專利名稱：用于多晶硅生產(chǎn)的三氯氫硅汽化裝置的揮發(fā)器及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域，是一種用于多晶硅生產(chǎn)過程中控制三氯氫硅與
氫氣比率的裝置。本發(fā)明裝置也可以應(yīng)用于合成光學石英玻璃生產(chǎn)制造領(lǐng)域，在合成光學 石英玻璃生產(chǎn)過程中控制四氯化硅與載料氣體的比率。
背景技術(shù)：
在以三氯氫硅氫還原法生產(chǎn)多晶硅(硅多晶)的過程中，三氯氫硅在揮發(fā)器中加 熱汽化由氫氣攜帶輸送至還原爐的同時還必須將氫氣與三氯氫硅的配比穩(wěn)定地控制在一 定的范圍內(nèi)。氫氣配比不足不利于抑制其他副反應(yīng)，會降低硅的實收率；氫氣配比過大，氫 氣得不到充分利用，造成浪費，同時也使三氯氫硅濃度下降，減少三氯氫硅與硅棒表面的碰 撞幾率，降低硅的沉積速度，生產(chǎn)能力下降。因此多晶硅生產(chǎn)過程中必須對氫氣和三氯氫硅 的配比進行嚴格的控制。 現(xiàn)有多晶硅生產(chǎn)三氯氫硅汽化裝置及料比控制系統(tǒng)如圖1所示。SiHCl3通過手 動控制閥和加料管L5送入至揮發(fā)槽L4，通過液位管L2觀察SiHCl3的液位。揮發(fā)槽L4內(nèi) SiHCl3通過水夾套L3的熱水加熱汽化。主路氫通過手動控制閥，流量計和鼓泡管L6將揮 發(fā)槽L4中汽化SiHCl3從出料管中攜帶出來輸送至噴管LIO。旁路H2通過手動控制閥，流 量計輸送至噴管L10與SiHCl3和主路H2混合通入還原爐。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但在 實際使用中只能采用人工經(jīng)驗控制調(diào)節(jié)，無法精確控制料比，特別是應(yīng)用于多噴嘴的大型 還原爐，操作非常繁瑣。無法實現(xiàn)自動化控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在多晶硅生 產(chǎn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定精確控制料比的三氯氫硅汽化裝置及控制方法。該裝置及控制方法 也可適用于合成光學石英玻璃生產(chǎn)制造領(lǐng)域。
本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下 —種在多晶硅生產(chǎn)過程中可穩(wěn)定精確控制料比的三氯氫硅汽化裝置，揮發(fā)器l，如 圖2所示。所述的揮發(fā)器1由揮發(fā)槽IO，噴霧管ll，加熱管一 12，加熱管二 13，支承件一 14，支承件二 15，支承件三16和支承座17。 所述揮發(fā)槽10由不銹鋼材料制成。如圖3所示，揮發(fā)腔101為圓桶形，二端為橢 圓形封頭，左封頭開有四個孔102，用于加熱管一 12和加熱管二 13的定位安裝；中部外層 加有加熱夾套103，夾套上部和下部各有二根進水孔1031， 1032導管和出水孔1033， 1034導 管；在揮發(fā)腔101的下部左右二端裝有二根導管，左端為排污聯(lián)接管104，右端為三氯氫硅 進料聯(lián)接管105 ;在揮發(fā)腔101的右上部裝有一根導管106，為三氯氫硅和氫氣的出料管； 在揮發(fā)腔101右端上下各裝有一根聯(lián)接導管1071和1072，用于外接液位傳感器。右封頭裝 有窺視窗108和噴霧管法蘭聯(lián)接器109，還裝有二根導管10101和10102，用于聯(lián)接目視液 位計。
所述噴霧管ll由不銹鋼材料制成。如圖4所示，由一根圓管111和法蘭112組成， 圓管111 一端封閉，另一端有管接螺紋，法蘭位于管接螺紋端，圓管111壁上沿長度方向上 有一排小穿孔，主路氫可通過這一排小穿孔均勻進入揮發(fā)腔101對三氯氫硅液進行鼓泡汽 化。在揮發(fā)槽10夕卜，噴霧管11法蘭端與揮發(fā)槽10的法蘭聯(lián)接器109相連。在揮發(fā)槽IO 內(nèi)，另一端則用不銹鋼U型螺栓固定在支承件一 14上，支承件一 14二端通過焊接固定在揮 發(fā)腔101腔壁上。 所述加熱管12和13由不銹鋼材料制成。如圖5所示，由三U型盤向管組成，二個 加熱管由不銹鋼U型螺栓固定在支承件二 15和支承件三16上，二個加熱管的四根進出口 管穿過揮發(fā)腔101左封頭四個孔102，并進行密封焊接，支承件15和16 二端通過焊接固定 在揮發(fā)腔101腔壁上。 —種以上述三氯氫硅汽化裝置揮發(fā)器1為核心，在多晶硅生產(chǎn)過程中實現(xiàn)精確控 制料比的控制系統(tǒng)，如圖6所示。 其主要由揮發(fā)器1、有籠浮筒式液位傳感控制器3、液位計、壓力傳感控制器4、熱 導式摩爾比檢測控制器5、主路H2調(diào)節(jié)閥6、旁路H2調(diào)節(jié)閥7、三氯氫硅加液閥8、安全閥9、 爐前工藝氣體流量計10、還原爐11及其它閥門和管線組成。


圖1現(xiàn)有多晶硅生產(chǎn)三氯氫硅汽化裝置及料比控制系統(tǒng)示意圖； 圖2本發(fā)明可三氯氫硅汽化裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3本發(fā)明可三氯氫硅汽化裝置部件揮發(fā)槽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4本發(fā)明三氯氫硅汽化裝置部件噴霧管及安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5本發(fā)明三氯氫硅汽化裝置部件加熱管及安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6本發(fā)明多晶硅生產(chǎn)三氯氫硅汽化裝置及料比控制系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
—種以三氯氫硅汽化裝置揮發(fā)器1為核心，在多晶硅生產(chǎn)過程中實現(xiàn)精確控制料 比的控制系統(tǒng)，如圖6所示。 其主要由揮發(fā)器1、有籠浮筒式液位傳感控制器3、液位計、壓力傳感控制器4、熱 導式摩爾比檢測控制器5、主路H2調(diào)節(jié)閥6、旁路H2調(diào)節(jié)閥7、三氯氫硅加液閥8、安全閥9、 爐前工藝氣體流量計10、還原爐11及其它閥門和管線組成。 揮發(fā)槽10通過進料聯(lián)接管105與三氯氫硅料管相聯(lián)接，有籠浮筒式液位傳感控制 器3與通過接管1071和1072與揮發(fā)器1相聯(lián)接，對揮發(fā)槽10中的三氯氫硅液位進行檢測 調(diào)節(jié)，當液位超過或低于設(shè)定液位時控制氣動調(diào)節(jié)閥8的開度，使加入的三氯氫硅液體與 汽化量處于始終處于平衡狀態(tài)。 揮發(fā)槽10通過出料聯(lián)接管106與混合氣(三氯氫硅和主路氫氣的)輸送管相聯(lián) 接，在混合氣體輸送管A點上旁通裝有壓力傳感控制器4，對揮發(fā)槽10出料口的壓力進行檢 測調(diào)節(jié)。當超過或低于設(shè)定壓力時控制氣動調(diào)節(jié)閥6的開度，調(diào)節(jié)通過霧化器11進入揮發(fā) 槽10的主路氫通鼓泡流量，從而調(diào)節(jié)的三氯氫硅汽化量，使得揮發(fā)槽10出料口的壓力處于 穩(wěn)定的狀態(tài)。
在混合氣體(三氯氫硅和氫氣的)輸送管B點處旁通裝有三氯氫硅和主路氫氣采 樣管與熱導式摩爾比檢測控制器5相聯(lián)，在主路氫輸送管D點旁通裝有純氫采樣管與熱導 式摩爾比檢測控制器5相聯(lián)，熱導式摩爾比檢測控制器5對二路采樣氣體分析，當混合氣體 氫氣和三氯氫硅摩爾比大于或小于設(shè)定值時控制旁路氫調(diào)節(jié)閥7，調(diào)節(jié)旁路氫流量，使得旁 路氫與主路氫和三氯氫硅混合氣體在C點會合后的氫氣和三氯氫硅摩爾比值保持恒定。
在混合氣體(三氯氫硅和氫氣的)進入還原工序前，E點旁路裝有安全閥9，聯(lián)通 至尾氣淋洗管，以確保在異常情況下?lián)]發(fā)槽10可安全泄壓，保證安全。 相對于現(xiàn)有技術(shù)，所述多晶硅生產(chǎn)三氯氫硅汽化裝置及料比控制系統(tǒng)的優(yōu)點在 于 揮發(fā)器1內(nèi)部加熱管與外部加熱夾套結(jié)構(gòu)，以及液位恒定控制技術(shù)，三氯氫硅汽 化工況條件穩(wěn)定。揮發(fā)器l的特殊結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)混合氣體的摩爾比檢測控制，使最終輸送至 還原生產(chǎn)的混合氣體的摩爾比數(shù)處于理想的可控狀態(tài)。同時采用了揮發(fā)槽10出料口壓力 控制技術(shù)，使得在還原工序各還原爐加料量變化操作不受影響，也有利于大型還原爐多噴 管技術(shù)的使用。 本發(fā)明有利于提高還原爐的生產(chǎn)能力和降低還原生產(chǎn)損耗。也有利于多晶硅生產(chǎn) 企業(yè)實現(xiàn)自動化和集群化生產(chǎn)控制。
權(quán)利要求
一種用于多晶硅生產(chǎn)的三氯氫硅汽化裝置的揮發(fā)器，其特征在于，所述的揮發(fā)器由揮發(fā)槽(10)、噴霧管(11)、加熱管(12)，支承件(14)和支承座(17)組成；所述揮發(fā)槽包括揮發(fā)腔(101)，該揮發(fā)腔兩端面密封；左封頭端面設(shè)有與加熱管(12)連通定位安裝孔(102)；該揮發(fā)腔中部外層設(shè)有加熱夾套(103)，該夾套的上部和下部各設(shè)有進水口(1031)和出水口(1033)；在該揮發(fā)腔(101)的下部左右二端設(shè)有排污口(104)和三氯氫硅進料口(105)；在該揮發(fā)腔(101)的上部設(shè)有三氯氫硅和氫氣的出料口(106)；該揮發(fā)腔(101)設(shè)有外接液位傳感器的聯(lián)接口(1071)；該揮發(fā)腔(101)右封頭端面上設(shè)有窺視窗(108)、噴霧管法蘭聯(lián)接器(109)、聯(lián)接目視液位計的孔(10101)；所述噴霧管(11)由圓管(111)和法蘭(112)組成，圓管(111)一端封閉，另一端設(shè)有管接螺紋，法蘭位于管接螺紋端，圓管(111)壁上設(shè)有若干小穿孔；在揮發(fā)槽(10)外，噴霧管(11)法蘭端與揮發(fā)槽(10)的法蘭聯(lián)接器(109)相連；在揮發(fā)槽(10)內(nèi)，另一端固定在支承件(14)上，支承件(14)二端通過焊接固定在揮發(fā)腔(101)腔壁上。所述加熱管(12)由U型盤向加熱管組成，所述加熱管固定在支承件(15)、(16)上，加熱管的進出口管穿過揮發(fā)腔(101)定位安裝孔(102)，并進行密封焊接，支承件(15)和(16)二端通過焊接固定在揮發(fā)腔(101)腔壁上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多晶硅生產(chǎn)的三氯氫硅汽化裝置的揮發(fā)器，其特征在 于，所述的揮發(fā)腔(101)還包括進水孔(1032)和出水孔(1034);該揮發(fā)腔(101)還設(shè)有外 接液位傳感器的聯(lián)接口 (1072);右封頭還裝有聯(lián)接目視液位計的孔(10102)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于多晶硅生產(chǎn)的三氯氫硅汽化裝置的揮發(fā)器，其特征 在于，所述的揮發(fā)槽(10)、噴霧管(11)、加熱管(12)均為不銹鋼材 料。
4. 一種用于多晶硅生產(chǎn)的三氯氫硅汽化裝置的控制系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的揮 發(fā)器(1)、有籠浮筒式液位傳感控制器(3)、液位計、壓力傳感控制器(4)、熱導式摩爾比檢 測控制器(5)、主路H2調(diào)節(jié)閥(6)、旁路H2調(diào)節(jié)閥(7)、三氯氫硅加液閥(8)、安全閥(9)、爐 前工藝氣體流量計(10)、還原爐(11)及其它閥門和管線連接組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域，是一種用于多晶硅生產(chǎn)過程中控制三氯氫硅與氫氣比率的裝置。本發(fā)明裝置也可以應(yīng)用于合成光學石英玻璃生產(chǎn)制造領(lǐng)域，在合成光學石英玻璃生產(chǎn)過程中控制四氯化硅與載料氣體的比率。所述汽化裝置的揮發(fā)器由揮發(fā)槽、噴霧管、加熱管，支承件和支承座組成。本發(fā)明有利于提高還原爐的生產(chǎn)能力和降低還原生產(chǎn)損耗。也有利于多晶硅生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)自動化和集群化生產(chǎn)控制。
文檔編號C01B33/03GK101723372SQ20081020153
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者呂國華, 袁克文, 錢承榮 申請人:上海棱光實業(yè)股份有限公司