JP2002274812A - 水分発生用反応炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料ガスを強制的に乱流化して水分発生反応
を効率的に生起させる水分発生用反応炉を実現する。 【解決手段】 本発明に係る水分発生用反応炉２は、原
料ガスを供給する入口側炉本体部材４と、水分ガスを水
分ガス供給路２８から供給する出口側炉本体部材２０
と、両炉本体部材４・２０の間に気密状態に狭着されし
かも前記入口側空間部８に連通するようにその所要部に
複数の吹込孔１６を形成した反射体１２と、この反射体
１２と前記出口側炉本体部材２０の間に微小間隙ｄを有
して形成された反応室１８と、この反応室１８と出口側
炉本体部材２０の水分ガス供給路２８が連通するように
出口側炉本体部材に形成されたノズル孔２４と、前記反
射体１２と対向する反応室壁面２０ａに形成されたコー
ティング触媒層２１とから構成され、水素と酸素が反射
体１２の吹込孔１６から反応室１８内に乱流的に流入
し、前記コーティング触媒層２１の活性化作用により、
水素と酸素が非燃焼状態下で反応して水分ガスを発生さ
せることを特徴としている。

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
造装置において使用される水分発生用反応炉の改良に係
り、特に詳細には、水素と酸素の強制的なミキシングに
より反応効率を高めて生成される水分ガス中の未反応ガ
ス量を極減でき、また比較的少量の水分を必要とする工
程で使用される水分発生用反応炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程では、例えば流量が数
十ｓｃｃｍから数千ｓｃｃｍに亘る広範囲の高純度水分
を必要としている。必要となる水分流量の大小は製造工
程の段階毎に異なる。ここで、流量単位として用いられ
るｓｃｃｍは標準状態におけるｃｃ／ｍｉｎを意味して
いる。

【０００３】従来、本願発明者等は１０００ｓｃｃｍ以
上の大流量型水分発生用反応炉の開発に力を注ぎ、特開
２０００−１６９１１０号として図６に示す反応炉を、
また特開２０００−２９７９０７号として図７に示す反
応炉を既に公開している。

【０００４】図６は大流量型水分発生用反応炉の第１従
来例の縦断断面図である。図中、９１は入口側炉本体部
材、９１ａは入口側炉本体部材の内壁面、９１ｂは原料
ガス供給口、９２は出口側炉本体部材、９２ａは出口側
炉本体部材の内壁面、９２ｂは水分ガス取出口、９３は
反応炉本体、９４は入口側内部空間、９５は円盤状の反
射板、９５ａは反射板周縁部、９６は反射板９５と出口
側炉本体部材９２の間に形成された微小間隙空間であ
る。

【０００５】入口側炉本体部材内壁面９１ａにはＴｉＮ
等のバリヤ皮膜Ｃが形成され、出口側炉本体部材内壁面
９２ａには白金コーティング触媒層Ｄが形成されてい
る。この白金コーティング触媒層ＤはＴｉＮ等のバリヤ
ー被膜の上に白金コーティング被膜を積層形成して構成
され、白金コーティング被膜が空間部に露出している。

【０００６】次に、この大流量型水分発生用反応炉の作
用を説明する。所定比の水素ガスと酸素ガスが矢印Ｇ方
向に供給され、これらの原料ガスは原料ガス供給口９１
ｂから入口側内部空間９４に進入する。原料ガスは矢印
Ｈ方向に流線を描きながら反射板９５の背後にある微小
間隙空間９６に進入してゆく。

【０００７】反応炉全体は図示しないヒータにより３５
０〜４００℃に調整され、水分生成反応を促進する温度
条件に設定される。このような中で、原料ガスである水
素ガスと酸素ガスは、内壁面９２ａに形成された白金コ
ーティング触媒層Ｄと接触してラジカル化される。ラジ
カル化された水素と酸素は高活性状態にあり、発火温度
よりも低い温度で瞬時に結合し、高温燃焼することなし
に水分ガスが生成される。

【０００８】反応は分子同士の衝突確率が高くなるほど
激しくなるから、空間容積が極小化された微小間隙空間
９６において水分発生反応が急速に進行する。生成され
た水分ガス及び未反応原料ガスは水分ガス取出口９２ｂ
から次の工程へ供給される。

【０００９】図７は大流量型水分発生用反応炉の第２従
来例の縦断断面図である。この大流量型水分発生用反応
炉は、図６の従来反応炉に更に入口側反射体９９及びフ
ィルタ１００を追加装備した構造を有している。入口側
反射体９９はケース体９９ａ、入口側反射板９９ｂ及び
透孔９９ｃから構成され、ケース体９９ａに噴射された
原料ガスは入口側反射板９９ｂと衝突して拡散しながら
透孔９９ｃから入口側内部空間９４の全面へと進入して
ゆく。

【００１０】フィルタ１００はステンレス製の網状体等
から形成されるため流体透過性を有しており、入口側内
部空間９４に拡散した原料ガスを均一化すると同時に安
定化させる機能を有している。従って、フィルタ１００
を透過して均一化かつ安定化された原料ガスが反射板９
５の背後に形成された微小間隙空間９６に進入し、前述
したラジカル反応により水分ガスが生成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】これらの２種類の水分
発生用反応炉は大流量タイプである点で共通している。
円盤状の反射板９５が内部空間に配置され、その周縁部
９５ａから微小間隙空間９６に原料ガスが進入する。反
射板９５の半径をｒとすると、周縁部９５ａの全周２π
ｒの全領域から微小間隙空間９６に原料ガスが進入する
ように構成されているから、大流量の原料ガスを微小間
隙空間９６に流入させてラジカル反応を生起させ、この
大流量の水分ガスを後段の工程に供給することができ
る。

【００１２】図６及び図７から分かるように、原料ガス
は周縁部９５ａの外側を比較的緩やかに矢印Ｈ方向に流
線を描くから、原料ガスは比較的層流状態で微小間隙空
間９６に進入する。特に、小流量の場合には、ガス分子
間の相互作用が弱くなるため、レイノズル数が小さくな
って層流状態になりやすい。

【００１３】原料ガスが層流状態になると、水素分子と
酸素分子の衝突確率が低下するから、水分生成確率は乱
流状態より低下すると考えられる。このことは生成され
た水分ガス中に未反応の原料ガスが残留することを意味
する。可燃性の水素ガスが比較的多く残留すると後段の
工程で爆発の危険性があるため、未反応ガス量を常に検
出して一定以上の残留率になると原料ガスの供給を中止
するなどの緊急措置が採られる。

【００１４】従って、本発明者等はこの従来反応炉の反
応率を向上させるために様々な手段を講じてきた。例え
ば、白金コーティング触媒層を改良したり、反応炉全体
の内部温度の均一化を図ったり、原料ガス中における水
素ガスと酸素ガスの比率を調整する等の改良を行ってき
た。しかし、このような改良だけでは反応率の向上には
限界があった。

【００１５】また、前記従来反応炉は大流量の水分発生
用反応炉であるから、反応炉全体の容積が大きいため
に、水分ガスが生成されるのに多少の時間が掛かり、直
ちに水分が必要な場合に素早く対応できなかった。ま
た、水分ガスが不要となったときに素早く不活性ガスで
置換することも難しかった。

【００１６】そこで、本発明者等は、水分発生反応を高
効率化するために、上記とは全く異なった技術的思想を
相当するに到った。即ち、反応室内において原料ガスを
強制的に撹乱して乱流状態にすることである。乱流化す
ることにより、水素分子と酸素分子の衝突確率が激増
し、その結果水分生成率を向上させることになる。特
に、層流化しやすい小流量型の水分発生用反応炉におい
て強制乱流方式を導入すれば、水分発生率が向上するは
ずである。

【００１７】従って、本発明の目的は、反応室内におい
て原料ガスを強制的に乱流化する構造を開発することに
より、水分生成反応の高効率化を実現して水分ガス中に
残留する未反応ガス量を極減化し、特に小流量型に向い
た水分発生用反応炉を実現することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原料
ガス供給口から原料ガスを入口側空間部に供給する入口
側炉本体部材と、生成された水分ガスを水分ガス供給路
から水分ガス取出口に送る出口側炉本体部材と、入口側
炉本体部材と出口側炉本体部材の間に気密状態に狭着さ
れしかも前記入口側空間部に連通するようにその所要部
に複数の吹込孔を形成した反射体と、この反射体と前記
出口側炉本体部材の間に微小間隙を有して形成された反
応室と、この反応室と出口側炉本体部材の水分ガス供給
路が連通するように出口側炉本体部材に形成されたノズ
ル孔と、前記反射体と対向する反応室壁面に形成された
コーティング触媒層とから構成され、前記原料ガス供給
口から供給された水素と酸素が反射体の吹込孔から反応
室内に流入した際に前記コーティング触媒層の触媒作用
により、水素と酸素が非燃焼状態下で反応して水分ガス
を発生させることを特徴とする水分発生用反応炉であ
る。

【００１９】請求項２の発明は、前記入口側炉本体部材
の端部に入口側フランジ部を形成し、出口側炉本体部材
の端部に出口側フランジ部を形成し、入口側フランジ部
と出口側フランジ部により前記反射体の周縁を狭着した
請求項１に記載の水分発生用反応炉である。

【００２０】請求項３の発明は、前記入口側炉本体部材
及び出口側炉本体部材がそれぞれ入口側炉本体管及び出
口側炉本体管から構成され、前記反射体が反射板から構
成される請求項１に記載の水分発生用反応炉である。

【００２１】請求項４の発明は、前記反射体の反応室側
表面及び／又は前記ノズル孔の表面にもコーティング触
媒層が形成されている請求項１に記載の水分発生用反応
炉である。

【００２２】請求項５の発明は、前記コーティング触媒
層は、バリヤー皮膜の上にコーティング皮膜を積層固着
して構成される請求項１に記載の水分発生用反応炉であ
る。

【００２３】請求項６の発明は、前記コーティング皮膜
を白金で構成し、バリヤー皮膜をＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｃ
ｒＮの中の何れかから構成した請求項５に記載の水分発
生用反応炉である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る小流量型水
分発生用反応炉の実施形態を図面に従って詳細に説明す
る。図１、図２及び図３には本発明の実施形態である水
分発生用反応炉が示されている。図１はその実施形態の
断面図、図２は用いられる反射体の斜視図、図３は作用
を説明する要部断面図である。

【００２５】図１から図３において、２は水分発生用反
応炉、４は入口側炉本体部材、６は原料ガス供給管、６
ａは原料ガス供給口、８は入口側内部空間、１０は入口
側フランジ部、１２は反射体、１２ａは反射体の内側端
面、１２ｂは反射体の外側端面、１４は周縁部、１６は
吹込孔、１８は反応室、２０は出口側炉本体部材、２０
ａは出口側炉本体部材の端面、２１はコーティング触媒
層、２１ａはバリヤー被膜、２１ｂはコーティング被
膜、２２は出口側フランジ部、２２ａは出口側フランジ
部の内周面、２４はノズル孔、２６は拡散部、２８は水
分ガス供給路、３０は水分ガス取出管、３０ａは水分ガ
ス取出口、３２はカップリング、３４はナット、３６は
ベアリングである。

【００２６】これら部材の相互関係を更に詳細に説明す
る。端部に入口側フランジ部１０を有した大径の入口側
炉本体部材４は小径の原料ガス供給管６に連接され、原
料ガス供給口６ａから所定比の水素ガスと酸素ガスの混
合ガスが原料ガスとして供給される。

【００２７】大径の出口側炉本体部材２０の端面２０ａ
の周縁には出口側フランジ部２２が形成され、その端面
２０ａの中央には微小断面積のノズル孔２４が開口され
ている。このノズル孔２４はラッパ状に拡径された拡散
部２６を介して水分ガス供給路２８に連続している。更
に、この水分ガス供給路２８は水分ガス取出管３０の水
分ガス取出口３０ａに連続し、発生した水分ガスを後段
の工程に供給する。

【００２８】入口側フランジ部１０と出口側フランジ部
２２の間には反射体１２が配置され、その周縁部１４が
両フランジ部１０、２２により狭着されて固定されてい
る。この両フランジ部１０、２２による反射体１２の狭
着構造により、反射体１２の円周領域を封止して気密性
が確保される。また、この反射体１２は円盤状で、周縁
部１４の内側には複数の微小な吹込孔１６が円周方向に
穿設されている。この吹込孔１６は入口側空間部８と連
通している。

【００２９】前記吹込孔１６の穿設位置は円周方向に限
定されるものではない。吹込孔１６に入射したガスがノ
ズル孔２４に到るまでに水分発生反応を生起するように
構成されればよい。従って、円周状のジグザグ配置や放
射状配置などもある。反応確率を増大させるためには、
吹込孔１６からノズル孔２４までの経路をできるだけ長
く設定することが効果的であるから、この実施形態では
最外周の円周方向に穿設してある。

【００３０】出口側炉本体部材２０の外周面には出口側
フランジ部２２に当接する位置までカップリング３２が
外嵌されている。また、入口側炉本体部材４の外周面に
は入口側フランジ部１０に当接する位置までベアリング
３６が外嵌されており、更にその外周側にナット３４が
外嵌されている。ナット３４と前記カップリング３２と
は螺合され、この小流量型水分発生用反応炉２を強固に
一体化している。

【００３１】このように、ナット３４とカップリング３
２の螺合構造により、反射体１２と両フランジ部１０、
２２の狭着構造を強力に固定一体化しており、本発明の
水分発生用反応炉２の耐久性を保証している。また、入
口側炉本体部材４と出口側炉本体部材２０をパイプによ
り形成し、入口側炉本体管及び出口側炉本体管とすれ
ば、ナット３４とカップリング３２による締付も回転す
るだけで簡単に行え、小流量型水分発生用反応炉２の組
立を容易化できる。

【００３２】次に、本発明の要部構造である反応室１８
について説明する。前記反射体１２のノズル孔側の内側
端面１２ａと出口側炉本体部材２０の端面２０ａとは微
小間隙ｄだけ離間して対向し、反応室１８を形成してい
る。即ち、反応室１８の入口側周縁は複数の吹込孔１６
を介して入口側空間部８に連通し、反応室１８の出口側
中心部はノズル孔２４を介して水分供給路２８に連通し
ている。

【００３３】本実施形態では図２（Ａ）の反射体１２が
使用されており、この反射体１２には８個の吹込口１６
が円周方向に等間隔に形成されている。図２（Ｂ）の反
射体１２は他の例で、４個の吹込口１６が円周方向に等
間隔に形成されている。このように、吹込口１２の個数
は適宜変更される。

【００３４】反射体１２の円周領域はフランジの狭着に
より閉鎖されているから原料ガスの大量供給は困難であ
る。唯一の供給口は吹込孔１２であり、吹込孔１２の個
数とその直径により供給量を加減できる。吹込孔１２の
個数が少ないほど原料ガスの供給量が小さくなって小流
量型になり、吹込口１２の個数が多いほど原料ガスの供
給量が大きくなるから、大流量型の水分発生用反応炉に
なる。

【００３５】吹込孔１６とノズル孔２４の断面直径は任
意に調整できるが、水分ガスの小流量制御の観点から、
０．１ｍｍ〜３ｍｍが適当であり、特に０．５ｍｍ〜２
ｍｍが好適である。直径をこの範囲内に設定すれば、原
料ガスを均一にミキシングすることが容易になる。

【００３６】本実施形態の小流量型水分発生用反応炉２
は耐久性、耐食性及び耐熱性の観点からステンレスで形
成されている。詳細には、入口側炉本体部材４、出口側
炉本体部材２０、反射体１２、カップリング３２及びナ
ット３４はＳＵＳ３１６Ｌで形成されている。

【００３７】出口側炉本体部材２０の端面２０ａの表面
にはコーティング触媒層２１が形成されている。また、
出口側フランジ部２２の内周面２２ａにもこのコーティ
ング触媒層２１が形成されている。同様に、反射体１２
の内側端面１２ａとノズル孔２４の表面にもコーティン
グ触媒層２１を適宜形成してもよいが、必要に応じて無
くしてもよい。このように、反応室１８を囲繞する壁面
にはコーティング触媒層２１が形成され、反応室１８に
おける水分発生力が強化されている。

【００３８】これらのコーティング触媒層２１はステン
レスの地金表面にバリヤー皮膜２１ａを形成したあと、
このバリヤー皮膜２１ａの上にコーティング皮膜２１ｂ
を積層形成し、コーティング被膜２１ｂが最外表面に形
成されて原料ガスを活性化する。バリヤー被膜２１ａは
下地であるステンレス材料の流通ガスによる酸化及び拡
散を防止し、しかもコーティング被膜２１ｂの剥落を防
止する作用を有する。

【００３９】コーティング被膜２１ａは原料ガスの水分
発生反応を助長する触媒作用を有する。耐熱性のある触
媒金属としては貴金属（Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ａｕ）が好適で、中でも白金（Ｐｔ）は触媒
金属として耐熱性・安定性・効率性において優れてい
る。従って、コーティング皮膜２１ａとしては白金コー
ティング被膜が用いられることが多い。白金コーティン
グ被膜を用いた場合には、コーティング触媒層２１は白
金コーティング触媒層と称される。しかし、白金に限ら
ず、前記貴金属、またそれらの組合せを用いることがで
きる。

【００４０】コーティング皮膜２１ｂの厚さは０．１μ
ｍ〜３μｍが適当であり、本実施形態では約１μｍの厚
さのコーティング皮膜２１ｂが形成されている。また、
バリヤー皮膜２１ａの厚さは０．１μｍ〜５μｍ程度が
最適であり、本実施形態では約２μｍの厚さのＴｉＮ製
のバリヤー皮膜が形成されている。

【００４１】バリヤー皮膜２１ａの形成に際しては、先
ず、入口側炉本体部材４や出口側炉本体部材２０、反射
体１２等の所要表面に適宜の表面処理を施し、ステンレ
ス鋼表面に自然形成されている各種金属の酸化膜や不働
態膜を除去する。次に、ＴｉＮによるバリヤー皮膜２１
ａの形成を行なう。本実施形態ではイオンプレーティン
グ法により厚さ約２μｍのＴｉＮ製バリヤー皮膜２１ａ
を形成している。

【００４２】前記バリヤー皮膜の材質としてはＴｉＮの
外に、多くの窒化物、炭化物、酸化物を用いることがで
きる。これらの中でも特に、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡ
ｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣｒＮ等を使用
することが可能である。これらは非触媒性であり、しか
も耐還元性及び耐酸化性に優れているからである。ま
た、バリヤー皮膜の厚さは前述の通り０．１μｍ〜５μ
ｍ程度が適当である。何故なら、厚さが０．１μｍ以下
であると、バリヤー機能が十分に発揮されず、また逆
に、厚さが５μｍを越えるとバリヤー皮膜そのものの形
成に手数がかかるうえ、加熱時の膨張差等が原因となっ
てバリヤー皮膜の剥離等を生ずるおそれがあるからであ
る。

【００４３】更に、バリヤー皮膜の形成方法としては、
前記イオンプレーティング法以外に、イオンスパッタリ
ング法や真空蒸着法等のＰＶＤ法や化学蒸着法（ＣＶＤ
法）、ホットプレス法、溶射法等を用いることも可能で
ある。

【００４４】バリヤー皮膜２１ａの形成が終わると、引
き続きその上にコーティング皮膜２１ｂを形成する。本
実施形態においては、イオンプレーティング法により厚
さ約１μｍのコーティング皮膜２１ｂを形成している。
このコーティング皮膜の厚さは０．１μｍ〜３μｍ程度
が適当である。何故なら、厚さが０．１μｍ以下の場合
には、長期に亘って触媒活性を発揮することが困難とな
り、また逆に、厚さが３μｍ以上になると、コーティン
グ皮膜のコストが高騰するうえ、３μｍ以上の厚さにし
ても触媒活性度やその保持期間にほとんど差がなく、し
かも加熱時に膨張差等によって剥離を生ずる虞れがある
からである。

【００４５】また、コーティング皮膜２１ｂの形成方法
は、イオンプレーティング法以外にイオンスパッタリン
グ法、真空蒸着法、化学蒸着法、ホットプレス法等が使
用可能であり、更に、バリヤー皮膜２１ａがＴｉＮ等の
導電性物質のときには電解メッキ法が使用可能である
が、導電性に拘わらず無電解メッキ法を使用することも
できる。

【００４６】次に、図３により水分発生のメカニズムを
説明する。所定比で混合された水素ガスと酸素ガスから
なる原料ガスは原料ガス供給口６ａから供給される。原
料ガスは矢印ａ方向へと入口側空間部８に流入し、反射
板１２の外側端面１２ｂに衝突する。この衝突で原料ガ
スは矢印ｂ方向へと拡流し、吹込孔１６から反応室１８
に吹き込まれる。原料ガスは反応室１８に流入すると、
端面２０ａに衝突して激しく攪乱され、反応室内で強制
的に乱流状態となる。反応室内における多重反射によっ
て乱流化は一層進行し、原料ガスのミキシングが十分に
行われる。

【００４７】反応室１８を囲繞する壁面（端面２０ａ、
内周面２２ａ）にはコーティング触媒層２１が形成され
ており、乱流状態となった混合ガスは多数回に亘って激
しくコーティング触媒層２１と接触する。この接触によ
り水素分子と酸素分子は急速にラジカル化され、活性化
状態に移行する。しかも、ラジカル化された水素と酸素
は乱流状態の下で相互に衝突を繰り返し、この衝突反応
の中で会合して水分子を形成する。

【００４８】本発明の要点は、原料ガスを反応室１８内
で強制的に乱流化し、水素及び酸素のラジカル化反応と
水分生成反応を高効率化かつ高速化することである。こ
の乱流化を促進させるために、反応室を微小間隙ｄの幅
で形成している。この微小間隙ｄは０．１ｍｍ〜５ｍｍ
が適当であるが、好適には０．５ｍｍ〜３ｍｍに設定さ
れる。これらの値は水分の生成量に依存している。

【００４９】このように、反応室内での水分ガスの生成
率が向上すると、水分ガス中に未反応のまま残留する原
料ガスは極減化される。即ち、未反応のまま放出される
水素ガスと酸素ガスが極減化されるので、後段の工程に
送られる水分ガスの安全性が格段に向上する。しかも、
安全性を確保するために未反応ガスの検出が常時行なわ
れても、未反応ガスの極減化によって原料ガスの供給の
停止といった事態が解消される。

【００５０】生成された水分ガスと微量の未反応原料ガ
スはノズル孔２４から拡散部２６を介して矢印ｃ方向に
拡散流出し、水分ガス供給路２８を矢印ｄ方向に進行す
る。その後、水分ガス取出管３０から後段の工程へ供給
されてゆく。

【００５１】反応室１８内でラジカル化反応と水分発生
反応を促進させるために、反射体１２の内側端面１２ａ
にもコーティング触媒層２１を形成しても良い。また、
ガス流が縮流化されるノズル孔２４の内面にもコーティ
ング触媒層２１を形成しても良い。

【００５２】図４はこの小流量型水分発生反応炉にダイ
ヤフラム型のガス濃度検出器を連結した断面図である。
原料ガスの１００％を水分生成反応させて未反応原料ガ
スをゼロにすることが理想であるが、実際には流出ガス
中に未反応ガスが含まれる。特に、水素ガスが残留する
と、後段の工程で発火して爆発する危険性を有する。そ
こで、特に水素ガスを検出する目的でガス検知器を連結
し、残留水素ガスが一定濃度以上に達したことを検知し
て、原料ガスの供給停止などの緊急措置をとるように構
成されている。

【００５３】このガス濃度検出器４０は、水分ガス導入
管４２と、内部に測定用スペース４６を有するセンサボ
ディ４４と、ダイヤフラム検知体５０を狭着する支持部
４５及び締付フランジ部５２と、全体を強固に締付ける
締付ボルト５４と、水分ガス導出管４８から構成されて
いる。

【００５４】生成された水分ガスは水分ガス導入管４２
から測定用スペース４６に矢印ｅ方向に入り、ダイヤフ
ラム検知体５０により残留水素濃度を検出した後、水分
ガス導出管４８から矢印ｆ方向に後段の工程へと供給さ
れる。

【００５５】図５はダイヤフラム検知体の断面図であ
る。ダイヤフラムベース５０ａで囲われた中央に薄板状
のダイヤフラム５０ｂが形成され、このダイヤフラムベ
ース５０ａを熱電対保持体Ｂに固定している。熱電対保
持体Ｂの中央部には透孔が穿設され、この透孔に熱電対
５０ｅを内装したシース体５０ｆが挿入されている。こ
のシース体５０ｆは鍔体５０ｇにより熱電対保持体Ｂに
固定されている。

【００５６】熱電対５０ｅは２種の熱電対用金属Ａ１、
Ａ２からなり、例えばクロメルーアルメル、銅―コンス
タンタン、鉄―コンスタンタン等がある。これらの熱電
対用金属Ａ１、Ａ２の一方の接点を融着してダイヤフラ
ム５０ｂの裏側にスポット溶接しており、他方の接点は
室温を測定するように配設されている。温度検出では室
温補正がされている。

【００５７】水分ガスと接触するダイヤフラム５０ｂの
表面には下地となるバリヤ皮膜５０ｃと露出したコーテ
ィング皮膜５０ｄからなるコーティング触媒層が形成さ
れている。水分ガスがコーティング触媒層に衝突する
と、水分ガス中の微量の水素ガスと酸素ガスがラジカル
化し、水分生成反応を生起する。水分が生成されると、
発生熱によりダイヤフラム５０ｂが加熱されて温度が上
昇する。この温度上昇を熱電対５０ｅで検出して、水分
ガス中の未反応ガス濃度を検出する構成となっている。

【００５８】前述したように、所定濃度以上の未反応水
素ガスが水分ガス中に残留している場合には、アラーム
を発して、原料ガスの供給を停止する。補修により未反
応ガス濃度が所定濃度以下になると、水分生成反応を開
始し、生成された水分ガスを後段の工程に供給する。

【００５９】本発明は小流量型の水分発生用反応炉に適
用された場合には前述した効果を十分に発揮できる。し
かし、吹込孔の個数を多くすれば大流量型の水分発生用
反応炉とすることもでき、この場合でも反応室内におけ
る乱流化とミキシング作用は十分に発揮され、水分生成
率の向上を達成できる。

【００６０】本発明に係る小流量型水分発生用反応炉は
上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術
的思想から逸脱しない範囲における全ての変形例、設計
変更もその技術的範囲内に包含されることは云うまでも
ない。

【００６１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、反射体の所要
部にある複数の吹込孔から原料ガスを微小間隙の反応室
に吹き込むから、反応室内で原料ガスは乱流となって均
一にミキシングされ、コーティング触媒層によるラジカ
ル化反応が加速されて、同時に水分発生反応も促進され
る。その結果、小流量の原料ガス供給であっても高効率
で水分発生を行うことができ、残留未反応ガスの極減化
が可能となる。その効果は大流量型においても達成され
る。

【００６２】請求項２の発明によれば、反射体の周縁を
入口側フランジ部と出口側フランジ部により狭着するか
ら、入口側炉本体部材と出口側炉本体部材を確実に気密
状態に組み立てることができ、反応炉全体の耐久性を向
上できる。

【００６３】請求項３の発明によれば、入口側炉本体管
と出口側炉本体管から構成するから、反射体の狭着とカ
ップリング及びナットによる組み立てが締付け構造だけ
となり、簡単に行うことができる。

【００６４】請求項４の発明によれば、反射体の反応室
側表面及び／又はノズル孔の表面にもコーティング触媒
層を形成するから、ラジカル化反応と水分発生反応を高
効率に進行させることができ、残留未反応ガスを極減化
することが可能となる。

【００６５】請求項５の発明によれば、コーティング触
媒層をバリヤー皮膜の上にコーティング皮膜を積層固着
して構成するから、コーティング皮膜が剥落することが
無く、またバリヤー皮膜によって下地金属が酸化される
ことがなく、白金内への拡散がないので、耐久性のある
水分発生用反応炉を提供できる。

【００６６】請求項６の発明によれば、バリヤー皮膜を
ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃ
ｒ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣｒＮの中の何れかから構成したか
ら、コーティング皮膜の耐久性を向上でき、下地金属が
酸化・拡散することが無く、長寿命な水分発生用反応炉
を提供できる。本発明は上述の通り優れた実用的効用を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である小流量型水分発生用反
応炉の断面図である。

【図２】本発明の実施形態で用いられる反射体の斜視図
である。

【図３】本発明の実施形態の要部断面図である。

【図４】小流量型水分発生用反応炉にダイヤフラム型の
ガス濃度検出器を連結した断面図である。

【図５】ダイヤフラム検知体の断面図である。

【図６】大流量型水分発生用反応炉の第１従来例の縦断
断面図である。

【図7】大流量型水分発生用反応炉の第２従来例の縦断
断面図である。

【符号の説明】

２は小流量型水分発生用反応炉、４は入口側炉本体部
材、６は原料ガス供給管、６ａは原料ガス供給口、８は
入口側空間部、１０は入口側フランジ部、１２は反射
体、１２ａは反射体の内側端面、１２ｂは反射体の外側
端面、１４は周縁部、１６は吹込孔、１８は反応室、２
０は出口側炉本体部材、２０ａは出口側炉本体部材の端
面、２１はコーティング触媒層、２１ａはバリヤー被
膜、２１ｂはコーティング被膜、２２は出口側フランジ
部、２２ａは出口側フランジ部の内周面、２４はノズル
孔、２６は拡散部、２８は水分ガス供給路、３０は水分
ガス取出管、３０ａは水分ガス取出口、３２はカップリ
ング、３４はナット、３６はベアリング、４０はガス濃
度検出器、４２は水分ガス導入管、４４はセンサボデ
ィ、４５は支持部、４６は測定用スペース、４８は水分
ガス導出管、５０はダイヤフラム検知体、５０ａはダイ
ヤフラムベース、５０ｂはダイヤフラム、５０ｃはバリ
ヤ皮膜、５０ｄはコーティング皮膜、５０ｅは熱電対、
５０ｆはシース体、５０ｇは鍔体、５２は締付フランジ
部、５４は締付ボルト、６１は入口側炉本体部材、６１
ａは内壁面、６１ｂはガス供給口、６２は出口側炉本体
部材、６２ａは内壁面、６２ｂは水分ガス取出口、６３
は反応炉本体、６４は内部空間、６５は反射体、６５ａ
は周縁部、６６は微小間隙空間、Ａ１・Ａ２は熱電対用
金属、Ｂは熱電対保持体、Ｃ・Ｄは白金コーティング触
媒層である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 幸司 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 森本 明弘 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 (72)発明者 中村 修 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 本井傳 晃央 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 平井 暢 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガス供給口から原料ガスを入口側空
   間部に供給する入口側炉本体部材と、生成された水分ガ
   スを水分ガス供給路から水分ガス取出口に送る出口側炉
   本体部材と、入口側炉本体部材と出口側炉本体部材の間
   に気密状態に狭着されしかも前記入口側空間部に連通す
   るようにその所要部に複数の吹込孔を形成した反射体
   と、この反射体と前記出口側炉本体部材の間に微小間隙
   を有して形成された反応室と、この反応室と出口側炉本
   体部材の水分ガス供給路が連通するように出口側炉本体
   部材に形成されたノズル孔と、前記反射体と対向する反
   応室壁面に形成されたコーティング触媒層とから構成さ
   れ、前記原料ガス供給口から供給された水素と酸素が反
   射体の吹込孔から反応室内に流入した際に前記コーティ
   ング触媒層の触媒作用により、水素と酸素が非燃焼状態
   下で反応して水分ガスを発生させることを特徴とする水
   分発生用反応炉。
2. 【請求項２】 前記入口側炉本体部材の端部に入口側フ
   ランジ部を形成し、出口側炉本体部材の端部に出口側フ
   ランジ部を形成し、入口側フランジ部と出口側フランジ
   部により前記反射体の周縁を狭着した請求項１に記載の
   水分発生用反応炉。
3. 【請求項３】 前記入口側炉本体部材及び出口側炉本体
   部材がそれぞれ入口側炉本体管及び出口側炉本体管から
   構成され、前記反射体が反射板から構成される請求項１
   に記載の水分発生用反応炉。
4. 【請求項４】 前記反射体の反応室側表面及び／又は前
   記ノズル孔の表面にもコーティング触媒層が形成されて
   いる請求項１に記載の水分発生用反応炉。
5. 【請求項５】 前記コーティング触媒層は、バリヤー皮
   膜の上にコーティング皮膜を積層固着して構成される請
   求項１に記載の水分発生用反応炉。
6. 【請求項６】 前記コーティング皮膜を白金で構成し、
   前記バリヤー皮膜をＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡ
   ｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣｒＮの中の何
   れかから構成した請求項５に記載の水分発生用反応炉。