CN114808145B - 一种快速降温的单晶炉底盘及其使用方法 - Google Patents
一种快速降温的单晶炉底盘及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及单晶炉部件领域，具体公开了一种快速降温的单晶炉底盘及其降温方法，水罩板内形成由底盘主体外圈向中心方向螺旋设置的第一降温通道；水罩板外围设有连通第一降温通道的进水口，坩埚法兰外侧侧壁设有向下螺旋延伸的第二降温通道，坩埚法兰上外侧壁设有连通第一降温通道和第二降温通道的中间开口，坩埚法兰的下外侧壁设有连通第二降温通道的出水口；第一降温通道沿其螺旋方向分布有分水件，分水件包括连接底盘主体和水罩板的柱体，可转动套设于柱体外的旋转球、沿旋转球外周向分布的弧形板；弧形板下凹处连接旋转球侧壁，且弧形板开口朝向旋转球外；延长水与底盘的接触时间，能够对底盘进行充分的无死角冷却。
Description
技术领域
本发明涉及单晶炉部件领域，尤其是涉及一种快速降温的单晶炉底盘及其使用方法。
背景技术
单晶炉底盘上安装电极，给加热器提供电源，中部有一个通孔，用来安装石墨托杆，和下轴相连，可以提供升降和旋转。
现有的单晶炉冷却方法是水冷处理，即用水冲洗单晶炉的外的外壁，实现单晶炉的冷却。
目前单晶炉底盘存在缺点：
1、单晶炉底盘没有独立的冷却装置，无法实现底盘的独立冷却；
2、无法延长水与底盘的接触时间，无法保证冷却效果；
3、无法保证水流能够对底盘进行充分的无死角冷却；
4、水在冲洗过程中，水的温度升高快，无法保证降温效果；
5、冲洗需要大量的水，水资源浪费严重；
6、无法对底盘上的所有部件均进行充分降温。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种能够延长底盘的冷却时间，保证底盘无死角冷却，减少水资源浪费的快速降温的单晶炉底盘。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种快速降温的单晶炉底盘，包括底盘主体、罩设于底盘主体底部的水罩板以及穿设于底盘主体和水罩板上坩埚法兰、真空法兰及电极法兰，所述坩埚法兰位于底盘主体的正中间，且向下穿出水罩板；所述真空法兰及电极法兰底边贴紧水罩板，所述真空法兰、电极法兰底边与底盘主体之间均形成冷却间隙，所述水罩板内形成由底盘主体外圈向中心方向螺旋设置的第一降温通道，冷却间隙连通第一降温通道；所述水罩板外围设有连通第一降温通道的进水口，坩埚法兰外侧侧壁设有向下螺旋延伸的第二降温通道，所述坩埚法兰上外侧壁设有连通第一降温通道和第二降温通道的中间开口，所述坩埚法兰的下外侧壁设有连通第二降温通道的出水口；
所述第一降温通道沿其螺旋方向分布有分水件，该分水件包括连接底盘主体和水罩板的柱体，可转动套设于柱体外的旋转球、沿旋转球外周向分布的弧形板；该弧形板下凹处连接旋转球侧壁，且弧形板开口朝向旋转球外。
本发明在使用时，水能够沿着第一降温通道对底盘主体进行充分降温，水经过冷却间隙，对真空法兰、电极法兰进行降温，水经过第二降温通道流动进而对坩埚法兰进行降温，进而实现对底盘上所有部件均进行充分降温；该设计实现了底盘的独立冷却降温；旋转球在水的冲击下会旋转，弧形板在旋转过程中会将水甩出，增大水在第一降温通道内的接触面积，避免死角，而且能延长水在第一降温通道内的停留时间，进而提高了降温效果。
进一步地，所述柱体包括连接底盘主体和水罩板的吸热端和穿出水罩板的散热端，所述散热端插入散热瓶内，散热瓶内盛装散热液，散热瓶外侧设置散热翅片。该设计的柱体可将水中的热量传输到散热液内，散热液再将热量传输到散热翅片，进而实现水的冷却，提高底盘的降温效果。
进一步地，所述散热瓶螺旋连接散热端。该设计可对散热瓶进行拆装，方便更换或者补充散热液，保持散热效果。
进一步地，旋转球位于弧形板上侧和侧设置有凹部。该凹部可对旋转球上部和下部的水进行引导分散，进一步增大底盘的降温面积，提高降温效果。
进一步地，所述水罩板上位于分水件进水一端设有八字形引水板，八字形引水板开口较小的一端朝向分水件。该八字形的引水板可将水引向分水件，进而增大分水件的冲击力，提高分水件的旋转甩水效果。
进一步地，所述第一降温通道内设有均匀刷，该均匀刷沿第一降温通道长度方向延伸成螺旋形，所述均匀刷一端缠绕于旋转轴上，旋转轴穿出水罩板。转动旋转轴，旋转轴拉动或者释放均匀刷，均匀刷缠绕或者复位过程中刷动第一降温通道内壁，在此过程中引导水流向第一通道内的不同位置，同时阻碍水流动，延长水的停留时间，进一步提高降温效果。
进一步地，所述进水口处设有甩水件，该甩水件包括位于第一降温通道内的球形的甩水罩、设于甩水罩上的喷水孔、可自由滚动地设于甩水罩内的球体、连接于甩水罩外围的支撑脚，相邻支撑脚之间形成出水间隙，进水口内形成供支撑脚沿出水方向滑动的滑槽，滑槽靠近第一降温通道的一端设有防止支撑脚脱出的防脱凸环，所述甩水罩外径大于防脱凸环外径。水的冲击力改变使得球体滚动堵住不同的喷水孔，支撑脚在滑槽上移动，能够改变出水间隙的位置和大小，该设计在出水时水可从不同方向喷入第一降温通道内，进而增大水于第一降温通道的接触面积，提高降温效果。
另外，本发明还提供了一种快速降温的单晶炉底盘的使用方法，使用步骤如下：
A.将进水口连接水管，在水的冲击作用下，将甩水件冲向第一降温通道一端，球体在甩水件内滚动，水从出水间隙、喷水孔进入第一降温通道内，进而能将水甩向第一降温通道的内壁，增大降温面积；
B.水沿第一降温通道流动，对底盘主体进行降温，流入冷却间隙对真空法兰和电极法兰进行冷却；
顺时针转动旋转轴，拉动均匀刷一端缠绕在旋转轴上，进而整个均匀刷移动对水进行搅拌、引导，使水流向第一降温通道内壁不同位置，同时阻碍水流，延长水在第一降温通道内的停留时间；
C.水在八字形引水板的聚集作用，大部分的水流冲向分水件，分水件在水流冲击作用下旋转,弧形板随之旋转，弧形板旋转将水沿表面甩至第二降温通道内壁，进而增大水与第二降温通道的接触面积，避免死角，增大降温效果；同时凹部也随之旋转，水在凹部的引导下，冲击分水件顶部和底部的死角；
D.随着水吸收第一降温通道内的热量，温逐渐升高，进而柱体的吸热端吸收水中的热量，并转移至散热端，散热端将热量传输至散热液，散热液将热量传输至散热瓶和散热翅片加速散热；
E.水流动至中间开口，然后进入第二降温通道，沿第二降温通道向下螺旋流动，在流动过程中吸收坩埚法兰的热量，然后流动至出水口排出。
综上所述，本发明的有益效果：具备独立的冷却装置，能实现底盘的独立冷却；能延长水与底盘的接触时间，保证冷却效果；保证水流能够对底盘进行充分的无死角冷却；水在冲洗过程中，能对冲洗过程中的水进行及时降温，保证降温效果；冲洗的水能够回收利用，减少浪费；能对底盘上的所有部件均进行充分降温。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例1未安装均匀刷时的结构示意图；
图3为图2中的B部放大图；
图4为本发明实施例1结构未安装八字形引水板和分水件时的示意图；
图5为本发明实施例1均匀刷结构示意图。
图6为本发明实施例1进水口处结构示意图；
图7为本发明实施例1结构示意图。
图8为图7中的A部放大图。
图9为本发明实施例1的坩埚法兰剖视图。
其中，底盘主体1、水罩板2、第一降温通道21、进水口22、滑槽22a、防脱凸环22b、八字形引水板23、中间开口24、坩埚法兰3、第二降温通道31、出水口33、分水件4、柱体41、吸热端41a、散热端41b、弧形板42、凹部43、旋转球44、散热瓶5、散热翅片51、均匀刷6、旋转轴62、真空法兰8、电极法兰9、甩水件7、甩水罩71、球体72、支撑脚73、出水间隙74、喷水孔75。
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。
实施例1
如图1-8所示，一种快速降温的单晶炉底盘，包括底盘主体1、水罩板2以及坩埚法兰3、真空法兰8及电极法兰9。水罩板2罩设于底盘主体1底部，坩埚法兰3、真空法兰8及电极法兰9穿设于底盘主体1和水罩板2上。其中，坩埚法兰3位于底盘主体1的正中间，坩埚法兰3的长度长于真空法兰8及电极法兰9，坩埚法兰3向下穿出水罩板2。所述真空法兰8及电极法兰9基本与水罩板2齐平，所述真空法兰8及电极法兰9底边缘贴紧水罩板2,且密封连接。而且所述真空法兰8、电极法兰9底边与底盘主体1之间均形成冷却间隙，所述水罩板2罩设于底盘主体1形成第一降温通道21，第一降温通道21由底盘主体1外圈向中心方向螺旋设置，冷却间隙连通第一降温通道21，该第一降温通道21是在水罩板2和底盘主体1之间焊接螺旋形的第一隔片形成的。
具体的，所述水罩板2外围设有进水口22，进水口22连通第一降温通道21，该进水口22可外接水管，坩埚法兰3外侧侧壁设有向下螺旋延伸的第二降温通道31，该坩埚法兰3侧壁呈双层结构，而且中间焊接螺旋形的第二隔片形成所述第二降温通道31，所述坩埚法兰3上外侧壁设有中间开口24，中间开口24连通第一降温通道21和第二降温通道31，所述坩埚法兰3的下外侧壁设有连通第二降温通道31的出水口33，从出水口33排出的水可回收利用。
优选地，所述第一降温通道21沿其螺旋方向分布有分水件4，分水件4连接底盘主体1和水罩板2，还能起到支撑作用，且分水件4最好交错分布于第一降温通道21两侧，前一个分水件4设置在左侧，后一个分水件4设置在右侧，如图2所示。该分水件4包括柱体41、弧形板42及旋转球44，该柱体41连接底盘主体1和水罩板2之间，旋转球44套设于柱体41外，旋转球44可沿主体41自由旋转。弧形板42至少为2个，在本实施例中为5个，且沿旋转球44周向分布，该弧形板42下凹处连接旋转球44侧壁，最好是焊接或者一体设置，且弧形板42开口朝向旋转球44外。
如图6、图7所示，为了保证水的降温效果，于是所述柱体41包括吸热端41a和散热端41b，吸热端41a连接底盘主体1和水罩板2，进而吸热端41a能够吸收水、底盘主体1和水罩板2的热量，散热端41b穿出水罩板2，所述散热端41b插入散热瓶5内，散热瓶5内盛装散热液，散热瓶5外侧设置散热翅片51，散热液最好是油，吸热端41a将热量传输至散热端41b，然后穿至散热液内，然后通过散热瓶5、散热翅片51进行快速散热。为了方便散热瓶5的拆装，于是所述散热瓶5螺旋连接散热端41b。
优选地，旋转球44位于弧形板42上侧和下侧处设置有凹部43，水冲到凹部43时，凹部43可进行引导，即对进入旋转球44上方和下方的水进行扩散。
再者，为了方便把水聚集到分水件4进行分水操作，于是所述水罩板2上位于分水件4进水一端设有八字形引水板23，八字形引水板23开口较小的一端朝向分水件4，进而将水聚集到分水件4处，增大分水件4处的水冲击。
如图1、3、4及图6、7，所述第一降温通道21内设有均匀刷6，该均匀刷6为记忆钢卷，也呈螺旋形，而且其表面设置有柔性钢毛，疏密由自己设计，该均匀刷6沿第一降温通道21长度方向延伸成螺旋形，所述均匀刷6一端缠绕于旋转轴62上，旋转轴62一端穿出水罩板2，可手动转动旋转轴或者在旋转轴处连接动力部件，例如电机，旋转轴62旋转拉动均匀刷6一端稍微卷绕，该卷绕范围较小，例如1-2cm，释放后则自动复位。均匀刷6的刷毛越细软越好，均匀刷6刷动第一降温通道21内壁，将水刷到或者引导到第一降温通道21不同位置，为了限制均匀刷6的活动范围，于是在均匀刷6上设置若干个扣环，将扣环焊接在水罩板2或者底盘主体1上，均匀刷6可在扣环处移动，或者设置滑槽滑轨供均匀刷6滑动等等。
如图1和图6所示，所述进水口22处设有甩水件7，该甩水件7包括甩水罩71、喷水孔75、球体72及支撑脚73，其中，甩水罩71位于第一降温通道21内，甩水罩71呈球形空心结构，喷水孔75设于甩水罩71外壁上，球体72设于甩水罩71内，甩水罩71的球形空心结构可防止球体72脱出，且保证球体72能在甩水罩71内自由滚动，支撑脚73连接于甩水罩71外围，甩水罩71朝向进水口22的一端设置有大开口，支撑脚73分布于大开口外，进而保证水能充分进入甩水罩71内。相邻支撑脚73之间形成出水间隙74，进水口22内形成供支撑脚73沿出水方向滑动的滑槽22a，当然也可旋转，滑槽22a靠近第一降温通道21的一端设有防止支撑脚73脱出的防脱凸环22b，所述甩水罩71外径大于防脱凸环22b外径，进而防止甩水罩71进入水管内。球体72也可选用空心结构减少重量，支撑脚73最好选用J形。
实施例2
本实施例是实施例1一种快速降温的单晶炉底盘的使用方法，使用步骤如下：
A.将进水口22连接水管，在水的冲击作用下，将甩水件7冲向第一降温通道21，进而支撑脚73推动着甩水罩71向第一降温通道21内移动，支撑脚73一部分伸入第一降温通道内，所以出水间隙74也进入第一降温通道21内。起初球体72在甩水罩71内滚动，堵住一部分的喷水孔75，水从另一部分喷水孔75喷出；可间歇性控制水压，进而保持球体72间歇性滚动，改变喷水的喷水孔75。水从出水间隙74、喷水孔75进入第一降温通道21内，进而能将水甩向第一降温通道21的内壁，增大降温面积，减少死角。
B.水沿第一降温通道21流动，对底盘主体1和水罩板2进行降温，水流入冷却间隙对真空法兰8和电极法兰9进行冷却；
C.顺时针转动旋转轴62，拉动均匀刷6一端缠绕在旋转轴62上，该缠绕范围最好小一点，避免影响均匀刷6的长度，进而整个均匀刷6移动对水进行搅拌、引导，使水流向第一降温通道21内壁不同位置，同时阻碍水流，延长水在第一降温通道21内的停留时间；
水在八字形引水板23的聚集作用，大部分的水流冲向分水件4，分水件4在水流冲击作用下旋转，弧形板42随之旋转，弧形板42旋转将水沿表面甩至第二降温通道31内壁，进而增大水与第二降温通道31的接触面积，避免死角，增大降温效果；同时凹部43也随之旋转，水在凹部43的引导下，冲击旋转球44顶部和底部的死角；
D.随着水吸收第一降温通道21内的热量，温逐渐升高，柱体41的吸热端41a吸收水、底盘主体1、水罩板2中的热量，并转移至散热端41b，散热端41b将热量传输至散热液，散热液将热量传输至散热瓶5和散热翅片51加速散热；
E.水流动至中间开口24，然后进入第二降温通道31，沿第二降温通道31向下螺旋流动，在流动过程中吸收坩埚法兰3的热量，然后流动至出水口33排出，从出水口33排出的水可回收利用，减少资源浪费。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种快速降温的单晶炉底盘，包括底盘主体(1)、罩设于底盘主体(1)底部的水罩板(2)以及穿设于底盘主体(1)和水罩板(2)上坩埚法兰(3)、真空法兰(8)及电极法兰(9)，所述坩埚法兰(3)位于底盘主体(1)的正中间，且向下穿出水罩板(2)；所述真空法兰(8)及电极法兰(9)底边缘贴紧水罩板(2)，其特征在于：所述真空法兰(8)、电极法兰(9)底边与底盘主体(1)之间均形成冷却间隙，所述水罩板(2)内形成由底盘主体(1)外圈向中心方向螺旋设置的第一降温通道(21)，冷却间隙连通第一降温通道；所述水罩板(2)外围设有连通第一降温通道(21)的进水口(22)，坩埚法兰(3)外侧侧壁设有向下螺旋延伸的第二降温通道(31)，所述坩埚法兰(3)上外侧壁设有连通第一降温通道(21)和第二降温通道(31)的中间开口(24)，所述坩埚法兰(3)的下外侧壁设有连通第二降温通道(31)的出水口(33)；
所述第一降温通道沿其螺旋方向分布有分水件(4)，该分水件(4)包括连接底盘主体(1)和水罩板(2)的柱体(41)，可转动套设于柱体(41)外的旋转球(44)、沿旋转球(44)外周向分布的弧形板(42)；该弧形板(42)下凹处连接旋转球(44)侧壁，且弧形板(42)开口朝向旋转球(44)外；
所述柱体(41)包括连接底盘主体(1)和水罩板(2)的吸热端(41a)和穿出水罩板(2)的散热端(41b)，所述散热端(41b)插入散热瓶(5)内，散热瓶(5)内盛装散热液，散热瓶(5)外侧设置散热翅片(51)。
2.根据权利要求1所述的快速降温的单晶炉底盘，其特征在于：所述散热瓶(5)螺旋连接散热端(41b)。
3.根据权利要求2所述的快速降温的单晶炉底盘，其特征在于：所述旋转球(44)位于弧形板(42)上侧和侧设置有凹部(43)。
4.根据权利要求3所述的快速降温的单晶炉底盘，其特征在于：所述水罩板(2)上位于分水件(4)进水一端设有八字形引水板(23)，八字形引水板(23)开口较小的一端朝向分水件(4)。
5.根据权利要求4所述的快速降温的单晶炉底盘，其特征在于：所述第一降温通道(21)内设有均匀刷(6)，该均匀刷(6)沿第一降温通道(21)长度方向延伸成螺旋形，所述均匀刷(6)一端缠绕于旋转轴(62)上，旋转轴(62)穿出水罩板(2)。
6.根据权利要求5所述的快速降温的单晶炉底盘，其特征在于：所述进水口(22)处设有甩水件(7)，该甩水件(7)包括位于第一降温通道(21)内的球形的甩水罩(71)、设于甩水罩(71)上的喷水孔(75)、可自由滚动地设于甩水罩(71)内的球体(72)、连接于甩水罩(71)外围的支撑脚(73)，相邻支撑脚(73)之间形成出水间隙(74)，进水口(22)内形成供支撑脚(73)沿出水方向滑动的滑槽(22a)，滑槽(22a)靠近第一降温通道(21)的一端设有防止支撑脚(73)脱出的防脱凸环(22b)，所述甩水罩(71)外径大于防脱凸环(22b)外径。
7.一种权利要求6所述的快速降温的单晶炉底盘的使用方法，使用步骤如下：
A.将进水口(22)连接水管；
B.水沿第一降温通道(21)流动，对底盘主体(1)进行降温，流入冷却间隙对真空法兰(8)和电极法兰(9)进行冷却；
C.水在八字形引水板(23)的聚集作用，大部分的水流冲向分水件(4)，分水件(4)在水流冲击作用下旋转，弧形板(42)随之旋转，弧形板(42)旋转将水沿表面甩至第二降温通道(31)内壁，进而增大水与第二降温通道(31)的接触面积，避免死角，增大降温效果；同时凹部(43)也随之旋转，水在凹部的引导下，冲击分水件顶部和底部的死角；
D.随着水吸收第一降温通道内的热量，温逐渐升高，进而柱体(41)的吸热端(41a)吸收水中的热量，并转移至散热端(41b)，散热端(41b)将热量传输至散热液，散热液将热量传输至散热瓶(5)和散热翅片(51)加速散热；
E.水流动至中间开口(24)，然后进入第二降温通道(31)，沿第二降温通道(31)向下螺旋流动，在流动过程中吸收坩埚法兰(3)的热量，然后流动至出水口(33)排出。
8.根据权利要求7所述的快速降温的单晶炉底盘的使用方法，其特征在于：所述步骤A的具体过程如下：将进水口(22)连接水管；在水的冲击作用下，将甩水件(7)冲向第一降温通道(21)一端，球体(72)在甩水件内滚动，水从出水间隙(74)、喷水孔(75)进入第一降温通道内(21)，进而能将水甩向第一降温通道(21)的内壁，增大降温面积。
9.根据权利要求8所述的快速降温的单晶炉底盘的使用方法，其特征在于：所述步骤B具体步骤如下：
水沿第一降温通道(21)流动，对底盘主体(1)进行降温，流入冷却间隙对真空法兰(8)和电极法兰(9)进行冷却；
顺时针转动旋转轴(62)，拉动均匀刷(6)一端缠绕在旋转轴(62)上，进而整个均匀刷(6)移动对水进行搅拌、引导，使水流向第一降温通道(21)内壁不同位置，同时阻碍水流，延长水在第一降温通道(21)内的停留时间。
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