KR102450538B1 - 개선된 폐가스 저감을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 일반적으로 반도체 웨이퍼들의 제조 동안에 형성되는 폐가스의 연소 저감을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본원에서 설명되는 시스템들은 종래의 저감 시스템들보다 더 큰 효율 및 더 낮은 에너지 사용으로, 실란(SiH4) 및 테트라에톡시실란(Si(OC2H5)4, TEOS로 약칭됨)과 같은, 미립자-형성 이산화 규소 전구체들뿐만 아니라, 헥사플루오로에탄(C2F6) 및 테트라플루오로메탄(CF4)과 같은 높은 온실 가스 지수들을 갖는 것들을 포함하는, 공기-오염 과불화탄소들을 연소시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 그리고 하나의 바람직한 실시예에서, 본 개시는 반응 챔버의 다수의 투과성 내부 표면들을 통해 지향되는, 열 연소를 위한 불연성 및 가연성 가스들(또는 가스 혼합물들)의 조합을 이용하여, 폐가스를 효율적으로 연소시키고 챔버 표면들 상의 고체 미립자 물질의 바람직하지 않은 축적을 방지하는 폐가스 저감 시스템에 관한 것이다.

Description

개선된 폐가스 저감을 위한 시스템 및 방법
본 개시의 양태들은 일반적으로 반도체 웨이퍼들의 제조 동안에 형성되는 폐가스(waste gas)의 연소 저감을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본원에 설명되는 시스템들의 실시예들은 이전 저감 시스템들보다 더 큰 효율 및 더 낮은 에너지 사용으로, 실란(SiH4) 및 테트라에톡시실란 (Si(OC2H5)4, TEOS로 약칭됨)과 같은, 미립자-형성 가스들뿐만 아니라, 헥사플루오로에탄(C2F6) 및 테트라플루오로메탄(CF4)과 같은 높은 온실 가스 지수들을 갖는 것들을 포함하는, 대기-오염 과불화탄소들을 연소시킬 수 있다. 특히, 그리고 하나의 바람직한 실시예에서, 본 개시는 반응 챔버의 다수의 투과성 내부 표면들을 통해 지향되는, 열 연소를 위한 불연성 및 가연성 가스들(또는 가스 혼합물들)의 조합을 이용하는 폐가스 저감 시스템에 관한 것이다.
헥사플루오로에탄 및 테트라플루오로메탄과 같은 플루오로카본 가스들은 대기로 배출될 때, 극도로 긴 수명들을 갖는 지구 온난화 화합물들이다. 이들 가스들뿐만 아니라, 삼불화질소(NF3) 및 육불화황(SF6)과 같은 다른 플루오르화된 가스들은 실리콘 웨이퍼들의 에칭, 개질, 및 구성 동안에, 그리고 제조 공정에 사용되는 머신들의 세정 동안에 반도체들의 제조에 사용된다. 공기에 노출되거나 연소될 때 이산화 규소(SiO2; 또한 실리카로 지칭됨) 및 다른 고체들을 형성하는, 실란 및 TEOS와 같은 이산화 규소 전구체들은 또한 실리콘 웨이퍼들을 제조하는 공정에서 사용된다. 이들 플루오르화 가스들 및 수소화물들은, 미립자 물질에 더하여, 전형적으로 질소와 함께 생산 기계로부터 일소되고, 함께 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 이들 가스들이 환경 영향을 감소시키기 위해 폐가스 저감 시스템에 의해 처리됨에 따라, 실리콘-함유 기상 분자들은 예를 들어, 폐기물 스트림의 흐름을 차단할 수 있고 따라서, 저감 시스템의 성능을 제한할 수 있는 고체 침착물을 형성하도록 반응한다.
반도체 제조 공정의 폐가스를 저감하도록 설계되는 시스템들은 상업적으로 사용되고 폐가스를 수용하고, 과불화탄소들 및 이산화 규소 전구체들을 산화시키고, 궁극적으로 환경으로의 유해한 가스들의 방출을 방지하기 위해 배기가스를 처리하는 다양한 수단들을 이용한다. 이들 기존 시스템들은 전형적으로 CO2 및 HF에 대한 플루오로카본들의 반응을 야기시키기 위해 폐기물 스트림을 충분한 레벨들로 가열하도록 반응 챔버에 제공되는 연료 가스(예를 들어, 메탄)로부터의 열 에너지를 이용하며, HF는 그 뒤에 습식 스크러버를 통해 폐기물 스트림으로부터 제거되고 가성 처리(caustic treatment)로 중화된다. 그 중에서 실란 및 4불화 규소(SiF4)를 포함하는, 실리콘을 함유하는 가스들은 반응 챔버에 축적되고 챔버 내로의 폐가스의 통과를 차단할 수 있는, 미립자 물질을 생성하는 고체-형성 화합물들을 생산하는 것으로 공지되어 있다. 그러한 미립자 물질의 축적은 폐가스 및 연료 가스의 적절한 혼합 및 반응을 방해하여, 과불화탄소 가스들을 처리하는 저감 시스템의 고장을 야기하고 따라서 폐가스들이 처리되지 않은 채 시스템을 통과하는 것을 허용한다. 따라서, 고체 미립자 물질의 관리는 적절한 폐가스 저감에 매우 중요하다.
고체 미립자 물질 축적의 관리에 대한 하나의 접근법은 내부에 대한 액세스를 획득하고 수동으로 고체 형성의 빌드업(buildup)을 제거하기 위해 저감 시스템의 빈번한 셧-다운들을 제공하는 것이다. 그러나, 그러한 공정은 모두 반도체 제품의 제조를 방해하고 유해 폐가스들에 대한 직원의 노출을 방지하기 위해 번거로운 안전 프로토콜들을 요구하는 값비싼 해결책이다.
다른 접근법은 저감 시스템의 내부로부터 고체들의 제거를 위한 기계적 스크래퍼들(scrapers)의 사용을 제공하는, 미국 특허 번호 제5,832,843호에 설명된다. 이러한 접근법은 고온 부식 가스들에 대한 기계적 구성요소들의 노출을 요구하여, 기계적 강도 및 재료 두께 둘 다를 감소시켜서 장치의 조기 고장을 야기한다.
더 다른 접근법은 반응 챔버를 둘러싸는 다공성 표면들의 사용을 제공하는, 미국 특허 번호 제7,569,193호에 설명된다. 이러한 접근법은 비활성, 냉가스가 다공성 표면들을 통해 유동하여 고체들을 기계적으로 축출하고 반응 챔버의 벽들 상의 빌드업을 방지하는 것으로 언급되는 반응 챔버의 사용을 제공한다. 이러한 접근법은 고체 침착(deposition)을 방지하는 역할을 할 수 있지만, 고체들의 축척을 효과적으로 방지하기 위해 요구되는 상대적으로 큰 볼륨의 냉가스가 폐가스들의 반응 속도들에 부정적으로 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 원하는 반응을 완료하기 위해 추가적인 연료 가스의 사용을 필요로 한다.
더 다른 접근법은 반응 챔버를 둘러싸는 다공성 또는 유공성(foraminous) 표면들을 갖는 시스템을 설명하는, 미국 특허 번호 제5,603,905호에 설명된다. 이러한 특허에서 설명되는 반응 챔버는 반응 챔버의 내부 표면 상에 무염 연소를 설정하기 위해 표면들을 통과하고 점화되는 것하는 언급되는 예혼합(pre-mixed) 연료 및 공기를 사용한다. 반응열은 고체 미립자 물질을 축출하고 표면 상의 그것의 침착을 방지하는 반응 생성물들을 산출한다. 이전 단락에서 설명되는 방법과 같이, 이러한 접근법은 고체 축적을 효과적으로 감소시키고 심지어 방지할 수 있다. 그러나, 문제는 그것이 예를 들어, 내부 표면에 대한 적절한 예혼합물(pre-mixture)을 갖는 연료를 제공하고/하거나 연소 파라미터들을 감시하기 위해 요구되는 시스템들 및 제어들의 복잡성으로 인해, 내부 표면의 충분한 표면적에 걸쳐 무염 연소를 위한 충분한 조건들을 유지시키는 것이 비싸고/비싸거나 어려울 수 있다는 점에서 발생할 수 있다. 특정 저감 시스템들은 고체(즉, 비다공성) 단열 벽을 반응 챔버의 상단 표면으로 사용함으로써 그러한 어려움들을 극복하기 위해 시도하였지만, 그러한 설계는 그럼에도 불구하고 챔버에서 발생하는 연소 반응들에 의해 생성되는 고체 미립자 물질의 침착에 영향을 받기 쉬울 수 있다.
따라서, 그것은 연료 요건들을 감소시키고, 폐가스 반응을 위한 충분한 열 환경을 유지시키고, 반응 챔버의 내부 표면들 상의 고체 미립자 물질의 축적을 감소시키는 개선된 폐가스 저감 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 개시의 다양한 양태들 중에는 시스템 내의 침착 생성물의 축적을 감소시키는 동안 열 반응기에서 가스의 반도체 폐기물의 효율적이고 제어된 연소를 제공하기 위한 시스템들 및 방법들이 존재한다.
따라서, 간단하게, 본 개시의 일 양태는 폐가스 유입구, 폐가스 유입구로부터 폐가스를 수용하도록 구성되는 유입구 매니폴드, 열 반응 챔버, 및 유입구 매니폴드 및/또는 열 반응 챔버의 내부 표면에서 가스의 유동을 유지하고 연소를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 폐가스의 연소 저감을 위한 시스템에 관한 것이다. 유입구 매니폴드는 제1 외벽 및 제1 투과성 내벽을 갖는 제1 플리넘 챔버(plenum chamber), 제1 가스를 제1 플리넘 챔버를 통해 제1 투과성 내벽으로 공급하도록 구성되는 제1 플리넘 유입구, 및 제1 외벽 및 제1 투과성 내벽을 통해 연장되는 폐가스 유입구와 유체 연통하는 적어도 하나의 개구부(aperture)를 포함한다. 열 반응 챔버는 중앙 챔버, 제2 가스의 공급을 수용하도록 구성되는 제2 플리넘 유입구를 갖는 중앙 챔버를 적어도 부분적으로 둘러싸는 제2 플리넘 챔버, 중앙 챔버와 제2 플리넘 챔버 사이의 제2 투과성 내벽, 및 제2 플리넘 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제2 외벽을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 투과성 내벽의 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(burner surfac)을 포함하고 제2 투과성 내벽의 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다. 대안적인 실시예에서, 제2 투과성 내벽의 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 제1 투과성 내벽의 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다.
본 개시의 다른 양태들 및 특징들은 부분적으로 명백하고 이하 부분적으로 상세히 설명될 것이다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들, 양태들, 및 이점들은 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구항들 및 첨부 도면들로부터 보다 완전히 명백하게 될 것이며, 도면들은 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 특징들을 예시한다.
도 1은 본 개시의 일 양태에 따른 폐가스 저감 시스템의 예시적 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 2는 본 개시의 양태들에 따른 사용을 위한 버너 모듈의 실시예의 개략적인 횡단면도이며, 버너 모듈은 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 갖는다.
도 3은 본 개시의 양태들에 따른 사용을 위한 비-버너 투과성 벽 모듈의 실시예의 개략적인 횡단면도이며, 비-버너 투과성 벽 모듈은 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 표면을 갖는다.
도 4는 본 개시의 양태들에 따른 폐가스 저감 시스템의 상향식(bottom up)으로 본, 열 반응 챔버의 실시예의 개략적인 횡단면도이며, 반응 챔버의 내부 표면은 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다.
도 5는 실시형태(Example) 1에서 추가적으로 설명되는 바와 같은, 본 개시의 폐가스 저감 시스템의 반응 챔버의 내부 표면 상의 고체 미립자 물질의 최소 빌드업을 도시하는 사진의 개략적인 랜더링이다.
도 6은 예 2에서 추가적으로 설명되는 바와 같은, 종래 기술의 폐가스 저감 시스템의 반응 챔버의 내부 표면 상의 고체 미립자 물질의 상당한 빌드업을 도시하는 사진의 개략적인 랜더링이다.
본 개시의 양태들은 시스템 내의 분해 생성물의 축적을 감소시키는 동안 열 반응기에서 폐가스들의 에너지-효율적인, 제어된 저감을 제공하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 폐가스 저감 시스템(1)(또한 노(furnace)로서 지칭됨)의 횡단면 구조도를 도시한다. 폐가스 저감 시스템(1)은 파괴(destruction)를 위해 열 반응 챔버(30)로, 제조 공정, 예를 들어, 반도체 웨이퍼들의 제조 동안에 생성되는 폐가스의 전달을 위한 하나 이상의 폐가스 유입구(들)(10)을 포함한다. 반도체 제조 공정의 폐가스는 전형적으로 할로겐화 화합물들, 미립자-형성 물질, 또는 할로겐화 화합물들 및 미립자-형성 물질의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 폐가스 유입구(들)(10)은 유입구 매니폴드(20)의 하나 이상의 개구들 내로 삽입되거나, 그것의 하나 이상의 개구부들을 통과하도록 구성되는 하나 이상의 노즐들 또는 튜브들을 포함할 수 있으며, 여기서 유입구 매니폴드(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 열 반응 챔버(30)의 말단부에 위치될 수 있거나, 다른 영역에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 폐가스 저감 시스템(1)은 하나의 폐가스 또는 폐가스들의 조합을 유입구 매니폴드(20)를 통해 반응 챔버(30)로 전달하도록 구성되는 하나의 폐가스 유입구(10)를 포함한다. 다른 실시예에서, 폐가스 저감 시스템(1)은 하나보다 많은 폐가스 유입구(10)를 포함하며, 폐가스 유입구들은 하나 또는 하나보다 많은 폐가스를 유입구 매니폴드(20)를 통해 반응 챔버(30)로 전달하도록 구성된다. 예로서, 하나보다 많은 폐가스 유입구를 포함하는 폐가스 저감 시스템들에서, 각각의 폐가스 유입구는 유입구 매니폴드(20)를 통해 반응 챔버(30)로 동일한 폐가스를 전달하거나 상이한 폐가스를 전달하기 위해 독립적으로 작용할 수 있다(예를 들어, 다수의 폐가스 유입구들을 포함하는 시스템에서, 다수의 폐가스 유입구들 각각은 동일한 가스 또는 상이한 가스들을 반응 챔버 내로 전달할 수 있음).
위의 실시예들 중 어느 것에서, 유입구 매니폴드(20)는 폐가스 유입구(들)(10)이 (도 1에 도시된 바와 같이) 개구(25)를 통해 열 반응 챔버(30)와 유체 연통하는 구성의 개구(25)에서 폐가스 유입구(들)(10)에 결합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 폐가스 유입구(들)(10)은 산화제, 연료(예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 또는 천연 가스), 및/또는 불활성 가스와 조합하여 폐가스를 보조 가스 유입구(14)를 통해 공급하도록 더 구성될 수 있으며, 여기서, 폐가스는 열 반응 챔버(30)로의 연통을 위해 개구(25)를 통과하기 전에 또는 이와 동시에 그러한 산화제, 연료, 및/또는 불활성 가스와 혼합될 수 있으며, 따라서 예를 들어, 과불화탄소 폐가스들의 파괴를 개선시킨다.
일반적으로, 유입구 매니폴드(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 디스크 형상의 구성요소를 포함하지만, 유입구 매니폴드(20)는 아래에서 보다 완전히 설명되는 바와 같이 폐가스 유입구(들)(10)로부터 열 반응 챔버(30)로의 폐가스의 연통과 양립할 수 있는 임의의 형상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1을 다시 참조하면, 유입구 매니폴드(20)는 제1 플리넘 챔버(22)의 경계를 형성하는, 제1 외벽(21) 및 제1 투과성 내벽(23)을 포함한다. 제1 투과성 내벽(23)은 가스의 통과를 허용하도록 크기화되는 공극들을 포함하고, 열 반응 챔버(30)로부터 유입구 매니폴드(20)를 분할하는 내벽의 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 연장될 수 있다. 제1 플리넘 챔버(22)는 제1 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 산화제, 연료 등, 또는 그 조합)를 제1 플리넘 챔버(22)를 통해 제1 투과성 내벽(23)으로 공급하도록 구성되는 플리넘 유입구(24)를 더 포함한다. 특정 실시예들에서, 제1 가스는 산화제, 비-연소성 가스, 또는 연소성 가스를 포함할 수 있으며; 보다 구체적으로, 제1 가스는 질소, 산소, 공기, 수소, 가스상 탄화수소, 또는 이 혼합물들을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 플리넘 챔버는 원하는 방식으로 상기 가스(들)을 분배하기 위한 목적으로 가스 또는 가스들의 조합을 수집 또는 한정하도록 의도되는 밀폐된 또는 부분적으로 밀폐된 챔버를 의미한다. 따라서, 본 개시의 특정 양태들에 따라 사용하기 위한 플리넘 챔버는 가스(즉, 퍼지 가스)를 실질적으로 균일한 방식으로 투과성 내벽에 분해하고 투과성 내벽 이외의 장소들에 대한 그러한 가스의 유동을 방지하는 밀봉된 볼륨을 제공하도록 기능한다. 그러한 목적을 위해 사용되는 가스는 바람직하게는 모두 저렴하고 화학적으로 안정한/비활성이어야 하고, 예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스(질소 이외의 것), 또는 그 조합으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 공기 또는 공기 및 다른 가스의 조합은 일반적으로 산소의 혼합(incorporation)이 질소 단독의 사용과 비교할 때 반응 챔버에서, 과불화탄소들을 포함하는, 폐가스의 개선된 파괴를 허용함에 따라 바람직할 수 있다. 특정 실시예들에서, 퍼지 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 또는 그 조합)는 상온에서 관련 플리넘 챔버에 분배될 수 있다. 더 다른 실시예들에서, 퍼지 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 또는 그 조합)는 관련 플리넘 챔버에 분배되기 전에 상온 이하로 냉각될 수 있다. 더 다른 실시예들에서, 퍼지 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 또는 그 조합)는 관련 플리넘 챔버에 분배되기 전에 상온 위로 가열될 수 있다. 더 다른 실시예들에서, 퍼지 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 또는 그 조합)는 반응 챔버에서의 연소를 위해 요구되는 온도에 대한 상온의 범위 내에서 관련 플리넘 챔버에 분배될 수 있다. 더 다른 실시예들에서, 퍼지 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 또는 그 조합)는 반응 챔버에서의 연소를 위해 요구되는 온도 미만의 온도에서 관련 플리넘 챔버에 분배될 수 있다. 퍼지 가스는 다양한 온도들에서 유용할 수 있지만, 그것은 일반적으로 퍼지 가스가 상대적으로 차가운 온도(예를 들어, 주위 온도)에서 분배되는 것이 바람직하며, 이는 유리하게는 내구성을 증가시키고 비용을 감소시킬 수 있는 매우 다양한 구조 물질들의 사용을 허용한다.
도 1을 다시 참조하면, 플리넘 유입구(24)로부터 분리되고 떨어진, 적어도 하나의 개구(25)는 폐가스 유입구(들)(10)에 결합되고 축방향으로 유입구 매니폴드(20)를 통해(즉, 그것의 폭을 가로질러) 그리고 중앙 챔버(31)로, 제1 외벽(21)을 통해 연장되어, 폐가스가 폐가스 유입구(들)(10)로부터 개구(25)를 통해 그리고 열 반응 챔버(30)로 실질적으로 방해받지 않고 유동하는 것을 허용한다. 일부 실시예들에서, 폐가스 유입구(들)(10)은 중앙 챔버(31)로 (개구(25)를 통해) 유입구 매니폴드(20)의 폭을 전부 가로질러 연장되며, 즉, 제1 내부 투과성 표면(23)에서 또는 이에 아주 근접하여 종료한다. 다른 실시예들에서, 폐가스 유입구(들)(10)은 중앙 챔버(31)로 (개구(25)를 통해) 유입구 매니폴드(20)의 폭의 적어도 약 90%까지 연장된다. 더 다른 실시예들에서, 폐가스 유입구(들)(10)은 중앙 챔버(31)로 (개구(25)를 통해) 유입구 매니폴드(20)의 폭의 적어도 약 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 40%, 30%, 또는 25%까지 연장된다. 더 다른 실시예들에서, 폐가스 유입구(들)(10) 및 적어도 하나의 개구(25)는내부 투과성 표면(23)에서 또는 이에 아주 근접하여 종단점들을 갖는 별개의 동심 튜브들을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 내부 투과성 표면(23)은 폐가스 유입구(들)(10)로부터 개구(25)를 통해 중앙 챔버(31)로의 폐가스의 흐름을 커버하거나, 코팅하거나, 그렇지 않으면 방해하지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플리넘 유입구(24)는 제1 플리넘 챔버(22)의 주변부에 위치되는 반면, 개구부(25)는 예를 들어, 플리넘 챔버의 중심 영역에서 플리넘 챔버를 통해 축방향으로 연장된다. 유입구 매니폴드(20)는 폐가스 유입구(들)(10)로부터 유입구 매니폴드(20)를 통해 열 반응 챔버(30)로의 폐가스의 연통을 허용하도록 구성되는 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 그 이상의 개구부들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 개구부들은 기하학적 구성 및/또는 위치가 폐가스 유입구로부터 열 반응 챔버로 폐가스의 실질적으로 방해받지 않은 유동을 허용하는 한, 서로에 대해 그리고 유입구 매니폴드의 임의의 다른 구성요소에 대해 임의의 기하학적 구성 및/또는 위치로 배열될 수 있다.
본 개시에 따른 하나 이상의 개구부들은 폐가스 유입구(들)로부터 반응 챔버로 폐가스의 전달과 일치하는 다양한 형상들 및 크기들을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 적어도 하나의 개구부의 직경은 약 1/4 인치 내지 약 4 인치의 범위에 있다. 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 개구부의 직경은 약 1/2 인치 내지 약 2 인치의 범위에 있다. 더 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 개구부의 직경은 약 3/4 인치 내지 약 11/4 인치의 범위에 있다. 더 다른 실시예에서, 적어도 하나의 개구부의 직경은 약 1 인치이다. 하나보다 많은 개구부를 포함하는 본 개시의 실시예들에서, 그러한 실시예들의 개구들은 서로 동일한 또는 서로 상이한 직경들을 가질 수 있다.
추가적으로, 폐가스 유입구(들)이 폐가스를 열 반응 챔버로 연통하는 개구부 내에 그리고 개구부의 가까운 부근에 고체 미립자 물질의 침착(deposition)을 더 방지하기 위해, 하나 이상의 개구부들은 하나 이상의 마이크로-개구부들을 더 포함할 수 있다. 그러한 마이크로-개구부(들)은 제1 또는 제2 플리넘 챔버와 유체 연통할 수 있어서, 폐가스(예를 들어, 공기, 질소, 또는 불활성 가스) 이외의 소량의 가스가 플리넘 챔버로부터 마이크로-개구부(들)을 통해, 개구부 벽과 폐가스 유입구 벽 사이의 개구부의 측벽(들)을 따라, 그리고 열 반응 챔버로 유동하는 것을 허용한다. 특정 실시예들에서, 마이크로-개구부(들)은 직경에 있어서 약 0.01 인치 내지 약 0.25 인치 크기의 범위일 수 있다. 특정의 다른 실시예들에서, 마이크로-개구부(들)은 직경에 있어서 약 0.031 인치 내지 약 0.063 인치(또는 약 1/32인치 내지 약 1/16 인치) 크기의 범위일 수 있다. 하나보다 많은 마이크로-개구부를 갖는 실시예들에서, 마이크로-개구부들은 동일한 크기 또는 상이한 크기들일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 열 반응 챔버(30)는 유입구 매니폴드(20)를 관통하는 통로를 제공하는 적어도 하나의 개구(25)를 통해 폐가스 유입구(들)(10)로부터 폐가스를 수용하도록 구성된다. 열 반응 챔버(30)는 제1 투과성 내벽(23)을 통해 제1 플리넘 챔버(22)로부터 제1 가스(예를 들어, 공기, 질소, 또는 불활성 가스)를 수용하도록 더 구성된다. 열 반응 챔버(30)는 연소가 발생하고 연소 생성물들이 폐가스와 반응하여 환경으로의 배출 전에 쉽게 처리되고 제거될 수 있는 생성물들로의 폐가스의 거의 완전한 전환을 야기하는 중앙 챔버(31)를 포함한다. 중앙 챔버(31)는 제2 플리넘 챔버(32)에 인접하거나, 이에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이거나, 이에 의해 실질적으로 완전히 둘러싸일 수 있다. 중앙 챔버(31) 및 제2 플리넘 챔버(32)는 제2 투과성 내벽(33)에 의해 분리된다. 제2 플리넘 챔버(32)는 제2 내부 투과성 벽(33)으로 제2 플리넘 챔버(32)를 통해 제2 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 산화제, 연료 등)의 공급을 수용하도록 구성되는 플리넘 유입구(34)를 더 포함한다. 제2 플리넘 챔버(32)는 제2 외벽(35)에 의해 정의되거나, 적어도 부분적으로 정의된다. 특정 실시예들에서, 제2 가스는 산화제, 비-연소성 가스, 또는 연소성 가스를 포함할 수 있으며; 보다 구체적으로, 제2 가스는 질소, 산소, 공기, 수소, 가스상 탄화수소들, 또는 그 혼합물들을 포함할 수 있다.
컨트롤러는 플리넘 유입구들(24, 34)로부터 플리넘 챔버들(22, 32) 각각으로 통과하는 제1 가스, 제2 가스, 또는 제1 및 제2 가스 둘 다의 유동을 유지시키도록 구성된다. 컨트롤러는 예를 들어, 제1 투과성 내벽(23) 및/또는 제2 투과성 내벽(33)의 적어도 일부의 표면에서 연료 가스 또는 가연성 가스 혼합물의 연소를 제어하도록 더 구성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되고 제2 투과성 내벽(33)의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다.
본 개시에 따른 버너 표면은 가스 또는 액체 연료 또는 그 조합의 연소 반응을 안정화시키는 투과성 표면의 영역으로 정의된다. 도 2는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 갖는 예시적 버너 모듈을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 2는 그것의 길이를 가로지르는 팬-타입(pan-type) 다공성 섬유 층 버너(4)의 횡단면을 도시한다. 금속 팬(41)은 측벽들(43)의 단부들(46)에 용접되는 스크린(45)을 구비한 측벽들(43)을 갖는다. 세라믹 및/또는 금속 섬유들의 다공성 층(40)은 스크린(45) 상에 증착되고, 이에 부착될 수 있다. 다공성 층(40)은 예를 들어, 연료 가스(예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 또는 천연 가스) 및 공기의 혼합물을 포함하는 가연성 가스의 혼합물이 가시적인 불길(flame)없이 연소되고 복사될 출구면(exit surface) 제공한다. 가연성 가스는 버너 플리넘 챔버(42)를 통과하는 공급라인(44)을 통해 버너(4)에 공급될 수 있으며, 여기서, 공급라인(44)은 금속 팬(41)에 연결될 수 있다. 특정 실시예들에서, 본 개시에 따른 사용을 위한 버너 모듈은 본질적으로 가연성 가스 또는 가연성 가스들의 혼합물로 구성되는 혼합물의 침투를 위해 구성될 수 있다. 본 개시에 따라 사용될 수 있는 다른 예시적 버너 모듈들은 미국 특허 번호 제8,215,951호, 제5,439,372호, 및 제5,326,631호에 설명되며, 그 각각은 본원에 통합된다.
도 3은 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 일 예시적 비-버너 투과성 벽 모듈을 예시한다. 상기 비-버너 투과성 벽 모듈(5)은 외벽(51) 및 측벽들(53)을 가지며, 스크린(55)은 측벽들(53)의 단부들(56)에 용접된다. 고온 금속 섬유들의 다공성 층(50)은 스크린(55) 상에 증착되고, 이에 부착될 수 있다. 비-버너 투과성 벽 표면(50)은 예를 들어, 불활성 가스, 질소, 공기, 또는 그 조합들을 포함하는 불연성 가스의 출구면을 제공한다. 불연성 가스는 플리넘 유입구(54)에 의해 모듈에 공급된다. 반응 존(즉, 열 반응 챔버)에 대한 폐가스의 전달을 위한 하나 이상의 튜브들(즉, 공급라인들)(57)은 외벽(51)을 통해 관통할 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 부분적으로 또는 완전히 모듈을 관통하여 비-버너 투과성 벽 표면(50)으로, 또는 이를 관통하여 연장된다. 특정 실시예들에서, 본 개시에 따른 사용을 위한 비-버너 투과성 벽 모듈은 혼합물 본질적으로 불연성 가스 또는 불연성 가스들의 혼합물로 구성되는 혼합물의 침투를 위해 구성될 수 있다.
본 개시의 폐기물 저감 시스템의 일 실시예에서, 도 1을 다시 참조하면, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다. 보다 구체적으로, 특정 실시예들에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 100%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 90%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 80%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 75%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 70%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 60%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 50%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 40%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 30%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 25%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 20%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 10%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 5%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함한다. 반대로, 상기 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 있어서, 제1 투과성 내벽(23)의 적어도 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 90%, 또는 99%, 그리고 100%까지는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다(즉, 비-버너 표면임). 예시적 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 100%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 100%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다.
도 1의 모든 요소들을 포함하고 이 점에서만 상이한 대안적인 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 100%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 90%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 80%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 75%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 70%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 60%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 50%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 40%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 30%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 25%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 20%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 10%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 5%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함한다. 반대로, 상기 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 있어서, 제2 투과성 내벽(33)의 적어도 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 90%, 또는 99%, 그리고 100%까지는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다(즉, 도 1의 참조 부호 50인, 비-버너 투과성 표면임). 예시적 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 100%는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면(40)을 포함하고 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 100%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다.
도 4는 본 개시의 양태에 따른 폐가스 저감 시스템의, 상향식으로 본, 열 반응 챔버의 내부의 실시예를 예시한다. 도 4를 참조하면, 열 반응 챔버의 (출구면(들)(40)을 포함하는) 제2 내부 투과성 벽(들)(33)은 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되고 천장 표면(15)은 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성된다. 도 4에 도시된 열 반응 챔버는 중앙 반응 챔버(31)를 형성하도록 배열되는 4개의 버너 모듈들(4)(예를 들어, 도 2에 도시된 버너 모듈)을 갖는다. 버너 모듈들(4)은 가스들이 인접한 버너 모듈들(4)의 수직 연접 라인(48)을 따라 누출될 수 없도록 인접한 버너 모듈들(4)의 측벽들(43)에 접합되는 내화성 포스트(47)로 서로 수직으로 만날 수 있다. 비-버너 투과성 벽 모듈(예를 들어, 도 3에 도시된 비-버너 투과성 벽 모듈(5))은 전체적으로 또는 부분적으로, 천장 표면(15)을 형성하고 중앙 챔버(31)의 제5 면(face)(즉, 상단 또는 천장)의 역할을 하는 버너 모듈(4)의 에지들에 부착될 수 있다. 이러한 배열에 의해, 4개의 버너 모듈들(4)은 버너 모듈(4) 및 비-버너 투과성 벽 모듈(5)의 출구면에 의해 둘러싸이는 중앙 챔버(31)를 갖는 내향 가열로(fired furnace)로서 작용한다. 폐가스는 페이지에 수직인 경로 내의 개구부(들)(25)을 통해 중앙 챔버(31)로 폐가스 유입구를 통해 이동할 수 있다. 중앙 챔버(31)에 진입 시, 폐가스는 페이지에 수직인, 투과성 벽 모듈 표면(15)을 통해 이동하는 가스 유동에 의해 비-버너 투과성 벽 모듈 표면(15)으로부터 축출될 수 있다. 제2 내부 투과성 벽(33)으로부터의 연소 생성물들은 폐가스들의 파괴를 원조하는 폐가스의 경로에 수직으로 이동하여, 본 개시에 따른 사용에 적합한 노(furnace)가 하나 이상의 버너 모듈들 및 하나 이상의 비-버너 투과성 벽 모듈들을 포함할 수 있다는 것을 증명한다.
도 1의 모든 요소들을 포함하고 이 점에서만 상이한 다른 실시예들에서, 제1 투과성 내벽(23)의 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 표면을 갖는 링-형상의 버너이다. 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)의 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 표면을 갖는 링-형상의 버너이다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)의 일부 및 제2 투과성 내벽(33)의 일부는 링-형상의 버너로 구성되며, 각각은 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 표면들을 갖는다. 더 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)은 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 투과성 내벽 표면으로 구성되는 링-형상 버너들 사이의 갭들을 갖는 동심의 링-형상 버너들을 포함한다. 더 다른 실시예에서, 제2 투과성 내벽(33)은 불연성 가스의 침투를 위해 구성되는 버너 표면 및 표면의 수직-교호 링들을 포함한다. 링-형상의 버너를 포함하는 특정 예시적 실시예에서, 링 폭은 범위가 유입구 매니폴드 및/또는 열 반응 챔버의 반경의 약 15% 내지 약 50%에 이를 수 있다.
도 1의 실시예를 포함하는 특정 실시예들에서, 제1 투과성 내벽(23)은 열 반응 챔버(30)의 상부 표면(예를 들어, 실질적 수평 천장)의 적어도 일부, 또는 실질적으로 전부를 포함하고 제2 투과성 내벽(33)은 열 반응 챔버(30)의 측벽(예를 들어, 실질적 수직 컬럼(column))의 적어도 일부, 또는 실질적으로 전부를 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23)은 열 반응 챔버의 측벽(예를 들어, 실질적 수직 컬럼)의 적어도 일부, 또는 실질적으로 전부를 포함하고 제2 투과성 내벽(33)은 열 반응 챔버(30)의 상부 표면 (예를 들어, 실질적 수평 천장)의 적어도 일부를 포함한다. 일 실시예에서, 투과성 내벽은 천장에 근접한 측벽의 상단으로부터 열 반응 챔버의 베이스에 근접한 측벽의 하단으로 연장될 수 있다. 더 다른 실시예에서, 투과성 내벽은 측벽의 길이의 10% 이상 100% 미만, 예컨대 측벽의 길이의 20% 이상 80% 미만, 및 심지어 측벽의 길이의 30% 이상 50% 미만으로 연장될 수 있다. 투과성 내벽은 또한 반응 챔버의 중앙 축을 중심으로 적어도 부분적으로 원주방향으로 연장될 수 있고, 심지어 반응기 챔버의 중앙 축을 중심으로 전체 360도 로 연장될 수 있다. 예를 들어, 투과성 내벽은 반응 챔버의 중앙 축을 중심으로, 적어도 90도 그리고 360도까지 연장될 수 있다. 더 다른 실시예에서, 복수의 투과성 내부 부분들은 중앙 축을 중심으로 제공되될 수 있으며, 개별 투과성 내부 부분들은 범위가 10도 이하에서 90도 이상까지의 폭에 이른다.
본원에서 설명되는 실시예들 각각에 있어서, 그것은 제1 및 제2 투과성 내벽들이 특정 표면적 비율을 갖도록 유입구 매니폴드 및 열 반응 챔버를 구성하는 것이 유리할 수 있다. 도 1을 참조하면, 예시적 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23) 및 제2 투과성 내벽(33)은 범위가 약 1:1 내지 약 1:10에 이르는 표면적 비율을 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 투과성 내벽(23) 및 제2 투과성 내벽(33)은 범위가 약 1:2 내지 1:5에 이르는 표면적 비율을 갖는다. 특정 바람직한 실시예들에서, 제1 투과성 내벽(23) 및 제2 투과성 내벽(33)은 약 1:2, 1:3, 1:4, 또는 1:5의 표면적 비율을 갖는다.
폐가스 저감 시스템(1)을 포함하는 유입구 매니폴드 및 열 반응 챔버는 임의의 바람직한 3차원 형상을 형성할 수 있다. 특정 실시예들에서, 유입구 매니폴드 및 열 반응 챔버는 단독으로 또는 조합하여, 큐브, 직각 프리즘, 또는 원통(cylinder)을 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 도 1을 참조하면, 유입구 매니폴드(20) 및 열 반응 챔버(30)는 실질적으로 원통형이다. 제1 및 제2 투과성 내벽들은 유사하게 그들이 일 부분인 유입구 매니폴드 및/또는 열 반응 챔버와 동일하거나 상이한 임의의 바람직한 형상을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 투과성 내벽 및 제2 투과성 내벽 중 하나 또는 둘 다는 실질적으로 평탄한(예를 들어, 실질적으로 2차원의 직사각형 또는 디스크), 큐빅, 원통형, 또는 가스 투과성을 포함하는 그들의 기능성이 유지되도록 허용하는 임의의 다른 형상일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 도 1을 참조하면, 제1 투과성 내벽(23)은 실질적으로 평탄하고 디스크 형상이고 제2 투과성 내벽(33)은 원통형이다.
일 실시예에서, 유입구 매니폴드는 실질적으로 약 1:1과 약 1:6 사이의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다. 다른 실시예에서, 유입구 매니폴드는 실질적으로 약 1:2와 약 1:5 사이의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다. 더 다른 실시예에서, 유입구 매니폴드는 실질적으로 약 1:2 대 약 1:6 사이의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다. 더 다른 실시예에서, 유입구 매니폴드는 실질적으로 약 1:2 대 약 1:4 사이의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다. 더 다른 실시예에서, 유입구 매니폴드는 실질적으로 약 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 또는 1:6의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다.
일 실시예에서, 열 반응 챔버는 실질적으로 약 1:4 내지 약 10:1 사이의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다. 다른 실시예에서, 열 반응 챔버는 실질적으로 약 1:2와 약 8:1 사이의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형이다.
본 개시에 따른 내부 투과성 벽들은 열 반응 챔버 환경에서 투과성 벽으로 사용하기에 적합한 특성들을 갖는 임의의 물질을 포함하는, 다양한 물질들로부터 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1개 또는 2개의 투과성 내벽들은 세라믹 폼(foam), 금속 폼, 세라믹 섬유들 또는 세라믹 섬유들의 투과성 매트릭스, 금속 섬유들 또는 금속 섬유들의 투과성 매트릭스, 또는 그 조합으로부터 제조된다. 금속 섬유들을 포함하는 실시예들에서, 금속 섬유들은 소결되거나 비-소결될 수 있다. 특정 실시예들에서, 내부 투과성 벽들은 고체들이 그들의 표면들 상에 침착하는 경우 세정을 견딜 수 있도록 내구성이 있고, 고온들(예를 들어, 1800℉보다 더 큼)을 견딜 수 있고, 부식에 내성이 있고, 균열(cracking)에 취약하지 않은 물질로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 1개 또는 2개의 투과성 내벽들은 철, 크롬, 니켈, 알루미늄, 또는 그 조합들 또는 합금들을 포함하는 고온 금속 합금을 포함한다. 1개 또는 2개의 투과성 내벽들의 유동 저항은 관련 투과성 내벽이 유체 연통하는 플리넘 내부에 상대적으로 차가운 온도(예를 들어, 상온)를 유지시키기에 충분할 수 있고, 그러한 유동 저항은 바람직하게는 퍼지 가스(예를 들어, 공기, 질소, 불활성 가스, 또는 그 조합)를 내부 투과성 벽의 표면으로 분배하기에 적합하다. 선택적으로, 1개 또는 2개의 내부 투과성 벽들은 예시적 실시예에서, 기판이 천공된 스틸 플레이트인 기판 상에 형성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 1개 또는 2개의 투과성 벽들은 초당 약 0.05 피트 내지 10 피트 범위 또는, 보다 구체적으로, 초당 약 0.1 피트 내지 약 0.4 피트 범위의 퍼지 가스의 유속(속도)을 달성하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 1개 또는 2개의 투과성 벽들은 범위가 약 50% 내지 약 99.9%에 이르는 다공도/공극 볼륨 분율을 가질 수 있다. 더 다른 실시예들에서, 1개 또는 2개의 투과성 벽들은 적어도 약 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 또는 95%의 다공도/공극 볼륨 분율을 가질 수 있다. 본 개시의 실시예들의 하나 이상의 투과성 벽들의 상대적으로 높은 다공도/공극 볼륨 분율은 유리하게는 원하지 않는 고체 부산물들의 침착에 이용 가능한 반응 챔버 내의 표면적을 최소화하며, 따라서 본원에서 설명되는 시스템들의 성능을 향상시킨다.
내부 투과성 벽들(23, 33)의 두께 및 조성은 플리넘 챔버들(22, 32)로부터 내부 투과성 벽들(23, 33)을 통과하는 가스의 유동을 상당히 보조하거나 제한한다. 내부 투과성 벽들(23, 33)은 범위가 약 0.125 인치 내지 약 2 인치에 이르는 평균 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 범위가 약 0.25 인치 내지 약 2 인치에 이르는 평균 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 범위가 약 0.25 인치 내지 약 0.75 인치에 이르는 평균 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 범위가 약 0.25 인치 내지 약 1 인치에 이르는 평균 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.125 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.25 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.4 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.5 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.125 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.6 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 0.75 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 1 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 1.25 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 1.5 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 1.75 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 더 다른 실시예에서, 내부 투과성 벽들(23, 33)은 2 인치의 평균 두께를 가질 수 있다. 내부 투과성 벽들(23, 33)의 평균 두께는 저감될 폐가스, 이용되는 가연성 및 불연성 가스들, 이용 가능한 내부 투과성 벽 물질들 등을 포함하는 응용 및 다른 인자들에 따라, 동일하거나 상이할 수 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시에 따른 폐가스 저감 시스템은 선택적으로 열 반응 챔버의 반응 존을 나가는 가스의 급속 냉각을 위한 냉각 컬럼(cooling column)을 포함한다. 냉각 컬럼은 예를 들어, 미국 특허 번호 제5,603,905호에 설명되는 바와 같은 습식 켄치(quench) 및 스크러버(scrubber) 또는 배출 가스와 혼합하고 이를 냉각시키기 위한 가스 스트림을 이용하는 건식 켄치를 포함할 수 있다. 그러한 습식 냉각 컬럼은 그것의 상단 단부 주위에 환형 트로프(trough)을 가질 수 있으며, 이는 열 반응 챔버의 개방 단부(예를 들어, 하단 개방 단부)와 정렬한다. 물은 공급라인을 통해 환형 트로프로 공급되어, 냉각 컬럼을 넘쳐서 컬럼의 내부 표면 아래로 물의 연속 유동을 제공하여, 그것에 의해 반응 챔버를 떠나는 반응 생성물 스트림을 냉각시키고 그러한 스트림 내의 입자들이 냉각 컬럼의 내부 표면에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 가스상 스트림 및 물은 냉각 컬럼의 하단 단부로부터 고체 미립자 물질 및 가용성 화합물들 예컨대 HF, HCI, 및 SO2를 함유하는 물의 회수(withdrawal)를 위한 배수 파이프(drain pipe)를 갖는 분리기로 배출된다. 냉각된 가스상 스트림은 파이프를 통해 분리기로부터 나가고 분리기를 나가는 가스상 스트림 내의 잔류 가용성 화합물들을 캡처하기 위해 그것의 많은 공지된 형태들 중 임의의 형태로 스크러버를 통과한다. 스크러빙된 가스는 환경적으로 안전한 배기가스로서 대기로 배출된다.
본 개시의 폐가스 저감 시스템은 실란(SiH4)과 같은 미립자-형성 가스들뿐만 아니라, 헥사플루오로에탄(C2F6) 및 테트라플루오로메탄(CF4)과 같은 높은 온실 가스 지수들을 갖는 폐가스들의 상당한 파괴를 위해 설계 및 시험된다. 특히, 일 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 과불화탄소들에 대해 85%보다 더 큰 파괴 제거 효율(DRE, EPA Test Protocol 430-R-10-003 또는 유사한 프로토콜에 의해 측정됨)을 갖는다. 다른 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 과불화탄소들에 대해 90%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 다른 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 과불화탄소들에 대해 95%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 다른 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 과불화탄소들에 대해 97.5%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 다른 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 과불화탄소들에 대해 99%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 테트라플루오로메탄에 대해 95%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 과불화탄소들의 파괴에 대한 그것의 높은 능력에 더하여, 본 발명의 폐가스 저감 시스템은 효율적으로 실란을 파괴한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 실란에 대해 90%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 다른 실시예에서, 본 개시의 폐가스 저감 시스템은 실란에 대해 95%보다 더 큰 DRE를 갖는다. 더 다른 실시예에서, 본 발명의 폐가스 저감 시스템은 실란에 대해 99%보다 더 큰 DRE를 갖는다.
실시형태들
이하의 비제한적 예들은 본 발명을 추가적으로 예시하기 위해 제공된다. 이어지는 예들에서 개시되는 기술들은 발명가들이 발견한 본 발명의 양태들의 실시에서 잘 기능한 접근법들을 나타내고, 따라서 그것의 실시를 위한 모드들의 예들을 구성하는 것으로 간주될 수 있다는 점이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 그러나, 당업자는 본 개시의 관점에서, 많은 변화들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 개시되고 여전히 동일한 또는 유사한 결과를 획득하는 특정 실시예들에서 이루어질 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
실시형태 1 - 예시적 실시예를 사용한 6x7 및 3x7 버너 상의 실리카 빌드업 (Build-Up)
특히 실리카 또는 다른 실리콘 함유 고체들로부터의 고체 침착에 대한 저항성을 조사하기 위해, 시험들은 도 1에 유사한 구성을 갖는 노(furnace)에서 수행되었다. 제2 투과성 내벽(도 1의 33에 대응함)은 7 인치 내부 직경 x 6 인치 높이로 측정되었다. 제1 투과성 내벽(도 1의 23에 대응함)은 폐가스를 반응 챔버(30)로 운반하기 위해 6개의 개구들(25)을 갖는 천장을 형성하는 7 인치 디스크였다. 각각의 폐가스 튜브는 분 당 50 리터의 질소를 함유하는 가스 스트림들로 공급되었다. 추가적인 분 당 2 리터의 실란이 하나의 폐가스 튜브에 공급되었다. 천연 가스 및 초과 공기는 폐가스의 파괴를 보조하기 위해 제2 투과성 벽을 통해 공급되었고 분 당 50 리터의 청정 건조 공기는 반응 존에서 생성된 실리카를 축출하기 위해 제1 투과성 벽에 공급되었다. 6480 리터의 실란이 소비된 후에, 다공성 표면들은 실리카의 침착에 대해 검사되었다. 제1 투과성 벽은 표면 상에 침착된 0.15 입방 인치 미만의 실리카를 가졌고 폐가스 노즐들로부터의 유동은 도 5에 도시된 바와 같이 방해받지 않았다.
실시형태 2 - 예시적 실시예를 사용하지 않은 6x7 버너 상의 실리카 빌드업
비교 시험은 제1 투과성 벽이 비-투과성의 내화성 표면으로 대체된 것을 제외하고, 실시예 1에서 설명되는 것과 동일한 반응 챔버에서 수행되었다. 분 당 2 리의 유속에서 2160 리터의 실란의 소비 후에, 0.75 입방 인치보다 많은 실리카가 비-투과성의 내화성 표면 및 폐가스 노즐에 침착되었다. 대부분의 실리카는 도 6에 도시된 바와 같이 반응 존으로 연장되는 실리카의 관형 구조를 형성하는, 폐가스 노즐의 베이스에 침착되는 것으로서 관측되었다. 이러한 실리카 침착의 양은 과불화탄소들의 파괴 효율에 부정적인 영향을 미칠 것이다. 이들 시험들로부터, 본 발명이 실리카 빌드업을 90% 초과만큼 감소시킨다고 주장될 수 있다.
실시형태 3 - 예시적 실시예를 사용한 6x7 버너 상의 CF 4 및 NF 3 시험
추가적인 테스트들은 (실시예 1에서 설명된 바와 같은) 제1 투과성 벽에 의해 제공되는 고체 침착에 대한 증가된 저항성이 CF4 및 NF3와 같은 고질적인 물질들의 파괴를 방해하지 않는다는 것을 보장하기 위해 수행되었다. CF4 및 NF3는 그러한 가스들이 열 연소에 의해 파괴되는 것이 어렵기 때문에 밴치마크(benchmark) 가스들로서 선택되었다. 실험의 초기에서, 제1 투과성 벽을 통해 제공되는 상대적으로 차가운, 청정 건조 공기가 반응 존을 켄칭하고 파괴 효율을 감소시킬 것으로 예측되었다. 그러나, 놀랍게도, 본원에 설명되는 시험은 반응 챔버의 다수의 투과성 내부 표면들을 통해 지향되는, 열 연소를 위한 불연성 및 가연성 가스들(또는 가스 혼합물들)의 조합의 사용이 챔버 표면들 상의 고체 미립자 물질의 바람직하지 않은 축적을 효율적이고 효과적으로 방지한다는 것을 증명하였다.
비교 시험들은 실시형태들 1 및 2에서 이전에 설명된 것과 동일한 시스템 구성들 상에서 수행되었다. 각각의 시스템 구성은 분 당 50 리터의 질소를 포함하는 가스 스트림으로, 폐가스 튜브를 통해, 공급되었다. 실시형태 1의 시스템 구성에서, 분 당 50 리터의 청정 건조 공기가 제1 투과성 벽을 통해 공급되었다. 실시형태들 1 및 2의 시스템 구성들 각각에서, NF3는 분 당 0.25 리터로부터 시작하여 분 당 .25 리터의 증분들로 분 당 3 리터까지 1개의 폐가스 튜브에 공급되었다. NF3의 파괴 효율은 유속의 각각의 증분에서 측정되었다. 파괴 효율에서의 1% 미만의 차이가 예 1의 시스템 구성(제1 투과성 벽을 가짐)과 예 2의 시스템 구성(비-투과성의 내화성 표면을 가짐) 사이에서 발견되었다.
시험은 NF3 대신에 CF4로 반복되었고 결과들은 특히 놀라운 것이었다.
각각의 시스템(다시, 예들 1 및 2에서 설명되는 바와 같음)은 분 당 0.1 리터로부터 시작하여 분 당 0.1 리터의 증분들로 분 당 1 리터까지의 CF4를 포함하는 가스 스트림으로, 폐가스 튜브를 통해, 공급되었다. 추가적인 연료 및 산화제는 표준 관행에 따라 반응을 원조하기 위해 (예를 들어, 도 1의 14로서 도시된) 보조 가스 유입구를 통해 이러한 폐가스 튜브에 공급되었다. CF4 파괴는 실시형태 2의 시스템 구성(비-투과성의 내화성 표면을 가짐)보다 실시형태 1의 시스템 구성(제1 투과성 벽을 가짐)이 더 높았고 실시형태 2의 시스템 구성에 의해 공급되는 청정 건조 공기보다 실시형태 1의 시스템 구성에 의해 공급되는 청정 건조 공기와 더욱 일치하였다는 것이 발견되었다. 다공성 표면을 갖는 CF4의 파괴 효율은 범위가 97%와 97.3% 사이에 이르렀다. 다공성 표면이 없는 CF4의 파괴 효율은 범위가 95.2%와 96.5% 사이에 이르렀다. 산업 표준은 95%보다 더 크다.
시험들은 한 번에 더 많은 폐가스 튜브들에 공급되는 CF4 및 NF3로 반복되었다. 결과들은 위에 설명되는 것들과 동일하거나 이들보다 더 양호하였다. 파괴 효율은 더 많은 폐가스 튜브들이 반응 존에서의 증가된 온도 및 균일성으로 인해 고질적인 가스를 파괴하기 위해 이용될 때 달성하기 더 용이하다.
제1 투과성 벽을 통한 공기 유속의 효과는 분당 50 리터로부터 분 당 150 리터로 유속을 가변시킴으로써 추가로 시험되었다. 고체들에 저항하는 능력은 증가된 유속과 함께 증가한다는 것이 발견되었다. NF3의 파괴 효율은 증가하는 유동과 함께 감소되어, 분 당 50 리터를 이러한 특정 기하학적 구조에 대한 이상적인 유속이 되게 한다. CF4의 파괴 효율은 다공성 표면에 대한 증가된 유동과 함께 증가되었다.
추가 시험들은 상이한 반응 존의 기하학적 구조로 위에 설명되는 결과들을 검증하기 위해 수행되었다. 6개 대신에 4개의 폐가스 유입구들을 갖는 직경 6인치 x 길이 6인치를 측정하는 반응 존이 시험되었다. 결과들은 이전에 설명된 것들과 근접하게 일치하였다.
실시형태들 4 및 5 - 예시적 실시예를 사용한 6x6 버너의 필드 시험들
성공적인 실험실 시험 후에, 추가 시험은 상업적 반도체 공정들 상에서 동작하는 2개의 필드 설치들에서 수행되었다. 선택된 필드 사이트들은 제3자에 의해 운영되었고 다량의 실리카를 생산하였다. 시험이 시작되기 전에, 이들 사이트들은 실시형태 2에서 설명되는 구성과 유사한 반응 챔버들을 포함하는 시스템들을 설치하였으며; 제1 투과성 벽이 존재하지 않았지만, 그 대신 비-투과성의 내화성 표면이 존재하였다. 이러한 구성에서, 머신 오퍼레이터들은 그들에게 유닛을 개방하고 고체들을 제거하도록 요구하는, 반응 챔버 내부의 고체 침착으로 인한 빈번한 서비스 정지들을 경험하였다. 투과성 표면들이 설치되었고 6개월의 코스에 걸쳐 동작되었다. 이러한 시간 동안, 반응 챔버 내의 실리카 침착은 현저하게 감소되었다.
예 4의 필드 사이트에서, 요구된 서비스들 사이의 웨이퍼들의 처리량은 다공성 표면을 설치한 후에 평균 3.4배만큼 증가하였다. 예 5의 필드 사이트에서, 서비스 사이의 시간은 웨이퍼 침착의 양(침착된 총 두께)이 또한 다공성 표면을 설치한 후에 2배만큼 증가하는 동안 2배만큼 증가하였다.
상기의 관점에서, 본 개시의 수개의 목적들이 달성되고 다른 유리한 결과들이 획득되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 발명 대상의 시스템들 및 방법들에 대한 많은 변경들, 변형들, 수정들, 및 다른 용도들 및 응용들이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 모든 그러한 변경들, 변형들, 수정들, 및 다른 용도들 및 응용들은 이어지는 청구항들에 의해서만 제한되는 본 개시에 의해 커버되는 것으로 간주된다.

Claims (81)

  1. 폐가스들의 연소 저감 용 시스템에 있어서,
    a) 폐가스 유입구;
    b) 상기 폐가스 유입구를 수용하도록 구성되는 유입구 매니폴드 - 상기 유입구 매니폴드는:
    제1 외벽 및 제1 투과성 내벽을 갖는 제1 플리넘 챔버,
    제1 가스를 상기 제1 플리넘 챔버를 통해 상기 제1 투과성 내벽에 공급하도록 구성되는 제1 플리넘 유입구, 및
    상기 제 1 플리넘 챔버를 관통하고, 상기 폐가스 유입구에 결합되고 상기 제1 플리넘 챔버의 상기 제 1 외벽 및 상기 제1 투과성 내벽을 통해 연장되는 적어도 하나의 개구부를 포함함 -;
    c) 상기 유입구 매니폴드에 결합되고 (i) 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 상기 폐가스 유입구로부터의 폐가스 및 (ii) 상기 제1 투과성 내벽을 통해 상기 제1 가스를 수용하도록 구성되는 열 반응 챔버 - 상기 열 반응 챔버는:
    중앙 챔버,
    제2 가스의 공급을 수용하도록 구성되는 제2 플리넘 유입구를 갖는 상기 중앙 챔버를 적어도 부분적으로 둘러싸는 제2 플리넘 챔버,
    상기 중앙 챔버와 상기 제2 플리넘 챔버 사이의 제2 투과성 내벽, 및
    상기 제2 플리넘 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제2 외벽을 포함함 -; 및
    d) 상기 제1 가스, 상기 제2 가스, 또는 상기 제1 및 제2 가스 둘 다의 유동을 유지시키고, 상기 제1 투과성 내벽의 적어도 일부 및 상기 제2 투과성 내벽의 적어도 일부의 표면에서 연소를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하며,
    여기서,
    i. 상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되거나;
    ii. 상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 매니폴드는 1:1과 1:6 사이의 길이 대 직경 비율을 갖는 원통형인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 매니폴드는 1:2의 길이 대 직경 비율을 갖는 원통형인, 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 상기 제1 플리넘 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 마이크로-개구부들을 더 포함하는, 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 1/4 인치 내지 4 인치의 직경을 갖는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 1/2 인치 내지 2 인치의 직경을 갖는, 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 1 인치의 직경을 갖는, 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 반응 챔버는 1:0.1 내지 1:10 사이의 길이 대 직경 비율을 갖는 원통형인, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열 반응 챔버는 1:0.5 내지 1:6의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형인, 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 열 반응 챔버는 1:1의 거리 대 직경 비율을 갖는 원통형인, 시스템.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 반응 챔버는 2:1 내지 10:1의 길이 대 직경 비율을 갖는 원통형인, 시스템.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽은 0.125 인치 내지 2 인치 범위 내의 평균 두께를 갖는, 시스템.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽은 0.125 인치 내지 2 인치 범위 내의 평균 두께를 갖는, 시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 적어도 일부는 금속 섬유, 세라믹 섬유, 금속 폼, 세라믹 폼, 또는 그 조합들을 포함하는, 시스템.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 적어도 일부는 금속 섬유, 세라믹 섬유, 금속 폼, 세라믹 폼, 또는 그 조합들을 포함하는, 시스템.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 적어도 일부 및 상기 제2 투과성 내벽의 적어도 일부는 금속 섬유, 세라믹 섬유, 금속 폼, 세라믹 폼, 또는 그 조합들을 포함하는, 시스템.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 버너 표면은 금속 섬유들을 포함하며, 상기 금속 섬유들은 철, 크롬, 니켈, 알루미늄, 또는 그 조합들 또는 합금들을 포함하는 고온 금속 합금을 포함하는, 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 10%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 25%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 50%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 75%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 90%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 99%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 전부는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 10%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 25%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 50%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  29. 제17항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 75%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  30. 제17항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 90%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  31. 제17항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 전부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  32. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽 및 상기 제2 투과성 내벽은 1:1 내지 1:10 범위의 표면적 비율을 갖는, 시스템.
  33. 제17항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽 및 상기 제2 투과성 내벽은 1:2 내지 1:5 범위의 표면적 비율을 갖는, 시스템.
  34. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 가연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는 버너 표면을 포함하고 상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 일부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 버너 표면은 금속 섬유들을 포함하며, 상기 금속 섬유들은 철, 크롬, 니켈, 알루미늄, 또는 그 조합들 또는 합금들을 포함하는 고온 금속 합금을 포함하는, 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 10%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 25%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 50%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 75%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  40. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 90%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  41. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 95%는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  42. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽의 상기 표면의 전부는 버너 표면을 포함하는, 시스템.
  43. 제34항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 10%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  44. 제34항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 25%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  45. 제34항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 50%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  46. 제34항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 75%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  47. 제34항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 적어도 90%는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  48. 제34항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽의 상기 표면의 전부는 불연성 가스를 포함하는 혼합물의 침투를 위해 구성되는, 시스템.
  49. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽 및 상기 제1 투과성 내벽은 1:1 내지 1:10 범위의 표면적 비율을 갖는, 시스템.
  50. 제34항에 있어서,
    상기 제2 투과성 내벽 및 상기 제1 투과성 내벽은 1:2 내지 1:5 범위의 표면적 비율을 갖는, 시스템.
  51. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽은 상기 열 반응 챔버의 수평 천장(ceiling)을 포함하고 상기 제2 투과성 내벽은 상기 열 반응 챔버의 수직 컬럼(column)을 포함하는, 시스템.
  52. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽은 상기 열 반응 챔버의 수직 컬럼을 포함하고 상기 제2 투과성 내벽은 상기 열 반응 챔버의 수평 천장을 포함하는, 시스템.
  53. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐가스 유입구는 상기 제1 플리넘 챔버를 통해 상기 제1 투과성 내벽으로, 산화제, 연료, 또는 불활성 가스와 함께, 상기 폐가스를 공급하도록 구성되는, 시스템.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 제1 투과성 내벽은 상기 폐가스에 투과성인, 시스템.
  55. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가연성 가스는 수소 가스, 하나 이상의 가스상 탄화수소들, 또는 그 혼합물들을 포함하는, 시스템.
  56. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가연성 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 또는 천연 가스를 포함하는, 시스템.
  57. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연성 가스는 불활성 가스, 질소, 공기, 또는 그 조합들을 포함하는, 시스템.
  58. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제가 상기 제1 가스, 상기 제2 가스, 상기 가연성 가스, 또는 상기 불연성 가스 중 적어도 하나에 첨가되는, 시스템.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 산화제는 산소인, 시스템.
  60. 제58항에 있어서,
    상기 제1 가스 또는 상기 제2 가스 중 적어도 하나는 상기 산화제 및 상기 불연성 가스의 혼합물인, 시스템.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 산화제 및 상기 불연성 가스의 상기 혼합물은 산소 및 질소를 포함하는, 시스템.
  62. 제60항에 있어서,
    상기 제1 가스는 상기 산화제 및 상기 불연성 가스의 혼합물인, 시스템.
  63. 제60항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 산화제 및 상기 불연성 가스의 혼합물인, 시스템.
  64. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 배출 가스 장치를 더 포함하는, 시스템.
  65. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 90%보다 더 높은 과불화탄소들의 파괴 및 제거 효율(destruction and removal efficiency(DRE))을 포함하는, 시스템.
  66. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 95%보다 더 높은 과불화탄소들의 파괴 및 제거 효율(DRE)을 포함하는, 시스템.
  67. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 95%보다 더 높은 실란 가스의 파괴 및 제거 효율(DRE)을 포함하는, 시스템.
  68. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 99%보다 더 높은 실란 가스의 파괴 및 제거 효율(DRE)을 포함하는, 시스템.
  69. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    가연성 가스 공급라인은 상기 제1 플리넘 유입구, 상기 제2 플리넘 유입구, 또는 상기 제1 및 제2 플리넘 유입구들에 연결되는, 시스템.
  70. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    불연성 가스 공급라인은 상기 제1 플리넘 유입구, 상기 제2 플리넘 유입구, 또는 상기 제1 및 제2 플리넘 유입구들에 연결되는, 시스템.
  71. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 제1 투과성 내벽, 상기 제2 투과성 내벽, 또는 상기 제1 및 제2 투과성 내벽들 모두의 하나 이상의 버너 표면들에서 상기 가연성 가스를 점화시키기에 충분한 적어도 하나의 점화 요소를 더 포함하는, 시스템.
  72. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 (i) 상기 제1 및 제2 가스 중 적어도 하나의 유속; (ii) 상기 제1 및 제2 가스 중 적어도 하나의 조성; 및 (iii) 상기 제1 및 제2 투과성 내벽 중 적어도 하나의 하나 이상의 버너 표면들의 점화 중 적어도 하나를 제어함으로써 연소를 제어하는, 시스템.
  73. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입구 매니폴드의 상기 적어도 하나의 개구부는 상기 폐가스, 상기 제1 가스, 또는 상기 폐가스 및 상기 제1 가스에 불투과성인 경계를 포함하는, 시스템.
  74. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 플리넘 챔버는 상기 폐가스, 상기 제1 가스, 또는 상기 폐가스 및 상기 제1 가스에 불투과성인 경계를 포함하는, 시스템.
  75. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 플리넘 유입구는 가스 공급라인을 수용하도록 구성되는, 시스템.
  76. 제75항에 있어서,
    상기 가스 공급라인은 가연성 가스, 불연성 가스, 또는 가연성 및 불연성 가스의 조합을 전달하는, 시스템.
  77. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 플리넘 유입구는 가스 공급라인을 수용하도록 구성되는, 시스템.
  78. 제77항에 있어서,
    상기 가스 공급라인은 가연성 가스, 불연성 가스, 또는 가연성 및 불연성 가스의 조합을 전달하는, 시스템.
  79. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가스는 산화제, 비-연소성 가스, 또는 질소, 산소, 공기, 수소, 가스상 탄화수소들, 또는 이 혼합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 연소성 가스인, 시스템.
  80. 제1항의 시스템을 사용하는 폐가스의 연소 저감 용 방법.
  81. 제80항에 있어서, 상기 방법은,
    폐가스를 상기 폐가스 유입구 및 상기 유입구 매니폴드를 통해 상기 열 반응 챔버로 도입하는 단계;
    상기 제1 및 제2 투과성 내벽들 중 적어도 하나의 상기 버너 표면에서 가연성 가스의 유동을 제어하는 단계;
    상기 제1 및 제2 투과성 내벽들 중 하나 이상의 적어도 일부에 대한 불연성 가스의 유동을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 가연성 가스는 상기 폐가스를 저감시키고, 상기 불연성 가스의 유동은 상기 제1 또는 제2 투과성 내벽들 중 적어도 하나의 상기 표면에서 입자들의 형성을 제거하거나 방지하는, 방법.
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