本實用新型涉及多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多晶硅還原爐。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，導(dǎo)致安裝和維護困難，為大型多晶硅還原爐的推廣應(yīng)用帶來了阻礙，并且產(chǎn)能和生產(chǎn)效率不高，能耗較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本實用新型提出一種多晶硅還原爐，所述多晶硅還原爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成大型化、單爐產(chǎn)量高、生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良、節(jié)能高效的優(yōu)點。

根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐，包括：爐體；底盤組件，所述底盤組件包括：底盤本體，所述底盤本體與所述爐體限定出反應(yīng)腔，多個電極，多個所述電極設(shè)在所述底盤本體上且為所述反應(yīng)腔內(nèi)的沉積載體硅芯提供安裝基礎(chǔ)，多個所述電極在所述底盤本體上排列成多圈，每圈電極等間距設(shè)置且中心位于所述底盤本體的中心軸線上，多圈電極沿所述底盤本體的徑向間隔設(shè)置，多個進氣端管，多個所述進氣端管設(shè)在所述底盤本體上且位于相鄰圈電極之間以及所述底盤本體的中心處，多個出氣端管，多個所述出氣端管設(shè)在所述底盤本體上且位于最外圈電極與最內(nèi)圈電極之間；進氣系統(tǒng)，所述進氣系統(tǒng)與多個所述進氣端管相連；出氣系統(tǒng)，所述出氣系統(tǒng)與多個所述出氣端管相連。

根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐，結(jié)構(gòu)布置合理，尺寸合適，從而便于安裝和維護，利于集成大型化，并且能夠最大限度的釋放多晶硅的產(chǎn)能，有效地降低多晶硅的生產(chǎn)能耗，提高多晶硅的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

另外，根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐還具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述底盤本體的內(nèi)直徑為2800mm-3000mm，所述電極為48對。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述電極為48對且在所述底盤本體上排列成4-6圈。

進一步地，所述電極分布在沿所述底盤本體的徑向由外至內(nèi)的第一至第五圈上，所述第一圈上分布有16對電極，所述第二圈上分布有13對電極，所述第三圈上分布有10對電極，所述第四圈上分布有6對電極，所述第五圈上分布有3對電極。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，每個所述電極包括：電極座，所述電極座設(shè)在所述底盤本體上；電極本體，所述電極本體設(shè)在所述電極座上，其中，每圈電極的相鄰兩個電極本體的正負(fù)極反向設(shè)置且相鄰兩對電極通過電極板連接。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述進氣端管為20-50個，其中，多個所述進氣端管中的一個設(shè)在所述底盤本體的中心處且其余的排列成多圈，每圈進氣端管設(shè)在相鄰圈電極之間。

可選地，所述其余的進氣端管分布在沿所述底盤本體的徑向由外至內(nèi)的第一至第四圈，所述第一圈上分布有13個進氣端管，所述第二圈上分布有10個進氣端管，所述第三圈上分布有5個進氣端管，所述第四圈上分布有3個進氣端管。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，多個所述出氣端管在所述底盤本體上排列成至少一圈，每圈出氣端管的相鄰出氣端管之間設(shè)有所述進氣端管。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述出氣端管為4-6個且沿所述底盤本體的周向均勻分布在沿所述底盤本體的徑向由內(nèi)至外的第二圈電極與第三圈電極之間。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述底盤本體包括：底盤法蘭；上底板，所述上底板設(shè)在所述底盤法蘭內(nèi)；下底板，所述下底板設(shè)在所述底盤法蘭內(nèi)且位于所述上底板下方，所述下底板與所述上底板和所述底盤法蘭限定出底盤冷卻腔；多個導(dǎo)流板，多個所述導(dǎo)流板設(shè)在所述底盤冷卻腔內(nèi)且在所述底盤冷卻腔內(nèi)限定出多個螺旋流道。

有利地，所述底盤組件還包括：多個底盤進液管，多個所述底盤進液管設(shè)在所述下底板上且每個所述底盤進液管分別與多個所述螺旋流道連通，多個所述底盤進液管位于最外圈電極與最內(nèi)圈電極之間以及所述底盤本體的中心處；多個底盤出液管，多個所述底盤出液管設(shè)在所述下底板上且每個所述底盤出液管分別與多個所述螺旋流道連通，多個所述底盤出液管在所述底盤本體的徑向上位于最外圈電極的外側(cè)。

在本實用新型的一些實施例中，所述進氣系統(tǒng)包括：進氣環(huán)管，所述進氣環(huán)管上設(shè)有進氣口且設(shè)置在所述下底板下方；多個進氣支管，多個所述進氣支管連接在所述進氣環(huán)管上且每個所述進氣支管與至少一個所述進氣端管相連。

在本實用新型的一些具體實施例中，所述出氣系統(tǒng)包括：出氣環(huán)管，所述出氣環(huán)管上設(shè)有出氣口且設(shè)置在所述下底板下方；多個出氣支管，多個所述出氣支管連接在所述出氣環(huán)管上且分別與多個所述出氣端管相連。

有利地，多個所述底盤進液管分別嵌套在所述出氣支管以及位于所述底盤本體中心處的進氣支管外。

優(yōu)選地，所述底盤出液管的上端高于所述底盤冷卻腔的內(nèi)底面。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述爐體的頂部為向上凸出的半球形或橢球形封頭，所述爐體的壁內(nèi)具有冷卻水夾套，所述爐體的側(cè)壁的下部連接有與所述冷卻水夾套連通的進水管且所述封頭的頂部連接有與所述冷卻水夾套連通的出水管。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述爐體的上部設(shè)有觀察視鏡。

本實用新型的附加方面和優(yōu)點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，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐的底盤組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐的進出氣軌跡示意圖。

附圖標(biāo)記：

多晶硅還原爐1，

爐體100，封頭110，進水管120，出水管130，觀察視鏡140，視鏡吹掃入口141，吊具150，

底盤本體210，電極220，進氣端管230，出氣端管240，底盤進液管250，底盤出液管260，

進氣環(huán)管310，進氣支管320，

出氣環(huán)管410，出氣口411，出氣支管420。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實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施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“徑向”、“周向”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實用新型和簡化描述，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，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本申請基于發(fā)明人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識作出的：

多晶硅還原爐是多晶硅生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備，也是決定生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)能和能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，多晶硅還原爐的設(shè)計和制造，直接影響到多晶硅的質(zhì)量、產(chǎn)量以及生產(chǎn)成本。

目前多晶硅生產(chǎn)以“改良西門子法”為主流工藝技術(shù)，即，按一定配比的氫氣和三氯氫硅的混合氣從多晶硅還原爐的進氣口噴入反應(yīng)腔，并在多晶硅還原爐內(nèi)發(fā)生氣相還原反應(yīng)，生成的多晶硅直接沉積在爐內(nèi)的硅芯載體表面，隨著反應(yīng)的持續(xù)進行，硅棒不斷沉積生長并最終達(dá)到預(yù)期的硅棒生產(chǎn)要求。

現(xiàn)有多晶硅還原爐內(nèi)硅棒布置的設(shè)計主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，即正六邊形蜂窩狀硅棒布置結(jié)構(gòu)和同心圓排布硅棒結(jié)構(gòu)，其中，硅棒對數(shù)小于等于24對的多晶硅還原爐以同心圓結(jié)構(gòu)為主，而硅棒對數(shù)大于24對的多晶硅還原爐則以正六邊形結(jié)構(gòu)為主，因此在多晶硅還原爐的大型化道路上，一直按照傳統(tǒng)的思維進行等比例擴大，即，隨著硅棒對數(shù)的增多，多晶硅還原爐的尺寸也越來越大，導(dǎo)致安裝和維護困難，為大型多晶硅還原爐的推廣應(yīng)用帶來了阻礙。

為此，實用新型人在大量工藝流程計算和設(shè)備模擬優(yōu)化計算的基礎(chǔ)上，對多晶硅還原爐內(nèi)的流體流動、溫度分布進行建模計算，并通過調(diào)整硅棒的不同布置方式、進氣口和出氣口的不同位置進行流場模擬比較，提出一種多晶硅還原爐1，該多晶硅還原爐1具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成大型化、單爐產(chǎn)量高、生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良、節(jié)能高效的優(yōu)點。

下面參考圖1-圖3描述根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐1。

如圖1-圖3所示，根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐1，包括爐體100、底盤組件、進氣系統(tǒng)和出氣系統(tǒng)。

底盤組件包括底盤本體210、多個電極220、多個進氣端管230和多個出氣端管240。底盤本體210安裝在爐體100上，且底盤本體210與爐體100限定出反應(yīng)腔(圖中未示出)。多個電極220設(shè)在底盤本體210上，且多個電極220為反應(yīng)腔內(nèi)的沉積載體硅芯提供安裝基礎(chǔ)，每個電極220上安裝有硅棒，多個電極220在底盤本體210上排列成多圈，每圈電極220等間距設(shè)置，且每圈電極220整體的中心位于底盤本體210的中心軸線上，多圈電極220沿底盤本體210的徑向間隔設(shè)置。由此，每根硅棒周圍熱場比較均勻，硅棒能夠豎直且均勻的生長，從而實現(xiàn)對熱能的最大利用率。

多個進氣端管230設(shè)在底盤本體210上，且多個進氣端管230位于相鄰圈電極220之間以及底盤本體210的中心處，由此，除了中心處的進氣端管230以外，其余進氣端管230均布在相鄰兩圈硅棒之間，這樣能夠保證每圈硅棒有合適的供氣量，保證硅棒得到均勻的氣量供應(yīng)，利于硅棒均勻生長。

多個出氣端管240設(shè)在底盤本體210上，且多個出氣端管240位于最外圈電極220與最內(nèi)圈電極220之間，即，出氣端管240既不靠近爐體100的壁面，也不位于爐體100的中心處，這樣不僅可以避免爐體100內(nèi)側(cè)的冷卻壁面帶走過多熱量，從而降低熱量損耗，同時還可以延長物料在多晶硅還原爐1內(nèi)的沉積時間；而且避免中心出氣導(dǎo)致的溫度聚熱效應(yīng)，避免爐體100內(nèi)部溫度過高導(dǎo)致的爐體100內(nèi)物料容易霧化，影響多晶硅還原爐1的穩(wěn)定運行，由此，使得多晶硅還原爐1的出氣溫度顯著降低，降低了下游設(shè)備的熱量負(fù)荷。

如圖3所示，根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐1，出氣端管240既不靠近爐體100的壁面，也不位于爐體100的中心處，從而物料的流動路徑較長，延長了物料在爐體100內(nèi)的沉積時間?？梢岳斫猓梢愿鶕?jù)實際生產(chǎn)需求調(diào)整出氣端管240的具體位置。

進氣系統(tǒng)與多個進氣端管230相連，出氣系統(tǒng)與多個出氣端管240相連。氣體由進氣系統(tǒng)進入多個進氣端管230，然后由多個進氣端管230進入反應(yīng)腔，反應(yīng)后的尾氣由多個出氣端管240排入出氣系統(tǒng)，最后由出氣系統(tǒng)排出。如此，可以有效擴大底盤組件的下部安裝空間。

具體而言，底盤本體210的內(nèi)直徑為2800mm-3000mm，換言之，與底盤本體210配套的爐體100的內(nèi)直徑為2800mm-3000mm，電極220為48對，如此，實現(xiàn)了在尺寸較小的底盤本體210上盡可能多地布置硅棒，結(jié)構(gòu)緊湊。優(yōu)選地，相鄰兩個電極220之間的距離為200mm-250mm，即，相鄰兩個硅棒之間的距離為200mm-250mm，從而結(jié)構(gòu)更為合理、緊湊。

根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐1，結(jié)構(gòu)布置合理，尺寸合適，從而便于安裝和維護，利于集成大型化，并且能夠最大限度的釋放多晶硅的產(chǎn)能，有效地降低多晶硅的生產(chǎn)能耗，提高多晶硅的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，每個電極220包括電極座和電極本體。電極座設(shè)在底盤本體210上。電極本體設(shè)在電極座上。其中，每圈電極220的相鄰兩個電極本體的正負(fù)極反向設(shè)置且相鄰兩對電極220通過電極板連接。

舉例而言，如圖2所示，電極220為48對即96個電極220，且48對電極220在底盤本體210上排列成4-6圈。電極220可按同心圓或多邊形方式排布，但不限于同心圓或多邊形排布方式。

以5個圓周按同心圓方式布置48對電極220為例，電極220分布在沿底盤本體210的徑向由外至內(nèi)的第一至第五圈上，第一圈上分布有16對即32個電極220，第二圈上分布有13對即26個電極220，第三圈上分布有10對即20個電極220，第四圈上分布有6對即12個電極220，第五圈上分布有3對即6個電極220。相鄰兩對電極220通過電極板連接，相鄰兩個電極220之間通過硅芯橋梁搭接。優(yōu)選地，每圈電極220中的相鄰兩個電極220之間的距離為240mm。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，如圖2所示，進氣端管230為20-50個，其中，一個進氣端管230設(shè)在底盤本體210的中心處，其余進氣端管230排列成多圈，每圈進氣端管230設(shè)在相鄰圈電極220之間。

舉例而言，如圖2所示，進氣端管230為32個，其中31個進氣端管230分布在沿底盤本體210的徑向由外至內(nèi)的第一至第四圈，第一圈上分布有13個進氣端管230，第二圈上分布有10個進氣端管230，第三圈上分布有5個進氣端管230，第四圈上分布有3個進氣端管230。此外，還有一個進氣端管230設(shè)在底盤本體210的中心處，從而有效避免中心設(shè)置出氣口411而導(dǎo)致附近由憋壓形成的流動死區(qū)，硅棒下部區(qū)域的生長速率得到顯著提高。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，具體如圖2所示，多個出氣端管240在底盤本體210上排列成至少一圈，每圈出氣端管240的相鄰出氣端管240之間設(shè)有進氣端管230。由此，進氣端管230和出氣端管240分散交叉布置，滿足進氣和出氣兩方面的均勻性，且利于硅棒的生長。

舉例而言，如圖2所示，出氣端管240為4-6個，且出氣端管240沿底盤本體210的周向均勻分布在沿底盤本體210的徑向由內(nèi)至外的第二圈電極220與第三圈電極220之間。優(yōu)選地，出氣端管240所在圓周的直徑為1500mm-1600mm。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，如圖1所示，底盤本體210包括底盤法蘭、上底板、下底板和多個導(dǎo)流板。上底板設(shè)在底盤法蘭內(nèi)。下底板設(shè)在底盤法蘭內(nèi)，且下底板位于上底板下方，下底板與上底板和底盤法蘭限定出底盤冷卻腔。多個導(dǎo)流板設(shè)在底盤冷卻腔內(nèi)，且多個導(dǎo)流板在底盤冷卻腔內(nèi)限定出多個螺旋流道。

有利地，如圖1所示，底盤組件還包括多個底盤進液管250和多個底盤出液管260。多個底盤進液管250設(shè)在下底板上，且每個底盤進液管250分別與多個螺旋流道連通，多個底盤進液管250位于最外圈電極220與最內(nèi)圈電極220之間以及底盤本體210的中心處，從而保證有冷卻液從底盤本體210的中心處流入底盤冷卻腔，保證底盤本體210冷卻的均勻性。多個底盤出液管260設(shè)在下底板上，且每個底盤出液管260分別與多個螺旋流道連通，多個底盤出液管260在底盤本體210的徑向上位于最外圈電極220的外側(cè)。

多個螺旋流道從底盤本體210的中心旋向邊緣。冷卻液從底盤進液管250進入底盤冷卻腔后，均勻通過各螺旋流道，對上底板、進氣端管230、出氣端管240和電極220進行強制冷卻。導(dǎo)流板設(shè)有適當(dāng)?shù)幕《?，確保不會出現(xiàn)冷卻死角而影響冷卻效果。每個導(dǎo)流板上弧度變化較大的部分上設(shè)置若干連通孔，使得兩側(cè)冷卻液相互流通，避免產(chǎn)生流動死區(qū)，冷卻液在經(jīng)過由中央到外圈若干層螺旋流道后，由底盤出液管260流出，保證對底盤本體210散熱冷卻的均勻性。

在本實用新型的一些實施例中，如圖1所示，進氣系統(tǒng)包括進氣環(huán)管310和多個進氣支管320。進氣環(huán)管310上設(shè)有進氣口(圖中未示出)，且進氣環(huán)管310設(shè)置在下底板下方。多個進氣支管320連接在進氣環(huán)管310上，且每個進氣支管320與至少一個進氣端管230相連。氣體由進氣口進入進氣環(huán)管310，然后由多個進氣支管320進入進氣端管230，最后由多個進氣端管230進入反應(yīng)腔內(nèi)。由此，可以保證氣體均勻進入爐體100內(nèi)，并且減少了底盤本體210下方的供氣管數(shù)量，優(yōu)化了底盤本體210下方的空間，利于多晶硅還原爐1的安裝和維護。可以理解，每個進氣支管320可以分別與多個進氣端管230連通，以節(jié)省安裝空間。

進一步地，如圖1所示，出氣系統(tǒng)包括出氣環(huán)管410和多個出氣支管420。出氣環(huán)管410上設(shè)有出氣口411，且出氣環(huán)管410設(shè)置在下底板下方。多個出氣支管420連接在出氣環(huán)管410上，且多個出氣支管420分別與多個出氣端管240相連。爐體100內(nèi)的高溫尾氣由多個出氣端管240進入多個出氣支管420，然后匯聚到出氣環(huán)管410并由出氣口411排出。

舉例而言，如圖1和2所示，進氣支管320為14個，出氣支管420為5個，下底板上設(shè)有5個底盤進液管250和6個底盤出液管260，5個底盤進液管250分別嵌套在5個出氣支管420以及位于底盤本體210中心處的進氣支管320外，由此不僅可以保證底盤冷卻腔能夠同時在底盤本體210的中心和中間位置處流入冷卻液，從而保證底盤本體210冷卻的均勻性，而且可以減少底盤本體210下部的管路數(shù)量，節(jié)省底盤本體210下部的安裝空間。

可選地，底盤出液管260的上端高于底盤冷卻腔的內(nèi)底面，以保證底盤冷卻腔內(nèi)始終有一定高度的冷卻液存在。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，爐體100的頂部為向上凸出的半球形或橢球形封頭110，半球形或橢球形封頭110的受力良好且應(yīng)力小，半球形或橢球形封頭110下部的上升氣流在頂部的上升阻力減小，有利于解決硅棒上部菜花嚴(yán)重的問題，對硅棒橋連部分的質(zhì)量有一定改善作用。爐體100的壁內(nèi)具有冷卻水夾套，爐體100的側(cè)壁的下部連接有與冷卻水夾套連通的進水管120，封頭110的頂部連接有與冷卻水夾套連通的出水管130，冷卻水從爐體100下部的側(cè)面進入，從爐體100頂部流出。優(yōu)選地，爐體100的外壁面可以設(shè)有保溫層以避免熱量損失。

根據(jù)本實用新型的一些實施例，爐體100的上部設(shè)有觀察視鏡140，有利于及時反饋硅棒的生長情況，合理控制冷卻量和硅棒電流?？蛇x地，爐體100的側(cè)壁上設(shè)有視鏡吹掃入口141，例如，通過視鏡吹掃入口141向爐體100內(nèi)吹入氫氣，以降低觀察視鏡140的溫度。有利地，爐體100的頂部還可以設(shè)有用于吊裝運行的吊具150，從而便于裝配和維護。

根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐1，配套相應(yīng)的供電系統(tǒng)，在備品備件以及沉積載體安裝完善的情況下，即可實現(xiàn)多晶硅的高效生產(chǎn)。其中，沉積載體的安裝高度可以為2.8m-3.4m。

根據(jù)本實用新型實施例的多晶硅還原爐1的其他構(gòu)成以及操作對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，這里不再詳細(xì)描述。

在本實用新型的描述中，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，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“具體實施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。