本发明专利技术公开一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构及其实施方法，多晶硅还原炉内胆包括内壁和外壁两层结构，内壁和外壁之间的空隙与内胆顶部底板与顶板之间的区域相连通；内壁与外壁之间空隙的宽度为5mm-50mm。多晶硅还原炉内胆的内壁与外壁之间通入高纯三氯氢硅液体，由于还原炉内的大量热量辐射到内胆的侧面，液态三氯氢硅受热挥发，挥发产生的气体流入内胆顶部底板与顶板之间的区域。内胆双层结构可以大大降低硅棒向钟罩内壁的辐射能量，钟罩内壁由于温度较低不会沉积硅粉，保持了钟罩内壁的抛光效果，还可以减少多晶硅还原炉钟罩冷却水的通入量。利用了硅棒辐射的能量使部分液态三氯氢硅变为气体参与了反应，有利于多晶硅制备过程中整体能耗的降低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多晶硅生产
，特别是西门子法生产多晶硅的一种节能大型多晶硅还原炉；涉及。背景介绍多晶硅在电子领域及太阳能领域有着广发的应用，目前国内外多晶硅生产企业主要采用“改良西门子法”。该方法的生产流程是利用氯气和氢气合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和硅粉在一定温度下反应生成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行精馏分离提纯，提纯后的高纯三氯氢硅与氢气按比例混合后，在一定的温度和压力下通入多晶硅还原炉内，在通电高温硅芯上进行沉积反应生成多晶硅，反应温度控制在1080°C 1150°C，最终生成棒状多晶硅产品，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物。 传统多晶硅还原炉，如专利CN200420060144. 8，CN200720306394. 9,CN200820105591. 9，CN200920230836. 5，CN201020215600. 7 等，其进气口和出气口都分布在底盘上，这种设计的缺点是由于流场，温度场的匹配不合理，容易在还原炉顶部滞留，产生流动死区，造成局部区域的气体温度过高，产生硅粉，而这些硅粉一方面会造成原料的损失，另一方面产生的硅粉容易附着在钟罩内壁上，使得钟罩内壁的光洁度降低，造成因辐射而带走的能量飙升，最终表现为还原电耗升高；另外由于进口流体向上流动，而出口的流体向下流动，这两股逆向流动的流体使得还原炉内的流体均为混流状态，影响反应气的转化率，进一步增加了还原炉的电耗。本课题组通过在某多晶硅生产企业进行的工业实验发现，当钟罩内壁为镜面时，还原电耗会显著降低。因此本课题组提出将还原炉的节能问题转化为在多晶硅还原过程中如何始终将还原炉钟罩内壁保持在镜面状态这样一个可操作的问题。为此本课题组通过深入的理论计算，发现通过使还原炉内的气相实现平推流，可以做到还原炉内胆气相温度低于550°C，另外通过特殊的保温内胆设计，可以使内壁壁面温度低于575°C，最终使还原炉钟罩内壁始终保持在镜面状态。在以上实验和理论研究的基础上，本课题组设计了一种节能型多晶硅还原炉，并提出了该还原炉保温内胆的双层结构及其实施方法。
技术实现思路
本专利技术提供了，解决了传统多晶硅还原炉钟罩内壁沉积硅粉的问题本专利技术的技术方案如下一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构，多晶硅还原炉内胆包括内壁20和外壁21两层结构，内壁20和外壁21之间的空隙与内胆顶部底板22与顶板23之间的区域相连通，在内壁20和顶部底板22连接以及外壁21和顶部顶板23连接的位置连通，内壁20与外壁21之间空隙的宽度为5mm-50mm，底板22和顶板23的间距为100mm-300mm ；所述多晶硅还原炉内胆顶部的底板22与内胆的内壁20固定连接，内胆顶部的顶板23与内胆21的外壁固定连接，连接方式采用螺栓固定。所述多晶硅还原炉内胆的内壁20与外壁21之间通入高纯三氯氢硅液体，由于还原炉内的大量热量辐射到内胆的侧面，液态三氯氢硅受热挥发，挥发产生的气体流入内胆顶部底板22与顶板23之间的区域。如生产中需要可以在内胆的内壁20与外壁21的空隙内安装温度探头。本专利技术具有的优点是首先与传统多晶硅还原炉相比，内胆双层结构可以大大降低硅棒向钟罩内壁的辐射能量，钟罩内壁由于温度较低不会沉积硅粉，保持了钟罩内壁的抛光效果，还可以减少多晶硅还原炉钟罩冷却水的通入量。再次与传统多晶硅还原炉相比，在内胆内壁和外壁的区域内通入液态的高纯三氯氢娃，由于三氯氢娃的沸点较低，娃棒福射到内胆侧壁的热量通过热传导加热了液态的三氯氢硅，从而使得部分液态的三氯氢硅变为气体，由于内胆的侧壁与顶部结构连通，气态的三氯氢硅进入内胆的顶部区域，再经内胆顶部的回气管进入反应区域参与反应，在内胆的侧壁通入液态三氯氢硅一方面保证了内胆的温度也不会过高，从而有利于安全生产，另一方面也利用了娃棒福射的能量使部分液态三氯氢娃变为气体参与了反应，有利于多晶娃制备过程中整体能耗的降低。附图说明图I为本专利技术专利一种节能型多晶硅还原炉主视图；图2为本专利技术专利一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构示意图；其中1_还原炉钟罩,2_保温内胆,3_娃芯,4_底盘,5_底盘进气管,6_底盘出气管，7-电极，8-石墨夹套，9-炉体冷却水进口，10-炉体冷却水出口，11-底盘进气控制装置，12-底盘排液管，13-底盘液态三氯氢硅进口管，14-内胆顶部液态三氯氢硅进口管，15-内胆侧壁液态三氯氢硅进口管，16-底盘冷却气盒，17-内胆顶部出气管，18-内胆顶部回气管，19-底盘排气控制装置，20-内胆的内壁，21-内胆的外壁，22-内胆顶部底板，23-内胆顶部顶板。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术提供的一种装有底盘冷却装置的多晶硅还原炉作进一步详细说明。如图I所示，还原炉钟罩I固定到还原炉底盘4上并密封，硅芯3通过石墨夹套8与底盘电极7相连接并密封，底盘电极7固定到还原炉底盘4且密封，并与供电系统相连接；底盘进气控制装置11与底盘进气管5相连接，底盘排气控制装置19与底盘出气管6相连接。液态三氯氢硅通过底盘液态三氯氢硅进口管13进入多晶硅还原炉底盘冷却气盒16，液态三氯氢硅通过内胆顶部液态三氯氢硅进口管14进入多晶硅还原炉顶部，液态三氯氢硅通过内胆侧壁液态三氯氢硅进口管15进入多晶硅还原炉内胆侧壁，还原炉底盘4、还原炉钟罩I分别通过底盘冷却水进口和炉体冷却水入口通入冷却水，且底盘冷却水出口和炉体冷却水出口分别与需热系统相连接。实施例I :新型多晶硅还原炉的操作流程I :(I)首先开启底盘进气控制装置11以及底盘排气控制装置19 ；(2)其次在还原炉的炉体、还原炉底盘同时通入冷却水，将液态三氯氢硅通过内胆侧壁液态三氯氢硅进口管15通入多晶硅还原炉内胆侧壁，内胆内壁和内胆外壁之间的空隙宽度为5mm,底板22和顶板23的间距为IOOmm ；(3)再将提纯的SiHCl3与H2按一定比例混合，然后将混合气从底盘进气管5通入多晶娃还原炉；(4)启动还原炉的供电系统对娃芯加热,并保持娃芯的温度在1150°C,还原炉内压力为O. SMpa0当硅芯表面的温度达到SiHCl3与H2反应的条件时，混合气开始发生还原反应，并且反应后的硅将沉积到硅芯上，通过温度探头测温发现多晶硅还原炉钟罩内壁的温度始终低于550°C ；(5)反应后的尾气经底盘出气管6排出，尾气的温度控制在350°C ±20，直到硅芯的直径生长到200mm以上时，停止供电，并等到硅芯冷却后，取出硅芯，通过估算节能15%左右。实施例2 :新型多晶硅还原炉的操作流程2 (I)首先开启底盘进气控制装置11以及底盘排气控制装置19 ；(2)其次在还原炉的炉体、还原炉底盘同时通入冷却水，将液态三氯氢硅通过内胆侧壁液态三氯氢硅进口管15通入多晶硅还原炉内胆侧壁，内胆内壁和内胆外壁之间的空隙宽度为25mm，底板22和顶板23的间距为200mm ；(3)再将提纯的SiHCl3与H2按一定比例混合，然后将混合气从底盘进气管5通入多晶娃还原炉；(4)启动还原炉的供电系统对娃芯加热,并保持娃芯的温度在1150°C,还原炉内压力为O. SMpa0当硅芯表面的温度达到SiHCl3与H2反应的条件时，混合气开始发生还原反应，并且反应后的硅将沉积到硅芯上，通过温度探头测温发现多晶硅还原本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构，其特征是多晶硅还原炉内胆包括内壁(20 )和外壁(21)两层结构，内壁(20 )和外壁(21)之间的空隙与内胆顶部底板(22 )与顶板(23)之间的区域相连通，在内壁(20)和顶部底板(22)连接以及外壁(21)和顶部顶板(23)连接的位置连通，内壁(20)与外壁(21)之间空隙的宽度为5mm-50mm，底板(22)和顶板(23)的间距为100mm-300mm。2.如权利要求I所述的内胆双层结构，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓静，段连，周阳，黄哲庆，段长春，刘春江，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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