测温装置及拉晶设备的制作方法

1.本技术属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种测温装置及拉晶设备。


背景技术：

2.随着光伏技术的发展，太阳能作为绿色、环保、可再生能源受到了大范围推广。单晶硅作为太阳能光伏组件最重要的原料部分，其需求量也在不断增大。
3.目前，单晶硅的生产工艺主要为直拉法。在直拉法生产单晶硅的过程中，硅液温度尤其是在将硅液调整至引晶温度范围时，主要是通过视觉采集液面亮度，然后根据经验值控制单晶炉内的加热功率。然而，上述根据视觉采集液面亮度调整加热功率的方法，很容易出现由于对炉内温度判断不准确，导致炉内温度过高或过低超出引晶温度范围，进而导致拉晶时间长、效率低或液面结晶等问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种测温装置及拉晶设备，能够解决依靠视觉采集液面亮度的方法导致单晶炉内温度判断不准确的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种测温装置，所述单晶炉的炉体上设有与外界相通的第一通孔，所述单晶炉内设有坩埚；所述测温装置包括：升降机构和至少一个温度感应器；
6.所述升降机构设置于所述单晶炉外，且与所述温度感应器的一端相连，用于驱动所述温度感应器升降；
7.所述温度感应器的另一端通过所述第一通孔伸入所述单晶炉内，在所述升降机构的带动下，所述温度感应器的另一端靠近并伸入所述坩埚内，或伸出并远离所述坩埚。
8.可选的，所述升降机构包括：支架，以及设置于所述支架上的驱动件；
9.所述支架与所述单晶炉相连；
10.所述驱动件与所述温度感应器相连，以驱动所述温度感应器升降。
11.可选的，所述测温装置还包括：弹性护套；
12.所述弹性护套设置于所述支架上，所述弹性护套的一端与所述第一通孔相对，另一端朝向远离所述单晶炉的方向延伸；
13.至少部分所述温度感应器套设于所述弹性护套内。
14.可选的，所述温度感应器上设有第一法兰；
15.所述弹性护套的另一端通过所述第一法兰与所述温度感应器相连。
16.可选的，所述第一通孔处设有第二法兰；
17.所述支架上设有底板，所述底板与所述第二法兰相连，且所述底板上设有第二通孔；
18.所述弹性护套的一端与所述第二通孔相对且固定连接于所述底板；
19.所述温度感应器的另一端依次通过所述第二通孔、所述第一通孔伸入所述单晶炉
内。
20.可选的，所述测温装置还包括：多个固定件；
21.沿所述弹性护套的长度方向，所述固定件依次间隔套设于所述弹性护套外，且与所述支架可拆卸连接。
22.可选的，所述温度感应器为热电偶，所述热电偶伸入所述单晶炉内的一端设有刚玉护套。
23.可选的，所述单晶炉内还设有热场组件；
24.所述热场组件围设于所述坩埚的外侧，且所述热场组件上设有第三通孔；
25.在所述升降机构的带动下，所述温度感应器的另一端依次通过所述第一通孔、所述第三通孔伸入所述坩埚内，或远离所述坩埚。
26.可选的，所述测温装置还包括：控制器；
27.所述控制器分别与所述温度感应器、所述升降机构相连，所述控制器用于，根据所述温度感应器采集的温度控制所述升降机构的升降。
28.第二方面，本技术实施例还提供了一种拉晶设备，所述拉晶设备包括：单晶炉，以及上述测温装置；
29.所述单晶炉设有观察窗；
30.所述测温装置的温度感应器通过所述观察窗伸入所述单晶炉内，以测量所述单晶炉热场的温度。
31.在本技术实施例中，由于在升降机构的带动下，温度感应器的另一端靠近并伸入坩埚内，或伸出并远离坩埚，因此，在单晶硅的生产过程中的调温阶段，可以通过升降机构带动温度感应器伸入坩埚内对坩埚内的硅液温度进行测量，从而可以更加精准的依据采集到的硅液温度对单晶炉内的加热功率进行调整，减少调温工时，提升调温效率。而且，在测温完成后通过升降机构带动温度感应器伸出并远离坩埚，也可以有效避免温度感应器对拉晶、拆装炉等工序的影响。本技术实施例中，测温装置可以精准采集单晶炉热场温度，有效缩减调温工时，提升调温效率，进而提升单晶硅的生产效率、降低单晶硅的生产成本。
附图说明
32.图1是本技术实施例所述拉晶设备的结构示意图。
33.附图标记说明：
34.10：单晶炉；11：热场组件；101：第一通孔；102：坩埚；103：硅液；21：升降机构；22：温度感应器；210：支架；211：驱动件； 30：弹性护套；221：第一法兰；111：第三通孔。
具体实施方式
35.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作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。
36.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互
换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
38.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”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。
39.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的测温装置及拉晶设备进行详细地说明。
40.本技术实施例所述的测温装置可以测量包括但不限于单晶炉内热场的温度。本技术实施例中，以测温装置测量单晶炉内热场温度为例，对测量装置的结构以及原理进行详细说明，测温装置在测量其他部件温度时，参照执行即可。
41.参照图1，示出了本技术实施例所述拉晶设备的结构示意图。
42.本技术实施例中，单晶炉10的炉体上设有与外界相通的第一通孔101。在实际应用中，第一通孔101可以为单晶炉10上原有的预留孔，以提升现有拉晶设备的利用率，降低设备更换成本。例如，第一通孔101可以为预留的观察窗口。或者，第一通孔101还可以为在炉体上加工的用于测温的通孔，本领域技术人员可以根据实际情况设定，本技术实施例对此不作限定。
43.本技术实施例中，单晶炉10内设有坩埚102，坩埚102内有用于拉晶的硅液103。可以理解的是，坩埚102内的硅液103是由硅原料加热熔化形成的，上述硅原料加热至硅液103的过程与现有技术相同，本技术实施例对此不再赘述。
44.本技术实施例中，测温装置具体可以包括：升降机构21和至少一个温度感应器22；升降机构21设置于单晶炉10外，且与温度感应器22的一端相连，用于驱动温度感应器22升降；温度感应器22的另一端通过第一通孔101 伸入单晶炉10内，在升降机构21的带动下，温度感应器22的另一端靠近并伸入坩埚102内，或伸出并远离坩埚102。
45.本技术实施例中，温度感应器22的另一端靠近并伸入坩埚102内可以理解为温度感应器22的另一端伸入坩埚102内的硅液103的液面以下，例如，温度感应器22可以伸入硅液103的液面以下20mm。当然，本领域技术人员可以根据不同的炉型、热场以及温度感应器22的规格类型等，设置温度感应器 22伸入硅液103的液面以下15mm、30mm等，本技术实施例对此不作具体限定。
46.需要说明的是，在使用本技术实施例所述测温装置测量单晶炉热场其他位置温度时，只需要合理设置温度感应器22在单晶炉内的升降位置即可，操作简单方便。在本技术实施例中，拉晶过程中，温度感应器22的位置可以随时调整，以测量热场内任意位置的温度，
而不仅限于测量坩埚102内硅液103的温度，因此，本技术实施例所述测温装置可以更加灵活的测量单晶炉10热场温度。
47.在本技术实施例中，由于在升降机构21的带动下，温度感应器22的另一端靠近并伸入坩埚102内，或伸出并远离坩埚102，因此，在单晶硅的生产过程中的调温阶段，可以通过升降机构21带动温度感应器22伸入坩埚102内对坩埚102内的硅液103温度进行测量，从而可以更加精准的依据采集到的硅液 103温度对单晶炉10内的加热功率进行调整，进而提升炉内温度控制的精准性。而且，在测温完成后可以随时通过升降机构21带动温度感应器22伸出并远离坩埚102，使温度感应器22位于单晶炉10内的安全位置，从而有效避免温度感应器22对拉晶、拆装炉等工序的影响。本技术实施例中，测温装置可以精准采集单晶炉10热场温度，有效缩减调温工时，提升调温效率，进而提升单晶硅的生产效率、降低单晶硅的生产成本。
48.本技术实施例中，温度感应器22的数量可以为一个或多个。例如，为了提升温度感应器22测量温度的准确性，可以设置多个温度感应器22对坩埚102 内硅液103温度进行测量，将多个温度感应器22检测到的温度的平均值作为检测结果。此外，在温度感应器22的数量为多个的情况下，多个温度感应器 22还可以相互作为备份，这样，即便是其中一个温度感应器22故障损坏，也不会影响测量硅液103温度的准确性。
49.本技术实施例中，温度感应器22可以为热电偶(例如，铂铑合金热电偶等)，热电偶伸入单晶炉10内的一端设有刚玉护套。具体的，热电偶伸入单晶炉10内的一端外层采用耐温1600度以上的刚玉管作热电偶外保护套管。
50.可选的，升降机构21具体可以包括：支架210，以及设置于支架210上的驱动件211；支架210与单晶炉10相连；驱动件211与温度感应器22相连，以驱动温度感应器22升降。
51.本技术实施例中，可以将驱动件211、温度感应器22均设置于支架210 上，这样，不但使测温装置的携带运输等更为方便，还可以通过支架210 连接于单晶炉10的炉体上对测温装置进行安装，使测温装置的安装也更为方便快捷。
52.在本技术实施例中，驱动件211具体可以包括：电机、气缸中的至少一种。在实际应用中，电机的输出轴通常与热电偶的冷端(与热电偶伸入单晶炉10 内的热端相对)相连，以带动热电偶升降。
53.本技术实施例中，可以在开炉前将测温装置安装于单晶炉10的炉台上，测温装置与单晶炉10之间为密封连接，以使抽真空阶段测温装置可以随同单晶炉10同步进行抽真空，在坩埚102内的硅原料加料、熔料完成后，对热电偶进行充分的预热，然后通过电机等驱动件211驱动热电偶伸入坩埚 102内的硅液103的液面下，以对硅液103温度进行测量；在测温完成后，热电偶可以经过充分预冷工艺，再通过电机等驱动件211驱动热电偶升至安全位置。可以理解的是，安全位置为单晶炉10内远离坩埚102且不影响拆装炉的位置，安全位置处的温度相对于硅液103的温度低。例如，安全位置可以为单晶炉10顶靠近单晶炉10侧壁，且不影响单晶炉10内拉晶、拆装炉等工序的位置。在本技术实施例中，在测温结束后，将热电偶升至安全位置，可以有效提高热电偶的使用寿命。
54.在本技术实施例中，为了更为精准的对温度感应器22的升降进行控制，测温装置20具体还可以包括：控制器；控制器分别与温度感应器22、升降机构21相连，控制器用于，根据温度感应器22采集的温度控制升降机构21的升降。
55.在实际应用中，通过控制器可以更为精准的对温度感应器22的升/降进行控制，以对温度感应器22进行有效保护，避免升温或降温速率过快导致温度感应器22损坏。其中，热电偶升控制：是指在测温完成后，热电偶经过预冷工艺，按照预设速率将热电偶缓慢升至安全位置；热电偶降控制：是指热电偶从安全位置，经过预热工艺，按照预设速率缓慢降至测温位置。
56.本技术实施例中，控制器可以为测温装置单独设置的控制器，也可以为单晶炉10或拉晶设备的控制器，本领域技术人员可以根据实际需求设定。
57.在本技术实施例中，热电偶的预热/预冷工艺设计需要满足刚玉管的抗热震性，具体的，热电偶每分钟升温或降温速率可以为0～30℃范围内。在实际应用中，热电偶的升温或降温速率可以根据炉内温度进行实时调整，而并非保持一成不变的速率，这样更有利于延长热电偶的使用寿命。例如，开始热电偶的升温速率可以为0～30℃范围内，随着炉内温度的升高，热电偶的升温速率可以逐渐降低至0～10℃范围内。
58.本技术实施例中，由于热电偶需满足升降需求，且与单晶炉10之间需具有良好的密封性能，因此，测温装置还可以包括：弹性护套30；弹性护套 30设置于支架210上，弹性护套30的一端与第一通孔101相对，另一端朝向远离单晶炉10的方向延伸；至少部分温度感应器22套设于弹性护套30内。
59.在实际应用中，可以设置弹性护套30与炉体之间密封连接，具体的，弹性护套30的两端中，一端可以与支架210/炉体密封连接，另一端可以与温度感应器22/支架210密封连接。本技术实施例中，通过弹性护套30的一端与支架210密封连接，另一端与温度感应器22密封连接为例对其进行解释说明。
60.本技术实施例中，弹性护套30包括但不限于不锈钢波纹管。由于不锈钢波纹管应用范围广、成本低，因此，使用不锈钢波纹管套设于热电偶外侧，也相应的具有上述优点，此外，不锈钢波纹管既可以对热电偶起到保护作用，又可以实现支架210与弹性护套30之间的弹性连接。
61.在实际应用中，不锈钢波纹管与支架210之间可以焊接连接，也可以通过紧固件可拆卸连接。为了使不锈钢波纹管与支架210之间的连接更加简单，不锈钢波纹管两端可以设有固定部，固定部沿不锈钢波纹管的周向设置，且朝向远离不锈钢波纹管中心的方向延伸，这样通过固定部就可以使不锈钢波纹管与支架210之间的连接更加简单、便捷。
62.本技术实施例中，为了使不锈钢波纹管与支架210以及温度感应器22之间的密封可靠性更高，在不锈钢波纹管与支架210、温度感应器22之间均可以设有密封圈或密封垫，具体的密封圈或密封垫的材质可以为塑料、尼龙、橡胶等。
63.可选的，温度感应器22上设有第一法兰221；弹性护套30的另一端通过第一法兰221与温度感应器22相连。
64.在实际应用中，第一法兰221与温度感应器22为一体式结构，这样使温度感应器22与弹性护套30之间的连接更加简单。
65.本技术实施例中，为了使支架210与炉体之间的连接更为简单，第一通孔 101处设有第二法兰；支架210上设有底板，底板与第二法兰相连，且底板上设有第二通孔；弹性护套30的一端与第二通孔相对且固定连接于底板；温度感应器22的另一端依次通过第二通孔、第一通孔101伸入单晶炉10内。
66.可以理解的是，第一通孔101处的第二法兰也可以为炉体上预留孔处的连接件，而并非严格意义上法兰。底板也可以为法兰结构。在实际应用中，为了实现法兰与底板之间的密封连接，在法兰与底板之间还可以夹设有密封圈或密封垫。
67.可选的，测温装置还可以包括：多个固定件；沿弹性护套30的长度方向，固定件依次间隔套设于弹性护套30外，且与支架210可拆卸连接。
68.本技术实施例中，固定件可以为喉箍或绑线带等。沿弹性护套30的长度方向，通过固定件可以将弹性护套30固定，避免弹性护套30弯折。例如，在弹性护套30为不锈钢波纹管时，通过喉箍将不锈钢波纹管沿长度方向在支架 210上固定，可以有效避免不锈钢波纹管出现弯折等情况。
69.在实际应用中，单晶炉10内通常还设有热场组件11；热场组件11围设于坩埚102的外侧，因此，温度感应器22在升降机构21的带动下伸入坩埚102 内时，还需要穿过热场组件11。具体的，热场组件11上设有第三通孔111；在升降机构21的带动下，温度感应器22的另一端依次通过第一通孔101、第三通孔111伸入坩埚102内，或远离坩埚102。
70.在实际应用中，热场组件11上的第三通孔111需与温度感应器22伸入单晶炉10一端的外径相匹配，以使第三通孔111兼具温度感应器22灵活穿设以及散热较小的优点。
71.本技术实施例中，热场组件11包括但不限于大盖毡、保温盖、热屏环毡等热场件。在实际应用中，根据温度感应器22设置的具体位置不同，温度感应器22穿设的热场件也不同，本领域技术人员可以根据实际情况设置。
72.在本技术实施例中，可以根据热电偶的位置设置测温位置，测温位置即使热电偶的测温探头伸入坩埚102内硅液103面以下的位置。且，热电偶通常设置于靠近坩埚102的埚壁边缘的位置以可以对拉晶全过程的温度数据进行采集，而不影响拉晶，避免产生工时浪费。
73.在实际应用中，还可以采用本技术实施例所述测温装置采集的实时数据与液面亮度、对应的加热功率进行一一对应的同步标定，这样，也可以提升后续根据视觉采集液面亮度控制加热功率的准确性。
74.综上，本技术实施例所述的测温装置至少包括以下优点：
75.在本技术实施例中，由于在升降机构的带动下，温度感应器的另一端靠近并伸入坩埚内，或伸出并远离坩埚，因此，在单晶硅的生产过程中的调温阶段，可以通过升降机构带动温度感应器伸入坩埚内对坩埚内的硅液温度进行测量，从而可以更加精准的依据采集到的硅液温度对单晶炉内的加热功率进行调整，减少调温工时，提升调温效率。而且，在测温完成后通过升降机构带动温度感应器伸出并远离坩埚，也可以有效避免温度感应器对拉晶、拆装炉等工序的影响。本技术实施例中，测温装置可以精准采集单晶炉热场温度，有效缩减调温工时，提升调温效率，进而提升单晶硅的生产效率、降低单晶硅的生产成本。
76.本技术实施例还提供了一种拉晶设备，所述拉晶设备具体可以包括：单晶炉，以及上述的测温装置；所述单晶炉设有观察窗；所述测温装置的温度感应器通过所述观察窗伸入所述单晶炉内，以测量所述单晶炉内热场的温度。
77.需要说明的是，本技术实施例中，测温装置与前述各实施例中的测温装置的结构和工作原理都相同，在此不再赘述。
78.在本技术实施例中，可以通过测温装置对单晶炉的热场温度进行实时检测以及标
定，尤其是在单晶硅的生产过程中的调温阶段，可以通过升降机构带动温度感应器伸入坩埚内对坩埚内的硅液温度进行测量，从而可以更加精准的依据采集到的硅液温度对单晶炉内的加热功率进行调整，减少调温工时，提升调温效率。而且，在测温完成后通过升降机构带动温度感应器伸出并远离坩埚，也可以有效避免温度感应器对拉晶、拆装炉等工序的影响。本技术实施例中，测温装置可以精准采集单晶炉热场温度，有效缩减调温工时，提升调温效率，进而提升单晶硅的生产效率、降低单晶硅的生产成本。
79.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。