一种热交换装置的制作方法

文档序号:8063814阅读:182来源:国知局
专利名称:一种热交换装置的制作方法
技术领域
本实用新型属于多晶硅生产技术领域,尤其涉及一种热交换装置。
背景技术
多晶硅铸锭炉是一种硅熔炼设备,是生产大规格太阳能级电池多晶硅锭的重要设备。生产中,将原生硅装入炉中,按工艺要求加热熔化、定向长晶、热处理、冷却出炉。多晶硅生产中的关键技术之一在于硅熔体结晶时控制热场的温度梯度。目前,多晶铸锭炉的热场控制结构包括炉体、保温腔体、坩埚、加热器和冷却铜板, 其中,保温腔体和冷却铜板均设置在炉体内部;坩埚位于保温腔体内部;坩埚的下部和上部均设置有加热器,以加热坩埚内部的原生硅;保温腔体的开口处设置有保温板,冷却铜板与保温板相对应。加热熔化过程中保温板关闭,热门与保温隔热体形成一个密闭空间,使得原生硅熔化;结晶过程中将保温板完全打开,利用热场底部的冷却铜板与坩埚中的硅液进行热交换,强迫降低硅液的温度,进而热场形成一定温度梯度,使硅液进行由下至上的生长晶体。但是,现在的热门只有全开和全闭两种状态,当长晶时热门全开,仅能在垂直方向形成温度梯度,不利于排杂,不能获得高纯度的多晶硅,而且热门全开会造成热量的大量损失,耗费大量的电能。

实用新型内容有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种热交换装置,在长晶过程中可以同时在垂直方向和水平方向形成温度梯度,将硅液中的杂质排向硅锭的顶层和边缘,减少硅锭中部的杂质,从而获得高品质的多晶硅,同时减少长晶过程中的热量损失,降低电能消耗。为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案—种热交换装置,包括炉体、保温腔体、坩埚、加热器和冷却铜板,其中,所述保温腔体和冷却铜板均设置在所述炉体的内部;所述坩埚位于所述保温腔体的内部;所述加热器设置在所述坩埚的下部和上部;所述保温腔体的开口与所述冷却铜板相对应;其特征在于,所述保温腔体的开口处设置有与所述冷却铜板所在平面平行的第一轨道和第二轨道, 所述第一轨道和第二轨道位于不同高度,并且所述第一轨道的中心线和所述第二轨道的中心线垂直,所述第一轨道上可滑动的设置有两个保温板,所述第二轨道上可滑动的设置有两个保温板,四个保温板分别与与之相对应的驱动装置相连。优选的,在上述热交换装置中,所述第一轨道上的两个保温板的配合面为倾斜面, 所述第二轨道上的两个保温板的配合面为倾斜面。优选的,在上述热交换装置中,所述驱动装置包括气缸和动作杆,其中,所述动作杆的一端与所述保温板相连、另一端穿过所述炉体与所述气缸的活塞杆相连。优选的,在上述热交换装置中,进一步包括套设于所述动作杆上的波纹管;所述波纹管的一端与所述炉体密封、另一端设置有密封板;[0012]所述动作杆未与保温板连接的一端连接至所述密封板,所述气缸的活塞杆同时连接至所述密封板。优选的,在上述热交换装置中,所述保温板包括框架和隔热板,所述隔热板嵌入所述框架内。优选的,在上述热交换装置中,所述框架上还设置有限位环,所述限位环套设于与所述框架接触的第一轨道或第二轨道上,所述第一轨道和第二轨道上设置有限位开关。优选的,在上述热交换装置中,所述冷却铜板上设置有一层保温材料。由此可见,本实用新型公开的热交换装置,在多晶硅生长过程中,通过控制四个保温板的开度控制坩埚与冷却铜板进行热交换的区域,在垂直方向和水平方向同时产生温度梯度,使硅液从低向高、从中心向四周逐渐降温,在温度差的作用下,将杂质排至硅锭的顶层和边缘,从而降低硅锭中部的杂质,保证硅锭中部的多晶硅具有高品质。另外,由于四个保温板是逐渐打开的,可以减少热能的消耗,从而节省电能。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例中提供的热交换装置闭合状态下结构示意图;图2为本实用新型实施例中提供的闭合状态下四个保温板放大结构示意图;图3为本实用新型实施例中提供的热交换装置开启状态下结构示意图;图4为本实用新型实施例中提供的开启状态下四个保温板放大结构示意图;图5为本实用新型实施例中提供的处于开启过程中四个保温板放大结构示意图。
具体实施方式
多晶硅铸锭炉的坩埚将原生硅熔化为硅液,在硅液中存在一定量的杂质。多晶硅生长过程中,坩埚与冷却铜板进行热交换,在硅液中形成温度梯度,利用温度差将杂质从低温排斥至高温处,低温处先凝固。现有的热门只有全闭状态和全开状态,在多晶硅生长过程中热门只能全部打开,相应的只能在硅液中形成垂直方向的温度梯度,因此利用温度差最终只能将杂质排至硅锭(即多晶硅)的顶层,虽然中下部硅锭中的杂质相较于顶层的杂质较少,但硅锭中下部中的杂质仍平均分布,多晶硅的品质较低,不能获得高纯度的多晶硅。本实用新型公开一种热交换装置,在长晶过程中可以同时在垂直方向和水平方向形成温度梯度,将硅液中的杂质排向硅锭的顶层和边缘,减少硅锭中部的杂质,从而获得高品质的多晶硅,同时减少长晶过程中的热量损失,降低电能消耗。为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。[0026]参见图1至图5,该热交换装置包括炉体1、保温腔体2、坩埚3、加热器4、冷却铜板 5、第一轨道61、第二轨道62、多个保温板71 74和多个驱动装置81 84。其中,保温腔体2和冷却铜板5均设置在炉体1的内部;坩埚3位于保温腔体2的内部;加热器4设置在坩埚3的下部和上部;保温腔体2的开口与冷却铜板5相对应;开口处设置有第一轨道61和第二轨道62,第一轨道61和第二轨道62与冷却铜板5所在的平面平行,第一轨道61和第二轨道62设置于不同的高度,并且第一轨道61的中心线和第二轨道62的中心线垂直;在第一轨道61上可滑动的设置有两个保温板71和72,在第二轨道 62上可滑动的设置有两个保温板73和74,四个保温板71、72、73和74分别与与之相对应的驱动装置相连,即保温板71与驱动装置81相连,保温板72与驱动装置82相连,保温板 73和驱动装置83相连,保温板74和驱动装置84相连。本实用新型中的热交换装置中,保温腔体2的开口处设置有保温板71、72、73和 74,且保温板71和72分别在驱动装置81和82的驱动下沿着第一轨道61向开口的两侧方向移动,保温板73和74分别在驱动装置83和84的驱动下沿着第二轨道62向开口的另外两个方向移动。采用上述热交换装置进行加热的过程,如图1和图2所示。保温板71和72在驱动装置81和82的驱动下,在第一轨道61上相向移动并最终靠拢,同时,保温板73和74在驱动装置83和84的驱动下,在第二轨道62上相向移动并最终靠拢。之后,加热器4开始加热,随着炉体1内温度的上升位于坩埚3内的原生硅30开始熔化。采用上述热交换装置进行结晶的过程中,如图3和图4所示。位于保温腔体2的四个保温板71、72、73和74在其相应驱动装置的驱动下同时向开口处的四个方向打开,坩埚3与冷却铜板5进行热交换的区域逐渐增大,在形成垂直方向上的温度梯度的同时,在水平方向也形成温度梯度,使硅液从低向高、从中心向四周逐渐降温,使得硅液中的杂质在温度差的作用下,将杂质排至硅锭的顶层和边缘,从而降低硅锭中部的杂质,保证硅锭中部的多晶硅具有高品质。另外,由于四个保温板是逐渐打开的,可以减少热能的消耗,从而节省电能。本实施例公开的热交换装置,在多晶硅生长过程中,通过控制四个保温板的开度控制坩埚与冷却铜板进行热交换的区域,在垂直方向和水平方向同时产生温度梯度,使硅液从低向高、从中心向四周逐渐降温,在温度差的作用下,将杂质排至硅锭的顶层和边缘, 从而降低硅锭中部的杂质,保证硅锭中部的多晶硅具有高品质。另外,由于四个保温板是逐渐打开的,可以减少热能的消耗,从而节省电能。上述热交换装置中,两个保温板71和72、以及两个保温板73和74的配合面相互啮合,可以为齿状啮合,相互配合的平面,或者相互配合的倾斜面,如图1所示,其中一个保温板配合面向外倾斜,另一个保温板的配合面向内倾斜。本实用新型实施例中优先采用配合面为倾斜面的结构形式,采用如此结构更有利于减少热辐射的泄露。驱动保温板71、72、73和74向两侧移动的驱动装置81、82、83和84实现方式有多种形式,在此不做一一介绍。下面具体介绍所有实现方式的一种。驱动装置81包括气缸811和动作杆812,其中,动作杆812的一端与保温板71连接、另一端穿过炉体1与气缸811的活塞杆连接,在气缸811的作用下,动作杆812带动保温板71沿着第一轨道61做开启或关闭动作。驱动装置82包括气缸821和动作杆822,其中,动作杆822的一端与保温板72连接、另一端穿过炉体1与气缸821的活塞杆连接,在气缸821的作用下,动作杆822带动保温板72沿着第一轨道61做开启或关闭动作。驱动装置83包括气缸(图中未标示)和动作杆(图中未标示),其中,动作杆的一端与保温板73 连接、另一端穿过炉体1与气缸的活塞杆连接,在气缸的作用下,动作杆带动保温板73沿着第二轨道62做开启或关闭动作。驱动装置84包括气缸(图中未标示)和动作杆(图中未标示),其中,动作杆的一端与保温板74连接、另一端穿过炉体1与气缸的活塞杆连接,在气缸的作用下,动作杆带动保温板74沿着第二轨道62做开启或关闭动作。实施中,可以在炉体1与各个动作杆接触的位置设置密封垫,保证炉体1的气密性和真空度。为了进一步保证炉体1的气密性和真空度,本实用新型实施例中进一步设置套设在各个动作杆上的波纹管。具体的,动作杆812上套设有波纹管813,动作杆822上套设有波纹管823,动作杆832上套设有波纹管833,动作杆842上套设有波纹管843。仅以动作杆812、波纹管813和气缸811的连接方式进行说明。波纹管813的一端与炉体1密封、另一端设置有密封板8131,动作杆812的一端与保温板71连接、另一端与波纹管813中的密封板8131连接,同时,气缸811的活塞杆(图中未标示)也与密封板8131连接。当气缸811的活塞杆往复运动时,通过密封板8131带动动作杆812运动,之后动作杆812带动保温板71运动。保温板的结构形式有多种,在此仅仅介绍其中的一种,本实用新型实施例中的保温板包括框架和隔热板(图中未示出),其中,隔热板嵌入框架内。其中框架的使用可减小保温板与轨道的摩擦力。优选的,在保温板71、72、73和74的框架上还设置有限位环(图中未示出),保温板71上的限位环套设于第一轨道61上,保温板72上的限位环套设于第一轨道61上,保温板73上的限位环套设于第二轨道62上,保温板74上的限位环套设于第二轨道62上,并且在第一轨道61和第二轨道62上均设置有限位开关(图中未示出)。当各个保温板到达限位开关所处位置时,相应的气缸响应限位开关的动作,并驱动各动作杆做出相应的动作。另外,本实用新型中在冷却铜板5上设置保温材料,既可以保温,还能使得热场底部不直接与冷却板进行热交换,起到保护冷却板的作用。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种热交换装置,包括炉体、保温腔体、坩埚、加热器和冷却铜板,其中,所述保温腔体和冷却铜板均设置在所述炉体的内部;所述坩埚位于所述保温腔体的内部;所述加热器设置在所述坩埚的下部和上部;所述保温腔体的开口与所述冷却铜板相对应;其特征在于,所述保温腔体的开口处设置有与所述冷却铜板所在平面平行的第一轨道和第二轨道, 所述第一轨道和第二轨道位于不同高度,并且所述第一轨道的中心线和所述第二轨道的中心线垂直,所述第一轨道上可滑动的设置有两个保温板,所述第二轨道上可滑动的设置有两个保温板,四个保温板分别与与之相对应的驱动装置相连。
2.根据权利要求1所述的热交换装置,其特征在于,所述第一轨道上的两个保温板的配合面为倾斜面,所述第二轨道上的两个保温板的配合面为倾斜面。
3.根据权利要求1或2所述的热交换装置,其特征在于,所述驱动装置包括气缸和动作杆,其中,所述动作杆的一端与所述保温板相连、另一端穿过所述炉体与所述气缸的活塞杆相连。
4.根据权利要求3所述的热交换装置,其特征在于,进一步包括套设于所述动作杆上的波纹管;所述波纹管的一端与所述炉体密封、另一端设置有密封板;所述动作杆未与保温板连接的一端连接至所述密封板,所述气缸的活塞杆同时连接至所述密封板。
5.根据权利要求1或2所述的热交换装置,其特征在于,所述保温板包括框架和隔热板,所述隔热板嵌入所述框架内。
6.根据权利要求5所述的热交换装置,其特征在于,所述框架上还设置有限位环,所述限位环套设于与所述框架接触的第一轨道或第二轨道上,所述第一轨道和第二轨道上设置有限位开关。
7.根据权利要求1所述的热交换装置,其特征在于,所述冷却铜板上设置有一层保温材料。
专利摘要本实用新型公开了一种热交换装置,包括炉体、保温腔体、坩埚、加热器、冷却铜板、第一轨道、第二轨道、设置于第一轨道的两个保温板和设置于第二轨道的两个保温板。本实用新型公开的热交换装置,在多晶硅生长过程中,通过控制四个保温板的开度控制坩埚与冷却铜板进行热交换的区域,在垂直方向和水平方向同时产生温度梯度,使硅液从低向高、从中心向四周逐渐降温,在温度差的作用下,将杂质排至硅锭的顶层和边缘,从而降低硅锭中部的杂质,保证硅锭中部的多晶硅具有高品质,另外,由于四个保温板是逐渐打开的,可以减少热能的消耗,从而节省电能。
文档编号C30B28/06GK202193877SQ20112030700
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者汤旋 申请人:浙江思博恩新材料科技有限公司
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