專利名稱：用于多晶鑄錠爐的熱交換臺及其通氣管徑變化方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于多晶硅鑄錠設備及其控制方法，尤其涉及多晶鑄錠爐的熱交換臺及其通氣管徑變化方法。
背景技術(shù)：
多晶硅鑄錠爐是目前光伏行業(yè)中多晶硅的主要生產(chǎn)設備，鑄錠工藝經(jīng)過熔化、定向長晶、退后、冷卻等幾個階段后，成為有一定晶體生長方向的多晶硅錠。多晶硅鑄錠過程環(huán)境是多晶鑄錠爐熱場。在多晶硅生長過程中，坩堝底部的溫度控制是由輻射散熱決定的。目前輻射散熱的方式主要是兩種一是通過調(diào)節(jié)加熱器的功率以及多晶爐爐內(nèi)底部隔熱籠的開度，通過熱交換臺輻射進行降溫；另一種是通過調(diào)節(jié)加熱器功率以及熱交換臺內(nèi)部通氣帶走熱量，實現(xiàn)散熱，隔熱籠封閉不開啟。
中國發(fā)明專利“用于多晶硅鑄錠爐的改進結(jié)構(gòu)的熱交換臺”(專利申請?zhí)?01110218651. 4)展示了一種用于多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置及方法，是在鑄錠爐內(nèi)熱場的石墨體熱交換臺的內(nèi)部設置氣體流道，冷氣進入，帶走熱量，實現(xiàn)熱交換，從而達到散熱降溫的目的。由于影響鑄錠長晶質(zhì)量的因素很多，尤其在鑄錠工藝摸索階段，試驗各種工藝配方時，熱交換臺結(jié)構(gòu)已定型的情況下，因為氣道的不可變，不能試驗出最佳的工藝配方和生產(chǎn)工藝，不能達到長晶質(zhì)量的最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于多晶鑄錠爐的熱交換臺，其氣道的通徑大小可調(diào)
難
iF. O本發(fā)明的另一目的在于提供用于多晶鑄錠爐的熱交換臺的通氣管徑變化方法，以達到在不同工藝配方的條件下，通過變換通氣管徑，保證坩堝底部的溫度均勻，提升長晶質(zhì)量。為實現(xiàn)所述目的的用于多晶鑄錠爐的熱交換臺，用來放置多晶硅鑄錠坩堝并與坩堝進行熱交換，包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特點是該氣體分流層設置有成陣列布置的分流基孔，分流基孔內(nèi)可拆卸地配置有套管，該套管提供氣流通過分流基孔的管孔。所述的熱交換臺，其進一步的特點是，分流基孔對應有多個套管，該多個套管的外側(cè)能和分流基孔的內(nèi)側(cè)貼合，而該多個套管的內(nèi)徑不同，該分流基孔是選擇性地與該多個
套管中的一個套管配合。所述的熱交換臺，其進一步的特點是，在氣體分流層上的全部套管分布規(guī)律是氣體分流層中間部分的管徑小，往外管徑變大。所述的熱交換臺，其進一步的特點是，還包括初級分流層，所述氣體分流層設置成二級分流層，初級分流層位于二級分流層和分流基層之間，初級分流層和分流基層之間形成初級分流室，初級分流層和二級分流層之間形成二級分流室，二級分流層和熱交換層之間形成冷氣流道，冷氣從分流基層流入到初級分流室，再流經(jīng)初級分流層，再流經(jīng)二級分流室，再流經(jīng)二級分流層上的套管，進入到二級分流層和熱交換層之間的冷氣流道。所述的熱交換臺，其進一步的特點是，熱交換層的氣體分流層側(cè)設置有成陣列分布的通氣凸臺，通氣凸臺上有以中心向四周輻射布置的通氣槽，各通氣凸臺的四周有匯流氣槽，該套管和該通氣凸臺對接以使冷氣從套管中流出后流經(jīng)通氣凸臺上的通氣槽再流入到匯流氣槽。所述的熱交換臺，其進一步的特點是，所述氣體分流層的熱交換層側(cè)在各所述分流基孔的四周有匯流氣槽，氣體分流層上的匯流氣槽和熱交換層上的匯流氣槽組合成氣道。所述的熱交換臺，其進一步的特點是，初級分流層的種類有多種，各種初級分流層設置有均勻的初級分流孔，但不同種初級分流層的初級分流孔的數(shù)量不同和孔徑不同。
所述的熱交換臺，其進一步的特點是，所述熱交換臺設置有中央進氣孔以及位于四角的出氣孔，冷氣流經(jīng)冷氣流道成熱氣，熱氣從四角的出氣孔流出。為實現(xiàn)所述目的的用于多晶鑄錠爐的熱交換臺的通氣管徑變化方法，該熱交換臺包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特點是，在該氣體分流層的成陣列布置的分流基孔內(nèi)配置有套管，利用該套管的管徑限定出分流基孔的通徑，利用不同管徑的套管與分流基孔配置，以使流經(jīng)氣體分流層的氣體的通徑大小的調(diào)節(jié)得到控制。所述的通氣管徑變化方法，其進一步的特點是，還在氣體分流層和分流基層之間設置初級分流層，該初級分流層上設置有初級分流孔，改變初級分流孔的數(shù)量和孔徑，以衍生成多種初級分流層，通過更換不同種類的初級分流層，來實現(xiàn)初級分流的可變可調(diào)。在本發(fā)明的實施例中，通過利用便于更換的套管和/或初級分流板，使本發(fā)明的內(nèi)冷式熱交換臺更具工藝操作性，在不同的鑄錠大小、不同的工藝配方、不同的加熱器功率配比等要求下，可構(gòu)建相應的熱交換臺熱場，使坩堝底部的降溫均勻一致，固液界面平整無上下不齊，增大鑄造多晶娃晶粒尺寸，減少晶界密度，進而提聞娃電池光電轉(zhuǎn)換率。可廣泛運用在多晶硅鑄錠工藝研發(fā)和高效鑄錠生產(chǎn)中。


圖I是用于多晶鑄錠爐的熱交換臺的主視剖面圖。圖2是熱交換臺的分解視圖。圖3是熱交換臺的熱交換層和二級分流層的主視剖面圖。圖4是熱交換臺的熱交換層和二級分流層的分解視圖。圖5是熱交換層的仰視圖。圖6是熱交換層的主視剖面圖。圖7是熱交換層的一個角部的局部放大視圖。圖8是二級分流層的主視剖面圖。圖9是二級分流層的仰視圖。圖10至圖12是套管的不同類型的主視剖面圖。圖13至圖16是初級分流層的不同類型的仰視圖。
圖17是熱交換臺的進出氣管道布置的主視剖面圖。圖18是熱交換臺在下爐體中進出氣管道布置的主視剖面圖。圖19至圖21是利用不同熱交換臺來獲得的長晶效果示意圖，其中圖21是利用本發(fā)明實施例獲得的長晶效果示意圖。
具體實施例方式以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。
圖I至圖9為本發(fā)明的一實施例的圖示。如圖I和圖2所示，在本發(fā)明實施例中，熱交換臺包括熱交換層10、二級分流層20、可變管徑套管30、初級分流層40和分流基層50等。二級分流層20和初級分流層40之間形成二級分流室25，初級分流層40和分流基層50之間形成初級分流室54。二級分流層20和熱交換層10之間形成縱橫交錯的氣流通道，冷氣進入到該氣流通道中，與熱交換層10上的坩堝進行充分的熱交換，然后成為熱氣排出。如圖2所示，二級分流層20與分流基層50之間用固定螺釘51相貼連接固定。如圖3所示，二級分流層20和熱交換層10之間通過多個螺釘21固定。初級分流層40被固定在二級分流層20和分流基層50之間。如圖13至圖16所示舉例4種初級分流層分別是初級分流層41、初級分流層42、初級分流層43、初級分流層44，在該四種初級分流層上的初級分流孔45的數(shù)量和孔徑
和On，都可根據(jù)工藝的要求設置不同，從而可衍生多種初級分流層，方便適應工藝要求的更換。通過更換不同數(shù)量、孔徑初級分流孔的初級分流層，以達到適應工藝要求的分流效果。如圖3和圖4、圖8、圖9所示，二級分流層30具有成陣列布置的分流基孔22，各分流基孔22中配置由套管33，套管33的外側(cè)和分流基孔22的內(nèi)壁貼合，從而套管33的內(nèi)徑也就為分流基孔22的氣流通徑。在本發(fā)明的其他實施例中，分流基孔22可以是圓形以外的其他形狀，相應地，分流基孔22可以是圓筒狀以外的其他形狀。所述術(shù)語“孔徑或通徑”并非要將分流基孔22或者套管33的管孔限定為圓形，其可以理解成沿軸線向邊緣延伸的距離或者其他適合于表達流通冷氣流量大小的物理概念。二級分流層30上并非一定要完全設置成配有套管33的分流基孔22，也可以部分通孔內(nèi)不設置套管33。套管33可拆卸地配置在分流基孔22內(nèi)，因此通過一組套管33分別與分流基孔22配合，就可以實現(xiàn)通氣管徑的變化。圖10至圖12分別示意內(nèi)徑Oa的可變管徑套管31，內(nèi)徑Ob的可變管徑套管32，內(nèi)徑Oc的可變管徑套管33，內(nèi)徑大小Oa〈Ob〈Oc。在圖4中可變管徑套管31為4件，可變管徑套管32為12件，可變管徑套管33為20件。在本發(fā)明的其他實施例中，套管的數(shù)量和管徑大小的配置可以根據(jù)工藝要求進行變化。二級分流層20的部分分流基孔22也可不裝配套管30，為了區(qū)別開來，不裝配套管30的分流基孔定義為固定通徑基孔，即其流通氣流的通徑不可調(diào)為固定的。圖5至圖7是熱交換層10的結(jié)構(gòu)視圖，熱交換層10下端面設置有陣列分布的36個通氣方塊11 (或者其他形狀的凸臺)。通氣方塊11具有從中心向四周輻射布置的多個通氣槽13，通氣方塊11的四周均有上匯流氣道(或槽)12，如后面所述，在裝配狀態(tài)下，冷氣流入通氣方塊11時通過通氣槽13向四周輻射流出，進入通氣方塊11四周的上匯流氣道12。如圖8和圖9所示，二級分流層20的分流基孔22中裝配可變管徑套管30，各分流基孔22的四周有下匯流氣道(槽)23。當熱交換層10與二級分流層20相貼裝配后，上匯流氣道12與下匯流氣道23合成封閉的匯流氣道26。另外,分流基孔22和通氣方塊11對應配置。氣體從套管30或分流基孔22中流出，進入到通氣方塊11，再從通氣方塊11的通氣槽13中流入到匯流氣道26，再從匯流氣道26從四角出氣孔24流出。流經(jīng)匯流氣道26的冷氣與熱交換臺10上的坩堝進行熱交換后成為熱氣。圖17和圖18是熱交換臺的進出氣體的布局示意圖，圖17所示所有部件都是石墨材料制成，其中設置中央進氣管60，4個四角出氣管61，隔熱籠底層67。圖18中包括多晶爐下爐體62，下爐體進氣管64，下爐體內(nèi)部出氣管65，下爐體外部出氣管66，本發(fā)明的熱交換臺上面放置坩堝63。在長晶過程中，坩堝63里硅液69逐步長晶成硅晶體70。
如圖17和圖18所示，本發(fā)明實施例的熱交換臺由中央進氣管60流入冷氣氬氣或氦氣，冷氣經(jīng)初級分流室54 —初級分流層40 —二級分流室25 —可變管徑套管30 —通氣方塊11 —匯流氣道26 —四角出氣管61流出。冷氣經(jīng)下爐體進氣管64流入中央進氣管60，冷氣在與熱交換層10進行熱交換后變成熱氣，熱氣經(jīng)過四角出氣管61，經(jīng)過下爐體內(nèi)部出氣管65，流到下爐體外部出氣管66，熱氣在下爐體62的外部進行冷卻處理。圖10所示熱交換層10上放置坩堝63，中央進氣管60和四角出氣管61都穿過隔熱籠底層67。在長晶過程中，熱交換層10對坩堝63里的硅液69熱量交換進行冷卻，形成如圖所示的固液界面68,固液界面68下面是娃晶體70,隨著固液界面68向上推進，直至到頂，長晶結(jié)束。在沒有安裝可變管徑套管30和初級分流層40的情況下，圖19為所示的長晶中固液界面68的分布示意圖，由于各通氣孔大小未加調(diào)整，實際冷卻效果形成固液界面呈現(xiàn)中間部位長晶快，四周長晶慢的不平齊狀態(tài)，從而影響長晶的質(zhì)量。在沒有安裝可變管徑套管30的情況下，圖20為所示的長晶中固液界面68的分布示意圖，由于各通氣孔大小未加調(diào)整，實際冷卻效果形成固液界面呈現(xiàn)波動，上下不平齊狀態(tài)，從而影響長晶的質(zhì)量。圖21是本發(fā)明實施例實際運用的長晶效果圖示，可變管徑套管30分布規(guī)律是中間部分的內(nèi)徑小，往外內(nèi)徑變大，如圖10和圖12所示，內(nèi)徑Oa的可變管徑套管31，內(nèi)徑Ob的可變管徑套管32，內(nèi)徑Oc的可變管徑套管33，內(nèi)徑大小Oa〈Ob〈Oc，實際冷卻效果均勻，各部位長晶速度一致，固液界面68比較平整。大大提高了長晶的質(zhì)量。在前述的實施例中，也可以理解到一種方法，即套管32的外徑與分流基孔22相配，內(nèi)徑大小可定制不同尺寸，通過更換可變管徑套管30，從而實現(xiàn)通氣管徑大小的調(diào)節(jié)控制。另外，初級分流層40設置均勻的初級分流孔45，通過對初級分流孔45的數(shù)量和孔徑進行改變和組合，衍生成多種初級分流層40，不同的初級分流層40通過更換，實現(xiàn)初級分流的可變可調(diào)。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，例如前述各層的形狀均為方形的板狀，也可以替換為方形外的其他形狀。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本 發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于多晶鑄錠爐的熱交換臺，用來放置多晶硅鑄錠坩堝并與坩堝進行熱交換，包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特征在于該氣體分流層設置有成陣列布置的分流基孔，分流基孔內(nèi)可拆卸地配置有套管，該套管提供氣流通過分流基孔的管孔。
2.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺，其特征在于，分流基孔對應有多個套管，該多個套管的外側(cè)能和分流基孔的內(nèi)側(cè)貼合，而該多個套管的內(nèi)徑不同，該分流基孔是選擇性地與該多個套管中的一個套管配合。
3.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺，其特征在于，在氣體分流層上的全部套管分布規(guī)律是氣體分流層中間部分的管徑小，往外管徑變大。
4.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺，其特征在于，還包括初級分流層，所述氣體分流層設置成二級分流層，初級分流層位于二級分流層和分流基層之間，初級分流層和分流基層之間形成初級分流室，初級分流層和二級分流層之間形成二級分流室，二級分流層和熱交換 層之間形成冷氣流道，冷氣從分流基層流入到初級分流室，再流經(jīng)初級分流層，再流經(jīng)二級分流室，再流經(jīng)二級分流層上的套管，進入到二級分流層和熱交換層之間的冷氣流道。
5.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺，其特征在于，熱交換層的氣體分流層側(cè)設置有成陣列分布的通氣凸臺，通氣凸臺上有以中心向四周輻射布置的通氣槽，各通氣凸臺的四周有匯流氣槽，該套管和該通氣凸臺對接以使冷氣從套管中流出后流經(jīng)通氣凸臺上的通氣槽再流入到匯流氣槽。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換臺，其特征在于，所述氣體分流層的熱交換層側(cè)在各所述分流基孔的四周有匯流氣槽，氣體分流層上的匯流氣槽和熱交換層上的匯流氣槽組合成氣道。
7.如權(quán)利要求I所述的熱交換臺，其特征在于，初級分流層的種類有多種，各種初級分流層設置有均勻的初級分流孔，但不同種初級分流層的初級分流孔的數(shù)量不同和孔徑不同。
8.如權(quán)利要求3所述的熱交換臺，其特征在于，所述熱交換臺設置有中央進氣孔以及位于四角的出氣孔，冷氣流經(jīng)冷氣流道成熱氣，熱氣從四角的出氣孔流出。
9.一種用于多晶鑄錠爐的熱交換臺的通氣管徑變化方法，該熱交換臺包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，其特征在于，在該氣體分流層的成陣列布置的分流基孔內(nèi)配置有套管，利用該套管的管徑限定出分流基孔的通徑，利用不同管徑的套管與分流基孔配置，以使流經(jīng)氣體分流層的氣體的通徑大小的調(diào)節(jié)得到控制。
10.如權(quán)利要求9所述的通氣管徑變化方法，其特征在于，還在氣體分流層和分流基層之間設置初級分流層，該初級分流層上設置有初級分流孔，改變初級分流孔的數(shù)量和孔徑，以衍生成多種初級分流層，通過更換不同種類的初級分流層，來實現(xiàn)初級分流的可變可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于多晶鑄錠爐的熱交換臺及其通氣管徑變化方法，其中熱交換臺氣道的通徑大小可調(diào)整，包括熱交換層、氣體分流層以及分流基層，氣體分流層位于熱交換層和分流基層之間，該氣體分流層設置有成陣列布置的分流基孔，分流基孔內(nèi)可拆卸地配置有套管，該套管提供氣流通過分流基孔的管孔。
文檔編號C30B28/06GK102747420SQ20121026909
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者吳正同 申請人:常州天合光能有限公司