[发明专利]用于多晶硅生产的三氯氢硅汽化装置的挥发器及控制系统

说明书

技术领域：

本发明涉及多晶硅生产制造领域，是一种用于多晶硅生产过程中控制三氯氢硅与氢气比率的装置。本发明装置也可以应用于合成光学石英玻璃生产制造领域，在合成光学石英玻璃生产过程中控制四氯化硅与载料气体的比率。

技术背景：

在以三氯氢硅氢还原法生产多晶硅(硅多晶)的过程中，三氯氢硅在挥发器中加热汽化由氢气携带输送至还原炉的同时还必须将氢气与三氯氢硅的配比稳定地控制在一定的范围内。氢气配比不足不利于抑制其他副反应，会降低硅的实收率；氢气配比过大，氢气得不到充分利用，造成浪费，同时也使三氯氢硅浓度下降，减少三氯氢硅与硅棒表面的碰撞几率，降低硅的沉积速度，生产能力下降。因此多晶硅生产过程中必须对氢气和三氯氢硅的配比进行严格的控制。

现有多晶硅生产三氯氢硅汽化装置及料比控制系统如图1所示。SiHCl₃通过手动控制阀和加料管L5送入至挥发槽L4，通过液位管L2观察SiHCl₃的液位。挥发槽L4内SiHCl₃通过水夹套L3的热水加热汽化。主路氢通过手动控制阀，流量计和鼓泡管L6将挥发槽L4中汽化SiHCl₃从出料管中携带出来输送至喷管L10。旁路H2通过手动控制阀，流量计输送至喷管L10与SiHCl₃和主路H2混合通入还原炉。这种控制系统结构简单，但在实际使用中只能采用人工经验控制调节，无法精确控制料比，特别是应用于多喷嘴的大型还原炉，操作非常繁琐。无法实现自动化控制。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，提供一种在多晶硅生产过程中能够实现稳定精确控制料比的三氯氢硅汽化装置及控制方法。该装置及控制方法也可适用于合成光学石英玻璃生产制造领域。

本发明具体的技术方案如下：

一种在多晶硅生产过程中可稳定精确控制料比的三氯氢硅汽化装置，挥发器1，如图2所示。所述的挥发器1由挥发槽10，喷雾管11，加热管一12，加热管二13，支承件一14，支承件二15，支承件三16和支承座17。

所述挥发槽10由不锈钢材料制成。如图3所示，挥发腔101为圆桶形，二端为椭圆形封头，左封头开有四个孔102，用于加热管一12和加热管二13的定位安装；中部外层加有加热夹套103，夹套上部和下部各有二根进水孔1031，1032导管和出水孔1033，1034导管；在挥发腔101的下部左右二端装有二根导管，左端为排污联接管104，右端为三氯氢硅进料联接管105；在挥发腔101的右上部装有一根导管106，为三氯氢硅和氢气的出料管；在挥发腔101右端上下各装有一根联接导管1071和1072，用于外接液位传感器。右封头装有窥视窗108和喷雾管法兰联接器109，还装有二根导管10101和10102，用于联接目视液位计。

所述喷雾管11由不锈钢材料制成。如图4所示，由一根圆管111和法兰112组成，圆管111一端封闭，另一端有管接螺纹，法兰位于管接螺纹端，圆管111壁上沿长度方向上有一排小穿孔，主路氢可通过这一排小穿孔均匀进入挥发腔101对三氯氢硅液进行鼓泡汽化。在挥发槽10外，喷雾管11法兰端与挥发槽10的法兰联接器109相连。在挥发槽10内，另一端则用不锈钢U型螺栓固定在支承件一14上，支承件一14二端通过焊接固定在挥发腔101腔壁上。

所述加热管12和13由不锈钢材料制成。如图5所示，由三U型盘向管组成，二个加热管由不锈钢U型螺栓固定在支承件二15和支承件三16上，二个加热管的四根进出口管穿过挥发腔101左封头四个孔102，并进行密封焊接，支承件15和16二端通过焊接固定在挥发腔101腔壁上。

一种以上述三氯氢硅汽化装置挥发器1为核心，在多晶硅生产过程中实现精确控制料比的控制系统，如图6所示。

其主要由挥发器1、有笼浮筒式液位传感控制器3、液位计、压力传感控制器4、热导式摩尔比检测控制器5、主路H2调节阀6、旁路H2调节阀7、三氯氢硅加液阀8、安全阀9、炉前工艺气体流量计10、还原炉11及其它阀门和管线组成。

附图说明：

图1现有多晶硅生产三氯氢硅汽化装置及料比控制系统示意图；

图2本发明可三氯氢硅汽化装置结构示意图；

图3本发明可三氯氢硅汽化装置部件挥发槽结构示意图；

图4本发明三氯氢硅汽化装置部件喷雾管及安装结构示意图；

图5本发明三氯氢硅汽化装置部件加热管及安装结构示意图；

图6本发明多晶硅生产三氯氢硅汽化装置及料比控制系统示意图。

具体实施方式：