JP3679636B2

JP3679636B2 - 水分発生用反応炉

Info

Publication number: JP3679636B2
Application number: JP34550098A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 信一池田; 幸司川田; 明弘森本; 幸男皆見; マノハル・Ｌ・シュレスタ; 憲士坪田; 晃央本井傳; 暢平井; 克典米華
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: JP2000169110A

Description

【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於いて利用される水分発生用反応炉の改良に係り、反応炉本体の全体の温度の均一化を図ることにより、水素への着火や逆火、白金コーティング触媒層の剥離等の発生を完全に防止して、安全性の向上や反応炉の長寿命化、コストダウン等を可能とした水分発生用反応炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造に於けるシリコンへの酸化膜付けには、少なくとも１０００ＳＣＣＭ（標準状態において１０００ｃｃ／ｍｉｎ）の流量の高純度水分を必要とする。
これ等の用途に供するため、本願発明者等は先きに図５に示す様な構成の水分発生用反応炉を開発し、ＷＯ９７／２８０８５号としてこれを公開している。
即ち、図５に於いてＡは反応炉本体、１は入口側炉本体部材、１ａはガス供給口、２は出口側炉本体部材、２ａは水分ガス取出口、３は入口側内部空間、４は出口側内部空間、５は入口側反射体、６は出口側反射体、７は金属フィルター、８は白金コーティング触媒層であり、また前記白金コーティング触媒層８は図６に示すように、出口側炉本体部材２の内表面にＴｉＮ等のバリヤー皮膜８ａを設け、その上に、更に白金コーティング皮膜８ｂを積層固着することにより形成されている。
【０００３】
水分の発生に際しては、ガス供給口１ａから予かじめ所定の混合率で混合されたＨ₂とＯ₂の混合ガスＧを反応炉本体Ａ内へ供給する。反応炉本体Ａの入口側内部空間３内へ供給された混合ガスＧは、入口側反射体５及び金属フィルター７によって拡散され、出口側内部空間４内へ流入して白金コーティング皮膜８ｂと接触することにより、Ｏ₂及びＨ₂の反応性が活性化される。
【０００４】
白金コーティング皮膜８ｂとの接触により活性化されたＨ₂とＯ₂とは、約３００℃〜５００℃前後の高温下で反応をし、水分ガス（水蒸気）に転換される。また、発生した水分ガス（水蒸気）は、水分ガス取出口２ａから半導体製造用のプロセスチャンバー（図示省略）等へ供給されて行く。
尚、高温下でＯ₂とＨ₂とを反応させる水分反応炉本体Ａは、その内部空間３・４内の温度をＨ₂又はＨ₂含有ガスの発火温度以下の温度に保持することにより、Ｈ₂とＯ₂の爆発的な燃焼反応を防止つつ適宜の速度で両者を反応させ、所要流量の水分ガスを発生する。
【０００５】
上記図５の反応炉本体Ａは、所望流量の高純度水分を極く小形の反応炉本体Ａでもって連続的に、しかも高反応率の下で簡便に発生させることができ、優れた実用的効用を奏するものである。
しかし、図５のような構成の水分発生炉にも未だ解決すべき多くの問題が残されており、その中でも特に解決を急ぐ問題は、Ｈ₂への着火やガス供給口１ａからの逆火をより完全に防止すると共に、反応炉本体Ａの全体の温度分布を均一化して局部的な温度上昇による白金コーティング触媒層８の剥離を防止すると云う点である。
【０００６】
上述したように、水分発生用反応炉本体Ａの内部空間内の温度は、Ｈ₂又はＨ₂含有ガス最低限界着火温度（約５６０℃、Ｈ₂とＯ₂の混合率に応じて限界着火温度は約５６０℃より上昇する）よりも相当に低い約４５０℃〜５００℃の温度に保持されており、Ｈ₂とＯ₂の爆発的な燃焼反応は抑制されるようになっている。
しかし、水分発生用反応炉Ａの内部空間３・４側の温度を常に完全に前記限界着火温度以下の値に保持することは、現実にはなかなか困難なことであり、上流側炉本体部材１や下流側炉本体部材２等の内壁面の温度が、何等かの原因で局部的に限界着火温度以上に上昇することがある。
【０００７】
尚、万一、前記上流側炉本体部材１や下流側炉本体部材２の内壁面温度が局部的に限界着火温度以上に上昇したとしても、常にＯ₂とＨ₂との爆発的な燃焼反応が生じて逆火を生ずるとは限らず、一般的には着火や逆火を生じないケースが多いが、混合ガスＧ内のＨ₂濃度が特に高い場合には、稀にＨ₂への着火或いは逆火を生ずることがある。
【０００８】
前記Ｈ₂への着火や逆火を生ずる原因、即ち両炉本体部材１・２や金属フィルター７等の局部的で且つ急激な温度上昇を生ずる原因は、不明であって未だ十分にその原因は特定はされていない。
しかし、本願発明者等はこれまでの水分発生用反応炉の製造並びに使用の経験からして、反応炉本体Ａを構成する入口側炉本体部材１の内壁面（ガス供給口１ａ側の炉本体部材の内壁面）や入口側反射体５、出口側反射体６、金属フィルター７等の外表面の金属触媒作用により、混合ガスＧ内のＨ₂とＯ₂が活性化され、前記内壁面等に局部的で且つ急激な温度上昇が生じたことが、Ｈ₂への着火の第１原因であると想定している。
【０００９】
即ち、入口側炉本体部材１や両反射体５・６、金属フィルター７等は全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。そして、これ等各部材の外表面は、通常自然に形成された各種金属の酸化物皮膜や不働態皮膜によって覆われており、これによってステンレス鋼の外表面が本来保持している所謂触媒活性は、抑制されている。
ところが、約４５０℃〜５００℃程度の高温下で、Ｈ₂濃度の高い混合ガスＧ中に前記酸化物皮膜や不働態皮膜が長時間晒されると、酸化物皮膜等がステンレス鋼表面から剥離脱落あるいは還元されて金属外表面が局部的に露出される。その結果、ステンレス鋼外表面の金属触媒活性が発揮され、Ｏ₂とＨ₂との反応が局部的に急速且つ高密度で進行し、これによって反応炉本体Ａの内部空間３・４内の白金コーティング触媒層８を設けた部分以外の部分の局部の表面温度が、Ｈ₂（又はＨ₂含有ガス）の着火限界温度以上に上昇したものと想定される。
【００１０】
尚、前記反応炉本体Ａの内部空間３・４内の局部的な温度上昇を防止するためには、反応炉本体Ａ自体を大形化してその熱容量を増大させると共に、放熱又は冷却装置を設けて反応炉本体Ａの冷却性能の強化を図るのが通常の方策である。
しかし、半導体製造装置は一般にクリーンルーム内に設置されるものであり、その設置スペースを大きく取ることは困難である。そのため、半導体製造装置に付随する水分発生用反応炉もその小型化に対する要求が特に厳しく、反応炉本体Ａの大型化や冷却装置の増強を以って、上述の如き水分発生用反応炉の内部に於ける局部的な温度上昇を防止しようとする方策は、現実的に採用が不可能な状態にある。
【００１１】
また、従前の図６に示すような構造の水分発生用反応炉に於いては、入口側炉本体部材１の内壁面には白金コーティング触媒層８を設けず、入口側内部空間３を混合ガスＧの拡散用空間として活用している。その結果、反応炉本体Ａの内部空間３・４の大きさが相対的に大きくなると共に、Ｈ₂とＯ₂との反応が主として白金コーティング触媒層８を設けた出口側内部空間４内に於いて行なわれるため、出口側炉本体部材２や出口側反射体６の温度が入口側炉本体部材１や入口側反射体５の温度よりも高かくなり、反応炉本体Ａの温度分布が不均一になり易い。
【００１２】
即ち、反応炉本体Ａの内部空間３・４が大きいと、反応炉本体Ａの小形化を図り難いうえ、必然的に水分発生開始時の応答性が低下すると共に、混合ガスＧの混合比を変えたような場合には、ガスＧの置換性が低下する。
また、反応炉本体Ａの温度分布が不均一になり易いと、どうしても出口側炉本体部材２の温度が上昇し易くなり、局部的な温度上昇による白金コーティング触媒層８の剥離が生じ易くなる。
更に、白金コーティング触媒層８の形成可能な面積が出口側炉本体部材２の内壁面に限定されることにより、白金コーティング触媒層８の単位面積当りの負荷密度が高かくなり、そけだけ白金コーティング触媒層８が厳しい条件下で使用されることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の水分発生用反応炉に於ける上述のような問題、即ち▲１▼反応炉本体Ａを構成する入口側及び出口側炉本体部材１・２の内部空間内の温度をＨ₂又はＨ₂含有ガスの限界着火温度よりも相当に低い温度に保持していても、Ｈ₂濃度の高かい混合ガスを使用している場合には、水分の発生中にＨ₂への着火又は逆火を生ずることがあること、▲２▼反応炉本体Ａの温度分布が不均一になり易く、出口側炉本体部材２の中央部の温度が上昇し易いこと、▲３▼反応炉本体Ａの内部空間の容積の減少が困難で、応答性や混合ガスの置換性の向上を図り難いこと及び▲４▼白金コーティング触媒層８の形成面積が限定され、白金コーティング触媒層８の負荷分担が相対的に高かくなること等の問題を解決せんとするものであり、反応炉本体Ａを大形化してその熱容量の増大を図ったり、或いは反応炉本体Ａの冷却装置を大形化してその冷却能力を大幅に高めるような方策によらず、しかも水分発生用反応炉の運転中に於けるＨ₂への着火や逆火の発生を完全に防止できると共に、反応炉本体Ａの温度分布の均一化や応答性及びガス置換性の向上、白金コーティング触媒層８の負荷条件の緩和等を可能にした水分発生用反応炉を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、従前の水分発生用反応炉に於けるＨ₂への着火や逆火の発生原因を究明する過程を通して、前記着火や逆火を生ずる原因が「反応炉本体の内部空間側の金属外表面に形成されていた酸化物皮膜等の剥離脱落により、金属表面の触媒活性が発揮され、この金属表面の触媒活性によってＯ₂とＨ₂の反応が局部的に急激にしかも高密度で進行し、金属表面の温度が部分的にＨ₂含有ガスの限界着火温度以上に上昇したことによる。」ことを知得した。
また、本願発明者等は、「反応炉本体Ａ内の入口側内部空間３や入口側反射体５、金属フィルター７等を除いても、高い反応率でもって水分の発生が可能である。」ことを知得した。
【００１５】
本発明は、本願発明者等の上記知見に基づいて創作されたものであり、請求項１の発明は、ガス供給口を有する入口側炉本体部材と、水分ガス取出口を有する出口側炉本体部材と、前記両炉本体部材を組み合せして成る反応炉本体の内部空間内に設けた１枚の反射体と、入口側炉本体部材の内壁面及び出口側炉本体部材の内壁面に夫々形成した白金コーティング触媒層とから形成され、ガス供給口から反応炉本体の内部空間内へ供給した水素と酸素を前記白金コーティング皮膜層に接触させてその反応性を活性化させることにより、水素と酸素とを非燃焼の状態下で反応させて水を発生させるようにした水分発生用反応炉において、前記反射体の外表面に酸素及び水素に対する触媒活性を有しない非触媒性のＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、Ｃｒ ₂ Ｏ ₃ 、ＳｉＯ ₂ 、ＣｒＮの中の何れかから成るバリヤー皮膜を形成し、更に前記入口側炉本体部材のガス供給口の中心から少なくとも半径約１０ｍｍの範囲内の内壁面には、白金コーティング触媒層を形成するバリヤー皮膜のみを設けて白金コーティング皮膜を設けないようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、反射体を反応炉本体の内部空間の内径より小さな外径のディスク体とするようにしたものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、反射体を、水素及び酸素に対して触媒活性を有しない非触媒性の鉄−クロム−アルミ合金、アルミ合金、銅合金の中の何れかから形成するようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る水分発生用反応炉の断面図である。図１に於いてＡは反応炉本体、Ｇは混合ガス、Ｖは内部空間、Ｌは隙間、１は入口側炉本体部材、１ａはガス供給口、１ｂは接続用金具、２は出口側炉本体部材、２ａは水分ガス取出口、２ｂは接続用金具、８は白金コーティング触媒層、８ａはバリヤー皮膜、８ｂは白金コーティング皮膜、９は反射体、１０は反射体のバリヤー皮膜、１１はスペーサー、１２は溶接部、１３は固定ボルト、１４は取付用ボルト孔、１５はシース型温度計の取付孔である。尚、図では省略されているが、固定ボルト１３及びスペーサー１１の外表面にもバリヤー皮膜が形成されている。
【００２２】
本発明に係る水分発生用反応炉本体Ａはステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の入口側炉本体部材１と出口側炉本体部材２とを溶接することにより、円形の中空デスク状に形成されている。
前記入口側炉本体部材１には、その内部に底面が平面状の窪部が設けられており、ガス供給口１ａが窪部内へ連通されている。また、出口側炉本体部材２には、内部に底面が平面状の窪部が設けられており、水分ガス取出口２ａが窪部内へ連通されている。更に、両本体部材１・２の内側外周端面にはフランジ体が夫々形成されており、両フランジ体を気密状に溶接固定することにより、水分発生用反応炉本体Ａが構成されている。
【００２３】
前記反射体９は薄い皿形に形成されており、入口側炉本体部材１のガス供給口１ａと対向する位置に、固定用ボルト１３によりスペーサー１１を介設して出口側炉本体部材へ固定されている。
尚、図１の実施形態に於いては、反射体９をボルト１３により出口側炉本体部材２へ固定するようにしているが、入口側炉本体部材１側へ固定するようにしてもよく、或いは溶接により出口側炉本体部材２又は入口側炉本体部材１へ固定するようにしてもよい。本実施形態では、ボルト１３の頭部が締め込み後にスポット溶接され、所謂緩み止め処理が行なわれている。
また、本発明の水分発生用の反応炉本体Ａでは、後述するように反射体９の外表面にバリヤー皮膜１０が形成されている。
更に、図１の実施形態では反射体９を皿形に形成しているが、反射体９の形態は、内部空間Ｖ内へ流入した混合ガスが未反応のままで、直接に水分ガス取出口２ａ内へ流入するのを防止できるものであれば、如何なるものであってもよいことは勿論であり、例えば、後述する図４に示した第２実施形態の反射体９のように比較的厚いディスク体としてもよい。
【００２４】
ガス供給口１ａを通して反射体９へ向けて噴射された混合ガスＧは、反射体９へ衝突したあと内部空間Ｖ内で拡散され、拡散された混合ガスＧは、白金コーティング触媒層８の全面に亘って均等に衝突接触することにより所謂触媒活性化されＨ₂とＯ₂とが反応することにより水分ガスが生成される。また、内部空間Ｖ内に形成された水分ガスは、反射体９の裏面側の隙間Ｌを通して水分ガス取出口２ａへ導出されて行く。
【００２５】
前記白金コーティング触媒層８はＳＵＳ３１６Ｌ製の入口側炉本体部材１と出口側炉本体部材２の内表面の全域に形成されており、図２に示す如く各炉本体部材１・２の内表面にＴｉＮ製のバリヤー皮膜８ａを形成したあと、当該バリヤー皮膜８ａの上に白金コーティング皮膜８ｂが形成されており、前記バリヤー皮膜８ａと白金コーティング皮膜８ｂとによって本発明に係る白金コーティング触媒層８が構成されている。
前記白金コーティング皮膜８ｂの厚さは０．１μｍ〜３μｍ位いが適当であり、本実施態様に於いては約１μｍの厚さの白金コーティング皮膜８ｂが形成されている。また、バリヤー皮膜８ａの厚さは０．１μｍ〜５μｍ程度が最適であり、本実施態様では約２μｍの厚さのＴｉＮ製のバリヤー皮膜が形成されている。
【００２６】
本発明の実施形態に於いては、白金コーティング触媒層８を形成する入口側及び出口側炉本体部材１・２だけでなく、反射体９の外表面にもＴｉＮ製のバリヤー皮膜１０が形成されている。図３は反射体９の外表面のバリヤー皮膜１０の形成状態を示すものである。
即ち、各バリヤー皮膜８ａ・１０の形成に際しては、先ず、入口側炉本体部材１や出口側炉本体部材２、反射体９等の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８ａ・１０の形成を行なう。本実施態様に於いてはイオンプレーティング工法により厚さ約２μｍのＴｉＮ製バリヤー皮膜８ａ・１０を形成している。
【００２７】
前記バリヤー皮膜８ａ・１０の材質としてはＴｉＮの外にＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等を使用することが可能である。非触媒性であり、しかも耐還元性及び酸化性に優れているからである。
また、バリヤー皮膜８ａ・１０の厚さは前述の通り０．１μｍ〜５μｍ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虞れがあるからである。
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工法以外に、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。
【００２８】
前記入口側炉本体部材１と出口側炉本体部材２の方は、バリヤー皮膜８ａの形成が終わると、引き続きその上に白金コーティング皮膜８ｂを形成する。本実施態様に於いては、イオンプレーティング工法により厚さ約１μｍの白金コーティング皮膜８ｂを形成している。
前記白金コーティング皮膜８ｂ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、白金コーティング皮膜８ｂの形成費が高騰するうえ、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。
また、白金コーティング皮膜８ｂの形成方法は、イオンプレーティング工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８ａがＴｉＮ等の導電性のある物質の時にはメッキ法も使用可能である。
【００２９】
前記図１に示した第１実施形態に於いては反射体９を形成する素材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用しているが、これを例えば鉄−クロム−アルミ合金やアルミ合金、銅合金等のＨ₂やＯ₂に対して所謂触媒活性を有しない材質の素材を使用するようにしてもよい。この場合には、白金コーティング触媒層８を設けた部分以外では、Ｈ₂やＯ₂が水分の発生中に活性化されることが無くなり、反射体９の表面が触媒作用を呈することにより、Ｏ₂とＨ₂の反応が起生して局部的な温度上昇が起ることは皆無となる。
【００３０】
尚、前記反射体９にステンレス鋼やニッケル合金鋼、ニッケル鋼以外の金属表面の触媒活性を有しない金属（例えば鉄−クロム−アルミ合金）を使用した場合には、これ等の外表面に内部ガスや内部金属組成材の外部への放出を防止するための適宜の表面処理を施す方が望ましい。また、前記表面処理としては、例えば図１の第１実施形態に於いて使用したＴｉＮ等の非触媒性で且つ耐食性、耐還元性及び耐酸化性に優れたバリヤー皮膜を形成するようにしてもよい。
【００３１】
図４は本発明の第２実施形態を示すものであり、反射体９を比較的厚目のディスク状としている点及び入口側炉本体部材１のガス供給口１ａの近傍の白金コーティング皮膜８ｂを除いている点が、前記図１に示した本発明の第１実施形態と異なっている。
【００３２】
即ち、当該第２実施形態に於いては、入口側炉本体部材１のガス供給口１ａ中心から少なくとも半径１０ｍｍ位の範囲、望ましくは半径１５〜２５ｍ位の範囲の白金コーティング皮膜８ｂが除かれており、バリヤー皮膜８ａのみが形成されている。ガス供給口１ａの入口近傍で水分発生反応が活発に行なわれると、入口側接続用金具等の温度が上昇し過ぎるからである。
尚、出口側炉本体部材２の方は、水分ガス取出口２ａの内方まで白金コーティング皮膜８ｂを設けていても温度が上昇し過ぎることはない。既に大部分の水分発生反応が完了しており、反応熱が反応炉本体他の部分に於いて吸収されてしまっているからである。
【００３３】
【実施例】
図１の水分発生用反応炉に於いて、反応炉本体Ａの外形１１４ｍｍφ、厚さ３０ｍｍ、内部空間Ｖの厚さ１０ｍｍ、内径１０８ｍｍφ、反射体９の厚さ２ｍｍ、外径１００ｍｍφ、白金コーティング触媒層８を（５μｍＴｉＮバリヤー皮膜８ａ＋０．３μｍ白金コーティング皮膜８ｂ）、反射体９のバリヤー皮膜１０をＴｉＮ皮膜（５μｍ）とし、Ｈ₂２０％リッチの混合ガスＧを供給して１００時間の連続的な水分発生試験（水分発生量１０００ＳＣＣＭ）を行なった。
【００３４】
入口側炉本体部材１及び出口側炉本体部材２の外表面に於ける温度は３５０℃〜４００℃であり、且つ入口側炉本体部材１のシース型温度計（挿入深さ約３０ｍｍ、角度９０°ピッチで４本挿入）の読みは４００℃〜４５０℃であった。
また、１００時間の連続水分発生試験中Ｈ₂ガスへの着火や逆火は皆無であり、且つ白金コーティング触媒層８の局部的な剥離も皆無であった。
更に、水分発生ガス中の未反応Ｏ₂及び未反応Ｈ₂の量は極く僅かであり、約９９．９％以上のＨ₂とＯ₂の反応率が得られた。
【００３５】
請求項１の発明に於いては、反応炉本体を形成する入口側炉本体部材と出口側炉本体部材の両方の内壁面に白金コーティング触媒層を形成すると共に、反応炉本体の内部空間内に、外表面に酸素及び水素に対して触媒活性を有しないバリヤー皮膜を形成した１枚の反射体を設け、更に、前記入口側炉本体部材のガス供給口の中心から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内の内壁面には、白金コーティング触媒層を構成するバリヤ皮膜のみを設けて白金コーティング皮膜を設けない構成としている。その結果、反応炉本体内における触媒作用を有する金属外表面の露出が皆無となり、Ｈ₂濃度の高い混合ガスを用いて長期に亘って水分発生を行っても、前記白金コーティング触媒層以外の部分の金属表面の触媒作用によってＯ₂とＨ₂が局部的に激しく反応することが皆無となる。これによって従前のようなＨ₂ への着火や逆火の発生がより完全に防止される。
【００３６】
また、入口側炉本体部材と出口側炉本体部材の両方の内壁面に白金コーティング触媒層を設けているため、Ｈ₂とＯ₂との反応が内部空間Ｖの全域に亘って略均等に行なわれ、その結果、水分発生用反応炉本体の温度分布がその全体に亘って均等となる。これにより、反応炉本体の内部空間内に於ける局部的な異常温度上昇が防止され、前記Ｈ₂ガスへの着火や逆火の発生が有効に防止される。
そのうえ、両炉本体部材の内壁面に白金コーティング皮膜層を形成しているため、白金コーティング皮膜層の形成面積を従前の反応炉に比べて大きくとることができ、水分発生量が同一である場合には白金コーティング皮膜層にかかる触媒負荷の分担を比較的小さくすることができる。これにより、白金コーティング皮膜層の剥離等が発生し難くなる。
【００３７】
更に、反応炉本体の内部空間内には薄い反射体を１枚入れるだけでよいため、当該内部空間の内容積をより小さくすることができる。その結果、水分発生の応答性や混合ガス切換時のガス置換性が大幅に向上すると共に反応炉本体の小形化が可能となる。
【００３８】
加えて、本発明の水分発生反応炉に於いては、大流量の水分発生を行っても、入口側炉本体部材のガス供給口近傍の温度が過度に上昇することは無く、安全に大流量の水分を発生させることができる。
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】本発明の実施形態に係る水分発生用反応炉本体の縦断面図である。
【図２】白金コーティング皮膜の形成状態を示す部分縦断面図である。
【図３】バリヤー皮膜の形成状態を示す部分縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る水分発生用反応炉本体の縦断面図である。
【図５】従前の水分発生用反応炉本体の縦断面図である。
【図６】図５の白金コーティング皮膜層の形成状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ａは反応炉本体、Ｈ₂は水素ガス、Ｏ₂は酸素ガス、Ｇは混合ガス、Ｖは内部空間、Ｌは隙間、１は入口側炉本体部材、１ａはガス供給口、１ｂは接続用金具、２は出口側炉本体部材、２ａは水分ガス取出口、２ｂは接続用金具、８は白金コーティング触媒層、８ａはバリヤー皮膜、８ｂは白金コーティング皮膜、９は反射体、１０は反射体外表面のバリヤー皮膜、１１はスペーサ、１２は溶接部、１３は固定ボルト、１４は取付用ボルト孔、１５はシース型温度計の取付孔。

Claims

ガス供給口を有する入口側炉本体部材と、水分ガス取出口を有する出口側炉本体部材と、前記両炉本体部材を組み合せして成る反応炉本体の内部空間内に設けた１枚の反射体と、入口側炉本体部材の内壁面及び出口側炉本体部材の内壁面に夫々形成した白金コーティング触媒層とから形成され、ガス供給口から反応炉本体の内部空間内へ供給した水素と酸素を前記白金コーティング皮膜層に接触させてその反応性を活性化させることにより、水素と酸素とを非燃焼の状態下で反応させて水を発生させるようにした水分発生用反応炉において、前記反射体の外表面に酸素及び水素に対する触媒活性を有しない非触媒性のＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、Ｃｒ ₂ Ｏ ₃ 、ＳｉＯ ₂ 、ＣｒＮの中の何れかから成るバリヤー皮膜を形成し、更に前記入口側炉本体部材のガス供給口の中心から少なくとも半径約１０ｍｍの範囲内の内壁面には、白金コーティング触媒層を形成するバリヤー皮膜のみを設けて白金コーティング皮膜を設けないようにしたことを特徴とする水分発生用反応炉。
反射体を、反応炉本体の内部空間の内径より小さな外径のディスク体とするようにした請求項１に記載の水分発生用反応炉。
反射体を、水素及び酸素に対して触媒活性を有しない非触媒性の鉄−クロム−アルミ合金、アルミ合金、銅合金の中の何れかから形成するようにした請求項１に記載の水分発生用反応炉。