CN101311656A - 快开式、水冷结构的多晶硅还原炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结构采用立式，包括筒体(1)和底盘(2)。筒体(1)与底盘(2)之间用垫片(4)密封、用快开螺栓(3)压紧。所述筒体(1)包括内筒(1.4)、外筒(1.5)、底法兰(1.9)、内封头(1.2)、外封头(1.3)、导流板(1.6)、冷却水进口(1.8)、冷却水出口(1.1)和水冷双层玻璃视镜(1.7)。所述底盘(2)包括上管板(2.1)、下管板(2.3)、导流板(2.4)、电极(2.2)、进气口(2.7)、出气口(2.5)、冷却水进口(2.6)、冷却水出口(2.8)和放气口(2.9)。所述电极(2.2)包括加热体(2.2.1)、石墨头(2.2.2)、电极体(2.2.3)、电源夹具(2.2.4)、冷却水进口管(2.2.5)和冷却水出口管(2.2.6)。本发明快开式、有可靠冷却结构。可以实现还原炉的长期、安全、高效的运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产多晶硅的还原炉，尤其是涉及一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉。属多晶硅制备技术领域。
背景技术
多晶硅是生产单晶硅的直接材料。高纯度多晶硅是光电转换电池、集成电路等半导体器件的基础材料。随着世界半导体工业的迅猛发展、超大规格集成电路的大量应用、光伏电池的大量需求，整个世界对多晶硅的需求量在大幅增加。
生产多晶硅的方法有多种，氢还原法是最常见的一种方法。该方法是把提纯的硅卤化物和净化好的氢气作为原料通入还原炉，在高温环境中，硅卤化物与氢气发生化学反应，生成多晶硅，并沉积在发热体(小直径的硅棒)上。化学反应继续进行，沉积在发热体上的多晶硅越来越多，硅棒渐渐变粗，最后生成了有效高度约为2.8m、直径约为150mm的多晶硅硅棒。
多晶硅还原炉是多晶硅硅棒的最终生成设备，在硅卤化物被氢气还原生成多晶硅硅棒的过程中，会放出大量的热，还原炉内的工作温度超过1000℃，还原炉的冷却直接关系还原炉的安全使用和还原炉的使用寿命。
多晶硅还原炉，国内已有相关研究，下面分别予以说明。
专利号ZL 200410021979.7公开了一种多晶硅氢还原炉，该还原炉由炉体、底盘和上封头组成。封头上有冷却水腔、冷却冷却水出口和启动装置法兰，炉体上有冷却水腔和冷却水进口，底盘上有电极、进气口和排气口，炉体与底盘之间用法兰连接，氢还原炉内壁上有一层厚度为2-3mm的光滑的银质材料。光滑的银质材料为银复合材料层。炉体由银不锈钢复合板焊接而成，焊缝采用银焊，焊缝平整光滑。该专利的主要不足之处在于炉体由银不锈钢复合板焊接成，原材料采购困难，还原炉的制造成本将会大幅增加，不利于大规模推广应用。炉体与底座未采用快开式结构，开启还原炉较困难、且操作时间较长。
专利号ZL 200420060144.8也公开了一种多晶硅氢还原炉，该还原炉包括带有冷却水腔的封头和炉体，底盘，底盘下的进气管和排气管，底盘上的电极，所述电极为12对、即24个电极，且在底盘上沿两个圆周均布设置；所述进气管主要由一个水平环管和9个喷嘴连通构成，其中8个喷嘴位于两圈电极之间、且沿同一圆周均布设置在底盘上，一个喷嘴设置在底盘中心位置。8对电极中设置在外圆周上，其余4对电极设置在内圆周上。电极中，正、负电极在底盘上逐一间隔设置。底盘是水冷式结构，其上设置冷却水进口和出口。炉体上设置有双层玻璃结构的视窗。封头顶部设置有连接法兰。该专利的主要不足之处在于视镜和电极未采用水冷结构，不能保证在还原炉内超过1000℃高温条件下长期稳定使用；炉体与底座未采用快开式结构，开启还原炉较困难、且操作时间较长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种快开式、有可靠冷却结构的多晶硅还原炉。
本发明的目的是这样实现的：一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结构采用立式，包括筒体和底盘，筒体设置于底盘之上，所述筒体与底盘之间用垫片密封、用快开螺栓压紧。
所述筒体包括内筒、外筒、底法兰、内封头、外封头、导流板、冷却水进口、冷却水出口和水冷双层玻璃视镜，内筒、外筒、底法兰、内封头和外封头组成一封闭容腔，导流板呈螺旋状设置在该封闭容腔内，冷却水进口和水冷双层玻璃视镜设置在外筒上，冷却水出口设置在外封头上，冷却水在由内筒、外筒、底法兰、内封头、外封头组成的封闭容腔内，沿着导流板规定的方向螺旋上升，保证对内封头、内筒的冷却。
所述底盘包括上管板、下管板、导流板、电极、进气口、出气口、冷却水进口、冷却水出口和放气口，上管板和下管板上下叠层布置，上管板与下管板之间组成一封闭容腔，电极、进气口和出气口穿接在上管板和下管板上，导流板呈螺旋状设置在所述封闭容腔内，下管板上设有冷却水进口、冷却水出口和放气口。冷却水在由上管板、下管板组成的封闭容腔内，沿着导流板规定的方向螺旋流动，保证对上管板、电极、进气口的可靠冷却。
所述水冷双层玻璃视镜包括内筒、外筒、法兰III、法兰II、法兰I、内层玻璃、外层玻璃、冷却水进口I、冷却水进口II、冷却水出口II和冷却水出口I，所述内筒与外筒同轴设置，内筒插置在法兰III内孔内，外筒设置在法兰III内端，法兰II和法兰I依次叠层布置在法兰III外侧，内层玻璃设置在法兰III与法兰II之间，外层玻璃设置在法兰II与法兰I之间，内层玻璃、外层玻璃和法兰II之间围成一封闭容腔，法兰II上设置有冷却水进口II和冷却水出口II，外筒上设置有冷却水进口I和冷却水出口I。冷却水对外层玻璃、内层玻璃、内筒、外筒进行冷却，保证视镜的长期、可靠工作。
所述电极包括加热体、石墨头、电极体、电源夹具、冷却水进口管和冷却水出口管，加热体和电极体分别设置在石墨头二端，电源夹具夹置在电极体的外缘，冷却水进口管由电极体一端插入电极体中心空腔内，冷却水出口管设置在电极体的一端，与电极体中心空腔相连通。电流依次流经电极上的电源夹具、电极体、石墨头、加热体，加热体将电流转换为热，对外放热。冷却水对电极体进行冷却，保证电极的长期、可靠工作。
所述快开螺栓由螺母、压块和螺杆组成。只要拧动螺母几扣，快开螺栓就可与筒体、底盘松开、取下，实现快开的效果。
与现有多晶硅还原炉相比，本发明快开式、有可靠冷却结构。可以实现还原炉的长期、安全、高效的运行。
附图说明
图1为本发明快开式、水冷结构的多晶硅还原炉结构示意图。
图2为本发明的筒体结构示意图。
图3为本发明的底盘结构示意图。
图4为本发明的水冷双层玻璃视镜结构示意图。
图5为本发明的电极结构示意图。
图6为本发明的快开螺栓结构示意图。
图中：筒体1、底盘2、快开螺栓3、垫片4、冷却水出口1.1、内封头1.2、外封头1.3、内筒1.4、外筒1.5、导流板1.6、水冷双层玻璃视镜1.7、冷却水进口1.8、底法兰1.9、上管板2.1、电极2.2、下管板2.3、导流板2.4、出气口2.5、冷却水进口2.6、进气口2.7、冷却水出口2.8、放气口2.9、冷却水进口I1.7.1、冷却水进口II1.7.2、螺栓1.7.3、螺母1.7.4、外层玻璃1.7.5、内层玻璃1.7.6、法兰I1.7.7、法兰II1.7.8、冷却水出口II1.7.9、法兰III1.7.10、冷却水出口I1.7.11、内筒1.7.12、外筒1.7.13、加热体2.2.1、石墨头2.2.2、电极体2.2.3、电源夹具2.2.4、冷却水进口管2.2.5、冷却水出口管2.2.6、螺母3.1、压块3.2、螺杆3.3。
具体实施方式
参见图1，本发明涉及的快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结构采用立式结构，由筒体1与底盘2两个部件组成。筒体1设置于底盘2之上，筒体1与底盘2之间用垫片4密封、用快开螺栓3压紧。
参见图2，所述筒体1主要由内筒1.4、外筒1.5、底法兰1.9、内封头1.2、外封头1.3、导流板1.6、冷却水进口1.8、冷却水出口1.1和水冷双层玻璃视镜1.7组成。内筒1.4、外筒1.5、底法兰1.9、内封头1.2和外封头1.3组成一封闭容腔。导流板1.6呈螺旋状设置在该封闭容腔内，冷却水进口1.8和水冷双层玻璃视镜1.7设置在外筒1.5上，通过视镜1.7可以观察筒体1内硅棒的生长情况。冷却水出口1.1设置在外封头1.3上。冷却水从冷却水进口1.8进入所述封闭容腔内，沿着导流板1.6规定的方向螺旋上升，对内筒1.4及内封头1.2进行冷却，保证内筒1.4及内封头1.2在可靠的温度下工作，冷却水吸热后从冷却水出口1.1排出。
参见图3，所述底盘2主要由上管板2.1、下管板2.3、导流板2.4、电极2.2、进气口2.7、出气口2.5、冷却水进口2.6、冷却水出口2.8和放气口2.9组成。上管板2.1和下管板2.3上下叠层布置，上管板2.1与下管板2.3之间组成一封闭容腔。电极2.2、进气口2.7和出气口2.5穿接在上管板2.1和下管板2.3上，导流板2.4呈螺旋状设置在所述封闭容腔内，下管板2.3上设有冷却水进口2.6、冷却水出口2.8和放气口2.9，冷却水从冷却水进口2.6进入上管板2.1、下管板2.3组成的封闭容腔，沿着导流板2.4规定的方向螺旋流动，保证对上管板2.1、电极2.2、进气口2.7的可靠冷却，冷却水吸热后从冷却水出口2.8排出。放气口2.9对外排气，保证封闭容腔内全部充满水。
参见图4，所述水冷双层玻璃视镜1.7由内筒1.7.12、外筒1.7.13、法兰III1.7.10、法兰II1.7.8、法兰I1.7.7、内层玻璃1.7.6、外层玻璃1.7.5、冷却水进口I1.7.2、冷却水进口II1.7.1、冷却水出口II1.7.9和冷却水出口I1.7.11组成。所述内筒1.7.12与外筒1.7.13同轴设置，内筒1.7.12插置在法兰III1.7.10内孔内，外筒1.7.13设置在法兰III1.7.10内端，法兰II1.7.8和法兰I 1.7.7依次叠层布置在法兰III1.7.10外侧，并用螺栓1.7.3和螺母1.7.4固定。内层玻璃1.7.6设置在法兰III1.7.10与法兰II1.7.8之间。外层玻璃1.7.5设置在法兰II1.7.8与法兰I1.7.7之间。内层玻璃1.7.6、外层玻璃1.7.5和法兰II1.7.8之间围成一封闭容腔。法兰II1.7.8上设置有冷却水进口II1.7.2和冷却水出口II1.7.9。外筒1.7.12上设置有冷却水进口I1.7.1和冷却水出口I1.7.11。一路冷却水从冷却水进口II1.7.2进入、流过外层玻璃1.7.5与内层玻璃1.7.6之间的间隙，对外层玻璃1.7.5与内层玻璃1.7.6进行冷却，从冷却水出口II1.7.9排出。另一路冷却水从冷却水进口I1.7.1进入，对内筒1.7.12、外筒1.7.13进行冷却，从冷却水出口I1.7.11排出。
参见图5，所述电极2.2主要由加热体2.2.1、石墨头2.2.2、电极体2.2.3、电源夹具2.2.4、冷却水进口管2.2.5和冷却水出口管2.2.6组成。加热体2.2.1和电极体2.2.3分别设置在石墨头2.2.2二端，电源夹具2.2.4夹置在电极体2.2.3的外缘，冷却水进口管2.2.5由电极体2.2.3一端插入电极体2.2.3中心空腔内，冷却水出口管2.2.6设置在电极体2.2.3的一端，与电极体2.2.3中心空腔相连通。电流由电源夹具2.2.4导入，通过电极体2.2.3、石墨头2.2.2，电流流至加热体2.2.1，加热体2.2.1将电流转换为热，对外放热。冷却水从冷却水进口2.2.5进入，在电极体2.2.3的空腔内流动，对电极体2.2.3进行冷却，从冷却水出口2.2.6流出。
参见图6，所述快开螺栓3由螺母3.1、压块3.2和螺杆3.3组成。只要拧动螺母3.1几扣，螺栓3就可与筒体1、底盘2松开、取下，实现快开的效果。
Claims (1)
1、一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结构采用立式，包括筒体(1)和底盘(2)，筒体(1)设置于底盘(2)之上，其特征在于：
所述筒体(1)与底盘(2)之间用垫片(4)密封、用快开螺栓(3)压紧，
所述筒体(1)包括内筒(1.4)、外筒(1.5)、底法兰(1.9)、内封头(1.2)、外封头(1.3)、导流板(1.6)、冷却水进口(1.8)、冷却水出口(1.1)和水冷双层玻璃视镜(1.7)，内筒(1.4)、外筒(1.5)、底法兰(1.9)、内封头(1.2)和外封头(1.3)组成一封闭容腔，导流板(1.6)呈螺旋状设置在该封闭容腔内，冷却水进口(1.8)和水冷双层玻璃视镜(1.7)设置在外筒(1.5)上，冷却水出口(1.1)设置在外封头(1.3)上，
所述底盘(2)包括上管板(2.1)、下管板(2.3)、导流板(2.4)、电极(2.2)、进气口(2.7)、出气口(2.5)、冷却水进口(2.6)、冷却水出口(2.8)和放气口(2.9)，上管板(2.1)和下管板(2.3)上下叠层布置，上管板(2.1)与下管板(2.3)之间组成一封闭容腔，电极(2.2)、进气口(2.7)和出气口(2.5)穿接在上管板(2.1)和下管板(2.3)上，导流板(2.4)呈螺旋状设置在所述封闭容腔内，下管板(2.3)上设有冷却水进口(2.6)、冷却水出口(2.8)和放气口(2.9)，
所述水冷双层玻璃视镜(1.7)包括内筒(1.7.12)、外筒(1.7.13)、法兰III(1.7.10)、法兰II(1.7.8)、法兰I(1.7.7)、内层玻璃(1.7.6)、外层玻璃(1.7.5)、冷却水进口I(1.7.2)、冷却水进口II(1.7.1)、冷却水出口II(1.7.9)和冷却水出口I(1.7.11)，所述内筒(1.7.12)与外筒(1.7.13)同轴设置，内筒(1.7.12)插置在法兰III(1.7.10)内孔内，外筒(1.7.13)设置在法兰III(1.7.10)内端，法兰II(1.7.8)和法兰I(1.7.7)依次叠层布置在法兰III(1.7.10)外侧，内层玻璃(1.7.6)设置在法兰III(1.7.10)与法兰II(1.7.8)之间，外层玻璃(1.7.5)设置在法兰II(1.7.8)与法兰I(1.7.7)之间，内层玻璃(1.7.6)、外层玻璃(1.7.5)和法兰II(1.7.8)之间围成一封闭容腔，法兰II(1.7.8)上设置有冷却水进口II(1.7.2)和冷却水出口II(1.7.9)，外筒(1.7.12)上设置有冷却水进口I(1.7.1)和冷却水出口I(1.7.11)，
所述电极(2.2)包括加热体(2.2.1)、石墨头(2.2.2)、电极体(2.2.3)、电源夹具(2.2.4)、冷却水进口管(2.2.5)和冷却水出口管(2.2.6)，加热体(2.2.1)和电极体(2.2.3)分别设置在石墨头(2.2.2)二端，电源夹具(2.2.4)夹置在电极体(2.2.3)的外缘，冷却水进口管(2.2.5)由电极体(2.2.3)一端插入电极体(2.2.3)中心空腔内，冷却水出口管(2.2.6)设置在电极体(2.2.3)的一端，与电极体(2.2.3)中心空腔相连通，
所述快开螺栓(3)由螺母(3.1)、压块(3.2)和螺杆(3.3)组成。
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