本發(fā)明涉及太陽能級多晶硅氣相沉積反應(yīng)，尤其是一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置及其測定方法。

背景技術(shù)：

1、多晶硅的生產(chǎn)是一個高能耗的產(chǎn)業(yè)，其能耗主要源于三方面：輻射熱損失、對流換熱損失和化學(xué)分解反應(yīng)熱，但與其他兩項相比，輻射熱損失所占比例最大約為總能耗的70％，所以若不能準(zhǔn)確估算出輻射熱損失，即無法對總能耗實現(xiàn)預(yù)測，很難實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能，熱輻射換熱的關(guān)鍵參數(shù)-角系數(shù)的研究即成為cvd反應(yīng)器能耗分析的重要內(nèi)容。

2、申請公布號為授權(quán)公告號cn102354336b，公開了一種對多晶硅cvd反應(yīng)器輻射熱損失的預(yù)估方法，該算法提出了一種基于蒙特卡洛算法獲得熱輻射角系數(shù)的方法，可以準(zhǔn)確的計算還原爐的徑向輻射熱損失。但其方法涉及2個隨機(jī)數(shù)，并要統(tǒng)計大量能束數(shù)量，當(dāng)硅棒數(shù)量和排列層數(shù)較多時，計算成本高。

3、西門子法生產(chǎn)多晶硅是目前廣泛應(yīng)用的多晶硅生產(chǎn)工藝，人們對于該工藝中的輻射傳熱計算過程中的關(guān)鍵參數(shù)-輻射角系數(shù)做了大量研究，但前人研究均是通過對經(jīng)典理論的剖析，用數(shù)值模擬的方法研究了cvd還原爐內(nèi)熱輻射關(guān)鍵參數(shù)角系數(shù)的選取。由于反應(yīng)器內(nèi)發(fā)熱體，即硅棒布置的復(fù)雜性，使得角系數(shù)的選取沒有現(xiàn)成的理論完全預(yù)測。所有的設(shè)計都是在近似接近的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，這就使得沒有辦法準(zhǔn)確的預(yù)測能耗，也就不能更好的做到節(jié)能降耗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：提供一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置及其測定方法，用于解決上述技術(shù)問題中的至少一種。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，包括爐體，所述爐體連接有水循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)與計算機(jī)連接，所述數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)用于采集實驗主體上的傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)給計算機(jī)并控制水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水溫；

4、所述爐體包括底盤，所述底盤上設(shè)置有兩組按不同規(guī)則布置的加熱棒，第一組加熱棒用于研究不同尺寸規(guī)格的加熱棒對輻射角系數(shù)的影響，第二組加熱棒用于研究不同位置的加熱棒對輻射角系數(shù)的影響。

5、進(jìn)一步的，所述第一組加熱棒至少設(shè)置有兩層并通過連接件可拆卸的安裝在底盤上，每一層加熱棒的圓心在同一個圓上。

6、進(jìn)一步的，所述連接件為t字形圓環(huán)柱體結(jié)構(gòu)，柱體的外徑d與底盤上的安裝孔直徑相匹配，圓環(huán)柱體的內(nèi)徑d與加熱棒的外徑相匹配。

7、進(jìn)一步的，所述第二組加熱棒至少包括三層，每一層的加熱棒的圓心在同一個圓上。

8、進(jìn)一步的，所述爐體還包括內(nèi)腔以及位于內(nèi)腔外部的夾套，所述夾套與內(nèi)腔之間的間隙與水循環(huán)系統(tǒng)相連通，所述內(nèi)腔與夾套的底部通過法蘭與底盤連接。

9、進(jìn)一步的，所述傳感器包括貫穿安裝在夾套和內(nèi)腔上的溫度傳感器，所述溫度傳感器包括用于測量不同位置加熱棒表面溫度的第一組溫度傳感器，用于測量內(nèi)腔壁面溫度的第二組溫度傳感器以及用于測量水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)冷卻水溫度的第三組溫度傳感器。

10、進(jìn)一步的，所述水循環(huán)系統(tǒng)包括水箱、水泵并通過管路與夾套連接，第三組溫度傳感器安裝在夾套進(jìn)出口的管路上，所述管路上還連接有流量計。

11、進(jìn)一步的，所述法蘭與內(nèi)腔、夾套之間采用焊接連接，所述法蘭與底盤之間通過螺栓連接。

12、一種熱輻射角系數(shù)測定方法，包括采用所述測定裝置測定不同尺寸規(guī)格的發(fā)熱體的輻射角系數(shù)，具體包括以下步驟：

13、步驟1：在爐體底盤一側(cè)安裝一定規(guī)格的加熱棒，用溫度傳感器測出該側(cè)發(fā)熱棒表面一定時間段內(nèi)的平均溫度；

14、步驟2：用溫度傳感器測出爐體內(nèi)表面一定時間段內(nèi)的溫度；

15、步驟3：用電表測出一定時間段內(nèi)加熱所消耗的熱量，根據(jù)加熱棒的熱效率數(shù)據(jù)，考慮熱量損失計算得到輻射傳熱量；

16、步驟4：根據(jù)輻射傳熱公式(1)，算出該規(guī)格的加熱棒對爐體內(nèi)表面輻射傳熱的輻射角系數(shù)；

17、

18、-輻射換熱量；

19、ε1-輻射角系數(shù)；

20、c0-黑體輻射系數(shù)，是常量；

21、t1-發(fā)熱體表面溫度；

22、t2-受熱體表面溫度；

23、步驟5：待爐體降溫后，安裝過渡連接件，更換其他尺寸加熱棒，重復(fù)上面的實驗步驟1-4，測出不同規(guī)格加熱棒的實驗數(shù)據(jù)。

24、一種熱輻射角系數(shù)測定方法，包括采用所述的測定裝置測定不同位置的發(fā)熱體的輻射角系數(shù)，具體包括以下步驟：

25、步驟1：在實驗裝置爐體底盤的右側(cè)安裝至少三層同規(guī)格的加熱棒；

26、步驟2：開啟最外圈加熱棒的加熱開關(guān)，用溫度傳感器測定加熱棒表面一定時間段內(nèi)的平均溫度；

27、步驟3：用溫度傳感器測出爐體內(nèi)表面一定時間段內(nèi)的溫度；

28、步驟4：用電表測出一定時間段內(nèi)加熱所消耗的熱量，根據(jù)加熱棒的熱效率數(shù)據(jù)，考慮熱量損失計算得到輻射傳熱量；

29、步驟5：根據(jù)輻射傳熱公式(1)，算出該規(guī)格的加熱棒對爐體內(nèi)表面輻射傳熱的輻射角系數(shù)；

30、

31、-輻射換熱量；

32、ε1-輻射角系數(shù)；

33、c0-黑體輻射系數(shù)，是常量；

34、t1-發(fā)熱體表面溫度；

35、t2-受熱體表面溫度；

36、步驟6：逐步分別開啟其余層加熱棒的加熱供電，重復(fù)上面步驟2-5，測出不同位置的發(fā)熱體的輻射角系數(shù)。

37、有益效果：

38、本發(fā)明中的用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，該測定裝置不同于目前大部分學(xué)者從典型熱力學(xué)模型出發(fā)對輻射角系數(shù)模擬數(shù)值計算的研究，而是完全通過實驗的方法，測定發(fā)熱體和受熱體表面的溫度，從而推算出輻射傳熱計算過程中多發(fā)熱體按某些常見規(guī)律分布時熱輻射角系數(shù)之間的干涉關(guān)系。對于現(xiàn)代工業(yè)，尤其是光伏行業(yè)的節(jié)能降耗找到更好的依據(jù)和方法。

技術(shù)特征：

1.一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：包括爐體，所述爐體連接有水循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)與計算機(jī)連接，所述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)用于采集實驗主體上的傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)給計算機(jī)并控制水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水溫；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：所述第一組加熱棒至少設(shè)置有兩層并通過連接件可拆卸的安裝在底盤上，每一層加熱棒的圓心在同一個圓上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：所述連接件為t字形圓環(huán)柱體結(jié)構(gòu)，柱體的外徑d與底盤上的安裝孔直徑相匹配，圓環(huán)柱體的內(nèi)徑d與加熱棒的外徑相匹配。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：所述第二組加熱棒至少包括三層，每一層的加熱棒的圓心在同一個圓上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：所述爐體還包括內(nèi)腔以及位于內(nèi)腔外部的夾套，所述夾套與內(nèi)腔之間的間隙與水循環(huán)系統(tǒng)相連通，所述內(nèi)腔與夾套的底部通過法蘭與底盤連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：所述傳感器包括貫穿安裝在夾套和內(nèi)腔上的溫度傳感器，所述溫度傳感器包括用于測量不同位置加熱棒表面溫度的第一組溫度傳感器，用于測量內(nèi)腔壁面溫度的第二組溫度傳感器以及用于測量水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)冷卻水溫度的第三組溫度傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，其特征在于：所述水循環(huán)系統(tǒng)包括水箱、水泵并通過管路與夾套連接，第三組溫度傳感器安裝在夾套進(jìn)出口的管路上，所述管路上還連接有流量計。

8.一種熱輻射角系數(shù)測定方法，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-7中任一項所述的測定裝置測定不同尺寸規(guī)格的發(fā)熱體的輻射角系數(shù)，具體包括以下步驟：

9.一種熱輻射角系數(shù)測定方法，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-7中任一項所述的測定裝置測定不同位置的發(fā)熱體的輻射角系數(shù)，具體包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及太陽能級多晶硅氣相沉積反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置及其測定方法，包括爐體，爐體連接有水循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，爐體包括底盤，底盤上設(shè)置有兩組按不同規(guī)則布置的加熱棒，第一組加熱棒用于研究不同尺寸規(guī)格的加熱棒對輻射角系數(shù)的影響，第二組加熱棒用于研究不同位置的加熱棒對輻射角系數(shù)的影響。本發(fā)明中的用于節(jié)能優(yōu)化的熱輻射角系數(shù)測定裝置，該測定裝置不同于目前大部分學(xué)者從典型熱力學(xué)模型出發(fā)對輻射角系數(shù)模擬數(shù)值計算的研究，而是完全通過實驗的方法，測定發(fā)熱體和受熱體表面的溫度，從而推算出輻射傳熱計算過程中多發(fā)熱體按某些常見規(guī)律分布時熱輻射角系數(shù)之間的干涉關(guān)系。

技術(shù)研發(fā)人員：姜學(xué)艷,季博倫,張?zhí)彀?李若涵,胡露露,孫燁君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9