SU1714304A1 - Солнечна печь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к гелиотехнике. Цель изобретени  - получение монокристаллических слитков при плавке исходного материала в фокусе параболоидного концентратора. С целью повышени  производительности и надежности с помощью фрикционного роликового привода 5, который обеспечивает винтовое движение штока 4 с закрепленным на его конце с помощью самоцентрирующегос  патрона 13 термостойкого оптически прозрачного трубчатого тигл  10, происходит установка последнего с исходным материалом в фокусе параболоидного концентратора 2. При направлении светового потока на концентратор 2 в начале процесса в прозрачном трубчатом тигле 10 происходит плавление расположенного в фокусе концентратора 2 верхней части исходного материала 15 и прилегающей нижней части затравки, 10. Включение электроприводов 9 и 7 обеспечивает вращение затравки 10 с монокристаллом 18 и тигл  12 в противоположных^ направлени х дл  перемешивани  расплава, при этом фрикционный роликовый приводе обеспечивает вращательное и винтовое движение штока 4 с тиглем 12, что способствует выт гиванию монокристалла 18.3 ил.елсТ'Ji^ СлЭg >&

Description

Изобретение относитс  к области гелиотехники и может быть применено дл  получени  монокристаллов и сплавов в солнечных печах.

Известны солнечные печи дл  получени  материалов под воздействием регулируемых концентрированных лучистых тепловых потоков. Недостатком таких солнечных печей  вл етс  низка  производительность и невозможность проведени  долговременных технологических операций плавки.

Наиболее близким по технологической сущности к изобретению  вл етс  солнечна  печь, включающа  корпус, параболоидный концентратор солнечной знергии с уртановленными в его, отверстии вдоль оптической оси штока с механизмом его перемещени , тигл  и держател  затравки с приводом. Недостатком этой печи  вл етс  небольша  производительность из-за малой емкости тигл  и ненадежность конструкции дл  проведени  технологических работ по выращиванию монокристаллов вследствие сложной конструкции приборов привода.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности и надежности работы солнечной печи при плавке материалов концентрированным солнечным излучением с одновременным выращиванием монокристаллов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в солнечной печи, содержащей корпус, закрепленный в нем параболоидный концентратор с установленным в его отверстии вдоль оптической оси штоком с механизмом его перемещени , тиглем и держателем затравки с приводом, кроме того тигель выполнен в виде соосного со штоком цилиндра из оптически прозрачного термостойкого материала и укреплен посредством самоцентрирующего патрона, установленного на конце штока, обращенного к фокусу концентратора, привод затравки закреплен на патроне, а механизм перемещени  штока выполнен в виде фрикционного роликового привода, снабженного механизм-ом повЬрота ролика относительно корпуса, причем шток и тигель установлены с возможностью вращательного и,винtoвoгo движени  относительно оптической оси концентратора.

На фиг. 1 представлена солнечна  печь.схема; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фит-, 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Солнечна  печь содержит корпус 1, пара й оидный концентратор 2 с отверстьем наомргической оси. В отверстие концентраT0fi )sa2 на подшипниках 3 установлен с возможностью вращательного и винтового движени  вдоль оптической оси концентратора 2 полый шток 4 с фрикционным роликовым приводом 5, который состоит из фрикционного ролика 6, снабженного электроприводом 7 и механизма 8 поворота фрикционного роликового привода 5. Причем фрикционнь1й роликовый привод 5 расположен позади концентратора 2.

0 Электропривод 9 вращени  затравки 10 размещен внутри полого штока 4 у его конца, обращенного в сторону фокуса концентратора 2. Затравка:10 установлена на держателе 11 внутри трубчатого тигл  12,

5 выполненного из оптически прозрачного термостойкого материала, например кварцевого стекла. Трубчатый тигель 12 во врем  плавки укреплен одним концом в самоцентрирующемс  патроне 13, другой конец трубчатого тигл  12 установлен в подшипнике 14, центрирующем тигель 12 и обеспечивающем возможность вращательного и винтового его перемещени  относительно главной оптической оси концентратора 2.

5 Донача;1а плавки тигель 12 наполнен исходным материалом 15, например порошком или гранулами кремни . Тигель 12 снабжен с нижней стороны днищем 16. При попадании сфокусированных лучей на тигель в его

0 прозрачной трубчатой полости образуетс  расплав 17, и далее в процессе перемещени -тигл  вдоль оптической оси образуетс  монокристалл 18, спившийс  с затравкой 10. Винтовое перемещение.тигл  12 и полого

5 штока 4 обеспечиваетс  в результате контакта фрикционного ролика 6 с последним. Усилие контакта обеспечиваетс  пружиной 19, а пазы 20 механизма 8 поворота фрикционного ролика 6 выполнены по дуге окружности, имеющей центр, совпадающий с точкой касани  ролика 6 с штоком 4.

Солнечна  печь работает следующим образом.

Сыпучий или гранулированный исход5 ный материал 15 засыпаетс  в прозрачный

.трубчатый тигель 12 до уровн , чтобы он

соприкасалс  с затравкой 10 при установке

тигл  12 в самоцентрирующийс  патрон 13.

Зона тигл  12, прилежаща  к затравке 10, с

0 помощью фрикционного роликового привода 5 перемещением вдоль оптической оси концентратора 2 подводитс  в фокус последнего . С помощью гелиостата (не показан ) солнечный поток направл етс  на концентратор2 параллельно его главной оптической оси. Под действием концентрированного излучени  исходный материал 15,

расположенный в трубчатог«г прозрачном тигле 12. плавитс , при зтом проплавл етс  и нижн   затравки 10, слива сь с верхней границей расплава 17. Затем включают электропривод 9 вращени  затравки 10, например против часовой стрелки. Одновременно с помощью фрикционного роликового привода 5 посредством штока 4 тиглю придаетс  вращательное движение, например по часовой стрелке, с одновременным винтовым перемещением его вдоль оптической оси.

Шаг винтовой подачи штока 4 и тигл  12 (с помощью механизма 8 поворота фрикционного ролика 6) подбираетс  так, чтобы обеспечивалось равномерное проплавление шихтовых материалов в фокальном п тне и необходима  скорость роста монокристалла 18. Скорость винтового перемещени  тигл  12 регулируют изменением угла установки фрикционного ролика 6 относительно штока 4 и изменением скорости вращени  ролика. Так как центр пазов 20 совпадает с центром касани  ролика 6 со штоком 4, то при любом повороте ролика 6 относительно штОка 4 контакт между ними посто нен, а его усилие регулируетс  пружиной 19.

Вращение штока 4 с тмглем 12 и затравки 10 во взаимно противоположнь1х направг лени х необходимо дл  равномерного нагрева и перемещени  расплава 17. а винтовое движение штока 4 с тиглем 12 вверх обеспечивает выт гивание монокристалла 18 из расплава 17. После проплавки всего исходного материала 15 и образовани  монокристалла в форме цилиндрического слитка прозрачный трубчатый тигель 12 снимаетс , вставл етс  новый тигель с исходным материалом, и процесс повтор етс . Локальный нагрев исходного материала в предлагаемой солнечной печи обеспечивает наиболее благопри тные услови  дл  роста монокристаллов необходимого качества , так как создаетс  сравнительно высокий температурный градиент вдоль оси слитка моно14ристалла, а радиальные температурные градиенты в расплаве ирастущем кристалле сведены, к минимуму вследствие посто нного перемешивани  расплава вращающимис  в противоположные стороны монокристалла и тигл .

Эффективность солнечной печи заключаетс  в экономии электроэнергии, повышении производительности и надежности выращивани  ци линдрических монокристаллических слитков при использовании концентрированного солнечного излучени . Эксплуатаци  концентратора солнечной знергии большого диаметра, например до 15 м, позвол ет значительно увеличить длину трубчатого тигл  и по учить слитки монокристалла длиной до 4-5 м.

Claims (1)

1. Формула изобретени / Солнечна  печь, содержаща  закрепленный в корпусе Иараболоидный концентратор с установленными в его отверстии вдоль оптической оси штоком с механизмом его перемещени , тиглем и держателем затравки с приводом, отличающа с  тем, что, с целью повышени  производительности и надежности в работе печи, тигель выполнен 8 виде соосного со штоком цилиндра из оптически прозрачного термостойкого материала и укреплен посредством самоцентрирующего патрона, установленного на конце штока, обращенного к фокусу концентрато|эа, привод затравки закреплен на патроне, а механизм перемещени  штока выполнен в виде фрикционного роликового природа, снабженного механизмом поворота ролика относительно корпуса, причем шток и тигель установлены с возможностью вращательного и винтового движени  относительно оптической оси концентратора . АА

   Фиг. а

   Фиг. 3