CN219861672U - 换热装置和单晶炉热场系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种换热装置和单晶炉热场系统。所述换热装置包括：主体结构，以及设置于所述主体结构的第一端的进水管道和出水管道，其中，所述进水管道连接于所述主体结构的一侧，用于向所述主体结构供水；所述出水管道连接于所述主体结构的另一侧，用于排出所述主体结构中的水；所述主体结构的内壁上设置有吸热组件，所述吸热组件用于吸收热量。可以提高所述换热装置的换热能力，在拉制大尺寸晶棒时，可以降低晶棒的结晶面的凹面深度，提高晶棒的生长速度。
Description
技术领域
本实用新型属于拉晶技术领域，具体涉及一种换热装置和单晶炉热场系统。
背景技术
随着光伏技术的快速发展，降本增效已成为光伏行业发展的核心。目前，市场对大尺寸晶棒的需求不断扩大。然而，随着晶棒尺寸的不断扩大，导致晶棒中心的热量无法扩散到晶棒的边缘，大尺寸晶棒释放出的结晶潜热在中心集中的热量较多，进而导致晶棒的径向温度梯度增加，对于现有的换热装置，无法带走晶棒中心的结晶潜热，等径中晶棒直径越大，晶棒结晶面的凹面深度越深，导致晶棒的生长速度大幅度降低。
实用新型内容
鉴于上述问题，提出了本实用新型实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种换热装置和单晶炉热场系统。
为了解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例提出了一种换热装置，包括：主体结构，以及设置于所述主体结构的第一端的进水管道和出水管道，其中，
所述进水管道连接于所述主体结构的一侧，用于向所述主体结构供水；
所述出水管道连接于所述主体结构的另一侧，用于排出所述主体结构中的水；
所述主体结构的内壁上设置有吸热组件，所述吸热组件用于吸收热量。
可选地，所述主体结构的内壁上设置有安装槽；
所述吸热组件与所述安装槽对应设置，并嵌设于所述安装槽内。
可选地，所述吸热组件包括多个吸热件，且所述吸热件为环形结构；
多个所述吸热件沿远离所述主体结构的第一端的方向依次设置。
可选地，多个所述吸热组件依次首尾连接，以使所述吸热组件为一体结构。
可选地，相邻两个所述吸热件包括第一吸热件和第二吸热件；
所述第一吸热件和所述第二吸热件沿远离所述第一端的方向依次设置；
所述第二吸热件的内径小于所述第一吸热件的内径。
可选地，所述吸热件靠近所述第一端的内径大于或等于所述吸热件远离所述第一端的内径。
可选地，所述吸热件上设置有多个凹槽；
所述凹槽的槽口背离所述主体结构设置。
可选地，所述凹槽的截面形状包括：圆形、椭圆形以及多边形中的一种。
可选地，所述吸热组件包括锥形部和平直部；
所述锥形部和所述平直部沿远离所述主体结构的第一端的方向依次设置；
所述锥形部的内径沿远离所述主体结构的第一端的方向逐渐减小，且所述锥形部靠近所述平直部的一端的内径与所述平直部的内径相同。
第二方面，本实用新型实施例提出了一种单晶炉热场系统，包括：单晶炉、坩埚以及上述换热装置；
所述坩埚和所述换热装置均设置于所述单晶炉内；
所述换热装置设置于所述坩埚的上方。
在本实用新型实施例中，所述换热装置包括进水管道、出水管道以及主体结构；所述进水管道连接于所述主体结构的一侧，可以向所述主体结构供水；所述出水管道连接于所述主体结构的另一侧，可以排出所述主体结构中的水，这样，在水的流动作用下，所述主体结构可以起到换热冷却的作用。由于所述主体结构的内壁上设置有吸热组件，吸热组件可以用于吸收热量，所述吸热组件吸收的热量可以传递至所述主体结构，以进一步提高所述换热装置的换热能力，这样，在拉制大尺寸晶棒时，可以降低晶棒的结晶面的凹面深度，提高晶棒的生长速度。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型实施例中的一种换热装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中的一种吸热件的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中的另一种吸热件的结构示意图；
图4是本实用新型实施例中的又一种吸热件的结构示意图；
图5是本实用新型实施例中的再一种吸热件的结构示意图。
附图标记：
1-吸热组件，11-吸热件，111-凹槽，112-锥形部，113-平直部，12-第一吸热件，13-第二吸热件，2-主体结构，3-进水管道，4-出水管道。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“上”、“内”、“轴向”、“径向”、“周向”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合图1-图5描述本实用新型实施例中所述的换热装置和单晶炉热场系统。
如图1所示，第一方面，本实用新型实施例公开了一种换热装置，所述换热装置具体可以包括：主体结构2，以及设置于所述主体结构2的第一端的进水管道3和出水管道4，其中，进水管道3连接于主体结构2的一侧，用于向主体结构2供水；出水管道4连接于主体结构2的另一侧，用于排出主体结构2的水；主体结构2的内壁上设置有吸热组件1；吸热组件1用于吸收热量。
在本实用新型实施例中，换热装置包括进水管道3、出水管道4以及主体结构2；进水管道3连接于主体结构2的一侧，可以向主体结构2供水；出水管道4连接于主体结构2的另一侧，可以排出主体结构2中的水，这样，在水的流动作用下，主体结构2可以起到换热冷却的作用。由于主体结构2的内壁上设置有吸热组件1，吸热组件1可以用于吸收热量，吸热组件1吸收的热量可以传递至主体结构2，以进一步提高换热装置的换热能力，这样，在拉制大尺寸晶棒时，可以降低晶棒的结晶面的凹面深度，提高晶棒的生长速度。
本实用新型实施例中所述的换热装置可以在两种或两种以上温度不同的流体间实现物料之间热量传递，将热流体的部分热量传递给冷流体，以进行热交换。
具体地，所述换热装置可以包括主体结构2、进水管道3和出水管道4；进水管道3和出水管道4可以设置于主体结构2的第一端；进水管道3设置于主体结构2的一侧，可以用于向主体结构2供水；出水管道4设置于主体结构2的另一侧，可以排出主体结构2中的水，这样，主体结构2中的水可以流动，且水在流动的过程中可以进行热量交换，达到换热冷却的效果。
具体地，主体结构2内可以布置有水路，所述水路分别与进水管道3和出水管道4连接，用于供水流动。
可选地，所述主体结构2的内壁上可以设置有安装槽；吸热组件1可以与所述安装槽对应设置，并可以嵌设于所述安装槽内。
在本实用新型实施例中，在主体结构2的内壁上设置安装槽，并将吸热组件1嵌设在所述安装槽内，可以提高将吸热组件1固定在主体结构2的内壁上的稳定性和可靠性。
具体地，所述安装槽用于嵌设吸热组件1；所述安装槽的数量可以为一个或者多个，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
具体地，主体结构2的材质可以为不锈钢，由于不锈钢的韧性和塑性较高，强度低，硬度小，耐腐蚀性能较好，加工性能好，便于在主体结构2上加工所述安装槽。而且，主体结构2为不锈钢主体，便于在主体结构2的内部设置中空，以便于布置水路结构；而且，可以避免主体结构2变形、碎裂，方便现场使用。
具体地，主体结构2的材质还可以是导热系数高、黑度高的材质，具体可根据实际需求进行设置，本实用新新型实施例对此不作具体限定。
具体地，在拉制晶棒时，所述换热装置设置于坩埚的顶部，并罩设在晶棒外。主体结构2的主要功能是在内腔通水，通过水循环与晶棒的结晶界面产生的潜热进行热交换，增加晶棒的纵向温度梯度，所述纵向为晶棒的生长方向。
具体地，吸热组件1嵌设于安装槽内，并可以与主体结构2固定，可以用于吸收热量，这样，在吸热组件1的作用下，吸热组件1可以吸收更多的热量并将热量传递至主体结构2，以使主体结构2内的水在流动的过程中将热量带走，可以进一步提高所述换热装置的换热能力，在拉制大尺寸晶棒的过程中，由于所述换热装置的换热能力较强，能够及时将晶棒中心的结晶潜热带走，进而缩短晶棒在径向上的温度梯度，降低晶棒的结晶面的凹面深度，提高晶棒的生长速度。
可选地，吸热组件1可以包括多个吸热件11，吸热件11可以为环形结构；多个吸热件11沿远离主体结构2的第一端的方向依次设置。
在本实用新型实施例中，多个吸热件11可以沿远离主体结构2的第一端的方向依次设置，便于将吸热组件1布置在主体结构2的内壁上。
具体地，吸热件11为环形结构，使得吸热件11可以罩设于晶棒外，便于吸热件11吸收晶棒生长释放的潜热。
具体地，吸热件11与安装槽对应设置，对应的安装槽为环形槽。安装槽的数量可以与吸热件11的数量相同，使得吸热件11和安装槽一一对应设置；或者，安装槽也可以为一个，使得多个吸热件11设置于一个槽内，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
具体地，从辐射传热角度考虑，当热辐射投射至物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透。
Q＝QA+QR+QD，其中，A+R+D＝1，A-物体的吸收率，R-物体的反射率，D-物体的透过率；QA-物体吸收的热量，QR-物体反射的热量，QD-物体透过的热量，Q-辐射至物体表面的总热量。
表1：
| 对于大多数的固体和液体： | D＝0，A+R＝1 |
| 对于不含颗粒的气体： | R＝0，A+D＝1 |
| 对于黑体： | A＝1 |
| 镜面或白体 | R＝1 |
| 透明体 | D＝1 |
从表1可以看出，固体和液体都是不透热体，即D＝0,A+R＝1。气体则不同，其反射率R＝0，A+D＝1。
具体地，因换热装置为固体，物体的透射率D＝0，只有物体的吸收率和发射率，A+R＝1。为了提升所述换热装置的换热能力，需要提高所述换热装置的吸收率A，降低所述换热装置的反射率R。
具体地，从热传导角度考虑：
其中，q--热流量(热传导速率)，单位：w；q/s--热流密度，单位：w/m2；S--与热传导方向垂直的传热面面积，m2；k--物质的热导率(导热系数)，w/(m·℃)；dt/dx--温度梯度，℃/m。
通过以上研究，在其他条件不变，只对材质进行改变，导热系数越大，黑度越高，越有利于热辐射的吸收和热传导。
表2：
| 材质 | 导热系数W/(m·℃) | 黑度 |
| 不锈钢 | 17 | 0.39 |
| 石墨 | 139.56 | 0.95 |
| 钼 | 116 | 0.375 |
从表2可以看出，钼和石墨的导热系数均高于不锈钢，吸热件11的材质选择钼或者石墨，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
在直拉单晶工艺中，改变硅生长固液界面上方的热量交换方式，增大纵向温度梯度，有利于提高晶体生长速度，因晶棒与换热装置以热辐射的方式交换能力，现通过提升所述换热装置的吸热和热传导能力，有利于晶棒的生长。
具体地，石墨材质的黑度较高，将吸热件11的材质设置为石墨，可以进一步提高吸热件11吸收热量的能力，有利于提升所述换热装置的换热能力。
示例的，吸热件11的材质可以为等静压石墨。由于石墨的熔点为3652-3697摄氏度，沸点为4830摄氏度，使得吸热件11的强度可以随着温度的提高而加强，可以满足加工需求。而且，吸热件11为石墨结构，使得吸热件11具有较小的热膨胀系数，便于吸热件11与不锈钢主体配合，可以避免因热膨胀导致变形以及裂纹产生。吸热件11的主要功能是提高所述换热装置对热辐射的吸收能力，因石墨的辐射吸收率为0.95，可以极大的提升所述换热装置吸收的热量。
具体地，吸热件11的材质为石墨，主体结构2的材质为不锈钢，吸热件11与主体结构2配合，既可以保证所述换热装置的结构稳定性，还可以保证所述换热装置具有较强的热辐射吸收能力和热传导能力。
具体地，吸热件11可以通过高温耐火石墨胶与主体结构2粘接，使得吸热件11可以与主体结构2的紧密配合，并可以防止吸热件11从主体结构2的安装槽内脱落。
具体地，吸热件11背离主体结构2的一侧可以与主体结构2的内壁平齐设置，或者，吸热件11背离主体结构2的一侧可以凸出于主体结构2的内壁，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
具体地，可以对吸热件11背离主体结构2的表面进行粗糙度设置，以减少对热辐射的反射。
可选地，如图1所示，多个吸热件11可以间隔设置。
在本实用新型实施例中，多个吸热件11间隔设置，使得多个吸热件11各自独立设置，使得吸热件11的尺寸较小，可以提高对吸热件11的加工便捷性。
在本实用新型的另一些可选实施例中，如图2所示，多个吸热件11依次首尾连接，以使吸热组件1为一体结构。
在本实用新型实施例中，多个吸热件11依次首尾连接，使得吸热组件1可以为一体结构，可以提高将吸热组件1固定在主体结构2上的便捷性。
在本实用新型的再一些可选实施例中，如图1和图3所示，相邻两个吸热件11包括第一吸热件12和第二吸热件13；第一吸热件12和第二吸热件13沿远离第一端的方向依次设置；第二吸热件13的内径小于第一吸热件12的内径。
在本实用新型实施例中，第二吸热件13的内径小于第一吸热件12的内径，使得多个吸热件11可以组合形成阶梯状，可以增大吸热件11的表面积，进而有效提升所述换热装置的热交换能力。
在本实用新型的又一些可选实施例中，吸热件11靠近第一端的内径大于或等于吸热件11远离第一端的内径。
在本实用新型实施例中，吸热件11靠近第一端的内径大于吸热件11远离第一端的内径，使得吸热件11为锥形结构；吸热件11靠近第一端的内径等于吸热件11远离第一端的内径，使得吸热件11可以为圆环结构。在本实用新型实施例中，吸热件11可以是圆环结构，也可以是锥形结构，可以提高吸热件11的结构多样性。
可选地，如图4所示，吸热件11上可以设置有多个凹槽111；凹槽111的槽口背离主体结构2设置。
在本实用新型实施例中，在吸热件11上设置凹槽111，可以增大吸热件11的表面积，进而提升吸热件11的吸热能力。
具体地，多个凹槽111可以沿吸热件11的周向均匀设置，和/或，多个凹槽111可以沿吸热件11的轴线方向均匀设置。
可选地，凹槽111的截面形状包括：圆形、椭圆形以及多边形中的一种。
在本实用新型实施例中，凹槽111的截面形状可以是圆形、椭圆形以及多边形中的一种，可以提高凹槽111的结构多样性。
具体地，在吸热件11上设置凹槽111，可以在吸热件11上形成凹坑，示例的，所述凹坑可以是三棱锥结构，长方体结构，圆柱体结构等，具体可根据实际需求进行设置，并可以参考图4进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
具体地，凹槽111可以为通槽或者半通槽等，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
可选地，如图5所示，吸热组件1包括锥形部112和平直部113；锥形部112和平直部113沿远离主体结构2的第一端的方向依次设置；锥形部112的内径沿远离主体结构2的第一端的方向逐渐减小，且锥形部112靠近平直部113的一端的内径与平直部113的内径相同。
在本实用新型实施例中，锥形部112的内径沿远离主体结构2的第一端的方向逐渐减小，且锥形部112靠近平直部113的一端的内径与平直部113的内径相同，使得平直部113可以更靠近晶棒的生长界面，可以缩短所述换热装置与晶棒之间的距离，可以更有效的增大晶棒的纵向温度梯度。
具体地，吸热件11设置于主体结构2的内壁，吸热件11的形状与主体结构2的形状适配。
具体地，本实用新型实施例中的换热装置与现有的换热装置相比，直拉单晶生长拉速可以提升0.22毫米每分钟；提速提升幅度可以到11.82％。
本实用新型实施例中所述的换热装置至少包括以下优点：
在本实用新型实施例中，所述换热装置包括进水管道、出水管道以及主体结构；所述进水管道连接于所述主体结构的一侧，可以向所述主体结构供水；所述出水管道连接于所述主体结构的另一侧，可以排出所述主体结构中的水，这样，在水的流动作用下，所述主体结构可以起到换热冷却的作用。由于所述主体结构的内壁上设置有吸热组件，吸热组件可以用于吸收热量，所述吸热组件吸收的热量可以传递至所述主体结构，以进一步提高所述换热装置的换热能力，这样，在拉制大尺寸晶棒时，可以降低晶棒的结晶面的凹面深度，提高晶棒的生长速度。
第二方面，本实用新型实施例中还公开了一种单晶炉热场系统，可以包括：单晶炉、坩埚以及换热装置；坩埚和换热装置均设置于单晶炉内；换热装置设置于坩埚的上方。
在本实用新型实施例中，换热装置设置于坩埚的上方，便于使用所述换热装置和晶棒产生的结晶潜热进行热交换，以提高晶棒在纵向上的温度梯度，进而提高晶棒的拉晶速度。
具体地，坩埚内用于存放硅料，熔化硅料可以进行拉制晶棒。
本实用新型实施例中所述的单晶炉热场系统至少包括以下优点：
在本实用新型实施例中，所述换热装置包括进水管道、出水管道以及主体结构；所述进水管道连接于所述主体结构的一侧，可以向所述主体结构供水；所述出水管道连接于所述主体结构的另一侧，可以排出所述主体结构中的水，这样，在水的流动作用下，所述主体结构可以起到换热冷却的作用。由于所述主体结构的内壁上设置有吸热组件，吸热组件可以用于吸收热量，所述吸热组件吸收的热量可以传递至所述主体结构，以进一步提高所述换热装置的换热能力，这样，在拉制大尺寸晶棒时，可以降低晶棒的结晶面的凹面深度，提高晶棒的生长速度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、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。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种换热装置，其特征在于，包括：主体结构，以及设置于所述主体结构的第一端的进水管道和出水管道，其中，
所述进水管道连接于所述主体结构的一侧，用于向所述主体结构供水；
所述出水管道连接于所述主体结构的另一侧，用于排出所述主体结构中的水；
所述主体结构的内壁上设置有吸热组件，所述吸热组件用于吸收热量；
所述主体结构的内壁上设置有安装槽，所述安装槽为环形槽；
所述吸热组件与所述安装槽对应设置，并嵌设于所述安装槽内；
所述吸热组件包括多个吸热件，且所述吸热件为环形结构；
多个所述吸热件沿远离所述主体结构的第一端的方向依次设置。
2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，多个所述吸热件依次首尾连接，以使所述吸热组件为一体结构。
3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，相邻两个所述吸热件包括第一吸热件和第二吸热件；
所述第一吸热件和所述第二吸热件沿远离所述第一端的方向依次设置；
所述第二吸热件的内径小于所述第一吸热件的内径。
4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述吸热件靠近所述第一端的内径大于或等于所述吸热件远离所述第一端的内径。
5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述吸热件上设置有多个凹槽；
所述凹槽的槽口背离所述主体结构设置。
6.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于，所述凹槽的截面形状包括：圆形、椭圆形以及多边形中的一种。
7.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述吸热组件包括锥形部和平直部；
所述锥形部和所述平直部沿远离所述主体结构的第一端的方向依次设置；
所述锥形部的内径沿远离所述主体结构的第一端的方向逐渐减小，且所述锥形部靠近所述平直部的一端的内径与所述平直部的内径相同。
8.一种单晶炉热场系统，其特征在于，包括：单晶炉、坩埚以及权利要求1－7中任一项所述的换热装置；
所述坩埚和所述换热装置均设置于所述单晶炉内；
所述换热装置设置于所述坩埚的上方。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320250786.7U CN219861672U (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 换热装置和单晶炉热场系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320250786.7U CN219861672U (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 换热装置和单晶炉热场系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219861672U true CN219861672U (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=88319898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320250786.7U Active CN219861672U (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 换热装置和单晶炉热场系统 |
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-
2023
- 2023-02-14 CN CN202320250786.7U patent/CN219861672U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
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