downstream of the nitrogen gas purifier, positioned in the order of perforated plate, non-woven fabric, cerium oxide, non-woven fabric, perforated plate and space Has been resolved.
第七に、窒素ガス精製装置の何れかの場所に来歴を示したシールを貼り付け、窒素ガス精製装置を装着後、装着日の連絡とシールの返送を同時に行うことによって交換の管理をすることで、窒素ガス精製装置の保管することが可能な期間を含めて、理想的な形で管理することが可能となった。 Seventh, stick the seal showing the history to any place of the nitrogen gas purification device, and after the nitrogen gas purification device is installed, manage the replacement by sending the date of installation and returning the seal at the same time Therefore, it has become possible to manage in an ideal manner including the period during which the nitrogen gas purifier can be stored.
以下、本発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
ここで、図1は、本願発明の全体を示した図であり、図2は、本願発明の窒素ガス精製装置とその前後の機器を示した図であり、図3は、本願発明の窒素ガス精製装置を保管した時のシール機構を中心とする上部詳細断面図であり、図4は、本願発明の窒素ガス精製装置を設置した時のシール機構を中心とする上部詳細断面図であり、図5は、本願発明の別の窒素ガス精製装置を保管した時のシ−ル機構を中心とする上部詳細断面図であり、図6は、本願発明の別の窒素ガス精製装置を設置した時のシ−ル機構を中心とする上部詳細断面図である。 この場合、図3〜図5の内容は、上下対称となる中での上部詳細断面図を示しているが、()内の文字は入口の側である下部の符号を意味させている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, FIG. 1 is a diagram showing the whole of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a nitrogen gas purification apparatus of the present invention and devices before and after, and FIG. 3 is a nitrogen gas of the present invention. FIG. 4 is an upper detailed sectional view centering on the sealing mechanism when the purification apparatus is stored, and FIG. 4 is an upper detailed sectional view centering on the sealing mechanism when the nitrogen gas purification apparatus of the present invention is installed. 5 is a detailed cross-sectional view of the upper part centering on the seal mechanism when another nitrogen gas purification device of the present invention is stored, and FIG. 6 is a diagram when another nitrogen gas purification device of the present invention is installed. It is upper detail sectional drawing centering on a seal mechanism. In this case, the contents of FIGS. 3 to 5 show the detailed sectional view of the upper part while being vertically symmetric, but the characters in () mean the lower part code on the entrance side.
(第一の実施例)
図1、図2、図3、図4に見られるように、300は窒素ガス精製装置であって、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する酸化セリウム325を、その内部に収納している。 尚、酸化セリウム325に関しては、粉状のものでも成形した錠剤状のものでも使用することは可能である。(First embodiment)
As shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4, 300 is a nitrogen gas purifier, which contains therein
ところで、窒素ガス精製装置300は、カートリッジ310とその入口である下部の側に位置しているシール機構330とその出口である上部の側に位置しているシール機構340から構成されていて、内部に酸化セリウム325を収納し、酸化セリウム325の前後を不織布323、324と穴あき板321、322によって保持している。 Incidentally, the nitrogen
この場合、シール機構330、340を構成している理由は、窒素ガス精製装置300に収納されている酸化セリウム325が劣化して酸素ガスを吸収出来なくなることに対応して、水素ガスを送込んだりまたは劣化した酸化セリウム325を交換する必要があるが、使用している現場で水素ガスを送り込むことは困難な面があり、水分を発生することの問題と合わせて、更に利便性に配慮し、窒素ガス精製装置300の取外しと取付けを可能にしている中で、まず窒素ガス精製装置300を取外し、酸素ガスを吸収することが可能な状態の酸化セリウム325を収納した窒素ガス精製装置300を取付けて設置しようとする中で、結果として酸素ガスを吸収することが出来る状態の窒素ガス精製装置300を設置するまでの間保管しているのであるが、その際に大気中の酸素と反応しないように、窒素ガス精製装置300の入口と出口を大気から遮断する目的で構成するようにしたのである。 In this case, the reason why the
また、不織布323、324を使用している理由は、酸化セリウム325の形状は粉状または錠剤状であるが、粉状のものは当然のこと錠剤状のものに関してもその一部が加圧されている窒素ガスを通過させている中で擦れあう等の理由によって粉状になった場合に、それらが下流に流出するのを防止する為に設けたものである。 更に、穴あき板321、322を使用している理由は、前述の柔らかい不織布323、324を保持する為なのである。 In addition, the reason for using the
この場合、不織布323、324としては、ポリプロピレンやポリスチレン製等のものが考えられ、穴あき板321、322としては、窒素ガスを流すことが出来るように鉄やステンレスやアルミニューム製の数多くの穴のあいたパンチングプレート等が考えられるが、プラスチックに穴を数多くあけたものでも構わない。 尚、穴あき板321、322や不織布323、324は、流出ということを考えると、下流の側にだけ設けると良いことになるのであるが、窒素ガス精製装置300の上下対象である点に配慮して両側に設けている。 In this case, the
そして、窒素ガス精製装置300は、図2に見られるように、スタンド351にバンド352,353とパッチン錠354、355によって固定しているが、この方法による固定ということにこだわる必要はない。 As shown in FIG. 2, the nitrogen
一方、カートリッジ310は、図2に見られるように、筒状で両端に鍔を形成しているカートリッジ本体311と、入口の側である下部と出口の側である上部に位置している蓋312,313と、カートリッジ本体311と蓋312,313との間に位置しているパッキンやOリングや液体パッキン等のシール材314、315と、シール材314、315を含めてカートリッジ本体311と蓋312,313との間を固定する複数本のボルト316から構成されている。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the
尚、カートリッジ本体311としては、材料として鉄やステンレス製等のものが考えられる。 そして、カートリッジ本体311には、下部と上部の両端部から概ね同じ距離の所に、不織布323、324と穴あき板321、322を保持する座311a、311bを一体に形成している。 従って、カートリッジ310の流体の流れに沿っての断面と且つ下側と上側の両端部との間に各々空間部311x、311yを形成するように下側と上側に二枚の穴あき板321、322を位置させ、穴あき板321、322と座311a、311bの間に不織布323、324を位置させている。 この場合、座311a、311bの数に関しては、上下の各々に等分で三箇所や四箇所等が考えられる。 また、カートリッジ本体311と、座311a、311bの間は、材料に応じて溶接等によるものが考えられる。 The
但し、不織布323、324と穴あき板321、322を保持する座311a、311bに関してはこの方式に限定する必要はなく、空間部311x、311yの間隔、不織布323、324の間隔が所定の値を確保することが出来るという前提で、空間部311x、311yに位置させるカートリッジ本体311より小径の二つの円筒、不織布323、324の間に位置させるカートリッジ本体311より小径の一つの円筒を設けることも考えられる。 However, the
ところで、蓋312,313としては、材料として鉄やステンレス製等のものが考えられる。 そして、蓋312,313には、中心に入口の側である下部または出口の側である上部としてのボス312a、313aを一体に形成している。 また、ボス312a、313aの内側には、開閉弁290、510が直接接続することが出来るように雌ネジが形成されている。 更に、ボス312a、313aの開閉弁290、510と接続している延長上の反対の側の内側には、Oリング332、342が接するのに効果的な滑らかな面を形成している。 By the way, as the
そして、酸化セリウム325が酸素と反応する前後の色の変化を確認することが出来るように、カートリッジ本体311及び蓋312、313に透明の材料を使用した透明穴311f、311g、312g、313gを設け、穴あき板321、322にのぞき穴321g、322gを不織布323、324にのぞき穴323g、324gを設けて、酸化セリウム325を目視することを可能としたのである。
更に、シール機構330、340は、図3、4に見られるように、ボディ331、341とOリング332、342から構成されている。 Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the
尚、ボディ331、341は、円筒の形状で底部が奥当りの状態になっていて、更に底部が他の部分より大径になっていて、鍔を持った底331a、341aを形成しているのである。 また、ボディ331、341側面の略中央部には、小穴331g、341gを形成していて、ボディ331、341の内外を連通させているのである。 The
従って、これ等によって図3に見られるように、窒素ガス精製装置300を取外して、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収することが出来る酸化セリウム325を収納した後に保管しようとする時には、鍔を持った底331a、341aの外側にOリング332、342を装着させて、ボディ331、341を移動させることでOリング332、342を蓋312,313を形成しているボス312a、313aの内側に接するようにすることで、カートリッジ310内部を密閉状態にしているのである。 尚、その際にはボス312a、313aを塞ぐように保護板398、399を貼り付けることによって外部からの異物がボディ331、341の上部に進入して付着するのを防いでいる。 Therefore, as shown in FIG. 3, when removing the nitrogen
一方、図4に見られるように、窒素ガス精製装置300を設置の時には、保護板398、399を剥がした後に開閉弁290、510を装着して接続することで、開閉弁290、510端部の雄ネジが、蓋312,313を形成しているボス312a、313aの内側の雌ネジに挿入していき、最終的にはボディ331、341が押し出される状態となり、ボディ331、341を形成している鍔を持った底331a、341aが穴あき板321、322に接して停止することで、小穴331g、341gによってカートリッジ310内部と開閉弁290、510が連通して開放するようになっているのである。 尚、窒素ガス精製装置300と開閉弁290、510の部分出一体に取外すことで、シール機構330、340を設けないで、開閉弁290、510をシール機構の代わりとすることも考えられる。 On the other hand, as shown in FIG. 4, when the nitrogen
さて、この窒素ガス精製装置300を含めた全体の構成を示すと、図1に見られるように、先ずコンプレッサー110が圧縮空気を作り出し、作り出された圧縮空気は、圧縮空気配管901と、手動によって開閉することが可能な開閉弁120と、圧縮空気配管902と、大きい異物を分離することが出来るプレフィルター140と、圧縮空気配管903と、小さいい異物を分離することが出来るミクロミストフィルター150と、圧縮空気配管904と、匂いや色を分離することが出来る活性炭フィルター160と、圧縮空気配管905を経由して窒素ガス発生装置210に送り込むようになっている。 尚、圧縮空気配管902に於いては、圧力計130によってその部分の圧力を測定可能となっている。ところで、最近のコンプレッサー110は圧縮空気を乾燥させるドライヤーを設置しているものもあり、設置されていないものに関しては、コンプレッサー110の下流に設けるということも考えられる。 Now, as shown in FIG. 1, the entire configuration including the nitrogen
この場合、窒素ガス発生装置210に関しては、図1に於いては、PSA方式によるものを示しているが、膜分離方式によるものも考えられる。 但し、窒素ガスの発生装置210に関しては、膜分離方式またはPSA方式に限定する必要はなく、圧縮空気を使用しないでボンベに貯留された窒素ガスを使用するということも考えられる。 当然のことながら、ボンベに貯留されたガスを使用する場合には、圧縮空気配管905に接続する必要性は無く、以下に示す窒素タンク220が窒素ガス発生装置210に該当しているとも言える。In this case, the
ところで、PSA方式は、Pressure Swing Adsorption、の略称を意味していて、圧縮空気を活性炭の一種である吸着材に通し、高圧力下で特定のガスを吸着し、低圧力下で特定のガスを吐き出す、という吸着材の特性を利用して、圧縮空気から酸素等を吸着することで窒素を分離する方式である。 この場合、ヒートレス・ドライヤと同様の原理をもっていて、装置は二筒式で膜分離式よりも大型となり、電磁弁などのメンテナンス負荷もかかる。 尚、窒素純度で見た場合には通常99〜99.9999%程度であった。 By the way, the PSA system is an abbreviation for Pressure Swing Adsorption, and passes compressed air through an adsorbent that is a kind of activated carbon, adsorbs a specific gas under a high pressure, and a specific gas under a low pressure. This is a method of separating nitrogen by adsorbing oxygen or the like from compressed air using the adsorbent's characteristic of exhaling. In this case, it has the same principle as a heatless dryer, and the apparatus is a two-cylinder type and larger than the membrane separation type, and a maintenance load such as a solenoid valve is also applied. In terms of nitrogen purity, it was usually about 99 to 99.9999%.
一方、膜分離方式は、圧縮空気を中空糸状の高分子膜である中空糸膜内に送り込んで、圧縮空気に含まれている各ガス成分の膜への透過量の差を利用して窒素を分離する方式である。 この場合、PSA方式よりも小型でメンテナンス負荷も小さい反面、窒素純度で見た場合には95〜99.9%程度であるため、高純度のニーズには適しなかった。 On the other hand, in the membrane separation method, compressed air is sent into a hollow fiber membrane, which is a hollow fiber polymer membrane, and nitrogen is removed by utilizing the difference in permeation amount of each gas component contained in the compressed air to the membrane. This is a separation method. In this case, although it is smaller than the PSA method and has a smaller maintenance load, it is about 95 to 99.9% in terms of nitrogen purity, so it is not suitable for high purity needs.
尚、中空糸膜は、ポリエステル製で何千ものストロー状の中空糸が束ねられたものより形成され、中空糸の内部に圧縮空気を通すことで、それぞれのガスが固有に持っている中空糸の膜の透過スピードの違いを利用し、空気中に最も多く含まれている窒素ガスを残存させている。 The hollow fiber membrane is made of polyester and is made of a bundle of thousands of straw-shaped hollow fibers. By passing compressed air through the hollow fiber, each gas has its own unique hollow fiber. By utilizing the difference in the permeation speed of the membrane, the nitrogen gas most contained in the air is left.
そして、圧縮空気を構成しているガスが中空糸の膜を透過するスピードとしては、速く放出するガスと放出しにくいガスがあり、残ったガスが窒素ガスということになるのである。 特に、中空糸の膜がポリエステル製の場合には、水蒸気が一番透過しやすく、以下水素やヘリウムが続き、更に炭酸ガスと一酸化炭素が続き、最後に酸素とアルゴンと窒素が一番透過しにくく、その中でも窒素ガスが一番透過しにくいガスということで残存するのである。 And as the speed which the gas which comprises compressed air permeate | transmits the membrane of a hollow fiber, there exist gas which discharge | releases quickly and gas which is hard to discharge | release, and the remaining gas will be nitrogen gas. In particular, when the hollow fiber membrane is made of polyester, water vapor is most permeable, followed by hydrogen and helium, followed by carbon dioxide and carbon monoxide, and finally oxygen, argon and nitrogen are most permeable. The nitrogen gas is the gas that is most difficult to permeate.
ここで、温度が変化しない場合には、圧縮空気の圧力と時間、即ち流量によって、発生する窒素ガスの純度は左右される。 尚、中空糸の膜としては、ポリエステルの他に、ポリオレフィンやポリプロピレン等の樹脂も考えられる。 Here, when the temperature does not change, the purity of the generated nitrogen gas depends on the pressure and time of the compressed air, that is, the flow rate. In addition to polyester, resins such as polyolefin and polypropylene are also conceivable as the hollow fiber membrane.
そこで、窒素ガス精製装置210によって分離した窒素ガスは、窒素ガス配管911と、窒素ガスを貯留する窒素タンク220と、窒素ガス配管912と、窒素ガスの流れる速度を計る流量計250と、窒素ガス配管913と、手動によって開閉することが可能な開閉弁260と、窒素ガス配管914と、手動によって開閉することが可能な開閉弁290経由して窒素ガス精製装置300に低純度窒素ガス801を送り込むようになっている。この場合、窒素タンク220に於いては圧力計230によってその部分の圧力を測定可能となっていて、窒素ガス配管912に於いては、酸素濃度計240によってその部分の酸素濃度を測定可能となっている。 Therefore, the nitrogen gas separated by the nitrogen
更に、窒素ガス精製装置300によって精製された高純度の窒素ガスは、高純度窒素ガス配管915と、大きい異物を分離することが出来るプレフィルター520と、高純度窒素ガス配管916と、小さいい異物を分離することが出来るミクロミストフィルター530と、高純度窒素ガス配管917と、高純度の窒素ガスを貯留するタンク540と、高純度窒素ガス配管918と、窒素ガスの流れる速度を計る流量計570と、高純度窒素ガス配管919と、手動によって開閉することが可能な開閉弁580を経由して高純度窒素ガス802を送り出すことが出来るようになっている。 この場合、タンク540に於いては圧力計550によってその部分の圧力を測定可能となっていて、高純度窒素ガス配管918に於いては、酸素濃度計560によってその部分の酸素濃度を測定することが可能となっている。 Further, the high-purity nitrogen gas purified by the nitrogen
ところで、窒素ガス精製装置300の何れかの場所に、再生(製造)番号、再生(製造)年月日、保管期間、最終の確認者氏名等の来歴を示したシールを貼り付け、窒素ガス精製装置300を装着後、装着日の連絡とシールの返送を同時に行うことによって交換の管理を行なうことが可能となっている。 By the way, a seal showing the history of the reproduction (manufacturing) number, the reproduction (manufacturing) date, the storage period, the name of the last confirmer, etc. is pasted on any location of the nitrogen
ここで、第一実施例の応用例として、カートリッジ本体311を透明のプラスチック製とすることも考えられる。 但し、プラスチック製ということで、カートリッジ本体311に鍔を形成することは困難であり、カートリッジ本体311の筒状の端面を直接蓋312、313にシール材314、315を介して接することになる。 この場合には、蓋312、313とカートリッジ本体311は、通しボルトとナットで接続することになる。この事によって、カートリッジ本体311の側面よりカートリッジ本体311の内部を目視で確認することが出来るので、前述の鉄製等で形成した透明穴やのぞき穴を形成する必要はない。 Here, as an application example of the first embodiment, the
本発明による、窒素ガスの精製方法および装置は前述したように構成されており、以下にその動作について説明する。 The method and apparatus for purifying nitrogen gas according to the present invention is configured as described above, and its operation will be described below.
一般的に、窒素ガスの発生装置210としては、安価に窒素ガスを製造する装置として膜分離方式またはPSA方式が考えられるが、純度が低いという欠点があり、この場合純度の低い原因となっている酸素を如何に取り除くかが課題となっていて、本願発明に於いては、圧縮空気より分離した純度の低い窒素ガスから、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する酸化セリウム325を使用して、高純度窒素ガス802を作り出す窒素ガス精製装置300を示しているのである。 In general, as the
この場合、先ずコンプレッサー110を作動させることで圧縮空気を作り出し、圧縮空気配管901と開閉弁120と圧縮空気配管902とプレフィルター140と圧縮空気配管903とミクロミストフィルター150と圧縮空気配管904と活性炭フィルター160を経由することで綺麗な圧縮空気とし、更に圧縮空気配管905を経由して窒素ガス発生装置210に送り込むようになっている。 In this case, first, the
そこで、圧縮空気が窒素ガス発生装置210に送り込まれることで圧縮空気より分離された窒素ガスは、窒素ガス配管911を経由して一旦窒素タンク220に貯留され、更に窒素ガス配管912と流量計250と窒素ガス配管913と開閉弁260と窒素ガス配管914と開閉弁290を経由して低純度度窒素ガス801が窒素ガス精製装置300に送り込まれる。 Therefore, the nitrogen gas separated from the compressed air by sending the compressed air to the
ところで、窒素ガス精製装置300に於いては、図4に見られるように、開閉弁290からの低純度窒素ガス801は、ボディ331を形成している鍔を持った底331aに突き当たり、ボディ331を形成している小穴331gを通り、空間部311xと穴あき板321と不織布323と酸化セリウム325の収納している場所を通過することで高純度窒素ガス802となって、更に不織布324と穴あき板322と空間部311yを経由して、ボディ341を形成している小穴341gを通り、ボディ341から開閉弁510に流出するようになっている。 特に、不織布324は粉末の酸化セリウム325が下流の方に流出しないように設けたのである。 By the way, in the nitrogen
ここで、窒素ガスに含まれている酸素ガスは、酸化セリウム325と[数1]に見られる反応によって吸収されるのである。 この場合、CeO2が酸化セリウム325の正規の構造であり、CeO2−xは、正規の構造から何個(x個)かの酸素が欠落(欠損)したことを示している。 即ち、[数1]は、x個の酸素欠損を持つ酸化セリウム325が、外部よりx個の酸素原子(O2/2)を取り込んで酸化セリウム325になることを示している。Here, the oxygen gas contained in the nitrogen gas is absorbed by the reaction found in [Equation 1] with
この場合、酸化セリウム系脱酸素剤は、酸素吸収前は黒であり、酸素吸収後には黄色になる特質をもっている。 この性質を利用するために、蓋312、313とカートリッジ本体311に透明穴312g、313g、311f、311gを設け、穴あき板321、322と不織布323、324にのぞき穴321g、322g、323g、324gを設けることで、外部より内部に収納されている酸化セリウム325の色の変化を確認することが可能となっているのである。 当然のことながら、シール材314、315にも必要な部分には穴はあいている。 但し、カートリッジ本体311として透明の材料を使用している場合には、側面より色の変化を目視で確認できるので、透明穴やのぞき穴を配慮する必要はない。 In this case, the cerium oxide-based oxygen scavenger has a characteristic of being black before oxygen absorption and becoming yellow after oxygen absorption. In order to utilize this property,
更に、開閉弁510からの高純度窒素ガス802は、高純度窒素ガス配管915とプレフィルター520と高純度窒素ガス配管916とミクロミストフィルター530によって、粉末の酸化セリウム325を除去し、高純度窒素ガス配管917とタンク540と高純度窒素ガス配管918と流量計570と高純度窒素ガス配管919と開閉弁580を経由して高純度窒素ガス802を使用可能となっているのである。 Further, the high
尚、本願発明に於いて、PSA方式による装置の場合には、低純度窒素ガス801としては99.99%の窒素ガスが酸化セリウム325を経由することで、高濃度窒素ガス802としては99.999%のものを作り出すことが可能となっているのである。 In the present invention, in the case of a PSA system apparatus, 99.99% nitrogen gas passes through
ところで、本願装置を使用している中で、高濃度窒素ガス802の純度が意図した純度より低下してきた場合には、酸化セリウム325が酸素ガスを吸収出来なくなるまで劣化した状態になったと言う事が出来る。 そこで、酸素ガスを吸収出来なくなる劣化した状態になった酸化セリウム325を交換するために、窒素ガス精製装置210を取外し、下記の再生を行った後に、図3に見られるように、シール機構330、340であるOリング332、342を装着したボディ331、341を、Oリング332、342が蓋312、313を形成しているボス312a、313aと接した状態にして、更にボス312a、313aの表面に保護紙398、399を張付けて保管することになる。 By the way, when the apparatus of the present application is used and the purity of the high-
当然の事ながら、取外した窒素ガス精製装置210に代えて保管している窒素ガス精製装置210を取付けることになるが、その際には保護紙398、399を剥がし、ボディ331、341を移動させてOリング332、342がボス312a、313aから外れた状態に位置させることになる。 それによって、図4に見られるように、小穴331g、341gがカートリッジ310内部と開閉弁290、510の間を連通することが可能な状態に位置することになる。 As a matter of course, instead of the removed nitrogen
そして、[数2]に見られる水素ガスとの反応によって酸化セリウム325を再生することが可能となっているのである。 この場合、[数2]に見られるように、水の発生はあるが、酸化セリウム325を窒素ガス精製装置210の外に取出して反応を行うことが出来るので、この場合は乾燥等の処置も容易に出来ると言うことは出来る。 The
尚、この様な再生の作業は、先ず収納されている酸化セリウム325が劣化して酸素ガスを吸収出来なくなった窒素ガス精製装置300を取外し、その後に収納されている酸化セリウム325が酸素ガスを吸収することが可能な窒素ガス精製装置300を設置し、最後に取外した窒素ガス精製装置300を定められたサービスステーションに送り、再生の処理を行うことになる。 再生に際しては、酸化セリウム325として酸素ガスを吸収することが可能なものを収納し、ボディ331、341を移動させることでOリング332、342を蓋312,313を形成しているボス312a、313aの内側に接することで、カートリッジ310内部を密閉状態にし、保護紙398、399を張付けた状態で、サービスステーションに場合によっては客先の所に保管しているのである。 The regeneration operation is performed by first removing the nitrogen
一方、この様に再生の完了した窒素ガス精製装置300は、宅急便等で客先に送られ、再度装着されて使用されることになる。 On the other hand, the nitrogen
(第二の実施例)
図1、図5、図6に見られるように、400は窒素ガス精製装置であって、図2に類似する形で、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する酸化セリウム325を、窒素ガス精製装置400の内部に収納している。 尚、酸化セリウム325に関しては、粉状のものでも成形した錠剤状のものでも使用することは可能である。(Second embodiment)
As shown in FIGS. 1, 5, and 6,
ところで、窒素ガス精製装置400は、カートリッジ410とその入口である下部の側に位置しているシール機構430とその出口である上部の側に位置しているシール機構440から構成されていて、内部に酸化セリウム325を収納し、酸化セリウム325の前後を不織布423、424と穴あき板421、422によって保持している。 By the way, the nitrogen
この場合、シール機構430、440を構成している理由は、第一の実施例と同じ内容になるので省略する。 In this case, the reason why the
また、不織布423、424を使用している理由は、第一の実施例と同じ内容になるので省略する。The reason why the
一方、カートリッジ410は、全体を具体的には図示していないが第一の実施例の図2を参考にして示すと、筒状で両端に鍔を形成しているカートリッジ本体411と、入口の側である下部と出口の側である上部に位置している蓋412,413と、カートリッジ本体411と蓋412,413との間に位置しているパッキンやOリングや液体パッキン等のシール材414、415と、シール材414、415を含めてカートリッジ本体411と蓋412,413との間を固定する複数本のボルトから構成されている。 ところで、鍔を形成していない透明のカートリッジ本体411の発想に関しては、第一の実施例と同じに考えられる。 On the other hand, although the
尚、カートリッジ本体411としては、材料としては鉄やステンレス製等のものが考えられる。 そして、カートリッジ本体411には、下部と上部の両端部から概ね同じ距離の所に、不織布423、424と穴あき板421、422を保持する座を(位置としては、図2の座311a、311bを考えると良い)一体に形成している。 従って、カートリッジ410の流体の流れに沿っての断面と且つ下側と上側の両端部との間に各々空間部411x、411yを形成するように下側と上側に二枚の穴あき板421、422を位置させ、穴あき板421、422と座411a、411bの間に不織布423、424を位置させている。 この場合、座の数に関しては、上下の各々に等分で三箇所や四箇所等が考えられる。 また、カートリッジ本体411と、座の間は、材料に応じて溶接等によるものが考えられる。 The
ところで、蓋412,413としては、材料としては鉄やステンレス製等のものが考えられる。 そして、蓋412,413には、中心に入口の側である下部または出口の側である上部としてのボス412a、413aを一体に形成している。 また、ボス412a、413aの内側には、シール機構430、440のボディ431、441を接続することが出来るように雌ネジが形成されている。 更に、ボス412a、413aのボディ431、441と接続している延長上の反対の側の縮径した内側には、Oリング432、433、442、443が接するのに効果的な滑らかな面を形成している。 Incidentally, the
そして、酸化セリウム325が酸素と反応する前後の色の変化を確認することが出来るように、カートリッジ本体411及び蓋412、413に透明の材料を使用した透明穴411f、411g、412g、413gを設け、穴あき板421、422にのぞき穴421g、422gを不織布423、424にのぞき穴423g、424gを設けて、酸化セリウム325を目視することを可能としたのである。
更に、シール機構430、440は、図5、6に見られるように、ボディ431、441とOリング432、433、442、443から構成されている。 Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the
尚、ボディ431、441は、外側が階段で円筒状のものを重ねたような形状で、底部が奥当りの状態になっていて底431a、441aを形成しているのである。 また、ボディ431、441側面の底部には、小穴431g、441gを形成していて、その外側にはリング状に溝が形成されていて、ボディ331、341の内外を連通させているのである。 更に、底431a、441aと反対側には、開閉弁290,510が螺合によって接続されるようになっている。 Note that the
従って、これ等によって図5に見られるように、開閉弁290,510と一体に窒素ガス精製装置400を取外して、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収することが出来る酸化セリウム325を収納した後に保管しようとする時には、底431a、441aの外側にOリング432、433、442、443を装着して、ボディ431、441を移動させてOリング432、433、442、443を蓋412,413を形成しているボス412a、413aの内側に接することで、カートリッジ410内部を密閉状態にしているのである。 Accordingly, as shown in FIG. 5, the
この場合、保管の状態としては、底431a、441aの外側にOリング432、433、442、443の両方を装着してボディ431、441を移動させることでボス412a、413aの上部とボディ431、441の間に空間が出来ることになるが、この空間に二つ割りの間座498、499を挟んでテープで固定してOリング432、433、442、443の位置を保持して、ボディ431、441が移動することを防止して、更に開閉弁290,510を一体に攻勢して閉の状態にして、二重に密閉状態を確保しているのである。 尚、保管に際しては、開閉弁290,510を一体に構成しないということも考えられる。 In this case, the storage state is such that both the O-
一方、図6に見られるように、窒素ガス精製装置400を設置の時には、二つ割りの間座498、499を取外してボディ431、441をボス412a、413aにねじ込むことによってこれ以上ねじ込むことが出来ない所まで挿入し、その後窒素ガス配管911と高濃度窒素ガス配管915を接続することで、小穴431g、441gによってカートリッジ410内部と開閉弁290、510が連通するようになっているのである。 この場合、底431a、441aが穴あき板421、422をほんの少し押付ける状態が望ましい位置関係にあるということが出来る。 On the other hand, as shown in FIG. 6, when the nitrogen
本発明による、窒素ガスの精製方法および装置は前述したように構成されており、以下にその動作について説明する。 The method and apparatus for purifying nitrogen gas according to the present invention is configured as described above, and its operation will be described below.
第二の実施例の動作に関しては、窒素ガス精製装置400の動作を除いては、第一の実施例の動作とほぼ同じであるので詳細は省略する。 この場合、窒素ガス精製装置400の動作に関しては、相違のある点に関しては、記載の通りである。 特に、窒素ガス精製装置400の何れかの場所に、再生(製造)番号、再生(製造)年月日、保管期間、最終の確認者氏名等の来歴を示したシールを貼り付け、窒素ガス精製装置400を装着後、装着日の連絡とシールの返送を同時に行うことによって交換の管理を行なうことが可能となっている。 Since the operation of the second embodiment is substantially the same as the operation of the first embodiment except for the operation of the nitrogen
この発明は、窒素ガスの精製方法および装置に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、比較的安く作り出すことが出来る酸素ガスの混在した純度の低い窒素ガスから、酸素ガスと反応することで酸素ガスを吸収する酸化セリウムを使用して、純度の高い窒素ガスを作り出す技術について述べたものであり、特にこの発明に於いては、水の使用しないことに大きな意味をもっているのであり、水の嫌う半導体製造装置に関しては、特に有効であると言える。 The present invention relates to a technique and apparatus for purifying nitrogen gas, and more specifically, by reacting with oxygen gas from low-purity nitrogen gas mixed with oxygen gas that can be produced relatively cheaply. It describes the technology to produce high purity nitrogen gas using cerium oxide that absorbs oxygen gas. Especially in this invention, it has a great meaning not to use water. It can be said that it is particularly effective with respect to semiconductor manufacturing apparatuses that are disliked.
110・・・・・コンプレッサー
120・・・・・開閉弁
130・・・・・圧力計
140・・・・・プレフィルター
150・・・・・ミクロミストフィルター
160・・・・・活性炭フィルター
210・・・・・窒素ガス発生装置
220・・・・・窒素タンク
230・・・・・圧力計
240・・・・・酸素濃度計
250・・・・・流量計
260・・・・・開閉弁
290・・・・・開閉弁
300・・・・・窒素ガス精製装置
310・・・・・カートリッジ
311・・・・・カートリッジ本体
311a・・・・座
311b・・・・座
311f・・・・透明穴
311g・・・・透明穴
311x・・・・空間部
311y・・・・空間部
312・・・・・蓋
312a・・・・ボス
312g・・・・透明穴
313・・・・・蓋
313a・・・・ボス
313g・・・・透明穴
314・・・・・シール材
315・・・・・シール材
316・・・・・ボルト
321・・・・・穴あき板
321g・・・・のぞき穴
322・・・・・穴あき板
322g・・・・のぞき穴
323・・・・・不織布
323g・・・・のぞき穴
324・・・・・不織布
324g・・・・のぞき穴
325・・・・・酸化セリウム
330・・・・・シール機構
331・・・・・ボディ
331a・・・・鍔を持った底
331g・・・・小穴
332・・・・・Oリング
340・・・・・シール機構
341・・・・・ボディ
341a・・・・鍔を持った底
341g・・・・小穴
342・・・・・Oリング
351・・・・・スタンド
352・・・・・バンド
353・・・・・バンド
354・・・・・パッチン錠
355・・・・・パッチン錠
398・・・・・保護紙
399・・・・・保護紙
400・・・・・窒素ガス精製装置
410・・・・・カートリッジ
411・・・・・カートリッジ本体
411f・・・・透明穴
411g・・・・透明穴
411x・・・・空間部
411y・・・・空間部
412・・・・・蓋
412a・・・・ボス
412g・・・・透明穴
413・・・・・蓋
413a・・・・ボス
413g・・・・透明穴
414・・・・・シール材
415・・・・・シール材
421・・・・・穴あき板
421g・・・・のぞき穴
422・・・・・穴あき板
422g・・・・のぞき穴
423・・・・・不織布
423g・・・・のぞき穴
424・・・・・不織布
424g・・・・のぞき穴
430・・・・・シール機構
431・・・・・ボディ
431a・・・・底
431g・・・・小穴
432・・・・・Oリング
433・・・・・Oリング
440・・・・・シール機構
441・・・・・ボディ
441a・・・・底
441g・・・・小穴
442・・・・・Oリング
443・・・・・Oリング
498・・・・・間座
499・・・・・間座
510・・・・・開閉弁
520・・・・・プレフィルター
530・・・・・ミクロミストフィルター
540・・・・・タンク
550・・・・・圧力計
560・・・・・酸素濃度計
570・・・・・流量計
580・・・・・開閉弁
801・・・・・低純度度窒素ガス
802・・・・・高純度窒素ガス
901・・・・・圧縮空気配管
902・・・・・圧縮空気配管
903・・・・・圧縮空気配管
904・・・・・圧縮空気配管
905・・・・・圧縮空気配管
911・・・・・窒素ガス配管
912・・・・・窒素ガス配管
913・・・・・窒素ガス配管
914・・・・・窒素ガス配管
915・・・・・高純度窒素ガス配管
916・・・・・高純度窒素ガス配管
917・・・・・高純度窒素ガス配管
918・・・・・高純度窒素ガス配管
919・・・・・高純度窒素ガス配管110
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008287124A JP2010095434A (en) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | Method and apparatus for purifying nitrogen gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008287124A JP2010095434A (en) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | Method and apparatus for purifying nitrogen gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010095434A true JP2010095434A (en) | 2010-04-30 |
Family
ID=42257394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008287124A Pending JP2010095434A (en) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | Method and apparatus for purifying nitrogen gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010095434A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5838491B1 (en) * | 2015-02-13 | 2016-01-06 | 株式会社フクハラ | High purity pressurized nitrogen gas generation system and high purity pressurized nitrogen gas generation method |
-
2008
- 2008-10-14 JP JP2008287124A patent/JP2010095434A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5838491B1 (en) * | 2015-02-13 | 2016-01-06 | 株式会社フクハラ | High purity pressurized nitrogen gas generation system and high purity pressurized nitrogen gas generation method |
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