CN117431628A - 一种铸锭单晶热场装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏电池技术领域，具体的为一种铸锭单晶热场装置，包括铸锭炉、加热釜、坩埚、进气管、单向进气组件和喷气组件，加热釜设置在铸锭炉内，加热釜的顶部设置有釜盖，釜盖上的预设位置开设有排气口。本发明设置了单向进气组件和喷气组件，通过喷气组件将氩气均匀的分散到坩埚内，从而使得氩气与硅溶液挥发出来的气体杂质充分混合，混合后的废气在气体压力差作用下，自坩埚的边缘区域向中间区域流动，相较于现有技术，从喷气组件喷出的氩气能够更加分散的喷入到坩埚内，与坩埚内的气体杂质混合更加充分，不易出现氩气无法到达的死角位置，从而能够显著的提高通过氩气进行除杂的效果。

Description

一种铸锭单晶热场装置

技术领域

本发明涉及光伏电池领域，特别是涉及一种铸锭单晶热场装置。

背景技术

硅锭是生产光伏电池的重要原材料，因此随着新能源电车的数量增加，硅材料的需求量也越来越大。光伏电池的生产采用铸锭炉进行硅锭的生产，再将硅锭切割成电池片。未获取到高纯度的硅锭，需要在硅锭的生产过程中尽可能的减少硅溶液中的杂质含量，以提高硅锭的质量。

现有技术中通常采用通入惰性气体（如氩气）的方式来带走硅溶液中挥发出来的杂质，例如授权公告号为CN212451744U的中国实用新型专利公开了一种铸锭热场结构及铸锭炉，该专利能够保证硅溶液排杂过程顺利，保证热场的碳杂质不会进入到硅溶液中，但是该专利仍具有以下缺陷：从总进气管进入到第二腔室内的惰性气体无法与第二腔室内挥发出来的杂质气体充分混合，此外第二腔室内还存在一些四角区域，惰性气体无法与该区域内的杂质气体混合接触，因此在实际应用中，通入惰性气体进行除杂的效果不佳。

发明内容

基于此，有必要针对目前的铸锭热场结构所存在的问题，提供一种铸锭单晶热场装置，本装置能够在通入惰性气体的过程中，使得惰性气体与腔室内挥发出来的杂质气体充分混合，从而能够提高通入惰性气体进行除杂的效果。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种铸锭单晶热场装置包括：

铸锭炉；

加热釜，加热釜设置在铸锭炉内，加热釜的顶部设置有釜盖，釜盖上的预设位置开设有排气口；

坩埚，坩埚设置在加热釜内；

进气管，进气管竖直设置且一端向下贯穿釜盖；

单向进气组件，单向进气组件设置在进气管和坩埚之间，进气管内的气体能够通过单向进气组件进入坩埚内，单向进气组件限制坩埚内的气体进入进气管；

喷气组件，喷气组件与单向进气组件连通，用于将惰性气体喷入坩埚内，喷气组件位于坩埚内的非中心区域，喷气组件能够沿竖直方向在上极限位置和下极限位置之间移动；

喷气组件处于上极限位置时，喷气组件封堵排气口；

喷气组件处于下极限位置时，喷气组件将坩埚内隔离为上腔室和下腔室，下腔室内的气体能够进入上腔室并从排气口向外排出。

在其中一个实施例中，所述单向进气组件包括上端盖、下连接环和若干的中间管，上端盖和下连接环同轴且上下间隔设置，若干的中间管绕下连接环的中心周向等间距设置，中间管的两端分别贯穿上端盖和下连接环。

在其中一个实施例中，所述喷气组件包括第一连接环、第一扇形叶片、第二连接环和第二扇形叶片，第一扇形叶片有A个，A个第一扇形叶片绕第一连接环的中心周向等间距设置，第二连接环有B个，第一连接环和B个第二连接环同轴，第一连接环和B个第二连接环依次叠放，第一连接环和B个第二连接环转动套设在下连接环上，第二扇形叶片有A*B个，A*B个第二扇形叶片均分为B组，每组的A个第二扇形叶片绕第二连接环的中心周向等间距设置；

第一连接环和第二连接环上均开设有若干的气孔，从中间管喷出的气体能够通过若干的气孔依次进入到第一连接环和各个第二连接环中，第一扇形叶片和第二扇形叶片的下端沿其径向方向均间隔设置有若干的喷射孔，进入到第一连接环和第二连接环中的气体能够通过喷射孔向外喷出；

上下相邻的第一扇形叶片和第二扇形叶片之间以及上下相邻的两个第二扇形叶片之间均设置有联动件，上端盖和最下方的第二连接环之间设置有驱动组件，驱动组件通过联动件能够使得上下相邻的第一扇形叶片和第二扇形叶片以及上下相邻的两个第二扇形叶片呈阶梯状展开或者折叠。

在其中一个实施例中，所述联动件包括弧形滑槽和弧形滑块，弧形滑槽开设在第二扇形叶片的上表面且弧形滑槽与下连接环同心，弧形滑块设置在第一扇形叶片和第二扇形叶片的下表面，弧形滑块滑动连接在弧形滑槽内。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括动力源和长轴，动力源设置在上端盖的底部，动力源的输出轴与长轴固定连接，长轴远离动力源的一端周向等间距设置有拨杆，拨杆与最下方的第二扇形叶片连接。

在其中一个实施例中，所述喷射孔直径与喷射孔中心到下连接环中心之间的间距正相关。

在其中一个实施例中，所述第一扇形叶片的一侧竖直延伸形成侧板，侧板的高度与第一连接环和第二连接环的高度之和相适配。

在其中一个实施例中，所述加热釜的内侧壁和内顶壁上均设置有电加热器。

在其中一个实施例中，所述加热釜的下部设置有中间排气管。

在其中一个实施例中，所述铸锭炉上设置有外排气管。

本发明的有益效果是：

本发明设置了单向进气组件和喷气组件，通过喷气组件将氩气均匀的分散到坩埚内，从而使得氩气与硅溶液挥发出来的气体杂质充分混合，混合后的废气在气体压力差作用下，自坩埚的边缘区域向中间区域流动，相较于现有技术，从喷气组件喷出的氩气能够更加分散的喷入到坩埚内，与坩埚内的气体杂质混合更加充分，不易出现氩气无法到达的死角位置，从而能够显著的提高通过氩气进行除杂的效果。

附图说明

图1为本发明一种铸锭单晶热场装置的剖视图示意图；

图2为本发明一种铸锭单晶热场装置中第二扇形叶片的叠放状态图；

图3为本发明一种铸锭单晶热场装置中第二扇形叶片的展开状态图；

图4为本发明一种铸锭单晶热场装置中坩埚的正视图；

图5为图4中A-A剖视图；

图6为图5中X处结构放大的示意图；

图7为本发明一种铸锭单晶热场装置中联动件的结构示意图；

图8为本发明一种铸锭单晶热场装置中单向进气组件、喷气组件和驱动组件的分解图；

图9为本发明一种铸锭单晶热场装置中喷射孔结构图。

其中：

100、铸锭炉；200、加热釜；210、釜盖；211、排气口；300、坩埚；310、上腔室；320、下腔室；400、进气管；500、单向进气组件；510、上端盖；520、下连接环；530、中间管；600、喷气组件；610、第一连接环；620、第一扇形叶片；630、第二连接环；640、第二扇形叶片；650、气孔；660、喷射孔；670、联动件；671、弧形滑槽；672、弧形滑块；680、侧板；700、驱动组件；710、动力源；720、长轴；730、拨杆；740、液压缸；750、连接杆；800、电加热器；910、中间排气管；920、外排气管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-图9所示，一种铸锭单晶热场装置包括铸锭炉100、加热釜200、坩埚300、进气管400、单向进气组件500和喷气组件600，加热釜200设置在铸锭炉100内，加热釜200的顶部设置有釜盖210，釜盖210上的预设位置开设有排气口211，坩埚300设置在加热釜200内，坩埚300内装填有硅溶液，加热釜200对坩埚300内的硅溶液进行加热，进气管400竖直设置且一端向下贯穿釜盖210，用于将惰性气体通入到加热釜200内，单向进气组件500设置在进气管400和坩埚300之间，进气管400内的气体能够通过单向进气组件500进入坩埚300内，坩埚300内填充有硅溶液，单向进气组件500限制坩埚300内的气体进入进气管400，喷气组件600与单向进气组件500连通，喷气组件600位于坩埚300的非中心区域，喷气组件600用于将惰性气体分散喷入坩埚300内，喷气组件600能够沿竖直方向在上极限位置和下极限位置之间移动，喷气组件600处于上极限位置时，喷气组件600封堵排气口211，喷气组件600处于下极限位置时，喷气组件600将坩埚300内隔离为上腔室310和下腔室320，下腔室320内的气体能够进入上腔室310并从排气口211向外排出。

要补充的是，为使得喷气组件600能够沿竖直方向在上极限位置和下极限位置之间移动，具体地，在进气管400的顶部设置有液压缸740，液压缸740的伸缩端固定连接有连接杆750，连接杆750与喷气组件600连接，从而使得连接杆750带动喷气组件600在竖直方向上移动。

非使用状态下，使得喷气组件600处于上极限位置，此时喷气组件600将釜盖210上的预设位置处的排气口211封堵，此时加热釜200内以及铸锭炉100所形成的热场内的气体无法进入到下腔室320内，从而实现对坩埚300的密封，避免坩埚300内的硅溶液被热场内的空气所污染；

处于使用状态时，使得喷气组件600向下移动预设距离，此时排气口211不再被喷气组件600封堵，所以下腔室320内的气体能够进入到上腔室310内并通过排气口211向外排出，这个时候启动进气管400，通过进气管400将氩气通入到单向进气组件500中，氩气通过单向进气组件500进入到喷气组件600中，最后氩气通过喷气组件600分散到坩埚300的非中心区域，因此氩气能够与坩埚300内挥发出来的气体杂质充分混合，与杂质气体混合后的氩气（简称废气）在气压流动作用下向坩埚300的上方中心区域流动，从而通过下腔室320进入到上腔室310中，最终废气通过排气口211向外排出，相较于现有技术，从喷气组件600喷出的氩气能够更加分散的喷入到坩埚300内，与坩埚300内的气体杂质混合更加充分，不易出现氩气无法到达的死角位置，从而能够显著的提高通过氩气进行除杂的效果。

在进一步的实施例中，如图8所示，单向进气组件500包括上端盖510、下连接环520和若干的中间管530，上端盖510和下连接环520同轴且上下间隔设置，若干的中间管530绕下连接环520的中心周向等间距设置，中间管530的两端分别贯穿上端盖510和下连接环520。

向坩埚300内部通入氩气时，进气管400将惰性气体输送到上端盖510中，接下来氩气通过上端盖510进入到中间管530中，进一步的从中间管530中喷出的氩气进入到下连接环520中，最后下连接环520中的氩气通过喷气组件600喷出，使得氩气通过喷气组件600分散的喷射到坩埚300中，同时由于下连接环520的中心具有空隙，下腔室320内的气压大于上腔室310内的气压，在空气压力差的驱动作用下，废气从坩埚300的边缘区域向坩埚300的中心区域流动，最后通过下连接环520中心的空隙进入到上腔室310内，最终通过排气口211向外排出。

在进一步的实施例中，如图7、图8和图9所示，喷气组件600包括第一连接环610、第一扇形叶片620、第二连接环630和第二扇形叶片640，第一扇形叶片620有A个，A取大于等于1的自然数，A个第一扇形叶片620绕第一连接环610的中心周向等间距设置，第二连接环630有B个，B取大于等于1的自然数，第一连接环610和B个第二连接环630同轴，第一连接环610和B个第二连接环630依次叠放，第一连接环610和B个第二连接环630转动套设在下连接环520上，第二扇形叶片640有A*B个，A*B个第二扇形叶片640均分为B组，每组的A个第二扇形叶片640绕第二连接环630的中心周向等间距设置，第一连接环610和第二连接环630上均开设有若干的气孔650，从中间管530喷出的气体能够通过若干的气孔650依次进入到第一连接环610和各个第二连接环630中，第一扇形叶片620和第二扇形叶片640的下端沿其径向方向均间隔设置有若干的喷射孔660，进入到第一连接环610和第二连接环630中的气体进入到第一扇形叶片620和多个第二扇形叶片640内并通过喷射孔660向外喷出，上下相邻的第一扇形叶片620和第二扇形叶片640之间以及上下相邻的两个第二扇形叶片640之间均设置有联动件670，上端盖510和最下方的第二连接环630之间设置有驱动组件700，驱动组件700通过联动件670能够使得上下相邻的第一扇形叶片620和第二扇形叶片640以及上下相邻的两个第二扇形叶片640呈阶梯状展开或者折叠，呈阶梯状展开的多个第二扇形叶片640和第一扇形叶片620展开后的轮廓直径与坩埚300的直径相适配，从而能够使得下腔室320内的气体只能通过下腔室320中心的空隙向外排出。

使用状态下，启动液压缸740，使得液压缸740通过连接杆750带动上端盖510向下移动预设距离，此时上腔室310和下腔室320连通，然后使得驱动组件700带动最下方的第二扇形叶片640转动，此时在驱动组件700的驱动作用下，第二扇形叶片640逐渐从折叠状态切换到阶梯状的展开状态，此时如图7所示，之后随着驱动组件700的继续转动，驱动组件700带动展开后的第一扇形叶片620和第二扇形叶片640保持如图7所示的阶梯状展开状态继续转动，由于第一扇形叶片620和第二扇形叶片640在其圆周方向上形成了阶梯状的结构，因此在第一扇形叶片620和第二扇形叶片640旋转的同时，阶梯状的结构能够对其通入到坩埚300内的氩气形成明显的扰动，避免了从第一扇形叶片620和第二扇形叶片640中排出的氩气过快的从下连接环520的中心向外排出，使得氩气与硅溶液中挥发出来的气体杂质的混合更充分，提高氩气的使用效率，而且在第一扇形叶片620和第二扇形叶片640转动的同时向外排气，还能够使得从第一扇形叶片620和第二扇形叶片640喷出的氩气对硅溶液的表面形成扰动，使得硅溶液中的杂质能够快速的挥发。

还要补充说明的是，第一扇形叶片620与排气口211的位置相对应，而且排气口211在釜盖210的周向上设置的组数与第一扇形叶片620的个数相适配，以使得第一扇形叶片620处于排气口211的所在位置时，第一扇形叶片620能够将排气口211封堵，从而达到对坩埚300进行密封的效果。

在进一步的实施例中，如图8和图9所示，联动件670包括弧形滑槽671和弧形滑块672，弧形滑槽671开设在第二扇形叶片640的上表面且弧形滑槽671与下连接环520同心，弧形滑块672设置在第一扇形叶片620和第二扇形叶片640的下表面，弧形滑块672滑动连接在弧形滑槽671内。

当最下方的第二扇形叶片640转动时，自下向上数的第二个第二扇形叶片640上的弧形滑块672沿最下方的第二扇形叶片640上的弧形滑槽671滑动，从而使得弧形滑块672在弧形滑槽671滑动，以使得第一扇形叶片620和多个第二扇形叶片640从折叠状态逐渐切换到阶梯状的展开状态。

在进一步的实施例中，如图8所示，驱动组件700包括动力源710和长轴720，动力源710设置在上端盖510的底部，具体地，动力源710为伺服马达，动力源710的输出轴与长轴720固定连接，长轴720远离动力源710的一端周向等间距设置有拨杆730，拨杆730与最下方的第二扇形叶片640连接。

具体地，通过动力源710的转动带动长轴720转动，长轴720带动拨杆730转动，拨杆730带动最下方的第二扇形叶片640转动，通过弧形滑槽671和弧形滑块672的连接配合，以实现第一扇形叶片620和多个第二扇形叶片640的阶梯状展开或者折叠。

在进一步的实施例中，如图9所示，喷射孔660直径与喷射孔660中心到下连接环520中心之间的间距正相关。如此设置，能够使得坩埚300内的惰性气体由外向内流动，避免坩埚300中心的气压过大而导致坩埚300内的惰性气体无法正常流动。

在进一步的实施例中，如图3所示，第一扇形叶片620的一侧竖直延伸形成侧板680，侧板680的高度与第一连接环610和第二连接环630的高度之和相适配；如此设置是为了避免第一扇形叶片620和最下方的第二扇形叶片640之间有间隙而造成惰性气体从第一扇形叶片620和最下方的第二扇形叶片640之间的间隙向外流动。

在进一步的实施例中，加热釜200的内侧壁和内顶壁上均设置有电加热器800，设置电加热器800用于对坩埚300进行加热，使得坩埚300内的硅溶液能够受热，进而使得硅溶液中的杂质以气体的状态向外挥发。

在进一步的实施例中，如图1所示，加热釜200的下部设置有中间排气管910，设置中间排气管910用于将加热釜200内的气体杂质输送到加热釜200之外。

在进一步的实施例中，如图1所示，铸锭炉100上设置有外排气管920，设置外排气管920是用于将铸锭炉100内的混合气体向外输送到指定位置。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，包括：

铸锭炉；

加热釜，加热釜设置在铸锭炉内，加热釜的顶部设置有釜盖，釜盖上的预设位置开设有排气口；

坩埚，坩埚设置在加热釜内；

进气管，进气管竖直设置且一端向下贯穿釜盖；

单向进气组件，单向进气组件设置在进气管和坩埚之间，进气管内的气体能够通过单向进气组件进入坩埚内，单向进气组件限制坩埚内的气体进入进气管；

喷气组件，喷气组件与单向进气组件连通，用于将惰性气体喷入坩埚内，喷气组件位于坩埚内的非中心区域，喷气组件能够沿竖直方向在上极限位置和下极限位置之间移动；

喷气组件处于上极限位置时，喷气组件封堵排气口；

喷气组件处于下极限位置时，喷气组件将坩埚内隔离为上腔室和下腔室，下腔室内的气体能够进入上腔室并从排气口向外排出。

2.根据权利要求1所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述单向进气组件包括上端盖、下连接环和若干的中间管，上端盖和下连接环同轴且上下间隔设置，若干的中间管绕下连接环的中心周向等间距设置，中间管的两端分别贯穿上端盖和下连接环。

3.根据权利要求2所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述喷气组件包括第一连接环、第一扇形叶片、第二连接环和第二扇形叶片，第一扇形叶片有A个，A个第一扇形叶片绕第一连接环的中心周向等间距设置，第二连接环有B个，第一连接环和B个第二连接环同轴，第一连接环和B个第二连接环依次叠放，第一连接环和B个第二连接环转动套设在下连接环上，第二扇形叶片有A*B个，A*B个第二扇形叶片均分为B组，每组的A个第二扇形叶片绕第二连接环的中心周向等间距设置；

第一连接环和第二连接环上均开设有若干的气孔，从中间管喷出的气体能够通过若干的气孔依次进入到第一连接环和各个第二连接环中，第一扇形叶片和第二扇形叶片的下端沿其径向方向均间隔设置有若干的喷射孔，进入到第一连接环和第二连接环中的气体能够通过喷射孔向外喷出；

上下相邻的第一扇形叶片和第二扇形叶片之间以及上下相邻的两个第二扇形叶片之间均设置有联动件，上端盖和最下方的第二连接环之间设置有驱动组件，驱动组件通过联动件能够使得上下相邻的第一扇形叶片和第二扇形叶片以及上下相邻的两个第二扇形叶片呈阶梯状展开或者折叠。

4.根据权利要求3所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述联动件包括弧形滑槽和弧形滑块，弧形滑槽开设在第二扇形叶片的上表面且弧形滑槽与下连接环同心，弧形滑块设置在第一扇形叶片和第二扇形叶片的下表面，弧形滑块滑动连接在弧形滑槽内。

5.根据权利要求3所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述驱动组件包括动力源和长轴，动力源设置在上端盖的底部，动力源的输出轴与长轴固定连接，长轴远离动力源的一端周向等间距设置有拨杆，拨杆与最下方的第二扇形叶片连接。

6.根据权利要求3所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述喷射孔直径与喷射孔中心到下连接环中心之间的间距正相关。

7.根据权利要求3所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述第一扇形叶片的一侧竖直延伸形成侧板，侧板的高度与第一连接环和第二连接环的高度之和相适配。

8.根据权利要求1所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述加热釜的内侧壁和内顶壁上均设置有电加热器。

9.根据权利要求8所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述加热釜的下部设置有中间排气管。

10.根据权利要求9所述的一种铸锭单晶热场装置，其特征在于，所述铸锭炉上设置有外排气管。