CN213925117U

CN213925117U - 一种拉晶换热装置及拉晶设备

Info

Publication number: CN213925117U
Application number: CN202021861765.1U
Authority: CN
Inventors: 邓浩; 丁彪; 马少林; 付泽华; 马宝; 王建波
Original assignee: Longi Green Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Tengchong Longji Silicon Material Co ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2030-08-31

Abstract

本实用新型公开一种拉晶换热装置及拉晶设备，涉及光伏技术领域，在能够观察晶棒生长情况的同时，提高换热效率，提高晶棒生长速度。该拉晶换热装置应用于拉晶设备。拉晶换热装置为筒状换热装置，筒状换热装置具有开设冷却腔入口和冷却腔出口的冷却腔。沿着筒状换热装置的周向方向，筒状换热装置包括用于形成观察通道的第一换热结构以及第二换热结构。第一换热结构的换热面与拉晶轴线的最小距离为d1，第二换热结构的冷却腔与第一换热结构的冷却腔连通，第二换热结构的换热面与拉晶轴线的距离的集合包括d2，d2≤d1。本实用新型提供的拉晶换热装置及拉晶设备用于晶棒制作。

Description

一种拉晶换热装置及拉晶设备

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种拉晶换热装置及拉晶设备。

背景技术

目前，晶体硅电池因其转换效率高、技术成熟等优势，在太阳能电池市场中占据主导地位。

晶棒是晶体硅电池的基本原料。在采用直拉法制作晶棒时，通常会采用提高晶体生长速度的方式，提高生产效率、降低成本。现有技术中，一般利用高效的换热装置吸收结晶时释放的潜热，以加快晶体生长速度。在实际使用过程中，为了便于对晶棒生长情况的实时观察，换热装置会设计为上宽下窄的结构，以避免对观察路径的遮挡。此时，换热装置的上部距离晶棒较远，换热效率较低，制约了晶棒生长速度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种拉晶换热装置及拉晶设备，在能够观察晶棒生长情况的同时，提高换热效率，提高晶棒生长速度。

第一方面，本实用新型提供一种拉晶换热装置。该拉晶换热装置应用于拉晶设备。拉晶换热装置为筒状换热装置，筒状换热装置具有开设冷却腔入口和冷却腔出口的冷却腔。沿着筒状换热装置的周向方向，筒状换热装置包括用于形成观察通道的第一换热结构以及第二换热结构。第一换热结构的换热面与拉晶轴线的最小距离为d1，第二换热结构的冷却腔与第一换热结构的冷却腔连通，第二换热结构的换热面与拉晶轴线的距离为d2，d2≤d1。

采用上述技术方案时，第二换热结构的换热面的全部区域或部分区域与拉晶轴线的距离为d2，第一换热结构的换热面与拉晶轴线的最小距离d1大于等于 d2。此时，筒状换热装置所包括的第一换热结构的换热面更加远离晶棒，第二换热结构的换热面具有的至少部分区域(也可以是全部区域)更加靠近晶棒。由于第一换热结构的换热面更加远离晶棒，使得第一换热结构的换热面与晶棒之间具有足够的空间，能够形成观察晶棒生长情况的观察通道。同时，第一换热结构具有与第二换热结构连通的冷却腔，使得第一换热结构不仅能够起到形成观察通道的作用，还能够起到较好的换热效果。由于第二换热结构的换热面具有更加靠近晶棒的区域，可以减少两者之间的热传递距离，提高换热效率，进而能够较快速的吸收结晶时释放的潜热，提高晶棒生长速度。由此可见，本实用新型提供的拉晶换热装置在保证能够形成观察通道的同时，提高换热效率，提高晶棒生长速度，进而缩短了拉晶时间，降低了生产成本。

在一些可能的实现方式中，d2＜d1。

在一些可能的实现方式中，上述d1与d2的比值为1～1.6。

在一些可能的实现方式中，上述d2为100mm～300mm。此时，与拉晶轴线距离为d2的第二换热结构的换热面区域，其与晶棒表面的水平距离为 10mm-50mm，第二换热结构与晶棒之间距离较小，热传递效率较高。

在一些可能的实现方式中，上述第一换热结构包括相对于拉晶轴向倾斜的第一倾斜换热部。第一倾斜换热部的换热面为倾斜平面或倾斜弧面。

在实际应用中，通常从晶棒侧向观察其生长情况，观察路径为相对拉晶轴向倾斜的线性路线。当第一换热结构包括相对于拉晶轴向倾斜的第一倾斜换热部时，第一倾斜换热部所具有的倾斜的换热面可以方便的形成与观察路径相适应的观察通道。

在一些可能的实现方式中，上述第一倾斜换热部的倾斜方向与拉晶轴向的夹角θ₁为：0°＜θ＜28°。此时，第一倾斜换热部所形成的观察通道，能够满足不同角度的多种观察路径的需要。

在一些可能的实现方式中，沿着拉晶轴向，上述第二换热结构包括至少一个换热部，各个换热部的冷却腔连通。至少一个换热部的换热面为竖直换热面或倾斜换热面。当各个换热部的换热面均为竖直换热面时，可以使第二换热结构的换热面上各处与晶棒之间的距离相同，换热较均匀。当第二换热结构包括竖直换热面和倾斜换热面时，可以根据实际需要，利用竖直换热面和倾斜换热面灵活的组合成需要的形状。

在一些可能的实现方式中，上述至少一个换热部包括两个竖直换热部以及至少一个第二倾斜换热部；竖直换热部的换热面为竖直换热面，第二倾斜换热部的换热面为倾斜换热面。至少一个第二倾斜换热部位于两个竖直换热部之间。此时，可以调节第二倾斜换热部向靠近晶棒一侧倾斜，减小第二倾斜换热部与晶棒之间的距离，提高晶棒上相应区域的换热效率，增大温度降低的幅度。也可以调节第二倾斜换热部向远离晶棒一侧倾斜，增加第二倾斜换热部与晶棒之间的距离，降低晶棒上相应区域的换热效率，减小温度降低的幅度。另外，还可以通过调控第二倾斜换热部的设置位置，对晶棒上不同的位置进行换热效率调控。可见，竖直换热部和第二倾斜换热部的组合，可以调节晶棒上不同位置的温度梯度。

在一些可能的实现方式中，以拉晶轴线为中心，上述第二换热结构的圆心角大于等于60°且小于360°。此时，可以根据实际需要调节第一换热结构和第二换热结构的占比。例如，可以使换热效率较高的第二换热结构在筒状换热装置中的占比较大，从而提高筒状换热装置的换热效率。还可以使形成观察通道的第一换热结构在筒状换热装置中的占比较大，以形成更利于观察晶棒的观察通道。

在一些可能的实现方式中，上述冷却腔入口和冷却腔出口设在第一换热结构或第二换热结构上，或，冷却腔入口设在第一换热结构上，冷却腔出口设在第二换热结构上，或，冷却腔入口设在第二换热结构上，冷却腔出口设在第一换热结构上。由于第一换热结构和第二换热结构的冷却腔连通，因此，仅需设置一个冷却腔入口和一个冷却腔出口。并且，可以根据实际需要，灵活的选择位于第一换热结构和第二换热结构上的位置。

在一些可能的实现方式中，上述拉晶换热装置还包括冷却管道。冷却管道螺旋式布设在冷却腔内，冷却管道的一端与冷却腔入口连通，冷却管道的另一端与冷却腔出口连通。螺旋式布设的冷却通道，可以增加冷却通道的长度，进而增加冷却通道内冷却介质的流动路程，增加有效换热面积，提高拉晶换热装置的换热效率。

在一些可能的实现方式中，上述拉晶轴向垂直于筒状换热装置的底面。此时，筒状换热装置的底面处于水平状态，与同一水平面的晶棒部分进行换热。在晶体生长过程中，可以确保同一水平面晶体的结晶潜热同时被吸收，从而保证同一水平面距离换热器距离相同的晶体同时结晶，保证晶棒上同一水平面的晶格分布均匀。

在一些可能的实现方式中，上述筒状换热装置还包括第三换热结构。第三换热结构的换热面为竖直筒状换热面，第三换热结构的冷却腔与第一换热结构和第二换热结构的冷却腔连通。此时，第三换热结构的增加，可以进一步增大拉晶换热装置的纵向长度，增大换热面积，从而提高换热效率。另外，在筒状换热装置顶面位置不变的情况下，第三换热结构的增加还可以减小筒状换热装置与熔硅液面之间的距离，从而能够及时吸收晶体生长时的结晶潜热，增大晶体生长的纵向温度梯度，提高晶棒生长速度。

在一些可能的实现方式中，沿着拉晶轴向，上述竖直筒状换热面的高度为第二换热结构的高度的0.1倍～0.8倍。

在一些可能的实现方式中，在垂直于拉晶方向上，上述第一换热结构的冷却腔长度、第二换热结构的冷却腔长度和第三换热结构的冷却腔长度相同。此时，第一换热结构、第二换热结构和第三换热结构的冷却腔厚度相同，从而可以保证冷却腔内冷却管道直径相同，冷却介质流速稳定，进而保证冷却的均一性。

在一些可能的实现方式中，上述第一换热结构的换热面、第二换热结构的换热面、第三结构的换热面中的一个或多个为黑化处理的换热面。此时，经过黑化处理的换热面呈黑色，吸热能力增大，从而可以带走更多的热量，提高换热效率。

在一些可能的实现方式中，上述第一换热结构的换热面、第二换热结构的换热面、第三换热结构的换热面中的一个或多个具有换热凸起结构；其中，换热凸起结构为凸棱或凸块。此时，换热凸起结构能够增大换热面的表面积，增大换热面吸收热能的面积。并且，位于换热面上的换热凸起结构，能够减小换热面与晶棒之间的距离，减小热传递距离。可见，换热凸起结构可以通过增大吸热面积、减小热传递距离，以提高换热效率。

在一些可能的实现方式中，上述换热凸起结构凸出换热面的高度为5mm -15mm。

第二方面，本实用新型还提供一种拉晶设备。该拉晶设备包括观察孔和第一方面或第一方面任一种可能的实现方式所记载的拉晶换热装置。观察孔与拉晶换热装置内的观察通道构成光学通道。

第二方面提供的拉晶设备的有益效果可以参考第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的太阳能电池组件的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的拉晶换热装置应用于拉晶设备的状态示意图；

图2为本实用新型实施例提供的拉晶换热装置的结构示意图一；

图3为本实用新型实施例提供的拉晶换热装置的结构示意图二；

图4为本实用新型实施例提供的拉晶换热装置的剖面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的具有第二倾斜换热部的拉晶换热装置的剖视图；

图6为本实用新型实施例提供的具有第二倾斜换热部的拉晶换热装置的俯视图。

附图标记：

10-拉晶设备，11-壳体，12-固定装置，13-坩埚，14-观察孔，15-热屏，20- 拉晶换热装置，201-换热面，202-外表面，203-冷却腔，204-冷却腔入口，205- 冷却腔出口，21-第一换热结构，211-第一倾斜换热部，22-第二换热结构，221- 竖直换热部，222-第二倾斜换热部，23-第三换热结构，24-连接部，25-换热凸起结构，30-晶棒。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

随着光伏技术的发展，晶体硅电池的光电转换效率达到26.7％，已经接近其理论极限效率(29.4％)。由于晶体硅电池转换效率高、技术成熟等优势，在太阳能电池市场中占据主导地位。目前，全球生产的太阳能电池有80％以上为晶体硅电池。

为了进一步的缩减成本，提高生产效率，晶体硅制造业主要朝着大热场、大装料、大尺寸的方向发展。晶棒是晶体硅电池的基本原料。在采用直拉法制作晶棒时，通常会采用提高晶体生长速度的方式，提高生产效率、降低成本。

提高晶体生长速度，从根本上讲，就是要加大晶体与熔融硅液之间固液界面的温度梯度，加快结晶潜热的释放，即提高晶体的冷却速率。现有技术中，一般利用高效的换热装置吸收结晶时释放的潜热，以加快晶体生长速度。在实际使用过程中，为了便于对晶棒生长情况的实时观察，换热装置会设计为上宽下窄的锥形结构，以避免对观察路径的遮挡。此时，锥形换热装置的上部距离晶棒较远，换热效率较低，导致熔融的硅液结晶时释放的潜热无法及时排出，从而制约了晶棒生长速度。

为了解决上述技术问题，在不影响观察晶棒生长情况的同时，提高晶棒生长速度，本实用新型实施例提供一种拉晶设备10。图1示出一种拉晶设备的示意图。该拉晶设备10包括观察孔14和拉晶换热装置20。观察孔14与拉晶换热装置20内的观察通道构成光学通道。

如图1所示，上述拉晶设备10还可以包括壳体11、坩埚13、观察孔14、热屏15、固定装置12和晶棒提升装置(图中未示出)。坩埚13位于拉晶设备 10内的底部，用于熔融硅料。晶棒30位于坩埚13上方。晶棒提升装置夹持晶棒30并向上运动。观察孔14开设于拉晶设备10上，位于晶棒30的侧向。观察孔14用于观察晶棒30的生长情况，使得拉晶设备10之外的图像获取设备随时获取拉晶设备10内的晶体生长状态，判断晶体生长是否正常，及时发现晶体生长过程中的问题，防止晶体产生位错等，提高拉晶的良率。拉晶换热装置20 设置在晶棒30外周，用于冷却晶棒30，吸收熔融硅液结晶时释放的潜热。热屏 15设置于拉晶换热装置20的外周，用于隔热和形成气流通道。固定装置12设在壳体11内，用于固定热屏15和拉晶换热装置20。

图2-图6示出上述拉晶换热装置20的结构示意图。该拉晶换热装置20可以用于单晶硅棒的拉晶过程，也可以用于锗等其他半导体晶棒的制作。

如图2-图6所示，上述拉晶换热装置20为筒状换热装置。筒状换热装置为非对称结构，其底面可以为平面。筒状换热装置的底面可以与熔融硅液表面平行，也就是说，该底面与拉晶轴向垂直。此时，筒状换热装置的底面处于水平状态，与同一水平面的晶棒30部分进行换热。在晶体生长过程中，可以确保同一水平面晶体的结晶潜热同时被吸收，从而保证同一水平面距离换热器距离相同的晶体同时结晶，保证晶棒30上同一水平面的晶格分布均匀。

如图2-图6所示，上述筒状换热装置的外表面202和内表面(换热面201) 之间具有冷却腔203。该冷却腔203开设有冷却腔入口204和冷却腔出口205。具体实施时，冷却介质从冷却腔入口204流入，流过冷却腔203后，冷却介质从冷却腔出口205流出。在冷却介质流过冷却腔203的过程中，冷却介质通过筒状换热装置的换热面201与硅棒进行热交换，吸收晶棒30的释放的热能。

为了提高冷却介质在冷却腔203中流动的路程，增加有效换热面积和换热时间，冷却腔203内可以形成螺旋式结构的冷却通道。在实际应用中，可以通过隔板将整个冷却腔203分隔成螺旋式的冷却通道，冷却通道的一端与冷却腔入口204连通，冷却通道的另一端与冷却腔出口205连通。当然，也可以在冷却腔203内设置冷却管道。冷却管道螺旋式布设在冷却腔203内，冷却管道的一端与冷却腔入口204连通，冷却管道的另一端与冷却腔出口205连通。

如图2-图6所示，沿着筒状换热装置的周向方向，上述筒状换热装置包括用于形成观察通道的第一换热结构21以及第二换热结构22。第二换热结构22 的冷却腔203与第一换热结构21的冷却腔203连通。第一换热结构21的换热面201与拉晶轴线的最小距离为d1。该拉晶轴线，是指拉晶设备中，直拉法产生并在竖直方向上运动的晶棒的中心轴线。第二换热结构22的换热面201与拉晶轴线的距离为d2，d2≤d1。此时，第二换热结构22的换热面201的全部区域或部分区域与拉晶轴线的距离为d2，第一换热结构21的换热面201与拉晶轴线的最小距离d1大于等于d2。也就是，第一换热结构21的换热面201更加远离晶棒30，第二换热结构22的换热面201具有的至少部分区域(也可以是全部区域)更加靠近晶棒30。由于第一换热结构21的换热面201更加远离晶棒30，使得第一换热结构21的换热面201与晶棒30之间具有足够的空间，能够形成观察晶棒30生长情况的观察通道。同时，第一换热结构21具有与第二换热结构22连通的冷却腔203，使得第一换热结构21不仅能够起到形成观察通道的作用，还能够起到较好的换热效果。由于第二换热结构22的换热面201具有更加靠近晶棒30的区域，可以减少两者之间的热传递距离，提高换热效率，进而能够较快速的吸收结晶时释放的潜热，提高晶棒30生长速度。由此可见，本实用新型实施例提供的拉晶换热装置20，在保证能够形成观察通道的同时，提高了换热效率，增大了晶体生长的纵向温度梯度，提高了晶棒30生长速度，进而缩短了拉晶时间，降低了生产成本。

需要说明的是，上述第一换热结构21的换热面201和第二换热结构22的换热面201与拉晶轴线的距离不同，可以利用连接部24将第一换热结构21和第二换热结构22连通起来。

上述第二换热结构22的换热面201与拉晶轴线的距离为d2，可以理解为：第二换热结构22的换热面201与拉晶轴线的距离可以均为d2，也可以包括d2 和d3。当第二换热结构22的换热面201与拉晶轴线的距离包括d2和d3时，第二换热结构22的换热面201的部分区域与拉晶轴线的距离为d2，第二换热结构 22的换热面201的其他区域与拉晶轴线的距离为d3，d3可以大于d1。在实际应用中，为了获得更好的换热效果，可以限定d2＜d1。

为了提高第二换热结构22的换热效率，进一步缩小第二换热结构22和拉晶轴线之间的距离，第二换热结构22的换热面201上每一点与拉晶轴线的距离，可以全都小于d1。此时，相比第一换热结构21的换热面201，第二换热结构22 的换热面201更加靠近晶棒30，从而具有更高的换热效率。

上述d2可以为100mm～300mm，此时，与拉晶轴线距离为d2的第二换热结构的换热面区域，其与晶棒表面的水平距离为10mm～50mm，第二换热结构22 与晶棒30之间距离较小，热传递效率较高。d1只要大于或等于d2即可。为了避免第一换热结构21和第二换热结构22尺寸差异较大，导致的加工困难，d1 与d2的比值可以为1～1.6。

示例性的，d2可以为100mm、140m、180mm、200mm、250mm、280mm 或300mm等。d1可以为310mm、400mm、420mm、480mm、500mm等。d1 与d2的比值可以为1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.6:1等。

如图2和图3所示，上述第一换热结构21和第二换热结构22在筒状换热装置中的占比，可以影响筒状换热装置的换热效率和观察通道的形成。用圆心角来描述第一换热结构21和第二换热结构22在筒状换热装置中的占比时，以拉晶轴线为中心，第二换热结构22的圆心角大于等于60°且小于360°，筒状换热装置上的其余部分为第一换热结构21。此时，可以根据实际需要调节第一换热结构21和第二换热结构22的占比。例如，可以调节换热效率较高的第二换热结构22在筒状换热装置中的占比较大，从而提高筒状换热装置的换热效率，还可以调节形成观察通道的第一换热结构21在筒状换热装置中的占比较大，以形成更利于观察晶棒30的观察通道。

示例性的，以拉晶轴线为中心，第二换热结构22的圆心角可以为60°、100°、 150°、200°、240°、270°、300°、310°、330°或355°等。

如图2-图6所示，在具体实施时，由于第一换热结构21和第二换热结构22 的冷却腔203连通，因此，仅需设置一个冷却腔入口204和一个冷却腔出口205。并且，可以根据实际需要，灵活的选择冷却腔入口204和一个冷却腔出口205 位于第一换热结构21和第二换热结构22上的位置。此时，冷却腔入口204和冷却腔出口205可以设在同一结构上，也可以设在不同的结构上。当冷却腔入口204和冷却腔出口205设在同一结构上时，冷却腔入口204和冷却腔出口205 可以选择均设在第一换热结构21，也可以选择均设在第二换热结构22上。当冷却腔入口204和冷却腔出口205设在不同结构上时，可以是冷却腔入口204设在第一换热结构21上，冷却腔出口205设在第二换热结构22上；也可以是冷却腔入口204设在第二换热结构22上，冷却腔出口205设在第一换热结构21 上。

如图2-图6所示，在实际应用中，通常从晶棒30侧向观察其生长情况，相应的，设置在拉晶设备10上且用于观察晶棒30的观察孔14位于晶棒30侧向。观察晶棒30生长情况的观察路径为相对拉晶轴向倾斜的线性路线。为了形成与观察孔14相适应的观察通道，上述第一换热结构21包括相对于拉晶轴向倾斜的第一倾斜换热部211。

如图2-图6所示，第一倾斜换热部211的倾斜方向与拉晶轴向的夹角θ₁，也就是第一倾斜换热部211的倾斜角θ₁为：0°＜θ₁＜28°。例如，第一倾斜换热部211的倾斜角θ₁可以为1°、8°、15°、19°、20°、25°、28，倾斜的第一倾斜换热部211不仅可以方便的围成相对于拉晶轴向倾斜的线性观察通道，而且倾斜角度为0°＜θ₁＜28°的第一倾斜换热部211所形成的观察通道，能够满足不同角度的多种观察路径的需要。

具体实施时，当观察孔14位于筒状换热装置的侧上方时，第一倾斜换热部 211自下向上的向远离晶棒30的方向倾斜，也就是说，第一倾斜换热部211的上部相较于下部更加远离晶棒30。

如图2-图6所示，上述第一倾斜换热部211的换热面201为倾斜面。该倾斜面是指换热面201相对于拉晶轴向倾斜。该倾斜面可以是平面，也可以是弧面。当倾斜面为平面时，第一倾斜换热部211的换热面201可以为一个一体式的倾斜平面，也可以为多个倾斜平面拼接成的换热面201。上述第一倾斜换热部 211的外表面202可以为与换热面201形状相同且间隔一定距离的倾斜面，也可以为与换热面201形状不同的外表面202。例如，为了减小筒状换热装置的第一换热结构21过于外凸，可以将第一倾斜换热部211外表面202的上部设计为竖直面，将第一倾斜换热部211外表面202的下部设计为倾斜面。

当倾斜面为弧面时，第一倾斜换热部211的换热面201为倾斜弧面，也就是说，从形状上来说，第一倾斜换热部211的换热面201为具有弧度的弧面，从设置角度上来说，第一倾斜换热部211的换热面201相对于拉晶轴向倾斜。

可以理解的是，第一换热结构21可以仅包括第一倾斜换热部211，也可以包括第一倾斜换热部211和具有竖直换热面的换热部。当第一换热结构21包括第一倾斜换热部211和具有竖直换热面的换热部时，第一倾斜换热部211和具有竖直换热面的换热部连通并沿着拉晶轴向分布。应理解，为了避免遮挡晶棒 30观察路径，可以将具有竖直换热面的换热部设置在第一倾斜换热部211的下方，也就是远离观察孔14的位置。当第一换热结构21仅包括第一倾斜换热部 211时，整个第一换热结构21的换热面201为倾斜平面或倾斜弧面。无论何种组合方式，第一换热结构21中的第一倾斜换热部211的数量可以是一个，也可以是多个。当第一倾斜换热部211的数量为多个时，各个第一倾斜换热部211 的倾斜角度可以相同，也可以不同。

如图2-图6所示，沿着拉晶轴向，上述第二换热结构22包括至少一个换热部，各个换热部的冷却腔203连通。至少一个换热部的换热面201为竖直换热面或倾斜换热面。

上述第二换热结构22可以包括一个换热部，也可以包括多个换热部。当第二换热结构22包括一个换热部时，该换热部(第二换热结构22)的换热面201 可以为竖直换热面，也可以为倾斜换热面。当第二换热结构22所包括的一个换热部的换热面201为竖直换热面时，第二换热结构22的中心轴线与拉晶轴向平行，该竖直换热面上各处与拉晶轴线之间的距离均相等，第二换热结构22可以为晶棒30提供均匀的吸热能力。当第二换热结构22所包括的一个换热部的换热面201为倾斜换热面时，为了确保拉晶换热装置20的换热效率，该倾斜换热面的倾斜角度应小于第一换热结构21所包括的第一倾斜换热部211的倾斜角度。

当第二换热结构22包括多个换热部时，多个换热部的换热面201可以均为竖直换热面，也可以均为倾斜换热面。当然，多个换热部的换热面201也可以包括竖直换热面和倾斜换热面，也就是，多个换热部包括竖直换热部221和第二倾斜换热部222。当多个换热部的换热面201均为竖直换热面时，多个竖直换热面与拉晶轴线之间的距离可以相同，也可以不同。只要确保其中一个竖直换热面与拉晶轴线之间的距离为d2即可。当多个换热部的换热面201均为倾斜换热面时，多个倾斜换热面的倾斜角度可以相同，也可以不同，每个倾斜换热面的倾斜角度可以小于第一换热结构21所包括的第一倾斜换热部211的倾斜角度即可。

当第二换热结构22所包括的多个换热部包括多个竖直换热部221和多个第二倾斜换热部222时，竖直换热部221的换热面201为竖直换热面，第二倾斜换热部222的换热面201为倾斜换热面。可以根据实际需要，利用竖直换热部 221和第二倾斜换热部222灵活的组合成需要的结构。在实际应用中，可以调节第二倾斜换热部222向靠近晶棒一侧倾斜，减小第二倾斜换热部222与晶棒30 之间的距离，提高晶棒30上相应区域的换热效率，增大温度降低的幅度。也可以调节第二倾斜换热部222向远离晶棒一侧倾斜，增加第二倾斜换热部222与晶棒30之间的距离，降低晶棒30上相应区域的换热效率，减小温度降低的幅度。另外，还可以通过调控第二倾斜换热部222的设置位置，对晶棒30上不同的位置进行换热效率调控。可见，竖直换热部221和第二倾斜换热部222的组合，可以调节晶棒30上不同位置的温度梯度。

具体的，竖直换热部221和第二倾斜换热部222的数量、布设方式，可以根据实际需要进行设计。示例性的，如图5和图6所示，第二换热结构22可以包括两个竖直换热部221和位于两个竖直换热部221之间的至少一个第二倾斜换热部222。第二倾斜换热部222的数量可以为一个、两个或多个。例如，沿着拉晶轴向，第二换热结构22依次包括竖直换热部221、两个第二倾斜换热部222 和竖直换热部221。两个第二倾斜换热部222均向着远离晶棒30的方向倾斜，各换热部相互连通。当然，第二换热结构22所包括的多个竖直换热部221和多个第二倾斜换热部222，还可以有其他布设方式。

如图2-图6所示，上述筒状换热装置还可以包括第三换热结构23。第三换热结构23的换热面201为竖直筒状换热面，第三换热结构23的冷却腔203与第一换热结构21和第二换热结构22的冷却腔203连通。此时，第三换热结构 23的增加，可以进一步增大拉晶换热装置20的纵向长度，增大换热面积，从而提高换热效率。另外，在筒状换热装置顶面位置不变的情况下，第三换热结构 23的增加还可以减小筒状换热装置与熔硅液面之间的距离，从而能够及时吸收晶体生长时的结晶潜热，增大晶体生长的纵向温度梯度，提高晶棒30生长速度。

沿着拉晶轴向，上述竖直筒状换热面的高度为第二换热结构22的高度的 0.1～0.8倍。例如，第三换热结构23的竖直筒状换热面的高度可以为第二换热结构22的高度的0.1倍、0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.7倍或0.8倍等。

在实际应用中，第三换热结构23与拉晶轴线之间的距离可以与第二换热结构22的底部与拉晶轴线之间的距离相同，使得第三换热结构23的换热面201 与第二换热结构22底部的换热面201水平位置相同。第三换热结构23与拉晶轴线之间的距离也可以与第一换热结构21的底部与拉晶轴线之间的距离相同。

示例性的，当筒状换热装置包括第一换热结构21、第二换热结构22和第三换热结构23时，可以采用如下方式设置。第一换热结构21包括一个第一倾斜换热部211，并且第一倾斜换热部211的换热面201为倾斜弧面。沿着拉晶轴向，第二换热结构22依次包括竖直换热部221、两个向远离晶棒30的方向倾斜的第二倾斜换热部222和竖直换热部221。第一换热结构21和第二换热结构22的底部接触且处于同一水平面，第一换热结构21和第二换热结构22的其他区域通过连接部24连通。第三换热结构23呈圆筒状，位于第一换热结构21和第二换热结构22的下方。第三换热结构23的换热面201与拉晶轴线之间的距离，与第二换热结构22底部的换热面201与拉晶轴线之间的距离相同，也就是说，第三换热结构23可以看做，第一换热结构21和第二换热结构22的底部在竖直方向上的延伸。

在实际应用中，当筒状换热装置包括第一换热结构21、第二换热结构22和第三换热结构23时，在垂直拉晶方向上，第一换热结构21的冷却腔203长度、第二换热结构22的冷却腔203长度和第三换热结构23的冷却腔203长度可以相同。此时，第一换热结构21、第二换热结构22和第三换热结构23的冷却腔 203厚度相同，从而可以保证冷却腔203内冷却管道直径相同，冷却介质流速稳定，进而可以保证冷却的均一性。

上述第一换热结构21的换热面201、第二换热结构22的换热面201、第三结构的换热面201中的一个或多个为黑化处理的换热面201。此时，经过黑化处理的换热面201呈黑色，吸热能力增大，从而可以带走更多的热量，提高换热效率。

在具体应用中，可以将第一换热结构21、第二换热结构22和第三换热结构 23中一个的换热面201黑化处理，也可以将其中的任意两个的换热面201进行黑化处理，也可以将三者的换热面201全都进行黑化处理。黑化处理的具体方式，可以是氮化处理。

上述第一换热结构21的换热面201、第二换热结构22的换热面201、第三换热结构23的换热面201中的一个或多个具有换热凸起结构25。此时，晶体结晶释放的潜热通过换热凸起结构25传递给冷却腔203内的冷却介质，循环的冷却介质将这部分热能带出拉晶设备10。设置换热凸起结构25能够增大换热面 201的表面积，增大换热面201吸收热能的面积。并且，位于换热面201上的换热凸起结构25，能够减小换热面201与晶棒30之间的距离，减小热传递距离。可见，换热凸起结构25可以通过增大吸热面积、减小热传递距离，以提高换热效率，增大晶体生长的纵向温度梯度。

在实际应用中，换热凸起结构25可以沿着与拉晶轴向平行的方向布设方向。换热凸起结构25可以通过焊接、粘结或一体成型的方式设置在换热面201上。当换热凸起结构25采用一体成型的方式设置在换热面201上时，工艺简单，可靠性较好。当拉晶换热装置20包括第一换热结构21、第二换热结构22和第三换热结构23时，位于换热面201上的换热凸起结构25可以均匀布设，形成一个整体结构。

换热凸起结构25的整体形状可以为块状，也可以为条状，且不仅限于此。换热凸起结构25的横截面可以为三角形、梯形、矩形、“Ω”形状等，只要凸出换热面201表面即可。当换热凸起结构25呈块状时，换热凸起结构25为凸块。当换热凸起结构25呈条状且横截面为三角形，换热凸起结构25为凸棱。

换热凸起结构25凸出换热面201的高度可以为5mm-15mm。位于第一换热结构21、第二换热结构22和第三换热结构23上的换热凸起结构25的高度可以相同，也可以不同。示例性的，换热凸起结构25凸出换热面201的高度可以为5mm、 7mm、8.4mm、10mm、12mm、13.5mm、15mm等。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种拉晶换热装置，其特征在于，应用于拉晶设备，所述拉晶换热装置为筒状换热装置，所述筒状换热装置具有开设冷却腔入口和冷却腔出口的冷却腔；沿着所述筒状换热装置的周向方向，所述筒状换热装置包括：

用于形成观察通道的第一换热结构；所述第一换热结构的换热面与拉晶轴线的最小距离为d1；

以及第二换热结构，所述第二换热结构的冷却腔与所述第一换热结构的冷却腔连通，所述第二换热结构的换热面与拉晶轴线的距离为d2，d2≤d1。

2.根据权利要求1所述的拉晶换热装置，其特征在于，d2＜d1，和/或，所述d1与d2的比值为1～1.6；和/或，所述d2为100mm～300mm。

3.根据权利要求1所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述第一换热结构包括相对于拉晶轴向倾斜的第一倾斜换热部，所述第一倾斜换热部的换热面为倾斜平面或倾斜弧面。

4.根据权利要求3所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述第一倾斜换热部的倾斜方向与拉晶轴向的夹角θ₁为：0°＜θ₁＜28°。

5.根据权利要求1所述的拉晶换热装置，其特征在于，沿着所述拉晶轴向，所述第二换热结构包括至少一个换热部，各个所述换热部的冷却腔连通；至少一个所述换热部的换热面为竖直换热面或倾斜换热面。

6.根据权利要求5所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述至少一个换热部包括两个竖直换热部以及至少一个第二倾斜换热部；所述竖直换热部的换热面为竖直换热面，所述第二倾斜换热部的换热面为倾斜换热面；

所述至少一个第二倾斜换热部位于两个所述竖直换热部之间。

7.根据权利要求1～6任一项所述的拉晶换热装置，其特征在于，以拉晶轴线为中心，所述第二换热结构的圆心角大于等于60°且小于360°。

8.根据权利要求1～6任一项所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述冷却腔入口和冷却腔出口均设在所述第一换热结构或所述第二换热结构上，或，

所述冷却腔入口设在所述第一换热结构上，冷却腔出口设在所述第二换热结构上；或，

所述冷却腔入口设在所述第二换热结构上，所述冷却腔出口设在所述第一换热结构上。

9.根据权利要求1～6任一项所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述拉晶换热装置还包括冷却管道，所述冷却管道螺旋式布设在所述冷却腔内，所述冷却管道的一端与所述冷却腔入口连通，所述冷却管道的另一端与所述冷却腔出口连通，和/或，

所述拉晶轴向垂直于所述筒状换热装置的底面。

10.根据权利要求1～6任一项所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述筒状换热装置还包括第三换热结构，所述第三换热结构的换热面为竖直筒状换热面，所述第三换热结构的冷却腔与所述第一换热结构和所述第二换热结构的冷却腔连通。

11.根据权利要求10所述的拉晶换热装置，其特征在于，沿所述拉晶轴向，所述竖直筒状换热面的高度为所述第二换热结构的高度的0.1倍～0.8倍；和/或，

在垂直于拉晶方向上，所述第一换热结构的冷却腔长度、所述第二换热结构的冷却腔长度和所述第三换热结构的冷却腔长度相同，和/或，

所述第一换热结构的换热面、所述第二换热结构的换热面、所述第三换热结构的换热面中的一个或多个为黑化处理的换热面。

12.根据权利要求10所述的拉晶换热装置，其特征在于，所述第一换热结构的换热面、所述第二换热结构的换热面、所述第三换热结构的换热面中的一个或多个具有换热凸起结构；其中，

所述换热凸起结构为凸棱或凸块；和/或，

所述换热凸起结构凸出换热面的高度为5mm-15mm。

13.一种拉晶设备，其特征在于，所述拉晶设备包括观察孔和权利要求1～12任一项所述的拉晶换热装置，所述观察孔与所述拉晶换热装置内的观察通道构成光学通道。