(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン溶湯を精錬する精錬炉の炉体の径とほぼ等しい内径を有する円筒状局所集塵フードを精錬炉のケーシングの天井から炉体上に垂下したことを特徴とする太陽電池用シリコン精錬炉の集塵装置。
【請求項２】
請求項１記載の円筒状局所集塵フード内の雰囲気を吸気して集塵機に送るファンと、集塵機と、集塵後のガスを精錬炉のケーシング内に戻す循環経路とから成り、精錬炉内圧力を一定の正圧に保つ圧力制御装置を設けたことを特徴とする太陽電池用シリコン精錬炉の集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池用シリコン精錬炉の集塵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池用シリコン精錬工程に用いる精錬炉の内、プラズマトーチを用いて、シリコン中の硼素や炭素を除去する精錬炉では、従来は、プラズマトーチ、測温サンプリング装置、のぞき孔などの装置が炉体上部に炉のケーシング天井を貫通して設置されていたため、適当な局所集塵のフードを取りるけることは、困難であると考えられていた。
【０００３】
また、従来、このような精錬炉の集塵装置は、精錬炉のケーシングを貫通して大気中へ開口した排気管を設け、プラズマガスとして吹き込まれるＡｒ、Ｈ2 により炉内を正圧に保ち、上記排気管より噴出するガスに点火してこれを燃焼させた後、その燃焼ガスをフードで覆って集塵し、集塵後の排ガスを大気中へ放出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池用シリコン精製工程のうちプラズマトーチを用いる精錬炉では、上述のように、精錬炉のケーシング内雰囲気から噴出するガスを集塵し、精錬炉の炉体から直接集塵するようにはしていないために、炉体中に収納されているシリコン溶湯から発生するシリコンの酸化によって生じるシリカ粉が炉のケーシング中に飛散、堆積し、炉の休止中にこれを清掃するのに大変な労力を要しており、衛生的にも問題があった。また、シリカ粉がシリコン溶湯中に戻って、シリコンの品質を劣化させる等の問題を引き起こすことがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決し、太陽電池用シリコン精錬炉ケーシング内にシリカが堆積するのを防止し、清掃労力を軽減すると共に精錬炉の正常な操業を行ことができるようにした集塵技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はシリコン溶湯を精錬する精錬炉の炉体の径とほぼ等しい内径を有する円筒状局所集塵フードを精錬炉のケーシングの天井から炉体上に垂下したことを特徴とする太陽電池用シリコン精錬炉の集塵装置である。
本発明では、円筒形の局所集塵フードを炉内上部空間に設け、これを精錬炉のケーシングの天井に取付けた。こうすることにより、プラズマトーチ、測温サンプリング装置、のぞき孔などの炉のケーシングの天井を貫通する各装置の動作は、全て上記集塵フード内で行うことができ、これらの作業性を全く損なうことなくシリカ粉の飛散を防止する局所集塵ができるようになった。
【０００７】
本発明の第２の発明はこのような円筒状局所集塵フード内の雰囲気を吸気して集塵機に送るファンと、集塵機と、集塵後のガスを精錬炉のケーシング内に戻す循環経路とから成り、精錬炉内圧力を一定の正圧に保つ圧力制御装置を設けたことを特徴とする太陽電池用シリコン精錬炉の集塵装置である。
シリコン精錬炉の炉体の上方の空間を囲って局所集塵フードを設け、その内部雰囲気をファンで吸引すると、シリコン粉が精錬炉のケーシング内へ飛散するのを防止することができる。しかし、この方式で吸引した吸引ガスをすべて大気中に放出すると、炉内が負圧になり、誤って外気が精錬炉内に侵入すると炉内のＨ2 などと反応し爆発などを起こす危険がある。従って、本発明の装置では、集塵機で集塵した後のガスは一部を精錬炉内に戻し、余剰分のみを大気中へ放出するようにした。このため精錬炉のケーシング内の圧力を検出し、この圧力を大気圧より高く保つように、精錬炉内に戻すガス量を制御する。この制御は、集塵後の循環ガスの圧力が精錬炉のケーシング内の圧力と一定の関係を持ってバランスするように、集塵ガスを大気中に放出するバルブの開度を制御することにより達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施例の精錬炉の縦断面図、図２は従来例の縦断面図である。図２に示すように、従来は精錬炉炉体１は精錬炉のケーシング２内に収納され、炉体１の上面はケーシング２内の雰囲気３中に開放されていた。これは、精錬炉天井４からプラズマを発生し溶融シリコン７に照射するプラズマトーチ５、シリコン溶湯の温度測定やサンプリングを行うための測温サンプリング装置６、溶融シリコンの挙動を観察するのぞき窓８などが精錬炉炉体上方に配置されていたために精錬炉炉体上方を覆う集塵フード等を設けることができないと言う先入観が支配していたからである。このため、炉体周辺に蒸発したシリコンやこれが酸化して生じたシリカ９が精錬炉ケーシング２内に雪のように堆積していた。図１は精錬炉炉体１の上方に円筒形のフード１０を設け、このフード１０を炉天井４から垂下し、このフード１０内に上記プラズマトーチ５、測温サンプリング装置６、のぞき窓８などを収納すると共に、このフード１０内の雰囲気ガスを系外に吸引するようにした。その結果、製錬炉ケーシング内のシリカの堆積が著しく減少し、またプラズマ照射、測温、サンプリング、目視観察等になんら障害が生じないようになった。
【０００９】
次に第２の発明の実施例を説明する。
従来は図４に示すように、プラズマトーチ５を用いて製錬炉炉体１内のシリコン７を精製する装置では、太陽電池用シリコン精錬炉のケーシング２に外気に開放した燃焼口３１を設け、この燃焼口３１に着火源３２、例えばニクロム線等を設け、燃焼口３１から噴出するガスに着火して燃焼炎３３を形成させ、この燃焼炎３３の上方にフード３４を設けて燃焼ガスを集塵機３５に誘導し集塵後の排出ガス３６を煙突３７から大気中に放出していた。
【００１０】
図３は本発明の実施例で、精錬炉の炉体１の上方に設けたフード１０内の雰囲気ガスをファン２１で吸引し、吸引したガス２２を集塵機２３に誘導し、集塵後の集塵機出口ガス２４を循環経路２５を経て精錬炉のケーシング２内に戻すようにした。
このガス循環は、精錬炉内雰囲気ガス圧力計２７の測定値一定の正圧になるように、集塵機２３の出口ガス２４の圧力を圧力指示調節計（ＰＩＣ）２６で調節し、両者の圧力が一定の関係でバランスするように圧力調整弁２８を操作する。圧力調整弁２８は、この信号に基いて煙突２９から放出するガス量を適正化する。すなわち、集塵機２３の出口ガス２４の圧力が精錬炉内圧力（正圧）と好適な平衡を保つように出口ガス２４の一部を煙突２９から外気に放散する。フード１０内の圧力が精錬炉ケーシング内の雰囲気３の圧力より僅か低くなるように、ファン２１の吸入量及びフード１０と炉体１との隙間４１を調整することによって、溶融シリコン７から蒸発又は飛散するシリコンやシリカ粉等は炉体１の周囲や精錬炉ケーシング２内に堆積しないようになった。また、精錬炉のケーシング２内の炉内雰囲気の圧力が正の一定値となり、安全操業が確保される。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、局所集塵フードを取り付けることにより、精錬炉ケーシング内のシリカ粉の堆積はなくなり、またシリカ粉の混入によるシリコン溶湯の汚染もなくなり、品質上の問題をクリアできた。
本発明の集塵システムにより、炉内のシリカの堆積が著減し、シリコンの品質劣化もなく、炉内の清掃の労力が減少し、精錬炉の安定操業が確保された。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の精錬炉の縦断面図である。
【図２】従来の精錬炉の縦断面図である。
【図３】実施例の精錬炉の集塵装置のブロック図である。
【図４】従来の集塵装置の説明図である。
【符号の説明】
１    精錬炉炉体
２    精錬炉のケーシング
３    精錬炉内雰囲気
４    精錬炉天井
５    プラズマトーチ
６    測温サンプリング装置
７    溶融シリコン
８    のぞき窓
９    シリカ
１０  フード
２１  ファン
２２  吸引したガス
２３  集塵機
２４  出口ガス
２５  循環ガス経路
２６  圧力指示調節計（ＰＩＣ）
２７  雰囲気ガス圧力計
２８  圧力調整弁
２９  煙突
３１  燃焼口
３２  着火源
３３  燃焼炎
３４  フード
３５  集塵機
３６  排出ガス
３７  煙突
４１  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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