(57)【要約】本発明は、拡張可能なリング及びガス透過性媒体保持膜を備える拡張可能な媒体保持リングに関する。本発明は更に、２つ以上の浄化媒体のベッド及び拡張可能な媒体保持リングを備えるガス浄化装置に関する。拡張可能な媒体保持リングは半径方向力によって装置内に固定され、隣接ベッドへの浄化媒体の移動を防止することによって浄化装置の性能を改善し、また、装置をどの向きでも用いることができるようにする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口及び流体出口を有する筐体であって、前記入口及び出口は、前記筐体内に含まれる精製器ベッドを介して流体的に接続され、前記精製器ベッドは、
浄化媒体の第１のベッドと、
浄化媒体の第２のベッドと、
前記浄化媒体の第１のベッドと前記浄化媒体の第２のベッドとを分離する媒体保持多孔性膜と
を備え、前記媒体保持膜は、拡張可能なリングによってその縁が前記筐体内に固定され、前記リングは、内周、外周、及び係止されると前記筐体の内壁に対する半径方向力によって前記リングを拡張及び保持するための係止機構を備える、筐体
を備えるガス精製器。
【請求項２】
前記媒体保持多孔性膜は、浄化媒体の粒子が前記膜を通過することを防ぐような孔径を有するガス透過性膜である、請求項１記載のガス精製器。
【請求項３】
前記媒体保持多孔性膜は、浄化媒体の第１のベッドと密接し且つ接触を保っている、請求項１又は請求項２記載のガス精製器。
【請求項４】
前記媒体保持多孔性膜は、前記拡張可能なリングの表面と、浄化媒体の下流のベッドの表面との間に固定される、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項５】
前記浄化媒体の第１のベッド及び前記浄化媒体の第２のベッドは、組成が同一である又は組成が異なっている、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項６】
前記浄化媒体の第１のベッド及び前記浄化媒体の第２のベッドは、高表面積支持媒体上の金属触媒、乾燥剤材料、モレキュラーシーブ、ゼオライト、支持媒体上の有機金属試薬、ゲッター材、又は炭素系媒体を各々が独立して備える、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項７】
前記媒体保持多孔性膜は、金属性、半金属性、炭素系、セラミック、高分子、又は熱伝導性の材料を備える、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項８】
前記媒体保持多孔性膜は、フェルト、ワイヤメッシュ、燃結粒子、エレクトロブローン繊維、織膜、又は不織膜である、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項９】
前記係止機構はばね式係止機構である、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１０】
前記拡張可能なリングは、前記拡張可能なリングの外径と前記筐体の内壁との間の半径方向力によって固定される、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１１】
前記拡張可能なリングは、金属（例えば、ステンレス鋼）、プラスチック、又は金属合金を備える、請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１２】
前記拡張可能なリングは、約０．０６インチから約０．１２インチの厚みを有する、請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１３】
前記媒体保持多孔性膜は、約０．０５ミクロンから約１．０ミクロンの孔径を有する、請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１４】
前記ガス精製器は、使用中、垂直又は水平に向けられる、請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１５】
浄化媒体の１つ又は複数の追加のベッドを更に備え、且つ、１つ又は複数の追加の媒体保持多孔性膜を任意選択的に備え、前記追加の膜が存在する場合、それらは浄化媒体の任意の２つのベッドを分離する、請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１６】
ガス流れから異なる不純物又は異なる量の不純物を除去することができる上流の浄化媒体及び下流の浄化媒体を筐体内に備え、
ａ）前記上流及び下流の浄化媒体は、前記下流の媒体層と密接し且つ接触関係を保っている多孔性フェルト膜によって分離され、前記多孔性フェルト膜と前記下流の媒体との接触によって前記筐体内の所定の位置に前記下流の媒体が保持され、前記接触によって、前記精製器の使用中に下流の媒体においてチャネリングが発生することなく任意の向きで前記精製器を用いることが可能になる、
ｂ）前記下流の媒体と接している前記多孔性フェルト膜の縁は、前記筐体内に固定された多孔性フェルト膜を提供するために前記下流の媒体に接するようにリングによって固定され、前記固定された多孔性フェルト膜は、ガス流れ及びその中のあらゆる上流の媒体粒子又はミクロ粒子が、上流の媒体粒子及び上流の媒体ミクロ粒子が保持される前記多孔性フェルト膜を通って流れるように導く、
ガス精製器。
【請求項１７】
拡張可能な媒体保持リングであって、
内周、外周、及び、半径方向力によって媒体ベッドの間の濾過筐体に挿入されると前記リングを拡張及び保持するための係止機構を備え、前記保持機能は前記係止機構が係止されると作動する、拡張可能なリングと、
媒体が通過することを防ぐような孔径のガス透過性材料を備え、前記拡張可能なリングに任意選択的に付加される、媒体保持多孔性膜と
を備える拡張可能な媒体保持リング。
【請求項１８】
前記拡張可能なリングは、金属（例えば、ステンレス鋼）、プラスチック、又は金属合金を備える、請求項１７記載の拡張可能な媒体保持リング。
【請求項１９】
前記拡張可能なリングは、約０．０６インチから約０．１２インチの厚みを有する、請求項１７又は請求項１８記載の拡張可能な媒体保持リング。
【請求項２０】
前記係止機構は、ばね式係止機構である、請求項１７乃至１９のうちいずれか１項に記載の拡張可能な媒体保持リング。
【請求項２１】
前記ガス透過性材料は、金属性、半金属性、炭素系、セラミック、高分子、又は熱伝導性である、請求項１７乃至２０のうちいずれか１項に記載の拡張可能な媒体保持リング。
【請求項２２】
前記媒体保持多孔性膜は、フェルト、ワイヤメッシュ、燃結粒子、エレクトロブローン繊維、織膜、又は不織膜である、請求項１７乃至２１のうちいずれか１項に記載の拡張可能な媒体保持リング。
【請求項２３】
前記媒体保持多孔性膜は、約０．０５ミクロンから約１．０ミクロンの孔径を有する、請求項１７乃至２２のうちいずれか１項に記載の拡張可能な媒体保持リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年９月１０日出願の米国特許仮出願第６１／６９８８４５号及び２０１３年２月８日出願の米国特許仮出願第６１／７６２３１３号の利益を主張する。上記出願の全教示は、参照によって本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
１９７９年１月２３日に発行されたパリシュらのＵＳ４１３５８９６号は、サンプル精製器キャニスタ又は封じ込め手段を開示し、それらは、封じ込め手段と伴に、一般に曲線状の直角の配置を有するチャネリング手段構造を含む。封じ込め手段は、チャネリング手段によって実質的に真っ直ぐ上るか真っ直ぐ下がる、垂直に方向付けられたサンプル吸着剤を含む。この直立の方向付けは、封じ込め手段が垂直に配置されない場合に起こりうる、吸着剤中の望ましくないチャネリング効果を削減するためである。サンプルキャニスタの封じ込め手段部分において吸着剤が片側に沈み、ガスが吸着剤に実質的に接することなく流れうる通路となる空間が形成されると、望ましくないチャネリング効果がキャニスタ内で発生することがある。封じ込め手段が常に垂直に方向付けられていると、望ましくないチャネリングは発生することがなく、封じ込め手段を通過するガスの全てが、封じ込め手段内の吸着剤を通過することになる。キャニスタは、キャニスタ内の吸着剤の部分間にメッシュ手段及び保持リングを含むが、吸着剤はメッシュ又はリングによって引き留められない。各々が特定の汚染物質を除去する浄化媒体の複数の分離した層は開示されていない。リングを受け止める筐体壁部の溝を作成するためには費用がかかり、且つ製造工程が増える。
【０００３】
２０１１年４月５日に発行されたアップルガスらのＵＳ７９１８９２３号は、炭素系材料を用いたガスの浄化を開示する。第１、第２、及び第３の異なる炭素系媒体が、隔壁によって物理的に分離された第１、第２、及び第３のゾーンにそれぞれ配置され、隔壁は、粒子フィルタ、金属製メッシュ、又は、ゾーンを通るガスの通過を妨げずに第１、第２、及び第３の媒体を各々のゾーン内に保持する効果を持つ他の何らかの物理構成を含む。１つのゾーンから別のゾーンへ媒体微粒子及び粒子が移動することを防ぐために粒子フィルタ又は金属製メッシュがどのように筐体内の所定の位置に保持されるかについての開示、あるいは１つのゾーンから別のゾーンへの僅かな量の媒体の移動が精製器の安定性及び除去性能にいかに影響を及ぼすかに関する認識は示されていない。
【０００４】
１９９８年６月２３日に発行されたレヴィットらの米国特許第５７６９９２８号は、ＰＳＡガス精製器及び浄化プロセスを開示する。この開示は、流量分布及びベッド支持体の両方として機能する不活性セラミックボールによって下部のヘッダが満たされた、ＰＳＡ予備精製器の吸着剤ベッドを含む。ステンレス鋼スクリーンが吸着剤ベッドを支持する。ベッド自体は２層から成る。下側のより大きな層は活性アルミナであり；上側の小さな層はＮａＹである。上側のベッド表面は、上部のヘッダを満たす追加のセラミックボールの層によって所定の位置に保持されている第２のステンレス鋼スクリーンによって押さえられている。ヘッダ空間内のセラミックボールは、改善された分布を提供するために勾配を緩くされうる。ステンレス鋼スクリーン支持体を保持するためにセラミックボールを用いることにより、更なる費用がかかり、予備精製器の寸法が大きくなる；予備精製器の入口及び出口におけるスクリーンの配置は、上側の層から下側の層への粒子又は微粒子の移動を防止しないであろう。
【０００５】
各々が汚染物質の異なるセットを除去するために役立つ浄化媒体の複数の分離したベッドを備え、且つ１つの種類の浄化媒体の粒子が別の種類の浄化媒体のベッドに移動することを防ぐための機構も備える精製器の開発への需要が未だ存在する。そのような浄化媒体の移動は、精製器性能の効率の低下を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４１３５８９６号明細書
【特許文献２】米国特許第７９１８９２３号明細書
【特許文献３】米国特許第５７６９９２８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の１つの見解は、流体的に接続された流体入口及び流体出口を有する筐体内に上流の浄化媒体及び下流の浄化媒体を少なくとも備えるガス精製器であり、上流及び下流の浄化媒体は、ガス流れから異なる不純物又は異なる量の不純物を除去することができる。上流及び下流の浄化媒体は、下流の媒体層と密接し且つ接触関係を保っているガス透過性膜によって分離されている。ガス透過性膜は、拡張可能なリングによって縁が筐体内に固定された多孔性媒体保持膜であり、リングは、内周及び外周の両方を備え、半径方向力によってリングを拡張及び濾過装置の筐体内に保持するための係止機構を更に備える。ガス透過性膜と下流の媒体との接触によって、下流の媒体は筐体内の所定の位置に保持され、精製器の使用中に下流の媒体においてチャネリングが発生することなく精製器を任意の向きで用いることが可能になる。固定されたガス透過性膜は、筐体内でのガス透過性膜の縁の周囲のガス流れを防止し、ガス流れ及びその中のあらゆる上流の媒体粒子又はミクロ粒子が、上流の媒体粒子及び上流の媒体ミクロ粒子が保持されるガス透過性膜を通って流れるように導く。本発明の見解において、ガス透過性膜は、浄化媒体の粒子が膜を通過することを防ぐ孔径を有する。
【０００８】
本発明の見解において、多孔性膜は、下流の浄化媒体と全面的に接している表面を有し、多孔性膜と下流の媒体との接触によって媒体が筐体内の所定の位置に強固に保持されるように精製器の筐体内に固定される。多孔性膜の縁が固定され、筐体内の下流の媒体と強固に接触しているというこの特徴によって、精製器の使用中に下流の媒体を通るチャネリングが発生することなく精製器を任意の向きで用いることが可能になる。この精製器の構造はまた、媒体層間の多孔性膜が縁を固定されていない精製器と比べて、改善されたガス精製器の不純物除去性能及び改善されたガス純度濃度の安定性も提供する。
【０００９】
本明細書で説明されるガス精製器装置は、流体から複数の不純物を効率的に除去するために役立ち、周知の浄化装置に対して改善された性能に貢献する新規特徴を有する。装置は、それぞれのベッド内に浄化媒体の粒子を保持するガス透過性膜によって分離された浄化媒体の複数のベッドを備える。浄化媒体のベッドは、組成的に同一であるか、又は組成的に異なる。ベッド浄化媒体の各々は、高表面積支持媒体上の金属触媒、乾燥剤材料、モレキュラーシーブ、ゼオライト、支持媒体上の有機金属試薬、ゲッター材、又は炭素系媒体をそれぞれ備える。浄化媒体の粒子をそれぞれのベッド内に保持するガス透過性膜は、本発明のいくつかの見解においては、金属性、半金属性、炭素系、セラミック、高分子、又は熱伝導性であり、本発明のいくつかの見解においては、フェルト、ワイヤメッシュ、燃結粒子、エレクトロブローン繊維、織膜、又は不織膜である。本明細書で説明された発明は、約０．０５ミクロンから約１．０ミクロンである、媒体保持膜の孔径を提供する。
【００１０】
膜は、装置の筐体内に膜を強固に固定し、下流の浄化媒体と密接して接触を保つように膜を保持する保持リングに連結される。膜と保持リングとを連結することにより、精製器へ流れるあらゆるガスは膜を通るようにされ、更に、装置を任意の向きで用いることが可能になる。重要な点は、保持リングは、半径方向力によって筐体内に固定されるので、内壁に溝を有するように筐体を加工する必要がないことである。この特徴により、既存のガス精製器装置内で保持リング及び膜を用いることが可能となる。
【００１１】
本発明はまた、拡張可能なリング及び媒体保持多孔性膜を備える拡張可能な媒体保持リングを提供する。拡張可能なリングは、内周及び外周の両方を備え、濾過装置の筐体内に挿入されると拡張可能なリングを半径方向力によって拡張し保持することが可能な係止機構を更に備える。この特徴の１つの利点は、リングが半径方向力によって保持されるので、筐体の内壁に沿って溝を生成するための追加の設備又は加工が必要ないことである。拡張可能な媒体保持リングの媒体保持多孔性膜は、媒体の粒子が膜を通過することを防ぐような孔径を有するガス透過性材料を備える。拡張可能な媒体保持リングのいくつかの見解において、媒体保持多孔性膜が拡張可能なリングに付加される。本発明のいくつかの見解において、拡張可能なリングは、金属（例えば、ステンレス鋼）、プラスチック、又は金属合金を備え、約０．０６インチから０．１２インチの厚みを有する。拡張可能なリングの係止機構は、本発明の特定の見解においてばね式係止機構である。本発明は、ガス透過性材料が金属性、半金属性、炭素系、セラミック、高分子、又は熱伝導性であり、フェルト、ワイヤメッシュ、燃結粒子、エレクトロブロー繊維、織膜、不織膜の形式であると説明する。本明細書で説明された発明は、媒体保持膜の孔径が約０．０５ミクロンから約１ミクロンであることを提供する。
【００１２】
本発明の態様を具現化する典型的な項目、構成、装置、及び方法が示されたが、本発明は当然それらの見解に限定されないことが理解されるであろう。特に上記教示の観点から、当業者によって変更が加えられうる。例えば、１つの見解の構成及び特徴は、別の見解の対応する構成及び特徴によって代替されてよい。更に、本発明は、それらの見解の様々な態様をあらゆる組み合わせ又は部分的組み合わせで含んでよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上記は、同様の参照番号が異なる図を通して同一の部分を指す添付図面において図示された場合、以下に示す本発明の例示的な実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。図面は、必ずしも一定に拡大縮小されておらず、本発明の実施形態を図示することに重点が置かれている。
【００１４】
【図１】時単位の時間の関数として浄化装置を用いた処理後の水素ガスにおける体積比１０億分の１によって水分濃度を示す。
【図２】膜を固定及び保持するために、拡張可能な媒体保持リング、すなわちスナップリングを伴って又は伴わずに用いられるガス精製器の一連の画像を示す。上の画像は、スナップリングなしで用いられたガス精製器の画像であり、上流の媒体層からの粒子の沈殿物を伴う下流の媒体層を示す。中央の画像は、拡張可能な媒体保持リング及び筐体内に保持された膜を有するガス精製器を示す。下の画像は、拡張可能なリングを備えて用いられたガス精製器の画像であり、上流層からの粒子の沈殿が見られない下流の媒体層を示す。
【図３】ガス入口（頂部）及びガス出口（底部）を有する筐体、入口付近の上流フリット、下流の媒体の上面に接するように強固に固定された膜によって下流の浄化媒体から分離した上流の浄化媒体、筐体の出口付近のフリット又は粒子フィルタの上を覆う下流の媒体を含む本発明の精製器の非限定的見解を図示する。上の媒体層（細かいドット）は、膜又は分離体及びリングによって下の媒体層（粗いドット）から分離している。あるいは、膜は縁を筐体にろう付けすることによって固定され、リングが削除されてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、本明細書の例示的な実施形態を参照して特に示され説明されるが、特許請求の範囲によって包括される本発明の範囲から逸脱することなく本明細書の実施形態における形式及び細部に様々な変更がなされうることが当業者には理解されるであろう。
【００１６】
様々な構成及び方法が説明されるが、本発明は、説明された特定の分子、構成、設計、方法論又はプロトコルに限定されず、それらは変化してよいことを理解すべきである。また、本説明において用いられる用語は、特定の解釈すなわち解釈のみを説明する目的で用いられ、特許請求の範囲によってのみ範囲が定められる本発明の範囲を限定することは意図されていないことも理解すべきである。
【００１７】
本明細書及び特許請求の範囲において用いられる場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に例外を示さない限りは、複数形への言及を含むことも留意しなければならない。従って、例えば「媒体粒子」への言及は１つ又は複数の媒体粒子及び当業者に知られているそれらの均等物等への言及である。例外が定められない限り、本明細書で用いられる技術用語及び科学用語は、当業者によって一般的に理解されている意味と同一の意味を有する。本明細書で説明されるものと等しい又は同様の方法及び材料が、本発明の見解の実施又は検査において用いられうる。本明細書において言及された全ての出版物は、参照によってその全体が本願に組み込まれる。本発明が先の発明によってそのような開示に先立つように権利を与えられないことの承認として解釈されるものは本明細書において存在しない。「任意選択的な」又は「任意選択的に」という言葉は、後続して説明される事象又は状況が発生してもしなくてもよいこと、及び、その事象が発生する場合の例及び発生しない場合の例を本説明が含むことを意味する。本明細書における全ての数値は、明記されるか否かに関わらず、「約」という言葉によって修飾することができる。「約」という言葉は一般に、当業者が記載された値と同等である（すなわち、同一の機能又は結果を有する）と考える範囲数を示す。「約」という言葉のある解釈は、記載された値の±１０％を指し、「約」という言葉の別の解釈は、記載された値の±２％を指す。構成及び方法は、様々な構成要素又はステップを（「含むが、それらに限定されない」という意味として解釈される）「備える」という言葉で説明されるが、構成及び方法は、様々な構成要素及びステップ「から本来成る」又は「から成る」こともでき、そのような用語は、本質的に排他的な構成要素の集まりを定義するものとして解釈されるべきである。
【００１８】
各層が特定の汚染物質を除去する浄化媒体の複数の分離した層又は複数の分離した材料のベッドを含む精製器に関する１つの問題は、１つのベッドから隣接するベッドへの材料の移動が存在しうることである。隔壁、フィルタ、又はメッシュスクリーンが用いられる場合でも、それらは使用中に傾きうる、あるいは１つの層から別の層へのベッド又は粒子の移動が可能な通路を縁に有することがある。１つの層から別の層への材料の移動は、下流の浄化媒体が上流の浄化媒体によって部分的に覆われることにより汚染物質除去性能又は安定性が低下するので、精製器の性能の低下をもたらす。
【００１９】
この問題は、上流の浄化媒体及び異なる下流の浄化媒体と、上流の媒体と下流の媒体との間にある、媒体粒子及び媒体微粒子又は粉塵を保持するガス透過性膜とを少なくとも含む精製器を用いることによって解決することができる。膜は、精製器筐体の向きに関わらず下流の媒体のチャネリングを防ぐために十分な力で、精製器筐体内の所定の位置に下流の媒体を強固に保持する又は留める。膜は、上流の媒体粒子を伴うガスが全て、それらの媒体粒子が保持される膜を通って流れさせられるように、縁が均一に固定されている。
【００２０】
本発明の見解は、第１の上流の浄化媒体及び少なくとも第２の下流の浄化媒体を有するガス精製器を含み、第１及び第２の浄化媒体は、ガス流れから異なる不純物を除去する。本発明の他の見解において、第１及び第２の浄化媒体ベッドは不純物の粒子を除去し、それら粒子は異なる大きさである。第１及び第２の浄化媒体は、下流の媒体層と密接して接触関係を保っている多孔性膜によって分離され、多孔性膜と媒体との接触によって筐体内の所定の位置に下流の媒体が保持され、精製器の使用中に下流の媒体を通るチャネリングが発生することなく精製器を水平方向、垂直方向、又は任意の向きで用いることが可能である。浄化媒体を保持する多孔性膜に関して、下流の媒体と接触している膜の縁は、上流の媒体の微粒子又は粒子が膜の縁の周囲から下流の媒体層へ移動することができないように留められる又は固定されている。膜の縁部分を固定することによって、膜の縁が固定されていない又は留められていない場合と比べてガス流れへの高い抵抗が生じ、それによってガス流れ及びその中のあらゆる上流の媒体粒子は、媒体微粒子及び媒体粒子が保持されうる膜を通って流れるように導かれる。
【００２１】
精製器筐体の例が図３に示される。精製器は、入口及び出口に一致しうる筐体３０７を含む。精製器は、流体入口付近の上流フリット３０１、上流の浄化媒体のベッド３０２、下流の浄化媒体のベッド３０５、及び流体出口付近の下流フリット３０６を備える。更に、膜３０４が浄化ベッド３０２と３０５とを互いに分離し、媒体の微粒子又は粒子が隣接するベッドへ移動することを防ぐ。膜３０４は下流の媒体の上にあり、その縁は３０５と接しており、半径方向力によって筐体３０７内の所定の位置に保持された保持リング３０３によって所定の位置に固定される。留意すべきは、筐体３０７は、膜又は他のメッシュを保持するための拡張可能な媒体保持リング又はスナップリングのために壁部における溝を含まない。図３に示すように、拡張可能なリング３０３は、筐体に対する半径方向力を提供する環状リングであり、下流の浄化媒体に接する所定の位置に多孔性膜を保持する。拡張可能なリングは、筐体の内壁に対する半径方向力を働かせることによって筐体内の所定の位置に保持されるので、この特徴は、筐体の内壁に沿って溝を生成するための追加の高価な設備が必要ないという点で多大な利益を提供する。この特徴は、拡張可能な媒体保持リングを既存のガス精製器装置において用いることができるという利益も提供する。
【００２２】
精製器は、第１の浄化媒体及び第２の浄化媒体を少なくとも有し、２つの媒体は、ガス流れから異なる汚染物質を除去する、又は異なるレベルの純度まで除去する。ガス流れから、第１の浄化媒体又は第２の浄化媒体のいずれとも異なる汚染物質を除去する又は異なるレベルの純度まで除去する追加の浄化層が存在してもよい。精製器媒体は、高表面積支持体上の様々な金属触媒、乾燥剤、モレキュラーシーブ、及びゼオライト、支持体上の様々な有機金属試薬、ゲッター材、及び炭素系媒体を含むことができる。
【００２３】
本発明の見解において分離体とも称されうる多孔性膜は、浄化媒体の１つ又は複数の層の間に位置付けられる。膜は多孔性且つ、金属性、半金属性、炭素系又はセラミックであってよく；熱伝導性材料又は高分子材料であってもよい。熱伝導性膜は、精製器における熱分布を有利に改善することができ、作動中に脱離される汚染物質の量を増加させることによって精製器の寿命を引き延ばす。膜は、フェルト、ワイヤメッシュ、燃結粒子、押出し成形、鋳造、又はエレクトロブローされた高分子材料の形式であってよい。本発明の一見解において、多孔性膜は、ステンレス鋼フェルトである。
【００２４】
膜又は分離体は、２つの実質的に反対側の表面及び縁を有する。膜の一面の表面全体あるいは実質的に表面全体は、１つの浄化媒体層の上面に接する。膜の外部領域は、摩擦又は接着によって筐体の内周に固定される。膜は、精製器内の各媒体層の間に位置付けられうる；いくつかの見解において、膜は、各媒体層の間に位置付けられる；他の見解において、膜は、媒体の移動が発生しうる層の間に位置付けられるが、他の媒体層の間には存在しなくてよい。
【００２５】
膜は、上流の媒体粒子を伴うガス全てが膜を通って流れるように、縁が均一に固定されている；膜を回避する粒子に関して縁における相違はなく、あらゆる媒体粒子、微粒子、又は粉塵が膜によって保持される。本発明のいくつかの見解において、膜は、拡張可能な媒体保持リングを用いることによって固定される。
【００２６】
拡張可能な媒体保持リングは、媒体保持ガス透過性膜に任意選択的に付加される係止機構を伴う拡張可能なリングである。本発明のいくつかの見解において、拡張可能な媒体保持リングは、媒体保持ガス透過性膜を含み、本発明の他の見解において、拡張可能な媒体保持リングは、係止機構を有する拡張可能なリング自体を指す。本発明のいくつかの見解において、拡張可能な媒体保持リングはスナップリングとも称され、本明細書においては保持リングと称される。
【００２７】
膜を縁において均一に固定するための１つの方法は、下流の媒体を覆っている膜の上に、拡張可能な媒体保持リング、あるいはスナップリング又は保持リングを用いることによる。他の見解において、分離体すなわち膜は、内側の筐体表面に溶接又はろう付けされうる。あるいは、分離体すなわち膜は、筐体内に圧入されうる。好適には、膜の縁は、例えば下流の媒体とスナップリング底部表面との間に膜を挟むスナップリングによって固定される又は留められる。いくつかの実施形態において、膜は、膜の縁と筐体との間に溶接又はろう付けされたシールによって筐体に固定される又は留められる。
【００２８】
本発明の１つの見解において、膜は、内径及び外径と、筐体内に膜を保持するための係止機構とを有する拡張可能な媒体保持リング又はスナップリングによって固定される。好適には、係止機構は、ばね式係止機構である。保持リングは、リングが筐体内で位置付けされうるように、係止機構が外された状態で筐体内に取り付けられる。リングが位置付けされる際、リングは、膜の一面に押し付けられ接触しており（膜の反対側の表面は、下流の精製器媒体の上面に接触している）、係止機構は、固定され、内側の筐体壁部に保持リングの外径を接触させる。保持リングは、張力又は半径方向力によって筐体の内壁に接するように固定される。本発明のいくつかの見解において、保持リングは、０．０６インチから０．１２インチの間の厚みを有する。この厚み範囲は、リングに、精製器の使用中及び精製器の再生中の圧力変化に耐え、膜と下流の媒体との接触状態を維持するために十分な強さを提供する。保持リング及び膜は、圧縮できない、あるいは控えめに言っても、最小限にしか圧縮できない。圧縮可能な保持リング及び膜は圧力低下における不利益な増加をもたらすことになるので、上記は重要な使用上の特徴である。
【００２９】
本発明の見解において、層状の浄化媒体、好適には下流の層は、媒体層内の隙間を低減するために筐体内で突き固められる、振動させられる、あるいは密に詰められる。例えば筐体壁部に膜をろう付けすることが可能な大きさ、膜を圧入することが可能な大きさ、又は保持リングによって媒体に接して所定の位置に膜を固定することが可能な大きさである、筐体の内側断面積の大きさに切り取られた膜が、筐体において媒体の上に取り付けられる。膜はその後、筐体内に固定される。本発明のいくつかの実施形態において、膜は、半径方向力によって筐体内に保持された保持リングによって筐体内に固定される。
【００３０】
多孔性膜は、接触しているあらゆる浄化媒体からの粒子を保持する孔径を有する。保持される粒子は、実際の媒体ビーズ又は押出成形物、微粒子及び粉塵、又は更に小さな粒子（ミクロン及びサブミクロンの媒体粒子）であってよい。筐体内に固定された膜は、浄化媒体ベッド層又は精製器の内部フィルタのみならず精製器筐体を通るガス流れを防がない。媒体、及び媒体の粉塵又は他の微粒子（ミクロンサイズの粒子）を形成する性質に依存して、より小さな又は大きな孔径の膜が選択されうる。本発明のいくつかの見解において、膜の孔径は０．０５ミクロンから１ミクロンであってよい；本発明の他の見解において、膜の孔径は０．１ミクロンであってよい。本発明の他の見解において、膜の孔径は１０ミクロンを下回ってよく、好適には、約２から約５ミクロンであってよい。本発明のいくつかの見解において、多孔性膜は、微孔性膜であってよい。膜の孔径は、エアロゾル保持検査又は塩粒子を用いた保持検査等によって決定することができる。
【００３１】
本発明の見解の利点は、筐体内に溝を設ける必要がないことによって、費用が低減され、筐体内に存在する浄化媒体の実際の量に一致するように膜を「充填する」ことが可能になり、それによって媒体のチャネリングを防止し、精製器が垂直方向、水平方向、又は他の任意の方向で用いられることを可能にする。膜の両端を固定することにより、媒体の移動を防ぎ、精製器の性能を改善する。膜の縁を固定することによって膜の縁におけるガス流れを実質的に低減又は除去することが、精製器の不純物除去及び安定性におけるそのような改善を導くことは予想外である。
【００３２】
本発明は、１つ又は複数の実現形態に関して示され説明されたが、本明細書及び添付図面の読解に基づいて、当業者には同等の価値を有する変形例及び改善例が想起されるであろう。本発明は、そのような変形例及び改善例の全てを含み、以下の特許請求の範囲に示す範囲によってのみ限定される。更に、本発明の特定の特徴又は態様は、いくつかの実現形態のうちの１つのみに関して開示されたが、そのような特徴又は態様は、任意の所与又は特定の応用に関して望ましく有利になる場合、他の実現形態の１つ又は複数の他の特徴又は態様と併用されてよい。更に、「含む」、「有している」、「有する」、「伴う」、又はそれらの変形である用語が本明細書又は特許請求の範囲の何れかにおいて用いられる限り、そのような用語は、「備える」という用語と同様に包括的であることが意図される。また、「典型的な」という用語は、最適という意味ではなく単に一例という意味を示す。また、本明細書に示された特徴、層、及び／又は部品は、簡略化及び理解し易くする目的のために特定の寸法及び／又は互いに相対的な方向を持つように図示されており、実際の寸法及び／又は方向は、本明細書に示すものと実質的に異なりうることも理解すべきである。
【００３３】
例１．保持リングがある場合又はない場合の水素ガスの浄化。
【００３４】
多層精製器において、最小限の層の移動しか存在しないこと及び隣接する浄化媒体層のミクロ粒子（約０．０３ミクロンから１０ミクロンのミクロンサイズ及びサブミクロンサイズの粒子）、微粒子、及び粉塵の移動が発生せず、精製器の性能に悪影響を及ぼさないことが予め仮定された。
【００３５】
研究中、多数の浄化装置が開けられ調査された。いくつかの浄化装置は、ベッド層の間にワイヤメッシュ材料を用いることが分かった。それらの装置において筐体にワイヤメッシュ材料を固定するための物理的機構は見られなかった。
【００３６】
実験は、ガス精製器の性能において（ミクロ粒子及びミリメートル大の媒体粒子を含む）浄化媒体粒子の移動の影響を決定するために実行された。
【００３７】
試験ガスは、平方インチ当たり３０ポンドの圧力且つ毎分５標準リットルの流速の水素（エアガス工業グレード）であった。検出システムは、ＡＰＩＭＳ（大気圧イオン化質量分析法）であった。精製器媒体は、１つの層において高表面積支持媒体上のニッケル地金を含み、隣接する層には乾燥剤媒体を含んだ。
【００３８】
この例において、膜は、精製器筐体の内径に合うように切り取られたステンレス鋼クロス／フェルトであった。円盤状の膜が、試験精製器の各々について筐体内の浄化媒体の第１層の上面に取り付けられた。膜は、この例において用いられた媒体の場合、隣接ベッドからの媒体が下流の層を覆うことを防止する、僅か０．１ミクロンの孔径を有した。
【００３９】
１つの試験精製器に関して、上流の媒体は、フェルト膜の上に直接充填された―この精製器は、図１において「スナップリングがない場合」として示される。筐体は、上流フリット３０１を用いて図３に示すように仕上げられた。
【００４０】
他の試験精製器において、下流の媒体及び筐体にフェルト膜を強固に固定するために保持リングが用いられた。上流の媒体は、この集合体の上に充填され、筐体は、上流フリット３０１を用いて図３に示すように仕上げられた。
【００４１】
グラフ内の水分濃度は、同様の試験条件下で水素ガスを用いて検証された２つの試験精製器；各精製器は、複数の精製器媒体の層の間に同一のフェルト膜（僅か０．１ミクロンの孔径）を伴う同一の精製器媒体層を有する、から得られた。一方の例において、精製器は所定の位置に膜を保持するための保持リングを有さず（図１の上側の線）、他方の例において、試験精製器は、所定の位置に膜を保持するための保持リングを用いた（図１の下側の線）。
【００４２】
ＨＸ精製器の評価は、７０Ｋ寸法のインテグリスの精製器筐体において行われた。ＨＸ精製器は、Ｎｉ／ＮｉＯ押出成形物の１つの層と、多孔性膜として約０．７ｍｍのビード径（２０Ｘ５０のメッシュ）のステンレス鋼フェルトを有する下流の１３Ｘモレキュラーシーブの第２層とを含む、２層から成る充填されたベッドである。図１の上側の線は、３２時間の試験にわたり同一の精製器媒体層に関して、筐体及び下流の媒体に膜の縁を固定する保持リングがある場合、標準偏差（０．０９８ｐｐｂｖ／ｖ）を伴う（０．３１５ｐｐｂｖ／ｖ）であった保持リングがない精製器からの水素出口における水分濃度と比較して、精製器からの水素出口における水分濃度が低く（０．０９８ｐｐｂｖ／ｖ）、低い標準偏差（０．０１５ｐｐｂｖ／ｖ）を有したことを示す。保持リングによる押出成形物の移動の防止が、ガス濾過装置の水分除去性能の改善に関係していた。
【００４３】
例２．保持リングの実装によって層間の浄化媒体の移動を防止する。
【００４４】
精製器の組立て、作動、及び使用中のニッケル押出成形物の移動は、Ｈ２ガスにおける作動中に精製器出口における水分不純物における損害をもたらしうる。図２の上の画像において、膜フィルタは、保持リングを伴わずに２つの分離した媒体層の間に取り付けられた。この方法は、図示したように、Ｎｉの移動を防ぐのに十分ではなかった。図２の上の画像は、所定の位置に保持リングを有さずに用いられた精製器内のフェルトスクリーン膜のすぐ下にある下流の媒体を示す。サンプルの縁の周囲には、はっきりと目に見える上流の媒体の小さな黒い粒子２０１が存在し、下流の媒体２０２は、上流の媒体の暗色の微粒子が下流の媒体を覆っていることを示す変色した様相を呈する。保持リングがない場合、膜は、動作中に傾く性質によって効果がない。中央に示すように、膜２０５の上面において筐体２０３内に保持リング２０４が挿入された。保持リングの実装は、所定の位置に保持リングを伴って使用した後の精製器におけるフェルトスクリーンのすぐ下の下流の媒体２０６を示す図２の下の画像に示すように、媒体粒子の移動の防止に効果があると証明された。この画像には、上流の媒体の小さな黒い粒子又は下流の媒体の変色は見られない。下流の媒体は元の白い様相を保っており、フェルトスクリーン膜の縁を固定することによって上流の媒体の移動が防がれたことを示した。
【００４５】
この例は、膜の表面全体が下流の媒体と強固に接触し且つ膜が筐体に固定されるように媒体層間のフェルト膜を固定することによって、固定された膜は、図２に示すように上流の媒体の下流の媒体への移動を著しく又は完全に排除することができ、精製器は、図１に示すように大幅に低いレベルまでの浄化及び安定性に達することができたことを示す。
【００４６】
本発明は、特定の見解に関連して多くの詳細が説明されたが、他の見解も可能である。従って、以下の特許請求の範囲の主旨及び範囲は、本明細書に含まれる説明及び見解に限定されてはならない。
【００４７】
本明細書に引用された全ての特許文献、公開された出願、及び参照文献の教示は、参照によって、その全体において本願に組み込まれる。
【図１】
2015533635.tif 000002
【図２】
2015533635.tif 000003
【図３】
2015533635.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月10日(2014.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口及び流体出口を有する筐体であって、前記入口及び出口は、前記筐体内に含まれる精製器ベッドを介して流体的に接続され、前記精製器ベッドは、
浄化媒体の第１のベッドと、
前記浄化媒体の第１のベッドの下流にある浄化媒体の第２のベッドと、
前記浄化媒体の第１のベッドと前記浄化媒体の第２のベッドとを分離する媒体保持多孔性ガス透過性膜と
を備え、前記媒体保持膜は、浄化媒体の粒子が通過することを防ぐような孔径を有し、且つ拡張可能なリングによってその縁が前記筐体内に固定され、前記リングは、内周、外周、及び係止されると前記筐体の内壁に対する半径方向力によって前記リングを拡張及び保持するための係止機構を備え、
前記浄化媒体の第１のベッドと前記浄化媒体の第２のベッドとは組成的に異なっている、筐体
を備えるガス精製器。
【請求項２】
前記媒体保持多孔性膜は、前記浄化媒体の第２のベッドと密接し且つ接触を保っている、請求項１記載のガス精製器。
【請求項３】
前記媒体保持多孔性膜は、前記拡張可能なリングの表面と、前記浄化媒体の第２のベッドの表面との間に固定される、請求項１又は２のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項４】
前記浄化媒体の第１のベッド及び前記浄化媒体の第２のベッドは、高表面積支持媒体上の金属触媒、乾燥剤材料、モレキュラーシーブ、ゼオライト、支持媒体上の有機金属試薬、ゲッター材、又は炭素系媒体を各々が独立して備える、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項５】
前記媒体保持多孔性膜は、金属性、半金属性、炭素系、セラミック、高分子、又は熱伝導性の材料を備える、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項６】
前記媒体保持多孔性膜は、フェルト、ワイヤメッシュ、燃結粒子、エレクトロブローン繊維、織膜、又は不織膜である、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項７】
前記係止機構はばね式係止機構である、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項８】
前記拡張可能なリングは、金属（例えば、ステンレス鋼）、プラスチック、又は金属合金を備える、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項９】
前記拡張可能なリングは、約１．５ミリメートルから約３．０ミリメートルの厚みを有する、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１０】
前記媒体保持多孔性膜は、約０．０５ミクロンから約１．０ミクロンの孔径を有する、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１１】
前記ガス精製器は、使用中、垂直又は水平に向けられる、請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１２】
浄化媒体の１つ又は複数の追加のベッドを更に備え、且つ、１つ又は複数の追加の媒体保持多孔性膜を任意選択的に備え、前記追加の膜が存在する場合、それらは浄化媒体の任意の２つのベッドを分離する、請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載のガス精製器。
【請求項１３】
ガス流れから異なる不純物又は異なる量の不純物を除去することができる上流の浄化媒体及び異なる下流の浄化媒体を筐体内に備え、
前記上流及び下流の浄化媒体は、前記下流の浄化媒体と密接し且つ接触関係を保っている、前記浄化媒体を保持する多孔性フェルト膜によって分離され、前記多孔性フェルト膜と前記下流の浄化媒体との接触によって前記筐体内の所定の位置に前記下流の浄化媒体が保持され、前記精製器の使用中に下流の浄化媒体においてチャネリングが発生することなく任意の向きで前記精製器を用いることが可能になり、
前記下流の媒体と接している前記多孔性フェルト膜の縁は、前記筐体内に固定された多孔性フェルト膜を提供するために前記下流の媒体に接するように拡張可能なリングによって前記筐体内で固定され、前記拡張可能なリングは、係止されると前記筐体の内壁に対する半径方向力によって前記リングを拡張及び保持するための係止機構を備え、前記固定された多孔性フェルト膜は、ガス流れ及びその中のあらゆる上流の媒体粒子又はミクロ粒子が、上流の媒体粒子及び上流の媒体ミクロ粒子が保持される前記多孔性フェルト膜を通って流れるように導く、
ガス精製器。
【請求項１４】
前記筐体は、前記拡張可能なリングのための溝を含まない、請求項１記載のガス精製器。
【請求項１５】
前記筐体は、前記拡張可能なリングのための溝を含まない、請求項１３記載のガス精製器。
【国際調査報告】
2015533635.tif 000005
2015533635.tif 000006
2015533635.tif 000007
2015533635.tif 000008
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