专利名称：卧式多晶硅还原炉结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多晶硅还原炉，具体地说是涉及一种卧式多晶硅还原炉结 构。
背景技术：
传统的多晶硅还原炉通常都是采用立式还原炉，常用有18对棒，9对棒，它们 的直径都小于1600mm，进气方向都是下进气，且喷嘴的角度很小。炉体冷却的换热方式 通常都是夹套换热，通常采用以水为换热介质的简单水冷冷却结构。中国专利申请号 200810204124. 6公开了一种新型卧式多晶硅还原炉，其相比传统立式多晶硅还原炉具有容 易扩大生产规模，缩短生产周期，节约生产成本，提高成品率和生产效率的优点。然而，由于 卧式多晶硅还原炉的炉体的中心轴线沿水平方向置放，进气方向是采用上进气，其结构和 工作方式与传统的立式多晶硅还原炉都有较大的差别，使现有的卧式多晶硅还原炉结构无 法达到较好的入料和冷却效果。另外，由于多晶硅还原反应炉炉体是一种压力容器，现有还 原炉的炉体一般都设计成圆筒形的，这种结构的炉体应用在卧式还原炉时，炉内的电极等 部件需安装在一个曲面上，会给还原炉内部的设计装配带来困难和不便。因此，目前亟需设计一种结构更完善的卧式多晶硅还原炉来进一步提高这种新型 还原炉的生产工作效率。发明内容本实用新型的目的在于提供一种卧式多晶硅还原炉结构，采用专为卧式多晶硅还 原炉设计的气体输送系统和炉内冷却系统，圆筒形结构或者底面为平面的结构的炉体，从 而能够大大提高卧式多晶硅还原炉的生产工作效率。本实用新型的技术方案是一种卧式多晶硅还原炉结构，包括炉体，所述炉体包括外筒体和置于外筒体内的 内筒体，所述外筒体与内筒体之间设有夹套，所述内筒体中设置有底板，底板上设有加热电 极，还包括用于炉体内原料气输运的气体输送系统和用于炉体内冷却的炉内冷却系统，所 述炉体采用圆筒形结构，或者底面为平面的结构。所述气体输送系统包括安装在炉体顶部连接原料气进气端的进气口缓冲缸，与进 气口缓冲缸出口相连接的射流喷嘴，设置于内筒体上的排气支管，与排气支管出口相连接 的出气口缓冲缸，连接出气口缓冲缸的尾气出口。所述射流喷嘴包括与进气口缓冲缸出口相连接的伞塔，与伞塔出口相连接的均孔 喷盘，与均孔喷盘出口相连接的角度喷盘，罩设在角度喷盘喷出方向外侧的风帽。所述进气口缓冲缸和出气口缓冲缸内均设置有螺旋缓冲瓣。所述伞塔的喷射角为132° 138°。所述伞塔的圆周内壁上开设有螺旋槽，所述角度喷盘出口处安装有风网。所述炉内冷却系统包括进油管，与进油管出口相连接导热油缓冲管，分别与导热油缓冲管出口相连接的炉体冷却装置和底板冷却装置，分别与炉体冷却装置和底板冷却装 置出口相连接的导热油缓冲缸，所述导热油缓冲缸的出口设有出油管。所述炉体冷却装置包括与导热油缓冲管相连接的环绕在还原炉内筒体外侧的喷 淋蛇管，平行开设于所述喷淋蛇管两侧的螺旋油槽，所述螺旋油槽出口与导热油缓冲缸相 连接。所述导热油缓冲缸和导热油缓冲管内设置有滤网。所述喷淋蛇管环绕在还原炉内筒外的每一圈上都设有入口，各入口分别与所述导 热油缓冲管相连接。所述底板冷却装置是一个设置在内筒体中的导热油缸，所述导热油缸的其中一个 侧壁是所述底板。所述外筒体与内筒体之间的夹套中设有折流板，所述进油管出口通过夹套中的折 流板分别连接到炉体冷却装置和底板冷却装置。所述出油管连接到一炉外加热系统，炉外加热系统的出口连接一液位高度高于炉 体顶端的高位油槽，所述高位油槽出口与进油管相连接。所述炉体采用箱式结构，或是球缺人孔式结构，或是球缺开门式结构。所述炉体上开设有供预热电极插入的预热电极孔。本实用新型的有益效果是如上述的结构，本实用新型卧式多晶硅还原炉结构包括气体输送系统，原料气通 入和排出还原炉时分别先经过进气口缓冲缸和出气口缓冲缸，进气口缓冲缸和出气口缓冲 缸内均设置有螺旋缓冲瓣，能够对原料气的流动进行缓冲，使入炉和出炉气流流速较为缓 慢、气压较低，这样既有利于内筒体中的气体还原反应平衡，充分提高原料气的利用效率， 同时也有助于所排放尾气的后续处理。另外，气体输送系统中的入料喷嘴通入原料气后，原料气经过伞塔由均孔喷盘和 角度喷盘分布喷射入炉，实现气流以小气量多管式入炉，确保还原炉内气流网分布均勻、稳 定。同时，入炉气态工艺设计采用了单喷嘴夹角132° 138°弱压网状喷射，喷射角度的 设计是根据，气量、分压、气速、硅棒高度与筒壁的空间距离，在保证工艺参数及负面影响的 情况下经过计算而得的，能够有效预防倒棒，有效保证沉积速度。射流装置的各个部分可以 采用耐高温、拒腐蚀、高强度的材料(如石墨)，更符合还原炉实用中的要求。如上述的结构，本实用新型还原炉结构中，炉内冷却系统包括炉体冷却装置和底 板冷却装置，分别针对内筒体外壁和安装电极的底板分别进行换热冷却。其中，炉体冷却装 置通过环绕在还原炉内筒外的喷淋蛇管进行均勻喷淋，喷淋后的导热油再由螺旋油槽收集 并进行进一步换热；底板冷却装置中，导热油在导热油缸中接触底板进行换热。另外，导热 油缓冲缸和导热油缓冲管分别对流经的导热油进行流速缓冲、滤渣，使整个炉内冷却系统 中导热油缓速均勻流动，从而充分换热，提升冷却效果。解决了还原炉炉体温度一致、流量 平衡的问题，达到更好的冷却效果，有效提高多晶硅还原炉的反应质量和沉积速率。另外，炉内冷却系统排出的导热油通过炉外加热系统和高位油槽，送回到进油管 循环利用。炉外加热系统对排出炉外的导热油加热，使炉外的导热油油温能够与入炉油温 保持一致，由于高位油槽的高度要高于多晶硅还原炉，因此在发生意外停电的状况时，即使 输运导热油的油泵停止工作，贮存在高位油槽中的导热油仍能通过压力继续流入进油管，使炉内冷却系统能够在一段时间内继续工作，而这段时间内筒体中的高温余热也能够继续 支持炉内还原反应的进行。因此，不会因短时间停电而中断生产，保障生产效率。如上述的结构，本实用新型卧式多晶硅还原炉的炉体可采用底面为平面的结构， 其相比圆筒形结构还原炉炉体，更有利于还原炉炉体内电极与沉积芯材的安装配置，无需 专门设计即可采用相同规格的电极和沉积芯材实现等高均勻配置的效果，便于大批量生 产，提高生产效率。另外，还有利于电极与壳体、底板及底部油箱的密封，并节省设备材料， 易于设备的制造。进一步，上述还原炉炉体可以根据实际生产需要，采用箱式结构，或是球缺人孔式 结构，或是球缺开门式结构。箱式结构炉体的两侧是平面，空间利用率高，设计更为紧凑； 球缺人孔式结构炉体除底面外的其他面形成圆形内壁，开口为面积较小的孔形，作为压力 容器具有更好的耐压强度，其内壁厚度也可以相对更薄；球缺开门式结构炉体除了具有较 好的耐压强度外，炉体上的开门结构更加便于生产操作人员进出炉体进行安装、维护、修理寸。如上述的结构，本实用新型还原炉结构炉体上设有预热电极孔，为了使还原炉达 到更高的运行效率，在生产时先在预热电极孔中插入预热电极，加热提高内筒体中的温度， 达到生产需要的预热温度时，将预热电极取出并封上预热电极孔，通入原料气进行多晶硅 生产。这样能够有效提高还原炉的生产效率。
图1是本实用新型卧式多晶硅还原炉结构的结构示意图；图2是本实用新型中射流喷嘴的结构示意图；图3是本实用新型中炉体冷却装置的结构示意图；图如 图4b是本实用新型箱式结构还原炉的示意图；图fe 图恥是本实用新型球缺人孔式结构还原炉的示意图；图6a 图6b是本实用新型球缺开门式结构还原炉的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的结构特征。如图1 图3所示，本实用新型卧式多晶硅还原炉结构，它包括，炉体1，所述炉体 1包括外筒体11和置于外筒体11内的内筒体12，所述外筒体11与内筒体12之间设有夹 套13，所述内筒体12中设置有底板14，底板14上设有加热电极15，还包括气体输送系统 16和炉内冷却系统17，所述炉体1采用圆筒形结构，或者底面为平面的结构。所述气体输送系统16包括安装在炉体1顶部连接原料气进气端的进气口缓冲缸 161，与进气口缓冲缸161出口相连接的射流喷嘴162，设置于内筒体12上的排气支管163， 与排气支管163出口相连接的出气口缓冲缸164，与出气口缓冲缸164相连接的尾气出口 165。所述射流喷嘴162包括与进气口缓冲缸出口 161相连接的伞塔1621，与伞塔1621 出口相连接的均孔喷盘1622，与均孔喷盘1622出口相连接的角度喷盘1623，罩设在角度喷 盘1623喷出方向外侧的风帽16240[0039]所述进气口缓冲缸161和出气口缓冲缸164内均设置有螺旋缓冲瓣。所述伞塔1621的喷射角为132° 138°。所述伞塔1621的圆周内壁上开设有螺旋槽，所述角度喷盘1623出口处安装有风 网 1625。所述炉内冷却系统17包括进油管171，与进油管171出口相连接的导热油缓冲管 172,分别与导热油缓冲管172出口相连接的炉体冷却装置173和底板冷却装置174，分别与 炉体冷却装置173和底板冷却装置174出口相连接的导热油缓冲缸175，所述导热油缓冲缸 175的出口设有出油管176。所述炉体冷却装置173包括与导热油缓冲管172出口相连接的环绕在还原炉内筒 体12外侧的喷淋蛇管1731，平行开设于所述喷淋蛇管1731两侧的螺旋油槽1732，所述螺 旋油槽1732出口与导热油缓冲缸175相连接。所述导热油缓冲缸175和导热油缓冲管172内设置有滤网。为了达到更好的喷淋换热效果，所述喷淋蛇管1731环绕在还原炉内筒外的每一 圈上都设有入口，各入口分别与所述导热油缓冲管172相连接。所述底板冷却装置174是一个设置在内筒体中的导热油缸，所述导热油缸的其中 一个侧壁是所述底板14。所述外筒体11与内筒体12之间的夹套13中设有折流板18，所述进油管171出口 通过夹套中的折流板18分别连接到炉体冷却装置173和底板冷却装置174。所述炉体1采用箱式结构，或是球缺人孔式结构，或是球缺开门式结构。所述炉体1上开设有供预热电极插入的预热电极孔19。工作时，原料气由原料气进气端通入进气口缓冲缸161，进气口缓冲缸161内设置 有螺旋缓冲瓣，气流在进气口缓冲缸161缓冲减速后，进入射流喷嘴162中的伞塔1621，通 过伞塔1621圆周内壁上开设的圆周螺旋槽进入均孔喷盘1622，并由角度喷盘1623经风网 1625喷至还原炉内进行反应。反应后的气体通过分布于内筒体12内壁上的排气支管163 进入出气口缓冲缸164，在出气口缓冲缸164中缓冲减速，通过尾气出口 165排出。气体输送系统16中通过进气口缓冲缸161和出气口缓冲缸164对气流进行缓冲， 使入炉和出炉气流流速较为缓慢、气压较低，有利于内筒体中的气体还原反应平衡，提高原 料气的利用效率，也有助于所排放尾气的后续处理。为了提升射流喷嘴162的喷射效果，根据卧式多晶硅还原炉的结构和设计参数 (如气量、分压、气速、硅棒高度与筒壁的空间距离等)，在保证工艺参数及负面影响的情 况下经过计算，射流喷嘴162中所述伞塔1621的喷射角优选为132° 138°。在本实施例中，根据卧式多晶硅还原炉的结构参数，设定伞塔202的喷射角为 135°。同时，本实用新型卧式多晶硅还原炉在生产时，通过炉内冷却系统17对还原炉进 行换热冷却。导热油通过进油管171，进入导热油缓冲管172对进行缓冲和滤渣，并进入外 筒体11与内筒体12之间的夹套13，通过夹套13中的折流板18的导弓丨，分别导入到炉体冷 却装置173和底板冷却装置174。一方面导热油进入炉体冷却装置173中，通过喷淋蛇管1731每一圈上的入口进入 喷淋蛇管1731，喷淋蛇管1731环绕在还原炉内筒体12外侧与内筒体12换热，同时将导热油喷淋至开设在还原炉内筒体12上的螺旋油槽1732进一步换热，充分换热后导热油沿螺 旋油槽1732出口进入导热油缓冲缸175。另一方面，导热油进入底板冷却装置174的导热油缸中，由于导热油缸的一个侧 壁由底板14构成，导热油在导热油缸中直接接触底板14进行换热，由出口进入导热油缓冲 缸 175。所述导热油缓冲缸175对导热油进行缓冲和滤渣，通过出油管176将导热油排出。在本实施例中，所述出油管176连接到一个炉外加热系统，炉外加热系统的出口 连接一液位高度高于炉体顶端的高位油槽，所述高位油槽出口与进油管相连接。炉外加热系统对排出炉外温度大幅降低的导热油再次加热，使得炉外的导热油油 温能够与入炉油温保持一致，再将加热后的导热油通过炉外的高位油槽送入到炉内冷却系 统17的进油管171，重新循环利用。所述高位油槽的高度要高于多晶硅还原炉，因此在发生意外停电的状况时，虽然 输运导热油的油泵停止工作，但贮存在高位油槽中的导热油仍能通过压力继续流入进油管 171，使炉内冷却系统17能够在一段时间内继续工作，而内筒体12中，虽然电极15因停电 而停止加热，但内筒体12中的高温余热能够继续支持炉内还原反应的进行。因此，本实用 新型还原炉不会因短时间停电而中断生产，保障生产效率。在本实施例中，所述炉体1上设有预热电极孔19，在生产时先在预热电极孔19中 插入预热电极，加热提高内筒体中的温度，达到生产需要的预热温度时，将预热电极取出并 封上预热电极孔19，再通入原料气进行多晶硅生产，能够有效提高还原炉的生产效率。如图4 图6所示，本实用新型多晶硅还原炉的炉体1可以根据实际需要采用箱 式结构(图4)，球缺人孔式结构(图5)和球缺开门式结构(图6)。其中，箱式结构炉体的两侧是平面，设计更为紧凑，炉内空间利用率高；球缺人孔 式结构炉体除底面外的其他面形成圆形内壁，开口设计为面积较小的孔形结构(人孔20)， 既可供操作人员进出安装维护，作为压力容器又具有更好的耐压强度，其内壁厚度也可以 相对更薄；球缺开门式结构炉体除了具有较好的耐压强度外，炉体上的开门结构(炉门21) 更加便于生产操作人员进出炉体进行安装维护。
权利要求1.卧式多晶硅还原炉结构，包括炉体，所述炉体包括外筒体和置于外筒体内的内筒体， 所述外筒体与内筒体之间设有夹套，所述内筒体中设置有底板，底板上设有加热电极，其特 征是，包括用于炉体内原料气输运的气体输送系统和用于炉体内冷却的炉内冷却系统，所 述炉体采用圆筒形结构，或者底面为平面的结构。
2.如权利要求1所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述气体输送系统包括安 装在炉体顶部连接原料气进气端的进气口缓冲缸，与进气口缓冲缸出口相连接的射流喷 嘴，设置于内筒体上的排气支管，与排气支管出口相连接的出气口缓冲缸，连接出气口缓冲 缸的尾气出口。
3.如权利要求2所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述射流喷嘴包括与进气 口缓冲缸出口相连接的伞塔，与伞塔出口相连接的均孔喷盘，与均孔喷盘出口相连接的角 度喷盘，罩设在角度喷盘喷出方向外侧的风帽。
4.如权利要求3所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述进气口缓冲缸和出气 口缓冲缸内均设置有螺旋缓冲瓣。
5.如权利要求3所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述伞塔的喷射角为 132° 138° 。
6.如权利要求3所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述伞塔的圆周内壁上开 设有螺旋槽，所述角度喷盘出口处安装有风网。
7.如权利要求1所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述炉内冷却系统包括进 油管，与进油管出口相连接导热油缓冲管，分别与导热油缓冲管出口相连接的炉体冷却装 置和底板冷却装置，分别与炉体冷却装置和底板冷却装置出口相连接的导热油缓冲缸，所 述导热油缓冲缸的出口设有出油管。
8.如权利要求7所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述炉体冷却装置包括与 导热油缓冲管相连接的环绕在还原炉内筒体外侧的喷淋蛇管，平行开设于所述喷淋蛇管两 侧的螺旋油槽，所述螺旋油槽出口与导热油缓冲缸相连接。
9.如权利要求8所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述导热油缓冲缸和导热 油缓冲管内设置有滤网。
10.如权利要求8所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述喷淋蛇管环绕在还原 炉内筒外的每一圈上都设有入口，各入口分别与所述导热油缓冲管相连接。
11.如权利要求7所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述底板冷却装置是一个 设置在内筒体中的导热油缸，所述导热油缸的其中一个侧壁是所述底板。
12.如权利要求7所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述外筒体与内筒体之间 的夹套中设有折流板，所述进油管出口通过夹套中的折流板分别连接到炉体冷却装置和底 板冷却装置。
13.如权利要求7所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述出油管连接到一炉外 加热系统，炉外加热系统的出口连接一液位高度高于炉体顶端的高位油槽，所述高位油槽 出口与进油管相连接。
14.如权利要求1 13中任意一项所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述炉体 采用箱式结构，或是球缺人孔式结构，或是球缺开门式结构。
15.如权利要求1 13中任意一项所述的卧式多晶硅还原炉结构，其特征是，所述炉体上开设有供预热电极插入的预热电极孔。
专利摘要卧式多晶硅还原炉结构，包括炉体，所述炉体包括外筒体和置于外筒体内的内筒体，所述外筒体与内筒体之间设有夹套，所述内筒体中设置有底板，底板上设有加热电极，还包括气体输送系统和炉内冷却系统，所述炉体采用圆筒形结构，或者底面为平面的结构。其中，气体输送系统和炉内冷却系统专为卧式还原炉设计，并设置有气体和导热油的缓冲结构，有利于提高气体反应效率和导热效果，提高多晶硅生产效率。炉体除了圆筒形结构外，还可以采用箱式、球缺人孔式、球缺开门式等结构，便于电极和沉积芯材的安装配置，更适应大批量生产的需要，还有助于电极与壳体、底板及底部油箱的密封，节省设备材料。
文档编号C01B33/021GK201834767SQ20102026010
公开日2011年5月18日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者任德清, 徐建民, 袁建中 申请人:袁建中