大型结构的多晶硅还原炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及多晶硅生产制造领域，公开了一种大型结构的多晶硅还原炉，本实用新型提供的大型结构的多晶硅还原炉包含：底盘、炉体、封头、进气管、出气管、进气口、出气口和硅棒。封头设于炉体上，炉体罩设于底盘上；进气管与进气口连接，进气口连通到炉体内；出气管与出气口连接，出气口分布于底盘中心位置及周围。混合气体通过进气管由进气口进入炉体内，反应后的气体通过底盘周围和中心设置的出气口由出气管排出。利用该大型结构的多晶硅还原炉，一方面能够合理利用热能，显著提高单炉多晶硅产量，降低单炉水电能耗，另一方面解决了由于炉型过大产生的炉体内气体流动不稳定造成的倒棒，生长“玉米棒”等问题。
【专利说明】 大型结构的多晶硅还原炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多晶硅生产制造领域，尤其涉及一种大型结构的多晶硅还原炉。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业的不断发展，全球面临着愈加严重的能源短缺和生态环境恶化问题，同时，由于能源危机的加剧和环境保护意识不断增强，全球正在积极的开发可再生能源，太阳能因其洁净、安全、资源丰富等特点而引人关注，随着全球太阳能产业的迅速发展，用于生长单晶硅和太阳能电池板原材料的多晶硅需求也日趋增加，多晶硅产品展现出巨大的发展前景。
[0003]目前，国际上多晶硅生产技术大多采用改良西门子法。多晶硅还原炉是改良西门子法多晶硅沉积的关键设备，因而，多晶硅还原炉的优化设计和制造直接影响多晶硅产量、质量和生产成本。也是整个系统能耗控制的关键。近年来，随着经济形势和全球多晶硅行业竞争加剧的影响，多晶硅产品的价格持续不断走低，产业利润被严重压缩，市场竞争日趋激烈。因此，有效地提高生产效率，提高多晶硅单炉产量，降低多晶硅能耗，是目前多晶硅生产企业亟需解决的重要问题。
[0004]改良西门子法中，提纯的三氯硅烷和氢气按一定配比混合后从还原炉底部底盘上的进气口进入炉体内，三氯硅烷在多晶还原炉中和氢气于1080°C左右还原为多晶硅并沉积在硅棒上形成硅棒，此反应过程是还原吸热反应，由于还原炉正常工作温度在1080°C左右，温度超过200°C后，就会在内壁沉积硅油和硅粉，严重影响炉壁反射热量，同时由于还原炉体材质是不锈钢或者碳钢不锈钢复合材料，为了保护炉体不被高温损坏，也为了避免硅油硅粉的产生，一般采用在炉体的夹套中通入大量的水来冷却炉体，此过程中，需要不断的给硅棒加载电流使其保持适宜沉积的温度，而炉体内的热量还有一些被还原炉冷却水带走，多晶硅电耗和冷却水消耗巨大，增大了多晶硅的生产成本，也降低了多晶硅的生产效率，而这些消耗在小型还原炉中更明显。因此，目前市场上使用的12对棒、24对棒、30对棒等小型还原炉已经不能适应激烈市场竞争的要求，迫切需求一种单炉产量高，能显著降低能耗比的大型还原炉的出现。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种大型结构的多晶硅还原炉，它能够适用于60对及以上硅棒，克服由于炉型过大产生的气体流动不稳定、易倒棒、生长玉米棒、单位能耗高、单炉产量低等问题，实现能源的高效利用，节能降耗，降低生产成本。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种大型结构的多晶硅还原炉，包含:底盘、炉体、封头、进气管、出气管、进气口、出气口和硅棒；封头设于炉体上，炉体罩设于底盘上；进气管与进气口连接，进气口连通到炉体内；出气管与出气口连接，出气口分布于底盘中心位置及周围。
[0007]本实用新型实施方式相对于现有技术而言，给出了一种大型结构的多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉设有若干个进气口和出气口，进气口与进气管相连，出气口与出气管相连，混合气体通过进气管由与之相连的进气口进入炉体内，经还原沉积后形成的高温尾气通过出气口经与出气口相连的出气管排出炉体外。采用上述结构，一方面使得混合气体通过进气管由进气口进入炉体后，能够从各个方向均匀地扩散到硅棒表面，使混合气体与硅棒充分接触，提高反应效率；另一方面采用中心出气和四周出气相结合的出气结构，有利于气体流动平稳，均匀的从中心和周围出气口流出，整个炉子内部温度场分布均匀，不至于因为炉体内部温度过高而影响硅棒的沉积生长。
[0008]进一步地，进气口的数目根据硅棒的分布形式确定。依照硅棒的数量及分布形式确定进气口的数目，使得相邻两个娃棒间至少设有一个进气口，确保娃棒表面气体分布的均匀性，避免发生倒棒和生长大颗粒“玉米棒”的情况，有效提高了反应效率及生成多晶硅的质量。
[0009]进一步地，封头的结构为椭圆封头。采用椭圆封头与整个炉体形成的矮胖结构有利于混合反应气体在炉体内速度均匀分布，有利于提高硅棒生长效率，进一步防止发生倒棒和生长大颗粒玉米棒的现象。
[0010]进一步地，进气管和出气管设于底盘下方，且进气管与外部气源连通。混合气体经由进气管通过与之相连的进气口进入炉内，反应过后生成高温尾气，该高温尾气通过均匀分布的出气口由出气管排出炉体外进入下一个环节。
[0011]进一步地,底盘上设有底盘进水管和底盘出水管。底盘冷却水通过底盘进水管对底盘进行冷却，经由底盘出水管流出，以防止炉内温度过高产生“玉米棒”现象。
[0012]进一步地，炉体外部罩设有一层夹套，夹套上设有夹套进水管和夹套出水管。利用设于夹套右下方的夹套进水管向夹套内导入夹套冷却水，对炉体和封头进行冷却，然后经由设于夹套顶端的夹套出水管导出，防止炉内温度过高而影响混合气体在硅棒上的沉积生长。
[0013]进一步地，硅棒的数量为大于或等于60对。本实用新型实施方式中提出的多晶硅还原炉，适用于60对棒及以上的大型结构的多晶硅还原炉，相比于现行的小型多晶硅还原炉，能够有效提高单炉产量，降低能源消耗和生产成本。
[0014]进一步地,娃棒形成一个正六边形的形状。进气口分布于娃棒的中间，出气口就设在硅棒组成的正六边形的中心及顶点上，有利于实现炉内温度和气体的均匀分布，从而有效克服由于炉型过大产生的气流不稳、易倒棒、生长“玉米棒”、单位能耗高、单炉产量低等问题，真正实现能源的高效利用、降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本实用新型一较佳实施方式的一种大型结构的多晶硅还原炉的结构图不意图；
[0016]图2是根据本实用新型一较佳实施方式的一种大型结构的多晶硅还原炉的进气口出气口的分布图。
【具体实施方式】
[0017]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0018]本实用新型实施方式涉及一种大型结构的多晶硅还原炉，具体结构如图1所示。该多晶硅还原炉包含:底盘7、炉体3、封头2、夹套4、夹套进水管6、夹套出水管1、进气管10、出气管9、底盘进水管8、底盘出水管11、进气口 13、出气口 12和硅棒5。封头2设于炉体3上，炉体3罩设于底盘7上，底盘7上设有底盘进水管8和底盘出水管11。硅棒5的数量为大于或等于60对。进气管10与进气口 13连接，进气口 13连通到炉体3内部，进气口 13的数目根据娃棒5的分布形式确定,且相邻两个娃棒5之间至少设有一个进气口 13 ；出气管9与出气口 12连接，出气口 12分布于底盘7的中心位置及周围，如图2所示。采用该大型结构的多晶硅还原炉，混合反应气体通过进气管10由进气口 13进入炉体3，经由石墨夹头夹持的娃棒5加热一定时间后，混合反应气体随着温度的不断升高开始在娃棒5上沉积生长。使硅棒5保持在1100°C左右，混合反应气体将在硅棒5上持续稳定的还原沉积。与此同时，底盘冷却水通过底盘进水管8导入底盘7，对底盘7进行冷却后，由底盘出水管11导出。炉体3外部罩设一层夹套4，夹套4的右下方和顶端分别设有夹套进水管6和夹套出水管I，夹套冷却水通过夹套进水管6进入夹套4，对炉体3和封头2进行降温冷却，最终由夹套出水管I流出。反应后的高温尾气通过分布于底盘7中心和周围的若干出气口 12通过出气管9排出炉体3。
[0019]值得说明的是，在现有技术中，由进气口导入的混合气体流经硅棒表面区域的气量较大时，硅棒生长较快，但气量过大则容易将硅棒吹歪，就可能会导致倒棒；气量速率较小的部分，硅棒生长较慢且密度稀疏，还可能因为温度过高发生融化，产生“玉米棒”现象。而本实施方式中，进气口的数目由娃棒的分布形式确定，相邻的两个娃棒之间至少设有一个进气口。混合气体通过进气管由若干个进气口进入炉体内，使得混合反应气体在炉内分布均匀，与硅棒充分接触，提高多晶硅的单炉产量。出气口分布于底盘的中心位置及周围，和出气管相连通，改变了以往小型多晶硅还原炉周围出气的方式，采用中心出气和周围出气相结合的方式，更加有利于气体平稳地流动，均匀的从中心和周围出气口流出。从而解决炉体内中心区域温度高、气体流动性差、易倒棒和生长“玉米棒”等问题，实现整个炉体内部温度场分布均匀，避免因为炉体内部温度过高而影响硅棒的沉积生长。
[0020]另外，混合气体通入炉体循环一定时间后，气体在炉体内分布均匀，温度场开始分布均匀，反应生成的高温尾气则通过底盘上的若干个出气口由出气管排出炉体进入下一环节。
[0021]值得说明的是，封头的结构为椭圆封头。采用椭圆封头与整个炉子形成的矮胖结构有利于混合反应气体在炉体内速度的均匀分布，从而进一步提高硅棒生长效率和质量，避免发生倒棒和生长大颗粒玉米棒的情况。
[0022]另外，该实施方式为适用于60对硅棒及以上的大炉型多晶硅还原炉的设计制造，还原炉多晶硅每批次产量较小型多晶硅还原炉成倍提高，具有硅棒生长更加均匀、多晶硅沉积率高、硅棒生长速率快、大棒径、单炉产量成倍增加及能源消耗低等优点。
[0023]举例来说，对应于上述实施方式，以一种适用于60对硅棒的大型结构的还原炉进行说明，如图2所示，上述60对硅棒形成一个正六边形的形状，进气口分布于相邻两个硅棒间的中心位置，出气口设于60对硅棒组成的正六边形的中心及顶点上。进气口和出气口分别与进气管和出气管相连通。混合气体为按一定比例混合的高纯三氯娃烧与氢气，混合气体通过进气管由进气口进入炉体内，在温度约为1100°c的硅棒上持续稳定的还原沉积，反应形成的高温尾气通过出气口由与之相连的出气管排出炉体外。与此同时，利用通过底盘进水管的底盘冷却水对底盘进行冷却，由底盘出水管流出；以及使用通过夹套进水管的夹套冷却水对炉体和封头进行降温冷却，最终由夹套出水管流出。
[0024]值得说明的是，利用该适用于60对硅棒的大型结构的还原炉，一方面能够通过设置若干个进气口控制炉内气体分布的均匀性，保证硅棒稳定均匀的生长，避免产生倒棒现象；另一方面通过采用中间出气与周围出气相结合的方式，使得气体自出气口平稳均匀地流出，从而实现整个炉体内部温度场分布均匀，避免因为炉体内温度过高导致硅棒融化，产生“玉米棒”现象。
[0025]另外，相对于现有技术中使用的小型多晶硅还原炉，由于该还原炉采用的是60对硅棒，使得单炉多晶硅的产量成倍增加，同时单位多晶硅的电耗大幅降低，减少了能源消耗。
[0026]本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
【权利要求】
1.一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，包含:底盘、炉体、封头、进气管、出气管、进气口、出气口和硅棒； 所属封头设于所述炉体上，所述炉体罩设于所述底盘上； 所述进气管与所述进气口连接，所述进气口连通到所述炉体内； 所述出气管与所述出气口连接；所述出气口分布于所述底盘中心位置及周围。
2.根据权利要求1所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述相邻两个硅棒之间至少设有一个所述进气口。
3.根据权利要求1所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述封头的结构为椭圆封头。
4.根据权利要求1所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述进气管和出气管均设于底盘下方，且进气管与外部气源连通。
5.根据权利要求1所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述底盘上设有底盘进水管和底盘出水管。
6.根据权利要求1所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述炉体外部罩设有一层夹套，所述夹套上设有夹套进水管和夹套出水管。
7.根据权利要求6所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述夹套进水管设于所述夹套的右下方，所述夹套出水管设于所述夹套的顶端。
8.根据权利要求1所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述硅棒的数量为大于或等于60对。
9.根据权利要求8所述的一种大型结构的多晶硅还原炉，其特征在于，所述硅棒形成一个正六边形的形状。
【文档编号】C01B33/035GK204224266SQ201420491012
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】马宁, 茅陆荣, 张华芹, 沈刚 申请人:上海森松化工成套装备有限公司