CN204007907U - 一种双护管真空热电偶 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及定向凝固提纯领域，具体涉及一种双护管真空热电偶。包括热电偶基座，热电偶基座内包括热电偶丝，热电偶丝外部由内向外依次套接有刚玉护管和石英护管；热电偶丝顶端与热电偶标准接头连接，底端焊接在一起；热电偶标准接头上端相对接位置安装有热电偶密封转换接头；热电偶基座内上部的刚玉护管支撑架内套接有刚玉护管，热电偶基座内下部的石英护管安装在刚玉护管支撑架下面，石英护管外依次安装有密封胶圈和密封压帽，密封压帽与热电偶基座下部螺纹连接；异径三通位于热电偶标准接头的外围，其上端与热电偶密封转换接头密封在一起，其下端与热电偶基座的上端密封在一起。优点：不会将杂质掺入硅液中，可以有效测量硅液内部的温度。
Description
技术领域
本实用新型涉及定向凝固提纯领域，具体涉及一种双护管真空热电偶。
背景技术
目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国能源需求将持续增长，针对目前的能源紧张状况，世界各国都在进行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促进可再生能源的开发和应用，减少对进口石油的依赖，加强能源安全。
太阳能光伏产业的发展依赖于对多晶硅原料的提纯。在对多晶硅原料进行提纯的过程中，存在一个关键的、必不可少的环节，就是对多晶硅原料进行定向凝固提纯，所用到的定向凝固技术广泛应用于冶金提纯领域。
此技术应用于布里兹曼法多晶硅定向提纯技术。
在定向凝固工艺中，多采用石英坩埚，由于石英坩埚的隔热性能好，导致感应熔炼炉的发热体与硅液内部的温度差较大。定向提纯设备中铸锭的生长对温度的要求非常高，温度偏差只能在±2℃的范围内波动。因此需要解决的问题是：（1）控制者不能有效的知道硅液的温度；（2）控制者没有有效的手段控制硅液的温度。
目前的热电偶检测是检测加热体的温度，目的是为了测量并控制硅料的熔化温度，同时热电偶固定安装在炉体外，不能检测熔化时各点的温度。并且，在目前的工艺中，如果仅用一层用密封封装的刚玉热电偶测硅液温度，热电偶内气体受热，内外压力差过大会导致刚玉破裂。刚玉护管内填充的镁粉等会进入硅液，从而污染硅料，使得铸锭中的金属镁含量增加。
现有专利号为201120139449.8（一种热电偶双层密封结构）的专利，该专利提到的包括两层密封结构：电偶座内部设有刚玉管热电偶，刚玉管热电偶里端安装压紧螺母并通过螺旋卡箍旋紧固定，该压紧螺母里侧的刚玉管热电偶上套有压垫，此压垫外部设置密封垫，形成第一层密封结构；刚玉管热电偶端部的电偶丝穿过热电偶瓷座连接到接线柱内端，接线座一侧设有密封圈，整个电偶座外部设有法兰盖并压紧，电偶座与连接座连接并且接合位置处设有O型密封圈，形成第二层密封结构。对比文件的有益效果为：采用双层密封结构，确保了外部空气不会因热电偶保护套断裂而进入炉体，提高了真空炉的使用寿命，降低了维修成本。
对比文件中尽管提到的是双层密封，但指的是双层密封圈，并非本实用新型所申请的双层护管，与本实用新型不同。
实用新型内容
本实用新型为了克服以上现有技术的不足，提出一种双层护管的真空热电偶，其采用外层石英护管，内层刚玉护管的结构，并与炉体相连通，使热电偶与炉体的真空度相同，且热电偶的石英护管和刚玉护管可上下移动，从而能够测得硅液内部不同位置的实时温度。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种双层护管的真空热电偶，包括热电偶基座，热电偶基座内包括热电偶丝，热电偶丝外部由内向外依次套接有刚玉护管和石英护管；热电偶丝顶端与热电偶标准接头连接，底端焊接在一起；热电偶标准接头上端相对接位置安装有热电偶密封转换接头；热电偶基座内上部的刚玉护管支撑架内套接有刚玉护管，热电偶基座内下部的石英护管安装在刚玉护管支撑架下面，石英护管外依次安装有密封胶圈和密封压帽，密封压帽与热电偶基座下部螺纹连接；异径三通位于热电偶标准接头的外围，其竖直上端与热电偶密封转换接头密封在一起，其竖直下端与热电偶基座的上端密封在一起。
优选方案如下：
热电偶丝穿过位于刚玉护管内的双孔陶瓷管，双孔陶瓷管顶端粘接在热电偶标准接头上，对内部的热电偶丝具有保护、支撑的作用。
热电偶丝与刚玉护管之间填充有氧化镁粉或碳化硅粉。填充氧化镁粉或碳化硅粉体积与刚玉护管容积的比为（0.3～0.5）：1。填充粉末的目的是：（1）保证热电偶丝与外部绝缘；（2）由于热电偶丝很细，固体粉末对热电偶丝有一定的阻力作用，防止热电偶丝在自身重力的作用下被拉断。
刚玉护管底端距离石英护管底端内壁3～5mm。
热电偶丝为钨铼5/26。采用钨铼丝而不采用铂铑丝的原因是钨铼丝在真空、还原、惰性气氛中，可在0～2300℃范围内使用。而在高温热电偶中，贵金属丝价格昂贵且最高温度也只能在1800℃以下，而钨铼丝不仅测温上限高，而且稳定性好，其价格也较铂铑丝低，所以采用钨铼5/26作为热电偶丝。
热电偶丝的焊接方式为直接焊接或缠绕焊接。更优选为缠绕焊接，缠绕焊接的效果更为牢固。
本实用新型中的异径三通出口处与炉体连接，在其他连接处为密封状态下时，将炉体抽成真空态，则热电偶的所有空腔都处于与炉体相同的真空态。在该状态下，双护管空腔内的气压与炉体内的气压一致，则不会产生内外压强差，这样就避免了在加热的过程中，高温产生的膨胀气体导致护管爆破。
本实用新型的热电偶是插入到硅液中的，旧工艺中只有刚玉护管这一层对热电偶丝的保护，现在外部又加了一层石英护管，增加了对热电偶丝的保护力度；同时，双层护管之间没有填充物，即使最外层设计的石英护管碎裂，也不会影响硅液的纯度，石英碎片会漂浮在硅液表面，对硅液没有影响。再次使用时，只需要更换外部石英护管，内部的刚玉护管在没有损坏的情况下，并不需要更换。
热电偶的石英护管和刚玉护管在设备运行过程中可上下移动，从而能够测得硅液内部不同位置的实时温度。刚玉管的移动范围为热电偶基座的上端到异径三通横向支管的最上端水平线，石英管的移动范围为刚玉护管支撑架的底端到热电偶基座的底端。在设备的熔化阶段，将热电偶插入到半熔化的硅液中，当热电偶底端部接触到硅液时，即可显示硅液温度，从而可以准确测量硅液内部温度，对控制外部发热体加热功率的调整提供了可靠依据。
本实用新型的有益效果是：双护管与多晶硅接触时，不会将杂质掺入多晶硅中，不会影响硅液纯度，并可以有效地测量硅液内部的温度，对于熔化长晶阶段的温度监控有着不可替代的作用。
附图说明
图1为本实用新型示意图；
图2为热电偶丝局部放大图。
图中：1、热电偶密封转换接头，2、热电偶标准接头，3、骨架密封，4、热电偶基座，5、双孔陶瓷管，6、异径三通，7、刚玉护管支撑架，8、刚玉护管，9、石英护管，10、密封胶圈，11、密封压帽，12、热电偶丝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本实用新型，但本实用新型并不局限于具体实施例。
实施例1：
刚玉护管8的长度为1950mm，直径8mm。
石英护管9的长度为1900mm，直径16mm。
装置的组装顺序：
（1）热电偶丝12采用钨铼5/26，将热电偶丝12顶端与热电偶标准接头2连接，另一端穿过双孔陶瓷管5缠绕焊接起来。双孔陶瓷护管5与热电偶标准接头2粘结在一起。
（2）热电偶密封转换接头1与热电偶标准接头2匹配安装在一起，组装完成后，穿过骨架密封3与异径三通6组装在一起，用卡箍卡好。
（3）将刚玉护管8与刚玉护管支撑架7组合起来，然后安装到热电偶基座4上。将步骤（2）中组装好的热电偶丝12和外面的双孔陶瓷护管5穿过骨架密封3，放入刚玉护管8内，放的同时向刚玉护管8内填充氧化镁粉末，至刚玉护管8容积的一半。
（4）将石英护管9与密封胶圈10配合，用密封压帽11将密封胶圈10与热电偶基座4结合，把石英护管9密封起来。使石英护管9底端内壁距离刚玉护管8底端5mm。
（5）用卡箍将异径三通6和热电偶基座4的法兰卡紧。热电偶组装完毕。
待热电偶使用时，将热电偶安装到设备上，将真空管路连接热电偶与炉体腔室。炉体抽真空时即可将热电偶内部抽成真空，双护管内外的真空度保持平衡。将热电偶的信号线连接到热电偶密封转换接头1上，上下移动热电偶，热电偶的信号就会显示在温度表上，以此信号来控制加热体功率，从而控制晶体长晶。
实施例2：
刚玉护管8的长度为1950mm，直径8mm。
石英护管9的长度为1900mm，直径16mm。
装置的组装顺序：
（1）热电偶丝12采用钨铼5/26，将热电偶丝12顶端与热电偶标准接头2连接，另一端穿过双孔陶瓷管5缠绕焊接起来。双孔陶瓷护管5与热电偶标准接头2粘结在一起。
（2）热电偶密封转换接头1与热电偶标准接头2匹配安装在一起，组装完成后，穿过骨架密封3与异径三通6组装在一起，用卡箍卡好。
（3）将刚玉护管8与刚玉护管支撑架7组合起来，然后安装到热电偶基座4上。将步骤（2）中组装好的热电偶丝12和外面的双孔陶瓷护管5穿过骨架密封3，放入刚玉护管8内，放的同时向刚玉护管8内填充碳化硅粉末，至刚玉护管8容积的三分之一。
（4）将石英护管9与密封胶圈10配合，用密封压帽11将密封胶圈10与热电偶基座4结合，把石英护管9密封起来。使石英护管9底端内壁距离刚玉护管8底端3mm。
（5）用卡箍将异径三通6和热电偶基座4的法兰卡紧。热电偶组装完毕。
待热电偶使用时，将热电偶安装到设备上，将真空管路连接热电偶与炉体腔室。炉体抽真空时即可将热电偶内部抽成真空，双护管内外的真空度保持平衡。将热电偶的信号线连接到热电偶密封转换接头1上，上下移动热电偶，热电偶的信号就会显示在温度表上，以此信号来控制加热体功率，从而控制晶体长晶。
Claims (7)
1.一种双层护管的真空热电偶，包括热电偶基座，其特征在于热电偶基座内包括热电偶丝，热电偶丝外部由内向外依次套接有刚玉护管和石英护管；热电偶丝顶端与热电偶标准接头连接，底端焊接在一起；热电偶标准接头上端相对接位置安装有热电偶密封转换接头；热电偶基座内上部的刚玉护管支撑架内套接有刚玉护管，热电偶基座内下部的石英护管安装在刚玉护管支撑架下面，石英护管外依次安装有密封胶圈和密封压帽，密封压帽与热电偶基座下部螺纹连接；异径三通位于热电偶标准接头的外围，其竖直上端与热电偶密封转换接头密封在一起，其竖直下端与热电偶基座的上端密封在一起。
2.根据权利要求1所述的一种双层护管的真空热电偶，其特征在于热电偶丝穿过位于刚玉护管内的双孔陶瓷管，双孔陶瓷管顶端粘接在热电偶标准接头上。
3.根据权利要求1或2所述的一种双层护管的真空热电偶，其特征在于热电偶丝与刚玉护管之间填充有氧化镁粉或碳化硅粉。
4.根据权利要求3所述的一种双层护管的真空热电偶，其特征在于填充氧化镁粉或碳化硅粉体积与刚玉护管容积的比为（0.3～0.5）：1。
5.根据权利要求1所述的一种双层护管的真空热电偶，其特征在于刚玉护管底端距离石英护管底端内壁3～5mm。
6.根据权利要求1所述的一种双层护管的真空热电偶，其特征在于热电偶丝为钨铼5/26。
7.根据权利要求1所述的一种双层护管的真空热电偶，其特征在于热电偶丝的焊接方式为直接焊接或缠绕焊接。
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| CN105509914A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-04-20 | 深圳市国创新能源研究院 | 一种绝缘且抗电磁场的热电偶 |
| CN107606937A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-19 | 韶关市欧莱高新材料有限公司 | 一种带密封式热电偶的高温气氛烧结炉 |
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