CN115506016A - 单晶生长系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直拉单晶技术领域，公开了一种单晶生长系统。单晶生长系统包括：单晶炉、存储装置、冷却装置以及缓冲装置。存储装置用于存储液态惰性气体；冷却装置与存储装置以及单晶炉分别连通；单晶炉输出冷却液流入冷却装置；液态惰性气体流经冷却装置，用于对冷却液进行冷却，对冷却液冷却后的液态惰性气体进行汽化形成惰性气体，惰性气体充入单晶炉；缓冲装置与冷却装置以及单晶炉分别连通；经冷却后的冷却液经缓冲装置进行缓冲后，流入单晶炉。通过上述方式，本发明能够在利用惰性气体起保护作用的同时，利用液态惰性气体的低温特性对冷却液进行冷却，还有利于提高单晶生长系统的循环性能。

Description

单晶生长系统

技术领域

本发明涉及直拉单晶技术领域，尤其是涉及一种单晶生长系统。

背景技术

在对清洁能源的需求与日俱增的情况下，逐渐发展出太阳能光伏、风能、潮汐能等清洁能源。其中太阳能光伏具有高效、低成本等优势，故应用范围更广。

目前，直拉单晶度电成本具有逐渐降低的趋势，与此同时，同质化竞争亦愈发激烈。在非硅成本中，单晶生长系统工作时的电耗占比较重，存在较重的成本负担。同时，随着直拉单晶基地产能快速扩张，循环冷却水系统在冷却过程中存在大量的冷却水需要进行冷却，通常会利用冷水机和风机等独立装置对冷却水进行冷却，导致在冷却环节存在部分冷却水蒸发而被损耗。

在常规的冷却装置中，即利用冷水机等对冷却水进行冷却时，通常存在以下缺陷：在所处环境温度较高或同时工作的单晶炉较多时，需要配合使用冷却塔以及冷水机同时对冷却水进行降温，能耗较高；其中，冷却塔通常采用喷淋的方式对冷却水进行降温，会导致存在部分水蒸发而产生损耗；置办冷却装置时所需的投资成本较高；并且，冷却装置中多个冷却设备的利用率相对较低，尤其是在冬季等温度相对较低的时期，甚至可能存在部分设备处于停用闲置的状态。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种单晶生长系统，能够在利用惰性气体起保护作用的同时，利用液态惰性气体的低温特性对冷却液进行冷却，还有利于提高单晶生长系统的循环性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种单晶生长系统。单晶生长系统包括单晶炉、存储装置、冷却装置以及缓冲装置；存储装置用于存储液态惰性气体；冷却装置与存储装置以及单晶炉分别连通；单晶炉输出冷却液流入冷却装置；液态惰性气体流经冷却装置，用于对冷却液进行冷却，对冷却液冷却后的液态惰性气体进行汽化形成惰性气体，惰性气体充入单晶炉；缓冲装置与冷却装置以及单晶炉分别连通；经冷却后的冷却液经缓冲装置进行缓冲后，流入单晶炉。

在本发明的一实施例中，单晶生长系统还包括汽化装置，冷却装置通过汽化装置与单晶炉连通，用于将液态惰性气体汽化形成惰性气体；冷却装置包括冷却壳体以及冷却管组；冷却壳体包括冷却腔，冷却管组设于冷却腔，液态惰性气体通入冷却管组，冷却液通入冷却腔而流向缓冲装置。

在本发明的一实施例中，冷却管组包括若干冷却管，冷却管的材质可以是不锈钢材质、铜合金材质。

在本发明的一实施例中，单晶生长系统还包括增压泵，设于单晶炉与冷却装置的连通路径，或设于缓冲装置与单晶炉的连通路径，用于驱动冷却液循环。

在本发明的一实施例中，缓冲装置包括缓冲壳体以及控制组件；缓冲壳体包括存储腔，用于存储冷却液；控制组件用于监测冷却液的参数组合，以控制冷却液自存储腔流向单晶炉的流速。

在本发明的一实施例中，控制组件包括温度监测件、流量监测件以及开关件，存储腔通过开关件连通单晶炉；温度监测件用于监测冷却液的温度参数；流量监测件用于监测冷却液的流量参数；温度参数以及流量参数为参数组合；开关件基于参数组合控制流向单晶炉的冷却液的流量。

在本发明的一实施例中，温度监测件的数量为至少两个；温度监测件至少设于冷却液自单晶炉流向冷却装置的流通路径，以及设于冷却液自冷却装置流向单晶炉的流通路径，以分别监测第一温度以及第二温度；温度参数为第一温度与第二温度的差值。

在本发明的一实施例中，缓冲装置还包括冷却组件；控制组件包括监测组件以及开关件；监测组件用于监测冷却液的参数组合；开关件用于基于冷却液的参数组合，控制使得存储腔与单晶炉直接连通，或使得存储腔通过冷却组件连通单晶炉。

在本发明的一实施例中，冷却组件包括冷水机，冷水机用于对流经的冷却液进行冷却。

在本发明的一实施例中，冷却组件还包括风机，冷水机与风机连接。

与现有技术相比，本发明液态惰性气体自存储装置流出，经过汽化形成惰性气体充入单晶炉，以对单晶生长过程起到保护作用。冷却装置则能够利用液态惰性气体的低温特性对冷却液进行降温，在液态惰性气体流经冷却装置时，能够对同时流经冷却装置的冷却液进行降温。换言之，能够在利用惰性气体的稳定特性起保护作用的同时，利用液态惰性气体的低温特性对冷却液进行冷却，还提高单晶生长系统的循环性能，并且还能够减少额外对冷却液进行降温的装置，有效降低能耗以及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明单晶生长系统一实施例的结构示意图；

图2是本发明冷却管组一实施例的结构示意图；

图3是本发明冷却管组另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明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作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。

为解决现有技术中单晶生长系统冷却循环性能较差的技术问题，本发明提供一种单晶生长系统。单晶生长系统包括单晶炉、存储装置、冷却装置以及缓冲装置。存储装置用于存储液态惰性气体。冷却装置与存储装置以及单晶炉分别连通，单晶炉输出冷却液流入冷却装置。液态惰性气体流经冷却装置，用于对冷却液进行冷却，对冷却液冷却后的液态惰性气体进行汽化形成惰性气体，惰性气体充入单晶炉。缓冲装置与冷却装置以及单晶炉分别连通。经冷却后的冷却液经缓冲装置进行缓冲后，流入单晶炉。以下对本发明进行详细阐述。

请参阅图1，图1是本发明单晶生长系统一实施例的结构示意图。

在一实施例中，单晶生长系统包括单晶炉10、存储装置20、冷却装置30以及缓冲装置40。

单晶炉10是一种在惰性气体(氩气、氮气等)环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。

存储装置20则能够存储液态惰性气体，以增加所存储的惰性气体。液态惰性气体在经过汽化处理后形成惰性气体，充入单晶炉10，以对单晶炉10的单晶生长过程起到保护作用。

冷却装置30与存储装置20以及单晶炉10分别连通。单晶炉10输出冷却液流入冷却装置30，在经过冷却装置30冷却后再次流向单晶炉10，实现冷却水的循环过程。液态惰性气体流经冷却装置30，对同时流经冷却装置30的冷却液进行冷却，达到降低冷却液温度的目的。对冷却液冷却后的液态惰性气体自流向单晶炉10，在流向单晶炉10的路径上，液态惰性气体进行汽化形成惰性气体，惰性气体充入单晶炉10。

缓冲装置40与冷却装置30以及单晶炉10分别连通。经冷却后的冷却液经缓冲装置40进行缓冲后，流入单晶炉10，以起到保护作用，降低经过冷却的冷却液直接通入单晶炉10引发事故。

由此可见，本实施例中能够利用液态惰性气体的低温特性，在对液态惰性气体流经冷却装置30时能够对同时流经冷却装置30的冷却水进行冷却，降低冷却液的温度。换言之，本实施例中能够利用其保护作用的惰性气体同时对冷却液进行降温。并且，冷却液以及液态惰性气体是流经冷却装置30时进行热传导，与传统的冷却塔以及冷水机冷却原理不同，本实施例中的冷却方式有利于降低冷却液在冷却过程中挥发、蒸发的风险，有利于提高单晶生长系统的循环性能。与此同时，还能够减少投资冷却塔、冷水机的成本，相对降低设备闲置导致利用率较低的风险。

举例而言，本实施例中惰性气体可以氩气。存储装置20用于存储液态氩气。以存储装置20可以存储50-100m3的氩气为例，一台存储装置20应对约10-30台单晶炉10冷却水的冷却循环工作，还有利于提高冷却水循环的稳定性。相对于现有的技术方案，在具有相同数量单晶炉10的情况下，减少所需冷却塔、冷水机的组数量，有利于降低功耗，还能够减少高温水喷淋冷却方式时所产生的水蒸发损耗。

请继续参阅图1。在一实施例中，单晶生长系统还包括汽化装置50。顾名思义，汽化装置50能够将液态惰性气体汽化形成惰性气体。

冷却装置30通过汽化装置50与单晶炉10连通，液态惰性气体自存储装置20经冷却装置30流向汽化装置50，汽化装置50对液态惰性气体进行汽化，形成惰性气体充入单晶炉10。

可选地，汽化装置50可以包括气化器等，气化器能够对液态的气体进行汽化变成气体，即气化器能够将液态惰性气体进行汽化形成惰性气体。

进一步地，冷却装置30包括冷却壳体31以及冷却管组32。

冷却壳体31包括冷却腔311。冷却管组32设于冷却腔311。液态惰性气体通入冷却管组32流向汽化装置50，冷却液通入冷却腔311内冷却管组32外并流向缓冲装置40。换言之，冷却管组32独立于冷却腔311，降低冷却液与液态惰性气体混合的风险，提高单晶生长系统的可靠性。

其中，冷却装置30可以具有四个开口，其中两个开口连通存储装置20、冷却管组32以及汽化装置50，即液态惰性气体流经该两个开口；另两个开口连通单晶炉10、冷却腔311以及缓冲装置40，即冷却液流经该另两个开口。

可选地，冷却装置30可以设有诸如隔热棉等具有保温作用的保温层，以减少单晶生长系统中水蒸发的损耗。

请结合参阅图1至图3，图2是本发明冷却管组一实施例的结构示意图，图3是本发明冷却管组另一实施例的结构示意图。

在一实施例中，冷却管组32包括若干冷却管321。其中，若干冷却管321可以是横向蛇形排布、纵向蛇形排布以及若干直管平行排布等，再次不做限定。

其中，冷却管321的数量可以是1-36根，增大冷却管321与冷却液的接触面积，有利于提高冷却效率。例如，冷却管321的数量可以是1、9、18、27、36，在此就不再赘述。并且，当冷却管321的数量为多个时，多个冷却管321可以是连通的，也是彼此独立，在此不做限定。

可选地，冷却管321的材质可以是不锈钢材质、铜合金材质，能够不易于与冷却液以及液态惰性气体发生反应即可，再次就不再赘述。

请继续参阅图1。在一实施例中，单晶生长系统还包括增压泵60，用于促进冷却液进行循环。

增压泵60设于单晶炉10与冷却装置30的连通路径，或设于缓冲装置40与单晶炉10的连通路径，驱动冷却液循环。

冷却液以及液态惰性气体处于流动状态，相对而言，冷却液不易于凝固。为进一步降低冷却液凝固的风险，可以在冷却液的循环路径上增加至少一个增压泵60，提高单晶生长系统循环的可靠性。

请继续参阅图1。在一实施例中，缓冲装置40包括缓冲壳体41以及控制组件42。

缓冲壳体41包括存储腔411，相当于蓄水池，能够存储冷却液，冷却液可以由存储腔411流向单晶炉10，对单晶炉10进行降温。

控制组件42用于监测冷却液的参数组合，以控制冷却液自存储腔411流向单晶炉10的流速，实现更合理的冷却液循环方式。

进一步地，控制组件42可以包括监测组件421以及开关件422。

监测组件421用于监测冷却液的参数组合。存储腔411通过开关件422连通单晶炉10，通过开关件422控制冷却液能否自存储腔411通入单晶炉10，和/或，开关件422可以控制冷却液流向单晶炉10的流速。

更进一步地，控制组件42包括温度监测件4211以及流量监测件4212。温度监测件4211与流量监测件4212可以作为监测组件421的组成部分。

顾名思义，温度监测件4211用于监测冷却液的温度参数；温度参数可以是温度监测件4211所处位置冷却液当前的温度，也可以是两个温度监测件4211所监测到的温度的差值，亦或是多个温度监测件4211所监测到的温度进行运算后的值，在此不做限定。

流量监测件4212用于监测冷却液的流量参数；流量参数可以是冷却液的流动速度，也可以是预设时间内流经的冷却液的总量。

其中，可以将冷却液的温度参数以及流量参数作为为冷却液的参数组合。与此同时，还可以基于参数组合控制开关件422的导通程度，以控制流向单晶炉10的冷却液的流量。

请继续参阅图1。在一实施例中，温度监测件4211的数量为至少两个。

温度监测件4211至少设于冷却液自单晶炉10流向冷却装置30的流通路径，以及设于冷却液自冷却装置30流向单晶炉10的流通路径，以分别进行监测所处位置冷却液的温度，得到第一温度以及第二温度。温度参数为第一温度与第二温度的差值，其中差值可以是二者差值的绝对值。

举例而言，假设理想状态下，第一温度可以处于33℃～37℃之间，第二温度可以处于24℃～30℃之间。可以当温度参数处于5℃～10℃之间时，认为冷却液完成冷却，可以控制冷却液以预设流速流向单晶炉10；当温度参数大于10℃时，认为冷却液冷却过冷却，可以控制冷却液以小于预设流速的速度流向单晶炉10；当温度参数小于5℃时，可以控制冷却液以大于预设流速的速度流向单晶炉10。

请继续参阅图1。在一实施例中，缓冲装置40还包括冷却组件43。

开关件422能够基于冷却液的参数组合，控制使得存储腔411与单晶炉10直接连通，或使得存储腔411通过冷却组件43连通单晶炉10。

具体地，当冷却液的参数组合处于合理的范围内，认为冷却液已完成冷却，可以直接通入单晶炉10。当冷却液的参数组合未处于合理的范围内，认为冷却液的冷却程度不足，需要进一步进行冷却才可以通入单晶炉10。换言之，冷却组件43能够对未充分冷却的冷却液进行进一步冷却。

可选地，控制组件42还可以包括控制器，与监测组件421以及开关件422分别连接。控制器相当于单晶生长系统的主板，能够接收冷却液的参数组合并进行分析，根据分析结果控制开关件422选择冷却液的流通路径，即控制冷却液自存储腔411直接流向单晶炉10，或控制冷却液自存储腔411经过冷却组件43再次进行降温后流向单晶炉10。

进一步地，冷却组件43包括冷水机431，冷水机431用于对流经的冷却液进行冷却。

更进一步地，冷却组件43还包括风机432，冷水机431与风机432连接，能够提高冷水机431的工作效率。

需要注意的是，本实施例中虽然增加冷水机431等设备用于对冷却液进行降温，但是冷水机431等并非必要的。这是考虑到可能存在冷却液未充分冷却的情况下，可以增加冷却组件43进行进一步进行冷却，以保持冷却液能够始终保持以预设流速流向单晶炉10。在未设有冷却组件43时还可以通过其他方式保证可靠性，诸如前文中所提及的可以降低冷却液流向单晶炉10的流速。

并且，冷却组件43的结构也不局限于此，在一替代实施例中，冷却组件43还可以是类似冷却装置30的结构，利用液态惰性气体的低温特性对冷却液进行冷却，在此就不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种单晶生长系统，其特征在于，包括：

单晶炉；

存储装置，用于存储液态惰性气体；

冷却装置，与所述存储装置以及所述单晶炉分别连通；所述单晶炉输出冷却液流入所述冷却装置；所述液态惰性气体流经所述冷却装置，用于对所述冷却液进行冷却，对所述冷却液冷却后的所述液态惰性气体进行汽化形成惰性气体，所述惰性气体充入所述单晶炉；

缓冲装置，与所述冷却装置以及所述单晶炉分别连通；经冷却后的所述冷却液经所述缓冲装置进行缓冲后，流入所述单晶炉。

2.根据权利要求1所述的单晶生长系统，其特征在于，所述单晶生长系统还包括汽化装置，所述冷却装置通过所述汽化装置与所述单晶炉连通，用于将所述液态惰性气体汽化形成所述惰性气体；所述冷却装置包括冷却壳体以及冷却管组；所述冷却壳体包括冷却腔，所述冷却管组设于所述冷却腔，所述液态惰性气体通入所述冷却管组，所述冷却液通入所述冷却腔而流向所述缓冲装置。

3.根据权利要求2所述的单晶生长系统，其特征在于，所述冷却管组包括若干冷却管，所述冷却管的材质可以是不锈钢材质、铜合金材质。

4.根据权利要求1所述的单晶生长系统，其特征在于，所述单晶生长系统还包括增压泵，设于所述单晶炉与所述冷却装置的连通路径，或设于所述缓冲装置与所述单晶炉的连通路径，用于驱动所述冷却液循环。

5.根据权利要求1所述的单晶生长系统，其特征在于，所述缓冲装置包括缓冲壳体以及控制组件；所述缓冲壳体包括存储腔，用于存储所述冷却液；所述控制组件用于监测所述冷却液的参数组合，以控制所述冷却液自所述存储腔流向所述单晶炉的流速。

6.根据权利要求5所述的单晶生长系统，其特征在于，所述控制组件包括温度监测件、流量监测件以及开关件，所述存储腔通过所述开关件连通所述单晶炉；所述温度监测件用于监测所述冷却液的温度参数；所述流量监测件用于监测冷却液的流量参数；所述温度参数以及所述流量参数为所述参数组合；所述开关件基于所述参数组合控制流向所述单晶炉的冷却液的流量。

7.根据权利要求6所述的单晶生长系统，其特征在于，所述温度监测件的数量为至少两个；所述温度监测件至少设于所述冷却液自所述单晶炉流向所述冷却装置的流通路径，以及设于所述冷却液自所述冷却装置流向所述单晶炉的流通路径，以分别监测第一温度以及第二温度；所述温度参数为所述第一温度与所述第二温度的差值。

8.根据权利要求5所述的单晶生长系统，其特征在于，所述缓冲装置还包括冷却组件；所述控制组件包括监测组件以及开关件；所述监测组件用于监测所述冷却液的参数组合；所述开关件用于基于所述冷却液的参数组合，控制使得所述存储腔与所述单晶炉直接连通，或使得所述存储腔通过所述冷却组件连通所述单晶炉。

9.根据权利要求8所述的单晶生长系统，其特征在于，所述冷却组件包括冷水机，所述冷水机用于对流经的冷却液进行冷却。

10.根据权利要求9所述的单晶生长系统，其特征在于，所述冷却组件还包括风机，所述冷水机与所述风机连接。

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