一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置的制作方法

一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置
1.技术领域
2.本发明涉及人工晶体制备技术领域，尤其涉及一种冷却屏升降装置，具体涉及一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置。


背景技术：

3.随着光伏行业的发展，全球对多/单晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。受此影响，作为太阳能电池主要原料的多/单晶硅价格快速上涨，国内很多企业均在扩产。
[0004][0005]
以多/单晶硅为例，当采用提拉法生产硅棒或硅芯时（即将硅料放置在坩埚中加热熔化形成熔体，然后将籽晶与熔体表面接触后进行硅棒或硅芯的提拉，并在受控条件下，使籽晶和熔液在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出新的硅棒或硅芯），在利用提拉法制备硅棒或硅芯的过程中，冷却屏的应用非常广泛，其主要作用是提高长晶速率和长晶质量，降低成本。冷却屏的应用成了该领域技术革新的重点，通过冷却屏的应用，使拉速由2mm/min向3mm/min突进，而在实际应用中，如图1所示，大多数企业使用的冷却屏11都是固定在下炉室12的内壁上，无法实现冷却屏11的升降，也就是说其不能实现升降。
[0006]
发明人经过检索发现，中国发明专利，专利号为202110024156.3，申请日为2021年1月8日，专利名称为一种长晶炉，该专利中给出了可以使冷却屏11在下炉室12内实现小幅度升降的技术方案，其可以实现对晶体冷却过程的精确控制，有效控制晶体的冷却速度，精确调节晶体的温度分布，增大热场的灵活性，在不改变热场的情况下，可以生产不同产品，极大的降低了生产及研发成本，且可在不同的长晶阶段进行流量和位置的控制，以实现整个晶棒的质量均匀性，提高晶体的整体利用率等。
[0007]
通过实际应用发现，上述两种方案均存在如下技术缺陷：1、无法在不停炉的情况下对冷却屏进行清污；2、无法适应对坩埚进行连续投料的工况要求；3、严重降低了坩埚对原料加热的效率等。


技术实现要素：

[0008]
为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，本发明通过升降臂带动冷却屏在上炉室和下炉室的腔体内上下移动，有效的解决了背景技术中存在的技术缺陷，降低了人工的劳动强度，提高了生产效率等。
[0009]
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，包括上炉室、升降器、升降臂和阀门，所述上炉室设置在下炉室的上方，在上炉室的下端面与下炉室的上端面之间设有阀门，在上
炉室内设有至少一根升降臂，所述升降臂的下端头连接冷却屏并带动冷却屏在上炉室和下炉室的腔体内上下移动，升降臂的上端头穿过上炉室连接设置在上炉室外部的升降器，由所述升降器驱动升降臂做上下运动形成所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置。
[0010]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降臂的侧壁上设有冷却介质通道；或升降臂为中空结构，升降臂中部的内孔为冷却介质通道，所述冷却介质通道的下端连接冷却屏上的介质出口或介质入口，冷却介质通道的上端连接介质源。
[0011]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降臂设置为两个，两个升降臂对称设置在上炉室内。
[0012]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降臂设置为直线形结构或折线形结构。
[0013]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降臂设置为折线形结构时，在上炉室的外缘面上设有至少一个贯通至上炉室内壁的线形槽，在所述线形槽外围上炉室的外缘面上设有罩体，升降臂的折线段在线形槽内上下移动，升降臂的上端头穿过罩体的上面连接设置在罩体外面的升降器。
[0014]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述上炉室的替换结构为在上炉室的外缘面上设有至少一个升降臂腔体，所述升降臂腔体为环形结构或直线形结构，升降臂腔体的内腔与上炉室的内腔设置为一体形成一个整体的腔体，在升降臂腔体的上面设有升降器，所述升降器连接升降臂的上端头。
[0015]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降臂设置为直线形结构时，升降臂的上端头穿过上炉室的顶部连接设置在上炉室顶部的升降器。
[0016]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降器为液压缸或气缸或电动推杆或丝杠升降器或软轴升降器中的任意一种。
[0017]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述丝杠升降器包括升降块、动力源、支撑架、导向柱、丝杠和螺母，所述支撑架设置在上炉室的外侧，在所述支撑架上设有两根平行的导向柱，在两导向柱上设有升降块，在升降块上设有螺母，所述螺母套接在丝杠上，所述丝杠的上下两端分别设有在支撑架的上下两端，丝杠的上端头或上端头连接动力源，所述升降块连接升降臂的上端头。
[0018]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述软轴升降器包括升降块、动力源、支撑架、导向柱、软轴升降器和软轴，所述支撑架设置在上炉室的外侧，在所述支撑架上设有两根平行的导向柱，在两导向柱上设有升降块，在两导向柱中间的升降块上软轴，所述软轴的上端头连接设置在支撑架上面的软轴升降器，所述软轴升降器外接动力源，所述升降块连接升降臂的上端头。
[0019]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述导向柱的替换结构为直线导轨。
[0020]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述阀门为插板阀。
[0021]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述上炉室上设有炉门。
[0022]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述上炉室与升降臂的外缘面之间设有密封体。
[0023]
所述的用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，所述升降臂的外缘面上套接有波纹管，所述波纹管的上端头连接升降器中的升降块，波纹管的下端头连接上炉室。
[0024]
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明通过在上炉室和下炉室之间设置阀门，然后将冷却屏连接升降臂，将升降臂连接升降器，由升降臂带动冷却屏在上炉室和下炉室的腔体内上下移动，实现了在不停炉的情况下对冷却屏上附着的挥发物进行清理，同时还避免了在加热时，冷却屏吸收加热器的热量等，降低了人工的劳动强度，提高了生产效率等，适合大范围的推广和应用。
附图说明
[0025]
图1是现有冷却屏在炉体内设置方式的结构示意图；图2是本发明处于下位的结构示意图；图3是本发明处于上位的结构示意图；图4是本发明中罩体的立体结构示意图；图5是本发明中上炉室的第二结构示意图；图6是本发明中上炉室的第三结构示意图；图7是本发明中升降机构的结构示意图；图8是图4的右视结构示意图；图9是本发明中升降块的结构示意图；图10是本发明中升降机构的第二结构示意图；在图中：1、上炉室；2、升降块；3、波纹管；4、升降器；5、罩体；6、线形槽；7、升降臂；8、上轴；9、插板阀；10、加料管；11、冷却屏；12、下炉室；13、坩埚；14、加热器；15、坩埚支撑座；16、隔离套；17、晶棒；18、籽晶；19、动力源；20、支撑架；21、导向柱；22、丝杠；23、螺母；24、导向孔；25、螺母固定孔；26、升降臂固定孔；27、软轴升降器；28、软轴；29、升降臂腔体。
具体实施方式
[0026]
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0027]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0028]
结合附图2～10所述的一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置，包括上炉室1、升降器4、升降臂7和阀门，所述上炉室1设置在下炉室12的上方，在上炉室1的下端面与下炉室12的上端面之间设有阀门，实施时，阀门的主要作用是将上炉室1与下炉室12的腔体分割为两个独立的腔体，即当阀门打开时，上炉室1与下炉室12的腔体连通形成一个整体腔体，当
阀门关闭时，上炉室1与下炉室12的腔体分割为两个独立的腔体，所述阀门为插板阀9，然后在上炉室1的外缘面上通过铰链设有可以开合的炉门；进一步，在上炉室1内设有至少一根升降臂7，具体实施时，可以在所述升降臂7的侧壁上设置冷却介质通道；或将升降臂7设置为中空结构，升降臂7中部的内孔为冷却介质通道，所述冷却介质通道的下端连接冷却屏11上的介质出口或介质入口，冷却介质通道的上端连接介质源，也就是说，冷却屏11内通入的冷却介质是通过升降臂7上的冷却介质通道传输的，当升降臂7设置为一根时，在升降臂7上设置一进一出两个冷却介质通道，其中一个冷却介质通道的上端口连接冷却源的进口，下端口连接冷却屏11上的介质入口，另一个冷却介质通道的下端口连接冷却屏11上的介质出口，上端口连接冷却源的回收口，即一进一出两个冷却介质通道与冷却屏11形成一个介质的流通通道；当升降臂7设置为两个时，两个升降臂7上分别设置一个冷却介质通道，两个冷却介质通道为一进一出，同样形成一个介质的流通通道，本发明中涉及到的冷却屏11的结构再此不做详细累述，其具体结构也不是本发明保护的重点，涉及到冷却屏11的具体结构申请人已另行申报专利；实施时，如图2、3、5和6所示，所述升降臂7设置为两个时，两个升降臂7对称设置在上炉室1内；涉及到升降臂7与冷却屏11的连接形式多种多样，也都是本领域常规的连接形式，比如螺纹连接或焊接连接等，但必须保证连接后不能发生介质泄漏，必须保证连接的密封性。具体实施时，升降臂7的数量优选为两个，且两个升降臂7为对称设置，这样可以保证冷却屏11能平稳的升降，经济性和实用性最优，选择为三个或三个以上同样也可以使用，也在本发明保护的范围之内，升降臂7设置为一个时，同样也可以实现升降臂7的升降，也在本发明保护的范围之内；进一步，所述升降臂7的下端头连接冷却屏11并带动冷却屏11在上炉室1和下炉室12的腔体内上下移动，即可以实现升降臂7带动冷却屏11上移至上炉室1内，完全脱离出下炉室12，升降臂7的上端头穿过上炉室1连接设置在上炉室1外部的升降器4，由所述升降器4驱动升降臂7做上下运动，其中升降器4的主要作用是带动升降臂上下移动，在所述上炉室1与升降臂7的外缘面之间设有密封体。
[0029]
进一步，如图2、3、5和6所示，所述升降臂7设置为直线形结构或折线形结构。所述升降臂7设置为折线形结构时，由附图可知，折线段的主要作用就是连接两个不在同一条直线上的升降器4和冷却屏11，那么实际应用中，涉及到的折线段无论是直线折弯还是弧形折弯还是斜线折弯均在本发明保护的范围之内，在上炉室1的外缘面上设有至少一个贯通至上炉室1内壁的线形槽6，实施时，线形槽6的数量优选为两个，且两个线形槽6为对称设置，在所述线形槽6外围上炉室1的外缘面上设有罩体5，升降臂7的折线段在线形槽6内上下移动，升降臂7的上端头穿过罩体5的上面连接设置在罩体5外面的升降器4。实施时，罩体5的具体结构如图4所示，罩体5可以焊接在上炉室1的外缘面上使罩体5的内腔与上炉室1的内腔通过线形槽6形成一个整体的腔体，然后在罩体5的上端面设置用于容纳升降臂7上下移动的升降臂穿孔，在降臂穿孔内设置密封体，密封体的主要作用是保证上炉室1与罩体5形成的整体腔体为一个密闭的腔体，也就是说保证升降臂7上下移动时不会导致密闭腔体发生泄漏，所述密封体可以选用密封环或者o型圈或者轴封等等，只要是能起到密封效果均可使用。
[0030]
进一步，在具体实施时，所述上炉室1的替换结构为在上炉室1的外缘面上设有至少一个升降臂腔体29，所述升降臂腔体29为环形结构或直线形结构，升降臂腔体29的内腔
与上炉室1的内腔设置为一体形成一个整体的腔体，在升降臂腔体29的上面设有升降器4，所述升降器4连接升降臂7的上端头。也就是说，升降臂腔体29的主要作用就是给升降臂7上下移动形成一个空间，其具体结构形式可以设置为环形结构，也可以选择为其它任意的各种形状，其只要能确保升降臂7在上炉室1内上下移动即可，同样，也可以通过整体加大上炉室1的直径来实现该效果，只是这样整体增大上炉室1的直径，其经济性略差，但该结构同样在本发明的保护范围之内。
[0031]
进一步，如图5所示，所述升降臂7设置为直线形结构时，升降臂7的上端头穿过上炉室1的顶部连接设置在上炉室1顶部的升降器4，该结构形式中升降臂7同样也可以设置为折线形结构。
[0032]
进一步，所述升降器4为液压缸或气缸或电动推杆或丝杠升降器或软轴升降器中的任意一种。实施时，当升降器4设置为液压缸或气缸或电动推杆时，其可以直接连接升降臂7的上端头，此时，只需要将液压缸或气缸或电动推杆设置在上炉室的上方，然后将液压缸或气缸或电动推杆设置在一个支架上，然后将液压缸或气缸或电动推杆的伸缩杆连接升降臂7的上端头实现升降臂7的上下移动；当液压缸或气缸或电动推杆设置在上炉室1或机架上的支撑架上时，液压缸或气缸或电动推杆上的伸缩杆连接升降块2，在通过升降块2连接升降臂7的上端头实现升降臂7的上下移动。
[0033]
进一步，如图7、8、9所示，所述丝杠升降器包括升降块2、动力源19、支撑架20、导向柱21、丝杠22和螺母23，所述支撑架20设置在上炉室1的外侧，比如可以设置机架上的支架上或者直接设置在机架上，在所述支撑架20上设有两根平行的导向柱21，在两导向柱21上设有升降块2，在升降块2上设有螺母23，所述螺母23套接在丝杠22上，所述丝杠22的上下两端分别设有在支撑架20的上下两端，丝杠22的上端头或上端头连接动力源19，所述动力源19优选电机，同样还可以在电机与丝杠之间通过减速机过渡，所述升降块2连接升降臂7的上端头。实施时，所述导向柱21的替换结构为直线导轨。升降块2的结构如图9所示，升降块2为长方形结构，在升降块2的上面设有两个用于安装导向柱21的导向孔24，在升降块2的中部设置螺母固定孔25，然后在螺母固定孔25内设置螺母23，在螺母固定孔25的前端设置升降臂固定孔26，所述升降臂固定孔26连接升降臂7。
[0034]
进一步，如图10所示，所述软轴升降器包括升降块2、动力源19、支撑架20、导向柱21、软轴升降器27和软轴28，所述支撑架20设置在上炉室1的外侧，在所述支撑架20上设有两根平行的导向柱21，在两导向柱21上设有升降块2，在两导向柱21中间的升降块2上软轴28，所述软轴28的上端头连接设置在支撑架20上面的软轴升降器27，所述软轴升降器27外接动力源19，所述升降块2连接升降臂7的上端头。实施时，所述导向柱21的替换结构同样可以选择为直线导轨。其中软轴升降器27同样可以从市场上直接采购获得，其结构包括壳体、软轴滚轮、滚珠花键、螺母，在壳体内放置一个软轴滚轮，软轴滚轮套接在滚珠花键上，滚珠花键通过动力源19驱动实现正转或反转，在软轴滚轮的一端设置外螺纹，外螺纹与螺母配合，螺母固定在壳体内，将软轴28缠绕在软轴滚轮上，缠绕时，软轴滚轮在滚珠花键上做旋转运动的同时做左右移动运动，保证软轴28下端头不发生左右移动，只做上下移动。
[0035]
进一步，为了提高上炉室1的密封性，在所述升降臂7的外缘面上套接有波纹管3，所述波纹管3的上端头连接升降器4中的升降块2，波纹管3的下端头连接上炉室1。
[0036]
本发明在具体实施时，如图2、3所示，在下炉室12内通过设有坩埚支撑座15设有坩
埚13，在坩埚13内设有隔离套16，在坩埚13的外围设有加热器14，在下炉室12上设有加料管10，所述加料管10的外端连接自动加料装置，加料管10的下端对应坩埚13的开口端，冷却屏11通过本发明所述的冷却屏升降装置设置在坩埚13的上方，在下炉室12的上方设置有上炉室1，在上炉室1与下炉室12之间设有插板阀9，在上炉室顶端的中部设有上轴8，所述上轴8的下端头连接籽晶18，上轴8带动籽晶18做上下移动，使用时，当加热器14对坩埚13内的硅料加热时，此时启动动力源19，通过升降器4、升降臂7带动冷却屏11上升，即使冷却屏11与坩埚13分离开，此时加热器14对坩埚13内的硅料加热时，可以避免冷却屏11吸收加热时的热量，提高加热器14对硅料的加热速度，同时通过冷却屏11的上移，可以更好的实现加料管10对坩埚13内的连续投料，当坩埚13内的硅料熔化后，上轴8带动籽晶18下降，当籽晶18的下端头与溶化后的硅液接触且籽晶18的下端头熔化后，上轴8带动籽晶18上移，此时硅液跟随籽晶18同时上升，当硅液上升到达冷却屏11后，硅液的温度逐渐降低并开始结晶，此时新形成的柱形晶体就是所需的晶棒17，晶棒17可以是大直径的单晶棒，也可以是小直径的硅芯，当拉制一定时间后，由于硅料中的挥发物会附着到冷却屏11的内壁上，当挥发物附着到一定程度后，需要对附着物进行清理，当需要清理挥发物时，现有的做法都是停炉后打开炉室对冷却屏11进行清理，本发明则是在不停炉的情况下，通过升降器4、升降臂7将冷却屏11提升至上炉室1内，然后关闭插板阀9，使下炉室12与上炉室1隔离开，然后打开上炉室1上的炉门，对冷却屏11进行清理，清理后，关闭炉门，对上炉室1进行抽真空，然后打开插板阀9，在通过升降器4、升降臂7将冷却屏11下降至上炉室1内坩埚13的上方开始晶棒17的拉制，有效的提高了晶棒17的成品率及拉制效率等。
[0037]
以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。
[0038]
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。