专利名称：一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光伏产业多晶硅生产设备，尤其涉及一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极。
背景技术：
在光伏产业，多晶硅是硅产品产业链中极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。多晶硅铸锭真空炉是用于铸造大型多晶硅锭的设备， 它是将硅料高温熔融后通过定向凝固冷凝结晶，使其形成晶向一致的硅锭，从而达到太阳能电池对硅片品质的要求。定向凝固铸造多晶硅的原理是将石英坩埚装入多晶硅料后放在导热性很强的石墨块(即定向凝固块)上，关闭炉膛后抽真空，接通加热器电源待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，露出由下炉腔支撑的定向凝固块的下表面，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔的水冷内壁上，从而在坩埚内的硅料中形成一个竖直温度梯度。这个温度梯度使坩埚内的硅料从底部开始凝固，从熔体底部向顶部开始生长，当所有的硅料都凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉即完成整个铸锭过程。水冷铜电极的作用是将大电流通过铜电极传入石墨电极再加热石墨板，使其发热，通过热辐射而加热硅料。现有的水冷铜电极与石墨电极之间用螺纹连接、铜螺母锁紧。该连接方式最大缺陷是只有一种连接方式，两电极之间全靠螺纹导电，并且是线接触(说明铜螺母与石墨电极是面接触，但与铜棒仍为线接触)，甚至有些地方是点接触，在较大电流流过该处时，由于接触面积较小，电阻过大，在此部位产生大量的热量，使温度急剧升高，使用一段时间后，两电极经常因烧蚀而粘结在一起，损坏连接螺纹，影响电流通过，必须停炉进行检修更换，造成铜电极和石墨电极使用寿命短，生产成本高。
发明内容本实用新型的目的是提供使用寿命长的一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极。为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极，包括后端带进出冷却水管的深孔铜棒、锁紧铜螺母、聚四氟乙烯套环、 型密封圈、胶木绝缘垫环、胶木绝缘螺栓套管、胶木绝缘托盘、电极固定盘、电极接线板、连接螺栓、圆台型铜块、电刷，其特征在于在圆台型铜块的大圆面上设置电刷，该铜块的侧面与深孔铜棒前端设置相同锥度的圆台型孔紧密贴合，连为一体。所述电刷由一根根竖立在圆台型铜块大圆面上的钼丝组成。所述钼丝垂直镶嵌或插入在圆台型铜块的大圆面上。使用本实用新型时，在深孔铜棒的后端安装进水管和出水管，从前端套装电极固定盘用银焊或铜焊固定；依次套装胶木绝缘托盘、胶木绝缘螺栓套管、聚四氟乙烯套环、0 型密封圈、胶木绝缘垫环，然后插入真空炉，用螺栓穿过电极固定盘上的螺孔，固定在真空炉上，再安装电极接线板；在深孔铜棒前端圆台型孔压入前端带电刷的圆台型铜块，接触面紧密贴合，再将石墨电极与深孔铜棒前部螺纹连接、旋紧，铜螺母锁紧。此时，由于钼丝的弹性作用与石墨电极内壁充分接触，构成另一条电流通路。最后将石墨电极通过碳碳复合螺栓与石墨板连接，通水通电即可使用。本实用新型与现有技术相比，其优点是通过设置圆台型铜块，并且在圆台型铜块的大圆面上设置电刷，然后与深孔铜棒前端设置相同锥度的圆台型孔紧密贴合，形成面接触，而起电刷作用的钼丝又与石墨电极内壁充分接触，大大增加两电极之间的接触面积。根据电流计算公式I = υ/R，R=P L/S，可以推出I = US/ P L式中U为电压，单位伏特(V)R为电阻，单位欧姆(Ω.)P为物质的电阻率，单位为欧姆米(Ω.πι)。L为长度，单位为米(m)S为截面积，单位为平方米(m2)结论电流与导线横截面积成正比的关系，导线横截面积越大，允许通过的电流越大。本实用新型克服了现有技术的不足，大部分电流通过电刷导入石墨电极，大大减轻了两电极之间螺纹线接触导电的负荷，降低了发热起弧概率，由于钼丝具有耐高温(熔点沈10°0、导电性好、有弹性，从而提高了水冷铜电极使用寿命。
图1是本实用新型结构示意图图2是本实用新型B向结构示意图图3是本实用新型B向另一种结构示意图图4是本实用新型与石墨电极连接示意图
具体实施方式
如图1、图2所示，深孔铜棒1的前端用车床车出一个外大内小的圆台型孔，机加工一个与圆台型孔相同锥度的圆台型铜块12，使圆台型铜块12能与圆台型孔紧密贴合，连为一体。在圆台型铜块12的侧面向中心线切割出至少2条不贯通中心的槽口，要保证圆台型铜块12仍为不可分割的整体。在的槽口里垂直于大圆面镶满一根根的钼丝13，压紧，使钼丝13与圆台型铜块12紧配合，增大接触面积，有利于导电，外面用锡焊封口，露出的钼丝13 构成电刷。露出的钼丝13长度要保证与石墨电极14(见图4)内壁充分接触。以美国GT Solar国际有限公司(GT Solar International, Inc.)生产的GT-DSS450TM型号真空炉上使用的Φ 1 IOmmX 990mm规格水冷铜电极为实例，该水冷铜电极最前端的直径为Φ 30mm,设置的圆台型孔上圆直径为Φ23πιπι，下圆直径为Φ 21mm，深度8mm，圆台型孔的锥度为1 4。 按锥度为1 4加工圆台型铜块12，上圆直径为Φ 23mm，下圆直径为Φ 21mm，高度8mm。在圆台型铜块12的侧面向中心线切割出10 15条不贯通中心(距圆心5mm)的宽度为0. 15mm 槽口，在槽口里垂直于大圆面压入一根根直径为Φ 0. 17mm的钼丝13，由于钼丝13具有一定的延展性，选择Φ0. 17mm的钼丝13能够压入宽度为0. 15mm槽口，形成紧配合，增大接触面积，外面用锡焊封口，露出的钼丝13构成电刷。露出的钼丝13剪成圆锥形，长度要保证与石墨电极14(见图4)内壁充分接触。钼丝13可选直径为Φ0. 12mm Φ0. 22mm，相应槽口宽度可设置为0. IOmm 0. 20mm，装配时应注意紧配合。图3是构成电刷的钼丝13设置在圆台型铜块12上的另一种形式。如图3所示， 圆台型铜块12的大圆面上均衡设置直径Φ0. 18 Φ 3. 0mm、深度5 7mm的小孔，一族族钼丝13插入小孔用锡焊固定。图4是本实用新型与石墨电极连接示意图。如图4所示，深孔铜棒1的后端安装有进水管10和出水管11，通过进水循环冷却铜电极。从深孔铜棒1的前端套装电极固定盘 8，用银焊或铜焊固定；依次套装胶木绝缘托盘7、胶木绝缘螺栓套管6、聚四氟乙烯套环3、0 型密封圈4、胶木绝缘垫环5，然后插入真空炉，用螺栓穿过电极固定盘8上的螺孔，固定在真空炉(未示出)上，安装时要保证铜电极与真空炉绝缘。再安装电极接线板9 ；在深孔铜棒1前端圆台型孔压入前端带电刷的圆台型铜块12，接触面紧密贴合，再将石墨电极14与深孔铜棒1前部螺纹连接、旋紧，铜螺母2锁紧。此时，由于钼丝13的弹性作用与石墨电极 14内壁充分接触，构成另一条电流通路。最后将石墨电极14通过碳碳复合螺栓与石墨板 (未示出)连接，通水通电即可使用。仍以GT-DSS450TM型号真空炉上使用的水冷铜电极为例，说明本实用新型使用效果。该真空炉基本参数额定功率165kVA，平均功率约85kVA，380V高压电，最大线电流 3800A，最大输出电压25V，流经每个电极的最大电流为3800/ V^=2194A。在实际强电流工作中，因水冷铜电极中后段冷却强度高，其温度低，尺寸处于正常状态，而深孔铜棒1前端冷却效果稍差，其周围环境温度相对也高(ΙΟΟΟ 1200°C )，圆台型孔压入的圆台型铜块12，始终处于膨胀状态，非常紧密贴合，电刷和铜电极也始终处于紧配合，并且使其牢固镶嵌在铜电极前端而不易松动，从而有利于导电。
权利要求1.一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极，包括后端带进出冷却水管的深孔铜棒、锁紧铜螺母、聚四氟乙烯套环、0型密封圈、胶木绝缘垫环、胶木绝缘螺栓套管、胶木绝缘托盘、电极固定盘、电极接线板、连接螺栓、圆台型铜块、电刷，其特征在于在圆台型铜块的大圆面上设置电刷，该铜块的侧面与深孔铜棒前端设置相同锥度的圆台型孔紧密贴合，连为一体。
2.根据权利要求1所述的一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极，其特征在于所述电刷由一根根竖立在圆台型铜块大圆面上的钼丝组成。
3.根据权利要求2所述的一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极，其特征在于所述钼丝垂直镶嵌或插入在圆台型铜块的大圆面上。
专利摘要本实用新型涉及光伏产业多晶硅生产设备，公开了一种生产多晶硅真空炉用水冷铜电极，包括后端带进出冷却水管的深孔铜棒、圆台型铜块、电刷，其特征在于在圆台型铜块的大圆面上设置电刷，该铜块的侧面与深孔铜棒前端设置相同锥度的圆台型孔紧密贴合，连为一体。本实用新型改变了现有的水冷铜电极与石墨电极之间全靠螺纹导电的单一连接方式，通过起电刷作用的钼丝与石墨电极内壁充分接触，大大增加两电极之间的接触面积。提高了水冷铜电极使用寿命。
文档编号C30B28/06GK202323113SQ201120447150
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者周水军 申请人:新余市长城铜产品开发有限公司