降低硅晶体炉热损失的方法、热场结构及硅晶体炉技术

降低硅晶体炉热损失的方法、热场结构与硅晶体炉，涉及晶体硅生产技术领域，本发明专利技术通过在保温层外侧设置金属导热层，并保证金属导热层的内侧面始终与保温层接触且其外侧亮面朝向硅晶体炉的炉体内壁，金属导热层从保温层吸热后再对外辐射热量，由于该金属导热层的低发射率而导致辐射通量大幅降低，反而抑制了辐射传热，同时热场结构中的隔热空隙也极大程度上阻隔了金属导热层的热量通过热传导的方式传递至炉体内壁，在硅晶体炉工作时，隔热空隙内充满保护性气体形成稳定的保护气氛环境既可以保证金属导热层维持在低发射率状态，又能够避免因热对流而导致的热量损失，从而提高了热场结构的综合保温性能，降低了设备能耗。降低了设备能耗。降低了设备能耗。

【技术实现步骤摘要】
降低硅晶体炉热损失的方法、热场结构及硅晶体炉


[0001]本专利技术涉及晶体硅生产
，尤其是指一种降低硅晶体炉热损失的方法、热场结构及硅晶体炉。

技术介绍

[0002]硅晶体炉是晶体硅生产的核心设备，早期硅晶体炉的热场结构大多如图1所示，其主要包括炉体1、炉膛2、碳碳复合材料制作而成的保温筒3以及填充在保温筒3与不锈钢材料制作而成的炉体1内壁之间的保温层4（软毡）。例如已公开的中国专利文献CN201224778Y中就采用了与图1类似的结构，此类结构的硅晶体炉在使用过程中存在以下问题：高温条件下（保温层4内侧温度区间1000
‑
1600
°
C），保温层4的热导率会随着温度升高而显著上升，使得保温效果大打折扣，由于炉体1的内壁直接与保温层4接触，会从保温层4吸收大量的热量，炉体1吸收的热量最终又被其夹层内的循环冷却水被带走，从而造成了较大的热量损失，导致设备热效率偏低（一般在30%左右），增加了能耗。
[0003]由于硅晶体炉产生热量损失的关键部位在炉体1，只要减少炉体1对热量的吸收就能够减少热损失、降低能耗。当前采用的解决办法是在将炉体1的位置外移，使其与保温层4之间形成隔热空隙5（隔热空隙5的宽度一般在30毫米左右，形成隔热空隙5相当于切断了热桥），减少炉体1通过保温层4吸收的热量，以及对炉体1的内壁进行抛光处理，进一步降低炉体1的吸热能力。改进后的硅晶体炉结构如图2所示，图示热场结构虽然在一定程度上降低了热损失（可以将保温层外侧温度区间控制在300
‑/>500摄氏度，在进水条件保持不变的情况下，炉体1夹层内的冷却水出水温度能够较之前降低1摄氏度左右），但仍存在较大提升空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的问题是如何进一步降低硅晶体炉的热损失，提高热效率。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术所采用如下技术方案：一种降低硅晶体炉热损失的方法，通过在保温层外侧设置金属导热层，并保证所述金属导热层在常温以及硅晶体炉工作状态下，其内侧面始终与所述保温层接触；以及，使所述金属导热层的外侧亮面朝向硅晶体炉的炉体内壁并在二者之间留出隔热空隙；以及，在硅晶体炉工作时，使所述隔热空隙内形成保护气氛环境。
[0006]于本专利技术一实施例中，是通过施加压力使所述保温层产生适量的弹性变形，将所述金属导热层紧裹在保温层的外侧表面并保持保温层处于弹性变形状态；以及，将所述保温层被压缩的量限制为在常温以及硅晶体炉工作状态下其外侧面能够在回弹力作用下始终抵靠住金属导热层的内侧面。
[0007]具体而言，是将至少一侧表面为亮面的箔材裁切成合适尺寸，使其亮面朝向硅晶体炉的炉体内壁，并将其另一侧表面贴附、紧裹在所述保温层的外侧表面，由此在所述保温
层外侧形成金属导热层。
[0008]于本专利技术另一实施例中，是于所述保温层外侧表面通过涂覆或镀膜的方式形成金属导热层，并使所述金属导热层与保温层结合成一体；以及，将金属导热层的外侧表面处理成亮面。
[0009]具体而言，是以浸入树脂并经高温碳化形成的圆筒形硬毡作为保温层的基底，用碳纤维丝或碳纤维布缠缚于基底外表面作为附着层，在所述附着层上通过涂覆或镀膜的方式形成与附着层结合成一体的金属导热层。
[0010]另一方面，本专利技术还涉及一种降低硅晶体炉热损失的热场结构，包括炉体、炉膛及保温层；所述保温层的外侧还设置有金属导热层，所述金属导热层的外侧亮面朝向炉体的内壁面且在二者之间留有隔热空隙；所述隔热空隙被配置为能够在硅晶体炉工作时于其内部形成保护气氛环境，所述金属导热层被配置为在常温以及硅晶体炉工作状态下，其内侧面始终与所述保温层的外侧面接触。
[0011]于本专利技术一实施例中，所述金属导热层紧裹在保温层的外侧表面且保温层因受压缩处于弹性变形状态；所述保温层被压缩的量限制为在常温以及硅晶体炉工作状态下其外侧面能够在回弹力作用下始终抵靠住金属导热层的内侧面。
[0012]其中，所述金属导热层为金属材质的箔材，所述箔材的外侧面为亮面，所述亮面朝向炉体的内壁面，所述箔材的内侧面贴附、紧裹住保温层的外侧表面。
[0013]优选地，所述箔材为铝箔、钛箔、不锈钢箔、镍箔中的一种。
[0014]于本专利技术一实施例中，所述金属导热层为与保温层结合成一体的涂层或镀层，所述涂层或镀层的外侧表面为亮面。
[0015]优选地，所述保温层包括圆筒形硬毡构成的基底，所述基底外表面经碳纤维丝或碳纤维布缠缚形成附着层，于所述附着层上形成与其结合成一体的涂层或镀层。
[0016]最后，本专利技术还涉及一种硅晶体炉，其采用前述方法来降低其工作过程中的热损失，或者包括上述热场结构。
[0017]上述方案能够显著降低硅晶体炉的热损失，节省运行能耗。以
技术介绍
中经过改进后的单晶硅炉为例，其在工作时，保温层的外表面温度仍可达300
‑
550度，本专利技术将热量传导至与保温层贴合的金属导热层上，通过金属导热层向更外侧的不锈钢炉体内壁进行热辐射，然而辐射通量却大大降低，炉体循环冷却水的出水温度能够降低1.5
‑
2度，综合下来能耗降幅能够达到10%以上。按照中国光伏协会（CPIA）的统计数据，2022年单晶炉拉晶的平均电耗约为23 kWh/kg， 2022年国内的拉单晶光伏企业的产量在200GW，其中1GW用硅料2700吨左右，若采用本专利技术提供的方案对现有硅晶体炉进行改造，将带来非常可观的经济与社会效益。
附图说明
[0018]图1为传统硅晶体炉的整体结构示意图；图2为现有技术中改进后的硅晶体炉的整体结构示意图；
图3为实施例1
‑
3中单晶硅炉的整体结构示意图；图4为实施例1与现有同规格单晶硅炉的内热场结构的红外发射率检测结果图；图5为实施例2与现有同规格单晶硅炉的内热场结构的红外发射率检测结果图；图中：1——炉体
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2——炉膛
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3——保温筒
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4——保温层
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5——隔热空隙
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a——金属导热层。
具体实施方式
[0019]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明。
[0020]总的来说，本专利技术主要是基于以下思路：首先，在保温层4的外侧设置金属导热层a，并使该金属导热层a在常温以及硅晶体炉工作状态下，其内侧面始终与保温层4保持接触。通过将金属导热层a贴合在保温层4外侧，保温层4的热量得以传导到该金属导热层a上，再由金属导热层a对外辐射，由于金属导热层a的外侧亮面朝向硅晶体炉的炉体1内壁，其向外辐射的热量大大降低，较好地抑制了该位置的辐射传热。其次，本专利技术在金属导热层a与炉体1内壁之间留有隔热空隙5，隔热空隙5的存在能够大幅减少通过热传导方式传递至炉体1的热量，而在硅晶体炉工作时，上述隔热空隙5内形成稳定的保护气氛环境能够使金属导热层a长期保持表面光亮度，保证其长期工作的有效性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.降低硅晶体炉热损失的方法，其特征在于：在保温层（4）外侧设置金属导热层（a），并保证所述金属导热层（a）在常温以及硅晶体炉工作状态下，其内侧面始终与所述保温层（4）接触；以及，使所述金属导热层（a）的外侧亮面朝向硅晶体炉的炉体（1）内壁并在二者之间留出隔热空隙（5）；以及，在硅晶体炉工作时，使所述隔热空隙（5）内形成保护性气氛环境。2.如权利要求1所述降低硅晶体炉热损失的方法，其特征在于：施加压力使所述保温层（4）产生适量的弹性变形，将所述金属导热层（a）紧裹在保温层（4）的外侧表面并保持保温层（4）处于弹性变形状态；以及，将所述保温层（4）被压缩的量限制为在常温以及硅晶体炉工作状态下其外侧面能够在回弹力作用下始终抵靠住金属导热层（a）的内侧面。3.如权利要求2所述降低硅晶体炉热损失的方法，其特征在于：将至少一侧表面为亮面的箔材裁切成合适尺寸，使其亮面朝向硅晶体炉的炉体（1）内壁，并将其另一侧表面贴附、紧裹在所述保温层（4）的外侧表面，由此在所述保温层（4）外侧形成金属导热层（a）。4.如权利要求1所述降低硅晶体炉热损失的方法，其特征在于：于所述保温层（4）外侧表面通过涂覆或镀膜的方式形成金属导热层（a），并使所述金属导热层（a）与保温层（4）结合成一体；以及，将金属导热层（a）的外侧表面处理成亮面。5.如权利要求4所述降低硅晶体炉热损失的方法，其特征在于：以浸入树脂并经高温碳化形成的圆筒形硬毡作为保温层（4）的基底（4a），用碳纤维丝或碳纤维布缠缚于基底（4a）外表面作为附着层（4b），在所述附着层（4b）上通过涂覆或镀膜的方式形成与附着层（4b）结合成一体的金属导热层（a）。6.降...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕铁铮，刘超齐，欧顺，吕保善，
申请(专利权)人：吕铁铮，
类型：发明
国别省市：