CN101265607A - 用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器 - Google Patents

Abstract

一种用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器，有四块辐射式加热板，每块辐射式加热板由3a(a＝1，2，3)个“n”形块于底部邻接组成，四块辐射式加热板立置并围成一个正方形，其四个角下部用角接器将相邻两块加热板连接起来且采用碳碳复合螺栓、螺母紧固；将围成所述正方形的四块辐射式加热板的共12a个“n”形块平均分成六组，于每组“n”形块的顶部安装一个直立的石墨电极且所装石墨电极在围成正方形的四块辐射式加热板上均匀分布，每个石墨电极上部分别接有水冷铜电极，将各水冷铜电极按双三角形接线方式连接。该加热器能满足辐射面积大、加热效率高、基本性能稳定等要求并获得所需高温，工作可靠性好。

Description

用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器

技术领域

本发明涉及一种工业加热器，进一步是指用于多晶硅铸锭工艺、可将硅料高温熔铸形成大尺寸方形硅锭的石墨加热器。

背景技术

目前，太阳能电池用硅锭的生产工艺主要包括单晶硅拉制和多晶硅铸锭。多晶硅铸锭技术由于能直接熔铸出适于规模化生产的大尺寸方形硅锭、制造过程相对简单、生产成本大为降低，从而成为太阳能电池用硅锭制备的主流方法。

为使硅料熔融(约1540℃)，必须采用合适的加热方式。辐射加热可以对结晶过程中的热量传递进行精确控制，易于在硅液内部形成竖直的温度梯度，因此辐射加热是定向凝固铸造多晶硅锭的最佳加热方法。多晶硅锭晶粒形状的控制在很大程度上取决于铸锭工艺过程，即晶体生长过程中的温度分布、凝固过程、固液界面形状等，而加热器的热量分布情况则是影响上述三个参数的主要因素之一。

由铸锭工艺过程可知：高温时，加热器的功率将很大；加热器要求能在真空及惰性气氛中长期使用，即加热器工作在低压区域，电热材料在高温下自身的蒸汽压要低，且不能对硅料造成污染；升温速率要求很高，则要求加热器自身的热容量要小；热场要求均匀，则加热器的成形也很讲究，辐射形成的热场在确定范围的不同位置上，其偏差在额定的指标内。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，根据上述工艺要求，设计一种用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器，它用于多晶硅铸锭生产，可将硅料高温熔铸形成大尺寸方形硅锭，能满足辐射面积大、加热效率高、基本性能稳定等要求并获得所需高温，工作可靠性好。

本发明的技术解决方案是，所述用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器的结构为，它有四块辐射式加热板，每块辐射式加热板由3a(a＝1，2，3)个“n”形块于底部邻接组成，其结构特点是，将所述四块辐射式加热板立置并围成一个正方形，在其四个角的下部分别用角接器将相邻两块辐射式加热板连接起来且所述角接器与相应辐射式加热板之间用碳碳复合螺栓、碳碳复合螺母紧固；将围成所述正方形的四块辐射式加热板的共12a个“n”形块平均分成六组，于每组“n”形块的顶部安装一个直立的石墨电极且所装石墨电极在围成正方形的四块辐射式加热板上均匀分布，每个石墨电极上部分别接有水冷铜电极，所述水冷铜电极的接线为双三角形连接。

以下对本发明做出进一步说明。

参见图1至图3，本发明有有四块辐射式加热板1、2、21、22，每块辐射式加热板由3a(a＝1，2，3)个“n”形块于底部邻接组成，其结构特点是，将所述四块辐射式加热板1、2、21、22立置并围成一个正方形，在其四个角的下部分别用角接器3将相邻两块辐射式加热板连接起来且所述角接器与相应辐射式加热板之间用碳碳复合螺栓6、碳碳复合螺母8紧固；将围成所述正方形的四块辐射式加热板1、2、21、22的共12a个“n”形块平均分成六组，于每组“n”形块的顶部安装一个直立的石墨电极4且所装石墨电极4在围成正方形的四块辐射式加热板1、2、21、22上均匀分布，每个石墨电极4上部分别接有水冷铜电极9，将各水冷铜电极9按双三角形接线方式连接。

本报本发明中，所述辐射式加热板1、2、21、22最好是采用冷等静压成型石墨加工，工作部分的表面未经机械加工处理，辐射面积大、加热效率高、耐氧化性能好，满足大功率要求；

本发明的设计原理是，为满足多晶硅铸锭时坩埚形状为方形的要求，本加热器连接为一体后也为方形；电热元件用高纯石墨加工成板状，并且在加热板上加工有多处腰槽，从而增大了石墨加热器的电阻，在保证相同功率的条件下，可提高加热器的电压、降低电流，因而可简化电极引出结构，减少能量损耗；电极连接处由于增大了接触面积，减少了接触电阻，降低了热损失，提高了设备的可靠性。

由以上可知，本发明为用于多晶硅铸锭工艺可将硅料高温熔铸形成大尺寸方形硅锭的辐射式加热器，它能满足辐射面积大、加热效率高、且基本性能稳定等要求并获得所需高温，工作可靠性好。

附图说明

图1是一种实施例的俯视结构示意图(电极未画出)；

图2是图1中A-A向结构示意图；

图3是图1中辐射式加热板的展开图；

图4是四块辐射式加热板的六组“n”形块组成双三角形接法的电连接图，图中R为“n”形块组，A、B、C、A′、B′、C′为相应于三相电源的接线端子；

图5是电极的一种实施例结构。

在图中：

1、2、21、22-辐射式加热板，     3-角接器，

4-石墨电极，                    5-石墨支承环，

6-碳碳复合螺栓，                8-碳碳复合螺母，

9-水冷铜电极，                  10-固定法兰，

11-石墨纸，                     12-绝缘瓷管，

14-绝缘垫。

具体实施方式

参见图1至图3，本发明有有四块辐射式加热板1、2、21、22，每块辐射式加热板由3个“n”形块于底部邻接组成，将所述四块辐射式加热板1、2、21、22立置并围成一个正方形，在其四个角的下部分别用角接器3将相邻两块辐射式加热板连接起来，所述角接器与相应辐射式加热板之间用碳碳复合螺栓6、碳碳复合螺母8紧固；将围成所述正方形的四块辐射式加热板1、2、21、22的共12个“n”形块平均分成六组，于每组“n”形块的顶部安装一个直立的石墨电极4(共六个石墨电极)且所装石墨电极4在围成正方形的四块辐射式加热板1、2、21、22上均匀分布，每个石墨电极4上部分别接有水冷铜电极9，将各水冷铜电极9按图4所示双三角形接线方式连接。

组装方式可以是，四块辐射式加热板用碳碳复合螺栓6、碳碳复合螺母8初步固定在石墨电极4上，当相邻两块辐射式加热板都装上后，通过增减石墨纸11的层数，调整石墨电极4至需要位置；用角接器3将四块辐射式加热板连接为一“正方形”，再用碳碳复合螺栓6、碳碳复合螺母8将角接器3和所述辐射式加热板固定，保证各贴合面紧密，间隙小于0.1mm。

图5是电极结构图，所述石墨电极4与水冷铜电极9的连接结构是，水冷铜电极9的固定法兰10底面套有多层(如4-5层)石墨纸11，将石墨电极4上端螺孔同水冷铜电极9下端的螺纹旋接(可通过增减石墨纸11的层数来调节石墨电极13至所需要位置)，绝缘瓷管12、绝缘垫14、石墨支承环15固定套装在石墨电极4上并位于该石墨电极的凸台上。电源由6个水冷铜电极9导入，如图4，相对的电极两两连结为一体，从而构成“双三角形”接线方式；“正方形”加热器通过六个石墨电极13垂直吊装，加热电流通过水冷铜电极9由炉顶导入，

所述四块辐射式加热板1、2、21、22用四个角接器3相互连接为一刚性整体，安装容易、使用更换方便。

所述水冷铜电极9螺纹端部设有固定法兰10，石墨电极13端部通过多层石墨纸11与固定法兰10紧密贴合，有效增大了导电面积、降低了功率损耗、确保电极接触电阻很小，大电流工作不损坏；

所述石墨电极13和固定法兰10之间装有的石墨纸11厚度非常薄，达0.3mm，石墨电极13的位置可通过增减石墨纸11的层数来灵活调节.

Claims (2)

1、一种用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器，有四块辐射式加热板(1、2、21、22)，每块辐射式加热板由3a(a＝1，2，3)个“n”形块于底部邻接组成，其特征是，将所述四块辐射式加热板(1、2、21、22)立置并围成一个正方形，在其四个角的下部分别用角接器(3)将相邻两块辐射式加热板连接起来且所述角接器与相应辐射式加热板之间用碳碳复合螺栓(6)、碳碳复合螺母(8)紧固；将围成所述正方形的四块辐射式加热板(1、2、21、22)的共12a个“n”形块平均分成六组，于每组“n”形块的顶部安装一个直立的石墨电极(4)且所装石墨电极(4)在围成正方形的四块辐射式加热板(1、2、21、22)上均匀分布，每个石墨电极(4)上部分别接有水冷铜电极(9)，将各水冷铜电极(9)按双三角形接线方式连接。

2、根据权利要求1所述用于多晶硅铸锭工艺的石墨加热器，其特征在于，所述石墨电极(4)与水冷铜电极(9)的连接结构是，水冷铜电极(9)的固定法兰(10)底面套有多层石墨纸(11)，石墨电极(4)上端螺孔同水冷铜电极(9)下端的螺纹旋接，绝缘瓷管(12)、绝缘垫(14)、石墨支承环(15)固定套装在石墨电极(4)上并位于该石墨电极的凸台上。

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