專利名稱：快開(kāi)式、水冷結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)多晶硅的還原爐，尤其是涉及一種快開(kāi)式、水冷 結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐。屬多晶硅制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接材料。高純度多晶硅是光電轉(zhuǎn)換電池、集 成電路等半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料。隨著世界半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展、超大 規(guī)格集成電路的大量應(yīng)用、光伏電池的大量需求，整個(gè)世界對(duì)多晶硅的需 求量在大幅增加。
生產(chǎn)多晶硅的方法有多種，氫還原法是最常見(jiàn)的一種方法。該方法是 把提純的硅鹵化物和凈化好的氫氣作為原料通入還原爐，在高溫環(huán)境中， 硅鹵化物與氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多晶硅，并沉積在發(fā)熱體(小直徑的 硅棒)上。化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，沉積在發(fā)熱體上的多晶硅越來(lái)越多，硅棒
漸漸變粗，最后生成了有效高度約為2. 8m、直徑約為150mm的多晶硅硅棒。 多晶硅還原爐是多晶硅硅棒的最終生成設(shè)備，在硅鹵化物被氫氣還原 生成多晶硅硅棒的過(guò)程中，會(huì)放出大量的熱，還原爐內(nèi)的工作溫度超過(guò)1000 'C，還原爐的冷卻直接關(guān)系還原爐的安全使用和還原爐的使用壽命。 多晶硅還原爐，國(guó)內(nèi)已有相關(guān)研究，下面分別予以說(shuō)明。專利號(hào)ZL 200410021979. 7公開(kāi)了一種多晶硅氫還原爐，該還原爐由爐 體、底盤(pán)和上封頭組成。封頭上有冷卻水腔、冷卻冷卻水出口和啟動(dòng)裝置 法蘭，爐體上有冷卻水腔和冷卻水進(jìn)口，底盤(pán)上有電極、進(jìn)氣口和排氣口， 爐體與底盤(pán)之間用法蘭連接，氫還原爐內(nèi)壁上有一層厚度為2-3mm的光滑 的銀質(zhì)材料。光滑的銀質(zhì)材料為銀復(fù)合材料層。爐體由銀不銹鋼復(fù)合板焊 接而成，焊縫采用銀焊，焊縫平整光滑。該專利的主要不足之處在于爐體 由銀不銹鋼復(fù)合板焊接成，原材料采購(gòu)困難，還原爐的制造成本將會(huì)大幅 增加，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。爐體與底座未采用快開(kāi)式結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟還原 爐較困難、且操作時(shí)間較長(zhǎng)。
專利號(hào)ZL 200420060144.8也公開(kāi)了一種多晶硅氫還原爐，該還原爐 包括帶有冷卻水腔的封頭和爐體，底盤(pán)，底盤(pán)下的進(jìn)氣管和排氣管，底盤(pán) 上的電極，所述電極為12對(duì)、即24個(gè)電極，且在底盤(pán)上沿兩個(gè)圓周均布 設(shè)置；所述進(jìn)氣管主要由一個(gè)水平環(huán)管和9個(gè)噴嘴連通構(gòu)成，其中8個(gè)噴 嘴位于兩圈電極之間、且沿同一圓周均布設(shè)置在底盤(pán)上， 一個(gè)噴嘴設(shè)置在 底盤(pán)中心位置。8對(duì)電極中設(shè)置在外圓周上，其余4對(duì)電極設(shè)置在內(nèi)圓周 上。電極中，正、負(fù)電極在底盤(pán)上逐一間隔設(shè)置。底盤(pán)是水冷式結(jié)構(gòu)，其 上設(shè)置冷卻水進(jìn)口和出口。爐體上設(shè)置有雙層玻璃結(jié)構(gòu)的視窗。封頭頂部 設(shè)置有連接法蘭。該專利的主要不足之處在于視鏡和電極未采用水冷結(jié)構(gòu)， 不能保證在還原爐內(nèi)超過(guò)100(TC高溫條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定使用；爐體與底座未 采用快開(kāi)式結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟還原爐較困難、且操作時(shí)間較長(zhǎng)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種快開(kāi)式、有可靠冷卻結(jié)構(gòu) 的多晶硅還原爐。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種快開(kāi)式、水冷結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐， 整體結(jié)構(gòu)采用立式，包括筒體和底盤(pán)，筒體設(shè)置于底盤(pán)之上，所述筒體與 底盤(pán)之間用墊片密封、用快開(kāi)螺栓壓緊。
所述筒體包括內(nèi)筒、外筒、底法蘭、內(nèi)封頭、外封頭、導(dǎo)流板、冷卻 水進(jìn)口、冷卻水出口和水冷雙層玻璃視鏡，內(nèi)筒、外筒、底法蘭、內(nèi)封頭 和外封頭組成一封閉容腔，導(dǎo)流板呈螺旋狀設(shè)置在該封閉容腔內(nèi)，冷卻水 進(jìn)口和水冷雙層玻璃視鏡設(shè)置在外筒上，冷卻水出口設(shè)置在外封頭上，冷 卻水在由內(nèi)筒、外筒、底法蘭、內(nèi)封頭、外封頭組成的封閉容腔內(nèi)，沿著 導(dǎo)流板規(guī)定的方向螺旋上升，保證對(duì)內(nèi)封頭、內(nèi)筒的冷卻。
所述底盤(pán)包括上管板、下管板、導(dǎo)流板、電極、進(jìn)氣口、出氣口、冷 卻水進(jìn)口、冷卻水出口和放氣口，上管板和下管板上下疊層布置，上管板 與下管板之間組成一封閉容腔，電極、進(jìn)氣口和出氣口穿接在上管板和下 管板上，導(dǎo)流板呈螺旋狀設(shè)置在所述封閉容腔內(nèi)，下管板上設(shè)有冷卻水進(jìn) 口、冷卻水出口和放氣口。冷卻水在由上管板、下管板組成的封閉容腔內(nèi)， 沿著導(dǎo)流板規(guī)定的方向螺旋流動(dòng)，保證對(duì)上管板、電極、進(jìn)氣口的可靠冷 卻。
所述水冷雙層玻璃視鏡包括內(nèi)筒、外筒、法蘭in、法蘭n、法蘭i、 內(nèi)層玻璃、外層玻璃、冷卻水進(jìn)口 I、冷卻水進(jìn)口II、冷卻水出口II和冷 卻水出口i，所述內(nèi)筒與外筒同軸設(shè)置，內(nèi)筒插置在法蘭in內(nèi)孔內(nèi)，外筒設(shè)置在法蘭ni內(nèi)端，法蘭n和法蘭i依次疊層布置在法蘭m外側(cè)，內(nèi)層玻 璃設(shè)置在法蘭ni與法蘭n之間，外層玻璃設(shè)置在法蘭n與法蘭i之間，內(nèi) 層玻璃、外層玻璃和法蘭n之間圍成一封閉容腔，法蘭n上設(shè)置有冷卻水 進(jìn)口 n和冷卻水出口 n ，外筒上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口i和冷卻水出口i。冷 卻水對(duì)外層玻璃、內(nèi)層玻璃、內(nèi)筒、外筒進(jìn)行冷卻，保證視鏡的長(zhǎng)期、可 靠工作。
所述電極包括加熱體、石墨頭、電極體、電源夾具、冷卻水進(jìn)口管和 冷卻水出口管，加熱體和電極體分別設(shè)置在石墨頭二端，電源夾具夾置在 電極體的外緣，冷卻水進(jìn)口管由電極體一端插入電極體中心空腔內(nèi)，冷卻 水出口管設(shè)置在電極體的一端，與電極體中心空腔相連通。電流依次流經(jīng) 電極上的電源夾具、電極體、石墨頭、加熱體，加熱體將電流轉(zhuǎn)換為熱， 對(duì)外放熱。冷卻水對(duì)電極體進(jìn)行冷卻，保證電極的長(zhǎng)期、可靠工作。
所述快開(kāi)螺栓由螺母、壓塊和螺桿組成。只要擰動(dòng)螺母幾扣，快開(kāi)螺 栓就可與筒體、底盤(pán)松開(kāi)、取下，實(shí)現(xiàn)快開(kāi)的效果。
與現(xiàn)有多晶硅還原爐相比，本發(fā)明快開(kāi)式、有可靠冷卻結(jié)構(gòu)?？梢詫?shí) 現(xiàn)還原爐的長(zhǎng)期、安全、高效的運(yùn)行。


圖i為本發(fā)明快開(kāi)式、水冷結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的筒體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的底盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的水冷雙層玻璃視鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的快開(kāi)螺栓結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中筒體l、底盤(pán)2、快開(kāi)螺栓3、墊片4、冷卻水出口l.l、內(nèi)封 頭1.2、外封頭1.3、內(nèi)筒1.4、外筒1.5、導(dǎo)流板1.6、水冷雙層玻璃視 鏡1.7、冷卻水進(jìn)口 1.8、底法蘭1.9、上管板2. 1、電極2.2、下管板2.3、 導(dǎo)流板2.4、出氣口2. 5、冷卻水進(jìn)口2.6、進(jìn)氣口2. 7、冷卻水出口2.8、 放氣口2.9、冷卻水進(jìn)口 11.7.1、冷卻水進(jìn)口IIl. 7. 2、螺栓1.7.3、螺母 1.7.4、外層玻璃1.7.5、內(nèi)層玻璃1.7.6、法蘭11.7.7、法蘭II 1.7. 8、 冷卻水出口I11.7. 9、法蘭IIIl. 7. 10、冷卻水出口 I 1.7. 11、內(nèi)筒1.7. 12、 外筒1. 7. 13、加熱體2. 2. 1、石墨頭2. 2. 2、電極體2. 2. 3、電源夾具2. 2. 4、 冷卻水進(jìn)口管2. 2. 5、冷卻水出口管2. 2. 6、螺母3.1、壓塊3. 2、螺桿3. 3。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明涉及的快開(kāi)式、水冷結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐，整體結(jié) 構(gòu)采用立式結(jié)構(gòu)，由筒體1與底盤(pán)2兩個(gè)部件組成。筒體1設(shè)置于底盤(pán)2 之上，筒體1與底盤(pán)2之間用墊片4密封、用快開(kāi)螺栓3壓緊。
參見(jiàn)圖2，所述筒體1主要由內(nèi)筒1.4、外筒1.5、底法蘭L9、內(nèi)封 頭1.2、外封頭1.3、導(dǎo)流板1.6、冷卻水進(jìn)口1.8、冷卻水出口l. l和水 冷雙層玻璃視鏡1. 7組成。內(nèi)筒1.4、外筒1.5、底法蘭1.9、內(nèi)封頭1.2 和外封頭1. 3組成一封閉容腔。導(dǎo)流板1. 6呈螺旋狀設(shè)置在該封閉容腔內(nèi)， 冷卻水進(jìn)口 1. 8和水冷雙層玻璃視鏡1. 7設(shè)置在外筒1. 5上，通過(guò)視鏡1. 7 可以觀察筒體1內(nèi)硅棒的生長(zhǎng)情況。冷卻水出口 1. 1設(shè)置在外封頭1. 3上。冷卻水從冷卻水進(jìn)口 1. 8進(jìn)入所述封閉容腔內(nèi)，沿著導(dǎo)流板1. 6規(guī)定的方 向螺旋上升，對(duì)內(nèi)筒1.4及內(nèi)封頭1.2進(jìn)行冷卻，保證內(nèi)筒1.4及內(nèi)封頭 1.2在可靠的溫度下工作，冷卻水吸熱后從冷卻水出口 l.l排出。
參見(jiàn)圖3，所述底盤(pán)2主要由上管板2.1、下管板2.3、導(dǎo)流板2.4、 電極2.2、進(jìn)氣口2. 7、出氣口2.5、冷卻水進(jìn)口2.6、冷卻水出口2.8和 放氣口 2. 9組成。上管板2. 1和下管板2. 3上下疊層布置，上管板2. 1與 下管板2.3之間組成一封閉容腔。電極2.2、進(jìn)氣口 2.7和出氣口 2.5穿 接在上管板2. 1和下管板2. 3上，導(dǎo)流板2. 4呈螺旋狀設(shè)置在所述封閉容 腔內(nèi)，下管板2.3上設(shè)有冷卻水進(jìn)口 2.6、冷卻水出口 2.8和放氣口 2.9， 冷卻水從冷卻水進(jìn)口 2. 6進(jìn)入上管板2. 1、下管板2. 3組成的封閉容腔， 沿著導(dǎo)流板2.4規(guī)定的方向螺旋流動(dòng)，保證對(duì)上管板2. 1、電極2.2、進(jìn)氣 口2.7的可靠冷卻，冷卻水吸熱后從冷卻水出口 2.8排出。放氣口2.9對(duì)
外排氣，保證封閉容腔內(nèi)全部充滿水。
參見(jiàn)圖4，所述水冷雙層玻璃視鏡1.7由內(nèi)筒1.7. 12、外筒1.7. 13、 法蘭IH1.7. 10、法蘭II 1.7. 8、法蘭IL7.7、內(nèi)層玻璃1.7.6、外層玻璃 1.7.5、冷卻水進(jìn)口I1.7.2、冷卻水進(jìn)口I11.7.1、冷卻水出口II1.7.9和 冷卻水出口 I 1. 7. 11組成。所述內(nèi)筒1. 7. 12與外筒1. 7. 13同軸設(shè)置，內(nèi) 筒1. 7. 12插置在法蘭IIIl. 7. 10內(nèi)孔內(nèi)，外筒1. 7. 13設(shè)置在法蘭IIIl. 7. 10 內(nèi)端，法蘭IIl. 7. 8和法蘭I 1. 7. 7依次疊層布置在法蘭IIIl. 7. 10外側(cè)， 并用螺栓1. 7. 3和螺母1. 7. 4固定。內(nèi)層玻璃1. 7. 6設(shè)置在法蘭IIIl. 7. 10 與法蘭II1. 7. 8之間。外層玻璃1.7.5設(shè)置在法蘭II1. 7. 8與法蘭I 1. 7. 7之間。內(nèi)層玻璃1.7.6、外層玻璃1.7.5和法蘭II1.7.8之間圍成一封閉容 腔。法蘭II1.7.8上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口II1.7.2和冷卻水出口I11.7.9。外 筒1.7. 12上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口 11.7. l和冷卻水出口 11.7.11。 一路冷卻 水從冷卻水進(jìn)口 II1. 7. 2進(jìn)入、流過(guò)外層玻璃1. 7. 5與內(nèi)層玻璃1. 7. 6之 間的間隙，對(duì)外層玻璃1.7.5與內(nèi)層玻璃1.7.6進(jìn)行冷卻，從冷卻水出口 111.7.9排出。另一路冷卻水從冷卻水進(jìn)口 I 1.7. l進(jìn)入，對(duì)內(nèi)筒1.7. 12、 外筒1.7.13進(jìn)行冷卻，從冷卻水出口 11.7. ll排出。
參見(jiàn)圖5，所述電極2.2主要由加熱體2.2. 1、石墨頭2.2.2、電極體 2. 2. 3、電源夾具2. 2. 4、冷卻水進(jìn)口管2. 2. 5和冷卻水出口管2. 2. 6組成。 加熱體2. 2. 1和電極體2. 2. 3分別設(shè)置在石墨頭2. 2. 2 二端，電源夾具 2.2.4夾置在電極體2.2.3的外緣，冷卻水進(jìn)口管2.2.5由電極體2.2.3 一端插入電極體2.2.3中心空腔內(nèi)，冷卻水出口管2.2.6設(shè)置在電極體 2.2.3的一端，與電極體2.2.3中心空腔相連通。電流由電源夾具2.2.4 導(dǎo)入，通過(guò)電極體2.2.3、石墨頭2.2.2，電流流至加熱體2.2.1，加熱體 2.2.1將電流轉(zhuǎn)換為熱，對(duì)外放熱。冷卻水從冷卻水進(jìn)口 2.2.5進(jìn)入，在 電極體2， 2. 3的空腔內(nèi)流動(dòng)，對(duì)電極體2. 2. 3進(jìn)行冷卻，從冷卻水出口 2. 2. 6 流出。
參見(jiàn)圖6，所述快開(kāi)螺栓3由螺母3.1、壓塊3. 2和螺桿3. 3組成。只 要擰動(dòng)螺母3.1幾扣，螺栓3就可與筒體1、底盤(pán)2松開(kāi)、取下，實(shí)現(xiàn)快 開(kāi)的效果。
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權(quán)利要求
1、 一種快開(kāi)式、水冷結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐，整體結(jié)構(gòu)采用立式，包括 筒體(1)和底盤(pán)(2)，筒體(1)設(shè)置于底盤(pán)(2)之上，其特征在于所述筒體(1)與底盤(pán)(2)之間用墊片(4)密封、用快開(kāi)螺栓(3)壓緊， 所述筒體(1)包括內(nèi)筒(1. 4)、外筒(1.5)、底法蘭(1.9)、內(nèi)封頭(1. 2)、 外封頭(1.3)、導(dǎo)流板(1.6)、冷卻水進(jìn)口(1.8)、冷卻水出口(l.l)和水冷 雙層玻璃視鏡(1.7)，內(nèi)筒(1.4)、外筒(1.5)、底法蘭(1.9)、內(nèi)封頭(1.2) 和外封頭(1. 3)組成一封閉容腔，導(dǎo)流板(1. 6)呈螺旋狀設(shè)置在該封閉容腔 內(nèi)，冷卻水進(jìn)口(1.8)和水冷雙層玻璃視鏡(1.7)設(shè)置在外筒(1.5)上，冷卻 水出口 (1. 1)設(shè)置在外封頭(1. 3)上，所述底盤(pán)(2)包括上管板(2. 1)、下管板(2.3)、導(dǎo)流板(2.4)、電極 (2.2)、進(jìn)氣口(2. 7)、出氣口(2.5)、冷卻水進(jìn)口(2.6)、冷卻水出口(2.8) 和放氣口(2.9)，上管板(2.1)和下管板(2.3)上下疊層布置，上管板(2.1) 與下管板(2.3)之間組成一封閉容腔，電極(2.2)、進(jìn)氣口(2.7)和出氣口 (2. 5)穿接在上管板(2. 1)和下管板(2. 3)上，導(dǎo)流板(2. 4)呈螺旋狀設(shè)置在 所述封閉容腔內(nèi)，下管板(2.3)上設(shè)有冷卻水進(jìn)口(2.6)、冷卻水出口(2.8) 和放氣口(2. 9)，所述水冷雙層玻璃視鏡(l. 7)包括內(nèi)筒(1. 7. 12)、外筒(1.7.13)、法蘭 111(1.7.10)、法蘭IH1.7.8)、法蘭I (1.7.7)、內(nèi)層玻璃(1.7.6)、外層玻 璃(1.7. 5)、冷卻水進(jìn)口 I (1.7.2)、冷卻水進(jìn)口II (1.7.1)、冷卻水出口II(1. 7. 9)和冷卻水出口 I (1. 7. 11)，所述內(nèi)筒(l. 7. 12)與外筒(l. 7. 13)同軸 設(shè)置，內(nèi)筒(1.7. 12)插置在法蘭in(1.7. IO)內(nèi)孔內(nèi)，外筒(1.7. 13)設(shè)置在 法蘭m(1.7. IO)內(nèi)端，法蘭II(1.7.8)和法蘭I (1.7.7)依次疊層布置在法 蘭III (1. 7. 10)外側(cè)，內(nèi)層玻璃(1. 7. 6)設(shè)置在法蘭III (1. 7.10)與法蘭II (1. 7. 8)之間，外層玻璃(1.7.5)設(shè)置在法蘭II (1. 7. 8)與法蘭I (1. 7. 7)之 間，內(nèi)層玻璃(1.7.6)、外層玻璃(1.7.5)和法蘭II(1.7.8)之間圍成一封閉 容腔，法蘭II (1.7.8)上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口 II (1.7.2)和冷卻水出口 II (1.7.9)，外筒(1.7. 12)上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口 I (1.7. l)和冷卻水出口 I (1.7. 11)，所述電極(2.2)包括加熱體(2.2.1)、石墨頭(2.2.2)、電極體(2.2.3)、 電源夾具(2.2.4)、冷卻水進(jìn)口管(2.2.5)和冷卻水出口管(2.2.6)，加熱體 (2. 2. 1)和電極體(2. 2. 3)分別設(shè)置在石墨頭(2. 2. 2) 二端，電源夾具(2. 2. 4) 夾置在電極體(2. 2. 3)的外緣，冷卻水進(jìn)口管(2. 2. 5)由電極體(2. 2. 3) 一端 插入電極體(2. 2. 3)中心空腔內(nèi)，冷卻水出口管(2. 2. 6)設(shè)置在電極體 (2. 2. 3)的一端，與電極體(2. 2. 3)中心空腔相連通，所述快開(kāi)螺栓(3)由螺母(3. 1)、壓塊(3. 2)和螺桿(3. 3)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快開(kāi)式、水冷結(jié)構(gòu)的多晶硅還原爐，整體結(jié)構(gòu)采用立式，包括筒體(1)和底盤(pán)(2)。筒體(1)與底盤(pán)(2)之間用墊片(4)密封、用快開(kāi)螺栓(3)壓緊。所述筒體(1)包括內(nèi)筒(1.4)、外筒(1.5)、底法蘭(1.9)、內(nèi)封頭(1.2)、外封頭(1.3)、導(dǎo)流板(1.6)、冷卻水進(jìn)口(1.8)、冷卻水出口(1.1)和水冷雙層玻璃視鏡(1.7)。所述底盤(pán)(2)包括上管板(2.1)、下管板(2.3)、導(dǎo)流板(2.4)、電極(2.2)、進(jìn)氣口(2.7)、出氣口(2.5)、冷卻水進(jìn)口(2.6)、冷卻水出口(2.8)和放氣口(2.9)。所述電極(2.2)包括加熱體(2.2.1)、石墨頭(2.2.2)、電極體(2.2.3)、電源夾具(2.2.4)、冷卻水進(jìn)口管(2.2.5)和冷卻水出口管(2.2.6)。本發(fā)明快開(kāi)式、有可靠冷卻結(jié)構(gòu)?？梢詫?shí)現(xiàn)還原爐的長(zhǎng)期、安全、高效的運(yùn)行。
文檔編號(hào)F27B5/00GK101311656SQ20081001869
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者浩南楠, 王曉春, 董黎明, 雷欽祥, 高澤華 申請(qǐng)人:江蘇雙良鍋爐有限公司