[发明专利]用于流化床反应器的探头组件

说明书

相关申请的交叉参考

该申请是2012年11月6日提交的美国申请号13/670,200的部分接续案，所述美国申请通过参考以其全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于流化床反应器、特别是用于含硅或含锗气体的热解分解以生产硅涂覆的粒子或锗涂覆的粒子的流化床反应器的探头组件，所述探头组件包含流化床反应器构件和压力支管(pressuretap)。

背景技术

流化床中含硅气体的热解分解对于生产用于光伏行业和半导体行业的多晶硅来说是一种富有吸引力的工艺，因为其传质和传热优异、用于沉积的表面增加并且可连续生产。与西门子(Siemens)型反应器相比，流化床反应器在一定分数的能量消耗下提供明显更高的生产速率。流化床反应器可以是连续且高度自动化的，以显著降低劳动力成本。

流化床反应器中的常见问题是内部部件的结垢以及包围反应器的壁，因为硅沉积物形成在壁、温度探头、压力支管、种子(seed)喷嘴、气体喷嘴和内部支撑结构上。另一个常见问题是在高运行温度下流化床被用于构造反应器及其部件的材料污染。例如，据显示，镍从某些镍合金中的基础金属扩散到硅层中。类似的问题也出现在被构造用于含锗气体的热解分解以生产锗涂覆的粒子的流化床反应器中。

发明内容

本发明公开了用于流化床反应器的探头组件的实施方案。所述探头组件包含流化床反应器(FBR)构件和压力支管。所述FBR构件具有外表面、最大外部横向尺寸D1、远端以及长度L1。压力支管具有限定通道的壁、最大外部横向尺寸D2、远端以及长度L2，其中D2>D1。所述压力支管的壁与FBR构件的外表面隔开以限定所述FBR构件与所述压力支管的壁之间的空间。所述FBR构件位于由所述压力支管的壁限定的通道内。

在某些实施方案中，所述FBR构件为热电偶、种子管道、粒子取样管线、气体取样管线、气体进料管线、加热器或第二压力支管中的一种或多种。在一个实施方案中，L1大于L2，以致当将探头组件安装在流化床反应器内并使所述探头组件向下延伸到流化床反应器的反应室中时，所述FBR构件的远端位于所述压力支管的壁的远端之下。在另一个实施方案中，L1小于或等于L2，以致当将探头组件安装在流化床反应器内并使所述探头组件向下延伸到流化床反应器的反应室中时，所述FBR构件的远端位于所述压力支管的壁的远端处或位于所述压力支管的壁的远端之上。在某些配置中，L2具有足够的长度，使得当压力支管被放置成使其延伸穿过流化床反应器的顶头(top head)中的孔并且所述流化床反应器处于运行状态时，所述压力支管的远端延伸到所述流化床反应器内的流化床的流化部分中。

在某些实施方案中，所述探头组件还包含在所述压力支管的外壁的远端附近的支撑物。所述支撑物可以包含具有最大外部横向尺寸D3(有利地，D3≤D2)的外部构件和从外部构件向内延伸的多个间隔棒。所述支撑物使外壁内的内部管道居中并使所述内部管道机械稳定。

期望地，所述探头组件或其一部分包含高温不锈钢、镍-铁-铬合金、或铁-铬-镍-钼合金、或基于钴的超合金。在某些配置中，探头组件的暴露的外表面包括包含以下物质的涂层：钴-铬合金、碳化钨/钴、碳化钨/镍硼、碳化硅或氮化硅。

示例性顶头组件包含：顶头，所述顶头包含延伸穿过所述顶头的至少一个孔；以及探头组件，所述探头组件被放置成使其延伸穿过所述孔。公开的探头组件的实施方案适用于流化床反应器，例如包含容器、在所述容器内的多个种子粒子、以及气体源的流化床反应器。在某些实施方案中，所述气体源为含硅气体源，并且所述反应器被构造成通过含硅气体的热解分解以及将硅沉积到种子粒子例如硅种子粒子上来生产硅涂覆的粒子。在某些实施方案中，所述FBR构件为长度大于压力支管的长度的热电偶。

根据参考附图进行的以下详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得更加显而易见。

附图说明

图1A是用于流化床反应器的顶头组件的一个实施方案的示意性立面视图。

图1B是图1A的顶头组件的支撑环的俯视平面图。

图2是因硅沉积而结垢后，图1的顶头组件的示意性立面视图。

图3是顶头组件的示例性实施方案的示意性立面视图，所述顶头组件包含用于流化床反应器的探头组件。

图4是图3的探头组件的示意性立面视图。

图5是图4的探头组件的横截面视图。

图6是图4的探头组件的支撑结构的俯视平面图。