Солнечная печь

 

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 >&

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 24 J 2/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784856l06 (22) 23.01.90 (46) 23,02.92. Бюл. t+ 7 (71) Научно-производственное объединение

"Солнце" АН ТССР (72) М,M.Oñòðîóøåíêo (53) 662.997 (088.8) (56) Исследования материалов в условиях лучистого нагрева. Киев: Иаукова думка, АН

УССР, 1975, с.5, рис.1.

Исследование материалов в условиях лучистого нагрева. Киев Наукова думка, АН

УССР, 1975, с,9, рис, 4. (54) СОЛНЕЧНАЯ ПЕЧЬ (57) 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, кото„„5U„„1714304 А1. рый обеспечивает винтовое движение штока 4 с закреЪленным на его конце с помощью самоцентрирующегося патрона 13 термостойкого оптически прозрачного трубчатого тигля t0, 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.

8ключение злектроприводов 9 и 7 обеспечивает вращение -затравки 10 с монокристаллом 18 и тигля 12 в противоположных направленияхдля перемешивания расплава, 3 при этом фрикционный роликовый привод 6 обеспечивает вращательное и винтовое движение штока 4 с тиглем 12, что способствует вытягиванию монокристалла 18. 3 ил.

1714304

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 энергии с установленными в его, отверстии вдоль оптической оси штока с механизмом eio 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 монокрис.ràëëîâ, 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, снабженно го механизмом повЬрота ролика относительно корпуса, причем шток и тигель установлены с возможностью вращательного и,винтового движения относительно оптической оси концентратора.

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

Солнечная печь содержит корпус 1, парабааоидный концентратор 2 с отверстьем наапвтической оси. В отверстие конценчратопвв 2 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 фрикционный роликовый привод 5 расположен позади концентратора 2.

Электропривод 9 вращения затравки 10 размещен внутри полого штока 4 у его конца, обращенного в сторону фокуса концентратора 2. Затравкз 10 установлена на держа10 теле 11 внутри трубчатого тигля 12, 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.

До начала плавки тигель t2 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 прозрачной трубчатой полости образуется расплав 17, и далее в процессе перемещения.тигля вдоль оптической оси образуется монокристалл 18, слившийся с затравкой 10.

Винтовое перемещение тигля 12 и полого 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, 40

Солнечная печь работает следующим образом. соприкасался с затравкой 10 при установке тигля 13 в самоцентрирующийся патрон 13, Зона тигля 12, прилежащая к затравке 10. с помощью фрикционного роликового привода 5 перемещением вдоль оптической оси

50 концентратора 2 подводится в фокус последнего. С помощью гелиостата (не показан) солнечный поток направляется на концентратор2 параллельно его главной оптичес кой оси. Под действием концентрированного излучения исходный материал 15, расположенный в трубчатом прозрачном тигле 12, плавится, при атом проплавляется и нижняя чветь затравки fo,,ñëèâàÿñü с еерСыпучий или гранулированный исход45 ный материал 15 засыпается в прозрачный трубчатый тигель 12 до уровня, чтобы он

1714304 хней границей расплава 17. Затем включают электропривод 9 вращения затравки 10, например против часовой стрелки. Одновременно с помощью фрикционного роликового привода 5 посредством штока 4 20 тиглю придается вращательное движение,. например по часовой стрелке. с одновременным винтовым перемещением его вдоль оптической оси.

Шаг винтовой подачи штока 4 и тигля 12 25, (с помощью механизма 8 поворота фрикционного ролика 6) подбирается так, чтобы обеспечивалоаь равномерное проплавле-.. ние шихтовых материалов в фокальном пятне и необходимая скорость роста 30 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 35

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. 40

Вращение штока 4 с тиглем 12 и затравки 10 во взаимно противоположных направлениях необходимо для равномерного нагрева и перемещения расплава 17, а винтовое движение штока 4 с тиглем 12 вверх 45 обеспечивает вытягивание монокристалла

18 из расплава 17. После проплавки всего исходного материала 15 и образования монокристалла в форме цилиндрического слитка прозрачный трубчатый тигель 12 50 снимается, вставляется новый тигель с исходным материалом, и.процесс повторяется. Локальный нагрев исходного материала в предлагаемой солнечной печи обеспечивает наиболее благоприятные условия для 55 роста монокристаллов необходимого каче. ства, так как создается сравнительно высоФ кий температурный градиент вдоль оси слитка монокристалла, а радиальные температурные градиенты в расплаве и растущем 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 цилиндрических монокристаллических слитков при использовании концентрированного солнечного излучения. Эксплуатация концентратора солнечной энергии большого диаметра, например до 15 м, позволяет значительно увеличить длину трубчатого тигля и получить слитки монокристалла длиной до 4-5 м.

Формула изобретения

Солнечная печь. содержащая закрепленный в корпусе парабалоидный 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 в виде соосного со штоком цилиндра из оптически прозрачного термостойкого материала и укреплен посредст- ..

BoM 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 механизмом поворота ролика относительно корпуса, причем шток и тигель установлены с возможностью вращательного и винтового движения относительно оптической оси концентратора.

1714304

А — A

Составитель Н.Угольникова

Редактор И.Ванюшкина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Патай

Заказ 679 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наО., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, ЗОЗ