[发明专利]热转换反应密封容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热转换反应密封容器，更为详细地涉及一种能够使反应气体在吸收通过器皿向外部损失的热能而被加热的状态下供给到热区内部，以防止器皿被加热到临界温度以上，且能节省用于保持热区(hot zone)内部温度的加热器的耗电量的热转换反应密封容器。

背景技术

迄今为止，太阳能电池级(solar grade)硅主要由半导体产业的剩余物获得。然而，一些半导体级硅的制造商采用常规工艺而商业生产太阳能电池级物质。一种常规工艺是将金属级(metallurgical)硅转换为硅烷、聚硅烷或氯硅烷化合物中的一种。所述硅烷、聚硅烷或氯硅烷在西门子型反应器(Siemens-type reactor)中经过热解而形成高纯度(highgrade purity)聚硅。

在这种西门子工艺中，聚硅芯(rod)在亦被称为细棒(slim rod)的丝状衬底上通过气相硅化合物，例如硅烷、聚硅烷或氯硅烷的热解而制造。这种细棒为了确保生成物的纯度水平，通常被制成高纯度聚硅。

在如上在反应器内使三氯硅烷(Trichlorosilane；TCS，三氯化硅烷(SiHCl₃)，下称“TCS”)和氢气进行反应而制造多晶硅时，在多晶硅的析出过程中制得大量的四氯化硅(Silicon Tetracloride；STC，四氯化硅(SiCl₄)，下称“STC”)。

所述STC在与氢气(H₂)混合的状态下通过热氢化反应还原成TCS并被回收使用。

图1是使现有STC进行热转换反应而转换成TCS的转换装置(Converter)的剖视图。如图所示，现有的转换装置在基板10的上面设置有加热器13，用于形成热区(Hot zone)21的纵型或钟罩型器皿(bell-jar type Vessel)20组装在所述基板10的上侧。此外，设置有在所述加热器13和器皿20之间防止热区21内部的热量传递到器皿20而向外部损失的罩体(shield)40。

在如上所述的组装状态下，若通过在所述基板10的板面上贯通形成的流入孔11向热区21供给STC和氢气(H₂)相混合的气体(下称“反应气体”)，并对所述加热器13施加电源而将热区21的内部温度加热到约900℃到1500℃，则在热区21的内部，反应气体通过在高温下的氢化反应而转换为TCS和氯化氢(HCl)，并通过流出孔12排出。

包覆所述热区21的器皿20为金属材质的结构材料，通常由碳钢和不锈钢构成为覆层(Clading)结构。若这种器皿20加热到约500℃以上，则会降低作为结构材料的刚性，因此在器皿20的外侧配置用于使冷却水循环的冷却水套31，以将器皿20的温度保持在300℃以下。

即，在热区21中为了引起反应气体的热转换反应，保持适于反应的较高温度，而包覆热区21的器皿20为了结构稳定而具有构建额外的冷却系统30而进行冷却的结构。这种现有结构由于通过器皿20向外部损失的热能较多，因此热能的使用效率低。另外，需要通过加热器13重新供给从热区传递到器皿而损失的热能，因此存在耗电量上升的问题。

另外，反应气体(STC+H₂)为了在热区21内部均匀循环而进行反应，通过在基板10的中央及外周缘部形成为多个的流入孔11以高压状态提供。此时，反应气体以基于供给压力的STC的气化温度而供给，因此为了将热区21保持在约900℃至1500℃需要较多热能。

另外，作为所述冷却系统30，需要在转换装置的周围设置用于通过设置在所述器皿20的外侧的冷却水套31循环冷却水的冷却水循环部32、用于重新冷却在通过所述冷却水套31冷却器皿20的过程中温度上升的冷却水的冷却部33以及用于储存冷却水的箱体等装置。因此需要复杂的配管的同时占有较大空间，且需要驱动用于循环冷却水的水泵等设备，因此增加了电力消耗。此外，还具有对冷却系统的构建和运用，增加巨大的投资费的问题。

发明内容

为了解决上述现有的问题，本发明的目的是提供一种热转换反应密封容器，该热转换反应密封容器通过使反应气体在供给到热区的过程中吸收向器皿外部损失的热能而供给到热区，防止器皿被加热到临界温度以上，因此无需具备用于冷却器皿的额外的冷却系统。

此外，本发明的目的在于提供一种热转换反应密封容器，该热转换反应密封容器由于反应气体在吸收热能而被加热的状态下供给到热区，因此不仅能够防止热区温度的急剧下降，还能节省加热器的耗电量。