专利名称：快开式、水冷结构的多晶硅还原炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产多晶硅的还原炉，尤其是涉及一种快开式、水冷 结构的多晶硅还原炉。属多晶硅制备技术领域。
背景技术：
多晶硅是生产单晶硅的直接材料。高纯度多晶硅是光电转换电池、集 成电路等半导体器件的基础材料。随着世界半导体工业的迅猛发展、超大 规格集成电路的大量应用、光伏电池的大量需求，整个世界对多晶硅的需 求量在大幅增加。
生产多晶硅的方法有多种，氢还原法是最常见的一种方法。该方法是 把提纯的硅卤化物和净化好的氢气作为原料通入还原炉，在高温环境中， 硅卤化物与氢气发生化学反应，生成多晶硅，并沉积在发热体(小直径的 硅棒)上。化学反应继续进行，沉积在发热体上的多晶硅越来越多，硅棒
渐渐变粗，最后生成了有效高度约为2. 8m、直径约为150mm的多晶硅硅棒。 多晶硅还原炉是多晶硅硅棒的最终生成设备，在硅卤化物被氢气还原 生成多晶硅硅棒的过程中，会放出大量的热，还原炉内的工作温度超过1000 'C，还原炉的冷却直接关系还原炉的安全使用和还原炉的使用寿命。 多晶硅还原炉，国内已有相关研究，下面分别予以说明。专利号ZL 200410021979. 7公开了一种多晶硅氢还原炉，该还原炉由炉 体、底盘和上封头组成。封头上有冷却水腔、冷却冷却水出口和启动装置 法兰，炉体上有冷却水腔和冷却水进口，底盘上有电极、进气口和排气口， 炉体与底盘之间用法兰连接，氢还原炉内壁上有一层厚度为2-3mm的光滑 的银质材料。光滑的银质材料为银复合材料层。炉体由银不锈钢复合板焊 接而成，焊缝采用银焊，焊缝平整光滑。该专利的主要不足之处在于炉体 由银不锈钢复合板焊接成，原材料采购困难，还原炉的制造成本将会大幅 增加，不利于大规模推广应用。炉体与底座未采用快开式结构，开启还原 炉较困难、且操作时间较长。
专利号ZL 200420060144.8也公开了一种多晶硅氢还原炉，该还原炉 包括带有冷却水腔的封头和炉体，底盘，底盘下的进气管和排气管，底盘 上的电极，所述电极为12对、即24个电极，且在底盘上沿两个圆周均布 设置；所述进气管主要由一个水平环管和9个喷嘴连通构成，其中8个喷 嘴位于两圈电极之间、且沿同一圆周均布设置在底盘上， 一个喷嘴设置在 底盘中心位置。8对电极中设置在外圆周上，其余4对电极设置在内圆周 上。电极中，正、负电极在底盘上逐一间隔设置。底盘是水冷式结构，其 上设置冷却水进口和出口。炉体上设置有双层玻璃结构的视窗。封头顶部 设置有连接法兰。该专利的主要不足之处在于视镜和电极未采用水冷结构， 不能保证在还原炉内超过100(TC高温条件下长期稳定使用；炉体与底座未 采用快开式结构，开启还原炉较困难、且操作时间较长
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种快开式、有可靠冷却结构 的多晶硅还原炉。
本发明的目的是这样实现的 一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉， 整体结构采用立式，包括筒体和底盘，筒体设置于底盘之上，所述筒体与 底盘之间用垫片密封、用快开螺栓压紧。
所述筒体包括内筒、外筒、底法兰、内封头、外封头、导流板、冷却 水进口、冷却水出口和水冷双层玻璃视镜，内筒、外筒、底法兰、内封头 和外封头组成一封闭容腔，导流板呈螺旋状设置在该封闭容腔内，冷却水 进口和水冷双层玻璃视镜设置在外筒上，冷却水出口设置在外封头上，冷 却水在由内筒、外筒、底法兰、内封头、外封头组成的封闭容腔内，沿着 导流板规定的方向螺旋上升，保证对内封头、内筒的冷却。
所述底盘包括上管板、下管板、导流板、电极、进气口、出气口、冷 却水进口、冷却水出口和放气口，上管板和下管板上下叠层布置，上管板 与下管板之间组成一封闭容腔，电极、进气口和出气口穿接在上管板和下 管板上，导流板呈螺旋状设置在所述封闭容腔内，下管板上设有冷却水进 口、冷却水出口和放气口。冷却水在由上管板、下管板组成的封闭容腔内， 沿着导流板规定的方向螺旋流动，保证对上管板、电极、进气口的可靠冷 却。
所述水冷双层玻璃视镜包括内筒、外筒、法兰in、法兰n、法兰i、 内层玻璃、外层玻璃、冷却水进口 I、冷却水进口II、冷却水出口II和冷 却水出口i，所述内筒与外筒同轴设置，内筒插置在法兰in内孔内，外筒设置在法兰ni内端，法兰n和法兰i依次叠层布置在法兰m外侧，内层玻 璃设置在法兰ni与法兰n之间，外层玻璃设置在法兰n与法兰i之间，内 层玻璃、外层玻璃和法兰n之间围成一封闭容腔，法兰n上设置有冷却水 进口 n和冷却水出口 n ，外筒上设置有冷却水进口i和冷却水出口i。冷 却水对外层玻璃、内层玻璃、内筒、外筒进行冷却，保证视镜的长期、可 靠工作。
所述电极包括加热体、石墨头、电极体、电源夹具、冷却水进口管和 冷却水出口管，加热体和电极体分别设置在石墨头二端，电源夹具夹置在 电极体的外缘，冷却水进口管由电极体一端插入电极体中心空腔内，冷却 水出口管设置在电极体的一端，与电极体中心空腔相连通。电流依次流经 电极上的电源夹具、电极体、石墨头、加热体，加热体将电流转换为热， 对外放热。冷却水对电极体进行冷却，保证电极的长期、可靠工作。
所述快开螺栓由螺母、压块和螺杆组成。只要拧动螺母几扣，快开螺 栓就可与筒体、底盘松开、取下，实现快开的效果。
与现有多晶硅还原炉相比，本发明快开式、有可靠冷却结构。可以实 现还原炉的长期、安全、高效的运行。
图i为本发明快开式、水冷结构的多晶硅还原炉结构示意图。
图2为本发明的筒体结构示意图。
图3为本发明的底盘结构示意图。
图4为本发明的水冷双层玻璃视镜结构示意图。图5为本发明的电极结构示意图。
图6为本发明的快开螺栓结构示意图。
图中筒体l、底盘2、快开螺栓3、垫片4、冷却水出口l.l、内封 头1.2、外封头1.3、内筒1.4、外筒1.5、导流板1.6、水冷双层玻璃视 镜1.7、冷却水进口 1.8、底法兰1.9、上管板2. 1、电极2.2、下管板2.3、 导流板2.4、出气口2. 5、冷却水进口2.6、进气口2. 7、冷却水出口2.8、 放气口2.9、冷却水进口 11.7.1、冷却水进口IIl. 7. 2、螺栓1.7.3、螺母 1.7.4、外层玻璃1.7.5、内层玻璃1.7.6、法兰11.7.7、法兰II 1.7. 8、 冷却水出口I11.7. 9、法兰IIIl. 7. 10、冷却水出口 I 1.7. 11、内筒1.7. 12、 外筒1. 7. 13、加热体2. 2. 1、石墨头2. 2. 2、电极体2. 2. 3、电源夹具2. 2. 4、 冷却水进口管2. 2. 5、冷却水出口管2. 2. 6、螺母3.1、压块3. 2、螺杆3. 3。
具体实施例方式
参见图1，本发明涉及的快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结 构采用立式结构，由筒体1与底盘2两个部件组成。筒体1设置于底盘2 之上，筒体1与底盘2之间用垫片4密封、用快开螺栓3压紧。
参见图2，所述筒体1主要由内筒1.4、外筒1.5、底法兰L9、内封 头1.2、外封头1.3、导流板1.6、冷却水进口1.8、冷却水出口l. l和水 冷双层玻璃视镜1. 7组成。内筒1.4、外筒1.5、底法兰1.9、内封头1.2 和外封头1. 3组成一封闭容腔。导流板1. 6呈螺旋状设置在该封闭容腔内， 冷却水进口 1. 8和水冷双层玻璃视镜1. 7设置在外筒1. 5上，通过视镜1. 7 可以观察筒体1内硅棒的生长情况。冷却水出口 1. 1设置在外封头1. 3上。冷却水从冷却水进口 1. 8进入所述封闭容腔内，沿着导流板1. 6规定的方 向螺旋上升，对内筒1.4及内封头1.2进行冷却，保证内筒1.4及内封头 1.2在可靠的温度下工作，冷却水吸热后从冷却水出口 l.l排出。
参见图3，所述底盘2主要由上管板2.1、下管板2.3、导流板2.4、 电极2.2、进气口2. 7、出气口2.5、冷却水进口2.6、冷却水出口2.8和 放气口 2. 9组成。上管板2. 1和下管板2. 3上下叠层布置，上管板2. 1与 下管板2.3之间组成一封闭容腔。电极2.2、进气口 2.7和出气口 2.5穿 接在上管板2. 1和下管板2. 3上，导流板2. 4呈螺旋状设置在所述封闭容 腔内，下管板2.3上设有冷却水进口 2.6、冷却水出口 2.8和放气口 2.9， 冷却水从冷却水进口 2. 6进入上管板2. 1、下管板2. 3组成的封闭容腔， 沿着导流板2.4规定的方向螺旋流动，保证对上管板2. 1、电极2.2、进气 口2.7的可靠冷却，冷却水吸热后从冷却水出口 2.8排出。放气口2.9对
外排气，保证封闭容腔内全部充满水。
参见图4，所述水冷双层玻璃视镜1.7由内筒1.7. 12、外筒1.7. 13、 法兰IH1.7. 10、法兰II 1.7. 8、法兰IL7.7、内层玻璃1.7.6、外层玻璃 1.7.5、冷却水进口I1.7.2、冷却水进口I11.7.1、冷却水出口II1.7.9和 冷却水出口 I 1. 7. 11组成。所述内筒1. 7. 12与外筒1. 7. 13同轴设置，内 筒1. 7. 12插置在法兰IIIl. 7. 10内孔内，外筒1. 7. 13设置在法兰IIIl. 7. 10 内端，法兰IIl. 7. 8和法兰I 1. 7. 7依次叠层布置在法兰IIIl. 7. 10外侧， 并用螺栓1. 7. 3和螺母1. 7. 4固定。内层玻璃1. 7. 6设置在法兰IIIl. 7. 10 与法兰II1. 7. 8之间。外层玻璃1.7.5设置在法兰II1. 7. 8与法兰I 1. 7. 7之间。内层玻璃1.7.6、外层玻璃1.7.5和法兰II1.7.8之间围成一封闭容 腔。法兰II1.7.8上设置有冷却水进口II1.7.2和冷却水出口I11.7.9。外 筒1.7. 12上设置有冷却水进口 11.7. l和冷却水出口 11.7.11。 一路冷却 水从冷却水进口 II1. 7. 2进入、流过外层玻璃1. 7. 5与内层玻璃1. 7. 6之 间的间隙，对外层玻璃1.7.5与内层玻璃1.7.6进行冷却，从冷却水出口 111.7.9排出。另一路冷却水从冷却水进口 I 1.7. l进入，对内筒1.7. 12、 外筒1.7.13进行冷却，从冷却水出口 11.7. ll排出。
参见图5，所述电极2.2主要由加热体2.2. 1、石墨头2.2.2、电极体 2. 2. 3、电源夹具2. 2. 4、冷却水进口管2. 2. 5和冷却水出口管2. 2. 6组成。 加热体2. 2. 1和电极体2. 2. 3分别设置在石墨头2. 2. 2 二端，电源夹具 2.2.4夹置在电极体2.2.3的外缘，冷却水进口管2.2.5由电极体2.2.3 一端插入电极体2.2.3中心空腔内，冷却水出口管2.2.6设置在电极体 2.2.3的一端，与电极体2.2.3中心空腔相连通。电流由电源夹具2.2.4 导入，通过电极体2.2.3、石墨头2.2.2，电流流至加热体2.2.1，加热体 2.2.1将电流转换为热，对外放热。冷却水从冷却水进口 2.2.5进入，在 电极体2， 2. 3的空腔内流动，对电极体2. 2. 3进行冷却，从冷却水出口 2. 2. 6 流出。
参见图6，所述快开螺栓3由螺母3.1、压块3. 2和螺杆3. 3组成。只 要拧动螺母3.1几扣，螺栓3就可与筒体1、底盘2松开、取下，实现快 开的效果。
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权利要求
1、 一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结构采用立式，包括 筒体(1)和底盘(2)，筒体(1)设置于底盘(2)之上，其特征在于所述筒体(1)与底盘(2)之间用垫片(4)密封、用快开螺栓(3)压紧， 所述筒体(1)包括内筒(1. 4)、外筒(1.5)、底法兰(1.9)、内封头(1. 2)、 外封头(1.3)、导流板(1.6)、冷却水进口(1.8)、冷却水出口(l.l)和水冷 双层玻璃视镜(1.7)，内筒(1.4)、外筒(1.5)、底法兰(1.9)、内封头(1.2) 和外封头(1. 3)组成一封闭容腔，导流板(1. 6)呈螺旋状设置在该封闭容腔 内，冷却水进口(1.8)和水冷双层玻璃视镜(1.7)设置在外筒(1.5)上，冷却 水出口 (1. 1)设置在外封头(1. 3)上，所述底盘(2)包括上管板(2. 1)、下管板(2.3)、导流板(2.4)、电极 (2.2)、进气口(2. 7)、出气口(2.5)、冷却水进口(2.6)、冷却水出口(2.8) 和放气口(2.9)，上管板(2.1)和下管板(2.3)上下叠层布置，上管板(2.1) 与下管板(2.3)之间组成一封闭容腔，电极(2.2)、进气口(2.7)和出气口 (2. 5)穿接在上管板(2. 1)和下管板(2. 3)上，导流板(2. 4)呈螺旋状设置在 所述封闭容腔内，下管板(2.3)上设有冷却水进口(2.6)、冷却水出口(2.8) 和放气口(2. 9)，所述水冷双层玻璃视镜(l. 7)包括内筒(1. 7. 12)、外筒(1.7.13)、法兰 111(1.7.10)、法兰IH1.7.8)、法兰I (1.7.7)、内层玻璃(1.7.6)、外层玻 璃(1.7. 5)、冷却水进口 I (1.7.2)、冷却水进口II (1.7.1)、冷却水出口II(1. 7. 9)和冷却水出口 I (1. 7. 11)，所述内筒(l. 7. 12)与外筒(l. 7. 13)同轴 设置，内筒(1.7. 12)插置在法兰in(1.7. IO)内孔内，外筒(1.7. 13)设置在 法兰m(1.7. IO)内端，法兰II(1.7.8)和法兰I (1.7.7)依次叠层布置在法 兰III (1. 7. 10)外侧，内层玻璃(1. 7. 6)设置在法兰III (1. 7.10)与法兰II (1. 7. 8)之间，外层玻璃(1.7.5)设置在法兰II (1. 7. 8)与法兰I (1. 7. 7)之 间，内层玻璃(1.7.6)、外层玻璃(1.7.5)和法兰II(1.7.8)之间围成一封闭 容腔，法兰II (1.7.8)上设置有冷却水进口 II (1.7.2)和冷却水出口 II (1.7.9)，外筒(1.7. 12)上设置有冷却水进口 I (1.7. l)和冷却水出口 I (1.7. 11)，所述电极(2.2)包括加热体(2.2.1)、石墨头(2.2.2)、电极体(2.2.3)、 电源夹具(2.2.4)、冷却水进口管(2.2.5)和冷却水出口管(2.2.6)，加热体 (2. 2. 1)和电极体(2. 2. 3)分别设置在石墨头(2. 2. 2) 二端，电源夹具(2. 2. 4) 夹置在电极体(2. 2. 3)的外缘，冷却水进口管(2. 2. 5)由电极体(2. 2. 3) 一端 插入电极体(2. 2. 3)中心空腔内，冷却水出口管(2. 2. 6)设置在电极体 (2. 2. 3)的一端，与电极体(2. 2. 3)中心空腔相连通，所述快开螺栓(3)由螺母(3. 1)、压块(3. 2)和螺杆(3. 3)组成。
全文摘要
本发明涉及一种快开式、水冷结构的多晶硅还原炉，整体结构采用立式，包括筒体(1)和底盘(2)。筒体(1)与底盘(2)之间用垫片(4)密封、用快开螺栓(3)压紧。所述筒体(1)包括内筒(1.4)、外筒(1.5)、底法兰(1.9)、内封头(1.2)、外封头(1.3)、导流板(1.6)、冷却水进口(1.8)、冷却水出口(1.1)和水冷双层玻璃视镜(1.7)。所述底盘(2)包括上管板(2.1)、下管板(2.3)、导流板(2.4)、电极(2.2)、进气口(2.7)、出气口(2.5)、冷却水进口(2.6)、冷却水出口(2.8)和放气口(2.9)。所述电极(2.2)包括加热体(2.2.1)、石墨头(2.2.2)、电极体(2.2.3)、电源夹具(2.2.4)、冷却水进口管(2.2.5)和冷却水出口管(2.2.6)。本发明快开式、有可靠冷却结构。可以实现还原炉的长期、安全、高效的运行。
文档编号F27B5/00GK101311656SQ20081001869
公开日2008年11月26日 申请日期2008年3月12日 优先权日2008年3月12日
发明者浩南楠, 王晓春, 董黎明, 雷钦祥, 高泽华 申请人:江苏双良锅炉有限公司