CN110106547B - 提高直拉单晶拉速的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高直拉单晶拉速的装置，属于单晶硅生产设备技术领域。包括导流筒及撤热组件，所述撤热组件安装于所述导流筒的上方，通过热辐射或者热传导的方式对所述导流筒进行降温。本发明技术方案实现在所述撤热组件远离单晶炉的热场的状态下，与固液界面发生热量交换，降低固液界面处温度，从而提高直拉单晶的拉速，提高直拉单晶拉速则大幅度节约的电耗。同时，由于所述撤热组件距离单晶炉热场较远，一则所述撤热组件受到热场的热应力有限，降低所述撤热组件泄漏概率，二则一旦泄漏发生，能够及时通过单晶炉内的氛围变化判断发现，及时停炉，降低事故率。

Description

提高直拉单晶拉速的装置

技术领域

本发明属于单晶硅生产设备技术领域，具体涉及一种提高直拉单晶拉速的装置。

背景技术

现阶段直拉单晶领域，降低成本成为首要任务，尤其在光伏行业尤为突出，在拉晶过程中由于加热器持续加热，电耗较高，如何通过加快拉晶的速度，减少等径时间成重要因素。一有效的提高直拉单晶拉速的方法为降低固液界面温度。

现有技术中，提供的一种提高直拉单晶拉速的装置，通过在导流筒的内壁和外壁之间加设冷水套实现提高单晶生长速率。该装置虽然在一定程度上提高了直拉单晶拉速，但是，其改变了导流筒内部结构，且冷水套设置在距离热场较近的位置，增加了热场的能量供应，导致能耗上升。其次，冷水套如果泄漏，泄漏的水直接流入导流筒的碳毡层内，导致导流筒的热量梯度破坏，造成拉晶事故率上升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种低能耗水平、低事故率的提高直拉单晶拉速的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高直拉单晶拉速的装置，包括导流筒及撤热组件，所述撤热组件安装于所述导流筒的上方，通过热辐射或者热传导的方式对所述导流筒进行降温。

优选地，所述撤热组件的下端面与所述导流筒的上端面接触。

优选地，所述撤热组件具有冷介质循环腔，且开设有冷介质入口及冷介质出口，所述冷介质入口及所述冷介质出口连通所述冷介质循环腔。

优选地，所述冷介质循环腔内远离所述冷介质入口的一侧设置有合流挡板，所述冷介质出口开设于所述合流挡板的两侧。

优选地，所述导流筒包括外壳、内胆及填充于所述外壳和所述内胆之间的隔热层；所述内胆的底端与所述外壳的底端平齐，所述内胆的上端向外弯折，形成热交换部，所述热交换部与所述撤热组件的下端面接触。

优选地，所述撤热组件的上端面上设置有连接环，所述连接环的上端连接单晶炉的炉壁。

优选地，所述连接环上设置有冷介质入口管及冷介质出口管，所述冷介质入口管连通所述冷介质入口，所述冷介质出口管连通所述冷介质出口。

优选地，所述冷介质入口管上设置有进料流量调节阀，所述冷介质出口管上设置有出料温度调节阀，所述出料温度调节阀与所述进料流量调节阀串级控制连接。

优选地，所述撤热组件还具有泄漏预警腔，所述泄漏预警腔设置于所述冷介质循环腔下方，且位于所述撤热组件的外侧，所述泄漏预警腔与所述冷介质循环腔相互隔离；所述泄漏预警腔内呈负压状态，且所述撤热组件上设置有用于检测所述泄漏预警腔内压力状况的真空表。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种提高直拉单晶拉速的装置，其有益效果是：设置所述导流筒及所述撤热组件，并将所述撤热组件安装于所述导流筒的上方，通过与所述导流筒的热传导或者热辐射作用，实现在所述撤热组件远离单晶炉的热场的状态下，与固液界面发生热量交换，降低固液界面处温度，从而提高直拉单晶的拉速。由于所述撤热组件距离单晶炉热场较远，对热场能量供应影响微小，而提高直拉单晶拉速则大幅度节约的电耗。同时，由于所述撤热组件距离单晶炉热场较远，一则所述撤热组件受到热场的热应力有限，降低所述撤热组件泄漏概率，二则一旦泄漏发生，能够及时通过单晶炉内的氛围变化判断发现，及时停炉，降低事故率。

附图说明

图1是提高直拉单晶拉速的装置的结构示意图。

图2是提高直拉单晶拉速的装置的主视图。

图3是图2所示的A-A方向的剖视图。

图4是图2所示的B-B方向的剖视图。

图5是图2所示的C-C方向的剖视图。

图6是单晶炉结构示意图。

图7是图6所示的D-D方向的剖视图。

图中：提高直拉单晶拉速的装置10、单晶炉20、导流筒100、外壳101、内胆102、隔热层103、热交换部104、撤热组件200、冷介质循环腔201、冷介质入口202、冷介质出口203、合流挡板204、泄漏预警腔205、连接环210、冷介质入口管211、冷介质出口管212。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1至图5，一具体实施方式中，一种提高直拉单晶拉速的装置10，安装于单晶炉20上，包括导流筒100及撤热组件200，所述撤热组件200安装于所述导流筒100的上方，通过热辐射或者热传导的方式对所述导流筒100进行降温。具体地，所述导流筒100的下端面靠近硅熔汤的固液界面，所述撤热组件200设置直接或间接设置于所述导流筒100的上方，可以是与所述导流筒100的上端面不接触，此时，所述撤热组件200通过热辐射作用，与所述导流筒100发生热量交换。作为优选，所述撤热组件200的下端面与所述导流筒100的上端面接触，以通过热传导作用，与所述导流筒100发生热量交换，提高热量交换效率。

所述导流筒100的上端面部温度，并沿所述导流筒100的筒壁方向由上而下，形成逐渐升高的温度梯度，一方面有利于提高单晶硅硅棒的品质，另一方面，硅熔汤的固液界面的热量经由所述导流筒100的内壁或者外壁传导，并经由所述撤热组件200进行撤热，有效降低了固液界面温度，从而有利于提高直拉单晶的拉速。以上以汉虹95炉为例，通过所述撤热组件200的引入，直拉单晶的拉速由原有0.9mm/mim提高至1.2mm/min，提高33.33%。直拉单晶拉速的有效提升，大幅度降低了电耗，节约生产成本。

同时，所述撤热组件200距离单晶炉20的热场距离较远，一方面，所以所述撤热组件200与单晶炉20的热场之间的热交换较小，进一步降低能耗。另一方面，当所述撤热组件200发生泄漏时，泄漏的微量的冷却介质在所述导流筒100中快速气化，从而导致单晶炉20内的氛围产生规律或者不规律的变化，尤其是单晶炉20内压力变化，此时，操作人员能够根据单晶炉20内的氛围的变化，快速判断所述撤热组件200是否泄漏，并在泄漏前期，及时停炉处理，避免泄漏增大，酿成事故，从而降低事故发生率，实现安全生产。

请继续参看图3，例如，所述撤热组件200为一环状的水冷结构，在水冷结构的环壁内开设有冷介质循环腔201，所述冷介质循环腔201通入循环流动的冷却介质。在水冷结构的环壁上开设有冷介质入口202及冷介质出口203，所述冷介质入口202及所述冷介质出口203连通所述冷介质循环腔201。冷却介质由所述冷介质入口202通入所述冷介质循环腔201，并在所述冷介质循环腔201中循环流动，由所述冷介质出口203排出，进行换热。所述冷介质包括但不限于循环冷却水、冰水、干冰、液氮等，优选为温度10℃以下的冷冻水。

值得说明的是，所述撤热组件200的材质选择耐高位且导热系数高的材质，比如高纯石墨、不锈钢等。

作为优选，为进一步提高所述撤热组件200的撤热效果，提高对硅熔汤固液界面的冷却效率，所述冷介质循环腔201内远离所述冷介质入口202的一侧设置有合流挡板204，所述冷介质出口203开设于所述合流挡板204的两侧。冷却介质由所述冷介质入口202进入所述冷介质循环腔201，并沿所述冷介质入口202两侧流动，经环状的所述冷介质循环腔201，在所述合流挡板204处，由设置在所述合流挡板204两侧的所述冷介质出口203排出，缩短了冷却介质在所述冷介质循环腔201的停留时间，使得冷却介质保持在较低温度状态下完成撤热。如此，不仅撤热效果好，且冷却介质在所述冷介质循环腔201内均匀分布，有利于保持所述导流筒100温度梯度的稳定。同时，冷却介质在所述冷介质循环腔201快速流通，避免在高温下，冷却介质大量气化，使所述撤热组件200承压，加速所述撤热组件200损坏。从而有效的延长了设备使用寿命，降低了事故发生率。

进一步地，所述导流筒100包括外壳101、内胆102及填充于所述外壳和所述内胆之间的隔热层103。所述内胆102的底端与所述外壳101的底端平齐，所述内胆102的上端向外弯折，形成热交换部104，所述热交换部104与所述撤热组件200的下端面接触。以通过石墨材质的所述内胆102，作为热量传导的中间体，将硅熔汤固液界面的热量传递至所述撤热组件200，以提高撤热效率。此时，所述外壳101、所述内胆102可以通过设置于所述热交换部104上的台阶支撑连接，也可以通过设置于所述外壳101与所述内胆102上的连接螺母连接。通过连接螺母连接时，所述外壳101与所述内胆102的上部能够具有较小的接触面积，从而减少了所述撤热组件200通过所述外壳101与单晶炉20热场的热交换，减少能源浪费，降低电耗。

请继续参看图4与图5，又一具体实施方式中，所述撤热组件200的上端面上设置有连接环210，所述连接环210的上端连接单晶炉20的炉壁。所述连接环210上设置有冷介质入口管211及冷介质出口管212，所述冷介质入口管211连通所述冷介质入口202，所述冷介质出口管212连通所述冷介质出口203。冷却介质经由所述冷介质入口管211进入所述冷介质循环腔201，快速撤热后，经由所述冷介质出口管212排出，实现了冷却介质的炉外循环，避免冷却介质长时间受热气化，降低撤热效率，缩短设备寿命。所述连接环210不仅为所述撤热组件200提供了连接和支撑的基础，也为冷却介质的循环提供了流通通道。同时，当所述撤热组件200与所述导流筒100固定连接时，所述连接环210能够上下提升，以控制所述导流筒100的高度。

进一步地，为能够根据实际生产需求，调节所述撤热组件200的撤热效果，或调整所述导流筒100的温度梯度，所述冷介质入口管211上设置有进料流量调节阀，所述冷介质出口管212上设置有出料温度调节阀，所述出料温度调节阀与所述进料流量调节阀串级控制连接，以通过调节冷却介质的进料流量，调节所述撤热组件200的撤热效果或调整所述导流筒100的温度梯度。

再一具体实施方式中，所述撤热组件200还具有泄漏预警腔205，所述泄漏预警腔205设置于所述冷介质循环腔201下方，且位于所述撤热组件200的外侧，所述泄漏预警腔205与所述冷介质循环腔201相互隔离。所述泄漏预警腔205内呈负压状态，且所述撤热组件200上设置有用于检测所述泄漏预警腔205内压力状况的真空表。一方面，如果所述撤热组件200的所述冷介质循环腔201发生泄漏，泄漏的冷却介质进入所述泄漏预警腔205中，从而防止泄漏的冷却介质直接进入热场或者所述导流筒100内，造成生产波动，甚至酿成生产事故。另一方面，泄漏于所述泄漏预警腔205中的冷却介质在高温及真空存在的作用下，迅速气化，使所述泄漏预警腔205的压力产生波动，被所述真空表捕捉，从而有效的判断所述撤热组件200是否泄漏，进而降低事故发生率。

请一并参看图6与图7，再一具体实施方式中，一种单晶炉20，包括如上所述的提高直拉单晶拉速的装置10，以能够低能耗水平、低事故率的进行直拉单晶作业。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，包括导流筒及撤热组件，所述撤热组件安装于所述导流筒的上方，所述撤热组件的下端面与所述导流筒的上端面接触，通过热传导的方式对所述导流筒进行降温；

所述撤热组件具有冷介质循环腔，且开设有冷介质入口及冷介质出口，所述冷介质入口及所述冷介质出口连通所述冷介质循环腔。

2.如权利要求1所述的提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，所述冷介质循环腔内远离所述冷介质入口的一侧设置有合流挡板，所述冷介质出口开设于所述合流挡板的两侧。

3.如权利要求1所述的提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，所述导流筒包括外壳、内胆及填充于所述外壳和所述内胆之间的隔热层；

所述内胆的底端靠近硅熔汤的液面，所述内胆的上端向外弯折，形成热交换部，所述热交换部与所述撤热组件的下端面接触。

4.如权利要求1所述的提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，所述撤热组件的上端面上设置有连接环，所述连接环的上端连接单晶炉的炉壁。

5.如权利要求4所述的提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，所述连接环上设置有冷介质入口管及冷介质出口管，所述冷介质入口管连通所述冷介质入口，所述冷介质出口管连通所述冷介质出口。

6.如权利要求5所述的提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，所述冷介质入口管上设置有进料流量调节阀，所述冷介质出口管上设置有出料温度调节阀，所述出料温度调节阀与所述进料流量调节阀串级控制连接。

7.如权利要求1所述的提高直拉单晶拉速的装置，其特征在于，所述撤热组件还具有泄漏预警腔，所述泄漏预警腔设置于所述冷介质循环腔下方，且位于所述撤热组件的外侧，所述泄漏预警腔与所述冷介质循环腔相互隔离；

所述泄漏预警腔内呈负压状态，且所述撤热组件上设置有用于检测所述泄漏预警腔内压力状况的真空表。

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