[实用新型]一种多晶硅还原炉冷却系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多晶硅还原炉，特别涉及一种多晶硅还原炉冷却系统。

背景技术

多晶硅是单质硅的一种形态。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料。其又是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。

多晶硅还原炉是生产多晶硅的关键设备，其采用钟罩式结构。设备在运行过程中，由于炉体内部SiHCl₃的沉积温度在1000℃以上，为防止还原炉筒体壁温过高造成变形，需要在炉体外设置夹套对筒体壁进行冷却。

现有的多晶硅还原炉夹套为一整体外筒体，在夹套筒体与还原炉筒体之间设置螺旋导流板结构，这种结构的夹套导流板与夹套筒体之间存在间隙，易造成冷却介质漏流，降低了传热效率，而夹层中冷却介质流道路径长，流动阻力大，冷却不均匀，且为保证筒体压力要求，还原炉筒体壁壁厚较厚，制造成本高。专利号ZL  200820154685.5公开了一种多晶硅还原炉阶梯渐进导流板夹套，在还原炉筒体外套有若干夹套筒节，相邻夹套筒节均沿周向焊接连接，还原炉筒体与各夹套筒节之间设有夹套导流板，各夹套导流板的外圈与各夹套筒节焊接，夹套导流板内圈与还原炉筒体焊接，各导流板上均开有缺口，在缺口处设与上、下相邻导流板连接的层间导流板。这种结构的夹套在冷却时利用还原炉筒体、夹套筒节、夹套导流板和层间导流板构成的一个通有冷却介质的阶梯状环形通道对还原炉进行热交换。由于还原炉筒体、夹套筒节以及导流板均焊接连接，不存在间隙防止了冷却介质流动短路，并利用导流板和夹套筒节对还原炉筒体进行结构加强，有效降低了筒体的设计厚度。但由于其流道过长，热交换效率差，常常出现还原炉上部筒体和下部筒体温度偏差较大的情况，筒体收到的形变应力较大，降低了筒体使用寿命，且无法进一步缩小筒体壁厚。

还原炉底盘结构复杂，制造精度高。设备在运行过程中，由于内部反应温度在1000℃以上。需要对底盘进行冷却，防止底盘受热变形和绝缘材料失效。传统的还原炉底盘为可通冷却介质的夹层结构，其内设单通道螺旋状导流板，其存在缺点是：夹层中冷却介质流道路径长，流动阻力大，容易导致底盘径向方向温度分布不均，使得底盘产生变形，影响电极底座和硅棒的垂直度；同时底盘中心局部温度偏高，易使该部位电极密封绝缘垫片失效，导致电极被击穿。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种冷却效果好且对还原炉筒体有结构加强作用的多晶硅还原炉冷却系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种多晶硅还原炉冷却系统，包括分别设在还原炉筒体和底盘上的夹套双路折流循环冷却系统和底盘冷却导流系统，夹套双路折流循环冷却系统包括内筒体以及套设在内筒体外的外夹套筒体，该外夹套筒体与内筒体之间设有若干层导流板；底盘冷却导流系统包括底盘法兰以及与底盘法兰上、下端面焊接固定的上底板和下底板，其创新点在于：所述外夹套筒体由结构相同的左、右两半片夹套筒体构成，所述左、右两半片夹套筒体两侧边分别通过隔板与内筒体焊接固定构成一个上下贯通的独立腔体；各半片夹套筒体均由至少两层半片夹套筒节同轴叠加并沿周向焊接连接构成，每层半片夹套筒节与内筒体之间均设有半圆环形导流板，所述导流板的内环与内筒体焊接固定，导流板外环与半片夹套筒节焊接固定，在各导流板的端部设有开口，任意相邻两层的导流板端部开口在周向上错开；两半片夹套筒体分别通过内筒体以及各自的导流板、隔板构成两路独立的多层折流冷却通道；所述底盘法兰内设有导流板，该导流板与上、下底板以及底盘法兰内壁构成两道覆盖整个底盘的半螺旋形导流通道；所述第一道半螺旋形导流通道的外端设有第一冷却介质进口，内端内第一冷却介质出口，所述第二道半螺旋形导流通道的内端设有第二冷却介质进口，外端内第二冷却介质出口。

本实用新型的优点在于：冷却介质通过两路独立的多层折流冷却通道底部进入，通过导流板的开口逐层向上移动，与内筒体进行热交换后再从冷却通道顶部流出，实现对内筒体的冷却。导流板与半片夹套筒节、内筒体焊接连接，夹套导流板与夹套筒体之间不存在间隙，加强了筒体结构，在降低筒体设计厚度的同时避免冷却介质在夹套内漏流，且双路冷却通道结构缩短了冷却介质的流动路径，大大提高了热交换效率，冷却效果好。