專利名稱：用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)及其通氣管徑變化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多晶硅鑄錠設(shè)備及其控制方法，尤其涉及多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)及其通氣管徑變化方法。
背景技術(shù)：
多晶硅鑄錠爐是目前光伏行業(yè)中多晶硅的主要生產(chǎn)設(shè)備，鑄錠工藝經(jīng)過(guò)熔化、定向長(zhǎng)晶、退后、冷卻等幾個(gè)階段后，成為有一定晶體生長(zhǎng)方向的多晶硅錠。多晶硅鑄錠過(guò)程環(huán)境是多晶鑄錠爐熱場(chǎng)。在多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中，坩堝底部的溫度控制是由輻射散熱決定的。目前輻射散熱的方式主要是兩種一是通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器的功率以及多晶爐爐內(nèi)底部隔熱籠的開(kāi)度，通過(guò)熱交換臺(tái)輻射進(jìn)行降溫；另一種是通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器功率以及熱交換臺(tái)內(nèi)部通氣帶走熱量，實(shí)現(xiàn)散熱，隔熱籠封閉不開(kāi)啟。
中國(guó)發(fā)明專利“用于多晶硅鑄錠爐的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的熱交換臺(tái)”(專利申請(qǐng)?zhí)?01110218651. 4)展示了一種用于多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置及方法，是在鑄錠爐內(nèi)熱場(chǎng)的石墨體熱交換臺(tái)的內(nèi)部設(shè)置氣體流道，冷氣進(jìn)入，帶走熱量，實(shí)現(xiàn)熱交換，從而達(dá)到散熱降溫的目的。由于影響鑄錠長(zhǎng)晶質(zhì)量的因素很多，尤其在鑄錠工藝摸索階段，試驗(yàn)各種工藝配方時(shí)，熱交換臺(tái)結(jié)構(gòu)已定型的情況下，因?yàn)闅獾赖牟豢勺?，不能試?yàn)出最佳的工藝配方和生產(chǎn)工藝，不能達(dá)到長(zhǎng)晶質(zhì)量的最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)，其氣道的通徑大小可調(diào)
難
iF. O本發(fā)明的另一目的在于提供用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)的通氣管徑變化方法，以達(dá)到在不同工藝配方的條件下，通過(guò)變換通氣管徑，保證坩堝底部的溫度均勻，提升長(zhǎng)晶質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)所述目的的用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)，用來(lái)放置多晶硅鑄錠坩堝并與坩堝進(jìn)行熱交換，包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特點(diǎn)是該氣體分流層設(shè)置有成陣列布置的分流基孔，分流基孔內(nèi)可拆卸地配置有套管，該套管提供氣流通過(guò)分流基孔的管孔。所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，分流基孔對(duì)應(yīng)有多個(gè)套管，該多個(gè)套管的外側(cè)能和分流基孔的內(nèi)側(cè)貼合，而該多個(gè)套管的內(nèi)徑不同，該分流基孔是選擇性地與該多個(gè)
套管中的一個(gè)套管配合。所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，在氣體分流層上的全部套管分布規(guī)律是氣體分流層中間部分的管徑小，往外管徑變大。所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，還包括初級(jí)分流層，所述氣體分流層設(shè)置成二級(jí)分流層，初級(jí)分流層位于二級(jí)分流層和分流基層之間，初級(jí)分流層和分流基層之間形成初級(jí)分流室，初級(jí)分流層和二級(jí)分流層之間形成二級(jí)分流室，二級(jí)分流層和熱交換層之間形成冷氣流道，冷氣從分流基層流入到初級(jí)分流室，再流經(jīng)初級(jí)分流層，再流經(jīng)二級(jí)分流室，再流經(jīng)二級(jí)分流層上的套管，進(jìn)入到二級(jí)分流層和熱交換層之間的冷氣流道。所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，熱交換層的氣體分流層側(cè)設(shè)置有成陣列分布的通氣凸臺(tái)，通氣凸臺(tái)上有以中心向四周輻射布置的通氣槽，各通氣凸臺(tái)的四周有匯流氣槽，該套管和該通氣凸臺(tái)對(duì)接以使冷氣從套管中流出后流經(jīng)通氣凸臺(tái)上的通氣槽再流入到匯流氣槽。所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述氣體分流層的熱交換層側(cè)在各所述分流基孔的四周有匯流氣槽，氣體分流層上的匯流氣槽和熱交換層上的匯流氣槽組合成氣道。所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，初級(jí)分流層的種類有多種，各種初級(jí)分流層設(shè)置有均勻的初級(jí)分流孔，但不同種初級(jí)分流層的初級(jí)分流孔的數(shù)量不同和孔徑不同。
所述的熱交換臺(tái)，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述熱交換臺(tái)設(shè)置有中央進(jìn)氣孔以及位于四角的出氣孔，冷氣流經(jīng)冷氣流道成熱氣，熱氣從四角的出氣孔流出。為實(shí)現(xiàn)所述目的的用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)的通氣管徑變化方法，該熱交換臺(tái)包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特點(diǎn)是，在該氣體分流層的成陣列布置的分流基孔內(nèi)配置有套管，利用該套管的管徑限定出分流基孔的通徑，利用不同管徑的套管與分流基孔配置，以使流經(jīng)氣體分流層的氣體的通徑大小的調(diào)節(jié)得到控制。所述的通氣管徑變化方法，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，還在氣體分流層和分流基層之間設(shè)置初級(jí)分流層，該初級(jí)分流層上設(shè)置有初級(jí)分流孔，改變初級(jí)分流孔的數(shù)量和孔徑，以衍生成多種初級(jí)分流層，通過(guò)更換不同種類的初級(jí)分流層，來(lái)實(shí)現(xiàn)初級(jí)分流的可變可調(diào)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)利用便于更換的套管和/或初級(jí)分流板，使本發(fā)明的內(nèi)冷式熱交換臺(tái)更具工藝操作性，在不同的鑄錠大小、不同的工藝配方、不同的加熱器功率配比等要求下，可構(gòu)建相應(yīng)的熱交換臺(tái)熱場(chǎng)，使坩堝底部的降溫均勻一致，固液界面平整無(wú)上下不齊，增大鑄造多晶娃晶粒尺寸，減少晶界密度，進(jìn)而提聞娃電池光電轉(zhuǎn)換率。可廣泛運(yùn)用在多晶硅鑄錠工藝研發(fā)和高效鑄錠生產(chǎn)中。


圖I是用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)的主視剖面圖。圖2是熱交換臺(tái)的分解視圖。圖3是熱交換臺(tái)的熱交換層和二級(jí)分流層的主視剖面圖。圖4是熱交換臺(tái)的熱交換層和二級(jí)分流層的分解視圖。圖5是熱交換層的仰視圖。圖6是熱交換層的主視剖面圖。圖7是熱交換層的一個(gè)角部的局部放大視圖。圖8是二級(jí)分流層的主視剖面圖。圖9是二級(jí)分流層的仰視圖。圖10至圖12是套管的不同類型的主視剖面圖。圖13至圖16是初級(jí)分流層的不同類型的仰視圖。
圖17是熱交換臺(tái)的進(jìn)出氣管道布置的主視剖面圖。圖18是熱交換臺(tái)在下?tīng)t體中進(jìn)出氣管道布置的主視剖面圖。圖19至圖21是利用不同熱交換臺(tái)來(lái)獲得的長(zhǎng)晶效果示意圖，其中圖21是利用本發(fā)明實(shí)施例獲得的長(zhǎng)晶效果示意圖。
具體實(shí)施例方式以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
圖I至圖9為本發(fā)明的一實(shí)施例的圖示。如圖I和圖2所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，熱交換臺(tái)包括熱交換層10、二級(jí)分流層20、可變管徑套管30、初級(jí)分流層40和分流基層50等。二級(jí)分流層20和初級(jí)分流層40之間形成二級(jí)分流室25，初級(jí)分流層40和分流基層50之間形成初級(jí)分流室54。二級(jí)分流層20和熱交換層10之間形成縱橫交錯(cuò)的氣流通道，冷氣進(jìn)入到該氣流通道中，與熱交換層10上的坩堝進(jìn)行充分的熱交換，然后成為熱氣排出。如圖2所示，二級(jí)分流層20與分流基層50之間用固定螺釘51相貼連接固定。如圖3所示，二級(jí)分流層20和熱交換層10之間通過(guò)多個(gè)螺釘21固定。初級(jí)分流層40被固定在二級(jí)分流層20和分流基層50之間。如圖13至圖16所示舉例4種初級(jí)分流層分別是初級(jí)分流層41、初級(jí)分流層42、初級(jí)分流層43、初級(jí)分流層44，在該四種初級(jí)分流層上的初級(jí)分流孔45的數(shù)量和孔徑
和On，都可根據(jù)工藝的要求設(shè)置不同，從而可衍生多種初級(jí)分流層，方便適應(yīng)工藝要求的更換。通過(guò)更換不同數(shù)量、孔徑初級(jí)分流孔的初級(jí)分流層，以達(dá)到適應(yīng)工藝要求的分流效果。如圖3和圖4、圖8、圖9所示，二級(jí)分流層30具有成陣列布置的分流基孔22，各分流基孔22中配置由套管33，套管33的外側(cè)和分流基孔22的內(nèi)壁貼合，從而套管33的內(nèi)徑也就為分流基孔22的氣流通徑。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，分流基孔22可以是圓形以外的其他形狀，相應(yīng)地，分流基孔22可以是圓筒狀以外的其他形狀。所述術(shù)語(yǔ)“孔徑或通徑”并非要將分流基孔22或者套管33的管孔限定為圓形，其可以理解成沿軸線向邊緣延伸的距離或者其他適合于表達(dá)流通冷氣流量大小的物理概念。二級(jí)分流層30上并非一定要完全設(shè)置成配有套管33的分流基孔22，也可以部分通孔內(nèi)不設(shè)置套管33。套管33可拆卸地配置在分流基孔22內(nèi)，因此通過(guò)一組套管33分別與分流基孔22配合，就可以實(shí)現(xiàn)通氣管徑的變化。圖10至圖12分別示意內(nèi)徑Oa的可變管徑套管31，內(nèi)徑Ob的可變管徑套管32，內(nèi)徑Oc的可變管徑套管33，內(nèi)徑大小Oa〈Ob〈Oc。在圖4中可變管徑套管31為4件，可變管徑套管32為12件，可變管徑套管33為20件。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，套管的數(shù)量和管徑大小的配置可以根據(jù)工藝要求進(jìn)行變化。二級(jí)分流層20的部分分流基孔22也可不裝配套管30，為了區(qū)別開(kāi)來(lái)，不裝配套管30的分流基孔定義為固定通徑基孔，即其流通氣流的通徑不可調(diào)為固定的。圖5至圖7是熱交換層10的結(jié)構(gòu)視圖，熱交換層10下端面設(shè)置有陣列分布的36個(gè)通氣方塊11 (或者其他形狀的凸臺(tái))。通氣方塊11具有從中心向四周輻射布置的多個(gè)通氣槽13，通氣方塊11的四周均有上匯流氣道(或槽)12，如后面所述，在裝配狀態(tài)下，冷氣流入通氣方塊11時(shí)通過(guò)通氣槽13向四周輻射流出，進(jìn)入通氣方塊11四周的上匯流氣道12。如圖8和圖9所示，二級(jí)分流層20的分流基孔22中裝配可變管徑套管30，各分流基孔22的四周有下匯流氣道(槽)23。當(dāng)熱交換層10與二級(jí)分流層20相貼裝配后，上匯流氣道12與下匯流氣道23合成封閉的匯流氣道26。另外,分流基孔22和通氣方塊11對(duì)應(yīng)配置。氣體從套管30或分流基孔22中流出，進(jìn)入到通氣方塊11，再?gòu)耐夥綁K11的通氣槽13中流入到匯流氣道26，再?gòu)膮R流氣道26從四角出氣孔24流出。流經(jīng)匯流氣道26的冷氣與熱交換臺(tái)10上的坩堝進(jìn)行熱交換后成為熱氣。圖17和圖18是熱交換臺(tái)的進(jìn)出氣體的布局示意圖，圖17所示所有部件都是石墨材料制成，其中設(shè)置中央進(jìn)氣管60，4個(gè)四角出氣管61，隔熱籠底層67。圖18中包括多晶爐下?tīng)t體62，下?tīng)t體進(jìn)氣管64，下?tīng)t體內(nèi)部出氣管65，下?tīng)t體外部出氣管66，本發(fā)明的熱交換臺(tái)上面放置坩堝63。在長(zhǎng)晶過(guò)程中，坩堝63里硅液69逐步長(zhǎng)晶成硅晶體70。
如圖17和圖18所示，本發(fā)明實(shí)施例的熱交換臺(tái)由中央進(jìn)氣管60流入冷氣氬氣或氦氣，冷氣經(jīng)初級(jí)分流室54 —初級(jí)分流層40 —二級(jí)分流室25 —可變管徑套管30 —通氣方塊11 —匯流氣道26 —四角出氣管61流出。冷氣經(jīng)下?tīng)t體進(jìn)氣管64流入中央進(jìn)氣管60，冷氣在與熱交換層10進(jìn)行熱交換后變成熱氣，熱氣經(jīng)過(guò)四角出氣管61，經(jīng)過(guò)下?tīng)t體內(nèi)部出氣管65，流到下?tīng)t體外部出氣管66，熱氣在下?tīng)t體62的外部進(jìn)行冷卻處理。圖10所示熱交換層10上放置坩堝63，中央進(jìn)氣管60和四角出氣管61都穿過(guò)隔熱籠底層67。在長(zhǎng)晶過(guò)程中，熱交換層10對(duì)坩堝63里的硅液69熱量交換進(jìn)行冷卻，形成如圖所示的固液界面68,固液界面68下面是娃晶體70,隨著固液界面68向上推進(jìn)，直至到頂，長(zhǎng)晶結(jié)束。在沒(méi)有安裝可變管徑套管30和初級(jí)分流層40的情況下，圖19為所示的長(zhǎng)晶中固液界面68的分布示意圖，由于各通氣孔大小未加調(diào)整，實(shí)際冷卻效果形成固液界面呈現(xiàn)中間部位長(zhǎng)晶快，四周長(zhǎng)晶慢的不平齊狀態(tài)，從而影響長(zhǎng)晶的質(zhì)量。在沒(méi)有安裝可變管徑套管30的情況下，圖20為所示的長(zhǎng)晶中固液界面68的分布示意圖，由于各通氣孔大小未加調(diào)整，實(shí)際冷卻效果形成固液界面呈現(xiàn)波動(dòng)，上下不平齊狀態(tài)，從而影響長(zhǎng)晶的質(zhì)量。圖21是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)際運(yùn)用的長(zhǎng)晶效果圖示，可變管徑套管30分布規(guī)律是中間部分的內(nèi)徑小，往外內(nèi)徑變大，如圖10和圖12所示，內(nèi)徑Oa的可變管徑套管31，內(nèi)徑Ob的可變管徑套管32，內(nèi)徑Oc的可變管徑套管33，內(nèi)徑大小Oa〈Ob〈Oc，實(shí)際冷卻效果均勻，各部位長(zhǎng)晶速度一致，固液界面68比較平整。大大提高了長(zhǎng)晶的質(zhì)量。在前述的實(shí)施例中，也可以理解到一種方法，即套管32的外徑與分流基孔22相配，內(nèi)徑大小可定制不同尺寸，通過(guò)更換可變管徑套管30，從而實(shí)現(xiàn)通氣管徑大小的調(diào)節(jié)控制。另外，初級(jí)分流層40設(shè)置均勻的初級(jí)分流孔45，通過(guò)對(duì)初級(jí)分流孔45的數(shù)量和孔徑進(jìn)行改變和組合，衍生成多種初級(jí)分流層40，不同的初級(jí)分流層40通過(guò)更換，實(shí)現(xiàn)初級(jí)分流的可變可調(diào)。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，例如前述各層的形狀均為方形的板狀，也可以替換為方形外的其他形狀。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本 發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)，用來(lái)放置多晶硅鑄錠坩堝并與坩堝進(jìn)行熱交換，包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特征在于該氣體分流層設(shè)置有成陣列布置的分流基孔，分流基孔內(nèi)可拆卸地配置有套管，該套管提供氣流通過(guò)分流基孔的管孔。
2.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，分流基孔對(duì)應(yīng)有多個(gè)套管，該多個(gè)套管的外側(cè)能和分流基孔的內(nèi)側(cè)貼合，而該多個(gè)套管的內(nèi)徑不同，該分流基孔是選擇性地與該多個(gè)套管中的一個(gè)套管配合。
3.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，在氣體分流層上的全部套管分布規(guī)律是氣體分流層中間部分的管徑小，往外管徑變大。
4.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，還包括初級(jí)分流層，所述氣體分流層設(shè)置成二級(jí)分流層，初級(jí)分流層位于二級(jí)分流層和分流基層之間，初級(jí)分流層和分流基層之間形成初級(jí)分流室，初級(jí)分流層和二級(jí)分流層之間形成二級(jí)分流室，二級(jí)分流層和熱交換 層之間形成冷氣流道，冷氣從分流基層流入到初級(jí)分流室，再流經(jīng)初級(jí)分流層，再流經(jīng)二級(jí)分流室，再流經(jīng)二級(jí)分流層上的套管，進(jìn)入到二級(jí)分流層和熱交換層之間的冷氣流道。
5.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，熱交換層的氣體分流層側(cè)設(shè)置有成陣列分布的通氣凸臺(tái)，通氣凸臺(tái)上有以中心向四周輻射布置的通氣槽，各通氣凸臺(tái)的四周有匯流氣槽，該套管和該通氣凸臺(tái)對(duì)接以使冷氣從套管中流出后流經(jīng)通氣凸臺(tái)上的通氣槽再流入到匯流氣槽。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，所述氣體分流層的熱交換層側(cè)在各所述分流基孔的四周有匯流氣槽，氣體分流層上的匯流氣槽和熱交換層上的匯流氣槽組合成氣道。
7.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，初級(jí)分流層的種類有多種，各種初級(jí)分流層設(shè)置有均勻的初級(jí)分流孔，但不同種初級(jí)分流層的初級(jí)分流孔的數(shù)量不同和孔徑不同。
8.如權(quán)利要求3所述的熱交換臺(tái)，其特征在于，所述熱交換臺(tái)設(shè)置有中央進(jìn)氣孔以及位于四角的出氣孔，冷氣流經(jīng)冷氣流道成熱氣，熱氣從四角的出氣孔流出。
9.一種用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)的通氣管徑變化方法，該熱交換臺(tái)包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特征在于，在該氣體分流層的成陣列布置的分流基孔內(nèi)配置有套管，利用該套管的管徑限定出分流基孔的通徑，利用不同管徑的套管與分流基孔配置，以使流經(jīng)氣體分流層的氣體的通徑大小的調(diào)節(jié)得到控制。
10.如權(quán)利要求9所述的通氣管徑變化方法，其特征在于，還在氣體分流層和分流基層之間設(shè)置初級(jí)分流層，該初級(jí)分流層上設(shè)置有初級(jí)分流孔，改變初級(jí)分流孔的數(shù)量和孔徑，以衍生成多種初級(jí)分流層，通過(guò)更換不同種類的初級(jí)分流層，來(lái)實(shí)現(xiàn)初級(jí)分流的可變可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于多晶鑄錠爐的熱交換臺(tái)及其通氣管徑變化方法，其中熱交換臺(tái)氣道的通徑大小可調(diào)整，包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，該氣體分流層設(shè)置有成陣列布置的分流基孔，分流基孔內(nèi)可拆卸地配置有套管，該套管提供氣流通過(guò)分流基孔的管孔。
文檔編號(hào)C30B28/06GK102747420SQ20121026909
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者吳正同 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司