CN220034732U - 单晶炉冷却结构及具有其的单晶炉 - Google Patents
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Abstract
一种单晶炉冷却结构及具有其的拉晶炉，单晶炉冷却结构，包括外导流筒、与所述外导流筒间隔设置的内导流筒、位于所述内导流筒内的水冷屏、进水管和出水管，所述水冷屏内设有与所述进水管和所述出水管连通的冷却腔，所述冷却腔底部内侧的夹角不小于90°。本实用新型对水冷屏进行设计，使得所述水冷屏中所述冷却腔的底部可通冷却水，且冷却水在此处的水流量增大，经过所述水冷屏底部位置处的晶体释放的结晶潜热可由循环冷却水带走的更多，使晶棒冷却效果更佳，提升纵向温度梯度，晶体生长有更大的生长动力，从而提升晶体生长拉速，达到直拉单晶硅棒提产增效的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏材料生产领域，尤其涉及一种提升拉速的单晶炉冷却结构及具有其的单晶炉。
背景技术
直拉单晶炉包括：炉体机械系统、电器系统、真空系统、热系统、水冷系统，其中热系统又称之为热场，水冷系统就包括炉体循环冷却水和水冷屏冷却。单晶生长时，由于不断发生物相的转化(液相转化为固相)，不断放出潜热，同时，晶体越拉越长，熔体液面不断下降，热量的传导、辐射等情况都在发生变化，所以热场是动态热场。
沿着加热器中心轴线测量温度的变化发现：加热器的中心温度最高，向上向下都是逐渐降低的，它的变化率称为纵向温度梯度；沿着轴线上某点径向测量，发现温度是逐渐上升的，中心温度最低，成抛物线变化，它的变化率称为径向温度梯度。单晶生长时，只有纵向温度梯度足够大，才能使单晶硅生长的结晶潜热及时散走，保持界面温度稳定。因此，保证晶体生长中有足够散热能力，带走结晶潜热；但不能过大，会造成热应力较大，引起断线；结晶界面处的纵向温度梯度适当的大，从而形成必要的过冷度，使单晶有足够的生长动力，不能太大，否则会产生结构缺陷。而径向温度梯度要尽可能小，使结晶界面趋于平坦。
因此，纵向的温度梯度足够大，可以提升晶体生长拉速，从而提升产量。目前的水冷屏设计，底部是无法带走晶体的结晶潜热，起不到提升拉速的效果。
有鉴于此，有必要提供一种改进的单晶炉冷却结构及具有其的单晶炉，以至少解决上述技术问题之一。
实用新型内容
本实用新型旨在能够至少解决现有技术存在的技术问题之一，本实用新型提供一种单晶炉冷却结构，以提升拉速。
为实现上述实用新型目的之一，本实用新型采用如下技术方案：
一种单晶炉冷却结构，包括外导流筒、与所述外导流筒间隔设置的内导流筒、位于所述内导流筒内的水冷屏、进水管和出水管，所述水冷屏内设有与所述进水管和所述出水管连通的冷却腔，所述冷却腔底部内侧的夹角不小于90°
所述水冷屏包括与所述内导流筒贴合的外壁、顶端与所述外壁连接的内壁、连接所述外壁底端与所述内壁底端的连接壁，所述冷却腔位于所述外壁、所述内壁和所述连接壁之间，且所述连接壁与所述内壁底端的夹角不小于90°。
进一步地，所述内壁包括与外壁的底部间隔设置的竖直壁、自所述竖直壁顶端向外倾斜的倾斜壁，所述倾斜壁的顶端与所述外壁连接，所述连接壁连接所述竖直壁的底端与所述外壁的底端。
进一步地，所述水冷屏的底部设有沿径向向内延伸的若干散热片。
进一步地，所述散热片沿内外方向的厚度为15mm～25mm。
进一步地，所述水冷屏包括与所述内导流筒贴合的外壁、顶端与所述外壁连接的内壁、连接所述外壁底端与所述内壁底端的连接壁；所述内壁包括与外壁的底部间隔设置的竖直壁、自所述竖直壁顶端向外倾斜的倾斜壁；所述倾斜壁的顶端与所述外壁连接，所述连接壁连接所述竖直壁的底端与所述外壁的底端；所述散热片自所述竖直壁向内延伸，且所述散热片呈上下延伸的竖条状。
进一步地，所述外导流筒包括位于底部以固定所述内导流筒的固定部；
所述内导流筒包括上导流筒、下导流筒，所述下导流筒包括用以固定在所述固定部上的固定座、用以支撑所述水冷屏的第一支撑部、位于所述第一支撑部上方且用以支撑所述上导流筒的第二支撑部、自所述第二支撑部的周缘倾斜向上延伸的护边。
进一步地，所述固定部水平设置，且所述固定部与上方的外导流筒形成限位台阶，所述固定座位于所述固定部上方且与所述限位台阶相抵接。
进一步地，所述外导流筒包括上下延伸的外直筒、位于所述外直筒下方的外锥形筒，所述固定部自所述外锥形筒的底部沿径向向内延伸；
所述上导流筒包括内直筒、位于所述内直筒底部的内锥形筒；
内锥形筒的顶端高于所述外锥形筒的顶端，和/或所述内锥形筒与水平面的夹角大于所述外锥形筒与水平面的夹角。
一种单晶炉，包括炉体，位于炉体内的坩埚组件、加热器和上述单晶炉冷却结构，所述加热器环绕于所述坩埚组件的外侧，所述单晶炉冷却结构位于所述炉体内，且所述单晶炉冷却结构位于所述坩埚组件的上方；所述单晶炉冷却结构、所述坩埚组件中的至少一个能够于所述炉体内上下移动。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的单晶炉冷却结构，水冷屏中的冷却腔底部内侧的夹角不小于90°，使得所述水冷屏中所述冷却腔的底部可通冷却水，且冷却水在此处的水流量增大，经过所述水冷屏底部位置处的晶体释放的结晶潜热可由循环冷却水带走的更多，使晶棒冷却效果更佳，提升纵向温度梯度，晶体生长有更大的生长动力，从而提升晶体生长拉速，达到直拉单晶硅棒提产增效的目的。
附图说明
图1为本实用新型一较佳实施例的单晶炉冷却结构的示意图；
图2为图1中的分解图；
图3为图1另一角度的结构示意图；
图4为图3沿A-A方向的剖视图；
图5为图4中B处的局部放大图；
图6为本实用新型另一较佳实施例的单晶炉冷却结构的示意图；
图7为图6沿C-C方向的剖视图；
图8为图7中D处的局部放大图；
图9为图6中水冷屏的结构示意图；
图10为一较佳实施例中单晶炉的结构示意图；
图11为图10沿E-E方向的剖视图。
其中，100-单晶炉冷却结构，1-外导流筒，11-固定部，12-外锥形筒，13-外直筒，2-内导流筒，21-上导流筒，211-内直筒，212-内锥形筒，22-下导流筒，221-固定座，222-第一支撑部，223-第二支撑部，224-护边，3-水冷屏，30-冷却腔，31-外壁，32-内壁，321-竖直壁，322-倾斜壁，33-连接壁，34-散热片；4-进水管，5-出水管；6-炉体；7-坩埚组件，71-埚托，72-埚帮，73-坩埚，
8-加热器。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
在本实用新型的各个附图中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本实用新型的主题的基本结构。
如图1～图9所示，本实用新型的单晶炉冷却结构100包括外导流筒1、位于所述外导流筒1内的内导流筒2、位于所述内导流筒2内的水冷屏3、与所述水冷屏3连接的进水管4和出水管5。
所述外导流筒1包括位于底部以固定所述内导流筒2的固定部11，所述固定部11呈环形，且所述外导流筒1的底部沿上下方向贯通。进一步地，所述外导流筒1还包括上下延伸的外直筒13、位于所述外直筒13下方的外锥形筒12，所述固定部11自所述外锥形筒12的底部沿径向向内延伸。
本实施例中，所述固定部11水平设置，且所述固定部11与所述外锥形筒12的底部形成限位台阶，以方便定位安装所述内导流筒2。
所述内导流筒2包括上导流筒21、下导流筒22，优选地，两者分体设置，便于设计和安装。
具体地，所述上导流筒21包括内直筒211、位于所述内直筒211底部的内锥形筒212；所述下导流筒22呈环状，连接于所述外导流筒1的底部。
本实施例中，内锥形筒212的顶端高于所述外锥形筒12的顶端，优选地，所述内锥形筒212的顶端位于所述外直筒13沿高度方向的中间位置处；和/或，所述内锥形筒212与水平面的夹角大于所述外锥形筒12与水平面的夹角；保证外导流筒1、内导流筒2底部具有较宽的间隙。
所述下导流筒22包括用以固定在所述固定部11上的固定座221、用以支撑所述水冷屏3的第一支撑部222、位于所述第一支撑部222上方且用以支撑所述上导流筒21的第二支撑部223、自所述第二支撑部223的周缘倾斜向上延伸的护边224。所述水冷屏3的底部位于所述第一支撑部222上，所述上导流筒21的底部(内锥形筒212)位于所述第二支撑部223上，且所述内锥形筒212的内壁32与所述水冷屏3贴合，所述内锥形筒212的外壁31与所述护边224贴合。
所述水冷屏3内设有用以储存冷却液且供冷却液循环流动的冷却腔30、与所述冷却腔30连通的进水管4和出水管5，通过所述进水管4、所述出水管5循环地向所述冷却腔30内提供冷却水，给单晶炉200降温。
优选地，所述冷却腔30底部内侧的夹角不小于90°，经模拟此构造使得所述水冷屏3中所述冷却腔30的底部可通冷却水，且冷却水在此处的水流量增大，经过所述水冷屏3底部位置处的晶体释放的结晶潜热可由循环冷却水带走的更多，使晶棒冷却效果更佳，提升纵向温度梯度，晶体生长有更大的生长动力，从而提升晶体生长拉速，达到直拉单晶硅棒提产增效的目的。
具体地，所述水冷屏3包括与所述上导流筒21贴合的外壁31、顶端与所述外壁31连接的内壁32、连接所述外壁31底端与所述内壁32底端的连接壁33，所述冷却腔30位于所述外壁31、所述内壁32和所述连接壁33之间，且所述连接壁33与所述内壁32底端的夹角不小于90°。
所述内壁32包括与外壁31的底部间隔设置的竖直壁321、自所述竖直壁321顶端向外倾斜的倾斜壁322，所述倾斜壁322的顶端与所述外壁31连接，所述连接壁33连接所述竖直壁321的底端与所述外壁31的底端，优选地，所述连接壁33与所述竖直壁321的夹角不小于90°。
进一步地，请参考图6～图9所示，所述水冷屏3的底部设有沿径向向内延伸的若干散热片34，使得水冷屏3的底部与晶棒的距离更接近，增加所述水冷屏3底部带走的热量，增大纵向温度梯度，提升晶体生长拉速。
本实施例中，所述散热片34自所述竖直壁321向内延伸，且所述散热片34呈上下延伸的竖条状，优选自所述竖直壁321的顶端延伸至底端。
优选地，所述散热片沿内外方向的厚度为15mm～25mm，优选为20mm。
本实用新型中，所述外导流筒1与所述内导流筒2之间的空腔是空的，在热场安装时，这个空腔内会填充石墨软毡，用以增强热量传递。晶棒在水冷屏3的中间生长，晶棒向外热辐射散热，热量通过散热片34传递给内壁32，冷却液在冷却腔30内循环带走热量，冷却效果好。
另外，请参考图10～图11所示，本实用新型还提供一种单晶炉200，包括炉体6，位于炉体6内的坩埚组件7、加热器8和单晶炉冷却结构100。
所述炉体6为保温结构，包括底壁、侧壁和和炉盖。
所述坩埚组件7包括埚托71、位于所述埚托71上的埚帮72、位于所述埚帮72内的坩埚73，晶硅料位于所述坩埚73内。
所述加热器8呈环形，且环绕于所述坩埚组件7的外侧，以从四周均匀地给所述坩埚组件7提供热量。当然，还可以在炉体6内的其他位置处设置辅助的加热器8，以给坩埚73营造均匀的热场。
所述单晶炉冷却结构100位于所述坩埚组件7上方，所述进水管4、所述出水管5通过固定结构固定于所述炉盖上。
其中，所述单晶炉冷却结构100、所述坩埚组件7中的至少一个，能够在升降机构的驱动下于所述炉体6内上下移动，以调节所述坩埚组件7与所述单晶炉冷却结构100的距离，实质上调节所述水冷屏3相对所述坩埚73内的硅液面的高度，以适应不同的拉晶状态。
优选地，所述埚托71在升降机构的驱动下，可带动所述埚帮72和所述坩埚73上下移动，所述升降机构位于所述炉体6外，不影响内部热场温度。
综上所述，本实用新型对水冷屏3进行设计，一方面，通过冷却腔30底部内侧的夹角不小于90°，使得所述水冷屏3中所述冷却腔30的底部可通冷却水，且冷却水在此处的水流量增大；另一方面，在所述水冷屏底部的内侧设有散热片34，经过所述水冷屏3底部位置处的晶体释放的结晶潜热，可通过散热片34迅速传递给内壁32、并由循环冷却水带走，使晶棒冷却效果更佳，提升纵向温度梯度，晶体生长有更大的生长动力，从而提升晶体生长拉速，达到直拉单晶硅棒提产增效的目的。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单晶炉冷却结构，包括外导流筒、与所述外导流筒间隔设置的内导流筒；其特征在于，单晶炉冷却结构还包括位于所述内导流筒内的水冷屏、进水管和出水管，所述水冷屏内设有与所述进水管和所述出水管连通的冷却腔，所述冷却腔底部内侧的夹角不小于90°。
2.根据权利要求1所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述水冷屏包括与所述内导流筒贴合的外壁、顶端与所述外壁连接的内壁、连接所述外壁底端与所述内壁底端的连接壁，所述冷却腔位于所述外壁、所述内壁和所述连接壁之间，且所述连接壁与所述内壁底端的夹角不小于90°。
3.根据权利要求2所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述内壁包括与外壁的底部间隔设置的竖直壁、自所述竖直壁顶端向外倾斜的倾斜壁，所述倾斜壁的顶端与所述外壁连接，所述连接壁连接所述竖直壁的底端与所述外壁的底端。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述水冷屏的底部设有沿径向向内延伸的若干散热片。
5.根据权利要求4所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述散热片沿内外方向的厚度为15mm～25mm。
6.根据权利要求5所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述水冷屏包括与所述内导流筒贴合的外壁、顶端与所述外壁连接的内壁、连接所述外壁底端与所述内壁底端的连接壁；所述内壁包括与外壁的底部间隔设置的竖直壁、自所述竖直壁顶端向外倾斜的倾斜壁；所述倾斜壁的顶端与所述外壁连接，所述连接壁连接所述竖直壁的底端与所述外壁的底端；所述散热片自所述竖直壁向内延伸，且所述散热片呈上下延伸的竖条状。
7.根据权利要求1所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述外导流筒包括位于底部以固定所述内导流筒的固定部；
所述内导流筒包括上导流筒、下导流筒，所述下导流筒包括用以固定在所述固定部上的固定座、用以支撑所述水冷屏的第一支撑部、位于所述第一支撑部上方且用以支撑所述上导流筒的第二支撑部、自所述第二支撑部的周缘倾斜向上延伸的护边。
8.根据权利要求7所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述固定部水平设置，且所述固定部与上方的外导流筒形成限位台阶，所述固定座位于所述固定部上方且与所述限位台阶相抵接。
9.根据权利要求7所述的单晶炉冷却结构，其特征在于：所述外导流筒包括上下延伸的外直筒、位于所述外直筒下方的外锥形筒，所述固定部自所述外锥形筒的底部沿径向向内延伸；
所述上导流筒包括内直筒、位于所述内直筒底部的内锥形筒；
内锥形筒的顶端高于所述外锥形筒的顶端，和/或所述内锥形筒与水平面的夹角大于所述外锥形筒与水平面的夹角。
10.一种单晶炉，包括炉体、位于炉体内的坩埚组件和加热器，所述加热器环绕于所述坩埚组件的外侧；其特征在于：所述单晶炉还包括如权利要求1～9任意一项所述的单晶炉冷却结构，所述单晶炉冷却结构位于所述炉体内，且所述单晶炉冷却结构位于所述坩埚组件的上方；所述单晶炉冷却结构、所述坩埚组件中的至少一个能够于所述炉体内上下移动。
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