液体供給装置
【課題】簡便でコンパクトな構成で、腐食性の高い溶融金属や溶融塩等の高温の液体を、比較的小量の一定流量で安定に供給できる液体供給装置を提供する。
【解決手段】流出ノズル１４、１１４の内径Ｄ２が、液溜め部１０、１００、２００に収容された溶融液Ｍを流出ノズルの下端から溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、流出ノズルの管長Ｌが、流出ノズルの下端から流出する金属液の流量が、管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、かつ液溜め容器の液面設定領域Ｓが、液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、液面設定領域の内径Ｄ１が、流出ノズルの内径よりも大きく設定される。
【解決手段】流出ノズル１４、１１４の内径Ｄ２が、液溜め部１０、１００、２００に収容された溶融液Ｍを流出ノズルの下端から溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、流出ノズルの管長Ｌが、流出ノズルの下端から流出する金属液の流量が、管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、かつ液溜め容器の液面設定領域Ｓが、液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、液面設定領域の内径Ｄ１が、流出ノズルの内径よりも大きく設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体供給装置に関し、特に、高温の溶融金属液や溶融塩液等の液体を一定流量で供給する液体供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体を一定流量で定速供給するには、流量計で検出した液体の流量値を用いて、バルブをフィードバック制御し、流量を一定に保持する構成を採用することが一般的である。ここで、液体が高温であっても腐食性が高くなければ、４００℃程度の高温の液体に使用できる耐熱バルブは、高価であるが存在している。一方で、４００℃程度の高温の液体の流量を測定できる実用的な流量計は存在しないから、かかる高温の液体の流量を制御することには困難が伴う。
【０００３】
かかる状況下で、特許文献１は、少なくとも２つの開口部１、４を有し、一方の開口部４から溶融金属を吐出するノズルを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５４９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１で開示される構成では、溶融アルミニウムを吐出する実施例において、吐出口の直径は２００μｍから３００μｍの範囲である。この程度の直径の吐出口では、溶融金属、例えば液体亜鉛をその重力で自然流出することはできず、ノズルの吐出口の他端に設けた開口部から圧力を印加して、溶融金属を吐出する必要がある。吐出量は、かかる印加圧力で制御することは可能だが、圧力の印加を中断することなく、ノズル内へ溶融金属を追加導入することは、はなはだ困難である。
【０００６】
本発明者が、更に検討するところによると、４００℃を越える高温の液体を一定流量で供給しようとするときに課題となるのは、このような過酷な条件下で使用できる信頼性の高いバルブが容易には手に入らず、実用的な流量計も存在していないことである。
【０００７】
ここで腐食性の高い高温の溶融金属や溶融塩等の液体の流量を制御する機器を新たに作製しようとする場合には、室温付近での腐食性を遙かに超える激しい腐食性や金属間の合金化による浸食があることに配慮して、使用する材料を慎重に決定するか、又は新たに開発しなければならない。しかし、腐食耐性の高い材料は加工性が悪く、バルブを構成する精密部品の製作が極めて難しかったり、又は力学的強度に難点があったりと、全ての条件を満たす適当な材料を得ることははなはだ困難である。
【０００８】
つまり、一般的なアプローチに基づく高温対応のバルブや流量計を新たに作製することは、極めて困難な状況にある。また、仮に作製できたとしても、そのコストは極めて高くなってしまい、産業的に広く利用することができない。
【０００９】
ここで特許文献１が開示する構成は、溶融金属の吐出状態を制御するためのものではあるが、直径の細い線状溶融液体金属や微細な溶融金属液滴の生成に焦点を当てたものであるため、溶融金属を一定流量で供給する際に必須となる吐出量の安定化に関する技術的な検討が不十分なままである。このため、特許文献１が溶融金属または、固体金属を追加投
入しながら、連続かつ一定流量で、溶融金属を吐出できる構成とはなっておらず、またそれを示唆する内容に言及したものでもない。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、バルブや流量計を用いることのない簡便でコンパクトな構成で、腐食性の高い溶融金属や溶融塩等の高温の液体を、比較的小量の一定流量で安定に供給できる液体供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成すべく、本発明は、第１の局面において、鉛直方向に立設され、溶融液を内部に収容し得て、前記溶融液の液面が位置すべく設定された液面設定領域を有する液溜め容器と、上端が前記液溜め容器の前記内部に連通し、前記鉛直方向に延在しながら、下端が開放されている流出ノズルと、前記液溜め容器及び前記流出ノズルを加熱して保温自在な加熱器と、を備えて、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から流出自在な液体供給装置であって、前記流出ノズルの内径は、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から前記溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、前記流出ノズルの管長は、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量が、前記管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、前記液溜め容器の前記液面設定領域は、前記液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、前記液面設定領域の内径は、前記流出ノズルの前記内径よりも大きく設定された液体供給装置である。
【００１２】
また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記流出ノズルは、前記液溜め容器の内方に配置されることを第２の局面とする。
【００１３】
また本発明は、かかる第１又は２の局面に加えて、前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面に印加される圧力と、前記流出ノズルの前記下端に印加される圧力と、は等しいことを第３の局面とする。
【００１４】
また本発明は、かかる第１から３の局面に加えて、更に、前記流出ノズルを覆う保護管を備えることを第４の局面とする。
【００１５】
また本発明は、かかる第１から４のいずれかの局面に加えて、更に、前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、前記保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備えることを第５の局面とする。
【００１６】
また本発明は、かかる第１から５のいずれかの局面に加えて、更に、前記液溜め容器の前記内部において前記溶融液に浸漬自在な重りを備えることを第６の局面とする。
【００１７】
また本発明は、かかる第１から６のいずれかの局面に加えて、前記溶融液の前記液面が、前記液面設定領域以外の領域に位置しないように、前記溶融液の量をフィードバック制御することを第７の局面とする。
【００１８】
また本発明は、かかる第１から７のいずれかの局面に加えて、前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも下方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部であることを第８の局面とする。
【００１９】
また本発明は、かかる第１から８のいずれかの局面に加えて、前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも上方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部であることを第９の局面とする。
【００２０】
また本発明は、かかる第１から９のいずれかの局面に加えて、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、４０００以上４０００００以内の範囲に設定されることを第１０の局面とする。
【００２１】
また本発明は、かかる第１から９のいずれかの局面に加えて、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定されることを第１１の局面とする。
【００２２】
また本発明は、かかる第１から１１のいずれかの局面に加えて、前記流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製であることを第１２の局面とする。
【００２３】
また本発明は、かかる第１から１２のいずれかの局面に加えて、前記液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成されることを第１３の局面とする。
【００２４】
また本発明は、かかる第１から１３のいずれかの局面に加えて、前記溶融液は、溶融亜鉛液であることを第１４の局面とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の第１の局面における液体供給装置においては、流出ノズルの内径が、液溜め部に収容された溶融液を流出ノズルの下端から溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、流出ノズルの管長が、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、かつ液溜め容器の液面設定領域が、液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、液面設定領域の内径が、流出ノズルの内径よりも大きく設定された構成を有することにより、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルから安定的に吐出させることができる。
【００２６】
本発明の第２の局面における液体供給装置においては、流出ノズルが、液溜め容器の内方に配置されることにより、流出ノズルやその中を流れる溶融液を液溜め容器内の溶融液の温度と同一の温度に維持して保温することができ、流出ノズル内を流れる溶融液の不要な固化による流出ノズルの目詰まりを防止することができる。
【００２７】
本発明の第３の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の内部における溶融液の液面に印加される圧力と、流出ノズルの下端に印加される圧力と、が、は等しい値に設定されるため、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルからより確実に安定して吐出させることができる。
【００２８】
本発明の第４の局面における液体供給装置においては、流出ノズルを覆う保護管を備えることにより、流出ノズル小径の流出ノズルが破損されることを防止しながら、保護管の内部を所望の雰囲気に維持することができる。
【００２９】
本発明の第５の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の内部における溶融
液の液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備えることにより、液溜め容器内の溶融液や流出ノズルから吐出される溶融液が、不要に汚染されたり化学反応することを防止できる。
【００３０】
本発明の第６の局面における液体供給装置においては、更に、液溜め容器の内部において溶融液に浸漬自在な重りを備えることにより、液溜め容器内の溶融液の流出ノズルからの流出開始と流出停止が、確実かつ速やかに実行できる。
【００３１】
本発明の第７の局面における液体供給装置においては、溶融液の液面が、液面設定領域以外の領域に位置しないように、溶融液の量をフィードバック制御することにより、液溜め容器内の溶融液の液面を適正位置に維持して、流出ノズルから吐出される溶融液の流量の変化を抑制することができる。
【００３２】
本発明の第８の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の液面設定領域よりも下方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の総量を抑制することができる。
【００３３】
本発明の第９の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の液面設定領域よりも上方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の不要な蒸発を抑制することができる。
【００３４】
本発明の第１０の局面における液体供給装置においては、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の横断面積をＳ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、４０００以上４０００００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えることができる。
【００３５】
本発明の第１１の局面における液体供給装置においては、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の横断面積をＳ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えることができる。
【００３６】
本発明の第１２の局面における液体供給装置においては、流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製窒化珪素製であることにより、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００３７】
本発明の第１３の局面における液体供給装置においては、液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成されることにより、液溜め容器の強度を確保しながら、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００３８】
本発明の第１４の局面における液体供給装置においては、溶融液が、溶融亜鉛液であることにより、下流のシリコン製造装置等の反応装置に対して、必要な亜鉛を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図２】本実施形態液の体供給装置における流出ノズルの長さに対する流量の特性を示す図である。
【図３】本実施形態液の体供給装置における溶融亜鉛の積算流出量を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが待機状態にある。
【図９】本発明の第６の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが浸漬状態にある。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を適宜参照して、本発明の各実施形態における液体供給装置につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ、ｙ、ｚ軸は、３軸直交座標系をなし、ｚ軸に平行な方向が、鉛直方向であり、適宜、ｚ軸は鉛直方向であり、ｚ軸の正方向を上方、ｚ軸の負方向を下方というものとする。また、各実施形態では、高温の液体として溶融亜鉛を例に挙げて説明するが、限定的なものではなく、その他の溶融金属液や溶融塩液等も使用可能である。
【００４１】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における液体供給装置につき、図１から図３を参照して、詳細に説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。また、図２は、本実施形態液の体供給装置における流出ノズルの長さに対する流量の特性を示す図であり、図３は、本実施形態液の体供給装置における溶融亜鉛の積算流出量の時間変化を示す図である。
【００４３】
図１に示すように、本実施形態の液体供給装置１は、鉛直方向に立設されて上下端が閉じられ、内部に溶融亜鉛液Ｍを収容する典型的には上端及び下端が閉じられた筒状の液溜め容器１０を備える。かかる液溜め容器１０は、典型的には、図示は省略するが、外側がステンレス鋼製等の金属製の外筒で、内側が溶融亜鉛液Ｍに対して耐腐食性の高いアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒である二重構造を有する。また、液溜め容器１０の上端には、鉛直方向に延在する排気管１０ａが連絡して装着されると共に、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスＧが供給される上方不活性ガス導入管１２ａが連絡されて装着されると共に鉛直方に延在し、図示を省略する亜鉛供給部に連絡した亜鉛導入管１２が連絡されて装着される。
【００４４】
一方で、液溜め容器１０の下端には、鉛直方向に貫通するノズル孔１４ａを有して鉛直方向に延在し、典型的には筒状でアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の流出ノズル１４が連絡されて装着される。かかる流出ノズル１４の周囲には、それを保護するように覆いながら鉛直方向に延在して液溜め容器１０の下端に固設される典型的には筒状でステンレス鋼製等の金属製の保護管１６が設けられる。保護管１６は、接続部材１８を介して、亜鉛供給管２０に連絡され、かかる亜鉛供給管２０は、より下流に設けられるシリコン製造装置等の亜鉛を使用する反応装置に連絡されている。なお、液溜め容器１０の内筒や流出ノズル１４の材料としては、上述したように、溶融亜鉛液Ｍに対する耐食性の観点から、アルミナや窒化珪素といったセラミックや石英が好適に使用され得るが、これらは、更に、加工する工法や使用する際の強度、ひいては重量及びコストといった液体供給装置１を製造して使用していく上での諸観点をも総合的に考慮して、適宜いずれかを選択的に使用可能である。また、このように液溜め容器１０に収容され流出ノズル１４から流出される溶
融液が溶融亜鉛液Ｍであって、液溜め容器１０の内筒や流出ノズル１４の材料としてアルミナを選択する場合には、溶融亜鉛液Ｍに対する耐食性をより十分に確保するために、高純度のアルミナ、具体的には純度が９９％以上であるアルミナを用いることが望ましい。
【００４５】
また、液溜め容器１０の周囲には、それを覆いながら鉛直方向に延在する上方加熱炉３０が設けられ、流出ノズル１４を覆う保護管１６には、それを覆いながら鉛直方向に延在する下方加熱炉４０が設けられる。これらの加熱炉３０及び４０は、液溜め容器１０及び、流出ノズル１４内の溶融亜鉛液Ｍ、並びに流出ノズル１４の下端から吐出されて保護管１６内を垂下する典型的には液滴状の溶融亜鉛液Ｍを溶融状態に維持すべく、亜鉛の融点以上の温度に加熱してその温度を維持する。また、保護管１６には、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスＧが供給される下方不活性ガス導入管１６ａが連絡されて装着されるため、下方加熱炉４０には、それに下方不活性ガス導入管１６ａが干渉しないように、挿通孔４０ａが設けられる。なお、下方不活性ガス導入管１６ａが保護管１６に連絡する位置は、不活性ガスＧの流れが流出ノズル１４の下端から吐出される液敵状の溶融亜鉛液Ｍに不要に干渉しないように、流出ノズル１４の下端よりも上方であることが好ましい。
【００４６】
以上の構成の液体供給装置１においては、上方不活性ガス導入管１２ａから不活性ガスＧを亜鉛導入管１２に供給すると共に、亜鉛供給部から亜鉛導入管１２に固体又は液体の亜鉛を供給して、不要な不純物が混入されたり不要な化学反応が起こることを防止しながら、亜鉛を液溜め容器１０に供給する。
【００４７】
このように液溜め容器１０内に収容された亜鉛は、液溜め容器１０が上方加熱炉３０によって亜鉛の融点以上の温度に加熱され維持されているため、溶融亜鉛液Ｍとして収容される。ここで、かかる溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、上限ＳＵ及び下限ＳＬを有して、液溜め容器１０の縦内壁面で画成される液面設定領域Ｓ内に維持される。また、上方不活性ガス導入管１２ａから供給された不活性ガスＧは、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面に接触すると共に充満して、余剰分が排気管１０ａより外部に排気される。
【００４８】
そして、かかる溶融亜鉛液Ｍは、その自重で、流出ノズル１４の下端より吐出され、保護管１６内を液滴状で垂下する。ここで、このように垂下する溶融亜鉛液Ｍは、不活性ガスＧが下方不活性ガス導入管１６ａから保護管１６内に供給されているため、不要な不純物が混入されたり不要な化学反応が起こることを防止されながら、接続部材１８を介して、亜鉛供給管２０内に垂下して行き、下流に設けられ反応装置に供給されることになる。
【００４９】
さて、本実施形態の液体供給装置１は、下流に設けられる反応装置に対して、一定流量の溶融亜鉛液Ｍを安定的に供給可能である。以下、かかる点につき、より詳細に説明をする。
【００５０】
まず、流量を制御自在にするには、簡便なモデルとして、円筒状の液溜め容器１０の縦内壁面で規定される液面設定領域Ｓを設定し、液溜め容器１０の平坦な底面部に円筒状の流出ノズル１４を接続した構成を想定すれば、かかる円筒状の流出ノズル１４の流量Ｒは、流出ノズル１４の内径（ノズル孔１４ａの径）をＤ２、流出ノズル１４の管長（ノズル孔１４ａの長さ）をＬ、液溜め容器１０内の液体Ｍが液溜め容器１０の下端への接続部である流出ノズル１４の上端に印加される圧力をＰとすると、Ｄ２４ｘＰ÷Ｌで近似され、圧力Ｐは、円筒状の液溜め容器１０の内壁面で規定される液面設定領域Ｓにおける液体Ｍの液面高さに比例する。なお、液溜め容器１０及び流出ノズル１４の形状は、かかる近似式を満足し、圧力Ｐが液溜め容器１０の内壁面で規定される液面設定領域Ｓにおける液体Ｍの液面高さに比例すると評価できるものであれば、円筒状のものに限定はされず、角筒状筒であってもよい。
【００５１】
ここで、溶融亜鉛液のような溶融金属液や溶融塩液等の液体Ｍを、円筒状の流出ノズル１４の下端から、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の比較的少量の流量で、液体の自重のみにより安定的に吐出させるには、まず、流出ノズル１４の内径Ｄ２を、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定して、かかる範囲内で適宜の内径Ｄ２を設定することが前提となる。
【００５２】
というのは、内径Ｄ２が１ｍｍ未満の場合には、流出ノズル１４の加工性が極めて悪くかつ閉塞される傾向が高い上に、そもそも液体の自重のみでは、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上の流量Ｒが、現実的には得られないからである。例えば、液体Ｍに溶融亜鉛液を想定し、内径Ｄ２を１ｍｍ未満とし、かつ液面設定領域Ｓの液溜め容器１０の下端からの鉛直方向の高さを１０ｃｍ前後に設定すると、かかる液面高さで生じる圧力Ｐは、０．１ａｔｍ程度である。つまり、内径Ｄ２が１ｍｍ未満であれば、液溜め容器１０の鉛直方向の長さを大幅に大きくするか、更に加圧しなければ、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上の流量Ｒを到底得ることはできず、このことは、装置構成の大型化や複雑化を招いてしまって現実的ではない。
【００５３】
また、一方で、内径Ｄ２が５ｍｍを超える場合には、その流量Ｒが、計算上は内径Ｄ２が１ｍｍである場合の流量の６２５倍以上にもなって１ｃｍ３／ｓｅｃを大幅に超えてしまうから、１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の比較的少量の流量Ｒが、現実的に得られないからである。
【００５４】
更に検討するに、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の流量Ｒを得るために、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定される流出ノズル１４の内径Ｄ２の設定のみに頼ると、かかる内径Ｄ２の寸法自体は比較的小さな値であって、流出ノズル１４の流量Ｒが内径Ｄ２の４乗に比例することを考慮すれば、高い加工精度を維持して種々の内径Ｄ２を有する流出ノズル１４を用意しておくことが必要となるから煩雑である。そこで、流出ノズル１４の内径Ｄ２は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲の所定値に固定することを前提として、その他の自由度の高い調整代を設定し、その調整代と組み合わせて０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の流量Ｒを得ることが要求される。
【００５５】
ここで、図２に示すように、流出ノズル１４の内径Ｄ２を１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲の所定値に固定して、流出ノズル１４の管長Ｌを変化させた場合の流出ノズル１４から自重で吐出される液体Ｍの流量Ｒは、管長Ｌを長くしていくと、長さＬ１までは一定の最大値Ｒｍをとり、更に、長さＬ１を超えて長くしていくと、非線形的に減少する非線形領域に入ることが分かる。そして、更に、かかる非線形領域で管長Ｌを長くしていくと、長さＬ２あたりから流量Ｒの減少の勾配は緩やかに変化して、その後はなだらかに減少をし続けることが分かる。
【００５６】
つまり、流出ノズル１４の管長Ｌを、流出ノズル１４から自重で吐出される液体Ｍの流量Ｒが非線形に変化する非線形領域に対応して設定すれば、流量Ｒを一定の最大値Ｒｍ未満の範囲で自由に設定できることが分かる。また、このように流出ノズル１４の管長Ｌは、流出ノズル１４の内径Ｄ２に比較して、その加工精度を高く維持しながら自由度高く設定自在である。
【００５７】
よって、本実施形態では、流出ノズル１４の内径Ｄ２を、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲の所定値に固定し、かつ、流出ノズル１４の管長Ｌを、流出ノズル１４から自重で吐出される液体Ｍの流量Ｒが非線形に変化する非線形領域に対応して設定することにより、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲内での所定値である流量Ｒを得ることにした。また、全体の装置構成の大きさとの兼ね合いにもよるが、管長Ｌをできるだけ長く、例えば、Ｌ２以上に設定すれば、流量Ｒの変化の勾配が緩やかになるので、管長Ｌの
加工精度が厳しく要求されないで、より正確に０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の流量Ｒを得ることが可能となる。
【００５８】
さて、このように流出ノズル１４の内径Ｄ２及び管長Ｌを設定することにより、現実的な加工精度の下で、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲内での所定値である流量Ｒを得ることが可能となるが、流量Ｒをかかる所定値に維持しながら液体Ｍを流出ノズル１４から吐出させ続けていくには、更に、流出ノズル１４の上端に印加される圧力をＰの時間変化を抑制する必要がある。ここで、上述したように、流出ノズル１４の上端に印加される圧力Ｐが、液溜め容器１０内に収容される液体Ｍの液面高さに比例するものであるから、圧力Ｐが減少する時間変化を抑制するには、液体Ｍの液面高さが低下する時間変化を抑制することが必要となる。
【００５９】
具体的には、このように溜め容器１０内に収容される液体Ｍの液面高さの時間変化を抑制するには、液体Ｍの液面高さに対応する液溜め容器１０の内径をＤ１とすると、かかる液溜め容器１０の内径Ｄ１を、流出ノズル１４の内径Ｄ２に対して、相対的に大きく設定していけばよい。
【００６０】
但し、ここで、液体Ｍの液面高さに対応する液溜め容器１０の内径Ｄ１が、液体Ｍの液面高さが低下していくに従って複雑な時間変化を生じると、液体Ｍの液面高さを現実的に制御可能に緩やかに低下させ難いので、液体Ｍの液面高さを液溜め容器１０の内壁面で規定される液面設定領域Ｓに維持することとし、かつ、液面設定領域Ｓに対応する液溜め容器１０の内壁面を単純な形状、典型的には円筒内面に設定することとする。具体的には、液面設定領域Ｓに対応する液溜め容器１０の内壁面を円筒内面に設定した場合には、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えるには、Ｄ１／Ｄ２を、７０以上７００以内の範囲に設定することが必要であり、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えるには、Ｄ１／Ｄ２を、６００以上６０００以内の範囲に設定することが必要である。なお、本実施形態では、形状が単純で製作が容易であり、また、加熱炉３０及び４０との距離も一定となって加熱効率も良好にし得るとの観点からは、液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓを含めて一定の内径Ｄ１を有する円筒状に設定し、流出ノズル１４も目詰まり等が発生しにくい一定の内径Ｄ２を有する円筒状に設定することが好ましい。また、液溜め容器１０を、円筒状以外の角筒状等の形状とした場合には、液溜め容器１０の液面設定領域Ｓの横断面（鉛直方向に垂直な面で切った断面）の面積をＳ１とすれば、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えるには、Ｓ１／Ｄ２２を、４０００以上４０００００以内の範囲に設定することが必要であり、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えるには、Ｓ１／Ｄ２２を、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定することが必要である。
【００６１】
また、更に、液溜め容器１０内に収容される液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力の値と、流出ノズル１４の下端に印加される圧力の値と、の間に差があると、液面高さの時間変化に影響が出ることになって、流出ノズル１４の上端に印加される圧力Ｐの時間変化に影響が出るので、かかる液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力及び流出ノズル１４の下端に印加される圧力は、等しい値に設定される必要がある。具体的には、液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力は、上方不活性ガス導入管１２ａから供給される不活性ガスＧの圧力と、排気管１０ａから排出される不活性ガスＧの圧力と、の差分であり、流出ノズル１４の下端に印加される圧力は、下方不活性ガス導入管１６ａから供給される不活性ガスＧの圧力と、亜鉛供給管２０から液体Ｍに伴って排出される不活性ガスＧの圧力と、の差分であるから、このように供給され排出される不活性ガスＧの圧力を適宜設定して、液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力及び流出ノズル１４の下端に印加される圧力を、等しい値に設定することになる。
【００６２】
次に、以上の構成を有する本実施形態の液体供給装置１の実験例につき、具体的に説明する。
【００６３】
（実験例）
本実験例では、亜鉛導入管１２から供給された亜鉛を、外側がステンレス鋼製外円筒であり、内側が７０ｍｍの内径Ｄ１を有するアルミナ製の内円筒である二重構造を有し、全高が１５０ｍｍの液溜め容器１０内に収容し、加熱温度が５７５℃に設定された上方加熱炉３０により加熱して５５０℃に維持し溶融亜鉛液Ｍとした。かかる溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、液面設定領域Ｓ内に維持され、その平均液面高さを１００ｍｍに設定した。また、流出ノズル１４は、アルミナ製の円筒とし、その内径Ｄ２を１ｍｍに設定し、その管長Ｌを１０ｍｍに設定した。ここで、Ｄ２／Ｄ１は７０である。保護管１６は、ステンレス鋼製で、内径を３５ｍｍに設定し、その鉛直方向の長さを５０ｍｍに設定した。
【００６４】
また、不活性ガスとしては、アルゴンを採用して、上方不活性ガス導入管１２ａから液溜め容器１０内に、０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、下方不活性ガス導入管１６ａから保護管１６内に、０．３Ｌ／ｍｉｎでの流量で供給した。ここで、上方不活性ガス導入管１２ａから供給されたアルゴンは、液溜め容器１０内をアルゴン雰囲気に維持しながら、排気管１０ａから定常的に排出するが、排気管１０ａの出口の圧力を大気圧に設定したため、液溜め容器１０内の圧力も、実質的に大気圧に維持された。また、液溜め容器１０内の圧力が大気圧程度であるので、液溜め容器１０内への溶融亜鉛の連続的な供給に影響は生じなかった。一方で、下方不活性ガス導入管１６ａから保護管１６内に供給されるアルゴンは、流出ノズル先端での気流の乱れや、温度低下などを発生させることはなく、保護管１６内をアルゴン雰囲気に維持する。かかる保護管１６内の圧力は、下方不活性ガス導入管１６ａから供給されたアルゴンガスが、流出ノズル１４から吐出される溶融亜鉛液滴と共に、亜鉛供給管２０内を流下していくこととも相俟って、実質的に大気圧に維持された。
【００６５】
そして、流出ノズル１４から流出する溶融亜鉛液Ｍの積算流出量Ａを測定したところ、図３に示すような時間変化を示した。つまり、図３に示すように、積算流出量Ａの時間に対する傾きは、実質的に一定であり、安定した溶融亜鉛液Ｍの流量が得られていることが分かる。このときの単位時間あたりの流出量は、約８０ｇ／ｍｉｎと見積もれ、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲内の流量が得られた。また、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１の高さの低下速度は、１．０ｍｍ／ｍｉｎであり、これは、流出ノズル１４の上端の圧力変動に換算して約１％の変動に過ぎず、溶融亜鉛液Ｍの安定した流量を得ることに寄与したものと判断される。
【００６６】
以上の構成の本実施形態によれば、流出ノズルの内径が、液溜め部に収容された溶融液を流出ノズルの下端から溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、流出ノズルの管長が、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、かつ液溜め容器の液面設定領域が、液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、液面設定領域の内径が、管長の内径よりも大きく設定された構成を有することにより、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルから安定的に吐出させることができる。
【００６７】
また、液溜め容器の内部における溶融液の液面に印加される圧力と、流出ノズルの下端に印加される圧力と、が、は等しい値に設定されるため、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルからより確実に安定して吐出させることができる。
【００６８】
また、流出ノズルを覆う保護管を備えることにより、流出ノズル小径の流出ノズルが破損されることを防止しながら、保護管の内部を所望の雰囲気に維持することができる。
【００６９】
また、液溜め容器の内部における溶融液の液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備えることにより、液溜め容器内の溶融液や流出ノズルから吐出される溶融液が、不要に汚染されたり化学反応することを防止できる。
【００７０】
また、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の内径をＤ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２が、７０以上７００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えることができる。
【００７１】
また、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の内径をＤ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２が、６００以上６０００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えることができる。
【００７２】
また、流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製であることにより、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００７３】
また、液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成されることにより、液溜め容器の強度を確保しながら、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００７４】
また、溶融液が、溶融亜鉛液であることにより、下流のシリコン製造装置等の反応装置に対して、必要な亜鉛を提供することができる。例えば、太陽電池用ポリシリコンを製造する技術として、近年、注目を集めている亜鉛還元法は、亜鉛ガスで四塩化珪素を還元して、高純度のポリシリコンを低コストで生産する技術である。かかるプロセスでは、還元剤の亜鉛を、時間あたり供給量が一定の安定した供給速度で、反応管に供給することが必要である。亜鉛の沸点は９３０℃なので、亜鉛ガスの温度は、これ以上の高温であり、これの流量を制御できるバルブや流量計は、もちろん存在しない。しかし、溶融亜鉛液ならば、本実施形態の構成を適用することができるので、安定な定速度での溶融亜鉛液の供給を実現することができる。本実施形態では、かかる用途に最適に用い得ることを想定しており、亜鉛還元法の反応容器の接続部には亜鉛気化器が接続されるが。かかる亜鉛気化器に、定速で亜鉛融液を供給することで、亜鉛還元反応管への亜鉛ガスの定速供給を実現し得るものである。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における液体供給装置につき、更に図４をも参照して、詳細に説明する。
【００７６】
図４は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【００７７】
本実施形態における液体供給装置２は、第１の実施形態のものに対して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓに維持される信頼性を増すように制御
されていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００７８】
図４に示すように、本実施形態の液体供給装置２は、コントローラ５０及び溶融亜鉛液Ｍを亜鉛導入管１２を介して液溜め容器１０に供給する亜鉛供給部６０を備える。更に、液体供給装置２における液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓの上限ＳＵに配置された上方センサ７０ａ、液面設定領域Ｓの下限ＳＬに配置された中間センサ７０ｂ、及び液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方に配置された下方センサ７０ｃを含む液面センサ７０を備える。
【００７９】
ここで、亜鉛供給部６０及び液面センサ７０は、各々信号線でコントローラ５０と結ばれ、亜鉛供給部６０は、液面センサ７０の検出値に基づいてコントローラ５０から送出される制御信号に従って、液溜め容器１０に供給する溶融亜鉛液Ｍの流量を調節する。
【００８０】
具体的には、液面センサ７０は、レベルスイッチであり、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方にあるときは、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、共にほぼ無限大である。また、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵよりも上方にあるときは、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、共にほぼゼロである。一方で、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置にあるときは、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、ほぼ無限大であり、中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、ほぼゼロである。
【００８１】
ここで、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、共にほぼ無限大となったこと検出されたときに、コントローラ５０は、亜鉛供給部６０に対して、液溜め容器１０に溶融亜鉛液Ｍを供給するように指示を出し、亜鉛供給部６０は、液溜め容器１０に対して溶融亜鉛液Ｍを追加して供給する。
【００８２】
そして、液溜め容器１０に対して溶融亜鉛液Ｍを追加して供給して、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が上昇していくと、コントローラ５０は、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、ほぼ無限大であり、中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、ほぼゼロであることを確認した後、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、共にほぼゼロとなったことが検出されたときに、亜鉛供給部６０に対して、液溜め容器１０への溶融亜鉛液Ｍの供給を停止するように指示を出し、亜鉛供給部６０は、液溜め容器１０に対する溶融亜鉛液Ｍの供給を停止する。
【００８３】
よって、コントローラ５０が、かかる制御を行うことで、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置に維持されることになる。
【００８４】
なお、以上のような液面センサ７０を用いて、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１の高さを積極的に変化させて、流出ノズル１４からの溶融亜鉛液Ｍの流量を調整することもできる。流出ノズル１４の下端における表面張力の影響もあるので、安定な流量で調整できる範囲は制限されるが、液溜め容器１０の形状と流出ノズル１４の形状とで決まる流量を、微調整することは可能である。
【００８５】
以上の本実施形態の構成においては、溶融液の液面が、液面設定領域以外の領域に位置しないように、溶融液の量をフィードバック制御することにより、液溜め容器内の溶融液の液面を適正位置に維持して、流出ノズルから吐出される溶融液の流量の変化を抑制することができる。
【００８６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態における液体供給装置につき、更に図５をも参照して、詳細に説明する。
【００８７】
図５は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【００８８】
本実施形態における液体供給装置３は、第１の実施形態のものに対して、液溜め容器１０の形状が異なっていることが主たる相違点であり、対応して上方加熱炉３０の形状は異なるが、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００８９】
図５に示すように、本実施形態の液体供給装置３における液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも上方が、内径Ｄ１を有する大径部１０ｂとして構成され、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方が、内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｃとして構成される。
【００９０】
更に、かかる大径部１０ｂ及び小径部１０ｃを有する液溜め容器１０に対応して、上方加熱炉３０は、大径部３０ａ及び小径部３０ｂを有することになる。
【００９１】
よって、液溜め容器１０が、液面設定領域Ｓを含む大径部１０ｂを有することにより、第１の実施形態における特性と同等に流出ノズル１４から溶融亜鉛液Ｍを吐出しながら、更に小径部１０ｃを有することにより、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの総量を減少し得る。
【００９２】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【００９３】
以上の構成においては、液溜め容器の液面設定領域よりも下方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の総量を抑制することができる。
【００９４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態における液体供給装置につき、更に図６をも参照して、詳細に説明する。
【００９５】
図６は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【００９６】
本実施形態における液体供給装置４は、第３の実施形態のものに対して、液溜め容器１０の形状が異なっていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００９７】
図６に示すように、本実施形態の液体供給装置３における液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方が、液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｃとして構成されていることに加えて、液面設定領域Ｓに対応する部分が、液面設定領域Ｓの内径Ｄ１を有する大径部１０ｄとして構成されると共に、液面設定領域Ｓの上限ＳＵよりも上方が液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｅとして構成されている。
【００９８】
よって、液溜め容器１０が、液面設定領域Ｓに対応する部分が大径部１０ｄとして構成されることにより、第１の実施形態や第３の実施形態における特性と同等に流出ノズル１４から溶融亜鉛液Ｍを吐出すると共に、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方が、液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｃとして構成されていることにより、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの総量を減少することに加えて、面設定領域Ｓの上限ＳＵよりも上方が液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｅとして構成されていることにより、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１からの亜鉛の蒸発量が減少する。
【００９９】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【０１００】
以上の構成においては、液溜め容器の液面設定領域よりも上方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の不要な蒸発を抑制することができる。
【０１０１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態における液体供給装置につき、図７を参照して、詳細に説明する。
【０１０２】
図７は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【０１０３】
本実施形態における液体供給装置５は、第１の実施形態のものに対して、液溜め容器１００及び流出ノズル１１４の構成が異なっていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については、適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１０４】
図７に示すように、本実施形態の液体供給装置５における液溜め容器１００は、その下端である底面部から鉛直方向の上方に向けて、液溜め容器１００の底面部と液面設定領域Ｓの下限ＳＬとの間で起立する円筒状で、第１の実施形態の液溜め容器１０の内筒や流出ノズル１４と同様にアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の起立壁１００ｆを有する。かかる起立壁１００ｆは、液溜め容器１００容器の内径Ｄ１よりも小さい内径ｄ１を有し、起立壁１００ｆに囲われた間隙部１００ｇにおける溶融亜鉛液Ｍを収容する部分は、第３及び第４の実施形態における小径部１０ｃと同様の機能を有する。
【０１０５】
更に、液溜め容器１００の起立壁１００ｆには、第１の実施形態の流出ノズル１４と同様にアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の流出ノズル１１４が装着される。詳しくは、かかる流出ノズル１１４は、鉛直方向に貫通するノズル孔１１４ａを有して、起立壁１００ｆに囲われた間隙部１００ｇを塞いで起立壁１００ｆの間隙部１００ｇ側の壁面に装着される。ここで、流出ノズル１１４の外径は、起立壁１００ｆの内径ｄ１に一致し、流出ノズル１１４の内径（ノズル孔１１４ａの径）は、第１から第４の実施形態と同様にＤ２であり、流出ノズル１１４の管長（ノズル孔１１４ａの長さ）は、第１から第４の実施形態
と同様にＬである。
【０１０６】
但し、かかる流出ノズル１１４は、第１から第４の実施形態における流出ノズル１４が液溜め容器１０の下端に装着されて、液溜め容器１０の外方に配置されていたのに対して、液溜め容器１００の起立壁１００ｆの間隙部１００ｇ側の壁面に装着されて、液溜め容器１００の内方に配置されている。このような液溜め容器１００に対する流出ノズル１１４の配置関係を採用すると、ノズル孔１１４ａを含む流出ノズル１１４の温度は、液溜め容器１００内に収容される溶融亜鉛液Ｍの温度と同じ温度に安定的に維持されて、流出ノズル１１４から流出する溶融亜鉛液Ｍの流出速度も安定する。
【０１０７】
なお、本実施形態においては、保護管１６の構成自体は、第１から第４の実施形態と同様であるが、流出ノズル１１４が液溜め容器１００の内方に配置されているため、保護管１６は、流出ノズル１１４の周囲を覆うことはない。但し、保護管１６は、流出ノズル１１４から流出する溶融亜鉛液Ｍの流出経路の周りを覆って、流出ノズル１１４から流出する溶融亜鉛液Ｍに対する不要な外乱を排除することは、第１から第４の実施形態と同様である。
【０１０８】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【０１０９】
また、本実施形態の流出ノズル１１４は、液溜め容器１００内に収容される溶融亜鉛液Ｍからの保温性が許容される範囲内で、その一部が液溜め容器１００の内方に配置され、残部が液溜め容器１００の下方に突出するような構成を有していてもよい。
【０１１０】
以上の構成においては、流出ノズルが、液溜め容器の内方に配置されることにより、流出ノズルやその中を流れる溶融液を液溜め容器内の溶融液の温度と同一の温度に維持して保温することができ、流出ノズル内を流れる溶融液の不要な固化による流出ノズルの目詰まりを防止することができる。
【０１１１】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態における液体供給装置につき、図８及び図９を参照して、詳細に説明する。
【０１１２】
図８は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが下降する前の待機状態にある。また、図９は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが下降した浸漬状態にある。
【０１１３】
本実施形態における液体供給装置６は、第５の実施形態のものに対して、液溜め容器２００内に重り２１０を追加したことが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については、適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１１４】
図８及び図９に示すように、本実施形態の液体供給装置５における液溜め容器２００内には、重り２１０が収容されており、かかる重り２１０は、液溜め容器２００の上端である上面部に装着されたシール部材２１２を介して、液溜め容器２００内から液溜め容器２００の鉛直方向の上方に突出して延在する操作棒２１４に装着されている。かかる重り２１０や操作棒２１４の材質としては、溶融亜鉛液Ｍに対して耐食性の高いアルミナや窒化珪素といったセラミックや石英を使用することが望ましい。
【０１１５】
更に、操作棒２１４には、図示を省略するアクチュエータが連絡されており、かかるアクチュエータを操作することにより、操作棒２１４は、鉛直方向に移動自在である。そして、このように操作棒２１４を移動することにより、重り２１０は、図８に示す溶融亜鉛液Ｍの上方に露出された状態と図９に示す溶融亜鉛液Ｍ内に浸漬された状態との間で、移動自在である。ここで、シール部材２１２は、移動する操作棒２１４によって摺接されながら液溜め容器２００の内部をシールする必要があるため、シール部材２１２としては、グランドパッキンやベローズ等の部材が採用し得る。
【０１１６】
詳しくは、図８に示すように、重り２１０が溶融亜鉛液Ｍの上方に露出された待機状態では、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、流出ノズル１１４を囲む液溜め容器１００の起立壁１００ｆの上端より低い位置にある。かかる状態では、溶融亜鉛液Ｍが、起立壁１００ｆの上端を乗り越えられず、流出ノズル１１４から溶融亜鉛液Ｍが流出することはない。
【０１１７】
次に、図９に示すように、アクチュエータを駆動して重り２１０を下降させて溶融亜鉛液Ｍ内に沈めると共に、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１を上昇させていき、重り２１０が完全に溶融亜鉛液Ｍ内に浸漬された浸漬状態になると、溶融亜鉛液Ｍが起立壁１００ｆの上端を乗り越えて流出ノズル１１４から流出し始め、その溶融亜鉛液Ｍの流出状態が維持されることになる。この際に、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、液面設定領域Ｓにおける上限ＳＵ及び下限ＳＬの範囲内に維持される。
【０１１８】
そして、再び、アクチュエータを駆動して重り２１０を上昇させて溶融亜鉛液Ｍから露出させると、重り２１０は、図８に示す待機状態に復帰するから、流出ノズル１１４からの溶融亜鉛液Ｍの流出は停止する。
【０１１９】
このように、本実施形態では、亜鉛溜め容器２００内で重り２１０を上下移動して、亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍ中に浸漬されるものであるため、亜鉛溜め容器２００の容積を不要に増大せずに重り２１０の移動や浸漬のスペースを確保するには、亜鉛溜め容器２００としては、上端及び下端が閉じられた角筒状である角槽を採用することが好適である。
【０１２０】
また、重り２２０の比重は、亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの比重以下であることが好適である。というのは、重り２２０の比重と亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの比重とが等しければ、重り２２０が溶融亜鉛液Ｍ中にあるときには、重り２２０を上下する力を最小にすることができるからである。また、重り２２０の比重が、亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの比重より小さければ、重り２２０を上昇させるときに浮力を利用でき、重り２２０を引き上げる力を小さくすることができるし、トラブル等による緊急停止時には、浮力が利用できて、速やかな重り２２０の停止動作が可能となるからである。更に、重り２２０が亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１に浮いた状態で、液面Ｓ１が液溜め容器１００の起立壁１００ｆの上端より低い位置になるよう設定しておけば、待機状態で特に重り２２０に力を加える必要がなく、操作棒２１４や、操作棒２１４とアクチュエータとの接続部にかかる負荷を低減することができる。
【０１２１】
また、耐食性を考慮して重り２２０の材質を選定した後、重り２２０の実効的比重を調整し最適化することも可能である。例えば、重り２２０の内部を空洞にしたり、空洞内に重り２２０に使用する材質よりも比重の重いものを充填することによって、重り２２０全体の実効比重を、任意に調整自在である。
【０１２２】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【０１２３】
以上の構成においては、液溜め容器の内部において溶融液に浸漬自在な重りを備えることにより、液溜め容器内の溶融液の流出ノズルからの流出開始と流出停止が、確実かつ速やかに実行できる。
【０１２４】
なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上のように、本発明においては、バルブや流量計を用いることのない簡便でコンパクトな構成で、腐食性の高い溶融金属や溶融塩等の高温の液体を、比較的小量の一定流量で安定に供給できる液体供給装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から溶融金属液や溶融塩液等の供給装置に広範に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【０１２６】
１…………液体供給装置
２…………液体供給装置
３…………液体供給装置
４…………液体供給装置
５…………液体供給装置
６…………液体供給装置
１０………液溜め容器
１０ａ……排気管
１０ｂ……大径部
１０ｃ……小径部
１０ｄ……大径部
１０ｅ……小径部
１２………亜鉛導入管
１２ａ……上方不活性ガス導入管
１４………流出ノズル
１４ａ……流出ノズル孔
１６………保護管
１６ａ……下方不活性ガス導入管
１８………接続部材
２０………亜鉛供給管
３０………上方加熱炉
３０ａ……大径加熱部
３０ｂ……小径加熱部
４０………下方加熱炉
４０ａ……挿通孔
５０………コントローラ
６０………亜鉛供給部
７０………液面センサ
７０ａ……上方センサ
７０ｂ……中間センサ
７０ｃ……下方センサ
１００……液溜め容器
１００ｆ…起立壁
１００ｇ…間隙部
１１４……流出ノズル
１１４ａ…流出ノズル孔
２００……液溜め容器
２１０……重り
２１２……シール部材
２１４……操作棒
Ｓ…………液面設定領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体供給装置に関し、特に、高温の溶融金属液や溶融塩液等の液体を一定流量で供給する液体供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体を一定流量で定速供給するには、流量計で検出した液体の流量値を用いて、バルブをフィードバック制御し、流量を一定に保持する構成を採用することが一般的である。ここで、液体が高温であっても腐食性が高くなければ、４００℃程度の高温の液体に使用できる耐熱バルブは、高価であるが存在している。一方で、４００℃程度の高温の液体の流量を測定できる実用的な流量計は存在しないから、かかる高温の液体の流量を制御することには困難が伴う。
【０００３】
かかる状況下で、特許文献１は、少なくとも２つの開口部１、４を有し、一方の開口部４から溶融金属を吐出するノズルを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５４９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１で開示される構成では、溶融アルミニウムを吐出する実施例において、吐出口の直径は２００μｍから３００μｍの範囲である。この程度の直径の吐出口では、溶融金属、例えば液体亜鉛をその重力で自然流出することはできず、ノズルの吐出口の他端に設けた開口部から圧力を印加して、溶融金属を吐出する必要がある。吐出量は、かかる印加圧力で制御することは可能だが、圧力の印加を中断することなく、ノズル内へ溶融金属を追加導入することは、はなはだ困難である。
【０００６】
本発明者が、更に検討するところによると、４００℃を越える高温の液体を一定流量で供給しようとするときに課題となるのは、このような過酷な条件下で使用できる信頼性の高いバルブが容易には手に入らず、実用的な流量計も存在していないことである。
【０００７】
ここで腐食性の高い高温の溶融金属や溶融塩等の液体の流量を制御する機器を新たに作製しようとする場合には、室温付近での腐食性を遙かに超える激しい腐食性や金属間の合金化による浸食があることに配慮して、使用する材料を慎重に決定するか、又は新たに開発しなければならない。しかし、腐食耐性の高い材料は加工性が悪く、バルブを構成する精密部品の製作が極めて難しかったり、又は力学的強度に難点があったりと、全ての条件を満たす適当な材料を得ることははなはだ困難である。
【０００８】
つまり、一般的なアプローチに基づく高温対応のバルブや流量計を新たに作製することは、極めて困難な状況にある。また、仮に作製できたとしても、そのコストは極めて高くなってしまい、産業的に広く利用することができない。
【０００９】
ここで特許文献１が開示する構成は、溶融金属の吐出状態を制御するためのものではあるが、直径の細い線状溶融液体金属や微細な溶融金属液滴の生成に焦点を当てたものであるため、溶融金属を一定流量で供給する際に必須となる吐出量の安定化に関する技術的な検討が不十分なままである。このため、特許文献１が溶融金属または、固体金属を追加投
入しながら、連続かつ一定流量で、溶融金属を吐出できる構成とはなっておらず、またそれを示唆する内容に言及したものでもない。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、バルブや流量計を用いることのない簡便でコンパクトな構成で、腐食性の高い溶融金属や溶融塩等の高温の液体を、比較的小量の一定流量で安定に供給できる液体供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成すべく、本発明は、第１の局面において、鉛直方向に立設され、溶融液を内部に収容し得て、前記溶融液の液面が位置すべく設定された液面設定領域を有する液溜め容器と、上端が前記液溜め容器の前記内部に連通し、前記鉛直方向に延在しながら、下端が開放されている流出ノズルと、前記液溜め容器及び前記流出ノズルを加熱して保温自在な加熱器と、を備えて、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から流出自在な液体供給装置であって、前記流出ノズルの内径は、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から前記溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、前記流出ノズルの管長は、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量が、前記管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、前記液溜め容器の前記液面設定領域は、前記液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、前記液面設定領域の内径は、前記流出ノズルの前記内径よりも大きく設定された液体供給装置である。
【００１２】
また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記流出ノズルは、前記液溜め容器の内方に配置されることを第２の局面とする。
【００１３】
また本発明は、かかる第１又は２の局面に加えて、前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面に印加される圧力と、前記流出ノズルの前記下端に印加される圧力と、は等しいことを第３の局面とする。
【００１４】
また本発明は、かかる第１から３の局面に加えて、更に、前記流出ノズルを覆う保護管を備えることを第４の局面とする。
【００１５】
また本発明は、かかる第１から４のいずれかの局面に加えて、更に、前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、前記保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備えることを第５の局面とする。
【００１６】
また本発明は、かかる第１から５のいずれかの局面に加えて、更に、前記液溜め容器の前記内部において前記溶融液に浸漬自在な重りを備えることを第６の局面とする。
【００１７】
また本発明は、かかる第１から６のいずれかの局面に加えて、前記溶融液の前記液面が、前記液面設定領域以外の領域に位置しないように、前記溶融液の量をフィードバック制御することを第７の局面とする。
【００１８】
また本発明は、かかる第１から７のいずれかの局面に加えて、前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも下方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部であることを第８の局面とする。
【００１９】
また本発明は、かかる第１から８のいずれかの局面に加えて、前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも上方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部であることを第９の局面とする。
【００２０】
また本発明は、かかる第１から９のいずれかの局面に加えて、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、４０００以上４０００００以内の範囲に設定されることを第１０の局面とする。
【００２１】
また本発明は、かかる第１から９のいずれかの局面に加えて、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定されることを第１１の局面とする。
【００２２】
また本発明は、かかる第１から１１のいずれかの局面に加えて、前記流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製であることを第１２の局面とする。
【００２３】
また本発明は、かかる第１から１２のいずれかの局面に加えて、前記液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成されることを第１３の局面とする。
【００２４】
また本発明は、かかる第１から１３のいずれかの局面に加えて、前記溶融液は、溶融亜鉛液であることを第１４の局面とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の第１の局面における液体供給装置においては、流出ノズルの内径が、液溜め部に収容された溶融液を流出ノズルの下端から溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、流出ノズルの管長が、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、かつ液溜め容器の液面設定領域が、液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、液面設定領域の内径が、流出ノズルの内径よりも大きく設定された構成を有することにより、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルから安定的に吐出させることができる。
【００２６】
本発明の第２の局面における液体供給装置においては、流出ノズルが、液溜め容器の内方に配置されることにより、流出ノズルやその中を流れる溶融液を液溜め容器内の溶融液の温度と同一の温度に維持して保温することができ、流出ノズル内を流れる溶融液の不要な固化による流出ノズルの目詰まりを防止することができる。
【００２７】
本発明の第３の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の内部における溶融液の液面に印加される圧力と、流出ノズルの下端に印加される圧力と、が、は等しい値に設定されるため、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルからより確実に安定して吐出させることができる。
【００２８】
本発明の第４の局面における液体供給装置においては、流出ノズルを覆う保護管を備えることにより、流出ノズル小径の流出ノズルが破損されることを防止しながら、保護管の内部を所望の雰囲気に維持することができる。
【００２９】
本発明の第５の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の内部における溶融
液の液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備えることにより、液溜め容器内の溶融液や流出ノズルから吐出される溶融液が、不要に汚染されたり化学反応することを防止できる。
【００３０】
本発明の第６の局面における液体供給装置においては、更に、液溜め容器の内部において溶融液に浸漬自在な重りを備えることにより、液溜め容器内の溶融液の流出ノズルからの流出開始と流出停止が、確実かつ速やかに実行できる。
【００３１】
本発明の第７の局面における液体供給装置においては、溶融液の液面が、液面設定領域以外の領域に位置しないように、溶融液の量をフィードバック制御することにより、液溜め容器内の溶融液の液面を適正位置に維持して、流出ノズルから吐出される溶融液の流量の変化を抑制することができる。
【００３２】
本発明の第８の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の液面設定領域よりも下方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の総量を抑制することができる。
【００３３】
本発明の第９の局面における液体供給装置においては、液溜め容器の液面設定領域よりも上方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の不要な蒸発を抑制することができる。
【００３４】
本発明の第１０の局面における液体供給装置においては、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の横断面積をＳ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、４０００以上４０００００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えることができる。
【００３５】
本発明の第１１の局面における液体供給装置においては、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の横断面積をＳ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えることができる。
【００３６】
本発明の第１２の局面における液体供給装置においては、流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製窒化珪素製であることにより、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００３７】
本発明の第１３の局面における液体供給装置においては、液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成されることにより、液溜め容器の強度を確保しながら、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００３８】
本発明の第１４の局面における液体供給装置においては、溶融液が、溶融亜鉛液であることにより、下流のシリコン製造装置等の反応装置に対して、必要な亜鉛を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図２】本実施形態液の体供給装置における流出ノズルの長さに対する流量の特性を示す図である。
【図３】本実施形態液の体供給装置における溶融亜鉛の積算流出量を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが待機状態にある。
【図９】本発明の第６の実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが浸漬状態にある。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を適宜参照して、本発明の各実施形態における液体供給装置につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ、ｙ、ｚ軸は、３軸直交座標系をなし、ｚ軸に平行な方向が、鉛直方向であり、適宜、ｚ軸は鉛直方向であり、ｚ軸の正方向を上方、ｚ軸の負方向を下方というものとする。また、各実施形態では、高温の液体として溶融亜鉛を例に挙げて説明するが、限定的なものではなく、その他の溶融金属液や溶融塩液等も使用可能である。
【００４１】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における液体供給装置につき、図１から図３を参照して、詳細に説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。また、図２は、本実施形態液の体供給装置における流出ノズルの長さに対する流量の特性を示す図であり、図３は、本実施形態液の体供給装置における溶融亜鉛の積算流出量の時間変化を示す図である。
【００４３】
図１に示すように、本実施形態の液体供給装置１は、鉛直方向に立設されて上下端が閉じられ、内部に溶融亜鉛液Ｍを収容する典型的には上端及び下端が閉じられた筒状の液溜め容器１０を備える。かかる液溜め容器１０は、典型的には、図示は省略するが、外側がステンレス鋼製等の金属製の外筒で、内側が溶融亜鉛液Ｍに対して耐腐食性の高いアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒である二重構造を有する。また、液溜め容器１０の上端には、鉛直方向に延在する排気管１０ａが連絡して装着されると共に、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスＧが供給される上方不活性ガス導入管１２ａが連絡されて装着されると共に鉛直方に延在し、図示を省略する亜鉛供給部に連絡した亜鉛導入管１２が連絡されて装着される。
【００４４】
一方で、液溜め容器１０の下端には、鉛直方向に貫通するノズル孔１４ａを有して鉛直方向に延在し、典型的には筒状でアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の流出ノズル１４が連絡されて装着される。かかる流出ノズル１４の周囲には、それを保護するように覆いながら鉛直方向に延在して液溜め容器１０の下端に固設される典型的には筒状でステンレス鋼製等の金属製の保護管１６が設けられる。保護管１６は、接続部材１８を介して、亜鉛供給管２０に連絡され、かかる亜鉛供給管２０は、より下流に設けられるシリコン製造装置等の亜鉛を使用する反応装置に連絡されている。なお、液溜め容器１０の内筒や流出ノズル１４の材料としては、上述したように、溶融亜鉛液Ｍに対する耐食性の観点から、アルミナや窒化珪素といったセラミックや石英が好適に使用され得るが、これらは、更に、加工する工法や使用する際の強度、ひいては重量及びコストといった液体供給装置１を製造して使用していく上での諸観点をも総合的に考慮して、適宜いずれかを選択的に使用可能である。また、このように液溜め容器１０に収容され流出ノズル１４から流出される溶
融液が溶融亜鉛液Ｍであって、液溜め容器１０の内筒や流出ノズル１４の材料としてアルミナを選択する場合には、溶融亜鉛液Ｍに対する耐食性をより十分に確保するために、高純度のアルミナ、具体的には純度が９９％以上であるアルミナを用いることが望ましい。
【００４５】
また、液溜め容器１０の周囲には、それを覆いながら鉛直方向に延在する上方加熱炉３０が設けられ、流出ノズル１４を覆う保護管１６には、それを覆いながら鉛直方向に延在する下方加熱炉４０が設けられる。これらの加熱炉３０及び４０は、液溜め容器１０及び、流出ノズル１４内の溶融亜鉛液Ｍ、並びに流出ノズル１４の下端から吐出されて保護管１６内を垂下する典型的には液滴状の溶融亜鉛液Ｍを溶融状態に維持すべく、亜鉛の融点以上の温度に加熱してその温度を維持する。また、保護管１６には、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスＧが供給される下方不活性ガス導入管１６ａが連絡されて装着されるため、下方加熱炉４０には、それに下方不活性ガス導入管１６ａが干渉しないように、挿通孔４０ａが設けられる。なお、下方不活性ガス導入管１６ａが保護管１６に連絡する位置は、不活性ガスＧの流れが流出ノズル１４の下端から吐出される液敵状の溶融亜鉛液Ｍに不要に干渉しないように、流出ノズル１４の下端よりも上方であることが好ましい。
【００４６】
以上の構成の液体供給装置１においては、上方不活性ガス導入管１２ａから不活性ガスＧを亜鉛導入管１２に供給すると共に、亜鉛供給部から亜鉛導入管１２に固体又は液体の亜鉛を供給して、不要な不純物が混入されたり不要な化学反応が起こることを防止しながら、亜鉛を液溜め容器１０に供給する。
【００４７】
このように液溜め容器１０内に収容された亜鉛は、液溜め容器１０が上方加熱炉３０によって亜鉛の融点以上の温度に加熱され維持されているため、溶融亜鉛液Ｍとして収容される。ここで、かかる溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、上限ＳＵ及び下限ＳＬを有して、液溜め容器１０の縦内壁面で画成される液面設定領域Ｓ内に維持される。また、上方不活性ガス導入管１２ａから供給された不活性ガスＧは、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面に接触すると共に充満して、余剰分が排気管１０ａより外部に排気される。
【００４８】
そして、かかる溶融亜鉛液Ｍは、その自重で、流出ノズル１４の下端より吐出され、保護管１６内を液滴状で垂下する。ここで、このように垂下する溶融亜鉛液Ｍは、不活性ガスＧが下方不活性ガス導入管１６ａから保護管１６内に供給されているため、不要な不純物が混入されたり不要な化学反応が起こることを防止されながら、接続部材１８を介して、亜鉛供給管２０内に垂下して行き、下流に設けられ反応装置に供給されることになる。
【００４９】
さて、本実施形態の液体供給装置１は、下流に設けられる反応装置に対して、一定流量の溶融亜鉛液Ｍを安定的に供給可能である。以下、かかる点につき、より詳細に説明をする。
【００５０】
まず、流量を制御自在にするには、簡便なモデルとして、円筒状の液溜め容器１０の縦内壁面で規定される液面設定領域Ｓを設定し、液溜め容器１０の平坦な底面部に円筒状の流出ノズル１４を接続した構成を想定すれば、かかる円筒状の流出ノズル１４の流量Ｒは、流出ノズル１４の内径（ノズル孔１４ａの径）をＤ２、流出ノズル１４の管長（ノズル孔１４ａの長さ）をＬ、液溜め容器１０内の液体Ｍが液溜め容器１０の下端への接続部である流出ノズル１４の上端に印加される圧力をＰとすると、Ｄ２４ｘＰ÷Ｌで近似され、圧力Ｐは、円筒状の液溜め容器１０の内壁面で規定される液面設定領域Ｓにおける液体Ｍの液面高さに比例する。なお、液溜め容器１０及び流出ノズル１４の形状は、かかる近似式を満足し、圧力Ｐが液溜め容器１０の内壁面で規定される液面設定領域Ｓにおける液体Ｍの液面高さに比例すると評価できるものであれば、円筒状のものに限定はされず、角筒状筒であってもよい。
【００５１】
ここで、溶融亜鉛液のような溶融金属液や溶融塩液等の液体Ｍを、円筒状の流出ノズル１４の下端から、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の比較的少量の流量で、液体の自重のみにより安定的に吐出させるには、まず、流出ノズル１４の内径Ｄ２を、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定して、かかる範囲内で適宜の内径Ｄ２を設定することが前提となる。
【００５２】
というのは、内径Ｄ２が１ｍｍ未満の場合には、流出ノズル１４の加工性が極めて悪くかつ閉塞される傾向が高い上に、そもそも液体の自重のみでは、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上の流量Ｒが、現実的には得られないからである。例えば、液体Ｍに溶融亜鉛液を想定し、内径Ｄ２を１ｍｍ未満とし、かつ液面設定領域Ｓの液溜め容器１０の下端からの鉛直方向の高さを１０ｃｍ前後に設定すると、かかる液面高さで生じる圧力Ｐは、０．１ａｔｍ程度である。つまり、内径Ｄ２が１ｍｍ未満であれば、液溜め容器１０の鉛直方向の長さを大幅に大きくするか、更に加圧しなければ、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上の流量Ｒを到底得ることはできず、このことは、装置構成の大型化や複雑化を招いてしまって現実的ではない。
【００５３】
また、一方で、内径Ｄ２が５ｍｍを超える場合には、その流量Ｒが、計算上は内径Ｄ２が１ｍｍである場合の流量の６２５倍以上にもなって１ｃｍ３／ｓｅｃを大幅に超えてしまうから、１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の比較的少量の流量Ｒが、現実的に得られないからである。
【００５４】
更に検討するに、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の流量Ｒを得るために、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定される流出ノズル１４の内径Ｄ２の設定のみに頼ると、かかる内径Ｄ２の寸法自体は比較的小さな値であって、流出ノズル１４の流量Ｒが内径Ｄ２の４乗に比例することを考慮すれば、高い加工精度を維持して種々の内径Ｄ２を有する流出ノズル１４を用意しておくことが必要となるから煩雑である。そこで、流出ノズル１４の内径Ｄ２は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲の所定値に固定することを前提として、その他の自由度の高い調整代を設定し、その調整代と組み合わせて０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の流量Ｒを得ることが要求される。
【００５５】
ここで、図２に示すように、流出ノズル１４の内径Ｄ２を１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲の所定値に固定して、流出ノズル１４の管長Ｌを変化させた場合の流出ノズル１４から自重で吐出される液体Ｍの流量Ｒは、管長Ｌを長くしていくと、長さＬ１までは一定の最大値Ｒｍをとり、更に、長さＬ１を超えて長くしていくと、非線形的に減少する非線形領域に入ることが分かる。そして、更に、かかる非線形領域で管長Ｌを長くしていくと、長さＬ２あたりから流量Ｒの減少の勾配は緩やかに変化して、その後はなだらかに減少をし続けることが分かる。
【００５６】
つまり、流出ノズル１４の管長Ｌを、流出ノズル１４から自重で吐出される液体Ｍの流量Ｒが非線形に変化する非線形領域に対応して設定すれば、流量Ｒを一定の最大値Ｒｍ未満の範囲で自由に設定できることが分かる。また、このように流出ノズル１４の管長Ｌは、流出ノズル１４の内径Ｄ２に比較して、その加工精度を高く維持しながら自由度高く設定自在である。
【００５７】
よって、本実施形態では、流出ノズル１４の内径Ｄ２を、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲の所定値に固定し、かつ、流出ノズル１４の管長Ｌを、流出ノズル１４から自重で吐出される液体Ｍの流量Ｒが非線形に変化する非線形領域に対応して設定することにより、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲内での所定値である流量Ｒを得ることにした。また、全体の装置構成の大きさとの兼ね合いにもよるが、管長Ｌをできるだけ長く、例えば、Ｌ２以上に設定すれば、流量Ｒの変化の勾配が緩やかになるので、管長Ｌの
加工精度が厳しく要求されないで、より正確に０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲の流量Ｒを得ることが可能となる。
【００５８】
さて、このように流出ノズル１４の内径Ｄ２及び管長Ｌを設定することにより、現実的な加工精度の下で、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲内での所定値である流量Ｒを得ることが可能となるが、流量Ｒをかかる所定値に維持しながら液体Ｍを流出ノズル１４から吐出させ続けていくには、更に、流出ノズル１４の上端に印加される圧力をＰの時間変化を抑制する必要がある。ここで、上述したように、流出ノズル１４の上端に印加される圧力Ｐが、液溜め容器１０内に収容される液体Ｍの液面高さに比例するものであるから、圧力Ｐが減少する時間変化を抑制するには、液体Ｍの液面高さが低下する時間変化を抑制することが必要となる。
【００５９】
具体的には、このように溜め容器１０内に収容される液体Ｍの液面高さの時間変化を抑制するには、液体Ｍの液面高さに対応する液溜め容器１０の内径をＤ１とすると、かかる液溜め容器１０の内径Ｄ１を、流出ノズル１４の内径Ｄ２に対して、相対的に大きく設定していけばよい。
【００６０】
但し、ここで、液体Ｍの液面高さに対応する液溜め容器１０の内径Ｄ１が、液体Ｍの液面高さが低下していくに従って複雑な時間変化を生じると、液体Ｍの液面高さを現実的に制御可能に緩やかに低下させ難いので、液体Ｍの液面高さを液溜め容器１０の内壁面で規定される液面設定領域Ｓに維持することとし、かつ、液面設定領域Ｓに対応する液溜め容器１０の内壁面を単純な形状、典型的には円筒内面に設定することとする。具体的には、液面設定領域Ｓに対応する液溜め容器１０の内壁面を円筒内面に設定した場合には、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えるには、Ｄ１／Ｄ２を、７０以上７００以内の範囲に設定することが必要であり、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えるには、Ｄ１／Ｄ２を、６００以上６０００以内の範囲に設定することが必要である。なお、本実施形態では、形状が単純で製作が容易であり、また、加熱炉３０及び４０との距離も一定となって加熱効率も良好にし得るとの観点からは、液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓを含めて一定の内径Ｄ１を有する円筒状に設定し、流出ノズル１４も目詰まり等が発生しにくい一定の内径Ｄ２を有する円筒状に設定することが好ましい。また、液溜め容器１０を、円筒状以外の角筒状等の形状とした場合には、液溜め容器１０の液面設定領域Ｓの横断面（鉛直方向に垂直な面で切った断面）の面積をＳ１とすれば、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えるには、Ｓ１／Ｄ２２を、４０００以上４０００００以内の範囲に設定することが必要であり、液体Ｍの液面高さの時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えるには、Ｓ１／Ｄ２２を、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定することが必要である。
【００６１】
また、更に、液溜め容器１０内に収容される液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力の値と、流出ノズル１４の下端に印加される圧力の値と、の間に差があると、液面高さの時間変化に影響が出ることになって、流出ノズル１４の上端に印加される圧力Ｐの時間変化に影響が出るので、かかる液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力及び流出ノズル１４の下端に印加される圧力は、等しい値に設定される必要がある。具体的には、液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力は、上方不活性ガス導入管１２ａから供給される不活性ガスＧの圧力と、排気管１０ａから排出される不活性ガスＧの圧力と、の差分であり、流出ノズル１４の下端に印加される圧力は、下方不活性ガス導入管１６ａから供給される不活性ガスＧの圧力と、亜鉛供給管２０から液体Ｍに伴って排出される不活性ガスＧの圧力と、の差分であるから、このように供給され排出される不活性ガスＧの圧力を適宜設定して、液体Ｍの液面Ｓ１に印加される圧力及び流出ノズル１４の下端に印加される圧力を、等しい値に設定することになる。
【００６２】
次に、以上の構成を有する本実施形態の液体供給装置１の実験例につき、具体的に説明する。
【００６３】
（実験例）
本実験例では、亜鉛導入管１２から供給された亜鉛を、外側がステンレス鋼製外円筒であり、内側が７０ｍｍの内径Ｄ１を有するアルミナ製の内円筒である二重構造を有し、全高が１５０ｍｍの液溜め容器１０内に収容し、加熱温度が５７５℃に設定された上方加熱炉３０により加熱して５５０℃に維持し溶融亜鉛液Ｍとした。かかる溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、液面設定領域Ｓ内に維持され、その平均液面高さを１００ｍｍに設定した。また、流出ノズル１４は、アルミナ製の円筒とし、その内径Ｄ２を１ｍｍに設定し、その管長Ｌを１０ｍｍに設定した。ここで、Ｄ２／Ｄ１は７０である。保護管１６は、ステンレス鋼製で、内径を３５ｍｍに設定し、その鉛直方向の長さを５０ｍｍに設定した。
【００６４】
また、不活性ガスとしては、アルゴンを採用して、上方不活性ガス導入管１２ａから液溜め容器１０内に、０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、下方不活性ガス導入管１６ａから保護管１６内に、０．３Ｌ／ｍｉｎでの流量で供給した。ここで、上方不活性ガス導入管１２ａから供給されたアルゴンは、液溜め容器１０内をアルゴン雰囲気に維持しながら、排気管１０ａから定常的に排出するが、排気管１０ａの出口の圧力を大気圧に設定したため、液溜め容器１０内の圧力も、実質的に大気圧に維持された。また、液溜め容器１０内の圧力が大気圧程度であるので、液溜め容器１０内への溶融亜鉛の連続的な供給に影響は生じなかった。一方で、下方不活性ガス導入管１６ａから保護管１６内に供給されるアルゴンは、流出ノズル先端での気流の乱れや、温度低下などを発生させることはなく、保護管１６内をアルゴン雰囲気に維持する。かかる保護管１６内の圧力は、下方不活性ガス導入管１６ａから供給されたアルゴンガスが、流出ノズル１４から吐出される溶融亜鉛液滴と共に、亜鉛供給管２０内を流下していくこととも相俟って、実質的に大気圧に維持された。
【００６５】
そして、流出ノズル１４から流出する溶融亜鉛液Ｍの積算流出量Ａを測定したところ、図３に示すような時間変化を示した。つまり、図３に示すように、積算流出量Ａの時間に対する傾きは、実質的に一定であり、安定した溶融亜鉛液Ｍの流量が得られていることが分かる。このときの単位時間あたりの流出量は、約８０ｇ／ｍｉｎと見積もれ、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲内の流量が得られた。また、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１の高さの低下速度は、１．０ｍｍ／ｍｉｎであり、これは、流出ノズル１４の上端の圧力変動に換算して約１％の変動に過ぎず、溶融亜鉛液Ｍの安定した流量を得ることに寄与したものと判断される。
【００６６】
以上の構成の本実施形態によれば、流出ノズルの内径が、液溜め部に収容された溶融液を流出ノズルの下端から溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、流出ノズルの管長が、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、かつ液溜め容器の液面設定領域が、液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、液面設定領域の内径が、管長の内径よりも大きく設定された構成を有することにより、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルから安定的に吐出させることができる。
【００６７】
また、液溜め容器の内部における溶融液の液面に印加される圧力と、流出ノズルの下端に印加される圧力と、が、は等しい値に設定されるため、比較的少量である０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下のような範囲で、溶融液を流出ノズルからより確実に安定して吐出させることができる。
【００６８】
また、流出ノズルを覆う保護管を備えることにより、流出ノズル小径の流出ノズルが破損されることを防止しながら、保護管の内部を所望の雰囲気に維持することができる。
【００６９】
また、液溜め容器の内部における溶融液の液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備えることにより、液溜め容器内の溶融液や流出ノズルから吐出される溶融液が、不要に汚染されたり化学反応することを防止できる。
【００７０】
また、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の内径をＤ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２が、７０以上７００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｍｉｎ以内に抑えることができる。
【００７１】
また、流出ノズルの下端から流出する溶融液の流量が、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、流出ノズルの内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、液溜め容器の液面設定領域の内径をＤ１とし、流出ノズルの内径をＤ２としたとき、Ｄ１／Ｄ２が、６００以上６０００以内の範囲に設定されることにより、液溜め容器内の溶融液の液面高さが低下する時間変化を１ｍｍ／ｈ以内に抑えることができる。
【００７２】
また、流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製であることにより、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００７３】
また、液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成されることにより、液溜め容器の強度を確保しながら、溶融液が腐食性のある液体であっても、耐食性を確保できる。
【００７４】
また、溶融液が、溶融亜鉛液であることにより、下流のシリコン製造装置等の反応装置に対して、必要な亜鉛を提供することができる。例えば、太陽電池用ポリシリコンを製造する技術として、近年、注目を集めている亜鉛還元法は、亜鉛ガスで四塩化珪素を還元して、高純度のポリシリコンを低コストで生産する技術である。かかるプロセスでは、還元剤の亜鉛を、時間あたり供給量が一定の安定した供給速度で、反応管に供給することが必要である。亜鉛の沸点は９３０℃なので、亜鉛ガスの温度は、これ以上の高温であり、これの流量を制御できるバルブや流量計は、もちろん存在しない。しかし、溶融亜鉛液ならば、本実施形態の構成を適用することができるので、安定な定速度での溶融亜鉛液の供給を実現することができる。本実施形態では、かかる用途に最適に用い得ることを想定しており、亜鉛還元法の反応容器の接続部には亜鉛気化器が接続されるが。かかる亜鉛気化器に、定速で亜鉛融液を供給することで、亜鉛還元反応管への亜鉛ガスの定速供給を実現し得るものである。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における液体供給装置につき、更に図４をも参照して、詳細に説明する。
【００７６】
図４は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【００７７】
本実施形態における液体供給装置２は、第１の実施形態のものに対して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓに維持される信頼性を増すように制御
されていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００７８】
図４に示すように、本実施形態の液体供給装置２は、コントローラ５０及び溶融亜鉛液Ｍを亜鉛導入管１２を介して液溜め容器１０に供給する亜鉛供給部６０を備える。更に、液体供給装置２における液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓの上限ＳＵに配置された上方センサ７０ａ、液面設定領域Ｓの下限ＳＬに配置された中間センサ７０ｂ、及び液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方に配置された下方センサ７０ｃを含む液面センサ７０を備える。
【００７９】
ここで、亜鉛供給部６０及び液面センサ７０は、各々信号線でコントローラ５０と結ばれ、亜鉛供給部６０は、液面センサ７０の検出値に基づいてコントローラ５０から送出される制御信号に従って、液溜め容器１０に供給する溶融亜鉛液Ｍの流量を調節する。
【００８０】
具体的には、液面センサ７０は、レベルスイッチであり、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方にあるときは、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、共にほぼ無限大である。また、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵよりも上方にあるときは、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、共にほぼゼロである。一方で、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置にあるときは、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、ほぼ無限大であり、中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗は、ほぼゼロである。
【００８１】
ここで、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、共にほぼ無限大となったこと検出されたときに、コントローラ５０は、亜鉛供給部６０に対して、液溜め容器１０に溶融亜鉛液Ｍを供給するように指示を出し、亜鉛供給部６０は、液溜め容器１０に対して溶融亜鉛液Ｍを追加して供給する。
【００８２】
そして、液溜め容器１０に対して溶融亜鉛液Ｍを追加して供給して、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が上昇していくと、コントローラ５０は、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、ほぼ無限大であり、中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、ほぼゼロであることを確認した後、上方センサ７０ａ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗、並びに中間センサ７０ｂ及び下方センサ７０ｃの間の抵抗が、共にほぼゼロとなったことが検出されたときに、亜鉛供給部６０に対して、液溜め容器１０への溶融亜鉛液Ｍの供給を停止するように指示を出し、亜鉛供給部６０は、液溜め容器１０に対する溶融亜鉛液Ｍの供給を停止する。
【００８３】
よって、コントローラ５０が、かかる制御を行うことで、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置に維持されることになる。
【００８４】
なお、以上のような液面センサ７０を用いて、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１の高さを積極的に変化させて、流出ノズル１４からの溶融亜鉛液Ｍの流量を調整することもできる。流出ノズル１４の下端における表面張力の影響もあるので、安定な流量で調整できる範囲は制限されるが、液溜め容器１０の形状と流出ノズル１４の形状とで決まる流量を、微調整することは可能である。
【００８５】
以上の本実施形態の構成においては、溶融液の液面が、液面設定領域以外の領域に位置しないように、溶融液の量をフィードバック制御することにより、液溜め容器内の溶融液の液面を適正位置に維持して、流出ノズルから吐出される溶融液の流量の変化を抑制することができる。
【００８６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態における液体供給装置につき、更に図５をも参照して、詳細に説明する。
【００８７】
図５は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【００８８】
本実施形態における液体供給装置３は、第１の実施形態のものに対して、液溜め容器１０の形状が異なっていることが主たる相違点であり、対応して上方加熱炉３０の形状は異なるが、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００８９】
図５に示すように、本実施形態の液体供給装置３における液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも上方が、内径Ｄ１を有する大径部１０ｂとして構成され、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方が、内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｃとして構成される。
【００９０】
更に、かかる大径部１０ｂ及び小径部１０ｃを有する液溜め容器１０に対応して、上方加熱炉３０は、大径部３０ａ及び小径部３０ｂを有することになる。
【００９１】
よって、液溜め容器１０が、液面設定領域Ｓを含む大径部１０ｂを有することにより、第１の実施形態における特性と同等に流出ノズル１４から溶融亜鉛液Ｍを吐出しながら、更に小径部１０ｃを有することにより、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの総量を減少し得る。
【００９２】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【００９３】
以上の構成においては、液溜め容器の液面設定領域よりも下方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の総量を抑制することができる。
【００９４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態における液体供給装置につき、更に図６をも参照して、詳細に説明する。
【００９５】
図６は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【００９６】
本実施形態における液体供給装置４は、第３の実施形態のものに対して、液溜め容器１０の形状が異なっていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００９７】
図６に示すように、本実施形態の液体供給装置３における液溜め容器１０は、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方が、液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｃとして構成されていることに加えて、液面設定領域Ｓに対応する部分が、液面設定領域Ｓの内径Ｄ１を有する大径部１０ｄとして構成されると共に、液面設定領域Ｓの上限ＳＵよりも上方が液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｅとして構成されている。
【００９８】
よって、液溜め容器１０が、液面設定領域Ｓに対応する部分が大径部１０ｄとして構成されることにより、第１の実施形態や第３の実施形態における特性と同等に流出ノズル１４から溶融亜鉛液Ｍを吐出すると共に、液面設定領域Ｓの下限ＳＬよりも下方が、液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｃとして構成されていることにより、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの総量を減少することに加えて、面設定領域Ｓの上限ＳＵよりも上方が液面設定領域Ｓの内径Ｄ１よりも小さな内径を有する小径部１０ｅとして構成されていることにより、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１からの亜鉛の蒸発量が減少する。
【００９９】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【０１００】
以上の構成においては、液溜め容器の液面設定領域よりも上方部が、液面設定領域の内径よりも小さな内径を有する壁部であることにより、液溜め容器内に収容する溶融液の不要な蒸発を抑制することができる。
【０１０１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態における液体供給装置につき、図７を参照して、詳細に説明する。
【０１０２】
図７は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図である。
【０１０３】
本実施形態における液体供給装置５は、第１の実施形態のものに対して、液溜め容器１００及び流出ノズル１１４の構成が異なっていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については、適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１０４】
図７に示すように、本実施形態の液体供給装置５における液溜め容器１００は、その下端である底面部から鉛直方向の上方に向けて、液溜め容器１００の底面部と液面設定領域Ｓの下限ＳＬとの間で起立する円筒状で、第１の実施形態の液溜め容器１０の内筒や流出ノズル１４と同様にアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の起立壁１００ｆを有する。かかる起立壁１００ｆは、液溜め容器１００容器の内径Ｄ１よりも小さい内径ｄ１を有し、起立壁１００ｆに囲われた間隙部１００ｇにおける溶融亜鉛液Ｍを収容する部分は、第３及び第４の実施形態における小径部１０ｃと同様の機能を有する。
【０１０５】
更に、液溜め容器１００の起立壁１００ｆには、第１の実施形態の流出ノズル１４と同様にアルミナ製、窒化珪素製又は石英製の流出ノズル１１４が装着される。詳しくは、かかる流出ノズル１１４は、鉛直方向に貫通するノズル孔１１４ａを有して、起立壁１００ｆに囲われた間隙部１００ｇを塞いで起立壁１００ｆの間隙部１００ｇ側の壁面に装着される。ここで、流出ノズル１１４の外径は、起立壁１００ｆの内径ｄ１に一致し、流出ノズル１１４の内径（ノズル孔１１４ａの径）は、第１から第４の実施形態と同様にＤ２であり、流出ノズル１１４の管長（ノズル孔１１４ａの長さ）は、第１から第４の実施形態
と同様にＬである。
【０１０６】
但し、かかる流出ノズル１１４は、第１から第４の実施形態における流出ノズル１４が液溜め容器１０の下端に装着されて、液溜め容器１０の外方に配置されていたのに対して、液溜め容器１００の起立壁１００ｆの間隙部１００ｇ側の壁面に装着されて、液溜め容器１００の内方に配置されている。このような液溜め容器１００に対する流出ノズル１１４の配置関係を採用すると、ノズル孔１１４ａを含む流出ノズル１１４の温度は、液溜め容器１００内に収容される溶融亜鉛液Ｍの温度と同じ温度に安定的に維持されて、流出ノズル１１４から流出する溶融亜鉛液Ｍの流出速度も安定する。
【０１０７】
なお、本実施形態においては、保護管１６の構成自体は、第１から第４の実施形態と同様であるが、流出ノズル１１４が液溜め容器１００の内方に配置されているため、保護管１６は、流出ノズル１１４の周囲を覆うことはない。但し、保護管１６は、流出ノズル１１４から流出する溶融亜鉛液Ｍの流出経路の周りを覆って、流出ノズル１１４から流出する溶融亜鉛液Ｍに対する不要な外乱を排除することは、第１から第４の実施形態と同様である。
【０１０８】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【０１０９】
また、本実施形態の流出ノズル１１４は、液溜め容器１００内に収容される溶融亜鉛液Ｍからの保温性が許容される範囲内で、その一部が液溜め容器１００の内方に配置され、残部が液溜め容器１００の下方に突出するような構成を有していてもよい。
【０１１０】
以上の構成においては、流出ノズルが、液溜め容器の内方に配置されることにより、流出ノズルやその中を流れる溶融液を液溜め容器内の溶融液の温度と同一の温度に維持して保温することができ、流出ノズル内を流れる溶融液の不要な固化による流出ノズルの目詰まりを防止することができる。
【０１１１】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態における液体供給装置につき、図８及び図９を参照して、詳細に説明する。
【０１１２】
図８は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが下降する前の待機状態にある。また、図９は、本実施形態における液体供給装置の概略縦断面図であって、重りが下降した浸漬状態にある。
【０１１３】
本実施形態における液体供給装置６は、第５の実施形態のものに対して、液溜め容器２００内に重り２１０を追加したことが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については、適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１１４】
図８及び図９に示すように、本実施形態の液体供給装置５における液溜め容器２００内には、重り２１０が収容されており、かかる重り２１０は、液溜め容器２００の上端である上面部に装着されたシール部材２１２を介して、液溜め容器２００内から液溜め容器２００の鉛直方向の上方に突出して延在する操作棒２１４に装着されている。かかる重り２１０や操作棒２１４の材質としては、溶融亜鉛液Ｍに対して耐食性の高いアルミナや窒化珪素といったセラミックや石英を使用することが望ましい。
【０１１５】
更に、操作棒２１４には、図示を省略するアクチュエータが連絡されており、かかるアクチュエータを操作することにより、操作棒２１４は、鉛直方向に移動自在である。そして、このように操作棒２１４を移動することにより、重り２１０は、図８に示す溶融亜鉛液Ｍの上方に露出された状態と図９に示す溶融亜鉛液Ｍ内に浸漬された状態との間で、移動自在である。ここで、シール部材２１２は、移動する操作棒２１４によって摺接されながら液溜め容器２００の内部をシールする必要があるため、シール部材２１２としては、グランドパッキンやベローズ等の部材が採用し得る。
【０１１６】
詳しくは、図８に示すように、重り２１０が溶融亜鉛液Ｍの上方に露出された待機状態では、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、流出ノズル１１４を囲む液溜め容器１００の起立壁１００ｆの上端より低い位置にある。かかる状態では、溶融亜鉛液Ｍが、起立壁１００ｆの上端を乗り越えられず、流出ノズル１１４から溶融亜鉛液Ｍが流出することはない。
【０１１７】
次に、図９に示すように、アクチュエータを駆動して重り２１０を下降させて溶融亜鉛液Ｍ内に沈めると共に、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１を上昇させていき、重り２１０が完全に溶融亜鉛液Ｍ内に浸漬された浸漬状態になると、溶融亜鉛液Ｍが起立壁１００ｆの上端を乗り越えて流出ノズル１１４から流出し始め、その溶融亜鉛液Ｍの流出状態が維持されることになる。この際に、溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１は、液面設定領域Ｓにおける上限ＳＵ及び下限ＳＬの範囲内に維持される。
【０１１８】
そして、再び、アクチュエータを駆動して重り２１０を上昇させて溶融亜鉛液Ｍから露出させると、重り２１０は、図８に示す待機状態に復帰するから、流出ノズル１１４からの溶融亜鉛液Ｍの流出は停止する。
【０１１９】
このように、本実施形態では、亜鉛溜め容器２００内で重り２１０を上下移動して、亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍ中に浸漬されるものであるため、亜鉛溜め容器２００の容積を不要に増大せずに重り２１０の移動や浸漬のスペースを確保するには、亜鉛溜め容器２００としては、上端及び下端が閉じられた角筒状である角槽を採用することが好適である。
【０１２０】
また、重り２２０の比重は、亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの比重以下であることが好適である。というのは、重り２２０の比重と亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの比重とが等しければ、重り２２０が溶融亜鉛液Ｍ中にあるときには、重り２２０を上下する力を最小にすることができるからである。また、重り２２０の比重が、亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの比重より小さければ、重り２２０を上昇させるときに浮力を利用でき、重り２２０を引き上げる力を小さくすることができるし、トラブル等による緊急停止時には、浮力が利用できて、速やかな重り２２０の停止動作が可能となるからである。更に、重り２２０が亜鉛溜め容器２００内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１に浮いた状態で、液面Ｓ１が液溜め容器１００の起立壁１００ｆの上端より低い位置になるよう設定しておけば、待機状態で特に重り２２０に力を加える必要がなく、操作棒２１４や、操作棒２１４とアクチュエータとの接続部にかかる負荷を低減することができる。
【０１２１】
また、耐食性を考慮して重り２２０の材質を選定した後、重り２２０の実効的比重を調整し最適化することも可能である。例えば、重り２２０の内部を空洞にしたり、空洞内に重り２２０に使用する材質よりも比重の重いものを充填することによって、重り２２０全体の実効比重を、任意に調整自在である。
【０１２２】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で用いた液面センサ７０を適用して、液溜め容器１０内の溶融亜鉛液Ｍの液面Ｓ１が、液面設定領域Ｓの上限ＳＵと下限ＳＬとの間の適正位置により正確に維持するようにしてもよい。
【０１２３】
以上の構成においては、液溜め容器の内部において溶融液に浸漬自在な重りを備えることにより、液溜め容器内の溶融液の流出ノズルからの流出開始と流出停止が、確実かつ速やかに実行できる。
【０１２４】
なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上のように、本発明においては、バルブや流量計を用いることのない簡便でコンパクトな構成で、腐食性の高い溶融金属や溶融塩等の高温の液体を、比較的小量の一定流量で安定に供給できる液体供給装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から溶融金属液や溶融塩液等の供給装置に広範に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【０１２６】
１…………液体供給装置
２…………液体供給装置
３…………液体供給装置
４…………液体供給装置
５…………液体供給装置
６…………液体供給装置
１０………液溜め容器
１０ａ……排気管
１０ｂ……大径部
１０ｃ……小径部
１０ｄ……大径部
１０ｅ……小径部
１２………亜鉛導入管
１２ａ……上方不活性ガス導入管
１４………流出ノズル
１４ａ……流出ノズル孔
１６………保護管
１６ａ……下方不活性ガス導入管
１８………接続部材
２０………亜鉛供給管
３０………上方加熱炉
３０ａ……大径加熱部
３０ｂ……小径加熱部
４０………下方加熱炉
４０ａ……挿通孔
５０………コントローラ
６０………亜鉛供給部
７０………液面センサ
７０ａ……上方センサ
７０ｂ……中間センサ
７０ｃ……下方センサ
１００……液溜め容器
１００ｆ…起立壁
１００ｇ…間隙部
１１４……流出ノズル
１１４ａ…流出ノズル孔
２００……液溜め容器
２１０……重り
２１２……シール部材
２１４……操作棒
Ｓ…………液面設定領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に立設され、溶融液を内部に収容し得て、前記溶融液の液面が位置すべく設定された液面設定領域を有する液溜め容器と、
上端が前記液溜め容器の前記内部に連通し、前記鉛直方向に延在しながら、下端が開放されている流出ノズルと、
前記液溜め容器及び前記流出ノズルを加熱して保温自在な加熱器と、
を備えて、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から流出自在な液体供給装置であって、
前記流出ノズルの内径は、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から前記溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、
前記流出ノズルの管長は、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量が、前記管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、
前記液溜め容器の前記液面設定領域は、前記液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、前記液面設定領域の内径は、前記流出ノズルの前記内径よりも大きく設定された液体供給装置。
【請求項２】
前記流出ノズルは、前記液溜め容器の内方に配置される請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面に印加される圧力と、前記流出ノズルの前記下端に印加される圧力と、は等しい請求項１又は２に記載の液体供給装置。
【請求項４】
更に、前記流出ノズルを覆う保護管を備える請求項１から３のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項５】
更に、前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、前記保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備える請求項１から４のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項６】
更に、前記液溜め容器の前記内部において前記溶融液に浸漬自在な重りを備える請求項１から５のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項７】
前記溶融液の前記液面が、前記液面設定領域以外の領域に位置しないように、前記溶融液の量をフィードバック制御する請求項１から６のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項８】
前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも下方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部である請求項１から７のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項９】
前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも上方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部である請求項１から８のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１０】
前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、４０００以上４０００００以内の範囲に設定される請求項１から９のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１１】
前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以
上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定される請求項１から９のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１２】
前記流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製である請求項１から１１のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１３】
前記液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成される請求項１から１２のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１４】
前記溶融液は、溶融亜鉛液である請求項１から１３のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１】
鉛直方向に立設され、溶融液を内部に収容し得て、前記溶融液の液面が位置すべく設定された液面設定領域を有する液溜め容器と、
上端が前記液溜め容器の前記内部に連通し、前記鉛直方向に延在しながら、下端が開放されている流出ノズルと、
前記液溜め容器及び前記流出ノズルを加熱して保温自在な加熱器と、
を備えて、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から流出自在な液体供給装置であって、
前記流出ノズルの内径は、前記液溜め部に収容された前記溶融液を前記流出ノズルの前記下端から前記溶融液の自重により流出自在な大きさに設定され、
前記流出ノズルの管長は、前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量が、前記管長が長くなるに従って非線形に減少する非線形領域に対応した長さに設定され、
前記液溜め容器の前記液面設定領域は、前記液溜め容器の一部である円筒内壁面に画成されて、前記液面設定領域の内径は、前記流出ノズルの前記内径よりも大きく設定された液体供給装置。
【請求項２】
前記流出ノズルは、前記液溜め容器の内方に配置される請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面に印加される圧力と、前記流出ノズルの前記下端に印加される圧力と、は等しい請求項１又は２に記載の液体供給装置。
【請求項４】
更に、前記流出ノズルを覆う保護管を備える請求項１から３のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項５】
更に、前記液溜め容器の前記内部における前記溶融液の前記液面以上の部分に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、前記保護管の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管と、を備える請求項１から４のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項６】
更に、前記液溜め容器の前記内部において前記溶融液に浸漬自在な重りを備える請求項１から５のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項７】
前記溶融液の前記液面が、前記液面設定領域以外の領域に位置しないように、前記溶融液の量をフィードバック制御する請求項１から６のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項８】
前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも下方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部である請求項１から７のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項９】
前記液溜め容器の前記液面設定領域よりも上方部は、前記液面設定領域の前記内径よりも小さな内径を有する壁部である請求項１から８のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１０】
前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、４０００以上４０００００以内の範囲に設定される請求項１から９のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１１】
前記流出ノズルの前記下端から流出する前記溶融液の流量は、０．１ｃｍ３／ｓｅｃ以
上１ｃｍ３／ｓｅｃ以下の範囲に設定され、前記流出ノズルの内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以内の範囲に設定され、かつ、前記液溜め容器の前記液面設定領域の横断面積をＳ１とし、前記流出ノズルの前記内径をＤ２としたとき、Ｓ１／Ｄ２２が、２８００００以上２８００００００以内の範囲に設定される請求項１から９のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１２】
前記流出ノズルが、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製である請求項１から１１のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１３】
前記液溜め容器が、金属製の外筒の内部に、アルミナ製、窒化珪素製又は石英製の内筒を配置して構成される請求項１から１２のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項１４】
前記溶融液は、溶融亜鉛液である請求項１から１３のいずれかに記載の液体供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２０５９６８（Ｐ２０１２−２０５９６８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４７４８（Ｐ２００９−１８４７４８）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（５０３１０７２５５）株式会社キノテック・ソーラーエナジー (18)
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（５０３１０７２５５）株式会社キノテック・ソーラーエナジー (18)
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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