CN213203197U - 石墨舟预热冷却系统及石墨舟预热与炉体冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了石墨舟预热冷却系统及石墨舟预热与炉体冷却系统。预热冷却系统包括半导体加热单元、预热箱和缓存架，半导体热端设有热媒输出管和热媒输入管，冷端设有冷媒输出管和冷媒输入管，预热箱内壁设有热媒管道，其两端分别与热媒输出管的热媒输入管接通，缓存架的缓存位上设有冷媒管道，其两端分别与冷媒输出管和冷媒输入管接通。预热与炉体冷却系统包括半导体加热单元、预热箱和炉体，预热箱内壁设有热媒管道，其两端分别与热媒输出管的热媒输入管接通，炉体外周设有冷媒管道，其两端分别与冷媒输出管和冷媒输入管接通。利用半导体热端对工艺前石墨舟预热，冷端对工艺后的石墨舟冷却，或者冷端对炉体外周冷却，防止炉体外周温度过高。

Description

石墨舟预热冷却系统及石墨舟预热与炉体冷却系统

技术领域

本实用新型涉及光伏电池片的生产设备，尤其涉及一种石墨舟预热冷却系统及石墨舟预热与炉体冷却系统。

背景技术

硅片经过制绒、扩散、刻蚀、退火、表面镀膜、背钝化、激光消融、丝印烧结等工序后成为电池片，不同电池工艺流程有所不同。表面镀膜是光伏电池生产过程中的核心工序之一，而PECVD是表面镀膜的设备，PECVD设备包括炉体柜、净化台和源柜三大部分。反应室位于炉体柜内，是进行镀膜反应的场所，通常在450℃-500℃进行。为了减少工艺时间，会在石墨舟进入反应室内之前，先进行预热，使其温度提升到200℃-250℃左右，进而减少升温时间，从而实现缩短工艺时间。另一方便石墨舟进行镀膜工艺出反应室后，需要进行冷却，现在一般是通过小风机吹风冷却，效果一般。

现有的预热通常采用红外加热灯管，红外灯管相对热功率低，能量消耗比较大，比较容易损坏寿命较短，另外红外加热灯管放置在玻璃管中，增加了预热箱体积。对于高温石墨舟自然冷却时间过长，增加风机以后可以缩短一些冷却时间，但是效果还是不够明显。对法兰加水冷后，能降低密封圈的温度延长使用寿命，炉体外壁温度较高，可能会造成炉体柜门板温度高甚至发黄，人不小心触碰容易发生烫伤，如果通过增加保温棉厚度实现炉壁低温，炉体直接将大大增加，其次可以通过对炉体进行水冷，具有一定的效果。

近些年来，兴起了半导体加热制冷的热潮。半导体加热制冷，基于帕尔帖效应，珀尔帖效应的论述很简单：当电流通过热电偶时，其中一个结点散发热而另一个结点吸收热。电流正向流过时，上部制冷，下部发热；当电流反向流过时，上部发热，下部制冷。半导体加热热端温度高，可以通过热媒传导出来，比如：导热油，冷端温度可以低至0℃甚至更低，可以通过冷媒传导出来，比如氟化物。半导体既能实现加热同时又能够实现制冷，目前在生产电池片的PECVD设备上从未使用，因此，在PECVD设备上具有应用前景。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种利用半导体的热端加热对工艺前石墨舟进行预热，冷端制冷能够对工艺后的石墨舟进行冷却，实现快速降温，一个能源能够同时满足设备对加热和散热的需求，能源利用率高，缩短加热和散热的工艺时间的石墨舟预热冷却系统；以及一种利用半导体的热端加热对工艺前石墨舟进行预热，冷端对炉体外周进行冷却，实现炉体外表面保持低温，防止炉体外周温度过高的石墨舟预热与炉体冷却系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种石墨舟预热冷却系统，包括半导体加热单元、预热箱和缓存架，所述预热箱一端具有箱门，所述半导体加热单元的热端设有热媒输出管和热媒输入管，且冷端设有冷媒输出管和冷媒输入管，所述预热箱的内壁上设有热媒管道，所述热媒管道的入口与热媒输出管接通，且出口与热媒输入管接通，所述缓存架具有存放石墨舟的缓存位，所述缓存位上设有冷媒管道，所述冷媒管道的入口与冷媒输出管接通，且出口与冷媒输入管接通。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述预热箱内壁设有多根热媒管道，各热媒管道沿内壁周向呈环形布置，且各热媒管道相互平行，各热媒管道的入口连接一个预热箱热媒总入口，各热媒管道的出口连接一个预热箱热媒总出口。

所述预热箱包括箱体外壳和箱体保温层，各热媒管道嵌在箱体保温层内；所述预热箱内设有可与各热媒管道热交换的第一换热器。

所述热媒管道上接有补热剂支管，所述冷媒管道上接有补冷剂支管。

所述冷媒管道的下方设有向上吹风的风机。

所述缓存位上设有多根冷媒管道，且各冷媒管道相互平行，各冷媒管道的入口连接一个缓存位冷媒总入口，各冷媒管道的出口连接一个缓存位冷媒总出口；所述缓存位设有可与各冷媒管道热交换的第二换热器。

一种石墨舟预热与炉体冷却系统，包括半导体加热单元、预热箱和炉体，所述预热箱一端具有箱门，所述半导体加热单元的热端设有热媒输出管和热媒输入管，且冷端设有冷媒输出管和冷媒输入管，所述预热箱的内壁上设有热媒管道，所述热媒管道的入口与热媒输出管接通且出口与热媒输入管接通，所述炉体外周设有冷媒管道，所述冷媒管道的入口与冷媒输出管接通且出口与冷媒输入管接通。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述冷媒管道设置多根，各冷媒管道沿周向呈环形布置，且各冷媒管道相互平行，各冷媒管道的入口连接一个炉体冷媒总入口，各冷媒管道的出口连接一个炉体冷媒总出口，所述炉体冷媒总入口低于炉体冷媒总出口。

所述炉体的两端设有密封法兰，所述密封法兰内设有环形冷媒管道，所述环形冷媒管道的入口与冷媒输出管接通且出口与冷媒输入管接通。

还包括缓存架，所述缓存架具有存放石墨舟的缓存位，所述缓存位上设有冷媒管道，所述冷媒管道的入口与冷媒输出管接通且出口与冷媒输入管接通。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的石墨舟预热冷却系统，首次采用半导体加热制冷技术应用至光伏电池片制造领域，半导体在通电的条件下能够同时在半导体的热端进行加热和在冷端进行制冷，热端加热对工艺前石墨舟进行预热，冷端制冷能够对工艺后的石墨舟进行冷却，一个能源能够同时满足设备对加热和散热的需求，能源利用率高，缩短加热和散热的工艺时间；冷端低温可以达到0℃甚至更低温度，冷却效果非常好，缩短冷却时间。因为冷端热量转移到热端，使得加热效率大于1(正常热效率都要低于1)，冷端出来的冷媒温度大大低于常温，可以达到零度以后，冷却效果更佳，半导体加热片体积小，不需要变压器，不需要制冷剂(例如空调氟利昂)无污染，可以将设备制冷和加热系统做成一个整体系统，可以实现更好的设备整体控温。

(2)本实用新型的石墨舟预热与炉体冷却系统，该石墨舟预热与炉体冷却系统，利用半导体加热制冷技术，热端加热对工艺前石墨舟进行预热，冷端制冷能够对炉体外周进行冷却，一个能源能够同时满足设备对加热和散热的需求，能源利用率高，缩短加热和散热的工艺时间，实现炉体外表面保持低温，防止炉体外周温度过高，避免了高温可能会导致设备门板发黄，或者人为不小心触碰发生烫伤的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构原理简图。

图2是本实用新型实施例1中预热箱与石墨舟的结构示意图。

图3是本实用新型实施例1中预热箱的轴向截面示意图。

图4是本实用新型实施例1中缓存架与石墨舟的结构示意图。

图5是本实用新型实施例1中缓存架的俯视图。

图6是本实用新型实施例2的结构原理简图。

图7是本实用新型实施例2中炉体的结构示意图。

图8是本实用新型实施例2中炉体的轴向示意图。

图9是本实用新型实施例2中炉体的冷媒管路的入口和出口流向示意图。

图10是本实用新型实施例2中密封法兰的轴向示意图。

图11是本实用新型实施例2中密封法兰的轴向截面示意图。

图12是本实用新型实施例3的结构原理简图。

图中各标号表示：

1、半导体加热单元；11、热媒输出管；12、热媒输入管；13、冷媒输出管；14、冷媒输入管；2、预热箱；21、箱门；22、箱体外壳；23、箱体保温层；3、缓存架；31、缓存位；41、热媒管道；411、预热箱热媒总入口；412、预热箱热媒总出口；413、热媒开关；42、冷媒管道；421、缓存位冷媒总入口；422、缓存位冷媒总出口；423、炉体冷媒总入口；424、炉体冷媒总出口；43、补热剂支管；431、补热剂开关；44、补冷剂支管；441、补冷剂开关；45、缓存位冷媒开关；46、炉体冷媒开关；47、法兰冷媒开关；48、流量计；5、石墨舟；6、风机；7、炉体；71、炉壳；72、炉体保温层；8、密封法兰；81、环形冷媒管道；82、密封圈。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例的石墨舟预热冷却系统，包括半导体加热单元1、预热箱2和缓存架3，预热箱2一端具有箱门21，打开箱门21，可将石墨舟5放至预热箱2内。半导体加热单元1的热端设有热媒输出管11和热媒输入管12，且冷端设有冷媒输出管13和冷媒输入管14，预热箱2的内壁上设有热媒管道41，热媒管道41的入口与热媒输出管11接通，且出口与热媒输入管12接通，缓存架3具有存放石墨舟5的缓存位31，缓存位31上设有冷媒管道42，冷媒管道42的入口与冷媒输出管13接通，且出口与冷媒输入管14接通。

系统有两个循环，预热循环和冷却循环，半导体加热单元1热端(图1中P2端)对热媒输入管12内的热媒加热后由热媒输出管11输出热媒，热媒进入预热箱2内的热媒管道41，对预热箱2内工艺前的石墨舟5进行预热，热媒经过预热箱2后由高温液变成低温液，低温液流回热端吸热升温，再次成为高温液，进行下一次预热循环；同理，半导体加热单元1冷端(图1中P1端)对冷媒输入管14内的冷媒吸热后由冷媒输出管13输出冷媒，冷媒进入缓存位31的冷媒管道42，对缓存位31上的工艺后的热石墨舟5进行冷却，冷媒经缓存位31后由低温液变成高温液，重新流回至冷端降温，再次成为低温液，进行下一次的冷却循环。

该石墨舟预热冷却系统，首次采用半导体加热制冷技术应用至光伏电池片制造领域，半导体在通电的条件下能够同时在半导体的热端进行加热和在冷端进行制冷，热端加热对工艺前石墨舟5进行预热，冷端制冷能够对工艺后的石墨舟5进行冷却，实现快速降温，一个能源能够同时满足设备对加热和散热的需求，能源利用率高，缩短加热和散热的工艺时间，且冷端低温可以达到0℃甚至更低温度，冷却效果非常好，缩短冷却时间。因为冷端热量转移到热端，使得加热效率大于1(正常热效率都要低于1)，冷端出来的冷媒温度大大低于常温，可以达到零度以后，冷却效果更佳，半导体加热片体积小，不需要变压器，不需要制冷剂(例如空调氟利昂)无污染，可以将设备制冷和加热系统做成一个整体系统，可以实现更好的设备整体控温。该预热冷却系统同样可以应用于与PECVD类似，需要预热和散热的扩散炉和退火炉设备上。

本实施例中，热媒管道41上接有补热剂支管43，冷媒管道42上接有补冷剂支管44。当热媒剂量不够时，补热剂开关431打开进行补充，同理，冷媒剂量不够时，补冷剂开关441打开进行补充。

本实施例中，热媒输出管11与热媒管道41入口之间设有热媒开关413和流量计48，冷媒输出管13与冷媒管道42入口之间设有缓存位冷媒开关45和流量计48。

本实施例中，预热箱2内壁设有多根热媒管道41，各热媒管道41沿内壁周向呈环形布置，且各热媒管道41相互平行，各热媒管道41的入口连接一个预热箱热媒总入口411，各热媒管道41的出口连接一个预热箱热媒总出口412。热媒输出管11的热媒从预热箱热媒总入口411进入后分成多路，进入各热媒管道41内，最后经预热箱热媒总出口412汇合后流入热媒输入管12。预热箱2包括箱体外壳22和箱体保温层23。各热媒管道41嵌在箱体保温层23内。优选的，为了提高换热效果，预热箱2内设有可与各热媒管道41热交换的第一换热器，第一换热器与石墨舟5接触式换热，加快了石墨舟5的升温速度。

本实施例中，缓存位31上设有多根冷媒管道42，且各冷媒管道42相互平行，各冷媒管道42的入口连接一个缓存位冷媒总入口421，各冷媒管道42的出口连接一个缓存位冷媒总出口422。冷媒输出管13的冷媒从缓存位冷媒总入口421进入后分成多路，进入各冷媒管道42内，最后，经缓存位冷媒总出口422汇合后流入冷媒输入管14。为了提高缓存位31上石墨舟5的散热效果，冷媒管道42的下方设有向上吹风的风机6。进一步的，缓存位31设有可与各冷媒管道42热交换的第二换热器，第二换热器与石墨舟5接触式散热，结合风机6，加快了石墨舟5的降温速度。而普通风冷降温时间相对较长。

本实施例中，热媒优选为导热油，冷媒优选为氟化物。

实施例2

如图6至图11所示，本实施例的石墨舟预热与炉体冷却系统，包括半导体加热单元1、预热箱2和炉体7，预热箱2一端具有箱门21，半导体加热单元1的热端设有热媒输出管11和热媒输入管12，且冷端设有冷媒输出管13和冷媒输入管14，预热箱2的内壁上设有热媒管道41，热媒管道41的入口与热媒输出管11接通且出口与热媒输入管12接通，炉体7外周设有冷媒管道42，冷媒管道42的入口与冷媒输出管13接通且出口与冷媒输入管14接通。

本实施例中，石墨舟5预热过程与实施例1一致。但该实施例中，半导体加热单元1冷端主要对炉体7进行冷却。半导体加热单元1冷端对冷媒输入管14内的冷媒吸热后由冷媒输出管13输出冷媒，冷媒进入炉体7外周的冷媒管道42，对炉体7的外周进行冷却，防止炉体7外周的温度过高，冷媒经炉体7后由低温液变成高温液，重新流回至冷端降温，再次成为低温液，进行下一次的冷却循环。

该石墨舟预热与炉体冷却系统，利用半导体加热制冷技术，热端加热对工艺前石墨舟5进行预热，冷端制冷能够对炉体7外周进行冷却，一个能源能够同时满足设备对加热和散热的需求，能源利用率高，缩短加热和散热的工艺时间，实现炉体外表面保持低温，防止炉体7外周温度过高，避免了高温可能会导致设备门板发黄，或者人为不小心触碰发生烫伤的问题。有了冷却措施，炉体保温层72的厚度可以控制，如此避免了炉体保温层72过厚而带来炉体7直径过大的问题，比通过增加保温棉降低炉体7效果更好、而且炉体外径也更小。

本实施例中，冷媒管道42设置多根，各冷媒管道42沿炉体7的炉壳71周向呈环形布置，且各冷媒管道42相互平行，各冷媒管道42的入口连接一个炉体冷媒总入口423，各冷媒管道42的出口连接一个炉体冷媒总出口424。冷媒进入炉体冷媒总入口423后进入一个圆环管，圆环管均匀分布接头，与各冷媒管道42连接，通过圆环管将冷媒分流至各冷媒管道42内，然后在各冷媒管道42的末端也会有一个圆环管，汇集各冷媒管道42的冷媒，由炉体冷媒总出口424流出再次进入冷媒输入管14。炉体冷媒总入口423低于炉体冷媒总出口424。即进液口位于下面，出液口位于上面，利用逆流原理，使得热交换更加充分。炉体冷媒总入口423的流入流出原理参见图9的a部分，炉体冷媒总出口424的流入流出原理参见图9中的b部分。

本实施例中，除了对炉体7炉壳71冷却，还需要对炉体7两端的密封法兰8冷却。密封法兰8内设有环形冷媒管道81，环形冷媒管道81的入口(图10中k1点)与冷媒输出管13接通且出口(图10中k2点)与冷媒输入管14接通。密封法兰8朝内的一侧设有密封圈82，冷媒进入密封法兰8内后可以降低密封法兰8的温度，从而可以对密封圈82降温，防止高温导致密封圈老化失效。

本实施例中，冷媒输出管13分成两个支路，一个支路与炉体7的冷媒管道42连接，该支路上设有炉体冷媒开关46和流量计48，炉体冷媒开关46控制炉体冷却回路的通断；另一个支路与法兰的环形冷媒管道81连接，该支路上设有法兰冷媒开关47和流量计48，法兰冷媒开关47控制密封法兰8冷却回路的通断。

实施例3

如12图所示，本实施例的石墨舟预热与炉体冷却系统与实施例2相比，区别仅在于：

本实施例中，还包括缓存架3，具有存放石墨舟5的缓存位31，缓存位31上设有冷媒管道42，冷媒管道42的入口与冷媒输出管13接通且出口与冷媒输入管14接通。增加一个冷却回路，即对缓存架3上存放的工艺后的石墨舟5进行冷却，冷却原理参见实施例1。

本实施例中，冷媒输出管13分成三个支路，一个支路与炉体7的冷媒管道42连接，另一个支路与法兰的环形冷媒管道81连接，最后一支路与缓存位31上的冷媒管道42连接。各支路上通过开关控制对冷却区域进行冷却启停，通过流量计控制冷媒的流量来调节每个冷却区域的功率，以更好对每个区域进行功率分配。

其余未述之处与实施例2相同，此处不再赘述。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种石墨舟预热冷却系统，其特征在于：包括半导体加热单元(1)、预热箱(2)和缓存架(3)，所述预热箱(2)一端具有箱门(21)，所述半导体加热单元(1)的热端设有热媒输出管(11)和热媒输入管(12)，且冷端设有冷媒输出管(13)和冷媒输入管(14)，所述预热箱(2)的内壁上设有热媒管道(41)，所述热媒管道(41)的入口与热媒输出管(11)接通，且出口与热媒输入管(12)接通，所述缓存架(3)具有存放石墨舟(5)的缓存位(31)，所述缓存位(31)上设有冷媒管道(42)，所述冷媒管道(42)的入口与冷媒输出管(13)接通，且出口与冷媒输入管(14)接通。

2.根据权利要求1所述的石墨舟预热冷却系统，其特征在于：所述预热箱(2)内壁设有多根热媒管道(41)，各热媒管道(41)沿内壁周向呈环形布置，且各热媒管道(41)相互平行，各热媒管道(41)的入口连接一个预热箱热媒总入口(411)，各热媒管道(41)的出口连接一个预热箱热媒总出口(412)。

3.根据权利要求2所述的石墨舟预热冷却系统，其特征在于：所述预热箱(2)包括箱体外壳(22)和箱体保温层(23)，各热媒管道(41)嵌在箱体保温层(23)内；所述预热箱(2)内设有可与各热媒管道(41)热交换的第一换热器。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的石墨舟预热冷却系统，其特征在于：所述热媒管道(41)上接有补热剂支管(43)，所述冷媒管道(42)上接有补冷剂支管(44)。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的石墨舟预热冷却系统，其特征在于：所述冷媒管道(42)的下方设有向上吹风的风机(6)。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的石墨舟预热冷却系统，其特征在于：所述缓存位(31)上设有多根冷媒管道(42)，且各冷媒管道(42)相互平行，各冷媒管道(42)的入口连接一个缓存位冷媒总入口(421)，各冷媒管道(42)的出口连接一个缓存位冷媒总出口(422)；所述缓存位(31)设有可与各冷媒管道(42)热交换的第二换热器。

7.一种石墨舟预热与炉体冷却系统，其特征在于：包括半导体加热单元(1)、预热箱(2)和炉体(7)，所述预热箱(2)一端具有箱门(21)，所述半导体加热单元(1)的热端设有热媒输出管(11)和热媒输入管(12)，且冷端设有冷媒输出管(13)和冷媒输入管(14)，所述预热箱(2)的内壁上设有热媒管道(41)，所述热媒管道(41)的入口与热媒输出管(11)接通且出口与热媒输入管(12)接通，所述炉体(7)外周设有冷媒管道(42)，所述冷媒管道(42)的入口与冷媒输出管(13)接通且出口与冷媒输入管(14)接通。

8.根据权利要求7所述的石墨舟预热与炉体冷却系统，其特征在于：所述冷媒管道(42)设置多根，各冷媒管道(42)沿周向呈环形布置，且各冷媒管道(42)相互平行，各冷媒管道(42)的入口连接一个炉体冷媒总入口(423)，各冷媒管道(42)的出口连接一个炉体冷媒总出口(424)，所述炉体冷媒总入口(423)低于炉体冷媒总出口(424)。

9.根据权利要求7所述的石墨舟预热与炉体冷却系统，其特征在于：所述炉体(7)的两端设有密封法兰(8)，所述密封法兰(8)内设有环形冷媒管道(81)，所述环形冷媒管道(81)的入口与冷媒输出管(13)接通且出口与冷媒输入管(14)接通。

10.根据权利要求7所述的石墨舟预热与炉体冷却系统，其特征在于：还包括缓存架(3)，所述缓存架(3)具有存放石墨舟(5)的缓存位(31)，所述缓存位(31)上设有冷媒管道(42)，所述冷媒管道(42)的入口与冷媒输出管(13)接通且出口与冷媒输入管(14)接通。

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