CN202170245U - 一种多点进料的多晶硅还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多点进料的多晶硅还原炉，包括底座（1）及设置在底座（1）上的钟罩（2）和电极（3），每个电极（3）上都安装有一个粗硅芯载体（4），底座（1）下方还设有进料管（5）和尾气排出管（6）。本实用新型的有益效果是：通过一个耐高温、耐腐蚀的分配器将部分进料混合气接通至内外圈硅棒之间，在降低中心集中进料处温度的同时，还平衡了炉内各处原料混合气的浓度分布，避免了因局部温度低于工艺控制温度而引发大量副反应的发生，同时还能够达到降低能耗增加沉积速度的目标。本实用新型的进料管与尾气排出管内设计为套管换热形式，达到预热原料气的同时又降低后续尾气冷凝所需能量的目的。

Description

一种多点进料的多晶硅还原炉

技术领域

本实用新型涉及一种还原炉，特别是涉及一种多点进料的多晶硅还原炉。 

背景技术

随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全球对多晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。 

目前，多晶硅的生产方式以改良西门子法为主，其过程是将提纯的三氯氢硅和净化后的氢气通入反应容器中，在高温、高压下发生化学反应，生成多晶硅沉积在反应容器中的发热载体上，随着多晶硅不停的沉积，发热载体的直径不断增加，当直径达到规定范围的大小后，即可停止生产并出产品，此产品即为多晶硅硅棒。上述的反应容器即是还原炉，是多晶硅生产工艺中重要的生产设备之一，生产过程中的电耗、料耗和沉积速度都和还原炉有着直接的关系，特别是多晶硅的沉积速率，它是直接影响生产效率高低的判别依据。多晶硅的沉积速率与还原炉内原料气浓度的分布情况息息相关。目前，还原炉的进料方式为炉内中心处单一进料喷嘴，通过压力差的作用将原料混合气喷射进炉子内部，之后再沿着硅棒内外层向下流动，最后进入尾气出口管道与进口原料进行热交换后到达下一工序。原料进入炉内后，炉子中心圈的硅棒开始反应沉积多晶硅产品，当混合气流至炉内外层多晶硅生产载体反应处时，因混合气中三氯氢硅已被消耗很多，而副产四氯化硅和氯化氢量不断增加，导致此处原料气中三氯氢硅和氢气的摩尔配比明显降低，严重影响外圈硅棒的沉积生长速度。因此在实际生产过程中，内外圈的硅棒产品多会有不同程度偏心的情况出现，为后期的倒炉埋下隐患。 

实用新型内容

本实用新型的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种多点进料的多晶硅还原炉，它能够提升多晶硅在炉内的沉积速度，同时解决混合气原料浓度分布不均造成炉内内外圈硅棒在生产过程中产生偏心并导致后期硅棒容易倒棒的技术问题。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多点进料的多晶硅还原炉，包括底座和设置在底座上的钟罩，底座的上方设置有电极，每个电极上都安装有一个粗硅芯载体，底座下方设有进料管和尾气排出管，所述的电极呈圆周型排列，电极排列成同心异径的内电极圈和外电极圈，所述的尾气排出管设置在底座中心位置的下部，其管口设置在钟罩内，进料管穿过尾气排出管连通钟罩，进料管的上端螺纹连接有一个分配器，分配器包括一个中心喷嘴和以中心喷嘴为圆心圆周排列的外喷嘴，外喷嘴通过管道连杆与中心喷嘴连接，外喷嘴位于内电极圈和外电极圈之间。 

所述进料管管口的高度高于尾气排出管的管口的高度，以免发生混合气原料还未发生反应便从尾气排出管中流出的情况。混合气原料进入炉内依靠的是进出口压差的作用，并且可以通过压差大小来调整混合气的喷射高度，以满足炉内粗硅芯载体的高度需求。 

所述的中心喷嘴和外喷嘴的喷口方向为正对向上。 

本实用新型的工作原理：电极导电后，粗硅芯载体发热升温，内外圈混合气原料依靠进料口的压力差喷射进入还原炉内，并沿着粗硅芯载体一路向上，最后到达炉顶即钟罩的顶部，此过程中部分混合气原料在高温的粗硅芯载体上发生化学反应生成多晶硅产品；内圈和内外圈的原料混合气在钟罩的顶部汇合，钟罩顶部为圆弧形设计，在反应炉顶部圆弧的引导下沿着炉壁和最外圈粗硅芯载体表面往下流动，在炉壁和外圈硅棒外表面之间流动过程中发生反应，生成多晶硅产品，最后的混合气到达底盘的尾气排出管的管口位置排出，多晶硅在粗硅芯载体上沉积后形成硅棒。 

所述的内电极圈上的电极呈等间距排列，外电极圈上的电极也呈等间距排列，保证了各硅棒之间沉积速度的平衡，避免了因硅棒因沉积速度不一致形成不同程度的偏心进而为后期倒炉埋下隐患；外喷嘴在圆周上呈等间距排列，保证了混合原料气浓度和炉内温度场分布的平衡性。 

本实用新型的有益效果是：通过一个耐高温、耐腐蚀的分配器将部分进料混合气接通至内外圈硅棒之间，在降低中心集中进料处温度的同时，还平衡了炉内各处原料混合气的浓度分布，避免了因大量低温的原料混合气集中进入炉内中心位置，导致该部位温度低于工艺控制温度而引发大量副反应的发生，同时还能够达到降低能耗增加沉积速度的目标。本实用新型的进料管与尾气排出管内设计为套管换热形式，达到预热原料气的同时又降低后续尾气冷凝所需能量的目的。 

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图； 

图2 为本实用新型剖视图；

图中，1-底座，2-钟罩，3-电极，4-粗硅芯载体，5-进料管，6-尾气排出管，7-中心喷嘴，8-管道连杆，9-外喷嘴，10-硅棒。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例： 

如图1、图2所示，一种多点进料的多晶硅还原炉，包括底座1和设置在底座1上的钟罩2，底座1的上方设置有电极3，每个电极3上都安装有一个粗硅芯载体4，底座1下方设有进料管5和尾气排出管6，所述的电极3呈圆周型排列，电极3排列成同心异径的内电极圈和外电极圈，所述的尾气排出管6设置在底座1中心位置的下部，其管口设置在钟罩2内，进料管5穿过尾气排出管6连通钟罩2，进料管5的上端螺纹连接有一个分配器，分配器包括一个中心喷嘴7和以中心喷嘴7为圆心圆周排列的外喷嘴9，外喷嘴9通过管道连杆8连接中心喷嘴7，外喷嘴9位于内电极圈和外电极圈之间。中心喷嘴7和外喷嘴9的喷口方向为正对向上，以满足喷射要求。

本实用新型的进料管5设置尾气排出管6内，达到预热原料气的同时又降低后续尾气冷凝所需能量的目的。 

本实用新型的进料管5的管口的高度高于尾气排出管6的管口的高度，以免发生混合气原料还未发生反应便从尾气排出管6中流出的情况。混合气原料进入炉内依靠的是进出口压差的作用，并且可以通过压差大小来调整混合气的喷射高度，以满足炉内粗硅芯载体4的高度需求。 

本装置上内电极圈上的电极3呈等间距排列，外电极圈上的电极3呈等间距排列，保证了各硅棒10之间沉积速度的平衡，避免了因硅棒10因沉积速度不一致形成不同程度的偏心进而为后期倒炉埋下隐患；外喷嘴在圆周上呈等间距排列，保证了混合原料气浓度和炉内温度场分布的平衡性。 

本实用新型的工作原理：电极3导电后，粗硅芯载体4发热升温，内外圈混合气原料依靠进料口的压力差喷射进入还原炉内，并沿着粗硅芯载体4一路向上，最后到达炉顶即钟罩2的顶部，此过程中部分混合气原料在高温的粗硅芯载体上发生化学反应生成多晶硅产品；内圈和内外圈的原料混合气在钟罩2的顶部汇合，钟罩2顶部为圆弧形设计，在反应炉顶部圆弧的引导下沿着炉壁和最外粗硅芯载体4表面往下流动，在炉壁和外圈硅棒外表面之间流动过程中发生反应生成多晶硅产品，最后的混合气到达底盘1的尾气排出管6的管口位置排出，多晶硅在粗硅芯载体4上沉积后形成硅棒10。 

Claims (6)

1.一种多点进料的多晶硅还原炉，包括底座（1）和设置在底座（1）上的钟罩（2），底座（1）的上方设置有电极（3），每个电极（3）上都安装有一个粗硅芯载体（4），底座（1）下方设有进料管（5）和尾气排出管（6），其特征在于：所述的电极（3）呈圆周型排列，电极（3）排列成同心异径的内电极圈和外电极圈，所述的尾气排出管（6）设置在底座（1）中心位置的下部，其管口设置在钟罩（2）内，进料管（5）穿过尾气排出管（6）连通钟罩（2），进料管（5）的上端螺纹连接有一个分配器，分配器包括一个中心喷嘴（7）和以中心喷嘴（7）为圆心圆周排列的外喷嘴（9），外喷嘴（9）通过管道连杆（8）连接中心喷嘴（7），外喷嘴（9）位于内电极圈和外电极圈之间。

2.根据权利要求1所述的一种多点进料的多晶硅还原炉，其特征在于：所述的进料管（5）的管口的高度高于尾气排出管（6）的管口的高度。

3.根据权利要求1所述的一种多点进料的多晶硅还原炉，其特征在于：所述的内电极圈上的电极（3）呈等间距排列。

4.根据权利要求1所述的一种多点进料的多晶硅还原炉，其特征在于：所述的外电极圈上的电极（3）呈等间距排列。

5.根据权利要求1所述的一种多点进料的多晶硅还原炉，其特征在于：所述的外喷嘴（9）在圆周上呈等间距排列。

6.根据权利要求1所述的一种多点进料的多晶硅还原炉，其特征在于：所述的中心喷嘴（7）和外喷嘴（9）的喷口方向为正对向上。

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