单晶炉冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及一种单晶炉冷却系统，包括：单晶炉(1)、设置在所述单晶炉(1)内部用于对形成的单晶硅硅棒进行冷却的内冷却循环单元(2)以及设置在所述单晶炉(1)外部与所述内冷却循环单元(2)连通用于为所述内冷却循环单元(2)提供冷却介质的外冷却循环单元(3)；所述内冷却循环单元(2)包括冷却结构(201)和与所述冷却结构(201)和所述外冷却循环单元(3)分别连通的循环管路(202)；所述冷却结构(201)环绕所述单晶炉(1)内形成的单晶硅硅棒设置，所述冷却结构(201)由多个可独立控制冷却介质流量以及内部压力的冷却屏(2011)拼合组成。多屏应用目的是可分别控制冷却屏内冷却介质的流量和系统压力，从而控制相变温度。从而控制相变温度。从而控制相变温度。

【技术实现步骤摘要】
单晶炉冷却系统


[0001]本专利技术涉及单晶硅制备领域，尤其涉及一种分布式沸腾强化换热 的单晶炉冷却系统。

技术介绍

[0002]单晶炉是用于光伏发电单晶硅生产制造的核心设备，在硅棒生产过程 中，单晶材料的声称对温度场以及温度梯度的控制要求非常苛刻，因为无法 有效形成温度梯度而导致生成的单晶材料质量差、缺陷多，甚至有的无法生 成单晶材料，因此单晶炉冷却系统的设计至关重要。
[0003]目前单晶炉中的硅棒的冷却主要是依靠单晶炉内的冷却屏，单晶 炉内为了保证单晶硅结晶的质量，其内部会充满惰性气体，冷却屏与 单晶硅硅棒无法接触，单晶硅硅棒通过辐射换热的方式将热量传递给 冷却屏，冷却屏内部通过水的流动将单晶硅结晶过程中释放的热量带 走，以便对单晶硅硅棒外表面进行冷却形成温度梯度，但是水冷却的 方式存在冷却效率低下、温度梯度不可控、运行维护成本高以及冷却 水泄露导致单晶硅污染等一系列问题，现有技术已不能满足日益增长 的单晶硅生产的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中的至少一个问题，本专利技术 提出一种单晶炉冷却系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种单晶炉冷却系统，其特征 在于，包括：
[0006]单晶炉、设置在所述单晶炉内部用于对形成的单晶硅硅棒进行冷 却的内冷却循环单元以及设置在所述单晶炉外部与所述内冷却循环 单元连通用于为所述内冷却循环单元提供冷却介质的外冷却循环单 元；
[0007]所述内冷却循环单元包括冷却结构和与所述冷却结构和所述外 冷却循环单元分别连通的循环管路；
[0008]所述冷却结构环绕所述单晶炉内形成的单晶硅硅棒设置，所述冷 却结构由多个可独立控制冷却介质流量以及内部压力的冷却屏拼合 组成。
[0009]根据本专利技术的一个方面，由多个冷却屏拼合组成的所述冷却结构 呈倒锥形布置。
[0010]根据本专利技术的一个方面，还包括设置在所述单晶炉内用于产出单 晶硅硅棒的单晶硅硅棒生成单元。
[0011]根据本专利技术的一个方面，所述单晶硅硅棒生成单元包括支承在所 述单晶炉内部的支承结构，支承在所述支承结构上用于融化单晶硅原 材料的石墨坩埚以及伸入所述石墨坩埚中牵引拉伸形成单晶硅硅棒 的单晶硅拉伸结构。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述单晶硅拉伸结构包括固定在所述单 晶炉内部远离所述支承结构一端的牵引器以及与所述牵引器连接并 且伸入所述石墨坩埚中的结晶杆，所述牵引器驱动所述结晶杆在所述 冷却结构的轴心部往复移动。
[0013]根据本专利技术的一个方面，所述循环管路包括通入冷却介质的冷却 介质进入管路和排出冷却介质的冷却介质流出管路。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述冷却介质进入管路包括多根与各所 述冷却屏连接的冷却介质进入支管和与各所述冷却介质进入支管连 接的冷却介质进入主管；
[0015]所述冷却介质流出管路包括多根与各所述冷却屏连接的冷却介 质流出支管和与各所述冷却介质流出支管连接的冷却介质流出主管。
[0016]根据本专利技术的一个方面，各所述冷却介质进入支管上设有控制进 入各所述冷却屏内冷却介质流量的控制阀。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述外冷却循环单元包括外冷却装置、 外冷介质循环泵和多个冷凝器；
[0018]多个所述冷凝器均与所述冷却介质进入主管和所述冷却介质流 出主管连接，并且通过外冷循环水回水管与所述外冷介质循环泵和所 述外冷却装置依次连接，同时多个所述冷凝器通过外冷循环水出水管 与所述外冷却装置直接连接。
[0019]根据本专利技术的一个方面，所述外冷却装置由闭式冷却塔、空冷器、 闭式冷却塔串联空气冷却器及冷水机组组成。
[0020]根据本专利技术的一个方案，冷却结构环绕单晶炉内形成的单晶硅硅 棒设置，并且冷却结构是由多个可独立控制冷却介质的流量以及自身 内部压力的冷却屏拼合组成的。如此设置多个独立小屏(即冷却屏) 可以保证同一维度上所有冷却屏的温度误差最小，如果是一整块冷却 屏，冷却屏的上下误差会比较大，影响生产质量。多屏应用目的是可 分别控制冷却屏内冷却介质的流量和系统压力，从而控制相变温度。
[0021]根据本专利技术的一个方案，由多个冷却屏拼合组成的冷却结构呈倒 锥形布置，即图1中截面为倾斜的斜面布置，而且是从下端向上端的 方向逐渐向外扩开的方式布置。如此设置，可以形成对中心单晶硅硅 棒形成冷却温度梯度，即距离单晶硅硅棒远的冷却屏对单晶硅硅棒产 生的冷却温度较高，而距离单晶硅硅棒近的冷却屏对单晶硅硅棒产生 的冷却温度较低。这样一来，不同的冷却屏的温度对应不同的冷却速 度，便于调整硅棒的拉伸速度，最大限度的提升单晶硅硅棒的产出效 率，提高单晶硅的产出质量。同时，由多个冷却屏组成的冷却结构的 倾斜设置，有利于气液两相流中气液混合物向上排出，有效降低流动 阻力，使得循环冷却的过程更加顺畅，冷却效果以及产品产出效率显 著提升。
[0022]根据本专利技术的一个方案，分布式沸腾强化换热的单晶炉冷却系统 还包括设置在单晶炉内用于产出单晶硅硅棒的单晶硅硅棒生成单元。 单晶硅硅棒生成单元包括支承在单晶炉内部的支承结构，支承在支承 结构上用于融化单晶硅原材料的石墨坩埚以及伸入石墨坩埚中牵引 拉伸形成单晶硅硅棒的单晶硅拉伸结构。其中，单晶硅拉伸结构包括 固定在单晶炉内部远离支承结构一端的牵引器以及与牵引器连接并 且伸入石墨坩埚中的结晶杆，牵引器驱动结晶杆在冷却结构的轴心部 往复移动。如此设置，可以使得通过牵引器的驱动，结晶杆在冷却结 构的中心轴部分上下移动，例如当牵引器驱动结晶杆从石墨坩埚中逐 渐向上运动时，石墨坩埚中的融化单晶硅原材料就会慢慢在结晶杆上 通过冷却作用结晶形成单晶硅硅棒，这样一来，通过其周围的冷却屏 形成的冷却结构产生的冷却作用从而实现单晶硅硅棒的形成，因而实 现单晶硅生产过程的有效换热冷却，对于产出合格的单晶硅硅棒至关 重要。而且如此设置，也使得生产单晶硅硅棒的过程简单快捷，并且 结构并
不复杂，对于在炉内的安装和调试带来方便。
[0023]根据本专利技术的一个方案，循环管路包括通入冷却介质的冷却介质 进入管路和排出冷却介质的冷却介质流出管路。其中，冷却介质进入 管路包括多根与各冷却屏连接的冷却介质进入支管和与各冷却介质 进入支管连接的冷却介质进入主管。冷却介质流出管路包括多根与各 冷却屏连接的冷却介质流出支管和与各冷却介质流出支管连接的冷 却介质流出主管。如此设置，可以通过冷却介质进入主管向各冷却介 质进入支管通入冷却介质，然后由各冷却介质进入支管向各冷却屏内 通入冷却介质，从而对单晶硅硅棒的形成进行冷却，然后完成冷却作 用的冷却介质可以通过各冷却屏流至各冷却介质流出支管，然后由各 冷却介质流出支管流出汇集至冷却介质流出主管，然后通过冷却介质 流出主管流至外冷却循环单元进行换热处理。如此设置，可以使得内 冷却循环单元形成冷却介质实时流动循环冷却结构，这样使得单晶硅 硅棒生成过程能够得到实时且恰到好处的冷却效果，保证产品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉冷却系统，其特征在于，包括：单晶炉(1)、设置在所述单晶炉(1)内部用于对形成的单晶硅硅棒进行冷却的内冷却循环单元(2)以及设置在所述单晶炉(1)外部与所述内冷却循环单元(2)连通用于为所述内冷却循环单元(2)提供冷却介质的外冷却循环单元(3)；所述内冷却循环单元(2)包括冷却结构(201)和与所述冷却结构(201)和所述外冷却循环单元(3)分别连通的循环管路(202)；所述冷却结构(201)环绕所述单晶炉(1)内形成的单晶硅硅棒设置，所述冷却结构(201)由多个可独立控制冷却介质流量以及内部压力的冷却屏(2011)拼合组成。2.根据权利要求1所述的单晶炉冷却系统，其特征在于，由多个冷却屏(2011)拼合组成的所述冷却结构(201)呈倒锥形布置。3.根据权利要求1所述的单晶炉冷却系统，其特征在于，还包括设置在所述单晶炉(1)内用于产出单晶硅硅棒的单晶硅硅棒生成单元(4)。4.根据权利要求1所述的单晶炉冷却系统，其特征在于，所述单晶硅硅棒生成单元(4)包括支承在所述单晶炉(1)内部的支承结构(401)，支承在所述支承结构(401)上用于融化单晶硅原材料的石墨坩埚(402)以及伸入所述石墨坩埚(402)中牵引拉伸形成单晶硅硅棒的单晶硅拉伸结构(403)。5.根据权利要求1所述的单晶炉冷却系统，其特征在于，所述单晶硅拉伸结构(403)包括固定在所述单晶炉(1)内部远离所述支承结构(401)一端的牵引器(4031)以及与所述牵引器(4031)连接并且伸入所述石墨坩埚(402)中的结晶杆(4032)，所述牵引器(4031)驱动所述结晶杆(4032...

【专利技术属性】
技术研发人员：渠学景，陈伟，张建绮，李建，丁小刚，黄新宇，
申请(专利权)人：普世通北京电气有限公司，
类型：发明
国别省市：