多晶硅定向凝固复合装置
技术领域
本实用新型涉及多晶硅提纯技术领域，具体涉及一种多晶硅定向凝固复合装置。
背景技术
目前太阳能已经成为最受关注的绿色能源，多晶硅是目前应用最广泛的太阳能电池材料。太阳能级多晶硅材料是太阳能电池的重要原料，太阳能电池可以将太阳能转化为电能，在常规能源紧缺的今天，太阳能具有巨大的应用价值。目前，世界范围内制备太阳能电池用多晶硅材料已形成规模化生产，目前的主要技术路线有：
太阳能光伏产业的发展依赖于对硅原料的提纯。在对硅原料进行提纯的过程中，存在一个关键的、必不可少的环节，就是对硅原料进行定向凝固提纯，所用到的定向凝固技术广泛应用于冶金提纯领域。利用硅原料中硅与金属杂质之间的分凝系数存在较大差异的这一特点，采用布里奇曼法，利用水冷拉锭机构将石英坩埚慢慢拉出感应线圈的热场，在凝固过程中，坩埚底端的硅液首先开始凝固，为达到分凝平衡，分凝系数小的杂质从凝固的硅中向液态不断扩散分离出来而聚集在液态，随着凝固不断进行，金属杂质在液态中的浓度越来越高，最后在铸锭的顶端凝固下来，凝固完成后在较高温度下保温一段时间，使各成分充分扩散以达到分凝平衡，最后将金属杂质含量较高的一端去除，得到提纯的多晶硅铸锭。
目前，在定向凝固过程中，需要对盛放硅原料的石墨模具加装防护板，是防止生产过程中硅液漏流、洒落对炉体造成损坏，但现有的防护套筒常采用一体化结构，不易拆装、清除杂物操作。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：现有的对石墨模具保护作用的防护套筒常采用一体化结构，不易拆装、清除杂物操作，本实用新型提供了解决上述问题的多晶硅定向凝固复合装置。
本实用新型通过下述技术方案实现：
多晶硅定向凝固复合装置，包括基板，所述基板上设有复合保护套筒，复合保护套筒内用于容纳放置筒形石墨模具；所述复合保护套筒包括底板、若干曲面侧板和限位环，底板上表面沿周向设有安装槽，安装槽内设有橡胶密封垫，若干曲面侧板的轴向底端过渡配合嵌入安装槽内固定，且任意相邻的两个曲面侧板的轴向侧边相互密封契合使整体呈圆筒形结构，若干曲面侧板构成的圆筒形结构顶部可拆卸套设限位环进行固定；底板上设有冷却盘，冷却盘用于与石墨模具的底部接触。
本实用新型工作原理为：先将石墨模具放入复合保护套筒内，将硅原料加入石墨模具中，然后将复合保护套筒和基板置于炉膛内进行定向凝固反应；其中复合保护套筒主体由底板、若干曲面侧板和限位环构成，底板为复合保护套筒的底部，复合保护套筒的侧壁由若干曲面侧板拼接构成，拼接后呈筒形的曲面侧板底部嵌入底板上的安装槽内固定，通过在安装槽内设置橡胶密封垫一方面对多个曲面侧板起到紧固作用、同时对曲面侧板和底板连接处起密封作用，顶部通过限位环卡设固定多个曲面侧板，使拼接契合后的多个曲面侧板呈稳固的一体化结构。这样极易方便拆装复合保护套筒，方便对复合保护套筒进行清除杂质、检修操作。
优选地，若干曲面侧板沿轴向的侧边设有相互适配的卡槽和凸缘，且相邻的两个曲面侧板在卡槽和凸缘契合处通过橡胶垫密封。
通过在各个曲面侧板的侧边上设置卡槽或凸缘，相邻的两个曲面侧板接触侧边之间通过卡槽和凸缘拼接适配，增大接触棉结，并通过橡胶密封垫起到良好的密封作用。
优选地，所述限位环朝向底板的端面沿周向开设有定位环槽，曲面侧板嵌入定位环槽内，所述定位环槽用于卡设曲面侧板的顶端。
通过在限位环的底端面上开设定位环槽，一方面可对多个曲面侧板起到良好的固定作用，另一方面也使限位环固定在曲面侧板的顶部，防止发生轴向移动影响整体稳定性。
优选地，所述限位环的内壁上开设有两个对称分布的限位槽，限位槽的延伸方向与限位环的轴线方向平行；所述石墨模具的顶部侧壁上对称设有两个与所述限位槽适配的限位块，所述限位块上设有起吊卡槽。
通过在限位环内壁上开设限位槽，且将石墨模具上的限位块嵌入限位槽内，对石墨模具起到一定固定、限位作用，防止石墨模具相对于保护套筒发生转动、移动，影响加热效果。
优选地，所述冷却盘的底面上沿周向设有固定环，底板的上板面凹设有与所述固定环适配的固定环槽，所述固定环的侧壁上设有密封橡胶垫，所述密封橡胶垫过渡配合压紧在固定环和固定环槽之间。
将冷却盘通过固定环与固定环槽过渡配合适配，实现冷却盘在底板上的可拆卸密封安装。
优选地，所述冷却盘包括圆盘状壳体，进水管贯穿壳体的底部伸入壳体内、且伸入部分的自由端与壳体内顶面密封接触。进水管伸入壳体内的管段侧壁上开设若干通孔；壳体内以进水管为圆心辐射状分布若干导热隔板，导热隔板的板面方向与壳体轴线方向垂直，导热隔板的上下两边分别与壳体内底面和顶面接触连接；导热隔板沿辐射方向的长度小于进水管的外壁至壳体内侧壁之间的直线距离；壳体内沿侧壁边缘的底部开设有若干排水孔；若干排水孔的输出端与排水总管连通。
使用时，将冷却水由进水管输入端导入，冷却水流入位于壳体内的进水管管段，通过进水管侧壁上的通孔进入壳体内，由于壳体通过多个辐射排布的导热隔板分隔为多个均匀辐射排布的冷却水流通腔，冷却水经通孔流出后均匀分布进入对应的冷却水流通腔、并向壳体的边缘流动最后通过排水孔排出；多个导热隔板大大增加了换热面积，且设置多个冷却水流通腔也利于增大冷却水流的扰动作用，提高换热效率，因此本申请提供的冷却盘换热效果良好、冷却均匀。
优选地，所述壳体的底部设有收集室，所述排水孔的输出端与收集室的输入端导通，收集室的输出端与排水总管导通。
通过设置收集室，每个排水孔内排出的换热后冷却水直接进入收集室，保障水流循环畅通。
优选地，所述基板下方设有若干行走轮。
设置行走轮方便移动整体结构进出炉膛。
优选地，所述复合保护套筒采用耐高温钢质材料、刚玉或陶瓷制成。
优选地，所述复合保护套筒顶部设有导热盖板，所述导热盖板上设有进气管。
本实用新型具有如下的优点和有益效果：
1、本实用新型工作原理为：先将石墨模具放入复合保护套筒内，将硅原料加入石墨模具中，然后将复合保护套筒和基板置于炉膛内进行定向凝固反应；其中复合保护套筒主体由底板、若干曲面侧板和限位环构成，底板为复合保护套筒的底部，复合保护套筒的侧壁由若干曲面侧板拼接构成，拼接后呈筒形的曲面侧板底部嵌入底板上的安装槽内固定，通过在安装槽内设置橡胶密封垫一方面对多个曲面侧板起到紧固作用、同时对曲面侧板和底板连接处起密封作用，顶部通过限位环卡设固定多个曲面侧板，使拼接契合后的多个曲面侧板呈稳固的一体化结构。这样极易方便拆装复合保护套筒，方便对复合保护套筒进行清除杂质、检修操作；
2、本实用新型通过在各个曲面侧板的侧边上设置卡槽或凸缘，相邻的两个曲面侧板接触侧边之间通过卡槽和凸缘拼接适配，增大接触棉结，并通过橡胶密封垫起到良好的密封作用。通过在限位环的底端面上开设定位环槽，一方面可对多个曲面侧板起到良好的固定作用，另一方面也使限位环固定在曲面侧板的顶部，防止发生轴向移动影响整体稳定性；
3、本实用新型使用时，将冷却水由进水管输入端导入，冷却水流入位于壳体内的进水管管段，通过进水管侧壁上的通孔进入壳体内，由于壳体通过多个辐射排布的导热隔板分隔为多个均匀辐射排布的冷却水流通腔，冷却水经通孔流出后均匀分布进入对应的冷却水流通腔、并向壳体的边缘流动最后通过排水孔排出；多个导热隔板大大增加了换热面积，且设置多个冷却水流通腔也利于增大冷却水流的扰动作用，提高换热效率，因此本申请提供的冷却盘换热效果良好、冷却均匀。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型的整体正视截面结构示意图；
图2为本实用新型的底板俯视结构示意图；
图3为本实用新型的若干曲面侧板契合连接状态径向截面结构示意图；
图4为本实用新型的限位环立体结构示意图；
图5为本实用新型的冷却盘正视截面结构示意图；
图6为本实用新型冷却盘的壳体径向截面结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-基板，2-复合保护套筒，3-石墨模具，4-冷却盘，5- 限位块，6-起吊卡槽，7-固定环，8-固定环槽，9-壳体，10-进水管，11-导热隔板，12-排水孔， 13-排水总管，14-收集室，15-行走轮，201-底板，202-曲面侧板，203-限位环，204-安装槽， 205-卡槽，206-凸缘，207-定位环槽，208-限位槽。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
本实施例提供了一种多晶硅定向凝固复合装置，包括基板1，所述基板1上设有复合保护套筒2，复合保护套筒2内用于容纳放置筒形石墨模具3；所述复合保护套筒2包括底板 201、若干曲面侧板202和限位环203，底板201上表面沿周向设有安装槽204，安装槽204内设有橡胶密封垫，若干曲面侧板202的轴向底端过渡配合嵌入安装槽204内固定，且任意相邻的两个曲面侧板202的轴向侧边相互密封契合使整体呈圆筒形结构，若干曲面侧板202构成的圆筒形结构顶部可拆卸套设限位环203进行固定；底板201上设有冷却盘4，冷却盘4用于与石墨模具3的底部接触。
实施例2
基于实施例1的基础上进一步改进，若干曲面侧板202沿轴向的侧边设有相互适配的卡槽205和凸缘206，且相邻的两个曲面侧板202在卡槽205和凸缘206契合处通过橡胶垫密封。所述限位环203朝向底板201的端面沿周向开设有定位环槽207，所述定位环槽207用于卡设曲面侧板202的顶端；限位环203的内壁上开设有两个对称分布的限位槽208，限位槽208的延伸方向与限位环203的轴线方向平行；所述石墨模具3的顶部侧壁上对称设有两个与所述限位槽208适配的限位块5，所述限位块5上设有起吊卡槽6。
实施例3
基于实施例2的基础上进一步改进，所述冷却盘4的底面上沿周向设有固定环7，底板 201的上板面凹设有与所述固定环7适配的固定环槽8，所述固定环7的侧壁上设有密封橡胶垫，所述密封橡胶垫过渡配合压紧在固定环7和固定环槽8之间。
实施例4
基于实施例3的基础上进一步改进，所述冷却盘4包括圆盘状壳体9，进水管10贯穿壳体9的底部伸入壳体9内、且伸入部分的自由端与壳体9内顶面密封接触。进水管10伸入壳体9内的管段侧壁上开设若干通孔；壳体9内以进水管10为圆心辐射状分布若干导热隔板11，导热隔板11的板面方向与壳体9轴线方向垂直，导热隔板11的上下两边分别与壳体9 内底面和顶面接触连接；导热隔板11沿辐射方向的长度小于进水管10的外壁至壳体9内侧壁之间的直线距离；壳体9内沿侧壁边缘的底部开设有若干排水孔12；若干排水孔12的输出端与排水总管13连通。所述壳体9的底部设有收集室14，所述排水孔12的输出端与收集室14的输入端导通，收集室14的输出端与排水总管13导通。
实施例5
基于实施例1的基础上进一步改进，所述基板1下方设有若干行走轮15；复合保护套筒2采用耐高温钢质材料、刚玉或陶瓷制成；复合保护套筒2顶部设有导热盖板，所述导热盖板上设有进气管。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
