(57)【要約】【課題】多孔質石英ガラスを合成する反応炉から塩化水素ガス等のガスが漏れるのを防止し、かつ反応炉の外部から異物が侵入することを防ぐことの可能な多孔質石英ガラス母材の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】給排気装置１０は、清浄なガスを給排気装置１０の内部に供給するための給気用管路１１と、反応炉１０１から給排気装置１０内部に漏れ出たガスを排気するための排気用管路９とを有し、給排気装置１０の上面に配設された開口部７とこの開口部７に貫通された種棒１０８との間に形成された隙間１７から外部に向けて上昇気流が吐出されることを特徴とする。【選択図】図１
2011225412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種棒に多孔質石英ガラス母材を生成する反応炉と、
該反応炉の前記多孔質石英ガラス母材を懸架する棒が貫通する開口部に取り付けられた給排気装置とを備えた多孔質石英ガラス系母材の製造装置であって、
該給排気装置は、
清浄なガスを該給排気装置内部に供給するための給気用管路と、
前記反応炉から該給排気装置内部に漏れ出たガスを排気するための排気用管路とを有し、
該給排気装置上面に配設された開口部と該開口部に貫通された種棒との間に形成された隙間から外部に向けて上昇気流が吐出されることを特徴とする多孔質石英ガラス母材の製造装置。
【請求項２】
前記隙間における上昇気流速が０．１［ｍ／ｓ］〜２２［ｍ／ｓ］の範囲であることを特徴とする請求項１記載の多孔質石英ガラス母材の製造装置。
【請求項３】
前記給気用管路の取り付け位置が前記排気用管路の取り付け位置よりも上側であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多孔質石英ガラス母材の製造装置。
【請求項４】
前記反応炉には該反応炉内で生じたガスの排気を行うためのメイン排気管が接続され、
反応炉内用の総投入原料ガス流量を基準値１としたときの前記メイン排気管におけるガス吐出流量：前記上昇気流の吐出流量：前記給気用管路を流れる吸入流量：前記排気用管路を流れる吐出流量：前記給排気装置から反応炉に流れる流量の各ガス流入流出口における流量比が、０．８〜１．２：０．４５〜２．５：０．５〜２．５：０．１〜０．３５：−０．１〜０．１の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多孔質石英ガラス母材の製造装置。
【請求項５】
前記給気用管路から供給されたガスが一旦蓄積されるバッファ室を備え、
該バッファ室に前記ガスが吐出されるスリットの形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多孔質石英ガラス母材の製造装置。
【請求項６】
前記給排気装置に供給される清浄なガスは、米国連邦規格におけるクリーンクラスでクラス１００００以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多孔質石英ガラス母材の製造装置。
【請求項７】
反応炉内の酸水素炎中で少なくとも珪素化合物を加水分解して生成したシリカ系微粒子を種棒に付着させて堆積させることで多孔質石英ガラス母材を生成する多孔質石英ガラス母材の製造方法であって、
該反応炉の前記多孔質石英ガラス母材の取り出し口に取り付けられた給排気装置に対し給気を行うことで外部より異物が前記反応炉内に進入しないように前記種棒との間に形成された給排気装置の隙間から外部に向けて上昇気流を吐出させつつ前記給排気装置から排気を行うことで反応炉から漏れたガスを該給排気装置より排出することを特徴とする多孔質石英ガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多孔質石英ガラス母材の製造装置及び製造方法に係わり、特に多孔質石英ガラスを合成する反応炉から塩化水素ガス等のガスが漏れるのを防止し、かつ反応炉の外部から異物が侵入することを防ぐことの可能な多孔質石英ガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。
なお、本明細書における石英ガラス母材とは、石英、すなわち、ＳｉＯ2のみで構成されるガラス母材以外に、ＴｉＯ2のようなドーパントを含む石英ガラス母材も包含する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石英ガラスを製造する方法の一つとして、気相反応により多孔質石英ガラス母材を形成し、この多孔質石英ガラス母材を加熱してガラス化する方法が知られている。例えば、レンズ、プリズム、その他の各種光学材料などを形成するために用いる多孔質石英ガラス母材の製造については、ＶＡＤ法（Vapor-phase Axial Deposition；気相軸付け法)とよばれる方法が広く知られている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
このＶＡＤ法は、図６に示すように、反応炉１０１内で鉛直に垂下した出発部材である石英ガラス製の棒状の部材（以下、種棒１０８という）の下端部に向けて、四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）等の原料ガスや、水素、酸素などの燃料ガスなどをバーナ１０７から供給して酸水素炎中で加水分解させ、生成したシリカ微粒子（ＳｉＯ2）を種棒１０８の下端部に付着・堆積させることにより、多孔質石英ガラス母材１１０を形成する。次に、この多孔質石英ガラス母材１１０を加熱炉に移し入れ、ヒータで加熱して焼結することにより、透明ガラス化させるものである。
【０００４】
このような方法で多孔質石英ガラス母材を製造する際には、火炎加水分解反応、つまり
２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ
２Ｈ2Ｏ＋ＳｉＣｌ4→ＳｉＯ2＋４ＨＣｌ
により、ガラス原料として必要なシリカ微粒子とともに、不要な塩化水素ガス（ＨＣｌ）も生成される。
【０００５】
このため、多孔質石英ガラス母材１１０を形成する反応炉１０１のほかに洗浄塔１０２を設け、反応炉１０１内に発生する塩化水素ガスなどは、メイン排気管１０３を介して洗浄塔１０２へ送り込み、この洗浄塔１０２内で上部からシャワー状に水を散布させて塩酸１１１を生成した後、外部に排水させる、といった除去方法が行なわれている。
【０００６】
また、この洗浄塔１０２には、メイン排気管１０３から洗浄塔１０２へ流れる塩化水素ガス等のガスの排出量を調整するため、排気管１０４、バルブ１０５及び排気ファン１０６を設けており、バルブ１０５の開度を調整することによりガス排出量を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１９３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、反応炉１０１の上部１１２には、種棒１０８が通されるための開口部１１３が設けられているが、この種棒１０８は加水分解中に回転させつつ上下させる必要があるため、この開口部１１３には種棒１０８との間に余裕となる一定の隙間１１５が形成されている。
【０００９】
リソグラフィ用光学部材やレーザ用窓材等の用途で例えば５０ｋｇ以上の大重量となる多孔質石英ガラス母材１１０を形成する場合、母材の収率を上げるためメイン排気管１０３から排気する塩化水素ガス等のガス吸引圧力を５０Ｐａ程度の低い圧としている。このため、少量ではあるが、隙間１１５から塩化水素ガス等が反応炉１０１の外に漏れ出る恐れがあった。
【００１０】
また、反応炉１０１外部の空気中に浮遊している異物がこの隙間１１５から侵入し、多孔質石英ガラス母材１１０を加熱透明化した後に生ずる内部欠点の原因となる恐れもあった。特に得られる石英ガラス材料（或いはドープされた石英ガラス材料）がリソグラフィ用レンズ材料やミラー材料、高出力レーザー用窓材のような光学部材を用途とする場合には内部欠点は厳密に排除されるべきである。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、多孔質石英ガラスを合成する反応炉から塩化水素ガス等のガスが漏れるのを防止し、かつ反応炉の外部から異物が侵入することを防ぐことの可能な多孔質石英ガラス母材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため本発明（請求項１）は、種棒に多孔質石英ガラス母材を生成する反応炉と、該反応炉の前記多孔質石英ガラス母材を懸架する棒が貫通する開口部に取り付けられた給排気装置とを備えた多孔質石英ガラス母材の製造装置であって、該給排気装置は、清浄なガスを該給排気装置内部に供給するための給気用管路と、前記反応炉から該給排気装置内部に漏れ出たガスを排気するための排気用管路とを有し、該給排気装置上面に配設された開口部と該開口部に貫通された種棒との間に形成された隙間から外部に向けて上昇気流が吐出されることを特徴とする。
【００１３】
給気用管路から供給された清浄なガスは、給排気装置上面に配設された開口部とこの開口部に貫通された種棒との間に形成された隙間から外部に向けて上昇気流となって吐出する。このことにより、異物は上昇気流に邪魔され外部から侵入し難くなる。
また、反応炉より漏れてきた塩化水素ガス等は排気用管路を通じて外部へと吸引される。このことにより、周囲環境が汚染されることは無くなる。
なお、本発明は、好ましくは５０ｋｇ以上、より好ましくは１００ｋｇ、さらに好ましくは１５０ｋｇ以上の大重量となる多孔質石英ガラス母材の製造に好適に用いられる。
【００１４】
また、本発明（請求項２）である多孔質石英ガラス母材の製造装置は、前記隙間における上昇気流速が０．１［ｍ／ｓ］〜２２［ｍ／ｓ］の範囲であることを特徴とする。
【００１５】
異物の侵入を防ぐためには、隙間より外部に向けて吐出される清浄なガスの吐出量（平均流速）は大きければ大きい程よい。しかしながら、清浄なガスを多く給排気装置内に供給することにより、反応炉側にもこの清浄なガスが多く漏れるようになると反応炉内に冷たいガスが入ることになりガラスの安定合成が阻害されることになる。このため、上昇気流速は、０．１［ｍ／ｓ］〜２２［ｍ／ｓ］の範囲であることが望ましい。
【００１６】
更に、本発明（請求項３）である多孔質石英ガラス母材の製造装置は、前記給気用管路の取り付け位置が前記排気用管路の取り付け位置よりも上側であることを特徴とする。
【００１７】
給気用管路の取り付け位置が排気用管路の取り付け位置よりも上側であることにより、給排気装置上面に配設された開口部とこの開口部に貫通された種棒との間に形成された隙間から外部に向けて上昇気流が流れやすい。また、反応炉より漏れてきた塩化水素ガス等も直ちに排気用管路を通じて外部へと吸引され易い。
【００１８】
更に、本発明（請求項４）である多孔質石英ガラス母材の製造装置は、前記反応炉には該反応炉内で生じたガスの排気を行うためのメイン排気管が接続され、反応炉内用の総投入原料ガス流量を基準値１としたときの前記メイン排気管におけるガス吐出流量：前記上昇気流の吐出流量：前記給気用管路を流れる吸入流量：前記排気用管路を流れる吐出流量：前記給排気装置から反応炉に流れる流量の各ガス流入流出口における流量比が、０．８〜１．２：０．４５〜２．５：０．５〜２．５：０．１〜０．３５：−０．１〜０．１の範囲であることを特徴とする。
【００１９】
この範囲に選択されることで、上昇気流による異物進入防止の効果と塩化水素ガス等の除去効果のバランスがよく保てる。
【００２０】
更に、本発明（請求項５）である多孔質石英ガラス母材の製造装置は、前記給気用管路から供給されたガスが一旦蓄積されるバッファ室を備え、該バッファ室に前記ガスが吐出されるスリットの形成されたことを特徴とする。
【００２１】
清浄なガスをバッファ室に一旦蓄積した後にスリットから吐出することで、均一なガスの吐出を行うことができる。
更に、本発明（請求項６）である多孔質石英ガラス母材の製造装置は、前記給排気装置に供給される清浄なガスは、米国連邦規格におけるクリーンクラスでクラス１００００以下であることを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明（請求項７）は、反応炉内の酸水素炎中で少なくとも珪素化合物を加水分解して生成したシリカ系微粒子を種棒に付着させて堆積させることで多孔質石英ガラス母材を生成する多孔質石英ガラス母材の製造方法であって、該反応炉の前記多孔質石英ガラス母材の取り出し口に取り付けられた給排気装置に対し給気を行うことで外部より異物が前記反応炉内に進入しないように前記種棒との間に形成された給排気装置の隙間から外部に向けて上昇気流を吐出させつつ前記給排気装置から排気を行うことで反応炉から漏れたガスを該給排気装置より排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明（請求項１）によれば、清浄なガスを給排気装置内部に供給するための給気用管路と、反応炉から給排気装置内部に漏れ出たガスを排気するための排気用管路とを備え、給排気装置上面に配設された開口部とこの開口部に貫通された種棒との間に形成された隙間から外部に向けて上昇気流が吐出されるように構成したので、異物は上昇気流に邪魔され外部から侵入し難くなる。
【００２４】
また、反応炉より漏れてきた塩化水素ガス等は排気用管路を通じて外部へと吸引される。このことにより、周囲環境が汚染されることは無くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の構成図（実施例１の縦断面図、底面図）
【図２】実施例２の縦断面図
【図３】比較例１の縦断面図
【図４】比較例２の縦断面図
【図５】上昇気流速Ｕgas-upwardと侵入異物粒子の停止距離Ｓの関係を示す図
【図６】石英ガラス製造装置の例
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の構成図を図１に示す。図１（Ａ）には本発明の実施形態である給排気装置の縦断面図を示し、図１（Ｂ）には底面図を示す。なお、図６と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００２７】
図１において、反応炉１０１の上部には給排気装置１０が取り付けられている。給排気装置１０は反応炉１０１に対しボルト等の固定部材で着脱自在とされているが、一体化されてもよい。給排気装置１０のケース底面１は中空円板状に形成されている。そして、この給排気装置１０は、ケース底面１の外周縁より円筒状に立設されたケース側壁３と、ケース底面１の内周縁より円筒状に所定高さ分突設されたケース内壁１Ａとを備えている。
【００２８】
ケース側壁３の上端には中空円板状のケース上面５が形成されている。ケース上面５の内側には開口部７が設けられている。ケース側壁３の下部外周には管路９が周状に２個突設されている。また、ケース側壁３のほぼ中段には管路１１が周状に２個突設されている。管路１１の取り付け箇所のケース側壁３内側には断面長方形状のバッファ室１３が周状に配設されている。このバッファ室１３のバッファ室底面１３Ｂは中空円板状に形成されている。
【００２９】
そして、このバッファ室底面１３Ｂの内周縁よりバッファ室内壁１３Ａが円筒状に所定高さ分立設され、かつ、このバッファ室内壁１３Ａの上端にはバッファ室上面１３Ｃが形成されている。バッファ室上面１３Ｃにはスリット１５が周状に設けられている。
【００３０】
開口部７、バッファ室内壁１３Ａ及びケース内壁１Ａの内径はほぼ同一径であり、種棒１０８はこれら開口部７、バッファ室内壁１３Ａ及びケース内壁１Ａの内側を貫通されるようになっている。種棒１０８とケース上面５の間、種棒１０８とバッファ室内壁１３Ａの間及び種棒１０８とケース内壁１Ａの間には、それぞれ隙間１７、隙間１９、隙間２１が形成されている。
【００３１】
また、バッファ室底面１３Ｂとケース内壁１Ａの間には、隙間２３が周状に形成されている。給排気装置１０は設置や取り外しを容易にするために縦に２分割可能なように仕切り壁２５がケース底面１とケース上面５間に立設されている。しかしながら、この仕切り壁２５は必ずしも必要なものではなく、また、２分割されないように構成されてもよい。更に、管路９及び管路１１は説明を簡略化するため２個としたが、周状に見てどの位置でも圧力やガス流量を均一化するためそれぞれ周状に複数個ずつ配設されるのが望ましい。
【００３２】
更に、バッファ室は必ずしもケース側壁３の内側である必要はなく、ケース側壁３の外側に突設させた状態で取り付けてもよい。この場合、管路１１端部はこのバッファ室に対し直接取り付けられる（図示略）。また、この場合、スリットはバッファ室上面ではなくケース側壁３に対し周状に形成される。
【００３３】
なお、前述の説明では、バッファ室上面１３Ｃにはスリット１５が周状に設けられているとして説明したが、スリットは必ずしも周状に連続して通孔が設けられる必要は無く、複数箇所に分散して配設されるようにしてもよい。
【実施例１】
【００３４】
本発明の実施例１では、図１に示す通り、管路９には図示しない排気装置が接続され反応炉１０１上部より漏れてきた塩化水素ガス等が外部に排気されるようになっている。一方、管路１１には図示しない給気装置が接続され外部から清浄な例えば窒素ガスが給気されるようになっている。このときの給排気装置１０内の気流の様子（概念）を図１中に点線で示す。清浄なガスとは、フィルタや集塵機等を通すことによって、米国規格におけるクリーン度がクラス１００００以下となったガスを意味する。
【００３５】
反応炉１０１上部より漏れてきた塩化水素ガス等はケース内壁１Ａの内側の隙間２１及び隙間２３を通り、排気装置により外部へと吸引される。一方、管路１１からは窒素ガスが給気され、この窒素ガスはバッファ室１３内に一旦貯留された後、スリット１５を通って給排気装置１０のケース内部に吐出される。スリット１５から吐出された窒素ガスは上方と下方の２方向に分離され、この内上方に向かった窒素ガスは隙間１７より外部に向けて吐出される。
【００３６】
このことにより、異物は外部から侵入し難くなる。一方、下方に向かった窒素ガスは隙間１９及び隙間２３を通り、管路９を通じて塩化水素ガス等と共に排気装置により外部へと吸引される。このことにより、周囲環境が汚染されることは無くなる。なお、異物の侵入を防ぐためには、隙間１７より外部に向けて吐出される窒素ガスの吐出量（平均流速）は大きければ大きい程よい。
一方、反応炉１０１からの塩化水素ガス等の漏れを防ぐためには、隙間２１を上方に向けて流れる侵入ガス量（平均流速）が小さい程よい。
【００３７】
反応炉１０１内に投入される原料ガスの総投入原料ガス流量を基準値１としたときのメイン排気管１０３におけるガス吐出流量：上昇気流の吐出流量：給気用管路１１を流れる吸入流量：排気用管路９を流れる吐出流量：給排気装置１０から隙間２１を通じて反応炉１０１に流れる流量の各ガス流入流出口における流量比は、好ましくは、０．８〜１．２：０．４５〜２．５：０．５〜２．５：０．１〜０．３５：−０．１〜０．１、より好ましくは、０．９〜１．１：０．４５〜２．５：０．５〜２．５：０．１〜０．３５：−０．０５〜０．０５、さらに好ましくは０．９５〜１．０５：０．４５〜２．５：０．５〜２．５：０．１〜０．３５：０〜０．０５の範囲である。
【実施例２】
【００３８】
本発明の実施例２では、図２に示す通り、給排気装置１０の縦断面図は実施例１のものと変わらない。但し、給気、排気の位置が実施例１のものと異なる。管路９には図示しない給気装置が接続され外部から清浄な例えば窒素ガスが給気されるようになっている。一方、管路１１には図示しない排気装置が接続され反応炉１０１上部より漏れてきた塩化水素ガス等が外部に排気されるようになっている。このときの給排気装置１０内の気流の様子（概念）を図２中に点線で示す。
【００３９】
管路９からは窒素ガスが給排気装置１０のケース内部に給気される。この給気された窒素ガスは一部が隙間２３及び隙間２１を通じて反応炉１０１内に侵入するが、その多くは反応炉１０１より気圧の低い管路１１方向に向けて隙間２３、隙間１９及びスリット１５を通じて流れる。この隙間２１を通じて反応炉１０１内に侵入する窒素ガスにより塩化水素ガス等は上方より漏れ難くなる。一方で、この窒素ガスの流入により反応炉１０１内に冷たいガスが入ることになりガラスの安定合成が阻害される。この反応炉１０１内に進入する窒素ガスの流量は小さい程望ましい。
【００４０】
また、塩化水素ガス等が反応炉１０１より漏れた場合であっても隙間１９及びスリット１５を通じて流れる窒素ガスにより運ばれ管路１１から排気される。更に、隙間２３、隙間１９を通過した窒素ガスの内の一部はそのまままっすぐ上に昇り隙間１７を通って外部へと吐出される。このため、異物の侵入を防ぐことができる。
【００４１】
［比較例１］
図３に本発明の比較例１の縦断面図を示す。比較例１（給気のみ）は実施例１のものから管路９（即ち、排気）を除いたものである。図３に示す通り、管路１１より給気された窒素ガスは、スリット１５を通り、一部はそのまま上昇して隙間１７より外部へと吐出される。また、残りは隙間１９及び隙間２１を通じて下降して反応炉１０１内に侵入する。
【００４２】
［比較例２］
図４に本発明の比較例２の縦断面図を示す。比較例２（排気のみ）は実施例１のものから管路１１（即ち、給気）を除いたものである。図４に示す通り、管路９より排気されることで塩化水素ガス等が反応炉１０１より吸引され、また、隙間１７からも外部の空気が吸入される。
次に、実施例１、２、比較例１、２についてシミュレーションした結果を説明する。
【００４３】
【表１】
2011225412.tif 000003
【００４４】
表１中の符号は、◎印が良好な結果を意味し、×印が好ましくない結果を意味する。△印は良好とは言えないが、使用することは可能である程度であることを意味する。
【００４５】
表１のシミュレーション結果リストにおいて、１秒当たりガス流量（質量）は、実施例１の場合、管路１１付近における給気が６．１［ｇ／ｓ］、管路９付近における排気が１．１［ｇ／ｓ］である。そして、このとき、開口部７付近における塩化水素ガスの濃度は０．００２［ｐｐｍ］であり、塩化水素ガスは十分に除去できていることが分かる。また、隙間１７における上昇気流速は１．４５［ｍ／ｓ］で大きく、異物の侵入を防ぐのに十分な速度である。
【００４６】
更に、隙間２１における流速は＋０．０２［ｍ／ｓ］であり小さいため、反応炉１０１内への窒素ガスの侵入を防ぎ、かつ反応炉１０１内から漏れた塩化水素ガスを排気できる。ここに、＋の符号は、反応炉１０１側より給排気装置１０に向けてガスが侵入することを意味し、これとは逆に、−の符号は、給排気装置１０側より反応炉１０１に向けてガスが流れ出ることを意味する。
【００４７】
次に、実施例２の場合には、実施例１とは逆に管路１１付近における排気が１．１［ｇ／ｓ］、管路９付近における給気が６．１［ｇ／ｓ］である。そして、このとき、開口部７付近における塩化水素ガスの濃度は０．０００４［ｐｐｍ］であり、塩化水素ガスは十分に除去できていることが分かる。また、隙間１７における上昇気流速は１．６０［ｍ／ｓ］で実施例１とほぼ同等であり、異物の侵入を防ぐのに十分な速度である。
【００４８】
しかしながら、このときに、隙間２１における流速は−０．３５［ｍ／ｓ］であり、給排気装置１０側より反応炉１０１に向けてガスが流れ出るため、塩化水素ガスが上方に上昇するのをほぼ完全に防止できる一方で、反応炉１０１内に冷たい窒素ガスがわずかではあるが侵入してしまう。この侵入は実用上の許容範囲内ではあるがこの意味で実施例１の方がより一層優れている。
【００４９】
次に、比較例１の場合、管路１１付近における給気が実施例１の場合と同じ６．１［ｇ／ｓ］であるが、排気は無い。そして、このとき、開口部７付近における塩化水素ガスの濃度は５００［ｐｐｍ］と高く、塩化水素ガスは隙間１７を通じて外部に漏れ出てしまっていることが分かる。
【００５０】
また、隙間１７における上昇気流速は１．６１［ｍ／ｓ］であり、異物の侵入を防ぐのに十分な速度である。しかしながら、隙間２１における流速は−０．２８［ｍ／ｓ］と大きく、給排気装置１０側より反応炉１０１に向けて窒素ガスが大量に流れ出てしまっている。従って、反応炉１０１内に冷たいガスが入ることになりガラスの安定合成が阻害される。従って、比較例１は好ましくない。
【００５１】
次に、比較例２の場合、管路９付近における排気が実施例１の場合と同じ１．１［ｇ／ｓ］であるが、給気は無い。そして、このとき、開口部７付近における塩化水素ガスの濃度は１０００００［ｐｐｍ］と極めて高く、塩化水素ガスは隙間１７を通じて外部に漏れ出てしまっていることが分かる。
【００５２】
このように塩化水素ガスの濃度が高くなったのは、反応炉１０１内で熱せられた空気は上昇するため、塩化水素ガスも浮力で上昇し管路９では吸いきれず、隙間１７から大量に漏れたと推定される。また、隙間１７における上昇気流速は０．２３［ｍ／ｓ］と小さく、異物の侵入を防ぐのに十分な速度とは言えない。更に、隙間２１における流速は＋０．５６［ｍ／ｓ］と大きく、反応炉１０１側より給排気装置１０に向けてガスが大量に侵入する。このため、塩化水素ガスも共に給排気装置１０側に侵入し易い。従って、比較例２も好ましくない。
【００５３】
上述のように、外部からの異物の侵入防止のため、隙間１７において所定の上昇気流速が必要であるが、どの程度の上昇気流速が必要かを以下で計算する。まず、異物として金属系と非金属系の２種類を選定し、表２にその諸元を示す。
【００５４】
【表２】
2011225412.tif 000004
【００５５】
次に、初期下向き最大速度Ｕini-maxを有する異物粒子が、所定の停止距離Ｌ内に完全に速度がゼロまで減速するのに必要とする上昇気流速Ｕgas-upwardを計算する。
任意異物粒子が給排気装置１０上方に至る時点に持つ初期下向き最大速度Ｕini-maxは、数１の通りに算出可能であり、侵入異物粒子の停止距離Ｓは数２のように算出可能である。
【００５６】
【数１】
2011225412.tif 000005
【００５７】
【数２】
2011225412.tif 000006
【００５８】
なお、各変数の定義は表３の通りである。
【００５９】
【表３】
2011225412.tif 000007
【００６０】
上昇気流速Ｕgas-upwardと侵入異物粒子の停止距離Ｓの関係を図５に示す。
数２中、Ｌは給気で確保できる上昇気流の縦方向長であり給排気装置１０に依存した寸法である。侵入異物粒子の停止距離Ｓはこの寸法長Ｌ以下となることが必要である。
【００６１】
この演算結果として、金属系と非金属系の異物が隙間１７から進入するのを防止するために必要な上昇気流速Ｕgas-upwardは、０．１［ｍ／ｓ］〜２２［ｍ／ｓ］の範囲であり、望ましくは１［ｍ／ｓ］〜１０［ｍ／ｓ］、より望ましくは１．４［ｍ／ｓ］〜５［ｍ／ｓ］の範囲であり、最も望ましくは１．４［ｍ／ｓ］〜２［ｍ／ｓ］の範囲である。なお、この範囲を規定するに際しては、一番大きくかつ重い異物粒子に対応する最大流速及び一番小さくかつ軽い異物粒子に対応する最小流速を算出した。
【符号の説明】
【００６２】
１  ケース底面
３  ケース側壁
５  ケース上面
７  開口部
９、１１  管路
１０  給排気装置
１３  バッファ室
１５  スリット
１７、１９、２１、２３  隙間
２５  仕切り壁
１０１  反応炉
１０８  種棒
１１０  多孔質石英ガラス母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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