多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置的製作方法
2023-09-20 15:47:50 2
專利名稱：多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多晶矽鑄錠生產用循環冷卻水節能裝置，具體是指通過提高多晶矽鑄錠生產用工藝循環冷卻水的溫度，從而大幅減小循環冷卻水裝置的運行功率， 使多晶矽錠的品質不受任何影響的循環冷卻水裝置。
背景技術：
多晶矽鑄錠爐是用於鑄造大型多晶矽錠的設備，它是將矽料高溫熔融後通過定向凝固冷凝結晶，使其形成晶向一致的矽錠，從而達到太陽能電池生產對矽片品質的要求。多晶矽鑄錠的主要生產工藝過程是將多晶矽料裝入噴有塗層的石英坩堝內後放在定向凝固塊上，關閉爐膛後真空系統啟動，將爐膛抽至本底真空，然後加熱。待矽料完全熔化後，隔熱籠緩慢往上提升，通過定向凝固塊將矽料結晶時釋放的熱量輻射到下爐腔的水冷內壁上，使矽料中形成一個豎直溫度梯度。這個溫度梯度使坩堝內的矽液從底部開始凝固，晶體從熔體底部向頂部生長。長晶完成後，矽錠經過退火、冷卻後出爐即完成整個鑄錠生產過程。在此過程中爐腔內壁不斷吸收從定向凝固塊等散發出的熱量，該熱量需要通過爐腔夾層中的循環冷卻水帶走。鑄錠生產過程中最重要的就是長晶速率的控制，影響長晶速率的眾多因素中通過定向凝固塊所散發出的熱量起了決定性的作用。而定向凝固塊和爐腔內壁間的溫差又是影響散熱量的關鍵因素，爐腔內壁的熱量需要通過循環冷卻水帶走，因此循環冷卻水溫度成了鑄錠生產過程中關鍵的工藝參數之一。當前實際生產中幾乎所有的多晶矽鑄錠爐循環冷卻水溫度都是控制在左右。要達到這個溫度要求，需要採用循環冷卻水系統。現有循環冷卻水系統主要由半封閉螺杆壓縮機(冷凍機組)、水冷冷凝器、過濾器、液路控制閥、電子膨脹閥、板式蒸發器、電氣控制系統等組成。以100MW產能20臺450型多晶矽鑄錠爐的系統為例，需要75Kw的水泵 2臺，30Kw水泵1臺，7. 5Kw風機2臺，360Kw的冷凍機組一臺，就是由於大功率冷凍機組的存在且長期運行，系統投資規模大，運行成本特高。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是，針對現有循環冷卻水裝置投資規模大、運行成本高的缺陷，提出一種多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，它既能滿足多晶鑄錠生產對循環冷卻水的需要，又能降低投資和運行成本，確保多晶鑄錠的生產過程穩定可靠地運行。本實用新型的技術解決方案是，所述多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置包括冷卻塔、有水冷系統的多晶矽鑄錠爐、外循環水池、外循環水泵、換熱器、內循環水池、內循環水泵，其結構特點是，所述冷卻塔、外循環水池、外循環水泵、外循環進水管、換熱器的A組進水口與出水口、外循環回水管依次串聯組成第一封閉迴路而成為外循環冷卻系統；所述內循環水池、內循環水泵、換熱器的b組進水口與出水口、內循環進水管、多晶矽鑄錠爐的水冷系統、內循環回水管依次串聯組成第二封閉迴路而成為內循環冷卻系統。[0008]以下對本實用新型做出進一步說明。參見圖1，由上述結構可知本實用新型省卻了大功率的冷凍機組，而是由內循環冷卻和外循環冷卻兩個獨立系統組成，內循環冷卻系統的作用是通過循環水保持多晶鑄錠爐工作的溫度在要求的範圍內；外循環冷卻系統的功能是為內循環冷卻系統提供冷源；本裝置內、外循環冷卻系統通過換熱器5進行間接換熱。所述內循環水泵和外循環水泵均可採用變頻控制，內循環水泵根據水的壓力來控制變頻；還可在外循環管路增加自動溫控裝置， 根據溫度自動調節水泵開度。本實用新型的技術原理是，將多晶鑄錠生產用循環冷卻水的溫度設定在32°C或以上，通過對配套的鑄錠生產工藝作適當調整，使多晶矽錠的長晶速率與循環冷卻水的溫度設定在時完全一致。本裝置將外循環冷卻系統的冷卻水通過冷卻塔1降到30°C或以下，然後通過換熱器5將內循環冷卻系統的循環冷卻水溫度降到32°C左右，使裝置的運行需要和配套的生產工藝一致。因為冷卻塔1的冷卻極限溫度就是環境的溼球溫度，我國絕大部分地區環境的溼球溫度都在至之間，因此如果循環冷卻水的溫度設定為 M°C，光靠冷卻塔是不可能達到要求的，必須還要運用冷凍機組。只有將循環冷卻水的溫度設定在32°C或以上，裝置才能省去大功率冷凍機組，同時配套的生產工藝使產品質量不受任何影響，該裝置才發揮出它的節能功效。由以上可知，本實用新型為一種多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，它既能滿足多晶鑄錠生產對循環冷卻水的需要，又能降低投資和運行成本，確保多晶鑄錠的生產過程穩定可靠地運行，確保產品品質，能滿足循環水裝置的節能、高效且性能穩定等要求。
圖1是本實用新型一種實施例的結構示意圖。在圖中1 一冷卻塔，2—外循環水池， 3 —內循環水池，4一內循環水泵， 5—換熱器，6—內循環回水管，7-多晶矽鑄錠爐，8—內循環進水管，9一溫度傳感器， 10—外循環進水管，11一外循環回水管，12—外循環水泵，13—補水管。
具體實施方式
如圖1所示，所述多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置包括冷卻塔1、有水冷系統的多晶矽鑄錠爐7、外循環水池2、外循環水泵12、換熱器5、內循環水池3、內循環水泵4，其結構特點是，所述冷卻塔1、外循環水池2、外循環水泵12、外循環進水管10、換熱器5的A組進水口與出水口、外循環回水管11依次串聯組成第一封閉迴路而成為外循環冷卻系統；所述內循環水池3、內循環水泵4、換熱器5的B組進水口與出水口、內循環進水管6、多晶矽鑄錠爐7的水冷系統、內循環回水管6依次串聯組成第二封閉迴路而成為內循環冷卻系統。本裝置不含冷凍機組，外循環水泵12為外循環冷卻系統的循環冷卻水提供動力； 內循環水泵4為內循環冷卻系統的循環冷卻水提供動力；為控制多晶矽鑄錠爐7的進水溫度，在內循環進水管8上裝有溫度傳感器9 ；並且，外循環水池2和內循環水池3配有補水管13，用以為系統補水。換熱器5可採用現有板式換熱器。本裝置的工作過程是，多晶矽鑄錠爐7所需的工藝循環冷卻水由內循環水池3經內循環水泵4輸出，通過板式換熱器5與外循環水池2中的冷水進行熱交換後成為32°C左右的工藝循環水，經內循環進水管8輸入，達到鑄錠生產工藝所需的冷卻效果後循環水經內循環回水管6返回內循環水池3 ；而外循環水池2中的冷水則經外循環水泵12輸出，通過板式換熱器5對內循環水池3中的工藝循環水進行冷卻，交換熱量升溫後的外循環水經冷卻塔1冷卻後成為冷水再次進入外循環水池2，開始下一個生產周期。
權利要求1.一種多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，包括冷卻塔(1)、有水冷系統的多晶矽鑄錠爐(7)、外循環水池(2)、外循環水泵(12)、換熱器(5)、內循環水池(3)、內循環水泵(4)， 其特徵是，所述冷卻塔(1)、外循環水池(2)、外循環水泵(12)、外循環進水管(10)、換熱器 (5)的A組進水口與出水口、外循環回水管(11)依次串聯組成第一封閉迴路而成為外循環冷卻系統；所述內循環水池(3)、內循環水泵(4)、換熱器(5)的B組進水口與出水口、內循環進水管(6)、多晶矽鑄錠爐(7)的水冷系統、內循環回水管(6)依次串聯組成第二封閉迴路而成為內循環冷卻系統。
2.根據權利要求1所述多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，其特徵是，內循環進水管 (8)上裝有溫度傳感器(9)。
3.根據權利要求1所述多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，其特徵是，外循環水池(2) 和內循環水池(3 )配有補水管(13 )。
4.根據權利要求1所述多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，其特徵是，換熱器(5)採用板式換熱器。
專利摘要一種多晶鑄錠生產循環冷卻水節能裝置，其組成是，冷卻塔1、外循環水池2、外循環水泵12、外循環進水管10、換熱器5的A組進水口與出水口、外循環回水管11依次串聯組成第一封閉迴路而成為外循環冷卻系統；內循環水池3、內循環水泵4、換熱器5的B組進水口與出水口、內循環進水管6、多晶矽鑄錠爐7的水冷系統、內循環回水管6依次串聯組成第二封閉迴路而成為內循環冷卻系統。本裝置既滿足多晶矽鑄錠生產用循環冷卻水的需要，又能節省投資成本、降低運行費用，確保產品品質；能滿足循環水裝置的節能、高效且性能穩定等要求。
文檔編號C30B11/00GK202131390SQ20112020138
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月15日 優先權日2011年6月15日
發明者楊曉生, 瞿海斌, 蔣益民, 譚曉松, 陳國紅 申請人:湖南紅太陽光電科技有限公司