DE60025933T2

DE60025933T2 - Brennvorrichtung zur behandlung von abgas

Info

Publication number: DE60025933T2
Application number: DE60025933T
Authority: DE
Inventors: Yoshiro łEbara Research Co. Ltd. Fujisawa-shi Takemura; Tetsuo łEbara Corporation Komai; Kotaro łEbara Corporation Kawamura; Takeshi Ebara Corporation Tsuji; Kazutaka Ebara Corporation Okuda; Rikiya łEbara Corporation Nakamura; Keiichi łEbara Corporation Ishikawa; Tomonori Ebara Corporation Ohashi; Yasutaka łEbara Corporation Muroga; Tadakazu łEbara Corporation Nishikawa; Yuji łEbara Corporation Shirao; Hiroyuki łEbara Research Co. Ltd. Fujisawa-shi Yamada
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: KR20020049003A; US20040191142A1; DE60025933D1; EP1227275B1; KR100729253B1; EP1227275A1; US6736635B1; US7112060B2; WO2001033141A1; EP1227275A4

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abgasbehandlungsbrenner zur Verwendung in einem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps zur Verbrennung schädlicher Abgase wie beispielsweise eines Abscheidungsgases, das SiH₄ und ein Halogenbasisgas (CHF₄, C₂F₆, CF₄ usw.) enthält, das aus einem Halbleiterherstellungssystem ausgegeben bzw. ausgestoßen wird.
Ausgangspunkt
Ein Halbleiterherstellungssystem emittiert schädliche Abgase wie beispielsweise ein Abscheidungsgas, das SiH₄ und ein Halogenbasisgas (CHF4, C₂F₆, CF₄ usw.) enthält, die nicht direkt in die Atmosphäre ausgestoßen werden sollte. Es ist daher übliche Praxis in der Technik solche schädlichen Abgase in ein System einzugeben, indem das Abgas mittels Verbrennung entgiftet wird. Gemäß dem allgemeinen Abgasbehandlungssystem wird ein Hilfsverbrennungsgas verwendet, um Flammen in einem Ofen zu erzeugen, um dadurch die Abgase zu verbrennen.
Bei dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps besitzt das Hilfsverbrennungsgas üblicherweise die Form einer Kombination aus Brennstoffgas wie beispielsweise Wasserstoff, ein Stadtgas, LPG (Flüssiggas) usw. und ein Oxidationsagens wie beispielsweise Sauerstoff oder Luft. Die höchsten Betriebskosten des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps ergeben sich aus Kosten, die erforderlich sind durch den Verbrauch des Brennstoffgases und der Oxidationsagens. Einer der Indikatoren der Performance bzw. Leistung des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps ist wie viel schädliche Abgase mit einer hohen Effizienz mit einer geringen Menge an zusätzlichem bzw. Hilfsverbrennungsgas vernichtet werden kann. Es ist in der Technik bekannt, dass wenn das Abscheidungsgas, das SiH₄ enthält, thermisch zerstört wird, ein SiO₂ Pulver erzeugt wird, was dazu neigt sich in der Verbrennungskammer abzuscheiden und unterschiedliche Probleme in der Verbrennungskammer zu erzeugen. Demgemäß ist ein Designansatz, der die Verbrennungskammer resistent gegenüber einer Abscheidung von SiO₂ Pulver macht auch ein wichtiges Element der Evaluierung des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps.
Ein allgemeiner Brenner bzw. Verbrenner zur Verwendung in einem herkömmlichen Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps ist in den 28 und 29 der Zeichnungen dargestellt. Wie in den 28 und 29 gezeigt ist, besitzt der Brenner eine Abgasdüse 2, die mittig in der Decke einer zylindrischen Verbrennungskammer 1 definiert ist, zum Einführen eines zu behandelnden Abgases A in die Verbrennungskammer 1 und eine Vielzahl von Hilfs-Verbrennungsgasdüsen 3, die in der Decke der zylindrischen Verbrennungskammer 1 definiert sind, und zwar um die Abgasdüse 2 herum zum Einführen eines Hilfs-Verbrennungsgases B in die Verbrennungskammer 1, wobei ein Verbrennungsgasauslass 4 integral mit dem unteren Ende der Verbrennungskammer 1 verbunden ist. Das Hilfs-Verbrennungsgas B, das aus den Hilfs-Verbrennungsgasdüsen 3 ausgestoßen wird, erzeugt Flammen in einem kreisförmigen Muster. Während das Abgas A mittig durch das kreisförmige Muster der Flammen hindurch geht, wird das Abgas A mit den Flammen vermischt und verbrannt, wodurch ein Verbrennungsabgas emittiert wird, das aus der Verbrennungskammer 1 durch den Verbrennungsgasauslass 4 ausgestoßen wird.
Da bei dem herkömmlichen Brenner die Flammen, die durch das Hilfs-Verbrennungsgas gebildet werden, jedoch vor den Hilfs-Verbrennungsgasdüsen gebildet werden, wird das Abgas, das vor der Abgasdüse ausgestoßen wird, die nach innen bezüglich der Hilfs-Verbrennungsgasdüsen positioniert ist, nicht notwendigerweise ausreichend mit den Flammen vermischt und somit ist die Zerstörungseffizienz des Abgases nicht ausreichend hoch. Um die Zerstörungseffizienz zu erhöhen, ist es notwendig, die Menge an Hilfs-Verbrennungsgas zum Erzeugen großer Flammen zu erhöhen, was erlaubt, dass das Abgas leicht verbrannt und zerstört wird. Jedoch wird auch die Menge des Hilfs-Verbrennungsgases, welche zu der Zerstörung des Abgases nichts beiträgt auch erhöht, was einen Anstieg der Betriebskosten des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps zur Folge hat.
Wenn ein SiH₄-Gas durch Oxidation zerstört wird, haftet ein erzeugtes Pulver aus SiO₂ an Wandoberflächen an und wird an ihnen abgeschieden, wo das Abgas langsam strömt. Wenn die Konzentration von SiH₄ in dem Abgas hoch ist, dann wird das Pulver aus SiO₂ mit erhöhter Menge erzeugt und an den Wandoberflächen abgeschieden. Im schlimmsten Fall kann ein Hilfs-Verbrennungsgas nicht kontinuierlich verbrannt werden und es kann notwendig sein, das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps zum Entfernen des abgeschiedenen Pulvers auszuschalten.
EP-A-1 033 533 zeigt einen Brenner zum Behandeln eines Spülgases gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Schwierigkeiten gemacht. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Brenner zur Verwendung in einem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps vorzusehen, der in der Lage ist, Abgase zu zerstören, und insbesondere ein Abscheidungsgas, das simultan SiH₄ und ein Halogenbasisgas enthält von einer Halbleiterherstellungsanlage, und zwar mit hoher Zerstörungseffizienz, die es für ein SiO₂-Pulver schwierig macht, anzuhaften und sich abzuscheiden, das eine niedrige NOx-Verbrennung durchführt und ein gewünschtes Sicherheitsniveau beibehält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Brenner vorgesehen zur Behandlung eines Abgases, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Flammenstabilisierungszone zu einer Verbrennungskammer offen ist, wobei die Zone durch eine Umfangswand umgeben und durch eine Platte geschlossen ist, die von der Verbrennungskammer entfernt ist, und bei dem ein Abgas, eine Hilfs-Verbrennungsagens und Luft in die Flammenstabilisierungszone eingeführt und miteinander vermischt werden, und die vermischten Gase zu der Verbrennungskammer senkrecht zu der Platte ausgestoßen werden. Vorzugsweise besitzt die Platte darin ein Abgasflammenloch definiert zum Ausstoßen des Abgases zu der Flammenstabilisierungszone und ein Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch zum Ausstoßen des Hilfs-Verbrennungsgases, und die Umfangswand der Flammenstabilisierungszone besitzt eine Luftausstoßdüse, die angeordnet ist, um die Luft im Wesentlichen umfangsmäßig auszustoßen zum Erzeugen einer wirbelnden Strömung.
Das Abgas, das ein Abscheidungsgas und ein Halogenbasisgas umfasst, die Hilfs-Verbrennungsagens und die Luft werden in die Flammenstabilisierungszone eingeführt, die zu der Verbrennungskammer geöffnet ist, und ausreichend miteinander vermischt. Die vermischten Gase verbleiben ausreichend vermischt ohne gelöst bzw. zersetzt zu werden und werden senkrecht zu der Platte in Richtung – der Verbrennungskammer ausgestoßen. Verbrennungsflammen, die in der Verbrennungskammer erzeugt werden, werden lang gestreckte Flammen, was einen Hochtemperaturbereich stromabwärts ausdehnt, um die Zeitperiode zu verlängern, in der das Abgas in den Hochtemperaturbereich verbleibt. Daher wird das Abgas mit einer hohen Zerstörungseffizienz verbrannt und ein Pulver aus SiO₂, das erzeugt wird, wird effizient durch eine Strömung von Verbrennungsgas ausgestoßen.
Die Luft, die im Wesentlichen umfangsmäßig von der Umfangswand ausgestoßen wird, erzeugt eine stark wirbelnde Strömung. Die Strömung besitzt eine Vortex- bzw. Wirbelmitte der wirbelnden Luft und einen freien Vortex- bzw. Wirbelbereich, um die Wirbelmitte herum. Da die Flammenlöcher für das Abgas und das Hilfs-Verbrennungsgas in der Platte definiert sind, werden das Abgas und Hilfs-Verbrennungsgas, die aus den Flammenlöchern ausgestoßen werden, in den freien Wirbelbereich eingeführt und durch die wirbelnde Luftströmung eingeschlossen. Das Abgas und das Hilfs-Verbrennungsgas, die aus den Flammenlöchern ausgestoßen werden, werden durch Veränderungen der Geschwindigkeit der wirbelnden Luftströmung durch den freien Wirbelbereich der wirbelnden Luftströmung geschert und ausreichend mit der Luft vermischt und die Mischung des Abgases, des Hilfs-Verbrennungsgases und der Luft erzeugen wirbelnde Flammen. Da das Hilfs-Verbrennungsgas und die Luft, nachdem sie in der wirbelnden Luftströmung vermischt wurden, verbrannt werden, erzeugen sie vorgemischte Flammen, um eine niedrige NOx-Verbrennung zu erreichen. Da die Hilfs-Verbrennungsagens und die Luft in der Flammenstabilisierungszone vermischt werden, wird die Hilfs-Verbrennungsagens nicht in der Gaskammer gezündet, wodurch der Brenner sehr sicher ist, selbst wenn die Umfangswand der Flammenstabilisierungszone durch die Flammen erwärmt wird.
Vorzugsweise ist ein zweites Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch zum Ausstoßen des Hilfs-Verbrennungsgases in der Umfangswand der Flammenstabilisierungszone stromabwärts bezüglich der Luftausstoßdüse in einer Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone definiert.
Flammen, welche durch das Hilfs-Verbrennungsgas erzeugt werden, sind stromabwärts bezüglich des zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlochs positioniert und werden kombiniert mit Flammen von der Primärverbrennung, was lang gestreckte Flammen erzeugt. Die lang gestreckten Flammen expandieren einen Hochtemperaturbereich stromabwärts, um die Zeitperiode zu verlängern, in der das Abgas in dem Hochtemperaturbereich verbleibt. Durch ein solches Expandieren des flammeninduzierten Hochtemperaturbereichs stromabwärts kann insbesondere das Halogenbasisabgas vollständig zerstört werden.
Die Luftausstoßdüse weist vorzugsweise Luftausstoßdüsen in einer Vielzahl von Gruppen auf, die entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone unterteilt sind.
Wenn die Luft in einer Vielzahl von Gruppen unterteilt ist und in die Flammenstabilisierungszone geliefert wird, ist die Luftmenge, die aus jeder der Grup pen ausgestoßen wird, gering. An dem Einlass der Flammenstabilisierungszone ist die Luftmenge, die erforderlich ist zum Verbrennen des Hilfs-Verbrennungsgases ungenügend, was brennstoffreiche Flammen erzeugt, wodurch die Erzeugung von NOx unterdrückt wird. An dem Auslass der Flammenstabilisierungszone wird eine ausreichende Menge an Luft geliefert, um brennstoffarme Flammen zu erzeugen, was eine niedrige NOx-Verbrennung bewirkt. Flammen, welche durch die Luft erzeugt werden, die aus den Luftausstoßdüsen in der Vielzahl von Gruppen ausgestoßen werden, werden lang gestreckte Flammen. Die lang gestreckten Flammen expandieren einen Hochtemperaturbereich stromabwärts, um die Zeitperiode zu verlängern, in der das Abgas in dem Hochtemperaturbereich verbleibt, um dadurch insbesondere das Halogenbasisabgas vollständig zu zerstören.
Die Flammenstabilisierungszone besitzt vorzugsweise eine zylindrische Form. Wenn eine Luftausstoßdüse zum Ausstoßen von Luft im Wesentlichen in Umfangsrichtung mit der Flammenstabilisierungszone kombiniert ist, dann kann eine wirbelnde Luftströmung leicht in der Flammenstabilisierungszone erzeugt werden.
Bei einem Brenner gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine zweite Flammenstabilisierungszone stromabwärts in der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone angeordnet und besitzt in einer Umfangswand davon ein zweites Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch definiert zum Ausstoßen eines zweiten Hilfs-Verbrennungsgases, und eine Verbrennungskammer ist stromabwärts bezüglich des zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlochs in einer Axialrichtung der zweiten Flammenstabilisierungszone angeordnet.
Bei der obigen Anordnung werden primär vorgemischte brennstoffarme Flammen stromabwärts bezüglich der Flammenstabilisierungszone erzeugt und dann wird das Hilfs-Verbrennungsgas aus der zweiten Flammenstabilisierungszone ausgestoßen, um sekundäre Hochtemperaturflammen mit niedrigem Sauerstoffgehalt stromabwärts davon zu erzeugen. Daher können ein Abscheidungsgas, das simultan SiH₄ und ein Halogenbasisgas enthält, mit hoher Effizienz zerstört werden und ein Pulver aus SiO₂, das erzeugt wird, kann effizient ausgestoßen werden durch eine Strömung von Verbrennungsgas. Demgemäß wird verhindert, dass sich das Pulver aus SiO₂ in der Verbrennungskammer absetzt bzw. abscheidet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Längsschnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1;
3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 3;
5 ist eine Längsschnittansicht, die eine weitere Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 5;
7 ist eine Längsschnittansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 7;
9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 7;
10 ist eine Längsschnittansicht, die eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 10;
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 10;
13 ist eine Längsschnittansicht, die eine weitere Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 13;
15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 14;
16 ist eine Längsschnittansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 16;
18 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 16;
19 ist eine Längsschnittansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 19;
21 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 19;
22 ist eine Längsschnittansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist eine Längsschnittansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist eine Längsschnittansicht, die ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist eine Längsschnittansicht, die ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
26 ist eine Längsschnittansicht, die ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 ist eine Längsschnittansicht, die ein zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist eine Längsschnittansicht, die ein herkömmliches Beispiel zeigt; und
29 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 28.
Die beste Art die Erfindung auszuführen
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 näher erläutert.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Verbrennungskammer 11 ist durch eine Ofenwand 10 umgeben. Die Verbrennungskammer 11 liegt einer Flammenstabilisierungszone 15 gegenüber, die durch eine Umfangswand 13 umgeben ist, die durch eine Innenumfangsoberfläche eines zylindrischen Körpers 12 definiert wird und durch eine Platte 14 geschlossen ist. Der zylindrische Körper 12 ist integral mit der Platte 14 ausgebildet.
In der Platte 14 ist eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) Abgaskammern 20 definiert zum Halten und Führen eines zu behandelnden Abgases A, das zum Beispiel hauptsächlich aus Stickstoff aufgebaut ist und ein Halogenbasisgas enthält, das aus einer Halbleiterherstellungsanlage abgegeben wird, und eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 zum Hal ten und Führen eines Hilfs-Verbrennungsgases B, das ein Verbrennungsgas wie beispielsweise Wasserstoff, Stadtgas, LPG (Flüssiggas) usw. ist. Eine Luftkammer 22 zum Halten und Führen von Luft C ist in dem zylindrischen Körper 12 definiert, der sich von der Platte 14 erstreckt.
Die Platte 14 besitzt in einer Unterseite davon eine Vielzahl von Abgasflammenlöchern 23 definiert, die sich von den Abgaskammern 20 erstrecken und sich zu der Flammenstabilisierungszone 15 eröffnen, sowie eine Vielzahl von Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24, welche eine Verbindung zwischen den Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsieht. Die Abgasflammenlöcher 23 und die Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 sind in einem ring- bzw. doughnut-förmigen Muster angeordnet. Das doughnut-förmige Muster bedeutet, dass die Hilts-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 benachbart zu den Abgasflammenlöchern 23 in einem im Wesentlichen kreisförmigen bzw. Umfangsmuster angeordnet sind, und zwar im Wesentlichen um die Mitte der Platte 14 herum, welche die Flammenstabilisierungszone definiert. Bei dem derzeitigen Ausführungsbeispiel sind die Abgasflammenlöcher 23 und die Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 abwechselnd miteinander in einer Ringform positioniert. Die Ringform ist in derselben Position wie ein freier Wirbelbereich der wirbelnden Luftströmung, in dem ein Hochgeschwindigkeitsbereich der wirbelnden Luftströmung gebildet wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Innenumfangswand 13 des zylindrischen Körpers 12 besitzt eine Vielzahl von Luftausstoßdüsen 25, welche eine Verbindung zwischen der Luftkammer 22 und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsieht. Die Luftausstoßdüsen 25 erstrecken sich im Wesentlichen tangential zu der Umfangsoberfläche der Flammenstabilisierungszone 15 zum Erzeugen und Ausstoßen einer wirbelnden Strömung aus Luft C, und zwar im Wesentlichen umfangsmäßig zu der Flammenstabilisierungszone 15 (siehe 2).
Der zylindrische Körper 12 besitzt auch eine konische Oberfläche 12a, die sich konisch von der Umfangswand 13 erstreckt und an einer Seitenoberfläche der Verbrennungskammer 11 verbunden ist, um teilweise die Verbrennungs kammer 11 zu bilden. Ein Verbrennungsgasauslass 30 ist integral mit dem unteren Ende der Verbrennungskammer 11 verbunden.
Der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Die Luft C wird in die Luftkammer 22 geleitet und in ihr gehalten und im Wesentlichen umfangsmäßig als eine stark wirbelnde Strömung aus den Luftausstoßdüsen 25 ausgestoßen, die in der Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Körpers 12 definiert sind, und zwar in die Flammenstabilisierungszone 15 hinein. Das Abgas A wird in die Abgaskammer 20 geleitet und durch sie gehalten und aus den Abgasflammenlöchern 23 ausgestoßen, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, und zwar in die Flammenstabilisierungszone 15 hinein. Das Hilfs-Verbrennungsgas B wird in die Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 geleitet und in ihnen gehalten und aus den Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24 ausgestoßen, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, und zwar in die Flammenstabilisierungszone 15 hinein. Nachdem es aus den Flammenlöchern ausgestoßen wurde, wird das Hilfs-Verbrennungsgas B sofort mit dem Abgas A kombiniert, das aus den benachbarten Löchern ausgestoßen wurde und dann mit der wirbelnden Luftströmung vermischt. Wenn die vermischten Gase durch eine nicht gezeigte Zündquelle entzündet werden, erzeugen sie wirbelnde Flammen entlang der Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Körpers 12.
Die im Wesentlichen umfangsmäßig aus der Umfangswand ausgestoßene Luft erzeugt eine stark wirbelnde Strömung. Die wirbelnde Strömung besitzt eine Wirbelmitte darinnen, welche zusammen mit der wirbelnden Strömung wirbelt und einen doughnut-förmigen freien Wirbel bzw. Vortexbereich um die Wirbelmitte herum, wobei die Strömungsgeschwindigkeit zu der Außenkante der doughnut-förmigen freien Wirbelzone niedriger ist. Da die Flammenlöcher für das Abgas A und das Hilfs-Verbrennungsgas B, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, in einer ringförmigen Form angeordnet sind, und zwar in derselben Position wie der freie Wirbelbereich, werden das Abgas A und das Hilfs-Verbrennungsgas B in den freien Wirbelbereich ausgestoßen und durch die wirbelnde Luftströmung eingeschlossen. Diese Gase werden in Folge von Änderungen in der Geschwindigkeit der wirbelnden Luftströmung geschert und ausreichend mit der Luft C vermischt. Die Mischung aus dem Abgas A, dem Hilfs-Verbrennungsgas B und der Luft C erzeugen wirbelnde Flammen. Da die Mischung Flammen erzeugt, nachdem das Abgas A ausreichend in seiner Gesamtheit mit dem Hilfs-Verbrennungsgas B und der Luft C vermischt wurde, ist das Abgas A vollständig den Flammen ausgesetzt und wird progressiv durch Verbrennung mit einer hohen Zerstörungseffizienz zerstört.
Obwohl das Hilfs-Verbrennungsgas B und die Luft C separat in die Flammenstabilisierungszone 15 geblasen werden, werden, da das Abgas A verbrannt wird, nachdem es mit dem Hilfs-Verbrennungsgas A und der Luft C vermischt wurde, vorgemischte Flammen erzeugt, um eine niedrige NOx-Verbrennung zu erreichen. Vorgemischte Flammen werden nur erzeugt, wenn ein Brennstoffgas ausreichend mit Luft vermischt wird vor der Verbrennung und dies kann erreicht werden, wenn das Brennstoffgas aus Positionen aus dem doughnut-förmigen Muster auf der Platte in den freien Wirbelbereich ausgestoßen wird, in dem die wirbelnde Luftströmung eine hohe Geschwindigkeit besitzt, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Da das Hilfs-Verbrennungsgas B, das das Brennstoffgas ist und die Luft C miteinander in der Flammenstabilisierungszone vermischt werden, wird das Hilfs-Verbrennungsgas B nicht in den Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 gezündet, was den Brenner sehr sicher macht, selbst wenn der zylindrische Körper durch die Flammen erwärmt wird.
Die aus den Luftausstoßdüsen 25 in die Verbrennungskammer 11 ausgestoßene Luft kühlt den zylindrischen Körper 12 wie folgt: während die wirbelnden Flammen den zylindrischen Körper 12 erwärmen, ist es notwendig, den zylindrischen Körper 12 zu kühlen, um zu verhindern, dass dessen Temperatur die Wärmewiderstandstemperatur des Materials des zylindrischen Körpers 12 zum Erhalten der Verbrennung übersteigt. Die aus den Luftausstoßdüsen 25 in die Verbrennungskammer 11 ausgestoßene Luft wirkt zum Kühlen der Oberfläche der Umfangwand 13 während sie sich mit dem Abgas A und dem Hilfs-Verbrennungsgas B vermischt und in der Flammenstabilisierungszone 15 verwirbelt.
Die 3 und 4 zeigen eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Modifikation sind der Innendurchmesser des zylindrischen Körpers 12 und der Innendurchmesser der Verbrennungskammer 11 in dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dieselben. Die konische Oberfläche 12a, welche die Umfangswand 13 des zylindrischen Körpers 12 und die Seitenoberfläche der Verbrennungskammer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verbindet, wird mit einer zylindrischen Oberfläche 12b ersetzt. Bei dieser Struktur bleibt der Durchmesser der wirbelnden Strömung im Wesentlichen derselbe bis zum Auslass, wodurch eine gute wirbelnde Strömung von der Flammenstabilisierungszone zu dem Auslass beibehalten wird, sodass irgendwelche stagnierenden Strömungsbereiche eliminiert werden und die Vermischung des Abgases und der wirbelnden Flammen gefördert wird, um die Zerstörungseffizienz des Abgases zu erhöhen.
Bei dieser Modifikation gibt es zwei Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 und zwei Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24, wobei die Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 benachbart zu den vier Abgasflammenlöchern 23 positioniert sind, das heißt zwischen jeweiligen Paaren der vier Abgasflammenlöcher 23. Bei dieser Anordnung wird das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B ausreichend mit dem Abgas A vermischt, das aus benachbarten Positionen ausgestoßen wird.
Die 5 und 6 zeigen eine weitere Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Modifikation erstreckt sich die Luftkammer 22, die in dem zylindrischen Körper 12 definiert ist, im Wesentlichen über die gesamte Länge in der Axialrichtung der Umfangswand 13 des zylindrischen Körpers 12. Die Luftausstoßdüsen 25, welche eine Verbindung zwischen der Luftkammer 22 und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsehen, sind in Vierergruppen in einer Umfangsrichtung vorgesehen. Insbesonde re sind die Luftausstoßdüsen 25 in drei Gruppen vorgesehen einschließlich einer ersten Gruppe 25a, die in der Umfangswand in der Nähe der Platte definiert ist, einer zweiten Gruppe 25b, die im Wesentlichen in der Mitte in der Längsrichtung der Umfangwand definiert ist, und einer dritten Gruppe 25c, die in der Umfangswand an einer Position definiert ist, die zur Verbrennungskammer weist. Ein Verbrennungsgasauslass 30 ist integral mit dem unteren Ende der Verbrennungskammer 11 verbunden.
Der Betrieb der vorliegenden Modifikation wird nachfolgend beschrieben.
Die aus der Kammer 22 in die Flammenstabilisierungszone 15 ausgestoßene Luft wird in drei Gruppen unterteilt, die entlang der Axialrichtung der Umfangswand 13 beabstandet sind. Üblicherweise beträgt die Gesamtmenge der gelieferten Luft ein Vielfaches oder zehnfaches oder mehr der Menge des Hilfs-Verbrennungsgases. Wenn die Luft in drei Stufen entlang der Axialrichtung unterteilt ist und an die Flammenstabilisierungszone geliefert wird, ist die Luftmenge, die aus jeder der Gruppen ausgestoßen wird, kleiner als wenn die Luft nicht unterteilt wäre, was das Vermischen der Luft, des Abgases und des Hilfs-Verbrennungsgases fördert, um die Zerstörungseffizienz zu steigern. Die Menge, der aus den Luftausstoßdüsen 25a, 25b in den ersten und zweiten Gruppen ausgestoßenen Luft ist nicht groß genug, um das gesamte Brennstoffgas zu verbrennen, wodurch brennstoffreiche Flammen in der Flammenstabilisierungszone erzeugt werden, um die Erzeugung von NOx zu unterdrücken. Wenn Luft aus der dritten Gruppe der Luftausstoßdüsen 25c geliefert wird, ist die Luftmenge ausreichend, die an das Brennstoffgas geliefert wird, wodurch brennstoffarme Flammen erzeugt werden, um eine niedrige NOx-Verbrennung durchzuführen.
Flammen, die durch die Luft erzeugt werden, die aus der dritten Gruppe von Luftausstoßdüsen 25c erzeugt werden, treten stromabwärts bezüglich der Luftausstoßdüsen 25c auf. Daher werden die Flammen lang gestreckte Flammen, was den Hochtemperaturbereich stromabwärts verlängert, um die Zeitperiode zu verlängern, in der das Abgas in der hohen Temperatur verbleibt.
Wenn der flammenerzeugte Hochtemperaturbereich stromabwärts ausgedehnt wird, kann das Halogenabgas vollständig zerstört werden. Die Luftausstoßdüsen in den Gruppen müssen nicht notwendigerweise die gesamte Luft in einer Art und Weise ausstoßen, die eine wirbelnde Luftströmung in der Flammenstabilisierungszone erzeugt. Zum Beispiel kann die dritte Gruppe von Luftausstoßdüsen Luft einfach stromabwärts ausstoßen statt sie tangential zu der Umfangsoberfläche auszustoßen oder sie kann Luft zur Mitte der Flammenstabilisierungszone ausstoßen, um Turbulenzen mit dem Abgas zu erzeugen, und um mit dem Abgas vermischt zu werden.
Die 7, 8 und 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Verbrennungskammer 11 ist durch eine Ofenwand 10 umgeben, die einer Flammenstabilisierungszone 15 gegenüber liegt, die durch eine Umfangswand 13 umgeben ist, die durch eine Innenumfangsoberfläche eines zylindrischen Körpers 12 definiert wird und durch eine Platte 14 geschlossen ist. Der zylindrische Körper 12 ist integral mit der Platte 14 ausgebildet. In der Platte 14 ist eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) Abgaskammern 20 zum Halten und Führen eines zu behandelnden Abgases A, das zum Beispiel hauptsächlich aus Stickstoff aufgebaut ist und ein Halogenbasisgas enthält, das aus einer Halbleiterherstellungsanlage ausgegeben wird, und eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) ersten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a zum Halten und Führen eines primären Hilfs-Verbrennungsgases B1, das ein Brennstoffgas ist, wie beispielsweise Stickstoff, ein Stadtgas, LPG (Flüssiggas) usw. Eine Luftkammer 22 zum Halten und Führen von Luft C und eine zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b zum Halten und Führen eines sekundären Hilfs-Verbrennungsgases B2, das ein Brennstoffgas ist, sind in dem zylindrischen Körper 12 definiert, der sich von der Platte 14 erstreckt. Die zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b ist näher an der Verbrennungskammer positioniert als die Luftkammer, das heißt sie befindet sich stromabwärts bezüglich der Luftkammer in der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone.
Die Platte 14 besitzt in einer Unterseite davon eine Vielzahl von Abgasflammenlöchern 23 definiert, die sich von den Abgaskammern 20 erstrecken und zu der Flammenstabilisierungszone 15 öffnen, wobei die Abgasflammenlöcher 23 einen kleineren Durchmesser besitzen als die Flammenstabilisierungszone 15. Die Platte 14 besitzt ferner eine Vielzahl von ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24a, die eine Verbindung zwischen den ersten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsehen, wobei die Abgasflammenlöcher 23 und die erste Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24a in einem doughnut-förmigen Muster angeordnet sind. Das doughnut-förmige Muster bedeutet, dass die ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24a benachbart zu den Abgasflammenlöchern 23 in einer im Wesentlichen ringförmigen Form im Wesentlichen um die Mitte der Platte herum, welche die Flammenstabilisierungszone definiert, angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abgasflammenlöcher 23 und die ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24a abwechselnd zueinander positioniert und die Ringform lieg in derselben Position wie ein freier Wirbelbereich, in dem eine wirbelnde Luftströmung eine hohe Geschwindigkeit besitzt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Innenumfangswand 13 des zylindrischen Körpers 12 besitzt eine Vielzahl von Luftausstoßdüsen 25, welche eine Verbindung zwischen der Luftkammer 22 und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsehen, und eine Vielzahl von zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24b, die näher an der stromabwärts befindlichen Verbrennungskammer angeordnet sind als die Luftausstoßdüsen 25, und zwar in Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone. Die Luftausstoßdüsen 25 erstrecken sich im Wesentlichen tangential zu der Umfangsoberfläche der Flammenstabilisierungszone 15 zum Erzeugen und Ausstoßen einer wirbelnden Strömung aus Luft C, und zwar im Wesentlichen umfangsmäßig zu der Flammenstabilisierungszone 15. Die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24b sind angeordnet, um ein sekundäres Hilfs-Verbrennungsgas B2 zu der Mitte der Flammenstabilisierungszone 15 auszustoßen.
Der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nachfolgend erläutert.
Die Luft C wird in die Luftkammer 22 geführt und in ihr gehalten und im Wesentlichen umfangsmäßig als eine stark wirbelnde Strömung aus den Luftausstoßdüsen 25, die in der Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Körpers 12 definiert sind, ausgestoßen, und zwar in die Flammenstabilisierungszone 15. Das Abgas A wird in die Abgaskammern 20 geleitet und durch sie gehalten und aus den Abgasflammenlöchern 23, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, in die Flammenstabilisierungszone 15 ausgestoßen. Das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 wird in die ersten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a geleitet und durch sie gehalten und aus den ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24a, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, in die Flammenstabilisierungszone 15 ausgestoßen. Das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1, die ausgestoßen werden, werden mit der wirbelnden Luftströmung vermischt. Wenn die vermischten Gase durch eine nicht gezeigte Zündquelle entzündet werden, erzeugen sie wirbelnde Flammen, welche Primärflammen entlang der Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Körpers 12 sind. Die Strömungsrate des primären Hilfs-Verbrennungsgases B1 ist kleiner als ein theoretisches Äquivalent zu der Strömungsrate der Luft C, sodass die erzeugten Primärflammen brennstoffarme Verbrennungsflammen sind, die durch den mageren Brennstoff gekennzeichnet sind.
Die im Wesentlichen umfangsmäßig aus der Umfangswand ausgestoßene Luft erzeugt eine stark wirbelnde Strömung. Die wirbelnde Strömung besitzt eine Wirbelmitte die zusammen mit der wirbelnden Strömung wirbelt, und einen doughnut-förmigen freien Wirbelbereich, um die Wirbelmitte herum, wobei die Strömungsgeschwindigkeit zu der Außenkante des doughnut-förmigen freien Wirbelbereichs abfällt. Da die Flammenlöcher für das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, in einer ringförmigen Form liegen, und zwar in derselben Position wie der freie Wirbelbereich, werden das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 in den freien Wirbelbereich ausgestoßen und durch die wirbelnde Luftströ mung eingeschlossen. Diese Gase werden geschert in Folge von Veränderungen der Geschwindigkeit der wirbelnden Luftströmung und ausreichend mit der Luft C vermischt. Die Mischung des Abgases A, des Primärhilfs-Verbrennungsgases B1 und der Luft C erzeugt wirbelnde brennstoffarme Flammen und bewirkt eine Primärverbrennung. Obwohl das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 und die Luft C separat in die Flammenstabilisierungszone 15 geblasen werden, werden vorgemischte Flammen erzeugt, da das Abgas verbrannt wird, nachdem es mit dem primären Hilfs-Verbrennungsgas und der Luft vermischt wurde. Vorgemischte Flammen werden nur erzeugt, wenn ein Brennstoffgas ausreichend mit der Luft vor der Verbrennung vermischt wird und dies kann erreicht werden, wenn das Brennstoffgas aus Positionen des doughnut-förmigen Musters auf der Platte in den freien Wirbelbereich ausgestoßen wird, indem die wirbelnde Luftströmung eine hohe Geschwindigkeit besitzt, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Vorgemischte Flammen bewirken eine niedrige NOx-Verbrennung, wenn sie brennstoffarme Flammen sind. Die vorgemischten Flammen, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt werden, sind Flammen bei denen der Brennstoff mager ist und somit erzeugen sie eine niedrige NOx-Verbrennung.
Dann wird das zweite Hilfs-Verbrennungsgas B2 aus den zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24b in die wirbelnden Flammen als Primärflammen zu der Mitte der Flammenstabilisierungszone ausgestoßen. Das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 wird gut mit den Primärflammen vermischt in Folge einer Scherwirkung der wirbelnden Primärflammenströmung und es wird durch Sauerstoff oxidiert, das in den Primärflammen verbleibt, wodurch eine Sekundärverbrennung bewirkt wird. Da die Konzentration des in den Primärflammen verbleibenden Sauerstoffs viel geringer ist als die Konzentration von Sauerstoff in der Luft, tritt eine Verbrennung mit niedriger Sauerstoffkonzentration in der Sekundärverbrennung auf. Bei der Verbrennung mit niedriger Sauerstoffkonzentration wird NOx in geringer Menge erzeugt, wodurch eine niedrige NOx-Verbrennung bewirkt wird. Die Flammen, die durch die Sekundärverbrennung erzeugt werden, sind stromabwärts bezüglich der zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24b positioniert und sie werden daher lang gestreckte Flammen, welche den Hochtemperaturbereich stromabwärts ausdehnen, um die Zeitperiode zu verlängern, in der das Abgas auf einer hohen Temperatur verbleibt. Wenn der flammenerzeugte Hochtemperaturbereich stromabwärts ausgedehnt wird, kann Halogenabgas vollständig zerstört werden.
Während die niedrige NOx-Verbrennung erreicht wird, wird das gesamte Abgas A ausreichend mit dem primären Hilfs-Verbrennungsgas B1, dem sekundären Hilfs-Verbrennungsgas B2 und der Luft C vermischt in Folge der wirbelnden Luftströmung und erzeugt dann stromabwärts verlängerte bzw. ausgedehnte Flammen. Das Abgas A ist vollständig den Flammen ausgesetzt und wird progressiv durch die Verbrennung mit einer hohen Zerstörungseffizienz zerstört.
Da die Primär- und Sekundärhilfs-Verbrennungsgase B1, B2, welche das Brennstoffgas sind, und die Luft C miteinander in der Flammenstabilisierungszone vermischt werden, werden die Hilfs-Verbrennungsgase nicht in den ersten und zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a, 21b entzündet, was den Brenner sehr sicher macht, selbst wenn der zylindrische Körper durch die Flammen erhitzt bzw. erwärmt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirbelt, wenn die Luft C umfangsmäßig in die Luftkammer 22 geliefert wird, die Luft C in der Luftkammer 22, wodurch gleichförmig die Luftkammer 22 gekühlt wird, um zu verhindern, dass der zylindrische Körper erhitzt wird. Wenn in gleicher Weise das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 umfangsmäßig in die zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b geliefert wird, wirbelt das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 in der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b, was gleichförmig die zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b kühlt.
Die 10, 11 und 12 zeigen eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Modifikation sind der Innenseitendurchmesser des zylindrischen Körpers 12 und der Innenseitendurchmesser der Verbrennungskammer 11 gemäß dem zweiten Ausführungs beispiel im Wesentlichen derselbe. Die konische Oberfläche 12a, welche die Umfangswand 13 des zylindrischen Körpers 12 und die Seitenoberfläche der Verbrennungskammer 11 verbindet, wird durch eine zylindrische Oberfläche 12b ersetzt. Bei dieser Struktur bleibt der Durchmesser der wirbelnden Strömung im Wesentlichen derselbe bis zum Auslass, wodurch eine gute wirbelnde Strömung von der Flammenstabilisierungszone bis zum Auslass beibehalten wird, sodass irgendwelche stagnierenden Strömungsbereiche eliminiert werden und die Vermischung des Abgases und der wirbelnden Flammen gefördert wird, um die Zerstörungseffizienz des Abgases zu erhöhen. Bei dieser Modifikation gibt es zwei primäre Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a und zwei primäre Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24a, wobei die primären Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24a benachbart zu den vier Abgasflammenlöchern 23 positioniert sind, das heißt zwischen den jeweiligen Paaren der vier Abgasflammenlöcher 23. Bei dieser Anordnung wird das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 ausreichend mit dem Abgas A vermischt, das aus benachbarten Positionen der Löcher ausgestoßen wird.
Die 13, 14 und 15 zeigen eine weitere Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Modifikation erstreckt sich die Luftkammer 22, die in dem zylindrischen Körper 12 definiert wird in der Axialrichtung der Umfangswand 13 des zylindrischen Körpers 12. Die Luftausstoßdüsen 25, welche eine Kommunikation bzw. Verbindung zwischen der Luftkammer 22 und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsehen, sind in Vierergruppen in einer Umfangsrichtung vorgesehen. Insbesondere sind die Luftausstoßdüsen 25 in drei Gruppen vorgesehen, einschließlich einer ersten Gruppe 25a, die in der Umfangswand in der Nähe der Platte definiert ist, einer zweiten Gruppe 25b, die im Wesentlichen in der Mitte der Längsrichtung der Umfangwand definiert ist, und einer dritten Gruppe 25c, die in der Umfangswand an einer Position in der Nähe der Verbrennungskammer definiert ist. Ein Verbrennungsgasauslass 30 ist integral mit dem unteren Ende der Verbrennungskammer 11 verbunden. Bei dieser Modifikation sind die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24b angeordnet, um das zweite Hilfs-Verbrennungsgas leicht nach unten auszustoßen.
Bei der vorliegenden Modifikation wird die Luft, die aus der Luftkammer 22 in die Flammenstabilisierungszone 15 ausgestoßen wird, in drei Gruppen aufgeteilt, die entlang der Axialrichtung der Umfangswand 13 beabstandet sind. Dies führt zu derselben Wirkung wie bei der Modifikation gemäß den 5 und 6.
Bei den obigen Modifikationen kann der Brenner ein einzelnes Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch 24 oder ein einzelnes erstes Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch 24a besitzen, das zwischen irgendeinem Paar von Abgasflammenlöchern 23 angeordnet sein kann.
Alternativ kann der Brenner ein einzelnes Abgasflammenloch 23 und ein einzelnes Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch 24 oder ein einzelnes erstes Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch 24a aufweisen, die in einem kreisförmigen Muster positioniert sind, und zwar im Wesentlichen um die Mitte der Flammenstabilisierungszone herum.
Ferner kann alternativ der Brenner ein einzelnes Abgasflammenloch 23 und zwei Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 oder zwei erste Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24a aufweisen, die in einem kreisförmigen Muster im Wesentlichen um die Mitte der Flammenstabilisierungszone herum positioniert sein können.
Die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24b können angeordnet sein, um die wirbelnde Strömung zu beschleunigen, und zwar im Wesentlichen tangential zu der Innenumfangsoberfläche der Flammenstabilisierungszone. Alternativ kann dieses Design kombiniert werden mit der Konfiguration gemäß den 13, 14 und 15 zum Ausstoßen des zweiten Hilfs-Verbrennungsgases etwas stromabwärts, und zwar im Wesentlichen tangential zu der Innenumfangsoberfläche der Flammenstabilisierungszone.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 16 bis 24 beschrieben.
Die 16, 17 und 18 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine erste Verbrennungskammer 11a ist durch eine erste Ofenwand 10a umgeben, die einer ersten Flammenstabilisierungszone 15a gegenüber liegt, die durch eine Umfangswand 13a umgeben ist, die durch eine Innenumfangsoberfläche eines ersten zylindrischen Körpers 12a definiert ist und durch eine Platte 14 geschlossen ist. Der erste zylindrische Körper 12a ist integral mit der Platte 14 ausgebildet.
In der Platte 14 ist eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) Abgaskammern 20 definiert zum Halten und Führen eines zu behandelnden Abgases A, das hauptsächlich aus Stickstoff aufgebaut ist und ein Abscheidungsgas enthält, das SiH₄ und ein Halogenbasisgas enthält, das zum Beispiel aus einer Halbleiterherstellungsanlage abgegeben wird, und eine Vielzahl (vier sind gezeigt) ersten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a zum Halten und Führen eines primären Hilfs-Verbrennungsgases B1, das ein Brennstoffgas ist, wie beispielsweise Stickstoff, ein Stadtgas, LPG bzw. Flüssiggas usw. Eine Luftkammer 22 zum Halten und Führen von Luft C ist in dem ersten zylindrischen Körper 12a definiert, der sich von der Platte 14 erstreckt. Die Umfangswand 13a des ersten zylindrischen Körpers 12a besitzt einen Innenseitendurchmesser der im Wesentlichen derselbe ist, wie der Innenseitendurchmesser der Umfangswand 10a der ersten Verbrennungskammer 11a und ist mit der Umfangswand 10a verbunden. Eine zweite Flammenstabilisierungszone 15b, die durch eine zweite Umfangswand 13b umgeben ist, die durch eine Innenumfangsoberfläche eines zweiten zylindrischen Körpers 12b definiert ist, ist axial stromabwärts bezüglich der ersten Verbrennungskammer 11a angeordnet.
Der zweite zylindrische Körper 12b besitzt eine zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b darinnen definiert zum Halten und Führen eines zweiten Hilfs-Verbrennungsgases B2, das ein Brennstoffgas ist. Die Umfangswand 13b des zweiten zylindrischen Körpers 12b besitzt einen Innensei tendurchmesser, der im Wesentlichen derselbe ist wie der Innenseitendurchmesser der Umfangswand 10a der ersten Verbrennungskammer 11a.
Die Umfangswand des zweiten zylindrischen Körpers 12b erstreckt sich axial stromabwärts und ist mit einer Umfangswand 10b einer zweiten Verbrennungskammer 11b verbunden, die einen Innenseitendurchmesser besitzt, der im Wesentlichen derselbe ist wie der Innenseitendurchmesser der Umfangswand des zweiten zylindrischen Körpers 12b. Ein Verbrennungsgasauslass 30 ist integral mit dem unteren Ende der Verbrennungskammer 11b verbunden.
Die Platte 14 besitzt in einer Unterseite davon eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) Abgasflammenlöchern 23, die sich von den Abgaskammern 20 erstrecken und zu der ersten Flammenstabilisierungszone 15a öffnen, wobei die Abgasflammenlöcher 23 einen kleineren Durchmesser besitzen als die Flammenstabilisierungszone 15a, und eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24, die eine Verbindung zwischen den ersten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a und der Flammenstabilisierungszone 15a vorsehen, wobei die Abgasflammenlöcher 23 und die ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 in einem doughnut- bzw. ringförmigen Muster angeordnet sind. Das doughnut-förmige Muster bedeutet, dass die ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 benachbart zu den Abgasflammenlöchern 23 in einer im wesentlichen ringförmigen Form im Wesentlichen um die Mitte der Platte herum angeordnet sind, welche die Flammenstabilisierungszone definiert.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Abgasflammenlöcher 23 und die ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 abwechselnd zueinander positioniert und die Ringform liegt in derselben Position mit einem freien Wirbelbereich, in dem eine wirbelnde Luftströmung eine hohe Geschwindigkeit besitzt, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Die Innenumfangswand 13 des ersten zylindrischen Körpers 12a besitzt eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) Luftausstoßdüsen 25, die entfernt von der Plat te positioniert sind und in der Nähe der ersten Verbrennungskammer 11a, und die eine Verbindung zwischen der Luftkammer 22 und der Flammenstabilisierungszone 15 vorsehen. Die Umfangswand 13b der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b besitzt eine Vielzahl von (vier sind gezeigt) zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 26, welche eine Kommunikation zwischen der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b und der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b vorsehen. Die Luftausstoßdüsen 25 erstrecken sich im Wesentlichen tangential zu der Umfangsoberfläche der ersten Flammenstabilisierungszone 15a zum Erzeugen und Ausstoßen einer wirbelnden Strömung aus Luft C, und zwar im Wesentlichen umfangsmäßig zu der ersten Flammenstabilisierungszone 15a. Die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26 sind angeordnet zum Ausstoßen eines zweiten Hilfs-Verbrennungsgases B2 zu der Mitte der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b.
Der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Die Luft C wird in die Luftkammer 22 geführt bzw. geleitet und durch sie gehalten und im Wesentlichen umfangsmäßig als eine stark wirbelnde Strömung aus den Luftausstoßdüsen 25 ausgestoßen, die in der Innenumfangsoberfläche des ersten zylindrischen Körpers 12a definiert sind, und zwar in die erste Flammenstabilisierungszone 15a. Das Abgas A wird in die Abgaskammern 20 geleitet und in ihnen gehalten und aus den Abgasflammenlöchern 23 ausgestoßen, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, und zwar in die erste Flammenstabilisierungszone 15a. Das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 wird in die ersten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a geleitet und in ihnen gehalten, und aus den ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 24 ausgestoßen, die in der Unterseite der Platte 14 definiert sind, und zwar in die erste Flammenstabilisierungszone 15a. Das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 werden ausgestoßen und mit der wirbelnden Luftströmung vermischt. Wenn die gemischten Gase durch eine nicht dargestellte Zündquelle gezündet werden, erzeugen sie wirbelnde Flammen, welche Primärflammen sind, und zwar entlang der Innenumfangsoberfläche des ersten zylindrischen Körpers 12a. Die Strömungsrate der Luft C ist größer als ein theoretisches Äquivalent zu der Strömungsrate des primären Hilfs-Verbrennungsgases B1, sodass die erzeugten Primärflammen brennstoffarme Verbrennungsflammen sind, die durch den mageren Brennstoff gekennzeichnet sind.
Die im Wesentlichen umfangsmäßig zu der Umfangswand ausgestoßene Luft erzeugt eine stark wirbelnde Strömung. Die wirbelnde Strömung besitzt eine Wirbelmitte, die zusammen mit der wirbelnden Strömung wirbelt, und einen doughnut- bzw. ringförmigen freien Wirbelbereich um die Wirbelmitte herum, wobei die Strömungsgeschwindigkeit zur Außenkante des doughnut-förmigen freien Wirbelbereichs hin geringer wird. Da die Flammenlöcher für das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 in der Unterseite der Platte 14 in einer Ringform in der selben Position mit einem freien Wirbelbereich definiert sind, werden das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 in den freien Wirbelbereich ausgestoßen und durch die wirbelnde Luftströmung eingeschlossen. Diese Gase werden geschert in Folge von Geschwindigkeitsänderungen in der wirbelnden Luftströmung und ausreichend mit der Luft C vermischt. Die Mischung des Abgases A, des primären Hilfs-Verbrennungsgases B1 und der Luft C erzeugt wirbelnde brennstoffarme Flammen und bewirkt eine Primärverbrennung. Die Flammen, die in der ersten Flammenstabilisierungszone 15a erzeugt werden, beenden die Verbrennung in der ersten Verbrennungskammer 11a, die stromabwärts davon positioniert ist. Obwohl das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 und die Luft C separat in die erste Flammenstabilisierungszone 15a eingeblasen werden, werden vorgemischte Flammen erzeugt, da das Abgas verbrannt wird, nachdem es mit dem primären Hilfs-Verbrennungsgas und der Luft vermischt wurde.
Vorgemischte Flammen können erreicht werden, wenn das Abgas A und das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 aus Positionen an dem dougnut-förmigen Muster an der Platte in den freien Wirbelbereich ausgestoßen werden, in dem die wirbelnde Luftströmung eine hohe Geschwindigkeit besitzt und die Gase somit großen Geschwindigkeitsveränderungen ausgesetzt sind und sie mit der Luft C vermischt werden, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
Die wirbelnde Strömung dient dazu, die Flammen zu halten, während erlaubt wird, dass die Verbrennung beibehalten wird ohne die Gefahr des Auslöschens der Flammen, obwohl die Flammen brennstoffarm sind.
Im Allgemeinen besitzen vorgemischte brennstoffarme Flammen eine niedrige Verbrennungstemperatur und bewirken eine Verbrennung, bei der die Menge an erzeugtem NOx gering ist. Da vorgemischte Flammen in der ersten Flammenstabilisierungszone 15a als brennstoffarme Flammen erzeugt werden, besitzen sie eine niedrige Verbrennungstemperatur und enthalten eine niedrige Menge an NOx. Das SiH₄-Gas, das in dem Abgas A enthalten ist, wird durch Oxidation durch die erzeugten brennstoffarmen Flammen zerstört, wodurch ein Pulver aus SiO₂ erzeugt wird. Da die primären brennstoffarmen Flammen anfangen in einer Position erzeugt zu werden, die von der Platte beabstandet ist, und die Verbrennung in der ersten Verbrennungskammer 11a beendet wird, beginnt das SiH₄-Gas, das in dem Abgas enthalten ist, durch Oxidation zerstört zu werden, und zwar in einer Position, die von der Platte beabstandet ist, und es wird vollständig in das Pulver aus SiO₂ in der ersten Verbrennungskammer 11a umgewandelt.
Wenn das Pulver aus SiO₂ einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, wird es eine glasige Substanz und neigt dazu an der Umfangswand 10a anzuhaften. Jedoch verbleibt das Pulver aus SiO₂ bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Pulverform, da die brennstoffarmen Flammen eine niedrige Temperatur besitzen.
Zusätzlich besitzen die erste Flammenstabilisierungszone 15a und die erste Verbrennungskammer 11a im Wesentlichen denselben Durchmesser, wodurch keine stagnierenden Bereiche in den Flammen und einer Verbrennungsabgasströmung erzeugt werden. Da die Geschwindigkeit der axial stromabwärtigen Strömung des Verbrennungsabgases ausgewählt ist, um das Pulver aus SiO₂ wegzublasen, wird das erzeugte Pulver aus SiO₂ stromabwärts geblasen durch die Strömung des Verbrennungsabgases, ohne dass es an den Wandoberflächen anhaftet. Während SiH₄ durch eine Oxidation in einem Bereich beabstandet von der Platte 14 zerstört wird, wird das erzeugte Pulver aus SiO₂ davon abgehalten an den Oberflächen, welche die Abgasflammenlöcher 23 und die ersten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 umgeben, anzuhaften und auf ihn abgeschieden zu werden.
Das primäre Verbrennungsabgas, das ausgestoßen wird, nachdem die Verbrennung basierend auf den Primärflammen in der ersten Verbrennungskammer 11a abgeschlossen ist, tritt in die zweite Flammenstabilisierungszone 15b ein. Das zweite Hilfs-Verbrennungsgas B2 wird aus den zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 26 zu der Mitte der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b ausgestoßen. Das ausgestoßen sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 wird mit dem primären Verbrennungsabgas vermischt, was eine Sekundärverbrennung mit Sauerstoff bewirkt, welches in dem primären Verbrennungsabgas verblieben ist. Flammen, die in der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b erzeugt werden, vervollständigen die Verbrennung innerhalb der zweiten Verbrennungskammer 11b, die stromabwärts bezüglich der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b positioniert ist. Da die Konzentration des verbleibenden Sauerstoffs in dem primären Verbrennungsgas viel niedriger ist als die Konzentration von Sauerstoff, die in der Luft enthalten ist, tritt eine Verbrennung mit niedriger Sauerstoffkonzentration bei der Sekundärverbrennung auf. Bei der Verbrennung mit niedriger Sauerstoffkonzentration wird NOx in geringer Menge erzeugt, was eine Verbrennung mit niedrigem NOx-Gehalt bewirkt. Die Verbrennung mit niedrigem NOx-Gehalt ist wirksam, um weiter die Temperatur des primären Verbrennungsabgases zu erhöhen. Eine hohe Temperatur ist erforderlich, um thermisch ein Halogenbasisgas zu zerstören. Bei der vorliegenden Erfindung kann das Halogenbasisgas thermisch zerstört werden, durch die erzeugten Flammen mit höherer Temperatur in der Sekundärverbrennung.
Wie oben beschrieben, wird das gesamte Abgas A ausreichend mit dem primären Hilfs-Verbrennungsgas B1 und der Luft C durch die wirbelnde Luftströmung in der ersten Flammenstabilisierungszone 15a vermischt, wodurch primäre brennstoffarme Flammen erzeugt werden, und die brennstoffarmen wirbelnden Flammen, die sich in die erste Verbrennungskammer erstrecken, zersetzen das Abscheidungsgas aus SiH₄, während es die Erzeugung von NOx unterdrückt und simultan wird das erzeugte Pulver aus SiO₂ weggeblasen. In der zweiten Verbrennungskammer wird eine Verbrennung mit höherer Temperatur bewirkt mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt, wodurch das Halogenbasisgas thermisch zerstört wird, bei einer Verbrennung mit einem niedrigen NOx-Gehalt.
Da die primären und sekundären Hilfs-Verbrennungsgase B1, B2, welche Brennstoffgase sind, und die Luft C miteinander in den ersten und zweiten Flammenstabilisierungszonen vermischt werden, werden die primären und sekundären Hilfs-Verbrennungsgase nicht in den ersten und zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a, 21b entzündet, was den Brenner sehr sicher macht, selbst wenn die ersten und zweiten zylindrischen Körper durch die Flammen erhitzt werden. Wenn die Luft C bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfangsmäßig zu der Luftkammer 22 zugeführt wird, wirbelt die Luft C in der Luftkammer 22, was gleichförmig die Luftkammer 22 abkühlt, um zu verhindern, dass der zylindrische Körper erwärmt wird. Wenn in gleicher Weise das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 umfangsmäßig zu der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b zugeführt wird, wirbelt das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 in der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b, wodurch gleichmäßig die zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b gekühlt wird.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel besitzen der erste zylindrische Körper 12a und der zweite zylindrische Körper 12b, das heißt die erste Verbrennungskammer 11a und die zweite Verbrennungskammer 11b im Wesentlichen denselben Durchmesser. Bei dieser Anordnung bleibt der Durchmesser der wirbelnden Strömung im Wesentlichen derselbe bis zum Auslass, wodurch jegliche stagnierenden Strömungsbereiche von den Flammenstabilisierungszonen bis zum Auslass eliminiert werden, um dadurch zu verhindern, dass das Pulver aus SiO₂, das erzeugt wird, wenn das Abscheidungsgas aus SiH₄ zersetzt wird, an den Wandoberflächen anhaftet.
Bei der derzeitigen Ausführungsform besitzt der Brenner vier Luftausstoßdüsen 25, die in der Umfangsoberfläche definiert sind. Jedoch kann der Brenner mehr oder weniger als vier Luftausstoßdüsen 25 besitzen. In gleicher Weise kann, während der gezeigte Brenner vier sekundäre Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26 in der Umfangsfläche definiert besitzt, mehr oder weniger als vier sekundäre Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26 besitzen.
Die 19, 20 und 21 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Luftkammer 22, die in dem ersten zylindrischen Körper 12a definiert ist, erstreckt sich in der Axialrichtung der Umfangswand 13a des ersten zylindrischen Körpers 12a. Die Luftausstoßdüsen 25, welche eine Kommunikation zwischen der Luftkammer 22 und der ersten Flammenstabilisierungszone 15a vorsehen, sind als Vierergruppen in einer Umfangsoberfläche vorgesehen. Insbesondere sind die Luftausstoßdüsen 25 in drei Gruppen vorgesehen einschließlich einer ersten Gruppe 25a, die in der Umfangswand in der Nähe der Platte definiert ist, einer zweiten Gruppe 25b, die in der Umfangswand definiert ist, und einer dritten Gruppe 25c, die in der Umfangswand an einer Position, die zu der Verbrennungskammer weist, definiert ist. Wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist die erste Gruppe von Luftausstoßdüsen 25 von der Platte 14 des ersten zylindrischen Körpers 12a beabstandet.
Der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Die aus der Luftkammer 22 in die erste Flammenstabilisierungszone 15a ausgestoßene Luft ist in drei Gruppen aufgeteilt, die entlang der Axialrichtung der Umfangswand 13a beabstandet sind.
Üblicherweise beträgt die Gesamtmenge der gelieferten Luft ein Vielfaches oder ein mehrere Zickfaches der Menge des Hilfs-Verbrennungsgases. Wenn die Luft in drei Stufen entlang der Axialrichtung aufgeteilt und zu der ersten Flammenstabilisierungszone 15a geliefert wird, ist die Luftmenge, die aus jeder der Gruppen ausgestoßen wird, kleiner als wenn die Luft nicht aufgeteilt würde. Die Luftmenge, die aus den Luftausstoßdüsen 25a in der ersten Gruppe ausgestoßen wird, ist nicht groß genug, um das gesamte Brennstoffgas zu verbrennen, wodurch brennstoffreiche Flammen in der Flammenstabilisierungszone erzeugt werden. Wenn Luft aus den zweiten und dritten Gruppen der Luftausstoßdüsen 25b, 25c geliefert wird, ist die Luftmenge ausreichend, um das Brennstoffgas zu verbrennen, wodurch brennstoffarme Flammen erzeugt werden. Wenn die Luft somit stufenweise zugeführt wird, tritt die Verbrennung langsam auf, um zu verhindern, dass lokale Hochtemperaturbereiche erzeugt werden und um die Flammentemperatur über einen breiten Bereich abzusenken und zu vereinheitlichen, wodurch sich die erzeugten primären brennstoffarmen wirbelnden Flammen stromabwärts verlängern. Infolge dessen wird eine Verbrennung mit niedrigem NOx-Gehalt erreicht und SiH₄ wird durch eine Oxidation langsam über einen breiten Bereich hinweg zerstört. Da zur selben Zeit ein Pulver aus SiO₂ langsam erzeugt wird, wird ferner die Entfernung des Pulvers aus SiO₂ von den Wandoberflächen durch die Flammen und die Verbrennungsgasströmung gefördert.
Bei der derzeitigen Ausführungsform sind die Luftausstoßdüsen 25 in drei Gruppen entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone unterteilt. Jedoch können die Luftausstoßdüsen 25 in zwei oder vier oder gar mehr Gruppen unterteilt sein.
Nicht alle der Luftausstoßdüsen in den Gruppen müssen Luft derart ausstoßen, dass sie eine wirbelnde Strömung zu der Flammenstabilisierungszone erzeugen. Die Luftausstoßdüsen in der dritten Gruppe können zum Beispiel Luft einfach stromabwärts ausstoßen, statt tangential zu der Umfangsoberfläche oder sie können Luft zu der Mitte der Flammenstabilisierungszone aus stoßen, um Turbulenzen mit dem Abgas zu bewirken und um mit dem Abgas vermischt zu werden.
Bei der derzeitigen Ausführungsform besitzt der Brenner zwei erste Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21a und zwei Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24, wobei die Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 zwischen jeweiligen Paaren aus Abgasflammenlöchern 23 angeordnet sind. Bei dieser Anordnung wird das primäre Hilfs-Verbrennungsgas B1 benachbart zu dem Abgas A ausgestoßen und die Vermischung des primären Hilfs-Verbrennungsgases B1 mit dem Abgas A wird gefördert.
22 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b erstreckt sich in der Axialrichtung des zweiten zylindrischen Körpers 21b. Die sekundären Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26, welche eine Verbindung zwischen der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b und der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b vorsehen, sind in Vierergruppen in Umfangsrichtung vorgesehen. Insbesondere sind die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26 in vier Gruppen vorgesehen, einschließlich einer ersten Gruppe 26a, die in der Umfangswand in einer stromaufwärtigen Position definiert sind, einer zweiten Gruppe 26b im Wesentlichen in der Mitte der Längsrichtung der Umfangswand und einer dritten Gruppe 26c, die in der Umfangswand an einer Position in der Nähe der Verbrennungskammer definiert ist.
Der Betrieb dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2, das aus der zweiten Hilfs-Verbrennungsgaskammer 21b zu der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b ausgestoßen wird, wird in drei Gruppen unterteilt, die entlang der Axialrichtung der Umfangswand 13b beabstandet sind. Wenn das zweite Hilfs-Verbrennungsgas B2 in drei Stufen entlang der Axialrichtung unterteilt und zu der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b geliefert wird, dann ist die Menge an sekundären Hilfs-Verbrennungsgas B2, das aus jedem der Flammenlö cher ausgestoßen wird, kleiner als wenn das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 nicht unterteilt würde, wodurch kleine Flammen vor den Flammenlöchern erzeugt werden. Das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas B2 wird schrittweise von den zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöchern 26b, 26c in den zweiten und dritten Gruppen geliefert, wodurch sauerstoffarme Flammen erzeugt werden, die stromabwärts stufenweise kleiner werden. Daher wird eine Hochtemperaturflammenzone über einen breiten Bereich über die zweite Flammenstabilisierungszone 15b und die zweite Verbrennungskammer 11b hinweg erzeugt. Auf diese Art und Weise wird eine Hochtemperaturzone aufgebaut, die erforderlich ist zum Zerstören des Halogenbasisgases, und zwar über einen breiten Bereich, wodurch eine Hochtemperaturhaltezeit erhöht wird, die erforderlich ist zum Zerstören des Halogenbasisgases, um dadurch das Halogenbasisgas mit einer hohen Effizienz zu zerstören.
Bei dieser Ausführungsform sind die sekundären Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26 in drei Gruppen entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone unterteilt. Jedoch können die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26 in zwei, vier oder gar mehr Gruppen vorgesehen sein.
Die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26, 26a, 26b, 26c können so angeordnet sein, dass sie das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas nicht zu der Mitte der Flammenstabilisierungszone ausstoßen, sondern sie können das zweite Hilfs-Verbrennungsgas etwas stromabwärts gerichtet ausstoßen. Alternativ können die zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 26, 26a, 26b, 26c das sekundäre Hilfs-Verbrennungsgas derart ausstoßen, dass die wirbelnde Strömung beschleunigt wird, und zwar im Wesentlichen tangential zu der Flammenstabilisierungszone, wie dies bei den Luftausstoßlöchern 25 der Fall ist. Alternativ können diese optionalen Anordnungen auch miteinander kombiniert werden, um das sekundärere Hilfs-Verbrennungsgas auszustoßen.
Bei den obigen Ausführungsformen kann der Brenner ein einzelnes erstes Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch 24 aufweisen, das zwischen irgendeinem Paar aus Abgasflammenlöchern 23 angeordnet sein kann. Der Brenner kann zwei oder drei Abgasflammenlöcher 23 aufweisen, statt der dargestellten vier Abgasflammenlöcher 23. Der Brenner kann ein einzelnes Abgasflammenloch 23 und ein einzelnes erstes Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch 24 aufweisen, die auf einem Kreismuster im Wesentlichen um die Mitte der ersten Flammenstabilisierungszone herum positioniert sein können. Alternativ kann der Brenner ein einzelnes Abgasflammenloch 23 und eine Vielzahl erster Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher 24 besitzen, die in einem kreisförmigen Muster, das sich im Wesentlichen um die Mitte der ersten Flammenstabilisierungszone herum erstreckt, positioniert sein können.
Die 23 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erste Flammenstabilisierungszone 15a und die erste Verbrennungskammer 11a sind stromabwärts aufeinander folgend positioniert, wobei die erste Verbrennungskammer 11a einen unteren Teil besitzt, der in eine U-Form gebogen ist mit einem Fortsatz von der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b, wobei die zweite Verbrennungskammer 11b und ein Verbrennungsabgasauslass 30a sukzessive nach oben hin angeordnet sind. Ein Abzugsrohr 30b zum Wegführen eines Pulvers aus SiO₂ ist mit dem Boden der U-förmigen ersten Verbrennungskammer verbunden. Bei diesem Aufbau wird das Pulver aus SiO₂, das in der ersten Verbrennungskammer erzeugt wird, aus dem Abgas in der U-förmigen ersten Verbrennungskammer abgetrennt und aus der Verbrennungskammer abgezogen durch das Abzugsrohr 30b, ohne dass es durch die zweite Flammenstabilisierungszone 15b und die zweite Verbrennungskammer 11b hindurch läuft. Demgemäß wird das Pulver aus SiO₂ nicht in der Verbrennungskammer abgeschieden und kann mit erhöhter Effizienz behandelt werden.
24 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erste Verbrennungskammer 11a besitzt einen unteren Teil, der in eine L-Form gebogen ist mit einem Fortsatz der zweiten Flammenstabilisierungszone 15b, wobei die zweite Verbrennungskammer 11b und der Verbrennungsabgasauslass 30a aufeinander folgend horizontal angeordnet sind. Das Abzugsrohr 30b zum Abziehen eines Pulvers aus SiO₂ ist mit dem Boden der L-förmigen ersten Verbrennungskammer 11a verbunden. Bei diesem Aufbau wird das Pulver aus SiO₂, das in der ersten Verbrennungskammer erzeugt wird, aus dem Abgas in der L-förmigen ersten Verbrennungskammer separiert, wodurch die selben Vorteile erreicht werden, wie bei der sechsten Ausführungsform.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 25 bis 27 beschrieben.
25 zeigt eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der achten Ausführungsform ist ein Rohr oder ein Loch zum direkten Anschauen der Verbrennungsflammen in der Flammenstabilisierungszone oder der Verbrennungskammer stromaufwärts bezüglich der Verbrennungsflammen vorgesehen, und ein UV-Sensor zum Detektieren der Verbrennungsflammen durch das Rohr oder das Loch ist vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der UV-Sensor mit dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß 1 kombiniert. Jedoch kann der UV-Sensor mit dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß jeder der obigen Ausführungsformen kombiniert sein.
Das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps besitzt ein direkt auf die Flammen gerichtetes Sichtrohr 31 zum direkten Anschauen von Verbrennungsflammen, die erzeugt werden, wenn das Abgas A, das Hilfs-Verbrennungsgas B und die Luft C vermischt und verbrannt werden, um dadurch zu bestätigen bzw. festzustellen ob Verbrennungsflammen vorhanden sind oder nicht. Wie in 25 gezeigt ist, ist das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 stromaufwärts bezüglich der Verbrennungsflammen positioniert und ein UV-Sensor 33 zum Detektieren der Verbrennungsflammen ist über einen Lichtleiter bzw. eine optische Faser 32 mit einem Ende des auf die Flammen gerichteten Sichtrohrs 31, das von der Verbrennungskammer beabstandet ist, verbunden. Der UV-Sensor 33 kann alternativ direkt mit dem auf die Flammen gerichtetem Sichtrohr 31 verbunden sein.
Da das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 stromaufwärts bezüglich der Verbrennungsflammen statt stromabwärts bezüglich der Verbrennungsflammen positioniert ist, werden Nebenprodukte wie beispielsweise Staub oder Ruß, der erzeugt wird, wenn das Abgas behandelt wird, davon abgehalten, den Lichteintrittsanschluss des auf die Flammen gerichteten Sichtrohrs 31 zu verstopfen, was verhindert, dass der UV-Sensor 33 die Verbrennungsflammen nicht detektiert.
Da die Verbrennungsflammen direkt durch das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 zu sehen sind, selbst wenn Nebenprodukte mit einer UV-absorbierenden Fähigkeit in dem Reaktionsbereich abgeschieden werden (hauptsächlich in der Verbrennungskammer 11), stören sie nicht die Einführung von Licht, sodass der UV-Sensor 33 Verbrennungsflammen detektieren kann. Da das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 in einer Wand stromaufwärts bezüglich der Verbrennungsflammen positioniert ist, wo die Temperatur relativ gering ist, wird der Lichteingangsanschluss nicht geschmolzen oder korrodiert und bei hohen Temperaturen geschlossen. Ein Quarzglasflächenelement zum Hindurchleiten von ultravioletter Strahlung dort hindurch ist an dem Übergang zwischen dem auf die Flammen gerichteten Sichtrohr 31 und dem UV-Sensor 33 angeordnet und ein Dichtglied ist zwischen dem Quarzglasflächenelement und dem Übergang angeordnet, um somit den UV-Sensor 33 gegenüber der Atmosphäre in der Verbrennungskammer 11 zu schützen bzw. abzublocken. Ein Spülgaseinlassrohr 35 ist mit dem auf die Flammen gerichteten Sichtrohr 31 verbunden, um ein Spülgas (PG: zum Beispiel Luft) in das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 einzuführen.
Da das Quarzglasflächenelement an dem Übergang zwischen dem auf die Flammen gerichteten Sichtrohr 31 und dem UV-Sensor 33 angeordnet, und das Spülgas (PG) in das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 eingeleitet wird, wird verhindert, dass der Lichteintrittsanschluss des auf die Flammen gerichteten Sichtrohrs 31 mit Nebenprodukten verstopft wird. Das Quarzglasflächenelement ist dick genug, um dem Innendruck der Verbrennungskammer 11 zu widerstehen. Das Dichtglied weist ein wärmeresistentes Dichtelement auf. Licht, das von den Verbrennungsflammen in das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 emittiert wird, wird zu dem UV-Sensor 33 durch die Lichtleiter 32 übertragen.
Da das von den Verbrennungsflammen in das auf die Flammen gerichtete Sichtrohr 31 emittierte Licht zu dem UV-Sensor 33 durch den Lichtleiter 32 übertragen wird, kann der UV-Sensor 33 an einem Ort installiert sein, der keine Platzverfügbarkeitsprobleme und keine Wärmewiderstandsprobleme besitzt, obwohl der UV-Sensor 33 gegebenenfalls in Folge solcher Raumverfügbarkeitsprobleme und Wärmewiderstandsprobleme nicht an das von der Verbrennungskammer entfernte Ende des auf die Flammen gerichteten Sichtrohrs 31 platziert werden kann. Für Einzelheiten des Layouts des auf die Flammen gerichteten Sichtrohrs 31 und des UV-Sensors sollte auf die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-294632 Bezug genommen werden.
26 zeigt eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der neunten Ausführungsform wird ein Mischer außerhalb einer Hilfs-Verbrennungsagensversorgungseinheit versorgt mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas aus einer Versorgungsleitung für Sauerstoff enthaltendes Gas und einem Brennstoffgas von einer Brennstoffgasversorgungsleitung und dieser vermischt und liefert die Gase zu einer Verbrennungskammer, in der die gelieferten Gase verbrannt werden zum Erzeugen von Verbrennungsflammen.
Bei dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps wird Sauerstoff, das von der Sauerstoffgasversorgungsleitung 40 geliefert wird, und ein Brennstoffgas (zum Beispiel Propangas), das von einer Brennstoffgasversorgungsleitung 41 geliefert wird, miteinander durch einen Mischer 42 vermischt und die gemischten Gase werden aus dem Mischer 42 durch ein Gasrohr 43 für gemischtes Gas zu den Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 des Abgasbehandlungssystems geliefert. Das gemischte Gas wird dann aus den Hilfs-Verbrennungsgaskammern 21 durch die Hilfs-Verbrennungsgasausstoßlöcher 24 in die Flammen-stabilisierungszone 15 ausgestoßen.
Wie zuvor beschrieben ist der Mischer außerhalb der Verbrennungskammer positioniert und wird mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas und dem Brennstoffgas versorgt und er vermischt und liefert die Gase an die Verbrennungskammer. Es ist leicht, das Vermischungsverhältnis des Sauerstoff enthaltenden Gases und des Brennstoffgases in dem Mischer einzustellen, was erlaubt, dass das Abgas effizient verbrannt wird, was verhindert, dass das gemischte Gas in unnormaler Weise entzündet wird und unter Fehlzündungen leidet, wenn es entzündet und gelöscht wird. Für Einzelheiten des Mischers sollte auf die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-302410 Bezug genommen werden.
27 zeigt eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der zehnten Ausführungsform beinhaltet die Abgaskammer Strömungsgeschwindigkeitsbeschleunigungsmittel zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit eines brennbaren Abgases, das durch die Abgaskammer strömt, und zwar auf ein Niveau das gleich oder höher ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit des verbrennbaren Abgases.
Die Strömungsgeschwindigkeitsbeschleunigungsmittel besitzen ein schmales Rohr mit einem kleinen Rohrdurchmesser oder einer Zumessöffnung 51 angeordnet in der Abgaskammer, und der Innenseitendurchmesser des schmalen Rohrs oder der Zumessöffnung ist so ausgewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des verbrennbaren Abgases, das durch das schmale Rohr oder die Zumessöffnung hindurchgeht, gleich oder höher ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit des verbrennbaren Abgases. Die Strömungsgeschwindigkeitsbeschleunigungsmittel sind in einem Kopplungsmechanismus angeordnet, der an einen Flansch 52 an dem Einlass der Abgaskammer und einen Flansch 53 an dem Ende des Abgasversorgungsrohrs gekoppelt wird, welches das Abgas an den Einlass liefert. Der Kopplungsmechanismus weist ein Klemmglied 54 auf, das die Außenumfangskanten der Flansche klemmt bzw. festzieht, und besitzt ein Plattenglied, das die Zumessöffnung mittig darinnen definiert aufweist und das zwischen den Flanschen angeordnet ist. Der Innenseitendurchmesser der Zumessöffnung ist vorzugsweise so ausgewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des verbrennbaren Abgases, das durch die Zu messöffnung hindurchgeht, gleich oder höher ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit des verbrennbaren Abgases.
Das schmale Rohr 51 ist an dem spitzen Ende der Abgaskammer angeordnet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases A zu beschleunigen, und zwar für den Zweck, einen Rückschlag in die Abgaskammern 20 hinein zu verhindern. Der Innenseitendurchmesser d des schmalen Rohrs 51 ist derart ausgewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases A, das durch das schmale Rohr 51 hindurchströmt gleich oder höher ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit des Abgases A. Insbesondere, wenn man annimmt, das Wasserstoffgas (H₂) strömt, dessen Verbrennungsgeschwindigkeit unter vergleichbaren Bedingungen die höchste ist, ist der Innenseitendurchmesser d des schmalen Rohrs 51 so ausgewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit höher ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit, die zwischen 2,5 bis 2,8 Meter/pro Sekunde bei Wasserstoffgas in der Luft liegt. Für Einzelheiten der Strömungsgeschwindigkeitsbeschleunigungsmittel sollte auf die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-302410 Bezug genommen werden.
Bei den obigen Ausführungsformen ist der Brenner vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise Keramik oder einem wärmeresistenten Metallmaterial hergestellt. Die Hilfs-Verbrennungsagens ist nicht auf einen gasförmigen Brennstoff wie beispielsweise Wasserstoff, Stadtgas oder LPG beschränkt, sondern kann irgendein gasförmiger Brennstoff oder ein flüssiger Brennstoff sein, der Sauerstoff mit einer Konzentration enthält, die kleiner ist als eine untere Explosionskonzentrationsgrenze.
Die Flammenstabilisierungszone muss nicht notwendigerweise eine zylindrische Form besitzen, sondern kann beispielsweise eine polygonale Form wie beispielsweise eine rechteckige Form besitzen. Die aus den Luftausstoßdüsen ausgestoßene Luft kann eine hohe Sauerstoffkonzentration enthaltende Luft mit einer Sauerstoffkonzentration sein, die höher ist als 21 Prozent.
Wie oben beschrieben bietet der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile: da das Abgas, die Hilfs-Verbrennungsagens und die Luft ausreichend miteinander vermischt und dann verbrannt werden, wodurch lang gestreckte Flammen in der Verbrennungskammer erzeugt werden, kann das Abgas mit einer hohen Effizienz verbrannt und zerstört werden. Vorgemischte Flammen werden erzeugt zum Erreichen einer Verbrennung mit niedrigem NOx-Gehalt. Wenn die Flammenausstoßdüsen in einer Vielzahl von Gruppen entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone unterteilt werden, dann werden die Verbrennungsflammen noch weiter lang gestreckt zum Erreichen einer Verbrennung mit niedrigerem NOx-Gehalt und zum Erhöhen der Effizienz mit der das Halogenbasisgas zerstört wird.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet die folgenden Vorteile: die Luft; das Hilfs-Verbrennungsgas und das zu behandelnde Abgas werden ausreichend miteinander vermischt und verbrannt zum Erzeugen primärerer vorgemischter brennstoffarmer Flammen. Dann wird das Hilfs-Verbrennungsgas in die zweite Flammenstabilisierungszone ausgestoßen, um sekundäre Hochtemperaturflammen mit niedrigem Sauerstoffgehalt zu erzeugen. Somit kann, während eine Verbrennung mit niedrigem NOx-Gehalt erreicht wird, das Abscheidungsgas, das simultan SiH₄ und das Halogenbasisgas enthält, mit einer hohen Effizienz zerstört werden.
Wenn die Luftausstoßdüsen in eine Vielzahl von Gruppen entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone unterteilt werden, dann kann das Abscheidungsgas, das SiH₄ enthält, langsam über einen breiten Bereich hinweg zerstört werden. Da somit auch das Pulver aus SiO₂ langsam erzeugt wird, wird die Entfernung des Pulvers aus SiO₂ mit der Strömung des Verbrennungsgases noch weiter verbessert. Wenn die Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher in der zweiten Flammenstabilisierungszone in einer Vielzahl von Gruppen entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone unterteilt werden, dann kann ein Hochtemperaturbereich, der erforderlich ist zum Zersetzen des Halogenbasisgases, über einen breiten Be reich hinweg entwickelt werden. Somit kann das Halogenbasisgas mit einer hohen Effizienz zerstört werden.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet die folgenden Vorteile: das Rohr (Loch) zum direkten Ansehen von Verbrennungsflammen ist stromaufwärts bezüglich der Verbrennungsflammen vorgesehen und der UV-Sensor ist mit dem Rohr (Loch) verbunden, um zu jedem Zeitpunkt überwachen zu können, ob die Verbrennungsflammen stabil brennen. Der Mischer zum Vermischen des Sauerstoff enthaltenden Gases und des Verbrennungsgases miteinander ist außerhalb der Verbrennungskammer angeordnet. Der Mischer erlaubt, dass das Vermischungsverhältnis des Brennstoffgases leicht eingestellt werden kann, wodurch ermöglicht wird, das Brennstoffgas effizient zu verbrennen.
Die Strömungsgeschwindigkeitsbeschleunigungsmittel zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases auf ein Niveau, das gleich oder höher ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit des Abgases, ist effektiv, um zu verhindern, dass ein Zurückschießen bzw. Rückschlagen auftritt.
Der Brenner zum Behandeln des Abgases gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt das Hilfs-Verbrennungsgas und die Luft miteinander in der Flammenstabilisierungszone. Daher wird das Hilfs-Verbrennungsgas nicht in der Hilfs-Verbrennungsgaskammer entzündet, selbst wenn der zylindrische Körper durch die Flammen erhitzt wird. Daher ist der Brenner im Betrieb sehr sicher. Während die aus den Luftausstoßlöchern ausgestoßene Luft eine wirbelnde Strömung in der Flammenstabilisierungszone erzeugt, kühlt sie die Oberfläche der Umfangswand des zylindrischen Körpers, um dessen Wärmewiderstands-Lebenszeit zu erhöhen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist nützlich beim Verbrennen und Behandeln schädlicher Abgase wie beispielsweise einem Abscheidungsgas, das SiH₄ und ein Halogenbasisgas (CHF₄, C₂F₆, CF₄, usw.) enthält, das aus einem Halbleiterherstellungssystem ausgegeben wird.

Claims

Ein Brenner zur Behandlung von Abgas wobei Folgendes vorgesehen ist: eine Flammenstabilisierungszone, die sich zu einer Verbrennungskammer hin öffnet, die durch eine Umfangswand umgeben ist und durch eine entfernt von der Verbrennungskammer vorgesehene Platte abgeschlossen ist; ein Abgasflammenloch angeordnet in der Platte zum Ausstoßen des Abgases zu der Flammenstabilisierungszone hin; ein Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch angeordnet in der Platte zum Ausstoßen des Hilfs-Verbrennungsgases; und eine Luftausstoßdüse angeordnet in der Umfangswand der Flammenstabilisierungszone zum Ausstoßen von Luft im Wesentlichen umfangsmäßig zur Erzeugung einer wirbelnden Strömung; wobei das Abgas, das Hilfs-Verbrennungsgas und die Luft in die Flammenstabilisierungszone eingeführt und in ihr miteinander gemischt werden, und wobei die gemischten Gase zu der Verbrennungskammer senkrecht zur Platte ausgestoßen werden; wobei der Brenner dadurch gekennzeichnet ist, dass: das Abgasflammenloch und das Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch in einem im Wesentlichen umfangsmäßigen Muster mit einer Ringform im Wesentlichen um die Mitte der Flammenstabilisierungszone herum angeordnet sind; das Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch benachbart zu dem Abgasflammenloch in der Ringform angeordnet ist; und die Ringform sich in der gleichen Position mit einer freien Wirbel- bzw. Vortex-Zone der Wirbelströmung befindet.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Abgasflammenloch einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Flammenstabilisierungszone.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch zum Ausstoßen des Hilfs-Verbrennungsgases in der Umfangswand der Flammenstabilisierungszone definiert ist und zwar stromabwärts gegenüber der Luftausstoßdüse in einer Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Luftausstoßdüse Luftausstoßdüsen in einer Vielzahl von Gruppen aufweist, die entlang der Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone aufgeteilt sind.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammenstabilisierungszone eine zylindrische Form besitzt.
Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die Flammenstabilisierungszone und die Verbrennungskammer eine zylindrische Gestalt besitzen und im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Flammenstabilisierungszone stromabwärts in Axialrichtung der Flammenstabilisierungszone angeordnet ist und in einer Umfangswand davon ein zweites Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch aufweist um ein zweites Hilfs-Verbrennungsgas auszustoßen, wobei ferner eine Verbrennungskammer stromabwärts gegenüber dem zweiten Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch in einer Axialrichtung gegenüber der zweiten Flammenstabilisierungszone angeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das die Luftausstoßdüse Luftausstoßdüsen in einer Vielzahl von Gruppen aufweist, die entlang der Axialrichtung der ersten Flammenstabilisierungszone aufgeteilt sind.
Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hilfs-Verbrennungsgasflammenloch zweit Hilfs-Verbrennungsgasflammenlöcher aufweist, die in eine Vielzahl von Gruppen, längs der Axialrichtung der zweiten Flammenstabilisierungszone aufgeteilt sind.
Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Flammenstabilisierungszonen und die Verbrennungskammern eine zylindrische Form und im Wesentlichen den gleichen Durchmesser besitzen.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr oder ein Loch zur direkten Betrachtung der Verbrennungsflammen stromaufwärts gegenüber den Verbrennungsflammen in der Flammenstabilisierungszone oder der Verbrennungskammer angeordnet ist und wobei ferner ein UV-Sensor zum Detektieren der Verbrennungsflammen durch das Rohr oder das Loch hindurch vorgesehen ist.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischer außerhalb einer Versorgungseinheit für das Hilfsverbrennungsmittel positioniert ist zum Mischen eines Sauerstoff enthaltenden Gases von einer Sauerstoff enthaltenden Gasversorgungsleitung und eines Brennstoffgases von einer Brennstoffgasversorgungsleitung, wobei die Gase an die Verbrennungskammer geliefert werden, in der die angelieferten Gase zur Erzeugung der Verbrennungsflammen verbrannt werden.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungsgeschwindigkeitsbeschleunigungsmittel in der Abgaskammer vorgesehen sind, um die Strömungsgeschwindigkeit eines verbrennbaren Abgases auf einen Pegel anzuheben, der gleich oder höher ist, als die Verbrennungsgeschwindigkeit des verbrennbaren Abgases.