CN202717878U - 一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，属于多晶铸锭炉技术领域。它解决了现有多晶铸锭炉在坩埚内的温度梯度出现不均匀或者出现径向温度梯度时也不能通过坩埚底部的散热来进行调节的问题。本装置包括设置于多晶铸锭炉坩埚外侧的环形加热棒，还包括PLC控制器和用于检测坩埚温度的红外测温传感器，红外测温传感器与PLC控制器的输入端连接，PLC控制器的输出端通过中间转换电路与环形加热棒连接，PLC控制器用于接收红外测温传感器输送的当前实时温度并将该当前实时温度与PLC控制器内部设定温度进行比较，并从PLC控制器输出端输出相应控制信号。该装置能够及时进行温度补偿，提高长晶质量。

Description

一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置

技术领域

本实用新型属于多晶铸锭炉技术领域，涉及一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置。

背景技术

当前在各种类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池由于其转换效率高、技术成熟而大规模的应用在各行各业中。晶体硅太阳能电池是主要采用单晶硅和多晶硅制作而成。而用于生产多晶硅的设备是多晶铸锭炉。

用于太阳能行业的多晶硅铸锭多采用定向凝固技术，比较常见的有布里曼法、热交换法、电磁铸锭法和浇铸法等四种，在国内生产商中，比较普遍的是热交换法。

多晶硅原料在铸锭炉中加热到一定温度，使其全部成熔融状态，然后从坩埚底部实现热交换，使坩埚内的熔融硅内部形成了一个垂直温度梯度。这个梯度使坩埚内的硅料从底部开始结晶，实现从熔体底部向顶部逐步长晶的过程。由于定向凝固只能是单方向散热，沿坩埚径向不能散热，也即径向温度梯度趋于零，而坩埚和热源又静止不动，因此随着凝固的进行，热源也即热场温度是由底向顶的温度渐冷过程，同时此间又必须保证无径向热流，所以温场的控制与调节施本项目的技术难度点。

一般在坩埚底部会设置一热开关，熔化时热开关关闭，起隔绝外界热交换作用；凝固开始时热开关打开，以实现坩埚底部快速降温。长晶速度受坩埚底部散热强度控制。然而一些不确定因素的影响，导致在长晶过程的垂直温度梯度不均匀，有的梯度过大有的梯度过密，导致长晶速度难以控制，影响长晶质量，甚至在坩埚内出现较为严重的径向温度梯度，从而影响生长质量出现微晶。

而在现有的多晶铸锭炉中用于检测温度的只有温控热电耦，其检测的坩埚内的温度梯度不够精准，并且在坩埚内的温度梯度出现不均匀或者出现径向温度梯度时也不能通过坩埚底部的散热来进行调节。

发明内容

本实用新型针对现有的技术存在上述问题，提出了一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，该装置能够辅助温控热电耦的温度检测，并在坩埚内的垂直温度梯度或者径向温度梯度出现异常时能够及时进行温度补偿，提高长晶质量。

本实用新型通过下列技术方案来实现：一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，包括设置于多晶铸锭炉坩埚外侧的环形加热棒，其特征在于，该装置还包括PLC控制器和若干个用于检测坩埚温度的红外测温传感器，所述的红外测温传感器与PLC控制器的输入端连接，所述PLC控制器的输出端通过中间转换电路与上述的环形加热棒连接，所述PLC控制器用于接收红外测温传感器输送的当前实时温度并将该当前实时温度与PLC控制器内部设定温度进行比较，并从PLC控制器输出端输出相应控制信号。

本侧温加热控制装置用于补偿坩埚内偏离的温度，使坩埚内的温度梯度保持符合工艺要求的温度，即通过红外测温传感器实时辅助检测坩埚内的温度，在坩埚内的垂直温度梯度或者径向温度梯度偏离当前设置的工艺要求的温度时，红外测温传感器检测的温度会低于PLC控制器内设置的温度，PLC控制器将差值计算出来后转化为控制量，该控制量通过中间转换电路使环形加热棒加工作直至坩埚内的温度梯度保持符合工艺要求的温度。

在上述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置中，所述的中间转换电路为可控硅温度控制器，所述的PLC控制器输出端与可控硅温度控制器连接，所述可控硅温度控制器的输出端与上述的环形加热棒连接。PLC控制器将控制信号给可控硅温度控制器后，可控硅温度控制器接通环形加热棒与电源的连接电路，使环形加热棒加热，直至PLC控制器再无控制信号发出。

在上述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置中，所述红外测温传感器的数量为三个，分别为用于检测坩埚上方的垂直温度的红外测温传感器一、用于检测坩埚侧壁温度的红外测温传感器二和用于检测坩埚底部中心位置温度的红外测温传感器三。采用红外测温传感器能检测整个坩埚上部、侧部和中部的温度，准确监测坩埚的温度梯度。

在上述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置中，所述的PLC控制器内设有放大电路和A/D转换器，上述的红外测温传感器一、红外测温传感器二和红外测温传感器三分别与PLC控制器内的放大电路输入端连接，放大电路输出端连接A/D转换器输入端。

在上述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置中，所述的PLC控制器的输出端还连接有用于进行手动操作的工控计算机。

与现有技术相比，本多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置通过增加红外测温传感器来检测坩埚内的温度梯度，并在坩埚内的温度偏离时控制环形加热棒进行温度补偿，使坩埚内的温度梯度符合工艺所要求的温度，使得多晶铸锭炉的控制系统能够准确控制坩埚内的温度，从而提高长晶质量。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图中，1、环形加热棒；2、红外测温传感器；21、红外测温传感器一；22、红外测温传感器一；23、红外测温传感器一；3、PLC控制器；4、放大电路；5、A/D转换器；6、可控硅温度控制器；7、工控计算机。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，包括环形加热棒1、三个红外测温传感器2和PLC控制器3等，用于辅助温控热电耦的温度检测，并在坩埚内的垂直温度梯度或者径向温度梯度出现问题时能够及时进行温度补偿，提高长晶质量。

具体来说，在多晶铸锭炉的坩埚外设置若干根垂直上下排列的环形加热棒1，环形加热棒1将坩埚包围住。红外测温传感器2的数量为三个，分别为用于检测坩埚上方的垂直温度的红外测温传感器一21、用于检测坩埚侧壁温度的红外测温传感器二22和用于检测坩埚底部中心位置温度的测温传感器三23。红外测温传感器一21设置于炉鼎上，红外测温传感器二22和红外测温传感器三23设置在炉壁上。红外测温传感器2能够避免炉内1500℃的高温并且能够检测坩埚内的温度梯度，采用两个且对称设置能将坩埚全部覆盖。

PLC控制器3设置在控制柜内，红外测温传感器2与PLC控制器3的输入端连接，PLC控制器3内设有放大电路4和A/D转换器5，红外测温传感器2连接PLC控制器3内的放大电路4输入端，放大电路4输出端连接A/D转换器5输入端，A/D转换器5输出端连接PLC控制器3内处理芯片。PLC控制器3的输出端通过中间转换电路与环形加热棒1连接，PLC控制器3用于三个接收红外测温传感器2输送的当前实时温度并将该当前实时温度与PLC控制器3内部设定温度进行比较，并从PLC控制器3输出端输出相应控制信号。中间转换电路为可控硅温度控制器6，设置在控制柜中，PLC控制器3输出端与可控硅温度控制器6连接，可控硅温度控制器6的输出端与上述的环形加热棒1连接。PLC控制器3的输出端还连接有用于进行手动操作的工控计算机7。

本侧温加热控制装置的工作过程如下：

通过红外测温传感器2实时辅助检测坩埚内的温度，在坩埚内的垂直温度梯度或者径向温度梯度偏离当前设置的工艺要求的温度时，红外测温传感器2检测的温度会低于PLC控制器3内设置的温度，PLC控制器3将差值计算出来后转化为控制量，该控制量通过可控硅温度控制器6使环形加热棒1加工作直至坩埚内的温度梯度保持符合工艺要求的温度。PLC控制器3将控制信号给可控硅温度控制器6后，可控硅温度控制器6接通环形加热棒1与电源的连接电路，使环形加热棒1加热，直至PLC控制器3再无控制信号发出。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了环形加热棒1、红外测温传感器2、红外测温传感器一21、红外测温传感器一22、红外测温传感器一23、PLC控制器3、放大电路4、A/D转换器5、可控硅温度控制器6、工控计算机7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，包括设置于多晶铸锭炉坩埚外侧的环形加热棒（1），其特征在于，该装置还包括PLC控制器（3）和若干个用于检测坩埚温度的红外测温传感器（2），所述的红外测温传感器（2）与PLC控制器（3）的输入端连接，所述PLC控制器（3）的输出端通过中间转换电路与上述的环形加热棒（1）连接，所述PLC控制器（3）用于接收红外测温传感器（2）输送的当前实时温度并将该当前实时温度与PLC控制器（3）内部设定温度进行比较，并从PLC控制器（3）输出端输出相应控制信号。

2.根据权利要求1所述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，其特征在于，所述的中间转换电路为可控硅温度控制器（6），所述的PLC控制器（3）输出端与可控硅温度控制器（6）连接，所述可控硅温度控制器（6）的输出端与上述的环形加热棒（1）连接。

3.根据权利要求1或2所述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，其特征在于，所述红外测温传感器（2）的数量为三个，分别为用于检测坩埚上方的垂直温度的红外测温传感器一（21）、用于检测坩埚侧壁温度的红外测温传感器二（22）和用于检测坩埚底部中心位置温度的红外测温传感器三（23）。

4.根据权利要求3所述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，其特征在于，所述的PLC控制器（3）内设有放大电路（4）和A/D转换器（5），上述的红外测温传感器一（21）、红外测温传感器二（22）和红外测温传感器三（23）分别与PLC控制器（3）内的放大电路（4）输入端连接，放大电路（4）输出端连接A/D转换器（5）输入端。

5.根据权利要求4所述的多晶铸锭炉控制系统的侧温加热控制装置，其特征在于，所述PLC控制器（3）的输出端还连接有用于进行手动操作的工控计算机（7）。

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