单晶炉冷却循环系统-冷水机的应用

客户案例--单晶炉冷却循环系统-冷水机的应用

单晶炉是一单晶炉是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化。用直拉法生长无错位单晶的设备。单晶炉对温度又有及其严格的温度要求。例如：炉体加工温度，如果炉体温度得不到有效的控制，炉体因温度过高会产生形变。势必影响设备尺寸变化，造成不合格产品的出现；同时炉体材料长期高温工作，冷热不均会降低炉体寿命，造成损失。

这就需要专业稳定的冷却水系统，来满足单晶炉的降温冷却需求，才能维持炉体设备正常工作，不至于发生因炉体设备温度过高，造成设备变形，影响硅晶体的生长。

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水冷真空炉系统多采用开式循环系统。系统由循环水池，冷却水循环泵，应急冷却水箱，板式换热器等组成。系统中比较关键的是需要设置一座有效容积较大的循环水池，此水池在系统正常运转时仅作为水泵吸水池使用，在停电等紧急情况下，冷水机或冷却塔停止运行，无法为真空炉系统提供冷媒的时候，冷却水循环泵配备应急电继续工作，将管网及水池内水继续打循环，因水的比热大于硅的比热，利用循环水池内的水把铸锭炉中高温硅的热量吸收掉，从而把铸锭炉的温度降下来，保证炉体不至于在停电的时候产生损坏甚至爆炸危险。循环水池的储水容量的确定即根据将系统中所有炉体内的硅料降温至安全温度的时候，水池中的水的温度不至于升高到冷却水系统管网及设备不耐受的程度。冷却水系统必须要为真空炉循环水泵配应急电源，此应急电源一般采用柴油发电机，为了保证在柴油发电机启动之前，炉体内仍然有冷却水流过，一般会在真空炉系统中设置一座高位应急冷却水箱，此水箱中的水在系统停电时，依靠重力流经炉体对炉体进行冷却。循环系统流程见图1。

　 　以上是对铸锭炉真空炉系统的大概描述。而因项目所在地域的不同，会采用不同的方式作为真空炉系统的冷媒，以节约运行费用，铸锭炉冷却水进水温度一般要求≤30℃，所以当项目所在地的夏季湿球温度较低的时候，可以仅采用冷却塔作为冷媒，就能满足铸锭炉冷却水进水温度的要求；而当项目所在地区夏季湿球温度较高时，则需要冷水机组提供冷媒才能满足铸锭炉冷却水进水温度的要求。下面笔者就这两种系统进行介绍。

　　系统一：西北等夏季湿球温度较低的地区。此类地区夏季湿球温度可≤24℃，冷却塔夏季出水温度可≤28℃，则可由冷却塔的出水作为冷媒，通过板式换热器将真空炉水温降至≤30℃，从而满足铸锭炉真空炉进水温度≤30℃的要求。但需要注意，在风沙较大地区，气候环境恶劣，普通的开式塔容易受到风沙的影响，选用闭式冷却塔较为合适。此系统比较节能。

　　系统二：中南部等夏季湿球温度较高的地区，则可采用两级板式换热器冷却的方式提供铸锭用的冷却水，一级板式换热器的一次侧冷源采用冷却水（由冷却塔制取），二级板式换热器的一次侧冷源采用冷冻水（由冷冻机制取），冬季及过渡季节，不开冷冻机，仅开冷却塔，用冷却塔的出水作为冷媒。夏季及过渡季节时，铸锭炉的冷却水出水先经过一级板式换热器换热，水温降低一定的幅度后，再进入二级板式换热器，由冷冻水作为冷媒将真空炉冷却至铸锭炉要求的入口温度。