CN103668451A - 一种多晶硅铸锭炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅铸锭炉，包括：炉体、经过所述炉体底部的冷却水夹层、以及分别与所述冷却水夹层连通的冷却水进水口和冷却水出水口，其中，在所述冷却水进水口和冷却水出水口处分别设有三通阀用于导入或导出冷却水，并可连接外部大气，在所述炉体底部设有从外部开启的泄水阀，所述泄水阀与冷却水夹层接通。本发明的多晶硅铸锭炉在发生坩埚硅液泄漏时，可以及时将炉体夹层内的冷却水排空，从而杜绝了硅液泄漏后发生爆炸的危险。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅铸锭技术，特别涉及一种多晶硅铸锭炉。
背景技术
多晶硅铸锭炉主要用于太阳能级多晶硅锭的大生产，它采用多晶硅定向凝固技术，将硅料高温熔融后通过特殊工艺定向冷凝结晶，从而达到太阳能电池生产用多晶硅品质的要求，是一种适用于长时间连续工作，高精度、高可靠性、自动化程度高的智能化大生产设备。其中，450型多晶硅铸锭炉较为常用，该型设备能自动或手动完成铸锭过程，高效节能，运用先进的计算机控制技术，实现稳定定向凝固，生产的多晶硅硅锭质量高，规格大。
然而在实际生产中，多晶硅铸锭炉工作时可能会发生硅液泄漏，此时，高温硅液从坩埚内流出，会熔化钢壁，尤其是底部中心处的焊接处很容易被熔穿，从而导致夹层中冷却水进入铸锭炉内部，在炉内1000℃以上的高温作用下，水迅速蒸发形成高温水蒸汽，部分高温水蒸汽又与炉内的石墨部件发生化学反应，生成氢气和一氧化碳的混合气(即水煤气)，这样就有引发爆炸的危险。
当有碳存在时，水蒸气与碳在800℃以上会发生如下反应形成水煤气：
H2O+C=CO+H2。
为了避免硅液泄漏时产生此类的爆炸危险，实有必要对现有多晶硅铸锭炉进行结构改进以解决硅液泄漏时存在的爆炸隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种改进结构的多晶硅铸锭炉，以避免炉内硅液泄漏后发生爆炸的危险。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种多晶硅铸锭炉，包括：炉体、经过所述炉体底部的冷却水夹层、以及分别与所述冷却水夹层连通的冷却水进水口和冷却水出水口；
所述多晶硅铸锭炉还包括：第一三通阀和第二三通阀；所述第一三通阀的第一接口与冷却水进水管道接通，用于引入冷却水水源，第二接口与所述冷却水进水口接通，用于将冷却水导入所述冷却水夹层，第三接口与外部大气相连；所述第二三通阀的第一接口与所述冷却水出水口接通，用于引出冷却夹层中的冷却水，第二接口与冷却水排水管道接通，用于排出冷却水，第三接口与外部大气相连；
所述炉体底部设有从炉体外部开启的泄水阀，所述泄水阀与冷却水夹层接通用于将冷却水夹层中的冷却水排出。
作为本发明的优选方案，所述第一三通阀的第三接口通过空气泵与外部大气相连。
作为本发明的优选方案，所述第二三通阀的第三接口通过空气泵与外部大气相连。
作为本发明的优选方案，所述炉体底部设有1-3个所述泄水阀。
作为本发明的优选方案，所述泄水阀为圆形。进一步优选地，所述泄水阀的直径为200mm。
本发明有益效果在于：
本发明提供的多晶硅铸锭炉，通过对炉底结构和冷却水管道的改进，在发生坩埚硅液泄漏时，可以及时将炉体夹层内的冷却水排空，避免冷却水进入铸锭炉内部，从而杜绝了硅液泄漏后发生爆炸的危险。
附图说明
图1是现有技术中450型多晶硅铸锭炉的结构示意图；
图2是本发明实施例的多晶硅铸锭炉的结构示意图；
图3是本发明实施例的多晶硅铸锭炉炉体底部结构示意图；
图4本发明实施例的多晶硅铸锭炉正常工作时的示意图；
图5是本发明实施例的多晶硅铸锭炉在发生硅液泄漏时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。
如图1所示，一种现有技术中的450型多晶硅铸锭炉，其炉体内设有坩埚1，炉体底部设有冷却水夹层3，还设有用于将热电偶伸入炉内的钢管2，钢管2与炉体底部中心处4由焊接的方式连接。在实际生产中，高温硅液从坩埚1内流出，会熔化钢壁，尤其是底部中心处4的焊接处很容易被熔穿，从而导致冷却水夹层3中的冷却水进入炉体内部，在炉内1000℃以上的高温作用下，水迅速蒸发形成高温水蒸汽，部分高温水蒸汽又与炉内的石墨部件发生化学反应，生成氢气和一氧化碳的混合气(即水煤气)，这样就有引发爆炸的危险。
为避免上述爆炸的发生，本发明对现有的多晶硅铸锭炉进行了结构改进，其中一优选实施例如图2所示。
一种多晶硅铸锭炉，包括：炉体10、经过所述炉体10底部的冷却水夹层20、以及分别与所述冷却水夹层20连通的冷却水进水口30和冷却水出水口40；所述多晶硅铸锭炉还包括：第一三通阀50和第二三通阀60；所述第一三通阀50的第一接口501与冷却水进水管道接通，用于引入冷却水水源，第二接口502与所述冷却水进水口30接通，用于将冷却水导入所述冷却水夹层20，第三接口503与外部大气相连；所述第二三通阀60的第一接口601与所述冷却水出水口40接通，用于引出冷却夹层20中的冷却水，第二接口602与冷却水排水管道接通，用于排出冷却水，第三接口603与外部大气相连；所述炉体10底部设有从炉体10外部开启的泄水阀70，所述泄水阀70与冷却水夹层20接通用于将冷却水夹层20中的冷却水排出。
优选地，所述第一三通阀50的第三接口503通过空气泵与外部大气相连。所述第二三通阀60的第三接口603也可通过空气泵与外部大气相连。并且，所使用的三通阀应便于开启或切换，能及时进行相应的排水。
优选地，炉体10底部根据具体情况的需要可以设有1-3个泄水阀70，如图3所示。所述泄水阀70可以为圆形，直径优选为200mm。并且，所述泄水阀70应便于从炉体10外部开启，以及时排水。
下面将改进前后的多晶硅铸锭炉进行比较：
现有技术的多晶硅铸锭炉冷却水夹层的进水口和出水口均采用普通的二通阀，在正常工作时，二通阀开启，冷却水由一端流入而从另一端流出，冷却炉体。然而，当发生硅液泄漏时，只能将冷却水进水口的二通阀关闭，避免冷却水继续流入，但会留存大量冷却水在夹层内，造成严重的安全隐患。
本发明考虑到硅液泄漏时引发爆炸的原因，改进后的多晶硅铸锭炉一方面在炉体底部增设泄水阀，一方面将冷却水进出水口处改用三通阀，在铸锭炉正常工作时，如图4所示，阀门接口501、502和601、602开启，阀门接口503和603关闭，冷却水由一端流入而从另一端流出。当发生硅液泄漏时，如图5所示，此时，及时关闭阀门接口501和602，保持阀门接口601和502的开启状态，将阀门接口503和603打开，同时，将铸锭炉底部的泄水阀70打开，设有空气泵的开启空气泵。这样，冷却水停止进入铸锭炉内，从铸锭炉底部的泄水阀70流出，在空气泵的作用下，空气快速进入夹层内，保证冷却水能快速、顺利地排空。
可见，该设计可以在设备发生硅液泄漏时，及时将夹层内的冷却水排空，从根本上杜绝了硅液泄漏后发生爆炸的危险，使用三通阀是为了使夹层内气压与外界平衡，保证冷却水的顺利排空，而使用空气泵是为了增大空气进入夹层内的流量，使得冷却水能尽快排空。
通过这些方式，该设计有效地防止了铸锭炉内发生硅液泄漏时所会生成氢气和一氧化碳的混合气(即水煤气)的可能，从而避免了爆炸的危险，更好地保障了整个生产过程的安全可靠。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (6)
1.一种多晶硅铸锭炉，包括：炉体(10)、经过所述炉体(10)底部的冷却水夹层(20)、以及分别与所述冷却水夹层(20)连通的冷却水进水口(30)和冷却水出水口(40)，其特征在于：
所述多晶硅铸锭炉还包括：第一三通阀(50)和第二三通阀(60)；所述第一三通阀(50)的第一接口(501)与冷却水进水管道接通，第二接口(502)与所述冷却水进水口(30)接通，第三接口(503)与外部大气相连；所述第二三通阀(60)的第一接口(601)与所述冷却水出水口(40)接通，第二接口(602)与冷却水排水管道接通，第三接口(603)与外部大气相连；
所述炉体(10)底部设有从炉体(10)外部开启的泄水阀(70)，所述泄水阀(70)与冷却水夹层(20)接通。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第一三通阀(50)的第三接口(503)通过空气泵与外部大气相连。
3.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第二三通阀(60)的第三接口(603)通过空气泵与外部大气相连。
4.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述炉体(10)底部设有1-3个所述泄水阀(70)。
5.根据权利要求1或4所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述泄水阀(70)为圆形。
6.根据权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述泄水阀(70)的直径为200mm。
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