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KR102693466B1 - 혼합기 및 기화 장치 - Google Patents

혼합기 및 기화 장치 Download PDF

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KR102693466B1
KR102693466B1 KR1020180158983A KR20180158983A KR102693466B1 KR 102693466 B1 KR102693466 B1 KR 102693466B1 KR 1020180158983 A KR1020180158983 A KR 1020180158983A KR 20180158983 A KR20180158983 A KR 20180158983A KR 102693466 B1 KR102693466 B1 KR 102693466B1
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KR
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groove
fluid
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heater
port
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KR1020180158983A
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KR20190071598A (ko
Inventor
마사노리 데라사카
히데노리 오바
Original Assignee
가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Publication date
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Abstract

종래보다도 혼합 성능이 좋은 혼합기를 제공할 수 있도록, 내부 유로(30L)가 형성된 유로 형성 부재(31)와, 내부 유로(30L)에 삽입된 삽입 부재(32)를 구비하며, 유로 형성 부재(31)에서의 내부 유로(30L)를 형성하는 내주면(311) 또는 삽입 부재(32)의 외주면(321)에 제1 홈(X1) 및 이 제1 홈(X1)에 합류하고 또한 이 제1 홈(X1)으로부터 분기하는 제2 홈(X2)이 형성됨과 아울러, 내주면(311)과 외주면(321)이 감합되어 있고, 제1 홈(X1) 및 제2 홈(X2)이, 유로 형성 부재(31)와 삽입 부재(32)와의 사이에서, 내부 유로(30L)의 일방측으로부터 흘러 온 유체를 분기 및 합류시켜 내부 유로(30L)의 타방측으로 안내하는 혼합 유로(XL)로서 형성되어 있도록 했다.

Description

혼합기 및 기화 장치{Mixer and vaporization apparatus}
본 발명은, 유체를 혼합하는 혼합기 및 이 혼합기를 구비한 기화 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 성막(成膜) 프로세스 등의 반도체 제조 프로세스에 이용되는 기화 장치로서는, 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 복수 종류의 유체를 혼합시키는 혼합기를 구비한 것이 있으며, 이 혼합기에 의해서 액체 재료와 캐리어 가스를 혼합하고, 그 혼합 유체를 노즐로부터 방출하여 감압함으로써, 액체 재료를 기화시키고 있다.
이러한 혼합기로서는, 특허 문헌 2에 나타내는 바와 같이, 평판(平板)을 꼬아 스파이럴 형상으로 한 소위 스태틱 믹서(static mixer)로 불리는 것이 있으며, 혼합 유체가 흐르는 배관에 감입(嵌入)되어 있다. 이것에 의해, 배관 내는 스태틱 믹서의 표면을 따라서 유체가 흐르는 유로와, 스태틱 믹서의 이면(裏面)을 따라서 유체가 흐르는 유로로 분할되고, 각 유로를 혼합 유체가 나선 모양으로 흐름으로써 액체 재료와 캐리어 가스가 혼합된다.
그렇지만, 상술한 혼합기를 이용한 경우, 배관 내가 스태틱 믹서의 표면을 따른 유로와 이면을 따른 유로인 2개로밖에 분할되어 있지 않으므로, 혼합 성능을 향상시키려고 하면, 예를 들면 긴 배관에 긴 스태틱 믹서를 감입하는 등 장치의 대형화를 초래한다고 하는 문제가 생긴다.
특허 문헌 1 : 일본특허 제5475817호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 제2014－233655호 공보
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있도록 이루어진 것이며, 종래보다도 혼합 성능이 좋은 혼합기를 제공하고, 나아가서는 장치의 대형화를 초래하지 않고 복수 종류의 유체를 잘 혼합시키는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 관한 혼합기는, 내부 유로가 형성된 유로 형성 부재와, 상기 내부 유로에 삽입된 삽입 부재를 구비하며, 상기 유로 형성 부재에서의 상기 내부 유로를 형성하는 내주면 또는 상기 삽입 부재의 외주면에 제1 홈 및 이 제1 홈에 합류하고 또한 이 제1 홈으로부터 분기하는 제2 홈이 형성됨과 아울러, 상기 내주면과 상기 외주면이 감합되어 있고, 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈이, 상기 유로 형성 부재와 상기 삽입 부재와의 사이에서, 상기 내부 유로의 일방측으로부터 흘러 온 유체를 분기 및 합류시켜 상기 내부 유로의 타방측으로 안내하는 혼합 유로로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 혼합기이면, 예를 들면 기체와 액체 등 복수 종류의 유체로 이루어지는 혼합 유체를 유로 형성 부재의 내부 유로로 흐르게 함으로써, 이 혼합 유체가 분기 및 합류하면서 혼합 유로를 흐르므로, 종래보다도 혼합 성능을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 장치의 대형화를 초래하지 않고 복수 종류의 유체를 잘 혼합시키는 것이 가능해진다. 또, 여기서 말하는 「혼합」이란, 혼합 유체 상태(예를 들면 농도나 온도 등)를 균일화한다고 하는 의미도 포함하는 개념이다.
복수의 상기 제1 홈이, 상기 삽입 부재의 일단부의 외부 가장자리로부터 상기 삽입 부재의 타단부의 외부 가장자리에 걸쳐서 상기 삽입 부재의 외주면에 형성되어 있고, 복수의 상기 제2 홈이, 상기 삽입 부재의 일단부의 외부 가장자리로부터 상기 삽입 부재의 타단부의 외부 가장자리에 걸쳐서 상기 삽입 부재의 외주면에 형성되어 있으며, 상기 제1 홈과 상기 제2 홈과의 분기 개소 또는 합류 개소가 복수 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 제1 홈과 제2 홈과의 분기 개소나 합류 개소가 복수 마련되어 있으므로, 이들 분기 개소나 합류 개소에서 유체의 분기와 합류를 반복 생성시킬 수 있어, 복수 종류의 유체를 잘 혼합할 수 있다.
상기 제1 홈 및 상기 제2 홈이 나선 모양이며, 상기 제1 홈의 감김 방향과 상기 제2 홈의 감김 방향이, 서로 반대 방향인 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 제1 홈을 흐르는 유체와 제2 홈을 흐르는 유체가, 합류 개소에서 서로 부딪치므로, 합류 개소에서 복수 종류의 유체를 보다 잘 혼합시킬 수 있다.
상기 유로 형성 부재가, 상기 유체를 가열하는 제1 히터가 수용되는 제1 히터 수용 공간을 가지고 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 제1 히터 수용 공간에 수용시킨 제1 히터에 의해서 혼합 유로를 흐르는 유체를 외측으로부터 가열할 수 있어, 예를 들면 유체의 기화 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 삽입 부재가, 상기 유체를 가열하는 제2 히터가 수용되는 제2 히터 수용 공간을 가지고 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 제2 히터 수용 공간에 수용시킨 제2 히터에 의해서 혼합 유로를 흐르는 유체를 내측으로부터 가열할 수 있어, 예를 들면 유체의 기화 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적인 실시 형태로서는, 상기 유로 형성 부재가, 블록체 형상을 이루며, 제1 벽면에 형성된 제1 포트 및 상기 제1 벽면의 반대측의 제2 벽면에 형성된 제2 포트를 연통함과 아울러 상기 삽입 부재가 삽입된 제1 관통공과, 상기 제2 벽면과는 다른 벽면에 형성된 제3 포트 및 상기 제1 관통공을 연통하는 제2 관통공을 가지며, 상기 제2 히터가 상기 제2 포트를 통해 상기 제2 히터 수용 공간에 삽입된 상태에서, 상기 제2 포트가 폐색(閉塞)되어 있고, 상기 제1 포트 또는 상기 제3 포트 중 일방이 상기 유체의 유입구로서 형성됨과 아울러, 타방이 상기 유체의 유출구로서 형성되어 있는 구성을 들 수 있다.
상기 제1 관통공과 상기 제2 관통공과의 접속 개소에서, 상기 유체가 상기 제1 관통공을 형성하는 내주면의 접선 방향을 따라서 흐르도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 선회류(旋回流)를 발생시킬 수 있어, 유체를 효율 좋게 유입출(流入出)시킬 수 있다.
내부 유로를 흘러 삽입 부재에 도달한 유체를 각 홈으로 안내하기 쉽게 하기 위해서는, 상기 삽입 부재가, 상류측을 향해 가늘어지는 끝이 가는 형상을 이루는 가이드면을 가지는 것이 바람직하다.
게다가 유체를 각 홈으로 안내하기 쉽게 하기 위해서는, 상기 각 홈에 연통하는 복수의 가이드홈이 상기 가이드면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 기화 장치는, 상기 유체를 기화하여 기화 가스를 생성하는 기화 장치에 있어서, 상술한 혼합기를 구비한 것을 특징으로 하는 것이며, 이러한 기화 장치이면 상술한 혼합기와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 종래보다도 혼합 성능을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 장치의 대형화를 초래하지 않고 복수 종류의 유체를 잘 혼합시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 실시 형태의 기화 장치의 전체 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시 형태에서의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시 형태에서의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시 형태에서의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시 형태에서의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 실시 형태에서의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시 형태에서의 혼합기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시 형태에서의 기화 장치의 전체 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명에 관한 기화 장치의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 기화 장치(100)는, 예를 들면 반도체 제조 라인 등에 조립되어 반도체 제조 프로세스에 이용되는 재료 가스를 생성하기 위한 것이며, 도 1에 나타내는 바와 같이, 액체 재료와 캐리어 가스를 혼합(교반)하여 기액(氣液) 혼합체를 생성하는 기액 혼합부(10)와, 기액 혼합체가 도입되어 기액 혼합체에 포함되는 액체 재료를 기화하는 기화부(20)를 구비하고 있다.
기액 혼합부(10)는, 캐리어 가스가 흐르는 캐리어 가스 유로(L1)와, 액체 재료가 흐르는 액체 재료 유로(L2)와, 캐리어 가스 유로(L1)와 액체 재료 유로(L2)가 합류하는 기액 혼합실(10s)과, 기액 혼합실(10s)에서 생성된 기액 혼합체가 흐르는 기액 혼합체 유로(L3)와, 기액 혼합체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(11)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, 캐리어 가스 유로(L1) 및 액체 재료 유로(L2)가 블록체(12)의 내부에 형성되어 있고, 이 블록체(12)의 일면(여기에서는 상면)에 형성된 밸브 시트면(13)에, 캐리어 가스 유로(L1) 및 액체 재료 유로(L2) 각각의 도출구(L1a, L2a)가 개구되어 있다.
유량 조정 밸브(11)는, 예를 들면 노멀 클로우즈 타입의 피에조 밸브이며, 밸브체(111)가 상술한 밸브 시트면(13)에 대향하도록 배치되어 있다. 이것에 의해, 밸브체(111)와 밸브 시트면(13)에 의해 둘러싸인 공간이 상술한 기액 혼합실(10s)로서 형성된다.
기액 혼합체 유로(L3)는, 도입구(L3a)가 상술한 밸브 시트면(13)에 형성되어 있고, 기액 혼합실(10s)에서 생성된 기액 혼합체가 도입되어, 그 기액 혼합체를 기화부(20)로 안내하는 것이다.
상술한 구성에 의해, 밸브체(111)가, 캐리어 가스 유로(L1)의 도출구(L1a), 액체 재료 유로(L2)의 도출구(L2a), 및 기액 혼합체 유로(L3)의 도입구(L3a) 각각을 개방 또는 폐색함으로써, 기액 혼합체를 기화부(20)로 공급하거나 또는 그 공급을 정지할 수 있다.
기화부(20)는, 기액 혼합체 유로(L3)를 형성하는 배관 부재(Z1)가 접속되어 있고, 기액 혼합체 유로(L3)에 의해 안내된 기액 혼합체를 감압하는 감압 유로(L4)와, 기액 혼합체에 포함되는 액체 재료가 감압 유로(L4)를 통과함으로써 감압되어 기화(무화(霧化))한 기화 가스가 흐르는 기화 가스 유로(L5)를 가지고 있다.
감압 유로(L4)는, 기액 혼합체 유로(L3)와 기화 가스 유로(L5)를 접속하고 있고, 이들 유로에 비해 직경이나 길이가 작은 노즐 모양의 것이다.
기화 가스 유로(L5)는, 기액 혼합체 유로(L3)보다도 지름 치수가 큰 대략 직관(直管) 모양의 것이며, 본 실시 형태에서는 감압 유로(L4)측의 단부가 원추(圓錐) 형상으로 형성되어 있다. 기화 가스 유로(L5)에 흘러들어가는 유체에는, 감압 유로(L4)를 통과하여 액체 재료가 기화한 기화 가스(기체)와, 안개 모양의 액체 재료(액체)가 서로 섞여져 있다.
본 실시 형태에서는, 기화 가스 유로(L5)의 외측에 도시하지 않은 히터 등의 가열 기구가 마련되어 있고, 이 가열 기구가 기화 가스 유로(L5)를 외측으로부터 소정의 설정 가열 온도(예를 들면, 300℃)로 가열하여, 안개 모양의 기체 재료를 기화시키고 있다.
본 실시 형태의 기화 장치(100)는, 예를 들면 기체와 액체 등이라고 하는 복수 종류의 유체로 이루어지는 혼합 유체가 안내되어, 이 혼합 유체에 포함되는 복수 종류의 유체를 혼합하는 혼합기(30)를 더 구비하여 이루어진다. 여기에서는, 상술한 감압 유로(L4)의 하류측, 즉 기화 가스 유로(L5)에 혼합기(30)를 마련하고 있고, 기화 가스에 포함되는 안개 모양의 액체 재료와 기화 가스를 잘 혼합시킴으로써 액체 재료의 기화 효율의 향상을 도모하고 있다.
구체적으로 이 혼합기(30)는, 도 2의 (A), (B), (C)에 나타내는 바와 같이, 혼합 유체가 흐르는 내부 유로(30L)가 형성된 유로 형성 부재(31)와, 내부 유로(30L)에 삽입된 삽입 부재(32)를 구비하고 있다.
유로 형성 부재(31)는, 예를 들면 스테인리스 등의 내부식성이나 내열성이 높은 금속 소재로 구성된 중공의 통(筒) 형상을 이루는 것이다. 본 실시 형태의 유로 형성 부재(31)는, 중공 부분이 상술한 내부 유로(30L)로서 형성된 원통 모양의 것이며, 일단(一端) 개구(31a)가 혼합 유체의 유입구로서 형성됨과 아울러, 타단 개구(31b)가 혼합 유체의 유출구로서 형성되어 있다. 이것에 의해, 내부 유로(30L)는 유입구(31a)로부터 유출구(31b)에 걸쳐서 직선 모양을 이룬다.
삽입 부재(32)는, 예를 들면 스테인리스 등의 내부식성이나 내열성이 높은 금속 소재로 구성된 것이며, 내부 유로(30L)에 삽입된 상태에서 예를 들면 수축 끼워맞춤이나 냉각 끼워 맞춤 등에 의해 유로 형성 부재(31)에 감합(끼워 맞춤)되어 있다. 이것에 의해, 유로 형성 부재(31)의 내주면(311)과 삽입 부재(32)의 외주면(321)이 감합되어 서로 고착하고 있다.
구체적으로 삽입 부재(32)는, 내부 유로(30L)에 감입(嵌入, 끼워 넣음) 가능한 형상을 이루는 것이며, 여기에서는 내부 유로(30L)를 형성하는 내주면(311)의 지름 치수와 거의 동일한 지름 치수의 외주면(321)을 가지는 예를 들면 원기둥 모양 등의 기둥 모양의 것이다. 본 실시 형태의 삽입 부재(32)는, 내부 유로(30L)보다도 단척(短尺)이며, 그 외주면(321) 전체가 유로 형성 부재(31)의 내주면(311)에 대향하도록 배치되어 있다.
그리고, 이 삽입 부재(32)의 외주면(321)에는 제1 홈(X1) 및 이 제1 홈(X1)에 합류하고 또한 이 제1 홈(X1)으로부터 분기하는 제2 홈(X2)이 형성되어 있으며, 유로 형성 부재(31)의 내주면(311)과 삽입 부재(32)의 외주면(321)이 감합됨으로써, 이들 제1 홈(X1) 및 제2 홈(X2)이, 유로 형성 부재(31)와 삽입 부재(32)와의 사이에서, 내부 유로(30L)의 일방측으로부터 흘러 온 유체를 분기와 합류를 반복하면서 내부 유로(30L)의 타방측으로 안내하는 혼합 유로(XL)로서 형성되어 있다.
보다 상세하게 설명하면, 삽입 부재(32)의 외주면(321)에는, 일단부(32a)의 외부 가장자리로부터 타단부(32b)의 외부 가장자리에 걸쳐서 형성된 복수의 제1 홈(X1)과, 일단부(32a)의 외부 가장자리로부터 타단부(32b)의 외부 가장자리에 걸쳐서 형성됨과 아울러 제1 홈(X1)과 합류하는 복수의 제2 홈(X2)이 마련되어 있다.
제1 홈(X1)은, 여기에서는 삽입 부재(32)의 일단면(322)(이하, '상류측 단면(端面)(322)'이라고 함)으로부터 타단면(323)(이하, '하류측 단면(323)'이라고 함)에 걸쳐서 형성되어 있다. 상류측 단면(322)에 형성된 각 제1 홈(X1)의 상류측 개구(X1a)는, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 상류측 단면(322)의 외부 가장자리에서의 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 또, 하류측 단면(323)에 형성된 각 제1 홈(X1)의 하류측 개구(X1b)는, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 하류측 단면(323)의 외부 가장자리에서의 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 삽입 부재(32)의 축방향으로부터 보아, 각 제1 홈(X1)의 상류측 개구(X1a)가 상류측 단면(322)의 외부 가장자리에서 둘레 방향으로 균등하게 배치되어 있고, 각 제1 홈(X1)의 하류측 개구(X1b)가 하류측 단면(323)의 외부 가장자리에서 둘레 방향으로 균등하게 배치되어 있다.
구체적으로 각 제1 홈(X1)은, 예를 들면 볼 엔드밀(ball endmill) 등에 의해 절삭 가공한 나선 모양의 것이며, 단면(斷面)이 예를 들면 반원 등의 부분 원 형상을 이룬다. 각 제1 홈(X1)은, 모두 동일 피치로 형성되어 있고, 삽입 부재(32)의 상류측 단면(322)으로부터 하류측 단면(323)에 걸쳐서 축 둘레로 복수회 주회(周回)하고 있다.
제2 홈(X2)은, 제1 홈(X1)과 마찬가지로, 삽입 부재(32)의 상류측 단면(322)으로부터 하류측 단면(323)에 걸쳐서 형성되어 있다. 상류측 단면(322)에 형성된 각 제2 홈(X2)의 상류측 개구(X2a)는, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 상류측 단면(322)의 외부 가장자리에서의 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 또, 하류측 단면(323)에 형성된 각 제2 홈(X2)의 하류측 개구(X2b)는, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 하류측 단면(323)의 외부 가장자리에서의 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 삽입 부재(32)의 축방향으로부터 보아, 각 제2 홈(X2)의 상류측 개구(X2a)가 상류측 단면(322)의 외부 가장자리에서 둘레 방향으로 균등하게 배치되어 있고, 각 제2 홈(X2)의 하류측 개구(X2b)가 하류측 단면(323)의 외부 가장자리에서 둘레 방향으로 균등하게 배치되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 제1 홈(X1)의 상류측 개구(X1a)와 제2 홈(X2)의 상류측 개구(X2a)가 서로 겹쳐짐과 아울러, 제1 홈(X1)의 하류측 개구(X1b)와 제2 홈(X2)의 하류측 개구(X2b)가 서로 겹쳐져 있다. 또, 각 상류측 개구(X1a, X2a)나 각 하류측 개구(X1b, X2b)는, 반드시 서로 겹쳐질 필요는 없다.
구체적으로 각 제2 홈(X2)은, 예를 들면 볼 엔드밀 등에 의해 절삭 가공한 나선 모양의 것이며, 단면이 예를 들면 반원 등의 부분 원 형상을 이룬다. 각 제2 홈(X2)은, 모두 동일 피치로 형성되어 있고, 삽입 부재(32)의 상류측 단면(322)으로부터 하류측 단면(323)에 걸쳐서 축 둘레로 복수회 주회(周回)하고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 홈(X1)과 동수(同數)의 제2 홈(X2)이 형성되어 있고, 제2 홈(X2)의 감김 방향은 제1 홈(X1)의 감김 방향과 반대 방향이며, 제2 홈(X2)의 피치는 제1 홈(X1)의 피치와 동일하다.
상술한 구성에 의해, 삽입 부재(32)의 외주면(321)에는, 제1 홈(X1)과 제2 홈(X2)이 합류하는 합류 개소(Z)가 복수 마련되어 있다. 1개의 제1 홈(X1)에 주목하면, 이 제1 홈(X1)은 복수의 제2 홈(X2), 구체적으로는 모든 제2 홈(X2)과 합류하고 있다. 또, 1개의 제2 홈(X2)에 주목하면, 이 제2 홈(X2)은 복수의 제1 홈(X1), 구체적으로는 모든 제1 홈(X1)과 합류하고 있다. 또, 이 합류 개소(Z)는 분기 개소이기도 하다.
그리고, 이 삽입 부재(32)가 내부 유로(30L)에 감합됨으로써, 각 제1 홈(X1) 및 각 제2 홈(X2)이 유로 형성 부재(31)의 내주면(311)에 의해서 덮이고, 각 제1 홈(X1) 및 각 제2 홈(X2)이, 삽입 부재(32)의 상류를 흐르는 유체를 삽입 부재(32)의 하류측으로 안내하는 혼합 유로(XL)가 된다. 즉, 각 제1 홈(X1) 및 각 제2 홈(X2)의 상류측 개구(X1a, X2a)가 유체의 유입구가 되고, 각 제1 홈(X1) 및 각 제2 홈(X2)의 하류측 개구(X1b, X2b)가 유체의 유출구가 된다.
이것에 의해, 각 제1 홈(X1) 및 각 제2 홈(X2)의 상류측 개구(X1a, X2a)로부터 유입한 유체는, 제1 홈(X1)과 제2 홈(X2)이 합류하는 복수의 합류 개소(Z)에서 분기와 합류를 반복하면서 흐르고, 각 제1 홈(X1) 및 각 제2 홈(X2)의 하류측 개구(X1b, X2b)로부터 유출된다.
이와 같이 구성된 본 실시 형태에 관한 기화 장치(100)에 의하면, 기화 가스와 액체 재료가 서로 섞인 혼합 유체가 혼합기(30)로 안내되면, 이 혼합 유체가 제1 홈(X1) 및 제2 홈(X2)을 분기와 합류를 반복하면서 흐르므로, 기화 가스와 액체 재료를 잘 혼합할 수 있어, 예를 들면 혼합기(30)로서 스태틱 믹서를 이용한 기화 장치에 비해, 장치의 대형화를 초래하지 않고 혼합 성능의 향상을 도모할 수 있다.
또, 혼합기(30)로서 스태틱 믹서를 이용한 경우, 액체 재료의 기화에 의해 스태틱 믹서가 냉각되어 버리고, 특히 중심부에는 외부로부터의 열이 전해지기 어려우므로 기화 효율이 저하되기 때문에, 충분한 기화 성능을 얻기 위해서 필요한 열량이 많아져 버린다.
이것에 대해서, 본 실시 형태의 혼합기(30)를 이용하면, 각 홈(X1, X2)을 흐르는 유체는, 유로 형성 부재(31)의 내주면(311)과 삽입 부재(32)의 외주면(321)과의 사이를 따라서 흐르므로, 외부로부터의 열을 효율 좋게 유체에 전할 수 있어, 충분한 기화 성능을 얻기 위해서 필요한 열량을 줄일 수 있다.
게다가, 제1 홈(X1)이나 제2 홈(X2)의 단면이 반원 등의 부분 원 형상을 이루므로, 삽입 부재(32)의 외주면(321)을 절삭하여 이들 홈(X1, X2)을 형성한 후, 연마 등의 2차 가공을 실시하기 쉽다.
또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 삽입 부재(32)로서는, 상기 실시 형태에서는 원기둥 모양이었지만, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상류측을 향해 서서히 가늘어지는 끝이 가는 형상을 이루는 가이드면(324)을 가지고 있어도 좋다. 이 가이드면(324)은, 삽입 부재(32)의 상류측 단부(32a)에 마련되어 있고, 구체적으로는 원추 형상을 이루고 있다.
이러한 구성이면, 내부 유로(30L)를 흘러 삽입 부재(32)에 도달한 유체를 각 홈(X1, X2)으로 안내하기 쉽게 할 수 있음과 아울러, 도달한 유체로의 저항을 작게 할 수 있다.
또, 도 4의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 상술한 가이드면(324)에 복수의 가이드홈(X3)이 마련되어 있어도 좋다.
이 가이드홈(X3)은, 제1 홈(X1)이나 제2 홈(X2)에 연통하는 것이며, 예를 들면 볼 엔드밀 등에 의해 절삭 가공하여 형성되어 있고, 단면이 반원 등의 부분 원 형상을 이룬다.
보다 구체적으로 설명하면, 여기에서는 삽입 부재(32)의 상류측 단부(32a)에 제1 원추부(41)를 마련함과 아울러, 이 제1 원추부(41)의 선단부에 제1 원추부보다도 경사 각도가 작은 제2 원추부(42)를 마련하고 있으며, 제1 원추부(41)와 제2 원추부(42)와의 경계 부분으로부터 제1 홈(X1)이나 제2 홈(X2)의 상류측 개구(X1a, X2a)에 걸쳐서 가이드홈(X3)을 직선 모양으로 형성하고 있다. 또, 가이드홈(X3)의 형상은, 직선 모양에 한정하지 않고 나선 모양이나 곡선 모양이라도 괜찮다.
이러한 가이드홈(X3)을 형성함으로써, 유체가 제1 홈(X1)이나 제2 홈(X2)으로 보다 안내되기 쉬워진다.
게다가, 유로 형성 부재(31)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 유입구(31a)와 유출구(31b)가 다른 크기라도 괜찮다. 여기에서는, 유입구(31a)를 유출구(31b)보다도 작게 하고 있으며, 구체적으로는 유입구(31a)는 상술한 제1 원추부(41)와 제2 원추부(42)와의 경계 부분의 지름 치수와 거의 동일한 크기로 하고 있으며, 유출구(31b)는 삽입 부재(32)의 하류측 단면(323)의 지름 치수와 대략 동일한 크기로 하고 있다.
유로 형성 부재(31)로서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 블록 형상을 이루며, 내부 유로(30L)를 흐르는 유체를 가열하는 제1 히터(미도시)를 수용하는 것이라도 좋다. 구체적으로 이 유로 형성 부재(31)는, 상류측 단면(312) 및 하류측 단면(313)을 관통하여 형성된 제1 히터 수용 공간(31S)을 가지고 있고, 여기에서는 내부 유로(30L)를 사이에 두도록 한 쌍의 제1 히터 수용 공간(31S)이 형성되어 있다. 또, 제1 히터 수용 공간(31S)의 수나 배치는, 도 5에 나타내는 형태에 한정되지 않고, 적절히 변경해도 상관없다.
이러한 구성이면, 제1 히터 수용 공간(31S)에 수용되는 제1 히터에 의해서, 혼합 유로(XL)를 흐르는 유체를 외측으로부터 가열할 수 있다. 또, 혼합기(30)와 제1 히터를 유닛화할 수 있어, 컴팩트화를 도모할 수 있다.
또, 삽입 부재(32)로서는, 도 6의 (A), (B), (C)에 나타내는 바와 같이, 유체를 가열하는 제2 히터(미도시)가 수용되는 제2 히터 수용 공간(32S)을 가진 것이라도 괜찮다.
보다 상세하게 설명하면, 먼저 삽입 부재(32)는, 상류측 단면(322) 또는 하류측 단면(323) 중 일방의 단면으로부터 타방의 단면을 향해 상기 타방의 단면에 도달하기 전까지 형성된 관통공을 가지고 있으며, 이 관통공이 제2 히터 수용 공간(32S)이다.
한편, 유로 형성 부재(31)는, 블록체 형상을 이루며, 제1 벽면(51)에 형성된 제1 포트(5a) 및 제1 벽면(51)의 반대측의 제2 벽면(52)에 형성된 제2 포트(5b)를 연통하는 제1 관통공(H1)을 가지고 있고, 이 제1 관통공(H1)에 삽입 부재(32)가 삽입된다.
여기에서는, 제2 포트(5b)를 통해 삽입 부재(32)가 삽입되어 있고, 이 제2 포트(5b)는, 유체가 흘러나오는 것을 막을 수 있도록 폐색 부재(6)에 의해서 폐색되어 있다. 또, 폐색 부재(6)의 형상 등은 적절히 변경해도 상관없지만, 여기에서는 유로 형성 부재(31)의 제2 벽면(52)과 평면에서 보아 대략 동일 형상을 이루는 폐색면을 가진 블록체 형상을 이루며, 삽입 부재(32)와 일체적으로 형성되어 있다. 또, 이 폐색 부재(6)에는, 제2 히터 수용 공간(32S)에 연통하는 관통공(6H)이 형성되어 있다.
게다가, 유로 형성 부재(31)는, 제2 벽면(52)과는 다른 벽면(53)에 형성된 제3 포트(5c) 및 제1 관통공(H1)을 연통하는 제2 관통공(H2)을 가진다. 여기에서는, 제1 벽면(51)이나 제2 벽면(52)과 수직인 제3 벽면(53)에 제3 포트(5c)를 형성하고 있지만, 제1 벽면(51)에 제3 포트(5c)를 형성해도 상관없다. 이러한 구성에 의해, 제1 포트(5a) 또는 제3 포트(5c)의 일방이 유체의 유입구가 되고, 타방이 유체의 유출구가 된다.
또, 도시하고 있지 않지만, 예를 들면 제3 벽면(53)이나 제3 벽면(53)의 반대측의 제4 벽면 등, 제1 벽면(51)이나 제2 벽면(52)과는 다른 벽면에 제4 포트를 형성함과 아울러, 이 제4 포트(5d)와 제1 관통공(H1)을 연통하는 제3 관통공을 형성하여, 제4 포트를 유입구 또는 유출구로 해도 괜찮다.
게다가, 상술한 제2 관통공(H2)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 관통공(H1)과의 접속 개소에서, 유체가 제1 관통공(H1)을 형성하는 내주면(H1S)의 접선 방향을 따라서 흐르도록 접속되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제1 관통공(H1)의 중심축(C1)에 수직인 단면에서, 제2 관통공(H2)의 중심축(C1)이 삽입 부재(32)의 중심축(C1)으로부터 어긋나 있고, 제2 관통공(H2)을 형성하는 내주면에서서의 중심축(C1)와는 반대측에 위치하는 부분(H2S)이, 제1 관통공(H1)의 내주면(H1S)의 접선 방향을 따라서 연장되어 있는 구성을 들 수 있다.
이러한 구성이면, 제1 관통공(H1)을 따른 선회류를 발생시킬 수 있어, 유체를 효율 좋게 유입출시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 기화 장치이면, 제2 히터 수용 공간에 수용된 제2 히터에 의해서, 혼합 유로를 흐르는 유체를 내측으로부터 가열할 수 있다.
유로 형성 부재는, 상기 실시 형태에서는 원통 모양의 것이었지만, 예를 들면 단면이 삼각형, 사각형, 또는 다각형의 통 모양의 것이라도 좋다.
삽입 부재는, 상기 실시 형태에서는 원기둥 모양의 것이었지만, 예를 들면 단면이 삼각형, 사각형, 또는 다각형의 기둥 모양의 것이라도 좋고, 통 모양이라도 좋다.
제1 홈이나 제2 홈의 단면은, 상기 실시 형태에서는 반원 등의 부분 원 형상이었지만, 삼각형, 사각형, 다각형 등이라도 좋다. 또, 홈의 형성 방법은 절삭 가공에 한정되지 않고, 예를 들면 널링(knurling) 가공 등이라도 괜찮다.
또, 제1 홈이나 제2 홈은, 상기 실시 형태에서는 나선 모양이었지만, 예를 들면 제1 홈을 내부 유로와 평행한 직선 모양으로 형성함과 아울러, 제2 홈을 서로 이웃하는 제1 홈을 접속함과 아울러 제1 홈에 대해서 경사시켜 형성해도 좋다. 즉, 제1 홈 및 제2 홈은, 유체의 분기와 혼합을 반복할 수 있으면, 여러 가지의 형상으로 변경해도 상관없다.
내부 유로는, 유입구로부터 유출구에 걸쳐서 전체가 직선 모양일 필요는 없고, 유입구로부터 유출구까지의 적어도 일부가 직선 모양이면, 이 직선 부분에 혼합기를 배치함으로써 상기 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 삽입 부재의 외주면에 제1 홈이나 제2 홈을 형성한 경우에 대해 설명했지만, 유로 형성 부재의 내주면에 제1 홈이나 제2 홈을 형성해도 괜찮다.
게다가, 제1 홈(X1)과 제2 홈(X2)과의 합류 개소(Z)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 삽입 부재(32)의 축방향을 따라서 소정 길이 연장되는 범위로 해도 좋다.
또, 혼합기의 배치는 상기 실시 형태에 한정하지 않고, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, 기액 혼합실(10s)에서 생성된 기액 혼합체가 흐르는 기액 혼합체 유로(L3b)에 혼합기(30)를 배치해도 좋다. 이 실시 형태에서는, 감압 유로(L4)가 내부 유로로서 형성된 블록체(12)가 유로 형성 부재(31)이며, 삽입 부재(32)는, 밸브체(111)의 이동 방향(여기에서는 상하 방향)을 따라서 유로 형성 부재(31)에 삽입되어 있다. 또, 이 실시 형태에서는, 기액 혼합실(10s)에는 기체는 도입되지 않고 액체가 도입되며, 이 액체가 가열되면서 감압 유로(L4)에서 감압됨으로써, 기화한다. 이 혼합기(30)의 하류측에는 유량계(MF)(본 실시 형태에서는 열식 유량계임)가 마련되어 있고, 이 유량계(MF)에 의해 계측된 가스 유량에 따라 유량 조정 밸브(11)의 밸브 개도(開度)를 제어하고 있다.
게다가, 상기 실시 형태에서는, 혼합기를 감압 유로의 하류측에 마련하고 있었지만, 감압 유로의 상류측에 본 발명에 관한 혼합기가 배치되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 액체 재료와 캐리어 가스를 잘 혼합시킬 수 있으므로, 감압 유로에서의 분무 상태가, 예를 들면 간헐이나 편(片)블로우(blow) 등이 없는 좋은 분무 상태가 되어, 기화 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 혼합기를 이용하여 액체 재료와 캐리어 가스를 혼합시키는 경우, 기화 장치로서는 감압 유로를 구비하고 있지 않은 것이라도 좋다.
게다가, 상기 실시 형태에서는 복수 종류의 유체를 혼합하기 위해서 혼합기를 이용하고 있었지만, 본 발명에 관한 혼합기를 이용하여 예를 들면 입자와 유체를 혼합시켜도 괜찮다. 또, 복수 종류의 유체로서는, 농도나 온도 등의 상태가 서로 다른 유체라도 괜찮다.
또, 상기 실시 형태에서는 혼합기를 기화 장치에 이용한 경우에 대해 설명했지만, 본 발명에 관한 혼합기는, 열교환기 등에 이용해도 상관없고, 예를 들면 복수 종류의 유체를 혼합시켜 화학 반응시키는 장치에 이용해도 상관없다.
또, 이하의 구조체도, 상술한 혼합기와 마찬가지로, 본 발명 중 하나이다.
즉, 본 발명에 관한 구조체는, 내부 유로를 가지는 제1 부재(상기 실시 형태의 유로 형성 부재에 대응)와, 상기 내부 유로에 마련된 제2 부재(상기 실시 형태의 삽입 부재에 대응)를 구비하며, 상기 제1 부재의 내주면과 상기 제2 부재의 외주면이 서로 접촉하고 있고, 상기 내주면 또는 상기 외주면이, 제1 홈 및 이 제1 홈에 합류하고 또한 이 제1 홈으로부터 분기하는 제2 홈을 가지며, 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈이, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와의 사이에서, 상기 내부 유로의 일방측으로부터 흘러 온 유체를 분기 및 합류시켜 상기 내부 유로의 타방측으로 안내하는 유로로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
100 - 기화 장치 30 - 혼합기
30L - 내부 유로 31 - 유로 형성 부재
32 - 삽입 부재 X1 - 제1 홈
X2 - 제2 홈 XL - 혼합 유로
Z - 합류 개소

Claims (10)

  1. 기액 혼합체가 노즐 모양의 감압 유로로 안내됨과 아울러, 그 감압 유로에서 상기 기액 혼합체에 포함되는 액체 재료를 감압하여 기화하도록 구성되어, 기화 가스를 생성하는 기화 장치에 있어서,
    상기 감압 유로의 하류측에 배치됨과 아울러, 내부 유로가 형성된 유로 형성 부재와,
    상기 내부 유로에 삽입된 삽입 부재를 구비하며,
    상기 유로 형성 부재에서의 상기 내부 유로를 형성하는 내주면 또는 상기 삽입 부재의 외주면에 제1 홈 및 이 제1 홈에 합류하고 또한 이 제1 홈으로부터 분기하는 제2 홈이 형성됨과 아울러, 상기 내주면과 상기 외주면이 감합(嵌合)되어 있고,
    상기 제1 홈 및 상기 제2 홈이, 상기 유로 형성 부재와 상기 삽입 부재와의 사이에서, 상기 내부 유로의 일방측으로부터 흘러 온 유체를 분기 및 합류시켜 상기 내부 유로의 타방측으로 안내하는 혼합 유로로서 형성되어 있고,
    상기 제1 홈의 상류측 개구와 상기 제2 홈의 상류측 개구가 겹쳐져 있고,
    상기 삽입 부재가, 상류측을 향해 가늘어지는 끝이 가는 형상을 이루는 가이드면을 가지고, 그 상류측 단부에 절두 원추 모양의 제1 원추부가 마련되고, 상기 제1 원추부의 선단부에 상기 제1 원추부보다 최상부 각이 큰 원추 모양의 제2 원추부가 마련되어 있는 기화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    복수의 상기 제1 홈이, 상기 삽입 부재의 일단부의 외부 가장자리로부터 상기 삽입 부재의 타단부의 외부 가장자리에 걸쳐서 상기 삽입 부재의 외주면에 형성되어 있고,
    복수의 상기 제2 홈이, 상기 삽입 부재의 일단부의 외부 가장자리로부터 상기 삽입 부재의 타단부의 외부 가장자리에 걸쳐서 상기 삽입 부재의 외주면에 형성되어 있으며,
    상기 제1 홈과 상기 제2 홈과의 분기 개소 또는 합류 개소가 복수 마련되어 있는 기화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 홈과 상기 제2 홈이 나선 모양이며, 상기 제1 홈의 감김 방향과 상기 제2 홈의 감김 방향이, 서로 반대 방향인 기화 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로 형성 부재가, 상기 유체를 가열하는 제1 히터가 수용되는 제1 히터 수용 공간을 가지고 있는 기화 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입 부재가, 상기 유체를 가열하는 제2 히터가 수용되는 제2 히터 수용 공간을 가지고 있는 기화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유로 형성 부재가, 블록체 형상을 이루며, 제1 벽면에 형성된 제1 포트 및 상기 제1 벽면의 반대측의 제2 벽면에 형성된 제2 포트를 연통함과 아울러 상기 삽입 부재가 삽입된 제1 관통공과, 상기 제2 벽면과는 다른 벽면에 형성된 제3 포트 및 상기 제1 관통공을 연통하는 제2 관통공을 가지며,
    상기 제2 히터가 상기 제2 포트를 통해 상기 제2 히터 수용 공간에 삽입된 상태에서, 상기 제2 포트가 폐색(閉塞)되어 있고,
    상기 제1 포트 또는 상기 제3 포트 중 일방이 상기 유체의 유입구로서 형성됨과 아울러, 타방이 상기 유체의 유출구로서 형성되어 있는 기화 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 관통공과 상기 제2 관통공과의 접속 개소에서, 상기 유체가 상기 제1 관통공을 형성하는 내주면의 접선 방향을 따라서 흐르는 기화 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 홈과 상기 제2 홈에 각각 연통하는 복수의 가이드홈이 상기 가이드면에 형성되어 있는 기화 장치.
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