一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩的制作方法
【專利摘要】一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，該鐘罩，包括有耐熱風扇葉⑴、空心傳動軸⑵、導流筒⑶、導流筒冷卻水進口管⑷、導流筒冷卻水出口管⑸、導流筒與鐘罩間環形出口⑹、還原爐鐘罩⑺和固定筋管⑻；其中，風扇葉⑴與空心傳動軸⑵剛性連接；空心傳動軸⑵由電動機帶動；導流筒與鐘罩靠筋管⑻固聯；風扇葉的角度30~60°；風扇葉數量不低于兩葉。該還原爐鐘罩可降低多晶硅棒生長過程中硅棒表面氣體界面層過厚、改善還原爐內氣場和溫度場的均勻性的強制循環裝置。
【專利說明】一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，屬于多晶硅生產領域。
【背景技術】
[0002]多晶硅是太陽能光伏行業的基礎材料，其主要生產工藝是改良西門子法(三氯氫硅還原法，SiHCl3+H2 — Si+3HC1)，該工藝在我國的大規模化應用已有近10年歷史，由于核心技術仍未突破，導致每生產一噸多晶娃精制三氯氫娃的循環量達到55飛O噸，同時產生16噸左右的四氯化硅，另外硅棒長到135~150_直徑需要100小時左右的沉積時間，造成多晶硅生產的高能耗現狀，究其原因主要是由于多晶硅棒生長過程中，炙熱的硅棒表面存在過厚的氣體界面層(the Boundary Layer),造成TCS和H2擴散到炎熱娃棒表面的速度大大降低，同時炙熱的硅棒表面產生的HCl因也不能通過界面層迅速擴散開而使硅棒被腐蝕，從而導致沉積速度很慢，TCS一次轉化率(Single-Pass Conversion Efficiency)很低，大量未通過擴散層的TCS和H2隨尾氣進入回收單元，導致回收系統負擔過重，導致精制三氯氫硅循環量大大增加的現狀。
[0003]通過行業同仁的不懈努力，雖然比10年前有了一定的技術進步，但還未有實質性突破，從而導致生產能耗居高不下，生產成本降幅不大，其根本原因就是進入還原爐內的三氯氫硅一次轉化率很低，僅僅擴11%，而美國和德國的多晶硅生產廠家的三氯氫硅一次轉化率達到20-25%。我國目前所有多晶硅生產企業采用的多晶硅沉積反應器屬于質量傳輸受限或者說是擴散受限型化學氣相沉積反應器，無論各種對棒(12、18、24、36、48)沉積反應器的沉積速率都很低， 因為都是基于提高沉積面積和低沉積速率這一理念，卻沒從根本上有效解決氣場、溫度場的均布問題，也沒消除硅棒表面的層流層問題，沉積速度很慢，節能降耗效果有限。為了從源頭上解決此瓶頸問題，降低或者根除炙熱硅棒表面的界面層，提高TCS與炙熱硅棒表面的接觸效率和副產物HCl擴散開硅棒表面的速度，提高質量傳輸速率，最終達到改善爐內氣場和熱場的分布及均勻性，提高沉積速率，降低沉積時間，消除“菜花”和“玉米粒”等肌瘤(warts)現象，達到提高產品成品率和節能降耗提高生產效率之目的，為此要在爐內增設還原爐氣場和溫度場強制循環裝置。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的，在于提供一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，該還原爐鐘罩可降低多晶硅棒生長過程中硅棒表面氣體界面層過厚、改善還原爐內氣場和溫度場的均勻性的強制循環裝置。
[0005]為解決上述問題，本實用新型的技術方案是:一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，該鐘罩包括有耐熱風扇葉1、空心傳動軸2、導流筒3、導流筒冷卻水進口管4、導流筒冷卻水出口管5、導流筒與鐘罩間環形出口 6、還原爐鐘罩7和固定筋管8 ;其中，風扇葉I與空心傳動軸2剛性連接；空心傳動軸2由電動機帶動；導流筒與鐘罩靠筋管8固聯；風扇葉的角度30~60° ;風扇葉數量不低于兩葉。[0006]進一步，所述的風扇葉的旋轉方向確保爐內氣體向上增速運動，回轉半徑不大于爐內硅棒外環直徑。
[0007]進一步，增設的導流筒3使上行原料氣通過導流筒，和鐘罩間的環形出口 6流出，再通過外環與鐘罩的空間向下流動，形成大循環。
[0008]在還原爐鐘罩頂部增設強制循環風扇,風扇葉帶一定角度,按一定速度旋轉后，迫使爐內原料氣體均勻向上高速運動，這種高速運動的原料氣流對硅棒表面起到強大的沖刷作用，從而有效降低硅棒表面界面層厚度或者消除界面層，同時也會使硅棒表面產生的HCl迅速離開，TCS與炙熱硅棒表面的迅速接觸分解，確保硅的高速沉積，降低HCl腐蝕硅棒的副作用發生，增加強制循環裝置，巧妙地解決了傳統概念上高沉積效率和低沉積速度的矛盾。另外，向上運動的氣流通過導流筒沿著鐘罩內壁向下運動，形成大循環，這種強制循環的原料氣流動形式確保爐內氣場、溫度場的均勻性，從而有效根除多晶硅沉積過程的“玉米粒”(pop corn)等肌瘤(warts)現象。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0009]圖1是本實用新型一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩的結構示意圖。
[0010]圖中，序號，1-葉片；2_空心軸；3_導流筒；4_導流筒冷卻水進口管；5_導流筒冷卻水出口管；6-導流筒與鐘罩間環形出口 ；7_還原爐鐘罩；8-固定筋管；9-冷卻水進口 ；10-冷卻水出口 ；
[0011]【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細的說明。
[0013]一種爐內氣體強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，該強制循環式鐘罩是由耐熱風扇葉
1、空心傳動軸2、導流筒3、導流筒冷卻水進口 4、導流筒冷卻水出口 5、導流筒與鐘罩間環形出口 6、還原爐鐘罩7和固定筋管8組成。
[0014]風扇葉I采用含鉻鑰釩鈦的耐高溫合金制作加工，風扇葉I與空心傳動軸2剛性連接，以免風扇葉從軸端部脫落，制造加工必須滿足動靜平衡的旋轉要求。
[0015]空心傳動軸2的轉動靠驅動機構電動機帶動。
[0016]風扇葉的角度30-60° ,旋轉方向確保爐內氣體向上增速運動，回轉半徑不大于爐內硅棒外環直徑，風扇葉數量不低于兩葉。
[0017]導流筒與鐘罩靠筋管8固聯。
[0018]增設的導流筒3使上行原料氣通過導流筒和鐘罩間的環形出口 6流出，再通過外環與鐘罩的空間向下流動，形成大循環。
[0019]運行過程:
[0020]啟爐后，開啟風扇及其循環水冷卻，緩慢轉動，硅芯擊穿并長到一定直徑時，開啟風扇使爐內氣體強制循環，轉速大小以不至于吹倒硅棒為原則，隨著硅棒直徑的增長，逐步提高風扇的旋轉速度，直至沉積完成。
[0021]有益效果:本實用新型的有效實施，其一可提聞多晶娃沉積速率，有效提聞二氣氫硅一次轉化率，使還原尾氣中的TCS含量大大降低，從而提高精制三氯氫硅的有效利用率，降低循環量，節能降耗；其二大大降低多晶硅沉積時間，降低生產成本，提高生產效率；其三提高多晶硅硅棒表面質量和產品成品率，降低后道工序員工的勞動強度，其四，市場推廣空間巨大。
[0022]本實用新型的構思已通過上述實施例進行了詳細的說明和解釋；本領域技術人員通過對本實用新型構思的研究和閱讀，可以發揮和推導出多個等效或替代方案，但是，凡在本構思下的所有技術方案，都在本實用新型權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，其特征在于，該鐘罩，包括有耐熱風扇葉⑴、空心傳動軸⑵、導流筒⑶、導流筒冷卻水進口管⑷、導流筒冷卻水出口管(5)、導流筒與鐘罩間環形出口(6)、還原爐鐘罩(7)和固定筋管(8);其中，風扇葉⑴與空心傳動軸⑵剛性連接；空心傳動軸(2)由電動機帶動；導流筒與鐘罩靠筋管(8)固聯；風扇葉的角度30-60° ;風扇葉數量不低于兩葉。
2.按照權利要求1所述的一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，其特征在于，所述的風扇葉的旋轉方向確保爐內氣體向上增速運動，回轉半徑不大于爐內硅棒外環直徑。
3.按照權利要求1所述的一種強制循環式多晶硅還原爐鐘罩，其特征在于，增設的導流筒⑶使上行原料氣通過導流筒，和鐘罩間的環形出口(6)流出，再通過外環與鐘罩的空間向下流動，形成 大循環。
【文檔編號】C01B33/035GK203794641SQ201320694546
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】郭增昌, 劉申良, 楊連勇 申請人:新特能源股份有限公司