KR101057215B1

KR101057215B1 - 가스 예열기

Info

Publication number: KR101057215B1
Application number: KR1020047017890A
Authority: KR
Inventors: 씨옹에릭; 보드리이반
Original assignee: 메씨어-부가띠
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2011-08-16
Also published as: AU2003242547B2; US6572371B1; CN100371494C; BR0304664B1; CA2484915A1; KR20040108781A; RU2315821C2; WO2003093531A1; BR0304664A; EP1501963A1; CN1650042A; AU2003242547C1; IL164970A; JP2005524773A; AU2003242547A1; RU2004132226A; MXPA04011025A; EP1501963B1; JP4417831B2; CA2484915C

Abstract

기판의 복수의 수직 환상형 스택으로 배열되는 다공성의 환상형 기판의 고밀도화를 위해 설계된 CVI로를 위한 가스 예열기는, 서셉터 하부 벽에 있고, 가스 예열실의 범위를 정하는 열전도재로 이루어지며, 가스 예열실에서 열리는 적어도 하나의 가스 입구를 갖춘 슬리브와; 가스 예열실에 위치한 열교환 어셈블리; 가스 예열실을 덮으며 예열된 가스를 위한 복수의 통로를 갖춘 슬리브에 있는 가스 분배판; 가스 분배판의 각 통로와 연통하고 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 맞춰 복수의 통로를 갖춘 환상형 기판의 스택을 지지하기 위한 로드 지지판 및; 가스 예열존을 상기 내부 볼륨에 각각 수용되는 예열된 가스의 흐름을 조절하기 위한 각 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 연통시키는 통로에 삽입되는 노즐을 갖추고 있다.

Description

가스 예열기 {GAS PREHEATER}

본 발명은 CVI(chemical vapor infiltration: 화학증착 함침법)에 의한 다공성의 환상형 기판의 고밀도화에 관한 것이다.

본 발명의 특별한 응용분야는 항공기나 육상 수송수단을 위한 탄소/탄소(C/C) 복합 브레이크 디스크 등과 같은 열구조의 복합재료(thermostructural composite material)의 환상형 부분의 제조이다.

열구조의 복합재료는 구조상 부분을 제조하는데 이용될 수 있게 하는 기계적 특성을 갖고 있고 고온에서 이들 특성을 보호하는 능력을 가지기 때문에 주목할 만한 것이다. 열구조 복합재료의 전형적인 예로는 열분해 탄소 매트릭스에 의해 고밀도화된 탄소섬유의 보강섬유조직을 가진 C/C 복합재료와, 세라믹 매트릭스에 의해 고밀도화된 내화섬유의 보강조직(탄소 또는 세라믹)을 가진 CMC(세라믹 복합재료)를 들 수 있다.

CVI 제어방법에서는 고밀도화되어야 하는 기판을 기판이 가열되는 로(爐)의 반응실에 배치한다. 매트릭스를 구성하는 하나 이상의 선구물질을 함유한 반응가스는 반응실로 도입된다. 반응실 내의 온도와 압력은 반응가스가 기판의 구멍 내로 확산되고 서로 분해시키거나 반응하는 반응가스의 하나 이상의 성분에 의해 거기에 매트릭스 구성재료를 퇴적시키는 것을 가능하게 하도록 조절된다. 이 제어방법은 기판으로의 반응가스의 확산을 향상시키기 위해 저압하에서 실행된다. 열분해 탄소나 세라믹 등의 선구물질이 매트릭스 재료를 형성하도록 변형되는 온도는 일반적으로 900℃보다 높고, 약 1000℃에 가깝다.

증가하는 밀도에 의해서든지 퇴적된 미세구조의 매트릭스 재료에 의해서든지 반응실 전체에 걸쳐 기판이 가능한 한 균일하게 고밀도화될 수 있도록 하기 위해, 전형적으로 반응실내에 거의 균일한 온도를 가지고, 반응가스가 모든 기판에 비교적 균일하게 도달할 수 있도록 할 필요가 있다.

CVI로는 일반적으로 로까지의 반응가스 입구와 반응실 사이의 로 내부에 놓여진 가스 예열기를 갖추고 있다. 전형적으로, 가스 예열기 존은 반응가스가 반응실로 들어가기 전에 통과하는 복수의 다공판의 형태로 열교환 어셈블리를 갖추고 있다.

열교환 어셈블리와 같은 기판은 로 내에 위치하고 있기 때문에 가열된다. 후자는 일반적으로 예컨대 흑연으로 만든 서셉터(susceptor)에 의해 가열된다. 이 서셉터는 반응실의 벽의 측면을 규정하고, 반응실을 둘러싸고 있는 인덕터와의 유도성 커플링이나 로를 둘러싸고 있는 저항기에 의해 가열된다.

본 출원인은 가스 예열기의 효율이 항상 원하는 만큼 양호한 것은 아니라는 것을 알았다. 중요한 예시는 환상형의 탄소섬유로 구성되거나 C/C 복합 브레이크 디스크를 만드는데 이용하기 위한 환상형 블랭크를 미리 고밀도화시키는 다공성의 기판을 고밀도화하는 것이다.

환상형 기판은 로 바닥에 놓여진 가스 예열기 위의 반응실 내의 수직 스택에 위치해 있다. 예열되는 반응가스에도 불구하고, 온도구배는 나머지 스택에 가하는 온도보다 낮은 수십℃로 되는 것이 가능한 스택의 바닥에 놓여진 기판에 가까운 온도와 더불어 종종 반응실에서 관찰된다. 이것은 스택 내의 기판이 위치에 따라 동일한 스택의 기판 사이에서 고밀도화 구배를 생기게 할 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해서는, 가스 예열기의 크기가 증대함에 따라 반응가스가 예열되는 효율을 증가시키는 것이 가능해야 한다. 그러나, 일정한 볼륨의 로에 대해서는 기판에 대한 로딩 용량을 줄여야 한다. CVI 제어방법은 대량의 산업투자와 긴 처리시간을 필요로 하기 때문에, 가장 높은 가능한 생산성을 가져 예열하는 반응가스에 제공되는 볼륨 이상의 기판의 로드에 제공되는 가능한 한 높은 볼륨비를 갖는 로에 대해서는 매우 바람직하다.

다른 문제는 기판의 스택을 따라 수직 방향뿐만 아니라 서로 다른 스택간의 수평방향으로도 온도구배가 관찰된다는 사실에 있다. 특히, 반응실의 중심부분에 위치한 스택이 서셉터의 내부 측벽에 보다 가까이 위치한 스택과 같은 방법으로 서셉터에 의해 발산되는 열로부터 이익을 얻지 못한다는 점에 주목했다.

또한, 이것은 서로 다른 스택에 속하는 기판간의 고밀도화의 구배를 초래한다.

본 발명의 목적은 일반적으로 CVI로 내에서 다공성의 환상형 기판의 능률적이고 비용효율이 높은 거의 균일한 고밀도화를 달성하기 위한 수단을 제공하는 것 이다.

본 발명의 특별한 목적은 이러한 거의 균일한 고밀도화가 CVI 기판의 생산성에 영향을 현저하게 주지 않고 달성될 수 있도록 하는 가스 예열기를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 가스 예열존의 범위를 정하는 내부 측벽과 로 내부의 반응실 및 하부 벽을 갖춘 서셉터와, 서셉터의 하부 벽으로 열리는 적어도 하나의 가스 입구를 구비하고, 기판의 복수의 수직 환상형 스택으로 배열되는 다공성의 환상형 기판의 고밀도화를 위한 CVI로에 있어서, 서셉터 하부 벽 위에 있고, 가스 예열실의 범위를 정하는 열전도재로 이루어지며, 가스 예열실에서 적어도 하나의 가스 입구 개구를 갖춘 슬리브(sleeve)와, 가스 예열실에 위치한 열교환 어셈블리, 가스 예열실을 덮고 예열된 가스를 위한 복수의 통로를 갖춘 슬리브에 의해 지지되는 가스 분배판, 고밀도화를 위한 반응실에 로드되고 가스 분배판의 각 통로와 연통하고 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 맞춰 복수의 통로를 갖춘 환상형 기판의 스택을 지지하기 위한 로드 지지판 및, 가스 예열존을 상기 내부 볼륨에 각각 수용되는 예열된 가스의 흐름을 조절하기 위한 각 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 연통시키는 통로에 삽입되는 노즐을 갖춘 가스 예열기가 제공된다.

열전도재의 하나의 조각으로 이루어진 큰 단일체로 형성되는 것이 바람직한 슬리브는 서로 다른 기능을 달성한다.

서셉터 하부벽에 있어 서셉터 측벽에 의해 둘러싸이면, 예열존의 능률적인 가열이 도달될 수 있게 한다.

그것은 소량의 반응가스가 가스 예열기를 충분히 통과하지 않고 반응실에 도달하는 것을 피하면서, 예열존을 둘러싸고 그 밀봉에 기여한다.

그것은 가스 분배판과 로드 지지판을 통하여 기판의 로드를 지지하고, 로드 지지판을 위한 분리된 지지구조를 필요로 하지 않고 서셉터 하부벽으로 무게를 이동한다.

이상은 가스 예열의 효율과 로의 바닥에 위치한 구조의 간결함에 기여한다.

가스 분배판의 통로에 삽입될 수 있는 노즐을 조절하는 흐름의 제공은 기판의 다른 스택에 비해 반응가스의 보다 큰 흐름에 기판의 스택을 공급하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 거의 균일한 고밀도화를 달성하기 위해 기판의 다른 스택간의 온도구배를 보상하는 것이 가능하다. 게다가, 매트릭스 재료의 퇴적률은 온도함수에 따라 변한다.

본 발명의 특별한 실시예에 따르면, 가스 예열기의 열교환 어셈블리는 슬리브에 의해 둘러싸이고 서셉터 하부벽과 가스 분배판 사이에서 거의 수평으로 연장하는 복수의 이격된 다공판을 갖추고 있고, 열교환 어셈블리의 상기 판들은 열전도 포일재(foil material)로 이루어져 있다. 흑연 포일재 등의 포일재나 C/C 복합재료의 사용은 각 판의 두께와 가스 예열기의 크기를 줄이는 것을 가능하게 한다. 거의 원형의 판들은 그것 사이에 삽입된 방사상으로 연장하는 스페이서에 의해 이격되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특별한 실시예에 따르면, 열교환 어셈블리의 각 판들은 하나의 판이 그 중심부분에만 천공을 갖추고 있고 다른 판이 그 주변부분에만 천공을 갖추고 있는 다른 판의 바로 위에 위치한 적어도 한쌍의 판들을 갖추고 있다. 따라서, 가스는 구불구불한 경로를 따르도록 강요받고, 이에 따라 능률적인예열이 제한된 볼륨내에서 달성될 수 있다.

가스 분배판과 로드 지지판은 아주 동일한 판이나 하나의 판 위에 다른 판이 위치한 2개의 다른 판들로 형성될 수 있다. 후자 경우에는, 로드 지지판의 대응하는 통로에 가스 분배판의 통로를 접속하기 위한 복수의 덕트(duct)가 형성된다. 각 덕트에는 덕트에서 흐르는 반응가스와의 열교환을 달성하여 가스의 예열을 완료하기 위한 열전도재로 이루어진 인서트(insert)가 설치되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 수직 스택에서 로의 반응실내로 로드된 다공성의 환상형 기판의 고밀도화를 위한 CVI로에서 예열된 반응가스의 분배를 제어하기 위한 제어방법이 제공되고, 각 스택은 스택의 내부 볼륨을 규정짓는 중첩된 기판을 갖추며, 반응실은 반응실의 범위를 정하는 내부 벽을 갖춘 서셉터에 의해 가열된다.

상기 제어방법은 로의 바닥에서 예열존으로 반응가스를 들이는(admitting) 단계와, 반응가스가 예열존을 통과함으로써 반응가스를 예열하는 단계, 예열된 반응가스를 예열존의 각 출구에서 복수의 개별 흐름으로 분할하는 단계 및, 반응가스의 개별 흐름을 환상형 기판의 각 내부 볼륨의 스택으로 조종하는 단계를 갖추고 있다.

반응가스의 개별 흐름은 반응실내의 기판의 대응하는 스택의 위치함수에 따라 조절된다.

바람직하게는, 기판의 다른 스택보다 서셉터의 내부벽으로부터 더 멀리 위치 한 기판의 스택의 내부 볼륨으로 보내지는 반응가스의 개별 흐름은 기판의 상기 다른 스택의 내부 볼륨으로 보내지는 가스의 개별 흐름보다 더 크다.

반응가스의 개별 흐름은 서로 다른 횡단면을 가진 노즐을 가스 예열존의 가스 예열실을 덮는 가스분배판에 형성된 통로로 삽입함으로써 조절될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 예열기를 갖춘 CVI로의 도 2의 면 Ⅰ-Ⅰ에 따른 매우 개략적인 단면도이고,

도 2는 도 1의 면 Ⅱ-Ⅱ에 따른 매우 개략적인 부분 단면도,

도 3은 도 1의 로의 가스 예열기의 확대하여 나타낸 개략적인 부분 단면도,

도 4∼도 7은 도 3의 면 Ⅳ-Ⅳ, Ⅴ-Ⅴ, Ⅵ-Ⅵ, Ⅶ-Ⅶ에 따른 개략적인 부분 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 가스 예열기의 변형 실시예를 나타낸 개략적인 단면도이다.

도 1 및 도 2는 서셉터 하부 벽(14)과 서셉터 상부 벽(16)과 더불어, 서셉터(12)로 형성된 원통형의 측벽을 갖춘 로(furnace; 10)를 나타낸다. 서셉터(12)는 적어도 하나의 유도코일(18)의 형태로 1차 트랜스포머 회로와 유도적으로 연결되어 있는 2차 트랜스포머 회로를 구성한다. 유도코일(18)과 서셉터(12) 사이에 절연물(20)이 삽입되어 있고, 서셉터 하부 벽(14) 아래에 절연물(22)이 제공된다. 로(10)는 전류를 유도코일(18)에 공급함으로써 가열된다. 변형례로서, 서셉터의 가열은 열적으로 연결된 전기 저항기에 의해 실행될 수 있다.

로(10)의 내부 볼륨은 로의 바닥에 위치한 가스 예열존(24)과 고밀도화되어야 하는 다공성의 환상형 기판(30)이 로드되는 반응실이나 로딩존(26)을 갖추고 있고, 반응실(26)은 예열존(24) 위에 위치해 있다.

고밀도화되어야 하는 기판(30)은 C/C 복합재료로 브레이크 디스크를 만들기 위한 탄소섬유 프리폼(preform)이나 미리 고밀도화된 블랭크로 구성되어 있고, 미리 고밀도화된 블랭크는 CVI에 의한 프리폼의 사전 고밀도화나 액체(수지) 함침 후 탄화에 의해 얻어진다. 이러한 C/C 브레이크 디스크는 일반적으로 항공기 랜딩기어와 경주용 자동차를 위해 사용된다.

환상형 기판(30)은 로드 지지판(40) 바닥에 있는 복수의 환상형 수직 스택(32)을 형성하도록 배열되어 있다. 기판의 각 스택은 하나 이상의 중간판(42)에 의해 분리되는 복수의 중첩된 부분으로 세분될 수 있고, 지지판(40)과 중간판(42)과 같은 판들은 흑연으로 이루어질 수 있다. 그것들은 기판의 내부 통로와 일직선이 되어 그것을 통해서 형성되는 통로(40a, 42a)를 가지고 있다. 중간판(42)은 포스트(post; 44)에 의해 지지판(40) 옆에서 지지되고 있다.

도 2에 나타낸 예시에 있어서는, 서셉터(12)에 근접해 있는 일정한 간격을 두고 원을 형성하는 9개의 스택과 로딩존의 중심부분에 있는 3개의 스택과 함께 기판의 12개의 스택이 제공된다. 예컨대, 주변에 원을 형성하는 6개의 스택과 1개의 중앙 스택과 함께 기판의 7개의 스택을 갖춘 다른 배열이 제공될 수도 있다.

각각의 환상형 스택(32)은 커버(34)에 의해 상부에서 클로우즈되고, 이에 따라 반응실(26)의 내부 볼륨은 복수의 스택 내부 볼륨(36)과 스택 외부의 볼륨(28)으로 세분된다. 각각의 스택 내부 볼륨은 기판(30)과 중간판(42)의 정렬된 중앙 연통통로에 의해 형성된다.

스택(32) 내의 각 기판(30)은 인접한 기판으로부터 이격된다. 기판 사이에 갭(39)을 두는 스페이서(spacer; 38)에 의해 지지판(40)과 중간판(42)이나 커버(34)로부터 적당한 곳에 있다. 스페이서(38)는 갭(39)을 거쳐 볼륨(36, 28) 사이에 가스 통로를 남기도록 배열될 수 있다. 미국 특허 제5,904,957호에 개시되어 있는 바와 같은 볼륨(36, 28) 내의 압력을 평형상태로 보장하는 방식이나 또는 볼륨(36, 28) 간의 압력 구배를 유지하기 위한 단순한 누출 통로를 구성하는 방식으로 이들 통로를 제공할 수 있다.

반응실(26)과 마찬가지로 서셉터로 둘러싸인 가스 가열존(24)은 도 3 내지 도 6에 상세하게 나타낸 가스 예열기 어셈블리(50)를 둘러싸고 있다.

가스 예열기 어셈블리는 서셉터 하부 벽(14) 위에 있는 링 또는 슬리브(52)를 갖추고 있고, 서셉터(12) 측벽에 가깝게 연장하고 있다. 슬리브(52)는 흑연 등의 열전도재 한조각으로 이루어진 큰 단일체로 형성되는 것이 바람직하다.

슬리브(52)는 가스 예열실(54)의 범위를 정하고 있다. 하부 절연물(22)과 하부 서셉터 벽(14)을 통과하는 통로(56)는 가스 예열실(54)로 열리는 반응가스 입구를 구성한다. 가스 입구(56)는 반응가스원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 변형례로서, 가스 예열존으로 모두 열리는 몇개의 가스 입구가 제공될 수 있다. 가스 입구(56)는 가스 예열실로부터의 열의 방사에 대항하는 스크린(58)을 갖추고 있다.

가스 예열실(54)은 그 상부 에지에 있는 슬리브(52)에 의해 지지되는 가스 분배판(60)으로 덮여져 있다. 가스 분배판은 통로(40a)와 맞추어 형성된 통로(60a)와 스택(32)의 내부 볼륨(36)을 갖추고 있다. 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 각 연통통로에는 수정된 횡단면의 노즐 형태로 인서트(62)가 설치되어 있다(스택(32)의 위치는 도 4에서 체인 점선으로 나타내어져 있다).

입구(56)를 통해 들어오는 가스는 통로(60a)에 도달하기 전에 예열실(54) 내에서 예열된다. 예열은 가스를 서셉터 하부 벽(14)과 가스 분배판(60) 사이에서 수평으로 연장되는 복수의 이격된 다공판(66)을 따라/통과하여 흐르도록 함으로써 행해진다.

다공판(66)은 흑연 포일재 등의 열전도 포일재로 이루어질 수 있다. 이러한 얇은 다공판의 사용은 큰 다공 흑연판에 비해 가스 예열기의 크기를 줄일 수 있게 한다. 변형례로서, 다공판(66)은 C/C 복합재료로 이루어질 수 있다.

다공판(66)은 스페이서(68)에 의해 이격된 관계로 유지되고, 바람직하게는 방사상으로 연장되는 흑연 바 형태로 유지된다(도 5와 도 6에서 파선으로 나타냄).

또한 바람직하게는, 다공판(66)은 그 중심부분에만 천공(67₂)을 가진 하나의 다공판(66₂)과 그 주변부분에만 천공(67₁)을 가진 다른 다공판(66₁)과 함께 하나가 다른 하나 바로 위에 위치해 있는 한쌍 또는 몇개 쌍의 다공판(66₁, 66₂)을 갖추고 있다. 따라서, 가스흐름은 다공판을 가로질러서 뿐만 아니라 다공판을 따라 강제로 흐르게 된다. 하부 다공판에는 그 주변부분에만 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

가스 예열실의 상부에서 예열된 가스의 비교적 균일한 출력을 보장하기 위해서는, 적어도 상부 다공판이나 2개의 상부 다공판(66₃)에는 그 표면 위에 일정하게 분포된 구멍이 형성되어 있다(도 3).

다공판(66)은 다공판에 형성된 홀(hole; 71)을 통과하는 수직 로드(rod; 70)에 의해 그것들의 원하는 수평위치에서 유지된다. 로드(70)는 가스 입구(56)와 맞추어 중앙 통로를 가지고 슬리브(52)의 하부에 제공된 내부 에지(52a)에 있는 하부 무공판(non-perforated, 72)에 의해 운반된다. 다공판(66), 무공판(72)과 로드(70)와 함께 슬리브(52)는 로로 삽입되기 전에 미리 어셈블된다.

가스 분배판(60)의 통로(60a)를 통해 배출되는 가스는 통로(60a)와 맞추어 홀딩판(holding plate; 78)에 형성된 통로(76)로 삽입되는 덕트나 굴뚝(74)을 통해 보내진다. 굴뚝(74)은 통로(76) 둘레의 홀딩판(78)에 있는 상부 플랜지(flange)를 갖추고 있다. 예컨대, 2면각 형태의 인서트(80; 도 3, 도 7)는 그것을 통해서 흐르는 가스를 가열하기 위한 굴뚝 내부에 제공된다. 분배판(60), 홀딩판(78) 뿐만 아니라 굴뚝(74)과 인서트(80)는 흑연 등의 열전도재로 이루어져 있다. 홀딩판(78)은 포스트(82)에 의해 가스 분배판(60) 옆에서 지지되고 있다.

굴뚝(74)은 로드 지지판(40)의 통로(40a)와 연통한다. 링(84)은 통로(40a)에 삽입되고, 홀딩판(78)와 지지판(40) 사이에서 가스를 흐르게 하기 위한 굴뚝(74)의 상부 에지에 있다. 지지판(40)은 포스트(86)에 의해 홀딩판(78) 옆에서 지지된다.

오퍼레이션에 있어서, 기판의 스택은 가스 예열기 위의 반응실로 로드된다. 로드의 무게는 지지판(40), 홀딩판(78), 분배판(60)과 포스트(86, 82) 및 슬리브(52)를 통해 서셉터 하부 벽에 의해 지지된다. 서셉터 하부 벽(14)은 전체 로를 지지하는 포스트(도시하지 않음)에 있다.

이 로는 반응실에 로드되는 기판을 필요한 온도로 하기 위해 서셉터에 의해 가열된다. 로드 지지구조와 가스 예열기의 소자는 유사하게 가열된다.

로 내의 원하는 온도가 도달된 후에는, 반응가스가 가스 입구(56)를 통해 들어오게 된다. 가스는 예열실(54) 내의 다공판(66)을 따라/가로질러 흐름으로써 예열된다. 큰 열관성을 갖고 한조각으로 만들어진 큰 흑연 슬리브(52)의 사용은 가스 예열실의 능률적인 가열과 밀봉에 기여한다.

예열된 가스는 노즐(62)을 통해 예열실(54)을 떠나고, 기판의 스택의 내부 볼륨에 도달하기 전에 굴뚝(74)과 인서트(80)의 벽과의 열교환에 의해 더욱 가열된다.

따라서, 각 스택의 하부 부분과 나머지 스택간의 온도구배를 최소화하면서 반응가스의 능률적인 예열이 달성된다.

기판의 스택의 내부 볼륨(36)으로 들어가는 가스는 다공성 기판을 통해 확산시키고, 원하는 매트릭스를 형성하며, 최후에는 갭(39)을 통과함으로써 반응실의 볼륨(28)에 도달하게 된다. 배출가스는 서셉터 상부 벽(16)에 형성되고 펌프장치(pumping device; 도시하지 않음)에 접속되어 있는 가스 출구(17)를 통해 반응실의 볼륨(28)으로부터 얻어진다.

유리하게, 예열된 반응가스의 흐름을 기판의 스택의 내부 볼륨을 공급하는 개개의 흐름으로 분할하는 것은 반응실 내의 스택의 위치함수에 따라 제어된다. 서셉터 가까이에 위치한 스택에 공급하는 반응가스의 흐름과 비교해 보면 이 제어는 보다 큰 흐름의 반응가스를 서셉터(12)의 내부 벽으로부터 떨어져 중앙부분에 있는 스택으로 공급할 수 있게 하도록 행해진다.

게다가, 도 2의 스택(32₁)과 같이 반응실의 중앙부분에 위치한 기판의 스택은 스택(32₂)과 같이 서셉터(12) 가까이에 위치한 기판의 스택과 비교해서 서셉터에 의해 약간 적게 능률적으로 가열된다. 반응가스 공급 스택(32₁)의 흐름을 약간 증가시키면 약간 적게 능률적인 가열을 보상하고 다른 스택간의 고밀도화 구배를 줄일 수 있다.

다른 스택을 공급하는 반응가스의 개개의 흐름은 노즐(62)에 의해 규정되는 연통통로의 횡단면을 선택함으로써 제어된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 중앙 스택(스택(32₁)과 같음)에 대한 노즐(62₁)은 주변 스택(스택(32₂)과 같음)에 대한 노즐(62₂)에 의해 규정되는 연통통로의 횡단면보다 약간 큰 횡단면을 가진 통로를 규정한다. 통로(60a)의 직경에 대응하는 동일한 외부 직경을 갖는 다른 세트의 노즐(62)뿐만 아니라 다른 내부 수정된 횡단면이, 필요로 하는 가스의 개개의 흐름을 조절하기 위한 적당한 선택을 허용하도록 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 예열기의 단순화된 다른 실시예를 도 8에 개략적으로 나타낸다.

도 8의 실시예는 가스 분배판과 로드 지지판 모두를 구성하는 판에 의해 환상형 기판(30)의 스택(32)이 직접 지지되는 점에서 도 3의 실시예와 다른 것이다.

이 변형 실시예는 가스 예열실의 효율이 거기서부터 배출하는 개개의 가스 흐름의 예열을 피하는데 충분할 때 이용될 수 있다. 가스 예열실(54)의 효율은 적당한 수의 다공판(66)을 선택함으로써 조절될 수 있다.

Claims

가스 예열존의 범위를 정하는 내부 측벽과 로 내부의 반응실 및 하부 벽을 갖춘 서셉터와, 이 서셉터의 하부 벽으로 열리는 적어도 하나의 가스 입구를 구비하고, 기판의 복수의 수직 환상형 스택으로 배열되는 다공성의 환상형 기판의 고밀도화를 위한 CVI로에 사용되는 가스 예열기에 있어서,

상기 서셉터 하부 벽 위에 있고, 가스 예열실의 범위를 정하는 열전도재로 이루어지며, 상기 가스 예열실에서 열리는 적어도 하나의 가스 입구를 갖춘 슬리브와,

상기 가스 예열실에 위치한 열교환 어셈블리,

상기 가스 예열실을 덮고, 상기 가스 예열실에서 나온 예열된 가스를 위한 복수의 통로를 갖추고, 상기 슬리브에 의해 지지되는 가스 분배판,

상기 가스 분배판의 상기 통로와 각각 연통하면서 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 맞춰져 상기 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 상기 가스 예열실을 연결시키는 연통통로를 형성하기 위한 복수의 통로를 갖추고, 고밀도화를 위해 상기 반응실에 로드되는 환상형 기판의 스택을 지지하기 위한 로드 지지판 및,

상기 내부 볼륨에 각각 수용되는 예열된 가스의 흐름을 조절하기 위하여, 상기 연통통로에 삽입되고 다른 횡단면을 가지는 노즐 형태의 인서트를 갖춘 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 상기 가스 분배판과 상기 로드 지지판은 동일한 하나의 판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 상기 로드 지지판은 상기 가스 분배판으로부터 분리되고 상기 가스 분배판 위에 위치해 있으며, 상기 로드 지지판의 각 통로에 상기 가스 분배판의 통로를 접속하기 위한 복수의 덕트가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제3항에 있어서, 상기 덕트에는 이 덕트에서 흐르는 반응가스와의 열교환을 위한 열전도재로 이루어진 인서트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 상기 로드 지지판이 상기 가스 분배판에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 흐름을 조절하는 노즐이 상기 가스 분배판의 통로에 삽입되는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 상기 슬리브가 열전도재의 하나의 조각으로 이루어진 단일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 상기 열교환 어셈블리가 상기 슬리브에 의해 둘러싸이고 상기 서셉터 하부벽과 상기 가스 분배판 사이에서 수평으로 연장하는 복수의 이격된 다공판을 갖추고 있고, 상기 열교환 어셈블리의 다공판들은 열전도 포일재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제8항에 있어서, 상기 열교환 어셈블리의 다공판들이 원형이고 각 판들 사이에 삽입된 방사상으로 연장하는 스페이서에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
제1항에 있어서, 상기 열교환 어셈블리는 상기 슬리브에 의해 둘러싸여지고 상기 서셉터 하부 벽과 상기 가스 분배판 사이에서 수평으로 연장하는 복수의 이격된 다공판을 갖추고 있고, 상기 열교환 어셈블리의 다공판들은 하나의 판이 그 중심부분에만 천공을 갖추고 있고, 다른 판이 그 주변 부분에만 천공을 갖추고 있으며, 하나의 판이 다른 판의 바로 위에 위치한 적어도 한쌍의 판들을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
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가스 예열존의 범위를 정하는 내부 측벽과 로 내부의 반응실 및 하부 벽을 갖춘 서셉터와, 이 서셉터의 하부 벽으로 열리는 적어도 하나의 가스 입구를 구비하고, 기판의 복수의 수직 환상형 스택으로 배열되는 다공성의 환상형 기판의 고밀도화를 위한 CVI로에 사용되는 가스 예열기에 있어서,

상기 서셉터 하부 벽 위에 있고, 가스 예열실의 범위를 정하는 열전도재로 이루어지며, 상기 가스 예열실에서 열리는 적어도 하나의 가스 입구를 갖춘 슬리브와,

상기 가스 예열실을 덮고, 상기 가스 예열실에서 나온 예열된 가스를 위한 복수의 통로를 갖추고, 상기 슬리브에 의해 지지되는 가스 분배판,

상기 가스 예열실에 위치하고, 상기 슬리브에 의해 둘러싸여진 복수의 이격된 다공판을 갖추며, 상기 서셉터 하부 벽과 상기 가스 분배판 사이에서 수평으로 연장하는 열교환 어셈블리로서, 상기 열교환 어셈블리의 다공판들은 하나의 판이 그 중심부분에만 천공을 갖추고 있고, 다른 판이 그 주변 부분에만 천공을 갖추고 있으며, 하나의 판이 다른 판의 바로 위에 위치한 적어도 한쌍의 판들을 갖추고, 상기 다공판들은 열전도 포일재로 이루어져 있으며, 상기 다공판들은 원형이고 각 판들 사이에 삽입된 방사상으로 연장하는 스페이서에 의해 이격되어 이루어진 열교환 어셈블리,

상기 가스 분배판의 상기 통로와 각각 연통하면서 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 맞춰져 상기 환상형 기판의 각 스택의 내부 볼륨과 상기 가스 예열실을 연결시키는 연통통로를 형성하기 위한 복수의 통로를 갖추고, 고밀도화를 위해 상기 반응실에 로드되는 환상형 기판의 스택을 지지하기 위한 로드 지지판 및,

상기 내부 볼륨에 각각 수용되는 예열된 가스의 흐름을 조절하기 위하여, 상기 연통통로에 삽입되고 다른 횡단면을 가지는 노즐 형태의 인서트를 갖춘 것을 특징으로 하는 가스 예열기.
복수의 수직 스택이 로의 반응실내로 로드된 다공성의 환상형 기판의 고밀도화를 위한 CVI로에서 예열된 반응가스의 분배를 제어하기 위한 제어방법에 있어서,

각 스택은 스택의 내부 볼륨을 규정짓는 중첩된 기판을 갖추고, 상기 반응실은 이 반응실의 범위를 정하는 내부 벽을 갖춘 서셉터에 의해 가열되며,

상기 제어방법은 상기 로의 바닥에서 예열존으로 반응가스를 들이는 단계와,

상기 반응가스가 상기 예열존을 통과함으로써 상기 반응가스를 예열하는 단계,

예열된 반응가스를 상기 예열존의 각 출구에서 복수의 개별 흐름으로 분할하는 단계 및,

상기 반응가스의 개별 흐름을 환상형 기판의 스택의 각 내부 볼륨으로 조종하는 단계를 갖추고,

예열존과 기판 스택의 각 내부 볼륨 사이를 연통시키는 연통통로에, 다른 횡단면을 가지는 노즐들을 삽입시킴으로써, 반응가스의 개별 흐름은 상기 반응실내의 기판의 대응하는 스택의 위치함수에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 반응가스의 분배를 제어하기 위한 제어방법.
제15항에 따른 제어방법에 있어서, 기판의 다른 스택보다 서셉터로부터 떨어져 중앙부분에 위치한 기판 스택의 내부 볼륨으로 보내지는 반응가스의 흐름은 기판의 상기 다른 스택의 내부 볼륨으로 보내지는 가스의 흐름보다 더 큰 것을 특징으로 하는 반응가스의 분배를 제어하기 위한 제어방법.
제15항에 따른 제어방법에 있어서, 상기 반응가스의 개별 흐름은 서로 다른 횡단면을 가진 노즐을 상기 예열존의 가스 예열실을 덮는 가스분배판에 형성된 통로로 삽입함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 반응가스의 분배를 제어하기 위한 제어방법.