Солнечная печь

сОюз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 4304 А 1 51)5 Г 24 3 2/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ГОСУДАР СТ ВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(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, который обеспечивает винтовое движение штока 4 с закреЪленным на его конце с помощью самоцентрирующегося патрона 13 термостойкого оптически прозрачного трубчатого тигля 10, происходит установка по. следнего 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 10.8 ключение 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,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 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 монокрисаллов,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 соосчого 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 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 фи.г, 3 - сечение А-А на фиг. 1.Солнечная печь содержит корпус 1, парабадоидный концентратор 2 с отверстьем нааетической оси, В отверстие концентратора 2 на подшипниках 3 установлен с воз можностью 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 держа 10 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 20 14, центрирующем тигель 12 и обеспечивающем возможность вращательного и винтового его перемещения относительно главной оптической оси концентратора 2, До начала плавки тигель 12 наполнен исходным материалом 15; например порошком или гранулами кремния. Тигель 12 снабжен с нижней стороны днищем 16, При попаданиисфокусированных 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. 30 Винтовое перемещение тигля 12 и полого штока 4 обеспечивается в результате контакта фрикционного ролика б с последним. Усилие контакта обеспечивается пружиной 35 19, а пазы 20 механизма 8 поворота фрикционного ролика 6 выполнены по дуге окружности, имеющей центр, совпадающий сточкой касания ролика б с штоком 4,40 Солнечная печь работает следующимобразом,соприкасался с затравкой 10 при установке тигля 121 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 концентратор 2 параллельно его главной оптической оси. Под действием концентрированного излучения исходный материал 15, расположенный е трубчатом прозрачном тигле 12, плавится, при атом проплавляется и нижняя чветь затравки 1 Осливаясь с еерСыпучий или гранулированный исход 45 ный материал 15 засыпается в прозрачный трубчатый тигель 12 до уровня, чтобы онхней 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. 40Вращение 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 высокий 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 изобретенияСолнечная печь. содержащая закрепленный в корпусе параболоидный концентратор с установленными в его отверстии вдоль оптической оси штоком с механизмом его перемещения, тиглем и держателем затравки с приводом, о т л и ч а ю щ а я с я 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-вом 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 Редактор И,Ванюшкина Корректор Л.Пат Составитель Н.УгольниковаТехред М,Моргентал оизеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, ЗОЩ аказ 679 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5