一种单晶炉可提升水冷热屏装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107523869 A(43)申请公布日 2017.12.29

(21)申请号 201710859271.6(22)申请日 2017.09.21

(71)申请人 浙江晶盛机电股份有限公司

地址 312300 浙江省绍兴市上虞区通江西

路218号(72)发明人 傅林坚　曹建伟　孙明　倪军夫　

沈兴潮　(74)专利代理机构 杭州中成专利事务所有限公

司 33212

代理人 周世骏(51)Int.Cl.

C30B 29/06(2006.01)C30B 15/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

(54)发明名称

一种单晶炉可提升水冷热屏装置(57)摘要

本发明涉及单晶硅生产设备领域，旨在提供一种单晶炉可提升水冷热屏装置。该种单晶炉可提升水冷热屏装置包括热屏提升装置、水冷热屏、热屏上环、热屏下环、热屏外环、热场上保温盖、快卸螺母、浸液保护装置，用于设置在单晶炉炉体内石英坩埚的上方。本发明采用水冷热屏替换原单晶炉中的热屏内环，水冷热屏底部能与液面之间形成比较小的距离空间，在距离液面较近的区域带走热量；且其余水冷热屏和原先石墨热屏内环尺寸一致，不会对其气流等产生影。

CN 107523869 ACN 107523869 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种单晶炉可提升水冷热屏装置，用于设置在单晶炉炉体内石英坩埚的上方，其特征在于，所述单晶炉可提升水冷热屏装置包括热屏提升装置、水冷热屏、热屏上环、热屏下环、热屏外环、热场上保温盖、快卸螺母、浸液保护装置；

所述水冷热屏包括水冷热屏内筒、水冷热屏外筒，水冷热屏内筒、水冷热屏外筒焊接在一起，且水冷热屏的截面形状呈倒锥形；在水冷热屏内筒与水冷热屏外筒焊接形成的内部设有迂回的水道，水道的进口、出口分别焊接进水管、出水管；进水管和出水管为内部通水的提升轴，进水管和出水管上分别焊接有保温盖连接段；

热屏外环固定安装在热场上保温盖的水冷热屏上，热场上保温盖通过快卸螺母安装在保温盖连接段上，使水冷热屏与热屏外环固定在一起；所述快卸螺母是内部为C字形结构的螺母，能方便和上保温盖连接段进行固定或拆卸，实现热屏外环和水冷热屏的固定或者分离；

水冷热屏的上端安装有上法兰，所述热屏上环通过该上法兰的凹口安装在水冷热屏上；热屏上环用于安装在水冷热屏上面，和热屏外环形成一个夹层结构，夹层结构内部填塞有保温材料；水冷热屏的下端安装有下法兰，所述热屏下环通过该下法兰的凹口安装在水冷热屏上；热屏下环用于安装在水冷热屏下面，和热屏外环形成一个夹层结构，夹层结构内部填塞有保温材料；

所述热屏提升装置设有两个，分别与进水管的上端、出水管的上端连接，用于通过两个热屏提升装置同时升降水冷热屏；

所述浸液保护装置安装在炉盖上，并通过软连接固定于热场上保温盖或水冷热屏上，且每个固定点都通过陶瓷固定块实现与安装点绝缘；浸液保护装置能在与硅液面接触时反馈不同信号，进而控制水冷热屏无法下降或坩埚无法上升，防止水冷热屏浸入到硅液中。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉可提升水冷热屏装置，其特征在于，所述水冷热屏的水道与中空管的拼接处，分别焊接有加强筋。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉可提升水冷热屏装置，其特征在于，所述水冷热屏还设有单独的水流量泵、水流量较大的接口，用于增大进水口压力，以快速带走更多的热量。

4.根据权利要求1所述的一种单晶炉可提升水冷热屏装置，其特征在于，所述水冷热屏下口设置在距离液面30～100mm。

2

CN 107523869 A

说　明　书

一种单晶炉可提升水冷热屏装置

1/4页

技术领域

[0001]本发明是关于单晶硅生产设备领域，特别涉及一种单晶炉可提升水冷热屏装置。背景技术

[0002]中国光伏行业经历了2011-2012年的低谷，部分落后产能被淘汰。2013年，中国光伏企业遇到了严重的出口危机——欧盟双反，也迎来了最大的机遇——国内市场的兴起，中国政府相继推出了一系列光伏政策，刺激国内光伏市场的快速发展。2014年，伴随着全球光伏市场需求的持续增长，国内去产能化的继续，市场将进一步被拉动。[0003]另外根据市场调研，很多光伏单位在2015年在推进提升拉晶速度、多次投料等技术的应用，这些技术能直接推动单晶硅非硅成本的下降。[0004]在此种背景下，急需一种既能提升拉速、又能充分利用复投多装料节约时间、提高效率的，用于单晶炉的可提升水冷热屏装置。

[0005]目前的水冷系统普遍是直筒式的安装在炉盖上法兰处的结构，由于视野问题离液面较远，对炉室内的温度梯度改变没有水冷热屏效果明显。[0006]还有一种是直接固定于炉室内，但无法升降，所以对复投硅料的量有一定限制，无法满足现在的高效生产模式。

发明内容

[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种既能提升拉速、又能充分利用复投多装料节约时间、提高效率的单晶炉可提升水冷热屏装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

[0008]提供一种单晶炉可提升水冷热屏装置，用于设置在单晶炉炉体内石英坩埚的上方，所述单晶炉可提升水冷热屏装置包括热屏提升装置、水冷热屏、热屏上环、热屏下环、热屏外环、热场上保温盖、快卸螺母、浸液保护装置；[0009]所述水冷热屏包括水冷热屏内筒、水冷热屏外筒，水冷热屏内筒、水冷热屏外筒焊接在一起，且水冷热屏的截面形状呈倒锥形；在水冷热屏内筒与水冷热屏外筒焊接形成的内部设有迂回的水道，水道的进口、出口分别焊接进水管、出水管(进水管、出水管都采用中空管)；进水管和出水管为内部通水的提升轴，进水管和出水管上分别焊接有保温盖连接段；

[0010]热屏外环(通过螺钉)固定安装在热场上保温盖的水冷热屏上(热场上)，热场上保温盖通过快卸螺母安装在保温盖连接段上，使水冷热屏与热屏外环固定在一起(热屏外环是一个底部有角度或弧度的筒状结构)；所述快卸螺母是内部为C字形结构的螺母，能方便和上保温盖连接段进行固定或拆卸，实现热屏外环和水冷热屏的固定或者分离；[0011]水冷热屏的上端安装有上法兰，所述热屏上环通过该上法兰的凹口安装在水冷热屏上；热屏上环用于安装在水冷热屏上面，和热屏外环形成一个夹层结构，夹层结构内部填塞有保温材料(热屏上环是一个有一定角度的筒状结构)；水冷热屏的下端安装有下法兰，

3

CN 107523869 A

说　明　书

2/4页

所述热屏下环通过该下法兰的凹口安装在水冷热屏上；热屏下环用于安装在水冷热屏下面，和热屏外环形成一个夹层结构，夹层结构内部填塞有保温材料(热屏下环是一个有一定角度的筒状结构)；

[0012]所述热屏提升装置设有两个，分别与进水管的上端、出水管的上端连接，用于通过两个热屏提升装置同时升降水冷热屏；

[0013]所述浸液保护装置安装在炉盖上，并通过软连接固定于热场上保温盖或水冷热屏上，且每个固定点都通过陶瓷固定块实现与安装点绝缘；浸液保护装置能在与硅液面接触时反馈不同信号，进而控制水冷热屏无法下降或坩埚无法上升，防止水冷热屏浸入到硅液中(浸液保护端监测点低于热屏外环X，正常拉晶时热屏外环距液面距离为Y，必须保证X＜Y，当浸液保护装置监测点浸入石英坩埚中的液面时，由于浸液保护装置开始与炉盖绝缘，接触液面后会产生一定电阻，能用于判断液面距离热屏外环的值已经过小，存在一定的隐患，控制液面无法上升和水冷热屏无法下降)。[0014]作为进一步的改进，所述水冷热屏的水道与中空管的拼接处，分别(根据实际强度)焊接有加强筋。

[0015]作为进一步的改进，根据Q＝CW△t，C为冷却水的比热容，W为水流量，△t为进出水的温差，如果要提高纵向温度梯度，必须使水冷热屏带走的热量多，一提高水流量、二提高进出水温差；针对以上结果，水冷热屏还可以采用单独的水流量泵、水流量较大的接口或温度较低的冷却水已达到目的；一般单晶炉厂区的的进水口压力在2.0Kg/cm2～3.0Kg/cm2，水温在25～30℃，可根据水冷热屏的特殊要求，增大进水口压力或水温以达到带走更多热量的目的。

[0016]作为进一步的改进，所述水冷热屏下口设置在距离液面30～100mm，距离过低会降低液面温度，加热器消耗功率相对升高，距离过高导致晶体成型后带走热量较少，不利于提高晶体生长速度；水冷热屏装置比常规水冷套更靠近液面，加大晶体的纵向温度梯度。[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0018]本发明采用水冷热屏替换原单晶炉中的热屏内环，水冷热屏底部能与液面之间形成比较小的距离空间，在距离液面较近的区域带走热量；且其余水冷热屏和原先石墨热屏内环尺寸一致，不会对其气流等产生影。

[0019]本发明的浸液保护装置可防止误操作防止液面上升碰到导流筒产生安全事故。附图说明

[0020]图1为本发明的结构示意图。

[0021]图2为本发明中水冷热屏的结构示意图。[0022]图中的附图标记为：1水冷热屏；1-1进水管；1-2上保温盖连接段；1-3水冷热屏内筒；1-4水冷热屏外筒；1-5出水管；2热屏上环；3热屏外环；4热屏下环；5热屏提升装置；6常规水冷套；7热场上保温盖；8快卸螺母；9晶棒；10浸液保护装置；11石英坩埚。具体实施方式

[0023]下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

[0024]如图1所示的一种单晶炉可提升水冷热屏装置包括热屏提升装置5、水冷热屏1、热

4

CN 107523869 A

说　明　书

3/4页

屏上环2、热屏下环4、热屏外环3、热场上保温盖7、快卸螺母8、浸液保护装置，用于设置在单晶炉炉体内石英坩埚11的上方，用水冷热屏1替换石墨热屏，水冷热屏1比常规水冷套6更靠近液面，加大晶体的纵向温度梯度，加快晶棒9冷却速度进而提高生长速率。[0025]如图2所示，主体部分的水冷热屏1由水冷热屏内筒1-3与水冷热屏外筒1-4焊接而成，且水冷热屏1的截面形状呈倒锥形。在水冷热屏内筒1-3与水冷热屏外筒1-4焊接形成的内部设有迂回的水道，水道的进口、出口分别通过中空管焊接，拼接处可分别根据实际强度焊接加强筋。进水管1-1和出水管1-5为内部通水的提升轴，进水管1-1和出水管1-5上分别焊接有保温盖连接段。

[0026]水冷热屏1的主要作用是加快晶棒9的冷却速度，从而加快结晶潜热的释放速度，当单晶硅棒逐步进入水冷热屏1中，为其提高更大的纵向温度梯度，从而提高生长速率。水冷热屏1替代常规的石墨热屏外，使冷却段更加接近液面，更有效的减小热辐射，增加晶体的散热，使其更有效的为晶棒9提供生长动力。

[0027]所述热屏外环3具体是一个底部有角度或弧度的筒状结构，热屏外环3通过螺钉安装在热场上水冷热屏1上，热场上保温盖7分别通过快卸螺母8安装在保温盖连接段上，可以使水冷热屏1与热屏外环3固定于一起，方面安装可拆卸。所述快卸螺母8是内部为C字形结构的螺母，可快速和上保温盖连接段1-2固定或拆卸，起到热屏外环3和水冷热屏1固定或分离的作用。

[0028]水冷热屏1的上端安装有上法兰，所述热屏上环2通过上法兰的凹口安装在水冷热屏1上。热屏上环2具体是一个有一定角度的筒状结构，用于安装在水冷热屏1上面和热屏外环3形成一个夹层装结构，夹层内部填塞保温材料。水冷热屏1的下端安装有下法兰，所述热屏下环4通过下法兰的凹口安装在水冷热屏1上。热屏下环4具体是一个有一定角度的筒状结构，用于安装在水冷热屏1下面和热屏外环3形成一个夹层装结构，夹层内部填塞保温材料。

[0029]该种单晶炉可提升水冷热屏装置可根据单晶炉热场尺寸调整水冷热屏本体的高度来调整热屏上环2、热屏下环4，也可以取消热屏上环2、热屏下环4，把整体都设计成水冷热屏1。

[0030]所述热屏提升装置5设有两个，分别与进水管1-1的上端、出水管1-5的上端连接，通过两个热屏提升装置5同时升降水冷热屏1，用以内复投时可以多装料，以提高生产效率。且该种单晶炉可提升水冷热屏装置安装方便，可与热屏外环3同时升降。[0031]所述浸液保护装置具体是指：该装置与硅液面接触时能反馈不同信号控制水冷热屏1无法下降或坩埚无法上升，防止水冷热屏1浸入到硅液中。浸液保护装置安装在炉盖上并通过软连接固定于热场上保温盖7或水冷热屏1上，每个固定点都通过陶瓷固定块实现与安装点绝缘；浸液保护端监测点低于热屏外环X，正常拉晶时热屏外环3距液面距离为Y，必须保证X＜Y，当浸液保护装置监测点浸入石英坩埚11中的液面时，由于浸液保护装置开始与炉盖绝缘，接触液面后会产生一定电阻，能用于判断液面距离热屏外环3的值已经过小，存在一定的隐患，控制液面无法上升和水冷热屏1无法下降。[0032]根据Q＝CW△t，C为冷却水的比热容，W为水流量，△t为进出水的温差，如果要提高纵向温度梯度，必须使水冷热屏1带走的热量多，一提高水流量、二提高进出水温差；针对以上结果，水冷热屏1还可以采用单独的水流量泵、水流量较大的接口或温度较低的冷却水已

5

CN 107523869 A

说　明　书

4/4页

达到目的。

[0033]单晶炉可提升水冷热屏装置比常规水冷套6更靠近液面，加大晶体的纵向温度梯度。且单晶炉可提升水冷热屏装置能够和常规水冷套6同时使用，进一步提高拉速可稳定性。

[0034]最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

6

CN 107523869 A

说　明　书　附　图

1/2页

图1

7

CN 107523869 A

说　明　书　附　图

2/2页

图2

8