[发明专利]一种节能感应圈及应用该感应圈的晶体生长炉

说明书

技术领域

本发明涉及感应加热技术领域，更具体地，涉及一种节能感应圈及应用该感应圈的晶体生长炉。

背景技术

感应加热技术广泛应用于，金属熔炼、晶体生长、焊接、保温等设备中，此项技术与科学研究及工业生产有紧密联系。感应加热设备运行过程中，加热目标置于交变磁场中产生涡流，导致热件发热。目前，针对这一高能耗大型设备的改进工作不胜枚举，主要集中在感应电源的设计，但鲜有通过改造感应加热圈而提高效率的工作。

交变电流通过导体时，引起导体截面上电流分布不均匀，愈接近导体表面电流密度越大（趋肤效应）。电流工作频率越高，导体截面越大，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。通电导线内部会伴随着一定程度的涡流效应，引起导线发热。感应加热设备离不开高频交变电流，传统感应线圈会因此消耗大量能量。家用电磁炉设备的感应圈使用漆包绞合线绕制成盘状，可减弱趋肤效应，但被加热体需紧贴线圈，工作温度低。而且使用风冷的散热方式，导致热件周边温场极不稳定。因此无论是线圈设计、散热方式还是散热能力，都无法满足金属熔炼、晶体生长、焊接等工业设备的要求。

目前用于晶体生长的大功率感应圈均为铜管绕制，定型后不能改变，中通冷却液而达到良好的散热效果且线圈强度满足高真空，高正压保护气氛等要求。但此种线圈在交变电场中产生强的涡流损耗，损失大量能量。而且完全不具备柔性，尺寸稍有误差即安装困难，不同设备间更不能替换。由于保温罩尺寸的限制，一套设备只能加热特定尺寸以内的坩埚，无法适应多种不同尺寸的坩埚和保温罩。造成生产能力受限和材料浪费。

目前的大功率感应加热设备运行过程中，由于传统设备的设计缺陷，电容和线圈的发热量都很大，有大量能量损失在感应系统自身发热中。以晶体生长产业为例，电能占据生产的成本的35%以上。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的多种缺陷，提供一种节能、可调节尺寸、气密性好、轴向导电而径向圆周绝缘的节能感应圈，进一步的，提供应用该感应圈的晶体生长炉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种节能感应圈，其中，包括线管，线管包括导电部，导电部内为中空部，导电部外包覆包裹层；所述的导电部包括多条细铜线，多条细铜线之间为充填物，充填物起到均匀散热和支撑定型的作用；所述的中空部内部流通冷却液。所述的充填物为耐高温树脂。所述的包裹层为玻璃纤维，感应圈由细铜线编织成线管所制。

本发明中，改变传统中频感应圈使用铜管绕制的设计，由细铜线螺旋状编排制作成导电部，具有轴向导电而径向圆周绝缘的特性，中空部可中通冷却液。圆形线管具有极好的抗压能力，由玻璃纤维包裹，充填物为耐高温树脂，形成散热快、耐高温、气密性好的保护层、并且具有柔性、同时保护线管的内部结构。中空部通以冷却液，带走发热体的大量漏热以及由驱动电流产生的热量。

一种晶体生长炉，应用所述的节能感应圈，包括坩埚，设于坩埚外的保温罩，线管盘绕于保温罩的外壁上；感应圈还包括两个引出段, 引出段的端部设有电极，冷却液由其中一引出段流入线管，由另外一引出段流出线管。本发明中，线管的尺寸可针对不同坩埚和保温系统（如坩埚尺寸变化，保温罩尺寸变化）进行调整且不破环线圈的原有结构，彻底改变现有感应圈一次定型无法调整尺寸的缺点，节约设备成本，此项特性可适应不同热件、工况。进一步提高系统效率和操作的方便性。

感应圈的引出段为柔性，引出段能通过旋转感应圈而改变长度，方便感应圈安装和精确定位。

进一步的，所述的线管盘绕于保温罩的外壁上的形状为圆柱形，其每层线管的圆心位于同一竖直线上，每层线管的包裹层相互接触。这样，下层的线管可支撑上层的线管，而且由于柔性的耐高温树脂，使得线管可盘绕于保温罩的外壁上，改变现有感应圈一次定型无法调整尺寸的缺点，节约设备成本。

进一步的，所述的包裹层外部与保温罩之间还设有绝热材料。这样设置使得坩埚中的漏热从保温罩传递到线管，再传递到中空部中的冷却液。

进一步的，所述的线管盘绕于保温罩外壁的圆柱形底部还设有底盘。通过旋转底盘，可以微调引出段的长度，更加方便设备的整体设置。

与现有技术相比，有益效果是：