用於在包封的輸送槽內輸送矽顆粒的方法

2023-06-15 13:34:46

專利名稱：用於在包封的輸送槽內輸送矽顆粒的方法
技術領域：
本發明涉及用於在包封的輸送槽內輸送矽顆粒的方法。
背景技術：
在流化床反應器中製備多晶矽顆粒時，在過程進行中需要以均勻的間隔或者連續 地將矽材料按計量加入反應器中，並在其他位置從反應器取出最終生長的顆粒。為此，在製備過程中通常使用簡單的開關配件，例如滑閥。為了避免汙染高純矽， 在此通常使用由矽材料製成的滑閥。但是此處的缺點是由矽顆粒的磨蝕性導致所述滑閥的 磨損度高。因此，該配件必須以短的周期進行替換。所述滑閥的另一個缺點是傾向於堵塞。在此情況下，必須分別關閉每個裝置以手 動去除配件中的阻塞物。此外可以通過簡單的開關控制實現僅受限制地調節輸入和輸出的量。在輸送塊體材料的技術領域中，通常使用通過電子或氣動的振動馬達直接接入的 打開及關閉的輸送槽。在製造矽單晶時，由於純度的原因必須在真空氣氛中用高純度矽材料裝載及再裝 載熔體坩堝。US 5，462，010公開了一種用於將顆粒狀多晶矽連續輸送至熔體坩堝中的裝置。該 排列方式包括複雜的輸送系統，該輸送系統包括大的接收容器、中間容器以及位于振動驅 動裝置上的主容器。整個系統封裝在同一個真空室內。該排列方式的缺點在於複雜地由外 部控制的振動驅動裝置，其由於電力供應線路及控制所需的穿孔而加劇系統中密封性的損 失。通過移動矽材料所需的高頻率也可以預計到高的磨蝕性。因為高純度矽顆粒在此與許 多不同的材料相接觸(測量探針等)，也可以預計到材料的提高的汙染。US 6，609，870公開了一種利用氣動裝置輸送顆粒狀矽的方法。在此，在真空下將 該系統安裝到包封的系統中。該系統的目的也是利用流通的空氣從顆粒去除灰塵微粒。但 是該系統的缺點在於，其是開放的系統，其中必須恆定地添加高純度氣體作為輸送介質，然 後在輸送過程中被灰塵汙染。與此不同，在流化床反應器中製造多晶矽顆粒時，具有其輸入輸出管道的反應器 構成包封的系統，其通常以最高IObar過壓的設計壓力運行。因此，無法使用具有電子或氣 動的振動馬達的、直接接在振動槽上的、已知的振動輸送槽。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供用於輸送矽顆粒的新型的系統和方法，其中可以將 裝置封裝在壓力室內而不直接與外部連接，並且不將大的振動移動作用在顆粒上以避免對 顆粒和機械部件的磨損。此外，該系統應當可以在維護方面方便的方式設置在反應器外部， 從而使可能的存取簡單化。本發明涉及利用輸送裝置的水平和/或垂直移動輸送顆粒狀矽的方法，其特徵在於，所述輸送裝置向外完全包封，通過電磁場激發至少一個安裝在所述輸送裝置上的永磁 體使所述輸送裝置搖擺運動從而使顆粒向前移動，其中所述電磁場由安裝在壓力室外部的 線圈施加在包封的裝置上。與利用振動馬達激發的輸送槽相比，在包封的輸送槽中通過由外部交變電磁場激 發的永磁體的搖擺運動實現本發明方法的搖動位移。由此，所述輸送裝置可以向外完全包 封在外殼內，並且不需要用於供電線路或者壓縮空氣線路的套管。用於本發明方法的輸送裝置具有至少2個向外的連接可能，優選在輸送槽的每一 側均設置一個作為入口和出口。這些連接優選以接頭或者法蘭連接的形式構成，從而將所 述輸送裝置以氣密的方式連接至導管、反應器或用於儲存顆粒的容器。由此，所述裝置例如 可以作為經驗證的壓力裝置用於製造多晶矽的流化床設備中。所述輸送裝置可以取決於部件的設計在真空中或者在提高的壓力下運行。所述方 法優選在0. Ibar至lOObar，優選1至IObar的壓力下實施。通過完全包封在外殼中，所述輸送裝置還可用於具有高的設計壓力和/或高的純 度要求的設備中。在所述輸送裝置內部的輸送槽本身並不是加壓的部件，因此可以由適合於各種待 輸送的物料的材料構成。由此可以選擇用於外殼、位於其中的槽、補償器及磁體的材料，其 特別是以長壽命的方式設計，並且不會或者幾乎不會汙染待輸送的產品。因此，在維護方面 的花費非常低。經包封的輸送槽的外殼優選包括在入口和出口處具有焊接接頭和法蘭連接的金
屬導菅。在經包封的裝置內部的輸送槽以可移動的方式固定在外殼上。所述輸送槽優選為 在入口和出口處具有開口的封閉的管形式的導管，該管在至少一個點上與外部的外殼柔性 連接。柔性支架例如可以是彈簧、橡膠帶、可移動的夾條或其他的柔性裝置。出於產品純度的原因，入口接頭和出口接頭具有塑料內襯。在塑料管末端固定有 強的永磁體。所述磁體例如可以接入固定在該管上的分離的室內，以避免內部空間被磁體 汙染。在一個特別優選的實施方案中，將強的圓柱形永磁體焊入安裝在輸送管上的塑料容 器內。以如下方式設置磁體在室內部的移動自由度，一方面永磁體具有其使輸送槽處於 搖動狀態的搖擺運動的間隙，但另一方面不允許磁體自由轉動。 通過與永磁體連接的線圈的外部交變電磁場激發永磁體的搖擺運動。必須設置磁體的軸與線圈軸垂直(電磁場的軸)。為了保護永磁體不會由於恆 定的搖擺運動而發生磨損，優選對所述永磁體進行塗覆或者將其焊入由特種鋼製成的外罩 內。可以使用所有在工業上可用的磁體作為永磁體的材料。優選為包含稀土的磁體， 特別優選為釤鈷磁體。磁體的精確組成及其磁力對於本發明而言並不是決定性的。永磁體 原則上可以具有任意的形狀，但優選採用圓柱形。優選使用尺寸比例(高度比直徑)為1. 3 1的磁體。永磁體放置在其中的磁體外殼需要足夠的自由空間，從而使所述磁體可以搖擺運 動的方式自由移動，並由此產生至輸送管的正確的脈衝輸送。磁體外殼的中空空間與磁體直徑的比例優選為1.2 1，磁體室的高度與磁體高度之比優選為1.2 1。所用的永磁體優選以直立方式安裝。在施加交變場時，嘗試將永磁體定位在場的 中心，並在其轉動時將脈衝傳遞至磁體外殼的壁上，及因此傳遞至固定在其上的輸送槽。例如利用變頻器對線圈的交變電磁場的振幅(線圈電流)及頻率進行調製，作為 與此相關的類似變量調節矽顆粒通過輸送裝置的通過量。在此，將頻率調諧至輸送槽在各 種安裝情況下的固有頻率。通過選擇相應的磁體材料、中空空間直徑的尺寸、內部輸送槽的 傾斜角及永磁體的尺寸，可以確定不同應用情況的工作範圍。使用單相磁場以激發磁體。在此優選為0. 1至1000Hz，更優選5至1OOHz的可變
頻率。根據安裝條件調諧頻率至共振。例如可以使用變頻器進行調諧。搖擺運動的頻率對 應於勵磁場的頻率。可以連續可變地調節電流振幅，以調節所需的輸送槽通過量。這優選在0. 1至 1OOA的範圍內，更優選在0. 1至5A的範圍內進行。場強由所用的安匝數得出，並隨著針對所需的輸送量所調節的電流強度而改變。


圖1所示為本發明方法的一個實施方案。圖2所示為本發明方法的一個特別的實施方案。
具體實施例方式圖1所示為本發明方法的一個實施方案。將輸送槽(2)以氣密的方式安裝在外殼 (1)的內部。將其在入口法蘭和出口法蘭處利用柔性補償器(3)進行連接，從而柔性連接位 於內部的輸送槽(2)。輸送槽本身同樣以柔性方式經由多個支承彈簧(7)連接外殼(1)的 內部。在位於內部的輸送槽(2)的末端安裝永磁體(4)的外殼(5)。通過外部施加的交變 場(6)移動所述永磁體。通過移動位於內部的輸送槽(2)使通過進料開口(8)引入的矽顆 粒向前移動直至產品出口(9)的開口。也可在輸送裝置上安裝多個入口和出口，例如用於多個接收容器或者用於取出較 少量的顆粒以從其輸送路逕取樣。作為本發明方法的一個特別的實施方案，使用包封的輸送裝置，其中額外的裝置 可用於取出產品樣品(圖2)。在此，兩個出口接頭(9和10)彼此前後設置。通過關閉位於 第一出口(9)下方的配件，堵塞待輸送的物料，並阻塞該出口。槽的搖動位移繼續輸送物料 至第二出口(10)，然後由此流入樣品支路。通過再次打開位於第一出口下方的配件而結束 取樣過程。根據本發明的方法還可用於輸送幾乎所有的其他固體顆粒。特別優選將本發明方 法用於輸送高純矽，例如用於製造太陽能電池的太陽能級矽或者用於製造電子工業的單晶 或多晶矽晶體的超純矽。將依照以下實施例更詳細地闡述本發明。實施例根據本發明的方法在根據圖1的輸送槽內實施。由特種鋼製成的外殼(1)的直徑 為120mm，長度為1000mm。輸送管(2)包括直徑為50mm且長度為700mm的塑料管。永磁體的塑料外殼的直徑為50mm，長度為100mm。在入口法蘭和出口法蘭與輸送管之間安裝柔性 的塑料補償器(3)。支承彈簧(7)包含金屬和塑料。選擇特種鋼焊接法蘭作為所述法蘭，以 利用DIN法蘭密封法來密封所述裝置。針對外部勵磁場，在圓柱體上纏繞線圈(6)，並定位 在外管上永磁體(4)的高度。使用位於特種鋼外罩內的外徑為30mm且長度為40mm的鈷釤 磁體作為所述永磁體。搖擺運動的頻率在0. 1至70Hz之間改變。在此，可以連續可變地調 節0至100kg/h的待輸送的物料的輸送。 待輸送的物料是具有高純度等級(用於電子和太陽能應用的超純矽)且粒徑分布
為20 μ m至1000 μ m且平均粒徑為300 μ m至500 μ m的矽顆粒。 在所述顆粒通過本發明裝置之後，在矽顆粒及所述裝置自身上未檢測到汙染物。
權利要求
利用輸送裝置的水平和/或垂直移動輸送顆粒狀矽的方法，其特徵在於，所述輸送裝置向外被完全包封，而且通過電磁場激發至少一個安裝在所述輸送裝置上的永磁體使所述輸送裝置搖擺運動，從而使顆粒向前移動，其中所述電磁場從外部施加在所述被包封的裝置上。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述方法在真空中或者在提高的壓力下實施。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，所述永磁體包封在金屬外殼內以進行穩定化。
4.根據權利要求1至3之一的方法，其特徵在於，作為與線圈的交變電磁場的振幅(線 圈電流)及頻率的調製相關的類似變量調節矽顆粒通過所述輸送裝置的通過量。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，利用變頻器進行調製。
6.根據權利要求1至5之一的方法，其特徵在於，使用頻率為0.1至1000Hz的單相磁 場以激發磁體。
7.根據權利要求1至6之一的方法，其特徵在於，在0.1至100A的範圍內連續可變地 調節電流振幅，以調節所需的輸送槽通過量。
8.根據權利要求1至7之一的方法，其特徵在於，所述輸送裝置上設置有多個入口和出□。
9.根據權利要求1至8之一的方法，其特徵在於，所述輸送裝置將顆粒狀矽按計量送入 流化床反應器中和/或從其中取出。
10.根據權利要求1至8之一的方法，其特徵在於，所述輸送裝置將顆粒狀矽送入用於 製造單晶或多晶矽晶體的結晶設備。
11.根據權利要求1至10之一的方法，其用於輸送太陽能級矽和/或超純矽。
全文摘要
本發明涉及通過激發的永磁體的搖擺運動而在包封的輸送槽內輸送矽顆粒的方法。本發明利用輸送裝置的水平和/或垂直移動輸送顆粒狀矽的方法，其特徵在於，所述輸送裝置向外完全包封，通過電磁場激發至少一個安裝在所述輸送裝置上的永磁體使所述輸送裝置搖擺運動從而使顆粒向前移動，其中所述電磁場由安裝在壓力室外部的線圈施加在包封的裝置上。
文檔編號B65G27/24GK101987694SQ20101024342
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月30日 優先權日2009年7月31日
發明者B·鮑曼, G·福斯特波音特納爾, N·埃林格爾 申請人:瓦克化學股份公司