JP2005230586A - ガス混合装置及びガス反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のガスを均一に混合でき、かつ均一に加熱できるガス混合装置及びガス反応装置を提供する。
【解決手段】複数並列状態で配置され周方向に連通した複数の環状流路２４と、この環状流路２４における流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路２４に形成された複数の流入口及び流出口と、異なる環状流路２４に形成された流入口と流出口とを連通した複数の連通流路２５とからなる熱交換流路と、熱交換流路に連通された流体の供給流路２２および排出流路２３とを備えたガス混合装置及びガス反応装置とする。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や化学プラント等に用いるガスの混合装置及びガスを均一の温度に調整した後、ガス反応炉にて速やかに反応させるガス反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応炉でガスを反応させる場合、ガスを流量計やマスフローなどで規定量流して反応炉内で反応させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら供給されるガスの多くは反応炉内で初めて加熱されるので反応温度に達するまでの時間が長くかかる。そのため炉内のガスに温度差が生じてガス全体が均一の温度にならないので均一な反応物が生成されにくい。
また複数のガスを反応炉内で反応させる場合、複数のガスよりなる混合ガスは均一に混合撹拌され同時にガス全体が均一温度に調整されていないと反応物が均一に生成されにくい。
複数のガスを反応炉内で反応させる場合、複数のガスは各々独自な均一温度に調整されないと、反応炉での反応を速やかに行うことが出来ない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、周方向に連通した環状流路と、この環状流路における流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路に形成された複数の流入口及び流出口と、環状流路に形成された前記流入口又は前記流出口に連通した複数の連通流路とからなる混合流路と、該混合流路に連通された流体の供給流路および排出流路とを備えたガス混合装置としたものである。
複数並列状態で配置され周方向に連通した複数の環状流路と、この環状流路における流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路に形成された複数の流入口及び流出口と、異なる環状流路に形成された前記流入口と前記流出口とを連通した複数の連通流路とからなる混合流路と、該混合流路に連通された流体の供給流路および排出流路とを備えたガス混合装置。
特許請求の範囲の記載において、流入口、流出口は、それぞれ環状流路に設けられ、該環状流路にガスが流入する口及び該環状流路からガスが流出する口を意味する。実施例においては、この意味での流入口（３１）、流出口（３２）の他に、連通流路へガスが流入又は連通流路からガスが流出する口である連通流路の流入口２８、流出口２９の語も用いている。
【０００５】
ガスの供給装置を供給流路に接続したり、混合流路を加熱する加熱手段を設けるとよい。
【０００６】
複数のガスを流入し混合ガスを排出する真空エジェクタのガス排出口を供給流路に接続するとよい。
【０００７】
ガス混合装置の排出流路にガス反応炉を接続したガス反応装置としてもよい。
【０００８】
ガス反応炉の反応ガス排出口にポンプを接続するとよい。
【０００９】
【作用】
混合装置を加熱すれば、ガスを均一温度に加熱できる。
複数のガスを一つの混合装置に送る場合には、混合流路内で高速のガスの衝突乱流運動によって複数のガスが均一に撹拌される。更に混合流路を通る際に複数箇所で壁面に衝突することにより、複数のガスが更に細かく均一に撹拌され排出流路より放出される。
真空エジェクタを備えた構成では、真空エジェクタに入力された複数のガスが混合されて、混合ガスが放出される。
ガス反応炉の反応ガス排出口にポンプを接続した構成では、ポンプにより反応が終わった反応ガスが反応炉から排出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１記載の実施例は、複数のガスを反応炉に供給することができるものである。
この実施例ではガスＡ、ガスＢ、ガスＣの３種類を用いる場合を示してある。マスフロー３、混合装置２、反応炉１は配管により接続されている。配管は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
ガスＡ、ガスＢ、ガスＣは各々のマスフロー３により流量調整され各々のガス自身の持つ圧力により各々の混合装置２に送られる。
ガスＡ、ガスＢ、ガスＣの任意のガスを反応炉に供給することができる。
混合装置２には、後で詳述する図７から９に記載されたような混合流路が設けられている。
各ガスは、混合装置２の供給流路２２より供給側のタンク２６に入る。タンク２６内で衝突したガスは、タンク２６に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より１段目の環状流路２４の流入口３１から該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突し、又異なる流入口３１から入ったガス同士が衝突する。
同様に高速のガスは、１段目の環状流路２４の流出口３２から、該環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より２段目の環状流路２４の流入口３１を通って該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突するとともに異なる流入口から入ったガス同士が衝突する。
これを同様に繰り返して最終の環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９よりタンク２７に入る。タンク２７の内面に衝突したガスは排出流路２３より排出される。そのとき容器６内に設置された複数の混合装置２を電気ヒーター４などにより加熱すると混合流路２１内のガスＡ、ガスＢ、ガスＣはガスの衝突乱流運動により均一に加熱される。電気ヒーターの温度調整をすることでガスＡ、ガスＢ、ガスＣの温度を反応炉の反応温度直前まで加熱することができる。混合装置２及び容器６は電気ヒーター４の高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
反応温度直前の温度まで均一に加熱されたガスＡ、ガスＢ、ガスＣは、配管を通って容器７内に設置された反応炉１まで送られる。反応炉１及び容器７は高温の反応温度に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。反応炉１に入ったガスＡ、ガスＢ、ガスＣは反応炉内の電気ヒーター５などにより更に加熱され速やかに反応温度まで達することができる。
電気ヒーター４や電気ヒーター５の代わりに石油、天然ガスなどのバーナーによる火力を使用してもよい。
反応が終わった後の反応ガスはガス自身の持つ圧力により反応炉１の外へ放出される。
【００１２】
図２記載の実施例は、図１記載の実施例において、反応炉１のガスの排出口に真空ポンプ８を接続したものであり、それ以外は図１記載の実施例と同様である。
マスフロー３、混合装置２、反応炉１、真空ポンプ８は配管により接続されている。配管は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
マスフロー３と混合装置２と反応炉１が真空ポンプ８により真空引きされていると複数のガスを容易にマスフロー３から混合装置２、反応炉１へと流すことができる。
反応が終わった後の反応ガスは真空ポンプ８により反応炉の外へ吸引される。
【００１３】
図３記載の実施例は複数のガスを反応炉に供給することができる。この実施例ではガスＡ、ガスＢ、ガスＣの３種類を用いる場合を示している。
ガスＡ、ガスＢ、ガスＣは各々のマスフロー３により流量調整され、各々のガス自身の持つ圧力により混合装置２の手前で一つの配管に集約されて混合装置２に送られる。
ガスＡ、ガスＢ、ガスＣの任意のガスを反応炉に供給することができる。マスフロー３、混合装置２、反応炉１、真空ポンプ８は配管により接続されている。配管は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
マスフロー３と混合装置２と反応炉１が真空ポンプ８により真空引きされていると複数のガスを容易にマスフロー３から混合装置２、反応炉１へと流すことができる。
混合装置２には、後で詳述する図７から９に記載されたような混合流路が設けられている。
複数のガスＡ、ガスＢ、ガスＣは同じ混合装置２の供給流路２２より供給側のタンク２６に入る。タンク２６内で衝突したガスＡ、ガスＢ、ガスＣよりなる混合ガスは、タンク２６に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より１段目の環状流路２４の流入口３１から該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突し、又異なる流入口３１から入った混合ガス同士が衝突する。
同様に高速の混合ガスは、１段目の環状流路２４の流出口３２から、該環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より２段目の環状流路２４の流入口３１を通って該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突するとともに異なる流入口から入った混合ガス同士が衝突する。
これを同様に繰り返して最終の環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９よりタンク２７に入る。
タンク２７の内面に衝突した混合ガスは排出流路２３より均一に撹拌混合されて排出される。
容器６内に設置された混合装置２を電気ヒーター４により加熱すると混合流路２１内の混合ガスはガスの衝突乱流運動により均一に加熱される。電気ヒーター４の温度調整をすることで混合ガスの温度を反応炉１の反応温度直前まで加熱することができる。混合装置２及び容器６は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
均一に混合撹拌され同時に反応温度直前の温度まで均一に加熱された混合ガスは、配管を通って容器７内に設置された反応炉１まで送られる。反応炉１及び容器７は高温の反応温度に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。反応炉１に入った反応温度直前の温度まで均一に加熱された混合ガスは反応炉内の電気ヒーター５により更に加熱され速やかに反応温度まで達することができる。
電気ヒーター４や電気ヒーター５の代わりに石油、天然ガスなどのバーナーの火力を使用してもよい。
反応が終わった後の反応ガスは真空ポンプ８により反応炉の外へ吸引される。
【００１４】
図４記載の実施例は複数のガスを反応炉に供給することができる。図面ではガスＡ、ガスＢ、ガスＣの３種類を用いる場合を示している。
マスフロー３により流量調整されたガスＡは真空エジェクタ９に入る。マスフロー３、真空エジェクタ９、混合装置２、反応炉１は配管により接続されている。配管は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
ガスＡと真空エジェクタ９の真空ラインにつながっているガスＢ、ガスＣの任意のガスを反応炉に供給することができる。ガスＡが流れる際に発生する吸引力によりガスＢ、ガスＣは真空エジェクタ９を通って混合装置２に流れるようになる。このようにして真空ポンプがない場合でも複数のガスを同じ混合装置２に容易に流すことが可能になる。
混合装置２には、後で詳述する図７から９に記載されたような混合流路が設けられている。
各々のマスフロー３により流量調整されたガスＡ、ガスＢ、ガスＣは真空エジェクタ９により集約されて同一の混合装置２の供給流路２２より供給側のタンク２６に入る。タンク２６内で衝突した混合ガスは、タンク２６に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より１段目の環状流路２４の流入口３１から該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突し、又異なる流入口３１から入った混合ガス同士が衝突する。
同様に高速の混合ガスは、１段目の環状流路２４の流出口３２から、該環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より２段目の環状流路２４の流入口３１を通って該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突するとともに異なる流入口から入った混合ガス同士が衝突する。
これを同様に繰り返し最終の環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９よりタンク２７に入る。タンク２７の内面に衝突した混合ガスは排出流路２３より均一に撹拌混合された状態で排出される。
容器５内に設置された混合装置２を電気ヒーター４により加熱すると混合流路２１内の混合ガスはガスの衝突乱流運動により均一に加熱される。電気ヒーターの温度調整をすることで混合ガスの温度を反応炉の反応温度直前まで加熱することができる。混合装置２及び容器６は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
反応温度直前の温度まで均一に加熱された混合ガスは、配管を通って容器７内に設置された反応炉１まで送られる。反応炉１及び容器７は高温の反応温度に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。反応炉１に入った混合ガスは反応炉内の電気ヒーター５などにより更に加熱され速やかに反応温度まで達することができる。
電気ヒーター４や電気ヒーター５の代わりに石油、天然ガスなどのバーナーの火力を使用してもよい。
反応が終わった後の反応ガスはガス自身の持つ圧力により反応炉１の外へ放出される。なお、図２記載の実施例のように反応炉１のガス排出口に真空ポンプを接続してもよい。
【００１５】
図５記載の実施例は複数のガスは２種類以上であればよいが、ここではガスＡ、ガスＢの２種類を用いる。
ガスＡ、ガスＢは各々のマスフロー３により流量調整され各々のガス自身の持つ圧力により混合装置２に送られる。マスフロー３、混合装置２、反応炉１は配管により接続されている。配管は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
混合装置２には、後で詳述する図７から９に記載されたような混合流路が設けられている。
各ガスは、混合装置２の供給流路２２より供給側のタンク２６に入る。タンク２６内で衝突したガスは、タンク２６に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より１段目の環状流路２４の流入口３１から該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突し、又異なる流入口３１から入ったガス同士が衝突する。
同様に高速のガスは、１段目の環状流路２４の流出口３２から、該環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９より２段目の環状流路２４の流入口３１を通って該環状流路２４に入り、環状流路２４の壁面に衝突するとともに異なる流入口から入ったガス同士が衝突する。
これを同様に繰り返し最終の環状流路２４に接続された複数の連通流路２５の流入口２８を通って該連通流路の流出口２９よりタンク２７に入る。タンク２７の内面に衝突したガスは排出流路２３より排出される。容器６内に設置された混合装置２を電気ヒーター４などにより加熱すると混合流路２１内のガスＡ、ガスＢはガスの衝突乱流運動により均一に加熱される。ガスＡ、ガスＢの電気ヒーターの温度調整を独立にすることで反応温度が異なるガスＡ、ガスＢの温度を反応炉内での反応に最適な温度直前まで加熱することができる。混合装置２及び容器６は電気ヒーター４の高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
反応炉内での反応に最適な温度直前まで独自に加熱されたガスＡ、ガスＢは、配管を通って容器７内に設置された反応炉１まで送られる。反応炉１及び容器７は高温の反応温度に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。反応炉１に入ったガスＡ、ガスＢは反応炉内の電気ヒーター５などにより更に加熱され速やかに反応温度まで達することができる。
電気ヒーター４や電気ヒーター５の代わりに石油、天然ガスなどのバーナーによる火力を使用してもよい。
反応が終わった後の反応ガスはガス自身の持つ圧力により反応炉１の外へ放出される。
【００１６】
図６記載の実施例は、図５記載の実施例において、反応炉１のガスの排出口に真空ポンプ８を接続したものであり、それ以外は図５記載の実施例と同様である。
マスフロー３、混合装置２、反応炉１、真空ポンプ８は配管により接続されている。配管は高温に耐えられる金属、セラミックなどで製作される。
マスフロー３と混合装置２と反応炉１が真空ポンプ８により真空引きされているとガスＡ、ガスＢを容易にマスフロー３から混合装置２、反応炉１へと流すことができる。
反応が終わった後の反応ガスは真空ポンプ８により反応炉の外へ吸引される。
【００１７】
図７は本発明の以上の実施例の装置で使用する混合流路を配管で製作した場合の斜視図である。
【００１８】
管材は、たとえば金属、セラミックなどで製作される。
【００１９】
混合装置２は、特開平７−２９４１６２号公開公報に開示されている熱交換装置と同様の流路を持つものを用いる。
本実施例の混合装置２は、混合流路２１、これにガスを供給する供給管２２、排出する排出管２３とからなっている。混合流路２１は環状流路２４と連通流路２５、供給流路２２からのガスを連通流路２５に導入するためのタンク２６、連通流路２５からのガスを排出流路２３に導入するためのタンク２７からなっている。各環状流路には、環状流路の流入口３１、流出口３２が設けられ、該流入口３１には、連通流路の流出口２９が接続され、環状流路の流出口３２には、連通流路の流入口２８が接続されている。
環状流路は１以上の任意の数でよい。連通流路は２以上の任意の数でよい。本発明の実施例においては、図７記載のものでは、環状流路は５、連通流路は６のものを使用している。
図８記載のものでは、環状流路は２、連通流路は６のものを、図９記載のものでは、環状流路は１、連通流路は４のものを使用している。
【００２０】
図８は本発明の一実施例におけるガス反応装置で使用する混合流路をブロック化して製作したものを示す図である。
図では部材５１から部材５８へと順に結合して混合流路を製作する。部材５４、５６は図のような円筒状の部材であるが、隣接する部材５５、５７の中央に凸部が設けられており、これと他方の隣接する部材によって環状流路２４、２４が形成されるようになっている。また部材５３、５５、５７には、流入口２８、流出口２９を有する連通流路２５が設けられている。さらに部材５７、５８で供給側のタンク２６が、部材５１、５２、５３で排出側のタンク２７が形成される。部材５３の連通流路２５の流入口２８は、部材５３、５４、５５で形成される環状流路２４の流出口３２となり、部材５５の連通流路２５の流出口２９は、該環状流路の流入口３１となるものである。また、部材５５の連通流路２５の流入口２８は、部材５５、５６、５７で形成される環状流路２４の流出口３２となり、部材５７の連通流路２５の流出口２９は、該環状流路の流入口３１となるものである。
なお当然であるが、供給側と排出側を逆にしてもよい。
【００２１】
図９は本発明の一実施例におけるガス反応装置で使用する混合流路を一部を管、一部をブロック化して製作したものを示す図である。
図９のものでは部材５１から部材６０へと順に結合して混合流路を製作する。部材５６は図のような円筒状の部材であるが、隣接する部材５７の中央に凸部が設けられており、これと他方の隣接する部材５５によって環状流路２４が形成されるようになっている。また部材５３、５５、５７、５９には、連通流路との接続孔３０が設けられている。さらに部材５９、６０で供給側のタンク２６が、部材５１、５２、５３で排出側のタンク２７が形成される。部材５４と部材５８は流入口２８、流出口２９を有する連通流路２５となる。
部材５４の接続口３０は、連通流路２４の流出口３２となり、部材５７の接続口３０は、連通流路２４の流入口３１となるものである。
なお当然であるが、供給側と排出側を逆にしてもよい。
図８、９記載の混合流路においては、セラミック、金属などの材質内に流路を彫り込んだりする方法、金属板を絞ったり、プレスしたりする方法、鋳型などを利用して鋳物、ガラスなどの流動体を流路の空間部だけを除いて冷却して固めたりする方法、セラミックなどの流動体を流路の空間部だけを除いて、外部から押し固めて乾燥させたり、焼結したりして固化することによって流路を形成する方法などがある。
また図９記載のものでは、一部には管材を利用し連通流路を容易に製造できるようにしている。これによって熱交換流路を大量生産し装置を低コスト化することが可能になる。同時に熱交換流路を小型化することで装置を小型化することが可能になる。また全部をブロック化した部材を用いる場合に比べて、熱交換性能を保ったまま小形で量産が容易なものが作成可能である。
【００２２】
【発明の効果】
上記のように構成された本発明によれば、混合装置を加熱する構成では、ガスを炉内反応温度に近い温度まで均一に加熱させて供給することができる。
さらに複数のガスを一つの混合流路内に送る構成では、これにより、反応炉内に供給する複数のガスを均一に撹拌することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の１実施例のガス混合装置及びガス反応装置を示すシステム図である。
【図２】図２は本発明の他の実施例のガス混合装置及びガス反応装置を示すシステム図である。
【図３】図３は本発明の他の実施例のガス混合装置及びガス反応装置を示すシステム図である。
【図４】図４は本発明の他の実施例のガス混合装置及びガス反応装置を示すシステム図である。
【図５】図５は本発明の他の実施例のガス混合装置及びガス反応装置を示すシステム図である。
【図６】図６は本発明の他の実施例のガス混合装置及びガス反応装置を示すシステム図である。
【図７】図７は本発明の実施例における装置で使用する混合流路を配管で製作した場合の斜視図である。
【図８】図８は本発明の実施例における装置で使用する混合流路をブロック化して製作した場合の斜視図である。
【図９】図９は本発明の実施例における装置で使用する混合流路を一部には管材を利用し、一部をブロック化して製作した場合の斜視図である。
【図１０】図１０は図７記載の混合流路の環状流路と連通流路の接続部分を分解した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 反応炉
２ 混合装置
３ マスフロー、流量計など
４ 電気ヒーターなど
５ 電気ヒーター、バーナーなど
６ 容器
７ 容器
８ 真空ポンプ
９ 真空エジェクタ
２１ 混合流路
２２ 供給流路
２３ 排出流路
２４ 環状流路
２５ 連通流路
２６ 供給側のタンク
２７ 排出側のタンク
２８ 連通流路の流入口
２９ 連通流路の流出口
３０ 接続口
３１ 環状流路の流入口
３２ 環状流路の流出口
５１ 部材
５２ 部材
５３ 部材
５４ 部材
５５ 部材
５６ 部材
５７ 部材
５８ 部材

Claims (7)

1. 周方向に連通した環状流路と、この環状流路における流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路に形成された複数の流入口及び流出口と、環状流路に形成された前記流入口又は前記流出口に連通した複数の連通流路とからなる混合流路と、該混合流路に連通された流体の供給流路および排出流路とを備えたガス混合装置。
2. 複数並列状態で配置され周方向に連通した複数の環状流路と、この環状流路における流入口と流出口の位置が周方向にずれるように前記環状流路に形成された複数の流入口及び流出口と、異なる環状流路に形成された前記流入口と前記流出口とを連通した複数の連通流路とからなる混合流路と、該混合流路に連通された流体の供給流路および排出流路とを備えたガス混合装置。
3. ガスの供給装置を供給流路に接続した請求項１又は２記載のガス混合装置。
4. 混合流路を加熱する加熱手段を備えた請求項１、２又は３記載のガス混合装置。
5. 複数のガスを流入し混合ガスを排出する真空エジェクタのガス排出口を供給流路に接続した請求項１、２、３又は４記載のガス混合装置。
6. 請求項１、２、３、４又は５記載のガス混合装置の排出流路にガス反応炉を接続したガス反応装置。
7. ガス反応炉の反応ガス排出口にポンプを接続した請求項６記載のガス反応装置。

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