JP2000072405A

JP2000072405A - 水分発生用反応炉

Info

Publication number: JP2000072405A
Application number: JP10247874A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Koji Kawada; 孝司川田; Yukio Minami; 幸男皆見; Yoshiyuki Hirao; 圭志平尾; Shinichi Ikeda; 信一池田
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-07
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: JP3639440B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炉温度が４００℃以下で水分発生量が１００
０ｓｃｃｍ以上の条件下においても、９９％を超える水
分発生反応率を安定して得ることができる水分発生用反
応炉を提供する。【解決手段】反応炉本体１内はガス透過性の拡散フィ
ルタ２により上下２室１４，１５に仕切られている。水
素と酸素との混合ガスである原料ガスは、反応炉本体１
の頂壁１２に形成した原料ガス供給口４３から上位の第
１室１４に供給され、第１反射板３及び拡散フィルタ２
により拡散されつつ、下位の第２室１５へと導入され
る。第２室１５に導入された水素と酸素とは、反応炉本
体１の周壁１１及び底壁１３に形成した白金触媒膜５と
の接触によりラジカル化されて反応し、その水分は底壁
１３の水分ガス取出口７から取り出される。かかる水素
と酸素との反応は、主として、外周縁部が反応炉本体１
の周壁１１の内面に近接する大きさの第２反射板６と底
壁１３との間の狭い空間１５ａで生じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体製
造設備で用いる水分発生用反応炉の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造に於ける水分酸化法
によるシリコンの酸化膜付では、標準状態への換算値で
１０００ｓｃｃｍ（ｃｃ／ｍｉｎ）前後の超高純度水蒸
気を必要とするが、このような場合に好適に使用するこ
とができる水分発生用反応炉として、本発明者は、先
に、図８に示す構造のもの（以下「従来反応炉」とい
う）を開発した。

【０００３】すなわち、従来反応炉は、図８に示す如
く、円筒状の周壁１１１とその上下端部を閉塞する第１
及び第２端部壁１１２，１１３とからなる中空密閉構造
の反応炉本体１０１と、反応炉本体１０１内を上下２室
１１４，１１５に区画するガス透過性の拡散フィルタ１
０２と、第１端部壁１１２の中心部に穿設されて上位の
第１室１１４に開口する原料ガス供給口１４３と、原料
ガス供給口１４３に接続された原料ガス供給管１０４
と、原料ガス供給口１４３を囲繞する有底円筒状の第１
反射部材１０３，１３１と、第２端部壁１１３の中心部
に穿設されて下位の第２室１１５に開口する水分ガス取
出口１０７と、水分ガス取出口１０７に接続された水分
ガス取出管１７１と、水分ガス取出口１０７を囲繞する
有底円筒状の第２反射部材１０６，１６１と、第２室１
１５における反応炉本体１０１の内面に被覆形成された
白金触媒膜１０５とを具備する。原料ガス供給管１０４
は、混合器１４０において混合された水素と酸素とを原
料ガス供給口１４３に供給させるものである。第１反射
部材は、複数の孔１３２を形成した円筒状の周壁１３１
とその下端部を閉塞する円板状の反射板１０３とからな
り、周壁１３１を原料ガス供給口１４３と同心状をなし
て第１端部壁１１２に取り付けたものであって、原料ガ
ス供給口１４３から供給された水素と酸素との混合ガス
である原料ガスを拡散しつつ第１室１１４へと供給させ
るものである。拡散フィルタ１０２は、原料ガスを第１
室１１４から第２室１１５へと拡散させつつ透過させる
ものである。第２反射部材は、複数の孔１６２を形成し
た円筒状の周壁１６１とその上端部を閉塞する円板状の
反射板１０６とからなり、周壁１６１を水分ガス取出口
１０７と同心状をなして第２端部壁１１３に取り付けた
ものであって、拡散フィルタ１０２を通過して第２室１
１５に導入された水素及び酸素が白金触媒膜１０５と接
触することなく未反応のまま水分ガス取出口１０７へと
流出するのを可及的に防止するためのものである。白金
触媒膜１０５は、反応炉本体１０１の内周面であって第
２室１１５に面する部分に、その全面に亘って形成され
ている。

【０００４】かかる従来反応炉にあっては、原料ガス供
給口１４３から反応炉本体１０１内に供給された原料ガ
スは、第１反射部材１０３，１３１及び拡散フィルタ１
０２からなるガス拡散手段によって拡散されつつ、第１
室１１４から第２室１１５へと導入されて、白金触媒膜
１０５と接触する。白金触媒膜１０５と接触した酸素及
び水素は、白金の触媒作用によって反応性が高められ、
所謂ラジカル化された状態となる。ラジカル化された水
素と酸素は、水素混合ガスの発火温度よりも低い温度下
で瞬時に反応して、高温燃焼をすることなしに水分を生
成する。

【０００５】したがって、従来反応炉によれば、発火温
度よりも低い炉温度（例えば、４００℃以下）において
１０００ｓｃｃｍ以上の水分ガスを安定した状態で良好
に得ることができる。従来反応炉を、白金触媒膜１０５
が形成された第２室１１５の容積：約４９０ｃｃ、水分
発生量：１０００ｓｃｃｍ、炉温度（反応炉本体１０１
の温度）：約４００℃の条件下で運転させたところ、図
９に示す如く、原料ガスにおける酸素と水素との混合比
率が適正である場合には勿論、当該混合比率が酸素リッ
チ又は水素リッチである場合にも、９８．５〜９９．０
％の水分発生反応率の下で水分ガスを安定して生成させ
うることが確認された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来反応炉に
あっては、水素又は酸素が白金触媒膜１０５に接触する
ことなく未反応のまま水分取出口１０７に到達する割合
が１％程度あり、９９％を超えた水分発生反応率の確保
が困難であり、所望する適正な水分ガス（水素や酸素を
含まない純水のみ又は水素を含まない純水と酸素のみの
混合物）を確実に取り出すことが困難であった。

【０００７】本発明は、従来反応炉におけるかかる問題
を解決して、炉温度が４００℃以下で水分発生量が１０
００ｓｃｃｍ以上の条件下においても、９９％を超える
水分発生反応率を安定して得ることができる水分発生用
反応炉を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の水分発生用反応
炉は、上記の目的を達成すべく、筒状の周壁とその両端
部を閉塞する第１及び第２端部壁とからなる中空密閉構
造の反応炉本体と、反応炉本体内を第１端部壁側の第１
室と第２端部壁側の第２室とに区画するガス透過性の拡
散フィルタと、反応炉本体を所定温度に加熱保持する温
度制御機構と、第１端部壁に対向して第１室に配置され
ており、第１端部壁との間に拡散フィルタ側に開口する
原料ガス供給空間を形成する第１反射板と、原料ガス供
給空間に水素と酸素との混合ガスである原料ガスを供給
する原料ガス供給機構と、第２端部壁に近接対向して第
２室に配置されており、第２端部壁との間に拡散フィル
タ側に開口する水分発生空間を形成する第２反射板と、
第２端部壁に形成されて水分発生空間に開口する水分ガ
ス取出口と、第２室における反応炉本体の内面部分であ
って少なくとも第２反射板に対向部分に全面的に被覆形
成された白金触媒膜と、を具備するものであり、第２反
射板をその外周縁部が反応炉本体の周壁の内面に近接す
る大きさのものとして、水素と酸素との反応が主として
水分発生空間において行なわれるように構成したもので
ある。かかる水分発生用反応炉にあって、原料ガス供給
機構は、第１端部壁を貫通して原料ガス供給空間に開口
する原料ガス供給口と、水素を供給する水素供給管と、
酸素を供給する酸素供給管と、両供給管の下流端部を合
流して原料ガス供給口に接続する接続器とを具備するも
のであり、接続器が、ガス流動方向に複数の小径管部分
と大径管部分とが交互に並ぶ異径管構造をなすものであ
ることが好ましい。また、温度制御機構は、反応炉本体
を冷却する冷却器を具備するものとしておくことが好ま
しい。冷却器は、反応炉本体の外面部に取り付けられた
放熱フィンで構成されていることが好ましいが、冷却フ
ァン等の空冷，水冷手段によるものを使用してもよい。
また、拡散フィルタとしては、２００μｍ以下の透孔を
有するものを使用しておくことが好ましい。また、白金
触媒膜が形成される反応炉本体の内面部分には、下地膜
として窒化物等からなるバリヤ膜を形成しておくことが
好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図７に基づいて具体的に説明する。

【００１０】図１〜図４は第１の実施の形態を示したも
ので、この実施の形態における本発明に係る水分発生用
反応炉（以下「第１反応炉」という）にあって、反応炉
本体１は、軸線方向たる上下方向に短尺な円筒状の周壁
１１とその上下端部を閉塞する円板状の第１及び第２端
部壁１２，１３とからなる中空密閉構造をなすものであ
り、同一形状又は略同一形状に成形された第１及び第２
有底円筒体１ａ，１ｂの開口端部同士を溶接により衝合
一体化させることにより、構成されている。すなわち、
図１に示す如く、第１及び第２端部壁１２，１３は、夫
々、第１及び第２有底円筒体１ａ，１ｂの底壁部で構成
されており、反応炉本体１の周壁１１は、連結された両
有底円筒体１ａ，１ｂの周壁部で構成されている。

【００１１】反応炉本体１内は、図１に示す如く、その
周壁１１に固着した拡散フィルタ２により上下２室１
４，１５に区画されている。すなわち、円板状の拡散フ
ィルタ２を両有底円筒体１ａ，１ｂの衝合部位に張設す
ることにより、反応炉本体１内を上位の第１有底円筒体
１ａの内面及び拡散フィルタ２で囲繞形成される第１室
１４と下位の第２有底円筒体１ｂの内面及び拡散フィル
タ２で囲繞形成される第２室１５とに区画しているので
ある。

【００１２】拡散フィルタ２は、水素と酸素との混合ガ
スである原料ガスを上位の第１室１４から下位の第２室
１５へと拡散させつつ透過させるものであり、一般に、
２００μｍ以下の透孔を有する耐熱性材製のものを使用
することが好ましい。この例では、平均径２μｍの透孔
を有するステンレス鋼製のメッシュ状フィルタを複数枚
積層してなるもの（厚み：約１．７ｍｍ）を使用してい
る。

【００１３】第１室１４には、円板状の第１反射板３が
反応炉本体の内周面部分である第１端部壁１２の下面に
近接対向する状態で配置されている。すなわち、第１反
射板３は、図１及び図３に示す如く、第１端部壁１２に
対向する面の外周縁部に周方向に等間隔を隔てて複数の
脚部３１を突設したものであり、各脚部３１を第１端部
壁１２に溶着することによって、第１端部壁１２にこれ
と近接平行する同心状態をなして固着されている。

【００１４】第１反射板３と反応炉本体１の第１端部壁
１２との対向面間には、隣接する脚部３１，３１間にお
いて拡散フィルタ２側に開口する混合ガス供給領域１４
ａが形成されるが、この混合ガス供給領域１４ａには、
次のように構成された混合ガス供給機構４により、水素
と酸素との混合ガスである原料ガスが供給されるように
なっている。

【００１５】すなわち、混合ガス供給機構４は、図１に
示す如く、第１端部壁１２の中心部に穿設されて原料ガ
ス供給空間１４ａに開口する原料ガス供給口４３と、水
素を供給する水素供給管４４と、酸素を供給する酸素供
給管４５と、両供給管４４，４５の下流端部を合流して
原料ガス供給口４３に接続する接続器４６とを具備す
る。接続器４６は、ガス流動方向に複数の小径管部分４
６ａ，４６ｃと大径管部分４６ｂ，４６ｄとが交互に並
ぶ異径管構造をなすものであり、両供給管４４，４５の
下流端部に分岐連結された第１小径管部分４６ａと、第
１小径管部分４６ａの下流端部である合流端部に連結さ
れた第１大径管部分４６ｂと、第１大径管部分４６ｂの
下流端部に連結された第２小径管部分４６ｃと、第２小
径管部分４６ｃの下流端部に連結された第２大径管部分
４６ｄとからなる。第２大径管部分４６ｄは、反応炉本
体１の第１端部壁１２への脱着部を備えたもので、原料
ガス供給口４３に接続されており、その内径は原料ガス
供給口４３及び各供給管４４，４６と同一に設定されて
いる。第１及び第２小径管部分４６ａ，４６ｃの内径
は、原料ガス供給口４３及び各供給管４４，４５より小
さく設定されている。第２大径管部分４６ｂの内径は、
小径管部分４６ａ，４６ｃに比しては勿論、原料ガス供
給口４３及び各供給管４４，４５よりも大きく設定され
ている。したがって、両供給管４４，４５から供給され
る水素と酸素とは、小径管部分４６ａ，４６ｃと大径管
部分４６ｂ，４６ｄとが交互に配置された接続器４内に
おいて流速変化を繰り返すことから、大径管部分４６
ｂ，４６ｄでの拡散混合作用と相俟って、良好に混合さ
れた状態で原料ガス供給口４３から原料ガス供給空間１
４ａに導入される。この例では、原料ガス供給口４３及
び各供給管４４，４５並びに第２大径管部分４６ｄの内
径：４．３５ｍｍ、第１及び第２小径管部分４６ａ，４
６ｃの内径：１．８５ｍｍ、第１大径管部分４６ｂの内
径：１０．７ｍｍに設定してあり、水素と酸素との混合
は、特に、拡径率が最大となっている第１小径管部分４
６ａから第１大径管部分４６ｂへのガス流入による拡散
混合作用によって効果的に行なわれる。

【００１６】反応炉本体１の内周面であって第２室１５
に面する部分、つまり周壁１１における拡散フィルタ２
より下方の部分（第２有底筒体１ｂの周壁部）の内面及
び第２端部壁１３（第２有底筒体１ｂの底壁部）の上面
には、真空蒸着法等により、その全面に亘って白金触媒
膜５が被覆形成されている。白金触媒膜５の膜厚は、
０．１〜３μｍとしておくことが好ましい。白金触媒膜
５が形成される反応炉本体１の内周面部分には、図２に
示す如く、ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮ等からなるバリヤ
膜５１（膜厚は０．１〜１０μｍとしておくことが好ま
しい）を下地膜として形成し、このバリヤ膜５１上に白
金触媒膜５を形成するようにすることが好ましい。この
例では、当該内周面部分にＴｉＮ膜たるバリヤ皮膜５１
（膜厚：約５μｍ）をイオンプレーティング法により形
成した上、このバリヤ膜５１の表面に白金膜たる白金触
媒膜５（膜厚：約１μｍ）を真空蒸着法により形成して
いる。なお、白金触媒膜５及びバリヤ皮膜５１の形成手
法は任意であり、例えば、白金触媒膜５は、真空蒸着法
の他、イオンプレーティング法，イオンスパッタリング
法，化学蒸着法，ホットプレス法等により形成すること
ができ、またバリヤ膜５１は、イオンプレーティング法
の他、イオンスパッタリング法，真空蒸着法，化学蒸着
法，ホットプレス法，溶射法等によって形成することが
でき、更にバリヤ皮膜５１がＴｉＮ等の導電性材で構成
される場合にはメッキ法により形成することも可能であ
る。

【００１７】第２室１５には、円板状の第２反射板６が
白金触媒膜５に近接対向する状態で配置されている。す
なわち、第２反射板６は、図１及び図３に示す如く、反
応炉本体１の第２端部壁１３に対向する面の外周縁部に
周方向に等間隔を隔てて複数の脚部６１を突設したもの
であり、各脚部６１を第２端部壁１３に溶着することに
よって、第２端部壁１３にこれと近接平行する同心状態
をなして固着されている。

【００１８】而して、第２反射板６と第２端部壁１３と
の対向面間には、隣接する脚部６１，６１間において拡
散フィルタ２側に開口する水分発生空間１５ａが形成さ
れるが、第２反射板６の径は、図１及び図３に示す如
く、水分発生空間１５ａの開口部（隣接する脚部６１，
６１間に形成される開口部）１５ｂが拡散フィルタ２の
外周縁部の近傍に位置するように、つまりで当該反射板
６の外周縁部が反応炉本体１の周壁１１の内面に近接さ
れるように、設定されている。なお、第２反射板６と反
応炉本体１の第２端部壁１３との対向間隔つまり第２反
射板６の下面と白金触媒膜５の上面（表面）との上下間
隔は、一般に、０．５〜２．０ｍｍに設定しておくこと
が好ましく、この例では１ｍｍに設定してある。また、
第２反射板６における白金触媒膜５との対向面つまり当
該反射板６の下面にも、白金触媒膜５と同等の白金膜を
形成しておくことが可能である。

【００１９】反応炉本体１の第２端部壁１３の中心部に
は、水分発生空間１５ａに開口する水分ガス取出口７が
穿設されている。この水分取出口７には、後述する如く
第２室１５で発生した水分又は水分ガスを取り出す取出
管７１が接続されている。

【００２０】反応炉本体１には、これを所定温度に加熱
保持する温度制御機構８が付設されている。この温度制
御機構８は、図１に示す如く、反応炉本体１を加熱する
ヒータ８１とヒータ８１をオン・オフ制御する制御器
（図示せず）と反応炉本体１を冷却する冷却器８２とを
具備する。ヒータ８１は、いわゆるラビットヒータであ
り、円板状のヒータ押さえ８３により反応炉本体１の上
下面に接触固定されている。制御器は、ヒータ８１をオ
ン・オフすることにより、反応炉本体１の温度（炉温
度）を、所定の適正温度（水素混合ガスの発火温度より
も低い温度であって水素と酸素との反応が効果的に行な
われる温度であり、一般に、４００℃以下に設定してお
くことが好ましい）に保持するものである。冷却器８２
は各ヒータ押さえ８３に櫛歯状の冷却フィン８２ａを取
り付けてなり、水素と酸素との反応熱による炉温度の上
昇を可及的に防止して水分発生反応の安定化を図るべ
く、反応炉本体１からの放熱を促進させるように構成さ
れている。

【００２１】なお、反応炉本体１及び反射板３，６等
は、ステンレス鋼等の耐熱性材で構成されている。この
例では、ＳＵＳ３１６Ｌを使用している。

【００２２】このような構成をなす第１反応炉にあって
は、原料供給口４３から原料ガス供給空間１４ａに供給
された原料ガス（水素と酸素との混合ガス）は、第１反
射板３によって更には拡散フィルタ２を透過することに
よって拡散されつつ、第１室１４から第２室１５へと導
入される。第２室１５に導入された原料ガスは、そのま
ま或いは第２反射板６で再拡散された上で、開口部１５
ｂから水分発生空間１５ａに流入する。そして、水分発
生空間１５ａに流入した原料ガスは水分ガス取出口７へ
と流動するが、この間において、水素と酸素とは白金触
媒膜５に接触することによりラジカル化され、ラジカル
化された水素と酸素は瞬時に反応して水に変換される。
第１反応炉にあっては、白金触媒膜５が水分発生空間１
５ａのみならず、当該空間１５ａ外にも形成されている
ことから、水素と酸素との反応は当該空間１５ａ外にお
いても行なわれることになるが、その反応領域は水分発
生空間１５ａに比して極く僅かであるから、水素と酸素
との反応はその大半が水分発生空間１５ａにおいて行な
われることになる。しかも、水分発生空間１５ａは、白
金触媒膜５とこれに近接して対向する第２反射板６との
極めて狭い空間であることから、水素及び酸素と白金触
媒膜５との接触が効果的に行なわれることなり、且つそ
の接触が水分ガス取出口７に至るまで継続して行なわれ
ることになる。したがって、水素又は酸素の一部が未反
応のまま水分ガス取出口７に至ったり、一旦ラジカル化
されたものが元の状態に戻って水分ガス取出口７に至る
ようなことがなく、水素と酸素との反応が効率よく適正
に行なわれ、水分発生反応率の大幅な向上を図ることが
できる。

【００２３】ところで、従来反応炉においては、冒頭で
述べた如く、混合器１４０で混合させた水素と酸素とを
原料ガス供給管１０４により原料ガス供給口１４３へと
移送させるようにしていたため、両ガスの分子量差等に
より、水素と酸素とが原料ガス供給管１０４内を流動す
る間に分離し、分離状態で第１室１１４に供給される虞
れがある。その結果、水素と酸素との反応応答性が悪く
なり、このことが水分発生反応率の一定以上の向上を妨
げる一因ともなっていた。しかし、第１反応炉にあって
は、前述した如く、異径管構造をなす接続器４６により
充分に混合された原料ガスがそのまま原料ガス供給口４
３から第１室１４に供給されることから、水素と酸素と
の反応応答性が向上する。このことによって、水分発生
反応率が更に向上する。

【００２４】また、上記した如く、水分発生反応が、専
ら、極く狭い空間である水分発生空間１５ａで行なわれ
ることから、当該空間１５ａでの反応熱による温度上昇
は極めて高くなる。したがって、ヒータ８１の制御によ
っては炉温度を適正に維持することができず、炉温度が
異常に上昇して水素混合ガスの発火温度に達する虞れが
ある。しかし、第１反応炉にあっては、前述した如く、
反応炉本体１に冷却フィン８２ａで構成される冷却器８
２を取り付けて、放熱を促進させるように工夫している
ことから、炉温度が適正に維持されて、反応の安定化と
水分発生反応率の向上とが図られる。

【００２５】これらのことから、第１反応炉にあって
は、未反応のまま水分取出口１０７に到達する割合が極
めて減少し、従来反応炉に比して反応効率及び応答性が
大幅に向上し、９９％を超える水分発生反応率を確保す
ることができる。しかも、水分発生反応が専ら第２反射
板６と第２端部壁１３との間の狭い空間１５ａで行なわ
れる構成としたことから、従来反応炉に比して、白金触
媒膜５が形成される第２室１５の容積、ひいては反応炉
本体１を大幅に小型化することができる。

【００２６】これらの点については、第１反応炉を使用
して、第２室１５の容積：４５．８ｃｃ、水分発生量：
１０００ｓｃｃｍ、炉温度：約４００℃の条件下で行な
った水分発生実験（１０時間連続運転）により確認する
ことができた。すなわち、この水分発生実験にあって
は、供給管４４，４５から接続器４６への水素供給量と
酸素供給量との割合を変えながら、各々の場合におい
て、水分ガス取出口７から流出する水分を測定し、水分
発生反応率を求めた。その結果は、図４に示す通りであ
り、Ｈ₂リッチ，Ｏ₂リッチの何れにおいても、約９
９．７％以上の水分発生反応率が得られた。

【００２７】また、図５及び図６は第２の実施の形態を
示したもので、この実施の形態における本発明に係る水
分発生用反応炉（以下「第２反応炉」という）は、以下
の点を除いて、第１反応炉と同一構造をなすものであ
る。

【００２８】すなわち、第２反応炉の反応炉本体１にあ
っては、図５に示す如く、両端部壁１２，１３の対向面
を同一又は略同一の曲率半径をなす球面形状となし、第
２反射板６をこの球面と平行をなす形状，配置のものに
構成してある。なお、第２反射板６と第２端部壁１３に
形成した白金触媒膜５との対向間隔は、第１反応炉にお
けると同様である。また、第２反応炉の混合ガス供給機
構４にあっては、、図４及び図５に示す如く、第１端部
壁１２の中心部に、第１端部壁１２の下面（反応炉本体
１の内面）に開口する混合通路４ａとこの通路４ａから
分岐して第１端部壁１２の上面（反応炉本体１の外面）
に開口する第１及び第２ガス通路４ｂ，４ｃとを形成し
て、第１ガス通路４ｂに水素供給管４４を接続すると共
に第２ガス通路４ｃに酸素供給管４５を接続して、水素
と酸素とが混合ガス供給空間１４ａに供給される直前で
混合されるように工夫してある。このように水素と酸素
とを混合した直後に混合ガス供給空間１４ａに供給させ
るようにすることにより、両ガスを分離しない適正な混
合ガス状態で第１室１４に供給させることができ、高応
答性を確保することができる。また、第１反射板３は、
複数の孔３１ａを形成した円筒体３１を介して、第１端
部壁１２に取り付けられている。

【００２９】また、図７は第３の実施の形態を示したも
ので、この実施の形態における本発明に係る水分発生用
反応炉（以下「第３反応炉」という）は、以下の点を除
いて、第２反応炉と同一構造をなすものである。

【００３０】すなわち、第２反応炉の混合ガス供給機構
４にあっては、、図７に示す如く、第１端部壁１２の中
心部に、混合ガス供給空間１４ａに開口する第１及び第
２ガス通路４ｄ，４ｅを各別に穿設し、第１ガス通路４
ｄに水素供給管４４を接続すると共に第２ガス通路４ｅ
に酸素供給管４５を接続して、水素と酸素とを混合ガス
供給空間１４ａにおいて混合させるように工夫してあ
る。

【００３１】第２反応炉及び第３反応炉の何れにおいて
も、第１反応炉と同様の水分発生実験を行なうことによ
り、９９％を超える水分発生反応率が得られることが確
認された。但し、第１室１４に供給される水素と酸素と
の混合度は、混合ガス供給機構４の構造上、第３反応炉
より第２反応炉の方がやや高く、更に第２反応炉よりも
第１反応炉の方がやや高い。

【００３２】なお、本発明は上記した各実施の形態に限
定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない
範囲において適宜に改良，変更することができる。例え
ば、拡散フィルタ２としては、このように全面をガス透
過部としたものの他、外周側部分のみをガス透過部（環
状のガス透過部）としたものを使用することも可能であ
る。また、白金触媒膜５は、第２室１５に面する反応炉
本体１の内面部分全体に被覆形成せず、第２反射板６に
対向する部分にのみ形成しておいてもよい。すなわち、
水素と酸素との反応が、水分発生空間１５ａのみにおい
て行なわれるようにしておいてもよい。また、冷却器８
２としては、上記した放熱ファンによる他、反応炉本体
１をファン等による空冷，水冷手段を採用することがで
きる。例えば、水素と酸素との反応熱により最も高温と
なる第２端部壁１３を、その下方に設置したファンによ
り空冷するようにしてもよい。また、反射板３，６は、
前記した脚部３１，６１を設けず、端部壁１２，１３に
スポット溶接しても、又はネジ等の固定具によりスペー
サを介して端部壁１２，１３に固定するようにしてもよ
い。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、冒頭で述べた従来反応炉における問題を解決
して、９９％を大幅に超える水分発生反応率と高応答性
の下に、安全に１０００ｓｃｃｍ以上の水分を発生させ
ることができ、小型で且つ極めて実用的な水分発生用反
応炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１反応炉を示す縦断正面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す詳細図である。

【図３】図１のIII−III線に沿う要部の横断底面図であ
る。

【図４】第１反応炉における水分発生反応率と原料ガス
のガス過剰度との関係を示す曲線図である。

【図５】第２反応炉を示す縦断正面図である。

【図６】図５のVI−VI線に沿う要部の横断底面図であ
る。

【図７】第３反応炉を示す縦断正面図である。

【図８】従来反応炉を示す縦断正面図である。

【図９】従来反応炉における水分発生反応率と経過時間
との関係を示す曲線図である。

【符号の説明】

１…反応炉本体、２…拡散フィルタ、３…第１反射板、
４…混合ガス供給機構、５…白金触媒膜、６…第２反射
板、７…水分ガス取出口、８…温度制御機構、１１…周
壁、１２…第１端部壁、１３…第２端部壁、１４…第１
室、１４ａ…混合ガス供給空間、１５…第２室、１５ａ
…水分発生空間、１５ｂ…水分発生空間の開口部、４３
…原料ガス供給口、４４…水素供給管、４５…酸素供給
管、４６…接続器、４６ａ，４６ｃ…小径管部分、４６
ｂ，４６ｄ…大径管部分、８１…ヒータ、８２…冷却
器、８２ａ…放熱フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川田孝司大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者皆見幸男大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者平尾圭志大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者池田信一大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内Ｆターム(参考） 4G069 AA03 BC75A BC75B CB81 5F045 AA20 AC11 EB02 EE05 EE10 EE20 EF14 EJ04 5F058 BA20 BC02 BF53 BF63 BG01 BG02 BJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の周壁とその両端部を閉塞する第１
及び第２端部壁とからなる中空密閉構造の反応炉本体
と、反応炉本体内を第１端部壁側の第１室と第２端部壁
側の第２室とに区画するガス透過性の拡散フィルタと、
反応炉本体を所定温度に加熱保持する温度制御機構と、
第１端部壁に対向して第１室に配置されており、第１端
部壁との間に拡散フィルタ側に開口する原料ガス供給空
間を形成する第１反射板と、原料ガス供給空間に水素と
酸素との混合ガスである原料ガスを供給する原料ガス供
給機構と、第２端部壁に近接対向して第２室に配置され
ており、第２端部壁との間に拡散フィルタ側に開口する
水分発生空間を形成する第２反射板と、第２端部壁に形
成されて水分発生空間に開口する水分ガス取出口と、第
２室における反応炉本体の内面部分であって少なくとも
第２反射板に対向する部分に全面的に被覆形成された白
金触媒膜と、を具備する水分発生用反応炉であって、第
２反射板をその外周縁部が反応炉本体の周壁の内面に近
接する大きさのものとして、水素と酸素との反応が主と
して水分発生空間において行なわれるように構成したこ
とを特徴とする水分発生用反応炉。
【請求項２】原料ガス供給機構が、第１端部壁を貫通
して原料ガス供給空間に開口する原料ガス供給口と、水
素を供給する水素供給管と、酸素を供給する酸素供給管
と、両供給管の下流端部を合流して原料ガス供給口に接
続する接続器とを具備するものであり、接続器が、ガス
流動方向に複数の小径管部分と大径管部分とが交互に並
ぶ異径管構造をなすものであることを特徴とする、請求
項１に記載する水分発生用反応炉。
【請求項３】温度制御機構が、反応炉本体を冷却する
冷却器を具備するものであることを特徴とする、請求項
１又は請求項２に記載する水分発生用反応炉。
【請求項４】冷却器が、反応炉本体の外面部に取り付
けられた放熱フィンで構成されていることを特徴とす
る、請求項３に記載する水分発生用反応炉。