(57)【要約】【課題】Ｃｕ−ＺＳＭ５を充填した状態で効率よく確実に初期活性化を行うことができる吸着筒を提供する。【解決手段】Ｃｕ−ＺＳＭ５を充填した吸着筒１１の筒体１１ａの入口側に接続した入口側配管１２に設けられた入口弁１３と、筒体の出口側に接続した出口側配管１４に設けられた出口弁１５と、筒体内部の入口側に設けられて入口側配管から導入された不活性ガスを加熱するガス加熱手段１７と、筒体外部軸線方向に複数に分割して配置されて筒体内を前記Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化温度に加熱する加熱器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとを備えるとともに、筒体と出口弁との間の出口側配管に、筒体から導出したガスを冷却する冷却手段１６を設け、出口弁として常温仕様の弁を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にＣｕ−ＺＳＭ５を充填して使用する吸着筒であって、筒体の入口側に接続した入口側配管に設けられた入口弁と、筒体の出口側に接続した出口側配管に設けられた出口弁と、筒体内部の入口側に設けられて前記入口側配管から導入された不活性ガスを加熱するガス加熱手段と、筒体外部軸線方向に複数に分割して配置されて筒体内を前記Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化温度に加熱する加熱器とを備えるとともに、前記筒体と前記出口弁との間の出口側配管に、筒体から導出したガスを冷却する冷却手段を設け、前記出口弁として常温仕様の弁を用いたことを特徴とする吸着筒。
【請求項２】
前記加熱器は、前記Ｃｕ−ＺＳＭ５と前記不活性ガスとを５００〜８００℃に加熱した状態で接触させることを特徴とする請求項１記載の吸着筒。
【請求項３】
前記不活性ガスは、アルゴンであることを特徴とする請求項１又は２記載の吸着筒。
【請求項４】
前記複数に分割して配置された加熱器は、各加熱器ごとに個別に温度制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の吸着筒。
【請求項５】
前記不活性ガスを筒体内に流通させながら前記加熱器で加熱することによって前記Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行った後、前記入口弁及び前記出口弁を閉じた状態で吸着装置に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の吸着筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着筒に関し、詳しくは、内部にＣｕ−ＺＳＭ５を充填して使用する吸着筒に関し、特に、充填したＣｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を効率よく行うことができ、温度変動式吸着装置（ＴＳＡ）に組み込むまでＣｕ−ＺＳＭ５の性能低下を抑えることができる構造の吸着筒に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造や熱処理の分野では、高純度の希ガスが雰囲気ガスとして大量に使用されている。希ガスは高価なため、使用後に回収して吸着装置などで精製し、再利用することが望まれている。回収した希ガスには、不純物として窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素、水蒸気などを含んでいるため、これらの不純物を吸着除去するための吸着剤として、銅イオンで交換されたＺＳＭ−５型ゼオライト、すなわちＣｕ−ＺＳＭ５が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
Ｃｕ−ＺＳＭ５に高い吸着性能を発揮させるためには、真空中又は不活性ガス中で５５０〜８００℃という高温度で加熱処理（初期活性化）を行う必要がある。また、Ｃｕ−ＺＳＭ５は、初期活性化温度によって吸着性能が異なり、例えば、初期活性化温度７００℃での窒素吸着量は、５００℃で初期活性化を行ったときの１．４倍となる。一方、８００℃を超えるとゼオライトの構造が破壊され、吸着性能が低下してしまう。このため、Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化は、８００℃未満のできるだけ高い温度で行うことが望ましい（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
初期活性化後のＣｕ−ＺＳＭ５は、極めて活性が高いため、外気との僅かな接触で吸着性能が低下してしまうので、一般の吸着剤のように、吸着剤を吸着筒に充填する間の充填時間の最小化や、調湿といった雰囲気制御では、Ｃｕ−ＺＳＭ５の吸着性能の低下を防止できない。
【０００５】
また、特殊な容器を使用することによってＣｕ−ＺＳＭ５の吸着性能の低下を回避することも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この場合は、特殊な容器を用意しなければならないなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３４９３号公報
【特許文献２】特許第５１３３６８８号公報
【特許文献３】特開２００８−２００６１７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、不活性雰囲気としたグローブボックス内で初期活性化後のＣｕ−ＺＳＭ５を吸着筒へ充填することも提案されているが、この場合は、吸着筒の大きさがグローブボックスの大きさに規制されてしまうという問題があり、作業性もよくなかった。また、先に吸着筒内にＣｕ−ＺＳＭ５を充填してから初期活性化を行うことも考えられるが、この場合は、初期活性化中に高温のガスが流れる出口側配管に設ける弁として耐熱性を有する弁を使用する必要があるが、耐熱性を有する弁は、常温仕様の弁に比べてシール性が劣るため、初期活性化後のＣｕ−ＺＳＭ５を充填した吸着筒を密閉する弁としては不適切である。さらに、大径の吸着筒の場合は、径方向や軸線方向の温度ムラに対する配慮も必要になる。
【０００８】
そこで本発明は、Ｃｕ−ＺＳＭ５を充填した状態で効率よく確実に初期活性化を行うことができるとともに、吸着装置への取り付け前に吸着性能が低下することを防止できる吸着筒を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の吸着筒は、内部にＣｕ−ＺＳＭ５を充填して使用する吸着筒であって、筒体の入口側に接続した入口側配管に設けられた入口弁と、筒体の出口側に接続した出口側配管に設けられた出口弁と、筒体内部の入口側に設けられて前記入口側配管から導入された不活性ガスを加熱するガス加熱手段と、筒体外部軸線方向に複数に分割して配置されて筒体内を前記Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化温度に加熱する加熱器とを備えるとともに、前記筒体と前記出口弁との間の出口側配管に、筒体から導出したガスを冷却する冷却手段を設け、前記出口弁として常温仕様の弁を用いたことを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の吸着筒は、前記加熱器が、前記Ｃｕ−ＺＳＭ５と前記不活性ガスとを５００〜８００℃に加熱した状態で接触させること、前記不活性ガスがアルゴンであること、前記複数に分割して配置された加熱器は、各加熱器ごとに個別に温度制御されること、また、本発明の吸着筒は、前記不活性ガスを筒体内に流通させながら前記加熱器で加熱することによって前記Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行った後、前記入口弁及び前記出口弁を閉じた状態で吸着装置に取り付けられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の吸着筒によれば、Ｃｕ−ＺＳＭ５を加熱する加熱器を軸線方向に複数に分割配置するとともに、筒内に流入するガスをガス加熱手段で加熱してからＣｕ−ＺＳＭ５の充填層に流入させるので、十分に加熱されたガスをＣｕ−ＺＳＭ５と均等に接触させることができる。これにより、充填したＣｕ−ＺＳＭ５の全体を効果的に初期活性化でき、吸着性能を十分に発揮させることができる。さらに、出口側配管に冷却手段を設けているので、常温仕様の弁を使用することができ、出口側配管からの大気のリークによって初期活性化したＣｕ−ＺＳＭ５の吸着性能が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の吸着筒の一形態例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の吸着筒の一形態例を示している。本形態例に示す吸着筒１１は、内部にＣｕ−ＺＳＭ５を充填した筒体１１ａの入口側に接続した入口側配管１２に設けられた入口弁１３と、筒体１１ａの出口側に接続した出口側配管１４に設けられた出口弁１５とを備えており、出口側配管１４には、筒体１１ａから排出される高温ガスを冷却するための冷却手段１６が設けられている。入口弁１３及び出口弁１５には、常温仕様でシール性が高い弁がそれぞれ用いられており、閉弁時のリーク性を高めるようにしている。
【００１４】
また、筒体１１ａの内部入口側には、入口側配管１２から筒体１１ａ内に流入した不活性ガスを均等に加熱するためのガス加熱手段１７が設けられ、筒体１１ａの外周には、Ｃｕ−ＺＳＭ５を初期活性化温度に加熱するための加熱器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが軸線方向に４個に分割されて着脱可能な状態で配置されている。これらの加熱器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、各加熱器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄごとに図示しない温度制御器がそれぞれ設けられており、個別に温度制御できるようにしている。これにより、筒体１１ａ内の軸線方向の全体を均等に加熱することが可能となり，筒体軸線方向における温度ムラの発生を防止することができる。各加熱器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄには、温度制御が容易な電気ヒーターを用いることができるが、ジャケットを使用した流体による加熱を用いることも可能である。
【００１５】
ガス加熱手段１７には、筒体１１ａ内に導入された不活性ガスを均等に加熱できるものならば任意の機器を使用することが可能であり、例えば蓄熱材や邪魔板を用いることができる。このようなガス加熱手段１７を設けることにより、入口側配管１２から筒体１１ａ内に流入したガスを第１の加熱器１８ａとガス加熱手段１７とで効果的に加熱することができるとともに、均等に高温に加熱されたガスを筒体１１ａ内の径方向に分散させることができ、径方向の温度ムラの発生を防止することができる。
【００１６】
冷却手段１６は、出口側配管１４内を流れるガスを常温付近まで冷却できれば、適宜な構造を採用することができ、例えば、出口側配管１４の配管長を長くする、例えばコイル管を用いて全長を５００ｍｍ以上、好ましくは１ｍ以上に長くするといった簡単な構造でもよく、配管外周に放熱フィンを設けたり、熱交換器を設けて冷風や冷却水、ブラインで冷却を促進したりすることもできる。
【００１７】
このようにして高温状態で導出されたガスを常温に冷却することにより、耐熱性を有する弁に比べてシール性に優れた常温仕様の弁を出口弁１５として用いることができる。これにより、初期活性化後のＣｕ−ＺＳＭ５を充填した吸着筒１１の密閉状態を確実に維持することができ、初期活性化後のＣｕ−ＺＳＭ５が出口弁１５からのリークによって侵入した大気成分によって吸着性能が低下することを防止できる。
【００１８】
Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化中に筒体１１ａ内に流通させるガスとしては、ヘリウムなどの希ガスを用いることができるが、価格や入手容易性を考慮すると、アルゴンを用いることが好ましい。
【００１９】
このような構成を有する吸着筒１１を使用してＣｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行うことにより、Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を確実に行うことができるとともに、常温仕様の出口弁１５によって筒体１１ａ内への大気成分の侵入を防止でき、吸着装置への取り付けまでの間に吸着性能が低下してしまうことを確実に防止できる。
【００２０】
実験例
筒体内の上部にガスの加熱及び分散を行う邪魔板を備えた高さ４００ｍｍの吸着筒に、幅１００ｍｍで、個別温度制御可能な４個の電気ヒーターを設けるとともに、出口側配管にガス温度を常温に冷却するための放熱機構を設けて出口弁に常温仕様の弁を取り付けた。Ｃｕ−ＺＳＭ５を充填した状態でアルゴンガスを流通しながら各電気ヒーターを制御して筒体内を７５０℃に加熱し、Ｃｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行った。初期活性化後は、入口弁及び出口弁を密閉した状態で吸着装置に取り付けた。そして、通常のＴＳＡ操作により、ヘリウム中の不純物としての窒素の吸着性能を確認したところ、平衡吸着量４５ｍｍｏｌ／ｋｇを示した。
【００２１】
比較例１
乾燥した晴天の日、大気中にて初期活性化後の吸着剤を５秒以内に吸着筒に充填した。その後、吸着装置に取り付けて吸着性能を確認したが、実験例の１％の吸着量しか示さなかった。このように、初期活性化後のＣｕ−ＺＳＭ５は空気分離装置の前処理吸着器に用いるＮａＸゼオライトや、窒素ガス発生装置などに用いる活性炭のような一般的な吸着剤のように、吸着剤充填時間の最小化や調湿などの雰囲気制御では吸着性能の低下を防止できないことがわかる。
【００２２】
比較例２
前記邪魔板を省略した以外は、実験例と同じ条件でＣｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行い、吸着装置に取り付けて吸着性能を確認したところ、実験例の７７％の平衡吸着量しか示さなかった。これは、筒内に流入する常温のアルゴンガスによって上部のＣｕ−ＺＳＭ５が十分に加熱できていないことが原因と考えられる。
【００２３】
比較例３
吸着筒外周のヒーターを、幅４００ｍｍの一つのヒーターとした以外は、実験例１と同じ条件でＣｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行った。その後、吸着装置に取り付けて吸着性能を確認したところ、実験例の８３％の平衡吸着量しか示さなかった。これは、ヒーターの温度制御を行うための温度測定点付近では一定の温度で十分な初期活性化を行えたが、他の部分で温度が低下して十分な初期活性化が行えなかったことが原因であると考えられる。
【００２４】
比較例４
放熱機構を持たない出口側配管を使用し、耐熱仕様の出口弁を設けた以外は、実験例１と同じ条件でＣｕ−ＺＳＭ５の初期活性化を行った。その後、吸着装置に取り付けて吸着性能を確認したところ、実験例の２４％の平衡吸着量しか示さなかった。このようにシール性に劣る耐熱仕様の弁を用いた場合は、出口弁からの僅かな大気成分の侵入で吸着性能が低下してしまうことがわかった。
【符号の説明】
【００２５】
１１…吸着筒、１１ａ…筒体、１２…入口側配管、１３…入口弁、１４…出口側配管、１５…出口弁、１６…冷却手段、１７…ガス加熱手段、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…加熱器
【図１】
2020157174.tif 000003