PROCEDE DE REFROIDISSEMENT D'UN PLASMA MICRO-ONDE ET SYSTEME DE METHOD FOR COOLING MICROWAVE PLASMA AND SYSTEM FOR
DESTRUCTION SELECTIVE DE MOLECULES CHIMIQUESSELECTIVE DESTRUCTION OF CHEMICAL MOLECULES
UTILISANT CE PROCEDEUSING THIS METHOD
L'invention concerne un procédé de refroidissement d'un système de traitement par plasma d'un fluide ou mélange de fluides notamment gazeux comportant des moyens de couplage entre une source de puissance micro-onde et un mélange de fluides notamment gazeux circulant dans un tube diélectrique au niveau des moyens de couplage qui permettent de transférer une partie de l'énergie micro-onde au mélange de fluides pour y créer un plasma de manière à provoquer la rupture d'au moins certaines des liaisons chimiques des molécules de fluides, ledit tube diélectrique étant refroidi par une circulation d'un fluide de refroidissement en contact thermique avec la paroi extérieure du tube à refroidir.The invention relates to a method for cooling a plasma treatment system of a fluid or a mixture of fluids, especially gaseous fluids, comprising means for coupling between a microwave power source and a mixture of particularly gaseous fluids circulating in a tube. dielectric at the level of the coupling means for transferring a portion of the microwave energy to the fluid mixture to create a plasma therein to cause the breaking of at least some of the chemical bonds of the fluid molecules, said tube dielectric being cooled by a circulation of a cooling fluid in thermal contact with the outer wall of the tube to be cooled.
L'invention concerne également un système de destruction sélective de molécules chimiques utilisant ce procédé de refroidissement .The invention also relates to a system for the selective destruction of chemical molecules using this cooling method.
Au cours de la fabrication des circuits intégrés, les multiples étapes de réalisation des éléments semi-conducteurs et de leurs interconnexions font appel à des substances à l'état gazeux utilisées dans des implanteurs ioniques ou des réacteurs de gravure et de dépôt physique ou chimique (« PVD » ou « CVD ») . Certaines de ces substances peuvent être des gaz dits à « effet de serre », c'est-à-dire contribuant au réchauffement global du climat lorsqu'ils sont présents dans l'atmosphère, tels que notamment certains dérivés fluorés, en particulier les gaz connus sous l'appellation « PFC » (gaz perfluorés) ou « HFC » (gaz hydrofluorocarbonés) ou certains fluides et notamment certains gaz polluants atmosphériques immédiatement dangereux pour la vie ou la santé, et plus particulièrement ceux qui sont toxiques, corrosifs, inflammables, pyrophoriques et/ou explosifs.
D'une manière générale, dans la fabrication des semi¬ conducteurs tous les gaz dits « précurseurs » de dépôt et tous les gaz de gravure, de nettoyage de réacteurs, etc.. sont récupérés à la sortie des réacteurs sous forme de mélanges et ces effluents doivent être traités.During the fabrication of integrated circuits, the multiple steps of making the semiconductor elements and their interconnections use gaseous substances used in ionic implants or etching and physical or chemical deposition reactors ( "PVD" or "CVD"). Some of these substances may be so-called greenhouse gases, that is to say, contributing to the global warming of the climate when they are present in the atmosphere, such as in particular certain fluorinated derivatives, in particular gases. known as "PFC" (perfluorinated gas) or "HFC" (hydrofluorocarbon gas) or certain fluids and in particular certain atmospheric pollutants immediately dangerous for life or health, and more particularly those that are toxic, corrosive, flammable, pyrophoric and / or explosive. Generally, in the manufacture of semi conductors ¬ all said gases "precursors" of deposit and the etching gas, cleaning reactors, etc .. are recovered at the outlet of the reactors as mixtures and these effluents must be treated.
Dans dλautres applications comme la fabrication d'écrans plats du type plasma ou LCD ou encore celle de cellules photovoltaïques, on utilise également des gaz et un certain nombre de précurseurs gazeux ou délivrés sous forme de vapeurs lorsqu'ils sont initialement à l'état liquide ou solide.In λ of other applications such as the manufacture of flat screens of plasma or LCD-type or that of photovoltaic cells, are also used gas and a number of gaseous precursors or delivered as vapors when initially to liquid or solid state.
Dans d'autres applications, comme la séparation des gaz de l'air ou la purification de gaz tels que le krypton ou le xénon provenant du résidu de distillation d'une colonne argon dans une usine de séparation des gaz de l'air ou directement extraits d'un mélange issu d'une nappe souterraine, le gaz obtenu comporte une faible quantité de gaz fluorés tels que par exemple CF4 ou C2F6 qu'il est nécessaire d'éliminer au mieux du gaz à purifier.In other applications, such as the separation of gases from the air or the purification of gases such as krypton or xenon from the distillation residue of an argon column in an air separation plant or directly extracts of a mixture from a groundwater, the gas obtained comprises a small amount of fluorinated gases such as for example CF4 or C2F6 that it is necessary to best remove the gas to be purified.
Pour détruire les gaz à effet de serre ou les gaz précurseurs de dépôt issus de ces réacteurs de fabrication de circuits intégrés, il est connu par exemple de EP-A-874537 d'utiliser des plasmas à pression atmosphérique qui sont engendrés par couplage d'une onde électromagnétique ultra -haute fréquence (UHF) ou hyperfréquence (micro-onde ou MW) transportée dans un guide d' onde jusqu'à un système « applicateur » de l'onde au mélange gazeux qui permet de créer le plasma gazeux. Compte tenu du fait que l'utilisation des ondes électromagnétiques est très réglementée (en raison des interférences potentielles avec les télécommunications civiles et militaires) , seules quelques bandes UHF ou micro-ondes sont disponibles et autorisées pour les utilisations industrielles, scientifiques et médicales (ISM) et en particulier pour la réalisation de ces plasmas, et notamment les fréquences 2,45 GHz, 915 MHz, 434 MHz.
Les effluents gazeux tels que notamment les effluents de type PFC ou HFC émanant des chambres de gravure sont systématiquement dilués dans de l'azote au niveau des pompes à vide primaire à cause de leur dangerosité. Le mélange de gaz entrant dans un système de traitement ou de destruction d' effluents du type susnommé est donc majoritairement constitué d'azote.In order to destroy the greenhouse gases or the precursor precursor gases originating from these integrated circuit manufacturing reactors, it is known, for example, from EP-A-874537, to use atmospheric pressure plasmas which are generated by coupling of an ultra-high frequency (UHF) or microwave (microwave or microwave) electromagnetic wave transported in a waveguide to an "applicator" system of the wave in the gaseous mixture which makes it possible to create the gaseous plasma. Given the fact that the use of electromagnetic waves is highly regulated (because of potential interference with civil and military telecommunications), only a few UHF or microwave bands are available and authorized for industrial, scientific and medical uses (ISM ) and in particular for the realization of these plasmas, and in particular the frequencies 2.45 GHz, 915 MHz, 434 MHz. The gaseous effluents such as in particular the PFC or HFC type effluents emanating from the etching chambers are systematically diluted in nitrogen at the level of the primary vacuum pumps because of their dangerousness. The mixture of gases entering a treatment system or destruction of effluents of the type named above is therefore mainly constituted by nitrogen.
L'utilisation à pression atmosphérique d'un gaz vecteur tel que l'azote requiert une énergie importante pour ioniser le gaz et pour entretenir un plasma d'azote. Par ailleurs, l'utilisation de tubes notamment en céramique, engendre des problèmes de tenue en température des différents matériaux utilisés. Le tube à décharge est en effet refroidi par un liquide caloporteur circulant d'une de ses extrémités à l'autre, dans un espace déterminé entre ledit tube et un second tube externe coaxial servant de confinement au liquide. Lorsqu'on fait fonctionner la source de plasma de manière prolongée à haute puissance dans un gaz constitué en majorité d'azote ou d'air, du fait de l'excellente conductivité thermique de la céramique, la température de la surface externe au contact de la couche limite du fluide diélectrique de refroidissement peut dépasser la limite de stabilité physicochimique de ce dernier. On peut ainsi constater un début de polymérisation solide sur la paroi du tube, le dépôt formé absorbant généralement les micro-ondes d' où un effet d' auto¬ emballement (car l'absorption augmente généralement avec la température, de sorte que plus le tube est chaud, plus il a tendance à chauffer encore davantage) et la création de zones très fortement surchauffées ayant tendance à s'étendre graduellement. Ces très fortes contraintes thermiques dans une très faible épaisseur sont susceptibles de conduire à la fissuration ou la rupture du tube . Le fluide diélectrique caloporteur peut subir également une transformation en volume et devenir trouble et malodorant, correspondant à la formation de produits de décomposition suspectés d'être nocifs. Sans préjuger de la dégradation des propriétés fonctionnelles du fluide (caractère
diélectrique et propriété de transfert thermique) , la nocivité du produit usagé est inacceptable en milieu industriel. Ainsi par exemple, l'utilisation de fluides siliconés comme le diméthylpolysiloxane (DMPS) a été abandonnée compte tenu de la nocivité présumée des produits de décomposition à la chaleur.The use at atmospheric pressure of a carrier gas such as nitrogen requires a large amount of energy to ionize the gas and to maintain a nitrogen plasma. Furthermore, the use of tubes including ceramic, causes problems of temperature resistance of the different materials used. The discharge tube is in fact cooled by a coolant circulating from one of its ends to the other, in a determined space between said tube and a second outer coaxial tube for confinement to the liquid. When the plasma source is operated for a long time at high power in a gas consisting mainly of nitrogen or air, because of the excellent thermal conductivity of the ceramic, the temperature of the external surface in contact with the boundary layer of the cooling dielectric fluid may exceed the limit of physicochemical stability of the latter. One can thus note a solid polymerization beginning on the tube wall, the deposit formed generally absorbing the microwaves from which an effect of self ¬ runaway (because absorption generally increases with temperature, so that the more tube is hot, the more it tends to heat up even more) and the creation of very highly superheated areas tending to spread gradually. These very high thermal stresses in a very small thickness are likely to lead to cracking or rupture of the tube. The dielectric fluid heat transfer can also undergo a transformation in volume and become cloudy and smelly, corresponding to the formation of decomposition products suspected of being harmful. Without prejudging the degradation of the functional properties of the fluid (character dielectric and property of heat transfer), the harmfulness of the used product is unacceptable in an industrial environment. For example, the use of silicone fluids such as dimethylpolysiloxane (DMPS) has been abandoned given the presumed harmfulness of the products of decomposition to heat.
L'invention vise à pallier les différents inconvénients mentionnés ci-avant en utilisant un système de refroidissement du tube, notamment diélectrique, dans lequel est engendré le plasma à pression atmosphérique, différent des systèmes utilisés dans l'art antérieur.The invention aims to overcome the various disadvantages mentioned above by using a cooling system of the tube, in particular dielectric, in which is generated the plasma at atmospheric pressure, different from the systems used in the prior art.
Selon l'invention, d'une part la circulation du fluide de refroidissement en contact thermique avec le tube diélectrique s'effectue à co-courant avec la circulation du fluide ou mélange de fluides dans le tube diélectrique et d' autre part le fluide de refroidissement comporte au moins une huile choisie parmi les alpha oléfines linéaires ayant une chaîne carbonée d' au moins dix atomes de carbones et/ou des liquides perfluorocarbonés ayant une constante diélectrique ε inférieure à 2,5, une absorbance aux micro¬ ondes tan δ comprise entre 10~2 et 10~4 et une chaleur spécifique Cp <0.6 g. cal/g.0C.According to the invention, on the one hand the circulation of the cooling fluid in thermal contact with the dielectric tube is carried out co-currently with the circulation of the fluid or mixture of fluids in the dielectric tube and on the other hand the fluid of cooling comprises at least one oil chosen from linear alpha olefins having a carbon chain of at least ten carbon atoms and / or perfluorocarbon liquids having a dielectric constant ε of less than 2.5, absorbance micro waves ¬ tan δ ranging between 10 ~ 2 and 10 ~ 4 and a specific heat Cp <0.6 g. cal / g. 0 C.
Après avoir constaté de nombreuses ruptures prématurées de tubes diélectriques dues à une surchauffe locale du tube, les inventeurs ont réussi à mettre en évidence un certain nombre de résultats qui leur ont permis de réaliser l'invention. Notamment, lors de la circulation à contre-courant du mélange de fluides à traiter (injection vers le bas) et du fluide de refroidissement caloporteur (circulation vers le haut) , circulation à contre- courant qui est habituellement reconnue par l'homme de métier comme permettant le meilleur échange thermique entre les fluides, les inventeurs ont mis en évidence l'existence de bulles dans le liquide caloporteur au niveau du tube céramique. Ainsi le film d'huile de refroidissement au contact de la paroi du tube n'est pas continu du fait de ces bulles qui sont composées de gaz de l'air dissout et d'huiles vaporisées. Ces phénomènes ont été confirmés
par observation des changements d' indice de réfraction du tube céramique. De façon tout à fait inattendue, l'inversion du sens de circulation de l'huile (à co-courant avec la circulation du mélange de fluides, c'est à dire dans le présent exemple, de haut en bas) permet un meilleur refroidissement à la jonction céramique/huile et permet d'éviter la formation d'un film d'huile vaporisée à cette même jonction.After having noted many premature failures of dielectric tubes due to local overheating of the tube, the inventors have succeeded in highlighting a certain number of results which allowed them to realize the invention. In particular, during the counter-current circulation of the mixture of fluids to be treated (injection downwards) and coolant coolant (upward circulation), countercurrent circulation which is usually recognized by the skilled person as allowing the best heat exchange between the fluids, the inventors have demonstrated the existence of bubbles in the coolant at the ceramic tube. Thus, the film of cooling oil in contact with the wall of the tube is not continuous because of these bubbles which are composed of dissolved gas gas and vaporized oils. These phenomena have been confirmed by observing changes in the refractive index of the ceramic tube. Quite unexpectedly, the inversion of the direction of circulation of the oil (co-current with the circulation of the mixture of fluids, that is to say in the present example, from top to bottom) allows a better cooling at the ceramic / oil junction and avoids the formation of a vaporized oil film at the same junction.
On a également constaté que si les alpha-oléfines linéaires, notamment du type Cl 4 donnaient déjà des résultats bien supérieurs aux liquides caloporteurs habituels (tels que l'eau, notamment), l'utilisation de liquides perfluorocarbonés (PFC) donnaient des résultats encore nettement améliorés, en particulier lorsque ces fluides avaient les propriétés suivantes :It has also been found that while linear alpha-olefins, especially those of the Cl 4 type, already give much better results than normal heat transfer liquids (such as water, in particular), the use of perfluorocarbon liquids (PFCs) still gives results. significantly improved, especially when these fluids had the following properties:
- Constante diélectrique ε < 2,5, de préférence ε < 2,0 ; - 10"4 < tan δ < 10"2, de préférence < 10"3 ;- Dielectric constant ε <2.5, preferably ε <2.0; - 10 "4 <tan δ <10 " 2 , preferably <10 "3 ;
Chaleur spécifique Cp telle que : Cp ≤ 0.6, de préférence Cp < 0.3.Specific heat Cp such that: Cp ≤ 0.6, preferably Cp <0.3.
De plus, ces produits ayant une masse volumique très élevée (presque trois fois supérieure à une alpha-oléfine de type C-14) la quantité de liquide à faire circuler pour évacuer le même nombre de calories est nettement moins élevée, ce qui se traduit par une réduction de débit du fluide caloporteur de l'ordre de 30%. En outre ces produits perfluorés sont beaucoup plus stables thermiquement, ce qui augmente la sécurité de fonctionnement du système de l'invention.In addition, these products having a very high density (almost three times higher than a C-14 alpha-olefin) the amount of liquid to circulate to evacuate the same number of calories is significantly lower, which translates by reducing the flow rate of the heat transfer fluid of the order of 30%. In addition these perfluorinated products are much more thermally stable, which increases the operational safety of the system of the invention.
De préférence, on utilisera au moins une alpha oléfine linéaire, de préférence une alpha oléfine linéaire C-14 ou tétradécène-1 et/ou un fluide perfluorocarboné (PFC) ayant une constante diélectrique ε < 2 et/ou une absorbance tan δ < 10~3 et/ou une chaleur spécifique Cp < 0,3 g. cal/g.0C.Preferably, at least one linear alpha olefin, preferably a linear olefin C-14 or tetradecene-1 and / or a perfluorocarbon fluid (PFC) having a dielectric constant ε <2 and / or an absorbance tan δ <10, will be used. ~ 3 and / or a specific heat Cp <0.3 g. cal / g. 0 C.
Selon une variante préférentielle de réalisation, l'injection du mélange de fluides dans le tube s'effectue à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de la pression atmosphérique .
Selon une autre variante, on réalisera l'injection du mélange de fluide et/ou d'un gaz complémentaire inerte sous forme d'un vortex dans le tube diélectrique.According to a preferred embodiment, the injection of the fluid mixture into the tube is carried out at atmospheric pressure or at a pressure close to atmospheric pressure. According to another variant, the injection of the fluid mixture and / or an inert complementary gas in the form of a vortex into the dielectric tube will be carried out.
Selon un autre mode préférentiel de réalisation de l'invention, le fluide à traiter et le fluide de refroidissement circulent de haut en bas .According to another preferred embodiment of the invention, the fluid to be treated and the cooling fluid flow from top to bottom.
L'invention concerne également un système de traitement par plasma comportant : des moyens d'injection d'un fluide et/ou d'un gaz ; - un tube diélectrique recevant le fluide et/ou le gaz ; un générateur de micro-ondes ; des moyens de couplage des micro-ondes et du fluide et/ou d'un gaz pour créer un plasma dans le tube diélectrique ; des moyens de refroidissement du tube diélectrique placés à l'extérieur du tube, à l'aide d'un fluide de refroidissement ; une source d'alfa oléfine linéaire et/ou de fluide perfluorocarboné reliée aux moyens de refroidissement du tube ; des moyens pour faire circuler le fluide de refroidissement à co-courant du fluide ou mélange de fluides à traiter, de préférence du haut vers le bas .The invention also relates to a plasma treatment system comprising: means for injecting a fluid and / or a gas; a dielectric tube receiving the fluid and / or the gas; a microwave generator; means for coupling the microwaves and the fluid and / or a gas to create a plasma in the dielectric tube; means for cooling the dielectric tube placed outside the tube, using a cooling fluid; a source of linear olefin alfa and / or perfluorocarbon fluid connected to the cooling means of the tube; means for circulating the cooling fluid cocurrently of the fluid or mixture of fluids to be treated, preferably from top to bottom.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent : - la figure 1, une vue schématique globale du système selon l'invention ; la figure 2a, une vue en coupe verticale d'une tête d'injection de fluides utilisant un vortex et adaptable au système de la figure 1 ; - la figure 2b, une vue en coupe selon A-A de la vue de la figure 1 ; la figure 2c, une vue en coupe horizontale selon B-B de la vue de la figure 2a ;
La figure 3 est une variante de réalisation d'une tête d'injection créant un vortex.The invention will be better understood with the aid of the following exemplary embodiments, given in a nonlimiting manner, together with the figures which represent: FIG. 1, an overall schematic view of the system according to the invention; Figure 2a, a vertical sectional view of a fluid injection head using a vortex and adaptable to the system of Figure 1; - Figure 2b, a sectional view along AA of the view of Figure 1; Figure 2c, a horizontal sectional view along BB of the view of Figure 2a; Figure 3 is an alternative embodiment of an injection head creating a vortex.
Sur la figure 1, le système de traitement des gaz par plasma A comporte un applicateur de champ 1 du type surfaguide tel que décrit dans EP-A-874537, un échangeur thermique B et des moyens de lavage C, puis des moyens de nettoyage à sec D (ou disposés dans l'ordre inverse si on le souhaite) . Le système A est alimenté par l'intermédiaire de la vanne Vd en gaz de démarrage du plasma et/ou par l'intermédiaire de la vanne Vf en gaz à traiter et est issu de l'un des réacteurs CVDl, CVD2, CVD3, ... CVDn, via les vannes respectives V1,V2,V3, ..Vn (ces gaz peuvent être des gaz issus de réacteurs de fabrication de semiconducteurs ou d'écrans plats ou de fibres optiques ou de cellules solaires, etc.) .In FIG. 1, the plasma gas treatment system A comprises a surgeide type field applicator 1 as described in EP-A-874537, a heat exchanger B and washing means C, and cleaning means at dry D (or arranged in reverse order if desired). The system A is supplied via the plasma start gas valve Vd and / or via the valve Vf to the gas to be treated and comes from one of the reactors CVD1, CVD2, CVD3,. .. CVDn, via respective valves V1, V2, V3, ..Vn (these gases can be gases from semiconductor manufacturing reactors or flat screens or optical fibers or solar cells, etc.).
Le système A comporte aussi un tube diélectrique 16 entouré par un système de refroidissement comportant un fluide caloporteur 19 absorbant suffisamment faiblement les micro-ondes afin de garder la puissance disponible pour entretenir le plasma, circulant dans l'espace 18 délimité par le tube externe en silice 17 et le tube diélectrique 16. L'entrée de fluide 19 est située dans la partie inférieure 13 du système A et la sortie 20 du fluide 19 après refroidissement du tube 16 est située dans la partie supérieure 24. L' applicateur de champ 1 dans sa partie réduite centrale 3 (réduction du petit côté de la section du guide d'ondes rectangulaire creux par rapport au standard) est traversé par le tube diélectrique 16, le tube en silice 17 entourant l'espace 18 de circulation du fluide de refroidissement. Des manchons en matériau conducteur électriquement 7, 8 jouant le rôle d'écrans électromagnétiques sont disposés respectivement autour de la partie haute et basse des tubes susmentionnés. Entre la partie inférieure du manchon 7 et le tube diélectrique, on prévoit une distance radiale optimale afin d' obtenir le couplage maximum entre le guide
d'onde et le tube, sans perturbation des micro-ondes par la présence du manchon.The system A also comprises a dielectric tube 16 surrounded by a cooling system comprising a coolant 19 sufficiently weakly absorbing the microwaves in order to keep the power available to maintain the plasma, circulating in the space 18 delimited by the outer tube. silica 17 and the dielectric tube 16. The fluid inlet 19 is located in the lower part 13 of the system A and the outlet 20 of the fluid 19 after cooling the tube 16 is located in the upper part 24. The field applicator 1 in its central reduced portion 3 (reduction of the small side of the hollow rectangular waveguide section relative to the standard) is traversed by the dielectric tube 16, the silica tube 17 surrounding the space 18 for circulation of the cooling fluid . Sleeves of electrically conductive material 7, 8 acting as electromagnetic screens are arranged respectively around the top and bottom of the aforementioned tubes. Between the lower part of the sleeve 7 and the dielectric tube, an optimal radial distance is provided in order to obtain the maximum coupling between the guide wave and tube, without disturbance of microwaves by the presence of the sleeve.
La même distance radiale optimisée est prévue entre la partie supérieure du manchon 8 et le tube au niveau de la partie inférieure de l' applicateur 1. A leurs autres extrémités, les manchons 7, 8 sont adjacents respectivement à la partie supérieure 24 et à la partie inférieure 13. L' applicateur de champ 1 en guide d' onde rectangulaire creux comporte une partie centrale 3 de section réduite par rapport à la section standard utilisée aux entrée/sortie 2, 4 situées de part et d'autre de cette partie centrale 3. La puissance micro-onde, lorsque le système est en fonctionnement, circule de la partie latérale 2 vers la partie centrale 3, au niveau de laquelle les micro-ondes sont concentrées pour être lancées le long du tube 16 de part et d'autre de cette partie centrale 3 de l' applicateur de champ, de manière à créer un plasma dans le tube 16 en lui cédant de l'énergie tout au long de la propagation de l'onde le long du tube. Ce plasma est démarré en utilisant l'électrode 23 qui est solidaire du support 10 situé au- dessus de la partie supérieure 9 du système A. L'électrode 23 est maintenue sensiblement selon l'axe du tube diélectrique 16 et elle est reliée à une source de haute tension ou bobine de démarrage. Le système de démarrage du plasma est relié a la vanne Vn et comporte essentiellement deux branches : l'une reliée à une source d'argon Ar par 1 intermédiaire d'un régulateur de débit massique et d'une vanne VAr, l'autre à une source d'azote par l'intermédiaire d'un régulateur de débit massique et d'une vanne VN2. L'échangeur thermique B permet de refroidir les gaz chauds issus du plasma du système A et de les envoyer aux environs de 1500C au plus vers le laveur C et le nettoyeur à sec D (ou vice-versa) . Sur la figure 2 est représenté un système d'injection de gaz (de démarrage ou à traiter) sous forme d'un vortex. Les conduits d'injection de gaz et/ou de fluide arrivent tangentiellement dans le conduit vertical 54, situé dans le prolongement du tube
diélectrique 16, afin de créer un effet de rotation des gaz et/ou des fluides injectés.The same optimized radial distance is provided between the upper part of the sleeve 8 and the tube at the lower part of the applicator 1. At their other ends, the sleeves 7, 8 are respectively adjacent to the upper part 24 and the lower part 13. The field applicator 1 hollow rectangular waveguide comprises a central portion 3 of reduced section relative to the standard section used at the inlet / outlet 2, 4 located on either side of this central portion 3. The microwave power, when the system is in operation, flows from the side part 2 to the central part 3, at which the microwaves are concentrated to be thrown along the tube 16 of the part and the another of this central portion 3 of the field applicator, so as to create a plasma in the tube 16 by yielding energy throughout the propagation of the wave along the tube. This plasma is started using the electrode 23 which is integral with the support 10 situated above the upper part 9 of the system A. The electrode 23 is maintained substantially along the axis of the dielectric tube 16 and is connected to a high voltage source or starter coil. The plasma starting system is connected to the valve Vn and essentially comprises two branches: one connected to an Ar argon source via a mass flow regulator and a VAr valve, the other to a nitrogen source via a mass flow controller and a valve VN 2 . The heat exchanger B makes it possible to cool the hot gases coming from the plasma of the system A and to send them at around 150 ° C. at most to the washer C and the dry cleaner D (or vice versa). In Figure 2 is shown a gas injection system (starting or process) in the form of a vortex. The gas injection ducts and / or fluid arrive tangentially in the vertical duct 54, located in the extension of the tube dielectric 16, to create a rotational effect of the gases and / or fluids injected.
La figure 2a est une vue en coupe verticale de la partie supérieure 9, 24 du système plasma A. Quatre conduits d'injection de gaz (57, 51), (58, 62), (59, 53), et (60, 64) tous visibles sur la figure 2b (qui est une vue en coupe selon A-A de la figure 1) permettent de créer ce vortex dans le conduit 54. Le support 10 de l'électrode 23 est solidaire de la partie supérieure 9 (24) . Les quatre conduits d'injection sont de préférence orientés (dans le plan horizontal) à 90° les uns des autres et peuvent être orientés (dans le plan vertical) soit horizontalement soit de haut en bas. Les conduits (70, 72) et (71, 73) (visibles sur la figure 2c qui est une coupe horizontale B-B de la figure 2a) sont également connectés tangentiellement au conduit central 54 et orientés à 180° l'un par rapport à l'autre. Ils permettent l'injection d'un gaz additionnel (par exemple de l'azote) lorsque le débit de gaz injecté dans les quatre injecteurs situés dans le plan A-A est insuffisant pour maintenir un vortex. (Un tel vortex permet de diminuer les échanges thermiques avec la paroi du tube diélectrique, d'éviter le contact direct du plasma avec ce même tube diélectrique et d' éviter ainsi une température trop élevée préjudiciable au tube diélectrique) .FIG. 2a is a vertical sectional view of the upper part 9, 24 of the plasma system A. Four gas injection pipes (57, 51), (58, 62), (59, 53), and (60, 64) all visible in Figure 2b (which is a sectional view along AA of Figure 1) to create the vortex in the conduit 54. The support 10 of the electrode 23 is secured to the upper portion 9 (24) . The four injection lines are preferably oriented (in the horizontal plane) at 90 ° from each other and can be oriented (in the vertical plane) either horizontally or from top to bottom. The ducts (70, 72) and (71, 73) (visible in FIG. 2c which is a horizontal section BB in FIG. 2a) are also connected tangentially to the central duct 54 and oriented at 180 ° relative to one another. 'other. They allow the injection of an additional gas (for example nitrogen) when the flow of gas injected into the four injectors located in the plane A-A is insufficient to maintain a vortex. (Such a vortex makes it possible to reduce the thermal exchanges with the wall of the dielectric tube, to avoid the direct contact of the plasma with this same dielectric tube and thus to avoid a too high temperature detrimental to the dielectric tube).
La figure 3 représente une vue schématique d'une variante de réalisation d'une tête d'injection 9 de gaz à traiter dans le plasma, avec laquelle on réalise un vortex efficace. Comme sur les autres figures, les mêmes éléments portent les mêmes références. Cette tête d'injection 9 comporte une entrée d'introduction (11) des gaz à traiter qui sont ensuite conduits via le canal 80 coaxial avec l'entrée 11 vers le canal périphérique dont on a représenté les portions successives en coupe 81, 82, 83 et 84, ce canal continu, entourant la partie centrale 85 pleine (structure semblable à celle d'un escalier en colimaçon autour d'une colonne centrale 85) . Cette partie centrale pleine 85 est de préférence réalisée en matériau conducteur et se termine par une partie
conique 86 inférieure servant d'électrode d'allumage du plasma qui est crée dans le tube diélectrique 16. Les parties pleines 87, 88, 89, 90 et 91 en saillie par rapport à l'axe 85 sont les parties pleines disposées en spirale autour de l'axe 85 délimitant le passage du gaz. La partie supérieure 92 au-dessus de la partie centrale 85 vient se loger dans une pièce mobile 93 assurant la fixation de cette partie centrale et l'étanchéité aux gaz par le joint torique 94. De préférence, comme indiqué sur la figure 3, le canal 81, 82,... conduisant le gaz afin de lui donner un effet de vortex dans le tube 16, aura un axe incliné par rapport à l'horizontale compris entre environ 25° et 35°, plus préférentiellement de l'ordre de 30°.FIG. 3 represents a schematic view of an alternative embodiment of an injection head 9 of gas to be treated in the plasma, with which an effective vortex is produced. As in the other figures, the same elements have the same references. This injection head 9 has an inlet (11) for introducing the gases to be treated which are then conducted via the channel 80 which is coaxial with the inlet 11 to the peripheral channel, the successive portions of which are shown in section 81, 82, 83 and 84, this continuous channel, surrounding the solid central portion 85 (similar structure to that of a spiral staircase around a central column 85). This solid central portion 85 is preferably made of conductive material and ends with a portion lower conical 86 serving as ignition electrode of the plasma which is created in the dielectric tube 16. The solid parts 87, 88, 89, 90 and 91 projecting from the axis 85 are the solid parts arranged in a spiral around of the axis 85 delimiting the passage of the gas. The upper portion 92 above the central portion 85 is housed in a movable part 93 ensuring the attachment of this central portion and the gas tightness by the O-ring 94. Preferably, as shown in Figure 3, the channel 81, 82, ... leading the gas to give it a vortex effect in the tube 16, will have an axis inclined relative to the horizontal between about 25 ° and 35 °, more preferably of the order of 30 °.
EXEMPLE : Différentes huiles de refroidissement ont été utilisées avec le système décrit sur la figure 1 (avec et sans système de vortex tel que décrit sur les figures 2 et 3. Le refroidissement s'est avéré bien meilleur notamment avec l'injection des gaz à détruire sous forme d'un vortex à l'aide du dispositif de la figure 2 ou figure 3) . Les huiles suivantes ont donné toute satisfaction pour le refroidissement du tube diélectrique.EXAMPLE: Different cooling oils were used with the system described in FIG. 1 (with and without a vortex system as described in FIGS. 2 and 3). The cooling proved to be much better, especially with the injection of the gases at destroy in the form of a vortex using the device of Figure 2 or Figure 3). The following oils were very satisfactory for cooling the dielectric tube.
• * : huiles PFC de la société « 3M ».• *: PFC oils from the company "3M".
Si on utilise une huile « FC 70 » au lieu d'une huile « C-14 », le produit d x Cp passe d'une valeur de 0,5 à une valeur de 0,38, ce qui se traduit par une réduction de débit de 30% à performances égales.If an "FC 70" oil is used instead of a "C-14" oil, the product dx Cp goes from a value of 0.5 to a value of 0.38, which results in a reduction of 30% throughput at equal performance.
Dans des applications dans lesquelles on convertit un gaz tel que NF3 pour engendrer un mélange de fluor et d'azote, l'utilisation d'une huile de type PFC pour le refroidissement du tube diélectrique sera beaucoup plus sûr. Une contrainte est cependant de ne pas utiliser des polymères ou élastomères fluorés en liaison avec ces huiles PFC.
In applications in which a gas such as NF 3 is converted to generate a mixture of fluorine and nitrogen, the use of a PFC type oil for cooling the dielectric tube will be much safer. A constraint is however not to use fluorinated polymers or elastomers in connection with these PFC oils.