CN114703540A - 单晶炉热交换设备及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单晶炉热交换设备及其应用方法，涉及单晶炉冷却技术领域，包括：冷却水管、冷却气管、箱体和水箱，水箱用于与循环水排连通；冷却水管包括至少一个U型水管，用于循环水流通，U型水管的进水端与水箱连通，出水端与循环水排连通；在第一状态下，至少部分U型水管位于箱体外部用于插入与热交换设备连接的单晶炉的进料口中；在第二状态下，U型水管位于箱体中；冷却气管中的进气管用于插入单晶炉的第一预留口，出气管用于连接与单晶炉的主路管道；冷却气管的至少部分位于水箱中。采用水冷和气冷相结合的方式对单晶炉的腔体进行冷却，有效降低了单晶炉的停炉冷却时间，有利于提高单晶炉的单位时间产能。

Description

单晶炉热交换设备及其应用方法

技术领域

本申请涉及单晶炉冷却技术领域，更具体地，涉及一种单晶炉热交换设备及其应用方法。

背景技术

直拉硅单晶制备过程中，单晶炉热场处于高温状态中，拉晶完成后，需将热场温度降至300℃以下确保热场部件不受氧化再进行拆炉。但是单晶炉自然冷却的时间需要8-10小时方可进行拆炉工作，拆炉前提需要自行冷却较长时间，影响单晶炉的冷却效率。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种单晶炉热交换设备及其应用方法，采用水冷和气冷相结合的方式对单晶炉的腔体进行冷却，有效降低了单晶炉的停炉冷却时间，有利于提高单晶炉的单位时间产能。

第一方面，本申请提供一种单晶炉热交换设备，包括：冷却水管、冷却气管、箱体和水箱，所述冷却水管至少部分位于所述箱体中，所述水箱用于与循环水排连通；其中：

所述冷却水管包括至少一个沿所述第一方向延伸的U型水管，用于循环水流通，所述U型水管的至少部分位于所述箱体中，且所述U型水管的进水端与所述水箱连通，所述U型水管的出水端与所述循环水排连通；在第一状态下，至少部分所述U型水管位于所述箱体外部用于插入与所述热交换设备连接的单晶炉的进料口中；在第二状态下，所述U型水管位于所述箱体中；

所述冷却气管包括进气管和与所述进气管连接的出气管，所述进气管用于插入与所述热交换设备连接的单晶炉的第一预留口，所述出气管用于连接与所述热交换设备连接的单晶炉的主路管道；所述冷却气管的至少部分位于所述水箱中。

可选地，其中：

所述箱体还包括电机和位于所述箱体中的直线滑轨，所述直线滑轨沿所述第一方向延伸，所述直线滑轨分别与所述冷却水管和所述电机连接，所述电机用于驱动所述直线滑轨带动所述冷却水管沿所述第一方向移动。

可选地，其中：

所述进气管包括第一进气管和与所述第一进气管连接的第二进气管，所述出气管包括第一出气管和与所述第一出气管连接的第二出气管，其中，所述第一进气管和所述第二进气管可拆卸连接，所述第一出气管和所述第二出气管可拆卸连接；所述第一进气管和所述第一出气管连通，且所述第一进气管和所述第一出气管中的至少部分位于所述水箱中。

可选地，其中：

还包括第一球阀和第二球阀，所述第一进气管位于所述水箱外的一端通过所述第一球阀与所述第二进气管连接，所述第一出气管位于所述水箱外的一端通过所述第二球阀与所述第二出气管连接；在气冷阶段，所述第一球阀和所述第二球阀开启。

可选地，其中：

所述水箱位于所述箱体的上方，并与所述箱体固定。

可选地，其中：

所述U型水管的材料为耐高温金属材料，和/或，所述U型水管的外壁涂覆有黑色吸热材料。

可选地，其中：

所述热交换设备底部具有定位装置，用于与地面预设的定位销连接以固定所述热交换设备。

第二方面，本申请提供一种单晶炉热交换设备的应用方法，应用于本申请第一方面所提供的单晶炉热交换设备，所述应用方法包括：

将箱体与单晶炉的进料口连接并固定，将冷却气管中的进气管与单晶炉的连接并固定，将冷却气管中的出气管与单晶炉的主路管道连接并固定，将循环气管的一端与单晶炉的第二预留口连通并固定，将循环气管的另一端与三通换向阀的第一端连接并固定，所述三通换向阀的第二端和第三端分别连接所述单晶炉的主路管道，且所述第三端与排气口连接；

进入水冷阶段和/或气冷阶段，其中：

所述水冷阶段包括：将冷却水管中的至少部分U型水管移动至单晶炉的腔体中，开启水循环；

所述气冷阶段包括：

关闭进气管和出气管中的球阀，开启所述三通换向阀中的第三端，开启所述单晶炉的主路管道中的主球阀，对单晶炉的腔体进行抽真空；

向单晶炉中充入氩气，并在充入预定量的氩气后开启进气管和出气管中的球阀，关闭所述单晶炉的主路管道中的主球阀，开启三通换向阀中的第三端，将所述进气管和所述出气管中的空气排空；

将三通换向阀中的第三端关闭、第一端和第二端开启，利用冷却气管和循环气管进行单晶炉内的氩气循环。

可选地，其中：

在所述气冷阶段：

单晶炉内的高温气体经所述第一预留口进入所述进气管中，进气管中的气体经由水箱进行冷却后，冷却后的气体通过出气管传输至所述单晶炉的主路管道；其中，所述单晶炉的主路管道包括过滤罐；

进入所述单晶炉的主路管道的气体经所述过滤罐过滤后，通过所述三通换向阀将过滤后的氩气输送至所述循环气管中，并经由所述循环气管输送至所述单晶炉的腔体中。

可选地，其中：

所述将箱体与单晶炉的进料口连接并固定之前，还包括：将单晶炉热交换设备移动至待停炉冷却的单晶炉旁，将所述单晶炉热交换设备的定位装置与地面预设的定位销连接，以对所述单晶炉热交换设备进行固定；

在停炉冷却完成之后，还包括：将单晶炉热交换设备移动至下一个待停炉冷却的单晶炉旁。

与现有技术相比，本申请提供的单晶炉热交换设备及其应用方法，至少实现了如下的有益效果：

本申请所提供的单晶炉热交换设备及其应用方法中，通过冷却水管和冷却气管均能够对单晶炉腔体进行降温处理，在实际应用过程中，可通过冷却水管对单晶炉腔体进行水冷处理的同时，通过冷却气管对单晶炉腔体进行气冷处理，水冷处理和气冷处理同时进行的方式，增大了单晶炉腔体内单位时间的热交换量，因而有利于缩短单晶炉停炉冷却的时间，经验证，至少可以缩短4个小时左右的停炉冷却时间，有效提高了单晶炉的利用率及生产效率。

此外，本申请中采用同一个水箱对冷却水管中的循环水和冷却气管中的循环气体进行冷却，并且水箱通过一套循环水管连接循环水排。若冷却水管和冷却气管分别由不同的水箱进行冷却时，需要连接到两套不同的循环水排及循环水管，而由于前述循环水管中的一部分通常是固定在单晶炉旁不移动的，如此占用的空间的面积将翻倍。而本申请中，冷却水管和冷却气管的冷却均由同一个水箱进行，水箱通过一套水管与一个循环水排连接即可，有效减小了在单晶炉旁所占用的空间面积，因而有利于节省单晶炉周围的空间。

当然，实施本申请的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1所示为将本申请所提供的单晶炉热交换设备与单晶炉连接的一种结构示意图；

图2所示为本申请所提供的单晶炉热交换设备中U型水管在第一状态下的一种结构示意图；

图3所示为本申请所提供的单晶炉热交换设备中U型水管在第二状态下的一种结构示意图；

图4所示为本发明实施例所提供的水箱的一种结构示意图；

图5所示为本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备的应用方法的一种流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

目前在拆炉前，32寸热场需8h左右，36寸热场需停炉10h左右，也即单晶炉在自然冷却的状态下需要冷却8-10小时方可进行拆炉工作，拆炉前提需要自行冷却较长时间，影响单晶炉的单位时间产能。

为了解决上述技术问题，本申请提出了一种单晶炉热交换设备及其应用方法，以有效降低单晶炉的停炉冷却时间，提高单晶炉的单位时间产能。以下将结合附图和具体实施例进行详细说明。

图1所示为将本申请所提供的单晶炉热交换设备与单晶炉连接的一种结构示意图，图2所示为本申请所提供的单晶炉热交换设备中U型水管在第一状态下的一种结构示意图，图3所示为本申请所提供的单晶炉热交换设备中U型水管在第二状态下的一种结构示意图。需要说明的是，图1仅对单晶炉热交换设备与单晶炉的连接关系进行了示意，并未示出单晶炉热交换设备内部的详细结构。

请结合图1至图3，本申请所提供的一种单晶炉热交换设备，包括：冷却水管10、冷却气管20、箱体30和水箱40，冷却水管10至少部分位于箱体30中，水箱40用于与循环水排100连通；其中：冷却水管10包括至少一个沿第一方向X延伸的U型水管11，用于循环水流通，U型水管11的至少部分位于箱体30中，且U型水管11的进水端与水箱40连通，U型水管11的出水端与循环水排连通；在第一状态下，至少部分U型水管11位于箱体30外部用于插入与热交换设备连接的单晶炉90的进料口K0中(例如请参考图1和图2)；在第二状态下，U型水管11位于箱体30中(例如请参考图3)；冷却气管20包括进气管21和与进气管21连接的出气管22，进气管21用于插入与热交换设备连接的单晶炉90的第一预留口K1，出气管22用于连接与热交换设备连接的单晶炉90的主路管道92；冷却气管20的至少部分位于水箱40中。

可以理解的是，为了清楚的体现本申请所提供的单晶炉热交换设备与待冷却的单晶炉90的相对位置关系，图1示出了本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备与单晶炉90的一种连接示意图，但事实上，本申请所提供的单晶炉热交换设备是独立于单晶炉90存在的设备，当某一单晶炉90需要停炉冷却时，可根据实际需求将该单晶炉热交换设备移动至待停炉冷却的单晶炉90旁，并将该单晶炉热交换设备与单晶炉90进行连接，启动该单晶炉热交换设备，从而实现对单晶炉90的冷却降温操作。

本申请所提供的单晶炉热交换设备集成了水冷和气冷两种冷却路径，在对单晶炉90进行停炉冷却的过程中，水冷和气冷可同时作用于单晶炉90。具体而言，本申请所提供的单晶炉热交换设备包括冷却水管10，其中，冷却水管10的至少部分位于箱体30中，冷却水管10包括至少一个沿第一方向X延伸的U型水管11，用于循环水流通。在箱体30的外部设置有水箱40，水箱40中的水与循环水排100连通，通过循环水排100使得水箱40中形成流动的循环水。另外，冷却水管10分别与水箱40和循环水排100连通，使得水箱40中的凉水流入U型水管11中，U型水管11中的热水流入循环水排100，从而形成循环水。冷却水管10中的U型水管11具有两个状态，在第一状态下，至少部分U型水管11位于箱体30外部用于插入与热交换设备连接的单晶炉90的进料口K0中；在第二状态下，U型水管11位于箱体30中。可以理解的是，在第一状态下，将至少部分U型水管11插入单晶炉90的进料口K0后，此部分U型水管11将进入单晶炉90的腔体中。由于U型水管11中的水是不停的循环流动的，当单晶炉90腔体中的热量传导至U型水管11中后，此部分热量将使的U型水管11中的水温上升，温度上升的水将循环流动至单晶炉90外的循环水排100，如此相当于将单晶炉90腔体中的热量带出至单晶炉90之外，因而能够对单晶炉90的腔体起到冷却降温的作用。

除此之外，本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备中还引入了冷却气管20，冷却气管20中的进气管21与单晶炉90的第一预留口K1连接，出气管22与单晶炉90的主路管道92连接，如此可对单晶炉90中的气体进行循环。特别是，冷却气管20的至少部分是位于水箱40中的，通过水箱40中的循环水可对冷却气管20中的气体进行降温处理。在气冷阶段，单晶炉90腔体中的热气通过冷却气管20的进气口排出，在达到水箱40后，水箱40中的循环水将能够对此部分气体进行降温处理，降温处理后的气体经过主路管道92后再次送回至单晶炉90的腔体中，如此循环，不断地将热气排出单晶炉90外，使得单晶炉90腔体内的热量随之热气排出至单晶炉90之外，并将冷却的气体送回单晶炉90内，同样能够对单晶炉90内的腔体起到冷却降温的作用。

可见，本申请所提供的单晶炉热交换设备中，通过冷却水管10和冷却气管20均能够对单晶炉90腔体进行降温处理，在实际应用过程中，可同时通过冷却水管10对单晶炉90腔体进行水冷处理，通过冷却气管20对单晶炉90腔体进行气冷处理，水冷处理和气冷处理同时进行的方式，增大了单位时间内的热交换量，因而有利于缩短单晶炉90停炉冷却的时间，经验证，可以缩短4个小时左右的停炉冷却时间，有效提高了单晶炉90的利用率及生产效率。

另，本申请中采用同一个水箱对冷却水管中的循环水和冷却气管中的循环气体进行冷却，并且水箱可仅通过一套循环水管连接循环水排。若冷却水管和冷却气管分别由不同的水箱进行冷却时，需要连接到两套不同的循环水排及循环水管，而由于前述循环水管中的一部分通常是固定在单晶炉旁不移动的，如此占用的空间的面积将翻倍。而本申请中，冷却水管和冷却气管的冷却均由同一个水箱进行，水箱通过一套水管与一个循环水排连接即可，有效减小了在单晶炉旁所占用的空间面积，因而有利于节省单晶炉周围的空间。

此外，本申请所提供的单晶炉热交换设备与多种类型的单晶炉90均匹配，无需改变单晶炉90原有的结构，只需将本申请中的单晶炉热交换设备与单晶炉90原有的进料口K0、第一预留口K1、第二预留口K2、主路管道92进行固定连接，即可实现对单晶炉90的冷却操作。

需要说明的是，在利用本申请所提供的单晶炉热交换设备对单晶炉90进行冷却时，会将箱体30与单晶炉90的进料口K0位置固定，使得箱体30中的U型水管能够伸入单晶炉90的腔体中或者从单晶炉90的腔体中缩回。

在本申请的一些可选实施例中，继续结合图1至图3，箱体30还包括电机12和位于箱体30中的直线滑轨13，直线滑轨13沿第一方向X延伸，直线滑轨13分别与冷却水管10和电机12连接，电机12用于驱动直线滑轨13带动冷却水管10沿第一方向X移动。

具体而言，本申请实施例在箱体30中引入的电机12和直线滑轨13，可选地，直线滑轨13的延伸方向与U型水管11的延伸方向相同，本实施例中均体现为第一方向X。在对单晶炉90冷却处理时，利用电机12驱动直线滑轨13带动冷却水管10沿第一方向X向靠近单晶炉90的一侧移动，使冷却水管10中的U型水管11插入与冷却设备连接的单晶炉90的进料口K0中，利用U型水管11中的循环水可对单晶炉90进行有效的冷却降温处理。在对单晶炉90进行冷却处理完毕后，利用电机12驱动直线滑轨13带动冷却水管10中的U型水管11沿第一方向X向远离单晶炉90的一侧移动，使得U型水管11缩回至密封箱内部，即，将U型水管11收纳于单晶炉热交换设备的密封箱内部，便于操作，易于收纳。在一种实施例中，本实施例提供的单晶炉90冷却设备可全程通过电机12实现冷却水管10的伸出和缩回，自动化设计无需工作人员手动操作，更加便于操作。

在本申请的一些可选实施例中，继续参考图1，本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备中，进气管21包括第一进气管211和与第一进气管211连接的第二进气管212，出气管22包括第一出气管221和与第一出气管221连接的第二出气管222，其中，第一进气管211和第二进气管212可拆卸连接，第一出气管221和第二出气管222可拆卸连接，第一进气管211和第一出气管221连通，且第一进气管211和第一出气管221中的至少部分位于水箱40中。

具体而言，本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备中，冷却气管20中的进气管21和出气管22均分为两部分，进气管21所包含的第一进气管211和第二进气管212可拆卸连接，出气管22所包含的第一出气管221和第二出气管222可拆卸连接，可选地，第一进气管211的长度小于第二进气管212的长度，第一出气管221的长度小于第二出气管222的长度，第一进气管211和第一出气管221除部分位于水箱40中外，位于水箱40外的部分的长度能分别实现与第二进气管212和第二出气管222的连接即可，第二进气管212的长度需要保证能够实现第一进气管211与单晶炉90的第一预留口K1的连接即可，第二出气管222的长度需要保证能够实现第一出气管221与单晶炉90的主路管道92的连接即可。可选地，第二进气管212和第二出气管222的材质为柔性材料。当单晶炉热交换设备不对单晶炉90进行冷却操作时，可将长度较大的第二进气管212从第一进气管211上拆下来，将长度较大的第二出气管222从第一出气管221上拆下来，将第二进气管212和第二出气管222卷绕后进行收纳，仅保留长度较短的第一进气管211和第一出气管221即可，如此有利于避免在不使用单晶炉热交换设备时冷却气管20受到磨损，因而有利于提升冷却气管20的使用寿命。

继续参考图1，在本申请的一些可选实施例中，还包括第一球阀F1和第二球阀F2，第一进气管211位于水箱40外的一端通过第一球阀F1与第二进气管212连接，第一出气管221位于水箱40外的一端通过第二球阀F2与第二出气管222连接；在气冷阶段，第一球阀F1和第二球阀F2开启。

具体而言，本申请实施例在第一进气管211裸露于水箱40外的一端设置第一球阀F1，并在第一出气管221裸露于水箱40外的一端设置第二球阀F2，在利用热交换设备对单晶炉90进行冷却前，可通过第一球阀F1将第二进气管212与第一进气管211固定，并通过第二球阀F2将第二出气管222与第一出气管221固定，通过球阀进行连接的方式，既有利于提升第一进气管211与第二进气管212之间，以及第一出气管221与第二出气管222之间的连接可靠性，还可控制相连接的进气管21之间的连通情况。当将第二进气管212与第一进气管211连接、并将第二出气管222与第二出气管222连接后，在无需进行气循环或排气时，第一球阀F1和第二球阀F2处于关闭的状态；当进入气冷阶段时，开启第一球阀F1和第二球阀F2，使第二进气管212与第一进气管211连通，并使第二出气管222与第一出气管221连通即可。

请结合图1至图3，在本申请的一些可选实施例中，水箱40位于箱体30的上方，并与箱体30固定。

可选地，水箱40与箱体30之间可采用螺纹连接的方式进行固定，在本申请的一些其他实施例中，还可采用其他可行的方式进行固定，本申请对此不进行具体限定。

本申请所提供的单晶炉热交换设备中，将水箱40设置在箱体30的上方，使得水箱40在水平方向占用的空间与箱体30在水平方向占用的空间复用，使得单晶炉热交换设备的整体的集成度更高，在移动单晶炉热交换设备时，可同时实现对箱体30与水箱40的移动，避免对两者单独移动时带来的操作难度与操作复杂度。

继续参考图1至图3，在本申请的一些可选实施例中，U型水管11的材料为耐高温金属材料，和/或，U型水管11的外壁涂覆有黑色吸热材料。

具体而言，在水冷阶段，冷却水管10中的U型水管11将通过单晶炉90的进料口K0延伸至单晶炉90腔体中，由于单晶炉90腔体中的温度很高，本申请将U型水管11的材料设置为耐高温的金属材料时，有利于避免单晶炉90内的高温对U型水管11的损伤，从而有利于保证U型水管11传导热量的可靠性。当采用金属材料作为U型水管11时，金属材料具备较佳的导热性能，能够将单晶炉90内的高温传导至U型水管11内的循环水中，进而由循环水将单晶炉90内的热量传导至单晶炉90外，U型水管11的导热性能越好，越有利于提升U型水管11的热传导效率，减低单晶炉90的停炉冷却时间。

可选地，U型水管11所采用的耐高温金属材料可选为不锈钢材料，进一步可选为316l不锈钢材料。当然，在本申请的一些其他实施例中，U型水管11还可选用其他可行的耐高温金属材料。

继续参考图1至图3，在本申请的一些可选实施例中，U型水管11的外壁涂覆有黑色吸热材料。可选地，黑色吸热材料例如为有机硅耐高温漆等材料。

当在U型水管11的外壁涂覆黑色吸热材料时，有效提升了U型水管11的吸热性能，即有利于提升U型水管11在单位时间内吸收的热量，加快热传导速率，降低单晶炉90的停炉冷却时间。

可选地，在U型水管11的外壁涂覆的黑色吸热材料例如可通过在U型水管11的外壁喷漆的方式实现，或者还可对U型水管11的外壁进行发黑处理，均可有效提升U型水管11的吸热性能。

可选地，请结合图1至图3，箱体30内还包括水管定位棒16、出水管17和进水管18，水管定位棒16包括第一水管定位棒161和第二水管定位棒162；其中，出水管17缠绕在第一水管定位棒161上，进水管18缠绕在第二水管定位棒162上。当U型水管11插入单晶炉90内部时，U型水管11向靠近单晶炉90的一侧移动，此时会带动出水管17和进水管18从水管定位棒16脱离，保证水管的长度，而当U型水管11收回至箱体30的内部时，U型水管11向远离单晶炉90的一侧移动，此时会带动出水管17和进水管18分别缠绕在第一水管定位棒161和第二水管定位棒162上，便于出水管17和进水管18收纳，避免出水管17和进水管18在密封箱20内部互相缠绕，影响U型水管11的水循环。

可选地，继续结合图1至图3，单晶炉热交换设备中的箱体30包括顶板71和底板72，以及设置于顶板71和底板72之间的子箱体31，其中，U型水管11位于子箱体31中，顶板71位于子箱体31的上方，底板72位于子箱体31的下方，底板72用于承接放置子箱体31。顶板71和子箱体31通过升降器件70连接，利用升降器件70可以使得子箱体31沿竖直方向向靠近或者远离顶板71的一侧移动，调节子箱体31的位置，确保U型水管11可以与单晶炉的进料口的位置对应，使得后续U型水管11可以顺利插入单晶炉内部。可选地，升降器件70可以为千斤顶，但并不限制于此，其他可以带动子箱体移动的器件也属于本申请的保护范围。

图4所示为本发明实施例所提供的水箱的一种结构示意图，请结合图1至图4，可选地，第一进气管211和第一出气管221中的部分设置在水箱40中，在水箱外裸露的部分分别用于与第二进气管212和第二出气管222连接。可选地，水箱还包括进水口41和出水口42，其中，进水口41用于与循环水排的出水管路101连接，循环水排100通过出水管路101向水箱40供水。水箱40的出水口42用于与箱体30中的进水管18连通，用于将水箱40中的凉水通过进水管18提供至U型水管11。箱体30中的出水管17与循环水排100的进水管路102连接，用于通过进水管路102将U型水管11的热水排出至循环水排100。在水冷过程中，水由循环水排100出水管路101流入水箱40，通过水箱40的出水口42进入箱体30中的进水管18和U型水管11，然后通过出水管17流回至循环水排100，如此实现了冷却水循环。

可以理解的是，图4实施例仅示出了冷却气管20在水箱中的部分的一种形态，并不对其实际形态进行限定。可选地，冷却气管20在水箱中的部分还可呈环形管道设置，以增大冷却水管与水箱中的水的接触面积，进而有利于增大换热面积，提高气冷阶段的冷却效率。

可选地，本申请提及的循环水排100例如可体现为体积较大的蓄水罐，即使U型水管11中的热水排入循环水排100中，也对循环水排100中的水的温度影响不大，因而不会对本申请中单晶炉热交换设备的冷却效果造成影响。

可选地，水箱40的进水口41位于水箱的下方，出水口42位于水箱的上方，从而实现从水箱40的下方进水，上方出水。若将出水口42设置于水箱的下方，进水口41设置于水箱的上方，则可能出现水箱无法蓄满水的情形。本申请将水箱的进水口41设置在下方，出水口42设置在上方的方式，能够确保将水箱40中的水蓄满，从而满足水冷和气冷的使用需求。

还需说明的是，连接循环水排与水箱之间的水管分为两部分，一部分是固定在单晶炉旁边不移动的，另一部分是与水箱连接可随水箱移动的，在对单晶炉停炉冷却时，可将上述两部分水管通过连接件相连。若冷却水管和冷却气管分别由不同的水箱进行冷却时，需要连接到两套不同的循环水排及循环水管，而由于前述水管中的一部分是固定在单晶炉旁不移动的，如此占用的空间的面积将翻倍。而本申请中，冷却水管和冷却气管的冷却均由同一个水箱进行，水箱通过一套循环水管与一个循环水排连接即可，有效减小了在单晶炉旁所占用的空间面积。

在本申请的一些可选实施例中，热交换设备底部具有定位装置，用于与地面预设的定位销连接以固定热交换设备。

具体而言，当无需对单晶炉90设备进行冷却时，本申请中的热交换设备放置在专属位置，当需要对单晶炉90设备进行冷却时，再将热交换设备移动至待停炉冷却的单晶炉90旁边。当将热交换设备移动至单晶炉90旁时，可通过热交换设备底部的定位装置与单晶炉90旁地面上预设的定位销进行连接，以对热交换设备进行固定，避免热交换设备发生移动而影响单晶炉90的冷却操作。

需要说明的是，地面预设的定位销还可以用于固定外置的加料设备，用于对单晶炉进行加料操作。

可选地，当移动单晶炉热交换设备时，可采用叉车等外部工具进行辅助移动，当然，还可在单晶炉热交换设备的下方设置移动轮，例如图3所示在热交换设备下方设置了滚轮14，如此，将单晶炉热交换设备推至单晶炉90旁即可，本申请对此不进行具体限定。

基于同一发明构思，本申请还提供一种单晶炉热交换设备的应用方法，应用于本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备，图5所示为本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备的应用方法的一种流程图，请结合图1至图5，本申请中单晶炉热交换设备的应用方法包括：

将单晶炉热交换设备与单晶炉90固定，具体为：将箱体30与单晶炉90的进料口K0连接并固定，将冷却气管20中的进气管21与单晶炉90的第一预留口K1连接并固定，将冷却气管20中的出气管22与单晶炉90的主路管道92连接并固定，将循环管路50的一端与单晶炉90的第二预留口K2连通并固定，将循环气管的另一端与三通换向阀60的第一端61连接并固定，三通换向阀60的第二端62和第三端63分别连接单晶炉90的主路管道92，且第三端63与排气口A连接；

进入水冷阶段和/或气冷阶段，其中：

水冷阶段包括：将冷却水管10中的至少部分U型水管11移动至单晶炉90的腔体中，开启水循环；

气冷阶段包括：

关闭进气管21和出气管22中的球阀(即前文提及的第一球阀F1和第二球阀F2)，开启三通换向阀60中的第三端63，开启单晶炉90的主路管道92中的主球阀91，对单晶炉90的腔体进行抽真空；

向单晶炉90中充入氩气，并在充入预定量的氩气后开启进气管21和出气管22中的球阀，关闭单晶炉90的主路管道92中的主球阀91，开启三通换向阀60中的第三端63，将进气管21和出气管22中的空气排空；

将三通换向阀60中的第三端63关闭、第一端61和第二端62开启，利用冷却气管20和循环气管进行单晶炉90内的氩气循环。

可以理解的是，本申请采用单晶炉热交换设备对单晶炉进行降温冷却的过程是在单晶炉拉晶完成之后进行的。

为更清楚地理解本申请中单晶炉热交换设备对单晶炉90的冷却过程，以下先对单晶炉90的结构进行简单介绍。

请结合图1，单晶炉90除包括腔体外，还包括主路管道92和循环管道，主路管道92通过主球阀91与单晶炉90的炉底连接，进而连接到单晶炉90腔体中。主路管道92上设置三通阀，三通阀的第一端Q1和第二端Q2分别连接主路管道92和过滤罐80，第三端Q3用于与冷却水管10中的出气管22连接，具体为与冷却水管10中的第二出气管222连接，在无需进行停炉冷却时，上述三通阀的第三端Q3为闭合状态。过滤罐80通过泵70连接到自动三通换向阀60，自动三通换向阀60的第一端61通过循环管道连接到单晶炉90炉盖上的第二预留口K2，第二端62与泵70连接，第三端63连接到排气口A。

具体而言，本申请实施例所提供的单晶炉热交换设备在单晶炉90停炉冷却时使用。当单晶炉90停炉冷却时，将本申请中的单晶炉热交换设备移动至待冷却的单晶炉90旁，可选地，将热交换设备与地面预设的定位销连接。然后将热交换设备的箱体30与单晶炉90的进料口K0连接并固定，若冷却气管20中的进气管21和出气管22均为分体式的结构，还需将第一进气管211与第二进气管212连接并固定，将第一出气管221与第二出气管222连接并固定，并且将第二进气管212与单晶炉90的第一预留口K1连接并固定，将第二出气管222与单晶炉90的主路管道92上的三通阀Q连接并固定。另外，将水箱40与循环水排100连接，使得水箱40和冷却水管10中都形成循环水。至此，完成了单晶炉热交换设备的冷却准备工作。

在完成准备工作后，可利用单晶炉热交换设备进入水冷阶段和/或气冷阶段，当水冷阶段和气冷阶段同时开启时，更加有利于减少单晶炉停炉冷却的时间，提高单晶炉90的利用率及生产效率。

在水冷阶段，将箱体30中的至少部分U型水管11移动至单晶炉90的腔体中，通过U型水管11中的循环水将单晶炉90腔体中的热量源源不断地传导至单晶炉90外，通过循环水进行散热。可选地，在实际应用过程中，可先启动冷却水管10工作，对单晶炉90的腔体进行冷却。当然，也可水冷与气冷同时进行，本申请对此不进行具体限定。

在气冷阶段，关闭进气管21和出气管22对应的第一球阀F1和第二球阀F2，开启三通换向阀60中的第三端63，即与排气口A连接的一端，开球单晶炉90的主路管道92中的主球阀91，通过泵70对单晶炉90的腔体进行抽真空处理，将腔体内的空气排空。

在将单晶炉90的腔体内的空气排空后，向单晶炉90中充入氩气，当然还可充入其他的惰性气体，本申请对此不进行具体限定，充氩气的量可根据单晶炉90腔体的大小和充气时间的确定，保证氩气的量能够在气冷阶段形成循环即可。在充入预定量的氩气后开启进气管21和出气管22中的球阀，关闭单晶炉90的主路管道92中的主球阀91，开启三通换向阀60中的第三端63，如此可将进气管21和出气管22中的空气排空，使得整个气循环管路50中均为氩气。

然后将三通换向阀60中的第三端63关闭，即将排气口关闭，并将第一端61和第二端62开启，如此，经出气管22进入主路管道92中的氩气可通过三通换向阀60进入循环管路50，再由循环管路50进入单晶炉90的腔体中，如此，氩气在单晶炉90和冷却气管20中实现了循环，至此进入气冷阶段。

由于冷却气管20中的进气管21和出气管22中的一部分均设置在水箱40中，气管中循环的氩气在达到水箱40位置时，水箱40中的水能够对此部分氩气起到降温冷却的作用，仅降温后的氩气再次循环至单晶炉90的腔体中，将单晶炉90腔体中的热量源源不断的带出单晶炉90的腔体之外。在开始执行气冷阶段后，水冷阶段也同时进行着，此时水冷和气冷同时作用于单晶炉90，单晶炉90中的热量由U型水管11中的循环水和冷却气管20中的循环氩气源源不断地传导至单晶炉90的腔体之外，有效增大了单位时间内的热交换量，因而有利于缩短单晶炉90的停炉冷却时间，经验证，可以缩短4个小时左右的停炉冷却时间，有效提高了单晶炉90的利用率及生产效率。

需要说明的是，本申请实施例中的水冷阶段和气冷阶段可同时开启，也可先开启水冷，再开启气冷，或者，先开启气冷再开始水冷，本申请对此不进行具体限定。例如，当单晶炉内刚拉晶完成，内部的废气还未完全排空时，可仅先开启水冷阶段对单晶炉进行冷却，在可以进行气冷时再加入气冷对单晶炉进行冷却。再例如，若单晶炉内的晶棒过长，采用气冷可能会出现氧化的情况时，可仅利用水冷的方式对单晶炉进行降温冷却。

在本申请的一些可选实施例中，在气冷阶段：

单晶炉90内的高温气体经第一预留口K1进入进气管21中，进气管21中的气体经由水箱40进行冷却后，冷却后的气体通过出气管22传输至单晶炉90的主路管道92；其中，单晶炉90的主路管道92包括过滤罐80；进入单晶炉90的主路管道92的气体经过滤罐80过滤后，通过三通换向阀60将过滤后的氩气输送至循环气管中，并经由循环气管输送至单晶炉90的腔体中。

可选地，进气管21包括至少部分位于水箱40中的第一进气管211以及通过第一球阀F1与第一进气管211连接的第二进气管212，出气管22包括至少部分位于水箱40中的第一出气管221以及通过第二球阀F2与第一出气管221连接的第二出气管222，其中，直接与单晶炉90炉底的第一预留口K1连接的为第二进气管212，直接与单晶炉90的主路管道92连接的为第二出气管222。在气冷阶段，单晶炉90腔体内的受热的氩气将通过第二进气管212循环至位于水箱40中的第一进气管211和第一出气管221中，在水箱40中得以降温冷却，通过第二出气管222循环至单晶炉90的主路管道92中的过滤罐80中。从单晶炉90中循环出来的气体除氩气外，可能还会包含一些氧化性气体等杂质气体，此部分杂质气体在经过过滤罐80后将会被过滤罐80过滤掉，经过滤罐80输出的气体将仅有氩气，经过滤后的氩气通过三通换向阀60和循环管路50后再次流入单晶炉90的腔体中。进入单晶炉90腔体中的气体为经冷却的气体，此部分气体能够吸收单晶炉90的腔体中的热量后再次通过第二进气管212流入水箱40中进行冷却。如此循环，单晶炉90的腔体内气体吸收热量排出后，经水箱40冷却再次充入单晶炉90的腔体中，从而将单晶炉90腔体内的热量源源不断地导出，因而有利于提升单晶炉90停炉冷却的效率。

可选地，本申请所提供的单晶炉热交换设备的应用方法中，将箱体30与单晶炉90的进料口K0连接并固定之前，还包括：将单晶炉热交换设备移动至待停炉冷却的单晶炉旁，将单晶炉热交换设备的定位装置与地面预设的定位销连接，以对单晶炉热交换设备进行固定；

在停炉冷却完成之后，还包括：将单晶炉热交换设备移动至下一个待停炉冷却的单晶炉旁。

具体而言，本申请将单晶炉热交换设备移动至单晶炉旁，在对单晶炉进行冷却之前，还包括将单晶炉热交换设备进行固定的步骤，即，将单晶炉热交换设备的定位装置与单晶炉旁地面上预设的定位销进行连接，避免单晶炉热交换设备相对于单晶炉发生位移而影响单晶炉热交换设备与单晶炉的进料口之间的固定可靠性，进而有利于避免对单晶炉的冷却过程造成影响。

另外，在停炉冷却完成之后，可将单晶炉热交换设备从单晶炉上拆下，并解除将单晶炉热交换设备与地面的定位销的连接，然后将单晶炉移动至下一个待停炉冷却的单晶炉旁，等待对待停炉冷却的单晶炉进行降温冷却。本申请中的单晶炉热交换设备适用于多种型号的单晶炉的停炉冷却，具备较佳的通用性。

综上，本申请提供的单晶炉热交换设备及其应用方法，至少实现了如下的有益效果：

本申请所提供的单晶炉热交换设备及其应用方法中，通过冷却水管和冷却气管均能够对单晶炉腔体进行降温处理，在实际应用过程中，可通过冷却水管对单晶炉腔体进行水冷处理的同时，通过冷却气管对单晶炉腔体进行气冷处理，水冷处理和气冷处理同时进行的方式，增大了单晶炉腔体内单位时间的热交换量，因而有利于缩短单晶炉停炉冷却的时间，经验证，至少可以缩短4个小时左右的停炉冷却时间，有效提高了单晶炉的利用率及生产效率。

此外，本申请中采用同一个水箱对冷却水管中的循环水和冷却气管中的循环气体进行冷却，并且水箱通过一套循环水管连接循环水排。若冷却水管和冷却气管分别由不同的水箱进行冷却时，需要连接到两套不同的循环水排及循环水管，而由于前述循环水管中的一部分通常是固定在单晶炉旁不移动的，如此占用的空间的面积将翻倍。而本申请中，冷却水管和冷却气管的冷却均由同一个水箱进行，水箱通过一套水管与一个循环水排连接即可，有效减小了在单晶炉旁所占用的空间面积，因而有利于节省单晶炉周围的空间。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种单晶炉热交换设备，其特征在于，包括：冷却水管、冷却气管、箱体和水箱，所述冷却水管至少部分位于所述箱体中，所述水箱用于与循环水排连通；其中：

所述冷却水管包括至少一个沿所述第一方向延伸的U型水管，用于循环水流通，所述U型水管的至少部分位于所述箱体中，且所述U型水管的进水端与所述水箱连通，所述U型水管的出水端与所述循环水排连通；在第一状态下，至少部分所述U型水管位于所述箱体外部用于插入与所述热交换设备连接的单晶炉的进料口中；在第二状态下，所述U型水管位于所述箱体中；

所述冷却气管包括进气管和与所述进气管连接的出气管，所述进气管用于插入与所述热交换设备连接的单晶炉的第一预留口，所述出气管用于连接与所述热交换设备连接的单晶炉的主路管道；所述冷却气管的至少部分位于所述水箱中。

2.根据权利要求1所述的单晶炉热交换设备，其特征在于，所述箱体还包括电机和位于所述箱体中的直线滑轨，所述直线滑轨沿所述第一方向延伸，所述直线滑轨分别与所述冷却水管和所述电机连接，所述电机用于驱动所述直线滑轨带动所述冷却水管沿所述第一方向移动。

3.根据权利要求1所述的单晶炉热交换设备，其特征在于，所述进气管包括第一进气管和与所述第一进气管连接的第二进气管，所述出气管包括第一出气管和与所述第一出气管连接的第二出气管，其中，所述第一进气管和所述第二进气管可拆卸连接，所述第一出气管和所述第二出气管可拆卸连接；所述第一进气管和所述第一出气管连通，且所述第一进气管和所述第一出气管中的至少部分位于所述水箱中。

4.根据权利要求3所述的单晶炉热交换设备，其特征在于，还包括第一球阀和第二球阀，所述第一进气管位于所述水箱外的一端通过所述第一球阀与所述第二进气管连接，所述第一出气管位于所述水箱外的一端通过所述第二球阀与所述第二出气管连接；在气冷阶段，所述第一球阀和所述第二球阀开启。

5.根据权利要求1所述的单晶炉热交换设备，其特征在于，所述水箱位于所述箱体的上方，并与所述箱体固定。

6.根据权利要求1所述的单晶炉热交换设备，其特征在于，所述U型水管的材料为耐高温金属材料，和/或，所述U型水管的外壁涂覆有黑色吸热材料。

7.根据权利要求1所述的单晶炉热交换设备，其特征在于，所述热交换设备底部具有定位装置，用于与地面预设的定位销连接以固定所述热交换设备。

8.一种单晶炉热交换设备的应用方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一所述的单晶炉热交换设备，所述应用方法包括：

将箱体与单晶炉的进料口连接并固定，将冷却气管中的进气管与单晶炉的连接并固定，将冷却气管中的出气管与单晶炉的主路管道连接并固定，将循环气管的一端与单晶炉的第二预留口连通并固定，将循环气管的另一端与三通换向阀的第一端连接并固定，所述三通换向阀的第二端和第三端分别连接所述单晶炉的主路管道，且所述第三端与排气口连接；

进入水冷阶段和/或气冷阶段，其中：

所述水冷阶段包括：将冷却水管中的至少部分U型水管移动至单晶炉的腔体中，开启水循环；

所述气冷阶段包括：

关闭进气管和出气管中的球阀，开启所述三通换向阀中的第三端，开启所述单晶炉的主路管道中的主球阀，对单晶炉的腔体进行抽真空；

向单晶炉中充入氩气，并在充入预定量的氩气后开启进气管和出气管中的球阀，关闭所述单晶炉的主路管道中的主球阀，开启三通换向阀中的第三端，将所述进气管和所述出气管中的空气排空；

将三通换向阀中的第三端关闭、第一端和第二端开启，利用冷却气管和循环气管进行单晶炉内的氩气循环。

9.根据权利要求8所述的单晶炉热交换设备的应用方法，其特征在于，在所述气冷阶段：

单晶炉内的高温气体经所述第一预留口进入所述进气管中，进气管中的气体经由水箱进行冷却后，冷却后的气体通过出气管传输至所述单晶炉的主路管道；其中，所述单晶炉的主路管道包括过滤罐；

进入所述单晶炉的主路管道的气体经所述过滤罐过滤后，通过所述三通换向阀将过滤后的氩气输送至所述循环气管中，并经由所述循环气管输送至所述单晶炉的腔体中。

10.根据权利要求8所述的单晶炉热交换设备的应用方法，其特征在于，

所述将箱体与单晶炉的进料口连接并固定之前，还包括：将单晶炉热交换设备移动至待停炉冷却的单晶炉旁，将所述单晶炉热交换设备的定位装置与地面预设的定位销连接，以对所述单晶炉热交换设备进行固定；

在停炉冷却完成之后，还包括：将单晶炉热交换设备移动至下一个待停炉冷却的单晶炉旁。

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