一种炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103588207103588207A(43)申请公布日2014.02.19(21)申请号201310568977.9(22)申请日2013.11.15(71)申请人新特能源股份有限公司地址830011新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市500甘泉堡工业园(72)发明人郭增昌刘申良杨连勇(74)专利代理机构北京中恒高博知识产权代理有限公司11249代理人夏晏平(51)Int.Cl.C01B33/035(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书5页说明书5页附图4页附图4页(54)发明名称一种炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉(57)摘要一种炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉。本发明涉及高温高压化学气相沉积反应器领域，尤其是多晶硅沉积反应器，目前多晶硅还原炉内气流场和温度场分布不均匀，在硅棒表面存在着较厚的表面气体界面层，严重影响多晶硅的生产效率，本发明在还原炉钟罩顶部增设强制循环气流叶片，迫使炉内原料气体均匀向上高速运动，对硅棒表面起到强大冲刷作用，有效降低了硅棒表面界面层厚度，并加速了HCL的迅速离开，确保了多晶硅的高速沉积，还解决了密封，降温和腐蚀问题，同时具备原料循环量少，节能降耗明显，提高了生产效率等有益效果。CN103588207ACN1035827ACN103588207A权利要求书1/1页1.一种炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉，其特征为在具有冷却水夹套的还原炉钟罩内顶部装有耐热气流叶片（1），在耐热气流叶片的周围装有导流筒（36），导流筒上.下口部为还原炉内气体介质上升流动通道，导流筒和钟罩间的环形通道（45）为还原炉内气体介质下降流动通道；耐热气流叶片装于垂直向上的空心传动轴（25）上，空心传动轴穿过具有冷却水夹套的钟罩筒体（2.3.4），空心传动轴上部由锥形支架（6）固定，空心传动轴顶部通过伞形齿轮传动装置（27）和联轴器（28）与变频调速电机（29）连接；在空心传动轴上分别装有带冷却水夹套的止推轴承机构（48）.一级冷却组合密封（46）.二级冷却填料密封（47）；在空心传动轴中心通有冷却水，在空心传动轴外表面与钟罩壳体之间通有氢气；耐热气流叶片为空心夹层结构，在空心夹层中通有冷却水，冷却水由齿轮端部进水口引入，转动部分与进水管采用水封密封，冷却水通过进水管与空心传动轴内部间隙返回，经出水口排出，进入水循环系统；气流叶片的角度为30-60°，旋转方向确保炉内气体向上增速运动，速度为20-50m/s，回转半径不大于炉内硅棒外环直径，气流叶片数不低于两片。2.根据权利要求1所诉的炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉，其特征为耐热气流叶片采用含铬钼钒钛的耐高温合金，或铸造高温合金加工，耐热气流叶片与空心传动轴的连接采用刚性或螺纹连接。3.根据权利要求1所诉的炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉，其特征为第一级冷却组合密封采用聚四氟乙烯垫片和“0”型密封圈组合密封，第二级冷却密封为填料密封，两个密封装置均采用夹套水冷却。2CN103588207A说明书1/5页一种炉内气体介质强制循环式多晶硅还原炉[0001]技术领域本发明涉及多晶硅沉积反应器，具体涉及一种三氯氢硅还原法生产多晶硅用的，并使还原炉内气流场和温度场均匀化的生产方法。[0002]技术背景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(45%来自TCS热分解,4SiHCl3→Si+3SiCl4+2H2，原因是氢气量偏少所致),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(theBoundaryLayer)，造成TCS和H2扩散（而非对流）到炙热硅棒表面的速度大大降低（界面层内的质量转移系数正比于原料气平均线速度的平方根），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受到腐蚀，从而导致沉积速度很慢，TCS一次转化率(Single-PassConversionEfficiency)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。[0003]为解决上述问题，现有技术公开有采用增加混合气体的压力从而提高进料喷嘴的喷射速度的办法来加以解决，但这种办法的缺点是:当喷射速度增加较小时，物料分布不均匀，无法有效消除界面层效应;增加较大时，喷口处的过大