CN108731394A - 原料干燥装置及原料干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明的原料干燥装置，包括抽真空机构、供气机构以及干燥箱，抽真空机构、供气机构均与至少一个干燥箱相连通，干燥箱内放置至少一个料篮，抽真空机构对干燥箱抽真空，供气机构向干燥箱供给气体。本发明的原料干燥方法，包括步骤：装入料篮，对干燥箱进行抽真空处理，向干燥箱中通入净化后的气体。本发明的原料干燥装置通过电气控制系统实现箱盖的自动开闭，再结合机械手实现干燥过程的自动化控制。本发明的原料干燥方法采用抽真空干燥，无需向干燥箱内鼓吹热风，减少了加热空气的步骤；干燥过程中，干燥箱内的料篮保持静止，料篮中的多晶硅块之间不会发生相对移动，干燥箱内不会沉积硅粉；干燥后的多晶硅，可以立即实施分装，无需冷却放置。

Description

原料干燥装置及原料干燥方法

技术领域

本发明属于原料干燥技术领域，具体涉及一种原料干燥装置，还涉及一种使用该原料干燥装置的原料干燥方法。

背景技术

随着世界经济的不断发展，现代化建设对高效能源需求不断增长。光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源的一种，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。随着多晶硅、单晶硅发电技术的不断进步，太阳能产业正蓬勃发展。

多晶硅作为太阳能产业和半导体产业的原料，对其品质有着较高的要求，例如太阳能产业使用99.9999％以上纯度的多晶硅作为制备单晶硅用原料。目前，单晶硅主要采用CZ法制备。为了获得良好品质的单晶硅，要求块状或粒状原料多晶硅表面附着的杂质含量极少。

目前，多晶硅主要通过酸洗或碱洗等清洗方式来提高多晶硅表面的清洁度。作为酸洗工序中所用的酸液，可使用氢氟酸和硝酸的混合液。将多晶硅浸渍在酸液中，去除多晶硅表面的污染物或氧化膜，然后用纯水进行清洗，去除残留的酸液。清洗完毕后的多晶硅多采用恒温干燥箱烘烤硅料，烘烤完毕后进行分选称重包装。

为了加速多晶硅的烘干速度，现有干燥方式多为热鼓风烘干，同时盛装有多晶硅的料篮在烘干过程中旋转。多晶硅的现有干燥方式的技术缺陷主要表现为：(1)热鼓风烘干，需要将空气事先加热，能耗大，提高了多晶铸锭和/或提拉单晶的成本；(2)料篮在烘干过程中旋转，料篮中的多晶硅块相互挤压碰撞，易产生大量的硅粉，造成多晶硅的再次污染，硅料的损耗增大；(3)硅粉在热鼓风的作用下，硅粉充盈整个恒温干燥箱，需要定期清洁恒温干燥箱，增加了恒温干燥箱的保养成本；(4)经现有干燥方式干燥后的多晶硅，需要放置冷却1～2小时才可包装，多晶硅在冷却过程中易被环境及外在因素污染；(5)人工干预较多，不可避免地会导致金属杂质及污染物的引入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料干燥装置，其在使用过程中，可以实现原料干燥过程全自动控制，整个运行过程无人工干预；并且料篮在干燥箱中保持静止，切断了硅粉的来源，有效避免了硅料的损耗；干燥箱多工位设置，提升了多晶硅料的批量处理效率。

本发明的目的还在于提供一种利用该原料清洗装置的原料清洗方法。

本发明所采用的一种技术方案是：原料干燥装置，包括抽真空机构、供气机构以及至少一个干燥箱，抽真空机构、供气机构均与至少一个干燥箱相连通，干燥箱内放置至少一个料篮，料篮用于盛装待干燥的原料，抽真空机构对至少一个干燥箱抽真空，供气机构向至少一个干燥箱供给气体。

进一步地，抽真空机构通过抽气管路连通每个干燥箱，在抽气管路上设置第一阀门；供气机构通过供气管路连通每个干燥箱，在供气管路上设置第二阀门，供气机构具有空气过滤器。

进一步地，干燥箱包括箱盖和箱体，箱体内设置有用于支撑料篮的支架，每个干燥箱的外部至少安装有一组驱动机构和传动机构，驱动机构作用于传动机构，传动机构用于实现箱盖的开闭。

优选地，每个干燥箱的外部安装两组驱动机构和传动机构，每个干燥箱的两侧各对称安装有一组驱动机构和传动机构。

进一步地，传动机构包括第一传动件和第二传动件，第一传动件的一端活动连接在干燥箱的箱盖上、另一端活动连接在干燥箱的箱体上，第一传动件的中部连接驱动机构；第二传动件的一端活动连接在干燥箱的箱盖上、另一端活动连接在与干燥箱相邻的另一个干燥箱的箱体上。

优选地，驱动机构为气压缸和/或液压缸，气压缸和/或液压缸的伸缩杆连接第一传动件的中部。

进一步地，原料干燥装置还包括电气控制系统和运转料篮的机械手，电气控制系统分别连接干燥箱、抽真空机构、供气机构以及机械手。

本发明所采用的另一种技术方案是：原料干燥方法，利用如上所述的原料干燥装置实现，包括步骤：将盛装待干燥原料的料篮放置于干燥箱内；对干燥箱进行抽真空处理，使干燥箱内部达到设定的真空度；向干燥箱中通入净化后的气体。

优选地，至少在对干燥箱进行抽真空的过程中，料篮在干燥箱内部保持静止状态。

优选地，在将盛装待干燥原料的料篮放入干燥箱前，先对原料进行热水浸泡，取出沥干后再置入干燥箱中。

本发明的原料干燥装置包括至少一个干燥箱、供气机构和抽真空机构，干燥箱分别连通供气机构和抽真空机构。在实际应用中，该干燥装置包括多个干燥箱，多个干燥箱依次排布在干燥装置的机架上。为了实现原料干燥过程的自动化控制，原料干燥装置还包括电气控制系统和机械手，电气控制系统连接干燥箱、抽真空机构、供气机构以及机械手，机械手用于转运所述料篮。每个干燥箱包括固定在机架上的箱体，以及可开闭的箱盖。料篮可横向放置在箱体中。在每个干燥箱的外部两侧各对称安装一组驱动机构和传动机构。电气控制系统分别与驱动机构和传动机构，以实现箱盖的自动打开与关闭。驱动机构作用于传动机构，传动机构控制箱盖的开闭。在每个箱体内优选放置一个盛装多晶硅料的料篮，并且，料篮在干燥过程中保持静止状态。每个干燥箱均通过第一阀门连通抽气管路，每个干燥箱均通过第二阀门连通供气管路。抽真空机构通过抽气管路将每个干燥箱内的气体和水蒸气抽出，实现多晶硅料的干燥。抽真空机构中还整合有冷凝过滤器，以将抽出的水蒸气转变成液态水。待抽气一定时间后，为了打开每个干燥箱的箱盖，供气机构通过供气管路向每个干燥箱内充入气体。供气机构中包括空气过滤器，可将空气过滤并将洁净的空气送至每个干燥箱内。待打开每个干燥箱的箱盖后，即可对分装多晶硅料，无需冷却放置。

本发明的原料干燥方法，采用抽真空干燥，而不需要向每个干燥箱内鼓吹热风，减少了加热空气的步骤，降低了能耗，可实现低成本干燥多晶铸锭和/或提拉单晶的所需的多晶硅料；特别地，在实施干燥过程中，每个干燥箱内的料篮始终保持静止状态，料篮中的多晶硅块之间不会发生相对的移动，避免了彼此间的挤压碰撞，不易产生硅粉，降低了硅料的损耗；同时，鉴于没有硅粉产生，每个干燥箱内不会沉积硅粉，降低了干燥箱的保养成本；而且，本发明的原料干燥方法可以实现多晶硅料干燥过程的全自动化，无需人工干预，避免了人为因素引入金属杂质及污染物；最后，经本发明的原料干燥方法干燥的多晶硅，可以立即实施分装，无需冷却放置，大大缩短了多晶硅与环境及外在因素的接触时间，保证了多晶硅的清洁度。

附图说明

图1是本发明的原料干燥装置的结构示意图；

图2是本发明的原料干燥方法的流程示意图。

图中，11.干燥箱，12.驱动机构，13.传动机构，2.供气机构，21.空气过滤器，3.抽真空机构，31.真空泵，32.冷凝过滤器，4.抽气管路，5.第一阀门，6.供气管路，7.第二阀门，8.机架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例给出一种原料干燥装置，其用于实现清洗工序后的原料的干燥。从基础功能实现而言，如图1所示，这种干燥装置包括至少一个干燥箱11、抽真空机构3以及供气机构2。抽真空机构3、供气机构2分别通过管路连通至少一个干燥箱11，抽真空机构3对至少一个干燥箱11抽真空，供气机构2向至少一个干燥箱11供给气体。在干燥箱11内部放置至少一个料篮，料篮中盛装待干燥的原料。

在本实施例中，原料优选为多晶硅料，需要说明的是，在其他的实施例中，也可采用本发明的原料干燥装置用于干燥除多晶硅料以外的其它物料。在具体应用中，上述的干燥箱11优选为多个，如图1所示，所给的干燥装置具有4个干燥箱11，这4个干燥箱11依次排布，在每个干燥箱11内部具有一个干燥多晶硅料的工位，即原料干燥装置可同时对4个料篮中的多晶硅料进行干燥处理。

在本实施例中，干燥箱11以及干燥箱11外部的驱动机构12、传动机构13定义为真空干燥组件。现结合图1和图2，对结构优化的原料干燥装置进行说明。

真空干燥组件分别通过管路连通供气机构2和抽真空机构3。从功能实现而言，真空干燥组件用于容纳盛装多晶硅料的料篮，并对料篮中的多晶硅料进行干燥处理。上述管路包括抽气管路4和供气管路6。具体而言，真空干燥组件通过抽气管路4连接抽真空机构3，真空干燥组件通过供气管路6连接供气机构2。

抽真空机构3对干燥箱11实施抽气，以使得干燥箱11内部保持一定的真空度。抽真空机构3包括真空泵31和冷凝过滤器32，真空泵31和冷凝过滤器32分别连通抽气管路4。真空泵31用于对干燥箱11抽真空，使干燥箱11内部保持一定的真空度(负压)。鉴于清洗后的多晶硅料表面残留有水分，冷凝过滤器32可以将抽出的水蒸气变为液态水。

在取出干燥后的多晶硅料前，供气机构2向真空干燥组件供给净化气体，消除干燥箱11内部的负压，便于取出干燥箱11内的盛装多晶硅料的料篮。供气机构2包括空气过滤器21，空气过滤器21安装在供气管路6上。空气过滤器21的设置，可对空气进行净化，保证向干燥箱11输送的空气为洁净的空气，进而避免了多晶硅料的污染。

在每个干燥箱11的外部均安装第一阀门5和第二阀门7。第一阀门5连通抽气管路4，开启第一阀门5，即可将干燥箱11内的空气和水蒸气抽出，使得干燥箱11保持设置的真空度。第二阀门7连通供气管路6，开启第二阀门7，即可向干燥箱11内输入清洁后的空气，平衡干燥箱11内的负压，便于取出干燥箱11中的料篮。

在优选的实施例中，该原料干燥装置还可以包括机架8，机架8的主要作用是为该原料干燥装置提供安装载体。真空干燥组件、供气机构2和抽真空机构3可以选择性地安装在机架8上，提高该原料干燥装置的整体性。抽气管路4、供气管路6，以及第一阀门5和第二阀门7均可以选择性地安装在机架8上。

由图1看出，真空干燥组件包括多个干燥箱11。这些干燥箱11依次排布在机架8上。多个干燥箱11的设置，实际上是为多晶硅料的干燥提供了多个工位，在每个干燥箱11中均可横向放置一个料篮，实现了多晶硅料的批量干燥处理，提高了干燥装置的整体效率。

干燥箱11包括箱盖和箱体。箱体的内部中空，在箱体内部具有支撑料篮的支架。料篮的取放通过机械手予以实现，而非人力的搬运，而机械手悬吊于起吊装置上。起吊装置可以与电气控制系统连接，实现起吊装置的自动化控制。料篮的两端具有供机械手抓取的篮轴。在箱体内部设置有与篮轴相适配的支架，料篮横向放置在箱体的支架上。另外，支架还可以保持料篮处于静止状态。优选地，在箱体的内壁上设置由非金属材料制成的防护层。需要说明的是，本实施例的料篮由非金属材料制成。

在每个干燥箱11的外部还安装有驱动机构12和传动机构13。驱动机构12作用于传动机构13，而传动机构13控制干燥箱11的箱盖的开闭。优选地，每个干燥箱11上均安装两组驱动机构12和传动机构13，两组驱动机构12和传动机构13对称安装在每个干燥箱11的侧壁外部。如此设置，在两组驱动机构12和传动机构13的协同作用下，可以保证干燥箱11的箱盖匀速的开闭。

传动机构13包括第一传动件和第二传动件。第一传动件的一端活动连接在干燥箱11的箱盖上，第一传动件的另一端活动连接在干燥箱11的箱体上，第一传动件的中部连接驱动机构12的一端，驱动机构12的另一端固定于机架8上。第二传动件的一端活动连接在干燥箱11的箱盖上，第二传动件的另一端活动连接在与该干燥箱11相邻的干燥箱11的箱体上。这样可以实现前一个干燥箱11的箱盖可以放置在后一个干燥箱11的上方，节省了箱盖的占用空间，使得真空干燥组件的占用空间减小。优选地，驱动机构12选用气压缸和/或液压缸，气压缸和/或液压缸的缸体固定于机架8，气压缸和/或是液压缸的伸缩杆连接第一传动件的中部。进一步优选地，驱动机构12为气压缸。

为了实现多晶硅料干燥过程的全自动化，无需人工干预，进而避免人为因素引入金属杂质及污染物，本实施例用于多晶硅料的原料干燥装置还包括电气控制系统。电气控制系统至少连接干燥箱11。具体而言，电气控制系统还可以分别与多个干燥箱11的驱动机构12、传动机构13、第一阀门5和第二阀门7连接，从而实现多晶硅料干燥过程的自动控制。当然，电气控制系统还可以与供气机构2、抽真空机构3连接，实现抽气、供气过程的自动控制。

实施例2

本实施例给出了原料干燥方法，如图2所示，其采用上述原料干燥装置对清洗后的多晶硅料进行干燥。具体的干燥方法包括下述步骤：

(1)将清洗后的盛放多晶硅料的料篮置于干燥箱11中，料篮在干燥箱11内部保持静止状态。组成真空干燥组件的多个干燥箱11的箱盖开启，机械手抓住料篮两端的篮轴，将料篮横向放置于干燥箱11内的托架上，料篮在干燥箱11内保持静止；

(2)关闭干燥箱11的箱盖，开启抽真空机构3以及第一阀门5，使得干燥箱11内部达到设定的真空度，一段时间后，抽真空机构3停止工作，并关闭第一阀门5；

(3)供气机构向多个干燥箱11通入净化后的气体，使得平衡干燥箱11内的负压；

(4)机械手抓住料篮两端的篮轴，从干燥箱11中取出所述料篮，不经过冷却放置，即可对所述料篮中的多晶硅料进行分装。

作为上述方法的优选，在将盛装待干燥原料的料篮放入所述干燥箱11前，先对原料进行热水浸泡，取出沥干后再置入干燥箱11中。

干燥箱11是干燥多晶硅料的场所。在干燥多晶硅料的过程中，料篮保持静止状态。这使得本实施例明显区别于现有技术，料篮静止，料篮中的硅块之间的位置相对固定，不会产生相对位置的改变，避免了硅块间的摩擦碰撞，没有硅粉产生。相比于原干燥方式，料篮的静止设置，可以避免多晶硅料的污染，提高多晶硅料的清洁度。此外，本实施例所述干燥方法，并不需要向干燥箱11中鼓入热风，降低了能耗，同时还能防止多晶硅料因受热在其表面形成氧化层。多晶硅料在真空干燥后无需冷却，可直接包装，避免了环境及外在因素的污染。

Claims (10)

1.原料干燥装置，其特征在于，包括抽真空机构(3)、供气机构(2)以及至少一个干燥箱(11)，所述抽真空机构(3)、供气机构(2)均与所述至少一个干燥箱(11)相连通，所述干燥箱(11)内放置至少一个料篮，所述料篮用于盛装待干燥的原料，所述抽真空机构(3)对所述至少一个干燥箱(11)抽真空，所述供气机构(2)向所述至少一个干燥箱(11)供给气体。

2.如权利要求1所述的原料干燥装置，其特征在于，所述抽真空机构(3)通过抽气管路(4)连通每个所述干燥箱(11)，在所述抽气管路(4)上设置第一阀门(5)；所述供气机构(2)通过供气管路(6)连通每个所述干燥箱(11)，在所述供气管路(6)上设置第二阀门(7)，所述供气机构(2)具有空气过滤器(21)。

3.如权利要求1或2所述的原料干燥装置，其特征在于，所述干燥箱(11)包括箱盖和箱体，所述箱体内设置有用于支撑所述料篮的支架，每个所述干燥箱(11)的外部至少安装有一组驱动机构(12)和传动机构(13)，所述驱动机构(12)作用于传动机构(13)，所述传动机构(13)用于实现所述箱盖的开闭。

4.如权利要求3所述的原料干燥装置，其特征在于，每个所述干燥箱(11)的外部安装两组驱动机构(12)和传动机构(13)，每个所述干燥箱(11)的两侧各对称安装有一组驱动机构(12)和传动机构(13)。

5.如权利要求3或4所述的原料干燥装置，其特征在于，所述传动机构(13)包括第一传动件和第二传动件，所述第一传动件的一端活动连接在所述干燥箱(11)的箱盖上、另一端活动连接在所述干燥箱(11)的箱体上，所述第一传动件的中部连接所述驱动机构(12)；所述第二传动件的一端活动连接在所述干燥箱(11)的箱盖上、另一端活动连接在与所述干燥箱(11)相邻的另一个干燥箱(11)的箱体上。

6.如权利要求5所述的原料干燥装置，其特征在于，所述驱动机构(12)为气压缸和/或液压缸，所述气压缸和/或液压缸的伸缩杆连接所述第一传动件的中部。

7.如权利要求1所述的原料干燥装置，其特征在于，所述原料干燥装置还包括电气控制系统和运转所述料篮的机械手，所述电气控制系统分别连接所述干燥箱(11)、抽真空机构(3)、供气机构(2)以及机械手。

8.原料干燥方法，利用如权利要求1至7中任一项所述的原料干燥装置实现，包括步骤：将所述盛装待干燥原料的料篮放置于所述干燥箱(11)内；对所述干燥箱(11)进行抽真空处理，使干燥箱内部达到设定的真空度；向所述干燥箱(11)中通入净化后的气体。

9.如权利要求8所述的原料干燥方法，其特征在于，至少在对所述干燥箱(11)进行抽真空的过程中，所述料篮在干燥箱(11)内部保持静止状态。

10.如权利要求8或9所述的原料干燥方法，其特征在于，在将所述盛装待干燥原料的料篮放入所述干燥箱(11)前，先对原料进行热水浸泡，取出沥干后再置入所述干燥箱(11)中。