CN111354839A - 一种退火炉的加热控制方法及退火炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种退火炉的加热控制方法及退火炉。方法主要包括原热源和辅助热源共同加热控制反应室设定温度T0高于工艺温度T1、放入预热后的舟体、反应室抽真空、反应室通入工艺气体、恒温工艺、工艺结束等步骤，通过对原热源、辅助热源控制，实现反应室迅速升温，辅助热源补偿自然散热、炉门打开散热和工艺气体进入的热量补偿，反应室恒温能力更强，有利于提升工艺效果；辅助热源含低功率和额定功率两档，根据反应室的温度自动调节，在保证反应室温度恒定的同时有效节约能源。装置包括炉体、石英管、原热源、辅助热源以及温控装置，增加辅助热源，加热炉丝的加热功率降低，减少炉丝的使用量，降低炉丝的吸热，提升升温速率，提高能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池生产设备，尤其涉及一种退火炉的加热控制方法及退火炉。
背景技术
太阳能是自然界取之不尽用之不竭的清洁能源，光伏电池可以将太阳能转换成为电能，因此光伏电池片具有广泛的使用前景。在光伏电池的生产过程中，退火(及扩散)是光伏电池生产过程中的重要工序，反应室就是工艺的反应场所。退火不同于表面镀膜工艺(在PECVD反应室内进行)，退火工艺温度一般900℃，表面镀膜工艺温度一般450℃，退火对炉丝的温度要求更高，选择直径更大的炉丝，相同长度阻值更小来提升功率，这样消耗的炉丝比较多，也增加了升温过程中炉丝的吸热量。现有退火炉反应室的热量来源于炉丝的加热，普遍采用直径8mm的炉丝，因此炉丝量比较多，炉体比较重，同时在升温过程中炉丝吸热更多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种加热效率高、缩短工艺时间、有效节能的退火炉的加热控制方法及退火炉。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种退火炉的加热控制方法，所述退火炉具有原热源和辅助热源，所述原热源为设置在炉体内壁上的加热炉丝，所述辅助热源设置在炉体的反应室内，所述加热控制方法包括以下步骤：
S1、关闭炉门，启动原热源和辅助热源，共同对反应室进行加热，将温度迅速升至设定温度T0，所述设定温度T0高于反应室的工艺温度T1；
S2、停止原热源加热，打开炉门，调低辅助热源的加热功率，使其低于步骤S1中的额定功率，继续对反应室加热，补偿打开炉门的散热损失，将预热后的装有待工艺的舟体送至反应室内；
S3、关闭炉门，启动原热源加热，辅助热源恢复至额定功率加热，迅速将反应室内的温度升至工艺温度T1；
S4、停止原热源加热，调低辅助热源的加热功率继续加热，对反应室抽真空，确保反应室内温度维持在工艺温度T1；
S5、向反应室内通入工艺气体，辅助热源恢复至额定功率加热，对引入的气体进行气温补偿，达到工艺温度T1后，辅助热源根据反应室内的温度进行选择降低功率加热或者恢复额定功率加热，保证反应室内温度维持在工艺温度T1；
S6、辅助热源停止加热，向反应室内通入保护气体，打开炉门，移出工艺后的舟体，将预热后的待工艺的舟体送至反应室内；
S7、重复执行步骤S3至S6。
一种采用上述的加热控制方法的退火炉，包括炉体、石英管、原热源、辅助热源以及控制原热源和辅助热源的温控装置，所述原热源为螺旋缠绕在炉体内壁上的加热炉丝，所述石英管位于炉体内，所述炉体两端分别设有端盖和炉门，所述端盖、炉门和石英管围成的封闭区域构成反应室，所述辅助热源位于反应室内。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述辅助热源为多个圆弧形加热管，所述多个圆弧形加热管沿反应室轴向间隔布置，所述圆弧形加热管的开口朝下。
所述圆弧形加热管通过至少两根支撑条来安装，所述支撑条沿着反应室轴向设有多个卡槽，所述圆弧形加热管卡设于所述卡槽内，所述支撑条的两端分别固定在端盖和炉门上。
所述圆弧形加热管设有将热量聚向圆弧中心的聚光镜面。
各圆弧形加热管的正极接在一个灯管引线上，各圆弧形加热管的负极接在另一个灯管引线上。
所述圆弧形加热管包括管外套和加热丝，所述加热丝位于管外套内，所述聚光镜面位于管外套内。
所述辅助热源为多个环形加热管，所述多个环形加热管沿反应室轴向间隔布置，所述环形加热管设有将热量聚向圆弧中心的聚光镜面。
所述辅助热源为多个加热直管，所述多个加热直管沿反应室的内壁环形布置，每个加热直管背向反应室中心的表面设有聚光镜面。
所述炉体外壁上设有外热偶，所述反应室内设有内热偶，所述内热偶沿反应室轴向平行设置，所述内热偶与外热偶均与温控装置连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的退火炉的加热控制方法，在步骤S1中，原热源和辅助热源同时对反应室加热，迅速将室内温度增加是设定温度T0，设定温度T0高于反应室的工艺温度T1，这样高出来的温度差用于补偿后续打开炉门的热量损失，在后续即使打开炉门，室内温度依然能够保持接近工艺温度T1，从而提高了加热效率，缩短了加热时间，减少了工艺等待时间，提高了生产效率，同时也提高了舟体上的载片的受热均匀性与一致性，提高了载片工艺质量；再有，舟体在进入反应室前进行提前预热，这样将预热后的舟体送入反应室后，一方面基本不会带来较大的温度差，而需要温度补偿，另一方面，自身是热的舟体，不需要加大功率和加长时间来加热，便可达到与反应室内的工艺温度T1，极大的降低了能源，提高了加热效果，缩短了加热时间；通过对原热源、辅助热源控制，实现反应室迅速升温，辅助热源补偿自然散热、炉门打开散热和工艺气体进入的热量补偿，反应室恒温能力更强，有利于提升工艺效果；辅助热源含低功率和额定功率两档，根据反应室的温度自动调节，在保证反应室温度恒定的同时有效节约能源，节能环保。
(2)本发明的退火炉，在反应室内增加辅助热源，对反应室内的舟体近距离加热，同时炉体的内壁设有加热炉丝，共同对反应室加热，增加辅助热源，加热炉丝的加热功率降低，从而减少加热炉丝的使用量，降低炉丝的吸热，提升升温速率，提高能量利用率，从而实现产能的提升。
(3)本发明的退火炉，在加热管内设置聚光镜面，将加热管的热量集中聚向位于中心的舟体，加热利用高，提高加热效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的加热控制方法的流程图。
图2是本发明实施例1的退火炉的主视图。
图3是本发明实施例1的退火炉的右视图(打开炉门)。
图4是本发明实施例1中圆弧形加热管和支撑条的结构示意图。
图5是本发明实施例1中单个圆弧形加热管的结构示意图。
图6是本发明实施例1中圆弧形加热管的内部结构示意图。
图7是本发明实施例1中聚光镜面的工作原理图。
图8是本发明实施例2中圆弧形加热管和支撑条的结构示意图。
图9是本发明实施例2中圆弧形加热管的内部结构示意图。
图10是本发明实施例3中环形加热管和支撑条的结构示意图。
图11是本发明实施例4中环形加热管和支撑条的结构示意图。
图12是本发明实施例5的退火炉的主视图。
图13是本发明实施例5的退火炉的右视图(打开炉门)
图中各标号表示：
1、原热源；2、辅助热源；201、开口；202、聚光镜面；203、灯管引线；204、圆柱面；21、圆弧形加热管；211、管外套；212、加热丝；22、环形加热管；23、加热直管；3、炉体；31、炉门；32、端盖；4、反应室；5、舟体；6、石英管；7、支撑条；71、卡槽；81、外热偶；82、内热偶。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的退火炉的加热控制方法，该退火炉具有原热源1和辅助热源2，原热源1为设置在炉体3内壁上的加热炉丝，辅助热源2设置在炉体3的反应室4内，加热控制方法包括以下步骤：
S1、关闭炉门31，启动原热源1和辅助热源2，共同对反应室4进行加热，将温度迅速升至设定温度T0，设定温度T0高于反应室4的工艺温度T1；
S2、停止原热源1加热，打开炉门31，调低辅助热源2的加热功率，使其低于步骤S1中的额定功率，继续对反应室4加热，补偿打开炉门31的散热损失，将预热后的装有待工艺的舟体5送至反应室4内；
S3、关闭炉门31，启动原热源1加热，辅助热源2恢复至额定功率加热，迅速将反应室4内的温度升至工艺温度T1；
S4、停止原热源1加热，调低辅助热源2的加热功率继续加热，对反应室4抽真空，确保反应室4内温度维持在工艺温度T1；
S5、向反应室4内通入工艺气体，辅助热源2恢复至额定功率加热，对引入的气体进行气温补偿，达到工艺温度T1后，辅助热源2根据反应室4内的温度进行选择降低功率加热或者恢复额定功率加热，保证反应室4内温度维持在工艺温度T1。
S6、辅助热源2停止加热，向反应室4内通入保护气体，打开炉门31，移出工艺后的舟体5，将预热后的待工艺的舟体5送至反应室4内；
S7、重复执行步骤S3至S6。
本实施例的退火炉的加热控制方法，首先，在反应室4内增加辅助热源2，对反应室4内的舟体5近距离加热，同时炉体3的内壁设有加热炉丝，共同对反应室4加热，增加辅助热源2，加热炉丝的加热功率降低，从而减少加热炉丝的使用量(可以降低炉丝直径，现退火一般用直径8mm炉丝)，降低炉丝的吸热，提升升温速率，提高能量利用率，从而实现产能的提升。
进一步的，在步骤S1中，原热源1和辅助热源2同时对反应室4加热，迅速将室内温度增加是设定温度T0，设定温度T0高于反应室4的工艺温度T1，这样高出来的温度差用于补偿后续打开炉门31的热量损失，在后续即使打开炉门31，室内温度依然能够保持接近工艺温度T1，从而提高了加热效率，缩短了加热时间，减少了工艺等待时间，提高了生产效率，同时也提高了舟体5上的载片的受热均匀性与一致性，提高了载片工艺质量。再有，舟体5在进入反应室4前进行提前预热，这样将预热后的舟体5送入反应室4后，一方面基本不会带来较大的温度差，而需要温度补偿，另一方面，自身是热的舟体，不需要加大功率和加长时间来加热，便可达到与反应室4内的工艺温度T1，极大的降低了能源，提高了加热效果，缩短了缩短了加热时间。
通过对原热源1、辅助热源2控制，实现反应室4迅速升温，辅助热源2补偿自然散热、炉门31打开散热和工艺气体进入的热量补偿，反应室4恒温能力更强，有利于提升工艺效果。辅助热源2含低功率和额定功率两档，根据反应室4的温度自动调节，在保证反应室4温度恒定的同时有效节约能源，节能环保。
本实施例中，在步骤S1中，为了炉门31关闭，设置了检测炉门31关闭的程序，如果炉门31打开散热很快，难以达到设定温度T0。
如图2至图7所示，采用上述加热控制方法的退火炉，包括炉体3、石英管6、原热源1、辅助热源2以及控制原热源1和辅助热源2的温控装置，原热源1为螺旋缠绕在炉体3内壁上的加热炉丝，石英管6位于炉体3内，炉体3两端分别设有端盖32和炉门31，端盖32、炉门31和石英管6围成的封闭区域构成反应室4，辅助热源2位于反应室4内。
本实施例中，辅助热源2为11个圆弧形加热管21，圆弧形加热管21为红外加热管。11个圆弧形加热管21沿反应室4轴向间隔布置，圆弧形加热管21的开口201朝下。圆弧形加热管21通过6根支撑条7来安装，支撑条7沿着反应室4轴向设有多个卡槽71，圆弧形加热管21卡设于卡槽71内，支撑条7的两端分别固定在端盖32和炉门31上。使用时，先将炉门31打开，将靠近炉门31这端的支撑条7稳住，将预热后的舟体5穿过圆弧形加热管21放入反应室4内，圆弧形加热管21套在舟体5的外周然后关闭炉门31，关闭炉门31的同时将支撑条7固定在炉门31上。需要说明的是，圆弧形加热管21的数量不限定，具体根据反应室4的尺寸和舟体5的尺寸设计，在其他实施例中，也可以少于11个或者多于11个。支撑条7的数量也不限定，在其他实施例中可以是少于6条或者多余6条。
圆弧形加热管21的开口201朝下(开口201基本朝下，也可以是朝下或者斜向朝下)设置，反应室4的底部设有电极座(图中未示出)，舟体5要支承在电极座上，开口201的设置正是为了避免与电极座干涉。辅助热源2为圆弧形加热管21的这种结构，圆弧形加热管2可以在轴向上均布，还可以根据反应室4轴向温度要求，圆弧形加热管21沿轴向分布的疏密可以不同，温度要求高的部分布置密一些，温度要求低的部分布置疏一些，针对炉口加热管分布可以更加密，一方面补偿炉门31打开散热，另一方面工艺气体进入端，给工艺气体提前预热，便于对反应室内温度更加精准控制，提升工艺效果。通过放置加热管的疏密改变炉体不同温区的温度，有利于更好的控温，提升工艺效果。这一点作为下述实施例5中的直线型灯管无法在轴向方向精确控温。
本实施例中，圆弧形加热管21包括管外套211和加热丝212，加热丝212位于管外套211内，聚光镜面202位于管外套211内。圆弧形加热管21设有将热量聚向圆弧中心的聚光镜面202，如图7所示，聚光镜面202将热量聚向中心的焦点P位置，而舟体5设置在焦点P的位置，为了便于安装安装，将聚光镜面202位于管外套211内，将加热丝212的热量集中向舟体5，提高加热效率。需要说明的，在其他实施例中，聚光镜面202也可以设置在管外套211的外面，固定在支撑条7上。为了便于圆弧形加热管21的安装，圆弧形加热管21朝向石英管6内壁的面设置为圆柱面204，圆柱面204可与石英管6内壁面以面与面接触的方式贴合(圆弧形加热管21的截面具有直线段)，提高安装的稳定性。在这种结构的前提下，支撑条7位于圆弧形加热管21的内侧，即卡槽71朝外。
本实施例中，各圆弧形加热管21的正极接在一个灯管引线203上，各圆弧形加热管21的负极接在另一个灯管引线203上。各圆弧形加热管21之间为并联，加热功率大，加热效果更好。
本实施例中，炉体3外壁上设有外热偶81，反应室4内设有内热偶82，内热偶82沿反应室4轴向平行设置，内热偶82与外热偶81均与温控装置连接。外热偶81从热偶座沿半径方向插入炉体3内测量的是靠近石英管6外壁处的温度，而内热偶82是从炉门31插入，升入石英管6内部靠近舟体5下面的温度，更加接近反应室4的真实温度，两种方式可以任选其一，或者同时工作，但是主要其测温作用的是内热偶82，内热偶82是一条直线型，上面分布测温传感器，可以测量不同点的温度。
实施例2
如图8和图9所示，本实施例的退火炉与实施例1的不同之处在于：
本实施例中，支撑条7在圆弧形加热管21的外侧，卡槽71朝内，圆弧形加热管21的截面为圆形，没有实施例1中的圆柱面204。聚光镜面202也设置在管外套211内。
本实施例的退火炉也是采用实施例1的加热控制方法，其余未述之处与实施例1基本相同，此处不再赘述。
实施例3
如图10所示，本实施例的退火炉与实施例1的不同之处在于：
本实施例中，辅助热源2为10个封闭的环形加热管22，环形加热管22的结构与圆弧形加热管21的结构是一致的，仅为封闭与不封闭的区别。聚光镜面202也是设置在环形加热管22的管外套内。
其余未述之处与实施例1的退火炉结构相同，此处不再赘述。
实施例4
如图11所示，本实施例与实施例3的不同之处在于：
本实施例中，支撑条在环形加热管22的外侧，卡槽71朝内。
其余未述之处与实施例3的退火炉结构相同，此处不再赘述。
实施例5
如图12和图13所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：
本实施例中，辅助热源2为12个加热直管23，12个加热直管23沿反应室4的内壁环形布置，加热直管23为红外加热灯管。加热直管23两端分别安装在炉门31和端盖32上。
在具体应用实例中，加热直管23数量根据实际需要设置，可根据具体工艺需求情况可以选择正上下方或者左右边加上一根或者多根直线红外加热灯管，通常上、下面需要增加加热直管23，因为这两个位置加灯管有利于对载片加热的均匀性，和补偿舟体5下面舟体立柱和石墨块升温所需要的热量。每个加热直管23也可以设置向反应室4中心聚集热量的聚光镜面202。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种退火炉的加热控制方法，所述退火炉具有原热源(1)和辅助热源(2)，所述原热源(1)为设置在炉体(3)内壁上的加热炉丝，所述辅助热源(2)设置在炉体(3)的反应室(4)内，其特征在于，所述加热控制方法包括以下步骤：
S1、关闭炉门(31)，启动原热源(1)和辅助热源(2)，共同对反应室(4)进行加热，将温度迅速升至设定温度T0，所述设定温度T0高于反应室(4)的工艺温度T1；
S2、停止原热源(1)加热，打开炉门(31)，调低辅助热源(2)的加热功率，使其低于步骤S1中的额定功率，继续对反应室(4)加热，补偿打开炉门(31)的散热损失，将预热后的装有待工艺的舟体(5)送至反应室(4)内；
S3、关闭炉门(31)，启动原热源(1)加热，辅助热源(2)恢复至额定功率加热，迅速将反应室(4)内的温度升至工艺温度T1；
S4、停止原热源(1)加热，调低辅助热源(2)的加热功率继续加热，对反应室(4)抽真空，确保反应室(4)内温度维持在工艺温度T1；
S5、向反应室(4)内通入工艺气体，辅助热源(2)恢复至额定功率加热，对引入的气体进行气温补偿，达到工艺温度T1后，辅助热源(2)根据反应室(4)内的温度进行选择降低功率加热或者恢复额定功率加热，保证反应室(4)内温度维持在工艺温度T1；
S6、工艺结束，辅助热源(2)停止加热，向反应室(4)内通入保护气体，打开炉门(31)，移出工艺后的舟体(5)，将预热后的待工艺的舟体(5)送至反应室(4)内；
S7、重复执行步骤S3至S6。
2.一种采用权利要求1所述的加热控制方法的退火炉，其特征在于，包括炉体(3)、石英管(6)、原热源(1)、辅助热源(2)以及控制原热源(1)和辅助热源(2)的温控装置，所述原热源(1)为螺旋缠绕在炉体(3)内壁上的加热炉丝，所述石英管(6)位于炉体(3)内，所述炉体(3)两端分别设有端盖(32)和炉门(31)，所述端盖(32)、炉门(31)和石英管(6)围成的封闭区域构成反应室(4)，所述辅助热源(2)位于反应室(4)内。
3.根据权利要求2所述的退火炉，其特征在于，所述辅助热源(2)为多个圆弧形加热管(21)，所述多个圆弧形加热管(21)沿反应室(4)轴向间隔布置，所述圆弧形加热管(21)的开口(201)朝下。
4.根据权利要求3所述的退火炉，其特征在于，所述圆弧形加热管(21)通过至少两根支撑条(7)来安装，所述支撑条(7)沿着反应室(4)轴向设有多个卡槽(71)，所述圆弧形加热管(21)卡设于所述卡槽(71)内，所述支撑条(7)的两端分别固定在端盖(32)和炉门(31)上。
5.根据权利要求3所述的退火炉，其特征在于，所述圆弧形加热管(21)设有将热量聚向圆弧中心的聚光镜面(202)。
6.根据权利要求3所述的退火炉，其特征在于，各圆弧形加热管(21)的正极接在一个灯管引线(203)上，各圆弧形加热管(21)的负极接在另一个灯管引线(203)上。
7.根据权利要求3所述的退火炉，其特征在于，所述圆弧形加热管(21)包括管外套(211)和加热丝(212)，所述加热丝(212)位于管外套(211)内，所述聚光镜面(202)位于管外套(211)内。
8.根据权利要求2所述的退火炉，其特征在于，所述辅助热源(2)为多个环形加热管(22)，所述多个环形加热管(22)沿反应室(4)轴向间隔布置，所述环形加热管(22)设有将热量聚向圆弧中心的聚光镜面(202)。
9.根据权利要求2所述的退火炉，其特征在于，所述辅助热源(2)为多个加热直管(23)，所述多个加热直管(23)沿反应室(4)的内壁环形布置，每个加热直管(23)背向反应室(4)中心的表面设有聚光镜面(202)。
10.根据权利要求2至8任意一项所述的退火炉，其特征在于：所述炉体(3)外壁上设有外热偶(81)，所述反应室(4)内设有内热偶(82)，所述内热偶(82)沿反应室(4)轴向平行设置，所述内热偶(82)与外热偶(81)均与温控装置连接。
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