(57)【要約】触媒反応装置は、触媒反応チャンバ内で水素と酸素を互いに反応させることにより、高純度水蒸気を生成する。反応体およびアルゴンガスや窒素などの不活性ガスが、ガスパネルにより制御された様式で触媒反応チャンバに供給される。円柱型触媒反応チャンバは、チタンまたはステンレス鋼から構成されていることが好ましい。触媒反応チャンバには、貴金属触媒などの触媒が被覆された非反応性材料の高純度セラミックペレットが充填されている。反応チャンバの各端部にあるふるいにより、触媒ペレットが反応チャンバの外に運び出されないようにする。反応チャンバの内部には、反応中の電荷および熱の輸送ための触媒ペレットとの接触面積を増加させるように長手方向に亘る２つの垂直なバッフル板がある。反応チャンバの温度は、動作中に３５０℃未満に維持される。
2005500236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高純度水蒸気を生成するための装置であって、
水素の供給源、
酸素の供給源、
不活性ガスの供給源、
触媒で被覆された多数のペレットを収容している反応チャンバ、
高温での燃焼を経ずに自然発火温度未満の反応温度で水蒸気を生成するように、ほぼ化学量論比の水素対酸素で、前記水素、酸素および不活性ガスを前記反応チャンバ中に計量しながら供給するための手段、および
前記反応チャンバから離して水蒸気を導くための出口、
を有してなることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記出口に接続されたフィルタをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記出口における水の凝縮を防ぐための加熱器をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記水素の供給源および前記酸素の供給源を前記反応チャンバから隔離する安全隔離パネルをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
少なくとも前記反応チャンバを取り囲む外囲器をさらに備えていることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記外囲器の内部を換気するための排気ファンをさらに備えていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記外囲器が開かれたときに、前記反応チャンバ中へのガス流を停止するように構成された安全保護装置をさらに備えていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
高純度不活性ガスの供給源、および
前記水素および酸素を前記反応チャンバ中に計量しながら供給する前に、前記高純度不活性ガスを該反応チャンバ中に供給するための手段、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記水素および酸素を前記反応チャンバ中に計量しながら供給するのを停止した後に前記高純度不活性ガスを該反応チャンバ中に供給するための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記反応チャンバがチタンから製造されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記反応チャンバが、高率で酸化クロムを有する酸化物コーティング層を持つステンレス鋼から製造されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記触媒がパラジウムを有してなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記触媒が白金を有してなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記触媒が、前記反応チャンバ内の多数の高純度セラミックペレットの表面に被覆されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記ペレットが高純度アルミナを有してなることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記反応チャンバ内の温度を測定するための温度センサをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記反応チャンバ内の温度を制限するための温度フィードバック・ループをさらに備えていることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記温度フィードバック・ループが、前記反応チャンバ内の温度が設定した制限を超えたときに、該反応チャンバ中への前記水素の流れを減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記反応チャンバを冷却するための冷却装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２０】
前記冷却装置が、前記反応チャンバに亘り冷却用空気を吹き込むための冷却ファンを有してなることを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記水素および不活性ガスを前記反応チャンバ中に計量しながら供給する前に、該水素および不活性ガスを混合するための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２２】
前記水素および酸素が、約２：１の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量されながら供給されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２３】
前記水素および酸素が、約２：１．１の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量されながら供給されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２４】
前記水素および酸素が、約２：１．１５の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量されながら供給されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２５】
前記水素および酸素が、約２：１．２の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量されながら供給されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２６】
高純度水蒸気を生成する方法であって、
触媒で被覆された多数のペレットを収容している反応チャンバ中に、水素および酸素ガスを、ほぼ化学量論比の水素対酸素で計量しながら供給して、高温での燃焼を経ずに自然発火温度未満の反応温度で水蒸気を生成する工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記水素に不活性ガスを、該水素および不活性ガスを前記反応チャンバ中に計量しながら供給する前に混合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記水素および酸素ガスを前記反応チャンバ中に計量しながら供給する前に、高純度不活性ガスを該反応チャンバ中に供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記水素および酸素ガスを前記反応チャンバ中に計量しながら供給するのを停止した後に、高純度不活性ガスを該反応チャンバ中に供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
前記水素および酸素を、約２：１の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量しながら供給することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
前記水素および酸素を、約２：１．１の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量しながら供給することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３２】
前記水素および酸素を、約２：１．２の水素対酸素の比で前記反応チャンバ中に計量しながら供給することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素を反応させることにより、高純度水蒸気を生成するための触媒反応装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不純物レベルが非常に低い高純度水蒸気は、様々な工業用途および科学用途において必要とされている。例えば、半導体製造において、高純度水蒸気は、水分酸化法による酸化ケイ素膜の被覆工程に用いられる。このプロセス工程のための高純度水蒸気は、高純水を調製するために、精製された水素と酸素を触媒の存在下で互いに反応させることにより製造できる。触媒は、反応を維持するのに必要な温度を低下させ、したがって、反応工程の安全性と制御性を改善する。大見等に発行された特許文献１および２には、触媒として働く白金の内部コーティングを持つ反応チャンバ内で水素と酸素を反応させることにより水を生成する方法および反応器が記載されている。
【特許文献１】
米国特許第６０９３６６２号明細書
【特許文献２】
米国特許第６１８００６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの以前の特許はこの技術分野において著しい進歩を示しているが、そのようなプロセスのさらなる改善に向かって、特に、プロセスの改善された安全性、信頼性および制御、並びに製造される水蒸気の改善された純度のために、引き続き研究が行われている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した議論を踏まえて、本発明は、触媒反応チャンバ内で水素と酸素を互いに反応させることにより、高純度水蒸気を生成するための触媒反応装置および方法を具現化する。反応体およびアルゴンガスや窒素などの不活性ガスは、ガスパネルにより制御された様式で触媒反応チャンバに供給される。円柱型触媒反応チャンバは、チタンまたはステンレス鋼から構成されていることが好ましい。触媒反応チャンバには、貴金属触媒などの触媒が被覆された非反応性材料の高純度セラミックペレットが充填されている。反応チャンバの各端部にあるふるいにより、触媒ペレットが反応チャンバの外に運び出されないようにする。反応チャンバの内部には、反応中の電荷および熱の輸送のための触媒ペレットとの接触面積を増加させるように長手方向に亘る２つの垂直なバッフル板がある。反応チャンバの温度は、動作中に３５０℃未満に維持される。
【０００５】
本発明の触媒反応装置には、従来技術のものよりも優れた明確な利点が数多くある。特に、触媒反応装置では、反応を開始するまたは維持するための加熱が必要ないという点で、熱にかかる経費が安い。触媒反応装置により、安全性および信頼性を改善するために、反応温度をより精密に制御することができる。従来技術の蒸気生成器は、一般に、約４６０℃の温度で動作し、一方で、本発明の触媒反応装置の動作温度は、３５０℃未満に確実に維持できる。さらに、本発明の触媒反応装置の構成により、ガス流の自由度が改善されて、反応器の出力中の水蒸気、水素、酸素および不活性ガスの濃度および流量を調節することができる。この構成により、反応器中の触媒を容易に交換し、再充填することができる。本発明の追加の利点としては、従来の水分生成器系と比較して、より信頼性のある動作、より安い製造コスト、および反応器のより小さな専有面積が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、触媒反応チャンバ１２０内で水素と酸素を互いに反応させることにより高純水を製造するための本発明による触媒反応装置１００の概略図を示している。反応体は、ガスパネル１５０により制御された様式で触媒反応チャンバ１２０に供給される。ガスパネル１５０は、アルゴンガスあるいは窒素ガスなどの不活性ガスの供給源に接続するためのＡｒガス接続部１０２；酸素ガスの供給源に接続するためのＯ2ガス接続部１０４；および水素ガスの供給源に接続するためのＨ2ガス接続部１０６を有している。特に好ましい構成の一つにおいて、ガス供給源は必要とされるガスの大容量貯蔵タンクを備え、ガスは、設備ガスとして触媒反応装置１００の位置に配管される。あるいは、より小さなよりポータブルなガス貯蔵シリンダを備えた異なるガス供給源を構成してもよい。Ｏ2ガスおよびＨ2ガスは、１００ｐｐｂ未満の水分および全炭化水素の純度レベルで提供され、Ａｒガスは、１００ｐｐｂ以下の水分および全炭化水素の純度レベルで提供されることが好ましい。
【０００７】
Ａｒガス接続部１０２はＡｒパージバルブ構成体１０８に接続される。この構成体は、反応ガスのための管路をＡｒガスでパージするために用いられる。Ａｒパージバルブ構成体１０８内では、Ａｒガス管路は、ＡｒガスをＡｒ管路１１４に通してガスパネル１５０のＯ2およびＨ2の各支管に供給するように構成されている第１のソレノイドバルブ、およびＡｒガスを第１の質量流量制御装置ＭＦＣ１に通して第３のソレノイドバルブであるＡｒ制御バルブ３に供給するように構成されている第２のソレノイドバルブに分岐している。
【０００８】
Ｏ2ガス接続部１０４はＯ2バルブ構成体１１０に接続されている。Ｏ2ガスは、第４のソレノイドバルブ４を通ってＯ2バルブ構成体に進入する。Ａｒパージバルブ構成体１０８からのＡｒ管路１１４の第１の支管が、第４のソレノイドバルブ４のすぐ下流にある第５のソレノイドバルブ５を通ってＯ2バルブ構成体１１０に進入する。第４および第５のソレノイドバルブ４，５は、Ｏ2バルブ構成体１１０が、Ｏ2またはＡｒガスを第２の質量流量制御装置ＭＦＣ２に通して第６のソレノイドバルブである、Ｏ2制御バルブ６に供給できるように作動させることができる。Ａｒガスは、一般に、Ｏ2バルブ構成体１１０、Ｏ2制御バルブ６およびＯ2ガス管路をパージするために用いられる。
【０００９】
Ｈ2ガス接続部１０６はＨ2バルブ構成体１１２に接続されている。Ｈ2ガスは、第７のソレノイドバルブ７を通ってＨ2バルブ構成体１１２に進入する。Ａｒパージバルブ構成体１０８からＡｒ管路１１４の第２の支管が、第７のソレノイドバルブ７のすぐ下流にある第８のソレノイドバルブ８を通ってＨ2バルブ構成体１１２に進入する。第７と第８のソレノイドバルブ７，８は、Ｈ2バルブ構成体１１２により、Ｈ2および／またはＡｒガスを第３の質量流量制御装置ＭＦＣ３に通して第９のソレノイドバルブである、Ｈ2制御バルブ９に供給するように作動させることができる。Ｈ2バルブ構成体１１２は、Ｈ2およびＡｒガスを異なる比率で混合して供給することができる。水素濃度は、０％から１００％までに及んでも差し支えなく、１％から５０％までの濃度が多くの用途にとって一般的である。このガス混合物は、触媒反応チャンバ１２０内で用いられる供給反応体ガスである。Ａｒガスは、Ｈ2バルブ構成体１１２、Ｈ2制御バルブ９およびＨ2ガス管路をパージするように別々に用いても差し支えない。
【００１０】
Ａｒ制御バルブ３、Ｏ2制御バルブ６およびＨ2制御バルブ９の出口は全て、共通管路１１６に接続され、この管路は触媒反応チャンバ１２０の入口２２４に接続されている。水蒸気出口管１１８は、触媒反応チャンバ１２０の反対の端部にある出口２２２に接続されている。水蒸気出口管１１８は、チタン接続部を有し、必要に応じて、未反応水素ガスを検出するための水素センサを備えている。
【００１１】
図２および３は、本発明による触媒反応装置１００の好ましい実施の形態の外観を示している。図２は触媒反応装置の右前方からの斜視図を示しており、図３は左後方からの斜視図を示している。触媒反応装置１００は外囲器１７０内に収容されている。外囲器１７０は、内部で隔離パネル１６６によって、ガスパネル１５０の構成部材を収容しているガスパネル外囲器１３８、および触媒反応チャンバ１２０を収容している反応チャンバ外囲器１４０に分割されている。
【００１２】
ガスパネル外囲器１３８は、取外しできる前方パネル１４２および頂部パネル１６０を有する。前方パネル１４２には、一つ以上の冷却空気孔１４６および点検用パネル１４４が形成されている。作業者にとって便宜上、図１に示したものに類似の概略図１６４が頂部パネル１６０上に示されている。反応チャンバ外囲器１４０は、取外しできる後方パネル１７２および頂部パネル１６２を有する。触媒反応装置１００の特に好ましい実施の形態において、外囲器１７０の前方パネル１４２、後方パネル１７２および２つの頂部パネル１６０，１６２には、パネルの内のいずれか一つが取り外されている場合、反応器を停止させる安全保護スイッチが備えられている。
【００１３】
ガスパネル外囲器１３８の頂部パネル１６０と反応チャンバ外囲器１４０の頂部パネル１６２との間の外囲器１７０の頂部には、制御パネル１３６があり、ここに、触媒反応装置１００の動作制御ボタンが配置されている。制御パネル１３６に配置されている動作制御ボタンには、パージ作動スイッチ１２２、Ａｒ作動スイッチ１２４、Ａｒオン／オフスイッチ１２６、Ｏ2作動／パージスイッチ１２８、Ｏ2オン／オフスイッチ１３０、Ｈ2作動／パージスイッチ１３２およびＨ2オン／オフスイッチ１３４がある。
【００１４】
図４は、装置の内部を示すために、外囲器１７０の前方パネル１４２、後方パネル１７２および２つの頂部パネル１６０，１６２が取り外されている、触媒反応装置１００を示している。図４は、反応チャンバ外囲器１４０の中を見る右後方斜視図である。外囲器１７０の残りは、底部パネル１６８、左側パネル１５８、右側パネル１７４、下側前方パネル１７６、下側後方パネル１７８および制御パネル１３６から構成される。下側前方パネル１７６には、それぞれ、Ａｒガス接続部１０２、Ｏ2ガス接続部１０４およびＨ2ガス接続部１０６に接続するために、ガス管路を通すためのアクセス孔またはスロット１５２，１５４，１５６が形成されている。電気的接地接続が外囲器１７０に接続されている。下側後方パネル１７８には、水蒸気出口管１１８に接続するために水蒸気管路を通すためのアクセス孔またはスロット１８０が形成されている。アクセス孔１８０は、管路内の水蒸気が凝縮するのを防ぐために、水蒸気出口管１１８を取り囲む断熱体および／または加熱器２２６を収容するほど十分に大きい。右側パネル１７４にある冷却空気排気ダクト１８４が、反応チャンバ外囲器１４０の内部と繋がっている。
【００１５】
ガスパネル外囲器１３８と反応チャンバ外囲器１４０とを隔てている隔離パネル１６６が外囲器１７０の内部に見られる。隔離パネル１６６には、ガスパネル外囲器１３８から反応チャンバ外囲器１４０に冷却空気を循環させることのできる一つ以上の内部通気口１８２が形成されている。一つ以上の冷却ファン１８６により、冷却空気を内部通気口１８２に通して触媒反応チャンバ１２０に向けることが好ましい。
【００１６】
図５〜７は、図１に概要が示されているガスパネル１５０および触媒反応チャンバ１２０の物理的な配置を示すために外囲器１７０の全てが取り外されている触媒反応装置１００を示している。図５は左前方からの斜視図であり、図６は右前方からの斜視図であり、ガスパネル１５０がガスパネル外囲器１３８内にあることを示している。図７は左後方からの斜視図であり、反応チャンバ外囲器１４０内に触媒反応チャンバ１２０があるのを示している。
【００１７】
図８Ａは、触媒反応チャンバ１２０の内部を示すために図８Ｂの線分Ａ−Ａに沿って切り取られた反応容器２００を持つ触媒反応チャンバ１２０の断面図である。図８Ｂは、図８Ａの線分Ｂ−Ｂに沿ってとられた触媒反応チャンバ１２０の横断面図である。触媒反応チャンバ１２０は、触媒ペレット２２０が充填された、略円筒形の反応容器２００を有してなる（触媒反応チャンバ１２０は、反応容器２００の内部構造が見えるように、図８Ａにおいて、触媒ペレット２２０が一部だけ充填されているのが示されている）。触媒ペレット２２０は、触媒で被覆された非反応性材料の高純度ペレットであることが好ましい。例えば、ペレットは、高純度アルミナなどの高純度セラミックから製造され、白金、パラジウムまたはイリジウムなどの貴金属触媒が被覆されているものであってよい。反応容器２００は、一対の端部キャップ２０４，２０６に溶接された円筒体２０２から構成されており、端部キャップ上にガスケットシールＶＣＲ結合具２１０，２０８等が機械加工されて、触媒反応チャンバ１２０の入口２２４および出口２２２を形成している。反応容器２００は、腐食を防ぐため、および溶接を容易にするために、好ましくは、チタン、より好ましくは、Ｔｉ−ＣＰａＲ２等級のチタンから製造される。あるいは、反応容器２００は、腐食を防ぎ、不純物のガス抜けを減少させるために、反応容器２００および溶接部上に高率で酸化クロムを持つ酸化物コーティングを持つステンレス鋼から製造されていてもよい。円筒体２０２の内部には、長手方向に亘る２つの垂直なバッフル板２１６，２１８がある。バッフル板２１６，２１８は、円柱体２０２に仮付け溶接されていてもよい。バッフル板２１６，２１８は、チタンから製造されていることが好ましく、もしくは高率で酸化クロムを有する酸化物コーティングを持つステンレス鋼から製造されている。これらのバッフル板２１６，２１８の目的は、反応中に電荷輸送のために、触媒ペレット２２０と反応容器２００の金属構造体との間の接触表面を増大させることにある。バッフル板２１６，２１８は、反応中の熱平衡を維持するために、熱を反応容器２００から外に移動させるのに役立つ。円筒体２０２の両端にある端部キャップ２０４，２０６内には、端部キャップ２０４，２０６に仮付け溶接された、２〜１０μｍの孔径を持つふるいまたは網２１２，２１４がある。ふるい２１２，２１４はチタンから製造されていることが好ましく、もしくは高率で酸化クロムを有する酸化物コーティングを持つステンレス鋼から製造されている。ふるい２１２，２１４間の反応容器２００の内部には触媒ペレット２２０が充填されている。ふるい２１２，２１４は、触媒ペレット２２０が、両端から反応容器２００の外部に運び出されるのを防ぐ。
【００１８】
触媒反応チャンバ１２０の上流にあるガス管路は、一般に、１／４インチ（約６．４ｍｍ）の直径を持ち、表面粗さが５〜１０Ｒａであるステンレス鋼チュービングから構成されていることが好ましい。触媒反応チャンバ１２０の下流にある水蒸気出口管１１８は、必要に応じて、チタンから製造されていてもよく、必要に応じて、反応容器２００に溶接されていてもよい。
【００１９】
反応器に用いられる材料の純度は、生成される流れの分析によって金属不純物を非常にわずかしかまたは全く示されないようなものである。ＴＲＸＲＥ分析データは、この反応器により生成された流れ中のＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒおよび他の金属のレベルが、半導体製造の厳しい要件に許容されることを示している。
【００２０】
操作を始めるために、パージ作動スイッチ１２２をオンにし、これにより、ソレノイドバルブ１を作動させて、ＡｒガスをＯ2バルブ構成体１１０およびＨ2バルブ構成体１１２に供給する。Ａｒ作動スイッチ１２４をオンにして、ソレノイドバルブ２を開き、Ｏ2作動／パージスイッチ１２８およびＨ2作動／パージスイッチ１３２を中立位置からパージ位置に動かして、ソレノイドバルブ５および８を開く。次いで、Ａｒオン／オフスイッチ１２６，Ｏ2オン／オフスイッチ１３０およびＨ2オン／オフスイッチ１３４をオンにして、ソレノイドバルブ３，６および９を開いて、一般的に約１〜５分間に亘り、系をＡｒガスでパージして、この系にある不純物を流し出す。
【００２１】
系をＡｒで十分にパージした後、Ａｒを遮断する。反応は、Ｏ2作動／パージスイッチ１２８をパージ位置からオン位置に動かして、ソレノイドバルブ５を閉じ、ソレノイドバルブ４を開くことにより開始される。次に、Ｈ2作動／パージスイッチ１３２をパージ位置からオン位置に動かして、ソレノイドバルブ８を閉じ、ソレノイドバルブ７を開く。Ｏ2およびＨ2／Ａｒ混合物が触媒反応チャンバ１２０中に流入する。Ｈ2とＯ2が触媒と接触し、反応して、５６０℃の自然発火温度より低い温度で水蒸気を形成する。多くの用途において、水素を確実に完全に反応させるために、Ｈ2およびＯ2を２：１のほぼ化学量論比にする、またはＨ2よりＯ2を化学量論的にわずかに過剰にすることが好ましい。例えば、Ｈ2：Ｏ2比は、約２：１．１から２：１．２の範囲、最も好ましくは、約２：１．１５にあるであろう。ある用途においては、酸化雰囲気を必要とするプロセスのために酸素の豊富な水蒸気を提供するために、Ｏ2をＨ2より化学量論的に過剰にすることが好ましい。これらの用途については、Ｈ2：Ｏ2比は、２：１．４５またはそれより低くても差し支えない。他の用途において、還元雰囲気を必要とするプロセスのために水素の豊富な水蒸気を提供するために、Ｈ2をＯ2より化学量論的に過剰にすることが好ましい。これらの用途については、Ｈ2：Ｏ2比は、２．９：１またはそれより高くても差し支えない。Ｏ2：Ｈ2比は、Ｏ2およびＨ2質量流量制御装置ＭＦＣ２，ＭＦＣ３を用いて調節することができる。
【００２２】
Ａｒオン／オフスイッチ１２６は、オフにしても、または反応器の出力にとって望ましい水蒸気対不活性ガスの比に応じて、オンのままであってもよい。Ｈ2Ｏ対Ａｒの比は、供給ガス中のＨ2対Ａｒの比を調節することにより、約１から１００％まで調節することができる。
【００２３】
水蒸気、またはＡｒガスの混ざった水蒸気は、水蒸気出口管１１８から流出する。水蒸気出口管１１８に接続されたフィルタ１１９が、生成された水蒸気から不純物を除去する。約０．０００３μｍのサイズを超えた粒子がフィルタにより除かれる。
【００２４】
発熱反応が進行するにつれ、温度が上昇する。触媒反応チャンバ１２０の表面温度を低下させるように働くファン１８６を用いて、空冷が行われる。温度は所定の速度で上昇し、異常を検出し、ユーザに適切に警告するために、温度センサ・フィードバック・ループが用いられる。温度センサが３５０℃より高い温度を検出した場合、共通管路１１６中のＨ2流および／または混合ガス流を停止することにより、反応が自動的に停止される。触媒反応チャンバ１２０が最高許容温度を超えた場合、制御回路の様々な地点に一つ以上の温度ヒューズを安全停止手段として配置してもよい。あるいは、温度センサが２分後に５０℃未満の温度を検出した場合、故障について触媒反応装置１００を検査するために、同じ自動停止手順が行われる。
【００２５】
使用後に触媒反応装置１００を停止するために、最初にＨ2を停止し、次いで、Ａｒを停止し、最後に、触媒反応チャンバ１２０をＯ2でパージしてから、Ｏ2を停止する。
【００２６】
図示した構成における触媒反応装置１００は、約１００ｓｃｃｍ（標準状態下での立方センチメートル毎分）から１ｓｌｍ（標準状態下でのリットル毎分）の高純度水蒸気を供給することができる。触媒反応装置１００は、所望の速度の高純度水蒸気を供給するように調節できる。好ましい方法において、触媒反応装置１００の容量は、多数の触媒反応チャンバ１２０を並列に接続することにより、モジュラー形式で増大させることができ、ここで、各々の触媒反応チャンバ１２０は、１ｓｌｍまでの高純度水蒸気を提供する。このモジュラー手法は、触媒反応チャンバ１２０の熱特性は既に知られており、安全性と熱平衡のために再設計する必要がないので、有益である。
【００２７】
図９は触媒反応装置１００の左後方からの斜視図を示しており、ここで、反応チャンバ外囲器１４０内に多数の触媒反応チャンバモジュール１２０が並列に接続されている。この例示の実施の形態において、５つの触媒反応チャンバモジュール１２０が反応チャンバ外囲器１４０内に並列に接続されている。反応チャンバ外囲器１４０の現在の容積内には、１５ほど多くの触媒反応チャンバモジュール１２０を配列させることができる。より大きい容量が必要である場合には、反応チャンバ外囲器１４０は単に、より多くの触媒反応チャンバモジュール１２０を収容するように拡大することができる。この例示の実施の形態において、各々の触媒反応チャンバモジュール１２０は空冷ダクト２３０により取り囲まれており、各々のダクトには、別々の冷却ファン１８６により冷却用空気が提供される。空冷ダクト２３０は、図示したように、円筒に関して軸方向に冷却ファン１８６が向けられている略円筒形、または冷却用空気の流れを触媒反応チャンバモジュール１２０の表面に方向付けるためのどのような他の都合よい形状であってもよい。
【００２８】
本発明を例示としての実施の形態および本発明を実施するための最良の態様についてここに記載してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な実施の形態、適応および変更例の改変、改良および組合せを行っても差し支えないことが当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】水素と酸素を反応させることにより高純水を製造するための本発明による触媒反応装置の概略図
【図２】本発明による触媒反応装置の好ましい実施の形態の右前方からの斜視図
【図３】触媒反応装置の左後方からの斜視図
【図４】外囲器の前方パネル、後方パネルおよび２つの頂部パネルが取り外されている、触媒反応装置の右後方からの斜視図
【図５】外囲器が取り外されている、触媒反応装置の左前方からの斜視図
【図６】外囲器が取り外されている、触媒反応装置の右前方からの斜視図
【図７】外囲器が取り外されている、触媒反応装置の左後方からの斜視図
【図８Ａ】触媒反応装置の内部を示す断面図
【図８Ｂ】触媒反応装置の横断面図
【図９】多数の触媒反応チャンバモジュールを備えた触媒反応装置の左後方からの斜視図
【符号の説明】
【００３０】
１００    触媒反応装置
１２０    触媒反応チャンバ
１４０    反応チャンバ外囲器
１５０    ガスパネル
１６０    隔離パネル
１７０    外囲器
２００    反応容器
２２０    触媒ペレット
２３０    空冷ダクト
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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