DE102014007521A1

DE102014007521A1 - Verdampferquelle für die Oberflächenbehandlung von Substraten

Info

Publication number: DE102014007521A1
Application number: DE102014007521.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Voorwinden; Erwin Gross; Ulrich Englert; Armin Sorg; Axel Straub; Philipp von Bismarck; Michael Pisch; Lioudmila Knoth; Alexander Marienfeld
Original assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg; Manz AG
Current assignee: Zentrum fur Sonnenenergie- und Wasserstoff-Fo De; Nice Solar Energy GmbH
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-11-26
Also published as: WO2015177217A1; CN106460155B; CN106460155A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampferquelle zur Oberflächenbehandlung zumindest eines Substrats, mit einem monolithischen Gehäuse (12) aus Graphit, welches zumindest einen Dampfraum (14, 114) zur Aufnahme zumindest eines Verdampfungsgutbehälters (16, 116) aufweist und welches zumindest einen mit dem Dampfraum (14, 114) in Strömungsverbindung stehenden Auslass (18) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Verdampferanordnung (1) mit einem strömungstechnisch mit der Verdampferquelle (10) gekoppelten Dampfverteiler (50).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampferquelle für die Oberflächenbehandlung zumindest eines Substrats. Die Verdampferquelle ist insbesondere zum Verdampfen von Metallen, wie zum Beispiel Kupfer ausgebildet und ist für einen Oberflächenbeschichtungsprozess eines oder mehrerer Substrate ausgelegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verdampferanordnung, die eine Verdampferquelle und einen hiermit strömungstechnisch gekoppelten Dampfverteiler umfasst.
Hintergrund
Thermische Verdampfungsquellen zur Bereitstellung dampfförmiger Materie etwa in einem Oberflächenbeschichtungs- oder Oberflächenbehandlungsprozess sind aus dem Stand der Technik in vielfältigsten Ausgestaltungen bekannt. So zeigt die US 2010/0285218 A1 beispielsweise einen Verdampfer mit einem mehrere Tiegel aufnehmenden Gehäuse, welches mit einem mehrere Ausströmdüsen aufweisenden Dampfverteiler in Strömungsverbindung steht. In konstruktiver Hinsicht muss hierbei eine die Tiegel aufnehmende Gehäuseeinheit mit zum Beispiel einem längserstreckten Dampfverteiler verbunden werden.
Es ist hierbei zu gewährleisten, dass eine sich vom Tiegel bis zu den einzelnen Ausströmdüsen erstreckende Ausströmstrecke ausreichend beheizt ist, damit der von den Tiegeln austretende Dampf nicht an der Innenwand des Tiegelgehäuses oder des Dampfverteilergehäuses kondensiert, wodurch das Ausströmverhalten beeinträchtigt werden könnte. Für die Verdampfung von bestimmten Metallen, wie zum Beispiel Kupfer, mit einem vergleichsweise hohen Siedepunkt oberhalb von 2000°C unter Normalbedingungen, erweist es sich als schwierig, eine Verdampferquelle zu konstruieren, die über eine möglichst große Fläche eine homogene räumliche Dampfverteilung bereitstellt. Das Material für die Verdampferquelle muss hochtemperaturbeständig sein und eine geeignete thermische Leitfähigkeit aufweisen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, etwaige thermische Brücken innerhalb der Konstruktion der Verdampferquelle möglichst zu vermeiden und insoweit Verbindungs- oder Schnittstellen zwischen einzelnen Abschnitten oder Bereichen der Verdampferquelle zu minimieren. Thermische Brücken im Inneren der Verdampferquelle können insbesondere zur räumlichen Homogenisierung einer Temperaturverteilung vorgesehen werden. Thermische Brücken zwischen dem Innenraum der Verdampferquelle und der Umgebung sind jedoch möglichst zu unterbinden. Es ist eine weitere Aufgabe, eine möglichst gute und einfache thermisch entkoppelnde Anordnung einer Verdampferquelle in einem Prozessraum für einen Oberflächenbehandlungsprozess bereitzustellen.
Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen
Diese Aufgabe wird mittels einer Verdampferquelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie mit einer Verdampferanordnung nach Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind hierbei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
In einem ersten Aspekt ist insoweit eine Verdampferquelle zur Oberflächenbehandlung zumindest eines Substrats vorgesehen. Die Verdampferquelle weist ein monolithisches Gehäuse aus Graphit auf, welches zumindest einen Dampfraum zur Aufnahme zumindest eines Verdampfungsgutbehälters sowie einen Auslass aufweist. Der Dampfraum, in welchem typischerweise ein als Tiegel ausgebildeter Verdampfungsgutbehälter anordenbar ist, steht mit dem Auslass in Strömungsverbindung. Der Dampfraum wird im Betrieb der Verdampferquelle derart aufgeheizt, dass das im Verdampfungsgutbehälter befindliche Verdampfungsgut anfängt zu verdampfen. Der den Verdampfungsgutbehälter weitreichend oder sogar vollständig umschließende Dampfraum ist somit vollständig mit Dampf beaufschlagbar. Indem der Dampfraum mit dem zumindest einem Auslass in Strömungsverbindung steht, kann der im Dampfraum erzeugte Dampf über den Auslass in einen Prozessraum austreten, in welchem sich das mit dem Dampf zu behandelnde, so etwa mit dem Dampf zu beschichtende, Substrat befindet.
Durch seine Ausgestaltung in Form eines monolithischen einstückigen Graphitkörpers, weist das Gehäuse eine etwa zum Verdampfen von Kupfer ausreichende thermische Stabilität sowie für das Beheizen einer Ausströmstrecke erforderliche thermische Leitfähigkeit auf. Durch Ausgestaltung eines monolithischen Gehäuses können durch thermische Ausdehnung bedingte mechanische Spannungen im Gehäuse weitreichend minimiert werden. Das Gehäuse ist hochtemperaturbeständig und kann ferner eine hohe Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Das Gehäuse soll ferner eine für den jeweiligen Einsatz- und Verwendungszweck geeignete thermische Leitfähigkeit aufweisen.
Die Verdampferquelle kann insbesondere zum Verdampfen von Metallen, insbesondere von Kupfer zur Erzeugung von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid/-Disulfid Schichten auf Substraten ausgebildet sein. Die Verdampferquelle eignet sich ferner für die Herstellung von entsprechenden Vorläuferschichten, welche Kupfer (Cu), Indium (In), Gallium (Ga), Kupferselenid (CuSe), Indiumselenid (InSe) Galliumselenid (GaSe) sowie Kupfersulfide (CuSe) oder weitere Chalkogenide enthalten können.
Herstellungstechnisch kann das Graphitgehäuse der Verdampferquelle aus einem Graphitblock gefräst sein. Sämtliche Hohl- und/oder Innenräume des Gehäuses können insoweit durch Materialausnehmungen gebildet sein, sodass lediglich Wandstrukturen des Gehäuses verbleiben und dementsprechend aus einem monolithischen Graphitblock herausgefräst sind.
Das monolithische Gehäuse besteht typischerweise aus Graphit bzw. aus einem graphitierten Kohlenstoff. Das monolithische Graphitgehäuse weist typischerweise eine kristalline Graphitstruktur auf, in welcher die Kohlenstoffatome etwa sp²-hybridisiert sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse einen dampfleitenden Kanal auf, der über den Auslass mit dem Dampfraum in Strömungsverbindung steht. Eine sich von einer Außenwand des Gehäuses nach innen erstreckende Innenwand des Gehäuses kann hierbei den dampfleitenden Kanal vom Dampfraum trennen. Innenwand und Außenwand des Gehäuses sind dabei einstückig miteinander verbunden und sind insoweit in das monolithische Gehäuse integriert. Der Dampfraum und der dampfleitende Kanal können insoweit auch als Dampfraumabschnitt und Kanalabschnitt des monolithischen Gehäuses bezeichnet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Gehäuse naht- und fügestellenfrei ausgebildet. Die Naht- und Fügestellenfreiheit bezieht sich hierbei insbesondere auf die den Dampfraum und den dampfleitenden Kanal bildenden, bzw. den Dampfraum und den Kanal zumindest bereichsweise umschließenden Gehäuseabschnitte der Verdampferquelle. Abgesehen etwa von einer Zuführöffnung für Verdampfungsgut und abgesehen von einer Auslassöffnung für den im Dampfraum erzeugten Dampf, ist das monolithische Gehäuse der Verdampferquelle auch öffnungsfrei ausgebildet. Insoweit kann das Gehäuse Öffnungsberandungen aufweisen, die im Betrieb der Verdampferquelle jedoch verschließbar bzw. mit einer dampfableitenden Struktur verbindbar sind. Auch ist denkbar, dass das Gehäuse eine oder mehrere Fertigungsöffnungen aufweist, die lediglich aus Fertigungs- und Herstellungsgründen, etwa als Zugang für ein Fräswerkzeug erforderlich sind, und welche nach erfolgter mechanischer Fertigung des verschließbar sind bzw. fest verschlossen sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse zumindest eine Zuführöffnung für Verdampfungsgut auf. Diese ist mittels eines abnehmbaren Verschlussdeckels aus Graphit verschließbar. Die Zuführöffnung, insbesondere ihre Öffnungsberandung, ist naht- und fügestellenfrei in das monolithische Gehäuse der Verdampferquelle integriert. Indem die Zuführöffnung, insbesondere ihre Öffnungsberandung und auch der für die Zuführöffnung vorgesehene Verschlussdeckel aus Graphit gefertigt sind, ergeben sich im Betrieb der Verdampferquelle kaum nennenswerte, durch thermische Ausdehnung bedingte, mechanische Spannungen zwischen dem Verschlussdeckel und der Zuführöffnung, bzw. des an die Zuführöffnung angrenzenden Gehäuseabschnitts.
Der Verschlussdeckel ist nach einer weiteren Ausgestaltung mit einer Öffnungsberandung der Zuführöffnung verschraubbar. Der kreisrunde oder radialsymmetrisch ausgestaltete Verschlussdeckel kann insbesondere an seiner radialen Außenseite ein Gewinde aufweisen, welches mit einen Innengewinde der Öffnungsberandung des monolithischen Gehäuses zusammenwirken kann. Auf diese Art und Weise kann der Verschlussdeckel etwa durch eine verschraubende Bewegung lösbar am monolithischen Gehäuse befestigt werden.
Für ein Nachfüllen von Verdampfungsgut in den Dampfraum kann der Verschlussdeckel insoweit abgeschraubt und vom Gehäuse separiert werden und hierdurch einen direkten Zugang zu dem an die Zuführöffnung angrenzenden Dampfraum bereitstellen. Der Verdampfungsgutbehälter ist bei geöffnetem oder abgenommenen Verschlussdeckel aus dem Dampfraum entnehmbar, sodass Verdampfungsgut nachgefüllt, der Verdampfungsgutbehälter alsdann wieder im Dampfraum angeordnet und der Verschlussdeckel die Zuführöffnung verschließend wieder mit dem monolithischen Gehäuse verschraubbar ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse zumindest einen weiteren, zweiten Dampfraum zur Aufnahme zumindest eines zweiten Verdampfungsgutbehälters auf. Erster und zweiter Dampfraum münden hierbei über je einen Auslass in den dampfleitenden Kanal, welcher mittig zwischen dem ersten Dampfraum und dem zweiten Dampfraum angeordnet ist. Typischerweise sind der erste und der zumindest zweite Dampfraum zur Aufnahme von mit demselben Verdampfungsgut befüllten Verdampfungsgutbehälter vorgesehen. Durch die mittige Anordnung des dampfleitenden Kanals zwischen dem ersten und dem zumindest zweiten Dampfraum kann der dampfableitende Kanal gleichermaßen von im ersten Dampfraum und im zweiten Dampfraum entstehenden Dämpfen gespeist werden.
Darüber hinaus ist ferner denkbar, auch noch einen dritten, vierten oder noch weitere Dampfräume vorzusehen, die zum Beispiel etwa sternförmig um den dampfableitenden Kanal herum angeordnet sind. Über die jeweiligen Auslässe kann der im ersten und zweiten Dampfraum gebildete Dampf in den Kanal münden. Bei einer Ausgestaltung von nur zwei Dampfräumen ist typischerweise eine in Bezug auf den Kanal diametral gegenüberliegende Anordnung der beiden Dampfräume vorgesehen. Der im ersten und im zweiten Dampfraum entstehende Dampf kann, bezogen auf die Längsrichtung des Kanals, welche mit einer Axialrichtung zusammenfällt, radial nach innen in den Kanal einströmen und alsdann über den Kanal in Axialrichtung, das heißt in Kanallängsrichtung abgeleitet werden. Bei Vorsehen zweier Dampfräume, die jeweils mit zumindest einem Verdampfungsgutbehälter bestückbar sind, kann sich eine T-förmige Ausströmgeometrie für den erzeugten Dampf ergeben.
Insbesondere wenn die Verdampferquelle hängend in einem Prozessraum angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass erster und zweiter Dampfraum in etwa horizontal voneinander beabstandet sind, während sich der Kanal vertikal nach unten erstreckt. Der Auslass des zumindest einen Dampfraums kann sich an einem oberen Ende des Kanals als auch an einem oberen Ende des zumindest einen Dampfraums befinden. Somit kann z. B. erst ab einer gewissen Dampfsättigung des Dampfraums der im jeweiligen Dampfraum erzeugte Dampf in den Kanal einströmen. Bei Anwendungen im Vakuum kann auch unabhängig vom Dampfdruck und von der Dampfsättigung ein Einströmen von Dampf in den Kanal erfolgen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung geht der dampfleitende Kanal, stromabwärts betrachtet, in einen Verbindungsstutzen des Gehäuses über. Über jenen Verbindungsstutzen ist das Gehäuse strömungstechnisch mit einem Dampfverteiler verbindbar. Der Verbindungsstutzen des Gehäuses ist die einzige dampfführende Verbindungsstruktur des Gehäuses mit dem Dampfverteiler. Der Dampfverteiler dient hierbei der Erzeugung einer möglichst homogenen und großflächigen Verteilung des in der Verdampferquelle erzeugten Dampfes in den Prozessraum. Der Verbindungsstutzen kann typischerweise von einer ansonsten zum Beispiel zylindrischen oder ebenen Außenwand der Verdampferquelle hervorstehen, um eine gut zugängliche Verbindungsmöglichkeit für den Dampfverteiler zu bilden. Der Verbindungsstutzen kann eine zylindrische Geometrie aufweisen und insoweit als ein von der Außenwand des Gehäuses hervorstehender Fortsatz des in den Innenraum des Gehäuses hineinragenden dampfleitenden Kanals ausgebildet sein.
Anstelle eines Verbindungsstutzens kann das monolithische Gehäuse aber auch lediglich eine fluchtend mit dem dampfleitenden Kanal angeordnete Aufnahme oder Öffnung in der Außenwand aufweisen, in welche ein hiermit korrespondierend ausgebildeter Stutzen des Dampfverteilers einsetzbar ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Verdampferquelle ist im Bereich des Verbindungsstutzens zumindest eine axiale Dichtfläche am Gehäuse ausgebildet. Der Verbindungsstutzen der Verdampferquelle ist einstückig mit dem monolithischen Gehäuse ausgestaltet. Durch Vorsehen einer axialen Dichtfläche, etwa im Bereich einer Stirnfläche des Verbindungsstutzens oder axial und radial abgestuft hierzu, kann eine weitgehend dampfdichte Verbindung des Verbindungsstutzens der Verdampferquelle mit dem Dampfverteiler gebildet werden. Insoweit kann auch der Dampfverteiler einen mit einer hierzu korrespondierenden axialen Dichtfläche versehenen Verbindungsstutzen aufweisen, der mit seiner Dichtfläche an der verdampferquellenseitigen Dichtfläche abdichtend zur Anlage bringbar ist.
Es ist hierbei denkbar, dass sowohl die Verdampferquelle als auch der Dampfverteiler jeweils einen Verbindungsstutzen aufweisen, mittels welchen Verdampferquelle und Dampfverteiler strömungstechnisch miteinander koppelbar sind. Alternativ ist denkbar, dass lediglich die Verdampferquelle einen von ihrer Außenwand hervorstehenden Verbindungsstutzen aufweist, der in eine Aufnahmeöffnung des Dampfverteilers einsetzbar ist. Umgekehrt kann ebenfalls vorgesehen sein, dass lediglich der Dampfverteiler einen von seiner Außenwand hervorstehenden Verbindungsstutzen aufweist, welcher in eine hiermit korrespondierende Aufnahmeöffnung des Graphitgehäuses der Verdampferquelle einführbar ist.
Unabhängig davon, ob beide, die Verdampferquelle und der Dampfverteiler oder nur einer von Verdampferquelle und Dampfverteiler einen Verbindungsstutzen aufweist, können sowohl an der Verdampferquelle als auch am Dampfverteiler miteinander korrespondierende axiale Dichtflächen ausgebildet sein. Eine axiale Dichtfläche meint hierbei eine Dichtfläche, die sich in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung des dampfleitenden Kanals erstreckt. Die miteinander korrespondierenden axialen Dichtflächen von Verdampferquelle und Dampfverteiler grenzen bevorzugt nahezu vollflächig axial aneinander an.
Es ist denkbar, dass zwischen den Dichtflächen von Verdampferquelle und Dampfverteiler eine separate Dichtung angeordnet ist. Die Dichtung kann zum Beispiel in Form einer Graphitfolie ausgestaltet sein. Diese kann zum Beispiel aus sogenanntem flexiblem Graphit bestehen, um etwaige Unebenheiten oder geometrische Toleranzen der aneinander zur Anlage zu bringenden Dichtflächen von Verdampferquelle und Dampfverteiler auszugleichen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist zumindest einer der Verbindungsstutzen des Gehäuses und des Dampfverteilers ein Gewinde zur Bildung einer Schraubverbindung des Dampfverteilers mit dem Gehäuse auf. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass lediglich der Verbindungsstutzen des Dampfverteilers ein Innengewinde aufweist, welches mit einer am Verbindungsstutzen des Gehäuses zur Anlage gelangenden oder sich am Gehäuse-Verbindungsstutzen abstützenden Schraube zusammenwirkt. Die Verwendung einer gesonderten Verbindungsschraube, welche bevorzugt ebenfalls aus Graphit gefertigt ist, ermöglicht eine besonders einfache und intuitive Justage und Ausrichtung des Dampfverteilers relativ zum Gehäuse der Verdampferquelle.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Verbindungsstutzen des Gehäuses einen nach innen ragenden Befestigungsabschnitt mit zwei axial gegenüberliegenden Dichtflächen auf. An diesen Dichtflächen ist einerseits der Verbindungsstutzen des Dampfverteilers und andererseits eine mit dem Verbindungsstutzen des Dampfverteilers in Eingriff bringbare Verbindungsschraube axial abdichtend zur Anlage bringbar. Der Befestigungsabschnitt kann insbesondere als ein flanschartiger und radial nach innen von der Innenwand des Gehäuse-Verbindungsstutzens hervorstehender Vorsprung ausgestaltet sein, welcher dem freien Ende des Verbindungsstutzens zugewandt eine untere Dichtfläche und dem gegenüberliegend, so etwa dem Innenraum des Gehäuses zugewandt, eine obere Dichtfläche aufweisen kann.
Eine axiale Dichtfläche des Verbindungsstutzens, welche zum Beispiel an einer Stirnseite des Verbindungsstutzens ausgebildet sein kann, ist beispielsweise mit der unteren Dichtfläche des Befestigungsabschnitts des gehäuseseitigen Verbindungsstutzens zur Anlage bringbar, während sich eine mit dem dampfverteilerseitigen Verbindungsstutzen in Eingriff stehende Schraube mit ihrem radial verbreiterten Kopf an der oberen Dichtfläche des Befestigungsabschnitts abstützt.
Im vorliegenden Kontext sind mit axialen Dichtflächen solche Dichtflächen des Gehäuses und des Dampfverteilers gemeint, welche in Axialrichtung, das heißt in der dampfführenden Längsrichtung der Verbindungsstutzen aneinander zur Anlage bringbar sind. Die Flächen selbst erstrecken sich hierbei, bezogen auf eine zylindrische Grundgeometrie der Verbindungsstutzen, in Radial- und Tangentialrichtung. Es ist aber auch denkbar, z. B. Konusflächen als Dichtflächen auszugestalten, deren Flächennormale sich unter einem vorgegebenen Neigungswinkel gegenüber der Axialrichtung erstreckt.
Zwischen den aneinander zur Anlage bringbaren Dichtflächen von Dampfverteiler und Gehäuse können jeweils gesonderte Dichtungen oder Dichtelemente, etwa in Form flexibler Graphitfolien angeordnet sein. Auf diese Art und Weise kann die Dichtwirkung erhöht bzw. verbessert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Verbindungsschraube eine dampfleitende axiale Durchgangsbohrung auf, durch welche der gehäuseseitig erzeugte und über den gehäuseseitigen Verbindungsstutzen ausströmende Dampf in den Dampfverteiler und in dessen Verbindungsstutzen einströmen kann. Die Verbindungsschraube weist ferner einen Schaft auf, der in Gewindeeingriff mit dem Gewinde des Verbindungsstutzens des Dampfverteilers bringbar ist.
Zudem weist die Verbindungsschraube einen radial verbreiterten Kopf auf, welcher axial an einer Dichtfläche des Befestigungsabschnitts des Verbindungsstutzens des Gehäuses zur Anlage bringbar ist. Der Kopf der Verbindungsschraube kann entweder stirnseitig, typischerweise nach oben gerichtet, eine Aufnahme für ein Schraubwerkzeug aufweisen. Beispielsweise kann der Kopf ein Innensechskant- oder Innentorxprofil aufweisen. Es ist aber auch denkbar, dass der Kopf an seiner radial außenliegenden Seite eine Schlüsselfläche zum Aufstecken eines hiermit korrespondierenden Schraubwerkzeugs aufweist. In diesem Fall sollte die radiale Breite des Kopfs derart bemessen sein, dass zwischen Kopf und Innenwand des gehäuseseitigen Verbindungsstutzens ein ausreichender Freiraum zum Einführen des Schraubwerkzeugs verbleibt.
Das Vorsehen der mit einer dampfleitenden axialen Durchgangsbohrung ausgestatteten Verbindungsschraube ermöglicht eine besonders einfache und effektive abdichtende Verbindung des Gehäuses der Verdampferquelle mit dem Dampfverteiler. Zur Bildung der Schraubverbindung ist lediglich eine einzige Schraube erforderlich. Zum Lösen oder Festziehen, mithin zum Betätigen der Schraube kann ferner in einer axialen Verlängerung des Verbindungsstutzens des Gehäuses eine verschließbare Revisionsöffnung im Gehäuse vorgesehen sein.
Diese kann zum Beispiel als Schraubdeckel, angrenzend an den Auslass und in einer nach innen gerichteten Verlängerung des dampfleitenden Kanals im oder am Gehäuse der Verdampferquelle ausgebildet sein. Durch Abnehmen des Verschlusses der Revisionsöffnung ist der dampfleitende Kanal und hiermit auch der Innenraum des gehäuseseitigen Verbindungsstutzens der Verdampferquelle von oben her zugänglich, sodass die Verbindungsschraube im Bedarfsfall gelöst und festgezogen werden kann.
Nach einer Weiterbildung oder nach einer alternativen Ausgestaltung kann der Verbindungsstutzen des Gehäuses ein Gewinde aufweisen, welches mit einem hierzu korrespondierenden Gewinde eines Verbindungsstutzens des Dampfverteilers abdichtend verschraubbar ist. Typischerweise sind die miteinander korrespondierenden Gewinde der Verdampferquelle und des Dampfverteilers als Feingewinde ausgestaltet. Die entsprechenden Gewinde sind typischerweise aus dem ursprünglichen Graphitblock ausgefräst. Sie gehen somit ebenfalls nahtlos in das Gehäuse der Verdampferquelle bzw. in ein entsprechendes Gehäuse des Dampfverteilers über. Je nachdem ob und inwieweit sowohl die Verdampferquelle als auch der Dampfverteiler mit einem Verbindungsstutzen bzw. mit einer Aufnahmeöffnung für denselbigen versehen sind, können entsprechende Gewinde auch innenseitig an einer Aufnahmeöffnung für einen Verbindungsstutzen ausgebildet sein.
Durch Ausbildung eines Feingewindes kann bereits eine vergleichsweise gute gasabdichtende Verbindung von Verdampferquelle und Dampfverteiler bereitgestellt werden. Es ist ferner denkbar, dass die Verbindungsstutzen bzw. der Verbindungsstutzen und die korrespondierende Aufnahme von Verdampferquelle und Dampfverteiler zusätzlich zu den Gewinden noch eine axiale Dichtfläche aufweisen.
Das am Verbindungsstutzen des Gehäuses oder Dampfverteilers vorgesehene Gewinde ist entweder an der Außenseite oder an der Innenseite des im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Stutzens ausgebildet. Für eine verschraubende Verbindung von Verdampferquelle und Dampfverteiler ist insoweit eine verschraubende Bewegung des gesamten Dampfverteilers relativ zur Verdampferquelle erforderlich.
Zur Fixierung von Dampfverteiler und Verdampferquelle können in den miteinander in Eingriff gelangenden Verbindungsstutzen von Dampfverteiler und Verdampferquelle bzw. in einer für einen Verbindungsstutzen vorgesehenen Aufnahmeöffnung Gewindebohrungen eingelassen sein, die sich in axialer Richtung parallel zum dampfleitenden Kanal und somit senkrecht zur Dichtfläche erstrecken. Mittels derartiger Gewindebohrungen und hiermit korrespondierenden Schraubenlöchern im oder am Dampfverteiler sowie in oder an der Verdampferquelle können die miteinander korrespondierenden Dichtflächen von Verdampferquelle und Dampfverteiler axial zueinander fixiert werden. Durch Verwendung von zum Beispiel Graphitschrauben können die Dichtflächen von Verdampferquelle und Dampfverteiler dampfabdichtend axial aneinander gepresst werden.
Es ist generell anzumerken, dass der in Verlängerung des dampfleitenden Kanals vorgesehene Verbindungsstutzen als auch die mittels des Verschlussdeckels verschließbare Zuführöffnung der Verdampferquelle nicht nur für die Zufuhr und Abfuhr von unverdampftem bzw. verdampftem Material vorgesehen sind. Vielmehr kann über jene von außen zugänglichen Öffnungen der Innenraum der Verdampferquelle aus einem Graphitblock ausgefräst werden. Insoweit haben die Zuführöffnung, der Verbindungsstutzen bzw. eine entsprechende Gehäuseöffnung auch und insbesondere unter herstellungstechnischen Gesichtspunkten eine Funktion.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse in einem den Kanal begrenzenden Kanalwandabschnitt zumindest eine Bohrung zur Aufnahme zumindest eines Heizelements auf. Jener Kanalwandabschnitt kann beispielsweise mit einer Innenwand des Gehäuses der Verdampferquelle zusammenfallen. Indem der Kanalwandabschnitt von zumindest einer Bohrung durchsetzt ist, die sich typischerweise tangential zur Kanalgeometrie erstreckt, kann durch Einsetzen oder Einführen eines etwa stabförmigen Heizelements, welches typischerweise als Graphit-Heizelement ausgestaltet ist, der Kanalwandabschnitt gesondert beheizt werden. Anstelle oder ergänzen zu Bohrungen ist auch die Ausbildung einer oder mehrerer von außen zugänglicher Nuten am Gehäuse denkbar, in welche zumindest je ein elektrisch isoliertes Heizelement einsetzbar ist. Auch ist denkbar, dass das Heizelement anstelle von oder ergänzend zu Graphit anderer geeignete Materialien, wie z. B. hochschmelzende Metalle, Graphitfaserwerkstoffe oder Glaskohlenstoff aufweist. Auf diese Art und Weise kann der Temperaturverlauf im Gehäuse gesteuert bzw. geregelt werden, sodass ein Kondensieren verdampfter Materie etwa an der Kanalinnenwand weitgehend verhindert werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner eine Verdampferanordnung mit einer zuvor beschriebenen Verdampferquelle. Die Verdampferanordnung weist neben der Verdampferquelle zudem einen Dampfverteiler mit einem monolithischen längserstreckten Verteilergehäuse aus Graphit auf. Ähnlich wie die Verdampferquelle ist auch das Verteilergehäuse aus einem Graphitblock gefertigt. Sämtliche dampfführenden Strukturen im Inneren des Verteilergehäuses sind typischerweise aus einem bereitgestellten Graphitblock ausgefräst. Indem auch das Verteilergehäuse aus einem monolithischen Graphitkörper besteht, kann die gesamte, aus Verdampferquelle und Dampfverteiler zusammengesetzte Verdampferanordnung lediglich nur eine einzige Fügestelle, nämlich im Übergangsbereich zwischen Verdampferquelle und Dampfverteiler aufweisen. Die Dampfverteiler muss jedoch nicht zwingend aus demselben Material wie die Verdampferquelle gefertigt sein. Es ist denkbar, für die Verdampferquelle und für den Dampfverteiler unterschiedliche Graphitsorten vorzusehen.
Indem die Fügestelle, wie bereits beschrieben, entweder mit einer Gewinde- oder Schraubverbindung und/oder mit aneinander anliegenden Dichtflächen realisierbar ist, kann die Fügestelle eine ausreichende Wärmeleitung bereitstellen. Da die Verdampferquelle als auch der Dampfverteiler aus ein und demselben Material gefertigt sind, kann der Einfluss thermisch bedingter Spannungen ebenfalls weitreichend minimiert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Verteilergehäuse einen sich in Längsrichtung des Dampfverteilers erstreckenden Verteilerkanal mit mehreren voneinander beabstandeten Auslassöffnungen auf. Typischerweise weist das Verteilergehäuse einen nach oben, in Montageposition zur Verdampferquelle hin ausgerichteten Verbindungsstutzen auf, der sozusagen in Verlängerung oder als Fortsatz des dampfleitenden Kanals der Verdampferquelle fungiert. Der Verbindungsstutzen des Dampfverteilers mündet in den Verteilerkanal, welcher sich typischerweise horizontal, folglich bezogen auf den dampfleitenden Kanal der Verdampferquelle, somit radial nach außen erstreckt. Typischerweise kann der Dampfverteiler eine etwa auf dem Kopf stehende T-förmige Grundgeometrie mit dem mittig nach oben ragenden Verbindungsstutzen aufweisen, von welchem sich in diametral entgegengesetzten Richtungen der längserstreckte Verteilerkanal radial nach außen erstreckt.
Die mit dem Verteilerkanal in Strömungsverbindung stehenden Auslassöffnungen oder Ausströmdüsen erstrecken sich typischerweise senkrecht zur Längsrichtung des Verteilerkanals. Insoweit können die Auslassöffnungen parallel zum dampfleitenden Kanal der Verdampferquelle ausgerichtet sein. Mittels einer über die Längsrichtung des Dampfverteilers beabstandeten Anordnung der Auslassöffnungen kann eine räumlich homogene Dampfverteilung im Prozessraum verwirklicht werden. Die Düsen können hierbei äquidistant aber auch positionsabhängig in unterschiedlichen Abständen zueinander positioniert sein. Insbesondere an den Längsenden des Verteilerkanals können die Düsen in einem geringeren Abstand angeordnet sein, um thermischen Randeffekten besser entgegensteuern zu können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Verteilergehäuse einen Verbindungsstutzen zur strömungstechnischen Verbindung mit der Verdampferquelle auf. Die strömungstechnische Verbindung zwischen Verdampferquelle und Dampfverteiler weist dabei zumindest einen Verbindungsstutzen auf. Jener Verbindungsstutzen kann entweder am Dampfverteiler oder an der Verdampferquelle angeordnet sein und mit einer Aufnahmeöffnung des Dampfverteilers oder der Verdampferquelle zusammenwirken. Eine umgekehrte Anordnung, bei welcher eine Aufnahmeöffnung an der Verdampferquelle und ein Verbindungsstutzen ausschließlich am Dampfverteiler vorgesehene ist, ist ebenfalls denkbar. Es ist ferner möglich, dass beide Komponenten der Verdampferanordnung, nämlich Verdampferquelle und Dampfverteiler je einen Verbindungsstutzen aufweisen, die miteinander strömungstechnisch koppelbar als auch mechanisch miteinander verbindbar sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Verteilergehäuse in einem den Verteilerkanal begrenzenden Kanalwandabschnitt zumindest eine, sich längs und parallel zum Verteilerkanal erstreckende Bohrung auf. Jene Bohrung, welche aufgrund der Länge des Verteilerkanals auch als Tieflochbohrung zu bezeichnen ist, dient der Aufnahme zumindest eines Heizelements. Auf diese Art und Weise kann der den Verteilerkanal begrenzende Kanalwandabschnitt ausreichend beheizt werden, um ein Kondensieren des in der Verdampferquelle erzeugten und in den Verteilerkanal einströmenden Dampfs zu umgehen. Typischerweise können die innerhalb und außerhalb der Verdampferanordnung anzuordnenden Heizelemente derart angesteuert werden, dass sich entlang der vom Verdampfungsgutbehälter bis zu den Ausströmdüsen erstreckenden Ausströmstrecke ein positiver Temperaturgradient, das heißt eine zumindest gleichbleibende oder sogar ansteigende Temperatur ergibt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Verteilergehäuse von außen zugängliche, entlang der Bohrung voneinander beabstandete und die Bohrung schräg oder senkrecht durchsetzende Schlitze zur Aufnahme je einer Halterung auf. Die Halterung weist dabei eine das Heizelement in Umfangsrichtung abstützende Durchgangsöffnung auf. Die Durchgangsöffnung der Halterung ist derart bemessen, dass das Heizelement durch die Durchgangsöffnung der Halterung passgenau hindurchführbar ist. Die Halterung ist insbesondere als ein vergleichsweise dünnes Blättchen ausgestaltet, welches in den Schlitz des Gehäuses von außen einführbar ist. Der Schlitz ist größer als die Bohrung bemessen, sodass die Halterung allein durch Einführen in den Schlitz axial, das heißt längs zur Bohrung am Gehäuse fixierbar ist.
Die Halterung ist derart in den jeweils zugehörigen Schlitz einführbar, dass ihre Durchgangsöffnung in etwa mittig oder zentriert in der Bohrung zu liegen kommt. Das typischerweise längserstreckte und stabförmig ausgebildete Heizelement kann beim Einführen in die Bohrung durch die Durchgangsöffnung der Halterung geführt werden, sodass das Heizelement ausschließlich über die Halterung und beabstandet zur Innenfläche der Bohrung innerhalb der Bohrung zu liegen kommt.
Die etwa nach Art eines dünnen Blättchen ausgestaltete und mit einer zentrischen Durchgangsöffnung versehene Halterung ist typischerweise aus einem elektrisch isolierenden und thermisch hinreichend beständigem Material, etwa aus einem keramischen Werkstoff, zum Beispiel aus pyrolytischem Bornitrid (pBN) oder Al₂O₃ gefertigt, um eine ausreichende elektrische Isolation zwischen dem Heizelement und dem Graphitgehäuse der Verdampferquelle und/oder des Dampfverteilers bereitzustellen.
Von Vorteil ist die Länge oder Tiefe des Schlitzes senkrecht zur Längserstreckung der Bohrung etwas kürzer ausgebildet als die entsprechende Erstreckung der Halterung. Auf diese Art und Weise kann die Halterung nicht gänzlich in den Schlitz eingeführt werden, sondern sie steht mit Erreichen einer Endposition zumindest geringfügig von der Außenseite des Gehäuses hervor. Dies ermöglicht nicht nur ein einfaches und intuitives Herausziehen der jeweiligen Halterung im Bedarfsfall. Indem bevorzugt sämtliche Halterungen zumindest geringfügig von der Außenseite des Gehäuses hervorstehen, bilden diese zugleich Abstandshalter für eine das Gehäuse von Verdampferquelle und/oder Dampfverteiler einfassende oder umschließende thermische Abschirmung, welche typischerweise eine oder mehrere Lagen an Strahlungsblechen aufweisen kann. Durch das zumindest geringfügige Hervorstehen der Halterungen von der Außenseite des jeweiligen Gehäuses können die das Gehäuse zumindest bereichsweise umschließenden oder einfassenden Strahlungsbleche in einem vorgegebenen Abstand zum jeweiligen Gehäuse angeordnet werden, ohne dass hierfür gesonderte Abstandselemente vorzusehen wären.
In Analogie zum Verteilergehäue kann auch die Verdampferquelle zumindest eine Bohrung zur Aufnahme zumindest eines Heizelements aufweisen. Indem mehrere in Längsrichtung der Bohrung voneinander beabstandete Schlitze am Gehäuse der Verdampferquelle ausgebildet sind, können auch hier die jeweilige Heizelemente mittels mehrerer Halterungen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen entlang der Bohrung abgestützt werden.
Ferner ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass das Verteilergehäuse unterhalb der Verdampferquelle angeordnet ist und ausschließlich mittels seines Verbindungsstutzens hängend an der Verdampferquelle befestigbar ist. Wie bereits geschildert, kann abweichend hiervon natürlich auch vorgesehen sein, dass lediglich die Verdampferquelle einen nach unten ragenden Verbindungsstutzen aufweist, der in eine hiermit korrespondierende Aufnahmeöffnung des Verteilergehäuses einführbar ist. In diesem Falle ist eine mechanische und den Dampfverteiler tragende Verbindung von Dampfverteiler und Verdampferquelle über den einzigen Verbindungsstutzen realisierbar.
Insoweit kann der am Verteilergehäuse und/oder am Verdampfergehäuse ausgestaltete Verbindungsstutzen eine Doppel- oder sogar Dreifachfunktion erfüllen. Über den Verbindungsstutzen kann zum einen eine strömungstechnische Kopplung von Verdampferquelle und Verteilergehäuse als auch eine den Dampfverteiler tragende mechanische Verbindung zwischen Verdampferquelle und Verteilergehäuse geschaffen werden. Ferner weist die so gebildete Verbindung eine außerordentlich gute thermische Leitfähigkeit auf. Insoweit kann das unterhalb der Verdampferquelle anzuordnende Verteilergehäuse ausschließlich hängend an der Verdampferquelle befestigt sein. Auf sonstige Verbindungs- und Befestigungsmittel zwischen Verdampferquelle und Dampfverteiler als auch zwischen Dampfverteiler und Prozessraum kann von daher in vorteilhafter Weise verzichtet werden.
Für die ausschließliche Verbindung von Verdampferquelle und Dampfverteiler über den zumindest einen Verbindungsstutzen von Verdampferquelle und Dampfverteiler ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Anbindung des Dampfverteilers an der Verdampferquelle, bezogen auf die Längserstreckung des Dampfverteilers in etwa mittig vorgesehen ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Verdampferanordnung ferner zumindest eine selbsttragende Trägeranordnung mit einem Boden und mit einer mit dem Boden verbundenen Seitenwandstruktur auf. Der Boden und die Seitenwandstruktur bilden dabei eine Aufnahme, in welche die Verdampferquelle einsetzbar ist. Nach oben kann die Trägeranordnung weitreichend offen ausgestaltet sein, sodass eine ggf. erforderliche Entnahme der Verdampferquelle aus der von Boden und Seitenwandstruktur gebildeten Aufnahme besonders leicht erfolgen kann.
Durch Anordnung der Verdampferquelle auf dem Boden der Trägeranordnung kann das gesamte Gewicht der Verdampferquelle von der Trägeranordnung gestützt werden. Die Trägeranordnung selbst kann insbesondere hängend im Prozessraum angeordnet sein. Auf diese Art und Weise stellt die Trägeranordnung eine Aufstellfläche für die Verdampferquelle bereit, sodass an der Verdampferquelle selbst keine Befestigungs- oder Aufhängungsmittel zur Positionierung bzw. Anordnung der Verdampferquelle im Prozessraum erforderlich sind. Etwaige Befestigungspunkte der Verdampferquelle würden nämlich etwa bei einer hängenden Anordnung der Verdampferquelle im Prozessraum zu einer womöglich nennenswerten mechanischen Belastung des Befestigungspunkts führen.
Durch das Einsetzen in die von Boden und Seitenwandstruktur der Trägeranordnung gebildeten Aufnahme kann neben einer mechanischen Lastaufnahme zugleich auch ein schützendes Korsett für die Verdampferquelle bereitgestellt werden. Das Graphitgehäuse der Verdampferquelle ist vergleichsweise stoßempfindlich. Durch Aufnahme der gesamten Verdampferquelle in die von Boden und Seitenwandstruktur gebildete Aufnahme der Trägeranordnung kann insoweit auch ein stoßabsorbierender Schutz für die Verdampferquelle bereitgestellt werden.
In einer Weiterbildung hiervon weist der Boden der Trägeranordnung eine Durchgangsöffnung zur strömungstechnischen und mechanischen Kopplung der in der Aufnahme angeordneten Verdampferquelle mit dem unterhalb des Bodens anordenbaren Dampfverteiler auf. Die im Boden der Trägeranordnung ausgestaltete Durchgangsöffnung ist derart bemessen, dass der zumindest eine zur Verbindung von Dampfverteiler und Verdampferquelle vorgesehene Verbindungsstutzen durch die Durchgangsöffnung hindurch ragt. Hierdurch wird eine wechselseitige Anordnung von Verdampferquelle, Dampfverteiler und Trägeranordnung ermöglicht, bei welcher der Boden der Trägeranordnung zwischen der Unterseite der Verdampferquelle und der Oberseite des Dampfverteilers zu liegen kommt.
Da der Dampfverteiler über den zumindest einen Verbindungsstutzen von Dampfverteiler oder Verdampferquelle mit der Verdampferquelle mechanisch verbunden ist, kann auch die mechanische Last des an der Verdampferquelle hängenden Dampfverteilers auf den Boden der Trägeranordnung übertragen werden. Insoweit kann durch die wechselseitige Verbindung von Verdampferquelle und Dampfverteiler eine formschlüssige Verbindung von Boden, Dampfverteiler und Verdampferquelle geschaffen werden, durch welche der Dampfverteiler an der Trägeranordnung ohne weitere oder gesonderte Befestigungsmittel befestigbar ist.
Auch die Verdampferquelle ist innerhalb der Trägeranordnung nicht gesondert mit dem Boden oder mit der Seitenwandstruktur zu verbinden. Eine sichere Fixierung der Verdampferquelle gegenüber der Trägeranordnung kann allein schwerkraftbedingt, durch Abstellen der Verdampferquelle auf dem Boden erfolgen. Gegebenenfalls können etwaige Zwischenräume zwischen der Seitenwandstruktur der Trägeranordnung und der Verdampferquelle passgenau mit Füllmaterial, typischerweise mit einer thermischen Isolierung, ausgefüllt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Trägeranordnung einen Graphitfaserwerkstoff auf. Sie kann sogar vollständig aus einem Graphitfaserwerkstoff gebildet sein. Durch die Verwendung eines Graphitfaserwerkstoffs, etwa von karbonfaserverstärktem Verbundmaterial oder von einem CFC-Verbundmaterial, d. h. einem karbonfaserverstärkten Kohlenstoffmaterial, kann die Trägeranordnung eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Die Trägeranordnung kann insbesondere am oberen Ende ihrer Seitenwandstruktur, etwa dem Boden abgewandt, eine oder mehrere Halteabschnitte, etwa in Form von Halteösen aufweisen, mittels derer die Trägeranordnung mit der darin angeordneten Verdampferquelle und dem hiermit verbundenen Dampfverteiler hängend in einem Prozessraum anordenbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung der in einer Trägeranordnung anordenbaren Verdampferquelle in perspektivischer Ansicht,
2 eine perspektivische, teils geschnittene, isolierte Darstellung der Verdampferquelle,
3 eine Außenansicht der in der Trägeranordnung angeordneten Verdampferquelle mit abgenommenem Verschlussdeckel,
4 eine weitere Explosionsdarstellung von Verdampferquelle und Trägeranordnung,
5 die Darstellung gemäß 4 aus einer anderen Perspektive heraus betrachtet,
6 eine perspektivische Darstellung des Dampfverteilers von schräg unten betrachtet,
7 eine perspektivische Darstellung einer schraubenden Verbindung von Verdampferquelle und Dampfverteiler,
8 einen Querschnitt durch die zusammengesetzte Verdampferanordnung in Längsrichtung des Dampfverteilers,
9 einen Querschnitt durch den Dampfverteiler in Querrichtung,
10 eine perspektivische Querschnittsdarstellung durch den Dampfverteiler,
11 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Unterseite des Dampfverteilers,
12 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Schraubverbindung zwischen Verdampferquelle und Dampfverteiler und
13 eine mit korrespondierenden Dichtflächen versehene Verbindung von Verdampferquelle und Dampfverteiler.
14 einen vergrößerten Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung einer Schraubverbindung zwischen Verdampferquelle und Dampfverteiler.
Detaillierte Beschreibung
In den 1, 4 und 5 ist eine Verdampferanordnung mit einer Verdampferquelle 10 gezeigt. Die in 2 isoliert dargestellte Verdampferquelle 10 weist ein monolithisches Gehäuse 12 aus Graphit auf. Das Gehäuse 12, welches vorliegend eine annähernd zylindrische Gestalt aufweist, verfügt über einen ersten Dampfraum 14 und einen zweiten, lediglich im Querschnitt gemäß 8 gezeigten Dampfraum 114. Der in 2 gezeigte Dampfraum 14 dient der Aufnahme eines zum Beispiel in den 1, 3, 4 und 5 gezeigten Verdampfungsgutbehälters 16, der typischerweise als Verdampfertiegel ausgestaltet ist.
Auch der Verdampfungsgutbehälter 16 kann monolithisch aus Graphit gefertigt sein. Die Verdampferquelle 10 bzw. ihr monolithisches Graphitgehäuse 12 weist neben den beiden Dampfräumen 14, 114 einen etwa zentrisch zwischen den Dampfräumen 14, 114 angeordneten dampfleitenden Kanal 20 auf. Der eine Axialrichtung definierende in etwa zylindrische Kanal 20 erstreckt sich in etwa senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beidseits des Kanals 20 angeordneten Dampfräumen 14, 114. Das Gehäuse 12 der Verdampferquelle 10 weist eine sich durchgehend zwischen den Dampfräumen 14, 114 erstreckende Außenwand 13 auf, die nahtlos in eine axial nach innen gerichtete Innenwand 15 übergeht.
Die Innenwand 15 bildet gleichzeitig einen Kanalwandungsabschnitt 21, welcher den dampfleitenden Kanal 20 in Umfangsrichtung begrenzt. Bezogen auf die Axialgeometrie des Kanals 20 ist der Dampfraum 14 durch die Innenwand 15 in Radialrichtung vom Kanal 20 getrennt. Lediglich in einem stromaufwärts liegenden oberen, an die Oberseite des Gehäuses 12 heranragenden Bereich geht der Dampfraum 14 in einen Auslass 18 über. Mit anderen Worten ist der erste Dampfraum 14 über den Auslass 18 mit dem Kanal 20 in Strömungsverbindung, während symmetrisch hierzu auch der zweite Dampfraum 114 über einen entsprechenden Auslass 118 am oberen Ende des Kanals 20 in den Kanal 20 mündet.
Die Dampfräume 14, 114 sind radial nach außen, das heißt vorliegend in Längsrichtung des Gehäuses 12 von einem abnehmbaren Verschlussdeckel 26, 126 begrenzt. Insoweit weist das Gehäuse 12 an gegenüberliegenden Stirnseiten 22 jeweils eine mittels des Verschlussdeckels 26 verschließbare Zuführöffnung 24 auf. Durch Abnehmen des Verschlussdeckels 26 von der Öffnungsberandung 29 des Gehäuses 12 ist der Dampfraum 14 unmittelbar von außen zugänglich. Der im Dampfraum befindliche Verdampfungsgutbehälter 16, 116 kann bei geöffnetem und entferntem Verschlussdeckel 26, 126 aus dem Dampfraum 14, 114 entnommen werden und erneut mit Verdampfungsgut befüllt werden.
Die in 2 gezeigte Ausrichtung der Verdampferquelle 10 entspricht in etwa ihrer Ausrichtung in Gebrauchsstellung. Die beiden Dampfräume 14, 114 sind in etwa horizontal zueinander beabstandet, während sich der Kanal 20 nach unten erstreckt. Wie in 2 ferner gezeigt, geht der Kanal 20 in einen Verbindungsstutzen 32 über, der von der Außenwand 13 des Gehäuses 12 der Verdampferquelle 10 axial, d. h. in Kanallängsrichtung hervorsteht. Bezogen auf die Zylindergeometrie des Gehäuses 12 ragt der Verbindungsstutzen 32 von der Zylindermantelfläche radial nach außen hervor.
Der Verbindungsstutzen 32 dient der Anbindung der Verdampferquelle 10 mit dem in den 6 bis 8 in unterschiedlichen Ansichten und Schnitten gezeigten längserstreckten Dampfverteiler 50. Der einstückig in den Verbindungsstutzen 32 übergehende Kanalwandabschnitt 21 der Verdampferquelle 10 ist ferner mit zumindest einer Bohrung 38 versehen, welche zumindest eine Außenseite des Gehäuses 12 durchsetzt. In jede Bohrung 38 ist zumindest ein Heizelement 40, wie zum Beispiel in den 10 und 11 am Dampfverteiler 50 gezeigt, einführbar. Die in 2 nicht gesondert gezeigten Heizelemente 40, welche typischerweise Graphit aufweisen oder aus Graphit bestehen und zur Erzeugung von elektrischer Verlustwärme mit elektrischem Strom beaufschlagbar sind, können den Kanalwandabschnitt 21 des Gehäuses 12 gesondert aufheizen. Auf diese Art und Weise kann effektiv vermieden werden, dass der etwa vom Dampfraum 14 über den Auslass 18 in den Kanal 20 einströmende Dampf an der Kanalinnenwand kondensiert.
Der Verschlussdeckel 26 ist typischerweise mit der Öffnungsberandung 29 der Zuführöffnung 24 verschraubbar. Zu diesem Zweck ist innenseitig an der Öffnungsberandung ein Gewinde 28 ausgebildet, insbesondere eingeschliffen oder eingeschnitten, welches mit einem hierzu korrespondierenden Gewinde 30 an der Außenseite des Verschlussdeckels 26 verschraubbar ist. Der gesamte Verschlussdeckel 26 ist über den Gewindeeingriff der Gewinde 28, 30 abdichtend und abnehmbar an der Zuführöffnung 24 anbringbar. Wenn das Gewinde 28 der Zuführöffnung 24 und das Gewinde 30 des Verschlussdeckels 26 als Feingewinde ausgestaltet sind, kann eine weitere Dichtwirkung des Gewindeeingriffs realisiert werden.
Wie in 3 angedeutet, kann der Verschlussdeckel 26 in etwa mittig an seiner Außenseite ein Loch- oder Griffmuster 27 aufweisen. Durch Einsetzen eines geeigneten Werkzeugs in jenes Loch- oder Griffmuster 27 kann der ansonsten flächenbündig mit der Außenwand 13 des Gehäuses 12 abschließende Verschlussdeckel 26 gegenüber dem Gehäuse 12 gedreht bzw. mit dem Gehäuse 12 verschraubt werden. Anstelle eines Loch- oder Griffmusters 27 sind hier aber auch anderweitige formschlüssige Verbindungsmechanismen mit einem Werkzeug denkbar.
Am Verbindungsstutzen 32 kann, wie in 2 und 13 angedeutet, eine axiale Dichtfläche 30 ausgestaltet sein, die axial mit einer hierzu korrespondierenden Dichtfläche 56 eines Verbindungsstutzens 52 eines Gehäuses 60 eines Dampfverteilers 50 abdichtend zur Anlage bringbar ist. Die weitgehend vollflächig, bzw stumpf aneinander zur Anlage bringbaren Dichtflächen 36, 56 der beiden Verbindungsstutzen 32, 52 können mittels der in 13 angedeuteten Schrauben 44 axial zueinander gehalten und axial abdichtend aneinander gepresst werden.
Gegebenenfalls und von Vorteil ist zwischen den aneinander angrenzenden Dichtflächen 36, 56 eine Dichtung 42, typischerweise in Form einer flexiblen Graphitfolie, angeordnet. Die Verschraubung der axialen Dichtflächen 36, 56 kann mittels Graphitschrauben 44 realisiert werden, wobei in der Dichtfläche 56 Gewindebohrungen 46 vorgesehen sind und korrespondierend hierzu in der Dichtfläche 36 des Verbindungsstutzens 32 Schraubenlöcher 45 zum Hindurchführen von Graphitschrauben 44 ausgebildet sein können.
Alternativ kann, wie in 7 angedeutet und in 12, aber auch vorgesehen sein, dass die Verbindungsstutzen 32, 52 von Verdampferquelle 10 und Dampfverteiler 50 miteinander korrespondierende Gewinde 34, 54 aufweisen. Hierdurch kann eine Verbindung zwischen Dampfverteiler 50 und Verdampferquelle 10 durch unmittelbares Anschrauben des Dampfverteilers 50 an der Verdampferquelle 10 verwirklicht werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß der 12 weist der nach oben ragende Verbindungsstutzen 52 des Dampfverteilers 50 ein Außengewinde 54 auf, welches in ein am Verbindungsstutzen 32 der Verdampferquelle 10 ausgebildetes Innengewinde 34 einschraubbar ist.
Die beiden Gewinde 34, 54 können insbesondere als sogenanntes Feingewinde ausgestaltet sein, sodass bereits mit Herstellung der Schraubverbindung von Dampfverteiler 50 und Verdampferquelle 10 eine weitgehend dampf- bzw. gasdichte sowie dampfleitende Verbindung bereitgestellt werden kann. Es ist hierbei ergänzend denkbar, dass auch bei der geschraubten Verbindung von Dampfverteiler 50 und Verdampferquelle 10 miteinander korrespondierende Dichtflächen 36, 56, wie in 13 gezeigt, axial aneinander zur Anlage kommen.
Der Dampfverteiler 50 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein monolithisches längserstrecktes Verteilergehäuse 60 aus Graphit auf. Ähnlich wie die Verdampferquelle 10 ist auch der Dampfverteiler aus einem Graphitblock ausgefräst. Er ist insoweit naht- und fügestellenfrei ausgestaltet. Der Dampfverteiler 50 weist angrenzend an seinen Verbindungsstutzen 52 einen längserstreckten Verteilerkanal 58 auf, über welchen sich der über den Verbindungsstutzen 52 bzw. über den Kanal 20 zugeführte Dampf in Kanallängsrichtung verteilt.
Vom Verteilerkanal 58 gehen nach unten, dem Verbindungsstutzen 52 abgewandt, einzelne Auslassöffnungen, bzw. dementsprechende Auslasskanäle 62 ab, die an ihrem dem Verteilerkanal 58 abgewandten Außenende eine Ausströmdüse 63 aufweisen oder eine derartige Ausströmdüse 63 bilden. In Längsrichtung des Verteilerkanals 58 des Dampfverteilers 50 sind mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Auslasskanäle 62 vorgesehen, wie dies aus der Querschnittsdarstellung gemäß 8 hervorgeht. Der Dampfverteiler 50 weist entlang eines den Verteilerkanal 58 begrenzenden Kanalwandabschnitts 59 mehrere Bohrungen 64 auf, die sich parallel zum Verteilerkanal 58 erstrecken und typischerweise den gesamten Dampfverteiler 50 durchsetzen.
In jene auch als Tiefbohrungen zu bezeichnende Bohrungen 64 sind Heizelemente 40, typischerweise aus Graphit, einführbar, um den Kanalwandabschnitt 59 und den hiervon gebildeten, bzw. daran angrenzenden Verteilerkanal 58 auf einer geforderten Temperatur zu halten. Wie insbesondere in den 9 und 10 ersichtlich, weist der Dampfverteiler 50 einen die Auslasskanäle 62 begrenzenden Auslassabschnitt 65 auf. Auch im Auslassabschnitt 65 sind mehrere Bohrungen 64 beidseits der Auslasskanäle 62 vorgesehen, um auch die Auslasskanäle 62 auf einer geforderten Temperatur zu halten.
Wie insbesondere in 9 gezeigt, ist der Abstand der im Auslassabschnitt 65 angeordneten Bohrungen 64 kleiner als im darüberliegenden Kanalwandabschnitt 59. Auf diese Art und Weise kann bei einer gleichmäßigen Bestückung und Bestromung der einzelnen Bohrungen 64 mit Heizelementen 40, insbesondere im Bereich der Auslasskanäle 62, sogar eine höhere Temperatur erreicht werden als im Bereich des Verteilerkanals 58 selbst. Auch können bei einer ungleichmäßigen Beaufschlagung der Heizelemente 40 mit elektrischem Strom die Ausströmdüsen 63 und die Auslasskanäle 62 gesondert beheizt und aufgeheizt werden, sollte sich einmal kondensierte Materie in einem Auslasskanal 62 bzw. in einer Ausströmdüse 63 befinden.
Insbesondere in 10 ist ferner ein seitlich und von außen zugänglicher Schlitz 166 am Verteilergehäuse 60 gezeigt. Jener Schlitz 166 durchsetzt die zur Aufnahme eines Heizelements 40 vorgesehene Bohrung 64, sodass eine in 10 schematisch dargestellte Halterung 160 in den Schlitz 166 von außen einführbar ist. Die nach Art eines quadratischen oder rechteckigen Blättchens ausgestaltete Halterung 160 weist eine Durchgangsöffnung 164 auf, welche mit Erreichen einer in 9 lediglich schematisch skizzierten Einführposition in etwa mittig innerhalb der Bohrung 64 zu liegen kommt. Die Durchgangsöffnung 164 der Halterung 160 weist einen geringeren Innendurchmesser als die Bohrung 64 auf.
Der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 164 ist passgenau an die Geometrie des jeweiligen Heizelements 40 angepasst. Das etwa rechteckig oder mit quadratischem Querschnitt ausgestaltete Heizelement 40 ist beispielsweise in eine kreisrund ausgestaltete Durchgangsöffnung 164 einfürbar. Die Breite des Schlitzes 166 ist derart bemessen, dass die Halterung 160 passgenau und axial möglichst spielfrei in den Schlitz 166 von außen einführbar ist. Es sind insbesondere mehrere in Längsrichtung der Bohrung 64 voneinander beabstandete Schlitze 166 am Verteilergehäuse 60 vorgesehen. Nachdem jeder oder zumindest einige der Schlitze 166 mit den entsprechenden Halterungen 160 versehen sind, kann das Heizelement 40 in Längsrichtung in die Bohrung 64 eingeführt und dabei die fluchtend zueinander zu liegen kommenden Durchgangsöffnungen 164 mehrerer hintereinander liegender Halterungen 160 durchsetzen.
Die nach Art eines in etwa nur einen oder einige Millimeter dicken Blättchens 162 ausgestalteten Halterungen sind typischerweise aus einem elektrisch isolierenden keramischen Werkstoff gefertigt, sodass die typischerweise aus Graphit gefertigten und Heizstäbe bildenden Heizelemente 40 elektrisch isoliert gegenüber dem Verteilergehäuse 60 in den entsprechenden Bohrungen 64 anordenbar sind. Typischerweise sind die Halterungen 160 aus pyrolytischem Bornitrid oder einer anderer temperaturbeständigen Keramik gefertigt. Der Schlitz 166 und die zugehörige Halterung 160 sind derart bemessen, dass eine in den Schlitz 166 vollständig eingeführte Halterung 160 mit einer Außenseite 165 zumindest geringfügig von der Außenseite des Verteilergehäuses 60 hervorsteht.
Dies ermöglicht im Bedarfsfall nicht nur ein vergleichsweise einfaches Ergreifen und Herausziehen der jeweiligen Halterung 160 aus dem Schlitz 166. Es kann hiermit ferner ein Abstandshalter gebildet werden, mittels dem etwaige, das Verteilergehäuse 60 zumindest bereichsweise umschließende oder einfassende Strahlungsbleche 124 in einem vorgegebenen Abstand zur Außenseite des Verteilergehäuses 60 gehalten werden können. Ein derartiges Hervorstehen der Außenseite 165 der Halterung 160 ist insoweit insbesondere für solche Halterungen vorgesehen, deren Einführschlitze in einer Endmontagekonfiguration von Strahlungsblechen 124 überdeckt bzw. abgeschirmt werden. Insoweit sind solche mit ihrer Außenseite 165 vom Verteilergehäuse 60 hervorstehende Halterungen 160 insbesondere im Bereich oder angrenzend zu den nach unten ragenden Auslasskanälen 62 des Dampfverteilers 50 vorzusehen.
Zum mechanischen Schutz, aber insbesondere auch zur Positionierung und Ausrichtung der Verdampferanordnung 1 in einem vorliegend nicht gezeigten Prozessraum, ist ferner eine in 4 in Explosionsdarstellung gezeigte selbsttragende Trägeranordnung 80 für die Verdampferquelle 10 vorgesehen. Die Trägeranordnung 80 weist einen Boden 82 und eine mit dem Boden 82 verbundene Seitenwandstruktur 84 auf. Seitenwandstruktur 84 und Boden 82 bilden eine von oben her zugängliche Aufnahme 85, in welche die Verdampferquelle 10 von oben einsetzbar ist.
Der Boden 82 und die Seitenwandstruktur 84 sind aus einem Graphitfaserwerkstoff gebildet. Boden 82 und Seitenwandstruktur 84 können insbesondere aus karbonfaserverstärktem Verbundmaterial gefertigt sein. Insbesondere können der Boden 82 und die Seitenwandstruktur 84 aus einem CFC-Verbundmaterial, das heißt einem karbonfaserverstärktem Kohlenstoff gefertigt sein. Hierbei sind Kohlenstoff- oder Graphitfasern in einer Matrix aus reinem Kohlenstoff eingebettet. CFC-Verbundmaterialien weisen eine außerordentlich hohe Temperaturbeständigkeit auf und sind extrem temperaturschockbeständig.
Während die in der Trägeranordnung 80 einsetzbare Verdampferquelle aus Graphit vergleichsweise stoßempfindlich ist, kann das Verbundmaterial der Trägeranordnung 80 etwaige auf die Trägeranordnung 80 einwirkenden mechanischen Belastungen dämpfen und insoweit einen mechanischen Schutz sowie Kollisionsschutz für die Verdampferquelle 10 bereitstellen. Die Trägeranordnung 80, welche dazu ausgebildet ist, das Gewicht der Verdampferquelle 10 als auch des hiermit verbindbaren Dampfverteilers 50 zu tragen, weist gemäß der Darstellung nach 4 eine im Wesentlichen ebene rechteckige Bodenplatte mit Seitenrändern 82a, 82b, 82c, 82d auf. An die Seitenränder der Bodenplatte 82 angrenzend sind Seitenwandplatten 84a, 84b, 84c, 84d angeordnet. Auch die Seitenwandplatten 84a, 84b, 84c, 84d weisen eine im Wesentlichen ebene und rechteckige Grundgeometrie auf. Vorliegend ist die Seitenwandstruktur 84 von den genannten vier Seitenwandplatten 84a, 84b, 84c, 84d gebildet. Die Seitenwandstruktur 84 und der Boden 82 bilden insoweit einen im Wesentlichen kubischen und rechteckigen Kasten, in welchem die Verdampferquelle 10 positionierbar ist.
Der Boden 82 der Trägeranordnung 80 weist eine Durchgangsöffnung 86 auf, durch welche eine strömungstechnische Verbindung 68 zwischen der Verdampferquelle 10 und einem Dampfverteiler hindurchführbar ist. Die strömungstechnische Verbindung 68 ist beispielsweise in den 12 und 13 gezeigt. Sie ergibt sich ferner aus der Querschnittsdarstellung gemäß 8. Der Verbindungsstutzen 52 des Dampfverteilers 50 ragt von unten durch die bodenseitige Durchgangsöffnung 86 nach oben, während der nach unten vom Gehäuse 12 der Verdampferquelle 10 ragende Verbindungsstutzen 32 die Durchgangsöffnung 86 von oben durchsetzt.
Da die Verdampferquelle 10 und der Dampfverteiler 50 über die beiden miteinander in Eingriff stehenden Verbindungsstutzen 32, 52 unmittelbar mechanisch als auch dampfleitend miteinander verbunden sind, kann durch das Anhängen des Dampfverteilers 50 an die bereits in der Trägeranordnung 80 befindliche Verdampferquelle 10 auch der Dampfverteiler 50 sein Gewicht über die Verdampferquelle 10 auf den Boden 82 der selbsttragenden Trägeranordnung 80 übertragen.
Die wechselseitige Verbindung und das Zusammenfügen der Seitenwandstruktur 84 mit dem Boden 82 der Trägeranordnung 80 kann auf vielerlei Art und Weise erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist exemplarisch vorgesehen, dass von den Seitenrändern 82a und 82c jeweils in der Bodenebene liegende Fortsätze 83 nach außen abstehen. Jene Fortsätze 83 sind durch hiermit korrespondierende Durchgänge 87 angrenzender Seitenwandplatten 84a, 84c hindurchführbar. Insoweit ermöglichen die miteinander korrespondierenden Fortsätze 83 und Durchgänge 87 eine Steckverbindung des Bodens 82 mit der Seitenwandstruktur 84. Auch können auf diese Art und Weise zum Beispiel die stirnseitig vorgesehenen Seitenwandplatten 84b, 84d mit den längserstreckten Seitenwandplatten 84a, 84c verbunden, mithin zusammengesteckt werden.
Die gesteckte Verbindung von Boden 82 bzw. Bodenplatte und Seitenwandplatten 84a, 84c ist insoweit von Vorteil, als dass sie ohne Zuhilfenahme von Verbindungswerkzeugen oder gesonderten Verbindungsmitteln erfolgen kann. Insoweit kann hierdurch eine rein gesteckte Verbindung auf Graphitbasis realisiert werden, die sich hinsichtlich der thermischen Belastbarkeit der selbsttragenden Trägeranordnung 80 als vorteilhaft erweist.
Wie ferner in den 4 und 5 gezeigt, weisen die beiden längserstreckten Seitenwandplatten 84a, 84c der Seitenwandstruktur 84 jeweils nach außen und nach oben abragende Halteabschnitte 88 mit je einer Durchgangsöffnung 89 auf. Die ösenartig ausgestaltete Durchgangsöffnung 89 ermöglicht eine hängende und somit weitgehend thermisch entkoppelnde Anordnung der gesamten Verdampferanordnung im Prozessraum, etwa im Prozessraum einer Beschichtungsanlage. Wie zum Beispiel in 3 gezeigt, können an jenen Durchgangsöffnungen 89 schwenkbare Halterungen 94 angeordnet sein, mittels derer die Trägeranordnung 80 mitsamt der darin aufgenommenen Verdampferquelle 10 und dem hiermit verbundenen Dampfverteiler 50 frei hängend im Prozessraum anordenbar ist.
Die stirnseitigen Seitenwandplatten 84b, 84d der Seitenwandstruktur 84 weisen je eine Durchgangsöffnung 90 auf, die jeweils an die Größe der Verschlussdeckel 26, 126 der Verdampferquelle 10 angepasst ist. Die Durchgangsöffnungen 90 in der Seitenwandstruktur 84 ermöglichen das Öffnen der Zuführöffnung 24 der Verdampferquelle 10 ohne die gesamte Verdampferquelle 10 aus der Aufnahme 85 der Trägeranordnung 80 entnehmen oder anheben zu müssen.
Die Zwischenräume zwischen der Trägeranordnung 80 und der darin aufgenommenen Verdampferquelle 10 sind insbesondere mit einer thermischen Isolierung 100 versehen. Als thermisches Isoliermaterial kommen insbesondere Matten auf Graphitbasis, wie zum Beispiel ein Graphitfilz 102 infrage. Entsprechende Graphitfilzmatten 102 weisen den Durchgangsöffnungen 86, 90 entsprechende Aussparungen auf. Alternativ oder ergänzend und wie zum Beispiel in 5 gezeigt, können zwischen der Trägeranordnung 80 und der Verdampferquelle 10 auch mehrere Strahlungsbleche 124 angeordnet sein. Mittels Strahlungsblechen aus geeigneten Wärmestrahlung reflektierenden Materialien, die insbesondere auch in Sandwichbauweise mit dazwischen befindlichen thermischen Isoliermaterialien ausgebildet sein können, kann die Wärmeabstrahlung der Verdampferquelle 10 nach außen reduziert werden.
Wie ferner in den 4, 5 und 8 gezeigt, erstreckt sich oberhalb der gesamten Verdampferquelle 10 eine durchgehende Heizung 48, welche typischerweise eine Vielzahl graphitbasierter Heizelemente aufweist. In 8 sind ferner die für die Beaufschlagung der Heizung 48 mit Strom vorgesehenen Strombolzen 49 gezeigt.
Die gesamte Trägeranordnung 80 kann ferner auch mit einer äußeren thermischen Isolierung 130 versehen sein. Auch hierfür sind insbesondere Isoliermatten aus Graphitfilz 132 vorgesehen. Diese können typischerweise nahezu die gesamte Außenseite 92 zumindest der Seitenwandstruktur 84 verkleiden und lediglich etwa im Bereich der stirnseitigen Seitenwandplatten 84b, 84d eine der Durchgangsöffnung 90 der Seitenwandstruktur 80 korrespondierende Ausnehmung oder einen dementsprechenden Ausschnitt 134 aufweisen. Im Betrieb können derartige Ausschnitte 134 der äußeren thermischen Isolierung 130 zum Beispiel mit in den 3 und 4 gezeigten abnehmbaren Isolierstücken 136 passgenau verschlossen werden.
Die thermische Isolierung 100 kann ferner einen rahmenartig ausgeschnittenen Graphitfilz 102 aufweisen, der auf die Oberseite bzw. auf die obere Kante der Seitenwandstruktur 84 auflegbar ist. Der Ausschnitt 104 des rahmenartigen Graphitfilzes 102 ermöglicht eine gute Zugänglichkeit zur Heizung 48. Der Ausschnitt 104 ist im Betrieb der Verdampferquelle 10 mit einem in 4 gezeigten Deckelzuschnitt 106 passgenau verschließbar.
An Isoliermaterialien kommen insbesondere Graphitfilze, wie zum Beispiel Graphit-Weichfilz als auch Graphit-Hartfilz zum Einsatz. Ferner ist denkbar, anstelle oder ergänzend zu Graphitfilzen auch Quarzfilze oder dergleichen thermische Isoliermaterialien zu verwenden. Für die thermische Isolierung kommt ferner ein geschäumtes Graphit, bzw. ein Graphitschaum infrage. Für die Strahlungsbleche sind insbesondere Molybdän-, Tantal- oder Wolframbleche vorgesehen.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass nicht nur die Verdampferquelle 10, sondern auch der Dampfverteiler 50 in einer Einhausung 140 angeordnet ist. Die in der 9 im Querschnitt gezeigte Einhausung 140 für den Dampfverteiler 50 weist einen geschlitzten Boden 142 und hiermit verbundene Seitenwände 144 auf. Die dem Boden 142 abgewandten oberen Enden der Seitenwände 144 sind ferner zumindest abschnittsweise mit einer Decke 146 miteinander verbunden. Ähnlich wie der Boden 82 und die Seitenwandstruktur 84 der Trägeranordnung 80 sind auch der Boden 142, die Seitenwände 144 und die Decke 146 aus karbonfaserverstärktem Verbundmaterial, insbesondere aus CFC-Verbundmaterial gefertigt.
Der Zwischenraum zwischen der den Dampfverteiler 50 zumindest bereichsweise umschließenden Einhausung 150 und dem Dampfverteiler 50 ist mit einer thermischen Isolierung 150 versehen, insbesondere mit einer thermischen Isolierung 120 weitreichend ausgefüllt. Auch hier kommen insbesondere Graphitfilze 122, wie in 9 dargestellt, zum Einsatz. Wie insbesondere in 9 gezeigt, weist der Boden 142 der Einhausung 140 einen zentralen, sich in Längsrichtung des Bodens 142 erstreckenden Schlitz 143 auf. In jenem Schlitz kommt ein nach unten ragender Auslassabschnitt 65 des Dampfverteilers 50 zu liegen.
Der im Betreib besonders heiße Bereich des Auslassabschnitts 65 ist hierbei ferner mit in etwa U-förmig um den Auslassabschnitt 65 gebogenen Strahlungsblechen 124 versehen, die typischerweise in Sandwichstruktur mit dazwischen befindlichem thermischen Isoliermaterial entweder gesondert an der angrenzenden thermischen Isolierung 120 oder aber auch unmittelbar, etwa mittels Klammern oder Schrauben, am Verteilergehäuse 60 befestigbar sind. Wie in der Darstellung gemäß 11 gezeigt, weisen die Strahlungsbleche 124 im Bereich der Ausströmdüsen 63 sich nach unten erweiternde Durchgangsöffnung 138 auf, die das Dampfausströmverhalten aus dem Dampfverteiler 50 beeinflussen können.
Typischerweise sind mehrere voneinander beabstandete Lagen von Strahlungsblechen 124 vorgesehen, deren Zwischenräume frei von Füllmaterialien sind. Die Blechlagen sind punktuell oder mittels linienförmigen Abstandshaltern untereinander verbunden. Die Verbindung der Blechlagen ist von Vorteil dergestalt, dass sich die einzelnen Blechlagen unterschiedlich in der jeweiligen Ebene des Strahlungsbleches 124 bewegen, respektive thermisch ausdehnen können. Etwaige Abstandshalter sorgen dann lediglich für eine Fixierung in einer Richtung senkrecht zur Blechebene.
Da das Verteilergehäuse 60 nahezu vollständig von einer thermischen Isolierung 120 umschlossen und zusammen mit der thermischen Isolierung 20 innerhalb der Einhausung 140 angeordnet ist, erübrigt sich eine gesonderte Montage und Befestigung der Einhausung 140 am Dampfverteiler 50. Da der Dampfverteiler 50 mit seinem Verbindungsstutzen 52 unmittelbar an der Verdampferquelle 10 befestigt ist, kann das Gewicht der Einhausung 140 und der zwischen Einhausung 140 und Dampfverteiler 50 befindlichen thermischen Isolierung 120 über den Boden 142, die Seitenwände 144 und letztlich die Decke 146 der Einhausung 140 getragen und insoweit an der dem Verdampfer 10 zugewandten Oberseite des Dampfverteilers 50 abgestützt werden.
Es ist schließlich noch anzumerken, dass die Anordnung von thermischer Isolierung 130, 100, 120 in Kombination mit Strahlungsblechen 124 verschiedenartigst konfigurierbar ist. Es ist insbesondere denkbar, einzelne Strahlungsbleche 124 zwischen Seitenwandstruktur 84 und Verdampferquelle 10 anzuordnen. Gleichermaßen ist denkbar, jenen Zwischenraum ausschließlich mit thermischer Isolierung 130 zu versehen und evtl. Strahlungsbleche außerhalb, an der Außenseite 92 der Trägeranordnung 80, ggf. in Kombination mit anderen oder ergänzenden thermischen Isolierungen 130 anzuordnen.
In 14 ist schließlich eine alternative Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 der Verdampferquelle 10 und dem Dampfverteilergehäuse 60 gezeigt. Hierbei weist der nach unten ragende Verbindungsstutzen 32 des Gehäuses 12 des Dampfverteilers 50 einen nach innen ragenden Befestigungsabschnitt 33 mit zwei axial gegenüberliegenden Dichtflächen 33a, 33b auf. Der Befestigungsabschnitt 33 kann hierbei als ein radial nach innen in den Kanal 20 hineinragender Flansch oder ringartiger Fortsatz ausgestaltet sein, welcher eine obere Dichtfläche 33a und gegenüberliegend, das heißt dem Dampfverteiler 50 zugewandt, eine untere Dichtfläche 33b aufweist.
Der nach oben ragende Verbindungsstutzen 52 des Dampfverteilers 50, respektive des Verteilergehäuses 60 weist, wie auch schon unter Bezugnahme auf die Ausgestaltung gemäß 13 beschrieben, eine Dichtfläche 56 auf, mittels derer der Verbindungsstutzen 52 abdichtend am Befestigungsabschnitt 33 zur Anlage bringbar ist. Der Verbindungsstutzen 52 des Verteilergehäuses 60 ist hierbei in den Verbindungsstutzen 32 des Gehäuses 12 der Verdampferquelle 10 axial nach oben einführbar. An der Innenwandung oder Innenseite des Verbindungsstutzens 52 ist ferner ein Gewinde 53 ausgebildet, welches mit einer Verbindungsschraube 150 in Eingriff bringbar ist.
Die Verbindungsschraube ist von oben, so etwa durch eine vorliegend nicht explizit gezeigte Revisionsöffnung des Gehäuses 12 der Verdampferquelle 10 in den Kanal 20 einführbar. Die Verbindungsschraube 150 weist einen radial verbreiterten Kopf 152 auf, an dessen Unterseite eine Dichtfläche 153 ausgebildet ist, welche in der in 14 gezeigten Montageposition axial abdichtend an der oberen Dichtfläche 33a des Befestigungsabschnitts 33 zu liegen kommt. Ein an den Kopf 152 angrenzender und axial nach unten ragender Schaft 154 der Verbindungsschraube 150 ist mit einem Außengewinde 156 versehen, welches mit dem Innengewinde 53 des Verbindungsstutzens 52 in Eingriff bringbar ist.
Durch Anziehen der Verbindungsschraube 150 kann der radial nach innen ragende Befestigungsabschnitt 33 axial zwischen der stirnseitig liegenden Dichtfläche 56 des Verbindungsstutzens 52 und der Dichtfläche 153 des Kopfs 152 der Schraube 150 geklemmt werden. Zwischen den aneinander anliegenden Dichtflächen 153, 33a, 33b, 56 sind im Bedarfsfall auch gesonderte Dichtelemente, etwa in Form einer Graphitfolie, anordenbar.
Die Verbindungsschraube 150 weist ferner eine sich in Axialrichtung erstreckende Durchgangsbohrung 158 auf. Die Verbindungsschraube 150 ist somit in Axialrichtung von Dampf durchströmbar. Sie kann insoweit eine dampfleitende Struktur und eine Strömungsverbindung zwischen den Verbindungsstutzen 32, 52 von Verdampferquelle 10 und Dampfverteiler 50 bereitstellen. Zum Betätigen, mithin zum Verschrauben der Verbindungsschraube 150, kann der Kopf 152 entweder eine radial außenliegende Schlüsselfläche 151 oder aber im Bereich einer oberen Stirnfläche anderweitige Schlüssel- oder Schraubflächen, wie zum Beispiel einen Innensechskant oder einen Innentorx zur Aufnahme eines Schraubwerkzeugs aufweisen.
Mittels der hier beschriebenen Verbindung sind die Verdampferquelle 10 und der Dampfverteiler 50 zueinander verdrehbar und ausrichtbar und somit zueinander justierbar, wobei sich eine Drehachse parallel zum dampfführenden Kanal 20 der Verdampferquelle 10 erstreckt.
Bezugszeichenliste

1: Verdampferanordnung
10: Verdampferquelle
12: Gehäuse
13: Außenwand
14: Dampfraum
15: Innenwand
16: Verdampfungsgutbehälter
18: Auslass
20: Kanal
21: Kanalwandabschnitt
22: Stirnseite
24: Zuführöffnung
26: Verschlussdeckel
27: Griffmuster
28: Gewinde
29: Öffnungsberandung
30: Gewinde
32: Verbindungsstutzen
33: Befestigungsabschnitt
33a: Dichtfläche
33b: Dichtfläche
34: Gewinde
36: Dichtfläche
38: Bohrung
40: Heizelement
42: Dichtung
44: Schraube
45: Schraubenloch
46: Gewindebohrung
48: Heizung
49: Strombolzen
50: Dampfverteiler
52: Verbindungsstutzen
53: Gewinde
54: Gewinde
56: Dichtfläche
58: Verteilerkanal
59: Kanalwandabschnitt
60: Verteilergehäuse
62: Auslasskanal
63: Ausströmdüse
64: Bohrung
65: Auslassabschnitt
66: Außenseite
68: Strömungstechnische Verbindung
80: Trägeranordnung
82: Boden
82a, 82b, 82c, 82d: Seitenrand
83: Fortsatz
84: Seitenwandstruktur
84a, 84b, 84c, 84d: Seitenwandplatte
85: Aufnahme
86: Durchgangsöffnung
87: Durchgang
88: Halteabschnitt
89: Durchgangsöffnung
90: Durchgangsöffnung
92: Außenseite
94: Halterung
100: Thermische Isolierung
102: Graphitfilz
104: Ausschnitt
106: Deckelzuschnitt
114: Dampfraum
116: Verdampfungsgutbehälter
118: Auslass
120: Thermische Isolierung
122: Graphitfilz
124: Strahlungsblech
126: Verschlussdeckel
130: Thermische Isolierung
132: Graphitfilz
134: Ausschnitt
136: Isolierstück
138: Öffnung
140: Einhausung
142: Boden
143: Schlitz
144: Seitenwand
146: Deckel
150: Verbindungsschraube
151: Schlüsselfläche
152: Kopf
153: Dichtfläche
154: Schaft
156: Gewinde
158: Durchgangsbohrung
160: Halterung
162: Blättchen
164: Durchgangsöffnung
165: Außenseite
166: Schlitz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0285218 A1 [0002]

Claims

Verdampferquelle zur Oberflächenbehandlung zumindest eines Substrats, mit einem monolithischen Gehäuse (12) aus Graphit, welches zumindest einen Dampfraum (14, 114) zur Aufnahme zumindest eines Verdampfungsgutbehälters (16, 116) aufweist und welches zumindest einen mit dem Dampfraum (14, 114) in Strömungsverbindung stehenden Auslass (18) aufweist.
Verdampferquelle nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (12) einen dampfleitenden Kanal (20) aufweist, der über den Auslass (18) mit dem Dampfraum (14) in Strömungsverbindung steht.
Verdampferquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (12) naht- und fügestellenfrei ausgebildet ist.
Verdampferquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (12) zumindest eine Zuführöffnung (24) für Verdampfungsgut aufweist, die mittels eines abnehmbaren Verschlussdeckels (26) aus Graphit verschließbar ist.
Verdampferquelle nach Anspruch 4, wobei der Verschlussdeckel (26) mit einer Öffnungsberandung (29) der Zuführöffnung (24) verschraubbar ist.
Verdampferquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei das Gehäuse (12) zumindest einen weiteren, zweiten Dampfraum (114) zur Aufnahme zumindest eines zweiten Verdampfungsgutbehälters (116) aufweist, wobei erster und zweiter Dampfraum (14, 114) über je einen Auslass (18, 118) in den Kanal (20) münden, welcher mittig zwischen dem ersten Dampfraum (14) und dem zweiten Dampfraum (114) angeordnet ist.
Verdampferquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dampfleitende Kanal (20) in einen Verbindungsstutzen (32) des Gehäuses (12) übergeht, über welchen das Gehäuse (12) strömungstechnisch mit einem Dampfverteiler (50) verbindbar ist.
Verdampferquelle nach Anspruch 7, wobei im Bereich des Verbindungsstutzens (32) zumindest eine axiale Dichtfläche (36) am Gehäuse (12) ausgebildet ist, die an einer hierzu korrespondierenden axialen Dichtfläche (56) eines Verbindungsstutzens (52) des Dampfverteilers (50) abdichtend zur Anlage bringbar ist.
Verdampferquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, wobei zumindest einer der Verbindungsstutzen (32, 52) des Gehäuses (12) und des Dampfverteilers (50) ein Gewinde (34, 53, 54) zur Bildung einer Schraubverbindung des Dampfverteilers (50) mit dem Gehäuse (12) aufweist.
Verdampferquelle nach Anspruch 9, wobei der Verbindungsstutzen (32) des Gehäuses (12) einen nach innen ragenden Befestigungsabschnitt (33) mit zwei axial gegenüberliegenden Dichtflächen (33a, 33b) aufweist, an welchen der Verbindungsstutzen (52) des Dampfverteilers (50) und eine mit dem Verbindungsstutzen (52) des Dampfverteilers (50) in Eingriff bringbare Verbindungsschraube (150) axial abdichtend zur Anlage bringbar sind.
Verdampferquelle nach Anspruch 10, wobei die Verbindungsschraube (150) eine dampfleitende axiale Durchgangsbohrung (158) aufweist, mit einem Schaft (154) in einen Gewindeeingriff mit dem Gewinde (53) des Verbindungsstutzens (52) des Dampfverteilers (50) bringbar und mit einem radial verbreiterten Kopf (152) axial an einer Dichtfläche (33a) des Befestigungsabschnitts (33) des Verbindungsstutzens (32) des Gehäuses (12) zur Anlage bringbar ist.
Verdampferquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 11, wobei das Gehäuse (12) in einem den Kanal (20) begrenzenden Kanalwandabschnitt (21) zumindest eine Bohrung (38) oder Nut zur Aufnahme zumindest eines Heizelements (40) aufweist.
Verdampferanordnung mit einer Verdampferquelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem hiermit in Strömungsverbindung stehenden Dampfverteiler (50) mit einem monolithischen längserstreckten Verteilergehäuse (60) aus Graphit.
Verdampferanordnung nach Anspruch 13, wobei das Verteilergehäuse (60) einen sich in Längsrichtung des Dampfverteilers (50) erstreckenden Verteilerkanal (58) mit mehreren voneinander beabstandeten Auslassöffnungen (62) aufweist.
Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 oder 14, wobei das Verteilergehäuse (60) einen Verbindungsstutzen (52) zur strömungstechnischen Verbindung mit der Verdampferquelle (10) aufweist.
Verdampferanordnung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Verteilergehäuse (60) in einem den Verteilerkanal (58) begrenzenden Kanalwandabschnitt (59) zumindest eine, sich in Verteilerkanallängsrichtung und parallel zum Verteilerkanal (58) erstreckende Bohrung (64) oder Nut zur Aufnahme zumindest eines Heizelements (40) aufweist.
Verdampferquelle nach Anspruch 16, wobei das Verteilergehäuse (60) von außen zugängliche, entlang der Bohrung (64) voneinander beabstandete und die Bohrung (64) schräg oder senkrecht durchsetzende Schlitze (166) zur Aufnahme je einer Halterung (160) aufweist, welche Halterung (160) eine das Heizelement (40) in Umfangsrichtung abstützende Durchgangsöffnung (164) aufweist.
Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, wobei das Verteilergehäuse (60) unterhalb der Verdampferquelle (10) angeordnet ist und ausschließlich mittels seines Verbindungsstutzens (52) hängend an der Verdampferquelle (10) befestigbar ist.
Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 18, welche ferner zumindest eine selbstragende Trägeranordnung (80) mit einem Boden (82) und mit einer mit dem Boden (80) verbundenen Seitenwandstruktur (84) aufweist, wobei die Verdampferquelle (10) in eine von Boden (80) und Seitenwandstruktur (84) gebildete Aufnahme (85) einsetzbar ist.
Verdampferanordnung nach Anspruch 19, wobei der Boden (80) eine Durchgangsöffnung (86) zur strömungstechnischen und mechanischen Kopplung der in der Aufnahme (85) angeordneten Verdampferquelle (10) mit dem unterhalb des Bodens (82) anordenbaren Dampfverteiler (50), aufweist.
Verdampferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 oder 20, wobei die Trägeranordnung (80) einen Graphitfaserwerkstoff aufweist.