一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的制作方法

本发明涉及多晶硅的设备领域，更具体的，涉及一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统。

背景技术：

晶硅的生长主要是通过硅料在多晶硅铸锭炉中的定向生长来完成的，在这个过程中，多晶硅原料在铸锭炉内经历从固态到熔化，再长晶到固态的生长过程；使用多晶硅定向凝固方法，使得在生长过程中，需要对杂质进行排除，以利于多晶硅锭质量的提高；整个生产过程需要消耗大量的电能。目前，行业的平均能耗指标是每生产1公斤多晶硅需要耗电8度，若平均每炉按照620公斤装硅料的话，生产一炉需要4960度的用电量；现有的多晶硅铸锭炉的结构上虽然有考虑各工艺对热量的充分利用，例如炉体中增加反射屏提高了生产过程中加热和熔化阶段的热利用率，同时在炉壁内侧面上增加高吸收率的炉壁涂层，在长晶和冷却阶段通过打开反射屏的百叶窗，使炉内热量被炉壁涂层尽快吸收，加快了的多晶硅的散热进程，使整个多晶硅生产的热效率得到了更加充分地利用，节省了电能。

现有技术中，对于多晶硅加热的过程中，炉体内会产生大量的热量，因此，既然炉体内会产生大量的热量，必然会存在多余的热量，所以，会造成资源浪费的问题；现有技术不存在在利用热量对存水进行加热；以及通过加热的水源源不断地向硅片清洗机工艺热水来清洗硅片上清除表面污染杂质。

因此，需要提出有效的方案来解决以上问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明的一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统，解决对于多晶硅加热的过程中，炉体内会存在多余的热量，造成资源浪费的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统，包括炉体、均位于所述炉体内的坩埚、加热器、隔热层、以及用于利用多余热量加热的多余热量回收加热组件；

所述炉体内具有加热区域，所述坩埚以及所述加热器均位于所述加热区域；所述加热器与所述坩埚以及所述隔热层均为间隔设置，所述加热器在水平方向上位于所述坩埚与所述隔热层之间；

所述隔热层与所述炉体的炉壁贴合固定；

所述隔热层与所述加热区域之间具有设定的多余热量回收区域；

所述多余热量回收加热组件包括加热桶、第一外接管道、以及通过所述第一外接管道外接的且用于回收所述加热桶加热的水的储水桶；

所述加热桶固定位于在所述多余热量回收区域，且所述加热桶与所述隔热层贴合；

还包括位于所述炉体外的线圈。

优选地，所述多余热量回收加热组件还包括套设在所述第一外接管道上的第一电磁阀；

所述第一电磁阀与控制器电连接。

优选地，所述第一外接管道呈梯形设置，且所述梯形的上底靠近所述加热桶，所述梯形的下底靠近所述储水桶。

优选地，所述多余热量回收加热组件还包括第二外接管道、以及第二电磁阀；

所述第二外接管道上套接有第二电磁阀；

所述第二电磁阀与所述控制器电连接。

优选地，还包括位于所述炉体内且与所述坩埚的底部和侧部固定连接的坩埚挡板；

还包括位于所述炉体内且与所述坩埚挡板的底部可拆卸连接的坩埚支撑柱。

优选地，还包括位于所述炉体内且与所述加热器可拆卸连接的加热器基座；

所述加热器基座位于所述加热器的下方，且所述加热器基座与所述隔热层相穿插连接。

优选地，还包括与所述隔热层固定连接的隔热层基座；

所述隔热层基座位于所述炉壁的底部。

优选地，所述隔热层包括第一隔热层、第二隔热层、以及第三隔热层；

所述第一隔热层位于所述炉壁的顶部；

所述第二隔热层位于所述炉壁的侧部；

所述第三隔热层靠近所述炉壁的底部且与所述隔热层基座贴合固定连接。

优选地，所述第三隔热层远离所述炉壁的侧部的一端部呈阶梯状；

所述加热器基座远离所述加热器的端部与所述第三隔热层远离所述炉壁的侧部的一端部相穿插连接。

本发明的有益效果为：

本发明的本发明提供一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统，包括炉体、均位于炉体内的坩埚2、加热器5、隔热层、以及用于利用多余热量加热的多余热量回收加热组件；炉体内具有加热区域18，坩埚2以及加热器5均位于加热区域18；加热器5与坩埚2以及隔热层均为间隔设置，加热器5在水平方向上位于坩埚2与隔热层之间；隔热层与炉体的炉壁12贴合固定；隔热层与加热区域18之间具有设定的多余热量回收区域16；多余热量回收加热组件包括加热桶161、第一外接管道162、以及通过第一外接管道162外接的且用于回收加热桶161加热的水的储水桶163；加热桶161固定位于在多余热量回收区域16，且加热桶161与隔热层贴合；还包括位于炉体外的线圈15。

传统的多晶硅定向凝固方法，其热场及流场不够稳定，使得在生长过程中，杂质不能有效被排除到熔体外，不利于多晶硅锭质量的提高。本发明采用了轴线磁场，对多晶硅定向凝固过程进行调控。通过磁场，可以调整多晶硅定向生长过程中的热场及流场分布。具体地，本发明通过位于炉体外的线圈15产生的轴线磁场，在轴线磁场的作用下，在多晶硅硅液凝固阶段，硅液从底部开始定向凝固，杂质由于偏析富集到顶部，切去顶部的杂质富集层，即得到杂质含量很低的多晶硅。本发明通过引入轴线磁场，对多晶硅定向凝固过程中进行调控，使轴线磁场对硅熔体热场分布及流场分布的抑制作用，促进了固液界面的稳定生长，进而使得杂质被推向硅锭的顶部，实现多晶硅内部的杂质的有效去除；另外，通过在加热桶161储存待加热的水，在炉体内通过加热器5对坩埚2内的多晶硅加热的过程中，会产生大量的多余热量，产生的多余热量对加热桶161中的水进行加热，将加热桶161中加热好的水通入储水桶163，实现回收加热水的作用，因而实现对多晶硅加热产生的多余热量进行回收的目的，有效利用热量回收的工作，有效利用了多余的热量，避免造成资源浪费的问题，一定程度上还能实现对炉体进行降温的目的，进一步实现能源的有效利用和达到环保的目的。

储水桶163内的热水通过水泵向多晶硅片清洗机热水供应；水泵将热水从热水器中抽出注入清洗机中；节约了人工并保证操作人员的安全；此外考虑到硅片清洗是多晶硅片生产中一个非常重要的环节，微量污染会导致器件失效，所以多晶硅片须经严格清洗，通过上述操作，可以清除表面污染杂质，包括有机物和无机物，这些杂质有的以原子状态或离子状态，有的以薄膜形式或颗粒形式存在于硅片表面，同样节约了清洗机环节对水加热的热量。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的另一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的另一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的一种可拆卸件的结构示意图。

图中：

1、多晶硅；2、坩埚；3、坩埚挡板；4、坩埚支撑柱；5、加热器；6、加热器基座；7、第一氩气域；8、第一隔热层；9、第二隔热层；10、第三隔热层；11、隔热层基座；12、炉壁；13、空气域；14、第二氩气域；15、线圈；16、多余热量回收区域；17、控制器；18、加热区域；161、加热桶；162、第一外接管道；163、储水桶；164、第二外接管道；1621、第一电磁阀；1641、第二电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式提供的一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的结构示意图；图2是本发明具体实施方式提供的另一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的结构示意图；图3是本发明具体实施方式提供的另一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统的结构示意图；图4是本发明具体实施方式提供的一种可拆卸件的结构示意图，分别如图1至4所示。

本发明提出了一种制备高纯多晶硅的设备余热利用系统，包括炉体、均位于炉体内的坩埚2、加热器5、隔热层、以及用于利用多余热量加热的多余热量回收加热组件；炉体内具有加热区域18，坩埚2以及加热器5均位于加热区域18；加热器5与坩埚2以及隔热层均为间隔设置，加热器5在水平方向上位于坩埚2与隔热层之间；隔热层与炉体的炉壁12贴合固定；隔热层与加热区域18之间具有设定的多余热量回收区域16；多余热量回收加热组件包括加热桶161、第一外接管道162、以及通过第一外接管道162外接的且用于回收加热桶161加热的水的储水桶163；加热桶161固定位于在多余热量回收区域16，且加热桶161与隔热层贴合；还包括位于炉体外的线圈15。

传统的多晶硅定向凝固方法，其热场及流场不够稳定，使得在生长过程中，杂质不能有效被排除到熔体外，不利于多晶硅锭质量的提高。本发明采用了轴线磁场，对多晶硅定向凝固过程进行调控。通过磁场，可以调整多晶硅定向生长过程中的热场及流场分布。具体地，本发明通过位于炉体外的线圈15产生的轴线磁场，在轴线磁场的作用下，在多晶硅硅液凝固阶段，硅液从底部开始定向凝固，杂质由于偏析富集到顶部，切去顶部的杂质富集层，即得到杂质含量很低的多晶硅。本发明通过引入轴线磁场，对多晶硅定向凝固过程中进行调控，使轴线磁场对硅熔体热场分布及流场分布的抑制作用，促进了固液界面的稳定生长，进而使得杂质被推向硅锭的顶部，实现多晶硅内部的杂质的有效去除；另外，通过在加热桶161储存待加热的水，在炉体内通过加热器5对坩埚2内的多晶硅加热的过程中，会产生大量的多余热量，产生的多余热量对加热桶161中的水进行加热，将加热桶161中加热好的水通入储水桶163，实现回收加热水的作用，因而实现对多晶硅加热产生的多余热量进行回收的目的，有效利用热量回收的工作，有效利用了多余的热量，避免造成资源浪费的问题，一定程度上还能实现对炉体进行降温的目的，进一步实现能源的有效利用和达到环保的目的。

其中，加热桶161的材料可以是金属的，金属具有高的热导性，达到快速吸收热量的目的。隔热层与加热区域18之间的区域中，设置多余热量回收区域16。

储水桶143内的热水通过水泵向多晶硅片清洗机热水供应；水泵将热水从热水器中抽出注入清洗机中；节约了人工并保证操作人员的安全；此外考虑到硅片清洗是多晶硅片生产中一个非常重要的环节，微量污染会导致器件失效，所以多晶硅片须经严格清洗，通过上述操作，可以清除表面污染杂质，包括有机物和无机物，这些杂质有的以原子状态或离子状态，有的以薄膜形式或颗粒形式存在于硅片表面，同样节约了清洗机环节对水加热的热量。

需要补充说明的是，储水桶143的设置通过管路成多排列设置，并在车间布置出水管连接硅片清洗机(图纸未示出)；在实际生产过程中，多晶硅的铸锭环节和硅片的清洗环节都是连续自动化生产的，因为能够将储水桶163中热水通过水泵以及管路连接布置，与硅片清洗机直接连接，确保了硅片清洗是的热水供应问题，以清除表面污染杂质，包括有机物和无机物，这些杂质有的以原子状态或离子状态，有的以薄膜形式或颗粒形式存在于硅片表面，同样节约了清洗机环节对水加热的热量。可以减小循环水站冷却塔的建设规模，减小初期建设的一次性投资；够提升余热利用效率，减少热量浪费。

其中，具体实施中，第一外接管道142的一端与加热桶161连接，第一外接管道142的另一端与储水桶163连接；坩埚2为石墨坩埚；石墨坩埚内用于盛放多晶硅1；本发明的含有杂质的多晶硅中，其中，杂质可以是金属杂质，如fe铁、al铝、ga钙等，也可以是非金属杂质，如p磷、b硼、c碳、o氧，因此，本发明的场景可以是磁场+金属杂质(如fe、al、ga)，也可以是磁场+非金属杂质(如p、b、c、o)。

优选地，多余热量回收加热组件还包括套设在第一外接管道162上的第一电磁阀1621；第一电磁阀1621与控制器17电连接。具体来说，通过控制器143控制第一电磁阀1421的打开，实现将加热桶161中加热好的水通入储水桶163中，实现回收加热水的作用，因而实现对多晶硅加热产生的热量进行回收的目的；当把加热好的水通入储水桶163中后，控制器143控制第一电磁阀1421的关闭。

优选地，第一外接管道162呈梯形设置，且梯形的上底靠近加热桶161，梯形的下底靠近储水桶163。第一外接管道162的梯形结构特征，可以降低第一外接管道162内的压强，使加热的水快速排放到储水桶163内，排水效率高，还能快速降低第一外接管道162自身的温度。

优选地，还包括第二外接管道164、以及第二电磁阀1641；第二外接管道164上套接有第二电磁阀1641；第二电磁阀1641与控制器17电连接。具体来说，通过控制器143控制第二电磁阀1441，使第二电磁阀1441打开，使得待加热的水通过第二外接管道164流入到加热桶161中。另外，具体实施中，第二外接管道164可以接自来水。

优选地，还包括位于炉体内且与坩埚2的底部和侧部固定连接的坩埚挡板3。其中，位于炉体内且与坩埚2的侧部固定连接的坩埚挡板3的高度高于坩埚2的高度，一方面防止多晶硅溅出坩埚外，另一方面使得对坩埚的支撑与固定作用更强，使坩埚稳固性更好，利于坩埚内的多晶硅的质量的提高。其中，具体实施中，与坩埚2的底部固定连接的坩埚挡板3可以是斜板，该斜板远离坩埚的底部为斜板，如图1中所示的；与坩埚2的侧部固定连接的坩埚挡板3为竖板，如图1中所示的。

优选地，还包括位于炉体内且与坩埚挡板3的底部可拆卸连接的坩埚支撑柱4。其中，具体实施中，坩埚支撑柱4可以是与坩埚挡板3的底部穿插固定连接的，坩埚支撑柱4的端部穿插入坩埚挡板3的底部的内部。坩埚支撑柱4与坩埚挡板3的底部可拆卸连接的方式具体实施中可以是：在坩埚支撑柱4与坩埚挡板3的连接处，且在坩埚支撑柱4与坩埚挡板3上开设用于销钉分别通过的销钉孔，因此，具体实施中，可以通过销钉依次穿过坩埚支撑柱4与坩埚挡板3上的销钉孔，将坩埚支撑柱4与坩埚挡板3进行可拆卸连接，当然，具体实施中，除了利用销钉之外，还可以用固定螺栓。

优选地，还包括位于炉体内且与加热器5可拆卸连接的加热器基座6；加热器5基座位于加热器5的下方，且加热器基座6与隔热层相穿插连接。加热器基座6与加热器5可拆卸连接的方式具体实施中可以是：通过可拆卸件实现加热器基座6与加热器5的可拆卸连接，具体地，可拆卸件的结构为如图4所示的，可拆卸件为主体19为方形体的结构，方形体的上表面开设有用于加热器5一端螺纹连接的第一螺纹盲孔191，方形体的下表面开设有用于加热器基座6端螺纹连接的第二螺纹盲孔192。

优选地，还包括与隔热层固定连接的隔热层基座11；隔热层基座11位于炉壁12的底部。

优选地，隔热层包括第一隔热层8、第二隔热层9、以及第三隔热层10；第一隔热层8位于炉壁12的顶部；第二隔热层9位于炉壁12的侧部；第三隔热层10靠近炉壁12的底部且与隔热层基座11贴合固定连接。

优选地，第三隔热层10远离炉壁12的侧部的一端部呈阶梯状；加热器基座6远离加热器5的端部与第三隔热层10远离炉壁12的侧部的一端部相穿插连接。以正对图1为例，第三隔热层10远离炉壁12的侧部的一端部的阶梯状为从左至右依次递高的；加热器基座6远离加热器5的端部产擦在阶梯状中间的连接处。隔热层基座11的顶部与第三隔热层10的底部贴合固定。

另外，具体实施中，在炉体的内部且位于隔热层、加热器5、坩埚挡板3之间的腔室之间还充斥着氩气，充满氩气的空间本发明称之为第一氩气域7；在线圈15与炉体16之间还存在一定的间隔，间隔空间本发明称之为空气域13；线圈15的周围特定区域为第二氩气域14。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。