JP3092267U - 移動式蓋付き反応器及び窒化アルミニウム製造装置 - Google Patents

移動式蓋付き反応器及び窒化アルミニウム製造装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】内圧がより均一であり且つ蓋体も開閉し易く
て、自動化ないし連続的生産に適した反応器及び前記反
応器を利用した窒化アルミニウム製造装置を提供する。 【解決手段】燃焼合成法により窒化アルミニウムを製造
する反応装置１１であって、下端側に開口部を有する縦
置型水ジャケット１３１付き円筒体１２と、昇降手段４
により、該円筒体の下方から、窒化アルミニウムの製造
原料３０を搭載しながら上昇し、原料を円筒体内に移入
すると共に、円筒体の開口部に開口縁と密接して円筒体
を密閉する水ジャケット付き蓋体３とを備えた移動式蓋
付き反応器と、反応器内に窒素ガスを供給する窒素ガス
供給手段と、反応器内の製造原料を加熱する加熱手段２
７と、窒素ガス供給手段から反応器内に供給される窒素
ガス量と加熱手段と水ジャケットへの給水とを制御する
ことにより反応器内の温度及び圧力を調整する制御手段
２とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は移動式蓋付き反応器及びそれを使用している窒化アルミニウム製造装 置に関し、特に、燃焼合成法によって窒化アルミニウムを製造するための反応器 及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、窒素ガス雰囲気下において、発火剤に着火することにより、発火剤 に覆われているアルミニウム粉末と窒素含有化合物との混合物を加熱して反応さ せ、窒化アルミニウムを製造する燃焼合成法がある。その燃焼合成法に使用され る反応器として、例えば、米国特許５４６０７９４、５４５３７０７、５８４６ ５０８号などの公報では、高温に耐えられる角形のステンレス製高温炉反応器が 開示されている。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】
しかし、角形反応器の内圧が位置によって異なり、即ち内圧が均一でないので 、反応器が壊れ易く、また、反応器の開口部を密閉するためには蓋体をネジで固 着する必要があるので、蓋体の開閉作業が面倒になり、特に連続生産には好適で はない。
【０００４】 また、例えば、米国特許５６９３３０５号公報には、他の反応器が二種類開示 されているが、二種類とも、長時間の高温加熱（１０００℃から１５００℃）が 必要でエネルギーを多量消費するだけでなく、上述した圧力の不均一による反応 器の破壊、及び蓋体のネジ締めによる作業、特に連続作業の困難についても解決 の措置がない。なお、この米国特許に開示されている製造装置では、反応器内に 、酸素と隔離するための窒素ガス雰囲気を所定圧力に維持するために、新しい窒 素ガスをシール用ガスとして連続的に供給する必要があるので、製造コストが割 合に高くなるという欠点もある。
【０００５】 上記に鑑みて、本考案の第１の目的は、内圧がより均一であり、且つ、蓋体も 開閉し易くて、自動化ないし連続的生産に適した反応器を提供しようとすること にある。
【０００６】 そして、本考案の第２の目的は、前記反応器を利用した窒化アルミニウム製造 装置を提供しようとすることにある。
【０００７】 そしてまた、本考案の第３の目的は、シール用ガスとしての窒素ガスを回収し て再利用することのできる窒化アルミニウム製造装置を提供しようとすることに ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本考案は、まず、軸方向における一端側に開口部を 有し且つ他端側が閉塞された円筒体と、該円筒体外から前記軸方向に沿って前記 開口部へ移動し、前記円筒体の開口部の開口縁と密接して前記円筒体を密閉する 蓋体とを備えたことを特徴とする移動式蓋付き反応器を提供する。前記構成によ る反応器は、円筒体であるため、従来の角形反応器より内圧がより均一に作用し 、また、その蓋体が前記円筒体の外から軸方向に沿って前記開口部へ移動し、前 記円筒体の前記開口部の開口縁と密接して前記円筒体を密閉することができるた め、蓋体の開閉が非常に容易で、自動化ないし連続的生産に適しやすいという利 点がある。
【０００９】 さらに詳しく説明すると、本考案は、軸方向における一端側に開口部を有し且 つ他端側が閉塞された水ジャケット付き円筒体と、駆動手段により、該円筒体の 外から前記軸方向に沿うように反応物を伴って該開口部へ移動し、前記反応物を 前記円筒体内に移入すると共に、前記円筒体の前記開口部の開口縁と密接して前 記円筒体を密閉する水ジャケット付き蓋体とを備えたことを特徴とする移動式蓋 付き反応器を提供する。即ち、本考案の反応器は、その蓋体が駆動手段によって 作動されて反応物を伴って前記円筒体内に移入されるので、自動化ないし連続的 生産に適するものとなる。
【００１０】 また、本考案は、前記移動式蓋付き反応器を使用している窒化アルミニウム製 造装置、特に、燃焼合成法によって窒化アルミニウムを製造するための反応装置 を提供する上、更に、前記反応器に、反応中の必要なときに窒素ガスをある程度 排出したり、反応完成時に内圧が常圧になるまで窒素ガスを排出したりする逃が し弁を取付け、また、前記逃がし弁から排出される窒素ガスを回収し、かつ、該 窒素ガスを反応器内へ回流させる設備を設置した窒化アルミニウム製造装置を提 供する。それにより、反応中に反応器の内圧を適当に維持するために反応器から 排出した窒素ガスを回収し、且つ回収した窒素ガスを再度反応器内に回流させる ことができるので、シール用ガスとしての窒素の消費量を大幅に節約することが できる。
【００１１】
【考案の実施の形態】
以下、本考案の好ましい実施形態を詳しく説明する。なお、以下の説明におい ては、そのサイズに拘わらず、略同一の機能及び構成を有する構成要素について は、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】 図１、２を用いて本考案の移動式蓋付き反応器を使用している窒化アルミニウ ム製造装置の第１実施形態を説明する。図１は本考案の移動式蓋付き反応器を使 用している窒化アルミニウム製造装置の概略図で、そのうち、矢印方向は反応物 ３０が移送される方向を表している。図２はその移動式蓋付き反応器の詳細構造 をも共に示す概略図で、そのうち、矢印方向は窒素ガスが流れる方向を表してい る。
【００１３】 本考案の第１実施形態の窒化アルミニウム製造装置１は、移動式蓋付き反応器 １１と、窒素ガス供給手段２５と、加熱手段２７と、制御手段２と、前記駆動手 段としての昇降手段４と、真空吸気手段２６、窒素ガス回収設備５とを備えてい る。移動式蓋付き反応器１１は、水ジャケット１１３付き円筒体１２と水ジャケ ット３３付き蓋体３とからなる。水ジャケット１１３付き円筒体１２は上下方向 に直立する縦置型であり、且つ、下端側のみに開口部が設けられている。水ジャ ケット３３付き蓋体３は、窒化アルミニウムの製造原料を搭載しながら、昇降手 段４により、該円筒体１２の下方から上昇し、前記原料を円筒体１２内に移入す ると共に、円筒体１２の下開口縁１３１と密接して円筒体１２を密閉する。
【００１４】 水ジャケット１１３、３３は、該水ジャケット１１３、３３内に注入される低 温の冷却水により、反応時に発生した反応熱を吸収して反応器１１を適温に維持 するためのものである。
【００１５】 反応器１１の円筒体１２及び蓋体３それぞれに、窒素ガス供給手段２５、窒素 ガス回収設備５からの窒素ガスを導入するための第１の窒素ガス通路２５２及び 第２の窒素ガス通路４３が形成されている。なお、水ジャケット１１３、３３に は、水ジャケット１１３、３３へ冷却水を注入するための第１の給水口１１４及 び第２給水口３４と、水ジャケット１１３、３３から反応熱による昇温をした冷 却水を排出するための第１の排水口１１５及び第２排水口３５と、窒素ガス供給 手段２５及び窒素ガス回収設備５からの窒素ガスを反応器１１内に導入するため の第１の窒素ガス導入口２５３及び第２の窒素ガス導入口３６が穿設されて形成 されている。円筒体１２には、さらに真空吸気手段２６に連通している吸引口２ ６２と、高温および高圧に耐えられる複数の石英ガラス窓２８２が穿設されて設 置されている。
【００１６】 窒素ガス供給手段２５は、高純度の窒素（９９．９９％）の供給可能な窒素供 給機２５１を有し、その窒素供給機２５１から第１の窒素通路２５２を経由して 反応器１１内に窒素を供給する。
【００１７】 真空吸気手段２６は、真空吸気ポンプ２６１を有し、その真空吸気ポンプ２６ １と吸引口２６２とを接続する真空吸気通路２６３を介して吸気することにより 、反応前に、密閉された反応器１１内を０．１ｔｏｒｒである真空状態にさせる ことができるだけでなく、反応後に生成物の窒化アルミニウムを脱気状態にさせ ることもできる。
【００１８】 加熱手段２７は、円筒体１２に穿設されている複数の電極対２７１と、複数の 電極対２７１それぞれの下端を接続している複数の加熱素子２７２とを有し、そ れによって反応器１１内の製造原料に着火したり加熱したりすることができる。 加熱素子２７２は、タングステンフィラメント、タングステンシート、黒鉛シー ト、黒鉛バンド、炭化けい素、けい化モリブデン、ニクロムフィラメント、タン タルフィラメントなどから選ばれる。なお、加熱素子２７２は、電気導通、レー ザー、赤外線、マイクロウェーブ等により、反応を起こす程度の温度まで加熱す ることができるものである。
【００１９】 制御手段２は、円筒体１２に穿設されている安全弁２２と、逃がし弁２３と、 圧力計２１と、赤外線温度計２４とからなり、窒素ガス供給手段２５から反応器 １１内に供給された窒素ガスの排気の制御と加熱手段２７の加熱回路のオンオフ 制御と水ジャケット１１３、３３への給水の制御とを介して、反応器１１内の温 度及び圧力を調整する。
【００２０】 安全弁２２は、緊急時に反応器１１内の気体（窒素ガス）を排出することによ り内圧を所定範囲（安全作業の範囲内）までに下げるためのものである。逃がし 弁２３は、反応時の必要な時に反応器１１内の気体をある程度排出し、または、 反応完成時に反応器１１内の気体を内圧が常圧に復帰するまで排出するためのも のである。また、圧力計２１は、反応器１１の内圧を測定するためのものである 。赤外線温度計２４は、石英ガラス窓２８２に嵌装されて反応器１１内の温度変 化を測定して記録するためのものである。
【００２１】 さらにまた、制御手段２は、モニターシステム２８を具備しており、モニター システム２８は、複数の石英ガラス窓２８２と、石英ガラス窓２８２それぞれに 嵌装されている複数のモニター２８１とからなり、反応期間に亘って反応の変化 状態をモニターする。
【００２２】 窒素ガス回収設備５は、ろ過器５１と冷却器５３と流動方向制御弁としての四 方向弁５２を備え、ろ過器５１は逃がし弁２３と連通し、四方向弁５２の第１の 方向５２１はろ過器５１と連通し、第２の方向５２２は窒素ガスを排出するよう に大気へ開放し、第３の方向５２３は反応器１１の円筒体１２における窒素ガス 導入通路２５２又は蓋体３における第２の窒素ガス通路４３と連通し、第４の方 向５２４は冷却器５３を経由して蓋体３における第２の窒素ガス通路４３と連通 している。即ち、窒素ガス回収設備５は、逃がし弁２３を経由して、反応器１１ 内の窒素ガスを回収し、または回収してから直ぐ反応器１１へ回流することがで きる。
【００２３】 即ち、逃がし弁２３を経由して窒素ガス回収設備５に回収される高温の窒素ガ スは、ろ過器５１でろ過して四方向弁５２の第３の方向５２３を経由し、第１の 窒素ガス導入口２５３又は第２の窒素ガス導入口３６から直接に反応器１１内に 導入して反応に再利用することができる。これにより、窒素のみならず、エネル ギーをも節約することができる。
【００２４】 一方、逃がし弁２３を経由して窒素ガス回収設備５に回収される高温の窒素ガ スは、ろ過器５１でろ過して四方向弁５２の第４の方向５２４を経由し、冷却器 ５３内に送入して常温又はそれより低い温度まで冷却してから、第２の窒素ガス 通路４３を経由し第２の窒素ガス導入口３６を介して反応器１１内に導入するこ ともできる。これにより、反応完成後の高温の合成物を速やかに冷却して取り出 すことができる。
【００２５】 昇降手段４は、蓋体３の下方に配置されて、上下移動可能な作動ロッド４２を 備えている。作動ロッド４２には、蓋体３に設けられている第２の窒素ガス通路 ４３が延伸している。この作動ロッド４２により、その上方にある蓋体３を連動 させて、円筒体１２に対する密閉位置と離間位置の間に移動させることができる 。即ち、蓋体３を反応直前に離間位置から密閉位置へ移動させて反応器を密閉す る。反応の進行中に、反応器１１内部を密閉状態に維持し、反応した後、密閉位 置から離間位置へ復帰させる。この昇降手段４により、反応器１１の開閉を行う ことが容易になり、高速の連続作業の出来る自動的生産が実現される。
【００２６】 次に、図３、４を用いて本考案の第２実施形態を説明する。図３は本第２実施 形態の移動式蓋付き反応器を使用している窒化アルミニウム製造装置の概略図で 、そのうち、矢印方向は反応物３０が移送される方向を表している。図４はその 移動式蓋付き反応器の詳細構造をも共に示す概略図で、そのうち、矢印方向は窒 素ガスが移送される方向を表している。なお、第２実施形態の窒化アルミニウム 製造装置は、反応器１１以外の部分が第１実施形態とほぼ同じなので、以下反応 器１１及び第１実施形態と異なる部分だけを説明する。
【００２７】 本実施形態の窒化アルミニウム製造装置２は、軸線がほぼ水平に置かれた横置 型で且つ軸方向の一端側に開口部が設けられた水ジャケット１１３付き円筒体１ ２、及び水ジャケット３３付き蓋体３からなる移動式蓋付き反応器１１と、円筒 体１２内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段２５と、円筒体１２内の製造原 料を加熱する加熱手段２７と、窒素ガス供給手段２５からの窒素ガス供給量と加 熱手段２７への入力と水ジャケット１１３、３３への給水とを介して反応器内の 温度及び圧力を制御する制御手段とを備えている。水ジャケット３３付き蓋体３ は、その内壁に受け台７が水平に突出して形成してあり、且つ、受け台７に窒化 アルミニウムの製造原料を搭載しながら、駆動手段４０により、円筒体１２の外 方から軸方向に沿うように、製造原料を円筒体１２内に移入すると共に、円筒体 １２の開口部の開口縁１３１と密接して円筒体１２を密閉するものである。
【００２８】 また、本実施形態の窒化アルミニウム製造装置１において、反応器１１の下に 、円筒体１２の外周面１４を下方から支持している支持部材６が複数設置されて いる。
【００２９】 蓋体３は、円筒体１２を密閉するため、円筒体１２の開口部と平行して直立し て設けられている。そのため、反応物３０を搭載するための受け台７は蓋体３の 内壁面から水平に突設されている。
【００３０】 駆動手段４０は、直立部４４と、円筒体１２の開口へほぼ水平に延伸するよう に設けられている左右移動可能な作動ロッド４２とを有し、該作動ロッド４２の 両端にそれぞれ直立部４４と蓋体３が接続されている。作動ロッド４２の左右移 動により、蓋体３を連動させて、該蓋体３を円筒体１２に対する密閉位置と離間 位置の間に移動させることができる。即ち、この駆動手段４０により、反応器１ １の開閉を行うことが容易となり、高速の連続作業の出来る自動的生産が実現可 能になる。
【００３１】 以上に述べたように、本実施形態の窒化アルミニウム製造装置１は、構成がほ ぼ上記第１実施形態と同様で、且つ、同じ効果を達成することができる。
【００３２】 以上説明した実施の形態は、あくまでも本考案の技術的内容を明らかにする意 図のものにおいてなされたものであり、本考案はそうした具体例に限定して狭義 に解釈されるものではなく、本考案の精神とクレームに述べられた範囲で、いろ いろと変更して実施できるものである。
【００３３】
【考案の効果】
本考案は、反応器に円筒体を採用するため、反応器の内圧をより均一にして作 業安全性を向上させることができる。また、蓋体に反応物を搭載する機能を持た せ、且つ、昇降又は駆動機構の作動ロッドにより蓋体を自動的に上下又は左右に 移動させて円筒体を密閉するため、高速の連続作業の出来る自動的生産が実現可 能になる。さらに、窒素ガス回収設備を採用することで、窒素ガスを循環させて 再利用することができるため、コストダウンが図れる。なお、回収した高温の窒 素ガスの直接導入によって、窒化反応の速度が向上でき、また、冷却器を経由し た低温の窒素ガスの導入によって、開蓋する前に、合成物を速やかに冷却して、 後続加工や後工程が即行出来る。以上により、製造工程における操作を簡単にす ることが出来、窒化アルミニウムを連続に大量生産するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第１実施形態の移動式蓋付き反応器を使用して
いる窒化アルミニウム製造装置の概略図。
【図２】 第１実施形態の移動式蓋付き反応器の詳細構
造をも示す概略図。
【図３】 第２実施形態の移動式蓋付き反応器を使用し
ている窒化アルミニウム製造装置の概略図。
【図４】 第２実施形態の移動式蓋付き反応器の詳細構
造をも示す概略図。
【主要符号の説明】
１…窒化アルミニウム製造装置 ２…制御手段 ３…蓋体 ４…昇降手段 ５…窒素ガス回収設備 ６…支持部材 ７…受け台 １１…移動式蓋付き反応器 １２…円筒体 １４…円筒体１２の外周面 ２０…窒化アルミニウム製造装置 ２１…圧力計 ２２…安全弁 ２３…逃がし弁 ２４…赤外線温度計 ２５…窒素ガス供給手段 ２６…真空吸気手段 ２７…加熱手段 ２８…モニターシステム ３０…反応物 ３３…水ジャケット ３４…第２給水口 ３５…第２排水口 ３６…第２の窒素ガス導入口 ４０…駆動手段 ４２…作動ロッド ４３…第２の窒素ガス通路 ４４…直立部 ５１…ろ過器 ５２…四方向弁 ５３…冷却器 １１３…水ジャケット １１４…第１の給水口 １１５…第１の排水口 ２５１…窒素ガス供給機 ２５２…第１の窒素ガス通路 ２５３…第１の窒素ガス導入口 ２６１…真空吸気ポンプ ２６２…吸引口 ２６３…真空吸気通路 ２７１…電極対 ２７２…加熱素子 ２８１…モニター ２８２…石英ガラス窓 ５２１…第１の方向 ５２２…第２の方向 ５２３…第３の方向 ５２４…第４の方向

Claims (8)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】軸方向における一端側に開口部を有し且つ
    他端側が閉塞された円筒体と、該円筒体の外から前記軸
    方向に沿って前記開口部へ移動し、前記円筒体の前記開
    口部の開口縁と密接して前記円筒体を密閉する蓋体とを
    備えたことを特徴とする移動式蓋付き反応器。
  2. 【請求項２】軸方向における一端側に開口部を有し且つ
    他端側が閉塞された水ジャケット付き円筒体と、駆動手
    段により、該円筒体の外から前記軸方向に沿うように反
    応物を伴って該開口部へ移動し、前記反応物を前記円筒
    体内に移入すると共に、前記円筒体の前記開口部の開口
    縁と密接して前記円筒体を密閉する水ジャケット付き蓋
    体とを備えたことを特徴とする移動式蓋付き反応器。
  3. 【請求項３】 燃焼合成法によって窒化アルミニウム
    を製造するための反応装置であって、 下端側に開口部を有し且つ上端側が閉塞した縦置型水ジ
    ャケット付き円筒体と、昇降手段により、該円筒体の下
    方から、前記窒化アルミニウムの製造原料を搭載しなが
    ら上昇し、前記原料を前記円筒体内に移入すると共に、
    前記円筒体の前記開口部に開口縁と密接して前記円筒体
    を密閉する水ジャケット付き蓋体とを備えた移動式蓋付
    き反応器と、 前記反応器内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段
    と、 前記反応器内の製造原料を加熱する加熱手段と、 前記窒素ガス供給手段から前記反応器内に供給される窒
    素ガス量と前記加熱手段と前記水ジャケットへの給水と
    を制御することにより前記反応器内の温度及び圧力を調
    整する制御手段と、を備えていることを特徴とする窒化
    アルミニウム製造装置。
  4. 【請求項４】燃焼合成法によって窒化アルミニウムを製
    造するための反応装置であって、 一端側に開口部を有し且つ他端側が閉塞した横置型水ジ
    ャケット付き円筒体と、内壁に受け台が水平に突設さ
    れ、且つ、前記受け台で前記窒化アルミニウムの製造原
    料を搭載しながら、駆動手段により、該円筒体の外方か
    ら該円筒体の軸方向に沿うように、前記製造原料を前記
    円筒体内に移入すると共に、前記円筒体の開口部の開口
    縁と密接して前記円筒体を密閉する水ジャケット付き蓋
    体とを備えた移動式蓋付き反応器と、 前記反応器内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段
    と、 前記反応器内の製造原料を加熱する加熱手段と、 前記窒素ガス供給手段から前記反応器内に供給される窒
    素ガス量と前記加熱手段と前記水ジャケットへの給水と
    を制御することにより前記反応器内の温度及び圧力を調
    整する制御手段と、を備えていることを特徴とする窒化
    アルミニウム製造装置。
  5. 【請求項５】前記反応器の円筒体及び蓋体それぞれに前
    記窒素ガス供給手段からの窒素ガスを前記反応器内に導
    入するための通路が形成されていることを特徴とする請
    求項３または４に記載の窒化アルミニウム製造装置。
  6. 【請求項６】反応前に、前記反応器内を真空状態にさ
    せ、且つ、前記アルミニウムを脱気状態にさせるため
    に、真空吸気手段を更に備えていることを特徴とする請
    求項３または４に記載の窒化アルミニウム製造装置。
  7. 【請求項７】前記反応器には、緊急時に該反応器の内圧
    を所定範囲内になるまで窒素ガスを排出する安全弁と、
    反応中の必要な時窒素ガスをある程度排出したり反応完
    成時に内圧が常圧になるまで窒素ガスを排出したりする
    逃がし弁と、前記逃がし弁から排出された窒素ガスを前
    記反応器に導入するための窒素ガス回収設備とが備えら
    れていることを特徴とする請求項３または４に記載の窒
    化アルミニウム製造装置。
  8. 【請求項８】前記窒素ガス回収設備は、更に、ろ過器と
    冷却器と四方向弁とを備え、前記ろ過器は前記逃がし弁
    と連通し、前記四方向弁の第１の方向は前記ろ過器と連
    通し、第２の方向は大気へ開放し、第３の方向は前記反
    応器における窒素ガス導入通路と連通し、第４の方向は
    前記冷却器を経由して前記蓋体における窒素ガス導入通
    路と連通していることを特徴とする請求項３または４に
    記載の窒化アルミニウム製造装置。
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