CN219430182U - 一种冷却装置及单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能光伏技术领域，特别涉及一种冷却装置及单晶炉。该冷却装置包括桶体和导流部，桶体呈圆柱筒状结构，导流部呈筒状结构，导流部的内壁表面为斜面，桶体的一端与导流部的内径大的一端连接；过桶体的轴线做截面，导流部的内壁表面与轴线的夹角为锐角。导流部的内壁表面为斜面，以及桶体呈圆柱筒状结构，不设置肋条、凹坑等结构，能够避免导流部材料和热阻问题造成的换热效果差，且具有结构简单，加工难度小的优点。冷却装置可以提高对晶棒的冷却效果，使得晶棒的纵向温度梯度增大，可以提高长晶拉速，有效提高晶棒产能并降低生产成本。

Description

一种冷却装置及单晶炉

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏技术领域，特别涉及一种冷却装置及单晶炉。

背景技术

晶棒作为光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求，而直拉法拉制晶棒是目前常见的单晶制造方法，晶棒在拉制过程中由熔硅液面向上垂直生长，生长过程中晶棒通过热屏、冷却装置、到达副室拉伸腔内。冷却装置主要的作用是吸收晶棒散发的结晶潜热，抑制单晶炉内的温度过高，给晶棒营造良好的生长环境，使得晶棒长时间保持较高的生长速度。

现有技术中的冷却装置一般为锥斗状结构，锥斗状结构可以提供充足的监控捕捉视野，但因冷却装置到晶棒表面的距离过远而限制了热量交换，进而限制了长晶拉速的提高。现有技术中的冷却装置还有在靠近晶棒的内壁上焊接肋条、冲击凹坑等结构以增大热量吸收面积，但基于使用安全考量，需要增大冷却装置与晶棒表面的水平距离或增加冷却装置内壁厚度；而且，现阶段使用的换热装置大多为不锈钢材质，本身导热系数小，焊点部位热阻更大，对长晶拉速的改善效果不佳。

综上所述，现有技术中的冷却装置具有结构复杂，加工难度大的缺陷，而且对长晶拉速的提高效果不佳。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种冷却装置，以解决现有的冷却装置具有结构复杂，加工难度大的问题，同时有效的提高长晶拉速。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供一种冷却装置，该冷却装置包括桶体和导流部，所述桶体呈圆柱筒状结构，所述导流部呈筒状结构，所述导流部的内壁表面为斜面，所述桶体的一端与所述导流部的内径大的一端连接；过所述桶体的轴线做截面，所述导流部的内壁表面与所述轴线的夹角为锐角。

可选的，所述导流部的内壁表面与所述轴线的夹角范围是30°-60°。

可选的，所述导流部呈锥斗状结构。

可选的，所述导流部的外壁呈圆柱筒状结构。

可选的，过所述桶体的轴线做截面，所述桶体的内壁表面为直线段。

可选的，所述冷却装置还包括导视部，所述导视部呈筒状结构，所述导视部的内壁表面为斜面，所述桶体的另一端与所述导视部的内径小的一端连接；所述导视部的外壁呈圆柱筒状结构，过所述桶体的轴线做截面，所述导视部的外壁和所述桶体的外壁连接为直线段。

可选的，所述冷却装置还包括进水管和出水管，所述进水管和所述出水管均与所述导视部的内壁连接。

可选的，所述导视部、所述桶体和所述导流部内均设有通道，所述通道与所述进水管和所述出水管连通。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种单晶炉，包括上述的冷却装置。

可选的，所述单晶炉还包括导流筒和保温件，所述导流筒套设在导视部、桶体、导流部的外侧，所述导流筒和所述导视部、所述桶体、所述导流部之间的间隙处填充所述保温件。

本实用新型公开的一种冷却装置，导流部的内壁表面为斜面，以及桶体呈圆柱筒状结构，不设置肋条、凹坑等结构，能够避免导流部材料和热阻问题造成的换热效果差，且具有结构简单，加工难度小的优点。导流部的内壁表面为斜面还能够将气体，例如氩气等导向结晶界面处，更有利于带走一部分结晶界面处产生的结晶潜热，从而提高了晶棒的冷却效果。而且，晶棒结晶释放的结晶潜热会以热辐射形式传递到导流部的内壁表面，过桶体的轴线做截面，导流部的内壁表面与轴线的夹角为锐角，导流部的内壁表面可以将该热场反射至平行于晶棒表面的方向竖直向上，被氩气吹拂及炉盖等部位吸收散出，从而进一步的提高了晶棒的冷却效果，使得晶棒的纵向温度梯度增大，可以提高长晶拉速，有效提高晶棒产能并降低生产成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例一种所述的冷却装置的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图的结构示意图；

图3为本实用新型实施例另一种所述的冷却装置剖视图的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的单晶炉的部分结构示意图。

附图标记说明：

10-冷却装置；11-桶体；12-导流部；13-导视部；14-进水管；15-出水管；16-通道；17-导流筒；18-炉体；19-炉盖；20-主炉室；21-观察窗；22-坩埚；23-加热器；24-保温筒；25-晶棒。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解的是，还可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型实施例公开了一种冷却装置10，参照图1，示出了本申请实施例的冷却装置10的结构示意图。冷却装置10设置在单晶炉内。

该冷却装置10包括桶体11和导流部12，参照图2，示出了本申请实施例的冷却装置10的剖视图的结构示意图，桶体11呈圆柱筒状结构，导流部12呈筒状结构，导流部12的内壁表面为斜面，桶体11的一端与导流部12的内径大的一端连接；过桶体11的轴线做截面，导流部12的内壁表面与轴线的夹角为锐角。

具体的，参照图2所示，导流部12的内壁表面为斜面，导流部12的内壁表面围成圆台状结构，导流部12的内径大的一端与桶体11的下端连接，导流部12的内径小的一端朝向熔硅液面。

在直拉法制造晶棒25的过程中，晶棒25的部分位于桶体11的中部空腔内和导流部12的中部空腔内。冷却装置10的桶体11和导流部12内流经冷却液，冷却液能够吸收热量，可以快速地带走结晶界面处产生的结晶潜热，抑制单晶炉内的温度过高，同时尽可能减少加热器23及熔硅液面热量传递到结晶界面附近，使得晶棒25的纵向温度梯度增大，提高长晶拉速；提高长晶拉速可以有效提高晶棒25产能并降低生产成本。

而且，本申请实施例公开的冷却装置10中，桶体11呈圆柱筒状结构，结构规整，桶体11与外侧结构的连接简单方便。例如，导流筒17和桶体11之间的间隙为规则的环形圆筒状，在该间隙处填充保温毡时，保温毡不需要裁切多种不同的形状以配合导流筒17和桶体11之间的不规则间隙，保温毡裁切成矩形即可，保温毡的裁切和填充简单方便。

本申请实施例公开的冷却装置10中，导流部12的内壁表面为斜面，以及桶体11呈圆柱筒状结构，不设置肋条、凹坑等结构，能够避免导流部12材料和热阻问题造成的换热效果差，且具有结构简单，加工难度小的优点。导流部12的内壁表面为斜面还能够将气体，例如氩气等导向结晶界面处，更有利于带走一部分结晶界面处产生的结晶潜热，从而提高了晶棒25的冷却效果。而且，晶棒25结晶释放的结晶潜热会以热辐射形式传递到导流部12的内壁表面，过桶体11的轴线做截面，导流部12的内壁表面与轴线的夹角为锐角，导流部12的内壁表面可以将该热场反射至平行于晶棒25表面的方向竖直向上，被氩气吹拂及炉盖19等部位吸收散出，从而进一步的提高了晶棒25的冷却效果，使得晶棒25的纵向温度梯度增大，可以提高长晶拉速，有效提高晶棒25产能并降低生产成本。

可选的，导流部12的内壁表面与桶体11的轴线的夹角范围是30°-60°。该夹角范围可以有效将热辐射形式传递到导流部12的内壁表面的结晶潜热反射至平行于晶棒25表面的方向竖直向上，被氩气吹拂及炉盖19等部位吸收散出，从而提高对晶棒25的冷却效果。

可选的，在一实施例中，参照图2所示，导流部12呈锥斗状结构。导流部12的大端与桶体11的下端连接，导流部12的小端朝向熔硅液面。

可选的，在另一实施例中，参照图3所示，导流部12的外壁呈圆柱筒状结构。此时，导流部12的外壁和桶体11的外壁连接后的结构规整，导流部12和桶体11与外侧结构的连接简单方便。例如，导流筒17和导流部12和桶体11之间的间隙为规则的环形圆筒状，在该间隙处填充保温毡时，保温毡裁切成矩形即可，保温毡的裁切和填充简单方便。

可选的，参照图2所示，过桶体11的轴线做截面，桶体11的内壁表面为直线段。桶体11的内壁表面为直线段时，桶体11的内壁表面不设置肋条、凹坑等结构，能够避免桶体11材料和热阻问题造成的换热效果差，且具有结构简单，加工难度小的优点。

可选的，参照图2所示，冷却装置还包括导视部13，导视部13呈筒状结构，导视部13的内壁表面为斜面，桶体11的另一端与导视部13的内径小的一端连接；导视部13的外壁呈圆柱筒状结构，过桶体11的轴线做截面，导视部13的外壁和桶体11的外壁连接为直线段。

具体的，参照图2所示，导视部13的内壁为斜面，导视部13的内壁表面围成圆台状结构，导视部13的内径大的一端背离熔硅液面，导视部13的内径小的一端与桶体11的上端连接。

本申请实施例公开的冷却装置10中，导视部13的内壁表面为斜面，形成充足的视野通道16，便于监视系统视野捕捉，长晶过程监控。而且，导视部13的外壁呈圆柱筒状结构，过桶体11的轴线做截面，导视部13的外壁和桶体11的外壁连接为直线段，导视部13的外壁和桶体11的外壁连接后的结构规整，导视部13和桶体11与外侧结构的连接简单方便。例如，导流筒17和导视部13和桶体11之间的间隙为规则的环形圆筒状，在该间隙处填充保温毡时，保温毡裁切成矩形即可，保温毡的裁切和填充简单方便。

可选的，参照图2所示，冷却装置10还包括进水管14和出水管15，进水管14和出水管15均与导视部13的内壁连接。由于导视部13的内壁表面为斜面，进水管14和出水管15和导视部13的内壁连接面积较大，连接强度较高。

进一步的，进水管14和出水管15选择适合的连接方式与导视部13连接，本申请实施例对此不作限定，例如，进水管14和出水管15均与导视部13的内壁焊接。

可选的，参照图2所示，导视部13、桶体11和导流部12内均设有通道16，通道16与进水管14和出水管15连通。进水管14、通道16和出水管15内用于流动冷却液。冷却液从进水管14内流入通道16内，在通道16内流动过程中吸收热量温度升高，温度升高后的冷却液从出水管15流出，冷却液流动过程中可以快速地带走结晶界面处产生的结晶潜热，抑制单晶炉内的温度过高。

进一步的，冷却液可以根据使用需求进行选择，本申请实施例对此不作限定。例如，冷却液为冷却水。

可选的，参照图2所示，进水管14和出水管15分别位于导视部13的两侧。

进一步的，冷却装置10包括导视部13、桶体11和导流部12，导视部13、桶体11和导流部12为冷却装置10中靠近熔硅液面设置的构件，可以根据使用需求对导视部13的外壁表面和内壁表面、桶体11的外壁表面和内壁表面，以及导流部12外壁表面和内壁表面做涂层结构、表面处理等，本申请实施例对此不作限定。例如，桶体11的内壁表面设有石墨烯涂层。石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。桶体11的内壁表面设有石墨烯涂层后可以增加热辐射的吸收，同时提高桶体11的防腐性能和机械性能。

本申请实施例公开的冷却装置10，参照图1和图2所示，包括导视部13、桶体11和导流部12。导视部13的外壁呈圆柱筒状结构，导视部13的内壁为斜面，导视部13的内壁表面围成圆台状结构，导视部13的内径大的一端背离熔硅液面，导视部13的内径小的一端与桶体11的上端连接。桶体11呈圆柱筒状结构，桶体11的下端与导流部12连接。导流部12呈锥斗状结构，导流部12的内径大的一端与桶体11的下端连接，导流部12的内径小的一端朝向熔硅液面。冷却装置10具有结构简单，加工难度小的优点。冷却装置10在使用时，晶棒25的部分设于导视部13的中部空腔、桶体11的中部空腔和导流部12的中部空腔内。

本申请实施例公开的冷却装置10，具有充足的视野通道16，便于监视系统视野捕捉，长晶过程监控。而且，外观结构简单，加工难度小。导视部13的外壁和桶体11的外壁连接后呈圆柱筒状结构还改善了保温毡裁切及填装难度。晶棒25辐射到导流部12的内壁表面后向上反射至冷却装置10中上部，热量能够被快速带走，换热效率高，提高晶棒25纵向温度梯度。而且，导视部13的外壁表面和内壁表面、桶体11的外壁表面和内壁表面，以及导流部12外壁表面和内壁表面均不设置肋条、凹坑等结构，能够避免肋条带来的大热阻，以及凹坑结构带来的壁厚增加，导致的换热效果差的问题。

本实用新型实施例还公开了一种单晶炉，参照图4，示出了本申请实施例的单晶炉的结构示意图，该单晶炉包括上述的冷却装置10。由于冷却装置10具有冷却效果好，使晶棒25的纵向温度梯度增大的优点，可以提高长晶拉速，使得单晶炉的晶棒25产能高，并降低生产成本。

可选的，参照图4所示，单晶炉还包括导流筒17和保温件(图中未示出)，导流筒17套设在导视部13、桶体11、导流部12的外侧，导流筒17和导视部13、桶体11、导流部12之间的间隙处填充保温件。由于导视部13的外壁和桶体11的外壁连接后呈圆柱筒状结构，导视部13的外壁和桶体11的外壁连接后与导流筒17之间的间隙为规则的环形圆筒状，在该间隙处填充保温件时，保温件裁切成矩形即可，保温件的裁切和填充简单方便。

进一步的，保温件可以根据使用需求选择，本申请实施例对此不作限定，例如，保温件为保温毡。

可选的，参照图4所示，单晶炉还包括炉体18、坩埚22、加热器23和保温筒24。炉体18包括炉盖19和主炉室20，炉盖19封盖主炉室20形成晶棒25的生产空间。炉盖19上设置观察窗21，以用于观察晶棒25的生长状态。熔硅设置在坩埚22内，冷却装置10设置在熔硅液面的上方。加热器23位于坩埚22的外侧，用于加热，使得坩埚22内的硅料处于熔硅状态。保温筒24设于导流筒17和加热器23的外侧，用于保持炉体18内的热场温度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置、电子设备、计算机可读存储介质及其包含指令的计算机程序产品的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冷却装置，其特征在于，包括桶体(11)和导流部(12)，所述桶体(11)呈圆柱筒状结构，所述导流部(12)呈筒状结构，所述导流部(12)的内壁表面为斜面，所述桶体(11)的一端与所述导流部(12)的内径大的一端连接；

过所述桶体(11)的轴线做截面，所述导流部(12)的内壁表面与所述轴线的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述导流部(12)的内壁表面与所述轴线的夹角范围是30°-60°。

3.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述导流部(12)呈锥斗状结构。

4.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述导流部(12)的外壁呈圆柱筒状结构。

5.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，过所述桶体(11)的轴线做截面，所述桶体(11)的内壁表面为直线段。

6.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括导视部(13)，所述导视部(13)呈筒状结构，所述导视部(13)的内壁表面为斜面，所述桶体(11)的另一端与所述导视部(13)的内径小的一端连接；

所述导视部(13)的外壁呈圆柱筒状结构，过所述桶体(11)的轴线做截面，所述导视部(13)的外壁和所述桶体(11)的外壁连接为直线段。

7.根据权利要求6所述冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括进水管(14)和出水管(15)，所述进水管(14)和所述出水管(15)均与所述导视部(13)的内壁连接。

8.根据权利要求7所述冷却装置，其特征在于，所述导视部(13)、所述桶体(11)和所述导流部(12)内均设有通道(16)，所述通道(16)与所述进水管(14)和所述出水管(15)连通。

9.一种单晶炉，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的冷却装置。

10.根据权利要求9所述单晶炉，其特征在于，所述单晶炉还包括导流筒(17)和保温件，所述导流筒(17)套设在导视部(13)、桶体(11)、导流部(12)的外侧，所述导流筒(17)和所述导视部(13)、所述桶体(11)、所述导流部(12)之间的间隙处填充所述保温件。