CN101525768A - 长晶炉的加热电极与固定结构 - Google Patents
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Abstract
本发明一种长晶炉的加热电极与固定结构，其将多根石墨电极支柱分别对应螺设于多根金属电极柱的螺母座上，每一金属电极柱再透过固定座夹合固定于炉壁上。固定座在固定法兰与固定环间夹设有绝缘轴套、绝缘垫与密封衬垫。通过此，多根石墨电极支柱可兼作支撑重量及导电电极用，又可共享相同加热电极与固定结构于上、下电热器以减少库存。焊固于炉壁上的固定法兰因具有较大露外面积，故其散热效果佳，若再辅以喷水更可加速降温。每一固定座内另设有弹性垫圈，以弹力调节每一石墨电极支柱的轴向受力，故可均匀支撑平均荷重。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热电极与固定结构，尤指一种适用于长晶炉的加热电极与固定结构。
背景技术
请参阅图1，其显示为现有的长晶炉示意图，如图所示一加热室91设置于长晶炉9内，于加热室91内沿坩埚911的四周设有电热器912，以对坩埚911内的硅浆进行加热。电热器912由连接到炉外的电极92供电，由于电极92是由金属所制成，其无法承受长晶炉9内的高温环境，因此，须由注水管921不断注入冷却水923，并由排水管922循环回流。冷却水923带出的热量由冰水机冷却，冷却水923需为纯水，其由纯水机补充。在现有技术中因需要有纯水生产设备、及冰水机等，而且这些设备不能中断运转，导致整体生产成本增加。
此外，长晶炉9于运作时是处于半真空状态，若电极92因长期使用或制造不良而于管壁上产生裂缝，尤其一旦冷却水923供应不顺时会致使电极92破裂，冷却水923自会不断地被吸入于长晶炉9内。此时，冷却水923、硅浆、及加热室91内的石墨设备在高温时会急剧反应释出大量氢气(H2)、一氧化碳(CO)及水蒸汽。炉内气压剧增致炉体爆开引起氢爆，而发生工安事故。
发明内容
本发明目的是提供一种长晶炉的加热电极与固定结构，包括一石墨电极支柱、一金属电极柱、一固定座、及一锁固螺帽。
石墨电极支柱其一端设有一外螺牙。金属电极柱包括有一螺母座、及一外螺杆。其中，螺母座一端凹设有一内螺孔以对应螺锁于石墨电极支柱的外螺牙，螺母座另一端则凸出延伸有外螺杆，并且，螺母座与外螺杆之间并形成有一肩部。
固定座包括有一固定法兰、一绝缘轴套、一绝缘垫、一密封衬垫、一固定环、多个绝缘环、及多个固定螺栓。
其中，固定法兰包括有一中空圆筒、及一外环圈，中空圆筒内部形成有一中央孔，外环圈开设有多个穿孔。而绝缘轴套则套设于金属电极柱的螺母座外周并一并容设于中央孔内。绝缘垫包括有一中心穿孔，并于其外环周开设有多个圆孔。密封衬垫包括有一中心孔，并于其外环周开设有多个逃孔。
上述金属电极柱的外螺杆穿经密封衬垫的中心孔与弹性垫圈的中孔，并使肩部顶抵于密封衬垫上。固定环外环周开设有多个固定孔。
多个固定螺栓分别对应穿经多个固定孔、多个绝缘环、多个贯孔、多个逃孔、多个圆孔、及多个穿孔，并透过多个螺帽分别对应锁紧，以将绝缘垫、密封衬垫、与弹性垫圈一并夹合固定于固定法兰与固定环之间，其中固定法兰与密封衬垫之间因间隔有绝缘轴套、绝缘垫、与多个绝缘环而形成电性绝缘。
锁固螺帽对应锁固于金属电极柱的外螺杆，并将密封衬垫、与弹性垫圈夹合固定于锁固螺帽与金属电极柱的肩部之间。
此外，石墨电极支柱的另一端可电性连接至一炉内电热器(heater)，石墨电极支柱的另一端设有一外螺纹，炉内电热器包括有一上螺母、及一下螺母以对应锁固于外螺纹形成电性连接。
如上述的加热电极与固定结构，其多根石墨电极支柱可兼作支撑重量及导电电极用，又可共享相同加热电极与固定结构于上、下电热器以减少库存。焊固于炉壁上的固定法兰因具有较大露外面积，故其散热效果佳，若再辅以喷水更可加速降温。而且，加热电极及固定结构的耐热、散热效果佳，电极不需以纯水来散热，不但可降低成本、亦可预防冷却水泄流而导致工安事故发生。
石墨电极支柱还可包括有一调整螺帽，透过调整螺帽螺合于外螺纹上以支撑顶抵着炉内电热器，以调整高度、并扩大电性连接的接触面积。
而且，上调整螺帽是指一上石墨调整螺帽；下调整螺帽是指一下石墨调整螺帽。再者，一绝缘压帽盖合于上调整螺帽。金属电极柱可包括有一铜电极柱。金属电极柱的外螺杆末端是电性连接至一外部电源，例如螺锁于电缆在线以提供电力给炉内电热器。此外，固定座包括有一弹性垫圈，弹性垫圈可夹设于密封衬垫与固定环之间，并提供一轴向弹力。每一固定座内各设有弹性垫圈，以弹力调节每一石墨电极支柱的轴向受力，故可均匀支撑平均荷重。
其中，弹性垫圈包括有一圆心部、一环周部、及至少一弹片。至少一弹片连结于圆心部与环周部之间， 圆心部中央开设有一中孔，环周部开设有多个贯孔。
而且，固定法兰更凸设有一环凸起，绝缘垫更凹设有一环凹槽，环凸起是对应嵌合容置于环凹槽内，通过此形成固定作用，使固定法兰与绝缘垫间不会相互滑动。
其中，绝缘垫的外周更环设有一外凸缘，密合于固定法兰外周进而加强绝缘效果，密封衬垫包括有一铜质衬垫。
又，本加热电极与固定结构还可包括多个绝缘座、及多个绝缘盖，分别对应包覆于多个固定螺栓的头部或包覆于多个螺帽上， 以防止水滴进入固定螺栓间的细缝间，因此，可加强绝缘效果。
附图说明
图1是现有的长晶炉示意图；
图2是本发明第一较佳实施例长晶炉的剖视图；
图3是本发明第一较佳实施例上加热电极与固定结构的分解图；
图4是本发明第一较佳实施例的上加热电极与固定结构的剖视图；
图5是本发明第二较佳实施例下加热电极与固定结构的分解图；
图6是本发明第二较佳实施例的下加热电极与固定结构的剖视图；
图7是本发明第三较佳实施例的上固定结构的剖视图；
图8是本发明第四较佳实施例的下固定结构的剖视图。
【主要组件符号说明】
长晶炉1，9 炉上腔11 组装孔111
炉底盖12 组装孔121 石墨电极支柱2
一端21 外螺牙211 另一端22
外螺纹221 上调整螺帽222 金属电极柱3
螺母座31 内螺孔311 外螺杆32
肩部33 固定座4 固定法兰41
中央孔410 中空圆筒411 外环圈412
穿孔413 环凸起414，415 绝缘轴套42
绝缘环421，443，436 绝缘垫43
中心穿孔431 圆孔432 外凸缘433
环凹槽434，435 密封衬垫44 中心孔441
逃孔442 弹性垫圈45 中孔450
圆心部451 环周部452 弹片453
贯孔454 固定环46 固定孔461
固定螺栓47 螺帽471 绝缘座472
绝缘盖473 垫片474 头部477
锁固螺帽5 电热器6，82，912 上螺母61
电缆线7 支撑桌体8 桌板81
距离t 加热室91 坩埚911
电极92 注水管921 排水管922
冷却水923 下螺母62 下调整螺帽223
绝缘压帽83
具体实施方式
请参阅图2，其是本发明第一较佳实施例长晶炉的剖视图。如图所示，本发明是为一种长晶炉的加热电极与固定结构，其是用以组设固定于一长晶炉1的炉上腔11炉壁上的组装孔111及炉底盖12炉壁上的组装孔121内。
请同时参阅图3、及图4，图3是本发明第一较佳实施例上加热电极与固定结构的分解图。图4是本发明第一较佳实施例的上加热电极与固定结构的剖视图。如图所示，本加热电极与固定结构包括有一石墨电极支柱2、一金属电极柱3、一固定座4、及一锁固螺帽5。
其中，石墨电极支柱2的一端21设有一外螺牙211。金属电极柱3是为一铜电极柱，其包括有一螺母座31、及一外螺杆32。螺母座31一端凹设有一内螺孔311以对应螺锁于石墨电极支柱2的外螺牙211。螺母座31另一端则凸出延伸有外螺杆32，螺母座31与外螺杆32之间并形成有一肩部33。于图4中显示，金属电极柱3的外螺杆32末端是电性连接至一外部电源，例如螺锁于电缆线7上以提供电力给炉内电热器。
如图3所示，固定座4包括有一固定法兰41、一绝缘轴套42、一绝缘垫43、一密封衬垫44、一固定环46、及八个固定螺栓47。
如图2、图3、及图4所示，其中，固定法兰41是指一不锈钢法兰，包括有一中空圆筒411、及一外环圈412。中空圆筒411的外周是焊固于长晶炉1炉上腔11或炉底盖12炉壁上的组装孔111，121内、促使外环圈412与长晶炉1炉壁间隔一适当距离t以散热，中空圆筒411内部形成有一中央孔410，外环圈412开设有八个穿孔413。绝缘轴套42是指一氧化铝纤维轴套，其套设于金属电极柱3的螺母座31外周并一并容设于中央孔410内。
此外，绝缘垫43是指一硅橡胶或铁氟龙衬垫，其包括有一中心穿孔431，并于其外环周开设有八个圆孔432，绝缘垫43的外周更环设有一外凸缘433，以密合于固定法兰41外周进而加强绝缘效果。
如图3、及图4所示，固定法兰41更凸设有一环凸起414，绝缘垫43更凹设有一环凹槽434，环凸起414是对应嵌合容置于环凹槽434内，通过此形成固定作用，使固定法兰41与绝缘垫43间不会相互滑动。
密封衬垫44是为一铜质衬垫，其包括有一中心孔441，并于其外环周开设有八个逃孔442。上述金属电极柱3的外螺杆32穿经密封衬垫44的中心孔441并使肩部33顶抵于密封衬垫44上。
固定环46外环周开设有八个固定孔461。八个固定螺栓47分别对应穿经八个固定孔461、八个逃孔442、八个圆孔432、八个绝缘环421、八个穿孔413、八个绝缘座472、及八个垫片474，并透过八个螺帽471分别对应锁紧，以将绝缘垫43、与密封衬垫44一并夹合固定于固定法兰41与固定环46之间，由于固定法兰41与密封衬垫44之间间隔有绝缘轴套42、绝缘垫43、与八个绝缘环421而形成电性绝缘。最后再以八个绝缘盖473分别对应包覆于八个固定螺栓47的头部上，以防止水滴进入固定螺栓47间的细缝间而加强绝缘效果。
如图4，锁固螺帽5对应锁固于金属电极柱3的外螺杆32，并将密封衬垫44夹合固定于锁固螺帽5与金属电极柱3的肩部33之间。
如3图所示，石墨电极支柱2的另一端22是电性连接至一炉内电热器6。由于石墨电极支柱2的另一端22设有一外螺纹221、一上螺母61、及一下螺母62。其中，上、下螺母61，62用以锁固炉内电热器6，因此可以对应形成电性连接。
综合上述，由于加热电极及固定结构的耐热、散热效果佳，电极不需以纯水来散热，不但可降低成本、亦可预防冷却水泄流而导致工安事故发生。
请一并参阅图5、及图6，图5是本发明第二较佳实施例下加热电极与固定结构的分解图；图6是本发明第二较佳实施例的下加热电极与固定结构的剖视图。
本实施例的结构与第一实施例大致相同，其中的一不同处在于本例中的石墨电极支柱2还包括有一上调整螺帽222、及一下调整螺帽223，此上、下调整螺帽222，223是为一石墨调整螺帽。透过上、下调整螺帽222，223螺合于石墨电极支柱2所螺设的外螺纹221上，以支撑顶抵着支撑桌体8，其可以调整桌板81的水平高度、并扩大与电热器82电性连接的接触面积。一绝缘压帽83盖住上调整螺帽222并抵顶着桌板81。
而与第一实施例的另一不同处在于，固定座4还包括有一弹性垫圈45，而弹性垫圈45包括有一圆心部451、一环周部452、及八片弹片453。并且，弹片453连结于圆心部451与环周部452之间，圆心部451中央开设有一中孔450，环周部452开设有八个贯孔454。
如图5所示，八个固定螺栓47分别对应穿经八个固定孔461、八个贯孔454、八个逃孔442、八个圆孔432、八个绝缘环421、八个穿孔413、八个绝缘座472、及八个垫片474，并透过八个螺帽471分别对应锁紧，以将绝缘垫43、密封衬垫44、与弹性垫圈45一并夹合固定于固定法兰41与固定环46之间，最后再以八个绝缘盖473分别对应包覆于八个固定螺栓47上，以加强绝缘效果。
如图6所示，由于弹性垫圈45是夹设于密封衬垫44与固定环46之间，再以锁固螺帽5对应锁固于金属电极柱3的外螺杆32，并将密封衬垫44、与弹性垫圈45夹合固定于锁固螺帽5与金属电极柱3的肩部33之间。因此，可提供一轴向弹力来调整每一石墨电极支柱2能平均受力。
如上述的加热电极与固定结构，其多根石墨电极支柱2可兼作支撑重量及导电电极用，又可共享相同加热电极与固定结构于上、下电热器6，82以减少库存并易于管理。若其一损坏时，可以相同规格零件替换，方便维修工作，因而节省人力、及物力成本。
而且，以石墨电极支柱2置于长晶炉1内，其可以耐高热，又因焊固于炉壁上的固定法兰41因具有较大露外面积，故其散热效果佳，若再辅以喷水更可加速降温。因此，电极不需以纯水来散热，不但可降低成本、亦可预防冷却水泄流而导致工安事故发生。又，每一固定座4内另设有弹性垫圈45，以弹力调节每一石墨电极支柱2的轴向受力，故可均匀支撑平均荷重。
请参阅图7，其是本发明第三较佳实施例的上固定结构的剖视图。本实施例与第一实施例结构大致相同，其中的一不同处在于绝缘座472、及绝缘盖473，分别对应包覆于固定螺栓47的头部477上。另一不同处，在于绝缘环443环设于固定螺栓47外周并穿经固定环46、及密封衬垫44，由绝缘环443的一端密合于绝缘垫43上，绝缘环443的另一端密合于绝缘座472而达到绝缘效果。
请参阅图8，其是本发明第四较佳实施例的下固定结构的剖视图。其与第二实施例大致相同，其中的一不同处在于固定螺栓47的螺帽471是锁固于固定环46上，并以绝缘座472、及绝缘盖473，分别对应包覆于固定螺栓47的头部477上。另一不同处，在于绝缘环436环设于固定螺栓47外周并穿经固定环46、弹性垫圈45、及密封衬垫44，由绝缘环436的一端密合于绝缘垫43，绝缘环436的另一端密合于绝缘座472上而达到绝缘效果。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (15)
1.一种长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于包括：
一石墨电极支柱，其一端设有一外螺牙；
一金属电极柱，包括有一螺母座、及一外螺杆，该螺母座一端凹设有一内螺孔以对应螺锁于该石墨电极支柱的该外螺牙，该螺母座另一端则凸出延伸有该外螺杆，该螺母座与该外螺杆之间并形成有一肩部；
一固定座，包括有一固定法兰、一绝缘轴套、一绝缘垫、一密封衬垫、一固定环、多个绝缘环、及多个固定螺栓，其中，该固定法兰包括有一中空圆筒、及一外环圈，该中空圆筒内部形成有一中央孔，该外环圈开设有多个穿孔；该绝缘轴套套设于该金属电极柱的该螺母座外周并一并容设于该中央孔内；该绝缘垫包括有一中心穿孔，并于其外环周开设有多个圆孔；该密封衬垫包括有一中心孔，并于其外环周开设有多个逃孔；上述金属电极柱的该外螺杆穿经该密封衬垫的该中心孔，并使该肩部顶抵于该密封衬垫上；该固定环外环周开设有多个固定孔；该多个固定螺栓分别对应穿经该多个固定孔、该多个绝缘环、该多个逃孔、该多个圆孔、及该多个穿孔，并透过多个螺帽分别对应锁紧，以将该绝缘垫、与该密封衬垫一并夹合固定于该固定法兰与该固定环之间，其中该固定法兰与该密封衬垫之间因间隔有该绝缘轴套、该绝缘垫、与该多个绝缘环而形成电性绝缘；以及
一锁固螺帽，对应锁固于该金属电极柱的该外螺杆，并将该密封衬垫夹合固定于该锁固螺帽与该金属电极柱的该肩部之间。
2.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该石墨电极支柱的另一端是电性连接至一炉内电热器。
3.如权利要求2所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该石墨电极支柱的该另一端设有一外螺纹，该炉内电热器包括有一上螺母、及一下螺母以对应锁固于该外螺纹形成电性连接。
4.如权利要求2所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该石墨电极支柱的该另一端设有一外螺纹，该石墨电极支柱还包括有一上调整螺帽、及一下调整螺帽，透过该上调整螺帽与该下调整螺帽分别螺合于该外螺纹上以支撑顶抵着该炉内电热器。
5.如权利要求4所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该上调整螺帽是指一上石墨调整螺帽；该下调整螺帽是指一下石墨调整螺帽。
6.如权利要求5所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，包括有一绝缘压帽，该绝缘压帽盖合于该上调整螺帽。
7.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该金属电极柱包括有一铜电极柱。
8.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该金属电极柱的该外螺杆末端是电性连接至一外部电源。
9.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该固定座还包括有一弹性垫圈，该弹性垫圈是夹设于该密封衬垫与该固定环之间，并提供一轴向弹力。
10.如权利要求9所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该弹性垫圈包括有一圆心部、一环周部、及至少一弹片，该至少一弹片连结于该圆心部与该环周部之间，该圆心部中央开设有一中孔，该环周部开设有多个贯孔。
11.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该固定法兰凸设有一环凸起，该绝缘垫凹设有一环凹槽，该环凸起对应嵌合容置于该环凹槽内。
12.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该绝缘垫的外周环设有一外凸缘。
13.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，该密封衬垫包括有一铜质衬垫。
14.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，包括多个绝缘座、及多个绝缘盖，分别对应包覆于该多个固定螺栓上。
15.如权利要求1所述长晶炉的加热电极与固定结构，其特征在于，包括多个绝缘座、及多个绝缘盖，分别对应包覆于该多个螺帽上。
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