一种带内冷却系统的多晶硅还原炉技术方案

本实用新型专利技术涉及多晶硅生产制造领域，公开了一种带内冷却系统的多晶硅还原炉，炉体钟罩顶部设置有炉体顶部冷却系统，包括炉体顶部冷却盘管、进口管以及出口管；炉体顶部冷却盘管由一组或多组盘管组成；进口管从封头中间伸入钟罩式炉体内连接各组炉体顶部冷却盘管一端；炉体顶部冷却盘管另一端分别连接至出口管，从钟罩式炉体的顶部伸出。本实用新型专利技术通过对还原炉顶部强化传热，抵消由于热对流的影响导致还原炉内上部温度高于下部温度的现象，使炉内上下部温度均衡，有利于多晶硅致密性生长，提高多晶硅质量；避免中心气体由于辐射温度过高出现雾化现象，提高硅的转化率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及多晶硅生产制造领域，尤其涉及一种内部增加了顶部独立冷却系统的多晶硅还原炉。
技术介绍
目前，国内外在多晶硅生产中主要运用的工艺方法是改良西门子法，用提纯后的高纯三氯氢硅与氢气按一定比例混合后通入炉体，同时给安装在电极上的硅芯加上一定的电压，硅芯有电流流过，使硅芯产生热量。炉体内气体在一定温度和压力下发生复杂的化学沉积反应，使多晶硅在硅芯沉积，最终制备多晶硅产品。一般情况下，炉内工作温度为1000℃左右，炉体材质一般为不锈钢或者碳钢不锈钢复合材料，为保护炉体不被高温损坏，也为了避免炉内副反应的产生，一般采用夹套冷却，通入循环冷却介质，移走辐射至炉壁的热量，以维持适宜的炉体温度。传统的多晶硅设备通常采用提高炉体容积增加硅芯数量的方法来提高多晶硅产量，降低能耗比，因此出现了多种型号的大型节能型还原炉。此种方法虽然有效，但对多晶硅的产品质量影响较大。大型的多晶硅还原炉存在的普遍问题是：硅芯通入电流产生热量后，由于热对流的影响，将会使还原炉内上部的温度高于下部的温度，使炉内上下部分温度不均衡，导致多晶硅芯下部沉积出的多晶硅多且致密、上部沉积出的多晶硅量少且疏松，生成的多晶硅芯上部呈现“爆米花”状且有微孔，产品质量差；此外，大型密集型的还原炉布棒紧凑，中心气体由于辐射温度等影响较易出现“雾化”现象，副反应比例高，三氯氢硅一次转化率低。因此亟需一种新型的能够提高产品质量的方法，并能够降低能耗、提高能源利用率。而采用带内冷却系统的方法，则不仅可以抵消由于热对流的影响导致还原炉内上部温度高于下部温度的现象，使炉内上下部温度均衡，有利于多晶硅均匀致密生长，提高多晶硅的产品质量，提高物料转化率，而且可以利用独立的内置冷却系统，显著地降低能耗。专利ZL 200720306396.8公开了一种双重冷却系统的还原炉，其特征是在还原炉夹套内上部增加低温冷却盘管和对还原炉夹套进行隔离分为两个冷却系统，通过对还原炉上部和下部用不同温度的冷却介质进行冷却。其缺点是上部独立的冷却系统附加在夹套的内壁，仅能够降低顶部钟罩或外圈硅芯的温度，而对还原炉内圈硅芯的横梁位置没有效果，尤其无法带走大型紧凑型还原炉的内部辐射热量。
技术实现思路
鉴于传统还原炉内上部的温度高于下部的温度，炉内上下部分温度不均衡，从而导致多晶硅芯下部沉积出的多晶硅多且致密、上部沉积出的多晶硅量少且疏松的问题，同时由于温度不均匀引起的副反应比例高，三氯氢硅一次转化率低的问题，以及传统还原炉内部仅为硅芯，并没有内部其他的结构，特别是上部没有独立的冷却装置的问题，本技术提出了一种带内冷却系统的多晶硅还原炉，优化反应设备内部由于热对流的影响，解决传统还原炉特别是紧凑型的大型还原炉生产多晶硅的缺陷。为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：一种带内冷却系统的多晶硅还原炉，包括底盘、钟罩式炉体、封头、夹套、电极、硅芯、混合气体进气管以及尾气出气管；封头设于钟罩式炉体上方，钟罩式炉体罩设于底盘上，夹套罩设于钟罩式炉体外部；电极成对地设置在底盘上，硅芯通过石墨夹头安装在每对电极上；混合气进气管及尾气出气管分为数个喷口均匀设置在底盘上；所述钟罩式炉体的顶部设置有一炉体顶部冷却系统，包括炉体顶部冷却盘管、炉体顶部冷却盘管进口管以及炉体顶部冷却盘管出口管；所述炉体顶部冷却盘管由一组或多组盘管组成；所述炉体顶部冷却盘管进口管从封头中间伸入钟罩式炉体内，与各组炉体顶部冷却盘管的一端相连接；所述炉体顶部冷却盘管的另一端分别连接至炉体顶部冷却盘管出口管；所述炉体顶部冷却盘管出口管从钟罩式炉体的顶部伸出。依照本技术的一个方面，所述炉体顶部冷却盘管采用螺旋盘管结构，层数为4～8层。依照本技术的一个方面，所述炉体顶部冷却系统的安装方式为，系统的顶部焊接在封头内，系统的中部悬挂于钟罩式炉体顶部，系统的底部通过盘管支撑与钟罩式炉体固定。依照本技术的一个方面，所述夹套上设有一炉体夹套冷却系统，包括炉体夹套冷却介质进口管和炉体夹套冷却介质出口管；夹套冷却介质通过所述炉体夹套冷却介质进口管导入夹套后经由所述炉体夹套冷却介质出口管导出。依照本技术的一个方面，所述底盘上设有一底盘冷却系统，包括底盘冷却介质进口管和底盘冷却介质出口管；底盘冷却介质通过所述底盘冷却介质进口管导入底盘后经由所述底盘冷却介质出口管导出。本技术实施的优点：本技术在还原炉钟罩内增加低温冷却盘管，对还原炉炉体顶部进行双重冷却，强化传热，抵消由于热对流的影响导致还原炉内上部温度高于下部温度的现象，使炉内上下部温度均衡，有利于多晶硅致密性生长，提高多晶硅质量；避免中心气体由于辐射温度过高出现“雾化”现象，提高硅的转化率。同时提高了能量利用效率，降低能耗。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本技术一较佳实施方式的多晶硅还原炉主视图。图2是根据本技术一较佳实施方式的顶部冷却盘管结构示意图。附图标记说明：1-钟罩式炉体；2-炉体顶部冷却盘管；3-夹套；4-底盘；5-炉体顶部冷却盘管进口管；6-炉体顶部冷却盘管出口管；7-混和气进气管；8-喷口；9-尾气出气管；10-电极；11-石墨夹头；12-硅芯；13-盘管支撑；14-封头。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术包含底盘4、钟罩式炉体1、封头14、夹套3、电极10、硅芯12、混合气进气管7、尾气出气管9、炉体顶部冷却盘管2、炉体顶部冷却盘管进口管5和炉体顶部冷却盘管出口管6。封头14设于钟罩式炉体1的上方，钟罩式炉体1罩设于底盘4上，夹套3罩设于钟罩式炉体1的外部。电极10分正、负极成对地设置在底盘4上，硅芯12通过石墨夹头11安装在每对电极10上。混合气进气管7及尾气出气管9分为数个喷口8均匀设置在底盘4上。如图1所示，本技术设置有炉体顶部冷却系统，该炉体顶部冷却系统由炉体顶部冷却盘管2、炉体顶部冷却盘管进口管5以及炉体顶部冷却盘管出口管6组成。如图2所示，炉体顶部冷却盘管2由一组或多组盘管组成，采用螺旋盘管结构，层数为4～8层。炉体顶部冷却盘管进口管5从钟罩式炉体1顶部的封头14中间穿过进入钟罩内，与一组或多组炉体顶部冷却盘管2连接，一组或多组炉体顶部冷却盘管2的另一端连接炉体顶部冷却盘管出口管6，炉体顶部冷却盘管出口管6从钟罩式炉体1的钟罩顶部的非中心位置伸出炉体外。顶部冷却介质从钟罩顶部的炉体顶部冷却盘管进口管5进入，分配到每组炉体顶部冷却盘管2中对钟罩顶部进行强化传热，换热后的冷却介质汇总到炉体顶部冷却盘管出口管6流出。炉体顶部冷却盘管2内的冷却介质温度可与夹套冷却介质相同或低于夹套冷却介质的温度。如图1和图2所示，该炉体顶部冷却系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带内冷却系统的多晶硅还原炉，包括底盘、钟罩式炉体、封头、夹套、电极、硅芯、混合气体进气管以及尾气出气管；封头设于钟罩式炉体上方，钟罩式炉体罩设于底盘上，夹套罩设于钟罩式炉体外部；电极成对地设置在底盘上，硅芯通过石墨夹头安装在每对电极上；混合气进气管及尾气出气管分为数个喷口均匀设置在底盘上；其特征在于，所述钟罩式炉体的顶部设置有一炉体顶部冷却系统，包括炉体顶部冷却盘管、炉体顶部冷却盘管进口管以及炉体顶部冷却盘管出口管；所述炉体顶部冷却盘管由一组或多组盘管组成；所述炉体顶部冷却盘管进口管从封头中间伸入钟罩式炉体内，与各组炉体顶部冷却盘管的一端相连接；所述炉体顶部冷却盘管的另一端分别连接至炉体顶部冷却盘管出口管；所述炉体顶部冷却盘管出口管从钟罩式炉体的顶部伸出。

【技术特征摘要】
1.一种带内冷却系统的多晶硅还原炉，包括底盘、钟罩式炉体、封头、夹套、电极、硅芯、混合气体进气管以及尾气出气管；封头设于钟罩式炉体上方，钟罩式炉体罩设于底盘上，夹套罩设于钟罩式炉体外部；电极成对地设置在底盘上，硅芯通过石墨夹头安装在每对电极上；混合气进气管及尾气出气管分为数个喷口均匀设置在底盘上；其特征在于，所述钟罩式炉体的顶部设置有一炉体顶部冷却系统，包括炉体顶部冷却盘管、炉体顶部冷却盘管进口管以及炉体顶部冷却盘管出口管；所述炉体顶部冷却盘管由一组或多组盘管组成；所述炉体顶部冷却盘管进口管从封头中间伸入钟罩式炉体内，与各组炉体顶部冷却盘管的一端相连接；所述炉体顶部冷却盘管的另一端分别连接至炉体顶部冷却盘管出口管；所述炉体顶部冷却盘管出口管从钟罩式炉体的顶部伸出。2.根据权利要求1所述的带内冷却系统的多晶硅还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑琴，占时友，
申请(专利权)人：上海韵申新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31