专利名称：带有出口气体收集器的多晶硅还原炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅的生产设备，特别涉及一种多晶硅还原炉。
背景技术
目前多晶硅生产企业主要采用改良西门子法。该方法的生产流程是利用氯气和氢 气合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和冶金硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，分离精馏 提纯后的三氯氢硅进入还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。该流 程包括五个主要环节三氯氢硅的合成、三氯氢硅的精馏提纯、三氯氢硅的氢还原、尾气的 回收和四氯化硅的氢化分离。
其中，三氯氢硅的氢还原在大型钟罩式还原炉中进行。还原炉主要由炉体、硅芯、 气路系统、电极加热系统和冷却系统组成，如图2所示。氢气和三氯氢硅混合气体经由进气 管及其上设置的喷嘴进入还原炉内，混合气体高速向上喷射过程中在通电高温的硅芯表面 发生化学气相沉积反应生成高纯多晶硅，得到棒状多晶硅产品，同时生成四氯化硅、二氯二 氢硅、氯化氢等副产物尾气，尾气从底盘上设置的出气口和出气管排出。
现有技术存在的主要问题有气路系统设置不合理，如图2所示，进气口 9与出气 口 10'均设置在还原炉的底盘上，造成炉内底部由于气体扩散而发生短路，部分气体未与 硅芯充分接触发生反应就直接经出气口排出，炉内气体分布不均勻，最终导致生成的多晶 硅棒上下粗细不均勻，影响产品质量。尾气是否能够被均勻地收集和排出对于还原炉的操 作性能和生成多晶硅棒产品的质量有非常大的影响，因此需要对还原炉的气体出口结构重 新进行设计。中国专利CN201105995Y公开的改进型多晶硅还原炉，其特征是在底盘上增加 一个尾气出气导管，使得气体出口与进口位置不在同一个平面上；中国专利CN101476153A 公开的多晶硅的还原生产工艺及其生产用还原炉，将出气口设置在还原炉顶端，采用5 7 管口式结构。这些结构的改变虽然较之传统还原炉内由于气体在底部扩散造成短路的现象 有一定的改善作用，但并没有根本解决炉内气体分布不均勻的问题。发明内容
本发明的带有出口气体收集器的多晶硅还原炉，目的在于克服现有设备的上述缺 点，提供一种能使炉内气体不易发生短路且分布均勻从而保证生产出的多晶硅棒上下粗细 均勻的多晶硅还原炉。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明的一种多晶硅还原炉，包括炉体，夹套，底盘，支座，多对电极，带有石墨头 的硅芯，混合气进气管及进气喷嘴，出气管和冷却系统等；其中炉内顶端设置有出口气体收 集器，底盘中心设置有出气管，出气管与出口气体收集器连通。
在出口气体收集器上设置有两根垂直连通的主接管；其中主接管I 19 一端与设 置在底盘中心的出气管连通，另一端与主接管II 20的中心位置垂直连通；主接管II上连 接有若干根侧接管21，侧接管与主接管II垂直连通；侧接管和主接管II向下的一面即面向底盘的一面均勻设置有若干小孔22。
所述主接管II 20和侧接管21均与炉体1内壁连接。
所述主接管II 20和侧接管21均通过搭接板M及螺栓25与炉体1内壁连接。
多对电极分圈正负交错均勻地布置在底盘上，与电极连接的带有石墨头的硅芯顶 部两两搭接，电极可以设置为12对或15对或18对或M对或36对；混合气进气管上连接 若干喷嘴，喷嘴均勻分布在底盘上。
具体说明如下
带有出口气体收集器的多晶硅还原炉，包括炉体，夹套，底盘，支座，观察视镜，多 对电极，带有石墨头的硅芯，混合气进气管及进气喷嘴，出口气体收集器，出气管，夹套冷却 水进水口和出水口，底盘冷却水进水口和出水口，电极冷却水进水口和出水口及其他附属 部件。多对电极分圈正负交错均勻地布置在底盘上，与电极连接的带有石墨头的硅芯顶部 两两搭接，电极可设置为12对或15对或18对或M对或36对；混合气进气管上连接若干 喷嘴，喷嘴均勻分布在底盘上；炉内顶端设置有出口气体收集器，底盘中心设置有出气管， 出气管与出口气体收集器连通。
出口气体收集器上设置有两根垂直连通的主接管；其中主接管I 19 一端与设置 在底盘中心的出气管11连通，另一端与主接管II 20的中心位置垂直连通；主接管II 20 上连接有若干根侧接管21，侧接管21与主接管II 20垂直连通；侧接管21和主接管II 20 向下的一面即面向底盘的一面均勻设置有若干小孔22。主接管I 19与主接管II 20、主接 管II 20与侧接管21均通过法兰23连接，主接管II 20和侧接管21均通过搭接板M及 螺栓25与炉体1内壁连接。
本发明的特征在于多晶硅还原炉内顶端设置有出口气体收集器，设置在底盘中心 的出气管与出口气体收集器连通。
本发明的效果和优点是，氢气和三氯氢硅混合气体由进气管及进气喷嘴进入还原 炉内，由于炉内顶端设置有出口气体收集器，且出口气体收集器与设置在底盘中心的出气 管连通，使得气体在高速向上喷射的过程中，不会发生短路直接从出气口排出，并且能够均 勻的分布于整个炉内空间，与通电高温的硅棒充分接触并在其表面发生化学气相沉积反 应，生成高纯多晶硅均勻沉积于硅棒上，得到上下粗细均勻的棒状多晶硅产品。同时生成 的四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物尾气向上运动至出口气体收集器，经由收集器下 表面均勻设置的若干小孔进入收集器内，然后沿着收集器的主接管I向下运动至出气管排 出O
图1为本发明的带有出口气体收集器的多晶硅还原炉结构示意图2为现有多晶硅还原炉结构示意图3为本发明的出口气体收集器的结构示意图4为本发明的出口气体收集器的A-A结构示意其中1-炉体，2-夹套，3-底盘，4-支座，5-硅芯，6-电极，7_石墨头，8_进气管， 9-进气喷嘴，10-出口气体收集器，10'-出气口，11-出气管，12-观察视镜，13-夹套冷却 水进口，14-夹套冷却水出口，15-底盘冷却水进口，16-底盘冷却水出口，17-电极冷却水进口，18-电极冷却水出口，19-出口气体收集器主接管I，20-出口气体收集器主接管II， 21-出口气体收集器侧接管，22-出口气体收集器小孔，23-法兰，24-搭接板，25-螺栓。
具体实施方式
下面根据附图对本发明作进一步的详细说明
如图1所示，带有出口气体收集器的多晶硅还原炉包括炉体1，夹套2，底盘3，支 座4，观察视镜12，多对电极6，带有石墨头7的硅芯5，混合气进气管8及进气喷嘴9，出口 气体收集器10，出气管11，夹套冷却水进水口 13，夹套冷去水出水口 14，底盘冷却水进水口 15，底盘冷却水出水口 16，电极冷却水进水口 17，电极冷却水出水口 18等。多对电极6分 圈正负交错均勻地布置在底盘上，与电极6连接的带有石墨头7的硅芯5顶部两两搭接，电 极6可以设置为12对或15对或18对或M对或36对；混合气进气管8上连接若干喷嘴9， 喷嘴9均勻分布在底盘上；炉内顶端设置有出口气体收集器10，底盘中心设置有出气管11， 出气管11与出口气体收集器10连通。
如图3、图4所示，出口气体收集器10上设置有两根垂直连通的主接管，其中主接 管119 一端与出气管11连通，另一端与主接管II 20的中心位置垂直连通；主接管II 20 上设置有若干根侧接管21，侧接管21与主接管II 20垂直连通；侧接管21和主接管II 20 向下的一面即面向底盘的一面均勻设置有若干小孔22。主接管I 19与主接管II 20、主接 管II 20与侧接管21均通过法兰23连接，主接管II 20和侧接管21均通过搭接板M及 螺栓25与炉体1内壁连接。
氢气和三氯氢硅混合气经由进气管8及其上设置的若干喷嘴9高速喷射进入还原 炉1内，带有石墨头7的硅芯电极6通电产生高温，同时在夹套冷却水进水口 13和出水口 14之间、底盘冷却水进水口 15和出水口 16之间、电极冷却水进水口 17和出水口 18之间通 以冷却水。气体高速向上喷射运动，炉内顶端出口气体收集器10保证了混合气体不易发生 短路且均勻地分布于整个炉内空间，与通电高温硅芯5充分接触，在硅芯5表面发生化学气 相沉积反应，生成高纯多晶硅并沉积于硅芯上，得到上下粗细均勻的棒状多晶硅产品。反应 中生成的四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物尾气向上运动至炉内顶端的出口气体收 集器10，从收集器下表面均勻设置的若干小孔22进入收集器内，然后沿着收集器的主接管 I 19向下运动至底盘中心的出气管11排出。炉体侧壁上从上至下设置3个观察视镜12， 以方便观察多晶硅棒各个部位的生长情况。
权利要求
1.一种多晶硅还原炉，包括炉体，夹套，底盘，支座，多对电极，带有石墨头的硅芯，混合 气进气管及进气喷嘴，出气管及冷却系统；其特征是炉内顶端设置有出口气体收集器，底盘 中心设置有出气管，出气管与出口气体收集器连通。
2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于出口气体收集器上设置有两根垂 直连通的主接管；其中主接管I (19) 一端与设置在底盘中心的出气管连通，另一端与主接 管II 00)的中心位置垂直连通；主接管II上连接有若干根侧接管(21)，侧接管与主接管 II垂直连通；侧接管和主接管II向下的一面即面向底盘的一面均勻设置有若干小孔(22)。
3.根据权利要求2所述的多晶硅还原炉，其特征在于主接管IK20)和若干根侧接管 (21)与炉体(1)内壁连接。
4.根据权利要求3所述的多晶硅还原炉，其特征在于主接管II20和侧接管21通过搭 接板04)及螺栓05)与炉体(1)内壁连接。
5.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于多对电极分圈正负交错均勻地布 置在底盘上，与电极连接的带有石墨头的硅芯顶部两两搭接，电极设置为12对或15对或18 对或M对或36对；混合气进气管上连接若干喷嘴，喷嘴均勻分布在底盘上。
全文摘要
本发明公开的带有出口气体收集器的多晶硅还原炉，包括炉体、夹套、底盘、支座、观察视镜、多对电极、硅芯、混合气进气管及进气喷嘴、出口气体收集器、出气管及冷却系统等。其特征在于炉内顶端设置有出口气体收集器，底盘中心设置有出气管，出气管与出口气体收集器连通。出口气体收集器上设置有两根垂直连通的主接管，主接管I一端与设置在底盘中心的出气管连通，另一端与主接管II的中心位置垂直连通；主接管II上垂直连通有若干根侧接管通，侧接管和主接管II向下的一面均匀设置有若干小孔。出口气体收集器的设置保证了炉内气体不易发生短路且分布均匀，气体与高温硅棒充分接触发生反应，最终保证了生成的多晶硅棒上下粗细均匀，提高产品质量。
文档编号C01B33/03GK102030330SQ20101054248
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者刘春江, 段长春, 黄国强 申请人:天津大学