本發(fā)明涉及一種輻射燃燒器(radiantburner)和方法。

背景技術(shù)：

輻射燃燒器是已知的并且典型地用于處理來自在例如半導(dǎo)體或平板顯示器制造工業(yè)中使用的制造加工工具的流出氣體流。在該制造期間，剩余的全氟化合物(pfc)和其他的化合物在從加工工具泵送的流出氣體流中存在。pfc難于從流出氣體中移除并且它們釋放到環(huán)境中是不期望的，因為它們已知具有相對高的溫室活度。

已知的輻射燃燒器使用燃燒以將pfc和其他的化合物從流出氣體流中移除。典型地，流出氣體流是含有pfc和其他的化合物的氮氣流。燃料氣體與流出氣體流混合并且該氣體流混合物運輸?shù)饺紵抑校撊紵覀?cè)向上由打孔(foraminous)氣體燃燒器的退出表面包圍。燃料氣體和空氣同時供應(yīng)到打孔燃燒器以影響在退出表面處的無火焰的燃燒，其中經(jīng)過穿過打孔燃燒器的空氣的數(shù)量足以消耗不只供應(yīng)到燃燒器的燃料氣體，還有注射到燃燒室中的在氣體流混合物中的所有可燃物。

盡管存在用于處理流出氣體流的技術(shù)，該技術(shù)中的每個具有它們自己的缺點。因此，期望的是，提供一種改善的用于處理流出氣體流的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，提供了一種輻射燃燒器，以用于處理來自制造加工工具的流出氣體流，輻射燃燒器包括：燒結(jié)金屬纖維套管，通燃燒材料經(jīng)過其以用于接近燒結(jié)金屬纖維套管的內(nèi)燃燒表面的燃燒；以及絕緣套管，其圍繞燒結(jié)金屬纖維套管，并且燃燒材料經(jīng)過該絕緣套管。

第一方面認(rèn)知到，為了改善流出流的加工或消除的能量效率，可期望的是，輻射燃燒器在加工工具不活動的時期(這典型地出現(xiàn)在加工的空轉(zhuǎn)步驟期間)期間熄火。然而，第一方面也認(rèn)知到，這些空轉(zhuǎn)步驟可以是頻繁的并且具有短暫的持續(xù)時間，并且這樣的快速循環(huán)能夠?qū)е卢F(xiàn)有的輻射燃燒器套管或襯管由于破裂的過早的失效。

因此，可提供輻射燃燒器。輻射燃燒器可處理或消除從制造加工工具發(fā)射的或排氣的流出氣體流。輻射燃燒器可包括金屬纖維套管，該金屬纖維套管可以是燒結(jié)的。燃燒材料可經(jīng)過金屬纖維套管以便接近或鄰近金屬纖維套管的內(nèi)燃燒表面燃燒。輻射燃燒器也可包括絕緣套管。絕緣套管可圍繞或至少部分地包圍金屬纖維套管。燃燒材料也可經(jīng)過絕緣套管以到達金屬纖維套管。以該方式，提供有輻射燃燒器，該輻射燃燒器不由于由頻繁的空轉(zhuǎn)步驟導(dǎo)致的快速循環(huán)而破裂，在該空轉(zhuǎn)步驟期間燃燒器熄火。而且，通過提供絕緣套管，在輻射燃燒器內(nèi)的溫度和輻射燃燒器的外表面的溫度保持成與現(xiàn)有的陶瓷燃燒器是可比較的。這使輻射燃燒器能夠作為現(xiàn)場可替換單元(line-replaceableunit)替代現(xiàn)有的陶瓷燃燒器，該現(xiàn)場可替換單元在加工工具不活動的這樣的頻繁的并且短暫持續(xù)時間的時期期間不遭受破裂。

在一個實施例中，燒結(jié)金屬纖維套管具有80-90%的孔隙率。

在一個實施例中，燒結(jié)金屬纖維套管具有150-300cc/min/cm²的空氣滲透率。

在一個實施例中，燒結(jié)金屬纖維套管具有690-1110kg/m³的密度。

在一個實施例中，絕緣套管是陶瓷纖維氈。

在一個實施例中，絕緣套管具有100-150kg/m³的密度。

在一個實施例中，絕緣套管具有在燃燒材料經(jīng)過其中時提供40-60pa的壓力降的密度。

在一個實施例中，燒結(jié)金屬纖維套管同中心地保持在絕緣套管內(nèi)。

在一個實施例中，輻射燃燒器包括可操作成保持燒結(jié)金屬纖維套管和絕緣套管的支撐件。

在一個實施例中，絕緣套管同中心地保持在支撐件內(nèi)。

在一個實施例中，燒結(jié)金屬纖維套管包括周向地延伸的褶狀物。提供褶狀物有助于在不同的溫度下適應(yīng)在燒結(jié)金屬纖維套管的尺寸中的改變。

在一個實施例中，輻射燃燒器包括與燒結(jié)金屬纖維套管熱耦合并且可操作成提供燒結(jié)金屬纖維套管的溫度的標(biāo)示的溫度傳感器。因此，可提供金屬纖維套管的溫度的標(biāo)示以便能夠確定輻射燃燒器的運行溫度。

在一個實施例中，溫度傳感器與燒結(jié)金屬纖維套管在外表面上熱耦合。因此，溫度傳感器可設(shè)在由金屬纖維套管限定的燃燒室外面，以便保護溫度傳感器免于在燃燒室內(nèi)的材料損害。

在一個實施例中，輻射燃燒器包括源，其可操作成以響應(yīng)于溫度而選擇的多個混合率中的一個來供應(yīng)燃燒材料。因此，燃燒材料的混合率可響應(yīng)于溫度而變化，以便使輻射燃燒器的運行條件和/或溫度最優(yōu)化。

在一個實施例中，當(dāng)燒結(jié)金屬纖維套管的溫度未能超越運行溫度時，源可操作成以基本上化學(xué)計量的混合率供應(yīng)燃燒材料。因此，可提供化學(xué)計量的或富燃料(fuel-rich)的混合率以便改善輻射燃燒器的預(yù)熱時間。

在一個實施例中，當(dāng)燒結(jié)金屬纖維套管的溫度超越運行溫度時，源可操作成以基本上貧混合率供應(yīng)燃燒材料。因此，一旦已經(jīng)達到適當(dāng)?shù)倪\行條件，燃料容量可減少。

根據(jù)第二方面，提供了一種運行用于處理來自制造加工工具的流出氣體流的輻射燃燒器的方法，該方法包括：確定輻射燃燒器的燒結(jié)金屬纖維套管的外表面的溫度，燃燒材料經(jīng)過該燒結(jié)金屬纖維套管以用于接近燒結(jié)金屬纖維套管的內(nèi)燃燒表面的燃燒；并且以響應(yīng)于溫度而選擇的多個混合率中的一個來供應(yīng)燃燒材料。

在一個實施例中，當(dāng)燒結(jié)金屬纖維套管的溫度未能超越運行溫度時，供應(yīng)包括以基本上化學(xué)計量的混合率供應(yīng)燃燒材料。

在一個實施例中，當(dāng)燒結(jié)金屬纖維套管的溫度超越運行溫度時，供應(yīng)包括以基本上貧混合率供應(yīng)燃燒材料。

在一個實施例中，供應(yīng)包括以基本上化學(xué)計量的混合率供應(yīng)燃燒材料達選擇的時間周期。

在一個實施例中，供應(yīng)包括在選擇的時間周期到期后以基本上貧混合率供應(yīng)燃燒材料。

在實施例中，輻射燃燒器包括第一方面的特征。

此外特別的和優(yōu)選的方面在所附獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中展示。從屬權(quán)利要求的特征可與獨立權(quán)利要求的特征適當(dāng)?shù)亟M合，并且以與在權(quán)利要求中明確地展示的那些不同的組合來組合。

在裝置特征描述為可操作成提供功能的地方，將認(rèn)識到的是，這包括提供了該功能或適合于或構(gòu)造成提供該功能的裝置特征。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖進一步描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：

圖1圖示了根據(jù)一個實施例的輻射燃燒器；以及

圖2更詳細地圖示了在圖1中示出的打孔燃燒器襯管的布置。

具體實施方式

在再更詳細地討論實施例前，首先將提供綜述。實施例提供了輻射燃燒器，其具體地適合于以所謂的“綠色模式”運行，其中燃燒器在加工工具不活動的時期期間(例如，在空轉(zhuǎn)步驟期間)熄火，這些時期可以是頻繁的并且具有短暫的持續(xù)時間。輻射燃燒器襯管具有由絕緣套管圍繞的燒結(jié)金屬纖維套管，其取代了典型的陶瓷輻射燃燒器襯管。燒結(jié)金屬纖維套管和絕緣套管的組合提供了輻射燃燒器，該輻射燃燒器相比于現(xiàn)有的輻射燃燒器在幾乎同樣的條件下運行并且?guī)в懈纳频男?，但是該輻射燃燒器能夠抵抗由于熱循環(huán)的震動。同樣，為了改善輻射燃燒器從冷卻中的預(yù)熱時間，可調(diào)整燃燒材料的混合以在正常的運行期間在回復(fù)到貧油的條件前使混合物富足。

輻射燃燒器-大體的構(gòu)造和運行

圖1圖示了根據(jù)一個實施例的輻射燃燒器，大體上8。輻射燃燒器8處理從制造加工工具(諸如半導(dǎo)體或平板顯示器加工工具)泵送的流出氣體流，典型地借助于真空泵送系統(tǒng)。流出流在入口10處被接收。流出流從入口10運輸?shù)絿娮?2，該噴嘴12將流出流注射到圓柱形的燃燒室14中。在該實施例中，輻射燃燒器8包括周向地布置的四個入口10，每個都運輸由相應(yīng)的真空泵送系統(tǒng)從相應(yīng)的工具泵送的流出氣體流。備選地，來自單個加工工具的流出流可分裂成多個流，該多個流中的每個被運輸?shù)较鄳?yīng)的入口。每個噴嘴12位于在陶瓷頂板18中形成的相應(yīng)的孔16內(nèi)，該陶瓷頂板18限定了燃燒室14的上表面或入口表面。燃燒室14具有由打孔燃燒器元件20的退出表面21限定的側(cè)壁，該打孔燃燒器元件20示意性地被圖示并且在圖2中更詳細地示出。燃燒器元件20是圓柱形的并且保持在圓柱形的外殼24內(nèi)。

氣室容積22限定在燃燒器元件20的進入表面和圓柱形的外殼24之間。燃料氣體(例如天然氣或碳氫化合物)和空氣的混合物經(jīng)由入口噴嘴被引進到氣室容積22中。燃料氣體和空氣的混合物從燃燒器元件的進入表面23經(jīng)過到燃燒器元件的退出表面21來用于在燃燒室14內(nèi)的燃燒。

燃料氣體和空氣的混合物的名義上的比率是變化的以將在燃燒室14內(nèi)的名義上的溫度變化到適用于待處理的流出氣體流的溫度。同樣，比率(燃料氣體和空氣的混合物以該比率被引進到氣室容積22中)被調(diào)整成使得混合物將在燃燒器元件20的退出表面21處在沒有可見的火焰的情況下燃燒。燃燒室40的排氣裝置15開啟以使燃燒產(chǎn)物能夠從輻射燃燒器8輸出。

因此，能夠看見的是，穿過入口10接收的并且由噴嘴12提供到燃燒室14的流出氣體在燃燒室14內(nèi)燃燒，該燃燒室14由在燃燒器元件的退出表面21附近燃燒的燃料氣體和空氣的混合物加熱。這樣的燃燒導(dǎo)致室14的加熱并且將燃燒產(chǎn)物(例如氧氣，典型地帶有7.5%到10.5%的名義上的范圍)取決于燃料空氣混合物(ch4，c3h8，c4h10)和燃燒器的表面點燃率(surfacefiringrate)來提供到燃燒室14。熱和燃燒產(chǎn)物與流出氣體流在燃燒室14內(nèi)反應(yīng)以清潔流出氣體流。例如，sih4和nh3可被提供在流出氣體流內(nèi)，該流出氣體流與o2在燃燒室內(nèi)反應(yīng)以生成sio2，n2，h2o，nox。類似地，n2，ch4，c2f6可被提供在流出氣體流內(nèi)，該流出氣體流與o2在燃燒室內(nèi)反應(yīng)以生成co2，hf，h2o。

打孔燃燒器襯管組件

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向打孔燃燒器襯管20的布置，其構(gòu)造在圖2中更詳細地示出。在該布置中，打孔燃燒器襯管20通過將燒結(jié)金屬纖維板100軋制和縫焊到穿孔的篩110而構(gòu)造，保持在凸緣120a,120b之間。

燒結(jié)金屬纖維板100可為任何適當(dāng)?shù)臒Y(jié)金屬纖維，諸如由韓國的fibertech公司供應(yīng)的sff1-35或sffe-30，備選地由美國的micronfiber-tech公司供應(yīng)的s-mat或d-mat。典型地，這樣的燒結(jié)金屬纖維具有在80%和90%之間的孔隙率、150-300cc/min/cm²的空氣滲透率、以及大約694到1111kg/m³的層片密度。

現(xiàn)在參考表1，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有焊接到穿孔的支撐件110的燒結(jié)金屬纖維板的打孔燃燒器襯管在與現(xiàn)有的陶瓷打孔燃燒器襯管同樣的條件下運行。在該示例中，具有帶有145,931mm²(226英寸²)的表面面積的燒結(jié)金屬纖維板(并且另一示例帶有下面提到的陶瓷纖維氈)的152.4mm(6英寸)內(nèi)直徑乘304.8mm(12英寸)軸向長度的打孔燃燒器襯管使用在610slm的空氣中的36slm的天然氣被點燃，這提供了接近80kw/m²(50,000btu/hr/ft²)的表面燃燒率和9%的剩余氧氣濃度(如當(dāng)沒有流出流存在時所測量的)。燃燒排放在存在200l/min的氮氣的模擬的流出流的情況下被測量。如能夠看到的，燃燒排放(燒結(jié)金屬纖維板/燒結(jié)金屬纖維板+陶瓷纖維氈)當(dāng)流出流然后被引進時比現(xiàn)有的燃燒器(陶瓷)更好。

表1。

然而，對于這樣的布置的從冷卻中的加熱時間能夠為近似15分鐘。這能夠在諸如10秒的短暫的時期后在回復(fù)到貧油的條件前通過在化學(xué)計量的條件下點火而縮短到少于10秒。

另外，燒結(jié)金屬纖維板100的外部面105的穩(wěn)態(tài)溫度高于陶瓷打孔燃燒器襯管的溫度(在120-140°c相比于小于50°c)。該溫度相比燃燒室14爬升更慢的多，并且這樣同時可能不能使用該參數(shù)以直接控制富足啟動(richstart)，外部面105溫度可有益地被使用以抑制富足啟動功能。

構(gòu)造三構(gòu)件結(jié)構(gòu)(包括諸如穿孔的篩100和凸緣120a,120b的機械的外部支撐件，氣體可滲透的陶瓷纖維氈130和燒結(jié)金屬纖維板100)導(dǎo)致改善的性能，如在表2和3中示出的那樣。在該示例中，具有帶72,965mm²(113平方英寸)的表面面積的焊接到穿孔的支撐件的燒結(jié)金屬纖維板(并且另一示例帶有陶瓷纖維氈)的152.4mm(6英寸)內(nèi)直徑乘152.4mm(6英寸)軸向長度的打孔燃燒器襯管使用在310slm的空氣中的19slm的天然氣被點燃，這提供了9%的剩余氧氣濃度(如當(dāng)沒有流出流存在時所測量的)。三氟化氮消除作為帶有200l/min的氮氣的模擬流出流的部分被測量。如能夠看到的，燃燒排放(裸金屬/絕緣金屬)當(dāng)流出流然后被引進時好于現(xiàn)有的燃燒器(陶瓷)。

表2。

表3。

選擇陶瓷纖維氈130以便以等價于上面提到的表面點燃率的表面流動率具有最小的壓力降。典型地在6和12mm之間(并且優(yōu)選地10mm)的商業(yè)上可用的氈材料(諸如128kg/m³密度的isofrax1260(硅酸鈣)或saffil(氧化鋁))在40-60pa的范圍內(nèi)的壓力降中、在0.1m/s面流速下、在帶有線性壓力流動關(guān)系下具有可接受的性能。這些材料中的兩個能夠從unifraxlimited購得。

如在圖2中示出的那樣，提供有熱電偶140，其與燒結(jié)金屬纖維板100的外表面105熱耦合。熱電偶140或其他的溫度傳感器測量燒結(jié)金屬纖維板100的溫度。當(dāng)熱電偶140標(biāo)示出燒結(jié)金屬纖維板100的溫度低于閾值(這標(biāo)示了燃燒室14的運行溫度低于運行溫度)時，燃料對空氣的比率增加。當(dāng)由熱電偶140報告的溫度超越閾值時(這標(biāo)示了燃燒室14的運行溫度超越運行溫度)，燃料對空氣的比率減少。

將認(rèn)識到的是，雖然在該實施例中穿孔的篩110和金屬凸緣120a,120b用于提供機械的支撐件，但可提供用于保持燒結(jié)金屬纖維板100和陶瓷纖維氈130的其他的布置。

盡管在圖2中未圖示，但周向的褶狀物可設(shè)在燒結(jié)金屬纖維板100內(nèi)以適應(yīng)在不同的溫度下在燒結(jié)金屬纖維板100的長度中的改變。

盡管在本文中已經(jīng)參考附圖詳細地公開了本發(fā)明的說明性的實施例，但理解的是，本發(fā)明不限于明確的實施例并且各種改變和修改能夠由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在其中實現(xiàn)，而不背離如由所附權(quán)利要求和其等價物限定的本發(fā)明的范圍。

參考符號列表

8輻射燃燒器

10入口

12噴嘴

14燃燒室

15排氣裝置

16孔

18陶瓷頂板

20打孔燃燒器元件

21退出表面

22氣室容積

23進入表面

24外殼

100燒結(jié)金屬纖維板

105外部面

110穿孔的篩

120a,120b凸緣

130陶瓷纖維氈

140熱電偶。