一种高效节能热场保温筒及单晶炉设备

技术领域

本发明涉及热场保温筒技术领域，具体为一种高效节能热场保温筒及单晶炉设备。

背景技术

迄今为止,Czochralski(Cz)法仍然是用来生长单晶硅的主要方法。随着竞争激烈程度的不断增强,降低生产成本是晶体生长企业追求的一个重要目标。在拉制太阳能级单晶硅棒时,单晶炉所消耗的电力成本即能耗是非硅成本的主要组成部分之一,因此降低单位能耗是降低生产成本的主要目标。在保证晶体质量不变前提下,降低单晶炉功率、提高拉速、缩短生产周期是降低单位能耗的主要方法。但无论是降低单晶炉功率消耗还是提高拉晶速度均取决于单晶炉的热场结构,即热屏、加热器、保温层等组成部分的设计。目前行业内普遍使用的热场均为单热场设计，即重要的保温层只有上保温、中保温以及下保温这几个部分组成，相同的炉台下对应的热场尺寸存在的差异不大，唯一存在差异的方向为保温软毡的厚度不同。

(1)使用软毡包裹保温筒，内层3-4层软毡在长时间高温下腐蚀老化进而失效更换，在很大程度上影响热场的功率稳定性，增加人工频繁的进行热场校准，耗时耗力。

(2)热场底部空间较大，保温性能差，热量流失严重，导致热场整体功率升高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高效节能热场保温筒及单晶炉设备，以解决上述背景技术中提出的技术问题；为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种高效节能热场保温筒，通过三层保温-回流-保温的结构形式，对溢出的热量进行回流措施，提升了保温效果，其结构包括：筒体，筒体为环形结构，筒体内侧设置有向筒体外侧延伸的校正块；

固毡组件，固毡组件设置在筒体外壁，与筒体表面贴合。

优选的，校正块对称设置在筒体上，校正块的弧度面与筒体内壁的弧面非同轴设置，弧度面的单侧向内倾斜3度-8度。

优选的，固毡组件从内向外分为三层保温结构，靠近筒体外壁设置固毡，靠近固毡外壁设置石英气泡层，靠近石英气泡层外壁设置石墨环。

优选的，石英气泡层内部设置多个排列状态的椭圆形回流腔，单个回流腔内壁黏贴至少一个由柔性材料包裹空气形成的气囊。

优选的，固毡的厚度大于石墨环的厚度，石墨环的厚度大于石英气泡层的厚度。

优选的，筒体的材料为碳/碳复合材料。

优选的，筒体与固毡组件中的固毡经过层压成型。

一种单晶炉设备，包括炉体，炉体内设置有高效节能热场保温筒，高效节能热场保温筒由上述材料及结构组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明固毡组件的三层保温结构，通过将软毡替换为固毡，一方面使用寿命长，不用频繁更换底部热场保证了热场的稳定性；另一方面在装配上提高了安装速率；其次石英气泡层设置在固毡外围，通过回流腔将固毡额外散出的热量进行回流，其次回流腔中设置的空气气囊进一步将热量隔绝，并且其柔性结构对固毡进行封闭式的包裹，避免固毡与石英气泡层直接配合，造成固毡或石英气泡层出现损伤；石墨环安装在石英气泡层外围，降低导热效率，保证内部的热场稳定。

(2)本发明的保温筒的向外延伸的校正块，使保温筒能准确固定在设备上，避免长时间高热运行，出现滑动或松动的问题，避免结构损坏造成的热量流失。其次，校正块的弧度面与筒体内壁的弧面非同轴设置，对弧度面的单侧向内倾斜，既能确定筒体安装在设备上的正反方向，同时也使筒体与设备一直处于锁紧状态，增加筒体与设备之间运行时的稳定性。

附图说明

图1为本发明保温筒的结构组成图。

图2为本发明保温筒的立体结构图。

图3为石英气泡层的结构图。

图中：1、筒体；2、校正块；3、弧度面；4、固毡；5、石英气泡层；5-1、回流腔；6、石墨环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：

如图1-图2所示：一种高效节能热场保温筒及单晶炉设备，包括：筒体1，筒体1为环形结构，环形结构方便讲保温筒套装在设备上，筒体1内侧设置有向筒体1外侧延伸的校正块2结构，避免出现筒体1和设备之间因长时间受热，导致材料冷热不均，结构出现松动，发生松动或滑动的问题，增加设备与筒体1之间的稳定性，增加了保温性能。

固毡组件，固毡组件设置在筒体1外壁，与筒体1表面贴合，筒体1与固毡组件中的固毡4经过层压成型。固毡4强度高于软毡，一般的套装操作不能将其与筒体1近似于完全结合，因此通过层压成型，增加了固毡4与筒体1的贴合度，避免使用各类胶体粘结时，高温造成胶体流失，进而使热量损失，保温能力差。

固毡组件从内向外分为三层保温结构，靠近筒体1外壁设置固毡4，靠近固毡4外壁设置石英气泡层5，靠近石英气泡层5外壁设置石墨环6，(相对于石英保温层)从内到外的结构强度为软-硬-软，固毡4的结构较软避免层压时出现刮花或损坏的问题。在套装配合时，为了增加各层之间的稳定性和牢固性，均采用过盈配合，而采用硬度高的石英保温层以及较软的石墨环6进行套装以及整体强度为软-硬-软，能解决过盈配合过程造成结构损毁或安装结果差的问题，既能增加各层之间的牢固程度，也能在常温状态下良好配合。

如图3所示，石英气泡层5整体的材质为石英，内部设置多个排列状态的椭圆形回流腔5-1，回流腔5-1本身能将散发出来的热量进行导回，能减少因热量外泄造成的热能散失，进一步加强保温性能；同时单个回流腔5-1内壁黏贴至少一个由柔性材料包裹空气形成的气囊，内部填充气囊，增加了隔热容错率，即使内部的气囊发生失效，仍能大范围的将热量进行隔绝，同时也避免石英材质本身的温差过大，造成石英材质的碎裂。

另一种优选的实施方式，为了便于加工可在石英气泡层5时，内部挖取一个环形凹槽，填充环形气囊也可进行实施。

另一种优选的实施方式，柔性材料采用耐高温的塑胶类或其他耐高温的高分子材料。

固毡4的厚度大于石墨环6的厚度，石墨环6的厚度大于石英气泡层5的厚度，石英气泡层5本身强度高，但韧性低，所以要保证整体保温筒的结构不会太厚，还能使石英结构受热均匀，不至于同一个石英结构内外侧出现温差过大的情况，将石英气泡层5设置的更薄，以适应本发明的稳定程度。

石英气泡层5更趋于绝热，有回流作用，固毡4和石墨环6倾向于延缓热量散失以及保温的作用。

校正块2对称设置在筒体1上，校正块2结构的弧度面3与环形结构的弧度面3非同轴设置，其校正块2的弧度面3非同轴设计同时将弧度面3的单侧进行向内倾斜，一是能将筒体1和设备能准备并且正确，以规定的方向安装，另一方面，其筒体1和设备安装处因加工配合精度出现误差时，通过弧度面3的倾斜设置，其锐角方向处更容易卡紧，降低了加工精度的要求。

校正块2结构外侧的弧度面3单侧向内倾斜3度-8度，更优的选择为5度，既保证弧度面3的锐角端不易受到变形，同时在安装时能正确识别安装方向，避免因弧度过小，安装不易分辨方向造成安装损毁，导致破坏筒体1的校正块2结构，避免过大造成锐角端长时间受压力变形。

另一种优选的实施方式，筒体1的材料为碳/碳复合材料或其他材料。

一种单晶炉设备，包括炉体，炉体内设置有高效节能热场保温筒，高效节能热场保温筒由上述材料和装置组成。

本发明固毡组件的三层保温结构，通过将软毡替换为固毡4，一方面使用寿命长，不用频繁更换底部热场保证了热场的稳定性；另一方面在装配上提高了安装速率；其次石英气泡层5设置在固毡4外围，通过回流腔5-1将固毡4额外散出的热量进行回流，其次回流腔5-1中设置的空气气囊进一步将热量隔绝，并且其柔性结构对固毡4进行封闭式的包裹，避免固毡4与石英气泡层5直接配合，造成固毡4或石英气泡层5出现损伤；石墨环6安装在石英气泡层5外围，降低导热效率，保证内部的热场稳定。

本发明的保温筒的向外延伸的校正块2，使保温筒能准确固定在设备上，避免长时间高热运行，出现滑动或松动的问题，避免结构损坏造成的热量流失。其次，校正块2的弧度面3与筒体1内壁的弧面非同轴设置，对弧度面3的单侧向内倾斜，既能确定筒体1安装在设备上的正反方向，同时也使筒体1与设备一直处于锁紧状态，增加筒体1与设备之间运行时的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。