一种换热装置和单晶炉的制作方法

1.本实用新型涉及直拉法单晶制造技术领域，特别涉及一种换热装置和单晶炉。


背景技术：

2.光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源的一种，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。单晶硅片作为光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求，而直拉法拉制单晶硅棒是目前常见的单晶制造方法，单晶硅棒在拉制过程中由熔硅液面向上垂直生长，生长过程中单晶硅棒通过热屏、换热器、到达副室拉伸腔内，而换热器主要的作用是吸收单晶棒散发的结晶潜热，抑制单晶炉内的温度过高，给单晶硅棒营造良好的生长环境，使得单晶硅棒长时间保持较高的生长速度。
3.然而，现有换热器的换热效率较低，造成单晶硅棒的生长速度较慢，而且单晶硅棒的生长速度较慢容易造成单晶硅棒的制备成本提升。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种换热装置和单晶炉。
5.为了解决上述问题，第一方面，本实用新型公开了一种换热装置，用于生长单晶硅棒，包括：换热筒，所述换热筒在靠近熔硅液面的一端设置有导流部，所述导流部的内壁与所述换热筒的中心轴成预设夹角，所述导流部的横截面积小于或等于所述换热筒的横截面积；所述导流部的内壁上设置有导流通道，所述导流通道从所述换热筒的内部向所述熔硅液面延伸。
6.可选地，所述导流通道的数量为多个，多个所述导流通道沿所述导流部的内壁的周向间隔设置。
7.可选地，所述导流通道包括相对的第一端口和第二端口，所述第二端口靠近所述熔硅液面；
8.所述第二端口与所述导流部靠近所述熔硅液面的一端平齐。
9.可选地，沿所述第一端口至所述第二端口的方向，所述导流通道的横截面积递减。
10.可选地，所述预设夹角为0
‑
40
°
。
11.可选地，所述导流通道的截面形状为多边形。
12.可选地，所述导流通道的材质为不锈钢材质。
13.可选地，所述导流通道与所述导流部焊接连接。
14.可选地，所述换热装置还包括：包围所述换热筒的外壁，所述外壁与所述换热筒之间围合成水冷腔体，所述水冷腔体内设有冷却管道；
15.所述外壁远离所述导流部的一端设有进水口和出水口；
16.所述进水口与所述冷却管道导通，用于将水导入所述冷却管道；
17.所述出水口与所述冷却管道导通，用于将水导出所述冷却管道。
18.第二方面，本实用新型还包括一种单晶炉，用于生长单晶硅棒，所述单晶炉包括导流筒以及上述换热装置，所述换热装置套设在所述导流筒内。
19.本实用新型包括以下优点：
20.在本实用新型中，所述换热筒在靠近熔硅液面的一端设有导流部，并且所述导流部的内壁与所述换热筒的中心轴成预设夹角，所述导流部的横截面积小于或等于所述换热筒的横截面积，进而，所述导流部可以引流所述换热筒内的气体从所述导流部排出至熔硅液面，而气体离开所述熔硅液面的过程中可以带走单晶硅棒生长界面散发的结晶潜热，进一步的，所述导流部的内壁上还设有导流通道，所述导流通道从所述换热筒的内部向所述熔硅液面延伸，所述导流通道可将换热筒内的气体定向引流至熔硅液面，使得气体流动的速度加快，单晶硅棒生长界面的结晶潜热散发的速度加快，从而为单晶硅棒营造良好的生长环境，使得单晶硅棒快速稳定生长，而且由于单晶硅棒的生长速度较快，使得单晶硅棒的制备成本降低。
附图说明
21.图1是本实用新型的一种换热装置的结构示意图；
22.图2是本实用新型的图1中a处的局部放大图；
23.图3是本实用新型的一种导流通道的结构示意图；
24.图4是本实用新型的一种换热装置处于使用状态的结构示意图；
25.图5是本实用新型的图4中b处的局部放大图；
26.附图标记说明：
27.100
‑
换热装置，10
‑
换热筒，11
‑
外壁，12
‑
导流部，13
‑
水冷腔体，14
‑
进水口，15
‑
出水口，16
‑
冷却管道，20
‑
导流通道，21
‑
第一端口，22
‑
第二端口， 30
‑
单晶硅棒，θ
‑
预设夹角。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
29.在实际应用中，通常会使用直拉法在单晶熔制炉中拉制单晶硅棒，而单晶硅棒在拉制过程中由熔融态液面向上垂直生长，使得单晶硅棒在结晶过程中容易产生大量的结晶潜热，需要及时吸收单晶硅棒的生长界面的结晶潜热，才能为单晶硅棒提供良好的生长环境，进而提高单晶硅棒的生长速度。
30.参照图1，示出了本实用新型的一种换热装置的结构示意图，如图1所示，换热装置100可以用于生长单晶硅棒30，具体可以包括换热筒10，换热筒10在靠近熔硅液面的一端可以设置有导流部12，导流部12的内壁可以与换热筒10的中心轴成预设夹角，导流部12的横截面积可以小于或等于换热筒10的横截面积；导流部12的内壁上可以设置有导流通道20，导流通道 20可以从换热筒10的内部向熔硅液面延伸。
31.在本实用新型实施例中，换热筒10在靠近熔硅液面的一端设有导流部 12，并且导流部12的内壁与换热筒10的中心轴成预设夹角，导流部12的横截面积小于或等于换热筒10的横截面积，进而，导流部12可以引导换热筒10内的气体从导流部12排出至熔硅液面，而气体离开所述熔硅液面的过程中可以带走单晶硅棒30生长界面散发的结晶潜热，进一步的，
导流部12 的内壁上还固定有导流通道20，导流通道20从换热筒10的内部向熔硅液面延伸，导流通道20可将换热筒10内的气体定向引流至熔硅液面，使得气体流动的速度加快，单晶硅棒30生长界面的结晶潜热散发的速度加快，从而为单晶硅棒30营造良好的生长环境，使得单晶硅棒30快速稳定生长，而且由于单晶硅棒30的生长速度较快，使得单晶硅棒30的制备成本降低。
32.另一方面，气体从熔硅液面排走的过程中，可以将大量的氧原子带走，能够避免氧原子在单晶硅棒30的生长界面生成氧化硅，进而提高单晶硅棒 30的品质。
33.在实际应用中，可以向换热筒10内通入惰性气体，以避免气体在单晶硅棒30的生长界面产生化学反应影响单晶硅棒30的品质，具体地，由于氩气的价格较为便宜，可以选择向换热筒10内通入氩气。
34.参照图2，示出了本实用新型的图1中a处的局部放大图，如图2所示，导流通道20的数量可以为多个，多个导流通道20沿导流部12内壁的周向间隔设置。
35.在实际应用中，可以设置多个导流通道20，进而加快对换热筒10内气体的引流速度，并且将多个导流通道20沿导流部12内壁的周向设置，可以提高换热装置100的结构的稳定性。为了方便将导流通道20固定在导流部 12内壁上，又不破坏导流通道20的结构，还可以将多个导流通道20间隔设置。
36.参照图3，示出了本实用新型的一种导流通道的结构示意图，参照图4，示出了本实用新型的一种换热装置处于使用状态的结构示意图，参照图5，示出了本实用新型的图4中b处的局部放大图，如图3、4和5所示，导流通道20可以包括相对的第一端口21和第二端口22，第二端口22可以靠近熔硅液面设置；第二端口22可以与导流部12靠近熔硅液面的一端平齐。
37.在本实用新型实施例中，导流通道20的第一端口21朝向换热筒10的内部设置，可以将换热筒10内的气体引流至导流通道20内，导流通道20 的第二端口22靠近熔硅液面设置，进而将导流通道20内的气体排至熔硅液面，以带走单晶硅棒30生长界面的结晶潜热。第二端口22与导流部12靠近熔硅液面的一端平齐，这样，导流部12可以和导流通道20同时发挥引流效果，进而加快气体流向熔硅液面的速度。
38.具体的，导流通道20的两端还可以与导流部12的两端平齐设置，导流通道20的第一端口和导流部12远离熔硅液面的一端平齐，可以避免导流通道20磕碰到换热筒10的内壁。
39.在实际应用中，导流部12沿其轴线方向上的高度可以为19
‑
20毫米，导流通道20可参考导流部12的尺寸进行设置。
40.可选地，沿第一端口21至第二端口22的方向，导流通道20的横截面积可以依次递减。在实际应用中，由于沿第一端口21至第二端口22的方向，导流通道20的横截面积依次递减，使得导流通道20可以持续引流换热筒10 内的气体排向熔硅液面，进而加快单晶硅棒30生长界面的结晶潜热的散热速度。
41.可选地，预设夹角可以为0
‑
40
°
。具体地，如图4所示，导流部12的内壁与换热筒10的中心轴之间可以形成预设夹角θ，θ的大小可以为0
‑
40
°
，使得导流部12可以具有一定的倾斜角度，进而可以较好的引流换热筒10内的气体。
42.在实际应用中，在拉制较大尺寸的单晶硅棒30的情况下，可以将预设夹角的大小
调整至0
°
，使得导流部12内壁与换热筒10的中心轴平行，使得导流部12的开口较大，气体流动较快。在拉制较小尺寸的单晶硅棒30的情况下，还可以将预设夹角的大小调整至39～40
°
，这样，导流部12具有一定的倾斜角度，能够将换热筒10内的气体较好的引流至熔硅液面，以加快结晶潜热的散发。具体可以根据实际需求适当调整预设夹角的大小，本实用新型不做具体限定。
43.可选地，导流通道20的截面形状可以为多边形，这样，导流通道20可以通过一个侧表面固定在导流部12的内壁上，可以提高导流通道20与导流部12固定连接的稳定性。
44.在实际应用中，导流通道20的截面形状可以为四边形，导流通道20的侧面可以由多个平行四边形围合而成，此时，导流通道20的中心轴可以与导流部12的内壁平行。或者，导流通道20的侧面还可以由多个不规则的四边形围合而成，本实用新型实施例不做具体限定。如图2所示，本实用新型实施例中只给出了一种导流通道20的截面形状为四边形的一种情况，具体地，导流通道20的截面形状还可以为三角形、五边形、六边形等，或者其他不规则的异形截面，本实用新型对此不做限定。
45.可选地，导流通道20的材质可以为不锈钢材质，使得导流通道20的结构比较稳定，不易变形。
46.可选地，还可以选择将导流通道20与导流部12焊接连接，以提高导流通道20与导流部12固定连接的牢固程度。
47.在本实用新型的另一个实施例中，换热装置100还可以包括包围换热筒 10的外壁11，外壁11与换热筒10之间可以围合成水冷腔体13，水冷腔体13内可以设有冷却管道16；外壁11远离导流部12的一端可以设有进水口 14和出水口15；进水口14可以与冷却管道16导通，用于将水导入冷却管道16；出水口15可以与冷却管道16导通，用于将水导出冷却管道16。
48.在实用新型实施例中，进水口14可以将冷却水从外壁11远离导流部12 的一端导入冷却管道16，出水口15可以将冷却管道16中的冷却水从远离导流部12的一端导出，由于进水口14和出水口15均设置在外壁11的同一端，使得冷却管道16可以对导流筒10内的温度充分冷却，进而充分吸收单晶硅棒30在生长过程中产生的结晶潜热，提高单晶硅棒30的生长速度。
49.本实用新型实施例提供的换热装置具有以下优点：
50.在本实用新型实施例中，所述换热筒在靠近熔硅液面的一端设有导流部，并且所述导流部的内壁与所述换热筒的中心轴成预设夹角，所述导流部的横截面积小于或等于所述换热筒的横截面积，进而，所述导流部可以引流所述换热筒内的气体从所述导流部排出至熔硅液面，而气体离开所述熔硅液面的过程中可以带走单晶硅棒生长界面散发的结晶潜热，进一步的，所述导流部的内壁上还设有导流通道，所述导流通道从所述换热筒的内部向所述熔硅液面延伸，所述导流通道可将换热筒内的气体定向引流至熔硅液面，使得气体流动的速度加快，单晶硅棒生长界面的结晶潜热散发的速度加快，从而为单晶硅棒营造良好的生长环境，使得单晶硅棒快速稳定生长，而且由于单晶硅棒30的生长速度较快，使得单晶硅棒的制备成本降低。
51.另一方面，本实用新型还提供了一种单晶炉，可以用于生长单晶硅棒30，可以包括导流筒以及上述换热装置100，换热装置100可以套设在导流筒内。
52.在实际应用中，可以将换热装置100套设在导流筒内，使得导流筒可以保护换热装置100，而且结晶潜热通过所述导流筒和换热装置100可以快速带走。
53.具体地，导流部12的下表面可以与所述导热筒的下表面平齐，所述导流筒的下表面为所述导流筒靠近熔硅液面的表面，进而导流部12的下表面与熔硅液面相对的面积较大，利于快速将单晶潜热传导至换热筒10。
54.换热装置100还可以通过连接部与导流筒进行连接，以加强两者之间相对位置的稳定性。在本实用新型实施例中，对此不作具体限定。
55.本实用新型实施例提供的单晶炉具有以下优点：
56.在本实用新型实施例中，换热筒在靠近熔硅液面的一端设有导流部，并且导流部的内壁与换热筒的中心轴成预设夹角，导流部的横截面积小于或等于换热筒的横截面积，进而，所述导流部可以引流所述换热筒内的气体从所述导流部排出至熔硅液面，而气体离开所述熔硅液面的过程中可以带走单晶硅棒生长界面散发的结晶潜热，进一步的，所述导流部的内壁上还设有导流通道，所述导流通道从所述换热筒的内部向所述熔硅液面延伸，所述导流通道可将换热筒内的气体定向引流至熔硅液面，使得气体流动的速度加快，单晶硅棒生长界面的结晶潜热散发的速度加快，从而为单晶硅棒营造良好的生长环境，使得单晶硅棒快速稳定生长，而且由于单晶硅棒30的生长速度较快，使得单晶硅棒的制备成本降低。
57.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
58.以上对本实用新型所提供的一种换热装置和单晶炉，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。