DE69922573T2

DE69922573T2 - Sprudelvorrichtung und Kondensator dafür

Info

Publication number: DE69922573T2
Application number: DE69922573T
Authority: DE
Inventors: Kosho Komiya
Original assignee: Komiya Kosho Abiko
Current assignee: APRIORI CORP., TOKYO, JP
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2969101B2; EP0951052A3; DE69922573D1; JPH11276880A; EP0951052A2; EP0951052B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kondensator, der in Sprudelvorrichtungen zur Herstellung von Halbleitern, optischen Fasern, Flüssigkristallbildschirmen und dergleichen, und einem Gaslaseroszillator verwendbar ist, um diesem eine in einer Gasmischung enthaltene Quelle in einer gewünschten Konzentration zuzuführen.
Stand der Technik
Eine bekannte Sprudelvorrichtung dieser Art wurde beispielsweise durch die Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) 60-248228 vorgeschlagen, die ein auf eine konstante Strömungsgeschwindigkeit geregeltes Trägergas in eine in einer flüssigen Phase befindliche Quelle bläst (im folgenden als "flüssige Quelle" bezeichnet), die in einem Sprudelbehälter angeordnet ist, um ein Sprudeln der flüssigen Quelle mittels des Trägergases zu bewirken und eine Gasmischung aus dem Trägergas und der verdampften Quelle zu erzeugen. Die derart hergestellte Gasmischung wird von einem Kondensator auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt, bei der die verdampfte Quelle kondensiert, um so einen gesättigten Dampf der Quelle mit der gewünschten Temperatur zu bilden, wodurch die in der Gasmischung (oder dem gesättigten Dampf) in einer vorbestimmten Konzentration enthaltene verdampfte Quelle einem Reaktor zugeführt wird.
Generell sollte in einer Sprudelvorrichtung, solange eine in einem Sprudelbehälter enthaltene flüssige Quelle konstant auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann, die Konzentration (zum Zeitpunkt der Erzeugung) der verdampften Quelle in der einem Reaktor zugeführten Gasmischung ungeach tet der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases ebenfalls konstant gehalten werden. Die Konzentration der verdampften Quelle schwankt jedoch je nach der Form und dem Lochdurchmesser der Sprudeldüse oder der Änderung des Pegels der flüssigen Quelle in dem Sprudelbehälter. Zur Überwindung dieses Problems ist die vorgeschlagene Sprudelvorrichtung derart ausgebildet, daß der Kondensator mit einer Auslaßöffnung des Sprudelbehälters verbunden ist, um die verdampfte Quelle, die in der aus dem Sprudelbehälter kommenden Gasmischung enthalten ist, bei der gewünschten Temperatur kondensieren zu lassen, die geringfügig niedriger als die Temperatur des Behälters ist.
Bei der vorgeschlagenen Sprudelvorrichtung strömt jedoch die Gasmischung durch ein Spiralrohr, das im Gehäuse des Kondensators angeordnet ist, und die Temperatur der Gasmischung wird geregelt, indem warmes Wasser durch das Innere des Gehäuses, in dem sich das Spiralrohr befindet, zirkuliert. Diese Ausbildung des Kondensators kann keine Regelung der Temperatur der Gasmischung als schnelle Reaktion auf eine Veränderung der Temperatur derselben bieten, und sie erschwert ferner das Erkennen der tatsächlichen oder der ungefähren tatsächlichen Temperatur der durch das Spiralrohr strömenden Gasmischung. Daher kann der Kondensator nicht auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden, was unweigerlich zu einer Schwankung in der Konzentration der verdampften Quelle führt. Infolge dessen ist es schwierig, die Menge der aus dem Sprudelbehälter zu dem Reaktor verbrachten Quelle konstant zu halten (die Zuführrate ist durch "die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases x die Konzentration der Quelle in der Gasmischung x K definiert, wobei K eine Konstante ist, die bei einer festen Quelle, wie TMI (Trimethyl-Indium) auf einen Wert von ungefähr 1 und bei einer flüssigen Quelle auf einen Bereich von 1 bis 2 festgesetzt ist").
Überblick über die Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Sprudelvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einem Reaktorblock eine Quelle in einer festen Konzentration in einer Gasmischung aus einem Träger und der Quelle und mit einer konstanten Zuführrate oder "Mengenströmung" zuzuführen, und einen Kondensator zur Verwendung mit der Sprudelvorrichtung zu schaffen.
Es ist daher ein Kondensator zur Verwendung beim Kühlen einer Gasmischung aus einem Trägergas und einer Quelle vorgesehen, die aus einem Sprudelbehälter einer Sprudelvorrichtung zugeführt wird, auf eine gewünschte Temperatur, bei der das Kondensieren der Quelle eintritt, um so einen gesättigten Dampf dieser Quelle mit der gewünschten Temperatur zu erhalten,
wobei der Kondensator aufweist:
einen Statikmischer, der mit einer Rohrleitung verbindbar ist, wobei der Statikmischer aufweist:
ein Rohr, das einen Durchlaß bildet, durch welchen die aus dem Sprudelbehälter gelieferte Gasmischung strömt; und
zumindest zwei Mischelemente zum derartigen Mischen und Rühren der durch das Rohr strömenden Gasmischung, daß ein Teil der Gasmischung am Randbereich des Durchlasses und ein Teil der Gasmischung im Mittelbereich des Durchlasses durch den jeweils anderen ersetzt wird;
ein aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit bestehendes Halteteil, das den gesamten Umfang des Mischers umgibt;
einen an dem Halteteil angebrachten Temperatursensor zum Erkennen der Temperatur des Halteteils;
eine Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen der Temperatur des Halteteils, die mindestens entweder eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Halteteils oder eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Halteteils aufweist; und
eine Regeleinrichtung zum Regeln mindestens der Heizeinrichtung und/oder der Kühleinrichtung in Reaktion auf einen vom Temperatursensor erkannten Temperaturwert, so daß die durch den Statikmischer strömende Gasmischung auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird.
Es ist ferner eine Sprudelvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Kondensator und ferner mit einem eine Quelle enthaltenen Sprudelbehälter vorgesehen, in den ein Trägergas mit einer geregelten Strömungsrate eingeblasen wird, um eine Gasmischung aus dem Trägergas und der Quelle durch Sprudeln zu bilden, und einem Kondensator zum Kühlen der Gasmischung auf eine gewünschte Temperatur, bei der das Kondensieren der Quelle erfolgt, um einen gesättigten Dampf der Quelle mit der gewünschten Temperatur zu erhalten, wobei die Quelle, die in der Gasmischung in einer gewünschten Konzentration enthalten ist, als der gesättigte Dampf einem Reaktorblock zugeführt wird.
Gemäß diesem Kondensator wird die vom Sprudelbehälter kommende Gasmischung während des Strömens durch den Statikmischer gemischt, um so eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Gasmischung zu erreichen. Die Temperatur der Gasmischung wird an das aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden Halteteil übertragen. Dies macht die Temperatur des Halteteils ungefähr gleich der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung im Statikmischer. Wenn die Temperatur des Halteteils von dem Temperatursensor erkannt wird, ist es möglich, eine Temperatur nahe der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung in dem Statikmischer festzustellen. Durch das Regeln der Heizeinrichtung und der Kühleinrichtung derart, daß der vom Temperatursensor erfaßte Temperaturwert gleich einer gewünschten Temperatur wird, ist es möglich, zu erreichen, daß die in der im Statikmischer strömenden Gasmischung enthaltene Quelle stets bei der vorbestimmten Temperatur kondensiert. Dies ermöglicht es, die in der Gasmischung enthaltene Quelle stets in einer festen Konzentration vom Kondensator zum Reaktorblock zu leiten.
Durch das Regeln der Heizeinrichtung und/oder der Kühleinrichtung derart, daß der von dem Temperatursensor erfaßte Wert gleich der gewünschten Temperatur wird, ist es möglich, die Temperaturregelung des Kondensators effizienter und genauer durchzuführen.
Der Statikmischer weist ein Rohr mit einem Durchlaß, durch welchen die aus dem Sprudelbehälter kommende Gasmischung strömt, und mindestens zwei Mischelemente auf, um die durch das Rohr strömende Gasmischung derart zu mischen und zu rühren, daß ein Teil der Gasmischung an einem Umfangsbereich des Durchlasses und ein Teil der Gasmischung in einem mittleren Bereich des Durchlasses jeweils einander ersetzen.
Die durch das Rohr des Statikmischers strömende Gasmischung wird derart gemischt und gerührt, daß ein Teil der Gasmischung an einem Umfangsbereich des Durchlasses des Rohres und ein Teil der Gasmischung in einem mittleren Bereich desselben jeweils einander ersetzen, so daß die Gasmischung eine gleichmäßigere Temperaturverteilung hat, und es ist möglich, die Temperatur des Kondensators mit höherer Genauigkeit auf der Basis der von dem Temperatursensor erfaßten Temperatur zu regeln, die näher an der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung liegt, wodurch die Quelle in der Gasmischung konstant bei der vorgegebenen Temperatur kondensiert.
Vorzugsweise bestehen die Mischelemente des Statikmischers aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit.
Nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Wärme der durch das Rohr strömenden Gasmischung über die Mischelemente aus dem Material mit hoher Leitfähigkeit an das Halteteil übertragen, wodurch die vom Temperatursensor erfaßte Temperatur des Halteteils der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näher gebracht wird, so daß es möglich ist, die Temperatur des Kondensators mit höherer Genauigkeit, basierend auf der derart erfaßten, der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näheren Temperatur, zu regeln. Infolgedessen kann ein konstantes Kondensieren der in der Gasmischung enthaltenen Quelle bei der vorbestimmten Temperatur erreicht werden.
Vorzugsweise bestehen das Rohr des Statikmischers und das Halteteil aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, so daß das Rohr und das Halteteil ein einteiliges Strömungswegbildungsteil bilden, das ein durchgehendes Loch aufweiset, durch welches die Gasmischung strömt und in welchem die wenigstens zwei Mischelemente vorgesehen sind, wobei der Temperatursensor die Temperatur des Strömungswegbildungsteils erkennt.
Nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Wärme der in dem durchgehenden Loch des Strömungswegbildungsteils strömenden Gasmischung direkt an das Strömungswegbildungsteil übertragen, das aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, und gleichzeitig wird die Temperatur des Strömungswegbildungsteils vom Temperatursensor erfaßt. Daher wird die vom Temperatursensor erfaßte Temperatur der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung angenähert, so daß es möglich wird, die Temperatur des Kondensators mit größerer Genauigkeit basierend auf der der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näheren erfaßten Temperatur zu regeln. Infolgedessen kondensiert die in der Gasmischung enthaltene Quelle konstant bei der vorbestimmten Temperatur.
Vorzugsweise weist die Kühleinrichtung thermoelektrische Wandlerelemente auf, die derart angeordnet sind, daß die thermoelektrischen Wandlerelemente zum Kühlen des Halteteils jeweils mit einer Wärmeabsorptionsfläche in Kontakt mit einer Außenfläche des Halteteils stehen, sowie eine Hilfskühleinrichtung zum Kühlen einer Wärmeableitfläche jedes der thermoelektrischen Wandlerelemente.
Nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Halteteil von der Wärmeabsorptionsfläche jedes thermoelektrischen Wandlerelements gekühlt, während die Wärmeableitfläche von der Hilfskühleinrichtung gekühlt wird, wodurch es möglich ist, den Kondensator wirksam auf die gewünschte Temperatur zu kühlen. Dies ermöglicht das Halten der vorbestimmten Temperatur der Gasmischung bei einer schnellen Reaktion auf eine Veränderung der erfaßten Temperatur des Kondensators.
Die genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kondensators zur Verwendung mit einer Sprudelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung des Gesamtaufbaus der Sprudelvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel;
3 ist ein Längsschnitt durch den Kondensator von 1;
4 ist eine Draufsicht auf den Kondensator von 1;
5 ist eine Seitenansicht des Kondensators von 1, gesehen von der Unterseite in 4;
6 ist eine Seitenansicht des Kondensators von 1, gesehen von der rechten Seite in 4; und
7 ist eine Längsschnittdarstellung eines Statikmischers zur Verwendung mit dem Kondensator von 1.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel derselben darstellende Zeichnungen näher beschrieben. Die Sprudelvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird mit einer Halbleiterherstellungsvorrichtung verwendet, um dieser ein Ablagerungsquellenmaterial zuzuführen. Die Sprudelvorrichtung ist nicht nur in einer Vorrichtung zur Halblei terherstellung verwendbar, sondern auch in einer Vorrichtung zur Herstellung optischer Fasern oder Flüssigkristallplatten oder in einem Gaslaseroszillator, der stabil mit einer Gasmischung versorgt werden muß, die eine Quelle in einer vorbestimmten Konzentration enthält.
Wie zunächst in 2 dargestellt, bläst die Sprudelvorrichtung ein Trägergas, das von einem Massenstromregler 1 auf eine konstante Strömungsrate geregelt ist, in eine in flüssiger Phase befindliche Quelle 3 in einem Sprudelbehälter (Sprudelflasche) 2, um auf diese Weise das Sprudeln der flüssigen Quelle 3 durchzuführen, indem das Trägergas zum Erzeugen einer Gasmischung aus dem Trägergas und der verdampften Quelle 3 verwendet wird. Die Gasmischung wird durch einen Kondensator 4 auf eine gewünschte Temperatur (beispielsweise 40°C) gekühlt, bei der ein Kondensieren der Quelle 3 eintritt, um eine gesättigten Dampf aus der Quelle bei einer gewünschten Temperatur zu erzeugen, und der gesättigte Dampf wird einem Reaktor 5 zugeleitet. Der Sprudelbehälter 2 wird von einer Heizeinrichtung 6 derart erwärmt, daß die Gasmischung auf einer vorbestimmten Temperatur (beispielsweise 50°C) gehalten wird.
Wie in den 1 und 3 dargestellt, weist der Kondensator 4 auf: einen Statikmischer 9 mit einem Rohr 8 (siehe 7), das mit der Mischungsauslaßseite des Sprudelbehälters 2 verbunden ist, um die von dem Sprudelbehälter 2 kommende Gasmischung in dem Mischerrohr 8 zu mischen, ein Halteteil 10 aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, das den gesamten Umfang des Rohres 8 des Statikmischers 9 umgibt, und einen Temperatursensor 11 zum Erfassen der Temperatur des Halteteils 10. Ferner weist der Kondensator 4 Heizeinrichtungen 12 zum Erwärmen des Halteteils 10 und thermoelektrische Wandlerelemente 13 zum Kühlen des Halteteils 10 auf. Der Kondensator 4 ist derart ausgebildet, daß eine Kondensatorsteuereinheit 14 (siehe 2) die Heizeinrichtungen 12 und die thermoelektrischen Wandlerelemente 13 in Reaktion auf einen Ausgang (Erfassungswert) des Temperatursensors 11 steuert, um die Temperatur der durch das Mischerrohr 8 strömenden Gasmischung auf einer gewünschten Temperatur (beispielsweise 40°C) zu halten.
Das Rohr 8 des Statikmischers 9 ist mit der Mischungsauslaßseite des Sprudelbehälters 2 derart verbunden, daß die verdampfte Quelle 3, die in dem Mischerrohr 8 zu einer Flüssigkeit verdampft ist, in den Sprudelbehälter 2 tropfen oder an einer Innenwand des Mischerrohrs 8 hinabfließen kann, um in den Sprudelbehälter 2 zurückzugelangen. Genauer gesagt ist das Mischerrohr 8 mit einem Rohr 15 derart verbunden, daß es sich vom Rohr 15 aufwärts erstreckt. Das untere Ende des Rohrs 15 ist in einem oberen Raum 7 des Sprudelbehälters 2 angeordnet, wobei sich das Rohr nach oben erstreckt und sein oberes Ende mit dem Mischerrohr 8 verbunden ist (siehe 2). Das Mischerrohr 8 weist Rohrfittinge 16, 17 an entgegengesetzten Enden auf (siehe 7). Die Rohrfittinge 16, 17 sind sogenannte Flächendichtungsfittinge, deren Flansche starr und luftdicht durch Elektronenstrahlschweißen mit den gegenüberliegenden Enden des Mischerrohrs 8 verbunden sind, wodurch die Rohrfittinge 16, 17 und das Mischerrohr 8 einstückig miteinander verbunden sind. Der Rohrfitting 16 auf der Mischungseinlaßseite des Mischerrohres 8 ist mit dem Rohr 15 verbunden, während der Rohrfitting 17 auf der Auslaßseite für gesättigten Dampf des Mischerrohrs 8 mit einem Einlaß für gesättigten Dampf des Reaktors 5 über das Rohr 18 verbunden ist (siehe 2).
Der Statikmischer 9 weist Mischelemente 19 zum Mischen und Rühren der durch das Mischerrohr 8 strömenden Gasmischung, so daß ein teil der Gasmischung am Umfangsbereich eines in dem Rohr 8 gebildeten Durchlasses und ein Teil der Gasmischung im Mittelbereich desselben einander ersetzen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Paare von Mischelementen 19 in dem Mischerrohr 8 angeordnet. Jedes Mischelement 19 besteht aus einer ersten Leitplattengruppe 20 zum Leiten eines am Umfangsbereich des Durchlasses des Rohres 8 strömenden Teils der Gasmischung in den Mittelbereich desselben und einer zweiten Gruppe von Leitplatten 21 zum Leiten eines in dem Mittelbereich des Durchlasses des Rohres 8 strömenden Teils der Gasmischung zum Umfangsbereich desselben. Jede der Leitplattengruppen 20, 21 besteht aus drei dreieckigen Leitplatten. Vorzugsweise wird ein "Statikmischer", der beispielsweise in dem Japanischen Patent 1942734 (Japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) 6-071542) der Anmelderin offenbart, als der genannte Statikmischer 9 verwendet wird. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der genannte patentierte Statikmischer als der Statikmischer 9 verwendet wird, ist dies nicht als einschränkend zu werten, sondern es kann jeder Statikmischer verwendet werden, solange er in der Lage ist, eine durch das Mischerrohr 8 strömende Gasmischung derart zu mischen, ein Teil der in dem Umfangsbereich des Durchlasses des Rohrs 8 strömenden Gasmischung und ein im Mittelbereich desselben strömender Teil der Gasmischung einander ersetzen, wodurch die gleichmäßige Temperaturverteilung der Gasmischung erreicht wird. Das Mischerrohr 8 besteht ferner aus einem korrosionsbeständigen Material wie rostfreier Stahl oder dergleichen.
Der Rohrfitting 16 auf der Mischungseinlaßseite des Statikmischers 9 hat einen Innendurchmesser, der groß genug ist, um zu bewirken, daß die in dem Mischerrohr 8 kondensierte und in dem Mischerrohr 8 nach unten fallende Quelle sicher in den Sprudelbehälter 2 zurückkehrt und gleichzeitig das Eintreten der Gasmischung in das Mischerrohr 8 nicht behindert wird. Genauer gesagt ist der Innendurchmesser des Rohrfittings 16 auf der Mischungseinlaßseite des Mischerrohrs 8 ausreichend groß, um zu verhindern, daß sich die kondensierte flüssige Quelle mit der an der Innenwand des Rohrfittings 16 haftenden flüssigen Quelle verbindet und den Durchtritt der Gasmischung in den Statikmischer 9 blockiert. Andererseits muß der Rohrfitting 17 auf der Auslaßseite für gesättigten Dampf des Mischerrohrs 8 lediglich einen Innendurchmesser aufweisen, der groß genug ist, um das Strömen des gesättigten Dampfs nicht zu behindern, und der daher kleiner als derjenige des Rohrfittings 16 auf der Mischungseinlaßseite ist.
Das Halteteil 10 besteht aus zwei Haltekörpern 22, 23, wie in den 1 und 3 dargestellt. Jeder der Haltekörper 22, 23 hat die Form eines rechtwinkligen Quaders mit einem konkaven Bereich, der halbzylindrisch geformt ist und die Außenseite des Mischerrohrs 8 berührt. Indem die konkaven Bereiche der Haltekörper 22, 23 in Anlage an der Außenseite des Mischerrohres 8 angeordnet sind und die seitlich der konkaven Bereiche der Haltekörper 22, 23 gelegenen flachen Flächen derselben gleichzeitig in Anlage aneinander gebracht werden, ist der gesamte Umfang des Mischerrohres 8 von dem Halteteil 10 umschlossen. Das heißt, daß in einem Zustand, in dem das Halteteil 10 das Mischerrohr 8 wie beschrieben umschließt, die Haltekörper 22, 23 des Halteteils 10 an vier Stellen durch Bolzen 24 fest miteinander verbunden sind. Jeder Haltekörper 22, 23 besteht aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie einem Metall, beispielsweise Kupfer und Silber, oder einem keramischen Material, beispielsweise Beryllium-Keramik, oder dergleichen.
Der Temperatursensor 11 ist an einer Außenseite des Halteteils 10 durch eine Rückhalteeinrichtung 25 befestigt. Ein Ausgangssignal des Temperatursensors 11 wird an die Kondensatorsteuereinheit 14 ausgegeben. Zwar ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Temperatursensor 11 an der Außenseite des Halteteils 10 angeordnet, jedoch ist dies nicht einschränkend zu verstehen, sondern der Temperatursensor 11 kann in die Innenseite des Halteteils 10 eingebettet sein. In einem derartigen Fall ist es möglich, eine Temperatur zu erfassen, die der tatsächlichen Temperatur der durch das Mischerrohr 8 des Statikmischers 9 strömenden Gasmischung näher ist.
Die Heizeinrichtungen 12 sind an jeweiligen Seitenwänden des Halteteils 10 an Stellen angebracht, daß sie sich über die Grenzen der Haltekörper 22, 23 erstrecken. Der Heizbetrieb jeder Heizeinrichtung 12 wird von einem nicht dargestellten Heizeinrichtungssteuerblock gesteuert, der mit der Steuereinheit 14 versehen ist. Ferner kann eine derartige Heizeinrichtung 12 nur an einer Seitenwand des Halteteils 10 vorgesehen sein.
Die thermoelektrischen Wandlerelemente 13 bestehen jeweils aus einer Kombination aus einem n- und einem p-Halbleiterelement und absorbieren Wärme durch den Peltier-Effekt mit einer Geschwindigkeit, die von dem hindurchgehenden elektrischen Strom abhängt. Die Elemente 13 sind fest an der Ober- und der Unterseite (Flächen ohne Heizeinrichtungen 12) des Halteteils 10 angebracht, wie in 3 dargestellt, wobei wärmeabsorptionsseitige Flächen (Wärmeabsorptionsflächen) derselben in Kontakt mit dem Halteteil 10 stehen, wodurch das Halteteil 10 durch die Elemente 13 gekühlt wird. Eine der Wär meabsorptionsfläche gegenüberliegende Fläche jedes thermoelektrischen Wandlerelements 13 (Wärmeableitungsfläche) wird ebenfalls durch absorbierte Wärme erwärmt, und um die Wärme abzuleiten, wird diese Wärmeableitfläche mittels Wasserkühlung gekühlt, wie im folgenden beschrieben. Jedes der Elemente 13 weist eine durch den in der Steuereinheit 14 vorgesehenen nicht dargestellten thermoelektrischen Wandlerelementsteuerblock gesteuerte Wärmeabsorptionsmenge auf. Ferner kann das thermoelektrische Wandlerelement 13 des genannten Typs nur an der Ober- oder der Unterseite des Halteteils 10 vorgesehen sein, wie in 3 dargestellt.
Ferner weist der Kondensator 4 zwei Gehäuse 27, 28 auf, welche den gesamten Umfang des Halteteils 10 und zwei Deckel 29, 30 umschließen.
Wie in den 1 und 3 dargestellt, ist das Gehäuse 27, eines der genannten Gehäuse, mit einer Aufnahmenut 31 versehen, die eine rechteckige Querschnittsform hat und einen der beiden Haltekörper 22, 23 (23 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel) vollständig aufnimmt, sowie einen konkaven Bereich 33 mit halbzylindrischer Querschnittsform zum Aufnehmen eines nicht dargestellten hohlzylindrischen Bereichs eines Anschlusses 32 aufweist, wie in 6 dargestellt. Der Haltekörper 23 ist in der Haltenut 31 des Gehäuses 27 stabil aufgenommen. Andererseits ist das andere Gehäuse 28 mit einer Aufnahmenut 34 mit rechteckiger Querschnittsform, welche den anderen Haltekörper 22 vollständig aufnimmt, und mit einem konkaven Bereich 35 mit einer halbzylindrischen Querschnittsform versehen, welcher den hohlzylindrischen Bereich des Anschlusses 32 aufnimmt. Ferner sind ein Spalt zwischen der Aufnahmenut 31 des Gehäuses 27 und dem Haltekörper 23 und ein Spalt zwischen der Aufnahmenut 34 des Gehäuses 28 und dem Haltekörper 22 mit Wärmedämmeinrichtungen gefüllt.
Wie in 3 dargestellt, ist das Gehäuse 27 ferner mit einem Wasseraufnahmeraum 37, der kreisförmig und über eine dünne Wand nahe der Innenseite der Aufnahmenut 31 angeordnet ist, und mit einer Ringnut 39 versehen, in welche eine Ringdichtung 38 zum wasserdichten Abdichten zwischen dem Ge häuse 27 und dem Deckel 29 eingesetzt ist. Wie in den 1 und 3 dargestellt, ist das Gehäuse 28 auf ähnliche Weise mit einem kreisförmigen Wasseraufnahmeraum 40, der über eine dünne Wand nahe der Aufnahmenut 34 angeordnet ist, und mit einer Ringnut 42, in der eine Ringdichtung 41 zum wasserdichten Abdichten zwischen dem Gehäuse 28 und dem Deckel 30 angeordnet ist.
Wie in 1 dargestellt, sind die Gehäuse 27, 28 an vier Stellen durch Bolzen 43 miteinander verbunden. Ferner ist der Deckel 30 an vier Stellen durch Bolzen 44 an dem Gehäuse 28 befestigt. Der Deckel 29 ist ähnlich an dem Gehäuse 27 mit vier Bolzen 55 an vier Stellen befestigt (siehe 6).
Das Gehäuse 28 weist zwei in einander gegenüberliegenden Bereichen desselben ausgebildete durchgehende Löcher 45 auf, um eine Verbindung zwischen dem Wasseraufnahmeraum 40 mit der Außenseite des Gehäuses herzustellen, während das Gehäuse 27 zwei in einander gegenüberliegenden Bereichen ausgebildete durchgehende Löcher 46 aufweist, um eine Verbindung zwischen dem Wasseraufnahmeraum 37 mit der Außenseite des Gehäuses 27 herzustellen.
Eines der beiden durchgehenden Löcher 45 des Gehäuses 28 ist mit einem Kühlwasserrohrfitting 47 versehen, um Kühlwasser (Leitungswasser) in den Wasseraufnahmeraum 40 zu leiten, während das andere durchgehende Loch 45 einen Kühlwasserrohrfitting 48 aufweist (siehe 4 bis 6). Ferner ist eines der beiden durchgehenden Löcher 46 des Gehäuses 27 mit einem Kühlwasserrohrfitting 50 versehen, der mit dem Wasseraufnahmeraum 40 über den Kühlwasserrohrfitting 48 und ein Rohr 49 verbunden ist, während das andere durchgehende Loch 46 mit einem Kühlwasserrohrfittung 51 versehen ist, um Kühlwasser aus dem Wasseraufnahmeraum 37 zur Außenseite des Gehäuses auszulassen. Wie zuvor beschrieben, wird Kühlwasser, das über den Kühlwasserrohrfitting 47 in den Wasseraufnahmeraum 40 gelangt ist, in den Wasseraufnahmeraum 37 über den Rohrfitting 48, das Rohr 49 und den Rohrfitting 50 geleitet und anschließend aus dem Wasseraufnahmeraum 37 durch den Rohrfitting 51 nach außen abgeleitet. Wasserkühleinrichtungen (Hilfskühleinrichtungen), die wie zuvor beschrieben aufgebaut sind, kühlen die Wärmeableitfläche des thermoelektrischen Wandlerelements 13 mittels Kühlwasser. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wasserkühleinrichtung durch eine Hilfskühleinrichtung vom Zwangsumluftkühlungstyp, welche die Wärmeableitfläche mittels eines Gebläses kühlt, eine Hilfskühleinrichtung vom Naturbelüftungstyp, welche die Wärmeableitfläche durch eine Kühlplatte zur spontanen Wärmeableitung kühlt, oder eine Hilfskühleinrichtung ersetzt werden kann, die eine Wärmerohr verwendet.
Die Bezugszeichen 52, 53 in 1 bezeichnen Schraubenlöcher zum festen Montieren des Kondensators 32 an den Gehäusen 27, 28 mittels vier Schrauben (siehe 6). Ferner bezeichnet in den 5 und 6 das Bezugszeichen 54 Wärmedämmeinrichtungen zum Füllen zweier Öffnungen zwischen dem Halteteil 10 und dem Gehäuse 27, 28 auf gegenüberliegenden Seiten des Halteteils 10, und das Bezugszeichen 56 in der 2 bezeichnet eine Banderwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Rohres 18, um ein erneutes Kondensieren des gesättigten Dampfs zu verhindern, bevor der gesättigte Dampf den Reaktor 5 erreicht.
Bei der derart aufgebauten Sprudelvorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird, wenn Trägergas, das vom Massenstromregler 1 auf eine konstante Strömungsrate geregelt ist, in die im Sprudelbehälter 2 enthaltene flüssige Quelle geblasen wird, um das Sprudeln der flüssigen Quelle 3 mittels des Trägergases zu erreichen, füllt eine Mischung aus Trägergas und verdampfter flüssiger Quelle 3 als Quellengas den oberen Raum 7 des Sprudelbehälters 2 und wird durch das Rohr 15 dem Kondensator 4 zugeleitet. Die von dem Sprudelbehälter 2 dem Kondensator 4 zugeführte Gasmischung wird von der Heizeinrichtung 6 auf eine vorbestimmte Temperatur von beispielsweise 50°C vorgewärmt. Die Gasmischung wird in das Rohr 8 des Statikmischers 9 in dem Kondensator 4 geleitet und durch die drei Paare von Mischelementen 19 gemischt, während sie durch das Mischerrohr 8 strömt, so daß ein am Umfangsrand des Durchgangs des Mischerrohrs 8 strömender Teil der Gasmischung und ein in der Mitte desselben strömender Teil der Gasmischung einander ersetzen, wodurch die Gasmischung eine gleichmäßige Temperaturverteilung annimmt. Die Wärme der Gasmischung wird an das Halteteil 10 übertragen, das aus einem Metallmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht.
Hierdurch wird die Temperatur des Halteteils 10 ungefähr gleich der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung in dem Mischerrohr 8, und durch Erfassen der Temperatur des Halteteils 10 durch den Temperatursensor 11 ist es möglich, einen Temperaturwert nahe der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung in dem Mischerrohr 8 zu erfassen. Die Heizeinrichtungen 12 und die thermoelektrischen Wandlerelemente 13 werden von der Steuereinheit 14 derart gesteuert, daß die vom Temperatursensor 11 erfaßte Temperatur gleich einer gewünschten Temperatur von beispielsweise 40°C wird, was ein konstantes Kondensieren der verdampften Quelle in der im Mischerrohr 8 strömenden Gasmischung bei einer festen und gewünschten Temperatur ermöglicht.
Infolgedessen ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, stets einen gesättigten Dampf des Quellenmaterials mit der gewünschten Temperatur zu erhalten sowie stets das in der Gasmischung enthaltene Ablagerungsquellenmaterial in einer vorbestimmten Konzentration als gesättigten Dampf von dem Kondensator 4 zum Reaktor 5 zu liefern.
Wenn bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner das Verhältnis zwischen einer Temperatur, bei der die verdampfte Quelle in der Gasmischung durch den Kondensator 4 kondensiert, und einer Konzentration, in der die verdampfte Quelle in der Gasmischung enthalten ist, wenn die Kondensation durch den Kondensator 4 erfolgt, unter Verwendung eines Echtzeit-Gaskonzentrationsmessers vorab bestimmt ist, wird, solange nur die Temperatur, beider die verdampfte Quelle in der Gasmischung kondensiert, konstant gehalten wird, die verdampfte Quelle, d.h. das Ablagerungsquellenmaterial, stets in einer festen Konzentration geliefert, selbst wenn die Strömungsrate des Trägergases verändert wird. Infolgedessen weisen die Strömungsrate des Trägergases und die Zuführrate der Quelle (die Menge an Quelle, die aus dem Sprudelbehälter 2 pro Zeiteinheit zum Reaktor 5 verbracht wird) ein lineares Verhältnis oder Proportionalität auf (im Fall einer festen Quelle ist die vorgenannte Konstante K als Proportionalitätskonstante ungefähr gleich 1). Um die Menge des abzulagernden Quellenmaterials (d.h. die Dicke der Ablagerung) um das Zweifache zu erhöhen, ist es beispielsweise bei einer festen Quelle lediglich erforderlich, die Strömungsrate des Trägergases m das Zweifache zu erhöhen, so daß es möglich ist, die aus der Sprudelvorrichtung dem Reaktor pro Zeiteinheit zugeführte Menge des Ablagerungsquellenmaterials leicht zu regeln.
Ferner ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Rohr 8 des Statikmischers 9 gerade und mit dem Rohr 15 so verbunden, daß es sich vom Rohr 15 weiter aufwärts erstreckt. Ferner ist der Innendurchmesser des Rohrfittings 16 auf der Mischungseinlaßseite des Rohrs 8 ausreichend groß ausgebildet, um die kondensierte flüssige Quelle daran zu hindern, sich mit der flüssigen Quelle zu verbinden, die an der Innenwand des Rohrfittings 16 haftet und die Rohröffnung als Durchlaß für die Gasmischung verschließt, um so die darin strömende Mischung zu blockieren, so daß die aus der verdampften Quelle kondensierte und in das Mischerrohr 8 tropfende flüssige Quelle sicher in den Sprudelbehälter 2 zurückgeführt wird, ohne die Gasmischung am Eintreten in das Mischerrohr 8 zu hindern. Somit wird die kondensierte flüssige Quelle gehindert, das Rohr 8 zu füllen, wodurch es möglich ist, auf eine Gegenmaßnahme gegen das blockierte Rohr 8 zu verzichten und ebenfalls gesättigten Dampf der Quelle in einem stabilen Zustand zu erhalten.
Ferner besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kühleinrichtung zum Kühlen des Halteteils 10 aus den thermoelektrischen Wandlerelementen 13, die jeweils eine Wärmeabsorptionsfläche in Kontakt mit der Außenfläche des Halteteils 10 aufweisen, um diese zu kühlen, und aus der Wasserkühleinrichtung (Hlfskühleinrichtung) zum Kühlen der Wärmeableitfläche jedes thermoelektrischen Wandlerelements 13. Das Halteteil 10 wird daher durch die Wärmeabsorptionsfläche jedes thermoelektrischen Wandlerelements 13 gekühlt, während die Wärmeableitungsfläche jedes thermoelektrischen Wandlerelements 13 durch die Wasserkühleinrichtung gekühlt ist, wodurch es möglich ist, den Kondensator 4 wirksam auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen, so daß die Kühleinrichtungen die gewünschte Temperatur des Kondensators in einer Weise halten können, die sehr schnell auf Veränderungen derselben reagiert.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Mischelemente 19 des Statikmischers 9 aus dem zuvor erwähnten Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, weshalb die von dem Temperatursensor 11 erfaßte Temperatur des Halteteils 10 der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näherkommt, wodurch eine Regelung der Temperatur des Kondensators 4 mit höherer Genauigkeit in Reaktion auf die erfaßte, der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näherkommende Temperatur möglich ist. dadurch kann der Kondensator 4 ein konstantes Kondensieren der verdampften Quelle in der Gasmischung bei einer vorbestimmten Temperatur bewirken.
Zwar werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl die Heizeinrichtungen 12, als auch die thermoelektrischen Wandlerelemente 13 durch die Steuereinheit 14 derart gesteuert, daß die vom Temperatursensor 11 erfaßte Temperatur gleich einer gewünschten Temperatur wird, beispielsweise 40°C, jedoch ist dies nicht einschränkend zu verstehen, sondern, um das Kondensieren der verdampften Quelle in der Gasmischung bei einer niedrigen Temperatur zu erreichen, kann der Kondensator 4 derart ausgebildet sein, daß nur die thermoelektrischen Wandlerelemente 13 von der Steuereinheit 14 gesteuert werden, oder alternativ, um eine Kondensation bei einer hohen Temperatur zu bewirken, kann der Kondensator 4 so ausgebildet sein, daß nur die Heizeinrichtungen 12 von der Steuereinheit 14 gesteuert werden.
Ferner kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht nur eine flüssige Quelle verwendet werden, sondern auch eine feste Quelle, wie TMI (Trimethyl-Indium).
In einer Variante des vorliegenden Ausführungsbeispiels können das Rohr 8 des Statikmischers 9 und das Halteteil 10 aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, so daß sie ein einteiliges Strömungswegbildungsteil bilden, das mit einem durchgehende Loch für die durchströmende Gasmischung versehen ist, wobei die Temperatur des Strömungswegbildungsteils durch den Temperatursensor 11 erfaßt werden kann. In dem der Kondensator 4 wie zuvor beschrieben ausgebildet wird, kann die Wärme der durch das Loch des Strömungswegbildungsteils strömenden Gasmischung direkt an das aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehende Strömungswegbildungsteil übertragen werden, und gleichzeitig wird die Temperatur des Strömungswegbildungsteils durch den Temperatursensor 11 erfaßt. Die von dem Temperatursensor 11 erfaßte Temperatur ist somit der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näher, so daß es möglich ist, die Temperatur des Kondensators 4 mit höherer Genauigkeit basierend auf der derart erfaßten, der tatsächlichen Temperatur der Gasmischung näherkommenden Temperatur zu regeln. Dies ermöglicht es, daß der Kondensator 4 ein konstantes Kondensieren der in der Gasmischung enthaltenen verdampften Quelle bei einer vorbestimmten Temperatur bewirkt.
Ferner kann die Sprudelvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einen Gaslaseroszillator angewandt werden, um so eine in einer vorbestimmten Konzentration in einer Gasmischung enthaltene Quelle dem Gasoszillator zuzuführen. In diesem Fall entspricht der Gaslaseroszillator selbst dem zuvor beschriebenen Reaktor 5, um als Reaktorblock zu dienen, dem die verdampfte Quelle in vorbestimmter Konzentration in der Gasmischung zugeführt wird.
Wie zuvor beschrieben ist es mit der erfindungsgemäßen Sprudelvorrichtung möglich, die Quelle dem Reaktorblock in einer festgelegten Konzentration in der Gasmischung zuzuführen, um so eine konstante Zuführrate derselben zum Reaktorblock beizubehalten.
Ferner ist es mit dem Kondensator zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Sprudelvorrichtung möglich, die Temperatur stets auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, wodurch die verdampfte Quelle in der Mischung bei einer festen Temperatur kondensieren kann.

Claims

Kondensator (4) zur Verwendung beim Kühlen einer Gasmischung aus einem Trägergas und einer Quelle (3), die aus einem Sprudelbehälter (2) einer Sprudelvorrichtung zugeführt wird, auf eine gewünschte Temperatur, bei der das Kondensieren der Quelle eintritt, um so einen gesättigten Dampf dieser Quelle mit der gewünschten Temperatur zu erhalten, wobei der Kondensator aufweist: einen Statikmischer (9), der mit einer Rohrleitung verbindbar ist, wobei der Statikmischer aufweist: ein Rohr (8), das einen Durchlaß bildet, durch welchen die aus dem Sprudelbehälter gelieferte Gasmischung strömt; und zumindest zwei Mischelemente (19) zum derartigen Mischen und Rühren der durch das Rohr strömenden Gasmischung, daß ein Teil der Gasmischung am Randbereich des Durchlasses und ein Teil der Gasmischung im Mittelbereich des Durchlasses durch den jeweils anderen ersetzt wird; ein aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit bestehendes Halteteil (10), das den gesamten Umfang des Mischers umgibt; einen an dem Halteteil angebrachten Temperatursensor (11) zum Erkennen der Temperatur des Halteteils; eine Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen der Temperatur des Halteteils, die mindestens entweder eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Halteteils oder eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Halteteils aufweist; und eine Regeleinrichtung zum Regeln mindestens der Heizeinrichtung und/oder der Kühleinrichtung in Reaktion auf einen vom Temperatursensor erkannten Temperaturwert, so daß die durch den Statikmischer strömende Gasmischung auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird.
Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Mischelemente des Statikmischers aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen.
Kondensator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Rohr des Statikmischers und das Halteteil aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, so daß das Rohr und das Halteteil ein einteiliges Strömungswegbildungsteil bilden, das ein durchgehendes Loch aufweiset, durch welches die Gasmischung strömt und in welchem die wenigstens zwei Mischelemente vorgesehen sind, wobei der Temperatursensor die Temperatur des Strömungswegbildungsteils erkennt.
Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Kühleinrichtung aufweist: thermoelektrische Wandlerelemente (13), die derart angeordnet sind, daß die thermoelektrischen Wandlerelemente zum Kühlen des Halteteils jeweils mit einer Wärmeabsorptionsfläche in Kontakt mit einer Außenfläche des Halteteils stehen; und eine Hilfskühleinrichtung zum Kühlen einer Wärmeableitfläche jedes der thermoelektrischen Wandlerelemente.
Sprudelvorrichtung mit einem Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ferner mit einem eine Quelle enthaltenen Sprudelbehälter, in den ein Trägergas mit einer geregelten Strömungsrate eingeblasen wird, um eine Gasmischung aus dem Trägergas und der Quelle durch Sprudeln zu bilden, und einem Kondensator zum Kühlen der Gasmischung auf eine gewünschte Temperatur, bei der das Kondensieren der Quelle erfolgt, um einen gesättigten Dampf der Quelle mit der gewünschten Temperatur zu erhalten, wobei die Quelle, die in der Gasmischung in einer gewünschten Konzentration enthalten ist, als der gesättigte Dampf einem Reaktorblock zugeführt wird.