KR20240052957A - 수분 발생용 반응로 - Google Patents
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Abstract
(과제) 발화의 위험성을 방지하면서, 보다 높은 수분 발생률을 달성할 수 있는 수분 발생용 반응로를 제공한다.
(해결 수단) 가스의 입구(2) 및 출구(4)를 갖는 반응로 본체(6)와, 출구(4)에 대향상으로 배치되고, 반응로 본체(6)의 내벽면과 간극(G2)을 유지해서 반응로 본체(6) 내에 고정됨과 아울러, 반응로 본체(6)의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부(10)를 갖는 제 1 반사판(7)과, 반응로 본체(6)의 내벽면에 코팅된 제 1 백금 촉매층(9)과, 제 1 반사판(7)의 반응로 본체(6)와 대향하는 측이며 테이퍼부(10)보다 내측의 외표면에 코팅된 제 2 백금 촉매층(11)을 구비한다.
(해결 수단) 가스의 입구(2) 및 출구(4)를 갖는 반응로 본체(6)와, 출구(4)에 대향상으로 배치되고, 반응로 본체(6)의 내벽면과 간극(G2)을 유지해서 반응로 본체(6) 내에 고정됨과 아울러, 반응로 본체(6)의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부(10)를 갖는 제 1 반사판(7)과, 반응로 본체(6)의 내벽면에 코팅된 제 1 백금 촉매층(9)과, 제 1 반사판(7)의 반응로 본체(6)와 대향하는 측이며 테이퍼부(10)보다 내측의 외표면에 코팅된 제 2 백금 촉매층(11)을 구비한다.
Description
본 발명은, 주로 반도체 제조 장치에 있어서 이용되고, 수소 가스와 산소 가스를 반응시켜서 수분을 발생시키는 수분 발생용 반응로에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 반응로로서 도 6에 나타내는 바와 같은 수분 발생용 반응로(1C)가 알려져 있다. 이 수분 발생용 반응로(1C)는 원료 가스의 입구(2)를 갖는 입구측 로본체 부재(3)와 수분 가스의 출구(4)를 갖는 출구측 로본체 부재(5)를 대향상으로 용접 접합한 반응로 본체(6)와, 반응로 본체(6)의 내부에 있어서 출구(4)와 대향상으로 배치되어 반응로 본체(6)의 내벽면과 간극(G2)을 유지해서 고정된 제 1 반사판(7)과, 반응로 본체(6)의 내부에 있어서 원료 가스의 입구(2)와 대향상으로 배치되어 반응로 본체(6)의 내벽면과 간극(G1)을 유지해서 고정된 제 2 반사판(8)을 구비하고, 출구측 로본체 부재(5)의 내벽면에 백금 촉매층(9)이 코팅되어 있다. 또한, 이해 용이를 위해, 백금 촉매층을 파선으로 과장해서 도시하고 있다.
상기 구성의 수분 발생용 반응로(1C)는, 원료 가스의 입구(2)를 통해 반응로 본체(6) 내에 산소 가스, 수소 가스를 공급하고, 수소 가스와 산소 가스의 착화점(500~580℃)보다 낮은 촉매 반응 온도(400℃ 이하)에서 백금 촉매층(9)과 촉매 반응시킴으로써, 연소시키는 일 없이 고순도의 수분 가스를 발생시키고, 수분 가스 인출구로부터 인출할 수 있다.
또한, 도 6에 나타내는 수분 발생용 반응로(1C)는, 제 1 반사판(7)의 둘레 가장자리부에서 반응로 본체(6)의 내벽면과 대향하는 측에 테이퍼부(10)를 형성함으로써, 예기하지 않은 발화 연소를 발생시키는 일 없이 안정적으로 수분을 생성할 수 있다. 즉, 촉매 반응은 제 1 반사판(7)과 반응로 본체(6) 사이의 간극(G2)에 들어가는 부분에서 강하게 반응하기 위해 테이퍼부(10)를 형성함에 따라, 간극(G2)에 상기 원료 가스가 급격히 유입되지 않도록 하고, 강한 촉매 반응의 발생을 억제함으로써 온도의 국소적인 급상승을 방지하고, 발화를 방지하고 있다.
상기 종래의 수분 발생용 반응에서는, 발화의 위험성을 방지하면서 수분 발생률 98%를 실현할 수 있고, 안정적으로 높은 수분 발생률이 달성되어 있다. 그러나, 발화의 위험성을 방지하면서도 수분 발생률을 더 높이고 싶다는 요망이 있다.
그래서, 본 발명은 발화의 위험성을 방지하면서, 보다 높은 수분 발생률을 달성할 수 있는 수분 발생용 반응로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일양태에 의한 수분 발생용 반응로는 가스의 입구 및 출구를 갖는 반응로 본체와, 상기 출구에 대향상으로 배치되고, 상기 반응로 본체의 내벽면과 간극을 유지해서 상기 반응로 본체 내에 고정됨과 아울러, 상기 반응로 본체의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부를 갖는 제 1 반사판과, 상기 반응로 본체의 내벽면에 코팅된 제 1 백금 촉매층과, 상기 제 1 반사판의 상기 반응로 본체와 대향하는 측이며 상기 테이퍼부보다 내측의 외표면에 코팅된 제 2 백금 촉매층을 구비한다.
상기 제 1 반사판과 상기 반응로 본체의 내벽면 사이에 개재되고, 상기 간극을 유지하기 위한 링상 스페이서와, 상기 링상 스페이서를 통해 상기 제 1 반사판을 상기 반응로 본체에 고정하는 고정 나사를 더 구비하고, 상기 제 2 백금 촉매층은, 상기 링상 스페이서가 상기 제 1 반사판과 접촉하는 부분을 제외한 상기 외표면에 코팅되어 있어도 좋다.
상기 제 2 백금 촉매층은 상기 링상 스페이서보다 내측에 코팅될 수 있다.
상기 반응로 본체의 내벽면 전체면 및 상기 제 1 반사판 전체면에 배리어 피막을 코팅한 후에 상기 제 1 백금 촉매층 및 상기 제 2 백금 촉매층이 코팅되어 있어도 좋다.
상기 입구에 대향상으로 배치되고, 상기 반응로 본체의 내벽면과 간극을 유지해서 상기 반응로 본체 내에 고정됨과 아울러, 상기 반응로 본체의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부를 갖는 제 2 반사판을 더 구비하고, 상기 제 2 반사판은 전체면에 배리어 피막이 코팅되고, 백금 촉매층이 코팅되어 있지 않은 구성으로 해도 좋다.
본 발명에 의하면, 상기 제 1 반사판의 상기 반응로 본체와 대향하는 측이며 상기 테이퍼부보다 내측의 외표면에 제 2 백금 촉매층을 코팅함으로써, 발화의 위험성을 방지하면서, 보다 높은 수분 발생률을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 수분 발생용 반응로의 제 1 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내어진 형태의 변경예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 수분 발생용 반응로의 제 2 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 종래의 수분 발생용 반응로를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내어진 형태의 변경예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 수분 발생용 반응로의 제 2 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 종래의 수분 발생용 반응로를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 의한 수분 발생용 반응로의 실시형태에 대해서, 이하에 도 1~도 5를 참조해서 설명한다. 또한, 종래 기술을 포함해서, 전체 도면 및 전체 실시예를 통해, 동일 또는 유사한 구성 요소에 동 부호를 붙이고 있다.
도 1을 참조해서, 제 1 실시형태에 의한 수분 발생용 반응로(1A)는, 원료 가스(산소 및 수소)의 입구(2) 및 수분 가스 및 미반응의 원료 가스의 출구(4)를 갖는 반응로 본체(6)와, 출구(4)에 대향상으로 배치되고, 반응로 본체(6)의 내벽면과 간극(G2)을 유지해서 반응로 본체(6) 내에 고정됨과 아울러, 반응로 본체(6)의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부(10)를 갖는 제 1 반사판(7)과, 반응로 본체(6)의 내벽면에 코팅된 제 1 백금 촉매층(9)과, 제 1 반사판(7)의 반응로 본체(6)와 대향하는 측에서 테이퍼부(10)보다 내측의 외표면에 코팅된 제 2 백금 촉매층(11)을 구비한다.
또한, 수분 발생용 반응로(1A)는 제 2 반사판(8)을 구비하고 있다. 제 2 반사판(8)은 입구(2)에 대향상으로 배치되고, 반응로 본체(6)의 내벽면과 간극(G1)을 유지해서 반응로 본체(6) 내에 고정됨과 아울러, 반응로 본체(6)의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부(12)를 갖는다. 제 2 반사판(8)은, 입구(2)로부터 유입된 원료 가스를 반응로 본체(6) 내에 효율 좋게 확산시키는 기능을 갖고 있다.
반응로 본체(6)는 입구측 로본체 부재(3)와 출구측 로본체 부재(5)가 접합되고, 짧은 원기둥상 외형을 갖고 있다. 입구측 로본체 부재(3)의 오목부(3a)와 출구측 로본체 부재(5)의 오목부(5a)에 의해 내부 공간(P)이 형성되어 있다. 오목부(3a) 및 오목부(5a) 각각의 둘레 가장자리 플랜지부(3b, 5b)가 맞대어 용접됨으로써 접합되어 있다. 가스의 입구(2)는 입구측 로본체 부재(3)에 형성되어 있다. 수분 가스의 출구(4)는 출구측 로본체 부재(5)에 형성되어 있다.
제 1 백금 촉매층(9)은 출구측 로본체 부재(5)에 주로 코팅된다. 입구측 로본체 부재(3)는, 둘레 가장자리 플랜지부(3b)의 내면에 제 1 백금 촉매층(9)을 코팅할 수도 있다.
제 2 반사판(8)에 백금 촉매층을 코팅하면, 가스가 로내에 들어가자마자 간극(G1) 내에서 촉매 반응을 일으킨다. 제 2 반사판(8)은 로본체에 비해 열용량이 작기 때문에 고온이 되기 쉽고, 반응로 본체(6)와 같이 외부로 방열할 수도 없기 때문에, 제 2 반사판(8)에 백금 촉매층을 코팅하면 발화될 가능성이 있다. 따라서, 제 2 반사판(8)에는 백금 촉매층을 코팅하지 않는 것이 바람직하다.
제 2 반사판(8) 및 제 1 반사판(7)은, 모두 원판형상을 갖고 있다. 제 2 반사판(8) 및 제 1 반사판(7)은, 반응로 본체(6)의 내벽면에 간극(G1, G2)을 통해 대략 평행하게 장착되어 있으며, 테이퍼부(10, 12)는 외주측을 향함에 따라 반응로 본체(6)의 내벽면과의 거리가 넓어지도록 형성되어 있다.
반응로 본체(6), 제 1 반사판(7), 및 제 2 반사판(8)은 스테인리스강에 의해 형성할 수 있지만, 다른 재료, 예를 들면 니켈 합금, 알루미늄 합금, 철-크롬-알루미늄 합금 등에 의해 형성할 수도 있다.
반응로 본체(6)의 내측면, 제 1 반사판(7)의 표면, 및 제 2 반사판(8)의 표면에는, 산소 및 수소에 대해서 불활성인 배리어 피막(13)이 전체면에 코팅된다. 제 1 백금 촉매층(9) 및 제 2 백금 촉매층(11)은 배리어 피막(13) 상에 코팅되어 있다. 배리어 피막은, 반응로 본체(6) 등을 구성하는 스테인리스 등의 모재 중의 불순물이 외부로 방출되는 것을 저지함과 아울러, 백금 촉매층 내에 확산되는 것을 저지하고, 백금 촉매층의 열화를 방지한다.
배리어 피막(13)은 공지의 재료를 사용할 수 있다. 배리어 피막으로서, 예를 들면 TiN, Al2O3, TiCN, TiAlN, Cr2O3, SiO2, CrN, Y2O3, 또는 Y2O3과 다른 금속 산화물(Ta2O5, SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, HfO2, La2O3, CeO2, Ce2O3, MgO, ThO2)의 혼합 재료가 알려져 있다. 배리어 피막(13)은 이온 플레이팅법, 이온 스퍼터링법, 진공 증착법 등의 PVD법, 화학 증착법(CVD법), 핫 프레스법, 또는 용사법 등에 의해 형성할 수 있다. 배리어 피막(13)의 두께는 0.1㎛~5㎛ 정도로 할 수 있다.
제 1 백금 촉매층(9) 및 제 2 백금 촉매층(11)은 진공 증착법, 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 화학 증착법, 핫 프레스법 등에 의해 성막할 수 있다. 제 1 백금 촉매층(9) 및 제 2 백금 촉매층(11)의 두께는 0.1㎛~3㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이해 용이를 위해, 도 1에 있어서 백금 촉매층을 파선으로 과장해서 나타내고 있다.
제 1 반사판(7)은 링상 스페이서(14)를 통해 고정 나사(15)에 의해 반응로 본체(6)에 고정되어 있다. 고정 나사(15)가 지나는 링상 스페이서(14)에 의해, 제 1 반사판(7)과 반응로 본체(6)의 내벽면 사이에 간극(G2)이 유지되어 있다. 제 2 반사판(8)도 마찬가지로, 링상 스페이서(16)를 통해 고정 나사(17)에 의해 반응로 본체(6)에 고정되어 있다. 간극(G1, G2)은 0.5~1.0㎜로 하는 것이 바람직하고, 도시예에서는 0.5㎜로 설정되어 있다. 링상 스페이서(14, 16) 및 고정 나사(15, 17) 각각의 표면에도 상기 배리어 피막이 형성된다.
고정 나사(15)는 제 1 반사판(7)의 테이퍼부(10)의 반경 방향 내측에, 테이퍼부(10)를 따라 소정 각도 간격(예를 들면, 90° 간격으로 4개소)으로 배치되어 있다.
상기 구성을 갖는 수분 발생용 반응로(1A)는, 제 1 반사판(7)에 제 2 백금 촉매층(11)을 코팅함으로써 촉매 반응이 증가하고, 보다 높은 수분 발생률이 얻어진다.
테이퍼부(10)는 상술한 바와 같이 간극(G2)에 원료 가스가 급격히 들어가지 않도록 해서 온도의 심한 상승을 방지하고 있지만, 제 2 백금 촉매층(11)을 테이퍼부(10)에도 코팅하면, 제 1 백금 촉매층(9)과의 반응과 합쳐져 촉매 반응이 강해지고, 온도가 급상승해서 발화될 우려가 있다. 그 때문에, 테이퍼부(10)를 제외한, 테이퍼부(10)보다 내측의 면에 제 2 백금 촉매층(11)이 코팅된다.
또한, 도시예에 있어서는, 링상 스페이서(14)의 재질이나, 고정 나사(15)의 조임 토크의 불균일 등에 따라서는, 고정 나사(15)의 조임 시에 링상 스페이서(14)가 제 2 백금 촉매층(11)과 접촉하는 부분에서, 제 2 백금 촉매층(11)이 손상되고, 그것이 원인으로 발화될 가능성도 생각된다. 그 때문에, 제 2 백금 촉매층(11)은 링상 스페이서(14)와 접촉하는 부분에 코팅하지 않는 것이 바람직하고, 링상 스페이서(14)보다 반경 방향의 내측에 원형상으로 코팅하는 것이 바람직하다. 또한, 링상 스페이서(14)와의 접촉을 확실하게 회피하기 위해서는, 제 2 백금 촉매층(11)은, 링상 스페이서(14)로부터 소정 거리(L)(도 2, 도 3)를 이간시켜 두는 것이 바람직하다. 거리(L)는 4~7㎜로 할 수 있다.
변경예로서 도 4에 나타내는 바와 같이, 테이퍼부(10)보다 내측의 면을, 링상 스페이서(14)와의 접촉 영역만을 제외하고, 제 2 백금 촉매층(11)으로 코팅할 수도 있다. 또한, 제 1 백금 촉매층(9)도 링상 스페이서(14)와의 접촉 영역만을 제외하고 코팅할 수 있다.
한편, 간극(G2)에 유입된 가스는, 출구(4)에 근접함에 따라 미반응 가스가 감소하고, 간극(G2) 중간까지 흘러오는 미반응 가스는 적어지므로, 제 1 반사판(7)과 반응로 본체(6)의 쌍방에 백금 촉매층이 있어도, 발화에 도달할 정도의 반응(온도 상승)은 발생하지 않는다. 그것에 의해, 발화의 위험성을 방지하면서도, 보다 높은 수분 발생률을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 수분 발생용 반응로의 제 2 실시형태를 나타내고 있다. 제 2 실시형태의 수분 발생용 반응로(1B)는 약간 두꺼운 제 1 반사판(7)을 구비하지만, 제 1 실시형태의 제 2 반사판(8)을 구비하고 있지 않고, 그 만큼 콤팩트화되어 있다. 제 2 실시형태의 그 외의 구성은 제 1 실시형태와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정 해석되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경이 가능하다.
1A, 1B, 1C: 수분 발생용 반응로
2: 입구
3: 입구측 로본체 부재 4: 출구
5: 출구측 로본체 부재 6: 반응로 본체
7: 제 1 반사판 8: 제 2 반사판
9: 제 1 백금 촉매층 10: 테이퍼부
11: 제 2 백금 촉매층 14, 16: 링상 스페이서
15, 17: 고정 나사
3: 입구측 로본체 부재 4: 출구
5: 출구측 로본체 부재 6: 반응로 본체
7: 제 1 반사판 8: 제 2 반사판
9: 제 1 백금 촉매층 10: 테이퍼부
11: 제 2 백금 촉매층 14, 16: 링상 스페이서
15, 17: 고정 나사
Claims (5)
- 가스의 입구 및 출구를 갖는 반응로 본체와,
상기 출구에 대향상으로 배치되고, 상기 반응로 본체의 내벽면과 간극을 유지해서 상기 반응로 본체 내에 고정됨과 아울러, 상기 반응로 본체의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부를 갖는 제 1 반사판과,
상기 반응로 본체의 내벽면에 코팅된 제 1 백금 촉매층과,
상기 제 1 반사판의 상기 반응로 본체와 대향하는 측이며 상기 테이퍼부보다 내측의 외표면에 코팅된 제 2 백금 촉매층을 구비하는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반사판과 상기 반응로 본체의 내벽면 사이에 개재되고, 상기 간극을 유지하기 위한 링상 스페이서와,
상기 링상 스페이서를 통해 상기 제 1 반사판을 상기 반응로 본체에 고정하는 고정 나사를 더 구비하고,
상기 제 2 백금 촉매층은, 상기 링상 스페이서가 상기 제 1 반사판과 접촉하는 부분을 제외한 상기 외표면에 코팅되어 있는 수분 발생용 반응로. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 백금 촉매층은 상기 링상 스페이서보다 내측에 코팅되어 있는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응로 본체의 내벽면 전체면 및 상기 제 1 반사판 전체면에 배리어 피막을 코팅한 후에 상기 제 1 백금 촉매층 및 상기 제 2 백금 촉매층이 코팅되어 있는 수분 발생용 반응로. - 제 1 항에 있어서,
상기 입구에 대향상으로 배치되고, 상기 반응로 본체의 내벽면과 간극을 유지해서 상기 반응로 본체 내에 고정됨과 아울러, 상기 반응로 본체의 내벽면과 대향하는 둘레 가장자리부에 테이퍼부를 갖는 제 2 반사판을 더 구비하고,
상기 제 2 반사판은 전체면에 배리어 피막이 코팅되고, 백금 촉매층이 코팅되어 있지 않은 수분 발생용 반응로.
Applications Claiming Priority (3)
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