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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kristallzüchtungsofen-Anlage, mit mindestens einem mehrteiligen Kristallzüchtungsofen, welcher aus einem unteren Ofenkörper mit einer oberen Öffnung und aus einem oberen Ofenkörper mit einer unteren, auf die obere Öffnung abgestellten Öffnung besteht.
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Als Stand der Technik ist bereits ein derartiger Kristallzüchtungsofen bekannt, bei welchem die obere Sektion mit der unteren Sektion durch Bolzen fest verschraubt ist (
US PS 3,414,661 ). Derartige Öfen werden in einem abgeschlossenen Fabrikbereich angeordnet, wie in
1 der vorliegenden Unterlagen dargestellt. Hierbei befinden sich mehrere Kristallzüchtungsöfen
91 und ein Steuerungsraum
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. Für die Reinigung ist eine Reinigungsvorrichtung
96 erforderlich; darüber hinaus werden ein Kühlapparat
97 und Kühltürme
94 eingesetzt, um das reine Wasser, welches in einem Speicher
95 enthalten ist, zu kühlen.
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Um ein erträgliches Betriebsklima zu schaffen, ist außerdem eine groß dimensionierte Klimaanlage 93 erforderlich, um die von den Öfen 91 erzeugte Wärme zu reduzieren und die Temperatur im inneren der Fabrik zu senken. Daraus ergeben sich erhebliche Kosten zur Bereitstellung und Wartung der Kühlanlage sowie zur Versorgung der Kristallzüchtungsöfen mit elektrischer Energie.
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Dem gegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Kristallzüchtungsofen so zu gestalten, dass trotz mehrfacher Anordnung in einer Kristallzüchtungsofen-Anlage negative Auswirkungen wie Lärm, hohe Temperaturen und Staub für das Bedienpersonal in erheblichem Unfang reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mindestens eine Isolierkammer mit einem oberen Bord und mit mindestens einer Seitenwand, wobei der untere, mit einer Hubvorrichtung verbundene Ofenkörper in der Isolierkammer und der obere Ofenkörper oberhalb einer Öffnung des oberen Bordes der Isolierkammer angeordnet sind und wobei sich neben der Isolierkammer ein Steuerungsraum befindet, welcher über mindestens eine Tür in der Seitenwand mit der Isolierkammer verbunden ist.
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Da gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kristallzüchtungsofen im Inneren der Isolierkammer angeordnet ist, sind die Isolierkammer und der Steuerungsraum 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 Steuerungsraum arbeitet, gewährleistet werden kann. Da der obere Ofenkörper außerhalb der Isolierkammer 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 Steuerungsraum. Daher ist es nicht notwendig, riesige Klimaanlagen zum Kühlen der Fabrik vorzusehen; 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 Kristallzüchtungsafensystem 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 Isolierkammer 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 Isolierkammer 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 Isolierkammer freigegeben. In diesem Moment wird der Luftreiniger angeschaltet. Bis die Luft in der Isolierkammer gereinigt und die Temperatur gesenkt ist, wird dann die Tür geöffnet, um Kristallblöcke auszuladen und die nächste Charge von Siliciummaterial einzuladen. Somit wird der Steuerungsraum 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 der Isolierkammer angeordnete Hubvorrichtung weist mindestens eine vertikale Spindel, mindestens eine Mutter, mindestens eine Universalverbindung und eine Antriebsquelle auf. Die Mutter steht entsprechend mit der Spindel in Eingriff. Die Antriebsquelle versetzt die 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 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 Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kristallzüchtungsofens nach dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung einer Anlage von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Schnittdarstellung eines Teils des Systems von Kristallzüchtungsöfen gemäß der ersten Ausführungsform der 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 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 Erfindung nähert;
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6 eine schematische Darstellung einer Anlage von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
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7 eine schematische Darstellung einer Anlage von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich – einer schematischen Darstellung einer Anlage von Kristallzüchtungsöfen gemäß der Erfindung und einer Schnittdarstellung eines Teils der Anlage von Kristallzüchtungsöfen – weist das Kristallzüchtungsofensystem eine Isolierkammer 1, einen oberen Ofenkörper 21 und einen Steuerungsraum 3 auf.
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Die Isolierkammer 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 Isolierkammer 1 ist zusammen mit einem unteren Ofenkörper 22 und einer Hubvorrichtung 14 angeordnet, wobei der untere Ofenkörper 22 mit einer oberen Öffnung 221 versehen ist und die Hubvorrichtung 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 Isolierkammer 1 angeordnet und ist mit einer unteren Öffnung 211 versehen, die entsprechend zu der Öffnung 111 des oberen Bords 11 passt. Wenn der untere Ofenkärper 22 durch die Hubvorrichtung 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 Steuerungsraum 3 befindet sich neben der Seitenwand 12 der Isolierkammer 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 Steuerungsraum 3 von der Isolierkammer 1 zu isolieren, wenn sie geschlossen ist, oder um den Steuerungsraum 3 mit der Isolierkammer 1 zu verbinden, wenn sie geöffnet ist.
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Da der Kristallzüchtungsofen 2 in der Isolierkammer 1 angeordnet ist, sind die Isolierkammer 1 und der Steuerungsraum 3 voneinander isoliert. Somit können auch Lärm, hohe Temperaturen und Luftverschmutzung mit Staub von der Isolierkammer 1 isoliert werden, so dass die Sicherheit und Gesundheit des Personals, das in dem Steuerungsraum 3 arbeitet, gewährleistet werden kann. Da der obere Ofenkörper 21 außerhalb der Isolierkammer 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 Steuerungsraum 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.
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Das Kristallzüchtungsofensystem gemäß der vorliegenden Erfindung hat offensichtlich Vorzüge sowohl hinsichtlich der Energieeinsparung als auch hinsichtlich der Sicherheit. Darüber hinaus weist die Isolierkammer 1, wie aus 2 und 3 ersichtlich, eine weitere Seitenwand 13 auf, an der ein Luftreiniger 131 vorgesehen ist.
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Wenn das Kristallwachstum abgeschlossen ist und der untere Ofenkörper 22 geöffnet wird, werden Wärme und Staub aus dem Ofen 2 in die Isolierkammer 1 freigegeben. In diesem Moment wird der Luftreiniger 131 angeschaltet. Bis die Luft in der Isolierkammer 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 Steuerungsraum 3 nicht verschmutzt. Der Luftreiniger 131 dient dazu, Abluft zu filtern und aus der Isolierkammer 1 auszustoßen sowie Luft von außen zu filtern und in die Isolierkammer 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 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 Hubvorrichtung 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 Mutter 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 anzutreiben, so dass die Mutter 142 sich zusammen mit dem unteren Ofenkörper 22 nach oben bewegen und sich der Öffnung 111 des oberen Bords 11 nahem können.
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Nachfolgend wird auf 6 und 7 Bezug genommen; sie zeigen schematische Darstellungen von Anlagen von Kristallzüchtungsöfen gemäß einer zweiten und einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Konstruktionskonzept der zweiten bzw. dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnelt dem der ersten Ausführungsform darin, dass hier eine Isolierkammer 7, 71 und ein Steuerungsraum 8, 81 existieren, mit Ausnahme dessen, dass bei der zweiten Ausführungsform die Isolierkammer 7 symmetrisch an zwei Seiten des Steuerungsraums 8 angeordnet ist, wie in 6 dargestellt, und dass bei der dritten Ausführungsform die Isolierkammer 71 um den Steuerungsraum 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.
