CN103299131B - 燃烧除害装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃烧除害装置，该燃烧除害装置能够高效地对含有作为有害气体成分的可燃性气体成分的废气等被处理气体中的有害气体成分进行除害处理，其中，燃烧除害装置（10）包括：被处理气体导入管嘴（12），其用于导入含有有害气体成分的被处理气体；氧化剂导入管嘴（13），其用于从被处理气体导入管嘴的外周侧导入氧化剂；点火燃烧器（14），其用于在燃烧腔室（11）内形成火种；氢气导入部（16），其用于向供给到被处理气体导入管嘴的被处理气体中导入作为燃烧用燃料的氢气，并且氧化剂导入管嘴的管嘴轴线（13a）配置在朝向被处理气体导入管嘴的管嘴轴线（12a）的延长线上的方向上。

Description

燃烧除害装置
技术领域
本发明涉及一种燃烧除害装置，详细而言，涉及一种对从化合物半导体、太阳能电池等的制造工艺中排出的废气中所含有的有害气体成分进行除害处理的燃烧除害装置。
背景技术
由于在从化合物半导体、太阳能电池等的制造工艺中排出的废气中含有在制造工艺中使用的各种有害气体成分、例如可燃性气体成分、毒性气体成分，因此，在将废气排出到大气中之前，需要对这些有害气体成分进行除害处理。作为用于对有害气体成分进行除害处理的装置，燃烧除害装置被广泛应用。在该燃烧除害装置中，向利用空气等含有氧气的气体（氧化剂）使烃系燃料燃烧而得到的高温燃烧气体中导入上述废气，使废气中的有害气体成分燃烧、热解，从而将有害气体成分从废气中去除而对废气进行除害处理。
另一方面，由于在近年来的化合物半导体、太阳能电池等的制造工艺中大量地使用了氢气，因此，存在从制造工艺中排出的废气中会含有大量的氢气的情况。在对这样地含有大量氢气的废气进行处理的情况下，在通常的燃烧除害装置中，因燃料的燃烧速度与氢气的燃烧速度之间的关系等原因，有时有害气体成分的去除效率低下。另一方面，作为对含有作为可燃性气体成分的氨气的废气进行除害处理的燃烧除害装置，提出有这样一种装置：在用于向燃烧腔室内导入废气的废气导入管嘴的外周以环状配置氢气导入管嘴，并且在该氢气导入管嘴的外周以环状配置用于导入将烃系燃料和氧化剂混合而成的燃烧用气体的燃烧用气体导入管嘴，并向燃烧火焰中添加氢气，利用由氢气燃烧所产生的热对氨气进行分解而使氨气燃烧（例如参照专利文献1。）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-540990号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1所述的装置中，由于从废气导入管嘴导入到腔室内的废气与氢气间的混合不充分，而且燃烧用气体中的氧气与燃烧速度较快的氢气急剧地发生反应，因此，在通常大小的腔室内无法利用氢气的燃烧热对废气中的氨气进行充分地加热，无法充分地发挥使与氢气相比燃烧速度极慢的氨气燃烧的功能。
因此，本发明的目的在于提供一种能够高效地对含有作为有害气体成分的可燃性气体成分的废气等被处理气体中的有害气体成分进行除害处理的燃烧除害装置。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的燃烧除害装置为一种利用燃烧火焰对被处理气体中所含有的有害气体成分进行除害处理的燃烧除害装置，其特征在于，该燃烧除害装置包括：被处理气体导入管嘴，其用于向燃烧腔室内导入含有有害气体成分的被处理气体；氧化剂导入管嘴，其用于从该被处理气体导入管嘴的燃烧腔室的外周侧向上述燃烧腔室内导入氧化剂；点火燃烧器，其用于对将从上述被处理气体导入管嘴导入到燃烧腔室内的上述被处理气体与从上述氧化剂导入管嘴导入到燃烧腔室内的上述氧化剂混合而成的混合气体进行点火；和氢气导入部，其用于向对上述被处理气体导入管嘴供给上述被处理气体的被处理气体供给路径内导入作为燃烧用燃料的氢气而使该氢气与上述被处理气体混合，并且上述氧化剂导入管嘴的管嘴轴线配置在朝向上述被处理气体导入管嘴的管嘴轴线的延长线上的方向上。
本发明的燃烧除害装置对含有作为有害气体成分的氨气的被处理气体的燃烧除害处理特别有效，另外，上述燃烧腔室优选：利用外筒、和配置于该外筒的内周的由气体透过性材料构成的内筒形成，上述被处理气体导入管嘴和上述氧化剂导入管嘴以向形成于上述内筒内的燃烧室内导入被处理气体和氧化剂的状态设置，在上述内筒和上述外筒之间设有从外筒外部供给透过上述内筒而导入到燃烧室内的空气的空气室，上述点火燃烧器优选使用利用催化剂使氢气活性化而使氢气燃烧的燃烧器。
而且，在上述被处理气体是从在工序中的一部分中使用氢气的工艺中排出的废气的情况下，本发明的燃烧除害装置在上述工艺中的氢气的使用量较少时，能够将工艺中所使用的氢气的至少一部分作为燃烧用燃料的氢气从上述氢气导入部导入。
发明的效果
采用本发明的燃烧除害装置，由于在向含有有害气体成分的被处理气体中导入并混合氢气之后导入到腔室内，使其与氧化剂混合而燃烧，因此，能够使有害气体成分与氢气充分接触，能够高效地利用氢气的燃烧热对有害气体成分进行分解。而且，通过不使用烃系的燃料地使氢气燃烧而生成燃烧火焰，从而能够大幅减少二氧化碳的产生量。特别是在有害气体成分是燃烧速度较慢的可燃性气体成分即氨气的情况下，能够有效地促进氨气的分解、燃烧。
而且，通过将腔室做成双重结构，使空气从外侧的空气室透过由气体透过性材料构成的内筒而导入到腔室的燃烧室内，从而向燃烧室内导入充分量的氧气从而获得可靠的燃烧状态，并且通过从外部始终向空气室内供给空气从而能够抑制内筒、外筒的温度上升。另外，通过在点火燃烧器的燃料中也使用氢气，从而不需要氢气以外的燃料，能够提高氢气的使用效率。
特别是在对从使用氢气的工艺中排出的废气进行除害处理的情况下，在工艺中的氢气的使用量较少时，通过从燃烧除害装置的氢气导入部导入用于工艺而准备的氢气，从而能够利用来自工艺用的氢气供给设备的氢气对废气中所含有的有害气体成分进行除害处理。由此，不需要设置燃烧除害装置用的氢气供给设备，能够降低除害处理用的设备的成本。另外，在工艺中使用氢气时，由于来自工艺的废气中含有氢气，因此，即使将来自氢气导入部的氢气导入量减少、或停止导入氢气也能够获得充分的燃烧状态，因此，能够继续对有害气体成分进行除害处理，能够削减从氢气导入部导入的作为燃烧用燃料的氢气使用量。
附图说明
图1是表示本发明的燃烧除害装置的一实施例的说明图。
图2是表示将本发明的燃烧除害装置组装于半导体制造装置而得到的半导体制造设备的一例的说明图。
图3的（A）是表示半导体制造装置中的气体导入量的变化状态的图。图3的（B）是表示燃烧除害装置中的气体导入量的变化状态的图。
具体实施方式
本实施例中所表示的燃烧除害装置10在轴线朝向铅垂方向的圆筒状的燃烧腔室11的顶部设有用于向该燃烧腔室11内导入被处理气体的被处理气体导入管嘴12、和以同心圆状配置在该被处理气体导入管嘴12的外周的氧化剂导入管嘴13，并且贯穿燃烧腔室11的周壁地设有点火燃烧器14。而且，在用于向被处理气体导入管嘴12供给被处理气体的被处理气体供给路径15上设有氢气导入部16，该氢气导入部16用于向该被处理气体供给路径15内导入作为燃烧用燃料的氢气并使该氢气与上述被处理气体混合。
燃烧腔室11利用密闭的金属制的外筒17、和配置于该外筒17的内周的由气体透过性材料构成的内筒18而成为双层筒构造，在内筒18的内周侧形成有燃烧室19，在外筒17和内筒18之间形成有空气室20。在外筒17的周壁设有空气供给口22，该空气供给口22包括用于对从装置外向空气室20内供给的空气量进行调整的风门21，形成为通过自空气供给口22从外部向空气室20内供给空气，从而使空气透过利用多孔板、金属丝网等气体透过性材料形成的内筒18而导入到燃烧室19内。
另外，在燃烧腔室11的下端开口的燃烧气体排气口，相连地设有轴线朝向水平方向的冷却筒23。在该冷却筒23的一端，隔着风门25设有用于冷却燃烧废气的冷却用空气的导入口24，在冷却筒23的另一端开口，根据需要借助冷却部件、固体成分分离部件连接有排气管（未图示）。
上述被处理气体导入管嘴12形成为：管嘴轴线12a朝向腔室轴线方向地配置，沿着腔室轴线以下降流导入被处理气体。另一方面，上述氧化剂导入管嘴13配置为：上述氧化剂导入管嘴13为在被处理气体导入管嘴12的外周的一个同心圆上排列多个管嘴口而成的，该氧化剂导入管嘴13的各管嘴口的管嘴轴线13a将上述被处理气体导入管嘴12的管嘴轴线的延长线上的一点作为焦点，并向朝向该焦点的方向导入氧化剂。
因而，进行燃烧除害处理的被处理气体成为如下状态：以在被处理气体供给路径15内的位于被处理气体导入管嘴12的基部的位置与从氢气导入部16导入的氢气充分混合后的状态从被处理气体导入管嘴12导入到燃烧腔室11内，以被从氧化剂导入管嘴13导入到燃烧腔室11内的氧化剂包围的状态在燃烧腔室11内朝向下方流动。
上述点火燃烧器14是一种在氢气混合状态的被处理气体与氧化剂混合的部分形成火种的点火燃烧器，其利用该火种使被处理气体中的氢气与氧化剂中的氧气发生反应从而形成燃烧火焰。该点火燃烧器14虽然也能够采用通常的使用了化石燃料的点火燃烧器，但通过采用对氢气使用了活性较高的催化剂的氢气点火燃烧器，从而能够将燃烧用燃料的氢气的一部分用作火种形成用，因此，能够省略用于供给火种形成用燃料的设备。
在利用点火燃烧器14的火种使燃烧用燃料的氢气与氧化剂发生反应而燃烧时，由于从氢气导入部16导入的氢气成为混合在被处理气体中的状态，因此，能够利用氢气的燃烧热对被处理气体中所含有的有害气体成分有效地进行加热，即使是燃烧速度较慢的有害气体成分也能够充分地进行加热，使各种有害气体成分热解、使各种有害气体成分与氧化剂发生反应而燃烧，从而能够可靠地进行除害处理。
而且，通过使从装置外供给到空气室20内的空气透过内筒18而导入到燃烧室19内，从而能够将多于燃烧室19内的燃烧所需要的氧气量的氧气均匀地供给到整个燃烧室19，因此，能够获得燃烧室19内的更可靠的燃烧状态。另外，通过时常从外部向空气室20内供给空气，从而能够抑制外筒17、内筒18的温度上升。
图2表示在使用氢气和氨气作为工艺气体的半导体制造装置（MOCVD）30组装了上述燃烧除害装置10而成的半导体制造设备的一例子。另外，在以下的说明中，对与上述实施例中所示的燃烧除害装置的结构要素相同的结构要素标记相同的附图标记并省略详细的说明。另外，点火燃烧器14采用对氢气使用了活性较高的催化剂的氢气点火燃烧器。
半导体制造装置30是采用有机金属化合物和氨气作为原料气体、采用氢气和氮气作为载气地使化合物半导体薄膜气相沉积在基板表面来制造LED等化合物半导体、太阳能电池的半导体制造装置，在半导体制造装置30的气体入口侧设置有来自氨气供给源的氨气供给路径31、来自氢气供给源的氢气供给路径32、以及未图示的有机金属化合物供给路径和氮气供给路径等。另外，在半导体制造装置30的气体出口侧设有排气路径34，该排气路径34包括使用了氮气作为密封气体的干式密封型真空泵33。
在氨气供给路径31设有供气阀31V和流量计31F，在氢气供给路径32设有供气阀32V和流量计32F，通过利用来自控制装置35的指令分别开闭供气阀31V、32V，从而控制向半导体制造装置30供给的氨气、氢气的供给状态。
另外，从氢气供给路径32的氢气供给源侧分支出与燃烧除害装置10的氢气导入部16连接的除害装置用氢气供给路径36和用于向点火燃烧器14供给火种形成用的氢气的点火燃烧器用氢气供给路径37。在除害装置用氢气供给路径36上分别设有利用来自上述控制装置35的指令来控制开闭的供气阀36V和流量计36F，根据半导体制造装置30的运转状态来调节被导入燃烧除害装置10的氢气量。
如图3的（A）所示，在半导体制造装置30中，在使化合物半导体薄膜气相沉积的这一工序中气体供给量发生变化，从工序开始（t0）经过预热等预备阶段直到气相沉积开始（t1）为止，氢气（H2）的供给量多于氨气（NH3）的供给量，在工序中间开始对基板进行气相沉积时，氢气（H2）的供给量减小并且氨气（NH3）的供给量增大。而且，在工序接近结束成为气相沉积结束（t2）而对基板的气相沉积结束时，成为氢气（H2）大量地供给，并且氨气（NH3）的供给量大致减小了一半的状态。另外，从工序开始（t0）到工序结束（t3）连续供给有恒定量的氮气（N2）。
在这样地对从氢气供给量发生变化的半导体制造装置30中排出的废气进行除害处理的情况下，在燃烧除害装置10的点火燃烧器用氢气供给路径37中连续地供给有形成火种所需要的量的氢气，使供给到除害装置用氢气供给路径36的氢气量根据废气中的氢气量而变化。
即，如图3的（B）所示，对于从工序开始（t0）到气相沉积开始（t1）的期间的废气，由于废气中含有氢气，因此，仅向点火燃烧器用氢气供给路径37供给少量（L1）的氢气即可，从气相沉积开始（t1）到气相沉积结束（t2）的期间，由于废气中的氢气量减小，因此，除点火燃烧器用氢气的流量（L1）之外，还从除害装置用氢气供给路径36向氢气导入部16供给能够获得充分的燃烧状态的比较大量（L2）的氢气，从气相沉积结束（t2）到工序结束（t3）的期间，由于废气中的氢气量增加，因此，即使不从氢气导入部16导入氢气也能够获得充分的燃烧状态，仅供给点火燃烧器用的少量（L1）的氢气即可。
这样，通过形成为将燃烧除害装置10组装于半导体制造装置30，根据半导体制造装置30的运转状态向燃烧除害装置10供给燃烧用的氢气，不设置作为燃烧除害装置用的氢气供给设备，对燃烧速度较慢的氨气也能够可靠地进行除害处理。另外，在工艺中使用氢气时，由于废气中含有氢气，因此，即使不从氢气导入部16供给燃烧用的氢气也能够连续地形成燃烧火焰，能够提高氢气的使用效率。
附图标记说明
10、燃烧除害装置；11、燃烧腔室；12、被处理气体导入管嘴；12a、管嘴轴线；13、氧化剂导入管嘴；13a、管嘴轴线；14、点火燃烧器；15、被处理气体供给路径；16、氢气导入部；17、外筒；18、内筒；19、燃烧室；20、空气室；21、风门；22、空气供给口；23、冷却筒；24、导入口；25、风门；30、半导体制造装置；31、氨气供给路径；31V、供气阀；32、氢气供给路径；32V、供气阀；33、干式密封型真空泵；34、排气路径；35、控制装置；36、除害装置用氢气供给路径；36V、供气阀；37、点火燃烧器用氢气供给路径。

Claims (9)

1.一种燃烧除害装置，该燃烧除害装置利用燃烧火焰对被处理气体中所含有的有害气体成分进行除害处理，其中，
该燃烧除害装置包括：被处理气体导入管嘴，其用于向燃烧腔室内导入含有有害气体成分的被处理气体；氧化剂导入管嘴，其用于从该被处理气体导入管嘴的燃烧腔室的外周侧向上述燃烧腔室内导入氧化剂；点火燃烧器，其用于对将从上述被处理气体导入管嘴导入到燃烧腔室内的上述被处理气体与从上述氧化剂导入管嘴导入到燃烧腔室内的上述氧化剂混合而成的混合气体进行点火；和氢气导入部，其用于向对上述被处理气体导入管嘴供给上述被处理气体的被处理气体供给路径内导入作为燃烧用燃料的氢气而使该氢气与上述被处理气体混合，并且上述氧化剂导入管嘴的管嘴轴线配置在朝向上述被处理气体导入管嘴的管嘴轴线的延长线上的方向上。
2.根据权利要求1所述的燃烧除害装置，其中，
上述被处理气体含有作为有害气体成分的氨气。
3.根据权利要求1所述的燃烧除害装置，其中，
上述燃烧腔室利用外筒、和配置于该外筒的内周的由气体透过性材料构成的内筒形成，上述被处理气体导入管嘴和上述氧化剂导入管嘴以向形成于上述内筒内的燃烧室内导入被处理气体和氧化剂的状态设置，在上述内筒和上述外筒之间设有从外筒外部供给透过上述内筒而导入到燃烧室内的空气的空气室。
4.根据权利要求2所述的燃烧除害装置，其中，
上述燃烧腔室利用外筒、和配置于该外筒的内周的由气体透过性材料构成的内筒形成，上述被处理气体导入管嘴和上述氧化剂导入管嘴以向形成于上述内筒内的燃烧室内导入被处理气体和氧化剂的状态设置，在上述内筒和上述外筒之间设有从外筒外部供给透过上述内筒而导入到燃烧室内的空气的空气室。
5.根据权利要求1所述的燃烧除害装置，其中，
上述点火燃烧器是利用催化剂使氢气活性化而使氢气燃烧的燃烧器。
6.根据权利要求2所述的燃烧除害装置，其中，
上述点火燃烧器是利用催化剂使氢气活性化而使氢气燃烧的燃烧器。
7.根据权利要求3所述的燃烧除害装置，其中，
上述点火燃烧器是利用催化剂使氢气活性化而使氢气燃烧的燃烧器。
8.根据权利要求4所述的燃烧除害装置，其中，
上述点火燃烧器是利用催化剂使氢气活性化而使氢气燃烧的燃烧器。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃烧除害装置，其中，
上述被处理气体是从在工序中的一部分中使用氢气的工艺中排出的废气，在上述工艺中的氢气的使用量较少时，将工艺中所使用的氢气的至少一部分作为燃烧用燃料的氢气从上述氢气导入部导入。
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