JP3645581B2 - ガスの乱流混合装置およびガスの乱流混合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスの乱流（turburent ）混合装置およびガスの乱流混合方法に関するものである。この装置は、少なくとも２つの管口または噴射口を内部表面に有する筒状構造を備える。管口または噴射口は対向して配置され、これらの開口を通って筒状構造の内部に流れ込むガス流が乱雑に混合される。特に、筒状構造の内部表面の管口または噴射口の相対的な位置は、その混合動作において、特に有効である渦流（swirling flow ）が発生するように配置される。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
特に、好適なガス混合が市販の装置を利用して達成できない場合、こうした特殊なガス混合を行うガス混合装置やガス混合方法が強く望まれている。混合されるガスが反応性であるため、ガス混合にあたって市販の装置を利用できないことがしばしば発生する。複数のガスの比重が互いに大きくことなり、混合の維持中に分離してしまうことが有り得る。比重の差が問題となる反応性ガスあるいはガス混合物の場合、混合後、直ちに混合ガスを使用することが好ましい。混合されるガスの１種が相対的に低濃度であり、一様な混合の達成が困難な場合に、特別のガス混合装置が要求されるであろう。ある種の応用のために、ガス混合装置は、ガスの混合を補助する動く内部部品または動かない内部部品を備えることができる。しかし、このような内部部品の浸食（erosion ）または腐食（corrosion ）による混合ガスの汚染が臨界的な要素となるような応用においては、このような内部部品の存在を避ける必要がある。更に、内部部品は、ガスの成分粒子が滞留する角、裂け目、あるいは流れの袋小路（dead space）を発生させることがある。
【０００３】
１９９２年５月１２日に発行された米国特許第５，１１３，０２８号において、Ｃｈｅｎ等は、内部部品の無い筒（パイプ）混合器を使用するホットエタンガスを塩素ガスと混合する工程を記述している。エタンガスは主パイプを通して導かれ、塩素ガスは４つ以上の噴射口から主パイプに導入される。各噴射口の軸と中心点から各噴射口の軸が主パイプの内面と交差する点へ引かれた直線とのなす角度は、約３０゜から４５゜までの範囲である。塩素ガスの導入後、エタンガスと塩素ガスの混合物は、パイプを通って軸方向に進行して混合を完了し、混合ガスが適切な温度に達すると反応が起きる。パイプの長さはパイプに直径の少なくとも１０倍以上であり、パイプの直径と噴射口の直径との比は約２１：１から８：１に範囲であり、パイプ内のガスの流速は音速以下であるが、各ガスのレイノルズ数は少なくとも１０００であり、塩素ガスの流速とエタンガスの流速との比は約１．５：１から３．５：１までの範囲である。混合器は、混合の間、ガス間で充分なフリクション（friction）を確保しており、ガス混合物の温度は化学反応による熱発生が無くとも、混合後には約２２５゜以上に達する。混合器を介するガスの相対的な速度を決めるこの後者の要請と、上記のように配置された４つの噴射口がパイプの内周に沿って存在するという要請とがある。
【０００４】
混合に寄与する内部部品を備えない他のガス混合装置がＤｕｎｓｔｅｒ等により１９８９年９月１２日発行の米国特許第４，８６５，８２０号に開示されている。この装置はガス混合器とガス配給器とを組み合わせたものである。混合器−配給器（mixer-distributor ）は、気体状混合物を炭化水素リフォーミング反応器へ送り込む。この装置の主な特徴は、ガス混合器部でガスの乱流を発生して、ガスの実質的な混合を確実にすること、および、ガス供給部内の混合ガスの速度が反応室から混合室へのポテンシャルフレーム（potential flame ）に関するフラッシュバック速度を越えていることである。ガス混合器は内部に中空部を有する複数のチューブとを備え、各チューブは周囲の中空部と繋がるための管口を備える。第１の単体ガスまたは第１のガス混合物は、夫々のチューブの内側を流れる。第２の単体ガスまたは第２のガス混合物は、周囲のガス室から管口を介して各チューブに流れ込む。周囲のガス室からのガスが各チューブの中に流れ込み、流れ込んだガスはチューブ内を流れるガスと混合し、この混合物が配給器に流れ込んだ後に、配給器から反応器へ流入する。チューブの内径は、チューブの長さと同様に、チューブ内を均一なガスが造られるように設計される。管口の大きさは、周囲のガス室とチューブ内部との間に充分な圧力差が生じ、周囲のガス室からチューブ内へ流入するガス量が好適となる導入速度となるように選択される。管口の配置位置に関しては、他の管口との関連で特別な位置としなければならないような要請は無い。この装置が開示された米国特許第４，８６５，８２０号中の図２、図５および図７には、各チューブの内周上に少なくとも３つの管口が配置された例が示されている。この図２には各チューブの１つ以上の内周に管口のある例が示されている。
【０００５】
混合に寄与する内部部品を備えない第３のガス混合装置がＶｏｌｌｅｒｉｎ等により１９７８年５月１６日発行の米国特許第４，０８９，６３０号に開示されている。この装置は、反応室の壁を夫々形成する一対の面の間に沿って圧力差を発生するとともに、混合室から流出する流体の夫々の供給源を分離して、２種の流体を混合する。この一対の面は、互いに対向して配置された開口を持ち、これらの対向する噴射口を通って夫々のガスは加速される。結果物である流体混合物は、これらの面とほぼ平行な方向へ混合室から導き出される。特に、この混合器は、還流燃焼ガス（recirculated combustion gas ）と燃焼性ガスと混合して燃焼する空気のような燃焼支持ガス（combustion-sustaining gas ）との混合のために設計されたものである。
【０００６】
以上のガス混合器では、全て、管口を通してガスを流し込む方法を採用し、他のガスと遭遇させて混合している。ガスや流体の混合においては、気化（carburetion ）に適した数多くの例を含めて、管口を使用する多くの例が広く知られている。夫々の場合、装置の設計は、最終的に使用される応用分野や装置によって達成されるべき機能に依存する。
【０００７】
本発明のガス混合装置およびガス混合方法は、ドーパント・ガスのような１成分のガスの含有量が非常に少ない（ｐｐｍ以下）混合ガスの生成がしばしば望まれることのある半導体製造における使用のために開発されたものである。更に、しばしば生じる、混合されるガスが本質的に異なる比重を持つような場合にも使用できるものである。
【０００８】
本発明の装置は、半導体製造で使用されるガスは非常に低い粒子性（particulate ）レベルを有し臨界的なので、ガス混合物に対して粒子性の汚染があってはならないガス混合に使用される。粒子性汚染の存在は、サブミクロンの大きさの構造を有する半導体素子を動作不能にしてしまう。従来から利用されている内部に静的な混合器を有するガス混合装置では充分な改善がなされておらず、粒子性汚染が発生してしまう。粒子性汚染の発生を避けるため、浸食や腐食によってガス混合物の汚染を引き起こす内部部品を取り除くことが有益である。
【０００９】
半導体製造で使用されるドーパント用の混合ガスの多くは、１０⁶ 個に１個 （ｐｐｍ）あるいは１０⁹ 個に１個（ｐｐｂ）といった濃度の成分を有する。更に、通常、ドーパント成分は半導体製造工程へドーパント成分を搬送するために用いられる希釈キャリアガス（dilute carrier gas）とは全く異なった比重を有する。特定の濃度でドーパントが存在すること、および一様にドーパントが存在することは、半導体素子の動作特性にとって臨界的な意義があるので、ドーパントを供給するドーパント・ガスは、一様な分布でければならないし、正確なドーパント量を含まなければならない。したがって、希釈キャリアガスへのドーパント・ガスの混合は使用の直前に行うことがしばしば行われる。更に、いくつかのドーパント組成の成分が有毒なことがあるので、一様性を達成するために、捨てられる余剰混合ガスが多くなるような多量の成分ガスの混合は好ましくなく、使用のために要求される少量のガスを混合することが望ましい。一様なドーパント混合ガスを少量製造することが好ましいので、ガス組成の１成分が相対的に少ない場合でも混合される複数種のガスが遭遇し、素早く行われる一様で均一なガス混合物が得られる高度に乱雑な混合を行うことが重要である。
【００１０】
上記の特殊な要求は、粒子性の生成物を発生するような内部部品が最小化あるいは全く取り除かれた装置で実施される混合を行い、少量のガスの高度に乱雑なガス混合を実現するガス混合装置およびガス混合方法に対する半導体製造における必要性から生じたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によって、特殊なガス混合装置とガス混合方法が開発された。特に、このガス混合装置とガス混合方法は、ガス混合物への粒子性汚染を最小化しながら、乱雑かつ迅速なガスの混合を実現する。このガス混合装置は、
ａ）混合されるガスが、一方の端から反対側の端へ、混合されるガスが流れる筒状容器と、
ｂ）混合されるガスが容器の筒内部に流入するときに通る、容器の第１の端の近くに設けられた少なくとも２つの管口あるいは噴射口と、（これらの管口あるいは噴射口は筒の内面に配置されており、第１の管口あるいは噴射口から流入する第１のガスは、第２の管口あるいは噴射口から流入する第２のガスと筒内で衝突し、ガス成分のフリクション混合が実行されるとともに、ガス混合器の筒内部で渦流を生じるように、第１の管口あるいは噴射口の軸は、対向する第２の管口あるいは噴射口の軸とずれている。）
ｃ）筒状容器の反対側の端に形成された混合ガスを排出する開口と、
を備える。
【００１２】
【実施例】
図１は、本発明に係るガス混合装置の構成図である。図示のように、この装置１００は、内部に筒内室１１２を有する容器１１０と、第１のガス導入経路１１４と、第２のガス導入経路１１６と、混合ガス排出経路１１８と、を備える。ガス導入経路１１４および１１６は、単純な管口３１０および３１２で終端される。この装置は、最も簡単で好適な開口を採用したものであり、単純な管口に換えてより複雑な噴射口とすることも可能である。
【００１３】
図３に示すように、第１のガス（または混合ガス）が経路１１４と管口３１０とを介して筒内室１１２に流入するとともに、第２のガス（または混合ガス）が経路１１６と管口３１２とを介して筒状中空室１１２に流入する。これらのガスは管口を通るので、円錐形状に広がった流れとなる。図示のように、管口３１０の中心線または軸３１６は、管口３１２の中心線３１８と横方向にずれているので、夫々の円錐形状のガス流の一部は、筒状中空室１１２の中心領域で重なり合い、円錐形状のガス流の他の部分は重なり合うことなく夫々の管口から筒壁に向かって流れる。ガス流の重なり合う部分は乱流混合が行われるシェア（shear ）面を形成して互いに直接衝突する。重なり合わないガス流は、筒の内部表面３１４付近で作用する渦巻き状の力（swirling force）を生成する。直接衝突するガスのシェア面におけるフリクション混合と筒状中空室１１２の内部表面３１４に沿って発生した渦巻き状の力の組み合わせがガスの全体としての流量速度が遅い場合でも、驚異的に短期間で一様な混合ガスを作り出す乱流ガス混合をおこなう。図２に示すように、乱流度は排出経路１１８に向かって混合ガスが流れる筒状中空室１１２の長さ方向で減少する。
【００１４】
図３の矢印は、管口３１０を出て行くガスの比重と速度が管口３２０を出て行くガスの比重と速度と実質的に同一の場合の乱流パターンを示している。したがって、ガスが直接衝突するシェア面は、筒状中空室１１２の断面領域に亘って充分に分散されている。しかし、管口から流入するガスの比重および／または速度が大きく異なると、ガスの流れのパターンは影響をされるであろう。例えば、図４は、管口３１０から流入するガスの運動量が管口３２０から流入するガスの運動量よりも小さい場合の混合態様の変化を示している。こうした運動量の相違は、管口３１０と管口３１２との大きさが同一であっても、次の２通りの場合に発生し得る。
【００１５】
１）混合される複数のガスの比重が大きく異なる。
【００１６】
または、
２）複数のガスの流量が大きく異なり、より小さな流量で導入されたガスの速度が結果としてより遅くなる。
【００１７】
図４に示すように、管口３１０に流入するガスの運動量をより小さくすると、ガスの直接衝突によって形成されるシェア面の位置が変位する。シェア面の面積は、流れの態様の変化により減少する。したがって、シェア面での混合という見地からは、混合器に流入するガスの１つの運動量が他のガスの運動量より小さいことは好ましくない。
【００１８】
図５は、他の実施例のガス混合装置の構成図である。図示のように、この装置１００では、第２の導入経路１１６が有する管口５１０よりも大きな管口３１０を有する第１のガス導入経路１１４を備える。本実施例は、夫々の混合される複数のガスの比重あるいは流量速度が異なる場合、２つの対向するガス流の運動量を等しくするのに好適である。特に、より小さな管口５１０は、中空室１１２に流入する第２のガス流の速度、すなわち運動量を増加させ、第２のガスが第１のガスより小さな比重あるいは流量を持つ場合に好適である。
【００１９】
図３に示すように、円形断面領域を有する管口３１０を通って混合装置１００にガスが流入した場合、このガスは管口から筒状中空室１１２へむけて円錐状に広がり、この円錐の側面は管口の中心線と約７゜の角度をなす。したがって、当業者ならば、このガスの広がり円錐同士が交差する部分の大きさに応じて、管口３１２の中心線３１８からの管口３１０の中心線３１６をずらすことにより、筒面３１４付近に生じる渦巻き状の力を発生させながら、ガス流同士が直接衝突するシェア面を得ることができる。ずらし量は、与えられた筒状中空室の直径、管口３１０の直径、および管口３１２の直径に対して、小規模な実験を行うことで最適化することができ、シェア面領域での直接衝突混合と筒面３１４付近に生じる渦巻き状の力とを調整することができる。当業者は、ずらし量の調整と混合装置１００から排出される混合ガスの一様性の解析とを行って、設計上の変数を最適化できる。
【００２０】
単純な管口よりも複雑な噴射口を通して、ガスが混合装置１００に流入する場合、ガス流の円錐状の広がりは、噴射口の中心線となす角度が円形の管口によって形成される約７゜よりも大きくなるかもしれないし小さくなるかもしれない。噴射口の中心線のずれは、この角度の相違を考慮して調節される。
【００２１】
上記の実施例の装置は、所望の乱流と渦流が生じるようにずらされた、互いに平行で同一平面状にあるガス流入経路を備えるが、ガス流入経路と管口とについて他の方向関係としても同様の効果を得ることができる。例えば、直径方向で管口を対向させることが可能である。このとき、夫々のガス流入経路の軸には筒内室１１２の半径方向と交差角を持たせるとともに、筒内室１１２に流入する２つのガス流を互いに強制的に衝突させるようにする。
【００２２】
混合ガス排出口１１８と管口１１４および１１６の間の長さは、筒内室１１２の直径の少なくとも３倍の長さを持つことが好ましい。筒内室１１２の閉口端面１２０と管口１１４および１１６の間の長さは、管口１１４および１１６から流入したガスが円錐状にの広がれる程には充分大きく、筒内室１１２の閉口端面１２０付近に流れの袋小路が生じる程大きくてはならない。
【００２３】
流入経路の直径は筒内室１１２の直径よりも１／５よりも小さいことが好ましい。
【００２４】
排出口の大きさは、筒内室１１２の反対側の端面近くにある管口あるいは噴射口を通って流入するガスの量に対応して適正化されねばならない。別の方法で筒内室１１２の圧力は構築される。混合ガスは、混合器のガスの流れ動作の障害となる逆圧の発生しない流量で混合装置から排出されることが好ましい。
【００２５】
本発明は、混合される複数のガスに大きな比重の差がある場合および使用時に混合ガスの一様性が重要な場合に特に有用である。本発明の装置は、後の使用のために蓄えられる混合ガスに対しても使用することができ、従来使用されているガスのインライン混合では特に優れている。
【００２６】
半導体製造で使用される典型的なガスは、ドーパントとして、例えば、水素化ホウ素、特にジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）、ヒ素化合物、特にアルシン（ＡｓＨ₃ ）、およびリン化水素（ＰＨ₃ ）を含んでいる。こうしたガスの比重は、標準状態で約１．２ｇ／ｌから約１．７ｇ／ｌまでの範囲である。これらのドーパント・ガスは、無反応性のキャリアガス内で所望の濃度に希釈される。代表的な希釈キャリアガスは、水素、窒素、アルゴン、およびヘリウムを含む。これらの希釈キャリアガスの比重は、標準状態で約０．０９ｇ／ｌから約１．８ｇ／ｌまでの範囲である。
【００２７】
半導体製造の工程でよく使用されるドーパント・ガスの濃度は、１０⁶ 個に１個（ｐｐｍ）から１０⁹ 個に１個（ｐｐｂ）までの範囲である。更に、半導体素子の動作はドーパント・ガスを使用して作成された物質層のドーパント濃度に依存するので、ドーパント・ガスの組成は注意深く制御されなければならない。例えば、ドーパントを含む成長層の電気抵抗度は、ドーパント濃度が１％変化すると約１％変化する。ドーパント・ガスはドーパントをｐｐｍからｐｐｂまでの程度でしか含まないので、比重の相違による混合ガス内の成分のわずかな分離は重大な影響を及ぼす。成長層の電気抵抗度が所望の値と相違するだけでなく、電気抵抗度が層の表面の点ごとに変化することになり、この変化が製造された半導体素子の動作に対して特に有害に作用することになる。例えば、半導体素子に要求される典型的な電気抵抗度の一様性の仕様は±３％以内である。従って、ドーパント濃度の５％の変化またはドーパント濃度の一様性の５％の変化は許容できない。このことを考慮すると、静止状態において混合ガスに非一様性への指向性がある場合、インライン混合法を使用して所望の濃度にドーパント・ガスを希釈し、混合後速やかに使用予定の工程で混合ガスを使用することが好ましい。
【００２８】
本発明の混合装置では、管口から流出するガスの速度は約３００ｆｔ／ｓｅｃ（９１．４ｍ／ｓｅｃ）未満が好ましい。約３００ｆｔ／ｓｅｃ（９１．４ｍ／ｓｅｃ）を超える場合には、結果として断熱的に温度が上昇あるいは低下する、圧縮性流（compressible flow ）とすることが可能である。
【００２９】
所望の組成の混合ガスを製造するためには、混合されるガス夫々に応じた管口の大きさを設計し、所望の相対速度を確保する必要がある。所望の組成の混合ガスを得る他の方法は、数個のインライン乱流ガス混合器を使用して、１つの混合器から排出された混合ガスを、次のインライン乱流ガス混合器に導入することとしなければならない。典型的には、ガス混合は、約１５℃から約３０℃までの温度範囲を越えて実施される。典型的な平均作用圧力は、ほぼ大気圧から約１０ｔｏｒｒの範囲である。工業的製造に広く使用されている化学気相成長工程の容器においては約８０ｔｏｒｒで動作する。しかし、プラズマ容器においては０．５ｔｏｒｒといった低い圧力で動作可能である。得られたガス混合は、混合器内の動作時の圧力には依存しない。動作時の圧力が低いと混合器に流入するガスの膨脹が大きいが、ガスは圧力が低い方向、すなわちドーパントガス混合器が使用される半導体製造工程の反応室の方向へ引かれるので、混合器内のガスの残留時間が相応に減少する。乱流ガス混合器から排出される混合ガス量は、ガス混合器に流入する単体ガスあるいは混合ガスの供給量に応じて設計される。この設計内容は、管口の大きさと菅口の大きさによって決定される混合ガス排出口の大きさを決める混合器の管口におけるガスの所望の相対速度と流量である。
【００３０】
筒内室１１２は円筒として記述してきたが、筒内室の断面は円形である必要はなく、筒内室の長さ方向の軸は真っ直ぐではなく曲がっていてもよい。
【００３１】
ガス混合器の筒状容器および管口またはノズルを構成する物質は、混合されるガスの成分と反応するものであってはならない。筒内室の表面は、粒子の発生や捕獲を低減するために滑らかでなければならない。
【００３２】
［実験例１］
この実験例１の混合装置は、図１〜図３に示されるような断面を持つ円筒を備えた。混合を行う筒内室の全体の長さは約２．８インチ（７１．１ｍｍ）とした。混合を行う筒内室の直径は０．４１インチ（１０．４ｍｍ）とした。図２に示されるように、筒内室（１１２）の閉口端（１２０）から０．２インチ（５ｍｍ）の位置に配置された管口を通して混合されるガスを筒内室へ導入した。混合されたガスは、円筒の閉口端とは反対側の端の中央部の開口の排出口を通って、流出した。排出口の開口の直径は約０．０７６インチ（１．９ｍｍ）とした。混合されるガスが筒内室に流入する時に通過する管口の直径は約０．０５２インチ（１．３ｍｍ）とした。図３に示されるように、夫々の管口は筒内室の表面に設け、管口の中心線（３１６および３１８）は同一平面上とし、この平面は筒内室（１１２）の長さ方向の軸を横断することとした。一方の管口の中心線と他方の管口の中心線は閉口であり、かつ約０．１インチ（２．５ｍｍ）だけずれるようにして、これらの管口を対向して配置した。
【００３３】
図３に示されるように、水素（Ｈ₂ ）ガス内に５０ｐｐｍの濃度でアルシン （ＡｓＨ₃ ）を含む２４０ｓｃｃｍの混合ガスを一方の管口（３１０）を通して混合器に導入するとともに、２０００ｓｃｃｍの水素を対向する管口（３１２）を通して混合器に導入した。混合器の動作温度は約２０゜であり、筒内室の内部の圧力は約１００ｔｏｒｒとした。
【００３４】
［実験例２］
この実験例２の混合装置は、導入されるガスが通る管口の直径が０．０７６インチ（１．９ｍｍ）であることを除いて、実験例１の装置と同様に構成される。
【００３５】
水素（Ｈ₂ ）ガス内に５０ｐｐｍの濃度でアルシン（ＡｓＨ₃ ）を含む６０ｓｃｃｍの混合ガスを一方の管口を通して混合器に導入するとともに、８０００ｓｃｃｍの水素を対向する管口を通して混合器に導入した。混合器の動作温度は約２５゜であり、筒内室の内部の圧力は約７６０ｔｏｒｒとした。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のガスの乱流混合装置およびガスの乱流混合方法によれば、筒内室に混合される複数種のガスを一部は直接衝突させ、また他の部分は渦流を発生させるように、筒内室の閉口端面付近にガス流入口を設け、充分に離れた反対端から混合結果である混合ガスを排出することにしたので、成分濃度がｐｐｍ以下となるような混合および比重が大きく異なるガス同士の混合を効率的に実施して、一様性の良い混合ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の第１実施例の縦方向の断面図である。
【図２】図１の装置の２−２で示す線に沿った縦方向の断面図である。
【図３】図１の装置の３−３で示す線に沿った横方向の断面図によるガスの乱雑混合の一例の説明図である。
【図４】図１の装置の３−３で示す線に沿った横方向の断面図によるガスの乱雑混合の他の例の説明図である。
【図５】本発明の装置の第２実施例の装置の縦方向の断面図である。
【符号の説明】
１００…ガス混合装置、１１２…筒内室、１１４，１１６…ガス導入経路、１１８…混合ガス排出経路、１２０…閉口端面、３１０，３１２，５１０…菅口、３１４…筒内室表面。

Claims (9)

1. ａ）一つの閉口端を備えた筒状内部表面を有する容器であって、前記閉口端は、混合されるガスが前記容器に流入する位置に充分に近く配置され、前記容器の閉口端付近に流れの袋小路が生じることを避ける、前記容器と、
   ｂ）前記容器の前記閉口端の近くに設けられた少なくとも２つの管口あるいは噴射口であって、前記混合されるガスが前記筒状内部に流入し、前記少なくとも２つの管口あるいは噴射口は前記筒状内部表面に配置され、第１の管口あるいは噴射口から流れる第１部分のガスと、第２の管口あるいは噴射口から流れる第２部分のガスとが直接衝突して前記筒状内部でガス成分のフリクション（friction）混合が実行され、更に、前記第１の管口あるいは噴射口の中心軸と、対向する前記第２の管口あるいは噴射口の中心軸が互いにずれており、前記筒状内部で渦流を生じる、前記管口あるいは噴射口と、
   ｃ）混合ガスを排出する少なくとも１つの開口であって、前記開口は、前記管口あるいは噴射口の入口位置から前記筒状内部表面の長さ方向に沿って充分に離れた位置に設置され、成分が好ましい一様性を有したガスを排出し、前記混合装置内のガスの流れ動作の障害となる逆圧が発生しないように十分に寸法が大きい、前記開口と、
   を備える、ガスの乱流混合装置。
2. 前記第１の管口の大きさは前記第２の管口の大きさとは異なる、請求項１記載のガスの乱流混合装置。
3. 前記管口の中心線は、前記筒状内部の長さ方向の中心線を通る面と垂直である、請求項１記載のガスの乱流混合装置。
4. 前記管口の数は２つである、請求項１記載のガスの乱流混合装置。
5. 前記開口と前記開口に最も隣接する前記管口との間の長さと筒状内部の直径との比は少なくとも３：１である、請求項４記載のガスの乱流混合装置。
6. 前記筒状内部の直径は、最大の管口の直径よりも少なくとも５倍以上である、請求項４記載のガスの乱流混合装置。
7. 前記管口の内でより大きな管口の直径とより小さな管口の直径との比は、１：１よりわずかに大きい値から約１００：１の範囲である、請求項４記載のガスの乱流混合装置。
8. ａ）乱流混合が起きる筒状内部へ、混合される単体ガスまたは混合ガスの夫々を管口あるいは噴射口を通して筒状内部へ流入する工程と、
   ｂ）前記筒状内部の表面に沿って夫々の前記管口あるいは噴射口を配置し、前記管口あるいは噴射口の１つから流入した一部のガスまたは混合ガスは、円錐形状ガス流を形成し、対向する他の管口から流入した他のガスまたは混合ガスの円錐形状ガス流状の一部を重なり合って直接衝突し、対向する管口あるいは噴射口から流出したガスの内で重なり合わなかった一部のガスまたは混合ガスを前記筒状内部の表面に向かって流し、前記筒状内部の表面付近で渦流を発生させる工程と、
   ｃ）前記工程ｂ）で生成したガスの混合物を、圧縮性流体を避ける条件下で、所望の成分の一様性を有する混合ガスを得るのに必要な距離だけ前記筒内部を通して流す工程と、
   を備える、ガスの乱流混合方法。
9. 前記工程ｃ）に引き続き、ｄ）前記工程ｃ）で得られた混合ガスを、ガス導入管口の直径と略同一の直径を有する付加管口を通して、前記筒内部の排出口へ向けて流す工程、を更に備える、請求項８記載のガスの乱流混合方法。

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