CN108330537B - 一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器 - Google Patents

一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，涉及光伏设备铸锭领域，包括四片侧加热器单体、四片角连接板、三个吊臂和三个电极，侧加热器单体与角连接板首尾连接，电极连接于吊臂上，吊臂连接于侧加热器单体上；侧加热器单体包括若干周期性排列成一体结构的小单体，相邻电极之间的小单体的周期数大于4；小单体正中央设有气体间隙一，气体间隙一将小单体分为相互对称的左半部和右半部，相邻小单体之间存在气体间隙二，气体间隙二的宽度小于位于气体间隙一一侧的小单体左半部或右半部的宽度。紧密的加热周期抵消了穿透至熔硅表面周期性向上和向下的洛伦兹力，改善了长晶固液界面周期性。

Description

一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器
技术领域
本发明涉及光伏设备铸锭技术领域，特别是涉及一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器。
背景技术
多晶硅铸锭炉是光伏行业中上游的关键设备，主要用于太阳能级多晶硅锭的生产，加热器作为多晶硅铸锭炉的核心部件，对炉内温场控制起着至关重要的作用。
目前，主流的传统铸锭炉的电源供应均为50Hz，25V的三相交流电，铸锭炉加热方式采用5面（顶加热器和侧加热器）加热或者6面（顶加热器、侧加热器和底加热器）加热。加热器的连接方式为三角形连接，侧加热器形状多为周期数不大于3的大周期蛇形侧加热器7，如图1所示。
此种大周期蛇形侧加热器7角连接板为横截面积较宽的折弯结构，容易造成四角发热不均匀，从而导致热场不均匀，影响晶体质量。此外，由于加热器采用低频交流电，运行时，不仅会产生焦耳热，为铸锭炉提供热源，同时也会产生电磁场。电磁场穿透熔硅侧表面几厘米并在熔硅内产生洛伦兹力会，从而影响熔硅的对流。由数值计算可知，大周期蛇形侧加热器7的周期性蛇形会在熔硅侧表面产生周期性向上或者向下的洛伦兹力，如图2所示，导致熔硅对流不稳定，影响固液界面形状，从而影响硅锭质量。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，抵消穿透至熔硅表面周期性向上或向下的洛伦兹力。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，包括四片侧加热器单体、四片角连接板、三个吊臂和三个电极，侧加热器单体与角连接板首尾连接成矩形侧加热器，电极连接于吊臂上，吊臂连接于侧加热器单体上并将矩形侧加热器分为均等的三相；侧加热器单体包括若干周期性排列成一体结构的小单体，相邻电极之间的小单体的周期数大于传统铸锭炉侧加热器的周期数4；小单体正中央设有气体间隙一，气体间隙一将小单体分为相互对称的左半部和右半部，相邻小单体之间存在气体间隙二，气体间隙二的宽度小于位于气体间隙一一侧的小单体左半部或右半部的宽度，且所述气体间隙一和所述气体间隙二的宽度小于传统侧加热器的气体间隙宽度即小于80mm，组成紧密的加热周期。
技术效果：本发明将侧加热器分为三相，每相的电阻大小与覆盖加热面积均保持相等，侧加热器单体周期紧密，紧密的加热周期抵消了穿透至熔硅表面周期性向上和向下的洛伦兹力，优化了熔体对流，改善了长晶固液界面周期性，提高了晶体质量。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，气体间隙一的宽度和气体间隙二的宽度均为1mm～40mm。
前所述的一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，小单体为矩形结构且其两侧中间设有连接部，相邻小单体通过连接部连成一体，气体间隙二位于连接部的上方和下方，气体间隙一为矩形结构；
角连接板包括连接主板和连接片，连接主板的结构与小单体的结构相同，连接片位于连接主板两侧中间，侧加热器单体的首尾分别与角连接板的连接片连接。
前所述的一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，侧加热器单体呈上下对称结构，吊臂连接于侧加热器单体的对称中心线上。
前所述的一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，小单体为直角U型且其两侧顶部设有连接部，相邻小单体通过连接部连成一体，气体间隙二位于连接部下方，气体间隙一为矩形槽且其顶部开口；
角连接板包括连接主板和连接片，连接主板的结构与小单体的结构相同，连接片位于连接主板两侧顶部，侧加热器单体的首尾分别与角连接板的连接片连接。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中侧加热器单体呈上下结构完全对称的镂空型，紧密的加热周期抵消了因大周期蛇形产生的周期性向上或者向下的洛伦兹力，熔硅对流相对稳定，固液界面也趋于稳定；
（2）本发明中上下完全对称的镂空结构使得侧加热器中心线以上和以下的部分并联，保证了加热器内电流的对称性，从而保证了热场的均匀；
（3）本发明中上下完全对称且相互连接的镂空型结构使得侧加热器的强度增加，提高了侧加热器的使用寿命；
（4）本发明中吊臂连接在侧加热器的上下对称中心线上，使得电流从侧加热器中心引入，保证了侧加热器上电流的对称性；
（5）本发明中角连接板中心设置气体间隙一，控制气体间隙一的大小可控制角连接板的电阻，从而有效控制角部发热量，提高热场的均匀性，同时，此结构也提高了加热器角部连接的强度；
（6）本发明可搭配任意形状、任意接法的顶加热器和底加热器，用于任意铸锭炉型；
（7）本发明还具有第二种实现形式，角连接板为直角U型，可控制角部发热量，保证四角发热均匀。
附图说明
图1为背景技术中传统铸锭炉大周期蛇形加热器示意图；
图2为背景技术中传统大周期侧加热器熔硅侧表面y向洛伦兹力示意图；
图3为实施例1中密周期侧加热器示意图；
图4为实施例1中密周期侧加热器熔硅侧表面y向洛伦兹力示意图；
图5为实施例2中密周期侧加热器示意图；
其中：1、侧加热器单体；101、小单体；102、连接部；2、角连接板；201、连接主板；202、；连接片；3、吊臂；4、电极；5、气体间隙一；6、气体间隙二；7、大周期蛇形侧加热器。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，结构如图3所示，包括四片侧加热器单体1、四片角连接板2、三个吊臂3和三个电极4，侧加热器单体1与角连接板2首尾连接成矩形侧加热器，电极4连接于吊臂3上，吊臂3连接于侧加热器单体1上并将矩形侧加热器分为均等的三相，每相的电阻大小与覆盖加热面积均保持基本相等，吊臂3与电极4连接，然后通过电极4接入三相交流电源。
侧加热器单体1包括若干周期性排列成一体结构的小单体101，相邻电极4之间的小单体101的周期数大于传统铸锭炉侧加热器的周期数即大于4。小单体101正中央设有气体间隙一5，气体间隙一5将小单体101分为相互对称的左半部和右半部，相邻小单体101之间存在气体间隙二6，气体间隙二6的宽度小于位于气体间隙一5一侧的小单体101左半部或右半部的宽度，且所述气体间隙一5和所述气体间隙二6的宽度小于传统侧加热器的气体间隙宽度即小于80mm，组成紧密的加热周期。
小单体101为矩形结构且其两侧中间设有连接部102，相邻小单体101通过连接部102连成一体，气体间隙二6位于连接部102的上方和下方，气体间隙一5为矩形结构。角连接板2包括连接主板201和连接片202，连接主板201的结构与小单体101的结构相同，连接片202位于连接主板201两侧中间，侧加热器单体1的首尾分别与角连接板2的连接片202连接。
气体间隙一5的宽度和气体间隙二6的宽度均为1mm～40mm，气体间隙一5的宽度与气体间隙二6的宽度可以相等也可以不相等，相等为最右选择，左右对称，但为调整加热器电阻率、长度等参数时，可以不相等。
侧加热器单体1呈上下对称结构，吊臂3连接于侧加热器单体1的对称中心线上。侧加热器单体1周期紧密，呈上下结构完全对称的镂空型，紧密的加热周期抵消了因大周期蛇形产生的周期性向上或者向下的洛伦兹力，如图4所示，熔硅对流相对稳定，固液界面也趋于稳定；
上下完全对称的镂空型结构，使得侧加热器中心线以上和以下的部分并联，保证了加热器内电流的对称性，从而保证了热场的均匀
实施例2
本实施例提供的一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，结构如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，小单体101为直角U型且其两侧顶部设有连接部102，相邻小单体101通过连接部102连成一体，气体间隙二6位于连接部102下方，气体间隙一5为矩形槽且其顶部开口。角连接板2包括连接主板201和连接片202，连接主板201的结构与小单体101的结构相同，连接片202位于连接主板201两侧顶部，侧加热器单体1的首尾分别与角连接板2的连接片202连接。
侧加热器为紧密周期蛇形，角连接板2为直角U型，可控制角部发热量，保证四角发热的均匀。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，包括四片侧加热器单体（1）、四片角连接板（2）、三个吊臂（3）和三个电极（4），所述侧加热器单体（1）与所述角连接板（2）首尾连接成矩形侧加热器，所述电极（4）连接于所述吊臂（3）上，所述吊臂（3）连接于所述侧加热器单体（1）上并将所述矩形侧加热器分为均等的三相；所述侧加热器单体（1）包括若干周期性排列成一体结构的小单体（101），其特征在于：相邻所述电极（4）之间的所述小单体（101）的周期数大于传统铸锭炉侧加热器的周期数即大于4；所述小单体（101）正中央设有封闭的气体间隙一（5），所述气体间隙一（5）将所述小单体（101）分为相互对称的左半部和右半部，相邻所述小单体（101）之间存在气体间隙二（6），所述气体间隙二（6）的宽度小于位于所述气体间隙一（5）一侧的所述小单体（101）左半部或右半部的宽度，且所述气体间隙一（5）和所述气体间隙二（6）的宽度小于传统侧加热器的气体间隙宽度即小于80mm，组成紧密的加热周期；
所述小单体（101）为矩形结构且其两侧中间设有连接部（102），相邻所述小单体（101）通过所述连接部（102）连成一体，所述气体间隙二（6）位于所述连接部（102）的上方和下方，所述气体间隙一（5）为矩形结构；
所述小单体（101）上端到所述气体间隙一（5）上端的距离与所述小单体（101）下端到所述气体间隙一（5）下端的距离相同；所述连接部（102）上端到上方的所述气体间隙二（6）下端的距离与所述连接部（102）下端到下方的所述气体间隙二（6）上端的距离相同；
所述角连接板（2）包括连接主板（201）和连接片（202），所述连接主板（201）的结构与所述小单体（101）的结构相同，所述连接片（202）位于所述连接主板（201）两侧中间，所述侧加热器单体（1）的首尾分别与所述角连接板（2）的所述连接片（202）连接；
所述侧加热器单体（1）呈上下对称结构，所述吊臂（3）连接于所述侧加热器单体（1）的对称中心线上。
2.根据权利要求1所述的一种密周期多晶硅铸锭炉侧加热器，其特征在于：所述气体间隙一（5）的宽度和所述气体间隙二（6）的宽度均为1mm～40mm。
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