DE19802404B4

DE19802404B4 - Vorrichtung zur Gasreinigung sowie Verfahren zur Behandlung eines zu reinigenden Gases

Info

Publication number: DE19802404B4
Application number: DE19802404A
Authority: DE
Inventors: Dong Soo Kim
Original assignee: Korea MAT Co Ltd
Current assignee: Korea MAT Co Ltd
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: JPH10263357A; GB2323312B; GB2323312A; GB9725535D0; US5997824A; DE19802404A1

Abstract

Gasreiniger zur Behandlung eines Gases, das bei der Halbleiterherstellung erzeugt wird, mit:
– einem Gehäuse (3) mit einer an einer Seite angebrachten schwenkbaren Tür;
– einem Gaseinlaßrohr (13), durch welches das bei der Halbleiterherstellung erzeugte Gas eintritt;
– einem Brenner (1) zur Verbrennung des durch das Gaseinlaßrohr (13) zugeführten Gases, wobei der Brenner (1) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet ist und mit dem Gaseinlaßrohr (13) verbunden ist; und
– einem Gasauslaßrohr (55) zum Abströmen des behandelten Gases,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gasreiniger weiter umfasst:
– ein am Gaseinlaßrohr angeordnetes Druckmeßgerät (P1) zur Messung des Drucks des eintretenden Gases;
– eine Adsorptionsvorrichtung (2) zur Adsorption von im Brenner (1) nicht verbrannten Gaskomponenten und zur physikalischen und chemischen Behandlung der adsorbierten Komponenten;
– eine Verbindungsleitung zur Verbindung des Gasauslaßrohrs (55) mit der Adsorptionsvorrichtung (2), wobei das Gasauslaßrohr ein zweites Druckmeßgerät (P2) zur Bestimmung des...

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gasreinigung und Verfahren zur Behandlung eines zu reinigenden Gases, insbesondere einen Gasreiniger und Verfahren zur Behandlung von schädlichen Komponenten von bei der Halbleiterherstellung erzeugten Gasen sowie Gasgemischen durch eine Prozeßfolge des Verbrennens, Kühlens und Adsorbierens der Gase bzw. der Gemische unter Verwendung des Gasreinigers.
Im allgemeinen werden zur Herstellung von Halbleitern Gase mit schädlichen, leicht entzündlichen bzw. brennbaren und/oder korrosiven Eigenschaften verwendet. Beispielsweise werden bei einem Verfahren zur Herstellung von Halbleitern, wie der chemischen Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition (CVD)), CVD-Verfahren bei niederem Druck, Plasma-CVD, Plasmakorrosion und Epitaxie-CVD in geringem Umfang Gase wie SiH₄, SiH₂Cl₂, NH₃, NO, AsH₃, PH₃, B₂H₆ verwendet. Auch ein vom Halbleiter entweichendes Gas, welches die Prozesse ausführt, enthält einen hohen Anteil an toxischen Komponenten mit schädlichen, brennbaren bzw. korrosiven Eigenschaften. Um eine Verschmutzung der Umwelt infolge eines Austretens von Gas bzw. Gasbestandteilen in die Atmosphäre zu verhindern, ist es daher im allgemeinen gesetzlich vorgeschrieben, die entweichenden Gase zu reinigen, bevor die entweichenden Gase in die Atmosphäre entlassen werden.
Es sind drei Verfahren zur Behandlung von bei der Halbleiterherstellung erzeugten toxischen Gasen bekannt: Das erste Verfahren ist die Behandlung bzw. Beseitigung von brennbaren toxischen Komponenten, welche im entweichenden Gas enthalten sind, die üblicherweise aus Wasserstoffgas zusammengesetzt sind, durch Verbrennen der brennbaren Komponenten bei hohen Temperaturen von 500°C oder 800°C in einer Brennkammer. Das zweite Verfahren ist die Behandlung von wasserlöslichen toxischen Komponenten, welche im ent weichenden Gas enthalten sind, durch Verwendung des Naßverfahrens, bei dem die wasserlöslichen toxischen Komponenten gelöst werden, während sie durch ein Wasser enthaltendes Bad geführt werden. Das letzte Verfahren besteht darin, die im entweichenden Gas enthaltenenen toxischen Komponenten, welche weder verbrannt noch verflüssigt bzw. in Wasser gelöst werden können, aus dem entweichenden Gas durch Adsorption unter Verwendung von Adsorptionsmitteln zu entfernen, wobei die toxischen Komponenten physikalisch und chemisch zerlegt bzw. abgebaut werden, wenn sie durch die Adsorptionsmittel geführt werden.
Wenn das Verbrennungsverfahren zur Behandlung der im entweichenden Gas enthaltenen toxischen Komponenten verwendet wird, kann Silan bzw. Siliziumwasserstoff, welcher im entweichenden Gas enthalten ist, mit dem in der Luft befindlichen Sauerstoff verbrannt werden, so daß Siliziumdioxid erhalten wird. Leider verursacht jedoch Siliziumdioxid die folgenden Probleme: Erstens können Siliziumdioxid-Partikel als Ergebnis einer Gasphasenreaktion gebildet werden, die Gasdurchlässe im Brenner verstopfen können, und unter gewissen Umständen einige Probleme im Brennersystem verursachen können. Zweitens wird das Siliziumdioxid im allgemeinen mittels eines Waschverfahrens abgefangen und das im Waschverfahren verwendete Wasser muß anschließend behandelt werden, um die darin verbleibenden chemischen Partikel oder andere verunreinigte Materialien vor der Entsorgung vollständig zu entfernen.
Andererseits kann das Naßverfahren über zwei Wege durchgeführt werden, wobei ein Weg eine chemische Naßlösung ist, die verwendet wird, um die im entweichenden Gas enthaltenen toxischen Komponenten, die wasserlöslich sind, zu entfernen, und wobei der andere Weg eine chemische Trockenlösung ist, die verwendet wird, um die Komponenten, welche wasserunlöslich sind, chemisch lösen bzw. auflösen zu können.
Trotz der Tatsache, daß das Naßverfahren bei der Behandlung von Gas, welches während der Herstellung von Halbleitern erzeugt wird, wirksam ist, wurde es in geringerem Umfang bevorzugt, da das verwendete Wasser oder die chemische Lösung vor der Abgabe bzw. Einleitung aus einer Fabrik entsprechend den Tendenzen der weltweit im allgemeinen strenger werdenden Wasserverschmutzungsvorschriften gereinigt werden muß.
Ebenfalls weist das Adsorberverfahren darin ein Problem auf, daß das Adsorptionsmittel häufig durch ein neues Adsorptionsmittel ersetzt werden muß, da Gasdurchlässe, welche in den zusammenklebenden Partikeln des Adsorptionsmittel vorgesehen sind, durch die adsorbierten, toxischen Komponenten verstopft werden, wenn das Gas durch das Adsorptionsmittel behandelt wird. Dies verursacht eine Verringerung der Durchflußmenge des Gases, welches die Adsorptionsmittelpartikel durchströmt.
Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, hat die Delatech Inc. Napa, Kalifornien, USA, das CDO^tm-System, wie in 10 dargestellt, entwickelt, welches das Verbrennungsverfahren, das Naßverfahren und das Adsorptionsverfahren verwendet, um Gase zu entsorgen bzw. zu behandeln, die bei der Herstellung von Halbleitern erzeugt werden. Nachfolgend wird eine Beschreibung gegeben, wie dieses System arbeitet.
Wenn das entweichende Gas bzw. Abgas, wie zum Beispiel Gas und/oder Dampf, in den Oxidationsbereich 202 des CDO^tm-Systems eintritt, in den Luft (02) durch eine Luftzufuhrdüse 209 mit einem Druck von ungefähr 413, 685pa (60psi) eingeführt wird, wird das Gas und/oder der Dampf mit der Druckluft im Oxidationsbereich 202 vermischt. Dann strömt das Gemisch aus dem im Verfahren erzeugten Abgas und der Druckluft in den thermischen Reaktionsbereich 203, in welchem thermische/Oxidationsreaktionen erfolgen. Im thermischen Reaktionsbereich 203 wird das Gemisch aus Gas und Druckluft auf eine Temperatur von 650°C oder 900°C durch die zylinderför migen Heizelemente 208 erwärmt, in denen Inconel-Rohre 210 vorgesehen sind, die aus einer aus Fe, Ni und Cr bestehenden Gußlegierung gebildet sind.
Um zu verhindern, daß sich das Gemisch aus dem verfahrensbedingten Abgas und der Luft durch das Erwärmen entzündet, wird N₂-Gas mit einem Druck von 137, 895pa (20psi) in den oberen Bereich des thermischen Reaktionsbereichs 203 eingeführt, wenn aufgrund der Heizelemente 208 die Temperatur darin 650°C erreicht.
Beispielsweise werden im thermischen Reaktionsbereich 203 die Komponenten von Gasen wie SiH₄, SiH₂Cl₂, NH₃, AsH₃, PH₃, B₂H₆ und WF₆, welche im Abgas enthalten sind, durch die folgenden thermischen Reaktionen gereinigt: SiH₄ + 202 -> SiO₂ + 2H₂O SiH₂Cl₂ + 3/2O₂ -> SiO₂ + H₂O + Cl₂ 4NH₃ + 3O₂ -> 2N₂ + 3H₂O AsH₃ + 3O₂ -> As₂O₃ + 3H₂O 4PH₃ + 4O₂ -> P₂O₅ + 3H₂O B₂H₆ + 3O₂ -> B₂O₃ + 3H₂O WF₆ + 3/2O₂ -> WO₃ + 3F₂
Die im thermischen Reaktionsbereich 203 vorgesehene Oxidationsdüsenanordnung ist so gestaltet, daß sie die Druckluft, welche von der am Eingang des thermischen Reaktionsbereichs 203 angeordneten Luftzufuhrdüse 209 eingeblasen wird, mit dem Abgas mischt. Durch diese Gestaltung wird der Ort bzw. die Stelle bestimmt, an der die thermische Reaktion beginnt, Partikel, die sich an der Luftzufuhrdüse 209 bilden, werden verringert und/oder eliminiert und die Lebensdauer der Luftzufuhrdüse 209 erhöht. Die überwachte Sauerstoffumgebung wird auf einem hohen Temperaturbereich gehalten und verbessert die Wärmereaktion, während ein wirksames Reaktionsgemisch erzeugt wird. Diese Maßnahmen erhöhen die Wahrscheinlichkeit, daß brennbare und toxische Gase und Dämpfe in einer eingeschlossenen, überwachten bzw. gesteuerten Art und weise vollständig reagieren.
Der oben beschriebene thermische Reaktionsbereich 203 wird durch Hochtemperaturwärmeelemente 208 gebildet, welche vom reaktionsfähigen Gasgemisch durch die Inconel-Rohre 210 isoliert sind. Die Heizelemente 208 sind ein Thermopaar bzw. Thermoelement, welches gesteuert wird, um eine Minimaltemperatur des thermischen Reaktionsbereichs 203 aufrechtzuerhalten.
Das oben beschriebene Reaktionsgas strömt dann in erste und zweite Kühlungs- und Reinigungsbereiche 204, 205, in die jeweils Wasser von Wassersprühdüsen 206, 207 eingesprüht wird. Im ersten Kühlungs- und Reinigungsbereich 204 werden Partikel, wasserlösliche Komponenten und Dampf aus dem Abgas entfernt, während das Gas bei einer niederen Temperatur gekühlt wird, und mit Wasser gemischt wird, um wasserlösliche Elemente aufzulösen. Verbleibende, wasserunlösliche toxische Komponenten des Abgases werden durch das Adsorptionsmittel 211 entfernt, welches im zweiten Kühlungs- und Reinigungsbereich 205 vorgesehen ist, während das Gas den zweiten Kühlungs- und Reinigungsbereich 205 durchströmt.
Das Wasser, welches die wasserlöslichen und die adsorbierten Komponenten enthält, wird durch eine Entwässerungsöffnung 212 abgelassen, welche sich am Boden des zweiten Kühlungs- und Reinigungsbereichs 205 befindet. Der Entwässerungsdurchflußsensor 213, welcher an der Entwässerungsöffnung 212 vorgesehen ist, erfaßt ein Wasserniveau, das infolge eines durch das Wassergemisch verursachten Blockierens der Entwässerungsöffnung 212 einen bestimmten Punkt erreicht, und schließt dann durch Öffnen eines elektrischen Kreises die Wassersprühdüsen 206, 207.
Da jedoch im CDO^tm-System in einem Grenzbereich zwischen dem thermischen Reaktionsbereich 203 und dem ersten Kühlungs- und Reinigungsbereich 204 Feuchtigkeit existiert und die vom thermischen Reaktionsbereich 203 zugeführten Partikel mit dieser Feuchtigkeit gemischt werden, wird eine Partikelagglomeration gebildet. Diese Partikelagglomeration führt zu einer Blockade des Durchgangs im Grenzbereich zwischen dem thermischen Reaktionsbereich 203 und dem ersten Kühlungs- und Reinigungsbereich 204, was zu Störungen der Gasströmung vom thermischen Reaktionsbereich 203 zum ersten Kühlungs- und Reinigungsbereich 204 führt. Dies verursacht einen Ausfall des Systems und verkürzt somit die Lebensdauer des Systems.
Des weiteren sind infolge der Komplexität des Systems die Kosten für das System hoch, da die schädlichen Komponenten des Gases unter Zuführung von Stickstoff, Luft und Wasser unter einem festgelegten Druck entfernt werden.
Ein anderes, beim oben erläuterten System vorhandenes Problem ist, daß, da das System das Naßverfahren verwendet, ein Problem der Behandlung des Wassers, welches toxische und brennbare Komponenten sowie chemisches Adsorptionsmittel enthält, bevor es aus der Fabrik an die Umwelt abgegeben werden kann.
Die DE 195 11 643 A1 beschreibt ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Einrichtung zur Reinigung von schadstoffhaltigen Abgasen durch chemische Umsetzung, insbesondere von Fluor- und Siliziumverbindungen. Diese werden durch ein mehrstufig wirkendes Verfahren in einer Brennkammer mit Hilfe einer Brenngasflamme thermisch zersetzt, oxidiert und zur chemischen Reaktion aktiviert. Eine Adsorption des derart behandelten Gases ist nicht vorgesehen.
Die DE 694 18 168 T2 beschreibt einen Adsorbenskatalysator für ein Kraftfahrzeug.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Gasreinigung zu schaffen, die wirksam schädliche Gase, welche während der Herstellung eines Halbleiters erzeugt werden, entfernen kann und aufgrund ihres Aufbaus relativ kostengünstig ist sowie ein vereinfachtes Verfahren zur Entfernung von gasförmigen, schädlichen Bestandteilen zu schaffen.
Diese Aufgaben werden mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zur Gasreinigung ein Gehäuse mit einer Tür, welche an einer Seite daran schwenkbar befestigt ist, und eine Gaszufuhrleitung auf, durch die Gas zugeführt wird, welches während einer Herstellung von Halbleitern erzeugt wird, und an welcher ein erstes Druckmeßgerät zur Druckmessung des zugeführten bzw. eintretenden Gases befestigt ist. Weiter ist ein Brenner zur Verbrennung des durch die Gaszufuhrleitung zugeführten Gases vorgesehen, wobei der Brenner innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und mit der Gaszufuhrleitung verbunden ist. Eine Adsorptionsvorrichtung adsorbiert Komponenten des Gases, welche im Brenner nicht verbrannt wurden, und behandelt die adsorbierten Komponenten physikalisch und chemisch. Weiter umfaßt der erfindungsgemäße Gasreiniger ein Gasauslaßrohr für den Austritt des behandelten Gases, wobei das Gasauslaßrohr mit der Adsorptionsvorrichtung über eine Verbindungsleitung verbunden ist und ein zweites Druckmeßgerät zur Druckmessung des ausströmenden Gases aufweist. Weiter sind Mittel zur selektiv trennbaren Verbindung des Brenners mit der Adsorptionsvorrichtung oder mit dem Gasauslaßrohr vorgesehen. Eine Kühlvorrichtung kühlt das erwärmte Gas unter Verwendung von Kühlwasser, während das Gas vom Brenner zur Adsorptionsvorrichtung strömt, wobei die Kühlvorrichtung um den Brenner und die Verbindungsvorrichtung herum angeordnet ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Gasreiniger können vorteilhaft zusammenhängende schädliche Partikel in einfacher Weise entfernt werden und ein Ausfall des Systems infolge von zusammenhängenden bzw. zusammengeklumpten, schädlichen Partikeln kann verhindert werden, wodurch die Lebensdauer des Systems verlängert werden kann.
Weiter ist bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Gasreinigers vorteilhaft, daß infolge der Anordnung von Brenner und Adsorptionsausrüstung in einem Gehäuse der notwendige Platz zur Montage gering ist, da der Gasreiniger kompakt ausgeführt ist und ein geringes Gewicht aufweist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Entfernung von Gas, das während der Herstellung von Halbleitern erzeugt wird, weist die folgenden Schritte auf: Zuführen des Gases zu einem Brenner durch ein Gaseinlaßrohr, und Verbrennen von brennbaren toxischen Gaskomponenten durch Erwärmung im Brenner, um diese Komponenten aus dem Gas zu entfernen; Abkühlen des Gases und Adsorbieren von nichtbrennbaren und schädlichen Komponenten des Gases, während das Gas vom Brenner zu einer Adsorptionsvorrichtung strömt, und Entfernen der im Brenner nicht verbrannten, schädlichen Komponenten des Gases von einer Innenfläche eines Auslaß- bzw. Ausströmrohres. Weiter umfaßt das Verfahren einen Schritt des Durchführens bzw. Durchleitens des Gases durch Mehrfachschichten bzw. -lagen aus katalytischen Adsorptionsmaterialien, welche von einer Grundschicht zu einer oberen Schicht übereinander geschichtet bzw. gestapelt sind, so daß die verbliebenen nicht brennbaren und schädlichen Komponenten durch die katalytischen Adsorptionsmaterialien physikalisch und chemisch behandelt werden.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Gasreinigers gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Teilschnittansicht eines Brenners des in 1 gezeigten Gasreinigers;
3 eine Schnittansicht des in 2 gezeigten Brenners;
4a und 4b eine Draufsicht bzw. eine perspektivische Ansicht eines in 3 gezeigten Reinigungs elements;
5 eine Schnittansicht eines Aufbaus zur Leistungsübertragung von einem Motor auf eine Schraubspindel, welche im Brenner oder der Adsorptionsvorrichtung verwendet wird;
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Adsorptionsvorrichtung des in 1 gezeigten Reinigers;
7 eine Schnittansicht der Adsorptionsvorrichtung;
8 eine Schnittansicht des Gasreinigers gemäß der vorliegenden Erfindung zur detaillierten Darstellung einer Gasströmung;
9 eine schematische Ansicht einer Klemmvorrichtung, welche beim Brenner und der Adsorptionsvorrichtung verwendet wird; und
10 eine Darstellung eines herkömmlichen Gasreinigers zur Behandlung von Gas, welches während der Herstellung von Halbleitern erzeugt wird.
Bezugnehmend auf 1 weist der Gasreiniger gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 3 mit einer Tür 3a auf, welche an einer Seite schwenkbar befestigt ist. Das Gehäuse 3 enthält einen Brenner 1 und eine Adsorptionsvorrichtung 2. Brennbare Komponenten des Gases, welches während der Herstellung von Halbleitern erzeugt wurde, werden durch den Brenner 1 verbrannt und die im Brenner 1 nicht verbrannten Gaskomponenten werden durch die Adsorptionsvorrichtung 2 chemisch und physikalisch behandelt.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, weist der Brenner 1 ein Brennergehäuse 4 auf, in dem eine Brennkammer 5 angeordnet ist. Das Brennergehäuse 4 ist mit einem Gaseinlaßrohr 13 verbunden, welches von der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung zum Gasreiniger führt. Das Gaseinlaßrohr 13 ist mit der Brennkammer 5 verbunden, welche durch das Brennergehäuse 4 führt, so daß das bei der Herstellung von Halbleitern erzeugte Gas durch das Gaseinlaßrohr 13 in die Brennkammer 5 eingeführt wird, welche im Inneren des Brennergehäuses 4 angeordnet ist. An dieser Stelle mißt ein Druckmeßgerät P1 den Druck des Gases, welcher der Brennkammer 5 über das Gaseinlaßrohr 13 zugeführt wird.
Keramikheizvorrichtungen 11, welche jeweils im Inneren von mehreren Garnituren von Inconel-Rohren 10 angeordnet sind, sind in einer parallelen Weise in der Brennkammer 5 angeordnet, wodurch das in die Brennkammer 5 zugeführte Gas durch die Erwärmung der Keramikheizvorrichtungen 11 erwärmt wird, so daß die brennbaren Komponenten des Gases verbrannt werden. Wie in 2 dargestellt, wird den Keramikheizvorrichtungen 11 Elektrizität über Drähte bzw. Leitungen (nicht gezeigt) zugeführt, die mit den beiden vorstehenden Enden der Keramikheizvorrichtungen 11 verbunden sind, um eine Wärme von 500°C bis 800°C zu erzeugen. Da, wie oben beschrieben, jede Garnitur der Inconel-Rohre 10 in einer parallelen Art im Inneren der Brennkammer 5 angeordnet ist, werden brennbare Komponenten des Gases verbrannt, während das Gas zwischen den Inconel-Rohren 10 durchströmt.
Um zu verhindern, daß die durch die Keramikheizvorrichtungen 11 erzeugte Wärme zur Außenseite des Brennergehäuses 4 übertragen wird, ist ein Isolationsmaterial 12, wie zum Beispiel keramische Wolle, zwischen dem Brennergehäuse 4 und der Brennkammer 5 angeordnet. Deshalb steigt, wenn die Keramikheizvorrichtungen 11 betrieben werden, um die brennbaren Komponenten des Gases zu verbrennen, die Innentemperatur des Gehäuses 3, in welchem das Brennergehäuse 4 angeordnet ist, nicht an.
Um Schlamm bzw. Schlacke aufzunehmen und zu sammeln, welche erzeugt wird, wenn die brennbaren Gaskomponenten in der Brennkammer 5 verbrannt werden, ist ein Schlackeaufnahmebehälter 7 in einem unteren Bereich der Brennkammer 5 angeordnet. Der Schlackeaufnahmebehälter 7 ist mit einer Befestigungseinrichtung 6, wie zum Beispiel mehreren Bolzen, am Boden der Brennkammer 5 befestigt. Somit fällt die Schlacke bzw. der Verbrennungsrückstand, der während der Verbrennung eines Gases erzeugt wird, in den Schlackeaufnahmebehälter 7 und wird darin gesammelt.
Die im Schlackeaufnahmebehälter 7 angesammelte Schlacke kann durch eine Tür 8 entfernt werden, welche an einer Seite des Schlackeaufnahmebehälters 7 vorgesehen ist. Der geeignete Zeitpunkt zur Entfernung kann basierend auf der Menge an angesammelter Schlacke bestimmt werden, welche durch ein Fenster 9 festgestellt werden kann, das in der Tür 8 vorgesehen ist. Um die Menge an angesammelter Schlacke feststellen zu können, ist das Fenster 9 daher vorzugsweise aus transparenten Materialien wie beispielsweise wärmebeständigem Glas hergestellt.
Um das Gas, dessen brennbare Komponenten in der Brennkammer 5 verbrannt wurden, abströmen zu lassen, ist ein mit der Brennkammer 5 verbundenes Auslaßrohr 14 am oberen Teil des Brennergehäuses 4 vorgesehen und Gas, das im Brenner 1 behandelt wurde strömt anschließend entlang des Auslaßrohrs 14, das mit einem Verbindungsrohr 20 gekuppelt ist, zu einer Adsorptionsvorrichtung oder einem Gasauslaßrohr 55. Vom Verbindungsrohr 20 zweigt jeweils eine erste Verbindungsleitung 51, die mit der Adsorptionsvorrichtung 2 verbunden ist, und eine zweite Verbindungsleitung 52, die mit dem Gasauslaßrohr 55 verbunden ist, ab. Deshalb wird das in der Brennkammer 5 behandelte Gas durch die Betätigung von zwei Ventilen 53, 54, wie später beschrieben, durch das Auslaßrohr 14 entweder zum Verbindungsrohr 20 oder der Adsorptionsvorrichtung 2 abgegeben.
Das Auslaßrohr 14 weist drei radial an seiner Innenfläche gebildete Führungsschienen sowie einen Flansch 19 auf, der an dessen oberen Bereich gebildet ist (s. 4a). Eine obere Platte 18 ist mittels mehrerer Bolzen am Flansch 19 befestigt und ein Zwischenraum zwischen dem Flansch 19 und dem oberen Teil 18 ist mittels eines Dichtungselements 37 abgedichtet, wie beispielsweise einer Dichtung 37, um zu verhindern, daß Gas durch den Zwischenraum nach außen tritt, wenn das Gas durch das Auslaßrohr 14 strömt.
Eine erste Schraubspindel 17 ist im Inneren des Auslaßrohrs 14 vorgesehen, wie in den 2 und 3 dargestellt. Die erste Schraubspindel 17 ist mit einer Verbindungsstange 21 durch Öffnungen verbunden, welche jeweils in der Mitte des oberen Flansches 19 und der oberen Platte 18 gebildet sind. Wie in 5 dargestellt, ist eine Öffnung am unteren Bereich der Verbindungsstange 21 gebildet und die erste Schraubspindel 17 weist einen Bereich auf, der an ihrem oberen Bereich vorsteht. Dieser Bereich ist in die Öffnung der Verbindungsstange 21 eingeführt und ein Stift 36 oder ein anderes Verbindungsmittel ist in die Öffnungen eingeführt, die jeweils quer zur Öffnung und dem vorstehenden Bereich gebildet sind, wodurch zwei Elemente miteinander in Eingriff treten können.
Die Verbindungsstange 21 ist in einem Gehäuse 22 eines ersten Antriebteils 91 angeordnet, welches auf die obere Platte 18 montiert ist. Ein Zahnrad 26, das über einen Synchronriemen 23 mit einem Motor 24 verbunden ist, ist am oberen Teil der Verbindungsstange 21 befestigt. Wie in 5 dargestellt, sind ein oberer und ein unterer Teil der Verbindungsstange 21 drehbar durch ein Paar Radiallager 31, 32 in radialer Richtung gelagert und auch durch ein Paar von Lagern 33, 34 in axialer Richtung, wobei die Lager am Gehäuse 22 vorgesehen sind. Um sowohl die oberen als auch die unteren Bereiche 22a, 22b des Gehäuses 22 abzudichten, durch das die Verbindungsstange 21 durchgeht, sind O-Ringe 29, 30 in den beiden oberen und unteren Bereichen 22a, 22b des Gehäuses 22 angeordnet. Um des weiteren einen Austritt von Gas durch einen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 22 und der oberen Platte 18 zu verhindern, ist eine Dichtung 38 zwischen der oberen Platte 18 und dem unteren Teil 22b des Gehäuses 22 angeordnet.
Wenn daher der Motor 24 des Antriebteils 91 angetrieben wird, dreht sich eine auf einer Motorwelle befestigte Riemenscheibe 25 und die Rotationskraft der Riemenscheibe 25 wird über den Riemen 23 auf das Zahnrad bzw. Riemenscheibe 26 übertragen, die an der Verbindungsstange 21 befestigt ist. Infolge der Übertragung der Rotationskraft wird, wenn die Verbindungsstange 21 durch den Antrieb des Motors 24 gedreht wird, die mit der Verbindungsstange 21 verbundene erste Schraubspindel 17 in der Richtung gedreht, die mit der Drehrichtung des Motors 24 übereinstimmt. Der Motor 24 wird basierend auf einem Programm angetrieben, das in einem Steuerungssystem eingegeben wurde, und die Größe bzw. der Betrag an Drehung wird durch einen Sensor 28 gemessen, der einen Betrag an Drehung einer Rotationsplatte 27 aufnimmt, die am oberen Ende der Riemenscheibe 26 befestigt ist. Der Rotationssensor 28 des Motors 24 überwacht bzw. steuert auch den Abstand und die Bewegungsrichtung einer Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln, die sich entlang der ersten Schraubspindel 17 mit deren Drehung bewegt.
Wie in den 4a und 4b dargestellt, ist die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl hergestellt und befindet sich mit der ersten Schraubspindel 17 in Eingriff. Wenn die erste Schraubspindel 17 aufgrund des Antreibens des Motors 24 gedreht wird, bewegt sich die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln entlang einer spiralförmigen Linie der ersten Schraubspindel 17 auf und ab. Zu diesem Zeitpunkt kann verhindert werden, daß sich die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln dreht, indem die an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 gebildeten Führungsschienen 15 eingreifen, wie in 4a gezeigt. Die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln behält einen gewissen Abstand zwischen der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 und seiner äußeren Fläche bei.
Während ein aus dem Brennergehäuse 4 ausströmendes Gas durch das Auslaßrohr 14 strömt, werden einige der nicht verbrannten, schädlichen Komponenten des Gases an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 und der Führungsschiene 15 adsorbiert. Die durch das Auslaßrohr 14 und die Führungsschiene 15 adsorbierten schädlichen Komponenten werden durch Abkühlen in Feststoffpartikel umgewandelt. Wenn die Menge an adsorbierten Feststoffpartikeln größer als der Abstand zwischen der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 und der Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln ist, wird die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln entlang der Führungsschienen 15 mittels der ersten Schraubspindel 17 bewegt, die durch das Antreiben des Motors 24 gedreht wird. Wie oben beschrieben wurde, wird der Motor 24 gemäß einem festen Zeitplan angetrieben. Deshalb werden die festen Partikel, die an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 adsorbiert werden, vom Auslaßrohr 14 und den Führungsschienen 15 durch die Auf- und Abbewegung der Vorrichtung 16 zur Partikelentfernung entfernt.
Bezugnehmend auf 4b weist die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln einen Schlitz 39, der sich mit der Führungsschiene 15 im Eingriff befindet, eine obere und eine untere Platte 41a, 41b, in denen jeweils Gasdurchlaßöffnungen 40a, 40b gebildet sind, und eine mit Gewinde versehene Öffnung 42 auf, die am mittleren Bereich gebildet ist und mit welcher sich die erste Schraubspindel 17 im Eingriff befindet. Wie oben beschrieben wurde, werden einige Komponenten des Gases an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 und der Führungsschiene 15 adsorbiert, während das Gas durch das Auslaßrohr 14 strömt, und andere Komponenten des Gases strömen durch die Gasöffnungen 40a, 40b der Vorrichtung 16 zur Partikelentfernung zum Verbindungsrohr 20, welches am Auslaßrohr 14 befestigt ist. Dann strömt das Gas zum Gasauslaßrohr 55 oder zur Adsorptionsvorrichtung weiter.
Wie oben dargelegt wurde, sind, wenn die Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln sich aufgrund der Drehung der ersten Schraubspindel 17 entlang der Führungsschiene 15 bewegt, die Länge der Bewegung und die Richtung der Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln vom Drehbetrag und der Richtung der Drehung des Motors 24 abhängig, welcher die erste Schraubspindel 17 antreibt. Die Drehrichtung des Motors 24 wird durch ein Signal des Sensors verändert, der einen Drehbetrag des Motors 24 mißt, wenn die Bewegung der Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln entlang der Führungsschiene 15 von oben nach unten oder umgekehrt vollendet ist. Dieser Drehbetrag des Motors 24 wird durch den Abstand bestimmt, welcher durch die durch den Motor 24 angetriebene Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln zurückgelegt wird.
Das Gas, das von der Brennkammer 5 zum Auslaßrohr 14 kommt, weist eine Temperatur von ungefähr 100°C bis 150°C auf. Um die Wirksamkeit der Adsorption der schädlichen Komponenten des Gases zu erhöhen, die sich in einem festen Zustand befinden, ist es wünschenswert, die Temperatur des Gases, welches durch das Auslaßrohr 14 ausströmt, um etwa 50°C abzukühlen.
Um daher die Temperatur des Gases, welches aus dem Auslaßrohr 14 ausströmt, abzukühlen, ist der Gasreiniger gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Kühlvorrichtung 3 ausgestattet. Wie in 1 gezeigt, umfaßt diese Kühlvorrichtung 3 ein erstes Kühlrohr 43, in das ein Kühlwasser von einer Wasserzufuhrleitung 45 zugeführt wird, um das Gas abzukühlen, das vom Gaseinlaßrohr 13 zum Brennergehäuse 12a strömt. Ein zweites Kühlrohr 44, das mit dem ersten Kühlrohr 43 über eine Leitung 46 verbunden ist, ist an der Außenseite des Auslaßrohrs 14 befestigt, um das durch den Ausgang 14 durchgehende Gas abzukühlen. Ein drittes Kühlrohr 50, das mit dem zweiten Kühlrohr 44 über eine weitere Leitung 47 verbunden ist, ist an der Außenseite der ersten Verbindungsleitung 51 befestigt, um das durch die erste Verbindungsleitung 51 durchströmende Gas abzukühlen, und eine Wasserabflußleitung 49 ist am dritten Kühlrohr 50 befestigt, um das Wasser daraus abzuleiten.
Das Kühlwasser wird dem ersten Kühlrohr 43 durch die Wasserzufuhrleitung 45 mit einem bestimmten Druck zugeführt, um das Gas, das durch das Gaseinlaßrohr 13 strömt, abzukühlen und fließt dann über die Leitung 46 zum zweiten Kühlrohr 44. Das Gas wird in der Brennkammer 12 auf ungefähr 100°C bis 150°C erwärmt. Das erwärmte Gas wird durch Wärmeübertragung auf das Kühlwasser, das dem zweiten Kühlrohr 44 zugeführt wird, ungefähr auf 50°C abgekühlt.
Deshalb wird das im Brenner 1 erwärmte Gas schnell abgekühlt, während es durch das Auslaßrohr 14 strömt. Durch diesen Kühlungsprozeß kann ein hoher Anstieg der Adsorptionsgeschwindigkeit der schädlichen Komponenten an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 in der Form des festen Zustandes erreicht werden.
Andererseits, wie in 1 dargestellt, ist die Wasserzufuhrleitung 45 mit dem unteren Bereich des ersten Kühlrohrs 43 verbunden, welches an der Außenseite des Einlasses 13 vorgesehen ist, und die Leitung 46 erstreckt sich vom oberen Bereich des ersten Kühlrohrs 43 zum unteren Bereich des zweiten Kühlrohrs 44, das an der Außenseite des Auslaßrohrs 14 angeordnet ist. Da, wie oben beschrieben, die Wasserzufuhrleitung 45 mit dem unteren Teil des ersten Kühlrohrs 43 verbunden ist und die Leitung 46, über die das Kühlwasser vom ersten Kühlrohr 43 austritt, mit dem oberen Teil des ersten Kühlrohrs 43 verbunden ist, bildet das Kühlwasser eine Rotationsströmung bzw. einen Wirbel im ersten Kühlrohr 43, wenn das Kühlwasser an der Außenfläche des Auslaßrohrs 14 aufgrund eines bestimmten Druckbetrages entlangströmt, der durch die Wasserzufuhrleitung 45 aufgebracht wird. Infolge des gleichen Vorgangs bildet das Kühlwasser im zweiten Kühlrohr 44 ebenfalls einen Wirbel.
Die Bildung des Wirbels im zweiten Kühlrohr 44 verbessert die Wirksamkeit der Kühlung des Gases, das durch das Auslaßrohr 14 strömt, und erhöht die Wirksamkeit der Adsorption der schädlichen Komponenten an der Innenfläche des Auslasses 14. Das Kühlwasser, welches zur Kühlung des durch das Auslaßrohr 14 strömenden Gases verwendet wird, strömt durch die weitere Leitung 47 und das dritte Kühlrohr 50, das mit der ersten Verbindungsleitung 51 verbunden ist, zur Abflußleitung 49.
Die Anordnungen der Wasserzufuhrleitung 45, der Leitungen 46, 47 und der Abflußleitung 49 sind bevorzugt in der Strömungsrichtung des Kühlwassers vorgesehen, so daß Zufuhr und Auslaß bzw. Entwässerung des Kühlwassers einfach durchgeführt werden können. Wie in 1 gezeigt, bei Betrachtung von oben, sind die Leitungen 46, 47 und die Abflußleitung 49 mit der Wasserzufuhrleitung 45, die dem ersten Kühlrohr 43 Wasser zuführt, in einer geraden Linie angeordnet. Deshalb wird das im ersten, zweiten und dritten Kühlrohr 43, 44, 50 verwendete Wasser schnell durch die Abflußleitung 49 entwässert bzw. abgeführt. Da das Kühlwasser schnell durch die Abflußleitung 49 abgeführt wird, wird dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kühlrohr 43, 44, 50 neues Kühlwasser zugeführt.
Wie oben beschrieben, kann als Ergebnis des Kühlungsprozesses im Auslaßrohr 14 die Wirksamkeit des Adsorptionsprozesses an der Innenfläche des Auslasses 14 verbessert werden.
Das Gas, das zu Beginn im Brenner 1 behandelt wurde, strömt durch die erste Verbindungsleitung 51 oder die zweite Ver bindungsleitung 52, welche mit dem Auslaßrohr 14 verbunden sind, wahlweise zur Adsorptionsvorrichtung 2 oder dem Gasauslaßrohr 55. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist der Brenner 1 mit der Adsorptionsvorrichtung 2 durch die erste Verbindungsleitung 51 verbunden, womit das Gas, dessen brennbare und schädliche Komponenten im Brenner 1 gereinigt worden sind, durch die erste Verbindungsleitung 51 der Adsorptionsvorrichtung 2 zugeführt wird.
Um selektiv zu verhindern, daß das Gas vom Brenner 1 zum Gasauslaßrohr 55 strömt, ist das zweite Ventil 54 in der zweiten Verbindungsleitung 52 vorgesehen. Weiter, um selektiv zu verhindern, daß das Gas in die Adsorptionsvorrichtung 2 strömt, ist das erste Ventil 53 an der ersten Verbindungsleitung 51 vorgesehen. Wenn das erste Ventil 53 geöffnet und das zweite Ventil 54 geschlossen ist, kann das Gas vom Brenner 1 zur Adsorptionsvorrichtung 2 strömen. Andererseits, wenn das erste Ventil 53 geschlossen und das zweite Ventil 54 geöffnet ist, strömt das Gas vom Brenner durch die zweite Verbindungsleitung 52 zum Gasauslaßrohr 55.
6 stellt eine Ansicht der Adsorptionsvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Adsorptionsvorrichtung 2 weist einen Stütz- bzw. Haltefuß 56 auf, der an dem Boden des Gehäuses 3 montiert ist. Der Stützfuß 56 stützt einen unteren Zylinder 58, welcher das Unterteil der Adsorptionsvorrichtung 2 bildet, und der untere Zylinder 58 ist an einer Seite mit einem Verbindungsrohr 57 versehen, das mit der ersten Verbindungsleitung 51 verbunden ist. Das Verbindungsrohr 57 ist mit der ersten Verbindungsleitung 51 durch eine Klemmvorrichtung 95 verbunden, wie im Detail in 10 dargestellt, welche, wenn notwendig, gelöst werden kann. Ein Flansch 59 ist am oberen Teil des unteren Zylinders 58 gebildet und eine ringförmige Öffnung 60 ist in der Mitte des Flansches 59 gebildet. Ein ringförmiger Sitz 61 ist um die Öffnung 60 gebildet und mehrere mit Gewinde versehene Bohrungen 59a sind am Umfang des Flanschs 59 vorgesehen. Ein zylindrisches Gehäuse 62 ist auf dem oberen Bereich des unteren Zylinders 58 montiert. Das zylindrische Gehäuse 62 weist einen Flansch 63 auf, der mehrere mit Gewinde versehene Bohrungen oder Durchgangsbohrungen 63a aufweist, und mittels mehrerer mit den Gewindebohrungen oder den Durchgangsbohrungen 63a verbundener Bolzen an den Flansch 59 des unteren Zylinders 58 montiert ist. Um einen Zwischenraum zwischen dem Flansch 59 des unteren Zylinders 58 und dem zylindrischen Gehäuse 62 abzudichten, ist eine Dichtung 66 zwischen dem Flansch des unteren Zylinders 58 und dem Flansch 63 des zylindrischen Gehäuses vorgesehen.
Wie in 6 gezeigt, weist auch das zylindrische Gehäuse 62 einen oberen Flansch 65 auf. Der obere Flansch 65 hat mehrere mit Gewinde versehene Bohrungen 65a, welche am Umfang in gleichen Abständen gebildet sind, und ein Deckelelement 67 ist durch Verschrauben mit den Gewindebohrungen 65a am oberen Flansch 65 befestigt. Eine Dichtung 68 ist zwischen dem oberen Flansch 65 und dem Deckelelement angeordnet, um einen zwischen ihnen befindlichen Zwischenraum abzudichten. Das Deckelelement 67 weist mehrere Durchgangsbohrungen 67a auf, welche an Positionen entsprechend den Gewindebohrungen 65a des oberen Flanschs 65 gebildet sind, so daß Bolzen durch die Durchgangsbohrungen 67a durchgehen und sich mit den Gewindebohrungen 65a des oberen Flanschs 65 im Eingriff befinden, wodurch das Deckelelement 67 auf dem oberen Flansch 65 befestigt werden kann. Das Deckelelement 67 weist mehrere Gewindebohrungen 67b auf, die in gleichen Abständen von den Durchgangsbohrungen 67a nach innen angeordnet sind, sowie eine Öffnung 81 mit einem festgelegten Durchmesser, die in der Mitte des Deckelelements angeordnet ist. Mehrere Gasdurchgangsbohrungen 89 sind um die Öffnung 81 des Deckelelements 67 gebildet.
Im Inneren des zylindrischen Gehäuses 62 ist ein zentraler bzw. Mittelzylinder 70 vorgesehen. Wie in 6 dargestellt, ist der Mittelzylinder 70 mit mehreren Gasdurch gangsniveaus bzw. -ebenen 70a, einem an seinem unteren Ende gebildeten Flansch 70b und einer über dem Flansch 70b vorgesehenen kreisförmigen Platte 71 versehen. Die kreisförmige Platte 71 ist auf den am Flansch 59 des unteren Zylinders 58 gebildeten Sitz 61 aufgesetzt, wenn der Mittelzylinder 70 im zylindrischen Gehäuse 62 montiert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist ein unteres Ende des Mittelzylinders 70 vom Boden des unteren Zylinders 58 durch einen Abstand getrennt und die Gasdurchgänge 70a, die unterhalb der kreisförmigen Platte 71 gebildet sind, sind im Inneren des unteren Zylinders 58 angeordnet.
Eine mit mehreren Gasdurchgangsbohrungen 72a versehene untere Platte 72 ist am unteren Flansch 70b des Mittelzylinders 70 befestigt, wobei Durchgangsbohrungen 72b der unteren Platte 72 mittels Bolzen mit Gewindebohrungen 70c, die im Flansch 70b des Mittelzylinders 70 gebildet sind, verbunden sind. Ein Dichtungselement 73 ist auf den Mittelzylinder 70 montiert. Das Dichtungselement 73 weist eine Hohlwelle 74 auf, die in der Mitte des Dichtungselements 73 gebildet ist und sich über eine Entfernung nach oben erstreckt. Die Hohlwelle 74 ist in die Öffnung 81 des Deckelelements 67 eingeführt, wenn das Dichtungselement 73 auf den oberen Teil des Mittelzylinders 70 montiert wird, und das Deckelelement 67 wird auf den oberen Flansch 65 des zylinderförmigen Gehäuses 62 montiert. Zu diesem Zeitpunkt ist das Dichtungselement 72 nicht mit dem Deckelelement 67 in Berührung, so daß Gas durch die Gasdurchgangsöffnungen 89 strömen kann, welche am Deckelelement 67 gebildet sind.
In dem Zustand, in dem die kreisförmige Platte 71 auf dem Sitz 61 des Flansches 59 des unteren Zylinders 58 aufsitzt, wie in 7 dargestellt, ist eine Anzahl von Einsätze bzw. kassettenartigen Zwischenstücken 75 um den Mittelzylinder 70 herum übereinander gestapelt, wobei deren Anzahl um mindestens zwei geringer ist als Schichten bzw. Lagen der Gasdurchgänge 70a des Mittelzylinders 70, welche über dem Flansch 59 des unteren Zylinders 61 angeordnet sind. Wie ebenfalls in den 6 bzw. 7 dargestellt ist, umfassen die Einsätze 75 eine obere und eine untere Platte 76, 77, die einen Außendurchmesser aufweisen, der gleich oder leicht größer als der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 62 ist, und mit mehreren Öffnungen 90 gebildet sind. Weiter umfassen die Einsätze ein zylindrisches Verbindungselement 78, das einen etwas größeren Durchmesser als der Mittelzylinder 70 aufweist und durch welches die oberen und unteren Platten 76, 77 miteinander verbunden sind, und mehrere, im Verbindungselement 78 gebildete Öffnungen 79, die mit den Gasdurchgängen 70a des Mittelzylinders 70 in Verbindung stehen.
Wie in 7 gezeigt, befinden sich, wenn die Einsätze 75 um den Mittelzylinder 70 herum angeordnet sind, die Ränder bzw. Kanten der oberen und unteren Platten 76, 77 mit der Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 62 in Kontakt. Zwischen benachbarten Einsätzen 75 werden katalytische, adsorbierende Materialien 80 angeordnet, um die verbliebenen, schädlichen Komponenten aus dem Gas zu entfernen, wenn das Gas durch sie hindurchströmt. Die katalytischen, adsorbierenden Materialien 80 werden aus einer Agglomeration von Partikeln bzw. Teilchen hergestellt, die jeweils mit Kohlenstoff, Al₂O₃ oder Metalloxidbase beschichtet sind. Die Größe der Partikel ist bevorzugterweise größer als die Öffnungen 90, welche an der oberen Platte 76 und der unteren Platte 77 gebildet sind. Die Einsätze 75 und die katalytischen adsorbierenden Materialien 80 werden im zylindrischen Gehäuse 62 um den Mittelzylinder 70 in folgender Weise übereinander geschichtet:
Bezugnehmend auf 7 wird der unterste Einsatz 75a an der kreisförmigen Platte 71 des Mittelzylinders 70 angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt sind die Öffnungen 79, die am zylindrischen Verbindungselement 78 des untersten Einsatzes 75a gebildet sind, mit den Gasdurchgängen 70a', die am untersten Niveau (1. Niveau) des Mittelzylinders 70 angeordnet sind, in Übereinstimmung miteinander ausgerichtet. Dann werden Adsorptionsmaterialien 80a über dem zuunterst angeordneten Einsatz 75a angeordnet, und der nächste Einsatz 75b wird in Übereinstimmung mit einem zweiten Niveau bzw. Lage der Gasdurchgänge 70a'' des Mittelzylinders 70 angeordnet und eine gleiche Menge von Adsorptionsmaterialien 80b wird über den Einsatz 75b gefüllt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis eine gewünschte Anzahl von Einsätzen 75 und Adsorptionsmaterialien 80 um den Mittelzylinder 70 herum angeordnet sind.
Damit sind, wie in 7 gezeigt, die Einsätze 75 und die Adsorptionsmaterialien 80 wechselweise im Raum zwischen dem Mittelzylinder 70 und dem zylindrischen Gehäuse 62 angeordnet. Wenn der letzte Einsatz 75 um den Mittelzylinder 70 herum angeordnet wird, sollte das höchste Niveau der Gasdurchgänge 70a oben am letzten Einsatz 75 angeordnet werden. Demgemäß dient der Mittelzylinder 70 als ein Mittel zur Verteilung des Gases, da er das Gas zu jedem Einsatz 75 verteilt.
Wenn die Einsätze 75 und die katalytischen, adsorbierenden Materialien 80 vollständig im Raum zwischen dem Mittelzylinder 70 und dem zylindrischen Gehäuse 62 angeordnet sind, wird die Hohlwelle 74 des Dichtungselements 73, das an das obere Ende des Mittelzylinders 70 montiert ist, in die Öffnung 81 des Deckelelements 67 eingeführt, wodurch der Mittelzylinder 70 innerhalb des zylinderförmigen Gehäuses 62 fest positioniert werden kann. Anschließend wird ein oberer Zylinder 69 auf das Deckelelement 67 montiert. Der obere Zylinder 69 weist einen am unteren Teil des oberen Zylinders 69 gebildeten Flansch 69a, einen am oberen Teil des unteren Zylinders 69 angeordneten rechteckigen Flansch 82 und ein an seiner einen Seite vorgesehenes Verbindungsrohr 93 auf. Der Flansch 81 ist mit mehreren Durchgangsbohrungen 81a versehen, die an Stellen gebildet sind, die den Gewindebohrungen 67b des Deckelelements 67 entsprechen. Der rechteckige Flansch 82 ist mit mehreren Gewindebohrungen 82a versehen und das Verbindungsrohr 93 ist durch eine Klemmvorrichtung 95 lösbar mit der Auslaßleitung 55 verbunden.
Eine zweite Schraubspindel 83 ist im Mittelzylinder 70 vorgesehen und das untere Ende der zweiten Schraubspindel 83 ist durch ein Lager 84 drehbar angeordnet, das auf der am Mittelzylinder 70 befestigten unteren Platte 72 angeordnet ist. Das obere Ende der zweiten Schraubspindel 83 erstreckt sich durch das Dichtungselement 73 zur Abdichtung des oberen Endes des Mittelzylinders 70 nach oben. Die zweite Schraubspindel 83 wird durch eine zweite Antriebsvorrichtung 92 angetrieben, die am oberen Teil des oberen Zylinders 69 vorgesehen ist. Da der Aufbau zur Verbindung der zweiten Antriebsvorrichtung 92 mit der zweiten Schraubspindel 83 die gleiche ist wie die Verbindung zwischen der ersten Schraubspindel 17 mit der ersten Antriebsvorrichtung 91, wird von einer weiteren Erläuterung abgesehen.
Wie in der Zeichnung dargestellt, befindet sich ein Gasverteiler 86 mit der zweiten Schraubspindel 83 im Eingriff, wodurch der Gasverteiler 86 entlang der zweiten Schraubspindel 83 nach oben und nach unten bewegt wird, wenn ein Motor 85 der zweiten Antriebsvorrichtung 92 angetrieben wird. Der Gasverteiler 86 ist aus Polytetrafluoretylen gebildet und umfaßt einen zylindrischen Teil 86a, der mit der zweiten Schraubspindel 83 verbunden ist, und drei kreisförmige Platten 86b, 86c, 86d, die jeweils an einem oberen, mittleren und unteren Teil des zylindrischen Teils 86a gebildet sind. Jede kreisförmige Platte 86b, 86c, 86d weist einen derartigen Durchmesser auf, daß sie sich abdichtend mit der Innenfläche des Mittelzylinders 70 in Kontakt befinden, und die zylinderförmigen Platten 86b, 86c, 86d sind derart voneinander beabstandet, daß ein Niveau von Gasdurchgängen 70a im Mittelzylinder zwischen ihnen angeordnet werden kann.
Eine Ausgangsposition des Gasverteilers 86 befindet sich an der unteren kreisförmigen Platte 86c, die mit einer oberen Platte 76 des zuunterst angeordneten Einsatzes 75a auf gleiche Höhe abgeglichen ist, und wird von dort aus nach oben bewegt, wenn der Motor 71 angetrieben wird, wie in 7 gezeigt. Der Betrag an Drehung einer Rotationsplatte 87, die auf einer Verbindungsstange (in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie den gleichen Aufbau wie das Verbindungselement 21 aus 4 aufweist) angeordnet ist, die mit der zweiten Schraubspindel 83 verbunden ist, wodurch ein Betrag an Drehung des Motors 71 durch den Sensor 88 gemessen wird. Der Motor 71 wird durch eine Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung in Abhängigkeit von den Signalen des Sensors 88 gesteuert, so daß sich die untere Platte 86c des Gasverteilers 86 nach oben in eine Position bewegt, die gestrichelt dargestellt ist, wenn der Motor 71 einmal angetrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 7 und 8 wird nachfolgend die Gasströmung in der Adsorptionsvorrichtung 2 beschrieben. Das der Adsorptionsvorrichtung 2 zugeführte Gas wird durch ein Verbindungsrohr 57 in den unteren Zylinder 58 eingeführt, wenn das erste Ventil 53 geöffnet und das zweite Ventil 54 geschlossen ist, wie oben beschrieben wurde. Das in den unteren Zylinder 58 eingeführte Gas strömt durch die beiden Gasdurchgangsöffnungen 72a der unteren Platte 72 und die Gasdurchgänge 70a, die unterhalb der kreisförmigen Platte 71 des Mittelzylinders 70 angeordnet sind, in den Mittelzylinder 70. Im Mittelzylinder 70 strömt das Gas durch die Gasdurchgänge 70a' des zuunterst angeordneten Einsatzes 75a in einen Raum A, der durch den Einsatz 75a gebildet wird, da der Durchgang C des Mittelzylinders 70 durch die untere Platte 86c des Gasverteilers 86 versperrt ist.
Das in den durch den Einsatz 75a gebildeten Raum A geströmte Gas dringt durch die an der oberen und unteren Platte 76, 77 des Einsatzes 75a vorgesehenen Öffnungen 90 in die Adsorptionsmaterialien 80a ein. Nachdem das Gas die Adsorptions materialien 80a, 80b durchströmt hat, strömt es in einen Raum B zwischen der oberen und der unteren Platte 76, 77 des Einsatzes 75c, der über der oberen Platte 86b des Gasverteilers 86 angeordnet ist. Dann strömt das in den Raum B eingeführte Gas in den Mittelzylinder 70, wobei es durch die Öffnungen 79 des Einsatzes 75c strömt.
Das in den Mittelzylinder 70 eingeführte Gas wird in einen oberen Raumbereich des zylindrischen Gehäuses 62 ausgelassen und strömt durch die höchsten Gasdurchgänge 70a. Nach dem Durchströmen der Gasdurchgangsöffnungen 89, die im Deckelelement 67 gebildet sind, strömt es in den oberen Zylinder 69 aus. Das in den oberen Zylinder 69 ausgeströmte Gas strömt durch das Verbindungselement 93, das an der Seite des oberen Zylinders 69 angeordnet ist, zum Gasauslaßrohr 55 ab.
Während das Gas durch die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 strömt, reagieren die schädlichen Komponenten wie z.B. SiH₄ des Gases physikalisch und chemisch mit den katalytischen Adsorptionsmaterialien 80, so daß sie mittels Adsorption aus dem Gas entfernt werden. Während das Gas durch den Mittelzylinder 70 strömt, können ebenfalls einige der schädlichen Komponenten des Gases an der Innenfläche des Mittelzylinders 70 adsorbiert werden und in ein Pulver umgewandelt werden. Dieses Pulver kann durch die Platten 86a, 86b, 86c des Gasverteilers 86 von der Innenfläche des Mittelzylinders 70 entfernt werden, während sich der Gasverteiler 86 nach oben und unten bewegt.
Der Druck des durch das Gasauslaßrohr 55 abströmenden Gases kann infolge der Mengen von schädlichen Komponenten, die beim Durchgang durch den Brenner 1 am Auslaßrohr 14 adsorbiert werden und an den katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 und dem Mittelzylinder 70 beim Durchgang durch die Adsorptionsvorrichtung 2 adsorbiert werden, verändert werden. Die Änderung des Druckes kann durch das am Gasauslaßrohr 55 vorgesehene Druckmeßgerät P2 gemessen werden. Der durch das Druckmeßgerät P2 aufgenommene Druckwert wird mit dem durch das am Gaseinlaßrohr 13 vorgesehenen Druckmeßgerät P1 aufgenommenen Druckwert verglichen. Dann wird gemäß dem Ergebnis des Vergleichs festgelegt, ob der Motor 85 der zweiten Antriebseinrichtung 92 angetrieben werden soll oder nicht. Der Motor 85 der zweiten Antriebsvorrichtung 92 wird ebenfalls angetrieben, wenn mehr als 0,3ppm an schädlichen Komponenten im Gasauslaßrohr 55 erfaßt werden.
Bezugnehmend auf 8 wird das Verfahren zur Entfernung bzw. Behandlung eines Gases der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des oben beschriebenen Gasreinigers beschrieben.
Zuerst wird das während der Herstellung von Halbleitern erzeugte Gas durch das Gaseinlaßrohr 13 zur Brennkammer 5 zugeführt. Wenn das Gas in die Brennkammer 5 zugeführt wird, wird es durch die in der Brennkammer 5 angeordnete Keramikheizvorrichtung 11 auf 500°C bis 800°C erwärmt. Während des Durchgangs durch die Brennkammer 5 wird das Gas von den brennbaren Komponenten des Gases durch die folgenden thermischen Reaktionen vorgereinigt: SiH₄ + 2O₂ -> SiO₂ + 2H₂O SiH₂Cl + 3/2O₂ -> SiO₂ + H₂O + Cl₂ 4NH₃ + 3O₂ -> 2N₂ + 3H₂O AsH₃ + 3O₂ -> As₂O₃ + 3H₂O 4PH₃ + 4O₂ -> P₂O₅ + 3H₂O B₂H₆ + 3O₂ -> B₂O₃ + 3H₂O WF₆ + 3/2O₂ -> WO₃ + 3F₂
Die Schlacke bzw. der Verbrennungsrückstand, der während des Verbrennungsprozesses in der Brennkammer 5 erzeugt worden ist, fällt in den Schlackeaufnahmebehälter 7, der am Boden der Brennkammer 5 angeordnet ist und wird darin gesammelt. Die Menge an Verbrennungsrückständen, die im Schlackeaufnahmebehälter 7 gesammelt werden, kann durch das im Schlackeaufnahmebehälter 7 vorgesehene Fenster 9 festgestellt wer den. Wenn der Schlackeaufnahmebehälter 7 mit einer bestimmten Menge von Schlacke gefüllt ist, kann die Schlacke durch die Tür 8 entfernt werden, die an der Seite des Schlackeaufnahmebehälters 7 angeordnet ist.
Das Gas, das auf die Temperatur von 500°C bis 800°C erwärmt worden ist und deren brennbare Komponenten daraus entfernt worden sind, steigt zum Auslaßrohr 14 auf, das über der Brennkammer 5 angeordnet ist. Während das Gas durch das Auslaßrohr 14 strömt, werden einige unbehandelte, schädliche Komponenten an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 adsorbiert und dann in feste Partikel bzw. Teilchen umgewandelt. Um die festen Partikel vom Inneren des Auslaßrohrs 14 zu entfernen, wird eine Vorrichtung 16 zur Entfernung von Partikeln entlang der ersten Schraubspindel 17, die im Auslaßrohr 14 angeordnet ist, durch den Motor 24 der ersten Antriebsvorrichtung 91 nach oben bewegt, welche gemäß einem festgelegten Zeitplan angetrieben wird. Die entfernten festen Partikel fallen dann in den Schlackenaufnahmebehälter 7.
Während das Gas, dessen darin enthaltene brennbare Komponenten zu Anfang in der Brennkammer 5 behandelt worden sind, durch das Auslaßrohr 14 zur Adsorptionsvorrichtung 2 strömt, wird die Temperatur des Gases durch die Kühlvorrichtung 3 auf ungefähr 50°C abgekühlt. Dieser Kühlungsvorgang verbessert die Wirksamkeit der Adsorption der unverbrannten, schädlichen Gaskomponenten an der Innenfläche des Auslaßrohrs 14 und deren anschließende Umwandlung in feste Partikel.
Das zur Adsorptionsvorrichtung 2 zugeführte Gas strömt durch mehrere Schichten bzw. Lagen von katalytischen Adsorptionsmaterialien 80, die in der Adsorptionsvorrichtung 2 vorgesehen sind. Die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 sind aus einer Agglomeration von Partikeln hergestellt, wobei jedes mit Kohlenstoff, Al₂O₃ oder Metalloxidbase beschichtet ist. Während das Gas durch die katalytischen Adsorptionsma terialien 80 strömt, werden einige schädliche Gaskomponenten an den Partikeln der katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 adsorbiert und das Gas kann durch folgende chemische und physikalische Reaktionen mit den Partikeln gereinigt werden: 2SiH₄ + WF₆ -> WSi₂ + 6HF + H₂ SiH₄ -> Si + 2H₂ B₂H₆ -> 2B + 3H₂
Nachdem einige schädliche Gaskomponenten durch die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 adsorbiert und gereinigt worden sind, strömt das Gas durch den Mittelzylinder 70 zum Gasauslaßrohr 55. Die verbliebenen schädlichen Komponenten des Gases werden während des Durchströmens des Mittelzylinders 70 an der Innenfläche des Mittelzylinders 70 adsorbiert. Die an der Innenfläche des Mittelzylinders 70 adsorbierten schädlichen Komponenten werden von der Innenfläche des Mittelzylinders 70 durch den Gasverteiler 86 entfernt, der sich entlang des Mittelzylinders 70 nach oben und unten bewegt.
Der den Gasverteiler 86 antreibende Motor 85 wird gestartet, wenn der vom Druckmeßgerät P2 gemessene Druck kleiner als ein vorbestimmter Druck P ist, welcher ein Wert für den Vergleich des durch das Druckmeßgerät P2 aufgenommenen Druckwerts mit dem durch das am Gaseinlaßrohr 13 vorgesehenen Druckmeßgerät P1 aufgenommenen Druckwert ist, oder wenn mehr als 0,3 ppm schädlicher Komponenten im Gasauslaßrohr 55 ermittelt werden. Wenn der Motor 85 einmal angetrieben wird, bewegt sich der Gasverteiler 86 um eine Distanz nach oben, in der zwei Schichten katalytischer Adsorptionsmaterialien 80 angeordnet sind. Während das Gas durch die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 strömt, sinkt der Druck des aus dem Gasauslaßrohr 55 kommenden Gases infolge des Blockierens der Durchgänge zwischen den Partikeln, die die katalytischen Adsorptionsmateralien 80 bilden, durch die adsorbierten, schädlichen Komponenten. Ein Filter 94 kann am Gasauslaßrohr 55 vorgesehen werden, um Materialien, wie z.B. mitgerissene Stäube, abschließend aus dem behandelten Gas herauszufiltrieren.
Die gesamten katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 im zylindrischen Gehäuse 62 sollten ausgetauscht werden, wenn sich der Gasverteiler 86 mit den höchsten katalytischen Adsorptionsmateralien 80c auf gleicher Höhe befindet, und der Druck des abströmenden Gases, das durch die am höchsten angeordneten katalytischen Adsorptionsmaterialien 80c strömt, unter den vorbestimmten Druck sinkt. Um die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 zu ersetzen, werden die Klemmvorrichtungen 95, welche die erste Verbindungsleitung 51 und die Verbindungsleitung 57 und das Gasauslaßrohr 55 und die Leitung 93 verbinden, gelöst. Anschließend wird die Adsorptionsvorrichtung 2 aus dem Gehäuse 3 genommen. Dann wird das Deckelelement 67 vom zylindrischen Gehäuse 62 gelöst, um die Einsätze 75 und die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 aus dem zylindrischen Gehäuse 62 zu entfernen und durch neue katalytische Adsorptionsmaterialien zwischen den Einsätzen 75 zu ersetzen. Anschließend erfolgt der Zusammenbau in umgekehrter Reihenfolge.
Wenn das zylindrische Gehäuse 62 aus dem Gehäuse 3 entnommen wird, können zwei Paare von Rädern 96 am Boden des unteren Zylinders 61 vorgesehen werden, um den Vorgang der Entfernung der Adsorptionsvorrichtung 2 einfacher zu gestalten. Überdies sind, wenn die Adsorptionsvorrichtung 2 am Gehäuse 3 befestigt wird, zwei Paare von Stützen 96 am unteren Zylinder 61 angeordnet, um eine Bewegung der Adsorptionsvorrichtung 2 zu verhindern. Bolzen werden in Durchgangsbohrungen der befestigten Stützen 96 eingeführt, um die Adsorptionsvorrichtung 2 am Gehäuse 3 zu befestigen.
Des weiteren können zur Reparatur und Reinigung des Brenners 1 zwei Paare von Rädern 99 am Boden des Schlackeaufnahmebehälters 7 vorgesehen werden, um einen Vorgang des Entnehmens des Brenners 1 einfacher zu gestalten. Wenn der Brenner 1 am Gehäuse 3 befestigt ist, sind Stützen 100 am unteren Zylinder 61 angeordnet, um eine Bewegung des Brenners 1 zu verhindern. In gleicher Weise wie die Adsorptionsvorrichtung wird der Brenner 1 am Gehäuse 3 befestigt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, kann der reparierte und gereinigte Brenner 1 und die Einsätze 75 sowie die Adsorptionsvorrichtung 2, bei der die katalytischen Adsorptionsmaterialien 80 ausgetauscht wurden, wieder im Gehäuse 3 montiert werden. Anschließend werden die Klemmvorrichtungen 95 verwendet, um den Brenner 1 und die Adsorptionsvorrichtung 2 miteinander zu verbinden und Gas strömt dann durch Öffnen oder Schließen der Ventile 53, 54 vom Brenner 1 zur Adsorptionsvorrichtung 2.
Wie oben dargelegt, kann mit einem erfindungsgemäßen Gasreiniger und erfindungsgemäßen Verfahren zur Entsorgung bzw. Behandlung eines Gases unter Verwendung des Gasreinigers das während der Herstellung von Halbleitervorrichtungen erzeugte Gas wirksam durch Verbrennen dessen brennbarer Komponenten im Brenner und anschließendem Adsorbieren dessen verbleibender, schädlicher Komponenten in der Adsorptionsvorrichtung 2 gereinigt werden.
Weiter weist der Gasreiniger gemäß der vorliegenden Erfindung einen einfachen Aufbau auf, wodurch die Kosten zur Reinigung des schädlichen Gases, das während der Herstellung von Halbleitervorrichtungen erzeugt wird, weit unter den Kosten von herkömmlichen Gasbehandlungsverfahren liegen.
Da es einfach ist, die zusammengehäuften, schädlichen Komponenten in Pulverform bzw. Komponentenrückstände aus dem Brenner und der Adsorptionsvorrichtung zu entfernen, kann ein durch die schädlichen Komponentenrückstände bzw. Pulver verursachter Ausfall des Gaseinigers verhindert werden und deshalb die Lebensdauer des Gasreinigers gemäß der vor liegenden Erfindung gegenüber der herkömmlicher Systeme verlängert werden.
Weiterhin ist der Gasreiniger gemäß der vorliegenden Erfindung kompakter und leichter, da sowohl die Brenn- als auch die Adsorptionsvorrichtung in einem Gehäuse angeordnet sind, wodurch ein Vorteil durch die effektive Verwendung des Montageraums entsteht.
Zusammenfassend wurde insoweit ein Gasreiniger sowie Verfahren zur Behandlung eines Gases unter Verwendung des Gasreinigers beschrieben. Ein während der Herstellung von Halbleitern erzeugtes Gas wird über eine Gaszufuhrleitung einem Brenner zugeführt. Ein erster Reinigungsprozeß findet statt, wenn brennbare und schädliche Komponenten des Gases im Brenner verbrannt werden. Das zu Anfang im Brenner behandelte Gas strömt dann in eine Adsorptionsvorrichtung. Ein in mehreren Schichten angeordnetes katalytisches Adsorptionsmaterial wird in der Adsorptionsvorrichtung angeordnet, um das Gas physikalisch und chemisch zu behandeln. Das Gas wird in der Reihenfolge vom Boden der katalytischen Adsorptionsmaterialien zur oberen Stufe bzw. Ebene verteilt. Abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem zugeführten Gas und dem abströmenden Gas oder der Konzentration schädlicher Komponenten im abströmenden Gas, wird das Gas verteilt, um durch nachfolgende katalytische Adsorptionsmaterialien zu strömen.

Claims

Gasreiniger zur Behandlung eines Gases, das bei der Halbleiterherstellung erzeugt wird, mit: – einem Gehäuse (3) mit einer an einer Seite angebrachten schwenkbaren Tür; – einem Gaseinlaßrohr (13), durch welches das bei der Halbleiterherstellung erzeugte Gas eintritt; – einem Brenner (1) zur Verbrennung des durch das Gaseinlaßrohr (13) zugeführten Gases, wobei der Brenner (1) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet ist und mit dem Gaseinlaßrohr (13) verbunden ist; und – einem Gasauslaßrohr (55) zum Abströmen des behandelten Gases, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasreiniger weiter umfasst: – ein am Gaseinlaßrohr angeordnetes Druckmeßgerät (P1) zur Messung des Drucks des eintretenden Gases; – eine Adsorptionsvorrichtung (2) zur Adsorption von im Brenner (1) nicht verbrannten Gaskomponenten und zur physikalischen und chemischen Behandlung der adsorbierten Komponenten; – eine Verbindungsleitung zur Verbindung des Gasauslaßrohrs (55) mit der Adsorptionsvorrichtung (2), wobei das Gasauslaßrohr ein zweites Druckmeßgerät (P2) zur Bestimmung des Drucks des abströmenden Gases aufweist; – Verbindungsmittel zur wahlweise trennbaren Verbindung des Brenners (1) mit der Adsorptionsvorrichtung (2) oder dem Gasauslaßrohr (55); und – eine Kühlwasser verwendende Kühlvorrichtung zum Kühlen des erwärmten Gases, während das Gas vom Brenner (1) zur Adsorptionsvorrichtung (2) strömt, wobei die Kühlvorrichtung um den Brenner (1) und die Verbindungsmittel herum angeordnet ist.
Gasreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) eine Vorrichtung (4,5) zur Verbrennung brennbarer und schädlicher Gaskomponenten, eine Einrichtung (14, 15) zur Adsorption schädlicher, in der Vorrichtung zur Verbrennung nicht verbrannter Komponenten und zur Umwandlung in Materialpartikel und Mittel (16, 17, 21) zur Entfernung des adsorbierten Materials von der Einrichtung (14, 15) zur Adsorption aufweist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Verbrennung folgende Bestandteile aufweist: ein Brennergehäuse (4), das an einem unteren Bereich mit dem Gaseinlaßrohr (13) verbunden ist; eine Brennkammer (5), die innerhalb des Brennergehäuses (4) angeordnet ist und Keramikheizelemente (11) zur Erzeugung einer Wärme von 500°C bis 800°C aufweist, die in parallel in mehreren Lagen angeordneten Inconel-Rohren angeordnet sind, und einen Behälter (7) zur Aufnahme von Verbrennungsrückständen, der an einem unteren Bereich des Brennergehäuses (4) angeordnet ist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolationsmaterial zwischen dem Brennergehäuse (4) und der Brennkammer (5) angeordnet ist, um Wärmeübertragung zur Außenseite des Brennergehäuses (4) zu verhindern.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (7) zur Aufnahme von Verbrennungsrückständen eine an einer Seite angeordnete Tür (8) und ein Fenster (9) aufweist, das aus einem wärmebeständigen Glas hergestellt ist und in der Tür (8) angeordnet ist, um das Innere des Behälters (7) zur Aufnahme von Verbrennungsrückständen zu beobachten.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Adsorption ein Auslaßrohr (14) ist, das mit einem oberen Bereich des Brenners (1) verbunden ist und mit mindestens zwei Führungsschienen (15) an seiner Innenfläche gebildet ist, so daß einige unverbrannte, schädliche Gaskomponenten an der Innenfläche des Auslaßrohrs (14) adsorbieren, während das Gas, dessen brennbare und schädliche Komponenten im Brenner (1) verbrannt wurden, durch das Auslaßrohr (14) strömt.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung die folgenden Bestandteile aufweist: ein mit einer Seite des Auslaßrohrs (14) verbundenes Verbindungsrohr (20); eine erste Verbindungsleitung (51), die mit dem Verbindungsrohr (20) zur Führung des Gases zur Adsorptionsvorrichtung (2) verbunden ist, und ein erstes Stellorgan (53) zum Öffnen und Schließen der ersten Verbindungsleitung (51) aufweist; eine zweite Verbindungsleitung (52), die ein zweites Stellorgan (54) zum Öffnen und Schließen der zweiten Verbindungsleitung (52) aufweist und von der ersten Verbindungsleitung (51) zur Führung des Gases zu einem Auslaßrohr (55) abzweigt, so daß das Gas zum Auslaßrohr (55) geführt wird, wenn das erste Stellorgan (53) geschlossen ist und das zweite Stellorgan (54) geöffnet ist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Entfernung von Partikeln folgende Bestandteile aufweist: eine erste Schraubspindel (17), die innerhalb des Auslaßrohrs (14) angeordnet ist und durch einen ersten Motor (24) einer ersten Antriebsvorrichtung gedreht wird, und eine obere Platte (18) zum Verschließen des oberen Endes des Auslaßrohrs (14) aufweist; eine Vorrichtung (16) zur Partikelentfernung, die sich mit der ersten Schraubspindel (17) im Gewindeeingriff befindet und sich infolge der Drehung der ersten Schraubspindel (17) nach oben und nach unten bewegt, um Partikel von der Innenfläche des Auslaßrohrs (14) zu entfernen; und einer Verbindungsstange (21) zur Übertragung einer Leistung des ersten Motors auf die erste Schraubspindel (17).
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (24) ein reversibler Motor ist und gemäß einer vorprogrammierten, festgelegten Zeit angetrieben wird, so daß die Vorrichtung (16) zur Partikelentfernung alternierend gemäß der vorprogrammierten, festgelegten Zeit nach oben und nach unten bewegt wird.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung folgende Bestandteile aufweist: ein erstes Kühlrohr (43), das an der Außenseite des Gaseinlaßrohrs (13) angeordnet ist; ein zweites Kühlrohr (44), das an der Außenseite des Auslaßrohrs (14) zur Kühlung des durch den Brenner (1) erwärmten Gases auf eine Temperatur von 50°C angeordnet ist; eine Wasserzufuhrleitung (45) zur Zufuhr eines Kühlwassers zum ersten Kühlrohr (43), und mindestens einer Leitung (47) zur Verbindung der Kühlrohre (43, 44) miteinander; und eine Abflußleitung (49), die am zweiten Kühlrohr (44) zur Entsorgung des verwendeten Kühlwassers angeordnet ist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzufuhrleitung (45), die Leitung (47) und die Abflußleitung (49) bei Draufsicht in einer geraden Linie angeordnet sind.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsvorrichtung (2) die folgenden Bestandteile aufweist: ein Gehäuse (62), das mit dem Brenner (1) und dem Gasauslaßrohr (55) verbunden ist; Mittel (80) zur Adsorption und zur physikalischen und chemischen Behandlung schädlicher und unverbrannter Gaskomponenten, wobei die Mittel innerhalb des Gehäuses (62) in mehreren Lagen übereinander geschichtet sind; und eine Vorrichtung (70, 72, 86) zur Verteilung des Gases zu jeder Lage des Adsorptionsmittels (80).
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (62) einen Standfuß (56); einen unteren Zylinder (61), der durch den Standfuß (56) abgestützt wird, und ein mit der ersten Verbindungsleitung (51) verbundenes Verbindungsrohr (57) und einen Flansch (59) aufweist, der an seinem oberen Bereich gebildet ist und eine kreisförmige Öffnung (60) aufweist; ein zylindrisches Gehäuse (62), das abdichtend auf dem Flansch (59) des unteren Zylinders (58) befestigt ist; und ein Deckelelement (67) aufweist, das abdichtend an einem oberen Ende des zylindrischen Gehäuses (62) befestigt ist und eine Öffnung (81) sowie mehrere Gasdurchgangsöffnungen (89) aufweist, welche um die Öffnung (81) gebildet sind.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gasverteilungsvorrichtung die folgenden Bestandteile aufweist: einen zentralen Zylinder (70) mit einem oberen Flansch, einem unteren Flansch (70b) und Gasdurchgängen (70a), die in mehreren Lagen entsprechend den Adsorptionsmitteln (80) angeordnet sind, der in der Mitte des Gehäuses (62) angeordnet ist; ein Dichtungselement (73) mit einer Hohlwelle (74), die in der Mitte des Dichtungselements (73) gebildet ist und sich über einen Bereich nach oben erstreckt, und welches am oberen Flansch des zentralen Zylinders (70) befestigt ist; eine untere Platte (72), die mehrere Gasdurchgangsöffnungen (72a) aufweist und am unteren Flansch (70b) des zentralen Zylinders (70) befestigt ist; und einen Gasverteiler (86), der innerhalb des zentralen Zylinders (70) angeordnet ist und nach oben bewegbar ist, um Durchlässe von unteren Gasdurchlässen zu oberen Gasdurchlässen des zentralen Zylinders (70) zu öffnen.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasadsorptionsvorrichtung mehrere Einsätze (75), die um die im Gehäuse (62) befestigte Gasverteilungsvorrichtung angeordnet sind, und mehrere Lagen katalytischen Adsorptionsmaterials (80) aufweist, das zwischen den Einsätzen (75) angeordnet ist, wobei jeder Einsatz (75) eine obere und eine untere Platte (76, 77) aufweist, welche mit mehreren Öffnungen (90) gebildet sind und einen Außendurchmesser aufweisen, der gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses (62) ist, und ein zylindrisches Verbindungselement mit einem Innendurchmesser aufweist, der etwas größer als ein Außendurchmesser der Gasverteilungsvorrichtung ist und mehrere Öffnungen (79) aufweist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Adsorptionsmaterial (80) aus Kohlenstoffpartikeln gebildet ist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Adsorptionsmaterial (80) aus oxidierten Aluminiumpartikeln gebildet ist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Adsorptionsmaterial (80) aus Kohlenstoffpartikeln gebildet ist, die mit oxidierter Metallbase beschichtet sind.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Adsorptionsmittel aus oxidierten Aluminiumpartikeln gebildet ist, die mit oxidierter Metallbase beschichtet sind.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gasverteiler (86) mit einer innerhalb des zentralen Zylinders (70) angeordneten zweiten Schraubspindel (83) im Gewindeeingriff befindet und abhängig von einer Rotation der zweiten Schraubspindel (83) nach oben bewegt wird, wobei die zweite Schraubspindel (83) über eine Verbindungsstange mit einem zweiten Motor verbunden ist, der an einem oberen Teil des Gehäuses (62) angeordnet ist, so daß die zweite Schraubspindel (83) gedreht werden kann, um den Gasverteiler (86) nach oben zu bewegen.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (86) aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist und einen sich mit der zweiten Schraubspindel (83) im Gewindeeingriff befindlichen zylindrischen Teil (86a) und drei kreisförmige Platten (86b, 86c, 86d) aufweist, die jeweils an einem oberen, einem mittleren und einem unteren Bereich des zylindrischen Teils (86a) gebildet sind und einen Durchmesser aufweisen, um abdichtend mit der Innenfläche des zentralen Zylinders (70) in Kontakt zu stehen, und die drei kreisförmigen Platten (86b, 86c, 86d) voneinander derart beabstandet sind, daß sich ein Niveau der Gasdurchgänge (70a) des zentralen Zylinders (70) zwischen ihnen befindet.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor ein reversibler Motor ist und angetrieben wird, wenn der durch das im Gasauslaßrohr (55) angeordnete zweite Meßgerät (P2) gemessene Druck kleiner als ein vorgegebener Druck ist, der ein Vergleichswert des durch das zweite Druckmeßgerät (P2) aufgenommenen Drucks mit dem durch das im Gaseinlaßrohr (13) angeordnete erste Druckmeßgerät (P1) aufgenommenen Druck ist.
Gasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor ein reversibler Motor ist und angetrieben wird, wenn im Gasauslaßrohr (55) mehr als 0,3ppm schädlicher Komponenten ermittelt werden.
Verfahren zur Behandlung eines Gases, das bei einer Herstellung von Halbleitern erzeugt wird, mit den folgenden Schritten: – Zuführen des Gases durch ein Gaseinlaßrohr (13) zu einem Brenner (1) und Verbrennen brennbar-toxischer Gaskomponenten durch Erwärmung im Brenner (1), um die Komponenten aus dem Gas zu entfernen; gekennzeichnet durch – das Kühlen des Gases und Adsorbieren nicht brennbarer und schädlicher Gaskomponenten, während das Gas vom Brenner (1) zur Adsorptionsvorrichtung (2) strömt und Entfernen der im Brenner (1) nicht verbrannten schädlichen Komponenten des Gases von einer Innenfläche eines Auslaßrohrs (14); und – das Durchführen des Gases durch mehrere Lagen von katalytischem Adsorptionsmaterial (80), welches von einer unteren Lage zu einer oberen Lage übereinander geschichtet ist, so daß verbliebene, nicht brennbare und schädliche Komponenten physikalisch und chemisch durch die katalytischen Adsorptionsmaterialien behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die Schritte des Messens eines Druckes des zum Brenner (1) zugeführten Gases, Messen eines Druckes abschließend behandelten Gases und Verteilen des Gases zu nachfolgenden katalytischen Adsorptionsmaterialien, wenn die Differenz zwischen den beiden Gasdrücken kleiner als ein festgelegter Druckwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter die Schritte des Erfassens einer Konzentration von schädlichen Gaskomponenten des abschließend behandelten Gases und Verteilen des Gases zu nächsten katalytischen Adsorptionsmaterialien umfaßt, wenn ein Wert über 0,3ppm schädlicher Komponenten ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im Verbrennungsschritt auf ungefähr 500°C bis 800°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im Schritt des Kühlens auf ungefähr 50°C abgekühlt wird.