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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kristallzüchtungsofen, insbesondere ein
Kristallzüchtungsofensystem.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In 1,
einer schematischen Darstellung eines herkömmlichen Systems von Kristallzüchtungsöfen, befinden
sich mehrere Kristallzüchtungsöfen 91 und
ein Steuereinrichtungsraum 92 zusammen in einem abgeschlossenen
Fabrikbereich 9. Wenn die Öfen 91 in Betrieb
sind, entstehen hohe Temperaturen, und reines Wasser muss in den
Raum zwischen der Innenwand und der Außenwand jedes Ofens 91 geleitet
werden. Eine große
Menge reinen Wassers erfordert jedoch auch eine Reinigungsvorrichtung 96,
um für
die Reinigung des Wassers zu sorgen. Darüber hinaus werden ein Kühlapparat 97 und
Kühltürme 94 eingesetzt,
um das reine Wasser, das in einem Speicher 95 enthalten
ist, zu kühlen. Um
sich dem Personal anzupassen, das in der Fabrik 9 arbeitet,
um die Öfen 91 zu
steuern, ist außerdem eine
riesige Klimaanlage 93 erforderlich, um die von den Öfen 91 erzeugte
Wärme zu
reduzieren und die Temperatur im Inneren der Fabrik zu senken. Folglich sind
die Kosten zur Bereitstellung und Wartung der Kühlanlage beträchtlich,
ganz zu schweigen von der elektrischen Energie, die während des
Betriebs der Kristallzüchtungsöfen verbraucht
wird.
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Da
die Kristallzüchtungsöfen 91 alle
in der Fabrik angeordnet sind, leiden die Bedienpersonen über einen
langen Zeitraum unter dem Lärm,
der während
des Betriebs erzeugt wird, und unter der Luftverschmutzung durch
Graphitpartikel, was die Gesundheit der Bedienpersonen beeinträchtigt.
Falls ein die Öffentlichkeit
betreffendes Unglück
passiert, wenn beispielsweise der Kristallzüchtungsofen 91 explodiert,
führt eine
derartige Katastrophe zu großen
Verlusten für
die Firma und das Personal, da es in der Fabrik keine Isolier- oder
Abschirmeinrichtungen gibt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung soll ein Kristallzüchtungsofensystem schaffen,
mit einer isolierten Kammer, einem oberen Ofenkörper und einem Steuereinrichtungsraum.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die isolierte Kammer ein oberes Bord und eine Seitenwand
auf, wobei das obere Bord mit einer Öffnung versehen ist. Die isolierte
Kammer ist zusammen mit einem unteren Ofenkörper und einer Hebevorrichtung
angeordnet, wobei der untere Ofenkörper mit einer oberen Öffnung versehen
ist und die Hebevorrichtung dazu vorgesehen ist, den unteren Ofenkörper wahlweise
nach oben zu bewegen, so dass die obere Öffnung nahe an die Öffnung des
oberen Bords gelangt, oder nach unten, so dass sie sich von der Öffnung des
oberen Bords entfernt.
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Der
obere Ofenkörper
ist oberhalb des oberen Bords der isolierten Kammer angeordnet und
ist mit einer unteren Öffnung
versehen, die entsprechend zu der Öffnung des oberen Bords passt.
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Der
Steuereinrichtungsraum befindet sich neben der Seitenwand der isolierten
Kammer und grenzt an diese an, wobei in der Seitenwand eine Tür vorgesehen
ist. Die Tür
wird wahlweise geschlossen oder geöffnet, um den Steuereinrichtungsraum
von der isolierten Kammer zu isolieren, wenn sie geschlossen ist,
oder um den Steuereinrichtungsraum mit der isolierten Kammer zu
verbinden, wenn sie geöffnet
ist.
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Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Kristallzüchtungsofen
im Inneren der isolierten Kammer angeordnet ist, sind die isolierte
Kammer und der Steuereinrichtungsraum voneinander isoliert. Somit können auch
Lärm, hohe
Temperaturen und Luftverschmutzung mit Staub von dem isolierten
Raum isoliert werden, so dass die Sicherheit und Gesundheit des
Personals, das in dem Steuereinrichtungsraum arbeitet, gewährleistet
werden kann. Da der obere Ofenkörper
außerhalb
der isolierten Kammer angeordnet ist, kann darüber hinaus Wärme direkt
an die Umgebung abgegeben werden. Die von dem Ofen erzeugte hohe
Temperatur beeinträchtigt
auch nicht das Personal in dem Steuereinrichtungsraum. Daher ist
es nicht notwendig, riesige Klimaanlagen zum Kühlen der Fabrik vorzusehen,
und Ausgaben für
die Klimaanlagen und für
Energiekosten können
in deutlichem Maße
eingespart werden. Außerdem
sind die Kristallzüchtungsöfen jeweils
voneinander beabstandet und isoliert. Wenn also ein die Öffentlichkeit
betreffender Unglücksfall
in einem bestimmten Ofen auftritt, sind andere Öfen hiervon nicht betroffen.
Das Kristallzüchtungsofensystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung hat offensichtlich Vorzüge sowohl hinsichtlich der
Energieeinsparung als auch hinsichtlich der Sicherheit.
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Darüber hinaus
ist ein verstärkter
Ring um den Umfang der Öffnung
des oberen Bords an der isolierten Kammer vorgesehen. Das obere
Bord weist einen verstärkten
Betonrahmen auf, der nach dem Vergießen von flüssigem Beton ausgehärtet wird,
um die Struktur des gesamten oberen Bords zu verstärken. Die
isolierte Kammer kann eine weitere Seitenwand aufweisen, an der
ein Luftreiniger vorgesehen ist. Wenn das Kristallwachstum abgeschlossen
ist und der untere Ofenkörper
geöffnet
wird, werden Wärme
und Staub aus dem Ofen in die isolierte Kammer freigegeben. In diesem
Moment wird der Luftreiniger angeschaltet. Bis die Luft in der isolierten Kammer
gereinigt und die Temperatur gesenkt ist, wird dann die Tür geöffnet, um
Kristallblöcke
auszuladen und die nächste
Charge von Siliciummaterial einzuladen. Somit wird der Steuereinrichtungsraum nicht
verschmutzt. Der Luftreiniger dient dazu, Abluft zu filtern und
aus dem isolierten Raum auszustoßen sowie Luft von außen zu filtern
und in den isolierten Raum zu saugen.
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Die
in dem isolierten Raum angeordnete Hebevorrichtung weist mindestens
eine vertikale Spindel, mindestens eine Mutter, mindestens eine
Universalverbindung und eine Antriebsquelle auf. Die mindestens
eine Mutter steht entsprechend mit der mindestens einen vertikalen
Spindel in Eingriff. Die Antriebsquelle versetzt die mindestens
eine Universalverbindung in Rotation, um die vertikale Spindel in Rotation
zu versetzen und den unteren Ofenkörper zu bewegen.
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Darüber hinaus
ist ein Heizraum im Inneren des Kristallzüchtungsofens angeordnet, wobei
der Heizraum ein oberes Trennelement, mehrere seitliche Trennelemente
und ein unteres Trennelement aufweist. Die mehreren seitlichen Trennelemente sind
um das obere Trennelement herum angeordnet und unter diesem angebracht
und werden dann zusammen an dem oberen Ofenkörper befestigt, während das
untere Trennelement an dem unteren Ofenkörper befestigt ist. Der Heizraum
nimmt mindestens ein Heizelement auf. Der Heizraum hat eine Doppelschichtstruktur
und weist eine innere Isolierschicht und eine äußere Wärmedämmschicht auf.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist der obere Ofenkörper
eine Kühlanordnung
für die
obere Ofenwand auf, die sich vorzugsweise auf eine Sprühkühlanordnung
bezieht, um Wärme
direkt an die Umgebung abzuführen.
Der untere Ofenkörper
weist eine Kühlanordnung
für die
untere Ofenwand auf, die sich vorzugsweise auf eine Sprühkühlanordnung
bezieht. Somit ist es nicht notwendig, Kühlapparate, Kühltürme und
Reinigungsvorrichtungen aufzustellen, und Ausgaben für diese
Anlagen und für
deren Wartung können
eingespart werden.
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Weitere
Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Kristallzüchtungsofens;
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2 eine
schematische Darstellung eines Systems von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Teils des Systems von Kristallzüchtungsöfen gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung, in der gezeigt wird, wie ein unterer Ofenkörper sich
von der Öffnung
eines oberen Bords gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entfernt;
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5 eine
perspektivische Darstellung, in der gezeigt wird, wie der untere
Ofenkörper
sich der Öffnung
des oberen Bords gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nähert;
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6 eine
schematische Darstellung eines Systems von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine
schematische Darstellung eines Systems von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie
aus 2 und 3 ersichtlich – einer schematischen
Darstellung eines Systems von Kristallzüchtungsöfen gemäß der vorliegenden Erfindung und
einer Schnittdarstellung eines Teils des Systems von Kristallzüchtungsöfen – weist
das Kristallzüchtungsofensystem
eine isolierte Kammer 1, einen oberen Ofenkörper 21 und
einen Steuereinrichtungsraum 3 auf.
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Die
isolierte Kammer 1 weist ein oberes Bord 11 und
eine Seitenwand auf 12, wobei das obere Bord 11 mit
einer Öffnung 111 versehen
ist und einen verstärkten
Betonrahmen 113 aufweist, der nach dem Vergießen von
flüssigem
Beton ausgehärtet wird,
um die Struktur des gesamten oberen Bords 11 zu verstärken. Ein
verstärkter
Ring 112 ist um den Umfang der Öffnung 111 herum vorgesehen,
wobei der verstärkte
Ring 112 mit dem verstärkten
Betonrahmen 113 verschweißt ist.
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Die
isolierte Kammer 1 ist zusammen mit einem unteren Ofenkörper 22 und
einer Hebevorrichtung 14 angeordnet, wobei der untere Ofenkörper 22 mit
einer oberen Öffnung 221 versehen
ist und die Hebevorrichtung 14 dazu vorgesehen ist, den
unteren Ofenkörper 22 wahlweise
nach oben zu bewegen, so dass die obere Öffnung 221 nahe an
die Öffnung 111 des
oberen Bords 11 gelangt, oder nach unten, so dass sie sich
von der Öffnung 111 entfernt.
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Der
obere Ofenkörper 21 ist
oberhalb des oberen Bords 11 der isolierten Kammer 1 angeordnet und
ist mit einer unteren Öffnung 211 versehen,
die entsprechend zu der Öffnung 111 des
oberen Bords 11 passt. Wenn der untere Ofenkörper 22 durch
die Hebevorrichtung 14 nach oben bewegt wird, kann die obere Öffnung 221 näher an die Öffnung 111 heran und
unter die Öffnung 111 gelangen,
so dass er mit dem oberen Ofenkörper 21 zu
einem Kristallzüchtungsofen
zusammengesetzt werden kann, in dem ein Ofeninnenraum gebildet wird.
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Der
Steuereinrichtungsraum 3 befindet sich neben der Seitenwand 12 der
isolierten Kammer 1 und grenzt an diese an, wobei in der
Seitenwand 12 eine Tür 121 vorgesehen
ist. Die Tür 121 wird
wahlweise geschlossen oder geöffnet,
um den Steuereinrichtungsraum 3 von der isolierten Kammer 1 zu
isolieren, wenn sie geschlossen ist, oder um den Steuereinrichtungsraum 3 mit
der isolierten Kammer 1 zu verbinden, wenn sie geöffnet ist.
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Da
der Kristallzüchtungsofen 2 in
der isolierten Kammer 1 angeordnet ist, sind die isolierte
Kammer 1 und der Steuereinrichtungsraum 3 voneinander
isoliert. Somit können
auch Lärm,
hohe Temperaturen und Luftverschmutzung mit Staub von dem isolierten
Raum 1 isoliert werden, so dass die Sicherheit und Gesundheit
des Personals, das in dem Steuereinrichtungsraum 3 arbeitet,
gewährleistet
werden kann. Da der obere Ofenkörper 21 außerhalb
der isolierten Kammer 1 angeordnet ist, kann darüber hinaus
Wärme direkt
an die Umgebung abgegeben werden. Die von dem Ofen 2 erzeugte
hohe Temperatur beeinträchtigt
auch nicht das Personal in dem Steuereinrichtungsraum 3.
Daher ist es nicht notwendig, riesige Klimaanlagen zum Kühlen der
Fabrik vorzusehen, und Ausgaben für die Klimaanlagen und für Energiekosten
können
in deutlichem Maße
eingespart werden.
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Wie
in 2 dargestellt, sind die Kristallzüchtungsöfen 2 jeweils
voneinander beabstandet und durch Seitenwände 15 voneinander
isoliert. Wenn also ein die Öffentlichkeit
betreffender Unglücksfall
in einem bestimmten Ofen 2 auftritt, sind andere Öfen 2 hiervon
nicht betroffen. Das Kristallzüchtungsofensystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung hat offensichtlich Vorzüge sowohl hinsichtlich der
Energieeinsparung als auch hinsichtlich der Sicherheit. Darüber hinaus
weist die isolierte Kammer 1, wie aus 2 und 3 ersichtlich,
eine weitere Seitenwand 13 auf, an der ein Luftreiniger 131 vorgesehen
ist. Wenn das Kristallwachstum abgeschlossen ist und der untere
Ofenkörper 22 geöffnet wird, werden
Wärme und
Staub aus dem Ofen 2 in die isolierte Kammer 1 freigegeben.
In diesem Moment wird der Luftreiniger 131 angeschaltet.
Bis die Luft in der isolierten Kammer 1 gereinigt und die
Temperatur gesenkt ist, wird dann die Tür 121 geöffnet, um
Kristallblöcke
auszuladen und die nächste
Charge von Siliciummaterial einzuladen. Somit wird der Steuereinrichtungsraum 3 nicht
verschmutzt. Der Luftreiniger 131 dient dazu, Abluft zu
filtern und aus dem isolierten Raum 1 auszustoßen sowie
Luft von außen
zu filtern und in den isolierten Raum 1 zu saugen.
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Wie
aus 3 ersichtlich, ist ein Heizraum 4 im
Inneren des Kristallzüchtungsofens 2 angeordnet, wobei
der Heizraum 4 ein oberes Trennelement 41, vier
seitliche Trennelemente 42 und ein unteres Trennelement 43 aufweist.
Die vier seitlichen Trennelemente 42 sind um das obere
Trennelement 41 herum angeordnet und unter diesem angebracht
und werden dann zusammen an dem oberen Ofenkörper befestigt 21,
während
das untere Trennelement 43 an dem unteren Ofenkörper 22 befestigt
ist. Folglich kann das untere Trennelement 43 sich zusammen mit
dem unteren Ofenkörper 22 nach
oben bewegen und entsprechend mit der Unterseite der vier seitlichen
Trennelemente 42 dicht abschließen. Der Heizraum 4 nimmt
mindestens ein Heizelement 40 auf, um das Kristallmaterial
in einem Tiegel 46 zu erwärmen. Der Heizraum 4 hat
eine Doppelschichtstruktur und weist eine innere Isolierschicht 44 und
eine äußere Wärmedämmschicht 45 auf.
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Wie
in 3 dargestellt, weist der obere Ofenkörper 21 eine
Kühlanordnung 5 für die obere Ofenwand
auf, die sich vorzugsweise auf eine Sprühkühlanordnung 51 bezieht,
um Wärme
direkt an die Umgebung abzuführen.
Der untere Ofenkörper 22 weist
eine Kühlanordnung 6 für die untere
Ofenwand auf, die sich vorzugsweise auf eine Sprühkühlanordnung 61 bezieht.
Somit ist es nicht notwendig, Kühlapparate,
Kühltürme und
Reinigungsvorrichtungen aufzustellen, und Ausgaben für diese
Anlagen und für
deren Wartung können
eingespart werden.
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Wie
aus 4 ersichtlich, einer schematischen Darstellung,
in der gezeigt wird, wie der untere Ofenkörper 22 sich von der Öffnung des
oberen Bords 11 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entfernt, weist außerdem die Hebevorrichtung 14 drei
vertikale Spindeln 141, drei Muttern 142, eine
Universalverbindung 143 und eine Antriebsquelle 144 auf.
Die drei Muttern 142 sind jeweils mit dem unteren Ofenkörper 22 verschweißt und stehen
mit den drei vertikalen Spindeln 141 in Eingriff. Die Antriebsquelle 144 versetzt
die Universalverbindung 143 in Rotation, um die vertikalen Spindeln 141 in
Rotation zu versetzen, so dass die Muttern 142 sich zusammen
mit dem unteren Ofenkörper 22 nach
unten bewegen und sich von der Öffnung 111 des
oberen Bords 11 entfernen können.
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Wie
in 5 dargestellt, versetzt die Antriebsquelle 144 die
Universalverbindung 143 in Rotation, um die vertikalen
Spindeln 141 in Rotation zu versetzen, so dass die Muttern 142 sich
zusammen mit dem unteren Ofenkörper 22 nach
oben bewegen und sich der Öffnung 111 des
oberen Bords 11 nähern
können.
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Nachfolgend
wird auf 6 und 7 Bezug
genommen; sie zeigen schematische Darstellungen von Systemen von
Kristallzüchtungsöfen gemäß einer
zweiten und einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Konstruktionskonzept der zweiten
bzw.
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dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ähnelt
dem der ersten Ausführungsform darin,
dass hier ein isolierter Raum 7, 71 und ein Steuereinrichtungsraum 8, 81 existieren,
mit Ausnahme dessen, dass bei der zweiten Ausführungsform der isolierte Raum 7 symmetrisch
an zwei Seiten des Steuereinrichtungsraums 8 angeordnet
ist, wie in 6 dargestellt, und dass bei
der dritten Ausführungsform
der isolierte Raum 71 um den Steuereinrichtungsraum 81 herum
angeordnet ist, wie in 7 dargestellt. Selbstverständlich können alle
Kristallzüchtungsöfen, wie
sie in den drei Ausführungsformen
beschrieben wurden, die Aufgaben der Energieeinsparung, der Sauberkeit
und der Sicherheit erfüllen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten
Ausführungsformen erläutert wurde,
versteht es sich, dass noch viele andere Modifikationen und Änderungen
möglich
sind, ohne vom Umfang der nachfolgend beanspruchten Erfindung abzuweichen.