CN102659109B - 多晶硅还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉包括炉架，炉架上安装有炉体，炉架与炉体之间安装有底盘，炉体与底盘配合构成一中空的腔室，底盘上安装有若干电极，电极上安装有石墨件，硅芯棒位于腔室内且与石墨件连接，其中，多晶硅还原炉还包括隔热底板与隔热罩，且隔热底板与隔热罩均位于腔室内，隔热底板安装于底盘上，炉体的内壁上固定安装有若干卡扣支撑板，隔热罩安装于卡扣支撑板上，隔热罩与隔热底板一起围成中空的反应室，且硅芯棒位于反应室内。本发明的多晶硅还原炉有效防止反应室内的热量被冷却水带走，提高了反应室的储热能力，减少了电能的浪费，提高了多晶硅的生产效率。

Description

多晶硅还原炉

技术领域

本发明涉及多晶硅生产制造领域，尤其涉及一种用于生产制造多晶硅的多晶硅还原炉。

背景技术

多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原材料，是全球电子工业及光伏产业的基石。同时，由于能源危机和环境保护的要求，全球正在积极的开发可再生能源，太阳能因其洁净、安全、资源丰富而引人关注，随着国内外太阳产业的迅速发展，多晶硅的需求也日趋增加。

参考图1，现有的多晶硅还原炉包括炉架110，炉架上安装有炉体120，炉架110与炉体120之间安装有底盘130，炉体120与底盘130配合构成一中空的腔室101，底盘130中与炉体120中均盛放有冷却水，底盘130上安装有若干电极140，各个电极140上安装有石墨件150，硅芯棒160位于腔室101内且与石墨件160连接，石墨件150用以连接电极140与硅芯棒160，底盘130上还安装有进气管102与出气管103，且进气管102及出气管103与腔室101连通。

目前，国际上的多晶硅生产技术80%以上采用的改良西门子法。如图1所示，改良西门子法生产多晶硅主要采用高纯氢气与高纯三氯氢硅按照一定配比混合在一起构成原料，通过进气管102进入到多晶硅还原炉的炉体120的腔室101中，通过电极140将硅芯棒160加热到表面温度达到1100℃左右时，三氯氢硅与氢气发生还原反应，将三氯氢硅中的硅还原出来，不断沉积在硅芯棒160上，生成多晶硅，同时产生的废气通过出气管103排出；随着时间的延续，硅芯棒160上的多晶硅附积越来越多，形成最终的硅棒。

在改良西门子法生产多晶硅工艺过程中，还原炉是多晶硅沉积的关键设备，要维持炉体内1100℃高温，需延续不断地提供充足的供电，在生产过程中，还原炉的炉体120内供电产生的热量，又因炉体120壁夹层和底盘130夹层需冷却，使得大部分炉体内的热量被还原炉冷却水带走，造成了极大的浪费，加重了多晶硅生产耗电成本，增大了生产制造多晶硅的成本；同时也降低了多晶硅的生产效率；因此有必要开发一种改进的多晶硅还原炉，以充分地利用反应热，直接降低还原电耗，降低生产成本，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉有效防止反应室内的热量被冷却水带走，提高了反应室的储热能力，减少了电能的浪费，提高了多晶硅的生产效率。

为实现上述目的，本发明提供一种多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉包括炉架，所述炉架上安装有炉体，所述炉架与炉体之间安装有底盘，所述炉体与所述底盘配合构成一中空的腔室，底盘上安装有若干电极，电极上安装有石墨件，硅芯棒位于所述腔室内且与所述石墨件连接，其中，所述多晶硅还原炉还包括隔热底板与隔热罩，且所述隔热底板与隔热罩均位于所述腔室内，所述隔热底板安装于所述底盘上，所述炉体的内壁上固定安装有若干卡扣支撑板，所述隔热罩安装于所述卡扣支撑板上，所述隔热罩与所述隔热底板一起围成中空的反应室，且所述硅芯棒位于所述反应室内。

较佳地，所述隔热罩包括顶盖部与直筒部，所述直筒部的下端承载于所述卡扣支撑板上，所述顶盖部与所述直筒部的上端可拆卸地连接。

较佳地，所述直筒部由多个节段组成，且相邻节段之间可拆卸地连接。

较佳地，所述直筒部的高度小于或等于所述炉体直筒段的高度。

较佳地，所述直筒部上开设有多个观察孔，所述观察孔的位置与高度相应于所述炉体的视镜的位置与高度。

较佳地，所述隔热底板上开设有若干通孔。

较佳地，所述隔热底板与隔热罩均采用炭/炭复合材料制成。

本发明的有益效果：本发明的多晶硅还原炉由于还包括均隔热底板与隔热罩，且所述隔热底板与隔热罩均位于所述腔室内，所述隔热罩与所述隔热底板一起围成中空的反应室，且所述硅芯棒位于所述反应室内；使得所述隔热罩与隔热底板配合将所述反应室与炉体内壁及底盘隔离开来，有效防止了炉体与底盘内的冷却水带走所述反应室内的热量，减少了反应室内热量的流失，提高了反应室的储热能力，使得反应室内持续保持高温，因此提高了硅还原的速度，提高了多晶硅的生产效率；同时，反应室可持续保持高温，减少了电极的供电消耗，减少了多晶硅的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有多晶硅还原炉的结构示意图。

图2为本发明多晶硅还原炉的结构示意图。

图3为本发明多晶硅还原炉的隔热罩的结构图。

图4为本发明多晶硅还原炉的隔热底板的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，本发明的多晶硅还原炉包括炉架210，所述炉架210立于地面，用以支撑承载整个多晶硅还原炉的其它部件；所述炉架210上安装有炉体220，且所述炉体220由直筒段221与顶罩段222构成，而使所述炉体220呈钟罩型（见图2）；所述炉架210与炉体220之间安装有底盘230，即所述炉体220的下端与所述底盘230连接，从而所述炉体220与所述底盘230配合围成一中空的腔室201，多晶硅的具体还原过程在所述腔室201内完成；冷却水盛放于所述底盘230与炉体220内，用以冷却所述底盘230与炉体220夹层；所述底盘230上安装有若干电极240，各个所述电极240与外部电源电连接，所述电极240的上端伸入所述腔室201内，且在所述电极240的上端还安装有石墨件250，硅芯棒260位于所述腔室201内且与所述石墨250连接，所述电极240通电后，通过所述石墨件250使所述硅芯棒260通电而发热，所述底盘230上还安装有进气管202与出气管203，且所述进气管202与出气管203的一端均穿过所述底盘230，并伸入所述腔室201内；其中，多晶硅的生产原料在所述腔室201内，通过所述炉体220、底盘230、电极240、进气管202及出气管203的配合作用，而在所述硅芯棒260上积累产生多晶硅的具体过程与原理，均为本领域技术人员所熟知，在此不再详细说明。隔热罩300与隔热底板400均位于所述腔室201内，所述隔热底板400安装于所述底盘230上，所述炉体220的内壁上固定安装有若干卡扣支撑板204，所述隔热罩300的下端安装于所述卡扣支撑板204上，以将整个所述隔热罩300安装于所述炉体220上，且所述隔热罩300与所述隔热底板400一起围成中空的反应室301，所述进气管202与出气管203均与所述反应室301连通，所述硅芯棒260位于所述反应室301内，多晶硅原料具体的还原反应在所述反应室301内进行；在进行还原反应时，所述隔热底板400与隔热罩300有效地将所述反应室301与底盘230及炉体220内壁隔离开，从而有效防止了所述反应室301内的热量通过底盘220及炉体220内的冷却水流失，提高了所述反应室301的储热能力，提高了硅还原的速度，提高了多晶硅的生产效率；同时，反应室可持续保持高温，减少了电极240的供电消耗，减少了多晶硅的生产成本。

具体地，请再结合参考图3与图4。所述隔热罩300包括直筒部310与顶盖部320，所述直筒部310的下端承载于所述卡扣支撑板204上，所述顶盖部320可拆卸地安装于所述直筒部310的上端，使得在安装所述隔热罩300于所述炉体220上时，所述直筒部310与顶盖部320可分开安装，因此安装操作更方便，且不会碰触到所述炉体220的内壁；另外，当所述隔热罩300因使用时间过长或其它原因导致所述直筒部310或顶盖部320损坏或隔热性能下降需要更换时，只需单独更换相应的所述直筒部310或顶盖部320即可，从而不需整体更换所述隔热罩300，减少了更换隔热罩300的费用，也即减少了多晶硅的生产成本。所述直筒部310的高度小于或等于所述炉体220直筒段221的高度（见图2），不仅可防止所述直筒部310的上端顶撞到所述炉体220的顶罩段222的内壁，同时也可防止所述顶盖部320顶撞到所述炉体220的顶罩段222的内壁。所述直筒部310由多个节段311组成，在本发明的具体实施例中，所述节段311设置为三个分别为节段311a、311b、311c（见图3），所述节段311a的下端与所述卡扣支撑板204连接，所述节段311b的上端与所述顶盖部320可拆卸地连接；另外，相邻所述节段311之间（如节段311a与节段311b之间，节段311b与节段311c之间）可拆卸地连接，使得当所述隔热罩300因使用时间过长或其它原因导致某一所述节段311损坏或隔热性能下降时，只需单独更换此节段311即可，进一步减少了多晶硅的生产成本；而且，在安装所述隔热罩300的时候，可以分开独立安装各个节段311，进一步避免了安装时对炉体220的损坏。其中，所述直筒部310上开设有多个观察孔312，所述观察孔312的位置与高度相应于所述炉体220的视镜223的位置与高度，通过所述视镜223与观察孔可方便地观察反应室301内硅芯棒260的生长情况，同时测量反应室301内的温度，以便于更好地控制多晶硅的生产过程。所述隔热底板400相应所述出气管203、进气管202及电极230开设有若干通孔410，以使所述出气管203、进气管202及电极230均可伸入所述反应室301内，以保证还原反应的正常进行。

另外，作为本发明的优选实施方式，所述隔热底板400与隔热罩300均采用炭/炭复合材料制成。炭/炭复合材料具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热效果优异的特点，因此采用该材料制作的所述隔热底板400与隔热罩300可有效地隔离所述反应室301与炉体220及底盘230，防止反应窒301内热量的流失。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (4)

1.一种多晶硅还原炉，包括炉架，所述炉架上安装有炉体，所述炉架立于地面，用以支撑承载整个多晶硅还原炉的其它部件；所述炉架上安装有炉体，且所述炉体由直筒段与顶罩段构成，而使所述炉体呈钟罩型；所述炉架与炉体之间安装有底盘，即所述炉体的下端与所述底盘连接，从而所述炉体与所述底盘配合围成一中空的腔室，多晶硅的具体还原过程在所述腔室内完成；冷却水盛放于所述底盘与炉体内，用以冷却所述底盘与炉体夹层；所述底盘上安装有若干电极，各个所述电极与外部电源电连接，所述电极的上端伸入所述腔室内，且在所述电极的上端还安装有石墨件，硅芯棒位于所述腔室内且与所述石墨连接，所述电极通电后，通过所述石墨件使所述硅芯棒通电而发热，所述底盘上还安装有进气管与出气管，且所述进气管与出气管的一端均穿过所述底盘，并伸入所述腔室内；隔热罩与隔热底板均位于所述腔室内，所述隔热底板安装于所述底盘上，所述炉体的内壁上固定安装有若干卡扣支撑板，所述隔热罩的下端安装于所述卡扣支撑板上，以将整个所述隔热罩安装于所述炉体上，且所述隔热罩与所述隔热底板一起围成中空的反应室，所述进气管与出气管均与所述反应室连通，所述硅芯棒位于所述反应室内；所述隔热罩包括顶盖部与直筒部，所述直筒部的下端承载于所述卡扣支撑板上，所述顶盖部与所述直筒部的上端可拆卸地连接；所述直筒部由多个节段组成，且相邻节段之间可拆卸地连接；所述隔热底板与隔热罩均采用炭/炭复合材料制成。

2.如权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述直筒部的高度小于或等于所述炉体直筒段的高度。

3.如权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述直筒部上开设有多个观察孔，所述观察孔的位置与高度相应于所述炉体的视镜的位置与高度。

4.如权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述隔热底板上开设有若干通孔。

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