JP6426006B2 - 固体気化装置 - Google Patents
固体気化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6426006B2 JP6426006B2 JP2015000671A JP2015000671A JP6426006B2 JP 6426006 B2 JP6426006 B2 JP 6426006B2 JP 2015000671 A JP2015000671 A JP 2015000671A JP 2015000671 A JP2015000671 A JP 2015000671A JP 6426006 B2 JP6426006 B2 JP 6426006B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- heating
- solid
- raw material
- high temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 143
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 title description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 307
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 110
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 68
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 45
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 43
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 34
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical group [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910000039 hydrogen halide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012433 hydrogen halide Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 3
- UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K gallium trichloride Chemical compound Cl[Ga](Cl)Cl UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- -1 zirconum Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical compound Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001101998 Galium Species 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/80—Other features with arrangements for preheating the blast or the water vapour
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/74—Construction of shells or jackets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
- C23C16/4488—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by in situ generation of reactive gas by chemical or electrochemical reaction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/092—Wood, cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/12—Heating the gasifier
- C10J2300/1253—Heating the gasifier by injecting hot gas
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
- Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Description
本発明は、加熱したガスを固体に吹き付け、接触させて固体の元素を含むガスを生成する固体気化装置に関するものである。
金属元素を含む膜を基板の上に成長させるとき、有機金属ガスを用いるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）の方法がある。この方法では、用いられる有機金属が液体であるとき、バブリング法でミストにした有機金属をキャリアーガスで輸送して反応室に供給する。また、ＭＯＣＶＤに対比される方法として、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｖｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）がある。この方法は、金属を高温において、例えば、塩化水素と反応させて、高温のまま基板まで金属塩化物として輸送し、加熱した基板の上で他のガスと反応させて化合物の薄膜を成長させる。つまり、ＨＶＰＥは、高速で大量の原料金属を膜成長反応装置に輸送できるため、高速の成長が可能となる。
上記について一例を挙げて説明する。加熱した石英管の中にＧａの金属をいれた皿を置き、塩化水素を通じてＧａの塩化物ＧａＣｌ３を発生させ、それを下流の高温部まで高温を維持したまま輸送させる（ここでは高温輸送を呼ぶことにする）。同時に、同石英管にアンモニアＮＨ３を通じると、下流の高温部に置いた基板の上にＧａＮの結晶が成長する（例えば、非特許文献１および特許文献１参照）。
また、合成されたＧａの塩化物ＧａＣｌ３を７８℃以上の温度で溶融させ、これをバブリングさせて１３０℃程度の温度を維持したまま高温輸送するという方法もある（例えば、特許文献２参照。）。このＨＶＰＥ反応系では、反応ガスの中に有機物が無いため、高純度の成膜が広い温度条件で可能である。また、大量のキャリアーガスを用いないため、有機金属を原料に用いるＭＯＣＶＤに比べて１０倍以上の高速成長が可能となる。
しかし、商業規模のＧａＮの結晶成長技術としては、室温領域でガスを輸送できるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）の方が、ＨＶＰＥよりも市場を実際に支配している。仮に、原料固体に高温ガスを効率よく接触させて、原料固体の成分を含むガスを発生させる装置または部品があって（以後、固体気化装置とよぶ）、発生ガスを高温に維持したまま輸送し、他の場所で他の高温に加熱したガスと混合して接触させる安価で小型の装置または部品（以後、加熱ガス接触装置とよぶ）があれば、ＨＶＰＥ装置の構造を簡単にできる。
固体気化装置に関する発明としては、特許文献３がある。特許文献３に記載の技術は、固体を加熱して、そこにガスを供給して、固体の元素成分を含むガスを発生させる装置であるが、固体自身をランプで加熱する構造であり、装置が大がかりで構造が複雑である。また、発生ガスの供給を開閉するための機械的に動く機構があるため、さらに構造を複雑にしている。しかしながら、実用上は、構造を小型にして簡単にしたい。
以上、固体気化装置の構造を簡単にすることが本発明の出発点である。
ここで、簡単な構造の小型で安価な固体気化装置があると、別な産業への応用があるため、この装置は産業上重要である。固体が有機物で高温加熱ガスが過熱スチームのとき、固体気化装置はメタンガスＣＨ４と水素Ｈ２を発生させる。１０００℃のメタンＣＨ４と１０００℃の過熱スチームを加熱ガス接触装置で接触させると、反応して、水素と２酸化炭素のガスが発生する。即ち、固体気化装置は、有機物を分解して、水素やメタンを発生させる装置となるため、有機物から再生可能エネルギーを取り出す装置やシステムのための部品として利用することができる。つまり、高温に加熱したガスと固体を接触させてガスを発生させる装置は、ＨＶＰＥの産業分野だけでなく、巨大市場の再生可能エネルギーを取り出す産業にとって有効である。
ここで、簡単な構造の小型で安価な固体気化装置があると、別な産業への応用があるため、この装置は産業上重要である。固体が有機物で高温加熱ガスが過熱スチームのとき、固体気化装置はメタンガスＣＨ４と水素Ｈ２を発生させる。１０００℃のメタンＣＨ４と１０００℃の過熱スチームを加熱ガス接触装置で接触させると、反応して、水素と２酸化炭素のガスが発生する。即ち、固体気化装置は、有機物を分解して、水素やメタンを発生させる装置となるため、有機物から再生可能エネルギーを取り出す装置やシステムのための部品として利用することができる。つまり、高温に加熱したガスと固体を接触させてガスを発生させる装置は、ＨＶＰＥの産業分野だけでなく、巨大市場の再生可能エネルギーを取り出す産業にとって有効である。
しかしながら、ガスを瞬時に高温に加熱するのは容易でないため、従来の装置では大型になってしまうという問題があった。具体例を示すと、実用化されている従来方法は、細い金属パイプを束ねて、それに高温にしたい原料を通じて、この金属パイプを誘導加熱して、金属パイプから熱を伝えてガスを作り出す方法である。この方法は、７００℃程度の高温のスチーム（これを過熱スチームと呼ぶことがある）を作る方法として利用されているが、この装置は数メートル四方の大型装置となり扱いにくく、数千万円から数億円と値段も高額である。
従来方法の他の例としては、加熱したい材料を通した金属パイプを外から火焔で加熱する方法がある。この方法は、簡単な方法であるため、歴史は長いが、効率がよくないために、装置が大型化するという問題がある。また、ガスの温度の制御が精密でないという欠点がある。
これらの従来方法と違う方法で、高温のガスを瞬時に作り出す小型装置の発明が既にある（例えば、特許文献４、５参照。）。この発明は、ガスを細い溝を通過させて高速ガスを作り、それを高温にした金属壁に衝突させて、瞬間に高温ガスを作り出す原理を用いた熱交換装置である。この装置を部品として利用すれば、装置を大型にすることなく、原料固体と高温ガスを接触させて、原料元素を含むガスを発生させること（固体気化）ができる。
本発明は、固体に高温ガスを接触させ、ガスを取り出す固体気化装置の簡易化とそれを利用した装置に関する。この発明は、ガスで固体を加熱するため、断熱性の固体の粒やチップであっても、ガスが侵入して、全体を加熱できる特性を持つ。そのため、器壁からの熱伝達では加熱しにくい原料を加熱するのに本発明装置は好適である。
「ボイド形成剥離法によるＧａＮ基板」Ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ ＧａＮ ｗａｆｅｒｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｖｏｉｄ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ 日立電線 Ｎｏ.２６（２００７−１）ｐ３１
原料固体と加熱ガスとを反応させて、発生させた原料元素を含むガス（ここではこれを、固体気化ガスと呼ぶことにする）を効率よく小型の装置で発生させて、使用したい。使用したいガスの貯蔵または漏えいが危険なときは、貯蔵はしたくない。貯蔵は、しばしば堅牢な金属容器を使用するので重たくなり、大型になる。当然、安全管理の法令で使用の方法と設備が厳重に規制される。そのため、使用するときだけ、当該ガスを貯蔵できる安全な固体から発生させて使用したい。つまり、使用するときだけ、使用する量のガスを固体から発生させること（これを固体気化とよぶことにする）に関してのニーズがある。
原料固体を高温にして蒸発させ、または、反応可能なガスを反応生成室の固体に接触させて気化させる方法（特許文献３に記載の方法）は、本発明の基本課題の解決案の候補である。固体気化によるガスを実際に利用するためには、反応を開始したり、停止させたりする切り替えが必要である。特許文献３では、固体気化ガスの流路を高温雰囲気中において、メカニカルな構造で開閉させる方法をとっている。そのため、原料固体自体を加熱することと、メカニカルな高温の流路開閉の方法は装置の構造を複雑にしている。また、原料自体を加熱する方法では、固体気化ガスの量が原料固体の減少に伴い減少する。そのため、本発明の課題は、原料固体の残料に依存しない固体気化ガス量を得る加熱方法である。
課題の二つ目は、安価な小型の構造で、固体気化ガスを生成することである。この解決は、実用面からも重要である。固体気化ガスは、反応の結果、得られるガスであるため、その成分は単一とは限らない。また、蒸気圧の低い成分は、装置内部の冷えた配管や反応室内壁に付着して、配管を詰まらせて装置を停止させることも想定される。さらに、これが再び気化すると出力としての固体気化ガス成分の組成が経時変化する課題が生じる。
この詰まりと詰まり成分の存在は第３の課題である。装置が停止したり、メンテナンスのために休止すると、装置の減価償却費が会計上の損金になる。これが、実用化の深刻な課題である。実際、原料固体が木片で加熱ガスが十分に高温でない過熱スチームにより水素を固体気化ガスとして取り出す装置では、発生した蒸気圧が低い成分がタールとして溜まり、配管を詰まらす。これがバイオマスエネルギーの実用化の妨げになっている。
本発明は、装置の構造に特徴を有する。本装置は請求項１に記載のように、ヒートビーム流体熱交換装置が密閉ケースに収納された加熱第１ガス生成装置と、原料固体が収納される反応室が断熱材で断熱され密閉ケースに収納された固体気化室と、高温ガス接触室と、第２ガス生成装置とを備え、前記ヒートビーム流体熱交換装置は加熱第１ガス入口と加熱第１ガス出口とを有し、前記反応室は加熱ガス入口と生成ガス出口とを有し、前記高温ガス接触室は高温ガス接触室入口と第２加熱ガス入口と高温ガス接触室出口とを有し、前記第２ガス生成装置は加熱第２ガス入口と加熱第２ガス出口とを有し、前記加熱第１ガス出口と前記加熱ガス入口とが結合されており、前記生成ガス出口と前記高温ガス接触室入口とが結合されており、前記第２加熱ガス入口と前記加熱第２ガス出口とが結合されており、前記加熱第１ガス生成装置は出口フランジを有し、前記固体気化室は入口接続フランジと出口接続フランジとを有し、前記高温ガス接触室は生成ガス入口接続フランジと加熱第２ガス導入フランジとを有し、前記第２ガス生成装置は加熱第２ガス出口フランジを有し、前記出口フランジは前記入口接続フランジに接続され、前記出口接続フランジは前記生成ガス入口接続フランジに接続され、前記加熱第２ガス導入フランジは前記加熱第２ガス出口フランジに接続されており、前記固体気化室はヒーターを備えておらず、前記反応室で、前記原料固体に前記ヒートビーム流体熱交換装置で生成した第１の加熱ガスを前記加熱ガス入口から吹き付けて前記原料固体に垂直に衝突させ当該原料固体の表面を加熱すると同時に、当該加熱により前記原料固体と前記第１の加熱ガスとを反応させて、前記原料固体の元素を含む生成ガスを発生させ、前記高温ガス接触室で、前記高温ガス接触室入口から輸送された前記生成ガスに前記第２加熱ガス入口から導入された第２の加熱ガスを接触させ、反応させて前記原料固体の元素を含む固体気化ガスを生成し、前記固体気化ガスを高温のまま輸送し使用し、前記原料固体が、ガリューム、シリコン、インジューム、アルミニューム、亜鉛、チタン、タンタル、ジルコニューム、木片、紙、肉、または油脂であることを特徴とする固体気化装置である。
請求項３に係る発明は、前記第１および第２の加熱ガスがスチーム、水素、ハロゲン化水素、空気、炭化水素の群から選ばれる１または２以上のガスを含むことを特徴とする上記の請求項に記載の固体気化装置である。
請求項４に係る発明は、前記ヒートビーム流体熱交換装置と前記反応室とがシリコンカーバイド、炭素の焼結材、シリコンと炭素の焼結材、またはセラミックスで構成されていることを特徴とする上記の請求項に記載の固体気化装置である。
請求項５に係る発明は、前記加熱ガスの温度が１１００℃までの高温ガスであることを特徴とする上記の請求項に記載の固体気化装置である。
請求項１に係る発明によれば、原料固体の残量に依存しない原料固体の気化が可能になる。原料を断熱した連続容器にいれて、原料を連続供給させると、発生量の安定した固体気化が可能になる。これは連続商業運転では重要である。原料固体を加熱ガスで加熱するため、原料を直接加熱するより装置構造が簡単になる。高温の加熱ガスは、反応室内壁を加熱するので生成ガスの固着を防止できる。原料固体は断熱された反応室にあるため、放熱によるエネルギーの散逸が少ない。また、原料固体に直接に加熱ガスが触れるため、原料固体と反応室の壁との接触による反応が抑えられる。第２の加熱ガスにより、第１の加熱ガスによって生成された生成ガスを再反応させるため、設定温度に応じて最終の固体気化ガスの成分を制御できる。特に、冷えた配管に固体成分が付着するのを防止して、配管の詰まりを無くする。これは装置の連続運転を可能にさせる方法であり、経済利益を最大化させる。
また、原料固体の種類に応じて応用できる産業分野が広がる。ガリュームの金属が原料固体ならガリュームを含む気体、例えば、塩化ガリュームを生成できる。これを高温輸送して加熱したアンモニアと基板の上で反応させると、ＧａＮの結晶膜を形成できる。原料固体がシリコンのときは、加熱ガスとして塩酸を選ぶと、塩化シリコンを生成できる。これを高温輸送して基板の上で加熱水素と反応させると、シリコン結晶膜を形成できる。原料固体がチタンのときは、加熱ガスとして塩酸を選ぶと、塩化チタンを生成できる。これを高温輸送して基板の上で加熱窒素と反応させると、窒化チタン膜を形成できる。
請求項３に係る発明によれば、前記加熱ガスの種類に応じて応用できる産業分野が広がる。加熱ガスがスチームで、その温度が８００℃以上のとき、例えば、有機物である木片を原料固体とすると、水素と二酸化炭素、メタンを主成分とするガスを生成できる。加熱ガスがスチームで、その温度が７００℃以下の温度のときは、例えば、木片を原料固体とすると、水素と二酸化炭素、一酸化炭素、メタンを主成分とするガスを生成できる。加熱ガスがスチームと空気の混合ガスで、その温度が７００℃を超えるときは、例えば、油脂を原料固体とすると、燃えて自己発熱すると同時に水素と二酸化炭素、メタンを生成できる。
請求項４に係る発明によれば、前記熱交換装置の熱交換器と前記反応室がシリコンカーバイドのときに、加熱ガスの温度を１０００℃にまで高温にすることができる。加熱ガスがスチームのときは、例えば、木片を原料固体とすると、水素と二酸化炭素を主成分とする生成ガスを生成できる。金属では、この温度において水素が金属組織を腐食するため、寿命が短いが、セラミックスでは高温保持可能となる。
請求項５に係る発明によれば、前記加熱ガスの温度が低くとも１１００℃までの高温ガスにできる。前記熱交換装置の熱交換器と前記反応室とを例えば、アルミナで構成すると、導入ガスが炭化水素とスチームの混合ガスのとき、１０００℃の熱交換装置の中で水素と二酸化炭素が生成される。即ち、水素を別に用意しなくても、熱交換装置の中で水素を生成させて原料固体に水素を接触させることができる。
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
＜実施形態＞
図１に本発明で用いるヒートビーム流体熱交換装置の熱交換器構造に関する原理図を示す。図１に基づく熱交換装置を、ここでは以後ヒートビーム流体熱交換装置と呼ぶことにする。ヒートビーム流体熱交換装置は株式会社フィルテック（東京都文京区本郷７−３−１東京大学アントレプレナープラザビル）が製造販売している（インターネット：＜ＵＲＬ：http://www.philtech.co.jp/products_services/index.html＞）。
図１に本発明で用いるヒートビーム流体熱交換装置の熱交換器構造に関する原理図を示す。図１に基づく熱交換装置を、ここでは以後ヒートビーム流体熱交換装置と呼ぶことにする。ヒートビーム流体熱交換装置は株式会社フィルテック（東京都文京区本郷７−３−１東京大学アントレプレナープラザビル）が製造販売している（インターネット：＜ＵＲＬ：http://www.philtech.co.jp/products_services/index.html＞）。
例えば、２．５ｋＷのＳｉＣ電気ヒーターを備えた当該流体熱変換装置は、室温の窒素ガスを１１００℃までに加熱して７０ＳＬＭの流量で発射できる能力を持つ。当該ヒートビーム流体熱交換装置の大きさは長さ３２６ｍｍで小型である。
図２に図１の流体熱交換器に加熱ヒーターを設けた当該ヒートビーム流体熱交換装置の構造を模式的に示す。以下、当該ヒートビーム流体熱交換装置の原理を説明する。
当該ヒートビーム流体熱交換装置の熱交換器２００は、ガスの流路に縦溝２０１と横溝２０２とを有しており、細い縦溝２０１でガスを高流速とする。高流速のガスは、横溝２０２の壁に衝突し、熱交換を行う。この原理は、効率の高い熱交換の原理であるため、この熱交換構造を多数備えた熱交換装置は、高い効率でガスの温度を加熱または冷却できる装置となる。
次に、ヒーター２０３、２０４によって、ヒートビーム流体熱交換器２００に注入された熱は効率よくガス入口２０５から導入した導入ガス２０７に伝わり、加熱ガス出口２０６から加熱ガス２０８が発射される。
特許文献４、５の発明によれば、上記ヒートビーム流体熱交換器２００は、金属であっても、セラミックス、複合材であってもよく、接触させるガスの種類と温度により適宜に選択できる。また、上記ヒートビーム流体熱交換器２００の形状は、平面状であっても、シリンダー状であってもよい。さらに、上記ヒートビーム流体熱交換器２００の流路は、溝であっても、孔の形状であってもよく、その数は自由に設計できる。
図３は、固体気化装置の基本構造を模式的に描いたものである。
当該基本構造は、図２のヒートビーム流体熱交換装置２００に原料固体を収納する反応室３００を結合して備える。また、加熱ガス出口２０６と加熱ガス入口３０１とが結合されている。反応室３００は、断熱材３０２で保温されていて、熱の散逸を抑える。ヒートビーム流体熱交換装置２００からの加熱ガス２０８が原料固体３０３に直接当たり、原料固体３０３の元素を含む生成ガス３０５が生成ガス出口３０４から出る。十分な原料固体３０３があると、生成ガス３０５の量は加熱ガス２０８の温度と流量に依存する量になるため、原料固体３０３の残量への依存の程度が低くなる。
当該基本構造は、図２のヒートビーム流体熱交換装置２００に原料固体を収納する反応室３００を結合して備える。また、加熱ガス出口２０６と加熱ガス入口３０１とが結合されている。反応室３００は、断熱材３０２で保温されていて、熱の散逸を抑える。ヒートビーム流体熱交換装置２００からの加熱ガス２０８が原料固体３０３に直接当たり、原料固体３０３の元素を含む生成ガス３０５が生成ガス出口３０４から出る。十分な原料固体３０３があると、生成ガス３０５の量は加熱ガス２０８の温度と流量に依存する量になるため、原料固体３０３の残量への依存の程度が低くなる。
生成ガス３０５の種類は、原料固体と生成可能な高温の加熱ガス２０８の種類に依存する。上記原料固体３０３として金属を用いると、金属元素を含む生成ガス３０５を生成できる。例えば、ガリュームＧａを用いると塩化ガリュームを生成できる。シリコンＳｉを用いると、塩化シリコンを生成できる。その他、適切な加熱ガスを選ぶことにより、インジュームやアルミニューム、亜鉛、チタン、タンタル、ジルコニュームなどの金属元素を含む生成ガス３０５を生成できる。
上記加熱ガス２０８として塩素などのハロゲンや塩酸などのハロゲン化水素を用いると、金属のハロゲン化物を生成できる。上記加熱ガス２０８として水素を選ぶと、金属の水素化物を生成できる。前記原料固体３０３が木片や紙など植物由来の有機物、または肉や油脂などの動物由来の有機物であると、水素やメタン、二酸化炭素などの生成ガス３０５を生成できる。
このときの加熱ガス２０８は、６００℃以上の過熱スチームである。なお、上記加熱ガス２０８の温度は自由に設定できる。過熱スチームの設定温度を１１００℃まで変化させると、温度に依存して十分な蒸気圧をもつ有機物由来の生成ガスの生成が可能となる。上記加熱ガス２０８として、窒素などの不活性ガスを用いるときは、上記ヒートビーム流体熱交換器２００や反応室３００との構成材料は金属でよい。しかし、ハロゲン、ハロゲン化水素、水素、水、空気、炭化水素を選ぶときには、ガスと触れるヒートビーム流体熱交換器２００と反応室３００との構成材料は加熱の設定温度に依存して適宜に選ぶ必要がある。
上記構成材料の候補としては、セラミックスや石英ガラスがある。加工のしやすさや熱歪破壊の耐性から実際の材料を選ぶとよい。セラミックスとしては、シリコンカーバイドや炭素を焼結したもの、シリコンと炭素の紛体を焼結したもの、アルミナが有効である。温度によっては、グラフェンやカーボンナノチューブ、ＳｉＣファイバーなどとプラスチクスとの複合材も材料候補になる。
生成ガス３０５は、単一の成分であるとは限らない。複数の成分を含むとき、蒸気圧の低い成分が、温度の低い配管の下流や反応室３００の壁に固体で付着する。付着固化したものが再蒸発する現象もある。この現象は、生成ガス３０５を使用しようとしたとき、その成分と量の再現性に係るため、装置の商業運転では重要である。
この解決には、蒸気圧の低い成分を含まない生成ガス３０５にまで反応を進ませる必要がある。または、ガスの下流側の再蒸発しない場所にまでに固化することなく移動させる必要がある。
そのため、本発明では、生成ガス３０５に第２の加熱ガスを接触させて、十分に反応を進ませる。本反応により、蒸気圧の高い安定な成分の生成ガス３０５を生成できる。第２の加熱ガスを接触させて反応させたガスを生成ガス３０５と区別して固体気化ガスと呼ぶことにする。
上記第２の加熱ガスは、反応を促進するだけでなく、生成ガス３０５を高温に維持したままガスを輸送する機能（高温輸送機能）を有する。この高温輸送機能は、生成ガス３０５を他所に配管で輸送するとき配管詰まりを起こさせない。この機能は装置の安定連続運転のために必要である。
第２の加熱ガスと合流させる構造が、本発明の特徴である。当該構造で、原料固体３０３を気化させて、原料固体３０３の元素を含むガスを生成する装置をここでは固体気化装置と呼び、当該装置で生成するガスを固体気化ガスと呼ぶ。
＜実施例１＞
図４に実施例１である固体気化装置４００の構造模式図を示す。
固体気化装置４００は加熱第１ガスの生成装置１（４０１）と固体気化室４０２と高温ガス接触室４０３と加熱された第２ガス４３０の生成装置２（４０４）とから構成されている。
図４に実施例１である固体気化装置４００の構造模式図を示す。
固体気化装置４００は加熱第１ガスの生成装置１（４０１）と固体気化室４０２と高温ガス接触室４０３と加熱された第２ガス４３０の生成装置２（４０４）とから構成されている。
加熱第１ガスの入口４０５から加熱する第１ガス４２９を導入する。第１ガス４２９は、図３に示した基本構造のヒートビーム流体熱交換器４０６で加熱する。ヒートビーム流体熱交換器４０６は、シリコンとカーボンとの焼結セラミックスである。当該ヒートビーム流体熱交換器４０６には、図示しない２．５ｋＷのシリコンカーバイドのヒーター２本が挿入されており、１２００℃の加熱が可能である。
ヒートビーム流体熱交換器４０６は、断熱材４０７で断熱されて、加熱第１ガスの生成装置１（４０１）の密閉ケース４０８に収められている。加熱された第１ガス４２９は加熱第１ガスの出口４０９から出る。加熱された第１ガス４２９の出口４０９の温度は加熱第１ガスの熱電対４１０で測定される。
当該加熱第１ガスの熱電対４１０と加熱第１ガスの生成装置１（４０１）のヒーター給電線４１１は、コネクタにより加熱第１ガスの生成装置１（４０１）の密閉ケース４０８の外に通じており、密閉構造を可能にする。加熱第１ガスの生成装置１（４０１）は、その出口フランジ４１２で固体気化室４０２の反応室の入口接続フランジ４１３に接続する。反応室４１４は、断熱材４０７を介して反応室４１４の密閉ケース４１５に囲まれている。反応室４１４には、移動可能な原料固体４１７の搬送容器４１６が備えられ、図示しない移動機構により移動を可能にしている。原料固体４１７はこの移動により、連続して供給が可能である。
加熱された第１ガス４２９の出口４０９からの加熱された第１ガス４２９は垂直に原料固体４１７に衝突して表面を加熱する。この加熱により当該加熱ガスと当該原料固体４１７は反応する。その結果、原料固体４１７の元素を含む生成ガス３０５が生成される。当該生成ガス３０５は上記加熱された第１ガス４２９で輸送されて高温ガス接触室４０３へ移動する。
反応室４１４の出口接続フランジ４１８と高温ガス接触室４０３の入口接続フランジ４１９が接続され、上記生成ガス３０５が高温ガス接触室４０３に移動する。上記生成ガス３０５は加熱された第２ガス４３０と高温状態で接触する。加熱された第２ガス４３０は、加熱第２ガス生成装置２（４０４）で生成される。当該ガスの温度は加熱第２ガスの熱電対４２１で測定される。
加熱第２ガス生成装置２（４０４）の出口フランジ４２２と加熱第２ガスの導入フランジ４２３とが接続されてあり、加熱第２ガスは、高温ガスとして高温ガス接触室４０３で、上記生成ガス３０５と接触し、高温ガス接触室の出口４２４から固体気化ガス４２５として生成される。
加熱ガスが、金属腐食性であるとき、加熱第１ガスの生成装置１（４０１）と固体気化室４０２と加熱ガス２の生成装置２（４０４）の構成金属とを腐食から守るために、パージガス入口４２６、４２７、４２８から窒素の不活性ガスを導入する。
以上、固体気化装置４００の出力ガスとして固体気化ガス４２５が生成されることを示した。導入する第１ガス４２９と第２ガス４３０は目的に応じて適宜選ぶことができる。また両ガスは同じであってもよい。以上、固体気化装置４００を装置構造の実施例として説明した。
＜実施例２＞
実施例１で固体気化装置４００の構造例を示した。原料固体４１７としてシリコンウエハを置き、第１ガス４２９として塩酸ＨＣＬを用いると、塩化シランとしてＳｉＣｌ４やＳｉＨＣｌ３を含む生成ガス３０５を得ることが可能である。
実施例１で固体気化装置４００の構造例を示した。原料固体４１７としてシリコンウエハを置き、第１ガス４２９として塩酸ＨＣＬを用いると、塩化シランとしてＳｉＣｌ４やＳｉＨＣｌ３を含む生成ガス３０５を得ることが可能である。
ヒートビーム流体熱交換器４０６は、シリコンとカーボンの焼結体セラミックスである。この焼結体は塩酸と反応しない。塩酸は金属と反応するのでパージガス入口４２６、４２７、４２８からは窒素を導入した。加熱第１ガスの熱電対４１０の示す温度は９００℃で制御した。第２ガス４３０は窒素であり、加熱第２ガスの熱電対４２１の示す温度は９００℃で制御した。
固体気化ガス４２５は、塩化シランと窒素との高温のガスである。このガスを高温のまま輸送して、図示しない加熱した基板に導き、水素とともに吹き付けるとシリコン結晶膜を形成できる。塩化シランの生成を止めるときは、第１ガスの塩酸を窒素またはアルゴンなどの不活性ガスに切り替えるとともに、加熱温度を降下させる。
塩化シランを原料固体４１７であるシリコンウエハから発生させる例を述べたが、原料固体４１７をガリューム金属Ｇａにすると温度を調整して塩化ガリュームを固体気化ガス４２５として生成させることが可能である。
＜実施例３＞
原料固体４１７を植物由来の有機物とし、第１ガスと第２ガスとをスチームとすると、水素と二酸化炭素とを主成分とする固体気化ガス４２５が得られる。当該有機物は、例えば、木片である。第１ガスと第２ガスのスチームは、水であっても、加熱したスチームであっても、加熱第１ガスの生成装置１（４０１）と加熱第２ガスの生成装置２（４０４）とにより過熱スチーム１、２が生成される。
原料固体４１７を植物由来の有機物とし、第１ガスと第２ガスとをスチームとすると、水素と二酸化炭素とを主成分とする固体気化ガス４２５が得られる。当該有機物は、例えば、木片である。第１ガスと第２ガスのスチームは、水であっても、加熱したスチームであっても、加熱第１ガスの生成装置１（４０１）と加熱第２ガスの生成装置２（４０４）とにより過熱スチーム１、２が生成される。
過熱スチーム１、２の温度設定を１０００℃にする。過熱スチームは、木片と反応してスチームと水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンを主成分とするガスを生成する。当該生成ガスは空気で燃焼させてタービンや内燃機関を動かし発電することが可能である。
本装置では、当該生成ガスは、加熱第２ガスである過熱スチームと高温ガス接触室４０３で接触して再反応を起こす。この接触でさらに反応が進み、水素と二酸化炭素の主成分の割合が増加した固体気化ガス４２５が本固体気化装置４００から出力される。本固体気化装置４００は、木片から水素を発生させる装置として稼働させることができる。水素を発生できると、燃料電池を稼働させて電力と熱エネルギーを取り出すことができる。従って、植物由来の有機物から再生エネルギーを取り出す装置として本固体気化装置４００は、稼働することが可能である。この反応は、動物由来の有機物でも起きる。また、石炭や重油、油脂などの有機物でも同様に起きる。
２００；ヒートビーム流体熱交換器
２０１；縦溝
２０２；横溝
２０３；ヒーター
２０４；ヒーター
２０５；ガス入口
２０６；加熱ガス出口
２０７；導入ガス
２０８；加熱ガス
２０９；断熱材
２１０；密閉板
３００；反応室
３０１；加熱ガス入口
３０２；断熱材
３０３；原料固体
３０４；生成ガス出口
３０５；生成ガス
４００；固体気化装置
４０１；加熱第１ガスの生成装置１
４０２；固体気化室
４０３；高温ガス接触室
４０４；加熱第２ガスの生成装置２
４０５；第１ガスの入口
４０６；ヒートビーム流体熱交換器
４０７；断熱材
４０８；生成装置１の密閉ケース
４０９；加熱第１ガスの出口
４１０；加熱第１ガスの熱電対
４１１；生成装置１のヒーター給電線
４１２；生成装置１の出口接続フランジ
４１３；反応室の入口接続フランジ
４１４；反応室
４１５；反応室の密閉ケース
４１６；原料固体の搬送容器
４１７；原料固体
４１８；反応室の出口接続フランジ
４１９；高温ガス接触室の入口接続フランジ
４２０；加熱第２ガスの入口
４２１；加熱第２ガスの熱電対
４２２；加熱第２ガスの生成装置２出口接続フランジ
４２３；加熱第２ガスの導入フランジ
４２４；高温ガス接触室の出口
４２５；固体気化ガス
４２６；パージガス入口
４２７；パージガス入口
４２８；パージガス入口
４２９；第１ガス
４３０；第２ガス
２０１；縦溝
２０２；横溝
２０３；ヒーター
２０４；ヒーター
２０５；ガス入口
２０６；加熱ガス出口
２０７；導入ガス
２０８；加熱ガス
２０９；断熱材
２１０；密閉板
３００；反応室
３０１；加熱ガス入口
３０２；断熱材
３０３；原料固体
３０４；生成ガス出口
３０５；生成ガス
４００；固体気化装置
４０１；加熱第１ガスの生成装置１
４０２；固体気化室
４０３；高温ガス接触室
４０４；加熱第２ガスの生成装置２
４０５；第１ガスの入口
４０６；ヒートビーム流体熱交換器
４０７；断熱材
４０８；生成装置１の密閉ケース
４０９；加熱第１ガスの出口
４１０；加熱第１ガスの熱電対
４１１；生成装置１のヒーター給電線
４１２；生成装置１の出口接続フランジ
４１３；反応室の入口接続フランジ
４１４；反応室
４１５；反応室の密閉ケース
４１６；原料固体の搬送容器
４１７；原料固体
４１８；反応室の出口接続フランジ
４１９；高温ガス接触室の入口接続フランジ
４２０；加熱第２ガスの入口
４２１；加熱第２ガスの熱電対
４２２；加熱第２ガスの生成装置２出口接続フランジ
４２３；加熱第２ガスの導入フランジ
４２４；高温ガス接触室の出口
４２５；固体気化ガス
４２６；パージガス入口
４２７；パージガス入口
４２８；パージガス入口
４２９；第１ガス
４３０；第２ガス
Claims (5)
- ヒートビーム流体熱交換装置が密閉ケースに収納された加熱第１ガス生成装置と、原料固体が収納される反応室が断熱材で断熱され密閉ケースに収納された固体気化室と、高温ガス接触室と、第２ガス生成装置とを備え、
前記ヒートビーム流体熱交換装置は加熱第１ガス入口と加熱第１ガス出口とを有し、前記反応室は加熱ガス入口と生成ガス出口とを有し、前記高温ガス接触室は高温ガス接触室入口と第２加熱ガス入口と高温ガス接触室出口とを有し、前記第２ガス生成装置は加熱第２ガス入口と加熱第２ガス出口とを有し、前記加熱第１ガス出口と前記加熱ガス入口とが結合されており、前記生成ガス出口と前記高温ガス接触室入口とが結合されており、前記第２加熱ガス入口と前記加熱第２ガス出口とが結合されており、
前記加熱第１ガス生成装置は出口フランジを有し、前記固体気化室は入口接続フランジと出口接続フランジとを有し、前記高温ガス接触室は生成ガス入口接続フランジと加熱第２ガス導入フランジとを有し、前記第２ガス生成装置は加熱第２ガス出口フランジを有し、前記出口フランジは前記入口接続フランジに接続され、前記出口接続フランジは前記生成ガス入口接続フランジに接続され、前記加熱第２ガス導入フランジは前記加熱第２ガス出口フランジに接続されており、
前記固体気化室はヒーターを備えておらず、前記反応室で、前記原料固体に前記ヒートビーム流体熱交換装置で生成した第１の加熱ガスを前記加熱ガス入口から吹き付けて前記原料固体に垂直に衝突させ当該原料固体の表面を加熱すると同時に、当該加熱により前記原料固体と前記第１の加熱ガスとを反応させて、前記原料固体の元素を含む生成ガスを発生させ、
前記高温ガス接触室で、前記高温ガス接触室入口から輸送された前記生成ガスに前記第２加熱ガス入口から導入された第２の加熱ガスを接触させ、反応させて前記原料固体の元素を含む固体気化ガスを生成し、前記固体気化ガスを高温のまま輸送し使用し、
前記原料固体が、ガリューム、シリコン、インジューム、アルミニューム、亜鉛、チタン、タンタル、ジルコニューム、木片、紙、肉、または油脂である
ことを特徴とする固体気化装置。 - 前記反応室には、前記原料固体を移動機構により移動可能とする搬送容器が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の固体気化装置。
- 前記第１および第２の加熱ガスがスチーム、水素、ハロゲン化水素、空気、炭化水素の群から選ばれる１または２以上のガスを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の固体気化装置。
- 前記ヒートビーム流体熱交換装置と前記反応室とがシリコンカーバイド、炭素の焼結材、シリコンと炭素の焼結材、またはセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体気化装置。
- 前記第１および第２の加熱ガスの温度が１１００℃までの高温ガスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体気化装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015000671A JP6426006B2 (ja) | 2014-05-01 | 2015-01-06 | 固体気化装置 |
| KR1020150047156A KR20150126274A (ko) | 2014-05-01 | 2015-04-03 | 고체 기화 장치 |
| US14/679,952 US9340736B2 (en) | 2014-05-01 | 2015-04-06 | Solid gasification apparatus |
| DE102015207892.2A DE102015207892B4 (de) | 2014-05-01 | 2015-04-29 | Vergasungsvorrichtung für Feststoffe |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014094788 | 2014-05-01 | ||
| JP2014094788 | 2014-05-01 | ||
| JP2015000671A JP6426006B2 (ja) | 2014-05-01 | 2015-01-06 | 固体気化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015221936A JP2015221936A (ja) | 2015-12-10 |
| JP6426006B2 true JP6426006B2 (ja) | 2018-11-21 |
Family
ID=54326206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015000671A Active JP6426006B2 (ja) | 2014-05-01 | 2015-01-06 | 固体気化装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9340736B2 (ja) |
| JP (1) | JP6426006B2 (ja) |
| KR (1) | KR20150126274A (ja) |
| DE (1) | DE102015207892B4 (ja) |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02172811A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-04 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | トリクロロシランの製造方法 |
| JPH09148257A (ja) | 1995-11-29 | 1997-06-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 原料供給装置 |
| US6179913B1 (en) * | 1999-04-16 | 2001-01-30 | Cbl Technologies, Inc. | Compound gas injection system and methods |
| JP2002217118A (ja) * | 2001-01-22 | 2002-08-02 | Japan Pionics Co Ltd | 窒化ガリウム膜半導体の製造装置、排ガス浄化装置、及び製造設備 |
| JP2006089376A (ja) * | 2003-03-26 | 2006-04-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｉｉｉ族元素窒化物単結晶の製造方法、それに用いる装置および前記製造方法により得られたｉｉｉ族元素窒化物単結晶 |
| US20080018004A1 (en) | 2006-06-09 | 2008-01-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | High Flow GaCl3 Delivery |
| WO2009054034A1 (ja) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | World Environmental Design Co., Ltd. | 熱処理装置 |
| JP2009173463A (ja) | 2008-01-21 | 2009-08-06 | Kyocera Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体気相成長装置及び窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
| US8206471B1 (en) * | 2008-05-15 | 2012-06-26 | American Bio Energy Converting Corp. | Systems, apparatus and methods for optimizing the production of energy products from biomass, such as sawmill waste |
| JP5762900B2 (ja) * | 2011-09-14 | 2015-08-12 | 株式会社トクヤマ | ハイドライド気相エピタキシー装置およびアルミニウム系ｉｉｉ族窒化物単結晶を製造する方法 |
| US9303318B2 (en) * | 2011-10-20 | 2016-04-05 | Applied Materials, Inc. | Multiple complementary gas distribution assemblies |
| JP5955089B2 (ja) | 2012-05-08 | 2016-07-20 | 株式会社フィルテック | 流体加熱冷却シリンダー装置 |
| JP2014053477A (ja) | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Philtech Inc | 固体金属ガス供給装置 |
| JP2014059080A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Philtech Inc | 流体熱伝達装置 |
-
2015
- 2015-01-06 JP JP2015000671A patent/JP6426006B2/ja active Active
- 2015-04-03 KR KR1020150047156A patent/KR20150126274A/ko not_active Application Discontinuation
- 2015-04-06 US US14/679,952 patent/US9340736B2/en active Active
- 2015-04-29 DE DE102015207892.2A patent/DE102015207892B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150126274A (ko) | 2015-11-11 |
| DE102015207892A1 (de) | 2015-11-05 |
| DE102015207892B4 (de) | 2019-05-29 |
| US20150315501A1 (en) | 2015-11-05 |
| JP2015221936A (ja) | 2015-12-10 |
| US9340736B2 (en) | 2016-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5406384B2 (ja) | 熱化学プロセス用の誘導機構、ならびにそれに関するシステムおよび方法 | |
| US8318269B2 (en) | Induction for thermochemical processes, and associated systems and methods | |
| JP2013519510A (ja) | 再放射面を有する化学反応器ならびにその関連システムおよび方法 | |
| JP5017362B2 (ja) | 製鉄所のスラグ及び廃棄物質を使用する水の熱−化学分解による水素ガスの製造方法 | |
| JP6426006B2 (ja) | 固体気化装置 | |
| US6676752B1 (en) | Forming metal nitrides | |
| CN104039699A (zh) | 用于非平衡三氯氢硅制备的方法和系统 | |
| Bijjargi et al. | CFD modeling and optimal design of SiC deposition on the fuel combustion nozzle in a commercial CVD reactor | |
| JP4357533B2 (ja) | 気相から超微細な粒子を析出させるための装置および方法 | |
| FR2577034A1 (fr) | Procede et dispositif pour la production et la recuperation de la chaleur | |
| Lamborn et al. | Modeling studies of the chemical vapor deposition of boron films from B2H6 | |
| Han et al. | Numerical simulation of the gallium nitride thin film layer grown on 6-inch wafer by commercial multi-wafer hydride vapor phase epitaxy | |
| JP2014053477A (ja) | 固体金属ガス供給装置 | |
| US20070231242A1 (en) | Process for the removal of carbon dioxide from flue gases and the conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide | |
| EP4306688A1 (en) | Method and device for producing a sic solid material | |
| KR20230166119A (ko) | 화학 반응을 실행하는 방법 및 반응조 장치 | |
| KR101195375B1 (ko) | 연료 수분 미소 정량 공급기 | |
| KR20150053781A (ko) | 고전압 전기장 방법을 사용하는 연료 생성 | |
| KR20150052226A (ko) | 고전압 전기장 방법을 사용하는 연료 생성 | |
| JP5436454B2 (ja) | 発熱装置 | |
| Cai et al. | Numerical Study of Transport and Reaction Phenomena in GaN Vapor Phase Epitaxy | |
| Kempisty et al. | Mass flow and reaction analysis of the growth of GaN by HVPE | |
| Wu et al. | Intensity and Uniformity of Gallium Nitride Deposition in Sublimation Sandwich Growth | |
| BARANOV et al. | Mathematical Model of the Alloying Process at The Epitaxial Semiconductor Structure Growth | |
| KR20150053943A (ko) | 고전압 전기장 방법을 사용하는 연료 생성 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160926 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170622 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170627 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20170628 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170630 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170822 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180214 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180316 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20180511 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181024 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6426006 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |