(57)【要約】【課題】本発明は、熱変換反応密閉容器を提供する。【解決手段】本発明の熱変換反応密閉容器は、ユーティリティが設置されているベースプレートと、ベースプレートとの間に密閉されたホットゾーンを形成するベッセルと、ホットゾーンに配置されるヒータと、ホットゾーンに反応ガスを供給及び排出する流入孔と流出孔、及び、流入孔を介してホットゾーンに供給される反応ガスがベッセルに伝達される熱エネルギを吸収してベッセルの温度を冷却させるとともに、加熱された状態で上記ホットゾーンに供給されるようにベッセルの内側に形成される熱交換部を含む。これにより、ベッセルの内側に設けられた熱交換部を介して反応ガスがホットゾーンに供給される過程において、ホットゾーンのヒータからベッセルに伝達され、外部に損失される熱エネルギをホットゾーンに供給される反応ガスが吸収するため、ベッセルは限界温度以上に加熱されることが防止される。
2012520759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、
前記ベースプレートとの間に密閉されたホットゾーンを形成するベッセルと、
前記ホットゾーンに配置されるヒータと、
前記ホットゾーンに反応ガスを供給および排出する流入孔および流出孔と、
前記流入孔を介して前記ホットゾーンに供給される反応ガスが前記ベッセルに伝達される熱エネルギを吸収して前記ベッセルを冷却させるとともに、加熱された状態で前記ホットゾーンに供給されるように前記ベッセルの内側に形成される熱交換部と、
を含むことを特徴とする熱変換反応密閉容器。 
【請求項２】
前記熱交換部は、前記ベッセルと前記ホットゾーンとの間の空間を循環し、前記流入孔と前記ホットゾーンとを接続する循環通路からなることを特徴とする、請求項１に記載の熱変換反応密閉容器。
【請求項３】
前記循環通路は、前記流入孔を含む前記ベッセルの内側面に隣接する空間と前記ヒータと前記流出孔を含む空間を区画する隔壁と、前記流入孔を介して供給された反応ガスが隔壁と前記ベッセルとの間の空間を移動しながら熱交換をした後、前記ホットゾーンに供給されるように前記流入孔から離隔され、前記隔壁の板面に形成される貫通孔を含むことを特徴とする、請求項２に記載の熱変換反応密閉容器。
【請求項４】
前記隔壁は、前記流入孔を含む前記ベッセルの内側面に隣接する空間と前記ヒータと前記流出孔を含む空間との間を多層で区画するように互いに異なるサイズを有する二つ以上の筒状として設けられ、サイズの大きい隔壁の内側にサイズの小さい隔壁が挿入される形態で配置されることを特徴とする、請求項３に記載の熱変換反応密閉容器。 
【請求項５】
前記二つ以上の隔壁は、板面に形成される前記貫通孔が前記流入孔に対して互いにずれて形成され、反応ガスの移動経路が切り替えられることを特徴とする、請求項４に記載の熱変換反応密閉容器。 
【請求項６】
前記隔壁は、上側が開口された筒状からなり、前記隔壁の上側を塞ぎ、外周縁部が前記ベッセルの内側面に密着されるカバーをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の熱変換反応密閉容器。 
【請求項７】
前記隔壁は、設置された位置からホットゾーンに伝達される熱エネルギにより加熱される温度に対して耐熱性を有する材料からなることを特徴とする、請求項６に記載の熱変換反応密閉容器。 
【請求項８】
前記流入孔のガス排出側に設けられ、前記熱交換部に供給されるガスを分散させる噴射ノズルを含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の熱変換反応密閉容器。 
【請求項９】
前記流入孔は、前記隔壁とベッセルとの間の領域に対応する前記ベースプレートの板面に所定間隔だけ離隔されるように複数形成されることを特徴とする、請求項８に記載の熱変換反応密閉容器。 
【請求項１０】
前記噴射ノズルは、一端部が前記流入孔と接続されてガスが供給され、他端部が塞がれた供給管であり、前記供給管から側方向に形成されてガスが排出される少なくとも一つの噴射孔を含めて形成されることを特徴とする、請求項９に記載の熱変換反応密閉容器。  
【請求項１１】
前記噴射ノズルは、前記噴射孔から離隔され、側方向に噴射されるガスを下側方向に誘導するガイドが形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の熱変換反応密閉容器。
【請求項１２】
前記噴射ノズルは、一端部が前記流入孔と接続されてガスが供給され、他端部が塞がれた供給管であり、前記供給管から下向傾斜方向に形成されてガスが排出される少なくとも一つの噴射孔を含めて形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の熱変換反応密閉容器。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変換反応密閉容器に関し、より詳細には、反応ガスがベッセルを介して外部に損失される熱エネルギを吸収して加熱された状態でホットゾーンの内部に供給されるようにすることで、ベッセルが限界温度以上に加熱されることを防止し、ホットゾーン内部の温度を維持するためのヒータの消費電力を削減するための熱変換反応密閉容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今まで、太陽電池級（ｓｏｌａｒ  ｇｒａｄｅ）のシリコンは、主に半導体産業の余剰物から得られていた。しかしながら、幾つかの半導体級シリコンのメーカは、太陽電池級の物質を通常のプロセスを使用して商業的に生産する。一つの通常の工程は、金属級（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ）シリコンをシラン、ポリシラン、またはクロロシラン化合物のいずれか一つに変換する。上記シラン、ポリシラン、またはクロロシランは、シーメンス原子炉（Ｓｉｅｍｅｎｓ−ｔｙｐｅ  ｒｅａｃｔｏｒ）の内部で熱分解され、高純度（ｈｉｇｈｇｒａｄｅ  ｐｕｒｉｔｙ）のポリシリコンを形成する。
【０００３】
このようなシーメンス法のプロセスでは、ポリシリコンロッドは、スリムロッド（ｓｌｉｍ  ｒｏｄ）とも呼ばれるフィラメント基板上での気相シリコン化合物、例えば、シラン、ポリシラン、またはクロロシランの熱分解によって製造される。このようなスリムロッドは、生成物の純度レベルを確保するために一般的に高純度のポリシリコンから作られる。
【０００４】
上記のように反応器内でトリクロロシラン（Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ、ＴＣＳ、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）、以下"ＴＣＳ"という）を、水素と反応させて多結晶シリコンを製造する上で、多結晶シリコンの析出過程で多量のシリコンテトラクロリド（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＳＴＣ、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）以下、"ＳＴＣ"という）が得られる。
【０００５】
上記のＳＴＣは、水素（Ｈ2）と混合された状態で、熱水素化反応でＴＣＳに還元させて再利用される。 
【０００６】
図１は、従来のＳＴＣを熱変換反応させ、ＴＣＳに変換するコンバータ（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の断面図である。図１のように、従来の変換装置は、ベースプレート１０の上面にヒータ１３が設けられて、ホットゾーン（Ｈｏｔ Ｚｏｎｅ）２１を形成するための縦型またはベルジャー型ベッセル（Ｂｅｌｌ−ｊａｒ  ｔｙｐｅ Ｖｅｓｓｅｌ）２０が上記ベースプレート１０の上側に組み立てられる。そして、上記のヒータ１３とベッセル２０の間で、ホットゾーン２１内部の熱がベッセル２０に伝達され、外部への損失を減らすためのシールド（ｓｈｉｅｌｄ）４０が設置される。
【０００７】
上記のように組み立てられた状態で、上記ベースプレート１０の板面に貫通形成された流入孔１１を介してＳＴＣと水素（Ｈ2）が混合されたガス（以下、「反応ガス」という）をホットゾーン２１に供給しながら、上記のヒータ１３に電源を印加してホットゾーン２１の内部温度を約９００℃から１５００℃に加熱すると、ホットゾーン２１内部の反応ガスが、高温での水素化反応により、ＴＣＳと塩化水素（ＨＣＬ）に変換され流出孔１２を介して排出される。
【０００８】
上記のホットゾーン２１をラップするベッセル２０は、金属製の構造材として、通常の炭素鋼とステンレス鋼がクラッディング（Ｃｌａｄｄｉｎｇ）された構造からなる。このベッセル２０は、約５００℃以上で加熱される場合、構造材としての剛性が低下されるため、ベッセル２０の外側に冷却水が循環する冷却ジャケット３１を配置し、ベッセル２０の温度を３００℃以下に維持させる。 
【０００９】
即ち、ホットゾーン２１では、反応ガスの熱変換反応を誘導するために、反応に適した、高い温度を維持し、ホットゾーン２１を囲むベッセル２０は、構造的安定のために、別の冷却システム３０を構築して冷却する構成を有する。このような従来の構成は、ベッセル２０を介して外部に損失される熱エネルギが多いため、熱エネルギの利用効率が低い。また、ホットゾーンからベッセルに熱伝達され、損失される熱エネルギだけがヒータ１３を介して再び供給する必要があるため、電力消費量が上昇することになる問題点がある。
【００１０】
また、反応ガス（ＳＴＣ +Ｈ2）は、ホットゾーン２１の内部で均等に循環されながら、反応ができるようにベースプレート１０の中央と外周の軟部に多数形成された流入孔１１を介して高圧で供給される。この際、反応ガスの温度は、供給圧力によるＳＴＣの気化温度で供給されるため、ホットゾーン２１を約９００℃から１５００℃に維持するためには、多くの熱エネルギーを必要とすることになる。 
【００１１】
また、上記の冷却システム３０は、ベッセル２０の外側に設けられた冷却ジャケット３１で冷却水を循環させるための冷却水循環部３２と、冷却ジャケット３１を使ってベッセル２０を冷却させる過程で、温度が上昇された冷却水を冷却させるための冷却部３３、及び冷却水を保管するためのタンクのようなデバイスが変換装置の周辺に設置されなければならない。このため、複雑な配管とともに多くのスペースを占めるようになって、冷却水を循環させるためのポンプなどの機器を駆動する必要があるため、電力の消費が増加する。また、冷却システムの構築や運用に膨大な費用が掛かるようになる問題点がある。 
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、このような従来の問題点を解決するためのもので、反応ガスがホットゾーンに供給される過程で、ベッセルの外部に損失される熱エネルギーを吸収してホットゾーンに供給されるようにすることで、ベッセルが限界温度以上に加熱されることを防止するため、ベッセルを冷却させるための別の冷却システムを備える必要がない、熱変換反応密閉容器を提供することにある。 
【００１３】
また、反応ガスが熱エネルギを吸収し加熱された状態でホットゾーンに供給されるのでホットゾーンの温度が急激に低くなることを防止することはもちろん、ヒータの電力消費量を削減するための熱変換反応密閉容器を提供することにその目的がある。 
【００１４】
また、熱交換部を構成する複数の隔壁と、隔壁の一端部または他端部に形成される貫通孔を介して流入孔とホットゾーンを接続する循環通路をジグザグの形態で配置することによって、熱交換効率を向上させることができる熱変換反応密閉容器を提供することにその目的がある。
【００１５】
また、流入孔とホットゾーンを接続する循環通路のガス流入側に反応ガスの噴射圧力を分散させるとともに、隣接する噴射ノズルとの間の領域までに反応ガスが均等に供給されるようにする噴射ノズルを備えることにより、熱交換効率を向上させることができる熱変換反応密閉容器を提供することにその目的がある。
【００１６】
また、複数の噴射ノズルの間の領域と噴射ノズルが位置する循環通路の下部領域でも熱交換が行われるようにし、熱交換効率を向上させることができる熱変換反応密閉容器を提供することにその目的がある。 
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的は、本発明により、ベースプレートと、ベースプレートとの間に密閉されたホットゾーンを形成するベッセルと、ホットゾーンに配置されるヒータと、ホットゾーンに反応ガスを供給および排出する流入孔および流出孔と、流入孔を介してホットゾーンに供給される反応ガスがベッセルに伝達される熱エネルギを吸収してベッセルの温度を冷却させるとともに、加熱された状態でホットゾーンに供給されるようにベッセルの内側に形成される熱交換部と、を含むことを特徴とする熱変換反応密閉容器によって達成される。
【００１８】
ここで、熱交換部は、ベッセルとホットゾーンの間の空間を循環し、流入孔とホットゾーンとを接続する循環通路からなることが望ましい。 
【００１９】
また、循環通路は、流入孔を含むベッセルの内側面に隣接する空間とヒータと流出孔を含む空間を区画する隔壁と、流入孔を介して供給された反応ガスが隔壁とベッセルの間の空間を移動しながら熱交換をした後、ホットゾーンに供給されるように流入孔から離隔され、隔壁の板面に形成される貫通孔を含むことが望ましい。
【００２０】
また、隔壁は、流入孔を含むベッセルの内側面に隣接する空間とヒータと流出孔を含む空間の間を多層で区画するように互いに異なるサイズを有する二つ以上の筒状として設けられ、サイズの大きい隔壁の内側にサイズの小さい隔壁が挿入される形態で配置されることが望ましい。 
【００２１】
また、二つ以上の隔壁は、板面に形成される貫通孔が流入孔に対して互いにずれて形成され、反応ガスの移動経路が切り替えられることが望ましい。 
【００２２】
また、隔壁は、上側が開口された筒状からなり、隔壁の上側を塞ぎ、外周縁部がベッセルの内側面に密着されるカバーをさらに含むことが望ましい。
【００２３】
また、隔壁は、設置された位置からホットゾーンに伝達される熱エネルギにより加熱される温度に対して、耐熱性を有する材料からなることが望ましい。
【００２４】
また、流入孔のガス排出側に設けられ、熱交換部へ供給されるガスを分散させる噴射ノズルを含むことが望ましい。 
【００２５】
また、流入孔は、隔壁とベッセルの間の領域に対応するベースプレートの板面から所定間隔が離隔されるように複数個が形成されることが望ましい。
【００２６】
また、噴射ノズルは、一端部が流入孔と接続されてガスが供給され、他端部が塞がれた供給管であり、供給管から側方向に形成されてガスが排出される少なくとも一つの噴射孔を含めて構成されることが望ましい。 
【００２７】
また、噴射ノズルには、噴射孔から離隔され、側方向に噴射されるガスを下側方向に誘導するガイドが形成されることが望ましい。 
【００２８】
また、噴射ノズルは、一端部が流入孔と接続されてガスが供給され、他端部が塞がれた供給管であり、供給管から下向傾斜方向に形成されてガスが排出される少なくとも一つの噴射孔を含めて形成されることが望ましい。 
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、反応ガスがホットゾーンに供給される過程において、ベッセルの外部に損失される熱エネルギを吸収してホットゾーンに供給されるようにすることで、ベッセルは限界温度以上に加熱されることを防止するため、ベッセルを冷却させるための別の冷却システムを備える必要がない、熱変換反応密閉容器が提供される。
【００３０】
また、反応ガスが熱エネルギーを吸収し加熱された状態でホットゾーンに供給されるため、ホットゾーンの温度が急激に低くなることを防止することはもちろん、ヒータの電力消費量を削減する熱変換反応密閉容器が提供される。
【００３１】
また、熱交換部を構成する複数の隔壁と、隔壁の一端部または他端部に形成される貫通孔を介して流入孔とホットゾーンを接続する循環通路をジグザグ形態で配置することによって熱交換面積が増大され、熱交換効率を向上させる熱変換反応密閉容器が提供される。
【００３２】
また、流入孔とホットゾーンを接続する循環通路のガス流入側に反応ガスの噴射圧力を分散させるとともに、隣接する噴射ノズルとの間の領域までに反応ガスが均等に供給されるようにする噴射ノズルを設けることにより熱交換効率を向上させる熱変換反応密閉容器が提供される。 
【００３３】
また、複数の噴射ノズルの間の領域と噴射ノズルが位置する循環通路の下部領域でも熱交換が行われるようにすることで、熱交換効率を向上させる熱変換反応密閉容器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、従来のシリコンテトラクロライドの熱変換反応によるトリクロロシランの変換装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の熱変換反応密閉容器の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の熱変換反応密閉容器の分解斜視図である。
【図４】図４は、熱変換反応密閉容器の正断面図である。
【図５】図５は、熱変換反応密閉容器の平断面図である。
【図６】図６は、本発明の熱変換反応密閉容器の第２実施形態の部分切開斜視図である。
【図７】図７は、本発明の熱変換反応密閉容器の第２実施形態による分解斜視図である。
【図８】図８は、熱変換反応密閉容器の第２実施形態の正断面図ある。
【図９】図９は、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の分解斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の正断面図である。
【図１２】図１２は、図１１のＡの部分の拡大図である。
【図１３】図１３は、本発明の熱変換反応密閉容器による噴射ノズルの他の実施形態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の熱変換反応密閉容器の第４実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
説明に先立ち、幾つかの実施形態において、同一の構成を有する構成要素については同一の符号を使用して、代表的に、第１実施形態で説明し、その他の実施形態では、第１実施形態とは異なる構成について説明することにする。 
【００３６】
以下、添付図面を参照して本発明の第１実施形態による熱変換反応密閉容器について詳細に説明する。 
【００３７】
図２は、本発明の熱変換反応密閉容器の部分切開斜視図であり、図３は、本発明の熱変換反応密閉容器の分解斜視図である。 
【００３８】
上記の図面で図示されているように、本発明の熱変換反応密閉容器は、ベースプレート１１０と、ベッセル１２０と、ベッセル１２０側に備えられる熱交換部１３０とを含めて構成されるもので、本実施形態では、本発明の熱変換反応密閉容器が熱変換反応を通じてシリコンテトラクロライド（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＳＴＣ、ＳｉＣｌ４）をトリクロロシラン（Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ、ＴＣＳ、ＳｉＨＣｌ３）に変換するＳＴＣ−ＴＣＳコンバータであるものとして、例を挙げて説明する。 
【００３９】
上記ベースプレート１１０は、中央に流出孔１１２が形成され、外周縁部に複数の流入孔１１１が、円周方向に形成され、電源の印加により発熱するヒータ１１３が上面に設置される。 
【００４０】
上記のベッセル１２０は、外部領域から密閉されたホットゾーン１２３を形成するために、ベースプレート１１０に組み立てられるものであり、本実施形態では、側壁１２１と、側壁１２１の上側を塞ぐカバー１２２で構成されていることを、例を挙げて説明する。
【００４１】
上記の熱交換部１３０は、ベースプレート１１０の流入孔１１１を介して流入される反応ガス（ＳＴＣ+Ｈ２）は、ベッセル１２０の側壁１２１から熱エネルギーを吸収し加熱された状態でホットゾーン１２３へ供給されるようにベッセル１２０の側壁１２１の内側面に形成されるものであり、反応ガスが流入される流入孔１１１とホットゾーン１２３を接続する循環通路１３１として使われる。
【００４２】
特に、本実施形態では、互いに異なる直径を有する円筒状の隔壁１３２が同心円になるように配置され、各隔壁１３２の一端部または他端部に形成される貫通孔１３２ａが流入孔１１１の位置に対して一端部または他端部のうち、互いずれる位置に各々形成され、ジグザグ形態の循環通路１３１が構成される。
【００４３】
つまり、複数の隔壁１３２のうち、外側に配置された隔壁１３２とベッセル１２０の側壁１２１の間に位置する流入孔１１１を介して循環通路１３１に流入された反応ガスは、隔壁１３２の貫通孔１３２ａを介して隔壁１３２の間の空間をジグザグ形態で循環する。そのため、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達された熱エネルギを吸収するため、ベッセル１２０が加熱されることはもちろん、ベッセル１２０の外側に損失される熱エネルギを利用してホットゾーンに供給される反応ガスを加熱するため、熱エネルギの利用効率が向上される。
【００４４】
なお、本実施形態で、循環通路１３１は、隔壁１３２の貫通孔１３２ａが互いにずれるように形成されジグザグ形態の移動経路を有するという説明をしたが、反応ガスが循環通路を経由する過程で、移動経路を分散させたり、転換させたりすることにより、熱交換面積と熱交換時間を増加させるための様々な形態で構成してもよい。 
【００４５】
また、上記のように、複数の隔壁１３２で構成される場合、隔壁１３２が設置される位置、つまり、ヒータ１１３との距離により隔壁１３２に伝達される熱エネルギが異なるため、各々の隔壁１３２が互いに異なる温度に加熱される。例えば、ホットゾーン１２３の温度が約１２００℃で、流入孔１１１を介して供給される反応ガスの温度が８０℃の場合、側壁１２１は、約２００℃以下の温度を維持し、側壁１２１と向き合う隔壁１３２からホットゾーン１２３に接する隔壁１３２は、各々約３００℃、５００℃、７００℃程度の温度で加熱されるため、複数の隔壁１２２は設置されている位置での加熱温度に対応する耐熱性を有する材料で構成することが望ましい。
【００４６】
また、ベースプレート１１０の流入孔１１１は、ベッセル１２０と最外郭に配置された隔壁１３２の間の空間で、水平方向に対して均等な圧力で反応ガスを供給するために互いに隣接して配置されるように複数個が形成される。 
【００４７】
なお、上記の図面では、隔壁１３２の板面に貫通孔１３２ａが貫通形成されることが図示されている。しかしながら、隔壁１３２の一端部はベースプレート１１０、またはカバー１２２側に固定し、他端部はカバー１２２またはベースプレート１１０から所定間隔が離隔され、離隔された空間を介して貫通孔１３２ａを形成するなど、隔壁１３２の両側の空間を接続するための様々な形態で形成されてもよい。
【００４８】
また、本実施形態で、ベッセル１２０は、側壁１２１とカバー１２２からなることについて説明したが、ベルジャー形のベッセル１２０を適用する場合は、ベッセル１２０の内側に備えられる熱交換部１３０が、ベッセル１２０の内側面に対応する形態、即ち、ベッセル１２０と同じ形態で構成され、ベッセル１２０の内側面から所定間隔が離隔される隔壁１３２で構成してもよい。この際、上記のような隔壁１３２を多重配置し、貫通孔１３２ａを互いにずれるように形成し、循環通路１３１の熱交換効率を向上させることも可能である。 
【００４９】
これからは、上述した熱変換反応密閉容器の第１実施形態の動作について説明する。
【００５０】
図４は、本発明の熱変換反応密閉容器の正断面図であり、図５は、本発明の熱変換反応密閉容器の平断面図である。 
【００５１】
まず、図４のように、ベースプレート１１０の外縁部の上側にベッセル１２０の側壁１２１が配置され、側壁１２１の上段部には、カバー１２２が配置され、気密なホットゾーン１２３を形成する。そして、前記ベースプレート１１０の上側に設けられたヒータ１１３に電源を印加すると、ホットゾーン１２３の内部温度は、反応に適した約９００℃乃至１５００℃に加熱される。 
【００５２】
上記のように、ホットゾーン１２３の内部温度が上昇した状態でベースプレート１１０の流入孔１１１を介してＳＴＣとともにＨ２を供給すると、ホットゾーン１２３の内部で熱水素化反応が起きて、ＴＣＳとＨＣｌに変換され、流出孔１１２を介して排出される。
【００５３】
この際、ベッセル１２０の側壁１２１の内側面には、熱交換部１３０が備えられ、流入孔１１１とホットゾーン１２３を接続する循環通路１３１により、ホットゾーン１２３を囲む側壁１２１を冷却させるとともに、ホットゾーン１２３に供給される反応ガスの温度を上昇させる。 
【００５４】
特に、循環通路１３１は、流入孔１１１とヒータ１１３との間で、下段部がベースプレート１１０に固定され、上端部がカバー１２２に固定され、板面に貫通孔１３２ａが形成され両側の空間を接続する隔壁１３２により構成される。貫通孔１３２ａは、流入孔１１１に対して隔壁１３２の一端部または他端部に互いにずれるように形成され、流入孔１１１とホットゾーン１２３をジグザグ形態で接続する。
【００５５】
流入孔１１１を介して循環通路１３１に流入された反応ガスは、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達された熱エネルギを吸収して、ベッセル１２０を冷却させるとともに、加熱された状態でホットゾーン１２３に供給される。 
【００５６】
したがって、ベッセル１２０を冷却させるための別度の冷却システムが不要であることはもちろん、ベッセル１２０の外側に熱エネルギが損失されることを防ぐため、熱エネルギの利用効率が向上するという利点がある。 
【００５７】
なお、ベッセル１２０の側壁１２１に伝達された熱エネルギを反応ガスが吸収し、加熱された状態でホットゾーン１２３に供給されるため、熱エネルギの利用効率が向上することはもちろん、ホットゾーン１２３の温度を反応に適した高温の温度で維持するためのヒータ１１３の電力消費量を減らすことができる。 
【００５８】
また、上記のように、複数の隔壁１３２と流入孔１１１に対して一端部または他端部にずれて配置される貫通孔１３２ａにより循環通路１３１がジグザグの形態を有する。したがって、流入孔１１１を介して循環通路１３１に流入された反応ガスと、ベッセル１２０と、隔壁１３２との熱交換面積が増大される。 
【００５９】
一方、図５は、図４のＡ−Ａ’線の断面を示したもので、図５のように、ベースプレート１１０の外周縁部に貫通形成され、側壁１２１と外側隔壁１３２との間に位置する流入孔１１１は円周方向に沿って等間隔で複数形成して各々の流入孔１１１を介して反応ガスが供給され、循環通路１３１を介してホットゾーン１２３に供給される。 
【００６０】
この際、流入孔１１１が等間隔で粗密に形成されているため、循環通路１３１の流入側の全領域に対して、反応ガスは、均等な圧力で供給される。また、反応ガスは、循環通路１３１の各領域での水平方向に対して均等な圧力で上昇、または下降するため、側壁１２１と隔壁１３２の温度が、一部の領域で集中的に上昇することを防止する。
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態による熱変換反応密閉容器について説明する。
【００６２】
図６は、本発明の熱変換反応密閉容器の第２実施形態の部分切開斜視図であり、図７は、本発明の熱変換反応密閉容器の第２実施形態による分解斜視図である。 
【００６３】
図示されているように、本発明の熱変換反応密閉容器の第２実施形態でのベッセル１２０は、一端が開口されたベルジャー形態（ｂｅｌｌ−ｊａｒ  ｔｙｐｅ）で設けられ、開口側がベースプレート１１０に組み立てられ、内側にホットゾーンを形成する。 
【００６４】
また、ベッセル１２０の内側に備えられ、流入孔１１１と、ホットゾーン１２３を接続する熱交換部１３０の循環通路１３１は、ベースプレート１１０の流入孔１１１とヒータ１１３との間に設置される少なくとも一つの筒状の隔壁１３２と、隔壁１３２の板面で流入孔１１１の反対側の端部に形成される貫通孔１３２ａと、外周縁部がベッセルの内側面に密着するように形成され、筒状の隔壁１３２の上側を塞ぐカバー１３３を含めて構成される。 
【００６５】
上述した実施形態のように、循環通路の熱交換効率を増加させるために、直径の異なる複数の筒状の隔壁を設け、各々の隔壁に形成される貫通孔が流入孔に対して互いにずれて形成されることにより、ジグザグ形態の移動経路を有することも可能である。（図６参照） 
【００６６】
一方、ベッセルと熱交換部以外の構成要素は、上述した実施形態と同じ構成を有するため、詳細な説明は省略する。 
【００６７】
図８は、本発明の熱変換反応密閉容器の第２実施形態による正断面図である。 
【００６８】
図８に図示されているように、熱交換部１３０は、ベースプレート１１０の流入孔１１１とベルジャー形ベッセル１２０との間に設置される、上側が開口された筒状の隔壁１３２と、隔壁１３２の板面で流入孔１１１から離隔された位置に形成され、両側の空間を接続する貫通孔１３２ａと、隔壁１３２の上側の開口側を塞ぎ、外周縁部がベッセル１２０の内側面に密着されるカバー１３３で構成される。 
【００６９】
また、隔壁１３２は、サイズの異なる複数個で備えられ、カバー１３３とベースプレート１１０の両端部が支持され、ベッセル１２０の内側面に隣接する流入孔１１１が含まれている空間と流出孔１１２とヒータ１１３が含まれている空間の間を複数の層で区画する。この際、複数の隔壁１３２は、流入孔１１１に対して互いにずれる位置に貫通孔１３２ａが形成され、流入孔１１１とホットゾーン１２３との間を接続する循環通路１３１がジグザグ形態で設けられる。 
【００７０】
即ち、ホットゾーン１２３を囲むベッセル１２０の内側に熱交換部１３０が配置された状態で、流入孔１１１を介して約９００℃乃至１５００℃の温度であるホットゾーン１２３に供給される反応ガスは、約９００℃乃至１５００℃の温度を維持するホットゾーンの温度より非常に低いＳＴＣの気化温度で供給される。この際、反応ガスが流入孔１１１とホットゾーン１２３とを接続するジグザグ形態の循環通路１３１を通過し、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達された熱エネルギを吸収するようになるため、ベッセル１２０を冷却するための従来のような別の冷却システムは必要ではない。
【００７１】
なお、上記のように、ホットゾーンの温度より非常に低いＳＴＣの気化温度で供給される反応ガスが熱交換部１３０の循環通路１３１を通過し、約５００℃乃至９００℃程度の温度で加熱された状態でホットゾーン１２３に供給されるため、ホットゾーン１２３の温度が、反応ガスの流入により急激に低下することを防ぐことができるので、ヒータ１１３の電力消費量をさらに減らすことができる。
【００７２】
また、上述のように、循環通路１３１を構成する複数の隔壁１３２は、ホットゾーンに供給される反応ガスの供給温度と、ベッセル１２０の外部に損失される熱量と、隔壁１３２の材料による熱交換効率を考慮して、その数を調節することができる。 
【００７３】
以下は、添付した図面を参照して本発明の第３実施形態による熱変換反応密閉容器について詳細に説明する。 
【００７４】
図９は、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の斜視図であり、図１０は、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の分解斜視図である。 
【００７５】
図示されているように、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態は、ベースプレート１１０と、ベッセル１２０と、熱交換部１３０、及び噴射ノズル１４０を含めて構成され、ベースプレート１１０の流入孔１１１に噴射ノズル１４０が設置される点で、上述した実施形態との差があるので、噴射ノズル１４０を除いた他の構成についての詳細な説明は省略する。 
【００７６】
噴射ノズル１４０は、流入孔１１１のガス排出側に設置され、反応ガスの噴射方向を分散させるものであって、一端部が流入孔１１１に接続され、他端部が塞がれた供給管１４１であり、供給管１４１の他端部で側方向に形成されて反応ガスが排出されるようにした、少なくとも一つの噴射孔１４２と、噴射孔１４２を介して側方向に噴射される反応ガスを下側方向に誘導する噴射孔１４２から所定間隔が離隔されて設置されるガイド１４３とを含めて構成される。
【００７７】
これからは、上述の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の動作について説明する。 
【００７８】
図１１は、本発明の熱変換反応密閉容器の第３実施形態の正断面図であり、図１２は、図１１のＡ部分の拡大図である。 
【００７９】
まず、図１１で図示するように、ベッセル１２０の内側に設置される熱交換部１３０によって流入孔１１１とホットゾーン１２３との間を接続する循環通路１３１が形成される。 
【００８０】
そして、熱交換部１３０を構成する複数の隔壁１３２と隔壁に形成された貫通孔１３２ａにより、流入孔１１１とホットゾーン１２３との間を接続する循環通路１３１は、ジグザグ形態の移動経路を有する。 
【００８１】
このような状態で流入孔１１１を介してホットゾーン１２３の温度より非常に低いＳＴＣの気化温度で供給される反応ガスは、流入孔１１１を通じてジグザグ形態の循環通路１３１を通過しながら、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達される熱エネルギを吸収して加熱された状態でホットゾーン１２３に供給される。  
【００８２】
特に、流入孔１１１の排出側には、噴射ノズル１４０が各々設けられ、流入孔１１１を介して熱交換部１３０の循環通路１３１に供給される反応ガスを分散させ、噴射圧力が特定の領域に集中することを防止する。また、反応ガスが循環通路１３１の下部領域に向かって噴射されるようにして、隣接する噴射ノズル１４０との間の領域までに反応ガスが供給され、熱交換が行われるため、熱交換効率が向上する。 
【００８３】
即ち、流入孔１１１を介して供給される反応ガスは、流入孔１１１のガス排出側に取り付けられた噴射ノズル１４０の供給管１４１と、供給管１４１の他端部から側方向に向かって貫通形成された複数の噴射孔１４２に各々排出されて供給圧力が分散される。また、噴射孔１４２から所定の間隔が離隔された位置に設けられたガイド１４３によって反応ガスがベースプレート１１０の底面に向かって噴射される。
【００８４】
したがって、反応ガスが循環通路１３１の下部領域から上部領域に至るまで、均等な圧力で移動するため、隔壁１３２とベッセル１２０に伝達される熱エネルギを吸収する時間が延長される。また、隣接する噴射ノズル１４０との間の領域でも両側の噴射ノズル１４０から供給方向が転換された反応ガスが供給され、熱交換が行われるため、熱交換の効率が向上する利点を有する。 
【００８５】
続いて、本発明の熱変換反応密閉容器による、噴射ノズルの他の実施形態について説明する。 
【００８６】
図１３は、本発明の熱変換反応密閉容器による噴射ノズルの他の実施形態を示す断面図である。 
【００８７】
図示したように、他の実施形態の噴射ノズル（１４０'）は、一端部が流入孔１１１に接続され、他端部が塞がれた供給管１４１であり、上記供給管１４１の他端部から下向傾斜方向に形成されて反応ガスが排出される少なくとも一つの噴射孔１４２を含めて形成される点で、上述の実施形態の噴射ノズル１４０と異なる。 
【００８８】
上記のように構成される本発明の熱変換反応密閉容器による他の実施形態の噴射ノズル（１４０'）は、ベッセル１２０と隔壁１３２の間の領域に位置する流入孔１１１の反応ガスの排出側に設置された状態で流入孔１１１を介して反応ガスが供給されると、噴射ノズル（１４０'）の供給管１４１の他端部で下向傾斜するように形成された複数の噴射孔１４２を介して循環通路１３１の下部領域に排出される。 
【００８９】
この際、噴射孔１４２が複数であるため、反応ガスは、様々な方向に分散されるとともに、噴射孔１４２が下向傾斜方向に形成されているため、反応ガスの供給方向が、循環通路１３１の下部の領域で下向傾斜されて供給されるようになる。従って、反応ガスは、循環通路１３１の下部の領域に集中される圧力により、上部領域までに均等に移動するため、隔壁１３２とベッセル１２０に伝達される熱エネルギを吸収する時間が延長されることはもちろん、隣接する一対の噴射ノズル（１４０'）の間の空間にも、反応ガスが供給され、隔壁１３２とベッセル１２０の間の全領域で熱交換が行われるようになるなど、熱交換効率が向上する利点を有する。 
【００９０】
図１４は、本発明の熱変換反応密閉容器の第４実施形態の断面図であり、本実施形態では、本発明の熱変換反応密閉容器が高純度の多結晶シリコンを生産するための化学気相蒸着反応器（ＣＶＤ ｒｅａｃｔｏｒ）であることを、例を挙げて説明する。 
【００９１】
図１４で図示するように、本発明の第４実施形態による熱変換反応密閉容器は、ベースプレート１１０と、ベッセル１２０と、熱交換部１３０、及び噴射ノズル１４０を含めて構成される。 
【００９２】
ここで、ベースプレート１１０に備えられるヒータ１１３には、電力の供給によって抵抗発熱して外部の表面にシリコンの蒸着を誘導するシードフィラメント（Ｓｅｅｄ  ｆｉｌａｍｅｎｔ）が適用される。 
【００９３】
また、熱交換部１３０の循環通路１３１は、ヒータ１１３と流出孔１１２を囲むように配置され、ヒータ１１３と流出孔１１２を含む空間と流入孔１１１を含むベッセル１２０の内側面に隣接する空間を区画するベルジャー形の隔壁１３２と、流入孔１１１に対して隔壁１３２の対向側に形成される貫通孔１３２ａによって構成される。
【００９４】
上記のようなヒータ１１３及び循環通路１３１以外の構成は、上述した実施形態と同一の構成からなる。また、図１４の「Ａ」と表示された部分に設置される噴射ノズル１４０は、上述した実施形態に記載された図１３の噴射ノズル１４０、または図１４の噴射ノズル（１４０'）と同一の形式で設けられるため、上記の実施形態と同じ構成についての説明は省略する。 
【００９５】
本発明の熱変換反応密閉容器の第４実施形態の作用を鑑みると、ヒータ１１３に電源を印加してヒータ１１３の表面温度を、通常の反応温度である約１１００℃に保たれるようにした後、流入孔１１１を介して反応ガス（ＴＣＳ+Ｈ２）を供給すると、反応ガス中のシリコン成分が前記ヒータ１１３の外側表面に蒸着され、反応後に残留する塩化水素（３ＨＣｌ）は、流出孔１１２を介して排出される。 
【００９６】
この際、流入孔１１１を介して供給される反応ガスは、隔壁１３２とベッセル１２０の間の空間に流入され、供給圧力により、循環通路１３１の移動経路に沿って循環しながら、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達される熱エネルギを吸収した後、流入孔１１１から離隔配置された貫通孔１３２ａを通じてホットゾーン１２３に供給される過程において、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達された熱エネルギを吸収する。
【００９７】
従って、反応温度より低い温度で供給される反応ガスは、加熱された状態でホットゾーンに供給されるため、ホットゾーン１２３の温度を高温に維持するためのヒータ１１３の電力消費量を減らすことができる。また反応ガスは、ベッセル１２０と隔壁１３２に伝達された熱エネルギを吸収しながら、ベッセル１２０を冷却させる。このため、ベッセル１２０を冷却させるために、ベッセル１２０の外側に別度に設置する冷却システムが、不要であるか、または冷却システムの容量や駆動量を最小限に抑えることが可能である。
【００９８】
なお、流入孔１１１の排出側に噴射ノズル１４０が各々設けられるため、流入孔１１１を介して熱交換部１３０の循環通路１３１に供給される反応ガスの供給圧力が分散される。さらに、反応ガスは、循環する通路１３１の下部領域に向かって噴射されるため、循環通路１３１の下部領域、及び隣接する一組の噴射ノズル１４０との間の領域まで、反応ガスが供給され、熱交換を行われるために、熱交換効率が向上される。
【００９９】
本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で多様な形態の実施形態として具現することができる。特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を超えず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な様々な範囲まで、本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。 
【０１００】
本発明によれば、反応ガスがホットゾーンに供給される過程において、ベッセルの外部に損失される熱エネルギを吸収してホットゾーンに供給されるようにすることにより、ベッセルは限界温度以上に加熱されることが防止され、ベッセルを冷却させるための別度の冷却システムを具備する必要のない、熱変換反応密閉容器が提供される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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