JP3639469B2

JP3639469B2 - Thermal reactor for moisture generation

Info

Publication number: JP3639469B2
Application number: JP22354899A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 幸司川田; 幸男皆見; 明弘森本; 修中村; 克典米華; マノハルラル・シュレスタ; 信一池田; 敏朗成相; 圭志平尾
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001048501A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は主として半導体製造設備で用いられる水分発生用反応炉に関し、更に詳細には、水分生成反応によって発生する反応熱を放熱用フィンにより強制放熱させて安全温度域内で水分生成量を増大できる放熱式水分発生用反応炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水分発生用反応炉は高純度水を必要とする分野において使用されている。例えば、半導体製造工程における水分酸化法によるシリコンの酸化膜付では、標準状態に於いて１０００ｃｃ／分を越える超高純度水が必要とされる場合もある。
本件出願人は先に図６に示すような構造の水分発生用反応炉を開発し、各種の超高純度水の発生試験を行なっている。
【０００３】
即ち、図６に示す水分発生用反応炉の反応炉本体１は、窪部２ａを有する入口側炉本体部材２と窪部３ａを有する出口側炉本体部材３とを溶接部４を介して一体化することにより組み立てられている。窪部２ａと窪部３ａにより囲繞形成される空間部６の内壁面では、所謂触媒反応による水分発生が進行する。
【０００４】
入口側炉本体部材２の中央には原料ガス入口通路７が穿設され、その内側には入口側反射板８が、またその外側には原料ガス供給用継手９が配設されている。同時に、出口側炉本体部材３の中央には水分ガス出口通路１０が穿設され、その内側には出口側反射拡散体１１が、その外側には水分ガス導出用継手１２が配設されている。尚、入口側反射板８及び出口側反射拡散体１１は取付用ねじ５により固定されている。
【０００５】
入口側炉本体部材２の内壁面にはＴｉＮ等の窒化物からなるバリヤー皮膜１３ａが形成されている。また、出口側炉本体部材３の内壁面には白金コーティング膜１３が形成されている。この白金コーティング膜１３はＴｉＮ等の窒化物からなるバリヤー皮膜１３ａの上に、蒸着工法やイオンプレーティング工法等による白金皮膜１３ｂを固着して構成されている。白金コーティング膜１３は原料ガスから水分ガスを生成する触媒作用を奏する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の水分発生用反応炉の作動を説明すると、原料ガスである水素ガスと酸素ガスを原料ガス供給用継手９から入口側反射板８を介して空間部６に導入する。原料ガスは入口側反射板８と出口側反射拡散体１１により空間部６の全域へと分散され、白金コーティング膜１３の触媒作用で水分生成反応が進行する。生成物である水分ガス、即ち水蒸気と未反応原料ガスは水分ガス導出用継手１２を通して次段の装置へと送出される。
【０００７】
しかし、この水分発生用反応炉では、水分生成反応が発熱反応であるために、発生した反応熱により反応炉全体および水蒸気が過剰に加熱されるという欠点がある。例えば、水蒸気を１０００ｃｃ／分の発生量で発生させたときには自己発熱により水蒸気温度が４００〜４５０℃に達する。水分発生量をさらに増すと、水蒸気温度が４５０℃を越えてしまい、水素ガスと酸素ガスの発火温度である５６０℃に近づき極めて危険な状態となる。
【０００８】
この危険を回避するために、これまでこの種の水分発生用反応炉では水分発生量の上限を１０００ｃｃ／分としなければならなかった。水分発生量を増すための方策として、反応炉を大きくすることも行なわれたが、サイズアップはコストアップを引き起こすだけでなく、反応炉の汎用性や使い易さを失なわせることにもなった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、本発明に係る放熱式水分発生用反応炉は、水素と酸素の触媒反応により温度４５０℃以下の非燃焼状態下で水分ガスを発生させる水分発生用反応炉において、入口側炉本体部材２と出口側炉本体部材３を組み合わせて内部に空間部６を形成した反応炉本体１と、入口側炉本体部材２に穿設され空間部６に水素ガスと酸素ガスとから成る原料ガスを導入する原料ガス入口通路７と、この原料ガス入口通路７に接続された原料ガス供給用継手９と、入口側炉本体部材２の内壁面に形成したバリヤー皮膜１３ａと、入口側炉本体部材２の内壁面と間隙をおいて対向状に配設して入口側炉本体部材２へ固定した入口側反射板８と、前記出口側炉本体部材３の内壁面に形成した白金コーティング被膜１３と、この出口側炉本体部材３の内壁面と間隙をおいて対向状に配設して出口側炉本体部材３へ固定した出口側反射拡散体１１と、出口側炉本体部材３に穿設された空間部６から生成水を導出する水分ガス出口通路１０と、この水分ガス出口通路１０に接続された水分ガス導出用継手１２と、前記入口側炉本体部材２の外壁面に原料ガス供給用継手９を挿通せしめて密着させたフィン基板１７とこのフィン基板１７に並行状に立設された複数の表面をアルマイト加工した放熱フィン１８と、前記出口側炉本体部材３の外壁面に水分ガス導出用継手１２を挿通せしめて密着させた平板状のヒーター１５及びその外側面に設けたヒーター押え板１６と、ヒーター押え板１６の外側面に水分ガス導出用継手１２を挿通せしめて密着され、前記ヒーター１５及びヒーター押え板１６を介在させて出口側炉本体部材３に固定したフィン基板１７とこのフィン基板１７に並行状に立設された複数の表面をアルマイト加工した放熱フィン１８とより成る放熱体１４と、から構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において前記放熱用フィン１８を、水分ガス導出用継手１２を中心に略中心対称又は略軸対称に配置したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
水分発生用反応炉の過剰な自己加熱を防止するために鋭意研究した結果、本発明者等は水分発生用反応炉の外壁面に多数の放熱用フィンを立設することによって過剰な温度上昇を抑制することに成功した。
その結果、水分発生用反応炉のサイズアップを行うことなく、水分発生量を１０００ｃｃ／分から２０００ｃｃ／分に増大することが可能となった。
【００１４】
また、放熱用フィンの表面をアルマイト加工することによって放熱用フィンの熱放射率を向上させることに成功し、水分発生量を２５００ｃｃ／分にまで増大化できることを確認した。
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施態様を説明する。
図１は本発明に係る水分発生用反応炉の反応炉本体の縦断面図であり、図６と同一部分には同一符号を付してその構造を簡単に説明する。
【００１６】
この反応炉本体１は入口側炉本体部材２、窪部２ａ、出口側炉本体部材３、窪部３ａ、溶接部４、取付用ねじ、空間部６、原料ガス入口通路７、入口側反射板８、原料ガス供給用継手９、水分ガス出口通路１０、出口側反射拡散体１１、水分ガス導出用継手１２、白金コーティング膜１３、バリヤー皮膜１３ａ、白金皮膜１３ｂ、放熱体１４、ヒーター１５およびヒーター押え板１６から構成されている。
【００１７】
図２は放熱体１４の平面図、図３は図２のI−I線断面図である。放熱体１４はフィン基板１７の表面に多数の放熱用フィン１８を縦列状に立設して構成されている。中央には継手用透孔１９を穿設し、この継手用透孔１９から一辺に向けて切欠部２０を設けている。また、フィン基板１７の四隅には炉本体部材２、３へのボルト取付孔２１が穿設されている。
【０００１８】
フィン基板１７および放熱用フィン１８の形状は、継手用透孔１９を中心にして略中心対称に形成されている。
図２では切欠部２０を形成しているために完全な中心対称性から外れているが、この略中心対称性により放熱体１４の放熱特性の中心対称性を発揮させるものである。
【００１９】
この中心対称性によって、中心から等距離にある直径上の２点の温度はほぼ等しくなるように設計される。入口側炉本体部材２および出口側炉本体部材３の放熱特性を中心対称化すれば、空間部６内の温度分布も中心対称化でき、水分生成反応を中心対称的に均一化して反応炉本体１内の局所的な高温化を防止できる。即ち、水素ガスや酸素ガスの局所的な発火を防止して、水分発生用反応炉の安全性を高め、長寿命化を達成することができる。
【００２０】
図４は放熱体１４を入口側炉本体部材２に固定した側面図で、図１は図４のII−II線断面図に対応する。
【００２１】
放熱体１４を入口側炉本体部材２に固定するには、継手用透孔１９に原料ガス供給用継手９を挿通させ、フィン基板１７を入口側炉本体部材２の外壁面に密着させ、その後ボルト取付孔２１を介して図示しないボルトで締結する。
【００２２】
放熱体１４を出口側炉本体部材３に固定するには、ヒーター１５およびヒーター押え板１６を介して継手用透孔１９に水分ガス導出用継手１２を挿通させる。その後、フィン基板１７をヒーター押え板１６に密着させ、ボルト取付孔２１を介してボルトで締結する。
【００２３】
本発明者等は放熱体１４の熱放射率を高めるために、種々研究した結果、放熱用フィン１８の表面をアルマイト加工することによって熱放射率を増大化できることを見い出すに到った。
【００２４】
一般にアルマイト加工はアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に酸化物の薄い膜を形成する加工法を称し、近年では着色アルマイト加工もできるようになっている。しかし、これらの一般のアルマイト加工は耐食性や耐摩耗性を強化するためであり、熱放射率の増大効果は本発明者等によって見い出されたものである。
【００２５】
アルマイト加工面積が大きいほど放熱体１４の放熱特性は改善されるから、放熱用フィン１８の表面だけでなく、フィン基板１７の表面もアルマイト加工することが望まれる。
【００２６】
本発明者等はアルマイト付き放熱用フィンとアルマイトなし放熱用フィンの放熱効果をみるため、放熱用フィンなしを加えた３種類の水分発生用反応炉の動作試験を行った。
【００２７】
図５は出口側炉本体部材３の端面図であり、中心から１ｃｍ間隔で出口側本体に穴をあけ、内壁面から１ｍｍの位置に５本の温度測定用熱電対Ｐ₁〜Ｐ₅を配置し、下流側の空間部６の半径方向温度分布を測定した。また、周辺から３ｃｍの位置には下流側温度を測定する温調用熱電対Ｐを配置して、ヒーター１５の温調設定温度からどの程度ずれているかが分るようにした。また、この熱電対Ｐと対向する入口側炉本体部材２の位置でも上流側温度を測定した。
【００２８】
水分発生条件はＨ₂／Ｏ₂＝１０／６に設定され、酸素リッチの条件下で水分が生成された。酸素リッチの方が水分生成率が高くなり、未反応原料ガスを低く押えることができるからである。測定結果は表１に示されている。熱電対Ｐ₁の測定温度は掲載されていない。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から分るように、下流側温度は温調設定された温度とほとんど一致しているから、ヒーター１５による温調設定は有効に作用している。この温調設定は生成された水分を水蒸気として後続装置に送るために行なわれ、一例として３００℃に設定されたものである。また、上流側温度が下流側温度より低いのは、上流側、即ち入口側の空間部６では水分生成反応がほとんどないことを示す。
【００３１】
出口側の空間部６では白金触媒により水分生成反応が進行するから、空間部６の温度が上下に分布する。中心から４ｃｍの位置にある熱電対Ｐ₄がＰ₂〜Ｐ₅の中で最も高温を示し、この位置で水分発生もしくは熱が集中しやすいことを意味する。水分発生量が大きい程、その位置での自己発熱が大きいからである。ここで水分発生量の単位はＳＬＭ、即ちリットル／分が用いられている。
【００３２】
水分発生用反応炉の安全運転の上限温度を４５０℃とすると、熱電対Ｐ₄が４５０℃以下になる水分発生量を安全運転域の水分発生量と定めることができる。
従って、フィンなしでは１ＳＬＭ、アルマイトなしフィン付では２ＳＬＭ、硬質アルマイト付きフィン付では２．５ＳＬＭが水分発生量の上限となる。換言すると、フィンなしに対して、フィンを付けるだけで水分発生量を２倍にでき、アルマイト付きフィンでは水分発生量を２．５倍に増大化できることが分った。
【００３３】
前記アルマイトは厚み２０μｍの硬質アルマイトの場合であるが、厚み２０μｍの着色アルマイト（黒色）の場合や厚み５〜５０μｍの硬質アルマイトの場合でも、熱電対Ｐ₂〜Ｐ₅の指示温度は数℃の範囲内で一致した。
【００３４】
尚、表２は、水分発生量を２．５ＳＬＭとして、アルマイトの厚み及びアルマイトの種類を変えた場合の水分発生反応炉の温度測定結果を示すものである。
【００３５】
【表２】

【００３６】
以上をまとめると、放熱用フィンを付けることにより放熱効果が得られ、温度分布の低温化を実現できる。逆に、水分発生量を約２倍に増大化できる。
また、放熱用フィンにアルマイト処理を施すことにより、熱放射率（輻射率）が向上し、アルマイトなしに対して約５０℃の低温化を図ることができる。水分発生量では約２．５倍に増大化でき、アルマイトの種類や厚みに対する依存性は少ない。
【００３７】
表１の結果は図面に示す中心対称に配置された放熱用フィンの場合であるが、略軸対称に配置された放熱用フィンでも同様の放熱効果が得られる。ここで軸対称とは例えば同心円状に放熱用フィンを配置した場合を指称する。軸対称配置では、前記した温度分布も軸対称性を有するようになり、水分生成の空間部６内での均一性を増すことができる。
【００３８】
本発明は上記実施例や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を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。
【００３９】
【発明の効果】
本願の発明によれば、放熱用フィンを通して水分生成熱を強制放射することによって、反応炉内の低温化を実現でき、また水分生成量の増大化を実現することができる。
また、ヒーターにより反応炉内を適温に保持することによって生成した水分を安定した水蒸気流として後続装置に導出することができる。
更に、放熱用フィンを略中心対称又は略軸対称に配置しているから、反応炉内の温度分布の中心対称化または軸対象化を図ることができ、局所的高温化を防止して反応炉内での水分生成を安定且つ円滑に行うことができる。
加えて、放熱用フィンの表面をアルマイト加工して熱放射率を向上したから、反応炉内の一層の低温化を実現でき、従って水分生成量の一層の増大化を実現することができる。
本発明は上述の通り優れた実用的効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る水分発生用反応炉の反応炉本体の縦断面図である。
【図２】図２は本発明に係る放熱体の平面図である。
【図３】図３は図２のI−I線断面図である。
【図４】図４は放熱体を入口側炉本体部材に固定した側面図である。
【図５】図５は出口側炉本体部材の端面図である。
【図６】図６は従来の水分発生用反応炉の縦断面図である。
【符号の説明】
１は反応炉本体、２は入口側炉本体部材、２ａは窪部、３は出口側炉本体部材、３ａは窪部、４は溶接部、５は取付用ねじ、６は空間部、７は原料ガス入口通路、８は入口側反射板、９は原料ガス供給用継手、１０は水分ガス出口通路、１１は出口側反射拡散体、１２は水分ガス導出用継手、１３は白金コーティング膜、１３ａはバリヤー皮膜、１３ｂは白金皮膜、１４は放熱体、１５はヒーター、１６はヒーター押え板、１７はフィン基板、１８は放熱用フィン、１９は継手用透孔、２０は切欠部、２１はボルト取付孔、Ｐ₁〜Ｐ₅は温度分布測定用熱電対、Ｐは温調用熱電対である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a reactor for moisture generation mainly used in semiconductor manufacturing equipment, and more specifically, heat dissipation capable of increasing the amount of moisture generation within a safe temperature range by forcibly radiating reaction heat generated by a moisture generation reaction with a fin for heat dissipation. The present invention relates to a reactor for generating moisture.
[0002]
[Prior art]
Moisture generating reactors are used in fields that require high purity water. For example, when a silicon oxide film is formed by a moisture oxidation method in a semiconductor manufacturing process, ultra-high purity water exceeding 1000 cc / min may be required in a standard state.
The present applicant has previously developed a reactor for generating water having a structure as shown in FIG. 6, and has conducted various ultra high purity water generation tests.
[0003]
That is, the reactor main body 1 of the moisture generating reactor shown in FIG. 6 is formed by integrating the inlet-side furnace main body member 2 having the recess 2a and the outlet-side furnace main body member 3 having the recess 3a through the welded portion 4. It is assembled by converting. Moisture generation by so-called catalytic reaction proceeds on the inner wall surface of the space 6 formed by the recess 2a and the recess 3a.
[0004]
A raw material gas inlet passage 7 is formed in the center of the inlet-side furnace body member 2, an inlet-side reflecting plate 8 is provided inside thereof, and a raw material gas supply joint 9 is provided outside thereof. At the same time, a moisture gas outlet passage 10 is formed in the center of the outlet-side furnace main body member 3, an outlet-side reflection diffuser 11 is provided inside thereof, and a moisture gas outlet joint 12 is provided outside thereof. . The entrance-side reflecting plate 8 and the exit-side reflecting diffuser 11 are fixed by mounting screws 5.
[0005]
A barrier coating 13a made of a nitride such as TiN is formed on the inner wall surface of the inlet-side furnace body member 2. A platinum coating film 13 is formed on the inner wall surface of the outlet-side furnace body member 3. This platinum coating film 13 is configured by fixing a platinum film 13b by a vapor deposition method, an ion plating method or the like on a barrier film 13a made of a nitride such as TiN. The platinum coating film 13 has a catalytic action for generating moisture gas from the raw material gas.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The operation of the above-described moisture generating reactor will be described. Hydrogen gas and oxygen gas, which are source gases, are introduced into the space 6 from the source gas supply joint 9 through the inlet-side reflector 8. The source gas is dispersed throughout the space 6 by the entrance-side reflecting plate 8 and the exit-side reflecting diffuser 11, and the moisture generation reaction proceeds by the catalytic action of the platinum coating film 13. The product moisture gas, i.e., water vapor and unreacted raw material gas, is sent to the next apparatus through the moisture gas deriving joint 12.
[0007]
However, in this moisture generating reaction furnace, since the moisture generation reaction is an exothermic reaction, there is a drawback that the entire reaction furnace and water vapor are excessively heated by the generated reaction heat. For example, when water vapor is generated at a generation rate of 1000 cc / min, the water vapor temperature reaches 400 to 450 ° C. due to self-heating. If the amount of water generation is further increased, the water vapor temperature exceeds 450 ° C., approaching 560 ° C., which is the ignition temperature of hydrogen gas and oxygen gas, and it becomes extremely dangerous.
[0008]
In order to avoid this danger, the upper limit of the amount of water generation had to be 1000 cc / min in this type of water generation reactor. As a measure to increase the amount of water generation, the reactor was also enlarged, but the increase in size not only caused an increase in cost but also lost the versatility and ease of use of the reactor. It was.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to eliminate the above-mentioned drawbacks, and the heat-dissipating moisture generating reactor according to the present invention generates moisture gas in a non-burning state at a temperature of 450 ° C. or less by a catalytic reaction of hydrogen and oxygen. In the reactor for moisture generation to be generated, the reactor main body 1 in which the inlet-side furnace main body member 2 and the outlet-side furnace main body member 3 are combined to form the space 6 inside, and the inlet-side furnace main body member 2 is perforated. A raw material gas inlet passage 7 for introducing a raw material gas composed of hydrogen gas and oxygen gas into the section 6, a raw material gas supply joint 9 connected to the raw material gas inlet passage 7, and an inner wall surface of the inlet-side furnace body member 2 The barrier coating 13a formed on the inlet side, the inlet-side reflecting plate 8 disposed opposite to the inner wall surface of the inlet-side furnace main body member 2 and fixed to the inlet-side furnace main body member 2, and the outlet-side furnace main body. Platinum coating formed on the inner wall surface of member 3 A film 13, and the outlet side reflector diffuser 11 fixed to the outlet side reactor body member 3 and disposed in opposed shape at the inner wall surface and the gap of the outlet-side reactor body member 3, on the outlet side reactor body member 3 Moisture gas outlet passage 10 through which the generated water is led out from the drilled space 6, a moisture gas outlet joint 12 connected to the moisture gas outlet passage 10, and a raw material on the outer wall surface of the inlet-side furnace body member 2 A fin substrate 17 through which a gas supply joint 9 is inserted and adhered, a heat dissipating fin 18 in which a plurality of surfaces erected in parallel to the fin substrate 17 are anodized, and an outer wall surface of the outlet-side furnace body member 3 The moisture heater 14 is inserted into and attached to a flat plate-like heater 15, the heater holding plate 16 provided on the outer surface thereof, and the moisture gas outlet joint 12 is inserted into the outer surface of the heater holding plate 16. In close contact Heat dissipation comprising a fin substrate 17 fixed to the outlet-side furnace body member 3 with a heater 15 and a heater pressing plate 16 interposed therebetween, and heat dissipation fins 18 in which a plurality of surfaces erected in parallel to the fin substrate 17 are anodized. It is characterized by comprising the body 14 .
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the heat dissipating fins 18 are arranged in a substantially central symmetry or a substantially axial symmetry with respect to the moisture gas deriving joint 12.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of diligent research to prevent excessive self-heating of the moisture generating reactor, the present inventors have increased excessive temperature by installing a large number of heat radiation fins on the outer wall surface of the moisture generating reactor. Succeeded in suppressing.
As a result, it became possible to increase the water generation amount from 1000 cc / min to 2000 cc / min without increasing the size of the water generation reactor.
[0014]
Moreover, it succeeded in improving the thermal emissivity of the fin for heat radiation by anodizing the surface of the fin for heat radiation, and confirmed that the amount of moisture generation could be increased to 2500 cc / min.
[0015]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a reactor main body of a water generating reactor according to the present invention. The same parts as those in FIG.
[0016]
The reactor main body 1 includes an inlet-side furnace main body member 2, a recessed portion 2a, an outlet-side furnace main body member 3, a recessed portion 3a, a welded portion 4, a mounting screw, a space portion 6, a source gas inlet passage 7, an inlet-side reflector. 8, raw material gas supply joint 9, moisture gas outlet passage 10, outlet side reflection diffuser 11, moisture gas outlet joint 12, platinum coating film 13, barrier coating 13a, platinum coating 13b, radiator 14, heater 15 and heater The presser plate 16 is configured.
[0017]
2 is a plan view of the radiator 14 and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. The heat dissipating body 14 is configured by standing a large number of heat dissipating fins 18 in a vertical row on the surface of the fin substrate 17. A joint through hole 19 is formed in the center, and a notch 20 is provided from the joint through hole 19 toward one side. Further, bolt mounting holes 21 to the

furnace body members

2 and 3 are formed at the four corners of the fin substrate 17.
[00018]
The shapes of the fin substrate 17 and the heat radiation fin 18 are formed substantially symmetrically about the joint through hole 19.
In FIG. 2, since the notch 20 is formed, it is deviated from complete central symmetry. However, the central symmetry of the heat dissipation characteristics of the radiator 14 is exhibited by this substantially central symmetry.
[0019]
Due to this central symmetry, the temperatures at two points on the diameter equidistant from the center are designed to be approximately equal. If the heat radiation characteristics of the inlet-side furnace main body member 2 and the outlet-side furnace main body member 3 are symmetric, the temperature distribution in the space 6 can be symmetric, and the water generation reaction is made centrally symmetrical and uniform. The local high temperature in 1 can be prevented. That is, local ignition of hydrogen gas or oxygen gas can be prevented, the safety of the water generating reactor can be improved, and a long life can be achieved.
[0020]
4 is a side view of the radiator 14 fixed to the inlet-side furnace body member 2, and FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
[0021]
In order to fix the radiator 14 to the inlet-side furnace body member 2, the raw material gas supply joint 9 is inserted into the joint through-hole 19, and the fin substrate 17 is brought into close contact with the outer wall surface of the inlet-side furnace body member 2. The bolt is fastened with a bolt (not shown) through the bolt mounting hole 21.
[0022]
In order to fix the radiator 14 to the outlet-side furnace body member 3, the moisture gas lead-out joint 12 is inserted through the joint through hole 19 via the heater 15 and the heater pressing plate 16. Thereafter, the fin substrate 17 is brought into close contact with the heater pressing plate 16 and fastened with bolts through the bolt mounting holes 21.
[0023]
As a result of various studies to increase the thermal emissivity of the radiator 14, the present inventors have found that the thermal emissivity can be increased by anodizing the surface of the heat radiating fin 18.
[0024]
In general, alumite processing is a processing method for forming a thin oxide film on the surface of aluminum or an aluminum alloy, and in recent years, colored alumite processing can also be performed. However, these general alumite processes are for enhancing the corrosion resistance and wear resistance, and the effect of increasing the thermal emissivity has been found by the present inventors.
[0025]
Since the heat dissipation characteristics of the radiator 14 are improved as the anodized area increases, it is desirable to anodize not only the surface of the fin 18 for heat dissipation but also the surface of the fin substrate 17.
[0026]
In order to observe the heat radiation effect of the heat radiation fin with anodized and the heat radiation fin without anodized, the present inventors conducted an operation test of three types of water generating reactors with no heat radiation fin added.
[0027]
FIG. 5 is an end view of the outlet-side furnace main body member 3, holes are formed in the outlet-side main body at intervals of 1 cm from the center, and five temperature measuring thermocouples P _{1 to} P ₅ are arranged at a position of 1 mm from the inner wall surface. Then, the temperature distribution in the radial direction of the space 6 on the downstream side was measured. In addition, a thermocouple P for temperature adjustment for measuring the downstream temperature is arranged at a position 3 cm from the periphery so that it can be understood how much the temperature is deviated from the temperature adjustment set temperature of the heater 15. The upstream temperature was also measured at the position of the inlet-side furnace body member 2 facing the thermocouple P.
[0028]
The moisture generation condition was set to H ₂ / O ₂ = 10/6, and moisture was generated under oxygen-rich conditions. This is because the oxygen-rich one has a higher moisture generation rate and can keep the unreacted raw material gas low. The measurement results are shown in Table 1. The measured temperature of thermocouple P ₁ is not listed.
[0029]
[Table 1]

[0030]
As can be seen from Table 1, the temperature on the downstream side almost coincides with the temperature-controlled temperature setting, so that the temperature control setting by the heater 15 works effectively. This temperature control setting is performed in order to send the generated moisture to the subsequent apparatus as water vapor, and is set to 300 ° C. as an example. Further, the fact that the upstream temperature is lower than the downstream temperature indicates that there is almost no moisture generation reaction in the space 6 on the upstream side, that is, the inlet side.
[0031]
In the space portion 6 on the outlet side, the water generation reaction proceeds by the platinum catalyst, so the temperature of the space portion 6 is distributed vertically. The thermocouple P ₄ located 4 cm from the center shows the highest temperature among P _{2 to} P ₅ , meaning that moisture generation or heat tends to concentrate at this position. This is because the greater the amount of moisture generated, the greater the self-heating at that position. Here, the unit of moisture generation is SLM, that is, liters / minute.
[0032]
If the upper limit temperature of safe operation of the water generation reactor is 450 ° C., the amount of water generation at which the thermocouple P ₄ is 450 ° C. or less can be determined as the amount of water generation in the safe operation region.
Therefore, 1 SLM without fins, 2 SLM with fins without alumite, and 2.5 SLM with fins with hard alumite are the upper limit of the amount of water generation. In other words, it has been found that the amount of water generation can be doubled simply by attaching a fin to the case without fins, and the amount of water generation can be increased 2.5 times with the fin with anodized.
[0033]
The alumite is a hard alumite having a thickness of 20 μm, but the indicated temperature of the thermocouples P _{2 to} P ₅ is several degrees C. Matched within range.
[0034]
Table 2 shows the temperature measurement results of the water generation reactor when the amount of water generation is 2.5 SLM and the thickness of alumite and the type of alumite are changed.
[0035]
[Table 2]

[0036]
In summary, the heat radiation effect can be obtained by attaching the heat radiation fin, and the temperature distribution can be lowered. Conversely, the amount of water generation can be increased by a factor of about two.
Further, by applying alumite treatment to the heat dissipating fins, the thermal emissivity (radiation rate) is improved, and a low temperature of about 50 ° C. can be achieved with respect to the absence of anodized. The amount of water generation can be increased by about 2.5 times, and the dependence on the type and thickness of the alumite is small.
[0037]
The results in Table 1 are for the heat dissipating fins arranged symmetrically with respect to the center as shown in the drawing, but the same heat dissipating effect can be obtained even with the heat dissipating fins arranged approximately axisymmetrically. Here, “axisymmetric” refers to, for example, the case where the fins for heat dissipation are arranged concentrically. In the axially symmetric arrangement, the temperature distribution described above also has axial symmetry, and the uniformity of moisture generation in the space 6 can be increased.
[0038]
The present invention is not limited to the above examples and embodiments, and includes various modifications, design changes, and the like within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention.
[0039]
【The invention's effect】
According to the invention of the present application, by forcibly radiating the heat of moisture generation through the heat dissipating fins, the temperature in the reactor can be lowered and the amount of moisture generation can be increased.
Moreover, the water | moisture content produced | generated by hold | maintaining the inside of a reaction furnace at a suitable temperature with a heater can be guide | induced to a subsequent apparatus as a stable water vapor flow.
Furthermore, since the heat dissipating fins are arranged in a substantially central symmetry or substantially axial symmetry, the temperature distribution in the reaction furnace can be made centrally symmetric or axially targeted, and the local temperature rise is prevented to prevent the reaction furnace. Water generation inside can be performed stably and smoothly.
In addition, since the heat emissivity is improved by anodizing the surface of the heat dissipating fin, it is possible to further reduce the temperature in the reaction furnace, and thus to further increase the amount of moisture generation.
As described above, the present invention has excellent practical effects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a reactor main body of a water generating reactor according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a radiator according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
FIG. 4 is a side view in which a radiator is fixed to an inlet-side furnace body member.
FIG. 5 is an end view of the outlet side furnace main body member.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a conventional water generating reactor.
[Explanation of symbols]
1 is a reaction furnace body, 2 is an inlet side furnace body member, 2a is a recess, 3 is an exit side furnace body member, 3a is a recess, 4 is a welded part, 5 is a mounting screw, 6 is a space part, 7 is Source gas inlet passage, 8 is an inlet side reflector, 9 is a source gas supply joint, 10 is a moisture gas outlet passage, 11 is an outlet side reflection diffuser, 12 is a moisture gas outlet joint, 13 is a platinum coating film, 13a Is a barrier film, 13b is a platinum film, 14 is a radiator, 15 is a heater, 16 is a heater retainer plate, 17 is a fin substrate, 18 is a fin for heat dissipation, 19 is a through hole for a joint, 20 is a notch, and 21 is a bolt. The mounting holes, P _{1 to} P ₅ are thermocouples for temperature distribution measurement, and P is a thermocouple for temperature adjustment.

Claims

In a reactor for moisture generation that generates moisture gas in a non-burning state at a temperature of 450 ° C. or less by a catalytic reaction of hydrogen and oxygen , a space portion is formed inside by combining the inlet-side furnace body member and the outlet-side furnace body member A reaction furnace main body, a raw material gas inlet passage that is perforated in the inlet-side furnace main body member and introduces a raw material gas composed of hydrogen gas and oxygen gas into the space, and a raw material gas supply joint connected to the raw material gas inlet passage A barrier coating formed on the inner wall surface of the inlet-side furnace main body member, and an inlet-side reflector fixed to the inlet-side furnace main body member so as to face the inner wall surface of the inlet-side furnace main body member with a gap. The platinum coating film formed on the inner wall surface of the outlet-side furnace body member, and the outlet-side reflection fixed to the outlet-side furnace body member so as to be opposed to the inner wall surface of the outlet-side furnace body member and diffuser outlet side reactor body And moisture gas outlet passage to derive the product water from the space portion formed in the timber, and moisture gas outlet fitting connected to the water vapor outlet passage for the raw material gas supplied to the outer wall surface of the inlet-side reactor body member A fin substrate inserted through the joint and closely attached, a heat dissipating fin anodized on a plurality of surfaces erected in parallel to the fin substrate, and a moisture gas outlet joint inserted into the outer wall surface of the outlet side furnace body member A flat plate heater that is in close contact with each other and a heater pressing plate provided on the outer surface thereof, and a moisture gas outlet joint is inserted into the outer surface of the heater pressing plate to be in close contact, with the heater and the heater pressing plate interposed therebetween. JP by being configured a plurality of surface erected in parallel fins substrate fixed to the outlet side reactor body member and to the fin substrate from and more made heat radiator and the heat radiation fins anodized, Radiator type moisture generating reactor to.

The heat dissipation type water generating reactor according to claim 1, wherein the heat dissipating fins are arranged substantially centrosymmetrically or substantially axisymmetrically about a moisture gas outlet joint.