CN107548324A - 用于输送块状多晶硅或粒状多晶硅产物流的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于输送多晶硅碎块或多晶硅颗粒的产物流的装置，其包括由金属制成且衬有塑料或硅的输送表面，以及用于检测所述产物流中的金属异物或导电异物的涡流传感器。

Description

用于输送块状多晶硅或粒状多晶硅产物流的装置

本发明涉及用于输送块状多晶硅或粒状多晶硅产物流的装置。特别地，涉及用于鉴别这种产物流中的金属异物的装置。

多晶体硅(简称为多晶硅)用作通过切克劳斯基(CZ)法或区域熔融(FZ)法生产用于半导体的单晶体硅，以及通过各种提拉和浇铸工艺生产单晶体硅或多晶体硅的起始材料，以用于生产用于光生伏打行业的太阳能电池。

粒状多晶体硅或简称的粒状多晶硅是在流化床反应器中生产的。这是通过在流化床中借助气流流化硅颗粒来实现的，所述床通过加热装置被加热至高温。添加含硅的反应气体会引起热颗粒表面的热解反应。这将元素硅沉积在硅颗粒上，单个颗粒的直径增加。定期抽出直径已增长的颗粒以及添加相对较小的硅颗粒作为晶种颗粒使得该工艺能够以连续的方式操作，并且具有其所有伴随的优点。可使用的含硅反应气体是硅卤化合物(例如氯硅烷或溴硅烷)、甲硅烷(SiH₄)以及这些气体与氢气的混合物。

一旦生产，就通常借助筛分设备将粒状多晶硅分成两个或更多个级分或类别(分级)。随后可在研磨设备中将最小的筛分级分(筛网筛下物)加工成晶种颗粒并添加至反应器中。

筛网目标级分通常被包装并运输至客户。该客户使用粒状多晶硅，尤其是用于根据切克劳斯基法(CZ法)的生长单晶。

多晶硅同样可借助西门子工艺生产。该方法包括通过直接在钟罩形反应器(“西门子反应器”)中通过直通电流来加热通常为硅的细丝棒(thin filament rod)的支撑体，以及引入包含氢气以及一种或多种含硅组分的反应气体。

所用的含硅组分通常是三氯硅烷(SiHCl₃、TCS)或三氯硅烷与二氯硅烷(SiH₂Cl₂、DCS)和/或四氯硅烷(SiCl₄、STC)的混合物。硅烷(SiH₄)通常较少使用，但是也在工业规模上使用。

丝棒垂直插入反应器基部电极中，它们通过这些电极连接至电源。

高纯度多晶硅沉积在加热的丝棒和水平桥上，以便随时间而增加其直径。

一旦棒已冷却，打开反应器钟罩，用手或借助于特定器件、即所谓的卸载辅助物移出所述棒，用于进一步加工或用于中间存储。

对于大多数应用，多晶硅棒被破裂成小块，这些小块通常然后按大小分级。

US 2007/0235574 A1公开了用于粉碎和分选多晶体硅的装置，其包括用于将粗块状多晶硅进给至破碎设备的进料装置、破碎设备和用于对块状多晶硅进行分级的分选设备，其中所述装置设有控制器，所述控制器使得能够对所述破碎设备中的至少一个破碎参数和/或所述分选设备中的至少一个分选参数进行可变调节。

破碎设备可以是由1至10台破碎机构成的多级破碎设备。

分选设备可由多级机械筛分设备和多级光电子分离设备构成。机械筛分设备用于去除产物流中的细粒级分。借助光电子分离设备分选出不含细粒级分的块状多晶硅。根据选自块状多晶硅的长度、面积、形状、形态、颜色和重量的一个至三个准则来进行块状多晶硅的分选。

然而，用于鉴别多晶硅块的参数的已知电子传感器技术的其它组合同样适合(例如金属检测器、超声、红外线)。

可以在各个破碎阶段之间以及在分选设备的内部和下游布置磁力分离器(例如板式磁体、鼓式磁体或带式磁体)，以从块状多晶硅中去除金属异物并降低块状多晶硅的金属污染。

其缺点在于只可去除铁磁性异物如铁。不可去除非磁性金属异物。

US 2005/034430 A1公开了一种装置，其包括用于块状多晶硅的输送通道；用于块状多晶硅的称重装置，其具有漏斗和偏转板；填充装置，其由高纯度塑料膜形成塑料袋；用于填充有块状多晶硅的塑料袋的焊接密封装置；流料箱(flow box)，其安装在所述输送通道、称重装置、填充装置和焊接密封装置上方，并防止所述块状多晶硅的颗粒污染；用于填充有块状多晶硅的焊接密封塑料袋的输送带，其中与所述块状多晶硅接触的所有构成部件均用硅包覆或衬有高耐磨塑料。

块状多晶硅被运输至硅包覆的输送通道上的称重装置，其中块状多晶硅从漏斗中排空至塑料袋中，塑料袋在填充之后被焊接密封，而填充有块状多晶硅的塑料袋通过传送带经过磁感应检测器以检测任何金属污染。

缺点是金属异物只能在封装后检测。

CN 202052624 U描述了用于从正常硅中分离金属或高掺杂硅的分选装置。

所述材料位于产物贮存器中。产物贮存器连接至包括涡流传感器和去除构件的检测器件。输送带可任选地存在于检测器件中以输送硅。

涡流检测装置任选地将信号中继至分离机构，以实现金属或高掺杂硅的自动去除。

由于干扰涡流传感器，因此所述布置将不适于金属输送通道。因此将不可能检测包含多晶硅的产物流中的金属。

本发明待实现的目的由所述问题引发。

所述目的通过用于输送块状多晶硅或粒状多晶硅的产物流的装置来实现，该装置包括由金属制成的衬有塑料或硅的输送表面，以及用于检测所述产物流中的金属异物或导电异物的涡流传感器。

此类装置在下文中也被称为输送装置，其使得可以鉴别任何类型的金属异物，甚至非磁性异物。

另外，即使在封装之前，也可以分析包含多晶硅的产物流的金属异物。

原则上，用于生产多晶硅的任何设备(甚至是金属设备)均可以相对简单的方式用这种装置进行改装。

不需要调整现有的设备或衬里材料。

根据本发明的装置的使用不会损害多晶硅的纯度。

所述目的还通过鉴别块状多晶硅或粒状多晶硅的产物流中的金属异物或导电异物的方法来实现，其中所述产物流在根据本发明的装置的衬有塑料或硅的金属输送表面上移动，其中对所述异物的检测借助于涡流传感器来实现。

在一个实施方案中，所述输送器件是常规的运输通道或运输设备，优选振动输送通道，其包括输送槽(trough)或通道槽，该输送槽或通道槽形成输送表面并衬有塑料或硅。所述衬里用于保护在输送槽或通道槽上移动的多晶硅产物流免受污染，尤其是由于输送表面是由金属制成的。

在一个实施方案中，用于检测异物的涡流传感器直接安装在输送槽或通道槽中，即在其塑料衬里或硅衬里的下方。

在一个实施方案中，涡流传感器具有包括壳体顶部区段、壳体中间区段和壳体底部区段的模块化(modular)构造。所述传感器可固定在壳体中间区段中。用于传感器的电缆通过壳体底部区段进入壳体中。壳体顶部区段用于覆盖传感器。输送槽或通道槽的衬里还可固定至壳体顶部区段。所述壳体的模块化构造使得可以更容易更换传感器、壳体区段等。壳体底部区段可包括用于均衡传感器和多个电缆进入端口的焊入式(welded-in)不锈钢板。电缆进入端口用于使传感器电缆通入壳体中。中间壳体区段用于固定传感器和嵌埋传感器电缆。壳体顶部区段布置在传感器正上方，并且用于覆盖传感器和固定衬里。3件式壳体优选借助螺纹连接以防尘的方式组装。

在一个优选的实施方案中，涡流传感器被固定在单件式不导电壳体中。传感器的检测表面优选在磨损和污染地面上受到高耐受性的非导电材料保护。输送槽或通道槽的衬里可另外固定至壳体。可在不从输送单元的下侧拆卸壳体的情况下单独地进行传感器装置的改变。

在另一实施方案中，壳体是不透尘的塑料壳体。

在一个实施方案中，还存在输送槽或通道槽的侧面衬里。所述衬里由非导电材料例如塑料、硅或陶瓷制成。优选使用PU。

在一个实施方案中，多个涡流传感器成行且横向于产物流的方向布置。在另一优选实施方案中，多个涡流传感器布置成相对于彼此横向地并且沿产物流的方向偏移的多个行。

为了避免干扰，最近的相邻传感器之间应当存在某一最小距离S。

在一个实施方案中，两个或更多个平行成行的涡流传感器横向于输送方向布置。

考虑到相互的场影响，必须随传感器强度的变化在单个传感器之间维持最小距离S。第二行的最近的相邻传感器同样必须维持所述最小距离S，与第一行的传感器至少存在距离S。

可借助传感器行的偏移角(offset angle)α来改变装置的检测精度，同时观察彼此之间的最小距离S和其数目。

此外，可通过传感器的中心轴线和异物的中心轴线之间的小距离来增加检测精度。通过距离＝0来实现最高精度。

在一个实施方案中，当检测到异物时，通过评价电子器件切断输送器件。

在一个实施方案中，具有传感器位于其中的壳体安装在输送器件的输送槽或通道槽。所述壳体位于输送槽或通道槽的衬里下方。通过夹紧至侧面衬里部件来实现固定。

在一个实施方案中，壳体由塑料制成，优选由聚酰胺制成。

应当维持传感器和壳体顶部区段之间的一定距离。这可确保传感器不被振动损坏。

传感器的数目取决于通道宽度、传感器场线强度、检测精度和可靠性。

输送表面的宽度/通道宽度可以是200mm至最高达2000mm。在一个实施方案中，通道宽度为400-600mm。

输送表面越大，所需传感器的数目越大。

传感器之间的距离S应当选择为使得不发生相邻涡流传感器的相互损害。

传感器之间的距离S优选30至200mm，并且在一个实施方案中，所述距离S为80-120mm。

侧面衬里的宽度应选择为使通道槽不干扰场线。

可通过包括多个传感器行的传感器布置来实现相对小的金属异物或导电异物的高检测可靠性，其中所述传感器行相对于彼此横向于输送方向偏移布置。这更好地覆盖整个输送表面。

考虑到一行的两个传感器之间的间隙(距离S)，与产物流一起输送的小的异物可能仍未被发现。然而，当存在平行于第一行的第二行传感器时，就可确保即使该小的异物也将被检测到。还可以存在超过两个的传感器行，以实现甚至更好的检测精度。优选的传感器行数取决于第一行中的传感器距离S。

当存在具有平行于第一行的传感器的第二行时，优选至少维持传感器之间的最小距离S。

为了提高检测精度，还可以存在超过两个相对于前一行偏移的传感器行。传感器行的数目优选最多5个。行相对于彼此的偏移可以实现为所需检测精度的函数。

考虑到在传感器的检测半径内并因此在检测行上的不同场线配置，多个行的布置必须选择为使得所需的检测精度表示通过后续行的偏移而可获得的在所需宽度上的必要检测可靠性。

因此，在一个实施方案中，传感器的布置被选择为使得当一行的两个最近的相邻传感器的中心点连接至另一行的共用最近相邻传感器的中心点时，形成具有最小边长S的三角形。参见图1。

涡流传感器的评价可通过电流输出信号，优选通过电压输出信号来实现。

由金属异物或导电异物引起的电压信号的变化允许通过评价电子器件终止输送通道。

结合根据本发明的方法的上述实施方案所引述的特征可相应地应用于根据本发明的装置。相反，结合根据本发明的装置的上述实施方案所引述的特征可相应地应用于根据本发明的方法。在附图说明和权利要求书中阐明了根据本发明的实施方案的这些和其它特征。单个特征可单独地或组合地实现为本发明的实施方案。所述特征可进一步描述适于其本身保护的有利实施方式。

附图说明

图1是具有集成传感器单元的输送通道的示意图，所述集成传感器单元包括横向于输送方向布置成两行的传感器。

附图标记列表

1传感器

2传感器强度

3壳体

4衬里

5通道槽

α偏移角

图1显示壳体3，所述壳体3被安装至运输单元的通道槽5，并且包括具有强度2的传感器1。

传感器1之间的距离S取决于它们的强度2而选择为使得不会发生传感器1的相互影响。

壳体3通过侧面衬里4而被夹紧至通道槽(未示出)的衬里。

还显出了产物流移动的输送方向。

存在两行传感器1，它们平行并且横向于输送方向布置。

最近相邻的传感器1各自彼此以距离S间隔开。

此外，一行相对于另一行横向于输送方向偏移距离S/2。

说明性实施方案的上文描述应理解为示例性的。由此获得的本公开内容使得本领域技术人员能够理解本发明和与其相关的优点，并且还涵盖对本领域技术人员来说显而易见的所述结构和方法的变更和修改。因此，所有此类变更和修改以及等同物均应被权利要求的保护范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于输送块状多晶硅或粒状多晶硅的产物流的装置，其包括衬有塑料或硅的由金属制成的输送表面，以及用于检测所述产物流中的金属异物或导电异物的涡流传感器。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述涡流传感器位于所述输送表面的所述衬里下方的壳体中。

3.根据权利要求2所述的装置，其包括夹紧壳体和衬里的侧面衬里。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中所述涡流传感器横向于所述输送的产物流布置成多个平行且间隔开的行。

5.根据权利要求4所述的装置，其中至少一行涡流传感器相对于另一行涡流传感器横向偏移布置。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中所述涡流传感器被布置成使得当一行的两个最近相邻的涡流传感器的中心点连接至另一行共用最近相邻的涡流传感器的中心点时，形成具有最小边长S的三角形。

7.一种鉴别块状多晶硅或粒状多晶硅的产物流中的金属异物或导电异物的方法，其中所述产物流在根据权利要求1至6中任一项所述的装置的衬有塑料或硅的金属输送表面上移动，其中对所述异物的检测借助于涡流传感器来进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其中当检测到异物时，所述装置通过评价电子器件被切断。