一种换热装置的制作方法

1.本实用新型涉及单晶生长的技术领域，特别是涉及一种换热装置。


背景技术：

2.随着光伏发电技术的发展，作为基础材料之一的单晶硅片需求量越来越大。单晶硅在生长时，结晶界面附近会产生结晶潜热，而通过提高结晶潜热的散热效果，可以提高单晶硅的生长速度。
3.现有的换热装置通常进行表面发黑以及喷砂处理，以增强换热装置表面的吸热能力。然而，单晶硅棒所散发的热量辐射至换热装置的内表面之后，只有部分热量被吸收，其他部分热量容易被发射，导致换热装置内部吸收的热量较少，换热装置的吸热能力较差，不利于提高单晶硅棒的生长速度。


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。
5.为了解决上述问题，本实用新型公开了一种换热装置，包括第一环形板、第一隔板和第二环形板；其中，
6.所述第一隔板和所述第二环形板均套设在所述第一环形板外，所述第一隔板设置在所述第一环形板和所述第二环形板之间；
7.所述第一隔板和所述第一环形板围合形成第一腔体，所述第一隔板和所述第二环形板围合形成用于填充冷却介质的第二腔体；
8.所述第一环形板上设置有多个第一通孔。
9.可选地，所述换热装置还包括导流环；
10.所述导流环上设置有与所述第一通孔相对的第二通孔；
11.所述第二通孔与所述第一通孔一一对应设置，且所述第二通孔的开口大小从所述第一环形板至所述第一隔板的方向逐渐减小。
12.可选地，所述第一通孔的开口大小从所述第一环形板至所述第一隔板的方向逐渐减小。
13.可选地，所述第一通孔包括：圆形孔、椭圆形孔、锥形孔、方形孔、多边形孔中的至少一种。
14.可选地，所述第一通孔的开口大小为8-15毫米。
15.可选地，相邻两个所述第一通孔之间的间隙为10-12毫米。
16.可选地，所述第一隔板和所述第一环形板之间的间隔为3-5毫米。
17.可选地，所述第二腔体内设置有多个第二隔板；
18.多个所述第二隔板沿所述第二环形板的中心线方向间隔设置；
19.多个所述第二隔板将所述第二腔体分割形成多个分别用于填充冷却介质的子腔
体；
20.多个所述子腔体相互连通。
21.可选地，所述第二环形板沿其中心线方向包括相对的第一端和第二端；
22.多个所述子腔体中最靠近所述第二端的为第一子腔体，用于围合形成所述第一子腔体的所述第二环形板为环形导流板；
23.所述环形导流板向靠近所述第二环形板中心线方向倾斜，以使所述第一子腔体的截面为梯形或三角形。
24.可选地，所述第一环形板包括直筒部和锥形部，所述锥形部靠近所述第一子腔体设置；
25.所述锥形部沿所述直筒部向远离所述第一环形板的中心线方向倾斜，以使所述锥形部的截面为梯形。
26.本实用新型包括以下优点：
27.在本实用新型实施例中，所述第一隔板和所述第二环形板均套设在所述第一环形板外，且所述第一隔板和所述第一环形板围合形成第一腔体，所述第一隔板和所述第二环形板围合形成第二腔体，这样，在热量辐射至所述第一环形板远离所述第一隔板的表面时，所述第一环形板上的第一通孔可以将热量引流至所述第一腔体内，使得热量可以辐射所述第一隔板上，所述第一隔板的温度升高并高于所述第二环形板的温度，使得第二腔体的两侧的温度差异增大，可以增大第二腔体内的冷却介质的热传导效率，加快散热速度，提升所述换热装置的换热效率。在将所述换热装置应用于单晶硅棒生长的环境中时，由于换热装置的换热效率提高，进而可以提升单晶硅棒的生长效率。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例的一种换热装置的剖面结构示意图；
29.图2是本实用新型实施例的一种换热装置的局部剖面结构示意图；
30.图3是本实用新型实施例的一种导流环的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.11-第一环形板，111-第一通孔，112-锥形部，113-直筒部，12-第一隔板，13-第二环形板，131-环形导流板，14-第一腔体，141-第二子腔体，15-第二腔体，151-子腔体，152-第一子腔体，21-第二隔板，22-第三隔板，3-第一管道，4-第二管道，5-导流环，51-第二通孔。
具体实施方式
33.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。
34.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。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。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“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。
36.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。
37.需要说明的是，本实用新型实施例中的换热装置主要用于换热，可以用于单晶炉内，在单晶硅棒生长的过程中，对拉晶潜热进行换热，提高单晶硅棒的生长速度。所述换热装置还可以用于高纯半导体的生长环境中。本实用新型实施例仅以将所述换热装置用于单晶硅棒的生长环境中为例进行说明，其他情况可以参考设置。
38.本实用新型的核心构思之一在于公开一种换热装置。参照图1，所述换热装置具体可以包括第一环形板11、第一隔板12和第二环形板13；其中，第一隔板12和第二环形板13均套设在第一环形板11外，第一隔板12设置在第一环形板11和第二环形板13之间；第一隔板12和第一环形板11围合形成第一腔体14，第一隔板12和第二环形板13围合形成用于填充冷却介质的第二腔体15；第一环形板11上设置有多个第一通孔111。
39.在本实用新型实施例中，第一隔板12和第二环形板13均套设在第一环形板11外，且第一隔板12和第一环形板11围合形成第一腔体14，第一隔板12和第二环形板13围合形成第二腔体15，这样，在热量辐射至第一环形板11远离第一隔板12的表面时，第一环形板11上的第一通孔111可以将热量引流至第一腔体14内，使得热量可以辐射第一隔板12上，第一隔板12的温度升高并高于第二环形板13的温度，使得第二腔体15的两侧的温度差异增大，可以增大第二腔体15内的冷却介质的热传导效率，加快散热速度，提升换热装置的换热效率。在将所述换热装置应用于单晶硅棒生长的环境中时，由于换热装置的换热效率提高，进而可以提升单晶硅棒的生长效率。
40.本实用新型实施例中所述的第一环形板11可以是环形的板状结构，具体地，第一环形板11可以包括内侧壁和外侧壁，第一环形板11的内侧壁的截面形状可以是圆形、方形或者多边形等，第一环形板11的外侧壁的截面形状可以是圆形、方形或者多边形等，第一环形板11的内侧壁的截面形状和外侧壁的截面形状可以相同或者不同，具体可根据实际需求进行设置。
41.具体地，第一环形板11上设置有多个第一通孔111，多个第一通孔111可以间隔设置，第一通孔111的数量可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
42.具体地，在第一环形板11上设置第一通孔111，使得热量可以通过第一通孔111进入第一腔体14内，可以增加热量在换热装置上的停留时间，进而提高所述换热装置的换热效率。
43.具体地，在第一环形板11远离第一腔体14的表面辐射有热量时，第一通孔111可以将约三分之一的热量透过至第一腔体14内。
44.可选地，第一通孔111可以包括：圆形孔、椭圆形孔、锥形孔、方形孔、多边形孔中的至少一种。具体地，第一通孔111可以是圆形孔、椭圆形孔、锥形孔、方形孔、多边形孔中的至
少一种，可以提高第一通孔111的结构多样性。
45.具体地，第一通孔111可以是圆形孔、椭圆形孔、锥形孔、方形孔、多边形孔中的任意一种，也可以是圆形孔、椭圆形孔、锥形孔、方形孔、多边形孔中的至少两种的组合，例如圆形孔和锥形孔的组合、椭圆形孔、锥形孔、方形孔的组合等，具体可以根据实际需求进行设置。
46.具体地，第一通孔111为圆形孔时，第一通孔111的开口形状可以为圆形；第一通孔111为椭圆形孔时，第一通孔111的开口形状可以为椭圆形；第一通孔111为锥形孔时，第一通孔111的开口形状可以为圆形；第一通孔111为方形孔时，第一通孔111的开口形状可以为方形；第一通孔111为多边形孔时，第一通孔111的开口形状可以为多边形。
47.可选地，第一通孔111的开口大小可以为8-15毫米。具体地，将第一通孔111的开口大小控制在8-15毫米，可以有效保证热量可以透过第一通孔111进入第一腔体14内，进而增加热量在换热装置上的停留时间，提高所述换热装置的换热效率。
48.具体地，第一通孔111的开口大小为8-15毫米，例如：8毫米、9毫米、10毫米、11毫米、11.8毫米、12.6毫米、14毫米或者15毫米等。
49.具体地，第一通孔111为圆形孔时，可以控制第一通孔111的开口直径为8-15毫米；第一通孔111为椭圆形孔时，可以控制第一通孔111的开口的长轴为8-15毫米；第一通孔111为锥形孔时，可以控制第一通孔111的最大开口直径为8-15毫米；第一通孔111为方形孔时，可以控制第一通孔111的开口长度为8-15毫米；第一通孔111为多边形孔时，可以控制第一通孔111的开口的外切圆直径为8-15毫米。
50.可选地，相邻两个第一通孔111之间的间隙可以为10-12毫米。具体地，相邻两个第一通孔111之间的间隙为10-12毫米，可以有效保证透过第一通孔111而辐射至第一腔体14内的热量，进而提高所述换热装置的换热效率；而且，还可以减少从第一通孔111反射出第一腔体14的热量。
51.具体地，相邻两个第一通孔111之间的间隙为10-12毫米，例如：10毫米、10.5毫米、10.9毫米、11毫米、11.5毫米、12毫米等。
52.本实用新型实施例中所述的第一隔板12可以是环形的板状结构，具体地，第一隔板12可以包括内侧壁和外侧壁，第一隔板12的内侧壁的截面形状可以是圆形、方形或者多边形等，第一隔板12的外侧壁的截面形状可以是圆形、方形或者多边形等，第一隔板12的内侧壁的截面形状和外侧壁的截面形状可以相同或者不同，具体可根据实际需求进行设置。
53.本实用新型实施例中所述的第二环形板13可以是环形的板状结构，具体地，第二环形板13可以包括内侧壁和外侧壁，第二环形板13的内侧壁的截面形状可以是圆形、方形或者多边形等，第二环形板13的外侧壁的截面形状可以是圆形、方形或者多边形等，第二环形板13的内侧壁的截面形状和外侧壁的截面形状可以相同或者不同，具体可根据实际需求进行设置。
54.具体地，第一隔板12设置在第一环形板11和第二环形板13之间，且第一隔板12分别与第一环形板11和第二环形板13间隔设置。第一环形板11的内侧壁可以围合形成通孔，第一隔板12的内侧壁与第一环形板11的外侧壁围合形成第一腔体14，第一隔板12的外侧壁与第二环形板13的内侧壁围合形成第二腔体15。
55.具体地，第二腔体15可以用于填充冷却介质，这样，冷却介质在第二腔体15内流动
的过程中，可以带走第一隔板12上的热量，达到换热的目的。
56.具体地，所述冷却介质可以是冷却液、冷却水、或者空气等，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
57.具体地，第一隔板12和第二环形板13均可以为表面经过发黑处理的结构，以增加第一隔板12和第二环形板13的吸热效率。
58.可选地，第一隔板12和第一环形板11之间的间隔可以为3-5毫米。
59.在本实用新型实施例中，第一隔板12和第一环形板11之间的间隔为3-5毫米，可以有效保证第一隔板12吸收较多的热辐射，使得第一隔板12和第二环形板13之间产生温度差，可以提升第二腔体15内的冷却介质的换热能力。
60.具体地，第一隔板12和第一环形板11之间的间隔为3-5毫米，例如：3毫米、3.5毫米、3.8毫米、4毫米、4.2毫米、4.5毫米、5毫米等。
61.具体地，第一腔体14内还可以设置有多个第三隔板22，多个第三隔板22可以沿第一环形板11的中心线方向间隔设置，并可以将第一腔体14分割为多个第二子腔体141，可以进一步提高换热装置的吸热能力。
62.具体地，第一环形板11的中心线方向为图1中的竖直方向。
63.具体地，第二子腔体141的高度可以为15-30毫米，例如：15毫米、16毫米、19毫米、20毫米、22毫米、25毫米、28毫米、30毫米等。
64.具体地，第三隔板22可以为表面经过发黑处理的结构，以提高第三隔板22的吸热能力。具体地，第一腔体14分割为多个第二子腔体141，使得每个第二子腔体141的侧壁均可以进行吸热，进而可以提高换热装置的吸热能力。
65.可选地，所述换热装置可以包括第一管道3和第二管道4；第一管道3与第二腔体15的进水口连通，用于向第二腔体15输送冷却介质；第二管道4与第二腔体15的出水口连通，用于排出第二腔体15中的冷却介质。
66.在本实用新型实施例中，第一管道3与第二腔体15的进水口连通，便于通过第一管道3向第二腔体15内输送冷却介质；第二管道4与第二腔体15的出水口连通，便于通过第二管道4排出第二腔体15内的冷却介质。
67.具体地，冷却介质可以从第一管道3进入第二腔体15，流经第二腔体15内部的水路后，从第二管道4流出。
68.具体地，以将所述换热装置用于单晶硅生长的环境中为例进行以下说明：
69.如图1所示，在单晶硅棒生长的过程中，当单晶硅棒的生长长度进入所述换热装置后，硅棒在结晶过程中所释放的结晶潜热会以热辐射的形式辐射至第一环形板11远离第一腔体14的表面上，由于第一环形板11上设置有第一通孔111，第一通孔111可以将热量透过至第一腔体14内，第一隔板12吸热温度升高并高于第二环形板13的温度，使得第二腔体15的两侧温度差异增大，可以提高第二腔体15内的冷却介质的热传导效率，进而带走更高的热量，可以大大提升所述换热装置的换热效率，进而可以增强硅棒生长的纵向(即硅棒的生长方向)温度梯度，降低熔硅液表面的温度，可以保证熔硅液表面的温度维持在成晶较快的温度区域，进而达到提升单晶硅棒的生长速率的目的。
70.具体地，将所述换热装置用于单晶硅棒的生长环境中，相比较于现有技术中的普通换热装置用于单晶硅棒的生长环境中，单晶硅棒的拉制速度可以提高3.0毫米每分钟。
71.在本实用新型的一个可选实施例中，换热装置还可以包括导流环5；导流环5上可以设置有与第一通孔111相对的第二通孔51；第二通孔51与第一通孔111一一对应设置，且第二通孔51的开口大小从第一环形板11至第一隔板12的方向逐渐减小。
72.在本实用新型实施例中，由于第二通孔51与第一通孔111一一对应设置，且第二通孔51的开口大小从第一环形板11至第一隔板12的方向逐渐减小，使得导流环5可以起到导流作用，有助于将热量辐射至第一腔体14内；而且，还可以避免进入第一腔体14内的热量从第一通孔111返回至第一腔体14外。
73.具体地，第二通孔51与第一通孔111一一对应设置，在第二通孔51的作用下，可以加快热量透过第一通孔111进入第一腔体14内的速度。
74.具体地，导流环5可以为一个板状结构，导流环5上可以设置有多个第二通孔51，如图3所示，导流环5可以固定于第一环形板11朝向第一腔体14的一侧，使得导流环5可以设置在第一腔体14内。
75.或者，导流环5可以包括多个板状结构。具体地，导流环5和第一通孔111可以一一对应设置，导流环5可以嵌设在第一通孔111内，或者导流环5可以固定于第一环形板11朝向第一腔体14的一侧。
76.具体地，第二通孔51的截面形状可以为圆形、方形或者椭圆形中的任意一种，也可以是圆形、方形或者椭圆形中的至少两种的组合，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型对此不作具体限定。
77.具体地，导流环5可以通过粘接、焊接或者螺栓连接等方式固定连接于第一环形板11，具体可根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
78.在本实用新型的另一个可选实施例中，第一通孔111的开口大小可以从第一环形板11至第一隔板12的方向逐渐减小。
79.在本实用新型实施例中，第一通孔111的开口大小从第一环形板11至第一隔板12的方向逐渐减小，使得第一通孔111可以起到导流作用，有助于将热量辐射至第一腔体14内；而且，还可以避免进入第一腔体14内的热量从第一通孔111返回至第一腔体14外。
80.可选地，如图2所示，第二腔体15内设置有多个第二隔板21；多个第二隔板21沿第二环形板13的中心线方向间隔设置；多个第二隔板21将第二腔体15分割形成多个分别应用于填充冷却介质的子腔体151；多个子腔体151相互连通。
81.在本实用新型实施例中，多个第二隔板21沿第二环形板13的中心线方向间隔设置，可以将第二腔体15分割形成多个子腔体151，可以增大换热面积。通过在多个子腔体151内分别填充冷却介质，可以进一步提高冷却介质的吸热能力。多个子腔体151相互连通，便于向多个子腔体151灌输冷却介质。
82.具体地，第二环形板13的中心线方向为图1中的竖直方向。
83.具体地，多个子腔体151的进水口相互连通，多个子腔体151的出水口相互连通。
84.可选地，第二环形板13沿其中心线方向包括相对的第一端和第二端；多个子腔体151中最靠近第二端的为第一子腔体152，用于围合形成第一子腔体152的第二环形板13为环形导流板131；环形导流板131向靠近第第二环形板13中心线方向倾斜，以使第一子腔体152的截面为梯形或三角形。
85.在本实用新型实施例中，环形导流板131向靠近第第二环形板13中心线方向倾斜，
使得第一子腔体152的截面为梯形或三角形，环形导流板131可以为圆台形板或者锥形板，可以缩小第一子腔体152的体积，加快第一子腔体152内的冷却介质的流速，进而提升第一子腔体152内冷却介质的冷却效果。
86.具体地，用于围合形成第一子腔体152的第一隔板12为子隔板，第一子腔体152内的冷却介质的流速加快，可以提高第一子腔体152内的冷却介质对子隔板的换热效率，提升子隔板上的单位面积的冷却效果。
87.具体地，在将所述换热装置应用与单晶硅棒的生长环境中时，第一子腔体152可以靠近单晶硅棒的生长界面设置。
88.可选地，第一环形板11可以包括直筒部113和锥形部112，锥形部112可以靠近第一子腔体152设置；锥形部112沿直筒部113向远离第一环形板11的中心线方向倾斜，以使锥形部112的截面为梯形。
89.在本实用新型实施例中，第一环形板11的锥形部112沿直筒部113向远离第一环形板11的中心线方向倾斜，使得锥形部112开口沿背离直筒部113的方向逐渐增大，便于观察单晶硅棒的生长情况。而且，直筒部113的开口较小，使得直筒部113可以更靠近单晶硅棒，加快所述换热装置的换热效率。
90.本实用新型实施例中所述的换热装置至少包括以下优点：
91.在本实用新型实施例中，所述第一隔板和所述第二环形板均套设在所述第一环形板外，且所述第一隔板和所述第一环形板围合形成第一腔体，所述第一隔板和所述第二环形板围合形成第二腔体，这样，在热量辐射至所述第一环形板远离所述第一隔板的表面时，所述第一环形板上的第一通孔可以将热量引流至所述第一腔体内，使得热量可以辐射所述第一隔板上，所述第一隔板的温度升高并高于所述第二环形板的温度，使得第二腔体的两侧的温度差异增大，可以增大第二腔体内的冷却介质的热传导效率，加快散热速度，提升所述换热装置的换热效率。在将所述换热装置应用于单晶硅棒生长的环境中时，由于换热装置的换热效率提高，进而可以提升单晶硅棒的生长效率。
92.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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
93.以上对本实用新型所提供的一种换热装置，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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。