(57)【要約】【課題】第１管および捕集容器の保守の頻度を少なくする。【解決手段】入口部および出口部を有し、有機物を含む第１ガスと水とを流すための第１管と、該第１管の出口部に接続されて、前記有機物を捕集するための捕集容器と、該捕集容器に接続されて、該捕集容器から前記第１ガスを浄化して排気させる第２ガスを流すための第２管と、を備えているガス処理装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部および出口部を有し、有機物を含む第１ガスと水とを流すための第１管と、
該第１管の出口部に接続されて、前記有機物を捕集するための捕集容器と、
該捕集容器に接続されて、該捕集容器から前記第１ガスを浄化して排気させる第２ガスを流すための第２管と、
を備えているガス処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス処理装置であって、
前記第１管は焼成炉で発生した前記第１ガスが導入される、ガス処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガス処理装置であって、
前記捕集容器に接続されて、流量を調整した第３ガスを導入するための第３管をさらに備えている、ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のガス処理装置であって、
前記第２管に接続されて、前記第２ガスから水分を分離するための分離器と、
該分離器に接続されて、該分離器から前記水分を分離させた前記第２ガスを排気させるための第４管をさらに備えている、ガス処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガス処理装置であって、
前記分離器に接続されて、前記分離器で得られた水分を、前記分離器から前記捕集容器へ戻すための排水管をさらに備えている、ガス処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のガス処理装置であって、
前記第１管内に前記第１ガスに給水するためのノズルをさらに備えている、ガス処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のガス処理装置であって、
前記第１管内に水を流すための給水管をさらに備えている、ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば太陽電池素子の製造工程で発生するガスを清浄にするガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽電池素子を製造する際に、半導体基板の上に有機成分を含んだ導電性ペーストを配置した後に、この導電性ペーストを焼成炉内で焼成して、半導体基板上に電極を形成する工程を行うことがある。このとき、焼成炉で生じた、有機物を含んだガスを、ガス処理装置にて清浄なガスにして排気させる必要がある。
【０００３】
上記ガス処理装置として、例えば、大気中の粉塵を集塵する機能を有する貯水槽では、上記ガスから有機物を捕集し得るので、このような貯水槽を備えた湿式集塵機を利用することが可能である（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００４】
しかしながら、貯水槽におけるガス導入口付近、および貯水槽のガス導入口と焼成炉からの排気配管との間などでは、焼成炉よりも低温状態になっていることから、ガス中の有機物が液化または固化しやすい。このため、排気配管内および貯水槽内の保守頻度が高く（保守回数を多く）なりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガス処理装置は保守頻度を減らす点で改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る一態様のガス処理装置は、有機物を含む第１ガスと水とを流すための第１管と、該第１管が接続されて、前記第１ガスを導入して、前記有機物を捕集するための捕集容器と、該捕集容器に接続されて、該捕集容器から排気させる第２ガスを流すための第２管と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成のガス処理装置によれば、第１管および捕集容器の保守頻度を少なくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係るガス処理装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図２は、捕集容器の一例を示す断面模式図である。
【図３】図３は、他の実施形態に係るガス処理装置を模式的に示す概略構成図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、それぞれ第１管２の構成例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例えば、ＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）型の太陽電池素子が製作される際には、シリコンなどの半導体材料から構成される半導体基板の裏面上に、パッシベーション層と保護層と裏面電極とがこの記載の順に形成される場合がある。ここで、パッシベーション層は、例えば、酸化アルミニウムなどの酸化物または窒化シリコンなどの窒化物などで構成される。また、保護層は、例えば、有機物であるシロキサン樹脂を含む絶縁性ペーストの塗布と、焼成炉内での乾燥とを行う方法などが適用されることがある。
【００１１】
太陽電池素子の表面電極の形成では、例えば、金属粉末とガラス成分と有機物である有機ビヒクルとを含む導電性ペーストを反射防止膜層上に所望の形状になるように、まずスクリーンプリント法などで塗布される。また、裏面電極の形成においても、同様に金属粉末とガラス成分と有機物である有機ビヒクルとを含む導電性ペーストを保護層上に所望の形状になるように塗布される。
【００１２】
例えば、太陽電池素子の電極に使用する導電性ペーストには、銀またはアルミニウムなどの金属粉末、ガラスフリット、有機ビヒクルなどに、分散剤などの微量成分を混合したものを使用する。有機ビヒクルには、例えば、ターピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテルまたは２−エトキシエタノールなどの有機溶剤に、エチルセルロースまたはフェノール樹脂などから成るバインダーを溶解させたものを用いる。
【００１３】
導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成炉にて焼成して、太陽電池素子の表面側および裏面側に電極が形成される。また、この導電性ペーストの焼成によって、表面電極は反射防止膜を貫通して半導体基板に電気的に接続され、裏面電極の一部では保護層およびパッシベーション層を貫通した状態で半導体基板に電気的に接続される。
【００１４】
表面側および裏面側の電極の焼成と、保護層となるシロキサン樹脂を含む絶縁性ペーストの焼成炉内での乾燥とは、１回の焼成で同時に行ってもよい。
【００１５】
このように、表面電極、保護層および裏面電極などの形成は、有機物を含んだ絶縁性ペーストおよび有機物を含んだ導電性ペーストを焼成炉で行う。この際に、高温状態にある焼成炉内では、絶縁性ペーストおよび導電性ペースト中の有機物が気体になって、それが空気と混合されるなどして、有機物を含んだガスが生じる。焼成炉内では、例えば、導電性ペーストを塗布したシリコンウエハーの温度が、３００℃から５００℃程度に上昇した際に、塗布した導電性ペーストから脱バインダーが起こり、ガスが発生する。さらに焼成におけるシロキサン樹脂の加熱・固化においても、シロキサン成分が脱バインダーとともに一定量気化し、バインダーガスととともにシロキサン含有ガスが発生する。
【００１６】
このため、ガス処理装置によって焼成炉で発生した有機物を含んだガスから有機物をできるだけ取り除いて、清浄にしたガスを排気させる必要がある。
【００１７】
しかしながら、焼成炉で発生したバインダーガスまたはシロキサン含有ガスは、徐々に冷却して、一定温度以下（例えば１００℃から１５０℃以下）になると、固体または液体になる。例えば、従来の湿式の集塵機をガス処理装置として用いた場合には、集塵機を構成する貯水槽におけるガス導入口付近、および貯水槽のガス導入口と焼成炉からの排気配管との間などでは、焼成炉よりも低温状態になっていることから、ガス中の有機物が液化または固化しやすい。
【００１８】
これにより、貯水槽のガス導入口付近および排気配管などに、時間の経過とともに有機物が徐々に大きな塊となって固着して滞留しやすく、貯水槽へ流れるガスの流量を低下させることがある。このため、排気配管内および貯水槽内の保守頻度が高く（保守回数を多く）なる。また、排気配管および貯水槽の内壁などにガスに含まれていた成分が固化または液化したものが固着すると、排気配管および貯水槽内が狭くなることから、ガス流量が低下するので、定期的に何度も固着物などを除去する必要があった。
【００１９】
そこで、発明者はガス処理装置について、有機物を捕集する捕集容器およびそれに接続される配管の保守頻度を低く（保守回数を少なく）することができる技術を創出した。
【００２０】
以下、本開示に係るガス処理装置の一実施形態について、模式的に示された図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１に示すように、ガス処理装置Ｓは、ガスの入口部およびガスの出口部を有し、有機物を含んだ第１ガスＧ１と第１供給水Ｈ１とを流すための第１管２と、第１管２の出口部に接続されて、集塵機能を有する捕集容器１と、捕集容器１に接続されて、捕集容器１から第１ガスＧ１を浄化して排気させる清浄な第２ガスＧ２を流すための第２管３と、を備えている。
【００２２】
また、第１管２は、例えば、上述したＰＥＲＣ型の太陽電池素子の保護層または電極を形成するための焼成炉（不図示）からの有機物を含む第１ガスＧ１の流路である第１ガス配管２Ａと、水道水または地下水などからの給水管に繋がれた、第１供給水Ｈ１を供給するための給水管２Ｂと、第１ガスＧ１と第１供給水Ｈ１との双方を流すための供給管２Ｃとを備えている。第１管２の第１ガス配管２Ａおよび供給管２Ｃは、いずれも例えば、アルミニウムまたはステンレスなどの金属製であり、その内径が５０ｍｍから３００ｍｍ程度のパイプから構成される。
【００２３】
第１ガス配管２Ａは、効率よくガスを浄化させるために焼成炉に直接、接続されていてもよいし、焼成炉からの排気管などを介して、焼成炉と間接的に接続されていてもよい。また、第１管２を構成する第１ガス配管２Ａ内には、焼成炉以外の有機物を含んだ第１ガスＧ１を流すようにしてもよく、第１ガスＧ１は焼成炉からの排気ガスに限定されないものとする。
【００２４】
第１ガス配管２Ａは、例えば、毎分１０ｍ３／分から２００ｍ３／分程度の第１ガスＧ１を捕集容器１へ供給できるようにしている。図１に示す例では、第１ガス配管２Ａは、捕集容器１の近くで鉛直方向の状態から水平方向の状態に捕集容器１へ接続されている。ただし、第１ガス配管２Ａは、捕集容器１の近辺では鉛直方向の状態から、水平方向に対して傾斜させた状態で捕集容器１へ接続させてもよい。さらに、第１ガス配管２Ａの途中には、給水管２Ｂが接続されている。給水管２Ｂは、第１ガス配管２Ａを貫通して、その一端部は第１ガス配管２Ａの内部に達している。給水管２Ｂの材質は、第１ガス配管２Ａの外側にある部分は、塩化ビニルなどの樹脂から成る内径1０ｍｍから３０ｍｍ程度のパイプでよい。また、例えば、第１ガス配管２Ａの内側に挿入されている部分は、排気ガスの高温に耐えられるようにステンレスなどの金属に途中から変更されている。さらに、第１ガス配管２Ａの内側に挿入されている給水管２Ｂの先端部には、第１ガスＧ１に給水するために、例えばステンレスなどからなるスプレーノズル４が取り付けられている。スプレーノズル４からは、例えば、３リットル／分から１０リットル／分程度の第１供給水Ｈ１が噴霧するように第１ガスＧ１に吹きかけることができる。
【００２５】
このような構造によれば、第１ガス配管２Ａの内部を流れてきた第１ガスＧ１は、捕集容器１に達する前に、スプレーノズル４より噴霧された第１供給水Ｈ１によって、急激に冷却される。これにより、第１ガスＧ１に含有されている有機物は水と混合した凝集物となる。例えば、焼成炉からの第１ガスＧ１は、高温（例えば１５０℃から２５０℃程度）の状態で第１管２内において、第１供給水Ｈ１と接触することによって、例えば、温度が５０℃以下程度まで下がる。
【００２６】
発明者が繰り返し行ったテストでは、有機物を含む第１ガスＧ１は、排気配管などの流路などで徐々に冷却されると、第１ガスＧ１に含有されている有機物成分は第１ガス配管２Ａおよび捕集容器１の内壁に固着した状態で凝集・固化して、簡単に除去できなくなる。
【００２７】
これに対し、上述のように、高温の第１ガスＧ１に第１供給水Ｈ１を吹きかけることによって、第１ガスＧ１の有機物成分と水とが混合してできた凝集物では、第１ガス配管２Ａおよび捕集容器１の内壁に固着しにくくなる。これにより、第１ガスＧ１の有機物成分と水と混合してできた凝集物は、供給管２Ｃから捕集容器１に達して、捕集容器１から簡単に回収することが可能となる。特に、第１ガスＧ１にシロキサンなどが含まれていると、排気配管などの流路などで徐々に冷却された場合には、第１ガス配管２Ａおよび捕集容器１の内壁に、さらに強固に固着した状態で凝集・固化しやすいので、本実施形態のガス処理装置は有効に機能する。
【００２８】
また、第２管３は、捕集容器１に接続されて、捕集容器１によって第１ガスＧ１から有機物および粉塵などができるだけ除去されて浄化された第２ガスＧ２を排気させるために設けられる。
【００２９】
捕集容器１は、第１ガスＧ１から有機物を取り出す機能を有するものであればよく、例えば、公知の湿式集塵機に使用される貯水槽などでよい。捕集容器１は、例えば図２に示すような構成を有しており、第１管２の出口側は捕集容器１のガス導入口に接続されている。図１に示す例では、供給管２Ｃの第１ガスおよび第１供給水Ｈ１の出口側が捕集容器１のガス導入口に接続されている。また、捕集容器１のガス導入口よりも上方に、第２ガスＧ２を排気するための排気口が位置している。この排気口に第２ガスを排気する配管である第２管３が接続されている。
【００３０】
また、図１に示すように、捕集容器１には、水道水または地下水などからの給水管から予め第２供給水Ｈ２が補給管１１を介して補給されている。また、捕集容器１から水を排出できるように、捕集容器１の下方位置に排水管１２が接続されていて、処理水Ｈ３を排出できるようにしている。図１において、Ｌ１およびＬ２は水位を示す。
【００３１】
捕集容器１の大きさおよび構造などは、処理するガスの流量、求める捕集性能などを考慮して適宜決定すればよい。例えば、捕集容器１の外壁部は、主にステンレス製の容器になっていて、容量は２ｍ３から１０ｍ３程度である。捕集容器１の内部の下方には、例えば、温度が１０℃から５０℃程度の水が入っている。捕集容器１内には、多数の仕切り１５が配置されている。仕切り１５は、例えばステンレス製である。図２の例では、捕集容器１のガス導入口側に第１仕切り１５Ａと第２仕切り１５Ｂとを位置させており、これら仕切りの間の位置で、捕集容器１の中央部には、第３仕切り１５Ｃを位置させている。第１仕切り１５Ａと第２仕切り１５Ｂとの間は、捕集容器１に入ってきた、ガス、粉塵および有機物などからなる排気ガス１６を第３仕切り１５Ｃに誘導するように、漏斗状にしている。また、第３仕切り１５Ｃは、第１仕切り１５Ａおよび第２仕切り１５Ｂと対向するように構成されていて、第１仕切り１５Ａおよび第２仕切り１５Ｂなどと協働して、捕集容器１内で生じた有機物などが凝集した塊を捕集容器１の下方に落下させる役割を果たす。図２中の１９は水中に落下した塊である。このような構造にすることによって、第１仕切り１５Ａと第２仕切り１５Ｂとの間ではガスの流路が細くなっているため、この部位を通過した排気ガス１６の流速は速くなる。このため、この部分の下に位置している捕集容器１内の水を巻き上げるようにして、第１仕切り１５Ａおよび第２仕切り１５Ｂと、第３仕切り１５Ｃとの間の間隙部において、排気ガス１６と水が混ざり合う領域１７が形成されて、排気ガス１６に含有されている残りの有機物成分を凝集させて塊にすることができる。
【００３２】
また、第４仕切り１５Ｄは、第２管３が接続される排気口の内側の近傍部分に配置され、排気ガス１６と水の混ざり合う領域１７からの水を含んだミストが第２管３に入り込むことを抑制する役割を果たす。
【００３３】
このように、ガス処理装置Ｓは、特に第１管２と捕集容器１とを備えているので、低温状態となっている第１管２内において、第１ガスＧ１中の有機物が、第１管２の内壁に固化などしたものが固着しにくく、固化などした有機物が滞留しにくくなる。また、捕集容器１の第１ガスの入口付近の内壁部に固化などした有機物が固着されにくくなる。これにより、長期間にわたって捕集容器１の機能が保たれやすくなり、捕集容器１および第１管２の保守頻度も低くすることができる。
【００３４】
また、ガス処理装置Ｓは、捕集容器１に接続されて、流量を調整した空気などである第３ガスＧ３を導入するための第３管５をさらに備えていてもよい。第２ガスＧ３は空気以外に、窒素ガス、アルゴンガスなどでもよい。
【００３５】
第３ガスＧ３は、例えば、第３管５内に設けられたバタフライバルブなどのガス流量を可変に制御できるガス流量制御弁１４を用いてもよい。従来、排気ファン９による規定の排気風量と捕集容器１の吸気側と排気側の差圧を事前に決めて、捕集容器１を設計し、作製する必要があった。本実施形態のガス処理装置Ｓによれば、第３管５内のガス圧と捕集容器１内のガス圧との差圧を調整できるので、捕集容器１の容量および内部構造などの設計の自由度を広げることができる。
【００３６】
また、ガス処理装置Ｓは、第２管３に接続されて、第１ガスＧ１が捕集容器１によって浄化された第２ガスＧ２から水分を分離するための分離器６をさらに備えていてもよい。この場合には、分離器６に分離器６から水分を分離させた第２ガスＧ２（後記する第４ガスＧ４）を排気させるための第４管８が接続される。ここで、第４管８は送風ファン９を介して第５管１０から清浄な第４ガスＧ４を排気させてもよい。
【００３７】
この分離機６は、例えば、捕集容器１によって浄化された第２ガスＧ２に含まれるミスト（液滴）を分離して、捕集することによって、ガスからミストを除去できるミストセパレーターが好適に用いられる。分離器６は、例えば、第２管Ｇ２を接続した容器内にフィルターを配置して、このフィルターの外側でミストを捕集し、フィルターを通過した空気を容器の外部に排気する構造を有するものである。
【００３８】
この分離器６によって、第２ガスＧ２中の水分中に含まれている、捕集容器１で取り除くことができなかった、少なくとも液滴（水分）などの成分をさらに取り除くことができる。これにより、外部へより浄化したガスを排気できる。
【００３９】
分離器６には、第２ガスＧ２から分離した水分を分離器６から外部に排水する第１排水管７Ａを備えていてもよい。第１排水管７Ａは、図１に示すように、配管をＳ字状に曲げることによる水封を行うようにするとよい。ここで、Ｕ字管による水封を行うことによって、分離器６内が負圧になることがあっても、排水が可能になる。
【００４０】
また、第１排水管における他の実施形態の図３に示すように、分離器６には、分離器６に接続されて、第２ガスＧ２から分離した水分を分離器６から捕集容器１へ戻すためのドレイン配管である第１排水管７Ｂを備えていていてもよい。この実施形態によれば、第１排水管７Ｂを捕集容器１に接続させることによって、分離器６内負圧になることがあっても、捕集容器１への排水が可能になり、捕集容器１において水を無駄にすることなく有効利用することができる。
【００４１】
図１および図３に示すように、捕集容器１から排水するために、第２排水管１２が捕集容器１の下方部位に接続されていてもよい。これにより、固化などした有機物などを第２排水管１２からの排水と同時に排出することができる。また、ガス処理装置Ｓは、図１および図３に示すように、第２供給水Ｈ２を捕集容器１へ補給するための配管である第２給水管１１が捕集容器１の下方部位に接続されていてもよい。これにより、第２排水管１２からの排水などで減少した捕集容器１内部の水を補うことができる。
【００４２】
図１から図３においては、例えば、ガス吸気量、排気量、水の給水量、排水量などを制御する弁、流量計などを省略している。必要に応じて、弁および流量計などを取り付けてもよい。
【００４３】
＜変形例＞
本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
【００４４】
上記の実施形態において、第１管２の構成は、図４（ａ）から図４（ｃ）のそれぞれに示す態様などであってもよい。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、第１管２において、例えば、鉛直方向に延びた第１ガス配管２Ａ内に、給水管２Ｂの一部が挿入されていて、下方にノズル出口を有するスプレーノズル４が、例えば、第１ガス配管２Ａの幅方向の中央部に位置していてもよい。
【００４６】
これにより、第１ガスＧ１の流れを弱めることなく第１供給水Ｈ１と接触させることができ、捕集容器１内部のガスと水との混合を促進することができる。
【００４７】
また、図４（ｂ）に示すように、第１管２において、例えば、鉛直方向に延びた第１ガス配管２Ａ内に、給水管２Ｂの一部が挿入されていて、上方にノズル出口を有するスプレーノズル４が第１ガス配管２Ａの幅方向の中央部に位置していてもよい。
【００４８】
これにより、第１供給水Ｈ１のスプレーノズル４より噴霧される方向が、第１ガスＧ１の流れる方向と対向することになり、第１供給水Ｈ１と第１ガスＧ１のより積極的に混合させることができ、第１ガスＧ１中の有機物の凝集、固化を促進することができる。
【００４９】
また、図４（ｃ）に示すように、図１に示す実施形態の第１管２において、第１ガス配管２Ａと供給管２Ｃとの接続を断面Ｔ字状にして、供給管２Ｃの一端部をステンレス板などで作製された封止板１８によって封止してもよい。さらに、封止板１８を貫通するように、第１管２内に水を流すための給水管２Ｂを、供給管２Ｃの内部に挿入させてもよい。さらに、給水管２Ｂの先端部をスプレーノズル４のかわりに、水平方向から下方に曲げられたものを用いてもよい。このように、給水管２Ｂを第１管２内に位置させることによって、少なくとも供給管２Ｃの下部内壁部に水が流れることになる。
【００５０】
これにより、少なくとも供給管２Ｃの下部内壁に固化した有機物が滞留しにくくなる。また、供給管２Ｃの上部内壁から固化などした有機物が下方へ落下しても給水管２Ｂからの流水によって捕集容器１へ押し流すことが可能になる。
【符号の説明】
【００５１】
１：捕集容器
２：第１管
２Ａ：第１排気配管
２Ｂ：給水管
２Ｃ：供給管
２Ｃａ：下部内壁
３：第２管
４：スプレーノズル
５：第３管
６：分離器
７Ａ、７Ｂ：第１排水管
８：第４管
９：送風ファン
１０：第５管
１２：第２排水管
１４：ガス流量制御弁
１５：仕切り
１５Ａ：第１仕切り
１５Ｂ：第２仕切り
１５Ｃ：第３仕切り
１５Ｄ：第４仕切り
１６：排気ガス
１８：封止板
Ｓ：ガス処理装置
【図１】
2019115871.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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