DE102018118771A1

DE102018118771A1 - Verfahren und Vorrichtung zum reproduzierbaren Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung

Info

Publication number: DE102018118771A1
Application number: DE102018118771.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hämmerle
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: J Fiber GmbH
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2038-08-03
Also published as: DE102018118771B4; WO2020025561A1; US20210309558A1; US11702358B2; CN112533879A; CN112533879B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Trägergases mit einer gewünschten, exakt eingestellten Temperatur, Beladen des Trägergases mit Halogeniddampf, Mischen des beladenen Trägergases mit Zusatzgasen, und Erzeugen der Preform in einem Reaktionsraum mit Substrat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Trägergases mit einer gewünschten, exakt eingestellten Temperatur, Beladen des Trägergases mit Preform-Precursoren, Mischen des beladenen Trägergases mit Zusatzgasen, und Erzeugen der Preform in einem Reaktionsraum mit Substrat.
Technische Grundlagen und Stand der Technik
An die Übertragungseigenschaften von optischen Glasfasern werden hinsichtlich der Übertragungskapazität kontinuierlich höhere Anforderungen gestellt. Die Übertragungskapazität von Gradientenindex Multimodefasern wird durch die Präzision des Gradientenindex-Brechzahlprofils bestimmt. Bereits geringste Abweichungen vom gewünschten Brechzahlprofil im Bereich von wenigen 1*10^-4 führen dazu, dass die gegenwärtig höchste Multimode-Faser-Qualitätsstufe OM4 nicht erreicht wird. Das bedeutet, dass bereits durch geringe Brechzahl-Profilabweichungen die Ausbeute an hochwertigen Fasern vermindert wird.
Für die reproduzierbare Herstellung von hochwertigen Gradientenindexfasern werden deshalb an die Reaktivgasbereitstellung im Preform-Herstellungsverfahren höchste Anforderungen gestellt. Bei der Reaktivgasbereitstellung spielt die reproduzierbare Beladung eines Trägergases (trockener Sauerstoff zur Herstellung dämpfungsarmer Faser), das durch einen Flüssigkeitsverdampfer geht (Halogenidflüssigkeiten z.B. GeCl₄, SiCl₄ oder POCl₃), eine herausragende Rolle.
Es sind eine Vielzahl von Anordnungen und Verfahren vorgeschlagen worden, um die Reproduzierbarkeit der Beladung eines Trägergases mit einem Halogeniddampf zu verbessern. Diese Verbesserungsvorschläge beziehen sich jedoch weitestgehend auf konstruktive Veränderungen des Verdampferaufbaus selbst bzw. auf die Vermeidung von Kondensationseffekten des beladenen Trägergasvolumenstromes nach Verlassen des Verdampfers durch eine Heizung des Transportleitungssystems bis zum Reaktor. Der Einfluss der Temperatur des Trägergases auf eine reproduzierbare Beladung in einem Verdampfersystem selbst scheint jedoch bisher nicht untersucht worden zu sein und es scheinen auch keine Anordnungen und Verfahren zur Eliminierung des Einflusses von Trägergas-Temperaturschwankungen vorgeschlagen.
Im Stand der Technik gibt es verschiedene Vorschläge zur Verbesserung der Beladung eines Trägergases in einem Verdampfersystem. All diese Verbesserungen beziehen sich auf die Verhältnisse im Verdampfersystem und dienen dazu, vorzugsweise systematische Abweichungen der realen Beladung von einer vollständigen Beladung zu korrigieren. All die betrachteten systematischen Verbesserungen der Beladung führen bei geeigneter Prozessführung zu systematischen Abweichungen der Beladung von der Idealen. Solche systematischen Abweichungen in der Beladung führen letztendlich bei der Preformherstellung zu systematischen Brechzahlprofil- und Kerndurchmesser-Abweichungen. Diese systematischen Abweichungen können jedoch prinzipiell über systematische Profil und Kerndurchmesser-Korrekturen beseitigt werden.
Die Patentschrift US 6,135,433 beschreibt eine Methode zur Erzeugung eines kontinuierlichen gesättigten Gas/Dampf-Gemisches durch Beladung eines Trägergases in einem Flüssigkeitsverdampfer. Das Verdampfersystem weist folgende Merkmale auf:

- Blasenerzeugung durch eine Sprudelanordnung
- Mittel zur Stabilisierung des Flüssigkeitspegels auf einen konstanten Wert
- Regelung der Flüssigkeitstemperatur auf einen vorgegebenen Wert mit Hilfe einer speziellen Anordnung zur Kühlung und zum Heizen der Verdampferflüssigkeit
- Regelung des Druckes des gesättigten Trägergases auf einen vorgegebenen Wert.

Um eine reproduzierbare Beladung des Trägergases zu erhalten, werden nur die Punkte Blasengröße und Verteilung, Flüssigkeitsfüllstand, VerdampferflüssigkeitsTemperatur und Verdampfer-Druck betrachtet. Bei geeigneter Prozessführung sind diese Einflussfaktoren bei der Preformfertigung systematischer Art und können über veränderte Volumenstromvorgaben im Preform-Herstellungsrezept korrigiert werden. Die jedoch auftretenden zufälligen Temperaturschwankungen des Trägergases während des Beschichtungsprozesses lassen sich nicht korrigieren und werden in US 6,135,433 nicht berücksichtigt. Um eine Kondensation des Dampfes im gesättigten Gas/dampf-Gemisch zu vermeiden wird in Spalte 7/Zeile 8 vorgeschlagen, die Verdampferflüssigkeit auf einen Wert unterhalb der Umgebungstemperatur abzukühlen. Solange die Temperatur der Transportleitung vom Verdampferausgang bis zum Anwendungspunkt nicht unter der Temperatur der Verdampferflüssigkeit ist, sollen Kondensationseffekte nicht auftreten.
Diese Anforderungen an das Verdampfersystem sollten jedoch nicht ausreichend sein, um zum einen eine reproduzierbare Beladung des Trägergases zu erreichen und um Kondensationseffekte nach Verlassen des Verdampfers sicher zu vermeiden. Weil die Temperatur des Trägergases nicht berücksichtigt wird und weil damit eine undefinierte Wechselwirkung zwischen Trägergas und Verdampferflüssigkeit und die Druckverhältnisse am Verdampferausgang nicht berücksichtigt werden, kann unter den angegebenen Bedingungen keine reproduzierbare Beladung erreicht werden.
Nur durch die Ermittlung der Taupunkttemperatur am Verdampferausgang können unerwünschte Kondensationseffekte im nachfolgenden Reaktivgas-Transportleitungssystem sicher aufgeklärt werden.
US 4,235,829 , US 4,220,460 , US 4,276,243 , US 4,582,480 , US 7,011,299 , und DE 69922728 offenbaren Verdampfersysteme, bei denen das Trägergas durch eine oder zwei temperaturgesteuerte Kammern mit unterschiedlicher Temperatur hindurchgeführt wird, bevor es in das Verdampfersystem bzw. die Verdampferflüssigkeit eintritt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Beladung in einem Verdampfersystem, und letztlich zur Herstellung einer Preform für die Glasfaserherstellung, bereitgestellt werden kann, welche eine ungewünschte Kondensation noch besser verhindern.
Basierend auf den neuen Erkenntnissen, war es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zufällige Einflussfaktoren auf die Temperatur des Trägergases zu eliminieren und Verfahren zur exakten Steuerung der Trägergastemperatur bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wurde erkannt, dass durch die im Stand der Technik vorgeschlagene Verwendung von Temperaturkammern, zufällige Einflussfaktoren auf die Beladung nicht beseitigt werden können und zudem keine exakte Einstellung oder exakte Kontrolle der Trägergastemperatur während des Verfahrens möglich ist. Bei den vorgeschlagenen Kammern wird zwar eine gewisse Temperaturerhöhung erreicht, die Endtemperatur des Trägergases hängt jedoch von der Anfangstemperatur des Trägergases ab und unterliegt somit Schwankungen, solange die Anfangstemperatur nicht exakt kontrolliert wird. Dies wird jedoch im Stand der Technik nicht vorgeschlagen. Vielmehr werden Trägergase üblicherweise bei Umgebungstemperatur gelagert und diese unterliegt Schwankungen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Wichtigkeit der Temperatur des Trägergases vor dem Verdampfer erkannt. Es wurden die Auswirkung von Trägergasschwankungen auf die Beladung, die Taupunkttemperatur am Verdampferausgang und unkontrollierte Kondensationen auf dem Weg vom Verdampferausgang bis zum Reaktor untersucht.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Abschätzungen, Berechnungen und Überlegungen zeigen, dass für eine reproduzierbare Beladung des Trägergases in einem Flüssigkeits-Verdampfersystem und zur Vermeidung von unkontrollierten Kondensationseffekten nach dem Verlassen des Verdampfersystems folgende Bedingungen erfüllt sein sollten:

1. Die Trägergastemperatur am Verdampfereingang muss so niedrig sein, dass das Trägergas/Dampf-Gemisch sich auf dem Transportweg bis zum Ort des Reaktors niemals mehr auf Temperaturen unterhalb der Taupunkttemperatur am Verdampferausgang abkühlt.
2. Um eine reproduzierbare Halogenidbeladung im Verdampfer zu gewährleisten, müssen die Trägergastemperatur-Schwankungen am Verdampfereingang niedrig gehalten werden und sollen nicht größer sein als die zulässigen Verdampferflüssigkeits-Schwankungen. Die Temperaturschwankungen können mit den Flüssigkeitsschwankungen auf jeweils prozentualer Basis verglichen werden.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines Sauerstoffgas-enthaltendem Trägergasstroms der Temperatur T0 und Erzeugen eines Trägergasstroms mit exakt eingestellter Temperatur durch Erhöhen oder Erniedrigen der Temperatur T0 auf eine Temperatur T1, die unterhalb der Transporttemperatur liegt, wobei die Transporttemperatur dem niedrigsten Temperaturwert des beladenen Trägergasstroms, auf dem Transportweg des beladenen Trägergasstroms von dem Verdampferausgang aus Schritt (b) bis zu der Mischkammer aus Schritt (d), entspricht,
b) Einleiten des Trägergasstroms aus Schritt (a) mit der Temperatur T1 in ein Verdampfersystem mit einer Verdampferflüssigkeit mit der Temperatur T2 und mindestens einem Preform-Precursor, einem Verdampfereingang und einem Verdampferausgang,
c) Beladen des Trägergasstroms mit mindestens einem Preform-Precursor, bevorzugt mit Halogeniddampf, in dem Verdampfersystem, durch Hindurchleiten des Trägergasstroms durch die Verdampferflüssigkeit, wobei der beladene Trägergasstrom am Verdampferausgang die Temperatur T3 aufweist,
d) Mischen des beladenen Trägergasstroms aus Schritt (c) in einer Mischkammer mit einem oder mehreren Zusatzgasen, um einen Mischgasstrom zu erhalten, wobei die Transporttemperatur des beladenen Trägergasstroms nicht unter den Taupunkt absinken darf, und
e) Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung in einem Reaktionsraum enthaltend ein Substrat, beispielsweise Substratrohr oder Substratstab, unter Verwendung des Mischgasstroms aus Schritt (d).

Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung, bevorzugt unter Verwendung eines Verfahrens nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, umfassend:

i) mindestens eine Trägergasquelle, die zwei Temperaturregeleinheiten mit Trägergas versorgt, wobei die Temperaturregeleinheiten zum Erwärmen und/oder Abkühlen des Trägergases geeignet sind;
ii) eine Mischeinheit, die mit den Temperaturregeleinheiten zum Erhalten der zwei Trägergasströme, die in den Temperaturregeleinheiten erzeugt werden verbunden ist, wobei die Mischeinheit die zwei Trägergasströme mischen kann, um einen gemischten Trägergasstrom zu erzeugen, wobei die Mischeinheit optional in einer temperierbaren Einheit angeordnet ist, damit die Temperatur des gemischten Trägergases konstant gehalten werden kann,
iii) einen Verdampfer mit Temperaturregelung und Druckregelung und Verdampfereingang und Verdampferausgang, wobei der Verdampfer einen gemischten Trägergasstrom direkt aus der Mischeinheit beziehen kann, wobei der Verdampfer einen Behälter, umfassend ein Tauchrohr, aufweist,
iv) ein beheizbares Leitungssystem zwischen dem Verdampferausgang und einer Mischkammer, wobei die Mischkammer konfiguriert ist, um einen beladenen Trägergasstrom mit einem oder mehreren weiteren Gasströmen aus mindestens einer weiteren Gasquelle zu mischen, und
v) einen Reaktionsraum zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bei der industriellen Preformfertigung werden große Mengen von trockenem Sauerstoff als Trägergas benötigt. Aus Kostengründen wird technischer Sauerstoff als Ausgangsgas verwendet, der über eine katalytische Oxidationseinheit (KOE) geleitet wird. In der KOE werden alle Wasserstoff-Verbindungen katalytisch bei einer Temperatur um ca. 450 °C aufgebrochen und zu H₂O oxidiert. Der Sauerstoff mit dem relativ hohen Wassergehalt wird anschließend beispielsweise über ein Molsieb geleitet, in dem das Wasser bis auf wenige 10 ppb entfernt wird. Der getrocknete Sauerstoff gelangt danach über ein Edelstahl-Rohrleitungssystem bis an den Verdampfereingang im Gaskabinett der Preformherstellungsmaschine. Auf dem Weg von der KOE bis zur Gaskabinett der Preformherstellungsmaschine unterliegt der Sauerstoff verschiedenen Temperatureinflüssen.
Da die Sauerstoffleitungen üblicherweise weder temperiert noch isoliert sind, wird die Sauerstofftemperatur durch den Tag-/Nacht-Temperaturzyklus als auch den Sommer/Winter-Temperaturzyklus beeinflusst. Die Temperaturschwankungen für den Sauerstoff betragen deshalb einige zig °C von beispielsweise ca. 15 bis ca. 40 °C.
Die Herstellungszeit einer Gradientenindex-Multimode-Preform liegt üblicherweise bei ca. 30 bis 40 h. Zirka drei Viertel der Zeit werden die Kernschichten abgeschieden und ca. ein Viertel der Zeit wird das innenbeschichtete Substratrohr kollabiert. Der Beginn einer Preformfertigung und damit der für die Brechzahlprofilherstellung relevante Beschichtungsprozess liegt in dem Tag/Nacht-Temperaturzyklus von Preform zu Preform immer unterschiedlich. Die sich im Tag-/Nacht-Zyklus sowie im Sommer/Winter-Zyklus ändernde Trägergas-Temperatur hat deshalb von Preform zu Preform immer einen anderen Einfluss auf die Beladung mit Halogeniden und führt deshalb zu einer zufälligen und damit nicht-reproduzierbaren Beladung im Verdampfersystem und damit zu einer nicht-reproduzierbaren Reaktivgaskonzentration und letztendlich zu einem nicht-reproduzierbaren Brechzahlprofil der Preform bzw. Faser. Die zeitlich veränderliche Trägergas-Sauerstoff-Temperatur ist deshalb ein wesentlicher Faktor um die Reproduzierbarkeit der Preformherstellung bei Verwendung von Verdampfersystemen zur Halogenidbeladung zu verbessern und die Ausbeute an Multimode Gradientenindex-Fasern der höchsten Qualitatsstufe OM4 zu erhöhen.
Die Temperaturverhältnisse des Trägergases bzw. des Trägergas/Halogenidampf-Gemisches werden in 1 erläutert.
Die Beladung eines Trägergases in einem Flüssigkeitsverdampfer und die anschließende Erzeugung einer Preform erfolgt mit den Schritten Bereitstellen eines Trägergases mit der gewünschten Temperatur, Beladen des Trägergases mit Halogeniddampf, Mischen des beladenen Trägergases mit Zusatzgasen, Erzeugen der Preform durch Innenbeschichtung eines Substratrohres und anschließendem Kollabieren des Rohres.
Die Erfindung betrifft somit die folgenden Ausführungsformen:

1. Verfahren zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung, umfassend die Schritte:
1. a) Bereitstellen eines Sauerstoffgas-enthaltendem Trägergasstroms der Temperatur T0 und Erzeugen eines Trägergasstroms mit exakt eingestellter Temperatur durch Erhöhen oder Erniedrigen der Temperatur T0 auf eine Temperatur T1, die unterhalb der Transporttemperatur liegt, wobei die Transporttemperatur dem niedrigsten Temperaturwert des beladenen Trägergasstroms, auf dem Transportweg des beladenen Trägergasstroms von dem Verdampferausgang aus Schritt (b) bis zu der Mischkammer aus Schritt (d), entspricht,
2. b) Einleiten des Trägergasstroms aus Schritt (a) mit der Temperatur T1 in ein Verdampfersystem mit einer Verdampferflüssigkeit mit der Temperatur T2 und mindestens einem Preform-Precursor, einem Verdampfereingang und einem Verdampferausgang,
3. c) Beladen des Trägergasstroms mit mindestens einem Preform-Precursor, bevorzugt mit Halogeniddampf, in dem Verdampfersystem, durch Hindurchleiten des Trägergasstroms durch die Verdampferflüssigkeit, wobei der beladene Trägergasstrom am Verdampferausgang die Temperatur T3 aufweist,
4. d) Mischen des beladenen Trägergasstroms aus Schritt (c) in einer Mischkammer mit einem oder mehreren Zusatzgasen, um einen Mischgasstrom zu erhalten, wobei die Transporttemperatur des beladenen Trägergasstroms nicht unter den Taupunkt absinken darf, und
5. e) Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung in einem Reaktionsraum enthaltend ein Substratrohr, unter Verwendung des Mischgasstroms aus Schritt (d).
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der Schritt (a) die Schritte (a1) - (a3) umfasst:
- a1) Bereitstellen von mindestens zwei Trägergasströmen enthaltend Sauerstoffgas mit gleicher oder unterschiedlicher Temperatur, bevorzugt mit der gleichen Temperatur T0 und,
- a2) Erwärmen und/oder Abkühlen von mindestens einem Trägergasstrom, sodass die mindestens zwei Trägergasströme eine unterschiedliche Temperatur aufweisen,
- a3) Einleiten der mindestens zwei Trägergasströme in eine Mischeinheit, wobei beide Trägergasströme durch je einen Massendurchflussregler kontrolliert werden und Erzeugen eines gemischten Trägergasstroms mit einer Temperatur T1, wobei die Mischeinheit in einer temperierbaren Einheit angeordnet ist.
3. Das Verfahren nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die Trägergastemperatur T1 mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 °C, bevorzugt +/- 0,05 °C eingestellt wird.
4. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei die Trägergastemperatur T1 kleiner oder gleich T2 ist.
5. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei die Temperatur T1 kleiner ist als T3.
6. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei die Temperatur T0 durch aktives oder passives Abkühlen des Trägergasstroms als Auslassstroms einer katalytischen Oxidationseinheit erhalten wird.
7. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der beladene Trägergasstrom nach dem Verdampferausgang durch ein erwärmtes Leitungssystem zu der Mischkammer geleitet wird.
8. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Mischgasstrom, enthaltend Sauerstoff, Halogeniddampf und Zusatzgas(e), nach der Mischkammer durch ein erwärmtes Leitungssystem zu dem Reaktionsraum mit dem Substrat geleitet wird.
9. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei ein Zusatzgas ein Trägergasstrom ist, der mit mindestens einem weiteren Preform-Precursor beladen ist.
10. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei ein Zusatzgas ein Trägergasstrom ist, der mit mindestens einem weiteren Preform-Precursor beladen ist, wobei dieser beladene Trägergasstrom durch Anwenden der Verfahrensschritte (a) und (b), unter Verwendung einer Verdampferflüssigkeit mit einer Temperatur T2' und mindestens einem weiteren Preform-Precursor erzeugt worden ist.
11. Das Verfahren nach Ausführungsform 9 oder 10, wobei ein weiterer Preform-Precursor ausgewählt ist aus SF6, BCl3, GeCl4 und POCl3.
12. Das Verfahren nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Trägergas in Schritt (a) aus einer katalytischen Oxidationseinheit stammt und vor der Temperaturerhöhung oder -erniedrigung in Schritt (a) eine Druckminderung durchgeführt wird, beispielsweise auf einen Druck von 1-3 bar.
13. Vorrichtung zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung, bevorzugt unter Verwendung eines Verfahrens nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen, umfassend:
1. i) mindestens eine Trägergasquelle, die zwei Temperaturregeleinheiten mit Trägergas versorgt, wobei die Temperaturregeleinheiten zum Erwärmen und/oder Abkühlen des Trägergases geeignet sind;
2. ii) eine Mischeinheit, die mit den Temperaturregeleinheiten zum Erhalten der zwei Trägergasströme, die in den Temperaturregeleinheiten erzeugt werden verbunden ist, wobei die Mischeinheit die zwei Trägergasströme mischen kann, um einen gemischten Trägergasstrom zu erzeugen, wobei die Mischeinheit optional in einer temperierbaren Einheit angeordnet ist, damit die Temperatur des gemischten Trägergases konstant gehalten werden kann,
3. iii) einen Verdampfer mit Temperaturregelung und Druckregelung und Verdampfereingang und Verdampferausgang, wobei der Verdampfer einen gemischten Trägergasstrom direkt aus der Mischeinheit beziehen kann, wobei der Verdampfer einen Behälter, umfassend ein Tauchrohr, aufweist,
4. iv) ein beheizbares Leitungssystem zwischen dem Verdampferausgang und einer Mischkammer, wobei die Mischkammer konfiguriert ist, um einen beladenen Trägergasstrom mit einem oder mehreren weiteren Gasströmen aus mindestens einer weiteren Gasquelle zu mischen, und
5. v) einen Reaktionsraum zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung.
14. Die Vorrichtung nach Ausführungsform 13, wobei jeweils ein Massendurchflussregler zum Kontrollieren der Trägergasströme in die Mischeinheit vorhanden ist, um den gewünschten Druck und die gewünschte Temperatur des gemischten Trägergasstroms einzustellen.
15. Die Vorrichtung nach Ausführungsform 13 oder 14, wobei die Vorrichtung keinen Massendurchflussregler stromabwärts des Verdampfers aufweist.
16. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 13-15, wobei keine Vorrichtung zur Regelung des Drucks des Gasstroms stromabwärts des Verdampferausgang vorgesehen ist.
17. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 13 - 16, wobei ein beheizbares Leitungssystem zwischen der Mischkammer aus Punkt (iv) von Anspruch 12 und dem Reaktionsraum aus Punkt (v) von Anspruch 12 vorgesehen ist.
18. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 13 -17, wobei der Reaktionsraum ein Substrat, beispielsweise Substratrohr oder Stab, bevorzugt Substratrohr zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung aufweist.

Bei einem MCVD-Verfahren wird grundsätzlich ein Rohr verwendet. Die Reaktivgasbereitstellung kann aber auch für ein anderes Verfahren wie z.B. dem OVD-Verfahren verwendet werden. Beim OVD-Verfahren (Outside Vapor Deposition) ist das Substrat ein rotierender Stab, meist aus Keramik.
Da bevorzugterweise die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, bezieht sich die Beschreibung des Verfahrens gleichermaßen auf die Vorrichtung und umgekehrt.
Diese Verfahrensschritte und die zur Durchführung der Schritte geeigneten Vorrichtungsmittel werden nachfolgend näher beschrieben:
Bereitstellung des Trägergases mit gewünschter Temperatur
In einem ersten Schritt wird ein Trägergasstroms enthaltend Sauerstoffgas bereitgestellt. Dieses stammt aus einer Trägergasquelle, beispielsweise einer Gasflasche/Gastank oder einer katalytischen Oxidationseinheit. Bevorzugt besteht das Trägergas zu mindestens 99,9 Volumenprozent aus Sauerstoff.
Um OH-Verunreinigungen des Reaktivgas-Sauerstoffs möglichst gering zu halten, wird der zunächst technische Sauerstoff vor dem Einleiten in das Verdampfersystem des Gaskabinetts von z.B. MCVD-Anlagen üblicherweise einer katalytischen Reinigung unterzogen. Dabei strömt der Reaktivgas-Sauerstoff bei ca. 450 °C über einen Katalysator. Die H-haltigen Verbindungen werden dabei katalytisch aufgespalten und es bilden sich Wassermoleküle, die in einem nachfolgenden Molsieb weitestgehend eliminiert werden. Anschließend an die katalytische Oxidationseinheit kann eine Druckminderung und Druckregelung, beispielsweise auf 2 bar, sowie eine Vor-Abkühlung des Gases auf T0 erfolgen. Die Temperatur T0 wird dann auf die exakte Temperatur T1 eingestellt. Anders ausgedrückt, stellt eine Vor-Abkühlung des Gases von ca. 450°C auf einen Wert von beispielsweise unter 100°C im Leitungssystem keine exakte Temperatureinstellung dar.
Im Allgemeinen wird der so getrocknete Sauerstoff über ein längeres Zuleitungssystem weder temperiert noch thermisch isoliert und damit temperaturmäßig weitgehend unkontrolliert in das Verdampfersystem geleitet. Der Reaktivgas-Sauerstoff kann beim Eintritt in das Gaskabinett insbesondere im Sommer zur Tagzeit bei einer Leitung durch nichtklimatisierte bzw. nichttemperierte Lageräume ohne Weiteres Temperaturen um 40°C annehmen.
Erfindungsgemäß wird daher die Temperatur T0 des Trägergasstroms auf einen exakten, bevorzugt konstanten, Wert T1 unterhalb der Transporttemperatur eingestellt (erwärmt oder abgekühlt), beispielsweise auf einen Wert in dem Bereich von 18-35°C oder 18-23°C, oder 20-25°C, weiter bevorzugt auf eine Temperatur die kleiner oder gleich T2 ist, weiter bevorzugt ist T1 kleiner als T2. Somit ist die resultierende Temperatur T1 unabhängig von der Temperatur des Trägergases T0 und unterliegt insbesondere keinen Temperaturschwankungen in Abhängigkeit der Außentemperatur.
Der Ausdruck „konstante Temperatur“, so wie hierein verwendet, betrifft eine gleichbleibende Temperatur von X °C +/- 0,5 °C, bevorzugt +/- 0,1 °C, weiter bevorzugt +/- 0,05 °C während des Prozesses bzw. beispielsweise über eine Prozessdauer von 1-4 Stunden oder mindestens eine Stunde.
Der Ausdruck „exakte Temperatur“, so wie hierein verwendet, betrifft eine nach Vorgabe genau eingestellte Temperatur von X °C +/- 0,5 °C, bevorzugt +/- 0,1 °C, weiter bevorzugt +/- 0,05 °C.
Die Temperatur „T0“ ist die Temperatur des bereitgestellten Sauerstoffgasenthaltenden Trägergasstroms vor Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur auf T1.
Die Temperatur „T1“ ist die Temperatur, die am Verdampfereingang messbar ist.
Die Temperatur „T2“ ist die Temperatur der Verdampferflüssigkeit.
Die Temperatur „T3“ ist die Temperatur, die am Verdampferausgang messbar ist.
Die „Transporttemperatur“ ist die tiefste Temperatur des Gases zwischen Verdampferausgang und Mischkammer. Falls die Temperatur des beladenen Trägergases keinerlei Schwankungen unterliegt, entspricht die „tiefste Temperatur“ der Temperatur des beladenen Trägergasstroms zu jedem Zeitpunkt auf dem Transportweg.
Der Ausdruck „Taupunkt“, so wie hierin verwendet, entspricht der Temperatur, bei dem es zu Kondensationseffekten des beladenen Trägergasstroms kommt. Der Taupunkt ist daran erkennbar, dass es zu einem Niederschlag des Precursors bzw. der Precursoren im Leitungssystem kommt.
Da sich die Temperaturen T1, T2, T3, sowie die Transporttemperatur gegenseitig beeinflussen wird üblicherweise eine gewünschte Verdampferflüssigkeit T2 und eine Transporttemperatur gewählt und anschließend T1 entsprechend angepasst. Die Temperaturanpassung kann insbesondere während der Durchführung des Verfahrens erfolgen.
Die Temperatur des Trägergasstroms kann auf unterschiedliche Weise eingestellt werden, solange die gewünschte Temperaturstabilität erzielt werden kann.
Der Trägergasstrom wird dann mit der gewünschten Temperatur T1 am Verdampfereingang bereitgestellt, zur Beladung mit einem oder mehreren Precursoren für eine Preform, bevorzugt mit Halogeniden, um das Hauptgas zu erzeugen. Gleichermaßen können weitere Prozessgase als Zusatzgase zum späteren Zumischen zum Hauptgas erzeugt werden in separaten Verdampfern erzeugt werden. Bevorzugt wird der Trägergasstrom nach dem Einstellen der Temperatur direkt in den Verdampfereingang geleitet. Unnötige Leitungswege sollten vermieden werden. Bevorzugt sollten aber zumindest alle Leitungen ab dem Punkt der gewünschten Temperatur bis zum Verdampfereingang hin isoliert sein, oder auf die Zieltemperatur temperierbar sein, damit sich die Temperatur des Trägergasstroms bis zum Verdampfereingang nicht mehr ändert. Besonders bevorzugt durchläuft der Trägergasstrom nach dem Einstellen der gewünschten Temperatur keinen Leitungsabschnitt mehr, insbesondere keine Temperierkammer, der auf eine höhere oder niedrigere Temperatur als die gewünschte Temperatur temperiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung kommen somit mit maximal einer oder auch gar keiner Temperierkammer zum temperieren der Trägergasstrom-Leitungen aus.
Bevorzugt wird die Trägergastemperatur am Verdampfereingang so niedrig gewählt, dass das Trägergas/Dampf-Gemisch (das heißt/d.h. das beladene Trägergas) sich auf dem Transportweg bis zum Ort des Reaktors niemals mehr auf Temperaturen unterhalb der Taupunkttemperatur am Verdampferausgang abkühlt.
Um eine reproduzierbare Halogenidbeladung im Verdampfer zu gewährleisten, müssen die Trägergastemperatur-Schwankungen am Verdampfereingang niedrig gehalten werden und sollen nicht größer sein als die zulässigen Verdampferflüssigkeits-Schwankungen. Die Temperaturschwankungen können mit den Flüssigkeitsschwankungen auf jeweils prozentualer Basis verglichen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt die gewünschte Temperaturgenauigkeit indem der Trägergasstrom aus der Trägergasquelle zunächst aufgeteilt wird, oder separate Trägergasströme aus verschiedenen Trägergasquellen bereitgestellt werden.
Ein Trägergasstom wird dann, falls die Ausgangstemperatur dies erfordert, d.h. die Ausgangstemperatur nicht schon der Zieltemperatur entspricht, in einer Temperaturregeleinheit abgekühlt, beispielsweise so, dass die Transporttemperatur, oder die Temperatur der Verdampferflüssigkeit deutlich unterschritten wird (z.B. um 10 K/10 Kelvin). Der zweite Trägergasstrom wird, falls die Ausgangstemperatur T0 dies erfordert, d.h. die Ausgangstemperatur nicht schon der Zieltemperatur entspricht, in einer Temperaturregeleinheit erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur oberhalb der Transporttemperatur oder Verdampfertemperatur (z.B. um 10 K). Es wird aber mindestens einer der Trägergasströme erwärmt oder abgekühlt. Das Mischen der beiden Trägergasströme liefert dann die exakte Temperatur T1. Bevorzugte Werte für T1 sind hierin an anderen Stellen beschrieben. Es ist auch denkbar, mehr als zwei Trägergasströme zum Einstellen der Temperatur T1 zu verwenden.
Nach jeder Temperaturregeleinheit befinden sich jeweils ein Massendurchflussregler ein Druckregler und ein Temperatursensor (Mass Flow Controller, MFC), die zusammen ein Mischungsverhältnis der Trägergasströme einstellen können, damit die gewünschte Temperaturgenauigkeit und der gewünschte Druck durch Mischen der Trägergasströme erzielt werden kann. Bevorzugt wird diese Temperatur gemessen bzw. während des Verfahrens kontinuierlich kontrolliert.
Beispielsweise kann ein MFC vom Typ „Brooks SLA5840“ verwendet werden. Die Druckmessung an gewünschten Stellen in der Verfahrensführung kann beispielsweise unter Verwendung eines Druckmessgeräts vom Typ „Brooks 8607“ erfolgen.
Die hierein beschriebenen Bestandteile der Vorrichtung zum Erzeugen der Preform sind gasdicht miteinander verbunden, so wie es auf dem Gebiet üblich ist. Soweit nichts anderes hierin beschrieben, kann die Vorrichtung zu den hierin beschriebenen Bestandteilen auch zusätzliche Bestandteile wie Massendurchflussregler, Sensoren, Kammern, Zuleitungen oder Ähnliches enthalten.
Beispielsweise kann die gewünschte Trägergastemperatur wie folgt erzielt werden: Der Trägergasstrom aus der Trägergasquelle, der während der Lagerung Temperaturschwankungen von beispielsweise 15 bis 40 °C unterliegen kann, wird zunächst aufgeteilt in zwei oder mehr Trägergasströme.
Ein Teil des Trägergasstromes wird nun so abgekühlt, dass die Verdampfertemperatur (z.B. 26 °C) deutlich unterschritten wird (z.B. kann der Trägergasstrom auf ca. 10 °C gekühlt werden). Der zweite Teil des Trägergasstromes wird auf eine Temperatur von ca. 45°C erwärmt. Die Temperatur des gemischten Trägergasstroms liegt dann zwischen den Temperaturen der zwei Trägergasströme. Wie bereits erwähnt muss ein Trägergasstrom, der aus der Trägergasquelle mit der gewünschten hohen oder niedrigen Temperatur erhalten wird, nicht gekühlt oder erwärmt werden.
Angenommen es wird ein Trägergasvolumenstrom von 1000 sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) bei 23 °C bei Eintritt in den Verdampfer angestrebt. Hinter jeder der beiden Temperaturregeleinheiten befinden sich jeweils ein Massendurchflussregler (Mass Flow Controller, MFC) und danach wird der Trägergasfluss wieder zusammengeführt und die Temperatur des vereinigten Gasflusses wird gemessen. Die beiden MFC's gewährleisten über eine Temperaturregelung, dass sowohl der gewünschte Volumenstrom von 1000 sccm als auch die geforderte Temperatur des Trägergasstroms von beispielsweise 23 ± 0,05 °C eingehalten wird. Der Trägergasstrom mit der gewünschten engtolerierten Temperatur kann dann direkt am Verdampfereingang bereitgestellt werden.
Beladen des Trägergases mit Halogeniddampf
Das Beladen des Trägergases mit Halogeniddampf kann mittels aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt eine konstante Temperaturkontrolle des Verdampfers bzw. der Verdampferflüssigkeit (Temperatur T2), einschließlich des Dampfraumes über der Verdampferflüssigkeit.
Beispielsweise wird das Trägergas mittels Tauchrohr in den unteren Bereich der Verdampferflüssigkeit gedrückt und Gasblasen verlassen das Tauchrohr. Die Verdampferflüssigkeit verdunstet während des Aufsteigens der Blasen zur Flüssigkeitsoberfläche in die Blasen. Das Verdampfersystem ist dann ein sogenanntes Bubbiersystem.
Die Verdampferflüssigkeit enthält mindestens einen Preform-Precursor, bevorzugt Halogenide, beispielsweise SiCl₄, GeCl₄ oder POCl₃, bevorzugt GeCl₄ in flüssiger bzw. gelöster Form. Im Allgemeinen sind „Preform-Precursor“ Stoffe oder Stoffgemische, die auf dem Substrat abgeschieden werden können, um anschließend die Preform zu bilden.
Die Verdampfertemperatur ist bevorzugt ein Wert in dem Bereich von 20-33 °C, bevorzugt mit einer maximalen Schwankung von ± 0,1 °C oder ± 0,05 °C, beispielsweise bei 26 ± 0,05 °C. Der Verdampfer kann in einem temperierten Verdampfer-Raum angeordnet sein, wobei die Temperatur des temperierten Verdampfer-Raums bevorzugt etwas höher ist als die Verdampfertemperatur, beispielsweise 2- 5 K höher.
Die Beladung des Trägergases erfolgt üblicherweise solange bis das Trägergas mit Flüssigkeitsdampf gesättigt ist. Der typische Aufbau und die Wirkungsweise eines Verdampfers für die Preformherstellung wird z.B. in US 4,235,829 beschrieben.
Eine Druckmessung und Druckregelung des beladenen Trägergas/Halogeniddampfes am Verdampferausgang ist bevorzugt.
Mischen des Trägergases mit Zusatzgasen
Bei Austritt aus dem Verdampferausgang weist der beladene Trägergasstrom eine Temperatur T3 auf, die zumindest von T1 und T2 abhängt. Entscheidend für den Erfolg des Verfahrens ist, dass der beladene Trägergasstrom nach Austritt aus dem Verdampferausgang den Taupunkt nicht unterschreitet.
Daher wird die Temperatur T1 des Trägergases auf einen Wert eingestellt bzw. kontrolliert, der so niedrig ist, dass sich das nachfolgend erzeugte beladene Trägergas (Trägergas/Dampf-Gemisch) auf dem Transportweg bis hin zu dem Substratrohr (d.h. Bedampfungsreaktor) nicht mehr auf Temperaturen unterhalb der Taupunkttemperatur stromabwärts des Verdampferausgangs abkühlt.
Basierend auf den vorliegenden Erkenntnissen, ist eine Abkühlung der Trägergastemperatur auf Werte unterhalb der Verdampfertemperatur wichtig, aber noch nicht die perfekte Lösung, weil auch signifikante Temperaturschwankungen unterhalb der Verdampfertemperatur bei thermischer Wechselwirkung der Trägergasblasen im Verdampfer mit der Verdampferflüssigkeit bzw. dem Halogeniddampf die Beladung beeinflussen können.
Zusätzlich sollte daher gewährleistet werden, dass nach der Beladung im Verdampfer und dem Verlassen des Verdampfers eine Kondensation von Halogeniddampf mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Das kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass das Leitungssystem nach Verdampferausgang bis zur Mischkammer bzw. zum Reaktor hin soweit erwärmt wird, dass die Taupunkttemperatur am Verdampferausgang bis zum Reaktor sicher überschritten wird. Bevorzugt wird daher das Leitungssystem von dem Verdampferausgang bis hin zur Mischkammer beheizt, beispielsweise auf eine Temperatur von 30-70 °C.
Die erforderliche Sicherheit wird insbesondere dann erreicht, wenn die Transporttemperatur des Gas/Dampf-Gemisches soweit über der Taupunkttemperatur liegt, dass selbst bei technisch üblichen Temperaturschwankungen verursacht durch Temperatursensordrift mit hoher Wahrscheinlichkeit die Taupunkttemperatur nicht unterschritten wird. Daher sollte das Leitungssystem auf eine Temperatur T4 beheizt sein, die mindestens 5-10 K über der Verdampferraum-Temperatur liegt.
Eine einfache Erhöhung der Temperatur des Transport-Leitungssystems nach dem Verdampferausgang auf eine Temperatur die mindestens über der Taupunkttemperatur des Gas/Dampf-Gemisches am Verdampferausgang liegt, ist für eine perfekt reproduzierbare Beladung aber noch nicht ausreichend. Praktisch sollte die Transporttemperatur soweit über der Taupunkttemperatur liegen, dass auch bei stets auftretenden Temperaturdriften der Temperatursensoren die Forderung nach sicherer Überschreitung der Taupunkttemperatur am Verdampferausgang erfüllt wird. Nur so kann vermieden werden, dass sich das Gas/Dampf-Gemisch nach Verlassen des Verdampfers abkühlt und Dampfbestandteile unkontrolliert kondensieren und damit die Reaktivgaskonzentration in unerwünschter Art verändern. Durch die Abweichungen der Reaktivgaskonzentration vom Sollwert wird die Konzentration der beim MCVD-Verfahren abgeschiedenen Schichten und damit das Brechzahlprofil gestört. Daher sollte die Temperatur des Raumes, in dem sich der Verdampfer befindet, mindestens 2-10 K oberhalb eines berechneten Taupunkts für das beladene Trägergas liegen und die Transporttemperatur bis zur Mischkammer bzw. zum Reaktionsraum stets oberhalb des Taupunkts sein.
Ebenso nicht ausreichend für eine reproduzierbare Beladung ist die Verstärkung der thermischen Wechselwirkung im Verdampfer zwischen den aufsteigenden Trägergasblasen und der Verdampferflüssigkeit bzw. zwischen den Trägergasblasen und der verdunsteten Halogenidflüssigkeit.
Auch eine gezielte Ausnutzung der thermischen Wechselwirkung der Trägergasblasen mit der Verdampferflüssigkeit bzw. dem gebildeten Dampf liefert bei variierender Trägergastemperatur T1 keine reproduzierbare Beladung. Das wird insbesondere dann verschärft, wenn wie bei der Herstellung von Gradientenindex Preformen der Beladungskanal (GeCl4) über die Beschichtungszeit mit extrem unterschiedlichen Trägergasvolumenströmen (Volumenstromänderungen ca. um Faktor 100) betrieben werden muss. Zur störenden Änderung der Trägergastemperatur kommt noch die Änderung der thermischen Wechselwirkung des Tägergases mit der Verdampferflüssigkeit durch die unterschiedliche Anzahl der Gasblasen, Blasengröße und Blasenaufenthaltsdauer in der Verdampferflüssigkeit hinzu.
Nachdem das beladene Trägergas kondensationsfrei in die Mischkammer geleitet wurde, kann es mit einem oder mehreren Zusatzgasen gemischt werden. Vor dem Abscheiden bzw. thermischen Zersetzen des beladenen Trägergases im örtlich begrenzt erhitzten Substratrohr, können dem beladenen Trägergasstrom in der Mischkammer Zusatzgase, wie beispielsweise Helium, Sauerstoff und weitere Preform-Precursor, wie beispielsweise SF₆, BCl₃, GeCl₄ und/oder POCl₃ zugesetzt werden.
In einer Ausführungsform (siehe 4) werden der oder die weiteren Preform-Precursor(en), insbesondere Halogenidgase, unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt. Das bedeutet, die Preform-Precursor(en) werden ebenfalls ausgehend von einem Trägergas und Beladen desselben unter Anwendung der Schritte (a) bis (c) erzeugt, bevor sie in der Mischkammer mit den anderen Gasen vermischt werden.
Beispielsweise können zwei oder drei, bevorzugt drei, Halogenide, ausgewählt aus SiCl₄, GeCl₄, POCl₃, zur Erzeugung des/der weiteren Preform-Precursors/en verwendet werden (siehe 4).
Der oder die Precursor(en) für das Hauptgas und/oder die Zusatzgase können beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus: SiCl₄, GeCl₄, POCl₃, SF₆, BCl₃,
Aufgrund des erfindungsgemäß exakt kontrollierten Trägergases bzw. beladenen Trägergases ist nach dem Austritt aus dem Verdampferausgang bis zum Eintritt in die Mischkammer zum Mischen des beladenen Trägergasstroms mit einem oder mehreren Zusatzgasen kein Massendurchflussregler notwendig, d.h. es wird bevorzugt kein Massendurchflussregler an dieser Stelle verwendet. Der Druck am Verdampferausgang kann beispielsweise einen Wert im Bereich von 1000-1300 mbar, z.B. 1125 +/- 3 mbar, aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Trägergasstromtemperatur T1 derart niedrig gewählt, dass der Taupunkt nicht unterschritten wird. Dennoch können Maßnahmen vorgesehen werden, die das Leitungssystem nach Austritt aus dem Verdampferausgang erwärmen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten aber den Vorteil, dass die Trägergastemperatur T1, und somit auch T2, bei Bedarf erniedrigt werden kann, um das Verfahren zu steuern. Die Mischkammer kann selbst in einem temperierten Raum angeordnet sein, wobei die Temperatur des temperierten Raums bevorzugt etwas höher ist als die des temperierten Verdampfer-Raums, beispielsweise 2-5 K höher.
Das Leitungssystem von der Mischkammer zu dem Reaktionsraum mit dem Substratrohr kann beheizt sein, beispielsweise auf eine Temperatur von 30-70°C. Die Beheizung nach der Mischkammer erfolgt abhängig vom Volumenstrom der Zusatzgase/Dämpfe und deren Temperauren.
Die Berechnung des Taupunkts bzw. dessen Beeinflussung wird nachfolgend erläutert.
Berechnung des Taupunkts
Die täglichen als auch jahreszeitlichen Temperaturschwankungen des Trägersauerstoffs von bis zu ca. 25 K beeinflussen die Halogenidbeladung im Verdampfer durch thermische Wechselwirkung der Trägergasblasen mit der genau temperierten Verdampferflüssigkeit, durch die die Gasblasen aufsteigen. Selbst wenn die Wechselwirkung vernachlässigt wird, können über die Beladung als einem Mischungsprozess der Masse des Trägergases mit der Masse der verdunstenden Halogenidflüssigkeit die Beladungs- und Kondensationsverhältnisse am Verdampferausgang beeinflusst werden.
Wenn die Verdampfertemperaturen der MCVD-Anlagen beispielsweise bei 26 ± 0,05 °C und die Temperatur des nachfolgenden PFA-Leitungssystem bis zur Mischkammer nur ca. 1 bis max. 3 K über der Verdampfertemperatur liegt, kann es in Abhängigkeit von der Taupunkttemperatur des Gas/Dampf-Gemisches nach Verlassen des Verdampfers zusätzlich zur nicht-reproduzierbaren Beladung zu unerwünschten Kondensationen von Halogeniddampf nach dem Verlassen des Verdampfers kommen. Die Menge an Halogeniddampf, die im beladenen Trägergas enthalten sein kann, ist begrenzt. Je wärmer das Trägergas ist, desto mehr Halogeniddampf kann im beladenen Trägergas enthalten sein. Der relative Halogenidanteil gibt an, wieviel % des maximalen Halogeniddampfanteile (Sättigungsanteils) der Trägersauerstoff enthält. Da der maximale Halogenidgehalt mit steigender Temperatur ansteigt, fällt der relative Halogenidanteil mit steigender Temperatur und umgekehrt.
Zur Berechnung der bezüglich Kondensation kritischen Trägergas/Halogeniddampftemperaturen wird der Taupunkt als Kriterium herangezogen. Der Taupunkt gibt die Temperatur an, bei der der im Trägergas enthaltene Halogeniddampf auszukondensieren beginnt. Die Taupunkttemperatur ist definiert als die Temperatur, bei der der aktuelle Halogeniddampfgehalt im beladenen Trägergas der maximale (100 % relativer Halogeniddampfanteil) ist.
Grundlage der Taupunktberechnung für den GeCl4-Dotierungskanal ist die Dampfformel für GeCl₄ nach Literaturstelle 1: $p D D = 10 {A - [\frac{B}{(T - C)}]}$

P: Dampfdruck GeCl4 in bar
A: 3,68225
B: 1080,101
C: -63,588
T: Temperatur in K

Der Dampfdruck von GeCl₄ in Abhängigkeit der Temperatur ist in 2 gezeigt. Bei den üblichen Verdampfern mit einem einfachen Tauchrohr zur Trägergaseinleitung in die Verdampferflüssigkeit und den üblichen Flüssigkeitsfüllhöhen vom Verdampferboden aus von bis zu ca. 30 cm (siehe z.B. Literaturstelle 2 des Anbieters Fa. Dockweiler) bei einem Verdampfervolumen von beispielsweise 10 I liegt die Verweilzeit der Trägergasblasen in der Verdampferflüssigkeit üblicherweise im Sekundenbereich.
In dieser kurzen Zeit findet nur ein begrenzter Wärmeaustausch zwischen den Gasblasen und der umgebenden Flüssigkeit statt, so dass sich im worst case die Gasblasentemperatur in Abhängigkeit von der Blasengröße nur unwesentlich der Temperatur der Flüssigkeit annähert.
Bei der Gradientenindex-Multimode-Preformherstellung wird das in erster Näherung parabolische Brechzahlprofil des Preformkernes durch die sich ändernde Germaniumkonzentration in den aufeinanderfolgenden Schichten erzeugt. Um die steigende Germaniumkonzentration der Kernschichten wiederum zu erzeugen, wird der Trägersauerstoffstrom und damit das mit GeCl₄-Dampf beladene Gas/Dampfgemisch im Verdampfer monoton erhöht. Der steigende Trägersauerstoffstrom erhöht sich abhängig von der Verdampfertemperatur und vom Verdampferdruck beispielsweise von 10 sccm in der ersten Kernschicht auf 1000 sccm in der letzten Kernschicht. Durch die ca. um den Faktor 100 unterschiedlichen O₂-Volumenströme über die Beschichtungszeit, die durch den Verdampfer gehen und mit GeCl4-Dampf beladen werden, ändern sich auch die Blasenanzahl, Blasengröße und die Aufenthaltsdauer der Blasen in der Verdampferflüssigkeit. Die thermische Wechselwirkung zwischen den aufsteigenden Trägersauerstoffblasen und der Verdampferflüssigkeit ändert sich somit nicht nur mit der Trägergastemperatur sondern auch noch durch die extrem unterschiedliche Blasenzahl, Blasengröße und Aufenthaltsdauer in der Verdampferflüssigkeit des GeCl₄-Kanals. Die aufsteigenden Blasen bilden einen vertikalen Blasenkanal dessen thermische Eigenschaften sich sehr stark mit dem Gasvolumenstrom ändern.
Üblicherweise wird zur Kernabscheidung für den SiCl₄-Kanal ein konstanter Gasvolumenstrom verwendet.
Die thermische Wechselwirkung der Trägergasblasen mit der Verdampferflüssigkeit ändert sich somit nur mit der Trägergastemperatur und nicht auch noch unterschiedlichen Gasvolumenströmen in der Verdampferflüssigkeit.
In Beispiel 1 wird eine Abschätzung der Trägergas/Halogenid-Dampf-Temperatur für den Fall ohne Wechselwirkung Gas/Flüssigkeit durchgeführt. Die Erkenntnisse aus den Abschätzungen und Berechnungen wurden dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrunde gelegt.
Erzeugen der Preform über die Abscheidung in einem Substratrohr und das anschließende Kollabieren
Eine Preform (Vorform) ist ein vergrößertes Abbild des späteren Querschnitts optischer Fasern. Sie enthalten die Ausgangsstoffe in ihrer Anordnung und Struktur. Die Preform kann unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren durch Abscheiden bzw. thermisches Zersetzen von Germanium aus dem beladenen Trägergas erfolgen. Ein bevorzugtes Verfahren ist das MCVD Verfahren (Modified Chemical Vapor Deposition). Siehe beispielsweise S.R. Nagel et al. „An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-30, No. 4, April 1982.
Das Substrat ist erfindungsgemäß ein Glasrohr. Nach dem gewünschten Abscheiden von einer oder mehreren Schichten auf der Innenseite des Substratrohres und dem anschließenden Kollabieren des Rohres zu einem massiven Stab erhält man die stabförmige Preform. Bei Verwendung eines Substratrohres wird diese zum Ende des Verfahrens hin durch Temperaturerhöhung kollabiert, wobei das Substratrohr dann die aufgedampften Schichten einschließt.
Die Vorrichtung weist die zum thermischen Zersetzen des beladenen Trägergases notwendigen Heizelemente (z.B. einem Brenner) auf.
Bevorzugt wird die Preform für die Herstellung von Fasern der Multimode-Faser-Qualitätsstufe OM4 verwendet und weist die dafür notwendige Qualität auf.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung.
Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden:

1: Temperaturverhältnisse des Trägergases bzw. des Trägergas/Halogenidampf-Gemisches, wobei die folgenden Schritte gezeigt sind: 1: Bereitstellen eines Trägergastemperatur mit gewünschter, exakter Temperatur T1 und Massenstrom ms1; 2: Trägergas strömt in Verdampfer; 3: Verdampferflüssigkeitstemperatur T2, Beladung mit Halogeniddampf der Temperatur T2 und Massenstrom ms2; 4: Trägergas wird im Verdampfer beladen mit Halogeniddampf; 5: Trägergas + Halogeniddampf, Mischungstemperatur am Verdampferauslass (T3), Massenstrom ms1+ms2; 6: Trägergas und Halogeniddampf strömt aus Verdampfer in nachfolgendes temperiertes Reaktivgasleitungssystem; 7: Temperatur Rohrleitungssystem T4 nach Verdampferausgang, Kondensation, wenn Taupunkttemperatur unterschritten wird.
2: Dampfdruck von GeCl₄ in Abhängigkeit der Temperatur.
3: Schematischer Aufbau einer Anordnung zur Temperierung des Trägergasstromes für eine reproduzierbare Beladung im Verdampfer von Anlagen zur Preformfertigung, wobei die folgenden Schritte gezeigt sind: 1: Trägergas im Temperaturbereich von beispielsweise 15 bis 40 °C (T0); 2: Gastemperierung auf 10 ± 3 °C; 3: Gastemperierung auf 45 ± 3°C; 4: MFC 1; 5: MFC 2; 6: Temperaturmessung und MFC-Regelung auf z.B. 23 ± 0,05 °C; 7: Verdampfereingang
4: Skizze der erfindungsgemäßen Trägergasströmung von der KOE bis zum Reaktionsort der Reaktanden im Substratrohr.

Beispiele
Beispiel 1 - Abschätzung der Trägergas/Halogenid-Dampf-Temperatur
Im Folgenden wird eine Abschätzung der Trägergas/Halogenid-Dampf-Temperatur für den Fall ohne Wechselwirkung Gas/Flüssigkeit durchgeführt. Es wird eine Erwärmung/Abkühlung des Trägergases beim Durchgang durch die Verdampferflüssigkeit durch Wechselwirkung vernachlässigt und nur eine Mischungstemperatur des thermisch unbeeinflussten Trägergases mit dem Halogeniddampf auf Verdampfertemperaturniveau betrachtet. Dabei werden sowohl das Trägergas als auch der Halogeniddampf als ideale Gase betrachtet. Das ist im interessierenden Temperaturbereich von 10 bis 50 °C als auch im interessierenden Druckbereich um 1 bar üblich.
1000 sccm O₂ werden durch den Verdampfer (GeCl₄-Kanal, Verdampfertemperatur 26°C, Verdampferdruck am Verdampferausgang 1125 mbar) geleitet, Temperatur des Leitungssystems vom Verdampferausgang 27,0 °C bis Mischkammer. Den folgenden Berechnungen liegt eine Referenzzeit von 1 min zu Grunde, um die verschiedenen Abschätzungen durchführen zu können.
Die weiteren Ausführungen beschränken sich auf den GeCl₄-Kanal im Gaskabinett einer MCVD-Anlage. Die Ausführungen können inhaltlich jedoch auch auf die weiteren Verdampferkanäle SiCl₄ und POCl₃ übertragen werden.
Für die Berechnung des Molvolumens unter den verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen wurde die Gleichung aus Literaturstelle 3 verwendet.
Die Beladung eines Trägergasvolumenstromes (in dem Beispiel: O₂) im Verdampfersystem unter der Annahme einer vollständigen Beladung berechnet man nach Literaturstelle 4 zu: $\dot{V} (G e C l 4) = \frac{p D D * \dot{V} (O 2)}{(P (V e r d a m p f e r) - p D D)}$

V̇ (GeCl4): GeCl4-Volumenstrom
V̇(O2): Trägersauerstoff-Volumenstrom
p_DD: Dampfdruck-GeCl4
P(Verdampfer): Druck am Verdampferausgang

Die Berechnung der Mischungstemperatur erfolgt nach Literaturstelle 5: $T_{M} = \frac{m_{1} c_{1} T_{1} + m_{2} c_{2} T_{2}}{m_{1} c_{1} + m_{2} c_{2}}$

Die berechneten Mischungstemperaturen TM am Verdampferausgang bei Annahme eines fehlenden Wärmeaustausches zw. Trägergas und Verdampferflüssigkeit für die unterschiedlichen Trägergastemperaturen zeigt die Tabelle 1.
Die Tabelle zeigt außerdem, wie die Temperatur des Gas/Dampf-Gemisches und der GeCl4-Gehalt x von der Trägergas- und Verdampfertemperatur abhängt: Tab.: 1: Masse des Trägergases O₂ bei verschiedenen Gastemperaturen, Masse des beladenen GeCl₄-Dampfes bei zwei unterschiedlichen Verdampfertemperaturen und einem einheitlichen Verdampferdruck von 1125 mbar, Mischungstemperatur des Trägergas/GeCl₄-Dampf-Gemisches bei vernachlässigter thermischer Wechselwirkung.

Temperatur O2 (°C)	Gasmasse O2 (g)	Verdampfertemperatur GeCl4 (°C)	Dampfmasse GeCl4 (g)	Temperatur Gas/ DampfGemisch (°C)	x=m(GeCl4) / m(O2)
40	1,383	26	1,213	34,40	0,878
30	1,428	26	1,213	28,43	0,850
26	1,447	26	1,213	26,00	0,838
20	1,477	26	1,213	22,31	0,822
10	1,529	26	1,213	16,02	0,794
40	1,383	36	1,935	37,94	1,400
36	1,401	36	1,935	36,00	1,382
30	1,428	36	1,935	33,04	1,355
20	1,477	36	1,935	27,98	1,310
10	1.529	36	1,935	22,75	1,265

Das am Ausgang des Verdampfers vorhandene PFA-Leitungssystem innerhalb des Verdampferraumes ist beispielweise auf nur 27 °C temperiert. Da die Mischungstemperatur des Trägersauerstoff/GeCl₄-Dampf-Gemisches teilweise deutlich über der Temperatur des nach dem Verdampferausgang angeschlossenen Leitungssystems von 27,0 °C liegt, wird sich das Trägergas/Dampf-Gemisch bis zur Mischkammer weiter abkühlen. Um das Kondensationsrisiko zu quantifizieren, wird nun der Taupunkt am Verdampferausgang berechnet.
Das Trägergas kann abhängig von der Trägergastemperatur mit unterschiedlich viel Halogeniddampf beladen werden. Die Taupunkttemperatur ist ein Maß dafür, ab welcher Temperatur das Halogenid zu kondensieren beginnt. Am Taupunkt ist das Trägergas per Definition mit Dampf gesättigt.
Des Gas/Dampf-Gemisches in Abhängigkeit vom GeCl₄-Gehalt x und dem Druck am Verdampferausgang P wird durch folgende Gleichung beschrieben (A, B, C sind Koeffizienten der GeCl4-Dampfdruckformel nach Literaturstelle 1): $T τ = \frac{B}{A - l o g 10 [\frac{x * P}{(6,702 + x)}]} - C$

Tτ: Taupunkttemperatur (in K)
A: 3,68225
B: 1080,101
C: -63,588
P: Druck am Verdampferausgang (in bar)
x: GeCl₄-Dampfgehalt (x=mGeCl₄/mO₂)

Die Gleichung wurde unter Verwendung des Formelsystems in Literaturstelle 6 und der Dampfdruckformel aus Literaturstelle 1 abgeleitet.

Bei einer Abkühlung des Gas/Dampf-Gemisches unterhalb der Taupunkttemperatur tritt eine Kondensation des GeCl₄-Dampfes auf, die zu unkontrollierten Dotierungs- und damit Brechzahlschwankungen in den abgeschiedenen Kernschichten führen. Die folgende Tabelle zeigt die Abhängigkeit der Taupunkttemperatur am Verdampferausgang vom GeCl₄-Gehalt x des Dampf-Gasgemisches und verschiedenen Drücken P am Verdampferausgang. Tab.: 2 zu erwartende Kondensationseffekte am Ausgang des Verdampfersystems bei einer Temperatur des Gas/Dampf-Transport-Leitungssystems von 27 °C und bei verschiedenen GeCl4-Gehalten x verursacht durch unterschiedliche Trägergastemperaturen und Verdampfertemperaturen bei zwei verschiedenen Verdampferdrücken P.

x=m(GeCl₄)/m(O2)	Verdampferdruck P am Ausgang (mbar)	Tτ (°C)	Kondensation bei Temp. des Leitungssystems nach Verdampfer bei 27,0 °C
0,8	1125	25,07	Nein
0,9	1125	27,41	Ja
1,0	1125	29,51	Ja
1,1	1125	31,42	Ja
1,2	1125	33,17	Ja
1,3	1125	34,78	Ja
0,8	1000	22,49	Nein
0,9	1000	24,78	Nein
1,0	1000	26,83	Nein
1,1	1000	28,70	Ja
1,2	1000	30,41	Ja
1,3	1000	31,98	Ja

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben:
Nach dem Austritt des Trägergases aus der katalytischen Oxidationseinheit (KOE), wird es untemperiert zum Gaskabinett geleitet. Dort erfolgt eine Druckminderung und Druckregelung auf 2 bar. Nach dem Druckminderer und Druckregler weist das Trägergas üblicherweise eine Temperatur zwischen 15 und 40 °C auf. Das Trägergas wird dann in einen oder mehrere Kanäle eingespeist um ein Hauptgas und optional ein oder mehrere Prozessgase zu erzeugen. Gemäß Schritt (a) wird das Trägergas anschließend temperiert, bevor es in den Verdampfer mit einer Temperatur eintritt, die niedriger ist als die Temperatur des beladenen Trägergasstroms am Verdampferausgang. Das Trägergas wird im Verdampfer durch ein Rohr in die Verdampferflüssigkeit eingeleitet, um mit dem/den Precursor(en) beladen zu werden. Danach werden das Hauptgas und die Zusatzgase gemischt, ohne dass der Taupunkt unterschritten wird. Das Mischgas kann dem Reaktionsraum zur Erzeugung der Preform zugeführt werden.
Zitierte Druckschriften

Literaturstelle 1: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C10038989&Units=SI&Mask=4#Thermo-Phase
Literaturstelle 2: http://www.dockweiler.com/fileadmin/user_upload/PDF/Broshueren/DW Bubbler_E N.pdf)
Literaturstelle 3: https://de.wikipedia.org/wiki/Molares_Volumen
Literaturstelle 4: M.Minami, Vapor concentration control system for bubbling method, Horiba Technical Reports No. 41, 2013
Literaturstelle 5: http://www.physik.uni-halle.de/Fachgruppen/bio/Lehre/exphysbiochem/Waerme.pdf , Seite 4
Literaturstelle 6: http://www.wikiwand.com/de/Taupunkt US 4,235,829 , US 4220460 , US 4276243 , US 4582480 , US 6135433 , US 7011299 , DE 69922728 , US4412853 R. Nagel et al. „An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-30, No. 4, April 1982

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6135433 [0006, 0007, 0091]
US 4235829 [0010, 0052, 0091]
US 4220460 [0010, 0091]
US 4276243 [0010, 0091]
US 4582480 [0010, 0091]
US 7011299 [0010, 0091]
DE 69922728 [0010, 0091]
US 4412853 [0091]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

S.R. Nagel et al. „An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance“, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-30, No. 4, April 1982 [0075]

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Sauerstoffgas-enthaltendem Trägergasstroms der Temperatur T0 und Erzeugen eines Trägergasstroms mit exakt eingestellter Temperatur durch Erhöhen oder Erniedrigen der Temperatur T0 auf eine Temperatur T1, die unterhalb der Transporttemperatur liegt, wobei die Transporttemperatur dem niedrigsten Temperaturwert des beladenen Trägergasstroms, auf dem Transportweg des beladenen Trägergasstroms von dem Verdampferausgang aus Schritt (b) bis zu der Mischkammer aus Schritt (d), entspricht, b) Einleiten des Trägergasstroms aus Schritt (a) mit der Temperatur T1 in ein Verdampfersystem mit einer Verdampferflüssigkeit mit der Temperatur T2 und mindestens einem Preform-Precursor, einem Verdampfereingang und einem Verdampferausgang, c) Beladen des Trägergasstroms mit mindestens einem Preform-Precursor in dem Verdampfersystem, durch Hindurchleiten des Trägergasstroms durch die Verdampferflüssigkeit, wobei der beladene Trägergasstrom am Verdampferausgang die Temperatur T3 aufweist, d) Mischen des beladenen Trägergasstroms aus Schritt (c) in einer Mischkammer mit einem oder mehreren Zusatzgasen, um einen Mischgasstrom zu erhalten, wobei die Transporttemperatur des beladenen Trägergasstroms nicht unter den Taupunkt absinken darf, und e) Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung in einem Reaktionsraum enthaltend ein Substratrohr, unter Verwendung des Mischgasstroms aus Schritt (d).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) die Schritte (a1) - (a3) umfasst: a1) Bereitstellen von mindestens zwei Trägergasströmen enthaltend Sauerstoffgas mit gleicher oder unterschiedlicher Temperatur, bevorzugt mit der gleichen Temperatur T0 und, a2) Erwärmen und/oder Abkühlen von mindestens einem Trägergasstrom, sodass die mindestens zwei Trägergasströme eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, a3) Einleiten der mindestens zwei Trägergasströme in eine Mischeinheit, wobei beide Trägergasströme durch je einen Massendurchflussregler kontrolliert werden und Erzeugen eines gemischten Trägergasstroms mit einer Temperatur T1, wobei die Mischeinheit in einer temperierbaren Einheit angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trägergastemperatur T1 mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 °C, bevorzugt +/- 0,05 °C eingestellt wird.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Trägergastemperatur T1 kleiner oder gleich T2 ist und/oder T1 kleiner ist als T3.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Temperatur T0 durch aktives oder passives Abkühlen des Trägergasstroms als Auslassstroms einer katalytischen Oxidationseinheit erhalten wird.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der beladene Trägergasstrom nach dem Verdampferausgang durch ein erwärmtes Leitungssystem zu der Mischkammer geleitet wird, und/oder wobei der Mischgasstrom, enthaltend Sauerstoff, Halogeniddampf und Zusatzgas(e), nach der Mischkammer durch ein erwärmtes Leitungssystem zu dem Reaktionsraum mit dem Substrat geleitet wird.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Zusatzgas ein Trägergasstrom ist, der mit mindestens einem weiteren Preform-Precursor beladen ist.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Zusatzgas ein Trägergasstrom ist, der mit mindestens einem weiteren Preform-Precursor beladen ist, wobei dieser beladene Trägergasstrom durch Anwenden der Verfahrensschritte (a) und (b), unter Verwendung einer Verdampferflüssigkeit mit einer Temperatur T2' und mindestens einem weiteren Preform-Precursor erzeugt worden ist.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein weiterer Preform-Precursor ausgewählt ist aus SF6, BCI3, GeCl₄ und POCl3.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Trägergas in Schritt (a) aus einer katalytischen Oxidationseinheit stammt und vor der Temperaturerhöhung oder -erniedrigung in Schritt (a) eine Druckminderung durchgeführt wird, beispielsweise auf einen Druck von 1-3 bar.
Vorrichtung zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung, bevorzugt unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend: i) mindestens eine Trägergasquelle, die zwei Temperaturregeleinheiten mit Trägergas versorgt, wobei die Temperaturregeleinheiten zum Erwärmen und/oder Abkühlen des Trägergases geeignet sind; ii) eine Mischeinheit, die mit den Temperaturregeleinheiten zum Erhalten der zwei Trägergasströme, die in den Temperaturregeleinheiten erzeugt werden verbunden ist, wobei die Mischeinheit die zwei Trägergasströme mischen kann, um einen gemischten Trägergasstrom zu erzeugen, wobei die Mischeinheit optional in einer temperierbaren Einheit angeordnet ist, damit die Temperatur des gemischten Trägergases konstant gehalten werden kann, iii) einen Verdampfer mit Temperaturregelung und Druckregelung und Verdampfereingang und Verdampferausgang, wobei der Verdampfer einen gemischten Trägergasstrom direkt aus der Mischeinheit beziehen kann, wobei der Verdampfer einen Behälter, umfassend ein Tauchrohr, aufweist, iv) ein beheizbares Leitungssystem zwischen dem Verdampferausgang und einer Mischkammer, wobei die Mischkammer konfiguriert ist, um einen beladenen Trägergasstrom mit einem oder mehreren weiteren Gasströmen aus mindestens einer weiteren Gasquelle zu mischen, und v) einen Reaktionsraum zum Erzeugen einer Preform für die Glasfaserherstellung.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jeweils ein Massendurchflussregler zum Kontrollieren der Trägergasströme in die Mischeinheit vorhanden ist, um den gewünschten Druck und die gewünschte Temperatur des gemischten Trägergasstroms einzustellen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Vorrichtung keinen Massendurchflussregler und/oder Vorrichtung zur Regelung des Drucks des Gasstroms stromabwärts des Verdampfers aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-13, wobei ein beheizbares Leitungssystem zwischen der Mischkammer aus Punkt (iv) von Anspruch 12 und dem Reaktionsraum aus Punkt (v) von Anspruch 12 vorgesehen ist.