CN210458426U - 一种多晶铸锭炉加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶铸锭炉加热器，包括用以对硅料加热的顶部加热器和侧部加热器，所述顶部加热器和所述侧部加热器配合形成容置坩埚及硅料的空间；还包括用以驱动所述顶部加热器运动的第一驱动机构和用以驱动所述侧部加热器运动的第二驱动机构，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构的运动相互独立。上述多晶铸锭炉加热器便于控制形成有利于硅锭快速长晶成型的微凸热场，且对现有多晶铸锭炉改造较小，节约了改造成本。

Description

一种多晶铸锭炉加热器

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏领域，特别涉及一种多晶铸锭炉加热器。

背景技术

在太阳能光伏行业，铸锭是一种常用的技术路线，通过加热器加热熔化硅料再通过热场和工艺制造温度梯度来进行定向凝固从而得到硅锭，其中加热器分为顶部加热器和侧部加热器，在现有的设备中炉台顶部加热器和侧部加热器串接，在取放坩埚及投放硅料和取出成品时也是整体控制移动，这一硬件设计给铸锭中工艺控制的灵活性造成影响，使得得到微凸型热场的难度增加，不利于硅锭快速长晶成型。

目前的技术方法中，通过加入底部加热器的方法来制造微凸热场。但是这意味着需要增加整套独立的电气控制系统，无论是新炉台的制造还是旧炉台的改造都将导致很大的费用，给企业的制造成本带来压力。

因此，如何以较低的成本对现有多晶铸锭炉进行改造，控制形成微凸热场，提高硅锭长晶成型的速度成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多晶铸锭炉加热器，该加热器便于控制形成有利于硅锭快速长晶成型的微凸热场，且对现有多晶铸锭炉改造较小，节约了改造成本。

为实现上述目的，本实用新型提供一种多晶铸锭炉加热器，包括用以对硅料加热的顶部加热器和侧部加热器，所述顶部加热器和所述侧部加热器配合形成容置坩埚及硅料的空间；

还包括用以驱动所述顶部加热器运动的第一驱动机构和用以驱动所述侧部加热器运动的第二驱动机构，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构的运动相互独立。

可选地，所述第一驱动机构用以驱动所述顶部加热器沿竖直方向上下运动。

可选地，所述第二驱动机构用以驱动所述侧部加热器沿水平方向左右运动。

可选地，所述顶部加热器设有第一电极，所述第一电极通过第一电极连接杆连接外电源；

所述侧部加热器设有第二电极，所述第二电极通过第二电极连接杆连接外电源；

所述顶部加热器和所述侧部加热器柔性串接。

可选地，所述第一驱动机构包括第一驱动电机和连接所述第一驱动电机的第一丝杠；所述第一驱动电机竖直固定于炉壳，所述第一丝杠竖直连接所述第一驱动电机的输出轴和所述顶部加热器。

可选地，所述第二驱动机构包括第二驱动电机和连接所述第二驱动电机的第二丝杠；所述第二驱动电机水平固定于炉壳，所述第二丝杠水平连接所述第二驱动电机的输出轴和所述侧部加热器。

可选地，所述第一丝杠和所述第二丝杠均为滚珠丝杠。

可选地，所述第一丝杠连接所述第一电极连接杆，所述第二丝杠连接所述第二电极连接杆。

可选地，所述第一丝杠连接所述顶部加热器；

还包括用以吊装所述侧部加热器的吊装板，所述第二丝杠连接所述吊装板。

可选地，还包括用以分别控制所述第一驱动机构和所述第二驱动机构运动的运动控制装置。

相对于上述背景技术，本实用新型所提供的多晶铸锭炉加热器不仅包括对硅料进行从而使硅料熔化的顶部加热器和侧部加热器；还包括用来分别驱动顶部加热器和侧部加热器运动的第一驱动机构和第二驱动机构；其中顶部加热器和侧部加热器相互配合设置形成堆放坩埚及硅料的空间，坩埚排布于顶部加热器和侧部加热器所围的空间内，硅料则分别堆放于多个坩埚内。硅料需要经历熔化、长晶、退火和冷却四个过程，在长晶过程中，通过首先控制第一驱动机构驱动顶部加热器远离坩埚及硅料，形成坩埚中间加热温度低、侧部加热温度高的微凸型热场，使坩埚内熔融状态下的固液界面向上微凸，坩埚中央的硅料首先长晶向上凸起，之后逐步向外侧撤离侧部加热器以引导周边长晶，更好的完成硅锭的铸锭。

本实用新型所提供的多晶铸锭炉加热器通过增加第一驱动机构和第二驱动机构，带动顶部加热器和侧部加热器运动，且第一驱动机构和第二驱动机构运动相互独立，使得顶部加热器和侧部加热器的运动相互独立，互不干扰，便于逐步移动顶部加热器和侧部加热器形成有助于熔融硅料长晶的微凸型热场，提高了硅锭铸锭效率。且上述多晶铸锭炉加热器相对于增设底部加热器和独立的电气控制系统，对多晶铸锭炉的改造小，改造成本低，有助于降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的多晶铸锭炉加热器的示意图。

其中：

1-顶部加热器、2-侧部加热器、3-第一驱动电机、4-第二驱动电机、5-第一电极连接杆、6-第二电极连接杆、7-第一丝杠、8-第二丝杠。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在太阳能光伏行业，铸锭是一种常用的技术路线，通过加热器加热熔化硅料再通过热场和工艺制造温度梯度来进行定向凝固从而得到硅锭，其中加热器分为顶部加热器1和侧部加热器2，加热器内部设有坩埚，硅料投放入坩埚内。硅料需要经历熔化、长晶、退火和冷却四个过程。所谓微凸型热场具体指硅料长晶过程中的炉膛内的温度分布。当形成坩埚中间加热温度低、侧部加热温度高时，坩埚内熔融状态下的固液界面向上微凸，坩埚中央的硅料首先长晶向上凸起，之后逐步向外侧撤离侧部加热器2以引导周边长晶，有利于硅锭的铸锭的长晶成型。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，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。

请参图1，图1为本实用新型实施例所提供的多晶铸锭炉加热器的示意图。

本实用新型所提供的多晶铸锭炉加热器包括用来对设于加热器内的硅料进行加热的顶部加热器1和侧部加热器2，顶部加热器1和侧部加热器2相互配合形成容纳坩埚的空间。坩埚用来盛放硅料，坩埚内的硅料在顶部加热器1和侧部加热器2的作用下熔化，之后降低加热温度实现长晶，再依次经历退火冷却，完成硅锭的铸锭。

此外，本实用新型所提供的多晶铸锭炉加热器还包括用来带动顶部加热器1运动的第一驱动机构和用来带动侧部加热器2运动的第二驱动机构；其中，第一驱动机构和第二驱动机构的运动相互独立；换句话说，顶部加热器1和侧部加热器2能够分别在第一驱动机构和第二驱动机构的带动下互不干扰的单独运动，当然，也可同时控制第一驱动机构和第二驱动机构分别同时驱动顶部加热器1和侧部加热器2运动。

在硅锭铸锭过程中，首先将装满硅料的坩埚放置于炉膛内顶部加热器1和侧部加热器2所围的空间内，进行正常加热融化。在长晶阶段，调节侧部加热器2向坩埚移动增加侧部热辐射，顶部加热器1向上移动增大与坩埚的距离减少顶部热辐射，坩埚内熔融状态下的硅料的热量首先在垂直方向向上散射而使得固液界面向上微凸，之后逐步将侧部加热器2向外调节引导周边长晶完成硅锭的长晶成型。

且上述多晶铸锭炉加热器相对于增设底部加热器和独立的电气控制系统，对多晶铸锭炉的改造小，改造成本低，有助于降低生产成本。

在本实用新型所提供的另一种优选实施例中，第一驱动机构仅用来驱动顶部加热器1进行竖直方向的上下运动，减少不必要的水平方向上的运动，第一驱动机构仅需包括竖直驱动部即可，简化了第一驱动机构的结构，降低了改造成本。

第二驱动机构仅用来驱动侧部加热器2进行水平方向的左右运动，减少不必要的竖直方向上的运动，第二驱动机构仅需包括水平驱动部即可，简化了第二驱动机构的结构，同样降低了改造成本。

通过第一驱动机构和第二驱动机构配合，分别单独控制顶部加热器1和侧部加热器2与坩埚及硅料的距离进而控制形成微凸型热场，提高硅锭长晶成型效率。

一般来说，现有技术中的顶部加热器1和侧部加热器2之间为串接，通过连接板实现连接固定及导电，但连接板显然会限制顶部加热器1和侧部加热器2发生相对的运动。为了便于调整顶部加热器1和侧部加热器2与坩埚及硅料的距离，使顶部加热器1和侧部加热器2发生相对运动，顶部加热器1和侧部加热器2不再固定连接，而是采用柔性串接，可通过耐高温的导线等方式实现柔性串接。

顶部加热器1设有第一电极，第一电极通过第一电极连接杆5连接外电源，侧部加热器2设有第二电极，第二电极通过第二电极连接杆6连接外电源，顶部加热器1和侧部加热器2柔性串接形成完整的加热回路。

本实用新型的核心在于在顶部加热器1和侧部加热器2单位面积的加热能力基本相当(串接时加热电流相同)的前提下，通过分步控制顶部加热器1和侧部加热器2与坩埚及硅料的距离来改变温度梯度或者温度分布。显然顶部加热器1和侧部加热器2也可以采用独立的电路系统，控制不同的加热电流来改变温度分布及温度梯度，但是此种方式对多晶铸锭炉加热器炉壳、顶部加热器1、侧部加热器2以及顶部加热器1和侧部加热器2的连接和电极改变较大，改造成本较高。

上述实施例所述的第一驱动机构主要包括第一驱动电机3和连接于第一驱动电机3的第一丝杠7，第一驱动电机3可竖直固定于炉壳内，第一丝杠7竖直设置，分别连接第一驱动电机3的输出轴和顶部加热器1。需要说明的是，第一丝杠7可以直接连接顶部加热器1，也可以连接第一电极连接杆5，通过第一电极连接杆5带动顶部加热器1上下运动。为保证顶部加热器1能够在上下运动时保证电流的导通，第一电极连接杆5可通过导电滑环与外电源连接，第一电极连接杆5设置在导电滑环内，从而实现在顶部加热器1上下运动时也能实现电流的导通。

第二驱动机构包括水平设置的第二驱动电机4和连接第二驱动电机4的第二丝杠8，第二驱动电机4可固定与炉壳，其输出轴水平延伸，第二丝杠8水平连接第二驱动电机4的输出轴和侧部加热器2。需要说明的是，第二丝杠8可直接连接侧部加热器2，也可以通过第二电极连接杆6连接侧部加热器2，为保证侧部加热器2在水平运动时能够保证电流的导通，第二电极连接杆6的一端与侧部加热器2铰接，另一端通过导电滑环与外电源连接。此外，第二丝杠8还可以通过吊装板与侧部加热器2连接，吊装板与侧部加热器2及第二丝杠8保持铰接即可。第一丝杠7和第二丝杠8均采用滚珠丝杠。

为优化上述实施例，本实用新型所提供的多晶铸锭炉加热器还包括分别控制第一驱动机构和第二驱动机构运动的运动控制装置，运动控制装置可以采用PLC或单片机，也可以采用计算机或者参考现有技术进行设置，运动控制机构配合现有炉膛内的温度检测机构，在硅料处于长晶阶段时分别控制第一驱动机构带动顶部加热器1、第二驱动机构带动侧部加热器2按照预设运动路径运动。

所谓预设运动路径指顶部加热器1首先向上运动一定距离，增大与坩埚及硅料的距离，同时侧部加热器2向靠近坩埚及硅料的方向运动，减小与坩埚及硅料距离，形成坩埚中间温度低、周围温度高的微凸型热场；待长晶至一定程度时，侧部加热器2向远离坩埚及硅料的方向运动，便于坩埚边缘的硅料长晶成型。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的多晶铸锭炉加热器进行了详细介绍。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)

1.一种多晶铸锭炉加热器，其特征在于，包括用以对硅料加热的顶部加热器(1)和侧部加热器(2)，所述顶部加热器(1)和所述侧部加热器(2)配合形成容置坩埚及硅料的空间；

还包括用以驱动所述顶部加热器(1)运动的第一驱动机构和用以驱动所述侧部加热器(2)运动的第二驱动机构，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构的运动相互独立。

2.根据权利要求1所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第一驱动机构用以驱动所述顶部加热器(1)沿竖直方向上下运动。

3.根据权利要求2所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第二驱动机构用以驱动所述侧部加热器(2)沿水平方向左右运动。

4.根据权利要求3所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述顶部加热器(1)设有第一电极，所述第一电极通过第一电极连接杆(5)连接外电源；

所述侧部加热器(2)设有第二电极，所述第二电极通过第二电极连接杆(6)连接外电源；

所述顶部加热器(1)和所述侧部加热器(2)柔性串接。

5.根据权利要求4所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一驱动电机(3)和连接所述第一驱动电机(3)的第一丝杠(7)；所述第一驱动电机(3)竖直固定于炉壳，所述第一丝杠(7)竖直连接所述第一驱动电机(3)的输出轴和所述顶部加热器(1)。

6.根据权利要求5所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二驱动电机(4)和连接所述第二驱动电机(4)的第二丝杠(8)；所述第二驱动电机(4)水平固定于炉壳，所述第二丝杠(8)水平连接所述第二驱动电机(4)的输出轴和所述侧部加热器(2)。

7.根据权利要求6所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第一丝杠(7)和所述第二丝杠(8)均为滚珠丝杠。

8.根据权利要求7所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第一丝杠(7)连接所述第一电极连接杆(5)，所述第二丝杠(8)连接所述第二电极连接杆(6)。

9.根据权利要求7所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，所述第一丝杠(7)连接所述顶部加热器(1)；

还包括用以吊装所述侧部加热器(2)的吊装板，所述第二丝杠(8)连接所述吊装板。

10.根据权利要求1至9任一项所述的多晶铸锭炉加热器，其特征在于，还包括用以分别控制所述第一驱动机构和所述第二驱动机构运动的运动控制装置。

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