CN105543976A - 一种减压扩散炉炉口冷却密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减压扩散炉炉口冷却密封装置，所述减压扩散炉反应管管口安装石英炉门，所述石英炉门内端面装设密封圈，所述石英炉门通过密封圈与反应管管口的安装法兰内端面密封抵接，所述密封圈的周边设有对密封圈进行局部强制冷却的强冷装置，所述强冷装置包括对石英炉门和安装法兰外周圆、安装法兰外端面进行局部强冷的气冷器组件，以及对石英炉门外端面进行局部强冷的金属炉门组件。本发明具有能减缓了密封圈老化速度、提高反应室内的密封可靠性等优点。

Description

一种减压扩散炉炉口冷却密封装置

技术领域

本发明涉及光伏和半导体电子元器件技术领域，尤其涉及一种减压扩散炉炉口冷却密封装置。

背景技术

扩散炉广泛应用于电力电子器件、半导体器件和晶体硅太阳能电池制造，通过在硅片表面掺杂磷或硼制备PN结。PN结制备是器件和太阳能制造的核心工艺，其优劣直接决定着产品质量的好坏。

随着器件制造业的发展，尤其是晶体硅太阳能电池高转换效率方向发展，传统的常压扩散工艺已经很难满足浅结高方阻的工艺需求，掺杂均匀性无法满足先进电池工艺路线的技术需求。减压扩散通过真空系统在石英管内形成负压条件，增加分子的自由行程，提高硅片表面掺杂均匀性；掺杂原子可快速排空，利于减少表面复合、降低掺杂源耗，是低成本高效率晶体硅电池扩散工艺发展的主流趋势，是实现先进电池制造的最佳途径。

减压扩散工艺过程中反应管内部要求处在高温低压环境，炉口密封性能得不到保障将造成难以形成减压扩散所需的低压环境，在压差的作用下含有杂质的空气进入反应管导致产品报废，反应管污染等严重后果。反应管内部温度较高，热量通过辐射和传导方式作用于密封关键部件O形橡胶密封圈，能够加速其老化速度，最终造成密封失效，大幅度缩短设备维护周期，降低生产效率，增大设备运行成本。同时，大量热量在炉口通过传导和辐射等方式的散失，可能引起温度场在炉口的扰动，影响反应管恒温区的长度和精度，导致成品率降低，能耗的增大。如何在反应管内部形成稳定的真空环境和温度场，是减压扩散炉炉口冷却密封装置的关键技术，炉口可靠的密封是设备高效低成本平稳运行的保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能减缓了密封圈老化速度、提高反应室内的密封可靠性的减压扩散炉炉口冷却密封装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种减压扩散炉炉口冷却密封装置，所述减压扩散炉反应管管口安装石英炉门，所述石英炉门内端面装设密封圈，所述石英炉门通过密封圈与反应管管口的安装法兰内端面密封抵接，所述密封圈的周边设有对密封圈进行局部强制冷却的强冷装置，所述强冷装置包括对石英炉门和安装法兰外周圆、安装法兰外端面进行局部强冷的气冷器组件，以及对石英炉门外端面进行局部强冷的金属炉门组件。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述气冷器组件套设于石英炉门与安装法兰的交接处，所述气冷器组件包括喷淋口朝向石英炉门和安装法兰外周圆的外气室，以及喷淋口朝向安装法兰外端面的内气室。

所述外气室沿轴向设于内气室的上方，所述外气室、内气室均包括一环形冷却通道，若干所述喷淋口均匀布置于环形冷却通道的内壁，所述冷却通道的空腔内设有一隔片，所述隔片的两侧分别装设进气口。

所述金属炉门组件包括固装于石英炉门前方的金属炉门，所述金属炉门内设有环形冷却腔，所述环形冷却腔内均布若干朝向石英炉门外端面的喷淋口。

所述金属炉门朝向石英炉门的一端设置一斜面，所述环形冷却腔的若干喷淋口均布于斜面上。

所述环形冷却腔内设有隔板，所述隔板的两侧分别装设进气口，所述强冷装置外侧远离环形冷却通道进气口、环形冷却腔进气口安装排气收集设备。

所述金属炉门组件还包括填充于金属炉门与石英炉门之间的保温垫，所述石英炉门上凸设石英柱，所述金属炉门穿过石英柱并抵靠于保温垫上，且通过固定环锁紧。

所述内气室与反应管的外周圆之间套设保温环，所述保温环、保温垫均为石棉纤维、碳纤维或氧化铝组分中的一种或多种保温耐热材料制备而成。

所述石英炉门沿轴向间隔设置多层隔热板，相邻隔热板之间通过支撑杆连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的减压扩散炉炉口冷却密封装置，减压扩散工艺过程中反应管内部要求处在高温低压环境，反应管内部温度较高，热量通过辐射和传导方式作用于密封圈，强冷装置对密封圈的周边三个区域同时进行局部强制冷却，提高了密封圈的密封性能，减缓了密封圈老化速度，从而提高了反应室内的密封可靠性，降低设备运行和维护成本，同时，局部强制冷却亦不影响反应室内部稳定的温度场。

附图说明

图1是本发明的减压扩散炉炉口冷却密封装置的结构示意图。

图2是图1在A处的放大示意图。

图3是本发明的气冷器组件的俯视示意图。

图4是本发明的气冷器组件的外气室和内气室的剖视示意图。

图5是本发明的气冷器组件的三维轴测示意图。

图6是本发明的密封圈周边三个区域的冷却气流流向示意图。

图7是本发明的金属炉门的俯视示意图。

图8是图7的金属炉门的半剖结构示意图。

图9是本发明的金属炉门的三维轴测示意图。

图10是本发明的石英炉门及其多层隔热板的结构示意图。

图11是本发明的石英炉门及其多层隔热板的三维轴测示意图。

图中各标号表示：

1、反应管；10、安装法兰；2、石英炉门；20、密封圈；3、强冷装置；4、气冷器组件；41、外气室；42、内气室；5、金属炉门组件；7、冷却通道；70、隔片；8、金属炉门；80、斜面；9、环形冷却腔；90、隔板；11、排气收集设备；12、保温垫；13、保温环；14、隔热板；15、支撑杆。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图11示出了本发明的一种减压扩散炉炉口冷却密封装置的实施例，减压扩散炉反应管1管口安装石英炉门2，石英炉门2内端面装设密封圈20，石英炉门2通过密封圈20与反应管1管口的安装法兰10内端面密封抵接。详见图1和图2，密封圈20的周边包括三个区域，区域I为石英炉门2和安装法兰10外周圆，区域II为安装法兰10外端面，区域III为石英炉门2外端面；密封圈20的周边设有对密封圈20进行局部强制冷却的强冷装置3，此强冷装置3包括对石英炉门2和安装法兰10外周圆（区域I）、安装法兰10外端面（区域II）进行局部强冷的气冷器组件4，以及对石英炉门2外端面（区域III）进行局部强冷的金属炉门组件5。本发明的减压扩散炉炉口冷却密封装置，减压扩散工艺过程中反应管1内部要求处在高温低压环境，反应管1内部温度较高，热量通过辐射和传导方式作用于密封圈20，强冷装置3对密封圈20的周边三个区域同时进行局部强制冷却，提高了密封圈20的密封性能，减缓了密封圈20老化速度，从而提高了反应室1内的密封可靠性，降低设备运行和维护成本，同时，局部强制冷却亦不影响反应室1内部稳定的温度场。

本实施例中，气冷器组件4套设于石英炉门2与安装法兰10的交接处，气冷器组件4包括喷淋口朝向石英炉门2和安装法兰10外周圆的外气室41，以及喷淋口朝向安装法兰10外端面的内气室42，外气室41和内气室42分别对特定的区域进行局部冷却，提高冷却效率。

本实施例中，详见图3至图6，外气室41沿轴向设于内气室42的上方，外气室41、内气室42均包括一环形冷却通道7，若干喷淋口均匀布置于环形冷却通道7的内壁，冷却通道7的空腔内设有一隔片70，隔片70的两侧分别装设进气口。冷却时，CDA或氮气等惰性气体为主要成分的冷却气体经两进气口进入环形冷却通道7，由隔片70隔开、沿各自所在的半环相向流动，冷却气体流动过程中，途经若干喷淋口，并通过喷淋口喷出，完成局部强制冷却。

本实施例中，详见图7至图9，金属炉门组件5包括固装于石英炉门2前方的金属炉门8，金属炉门8内设有环形冷却腔9，环形冷却腔9内均布若干朝向石英炉门2外端面的喷淋口。金属炉门8朝向石英炉门2的一端设置一斜面80，环形冷却腔9的若干喷淋口均布于斜面80上，此斜面80利于冷却气体从喷淋口喷出时覆盖较大的范围，提高冷却效率。本实施例中，环形冷却腔9内设有隔板90，隔板90的两侧分别装设进气口，冷却时，CDA或氮气等惰性气体为主要成分的冷却气体经两进气口进入环形冷却腔9，由隔板90隔开、沿各自所在的半环相向流动，冷却气体流动过程中，途经若干喷淋口，并通过喷淋口喷出，完成局部强制冷却。强冷装置3外侧远离环形冷却通道7进气口、环形冷却腔9进气口安装排气收集设备11，排气收集设备11的抽气口连接提供负压的外围设备，组成热量收集系统。

本实施例中，金属炉门组件5还包括填充于金属炉门8与石英炉门2之间的保温垫12，石英炉门2上凸设石英柱，金属炉门8穿过石英柱并抵靠于保温垫12上，且通过固定环锁紧。内气室42与反应管1的外周圆之间套设保温环13，保温环13、保温垫12均为石棉纤维、碳纤维或氧化铝组分中的一种或多种保温耐热材料制备而成。本实施例中，详见图10和图11，石英炉门2沿轴向间隔设置多层隔热板14，相邻隔热板14之间通过支撑杆15连接。本发明的减压扩散炉炉口冷却密封装置炉口的保温隔热主要由上述的保温垫12、保温环13和多层隔热板14来完成，其中，多层隔热板14可大幅度降低反应管1内部高温热场通过热辐射的热量损失；保温垫12和保温环13由耐热保温的纤维材料制成，可明显减少与之贴合的石英炉门2、反应管1外周圆与大气之间的热传导造成的热量损失，确保反应管1高温热场不受炉口热量损失造成扰动。在提供稳定的工艺温度场的同时，降低能耗。

需要说明的是，保温垫12、保温环13、多层隔热板14中的一种或多种配合使用，在减少反应管1内部热量损失的同时，确保扩散炉炉口处于较低的温度，从而使得密封圈20工作在温度相对较低的环境下。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种减压扩散炉炉口冷却密封装置，所述减压扩散炉反应管（1）管口安装石英炉门（2），所述石英炉门（2）内端面装设密封圈（20），所述石英炉门（2）通过密封圈（20）与反应管（1）管口的安装法兰（10）内端面密封抵接，其特征在于：所述密封圈（20）的周边设有对密封圈（20）进行局部强制冷却的强冷装置（3），所述强冷装置（3）包括对石英炉门（2）和安装法兰（10）外周圆、安装法兰（10）外端面进行局部强冷的气冷器组件（4），以及对石英炉门（2）外端面进行局部强冷的金属炉门组件（5）。

2.根据权利要求1所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述气冷器组件（4）套设于石英炉门（2）与安装法兰（10）的交接处，所述气冷器组件（4）包括喷淋口朝向石英炉门（2）和安装法兰（10）外周圆的外气室（41），以及喷淋口朝向安装法兰（10）外端面的内气室（42）。

3.根据权利要求2所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述外气室（41）沿轴向设于内气室（42）的上方，所述外气室（41）、内气室（42）均包括一环形冷却通道（7），若干所述喷淋口均匀布置于环形冷却通道（7）的内壁，所述冷却通道（7）的空腔内设有一隔片（70），所述隔片（70）的两侧分别装设进气口。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述金属炉门组件（5）包括固装于石英炉门（2）前方的金属炉门（8），所述金属炉门（8）内设有环形冷却腔（9），所述环形冷却腔（9）内均布若干朝向石英炉门（2）外端面的喷淋口。

5.根据权利要求4所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述金属炉门（8）朝向石英炉门（2）的一端设置一斜面（80），所述环形冷却腔（9）的若干喷淋口均布于斜面（80）上。

6.根据权利要求5所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述环形冷却腔（9）内设有隔板（90），所述隔板（90）的两侧分别装设进气口，所述强冷装置（3）外侧远离环形冷却通道（7）进气口、环形冷却腔（9）进气口安装排气收集设备（11）。

7.根据权利要求4所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述金属炉门组件（5）还包括填充于金属炉门（8）与石英炉门（2）之间的保温垫（12），所述石英炉门（2）上凸设石英柱，所述金属炉门（8）穿过石英柱并抵靠于保温垫（12）上，且通过固定环锁紧。

8.根据权利要求7所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述内气室（42）与反应管（1）的外周圆之间套设保温环（13），所述保温环（13）、保温垫（12）均为石棉纤维、碳纤维或氧化铝组分中的一种或多种保温耐热材料制备而成。

9.根据权利要求7或8所述的减压扩散炉炉口冷却密封装置，其特征在于：所述石英炉门（2）沿轴向间隔设置多层隔热板（14），相邻隔热板（14）之间通过支撑杆（15）连接。