CN106865551A - 用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，属于多晶硅生产领域。喷嘴主要包括芯体，芯体包括第一内管和第一外管，第一外管套设于第一内管上，第一内管包括主通道，并且主通道的出气孔的通流面积比进气口的小。第一外管与第一内管之间的间隙形成辅通道。芯体通过连接部安装在底盘上。由于主通道的进气口的通流面积大于出气口的通流面积，气体在通过主通道时速度越来越快并最终到达还原炉的顶部。进入到辅助通道的气体通过辅助通道后，一部分气体到达还原炉的中部，另一部分从第一外管上的侧通气孔出来到达还原炉的底部。因此物料气体可以比较均匀地分布于整个还原炉中，使得还原反应充分进行。

Description

用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，具体而言，涉及一种用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴及多晶硅还原炉。

背景技术

目前全世界有超过85％的多晶硅是采用改良西门子法生产的。改良西门子法是一种化学方法，首先利用冶金硅(纯度要求在99.5％以上)与氯化氢(HCl)合成产生便于提纯的三氯氢硅气体(SiHCl3，下文简称TCS)，然后将TCS精馏提纯，最后通过还原反应和化学气相沉积(CVD)将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。

还原反应需要在多晶硅还原炉中进行，一般是通过底盘将氢气和TCS的混合物料气体通入到还原炉中，在高温的环境下发生还原反应生成多晶硅。在多晶硅还原炉的容积比较大时，还原炉内的温场、流场复杂性增加。多晶硅还原炉内使用的喷嘴结构对多晶硅的化学气相沉积有着十分重要的影响。

在多晶硅还原炉的容积增加到48对棒时，还原炉内的温场、流场复杂性增加。48对多晶硅还原炉内使用的喷嘴结构对多晶硅的化学气相沉积有着十分重要的影响。为了保证还原炉内多晶硅的有效生长以及还原炉的正常运行，一种适用于48对棒还原炉的喷嘴结构是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其能够将来自于底盘的物料气体比较均匀地通入到还原炉的顶部、中部和底部，从而有利于还原反应的充分进行。

本发明是这样实现的：

一种用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，所述喷嘴包括芯体，所述芯体包括：

第一内管，所述第一内管包括主通道，所述主通道沿所述第一内管的长度方向延伸，包括出气口和进气口，并且所述进气口的通流面积大于所述出气口的通流面积；

第一外管，所述第一外管套设于所述第一内管上，所述第一外管与所述第一内管间隙设置形成辅助通道；所述第一外管的管壁上设置有侧通气孔；

所述芯体包括进气端和出气端。

作为优选，所述喷嘴还包括分流罩，所述分流罩为壳体结构，套设于所述第一外管上；

所述分流罩与所述第一外管的管壁共同围合成混合腔，所述侧通气孔位于所述混合腔内，所述分流罩上还设置有多个壳体通气孔。

作为优选，所述分流罩包括圆形的盖板、底板和筒体，所述盖板和所述底板分别与所述筒体的两端密封连接；

所述盖板和所述底板上设置有安装孔，所述第一外管穿过所述安装孔，所述第一外管的管壁与所述盖板和所述底板密封连接。

作为优选，所述喷嘴还包括喷头，所述喷头包括第二内管、第二外管和中心管；

所述第二外管套设于所述第二内管上，两者间隔设置形成外通道；所述第二内管套设于所述中心管上，两者间隔设置形成内通道；所述中心管上设置有中心通道，所述中心通道沿所述中心管的长度方向延伸；

所述喷头还包括曲面罩，所述曲面罩罩在所述第二内管的出气口上，所述中心管穿过所述曲面罩；所述曲面罩上设置有多个面罩通气孔；

所述喷头与所述芯体的出气端连接，所述主通道与所述中心通道及所述内通道连通，所述辅助通道与所述外通道连通。

作为优选，所述曲面罩所述曲面罩与所述内管可转动连接；所述喷头还包括叶轮，所述叶轮与所述曲面罩连接，所述叶轮的叶片位于所述外通道中。

作为优选，所述面罩通气孔的轴线与所述曲面罩的切面呈锐角设置。

作为优选，所述曲面罩包括连接筒和半球状的罩体，所述连接筒与所述罩体连接；所述连接筒套设于所述第二内管上。

作为优选，所述内管与所述连接筒通过推力球轴承连接。

作为优选，所述芯体的进气端设置有连接部。

作为优选，所述连接部设置有外螺纹。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，由于主通道的进气口的通流面积大于出气口的通流面积，物料气体在通过第一内管时速度越来越快，当从出气口出来时其速度足以到达还原炉的顶部。进入到辅助通道的物料气体匀速通过辅助通道后，其速度相对于主通道的出气速度低，该部分物料气体只能到达还原炉的中部，从第一外管上的侧通气孔出来的物料气体到达还原炉的底部。从而使得物料气体可以比较均匀地分布于整个还原炉中，使得还原反应充分进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的喷嘴的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的芯体的结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的分流罩的结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的图3的俯视图；

图5是本发明实施例1提供的喷头的结构示意图；

图6是本发明实施例1提供的芯体的结构示意图；

图7是本发明实施例2提供的48对棒多晶硅还原炉结构示意图；

图8是本发明实施例2提供的喷嘴与底盘装配的结构示意图。

图标：100-喷嘴；110-芯体；112-第一内管；1122-主通道；1124-出气口；1126-进气口；114-进气端；116-出气端；117-第一外管；1172-辅助通道；1174-侧通气孔；118-连接部；120-分流罩；121-盖板；1212-安装孔；122-底板；123-筒体；124-混合腔；125-壳体通气孔；130-喷头；132-第二内管；1324-内通道；134-第二外管；1342-外通道；136-中心管；1362-中心通道；138-曲面罩；1382-面罩通气孔；139-叶轮；200-48对棒多晶硅还原炉；210-底盘。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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设备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。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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。

实施例1：

本实施例提供了一种喷嘴100，如图1，这种喷嘴100用于将来自底盘210(图8)的物料气体充入到还原炉(图7)内进行还原反应，主要包括芯体110、分流罩120和喷嘴100。分流罩120为筒状壳体结构，套设在芯体110上，喷嘴100与芯体110的出气端116连接。整个喷嘴100利用喷头130和分流罩120将物料气体充入到还原炉内进行反应。

如图1和2，芯体110包括第一内管112和第一外管117，第一外管117套设在第一内管112上。第一内管112设置有通孔，通孔沿第一内管112的长度方向延伸，形成主通道1122，主通道1122包括出气口1124和进气口1126。主通道1122从进气口1126到出气口1124，其通流面积逐渐减小。第一外管117的内壁与第一内管112的外壁设置有环形间隙，从而形成辅助通道1172。在第一外管117的管壁上设置有多个侧通气孔1174，多个侧通气孔1174沿圆周方向均匀分布。整个芯体110包括出气端116和进气端114，进气端114还设置有用于与底盘210连接的连接部118，连接部118设置有外螺纹。

如图3、图4，配合参考图1，分流罩120包括盖板121、底板122和筒体123。盖板121和底板122分别密封连接于筒体123的两端。在盖板121和底板122的中部还设置有安装孔1212，用于安装第一外管117(图1)。第一外管117的外壁和分流罩120共同围合形成混合腔124。整个分流罩120呈壳体结构，在分流罩120上还设置有多个壳体通气孔125。

如图1和图5，喷头130包括第二外管134、第二内管132和中心管136，第二外管134套设于第二内管132，第二内管132套设于中心管136。第二外管134与第二内管132之间设置有环形间隙，形成外通道1342；第二内管132与中心管136之间设置有环形间隙，形成内通道1324；中心管136包括中心通道1362。

如图5和图6，喷头130还包括半球状的曲面罩138，包括半球状的罩体和连接筒。连接筒设置在罩体的凹面一侧，并且连接筒的筒壁与罩体密封连接。在连接筒上固定连接有叶轮139。罩体上均匀设置有多个面罩通气孔1382，为了使从曲面罩138出来的物料气体可以更大范围地充入到还原炉的不同部位，面罩通气孔1382的轴线与罩体的切向平面呈锐角设置。

曲面罩138罩在第二内管132上，与第二内管132的出气口1124密封连接。并且，中心管136从曲面罩138的中部穿过。连接筒通过推力轴承与第二内管132可转动连接。叶轮139的叶片位于外通道1342内。

需要说明的是，本实施例为较佳实施例，在其它实施例中喷嘴可以不设置喷头130，通过芯体110单独工作同样可以将来自底盘210的物料气体较均匀地充入到还原炉的不同位置；或者曲面罩138也可以采取其它结构与第二内管132可转动连接；或者曲面罩138上的面罩通气孔1382的轴线也可以是存在与半球状的罩体。

实施例2：

如图7和图8，本实施例提供了一种48对棒多晶硅还原炉200，该48对棒多晶硅还原炉200包括48对棒(图中未示出)，底盘210和实施例1提供的喷嘴100。底盘210上设置有出气孔，喷嘴100通过连接部118与出气孔连接。

由于还原炉的其它零部件结构在现有技术中比较普遍，本实施例不再对还原炉的具体结构做具体介绍。

如图1、图7和图8，48对棒多晶硅还原炉200的工作原理如下：物料气体首先来到底盘210，从底盘210的出气孔进入到主通道1122和辅助通道1172中。主通道1122中的气体被加速后从出气口1124进入到喷头130中，并被分为两部分，一部分进入中心管136道，另一部分进入内管道。进入中心管136道的物料气通过中心管136道后，由于其速度较高，可以直达硅棒的上端。进入内管道的气体随后进入到曲面罩138内，通过曲面罩138上的面罩通气孔1382到达硅棒的中部位置。辅助通道1172内的物料气体被分为两部分，一部分通过侧通气孔1174进入分流罩120，在混合腔内被进一步混合后通过壳体通气孔125到达硅棒的底部；另一部分来到喷头130的外通道1342，并推动叶轮139转动，最终通过第二外管134的出气孔进入到还原炉内。叶轮139的转动带动曲面罩138转动，又由于面罩通气孔1382的轴线与罩体切面呈锐角设置，故通过面罩通气孔1382出来的物料气被均匀地送入到还原炉的不同位置。

如图1，本公开内容所提供喷头130的有益效果在于：当物料气体从辅助通道1172中进入到喷头130的外通道1342中后，由于叶轮139设置在外通道1342中，物料气体通过叶轮139的叶片时带动叶轮139转动；叶轮139与曲面罩138一体成型，从而曲面罩138和叶轮139同步转动。曲面罩138上均匀分布有多个面罩通气孔1382，曲面罩138的转动使得从面罩通气孔1382出来的物料气体可以更加均匀地分布到喷头130上方。因此，曲面罩138的转动设计对于实现将物料气体均匀送入到还原炉的不同位置具有十分重要的作用。

并且，物料气经外通道1342后通过曲面罩138与第二外管134之间的间隙向四周喷出，该气流与由曲面罩138旋转喷出的气流共同形成一个对喷嘴100的气流保护层，该气流保护层可以吹散喷头130上方的硅粉，减少喷嘴100使用过程中还原炉内硅粉在喷嘴上的沉积现象。

另外，通过调节送入到底盘210的物料气体压力，可以改变喷头130外通道1342内的物料气体压力，进而改变叶片所受到的驱动力，从而可以改变曲面罩138的旋转速度，调节送料范围。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴包括芯体，所述芯体包括：

第一内管，所述第一内管包括主通道，所述主通道沿所述第一内管的长度方向延伸，包括出气口和进气口，并且所述进气口的通流面积大于所述出气口的通流面积；

第一外管，所述第一外管套设于所述第一内管上，所述第一外管与所述第一内管间隙设置形成辅助通道；所述第一外管的管壁上设置有侧通气孔；

所述芯体包括进气端和出气端。

2.根据权利要求1所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括分流罩，所述分流罩为壳体结构，套设于所述第一外管上；

所述分流罩与所述第一外管的管壁共同围合成混合腔，所述侧通气孔位于所述混合腔内，所述分流罩上还设置有多个壳体通气孔。

3.根据权利要求2所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述分流罩包括圆形的盖板、底板和筒体，所述盖板和所述底板分别与所述筒体的两端密封连接；

所述盖板和所述底板上设置有安装孔，所述第一外管穿过所述安装孔，所述第一外管的管壁与所述盖板和所述底板密封连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括喷头，所述喷头包括第二内管、第二外管和中心管；

所述第二外管套设于所述第二内管上，两者间隔设置形成外通道；所述第二内管套设于所述中心管上，两者间隔设置形成内通道；所述中心管上设置有中心通道，所述中心通道沿所述中心管的长度方向延伸；

所述喷头还包括曲面罩，所述曲面罩罩在所述第二内管的出气口上，所述中心管穿过所述曲面罩；所述曲面罩上设置有多个面罩通气孔；

所述喷头与所述芯体的出气端连接，所述主通道与所述中心通道及所述内通道连通，所述辅助通道与所述外通道连通。

5.根据权利要求4所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述曲面罩所述曲面罩与所述内管可转动连接；所述喷头还包括叶轮，所述叶轮与所述曲面罩连接，所述叶轮的叶片位于所述外通道中。

6.根据权利要求4所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述面罩通气孔的轴线与所述曲面罩的切面呈锐角设置。

7.根据权利要求4所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述曲面罩包括连接筒和半球状的罩体，所述连接筒与所述罩体连接；所述连接筒套设于所述第二内管上。

8.根据权利要求7所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述内管与所述连接筒通过推力球轴承连接。

9.根据权利要求1所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述芯体的进气端设置有连接部。

10.根据权利要求9所述的用于48对棒多晶硅还原炉的喷嘴，其特征在于，所述连接部设置有外螺纹。