CN109610000B - 一种热场供热稳定的单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏领域技术领域，且公开了一种热场供热稳定的单晶炉，包括加热系统、水冷却系统和隔离系统，加热系统包括用于加热的加热圈，所述加热圈的内圈活动套装有在初始状态下等高的石英坩埚，所述加热圈的高度与石英坩埚的高度值相同。该热场供热稳定的单晶炉，当轴杆进入加热圈内圈的内部，稳定轴承随轴杆上升，使得转轴逐步挤压软管，最终使得两个软管同步断流，从而隔绝了水冷却法兰对轴杆进行加热，使得轴杆的中部失却了降温系统，降低了冷却系统的负担，同时轴杆的热传导效应不明显，控温系统无需根据单晶炉内部温差变化而进行持续供热，降低了加热系统所需的能耗，节约了整个单晶炉所需的能耗。

Description

一种热场供热稳定的单晶炉

技术领域

本发明涉及光伏领域技术领域，具体为一种热场供热稳定的单晶炉。

背景技术

单晶炉是用于光伏设备中硅片制备的器材，主要是将多晶硅放置在石英坩埚中，利用石墨加热器加热融化，再利用直拉法提纯至单晶硅的设备。

如图6中，现有的单晶炉具有加热系统和水冷却系统，加热系统是利用控温系统控制加热圈27发热，使得加热圈27的内圈发热对石英坩埚51进行供热，从而控制石英坩埚51温度加热至1450摄氏度左右，这样的环境下最适单晶硅的提纯，坩埚温度过高籽晶杆熔断，温度过低籽晶杆生长出多晶；水冷却系统过程包括对外壳冷却和对水冷却法兰5进行冷却，外壳降温是通过将外壳分为两层，两层之间的空腔循环的导入冷却水，水冷却法兰5是安装在两层外壳之间，通过在水冷却法兰5底面两侧设有两个导水管36，导入冷却水并使之循环流动，从而对轴杆43与外壳连接处进行冷却，以保证壳体温度稳定在三百摄氏度以下，从而保证外壳的使用寿命。

然而在引晶过程中，现有技术会利用隔热轴承座52抬升石英坩埚51同步上升，使得轴杆43会进入加热圈的内部，此时轴杆43的顶部将直接吸收加热圈27的热量，从而分去坩埚所需的热量，导致加热系统需要增加供热，而轴杆43的中部与水冷却法兰5连接进行降温，由于轴杆43自身热量的传导，导致轴杆43处于在自我吸热和降热的状态，增加了水冷却系统所需降温的能量，的增加了整个单晶炉电能的消耗，又因为轴杆43温度高低变化不一，使得热场供热随之更变，热场内部温度也随之不停更变，坩埚的温度也不停的出现高低变化，降低了单晶硅柱提纯的纯度。

发明内容

本发明提供了一种热场供热稳定的单晶炉，具备保节约电能和证热场稳定的优点，解决了由于轴杆进入加热圈内部，分去坩埚热量导致现有的控温系统需要增加供热功率，同时为了保证外壳温度处于安全范围，现有的水冷却系统将增加降温功率，两者相加，极大的增加了整个单晶炉电能的消耗的问题，此外还解决了因为轴杆持续分去坩埚所需的热量，导致坩埚的温度不停的出现高低变化，影响到了单晶柱提纯的纯度的问题。

本发明提供如下技术方案：一种热场供热稳定的单晶炉，包括加热系统、水冷却系统和隔离系统，加热系统包括用于加热的加热圈，所述加热圈的内圈活动套装有在初始状态下等高的石英坩埚，所述加热圈的高度与石英坩埚的高度值相同，所述石英坩埚底面的中部固定安装有用于隔热的隔热轴承座；

水冷却系统包括用于加热炉外壳冷却的内壁壳，所述加热炉的顶部固定安装有顶炉，所述内壁壳的外部包裹有外壁壳，所述内壁壳和外壁壳之间填充有水层，所述外壁壳右侧面的顶部固定安装有与水层相互连通的出水管，所述外壁壳左侧面的底部固定安装有与水层相互连通的进水管，所述加热炉的底部固定安装有基座箱，所述基座箱底面的左右两端均固定安装有支撑腿，两个所述支撑腿之间固定安装有支撑台，所述支撑台的中部固定安装有引水管，引水管的顶部固定安装有水箱，且水箱的外部固定套装有连接件，所述连接件的右侧面固定安装有埚转电机，引水管的底部贯穿支撑台分别开设有进水口和出水口，所述连接件的左侧面固定安装有导轨座，所述导轨座的底部与支撑台的顶面固定连接，所述导轨座的顶面与基座箱的底面固定连接，水箱顶面的左右两端均固定安装有导水管；

隔离系统包括隔离箱，所述导水管的顶部延伸至隔离箱的内腔并固定连通有软管，所述软管的顶部固定连通有延伸杆，所述延伸杆延伸至隔离箱的外部并固定连通有水冷却法兰，所述水冷却法兰的外部与内壁壳底面的中部固定连接，水箱的顶部固定安装有位于两个导水管之间的稳定套杆，所述稳定套杆的顶部活动套装有轴杆，所述轴杆的顶部依次贯穿隔离箱和水冷却法兰并与隔热轴承座底面的中部固定连接，所述隔离箱内腔的左右两侧面均固定安装有侧座，所述轴杆的外部固定套装有与位于隔离箱内腔的稳定轴承，所述稳定轴承的左右两侧面均固定安装有连接杆，所述连接杆的另一端活动安装有转轴，所述转轴的两端固定安装有位于侧座正反两侧的限位板，所述软管位于转轴和侧座之间，所述侧座靠近转轴的侧面开设有限位槽，所述侧座的正面呈梯形状，所述转轴位于初始状态时与侧座侧面的距离和软管的直径值相同，所述转轴位于最终状态时与侧座侧面的距离和软管压缩阻流状态的厚度值相同。

可选的，所述水冷却法兰的顶部位于加热炉的内部，所述水冷却法兰的底部位于水层的内部。

可选的，所述限位槽的形状与轴杆处于压缩状态下的形状相适配。

可选的，所述限位槽的数量为三个，三个所述限位槽紧密分布在侧座的侧面，且三个所述限位槽的长度和与侧座的长度一致。

本发明具备以下有益效果：

1、该热场供热稳定的单晶炉，当轴杆进入加热圈内圈的内部，稳定轴承随轴杆上升，转轴逐步挤压软管，最终使得两个软管同步断流，水冷却法兰对轴杆的水冷效果消失，缩减了水冷却过程的步骤，降低了水冷却系统的能量消耗，同时位于加热圈内的轴杆顶端吸收热量的速率降低且吸热速率趋于稳定，控温系统无需根据加热圈内的热能消耗过快而加大热能供给，降低了加热系统所需的能耗。

2、该热场供热稳定的单晶炉，同时由于轴杆失去了冷却系统的支撑，轴杆顶部的温度变化只能趋于上升直到稳定到与热场温度一致，因此加热圈的供能只需一次调整至满足石英坩埚和轴杆顶部需要的热能，使得热场内圈温度不会出现高低起伏，保证了整个热场内部温度稳定，使得坩埚温度最终可以区域恒定，保证单晶硅柱的提纯质量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明隔离箱内部结构放大示意图；

图3为本发明稳定轴承结构俯视示意图；

图4为本发明转轴初始状态结构示意图；

图5为本发明转轴最终状态结构示意图；

图6为本发明现有技术结构示意图。

图中：1、基座箱；11、支撑腿；2、加热炉；21、内壁壳；22、外壁壳；23、水层；24、出水管；25、进水管；26、顶炉；27、加热圈；3、支撑台；31、连接件；32、埚转电机；33、导轨座；34、进水口；35、出水口；36、导水管；37、稳定套杆；4、隔离箱；41、侧座；42、限位槽；43、轴杆；44、稳定轴承；45、连接杆；46、转轴；47、限位板；48、延伸杆；49、软管；5、水冷却法兰；51、石英坩埚；52、隔热轴承座。

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。

请参阅图1-6，一种热场供热稳定的单晶炉，包括加热系统、水冷却系统和隔离系统，加热系统包括用于加热的加热圈27，加热圈27的内圈活动套装有在初始状态下等高的石英坩埚51，加热圈27的高度与石英坩埚51的高度值相同，石英坩埚51底面的中部固定安装有用于隔热的隔热轴承座52；

水冷却系统包括用于加热炉2外壳冷却的内壁壳21，加热炉2的顶部固定安装有顶炉26，内壁壳21的外部包裹有外壁壳22，内壁壳21和外壁壳22之间填充有水层23，外壁壳22右侧面的顶部固定安装有与水层23相互连通的出水管24，外壁壳22左侧面的底部固定安装有与水层23相互连通的进水管25，加热炉2的底部固定安装有基座箱1，基座箱1底面的左右两端均固定安装有支撑腿11，两个支撑腿11之间固定安装有支撑台3，支撑台3的中部固定安装有引水管，引水管的顶部固定安装有水箱，且水箱的外部固定套装有连接件31，连接件31的右侧面固定安装有埚转电机32，引水管的底部贯穿支撑台3分别开设有进水口34和出水口35，连接件31的左侧面固定安装有导轨座33，导轨座33的底部与支撑台3的顶面固定连接，导轨座33的顶面与基座箱1的底面固定连接，水箱顶面的左右两端均固定安装有导水管36；

隔离系统包括隔离箱4，导水管36的顶部延伸至隔离箱4的内腔并固定连通有软管49，软管49的顶部固定连通有延伸杆48，延伸杆48延伸至隔离箱4的外部并固定连通有水冷却法兰5，水冷却法兰5的外部与内壁壳21底面的中部固定连接，水箱的顶部固定安装有位于两个导水管36之间的稳定套杆37，稳定套杆37的顶部活动套装有轴杆43，轴杆43的顶部依次贯穿隔离箱4和水冷却法兰5并与隔热轴承座52底面的中部固定连接，隔离箱4内腔的左右两侧面均固定安装有侧座41，轴杆43的外部固定套装有与位于隔离箱4内腔的稳定轴承44，稳定轴承44的左右两侧面均固定安装有连接杆45，连接杆45的另一端活动安装有转轴46，转轴46的两端固定安装有位于侧座41正反两侧的限位板47，软管49位于转轴46和侧座41之间，侧座41靠近转轴46的侧面开设有限位槽42，侧座41的正面呈梯形状，转轴46位于初始状态时与侧座41侧面的距离和软管49的直径值相同，转轴46位于最终状态时与侧座41侧面的距离和软管49压缩阻流状态的厚度值相同。

其中，水冷却法兰5的顶部位于加热炉2的内部，水冷却法兰5的底部位于水层23的内部，利用水层23的隔热，使得水冷却法兰5内部无法更新冷却水流，产生的热量只能导向内壁壳21和水层23，继而避免了水冷却法兰5外壁温度量过高损坏外壁壳22的问题。

其中，限位槽42的形状与软管49处于压缩状态下的形状相适配，在转轴46上升至最高处时，可以利用限位槽42稳定固定软管49而不会因为软管49的移动造成水流泄漏至水冷却法兰5的内部，继而保证了轴杆43进入加热圈27内圈后水冷却法兰5的内部不会因为渗漏的冷却水的更替而影响过多热量的中和，保证了整个隔离系统的稳定性。

其中，限位槽42的数量为三个，三个限位槽42紧密分布在侧座41的侧面，且三个限位槽42的长度和与侧座41的长度一致，使得转轴46在上升过程中，软管49可以随水流的张力在侧座41和转轴46之间移动，从而可以释放软管49因为水流的流速更变造成的应力，避免了积攒的应力对软管49破坏的问题。

其中，当轴杆43上升至加热圈27内圈时，石英坩埚51内溶液的提纯也处于整个反应过程的尾声，整个首尾时间较短，同时因为水冷却法兰5的内部热存有水，水温最高为一百摄氏度，轴杆43的高温对外壁壳22的影响有限，不足以使得外壁壳22温度高于三百摄氏度，因此不影响整个外壁壳22的使用寿命。

现有单晶炉在提纯时，首先根据往次工作所需热量，通过温控系统驱动加热圈27内圈对石英坩埚51的外部加热，当石英坩埚51顶面出现可视光圈时，籽晶杆对多晶硅溶液进行提纯，持续引晶提纯使得溶液液面下降，单晶炉的轴杆43将支撑石英坩埚51上升，使得轴杆43逐渐上升至加热圈27的内圈，轴杆43将开始直接吸收加热圈27产生的热量，导致石英坩埚51温度下降，此时控温系统通过监控主动增加供热；

本实施例在提纯时，轴杆43的上升带动转轴46上升，转轴46上升过程逐步挤压两个软管49，两个软管49又因限位槽42的限位被挤压变形黏合而对水流进行断流，使得水冷却法兰5的两端同时停止进水出水，此时水冷却法兰5失去降温功能，轴杆43失去水冷却系统对它的降温，最终完成隔离系统对加热系统和水冷却系统的隔离。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种热场供热稳定的单晶炉，包括加热系统、水冷却系统和隔离系统，加热系统包括用于加热的加热圈(27)，所述加热圈(27)的内圈活动套装有在初始状态下等高的石英坩埚(51)，所述加热圈(27)的高度与石英坩埚(51)的高度值相同，所述石英坩埚(51)底面的中部固定安装有用于隔热的隔热轴承座(52)；

其特征在于：水冷却系统包括用于加热炉(2)外壳冷却的内壁壳(21)，所述加热炉(2)的顶部固定安装有顶炉(26)，所述内壁壳(21)的外部包裹有外壁壳(22)，所述内壁壳(21)和外壁壳(22)之间填充有水层(23)，所述外壁壳(22)右侧面的顶部固定安装有与水层(23)相互连通的出水管(24)，所述外壁壳(22)左侧面的底部固定安装有与水层(23)相互连通的进水管(25)，所述加热炉(2)的底部固定安装有基座箱(1)，所述基座箱(1)底面的左右两端均固定安装有支撑腿(11)，两个所述支撑腿(11)之间固定安装有支撑台(3)，所述支撑台(3)的中部固定安装有引水管，引水管的顶部固定安装有水箱，且水箱的外部固定套装有连接件(31)，所述连接件(31)的右侧面固定安装有埚转电机(32)，引水管的底部贯穿支撑台(3)分别开设有进水口(34)和出水口(35)，所述连接件(31)的左侧面固定安装有导轨座(33)，所述导轨座(33)的底部与支撑台(3)的顶面固定连接，所述导轨座(33)的顶面与基座箱(1)的底面固定连接，水箱顶面的左右两端均固定安装有导水管(36)；

隔离系统包括隔离箱(4)，所述导水管(36)的顶部延伸至隔离箱(4)的内腔并固定连通有软管(49)，所述软管(49)的顶部固定连通有延伸杆(48)，所述延伸杆(48)延伸至隔离箱(4)的外部并固定连通有水冷却法兰(5)，所述水冷却法兰(5)的外部与内壁壳(21)底面的中部固定连接，水箱的顶部固定安装有位于两个导水管(36)之间的稳定套杆(37)，所述稳定套杆(37)的顶部活动套装有轴杆(43)，所述轴杆(43)的顶部依次贯穿隔离箱(4)和水冷却法兰(5)并与隔热轴承座(52)底面的中部固定连接，所述隔离箱(4)内腔的左右两侧面均固定安装有侧座(41)，所述轴杆(43)的外部固定套装有与位于隔离箱(4)内腔的稳定轴承(44)，所述稳定轴承(44)的左右两侧面均固定安装有连接杆(45)，所述连接杆(45)的另一端活动安装有转轴(46)，所述转轴(46)的两端固定安装有位于侧座(41)正反两侧的限位板(47)，所述软管(49)位于转轴(46)和侧座(41)之间，所述侧座(41)靠近转轴(46)的侧面开设有限位槽(42)，所述侧座(41)的正面呈梯形状，所述转轴(46)位于初始状态时与侧座(41)侧面的距离和软管(49)的直径值相同，所述转轴(46)位于最终状态时与侧座(41)侧面的距离和软管(49)压缩阻流状态的厚度值相同。

2.根据权利要求1所述的一种热场供热稳定的单晶炉，其特征在于：所述水冷却法兰(5)的顶部位于加热炉(2)的内部，所述水冷却法兰(5)的底部位于水层(23)的内部。

3.根据权利要求1所述的一种热场供热稳定的单晶炉，其特征在于：所述限位槽(42)的形状与轴杆(43)处于压缩状态下的形状相适配。

4.根据权利要求1所述的一种热场供热稳定的单晶炉，其特征在于：所述限位槽(42)的数量为三个，三个所述限位槽(42)紧密分布在侧座(41)的侧面，且三个所述限位槽(42)的长度和与侧座(41)的长度一致。

Images