JP4680521B2 - ＳｉＯ発生装置及びＳｉＯ製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、高純度シリコンの原料用のＳｉＯ発生装置、かかるＳｉＯ発生装置を含むＳｉＯ製造装置、さらに詳細には太陽電池基板用高純度シリコンの原料用のＳｉＯ発生装置およびＳｉＯ製造装置に関する。

従来、高純度シリコン（９９．９９９９％以上のレベルの極めて高い純度のものをいう）は、シーメンス法によって製造されてきた（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、純度９７％程度の金属シリコン原料を一旦、塩化した後、精製、還元して９９．９９９９９９９％以上の高純度シリコンを得る方法であり、反応に多大のエネルギーを消費するため、原理的に製造費は高価となってしまう。

そこで、金属Ｓｉなどから一旦、一酸化珪素（ＳｉＯ）を経由して高純度Ｓｉを製造する方法が提案されている。

例えば、特許文献２では、高温下で次の不均化反応によりＳｉＯから高純度Ｓｉを得る方法が示されている。

ＳｉＯ→Ｓｉ＋ＳｉＯ_２ （１）
ＳｉＯガスを得る方法としては、例えば、特許文献３に示されるように、次の２つの反応による手法が知られている。

Ｓｉ＋ＳｉＯ_２→２ＳｉＯ （２）
Ｃ＋ＳｉＯ_２→ＳｉＯ＋ＣＯ （３）
これは、高温低圧下で発生する大きな吸熱反応である。

これらの反応に基づいてＳｉＯを製造する場合、高生産性を指向した技術がいくつか提案されている。

例えば、特許文献４には、ＳｉＯ発生器の上部から原料粉を連続的に投下、発生ＳｉＯを下部凝縮器に導入して凝固ＳｉＯを得る装置が記載されている。

また、特許文献５には、炉内に走行する台車上原料粒を投入し、台車を走行させながらＳｉＯガスを発生させる装置が記載されている。

さらに、特許文献６には、原料容器中に発熱体を差込んでＳｉＯを発生させる装置が記載されている。
特公昭３５−２９８２号公報 ＷＯ９９／３３７４９号公報 特公平４−８１５２４号公報 特開２００１−２２０１２３号公報 特開昭６３−１０３８１４号公報 特開平９−１１０４１２号公報

しかしながら、特許文献４に記載の装置では、酸化珪素粉末を連続的に製造することができるが、原料粉の加熱能力不足、発生したＳｉＯガスによる蒸気圧での圧力上昇については回避する方法が記載されていない。また、原料を全てＳｉＯ化すると、原料中に含まれている高沸点物質も蒸発して凝縮ＳｉＯを汚染してしまうが、この装置では、原料残の発生しない原料配合比しか適用できない、という問題点がある。

また、特許文献５に記載の装置では、ＳｉＯを連続的に得られるが、上記と同様に、加熱ネック、蒸気圧ネックを回避する方法が記載されていない。また、多段式容器内でＳｉＯを発生させるものの、加熱は、積層された容器の周囲に配置された加熱装置のみで行うため、加熱能力律速が発生する。さらに、残原料の処理方法については記載されていないので、原料残の発生しない原料配合比しか適用できない、という問題点がある。

さらに、特許文献６では、上記と同様に、蒸気圧ネックを回避する方法が記載されていない。また、発熱体は円柱状グラファイトを１本原料中に装入する例が記載されているのみで、このような円柱では加熱表面積が小さいことから、十分な加熱能力向上が得られない。さらに、残原料の処理方法については記載されていないので、原料残の発生しない原料配合比しか適用できない、という問題点がある。

そこで、本発明の目的は、ＳｉＯを製造する際の加熱ネック、蒸気圧ネックを回避し、残原料を速やかに排出できるＳｉＯの大量発生装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、かかるＳｉＯ発生装置を用いるＳｉＯ製造装置を提供することにある。

本発明は、固体ＳｉＯ_２を金属Ｓｉまたはカーボンと接触させてＳｉＯを発生させる発生装置において、扁平な箱型ＳｉＯガス発生器と、箱型ＳｉＯの最も広い壁を加熱する加熱室とが交互に配置されてなることを特徴とする発生装置、に関する。

前記箱型ＳｉＯガス発生器内に箱型ＳｉＯガス発生器の最も広い壁に並行して箱型ＳｉＯガス発生器の外部まで、原料の存在しないＳｉＯガス通気流路を設けてなることが好ましい。

前記箱型ＳｉＯガス発生器において、最も広い壁とは異なる壁の一端を開放してＳｉＯ原料を装入し、この壁とは異なる、最も広くはない壁を開放して残留原料を排出してなることが好ましい。

また、本発明は、前記のＳｉＯ発生装置を用いることを特徴とするＳｉＯ製造装置、に関する。

本発明の発生装置及び製造装置により、ＳｉＯ製造の生産性が大幅に向上する。

本発明について、図面に基づいて説明する。なお、本明細書において、ＳｉＯガスが凝縮器において固化する現象を凝縮と称する。

ＳｉＯガスを高い生産性で発生させるためには、大量のＳｉＯ原料（Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｃなど）を加熱し、高速に反応させなければならない。このためには、次の３つの課題を同時に解決しなければならないことを本発明者らは見出した。

第１に、大量のＳｉＯ原料を外部から加熱する際の内部への加熱ネックの問題がある。前述のように、ＳｉＯガスの生成反応は、大きな吸熱反応であるため、ＳｉＯガス発生速度は、ＳｉＯ原料に投入された熱量に制約を受ける。ＳｉＯ原料の量が増大すると、一般に比表面積が減少するため、外部から加熱する際のＳｉＯ原料の内部への熱流束が減少し、反応はＳｉＯ原料表面近傍に限定される傾向がある。特に、ＳｉＯ原料は、伝熱性の低い、粒状、又は、粉状の状態で加熱されるため、ＳｉＯ原料内部への伝熱量の低下が大きい。ＳｉＯ原料が粒状、又は、粉状で加熱されなければならない理由は次のとおりである。ＳｉＯガスを安価に発生させるためには、比較的低温で反応させることが有利である。この条件ではＳｉＯ原料の大部分は、固体、又は、液滴状態である。このため、原料間の接触面積を増やして反応性を高めるために、ＳｉＯ原料は、粒状、又は、粉状で配合されるのである。

第２に、ＳｉＯガスの蒸気圧ネックの問題がある。伝熱ネックの制約が解消できれば、大量のＳｉＯ原料を使用した場合でも、ＳｉＯ原料の内部深くでもＳｉＯ生成反応が発生しえる。しかし、ＳｉＯ原料内部で発生したＳｉＯガスが、ＳｉＯ原料外部に排気されない限り、継続してＳｉＯガスを発生させることはできない。ＳｉＯガスがＳｉＯ原料内部からＳｉＯ原料間の隙間を通ってＳｉＯ原料外に排気される際には、通気抵抗によりガスの圧力損失が発生する。ＳｉＯ原料は、粒、又は、粉で形成されているため、通気抵抗は一般に大きく、ＳｉＯ原料を多量に使用してＳｉＯ原料内部での通気距離が増大すると、ＳｉＯ原料内部のＳｉＯ発生部位でのＳｉＯガス圧は著しく上昇することになる。一方、前述のように、ＳｉＯガス生成反応は、雰囲気圧力が上昇すると急速に反応速度が低下する。したがって、ＳｉＯ原料内部でＳｉＯガス圧力が上昇すると、そこでのＳｉＯ発生速度は大きく低下することになる。

第３に、残原料の処理問題がある。例えば、（２）式の反応でＳｉＯを製造する場合、ＳｉとＳｉＯ_２を等モルずつ配合してＳｉＯを発生させれば、全原料をＳｉＯ化可能であり、原料残は発生しない。しかし、様々な作業制約から、このような比率での原料配合は一般的に困難であり、残原料の発生は避けられない。したがって、バッチ式生産、あるいは連続式生産のいずれにおいても、残原料を素早く、確実に反応装置内から除去できないと、総合的な生産性を著しく低下させることになる。

しかしながら、従来技術においては、これら３つの問題すべてを解決するには至らず、ＳｉＯを高い生産性で製造することは困難であった。

例えば、図１はＳｉＯ発生装置の一例を示す概略断面図である。図１において、ＳｉＯ発生装置１内にある原料室３はその両側に加熱室５を備える。すなわち、原料室３とその両側に加熱室５を備える一連の部位であるＳｉＯ発生器２９を１単位とする。原料室頂部の周囲には鍔７が設けられている。水平方向に、具体的には、左側から右に、第１の加熱室５ａ、第１の原料室３ａ、第２の加熱室５ｂ、第２の原料室３ｂ、第３の加熱室５ｃ、第３の原料室３ｃ、第４の加熱室５ｄの順に配列されている。ここで、第１〜４の加熱室５には、ヒーターなどの加熱装置９が設けられていて、それぞれの原料室３内のＳｉＯ用の原料１１を加熱する。第１と第４の加熱室５ａ，ｄは、片側の原料室３ａ，ｃだけを加熱すればよいが、第２と第３の加熱室５ｂ、ｃは、両側の原料室３ａ，ｂ，ｃを加熱するために、より大容量のヒーターが必要となる。一方、第１〜３の原料室３ａ，ｂ，ｃには、ＳｉＯ製造用の原料である、固体ＳｉＯ_２と金属Ｓｉまたはカーボンとが充填されている。また、かかる原料室３の頂部は開放されていて、発生したＳｉＯガスが上方に流出できる構造となっている。原料室頂部の周囲に設けられた鍔７は別の鍔７またはＳｉＯ発生装置の壁と密着されているので、発生したＳｉＯガス１３は加熱室５には侵入しない。このような構造を採用することにより、加熱室５のヒーター９はＳｉＯガスによる腐食を受ける恐れがない。原料室３から流出したＳｉＯガス１３は導管１５に導かれてＳｉＯ凝縮などの次の工程に進む。なお、用いられるＳｉＯ発生装置１、加熱室５、原料室３、導管１５は従来公知の材料で構成できる。

図２は、図１において、ＳｉＯ発生装置のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図２において、第１〜４の加熱室５に設けられたヒーターなどの加熱装置９は、第１〜３の原料室３をむらなく加熱することができれば、なんら制限されることはなく、所定数のヒーターを具備する。ヒーターの必要数は、原料室の大きさ、原料室に装入された原料の量、ヒーターの能力などによって適宜選択することができる。第１〜３の原料室３は長方形などの矩形である。このように、原料室３は、頂部に開口部を有し、水平断面の形状が長方形、すなわち扁平な箱型の容器である。原料室３と原料室３とは、それぞれの原料室３の最も広い壁（加熱壁）１７同士が面するように配置されており、かつ、原料室３の間には加熱室５が設置されている。すなわち、最小構成としては、両端が加熱室５、その間に原料室３が設けられている。最大構成としては、両端が加熱室５、その間には、原料室３−加熱室５が交互に繰り返し配置されており、その繰り返し数には制約はない。原料室３には原料１１、例えば、固体ＳｉＯ_２として粒状のケイ砂、金属Ｓｉとして粒状の金属Ｓｉ、カーボンとして粒状の人造黒鉛が装入されている。原料１１は、原料を予め軽度の焼結処理である仮焼処理を行って、微粒子の飛散防止処理を行ってもよい。

ＳｉＯ形成反応は固体間接触反応であり、液体伝熱に比べて、原理的に伝熱性が悪く、かつ、大きな吸熱反応である。特に、大量の原料粒を加熱する際には、化学反応速度に熱供給が追いつかず、反応律速となる。上記のように、近接した原料室の加熱壁面間にＳｉＯ原料を挟み込み、かつ、これらの壁面を加熱することによって、ＳｉＯ原料の表面積／質量の割合を高め、ＳｉＯ原料表面からの加熱効率を高めることができる。したがって、ＳｉＯ発生装置の加熱能力不足を回避することが可能である。さらに、加熱壁と原料層とを交互に配置することによって、ＳｉＯ発生装置をコンパクト化できる。

また、加熱壁温度については、加熱壁全体が均一温度になるように加熱することが好ましい。高温にするほど生産性は高くなる。しかし、使用する壁材に上限温度があるため、その温度の制約を受ける。したがって、使用温度上限で均一温度の加熱壁が最も生産性が高められる。ただし、原料粒子の飛散防止、残原料の過加熱防止などの観点から、部分的に加熱壁温度を変更してもよい。なお、過加熱防止とは、残原料では吸熱反応であるＳｉＯ発生反応は生じることなく、残原料の温度は高くなりがちであり、残原料同士が焼結して塊を形成し、排出困難が発生するが、これを回避することをいう。

さらに、加熱方法としては、加熱壁自体が発熱体である直接加熱法、または加熱壁の背面からヒーターで加熱する間接加熱法が採用できる。直接加熱法では、黒鉛抵抗ヒーターなどで加熱壁が構成され、ヒーターに通電することによって加熱する。一方、間接加熱法では、加熱室にヒーターを加熱壁に平行に複数本設置することによって均一な加熱が可能となる。もちろん、安価な材料や耐食性の高い加熱壁を使用できる。また、ヒーターと発生したＳｉＯガスは接触しないので、安価なヒーターを用いることができる。

発生したＳｉＯガスの排気方法としては、原料室頂部を開放し、発生したＳｉＯガスはここから排気されて、後続する導管を通じて後工程（ＳｉＯ凝縮など）に送られる。

以下の図３〜１４において、ＳｉＯ発生器の構造は、特に断りがない限り、図１〜２に示される構造と同じである。

図３は原料室内に多孔管を配置した一例を説明する図面である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図３、４において、原料室３は両側の加熱室５に挟まれている。加熱室５には、ヒーター９が備えつけられている。原料室３にはＳｉＯ原料１１が充填されていて、そのＳｉＯ原料１１中に多孔管１９が原料室３の最も広い壁１７に並行に、かつ、略水平に設置されている。多孔管１９には、複数の孔２１が開けられていて、ＳｉＯガス通気流路の役割を担う。多孔管１９の一端は原料室３内の壁近傍にあり、他端は原料室３またはＳｉＯガス発生器の前記壁に対向する壁を突き抜けて外部まで延びている。多孔管１９の設置本数は、ＳｉＯ原料の量、ヒーター能力などによって変動するので、適宜決定する。なお、多孔管１９は原料室と同じく、耐熱及び耐腐食性を有する材料で構成できる。このように、ＳｉＯ原料中に多孔管１９を設置することによって、発生したＳｉＯガス１３は孔２１から多孔管１９内に侵入し、原料層から原料室外に排出される。排出されたガスは集合管などを通って、後工程に送られる。図３では、多孔管は水平に配置されているが、多孔管は発生したＳｉＯガスを外部に排出することを目的とするものであり、設置方向は水平に限らない。例えば多孔管を、水平面に対し角度を付けてまたは変えて設置し、極端な場合には垂直に設置し、発生したＳｉＯガスを外部に排出してもよい。

図５は、ひさし状の突起が加熱壁に取り付けられた原料室の一例を示す断面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図５、６において、原料室３は両側の加熱室５に挟まれている。加熱室５には、ヒーターなどの加熱装置９が備えつけられている。ひさし状の突起２３が加熱壁（原料と接する壁）１７に並行に取り付けられた原料室３に、ＳｉＯ原料１１が充填される。ひさし状の突起２３の一端は原料室３内の壁近傍にあり、他端は原料室３またはＳｉＯガス発生器の前記壁に対向する壁を突き抜けて外部まで延びている。ひさし状の突起２３を取り付けることにより、その下部にＳｉＯガスの通気流路である通路２５が形成される。ここで、ひさし状の突起２３とは、板または円筒の一部を切り取った形状をいう。ひさし状の突起の設置数は、ＳｉＯ原料の量、ヒーター能力などによって変動するので、適宜決定する。なお、ひさし状の突起２３は原料室と同じく、耐熱及び耐腐食性を有する材料で構成できる。このように、加熱壁にひさし状の突起を設置することによって、発生したＳｉＯガス１３は、形成された通路２５を通り、原料層から原料室またはＳｉＯガス発生器外部に排出される。主として加熱壁などの側壁が粉体圧を支えることから、流体とは異なり、粉体内部では高さ方向で圧力分布はほとんどない。このため、ひさしの直下には、粉体で満たされない空間が自然に形成される。この空間を流路として利用することで、発生ＳｉＯガスを原料室外に排気する。このように、ひさし状の突起を設けて発生したＳｉＯガスを排出する効果がある。ひさし状の突起は略水平に配置されているが、ひさし状の突起は発生したＳｉＯガスを外部に排出すること目的とするものであり、設置方向は水平に限らない。例えば、ひさし状の突起を水平面に対し角度を付けてまたは変えて設置し、発生したＳｉＯガスを外部に排出してもよい。図５では、ひさし状の突起は一加熱壁だけに設けられているが、その他の加熱壁にも設置してガスの排出を行ってもよい。排出されたガスは集合管などを通って、後工程に送られる。

図７は、扁平な原料室を垂直方向に積層した一例を示す略断面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図７において、原料室３及び加熱室５が交互に設けられている。その方向は、図１とは異なり、垂直方向である。各原料室において、原料１１は原料室下部に溜まるので、上部が通気空間２７となる。この構成では、原料室３、加熱室５を水平方向に広くするとともに、垂直方向に配置するので、強度確保のためには大規模な設備となる。図７、８において、発生したＳｉＯガス１３は、形成された通路２７を通り、原料層から原料室またはＳｉＯガス発生器の外部に排出される。排出されたガスは、原料室前面に設けられた集合管などを通って、後工程に送られる。

大量の原料を加熱する際に、発生ＳｉＯに十分な排気対策を施さないと、原料内部では発生したＳｉＯガス圧により高圧となり、反応が進行しない。反応部位が原料粒表面近傍に限定され、生産性が低下する恐れがある。上記のように、原料内部に発生したＳｉＯガスの通路を設けて、発生したＳｉＯガスを原料外部に、低い通気抵抗で、大量に放出することができる。したがって、ＳｉＯガスの原料内部における蒸気圧上昇を回避することができる。

図９は、原料の上入れ底出しするＳｉＯ発生器の装入時の一例を示す断面図である。図９において、原料室３は、頂部が開放され、両側面に２つの加熱室５を有する。加熱室５には、ヒーターなどの加熱装置９が設けられている。ＳｉＯ発生装置１の上方には、原料投入機３１が設置されている。一方、ＳｉＯ発生器２９の下部には炉床３３が設けられている。炉床３３は、炉床開平装置３５によって作動する。

原料の装入について説明する。炉床開平装置３５を操作して炉床３３を閉の状態とする。原料投入機３１から原料室３に図示しない投入口を通して原料１１を徐々に投入する。この際、原料投入機３１の投入管（図示せず）を原料室３の長さ方向、または前後に複数設置することによって、原料室３内部に均一に原料１１を装入することが好ましい。ＳｉＯの発生とともに原料は減少するので、加熱操業中に適宜原料を追加してもよい。

図１０は、原料の上入れ底出しするＳｉＯ発生器の排出時の一例を示す断面図である。図１０において、原料室３、加熱室５、加熱装置９、炉床３３、炉床開平装置３５については図９と同じである。加熱が終了した後、炉床開平装置３５を操作して炉床３３を開の状態とし、残原料３７を残原料受け３９に受ける。

原料の上入れ底出し法は、原料の装入、加熱、残原料の排出までが効率的である。この発生器を用いる方法は、バッチ生産、半連続生産に対応可能である。

図１１は原料の横入れ横出しするＳｉＯ発生器の装入時の一例を示す平面図である。図１２は、図１１のＩＩＸ−ＩＩＸ線に沿う断面図である。図１１，１２において、原料室３は頂部が開放され、両側面に２つの加熱室５を有する。原料室３の左壁を装入側壁４１、右壁を排出側壁４３と称する。装入側壁４１は垂直というよりは、水平面に対し、傾けて設置されている。残原料排出の際に、残原料が排出し易いように、装入側壁４１下部が原料室３内部に突き出でいる。このような構造を採用することによって、容易に残原料を原料室３の排出側まで運ぶとともに、容易に排出することができる。排出側壁４３は、通常、垂直に設けられている。装入側壁４１及び排出側壁４３は、それぞれ装入側壁移動装置４５、排出側壁開閉装置４７によって作動する。また、装入側壁４１上方には、原料装入機３１が設けられている。

原料の装入について説明する。原料の装入方法は、装入側壁４１の移動ストロークの大小によって、次の２通りに作業方法に分けられる。第１の作業方法は、装入側壁の移動ストロークが十分大きく、装入側壁の１回の移動で、原料室内の残原料を全て、原料室外に排出可能な場合である。その詳細は次のとおりである。原料室３が空であることを確認した後、装入側壁移動装置４５を作動させて装入側壁４１を移動させて所定の最初の位置に設定し、さらに、排出側壁開閉装置４７を作動させて排出側壁４３を閉じる。その後、原料投入機３１から原料１１を原料室３に投入する。この際、原料投入機３１の投入管（図示せず）を原料室の長さ方向、または左右に複数設置することによって、原料室３内部に均一に原料を装入することが好ましい。ＳｉＯの発生とともに原料は減少するので、加熱操業中に適宜原料を追加してもよい。

次に、第２の作業方法は、装入側壁の移動ストロークが小さく、装入側壁の１回の移動では、原料室内の残原料の一部しか原料室外に排出できない場合がある。その詳細は次のとおりである。装入側壁を後端（排出側壁と反対側の方向）近傍の所定位置に設定し、挿入側壁近傍の原料室内に上方からＳｉＯ原料を投入する。残原料を排出する際に、装入側壁は、前進（排出側壁の方向）してＳｉＯ原料全体を排出側側壁に押しやるので、原料室内では、より古く投入されたＳｉＯ原料ほど、排出側壁寄りに位置することになる。より古くから投入されたＳｉＯ原料で原料室内に溜まっているものは、既にＳｉＯガスが大量に生成した後の残留物であり、ＳｉとＳｉＯ_２の配合比がＳｉＯガス発生にとって好適ではない。このため、吸熱反応であるＳｉＯガス発生反応は発生し難く、原料が過加熱され易い。また、このようなＳｉＯ原料には不純物がより凝縮されている。第２の作業方法の場合、原料室内でのＳｉＯ原料の投入の古さの分布が、原料室の長手方向に、装入側壁から排出側壁まで、きれいに配置されている。このことを利用して、原料室内の長手方向の作業条件、例えば、壁面温度を適切な分布に設定することで、最適な作業ができる。

図１３は原料の横入れ横出しするＳｉＯ発生器の排出時の一例を示す平面図である。図１４は、図１３のＩＶＸ−ＩＶＸ線に沿う断面図である。図１３、１４において、原料室３、加熱室５、装入側壁４１、排出側壁４３、装入側壁移動装置４５、排出側壁開閉装置４７については、図１１、１２に示されるものと同じである。さらに、残原料受け３９が設けられている。

残原料の排出について説明する。加熱が終了した後、排出側壁開閉装置４７を作動させて排出側壁４３を開ける。次に、装入側壁移動装置４３を作動させて、装入側壁４１を移動させ、残原料３７を排出側から排出して残原料受け３９で受ける。

このように、原料室の対向する２つの側壁（非加熱壁）を適宜、開放し、原料装入機によって原料を原料室に装入する。残原料は、原料室内部で水平に押されて移動し、装入壁に対向する側壁から排出される。このような方法によれば、原料の装入、加熱、残原料排出までが効率的に行われ、バッチ生産、半連続生産、連続生産の全てに対応可能である。

原料の最適な配合比では、一般に、ＳｉＯ_２を過剰な比率とすることが必要であり、反応終了時に原料残が大量に発生する。原料の装入と残原料の排出の出入口を共有する（「後入れ先出し」）と、一般に時間がかかり、総合生産性を低下させる。また、残原料の排出に時間がかかり、総合生産性が低下してしまう。ところが、先入れ先出し方式によれば、非加熱壁を適宜、開閉して、原料装入と残原料排出についての出入り口壁を共有せずに、原料の流れが一定方向となる。このように残原料の排出が効率的に行われ、新規装入原料と原料残とが混じらないので、特に横入れ横出しの場合には、連続的にまたは半連続的に装入、排出操業が可能となる。

なお、ＳｉＯガス発生器において、「最も広い壁」とは加熱壁を意味する。また、「最も広い壁とは異なる壁」とは、もっとも広い壁を除いた壁のことであり、通常、天井の壁を意味する。さらに、「この壁とは異なる、最も広くはない壁」とは、天井の壁、加熱壁を除いた壁であり、通常、ガス発生器の底壁または原料装入側壁に対向する残原料排出側壁を意味する。

図１５は、ＳｉＯ凝縮器および真空ポンプの一例を示す概略図である。ＳｉＯ発生装置から排出されたＳｉＯガスは、後処理工程に送られる。ここで、後処理工程は、発生したＳｉＯガスをＳｉＯ凝縮器で凝縮して回収する工程である。図１５において、ＳｉＯ発生装置からのＳｉＯガス１３はＳｉＯ凝縮器４９に導かれる。真空ポンプ５１によりＳｉＯ発生装置及び凝縮器４９内は低圧に維持され、圧力計（図示せず）によって監視される。凝縮器４９の外壁は水、空気などの冷媒によって冷却され、その結果、ＳｉＯが板面に凝固付着してＳｉＯ固体５３を形成する。凝縮器４９内の流路は充分長く設定され、大部分のＳｉＯを凝縮物として回収する。

凝縮器は、ＳｉＯガスを凝縮付着させてＳｉＯ固体として回収できれば何ら制限はない。通常、中が空の容器、またはＳｉＯガスの流路に複数の板または邪魔板を、板面をガス流方向に向けて、流路を形成する対面から交互に所定間隔で設け、ガス流がジグザグとなるように構成された、ガスの通過可能な容器が挙げられる。該間隔は、通常、一定であり、また、回収効率を上げるため、ＳｉＯ密度の高いＳｉＯガス上流側を短く、下流側を長くしてもよい。該凝縮器は、ＳｉＯガスを凝縮できればその温度は特に制限はされないが、冷却器を備えて凝縮器全体を冷却することによって効果的にＳｉＯガスを凝縮させることができる。ＳｉＯガスを回収することを目的とすることから、ＳｉＯガスを凝縮させることができ、かつ、低沸点化合部を凝縮させない温度、例えば、１１００℃以下、好ましくは１１００℃〜１１０℃の範囲であることが望ましい。

凝縮器、真空ポンプについては、上記にその一例を説明したが、従来公知の装置を用いることができる。

本発明のＳｉＯ製造装置によって得られたＳｉＯを原料とすれば、容易に太陽電池基板用Ｓｉの成分仕様を満たすことができる。

ここで、太陽電池基板用Ｓｉの成分仕様とは次の組成をいう。太陽電池基板用Ｓｉは、一般に、純度のより高いものを用いる程、性能が向上するといわれるが、高純度化するに従い性能向上率は逓減していく。一方で、Ｓｉが高純度になる程、純度を上昇させるための費用は急激に増大するので、ある特定のＳｉ純度が費用−効果の最適点となる。この最適点は、成分毎に異なり、現在の太陽電池として市場価値を有する性能を満足するためには、次の範囲のＳｉを用いることが望ましい。即ち、質量割合でリン（Ｐ）０．１ｐｐｍ以下、ヒ素（Ａｓ）０．１ｐｐｍ、アンチモン（Ｓｂ）０．１ｐｐｍ以下、ボロン（Ｂ）０．３ｐｐｍ以下、ガリウム（Ｇａ）０．１ｐｐｍ以下、インジウム（Ｉｎ）０．１ｐｐｍ以下、その他の金属成分０．１ｐｐｍ以下である。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は実施例によって限定されるものではない。

（装置構成）
図９及び図１５に示される装置に準じてＳｉＯを製造した。ＳｉＯ発生装置（炉）内に原料室３室、加熱室５室を配置した。原料室の上部は、炉内に開放され、発生したＳｉＯガスは、炉内に放出され、炉頂部に配置された導管を通って、ＳｉＯ凝縮器に送られる。

（寸法）
原料室 幅０．１ｍ、高さ１ｍ、長さ２ｍの箱型容器。１ｍｘ２ｍの壁（両側）が加熱壁となる。
加熱室 幅０．１ｍ、高さ１ｍ、長さ２ｍの箱型容器。完全に囲われており、動力配線を通す管のみが炉外部に連結されている。

（材質）
炉壁は、高純度黒鉛内張りのマグネシア系耐火物で構成した。

（ＳｉＯ流路）
原料室内で加熱壁から、曲率半径５０ｍｍの曲面状ひさしを加熱壁から５０ｍｍの長さで、長さ方向に配置し、上下方向に等間隔で４本配置した。ひさしと原料室壁（０．１ｍｘ１ｍの壁）の交差点には、ひさしの下部に直径４０ｍｍのＳｉＯ排出孔を配置した。

（原料装入機）
原料貯留槽を有する原料投入機を炉外に設置し、耐熱配管を通して原料室に原料を投入した。原料投入管を原料室の長さ方向に複数配置することによって、原料室内部に均一な量で原料を供給した。

（原料排出装置）
原料室の炉床を炉外部から上下させる装置によって、原料室底から残原料を排出した。

操業条件：
（原料）
平均直径５ｍｍのけい砂＋０．５ｍｍ直径の金属Ｓｉを事前に十分に混合した後、別の炉を用い、大気圧Ａｒ雰囲気下で１５５０℃、３０分間仮焼処理を行ったものを、ＳｉＯ原料として原料投入機に貯留した。

（原料装入）
原料投入機を用い、各原料室に、合計１００ｋｇの原料を均一な高さで装入した。この後、炉を密閉した。

（ＳｉＯ発生操業）
第１：炉内を真空ポンプによって１０Ｐａまで真空引きした。
第２：炉壁温度を１６５０℃まで昇温させ、その後温度を一定に維持して１．５時間操業した。
第３：炉内にＡｒガスを吹込み、常圧とした。
第４：炉底開閉装置を操作して、残原料を全て炉外に排出した。この間も、炉壁温度は１６５０℃であった。
第５：炉床を閉じ、炉頂から再び原料を投入した。
第６：原料の加熱−残原料排出−原料の装入の操作を、計５サイクル実施し、計９時間で４００ｋｇのＳｉＯを発生させた。

本発明で使用するＳｉＯ発生装置の一例を示す概略断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 原料室内に多孔管を配置した一例を説明する図面である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 ひさし状の突起が加熱壁に取り付けられた原料室の一例を示す断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 扁平な原料室を垂直方向に積層した一例を示す略断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 原料の上入れ底出しするＳｉＯ発生器の装入時の一例を示す断面図である。 原料の上入れ底出しするＳｉＯ発生器の排出時の一例を示す断面図である。 原料の横入れ横出しするＳｉＯ発生器の装入時の一例を示す平面図である。 図１１のＩＩＸ−ＩＩＸ線に沿う断面図である。 原料の横入れ横出しするＳｉＯ発生器の排出時の一例を示す平面図である。 図１３のＩＶＸ−ＩＶＸ線に沿う断面図である。 ＳｉＯ凝縮器および真空ポンプの一例を示す概略図である。

符号の説明

１ ＳｉＯ発生装置、
３ 原料室、
５ 加熱室、
７ 鍔、
９ 加熱装置、
１１ 原料、
１３ ＳｉＯガス、
１５ 導管、
１７ 加熱壁、
１９ 多孔管、
２１ 孔、
２３ ひさし状の突起、
２５ 通路、
２７ 通気空間、
２９ ＳｉＯ発生器、
３１ 原料投入機、
３３ 炉床、
３５ 炉床開平装置、
３７ 残原料、
３９ 残原料受け、
４１ 装入側壁、
４３ 排出側壁、
４５ 装入側壁移動装置、
４７ 排出側壁開閉装置、
４９ ＳｉＯ凝縮器、
５１ 真空ポンプ、
５３ ＳｉＯ固体。

Claims (4)

1. 固体ＳｉＯ_２を金属Ｓｉまたはカーボンと接触させてＳｉＯを発生させる発生装置において、扁平な箱型ＳｉＯガス発生器と、箱型ＳｉＯの最も広い壁を加熱する加熱室とが交互に配置されてなることを特徴とする発生装置。
2. 前記箱型ＳｉＯガス発生器内に箱型ＳｉＯガス発生器の最も広い壁に並行して箱型ＳｉＯガス発生器の外部まで、原料の存在しないＳｉＯガス通気流路を設けてなることを特徴とする請求項１記載の発生装置。
3. 前記箱型ＳｉＯガス発生器において、最も広い壁とは異なる壁の一端を開放してＳｉＯ原料を装入し、この壁とは異なる、最も広くはない壁を開放して残留原料を排出してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発生装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＯ発生装置を用いることを特徴とするＳｉＯ製造装置。

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