專利名稱：具有新型噴嘴的多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有新型噴嘴的多晶硅還原爐。
背景技術(shù)：
多晶硅還原爐是多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)出最終產(chǎn)品的核心設(shè)備，也是決定系統(tǒng)產(chǎn)能、能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，多晶硅還原爐的設(shè)計(jì)和制造，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)成本。隨著全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響下，多晶硅的價(jià)格持續(xù)下降，產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)不斷被壓縮，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。因此，有效地降低多晶硅能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，是目前多晶硅生產(chǎn)企業(yè)需要解決的重要問題。目前生產(chǎn)多晶硅主要采用“改良西門子法”，通常將一定配比的三氯氫硅(SiHCl3) 和氫氣(H2)混合氣從底部進(jìn)氣口噴入，在還原爐內(nèi)發(fā)生氣相還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的硅(Si) 直接沉積在爐內(nèi)的硅芯表面，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，硅棒不斷生長(zhǎng)最終達(dá)到產(chǎn)品要求。由于還原爐內(nèi)部硅芯需要維持在1050°C -1100°C進(jìn)行生產(chǎn)，外部用冷卻夾套進(jìn)行冷卻，因此，使用12對(duì)棒、18對(duì)棒等還原爐生產(chǎn)多晶硅還原能耗大，生產(chǎn)成本高，已經(jīng)不適應(yīng)目前激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求，迫切需求一種能夠節(jié)能降耗的新型還原爐的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種可以降低能耗并且可以提高產(chǎn)量的多晶硅還原爐。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，包括底盤和爐體，所述爐體連接在所述底盤上且在所述爐體與所述底盤之間限定出反應(yīng)腔室；六十對(duì)電極，所述六十對(duì)電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一至第八圈上，所述第一至第八圈為以所述底盤中心為中心且由內(nèi)向外依次增大的八個(gè)同心正六邊形；進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在所述底盤中部的多個(gè)噴嘴；和排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口，所述排氣口設(shè)在所述底盤上且位于所述第四圓環(huán)與所述爐體之間；其中，所述每個(gè)噴嘴包括基座，所述基座內(nèi)形成有第一進(jìn)氣腔；引流部，所述引流部與所述基座的上端相連且所述引流部?jī)?nèi)形成有第二進(jìn)氣腔，所述第二進(jìn)氣腔與所述第一進(jìn)氣腔相連通且所述第二進(jìn)氣腔的橫截面積小于所述第一進(jìn)氣腔的橫截面積；和導(dǎo)流部，所述導(dǎo)流部與所述引流部的上端相連且所述引流部?jī)?nèi)形成有位于中部的中央噴孔和環(huán)繞所述中央噴孔且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)側(cè)噴孔， 所述中央噴孔和所述多個(gè)側(cè)噴孔與所述第二進(jìn)氣腔相連通。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述六十對(duì)電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓環(huán)上，由此，可以合理利用熱能，同時(shí)也可以避免爐體內(nèi)側(cè)壁帶走過多熱量，可以降低熱量損耗；所述噴嘴可以增加工藝氣體流速且可以使工藝氣體分布均勻，可以提高所述還原爐的生產(chǎn)效率。
另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐還可以具有如下附加的技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，在所述第一圈的每條邊上分布有一個(gè)電極，在所述第二圈的每條邊上分布有一個(gè)電極，所述第一圈上的六個(gè)電極與所述第二圈上的六個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成六對(duì)電極。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，在所述第三圈的每條邊上分布有二個(gè)電極，在所述第四圈的每條邊上分布有二個(gè)電極，所述第三圈上的十二個(gè)電極與所述第四圈上的十二個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成十二對(duì)電極。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，在所述第五圈的每條邊上分布有三個(gè)電極，在所述第六圈的每條邊上分布有三個(gè)電極，所述第五圈上的十八個(gè)電極與所述第六圈上的十八個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成十八對(duì)電極。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，在所述第七圈的每條邊上分布有四個(gè)電極，在所述第八圈的每條邊上分布有四個(gè)電極，所述第七圈上的二十四個(gè)電極與所述第八圈上的二十四個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成二十四對(duì)電極。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述第一至第八圈的對(duì)應(yīng)邊彼此平行。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述多個(gè)噴嘴分別分布在所述底盤中心處以及第九至第十二圈上，所述第九至第十二圈為以所述底盤中心為中心且由內(nèi)向外依次增大的四個(gè)同心正六邊形，其中所述第九圈位于第一和第二圈之間，所述第十圈位于所述第三和第四圈之間，所述第十一圈位于所述第五和第六圈之間，所述第十二圈位于所述第七和第八圈之間。有利地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述第一至第十二圈的對(duì)應(yīng)邊彼此平行。有利地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述多個(gè)噴嘴的數(shù)量為五十五個(gè)，其中在所述第九圈上分布有六個(gè)噴嘴，在所述第十圈上分布有十二個(gè)噴嘴，在所述第十一圈上分布有十八個(gè)噴嘴，在所述第十二圈上分布有十八個(gè)噴嘴，其中第九至第十二圈中的任一圈上的噴嘴與和其相鄰的圈上的電極沿周向交錯(cuò)布置。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括進(jìn)氣環(huán)管，所述進(jìn)氣環(huán)管位于所述底盤下方且與外部氣源相連通；五十五個(gè)進(jìn)氣管，所述五十五個(gè)進(jìn)氣管分別與所述五十五個(gè)噴嘴一一對(duì)應(yīng)且所述五十五個(gè)噴嘴通過所述五十五個(gè)進(jìn)氣管與所述進(jìn)氣環(huán)管相連接。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述噴嘴的導(dǎo)流部的中央噴孔的橫截面積大于所述多個(gè)側(cè)噴孔的每個(gè)的橫截面積。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述多個(gè)側(cè)噴孔的每個(gè)均為從底部以預(yù)定仰角旋轉(zhuǎn)至頂部的側(cè)旋噴孔。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述多個(gè)側(cè)旋噴孔的內(nèi)表面的母線為雙曲線、拋物線、橢圓弧線或漸開線。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述噴嘴的引流部的上部形成有外喇叭口型的連接錐段，所述導(dǎo)流部配合在所述連接錐段內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述多個(gè)排氣口的數(shù)量為十二個(gè)且分布在以所述底盤的中心為圓心的一個(gè)圓周上。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述底盤內(nèi)形成有第一冷卻腔，且所述第一冷卻腔具有第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口和多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口，所述第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述底盤的中央，而所述多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口與所述多個(gè)排氣口一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)所述第一冷卻介質(zhì)出口連接有第一冷卻管且每個(gè)所述排氣口連接有尾氣管， 所述第一冷卻管套設(shè)在所述尾氣管上。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述爐體內(nèi)設(shè)有第二冷卻腔且所述第二冷卻腔連接有第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口和第二冷卻介質(zhì)出口，所述第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述爐體的底部且所述第二冷卻介質(zhì)出口位于所述爐體的頂部，所述第二冷卻腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)隔流擋板，所述多個(gè)隔流擋板在所述第二冷卻腔內(nèi)由下至上繞所述反應(yīng)腔室呈螺旋狀分布。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述爐體包括位于下部的筒體和設(shè)在所述筒體頂端的封頭，所述封頭為中空半球體。有利地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，所述爐體上還設(shè)有多個(gè)觀察鏡，所述多個(gè)觀察鏡在所述筒體的高度方向上均勻分布成多排且所述多個(gè)觀察鏡沿所述筒體的周向均勻分布。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐的示意圖；和圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐的噴嘴的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。下面參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐。如圖1-3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，包括底盤 10，爐體20，六十對(duì)電極30，進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。具體地，爐體20連接在底盤10上且在爐體20與底盤10之間限定出反應(yīng)腔室 1020。六十對(duì)電極30設(shè)在底盤10上且分別分布在第一圈Cl、第二圈C2、第三圈C3、第四圈C4、第五圈C5、第六圈C6、第七圈C7以及第八圈C8上。第一至第八圈為以底盤10中心為中心且由內(nèi)向外依次增大的八個(gè)同心正六邊形。所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在底盤10中部的多個(gè)噴嘴41。所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口 51，排氣口 51設(shè)在底盤10上且位于所述第四圓周與爐體20之間。其中，噴嘴41包括，基座411，引流部412和導(dǎo)流部413?；?11內(nèi)形成有第一進(jìn)氣腔4111。引流部412與基座411的上端相連且引流部412內(nèi)形成有第二進(jìn)氣腔4121，第二進(jìn)氣腔4121與第一進(jìn)氣腔4111相連通且第二進(jìn)氣腔4121的橫截面積小于第一進(jìn)氣腔 4111的橫截面積。導(dǎo)流部413與引流部412的上端相連且引流部412內(nèi)形成有位于中部的中央噴孔 4131和環(huán)繞中央噴孔4131且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)側(cè)噴孔4132，中央噴孔4131和多個(gè)側(cè)噴孔4132與第二進(jìn)氣腔4121相連通。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，六十對(duì)電極30設(shè)在底盤10 上且分別分布在四個(gè)同心圓環(huán)即第一、第二、第三和第四圓環(huán)上，由此，可以合理利用熱能， 同時(shí)也可以避免爐體內(nèi)側(cè)壁帶走過多熱量，可以降低熱量損耗；并且，采用的噴嘴41可以增加工藝氣體流速且可以使工藝氣體分布均勻，可以提高所述還原爐的生產(chǎn)效率。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在第一圈Cl的每條邊上分布有一個(gè)電極30， 在第二圈C2的每條邊上分布有一個(gè)電極30。第一圈Cl上的六個(gè)電極30與第二圈C2上的六個(gè)電極30 —一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成六對(duì)電極。相鄰的兩對(duì)電極之間可以通過電極板(未示出) 連接。在第三圈C3的每條邊上分布有二個(gè)電極30，在第四圈C4的每條邊上分布有二個(gè)電極30。第三圈C3上的十二個(gè)電極30與第四圈C4上的十二個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成十二對(duì)電極。相鄰的兩對(duì)電極之間可以通過電極板(未示出)連接。在第五圈C5的每條邊上分布有三個(gè)電極30，在第六圈C6的每條邊上分布有三個(gè)電極30。第五圈C5上的十八個(gè)電極30與第六圈C6上的十八個(gè)電極30 —一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成十八對(duì)電極。相鄰的兩對(duì)電極之間可以通過電極板(未示出)連接。在第七圈C7的每條邊上分布有四個(gè)電極30，在第八圈C8的每條邊上分布有四個(gè)電極30。第七圈C7上的二十四個(gè)電極30與第八圈C8上的二十四個(gè)電極30 —一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成二十四對(duì)電極。相鄰的兩對(duì)電極之間可以通過電極板(未示出)連接。由此，可以簡(jiǎn)化對(duì)電極30的控制，并可以最大程度的合理利用熱能。如圖2所示，分布在第二至第七圈上的電極30沿徑向依次交替布置，由此可以使電極30的分布合理，最大程度地提高底盤10的使用效率。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，如圖2所示，第一圈Cl、第二圈C2、第三圈C3、第四圈C4、 第五圈C5、第六圈C6、第七圈C7以及第八圈C8的對(duì)應(yīng)邊彼此平行。由此，可以使根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅還原爐布局合理且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，多個(gè)噴嘴41分別分布在底盤10中心處以及第九圈C9、第十圈C10、第i^一圈Cll以及第十二圈C12上。第九至第十二圈為以底盤10中心為中心且由內(nèi)向外依次增大的四個(gè)同心正六邊形。其中第九圈C9位于第一圈Cl和第二圈C2之間， 第十圈ClO位于第三圈C3和第四圈C4之間，第i^一圈Cll位于第五圈C5和第六圈C6之間，第十二圈C12位于第七圈C7和第八圈C8之間。由此，可以使工藝氣體在反應(yīng)腔室1020 內(nèi)均勻分布，可以提高單爐產(chǎn)量。有利地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體示例，第一圈Cl、第二圈C2、第三圈C3、第四圈C4、第五圈C5、第六圈C6、第七圈C7、第八圈C8、第九圈C9、第十圈C10、第i^一圈Cll以及第十二圈C12的對(duì)應(yīng)邊彼此平行。由此，可以使根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅還原爐布局合理且進(jìn)
一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。有利地，根據(jù)本發(fā)明一些示例，多個(gè)噴嘴41的數(shù)量為五十五個(gè)。其中在第九圈C9 上分布有六個(gè)噴嘴41，在第十圈ClO上分布有十二個(gè)噴嘴41，在第i^一圈Cll上分布有十八個(gè)噴嘴41，在第十二圈C12上分布有十八個(gè)噴嘴41。其中第九至第十二圈中的任一圈上的噴嘴41與和其相鄰的圈上的電極30沿周向交錯(cuò)布置。由此，可以使噴嘴41的布局更為合理，可以有效地與六十對(duì)電極相配合。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括，進(jìn)氣環(huán)管42和五十五個(gè)進(jìn)氣管43。具體地，進(jìn)氣環(huán)管42位于底盤10下方且與外部氣源相連通。五十五個(gè)進(jìn)氣管43分別與五十五個(gè)噴嘴41 一一對(duì)應(yīng)且五十五個(gè)噴嘴41通過五十五個(gè)進(jìn)氣管43與進(jìn)氣環(huán)管42相連接。由此，可以使每個(gè)噴嘴41的進(jìn)氣量都保持一致， 從而可以保證反應(yīng)腔室1020內(nèi)氣流流暢均勻。進(jìn)一步地，如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例，噴嘴41的導(dǎo)流部413的中央噴孔4131的橫截面積大于多個(gè)側(cè)噴孔4132的每個(gè)的橫截面積。由此，可以使中央氣流所占的比例較大，可以更好地維持還原爐中上部的工藝氣體供應(yīng)。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)側(cè)噴孔4132的每個(gè)均為從底部以預(yù)定仰角旋轉(zhuǎn)至頂部的側(cè)旋噴孔。由此，可以形成側(cè)旋氣流并可以使側(cè)旋氣流向外側(cè)擴(kuò)張的效果更好。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體示例，所述多個(gè)側(cè)旋噴孔的內(nèi)表面的母線為雙曲線、拋物線、橢圓弧線或漸開線。由此，可以便于加工。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，噴嘴41的引流部412的上部形成有外喇叭口型的連接錐段，導(dǎo)流部413配合在所述連接錐段內(nèi)。由此，可以便于導(dǎo)流部413與引流部412的連接。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)排氣口 51的數(shù)量為十二個(gè)且分布在以底盤10的中心為圓心的一個(gè)圓周上(即如圖2中所示的介于第八圈C8與底盤10的外周沿之間的圓周)。由此，可以使反應(yīng)尾氣及時(shí)排出。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，底盤10內(nèi)形成有第一冷卻腔101，且第一冷卻腔101具有第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口 102和多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口 103，第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口 102 位于底盤10的中央，而多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口 103與多個(gè)排氣口 51 —一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口 103連接有第一冷卻管且每個(gè)排氣口 51連接有尾氣管，所述第一冷卻管套設(shè)在所述尾氣管上。由此，可以簡(jiǎn)化多晶硅還原爐的設(shè)計(jì)并可以改善生產(chǎn)條件，可以保證安全生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例，爐體20內(nèi)設(shè)有第二冷卻腔203且第二冷卻腔203連接有第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口 204和第二冷卻介質(zhì)出口 205，第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口 204位于爐體20的底部且第二冷卻介質(zhì)出口 205位于爐體20的頂部，第二冷卻腔203內(nèi)設(shè)有多個(gè)隔流擋板206，多個(gè)隔流擋板206在第二冷卻腔203內(nèi)由下至上繞反應(yīng)腔室1020呈螺旋狀分布。由此，可以改善生產(chǎn)條件，可以保證安全生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，爐體20包括位于下部的筒體201和設(shè)在筒體201頂端的封頭202，封頭202為中空半球體。由此，可以減小上升氣流在反應(yīng)腔室1020頂部的上升阻力。有利地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，爐體20上還設(shè)有多個(gè)觀察鏡60，多個(gè)觀察鏡60在筒體201的高度方向上均勻分布成多排且多個(gè)觀察鏡60沿筒體201的周向均勻分布。由此，可以及時(shí)觀察所述反應(yīng)腔室內(nèi)的情況。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅還原爐，六十對(duì)電極30在分別分布在第一至第八圈上且分別布置成六對(duì)、十二對(duì)、十八對(duì)和二十四對(duì)電極30。該電極30的布局有利于最大化合理利用熱能，同時(shí)避免爐筒內(nèi)側(cè)的冷卻壁面帶走過多熱量，降低熱量損耗。在第一、第二、 第三和第四圓周上分別均勻設(shè)有六個(gè)、十二個(gè)、十八個(gè)和十八個(gè)噴嘴，在沿以底盤10的中心為圓心的圓周上均勻設(shè)有十二個(gè)排氣口 51，這樣的設(shè)計(jì)取消了中央出氣口，避免了中央出氣口附近由于憋壓造成的流動(dòng)死區(qū)，提高了反應(yīng)腔室1020內(nèi)下部區(qū)域的生產(chǎn)效率。使用外圈出氣的結(jié)構(gòu)，使得還原爐內(nèi)氣流循環(huán)時(shí)，直接從外圈排出，避免反應(yīng)副產(chǎn)物回到中央的氣流上升區(qū)，造成物料反混。通過模擬計(jì)算表明底盤10的布局有以下優(yōu)點(diǎn)(1)由于每根硅棒都有對(duì)應(yīng)的3個(gè)等距進(jìn)氣源，還原爐內(nèi)流場(chǎng)能均勻分布，有利于硅棒均勻生長(zhǎng)；(2)硅棒間距完全一致，每根硅棒都有對(duì)應(yīng)3個(gè)等距輻射熱源，還原爐熱場(chǎng)分布均勻；C3)外圈出氣使熱氣體走外部，使還原爐中氣場(chǎng)能夠最大化合理利用熱能，同時(shí)避免爐筒內(nèi)側(cè)的冷卻壁面帶走過多熱量，降低熱量損耗。同時(shí)，該優(yōu)化設(shè)計(jì)使得還原爐的制造成本有效降低，占地空間小，有利于大規(guī)模用于生產(chǎn)。爐體10上部的封頭202為半球形封頭。半球形封頭的受力良好，球殼應(yīng)力小，與筒體201相比，厚度較其他形式的封頭可以適當(dāng)減薄。進(jìn)過模擬計(jì)算，球形封頭的下部的上升氣流在頂部的上升阻力減小，在高度M00-3200mm左右氣速明顯增加，有利于解決硅棒上部菜花嚴(yán)重的問題，對(duì)硅棒橋連部分的質(zhì)量有一定改善作用；這一特征在內(nèi)圈硅棒上表現(xiàn)更為明顯，硅棒表面氣速比一般的橢圓形封頭有15%左右的提升。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐在生產(chǎn)時(shí)，工藝氣體從還原爐底盤10的進(jìn)氣管43首先進(jìn)入噴嘴41。由于第二進(jìn)氣腔4121的橫截面積小于第一進(jìn)氣腔 4111的橫截面積，氣體在引流段412的流速有一定地增大。氣體隨后進(jìn)入上部的導(dǎo)流段413 后，以一定的比例分別進(jìn)入中央噴孔4131和側(cè)旋噴孔4132，由于中央噴孔4131和側(cè)旋噴孔 4132的總橫截面積小于第二進(jìn)氣腔4121的橫截面積，氣體得到進(jìn)一步加速。通過噴嘴41 后工藝氣體的速度可以增加到原來的200-400%。氣體在離開噴嘴41后，被分為中央氣流和側(cè)旋氣流，中央氣流的氣速和所占?xì)饬勘壤^大，可以較好的到達(dá)還原爐頂部，維持還原爐中上部氣體供應(yīng)。側(cè)旋氣流可以有效地向還原爐的側(cè)壁處擴(kuò)張，擴(kuò)大了進(jìn)氣氣流的影響區(qū)域，并使得還原爐內(nèi)部整體氣流流場(chǎng)趨向均勻。通過現(xiàn)場(chǎng)使用證明，噴嘴41可以有效地改善多晶硅棒表面質(zhì)量，并控制硅棒主體的粗細(xì)變化在10%以內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，通過對(duì)多晶硅還原爐的底盤 10和爐體20的結(jié)構(gòu)尺寸，以及電極30、進(jìn)氣口 41和排氣孔51的分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，每公斤多晶硅能耗可以降低25%-35%，單爐產(chǎn)量可達(dá)到14-16噸，可有效降低多晶硅生產(chǎn)成本。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，包括底盤和爐體，所述爐體連接在所述底盤上且在所述爐體與所述底盤之間限定出反應(yīng)腔室；六十對(duì)電極，所述六十對(duì)電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一至第八圈上，所述第一至第八圈為以所述底盤中心為中心且由內(nèi)向外依次增大的八個(gè)同心正六邊形；進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在所述底盤中部的多個(gè)噴嘴；和排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口，所述排氣口設(shè)在所述底盤上且位于所述第八圈與所述底盤的外周沿之間；其中，所述每個(gè)噴嘴包括基座，所述基座內(nèi)形成有第一進(jìn)氣腔；引流部，所述引流部與所述基座的上端相連且所述引流部?jī)?nèi)形成有第二進(jìn)氣腔，所述第二進(jìn)氣腔與所述第一進(jìn)氣腔相連通且所述第二進(jìn)氣腔的橫截面積小于所述第一進(jìn)氣腔的橫截面積；和導(dǎo)流部，所述導(dǎo)流部與所述引流部的上端相連且所述引流部?jī)?nèi)形成有位于中部的中央噴孔和環(huán)繞所述中央噴孔且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)側(cè)噴孔，所述中央噴孔和所述多個(gè)側(cè)噴孔與所述第二進(jìn)氣腔相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，在所述第一圈的每條邊上分布有一個(gè)電極，在所述第二圈的每條邊上分布有一個(gè)電極，所述第一圈上的六個(gè)電極與所述第二圈 上的六個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成六對(duì)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，在所述第三圈的每條邊上分布有二個(gè)電極，在所述第四圈的每條邊上分布有二個(gè)電極，所述第三圈上的十二個(gè)電極與所述第四圈上的十二個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成十二對(duì)電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，在所述第五圈的每條邊上分布有三個(gè)電極，在所述第六圈的每條邊上分布有三個(gè)電極，所述第五圈上的十八個(gè)電極與所述第六圈上的十八個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成十八對(duì)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，在所述第七圈的每條邊上分布有四個(gè)電極，在所述第八圈的每條邊上分布有四個(gè)電極，所述第七圈上的二十四個(gè)電極與所述第八圈上的二十四個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)以構(gòu)成二十四對(duì)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述第一至第八圈的對(duì)應(yīng)邊彼此平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴分別分布在所述底盤中心處以及第九至第十二圈上，所述第九至第十二圈為以所述底盤中心為中心且由內(nèi)向外依次增大的四個(gè)同心正六邊形，其中所述第九圈位于第一和第二圈之間，所述第十圈位于所述第三和第四圈之間，所述第十一圈位于所述第五和第六圈之間，所述第十二圈位于所述第七和第八圈之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述第一至第十二圈的對(duì)應(yīng)邊彼此平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴的數(shù)量為五十五個(gè)，其中在所述第九圈上分布有六個(gè)噴嘴，在所述第十圈上分布有十二個(gè)噴嘴，在所述第十一圈上分布有十八個(gè)噴嘴，在所述第十二圈上分布有十八個(gè)噴嘴，其中第九至第十二圈中的任一圈上的噴嘴與和其相鄰的圈上的電極沿周向交錯(cuò)布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括進(jìn)氣環(huán)管，所述進(jìn)氣環(huán)管位于所述底盤下方且與外部氣源相連通；五十五個(gè)進(jìn)氣管，所述五十五個(gè)進(jìn)氣管分別與所述五十五個(gè)噴嘴一一對(duì)應(yīng)且所述五十五個(gè)噴嘴通過所述五十五個(gè)進(jìn)氣管與所述進(jìn)氣環(huán)管相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述噴嘴的導(dǎo)流部的中央噴孔的橫截面積大于所述多個(gè)側(cè)噴孔的每個(gè)的橫截面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)側(cè)噴孔的每個(gè)均為從底部以預(yù)定仰角旋轉(zhuǎn)至頂部的側(cè)旋噴孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)側(cè)旋噴孔的內(nèi)表面的母線為雙曲線、拋物線、橢圓弧線或漸開線。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述噴嘴的引流部的上部形成有外喇叭口型的連接錐段，所述導(dǎo)流部配合在所述連接錐段內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)排氣口的數(shù)量為十二個(gè)且分布在以所述底盤的中心為圓心的一個(gè)圓周上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述底盤內(nèi)形成有第一冷卻腔，且所述第一冷卻腔具有第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口和多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口，所述第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述底盤的中央，而所述多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口與所述多個(gè)排氣口一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)所述第一冷卻介質(zhì)出口連接有第一冷卻管且每個(gè)所述排氣口連接有尾氣管，所述第一冷卻管套設(shè)在所述尾氣管上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體內(nèi)設(shè)有第二冷卻腔且所述第二冷卻腔連接有第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口和第二冷卻介質(zhì)出口，所述第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述爐體的底部且所述第二冷卻介質(zhì)出口位于所述爐體的頂部，所述第二冷卻腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)隔流擋板，所述多個(gè)隔流擋板在所述第二冷卻腔內(nèi)由下至上繞所述反應(yīng)腔室呈螺旋狀分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體包括位于下部的筒體和設(shè)在所述筒體頂端的封頭，所述封頭為中空半球體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的具有新型噴嘴的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體上還設(shè)有多個(gè)觀察鏡，所述多個(gè)觀察鏡在所述筒體的高度方向上均勻分布成多排且所述多個(gè)觀察鏡沿所述筒體的周向均勻分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅還原爐，包括底盤和爐體；六十對(duì)電極，所述六十對(duì)電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一至第八圈上；進(jìn)氣系統(tǒng)；和排氣系統(tǒng)；其中，所述每個(gè)噴嘴包括形成有第一進(jìn)氣腔的基座；與所述基座的上端相連且形成有第二進(jìn)氣腔的引流部，所述第二進(jìn)氣腔與所述第一進(jìn)氣腔相連通且所述第二進(jìn)氣腔的橫截面積小于所述第一進(jìn)氣腔的橫截面積；和與所述引流部的上端相連且形成有位于中部的中央噴孔和環(huán)繞所述中央噴孔且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)側(cè)噴孔的導(dǎo)流部，所述中央噴孔和所述多個(gè)側(cè)噴孔與所述第二進(jìn)氣腔相連通。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅還原爐，可以合理利用熱能，同時(shí)也可以提高所述還原爐的生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C01B33/035GK102417181SQ20111027452
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者嚴(yán)大洲, 姚心, 毋克力, 湯傳斌, 汪紹芬, 肖榮輝 申請(qǐng)人:中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司