CN102995109A - 一种单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单晶炉，包括炉体，位于炉体底部的护盘压片；位于护盘压片上的第一辅助电极通孔下方的第一辅助电极，位于护盘压片上的第二辅助电极通孔下方的第二辅助电极；设置在护盘压片表面的检测线，其两端分别于第一辅助电极和第二辅助电极连接，且其与护盘压片绝缘；检测电路，包括检测线支路，其包括连接第一辅助电极的第一连接端和连接第二辅助电极的第二连接端；报警支路，其在检测线断路时发出报警信号。本发明所提供的单晶炉，在护盘压片上设置检测线，使检测线的两端连接检测电路，当硅液流到护盘压片上使检测线熔断时，检测电路发出报警信号，实现了对硅液溢流事故的及时检测，提高了生产的安全性。

Description

一种单晶炉

技术领域

本发明涉及单晶硅生产设备技术领域，更具体地说，涉及一种单晶炉。

背景技术

目前产业化的太阳能电池中发展最迅速，影响最大的是晶体硅太阳能电池，其中，单晶硅太阳能电池以其较高的光电转换效率受到广泛关注。单晶硅是生产单晶硅太阳能电池的基础原料，而单晶硅必须利用硅原料经过一系列的工艺方法生产得到。

单晶炉是利用直拉法生产单晶硅的重要设备，包括：炉体及设置在炉体底部的护盘压片。其中，护盘压片中间设置有坩埚托杆通孔，坩埚托杆穿过该坩埚托杆通孔支撑位于护盘压片上方的坩埚；护盘压片上还设置有四个电极通孔，单晶炉的两个主电极以及两个辅助电极分别穿过这四个电极通孔。

单晶炉在运行时，石墨坩埚可能会出现意外破裂，发生硅液溢流事故。硅液溢流会对单晶炉内部结构造成腐蚀污染，严重时会导致单晶炉爆炸。但是，常规的单晶炉不能及时的检测出硅液溢流事故的发生，安全性较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种单晶炉，能够及时的检测出硅液溢流事故的发生，从而可以快速对硅液溢流事故进行处理，提高了生产安全性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种单晶炉，包括：

炉体，位于所述炉体底部的护盘压片；

位于所述护盘压片上的第一辅助电极通孔和第二辅助电极通孔，位于所述第一辅助电极通孔下方的第一辅助电极，位于所述第二辅助电极通孔下方的第二辅助电极；

设置在所述护盘压片表面的检测线，所述检测线的一端通过所述第一辅助电极通孔与所述第一辅助电极连接，所述检测线的另一端通过所述第二辅助电极通孔与所述第二辅助电极连接，且所述检测线与所述护盘压片绝缘；

位于所述炉体外的检测电路，所述检测电路包括：检测线支路，所述检测线支路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接所述第一辅助电极，所述第二连接端连接所述第二辅助电极；与所述检测线支路并联的报警支路，所述报警支路在所述检测线断路时发出报警信号。

优选的，所述单晶炉还包括：

穿过所述第一辅助电极通孔的第一支撑部，所述第一辅助电极通过第一支撑部支撑所述单晶炉的加热器；

穿过所述第二辅助电极通孔的第二支撑部，所述第二辅助电极通过第二支撑部支撑所述单晶炉的加热器；

贯穿所述第一支撑部的第一固定部，所述第一固定部的一端与所述第一辅助电极固定连接，另一端与所述单晶炉的加热器固定连接；

贯穿所述第二支撑部的第二固定部，所述第二固定部的一端与所述第二辅助电极固定连接，另一端与所述单晶炉的加热器固定连接；

所述检测线与所述第一支撑部、第二支撑部、第一固定部和第二固定部绝缘。

优选的，所述护盘压片、第一支撑部、第二支撑部、第一固定部和第二固定部的材料为石英。

优选的，所述报警支路包括：报警器和继电器常闭触点，所述继电器常闭触点在所述检测线断路时闭合，所述报警器在所述继电器常闭触点闭合时发出报警信号。

优选的，所述检测电路还包括：运行正常指示支路，所述运行正常指示支路包括运行正常指示装置和继电器常开触点，所述继电器常开触点在所述检测线通路时闭合，所述运行正常指示装置在所述继电器常开触点闭合时发出运行正常指示信号；

所述检测线支路还包括继电器线圈。

从上述技术方案可以看出，本发明较现有技术至少具有以下优点：

本发明所提供的单晶炉，在护盘压片上设置检测线，并使检测线与护盘压片绝缘，检测线的两端通过两个辅助电极连接炉体外部的检测电路，当单晶炉发生硅液溢流时，硅液流到护盘压片上，使检测线熔断，检测电路发出报警信号，从而实现了对硅液溢流事故的及时检测，使硅液溢流事故能够得到及时快速的处理，提高了生产的安全性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的单晶炉的部分结构的剖面图；

图2为本发明实施例所提供的单晶炉的检测线在护盘压片上的分布图；

图3为本发明实施例所提供的单晶炉的检测电路图。

具体实施方式

正如背景技术所述，常规的单晶炉并不能对硅液溢流事故进行及时的检测，造成生产的安全性降低。发明人经研究发现，产生这种现象的原因主要是：单晶炉内的最外层坩埚为石墨材质，石墨在高温下会与硅发生反应，单晶炉在运行过程中，炉内温度较高，使部分硅汽化为硅蒸汽，导致硅蒸汽与坩埚中的石墨发生反应，所以坩埚在长时间使用后，可能会出现破裂，从而发生硅液溢流事故。石墨坩埚破裂后会直接导致位于其内部的石英坩埚破裂，硅液从石英坩埚中流出，沿坩埚托杆流下，滴落在护盘压片上，浸透护盘压片，烫坏单晶炉不锈钢炉底，由于单晶炉炉底为双层水冷不锈钢结构，其内部充满了冷却水，溢流的硅液烫坏炉底后，其内部的冷却水溢出，在炉内高温的情况下，冷却水将迅速汽化，从而引发单晶炉爆炸。由此可见，硅液溢流事故如果不能及时的发现并进行处理，会导致生产的安全性降低。

基于此，本发明提供一种单晶炉，包括：

炉体，位于所述炉体底部的护盘压片；

位于所述护盘压片上的第一辅助电极通孔和第二辅助电极通孔，位于所述第一辅助电极通孔下方的第一辅助电极，位于所述第二辅助电极通孔下方的第二辅助电极；

设置在所述护盘压片表面的检测线，所述检测线的一端通过所述第一辅助电极通孔与所述第一辅助电极连接，所述检测线的另一端通过所述第二辅助电极通孔与所述第二辅助电极连接，且所述检测线与所述护盘压片绝缘；

位于所述炉体外的检测电路，所述检测电路包括：检测线支路，所述检测线支路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接所述第一辅助电极，所述第二连接端连接所述第二辅助电极；与所述检测线支路并联的报警支路，所述报警支路在所述检测线断路时发出报警信号。

本发明所提供的单晶炉，在护盘压片上设置检测线，并使检测线与护盘压片绝缘，检测线的两端通过两个辅助电极连接炉体外部的检测电路。当单晶炉发生硅液溢流时，硅液流到护盘压片上，使检测线熔断，检测电路发出报警信号。可见，本发明所提供的单晶炉可在溢流的硅液流至护盘压片后及时检测到硅液溢流事故的发生，并发出硅液溢流警报，进而可以使硅液溢流事故得到及时有效的处理，提高了生产的安全性。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的附图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。

本发明实施例提供了一种单晶炉，所述单晶炉能够实现对硅液溢流事故的及时检测，生产安全性高。结合图1-图3对所述单晶炉结构进行说明。其中，图1为本发明实施例所提供的单晶炉的部分结构的剖面图，图2为本发明实施例所提供的单晶炉的检测线在护盘压片上的分布图，图3为本发明实施例所提供的单晶炉的检测电路图。

所述单晶炉包括：炉体；位于炉体底部的护盘压片102；位于护盘压片102上的第一辅助电极通孔201和第二辅助电极通孔202，位于第一辅助电极通孔201下方的第一辅助电极103，位于第二辅助电极通孔202下方的第二辅助电极（图中未画出）。

设置在护盘压片102表面的检测线107，检测线107的一端连接第一辅助电极103，检测线107的另一端连接第二辅助电极，且检测线107与护盘压片102绝缘。

位于所述炉体外的检测电路，所述检测电路包括：检测线支路，所述检测线支路包括第一连接端309和第二连接端310，所述第一连接端309连接所述第一辅助电极，所述第二连接端310连接所述第二辅助电极；与所述检测线支路并联的报警支路，所述报警支路在所述检测线断路时发出报警信号。

需要说明的是，本实施例仅以图2中检测线107在护盘压片102上的分布情况为例进行说明，本发明并不限定检测线107在护盘压片102上的分布情况。优选的，为了使滴落到护盘压片102上的硅液能够尽快的熔断检测线107，检测线107应该最大限度，并且均匀的分布于护盘压片102上，尽可能的使滴落到护盘压片102各处的硅液都能碰触到检测线107，以使硅液在流至护盘压片102上后尽快熔断检测线107。

本实施例所提供的单晶炉除上述结构外，还包括：穿过第一辅助电极通孔201的第一支撑部104，所述第一辅助电极103通过第一支撑部104支撑单晶炉的加热器106；穿过第二辅助电极通孔202的第二支撑部，所述第二辅助电极通过第二支撑部支撑单晶炉的加热器106；

贯穿第一支撑部104的第一固定部105，所述第一固定部105的一端与第一辅助电极103固定连接，另一端与单晶炉的加热器106固定连接；贯穿第二支撑部的第二固定部，所述第二固定部的一端与第二辅助电极固定连接，另一端与单晶炉的加热器固定连接。

需要说明是，图1所表示的仅为第一辅助电极通孔201、第一辅助电极103、第一支撑部104及第一固定部105之间的连接关系，第二辅助电极通孔202、第二辅助电极、第二支撑部及第二固定部之间的连接关系与第一辅助电极通孔201、第一辅助电极103、第一支撑部104及第一固定部105之间的连接关系相同，且第一辅助电极通孔201与第二辅助电极通孔202、第一辅助电极103与第二辅助电极、第一支撑部104与第二支撑部及第一固定部105与第二固定部均为对称的结构。

本实施例中护盘压片102上的检测线107通过第一辅助电极103和第二辅助电极连接单晶炉体外的检测电路，其所经过的路径可以为：检测线107的两端分别穿过护盘压片102上的第一辅助电极通孔201和第二辅助电极通孔202沿第一支撑部104与第二支撑部向下，最终分别与第一辅助电极103与第二辅助电极连接。

需要说明的是，由于现有技术中护盘压片、第一支撑部、第二支撑部、第一固定部和第二固定部均为石墨材质，所以当发生硅液溢流事故时，高温硅液长时间滞留炉体内部，会与石墨发生反应，腐蚀石墨材质的部件，需要更换新的部件，导致设备维修费用的增加。本实施例所提供的单晶炉，由于能够对硅液溢流事故进行及时的检测，从而可以在硅液溢流问题发生后及时对炉体内硅液进行降温冷却，可以有效地避免高温硅液对炉内部件的腐蚀污染，从而降低了设备维修费用。

本实施例中，由于检测线107内有电流通过，所以检测线107需要与护盘压片102、第一支撑部104、第二支撑部、第一固定部105和第二固定部绝缘。优选的，护盘压片102、第一支撑部104、第二支撑部、第一固定部105和第二固定部的材料均为不导电且耐高温的石英。但是，本发明实施例中实现检测线107与护盘压片102、第一支撑部104、第二支撑部、第一固定部105和第二固定部绝缘的方法并不仅限于此。

需要说明的是，护盘压片102、第一支撑部104、第二支撑部、第一固定部105和第二固定部的材料均采用不导电的石英，除了能够达到与检测线107的绝缘外，由于石英并不能与高温硅液发生反应，所以能够从根本上避免溢流的硅液对护盘压片102、第一支撑部104、第二支撑部、第一固定部105和第二固定部的腐蚀污染。

另外，护盘压片102除了设置有第一辅助电极通孔201和第二辅助电极通孔202外，还设置有第一主电极通孔203以及第二主电极通孔204。

其中，单晶炉的第一主电极通过穿过第一主电极通孔203的石墨电极与加热器106连接，其第二主电极通过穿过第二主电极通孔204的石墨电极与加热器106连接，第一主电极和第二主电极的电能通过石墨电极传导给加热器106，为加热器106提供高压，从而对硅料进行加热。同时，石墨电极还对加热器起到支撑的作用。

需要指出的是，现有技术中当与第一主电极或第二主电极相连的加热器106的电机角损坏后，可将损坏的电机角安装到辅助电极上，然后将好的加热器106的电机角安装在主电极上继续使用，而辅助电极一般情况下是不通电的，通常仅仅是通过位于其上方的支撑部支撑加热器106。本发明所提供的单晶炉，将设置在护盘压片上的检测线107的两端分别连接在第一辅助电极103和第二辅助电极上，通过这两个辅助电极连接炉体外的检测电路，充分利用了炉体内的结构即第一辅助电极103和第二辅助电极，实现检测电路对硅液溢流事故的检测功能。可见，本实施例所述硅泄漏检测方式无需在炉体上增加额外的电极即可实现检测线有外部检测电路连接，即无需对炉体进行改进，实现方式简单，且成本低，并很好地保证了炉体的气密性。

本实施例中，检测电路的报警支路具体包括：报警器304和继电器常闭触点303，所述继电器常闭触点303在所述检测线107断路时闭合，所述报警器304在所述继电器常闭触点303闭合时发出报警信号。优选的，本实施例所述报警器304为蜂鸣器，所述蜂鸣器在所述检测线107断路时发出蜂鸣信号，在所述检测线107通路时不发出蜂鸣信号。

检测电路还包括：运行正常指示支路，该运行正常指示支路包括运行正常指示装置306和继电器常开触点305，所述继电器常开触点305在所述检测线107通路时闭合，所述运行正常指示装置305在所述继电器常开触点305闭合时发出运行正常指示信号。优选的，本实施例所述运行正常指示装置306为信号灯，所述信号灯在正常工作时为亮，检测到硅液溢流时为暗。

检测线107的两端分别与第一辅助电极103和第二辅助电极连接，同时第一辅助电极103与检测线支路的第一连接端309连接，第二辅助电极与第二连接端310连接，也就相当于，检测线107的两端分别检测线支路的第一连接端309和第二连接端310连接，检测线107以上述方式连接炉体外的检测电路。

检测电路的第一输入端301和第二输入端302分别连接电源的正负极。

当单晶炉正常运行时，检测线107起导线的作用，电流经过检测线107和继电器线圈308，检测线支路两端具有一定的电压；运行正常指示支路两端的电压与检测线支路两端的电压相同，继电器常开触点305处于吸和状态，即运行正常指示支路导通，运行正常指示装置306发出运行正常指示信号；报警支路中的继电器常闭触点303处于断开状态，即报警支路断路，报警支路中没有电流通过。

当单晶炉内发生硅液溢流事故后，溢流的硅液流到护盘压片102上，将检测线107熔断，检测线支路断开，从而导致运行正常指示支路中的继电器常开触点305断开，运行正常指示装置306停止发出运行正常指示信号；同时，报警支路中的继电器常闭触点303吸和，从而报警支路有电流通过，报警器303发出报警信号，实现对硅液溢流事故的及时检测。

需要说明的是，所述继电器线圈308、继电器常闭触点303及继电器常开触点305同属于继电器的结构，在本实施例中，为了更直观的表示该继电器结构各部分所控制的支路，所以将继电器的各部分结构分别放入其所控制的支路中进行介绍。优选的，本实施例选用中间继电器对检测电路的各支路进行控制。

另外，继电器常闭触点303在其两端有电压时断开，在其两端无电压时闭合，以使检测线107断路时报警支路处于通路，进而实现报警功能；继电器常开触点305在其两端有电压时闭合，在其两端无电压时断开，以使检测线107断路时运行正常指示支路处于断路，关闭运行正常指示装置306；报警器303在其有电流通过时发出报警信号；运行正常指示装置306在其有电流通过时发出运行正常指示信号；本实施例中继电器、报警器303及运行正常指示装置306还可以选用其它能够实现它们的作用的装置，本发明并不限定。

另外，优选的，本实施例中，报警信号可以为声音信号，运行正常指示信号可以为光信号，但是本发明并不限定报警器303和运行正常指示装置306所发出的信号的种类。

除此之外，本发明实施例所提供的单晶炉还包括：位于坩埚托杆101上方的石墨坩埚，所述坩埚托杆101用于支撑石墨坩埚，石墨坩埚主要是用来盛放石英坩埚的，其自身需要一定的强度，以承受硅料和坩埚的重量。

本发明实施例所提供的单晶炉，在护盘压片上设置检测线，并使检测线与护盘压片绝缘，检测线的两端通过辅助电极连接检测电路，当单晶炉发生硅液溢流时，硅液流到护盘压片上，使检测线熔断，检测电路发出报警信号，从而实现了对硅液溢流事故的及时检测，使硅液溢流事故能够得到及时快速的处理，提高了生产的安全性。

另外，本发明实施例所提供的单晶炉由于能够及时的检测出硅液溢流事故的发生，所以能够有效地避免高温硅液对炉内石墨材质的部件的腐蚀污染，从而降低了设备维修费用；进一步的，本发明实施例所提供的单晶炉使护盘压片、第一支撑部、第二支撑部、第一固定部和第二固定部的材料为不导电的石英，从根本上杜绝了高温硅液对它们的腐蚀污染。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种单晶炉，其特征在于，包括：

炉体，位于所述炉体底部的护盘压片；

位于所述护盘压片上的第一辅助电极通孔和第二辅助电极通孔，位于所述第一辅助电极通孔下方的第一辅助电极，位于所述第二辅助电极通孔下方的第二辅助电极；

设置在所述护盘压片表面的检测线，所述检测线的一端通过所述第一辅助电极通孔与所述第一辅助电极连接，所述检测线的另一端通过所述第二辅助电极通孔与所述第二辅助电极连接，且所述检测线与所述护盘压片绝缘；

位于所述炉体外的检测电路，所述检测电路包括：检测线支路，所述检测线支路包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接所述第一辅助电极，所述第二连接端连接所述第二辅助电极；与所述检测线支路并联的报警支路，所述报警支路在所述检测线断路时发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，还包括：

穿过所述第一辅助电极通孔的第一支撑部，所述第一辅助电极通过第一支撑部支撑所述单晶炉的加热器；

穿过所述第二辅助电极通孔的第二支撑部，所述第二辅助电极通过第二支撑部支撑所述单晶炉的加热器；

贯穿所述第一支撑部的第一固定部，所述第一固定部的一端与所述第一辅助电极固定连接，另一端与所述单晶炉的加热器固定连接；

贯穿所述第二支撑部的第二固定部，所述第二固定部的一端与所述第二辅助电极固定连接，另一端与所述单晶炉的加热器固定连接；

所述检测线与所述第一支撑部、第二支撑部、第一固定部和第二固定部绝缘。

3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，所述护盘压片、第一支撑部、第二支撑部、第一固定部和第二固定部的材料为石英。

4.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述报警支路包括：报警器和继电器常闭触点，所述继电器常闭触点在所述检测线断路时闭合，所述报警器在所述继电器常闭触点闭合时发出报警信号。

5.根据权利要求4所述的单晶炉，其特征在于，所述检测电路还包括：运行正常指示支路，所述运行正常指示支路包括运行正常指示装置和继电器常开触点，所述继电器常开触点在所述检测线通路时闭合，所述运行正常指示装置在所述继电器常开触点闭合时发出运行正常指示信号；

所述检测线支路还包括继电器线圈。

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