本實(shí)用新型涉及一種維持爐內(nèi)壓力平衡的抽氣裝置及用于爐的抽氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

單晶爐或多晶爐在工作時(shí)，為了使熔化在爐內(nèi)的多晶硅具有良好的生長(zhǎng)環(huán)境，需要使?fàn)t內(nèi)的氣壓維持在一個(gè)穩(wěn)定的值。如圖1所示，早期在單晶爐或多晶爐上配置的單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)，這種單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)是一臺(tái)單晶爐或多晶爐匹配一臺(tái)真空泵，工作時(shí)，真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓作用力經(jīng)過(guò)開(kāi)啟的閥門(mén)到達(dá)單晶爐或多晶爐，將單晶爐或多晶爐內(nèi)的氣體抽走，當(dāng)爐內(nèi)氣壓達(dá)到0.008mbar時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)，通過(guò)檢驗(yàn)確定單晶爐或多晶爐沒(méi)有泄漏，則開(kāi)啟閥門(mén)并開(kāi)始對(duì)單晶爐或多晶爐進(jìn)行加熱。同時(shí)通過(guò)輸氣機(jī)構(gòu)向爐內(nèi)通入保護(hù)氣體，控制真空泵的抽氣量和輸氣機(jī)構(gòu)的輸氣量，使?fàn)t內(nèi)氣壓維持600mbar。這種單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)，一旦真空泵異常或損壞，就會(huì)造成爐內(nèi)壓力異常，進(jìn)而使生產(chǎn)中斷，造成產(chǎn)能損失，并且單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)中真空泵一直處于工作狀態(tài)，及其浪費(fèi)能源。

為了增加抽氣系統(tǒng)的安全性，公開(kāi)號(hào)為CN203906236U的實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于多晶爐的聯(lián)動(dòng)抽真空裝置，如圖1所示，包括多組抽真空機(jī)構(gòu)，多組抽真空機(jī)構(gòu)和多個(gè)多晶爐1一一對(duì)應(yīng)，抽真空機(jī)構(gòu)包括真空泵系統(tǒng)2、防倒流電磁閥3和排外閥4，真空泵系統(tǒng)2的抽真空口連接防倒流電磁閥3后連接至相對(duì)應(yīng)的多晶爐1，真空泵系統(tǒng)2的出氣口連接排外閥4后連接至抽空排外管5，還包括PLC控制器、真空壓力傳感器10和多個(gè)聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6，每個(gè)抽真空機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6，聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6的一端并接在相應(yīng)的多晶爐1和防倒流電磁閥3之間，另一端通過(guò)總抽空管11并接在一起，真空壓力傳感器10安裝在總抽空管11上，所述的聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6和防倒流電磁閥3的信號(hào)輸入端均連接在PLC控制器上，所述的真空壓力傳感器10的信號(hào)輸出端連接在PLC控制器上。還包括聯(lián)動(dòng)抽真空機(jī)構(gòu)，該聯(lián)動(dòng)抽真空機(jī)構(gòu)包括聯(lián)動(dòng)真空泵系統(tǒng)7、聯(lián)動(dòng)防倒流電磁閥8和聯(lián)動(dòng)排外閥9，所述的多個(gè)聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6的另一端并接在一起后依次連接聯(lián)動(dòng)防倒流電磁閥8、聯(lián)動(dòng)真空泵系統(tǒng)7和聯(lián)動(dòng)排外閥9后連接至抽空排外管5，所述的聯(lián)動(dòng)防倒流電磁閥8也連接在PLC控制器上。

上述聯(lián)動(dòng)抽真空裝置的工作過(guò)程為：當(dāng)真空壓力傳感器10傳送真空壓力指令(0.008mbar)至PLC控制器后，以第一臺(tái)先達(dá)到為優(yōu)先，如1#多晶1已經(jīng)達(dá)到正常運(yùn)行條件，PLC控制器優(yōu)先處理，后續(xù)2#、3#……9#(11#或13#)依次達(dá)到時(shí)，以真空壓力傳感器10將相應(yīng)的信號(hào)反饋至PLC控制器，PLC控制器以優(yōu)先度處理為準(zhǔn)；如果當(dāng)1#多晶爐1已經(jīng)完成生產(chǎn)周期，其它聯(lián)動(dòng)多晶爐尚未完成，并正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)PLC的優(yōu)先處理原則，需要自動(dòng)切換至2#或3#或9#(11#或13#)，以保證多晶爐1抽真空的正常運(yùn)行，并不得出現(xiàn)真空泵系統(tǒng)2運(yùn)行控制混亂的情況發(fā)生；如果在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)有故障，造成其中的一臺(tái)的多晶爐1內(nèi)真空度無(wú)法達(dá)到，即超過(guò)0.008mbar時(shí)，報(bào)警燈電路或蜂鳴器響聲提示電路會(huì)有相應(yīng)的報(bào)警燈提示或蜂鳴器響聲提示，直至人為處理并消除該報(bào)警，并通過(guò)該多晶爐1相對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6的關(guān)閉自動(dòng)脫離連動(dòng)系統(tǒng)并啟動(dòng)該多晶爐的抽真空機(jī)構(gòu)，以保證機(jī)器的正常運(yùn)行；在生產(chǎn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)一臺(tái)真空泵系統(tǒng)2抽空不能滿足多晶爐的生產(chǎn)需求時(shí)，可以同時(shí)開(kāi)啟2臺(tái)或多臺(tái)真空泵系統(tǒng)運(yùn)行，以保證生產(chǎn)機(jī)器正常運(yùn)行。上述聯(lián)動(dòng)抽真空裝置具有以下問(wèn)題：

第1，真空壓力傳感器10設(shè)置在總抽空管11上，其只能檢測(cè)到總抽空管11內(nèi)的氣壓，而不能檢測(cè)到每臺(tái)多晶爐內(nèi)的氣壓，因此，真空壓力傳感器10無(wú)法將各臺(tái)多晶爐是否符合運(yùn)行條件(多晶爐內(nèi)的氣壓達(dá)到0.008mbar)的信息反饋給PLC。

第2，上述的總抽空管11通過(guò)聯(lián)動(dòng)真空泵系統(tǒng)7直接與聯(lián)動(dòng)防倒流電磁閥8連接，而各臺(tái)多晶爐由于生產(chǎn)需要，存在與總抽空管11不同連通數(shù)量或3臺(tái)或5臺(tái)或10臺(tái)的多晶爐，例如當(dāng)前是兩臺(tái)多晶爐在維持氣壓平衡，但另外有三臺(tái)也符合工作條件了，這樣，同時(shí)開(kāi)啟與這三臺(tái)的多晶爐連接的聯(lián)動(dòng)不銹鋼球閥6，新開(kāi)啟三臺(tái)的多晶爐內(nèi)的氣壓涌入到總抽空管11內(nèi)，造成管路內(nèi)壓力波動(dòng)，由于聯(lián)動(dòng)真空泵系統(tǒng)7產(chǎn)生的抽力恒定，對(duì)其他處于兩臺(tái)處于正常工作的多晶爐內(nèi)氣壓也會(huì)形成波動(dòng)，因此會(huì)影響生產(chǎn)質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的之一是，提供一種維持爐內(nèi)壓力平衡的抽氣裝置，本實(shí)用新型在一臺(tái)或多臺(tái)爐需要維持壓力平衡時(shí)而開(kāi)啟閥門(mén)的瞬間，可以避免其他正處于維持壓力平衡狀態(tài)的爐免受氣壓的波動(dòng)。

維持爐內(nèi)壓力平衡的抽氣裝置，包括多個(gè)輸入端用于連接單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)或者爐的閥門(mén)、公共管道、至少兩路抽氣機(jī)構(gòu)以及第一控制器，每個(gè)閥門(mén)的輸出端與公共管道連接，每路抽氣機(jī)構(gòu)分別與第一控制器電連接，還包括壓力平衡罐，所述壓力平衡罐的輸入端與公共管道連接，壓力平衡罐的輸出端與各路抽氣機(jī)構(gòu)連接。

各路抽氣機(jī)構(gòu)并聯(lián)在一起后再與壓力平衡罐連接。

在壓力平衡罐與抽氣機(jī)構(gòu)之間設(shè)有流量調(diào)節(jié)控制閥，該流量調(diào)節(jié)閥與第一控制器電連接。

所述各路抽氣機(jī)構(gòu)均包括止回閥以及真空泵，止回閥與真空泵串聯(lián)。

所述壓力平衡罐上設(shè)有第一壓力傳感器，第一壓力傳感器與第一控制器電連接。

本實(shí)用新型的目的之二是提供了一種維持壓力平衡的用于爐的抽氣系統(tǒng)，技術(shù)方案如下：

用于爐的抽氣系統(tǒng)，包括與爐連接的單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)，還包括維持爐內(nèi)壓力平衡的抽氣裝置。

優(yōu)選地，所述單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)包括第二控制器、第二壓力傳感器、閥門(mén)裝置、真空泵，第二控制器與第二壓力傳感器電連接，閥門(mén)裝置的輸出端與真空泵連接，閥門(mén)裝置還與第二控制器電連接。

優(yōu)選地，所述閥門(mén)裝置包括氣動(dòng)閥、氣體調(diào)節(jié)閥以及通斷閥，氣動(dòng)閥與氣體調(diào)節(jié)閥串聯(lián)，所述通斷閥的兩端與氣動(dòng)閥和氣體調(diào)節(jié)閥串聯(lián)所形成的支路并聯(lián)。

優(yōu)選地，在閥門(mén)裝置與真空泵之間設(shè)有止回閥，該止回閥與第一控制器或者第二控制器電連接。

優(yōu)選地，所述第二控制器與第一控制器連接而相互通信。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為：例如當(dāng)前對(duì)一臺(tái)爐進(jìn)行抽氣以維持爐內(nèi)壓力平衡，而其他幾臺(tái)爐也達(dá)到需要維持爐內(nèi)壓力平衡的條件時(shí)，這時(shí)，會(huì)開(kāi)啟好幾個(gè)與公共管道連接的閥門(mén)，例如開(kāi)啟3臺(tái)或5臺(tái)或10臺(tái)的連接數(shù)量，在本實(shí)用新型中，由于增設(shè)了壓力平衡罐，該壓力平衡罐平衡了公共管道內(nèi)部壓力，并在通過(guò)第一壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)定壓力平衡罐內(nèi)部壓力后，信號(hào)送至第一控制器進(jìn)行處理，然后第一控制器通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥對(duì)抽氣機(jī)構(gòu)的抽氣速率進(jìn)行控制，有效保障各臺(tái)爐不會(huì)因負(fù)載多少造成腔體內(nèi)壓力驟變變化，以確保爐內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量。

本實(shí)用新型可適用于多晶爐的抽氣、單晶爐的抽氣系統(tǒng)以及其他需要壓力維持的密閉系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的用于多晶爐的聯(lián)動(dòng)抽真空裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中，1為閥門(mén)，2為公共管道，3為第一控制器，4為止回閥，5為真空泵，6為壓力平衡罐，6a為流量調(diào)節(jié)控制閥，7為第一壓力傳感器，8為第二壓力傳感器，9為真空泵，10為氣動(dòng)閥，11為氣體調(diào)節(jié)閥，12為通斷閥，13為止回閥。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，本實(shí)用新型的維持爐內(nèi)壓力平衡的抽氣裝置，包括多個(gè)輸入端用于連接單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)或者爐的閥門(mén)1、公共管道2、至少兩路抽氣機(jī)構(gòu)以及第一控制器3。閥門(mén)1為電動(dòng)閥門(mén)，每個(gè)閥門(mén)1的輸出端與公共管道2連接。每路抽氣機(jī)構(gòu)由止回閥4和真空泵5組成，止回閥4與真空泵5串聯(lián)。每路抽氣機(jī)構(gòu)分別與第一控制器3電連接，第一控制器3包括PLC(或單片機(jī)或PAC)以及若干個(gè)繼電器(或接觸器)，止回閥4和真空泵5受第一控制器的控制，以根據(jù)實(shí)際情況控制抽氣的速率。優(yōu)選地，本實(shí)用新型中設(shè)置了兩路抽氣機(jī)構(gòu)，一路作為正常工作使用，另一路則作為備用，若正常使用的一路抽氣機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障或問(wèn)題時(shí)，則啟動(dòng)另一路工作。

還包括壓力平衡罐6，所述壓力平衡罐6的輸入端與公共管道2連接，所述壓力平衡罐6上設(shè)有第一壓力傳感器7，第一壓力傳感器7與第一控制器電連接。通過(guò)第一壓力傳感器7將壓力平衡罐6內(nèi)的氣壓值傳送到第一控制器3，第一控制器3根據(jù)實(shí)際情況對(duì)抽氣速率做出調(diào)整。壓力平衡罐6的輸出端與各路抽氣機(jī)構(gòu)連接，優(yōu)選地，各路抽氣機(jī)構(gòu)并聯(lián)在一起后再與壓力平衡罐連接。在壓力平衡罐與抽氣機(jī)構(gòu)之間設(shè)有流量調(diào)節(jié)控制閥6a，該流量調(diào)節(jié)閥6a與第一控制器電連接。

如圖2所示，本實(shí)用新型的用于爐的抽氣系統(tǒng)，包括與爐連接的單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)以及上述實(shí)施方式中的維持爐內(nèi)壓力平衡的抽氣裝置，所述爐為單晶爐或多晶爐或其他爐子，本實(shí)施方式中的爐為多晶爐。爐的數(shù)量為多個(gè)，分別依次通過(guò)單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)和閥門(mén)1連接到公共管道2。所述單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)包括第二控制器(圖中未示出)、第二壓力傳感器8、閥門(mén)裝置、真空泵9。第二控制器包括PLC(或單片機(jī)或PAC)以及若干個(gè)繼電器(或接觸器)，第二控制器與第二壓力傳感器8電連接，第二控制器與第一控制器連接而相互通信。閥門(mén)裝置的輸出端與真空泵連接，閥門(mén)裝置還與第二控制器電連接。所述閥門(mén)裝置包括氣動(dòng)閥10、氣體調(diào)節(jié)閥11以及通斷閥12，氣動(dòng)閥10與氣體調(diào)節(jié)閥11串聯(lián)，所述通斷閥12的兩端與氣動(dòng)閥10和氣體調(diào)節(jié)閥11串聯(lián)所形成的支路并聯(lián)，。在閥門(mén)裝置與真空泵9之間設(shè)有止回閥13，該止回閥13與第一控制器或者第二控制器電連接，止回閥13可以防止真空泵9內(nèi)的油回流到爐腔內(nèi)污染爐腔。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程為(先以1號(hào)多晶爐及對(duì)應(yīng)連接的各個(gè)部件為例)：工序開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)先進(jìn)行自檢后，各個(gè)閥門(mén)1處于關(guān)閉狀態(tài)，真空泵水溫＜40℃時(shí)可以啟動(dòng)其中一路抽氣機(jī)構(gòu)中的真空泵5，真空泵5啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)由第一控制器中的PLC發(fā)出信號(hào)，通過(guò)繼電器打開(kāi)止回閥4，這樣對(duì)對(duì)公共管道2進(jìn)行抽氣。當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?檢測(cè)到壓力平衡罐6內(nèi)部壓力＜0.1mba，關(guān)閉止回閥4，通過(guò)檢驗(yàn)確定管道沒(méi)有泄漏，則達(dá)到開(kāi)啟閥門(mén)1的第一個(gè)條件。1號(hào)多晶爐在工藝流程中，由第二控制器中的PLC發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)真空泵9并打開(kāi)氣動(dòng)閥10和氣體調(diào)節(jié)閥11(通斷閥12為關(guān)閉狀態(tài))，通過(guò)真空泵9對(duì)1號(hào)多晶爐抽真空，在壓力達(dá)到500mbar時(shí)，打開(kāi)通斷閥12，并關(guān)閉氣動(dòng)閥10和氣體調(diào)節(jié)閥11，在抽真空的過(guò)程中，由第二壓力傳感器8對(duì)1號(hào)多晶爐內(nèi)的氣壓時(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)爐內(nèi)壓力＜0.008mbar時(shí)，對(duì)1號(hào)多晶爐檢漏，若通過(guò)，這時(shí)，第二控制器控制輸氣機(jī)構(gòu)開(kāi)啟將保護(hù)氣體(如氬氣)輸送到1號(hào)多晶爐內(nèi)進(jìn)行填充，并根據(jù)工序步驟重復(fù)打開(kāi)關(guān)閉通斷閥12，當(dāng)1號(hào)多晶爐內(nèi)的氣壓力達(dá)到600mbar，達(dá)到開(kāi)啟閥門(mén)1的第二個(gè)條件，由于閥門(mén)1開(kāi)啟的兩個(gè)條件均具備了，這時(shí)，第一控制器3中的PLC控制閥門(mén)1開(kāi)啟，同時(shí)通過(guò)第二控制器的PLC控制繼電器關(guān)閉真空泵9和止回閥13，打開(kāi)氣動(dòng)閥10、氣體調(diào)節(jié)閥11，這樣，1號(hào)多晶爐輸入的氬氣經(jīng)過(guò)氣動(dòng)閥10、氣體調(diào)節(jié)閥11、閥門(mén)1到達(dá)公共管道2內(nèi)，在抽氣機(jī)構(gòu)的負(fù)壓作用力下，氣體進(jìn)入到壓力平衡罐6中，再依次通過(guò)止回閥4、真空泵5排出，到此，1號(hào)多晶爐進(jìn)入壓力維持狀態(tài)。2號(hào)多晶爐、3至10號(hào)多晶爐以類(lèi)同的方式進(jìn)行工作。

當(dāng)1至10號(hào)多晶爐中任意一個(gè)進(jìn)入壓力維持狀態(tài)后，若當(dāng)前工作的真空泵5發(fā)生故障，第一壓力傳感器7檢測(cè)到壓力平衡罐6內(nèi)的壓力上升＞650mbar時(shí)，第一控制器3中的PLC接收到第一壓力傳感器7信號(hào)判定壓力過(guò)高，第一控制器3中的PLC控制繼電器啟動(dòng)另一路抽氣機(jī)構(gòu)中的真空泵5，同時(shí)關(guān)閉故障所在一路的抽氣機(jī)構(gòu)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，并啟動(dòng)聲光報(bào)警器，直至相關(guān)人員進(jìn)行處理，消除該故障。若兩路抽氣機(jī)構(gòu)均出現(xiàn)故障，第一壓力傳感器7和第二壓力傳感器8檢測(cè)的氣壓值均大于650mba時(shí)，第一控制器3中的PLC通過(guò)繼電器控制兩路抽氣機(jī)構(gòu)均關(guān)閉，同時(shí)，第二控制器中的PLC控制真空泵9開(kāi)啟，通過(guò)真空泵9將對(duì)應(yīng)多晶爐內(nèi)的保護(hù)氣體抽走。例如，1號(hào)多晶爐的各路抽氣機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，這時(shí)，第一控制器3中的PLC通過(guò)繼電器控制各路抽氣機(jī)構(gòu)均關(guān)閉，而第二控制器則控制真空泵9開(kāi)啟，將1號(hào)多晶爐內(nèi)的保護(hù)氣體抽走，從而保證1號(hào)多晶爐內(nèi)的壓力維持不變，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。假如單獨(dú)采用單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽氣的故障率為5％，而在設(shè)置了多路抽氣機(jī)構(gòu)后馬上可以將故障率降低到0.25％，通過(guò)上述敘述可知，因?yàn)閷温?lián)抽氣機(jī)構(gòu)和多路抽氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，因此基本杜絕了真空泵損壞而造成的風(fēng)險(xiǎn)，并且單聯(lián)抽氣機(jī)構(gòu)和多路抽氣機(jī)構(gòu)并不用增加很高的硬件成本，但卻能將風(fēng)險(xiǎn)降為零，提高了系統(tǒng)的安全性。

在上述舉例的工作過(guò)程說(shuō)明中，上述工藝條件0.008mbar及650mbar可以隨生產(chǎn)工藝需求進(jìn)行隨意更改。