用于在包封的输送槽内输送硅颗粒的方法 【技术领域】
本发明涉及用于在包封的输送槽内输送硅颗粒的方法。背景技术 在流化床反应器中制备多晶硅颗粒时， 在过程进行中需要以均匀的间隔或者连续 地将硅材料按计量加入反应器中， 并在其他位置从反应器取出最终生长的颗粒。
为此， 在制备过程中通常使用简单的开关配件， 例如滑阀。为了避免污染高纯硅， 在此通常使用由硅材料制成的滑阀。 但是此处的缺点是由硅颗粒的磨蚀性导致所述滑阀的 磨损度高。因此， 该配件必须以短的周期进行替换。
所述滑阀的另一个缺点是倾向于堵塞。在此情况下， 必须分别关闭每个装置以手 动去除配件中的阻塞物。 此外可以通过简单的开关控制实现仅受限制地调节输入和输出的 量。
在输送块体材料的技术领域中， 通常使用通过电子或气动的振动马达直接接入的 打开及关闭的输送槽。
在制造硅单晶时， 由于纯度的原因必须在真空气氛中用高纯度硅材料装载及再装 载熔体坩埚。
US 5,462,010 公开了一种用于将颗粒状多晶硅连续输送至熔体坩埚中的装置。 该 排列方式包括复杂的输送系统， 该输送系统包括大的接收容器、 中间容器以及位于振动驱 动装置上的主容器。整个系统封装在同一个真空室内。该排列方式的缺点在于复杂地由外 部控制的振动驱动装置， 其由于电力供应线路及控制所需的穿孔而加剧系统中密封性的损 失。通过移动硅材料所需的高频率也可以预计到高的磨蚀性。因为高纯度硅颗粒在此与许 多不同的材料相接触 ( 测量探针等 )， 也可以预计到材料的提高的污染。
US 6,609,870 公开了一种利用气动装置输送颗粒状硅的方法。在此， 在真空下将 该系统安装到包封的系统中。该系统的目的也是利用流通的空气从颗粒去除灰尘微粒。但 是该系统的缺点在于， 其是开放的系统， 其中必须恒定地添加高纯度气体作为输送介质， 然 后在输送过程中被灰尘污染。
与此不同， 在流化床反应器中制造多晶硅颗粒时， 具有其输入输出管道的反应器 构成包封的系统， 其通常以最高 10bar 过压的设计压力运行。因此， 无法使用具有电子或气 动的振动马达的、 直接接在振动槽上的、 已知的振动输送槽。
发明内容 因此， 本发明的目的在于提供用于输送硅颗粒的新型的系统和方法， 其中可以将 装置封装在压力室内而不直接与外部连接， 并且不将大的振动移动作用在颗粒上以避免对 颗粒和机械部件的磨损。 此外， 该系统应当可以在维护方面方便的方式设置在反应器外部， 从而使可能的存取简单化。
本发明涉及利用输送装置的水平和 / 或垂直移动输送颗粒状硅的方法， 其特征在
于， 所述输送装置向外完全包封， 通过电磁场激发至少一个安装在所述输送装置上的永磁 体使所述输送装置摇摆运动从而使颗粒向前移动， 其中所述电磁场由安装在压力室外部的 线圈施加在包封的装置上。
与利用振动马达激发的输送槽相比， 在包封的输送槽中通过由外部交变电磁场激 发的永磁体的摇摆运动实现本发明方法的摇动位移。由此， 所述输送装置可以向外完全包 封在外壳内， 并且不需要用于供电线路或者压缩空气线路的套管。
用于本发明方法的输送装置具有至少 2 个向外的连接可能， 优选在输送槽的每一 侧均设置一个作为入口和出口。这些连接优选以接头或者法兰连接的形式构成， 从而将所 述输送装置以气密的方式连接至导管、 反应器或用于储存颗粒的容器。 由此， 所述装置例如 可以作为经验证的压力装置用于制造多晶硅的流化床设备中。
所述输送装置可以取决于部件的设计在真空中或者在提高的压力下运行。 所述方 法优选在 0.1bar 至 100bar， 优选 1 至 10bar 的压力下实施。
通过完全包封在外壳中， 所述输送装置还可用于具有高的设计压力和 / 或高的纯 度要求的设备中。
在所述输送装置内部的输送槽本身并不是加压的部件， 因此可以由适合于各种待 输送的物料的材料构成。由此可以选择用于外壳、 位于其中的槽、 补偿器及磁体的材料， 其 特别是以长寿命的方式设计， 并且不会或者几乎不会污染待输送的产品。 因此， 在维护方面 的花费非常低。
经包封的输送槽的外壳优选包括在入口和出口处具有焊接接头和法兰连接的金属导管。 在经包封的装置内部的输送槽以可移动的方式固定在外壳上。 所述输送槽优选为 在入口和出口处具有开口的封闭的管形式的导管， 该管在至少一个点上与外部的外壳柔性 连接。柔性支架例如可以是弹簧、 橡胶带、 可移动的夹条或其他的柔性装置。
出于产品纯度的原因， 入口接头和出口接头具有塑料内衬。在塑料管末端固定有 强的永磁体。所述磁体例如可以接入固定在该管上的分离的室内， 以避免内部空间被磁体 污染。在一个特别优选的实施方案中， 将强的圆柱形永磁体焊入安装在输送管上的塑料容 器内。
以如下方式设置磁体在室内部的移动自由度， 一方面永磁体具有其使输送槽处于 摇动状态的摇摆运动的间隙， 但另一方面不允许磁体自由转动。
通过与永磁体连接的线圈的外部交变电磁场激发永磁体的摇摆运动。
必须设置磁体的轴与线圈轴垂直 ( 电磁场的轴 )。为了保护永磁体不会由于恒 定的摇摆运动而发生磨损， 优选对所述永磁体进行涂覆或者将其焊入由特种钢制成的外罩 内。
可以使用所有在工业上可用的磁体作为永磁体的材料。优选为包含稀土的磁体， 特别优选为钐钴磁体。磁体的精确组成及其磁力对于本发明而言并不是决定性的。永磁体 原则上可以具有任意的形状， 但优选采用圆柱形。
优选使用尺寸比例 ( 高度比直径 ) 为 1.3 ∶ 1 的磁体。
永磁体放置在其中的磁体外壳需要足够的自由空间， 从而使所述磁体可以摇摆运 动的方式自由移动， 并由此产生至输送管的正确的脉冲输送。磁体外壳的中空空间与磁体
直径的比例优选为 1.2 ∶ 1， 磁体室的高度与磁体高度之比优选为 1.2 ∶ 1。
所用的永磁体优选以直立方式安装。在施加交变场时， 尝试将永磁体定位在场的 中心， 并在其转动时将脉冲传递至磁体外壳的壁上， 及因此传递至固定在其上的输送槽。
例如利用变频器对线圈的交变电磁场的振幅 ( 线圈电流 ) 及频率进行调制， 作为 与此相关的类似变量调节硅颗粒通过输送装置的通过量。在此， 将频率调谐至输送槽在各 种安装情况下的固有频率。 通过选择相应的磁体材料、 中空空间直径的尺寸、 内部输送槽的 倾斜角及永磁体的尺寸， 可以确定不同应用情况的工作范围。
使用单相磁场以激发磁体。在此优选为 0.1 至 1000Hz， 更优选 5 至 100Hz 的可变 频率。根据安装条件调谐频率至共振。例如可以使用变频器进行调谐。摇摆运动的频率对 应于励磁场的频率。
可以连续可变地调节电流振幅， 以调节所需的输送槽通过量。这优选在 0.1 至 100A 的范围内， 更优选在 0.1 至 5A 的范围内进行。
场强由所用的安匝数得出， 并随着针对所需的输送量所调节的电流强度而改变。 附图说明
图 1 所示为本发明方法的一个实施方案。 图 2 所示为本发明方法的一个特别的实施方案。具体实施方式
图 1 所示为本发明方法的一个实施方案。将输送槽 (2) 以气密的方式安装在外壳 (1) 的内部。 将其在入口法兰和出口法兰处利用柔性补偿器 (3) 进行连接， 从而柔性连接位 于内部的输送槽 (2)。输送槽本身同样以柔性方式经由多个支承弹簧 (7) 连接外壳 (1) 的 内部。在位于内部的输送槽 (2) 的末端安装永磁体 (4) 的外壳 (5)。通过外部施加的交变 场 (6) 移动所述永磁体。通过移动位于内部的输送槽 (2) 使通过进料开口 (8) 引入的硅颗 粒向前移动直至产品出口 (9) 的开口。
也可在输送装置上安装多个入口和出口， 例如用于多个接收容器或者用于取出较 少量的颗粒以从其输送路径取样。
作为本发明方法的一个特别的实施方案， 使用包封的输送装置， 其中额外的装置 可用于取出产品样品 ( 图 2)。在此， 两个出口接头 (9 和 10) 彼此前后设置。通过关闭位于 第一出口 (9) 下方的配件， 堵塞待输送的物料， 并阻塞该出口。槽的摇动位移继续输送物料 至第二出口 (10)， 然后由此流入样品支路。通过再次打开位于第一出口下方的配件而结束 取样过程。
根据本发明的方法还可用于输送几乎所有的其他固体颗粒。 特别优选将本发明方 法用于输送高纯硅， 例如用于制造太阳能电池的太阳能级硅或者用于制造电子工业的单晶 或多晶硅晶体的超纯硅。
将依照以下实施例更详细地阐述本发明。
实施例 ：
根据本发明的方法在根据图 1 的输送槽内实施。由特种钢制成的外壳 (1) 的直径 为 120mm， 长度为 1000mm。输送管 (2) 包括直径为 50mm 且长度为 700mm 的塑料管。永磁体的塑料外壳的直径为 50mm， 长度为 100mm。在入口法兰和出口法兰与输送管之间安装柔性 的塑料补偿器 (3)。支承弹簧 (7) 包含金属和塑料。选择特种钢焊接法兰作为所述法兰， 以 利用 DIN 法兰密封法来密封所述装置。针对外部励磁场， 在圆柱体上缠绕线圈 (6)， 并定位 在外管上永磁体 (4) 的高度。使用位于特种钢外罩内的外径为 30mm 且长度为 40mm 的钴钐 磁体作为所述永磁体。摇摆运动的频率在 0.1 至 70Hz 之间改变。在此， 可以连续可变地调 节 0 至 100kg/h 的待输送的物料的输送。
待输送的物料是具有高纯度等级 ( 用于电子和太阳能应用的超纯硅 ) 且粒径分布 为 20μm 至 1000μm 且平均粒径为 300μm 至 500μm 的硅颗粒。
在所述颗粒通过本发明装置之后， 在硅颗粒及所述装置自身上未检测到污染物。