本發明涉及硅生產技術領域，尤其涉及一種鑄造多晶硅用豎爐。

背景技術：

能源問題是當今世界上最大的熱點問題之一。傳統能源的大量使用，致使世界能源存儲量急劇下降，而且使環境污染問題日趨嚴重，對人類社會的發展構成嚴重的危害，新興無污染能源就成了能源技術發展的必然趨勢。太陽能是長久性的綠色能源之一，在太陽能利用中，光伏電池是目前最主要的一種產品，硅晶體是光伏電池生產的基礎材料。硅晶體包括單晶體、多晶體，單晶體與多晶體的區別在于它們的原子結構排列不同，單晶體的原子結構排列是晶核長成晶面取向相同的有序排列，而多晶體的的原子結構排列是晶核長成晶面取向不同的無序排列，兩者主要是由它們的加工工藝決定的。現有的多晶硅生產爐包括爐體，爐體的頂部和側壁都設有加熱機構，爐體內設有坩堝，爐體依次設有加熱區、梯度區和冷卻區。最初生產出的整錠硅片效率在16.8%-17%之間，為此設計出了如中國專利號為2013205686973的專利文件中公開的控制改進，將整錠硅片效率提高到了17.6%。

技術實現要素：

本發明提供了一種鑄造多晶硅用豎爐，以提高整錠硅片的效率。

以上技術問題是通過下列技術方案解決的：一種鑄造多晶硅用豎爐，包括爐體，所述爐體的頂部和側壁都設有加熱機構，所述爐體內設有坩堝，所述爐體依次設有加熱區、梯度區和冷卻區，其特征在于，還包括驅動坩堝升降的坩堝升降機構，所述坩堝的底壁內表面設有黑色氮化硅粉層和鋪設在黑色氮化硅粉層上的多晶硅層，所述多晶硅層的厚度為3-5毫米，所述加熱區、梯度區和冷卻區從上向下依次分布。坩堝設置黑色氮化硅粉層和3-5毫米的多晶硅層，使得在初始長晶時能夠生長出晶體均勻的多晶小晶粒晶核，對后期長晶起著初始引導作用。進一步地使用時，使坩堝以180毫米每小時的速度，從加熱器移向冷卻區，使坩堝底部快速形成均勻小晶粒晶核。

作為優選，所述豎爐還設有電梯井，所述電梯井還設有從上向下分布的用于觀察爐體內部的觀察孔，所述電梯井中安裝有升降式電梯。使用時，通過插座升降電梯經觀察孔對爐體內部進行觀察。

作為優選，所述電梯包括轎廂和豎置狀態的摩擦桿；所述轎廂連接有摩擦片和摩擦片外移機構，摩擦片同轎廂可伸縮連接在一起，摩擦片外移機構用于驅動摩擦片伸出以同所述摩擦桿抵接在一起產生摩擦制動作用；所述轎廂的下部設有緩沖墊；所述載人空間的表面設有柔性層，所述柔性層通過緩震彈簧同所述轎廂連接在一起。當發現轎廂產生失控下降時，摩擦片外移機構驅動摩擦片外移而同摩擦桿抵接在一起產生摩擦振動作用，以降低下降速度，從而使得著地時的沖擊降低。緩沖墊能夠降低著地時的沖擊。設置柔性層能夠降低人撞擊到時對人產生的損害，緩震彈簧的設置能夠進一個降低傷害。能夠提高生產安全性。

作為優選，所述摩擦桿有兩根且分布在所述轎廂的兩側，所述摩擦片有兩片，所述摩擦片設有穿設在所述轎廂內的滑桿，所述摩擦片外移機構包括驅動桿、剎車彈簧、套設在驅動桿上的掛環、穿設在掛環內的插銷和驅動插銷脫出掛環的脫銷機構，所述驅動桿包括鉸接且交叉連接在一起的兩根分桿，所述兩個分桿一一對應地同所述兩個摩擦片的滑桿鉸接在一起，所述剎車彈簧的一端同所述轎廂連接在一起、另一端同所述掛環連接在一起且處于儲能狀態。當發現轎廂產生失控下降時，脫銷機構使插銷從掛環中脫出，從而失去對剎車彈簧的固定作用，剎車彈簧的彈力驅動驅動桿產生伸直作用，驅動桿伸直時驅動滑桿外移從而驅動摩擦片遠離轎廂而同摩擦桿抵接在一起實現剎車。

作為優選，所述脫銷機構包括設置在插銷上的永磁鐵、排斥所述永磁鐵的電磁鐵、速度傳感器和電磁鐵控制單元，所述電磁鐵控制單元由于當速度傳感器檢測到轎廂的下降速度大于設定值時使電磁鐵得電而產生磁力。便于實現自動化控制。

作為另一優選，所述脫銷機構包括伸入所述載人空間的同所述插銷連接在一起的推桿。沒有電時也能夠進行作業。

作為優選，所述驅動桿設有驅動所述兩個分桿進行折彎的氣脹桿，所述緩沖墊為氣墊，所述氣脹桿同所述緩沖墊連通。當轎廂著地而擠壓緩沖墊時，緩沖墊內的氣道流向氣脹桿，氣脹桿伸直而將驅動桿頂起產生折彎，折彎的結構為摩擦片同摩擦桿之間的摩擦力下降甚至消失，使得轎廂能夠彈起，從而降低對人的傷害。

作為優選，所述緩沖墊的下表面設有防刺破層。防止著地時緩沖墊被刺破而失去有效的緩沖作用。

作為優選，所述載人空間的頂壁設有電機，所述電機的轉軸沿上下方向延伸，所述電機的轉軸上設有傾斜向下照射的光源，所述光源為激光二極管。當電梯產生失控下落時，光源進行發光且電機啟動，電機驅動光源以電機的轉軸為軸旋轉，從而在載人空間內產生旋轉的光線照射作用，讓乘員獲知異常的產生、以便及時報警。如果為非激光照射則不容易產生旋轉照射，乘員不容易產生警覺

本發明，還包括散熱器和加熱結構，所述光源為綠光激光二極管，所述加熱結構包括導熱基板和設置在導熱基板上的貼片電阻，所述散熱器設有連通在一起的光源安裝孔和加熱結構安裝孔，所述導熱基板安裝在所述加熱結構安裝孔內，所述導熱基板一體成型有穿設在所述光源安裝孔內的導熱套，所述光源連接在所述導熱套內，溫度為25℃以上時、所述導熱套同所述光源安裝孔抵接在一起，所述散熱器的線性膨脹系數小于所述導熱套的線性膨脹系數。綠色激光二極管對環境溫度的要求特別高，當環境溫度低于25℃時其亮度降低，高于30℃時亮度同樣降低，因此綠色激光二極管使用時既要考慮到散熱又要考慮到加熱，如果在產品上不設計加熱結構對激光二極管加熱是無法工作的，目前對激光二極管的加熱方式有兩種，一種為在光源上纏繞加熱帶然后將光源安裝到散熱器上的方式進行加熱，該加熱方式當需要進行散熱時會導致光源散熱不良，所以嚴重不適于激光二極管的加熱；另一種為將一個功率電阻放置在激光二極管的散熱器表面上對散熱器進行加熱，然后通過散熱器將熱量傳遞給光源，由于散熱器表面的散熱其熱傳遞給激光管、在低溫環境中的起動時長（即將光源加熱到25℃以上進行正常發光的時長）最少也要30分鐘以上，也即加熱效率低。本技術方案將原來的功率電阻替換成貼片電阻貼在導熱板上，讓電阻的熱量傳送給導熱板，也就是導熱板充當了電阻的散熱器，導熱板同光源導熱性連接在一起，從而使得產生的熱量能夠快速傳遞給光源，與現有的第二種方式比激光二級管溫度由-25℃加熱到正常發光機25℃時長只有5~10分鐘（現有的為30分鐘也上）。同時當不加熱時，導熱板的存在對光源的散熱效果的影響小。當溫度低于25℃時需要對光源進行加熱，此時在冷縮作用下光源安裝孔同導熱套之間形成間隙配合，能夠有效地防止光源的熱量進一步地流失而起到提高加熱效率的作用。溫度上升時，在熱脹作用小光源安裝孔同導熱套之間形成緊配合又能夠進行良好的導熱，使得散熱效果又能夠高。既能夠自動實現加熱時光源同散熱器之間的導熱效果下降、散熱時提高。

作為優選，所述導熱套的一端和散熱器的一端都密封抵接在密封板上，所述導熱套的另一端和散熱器的另一端通過環形儲液囊密封連接在一起，所述導熱套、密封板、散熱器和環形儲液囊之間形成密封腔，所述密封腔同環形儲液囊連通且在重力或環形儲液囊的彈性收縮作用下環形儲液囊內的絕熱液體可以流到密封腔內。由于當低于25℃時冷縮作用會導致導熱套和光源安裝孔之間產生間隙而降低導熱套和散熱器之間的導熱效果而起到提高加熱效果的作用，此時絕熱液體填充到該間隙內起到進一步提高絕熱效果使得加熱效果更好。當溫度高于25℃或30℃而需要散熱時，在熱脹作用下導熱套和光源安裝孔之間抵緊在一起、抵緊過程中將導熱套和光源安裝孔之間的絕熱液擠壓出而儲存在環形儲液囊內。能夠進一步提高加熱時的加熱效果。

作為優選，所述導熱基板遠離所述光源的一側同所述加熱結構安裝孔的孔壁之間斷開。加熱時的熱量能夠大部分流向光源所在處，起到提高加熱效果的作用，而對散熱時的阻礙少。

作為優選，所述貼片電阻設置在所述導熱基板遠離所述光源的一側上。能夠既保證貼片電阻的熱量傳遞給導熱板、又能夠使得貼片電阻的存在不干涉導熱板和光源之間的熱傳遞效果。

作為優選，所述散熱器的表面設有散熱翅，所述加熱結構安裝孔位于所述光源安裝孔靠近所述散熱翅的一側。如果光源安裝孔位于加熱結構安裝孔和散熱翅之間，則加熱時熱量容易被散熱翅流失。進行散熱上散熱翅的設置提高了散熱效果。

作為優選，所述散熱翅至少有兩片，所有的所述散熱翅的自由端位于同一圓柱面上。散熱效果好。

作為優選，所述散熱器設有沿光源安裝孔深度方向延伸的散熱器安裝孔，所述散熱器安裝孔的孔壁設有槽口。安裝本發明時，既能夠通過螺栓穿過散熱器安裝孔后同安裝本發明的部件（以下稱為支撐部件）固定在一起進行連接，也可以通過支撐部件上的連接銷插接在散熱器安裝孔內通過散熱器安裝孔的彈性變形的加緊作用進行固定。安裝時的方便性好。

作為優選，所述光源安裝孔同加熱結構安裝孔連通部分的開口寬度為光源安裝孔的周長的四分之一以下。能夠使得加熱結構的設置導致的散熱效果下降小同時加熱結構又能夠快速地進行加熱。

本發明具有下述優點：能夠使得生產出的多晶硅缺陷少、位錯少，提高整錠硅片的效率到18.7-18.8%。

附圖說明

圖1為本發明實施例一的示意圖。

圖2為本發明實施例二的局部示意圖。

圖3為發明實施例三中的升降電梯的示意圖。

圖4為光源進行加散熱時的示意圖。

圖5為實施例四的局部示意圖。

圖中：轎廂1、載人空間11、安全件安裝空間12、柔性層13、緩震彈簧14、氣脹桿15、緩沖墊16、防刺破層17、摩擦桿2、摩擦片外移機構3、驅動桿31、分桿311、剎車彈簧32、掛環33、插銷34、脫銷機構35、永磁鐵351、電磁鐵352、速度傳感器353、電磁鐵控制單元354、推桿355、限位銷36、懸掛座37、摩擦片4、滑桿41、清潔刷42、導入面43、爐體5、上加熱機構51、上溫度傳感器52、側加熱機構53、下溫度傳感器54、坩堝升降機構6、吊籠61、升降電機62、坩堝7、黑色氮化硅粉層71、多晶硅層72、散熱器91、光源安裝孔911、加熱結構安裝孔912、散熱翅913、散熱翅的自由端9131、散熱器安裝孔914、槽口9141、光源92、二極管電源引入腳921、加熱結構93、導熱基板931、貼片電阻932、絕熱膠933、導熱套934、密封板94、環形儲液囊95、密封腔96、光源安裝孔同加熱結構安裝孔連通部分的開口寬度W。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。

實施例一，參見圖1，一種鑄造多晶硅用豎爐包括爐體5和坩堝升降機構6。爐體5的頂壁設有上加熱機構51和上溫度傳感器52。爐體5的側壁設有側加熱機構53。爐體5的底壁設有下溫度傳感器54。爐體5從上向下依次設有加熱區、梯度區和冷卻區，加熱區、梯度區和冷卻區的溫度依次降低，各個區的溫度控制在多少為現有技術。爐體5內還設有坩堝7。坩堝7的底壁內表面設有黑色氮化硅粉層71。黑色氮化硅粉層71上鋪設有多晶硅層72。多晶硅層72的厚度為3-5毫米。坩堝升降機構6包括吊籠61和驅動吊籠升降的升降電機62。坩堝7在固定在吊籠61內。

使用時，通過坩堝升降機構6使坩堝7以180毫米每小時的速度從加熱區經梯度區移動到冷卻區。生產出的整錠硅片的效率到18.7-18.8%。

實施例二，同實施例一的不同之處為：

參見圖2，豎爐5還設有電梯井55。電梯井55設有從上向下分布的用于觀察爐體內部的觀察孔56。電梯井55中安裝有升降式電梯8。升降式電梯8包括轎廂1、升降索81和驅動轎廂升降的動力機構（圖中沒有畫出，為現有結構）。

使用時，插座升降式電梯8到對應的觀察孔56去對豎爐5內部進行觀察。

實施例三，同實施例二的不同之處為：

參見圖3，升降式電梯還包括豎直安裝在電梯井55內的摩擦桿2。轎廂1內從上向下依次設有載人空間11和安全件安裝空間12。載人空間11的除頂壁外的表面設有柔性層13。柔性層13通過緩震彈簧14同轎廂1連接在一起。載人空間11的頂壁設有電機9。電機的轉軸97沿上下方向延伸。電機的轉軸97上設有傾斜向下照射的光源92。光源92為綠光激光二極管。

安全件安裝空間12內設有摩擦片外移機構3。轎廂1的左右兩側（使用時人進出的方向為前后方向）各設有一個摩擦片4。摩擦片4設有滑桿41。滑桿41可滑動地穿設在安全件安裝空間12的壁部。摩擦片4的上側設有清潔刷42。摩擦片4的摩擦面的下端設有導入面43。摩擦片外移機構3包括驅動桿31、剎車彈簧32、掛環33、插銷34和脫銷機構35。驅動桿31包括鉸接且交叉連接在一起的兩根分桿311。兩個分桿311一一對應地同兩個摩擦片的滑桿41鉸接在一起。掛環33套設在兩根分桿311的連接處出。兩根分桿311上對掛環33進行限位的限位銷36。插銷34穿設在掛環33內。插銷34沿水平方向延伸。插銷34可水平移動地穿設在懸掛座37上。插銷34穿設在掛環33內時，兩個分桿311呈倒置的“V”字形連接在一起。摩擦片4同摩擦桿2斷開接觸。剎車彈簧32的上端同掛環33連接在一起、下端同轎廂1連接在一起且處于儲能狀態。安全件安裝空間12內還設有支撐在掛環33下方的氣脹桿15。脫銷機構35包括永磁鐵351、排斥永磁鐵的電磁鐵352、速度傳感器353、電磁鐵控制單元354和推桿355。永磁鐵351設置在插銷34上。電磁鐵352固定在轎廂1上。推桿355伸入載人空間11且同插銷連接在一起。

轎廂1的低端外部設有緩沖墊16。緩沖墊16為氣墊。緩沖墊16同氣脹桿15連通。緩沖墊16設有防刺破層17。防刺破層17為鋼板。

摩擦桿2有兩根。兩根摩擦桿2安裝在電梯井內且位于轎廂1的左右兩側。兩個摩擦片4一一對應地同兩根摩擦桿2對齊。處于非制動狀態時清潔刷42也同摩擦桿2接觸，使得升降時對摩擦桿2進行清潔以防止臟污而影響制動效果。清潔刷42位于摩擦片4上方也能夠起到對摩擦片4進行擋粉塵的作用。

當速度傳感器353檢測到轎廂1的下降速度大于設定值（當然也可以通過加速度傳感器進行檢測加速度上方大于設定值）時電磁鐵控制單元354使電磁鐵352得電而產生磁力。電磁鐵352對永磁鐵351產生排斥力使得插銷從掛環內脫出。剎車彈簧32驅動兩個分桿311連接在一起的一端下移而使得驅動桿產生伸直動作。驅動桿產生伸直動作時驅動滑桿外移而驅動摩擦片同摩擦桿抵接在一起產生制動作用。電磁鐵控制單元354還使電機9起到和光源92發光。電機驅動光源產生旋轉運動，從而在載人空間內產生旋轉光線以提醒乘員。乘員發現產生墜落后也可以去擠壓推桿使得插銷從掛環內脫出，來實現人工驅動制動。

參見圖4，光源92設有散熱器91和加熱結構93。

散熱器91設有連通在一起的光源安裝孔911和加熱結構安裝孔912、散熱翅913和散熱器安裝孔914。光源安裝孔911為圓孔。加熱結構安裝孔912為矩形孔。光源安裝孔911和加熱結構安裝孔912貫通，具體為光源安裝孔911所在的圓的伸入到加熱結構安裝孔912內的方式也即相交的方式貫通。光源安裝孔同加熱結構安裝孔連通部分的開口寬度W為光源安裝孔911的周長的四分之一以下。加熱結構安裝孔912位于光源安裝孔911靠近散熱翅913的一側。散熱翅913位于散熱器91的表面上。散熱翅913有17片。所有的散熱翅的自由端9131位于同一圓柱面上。散熱器安裝孔914、光源安裝孔911和加熱結構安裝孔912三者的延伸方向也即深度方向相同。散熱器安裝孔914的孔壁設有槽口9141。

光源92為圓柱形。光源92設有二極管電源引入腳921。

加熱結構93包括導熱基板931和設置在導熱基板上的貼片電阻932。導熱基板931以平置的方式通過絕熱膠933粘結在加熱結構安裝孔912內。導熱基板931遠離光源92的一側同加熱結構安裝孔912的孔壁之間斷開。貼片電阻932設置在導熱基板931遠離光源92的一側上。導熱基板931設有導熱套934。導熱基板931和導熱套934為一體成型。導熱套934穿設在光源安裝孔911內。光源92穿設并導熱性連接在導熱套934內而被懸掛在光源安裝孔911內。導熱套934的線性膨脹系數大于散熱器91的線性膨脹系數，即熱脹冷縮時導熱套產生的徑向尺寸的變化量大于光源安裝孔產生的徑向尺寸的變化量。溫度為25℃以上時、導熱套934同光源安裝孔911抵接在一起而實現光源92同光源安裝孔911的間接抵接在一起。

使用時，通過散熱器安裝孔914將散熱器固定在電機的轉軸97（轉軸97參見圖3）上。

當溫度高于25℃時，不給加熱結構93通電也即不給貼片電阻932通電，導熱套934的徑向變大量大于激光光源安裝孔911的徑向變大量，使得導熱套934同激光光源安裝孔911更加緊密地抵接在一起而進行更為良好的導熱。當溫度小于25℃時，給貼片電阻932通電，貼片電阻932產生的熱量傳遞給導熱基板931、進入傳遞給光源92實現對光源92進行加熱到溫度不低于25℃，導熱套934的徑向變縮小量大于激光光源安裝孔911的徑向縮小量，使得導熱套934同激光光源安裝孔911之間產生間隙，從而起到降低導熱套934將熱量傳遞給散熱器91的作用，使得導熱套934導熱套934傳遞來的熱量能夠更為充分地傳遞給光源92，從而起到提高加熱效果的作用。

實施例四，同實施例三的不同之處為：

參見圖5，導熱套934的一端和散熱器91的一端都密封抵接在密封板94上，即導熱套和散熱器都可以相對于密封板94滑動。導熱套934的另一端和散熱器91的另一端通過環形儲液囊95密封連接在一起。環形儲液囊95內裝有絕熱液體，絕熱液體使得環形儲液囊95處于彈性展開狀態。溫度為25℃以下時，導熱套934、密封板94、散熱器91和環形儲液囊95之間形成密封腔96。密封腔96同環形儲液囊95連通。

使用時使環形儲液囊95位于環形儲液囊95密封腔96的上方。當低于25℃時冷縮作用會導致導熱套和光源安裝孔之間產生間隙而使得密封腔96出現，此時在重力和環形儲液囊的彈性收縮作用下環形儲液囊95內的絕熱液體流到密封腔96內，起到進一步降低導熱套934傳遞給散熱器91的量，使得加熱效果進一步地提升。當溫度高于25℃或30℃而需要散熱時，在熱脹作用下導熱套和光源安裝孔之間抵緊在一起使得密封腔96消失，位于密封腔96內的絕熱液重新被擠壓回環形儲液囊95內儲存起來。