mit einer ringzylindrischen Reaktionskammer

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases mit einer ringzylindrischen Reaktionskammer.

Aus Offenlegungsschrift DE 1 557 222 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen gasförmiger Stoffe bekannt geworden. Ein Gas wird einer Mischzone durch ein Rohr zugeführt, wobei das erste Gas an der Wand des Zuführrohres in bestimmter Schichtstärke entlanggeführt und das andere Gas über einen Ringspalt des Zuführrohres im Wesentlichen radial in die Gasschicht eingeleitet wird.

Aus EP 1 160 355 Bl ist eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer verdampften, festen, metallorganischen Verbindung zur einem chemischen Dampfabscheidungssystem bekannt geworden, das einen länglichen, zylindrischen Behälter aufweist, der einen konstanten Querschnitt über die Länge des Zylinders besitzt, wobei dieser einen oberen Verschlussabschnitt, einen Bodenverschlussabschnitt und eine Einlass-und Auslasskammer aufweist, die miteinander in einer Fluidverbindung stehen und durch ein poröses Element voneinander getrennt sind. Der Einlas s erfolgt radial außenliegend, während der Auslas s zentral in dem zylindrischen Behälter erfolgt.

Aus WO 2007/057631 A2 ist ein Bubbler zum Bereitstellen von flüssigen oder festen metallorganischen Verbindungen bekannt geworden. Der Bubbler besitzt in einer ersten Ausgestaltung eine perforierte Scheibe, die mit einem Tauchrohr verbunden ist, das mit einer Einlas s Öffnung in Verbindung steht. Die Scheibe besitzt konzentrische Ringe von Austrittsöffnungen, durch die ein eingeführtes Gas in den Reaktionsraum austritt. Aus einer zweiten Ausgestaltung ist ein Bubbler mit einer zweigeteilten Reaktionskammer bekannt geworden, wobei das Gas über die perforierte Scheibe mit dem Tauchrohr beiden Teilen der Reaktionskammer zugeführt wird.

Aus WO 2004/010473 A2 ist ein Bubbler bekannt geworden, dessen Hauptkörper aus Aluminium besteht und eine erste innere Oberfläche, die mindestens einen Teil des Hohlraums bildet, begrenzt. Das zu reagierende Gas wird über ein Tauchrohr in den Bubbler eingeführt.

Aus US 6,270,839 Bl ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Gasgemisches bekannt, bei dem Gas mit einem Feststoff reagiert, wobei der Feststoff in schalenartigen Behältern gelagert ist. Die Behälter werden von unten mit dem Gas angeströmt, das aus dem Inneren der Schale abgeführt wird. Mehrere solcher Behälter sind kaskadenartig übereinander angeordnet.

Aus EP 2 730 675 AI ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gasgemisches bekannt geworden. Die Vorrichtung besitzt eine ringzylindrische Reaktionskammer, die von einer zylindrischen Innenwand und einer zylindrischen Außenwand sowie einem ringförmigen Kopfabschnitt und einem ringförmigen Bodenabschnitt begrenzt ist. Kopf- und Bodenabschnitt lassen einen von der Innenwand gebildeten Innenbereich frei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases dahingehend zu verbessern, dass mit möglichst einfachen Mitteln eine vollständige und gleichmäßige Durchmischung bzw. Reaktion mit einem Feststoff erzielt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases ist mit einer ringzylindrischen Reaktionskammer ausgestattet. Die Reaktionskammer wird von einer zylindrischen Innenwand und einer zylindrischen Außenwand sowie von einem ringförmigen Bodenelement und einem ringförmigen Kopfabschnitt begrenzt. Die Innen- und die Außenwand sind über Kopf- und Bodenabschnitt miteinander verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt mindestens eine zylindrische Trennwand, die ringförmig geschlossen ist und an einem Ende mit dem Kopfabschnitt oder dem Bodenabschnitt verbunden ist und mit ihrem anderen Ende einen Spalt zu dem Kopf- bzw. Bodenabschnitt bildet. Ist die Trennwand mit dem Kopfabschnitt verbunden, so bildet sie einen Spalt gegenüber dem Bodenabschnitt. Ist die Trennwand dagegen mit dem Bodenabschnitt verbunden, so bildet sie einen Spalt gegenüber dem Kopfabschnitt. Durch die mindestens eine Trennwand wird die Reaktionskammer in mindestens zwei Teilvolumina unterteilt. Durch den oder die Spalten strömt das Gas bei seiner Reaktion in der Reaktionskammer, wobei bevorzugt eine Reaktion mit einem in die Reaktionskammer eingebrachten Feststoff erfolgt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung sind mindestens zwei zylindrische Trennwände vorgesehen, von denen eine erste Trennwand mit dem Kopfabschnitt und eine zweite Trennwand mit dem Bodenabschnitt verbunden ist. Benachbarte Trennwände sind stets an einander gegenüberliegenden Kopf- /Bodenabschnitten angeordnet, so dass das reagierende Gas nacheinander einen Spalt am Bodenabschnitt und danach einen Spalt am Kopfabschnitt oder umgekehrt durchlaufen muss. Hierdurch legt das Gas lange Wege in der Reaktionskammer zurück.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Trennwand zwischen Außenwand und zweiter Trennwand angeordnet. Dies bedeutet, dass das radial am weitesten außenliegende Teilvolumen einen Spalt zum Übergang für das nächste Teilvolumen am Bodenabschnitt besitzt.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist eine dritte Trennwand vorgesehen, die ebenso wie die erste Trennwand mit dem Kopfabschnitt verbunden ist. Die dritte Trennwand ist zwischen zweiter Trennwand und Innenwand angeordnet. Das durch die dritte Trennwand gebildete Teilvolumen ist das radial am weitesten innenliegende Teilvolumen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Einlas s Öffnung in dem Kopfabschnitt in einem Bereich zwischen erster Trennwand und Außenwand vorgesehen. Über die Einlassöffnung kann mit Hilfe von entsprechenden Einlassanschlüssen Gas eingebracht werden, wobei das Gas in einem ersten Teilvolumen entlang der Außenwand strömt und im Bereich des Bodenabschnitts, wo sich beispielsweise der Feststoff befindet, in das nächste Teilvolumen übertritt.

Eine Auslassöffnung ist bevorzugt in dem Kopfabschnitt zwischen Innenwand und zweiter oder dritter Trennwand vorgesehen. Bevorzugt befindet sich die Auslassöffnung bei einer Ausgestaltung mit zwei Trennwänden zwischen der zweiten Trennwand und der Innenwand, während bei einer Ausgestaltung mit drei Trennwänden die Auslassöffnung zwischen Innenwand und dritter Trennwand angeordnet ist. Durch die Anordnung der Auslassöffnung im Bereich der Innenwand wird sichergestellt, dass das Gas die gesamte Reaktionskammer durchläuft. Ferner liegen bevorzugt Einlass- und Auslassöffnung diametral einander gegenüber, so dass auch in radialer Richtung eine homogene Ausbreitung des Gases erfolgt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens eine Einfüllöffnung in dem Kopfabschnitt im Bereich zwischen erster und dritter Trennwand vorgesehen. Über die Einfüllöffnung kann ein Feststoff in die Vorrichtung eingebracht werden. Auch ist es möglich, die Einfüllöffnung zur Inspektion der Reaktionskammer und/oder zur Reinigung dieser zu verwenden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Trennwände derart angeordnet, dass die durch die Trennwände abgetrennten Teilvolumina in radialer Richtung von außen nach innen kleiner werden, bevorzugt die Teilvolumina, deren Spalt am Bodenabschnitt liegt. Dies bedeutet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases auf dem Weg von außen nach innen größer wird. Die Sättigung des Gases erfolgt bei niedriger Flussgeschwindigkeit, also bevorzugt in dem radial außenliegenden Teilvolumen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind Kopf- und Bodenabschnitt als Scheiben, vorzugsweise flach ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht von der Seite,

Fig. 2 einen Blick von oben auf die Vorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 2, und Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Feststoffbubbler besitzt einen Grundkörper 10, der einen Reaktionsbehälter 12 und einen Fuß 14 aufweist. Der Fuß 14 ist als umlaufender Ring ausgebildet, der aus Gründen der Materialeinsparung Durchbrechungen 16 besitzt. Ein Feststoffbubbler ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases, bei der ein Gas an einem in der Reaktionskammer angeordneten Feststoff vorbeigeführt wird und reagiert mit diesem.

Der Reaktorbehälter 12 besitzt eine zylindrische Grundform, die in axialer Richtung von einem Bodenabschnitt 18 und einem Kopfabschnitt 20 begrenzt wird. Auf dem Kopfabschnitt 20 ist ein Einlassanschluss 22 mit entsprechender Einlas sarmatur 24 angeordnet. Der Einlassanschluss 22 ist radial außen auf dem Kopfabschnitt 20 angeordnet. Ein Auslas sanschluss 26 mit einer entsprechenden Auslassarmatur 28 ist radial weiter innenliegend auf dem Kopfabschnitt 20 angeordnet. Ein weiterer Anschluss 30 dient als Einfüllöffnung für einen Feststoff in den Innenraum des Reaktionsbehälters 12. Die Vorrichtung ist ferner mit einem vorstehenden Tragegriff 32 ausgestattet, der eine Handhabung des gesamten Feststoffbubblers gestattet.

Fig. 2 zeigt einen Blick von oben auf den Feststoffbubbler. Zu erkennen ist der Kopfabschnitt 20, der zentral eine Durchbrechung 34 aufweist. Ferner ist in Fig. 2 der Handgriff 32 zu erkennen, der teilweise die Einlas sarmatur 24 verdeckt. Die Auslassarmatur 28 ist radial innenliegend nahe der Durchbrechung 34 angeordnet. Über einen abgewinkelten Abschnitt ist in der Draufsicht der Auslas sanschluss 26 radial weiter außenliegend angeordnet. Ferner sind in Fig. 2 zwei Einfüllöffnungen 30, 30' vorgesehen, über die ein Feststoff in die gewünschten Bereiche der Reaktionskammer gebracht werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B auf Fig. 2. Geschnitten dargestellt sind die Einlassöffnungen 30, 30', die durch den Kopfabschnitt in die Reaktionskammer führen. Die Reaktionskammer wird in radialer Richtung außenliegend durch eine kreiszylindrische und geschlossene Außenwand 36 begrenzt. Zusammen mit der kreiszylindrischen und geschlossenen Innenwand 38 entsteht so die Reaktionskammer als kreiszylindrischer Abschnitt. Die Innenwand 38 umschließt einen Innenbereich 40, der in axialer Richtung über die Durchbrechung 34 im Kopfabschnitt und eine Durchbrechung 42 im Fußabschnitt 18 zugänglich ist.

In der Reaktionskammer sind drei konzentrisch angeordnete Trennwände 44, 46, 48 vorgesehen. Die erste Trennwand 44 ist mit dem Kopfabschnitt 20 verbunden und bildet einen ersten Spalt 50 gegenüber dem Bodenabschnitt 18. Die zweite Trennwand 46 ist mit dem Bodenabschnitt 18 verbunden und bildet einen zweiten Spalt 52 gegenüber dem Kopfabschnitt 20. Die dritten Trennwand 48 ist, wie die erste Trennwand 44, mit dem Kopfabschnitt 20 verbunden und bildet einen dritten Spalt 54 gegenüber dem Bodenabschnitt 18.

Wie in Fig. 3 zu erkennen, besitzen die Außenwand 36 und die erste Trennwand 44 ein erstes Teilvolumen, das über einen ersten Spalt 50 mit einem zweiten Teilvolumen verbunden ist. Das zweite Teilvolumen wird von der ersten Trennwand 44 und der zweiten Trennwand 46 begrenzt. Ein zweiter Spalt 52, der größer als der erste Spalt und größer als der dritte Spalt ist, verbindet das zweite Teilvolumen mit einem dritten Teilvolumen. Das dritte Teilvolumen wird begrenzt von der zweiten Trennwand 46 und der dritten Trennwand 48. Über einen dritten Spalt 54, der durch das Bodenelement 18 begrenzt ist, geht das dritte Teilvolumen in das vierte, von Innenwand 38 und dritter Trennwand 48 begrenzte Teilvolumen über. Über das vierte Teilvolumen kann mit der Auslassöffnung 26 das Gas der Reaktionskammer entnommen werden.

Die Abmessungen der Teilvolumina sind, wie in Fig. 3 zu erkennen, so, dass das Volumen, insgesamt betrachtet, für das erste Teilvolumen am größten ist, das Gas dort am langsamsten strömt. Im zweiten Teilvolumen strömt das Gas schneller aufgrund des geringen Abstands zwischen erster und zweiter Trennwand. Das dritte Teilvolumen ist kleiner als das erste Teilvolumen, so dass das Gas, hier verglichen zum ersten Teilvolumen, schneller strömt. Durch die Teilvolumina und die Trennwände wird eine möglichst lange Sättigungsstrecke bei kompakten Außenabmessungen erreicht.

Fig. 4 zeigt den Schnitt entlang der Linie A-A, wobei hier die Einlas s Öffnung 22 in das erste Teilvolumen deutlich zu erkennen ist.

Durch die Verwendung der Trennwände entsteht in der Reaktionskammer ein rotations symmetrisches Kammersystem, durch welches ein Trägergas ström mit zunehmender Durchflussgeschwindigkeit geleitet wird. Die Sättigung tritt dabei vorwiegend in dem ersten Teilvolumen ein, das das größte Volumen innerhalb der Reaktionskammer bildet. In Richtung zu kleinerem Durchmesser, also radial einwärts, wird die Flussgeschwindigkeit des Gases größer und die verbleibende Notwendigkeit zur Sättigung geringer. Die einzelnen Kammervolumina werden mit einem Füllgrad von 90 % befüllt und leeren sich von außen nach innen.

Der Kopfabschnitt ist als Dreh-Fräskomponente ausgeführt und mit den Anschlüssen für Einlas sventil, Auslassventil und Einfüllöffnung ausgestattet. Auch können mehrere Ports vorgesehen sein, die zur Inspektion der Reaktionskammer nach Fertigung oder Instandsetzung/Reinigung dienen. Die Befüllung der Reaktionskammer kann über diese ebenfalls überprüft werden. Die Ports sind bevorzugt als Male-Face-Seal-Anschlüsse ausgeführt und werden durch Entfernen der Muttern/Ventile zugänglich.

Bezugszeichenliste

10 Grundkörper

12 Reaktorbehälter

14 Fuß

16 Durchbrechungen

18 Bodenabschnitt

20 Kopfabschnitt

22 Einlassanschluss

24 Einlas sarmatur

26 Auslassanschluss

28 Auslassarmatur

30 Anschluss / Einfüllöffnung

30' Einfüllöffnung

32 Tragegriff

34 Durchbrechung

36 Außenwand

38 Innenwand

40 Innenbereich

42 Durchbrechung

44 erste Trennwand

46 zweite Trennwand

48 dritte Trennwand

50 erster Spalt

52 zweiter Spalt

54 dritter Spalt