CN203625529U - 一种硅锭铸造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硅锭铸造装置，该硅锭铸造装置包括壳体、设于所述壳体内的坩埚组件，以及设于所述坩埚组件下方的定向助凝块，还包括设置于壳体内的冷却管路，冷却管路的进口与介质温度可调的介质源连通，其出口与介质收集元件连通；在铸锭过程中，当硅锭铸造装置内的热场不适宜晶粒的定向生长时，通过调整介质源中的介质温度，调整冷却管路中的介质温度，通过冷却管路中的冷却介质与热场进行热交换，就能够将热场中的温度随时调整至最适宜的温度状态，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

Description

一种硅锭铸造装置

技术领域

本实用新型涉及硅锭制备设备技术领域，特别涉及一种硅锭铸造装置。

背景技术

随着世界范围内能源危机的爆发，风力和太阳能等可再生能源得到越来越广泛的应用，从而带动了可再生能源发电系统的蓬勃发展。在众多的可再生能源中，太阳能分布较为广泛，且从我国的地理分布情况来看，我国大部分地区的太阳能辐射量都比较丰富，因此，太阳能的开发和应用更为便捷。

在太阳能光伏领域，采用定向凝固的方法生产多晶硅锭是最普遍的方法，即在熔模铸造中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。目前通常在硅锭铸造装置（即铸锭炉）内通过提升隔热笼的方式实现定向凝固。

请参考图1，图1为一种典型的硅锭铸造装置的结构示意图。

如图1所示的硅锭铸造装置包括由上炉体12和下炉体16组成的壳体，壳体内由下至上依次安装有支撑柱17、定向助凝块15和坩埚组件14，定向助凝块15与坩埚组件14外罩有隔热笼13，隔热笼13的上端设置提升机构11，并在提升机构11的驱动下沿壳体的轴向上下运动。在定向凝固过程中，通过隔热笼13打开配合底部定向助凝块15与炉腔的热传导，使靠近隔热笼13底部坩埚的热量与炉腔内连通实现热交换，隔热笼13打开使硅锭所处热场内温度出现温度梯度，坩埚底部温度低，顶部温度高，使坩埚中硅液从底部开始结晶形成固态，随着隔热笼13开度的逐步增加，温度梯度逐步加大，使坩埚内所有的液态硅全部自下而上凝固成固体，逐步完成长晶过程。

但是，采用提升隔热笼的方式实现定向凝固的方式，对于铸锭装置热场内温度的可控性较差，无法根据实际工况及时调整热场内的温度，导致成核速度较慢，且生产的多晶硅锭晶粒均匀性较差，成品率较低。

因此，如何实现铸锭装置热场温度的可控性，根据实际工况及时调整热场内的温度，从而提高成核速度，提高晶粒的均匀性，提高成品率，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种硅锭铸造装置，其能够根据实际工况及时调整热场内的温度，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种硅锭铸造装置，包括壳体、设于所述壳体内的坩埚组件，以及设于所述坩埚组件下方的定向助凝块，还包括设置于所述壳体内的冷却管路，所述冷却管路的进口与介质温度可调的介质源连通，其出口与介质收集元件连通。

优选地，所述冷却管路的进口与所述介质源之间设置有检测介质温度的测温元件。

优选地，所述冷却管路的进口与所述介质源之间设置有检测介质流量的流量计和开度可变的阀门。

优选地，所述冷却管路位于所述定向助凝块的下方。

优选地，所述冷却管路在与所述定向助凝块的横向平面平行的方向上形成盘状结构。

优选地，所述冷却管路形成圆盘式结构。

优选地，所述冷却管路的进口和出口均由所述壳体上的热电偶预留孔形成。

优选地，所述介质收集元件由所述介质源形成。

优选地，所述介质源中为气态介质，所述冷却管路上开设有若干通气孔。

优选地，所述介质源中为液态介质，所述冷却管路为侧壁密封的通道。

本实用新型所提供的硅锭铸造装置包括壳体、设于所述壳体内的坩埚组件，以及设于所述坩埚组件下方的定向助凝块，还包括设置于壳体内的冷却管路，冷却管路的进口与介质温度可调的介质源连通，其出口与介质收集元件连通；在铸锭过程中，当硅锭铸造装置内的热场不适宜晶粒的定向生长时，通过调整介质源中的介质温度，调整冷却管路中的介质温度，通过冷却管路中的冷却介质与热场进行热交换，就能够将热场中的温度随时调整至最适宜的温度状态，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

在一种优选的实施方式中，本实用新型所提供的冷却管路的进口与介质源之间设置有检测介质温度的测温元件以及检测介质流量的流量计和开度可变的阀门；冷却介质的温度和流量都是直接控制炉内热场温度的主要手段，通过测温仪检测冷却介质的温度，当检测到的稳定与预定的最佳温度偏差较大时，调整介质源内的介质温度；通过流量计测量进入冷却管路的介质流量，并通过检测到的流量与预定流量的关系调整阀门的开度，以便控制冷却介质的温度和流量，确保炉内热场温度的可控性，符合高效铸锭工艺要求。

在另一种优选的实施方式中，本实用新型所提供的冷却管路位于所述定向助凝块的下方且冷却管路在与定向助凝块的横向平面平行的方向上形成圆盘式结构；圆形的冷却盘在单位面积内具有较大的散热面积，从而提高了冷却管路的温度调节效果，并且圆形的形状对于硅锭初始凝固（坩埚底部硅液刚从液态变为固态）的均匀形核有很大帮助，可以为后续的硅锭生长打下更好的基础。

附图说明

图1为一种典型的硅锭铸造装置的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的硅锭铸造装置一种具体实施方式的结构示意图；

图3为图2中介质管路一种具体形态的结构示意图；

图4为图2中介质管路另一种具体形态的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的是提供一种硅锭铸造装置，其能够根据实际工况及时调整热场内的温度，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图2和图3，图2为本实用新型所提供的硅锭铸造装置一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的硅锭铸造装置包括壳体21、设于所述壳体21内的坩埚组件22，以及设于所述坩埚组件22下方的定向助凝块23，还包括设置于壳体21内的冷却管路24，冷却管路24的进口通过连接管路与介质温度可调的介质源25连通，其出口与介质收集元件连通；在铸锭过程中，当硅锭铸造装置内的热场不适宜晶粒的定向生长时，通过调整介质源25中的介质温度，调整冷却管路24中的介质温度，通过冷却管路24中的冷却介质与热场进行热交换，就能够将热场中的温度随时调整至最适宜的温度状态，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

需要指出的是，本实用新型所提供的硅锭铸造装置还包括实现铸锭功能的其他必需结构，例如罩在定向助凝块23与坩埚组件22外的隔热笼28，设置在隔热笼上的提升机构29等。

上述冷却管路24的进口和出口可以均由壳体21上的热电偶预留孔形成，硅锭铸造装置的壳体21下方均有与炉腔内连通的热电偶预留孔，利用该热电偶预留孔充当冷却管路24的进口和出口，无需在壳体21上另外开孔，简化了装置的改进工序。

显然地，上述冷却管路24的进口和出口也不局限于由热电偶预留孔形成，也可以在壳体21的适当位置单独打孔。

应当理解的，在冷却介质在到达炉内冷却管路24之前，一般会以导管传输的形式通入冷却管路24中，导管的安装可以因地制宜，但一般的铸锭车间大多数都是统一型号的铸锭炉，改造时，只须改造设计一台的导管走向，其他的均可以第一台为模板安装。

上述介质收集元件可以由所述介质源25形成，即与热场热交换后的介质还可以重新回到介质源25内；显然地，也可以另设介质收集元件。

上述冷却管路24的进口与介质源25之间设置有检测介质温度的测温元件26以及检测介质流量的流量计27和开度可变的阀门；冷却介质的温度和流量都是直接控制炉内热场温度的主要手段，通过测温仪检测冷却介质的温度，当检测到的稳定与预定的最佳温度偏差较大时，调整介质源25内的介质温度；通过流量计27测量进入冷却管路24的介质流量，并通过检测到的流量与预定流量的关系调整阀门的开度，以便控制冷却介质的温度和流量，确保炉内热场温度的可控性，符合高效铸锭工艺要求。

从理论上来讲，也可以单独设置测温元件26或单独设置流量计27和阀门，两者在功能上不存在相互制约和影响，可单独使用，也可以同时使用。

上述冷却管路24位于所述定向助凝块23的下方且冷却管路24在与定向助凝块23的横向平面平行的方向上形成圆盘式结构；圆形的冷却盘在单位面积内具有较大的散热面积，从而提高了冷却管路24的温度调节效果。

冷却管路24也不局限于卷成盘状结构，只要能够实现介质的传输即可，冷却管路24的结构和形状可以根据设备的实际情况确定，例如冷却管路24也可以为直管路、弯折管路或者弯曲管路等各种形式。

根据冷却介质的物理形态的不同，又分成液态介质冷却盘和气态介质冷却盘两种，如图3所示，气态介质冷却盘在圆盘上有均匀开设有若干通气孔；如图4所示，液态介质冷却盘的冷却管路24为侧壁密封的通道，表面无孔洞，液态介质冷却盘内部构造分布均匀的导流管使液体介质在里面循环，能够使坩埚底部形成均匀的冷却场，使硅锭结晶面更加平整。

以上对本实用新型所提供的一种硅锭铸造装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅锭铸造装置，包括壳体（21）、设于所述壳体（21）内的坩埚组件（22），以及设于所述坩埚组件（22）下方的定向助凝块（23），其特征在于，还包括设置于所述壳体（21）内的冷却管路（24），所述冷却管路（24）的进口与介质温度可调的介质源（25）连通，其出口与介质收集元件连通。

2.根据权利要求1所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述冷却管路（24）的进口与所述介质源（25）之间设置有检测介质温度的测温元件（26）。

3.根据权利要求2所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述冷却管路（24）的进口与所述介质源（25）之间设置有检测介质流量的流量计（27）和开度可变的阀门。

4.根据权利要求1所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述冷却管路（24）位于所述定向助凝块（23）的下方。

5.根据权利要求4所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述冷却管路（24）在与所述定向助凝块（23）的横向平面平行的方向上形成盘状结构。

6.根据权利要求5所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述冷却管路（24）形成圆盘式结构。

7.根据权利要求1所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述冷却管路（24）的进口和出口均由所述壳体（21）上的热电偶预留孔形成。

8.根据权利要求1所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述介质收集元件由所述介质源（25）形成。

9.根据权利要求1至8任一项所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述介质源（25）中为气态介质，所述冷却管路（24）上开设有若干通气孔。

10.根据权利要求1至8任一项所述的硅锭铸造装置，其特征在于，所述介质源（25）中为液态介质，所述冷却管路（24）为侧壁密封的通道。

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