(57)【要約】【課題】  微粒子を含むガス微粒子とガスを分離し微粒子並びにガスを別々に連続的に回収する機構を提供することを課題とした。【解決手段】  本考案は、水平部からの微細固体を含む気体を取り入れる取り入れ口を頂部よりわずかに低い上部に有すると共に上端を実質的に塞ぐようにした外部円筒と、該外部円筒と同軸をなし外部円筒との間に細隙を有するように置かれた、外部円筒の気体導入口部分及びその下方中間圭での長さを有する中間円筒と、外部円筒と同軸をなし、下端が外部円筒のほぼ底部まであり上端が上部までのびて気体取り出し口となる内部円筒からなり、固体を下方に落下させると共に、固体を分離した気体を該内部円筒の上端から取り出すようにした固気分離機構。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水平部からの微細固体を含む気体を取り入れる取り入れ口を頂部よりわずかに低い上部に有すると共に上端を実質的に塞ぐようにした外部円筒と、該外部円筒と同軸をなし外部円筒との間に細隙を有するように置かれた、外部円筒の気体導入口部分及びその下方中間までの長さを有する中間円筒と、外部円筒と同軸をなし、下端が外部円筒のほぼ底部まであり上端が上部までのびて気体取り出し口となる内部円筒からなり、固体を下方に落下させると共に、固体を分離した気体を該内部円筒の上端から取り出すようにした固気分離機構。
【請求項２】
前記水平部からの微細固体を含む気体を取り入れる取り入れ口がしぼられており、該微細固体を含む気体が外部円筒と中間円筒との間に層流となって流れ込み、回転流を作る様にしたことを特徴とする請求項１の固気分離機構。
【請求項３】
前記外部円筒下端に取り外し自在な固体保持部を設けたことを特徴とする請求項１の固気分離機構。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】気相反応や気液反応において気相中に生成した微細固体を気相中から分離し、気相並びに微細固体を分離回収するための固気分離機構に関する。
【背景技術】
【０００２】微細固体を含む気体からの微細固体と気体の分離はサイクロン機構により分離することが一般に行われる。しかしながらサイクロンを有効に働かすには微細固体を含む気体流の流速は少なくとも５〜１０ｍ／秒程度の極めて早いことを必要とし、それによって分離を行うが、気相反応のような系に直結させるためには微細固体を含む気体の流速は気相反応そのものによってしまい、十分な流速がとれないことがしばしば起こる。このような場合には微細固体の粒径によるが、サイクロンではなく必然的にフィルターによって分離することになる。しかし、フィルターの場合は目詰まりの可能性があり、定期的にメンテナンスや交換をしなければならないという問題がある。特に高温での連続反応塔のような場合では、メカニカルなメンテナンス機構を入れることが困難であり、たとえば特許文献１に示されるように、気体流とフィルター上への微細固体の蓄積に対応し、それを調整して自動的に目詰まりをなくす様な機能が提案されている。しかしながら、気相反応による超高純度のシリコン製造の様な場合には温度が１０００℃或いはそれ以上と極めて高いばかりでなく、腐食性雰囲気にあること、さらには材質的な点から複雑な機構を入れられないという問題があることからこれら従来技術では対応出来無かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１２１１２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】微細固体を含む気体について微細固体と気体を分離し微細固体並びに気体を別々に連続的に回収する回収機構を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００５】水平部からの微細固体を含む気体を取り入れる取り入れ口を頂部よりわずかに低い上部に有すると共に上端を実質的に塞ぐようにした外部円筒と、該外部円筒と同軸をなし外部円筒との間に細隙を有するように置かれた、外部円筒の気体導入口部分及びその下方中間までの長さを有する中間円筒と、外部円筒と同軸をなし、下端が外部円筒のほぼ底部まであり上端が上部までのびて気体取り出し口となる内部円筒からなり、固体を下方に落下させると共に、固体を分離した気体を該内部円筒の上端から取り出すようにした固気分離機構であって、水平部からの微細固体を含む気体を中間円筒と外部円筒の間隙を回転するようにして回転流を与えながら下降させ、微少固体を下方に落下させ、微少固体を分離した気体を内部円筒下部から円筒内を通り、内部円筒上部から取り出すようにした固気分離機構である。これにより、水平方向から入ってきた微細固体を含む反応気体が外部円筒から取り入れられ外部円筒と中間円筒間の隙間を外部円筒内壁に沿って回転し、回転流となりサイクロンを下に向けた様な作用により微細固体の落下が加速し、下方に集められ、気体は下方まで落下した後１８０度方向を変えて内部円筒を上昇し、上部から取り出され、回収される。
【考案の効果】
【０００６】水平方向から入ってきた微細固体を含む反応気体は、垂直に置かれた外部円筒から取り入れられ外部円筒と中間円筒間の隙間を外部円筒内壁に沿って回転して回転流となり、下方に落下していく。落下の途中では中間円筒が無くなるためにガス流部分の面積が大きくなりガス流速が急に遅くなることによって、つまりサイクロンを下に向けた様な作用により微細固体の落下が加速されよりほぼ完全に分離される。また気体は更に下方に落ちながら内部円筒下端にてほぼ１８０度の方向転換を行い、これにより更に一部気体中に残留する微細固体をより完全に落下させてほぼ気体のみとなって内部円筒内を上昇し、上端の基体取り出し口にて気体として回収され、あるいは次工程に移動する。一方下方に落ちていった微細固体は外部円筒に取りつけられた、固体保持部に送られる、あるいは外部円筒下端に設けられた溶融槽など微細粒子の処理部へ接続され、これにより固気を完全に分離すると共に分離後の処理にはほぼ完全に分離した形で供給することが出来る。なお予め微細固体を含む水平気体流を絞って平行流として、外部円筒の円周に沿って流れるように流すことで回転層流とすることにより分離効果をより完全にすることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本考案の固気分離機構の概念図である。
【図２】図１におけるａ−ａ’断面の模式図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】本考案について図面によって説明する。つまり図１において水平部１から反応気体である微細固体を含む気体が出来るだけ流れをそろえるようにして垂直に配置された外筒２の内壁に沿って導入され、外部円筒２と中間円筒３との間を流れて、気体に回転流を与える。回転流を与えられた気体は、排気筒となる内部円筒４の気体取り入れ口となる内部円筒下端に向かって下方に移動する。この時中間の高さで中間円筒３が無くなるので、気体流はその回転半径は大きくならないものの流れの断面積が大きくなって回転速度が急激に小さくなると共に下方に引かれる様になるので微細粒子分の下向き速度が大きくなり選択的に下方に落下して移動し、固体成分の保持部５に保持される。更に気体は下向きの取り入れ口を有する内部円筒にはいるために気体の流れの方向を  １８０度変えて、上方に移動するように成り、その方向転換によって、わずかに残留する微細固体を更に完全に分離して上方に移動し上部を通って回収される。これによって極めて高い収率で微粒子が回収される。
【実施例】
【０００９】本考案を亜鉛還元法による超高純度シリコン製造装置の垂直塔として適用した。ここでは長さ１ｍ内径２６ｍｍの水平反応塔と手前に１１００℃の亜鉛気体を供給し、水平反応塔の手前で四塩化ケイ素を液滴の状態で１０ｇ／分の供給速度で供給した。これにより理論的には２ｇ／分の速度でシリコンが生成してくることになる。この水平反応塔は図１に示すように管の口を絞りながら垂直塔に導いた。垂直塔は外部円筒が内径３６ｍｍであり、高さが９００ｍｍ水平反応塔の取りつけ部は水平反応塔中心が管上面から１５０ｍｍであった。また中間円筒は外径が３４ｍｍであり高さが３５０ｍｍであった。なお外部円筒、中間円筒共に上部はふさがれており、気体は上部には抜けないようになっている。また内部円筒は外径１６ｍｍ、内径１２ｍｍであり外部円筒の頂部からの高さが、８５０ｍｍの位置に下端を有し、外部円筒を通ってその上端から１５０ｍｍで排気処理部への配管と接続されていた。また外部円筒の下方には２００ｍｌの坩堝を取りつけた。これらは全て石英ガラス製であった。これを用いて、垂直塔温度１０００℃で反応を行った。連続１時間の反応でシリコンが１０７ｇ得られた。収率は約９０％であった。
【産業上の利用可能性】
【００１０】亜鉛還元法によるソーラーセル用超高純度シリコンの製造用など、高温気相反応の適用は今後急速に広がる可能性があり、多くのプロセスで適用されると考える。
【符号の説明】
【００１１】１．  水平反応塔
２．  外部円筒
３．  中間円筒
４．  内部円筒
５．  固体保持部
６．  微細固体を含む気体の流れ
７．  排気
【図１】
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【図２】
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