Brevet FR2636707A1 — publié le 19900323

Système antiretour de fluide à débit continu'. La présente invention concerne un système antiretour de fluide comportant un dispositif constitué par une enceinte contenant un liquide inerte vis à vis dudit fluide, un tube d'arrivée de fluide dont l'extrémité, en l'absence de débit de fluide, plonge dans le liquide, et un tube de départ de fluide puisant le fluide dans l'enceinte au-dessus du niveau du li- quide. Les dispositifs antiretour & liquide correspondant au préambule cidessus sont bien connus. Ils sont basés sur le fait que, grâce à la différence de section importante entre le tube d'arrivée et l'enceinte, le passage d'un gaz du tube d'arrivée vers l'enceinte au travers du liquide sous forme de bulles est possible sous faible pression, alors qu'une pres- sion en sens inverse ferait monter le liquide assez haut dans le tube d'arrivée pour créer une contre pression importante. Néanmoins, dans ces dispositifs, le passage du gaz se fait au moyen de bulles, c'est-à-dire de façon saccadée, et ceci présente des inconvénients, notamment en induisant-des sauts de pression irréguliers et importants dans la colonne de _ gaz aussi bien en aval qu'en amont du dispositif. En outre le brassage du liquide par le gaz n'est pas toujours souhaitable. Un tel système est utilisé notamment dans des ins- tallations pour la fabrication de semiconducteur par épitaxie en phase gazeuse. Dans ces installations, on emploie des gaz réactants contenant des hydrures toxiques. A la sortie du réacteur d'épitaxie, il reste des hydrures non utilisés dans le gaz d'échappement, et on nettoie ce dernier en l'amenant dans une colonne de lavage o il croise des jets de liquide contenant par exemple des bromates, cas dans lequel il y a dé- gagemenrt de brome, qui pourrait remonter dans les canalisa- tions vers le réacteur avec des effets très destructeurs. On place donc un système antiretour sur la canalisation allant du réacteur vers la colonne de lavage. S'il a des irrégulari- tés de pression en amont de ce système, cela provoque des ir- régularités dans la composition du gaz réactant au contact des plaquettes de semiconducteur en cours de traitement dans le réacteur, et on observe alors des défauts d'homogénéité sur ces plaquettes. Le but de l'invention est donc d'obtenir un débit continu et régulier du fluide. Ce résultat est atteint du fait que l'enceinte est munie d'une paroi interne possédant un bord libre inférieur qui plonge dans le liquide plus profondément que l'extrémité du tube d'arrivée, et sépare ainsi deux volumes tels que le premier contient l'extrémité du tube d'arrivée alors que le second en est séparé par la paroi, que ces deux volumes commu- niquent entre eux via un organe provoquant une perte de charge lors d'un débit de fluide, et que le tube de sortie communique directement avec le second volume, de façon que, pour un débit approprié de fluide, le niveau du liquide descende dans le premier volume en-dessous de l'extrémité du tube d'arrivée, tout en restant au-dessus du bord libre de la paroi. La différence de niveau de liquide entre les deux volumes dépend de la perte de charge et donc du débit du flui- de. Il est donc avantageux, dans le cas o ce débit n'est pas constant, de prévoir une possibilité du réglage de la perte de charge. A titre de précaution ultime, pour éviter la pollu- tion du second volume par un retour de gaz dans le cas o le débit de fluide s'annulerait, le tube de sortie est muni d'une prise pour y injecter un gaz neutre. Dans le cas d'utilisation de ce système entre la sortie d'un four d'épitpxie et l'entrée d'une colonne de lava- ge, l'enceinte et la paroi sont avantageusement faites en ver- re pyrex et le liquide est de l'huile de vaseline. Il arrive que l'orifice d'entrée de la colonne de lavage s'encrasse et finisse par se boucher. Afin d'éviter tout problème dans ce cas avec le système antiretour, ce der- nier comporte en aval dudit dispositif un deuxième dispositif, constitué par une enceinte contenant un liquide inerte vis à vis dudit fluide, avec un tube d'arrivée de fluide dont l'ex- trémité est située juste au dessus de la surface du liquide, -enceinte munie d'une paroi interne possédant un bord libre in- férieur qui plonge dans le liquide et sépare ainsi deux volu- mes tels que le premier contient l'extrémité du tube d'arrivée alors que le second en est séparé par la paroi, le premier vo- lume étant mis en communication avec la colonne de lavage, alors que le deuxième volume est mis en communication avec l'air libre extérieur. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs fera bien con- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en coupe un système antire- tour selon l'invention. La figure 2 représente très schématiquement cinq variantes de réalisation d'un dispositif utilisé dans l'inven- tion. Le dispositif décrit ici à titre d'exemple est uti- lisé à la sortie d'un réacteur d'épitaxie industriel, dont les gaz d'échappement sont lavés dans une colonne de lavage avec production de vapeur de brome qui risque de remonter vers le réacteur en cas de coupure du flux du gaz d'échappement. Le dispositif principal est représenté à gauche sur la figure 1. Il comporte une enceinte sensiblement cylindrique contenant un liquide 6, qui est ici de l'huile de vaseline. Le fluide mentionné plus haut est constitué ici par les gaz d'é- chappement du réacteur qui entrent à la partie supérieure -par l'orifice référencé 'in', et aboutissent dans l'enceinte par un tube d'arrivée de fluide 3. En l'absence de débit la hau- teur de la surface du liquide est indiquée par la ligne en pointillé sur le dessin. Le tube d'arrivée 3 plonge alors dans le liquide. Un ajutage 9 relié à un tube de départ de fluide 14 puise les gaz dans l'enceinte au-dessus du liquide 6. Une paroi interne 4 possédant un bord libre infé- rieur 5 plonge dans le liquide 6. Le bord libre 5 est situé plus bas que l'orifice du tube d'amenée de gaz 3. Cette paroi 4 est sensiblement cylindrique et entoure le tube 3; elle sé- pare ainsi deux volumes 1, 2 tels que le volume 1 contient l'extrémité du tube d'arrivée 3 alors que le volume 2 en est séparé par la paroi 4. Un tube 8 débouchant dans le volume 1 est relié à l'ajutage 9 et donc volume 2. Sur ce tube est inséré un robi- net 7 qui est normalement à demi fermé pour restreindre la section de passage. L'enceinte, la paroi 4, le tube 3, l'ajutage 9, le tube 8 et le robinet 7 sont tous réalisés ici en verre pyrex. En régime permanent le gaz qui entre en "in' passe successivement par le tube 3, le volume 1, le tube 8 et le ro- binet 7 et enfin est évacué par le tube 14. La perte de charge introduite par le robinet 7 crée une différence de pression entre le volume 1 et le volume 2, ce qui entraine que le liquide monte dans le volume 2 et descend dans le volume 1, libérant l'extrémité du tube 3 et évitant ainsi la production de bulles. Le liquide a alors la position indiquée par des hachures sur le dessin, sa surface étant indiquée par une ligne continue. Aucun débit ne passe dans l'ajutage 9 puisque le volume 2 est fermé à sa partie inférieure par le liquide 6. La perte de charge doit être telle qu'elle crée une différence de hauteur appropriée. Donc si le débit de fluide est variable, la perte de charge doit être ajustée en fonction de ce débit pour avoir toujours une différence de hauteur correcte. Par contre dans le cas o le débit est fixé et permanent, la perte de charge peut être fixe, par exemple provoquée par un simple gicleur calibré. Inversement dans le cas d'installation de production de gros volume o un investissement plus élevé est justifié, le dispositif 7 peut être un détendeur procurant une différence de pression maintenue automatiquement constante. Bien entendu beaucoup de variantes de réalisation sont possibles et ne sortent pas du cadre de l'invention. Cinq d'entre elles sont indiquées à la figure 2. Les représenta- tions y sont très schématiques, mais néanmoins suffisantes pour que l'homme du métier comprenne comment elles sont réali- sées. Les volumes 1, 2 sont indiqués sur chaque dessin. Les variantes a, b, c présentent une enceinte sen- siblement cylindrique, et la paroi est également cylindrique et entoure le tube d'arrivée. Dans la variante a, la perte de charge est réalisée par un trou calibré 70 entre les volumes 1 et 2. La variante b est très voisine de celle de la figure 1, sauf que le tube 9 est très fin puisque aucun débit n'y est prévu. Dans la variante e, le tube 14 débouche directement dans le volume 2 indépendamment de l'organe 7 créant une perte de charge. Les variantes d et e ont une enceinte de section horizontale rectangulaire avec une paroi interne plane reliant deux faces de l'enceinte situées en vis à vis. Dans la varian- te d, la perte de charge 7 est agencée sensiblement comme cel- le de la figure 1 et dans la variante e elle est constituée.. par un trou calibré 70 et le tube de départ est directement branché sur le volume 2. Sur la figure 1, un ajutage 15 est relié au tube 8 du côté du robinet relié à la sortie des gaz 14. Par cet aju- tage est introduit un gaz neutre (par exemple de l'azote, de l'argon, de l'hélium, de l'hydrogène) avec un débit réduit,_- mais néanmoins suffisant pour que, lorsqu'on arrête -e-réac- teur et le débit de gaz principal, le petit débit de ce gaz neutre demeure et empêche les remontées dans le tube 14 vers le volume 2. La partie inférieure de la paroi 4 se rétrécit jus- te au dessus de l'orifice du tube 3 et se termine par une par- tie de diamètre plus faible. Ceci à pour but de faciliter -l'éclatement de bulles remontant vers le volume 1 dans le cas o, par suite d'un incident, une surpression serait présente du côté de la sortie. Enfin le dispositif 1-9 est suivi d'un deuxième dispositif de constructions voisines 10-13. Ce deuxième dispo- sitif ne comporte pas de communication 8 munie d'un étrangle- ment 7 entre les deux volumes référencés ici 10 et 20, corres- pondant respectivement aux volumes 1 et 2 dans le dispositif de gauche. En outre le niveau du liquide est ajusté plus bas que dans le dispositif de gauche de façon que le tube 11 dé- bouche en permamence au-dessus du liquide. Le volume 10 communique avec la sortie *ex* vers la colonne de lavage, et le volume 20 communique avec l'air libre extérieur par l'orifice 13. Dans le cas o l'entrée de la co- lonne de lavage serait bouchée et rendrait donc impossible un débit par l'orifice "ex", le gaz pourrait néanmoins s'échapper par l'orifice 13 en faisant des bulles dans le liquide, et évitant ainsi une trop forte surpression dans la canalisation 14 et un blocage du débit du fluide dans le dispositif de gau- che. REVENDICATIONS: 1. Système antiretour de fluide comportant un disposi- tif constitué par une enceinte contenant un liquide inerte vis à vis dudit fluide, un tube d'arrivée de fluide dont l'extré- mité, en l'absence de débit de fluide, plonge dans le liquide, et un tube de départ de fluide puisant le fluide dans l'en- ceinte au-dessus du niveau du liquide, caractérisé en ce que l'enceinte est munie d'une paroi interne (4) possédant un bord libre inférieur qui plonge dans le liquide plus profondément que l'extrémité du tube d'arrivée (3), et sépare ainsi deux volumes tels que le premier (1) contient l'extrémité du tube d'arrivée alors que le second (2) en est séparé par la paroi, en ce que ces deux volumes communiquent entre eux via un orga- ne (7) provoquant une perte de charge lors d'un débit de flui- de, et en ce que le tube de sortie (14) communique directement avec le second volume, de façon que, pour un débit approprié de fluide, le niveau du liquide descende dans le premier volu- ne en-dessous de l'extrémité du tube d'arrivée, tout en res- tant au-dessus du bord libre de la paroi. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe (7) provoquant une perte de charge est réglable, en ce qui concerne la perte de charge. 3. Système selon l'une des revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le tube de sortie (14) est muni d'une pri- se pour y injecter un gaz neutre. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi interne (4) est cylindri- que et entoure le tube d'arrivée. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en-ce que la partie de la paroi interne cylindrique voisine du bord libre se rétrécit et se termine par une partie de diamètre plus faible au niveau du bord livre. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est connecté entre la sortie des gaz réactants d'un réacteur d'épitaxie et l'entrée d'une colonne de lavage des gaz. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enceinte et la paroi sont réalisées en verre pyrex. 8. Système selon l'une des revendication 6 ou 7, ca- ractérisé en ce que le liquide est de l'huile de vaseline. 9. Système antiretour selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en aval dudit dispositif un deuxième dispositif, constitué par une en- ceinte contenant un liquide inerte vis à vis dudit fluide, avec un tube d'arrivée de fluide (11) dont l'extrémité est si- tuée juste au dessus de la surface du liquide, enceinte munie d'une paroi interne (12) possédant un bord libre inférieur qui plonge dans le liquide et sépare ainsi deux volumes tels que le premier contient l'extrémité du tube d'arrivée alors que le second en est séparé par la paroi, un tube puisant le fluide dans le premier volume pour l'amener à la colonne de lavage, alors que le deuxième volume est mis en communication avec l'air libre extérieur.