特開 2023-77093 反応炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023077093

(43)【公開日】2023-06-05

(54)【発明の名称】反応炉

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/977 20170101AFI20230529BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20230529BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20230529BHJP

【ＦＩ】

C01B32/977

C23C16/455

C23C16/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021190241

(22)【出願日】2021-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 公美

【テーマコード（参考）】

4G146

4K030

【Ｆターム（参考）】

4G146MA14

4G146NA04

4G146NA07

4G146NA13

4G146NB05

4G146NB14

4G146QA04

4K030AA03

4K030AA06

4K030AA09

4K030AA16

4K030AA18

4K030BA37

4K030CA08

4K030EA06

4K030FA10

4K030HA15

4K030JA05

4K030JA09

4K030KA09

4K030KA39

4K030KA41

(57)【要約】

【課題】原料ガスの漏れを抑制すること。
【解決手段】反応炉１００は、原料ガスｇ１が流れる第１の流路２０と、基材を設置するための基材エリア３０と、を含む内筒１１と、内筒１１を囲う中筒１２であって、中筒１２と内筒１１との間に第２の流路２１を含む中筒１２と、中筒１２を囲う外筒１３であって、外筒１３と中筒１２との間に不活性ガスｇ３が流れる第３の流路２２を含む外筒１３と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガスが流れる第１の流路と、基材を設置するための基材エリアと、を含む内筒と、
前記内筒を囲う中筒であって、当該中筒と前記内筒との間に第２の流路を含む中筒と、
前記中筒を囲う外筒であって、当該外筒と前記中筒との間に不活性ガスが流れる第３の流路を含む外筒と、
を備える、反応炉。

【請求項2】

前記原料ガスは、
前記第１の流路を流れる第１の原料ガスと、
前記第２の流路を流れる第２の原料ガスと、
を含み、
前記内筒は、前記第１の流路に沿って配置されかつ前記第２の流路を前記第１の流路に接続する、複数の開口を含む、
請求項１に記載の反応炉。

【請求項3】

前記複数の開口の断面積は、前記第１の流路に沿って変化する、
請求項２に記載の反応炉。

【請求項4】

第２の不活性ガスが、前記第２の流路を流れ、
前記内筒は、前記原料ガスの流れにおいて前記基材エリアの下流に設けられかつ前記第２の流路を前記第１の流路に接続する、開口を含む、
請求項１に記載の反応炉。

【請求項5】

前記第１の流路内の第１圧力を調整する第１の圧力調整手段と、
前記第２の流路内の第２圧力を調整する第２の圧力調整手段と、
前記第３の流路内の第３圧力を調整する第３の圧力調整手段と、
前記第１、第２および第３の圧力調整手段と通信可能に接続された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第２圧力が前記第１圧力よりも高く、かつ、前記第３圧力が前記第２圧力よりも高くなるように、前記第１、第２および第３の圧力調整手段を制御する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の反応炉。

【請求項6】

前記第１、第２および第３の圧力調整手段の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、請求項５に記載の反応炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、反応炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えばＳｉＣ等の材料を形成するための反応炉が知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－２５０１８３号公報

【特許文献2】特開平９－２６０３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような反応炉では、例えば腐食性を有する原料ガスが使用される場合がある。このような原料ガスが反応炉の外部に漏れると、反応炉の炉体等の金属部品が、原料ガスによって腐食されるおそれがある。

【0005】

本開示は、上記のような課題を考慮して、原料ガスの漏れを抑制することができる、反応炉を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る反応炉は、原料ガスが流れる第１の流路と、基材を設置するための基材エリアと、を含む内筒と、内筒を囲う中筒であって、中筒と内筒との間に第２の流路を含む中筒と、中筒を囲う外筒であって、外筒と中筒との間に不活性ガスが流れる第３の流路を含む外筒と、を備える。

【0007】

原料ガスは、第１の流路を流れる第１の原料ガスと、第２の流路を流れる第２の原料ガスと、を含んでもよく、内筒は、第１の流路に沿って配置されかつ第２の流路を第１の流路に接続する、複数の開口を含んでもよい。

【0008】

複数の開口の断面積は、第１の流路に沿って変化してもよい。

【0009】

第２の不活性ガスが、第２の流路を流れてもよく、内筒は、原料ガスの流れにおいて基材エリアの下流に設けられかつ第２の流路を第１の流路に接続する、開口を含んでもよい。

【0010】

反応炉は、第１の流路内の第１圧力を調整する第１の圧力調整手段と、第２の流路内の第２圧力を調整する第２の圧力調整手段と、第３の流路内の第３圧力を調整する第３の圧力調整手段と、第１、第２および第３の圧力調整手段と通信可能に接続された制御装置と、を備えてもよく、制御装置は、第２圧力が第１圧力よりも高く、かつ、第３圧力が第２圧力よりも高くなるように、第１、第２および第３の圧力調整手段を制御してもよい。

【0011】

第１、第２および第３の圧力調整手段の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含んでもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、原料ガスの漏れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１実施形態に係る反応炉を示す概略図である。

【図2】図２は、第２実施形態に係る反応炉を示す概略図である。

【図3】図３は、第３実施形態に係る反応炉を示す概略図である。

【図4】図４は、第４実施形態に係る反応炉を示す概略図である。

【図5】図５は、第５実施形態に係る反応炉を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、第１実施形態に係る反応炉１００を示す概略図である。反応炉１００は、例えば、複合材料または半導体等の材料の形成に使用される。例えば、反応炉１００は、化学蒸着法（ＣＶＤ）または化学気相浸透法（ＣＶＩ）法を使用する。例えば、反応炉１００は、複合材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の形成に使用されてもよい。例えば、反応炉１００は、ＳｉＣを含むＣＭＣ（Ceramic Matrix Composites）の製造に使用されてもよい。

【0016】

反応炉１００は、炉本体１０と、制御装置５０と、を備える。また、炉本体１０は、内筒１１と、中筒１２と、外筒１３と、を含む。例えば、内筒１１、中筒１２および外筒１３は、概ね円筒形状を有する。他の実施形態では、内筒１１、中筒１２および外筒１３は、円筒以外の他の中空形状を有してもよい

【0017】

内筒１１は、その内部に第１の流路２０を含む。第１の流路２０は、反応室として機能する。第１の流路２０は、基材エリア３０を含む。図１において、基材エリア３０は、ハッチングが付されている。基材エリア３０には、材料の製造に使用される基材が配置される。例えば、ＣＭＣを製造する場合、基材として、繊維を成形することによって得られる多孔体が使用されてもよい。例えば、基材エリア３０には、第１の流路２０に沿って複数の基材が配列されてもよい。

【0018】

本実施形態では、内筒１１は、第１の流路２０に沿って、すなわち、後述する第１の原料ガスｇ１の流れに沿って、複数の開口１１ｈを含む。内筒１１は、内筒１１の周方向にも、複数の開口１１ｈを含んでもよい。複数の開口１１ｈは、基材エリア３０に沿って配置される。開口１１ｈは、内筒１１の外表面から内表面まで貫通する。開口１１ｈは、第１の流路２０と、後述する第２の流路２１と、を接続する。本実施形態では、複数の開口１１ｈの断面積は、互いに同じまたは概ね同じである。

【0019】

内筒１１は、例えば、カーボンを含む材料で形成される。内筒１１は、入口配管１１ａと、出口配管１１ｂと、に接続される。

【0020】

例えば、入口配管１１ａは、内筒１１の一方の端部に接続される。例えば、入口配管１１ａは、後述する中筒１２の入口配管１２ａの内側を通ってもよい。他の実施形態では、入口配管１１ａは、入口配管１２ａの外側を通ってもよい。本実施形態では、入口配管１１ａには、不図示の供給源から第１の原料ガスｇ１が供給される。本実施形態では、第１の原料ガスｇ１は、Ｓｉを含む。例えば、第１の原料ガスｇ１は、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、四塩化ケイ素またはシランを含む。これらのガスは、例えば腐食性等の特性を有し得る。入口配管１１ａは、この第１の原料ガスｇ１を第１の流路２０に供給する。

【0021】

入口配管１１ａには、バルブＶ１が設けられる。バルブＶ１は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、バルブＶ１の開度を調整し、入口配管１１ａを通る第１の原料ガスｇ１の流量を制御する。

【0022】

入口配管１１ａには、圧力センサＳ１が設けられる。圧力センサＳ１は、入口配管１１ａ内の圧力、すなわち第１の流路２０内の圧力を測定する。圧力センサＳ１は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、測定データを制御装置５０に送信する。なお、圧力センサＳ１は、圧力センサＳ１が第１の流路２０内の圧力が測定できる限りにおいて、別の場所に設けられてもよい。代替的にまたは追加的に、入口配管１１ａには、不図示の流量計が設けられてもよく、制御装置５０は、流量計によって測定される第１の原料ガスｇ１の流量が、所定の流量に調整されるように、バルブＶ１の開度を制御してもよい。

【0023】

例えば、出口配管１１ｂは、入口配管１１ａと反対側の内筒１１の端部に接続される。出口配管１１ｂは、後述する反応ガスｇ４を反応室２０から排出する。

【0024】

出口配管１１ｂには、バルブＶ２が設けられる。バルブＶ２は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、バルブＶ２の開度を調整し、出口配管１１ｂを通る反応ガスｇ４の流量を制御する。

【0025】

出口配管１１ｂには、ポンプＰ１が設けられる。ポンプＰ１は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ポンプＰ１の出力を制御し、反応室２０から吸引される反応ガスｇ４の流量を制御する。出口配管１１ｂには、不図示の流量計が設けられてよく、制御装置５０は、流量計によって測定される反応ガスｇ４の流量が、所定の流量に調整されるように、バルブＶ２の開度およびポンプＰ１の出力を制御してもよい。

【0026】

本実施形態では、第１の流路２０内の圧力（第１圧力）は、バルブＶ１，Ｖ２およびポンプＰ１を含む、第１圧力調整手段によって制御される。制御装置５０は、圧力センサＳ１によって測定される圧力が、所定の負圧に調整されるように、バルブＶ１，Ｖ２およびポンプＰ１を制御する。なお、第１圧力調整手段は、追加のバルブまたはポンプ等、追加の要素をさらに含んでもよい。また、例えば、バルブＶ２は設けられなくてもよい。

【0027】

中筒１２は、内筒１１を囲う。例えば、中筒１２は、内筒１１と同心状に配置される。中筒１２は、中筒１２と内筒１１との間に第２の流路２１を含む。中筒１２は、例えば、カーボンを含む材料で形成される。中筒１２は、入口配管１２ａに接続される。

【0028】

例えば、入口配管１２ａは、中筒１２の一方の端部に接続される。例えば、入口配管１２ａは、内筒１１の入口配管１１ａの一部を囲う。本実施形態では、入口配管１２ａには、不図示の供給源から第２の原料ガスｇ２が供給される。本実施形態では、第２の原料ガスｇ２はＣを含む。例えば、第２の原料ガスｇ２は、炭化水素を含む。入口配管１２ａは、この第２の原料ガスｇ２を第２の流路２１に供給する。第２の原料ガスｇ２は、開口１１ｈを介して、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む。

【0029】

入口配管１２ａには、バルブＶ３が設けられる。。バルブＶ３は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、バルブＶ３の開度を調整し、入口配管１２ａを通る第２の原料ガスｇ２の流量を制御する。

【0030】

入口配管１２ａには、圧力センサＳ２が設けられる。圧力センサＳ２は、入口配管１２ａ内の圧力、すなわち第２の流路２１内の圧力を測定する。圧力センサＳ２は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、測定データを制御装置５０に送信する。なお、圧力センサＳ２は、圧力センサＳ２が第２の流路２１内の圧力が測定できる限りにおいて、別の場所に設けられてもよい。代替的にまたは追加的に、入口配管１２ａには、不図示の流量計が設けられてもよく、制御装置５０は、流量計によって測定される第２の原料ガスｇ２の流量が、所定の流量に調整されるように、バルブＶ３の開度を制御してもよい。

【0031】

本実施形態では、第２の流路２１内の圧力（第２圧力）は、バルブＶ３、および、上記のバルブＶ２およびポンプＰ１を含む、第２圧力調整手段によって制御される。制御装置５０は、圧力センサＳ２によって測定される圧力が所定の負圧に調整されるように、バルブＶ３，Ｖ２およびポンプＰ１を制御する。なお、第２圧力調整手段は、他のバルブまたはポンプ等、追加の要素をさらに含んでもよい。

【0032】

外筒１３は、中筒１２を囲う。例えば、外筒１３は、内筒１１および中筒１２と同心状に配置される。外筒１３は、外筒１３と中筒１２との間に第３の流路２２を含む。外筒１３は、例えば、金属を含む材料で形成される。外筒１３は、入口配管１３ａと、出口配管１３ｂと、に接続される。

【0033】

例えば、入口配管１３ａは、外筒１３の一方の端部に接続される。本実施形態では、入口配管１３ａには、不図示の供給源から不活性ガス（第１の不活性ガス）ｇ３が供給される。例えば、不活性ガスｇ３は、窒素、アルゴンまたはヘリウムを含む。入口配管１３ａは、この不活性ガスｇ３を第３の流路２２内に供給する。

【0034】

入口配管１３ａには、バルブＶ４が設けられる。バルブＶ４は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、バルブＶ４の開度を調整し、入口配管１３ａを通る不活性ガスｇ３の流量を制御する。

【0035】

入口配管１３ａには、圧力センサＳ３が設けられる。圧力センサＳ３は、入口配管１３ａ内の圧力、すなわち第３の流路２２内の圧力を測定する。圧力センサＳ３は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、測定データを制御装置５０に送信する。なお、圧力センサＳ３は、圧力センサＳ３が第３の流路２２内の圧力が測定できる限りにおいて、別の場所に設けられてもよい。代替的にまたは追加的に、入口配管１３ａには、不図示の流量計が設けられてもよく、制御装置５０は、入口配管１３ａを通る不活性ガスｇ３の流量が、所定の流量に調整されるように、バルブＶ４の開度を制御してもよい。

【0036】

例えば、出口配管１３ｂは、入口配管１３ａと反対側の外筒１３の端部に接続される。出口配管１３ｂは、不活性ガスｇ３を、第３の流路２２から排出する。

【0037】

出口配管１３ｂには、バルブＶ５が設けられる。バルブＶ５は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、バルブＶ５の開度を調整し、出口配管１３ｂを通る不活性ガスｇ３の流量を制御する。

【0038】

出口配管１３ｂには、ポンプＰ２が設けられる。ポンプＰ２は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ポンプＰ２の出力を制御し、第３の流路２２から吸引される不活性ガスｇ３の流量を制御する。

【0039】

本実施形態では、第３の流路２２内の圧力（第３圧力）は、バルブＶ４，Ｖ５およびポンプＰ２を含む、第３圧力調整手段によって制御される。制御装置５０は、圧力センサＳ３によって測定される圧力が所定の負圧に調整されるように、バルブＶ４，Ｖ５およびポンプＰ２を制御する。なお、第３圧力調整手段は、追加のバルブまたはポンプ等、追加の要素をさらに含んでもよい。また、例えば、バルブＶ５は設けられなくてもよい。

【0040】

外筒１３には、ヒータ４０が設けられる。ヒータ４０は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ヒータ４０の出力を制御し、基材エリア３０の温度を所定の温度に調整する。

【0041】

制御装置５０は、反応炉１００の全体または一部を制御する。制御装置５０は、例えば、プロセッサ５０ａ、記憶装置５０ｂおよびコネクタ５０ｃ等の構成要素を含み、これらの構成要素はバスを介して互いに接続される。例えば、プロセッサ５０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む。例えば、記憶装置５０ｂは、ハードディスク、プログラム等が格納されるＲＯＭ、および、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む。制御装置５０は、コネクタ５０ｃを介して反応炉１００の各構成要素と通信する。例えば、制御装置５０は、液晶ディスプレイまたはタッチパネル等の表示装置、および、キーボード、ボタンまたはタッチパネル等の入力装置等、他の構成要素を更に含んでもよい。例えば、以下に示される制御装置５０の動作は、記憶装置５０ｂに記憶されるプログラムをプロセッサ５０ａに実行することによって、実現されてもよい。

【0042】

続いて、反応炉１００を用いた複合材料の製造について説明する。

【0043】

基材エリア３０に、複数の基材が配列される。ヒータ４０によって、基材エリア３０の温度が所定の温度に調整される。第１の原料ガスｇ１が、入口配管１１ａを介して、第１の流路２０に供給される。また、第２の原料ガスｇ２が、入口配管１２ａを介して、第２の流路２１に供給される。第２の原料ガスｇ２は、複数の開口１１ｈを介して、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む。

【0044】

第１の原料ガスｇ１および第２の原料ガスｇ２は、第１の流路２０内で混合され、反応ガスｇ４が生成される。反応ガスｇ４の一部は、基材エリア３０に配列された基材に堆積または浸透する。これによって、基材上にまたは基材内にＳｉＣが形成される。反応ガスｇ４の残りは、出口配管１１ｂを介して第１の流路２０から排出される。

【0045】

上記の反応の間、不活性ガスｇ３が、入口配管１３ａを介して、第３の流路２２に供給される。不活性ガスｇ３は、出口配管１３ｂを介して、第３の流路２２から排出される。

【0046】

上記の動作の間、制御装置５０は、第２の流路２１内の第２圧力が、第１の流路２０内の第１圧力よりも高くなるように、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびポンプＰ１を制御する。また、制御装置５０は、第３の流路２２内の第３圧力が、第２の流路２１内の第２圧力よりも高くなるように、バルブＶ４，Ｖ５およびポンプＰ２を制御する。すなわち、制御装置５０は、外側の流路内の圧力が内側の流路内の圧力よりも高くなるように、第１、第２および第３の圧力調整手段を制御する。

【0047】

以上のような反応炉１００は、第１の原料ガスｇ１が流れる第１の流路２０と、基材を設置するための基材エリア３０と、を含む内筒１１と、内筒１１を囲う中筒１２であって、中筒１２と内筒１１との間に第２の流路２１を含む中筒１２と、中筒１２を囲う外筒１３であって、外筒１３と中筒１２との間に不活性ガスｇ３が流れる第３の流路２２を含む外筒１３と、を備える。このような構成によれば、第１の原料ガスｇ１の流れは、内筒１１、中筒１２、および、外筒１３によって囲われる。また、第１の原料ガスｇ１の流れは、不活性ガスｇ３によって囲われる。したがって、腐食性等の特性を含む第１の原料ガスｇ１の漏れを抑制することができる。

【0048】

また、反応炉１００では、原料ガスは、第１の流路２０を流れる第１の原料ガスｇ１と、第２の流路２１を流れる第２の原料ガスｇ２と、を含み、内筒１１は、第１の流路２０に沿って配置されかつ第２の流路２１を第１の流路２０に接続する、複数の開口１１ｈを含む。このような構成によれば、第２の原料ガスｇ２は、複数の開口１１ｈを介して分散して、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む。したがって、第２の原料ガスｇ２を基材エリア３０により均一に供給することができる。よって、例えば基材エリア３０に大きな基材または多数の基材が配置される場合に、基材エリア３０内の反応ガスｇ４の分布を改善することができる。

【0049】

また、反応炉１００は、第１の流路２０内の第１圧力を調整する第１の圧力調整手段Ｖ１，Ｖ２，Ｐ１と、第２の流路２１内の第２圧力を調整する第２の圧力調整手段Ｖ３，Ｖ２，Ｐ１と、第３の流路２２内の第３圧力を調整する第３の圧力調整手段Ｖ４，Ｖ５，Ｐ２と、第１、第２および第３の圧力調整手段Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｐ１，Ｐ２と通信可能に接続された制御装置５０と、を備え、制御装置５０は、第２圧力が第１圧力よりも高く、かつ、第３圧力が前記第２圧力よりも高くなるように、第１、第２および第３の圧力調整手段Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｐ１，Ｐ２を制御する。このような第１、第２および第３の圧力調整手段の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む。このような構成によれば、外側の流路内の圧力が、内側の流路内の圧力よりも高くなる。したがって、第１の原料ガスｇ１の漏れをさらに抑制することができる。

【0050】

続いて、他の実施形態について説明する。

【0051】

図２は、第２実施形態に係る反応炉２００を示す概略図である。反応炉２００は、内筒１１の開口１１ｈのサイズ（断面積）が第１の流路２０に沿って変化する点で、図１の反応炉１００と異なる。反応炉２００は、他の点においては反応炉１００と同様であってもよい。

【0052】

例えば、開口１１ｈのサイズは、第２の原料ガスｇ２を内筒１１内にどのように分布させるか、に応じて決定されてもよい。例えば、図２では、複数の開口１１ｈのサイズは、第１の原料ガスｇ１の流れにおいて下流に行くにしたがって増加する。したがって、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む第２の原料ガスｇ２の量は、下流に行くにしたがって増加する。このような構成によれば、図１の反応炉１００に比して、下流における第２の原料ガスｇ２の量を増加することができる。

【0053】

対照的に、複数の開口１１ｈのサイズは、第１の原料ガスｇ１の流れにおいて下流に行くにしたがって減少してもよい。この場合、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む第２の原料ガスｇ２の量は、下流に行くにしたがって減少する。このような構成によれば、図１の反応炉１００に比して、下流における第２の原料ガスｇ２の量を減少することができる。

【0054】

以上のような反応炉２００は、反応炉１００と同様な効果を奏し得る。特に、反応炉２００では、複数の開口１１ｈの断面積は、第１の流路２０に沿って変化する。したがって、内筒１１内に流れ込む第２の原料ガスｇ２の分布を調整することができる。

【0055】

図３は、第３実施形態に係る反応炉３００を示す概略図である。反応炉３００は、内筒１１の開口１１ｈがノズル１１ｎを含む点で、図１の反応炉１００と異なる。反応炉３００は、他の点においては反応炉１００と同様であってもよい。

【0056】

ノズル１１ｎは、内筒１１の内表面から内側に突出する。ノズル１１ｎは、内筒１１の内表面から基材エリア３０に向かって突出する。例えば、ノズル１１ｎは、内筒１１の内表面に対して垂直に突出してもよい。代替的に、例えば、ノズル１１ｎは、下流に向かって突出するように、内筒１１の内表面に対して傾斜してもよい。例えば、ノズル１１ｎは、図３に示されるように、最内側部分に開口を有してもよい。代替的にまたは追加的に、ノズル１１ｎは、側面に開口を有してもよい。例えば、ノズル１１ｎは、第２の原料ガスｇ２を内筒１１内に噴霧するように、複数の小さな開口を有してもよい。

【0057】

以上のような反応炉３００は、反応炉１００と同様な効果を奏し得る。特に、反応炉３００では、開口１１ｈが、内筒１１の内表面から内側に突出するノズル１１ｎを含む。したがって、第２の原料ガスｇ２を基材エリア３０により近く供給することができる。

【0058】

図４は、第４実施形態に係る反応炉４００を示す概略図である。反応炉４００は、第２の原料ガスｇ２に代えて、不活性ガス（第２の不活性ガス）ｇ６が第２の流路２１を流れ、原料ガスが第１の流路２０のみを流れる点、および、開口１１ｈの位置が異なる点で、図１の反応炉１００と異なる。反応炉４００は、他の点においては反応炉１００と同様であってもよい。

【0059】

本実施形態では、原料ガスｇ５が、入口配管１１ａから第１の流路２０に供給される。例えば、原料ガスｇ５は、メチルトリクロロシランやトリクロロシランを含む。他の実施形態では、例えば、原料ガスｇ５は、複数の原料ガスの予混合ガスであってもよい。

【0060】

本実施形態では、不活性ガスｇ６が、入口配管１２ａから第２の流路２１に供給される。例えば、不活性ガスｇ６は、窒素、アルゴンまたはヘリウムを含む。例えば、不活性ガスｇ６は、第３の流路２２を流れる不活性ガスｇ３と同じであってもよい。他の実施形態では、不活性ガスｇ６は、不活性ガスｇ３と異なってもよい。

【0061】

本実施形態では、開口１１ｈは、原料ガスｇ５の流れにおいて、基材エリア３０の下流に設けられる。複数の開口１１ｈが、第１の流路２０に沿って設けられてもよい。また、複数の開口１１ｈが、内筒１１の周方向に沿って設けられてもよい。不活性ガスｇ６は、開口１１ｈを介して、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む。

【0062】

本実施形態では、原料ガスｇ５は、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込んだ不活性ガスｇ６と混合される。したがって、原料ガスｇ５は、不活性ガスｇ６によって希釈される。よって、原料ガスｇ５および不活性ガスｇ６の混合ガスｇ７が、出口配管１１ｂから排出される。

【0063】

以上のような反応炉４００は、図１の反応炉１００と同様、腐食性等の特性を含む原料ガスｇ５の漏れを抑制することができる。

【0064】

また、反応炉４００では、不活性ガスｇ６が、第２の流路２１を流れ、内筒１１は、原料ガスｇ５の流れにおいて基材エリア３０の下流に設けられかつ第２の流路２１を第１の流路２０に接続する、開口１１ｈを含む。このような構成によれば、腐食性等の特性を含む原料ガスｇ５の流れは、第２の流路２１の不活性ガスｇ６と、第３の流路２２の不活性ガスｇ３と、の双方で囲われる。よって、反応炉１００の安全性を向上することができる。また、不活性ガスｇ６は、基材エリア３０の下流に位置する開口１１ｈを介して、第２の流路２１から第１の流路２０内に流れ込む。したがって、基材エリア３０の下流では、原料ガスｇ５が不活性ガスｇ６によって希釈される。基材エリア３０の下流では、原料ガスｇ５はもはや必要とされない。したがって、不活性ガスｇ６によって希釈された混合ガスｇ７を出口配管１１ｂから排出することによって、反応炉１００の安全性をより向上することができる。

【0065】

図５は、第５実施形態に係る反応炉５００を示す概略図である。反応炉５００は、内筒１１が開口を含まず、不活性ガスｇ６が内筒１１に流れ込まない点で、図４の反応炉４００と異なる。反応炉５００は、他の点においては反応炉４００と同様であってもよい。

【0066】

本実施形態では、中筒１２は、出口配管１２ｂに接続される。例えば、出口配管１２ｂは、入口配管１２ａと反対側の中筒１２の端部に接続される。出口配管１３ｂは、不活性ガスｇ６を第２の流路２１から排出する。

【0067】

出口配管１２ｂには、バルブＶ６が設けられる。バルブＶ６は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、バルブＶ６の開度を調整し、出口配管１２ｂを通る不活性ガスｇ６の流量を制御する。

【0068】

出口配管１２ｂには、ポンプＰ３が設けられる。ポンプＰ３は、有線または無線で制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ポンプＰ３の出力を制御し、第２の流路２１から吸引される不活性ガスｇ６の流量を制御する。

【0069】

本実施形態では、第２の流路２１内の第２圧力は、バルブＶ３，Ｖ６およびポンプＰ３を含む、第２圧力調整手段によって制御される。制御装置５０は、圧力センサＳ２によって測定される圧力が所定の負圧に調整されるように、バルブＶ３，Ｖ６およびポンプＰ３を制御する。なお、第２圧力調整手段は、追加のバルブまたはポンプ等、追加の要素をさらに含んでもよい。また、例えば、バルブＶ６は設けられなくてもよい。

【0070】

以上のような反応炉５００は、図１の反応炉１００と同様、腐食性等の特性を含む原料ガスｇ５の漏れを抑制することができる。

【0071】

また、反応炉５００では、不活性ガスｇ６が、第２の流路２１を流れる。このような構成によれば、腐食性等の特性を含む原料ガスｇ５の流れは、第２の流路２１の不活性ガスｇ６と、第３の流路２２の不活性ガスｇ３と、の双方で囲われる。よって、反応炉１００の安全性を向上することができる。

【0072】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0073】

例えば、上記の実施形態では、反応炉は、複合材料としてＳｉＣの形成に使用される。他の実施形態では、反応炉は、例えばシリコンなどの半導体の製造に使用されてもよい。

【0074】

また、上記の実施形態では、反応炉の内部は負圧に調整される。すなわち、反応炉は負圧で使用される。しかしながら、本願発明は、正圧で使用される反応炉に適用されてもよい。

【0075】

また、上記の実施形態では、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３が使用される。しかしながら、他の実施形態では、単一のポンプが使用されてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１１ 内筒
１１ｈ 開口
１２ 中筒
１３ 外筒
２０ 第１の流路
２１ 第２の流路
２２ 第３の流路
３０ 基材エリア
５０ 制御装置
１００ 反応炉
２００ 反応炉
３００ 反応炉
４００ 反応炉
５００ 反応炉
ｇ１ 第１の原料ガス
ｇ２ 第２の原料ガス
ｇ３ 不活性ガス（第１の不活性ガス）
ｇ５ 原料ガス
ｇ６ 不活性ガス（第２の不活性ガス）
Ｐ１ ポンプ（圧力調整手段）
Ｐ２ ポンプ（圧力調整手段）
Ｐ３ ポンプ（圧力調整手段）
Ｖ１ バルブ（圧力調整手段）
Ｖ２ バルブ（圧力調整手段）
Ｖ３ バルブ（圧力調整手段）
Ｖ４ バルブ（圧力調整手段）
Ｖ５ バルブ（圧力調整手段）
Ｖ６ バルブ（圧力調整手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】