[实用新型]一种强制循环式多晶硅还原炉钟罩

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种强制循环式多晶硅还原炉钟罩，属于多晶硅生产领域。 

背景技术

多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料,其主要生产工艺是改良西门子法（三氯氢硅还原法，SiHCl₃+H₂→Si+3HCl）,该工艺在我国的大规模化应用已有近10年历史,由于核心技术仍未突破,导致每生产一吨多晶硅精制三氯氢硅的循环量达到55~60吨,同时产生16吨左右的四氯化硅,另外硅棒长到135~150mm直径需要100小时左右的沉积时间,造成多晶硅生产的高能耗现状,究其原因主要是由于多晶硅棒生长过程中，炙热的硅棒表面存在过厚的气体界面层(the Boundary Layer)，造成TCS和H₂扩散到炙热硅棒表面的速度大大降低，同时炙热的硅棒表面产生的HCl因也不能通过界面层迅速扩散开而使硅棒被腐蚀，从而导致沉积速度很慢，TCS一次转化率(Single-Pass Conversion Efficiency)很低，大量未通过扩散层的TCS和H₂随尾气进入回收单元，导致回收系统负担过重，导致精制三氯氢硅循环量大大增加的现状。 

通过行业同仁的不懈努力，虽然比10年前有了一定的技术进步,但还未有实质性突破,从而导致生产能耗居高不下,生产成本降幅不大,其根本原因就是进入还原炉内的三氯氢硅一次转化率很低,仅仅9~11%,而美国和德国的多晶硅生产厂家的三氯氢硅一次转化率达到20~25%。我国目前所有多晶硅生产企业采用的多晶硅沉积反应器属于质量传输受限或者说是扩散受限型化学气相沉积反应器，无论各种对棒（12、18、24、36、48）沉积反应器的沉积速率都很低，因为都是基于提高沉积面积和低沉积速率这一理念，却没从根本上有效解决气场、温度场的均布问题，也没消除硅棒表面的层流层问题，沉积速度很慢，节能降耗效果有限。为了从源头上解决此瓶颈问题, 降低或者根除炙热硅棒表面的界面层，提高TCS与炙热硅棒表面的接触效率和副产物HCl扩散开硅棒表面的速度，提高质量传输速率，最终达到改善炉内气场和热场的分布及均匀性，提高沉积速率，降低沉积时间，消除“菜花”和“玉米粒”等肌瘤(warts)现象，达到提高产品成品率和节能降耗提高生产效率之目的，为此要在炉内增设还原炉气场和温度场强制循环装置。 

发明内容

本实用新型的目的，在于提供一种强制循环式多晶硅还原炉钟罩，该还原炉钟罩可降低多晶硅棒生长过程中硅棒表面气体界面层过厚、改善还原炉内气场和温度场的均匀性的强制循环装置。 

为解决上述问题，本实用新型的技术方案是：一种强制循环式多晶硅还原炉钟罩，该钟罩包括有耐热风扇叶1、空心传动轴2、导流筒3、导流筒冷却水进口管4、导流筒冷却水出口管5、导流筒与钟罩间环形出口6、还原炉钟罩7和固定筋管8；其中，风扇叶1与空心传动轴2刚性连接；空心传动轴2由电动机带动；导流筒与钟罩靠筋管8固联；风扇叶的角度30~60°；风扇叶数量不低于两叶。 

进一步，所述的风扇叶的旋转方向确保炉内气体向上增速运动，回转半径不大于炉内硅棒外环直径。 

进一步，增设的导流筒3使上行原料气通过导流筒，和钟罩间的环形出口6流出，再通过外环与钟罩的空间向下流动，形成大循环。 

在还原炉钟罩顶部增设强制循环风扇，风扇叶带一定角度，按一定速度旋转后，迫使炉内原料气体均匀向上高速运动，这种高速运动的原料气流对硅棒表面起到强大的冲刷作用，从而有效降低硅棒表面界面层厚度或者消除界面层，同时也会使硅棒表面产生的HCl迅速离开，TCS与炙热硅棒表面的迅速接触分解，确保硅的高速沉积，降低HCl腐蚀硅棒的副作用发生，增加强制循环装置，巧妙地解决了传统概念上高沉积效率和低沉积速度的矛盾。 另外，向上运动的气流通过导流筒沿着钟罩内壁向下运动，形成大循环，这种强制循环的原料气流动形式确保炉内气场、温度场的均匀性，从而有效根除多晶硅沉积过程的“玉米粒”(pop corn)等肌瘤（warts）现象。 

附图说明

图1是本实用新型一种强制循环式多晶硅还原炉钟罩的结构示意图。 

图中，序号，1-叶片；2-空心轴；3-导流筒；4-导流筒冷却水进口管；5-导流筒冷却水出口管；6-导流筒与钟罩间环形出口；7-还原炉钟罩；8-固定筋管；9-冷却水进口；10-冷却水出口； 

具体实施方式  

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细的说明。