JP2014081190A - スクラバー用バーナー - Google Patents

Abstract

【課題】窒素酸化物と一酸化炭素の発生を低減させ、メンテナンス及び運転コストを低減することができるスクラバー用バーナーを提供する。
【解決手段】スクラバー用バーナー１０００は、内部中央領域から下部に開放されて形成され排ガスが流入する燃焼領域と、燃焼領域の外側に沿ってリング状に形成され酸化剤と燃料が流入して混合される混合領域を含むハウジング１００、及び燃焼領域と混合領域との間に位置し、空隙を備え混合領域で混合された酸化剤と燃料とを燃焼領域に供給するメタルカートリッジを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子産業の工程で発生する排気ガス処理に用いられる燃焼酸化方式のスクラバー用バーナー（Ｂｕｒｎｅｒ ｏｆ Ｓｃｒｕｂｂｅｒ）に関するものである。

半導体、ディスプレイ装置（ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）、太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、ＬＥＤなどの電子産業の工程に用いられる化学物質（ｃｈｅｍｉｃａｌ）は、毒性、腐食性、爆発性などの特徴を有するのが一般的である。また、生産工程の中で発生する酸性水分、粒子（ｄｕｓｔ）などもやはり工程排気ガスに大量に含まれている。

特に、半導体エッチング工程及び化学蒸着工程で大量に用いられているガスであるＮＦ_３は、ＰＦＣｓ（有機フッ素化合物類）などと共に地球温暖化を促進するガスで、非常に有毒性が強い毒性ガスである。

ＮＦ_３及びＰＦＣガス（有機フッ素化合物ガス）は、熱プラズマ、燃焼酸化方式、化学的吸着方式のスクラバーにより処理されている。前記燃焼酸化方式は、ＮＦ_３ガスの処理のため、最も一般的に用いられる方式である。従来の燃焼酸化方式は、ＬＮＧと純粋酸素を用い高温の純酸素酸火炎で排ガスを加熱して分解するが、純酸素燃焼の特性上高い火炎温度により排気ガスに含まれる窒素が分解され、大量の窒素酸化物（ＮＯＸ）を付加的に生成する問題点を有している。

最近になり排気ガスに含まれる窒素酸化物の排出基準が強化されており、これに関する低減の必要性が急激に浮き彫りとなった。これに加え、従来の純酸素燃焼酸化方式は、高温の温度によりバーナー及び器具物の耐久性が低下し、頻繁なメンテナンスが必要で、空気に比べて相対的に高価な酸素を用いて運転コストが過多に必要となるという問題がある。

本発明は、窒素酸化物と一酸化炭素の発生を低減させ、メンテナンス及び運転コストを低減することができるスクラバー用バーナーを提供する。

前記目的を達成するために、本発明のスクラバー用バーナーは、内部の中央領域から下部に開放されるように形成され排気ガスが流入する燃焼領域と、前記燃焼領域の外側に沿ってリング状に形成され酸化剤と燃料が流入して混合される混合領域とを含むハウジングと、前記燃焼領域と混合領域との間に位置し、空隙を備え前記混合領域で混合された酸化剤と燃料が前記空隙を介して前記燃焼領域に供給されるようにするメタルカートリッジを含むことを特徴とする。

また、前記ハウジングは、前記混合領域の外側にリング状に形成され、外部から酸化剤が流入する酸化剤予熱領域と、前記酸化剤予熱領域から前記ハウジングの外部に貫通するように形成された酸化剤流入通路とをさらに含み、前記酸化剤予熱領域に結合される酸化剤流入管をさらに備えるように形成され得る。

また、前記ハウジングは、前記燃焼領域から前記ハウジングの外部に貫通して形成された排ガス流入通路と、前記混合領域から前記ハウジングの外部に貫通して形成される燃料流入通路と、前記混合領域から前記酸化剤予熱領域に貫通して形成される酸化剤供給通路とを更に含み、前記排ガス流入通路に結合される排ガス流入管と、前記燃料流入通路に結合される燃料流入管と、前記酸化剤供給通路に結合される酸化剤供給管とをさらに備えるように形成され得る。

更に、前記燃料流入管は、前記混合領域の上面から下方向に燃料が流入するように形成され、前記酸化剤供給管は、中心軸が前記混合領域の上部で前記燃料流入管の中心軸と垂直に交わるように形成され、前記混合領域の接線方向と平行となるように形成され得る。更に、前記混合領域は、前記燃焼領域より高さが高く形成され、中間領域および下部領域で前記燃焼領域と互いに連結される連結区間を備え、前記酸化剤供給管から供給される酸化剤が混合領域の上部で燃料とぶつかり合うように形成され得る。

前記酸化剤供給管は、供給される酸化剤の流量（Ｖ_Ａ）が、前記燃料流入管から供給される燃料の流量（Ｖ_Ｌ）とＶ_Ａ：Ｖ_Ｌ＝１〜５：１の比率となるように形成され得る。また、前記酸化剤供給管の断面積（Ａ_Ａ）と前記燃料流入管の断面積（Ａ_Ｌ）は、その比がＡ_Ａ：Ａ_Ｌ＝１〜１５：１となるように形成され得る。

また、前記メタルカートリッジは、円筒状に形成され、前記空隙を備えるメタルメッシュ網と前記メタルメッシュ網の外側で前記メタルメッシュ網を支持するメッシュ網固定台を含むように形成され得る。更に、前記メタルカートリッジは、前記連結区間で前記混合領域と前記燃焼領域とを空間的に分離するように結合され得る。

また、前記スクラバー用バーナーは、前記燃料領域で下部に結合され前記メタルカートリッジを前記ハウジングに固定するカートリッジ固定リングを更に含むように形成され得る。

本発明のスクラバー用バーナーは、空気を酸化剤として用いると共に表面燃焼方式を適用して１，３００度以下で排ガスを処理するため、窒素酸化物の発生を低減させることができる効果がある。

また、本発明のスクラバー用バーナーは、燃料と酸化剤を事前に混合して燃焼領域で噴射することになり、燃料と酸化剤の混合程度が高くなり、表面燃焼によって火炎が安定的に形成されるため、一酸化炭素の発生を低下させることができる効果がある。

また、本発明のスクラバー用バーナーは、既存の酸素バーナーに比べ、相対的に低温で運用されるため、メンテナンスを必要とする間隔を増加させることができる効果がある。

また、本発明は、メンテナンス時にバーナー内部に装着されるメタルカートリッジのみを交換することになり、メンテナンス時間とメンテナンスコストを低減させることができる効果がある。

更に、本発明は、純粋酸素の代わりに、酸素混合ガスを酸化剤として用いることで、運転コストを低減させることができる効果がある。

図１は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーの斜視図である。 図２は、図１に図示されたスクラバー用バーナーのＡ−Ａ垂直断面図である。 図３は、図１に図示されたスクラバー用バーナーのＢ−Ｂ垂直断面図である。 図４は、図２に図示されたスクラバー用バーナーのＣ−Ｃ水平断面図である。 図５は、図１に図示されたスクラバー用バーナーに装着されるメタルカートリッジの斜視図である。 図６は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーが装着されたスクラバーの部分断面図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーについて説明する。
まず、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーについて説明する。
図１は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーの斜視図である。図２は、図１に図示されたスクラバー用バーナーのＡ−Ａ垂直断面図である。図３は、図１に図示されたスクラバー用バーナーのＢ−Ｂ垂直断面図である。図４は、図２に図示されたスクラバー用バーナーのＣ−Ｃ水平断面図である。図５は、図１に図示されたスクラバー用バーナーに装着されるメタルカートリッジの斜視図である。

本発明の実施例によるスクラバー用バーナー１０００は、図１乃至図５を参照すると、ハウジング１００と排ガス流入管２００と燃料流入管３００と酸化剤供給管４００と酸化剤流入管５００及びメタルカートリッジ６００を含んで形成される。また、前記スクラバー用バーナー１０００は、冷却水流入管７００及びカートリッジ固定リング８００を更に含んで形成され得る。

前記スクラバー用バーナー１０００は、酸化剤として酸素が所定の比率で混合された酸素混合ガスを用いる。前記酸化剤は、酸素の含量が１０体積％乃至６０体積％となるように作られる。前記酸化剤は、酸素の含量が高すぎると発熱温度が高くなり窒素酸化物の発生が増加し得る。また、前記酸素の含量が低すぎると発熱温度が低くなり、排気ガスの処理効率が減少し得る。例えば、前記酸化剤は、空気又は圧縮乾燥空気（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｄｒｙ ａｉｒ）を用いる。また、前記スクラバー用バーナー１０００は、燃料にＬＮＧのような燃料を用いることができる。また、前記スクラバー用バーナー１０００は、表面燃焼方式によって窒素酸化物が発生する１，３００℃より低い温度で排ガスを処理して窒素酸化物の発生を低減させることになる。

前記ハウジング１００は、燃焼領域１１０と混合領域１２０と酸化剤予熱領域１３０及び冷却水領域１４０を含んで形成される。また、前記ハウジング１００は、排ガス流入通路１１２と燃料流入通路１２２と酸化剤供給通路１３２と酸化剤流入通路１３４及び冷却水流入通路１４２を含み形成される。

前記ハウジング１００は、スクラバー用バーナー１０００の本体をなし、略円柱状に形成される。前記ハウジング１００は、円柱以外にも角柱又は六角柱のような形状に形成され得る。前記ハウジング１００は、内部に下に開放された形態の中空が形成され、燃焼領域１１０と混合領域１２０を提供することになる。また、前記ハウジング１００は、排ガス流入管２００と燃料流入管３００と酸化剤供給管４００と酸化剤流入管５００及び冷却水流入管７００がそれぞれ所定の位置で結合される。

前記燃焼領域１１０は、ハウジング１００の内部中央領域に下に開放された中空状に形成される。前記燃焼領域１１０は、ハウジング１００の形状に応じて円柱又は角柱のような形状に形成され得、処理される排ガス量に応じて所定の直径と高さを有するように形成される。

前記排ガス流入通路１１２は、燃焼領域１１０からハウジング１００の外部に貫通するように形成される。前記排ガス流入通路１１２は、好ましくは燃料領域１１０の上面からハウジング１００の上部に貫通して形成される。前記排ガス流入通路１１２は、ハウジング１００の構造に応じて中間が折れる直線状、一字型の直線状又は曲線状を有するように形成され得る。前記排ガス流入通路１１２は、断面が円形、四角形又は六角形の形状を有するように形成され得る。また、前記排ガス流入通路１１２は、処理される排ガスの量に応じて適正な直径又は幅を有するように形成され得る。前記排ガス流入通路１１２は、処理される排ガスの量に応じて少なくとも一つの通路を備えるように形成され、燃焼領域１１０内部に全体的に均一に排ガスが流入するようにするため、４つの通路を備えて形成され得る。

前記混合領域１２０は、燃焼領域１１０の外側に沿って所定の幅と高さを有するリング状に形成される。前記混合領域１２０は、燃料領域１１０の外側の形状に対応する形状に形成され、燃焼領域１１０が円柱状に形成される場合に円形リング状に形成される。前記混合領域１２０は、燃料流入通路１２２から流入する燃料と酸化剤供給通路１３２を通じて流入する酸化剤が互いに混合される領域である。また、前記混合領域１２０は、燃料と酸化剤が混合された混合ガスを燃焼領域１１０に供給することになる。

前記混合領域１２０は、燃焼領域１１０の高さより高さが高く形成され、中間領域と下部領域で燃焼領域１１０と直接連結される連結区間ＣＡを備えて形成される。また、前記混合領域１２０は、メタルカートリッジ６００によって連結区間ＣＡで燃焼領域１１０と空間的に分離される。また、前記混合領域１２０は、連結区間ＣＡの上部で、先に酸化剤と燃料が一次的に混合燃料を混合した後に連結区間ＣＡを通じて燃焼領域１１０に混合燃料を供給することになる。従って、前記混合領域１２０は、燃料と酸化剤が混合された状態で燃焼領域１１０に供給されることになる。

前記燃料流入通路１２２は、混合領域１２０の上部にハウジング１００の外側に貫通するように形成される。前記燃料流入通路１２２は、好ましくは混合領域１２０の上部でハウジング１００の上部方向に延びて形成される。従って、前記燃料流入通路１２２は、中心軸が混合領域１２０の下部方向に向かうように形成される。

前記燃料流入通路１２２には燃料流入管３００が結合され、外部から燃料が混合領域１２０に流入するようにする。
前記酸化剤供給通路１３２は、混合領域１２０と酸化剤予熱領域１３０との間を貫通して形成される。前記酸化剤供給通路１３２は、好ましくは混合領域１２０の上部で燃料流入通路１２２と垂直をなすように形成され、中心軸が燃料流入通路１２２の中心軸と垂直をなすように形成される。前記酸化剤供給通路１３２には、酸化剤供給管４００が結合され、酸化剤予熱領域１３０で予熱された酸化剤が混合領域１２０に供給されるようにする。

一方、前記酸化剤供給通路１３２は、ハウジング１００に酸化剤予熱領域１３０が形成されない場合に、ハウジング１００の外部に貫通するように形成できる。この場合、前記混合領域１２０には、外部から酸化剤が直接供給されるようにする。

前記酸化剤予熱領域１３０は、混合領域１２０の外側に沿って所定の幅と高さを有するリング状に形成される。前記酸化剤予熱領域１３０は、混合領域１２０とハウジング１００の隔壁ａによって空間的に分離されて形成される。前記酸化剤予熱領域１３０は、外部から流入する酸化剤を予熱して混合領域１２０に供給することになる。前記酸化剤予熱領域１３０は、燃焼領域１１０で行われる燃焼反応で発生して伝えられる熱によって酸化剤を予熱することになる。また、前記酸化剤予熱領域１３０は、酸化剤供給通路１３２を通じて予熱された酸化剤を混合領域１２０に供給することになる。

また、前記酸化剤予熱領域１３０は、混合領域１２０の外側に位置するため、燃焼領域１１０で発生して伝えられる熱がハウジング１００の外側に伝えられることを減少させる。従って、前記酸化剤予熱領域１３０は、ハウジング１００の外側を冷却させ、ハウジング１００の外面の温度が上昇することを減少させることになる。
一方、前記酸化剤予熱領域１３０は、外部から供給される酸化剤の温度が高い場合、別に形成されないこともある。かかる場合、酸化剤供給通路１３２は、ハウジング１００の外部と直接連結され、外部の酸化剤を混合領域１２０に供給することになる。

前記酸化剤流入通路１３４は、酸化剤予熱領域１３０からハウジング１００の外部に貫通するように形成される。前記酸化剤流入通路１３４には、酸化剤流入管５００が結合され、酸化剤予熱領域１３０に外部から酸化剤が流入するようにする。
一方、前記酸化剤流入通路１３４は、ハウジング１００に酸化剤予熱領域１３０が形成されない場合、形成されないこともある。

前記冷却水領域１４０は、ハウジング１００の上部で混合領域１２０と酸化剤予熱領域１３０の上部に所定の幅と高さを有するリング状に形成される。前記冷却水領域１４０は、外部から供給される冷却水がハウジング１００上部の内部を循環するようにして、燃焼領域１１０で発生する熱がハウジング１００の上部に伝えられることを遮断する。

前記冷却水流入通路１４２は、冷却水領域１４０からハウジング１００の外側に貫通するように形成される。前記冷却水流入通路１４２は、ハウジング１００の上部における一側と他側に形成される。
前記排ガス流入管２００は、排ガス流入通路１１２に結合され、工程中に発生する排ガスが、燃焼領域１１０に流入するようにする。

前記燃料流入管３００は、燃料流入通路１２２に結合され、混合領域１２０に燃料が流入するようにする。前記燃料流入管３００は、混合領域１２０の上部で上面に垂直となるように結合される。従って、前記燃料流入管３００は、燃料が混合領域１２０の上面から下方向に流入するようにする。
前記燃料流入管３００は、燃焼領域１１０に供給されなければならない燃料の量に対応する燃料を供給するために、適正な断面積Ａ_Ｌを有するように形成される。

前記酸化剤供給管４００は、酸化剤供給通路１３２に結合され、混合領域１２０に酸化剤が供給されるようにする。前記酸化剤供給管４００は、混合領域１２０の上部で燃料流入管３００と垂直となるように結合される。即ち、前記酸化剤供給管４００は、その中心軸が燃料流入管３００の中心軸と垂直に交わるように形成される。また、前記酸化剤供給管４００は、燃料流入管３００の端部と隣接するように形成される。即ち、前記酸化剤供給管４００は、混合領域１２０の外側面から燃料流入管３００の隣接した位置まで混合領域１２０の外側面から突出するように形成される。また、前記酸化剤供給管４００は、中心軸が混合領域１２０の接線方向と平行となるように形成される。従って、前記酸化剤供給管４００は、供給される酸化剤が燃料流入管３００から流入する燃料と直接ぶつかり合いながら燃料と混合されるようにする。また、前記酸化剤供給管４００は、燃料と酸化剤が混合されながら混合領域１２０の接線方向に沿って流れ、混合領域１２０の上部から下部に過流を形成して流れるようにする。

前記酸化剤供給管４００は、供給される酸化剤の供給流速と流量、及び燃料の供給流速と流量に応じて適正な酸化剤が供給されるように適正な断面積Ａ_Ａを有するように形成される。前記酸化剤供給管４００は、燃料流入管３００より流量が多くなるように形成される。前記酸化剤供給管４００は、供給される酸化剤の流量Ｖ_Ａが燃料流入管３００から供給される燃料の流量Ｖ_ＬとＶ_Ａ：Ｖ_Ｌ＝１〜５：１の比率となるように形成される。前記酸化剤供給管４００から供給される酸化剤の流量が少なくなると、燃料との混合が不均一になるという問題がある。また、前記酸化剤供給管４００から供給される酸化剤の流量が少なくなると、燃焼領域１１０に噴射される混合燃料の圧力が充分ではなくなり、火炎が充分に形成されなくなる。また、前記酸化剤の流量が多くなると燃料の円滑な供給に支障を来し、均一な火炎が得られなくなるという問題がある。

また、前記酸化剤供給管４００の断面積Ａ_Ａは、好ましくは燃料流入管３００の断面積Ａ_Ｌと同じか大きく形成され、Ａ_Ａ：Ａ_Ｌ＝１〜１５：１の比率となるように形成され得る。前記酸化剤供給管４００の断面積は、酸化剤の流量が上記で言及したとおりの条件を満たせば、好ましくは燃料流入管３００の断面積と同じように形成される。従って、前記酸化剤供給管４００から供給される酸化剤は、燃料流入管３００から流入する燃料と全体的にぶつかり合いながら均一に混合できる。

前記酸化剤供給管４００の断面積Ａ_Ａが大きくなりすぎると、酸化剤の吐出速度が減少して燃料と均一に混合されないという問題がある。また、前記酸化剤供給管４００の断面積Ａ_Ａが小さくなりすぎると、酸化剤の吐出速度が速くなり燃料の円滑な供給を遮る問題がある。

前記メタルカートリッジ６００は、メタルメッシュ網６１０とメッシュ網固定台６２０を含んで形成される。前記メタルカートリッジ６００は、ハウジング１００の下部から内部に挿入されて結合され、燃焼領域１１０と混合領域１２０を空間的に分離することになる。特に、前記メタルカートリッジ６００は、燃焼領域１１０と混合領域１２０との連結区間ＣＡを空間的に分離することになる。

また、前記メタルカートリッジ６００は、混合領域１２０で燃料が酸化剤と混合された後、メタルメッシュ網６１０に形成される空隙を通じて燃焼領域１１０に供給されるようにする。

前記メタルカートリッジ６００は、使用時間が経過するにつれ高温での部分的な酸化などにより空隙が詰まったり損傷したりする。従って、前記メタルカートリッジ６００は、定期的に交換することになる。一方、前記スクラバー用バーナー１０００は、使用中にメタルカートリッジ６００のみ交換するため、メンテナンスの時間とコストが低減される。一方、従来のスクラバー用酸素バーナーは、メンテナンス時に全体を交換しなければならないため、メンテナンスに必要となる時間とコストが増加することになる。

前記メタルメッシュ網６１０は、金属繊維を織って空隙が備えられるように形成される金属材質のメッシュ網からなる。前記メタルメッシュ網６１０は、単層で織られたり複数層で織られて形成され得る。前記メタルメッシュ網６１０は、酸化剤と燃料の円滑な供給のために、好ましくは通気度が２００〜３００ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ^２となるように空隙を備える。前記メタルメッシュ網６１０は、耐熱及び耐酸性を有する金属合金からなり、例えば鉄クロム合金のような金属からなり得る。前記メタルメッシュ網６１０は、燃焼領域１１０と混合領域１２０が分離するように所定の高さを有するリング状からなる。

前記メッシュ網固定台６２０は、上部リング６２２と下部リング６２４及び連結バー６２６を含んで形成される。前記メッシュ網固定台６２０は、メタルメッシュ網６１０の外側に結合され、メタルメッシュ網６１０が全体的に円筒状を維持するようにする。

前記上部リング６２２は、メタルメッシュ網６１０の上部に結合され、メタルメッシュ網６１０の上部が全体的にリング状を維持するようにする。
前記下部リング６２４は、メタルメッシュ網６１０の下部に結合され、メタルメッシュ網６１０の下部が全体的にリング状を維持するようにする。
前記連結バー６２６は、上部リング６２２と下部リング６２４との間に結合され、上部リング６２２と下部リング６２４が円筒状を維持するようにする。前記連結バー６２６は複数個備えられ、上部リング６２２と下部リング６２４の大きさに応じて適正な間隔で結合される。

前記冷却水流入管７００は、冷却水流入通路１４２に結合される。従って、外部から供給される冷却水は、一側の冷却水流入管７００を通じて冷却水領域１４０に流入して、冷却水領域１４０を流れることになり、他側の冷却水流入管７００を通じて外部に流出する。

前記カートリッジ固定リング８００は、リング状に形成され、ハウジング１００の燃焼領域１１０下部に結合される。従って、前記カートリッジ固定リング８００は、燃焼領域１１０に結合されるメタルカートリッジ６００の下部を支持してメタルカートリッジ６００が固定されるようにする。前記カートリッジ固定リング８００は、外面にネジが形成され、ハウジング１００の下部にもネジが形成され、ハウジング１００に螺合され得る。一方、前記メタルカートリッジ６００がネジのような別の固定手段により固定される場合、カートリッジ固定リング８００は省略できる。

次は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーの作用と効果について説明する。
まず、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーが装着されるスクラバーについて説明する。

図６は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーが装着されたスクラバーの部分断面図である。
前記スクラバーは、図６を参照すると、スクラバー用バーナー１０００及び燃焼チャンバ２０００を含んで形成される。前記燃焼チャンバ２０００は、複数個の隔壁２１００を備え、上部が部分的に開放された円柱状に形成され得る。また、前記燃焼チャンバ２０００は、下部が開放され追加的なチャンバ（未図示）と水槽タンク（未図示）が連結され得る。前記スクラバー用バーナー１０００は、燃焼チャンバ２０００の上部に結合され、燃焼領域１１０が燃焼チャンバ２０００の内部空間に位置するように結合される。一方、前記スクラバー用バーナー１０００は、多様な形態の燃焼チャンバに結合され得るのは勿論である。

次は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーの作用及び効果について説明する。
まず、酸化剤はスクラバー用バーナー１０００の酸化剤流入管５００を通じて酸化剤予熱領域１３０に流入し、再び酸化剤供給管４００を通じて混合領域１２０に供給される。このとき、前記酸化剤は、混合領域１２０の上部から所定の圧力で混合領域１２０の燃料流入管３００の端部方向に向かって噴射される。また、前記酸化剤供給管４００が混合領域１２０の接線方向に設けられるため、酸化剤は混合領域１２０の上部から下部に接線方向に沿って流れ、過流を形成するようになる。次に、ＬＮＧのような燃料は、燃料流入管３００を通じて混合領域１２０に流入する。このとき、前記燃料流入管３００は、混合領域１２０の上面から下方向に流入する。前記燃料は、酸化剤供給管４００を通じて供給される酸化剤とぶつかり合いながら酸化剤と混合され混合燃料を形成し、過流を起こしながら下部方向に流れることになる。

前記混合領域１２０で混合された混合燃料は、メタルカートリッジ６００のメタルメッシュ網６１０に形成される空隙を通じて燃焼領域１１０に噴射される。このとき、燃焼領域１１０又は燃焼チャンバ２０００に設けられている別の点火手段（未図示）によって点火が行われ、混合燃料は燃焼領域１１０で火炎を形成する。前記スクラバー用バーナー１０００で形成される火炎は、好ましくはメタルメッシュ網６１０の内側表面から多数個形成され、メタルメッシュ網６１０の内側表面に全体的に均一に形成されて、表面火炎の形態に形成される。また、前記火炎は、メタルメッシュ網６１０の内側表面で数センチメートル以内の短い長さで形成される。更に、前記火炎は、メタルメッシュ網６１０の表面で短い長さで形成されるため安定的であり、揺れたり消えたりしなくなる。また、前記混合燃料は、混合領域１２０でメタルメッシュ網６１０の空隙を通じて流れながら、メタルメッシュ網６１０の熱によって加熱されながら燃焼領域１１０に噴射される。従って、前記スクラバー用バーナー１０００は、燃焼領域１１０で全体的に均一な温度分布を形成することになり、１，２００℃前後の温度分布を有することになる。前記火炎は、メタルメッシュ網６１０の表面にくっ付いて形成され、一部の熱がメタルメッシュ網６１０に伝えられるため、燃焼領域１１０は、窒素化合物が発生する温度である１，３００度より上昇することを防ぐようになる。また、前記メタルメッシュ網６１０は、混合領域１２０から流入する混合燃料によって冷却されるため、温度が過度に上昇しなくなる。一方、前記酸化剤供給管４００から供給される混合燃料の流量が充分でなくなると、燃焼領域１１０に噴射される混合燃料によって形成される火炎がメタルメッシュ網６１０と直接接触することになるため、メタルメッシュ網６１０の寿命を縮めるという問題がある。また、前記スクラバー用バーナー１０００は、混合燃料の流量が充分でなくなると、火炎が金属繊維層内に伝播され、金属繊維への熱伝達による熱損失で火炎温度が持続的に低くなり燃焼反応が持続的に維持できないようにするという問題がある。一方、前記スクラバー用バーナー１０００は、混合領域１２０の混合燃料が所定の圧力でメタルメッシュ網６１０の空隙を通じて噴射されるため、火炎が混合領域１２０に逆流される逆流現象が発生しないようにする。

従って、前記スクラバー用バーナー１０００は、次に、半導体工程で発生した排ガスが排ガス流入管２００を通じて燃焼領域１１０に供給され、火炎によって燃焼される。前記排ガスは、ＮＦ_３、ＳｉＦ_４、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）のような成分を含むことになり、燃焼領域１１０で分解される。前記スクラバー用バーナー１０００は、燃焼領域１１０の温度が１，３００℃より低く維持されるため、排ガスの分解過程で窒素酸化物又は一酸化炭素の発生を最小化することになる。

次は、本発明の一実施例によるスクラバー用バーナーの排ガス処理効率評価の結果について説明する。
表１は、本発明の実施例によるスクラバー用バーナーと一般の酸素バーナーの排ガス処理効率を示す。表２は、本発明の実施例によるスクラバー用バーナーと一般の酸素バーナーの窒素酸化物及び一酸化炭素の発生度合いを示す。
ここで、一般の酸素バーナーは、酸化剤に酸素のみを用い、バーナーの内部に形成される燃焼領域に燃料と酸素が共に噴射され排ガスを燃焼させるバーナーであり、現在一般的に用いられるバーナーの形態である。

前記スクラバー用バーナー１０００及び一般の酸素バーナーに対する評価は、半導体工程ラインで行われ、排ガス流入管２００を通じてスクラバーに流入する排ガスでの各該当ガスの濃度と、スクラバーを通じて排出される処理ガスでの各該当ガスの濃度を測定する方法で行われた。排ガス処理効率は、スクラバーに流入する排ガスでのガス濃度とスクラバーから排出される処理ガスでのガス濃度の比率で算出した。また、前記窒素酸化物と一酸化炭素の含量は、スクラバーから排出される処理ガスで測定した。排ガス及び処理ガスに対する分析は、ＦＴ−ＩＲ分析器とＱＭＳ分析器を用いて行った。

表１に見るように、前記スクラバー用バーナー１０００は、排ガスの処理効率で一般の酸素バーナーと同等か高く示されている。前記スクラバー用バーナー１０００は、燃料と酸化剤を先に混合した後に燃焼領域１１０に供給し、メタルメッシュ網６１０の内側表面に全体的に均一に火炎を形成することになる。従って、前記スクラバー用バーナー１０００は、一般の酸素バーナーより燃焼領域１１０で相対的に均一な温度分布を形成することになるため、燃料領域１１０での温度が相対的に一般の酸素バーナーより低いにもかかわらず、排ガスの処理効率が同等以上に示される。

また、表２に見るように、前記スクラバー用バーナー１０００は、燃焼領域１１０での温度が１，３００℃より高くならないため、窒素酸化物の発生が低減し、窒素酸化物の発生度合いが一般の酸素バーナーより低くなる。更に、前記スクラバー用バーナー１０００は、燃料と酸化剤を事前に混合して燃焼領域に噴射することになるので、燃料と酸化剤の混合度合いが高くなり、表面燃焼によって火炎が安定的に形成されるため、一酸化炭素の発生度合いが一般の酸素バーナーより低くなる。

１０００ スクラバー用バーナー
１００ ハウジング
２００ 排ガス流入管
３００ 燃料流入管
４００ 酸化剤供給管
５００ 酸化剤流入管
６００ メタルカートリッジ
７００ 冷却水流入管
８００ カートリッジ固定リング

Claims (11)

1. 内部の中央領域から下部に開放されるように形成され排ガスが流入する燃焼領域と、前記燃焼領域の外側に沿ってリング状に形成され酸化剤と燃料が流入して混合される混合領域と、を含むハウジングと、
   前記燃料領域と混合領域との間に位置し、空隙を備え前記混合領域で混合された酸化剤と燃料とが前記空隙を介して前記燃焼領域に供給されるようにするメタルカートリッジとを備えることを特徴とするスクラバー用バーナー。
2. 前記ハウジングは、前記混合領域の外側にリング状に形成され、外部から酸化剤が流入する酸化剤予熱領域と、前記酸化剤予熱領域から前記ハウジングの外部に貫通するように形成された酸化剤流入通路とをさらに含み、
   前記酸化剤予熱領域に結合される酸化剤流入管をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスクラバー用バーナー。
3. 前記ハウジングは、前記燃焼領域から前記ハウジングの外部に貫通するように形成された排ガス流入通路と、前記混合領域から前記ハウジングの外部に貫通するように形成された燃料流入通路と、前記混合領域から前記酸化剤予熱領域に貫通するように形成された酸化剤供給通路とをさらに含み、
   前記排ガス流入通路に結合される排ガス流入管と、
   前記燃料流入通路に結合される燃料流入管と、
   前記酸化剤供給通路に結合される酸化剤供給管とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のスクラバー用バーナー。
4. 前記燃料流入管は、前記混合領域の上面から下方向に燃料が流入するように形成され、
   前記酸化剤供給管は、中心軸が前記混合領域の上部で前記燃料流入管の中心軸と垂直に交わるように形成され、前記混合領域の接線方向と平行となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスクラバー用バーナー。
5. 前記混合領域は、前記燃焼領域より高さが高く形成され、中間領域および下部領域で前記燃焼領域と互いに連結される連結区間を備え、
   前記酸化剤供給管から供給される酸化剤は、混合領域の上部で燃料とぶつかり合うように形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスクラバー用バーナー。
6. 前記酸化剤供給管の断面積（Ａ_Ａ）と前記燃料流入管の断面積（Ａ_Ｌ）は、その比がＡ_Ａ：Ａ_Ｌ＝１〜１５：１となるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスクラバー用バーナー。
7. 前記酸化剤供給管は、供給される酸化剤の流量（Ｖ_Ａ）が、前記燃料流入管から供給される燃料の流量（Ｖ_Ｌ）とＶ_Ａ：Ｖ_Ｌ＝１〜５：１の比率となるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスクラバー用バーナー。
8. 前記メタルカートリッジは、円筒状に形成され、前記空隙を備えるメタルメッシュ網と前記メタルメッシュ網の外側で前記メタルメッシュ網を支持するメッシュ網固定台を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクラバー用バーナー。
9. 前記メタルカートリッジは、前記連結区間で前記混合領域と前記燃焼領域とを空間的に分離するように結合されていることを特徴とする請求項１に記載のスクラバー用バーナー。
10. 前記燃焼領域で下部に結合され前記メタルカートリッジを前記ハウジングに固定するカートリッジ固定リングをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスクラバー用バーナー。
11. 前記酸化剤は、酸素の含量が１０体積％以上６０体積％以下であることを特徴とする請求項１に記載のスクラバー用バーナー。

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