ES2566369T3 - Intercambiador térmico de un sistema de solidificación y/o de cristalización de un material semiconductor - Google Patents

Abstract

Intercambiador térmico (1) de un sistema de solidificación y/o de cristalización de un material semiconductor, que comprende una primera pieza (2; 2a; 2b; 2c; 2d; 2e; 2f; 2g; 2h; 2i; 2j) y una segunda pieza (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e; 3f; 3g; 3h; 3i; 3j), siendo las primera y segunda piezas desplazables una con respecto a la otra, caracterizado por que la primera pieza comprende unos primeros relieves (21) y la segunda pieza comprende unos segundos relieves (31), estando los primeros relieves destinados a cooperar con los segundos relieves y por que comprende un elemento de desplazamiento (9) de la primera pieza en relación con la segunda pieza que permite controlar un flujo de calor intercambiado, por que el elemento de desplazamiento comprende un regulador (92) para modular la distancia entre la primera pieza y la segunda pieza en función del flujo de calor intercambiado deseado, y por que: - los primeros relieves comprenden unos huecos (23) y unos salientes (22) y los segundos relieves comprenden unos huecos (33) y unos salientes (32), siendo variable en particular el paso de los salientes y de los huecos a lo largo de una dimensión de la primera pieza y de la segunda pieza, o - la altura de los salientes es variable a lo largo de una dimensión de al menos una de las primera y segunda piezas y/o los primeros y segundos relieves cooperan mediante encajamiento de los salientes dentro de los huecos.

Description

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Para ello:

-el intercambiador comprende una primera pieza (pieza caliente) en conexión térmica con el crisol o el molde y una segunda pieza (pieza fría) en conexión térmica con una fuente fría como una caja de agua,

5 -se realizan unas huellas o relieves complementarios, en particular con unas formas complejas, en las caras enfrentadas de la primera pieza y de la segunda pieza. La geometría de estas huellas se puede caracterizar por sus superficies desarrolladas y/o su distribución espacial y/o su profundidad,

-un movimiento relativo de la primera pieza y de la segunda pieza permite hacer que varíe de forma continua la superficie de intercambio entre las dos piezas, entre una posición aislante en la que la superficie de intercambio 10 es mínima (piezas separadas) y una posición conductora en la que esta superficie es máxima (piezas encajadas

una dentro de otra),

-de forma opcional, cada una de las piezas primera y segunda está compuesta por dos tipos de materiales que permiten responder a las funciones aislantes y conductoras. Esta hibridación permite reforzar todas las propiedades del intercambiador enumeradas con anterioridad,

15 -de forma opcional, la segunda pieza puede estar separada de la fuente fría de modo que refuerce la función de aislamiento o la primera pieza puede estar separada del crisol de modo que refuerce la función de aislamiento.

La realización de huellas o relieves complementarios en dos caras enfrentadas de la primera pieza y de la segunda pieza y el desplazamiento relativo de la primera pieza y de la segunda pieza permiten, como se ilustra en la figura 3,

20 realizar una superficie de intercambio que tiene un área significativamente superior al área de una sección recta horizontal de una de las piezas primera y segunda. La relación entre estas áreas puede, por ejemplo, ser de 1 a 10.

Este concepto permite hacer que varíe el flujo intercambiado mediante radiación hasta unos valores manifiestamente más grandes que en los dispositivos conocidos. Además, permite añadir una contribución de intercambio mediante 25 conducción/convección en el gas que se encuentra entre la primera pieza y la segunda pieza. Esta contribución es regulable mediante la elección de las holguras entre las caras enfrentadas de la primera pieza y de la segunda pieza. La gama de flujo accesible se puede ajustar mediante la elección de la geometría, el flujo máximo extraído mediante radiación que depende de la superficie máxima de intercambio y la contribución del intercambio mediante conducción que depende además del espesor de las holguras entre las superficies enfrentadas de la primera pieza y 30 de la segunda pieza y de la conductividad térmica del gas entre la primera pieza y la segunda pieza. Esta gama se puede ajustar también mediante la elección de la naturaleza de los materiales enfrentados de la primera pieza y de la segunda pieza, de modo que se adapte su conductividad térmica y su emisividad, así como el de la naturaleza del gas que llena el espacio entre estas superficies. Las piezas también pueden estar constituidas por una combinación de materiales diferentes. De este modo, se realiza mediante un simple desplazamiento relativo de las dos piezas 35 enfrentadas, un aumento controlado, hasta un factor que puede sobrepasar 10, del flujo extraído a una temperatura dada de la primera pieza. El flujo máximo puede, por lo tanto, ser superior hasta un factor 10 al extraído en las condiciones habituales de intercambio mediante radiación entre dos piezas que presentan unas caras planas. Este factor puede entonces verse enormemente aumentado colocándose en unas condiciones (holgura y naturaleza del gas) para las que la contribución del intercambio mediante conducción/convección a través de la película de gas

40 restante entre la primera pieza y la segunda pieza es importante.

Para alcanzar los flujos máximos considerados, la geometría de la huella o relieve debe, de preferencia, responder a unos criterios precisos:

45 -si los salientes (por ejemplo unos picos) son demasiado largos, se aumenta la resistencia térmica dada la longitud del material, y si los salientes son demasiado cortos, se aumenta poco el área de la superficie de intercambio con respecto al área de la superficie S0 de intercambio entre dos piezas planas. Como se representa en la figura 4, la altura óptima de los salientes varía en función del flujo térmico deseado. Cuanto más grande es este flujo, más pequeña es la altura óptima de los salientes, ya que las pérdidas de calor causadas por la

50 resistencia térmica de los salientes aumentan igualmente. -otro límite de esta arquitectura lo constituye la proporción del área de la superficie horizontal de los salientes conductores de la primera pieza con respecto al área de la superficie horizontal de los salientes conductores de la segunda pieza. Cada configuración (en función de la altura de los salientes, del flujo deseado…) presenta su situación óptima. Sin embargo, se prefiere una mayor superficie de saliente en la primera pieza para permitir

55 tener una temperatura lo más alta posible, con respecto a la temperatura de los salientes de la segunda pieza, con el fin de tener un intercambio por radiación más fácil, como se ilustra en la figura 5.

De acuerdo con los flujos mínimos considerados en la posición aislante, puede resultar útil separar la segunda pieza de la fuente fría para crear una resistencia térmica entre estos dos elementos: de este modo el valor del mínimo se

60 puede reducir (por ejemplo para obtener un coeficiente inferior a 30 W.m-2.ºC-1).

Como se representa en la figura 6, en una segunda forma de realización, el intercambiador es tal que comprende una primera pieza 2a y una segunda pieza 3a que tienen unos salientes en un material conductor y cuyos extremos están revestidos con un material aislante 24, 34. De este modo, en la posición en la que los aislantes de la primera 65 pieza y de la segunda pieza están enfrentados (representada por el esquema superior izquierdo de la figura 6), la

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Claims (1)

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