CN111139521A - 空气喷射装置、液环真空泵及拉晶炉 - Google Patents

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    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum

Abstract

本发明公开了一种空气喷射装置，包括相互连接的装置本体和扩压器，其中，装置本体的内部包括吸入室，装置本体的侧壁开设有用于供炉内气体进入吸入室的吸入口和用于供炉内气体排出吸入室的排出口；装置本体上还设置有用于供外界空气进入吸入室的进气管，进气管位于吸入室内的一端包括第一喷嘴；扩压器的一端连接排出口，另一端与液环真空泵连通；空气喷射装置还包括喷淋机构，喷淋机构设置在进气管的入口处。该空气喷射装置在外界空气的输入口增加喷淋机构，产生的雾化液体可以对堵塞位置产生撞击力，有效地改善堵塞状况，提高液环真空泵的抽气效能。另外，本发明还提供了基于该空气喷射装置的液环真空泵和拉晶炉。

Description

空气喷射装置、液环真空泵及拉晶炉
技术领域
本发明涉及晶圆制造材料技术领域，更具体地，涉及一种空气喷射装置、一种液环真空泵及一种拉晶炉。
背景技术
随着单晶硅片在太阳能电池及半导体芯片的应用的不断发展和应用，硅棒的需求量越来越大。目前，硅棒通常采用拉晶炉拉制，俗称直拉法。直拉法是拉晶炉在真空的腔室内设有石英坩埚，将经过处理的高纯多晶硅料或次品硅(单晶硅和多晶硅头尾料)装入石英坩埚内，并向拉晶炉内充入保护性气体，加热至1500℃使硅料熔化，然后将籽晶夹头中的籽晶降下与多晶硅熔液充分接触，且籽晶严格定向，并以一定的速度旋转提升，在晶核诱导下从熔体上被缓缓提拉出来。在拉晶过程中，硅熔液会产生挥发性烟气，主要包括硅氧化物(SiO和少量的SiO2，呈黄色烟尘状)和杂质挥发物。这些粉尘颗粒必须及时由真空泵抽吸出拉晶炉，否则气体中的灰尘粒子就会飘浮在单晶生长界面周围，从而直接影响硅棒的品质。
在半导体级重掺红磷的拉晶工艺中，因掺杂物为红磷，其产生的氧化物易燃，在狭小空间易发生尘爆，需使用液环真空泵及时抽出拉晶炉内的烟尘，且该液环真空泵内通常加装有空气喷射器(Air Ejector)，用以实现排气功能。然而，重掺拉晶工艺产生的氧化物过多，当拉晶时间过长时，所产生的氧化物和烟尘极易附着于空气喷射器中管径最小的位置处，产生堵塞的问题，导致炉腔内压力上升，无法控制到需求的压力值，从而影响拉制工艺品质。
在实际应用中，为改善拉制时间过久出现的堵塞问题，通常会扩大管径，以达到预留更多的管径余量。然而扩大管径会导致液环真空泵抽气效能降低，抽低压的能力下降，且需采用更大排气量的液环真空泵，从而影响经济效能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种空气喷射装置、一种液环真空泵及一种拉晶炉。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种用于液环真空泵的空气喷射装置，包括相互连接的装置本体和扩压器，其中，
所述装置本体的内部包括吸入室，所述装置本体的侧壁开设有用于供炉内气体进入所述吸入室的吸入口和用于供炉内气体排出所述吸入室的排出口；所述装置本体上还设置有用于供外界空气进入吸入室的进气管，所述进气管位于吸入室内的一端包括第一喷嘴；所述扩压器的一端连接所述排出口，另一端与所述液环真空泵连通；
所述空气喷射装置还包括喷淋机构，所述喷淋机构设置在所述进气管的入口处，用于向所述进气管喷射雾化液体。
在本发明的一个实施例中，所述喷淋机构包括供液管以及连接至所述供液管的第二喷嘴，其中，所述供液管外接至供液设备，所述第二喷嘴朝向所述进气管的入口设置。
在本发明的一个实施例中，所述供液管的供液速度为2-3L/min。
在本发明的一个实施例中，所述喷淋机构还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述第二喷嘴的打开和关闭。
在本发明的一个实施例中，所述控制单元包括开关、第一时间继电器、第二时间继电器和电磁阀，其中，所述开关、所述第二时间继电器的通电延时断开触点以及所述第一时间继电器的线圈串联在直流电源的正负极之间；所述第一时间继电器的通电延时闭合触点和所述电磁阀的线圈串联在所述直流电源的正负极之间；所述第二时间继电器的线圈并联在所述电磁阀的线圈之间。
在本发明的一个实施例中，所述第一时间继电器为通水间隔延时继电器，用于控制所述第二喷嘴的喷水时间间隔；所述第二时间继电器为通水时长延时继电器，用于控制所述第二喷嘴的单次喷水时长。
在本发明的一个实施例中，所述空气喷射装置还包括基座和固定支座，所述第二喷嘴安装在所述固定支座上，且所述固定支座竖向设置在所述基座上。
在本发明的一个实施例中，所述装置本体固定在所述基座上，且所述第二喷嘴与所述进气管的入口具有相同的高度。
本发明的另一方面提供了一种液环真空泵，所述液环真空泵包括上述实施例中任一项所述的空气喷射装置。
本发明的又一方面提供了一种拉晶炉，所述拉晶炉包括上述实施例中任一项所述的液环真空泵。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的空气喷射装置应用于液环真空泵，该空气喷射装置在外界空气的输入口增加喷淋机构，产生的雾化液体可以对扩压器堵塞位置的粉尘产生撞击力，有效地改善堵塞状况，从而提高液环真空泵的抽气效能。
2、本发明的空气喷射装置包括控制单元，该控制单元能够准确地捕捉到合理的时机执行喷雾吹扫动作，并实现自动控制。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于液环真空泵的空气喷射装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种喷淋机构的控制单元电路图。
附图标记说明如下：
10-装置本体；110-吸入口；120-排出口；20-扩压器；30-吸入室；40-进气管；410-第一喷嘴；50-喷淋机构；510-供液管；520-第二喷嘴；530-控制单元；60-基座；70-固定支座。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例一
本实施例提供了一种用于液环真空泵的空气喷射装置。请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种用于液环真空泵的空气喷射装置的结构示意图。本实施例的空气喷射装置包括相互连接的装置本体10和扩压器20，其中，装置本体10的内部包括吸入室30，装置本体10的侧壁开设有用于供炉内气体进入吸入室30的吸入口110和用于供炉内气体排出吸入室30的排出口120，其中，吸入口110与待抽容器(拉晶炉腔)连通。装置本体10上设置有用于供外界空气进入吸入室30的进气管40，进气管40位于吸入室30内的一端设置有第一喷嘴410；扩压器20的一端连接排出口120，另一端与液环真空泵的进气口连通。
此外，该空气喷射装置还包括喷淋机构50，喷淋机构50设置在进气管40的入口处，用于向进气管40喷射雾化液体。
具体地，当启动液环真空泵时，进气管40的进气口与第一喷嘴410之间形成压力差，外界空气介质从第一喷嘴410进入空气喷射装置内，当进气管40的进气口与第一喷嘴410之间形成的压力差达到一定值时，外界空气介质经第一喷嘴410的收缩段会加速，到第一喷嘴410的扩张段时可以进一步加速，之后射向扩压器20会形成高速射流，并造成吸入室30内的压力比待抽容器(拉晶炉腔)内的压力低，待抽容器内的气体通过吸入口110进入吸入室30内；随后，炉内气体和外界空气这两股气流在吸入室30内混合，动量交换产生的损失使混合气流速率逐渐减慢，当进入扩压器20的喉部(直径最小处)则流速稍微增加，经扩压器20的扩张段速率进一步降低，使压力不断升高，最后达到空气喷射装置的排气压力，即液环真空泵的吸气压力，则液环真空泵把气体吸入再排出泵外，即完成吸气、排气过程。
此外，本实施例的空气喷射装置还包括喷淋机构50，该喷淋机构50用于向进气管40的入口处喷射雾化液体。在该空气喷射装置工作过程中，喷淋机构50所喷射的雾化液体与所述外界空气介质混合后通过第一喷嘴410以很高的速度进入吸入室30内，并随后喷射到扩压器20内，混合气体中的雾化液体具有很高的动能，会对容易发生堵塞的位置处的粉尘产生撞击力，从而可以将所述粉尘带离扩压器20，很好地改善堵塞问题。
在本实施例中，扩压器20总体上呈柱状，沿其长度方向包括位于中部的缩径部和位于缩径部两侧的扩张部，其中，扩压器20的缩径部内径为22mm，扩张部的最大直径为50mm。装置本体10与位于扩压器20一端的扩张部密封连接。
进一步地，喷淋机构50包括供液管510和连接至供液管510的第二喷嘴520。供液管510外接至供液设备(附图中未示出)，供液设备用于根据实际需求供给喷射液体。第二喷嘴520朝向进气管40的入口设置。
请一并参见图1和图2，图2是本发明实施例提供的一种喷淋机构的控制单元电路图。本实施例的喷淋机构50还包括控制单元530，控制单元530用于自动控制第二喷嘴520的打开和关闭。
进一步地，控制单元530包括开关SA、第一时间继电器KT1、第二时间继电器KT2和电磁阀YV，其中，开关SA、第二时间继电器KT2的通电延时断开触点以及第一时间继电器KT1的线圈串联在直流电源DC的正负极之间；第一时间继电器KT1的通电延时闭合触点和电磁阀YV的线圈串联在直流电源DC的正负极之间；第二时间继电器KT2的线圈并联在电磁阀YV的线圈之间。
优选地，开关SA为旋钮开关，用于控制整个控制单元电路的电源通断；第一时间继电器KT1为通水间隔延时继电器，用于控制第二喷嘴520的喷水时间间隔；第二时间继电器KT2为通水时长延时继电器，用于控制第二喷嘴520的单次喷水时长；电磁阀YV为通水电磁阀控制线圈，用于控制空气喷射装置的水路的通断。
在实际运行过程中，当拉晶炉加热电源开启时，将开关SA旋至接通状态，第一时间继电器KT1开始计时，其中，第一时间继电器KT1的设定时间应为空气喷射装置将要堵塞前的时间，该时间与实际过程中的液环真空泵和空气喷射装置的尺寸及工作过程等有关，需要根据实际情况和先前的经验进行估计和设定。当第一时间继电器KT1的计时时间到达设定时间后，电磁阀YV的控制线圈通电，供液管510与第二喷嘴520连通，第二喷嘴520开始喷雾，同时第二时间继电器KT2开始计时，当第二时间继电器KT2计时到达其预设时间后，电磁阀YV的控制线圈停止通电，第二喷嘴520停止喷雾，同时第一时间继电器KT1通电，重新开始计时。按如上动作继续循坏执行。当开关SA被旋回至断开状态时，整个循环动作停止。
需要说明的是，第二喷嘴520在较大的供水量和较长的通水时间下可能会影响液环泵的运行状态，产生异常噪音。优选地，第二时间继电器KT2的设定时间为5s，即每次的喷雾时间持续5s。由于混合气体中的雾化液体具有很高的动能，会对容易发生堵塞的位置处的粉尘产生很大的撞击力，因此短时间的喷雾吹扫就可以有效地将粉尘吹走。进一步地，供液管510的供水速度为2-3L/min，因第二喷嘴520为雾化喷嘴，用水量很低。
此外，本实施例的空气喷射装置还包括基座60和固定支座70，第二喷嘴520安装在固定支座70上，且固定支座70竖向设置在基座60上。进一步地，装置本体10固定在基座60上，且第二喷嘴520与进气管40的入口具有相同的高度，以达到较好的喷射效果。
进一步地，固定支座70可以在基座60上平移，以方便地调节第二喷嘴520与进气管40的入口之间的距离，从而可以根据实际喷射需要使第二喷嘴520靠近或远离进气管40的入口，以达到更好地喷射和防堵塞效果。
本实施例的空气喷射装置应用于液环真空泵，该空气喷射装置在外界空气的输入口增加喷淋机构，产生的雾化液体可以对扩压器堵塞位置的粉尘产生撞击力，有效地改善堵塞状况，从而提高液环真空泵的抽气效能。此外，该空气喷射装置包括控制单元，该控制单元能够准确地捕捉到合理的时机执行喷雾吹扫动作，并实现自动控制。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种液环真空泵，该液环真空泵包括实施例一所述的空气喷射装置。
具体地，本实施例的液环真空泵主要包括入口总阀、空气喷射装置、液环真空泵本体和气水分离器。来自被抽系统(例如，单晶炉)的气体依次通过入口总阀、空气喷射装置、液环真空泵本体，然后进入气水分离器，最后排出。
该空气喷射装置还包括喷淋机构，喷淋机构设置在进气管的入口处，用于向进气管喷射雾化液体。空气喷射装置的工作过程在实施例一中已经进行了详细描述，这里不再赘述。而液环真空泵的其他部分，即入口总阀、液环真空泵本体和气水分离器的工作过程均为现有技术，这里不再详细描述。
本实施例的液环真空泵包括一种新型的空气喷射装置，该空气喷射装置在空气输入口增加喷淋机构，产生的雾化液体可以对扩压器堵塞位置的粉尘产生撞击力，可以有效地改善堵塞状况，从而提高液环真空泵的抽气效能。
实施例三
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种拉晶炉，所述拉晶炉设置有如实施例二所述的液环真空泵，其中，所述液环真空泵用于抽出拉晶炉内在拉晶过程中产生的烟尘。
本实施例的拉晶炉包括一种新型的液环真空泵，该液环真空泵包括空气喷射装置，该空气喷射装置在外界空气的输入口增加喷淋机构，产生的雾化液体可以对扩压器堵塞位置的粉尘产生撞击力，可以有效地改善堵塞状况，提高液环真空泵的抽气效能，从而防止产生的烟尘无法及时排出而逗留于炉腔内或者掉落于融化的液面中，影响产品的质量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，包括相互连接的装置本体(10)和扩压器(20)，其中，
所述装置本体(10)的内部包括吸入室(30)，所述装置本体(10)的侧壁开设有用于供炉内气体进入所述吸入室(30)的吸入口(110)和用于供炉内气体排出所述吸入室(30)的排出口(120)；所述装置本体(10)上还设置有用于供外界空气进入所述吸入室(30)的进气管(40)，所述进气管(40)位于所述吸入室(30)内的一端包括第一喷嘴(410)；所述扩压器(20)的一端连接所述排出口(120)，另一端与所述液环真空泵连通；
所述空气喷射装置还包括喷淋机构(50)，所述喷淋机构(50)设置在所述进气管(40)的入口处，用于向所述进气管(40)喷射雾化液体。
2.根据权利要求1所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述喷淋机构(50)包括供液管(510)以及连接至所述供液管(510)的第二喷嘴(520)，其中，所述供液管(510)外接至供液设备，所述第二喷嘴(520)朝向所述进气管(40)的入口设置。
3.根据权利要求2所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述供液管(510)的供液速度为2-3L/min。
4.根据权利要求2所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述喷淋机构(50)还包括控制单元(530)，所述控制单元(530)用于控制所述第二喷嘴(520)的打开和关闭。
5.根据权利要求4所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述控制单元(530)包括开关(SA)、第一时间继电器(KT1)、第二时间继电器(KT2)和电磁阀(YV)，其中，所述开关(SA)、所述第二时间继电器(KT2)的通电延时断开触点以及所述第一时间继电器(KT1)的线圈串联在直流电源(DC)的正负极之间；所述第一时间继电器(KT1)的通电延时闭合触点和所述电磁阀(YV)的线圈串联在所述直流电源(DC)的正负极之间；所述第二时间继电器(KT2)的线圈并联在所述电磁阀(YV)的线圈之间。
6.根据权利要求5所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述第一时间继电器(KT1)为通水间隔延时继电器，用于控制所述第二喷嘴(520)的喷水时间间隔；所述第二时间继电器(KT2)为通水时长延时继电器，用于控制所述第二喷嘴(520)的单次喷水时长。
7.根据权利要求1所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述空气喷射装置还包括基座(60)和固定支座(70)，所述第二喷嘴(520)安装在所述固定支座(70)上，且所述固定支座(70)竖向设置在所述基座(60)上。
8.根据权利要求7所述的用于液环真空泵的空气喷射装置，其特征在于，所述装置本体(10)固定在所述基座(60)上，且所述第二喷嘴(520)与所述进气管(40)的入口具有相同的高度。
9.一种液环真空泵，其特征在于，所述液环真空泵包括如权利要求1至8中任一项所述的空气喷射装置。
10.一种拉晶炉，其特征在于，所述拉晶炉包括如权利要求9所述的液环真空泵。
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