CN107741159A - 一种硅锭热量的回收装置及回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅锭热量的回收装置，包括外壳和设置在所述外壳内的热量回收单元；所述热量回收单元包括用于容纳所述硅锭的硅锭放置子单元和设置在所述硅锭放置子单元外周并与所述硅锭放置子单元进行热量交换的换热子单元。上述硅锭热量的回收装置，能够快速地完成对硅锭的冷却，而且还能够避免热量向外发散对生产环境造成影响。本发明还公开了一种硅锭热量的回收利用系统，包括所述的回收装置和利用装置，所述利用装置用于将从所述换热子单元内的热量向外转移，所述利用装置包括用于与所述换热子单元交换热量的热交换子单元。上述硅锭热量的回收利用系统能够将从硅锭上回收的热量用在其他环节，从而节省其他的能源消耗。

Description

一种硅锭热量的回收装置及回收利用系统

技术领域

本发明属于光伏设备技术领域，特别是涉及一种硅锭热量的回收装置及回收利用系统。

背景技术

在太阳能光伏电池硅片基板的生产过程中有一道硅锭脱模工序，该工序在硅锭出炉之后进行。一般采用定向凝固法铸造硅锭，炉温降低到400℃以下，方可开炉取锭。如果取锭过早，炉温过高，硅锭出炉后因为与环境温差较大，特别是在寒冬季节，硅锭内部热应力来不及释放，会导致硅锭产生隐裂。硅锭出炉以后，其表面温度还有几百摄氏度，一般等温度冷却到100℃左右开始拆除坩埚，使硅锭脱模，然后将硅锭转移到下一个喷砂工序。

现有的降温方法主要是将硅锭放置在空旷的厂房内自然降温并配以一定的通风系统，这种方法会造成热量的浪费，同时让工作环境温度高，不利于员工工作。而且在这一过程中，避免不了用到工装夹具与硅锭接触，如果此时硅锭温度仍较高，热传导率较高的金属与硅锭接触，也可能会诱发硅锭隐裂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种硅锭热量的回收装置及回收利用系统，硅锭热量的回收装置能够快速地完成对硅锭的冷却，而且还能够避免热量向外发散对生产环境造成影响，硅锭热量的回收利用系统能够将从硅锭上回收的热量用在其他环节，从而节省其他的能源消耗。

本发明提供的一种硅锭热量的回收装置，包括外壳和设置在所述外壳内的热量回收单元；所述热量回收单元包括用于容纳所述硅锭的硅锭放置子单元和设置在所述硅锭放置子单元外周并与所述硅锭放置子单元进行热量交换的换热子单元。

优选的，所述换热子单元包括设置在所述硅锭放置子单元上方与所述硅锭放置子单元进行热量交换的小换热元件。

优选的，所述换热子单元还包括设置在所述硅锭放置子单元侧方与所述硅锭放置子单元进行热量交换的大换热元件。

优选的，所述外壳内设置有用于承载所述硅锭放置子单元的底板。

优选的，所述外壳的底部固定设置有支撑底座，所述底板固定设置在所述支撑底座上。

一种硅锭热量的回收利用系统，包括所述的回收装置和利用装置，所述利用装置用于将从所述换热子单元内的热量向外转移，所述利用装置包括用于与所述换热子单元交换热量的热交换子单元。

优选的，所述热交换子单元包括能量转移管路。

优选的，所述利用装置还包括储能器件，所述储能器件的出口与所述能量转移管路的入口相连通，所述储能器件的入口与所述能量转移管路的出口相连通。

优选的，所述储能器件的出口通过循环泵与所述能量转移管路的入口相连通。

优选的，所述储能器件的入口包括第一入口和第二入口，所述第一入口与所述能量转移管路的出口相连通，所述第二入口还连通有补充装置。

通过上述描述可知，本发明提供的上述硅锭热量的回收装置，由于在外壳内设置有热量回收单元；热量回收单元包括用于容纳硅锭的硅锭放置子单元和设置在硅锭放置子单元外周并与硅锭放置子单元进行热量交换的换热子单元，因此能够快速完成对硅锭的冷却，而且还能够避免热量向外发散对生产环境造成影响。硅锭热量的回收利用系统由于设置了回收装置和利用装置，能够将从硅锭上回收的热量用在其他环节，从而节省其他的能源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种硅锭热量的回收装置示意图；

图2为本申请实施例提供的一种硅锭热量的回收利用系统示意图。

附图标记：1-能量转移管路，2-小换热元件，3-大换热元件，4-硅锭放置子单元，5-底板，6-外壳，7-支撑底座，8-回收装置，9-储能器件，10-循环泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种硅锭热量的回收装置如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种硅锭余热回收装置示意图。该装置包括外壳6和设置在外壳6内的热量回收单元；热量回收单元包括用于容纳硅锭的硅锭放置子单元4和设置在硅锭放置子单元4外周并与硅锭放置子单元4进行热量交换的换热子单元。

硅锭放置子单元4包括坩埚和护板，硅锭放置在坩埚内，护板盖设在坩埚的顶部，当然硅锭可以放置在其他物件内，只要能够容纳硅锭或者刚出炉的硅锭即可。

操作时，首先将出炉的硅锭放入到硅锭放置子单元4内，然后将硅锭放置子单元4放到外壳6内，然后对外壳6进行密封，密封完成之后，硅锭放置子单元4的热量传递至换热子单元。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种硅锭热量的回收装置，由于在外壳6内设置有用于与硅锭放置子单元4交换热量的换热子单元，因此能够快速地将硅锭的热量吸收掉，从而完成对硅锭的冷却，而且还能够避免热量向外发散对生产环境造成影响。

本申请实施例提供的第二种硅锭热量的回收装置，是在上述第一种硅锭热量的回收装置的基础上，还包括如下技术特征：

换热子单元包括设置在硅锭放置子单元4上方与硅锭放置子单元4进行热量交换的小换热元件2和设置在硅锭放置子单元4侧方与硅锭放置子单元4进行热量交换的大换热元件3。

小换热元件2和大换热元件3可以设置为热管。采用热管作为热交换元件，充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。这样既能够保证硅锭的温度快速散掉，也不会造成硅锭的隐裂。

小换热元件2和大换热元件3还可以设置为热片。热片的结构简单，成本更加低廉，而且维护更加方便，但是换热效率要低于热管，当硅锭体积比较小，释放的热量比较少的时候，可以采用热片来降低成本。

本申请实施例提供的第四种硅锭热量的回收装置，是在上述第三种硅锭热量的回收装置的基础上，还包括如下技术特征：

小换热元件2和大换热元件3均垂直设置，大换热元件3的高度大于小换热元件2的高度与硅锭放置子单元4的高度之和，且小换热元件2设置为多个，大换热元件3设置为四个，四个大换热元件3分别设置在硅锭放置子单元4的千欧左右四侧。

为了能够增加换热面积，本实施例采用较短的小换热元件2在硅锭放置子单元4的顶部形成均匀致密的分布，在侧边采用长度接近坩埚高度的大换热元件3，从而实现热管内的工作物质在下端密闭空间内充分吸收热量。在这种情况下，大换热元件3的下端能够与硅锭放置子单元4的底部平齐，而小换热元件2的下端能够与硅锭放置子单元4的顶部平齐，从而充分地将硅锭放置子单元4包围起来，提高对硅锭热量的吸收速率。此外，小换热元件2的下端还可以略高于硅锭放置子单元4的上端，使小换热组件2与硅锭放置子单元4之间留有空隙，避免在密封的过程中挤压到硅锭，具体的空隙大小可以根据实际的生产需要决定。

在本方案中，大换热元件能够从硅锭放置子单元4的前后左右四个方向同时吸收硅锭的热量，吸收效率更高，而且不会留下死角。还需要说明的是，本实施例特别适用于坩埚为方形的情况，相应的，对于其他形状的坩埚，本领域技术人员能够从本实施例联想到将大换热元件3的数量设置为其他的适合坩埚形状的方案，属于在本发明的思想的延伸，因此也应当在本发明的保护范围内。

本申请实施例提供的第五种硅锭热量的回收装置，是在上述第一种硅锭热量的回收装置的基础上，还包括如下技术特征：

外壳6内设置有用于承载硅锭放置子单元4的底板5。

在本方案中，底板5可以采用保温材质，也可以是普通材质但是在表面涂上保温图层。因为在实际的生产过程中，外壳6是放置在地面上的，因此外壳6底部的温度比较低，如果直接将硅锭放置子单元4放在外壳6内腔的底部，有可能在外壳6的底部与硅锭放置子单元4之间形成过大的温差，造成硅锭出现隐裂。通过设置具有保温功能的底板5，可以避免硅锭放置子单元4直接与外壳6相接触，从而避免硅锭出现隐裂。

本申请实施例提供的第六种硅锭热量的回收装置，是在上述第三种硅锭热量的回收装置的基础上，还包括如下技术特征：

外壳6的底部固定设置有支撑底座7，底板5固定设置在支撑底座7上。

在本方案中，通过在外壳6内腔的底部设置支撑底座7，将底板5和硅锭放置子单元4的高度抬升，能够进一步地避免硅锭放置子单元4直接与外壳6相接触。

本申请实施例提供的第一种硅锭热量的回收利用系统如图1和2所示，图1为本申请实施例提供的一种硅锭热量的回收装置示意图，图2为本申请实施例提供的一种硅锭热量的回收利用系统示意图。该系统包括上述的回收装置8和利用装置，利用装置用于将从换热子单元内的热量向外转移，利用装置包括用于与换热子单元交换热量的热交换子单元。

回收装置8从硅锭回收热量之后，可以通过热交换子单元向外传递，从而将热量应用在其他的生产环节。这样既能够保证硅锭热量的稳定回收，避免其向周围环境扩散，还能够将其利用起来，节约其他的能源消耗。

本申请实施例提供的第二种硅锭热量的回收利用系统，是在上述第一种硅锭热量的回收利用系统的基础上，还包括如下技术特征：

热交换子单元包括能量转移管路1，能量转移管路1可以是水管。

在本方案中，回收装置8从硅锭回收到的热量通过一个能量转移管路1向外转移，速度更快，效率更高，而且可以灵活地调整热量地流动方向。能量转移管路1优选的设置为水管，利用水的高比热容的特性，能够降低能量转移过程中介质的消耗，从而降低成本。除此之外，能量转移管路1也可以设置为液氮管路、水冷液管路等等，根据硅锭的尺寸大小及能量大小，可以灵活地更换，从而实现对硅锭冷却速度的调节。

本申请实施例提供的第三种硅锭热量的回收利用系统，是在上述第二种硅锭热量的回收利用系统的基础上，还包括如下技术特征：

利用装置还包括储能器件9，储能器件9的出口与能量转移管路1的入口相连通，储能器件9的入口与能量转移管路1的出口相连通，储能器件9可以设置为水箱、储存箱或液化箱，也可以设置为其他结构，只要能达到相同的技术效果即可。

在本方案中，向外转移的能量可以存储在储能器件9内，从而实现能量的集中利用。储能器件9优选的设置为水箱，可以将加热后的水存储起来，用在其他的生产环节或者员工宿舍中。

本申请实施例提供的第四种硅锭热量的回收利用系统，是在上述第三种硅锭热量的回收利用系统的基础上，还包括如下技术特征：

储能器件9的出口通过循环泵10与能量转移管路1的入口相连通，循环泵10优选设置为水泵，也可以设置为其他形式的泵，只要能够达到相应的技术效果即可。

在本方案中，增加了循环泵10，可以提高能量转移管路1内介质的流动速度，并且速度还能够灵活调整，从而保证能量转移管路1内介质温度的稳定。循环泵10设置为水泵，生产过程中可以选择的型号多，维修与更换都非常方便。

本申请实施例提供的第五种硅锭热量的回收利用系统，是在上述第三种硅锭热量的回收利用系统的基础上，还包括如下技术特征：

储能器件9的入口包括第一入口和第二入口，第一入口与能量转移管路1的出口相连通，第二入口还连通有补充装置，补充装置用于向储能器件9内补充被消耗掉的介质，补充装置可以根据能量转移管路1内的介质进行选择，如果介质为水则补充装置可以设置为自来水管路，如果介质为油则补充装置可以设置为油路。

在本方案中，因为储能器件9向外输送能量也是通过输送介质实现的，因此在一定时间之后储能器件9内的介质量会降低，需要及时补充，增加的补充装置能够保证储能器件9可以持续稳定地进行工作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种硅锭热量的回收装置，其特征在于，包括外壳和设置在所述外壳内的热量回收单元；所述热量回收单元包括用于容纳所述硅锭的硅锭放置子单元和设置在所述硅锭放置子单元外周并与所述硅锭放置子单元进行热量交换的换热子单元。

2.根据权利要求1所述的硅锭热量的回收装置，其特征在于，所述换热子单元包括设置在所述硅锭放置子单元上方与所述硅锭放置子单元进行热量交换的小换热元件。

3.根据权利要求1所述的硅锭热量的回收装置，其特征在于，所述换热子单元还包括设置在所述硅锭放置子单元侧方与所述硅锭放置子单元进行热量交换的大换热元件。

4.根据权利要求1所述的硅锭热量的回收装置，其特征在于，所述外壳内设置有用于承载所述硅锭放置子单元的底板。

5.根据权利要求4所述的硅锭热量的回收装置，其特征在于，所述外壳的底部固定设置有支撑底座，所述底板固定设置在所述支撑底座上。

6.一种硅锭热量的回收利用系统，其特征在于，包括回收装置和利用装置，所述回收装置为如上述权利要求1-5所述的任一回收装置，所述利用装置用于将从所述换热子单元内的热量向外转移，所述利用装置包括用于与所述换热子单元交换热量的热交换子单元。

7.根据权利要求6所述的硅锭热量的回收利用系统，其特征在于，所述热交换子单元包括能量转移管路。

8.根据权利要求7所述的硅锭热量的回收利用系统，其特征在于，所述利用装置还包括储能器件，所述储能器件的出口与所述能量转移管路的入口相连通，所述储能器件的入口与所述能量转移管路的出口相连通。

9.根据权利要求8所述的硅锭热量的回收利用系统，其特征在于，所述储能器件的出口通过循环泵与所述能量转移管路的入口相连通。

10.根据权利要求8所述的硅锭热量的回收利用系统，其特征在于，所述储能器件的入口包括第一入口和第二入口，所述第一入口与所述能量转移管路的出口相连通，所述第二入口还连通有补充装置。