CN221028773U - 换热器及单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换热器及单晶炉，换热器包括换热器主体和连接在换热器主体的底部的底换热器，换热器主体与底换热器为分体结构；换热器主体具有用于供冷却介质流通的流道，底换热器包括用于供冷却介质流通的管道，流道与管道相连通。本实用新型实施例中，单晶硅棒的直径变化时，仅需更换底换热器即可，无需更换整个换热器，进而降低了换热器的更换成本，且减短了更换周期。

Description

换热器及单晶炉

技术领域

本实用新型涉及晶体生长技术领域，尤其涉及换热器及单晶炉。

背景技术

在单晶硅的生产中，为了提高晶体生长速度，需要保证硅液上方的单晶硅棒具有一定的温度梯度。

目前，通常采用水冷屏包围住单晶硅棒，使得单晶硅棒能够快速冷却从而保证单晶硅棒的温度梯度。水冷屏包括换热器，换热器的内径通常与单晶硅棒的直径相匹配。

出于对不同硅片产品尺寸的需求，单晶硅生产时单晶硅棒的直径需要进行升级换代或更换，单晶硅棒的直径变化时，需对应更换换热器，以使更换后的换热器与变化后的单晶硅棒的直径相匹配。然而，现有技术中，换热器更换时为整体式更换，导致换热器的更换成本较高。

实用新型内容

本实用新型提供一种换热器及单晶炉，旨在至少解决现有技术中换热器的更换成本较高的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种换热器，具有用于收容生长的单晶硅棒的容纳空间，包括换热器主体和连接在所述换热器主体的底部的底换热器，所述换热器主体与所述底换热器为分体结构；

所述换热器主体具有用于供冷却介质流通的流道，所述底换热器包括用于供所述冷却介质流通的管道，所述流道与所述管道相连通。

可选地，所述管道包括盘管部，所述盘管部由所述管道沿同一轴向盘旋绕设形成。

可选地，所述换热器主体与所述底换热器可拆卸连接，或者，所述换热器主体与所述底换热器焊接。

可选地，所述换热器主体具有总进液口和总出液口，所述流道包括与所述总进液口相连通的进液流道，所述盘管部的底部具有下进液口，所述盘管部的顶部具有上出液口，所述下进液口与所述进液流道相连通，所述流道还包括与所述上出液口相连通的导流流道，所述导流流道与所述总出液口相连通。

可选地，所述管道还包括进液管段，所述下进液口通过所述进液管段与所述进液流道相连通。

可选地，所述换热器主体包括环状本体，所述环状本体内具有环状腔体，所述环状腔体内间隔设置有多个导流隔板，多个所述导流隔板将所述环状腔体分隔为多个所述导流流道，相邻的两个所述导流流道相连通，多个所述导流流道中位于底部的导流流道与所述上出液口相连通，位于顶部的导流流道与所述总出液口相连通。

可选地，所述盘管部具有靠近所述换热器主体的第一端和远离所述换热器主体的第二端，由所述盘管部的第一端至所述盘管部的第二端，所述盘管部的内径不变，或者，所述盘管部的内径逐渐减小。

可选地，所述管道的横截面为圆形。

可选地，所述管道的材质为合金，所述合金包括不锈钢或铜合金。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种单晶炉，包括上述任一项所述的换热器。

本实用新型实施例中，换热器包括分体结构的换热器主体和底换热器，单晶硅棒的直径变化时，仅需更换底换热器，即可兼容不同直径的单晶硅棒，极大地降低了换热器的更换成本，进而降低了生产成本，避免了换热器更换时为整体式更换导致的资源浪费；此外，由于仅需更换底换热器，则只需重新设计并制造底换热器即可，减短了更换周期。

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，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

图1为本实用新型实施例提供的一种换热器的结构示意图；

图2为图1的剖视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种换热器中的换热器主体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种换热器中的底换热器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种换热器中的换热器主体的环状本体的内部的部分结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种换热器的结构示意图；

图7为图6的剖视示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种换热器中的换热器主体的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的另一种换热器中的底换热器的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的再一种换热器的结构示意图；

图11为图10的剖视示意图；

图12为本实用新型实施例提供的再一种换热器中的换热器主体的结构示意图；

图13为本实用新型实施例提供的再一种换热器中的底换热器的结构示意图；

图14为本实用新型实施例提供的单晶炉的结构示意图。

附图标记：

10-换热器主体，11-环状本体，111-进液流道，112-进液隔板，113-导流流道，114-导流隔板，115-回转间隙，12-总进液管，121-总进液口，13-总出液管，131-总出液口，20-底换热器，21-管道，211-盘管部，2111-下进液口，2112-上出液口，212-进液管段，213-出液管段，30-单晶硅棒，40-硅液。

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，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。

在单晶硅的生产中，提高晶体生长速度是降低生产成本、提高生产效率主要的技术手段，而晶体生长速度的提高需要保证硅液上方的单晶硅棒具有一定的温度梯度。目前，通常采用水冷屏包围住单晶硅棒，使得单晶硅棒能够快速冷却从而保证单晶硅棒的温度梯度。水冷屏中最主要的结构是换热器，换热器的内径通常比生产的单晶硅棒的直径大50mm-100mm。在不出现异常的情况下换热器的使用寿命通常较长。

但随着市场产品需求的不断发展，所需要的单晶硅棒的直径需要进行变更，单晶硅棒的直径变化时，需对应更换换热器，以使更换后的换热器与变化后的单晶硅棒的直径相匹配。然而，换热器为一体加工结构，换热器更换时为整体式更换，导致换热器的更换成本较高，更换周期长。此外，因为换热器生产制造成本较高，这就导致换热器还未到使用寿命就需要重新设计并购买新的换热器进行匹配，造成较大的资源和资金浪费，使得生产成本增加。为了解决上述问题，本实用新型提供了一种换热器及单晶炉。

实施例1

参照图1至图5，本实用新型实施例公开了一种换热器，具有用于收容生长的单晶硅棒30的容纳空间，包括换热器主体10和连接在换热器主体10的底部的底换热器20，换热器主体10与底换热器20为分体结构；换热器主体10具有用于供冷却介质流通的流道，底换热器20包括用于供冷却介质流通的管道21，流道与管道21相连通。

具体的，换热器应用于单晶炉。单晶炉可以包括炉体以及设置于炉体内的坩埚，坩埚可以用于容纳硅液40，该换热器位于坩埚内的硅液40的上方。换热器套设在单晶硅棒30外，换热器吸收单晶硅棒30结晶时辐射出的热量，并将吸收的热量传输至炉体外，从而提升单晶硅棒的纵向温度梯度，进而提高单晶硅棒的晶体生长速度。

在单晶硅的生产制造过程中，换热器的口径对单晶硅的提拉速度有较大的影响，但影响最大的是靠近硅液附近的换热器的底端的口径大小。因此，本实用新型实施例中，将换热器分为换热器主体10和底换热器20两部分，底换热器20更靠近硅液40，也即底换热器20连接在换热器主体10靠近硅液40的底部。底换热器20的高度小于换热器主体10的高度，通常底换热器20的内径的最小值比当前拉制的单晶硅棒的直径大50mm-100mm；当然底换热器20的内径的最小值与单晶硅棒的直径的差值也可以比50mm更小。单晶硅棒的直径变化时，仅需更换底换热器20，即可保证单晶硅棒的温度梯度，进而提高晶体生长速度。

换热器主体10包括环状本体11、与环状本体11相连的总进液管12和总出液管13，流道设置在环状本体11内。需要说明的是，换热器主体10的环状本体11的内径较大，以环状本体11的内径的最小值保持大于变化后的单晶硅棒的直径为准，也即，即使单晶硅棒的直径变大，环状本体11仍能够收容该单晶硅棒。通常，环状本体11的内径大于或等于底换热器20的内径。

该换热器可以为水冷换热器，此时冷却介质为水。换热器主体10内持续通入循环的冷却介质，冷却介质先从换热器主体10进入，通过换热器主体10的流道流至底换热器20的管道21，再从底换热器20的管道21流至换热器主体10的流道。

本实用新型实施例中，换热器包括分体结构的换热器主体10和底换热器20，单晶硅棒的直径变化时，仅需更换底换热器20，即可兼容不同直径的单晶硅棒，极大地降低了换热器的更换成本，进而降低了生产成本，避免了换热器更换时为整体式更换导致的资源浪费；此外，由于仅需更换底换热器20，则只需重新设计并制造底换热器20即可，减短了更换周期。

参照图2和图4，管道21包括盘管部211，盘管部211由管道21沿同一轴向盘旋绕设形成。

具体的，管道21是中空的，盘管部211可以是直接裸露在外的。现有技术中，换热器的内部水道为180°回转水道，水流流阻较大，不利于换热效率的提升，且当冷却水有杂质时，容易在180°回转处沉积形成水垢，进一步限制了换热效率的提升。本实用新型实施例中，底换热器20采用盘管部211作为冷却介质流通的通道，降低了冷却介质的流阻，且冷却介质中的

杂质不易沉积，进而提升了换热效果和换热效率。

换热器主体10与底换热器20可拆卸连接，或者，换热器主体10与底换热器20焊接。

具体的，换热器主体10与底换热器20可拆卸连接时，换热器主体10与底换热器20可以为螺纹连接，例如，换热器主体10与底换热器20的连接处通过螺纹连接件相连。通过换热器主体10与底换热器20可拆卸连接的设置，便于底换热器20的拆卸。

换热器主体10与底换热器20的连接处焊接时，更换底换热器20时，可以将换热器主体10与底换热器20的连接处切断，然后将新的底换热器20与换热器主体10重新进行焊接。通过换热器主体10与底换热器20焊接的设置，能够保证换热器主体10与底换热器20的连接处的密封性，从而避免冷却介质漏出。

参照图2和图5，换热器主体10具有总进液口121和总出液口131，流道包括与总进液口121相连通的进液流道111，盘管部211的底部具有下进液口2111，盘管部211的顶部具有上出液口2112，下进液口2111与进液流道111相连通。流道还包括与上出液口2112相连通的导流流道113，导流流道113还与总出液口131相连通。

具体的，换热器主体10包括环状本体11、与环状本体11相连的总进液管12和总出液管13，总进液管12具有背离环状本体11的总进液口121，总出液管13具有背离环状本体11的总出液口131。总进液口121用于将冷却介质导入换热器内，总出液口131用于将换热器内的冷却介质导出。总进液口121通过总进液管12与进液流道111相连通，导流流道113通过总出液管13与总出液口131相连通。进液流道111与导流流道113不连通。

冷却介质先从总进液管12的总进液口121进入，通过总进液管12流至进液流道111内，再从进液流道111流至位于盘管部211的底部的下进液口2111；冷却介质逐渐盘旋上升通过盘管部211后，从位于盘管部211的顶部的上出液口2112流出至导流流道113；然后沿导流流道113逐渐上升，从导流流道113流出后流至总出液管13，最终从总出液口131流出。

本实用新型实施例中，冷却介质通过换热器主体10的进液流道111直通至位于盘管部211的底部的下进液口2111，冷却介质逐渐盘旋上升通过盘管部211后，从位于盘管部211的顶部的上出液口2112流出，保证了换热器的最底部的冷却介质的温度处于较低的温度，进一步提高了换热器的换热效率。

参照图4，管道21还包括进液管段212，下进液口2111通过进液管段212与进液流道111相连通。

具体的，管道21还包括出液管段213，上出液口2112通过出液管段213与导流流道113相连通。进液管段212、盘管部211与出液管段213可以为一体结构。

环状本体11的底部开设有与进液流道111相连通的第一连接口，环状本体11的底部还开设有与导流流道113相连通的第二连接口。进液管段212的一端与下进液口2111相连，进液管段212的另一端与该第一连接口相连。出液管段213的一端与上出液口2112相连，出液管段213的另一端与该第二连接口相连。换热器主体10与底换热器20的连接处包括进液管段212的另一端与第一连接口的连接处和出液管段213的另一端与第二连接口的连接处。

需要说明的是，底换热器20更换时，除了需对应改变盘管部211的内径之外，还需调整进液管段212和出液管段213的结构，以使进液管段212能够与不变的换热器主体10中的第一连接口连接上，出液管段213能够与不变的换热器主体10中的第二连接口连接上。

本实用新型实施例中，通过进液管段212的设置，使得冷却介质能够通过进液流道111和进液管段212直通至位于盘管部211的底部的下进液口2111，且底换热器20更换时，只需对应调整底换热器20中进液管段212的结构，即可实现进液管段212与不变的换热器主体10的连接。

参照图5，换热器主体10包括环状本体11，环状本体11内具有环状腔体，环状腔体内间隔设置有多个导流隔板114，多个导流隔板114将环状腔体分隔为多个导流流道113，相邻的两个导流流道113相连通，多个导流流道113中位于底部的导流流道113与上出液口2112相连通，位于顶部的导流流道113与总出液口131相连通。

具体的，环状本体11的材质可以为不锈钢。参照图3，环状本体11包括柱形部和锥形部，也即环状本体11的直径自下而上先逐渐增大，然后保持不变。位于顶部的导流流道113通过总出液管13与总出液口131相连通。位于底部的导流流道113通过第二连接口、出液管段213与上出液口2112相连通。多个导流隔板114沿环状本体11的轴向间隔分布。

参照图5，环状腔体内还设置有两个进液隔板112，两个进液隔板112相对间隔设置，两个进液隔板112之间形成进液流道111。导流隔板114的一端与其中一个进液隔板112连接，导流隔板114的另一端与另外一个进液隔板112之间形成用于供冷却介质通过的回转间隙115，回转间隙115用于实现相邻的两个导流流道113之间的连通。

参照图5，沿环状本体11的轴向，回转间隙115交替设置在导流流道113的两端，以使得上下相邻的两个导流流道113中，冷却介质的流向相反。由于导流隔板114的一端与进液隔板112之间形成有回转间隙115，导流隔板114的上下两个导流流道113中，位于下方的导流流道113内的冷却介质可以通过回转间隙115然后180°回转进入上方的导流流道113中。

本实用新型实施例中，冷却介质能够从下至上依次流经多个导流流道113后流出，便于冷却介质充分地与换热器主体10进行换热，从而保证换热效果。

参照图2，盘管部211具有靠近换热器主体10的第一端和远离换热器主体10的第二端，由盘管部211的第一端至盘管部211的第二端，盘管部211的内径不变。通过上述设置，保证了底换热器20的冷却均匀性。

管道21的横截面为圆形，也即管道21的内部通道为圆形，便于冷却介质的流动，进一步降低了冷却介质的流阻。

管道21的材质为合金，合金包括不锈钢或铜合金。不锈钢的结构强度高且耐腐蚀，铜合金的热导率较高，易于导热。当然，该合金也可以为其它热导率较高的合金。

实施例2

参照图6至图9，实施例2与实施例1的不同之处在于环状本体11的形状和盘管部211的形状。实施例2中，环状本体11的形状为空心的圆柱形。盘管部211呈锥形，也即，由盘管部211的第一端至盘管部211的第二端，盘管部211的内径逐渐减小，从而可以更好地匹配拉晶操作。

实施例3

参照图10至图13，实施例3与实施例1的不同之处在于环状本体11的形状和盘管部211的形状。实施例3中，环状本体11呈锥形。盘管部211呈锥形，也即，由盘管部211的第一端至盘管部211的第二端，盘管部211的内径逐渐减小。实施例3的盘管部211的锥形的锥度与实施例2中的盘管部211的锥形的锥度不同。

参照图14，本实用新型实施例还公开了一种单晶炉，包括上述任一项换热器。因单晶炉包括上述换热器，因此也具备上述换热器的有益效果，这里不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种换热器，具有用于收容生长的单晶硅棒的容纳空间，其特征在于，包括换热器主体和连接在所述换热器主体的底部的底换热器，所述换热器主体与所述底换热器为分体结构；

所述换热器主体具有用于供冷却介质流通的流道，所述底换热器包括用于供所述冷却介质流通的管道，所述流道与所述管道相连通。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述管道包括盘管部，所述盘管部由所述管道沿同一轴向盘旋绕设形成。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器主体与所述底换热器可拆卸连接，或者，所述换热器主体与所述底换热器焊接。

4.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述换热器主体具有总进液口和总出液口，所述流道包括与所述总进液口相连通的进液流道，所述盘管部的底部具有下进液口，所述盘管部的顶部具有上出液口，所述下进液口与所述进液流道相连通，所述流道还包括与所述上出液口相连通的导流流道，所述导流流道还与所述总出液口相连通。

5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，所述管道还包括进液管段，所述下进液口通过所述进液管段与所述进液流道相连通。

6.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，所述换热器主体包括环状本体，所述环状本体内具有环状腔体，所述环状腔体内间隔设置有多个导流隔板，多个所述导流隔板将所述环状腔体分隔为多个所述导流流道，相邻的两个所述导流流道相连通，多个所述导流流道中位于底部的导流流道与所述上出液口相连通，位于顶部的导流流道与所述总出液口相连通。

7.根据权利要求2、4、5、6中任一项所述的换热器，其特征在于，所述盘管部具有靠近所述换热器主体的第一端和远离所述换热器主体的第二端，由所述盘管部的第一端至所述盘管部的第二端，所述盘管部的内径不变，或者，所述盘管部的内径逐渐减小。

8.根据权利要求1至6任一项所述的换热器，其特征在于，所述管道的横截面为圆形。

9.根据权利要求1至6任一项所述的换热器，其特征在于，所述管道的材质为合金，所述合金包括不锈钢或铜合金。

10.一种单晶炉，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的换热器。