NL9200415A - Werkwijze voor het omzetten van een vloeistofstroom in een gasstroom, en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het omzetten van een vloeistofstroom in een gasstroom, en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het omzetten van een vloeistofstroom in een gasstroom, waarbij de vloeistofstroom wordt geleid in een ruimte waarin de vloeistof verdampt en de aldus ontstane damp, gemengd met een draaggas wordt afgevoerd.

Dergelijke werkwijzen zijn bekend en worden bijvoorbeeld gebruikt, daar waar de betreffende gas- of dampstroom nodig is voor het uitvoeren van processen van chemische depositie, zoals die plaats hebben bij het maken van chips.

Een gebruikelijke methode voor het realiseren van een dergelijke omzetting is de z.g. bubbler-methode. Daarbij wordt in de, zich in een vat bevindende, te verdampen vloeistof, bijvoorbeeld Tetra Ethyl Orto Silicate - TEOS -, een draaggas - bijvoorbeeld zuurstof - geleid. Het draaggas veroorzaakt bellen in de vloeistof. Wanneer de vloeistof op een bepaalde hoge temperatuur wordt gehouden, zal in de - afgeslotenruimte boven het vloeistofoppervlak zich een mengsel vormen van draaggas en damp. Dit mengsel wordt dan afgevoerd en kan worden gebruikt bij bijvoorbeeld het genoemde depositie-proces.

Deze bekende methode heeft nadelen: de uittredende gasstroom - het mengsel dus - is niet continu en niet stabiel. Grote variaties m.b.t. stabiliteit en continuïteit kunnen optreden en zelfs zal een dergelijke stroom zo nu en dan geheel onderbroken worden door bijvoorbeeld gasin-sluitsels. De nadelen treden vooral naar voren wanneer wordt gewerkt met zwakke vloeistofstromen, zoals van 10 - 500 gram/uur.

De instabiliteit en de discontinuïteit worden vooral veroorzaakt doordat met betrekking tot die grootheden de temperatuur zo'n kritische parameter is, maar ook andere parameters beïnvloeden de beide grootheden in hoge mate; zoals de druk, de grootte van de bellen en de hoogte van het vloeistofniveau. Opgemerkt wordt nog dat deze bubbler-methode ook eventueel zonder het gebruik van een draaggas kan worden uitgevoerd. Echter: dan is een relatief hoge temperatuur - bij TEOS ca. 110ec - noodzakelijk,

De uitvinding betreft een werkwijze, waarbij de genoemde nadelen niet optreden en vertoont daartoe het kenmerk dat de vloeistof via een inlaat in een mengruimte wordt gebracht; dat een draaggasstroom wordt geleid direct langs de uitmonding van die inlaat in die ruimte, met een zodanige sterkte en zo dicht erlangs, dat zodra vloeistof de uitmonding verlaat, menging daarvan met het draaggas plaats heeft; dat het mengsel van draaggas en damp/gas de verdampingsruimte wordt ingeleid, waarin, eventueel onder het toevoeren van warmte, verdamping plaats heeft, en dat tenslotte die stroom de verdampingsruimte verlaat.

Essentieel is dat de stappen mengen en verdampen gecontroleerd en volledig plaats hebben. Daartoe wordt ervoor gezorgd, dat de vloeistof 'meteen', d.w.z. zonder eerst een lange weg te hoeven afleggen, wordt gemengd met het draaggas en dat de verdamping ook weer snel daarna gebeurt. Het is dan van belang dat zodra een te verdampen vloeistof verschijnt in de ruimte waar menging met het draaggas plaats heeft, die uitgebreid met het draaggas in kontakt moet kunnen treden. Het draaggas moet dus geleid worden naar en langs de plaats waar de vloeistof de mengruimte binnen komt en daarna moet het mengsel snel - dus bijvoorbeeld over een korte afstand verplaatst - in de verdampingsruimte worden gebracht.

Voor verdamping is warmte nodig. Afhankelijk van de te verdampen vloeistof en van de hoeveelheid, moet daartoe warmte óf extra worden toegevoerd óf kan die zonder ongewenste gevolgen aan de omgeving worden onttrokken.

De stabiliteit en de continuïteit van de gasstroom blijkt bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, minder dan 1% te variëren.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, is het van voordeel de vloeistof in de mengruimte te brengen met behulp van een regelventiel en wordt het mengsel onder druk naar de verdampingsruimte getransporteerd. Uiteraard zullen indien meer dan één vloeistof in de mengruimte wordt gebracht, meer regelventielen worden gebruikt: voor ieder der vloeistoffen één. De druk waaronder het mengsel in de verdampingskamer wordt gebracht, wordt opgebouwd met behulp van een spuitmond die de uitgang van de mengruimte vormt.

Vloeistoffen waarop de werkwijze volgens de uitvinding wordt toegepast zijn bijvoorbeeld: trimethylphospite (TMP) (GH30)3P; trimethyl-boraat (TMB; (CH30)3B); tetra-ethylorthosilicaat (TEoS; (CH3-CH2-0)4-Si. Als draaggas wordt bij alle drie zuurstof gebruikt en in gasvorm worden ze gebruikt bij de vervaardiging van halfgeleiders.

In een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij als vloeistof TEoS wordt gebruikt, werd gewerkt met een vloeistofstroom van 30 gram/uur en met een draaggasstroom van zuurstof, van 6 1/minuut. Om een goede verdamping te verzekeren, was aan toegevoerde warmte 10 J/s nodig (bij gebruik van TMP en TMB bleek extra warmtetoevoer niet nodig).

Een ander type vloeistof waarvoor de werkwijze volgens de uitvinding is gebruikt, is TiCl.*, waarbij als draaggas waterstof wordt gebruikt. In gasvorm vindt deze stof toepassing bij het harden van metalen, bijvoorbeeld van beitels van draaibanken.

De uitvinding omvat ook een inrichting, waarmee de werkwijzen als hiervoor beschreven, kunnen worden uitgevoerd. Zo'n inrichting bevat een toevoer voor de vloeistof in een ruimte waarin verdamping en vermenging met een draaggas plaats heeft en is voorzien van een uitvoer voor het mengsel van damp en draaggas. De inrichting is daardoor gekenmerkt dat de toevoer van de vloeistof bestaat uit een of meer regelven-tielen uitmondend in een mengruimte, dat middelen aanwezig zijn om het draaggas in die ruimte direct langs die uitmonding te geleiden, met een zodanige massastroom dat daar ter plaatse volledige menging van de vloeistof met het draaggas plaatsvindt, dat middelen aanwezig zijn om vanuit de mengruimte de stroom te geleiden naar een verdampingsruimte waarin, eventueel onder toevoering van warmte, de verdamping plaats heeft en van waaruit het mengsel van draaggas en damp de inrichting verlaat, waarbij het ventiel, resp. de ventielen, de mengruimte en de verdampingsruimte één mechanische eenheid vormen.

Dit laatste is essentieel om de 'korte wegen' naar de mengruimte en vandaar naar de verdampingsruimte te realiseren.

Een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de inrichting bestaat uit een container met in een wand een eerste doorvoer voor het ventiel, met in een wand een tweede doorvoer voor de geleiding van het draaggas tot direct bij die eerste doorvoer, met in bij voorkeur circa het verlengde van die eerste doorvoer een in hoofdzaak buisvormig deel dat als mengruimte dient en dat via een spuitmond uitmondt in een afgesloten verdampingsruimte, waarvan een wand is voorzien van een uitvoeropening voor het mengsel van draaggas en damp/gas. De verdamper eenheid kan in serie worden gebruikt, waarbij de gas/damp stroom van de eerste als draaggas voor een volgende gebruikt wordt.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin*.

Fig.l schematisch een bekende inrichting toont voor het omzetten van de vloeistofstroom in een gasstroom;

Fig.2 schematisch het gedeelte van een inrichting volgens de uitvinding aangeeft, waar de menging van de vloeistof met het draaggas plaats heeft;

Fig.3 schematisch een uitvoeringsvorm toont van een inrichting volgens de uitvinding.

In de bekende inrichting als getoond in Fig.l - een zogenaamde 'bubbler'-installatie - wordt via een doseermechanisme 1 in de richting van de pij 1 2 het draaggas via de leiding 3 toegevoerd aan een vat 4 waarin zich de te verdampen vloeistof 5 bevindt. In het vat 4 vindt menging plaats van het draaggas met de vloeistof 5 en vindt ook de verdamping plaats. Met behulp van een daartoe in het vat aanwezig ver-warmings-regelmechanisme 7 wordt er voor gezorgd dat die hoeveelheid warmte wordt toegevoerd, die gewenst is om de verdamping te doen plaats hebben. Het mengsel van draaggas en damp/gas dat ontstaat, wordt opgevangen boven het oppervlak van de vloeistof 5 en wordt via een uit-gangsleiding 8 en een doseermechanisme 9 geleid naar de plaats waar de damp nodig is.

De op deze bekende wijze gegenereerde stroom van het mengsel die de inrichting verlaat is niet stabiel en continu.

Figuur. 2 toont schematisch een essentieel deel van de inrichting volgens de uitvinding en wel'dat deel, waarin het draaggas wordt toegeleid naar de uitmonding van een ventiel in de mengruimte. Een draaggas 10 stroomt in de richting van de pijl de mengruimte 11 binnen. In die mengruimte 11 stroomt via de ventielmond 12 de te verdampen vloeistof. Doordat het draaggas nauwkeurig naar de ventielmond wordt geleid, zal zodra vloeistof door de ventielmond in de mengruimte 11 dreigt te 'vallen', die vloeistof worden 'opgepakt' door het draaggas en daarmee volledig worden gemengd. Het aldus verkregen mengsel wordt dan in de richting van de pijl 13 naar de verdampingsruimte gevoerd.

Figuur 3 geeft meer in detail een schets van een inrichting volgens de uitvinding. De container 14 heeft in een wand een opening 15, waardoorheen in de richting van de pijl draaggas 16 stroomt naar de mengruimte 17. Het draaggas 16 wordt geleid tot vlak onder de uitlaat-opening 14 van het ventiel 19 (in het algemeen een magnetisch bediend ventiel), die door een doorvoeropening in een wand van de container 14 in de mengruimte 17 uitmondt. Opgemerkt wordt, dat hoewel in de teke ning slechts één ventiel is getekend, een inrichting volgens de uitvinding meer inlaatventielen kan hebben, waardoorheen verschillende vloeistoffen in de mengruimte kunnen worden gebracht.

In de mengruimte 17 vindt de volledige menging plaats. Het mengsel stroomt dan het in hoofdzaak buisvormige deel 20 in volgens pijl 21. Via het spuitstuk 22 wordt het mengsel dan - zie pijl 23 - in de verdamp ingsruimte 24 gespoten. In die ruimte vindt de verdamping dan plaats en van daaruit wordt het mengsel van draaggas en damp naar de plaats van bestemming gevoerd.

Claims (4)

1. Werkwijze voor het omzetten van een vloeistof stroom in een gasstroom, waarbij de vloeistofstroom wordt geleid in een ruimte waarin de vloeistof verdampt en de aldus ontstane damp, gemengd met een draag-gas wordt afgevoerd, met het kenmerk dat de vloeistof via een inlaat in een mengruimte wordt gebracht; dat een draaggasstroom wordt geleid direct langs de uitmonding van die inlaat in die ruimte, met een zodanige sterkte en zo dicht erlangs, dat zodra vloeistof de uitmonding verlaat, menging daarvan met het draaggas plaats heeft; dat het mengsel van draaggas en damp/gas de verdampingsruimte wordt ingeleid, waarin, eventueel onder het toevoeren van warmte, verdamping plaats heeft, en dat tenslotte die stroom de verdamp ingsru imte ver1aat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de instroming van de vloeistof in de mengruimte plaats heeft via een of meer regelventielen en dat het mengsel onder relatief hoge druk in de verdampingsruimte wordt gebracht.

3. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1 of 2, bestaande uit een toevoer van de vloeistof in een ruimte waarin verdamping en vermenging met ‘een draaggas plaats heeft en voorzien van een uitvoer voor het mengsel van damp en draaggas met het kenmerk dat de toevoer van de vloeistof bestaat uit een of meer regelventielen uitmondend in een mengruimte, dat middelen aanwezig zijn om het draaggas in die ruimte direct langs die uitmonding te geleiden, met een zodanige massastroom dat daar ter plaatse volledige menging van de vloeistof met het draaggas plaatsvindt, dat middelen aanwezig zijn om vanuit de mengruimte de stroom te geleiden naar een verdampingsruimte waarin, eventueel onder toevoering van warmte, de verdamping plaats heeft en van waaruit het mengsel van draaggas en damp de inrichting verlaat, waarbij het ventiel, resp. de ventielen, de mengruimte en de verdampingsruimte één mechanische eenheid vormen.

4. Inrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk dat de inrichting bestaat uit een container met in een wand een eerste doorvoer voor het ventiel, met in een wand een tweede doorvoer voor de geleiding van het draaggas tot direct bij die eerste doorvoer, met in bij voorkeur circa het verlengde van die eerste doorvoer een in hoofdzaak buisvormig deel dat als mengruimte dient en dat via een spuitmond uitmondt in een afgesloten verdampingsruimte, waarvan een wand is voorzien van een uitvoeropening Voor het mengsel van draag-gas en damp/gas.