CN117247019B - 一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，涉及多晶硅生产技术领域。一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置包含还原炉，所述还原炉内设置有进气管，所述进气管延伸至所述还原炉的内顶部；所述测温组件包含设置于所述还原炉内壁和外壁上的内测温件和外测温件；所述轴向均匀机构包含固接于所述还原炉内的内管，以及转动套设于所述内管上的外管，所述外管一端设有驱动组件；所述内管和所述外管的侧壁上设置有供气流穿过的通槽，硅芯棒对进气管内的气体进行预热，气体带动外管转动，继而尽可能均匀的从外管的侧壁上排出，使还原炉内部的温度尽可能的均匀，测温组件对还原炉的内部和外部的温度进行多方位的监测，提升温度监测的精准度。

Description

一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置

技术领域

本申请涉及多晶硅生产领域，具体而言，涉及一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置。

背景技术

随着光伏发电的迅速增长，光伏多晶硅需求激增，目前多晶硅主要通过改良西门子工艺技术方法获得，在改良西门子工艺生产过程中，还原炉是还原工序中的关键生产设备。

现有的还原炉设备温度参数监测多采用红外测温仪，但其精度可能受到穿透玻璃、氢气和三氯氢硅混合物雾化的影响，监测数据与实际数据存在误差较大，导致炉内的硅棒实际温度超出正常温度，继而使产品质量不稳定，造成多晶硅的生产存在着极大的随机性。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，包含还原炉，所述还原炉的内底部设置有多个硅芯棒，所述还原炉底端连通有连接管，所述还原炉外接电源、供气设备、排气设备和温度显示装置，多个所述硅芯棒外接电源，所述连接管外接排气设备，还包括：

所述还原炉内同轴设置有进气管，所述进气管的一端连通于供气设备，所述进气管的另一端密封贯穿所述还原炉并延伸至所述还原炉的内顶部；

所述还原炉的侧壁上均匀设置有测温组件，所述测温组件包含设置于所述还原炉内壁上的内测温件，以及设置于所述还原炉外壁上的外测温件；

所述进气管延伸至所述还原炉内的一端同轴套设有轴向均匀机构，所述轴向均匀机构包含固接于所述还原炉内底部的内管，以及转动套设于所述内管上的外管，所述外管朝向所述进气管出口的一端设置有驱动组件；

所述内管和所述外管的侧壁上均设置有供气流穿过的通槽，所述驱动组件的动力来源为所述进气管内排出的气流；

所述内管和所述外管侧壁上的通槽不相同。

另外，根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置还具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些具体实施例中，所述还原炉底端可拆卸固接有底座，圆周设置的多个所述硅芯棒呈同心圆状，径向均匀设置。

在本申请的一些具体实施例中，所述连接管沿所述还原炉的轴向均匀设置有多个，多个所述连接管和多个所述硅芯棒以所述还原炉的轴向为轴交错设置。

在本申请的一些具体实施例中，所述内测温件和所述外测温件以所述还原炉的轴向为轴交错设置。

在本申请的一些具体实施例中，所述内测温件和所述外测温件沿所述还原炉的轴向方向交错设置。

在本申请的一些具体实施例中，所述内管的内壁和所述进气管的外壁之间设有间距。

在本申请的一些具体实施例中，所述内管上的通槽为通气槽，所述通气槽在所述内管的侧壁上圆周均匀设置，所述通气槽的两端不贯穿所述内管。

在本申请的一些具体实施例中，所述外管上的通槽为排气槽，所述排气槽沿所述外管的轴向螺旋设置，且所述排气槽在所述外管的侧壁上圆周均匀设置。

在本申请的一些具体实施例中，所述外管的底端固接有轴承座，所述轴承座固接于所述还原炉的内底部。

在本申请的一些具体实施例中，所述驱动组件包含固接于所述外管顶端的管帽，所述管帽内同轴固接有驱动叶轮。

在本申请的一些具体实施例中，所述还原炉的内部设置有多个径向均匀机构，多个所述径向均匀机构以所述进气管为轴圆周均匀设置，圆周设置的多个所述径向均匀机构和圆周设置的多个所述硅芯棒以所述进气管为轴交错设置；

所述径向均匀机构包含固接于所述还原炉内底部的导流柱，以及固接于所述还原炉内底部的分流板，多个所述径向均匀机构内的所述分流板和所述导流柱之间以所述进气管为轴圆周交错设置；

其中所述导流柱和所述分流板的高度不低于所述外管侧壁上通槽的顶端。

在本申请的一些具体实施例中，所述导流柱设置于所述外管和位于内圈的所述硅芯棒之间，其中所述导流柱朝向所述外管侧壁的一端呈逐渐收拢状设置。

在本申请的一些具体实施例中，所述分流板沿所述进气管的径向固接于所述还原炉的内底部。

在本申请的一些具体实施例中，所述分流板的两侧沿所述进气管的径向对称均匀固接有阻流板；

所述阻流板位于沿径向分布的相邻的两个所述硅芯棒之间。

在本申请的一些具体实施例中，所述阻流板上设置有贯穿孔；

所述贯穿孔的数量沿所述进气管的径向从内向外递减。

在本申请的一些具体实施例中，所述进气管的内部沿长度方向固接有隔板，多个所述连接管远离所述还原炉的一端连通有集气罐；

所述进气管贯穿所述集气罐。

在本申请的一些具体实施例中，所述进气管位于所述集气罐内的一段呈螺旋上升式设置，且该螺旋部的顶部大于底部。

在本申请的一些具体实施例中，所述集气罐上连通有排气管，所述排气管外接排气设备。

根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，有益效果是：

利用进气管，使作为原料的气体从还原炉的轴心处向周侧排出，利用以进气管为轴均匀分布的排气管使还原炉内的废气从还原炉的底部排出，提升原料气体在还原炉内的反应程度，继而提升硅芯棒上生成多晶硅的纯度；

利用设置于还原炉轴心处的进气管，以及以进气管为轴圆周均匀分布的硅芯棒，对进气管内的原料气体进行预热，尽可能的使得从进气管排出的原料气体温度均匀；

利用进气管内气流的冲击，带动驱动组件和外管转动，继而利用外管和内管上不相同的通槽，使得进入内管的原料气体尽可能均匀的从外管的侧壁上排出，继而进一步的使得还原炉内部的温度尽可能的保持均匀；

利用圆周交错设置，且轴向交错设置的内测温件和外测温件，尽可能的对还原炉的内部和外部的温度进行多方位的监控，提升温度监测的精准度。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置的整体结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置的内部结构示意图；

图3是根据本申请实施例的还原炉的局部结构俯视图；

图4是根据本申请实施例的还原炉的局部结构侧视图；

图5是根据本申请实施例的轴向均匀机构的结构爆炸图；

图6是根据本申请实施例的轴向均匀机构的局部结构剖视图；

图7是根据本申请实施例的径向均匀机构的位置示意图；

图8是根据本申请实施例的径向均匀机构在还原炉内的结构俯视图；

图9是根据本申请实施例的图7中A的放大示意图；

图10是根据本申请实施例的进气管的结构示意图；

图11是根据本申请实施例的进气管在集气罐内的结构示意图。

图标：1、还原炉；101、底座；102、硅芯棒；11、进气管；111、隔板；12、连接管；13、测温组件；131、内测温件；132、外测温件；14、集气罐；141、排气管；2、轴向均匀机构；21、内管；211、通气槽；22、外管；221、排气槽；222、轴承座；23、驱动组件；231、管帽；232、驱动叶轮；3、径向均匀机构；31、导流柱；32、分流板；321、阻流板；322、贯穿孔。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

如图1-图11所示，根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，包含还原炉1，还原炉1的内底部设置有多个硅芯棒102，还原炉1底端连通有连接管12，还原炉1外接电源、供气设备、排气设备和温度显示装置，多个硅芯棒102外接电源，连接管12外接排气设备。

具体的，在本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置上，还原炉1内同轴设置有进气管11，进气管11的一端连通于供气设备，进气管11的另一端密封贯穿还原炉1并延伸至还原炉1的内顶部，如此，使得进入还原炉1内作为原料的气体，从还原炉1的轴心处向周侧逸散，并从还原炉1的内顶部向下方逸散，继而，使得还原炉1内的原料气体可以和多个硅芯棒102充分接触，继而发生充分的气相沉积反应，提升了原料气体在还原炉1内的反应程度，继而，可以理解的是，降低了原料气体的浪费度，并提升了气相沉积反应过程中生成的多晶硅的纯度。

还原炉1的侧壁上均匀设置有测温组件13，测温组件13包含设置于还原炉1内壁上的内测温件131，以及设置于还原炉1外壁上的外测温件132，通过内外壁上的多个测温组件13，可及时获取还原炉1内外的温度，提升温度监测准度。

需要说明的是，本申请实施例中的内测温件131和外测温件132为现有技术中的热电偶，以适用于还原炉1内部的高温监测。

进气管11延伸至还原炉1内的一端同轴套设有轴向均匀机构2，轴向均匀机构2包含固接于还原炉1内底部的内管21，以及转动套设于内管21上的外管22，外管22朝向进气管11出口的一端设置有驱动组件23；

内管21和外管22的侧壁上均设置有供气流穿过的通槽，驱动组件23的动力来源为进气管11内排出的气流，需要说明的是，进气管11和连接管12连通外接设备的一端分别设置有流量阀，以控制进气和排气的流量。

内管21和外管22侧壁上的通槽不相同。

另外，根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置还具有如下附加的技术特征：

其中，如图2和图3所示，还原炉1底端可拆卸固接有底座101，圆周设置的多个硅芯棒102呈同心圆状，径向均匀设置。

且，连接管12以还原炉1的轴向为轴均匀设置有多个，多个连接管12和多个硅芯棒102以还原炉1的轴向为轴交错设置。

如此，可以理解的是，还原炉1内部的气体在排出还原炉1的时候，其会在还原炉1内部和硅芯棒102尽可能充分的接触，提升原料气体的气相沉积反应质量，相对于现有技术中，还原炉1底盘处（内底部）出料口居中设计，且进料口和出料口均在还原炉1内的一侧，以及同介质阻力大的原因，使大部分的原料气体在没有参与反应的情况下就从出料口出来了，造成大量原料气体的浪费。

其中，如图3和图4所示，内测温件131和外测温件132以还原炉1的轴向为轴交错设置。

进一步的，内测温件131和外测温件132沿还原炉1的轴向方向交错设置。

如此，使得内测温件131和外测温件132可对还原炉1的内外侧均进行多方位的监测，通过多方位的监测，可提升整个还原炉1内温度的准度。

进一步的，内管21的内壁和进气管11的外壁之间设有间距，便于气体流通。

进一步的，内管21上的通槽为通气槽211，通气槽211在内管21的侧壁上圆周均匀设置，通气槽211的两端不贯穿内管21，提升内管21的自身结构刚性。

进一步的，外管22上的通槽为排气槽221，排气槽221沿外管22的轴向螺旋设置，且排气槽221在外管22的侧壁上圆周均匀设置。

进一步的，外管22的底端固接有轴承座222，轴承座222固接于还原炉1的内底部。

进一步的，驱动组件23包含固接于外管22顶端的管帽231，管帽231内同轴固接有驱动叶轮232。

下面参考附图描述根据本申请实施例的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置的使用过程：

通过外接供气设备，向进气管11内通入原料气体，原料气体随进气管11进入到外管22的管帽231处，气流受阻向下折返，并沿内管21的内壁和进气管11的外壁之间设置的间距流通，此过程中，气流对管帽231上的驱动叶轮232冲击，使得驱动叶轮232连同管帽231，以及和管帽231固接并通过轴承座222转动连接于还原炉1的外管22发生转动，首先，气流在驱动叶轮232的作用下，会进行混合，并均匀的向内管21的内壁和进气管11的外壁之间设置的间距处流通，其次，因内管21上均匀设置的通气槽211的出气范围受到外管22上螺旋设置的排气槽221的限制，故而具备一定压力并进入进气管11的原料气体，会在内管21和进气管11之间均匀充斥，并从通气槽211和排气槽221相通之处排向还原炉1内部，而外管22在驱动叶轮232的作用下发生转动，故而，此时通气槽211和排气槽221的相通之处会根据外管22的转动而发生变化，使原料气体从外管22侧壁上呈循环的螺旋转动状排出，如此，将使得还原炉1内的原料气体尽可能的分布均匀，而同时，因进气管11的出气端位于还原炉1的内顶部，故而原料气体经过位于还原炉1内部的进气管11的过程中，会受到源自通电后硅芯棒102提供的热量，进行预热，继而预热后的原料气体再经过循环的螺旋转动状从外管22侧壁排出，进一步提升了还原炉1内部温度的均匀度，如此，配合以还原炉1的轴向为轴交错设置，且沿还原炉1的轴向方向交错设置的多个内测温件131和多个外测温件132，可多方位的对还原炉1内外的温度进行实时监测，以提升还原炉1内部温度精度，继而可降低监测数据与实际数据存的误差，还原炉1内部温度精度的提升，可便于工作人员控制炉内硅芯棒102的实际温度，继而使产品质量稳定，避免多晶硅的生产存在着极大的随机性。

在相关技术中，该一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，通过转动的外管22使原料气体排出的过程中呈循环的螺旋状，以此来提升原料气体在还原炉1内部的分散均匀度，但是，外管22仅能在轴向上一定程度的保证原料气体均匀排出，而在径向上，并无法保证原料气体在还原炉1内的均匀度，如此，将会使得靠近外管22的硅芯棒102和原料气体之间的气相沉积反应比远离外管22的硅芯棒102上的气相沉积反应充分，久而久之，将会使得内侧的硅芯棒102上形成较多的多晶硅，而外侧的硅芯棒102上形成的多晶硅较少，进一步的，内侧的硅芯棒102上的多晶硅的增多，将会进一步减少从外管22处排出的原料气体和外侧的硅芯棒102之间的接触，如此，将会导致内围硅芯棒102和外围硅芯棒102的反应程度不同，降低生产质量，同时，生成多晶硅较多的内围的硅芯棒102将会逐渐阻碍原料气体的径向流动，继而迫使原料气体和硅芯棒102之间没有进行充分的气相沉积就会从连接管12处排出。

根据本申请的一些实施例，如图7-图9所示，还原炉1的内部设置有多个径向均匀机构3，多个径向均匀机构3以进气管11为轴圆周均匀设置，圆周设置的多个径向均匀机构3和圆周设置的多个硅芯棒102以进气管11为轴交错设置；

径向均匀机构3包含固接于还原炉1内底部的导流柱31，以及固接于还原炉1内底部的分流板32，多个径向均匀机构3内的分流板32和导流柱31之间以进气管11为轴圆周交错设置；

其中导流柱31和分流板32的高度不低于外管22侧壁上通槽的顶端。

进一步的，导流柱31设置于外管22和位于内圈的硅芯棒102之间，其中导流柱31朝向外管22侧壁的一端呈逐渐收拢状设置，如此，从外管22侧壁上排出的原料气体，在触及导流柱31的时候，会在导流柱31逐渐扩张的侧壁作用下，形成转向，减少气流对硅芯棒102的冲击，避免硅芯棒102出现倒柱甚至断柱现象。

具体的，分流板32沿进气管11的径向固接于还原炉1的内底部，需要说明的是，分流板32底侧可成凹形设置，以避免对连接管12处造成堵塞。

进一步的，如图7-图9所示，分流板32的两侧沿进气管11的径向对称均匀固接有阻流板321；

阻流板321位于沿径向分布的相邻的两个硅芯棒102之间。

进一步的，阻流板321上设置有贯穿孔322；

贯穿孔322的数量沿进气管11的径向从内向外递减。

由此，在具体使用的时候，当原料气体从外管22的侧壁上均匀排出的时候，气流会在导流柱31的作用下，形成分流，分流后的气流在相邻的两个分流板32之间向还原炉1的内壁方向径向流通，而在此过程中，该气流会进一步受到阻流板321的阻碍，使得部分气流进一步进行分流，向相邻的硅芯棒102处流通，同时，因阻流板321上设置有贯穿孔322，且贯穿孔322的数量沿进气管11的径向从内向外递减，如此，导流柱31分流出的气流中的一部分可通过贯穿孔322直接流通向还原炉1的内壁方向，另外，因贯穿孔322的数量沿进气管11的径向从内向外递减，使得气流在依次穿过径向的阻流板321时，其势能衰减尽可能的减少，提升位于外圈的阻流板321对气流的转向能力，保证位于外圈的硅芯棒102可接触到足够的原料气流，而最终流向还原炉1的内壁方向的气流，在还原炉1内壁的阻碍下，以分流板32为轴，向两侧流通，如此，将使得整个还原炉1内部的气流，在导流柱31和分流板32以及阻流板321和数量变化的贯穿孔322的作用下，形成径向均匀分布，且降低了气流对硅芯棒102的直接冲击，提升了气流在还原炉1内的均匀分布程度，还可避免气流进入炉内的流量波动过大，造成硅芯棒102剧烈晃动，甚至出现从根部折断的倒棒现象。

在相关技术中，该一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，原料气体经过进气管11后，从还原炉1的内顶部排向内管21和进气管11之间，此过程中，原料气体虽可进行一定程度的预热，但是，因进气管11的长度有限，其气体的流速会根据实际情况进行调整，如此，原料气体在还原炉1内的预热效果并不理想，而预热不足的原料气体，将会增加硅芯棒102的电能消耗。

根据本申请的一些实施例，如图10和图11所示，进气管11的内部沿长度方向固接有隔板111，多个连接管12远离还原炉1的一端连通有集气罐14，需要说明的是，隔板111的设计，使得进入进气管11内的气体可分开进入，单独对某一气体的进入量可实现控制，并避免两者在进气管11内部因高温而发生一定程度的化学反应。

进气管11贯穿集气罐14，如此，集气罐14可通过从还原炉1内部排出的废气所携带的热量对进气管11内的原料气体进行预热，提升还原炉1内的余热利用度，降低能耗。

其中，进气管11位于集气罐14内的一段呈螺旋上升式设置，且该螺旋部的顶部大于底部，如此，在集气罐14内呈螺旋上升设置的进气管11，进一步增加了自身的受热面积，可对进气管11内的原料气体进行充分的预热，对还原炉1内排出的余热进行充分利用。

进一步的，集气罐14上连通有排气管141，排气管141外接排气设备。

由此，在具体使用的时候，通过外接供气设备，分别将两种原料气体通入经过隔板111隔开的进气管11，使原料气体在进入炉内之前，不会因气体混合等因素而发生不必要的损耗或者风险，同时，因进气管11在集气罐14内呈螺旋上升设置，故而，当还原炉1排出废气的时候，废气所携带的热量将汇聚向集气罐14内，继而通过螺旋上升设置的进气管11，可增加进气管11的受热面积，继而，增强对进气管11内原料气体的预热能力，且提升了还原炉1的余热利用率，降低了能耗。

需要说明的是，还原炉1、硅芯棒102、内测温件131、外测温件132、轴承座222和驱动叶轮232具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，包含还原炉（1），所述还原炉（1）的内底部设置有多个硅芯棒（102），所述还原炉（1）底端连通有连接管（12），所述还原炉（1）外接电源、供气设备、排气设备和温度显示装置，多个所述硅芯棒（102）外接电源，所述连接管（12）外接排气设备，其特征在于：

所述还原炉（1）内同轴设置有进气管（11），所述进气管（11）的一端连通于供气设备，所述进气管（11）的另一端密封贯穿所述还原炉（1）并延伸至所述还原炉（1）的内顶部；

所述进气管(11)的内部沿长度方向固接有隔板（111），所述隔板（111）的设计，使进入所述进气管（11）内的气体可分开进入，单独对某一气体的进入量可实现控制，并避免两者在所述进气管（11）内因高温而发生一定程度的化学反应；

所述还原炉（1）的侧壁上均匀设置有测温组件（13），所述测温组件（13）包含设置于所述还原炉（1）内壁上的内测温件（131），以及设置于所述还原炉（1）外壁上的外测温件（132）；

所述内测温件（131）和所述外测温件（132）以所述还原炉（1）的轴向为轴交错设置；所述内测温件（131）和所述外测温件（132）沿所述还原炉（1）的轴向方向交错设置；

所述进气管（11）延伸至所述还原炉（1）内的一端同轴套设有轴向均匀机构（2），所述轴向均匀机构（2）包含固接于所述还原炉（1）内底部的内管（21），以及转动套设于所述内管（21）上的外管（22），所述外管（22）朝向所述进气管（11）出口的一端设置有驱动组件（23）；

所述内管（21）和所述外管（22）的侧壁上均设置有供气流穿过的通槽，所述驱动组件（23）的动力来源为所述进气管（11）内排出的气流；

所述内管（21）的内壁和所述进气管（11）的外壁之间设有间距；

所述内管（21）和所述外管（22）侧壁上的通槽不相同；

所述内管（21）上的通槽为通气槽（211），所述通气槽（211）在所述内管（21）的侧壁上圆周均匀设置，所述通气槽（211）的两端不贯穿所述内管（21）；所述外管（22）上的通槽为排气槽（221），所述排气槽（221）沿所述外管（22）的轴向螺旋设置，且所述排气槽（221）在所述外管（22）的侧壁上圆周均匀设置；

所述外管（22）的底端固接有轴承座（222），所述轴承座（222）固接于所述还原炉（1）的内底部；

所述驱动组件（23）包含固接于所述外管（22）顶端的管帽（231），所述管帽（231）内同轴固接有驱动叶轮（232）。

2.如权利要求1所述的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，其特征在于：所述还原炉（1）底端可拆卸固接有底座（101），圆周设置的多个所述硅芯棒（102）呈同心圆状，径向均匀设置。

3.如权利要求2所述的一种基于多晶硅生产用还原炉控制仪表装置，其特征在于：所述连接管（12）沿所述还原炉（1）的轴向均匀设置有多个，多个所述连接管（12）和多个所述硅芯棒（102）以所述还原炉（1）的轴向为轴交错设置。