一種帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域，公開了一種帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，爐體鐘罩頂部設(shè)置有爐體頂部冷卻系統(tǒng)，包括爐體頂部冷卻盤管、進口管以及出口管；爐體頂部冷卻盤管由一組或多組盤管組成；進口管從封頭中間伸入鐘罩式爐體內(nèi)連接各組爐體頂部冷卻盤管一端；爐體頂部冷卻盤管另一端分別連接至出口管，從鐘罩式爐體的頂部伸出。本實用新型通過對還原爐頂部強化傳熱，抵消由于熱對流的影響導(dǎo)致還原爐內(nèi)上部溫度高于下部溫度的現(xiàn)象，使爐內(nèi)上下部溫度均衡，有利于多晶硅致密性生長，提高多晶硅質(zhì)量；避免中心氣體由于輻射溫度過高出現(xiàn)霧化現(xiàn)象，提高硅的轉(zhuǎn)化率。
【專利說明】
一種帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)部增加了頂部獨立冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外在多晶硅生產(chǎn)中主要運用的工藝方法是改良西門子法，用提純后的高純?nèi)葰渫夼c氫氣按一定比例混合后通入爐體，同時給安裝在電極上的娃芯加上一定的電壓，硅芯有電流流過，使硅芯產(chǎn)生熱量。爐體內(nèi)氣體在一定溫度和壓力下發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)沉積反應(yīng)，使多晶硅在硅芯沉積，最終制備多晶硅產(chǎn)品。一般情況下，爐內(nèi)工作溫度為10000C左右，爐體材質(zhì)一般為不銹鋼或者碳鋼不銹鋼復(fù)合材料，為保護爐體不被高溫損壞，也為了避免爐內(nèi)副反應(yīng)的產(chǎn)生，一般采用夾套冷卻，通入循環(huán)冷卻介質(zhì)，移走輻射至爐壁的熱量，以維持適宜的爐體溫度。
[0003]傳統(tǒng)的多晶硅設(shè)備通常采用提高爐體容積增加硅芯數(shù)量的方法來提高多晶硅產(chǎn)量，降低能耗比，因此出現(xiàn)了多種型號的大型節(jié)能型還原爐。此種方法雖然有效，但對多晶硅的產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。大型的多晶硅還原爐存在的普遍問題是:硅芯通入電流產(chǎn)生熱量后，由于熱對流的影響，將會使還原爐內(nèi)上部的溫度高于下部的溫度，使爐內(nèi)上下部分溫度不均衡，導(dǎo)致多晶硅芯下部沉積出的多晶硅多且致密、上部沉積出的多晶硅量少且疏松，生成的多晶硅芯上部呈現(xiàn)“爆米花”狀且有微孔，產(chǎn)品質(zhì)量差;此外，大型密集型的還原爐布棒緊湊，中心氣體由于輻射溫度等影響較易出現(xiàn)“霧化”現(xiàn)象，副反應(yīng)比例高，三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率低。
[0004]因此亟需一種新型的能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量的方法，并能夠降低能耗、提高能源利用率。而采用帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的方法，則不僅可以抵消由于熱對流的影響導(dǎo)致還原爐內(nèi)上部溫度高于下部溫度的現(xiàn)象，使爐內(nèi)上下部溫度均衡，有利于多晶硅均勻致密生長，提高多晶硅的產(chǎn)品質(zhì)量，提高物料轉(zhuǎn)化率，而且可以利用獨立的內(nèi)置冷卻系統(tǒng)，顯著地降低能耗。
[0005]專利ZL 200720306396.8公開了一種雙重冷卻系統(tǒng)的還原爐，其特征是在還原爐夾套內(nèi)上部增加低溫冷卻盤管和對還原爐夾套進行隔離分為兩個冷卻系統(tǒng)，通過對還原爐上部和下部用不同溫度的冷卻介質(zhì)進行冷卻。其缺點是上部獨立的冷卻系統(tǒng)附加在夾套的內(nèi)壁，僅能夠降低頂部鐘罩或外圈硅芯的溫度，而對還原爐內(nèi)圈硅芯的橫梁位置沒有效果，尤其無法帶走大型緊湊型還原爐的內(nèi)部輻射熱量。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于傳統(tǒng)還原爐內(nèi)上部的溫度高于下部的溫度，爐內(nèi)上下部分溫度不均衡，從而導(dǎo)致多晶硅芯下部沉積出的多晶硅多且致密、上部沉積出的多晶硅量少且疏松的問題，同時由于溫度不均勻引起的副反應(yīng)比例高，三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率低的問題，以及傳統(tǒng)還原爐內(nèi)部僅為硅芯，并沒有內(nèi)部其他的結(jié)構(gòu)，特別是上部沒有獨立的冷卻裝置的問題，本實用新型提出了一種帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，優(yōu)化反應(yīng)設(shè)備內(nèi)部由于熱對流的影響，解決傳統(tǒng)還原爐特別是緊湊型的大型還原爐生產(chǎn)多晶硅的缺陷。
[0007]為達到上述目的，本實用新型的實施例采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，包括底盤、鐘罩式爐體、封頭、夾套、電極、硅芯、混合氣體進氣管以及尾氣出氣管;封頭設(shè)于鐘罩式爐體上方，鐘罩式爐體罩設(shè)于底盤上，夾套罩設(shè)于鐘罩式爐體外部；電極成對地設(shè)置在底盤上，硅芯通過石墨夾頭安裝在每對電極上;混合氣進氣管及尾氣出氣管分為數(shù)個噴口均勻設(shè)置在底盤上;所述鐘罩式爐體的頂部設(shè)置有一爐體頂部冷卻系統(tǒng)，包括爐體頂部冷卻盤管、爐體頂部冷卻盤管進口管以及爐體頂部冷卻盤管出口管;所述爐體頂部冷卻盤管由一組或多組盤管組成;所述爐體頂部冷卻盤管進口管從封頭中間伸入鐘罩式爐體內(nèi)，與各組爐體頂部冷卻盤管的一端相連接；所述爐體頂部冷卻盤管的另一端分別連接至爐體頂部冷卻盤管出口管;所述爐體頂部冷卻盤管出口管從鐘罩式爐體的頂部伸出。
[0009]依照本實用新型的一個方面，所述爐體頂部冷卻盤管采用螺旋盤管結(jié)構(gòu)，層數(shù)為4
?8層。
[0010]依照本實用新型的一個方面，所述爐體頂部冷卻系統(tǒng)的安裝方式為，系統(tǒng)的頂部焊接在封頭內(nèi)，系統(tǒng)的中部懸掛于鐘罩式爐體頂部，系統(tǒng)的底部通過盤管支撐與鐘罩式爐體固定。
[0011]依照本實用新型的一個方面，所述夾套上設(shè)有一爐體夾套冷卻系統(tǒng)，包括爐體夾套冷卻介質(zhì)進口管和爐體夾套冷卻介質(zhì)出口管;夾套冷卻介質(zhì)通過所述爐體夾套冷卻介質(zhì)進口管導(dǎo)入夾套后經(jīng)由所述爐體夾套冷卻介質(zhì)出口管導(dǎo)出。
[0012]依照本實用新型的一個方面，所述底盤上設(shè)有一底盤冷卻系統(tǒng)，包括底盤冷卻介質(zhì)進口管和底盤冷卻介質(zhì)出口管;底盤冷卻介質(zhì)通過所述底盤冷卻介質(zhì)進口管導(dǎo)入底盤后經(jīng)由所述底盤冷卻介質(zhì)出口管導(dǎo)出。
[0013]本實用新型實施的優(yōu)點:
[0014]本實用新型在還原爐鐘罩內(nèi)增加低溫冷卻盤管，對還原爐爐體頂部進行雙重冷卻，強化傳熱，抵消由于熱對流的影響導(dǎo)致還原爐內(nèi)上部溫度高于下部溫度的現(xiàn)象，使爐內(nèi)上下部溫度均衡，有利于多晶硅致密性生長，提高多晶硅質(zhì)量;避免中心氣體由于輻射溫度過高出現(xiàn)“霧化”現(xiàn)象，提高硅的轉(zhuǎn)化率。同時提高了能量利用效率，降低能耗。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是根據(jù)本實用新型一較佳實施方式的多晶硅還原爐主視圖。
[0017]圖2是根據(jù)本實用新型一較佳實施方式的頂部冷卻盤管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標記說明:1-鐘罩式爐體;2-爐體頂部冷卻盤管;3-夾套;4-底盤;5-爐體頂部冷卻盤管進口管;6-爐體頂部冷卻盤管出口管；7-混和氣進氣管；8-噴口； 9-尾氣出氣管；I O-電極；11-石墨夾頭；12-硅芯；13-盤管支撐;14-封頭。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0020]如圖1所示，本實用新型包含底盤4、鐘罩式爐體1、封頭14、夾套3、電極10、硅芯12、混合氣進氣管7、尾氣出氣管9、爐體頂部冷卻盤管2、爐體頂部冷卻盤管進口管5和爐體頂部冷卻盤管出口管6。封頭14設(shè)于鐘罩式爐體I的上方，鐘罩式爐體I罩設(shè)于底盤4上，夾套3罩設(shè)于鐘罩式爐體I的外部。電極10分正、負極成對地設(shè)置在底盤4上，硅芯12通過石墨夾頭11安裝在每對電極10上?；旌蠚膺M氣管7及尾氣出氣管9分為數(shù)個噴口 8均勻設(shè)置在底盤4上。
[0021]如圖1所示，本實用新型設(shè)置有爐體頂部冷卻系統(tǒng)，該爐體頂部冷卻系統(tǒng)由爐體頂部冷卻盤管2、爐體頂部冷卻盤管進口管5以及爐體頂部冷卻盤管出口管6組成。如圖2所示，爐體頂部冷卻盤管2由一組或多組盤管組成，采用螺旋盤管結(jié)構(gòu)，層數(shù)為4?8層。爐體頂部冷卻盤管進口管5從鐘罩式爐體I頂部的封頭14中間穿過進入鐘罩內(nèi)，與一組或多組爐體頂部冷卻盤管2連接，一組或多組爐體頂部冷卻盤管2的另一端連接爐體頂部冷卻盤管出口管6，爐體頂部冷卻盤管出口管6從鐘罩式爐體I的鐘罩頂部的非中心位置伸出爐體外。頂部冷卻介質(zhì)從鐘罩頂部的爐體頂部冷卻盤管進口管5進入，分配到每組爐體頂部冷卻盤管2中對鐘罩頂部進行強化傳熱，換熱后的冷卻介質(zhì)匯總到爐體頂部冷卻盤管出口管6流出。爐體頂部冷卻盤管2內(nèi)的冷卻介質(zhì)溫度可與夾套冷卻介質(zhì)相同或低于夾套冷卻介質(zhì)的溫度。
[0022]如圖1和圖2所示，該爐體頂部冷卻系統(tǒng)的安裝方式為:頂部焊接在封頭14內(nèi)，中部懸掛在鐘罩頂部，底部通過盤管支撐13與鐘罩式爐體I的爐壁固定。
[0023]本實用新型在鐘罩內(nèi)頂部增加低溫冷卻盤管，通過對還原爐頂部強化傳熱，抵消由于熱對流的影響導(dǎo)致還原爐內(nèi)上部溫度高于下部溫度的現(xiàn)象，使爐內(nèi)上下部溫度均衡，有利于多晶硅均勻的在硅芯上沉積，致密性高；避免中心氣體由于輻射溫度過高出現(xiàn)“霧化”現(xiàn)象，提高硅的轉(zhuǎn)化率。同時提高了能量利用效率，降低能耗。
[0024]此外，夾套3上設(shè)有與現(xiàn)有技術(shù)相同的爐體夾套冷卻系統(tǒng)，包括爐體夾套冷卻介質(zhì)進口管、爐體夾套冷卻介質(zhì)出口管及其他附屬部件。夾套冷卻介質(zhì)通過爐體夾套冷卻介質(zhì)進口管導(dǎo)入夾套后經(jīng)由爐體夾套冷卻介質(zhì)出口管導(dǎo)出。通過爐體頂部冷卻系統(tǒng)、爐體夾套冷卻系統(tǒng)對還原爐爐體頂部進行雙重冷卻，強化傳熱。
[0025]此外，底盤4上設(shè)有與現(xiàn)有技術(shù)相同的底盤冷卻系統(tǒng)，包括底盤冷卻介質(zhì)進口管、底盤冷卻介質(zhì)出口管及其他附屬部件。底盤冷卻介質(zhì)通過底盤冷卻介質(zhì)進口管導(dǎo)入底盤后經(jīng)由底盤冷卻介質(zhì)出口管導(dǎo)出。
[0026]上文中所述的冷卻介質(zhì)，可以為水或者導(dǎo)熱油。
[0027]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員在本實用新型公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，包括底盤、鐘罩式爐體、封頭、夾套、電極、硅芯、混合氣體進氣管以及尾氣出氣管;封頭設(shè)于鐘罩式爐體上方，鐘罩式爐體罩設(shè)于底盤上，夾套罩設(shè)于鐘罩式爐體外部；電極成對地設(shè)置在底盤上，硅芯通過石墨夾頭安裝在每對電極上;混合氣進氣管及尾氣出氣管分為數(shù)個噴口均勻設(shè)置在底盤上;其特征在于，所述鐘罩式爐體的頂部設(shè)置有一爐體頂部冷卻系統(tǒng)，包括爐體頂部冷卻盤管、爐體頂部冷卻盤管進口管以及爐體頂部冷卻盤管出口管;所述爐體頂部冷卻盤管由一組或多組盤管組成;所述爐體頂部冷卻盤管進口管從封頭中間伸入鐘罩式爐體內(nèi)，與各組爐體頂部冷卻盤管的一端相連接;所述爐體頂部冷卻盤管的另一端分別連接至爐體頂部冷卻盤管出口管;所述爐體頂部冷卻盤管出口管從鐘罩式爐體的頂部伸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體頂部冷卻盤管采用螺旋盤管結(jié)構(gòu)，層數(shù)為4?8層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體頂部冷卻系統(tǒng)的安裝方式為，系統(tǒng)的頂部焊接在封頭內(nèi)，系統(tǒng)的中部懸掛于鐘罩式爐體頂部，系統(tǒng)的底部通過盤管支撐與鐘罩式爐體固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，其特征在于，所述夾套上設(shè)有一爐體夾套冷卻系統(tǒng)，包括爐體夾套冷卻介質(zhì)進口管和爐體夾套冷卻介質(zhì)出口管;夾套冷卻介質(zhì)通過所述爐體夾套冷卻介質(zhì)進口管導(dǎo)入夾套后經(jīng)由所述爐體夾套冷卻介質(zhì)出口管B山寸出O5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶內(nèi)冷卻系統(tǒng)的多晶硅還原爐，其特征在于，所述底盤上設(shè)有一底盤冷卻系統(tǒng)，包括底盤冷卻介質(zhì)進口管和底盤冷卻介質(zhì)出口管;底盤冷卻介質(zhì)通過所述底盤冷卻介質(zhì)進口管導(dǎo)入底盤后經(jīng)由所述底盤冷卻介質(zhì)出口管導(dǎo)出。
【文檔編號】C01B33/035GK205687571SQ201620580879
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620580879.6, CN 201620580879, CN 205687571 U, CN 205687571U, CN-U-205687571, CN201620580879, CN201620580879.6, CN205687571 U, CN205687571U
【發(fā)明人】王淑琴, 占時友
【申請人】上海韻申新能源科技有限公司