CN113648780B - 一种三氟化氮纯化用气体热解设备 - Google Patents

一种三氟化氮纯化用气体热解设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三氟化氮纯化用气体热解设备，包括保温箱，保温箱内设有热解罐，保温箱的内侧壁上固定有安装架，安装架的一侧固定有两个承载盒，承载盒内设有转动机构，转动机构上安装有旋转接头，旋转接头的一端固定有L型喷管。本发明通过导热油加热设备和电磁加热的结合，实现了三氟化氮气体的快速热解，同时相比于电阻丝加热耗电少、方便管理控制、加热效率高，降低了加热成本和加热时间，另外三氟化氮气体采用旋转进气和喷气进入的形式更是提升了气体在内部接触面积，充分实现了对内部气体充分快速的热解，不仅提升热解效率，而且极大的提升了热解的效果，保证了三氟化氮气体的充分纯化。

Description

一种三氟化氮纯化用气体热解设备
技术领域
本发明涉及一种热解装置，具体涉及一种三氟化氮纯化用气体热解设备。
背景技术
三氟化氮化学式NF3，在常温下是一种无色、无臭、性质稳定的气体，是一种强氧化剂。三氟化氮在微电子工业中作为一种优良的等离子蚀刻气体，在离子蚀刻时裂解为活性氟离子，这些氟离子对硅和钨化合物，高纯三氟化氮具有优异的蚀刻速率和选择性(对氧化硅和硅)，它在蚀刻时，在蚀刻物表面不留任何残留物，是非常良好的清洗剂，同时在芯片制造、高能激光器方面得到了大量的运用。
目前在三氟化氮加工过程中，需要将三氟化氮气体进行加热纯化，将其中的主要杂质气体N2F2加热分解，从而提高三氟化氮的纯度。目前的方式均是采用电阻丝加热，在用该种方式加热时不易稳定控制、耗电多，而且效率低下，增加了生产成本，为此，我们需要设计一种三氟化氮纯化用气体热解设备来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种三氟化氮纯化用气体热解设备，该装置结构设计科学合理，结合导热油加热和电磁加热两种方式，合理设计了喷入气体的混合方式，大大提高了气体喷入时的扩散速度和接触面积，最终实现对三氟化氮气体中杂质的快速全面热解，热解效率高，保证了三氟化氮气体的纯化效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，包括保温箱、热解罐和循环加热系统，所述热解罐固定设置在保温箱内部，所述保温箱内沿竖直方向正对设置有两个承载盒，所述承载盒内设置有转动机构，所述热解罐的侧壁上部和下部正对设置有两根L型喷管，两根所述L型喷管分别通过旋转接头连接有连接管，旋转接头的一端与L型喷管固定连接，旋转接头的另一端与连接管回转连接，两个所述连接管同时与第一进气管连接，所述热解罐的侧壁下方同时连接有第二进气管，所述第一进气管和第二进气管同时连接在输气管路上，所述保温箱上安装有电磁加热器和导热油设备，所述电磁加热器和导热油设备均与热解罐连接，通过电磁加热和导热油加热两种方式对热解罐进行加热。
优选地，所述转动机构包括转轴和驱动电机，所述两个承载盒内转动安装所述转轴，其中一个承载盒上固定安装所述驱动电机，所述驱动电机的输出轴与转轴固定连接，两个所述转轴上均固定套接有第一齿轮和第二齿轮，所述旋转接头上固定套接有第三齿轮，距离较近的第三齿轮和第一齿轮之间通过第一链条传动连接，两个第二齿轮之间通过第二链条传动连接。通过一台驱动电机可以驱动两个旋转接头同步转动，从而使两根L型喷管转动，扩大喷入热解罐内气体的扩散速度和接触面积。
优选地，所述第一进气管和第二进气管共同连接有三通接头，所述三通接头连接进气总管，所述第一进气管和第二进气管上均安装有温度计、压力计和阀门，温度计和压力计位于调节盒内，所述温度计、压力计、阀门和三通接头均包裹在调节盒内。
优选地，所述导热油设备包括导热油加热设备、加热盘管和输油泵，所述导热油加热设备设置在保温箱上，所述导热油加热设备的一端连接有导热油输送管，所述导热油加热设备的另一端连接有进油管，所述热解罐的内壁上安装加热盘管，所述进油管连接加热盘管，所述导热油输送管连接输油泵，所述输油泵通过回流管连接加热盘管。
优选地，所述保温箱的下端面通过多个支撑腿连接有底板，所述底板上设置有保护盒，所述保护盒内设置所述输油泵。
优选地，所述L型喷管的一端穿过热解罐的侧壁连接有喷气头，所述L型喷管的另一端与所述旋转接头连接，所述L型喷管与热解罐的连接处设置有回转轴承和密封套，所述第二进气管的一端穿过热解罐且连接有进气喷头。
优选地，所述热解罐上连接有延伸至保温箱外的排气管，所述热解罐的外侧壁上包裹有保温层。
优选地，所述保温箱的侧壁上设置有观察窗。
优选地，所述保温箱内固定设置有安装架，所述安装架上固定安装所述承载盒，所述承载盒上固定连接有安装盒，所述安装盒内转动设置所述旋转接头，所述安装盒上开设有供第一链条穿过的开口。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过导热油加热设备和电磁加热的结合，实现了三氟化氮气体的快速热解，同时相比于电阻丝加热耗电少、方便管理控制、加热效率高，降低了加热成本和加热时间，另外三氟化氮气体采用旋转进气和喷气进入的形式更是提升了气体在内部接触面积，充分实现了对内部气体全面的、快速的热解，不仅提升热解效率，而且极大的提升了热解的效果，保证了三氟化氮气体的充分纯化。
2、本发明设计了三个进气口来输入气体，其中两个进气口通过L型喷管旋转进气，相互碰撞扩散的气体扩散速度快，保证了与加热盘管和热解罐的接触面积，有效加快气体的热解速度，提高热解效率。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的俯视剖视结构示意图。
图3是本发明中调节盒内部的结构示意图。
图4是本发明中导热油设备、电磁加热器和热解罐的连接结构示意图。
图5是本发明中两根转轴的传动连接主视结构示意图。
图6是本发明图2中A处的局部放大结构示意图。
附图标记说明：
1—导热油加热设备； 2—保温箱； 3—导热油输送管；
4—观察窗； 5—电磁加热器； 6—保护盒；
7—支撑腿； 8—底板； 9—连接管；
10—第一进气管； 11—第二进气管； 12—调节盒；
13—进气总管； 14—温度计； 15—压力计；
16—三通接头； 17—阀门； 18—安装架；
19—承载盒； 20—驱动电机； 21—热解罐；
22—喷气头； 23—L型喷管； 24—第一链条；
25—第一齿轮； 26—转轴； 27—第二链条；
28—第二齿轮； 29—开口； 30—安装盒；
31—排气管； 32—第三齿轮； 33—旋转接头；
34—保温层； 35—加热盘管； 36—进气喷头；
37—回流管； 38—输油泵； 39—进油管。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明包括保温箱2、热解罐21和循环加热系统，保温箱2为长方体箱体，热解罐21为圆柱形罐体，所述热解罐21固定设置在保温箱2内部左侧位置，热解罐21与保温箱2的三面内壁顶压，所述保温箱2的右侧沿竖直方向正对设置有上下两个承载盒19，所述承载盒19内设置有转动机构，所述热解罐21的侧壁上部和下部正对设置有两根L型喷管23，两根所述L型喷管23分别通过旋转接头33连接有连接管9，旋转接头33的一端与L型喷管23固定连接，旋转接头33的另一端与连接管9回转连接，两根所述连接管9同时伸出保温箱2与第一进气管10连接，所述热解罐21的侧壁下方同时连接有第二进气管11，所述第一进气管10和第二进气管11同时连接在输气管路上，所述保温箱2上安装有电磁加热器5和导热油设备，所述电磁加热器5和导热油设备均与热解罐21连接，通过电磁加热和导热油加热两种方式对热解罐21内气体进行加热。
本实施例中，所述转动机构包括转轴26和驱动电机20，所述两个承载盒19内转动安装所述转轴26，其中一个承载盒19上固定安装所述驱动电机20，所述驱动电机20的输出轴穿过承载盒19与转轴26的一端固定连接，转轴26的另一端通过轴承安装在承载盒19的侧壁内，两根所述转轴26上均固定套接有第一齿轮25和第二齿轮28，所述旋转接头33上固定套接有第三齿轮32，位于同一高度距离较近的第三齿轮32和第一齿轮25之间通过第一链条24传动连接，两根转轴26上的第二齿轮28之间通过第二链条27传动连接。通过一台驱动电机20可以驱动两个旋转接头33同步转动，从而使两根L型喷管23转动，扩大喷入热解罐21内气体的扩散速度和接触面积。
本实施例中，所述第一进气管10和第二进气管11共同连接有三通接头16，所述三通接头16连接进气总管13，所述第一进气管10和第二进气管11上均安装有温度计14、压力计15和阀门17，温度计14和压力计15位于调节盒12内，所述温度计14、压力计15、阀门17和三通接头16均包裹在调节盒12内，三氟化氮气体在热解罐21内滞留时间为0.6-6min。
本实施例中，所述导热油设备包括导热油加热设备1、加热盘管35和输油泵38，所述导热油加热设备1设置在保温箱2的顶面上，电磁加热器5设置在保温箱2的外侧壁上，所述导热油加热设备1的一端连接有导热油输送管3，所述导热油加热设备1的另一端连接有进油管39，所述热解罐21的内壁上安装加热盘管35，所述进油管39穿过热解罐21的侧壁连接加热盘管35的上端口，所述导热油输送管3连接输油泵38，所述输油泵38通过回流管37连接加热盘管35的下端口，当热解罐21内加热到150-350℃后通入不同流量的三氟化氮气体。
电磁加热器5为现有成熟装置，加热范围广，根据热解罐形状不同更换可拆卸式感应圈进行加热，电磁加热器5的控制箱设置在热解罐21的一侧，可拆卸式感应圈设置在热解罐21内侧壁上，体积小、重量轻、使用非常方便，比老式电子管高频设备节约40％左右，效果好，加热非常均匀，根据热解罐21的大小通过调节感应圈的疏密，使热解罐21内获得需要的温度，升温快，输出功率大小可调节，设有过压、欠压、过流、过热、缺相等报警指示，并自动控制和保护通过设定加热时间及红外线温度仪来控制工件加热温度，安全性高。
本实施例中，所述保温箱2的下端面通过多个支撑腿7连接有底板8，所述底板8上设置有保护盒6，所述保护盒内设置所述输油泵38。电磁加热器5的交流电源频率范围8kHz-12kHz，电流范围为200-500A，导磁体为硅钢片或铁氧体，发热体为碳钢、不锈钢、镍等金属。
本实施例中，所述L型喷管23的短端穿过热解罐21的侧壁连接有喷气头22，L型喷管23的长端侧壁与热解罐21的侧壁回转连接，所述L型喷管23的长端端头与旋转接头33连接，所述L型喷管23与热解罐21的连接处设置有回转轴承和密封套，所述第二进气管11的一端穿过热解罐21且连接有进气喷头36。三氟化氮气体在热解罐21内的处理流量达到200-950kg/h。
本实施例中，所述热解罐21上连接有延伸至保温箱2外的排气管31，所述热解罐21的外侧壁上包裹有保温层34，保温层34采用保温棉制成。
本实施例中，所述保温箱2的侧壁上设置有观察窗4。
本实施例中，所述保温箱2内固定设置有安装架18，所述安装架18上固定安装所述承载盒19，所述承载盒19上固定连接有安装盒30，所述安装盒30内转动设置所述旋转接头33，所述安装盒30上开设有供第一链条24穿过的开口29。
需要进行三氟化氮气体的热解时本发明的工作原理及工作过程为：预先将待热解纯化的三氟化氮气体通过进气总管13输送进第一进气管10和第二进气管11内，然后第二进气管11通过进气喷头36将气体喷入热解罐21中，热解罐21操作压力为-0.05MPa；接着启动驱动电机20，驱动电机20带动一根转轴26转动，进而带动第一齿轮25和第二齿轮28转动，通过第二链条27和第一链条24，实现上下两个旋转接头33同时转动运作，随着旋转接头33的转动带动L型喷管23和喷气头22转动，一部分的三氟化氮气体通过其旋转的喷入的方式进入热解罐21内，使之和下端喷入的三氟化氮气体充分接触，螺旋喷气式的输气方式能显著提高气体的扩散速度。
同时上端的导热油加热设备1将导热油加热好后通过进油管39送入加热盘管35内，对热解罐内气体进行加热，当导热油经过导热后温度降低时通过回流管37和输油泵38将温度低的导热油回流至导热油加热设备1内继续加热，循环往复，实现热解罐21内的稳定恒温，同时电磁加热器5进一步对热解罐21内部的温度进行提升，并最终将热解罐21内的气体的温度控制在350℃，结合旋转进气和喷气的形式，充分扩大三氟化氮气体进入后的接触面积，实现快速对杂质气体的热解，三氟化氮气体在热解罐21中的滞留时间为3min，同时导热油加热和电磁加热方便快速控制管理，三氟化氮气体的处理流量达到850kg/h，同时，三氟化氮气体中的杂质N2F2气体也可以得到有效分解，实现对三氟化氮的提纯。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，包括保温箱(2)、热解罐(21)和循环加热系统，所述热解罐(21)固定设置在保温箱(2)内部，所述保温箱(2)内沿竖直方向正对设置有两个承载盒(19)，所述承载盒(19)内设置有转动机构，所述热解罐(21)的侧壁上部和下部正对设置有两根L型喷管(23)，两根所述L型喷管(23)分别通过旋转接头(33)连接有连接管(9)，两个所述连接管(9)同时与第一进气管(10)连接，所述热解罐(21)的侧壁下方同时连接有第二进气管(11)，所述第一进气管(10)和第二进气管(11)同时连接在输气管路上，所述保温箱(2)上安装有电磁加热器(5)和导热油设备，所述电磁加热器(5)和导热油设备均与热解罐(21)连接。
2.根据权利要求1所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述转动机构包括转轴(26)和驱动电机(20)，所述两个承载盒(19)内转动安装所述转轴(26)，其中一个承载盒(19)上固定安装所述驱动电机(20)，所述驱动电机(20)的输出轴与转轴(26)固定连接，两个所述转轴上均固定套接有第一齿轮(25)和第二齿轮(28)，所述旋转接头(33)上固定套接有第三齿轮(32)，距离较近的第三齿轮(32)和第一齿轮(25)之间通过第一链条(24)传动连接，两个第二齿轮(28)之间通过第二链条(27)传动连接。
3.根据权利要求1所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述第一进气管(10)和第二进气管(11)共同连接有三通接头(16)，所述三通接头(16)连接进气总管(13)，所述第一进气管(10)和第二进气管(11)上均安装有温度计(14)、压力计(15)和阀门(17)，温度计(14)和压力计(15)位于调节盒(12)内，所述温度计(14)、压力计(15)、阀门(17)和三通接头(16)均包裹在调节盒(12)内。
4.根据权利要求1所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述导热油设备包括导热油加热设备(1)、加热盘管(35)和输油泵(38)，所述导热油加热设备(1)设置在保温箱(2)上，所述导热油加热设备(1)的一端连接有导热油输送管(3)，所述导热油加热设备(1)的另一端连接有进油管(39)，所述热解罐(21)的内壁上安装加热盘管(35)，所述进油管(39)连接加热盘管(35)，所述导热油输送管(3)连接输油泵(38)，所述输油泵(38)通过回流管(37)连接加热盘管(35)。
5.根据权利要求4所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述保温箱(2)的下端面通过多个支撑腿(7)连接有底板(8)，所述底板(8)上设置有保护盒(6)，所述保护盒内设置所述输油泵(38)。
6.根据权利要求1所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述L型喷管(23)的一端穿过热解罐(21)的侧壁连接有喷气头(22)，所述L型喷管(23)的另一端与所述旋转接头(33)连接，所述L型喷管(23)与热解罐(21)的连接处设置有回转轴承和密封套，所述第二进气管(11)的一端穿过热解罐(21)且连接有进气喷头(36)。
7.根据权利要求1所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述热解罐(21)上连接有延伸至保温箱(2)外的排气管(31)，所述热解罐(21)的外侧壁上包裹有保温层(34)。
8.根据权利要求1所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述保温箱(2)的侧壁上设置有观察窗(4)。
9.根据权利要求2所述的一种三氟化氮纯化用气体热解设备，其特征在于，所述保温箱(2)内固定设置有安装架(18)，所述安装架(18)上固定安装所述承载盒(19)，所述承载盒(19)上固定连接有安装盒(30)，所述安装盒(30)内转动设置所述旋转接头(33)，所述安装盒(30)上开设有供第一链条(24)穿过的开口(29)。
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