DE202015101792U1

DE202015101792U1 - cold trap

Info

Publication number: DE202015101792U1
Application number: DE202015101792.8U
Authority: DE
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2015-04-28
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: TW201701935A; WO2016166079A1; TWI685376B

Abstract

Vorrichtung zum Auskondensieren flüchtiger Bestandteile eines Gasstroms mit einem Gehäuse, das ein topfförmiges Unterteil (1) und einen dessen Öffnung verschließenden Deckel (2) aufweist, mit einem in der Höhlung des Unterteiles (1) angeordneten Einsatz (3), der eine Vielzahl von Kühlelemente (4) aufweist, die ein oder mehrere Gasströmungskanäle (12) kreuzen und sich in einer parallelen Anordnung von einem oberen Plenum (5) zu einem unteren Plenum (6) erstrecken, wobei die beiden Plena (4, 5) jeweils mit einem Kühlmitteleinlass (13) oder mit einem Kühlmittelauslass (14) strömungsverbunden sind, wobei der Einsatz (3) Gasleitelemente (10, 10‘, 21) aufweist, um den Gasstrom von einem Gaseinlass (16) zu einem Gasauslass (17) mehrfach umzuleiten.Device for condensing volatiles of a gas stream with a housing having a pot-shaped lower part (1) and a lid (2) closing the opening, with an insert (3) arranged in the cavity of the lower part (1), which has a multiplicity of cooling elements (4) which intersect one or more gas flow channels (12) and extend in a parallel arrangement from an upper plenum (5) to a lower plenum (6), the two plenums (4, 5) each having a coolant inlet (12). 13) or with a coolant outlet (14), wherein the insert (3) Gasleitelemente (10, 10 ', 21) to divert the gas flow from a gas inlet (16) to a gas outlet (17) several times.

Description

Gebiet der TechnikField of engineering

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zum Auskondensieren flüchtiger Bestandteils eines Gasstromes, wie sie stromabwärts eines Reaktors einer CVD-Beschichtungsanlage, insbesondere einer MOCVD-Anlage verwendet wird. Bei einer CVD-Beschichtungsvorrichtung werden gasförmige Ausgangsstoffe in einen Reaktor eingeleitet, wo sie chemisch miteinander oder mit im Reaktor enthaltenen Substraten reagieren. Die Ausgangsstoffe oder die Reaktionsprodukte sind flüchtige Bestandteile in einem Gasstrom, der den Reaktor verlässt. Der Gasstrom durchströmt eine Kühlfalle, die von einem Kühlmedium gekühlt wird, so dass an Oberflächen der Kühlfalle eine Kondensation der flüchtigen Bestandteile stattfindet, sofern die Temperatur der Wand unterhalb der Kondensationstemperatur des flüchtigen Bestandteiles liegt. Mit einer derartigen Kühlfalle sollen die verbliebenen Prozessgase oder die Reaktionsprodukte aus dem Gasstrom entfernt werden, der nachfolgend weiter gereinigt wird und/oder eine Vakuumpumpe durchströmt.The invention relates to a cleaning device for condensing volatile constituent of a gas stream, as used downstream of a reactor of a CVD coating plant, in particular a MOCVD plant. In a CVD coating apparatus, gaseous starting materials are introduced into a reactor where they react chemically with each other or with substrates contained in the reactor. The starting materials or the reaction products are volatiles in a gas stream leaving the reactor. The gas stream flows through a cold trap, which is cooled by a cooling medium, so that on surfaces of the cold trap, a condensation of the volatile constituents takes place, if the temperature of the wall is below the condensation temperature of the volatile constituent. With such a cold trap, the remaining process gases or the reaction products to be removed from the gas stream, which is subsequently further purified and / or flows through a vacuum pump.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 299 04 465 U1 beschreibt eine Kühlfalle mit parallel zueinander angeordneten Kühlelementen, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden können und die parallel zueinander angeordnet sind. Aus einem ersten Plenum wird eine Kühlflüssigkeit in die Kühlelemente eingespeist. Die Kühlflüssigkeit tritt aus den Kühlelementen in ein zweites Plenum. Die DE 86 25 127 U1 beschreibt eine Kühlfalle, in der ein Gasstrom mehrfach umgeleitet wird. Die DE 697 36 124 T2 beschreibt eine Kühlfalle mit einem Gehäuse, in dem eine wendelgangartige Kühlschlange sitzt und das zu kühlende Medium an gekühlten Gasleitblechen vorbeiströmen muss.The DE 299 04 465 U1 describes a cold trap with mutually parallel cooling elements, which can be traversed by a cooling liquid and which are arranged parallel to each other. From a first plenum, a cooling liquid is fed into the cooling elements. The cooling liquid exits the cooling elements into a second plenum. The DE 86 25 127 U1 describes a cold trap in which a gas stream is diverted several times. The DE 697 36 124 T2 describes a cold trap with a housing in which sits a helical cooling coil and the medium to be cooled must flow past cooled gas baffles.

Wärmetauscher sind aus den US 4,142,580 und US 3,681,936 bekannt.Heat exchangers are from the US 4,142,580 and US 3,681,936 known.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für den Einsatz bei einer MOCVD-Beschichtungseinrichtung geeignete Kühlfalle anzugeben, die ein geringeres Risiko der Verstopfung der Gasströmungskanäle aufweist.The invention has for its object to provide a suitable for use in a MOCVD coating device cold trap, which has a lower risk of clogging of the gas flow channels.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Lösung, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.The object is achieved by the invention specified in the claims, wherein the dependent claims represent not only advantageous developments of the solution specified in claim 1, but also independent solutions to the problem.

Zunächst und im Wesentlichen wird eine Vorrichtung zum Auskondensieren flüchtiger Bestandteile eines Gasstroms vorgeschlagen, die ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse besitzt ein topfförmiges Unterteil mit einer Öffnung und einen die Öffnung gasdicht verschließenden Deckel. Der Deckel kann mittels Dichtungen gasdicht auf dem Öffnungsrand des Unterteils aufliegen und mit dem Rand verspannt sein. Es ist ein insbesondere durch die Öffnung hindurch in die Höhlung des Unterteiles einsetzbarer Einsatz vorgesehen. Dieser kann fest mit dem Deckel verbunden sein, so dass nach einem Lösen des Deckels vom Gehäuseunterteil der Einsatz durch Anheben des Deckels aus dem Gehäuseunterteil entnommen werden kann. Es ist aber auch vorgesehen, dass der Einsatz lösbar mit dem Deckel verbunden ist. Der Einsatz besitzt eine Vielzahl von Kühlelementen. Die Kühlelemente sind so angeordnet, dass sie einen aus mehreren Abschnitten bestehenden Gaskanal kreuzen. Der Gaskanal besteht hierzu aus mehreren in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Gasströmungskanälen. Die Gasströmungskanäle können parallel zueinander verlaufen. Die Kühlelemente können ebenfalls parallel zueinander und bevorzugt quergerichtet zu den Gasströmungskanälen verlaufen. Es ist ein oberes und ein unteres Plenum vorgesehen. Eines der Plena wird von einem Kühlmittel gespeist. Das andere der Plena besitzt eine Kühlmittelableitung. Die Kühlelemente erstrecken sich von einem Plenum zum anderen Plenum, bevorzugt von einem oberen Plenum zu einem unteren Plenum. Das Gehäuse, bei dem es sich um einen Behälter handelt, besitzt einen Gaseinlass und einen Gasauslass. Der Gaseinlass kann von einem nahe der Öffnung angeordneten Rohrstutzen ausgebildet sein. Der Gasauslass kann von einem nahe dem Boden des Gehäuses angeordneten Rohrstutzen ausgebildet sein. Mittels der Rohrstutzen kann ein gasförmiges Medium durch eine Öffnung der Wandung des Behälters hindurch in den Behälter gelangen und durch eine Wandung des Behälters wieder aus dem Behälter heraustreten. Im Inneren des Gehäuses befinden sich Gasleitelemente, die den Gasstrom vom Gaseinlass zum Gasauslass mehrfach umlenken. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der mehrfach umgelenkte Gasstrom die Kühlelemente mehrfach kreuzt. Die Kühlelemente können von geradlinig sich erstreckenden Rohren ausgebildet sein, die mit ihren entgegengesetzten Enden in Öffnungen von Platten gehalten sind, die jeweils Wände eines oberen oder eines unteren Plenums ausbilden. Die Gasleitbleche können ebene plattenförmige Objekte sein, die parallel zu den die freien Enden der Kühlelemente haltenden Platten angeordnet sind. Die Gasleitbleche können wechselweise sich gegenüberliegende Gasdurchtrittsöffnungen aufweisen, die jeweils am Rand des Gehäuses angeordnet sind. Ein Gasstrom kann somit etagenweise umgelenkt werden und mäanderartig zwischen zwei sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des bevorzugt zylinderförmigen Gehäuses hindurchströmen. Der Gasstrom strömt jeweils in Querrichtung zur Zylinderachse des Gehäuses über ein Leitblech, um dann durch eine der Wandung des Gehäuses benachbart angeordnete Gasdurchtrittsöffnung in eine axial versetzt liegende Ebene einzutreten, um dann unterhalb des Gasleitblechs in entgegengesetzter Richtung zu einer weiteren Gasdurchtrittsöffnung zu strömen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besitzen die Gasströmungskanäle voneinander verschiedene freie Querschnittsflächen. Unter freien Querschnittsflächen werden die Querschnittsflächen verstanden, in denen keine Strömungsleitelemente oder Kühlelemente verlaufen, also beispielsweise eine Fläche, die von zwei sich gegenüberliegenden Gasleitblechen und zwei benachbarten Kühlelementen begrenzt ist. Da mehrere Kühlelemente den Gasströmungskanal kreuzen, ist die freie Querschnittsfläche um ein Vielfaches geringer, als die Gesamtquerschnitsfläche des Gasströmungskanals. Diese freien Querschnittsflächen sollen gemäß einem Aspekt der Erfindung in Strömungsrichtung kleiner werden. Dies kann konstruktiv dadurch erreicht werden, dass sich der Abstand parallel zueinander verlaufender Gasleitbleche in Strömungsrichtung vermindert. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass sich zu diesem Zwecke die Abstände von Kühlelementen in Strömungsrichtung vermindert. Im Detail besitzen zwei benachbarte Kühlelemente beziehungsweise zwei benachbarte Gasleitbleche in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung einen minimalen Abstand zueinander. Dieser minimale Abstand vermindert sich in Strömungsrichtung, so dass die von den Oberflächen der Kühlelemente, aber auch von den Oberflächen der Gasleitelemente gebildeten Wirkflächen zur Kondensation der flüchtigen Bestandteile sich in Strömungsrichtung vergrößern. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Einsatz beziehungsweise das Kühlvolumen des Behälters zwei Volumenabschnitte aufweist, wobei in einem stromaufwärtigen Abschnitt erste Kühlelemente angeordnet sind und in einem stromabwärtigen Abschnitt zweite Kühlelemente vorgesehen sind. Die zweiten Kühlelemente sind dichter beabstandet als die ersten Kühlelemente. In einem stromaufwärtigen Bereich der Kühlfalle ist das Kühlflächen-Strömungsvolumen-Verhältnis kleiner als in einem stromabwärtigen Bereich, so dass in einem stromaufwärtigen Bereich die Kühlleistung geringer ist, als im stromabwärtigen Bereich. Allerdings bringen die größeren freien Querschnittsflächen den Vorteil, dass sich an den freien Oberflächen der Kühlelemente beziehungsweise den Gasleitblechen dickere Kondensatschichten abscheiden können, ohne dass die Gasströmungskanäle verstopfen, als im stromabwärtigen Bereich, wo bereits eine Gasphasenverarmung an den flüchtigen Bestandteilen stattgefunden hat, so dass dort mit einer geringeren Abscheiderate zu rechnen ist, als im stromaufwärtigen Bereich. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Kühlmittel in Gegenrichtung zur Gasströmung durch die Höhlung des Behälters hindurchströmt. Befindet sich der Kühlmitteleinlass im Deckel des Gehäuses, so ist der Kühlmitteleinlass mit einer Kühlmittelleitung verbunden, die das Kühlmittel zu einem unteren Plenum leitet. Das untere Plenum ist mit mehreren, parallel zueinander verlaufenden Rohren mit dem oberen Plenum verbunden. Das Kühlmittel strömt somit von unten nach oben durch die rohrförmigen Kühlelemente zum oberen Plenum, das mit einem Kühlmittelauslass verbunden ist. Das zu reinigende Gas strömt hingegen von oben nach unten durch die Kühlfalle, wobei es mehrfach umgelenkt wird und dabei mehrfach die Kühlelemente kreuzt. Im stromabwärtigen Abschnitt findet eine weitere Kühlung des Gases durch die zweiten Kühlelemente statt. Es kann sich dabei ebenfalls um von einer Kühlflüssigkeit durchströmbare Rohre oder Lumen handeln. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Kühlelemente im zweiten Abschnitt massive, bevorzugt gut leitende Körper, insbesondere Stäbe sind, die gut wärmeleitend mit dem Plenum verbunden sind. Das obere Plenum und das untere Plenum können gleiche Volumen einnehmen; bevorzugt nimmt der stromaufwärtige Abschnitt aber ein größeres Volumen ein, als der stromabwärtige Abschnitt. Bevorzugt liegen die Volumenverhältnisse bei drei Viertel zu einem Viertel. Die erfindungsgemäße Kühlfalle wird insbesondere im Gasauslasssystem einer MOCVD-Anlage verwendet, wobei innerhalb der Kühlfalle die zum Trockenätzen verwendeten Gase oder die beim Trockenätzen entstehenden Reaktionsprodukte ausgefroren werden. Die erfindungsgemäße Kühlfalle wird somit bei einem In-Situ-Reinigungsschritt verwendet. Mit der erfindungsgemäßen Kühlfalle lassen sich insbesondere Chloride der III-Hauptgruppe, also GaCl_x und AlCl_x ausfrieren.First and foremost, a device for volatilizing volatile constituents of a gas stream is proposed, which has a housing. The housing has a cup-shaped lower part with an opening and a gas-tight closing the opening lid. The cover can rest gas-tight on the opening edge of the lower part by means of seals and be braced with the edge. There is a particular insertable through the opening into the cavity of the lower part insert provided. This can be firmly connected to the lid, so that after a release of the cover from the lower housing part of the insert can be removed by lifting the lid from the lower housing part. But it is also envisaged that the insert is releasably connected to the lid. The insert has a plurality of cooling elements. The cooling elements are arranged so that they cross a multi-section gas channel. For this purpose, the gas channel consists of a plurality of gas flow channels arranged one behind the other in the flow direction. The gas flow channels can run parallel to each other. The cooling elements can likewise run parallel to one another and preferably transversely to the gas flow channels. It is an upper and a lower plenary provided. One of the Plena is fed by a coolant. The other of the Plena has a coolant drainage. The cooling elements extend from one plenum to the other plenum, preferably from an upper plenum to a lower plenum. The housing, which is a container, has a gas inlet and a gas outlet. The gas inlet may be formed by a pipe socket arranged near the opening. The gas outlet may be formed by a pipe socket arranged near the bottom of the housing. By means of the pipe socket, a gaseous medium can pass through an opening in the wall of the container into the container and exit through a wall of the container again from the container. Inside the housing are gas guide elements, which redirect the gas flow from the gas inlet to the gas outlet several times. In this case, it is provided in particular that the gas flow diverted several times crosses the cooling elements several times. The cooling elements may be formed by rectilinear tubes which are held at their opposite ends in openings of plates forming walls of upper or lower plenums, respectively. The Gasleitbleche can be flat plate-shaped objects which are arranged parallel to the free ends of the cooling elements holding plates. The Gasleitbleche may alternately have opposite gas passage openings, which are each arranged at the edge of the housing. A gas stream can thus be diverted floor-wise and meandering between two opposite wall sections of the preferably flow through cylindrical housing. The gas stream flows in each case in the transverse direction to the cylinder axis of the housing via a guide plate, in order then to enter through an adjacent the wall of the housing arranged gas passage opening in an axially offset plane, and then to flow below the Gasleitblechs in the opposite direction to a further gas passage opening. In a particularly preferred embodiment, the gas flow channels have different free cross-sectional areas from each other. Free cross-sectional areas are understood to be the cross-sectional areas in which no flow-guiding elements or cooling elements extend, that is to say, for example, a surface bounded by two opposing gas guide plates and two adjacent cooling elements. Since a plurality of cooling elements intersect the gas flow channel, the free cross-sectional area is many times smaller than the total cross-sectional area of the gas flow channel. These free cross-sectional areas are to be smaller according to an aspect of the invention in the flow direction. This can be achieved structurally by reducing the distance of parallel gas guide plates in the flow direction. It is also envisaged that for this purpose, the distances of cooling elements in the flow direction decreases. In detail, two adjacent cooling elements or two adjacent gas guide plates have a minimum distance from each other in a direction transverse to the flow direction. This minimum distance decreases in the direction of flow, so that the effective surfaces formed by the surfaces of the cooling elements, but also by the surfaces of the gas guide elements for the condensation of the volatiles increase in the flow direction. In particular, it is provided that the insert or the cooling volume of the container has two volume sections, wherein first cooling elements are arranged in an upstream section and second cooling elements are provided in a downstream section. The second cooling elements are more closely spaced than the first cooling elements. In an upstream region of the cold trap, the cooling surface flow volume ratio is smaller than in a downstream region, so that the cooling performance is lower in an upstream region than in the downstream region. However, the larger free cross-sectional areas have the advantage that thicker condensate layers can deposit on the free surfaces of the cooling elements or the gas guide plates without clogging the gas flow channels, as in the downstream area, where already has a gas phase depletion of the volatile constituents, so that there is to be expected with a lower deposition rate, as in the upstream region. In addition, it is proposed that the coolant flows in the opposite direction to the gas flow through the cavity of the container. With the coolant inlet in the lid of the housing, the coolant inlet is connected to a coolant line that directs the coolant to a lower plenum. The lower plenum is connected to the upper plenum with several parallel tubes. The coolant thus flows from bottom to top through the tubular cooling elements to the upper plenum, which is connected to a coolant outlet. The gas to be cleaned, however, flows from top to bottom through the cold trap, where it is deflected several times and crosses the cooling elements several times. In the downstream section, further cooling of the gas takes place through the second cooling elements. It may also be to be flowed through by a cooling liquid tubes or lumens. However, it is also envisaged that the cooling elements in the second section are solid, preferably highly conductive bodies, in particular rods, which are connected to the plenum in a manner which is highly thermally conductive. The upper plenum and lower plenum may occupy equal volumes; however, the upstream portion preferably occupies a larger volume than the downstream portion. The volume ratios are preferably three quarters to one quarter. The cold trap according to the invention is used in particular in the gas outlet system of a MOCVD system, wherein the gases used for dry etching or the reaction products formed during dry etching are frozen out inside the cold trap. The cold trap according to the invention is thus used in an in-situ cleaning step. The inventive trap is particularly chlorides of main group III, ie GaCl and AlCl _x _x can freeze.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung einer Kühlfalle, 1 a perspective view of a cold trap,

2 eine Draufsicht auf die Kühlfalle, 2 a top view of the cold trap,

3 den Schnitt gemäß der Linie III-III in 2, 3 the section according to the line III-III in 2 .

4 den Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3, 4 the section according to the line IV-IV in 3 .

5 den Schnitt gemäß der Linie V-V in 3, 5 the section along the line VV in 3 .

6 einen Halbschnitt in einer perspektivischen Darstellung, 6 a half-section in a perspective view,

7 eine Darstellung gemäß 1, wobei der am Deckel 2 befestigte Einsatz 3 aus dem Gehäuseunterteil 1 herausgenommen ist in einer ersten perspektivischen Darstellung und 7 a representation according to 1 , while the lid 2 fixed insert 3 from the lower housing part 1 is taken out in a first perspective view and

8 den aus dem Gehäuseunterteil 1 herausgenommenen Einsatz 3 in einer zweiten perspektivischen Darstellung. 8th the from the lower housing part 1 taken out use 3 in a second perspective view.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine Reinigungsvorrichtung zur Verwendung im Abgaskanal einer Beschichtungsanlage, beispielsweise einer MOCVD-Beschichtungsanlage und wird dazu verwendet, die beim Abscheiden von Schichten oder beim In-Situ-Reinigen des Reaktors der Beschichtungsanlage aus dem Reaktor heraustransportierten gasförmigen Reaktionsprodukte oder Ausgangsstoffe aus einem Trägergasstrom herauszufrieren. Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse, welches aus einem Gehäuseunterteil 1 und einem Gehäusedeckel 2 besteht. Das Gehäuseunterteil 1 ist ein topfförmiger Körper mit einem kreisförmigen Boden 23 und mit einer zylinderförmigen Seitenwand 24. Die Seitenwand besitzt im Bereich ihrer Öffnung einen fest mit der Seitenwand verbundenen Öffnungsrand 7, der radial vorspringt. Unmittelbar unterhalb des Öffnungsrandes 7 befindet sich ein Gaseinlass 16 in Form eines Rohrstutzens, durch den das zu reinigende Abgas in das zylinderförmige Innenvolumen des Behälters einströmen kann. Nahe dem Boden 23 befindet sich ein Gasauslass 17 ebenfalls in Form eines Rohrstutzens, durch den das Gas aus dem Behälter heraustreten kann. Die Behälterwand 24 besitzt im Bereich des Gaseinlasses 16 eine große Gasdurchtrittsöffnung. Die Gasdurchtrittsöffnung 27 der Wand 24 des Gasauslass 17 ist kleiner als die Querschnittsfläche des Gasauslassstutzens, so dass die Gasdurchtrittsöffnung 27 vom Boden 23 beabstandet ist. Es bildet sich somit ein bodennahes Totvolumen, in diesem Kondensatsammelvolumen kann sich aus dem Gas herausgefrorenes Kondensat sammeln.The exemplary embodiment illustrated in the drawings is a cleaning device for use in the exhaust gas duct of a coating installation, for example a MOCVD coating installation, and is used for the gaseous reaction products or starting materials transported out of the reactor during deposition of layers or during in-situ cleaning of the reactor of the coating installation to freeze out of a carrier gas stream. The device has a housing, which consists of a housing lower part 1 and a housing cover 2 consists. The lower housing part 1 is a cup-shaped body with a circular bottom 23 and with a cylindrical side wall 24 , The side wall has in the region of its opening a fixedly connected to the side wall opening edge 7 which projects radially. Immediately below the opening edge 7 there is a gas inlet 16 in the form of a pipe socket through which the exhaust gas to be cleaned can flow into the cylindrical internal volume of the container. Near the ground 23 there is a gas outlet 17 also in the form of a pipe socket through which the gas can escape from the container. The container wall 24 owns in the area of the gas inlet 16 a large gas passage opening. The gas passage opening 27 the Wall 24 the gas outlet 17 is smaller than the cross-sectional area of the gas outlet nozzle, so that the gas passage opening 27 from the ground 23 is spaced. Thus, a dead volume close to the floor is formed; condensate collected from the gas can collect in this condensate collection volume.

Die vom Öffnungsrand 7 umgebene Öffnung des Gehäuseunterteils 1 wird von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen. Der Gehäusedeckel 2 besitzt eine Deckelplatte 8, die unter Zwischenlage einer Dichtung 25 auf dem Öffnungsrand 7 aufliegt. Es sind eine Mehrzahl von Klemmelementen 26 vorgesehen, die die Deckelplatte 8 unter Zwischenlage der Dichtung 25 gegen den Öffnungsrand 7 drücken, so dass das Gehäuseunterteil 1 gasdicht von dem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist.The from the opening edge 7 surrounded opening of the housing base 1 comes from a housing cover 2 locked. The housing cover 2 has a cover plate 8th , with the interposition of a seal 25 on the opening edge 7 rests. There are a plurality of clamping elements 26 provided the cover plate 8th with the liner in place 25 against the opening edge 7 Press so that the lower housing part 1 gas-tight from the housing cover 2 is closed.

Innerhalb der Gehäusehöhlung des Gehäuseunterteils 1 befindet sich ein Einsatz 3. Beim Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 3 fest mit dem Deckel 2 verbunden. Er kann aber auch fest mit dem Gehäuseunterteil verbunden sein. Der Einsatz 3 besteht im Wesentlichen aus einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender Kühlelemente 4, die jeweils von Rohren ausgebildet sind. Die oberen Mündungsabschnitte 4‘ der Kühlelemente 4 stecken in Öffnungen der Deckelplatte 8, so dass die rohrförmigen Kühlelemente 4 in ein oberhalb der Deckelplatte 8 angeordnetes oberes Plenum 5 münden. Das Plenum 5 bildet ein Sammelvolumen, um aus den Kühlelementen 4 heraustretendes Kühlmedium zu sammeln und es durch einen Kühlmittelauslass 14 abzutransportieren. Hierzu sitzt der Kühlmittelauslass 14 an einer Plenumswand 9, die sich parallel zur Deckelplatte 8 erstreckt.Inside the housing cavity of the housing base 1 there is an insert 3 , In the embodiment, the insert 3 firmly with the lid 2 connected. But it can also be firmly connected to the lower housing part. The use 3 consists essentially of a plurality of mutually parallel cooling elements 4 , which are each formed by tubes. The upper mouth sections 4 ' the cooling elements 4 stuck in openings of the cover plate 8th so that the tubular cooling elements 4 in a above the cover plate 8th arranged upper plenum 5 lead. The plenum 5 forms a collection volume to from the cooling elements 4 to collect escaping cooling medium and through a coolant outlet 14 evacuate. For this the coolant outlet sits 14 on a plenum wall 9 , which are parallel to the cover plate 8th extends.

Die insbesondere aus einem Metall bestehenden Kühlelemente 4 sind mit ihrem zweiten Mündungsende 4‘‘ mit einem unteren Plenum 6 verbunden. Sie stecken hierzu in Öffnungen einer Bodenplatte 18, die parallel zur Deckelplatte 8 verläuft und die Wandung des unteren Plenums 6 ausbildet, bei dem es sich um ein Verteilvolumen handelt. Eine weitere Bodenplatte 19 begrenzt das untere Plenum 6 nach unten. Ein im Bereich des Deckels angeordneter Kühlmitteleinlass 13 ist über eine Kühlmittel-Verbindungsleitung 15 mit dem unteren Plenum 6 verbunden, so dass durch den Kühlmitteleinlass 13 eingespeistes Kühlmedium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, wie flüssiger Stickstoff, Ethanol, Glykol oder Wasser in das untere Plenum 6 einströmen kann, um dann durch die parallel zueinander verlaufenden Kühlelemente 4 in das obere Plenum 5 zu gelangen, aus dem es durch den Kühlmittelauslass 14 heraustritt.The particular consisting of a metal cooling elements 4 are with their second muzzle finish 4 '' with a lower plenum 6 connected. You put this in openings in a floor plate 18 parallel to the cover plate 8th runs and the wall of the lower plenum 6 which is a distribution volume. Another floor plate 19 limits the lower plenum 6 downward. A arranged in the region of the lid coolant inlet 13 is via a coolant connection line 15 with the lower plenum 6 connected so through the coolant inlet 13 fed cooling medium, for example, a cooling liquid, such as liquid nitrogen, ethanol, glycol or water in the lower plenum 6 can flow, then by the mutually parallel cooling elements 4 in the upper plenum 5 to get out of it through the coolant outlet 14 emerges.

Die Kühlelemente 4 sind Trägerinnen einer Vielzahl parallel zueinander angeordneter Gasleitbleche 10. Die Gasleitbleche 10 erstrecken sich zwischen den beiden Plena 5, 6 und besitzen eine Umrisskontur, die im Wesentlichen eine Kreisform ist, so dass sie mit ihrem Rand bis an die Innenseite der Wand 24 reichen. Die Gasleitbleche 10, 10‘ besitzen einen Randabschnitt, der sich etwa über 60 bis 90° erstreckt, der von der Wand 24 beabstandet ist, so dass sich dort eine Gasdurchtrittsöffnung 11 ausbildet, durch die ein in einen oberen Strömungskanal 12, 12‘ strömender Gasstrom hindurch in einen darunterliegenden Strömungskanal 12 strömen kann. Die Gasdurchtrittsöffnungen 11 liegen sich abwechselnd gegenüber, so dass der Gasstrom zickzackförmig vom Gaseinlass 16 zum Gasauslass 17 strömt.The cooling elements 4 are carriers of a plurality of mutually parallel gas baffles 10 , The gas baffles 10 extend between the two plena 5 . 6 and have an outline contour, which is essentially a circular shape, so that they with their edge to the inside of the wall 24 pass. The gas baffles 10 . 10 ' have a marginal section that extends about 60 to 90 ° from the wall 24 is spaced so that there is a gas passage opening 11 through which one into an upper flow channel 12 . 12 ' flowing gas flow through into an underlying flow channel 12 can flow. The gas passage openings 11 are alternately facing each other so that the gas flow zigzags from the gas inlet 16 to the gas outlet 17 flows.

Der Abstand des zuoberst liegenden Gasleitblechs 10‘ von der Deckelplatte 8 ist größer, als der Abstand des zweiten Gasleitblechs 10 zum zuoberst liegenden Gasleitblech 10‘. Es ist ferner vorgesehen, dass sich die Abstände der Gasleitbleche 10, 10‘ in Strömungsrichtung des Gasstroms, also in Achsrichtung des Behälters von oben nach unten verringert, so dass sich der freie Strömungsquerschnitt der Gasströmungskanäle 12, 12‘ sich in Strömungsrichtung verkleinert.The distance between the uppermost gas guide plate 10 ' from the cover plate 8th is greater than the distance of the second Gasleitblechs 10 to the uppermost gas guide plate 10 ' , It is further contemplated that the distances of the Gasleitbleche 10 . 10 ' In the flow direction of the gas stream, that is reduced in the axial direction of the container from top to bottom, so that the free flow cross-section of Gas flow channels 12 . 12 ' downsized in the flow direction.

Das untere Plenum 6 befindet sich oberhalb des Gasauslasses 17 und begrenzt etwa drei Viertel des Volumens des Behälters nach unten. Im unteren Viertel des Behältervolumens befindet sich ein zweiter Kühlabschnitt mit zweiten Kühlelementen 20, die beim Ausführungsbeispiel von gut leitenden zylindrischen Stäben gebildet sind. Die zweiten Kühlelemente 20 sind geringer beabstandet als die ersten Kühlelemente 4, so dass die Strömungskanäle im unteren Abschnitt eine geringere freie Querschnittsfläche aufweisen. Es ist aber auch vorgesehen, die zweiten Kühlelemente 20 als Rohre auszubilden und mit einem Kühlmedium zu durchströmen. Beim Ausführungsbeispiel sind die Kühlstäbe 20 mit einem Ende mit der Bodenplatte 19 verbunden, die durch das einströmende Kühlmedium gekühlt wird. Die freien Enden der Kühlstäbe 20 ragen bis unmittelbar an den Boden 23 des Gehäuses heran.The lower plenum 6 is located above the gas outlet 17 and limits about three quarters of the volume of the container down. In the lower quarter of the container volume is a second cooling section with second cooling elements 20 , which are formed in the embodiment of highly conductive cylindrical rods. The second cooling elements 20 are spaced less than the first cooling elements 4 such that the flow channels in the lower section have a smaller free cross-sectional area. But it is also provided, the second cooling elements 20 form as tubes and to flow through with a cooling medium. In the embodiment, the cooling rods 20 with one end to the bottom plate 19 connected, which is cooled by the inflowing cooling medium. The free ends of the cooling rods 20 stick right up to the ground 23 of the housing.

Oberhalb des Gasauslasses 17 erstrecken sich zwei Kühlbleche 21, die voneinander beziehungsweise zur Bodenplatte 19 enger beabstandet sind, als die Gasleitbleche 10 des oberen Abschnittes voneinander beziehungsweise von der Bodenplatte 18 oder der Deckelplatte 8.Above the gas outlet 17 two cooling plates extend 21 , from each other or to the bottom plate 19 are spaced closer than the Gasleitbleche 10 of the upper portion from each other or from the bottom plate 18 or the cover plate 8th ,

Das untere Plenum 16 bildet eine randseitige Gasdurchtrittsöffnung 22 aus, durch die das zu reinigende Gas vom ersten Abschnitt in den zweiten Abschnitt strömen kann. Es umströmt, die Gasleitbleche 21 ebenso wie die Gasleitbleche 10 in einer Richtung quer zur Achsrichtung des Behälters und tritt in Radialrichtung durch Gasdurchtrittsöffnungen 22 hindurch.The lower plenum 16 forms a marginal gas passage opening 22 through which the gas to be purified can flow from the first section into the second section. It flows around, the gas baffles 21 as well as the gas baffles 10 in a direction transverse to the axial direction of the container and occurs in the radial direction through gas passage openings 22 therethrough.

Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich:
Eine Vorrichtung, gekennzeichnet durch Auskondensieren flüchtiger Bestandteile eines Gasstroms mit einem Gehäuse, das ein topfförmiges Unterteil 1 und einen dessen Öffnung verschließenden Deckel 2 aufweist, mit einem in der Höhlung des Unterteiles 1 angeordneten Einsatz 3, der eine Vielzahl von Kühlelemente 4 aufweist, die ein oder mehrere Gasströmungskanäle 12 kreuzen und sich in einer parallelen Anordnung von einem oberen Plenum 5 zu einem unteren Plenum 6 erstrecken, wobei die beiden Plena 4, 5 jeweils mit einem Kühlmitteleinlass 13 oder mit einem Kühlmittelauslass 14 strömungsverbunden sind, wobei der Einsatz 3 Gasleitelemente 10, 10‘, 21 aufweist, um den Gasstrom von einem Gaseinlass 16 zu einem Gasauslass 17 mehrfach umzuleiten.The above explanations serve to explain the inventions as a whole, which further develop the state of the art independently, at least by the following feature combinations, namely:
A device characterized by condensing volatiles of a gas stream with a housing having a cup-shaped lower part 1 and a lid closing its opening 2 having, in the cavity of the lower part 1 arranged insert 3 holding a variety of cooling elements 4 comprising one or more gas flow channels 12 Cross and move in a parallel arrangement from an upper plenum 5 to a lower plenum 6 extend, the two plena 4 . 5 each with a coolant inlet 13 or with a coolant outlet 14 fluidly connected, the use 3 gas guide 10 . 10 ' . 21 includes the gas flow from a gas inlet 16 to a gas outlet 17 redirect several times.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die in einer Strömungsrichtung des Gases hintereinander angeordneten Gasströmungskanäle 12, 12) freie Querschnittsflächen aufweisen, die in Strömungsrichtung kleiner werden.A device, which is characterized in that in a flow direction of the gas sequentially arranged gas flow channels 12 . 12 ) have free cross-sectional areas which become smaller in the flow direction.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gasströmungskanäle 12, 12) durch parallel zueinander angeordnete Gasleitbleche 10, 10‘, 2) begrenzt sind.A device characterized in that the gas flow channels 12 . 12 ) by mutually parallel gas baffles 10 . 10 ' . 2 ) are limited.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Abstand der Gasleitbleche 10, 10‘, 2) in Strömungsrichtung kleiner wird.A device characterized in that the spacing of the gas baffles 10 . 10 ' . 2 ) becomes smaller in the flow direction.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster, stromaufwärtiger Abschnitt des Einsatzes 3 erste Kühlelemente 4 aufweist, die in einem ersten Abstand zueinander angeordnet sind und ein stromabwärtiger zweiter Abschnitt des Einsatzes 3 zweite Kühlelemente 20 aufweist, die einen zweiten Abstand voneinander haben, wobei der zweite Abstand kleiner ist als der erste Abstand.A device characterized in that a first, upstream portion of the insert 3 first cooling elements 4 which are arranged at a first distance from each other and a downstream second portion of the insert 3 second cooling elements 20 having a second distance from each other, wherein the second distance is smaller than the first distance.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten Kühlelemente 4 von einem Kühlmittel durchströmbar sind und die zweiten Kühlelemente 20 entweder von einem Kühlmittel durchströmbar oder in Wärmeleitverbindung zu einem Plenum 6 stehen.A device characterized in that the first cooling elements 4 can flow through a coolant and the second cooling elements 20 either flowed through by a coolant or in Wärmeleitverbindung to a plenum 6 stand.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste Abschnitt etwa drei Viertel des Gesamtvolumens des Gehäuses ausfüllt und der zweite Abschnitt etwa ein Viertel des Gesamtvolumens des Gehäuses ausfüllt.A device characterized in that the first portion fills about three quarters of the total volume of the housing and the second portion fills about one quarter of the total volume of the housing.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Einsatz 3 fest mit dem Deckel 2 verbunden ist und eine Deckelplatte 8 eine Wandung des oberen Plenums 5 ausbildet.A device characterized in that the insert 3 firmly with the lid 2 is connected and a cover plate 8th a wall of the upper plenum 5 formed.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gasleitbleche 10, 10‘, 21 Gasdurchtrittsöffnungen 11, 22 aufweisen zum Umleiten einer oberhalb des Gasleitblechs 10, 10‘, 21 einströmenden Gases in eine entgegengerichtete Strömungsrichtung unterhalb des Gasleitbleches 10, 10‘, 21, so dass der Gasstrom mäanderartig mehrfach umgelenkt, die Kühlelemente 4, 20 mehrfach kreuzend durch die Kühlfalle hindurchströmt.A device characterized in that the gas baffles 10 . 10 ' . 21 Gas openings 11 . 22 have for redirecting one above the Gasleitblechs 10 . 10 ' . 21 inflowing gas in an opposite direction of flow below the Gasleitbleches 10 . 10 ' . 21 , so that the gas flow meandered several times, the cooling elements 4 . 20 repeatedly crossing through the cold trap flows through.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gaseinlass 16 nahe der Öffnung des Gehäuseunterteils 1 angeordnet ist und der Gasauslass 17 nahe dem Boden 23 des Gehäuseunterteils 1 angeordnet ist.A device characterized in that the gas inlet 16 near the opening of the housing base 1 is arranged and the gas outlet 17 near the ground 23 of the housing base 1 is arranged.

Eine Vorrichtung, gekennzeichnet ist durch eine Gasdurchtrittsöffnung 27 zum Austritt des Gasstroms aus der Kühlfalle, wobei die Gasdurchtrittsöffnung 27 vom Boden 23 des Gehäuseunterteils 1 beabstandet ist.A device, characterized by a gas passage opening 27 to the exit of the Gas stream from the cold trap, wherein the gas passage opening 27 from the ground 23 of the housing base 1 is spaced.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strömung des durch die Kühlelemente 4 hindurchtretenden Kühlmediums der Strömungsrichtung des Gasstroms entgegengerichtet ist.A device characterized in that the flow through the cooling elements 4 passing cooling medium is directed opposite to the flow direction of the gas stream.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.All disclosed features are essential to the invention (individually, but also in combination with one another). The disclosure of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application. The subclaims characterize with their features independent inventive developments of the prior art, in particular to make on the basis of these claims divisional applications.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gehäuseunterteil Housing bottom
22: Gehäuseoberteil Housing top
33: Einsatz commitment
44: Kühlelement cooling element
4‘4 ': Mündungsabschnitt mouth portion
4‘‘4 '': Mündungsendemouth end
55: oberes Plenum upper plenum
66: unteres Plenum lower plenum
77: Öffnungsrand opening edge
88th: Deckelplatte cover plate
99: Plenumswand plenum wall
1010: Gasleitblech gas baffle
10‘10 ': Gasleitblechgas baffle
1111: Gasdurchtrittsöffnung Gas passage opening
1212: Gasströmungskanal Gas flow channel
12‘12 ': GaströmungskanalGaströmungskanal
1313: Kühlmitteleinlass Coolant inlet
1414: Kühlmittelauslass coolant outlet
1515: Kühlmittel-Verbindungsleitung Coolant connecting line
1616: Gaseinlass gas inlet
1717: Gasauslass gas outlet
1818: Bodenplatte baseplate
1919: Bodenplatte baseplate
2020: Kühlelement cooling element
2121: Gasleitblech, Kühlblech Gas guide plate, cooling plate
2222: Gasdurchtrittsöffnung Gas passage opening
2323: Boden ground
2424: Behälterwand, Seitenwand Container wall, side wall
2525: Dichtung poetry
2626: Klemmelemente clamping elements
2727: Gasdurchtrittsöffnung Gas passage opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 29904465 U1 [0002]
DE 8625127 U1 [0002]
DE 69736124 T2 [0002]
US 4142580 [0003]
US 3681936 [0003]

Claims

Device for condensing volatiles of a gas stream with a housing having a cup-shaped lower part ( 1 ) and a lid closing the opening ( 2 ), with one in the cavity of the lower part ( 1 ) arranged use ( 3 ), which has a plurality of cooling elements ( 4 ) having one or more gas flow channels ( 12 ) and in a parallel arrangement from an upper plenum ( 5 ) to a lower plenum ( 6 ), the two plena ( 4 . 5 ) each with a coolant inlet ( 13 ) or with a coolant outlet ( 14 ) are flow-connected, wherein the insert ( 3 ) Gas guiding elements ( 10 . 10 ' . 21 ) to the gas flow from a gas inlet ( 16 ) to a gas outlet ( 17 ) redirect several times.

Apparatus according to claim 1, characterized in that in a flow direction of the gas successively arranged gas flow channels ( 12 . 12 ' ) have free cross-sectional areas which become smaller in the flow direction.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas flow channels ( 12 . 12 ' ) by mutually parallel Gasleitbleche ( 10 . 10 ' . 21 ) are limited.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance of the gas baffles ( 10 . 10 ' . 21 ) becomes smaller in the flow direction.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a first, upstream portion of the insert ( 3 ) first cooling elements ( 4 ), which are arranged at a first distance from each other and a downstream second portion of the insert ( 3 ) second cooling elements ( 20 ) having a second distance from each other, wherein the second distance is smaller than the first distance.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling elements ( 4 ) can be flowed through by a coolant and the second cooling elements ( 20 ) either by a coolant flowed through or in Wärmeleitverbindung to a plenum ( 6 ) stand.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first portion fills about three quarters of the total volume of the housing and the second portion fills about a quarter of the total volume of the housing.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 3 ) firmly with the lid ( 2 ) and a cover plate ( 8th ) a wall of the upper plenum ( 5 ) trains.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Gasleitbleche ( 10 . 10 ' . 21 ) Gas passage openings ( 11 . 22 ) for diverting one above the Gasleitblechs ( 10 . 10 ' . 21 ) inflowing gas in an opposite direction of flow below the Gasleitbleches ( 10 . 10 ' . 21 ), so that the gas flow meandered several times, the cooling elements ( 4 . 20 ) passing through the cold trap several times crossing each other.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas inlet ( 16 ) near the opening of the housing lower part ( 1 ) and the gas outlet ( 17 ) near the ground ( 23 ) of the lower housing part ( 1 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a gas passage opening ( 27 ) for the exit of the gas flow from the cold trap, wherein the gas passage opening ( 27 ) from the ground ( 23 ) of the lower housing part ( 1 ) is spaced.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow through the cooling elements ( 4 ) passing coolant is directed opposite to the flow direction of the gas stream.