CN206000712U - 维持炉内压力平衡的抽气装置及用于炉的抽气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种维持炉内压力平衡的抽气装置，包括多个输入端用于连接单联抽气机构或者炉的阀门、公共管道、至少两路抽气机构以及第一控制器，每个阀门的输出端与公共管道连接，每路抽气机构分别与第一控制器电连接，还包括压力平衡罐，所述压力平衡罐的输入端与公共管道连接，压力平衡罐的输出端与各路抽气机构连接。本实用新型在一台或多台炉需要维持压力平衡时而开启阀门的瞬间，可以避免其他正处于维持压力平衡状态的炉免受气压的波动。

Description

维持炉内压力平衡的抽气装置及用于炉的抽气系统

技术领域

本实用新型涉及一种维持炉内压力平衡的抽气装置及用于炉的抽气系统。

背景技术

单晶炉或多晶炉在工作时，为了使熔化在炉内的多晶硅具有良好的生长环境，需要使炉内的气压维持在一个稳定的值。如图1所示，早期在单晶炉或多晶炉上配置的单联抽气机构，这种单联抽气机构是一台单晶炉或多晶炉匹配一台真空泵，工作时，真空泵产生的负压作用力经过开启的阀门到达单晶炉或多晶炉，将单晶炉或多晶炉内的气体抽走，当炉内气压达到0.008mbar时，关闭阀门，通过检验确定单晶炉或多晶炉没有泄漏，则开启阀门并开始对单晶炉或多晶炉进行加热。同时通过输气机构向炉内通入保护气体，控制真空泵的抽气量和输气机构的输气量，使炉内气压维持600mbar。这种单联抽气机构，一旦真空泵异常或损坏，就会造成炉内压力异常，进而使生产中断，造成产能损失，并且单联抽气机构中真空泵一直处于工作状态，及其浪费能源。

为了增加抽气系统的安全性，公开号为CN203906236U的实用新型专利公开了一种用于多晶炉的联动抽真空装置，如图1所示，包括多组抽真空机构，多组抽真空机构和多个多晶炉1一一对应，抽真空机构包括真空泵系统2、防倒流电磁阀3和排外阀4，真空泵系统2的抽真空口连接防倒流电磁阀3后连接至相对应的多晶炉1，真空泵系统2的出气口连接排外阀4后连接至抽空排外管5，还包括PLC控制器、真空压力传感器10和多个联动不锈钢球阀6，每个抽真空机构对应一个联动不锈钢球阀6，联动不锈钢球阀6的一端并接在相应的多晶炉1和防倒流电磁阀3之间，另一端通过总抽空管11并接在一起，真空压力传感器10安装在总抽空管11上，所述的联动不锈钢球阀6和防倒流电磁阀3的信号输入端均连接在PLC控制器上，所述的真空压力传感器10的信号输出端连接在PLC控制器上。还包括联动抽真空机构，该联动抽真空机构包括联动真空泵系统7、联动防倒流电磁阀8和联动排外阀9，所述的多个联动不锈钢球阀6的另一端并接在一起后依次连接联动防倒流电磁阀8、联动真空泵系统7和联动排外阀9后连接至抽空排外管5，所述的联动防倒流电磁阀8也连接在PLC控制器上。

上述联动抽真空装置的工作过程为：当真空压力传感器10传送真空压力指令(0.008mbar)至PLC控制器后，以第一台先达到为优先，如1#多晶1已经达到正常运行条件，PLC控制器优先处理，后续2#、3#……9#(11#或13#)依次达到时，以真空压力传感器10将相应的信号反馈至PLC控制器，PLC控制器以优先度处理为准；如果当1#多晶炉1已经完成生产周期，其它联动多晶炉尚未完成，并正常运行时，根据PLC的优先处理原则，需要自动切换至2#或3#或9#(11#或13#)，以保证多晶炉1抽真空的正常运行，并不得出现真空泵系统2运行控制混乱的情况发生；如果在运行过程中，出现有故障，造成其中的一台的多晶炉1内真空度无法达到，即超过0.008mbar时，报警灯电路或蜂鸣器响声提示电路会有相应的报警灯提示或蜂鸣器响声提示，直至人为处理并消除该报警，并通过该多晶炉1相对应的联动不锈钢球阀6的关闭自动脱离连动系统并启动该多晶炉的抽真空机构，以保证机器的正常运行；在生产过程中，如果出现一台真空泵系统2抽空不能满足多晶炉的生产需求时，可以同时开启2台或多台真空泵系统运行，以保证生产机器正常运行。上述联动抽真空装置具有以下问题：

第1，真空压力传感器10设置在总抽空管11上，其只能检测到总抽空管11内的气压，而不能检测到每台多晶炉内的气压，因此，真空压力传感器10无法将各台多晶炉是否符合运行条件(多晶炉内的气压达到0.008mbar)的信息反馈给PLC。

第2，上述的总抽空管11通过联动真空泵系统7直接与联动防倒流电磁阀8连接，而各台多晶炉由于生产需要，存在与总抽空管11不同连通数量或3台或5台或10台的多晶炉，例如当前是两台多晶炉在维持气压平衡，但另外有三台也符合工作条件了，这样，同时开启与这三台的多晶炉连接的联动不锈钢球阀6，新开启三台的多晶炉内的气压涌入到总抽空管11内，造成管路内压力波动，由于联动真空泵系统7产生的抽力恒定，对其他处于两台处于正常工作的多晶炉内气压也会形成波动，因此会影响生产质量。

发明内容

本实用新型的目的之一是，提供一种维持炉内压力平衡的抽气装置，本实用新型在一台或多台炉需要维持压力平衡时而开启阀门的瞬间，可以避免其他正处于维持压力平衡状态的炉免受气压的波动。

维持炉内压力平衡的抽气装置，包括多个输入端用于连接单联抽气机构或者炉的阀门、公共管道、至少两路抽气机构以及第一控制器，每个阀门的输出端与公共管道连接，每路抽气机构分别与第一控制器电连接，还包括压力平衡罐，所述压力平衡罐的输入端与公共管道连接，压力平衡罐的输出端与各路抽气机构连接。

各路抽气机构并联在一起后再与压力平衡罐连接。

在压力平衡罐与抽气机构之间设有流量调节控制阀，该流量调节阀与第一控制器电连接。

所述各路抽气机构均包括止回阀以及真空泵，止回阀与真空泵串联。

所述压力平衡罐上设有第一压力传感器，第一压力传感器与第一控制器电连接。

本实用新型的目的之二是提供了一种维持压力平衡的用于炉的抽气系统，技术方案如下：

用于炉的抽气系统，包括与炉连接的单联抽气机构，还包括维持炉内压力平衡的抽气装置。

优选地，所述单联抽气机构包括第二控制器、第二压力传感器、阀门装置、真空泵，第二控制器与第二压力传感器电连接，阀门装置的输出端与真空泵连接，阀门装置还与第二控制器电连接。

优选地，所述阀门装置包括气动阀、气体调节阀以及通断阀，气动阀与气体调节阀串联，所述通断阀的两端与气动阀和气体调节阀串联所形成的支路并联。

优选地，在阀门装置与真空泵之间设有止回阀，该止回阀与第一控制器或者第二控制器电连接。

优选地，所述第二控制器与第一控制器连接而相互通信。

本实用新型的优点为：例如当前对一台炉进行抽气以维持炉内压力平衡，而其他几台炉也达到需要维持炉内压力平衡的条件时，这时，会开启好几个与公共管道连接的阀门，例如开启3台或5台或10台的连接数量，在本实用新型中，由于增设了压力平衡罐，该压力平衡罐平衡了公共管道内部压力，并在通过第一压力传感器实时测定压力平衡罐内部压力后，信号送至第一控制器进行处理，然后第一控制器通过流量调节阀对抽气机构的抽气速率进行控制，有效保障各台炉不会因负载多少造成腔体内压力骤变变化，以确保炉内产品的质量。

本实用新型可适用于多晶炉的抽气、单晶炉的抽气系统以及其他需要压力维持的密闭系统。

附图说明

图1为现有技术中的用于多晶炉的联动抽真空装置的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

附图中，1为阀门，2为公共管道，3为第一控制器，4为止回阀，5为真空泵，6为压力平衡罐，6a为流量调节控制阀，7为第一压力传感器，8为第二压力传感器，9为真空泵，10为气动阀，11为气体调节阀，12为通断阀，13为止回阀。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型的维持炉内压力平衡的抽气装置，包括多个输入端用于连接单联抽气机构或者炉的阀门1、公共管道2、至少两路抽气机构以及第一控制器3。阀门1为电动阀门，每个阀门1的输出端与公共管道2连接。每路抽气机构由止回阀4和真空泵5组成，止回阀4与真空泵5串联。每路抽气机构分别与第一控制器3电连接，第一控制器3包括PLC(或单片机或PAC)以及若干个继电器(或接触器)，止回阀4和真空泵5受第一控制器的控制，以根据实际情况控制抽气的速率。优选地，本实用新型中设置了两路抽气机构，一路作为正常工作使用，另一路则作为备用，若正常使用的一路抽气机构出现故障或问题时，则启动另一路工作。

还包括压力平衡罐6，所述压力平衡罐6的输入端与公共管道2连接，所述压力平衡罐6上设有第一压力传感器7，第一压力传感器7与第一控制器电连接。通过第一压力传感器7将压力平衡罐6内的气压值传送到第一控制器3，第一控制器3根据实际情况对抽气速率做出调整。压力平衡罐6的输出端与各路抽气机构连接，优选地，各路抽气机构并联在一起后再与压力平衡罐连接。在压力平衡罐与抽气机构之间设有流量调节控制阀6a，该流量调节阀6a与第一控制器电连接。

如图2所示，本实用新型的用于炉的抽气系统，包括与炉连接的单联抽气机构以及上述实施方式中的维持炉内压力平衡的抽气装置，所述炉为单晶炉或多晶炉或其他炉子，本实施方式中的炉为多晶炉。炉的数量为多个，分别依次通过单联抽气机构和阀门1连接到公共管道2。所述单联抽气机构包括第二控制器(图中未示出)、第二压力传感器8、阀门装置、真空泵9。第二控制器包括PLC(或单片机或PAC)以及若干个继电器(或接触器)，第二控制器与第二压力传感器8电连接，第二控制器与第一控制器连接而相互通信。阀门装置的输出端与真空泵连接，阀门装置还与第二控制器电连接。所述阀门装置包括气动阀10、气体调节阀11以及通断阀12，气动阀10与气体调节阀11串联，所述通断阀12的两端与气动阀10和气体调节阀11串联所形成的支路并联，。在阀门装置与真空泵9之间设有止回阀13，该止回阀13与第一控制器或者第二控制器电连接，止回阀13可以防止真空泵9内的油回流到炉腔内污染炉腔。

本实用新型的工作过程为(先以1号多晶炉及对应连接的各个部件为例)：工序开始时系统先进行自检后，各个阀门1处于关闭状态，真空泵水温＜40℃时可以启动其中一路抽气机构中的真空泵5，真空泵5启动时，同时由第一控制器中的PLC发出信号，通过继电器打开止回阀4，这样对对公共管道2进行抽气。当第一压力传感器7检测到压力平衡罐6内部压力＜0.1mba，关闭止回阀4，通过检验确定管道没有泄漏，则达到开启阀门1的第一个条件。1号多晶炉在工艺流程中，由第二控制器中的PLC发出信号，启动真空泵9并打开气动阀10和气体调节阀11(通断阀12为关闭状态)，通过真空泵9对1号多晶炉抽真空，在压力达到500mbar时，打开通断阀12，并关闭气动阀10和气体调节阀11，在抽真空的过程中，由第二压力传感器8对1号多晶炉内的气压时时检测，当炉内压力＜0.008mbar时，对1号多晶炉检漏，若通过，这时，第二控制器控制输气机构开启将保护气体(如氩气)输送到1号多晶炉内进行填充，并根据工序步骤重复打开关闭通断阀12，当1号多晶炉内的气压力达到600mbar，达到开启阀门1的第二个条件，由于阀门1开启的两个条件均具备了，这时，第一控制器3中的PLC控制阀门1开启，同时通过第二控制器的PLC控制继电器关闭真空泵9和止回阀13，打开气动阀10、气体调节阀11，这样，1号多晶炉输入的氩气经过气动阀10、气体调节阀11、阀门1到达公共管道2内，在抽气机构的负压作用力下，气体进入到压力平衡罐6中，再依次通过止回阀4、真空泵5排出，到此，1号多晶炉进入压力维持状态。2号多晶炉、3至10号多晶炉以类同的方式进行工作。

当1至10号多晶炉中任意一个进入压力维持状态后，若当前工作的真空泵5发生故障，第一压力传感器7检测到压力平衡罐6内的压力上升＞650mbar时，第一控制器3中的PLC接收到第一压力传感器7信号判定压力过高，第一控制器3中的PLC控制继电器启动另一路抽气机构中的真空泵5，同时关闭故障所在一路的抽气机构，保证系统正常运行，并启动声光报警器，直至相关人员进行处理，消除该故障。若两路抽气机构均出现故障，第一压力传感器7和第二压力传感器8检测的气压值均大于650mba时，第一控制器3中的PLC通过继电器控制两路抽气机构均关闭，同时，第二控制器中的PLC控制真空泵9开启，通过真空泵9将对应多晶炉内的保护气体抽走。例如，1号多晶炉的各路抽气机构出现故障，这时，第一控制器3中的PLC通过继电器控制各路抽气机构均关闭，而第二控制器则控制真空泵9开启，将1号多晶炉内的保护气体抽走，从而保证1号多晶炉内的压力维持不变，保证生产正常运行。假如单独采用单联抽气机构进行抽气的故障率为5％，而在设置了多路抽气机构后马上可以将故障率降低到0.25％，通过上述叙述可知，因为将单联抽气机构和多路抽气机构进行了关联，因此基本杜绝了真空泵损坏而造成的风险，并且单联抽气机构和多路抽气机构并不用增加很高的硬件成本，但却能将风险降为零，提高了系统的安全性。

在上述举例的工作过程说明中，上述工艺条件0.008mbar及650mbar可以随生产工艺需求进行随意更改。

Claims (10)

1.维持炉内压力平衡的抽气装置，包括多个输入端用于连接单联抽气机构或者炉的阀门、公共管道、至少两路抽气机构以及第一控制器，每个阀门的输出端与公共管道连接，每路抽气机构分别与第一控制器电连接，其特征在于：还包括压力平衡罐，所述压力平衡罐的输入端与公共管道连接，压力平衡罐的输出端与各路抽气机构连接。

2.根据权利要求1所述的维持炉内压力平衡的抽气装置，其特征在于：各路抽气机构并联在一起后再与压力平衡罐连接。

3.根据权利要求1所述的维持炉内压力平衡的抽气装置，其特征在于：在压力平衡罐与抽气机构之间设有流量调节控制阀，该流量调节阀与第一控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的维持炉内压力平衡的抽气装置，其特征在于：所述各路抽气机构均包括止回阀以及真空泵，止回阀与真空泵串联。

5.根据权利要求1—4任意一项所述的维持炉内压力平衡的抽气装置，其特征在于：所述压力平衡罐上设有第一压力传感器，第一压力传感器与第一控制器电连接。

6.用于炉的抽气系统，包括与炉连接的单联抽气机构，其特征在于：还包括如权利要求1至5任意一项所述的维持炉内压力平衡的抽气装置。

7.根据权利要求6所述的用于炉的抽气系统，其特征在于：所述单联抽气机构包括第二控制器、第二压力传感器、阀门装置、真空泵，第二控制器与第二压力传感器电连接，阀门装置的输出端与真空泵连接，阀门装置还与第二控制器电连接。

8.根据权利要求7所述的用于炉的抽气系统，其特征在于：所述阀门装置包括气动阀、气体调节阀以及通断阀，气动阀与气体调节阀串联，所述通断阀的两端与气动阀和气体调节阀串联所形成的支路并联。

9.根据权利要求7所述的用于炉的抽气系统，其特征在于：在阀门装置与真空泵之间设有止回阀，该止回阀与第一控制器或者第二控制器电连接。

10.根据权利要求7所述的用于炉的抽气系统，其特征在于：所述第二控制器与第一控制器连接而相互通信。