TW201217053A - Fluidized bed reactor - Google Patents

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TW201217053A
TW201217053A TW100135570A TW100135570A TW201217053A TW 201217053 A TW201217053 A TW 201217053A TW 100135570 A TW100135570 A TW 100135570A TW 100135570 A TW100135570 A TW 100135570A TW 201217053 A TW201217053 A TW 201217053A
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bed reactor
reaction tube
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Yun-Sub Jung
Keun-Ho Kim
Yeok-Yun Yoon
Ted Kim
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Silicon Value Llc
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Description

201217053 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種流化床反應器。 【先前技術】 高純度多晶矽作為可在半導體元件或太陽能電池中 用的材料，被廣泛使用。為製造這種多晶矽，使用的仡石 析出方法，通過對含矽的反應氣體進行熱分解及氫還 應，使矽析出。 < ' 為進行多晶矽的大量生產，需要比實驗室中使用的流 化床反應器尺寸更大、高度更高的流化床反應器。因此"， 可批量生產多晶矽的流化床反應器重量非常重，體積也很 大，導致流化床反應器組裝、安裝及維護困難。 因此，針對易於組裝、安裝及維護、可大量生產多晶 矽的流化床反應器的研究十分活躍。 【發明内容】 在WlL化床反應益尺寸及尚度為貫現多晶石夕大量生產而 增加的情況下，當包含一個重量很重的主體部和反應管 時’在進行流化床反應器的組裝、安裝及維護時，主體部 的操作十分困難，主體部可能與喷嘴或反應管發生碰撞而 破損。為解決這種問題，本發明的目的在於提供一種流化 床反應器，包括主體部及反應管能夠分離的多個主體部和 反應管，能夠輕鬆完成組裝、安裝及維護。 本發明之流化床反應器包含：頂罩；第1主體部，位 於上述頂罩下面，與上述頂罩連接，内部有直徑小於上述 頂罩直徑的第1反應管；第2主體部，位於上述第1主體 部下面，與上述第1主體部連接，内部有直徑與上述第1 3/25 201217053 反應管直徑實質相同的第2反應管；以及，底面部，與上 述第2主體部連接；上述第1主體部與上述第2主體部可 相互分離及組裝。 底面部包括依次層疊的底層分佈板、第丨分佈板、第2 分佈板、第3分佈板。上述第2分佈板與上述第3分佈板 可分別包含多個分佈板塊。 第2分佈板與上述第3分佈板可分別包含多個分佈板 塊。 第2分佈板包含多個分佈板塊，包含與上述多個分佈 板塊中的相鄰分佈板塊相接觸的加熱器，上述鄰近的分佈 板塊可相互絕緣。 加熱裔包含向上述加熱器長度方向的垂直方向延長白 突出部，上述突出部可被上述第3分佈板覆蓋。 加熱器上裝有加熱器罩，上述加熱器罩包含向上述力 熱器罩長度方向的垂直方向延長的卡棱，上述加埶器罩白 卡棱可固定於上述第3分佈板的多個分佈板塊之間。 上述加熱器包含分成多個組的多個加熱器組，上述; 個加熱器組可消耗相同電量。 〜在多個加熱H財，鄰近的_加熱驗可共同剌 於一個電極。 多個加熱器組可分別各自連接2個電極。 可安裝包裹第2分佈板四周的絕緣環。 體二包含安放於上述孔__ ==:=供應噴嘴包含向上述流動氣體 —嘴嘴長度方向的垂财 和第2緩衝物分別位於上述法蘭部的上部和下部;Γ 4/25 201217053 上述流動氣體供應噴嘴。 第1反應管和上述第2反應管包含分別向上 體部和上述第2主卿方向突出的突出部，上述第 管的突出部與上述第2反應管的突出部相向而立。… 在第1反應管的突出部和上述第2反應管的突出 間可放置密封材料。 支承環可置於上述第i反應管和上述第2反應管之間。 支承環和上述第i反應管之間以及上述支承環和 第2反應管之間可放置密封材料。 根據本發明，流化床反應器的組裝、安裝及維護等容 易，在組裝過程中伴隨的向反應管内部填充石英珠粒，可 以在目測確認填充狀態的同時輕鬆地進行填充。 並且，根據本發明，以多層分佈板構成流化床反應器 的底面部，可以防止多晶矽的污染。 並且，根據本發明，可防止流動氣體供應噴嘴在流化 床反應态的咼壓反應過程中承受不住壓力而發生脫落的事 故，實現流化床反應器的穩定運轉。 並且，根據本發明，可將為加熱流化床反應器的反應 管内部而安裝的加熱器插入組裝於流化床反應器底面部上 安裝的固定部，因而組裝、安裝及維護非常簡便。 【實施方式】 圖la及圖lb係本發明之流化床反應器。如圖ia及圖 lb所示’本發明之流化床反應器(5〇0)包含頂罩（100)、第] 主體部(200)、第2主體部(300)及底面部(400)。 頂罩（100)與第1主體部(200)連接，具有比第1主體部 (200)的第1反應管(250)直徑更大的直徑。流化床反應器 5/25 201217053 2〇〇)内的氣體及微細粒子從第1反應管(250)經過頂罩(1〇〇) 呀，由於直徑增加，氣體及微細粒子的流速降低。 因此，排出的氣體或微細粒子的後處理負擔則會減 小。頂罩（100)的内壁可由在高溫下不易變形的無機材料構 ，。例如，頂罩（10〇)的内壁可由石英、二氧化矽、氮化矽、 氮化硼、氧化鍅、碳化矽、石墨、矽、玻碳中的至 構成。 種 並且，當可對頂罩（1〇〇)的外壁進行冷卻時，可利用有 機咼分子在頂罩（10〇)内壁進行塗層或掛内襯中的至少— 種。 當頂罩（100)的内壁由碳化矽、石墨 '玻碳等含碳材料 構成時，多晶矽可能受到碳雜質的污染，因此，多晶矽可 接觸的頂罩（100)的内壁可利用矽、二氧化矽、石英、氮化 矽等材料進行塗層或掛内襯。 例如’圖lb的頂罩（1〇〇)可包含多個部分頂罩（1〇〇a, 10〇b) ’内襯膜(150)可位於第i部分頂罩〇〇〇幻的内面。 第1主體部(200)位於頂罩（1〇〇)的下面，與頂罩（1〇〇)連 接，供發生多晶石夕析出反應所需的空間。 第2主體部(3〇〇)位於第1主體部(2〇〇)的下面，與第1 主體部(200)連接，與第1主體部(2〇〇)一起，提供發生多晶 續析出反應或加熱反應中的至少一個反應所需的空間。 底面部(400)位於第2主體部(300)的下面，與第2主體 4(300)連接’組裝有用於析出多晶矽的各種喷嘴(6〇〇, 65〇)、加熱器(700)、電極(8〇〇)等。 此時，頂罩(1〇〇)、第1主體部(200)及第2主體部(3〇〇) 可由碳鋼、不銹鋼、其它合金鋼等機械強度優異、易於加 6/25 201217053 工的金屬材料構成。由這些材質構成的第]主體部(2〇〇)及 第2主體部(300)的保護膜可由金屬、有機高分子、陶瓷或 石英等構成。 組裝頂罩(100)、第1主體部(200)及第2主體部(3〇〇) 時，為了將反應器的内部與外部空間隔絕，可使用墊片 (gasket)或密封材料(seaHng materiai)。第1主體部p⑻)和第 2主體部(300)可以係圓筒形管(ρφε)、法蘭、口徑管(扣以) 及配件(fitting)、盤(plate)、圓錐、橢圓或冷卻媒體在雙壁之 間流動的夾套(j acket)等多種形態。 另外，當頂罩(1〇〇)、第i主體部(200)及第2主體部(3〇〇) 由金屬材質構成時，可在其内部表面塗布保護膜或儀追加 安裝保護管或保護壁。保護膜、保護管或保護壁可由金屬 材質構成，但為了防止反應器内部的污染，可利用有機高 分子、陶瓷、石英等非金屬材料進行塗層或掛内襯。 第1主體部(200)和第2主體部(300)為了達到防止熱膨 脹、保護作業者、防止其它事故等目的，可通過水、油、 氣體、空氣等冷卻流體保持在既定溫度範圍以下。可製作 成使冷卻流體在需要冷卻的第1主體部(2〇〇)和第2主體部 (300)構成要素的内部或外壁進行迴圈。 另一方面，在第1主體部(2〇〇)和第2主體部(300)的外 部表面’為了保護作業者及防止過度熱損失，可安裝隔熱 材料。 如前所述，為實現多晶矽的大量生產，當流化床反應 器的尺寸及高度增加時’流化床反應器的組裝安裝及維護 可能變得困難。即，當流化床反應器包含一個尺寸大、高 度高、重量重的主體部和反應管時，在進行流化床反應器 7/25 201217053 的組裝、安裝及維護時，主體部的操作十分困難，主體部 可能與喷嘴或反應管發生碰撞而破損。 相反，本發明之流化床反應器由於包含多個主體部(2〇〇 300)和反應管(250, 350)，可以容易地完成流化床反應器的 組裝、安裝及維護。 下面對本發明之流化床反應器的組裝過程進行詳細說 明。 第1反應管(250)組裝於第1主體部(200)的内部。第2 反應管(350)組裝於第2主體部(300)的内部，在用於密閉第 2主體部（300)下端的底面部（400)，組裝各種喷嘴（6〇〇, 650)、電極(800)及加熱器(700)。在第2反應管(350)所在的 第2主體部(300)的下部，連接底面部(400)。之後，相互連 接第1主體部(200)和第2主體部(300)，頂罩（1〇〇)連接於第 1主體部(200)。 對於底面部(400)上安裝的電極(800)，將在之後參照圖 4a及圖4c進行說明。底面部(400)上組裝的各種喷嘴可包含 流動氣體供應喷嘴(600)及反應氣體供應噴嘴(650)。 圖2a及圖2b係本發明之第1反應管和第2反應管的 連接結構。 如圖2a所示，第1反應管(250)及第2反應管(350)包含 分別從上述第1反應管及第2反應管末端向第1主體部(200) 和第2主體部(300)方向突出的突出部(250a，350a)。第1反 應管(250)的突出部(250a)與第2反應管(350)的突出部(350a) 相對而立。因此，第1反應管(250)及第2反應管(350)之間 的接觸面積變大，從而減少第1反應管(250)及第2反應管 (350)連接時發生破損的危險。 8/25 201217053 ^ '1 1 f (25〇)^ ^ 2 (350) 脆弱，在苐1反應管(25〇)和第2反應管(35〇)之間 支承環(supporting ring)(270)。 ^環（270)材質可採用在高溫下不易變形的無機材 英、二氧化石夕、I化石夕、氮化爛、氧化錐、碳 石、石墨、矽、玻碳或這些材料混合的複合體等益機材 料構成。當支承環(270)由碳化石夕、石墨、玻碳等含碳材質 構成時，含碳材質可能污染多晶矽，因此，可在多晶矽可 ^的支承環(270)表面利用矽、二氧化矽、石英 '氮化矽 等進行塗層或掛内襯。支承環(27〇)採用密封材料（2乃) 行後期處理。 ’ 如圖2a所示，第1反應管(250)及第2反應管(35〇)之間 的部分，或如圖2所示，在支承環(270)和第！反應管(25〇) 之間及支承環(270)和第2反應管(350)之間，可放置薄板 (sheet)、針織物(knit)或毛氈(feit)形態的密封材料(275)。 密封材料(275)可由含矽的纖維狀材質構成，以便可耐 高溫，可防止污染。本發明為了實現組裝、安裝及維護的 便利性，包含第1反應管(250)和第2反應管(350)。因此， 在第1反應管(250)和第2反應管(350)之間可能存在空隙。 本發明中的密封材料(275)可堵塞第1反應管(25〇)和第2反 應管(350)之間的空隊’防止石夕粒子向外部攻漏。另外，密 封材料(275)可減小第1反應管(250)及第2反應管(350)連接 時發生破損的危險。第1及第2反應管(250, 350)可採用口 徑管(tube)形態或為包含口徑管(tube)、圓錐及橢圓部分的形 態。第1及第2反應管(250, 350)的末端部分可加工成法蘭 形。第1及第2反應管(250, 350)可由多個部分構成，這些 9/25 201217053 部分的一部分還可在第丨主體部(2〇〇)及第2主體部(3〇〇)的 内壁面以内襯(liner)等形態安裝。 第1及第2反應管(250, 350)材質可由在高溫下不易變 形的热機材料構成，可由石英、二氧化矽、氮化矽、氮化 硼、氧化鍅、氧化釔、碳化矽、石墨、矽、玻碳或這些材 料混合的複合體等無機材料構成。 當第1及第2反應管(250, 350)由碳化矽、石墨、玻碳 等含碳材質構成時，由於含碳材質可能污染多晶矽，在多 晶矽可接觸的反應管的内壁面，可使用矽、二氧化矽、石 英、氮化矽等進行塗層或掛内襯。 桃動氣體供應噴嘴(6〇〇)供應使矽粒子流動的流動氣 體。此時，流動氣體可包含氫氣、氮氣、氬氣、氦氣、氣 化氫(HC1)、四氯化矽(sicy中的至少一種。流動氣體供應 喷嗔(600)可以係由可用作反應管的無機材質成份構成的口 徑管(tube)、内襯或成型品。 反應氣體供應喷嘴(650)向石夕粒子床層供應含有石夕元素 的反應氣體。反應氣體作為用於多晶石夕析出的原料氣體， 包含矽元素成份。反應氣體可包含曱矽烷(SiH4)、乙矽烷 (disilane : Si2H6)、矽烷(SinH2n+2，η 為大於 2 的自然數）、二 氣矽烷(DCS : SiHey、三氣矽烷(TCS : siHCl3)、四氯化矽 (STC : SiCl4)、二、/臭化石夕(siH2Br2)、三漠化石夕(siHBr3)、四 >臭化矽（SiBi*4)、二碘矽烷(diiodosilane，SiH2I2)、三埃石夕烧 (triiodosilane，SiHI3)、四碘化矽(siLt)中的至少一種。 此時，反應氣體還可包含氫氣、氮氣、氬氣、氦氣或 氣化氫中的至少一種。隨著反應氣體的供應，在〇 5至3 mm 左右的夕日日碎杆日日的表面析出多晶梦，多晶碎軒晶的尺寸 10/25 201217053 增加。多晶矽籽晶的尺寸增加至既定程度後，釋放到流化 床反應器外部。 加熱器（700)在流化床反應器（500)的内部，供應在多晶 • 矽粒子表面發生矽析出反應所需的熱量。加熱器（700)可包 含石墨(graphite)、碳化矽等陶瓷、或金屬材質中的至少一 種。 各種喷嘴(600, 650)、電極(800)及加熱器(700)等與構成 底面部(400)的分佈板(410至440)組裝在一起。如圖la和圖 lb所示，本發明之底面部(4〇〇)包含底層分佈板⑷〇)和第！ 至第3分佈板(420, 430, 440)。 底層分佈板(410)與第2主體部(300)連接，組裝有流動 氣體供應喷嘴及反應氣體供應喷嘴。底層分佈板(410)可由 碳鋼 '不銹鋼、其它合金鋼等機械強度優異、易於加工的 金屬材料構成。 第1分佈板(420)位於底層分佈板(41〇)上，使底層分佈 板(41〇)絕緣。從而’第1分佈板(420)可由石英(quartz)等具 有^緣性而同時又不會污染析出的多晶矽的物質構成。除 ，夬外’第1分佈板(420)還可由氮化矽、氧化鋁、氧化釔 等，向溫下具有耐熱性的陶瓷物質構成。根據情況，可利 用這種陶究物質對第】分佈板(稱)的表面進行塗布或挂卜内 概。 第2分佈板(430)位於第]分佈板(42〇)上，與加熱器(7〇〇) 接觸’向力口熱器(7〇〇)供電。從而，第2分佈板(43〇)可由石 墨塗布碳化石夕的石墨、碳化石夕、塗布氮化石夕的石墨等導 電性物質構成。 具有絕緣特性的第〗分佈板(420)位於底層分佈板(410) 11/25 201217053 和第2分佈板(430)之間，所以底層分佈板(41〇)與第2分佈 板(430)相互絕緣。 第2分佈板(430)與加熱器(700)接觸，因此第2分佈板 (430)可發熱，但電流在第2分佈板(430)流過的橫截面積比 加熱器(700)大很多，所以第2分佈板(430)發生的熱量比加 熱器(700)發生的熱量少很多。另外，為了減少第2分佈板 (430)發生的熱量，可將伸展性優異的石墨片（sheet)插入第2 分佈板(430)和加熱器(700)之間。 當底層分佈板(410)和第2分佈板(430)具有導電性時， 由於底層分佈板(410)與第2分佈板(430)接觸，可能發生流 向底層分佈板(41〇)的茂漏電流。因此，如圖ia和圖ib所 示’底層分佈板(410)和第2分佈板(430)的末端可保持間隔 距離，以防漏電。 即’可在第1分布板(420)上形成可供第2分布板(430) 固定的槽。例如’在第1分佈板(420)上形成與第2分佈板 (430)長度相同或稱大的槽，第2分佈板(430)可固定於第1 分佈板(420)的槽中。因此，第1分佈板(420)的一部分可位 於底層分佈板(410)和第2分佈板(430)的末端之間，從而可 保持底層分佈板(410)與第2分佈板(430)之間的絕緣。 如圖1 a所示，在第1分佈板(420)的作用下，底層分佈 板(410)和第2分佈板(430)可絕緣。如圖lb所示，通過安裝 包裹第2分佈板(430)四周的絕緣環(900)’底層分佈板(41〇) 和第2分佈板(430)也可絕緣。此時，絕緣環(900)可由石英、 陶瓷構成。 第3分佈板(440)位於第2分佈板(430)上，防止在第1 反應管(250)及第2反應管(350)内部析出的多晶矽被第2分 12/25 201217053 佈板(43G)污染，具有絕緣功能。因此，第3分佈板(440)可 由在高温不易變形的無機材料構成，可由石英、二氧化矽、 氮化>5夕、I化蝴、氧化錯、碳化石夕、石墨、石夕、玻$炭或這 二材料混合的複合體等無機材料構成。當第3分佈板(44〇) 由碳化矽、石墨、玻碳等含碳材質構成時，由於含碳材質 可能污染多㈣m 3分佈板(44_表面可利用石夕、 —氧化矽、石英、氮化矽等塗布或掛内襯。 另外，底面部(400)的第2分佈板(43〇)和第3分佈板(440) 並非一個整體，而係包含多個分佈板塊 ，所以流化床反應 斋容易組裝、安裝及維護。即，實現多晶矽的大量生產所 需的流化床反應器的尺寸增加，所以當第2分佈板(430)和 第3分佈板(440)由一個整體構成時，流化床反應器會難於 組裝 '安裝及維護。例如’如圖1C所示，第3分佈板(440) 可由沿同心圓方向和直徑方向截斷的分佈板塊(pll, P丨2, p21，p22, p31，p32)構成。同時，如圖id所示，第3分佈板 (440)可由尺寸不同的環形的分佈板塊(pl，p2, p3)構成。 圖3係本發明之流化床反應器的分佈板和加熱器的組 裝結構。如圖3所示’底層分佈板(41〇)、第1分佈板(420)、 第2分佈板(430)及第3分佈板(440)可以被通過貫通底層分 佈板(410)、第1分佈板(420)、第2分佈板(430)及第3分佈 板(440)的固定螺栓(450)固定。 如圖3所示，底面部(400)上包含的多個分佈板(410至 440)被固定螺栓(450)貫通多個分佈板(410至440)所固定。 為了防止第]反應管(250)及第2反應管(350)中形成的多晶 矽被污染，這種固定螺栓(450)可由在高溫下不易變形的無 機材料構成，可由石英、二氧化矽、氮化矽、氮化硼、氧 13/25 201217053 化锆、矽或這些材料混合的複合體等盔 定螺栓(45°輝⑽ '石墨、玻碳等含销質二:當Ϊ 了防止多晶_.含碳材質污染，固定螺 ’為 氮化…進行塗布或掛以 可用由石夕、-乳化石夕、石英、氮化石夕 4者 栓(450)上。固定螺栓(450)利用蟫_ 、罩在固定螺 440)組裝。 ）细螺4與多個分佈板⑷〇至 另-方面，在將組裝加熱器(7〇〇)的底面部( 裝插入加熱器（700)的固定部（72〇)。銷子赤 *女 (720)組裝於在底面部(_)分佈板中的與純* = 2 的第2分佈板(430)上形成的貫穿孔部。在加二=妾 成供固定部(72G)插人的槽，製造者或使用者;)= cm入固定部(72〇) ’將加熱器⑽)固定在底面U 上。因此，在加熱器（700)的組裝中，無需#|j / ) 連結，加熱器(700)的組農十分簡便。本發 加敎^寻 呈U子形，所以母個加熱器⑽)需要2個Μ 固定部(720)的個數可根據加熱器(7〇〇)的形狀而變化^ = (720)可由石墨或金屬材質等導電性和伸展性優秀的 構成。 第2分佈板(430)包含多個分佈板塊，力口熱 部與相互鄰近的分佈板塊(4施，侧)接觸，從而通過第2 分佈板_)的分佈板塊(43Ga，働)接受供電。此時，加献 器⑽)在與底面部_)連接的部分包含突出部(職），突 。出部(700a)向上述加熱器長度方向的垂直方向從上述加熱 器的下部延長。 上述加熱器的這種突出部(700幻在與上述固定部(72〇) 14/25 201217053 結合的同時，被上述第3分佈板(440)覆蓋，加熱器（7〇〇)的 固定因而可以更穩定。 鄰近的分佈板塊(430a, 430b)相互絕緣。例如，在與加 熱器（700)的下部接觸的第2分佈板(43〇)的分佈板塊(43〇a， 430b)之間，可安裝絕緣體(73〇)。絕緣體(73〇)使與加熱器 (700)的下部接觸的分佈板塊(43〇a，43〇b)之間絕緣，防止發 生漏電。下面將對分佈板塊(430a，43〇b)進行更詳細的說明。 在本發明中，為使加熱器(700)每單位體積具有更大表 面積，從而提高加熱效率，可在加熱器（7〇〇)的表面形成褶 皺。為了增大表面積，提高加熱效率，除褶皺外，還可在 加熱裔（700)的表面形成多種形狀的突起或圖案。因此〆可 在加熱器（700)的表面，至少形成褶皺 '突起或圖案中的一 種。 固定部(720)插入加熱器()後，為了保護加熱器(7〇〇) 及=止多晶石夕被加熱器(7〇〇)污染，用加熱器罩(710)包裹加 熱益(700)的外部，使加熱器（7〇〇)不露出來。 ,，了發揮這種加熱器罩(7〗0)的作用，加熱器罩(71〇)可 田在，溫下不易變形的無機材料構成，可由石英、二氧化 :、氮化砍、氮化爛、氧化錯、氧化紀、石夕或這種材料混 。的複合體等無機材料構成。當加熱器罩(71〇)由碳化石夕、 ^墨、玻兔等含碳材質構成時，為了防止多晶㈣含碳材 ，污柒，加熱态罩(71〇)的表面可用碎、二氧化石夕、石英、 氮化矽等塗布或掛内襯。 、 加熱益罩(71〇)包含向上述加熱器罩長度方向的垂直方 二延長的卡棱(710a) ’上述加熱器罩(7】〇)的卡棱(710a)固定 :第3刀佈板(44〇)的多個分佈板塊(44加，料⑽)之間。 15/25 201217053 下面參照附圖’對加熱器的第2分佈板的電氣連接進 行詳細說明。 圖4a至圖4c係本發明之加熱器和第2分佈板的電氣 連接。 如圖4a至圖4c所示，各加熱器組(hg1，hG2, HG3)與 2個電極(800)連接’加熱器組(HGi至HG3)的耗電量可以 相Π电極(80^)可由石墨、碳化石夕、金屬材質或它們的複 合物構成。電極(8〇〇)的形態可採用電繞、棒、條、成型物、 插座、適配器、杆(bar)、編織電線或它們的组合。此時， 如圖4a及圖4b所示，一個電極(goo)上可連接兩個加熱器 且所以，當係η個(η為大於2的自然數)加熱器組時，流 化床反應器可包含η個電極(8〇〇)。 加熱器組(HG1至HG3)的電阻可以相互相同。即，各 加熱器組(HG1, HG2, HG3)包含的加熱器（7〇〇)的個數係一 定的，加熱器組(HG1, tiG2, HG3)包含的加熱器(7〇〇)的電阻 可以相互相同。當各加熱器組(HG1,HG2，HG3)包含的加熱 器(700)的個數相同時，流化床反應器(5〇〇)則會容易組裝、 文裝及維護。如圖4a所示，各加熱器組(H(3〗，HG2, IiG3) 包含的加熱器（700)的個數固定為2個，加熱器組(HG丨，hg2, Η03)包含的加熱器(700)的電阻相互相同。 即使構成加熱器組(HG1至HG4)的加熱器(7〇〇)的電阻 互不相同’如果加熱器(7〇〇)排列成使多個加熱器組(HG1至 HG4)各自的電阻相互相同，則會使得多個加熱器組(hgi 至HG4)的耗電量相互相同，從而可在流化床反應器（500) 内部均勻供熱》 如上所述’為了大量生產多晶矽產品，流化床反應器 16/25 201217053 越大’流化床反應器（500)的内部區域也越大。因此，多個 加熱器組(HG1至HG3)必須向流化床反應器（500)的内部區 域均勻供熱。本發明之流化床反應器的加熱器組(HG1, HG2, HG3)可對流化床反應器整個内部區域均勻加熱，因而可大 量生產優質多晶矽產品。 多個加熱器組(HG1至HG3)可分別接受異相電源供 電。例如’當本發明之流化床反應器包含3個加熱器組(HG1 至HG3)時’加熱器組(HG1, HG2, HG3)可接受3相電源供 電。此時，各相的相位差可以係120°。 另外’向加熱器組(HG〗至HG3)供電的電源可獨立控 制，以使各加熱器組(HG1至HG3)消耗相同的電量。例 當各加熱器組(HG1，HG2, HG3)的電阻不同或難以供應相 同的電力時，可使用不同大小的單相電源向各加熱器組 (HG1至HG3)供電，以使加熱器組(HG1，HG2, HG3)消耗相 同的電量。 當使用多相電源供電時，如圖4a及圖4b所示，鄰近 的加熱器組可共用電極(800) ’但如圖4c所示，當使用單相 電源供電時，一個加熱器組可與2個專用的電極(8〇〇)連 接，不同其它加熱器組共用。 如上所述，加熱器(700)與通過絕緣體(730)相互絕緣的 分佈板塊(430a，43Ob)接觸。例如’如圖4a所示，加熱器(7〇〇) 的一端連接於一個分佈板塊(430a)，加熱器(700)的另一端連 接於另一個分佈板塊(430b)。因此，加熱器組的加熱器 可串聯連接。 第2分佈板(430)的分佈板塊(430a, 430b)可由與加熱器 (700)相同的物質構成。例如’關於加熱器(700)和分佈板塊 .17/25
201217053 (430a，430b)的材質，前面已作說明，所以此處省略對其之 說明。 、 圖4a中的分佈板塊可相當於圖3中的分佈板塊(43〇a， 430b)。 ’ 另一方面，圖4a及圖4b中的流化床反應器分別包含3 個加熱益組(HG1，HG2, HG3)及4個加熱器組(HG1, HG2, HG3，HG4)，但並非限定於此。 圖5係本發明之流化床反應器的流動氣體供應喷嘴的 組裝結構。如圖5所示，在流動氙體供應喷嘴(6〇〇)上形成 用於固定流動氣體供應喷嘴(600)的法蘭部(610)。在流化床 反應器的底面部(400)上形成可固定流動氣體供應喷嘴(6〇〇) 的孔(405)。 在流動氣體供應喷嘴(600)的法蘭部(61 〇)的上部和下部 配置有第1緩衝物(620)和第_2緩衝物(630)。這些第1緩衝 物(620)和第2緩衝物(630)包裹住流動氣體供應喷嘴(6〇〇)的 法蘭部(610)，可保護流動氣體供應喷嘴免受外部衝擊。並 且’第]緩衝物(620)及第2緩衝物(630)使流動氣體供應噴 嘴(600)組裝更加堅固，可提俣堅固密封。 在底面部(400)上形成的孔(405)表面的一部分或整體上 形成螺紋，流動氣體供應喷嘴(600)與缓衝物(62〇,63〇)—同 安放於孔(4〇5)内後，外面帶有螺紋的套管(640)利用孔(405) 表面的螺紋以螺紋方式結合。利用以螺紋方式結合的套管 (640)，可防止流動氣體供應噴嘴(6〇〇)在流化床反應器運轉 過程中因高壓流動氣體引起脫落或移動。 圖6係本發明之流化床反應器的流動氣體供應喷嘴的 多種變形示例。 18/25 201217053 圖6的⑻及(b)所示流動氣體供應喷嘴(600)帶有厚度一 定的法蘭部(610)。圖6的(c)所示流動氣體供應噴嘴帶有的 法蘭部厚度越向與底面部(400)接觸的流動氣體供應噴嘴下 部越大。圖6的(d)所示流動氣體供應噴嘴帶有的法蘭部厚 度越向流動氣體供應噴嘴下部越小。圖6的(e)所示流動氣 體供應喷嘴帶有厚度一定的多個法蘭部。 在由第2反應管(350)和底面部(400)形成的空間中，在 除各種喷嘴和加熱器(700)佔據空間之外的剩餘空間中填充 珠粒。珠粒之間的空間起到供流動氣體經過的通道作揭， 於是’珠粒使流動氣體均勻分散於流化床反應器的内部。 珠粒的形態可以係球形、橢圓形、顆粒狀、塊狀、管狀、 條狀、環狀或上述形態的複合形態。珠粒的材質可以係高 純度石夕或與反應管(250, 350)的材質相同。珠粒的尺寸可以 大於多晶石夕向流化床反應器外部排出的出料口直徑，此 時’珠粒的平均直徑可以在5 mm至50 mm之間。從而， 珠粒就不會通過出料口排出到外部。 本發明之流化床反應器包含第1主體部(2〇〇)和第2主 體部(300)，流化床反應器的組裝、安裝及維護容易。當在 第1主體部(200)和第2主體部(300)組裝的狀態下填充珠粒 時，由於第1主體部(200)和第2主體部(3〇〇)的整體高度大， 所以珠粒填充困難，掉落的珠粒可能造成位於流化床反應 β内部的加熱裔(700)或喷嘴或者第1反應管(250)及第2反 應管(350)發生破4貝。因此’在本發明中，在第1主體部(2〇〇) 和第2主體部(300)組裝前’向由第2反應管(35〇)和底面部 (400)形成的―空紡填充珠粒，…從而可實現珠粒的穩定填充。 珠粒填充後’組裝苐2主體部(3〇〇)和第1主體部(2〇〇)。 19/25 201217053 隨著第2主體部(300)和第1主體部(200)的組裝，第i主體 部(200)和第2主體部(300)中插入的第丨反應管(25〇)和第2 反應管(300)相互連接。 可在第1主體部(200)和第1反應管(250)之間的空間及 第2主體部(300)和第2反應管(350)之間的空間中，充滿氫 氣、氮氣、氬氣、乱氣等不與多晶石夕發生反應的惰性氣體。 為防止流化床反應器内部熱量向外部散失，可在第1 主體部(200)和第1反應管(250)之間的空間、第2主體部(300) 和第2反應管(350)之間的空間以及其它需要之處，安裝無 機材質隔熱材料。隔熱材料的形態可以為圓筒狀、塊狀、 布(Fabric) '毛毯、毛氈(Fdt)、發泡體、填充層等。 本發明之專利並非限定於上述說明的實施例，而由申 請專利範圍記載的内容定義。不言而喻，具有本發明領域 常識者’可在申請專利範圍記載的專利範圍内進行多種變 更與變形。 ' 【圖式簡單說明】 圖la及圖ib係本發明之流化床反應器。 圖lc及圖id係本發明之流化床反應器的分佈板。 圖2a及圖2b係本發明之第1反應管與第2反應管的 連結結構。 圖3係本發明之流化床反應器的分佈板和加熱器的組 裝結構。 圖4a至圖4c係本發明之加熱器和第2分佈板的電氣 連接。 〃 圖5係本發明之流化床反應器的流動氣體供應喷嘴的 組裝結構。 20/25 201217053 圖6係本發明之流化床反應器的流動氣體供應喷嘴的 多種變形示例。 【主要元件符號說明】 100 100a 、 b 150 200 250 250a 、 350a 、 700a 270 275 300 350 400 405 410 420 430 430a 、 430b 、 440a 、 440b P21 ' P22 ' P31 ' P32 440 450 500 600 、 650 610 620 頂罩 部分頂罩 内襯膜 第1主體部 第1反應管 突出部 -- 支承環 密封材料 第2主體部 第2反應管 ； 底面部
子L 底層分佈板 第1分佈板 第2分佈板 P1 > P2 ' P3 ' Pll ' P12 ' 分佈板塊 第3分佈板 固定螺栓 流化床反應器 流動氣體供應喷嘴 法蘭部 第1緩衝物 201217053 630 第2緩衝物 640 套管 700 加熱器 710a 卡棱 720 固定部 730 絕緣體 800 電極 900 絕緣環 HG卜 HG2、HG3、HG4 加熱器纪 22/2$

Claims (1)

  1. 201217053 七、申請專利範圍： 1. 一種流化床反應器，其包含： 頂罩； 第1主體部，位於上述頂罩下面，與上述頂罩連接，内部 有直徑小於上述頂罩直徑的第1反應管； 第2主體部，位於上述第丨主體部下面，與上述第丨主體 部連接，内部有直徑與上述第丨反應管直徑實質相同的第 2反應管；以及， 底面部，與上述第2主體部連接； 上述第1主體部與上述第2主體部可相互分離及組裝。 2. 如申請專利範圍第1項之流化床反應器，其中上述底面部 包括依次層疊的底層分佈板、第1分佈板、第2分佈板、 苐3分佈板， 上述第2分佈板與上述第3分佈板分別包含多個分佈板 塊。 3·如申請專利範圍第2項之流化床反應器，其中上述第2分 佈板與上述第3分佈板分別包含多個分佈板塊。 4·如申請專利範圍第2或3項之流化床反應器，其中上述第 2分佈板包含多個分佈板塊， 包含與上述多個分佈板塊中的鄰近分佈板塊相接觸的加 熱器； 上述鄰近的分佈板塊相互絕緣。 5. 如I請專利範圍第4項之流化床反應器，其中上述加熱器 包含向上述加熱器長度方向的垂直方向延長的突出部； 上述突出部被上述第3分佈板覆蓋。 6. 如申請專利範圍第4或5項之流化床反應器，其中上述加 23/25 201217053 熱器上蓋有加熱器罩； 上述加熱器罩包含向 延長的卡棱； 述加熱器罩長度方向的垂直方向 上述加熱器罩的卡棱囡^ 塊之間。 疋方;上述第3分佈板的多個分佈板 7. 如申请專利範圍第4 δ 中上述加埶4=項中任一項之流化床反應器，其 上成多個組的多個加熱器組； 8, 上述夕個加熱器纽消耗電相同。 如申請專利範圍第+ 熱器組中的鄰近兩個加反應器，其中上述多個加 9.如申請專利範圍第7員^同連接於一個電極。 熱器組分別各自連接床反應器，其中上述多個加 ι〇. 圍第2或3項之流化床反應器，其中安裝包 衣上述第2 ^刀佈板四周的絕緣環。 11.如申δ月專利氣圍第J項之流化床反應器，其中上述底面部 上有孔，並包含安放於上述孔内的流動氣體供應喷嘴； 上述流動氣體供應噴嘴包含向上述流動氣體供應噴嘴長 度方向的垂直方向延長的法蘭部， 第1緩衝物和第2緩衝物分別配置於上述法蘭部的上部和 下邛，圍繞上述流動氣體供應嗔嘴。 12 如申明專利範圍第1項之流化床反應器，其中上述第1反 應管和上述第2反應管包含分別向上述第1主體部和上述 第2主體部方向突出的突出部，上述第1反應管的突出部 與上述第2反應管的突出部相對。 13.如申請專利範圍第12項之流化床反應器，其中在上述第1 反應管的突出部和上述第2反應管的突出部之間安裝密封 24/25 201217053 材料。 14. 如申請專利範圍第1、12或13項中任一項之流化床反應 器，其中上述支承環可置於上述第1反應管和上述第2反 應管之間。 15. 如申請專利範圍第14項之流化床反應器，其中在上述支 承環和上述第1反應管之間及上述支承環和上述第2反應 管之間放置密封材料。 25/25
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