JPH06191825A - 石英粉の冷却又は加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温の石英粉粒を冷却してその熱エネルギー
を有効に回収し、さらに回収熱エネルギーによって低温
の原料石英粉粒を予熱することにより石英加熱処理用の
電力量を大巾に低減するための石英粉の冷却又は加熱方
法を提供する。 【構成】 金属板の外皮１と耐熱あるいは断熱材料２に
よって構成される筒状体の内部に、その内径よりも小さ
い外径を有する石英ガラス製の筒状体３を収め、外皮１
に廻転の駆動力を加えて全体を一体として中心軸のまわ
りに廻転する。石英粉粒は筒状体３の一端にある送入口
７から実質的に連続的に筒状体３の中に送入され、廻転
に伴なって転動しながら他端に移動し、排出口８から排
出される。熱交換用の空気は空気通路１０から環状の空
気流路１２に入り、石英粉粒の移動と実質的に向流に流
れ、筒状体３の石英ガラス壁面を通じて内部の石英粉粒
と熱エネルギーの交換を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高純度の石英粉粒を高温
度に加熱して半導体の基板として必要な中間製品を製造
するにあたり、高温に加熱された石英粉粒を高能率で冷
却するとともにその保有する熱エネルギーを有効に回収
利用することにより、該中間製品の製造に要する電力の
消費量を大巾に低下させるための石英粉の冷却又は加熱
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板原料としての石英粉粒は極め
て高純度であることが要求されるので、これを加熱処理
するためには高純度石英ガラス製のルツボに入れ、静止
層の状態で電気炉に装入して加熱し、高温度下で必要時
間滞留した後に引き出され、空気によって冷却されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法は、目的たる加熱を安全かつ連続的に、しかも電力
を浪費することなく遂行するに当り、次のような問題点
がある。すなわち、上記の方法においては、被熱物であ
る高純度石英粉粒だけではなく、ルツボおよびそれを載
せる台車も同じく高温度に加熱され、引き出されたあと
で空気によって冷却されるが、そのために不必要な電力
が浪費されている。またルツボに入ったままの石英粉粒
層は有効熱伝導度の値が小さいので、冷却するまでに長
時間を必要とし、作業上の不都合を来たしている。

【０００４】本発明は、かかる従来方法がかかえていた
問題を解決し、高純度石英粉粒の加熱処理工程に要する
電力量を大巾に減少させ、安全・安定で高能率・高効率
な連続操作ができ、しかも建設費が廉価で高品位の製品
を得るための高温度石英粉粒の冷却と熱エネルギー回収
および回収した熱エネルギーによる低温度の原料粉粒の
予熱を行なう石英粉の冷却又は加熱方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は次の方法によって達成される。すなわち、金属板の
外皮と耐熱性及び／もしくは断熱性の材料によって構成
される筒状の廻転炉体において、その内径よりも小さい
外径を有する石英ガラス製の筒状体を収めてこれを筒状
の廻転炉体に固定し、金属板の外皮に駆動力を加えるこ
とにより筒状体の全体を中心軸のまわりに廻転させ、石
英ガラス製の筒状体の一端から高温の高純度石英粉粒を
送入して石英ガラス製筒状体の内部を転動しながらその
他端方向に移動させ、筒状の廻転炉体内面と石英ガラス
製筒状体外表面の間の環状部に空気を流すことによって
石英粉粒を冷却して筒状体の他端から実質的に連続的に
低温になった石英粉粒を排出することを特徴とする石英
粉の冷却方法。

【０００６】さらには、上記の操作によって石英粉粒を
冷却し、その熱エネルギーを回収することによって自ら
高温になった空気を上記と同様な構成を有する筒状の廻
転炉体内表面と石英ガラス製筒状体外表面の間の環状部
に流動させ、石英ガラス製筒状体の一端から低温度の原
料石英粉粒を送入し、石英ガラス製筒状体の内部で転動
させながら加熱し、これを他端から実質的に連続的に排
出することを特徴とする石英粉の加熱方法。

【０００７】

【作用】本発明においては熱交換を受けるべき高純度石
英粉粒は石英ガラス製の筒状体の一方の端から供給され
る。石英粉粒は石英ガラス製筒状体の廻転によって転動
し、供給端から容易に他端の方向に移動する。石英ガラ
ス製筒状体は金属板の外皮と耐熱性および／もしくは断
熱性（耐熱性・断熱性）の材料によって構成される筒状
の廻転炉体の中に収められており、廻転の駆動力は外皮
に与えられるので、石英ガラス製筒状体には圧縮・曲げ
・捩りなどの外力は加わることがなく、破壊の心配はな
い。また転動する石英粉粒と石英ガラス製筒状体内表面
間の熱伝達係数は極めて大きいので、熱エネルギー交換
に必要な伝熱面積が小さくてすみ、従って装置の建設費
は小さくてすむ。

【０００８】本発明の方法における熱交換の一つを加熱
処理の終った高温度石英粉粒の冷却とそれからの熱量回
収に用い、他の一つを回収熱エネルギーによって低温の
原料石英粉粒の予熱に用いることにより、現在の技術で
浪費している多量の電力浪費を防ぎ、電力原単位を大巾
に低下させることができる。以下添付図面にもとづき本
発明の実施例を説明する。

【０００９】＜第一実施例＞図１は本発明を実施する装
置の一例の、中心軸を含む垂直断面図である。１は金属
板の外皮であり、耐熱性・断熱性の材料２とともに廻転
炉体を構成する。３は石英ガラス製の筒状体であり、廻
転炉体と中心軸を共有するように廻転炉体内に収められ
る。石英ガラス製の筒状体の端部は４に示すように絞っ
た形状でもよく、また５に示すように石英ガラス製の板
によって作られる部品を用いてもよく、その形状は任意
である。

【００１０】６は中心軸であり、水平でも、水平面に対
して適宜傾斜してもよく、外皮１に廻転の駆動力を加え
て筒状体の全体を一体として中心軸６のまわりに廻転す
る。加熱処理の終了した高温石英粉粒の冷却と熱エネル
ギー回収を目的にする場合を例にとれば、高温の石英粉
粒は石英ガラス製筒状体３の一端にある送入口７から実
質的に連続的に送入され、石英ガラス製筒状体３の中を
転動しながら他端の方向に移動し、冷却されて排出口８
から装置の外に排出される。

【００１１】一方低温の空気は空間に固定されたダクト
９から、廻転する炉体に作られた空気通路１０を通り、
廻転炉体内面１１と石英ガラス製筒状体３の外表面の間
に構成されている環状の空気流路１２を通って石英ガラ
ス製筒状体を冷却する。すなわち実質的には石英粉粒の
流れと向流の状態でこれを冷却するのでその熱エネルギ
ーを回収し、空気は高温になって他の空気通路１３を経
て、空間に固定されている他のダクト１４に導入され
る。此の場合、空間に固定されているダクト９，１４は
廻転炉体の外皮１と摺動面を有するが、その間における
シール（漏れ防止機構）は公知の方法を採用しうる。

【００１２】図２は図１のＸ−Ｘ′の位置において中心
軸に垂直な断面図である。高温度になった空気流は環状
の空気流路１２から空気通路１３に入り、空間に固定さ
れているダクト１４を通って空気出口管１５に入る。図
３は図１のＹ−Ｙ′の位置において中心軸に垂直な断面
図である。１６は廻転受けであり、両側・左右の合計４
個で外皮１を支え、筒状体の廻転を行なわせる。外皮に
対する廻転の駆動は公知であり、例えばセメント焼成用
廻転炉と同一の方法を用いることができる。

【００１３】図１，図２における廻転炉体は外皮１と耐
熱性・断熱性の材料によって構成され、その内表面１１
は耐熱性・断熱性の材料の表面を示しているが、本発明
においては必ずしもこれに限定されず、例えば図３の１
１のように、内表面を耐熱性の金属板で構成することが
できる。次に、本発明の方法を高温の空気流によって低
温度の石英粉粒の予熱に用いる場合を説明する。図１に
おいて高温の空気はダクト９から空気通路１０を経て環
状流路１２に入り、石英ガラス製筒状体３を加熱して、
自らは低温度になったのち空気通路１３を経てダクト１
４に入る。低温度の原料石英粉粒は送入口７から石英ガ
ラス製筒状体３に入り、筒状体廻転に伴なう転動によっ
て筒状体３から加熱を受け、高温度になって排出口８か
ら装置外に排出される。

【００１４】＜第二実施例＞図１，図２，図３における
空気流路１２は単純な環状断面のものを示しているが、
本発明における空気通路はこれに限定されず、例えば図
４に示されているように中心軸に対して実質的に垂直な
複数個の耐熱・断熱性のバッフル板１７を設置して空気
流と石英ガラス製筒状体外表面間の熱伝達を良好にする
ことができる。図５のＡ，Ｂはそれぞれ図４においてＸ
−Ｘ′，Ｙ−Ｙ′の位置において中心軸に垂直な断面を
示したものである。此の際バッフル１７の形状・個数に
ついては任意であり、必ずしも図４，図５のものに拘束
されない。図６は金属板の外皮１と耐熱金属製の内面１
１によって構成される環状断面部に断熱材料２を充填し
た場合の例を示す。

【００１５】＜第三実施例＞図１〜図６は石英ガラス製
筒状体の中に内装物が存在しない場合の例であるが、必
ずしもそれらに限らず、筒状体中での石英粉粒の滞留時
間特性をピストン流れに近づけるために例えば図７に示
すような複数個の石英ガラス製堰板１８と複数個の石英
ガラス製スペーサー１９を石英ガラス製筒状体３の中に
内装し、筒状体３内の空間を複数個に区切ることができ
る。図８のＡ，Ｂは図７の石英ガラス製筒状体の、それ
ぞれＸ−Ｘ′，Ｙ−Ｙ′の位置において中心軸に垂直な
断面を示すものであり、石英ガラス製堰板１８およびス
ペーサー１９は僅かの隙間を保ちながら石英ガラス製筒
状体３の内部に収められる。

【００１６】＜第四実施例＞筒状体３中での石英粉粒の
滞留時間特性をピストン流れ特性に近づけるためには、
必ずしも図７，図８の堰板によるものに限らず、例えば
図９に示すような石英ガラス内装物を用いることができ
る。図９において２０は石英ガラス製の支持棒、２１は
複数個の石英ガラス製バッフル板である。図１０のＡ，
Ｂは図９の石英ガラス製筒状体で、それぞれＸ−Ｘ′，
Ｙ−Ｙ′の位置における中心軸に垂直な断面を示したも
のである。

【００１７】石英ガラス製の内装物は必ずしも図９，図
１０の示す例に限定されず、石英ガラス製筒状体の内部
空間を複数個に区切り、筒状体の一端から実質的に連続
的に送入される石英粉粒の筒状体中での滞留時間特性を
ピストン流れ特性に近づけるように構成された構造体で
あれば、その形状は任意のものでよい。図１１は、高純
度石英粉粒の高温度熱処理用廻転加熱装置から実質的に
連続的に排出される高温度の石英粉粒を冷却するととも
に、それから回収した熱エネルギーを利用して、低温度
の原料石英粉粒を予熱することにより、使用電力量を大
巾に低減するシステムを構成するために本発明の熱交換
装置を用いる場合の例を示す。

【００１８】図１１において低温の原料石英粉粒は本発
明の廻転熱交換装置２２の送入口２３から同装置２２に
入り、高温度まで予熱されたのちに２２の排出口２４か
ら排出され、そのまま廻転加熱装置２５の送入口２６に
送られる。廻転加熱装置２５の内部で所定の高温度に加
熱された石英粉粒は排出口２７から排出され、そのまま
本発明の他の熱交換装置２８の送入口２９から熱交換装
置２８に送入され、冷却されて排出口３０から系外に排
出される。

【００１９】図１１において３１は空気ブロワーであ
り、熱交換装置２８の空気送入管３２を通って熱交換装
置２８内に空気を送入する。２８内で石英粉粒を冷却
し、自らは高温になった空気は２８の空気出口管３３か
ら出て導管３４を通り、他の熱交換装置２２の空気送入
管３５を経て２２の内に送られる。熱交換装置２２内で
原料石英粉粒を予熱し、自らは低温になった空気は２２
の空気出口管３６から出るが、此の際排風機３７を用い
ることが望ましい。図１１のような構成にすれば、高温
に加熱された石英粉粒の保有する大量の熱エネルギーは
有効に回収されて低温の原料石英粉粒の予熱に使用され
るから、廻転加熱装置２５内で消費するべき電力消費量
を下げることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明においては、転動す
る石英粉粒と石英ガラス製筒状体内表面の間の伝熱係数
が極めて大きい値になるので、従来の技術にくらべて桁
ちがいの短時間で高温の石英粉粒を冷却することができ
るばかりではなく、その保有する熱エネルギーを有効に
回収することができる。

【００２１】高温空気の保有する熱量として回収された
熱エネルギーは、低温の原料石英粉粒を高温に予熱する
ことができる。すなわち本発明によれば、既存の技術に
くらべて電力消費量が小さく、かつ建設費の低廉な、高
純度石英粉粒の加熱処理を高能率・高効率で安全・安定
で連続的に遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の、中心軸を含む垂直断面
図である。

【図２】図１の実施例のＸ−Ｘ′の位置における、中心
軸に垂直な断面図である。

【図３】図１の実施例のＹ−Ｙ′の位置における、中心
軸に垂直な断面図である。

【図４】本発明の第二実施例の、中心軸を含む垂直断面
図である。

【図５】図４の実施例の、中心軸に垂直な断面図であ
る。

【図６】第二実施例の他の例を示す、中心軸に垂直な断
面図である。

【図７】本発明の第三実施例の、中心軸を含む垂直断面
図である。

【図８】図７の実施例の、中心軸に垂直な断面図であ
る。

【図９】本発明の第四実施例の、中心軸を含む垂直断面
図である。

【図１０】図９の実施例の、中心軸に垂直な断面図であ
る。

【図１１】本発明にかかる廻転熱交換装置の２基と、廻
転加熱装置を組み合わせた省エネルギー型高純度石英粉
粒加熱処理システム図である。

【符号の説明】

１ 外皮 ２ 耐熱性・断熱性材料 ３ 石英ガラス製の筒状体 ４ 石英ガラス製筒状体端部 ５ 端部部品 ６ 中心軸 ７ 送入口 ８ 排出口 ９ ダクト １０ 空気通路 １１ 廻転炉体内面 １２ 空気流路 １３ 空気通路 １４ ダクト １５ 空気出口管 １６ 廻転受け １７ バッフル板 １８ 堰板 １９ スペーサー ２０ 支持棒 ２１ バッフル板 ２２ 廻転熱交換装置 ２３ 送入口 ２４ 排出口 ２５ 廻転加熱装置 ２６ 送入口 ２７ 排出口 ２８ 廻転熱交換装置 ２９ 送入口 ３０ 排出口 ３１ 空気ブロワー ３２ 空気送入管 ３３ 空気出口管 ３４ 導管 ３５ 空気送入管 ３６ 空気出口管 ３７ 排風機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板の外皮と耐熱性及び／もしくは断
   熱性の材料によって構成される筒状の廻転炉体に、その
   内径よりも小さい外径を有する石英ガラス製の筒状体を
   収めてこれを筒状の廻転炉体に固定し、金属板の外皮に
   駆動力を加えることにより筒状体の全体を中心軸のまわ
   りに廻転させ、石英ガラス製の筒状体の一端から高温の
   石英粉粒を送入して石英ガラス製筒状体の内部を転動し
   ながらその他端方向に移動させ、筒状の廻転炉体内面と
   石英ガラス製筒状体外表面の間の環状部に低温の空気を
   流すことによって石英粉粒を冷却して筒状体の他端から
   低温になった石英粉粒を実質的に連続的に排出すること
   を特徴とする石英粉の冷却方法。
2. 【請求項２】 金属板の外皮と耐熱性あるいは断熱性の
   材料によって構成される筒状の廻転炉体に、その内径よ
   りも小さい外径を有する石英ガラス製の筒状体を収めて
   これを筒状の廻転炉体に固定し、金属板の外皮に駆動力
   を加えることにより筒状体の全体を中心軸のまわりに廻
   転させ、石英ガラス製の筒状体の一端から低温の石英粉
   粒を送入して、石英ガラス製筒状体の内部を転動しなが
   らその他端方向に移動させ、筒状の廻転炉体内面と石英
   ガラス製外表面の間の環状部に高温の空気を流すことに
   よって石英粉粒を加熱して、筒状体の他端から高温にな
   った石英粉粒を実質的に連続的に排出することを特徴と
   する石英粉の加熱方法。
3. 【請求項３】 筒状の廻転炉体の内面と石英ガラス製筒
   状体外表面の間の環状部に複数のバッフル板を設置する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 石英ガラス製の筒状体の内部に石英ガラ
   ス製の堰板とスペーサーを収め、筒状体内の空間を複数
   個に区切ることを特徴とする請求項１又は２記載の方
   法。
5. 【請求項５】 石英ガラス製の筒状体の内部に石英ガラ
   ス製の棒状体およびバッフル板によって構成する内装物
   を装入することにより、筒状体の空間を複数個に区切る
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。