一种自调节喷嘴装置以及多晶硅还原炉系统的制作方法

本发明具体涉及一种自调节喷嘴装置以及多晶硅还原炉系统。

背景技术：

1、在过去的几十年里，太阳能产业一直在快速发展，多晶硅是太阳能电池的生产原料之一，因而多晶硅还原炉是太阳能电池生产中不可或缺的设备之一。传统多晶硅生产主要采用改良西门子法，该方法主要是通入一定配比的三氯氢硅和氢气混合气进行高温下气相化学沉积反应，生成的游离硅沉积在通电发热的硅芯上逐渐长大，形成现有的多晶硅产品。

2、然而，传统的多晶硅还原炉内反应主要采用底盘喷嘴进气、尾气口出气的设计，在炉内形成流动的温场、气场。在反应过程中反应进料流量需要根据炉内情况进行调整，从而避免造成多晶硅形态差、电耗高等问题。传统的多晶硅还原炉喷嘴通常由固定的喷嘴和控制系统组成，在反应过程中进料流量变大时，喷嘴尺寸不能够满足现行流量、压力等，从而导致还原炉内流场不均匀，进而出现硅棒形态差以及安全隐患等问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种自调节喷嘴装置以及多晶硅还原炉系统，该自调节喷嘴装置能够有效地提高还原炉内的流场均匀性。

2、根据本发明的第一方面的实施例，提供一种自调节喷嘴装置，包括：壳体和芯体。所述壳体的内部设有内腔，所述壳体的一端开设有进气口，另一端开设有喷口，所述内腔位于所述进气口和所述喷口之间，所述内腔的两端分别与进气口和喷口连通，所述进气口、所述喷口和所述内腔的中心轴线均沿第一轴线方向延伸，所述芯体容置于所述内腔中，所述芯体的形状与内腔的形状相适配，所述芯体包括第一芯部和第二芯部，所述第一芯部与所述第二芯部相对设置，所述第一芯部的外侧壁与所述内腔的内侧壁之间密封设置有第一腔体，所述第一腔体内容置有第一弹性件，第一芯部通过第一弹性件与内腔的内侧壁连接，所述第二芯部的外侧壁与所述内腔的内侧壁之间密封设置有第二腔体，所述第二腔体内容置有第二弹性件，第二芯部通过第二弹性件与内腔的内侧壁连接，所述第一芯部与所述第二芯部之间形成进气通道，所述进气通道的两端分别与所述进气口和所述喷口连通，所述进气通道用于供原料气体通过，在原料气体通过时，第一弹性件和第二弹性件调节所述第一芯部与第二芯部之间的间距。

3、优选的，所述第一弹性件和所述第二弹性件的中心轴线均沿第二轴线方向延伸，所述第二轴线方向正交于所述第一轴线方向。

4、优选的，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为压缩弹簧。

5、优选的，还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈的中心轴线均沿第二轴线方向延伸，所述第一密封圈处于所述第一芯部的外侧壁和所述内腔的内侧壁之间，所述第一芯部的外侧壁将所述第一密封圈压紧于所述内腔的内侧壁上，以使得所述第一芯部的外侧壁与所述内腔的内侧壁之间形成密封设置的第一腔体；所述第二密封圈处于所述第二芯部的外侧壁和所述内腔的内侧壁之间，所述第二芯部的外侧壁将所述第二密封圈压紧于所述内腔的内侧壁上，以使得所述第二芯部的外侧壁与所述内腔的内侧壁之间形成密封设置的第二腔体。

6、优选的，所述第一密封圈和所述第二密封圈均由弹性材料制成。

7、优选的，本装置还包括第一导向件和第二导向件，所述第一导向件和所述第二导向件分别位于第一腔体和第二腔体中，所述第一芯部的外侧设有第一导向槽，所述第一导向槽沿第二轴线方向延伸，所述第一导向件对应于所述第一导向槽，所述第一导向件的一端与内腔的侧壁连接，另一端插置于所述第一导向槽内，用于对所述第一芯部进行导向，所述第二芯部的外侧设有第二导向槽，所述第二导向槽沿第二轴线方向延伸，所述第二导向件对应于所述第二导向槽，所述第二导向件的一端与内腔的侧壁连接，另一端插置于所述第二导向槽内，用于对所述第二芯部进行导向。

8、优选的，所述内腔在水平方向上的截面呈圆形，所述第一芯部和所述第二芯部在水平方向上的截面呈半圆形，所述第一芯部和所述第二芯部的相对的端部为平面。

9、优选的，所述内腔呈球形，所述第一芯部和所述第二芯部呈半球形，所述第一芯部和所述第二芯部的平面端部相对设置，所述第一芯部和所述第二芯部的半径小于所述内腔的半径。

10、优选的，所述第一芯部的平面端部设有向内侧凹陷的第一弧形面，所述第一弧形面沿第一轴线方向延伸，所述第二芯部的平面端部设有向内侧凹陷的第二弧形面，所述第二弧形面沿第一轴线方向延伸，所述第一弧形面和所述第二弧形面相对设置。

11、根据本发明第二方面的实施例，提供一种多晶硅还原炉系统，包括还原炉、进气支管和第一方面的实施例所述的自调节喷嘴装置，所述自调节喷嘴装置安装于所述还原炉的底盘上，所述自调节喷嘴装置的喷口与所述还原炉的内腔连通，进气口与所述进气支管连通，所述进气支管通过所述自调节喷嘴装置向所述还原炉的炉腔内输送原料气体。

12、优选的，所述进气支管上设置有调节阀，所述调节阀用于调节所述进气支管中原料气体的流量。

13、本发明中的自调节喷嘴装置通过在两个半球形的芯部与内腔的侧壁之间设置弹性件，使得第一芯部和第二芯部之间的间距能够随着原料气体的进气流量的变化而进行调节，进而提高还原炉内流场的均匀性。具体地，原料气体由进气口进入喷嘴中的进气通道，当原料气体的流量增加时，进气通道中的原料气体对喷嘴芯体(即第一芯部和第二芯部)施加的径向压力随之增加，使得第一芯部和第二芯部分别向两侧分开，即分别向靠近第一腔体的两侧侧壁的方向移动。基于弹簧的胡克定律，容易理解的是，此时，第一弹性件和第二弹性件持续被压缩，直至上述原料气体产生的压力与弹力再次达到平衡。进气通道的半径尺寸增加(即第一芯部和第二芯部之间的间距增加)，使得原料气体可通过的流通空间增加。随着进气通道的截面积增加，原料气体的流速减缓，进而能够使得从喷口喷出的原料气体不会扰乱还原炉内的流场。另外，当原料气体的流量减少或停止进料时，进气通道中的原料气体对喷嘴芯体(即第一芯部和第二芯部)施加的压力随之减少，弹性件弹力大于原料气体的压力。此时，弹簧(第一弹性件和第二弹性件)受压产生的弹性势能释放，推动喷嘴芯体的第一芯部和第二芯部相向移动，即向靠近进气通道的中心轴线的方向移动。基于弹簧的胡克定律可以得知，弹性件持续伸展至初始状态，直至上述压力与弹力再次达到平衡，进气通道的半径尺寸减小，可通过的流通空间减小至初始状态。随着进气通道的截面积减小，原料气体的流速增加，使得原料气体的流速保持均匀，进而减少还原炉内流道的扰动。综上，本自调节喷嘴装置能够有效地提高还原炉内的流场均匀性。

技术特征：

1.一种自调节喷嘴装置，其特征在于，包括：壳体(1)和芯体(3)；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一弹性件(41)和所述第二弹性件(42)的中心轴线均沿第二轴线方向(15)延伸，所述第二轴线方向(15)正交于所述第一轴线方向(14)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一弹性件(41)和所述第二弹性件(42)均为压缩弹簧。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈的中心轴线均沿第二轴线方向延伸，

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一密封圈和所述第二密封圈均由弹性材料制成。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括第一导向件和第二导向件，所述第一导向件和所述第二导向件分别位于第一腔体(101)和第二腔体(102)中，

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述内腔在水平方向上的截面呈圆形，所述第一芯部(31)和所述第二芯部(32)在水平方向上的截面呈半圆形，所述第一芯部(31)和所述第二芯部(32)的相对的端部为平面，

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一芯部(31)的平面端部设有向内侧凹陷的第一弧形面，所述第一弧形面沿第一轴线方向延伸，所述第二芯部(32)的平面端部设有向内侧凹陷的第二弧形面，所述第二弧形面沿第一轴线方向延伸，所述第一弧形面和所述第二弧形面相对设置。

9.一种多晶硅还原炉系统，其特征在于，包括还原炉、进气支管和权利要求1-8任一项所述的自调节喷嘴装置，

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述进气支管上设置有调节阀，所述调节阀用于调节所述进气支管中原料气体的流量。

技术总结本发明公开一种自调节喷嘴装置以及多晶硅还原炉系统，该自调节喷嘴装置包括：壳体和芯体。壳体设有内腔、进气口和喷口，内腔位于进气口和喷口之间，其两端分别与进气口和喷口连通。芯体容置于内腔中，芯体包括第一芯部和第二芯部，第一芯部的外侧壁与内腔的内侧壁之间密封设置有第一腔体，第一芯部通过第一弹性件与内腔的内侧壁连接；第二芯部的外侧壁与内腔的内侧壁之间密封设置有第二腔体，第二芯部通过第二弹性件与内腔的内侧壁连接。第一芯部与第二芯部之间形成进气通道，进气通道用于供原料气体通过，在原料气体通过时，第一弹性件和第二弹性件调节第一芯部与第二芯部之间的间距。因此，本装置能够提高还原炉内的流场均匀性。技术研发人员：赵雅兰,胡雷,刘兴平,穆凯代斯·太外库力,加依达尔·包啦提,虎慧受保护的技术使用者：新特能源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11