WO2012105414A1 - ガス過熱器および過熱器連結体 - Google Patents

ガス過熱器および過熱器連結体 Download PDF

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WO2012105414A1
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superheater
outer tube
tube
heat generating
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芳人 武田
田中　寛人
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Jnc株式会社
Jx日鉱日石金属株式会社
東邦チタニウム株式会社
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    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
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    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a gas superheater used for heating a heated gas introduced into an electric furnace to a high temperature and a superheater assembly.
  • a zinc reduction method for producing high-purity polycrystalline silicon by reducing silicon tetrachloride with metallic zinc has attracted attention as a method for producing polycrystalline silicon as a raw material for silicon solar cells.
  • silicon tetrachloride and zinc as raw materials are vaporized at 900 to 1,100 ° C. and heated to cause a gas phase reduction reaction.
  • silicon tetrachloride Since silicon tetrachloride has a boiling point of 58 ° C, it can be vaporized relatively easily. However, it reacts violently with water and is corrosive. Care should be taken in handling such as selection.
  • Patent Document 1 discloses a gas heater that obtains a high-temperature gas by heating a metal resistor to a high temperature by direct energization, and bringing the gas directly into contact with the metal resistor that has reached a high temperature.
  • Patent Document 2 a heating element including a heat generating part formed in a spiral shape and an electrode terminal taken out from the heat generating part in a protective tube disposed through the inner wall of the furnace, A gas heating device is disclosed that is inserted so as to be located inside the furnace. In this gas heating apparatus, gas or air is guided to a heat generating portion formed in a spiral shape and heated, and the heated gas or air is discharged into the furnace.
  • this gas heating device has a structure in which the heat generating part penetrates the furnace inner wall, the maximum length of the heat generating part is limited by the thickness of the furnace inner wall, and as a result, sufficient control of the heating temperature is achieved. There is a problem that it is difficult.
  • the present invention has been made in order to solve the conventional problems in a gas superheater for heating a gas supplied to a reactor or the like to a high temperature, and its purpose is to provide a corrosive and reactive gas. It is an object of the present invention to provide a gas superheater and a superheater assembly that can be heated under close control to a target temperature of 900 to 1,100 ° C.
  • an object of the present invention is to provide a gas superheater and a superheater assembly.
  • a gas superheater comprises: A gas superheater for heating a gas to a high temperature, The gas superheater, An outer tube having a gas inlet and a gas outlet; A plurality of heat generating tubes disposed in the longitudinal direction of the outer tube, and containing a heat generating element therein; It is characterized by comprising at least.
  • a side plate in which a hole for inserting the heat generating tube is formed in advance is disposed at both ends of the outer tube, and the heat generating tube is inserted into the hole.
  • the heating tube is formed longer than the entire length of the outer tube, A heating tube having a length longer than that of the outer tube may be extended from one end of the outer tube to the other end. Alternatively, the heating tube is less than half the length of the outer tube, The exothermic tube having a length of half or less may be inserted from both ends of the outer tube to the vicinity of the center of the outer tube.
  • an external heating means is disposed on the outer periphery of the outer tube.
  • the heating element is preferably a resistance heating element made of metal or ceramic.
  • a substantially semicircular rectifying plate is disposed on the inner wall of the outer tube at a predetermined interval, and the rectifying plates adjacent to each other are arranged on one side of the inner wall of the outer tube. It is preferable that they are alternately arranged on the side and the other side.
  • the heated gas flowing inside collides with the rectifying plate and the flow path is changed, so that a long flow path for the gas in the outer tube can be secured, and the entire gas is uniformly heated. be able to.
  • the material of the outer tube and the heating tube is quartz.
  • the heated gas is preferably silicon tetrachloride.
  • the superheater coupling body of the present invention is configured by connecting a plurality of the above gas superheaters.
  • the gas supplied to the reactor or the like can be heated while strictly controlling to the target temperature. Further, even when a corrosive gas is heated, a heating element such as a coil is not corroded by the gas.
  • the length of the heat generating part can be set freely, the control of the heating temperature is easy.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a main part of a gas superheater according to an embodiment of the present invention.
  • 2A is a schematic cross-sectional view in a state where the gas superheater of FIG. 1 is assembled
  • FIG. 2B is a cross-sectional view in the direction of the line BB in FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a perspective view showing another aspect of the side plate shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic front view of a gas superheater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a gas superheater according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a gas superheater according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a gas superheater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the assembled gas superheater of FIG.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view in the direction of line BB in FIG.
  • the gas to be heated is silicon tetrachloride used for producing high-purity polycrystalline silicon.
  • the gas superheater 10 of the present embodiment includes a substantially cylindrical outer tube 2, a plurality of (four in this embodiment) heat generating tubes 4 disposed at both ends projecting from the outer tube 2, It has a plurality of heating elements 6 housed inside the heating tube 4. Further, both end portions of the outer tube 2 are sealed by the side plates 8 and 8 after the heating tube 4 is accommodated.
  • a gas inlet 2a and a gas outlet 2b are formed at both ends of the outer tube 2, respectively.
  • one side plate 8 may be disposed at each end of the outer tube 2, but in order to maintain strength, an inner closing plate 8a and an outer closing plate 8b, as in the side plate 8 'shown in FIG. It is also possible to adopt a structure in which a heat insulating material such as a ceramic fiber blanket is loaded between them.
  • Quartz, silicon carbide, silicon nitride or the like having corrosion resistance and heat resistance can be used as the material of the outer tube 2, the heat generating tube 4, and the side plate 8 (8 '). Quartz is suitable when the gas to be handled is silicon tetrachloride as in this embodiment.
  • the number of heating tubes 4 and heating elements 6 housed in the outer tube 2 is usually 2 to 10, but this number is not particularly limited and is appropriately determined according to the required heat capacity.
  • the respective heat generating tubes 4 are arranged substantially equally apart.
  • the exothermic tube 4 has a length in which both end portions 4a and 4b project to the outside through both side plates 8 and 8, and the heating element 6 extends from either one of the projecting end portions 4a and 4b. Is inserted into the heat generating tube 4 and accommodated.
  • the heating element 6 can be a resistance heater such as Kanthal alloy, nickel-chromium alloy, or silicon carbide.
  • a resistance heater such as Kanthal alloy, nickel-chromium alloy, or silicon carbide.
  • As the shape of the heater a coil shape, a rod shape, a spiral shape, a cylindrical shape, or the like can be used as appropriate.
  • the outer tube 2 containing the heat generating tube 4 is usually installed horizontally, but can also be installed vertically or obliquely depending on the installation space.
  • the heat generating tube 4 longer than the outer tube 2 is accommodated in the outer tube 2, but instead of this, two divided bodies can be arranged linearly. That is, when the length of the heating element 6 or the heating tube 4 is limited, as shown in FIG. 5, two bottomed cylindrical heating tubes 14 with one end sealed in advance are prepared as a set. The end portions 14a on the closed side of the heat generating tubes 14 and 14 are inserted into the outer tube 2 from both sides in a substantially straight line, and the end portions 14b on the open side are inserted into the side plates 8 and 8 of the outer tube 2. It is also possible to have a structure protruding from the outside. In FIG.
  • the end portions 14 a and 14 a on the closed side of the pair of heat generating tubes 14 and 14 are arranged adjacent to each other at a predetermined interval in the central portion of the outer tube 2.
  • the distance between the end portions 14a of the heat generating tubes 14 adjacent to each other is not particularly limited, but it is preferable to secure about 1 to 10 cm.
  • a plurality (four in the embodiment) of rectifying plates 16 are provided on the inner wall of the outer tube 2 with respect to the axial direction of the outer tube 2. Are arranged in a vertical direction. These rectifying plates 16 have a substantially semicircular shape, and in a cross-sectional view of the outer tube 2 provided with the rectifying plate 16, a space on the opposite side to the side where the rectifying plate 16 is provided is a substantially semicircular notch. Part 16a is formed. The cutout portion 16 a may be arcuate and the shape is determined by the shape of the rectifying plate 16.
  • the heat generating tube 4 has a structure penetrating each rectifying plate 16, and the heat generating tube 4 and the rectifying plate 16 in the penetrating portion are integrated by fixing several points by welding.
  • the gas passes through the inside of the outer tube 2 through the notch 16a. It is preferable that the notch positions of the rectifying plates 16 adjacent to each other are alternated by 180 degrees. As a result, the gas passing therethrough changes the flow path while hitting the rectifying plate 16, and the passage distance in the outer tube 2 is ensured to be long, whereby heat exchange can be performed efficiently.
  • the distance between the rectifying plates adjacent to each other is preferably 10 to 30 cm.
  • Quartz, silicon carbide, silicon nitride, or the like can be used as the material of the rectifying plate 16. Quartz is preferred when the gas to be handled is silicon tetrachloride.
  • the outer periphery of the outer tube 2 may be covered with a heat insulating material, in order to reduce heat dissipation loss and increase thermal efficiency, for example, as in the other embodiment shown in FIG.
  • the external heating means 20 is disposed in each of the defined areas and heated from the outside to the inside.
  • the heating capacity of the internal heating tube 4 can be set to be small accordingly, so that the heat exchanger can be made more compact than before.
  • a resistance heater such as a cantal alloy, a nickel chromium alloy, or silicon carbide can be used.
  • each region of the external heating means 20 is preferably larger on the gas inlet 2a side shown in FIG. 1 than on the gas outlet 2b side.
  • silicon tetrachloride gas to be heated is introduced into the outer tube 2 from the gas inlet 2a, and if the heating element 6 generates heat to a high temperature when energized, the heated gas is The temperature gradually increases and the air flows into the downstream side of the outer tube 2 while colliding with the rectifying plate 16, and finally reaches a temperature of 900 to 1,100 ° C. and is ejected to the outside from the gas outlet 2b.
  • silicon tetrachloride gas heated to a predetermined temperature can be supplied into the furnace.
  • the length of the heat generating part is not limited by the thickness of the furnace inner wall, and can be designed to a free length.
  • the gas superheater 10 according to one embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
  • two or three or more gas superheaters 10 described above can be connected as shown in FIG.
  • the superheater connector 30 for example, corrosive and reactive gas can be heated under strictly control to a target temperature of 900 to 1,100 ° C.
  • the raw material silicon tetrachloride gas can be heated to a target temperature of 900 to 1,100 ° C. with strict control and supplied to the reduction reactor. is there.
  • the gas superheater 10 is not limited to heating silicon tetrachloride gas, and can be used as a superheater for various gases.
  • an external heater (external heating means 20) composed of upper and lower divided four units was installed on the outer periphery of the outer tube 2.
  • the capacity of the external heater was set to 20.5 kW in the two zones on the gas inlet side and 10 kW in the two zones on the gas outlet side.
  • the respective heaters of the gas superheater configured as described above were energized, and silicon tetrachloride gas heated to 80 ° C. was introduced from the gas inlet 2a side at a flow rate of 600 kg / hr.
  • the temperature on the gas outlet 2b side of the silicon tetrachloride gas was measured and found to be 970 ° C.
  • the gas superheater 10 of the present invention can obtain a high-temperature gas under a strict temperature control with a compact configuration.

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Abstract

[課題]腐食性、反応性のあるガス、特には、高純度シリコンを製造する亜鉛還元法において、原料四塩化珪素ガスを900～1,100℃の目標温度まで厳密に制御して加熱することを可能とするガス過熱器および過熱器連結体を提供すること。 [解決手段]ガス流入口及びガス流出口を備えた外筒管内に、内部に発熱体が収容された複数の発熱管を、長尺方向に配置したことを特徴としている。

Description

ガス過熱器および過熱器連結体
　本発明は例えば、電気炉内に導入される被加熱ガスを高温に加熱するのに使用されるガス過熱器および過熱器連結体に関する。
　近年、シリコン太陽電池の原料となる多結晶シリコンの製造法として四塩化珪素を金属亜鉛で還元して高純度多結晶シリコンを製造する亜鉛還元法が注目されている。
　亜鉛還元法においては、原料となる四塩化珪素及び亜鉛は900～1,100℃に気化、加熱して気相還元反応を行わせる。
　四塩化珪素の沸点は58℃であるので、比較的容易に気化させることができるが、水と激しく反応し、腐食性もあるので1,000℃程度までの加熱には、装置内雰囲気及び装置材質の選定など取り扱いに注意を要する。
　ところで、特許文献１には、直接通電により金属抵抗体を高温に加熱し、その高温になった金属抵抗体にガスを直接接触させることで高温のガスを得るガス加熱器が開示されている。
　しかしながら、四塩化珪素のような腐食性のガスを加熱する場合は、金属抵抗体がそのガスによって腐食されるなどの問題がある。
　一方、特許文献２には、炉内壁を貫通して配置された保護管内に、スパイラル状に形成した発熱部とこの発熱部から取り出された電極端子とを備えた発熱体を、この発熱部が炉内側に位置するように挿通してなるガス加熱装置が開示されている。
　そしてこのガス加熱装置では、ガス或いは空気を、スパイラル状に形成された発熱部に導いて加熱し、加熱後のガス或いは空気を炉内に放出するようにしている。
　このガス加熱装置は、発熱部が炉内壁を貫通して構成される構造のため、発熱部の最大の長さが、炉内壁の厚さに制限され、結果として、加熱温度の十分な制御が困難であるという問題がある。
特開２００３－２９７５２７号公報 特開２００３－１８５３５３号公報
　本発明は、反応器等へ供給するガスを高温に加熱するためのガス過熱器における従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、腐食性、反応性のあるガスを900～1,100℃の目標温度まで厳密に制御して加熱することを可能とするガス過熱器および過熱器連結体を提供することにある。
　特には、本発明は高純度シリコンを製造する亜鉛還元法において、原料四塩化珪素ガスを、900～1,100℃の目標温度まで厳密に制御して加熱し、還元反応器へ供給することを可能とするガス過熱器および過熱器連結体を提供することにある。
　上記目的を達成するための本発明に係るガス過熱器は、
　ガスを高温に加熱するためのガス過熱器であって、
　前記ガス過熱器が、
　ガス流入口及びガス流出口を備えた外筒管と、
　前記外筒管の長尺方向に配置され、内部に発熱体が収容された複数の発熱管と、
　から少なくとも構成されていることを特徴としている。
　このようなガス過熱器によれば、発熱体がガスに接触することがないことから腐食の虞がない。
　ここで、前記外筒管の両端部には、前記発熱管を挿入するための孔が予め形成された側板が配設され、前記発熱管は前記孔に挿入されていることが好ましい。
　このように形成されていれば、加熱エネルギーの有効利用が図られるとともに、発熱管を安定した姿勢で保持することができる。
　さらに前記発熱管は、前記外筒管の全長より長く形成されたものであり、
　前記外筒管より長い長さの発熱管が、前記外筒管の一方の端部から他方の端部に渡って差し渡されたものであっても良い。
　あるいは前記発熱管は、前記外筒管の長さに対して半分以下の長さであり、
　前記半分以下の長さの発熱管が、前記外筒管の両端部から、前記外筒管の中央付近まで挿入されたものであっても良い。
　このように設計変更が容易であるため、発熱管の長さにより、片側から挿入するか、あるいは両側から挿入するかのいずれかを選択することができる。
　また、本発明では、前記外筒管の外周に外部加熱手段が配設されていることが好ましい。
　このように、外部加熱手段を配置すれば、内側と外側とで加熱することができるので、加熱効果が良好である。
　さらに、前記発熱体は、金属又はセラミックよりなる抵抗発熱体であることが好ましい。
　このような構成であれば、発熱効率が良好であるとともに温度調整が容易である。
　さらに、本発明では、前記外筒管の内壁に、略半円状の整流板が所定間隔離間して配設されているとともに、相隣合う前記整流板が、前記外筒管の内壁の一方側および他方側に互い違いに配設されていることが好ましい。
　このような構成であれば、内部を流れる加熱ガスが整流板に衝突し流路が代わることにより、外筒管内でのガスの流路を長く確保することができ、ガス全体を均一に加熱することができる。
　また、本発明では、前記外筒管及び前記発熱管の材質が石英であることが好ましい。
　さらに、本発明では、前記加熱されるガスが、四塩化珪素であることが好ましい。
　また、本発明の過熱器連結体は、上記いずれかのガス過熱器を、複数連結して構成されていることが好ましい。
　本発明のガス過熱器および過熱器連結体によれば、反応器などへ供給するガスを目標温度にまで厳密に制御して加熱することができる。
　また、腐食性のガスを加熱する場合であっても、コイルなどからなる発熱体がガスによって腐食されることがない。
　さらに、発熱部の長さを自由に設定できるので、加熱温度の制御が容易である。
図１は、本発明の一実施例に係るガス過熱器の要部を分解して示す斜視図である。 図２（Ａ）は、図１のガス過熱器を組立てた状態での概略断面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＢ－Ｂ線方向の断面図である。 図３は、図１に示した側板の他の態様を示した斜視図である。 図４は、本発明の他の実施例に係るガス過熱器の概略正面図である。 図５は、本発明のさらに他の実施例に係るガス過熱器の概略断面図である。 図６は、本発明のさらに他の実施例に係るガス過熱器の概略断面図である。
　以下、本発明に係るガス過熱器を図面に基づいて説明する。
　図１は本発明の一実施例に係るガス過熱器を分解して示した斜視図で、図２（Ａ）は、図１のガス過熱器を組立てた状態での概略断面図で、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ－Ｂ線方向の概略断面図である。なお、本実施例において、加熱されるガスは、高純度多結晶シリコンを製造するのに使用される四塩化珪素である。
　本実施例のガス過熱器１０は、略円筒状の外筒管２と、外筒管２内に両端部が突出して配置される複数本（本実施例では４本）の発熱管４と、発熱管４の内部に収容される複数本の発熱体６とを有している。また、外筒管２の両端部は、発熱管４が収容された後、側板８，８により封止される。
　上記外筒管２の両端部には、それぞれガス流入口２ａとガス流出口２ｂとが形成されている。
　また、外筒管２の各端部に配置される側板８は一枚でも良いが、強度保持のため、図３に示した側板８'のように、内側閉止板８ａと外側閉止板８ｂとからなる二重構造とし、これらの間にセラミックファイバーブランケットなどの断熱材を装填した構造とすることもできる。
　上記外筒管２と上記発熱管４と上記側板８（８'）などの材質は耐食性で耐熱性を有する石英、炭化珪素、窒化珪素などを用いることができる。本実施例のように、扱うガスが四塩化珪素の場合は石英が好適である。
　外筒管２内に収容する発熱管４ならびに発熱体６は、通常２本～１０本であるが、この数は特に限定されるものではなく必要とする熱容量に応じて適宜決定される。図示した例では、それぞれの発熱管４が略均等に離間して配置されている。
　発熱管４は、両側板８，８を貫通して両端部４ａ，４ｂが、外部に突出する長さを有しており、この突出した両端部４ａ，４ｂのいずれか一方から、発熱体６を発熱管４内に挿入して収容する構造となっている。
　発熱体６は、カンタル合金、ニッケルクロム合金、炭化珪素などの抵抗式ヒーターを用いることができる。ヒーターの形状は、コイル状、棒状、スパイラル状、円筒状等、適宜用いることができる。発熱管４を収容した外筒管２は、通常、水平に設置するが、設置スペースの都合により、垂直あるいは斜めに設置することもできる。
　図１のガス過熱器１０では、外筒管２より長い発熱管４を外筒管２内に収容しているが、これに代え、２本の分割体を直線状に配置することもできる。
　すなわち、発熱体６あるいは発熱管４の長さに制約がある場合などに、図５に示したように、予め一端が封止された有底筒状の発熱管１４を２本組として用意し、これら発熱管１４，１４の閉鎖側の端部１４ａを、外筒管２の内部へ両側から略直線状に挿入し、開放側の各端部１４ｂを外筒管２の両側板８，８から外部へ突出させた構造とすることもできる。
　図５では、このような１対の発熱管１４，１４の閉鎖側の端部１４ａ，１４ａが、外筒管２の中央部分で所定間隔離間して互いに隣り合う配置となっている。互いに隣り合う発熱管１４の端部１４ａ間の離間距離は特に限定されないが、1～10cm程度確保するとよい。
　一方、外筒管２の内壁には、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、複数個（実施例では４個）の整流板１６が、外筒管２の軸方向に対して垂直な方向に配置されている。これら整流板１６は略半円状であり、整流板１６が設けられた外筒管２の断面視において、整流板１６が設けられた側と対向する逆側の空間が略半円状の切欠部１６ａを形成している。
　なお、この切欠部１６ａは、円弧状であっても良く、形状は整流板１６の形状によって決められるものである。
　発熱管４はそれぞれの整流板１６を貫通する構造となっており、貫通部の発熱管４と整流板１６とは、溶接により数点を固着して一体化されている。なお、この切欠部１６ａを通してガスが外筒管２の内部を通過するようになっている。
　互いに隣り合う整流板１６の切欠位置は、180度互い違いになることが好ましい。これによって通過するガスが整流板１６に当たりながら流路を変え、外筒管２内の通過距離が長く確保されるようになっており、これにより熱交換を効率的に行うことができる。互いに隣り合う整流板間の距離は、10～30cmにすることが好ましい。
　整流板１６の材質は、石英、炭化珪素、窒化珪素などを用いることができる。扱うガスが四塩化珪素の場合は石英が好適である。
　外筒管２の外周は断熱材で覆ってもよいが、放熱ロスを小さくし、熱効率を上げるため、例えば、図４に示した他の実施例のように、外筒管２の外周を複数の領域に画成し、この画成された領域にそれぞれ外部加熱手段２０を配置して外方からも内方に向かって加熱することが好ましい。
　このように外部加熱手段２０を設けることにより、その分、内部の発熱管４による加熱容量を小さく設定することができるので、熱交換器を従来に比べてコンパクトにすることが可能になる。外部加熱手段２０の発熱体は、カンタル合金、ニッケルクロム合金、炭化珪素などの抵抗式ヒーターを用いることができる。
　外部加熱手段２０の各領域の加熱容量は、図１に示したガス流入口２ａ側をガス流出口２ｂ側よりも大きくすることが好ましい。
　本実施例のガス過熱器１０において、加熱対象となる四塩化珪素ガスはガス流入口２ａから外筒管２内に導入され、発熱体６が通電により高温に発熱すれば、被加熱ガスは、次第に高温となり整流板１６に衝突しつつ外筒管２の内部を下流側に流れ、最終的に900～1,100℃の温度となって、ガス流出口２ｂから外部に噴出されることになる。
　これにより、例えば、このガス過熱器１０が、多結晶シリコンを製造する炉内などに収容されていれば、その炉内に所定の温度に加熱された四塩化珪素ガスを供給することができる。
　このような構成であれば、発熱体６が加熱ガスで腐食されるなどの問題が生じることはない。また、従来のように発熱部が炉内壁を貫通する構造ではないので、発熱部の長さが炉内壁の厚さに制限されず、自由な長さに設計することができる。
　以上、本発明の一実施例に係るガス過熱器１０について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。
　例えば、上記で説明したガス過熱器１０を、図６に示したように、２つ或いは３つ以上連結して構成することも可能である。このようにガス過熱器１０を連結して過熱器連結体３０とすることにより、温度を厳密に制御して高温のガスを得ることがより可能となる。
　また、過熱器連結体３０を採用することにより、例えば、腐食性、反応性のあるガスを900～1,100℃の目標温度まで厳密に制御して加熱することができる。特には、本発明は高純度シリコンを製造する亜鉛還元法において、原料四塩化珪素ガスを、900～1,100℃の目標温度まで厳密に制御して加熱し、還元反応器へ供給することが可能である。
　なお、このガス過熱器１０は四塩化珪素ガスの加熱に限定されず、様々なガスの過熱器として使用することができる。
　[実施例１]
　外径308mm、内径300mm、長さ2,000mmの石英管の両端を、内部にセラミックファイバーブランケット充填した二重の石英側板８'で封止した。このようにして成る外筒管２の内部に一端が封止された外径80mm、長さ1,070mmの石英製の発熱管４を４対（計８本）用意した。
　一方、外筒管２内に、200mmの間隔を置いて４枚の半円形状の整流板１６を配置した。そして、片側から４本の発熱管４を外筒管２内に挿入し、発熱管４が整流板１６を貫通するようにして、整流板１６の貫通部に発熱管４を溶接で固着して取り付けた。
　図５のように、ガス流入口２ａ側から４本、ガス流出口２ｂ側から４本配置された場合（図５では、２本ずつが平行配置であるため、４本のうちの２本が示されている）、それら発熱管１４の閉鎖端部１４ａ側を外筒管２の略中間位置に配置されるように挿入した。
　そして、発熱管１４の開放側の端部１４ｂからスパイラル状のカンタルヒーター（発熱体６）を挿入した。カンタルヒーター（発熱体６）の熱容量はガス流入口２ａ側が6.5kw×4本、ガス流出口２ｂ側が3kw×4本とした。
　また、外筒管２の外周には、図４に示したように、上下２分割４ユニットからなる外部加熱ヒーター（外部加熱手段２０）を設置した。外部加熱ヒーター（外部加熱手段２０）の容量はガス流入口側の2ゾーンが20.5kw、ガス流出口側の2ゾーンが10kwとなるようにした。
　上記のように構成したガス過熱器のそれぞれのヒーターに通電し、ガス流入口２ａ側から80℃に加熱した四塩化珪素ガスを600kg/hrの流量で導入した。四塩化珪素ガスのガス流出口２ｂ側の温度を測定したところ、970℃であった。
　本発明のガス過熱器１０により、コンパクトな構成で厳密な温度制御の下、高温のガスが得られることが確認された。
　２　　　　　外筒管
　２ａ　　　　ガス流入口
　２ｂ　　　　ガス流出口
　４　　　　　発熱管
　４ａ，４ｂ　端部
　６　　　　　発熱体
　８，８'　　側板
　８ａ　　　　内側閉止板
　８ｂ　　　　外側閉止板
　１０　　　　ガス過熱器
　１４　　　　発熱管
　１４ａ　　　閉鎖端部
　１４ｂ　　　開放端部
　１６　　　　整流板
　１６ａ　　　切欠部
　２０　　　　外部加熱手段
　３０　　　　過熱器連結体

Claims (10)

  1. 　ガスを高温に加熱するためのガス過熱器であって、
    　前記ガス過熱器が、
    　ガス流入口及びガス流出口を備えた外筒管と、
    　前記外筒管の長尺方向に配置され、内部に発熱体が収容された複数の発熱管と、
    　から少なくとも構成されていることを特徴とするガス過熱器。
  2. 　前記外筒管の両端部には、前記発熱管を挿入するための孔が予め形成された側板が配設され、前記発熱管は前記孔に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のガス過熱器。
  3. 　前記発熱管は、前記外筒管の全長より長く形成されたものであり、
    　前記外筒管より長い長さの発熱管が、前記外筒管の一方の端部から他方の端部に渡って差し渡されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス過熱器。
  4. 　前記発熱管は、前記外筒管の長さに対して半分以下の長さであり、
    　前記半分以下の長さの発熱管が、前記外筒管の両端部から、前記外筒管の中央付近まで挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス過熱器。
  5. 　前記外筒管の外周に外部加熱手段が配設されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガス過熱器。
  6. 　前記発熱体は、金属又はセラミックよりなる抵抗発熱体であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のガス過熱器。
  7. 　前記外筒管の内壁に、略半円状の整流板が所定間隔離間して配設されているとともに、相隣合う前記整流板が、前記外筒管の内壁の一方側および他方側に互い違いに配設されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のガス過熱器。
  8. 　前記外筒管及び前記発熱管の材質が石英であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のガス過熱器。
  9. 　前記加熱されるガスが、四塩化珪素であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載のガス過熱器。
  10. 　請求項１～９のいずれかに記載のガス過熱器を、複数連結して構成されていることを特徴とする過熱器連結体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106556137A (zh) * 2016-10-31 2017-04-05 江阴市国豪电热电器制造有限公司 一种加热均匀的气体电加热器
JP2021089227A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 株式会社島津製作所 イオン分析装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0338980U (ja) * 1989-08-23 1991-04-15
JPH05254810A (ja) * 1992-03-06 1993-10-05 Asahi Chem Ind Co Ltd 窒化アルミニウム粉末の連続製造法
JPH0621242U (ja) * 1992-08-11 1994-03-18 株式会社金門製作所 超純水加温装置
JPH0623242U (ja) * 1992-08-21 1994-03-25 東京ハイテック株式会社 流体加熱器
JPH0835724A (ja) * 1994-07-21 1996-02-06 Ushio Inc 気体加熱装置
JP2002083672A (ja) * 1999-09-30 2002-03-22 Miyoshi Electronics Corp パイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置
JP2008082655A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Covalent Materials Corp 液体加熱装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0338980U (ja) * 1989-08-23 1991-04-15
JPH05254810A (ja) * 1992-03-06 1993-10-05 Asahi Chem Ind Co Ltd 窒化アルミニウム粉末の連続製造法
JPH0621242U (ja) * 1992-08-11 1994-03-18 株式会社金門製作所 超純水加温装置
JPH0623242U (ja) * 1992-08-21 1994-03-25 東京ハイテック株式会社 流体加熱器
JPH0835724A (ja) * 1994-07-21 1996-02-06 Ushio Inc 気体加熱装置
JP2002083672A (ja) * 1999-09-30 2002-03-22 Miyoshi Electronics Corp パイプヒータおよびパイプヒータを用いる流体加熱装置
JP2008082655A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Covalent Materials Corp 液体加熱装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106556137A (zh) * 2016-10-31 2017-04-05 江阴市国豪电热电器制造有限公司 一种加热均匀的气体电加热器
JP2021089227A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 株式会社島津製作所 イオン分析装置
JP7327130B2 (ja) 2019-12-05 2023-08-16 株式会社島津製作所 イオン分析装置

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