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JP2024030670A - Combustion synthesis equipment - Google Patents

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JP2024030670A
JP2024030670A JP2022133709A JP2022133709A JP2024030670A JP 2024030670 A JP2024030670 A JP 2024030670A JP 2022133709 A JP2022133709 A JP 2022133709A JP 2022133709 A JP2022133709 A JP 2022133709A JP 2024030670 A JP2024030670 A JP 2024030670A
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JP
Japan
Prior art keywords
combustion synthesis
furnace
heat exchanger
synthesis furnace
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022133709A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
和人 原田
Kazuto Harada
好晴 鏡
Yoshiharu Kagami
博明 和泉
Hiroaki Izumi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Combustion Synthesis Co Ltd
Original Assignee
Combustion Synthesis Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Combustion Synthesis Co Ltd filed Critical Combustion Synthesis Co Ltd
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Abstract

To provide a combustion synthesis apparatus capable of accurately cooling and purifying the atmosphere in a furnace in a short time.SOLUTION: A combustion synthesis apparatus (1) according to the present invention includes: a combustion synthesis furnace (2); and a circulation mechanism (3) which is attached to the outside of the combustion synthesis furnace and circulates an atmosphere in the combustion synthesis furnace, wherein the circulation mechanism includes: a first heat exchanger (4) connected to a gas outlet side in the combustion synthesis furnace; a second heat exchanger (7) connected to a gas inlet side in the combustion synthesis furnace; a purifier (5) connected between the first heat exchanger and the second heat exchanger; and a compressor (6) connected between the purifier and the second heat exchanger.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃焼合成法にて無機化合物を合成するための燃焼合成装置に係り、特に、冷却システムに関する。 The present invention relates to a combustion synthesis apparatus for synthesizing inorganic compounds by a combustion synthesis method, and particularly to a cooling system.

燃焼合成炉の冷却システムとしては、従来では、反応チャンバのジャケット構造により、チャンバ内の雰囲気を冷却する方法、坩堝を設置するステージを冷却する方法、あるいは、炉内雰囲気を循環させて冷却する方法などが知られている。 Conventional cooling systems for combustion synthesis furnaces include a method of cooling the atmosphere inside the chamber using a jacket structure of the reaction chamber, a method of cooling the stage where the crucible is installed, or a method of cooling the atmosphere inside the furnace by circulating it. etc. are known.

例えば、特許文献1には、反応容器を強制的に冷却する冷却手段を用いた燃焼合成装置に関する発明が開示されている。また、特許文献2には、燃焼合成炉の内部に循環機構を設けて冷却させる窒化アルミニウム製造装置に関する発明が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an invention related to a combustion synthesis apparatus using a cooling means for forcibly cooling a reaction vessel. Furthermore, Patent Document 2 discloses an invention relating to an aluminum nitride production apparatus that provides a circulation mechanism inside a combustion synthesis furnace to cool the interior of the combustion synthesis furnace.

特開2000-16804号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-16804 特開2021-148350号公報Japanese Patent Application Publication No. 2021-148350

特許文献1、2に記載の発明では、燃焼合成炉の内部に冷却機構を配置して雰囲気を冷却するシステムであるため、炉内面積の制限により、熱交換効率を効果的に上げることができず、冷却速度が遅い問題があった。 In the inventions described in Patent Documents 1 and 2, since the system is a system that cools the atmosphere by disposing a cooling mechanism inside the combustion synthesis furnace, heat exchange efficiency cannot be effectively increased due to the restriction of the area inside the furnace. First, there was the problem of slow cooling speed.

また、燃焼合成では、炉内の冷却とともに浄化が必要である。すなわち、燃焼合成反応で生じる腐食性ガスや臭気性ガスなどを適切に取り除く必要がある。特許文献2では、不純物を炉内に設置した冷却部で捕捉し、雰囲気ガス中の不純物濃度を低下せしめることが記載されているが、炉内の壁面に配置された冷却部に、循環する雰囲気ガスが接触して不純物が取り除かれまでに相当な時間がかかると予測され、あるいは、循環する雰囲気ガス中の不純物を十分に取り除くことが困難であると考えられる。 In addition, combustion synthesis requires cooling and purification within the furnace. That is, it is necessary to appropriately remove corrosive gases, odorous gases, etc. generated in combustion synthesis reactions. Patent Document 2 describes that impurities are captured by a cooling section installed in the furnace to reduce the impurity concentration in the atmospheric gas. It is predicted that it will take a considerable amount of time for the gases to come into contact and impurities are removed, or it is considered that it is difficult to sufficiently remove impurities in the circulating atmospheric gas.

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、炉内雰囲気の冷却と浄化を短時間で且つ精度よく行うことができる燃焼合成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a combustion synthesis apparatus that can cool and purify the atmosphere within a furnace in a short time and with high accuracy.

本発明の燃焼合成装置は、燃焼合成炉と、前記燃焼合成炉の外部に取り付けられ、前記燃焼合成炉内の雰囲気を循環させる循環機構と、を具備し、前記循環機構は、前記燃焼合成炉内のガス排出口側に接続された第1の熱交換器と、前記燃焼合成炉内のガス導入口側に接続された第2の熱交換器と、前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間に接続された浄化装置と、前記浄化装置と前記第2の熱交換器との間に接続された圧縮機と、を有することを特徴とする。 The combustion synthesis apparatus of the present invention includes a combustion synthesis furnace, and a circulation mechanism that is attached to the outside of the combustion synthesis furnace and circulates the atmosphere inside the combustion synthesis furnace, and the circulation mechanism is configured to circulate the atmosphere inside the combustion synthesis furnace. a first heat exchanger connected to the gas outlet side of the combustion synthesis furnace; a second heat exchanger connected to the gas inlet side of the combustion synthesis furnace; The present invention is characterized by comprising a purification device connected between the second heat exchanger and a compressor connected between the purification device and the second heat exchanger.

本発明では、前記第2の熱交換器と前記ガス導入口との間に、反応ガス供給源が分岐して接続されていることが好ましい。
本発明では、前記第1の熱交換器と前記ガス排出口との間に、真空ポンプが分岐して接続されていることが好ましい。
In the present invention, it is preferable that a reactive gas supply source is branched and connected between the second heat exchanger and the gas inlet.
In the present invention, it is preferable that a vacuum pump is branched and connected between the first heat exchanger and the gas outlet.

本発明では、前記燃焼合成炉は、チャンバと、前記チャンバ内にて、複数の坩堝を設置するための多段ラックと、を有し、前記ガス導入口から前記多段ラックの各段の間に冷気を送るための冷気ノズルが接続されていることが好ましい。 In the present invention, the combustion synthesis furnace includes a chamber and a multi-stage rack for installing a plurality of crucibles in the chamber, and cool air is supplied between the gas inlet and each stage of the multi-stage rack. Preferably, a cold air nozzle for sending the air is connected.

本発明の燃焼合成装置によれば、燃焼合成炉の外部に、循環機構を設け、該循環機構に、熱交換器、浄化装置及び圧縮機を所定の順番で配置した。これにより、炉内雰囲気の冷却と浄化を短時間で且つ精度よく行うことが可能となる。 According to the combustion synthesis apparatus of the present invention, a circulation mechanism is provided outside the combustion synthesis furnace, and a heat exchanger, a purification device, and a compressor are arranged in the circulation mechanism in a predetermined order. This makes it possible to cool and purify the atmosphere in the furnace in a short time and with high precision.

本実施の形態における燃焼合成装置の全体概要図である。FIG. 1 is an overall schematic diagram of a combustion synthesis apparatus in this embodiment. 本実施の形態における燃焼合成装置に設けられた各弁の開閉タイミング等を説明するためのフローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart diagram for explaining the opening/closing timing of each valve provided in the combustion synthesis device in the present embodiment. 本実施の形態における燃焼合成炉の内部構造を示す透視側面図である。FIG. 2 is a perspective side view showing the internal structure of the combustion synthesis furnace in the present embodiment.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, one embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as "embodiment") will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist.

図1は、本実施の形態における燃焼合成装置1の全体概要図である。図1に示すように、燃焼合成装置1は、燃焼合成炉2と、燃焼合成炉2の外部に取り付けられ、燃焼合成炉2内の雰囲気を循環させる循環機構3と、を具備する。 FIG. 1 is an overall schematic diagram of a combustion synthesis apparatus 1 in this embodiment. As shown in FIG. 1, the combustion synthesis apparatus 1 includes a combustion synthesis furnace 2 and a circulation mechanism 3 that is attached to the outside of the combustion synthesis furnace 2 and circulates the atmosphere inside the combustion synthesis furnace 2.

図1に示すように、循環機構3は、第1の熱交換器4と、浄化装置5と、圧縮機6と、第2の熱交換器7とを有して構成される。第1の熱交換器4は、燃焼合成炉2のガス排出口2aと第1の主配管8を介して接続されている。また、第2の熱交換器7は、燃焼合成炉2のガス導入口2bと第2の主配管9を介して接続されている。 As shown in FIG. 1, the circulation mechanism 3 includes a first heat exchanger 4, a purification device 5, a compressor 6, and a second heat exchanger 7. The first heat exchanger 4 is connected to the gas outlet 2 a of the combustion synthesis furnace 2 via a first main pipe 8 . Further, the second heat exchanger 7 is connected to the gas inlet 2b of the combustion synthesis furnace 2 via a second main pipe 9.

図1に示すように、第1の熱交換器4と第2の熱交換器7の間に、浄化装置5及び圧縮機6が設けられ、第1の熱交換器4-浄化装置5-圧縮機6-第2の熱交換器7の順に直列に接続されている。 As shown in FIG. 1, a purification device 5 and a compressor 6 are provided between the first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 7, and the first heat exchanger 4 - purification device 5 - compression The heat exchanger 6 and the second heat exchanger 7 are connected in series in this order.

第1の熱交換器4及び第2の熱交換器7には、既存の装置を用いることができる。また、圧縮機6にも既存の装置を用いることができ、例えば、既存の窒素ブースターなどを使用できる。圧縮機6の昇圧作用により、燃焼合成炉2内の雰囲気を、外部に設置した循環機構3を通じて循環させることができ、特に、圧縮機6を用いることで、例えば、燃焼合成炉2の内部をプロペラなどを用いて循環させる場合に比べて、循環する流量を増やすことができる。ただし、圧縮機6の昇圧作用により熱が生じる。したがって、循環機構3内で圧縮機6から生じた熱を冷ますことが必要であり、圧縮機6とガス導入口2bとの間に、第2の熱交換器7を配置する。これにより、第2の熱交換器7にて、圧縮機6で生じた熱を取り除き、冷気を第2の主配管9を通じて燃焼合成炉2内に導入できる。 Existing devices can be used for the first heat exchanger 4 and the second heat exchanger 7. Moreover, an existing device can be used for the compressor 6, for example, an existing nitrogen booster or the like can be used. Due to the pressure boosting action of the compressor 6, the atmosphere inside the combustion synthesis furnace 2 can be circulated through the circulation mechanism 3 installed outside.In particular, by using the compressor 6, the atmosphere inside the combustion synthesis furnace 2 can be The circulating flow rate can be increased compared to when circulating using a propeller or the like. However, heat is generated due to the pressure increasing action of the compressor 6. Therefore, it is necessary to cool down the heat generated from the compressor 6 within the circulation mechanism 3, and a second heat exchanger 7 is disposed between the compressor 6 and the gas inlet 2b. Thereby, the heat generated by the compressor 6 can be removed by the second heat exchanger 7, and cold air can be introduced into the combustion synthesis furnace 2 through the second main pipe 9.

本実施の形態では、循環機構3に、冷却システムのみならず浄化システムも取り込む。すなわち図1に示すように、第1の熱交換器4と圧縮機6の間に浄化装置5を配置する。浄化装置5は、合成反応で発生した腐食性ガスや臭気性ガスなどを浄化し、また合成中に発生し炉中の雰囲気に漂う微粒子を回収することができる。浄化装置5の構造を限定するものではないが、一例として、多層構造体で構成できる。例えば、フィルター、脱酸材(消石灰)、及び活性炭による層構造で構成でき、ファイバーの回収、及び塩酸、アンモニアの浄化などを行うことが可能である。これにより、燃焼合成炉2内の腐食性ガスや臭気性ガスを効果的に取り除くことができ、燃焼合成炉2内から燃焼合成が終了した坩堝を安全に取り出すことができる。また、回収したファイバーは再利用が可能である。 In this embodiment, the circulation mechanism 3 incorporates not only a cooling system but also a purification system. That is, as shown in FIG. 1, a purifying device 5 is disposed between the first heat exchanger 4 and the compressor 6. The purification device 5 can purify corrosive gases, odorous gases, etc. generated in the synthesis reaction, and can also collect fine particles generated during the synthesis and floating in the atmosphere in the furnace. Although the structure of the purifying device 5 is not limited, as an example, it can be composed of a multilayer structure. For example, it can be configured with a layered structure of a filter, a deoxidizing material (slaked lime), and activated carbon, and it is possible to recover fibers and purify hydrochloric acid and ammonia. Thereby, corrosive gases and odorous gases in the combustion synthesis furnace 2 can be effectively removed, and the crucible in which combustion synthesis has been completed can be safely taken out from the combustion synthesis furnace 2. Additionally, the recovered fibers can be reused.

図1に示すように、第1の熱交換器4を浄化装置5よりもガス排出口2a側に接続している。これにより、第1の熱交換器4にて冷やされた燃焼合成炉2内の雰囲気が浄化装置5に取り込まれるので、浄化装置5は、炉内の熱の影響を受けない。加えて、浄化装置5は、圧縮機6より第1の熱交換器4側に接続されている。このため、浄化装置5は、圧縮機6にて発生する熱の影響も受けない。このため、燃焼合成炉2のガス排出口2aから、高温のガスが循環機構3内に流れるとともに、圧縮機6の圧縮動作に伴う熱が発生しても、熱交換器4、7、浄化装置5及び圧縮機6の接続順により、浄化装置5は熱の影響を受けず、浄化装置5を長期間にわたって正常に動作させることができる。 As shown in FIG. 1, the first heat exchanger 4 is connected closer to the gas outlet 2a than the purifier 5. As a result, the atmosphere inside the combustion synthesis furnace 2 cooled by the first heat exchanger 4 is taken into the purification device 5, so the purification device 5 is not affected by the heat inside the furnace. In addition, the purifier 5 is connected closer to the first heat exchanger 4 than the compressor 6. Therefore, the purifier 5 is not affected by the heat generated by the compressor 6. Therefore, even if high-temperature gas flows into the circulation mechanism 3 from the gas discharge port 2a of the combustion synthesis furnace 2 and heat is generated due to the compression operation of the compressor 6, the heat exchangers 4, 7 and the purification device 5 and the compressor 6, the purifier 5 is not affected by heat and can operate normally for a long period of time.

以上のように、本実施の形態では、燃焼合成炉2内の雰囲気を外部に取り出して冷却し、冷気を燃焼合成炉2内に戻す循環機構3により、実質的に冷却面積を増やすことができる。すなわち、例えば、冷却ジャケットを炉内に設置する構成では、そのジャケット面積のみが冷却面積である。これに対して、本実施の形態では、燃焼合成炉2の外部に熱交換器4、7を配置したことで、熱交換器4、7の能力に応じて冷却面積を大きくできる。しかも、本実施の形態では、循環機構3に圧縮機6を配置し循環流量を増やすことができる。以上により、冷却速度を速くできる。また、燃焼合成炉2の上部から炉内雰囲気を排気するともに、昇圧された冷気を、燃焼合成炉2の下部に位置するガス導入口2bから炉内に導入することで、炉内の雰囲気を適度に循環でき、燃焼合成により生成された合成体からの放熱も促進できる。 As described above, in this embodiment, the cooling area can be substantially increased by the circulation mechanism 3 that takes out the atmosphere inside the combustion synthesis furnace 2 to the outside, cools it, and returns the cold air into the combustion synthesis furnace 2. . That is, for example, in a configuration in which a cooling jacket is installed in the furnace, only the area of the jacket is the cooling area. On the other hand, in this embodiment, by arranging the heat exchangers 4 and 7 outside the combustion synthesis furnace 2, the cooling area can be increased according to the capacity of the heat exchangers 4 and 7. Moreover, in this embodiment, the compressor 6 is disposed in the circulation mechanism 3 to increase the circulation flow rate. With the above, the cooling rate can be increased. In addition, the atmosphere inside the furnace is evacuated from the upper part of the combustion synthesis furnace 2, and pressurized cold air is introduced into the furnace from the gas inlet 2b located at the lower part of the combustion synthesis furnace 2. It can be circulated appropriately and can also promote heat dissipation from the composite produced by combustion synthesis.

また、本実施の形態では、浄化装置5を、循環機構3に配置し、第1の熱交換器4と圧縮機6との間に接続した。これにより、燃焼合成炉2内の雰囲気を外部配管にて浄化し炉内に戻すことができ、合成完了後に合成体を安全に炉内から取り出すことができるとともに、浄化装置5を燃焼合成炉2内の熱や圧縮機6の熱から適切に保護できる。 Further, in this embodiment, the purifying device 5 is arranged in the circulation mechanism 3 and connected between the first heat exchanger 4 and the compressor 6. As a result, the atmosphere inside the combustion synthesis furnace 2 can be purified by the external piping and returned to the inside of the furnace, and the composite can be safely taken out from inside the furnace after the synthesis is completed. It can be appropriately protected from the internal heat and the heat of the compressor 6.

図1に示すように、第2の熱交換器7と、燃焼合成炉2のガス導入口2bとの間には、反応ガス供給源10が接続されている。反応ガス供給源10は、例えば、ガスボンベであり、燃焼合成炉2にてAlNを製造する場合には、窒素含有ガスが、反応ガス供給源10から燃焼合成炉2に供給される。 As shown in FIG. 1, a reaction gas supply source 10 is connected between the second heat exchanger 7 and the gas inlet 2b of the combustion synthesis furnace 2. The reaction gas supply source 10 is, for example, a gas cylinder, and when producing AlN in the combustion synthesis furnace 2, nitrogen-containing gas is supplied from the reaction gas supply source 10 to the combustion synthesis furnace 2.

また、図1に示すように、第1の熱交換器4とガス排出口2aとの間には、真空ポンプ11が接続されている。この真空ポンプ11を用いて、燃焼合成炉2の内部を真空引きする。 Further, as shown in FIG. 1, a vacuum pump 11 is connected between the first heat exchanger 4 and the gas outlet 2a. Using this vacuum pump 11, the inside of the combustion synthesis furnace 2 is evacuated.

このように、本実施の形態では、反応ガス供給源10及び真空ポンプ11が、熱交換器4、7、浄化装置5及び圧縮機6を有する循環機構3の配管経路に接続されており、燃焼合成炉2には、ガス排出口2a及びガス導入口2bを通じて、冷却及び浄化循環のみならず反応ガス供給及び真空引きを実行できる。なお、ガス排出口2aの径をd1とし、ガス導入口2bの径をd2とした場合、d1≧d2であることが好ましい。これにより、真空引きを早く行うことができる。 As described above, in this embodiment, the reaction gas supply source 10 and the vacuum pump 11 are connected to the piping path of the circulation mechanism 3 having the heat exchangers 4 and 7, the purification device 5, and the compressor 6, and the In the synthesis furnace 2, not only cooling and purification circulation but also reaction gas supply and evacuation can be performed through the gas outlet 2a and the gas inlet 2b. Note that when the diameter of the gas outlet 2a is d1 and the diameter of the gas inlet 2b is d2, it is preferable that d1≧d2. This allows vacuuming to be performed quickly.

図1に示す循環機構3の配管及び配管に取り付けられた各弁について説明する。図1に示すように、第1の熱交換器4とガス排出口2aの間を繋ぐ第1の主配管8には、弁V1が取り付けられている。弁V1よりもガス排出口2a側では第1の主配管8から、第1の副配管12が分岐しており、第1の副配管12に弁V2が取り付けられている。また、図1に示すように、第1の副配管12と、弁V1との間の第1の主配管8から第2の副配管13が分岐しており、第2の副配管13には真空ポンプ11が接続されている。第2の副配管13には、弁V3が取り付けられている。 The piping of the circulation mechanism 3 shown in FIG. 1 and each valve attached to the piping will be explained. As shown in FIG. 1, a valve V1 is attached to the first main pipe 8 that connects the first heat exchanger 4 and the gas outlet 2a. A first sub-pipe 12 branches from the first main pipe 8 on the side closer to the gas outlet 2a than the valve V1, and a valve V2 is attached to the first sub-pipe 12. Further, as shown in FIG. 1, a second sub-piping 13 branches from the first main piping 8 between the first sub-piping 12 and the valve V1. A vacuum pump 11 is connected. A valve V3 is attached to the second sub-piping 13.

図1に示すように、第2の熱交換器7とガス導入口2bとの間を繋ぐ第2の主配管9には、弁V4が取り付けられている。また、弁V4よりもガス導入口2b側では第2の主配管9から、第3の副配管14が分岐しており、第3の副配管14には反応ガス供給源10が接続されている。第3の副配管14には、弁V5が取り付けられている。
また、図1に示すように、燃焼合成炉2には炉内圧判定部16及び温度判定部15が取り付けられており、炉内の圧力や温度を測定することが可能である。
As shown in FIG. 1, a valve V4 is attached to the second main pipe 9 that connects the second heat exchanger 7 and the gas inlet 2b. Further, a third sub-piping 14 branches from the second main pipe 9 on the gas inlet 2b side of the valve V4, and a reactant gas supply source 10 is connected to the third sub-piping 14. . A valve V5 is attached to the third sub-piping 14.
Further, as shown in FIG. 1, the combustion synthesis furnace 2 is equipped with a furnace pressure determining section 16 and a temperature determining section 15, which are capable of measuring the pressure and temperature inside the furnace.

図2に示すフローチャートを用いて、燃焼合成前の準備工程から合成後までの炉内調整について説明する。図2に示すステップST1では、弁V2を閉じてガス置換を開始する。このとき、弁V1も閉じた状態である。図2に示すステップST2では、弁V3を開けて真空引きを開始する。図2に示すステップST3では、燃焼合成炉2内の圧力を、炉内圧判定部16で測定し、圧力が、例えば、50~100Paの範囲となったら弁V3を閉じる。これにより、第1の主配管8を通じて、真空引きを行うことができる。 The in-furnace adjustment from the preparation step before combustion synthesis to after synthesis will be explained using the flowchart shown in FIG. In step ST1 shown in FIG. 2, valve V2 is closed to start gas replacement. At this time, the valve V1 is also in a closed state. In step ST2 shown in FIG. 2, the valve V3 is opened to start evacuation. In step ST3 shown in FIG. 2, the pressure inside the combustion synthesis furnace 2 is measured by the furnace internal pressure determining section 16, and when the pressure falls within a range of, for example, 50 to 100 Pa, the valve V3 is closed. Thereby, vacuum can be drawn through the first main pipe 8.

次に、図2に示すステップST4では、弁V5を開放し、反応ガス供給源10より窒素含有ガスを燃焼合成炉2内に第2の主配管9を通じて供給する。このとき、弁V4は閉じた状態である。続いて、図2に示すステップST5では、炉内圧判定部16により、燃焼合成炉2内の圧力が合成設定圧に至ったと判定されたら弁V5を閉じる。なお、炉内の合成設定圧は、合成時や雰囲気の循環により変動するため、弁V5の開閉により炉内調圧を行う(ステップST6)。 Next, in step ST4 shown in FIG. 2, the valve V5 is opened and nitrogen-containing gas is supplied from the reaction gas supply source 10 into the combustion synthesis furnace 2 through the second main pipe 9. At this time, valve V4 is in a closed state. Subsequently, in step ST5 shown in FIG. 2, when the furnace internal pressure determination unit 16 determines that the pressure within the combustion synthesis furnace 2 has reached the synthesis set pressure, the valve V5 is closed. Note that since the synthesis set pressure in the furnace fluctuates during synthesis and due to the circulation of the atmosphere, the pressure in the furnace is adjusted by opening and closing valve V5 (step ST6).

図2のステップST7では、主配管8、9の弁V1、V4を開放し、炉内雰囲気を循環しながら燃焼合成を行う。炉内雰囲気は、循環機構3により循環し、冷却及び浄化が実行される。 In step ST7 of FIG. 2, the valves V1 and V4 of the main pipes 8 and 9 are opened, and combustion synthesis is performed while circulating the atmosphere in the furnace. The atmosphere inside the furnace is circulated by the circulation mechanism 3 to perform cooling and purification.

図2のステップST8では、温度判定部15により、燃焼合成炉2内の温度判定を行う。温度判定部15は、例えば、熱電対を備え、熱電対は、燃焼合成炉2内に配置された原料の端部付近(着火点より最も離れた場所)の温度を計測する。そして、熱電対により計測された温度が低下に転じることで、温度判定部15では、燃焼合成の終了を判断し、弁V5を閉じ窒素含有ガスの供給を止める。 In step ST8 of FIG. 2, the temperature determination section 15 determines the temperature inside the combustion synthesis furnace 2. The temperature determination unit 15 includes, for example, a thermocouple, and the thermocouple measures the temperature near the end of the raw material placed in the combustion synthesis furnace 2 (the farthest location from the ignition point). Then, when the temperature measured by the thermocouple starts to decrease, the temperature determining section 15 determines that combustion synthesis has ended, and closes the valve V5 to stop supplying the nitrogen-containing gas.

続いて、図2のステップST9では、温度判定部15により燃焼合成炉2内の温度を測定し、該温度が所定以下に冷却されたら、冷却完了と判断し、弁V1、V4を閉じる。
図2のステップSt10では、弁V2を開けて大気開放により常圧へ減圧する。以上により、燃焼合成を終了する(ステップST11)。
Subsequently, in step ST9 of FIG. 2, the temperature determination unit 15 measures the temperature inside the combustion synthesis furnace 2, and when the temperature has been cooled to a predetermined value or less, it is determined that cooling is complete and valves V1 and V4 are closed.
In step St10 of FIG. 2, the valve V2 is opened to release the air to the atmosphere, thereby reducing the pressure to normal pressure. Through the above steps, combustion synthesis is completed (step ST11).

なお、燃焼合成炉2内で異常が生じた場合など緊急停止を行う場合は、弁V2のみを開けて大気開放する。 Note that when an emergency shutdown is to be performed, such as when an abnormality occurs in the combustion synthesis furnace 2, only the valve V2 is opened to release the atmosphere.

図2に示すように、各弁の開閉により、主配管8、9を通じて、真空引きや、反応ガスの導入、炉内雰囲気の循環(冷却システム及び浄化システムの作動)を行うことができる。 As shown in FIG. 2, by opening and closing each valve, evacuation, introduction of reaction gas, and circulation of the atmosphere in the furnace (operation of the cooling system and purification system) can be performed through the main pipes 8 and 9.

図3は、本実施の形態における燃焼合成炉2の内部構造を示す透視側面図である。すなわち、図3は、燃焼合成炉2を構成するチャンバ24を透視した側面図である。図3に示すように、燃焼合成炉2は、坩堝21を複数段に設置可能な多段ラック22と、多段ラック22を載置するステージ23と、多段ラック22及びステージ23を収容可能なチャンバ24と、を有して構成される。 FIG. 3 is a perspective side view showing the internal structure of the combustion synthesis furnace 2 in this embodiment. That is, FIG. 3 is a side view of the chamber 24 that constitutes the combustion synthesis furnace 2. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the combustion synthesis furnace 2 includes a multi-stage rack 22 in which crucibles 21 can be installed in multiple stages, a stage 23 on which the multi-stage rack 22 is placed, and a chamber 24 in which the multi-stage rack 22 and the stage 23 can be accommodated. It is composed of the following.

図3に示すように、ガス排出口2aには第1の主配管8が接続されており、第1の主配管8を通じて排気できる。また、ガス導入口2bには、第2の主配管9が接続されており、第2の主配管9の先端には、冷気ノズル25が接続されており、冷気ノズル25は、燃焼合成炉2の内部に配置されている。図3に示すように、冷気ノズル25には複数の吹出口25aが設けられており、各吹出口25aは、多段ラック22の各段の間の隙間に対向している。これにより、各吹出口25aから冷気を各段の間に送ることができ、したがって、冷却効率を上げることができ、冷却時間をより効果的に短縮できる。 As shown in FIG. 3, a first main pipe 8 is connected to the gas exhaust port 2a, and the gas can be exhausted through the first main pipe 8. Further, a second main pipe 9 is connected to the gas inlet 2b, and a cold air nozzle 25 is connected to the tip of the second main pipe 9. is located inside. As shown in FIG. 3, the cold air nozzle 25 is provided with a plurality of outlets 25a, and each outlet 25a faces a gap between each stage of the multi-stage rack 22. Thereby, cold air can be sent between each stage from each outlet 25a, and therefore cooling efficiency can be increased and cooling time can be more effectively shortened.

なお、本実施の形態では、補助的に、炉内に冷却ジャケットなどの冷却部を配置してもよい。冷却部では、腐食性ガスや臭気性ガスを捕捉し、雰囲気中の腐食性ガス及び臭気性ガスの濃度を低下せしめて循環機構3により浄化させることで、より浄化効率を上げることが可能である。 Note that in this embodiment, a cooling section such as a cooling jacket may be additionally disposed inside the furnace. The cooling section captures corrosive gases and odorous gases, reduces the concentration of the corrosive gases and odorous gases in the atmosphere, and purifies them through the circulation mechanism 3, thereby making it possible to further increase purification efficiency. .

本発明によれば、無機合成物を製造する燃焼合成炉の冷却システムに好ましく適用できる。 According to the present invention, it can be preferably applied to a cooling system for a combustion synthesis furnace that produces inorganic compounds.

1 :燃焼合成装置
2 :燃焼合成炉
2a :ガス排出口
2b :ガス導入口
3 :循環機構
4 :第1の熱交換器
5 :浄化装置
6 :圧縮機
7 :第2の熱交換器
8 :第1の主配管
9 :第2の主配管
10 :反応ガス供給源
11 :真空ポンプ
12 :第1の副配管
13 :第2の副配管
14 :第3の副配管
15 :温度判定部
16 :炉内圧判定部
21 :坩堝
22 :多段ラック
23 :ステージ
24 :チャンバ
25 :冷気ノズル
25a :吹出口
V1~V5 :弁
1: Combustion synthesis device 2: Combustion synthesis furnace 2a: Gas outlet 2b: Gas inlet 3: Circulation mechanism 4: First heat exchanger 5: Purification device 6: Compressor 7: Second heat exchanger 8: First main pipe 9 : Second main pipe 10 : Reaction gas supply source 11 : Vacuum pump 12 : First sub-pipe 13 : Second sub-pipe 14 : Third sub-pipe 15 : Temperature determining section 16 : Furnace pressure determination unit 21 : Crucible 22 : Multi-stage rack 23 : Stage 24 : Chamber 25 : Cold air nozzle 25a : Outlet V1 to V5 : Valve

Claims (4)

燃焼合成炉と、前記燃焼合成炉の外部に取り付けられ、前記燃焼合成炉内の雰囲気を循環させる循環機構と、を具備し、
前記循環機構は、
前記燃焼合成炉内のガス排出口側に接続された第1の熱交換器と、
前記燃焼合成炉内のガス導入口側に接続された第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間に接続された浄化装置と、
前記浄化装置と前記第2の熱交換器との間に接続された圧縮機と、を有することを特徴とする燃焼合成装置。
A combustion synthesis furnace; a circulation mechanism that is attached to the outside of the combustion synthesis furnace and circulates the atmosphere within the combustion synthesis furnace;
The circulation mechanism is
a first heat exchanger connected to the gas outlet side in the combustion synthesis furnace;
a second heat exchanger connected to the gas inlet side in the combustion synthesis furnace;
a purification device connected between the first heat exchanger and the second heat exchanger;
A combustion synthesis device comprising: a compressor connected between the purification device and the second heat exchanger.
前記第2の熱交換器と前記ガス導入口との間に、反応ガス供給源が分岐して接続されている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃焼合成装置。 The combustion synthesis apparatus according to claim 1, wherein a reactant gas supply source is branched and connected between the second heat exchanger and the gas inlet. 前記第1の熱交換器と前記ガス排出口との間に、真空ポンプが分岐して接続されている、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃焼合成装置。 3. The combustion synthesis apparatus according to claim 1, wherein a vacuum pump is branched and connected between the first heat exchanger and the gas outlet. 前記燃焼合成炉は、チャンバと、前記チャンバ内にて、複数の坩堝を設置するための多段ラックと、を有し、
前記ガス導入口から前記多段ラックの各段の間に冷気を送るための冷気ノズルが接続されている、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃焼合成装置。


The combustion synthesis furnace includes a chamber, and a multi-stage rack for installing a plurality of crucibles in the chamber,
3. The combustion synthesis apparatus according to claim 1, wherein a cold air nozzle for sending cold air from the gas inlet to each stage of the multi-stage rack is connected.


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