CN104724705B - 用于多晶硅还原炉的底盘组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，所述用于多晶硅还原炉的底盘组件包括：底盘本体，所述底盘本体内限定有冷却腔；多个电极，多个所述电极设在所述底盘本体上；多个中心进气管，多个所述中心进气管设在所述底盘本体的中心处；多个外圈进气管组，多个所述外圈进气管组设在所述底盘本体的外周缘处且沿所述底盘本体的周向间隔开设置，每个所述外圈进气管组包括排列成环形的多个外圈进气管；多个排气管，多个所述进气管设置在所述底盘本体上且位于多个所述电极的外侧。根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件具有能够提高炉内气流循环效率以提高多晶硅的生产效率高，且不易倒棒等优点。

Description

用于多晶硅还原炉的底盘组件

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体而言，涉及一种用于多晶硅还原炉的底盘组件。

背景技术

现有的多晶硅还原炉，多个进气管在底盘上均匀分布，以便气体在还原炉内分布均匀。一般认为底盘上的进气管越多、分布越均匀越好。

发明内容

本发明提出一种用于对晶硅还原炉的底盘组件，该用于多晶硅还原炉的底盘组件能够突破传统设计思路，具有提高炉内气流循环效率以提高多晶硅的生产效率，且不易倒棒等优点。

为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，所述用于多晶硅还原炉的底盘组件包括：底盘本体，所述底盘本体内限定有冷却腔，所述底盘本体上设有与所述冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口；多个电极，多个所述电极设在所述底盘本体上；多个中心进气管，多个所述中心进气管设在所述底盘本体的中心处；多个外圈进气管组，多个所述外圈进气管组设在所述底盘本体的外周缘处且沿所述底盘本体的周向间隔开设置，每个所述外圈进气管组包括排列成环形的多个外圈进气管；多个排气管，多个所述进气管设置在所述底盘本体上且位于多个所述电极的外侧。

根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件具有能够提高炉内气流循环效率以提高多晶硅的生产效率高，且不易倒棒等优点。

另外，根据本发明上述实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述中心进气管为五个，其中，一个所述中心进气管设在所述底盘本体的中心，另外四个所述中心进气管沿所述底盘本体的周向等间距设置。

根据本发明的一个实施例，所述外圈进气管组为四个，每个所述外圈进气管组包括三个所述外圈进气管。

根据本发明的一个实施例，每个所述外圈进气管组中的三个所述外圈进气管排列成圆环形且沿所述圆环形的周向等间距设置。

根据本发明的一个实施例，所述排气管为四至八个且沿所述底盘本体的周向等间距设置。

根据本发明的一个实施例，所述电极为三十六对且分布在所述底盘本体的第一至第五圈上，所述第一至第五圈为以所述底盘本体的中心为圆心且由内之外依次增大的四个同心圆。

根据本发明的一个实施例，所述第一圈上分布有两对所述电极，所述第二圈上分布有四对所述电极，所述第三圈上分布有八对所述电极，所述第四圈上分布有八对所述电极，所述第五圈上分布有十四对所述电极。

根据本发明的一个实施例，所述用于多晶硅还原炉的底盘组件还包括：进气环管，所述进气环管上设有进气口且设置在所述底盘本体下方；多个进气支管，多个所述进气支管连接在所述进气环管上，多个所述中心进气管与一个所述进气支管相连，每个所述外圈进气管组中的多个所述外圈进气管与一个所述进气支管相连。

根据本发明的一个实施例，所述底盘本体包括：底盘法兰；上底板，所述上底板设在所述底盘法兰内；下底板，所述下底板设在所述底盘法兰内且位于所述上底板下方，所述下底板与所述上底板和所述底盘法兰限定出所述冷却腔；多个导流板，多个所述导流板设在所述冷却腔内且在所述冷却腔内限定出多个螺旋流道，所述冷却液进口和所述冷却液出口与多个所述螺旋流道连通。

根据本发明的一个实施例，所述上底板为碳钢和不锈钢复合板，所述下底板均为碳钢板。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件的俯视图。

图2是根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件的侧视图。

图3是根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件与现有多晶硅还原炉底盘的炉内气流分布对比图。

图4是根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件与现有多晶硅还原炉底盘的硅棒表面气流速度对比图。

附图标记：用于多晶硅还原炉的底盘组件10、底盘本体100、电极200、中心进气管300、外圈进气管组400、外圈进气管410、排气管500、进气环管600、进气支管700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10。其中，下述上下方向均以多晶硅还原炉正常使用时的上下方向为准。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10包括底盘本体100、多个电极200、多个中心进气管300、多个外圈进气管组400和多个排气管500。

底盘本体100内限定有冷却腔，底盘本体100上设有与所述冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口。多个电极200设在底盘本体100上，电极200上安装有对应的硅芯。相邻的两对电极200通过电极板(图中未示出)连接，硅棒间为等距分布，间距为200-240毫米。实验结果表明该布局下，每根硅棒周围热场比较均匀，硅棒能够垂直且均匀的生长，最大实现对热能利用率。多个中心进气管300设在底盘本体100的中心处。多个外圈进气管组400设在底盘本体100的外周缘处且沿底盘本体100的周向间隔开设置，每个外圈进气管组400包括排列成环形的多个外圈进气管410。多个排气管500设置在底盘本体100上且在底盘本体100的径向上位于多个电极200的外侧。

根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10，通过对结构的上述优化，能够大大节省进气管所占用的面积，进而以24对棒的底盘面积满足36对棒的设置要求。

并且，申请人进过研究和实验发现，进气管分为中心进气管300和外圈进气管组400，每个外圈进气管组400包含多个排列成环形的多个外圈进气管410。当每个外圈进气管组400中的多个外圈进气管410向炉内进气时，由于外圈进气管410间距较小，在气流作用下，在外圈进气管组400中央形成低压区，使得气流向中间靠拢后汇聚成一股气流，气流的汇聚效应扩大了气流影响区，且容易到达炉内顶部，强化了炉内气流大循环，促进硅棒生长。而多个中心进气管300也可汇聚成一股气流，由于还原炉中央部分封头高度较高，这样可以使气流能够到达上部封头后进行二次分布，提高气流循环效率。由此可以实现进气气流的汇聚效应，在保证气流克服阻力到达硅棒横联位置的同时，配合位于电极200外侧的多个排气管500，可以在炉内形成内、外两种循环气流分布(如图3所示)，从而有效提高硅棒表面的湍流度和气流速度(如图4所示)，进而提高多晶硅的沉积速率，以提高生产效率。

此外，进气的汇聚效应，可以使进气气流不容易直接冲击硅棒底部，从而避免硅棒变形而导致倒棒。

因此，根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10具有能够提高炉内气流循环效率以提高多晶硅的生产效率，且不易倒棒等优点。更重要的是，这种底盘组件的设计方案突破了多晶硅还原炉底盘进气管均匀分布的常规思路，而取得的效果反而优于均匀分布的进气管设置方式；并且这种底盘组件设计方式大大节省了进气管所占面积，进而以24对棒的底盘面积满足36对棒的设置要求，使目前许多生产24对棒的底盘厂家不用更换生产设备即可制造出更加先进、产能更高的底盘产品。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10。

在本发明的一些具体实施例中，如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10包括底盘本体100、多个电极200、多个中心进气管300、多个外圈进气管组400和多个排气管500。

其中，底盘本体100上设置有多个电极座，多个电极200分别设在多个电极座内。

具体而言，如图1所示，中心进气管300为五个，其中，一个中心进气管300设在底盘本体100的中心，另外四个中心进气管300围绕该中心进气管300设置且沿底盘本体100的周向等间距设置。

外圈进气管组400为四个且沿底盘本体100的周向等间距设置，每个外圈进气管组400包括三个外圈进气管410。其中，每个外圈进气管组400中的三个外圈进气管410排列成圆环形且沿所述圆环形的周向等间距设置。换言之，每个外圈进气管组400中的三个外圈进气管410分别位于一个等边三角形的三个顶点处。

可选地，如图1所示，排气管500为四至八个且沿底盘本体100的周向等间距设置。

在本发明的一些具体示例中，如图1所示，电极200为三十六对且分布在底盘本体100的第一至第五圈上，所述第一至第五圈为以底盘本体100的中心为圆心且由内之外依次增大的四个同心圆。

具体地，所述第一圈上分布有两对电极200，所述第二圈上分布有四对电极200，所述第三圈上分布有八对电极200，所述第四圈上分布有八对电极200，所述第五圈上分布有十四对电极200。

在本发明的一些具体实施例中，如图2所示，用于多晶硅还原炉的底盘组件10还包括进气环管600和多个进气支管700。进气环管600上设有进气口且设置在底盘本体100下方。多个进气支管700连接在进气环管600上，多个中心进气管300与一个进气支管700相连，每个外圈进气管组400中的多个外圈进气管410与一个进气支管700相连。也就是说，五个中心进气管300共用一个进气支管700，而每个外圈进气管组400中的三个外圈进气管410共用一个进气支管700。由此可以大幅减少底盘本体100下部连接管路的数量，从而方便检修。

其中，中心进气管300和外圈进气管410为沿气体进入方向逐渐扩大的厚壁管，中心进气管300和外圈进气管410的顶部设有与喷嘴对接的螺纹槽。

在本发明的一些具体示例中，底盘本体100包括底盘法兰、上底板和下底板。底盘法兰与原24对棒还原炉的钟罩结构是配对法兰，保证设备的密封性。所述上底板设在所述底盘法兰内。所述下底板设在所述底盘法兰内且位于所述上底板下方，所述下底板与所述上底板和所述底盘法兰限定出所述冷却腔。多个所述导流板设在所述冷却腔内且在所述冷却腔内限定出多个螺旋流道，所述冷却液进口和所述冷却液出口与多个所述螺旋流道连通。

多个所述螺旋流道从底盘本体100的中心旋向边缘且形状和长度相同。冷却液从内圈导流板边缘的冷却液进口进入冷却水腔后，均匀通过各螺旋流道，对上底板、中心进气管300、外圈进气管410、排气管500和电极200进行强制冷却。导流板在经过的外圈进气管410、排气管500和电极200处设有适当的弧度，确保不会出现冷却死角，影响冷却效果。每个导流板上设置三至十个连通孔，使得两侧冷却液相互流通，避免产生流动死区。冷却液在经过由中央到外圈六层螺旋流道后，由冷却液出口流出。

其中，冷却液出口处的管口高度高于冷却液进口处的管口高度，以保证冷却水腔内始终有一定高度的冷却水存在。

根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10，在底盘本体100与现有24对棒底盘直径相同的情况下，在底盘本体100内构成了四个螺旋通道，降低了对冷却液的流动阻力，增强了冷却效果,满足了36对棒还原炉底盘的要求。通过Fluent流场分析软件对其螺旋流道各个位置的换热系数进行建模分析，结果表明底盘本体100上各个位置的换热系数差别小于30％。利用Ansys应力分析软件，对底盘本体100进行应力分析，结果表明由于每个螺旋流道内冷却液的流程适中，避免了温差过大，有利于防止底盘本体100的温差应力和变形。

可选地，所述上底板为碳钢和不锈钢复合板，其中，不锈钢部分起耐腐蚀和耐高温作用，碳钢部分起支撑和传热作用。所述下底板均为碳钢板，有利于高温尾气、冷却液和进气间进行热量交换，提高底盘本体100的工作稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，包括：

底盘本体，所述底盘本体内限定有冷却腔，所述底盘本体上设有与所述冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口；

多个电极，多个所述电极设在所述底盘本体上；

多个中心进气管，多个所述中心进气管设在所述底盘本体的中心处；

多个外圈进气管组，多个所述外圈进气管组设在所述底盘本体的外周缘处且沿所述底盘本体的周向间隔开设置，每个所述外圈进气管组包括排列成环形的多个外圈进气管；

多个排气管，多个所述排气管设置在所述底盘本体上且位于多个所述电极的外侧。

2.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述中心进气管为五个，其中，一个所述中心进气管设在所述底盘本体的中心，另外四个所述中心进气管沿所述底盘本体的周向等间距设置。

3.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述外圈进气管组为四个，每个所述外圈进气管组包括三个所述外圈进气管。

4.根据权利要求3所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，每个所述外圈进气管组中的三个所述外圈进气管排列成圆环形且沿所述圆环形的周向等间距设置。

5.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述排气管为四至八个且沿所述底盘本体的周向等间距设置。

6.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述电极为三十六对且分布在所述底盘本体的第一至第五圈上，所述第一至第五圈为以所述底盘本体的中心为圆心且由内之外依次增大的五个同心圆。

7.根据权利要求6所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述第一圈上分布有两对所述电极，所述第二圈上分布有四对所述电极，所述第三圈上分布有八对所述电极，所述第四圈上分布有八对所述电极，所述第五圈上分布有十四对所述电极。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，还包括：

进气环管，所述进气环管上设有进气口且设置在所述底盘本体下方；

多个进气支管，多个所述进气支管连接在所述进气环管上，多个所述中心进气管与一个所述进气支管相连，每个所述外圈进气管组中的多个所述外圈进气管与一个所述进气支管相连。

9.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述底盘本体包括：

底盘法兰；

上底板，所述上底板设在所述底盘法兰内；

下底板，所述下底板设在所述底盘法兰内且位于所述上底板下方，所述下底板与所述上底板和所述底盘法兰限定出所述冷却腔；

多个导流板，多个所述导流板设在所述冷却腔内且在所述冷却腔内限定出多个螺旋流道，所述冷却液进口和所述冷却液出口与多个所述螺旋流道连通。

10.根据权利要求9所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述上底板为碳钢和不锈钢复合板，所述下底板均为碳钢板。