(57)【要約】【課題】本発明は、ガスの貯蔵及び送給を実施するための装置及びプロセスの改良に関する。【解決手段】前記貯蔵及び送給装置は、ガスの貯蔵が可能である媒体を収容していて、媒体に貯蔵されたガスを容器から送給するのを可能にする貯蔵及び分配容器から構成され、  （ａ）ルイス酸性又は塩基性を有する反応性液体、  （ｂ）ルイス酸性を有するガスをルイス塩基性を有する反応性液体と接触させ、又はルイス塩基性を有するガスをルイス酸性を有する反応性液体と接触させることにより、圧力及び温度の条件下で形成される可逆的に反応した状態にあるガス液体錯体、  （ｃ）前記反応性液体及びガス液体錯体を保持し分散させる非反応性ウィック媒体、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの貯蔵が可能である媒体を収容していて、媒体に貯蔵されたガスを容器から送給するのを可能にする貯蔵及び分配容器から構成された、ガスの貯蔵及び送給を実施するための装置であって、
（ａ）ルイス酸性又は塩基性を有する反応性液体、
（ｂ）ルイス酸性を有するガスをルイス塩基性を有する反応性液体と接触させ、又はルイス塩基性を有するガスをルイス酸性を有する反応性液体と接触させることにより、圧力及び温度の条件下で形成される可逆的に反応した状態にあるガス液体錯体、
（ｃ）前記反応性液体及びガス液体錯体を保持し分散させる非反応性ウィック媒体、
を含むことを特徴とするガス貯蔵送給装置。
【請求項２】
前記非反応性ウィック媒体が、ポリマー布、織製又は非織製ポリプロピレン、高密度ポリエチレン繊維、フルオロポリマー又は他のポリマー材料の微孔質膜、ヒドロゲル、アクアゲルの液体保持粒体、エアロゲル、キセロゲル、焼結ガラス、焼結金属、微細な金属繊維の金属フェルト、ステンレススチール繊維、金属合金の繊維、織製金属繊維、織製又は非織製セルロース繊維、金属フォーム、超吸収剤ポリマー、及びそれらの混合物からなる群より選ばれる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記非反応性ウィック媒体が、目の開いたスペーサーと交互に積層された複数のウィックパッドと、容器内で軸線方向に向けられた円筒状支持スペーサーとを有する構造を持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ウィックパッド及び前記目の開いたスペーサーが、中心に位置する円筒状支持スペーサーの周りの円筒状の層である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ウィックパッド及び前記目の開いたスペーサーが、外側の円筒状支持スペーサーの内側で軸線方向に積み重なった、中心に孔のある円形プレートである、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記ウィックパッド及び前記目の開いたスペーサーが折りたたまれて襞状構造体にされ、当該襞が、最大のウィック容積、最大の層面積、及び最大のシステム容量を提供するように円筒の軸線に沿って配向されている、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記非反応性ウィック媒体が、中心の円筒状支持スペーサーの周りに渦状に巻いて円筒状構造体にされた単一のウィック層及び単一のスペーサー層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記単一のウィック層及び前記単一のスペーサー層が折りたたまれて襞状構造体にされており、当該襞が、最大のウィック容積、最大の層面積、及び最大システム容量を提供するように、前記円筒状構造体の中心軸に沿って配向されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記非反応性ウィック媒体が、最大のシステム容量を有するように不活性ネット材料の細いスペーサー管にウィック媒体を挿入して形成された複数の吸収用スティックを充填した容器を有する構造を持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記非反応性ウィック媒体が、場合により中心に位置する微孔質管を含む、中心に位置する円筒状支持スペーサーに沿って、不規則に又は規則的なパターンで配置されたウィック粒状床又は種々の構造形状を有するウィック床である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記非反応性ウィック媒体が、折りたたんで襞状構造体にされ、当該襞が放射状に配向されてベロータイプの円筒状構造体を形成している、単一のウィック層と単一のスペーサー層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記反応性液体が、２５℃で約１０-2Ｔｏｒｒ未満の蒸気圧を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ルイス酸性ガスが、三フッ化ホウ素、ジボラン、ボラン、四フッ化ケイ素、四フッ化ゲルマニウム、ゲルマン、三フッ化リン、五フッ化リン、五フッ化ヒ素、四フッ化イオウ、四フッ化スズ、六フッ化タングステン、六フッ化モリブデン、同位体を富化した類縁体、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ルイス塩基性ガスが、ホスフィン、アルシン、スチビン、アンモニア、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、同位体を富化した類縁物質、塩基性の有機又は有機金属化合物、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記反応性液体がイオン液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオン液体が、アルキルホスホニウム、アルキルアンモニウム、Ｎ−アルキルピリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、Ｎ，Ｎ’−ジアルキルイミダゾリウムカチオン及びそれらの混合物からなる群より選択される塩から構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
ルイス酸性を有する前記イオン液体が、銅、アルミニウム、鉄、亜鉛、スズ、アンチモン、チタン、ニオブ、タンタル、ガリウム及びインジウムのハロゲン化物と、それらの混合物とからなる群より選択される金属ハロゲン化物から得られるアニオン成分から構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記アニオン成分が、ＣｕＣｌ2-、ＣｕＢｒ2-、ＣｕＣｌＢｒ-、Ｃｕ2Ｃｌ3-、Ｃｕ2Ｃｌ2Ｂｒ-、Ｃｕ2ＣｌＢｒ2-、Ｃｕ2Ｂｒ3-、ＡｌＣｌ4-、Ａｌ2Ｃｌ7-、ＺｎＣｌ3-、ＺｎＣｌ42-、Ｚｎ2Ｃｌ5-、ＦｅＣｌ3-、ＦｅＣｌ4-、Ｆｅ2Ｃｌ7-、ＴｉＣｌ5-、ＴｉＣｌ62-、ＳｎＣｌ5-及びＳｎＣｌ62-と、それらの混合物とからなる群より選択される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ルイス塩基性を有するイオン液体が、カルボキシレート、フッ化カルボキシレート、スルホネート、フッ化スルホネート、イミド、ボレート、ハロゲン化物、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記ルイス塩基性を有するイオン液体が、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＡｓＦ6-、ＳｂＦ6-、ＣＨ3ＣＯＯ-、ＣＦ3ＣＯＯ-、ＣＦ3ＳＯ3-、ＣＨ3ＯＳＯ3-、ＣＨ3ＣＨ2ＯＳＯ3-、ｐ−ＣＨ3−Ｃ6Ｈ4ＳＯ3-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（ＮＣ）2Ｎ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ-、クロライド、Ｆ（ＨＦ）n-、及びそれらの混合物からなる群より選択されるアニオン成分から構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
ガスの貯蔵が可能である媒体を収容していて、媒体に貯蔵されたガスを容器から送給するのを可能にする貯蔵及び分配容器から構成された貯蔵及び送給装置内のガスの貯蔵及び送給を実施するための方法であって、
（ａ）ルイス酸性又は塩基性を有する反応性液体を非反応性ウィック媒体でもって貯蔵すること、
（ｂ）前記非反応性ウィック媒体中において、ルイス酸性を有するガスをルイス塩基性を有する反応性液体と接触させ、又はルイス塩基性を有するガスをルイス酸性を有する反応性液体と接触させることにより、圧力及び温度の条件下で形成される可逆的に反応した状態にあるガス液体錯体を貯蔵すること、
を特徴とするガス貯蔵送給方法。
【請求項２２】
前記非反応性ウィック媒体を、ポリマー布、織製は非織製のポリプロピレン、高密度ポリエチレン繊維、フルオロポリマー又は他のポリマー材料の微孔質膜、ヒドロゲル、アクアゲルの液体保持粒体、エアロゲル、キセロゲル、焼結ガラス、焼結金属、微細金属繊維の金属フェルト、ステンレススチール繊維、金属合金の繊維、織製金属繊維、織製又は非織製のセルロース繊維、金属フォーム、超吸収剤ポリマー、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記非反応性ウィック媒体が、目の開いたスペーサーと交互に積層された複数のウィックパッドと、容器内で軸線方向に向けられた円筒状支持スペーサーとを有する構造を持つ、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウィックパッド及び前記目の開いたスペーサーが、中心に位置する円筒状支持スペーサーの周りの円筒状層である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ウィックパッド及び前記目の開いたスペーサーが、外側の円筒状支持スペーサーの内側で軸線方向に積み重なった、中心に孔のある円形プレートである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ウィックパッド及び前記目の開いたスペーサーが折りたたまれて襞状構造体にされ、当該襞が、最大のウィック容積、最大の層面積、及び最大のシステム容量を提供するように円筒の軸線に沿って配向されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記非反応性ウィック媒体が、中心の円筒状支持スペーサーの周りに渦状に巻いて円筒状構造に形成された単一のウィック層及び単一のスペーサー層を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記単一のウィック層及び前記単一のスペーサー層が折りたたまれて襞状構造体にされており、当該襞が、最大のウィック容積、最大の層面積、及び最大のシステム容量を提供するように、前記円筒状構造体の中心軸に沿って配向されている、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記非反応性ウィック媒体が、場合により中心に位置する微孔質管を含む、中心に位置する円筒状支持スペーサーに沿って、不規則に又は規則的なパターンで配置されたウィック粒状床又は種々の構造形状を有するウィック床である、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記非反応性ウィック媒体が、折りたたんで襞状構造体にされ、当該襞が放射状に配向されてベロータイプの円筒状構造体を形成している、単一のウィック層と単一のスペーサーを有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記非反応性ウィック媒体が、最大のシステム容量を有するように不活性ネット材料の細いスペーサー管にウィック媒体を挿入して形成された複数の吸収用スティックを充填した容器を有する構造を持つ、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体産業の多くのプロセスは、広範囲の用途にプロセスガスの信頼できる供給源を必要としている。これらのガスは、多くの場合、ボンベ又は容器中に貯蔵され、次いでボンベから制御された状態でプロセスに送給される。半導体製造産業は、例えば、ドーピング、エッチング及び薄膜堆積のために、ホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）及び三フッ化ホウ素（ＢＦ3）などの数多くの危険な特殊ガスを使用する。これらのガスは、その高い毒性及び自然発火性（空気中で自然に起きる発火性）のため、安全面及び環境面での著しい課題を提起する。毒性因子に加え、これらのガスの多くは、高圧下でボンベ中に貯蔵するため圧縮及び液化される。金属ボンベに高圧下で毒性ガスを貯蔵するのは、漏れ又はボンベの破滅的な破裂が起きる可能性のため、許容できないことが多い。
【０００２】
ルイス酸及びルイス塩基ガス（例えば、ＰＨ3、ＡｓＨ3及びＢＦ3）を貯蔵及び送給する最近の一つのアプローチは、ルイス性が反対の反応性液体、例えば反対のルイス性のイオン液体（例えば、アルキルホスホニウム又はアルキルアンモニウムの塩）中の、ルイス塩基又はルイス酸の錯体に存する。そのような液体付加錯体は、毒性と揮発性の高い化合物を貯蔵、輸送及び取扱う安全で低圧の方法を提供する。
【０００３】
次の参考文献は、反応性液体からのルイス塩基及び酸性ガスの送給装置と、反応性液体とルイスガスとのルイス錯体の形成のため及び反応性液体からガスを回収し現場の設備へそれぞれのガスを送給するための提案された機械装置を説明している。
【０００４】
米国特許第７１７２６４６号明細書（その内容は参照により組み入れられる）は、反対のルイス酸性又はルイス塩基性を有する非揮発性の反応性液体中にルイス塩基及びルイス酸性ガスを貯蔵する方法を開示している。好ましい方法は、イオン液体でのアルシン、ホスフィン及びＢＦ3の貯蔵及び送給を利用している。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１７２６４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
錯体化ガス技術は、現在、円筒状容器に収容されている大量の反応性液体を利用している。容器は、使用中水平の向きにされることもあり、垂直の向きにされることもある。液体は、ガス／液体分離器のバリア装置により容器から出ないようにされている。分離器は、例えば、ガスの通過は可能にするが容器から液体が通過して出てゆくのを防ぐように設計された薄い微孔質の膜を含む。この装置は、微孔質相バリアを通って微量の液が外部へ漏れる可能性、膜が破裂し外部へ相当量の液体が放出される可能性、容器の向きに関わらず使用中に容器のガス空間に通気口を配置しておく必要性、膜上への液体又は固体の堆積により膜の相バリアを通る流れが段々と制限される可能性、バルク液体中での泡立ち及び対流による液体の流れなどのような液面下での液体力学的効果によりガス送給中に流量及び圧力が変動する可能性、及び、バルク液体の体積に対して自由表面の割合が比較的低いことで界面での物質移動速度が制限されることになって、（１）ガスの錯体化速度が制限されことになり、（２）ガスの分解速度が制限されることになり、そして（３）ガス生成物の分解又は送給が不完全になる、といった運転上の制限を受ける。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ガスの貯蔵及び送給を行うための装置及び方法における改良に関する。貯蔵及び送給装置は、ガスの貯蔵が可能である媒体を収容していて、媒体に貯蔵されたガスを容器から送給するのを可能にする貯蔵及び分配容器から構成され、その改良点は、
（ａ）ルイス酸性又は塩基性を有する反応性液体、
（ｂ）ルイス酸性を有するガスをルイス塩基性を有する反応性液体と接触させ、又はルイス塩基性を有するガスをルイス酸性を有する反応性液体と接触させることにより、圧力及び温度の条件下で形成される可逆的に反応した状態にあるガス液体錯体、
（ｃ）前記反応性液体及び前記ガス液体錯体を保持し分散させる非反応性ウィック媒体、
を含む。
【０００８】
ここに記載される方法によりいくつかの利点を得ることができ、これらの一部には、
ガスと反応性液体とのより迅速な錯体化を促進できること、及び
反応性液体からより迅速且つより効率よくガスを抜き出し回収できること、
が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一つのタイプの低圧貯蔵及び送給装置においては、ルイス塩基性又は酸性を有するガス、特に、電子産業で使用されるホスフィン、アルシン及び三フッ化ホウ素などの危険な特殊ガスを、連続液体媒体中で錯体として貯蔵する。ルイス塩基性を有するガスとルイス酸性を有する反応性液体との間、あるいは、ルイス酸性を有するガスとルイス塩基性を有する反応性液体（本書では、反対のルイス性を有するとも称される）との間で可逆反応が起こり、錯体が形成されることになる。
【００１０】
これらの貯蔵及び送給装置では、揮発性が低く、好ましくは２５℃で約１０-2Ｔｏｒｒ未満の、より好ましくは２５℃で１０-4Ｔｏｒｒ未満の蒸気圧を有する好適な反応性液体が使用される。イオン液体は、貯蔵すべきガスと可逆反応するためのルイス酸又はルイス塩基のいずれかとして作用することができるので、イオン液体が代表的であり好ましい。反応性イオン液体の酸性又は塩基性は、イオン液体で使用されるカチオン、アニオンの種類により、又はカチオン及びアニオンの組み合わせにより決まる。最も一般的なイオン液体は、テトラアルキルホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、Ｎ−アルキルピリジニウム又はＮ，Ｎ’−ジアルキルイミダゾリウムカチオンの塩を含む。一般的なカチオンは、Ｃ１〜１８アルキル基を含有しており、そしてＮ−アルキル−Ｎ’−メチルイミダゾリウム及びＮ−アルキルピリジニウムのエチル、ブチル及びヘキシル誘導体が挙げられる。他のカチオンとしては、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、ピラゾリウム、トリアゾリウム、チアゾリウム、及びオキサゾリウムが挙げられる。
【００１１】
広範囲のアニオンを、ルイス酸性を得るため、そのようなイオン液体のカチオン成分と組み合わせることができる。一つのタイプのアニオンは、金属ハロゲン化物から得られる。最も頻繁に使用されるハロゲン化物は、塩化物及び臭化物であるが、他のハロゲン化物を使用してもよい。例えば金属ハロゲン化物など、アニオン成分を供給するための好ましい金属としては、銅、アルミニウム、鉄、亜鉛、スズ、アンチモン、チタン、ニオブ、タンタル、ガリウム、及びインジウムが挙げられる。金属ハロゲン化物アニオンの例は、ＣｕＣｌ2-、ＣｕＢｒ2-、ＣｕＣｌＢｒ-、Ｃｕ2Ｃｌ3-、Ｃｕ2Ｃｌ2Ｂｒ-、Ｃｕ2ＣｌＢｒ2-、Ｃｕ2Ｂｒ3-、ＡｌＣｌ4-、Ａｌ2Ｃｌ7-、ＺｎＣｌ3-、ＺｎＣｌ42-、Ｚｎ2Ｃｌ5-、ＦｅＣｌ3-、ＦｅＣｌ4-、Ｆｅ2Ｃｌ7-、ＴｉＣｌ5-、ＴｉＣｌ62-、ＳｎＣｌ5-、ＳｎＣｌ62-などである。
【００１２】
装置をホスフィン又はアルシンの貯蔵用に使用する場合、好ましい反応性液体はイオン液体であり、そのイオン液体のアニオン成分はキュプレート又はアルミネートであり、カチオン成分はＮ，Ｎ’−ジアルキルイミダゾリウム塩から得られる。
【００１３】
貯蔵しそしてルイス酸性反応性液体、例えばイオン液体から送給すべきルイス塩基性を有するガスは、ホスフィン、アルシン、スチビン、アンモニア、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、同位体を富化した類縁物質、塩基性の有機又は有機金属化合物などのうちの１種以上を含むことができる。
【００１４】
ルイス酸性ガスを化学的に錯体化するのに有用なルイス塩基性イオン液体に関しては、そのようなイオン液体のアニオン又はカチオン成分、あるいはその両方が、ルイス塩基性であることができる。場合によっては、アニオンとカチオンの両方がルイス塩基性である。ルイス塩基性アニオンの例には、カルボキシレート、フッ化カルボキシレート、スルホネート、フッ化スルホネート、イミド、ボレート、クロライドなどが含まれる。一般的なアニオン形態としては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＡｓＦ6-、ＳｂＦ6-、ＣＨ3ＣＯＯ-、ＣＦ3ＣＯＯ-、ＣＦ3ＳＯ3-、ｐ−ＣＨ3−Ｃ6Ｈ4ＳＯ3-、ＣＨ3ＯＳＯ3-、ＣＨ3ＣＨ2ＯＳＯ3-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（ＮＣ）2Ｎ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ-、クロライド、及びＦ（ＨＦ）n-が挙げられる。他のアニオンとしては、アルキルアルミネート、アルキル又はアリールボレート、ならびに遷移金属種などの、有機金属化合物が挙げられる。好ましいアニオンとしては、ＢＦ4-、ｐ−ＣＨ3−Ｃ6Ｈ4ＳＯ3-、ＣＦ3ＳＯ3-、ＣＨ3ＯＳＯ3-、ＣＨ3ＣＨ2ＯＳＯ3-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（ＮＣ）2Ｎ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ-、ＣＨ3ＣＯＯ-及びＣＦ3ＣＯＯ-が挙げられる。
【００１５】
ルイス塩基性基を有するカチオンを含むイオン液体も、ルイス酸性を有するガスを錯体化するのに関して使用することができる。ルイス塩基性カチオンの例には、Ｎ，Ｎ’−ジアルキルイミダゾリウム、及び複数のヘテロ原子を有するその他の環状物が含まれる。ルイス塩基性基は、アニオンは又はカチオンのいずれかの置換基の一部であってもよい。潜在的に有用なルイス塩基性置換基としては、アミン、ホスフィン、エーテル、カルボニル、ニトリル、チオエーテル、アルコール、チオールなどが挙げられる。
【００１６】
ルイス塩基性反応性液体、例えばイオン液体中に貯蔵されそこから送給されるべきルイス酸性を有するガスは、ジボラン、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、ＳｉＦ4、ゲルマン、シアン化水素、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＩ、ＨＢｒ、ＧｅＦ4、同位体を富化した類縁物質、酸性の有機又は有機金属化合物などのうちの１種以上を含むことができる。
【００１７】
ルイス酸性官能基を有する液体の例には、置換されたボラン、ボレート、アルミニウム又はアルモキサンや、カルボン酸及びスルホン酸などのプロトン酸や、チタン、ニッケル、銅などの金属の錯体、などが含まれる。
【００１８】
ルイス塩基性官能基を有する液体の例には、エーテル、アミン、ホスフィン、ケトン、アルデヒド、ニトリル、チオエーテル、アルコール、チオール、アミド、エステル、尿素類、カルバメートなどが含まれる。反応性の共有結合性液体の具体例には、トリブチルボラン、トリブチルボレート、トリエチルアルミニウム、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、四塩化チタン、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリアルキルホスフィン、トリアルキルホスフィンオキシド、ポリテトラメチレングリコール、ポリエステル、ポリカプロラクトン、ポリ（オレフィン−ａｌｔ−一酸化炭素）、そしてアクリレート、メタクリレート又はアクリロニトリルのオリゴマー、ポリマー又はコポリマー、などが含まれる。とは言え、多くの場合、これらの液体は高温での過剰な揮発性に難があり、熱を媒介とする放出には適さない。しかし、それらは圧力を媒介とする放出には適していよう。
【００１９】
ガス／液体錯体を形成するためには、錯体形成のための条件下で反応性液体をそれぞれのルイスガスと接触させる工程があり、そして現場への送給のため反応性液体からガスを放出するためには、錯体を壊す（分解する）ことが必要である。錯体の形成のためであれ錯体の分解のためであれ、本方法における各工程は、バルク液体の自由表面を通してガスが物質移動するのを必要とする。反応性液体には粘性のものもあり、それによりルイスガスと反応性液体との混合を阻害するため、物質移動は制限されることが多い。本方法の経済性は、反対のルイス性の反応性液体に出入りするガスの交換を行う能力に依存する。
【００２０】
本発明は、ガスとイオン液体の迅速な錯体化、及び迅速な錯体の分解と反応性液体／ガス錯体からのルイスガスの抜き出し及び回収を可能にする。ルイスガスと反応性液体との錯体を形成し、あるいはそれからルイスガスを回収するにあたり、反応性液体は、非反応性の固体マトリックス、又は吸収剤、又は本書において「ウィック（ｗｉｃｋ）」と称される芯（ｗｉｃｋ）に、収容容器中の所定の位置に反応性液体を物理的に保持又は分散する条件下で、収容又は分散されている。吸収又は分散されている液体の表面積が増えるにつれ、ガスとイオン液体との錯体の形成及び分解を容易にするためにガスをより容易に輸送できることが分かった。
【００２１】
乾燥ウィックの重量に対する液体の重量の比として表される、ウィック材料の液体保有量は、０．０１から１０００の範囲であることができる。０．０１〜０．１の液体保有量範囲において、液体は一般に固体ウィックの表面上に薄い液体コーティングを構成する。０．１を超える液体保有量範囲において、液体は一般に固体ウィック材料に浸透している連続液体相を構成する。どちらの保有量範囲でも、液体／固体系は、ここでは、反応性液体及び反応性ガス液体錯体をそこに保持するウィック媒体を含むものと定義される。
【００２２】
広範囲のウィック媒体を、反応性液体を吸収し又は分散させるのに使用することができる。従来技術の錯体化ガス装置の制限は、例えば吸収（ｗｉｃｋｉｎｇ）能力を有する、固体マトリックスで、イオン液体を吸収又は分散させることにより除かれる。可能性のあるウィックとしては、織製又は非織製ポリプロピレン又は高密度ポリエチレン繊維などのようなポリマー布、フルオロポリマー又は他のポリマー材料から構成される種々の微孔質膜、ヒドロゲル又はアクアゲルの液体保持粒体、種々のエアロゲル、種々のキセロゲル、焼結ガラス、焼結ニッケルなどであるがこれに限定されない焼結金属、ニッケル繊維などであるがこれに限定されない微細な金属繊維を含む金属フェルト、ステンレススチール繊維又は他の金属合金から構成される繊維、織製金属繊維、織製又は非織製セルロース繊維、金属フォーム、及び織製又は非織製ポリアクリル繊維などの「超吸収剤」ポリマーが挙げられるが、ウィックはこれらに限定されない。
【００２３】
そのようなウィックは、既存の容器容積中にイオン液体を収容するのに十分な空隙容積を有する。ウィック媒体中に吸収されたイオン液体は、非常に大きなガス／液体界面積を有し、それによりガス交換に対する抵抗を最小限にする。このように吸収又は分散された液体は、ボンベから出られず、相バリア膜に影響を与えることもできない。種々のウィックの形態を予想することができ、それには、層状ウィックパッド中へのガスの通路を提供するため目の開いたポリマーネット又は本書において「スペーサー」と称されるその他の類似の不活性材料と交互に積層されている複数の布製パッド、粒状床、及び種々の構造化形状を有する床が含まれるが、これらに限定はされない。そのような形態のものは、錯体化ガス装置の容器中に挿入され、イオン液体により濡らされる。その後、錯体化ガス装置は、相バリア膜を液体と接触させることなく、あるいは液面下の液体力学的効果により誘起される圧力又は流量の変動を受けることなく、どのような容器の向きでも運転できる。そのように改良された装置は、理論的な効率の限界近くで運転することもできる。
【００２４】
形成及び錯体化プロセスの理解を助けるため、上述の一般的説明に関して、図を参照する。図１は、貯蔵及び分配装置１０の好ましい実施形態を示しており、図１Ａは、ルイスガスと反応性液体の錯体化又は錯体の分解を行うために設計された層状の円筒状ウィックに関して更なる詳細を提供するものである。この装置は、細長い通常のガスボンベ容器などのような貯蔵及び分配装置１２から構成される。内部は、貯蔵しようとするガスとの好適な反応性を有する少量の自由な、又は吸収されていないイオン液体１４と、非錯体化ガスのための上部空間１６とを保持するように設計されている。
【００２５】
容器１２は、その上端部に、ボンベ１２に出入りするガスの流量を制御するため通常のボンベガス弁１８を備えている。弁１８は、好適なガス供給又は生成物送給装置に弁を固定するように設計されたガス口２６を備えている。
【００２６】
管２０が容器１２内に配置され、弁１８と連通しており、それは更に、本書において「ベント」と称されるベントタイプの相バリア装置２２と連通している。ベントは、ガスの通過を可能にする一方で容器外への液体の通過を防ぐように設計された膜であって、膜を保持するように設計された中空円筒状の支持構造体に対してシールされる薄い微孔質膜を含んでいる。この膜は、一般的にイオン液体をはじきそして大きさが一般的に１マイクロメートルより小さい多数の細孔を有するテフロン（登録商標）又は他の好適な媒体を含むことができる。別な実施形態において、ベントは、中空の管、円板及び円筒体を含むがそれらに限定されない種々の形状のいずれか一つに成形された微孔質のテフロン（登録商標）を含むがそれに限定されない、微孔質媒体を含んでもよい。本発明の一つの実施形態において、非織製ポリプロピレン繊維などの吸収剤材料は、洗浄のためと材料の表面エネルギーに有利な影響を与えるために、例えばヘリウム／アルゴンプラズマを使用して、又は他の化学的もしくは物理的前処理を利用して、前処理される。そのような前処理は、材料の吸収性を高めて、それにより反応性液体を保持する材料の能力を向上させることが分かった。
【００２７】
液体１４は、垂直に向いているボンベの低い箇所に配置されるように示されている。水平又は他の方向に向いているボンベ内の液体１４は、対応する低い箇所に位置するが、ベント２２の膜表面に接触するのには不十分な量である。
【００２８】
ボンベ１２内には、中心に位置する円筒状支持スペーサー３４の周りに同心円状に配置された布タイプの吸収剤ウィック３０とスペーサー３２の複数の層から構成される円筒状ウィック構造体が、更に配置されている。スペーサー３２は布層３０を分離しており、それによりルイスガスを濡れた布層の両面に容易に通過させる。ガスの流れる経路は、図１において矢印で示されている。
【００２９】
一つのポリプロピレン不織布が、およそ８９％の気孔率を有し、三フッ化ホウ素反応性イオン液体中において自重量のおよそ５倍の液体吸収力を有することが見いだされた。ボンベ１２中に収容されているイオン液体の大部分、例えば＞８０％、より好ましくは＞９０％、更により好ましくは＞９５％のイオン液体が、ウィック３０中に吸収又は分散される。その残りは、担持されないイオン液体１４である。
【００３０】
図１Ａは、多層ウィック構造体の分解図を示し、中心の円筒状支持スペーサー３４と、ウィック３０及びスペーサー３２の反復する層を更に図示している。
【００３１】
図１と１Ａに示したウィック構造体の他の類似の実施形態を予想することができ、それには、中心の円筒状支持スペーサーの周りに渦状に巻いて円筒状構造体を形成した単一のウィック層と単一のスペーサー層が含まれるが、これに限定はされない。
【００３２】
図１及び１Ａに示したウィック構造体の他の類似の実施形態においては、ウィックとスペーサーの単一又は複数の層を折りたたんで襞状構造体にし、それにおいて襞は、最大のウィック容積、最大の層面積、及び最大のシステム容量を提供するように、ボンベの軸線に沿って配向される。ここで言う「システム容量」は、完全に充填した錯体化ガスシステムに収容されたイオン液体及び錯体化ガスの総量に関係する。
【００３３】
図１及び１Ａに示したウィック構造体の別の類似の実施形態においては、目の開いたポリプロピレンネットから構成される細いスペーサー管又はボンベ１２に比べて相対的に小さい直径を持つ他の同様の不活性材料中にウィック材料を挿入して、最初に個別のウィック用「スティック」が形成される。次いで、複数のスティックをボンベ１２に挿入して、最大のシステム容量を有する完全な構造体を形成する。
【００３４】
図２は、貯蔵及び分配装置４０の別の好ましい実施形態を示しており、図２Ａは、ルイスガスと反応性液体の錯体化又は錯体の分解を行うために設計された層状の積重ウィックに関して更なる詳細を提供するものである。ボンベ内で軸線方向に積み重ねた布タイプの吸収剤ウィック４２とスペーサー４４の複数の層から構成される円筒状ウィック構造体が、ボンベ１２内に配置されている。ウィック及びスペーサーの積重体は、ボンベの内表面に隣接して位置する円筒状のスペーサー層４６の内側に位置している。ウィック層４２とスペーサー４４には、それぞれ中心に位置する孔４３及び４５が設けられている。スペーサー３２は布層３０を分離しており、それによりルイスガスを濡れた布層の両面に容易に通過させる。中心の孔４３、４５とスペーサー層４６は、容器内でルイスガスが軸線方向へ容易に通過するようにしている。
【００３５】
図２Ａは、多層ウィック構造体の数層のみの分解図を示しており、中心に位置する孔４３、４５を更に図示している。
【００３６】
図２及び２Ａに示したウィック構造体の他の類似実施形態を予想することができ、それには、ウィック及びスペーサー材料を折りたたんで襞状構造体にすることにより形成した積重体であって、襞が放射状に配向されてベロータイプの積重ディスク形態を形成したものが含まれるが、これに限定はされない。
【００３７】
図２及び２Ａに示した実施形態は、図１及び１Ａの実施形態より優れた利点を提供する。ウィックは毛細管作用により液体を吸収する。毛細管中の液体が上昇することができる高さＬは、下記のように、液体の表面張力γ、液体の密度δ、及び毛細管半径（又は細孔の寸法）ｒにより制限される。
Ｌ＝２γ／（δｇｒ）
【００３８】
上式においてｇは重力定数である。従って、丈がより高いウィックは、液体の物性により、そしてそれ自身の細孔寸法により、液体を保持する能力が制限される。これは、錯体化ガス装置におけるウィックの全体的な液体吸収力を制限する。図２及び２Ａに示したタイプの積重ディスク構造体は、吸収媒体中に液体がそれほど高く上昇することを必要としない。実際、図２及び２Ａに示したようにボンベを垂直に向ける場合、液体は、各ディスクに独立に保持されており、各ディスクの厚さまで上昇する必要があるだけである。これはシステムの全体的な液体容量を最大にする。
【００３９】
図３は、ルイスガスと反応性液体の錯体化又は錯体の分解のための貯蔵及び分配装置５０の別の好ましい実施形態を示している。ボンベ１２内には、粒状床又は種々の構造形状物を含んでなる床を含むウィック床５６が配置されている。構造形状物は、ボンベ１２内に不規則にランダムに投入してもよく、あるいは規則的パターンで配置してもよい。
【００４０】
図３は、管２０と連通している微孔質の管５２を含む、ベントの別の実施形態も示している。微孔質の管５２は床５６中に収容され、末端でキャップアセンブリ５４によりシールされている。他のベントの設計をこのウィック床の実施形態と組み合わせてもよい。
【００４１】
特定の実施形態を詳細に説明したが、当業者は、本開示の教示全体に照らして、それらの細部に種々の改変及び変更行うことができることを認識しよう。従って、開示された特定の構成は、説明のためのみのものであり、特許請求の範囲の全部の広がりとそれと均等である全てが与えられる本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】層状の円筒状ウィックを使用して、ルイスガスと反対のルイス性の反応性液体との錯体の形成及びルイスガスの回収を実施するための装置の図である。
【図１Ａ】層状の円筒状ウィックを使用して、ルイスガスと反対のルイス性の反応性液体との錯体の形成及びルイスガスの回収を実施するための装置の図である。
【図２】層状の積重ウィックを使用して、ルイスガスと反対のルイス性の反応性液体との錯体の形成及びルイスガスの回収を実施するための装置の図である。
【図２Ａ】層状の積重ウィックを使用して、ルイスガスと反対のルイス性の反応性液体との錯体の形成及びルイスガスの回収を実施するための装置の図である。
【図３】粒状の吸収剤床を使用して、ルイスガスと反対のルイス性の反応性液体との錯体の形成及びルイスガスの回収を実施するための装置の図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【外国語明細書】
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