專利名稱：一種熱交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱交換裝置。
背景技術(shù)：
多晶硅鑄錠爐是一種硅熔煉設(shè)備，是生產(chǎn)大規(guī)格太陽能級電池多晶硅錠的重要設(shè)備。生產(chǎn)中，將原生硅裝入爐中，按工藝要求加熱熔化、定向長晶、熱處理、冷卻出爐。多晶硅生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)之一在于硅熔體結(jié)晶時控制熱場的溫度梯度。目前，多晶鑄錠爐的熱場控制結(jié)構(gòu)包括爐體、保溫腔體、坩堝、加熱器和冷卻銅板， 其中，保溫腔體和冷卻銅板均設(shè)置在爐體內(nèi)部；坩堝位于保溫腔體內(nèi)部；坩堝的下部和上部均設(shè)置有加熱器，以加熱坩堝內(nèi)部的原生硅；保溫腔體的開口處設(shè)置有保溫板，冷卻銅板與保溫板相對應(yīng)。加熱熔化過程中保溫板關(guān)閉，熱門與保溫隔熱體形成一個密閉空間，使得原生硅熔化；結(jié)晶過程中將保溫板完全打開，利用熱場底部的冷卻銅板與坩堝中的硅液進(jìn)行熱交換，強迫降低硅液的溫度，進(jìn)而熱場形成一定溫度梯度，使硅液進(jìn)行由下至上的生長晶體。但是，現(xiàn)在的熱門只有全開和全閉兩種狀態(tài)，當(dāng)長晶時熱門全開，僅能在垂直方向形成溫度梯度，不利于排雜，不能獲得高純度的多晶硅，而且熱門全開會造成熱量的大量損失，耗費大量的電能。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種熱交換裝置，在長晶過程中可以同時在垂直方向和水平方向形成溫度梯度，將硅液中的雜質(zhì)排向硅錠的頂層和邊緣，減少硅錠中部的雜質(zhì)，從而獲得高品質(zhì)的多晶硅，同時減少長晶過程中的熱量損失，降低電能消耗。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案—種熱交換裝置，包括爐體、保溫腔體、坩堝、加熱器和冷卻銅板，其中，所述保溫腔體和冷卻銅板均設(shè)置在所述爐體的內(nèi)部；所述坩堝位于所述保溫腔體的內(nèi)部；所述加熱器設(shè)置在所述坩堝的下部和上部；所述保溫腔體的開口與所述冷卻銅板相對應(yīng)；其特征在于，所述保溫腔體的開口處設(shè)置有與所述冷卻銅板所在平面平行的第一軌道和第二軌道， 所述第一軌道和第二軌道位于不同高度，并且所述第一軌道的中心線和所述第二軌道的中心線垂直，所述第一軌道上可滑動的設(shè)置有兩個保溫板，所述第二軌道上可滑動的設(shè)置有兩個保溫板，四個保溫板分別與與之相對應(yīng)的驅(qū)動裝置相連。優(yōu)選的，在上述熱交換裝置中，所述第一軌道上的兩個保溫板的配合面為傾斜面， 所述第二軌道上的兩個保溫板的配合面為傾斜面。優(yōu)選的，在上述熱交換裝置中，所述驅(qū)動裝置包括氣缸和動作桿，其中，所述動作桿的一端與所述保溫板相連、另一端穿過所述爐體與所述氣缸的活塞桿相連。優(yōu)選的，在上述熱交換裝置中，進(jìn)一步包括套設(shè)于所述動作桿上的波紋管；所述波紋管的一端與所述爐體密封、另一端設(shè)置有密封板；[0012]所述動作桿未與保溫板連接的一端連接至所述密封板，所述氣缸的活塞桿同時連接至所述密封板。優(yōu)選的，在上述熱交換裝置中，所述保溫板包括框架和隔熱板，所述隔熱板嵌入所述框架內(nèi)。優(yōu)選的，在上述熱交換裝置中，所述框架上還設(shè)置有限位環(huán)，所述限位環(huán)套設(shè)于與所述框架接觸的第一軌道或第二軌道上，所述第一軌道和第二軌道上設(shè)置有限位開關(guān)。優(yōu)選的，在上述熱交換裝置中，所述冷卻銅板上設(shè)置有一層保溫材料。由此可見，本實用新型公開的熱交換裝置，在多晶硅生長過程中，通過控制四個保溫板的開度控制坩堝與冷卻銅板進(jìn)行熱交換的區(qū)域，在垂直方向和水平方向同時產(chǎn)生溫度梯度，使硅液從低向高、從中心向四周逐漸降溫，在溫度差的作用下，將雜質(zhì)排至硅錠的頂層和邊緣，從而降低硅錠中部的雜質(zhì)，保證硅錠中部的多晶硅具有高品質(zhì)。另外，由于四個保溫板是逐漸打開的，可以減少熱能的消耗，從而節(jié)省電能。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述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。圖1為本實用新型實施例中提供的熱交換裝置閉合狀態(tài)下結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例中提供的閉合狀態(tài)下四個保溫板放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例中提供的熱交換裝置開啟狀態(tài)下結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例中提供的開啟狀態(tài)下四個保溫板放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型實施例中提供的處于開啟過程中四個保溫板放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
多晶硅鑄錠爐的坩堝將原生硅熔化為硅液，在硅液中存在一定量的雜質(zhì)。多晶硅生長過程中，坩堝與冷卻銅板進(jìn)行熱交換，在硅液中形成溫度梯度，利用溫度差將雜質(zhì)從低溫排斥至高溫處，低溫處先凝固?，F(xiàn)有的熱門只有全閉狀態(tài)和全開狀態(tài)，在多晶硅生長過程中熱門只能全部打開，相應(yīng)的只能在硅液中形成垂直方向的溫度梯度，因此利用溫度差最終只能將雜質(zhì)排至硅錠(即多晶硅)的頂層，雖然中下部硅錠中的雜質(zhì)相較于頂層的雜質(zhì)較少，但硅錠中下部中的雜質(zhì)仍平均分布，多晶硅的品質(zhì)較低，不能獲得高純度的多晶硅。本實用新型公開一種熱交換裝置，在長晶過程中可以同時在垂直方向和水平方向形成溫度梯度，將硅液中的雜質(zhì)排向硅錠的頂層和邊緣，減少硅錠中部的雜質(zhì)，從而獲得高品質(zhì)的多晶硅，同時減少長晶過程中的熱量損失，降低電能消耗。為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，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(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例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(hù)的范圍。[0026]參見圖1至圖5，該熱交換裝置包括爐體1、保溫腔體2、坩堝3、加熱器4、冷卻銅板 5、第一軌道61、第二軌道62、多個保溫板71 74和多個驅(qū)動裝置81 84。其中，保溫腔體2和冷卻銅板5均設(shè)置在爐體1的內(nèi)部；坩堝3位于保溫腔體2的內(nèi)部；加熱器4設(shè)置在坩堝3的下部和上部；保溫腔體2的開口與冷卻銅板5相對應(yīng)；開口處設(shè)置有第一軌道61和第二軌道62，第一軌道61和第二軌道62與冷卻銅板5所在的平面平行，第一軌道61和第二軌道62設(shè)置于不同的高度，并且第一軌道61的中心線和第二軌道62的中心線垂直；在第一軌道61上可滑動的設(shè)置有兩個保溫板71和72，在第二軌道 62上可滑動的設(shè)置有兩個保溫板73和74，四個保溫板71、72、73和74分別與與之相對應(yīng)的驅(qū)動裝置相連，即保溫板71與驅(qū)動裝置81相連，保溫板72與驅(qū)動裝置82相連，保溫板 73和驅(qū)動裝置83相連，保溫板74和驅(qū)動裝置84相連。本實用新型中的熱交換裝置中，保溫腔體2的開口處設(shè)置有保溫板71、72、73和 74，且保溫板71和72分別在驅(qū)動裝置81和82的驅(qū)動下沿著第一軌道61向開口的兩側(cè)方向移動，保溫板73和74分別在驅(qū)動裝置83和84的驅(qū)動下沿著第二軌道62向開口的另外兩個方向移動。采用上述熱交換裝置進(jìn)行加熱的過程，如圖1和圖2所示。保溫板71和72在驅(qū)動裝置81和82的驅(qū)動下，在第一軌道61上相向移動并最終靠攏，同時，保溫板73和74在驅(qū)動裝置83和84的驅(qū)動下，在第二軌道62上相向移動并最終靠攏。之后，加熱器4開始加熱，隨著爐體1內(nèi)溫度的上升位于坩堝3內(nèi)的原生硅30開始熔化。采用上述熱交換裝置進(jìn)行結(jié)晶的過程中，如圖3和圖4所示。位于保溫腔體2的四個保溫板71、72、73和74在其相應(yīng)驅(qū)動裝置的驅(qū)動下同時向開口處的四個方向打開，坩堝3與冷卻銅板5進(jìn)行熱交換的區(qū)域逐漸增大，在形成垂直方向上的溫度梯度的同時，在水平方向也形成溫度梯度，使硅液從低向高、從中心向四周逐漸降溫，使得硅液中的雜質(zhì)在溫度差的作用下，將雜質(zhì)排至硅錠的頂層和邊緣，從而降低硅錠中部的雜質(zhì)，保證硅錠中部的多晶硅具有高品質(zhì)。另外，由于四個保溫板是逐漸打開的，可以減少熱能的消耗，從而節(jié)省電能。本實施例公開的熱交換裝置，在多晶硅生長過程中，通過控制四個保溫板的開度控制坩堝與冷卻銅板進(jìn)行熱交換的區(qū)域，在垂直方向和水平方向同時產(chǎn)生溫度梯度，使硅液從低向高、從中心向四周逐漸降溫，在溫度差的作用下，將雜質(zhì)排至硅錠的頂層和邊緣， 從而降低硅錠中部的雜質(zhì)，保證硅錠中部的多晶硅具有高品質(zhì)。另外，由于四個保溫板是逐漸打開的，可以減少熱能的消耗，從而節(jié)省電能。上述熱交換裝置中，兩個保溫板71和72、以及兩個保溫板73和74的配合面相互嚙合，可以為齒狀嚙合，相互配合的平面，或者相互配合的傾斜面，如圖1所示，其中一個保溫板配合面向外傾斜，另一個保溫板的配合面向內(nèi)傾斜。本實用新型實施例中優(yōu)先采用配合面為傾斜面的結(jié)構(gòu)形式，采用如此結(jié)構(gòu)更有利于減少熱輻射的泄露。驅(qū)動保溫板71、72、73和74向兩側(cè)移動的驅(qū)動裝置81、82、83和84實現(xiàn)方式有多種形式，在此不做一一介紹。下面具體介紹所有實現(xiàn)方式的一種。驅(qū)動裝置81包括氣缸811和動作桿812，其中，動作桿812的一端與保溫板71連接、另一端穿過爐體1與氣缸811的活塞桿連接，在氣缸811的作用下，動作桿812帶動保溫板71沿著第一軌道61做開啟或關(guān)閉動作。驅(qū)動裝置82包括氣缸821和動作桿822，其中，動作桿822的一端與保溫板72連接、另一端穿過爐體1與氣缸821的活塞桿連接，在氣缸821的作用下，動作桿822帶動保溫板72沿著第一軌道61做開啟或關(guān)閉動作。驅(qū)動裝置83包括氣缸(圖中未標(biāo)示)和動作桿(圖中未標(biāo)示)，其中，動作桿的一端與保溫板73 連接、另一端穿過爐體1與氣缸的活塞桿連接，在氣缸的作用下，動作桿帶動保溫板73沿著第二軌道62做開啟或關(guān)閉動作。驅(qū)動裝置84包括氣缸(圖中未標(biāo)示)和動作桿(圖中未標(biāo)示)，其中，動作桿的一端與保溫板74連接、另一端穿過爐體1與氣缸的活塞桿連接，在氣缸的作用下，動作桿帶動保溫板74沿著第二軌道62做開啟或關(guān)閉動作。實施中，可以在爐體1與各個動作桿接觸的位置設(shè)置密封墊，保證爐體1的氣密性和真空度。為了進(jìn)一步保證爐體1的氣密性和真空度，本實用新型實施例中進(jìn)一步設(shè)置套設(shè)在各個動作桿上的波紋管。具體的，動作桿812上套設(shè)有波紋管813，動作桿822上套設(shè)有波紋管823，動作桿832上套設(shè)有波紋管833，動作桿842上套設(shè)有波紋管843。僅以動作桿812、波紋管813和氣缸811的連接方式進(jìn)行說明。波紋管813的一端與爐體1密封、另一端設(shè)置有密封板8131，動作桿812的一端與保溫板71連接、另一端與波紋管813中的密封板8131連接，同時，氣缸811的活塞桿(圖中未標(biāo)示)也與密封板8131連接。當(dāng)氣缸811的活塞桿往復(fù)運動時，通過密封板8131帶動動作桿812運動，之后動作桿812帶動保溫板71運動。保溫板的結(jié)構(gòu)形式有多種，在此僅僅介紹其中的一種，本實用新型實施例中的保溫板包括框架和隔熱板(圖中未示出)，其中，隔熱板嵌入框架內(nèi)。其中框架的使用可減小保溫板與軌道的摩擦力。優(yōu)選的，在保溫板71、72、73和74的框架上還設(shè)置有限位環(huán)(圖中未示出)，保溫板71上的限位環(huán)套設(shè)于第一軌道61上，保溫板72上的限位環(huán)套設(shè)于第一軌道61上，保溫板73上的限位環(huán)套設(shè)于第二軌道62上，保溫板74上的限位環(huán)套設(shè)于第二軌道62上，并且在第一軌道61和第二軌道62上均設(shè)置有限位開關(guān)(圖中未示出)。當(dāng)各個保溫板到達(dá)限位開關(guān)所處位置時，相應(yīng)的氣缸響應(yīng)限位開關(guān)的動作，并驅(qū)動各動作桿做出相應(yīng)的動作。另外，本實用新型中在冷卻銅板5上設(shè)置保溫材料，既可以保溫，還能使得熱場底部不直接與冷卻板進(jìn)行熱交換，起到保護(hù)冷卻板的作用。本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種熱交換裝置，包括爐體、保溫腔體、坩堝、加熱器和冷卻銅板，其中，所述保溫腔體和冷卻銅板均設(shè)置在所述爐體的內(nèi)部；所述坩堝位于所述保溫腔體的內(nèi)部；所述加熱器設(shè)置在所述坩堝的下部和上部；所述保溫腔體的開口與所述冷卻銅板相對應(yīng)；其特征在于，所述保溫腔體的開口處設(shè)置有與所述冷卻銅板所在平面平行的第一軌道和第二軌道， 所述第一軌道和第二軌道位于不同高度，并且所述第一軌道的中心線和所述第二軌道的中心線垂直，所述第一軌道上可滑動的設(shè)置有兩個保溫板，所述第二軌道上可滑動的設(shè)置有兩個保溫板，四個保溫板分別與與之相對應(yīng)的驅(qū)動裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，所述第一軌道上的兩個保溫板的配合面為傾斜面，所述第二軌道上的兩個保溫板的配合面為傾斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置包括氣缸和動作桿，其中，所述動作桿的一端與所述保溫板相連、另一端穿過所述爐體與所述氣缸的活塞桿相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括套設(shè)于所述動作桿上的波紋管；所述波紋管的一端與所述爐體密封、另一端設(shè)置有密封板；所述動作桿未與保溫板連接的一端連接至所述密封板，所述氣缸的活塞桿同時連接至所述密封板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換裝置，其特征在于，所述保溫板包括框架和隔熱板，所述隔熱板嵌入所述框架內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換裝置，其特征在于，所述框架上還設(shè)置有限位環(huán)，所述限位環(huán)套設(shè)于與所述框架接觸的第一軌道或第二軌道上，所述第一軌道和第二軌道上設(shè)置有限位開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，所述冷卻銅板上設(shè)置有一層保溫材料。
專利摘要本實用新型公開了一種熱交換裝置，包括爐體、保溫腔體、坩堝、加熱器、冷卻銅板、第一軌道、第二軌道、設(shè)置于第一軌道的兩個保溫板和設(shè)置于第二軌道的兩個保溫板。本實用新型公開的熱交換裝置，在多晶硅生長過程中，通過控制四個保溫板的開度控制坩堝與冷卻銅板進(jìn)行熱交換的區(qū)域，在垂直方向和水平方向同時產(chǎn)生溫度梯度，使硅液從低向高、從中心向四周逐漸降溫，在溫度差的作用下，將雜質(zhì)排至硅錠的頂層和邊緣，從而降低硅錠中部的雜質(zhì)，保證硅錠中部的多晶硅具有高品質(zhì)，另外，由于四個保溫板是逐漸打開的，可以減少熱能的消耗，從而節(jié)省電能。
文檔編號C30B28/06GK202193877SQ20112030700
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者湯旋 申請人:浙江思博恩新材料科技有限公司