KR20130064988A - 반응관을 포함하는 유동층 반응기 - Google Patents

Abstract

유동층 반응기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기는 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체; 상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관; 유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부; 반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및 열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하며, 상기 반응관 내부의 기상 물질은 상기 몸체와 상기 반응관 사이의 공간으로 이동가능하고, 상기 몸체와 상기 반응관 사이 공간의 기상 물질은 상기 몸체와 상기 반응관 사이의 공간을 제외한 상기 몸체 내부로 이동가능한 것을 특징으로 하는 유동층 반응기가 공급될 수 있다.

Description

반응관을 포함하는 유동층 반응기{FLUIDIZED BED REACTOR INCLUDING REACTION TUBE}

본 발명은 유동층 반응기에 관한 것으로 보다 상세하게는 반응관을 포함하는 유동층 반응기에 관한 것이다.

고순도 다결정실리콘은 반도체 웨이퍼용 실리콘 단결정이나 태양전지용 실리콘 박판 소재의 원료로서 사용된다.

다결정실리콘을 제조하기 위하여 실리콘원소를 함유하는 반응가스의 열분해 또는 수소환원 반응으로 실리콘 표면에 실리콘 원소를 계속적으로 석출시키는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 방식이 사용된다.

이와 같이 반도체 응용을 위해 사용되는 다결정실리콘의 상업적 대량생산을 위하여, 지금까지 종형(bell-jar type)의 반응기가 주로 사용되어오고 있으며, 이 반응기를 사용하여 제조된 다결정실리콘 제품의 직경은 약 50 ∼ 300 mm인 봉(棒; rod)형태를 갖는다.

전기저항가열이 핵심인 종형 반응기는 실리콘 석출로 증가하는 봉의 직경에 한계가 있으므로 제품을 연속적으로 생산할 수 없을 뿐만 아니라, 상온의 실리콘 봉의 전기 전도성을 향상시키기 위한 예열과정이 필요하며, 또한 약 1,000 ℃ 이상의 반응온도를 실리콘 봉 표면에 유지시키기 위한 전력소모량이 아주 큰 단점을 가지고 있다.

상기한 종형 반응기의 단점을 해결하기 위해, 최근에는 입자(粒子)형태로 다결정실리콘을 생산할 수 있는 유동층 반응기를 응용한 실리콘 석출공정이 개발되었다. 이 방법에 따르면, 반응기 내부로 공급되는 반응가스에 의해 실리콘 입자들이 유동되는 유동층(fluidized bed)이 형성된다.

고온으로 가열된 이들 실리콘 입자표면에 반응가스 중의 실리콘원소가 계속 석출됨으로써 입자가 점점 커지게 되어 다결정실리콘 제품이 생산된다. 이때, 크기가 작은 실리콘 종입자(種粒子, seed crystal)에 실리콘 원소의 지속적인 석출로 커짐에 따라 실리콘 입자의 유동성이 줄어들게 되어 유동층 하부로 점차 가라앉게 된다. 실리콘 종입자는 유동층 내부로 연속적 또는 주기적으로 공급할 수 있으며, 석출반응으로 크기가 증가된 실리콘입자, 즉 다결정실리콘 제품은 반응기 하부로부터 연속적 또는 주기적으로 빼낼 수 있다.

유동층 반응기를 통한 다결정 실리콘의 대량 생산은 환경 오염을 대량으로 유발하는 화석 연료를 태양전지로 대체하려는 과제가 대두되면서 초미의 관심을 끌게 되었다.

이에 따라 유동층 반응기 제조업체들은 유동층 반응기를 이용하여 다결정 실리콘의 대량 생산을 위한 다양한 연구 활동을 진행하고 있다. 이와 같은 연구 결과들 중 한국공개특허 10-2007-0080306는 반응관의 내부 영역과, 반응기 셀과 반응관 사이의 외부 영역의 압력차가 1 bar 이내가 되도록 제어하는 기술을 기재하고 있다.

한국공개특허 10-2007-0080306는 내부 영역과 외부 영역 사이의 압력차를 1 bar 이내가 되도록 제어하기 위하여 압력차 조절수단을 포함하므로 유동층 반응기의 구조가 복잡해지고 외부 영역을 밀폐해야 하므로 유동층 반응기의 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.

한국공개특허 10-2007-0080306

본 발명의 실시예는 별도의 압력차 조절수단 없이 자연스럽게 압력차이를 줄이거나 사라지게 할 수 있는 유동층 반응기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체; 상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관; 유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부; 반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및 열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하며, 상기 반응관 내부의 기상 물질은 상기 몸체와 상기 반응관 사이의 공간으로 이동가능하고, 상기 몸체와 상기 반응관 사이 공간의 기상 물질은 상기 몸체와 상기 반응관 사이의 공간을 제외한 상기 몸체 내부로 이동가능한 것을 특징으로 하는 유동층 반응기가 공급될 수 있다.

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체; 상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관; 유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부; 반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및 열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하며, 상기 반응관의 상측단과 상기 몸체 내측면 사이의 영역은 일부 또는 전체가 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기가 제공될 수 있다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체; 상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관; 상기 몸체의 내측면 또는 상기 반응관의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 서로 마주보는 상기 반응관의 외측면과 상기 몸체 내측면 사이의 영역 전체를 가리며 다공성 재질을 포함하는 다공성 지지부; 유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부; 반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및 열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하는 유동층 반응기가 제공될 수 있다.

상기 몸체의 내측면에 다결정 실리콘의 오염을 방지하는 보호막이 설치될 수 있다.

상기 유동층 반응기는 상기 몸체와 상기 반응관 사이의 영역에 불활성 가스, 수소 또는 상기 불활성 가스와 상기 수소의 혼합가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 유동층 반응기는 상기 몸체의 내측면 또는 상기 반응관의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 상기 반응관 끝단과 상기 몸체 내측면 사이의 영역 일부를 가리는 지지부를 포함할 수 있다.

상기 지지부는 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 지지부는 탄소함유 재질을 포함하고, 상기 지지부의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 또는 질화규소 중 하나로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.

상기 지지부의 일부는 탄소강, 스테인리스강, 또는 합금강을 포함할 수 있다.

상기 다공성 지지부는 광물성 섬유, 광물성 직물, 탄소계 섬유, 탄소계 직물, 세라믹 계열 섬유, 또는 세라믹 계열 직물을 포함할 수 있다.

상기 몸체는 상기 몸체로부터 상기 반응관 쪽으로 돌출된 돌출부를 포함하며, 상기 다공성 지지부는 상기 돌출부 또는 상기 반응관의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정될 수 있다.

상기 몸체는 제1 몸체부, 제2 몸체부 및 저면부를 포함하며, 상기 제2 몸체부는 상기 제1 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제1 몸체부와 연결되고, 상기 저면부는 상기 제2 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제2 몸체부와 연결되고, 상기 유동가스 공급부, 상기 반응가스 공급부 및 상기 히터가 설치될 수 있다.

상기 저면부는 상기 제2 몸체부와 연결되고 상기 유동가스 공급부 및 상기 반응가스 공급부가 설치되는 기저 플레이트, 상기 기저 플레이트 상에 위치하여 상기 기저 플레이트를 절연시키는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 상에 위치하며, 전극 및 상기 히터와 접촉하여 상기 히터에 전기를 공급하는 제2 플레이트, 및 상기 제2 플레이트 상에 위치하여 석출된 다결정 실리콘이 상기 제2 플레이트에 의하여 오염되는 것을 방지하고, 절연기능을 갖는 제3 플레이트를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기는 반응관 내부의 기상 물질이 몸체와 반응관 사이의 공간으로 이동가능하고, 몸체와 반응관 사이 공간의 기상 물질이 몸체와 반응관 사이의 공간을 제외한 몸체 내부로 이동가능함으로써 자연스럽게 압력차이를 줄이거나 사라지게 할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다.
도 2b는 도 2a의 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다.
도 3b는 도 3a의 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다.
도 4b는 도 4a의 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다.
도 6은 도 5a 및 도 5b의 유동층 반응기의 플레이트들과 히터의 조립 구조를 나타낸다.
도 7은 도 5a 및 도 5b의 유동층 반응기의 유동가스 공급노즐의 조립 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 유동가스 공급부의 다양한 변형예들을 나타낸다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 유동층 반응기를 나타내며, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다. 이 때 도 1b는 도 1a의 A-A'에 따른 평면도로서 설명의 편의를 위하여 몸체(110), 반응관(120) 및 보호막(160)을 제외한 나머지 구성요소는 도 1b에서 생략된다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 몸체(110), 반응관(120), 유동가스 공급부(130), 반응가스 공급부(140) 및 히터(heater)(150)를 포함한다.

몸체(110)는 대기와 접촉하는 외측면을 갖는다. 몸체(110)는 탄소강, 스테인리스강, 기타 합금강 등 기계 강도가 우수하고 가공이 용이한 금속재료를 포함할 수 있다.

반응관(120)은 몸체(110) 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공한다. 반응관(120)은 튜브 형태이거나, 튜브, 원추 및 타원 부분들을 포함하는 형태를 가질 수 있다. 반응관(120)은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료를 포함할 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 이트리아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료를 포함할 수 있다. 반응관(120)이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질을 포함할 경우, 탄소함유 재질은 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있으므로, 다결정 실리콘이 접촉할 수 있는 반응관(120)의 내벽면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.

유동가스 공급부(130)는 유동가스를 반응공간에 공급한다. 유동가스는 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 염화수소(HCl), 사염화실란(SiCl₄) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유동가스 공급부(130)는 무기재질 성분을 포함하는 튜브, 라이너 또는 성형품일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

반응가스 공급부(140)는 반응가스를 반응공간에 공급한다. 반응가스는 다결정 실리콘의 석출에 사용되는 원료가스로서 실리콘원소 성분을 포함한다. 반응가스는 모노실란(SiH₄), 디실란(disilane : Si₂H₆), 고차 실란(Si_nH_{2n +2}, n은 3 이상의 자연수), 이염화실란(DCS : SiH₂Cl₂), 삼염화실란 (TCS : SiHCl₃), 사염화실란(STC : SiCl₄), 디브로모실란(SiH₂Br₂), 트리브로모실란(SiHBr₃), silicontetrabromide(SiBr₄), diiodosilane(SiH₂I₂), triiodosilane(SiHI₃), silicontetraiodide(SiI₄) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 때 반응가스는 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 염화수소 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

유동가스의 공급에 따라 유동하는 실리콘 종입자에 반응가스가 공급되면 0.5 내지 3 mm 정도인 다결정 실리콘 종입자의 표면에 다결정 실리콘이 석출되어 다결정 실리콘 종입자의 크기가 증가한다. 다결정 실리콘 종입자의 크기가 일정 정도 증가하면 다결정 실리콘 출구(170)를 통하여 유동층 반응기(10)의 외부로 방출된다.

히터(150)는 열을 반응공간에 공급한다. 히터(150)는 다결정 실리콘 입자의 표면에서 실리콘 석출 반응을 일으키기 위한 열을 반응관(120)의 내부에 공급한다. 히터(150)는 그라파이트 (graphite), 탄화 규소와 같은 세라믹, 또는 금속 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 반응관(120) 내부의 기상 물질은 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 공간으로 이동가능하고, 몸체(110)와 반응관(120) 사이 공간의 기상 물질은 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 공간을 제외한 몸체(110) 내부로 이동가능하다.

반응관(120) 내부에서 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 공간으로 이동할 수 있는 기상 물질은 유동가스 및 반응가스를 포함하며, 이외에도 실리콘 석출 과정에서 필요하거나 발생할 수 있는 가스 성분을 포함할 수 있다. 몸체(110)와 반응관(120) 사이 공간에서 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 공간을 제외한 몸체(110) 내부로 이동할 수 있는 기상 물질은 아르곤이나 헬륨과 같은 불활성 가스, 수소 또는 이들의 혼합가스일 수 있으며, 이에 대해서는 이후에 상세히 설명된다.

이와 같이 반응관(120) 내부와 몸체(110)와 반응관(120) 사이 공간의 기상 물질들이 이동하기 위하여 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 반응관(120)의 상측단과 몸체(110) 내측면 사이의 영역은 개구되어 있다. 이와 같이 반응관(120)의 상측단과 몸체(110) 내측면 사이의 영역이 개구되어 있으므로 기상 물질들이 원활하게 반응관(120) 내부에서 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역으로 이동하거나 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역에서 몸체(110)와 반응관(120) 사이 공간을 제외한 몸체(110) 내부로 이동할 수 있다.

이와 같이 원활하게 기상 물질들이 원활하게 반응관(120) 내부에서 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역으로 이동하거나 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역에서 반응관(120) 내부로 이동할 수 있으므로 반응관(120) 내부의 압력과 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역의 압력 사이의 차이는 사라지거나 줄어든다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 경우 별도의 장치를 구비하지 않더라도 반응관(120) 내부의 압력과 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역의 압력 사이의 차이가 특정 범위(예를 들어, 1 bar 이내)로 자연스럽게 유지될 수 있다.

본 발명의 실시예의 경우, 몸체(110)의 내측면에 보호막(160)이 설치될 수 있으며, 보호막(160)은 석영, 실리카(silica), 질화규소, 질화보론(boron nitride), 지르코니아(zirconia), 이트리아(yttria), 실리콘(silicon), 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료 등을 포함할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 반응관(120)과 몸체(110) 사이 영역이 기상 물질이 반응관(120) 내부로 이동가능하므로 몸체(110)를 구성하는 물질이 반응관(120) 내부에서 석출되는 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있다. 따라서 보호막(160)이 몸체(110)의 내측면에 설치될 경우 다결정 실리콘이 오염되는 것을 방지할 수 있다.

한편 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역에 불활성 가스, 수소 또는 이들의 혼합가스를 공급하는 가스 공급부(180)를 포함할 수 있다. 가스 공급부(180)에 의하여 공급된 가스는 에어 커튼(air curtain)과 유사한 기능을 할 수 있다. 즉, 가스 공급부(180)에 의하여 공급된 가스는 반응관(120) 내부의 다결정 실리콘이나 실리콘 종입자가 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 가스 공급부(180)는 불활성 가스, 수소 또는 이들의 혼합가스를 공급하므로 반응관(120) 내부의 다결정 실리콘이 오염되지 않는다.

도 1a에서 참조번호 190은 실리콘 종입자를 유동층 반응기(10) 내부로 유입하는 종입자 유입부이다. 또한 참조번호 195는 실리콘 석출 반응에 사용되지 않은 가스를 배출하는 가스 배출부이다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타내고, 도 2b는 도 2a의 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다. 이 때 도 2b는 도 2a의 B-B'에 따른 평면도로서 설명의 편의를 위하여 몸체(110), 반응관(120), 보호막(160) 및 지지부(200)를 제외한 나머지 구성요소는 도 2b에서 생략된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 지지부(200)를 포함할 수 있다. 지지부(200)는 몸체(110)의 내측면 또는 반응관(120)의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 반응관(120) 끝단과 몸체(110) 내측면 사이의 영역 일부를 가림으로써 반응관(120)을 지지할 수 있다. 이에 따라 기상물질들은 반응관(120) 끝단과 몸체(110) 내측면 사이의 나머지 영역을 통하여 이동할 수 있다.

지지부(200)는 고온에서 쉽게 변형되지 않고 다결정 실리콘 제품을 오염시키지 않는 무기재료를 포함할 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료를 포함할 수 있다.

지지부(200)가 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질를 포함할 경우, 탄소함유 재질은 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있으므로 다결정 실리콘이 접촉할 수 있는 지지부(200)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.

지지부(200)의 일부는 반응관의 흔들림을 줄이기 위해 물리적인 충격에 강한 탄소강, 스테인리스강, 또는 합금강을 포함할 수 있다.

또한 지지부(200)는 다공성 물질을 포함할 수 있다. 다공성 물질에 대해서는 이후에 상세히 설명하도록 한다.

도 3a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타내며, 도 3b는 도 3a의 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다. 이 때 도 3b는 도 3a의 C-C'에 따른 평면도로서 설명의 편의를 위하여 몸체(110), 반응관(120), 보호막(160) 및 다공성 지지부 (300)을 제외한 나머지 구성요소는 도 3b에서 생략된다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 다공성 지지부 (300)를 포함할 수 있다. 다공성 지지부(300)는 몸체(110)의 내측면 또는 반응관(120)의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 서로 마주보는 반응관(120)의 외측면과 몸체(110) 내측면 사이의 영역 전체를 가림으로써 반응관(120)을 지지할 수 있다. 이 때 기상물질들이 서로 마주보는 반응관(120)의 외측면 과 몸체(110) 내측면 사이의 영역을 통하여 이동할 수 있도록 다공성 지지부(300)는 다공성 재질을 포함할 수 있다. 즉, 다공성 지지부(300)가 다공성 재질을 포함할 경우 기상물질들이 반응관(120)의 외측면과 몸체(110) 내측면 사이의 영역을 이동할 수 있고, 이에 따라 반응관(120) 내부의 압력과 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역의 압력 사이의 차이는 사라지거나 줄어든다.

이 때 다공성 지지부(300)는 일정한 형상을 가지고 있어서 물리적인 지지기능을 수행하면서도 내부 기공을 갖고 있는 다공성 재질을 포함할 수 있다. 다공성 재질은 광물성 섬유, 광물성 직물, 탄소계 섬유, 탄소계 직물, 세라믹 계열 섬유, 또는 세라믹 계열 직물 등을 포함할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타내고, 도 4b는 도 4a의 유동층 반응기의 평면도를 나타낸다. 이 때 도 4b는 도 4a의 D-D'에 따른 평면도로서 설명의 편의를 위하여 몸체(110), 반응관(120), 보호막(160) 및 다공성 지지부(400)을 제외한 나머지 구성요소는 도 4b에서 생략된다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 몸체(110)는 몸체(110)로부터 반응관(120) 쪽으로 돌출된 돌출부(161)를 포함하며, 다공성 재질을 포함하는 다공성 지지부(400)는 돌출부(161) 또는 반응관(120)의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 돌출부(161) 끝단과 몸체(110) 내측면 사이의 영역 전체를 가림으로써 반응관(120)을 지지할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 다공성 지지부(400)가 다공성 재질을 포함하므로 반응관(120) 내부의 압력과 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역의 압력 사이의 차이는 사라지거나 줄어든다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기(10)의 몸체(110)는 헤드(head)(111), 제1 몸체부(113), 제2 몸체부(115) 및 저면부(117)를 포함할 수 있다.

헤드(111)는 제1 몸체부(113) 상에서 제1 몸체부(113)와 연결된다. 또한 제2 몸체부(115)는 제1 몸체부(113)의 아래에 위치하여 제1 몸체부(113)와 연결된다. 저면부(117)는 제2 몸체부(115)의 아래에 위치하여 제2 몸체부(115)와 연결된다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 몸체(110)는 2 개의 몸체부(113, 115)를 포함하나 이에 한정되지 않고 2 개 이상의 몸체부를 포함할 수 있다.

헤드(111)의 내측면은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 헤드(205)의 내측면은 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 헤드(111)의 외측면에 대한 냉각이 가능할 경우 헤드(111)의 내측면에 유기고분자를 이용한 코팅(coating) 또는 라이닝(lining) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

헤드(111)의 내측면이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소와 같은 탄소함유 재료를 포함하는 경우, 다결정 실리콘이 탄소 불순물에 의하여 오염될 수 있으므로, 다결정 실리콘이 접촉할 수 있는 헤드(111)의 내측면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등과 같은 재료로 코팅되거나 라이닝될 수 있다.

예를 들어, 도 5b의 헤드(111)는 복수의 부분 헤드들(111a, 111b)를 포함할 수 있으며, 제1 부분 헤드(111a)의 내측면에 라이닝막(111c)이 위치할 수 있다.

제1 몸체부(113)는 헤드(111)의 아래에 위치하여 헤드(111)와 연결되며 다결정 실리콘 석출 반응이 일어나는 내부 공간을 제공한다.

제2 몸체부(115)는 제1 몸체부(113)의 아래에 위치하여 제1 몸체부(113)와 연결되며 제1 몸체부(113)와 더불어 다결정 실리콘 석출 반응 또는 가열 반응 중 적어도 하나가 일어나는 내부 공간을 제공한다.

저면부(117)는 제2 몸체부(115)의 아래에 위치하여 제2 몸체부(115)와 연결되며 다결정 실리콘 석출을 위한 각종 노즐들(130, 140), 히터(150), 전극(500) 등이 조립된다.

헤드(111), 제1 몸체부(113) 및 제2 몸체부(115)가 금속재질을 포함하는 경우, 그 내부 표면에 보호막이 코팅되거나 보호관 또는 보호벽이 추가로 설치될 수 있다. 보호막, 보호관 또는 보호벽은 금속재질을 포함할 수 있으나 반응기 내부의 오염을 막기 위해 유기고분자, 세라믹, 석영 등과 같은 비금속 재료가 코팅되거나 라이닝될 수 있다.

다결정 실리콘의 대량 생산을 위하여 유동층 반응기의 크기 및 높이가 증가할 경우 유동층 반응기의 조립 설치 및 유지보수가 어려울 수 있다. 즉, 유동층 반응기가 크기가 크고 높이가 높으며 무게가 무거운 하나의 몸체부와 반응관(120)을 포함할 경우 유동층 반응기의 조립, 설치 및 유지 보수시 몸체부의 취급이 어려워져 몸체부에 노즐이나 반응관(120)이 부딪혀 파손될 수 있다.

반면에 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 복수의 몸체부들(113, 115)과, 제1 부분 반응관(120a)과 제2 부분 반응관(120b)을 포함하는 반응관 (120)을 포함하므로 유동층 반응기(10)의 조립, 설치 및 유지 보수가 용이하게 포함할 수 있다.

제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b)은 튜브 형태이거나, 튜브, 원추 및 타원 부분들을 포함하는 형태를 가질 수 있다. 제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b)의 마주보는 끝 부분은 플랜지형으로 가공될 수 있다. 제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b)은 다수의 부분들로 이루어질 수 있고, 이러한 부분들의 일부가 제1 몸체부(113) 및 제2 몸체부(115)의 내벽면에 라이너(liner)와 같은 형태로 설치될 수도 있다.

이 때, 복수의 부분 반응관들(120a, 120b) 중 최상측에 위치하는 부분 반응관(예를 들어, 제1 부분 반응관(120a))의 끝단과 몸체(110)의 내측면의 일부 또는 전부는 개구되어 있다. 이에 따라 반응관(120) 내부의 압력과 몸체(110)와 반응관(120) 사이의 영역의 압력 사이의 차이는 사라지거나 줄어든다.

또한 도 5a 및 도 5b에는 도시되어 있지 않으나 도 2a 및 도 2b를 통하여 설명된 지지부(200)가 제1 몸체부(113)의 내측면 또는 제1 부분 반응관(120a)의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 제1 부분 반응관(120a) 끝단과 제1 몸체부(113) 내측면 사이의 영역 일부를 가림으로써 제1 부분 반응관(120a)을 지지할 수 있다. 이 경우 제1 몸체부(113)는 복수의 몸체부들(113, 115) 중 최상측에 위치하고, 제1 부분 반응관(120a) 역시 복수의 부분 반응관들(120a, 120b) 중 최상측에 위치할 수 있다.

도 5a 및 도 5b에는 도시되어 있지 않으나 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 지지부(200) 대신에 도 3a 및 도 3b를 통하여 설명된 다공성 지지부(300)를 포함할 수 있다.

다공성 지지부(300)는 제1 몸체부(113)의 내측면 또는 제1 부분 반응관(120a)의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 제1 부분 반응관(120a) 끝단과 제1 몸체부(113) 내측면 사이의 영역 전체를 가림으로써 반응관(120)을 지지할 수 있다. 이 때 기상물질들이 반응관(120) 끝단과 몸체(110) 내측면 사이의 영역을 통하여 이동할 수 있도록 다공성 지지부(300)는 다공성 재질을 포함할 수 있다. 이 경우 제1 몸체부(113)는 복수의 몸체부들(113, 115) 중 최상측에 위치하고, 제1 부분 반응관(120a) 역시 복수의 부분 반응관들(120a, 120b) 중 최상측에 위치할 수 있다.

역시 도 5a 및 도 5b에는 도시되어 있지 않으나 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 지지부(200) 및 도 3a 및 도 3b의 다공성 지지부(300) 대신에 도 4a 및 도 4b를 통하여 설명된 다공성 지지부(400)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 몸체부(113)는 제1 몸체부(113)로부터 제1 부분 반응관(120a) 쪽으로 돌출된 돌출부(161)를 포함하며, 다공성 재질을 포함하는 다공성 지지부(400)는 제1 몸체부(113)의 돌출부(161) 또는 제1 부분 반응관(120a)의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 돌출부(161) 끝단과 제1 몸체부(113) 내측면 사이의 영역 전체를 가림으로써 반응관(120)을 지지할 수 있다. 이 경우 역시 제1 몸체부(113)는 복수의 몸체부들(113, 115) 중 최상측에 위치하고, 제1 부분 반응관(120a) 역시 복수의 부분 반응관들(120a, 120b) 중 최상측에 위치할 수 있다.

제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b)의 재질에 대한 설명은 앞서 반응관(120)의 재질을 설명하는 과정에서 이루어졌으므로 이에 대한 설명은 생략된다.

이와 같은 제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b)에 대해서는 이후에 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 5a 및 도 5b의 도면번호 180은 가스 공급부로서 가스 공급부(180)에 대한 설명은 앞서 이루어졌으므로 이에 대한 설명은 생략된다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 조립 과정에 대해 상세히 설명한다.

제1 부분 반응관(120a)은 제1 몸체부(113)의 내부에 위치하도록 조립한다. 제2 부분 반응관(120b)은 제2 몸체부(115)의 내부에 위치하도록 조립하고, 제2 몸체부(115)의 하단을 밀폐하기 위한 저면부(117)에 각종 노즐들(130, 140), 전극(500) 및 히터(150)가 조립된다. 제2 부분 반응관(120b)이 위치하는 제2 몸체부(115)의 하부에는 저면부(117)가 연결된다. 이후 제1 몸체부(113)와 제2 몸체부(115)가 서로 연결되고 헤드(111)가 제1 몸체부(113)에 연결된다.

각종 노즐들(130, 140), 히터(150) 및 전극(500) 등은 저면부(117)를 구성하는 플레이트들(117a 내지 117d)과 함께 조립된다. 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 저면부(117)는 기저 플레이트(117a)와, 제1 내지 제3 플레이트(117b, 117c, 117d)을 포함한다.

기저 플레이트(117a)는 제2 몸체부(115)와 연결되고 유동가스 공급부(130) 및 반응가스 공급부(140)이 조립된다. 기저 플레이트(117a)는 탄소강, 스테인리스강, 기타 합금강 등 기계 강도가 우수하고 가공이 용이한 금속재료를 포함할 수 있다.

전극(500)과 접촉하는 기저 플레이트(117a)의 영역에는 절연물질(미도시)이 코팅되어 전극(500)과 기저 플레이트(117a)가 서로 절연될 수 있다. 전극(500)은 흑연, 탄화규소, 금속재질, 또는 이들의 복합물을 포함할 수 있다. 전극(500)의 형태는 케이블, 봉, 막대, 성형물, 컨센트, 결합기, 바(bar), 편조선이나 이들의 조합일 수 있다.

이와 같은 절연 방법 이외에 절연 물질에 의하여 피복된 전극(500)이 기저 플레이트(117a)에 삽입될 수도 있다. 기저 플레이트(117a)와 전극(500) 사이의 절연 방법은 앞서 언급된 절연 방법에 한정되지 않으며 다양한 절연 방법이 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)에 적용될 수 있다.

제1 플레이트(117b)는 기저 플레이트(117a) 상에 위치하여 기저 플레이트(117a)를 절연시킨다. 이에 따라 제1 플레이트(117b)는 쿼츠(quartz)와 같이 절연성을 지니면서도 석출되는 다결정 실리콘을 오염시키지 않는 물질을 포함할 수 있다. 제1 플레이트(117b)는 쿼츠 이외에 질화규소, 알루미나(alumina), 이트리아 등과 같이 고온에서 내열성을 갖는 세라믹 물질을 포함할 수 있으며, 경우에 따라서는 이와 같은 세라믹 물질로 제1 플레이트(117b)의 표면에 코팅되거나 라이닝될 수 있다.

제2 플레이트(117c)는 제1 플레이트(117b) 상에 위치하며, 전극(500) 및 히터(150)와 접촉하여 히터(150)에 전기를 공급한다. 제2 플레이트(117c)는 그라파이트, 실리콘카바이드가 코팅된 그라파이트, 실리콘카바이드, 질화규소가 코팅된 그라파이트와 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c) 사이에는 절연특성을 가지고 있는 제1 플레이트(117b)가 위치하므로 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)는 서로 절연된다.

제2 플레이트(117c)가 히터(150)와 접촉하므로 제2 플레이트(117c)에서 열이 발생할 수 있으나 제2 플레이트(117c)에서 전류가 흐르는 단면적이 히터(150)에 비하여 매우 크므로 제2 플레이트(117c)에서 발생하는 열은 히터(150)에서 발생하는 열에 비하여 매우 작다. 또한 제2 플레이트(117c)에서 발생하는 열을 줄이기 위하여 연성이 우수한 그라파이트 시트(sheet)가 제2 플레이트(117c)와 히터(150) 사이에 삽입될 수도 있다.

기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)가 도전성을 지닐 경우 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)의 접촉에 의하여 기저 플레이트(117a)로 흐르는 누설 전류가 발생할 수 있다. 이에 따라 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)의 끝단들은 소정 거리(d)만큼 이격될 수 있다. 소정 거리(d) 만큼의 이격을 위하여 제1 플레이트(117b)에는 제2 플레이트(117c)가 안착될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(117b)에는 제2 플레이트(117c)의 길이와 같거나 큰 홈이 형성되어 제2 플레이트(117c)가 제1 플레이트(117b)의 홈 안에 안착될 수 있다. 이에 따라 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)의 끝단 사이에 제1 플레이트(117b)의 일부분이 위치할 수 있으므로 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c) 사이의 절연이 유지될 수 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이 제1 플레이트(117b)에 의하여 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)가 절연될 수 있고, 도 5b에 도시된 바와 같이 제2 플레이트(117c)의 둘레를 감싸는 절연링(600)이 설치됨으로써 기저 플레이트(117a)와 제2 플레이트(117c)가 절연될 수도 있다. 이 때 절연링(900)은 쿼츠, 세라믹을 포함할 수 있다.

제3 플레이트(117d)는 제2 플레이트(117c) 상에 위치하여 제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b) 내부에서 석출된 다결정 실리콘이 제2 플레이트(117c)에 의하여 오염되는 것을 방지하고, 절연기능을 갖고 있다.

제3 플레이트(117d)는 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료를 포함할 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등으로 이루어질 수 있다.

제3 플레이트(117d)가 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질을 포함하는 경우, 탄소함유 재질은 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있으므로, 제3 플레이트(117d)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.

도 6은 도 5a 및 도 5b의 유동층 반응기(10)의 플레이트들과 히터의 조립 구조를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기저 플레이트(117a), 제1 플레이트(117b), 제2 플레이트(117c) 및 제3 플레이트(117d)를 관통하는 고정 볼트(800)에 의하여 기저 플레이트(117a), 제1 플레이트(117b), 제2 플레이트(117c) 및 제3 플레이트(117d)가 고정될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 저면부(117)에 포함된 복수의 플레이트들(117a 내지 117d)은 복수의 플레이트들(117a 내지 117d)을 관통하여 고정 볼트(800)에 의하여 고정된다.

이와 같은 고정 볼트(800)는 제1 부분 반응관(120a) 및 제2 부분 반응관(120b) 내부에서 형성되는 다결정 실리콘의 오염을 방지하기 위하여 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료를 포함할 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 실리콘, 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료를 포함할 수 있다.

고정 볼트(800)가 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질을 포함하는 경우, 탄소함유 재질로 인한 다결정 실리콘의 오염 방지를 위하여 고정 볼트(800)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝되거나 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소를 포함하는 캡이 고정 볼트(800)에 씌워질 수 있다. 고정 볼트(800)는 복수의 플레이트들(117a 내지 117d)과 나사 조립된다.

한편, 히터(150)가 조립될 저면부(250)의 제1 플레이트(117b)에는 히터(150)에 삽입되는 고정부(810)가 착설되어 있다. 핀이나 클립같은 고정부(810)는 저면부(250)의 플레이트들(117a, 117b, 117c, 117d) 중 히터(150)와 연결되는 제2 플레이트(117c)에 형성된 천공부에 삽입된다.

히터(150)에는 고정부(810)가 삽입되는 홈들(g1, g2)이 형성되며, 제조자 또는 사용자가 히터(150)를 고정부(810)에 압입하여 히터(150)를 저면부(117)에 고정할 수 있다. 따라서 히터(150)의 조립에는 나사와 볼트 등의 체결이 필요 없으므로 히터(150)의 조립이 간단하게 이루어질 수 있다.

본 실시예에서 히터(150)는 U자 형상을 지니므로 하나의 히터(150)마다 2 개의 고정부(810)가 필요하나 히터(150)의 형상에 따라 고정부(810)의 개수는 변할 수 있다. 고정부(810)는 그라파이트나 금속재질과 같이 전기전도성과 연성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.

제2 플레이트(117c)는 복수의 단위 플레이트들(117c-1, 117c-2)을 포함하며, 히터(150)의 하부는 서로 인접한 단위 플레이트들(117c-1, 117c-2)과 접촉함으로써 제2 플레이트(117c)의 단위 플레이트들(117c-1, 117c-2)을 통하여 전기를 공급받는다.

이 때 히터(150)는 히터(150)의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 히터(150)의 하부에서 연장된 돌출부(150a)를 포함한다. 히터(150)의 돌출부(150a)는 홈(g1, g2)을 지닐 수는 있으며, 돌출부(150a)의 홈(g1, g2)에 고정부(810)가 삽입됨과 동시에 돌출부(150a)가 제3 플레이트(117d)에 의해 덮혀지므로 히터(150)의 고정이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.

인접한 단위 플레이트들(117c-1, 117c-2)은 서로 절연되어 있다. 예를 들어, 히터(150)의 하부와 접촉하는 제2 플레이트(117c)의 단위 플레이트들(117c-1, 117c-2) 사이에는 절연체(153)가 위치할 수 있다. 절연체(153)는 히터(150)의 하부와 접촉하는 단위 플레이트들(117c-1, 117c-2) 사이를 절연시켜 누설 전류의 발생을 방지한다.

본 발명의 실시예에서 히터(150)의 표면에 주름이 형성될 수 있으며, 이에 따라 히터(150)의 단위 부피 당 표면적이 증가하여 가열 효율을 높일 수 있다. 히터(150)의 단위 부피 당 표면적의 증가는 주름 이외에 히터(150)의 표면으로부터 돌출된 다양한 형상의 돌기 혹은 패턴이 형성될 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

고정부(810)가 히터(150)에 삽입된 후 히터(150)의 보호와, 히터(150)에 의한 다결정 실리콘의 오염을 방지하기 위하여 히터캡(heater cap)(151)이 히터(150)의 외부를 감싸서 히터(150)가 내부 공간(201)에 노출되지 않도록 한다.

이와 같은 히터캡(151)의 역할을 수행하기 위하여 히터캡(151)은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료를 포함할 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 이트리아, 실리콘, 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료를 포함할 수 있다.

히터캡(151)이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질을 포함하는 경우, 탄소함유 재질로 인한 다결정 실리콘의 오염 방지를 위하여 히터캡(151)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.

히터캡(151)은 히터캡(151)의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 연장된 걸림턱(151a)을 포함하고, 히터캡(151)의 걸림턱(151a)은 제3 플레이트(117d)의 복수의 단위 플레이트들(117d-1, 117d-2) 사이에 끼게 되어 고정된다.

도 7는 도 5a 및 도 5b의 유동층 반응기의 유동가스 공급부의 조립 구조를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 유동가스 공급부(130)는 유동가스 공급부(130)의 고정을 위한 플랜지부(131)를 포함할 수 있다. 유동층 반응기(10)의 저면부(117)에는 유동가스 공급부(130)을 안착시킬 수 있는 홀(900)이 형성된다.유동가스 공급부(130)의 플랜지부(131)의 상부와 하부에 제1 보조 완충물(132)과 제2 보조 완충물(133)이 배치될 수 있다. 이러한 제1 보조 완출물(132)과 제2 보조 완출물(133)은 유동가스 공급부(130)의 플랜지부(131)를 감싸 외부 충격으로부터 유동가스 공급부(130)을 보호할 수 있고, 또한, 제1 보조 완출물(132) 및 제2 보조 완출물(133)은 유동가스 공급부(130)의 조립을 견고히 하며 견고한 실링을 제공할 수 있다.

저면부(117)에 형성된 홀(900) 표면의 일부 또는 전체에는 나사산이 형성되며, 유동가스 공급부(130)이 보조 완출물들(132, 133)과 함께 홀(900)에 안착된 후 외면에 나사산을 갖는 부싱(134)이 홀(900) 표면의 나사산에 의하여 나사 결합된다. 나사 결합되는 부싱(134)에 의하여 유동층 반응기(10)의 운전 도중 고압 유동가스로 인한 유동가스 공급부(130)의 이탈이나 이동이 방지될 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 유동가스 공급부의 다양한 변형예들을 나타낸다.

도 8의 (a) 및 (b)는 일정한 두께의 플랜지부(131)를 지닌 유동가스 공급부(130)을 나타낸다. 도 8의 (c)는 저면부(117)와 접촉하는 유동가스 공급부(130)의 하부로 갈수록 두께가 감소하는 플랜지부(131)를 지닌 유동가스 공급부(130)을 나타낸다. 도 8의 (d)는 유동가스 공급부(130)의 하부로 갈수록 두께가 증가하는 플랜지부(131)를 지닌 유동가스 공급부(130)을 나타낸다. 도 8의 (e)는 일정한 두께를 지닌 복수의 플랜지부(131)를 지닌 유동가스 공급부(130)을 나타낸다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (13)

1. 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체;
   상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관;
   유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부;
   반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및
   열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하며,
   상기 반응관 내부의 기상 물질은 상기 몸체와 상기 반응관 사이의 공간으로 이동가능하고, 상기 몸체와 상기 반응관 사이 공간의 기상 물질은 상기 몸체와 상기 반응관 사이 공간을 제외한 상기 몸체 내부로 이동가능한 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
2. 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체;
   상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관;
   유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부;
   반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및
   열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하며,
   상기 반응관의 상측단과 상기 몸체 내측면 사이의 영역은 일부 또는 전체가 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
3. 대기와 접촉하는 외측면을 갖는 몸체;
   상기 몸체 내부에 설치되어 실리콘 석출반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 반응관;
   상기 몸체의 내측면 또는 상기 반응관의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 서로 마주보는 상기 반응관의 외측면과 상기 몸체 내측면 사이의 영역 전체를 가리며 다공성 재질을 포함하는 다공성 지지부;
   유동가스를 상기 반응공간에 공급하는 유동가스 공급부;
   반응가스를 상기 반응공간에 공급하는 반응가스 공급부; 및
   열을 상기 반응공간에 공급하는 히터를 포함하는 유동층 반응기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 몸체의 내측면에 다결정 실리콘의 오염을 방지하는 보호막이 설치되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유동층 반응기는
   상기 몸체와 상기 반응관 사이의 영역에 불활성 가스, 수소 또는 상기 불활성 가스와 상기 수소의 혼합가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 유동층 반응기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유동층 반응기는
   상기 몸체의 내측면 또는 상기 반응관의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되어 상기 반응관 끝단과 상기 몸체 내측면 사이의 영역 일부를 가리는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 지지부는 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 지지부는 탄소함유 재질을 포함하고,
   상기 지지부의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 또는 질화규소 중 하나로 코팅 또는 라이닝되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
9. 제6항에 있어서,
   상기 지지부의 일부는 탄소강, 스테인리스강, 또는 합금강을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
10. 제3항에 있어서,
    상기 다공성 지지부는 광물성 섬유, 광물성 직물, 탄소계 섬유, 탄소계 직물, 세라믹 계열 섬유, 또는 세라믹 계열 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
11. 제3항 또는 제10항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 몸체로부터 상기 반응관 쪽으로 돌출된 돌출부를 포함하며,
    상기 다공성 지지부는 상기 돌출부 또는 상기 반응관의 외측면 중 적어도 한 곳에 고정되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체는 제1 몸체부, 제2 몸체부 및 저면부를 포함하며,
    상기 제2 몸체부는 상기 제1 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제1 몸체부와 연결되고,
    상기 저면부는 상기 제2 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제2 몸체부와 연결되고, 상기 유동가스 공급부, 상기 반응가스 공급부 및 상기 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 저면부는
    상기 제2 몸체부와 연결되고 상기 유동가스 공급부 및 상기 반응가스 공급부가 설치되는 기저 플레이트,
    상기 기저 플레이트 상에 위치하여 상기 기저 플레이트를 절연시키는 제1 플레이트,
    상기 제1 플레이트 상에 위치하며, 전극 및 상기 히터와 접촉하여 상기 히터에 전기를 공급하는 제2 플레이트, 및
    상기 제2 플레이트 상에 위치하여 석출된 다결정 실리콘이 상기 제2 플레이트에 의하여 오염되는 것을 방지하고, 절연기능을 갖는 제3 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.

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