专利名称：一种带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶体硅铸锭炉制造技术领域，特别是一种带二段式保温隔热笼的晶体 硅铸锭炉热场结构。
背景技术：
随着具有清洁和用之不竭特点的太阳能利用需求的迅猛扩大，太阳能电池用晶体 硅的需求量日趋上升，但由于目前晶体硅的生产成本较高，致使太阳能电池的发电成本居 高不下，所以，降低晶体硅的成本和提高晶体硅的质量就成为当务之急，而解决这方面问题 的关键在于设计晶体硅铸锭炉的良好热场结构，使之为晶体硅铸锭提供合理的热场，并能 满足不同生产阶段的不同热场要求，例如熔料和退火阶段必须提供尽可能均勻的热场，长 晶阶段应该自下而上提供均勻的温度梯度，以确保晶体硅铸锭产品的质量，其次是热量的 充分利用和尽可能地节能，以降低晶体硅的单位能耗。目前常用的晶体硅铸锭炉的热场结构主要包含有炉体、发热体、保温隔热笼、下带 支柱上设有坩埚的热交换台和水冷构件，传统的保温隔热笼基本上都是由固定式顶部保温 板，可移式侧保温筒和固定式底部保温板组成，熔料时侧保温筒放下，与顶部保温板和底部 保温板形成一个相对密封的加热空间，晶体生长时通过提升侧保温筒，热量从底部大量导 出、从而获得多晶硅生长所需的自下而上升高的温度梯度热场。这种结构形式热场的不足 之处在于工作时需要加热整个保温隔热笼内部空间，加热空间大，能耗大；侧保温筒提升 时，大量热量不经过硅料直接流失，热量损耗厉害；建立的热场梯度稳定性差，最终影响产 品的质量稳定性；且由于采用侧保温筒上下移动工作方式，除相应地要求炉体内部预留足 够空间外，还存在与顶部保温板和底部保温板之间的缝隙，密封性较差，容易散热，影响热 量的充分利用。所以，现有的晶体硅铸锭炉的热场结构总体上存在结构欠合理、工作时能耗 大、工效低，产品质量稳定性差等弊端，从经济性和实用性角度考虑均欠理想。
发明内容
本发明的目的是要克服现有晶体硅铸锭炉的热场结构所存在的不足之处，提供一 种结构简单且合理，能耗低、能量利用率高，建立的热场稳定性和重复性均好，且温度梯度 不易受到气流扰动干扰的一种带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构。本发明的带二段式隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构主要包含有炉体、与水冷电极 相连的发热体、保温隔热笼、上设有坩埚和下带支柱的热交换台，特征在于保温隔热笼呈二 段式，由固定设置在炉体顶部位置上的上隔热笼和固定设置在炉体底部升降装置上的下隔 热笼组合构成，其中所述的上隔热笼主体呈倒扣的桶型，由互连呈一体的顶部保温板和 下边沿设置有内翻式L形上隔热环的上侧保温筒构成，顶部保温板的内表面上衬设有便于 热量反射后聚焦于坩埚内的内凹式、由具有较强热反射能力的钼或钨箔片充任的弧形反射 罩；所述的下隔热笼主体呈正立桶型，与上隔热笼相对应，由互连呈一体的底部保温板和上 边沿设置有L形内翻式下隔热环的下侧保温筒构成，下隔热笼固定设置在炉体底部受外控的升降装置上，其内下部配置有用于漏硅报警的热电偶或者热熔断丝；所述的上下隔热环 设置在发热体和热交换台之间，将保温隔热笼内腔分隔、形成上部高温区和下部低温区。此外，所述的上隔热笼为固定式，下隔热笼为可移式，晶体硅生产所需热场通过升 降装置调节下隔热笼的升降开度实现；所述的下隔热笼上面呈桶形，可用作漏硅发生时的 承接器；基于上述构思的本发明带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构，由于上 隔热笼和下隔热笼均为一体式构件，因而密闭程度很高，当熔料与退火阶段上下隔热笼合 拢时，坩埚除获得来自发热体的热量外，还能获得来自顶部反射罩的热量，内部温度较为均 勻，且不会散热，便于在发热体较低工作温度下熔料，有助于减少坩埚高温变形、析晶甚至 破裂导致漏硅情况的发生；当长晶阶段通过下隔热笼升降装置驱使下隔热笼下移时，热交 换台迅速暴露、向炉体冷却水散热，可以很快的建立起自下而上具有较大垂直温度梯度的 热场。此外，由于上下隔热环设置在发热体和热交换台之间，高温区密闭程度高，长晶阶段 下隔热笼打开后，从发热体不经过硅料直接散发的对长晶没有任何益处的无谓热量损失大 大减少，系统节能效果显著；下隔热笼内下部配置热电偶或者热熔断丝，一旦有漏硅发生可 以迅速准确地预警。同时下隔热笼呈密合的桶型，可作为漏硅发生时的承接器，能够承接大 量的硅漏液，可以有效防止漏硅带来的材料设备损失乃至人员伤亡；由于上隔热笼静止不 动，温度梯度不易受到气流扰动干扰，建立的热场稳定性和重复性均好。由上可见，本发明 的热场结构明显具有结构合理且简单，热量利用科学，节能效果显著，结合工艺调整可以很 好地满足了不同生产阶段不同的热场需要，生产出高品质的晶体硅，因而具有明显的技术 先进性，很强的实用性和极佳的经济性。
图1是本发明实施例的结构示意图；图2是本发明实施使用于长晶阶段时的结构演变示意图。图中1.炉体2.水冷电极6.支柱7.热交换台10.下隔热笼 11.顶部保温板14.弧形反射罩15.底部保温板18.上部高温区19.下部低温区
具体实施例方式下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。在图1和图2中，本发明的带二段式隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构主要包含有 炉体1、与水冷电极2相连的发热体3、保温隔热笼4、上设有坩埚54和下带支柱6的热交换 台7，特征在于保温隔热笼4呈二段式，由固定设置在炉体顶部位置上的上隔热笼8和固定 设置在炉体底部升降装置9上的下隔热笼10组合构成，其中所述的上隔热笼8主体呈倒 扣的桶型，由互连呈一体的顶部保温板11和下边沿设置有内翻式L形上隔热环12的上侧 保温筒13构成，顶部保温板的内表面衬设有便于热量反射后聚焦于坩埚内的内凹式、由具
3.发热体4.保温隔热笼 5.坩埚 8.上隔热笼9.升降装置 12.上隔热环13.上侧保温筒 16.下隔热环17.下侧保温筒有较强热反射能力的钼或钨箔片充任的弧形反射罩14 ；所述的下隔热笼10主体呈正立桶 型，与上隔热笼8相对应，由互连呈一体的底部保温板15和上边沿设置有L形内翻式下隔 热环16的下侧保温筒17构成，下隔热笼10固定设置在炉体底部受外控的升降装置9上； 所述的上隔热环12和下隔热环16设置在发热体3和热交换台7之间，将保温隔热笼4内 腔分隔、形成上部高温区18和下部低温区19。
权利要求
1. 一种带二段式隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构，包含有炉体(1)、与水冷电极(2)相 连的发热体(3)、保温隔热笼(4)、上设有坩埚(5)和下带支柱(6)的热交换台(7)，其特征 在于保温隔热笼(4)呈二段式，由固定设置在炉体顶部位置上的上隔热笼(8)和固定设置 在炉体底部升降装置(9)上的下隔热笼(10)组合构成，其中a.所述的上隔热笼(8)主体呈倒扣的桶型，由互连呈一体的顶部保温板(11)和下边沿 设置有内翻式L形上隔热环(12)的上侧保温筒(13)构成，顶部保温板(11)的内表面上衬 设有便于热量反射后聚焦于坩埚内的内凹式、由具有较强热反射能力的钼或钨箔片充任的 弧形反射罩(14)；b.所述的下隔热笼(10)主体呈正立桶型，与上隔热笼(8)相对应，由互连呈一体的底 部保温板(15)和上边沿设置有L形内翻式下隔热环(16)的下侧保温筒(17)构成，下隔热 笼(10)固定设置在炉体底部受外控的升降装置(9)上；c.所述的上隔热环(12)和下隔热环(16)设置在发热体(3)和热交换台(7)之间，将 保温隔热笼(4)的内腔分隔、形成上部高温区(18)和下部低温区(19)。
2.根据权利要求1所述的带二段式隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构，其特征在于所述 的上隔热笼(8)为固定式，下隔热笼(10)为可移式，晶体硅生产所需热场通过升降装置(9) 调节下隔热笼(10)的升降开度实现。
3.根据权利要求1所述的带二段式隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构，其特征在于所述 的下隔热笼(10)上面呈桶形，可用作漏硅发生时的承接器，下隔热笼内设有热熔断器或热 电偶，可以及早发现漏硅。
全文摘要
本发明涉及一种带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构，保温隔热笼呈二段式，由固设在炉体顶部上的上隔热笼和固设在炉体底部升降装置上的下隔热笼组合构成，上隔热笼呈倒扣的桶型，由互连呈一体的顶部保温板和下边沿带内翻式L形上隔热环的上侧保温筒构成，顶部保温板内表面上衬设有内凹式弧形反射罩，下隔热笼呈正立桶形，由互连呈一体的底部保温板和上边沿带L形内翻式下隔热环的下侧保温筒构成，固设在炉体底部受外控的升降装置上，上下隔热环将保温隔热笼内腔分隔成上部高温区和下部低温区。晶体硅生产所需热场通过升降装置调节下隔热笼的升降开度实现，具有结构简单且合理，显著节能，建立的热场稳定性和重复性均好，温度梯度不易受到气流扰动干扰等优点，有很强的实用性。
文档编号C30B28/06GK102002755SQ20101059003
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者孙矿, 廖永建, 张同强, 徐炜, 沈禹 申请人:上海晨华电炉有限公司