Солнечная печь Советский патент 1992 года по МПК F24J2/02 

Изобретение относится к области гелиотехники и может быть применено для получения монокристаллов и сплавов в солнечных печах.

Известны солнечные печи для получения материалов под воздействием регулируемых концентрированных лучистых тепловых потоков. Недостатком таких солнечных печей является низкая производительность и невозможность проведения долговременных технологических операций плавки.

Наиболее близким по технологической сущности к изобретению является солнечная печь, включающая корпус, параболоидный концентратор солнечной знергии с уртановленными в его, отверстии вдоль оптической оси штока с механизмом его перемещения, тигля и держателя затравки с приводом. Недостатком этой печи является небольшая производительность из-за малой емкости тигля и ненадежность конструкции для проведения технологических работ по выращиванию монокристаллов вследствие сложной конструкции приборов привода.

Целью изобретения является повышение производительности и надежности работы солнечной печи при плавке материалов концентрированным солнечным излучением с одновременным выращиванием монокристаллов.

Поставленная цель достигается тем, что в солнечной печи, содержащей корпус, закрепленный в нем параболоидный концентратор с установленным в его отверстии вдоль оптической оси штоком с механизмом его перемещения, тиглем и держателем затравки с приводом, кроме того тигель выполнен в виде соосного со штоком цилиндра из оптически прозрачного термостойкого материала и укреплен посредством самоцентрирующего патрона, установленного на конце штока, обращенного к фокусу концентратора, привод затравки закреплен на патроне, а механизм перемещения штока выполнен в виде фрикционного роликового привода, снабженного механизм-ом повЬрота ролика относительно корпуса, причем шток и тигель установлены с возможностью вращательного и,винtoвoгo движения относительно оптической оси концентратора.

На фиг. 1 представлена солнечная печь.схема; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фит-, 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Солнечная печь содержит корпус 1, пара йяоидный концентратор 2 с отверстьем наомргической оси. В отверстие концентраT0fi)sa2 на подшипниках 3 установлен с возможностью вращательного и винтового движения вдоль оптической оси концентратора 2 полый шток 4 с фрикционным роликовым приводом 5, который состоит из фрикционного ролика 6, снабженного электроприводом 7 и механизма 8 поворота фрикционного роликового привода 5. Причем фрикционнь1й роликовый привод 5 расположен позади концентратора 2.

0 Электропривод 9 вращения затравки 10 размещен внутри полого штока 4 у его конца, обращенного в сторону фокуса концентратора 2. Затравка:10 установлена на держателе 11 внутри трубчатого тигля 12,

5 выполненного из оптически прозрачного термостойкого материала, например кварцевого стекла. Трубчатый тигель 12 во время плавки укреплен одним концом в самоцентрирующемся патроне 13, другой конец трубчатого тигля 12 установлен в подшипнике 14, центрирующем тигель 12 и обеспечивающем возможность вращательного и винтового его перемещения относительно главной оптической оси концентратора 2.

5 Донача;1а плавки тигель 12 наполнен исходным материалом 15, например порошком или гранулами кремния. Тигель 12 снабжен с нижней стороны днищем 16. При попадании сфокусированных лучей на тигель в его

0 прозрачной трубчатой полости образуется расплав 17, и далее в процессе перемещения-тигля вдоль оптической оси образуется монокристалл 18, спившийся с затравкой 10. Винтовое перемещение.тигля 12 и полого

5 штока 4 обеспечивается в результате контакта фрикционного ролика 6 с последним. Усилие контакта обеспечивается пружиной 19, а пазы 20 механизма 8 поворота фрикционного ролика 6 выполнены по дуге окружности, имеющей центр, совпадающий с точкой касания ролика 6 с штоком 4.

Солнечная печь работает следующим образом.

Сыпучий или гранулированный исход5 ный материал 15 засыпается в прозрачный

.трубчатый тигель 12 до уровня, чтобы он

соприкасался с затравкой 10 при установке

тигля 12 в самоцентрирующийся патрон 13.

Зона тигля 12, прилежащая к затравке 10, с

0 помощью фрикционного роликового привода 5 перемещением вдоль оптической оси концентратора 2 подводится в фокус последнего. С помощью гелиостата (не показан) солнечный поток направляется на концентратор2 параллельно его главной оптической оси. Под действием концентрированного излучения исходный материал 15,

расположенный в трубчатог«г прозрачном тигле 12. плавится, при зтом проплавляется и нижняя затравки 10, сливаясь с верхней границей расплава 17. Затем включают электропривод 9 вращения затравки 10, например против часовой стрелки. Одновременно с помощью фрикционного роликового привода 5 посредством штока 4 тиглю придается вращательное движение, например по часовой стрелке, с одновременным винтовым перемещением его вдоль оптической оси.

Шаг винтовой подачи штока 4 и тигля 12 (с помощью механизма 8 поворота фрикционного ролика 6) подбирается так, чтобы обеспечивалось равномерное проплавление шихтовых материалов в фокальном пятне и необходимая скорость роста монокристалла 18. Скорость винтового перемещения тигля 12 регулируют изменением угла установки фрикционного ролика 6 относительно штока 4 и изменением скорости вращения ролика. Так как центр пазов 20 совпадает с центром касания ролика 6 со штоком 4, то при любом повороте ролика 6 относительно штОка 4 контакт между ними постоянен, а его усилие регулируется пружиной 19.

Вращение штока 4 с тмглем 12 и затравки 10 во взаимно противоположнь1х направг лениях необходимо для равномерного нагрева и перемещения расплава 17. а винтовое движение штока 4 с тиглем 12 вверх обеспечивает вытягивание монокристалла 18 из расплава 17. После проплавки всего исходного материала 15 и образования монокристалла в форме цилиндрического слитка прозрачный трубчатый тигель 12 снимается, вставляется новый тигель с исходным материалом, и процесс повторяется. Локальный нагрев исходного материала в предлагаемой солнечной печи обеспечивает наиболее благоприятные условия для роста монокристаллов необходимого качества, так как создается сравнительно высокий температурный градиент вдоль оси слитка моно14ристалла, а радиальные температурные градиенты в расплаве ирастущем кристалле сведены, к минимуму вследствие постоянного перемешивания расплава вращающимися в противоположные стороны монокристалла и тигля.

Эффективность солнечной печи заключается в экономии электроэнергии, повышении производительности и надежности выращивания ци линдрических монокристаллических слитков при использовании концентрированного солнечного излучения. Эксплуатация концентратора солнечной знергии большого диаметра, например до 15 м, позволяет значительно увеличить длину трубчатого тигля и по учить слитки монокристалла длиной до 4-5 м.

Формула изобретения/ Солнечная печь, содержащая закрепленный в корпусе Иараболоидный концентратор с установленными в его отверстии вдоль оптической оси штоком с механизмом его перемещения, тиглем и держателем затравки с приводом, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и надежности в работе печи, тигель выполнен 8 виде соосного со штоком цилиндра из оптически прозрачного термостойкого материала и укреплен посредством самоцентрирующего патрона, установленного на конце штока, обращенного к фокусу концентрато|эа, привод затравки закреплен на патроне, а механизм перемещения штока выполнен в виде фрикционного роликового природа, снабженного механизмом поворота ролика относительно корпуса, причем шток и тигель установлены с возможностью вращательного и винтового движения относительно оптической оси концентратора. АА

Изобретение относится к гелиотехнике. Цель изобретения - получение монокристаллических слитков при плавке исходного материала в фокусе параболоидного концентратора. С целью повышения производительности и надежности с помощью фрикционного роликового привода 5, который обеспечивает винтовое движение штока 4 с закрепленным на его конце с помощью самоцентрирующегося патрона 13 термостойкого оптически прозрачного трубчатого тигля 10, происходит установка последнего с исходным материалом в фокусе параболоидного концентратора 2. При направлении светового потока на концентратор 2 в начале процесса в прозрачном трубчатом тигле 10 происходит плавление расположенного в фокусе концентратора 2 верхней части исходного материала 15 и прилегающей нижней части затравки, 10. Включение электроприводов 9 и 7 обеспечивает вращение затравки 10 с монокристаллом 18 и тигля 12 в противоположных^ направлениях для перемешивания расплава, при этом фрикционный роликовый приводе обеспечивает вращательное и винтовое движение штока 4 с тиглем 12, что способствует вытягиванию монокристалла 18.3 ил.елсТ'Ji^ СлЭg >&

Фиг. а

Фиг. 3