本实用新型涉及一种水冷装置及单晶硅生长炉。
背景技术：
目前，生产单晶硅的方法主要有直拉法、悬浮区熔法、基座法和片状单晶生长法等，其中，由于直拉法生长单晶硅的设备和工艺较为简单，生产效率高，且容易控制单晶中的杂质浓度，因此，直拉法生长单晶硅应用较为广泛，单晶硅生长炉是直拉法制备单晶硅的主要设备。现有的单晶硅生长炉一般包括炉体和设于炉体上的炉盖，炉体内设有容纳硅溶液的坩埚，单晶硅棒可从坩埚内向上生长延伸。但是，在生产过程中，因热场内部纵向温度梯度较小，导致单晶硅的生长速度较慢，难以增加单晶硅的产量。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能提高单晶硅产量、降低单晶硅生产成本的水冷装置及单晶硅生长炉。
本实用新型的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本实用新型的实践而习得。
根据本实用新型的一个方面，一种水冷装置，用于单晶硅生长炉，所述单晶硅生长炉包括炉盖、炉体和单晶炉热场，所述水冷装置包括：法兰盘、水套、内导流筒、外导流筒及导流筒夹层。法兰盘设于所述炉体顶部，所述炉盖设于所述法兰盘上，所述法兰盘设有能与外界连通的进水口和出水口；管道设于所述炉内并沿竖直方向呈环状，以形成供单晶硅棒伸入的水套，所述管道的一端与所述进水口连通，另一端与所述出水口连通；内导流筒设于所述水套外部，所述内导流筒外部还设有外导流筒，所述内导流筒与所述外导流筒形成导流筒夹层。
根据本实用新型的一实施方式，所述水套为向所述炉体底部逐渐缩小的锥筒形结构。
根据本实用新型的一实施方式，所述内导流筒的上部分为竖直设置，中部分为向所述炉体底部逐渐缩小的锥筒形结构，且与所述水套的高度及角度相同，所述内导流筒的下部分与所述水套的内侧在同一直线上。
根据本实用新型的一实施方式，所述内导流筒的中部分与所述水套在竖直方向的倾斜角度为24度。
根据本实用新型的一实施方式，所述导流筒夹层填充导热率低的材料。
根据本实用新型的一实施方式，所述导热率低的材料为石墨软毡或石墨固化毡。
根据本实用新型的一实施方式，所述水冷装置还包括：钼制薄壁筒设置于所述水套上沿且与所述管道贴合；两个水套固定架，设置于所述法兰盘与所述水套之间，与所述钼制薄壁筒贴合。
根据本实用新型的一实施方式，所述钼制薄壁筒沿竖直方向呈环状。
根据本实用新型的一实施方式，所述两个水套固定架焊接于所述法兰盘和所述水套。
根据本实用新型的一实施方式，所述单晶硅生长炉还包括上述任一项所述的水冷装置，所述外导流筒架设于所述单晶炉热场。
由上述技术方案可知，本实用新型具备以下优点和积极效果中的至少之一：内导流筒与外导流筒之间形成有导流筒夹层，导流筒夹层可以进一步增强热场保温效果，降低单晶炉耗能，进而降低单晶硅生产成本；单晶硅棒进入到水套，水套内部循环水可以快速带走单晶硅棒表面温度，增大了纵向温度梯度，提高了单晶硅棒生长速率，从而缩短了拉晶周期，间接延长了热场使用寿命。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施方式的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1是本实用新型单晶生长炉一实施方式示意图；
图2是本实用新型水冷装置一实施方式前视图；
图3是本实用新型水冷装置一实施方式俯视图；
图4是图1中导流筒的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、法兰盘；11、进水口；12、出水口；13、水套固定架；2、水套；31、内导流筒；32、外导流筒；33、导流筒夹层；4、钼制薄壁筒；5、炉体；6、炉盖；7、坩埚；8、单晶硅棒；9单晶炉热场。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“顶”、“底”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本实用新型实施方式中提供一种水冷装置，用于单晶硅生长炉，如图1所示，该单晶硅生长炉可以包括炉体5和炉盖6，炉体5内可设有坩埚7，坩埚7内容纳有用于生长单晶硅的硅溶液，单晶硅棒8可沿竖直方向向上生长延伸，具体原理可参考现有的单晶硅生长炉，在此不再详述。
如图1-3所示，本实用新型实施方式的水冷装置可以包括法兰盘1、水套2、连接于法兰盘和水套之间的进出水管、内导流筒31、外导流筒32及导流筒夹层33。
在一实施方式中，如图1和所示，法兰盘1可以是环形结构，其形状可与炉体5顶部边沿的形状相同，可将法兰盘1置于炉体5的顶部。炉盖6可设于法兰盘1上，利用炉盖6的压力和法兰盘1自身的重力即可对法兰盘1进行定位，防止其移动，当然，也可以通过卡接或利用螺栓连接等可拆卸的方式将法兰盘1连接于炉体5和炉盖6之间，此外，法兰盘1的内缘可与炉体5的内表面平齐，以避免遮挡炉体5。
如图4所示，导流筒包括内导流筒31和外导流筒32，内导流筒31与外导流筒32中间有导流筒夹层33，导流筒夹层33可以填充导热率低的材料。
在一实施方式中，如图1和图3所示，水套2可设于炉内并沿竖直方向呈锥筒形，水套2内设有水道，水道在水套2内可沿竖直方向螺旋盘绕，水道的一端与进水口11连接，另一端与出水口12连接，循环冷却水由进水管进入水套2，盘旋向下流通，流通到水套2底部后再盘旋向上通过出水管流出整个水冷装置。水套2根据单晶硅的热场设计可以为锥形筒结构，且水套2可向炉体的底部逐渐缩小，即水套2的小端位于大端下方，以便增大单晶硅棒的温度梯度，从而对单晶硅棒进行降温，以加快单晶硅的生长速度，从而提高产量。为了使水套2再工作中更加稳定，水套2和法兰盘1之间可以焊接两个水套固定架13，水套固定架13可以是不锈钢管，从而起到固定水套2的作用。水套2外部还设有内导流筒31，内导流筒31外部设有外导流筒32，内导流筒31架设于外导流筒32上，外导流筒32与内导流筒31形成导流筒夹层。
举例而言：内导流筒31依据水套2设计，内导流筒31上部分可以是竖直设置，中间部分为斜面，高度和角度与水套2相同，角度可以是竖直方向上倾斜24度，下部分为斜面，此斜面与水套2的内侧斜面在同一直线内，整体上观察，水套2嵌入内导流筒31中间部位，导流筒下部分没有设计水套2，是防止在拉晶过程中硅溶体液面过高而溶掉水套2，导致出现重大安全事故。导流筒夹层可以填充导热率低的材料，此材料可以是石墨软毡，也可以是石墨固化毡，从而可以防止热场温度传递到水套2，影响到水套2内循环冷却水的温度，进一步提升单晶硅的生长速率。
在一实施方式中，如图1与图3所示，水冷装置还包括钼制薄壁筒，钼制薄壁筒设置在水套2的上沿，在竖直方向上呈环状壁，钼制薄壁筒可以与进出水管道和两个水套固定架13贴合，钼制薄壁筒高度可以根据不同炉型、不同热场而定。在安放钼制薄壁筒后，一方面可以进行挡料作用，在进行二次加料时阻止部分碎料掉入水套2与导流筒之间，导流筒可以为石墨材质，从而防止硅料摩擦导流筒导致碳粉掉入硅熔体中，提高单晶硅品质；另一方面钼制薄壁筒可以起到聚气作用，在单晶炉中，冷却气体从上方吹下，钼制薄壁筒有效阻止了冷却气体从水套2上方的其他缝隙流走，将冷却气体更集中的吹拂在单晶硅棒表面，更好的起到冷却单晶硅棒的效果，提高了单晶硅的生长速率。
应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本实用新型的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。