FR3145099A1 - Chambre d'évaporation d'un dispositif évaporateur de composés chimiques - Google Patents
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Abstract
TITRE : Chambre d'évaporation d'un dispositif évaporateur de composés chimiques La présente description concerne une chambre d'évaporation (10) comprenant une première cavité (30) et une deuxième cavité (50), une première conduite (40), destinée à l’entrée de liquide, reliant l'extérieur de la chambre d'évaporation à la première cavité (30), des deuxièmes conduites (60) reliant la première cavité (30) à la deuxième cavité (50), et une troisième conduite (70), destinée à la sortie de vapeurs, reliant la deuxième cavité (50) à l'extérieur de la chambre d'évaporation, la première conduite (40) et les deuxièmes conduites (60) débouchant dans la une première moitié de la première cavité (30), la deuxième moitié de la première cavité (30) étant dépourvue d'ouverture. Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
La présente description concerne de façon générale une chambre d'évaporation d'un dispositif évaporateur de composés chimiques.
Dans le domaine des procédés chimiques nécessitant la mise en oeuvre de vapeurs de composés chimiques, appelés réactifs, tels que les procédés de dépôt chimique en phase vapeur (CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Deposition), de dépôt chimique en phase vapeur de couches atomiques (ALD, sigle anglais pour Atomic Layer Deposition) et de gravure chimique en phase vapeur de couches atomiques (ALE, sigle anglais pour Atomic Layer Etching), les réactifs mis en oeuvre, s’ils sont liquides ou solides à température et pression ambiantes, doivent être évaporés.
Dans ce but, on utilise généralement un dispositif évaporateur qui comprend un dispositif d'injection d'un gaz vecteur et des réactifs sous forme liquide dans une chambre d'évaporation, des moyens de chauffage destinés à chauffer la chambre d'évaporation pour assurer le changement d'état liquide/vapeur des réactifs et un raccord de sortie destiné à envoyer les vapeurs des réactifs vers l'installation de traitement où ils sont utilisés.
Pour le bon fonctionnement de l'installation de traitement alimentée par le dispositif évaporateur, il est généralement souhaitable que des gouttelettes ne sortent pas de la chambre d’évaporation et n’atteignent pas l'installation de traitement et ceci pour un débit de liquide injecté le plus grand possible.
Un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs évaporateur connus.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le risque de fourniture de gouttelettes par la sortie de la chambre d'évaporation est réduit.
Un autre objet d'un mode de réalisation est de réduire les phénomènes d'encrassement du dispositif évaporateur.
Un mode de réalisation prévoit une chambre d'évaporation comprenant une première cavité et une deuxième cavité, une première conduite, destinée à l’entrée de liquide, reliant l'extérieur de la chambre d'évaporation à la première cavité, des deuxièmes conduites reliant la première cavité à la deuxième cavité, et une troisième conduite, destinée à la sortie de vapeurs, reliant la deuxième cavité à l'extérieur de la chambre d'évaporation, la première conduite et les deuxièmes conduites débouchant dans la une première moitié de la première cavité, la deuxième moitié de la première cavité étant dépourvue d'ouverture.
Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation comprend un élément de piégeage de gouttelettes liquides dans la première cavité.
Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage comprend un élément poreux, notamment une pièce frittée.
Selon un mode de réalisation, l’élément de piégeage comprend une texturation d'une partie ou de la totalité de la surface de la première cavité.
Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage est situé en face de la première conduite.
Selon un mode de réalisation, la première cavité comprend une première zone centrale se prolongeant par une première zone annulaire, la première conduite débouchant dans la première zone centrale et les deuxièmes conduites débouchant dans la première zone annulaire.
Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage est situé dans la première zone centrale.
Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation comprend un filtre dans la deuxième cavité.
Selon un mode de réalisation, la deuxième cavité comprend une deuxième zone centrale se prolongeant par une deuxième zone annulaire, la troisième conduite débouchant dans la deuxième zone centrale et les deuxièmes conduites débouchant dans la deuxième zone annulaire.
Selon un mode de réalisation, le filtre est situé dans la deuxième zone centrale.
Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation comprend une première pièce, une deuxième pièce, et une troisième pièce, la première pièce étant fixée à la deuxième pièce, la troisième pièce étant fixée à la deuxième pièce, la première pièce contenant la première conduite, la deuxième pièce contenant les deuxièmes conduites, la troisième pièce contenant la troisième conduite, la première pièce avec la deuxième pièce délimitant la première cavité, et la deuxième pièce avec la troisième pièce délimitant la deuxième cavité.
Un mode de réalisation prévoit également un dispositif évaporateur comprenant une chambre d'évaporation telle que définie précédemment, et un dispositif d'injection de gouttelettes de réactifs dans la chambre d'évaporation par la première conduite.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif évaporateur ;
la est une vue en coupe de la selon un plan II-II ;
la est une vue en coupe de la selon un plan III-III ;
la est une vue en coupe de la selon un plan IV-IV ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'une variante du dispositif évaporateur ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'une autre variante du dispositif évaporateur ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur ;
la est une vue en coupe de la selon un plan VIII-VIII ;
la est une vue en coupe de la selon un plan IX-IX ;
la est une vue en coupe de la selon un plan X-X ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur ; et
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence, sauf précision contraire, à l'orientation des figures ou à un dispositif évaporateur dans une position normale d'utilisation.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Sauf précision contraire, les adjectifs numéraux ordinaux, tels que "premier", "deuxième", etc., sont utilisés seulement pour distinguer des éléments entre eux. En particulier, ces adjectifs ne limitent pas les modes de réalisation décrits à un ordre particulier de ces éléments.
Dans la description qui suit, un matériau bon conducteur de la chaleur est un matériau dont la conductivité thermique est supérieure à 1 Wm−1K−1, de préférence supérieure à 10 Wm−1K−1.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif évaporateur 1. Les figures 2, 3, et 4 sont chacune une vue en coupe de la selon respectivement un plan II-II, un plan III-III, et un plan IV-IV.
Selon un mode de réalisation, le dispositif évaporateur 1 comprend une chambre d'évaporation 10 et un dispositif 5 d'injection de liquide dans la chambre d'évaporation 10.
La chambre d'évaporation 10 comprend un corps 20 ayant une paroi inférieure 21, une paroi latérale 22, et une paroi supérieure 23, le corps 20 comprenant en outre :
- une première cavité 30, appelée cavité supérieure 30 par la suite, comprenant une paroi inférieure 31, une paroi latérale 32, et une paroi supérieure 33, la paroi latérale 32 reliant la paroi inférieure 31 à la paroi supérieure 33 ;
- une conduite d'accès 40 débouchant à une extrémité sur la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 et débouchant à l'extrémité opposée sur la paroi supérieure 23 du corps 20 ;
- une deuxième cavité 50, appelée cavité inférieure 50 par la suite, comprenant une paroi inférieure 51, une paroi latérale 52, et une paroi supérieure 53, la paroi latérale 52 reliant la paroi inférieure 51 à la paroi supérieure 53 ;
- des conduites 60, deux conduites 60 étant visibles en et huit conduites 60 étant représentées à titre d'exemple sur les figures 2 à 4, chaque conduite 60 débouchant à une extrémité 61 sur la cavité supérieure 30 et débouchant à l'extrémité opposée 62 sur la cavité inférieure 50 ; et
- une conduite 70 débouchant à une extrémité sur la paroi inférieure 51 de la cavité inférieure 50 et débouchant à l'extrémité opposée sur la paroi inférieure 21 du corps 20.
- une première cavité 30, appelée cavité supérieure 30 par la suite, comprenant une paroi inférieure 31, une paroi latérale 32, et une paroi supérieure 33, la paroi latérale 32 reliant la paroi inférieure 31 à la paroi supérieure 33 ;
- une conduite d'accès 40 débouchant à une extrémité sur la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 et débouchant à l'extrémité opposée sur la paroi supérieure 23 du corps 20 ;
- une deuxième cavité 50, appelée cavité inférieure 50 par la suite, comprenant une paroi inférieure 51, une paroi latérale 52, et une paroi supérieure 53, la paroi latérale 52 reliant la paroi inférieure 51 à la paroi supérieure 53 ;
- des conduites 60, deux conduites 60 étant visibles en
- une conduite 70 débouchant à une extrémité sur la paroi inférieure 51 de la cavité inférieure 50 et débouchant à l'extrémité opposée sur la paroi inférieure 21 du corps 20.
Le dispositif d'injection 5 comprend une tête 6 disposée dans la conduite d'accès 40 par l'intermédiaire de laquelle sont injectés des réactifs liquides ou en solution dans la cavité supérieure 30.
Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation 10 comprend un élément de piégeage 80 de gouttelettes de liquide situé dans la cavité supérieure 30.
Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation 10 comprend un filtre 90 situé dans la cavité inférieure 50.
La chambre d'évaporation 10 comprend un élément 100 de chauffage du corps 20. Selon un mode de réalisation, l'élément de chauffage 100 comprend un collier chauffant entourant le corps 20 au contact de la paroi latérale 22 du corps 20. Selon un mode de réalisation, non représentée, l'élément de chauffage 100 comprend des résistances chauffantes incorporées dans le corps 20.
Selon un mode de réalisation, la cavité supérieure 30 est à symétrie de révolution autour d'un axe D. Le plan de coupe de la contient l'axe D. De préférence, en fonctionnement, l'axe D est orienté verticalement. La conduite d'accès 40 peut également être à symétrie de révolution autour de l'axe D. En , la cavité supérieure 30 est un cylindre d'axe D à base circulaire. A titre de variante, la cavité supérieure 30 peut avoir une forme différente d'un cylindre, par exemple une forme tronconique d'axe D. Selon un mode de réalisation, la cavité inférieure 50 est à symétrie de révolution autour de l'axe D. En , la cavité inférieure 50 est un cylindre d'axe D à base circulaire.
Chaque conduite 60 débouche dans la cavité supérieure 30 en partie supérieure de la cavité supérieure 30, sur la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30, comme cela est représenté en , ou sur la moitié supérieure de la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. Chaque conduite 60 peut avoir une section droite circulaire. Le nombre de conduites 60 peut varier de 1 à 20. Selon un mode de réalisation, chaque conduite 60 comprend au moins un coude 63, et de préférence au moins deux coudes 63. Selon un mode de réalisation, les conduites 60 sont régulièrement réparties autour de l'axe D.
Selon un mode de réalisation, le corps 20 est en métal ou en alliage métallique, par exemple en acier inoxydable.
Les dimensions de la chambre d'évaporation 10 dépendent de l'application envisagée. A titre d'exemple, le volume de la cavité supérieure 30 est compris entre 10 cm3et 1000 cm3. La hauteur maximale entre la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30 et la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 est comprise entre 10 mm et 500 mm. Le diamètre de chaque conduite 60 est compris entre 1 mm et 20 mm. A titre d'exemple, le volume de la cavité inférieure 50 est compris entre 2 cm3et 200 cm3. La hauteur maximale entre la paroi inférieure 51 de la cavité inférieure 50 et la paroi supérieure 53 de la cavité inférieure 50 est comprise entre 4 mm et 250 mm.
Les débits de liquide ou de solution injectés dans la chambre d'évaporation 10 et évaporé sont, à titre d'exemple, compris entre 0,1 g/min et 50 g/min. Les réactifs liquides purs, liquides en solution dans des solvants organiques ou solides en solution dans des solvants organiques évaporés dans la chambre d'évaporation 10 sont par exemple :
- des composés organométalliques (où l’élément métallique est directement lié à un atome de carbone) de type cyclopentadiényles d’alcalino-terreux, de terres rares ou de métaux de transition ;
- des composés organométalliques de type carbonyles de métaux de transition ;
- des composés organométalliques de type alkyles de métaux pauvres ;
- des composés inorganiques (où l’élément métallique est directement lié à un non métal autre que le carbone) de type amidures ou imidures de métaux de transition, de métaux pauvres ou de métalloïdes ;
- des composés inorganiques de type β-dicétonates d’alcalins, d’alcalino-terreux, de terres rares, de métaux de transition et de métaux pauvres ;
- des composés inorganiques de type alcoxydes de métaux de transition, de métaux pauvres ou de métalloïdes ; et
- des composés inorganiques de type sulfures ou phosphorures de métaux de transition ou de métaux pauvres.
- des composés organométalliques (où l’élément métallique est directement lié à un atome de carbone) de type cyclopentadiényles d’alcalino-terreux, de terres rares ou de métaux de transition ;
- des composés organométalliques de type carbonyles de métaux de transition ;
- des composés organométalliques de type alkyles de métaux pauvres ;
- des composés inorganiques (où l’élément métallique est directement lié à un non métal autre que le carbone) de type amidures ou imidures de métaux de transition, de métaux pauvres ou de métalloïdes ;
- des composés inorganiques de type β-dicétonates d’alcalins, d’alcalino-terreux, de terres rares, de métaux de transition et de métaux pauvres ;
- des composés inorganiques de type alcoxydes de métaux de transition, de métaux pauvres ou de métalloïdes ; et
- des composés inorganiques de type sulfures ou phosphorures de métaux de transition ou de métaux pauvres.
Dans le mode de réalisation illustré en , l'élément de piégeage 80 est une pièce distincte du corps 20, logée dans la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 recouvre au moins la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30, et est, de préférence, en contact avec la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30. Dans le mode de réalisation illustré en , l'élément de piégeage 80 correspond à une pièce cylindrique à base circulaire de même diamètre que la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30.
La illustre une variante du dispositif évaporateur 1 représenté en dans laquelle l'élément de piégeage 80 recouvre la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30 et recouvre, en outre, une partie de la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30, et est, de préférence, en contact avec la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 peut recouvrir la totalité de la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30.
Au moins une partie de l'élément de piégeage 80 est présente en vis-à-vis de la tête 6 selon la direction D. Selon un mode de réalisation, la chambre d'évaporation 10 comprend un élément de fixation, non représenté en , de l'élément de piégeage 80 au corps 20, par exemple une bague logée dans une rainure prévue dans la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 est en un matériau bon conducteur de la chaleur. En outre, l'élément de piégeage 80 est en un matériau inerte chimiquement avec les réactifs à évaporer. L'élément de piégeage 80 peut être réalisé en acier inoxydable. En outre, selon les réactifs, l'élément de piégeage 80 peut être réalisé en nickel, ou en aluminium.
L'élément de piégeage 80 est configuré pour piéger des gouttelettes de liquide, notamment par absorption et/ou adsorption. Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage 80 correspond à un élément poreux. A titre d'exemple, l'élément de piégeage 80 a une porosité ouverte comprise entre 1000 micromètres (macro-pores) et 2 nanomètres (ultramicro-pores). Les pores peuvent correspondre à des cavités sphériques, coniques, cylindriques, des prismes, des fentes ou avoir toutes autres formes géométriques interconnectées ou non (comme par exemple la structure des frittés, de la zéolite fibreuse, de l’alumine, du silicagel ou du carbone activé). L'élément de piégeage 80 peut correspondre à une pièce frittée. L'épaisseur de l'élément de piégeage 80 est comprise entre 0,1 mm et 50 mm. La porosité dans l’épaisseur de l’élément de piégeage 80 peut être constante ou graduelle. De façon avantageuse, la porosité en contact avec les produits chimiques introduits dans la cavité supérieure 30 sera plus importante que celle en contact avec les surfaces de la cavité supérieure 30. Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage 80 comprend une surface texturée de façon à présenter une surface de contact importante avec les éléments chimiques introduits dans la cavité supérieure 30. A titre d'exemple, le rapport entre la surface réelle et la surface apparente de l'élément de piégeage 80 est compris entre 1 et 1000. Selon un mode de réalisation, l'élément de piégeage 80 comprend une surface texturée de façon à ce que les gouttelettes de liquide introduites dans la cavité supérieure 30 s’infiltrent dans le profil de la surface de façon à favoriser leur évaporation. La dimension caractéristique du motif de la surface de l'élément de piégeage 80 est comprise entre 1 µm et 10 mm. La surface texturée peut être obtenue par sablage, usinage, électroérosion, microfraisage, gravure, lithographie ou texturation laser.
La illustre une variante du dispositif évaporateur 1 dans laquelle l’élément de piégeage 80 est intégré au corps 20 et correspond à une texturation d'au moins une partie de la surface de la cavité supérieure 30 de façon à présenter une surface de contact importante avec les éléments chimiques introduits dans la cavité supérieure 30. En , on a schématiquement représenté la texturation 80 sur la paroi inférieure 31 et la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30. La texturation 80 peut également être présente sur la paroi supérieure 33. A titre d'exemple, le rapport entre la surface réelle et la surface apparente est compris entre 1 et 1000. Selon un mode de réalisation, la texturation 80 d'au moins une partie de la surface de la cavité supérieure 30 permet que les gouttelettes de liquide introduites dans la cavité supérieure 30 s’infiltrent dans le profil de la surface de la cavité supérieure 30 de façon à favoriser leur évaporation. La dimension caractéristique du motif de la surface de la texturation 80 de la paroi inférieure 31, la paroi latérale 32, et/ou de la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 est comprise entre 1 µm et 10 mm. La surface texturée peut être obtenue par sablage, usinage, électroérosion, microfraisage, gravure, lithographie et texturation laser.
Le filtre 90 est situé dans la cavité inférieure 50. Le filtre 90 peut correspondre à une pièce cylindrique à base circulaire de même diamètre que la paroi latérale 52 de la cavité inférieure 50. Le filtre 90 peut être fixé à la paroi latérale 52 de la cavité inférieure 50. Le filtre 90 est en un matériau bon conducteur de la chaleur. En outre, le filtre 90 est en un matériau inerte chimiquement avec les réactifs. Le filtre 90 peut être réalisé en acier inoxydable. En outre, selon les réactifs, le filtre 90 peut être réalisé en nickel, ou en aluminium. Le filtre 90 a un seuil de filtration compris entre 0,1 µm et 100 µm. Le filtre 90 peut correspondre à une pièce frittée. L'épaisseur du filtre 90 est comprise entre 0,1 mm et 50 mm.
La chambre d'évaporation 10 peut, en outre, comprendre au moins un capteur de pression, non représenté, par exemple situé au niveau de la conduite de sortie 70. La chambre d'évaporation 10 peut, en outre, comprendre au moins un capteur de température, non représenté, par exemple situé dans la cavité supérieure 30.
Le dispositif d'injection 5 est configuré pour délivrer une quantité contrôlée de réactifs à évaporer dans la chambre d'évaporation 10. Le dispositif d'injection 5 peut fournir, à la chambre d'évaporation 10, un mélange d'un gaz vecteur et de gouttelettes des réactifs sous forme liquide ou un mélange d'un gaz vecteur et d'une solution liquide comportant les réactifs sous forme liquide, solide ou gazeuse dissous dans la solution. En particulier, les réactifs peuvent être purs lorsqu'ils sont sous forme liquide, ou bien ils peuvent être dissous dans un solvant qu’ils soient sous forme liquide ou solide. L'injection peut être réalisée de façon continue ou pulsée.
En fonctionnement, le dispositif d'injection 5 projette des gouttelettes de réactifs dans la cavité supérieure 30, ce qui est illustré par les flèches F1. Les conditions de température et de pression dans la cavité supérieure 30 entraînent l'évaporation des gouttelettes. Les vapeurs de réactifs quittent la cavité supérieure 30 (flèches F2) et sont entraînées successivement dans les conduites 60 (flèches F3), la cavité inférieure 50, et la conduite 70 (flèche F4) jusqu'à sortir de la chambre d'évaporation 10. Les conditions de température et de pression dans la cavité supérieure 30 dépendent notamment des réactifs utilisés. A titre d'exemple, la température dans la cavité supérieure 30 est comprise entre 15 °C et 300 °C. A titre d'exemple, la pression à l’intérieur de la cavité supérieure 30 est comprise entre 0,1 mbar absolu et 2000 mbar absolu.
En fonctionnement, le corps 20 est chauffé dans son ensemble par l'élément de chauffage 100. L'énergie thermique fournie par l'élément de chauffage 100 se propage dans le corps 20 par conduction thermique. Le corps 20 transmet de l'énergie thermique au gaz contenu dans la cavité supérieure 30, les conduites 60, la cavité inférieure 50, et la conduite 70. De même, l'élément de piégeage 80 est chauffé par le corps 20 et le filtre 90 est chauffé par le corps 20. De façon réciproque, le gaz circulant dans la cavité supérieure 30, les conduites 60, la cavité inférieure 50, et la conduite 70 peut chauffer le corps 20.
Le rôle de l'élément de piégeage 80 est de piéger les gouttelettes injectées, et en particulier les plus grosses, pour éviter que ces dernières ne soient transportées directement vers la sortie de la chambre d'évaporation 10. Selon la structure de l'élément de piégeage 80, le piégeage des gouttelettes par l'élément de piégeage 80 est réalisé par absorption et/ou par adsorption (physisorption et/ou chimisorption). En effet, une gouttelette qui est projetée sur l'élément de piégeage 80 ne rebondit pas et ne s’éclate pas mais est absorbée et/ou adsorbée dans l'élément de piégeage 80. En outre, comme l'élément de piégeage 80 est chauffé, la gouttelette piégée s’évapore. L'apport d'énergie thermique à l'élément de piégeage 80 est suffisant pour compenser la chaleur latente d'évaporation des gouttelettes piégées dans l'élément de piégeage 80. Le chauffage de l'élément de piégeage 80 est obtenu par conduction thermique entre le corps 20 et l'élément de piégeage 80, l'élément de piégeage 80 étant de préférence au contact avec la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30. Selon un mode de réalisation, la cavité inférieure 50 est située sous la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30 de façon que le passage des gaz évaporés chauds dans la cavité inférieure 50 juste en dessous de l'élément de piégeage 80 favorise le chauffage de la partie du corps 20 entre l'élément de piégeage 80 et la cavité inférieure 50. De plus, lorsque la solution injectée contient des contaminants solubles et non volatils, l'élément de piégeage 80 participe à la rétention de ces contaminants et empêche qu'ils ne s'échappent en dehors de la cavité supérieure 30. L'élément de piégeage 80 ne joue pas le rôle d'un filtre dans la mesure où il n'est pas traversé par un flux gazeux.
Dans le cas de réactifs solides à faible tension de vapeur injectés sous forme dissoute dans un solvant, l’évaporation se fait généralement par contact avec les surfaces chaudes internes de la chambre d'évaporation 10. L’utilisation d’un élément de piégeage 80 en face du point d’injection de la tête 6 permet d’augmenter la surface d’échange dans la cavité supérieure 30. Ceci favorise le taux d’évaporation de ces réactifs solides adsorbés en surface de l'élément de piégeage 80.
De façon avantageuse, la cavité supérieure 30 forme un volume de rétention de liquide, notamment en cas de mauvaise utilisation du dispositif évaporateur 1 dans des conditions thermodynamiques ne permettant pas d’évaporer intégralement le débit de liquide injecté et/ou entraînant de la condensation. Il peut s'agir d'une température trop faible, d'un débit de liquide trop élevé, ou d'une pression dans la cavité supérieure 30 trop élevée. Le volume de rétention formé par la cavité supérieure 30 sert à stocker la fraction de liquide qui ne peut être évaporée pour qu’elle ne soit pas directement entrainée vers la sortie de la chambre d'évaporation 10.
L'utilisation de la chambre d'évaporation 10 est particulièrement avantageuse lorsque la pression en sortie de la chambre d'évaporation 10 est basse, typiquement inférieure à 10 kPa absolus. En effet lorsque la pression est faible, les vitesses d’écoulement des gaz dans la chambre d'évaporation 10 sont élevées, ce qui réduit par conséquence la durée de résidence des gouttelettes dans la chambre d’évaporation 10. Les gouttelettes ont donc moins de temps pour être évaporées que si la pression en sortie de la chambre d'évaporation 10 est plus élevée. A faible pression également de plus grosses gouttelettes sont éjectées car il est dans ces conditions de pression plus difficile de pulvériser un liquide en fines gouttelettes.
Les coudes 63 de chaque conduite 60 forment des chicanes permettant de bloquer la progression de gouttelettes qui seraient sorties de la cavité supérieure 30. Le filtre 90 permet de bloquer la progression de gouttelettes qui seraient parvenues jusqu'à la cavité inférieure 50.
De façon avantageuse, la cavité supérieure 30 permet de réduire des phénomènes d’encrassement du filtre 90. Ceci permet un meilleur contrôle du procédé d'évaporation dans le temps et un espacement des opérations de maintenance.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur 110. Les figures 8, 9, et 10 sont chacune une vue en coupe de la selon respectivement un plan VIII-VIII, un plan IX-IX, et un plan X-X.
Le dispositif évaporateur 110 représenté en comprend l'ensemble des éléments du dispositif évaporateur 1 représenté en et comprend, en outre, des caractéristiques supplémentaires.
La cavité supérieure 30 comprend une zone centrale 34 se prolongeant en partie supérieure par une zone annulaire 35 d'axe D. Chaque conduite 60 débouche dans la zone annulaire 35. La zone centrale 34 comprend la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30 contre laquelle est plaqué l'élément de piégeage 80. Selon un mode de réalisation, la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30 comprend une portion 36 sensiblement perpendiculaire à l'axe D et formant le fond de la zone annulaire 35. L'extrémité 61 de chaque conduite 60 est située sur le fond 36 de la zone annulaire 35.
La cavité inférieure 50 comprend une zone centrale 54 se prolongeant par une zone annulaire 55 d'axe D. La zone centrale 54 comprend la paroi inférieure 51 de la cavité inférieure 50 et le filtre 90 est situé dans la zone centrale 54. Chaque conduite 60 débouche dans la zone annulaire 55. Selon un mode de réalisation, l'extrémité 62 de chaque conduite 60 est située sur la paroi supérieure 53 de la chambre inférieure 50 dans la zone annulaire 55.
La paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 comprend en outre une portion en saillie 37 se projetant vers la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30. La portion en saillie 36 délimite, avec la paroi latérale 32 de la cavité supérieure 30, un canal annulaire 38 reliant la zone centrale 34 de la cavité supérieure 30 à la zone annulaire 35 de la cavité supérieure 30.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 7 à 10, les conduites 60 ont une forme cylindrique et ne comprennent pas les coudes 63 illustrés en . Toutefois, la zone annulaire 35 de la cavité supérieure 30 et la zone annulaire 55 de la cavité inférieure 50 imposent un changement de la direction d'écoulement gazeux et jouent donc le rôle de chicanes comme les coudes 63.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur 120. Le dispositif évaporateur 120 représenté en comprend l'ensemble des éléments du dispositif évaporateur 110 représenté en . Le corps 20 est composé de trois pièces distinctes, une pièce supérieure 24, une pièce centrale 25, et une pièce inférieure 26. La pièce supérieure 24 est fixée à la pièce centrale 25, par exemple par vissage, et la pièce inférieure 26 est fixée à la pièce centrale 25, par exemple par vissage. Un élément type joint torique ou plat, non représenté, assure l’étanchéité entre la pièce supérieure 24 et la pièce centrale 25 et entre la pièce centrale 25 et la pièce inférieure 26. La pièce supérieure 24 comprend la conduite d'accès 40 et une partie de la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30. La pièce inférieure 24 comprend la conduite 70, la paroi inférieure 51 de la cavité inférieure 50 et l'essentiel de la paroi latérale 52 de la cavité inférieure 50. La pièce centrale 25 comprend notamment les conduites 60, la paroi inférieure 31 de la cavité supérieure 30, et la paroi supérieure 53 de la cavité inférieure 50. La réalisation du corps 20 par les trois pièces 24, 25, et 26 permet de faciliter la réalisation du corps 20 qui peut être fabriqué par usinage. Elle permet en outre de faciliter la maintenant de la chambre d'évaporation 10, l'accès à la cavité supérieure 30 étant obtenu de façon simple en séparant la pièce supérieure 24 et la pièce centrale 25 et l'accès à la cavité inférieure 50 et aux conduites étant obtenue de façon simple en séparant la pièce inférieure 26 et la pièce centrale 25.
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif évaporateur 130. Le dispositif évaporateur 130 représenté en comprend l'ensemble des éléments du dispositif évaporateur 1 représenté en et comprend, en outre, une conduite supplémentaire 132 débouchant à une extrémité sur la paroi supérieure 33 de la cavité supérieure 30 et débouchant à l'extrémité opposée sur la paroi supérieure 23 du corps 20. Le dispositif évaporateur 130 comprend un tube 133 fixé à la chambre d'évaporation 10 et communiquant avec la conduite 132. Le tube 133 est relié à un dispositif d'injection d'un gaz de purge et/ou de mesure de pression, non représentés. Le dispositif évaporateur 130 permet, de façon avantageuse, la réalisation d'une purge de la chambre d'évaporation 10 avec un gaz neutre pour évacuer les vapeurs résiduelles qui demeurent dans la chambre d'évaporation 10 par un port dédié, c’est-à-dire indépendamment du port par lequel les réactifs à évaporer sont injectés dans la chambre d'évaporation 10. Ceci peut être souhaitable, notamment lorsque le dispositif évaporateur 130 est relié à une installation de traitement mettant en œuvre un procédé ALD.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L’homme de l’art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à l’homme de l’art. En particulier, la chambre d'évaporation 10 peut contenir l'élément de piégeage 80, représenté notamment sur les figures 1 et 5, et une texturation de surface de la chambre d'évaporation 10, notamment pour les parois non recouvertes par l'élément de piégeage 80. En outre, pour la chambre d'évaporation 10 représentée en , la cavité supérieure 30 comprend une zone annulaire et la cavité inférieure 50 comprend une zone annulaire. A titre de variante, seule la cavité supérieure 30 peut comprendre la zone annulaire, la cavité inférieure 50 ne comprenant pas la zone annulaire ou seule la cavité inférieure 50 peut comprendre la zone annulaire, la cavité supérieure 50 ne comprenant pas la zone annulaire.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l’homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.
Claims (12)
- Chambre d'évaporation (10) comprenant une première cavité (30) et une deuxième cavité (50), une première conduite (40), destinée à l’entrée de liquide, reliant l'extérieur de la chambre d'évaporation à la première cavité (30), des deuxièmes conduites (60) reliant la première cavité (30) à la deuxième cavité (50), et une troisième conduite (70), destinée à la sortie de vapeurs, reliant la deuxième cavité (50) à l'extérieur de la chambre d'évaporation, la première conduite (40) et les deuxièmes conduites (60) débouchant dans la une première moitié de la première cavité (30), la deuxième moitié de la première cavité (30) étant dépourvue d'ouverture.
- Chambre d'évaporation selon la revendication 1, comprenant un élément de piégeage (80) de gouttelettes liquides dans la première cavité (30).
- Chambre d'évaporation selon la revendication 2, dans laquelle l'élément de piégeage (80) comprend un élément poreux, notamment une pièce frittée.
- Chambre d’évaporation selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle l’élément de piégeage (80) comprend une texturation d'une partie ou de la totalité de la surface de la première cavité (30).
- Chambre d'évaporation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle l'élément de piégeage (80) est situé en face de la première conduite (40).
- Chambre d'évaporation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première cavité (30) comprend une première zone centrale (34) se prolongeant par une première zone annulaire (35), la première conduite (40) débouchant dans la première zone centrale (34) et les deuxièmes conduites (60) débouchant dans la première zone annulaire (35).
- Chambre d'évaporation selon les revendications 2 et 6, dans laquelle l'élément de piégeage (80) est situé dans la première zone centrale (34).
- Chambre d'évaporation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un filtre (90) dans la deuxième cavité (50).
- Chambre d'évaporation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la deuxième cavité (50) comprend une deuxième zone centrale (54) se prolongeant par une deuxième zone annulaire (55), la troisième conduite (70) débouchant dans la deuxième zone centrale (54) et les deuxièmes conduites (60) débouchant dans la deuxième zone annulaire (55).
- Chambre d'évaporation selon les revendications 8 et 9, dans laquelle le filtre (90) est situé dans la deuxième zone centrale (54).
- Chambre d'évaporation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une première pièce (24), une deuxième pièce (25), et une troisième pièce (26), la première pièce (24) étant fixée à la deuxième pièce (25), la troisième pièce (26) étant fixée à la deuxième pièce (25), la première pièce (24) contenant la première conduite (40), la deuxième pièce (25) contenant les deuxièmes conduites (60), la troisième pièce (26) contenant la troisième conduite (70), la première pièce (24) avec la deuxième pièce (25) délimitant la première cavité (30), et la deuxième pièce (25) avec la troisième pièce (26) délimitant la deuxième cavité (50).
- Dispositif évaporateur (1 ; 110 ; 120 ; 130) comprenant une chambre d'évaporation (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, et un dispositif d'injection (5) de gouttelettes de réactifs dans la chambre d'évaporation (10) par la première conduite (40).
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Effective date: 20240726 |