DE60124483T2

DE60124483T2 - Behandlungsvorrichtung für Verbrennungsabgase

Info

Publication number: DE60124483T2
Application number: DE60124483T
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Fujisawa-shi Komai; Kohtaro Machida-shi KAWAMURA; Takeshi Yokohama-shi Tsuji; Rikiya Yokohama-shi NAKAMURA; Kazutaka Kawasaki-shi Okuda; Keiichi Yokohama-shi Ishikawa; Tomonori Kawasaki-shi Ohashi; Yoshiro Hiratsuka-shi TAKEMURA; Yasutaka Setagaya-ku Muroga; Tadakazu Fujisawa-shi Nishikawa; Yuji Kouza-gun SHIRAO
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: US20020041836A1; US7607914B2; US6948929B2; KR20020026844A; KR100858335B1; US20070160946A1; EP1193443A2; DE60124483D1; US20050271988A1; EP1724525A1; EP1193443B1; EP1193443A3; TW536604B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps zur Verbrennungsbehandlung von gefährlichen und brennbaren Abgasen, welche von Halbleiterherstellungssystemen, Flüssigkristallpanelherstellungssystemen, etc. ausgestoßen werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps zur Verbrennungsbehandlung von gefährlichen und brennbaren Abgasen, welche zum Beispiel Silangas (SiH₄) oder ein Halogen enthaltendes Gas (NF₃, CF₃, SF₆, CHF₃, C₂F₆, CF₄, etc.), oder schwer zersetzbare Abgase enthalten.
Ein konventionelles Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps hat einen Verbrennungsteil und eine Verbrennungskammer, welche auf der stromabwärts liegenden Seite des Brennerteils vorgesehen ist. Ein Hilfsbrenngas wird in den Brennerteil geliefert und verbrannt, um Flammen zu bilden, und ein gefährliches und brennbares Abgas, welches in den Brennerteil eingeführt wird, wird mit den Flammen verbrannt. Betrachtend das Hilfsbrenngas wird Wasserstoffgas, Stadtgas, Propangas oder Ähnliches als ein Brenngas verwendet, und Sauerstoff oder Luft wird typischerweise als ein oxidierendes Agenz verwendet.
Zum oxidativen Zersetzen eines gefährlichen und brennbaren Abgases, effizient unter Heizen in einem solchen Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps ist es wünschenswert, dass das Behandlungssystem eine Struktur hat, welche erlaubt, dass das Abgas, welches in dem Brennerteil und die Verbrennungskammer fließt, sich vollständig mit anderem Verbrennungsgas mischt und erlaubt, dass das Abgas in der Verbrennungskammer für eine verlängerte Zeitperiode bleibt, und was das Heizen des Abgases erleichtert. Konventionelle Abgasbehandlungssysteme des oben beschriebenen Typs sind nicht zufrieden stellend in Bezug auf die Verweilzeit von Abgas und das Schema des Heizens des Abgases.
In dem oben beschriebenen Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gibt es, weil das Abgas brennbar ist, eine Gefahr einer Rückschlags (backfire) -ausbreitung in eine Abgaseinlassröhre zum Einführen des brennbaren Abgases in den Brennerteil, was verursachen kann, dass Geräte gebrochen werden.
Es gibt auch eine Gefahr eines Druckanstiegs aufgrund von abnormaler Verbrennung was auch den Bruch von Geräten verursachen kann. Ferner gibt es eine Gefahr, dass Brenngas oder Sauerstoffgas aus der Brenngasversorgungsleitung oder der Sauerstoffgasversorgungsleitung lecken kann. Insbesondere wenn Wasserstoffgas als Brenngas verwendet wird, kann Lecken des Wasserstoffgases und Sauerstoffgases eine Explosion verursachen. Deshalb gibt es einen Bedarf für die Implementierung eines Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps, welches dazu in der Lage ist, mit diesen Gefahren umzugehen und die Verbrennung des Hilfsbrenngases zu stabilisieren und somit dazu in der Lage ist, sicher und effizient Abgase verbrennungszubehandeln.
WO-A-0032990 offenbart ein Abgasbehandlungssystem, welches einen Brennerabschnitt hat, und eine Verbrennungskammer, welche stromabwärts des Brennerabschnitts angeordnet ist. Der Brennerabschnitt erzeugt eine Verbrennungsflamme, welche in Richtung der Verbrennungskammer gerichtet ist. Abgase wurden in die Verbrennungsflammen eingeführt, um die Abgase zur Zersetzung zu oxidieren. Die Ablagerung von Staub wird durch die Bildung einer wirbelnden Flamme verhindert, welche durch den Brennerabschnitt erzeugt wird oder sie wird verhindert durch ein Ablagerungsverhinderungsmittel oder ein Kratzmittel.
Eine Hilfsbrenngaskammer wird ferner vorgesehen, um ein Hilfsbrenngas, zum Beispiel ein vorgemischtes Gas aus Wasserstoff und Sauerstoff, zu speichern.
US-A-5310332 offenbart eine Vorrichtung zum Entfernen von Kontaminierungen von industriellen Abgasströmen durch thermische Destruktion. Kontaminierte Abgasemissionsgase werden steuerbar gemischt mit Hydroxylgas und die somit ausgebildete Mischung wird innerhalb der Verbrennungskammer gezündet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die vorliegende Erfindung wurde in Betrachtung der oben beschriebenen Umstände gemacht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps vorzusehen, welches dazu in der Lage ist, ein gefährliches und brennbares Abgas unter Heizen effizient mit einer Struktur zu zersetzen, welche es dem Abgas erlaubt, sich mit dem Hilfsbrenngas effizient ohne das Auftreten von Rückschlag in die Abgaseinlassröhre zu mischen, und dem Abgas erlaubt, in der Verbrennungskammer für eine verlängerte Zeitperiode zu bleiben und welche das Heizen des Abgases erleichtert.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, welches einen Brennerteil und eine Verbrennungskammer hat, welche bei einer stromabwärts liegenden Seite des Brennerteils vorgesehen sind. Verbrennungsflammen werden ausgebildet, um sich von einem Brennerteil in Richtung der Verbrennungskammer zu erstrecken, und ein brennbares Abgas wird in die Verbrennungsflammen von der Abgaseinlassröhre bzw. -rohr eingeführt, welche sich an der inneren Wandoberfläche des Brennerteils öffnet, wodurch das Abgas oxidativ zersetzt wird. Ein Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgerät wird in der Abgaseinlassröhre vorgesehen, um die Flussgeschwindigkeit des brennbaren Abgases, welches durch die Abgaseinlassröhre fließt, höher als die Brenngeschwindigkeit des brennbaren Abgases zu machen. Das Flussbeschleunigungsgerät bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Das Vorsehen eines Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgeräts, welches die Flussgeschwindigkeit des brennbaren Abgases, welches durch die Abgaseinlassröhre fließt, höher als die Brenngeschwindigkeit des brennbaren Abgases macht, verhindert, dass sich Rückschlag in die Abgaseinlassröhre ausbreitet.
Bevorzugterweise ist das Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgerät bzw. -vorrichtung ein verengter Röhrenteil, mit einem reduzierten Leitungsdurchmesser oder eine Zumessöffnung, welche in einem vorbestimmten Teil der Abgaseinlassröhre vorgesehen ist. Der verengte Röhrenteil oder die Zumessöffnung hat einen Innendurchmesser, welcher derart eingestellt ist, dass die Flussgeschwindigkeit des brennbaren Abgases, welches durch den verengten Röhrenteil oder die Zumessöffnung passiert, höher sein wird als die Brenngeschwindigkeit des brennbaren Abgases.
Bevorzugterweise ist das Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgerät in einem Kupplungsmechanismus zum Zusammenkuppeln eines Flansches an einem Einlass der Abgaseinlassröhre und eines Flansches an dem Ende einer Abgasversorgungsleitung zum Liefern des Abgases zu dem Einlass vorgesehen. Der Kupplungsmechanismus weist ferner ein plattenförmiges Glied auf, welches eine Zumessöffnung hat, welches in der Mitte davon ausgebildet ist, und ein Klammerglied zum zusammen Befestigen der anderen peripheren Kanten der zwei Flansche in einem Zustand, in welchem das plattenförmige Glied zwischen die zwei Flansche dazwischen eingefügt ist. Die Zumessöffnung hat einen Innendurchmesser, welcher derart eingestellt ist, dass die Flussgeschwindigkeit des brennbaren Abgases, welches durch die Zumessöffnung passiert, höher sein wird als die Brenngeschwindigkeit des brennbaren Abgases.
Wie oben stehend ausgeführt ist das Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgerät in einem Kupplungsmechanismus zum Zusammenkuppeln eines Flansches an dem Einlass der Abgaseinlassröhre und eines Flansches an einem Ende einer Abgasversorgungsleitung vorgesehen, und ein plattenför miges Glied mit einer Zumessöffnung, welche in der Mitte davon ausgebildet ist, ist zwischen die zwei Flansche dazwischen eingefügt. Dementsprechend ist es möglich, Rückschlag daran zu hindern, sich in die Abgaseinlassröhre auszubreiten, ohne Veränderung der Struktur des existierenden Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps.
Bevorzugterweise bilden die Verbrennungsflammen wirbelnde Flüsse bzw. Strömungen in dem Brennerteil aus, und die wirbelnden Flüsse weisen freie Wirbel, welche in einem Gebiet nahe zu der äußeren peripheren Seite angeordnet sind, und erzwungene Wirbel, welche in einem Gebiet näher zu der inneren peripheren Seite angeordnet sind, auf. Die radiale Position einer Öffnung der Abgaseinlassröhre, welche sich an der Innenseitenoberfläche des Verbrennungsteils öffnet, ist in einem Gebiet eingestellt, in welchem die freien Wirbel verteilt sind. Die Bildung von Wirbelflüssen bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Mit der oben beschriebenen Anordnung, in welcher die radiale Position einer Öffnung der Abgaseinlassröhre, welche sich an der inneren Wandoberfläche des Brennerteils öffnet, in das Gebiet freier Wirbel eingestellt ist, wird das Abgas, welches in dem Brennerteil fließt, gründlich mit dem Verbrennungsgas des Hilfsbrenngases gemischt. Dies fördert die thermische oxidative Zersetzung des Abgases.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps vor, welches einen Brennerteil und eine Verbrennungskammer hat, welche an der stromabwärts liegenden Seite des Brennerteils vorgesehen ist. Verbrennungsflammen sind derart ausgebildet, dass sie sich von dem Brennerteil in Richtung der Verbrennungskammer erstrecken, und ein brennbares Abgas wird in die Verbrennungsflammen von einer Abgaseinlassröhrenöffnung eingeführt, welche sich an der inneren Wandoberfläche des Brennerteils öffnet, wodurch das Abgas oxidativ zersetzt wird. Die Abgaseinlassröhre ist an dem Brennerteil derart installiert, dass das Abgas von der Öffnung der Abgaseinlassröhre, welche sich an der inneren Wandober fläche des Brennerteils öffnet, weggeblasen wird, einen Wirbelfluss ausbildet, welcher direkt schief nach unten in den Brennerteil und die Verbrennungskammer gerichtet ist.
Somit ist die Abgaseinlassröhre derart angeordnet, dass das Abgas, welches von der Öffnung der Abgaseinlassröhre abgeblasen wird, welche sich an der inneren Wandoberfläche des Brennerteils öffnet, einen Wirbelfluss ausbildet, welcher direkt schief nach unten in den Brennerteil und die Verbrennungskammer gerichtet ist. Deshalb erhöht sich die Länge der Zeit (Verweilzeit), während welcher das Abgas in der Verbrennungskammer bleibt. Konsequenterweise wird das Heizen des Abgases erleichtert, und das Mischen des Abgases mit anderem Verbrennungsgas wird gefördert. Dementsprechend kann die thermische oxidative Zersetzung des Abgases effizient ausgeführt werden.
Zusätzlich sieht die vorliegende Erfindung ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps vor, welches einen Brennerteil und eine Verbrennungskammer hat, welche bei der stromabwärts liegenden Seite des Brennerteils vorgesehen ist. Verbrennungsflammen, werden ausgebildet, um sich von dem Brennerteil in Richtung der Verbrennungskammer zu erstrecken, und ein Abgas wird in die Verbrennungsflammen eingeführt, um das Abgas oxidativ zu zersetzen. Ein Mischer, welcher außerhalb des Brennerteils vorgesehen ist, wird mit Sauerstoffgas von einer Sauerstoffgasversorgungsleitung und einem Brenngas von einer Brenngasversorgungsleitung versorgt, um die zwei Gase zusammen zu mischen, wodurch ein gemischtes Gas ausgebildet wird. Das gemischte Gas wird zu dem Brennerteil geliefert und darin verbrannt, um Verbrennungsflammen zu bilden.
Wie oben stehend erwähnt wird ein Mischer außerhalb des Brennerteils vorgesehen und mit Sauerstoffgas von einer Sauerstoffgasversorgungsleitung und einem Brenngas von einer Brenngasversorgungsleitung versorgt, um die zwei Gase zusammen zu mischen, und das gemischte Gas wird zu dem Brennerteil geliefert. Deshalb ist es leicht, das Mischungsverhältnis des Sau erstoffgases und des Brenngases in dem Mischer zu steuern. Dementsprechend wird es möglich, effiziente Verbrennungsbehandlung von Abgas zu realisieren, und leicht, das Auftreten von abnormaler Zündung und Rückschlag zur Zeit der Zündung und des Auslöschens der Flammen zu verhindern.
Bevorzugterweise ist eine Vielzahl von Geräten, welche in jede der Sauerstoffgasversorgungsleitung und der Brenngasversorgungsleitung eingefügt sind und damit verbunden sind derart angeordnet, dass diejenigen, welche relativ niedrige Druckwiderstandsfähigkeit haben an der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet sind, und diejenigen, welche hohe Druckwiderstandsfähigkeit bzw. -widerstand haben oder keinen Anlass zu einem Problem geben, auch dann wenn sie gebrochen sind, sind an der stromabwärts liegenden Seite angeordnet.
Durch Anordnung einer Vielzahl von Geräten, welche in jede der Sauerstoffversorgungsleitung und der Brenngasversorgungsleitung eingefügt und damit verbunden sind derart, dass diejenigen, welche relativ niedrige Druckwiderstandsfähigkeit haben, an der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet sind, und diejenigen, welche hohe Druckwiderstandsfähigkeit haben oder welche keinen Anlass zu einem Problem geben, auch wenn sie gebrochen sind, an der stromabwärts liegenden Seite angeordnet sind, wie oben stehend ausgeführt, ist es möglich, die Sauerstoffgasversorgungsleitung und die Brenngasversorgungsleitung zu schützen, wenn der Druck aufgrund von abnormaler Verbrennung oder Ähnlichem an der stromabwärts liegenden Seite ansteigt, wo Verbrennung oder andere ähnliche Phänomene stattfinden.
Bevorzugterweise sind ein erstes Absperrventil und ein erstes Rückschlagventil in der am weitesten stromabwärts liegenden Stufe bzw. Zustand von jeder der Sauerstoffgasversorgungsleitung und der Brenngasversorgungsleitung angeordnet, in der Reihenfolge von dem stromabwärts liegenden Zustand davon. Ein zweites Rückschlagventil und ein zweites Absperrventil werden in dem am meisten stromaufwärts gelegenen Zustand von jeder der Sauerstoffgasversorgungsleitung und der Brenngasversorgungsleitung angeordnet, in der Reihenfolge von der stromabwärts liegenden Seite. Zusätzlich ist ein Abzweigventil zum Einführen eines Gases zum Leck testen zwischen dem ersten Absperrventil und dem zweiten Absperrventil von jeder der Sauerstoffgasversorgungsleitung und der Brenngasversorgungsleitung vorgesehen.
Durch Vorsehen von Rückschlagventilen in sowohl der Sauerstoffgasversorgungsleitung wie auch der Brenngasversorgungsleitung wie oben stehend ausgeführt ist es möglich, das Brenngas daran zu hindern, zurück zu der Sauerstoffgasversorgungsleitung von der Brenngasversorgungsleitung zu fließen, und auch Sauerstoffgas daran zu hindern, zurück zu der Brenngasversorgungsleitung von der Sauerstoffgasversorgungsleitung zu fließen, wenn es einen Druckanstieg auf der stromabwärts liegenden Seite gibt. Dementsprechend ist es möglich, Rückschlag daran zu hindern sich in diese Versorgungsleitungen auszubreiten. Ferner erlaubt das Vorsehen eines Abzweigventils zum Einspritzen eines Gases zum Leck testen zwischen dem ersten Absperrventil und dem zweiten Absperrventil, dass Leck testen sehr einfach durchgeführt wird. Die Einfachheit des Ausführens eines Lecktests ist insbesondere in einem Fall effektiv, in welchem Wasserstoffgas, welches mit hoher Wahrscheinlichkeit leckt, als ein Brenngas verwendet wird. Gemäß der Erfindung wird eine Brenngaskammer um die äußere Peripherie des Brennerteils vorgesehen und mit dem gemischten Gas von dem Mischer versorgt. Das gemischte Gas wird in dem Brennerteil von der Brenngaskammer durch eine Düse eingefügt. Ein Temperatursensor zum Detektieren der Temperatur in der Brenngaskammer und ein Flammenauslöschgerät sind vorgesehen. Wenn die Temperatur in der Brenngaskammer eine vorbestimmte Temperatur unterhalb des spontanen Zündpunkts des gemischten Gases erreicht werden die Flammen in dem Brennerteil automatisch ausgelöscht.
Wie oben stehend ausgeführt ist ein Temperatursensor zum Detektieren der Temperatur in der Brenngaskammer vorgesehen, und wenn die Temperatur in der Brenngaskammer eine vorbestimmte Temperatur unterhalb des spon tanen Zündpunkts des gemischten Gases erreicht, werden die Flammen in dem Brennerteil automatisch ausgelöscht. Dementsprechend wird kein Rückschlag auftreten.
Bevorzugterweise wird ein Sauerstoffgasversorgungsventil in der Sauerstoffgasversorgungsleitung vorgesehen, und ein Brenngasversorgungsventil wird in der Brenngasversorgungsleitung vorgesehen. Zusätzlich ist eine Versorgungsleitung für nicht brennbares Gas vorgesehen zum Liefern eines nicht brennbaren Gases zusammen mit einem Gerät zum Einspritzen des nicht brennbaren Gases von der Versorgungsleitung für nicht brennbares Gas zu den stromabwärts liegenden Seiten des Sauerstoffgasversorgungsventils und des Brenngasversorgungsventils. Zur Zeit des Auslöschens der Flammen werden das Sauerstoffgasversorgungsventil und das Brenngasversorgungsventil geschlossen, und die Sauerstoffgasversorgungsleitung und die Brenngasversorgungsleitung werden mit dem nicht brennbaren Gas als ein Reinigungsgas in einer Menge gleich zu der Menge von Sauerstoffgas und Brenngas, welche anderenfalls geliefert werden würde, versorgt.
Wie oben stehend erwähnt werden zu der Zeit des Auslöschens der Flammen das Sauerstoffgasversorgungsventil und das Brenngasversorgungsventil geschlossen, um die Versorgung des Sauerstoffgases und des Brenngases zu stoppen. Danach werden die Sauerstoffversorgungsleitung und die Brenngasversorgungsleitung mit dem nicht brennbaren Gas als ein Reinigungsgas in einer Menge gleich zu der Menge von Sauerstoffgas und Brenngas, welche anderenfalls geliefert werden würde, versorgt. Konsequenterweise ist es möglich, Variationen in der Flussrate zu eliminieren. Somit wird es möglich, das Auftreten von Rückschlag zu der Zeit des Auslöschens der Flamme zu verhindern.
Die vorhergehenden und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich von der folgenden detaillierten Beschreibung und den angefügten Ansprüchen, zusammen genommen mit den beigefügten Zeichnungen.
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, welche die Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht, welche ein strukturelles Beispiel eines Brennerteils in dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, welche ein anderes strukturelles Beispiel des Brennerteils in dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht, welche noch ein anderes strukturelles Beispiel des Brennerteils in dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht, welche die Anordnung eines Kupplungsmechanismus zum Zusammenkuppeln einer Abgaseinlassröhre und einer Abgasversorgungsleitung in dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des in 6 gezeigten Kupplungsmechanismus.
8 ist ein Diagramm, welches die Verteilung der wirbelnden Wirbel in einem Flammenstabilisierungsteil des Brennerteils des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches die Geschwindigkeit und Verteilung von wirbelnden Wirbeln in dem Flammenstabilisierungsteil des Brennerteils des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps zeigt.
10 ist eine horizontale Schnittansicht (längs der Linie E-E in 11), welche die Anordnung eines Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps zeigt.
11 ist eine horizontale Schnittansicht (längs der Linie D-D in 10), welche die Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Diagramm, welches ein strukturelles Beispiel eines dritten Ausführungsbeispiels des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches ein anderes strukturelles Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Diagramm, welches ein strukturelles Beispiel von Massenflusssteuerungen zeigt, welche in dem dritten Ausführungsbeispiel des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
15 ist ein Diagramm, welches die Nachbarschaft eines Mischers zeigt, welcher in dem dritten Ausführungsbeispiel des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
16 ist ein Diagramm, welches ein strukturelles Beispiel des Mischers zeigt, welcher in dem dritten Ausführungsbeispiel des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unten stehend detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 und 2 sind Diagramme, welche die Anordnungen eines ersten Ausführungsbeispiels des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. 1 ist eine vertikale Schnittansicht und 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1. Das Abgasbehandlungssystem ist in der Form eines zylindrischen geschlossenen Gefäßes als ein Ganzes ausgebildet. Das Abgasbehandlungssystem hat einen Brennerteil 110 in einer oberen Stufe und eine Verbrennungskammer (Verbrennungsreaktionsteil) 120 in einer Zwischenstufe. Das Abgasbehandlungssystem hat ferner einen Kühlteil 131 und Abgabeteil 132 in einer unteren Stufe. Als ein Kühlmedium in dem Kühlteil 131 wird zum Beispiel eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, oder ein Gas, zum Beispiel Luft, verwendet.
Der Brennerteil 110 hat ein zylindrisches Glied 112, welches einen flammenstabilisierenden Teil 111 bildet, welcher sich in Richtung zur Verbrennungskammer 120 erstreckt. Der Brennerteil 110 hat ferner einen äußeren Zylinder 113, welcher das zylindrische Glied 112 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen umgibt. Zwischen dem zylindrischen Glied 112 und dem äußeren Zylinder 113 ist eine Luftkammer 114 zum Halten von Luft zur Verbrennung ausgebildet, zusammen mit einer Zusatzbrenngaskammer 115 zum Halten eines Zusatzbrenngases, zum Beispiel ein gemischtes Gas von Wasserstoff und Sauerstoff. Die Luftkammer 114 und die Zusatzbrenngaskammer 115 stehen mit einer Luftquelle (nicht gezeigt) beziehungsweise einer Gasquelle (nicht gezeigt) in Verbindung. Als das Zusatzbrenngas bzw. Hilfsbrenngas kann Propangas, Stadtgas, etc. zusätzlich zu einem gemischten Gas von Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden.
Abgaseinlassröhren 116 sind mit der Oberseite des zylindrischen Glieds 112 verbunden, welche die obere Seite des Flammenstabilisierungsteils 111 abdeckt, um ein gefährliches und brennbares Abgas G1 einzuführen, welches von einem Halbleiterherstellungssystem, einem Flüssigkristallpanelherstellungssystem, etc. abgegeben wurde. Die Abgaseinlassröhren 116 sind jeweils am entfernt gelegenen Ende davon vorgesehen, mit einem verengten Röhrenteil 116a mit einer reduzierten Bohrung, um die Flussgeschwindigkeit des Abgases G1, welches dadurch fließt, zu erhöhen, wie später detailliert beschrieben. Das zylindrische Glied 112 ist mit einer Vielzahl von Luftdüsen 117 zum Vorsehen von Kommunikation zwischen der Luftkammer 114 und dem Flammenstabilisierungsteil 111 und einer Vielzahl von Zusatzbrenngas düsen 118 zum Vorsehen von Kommunikation zwischen der Zusatzbrenngaskammer 115 und dem Flammenstabilisierungsteil 111 vorgesehen.
Wie in 2 gezeigt ist erstrecken sich die Luftdüsen 117 in einem vorbestimmten Winkel zu der tangentialen Richtung mit Bezug auf das zylindrische Glied 112, um Luft derart auszublasen, dass Wirbelflüsse in dem Flammenstabilisierungsteil 111 gebildet werden. Ähnlich erstrecken sich die Zusatzbrenngasdüsen 118 in einem vorbestimmten Winkel zu der tangentialen Richtung mit Bezug auf das zylindrische Glied 112, um ein Zusatzbrenngas derart auszublasen, dass Wirbelflüsse in dem Flammenstabilisierungsteil 111 gebildet werden. Die Luftdüsen 117 und die Zusatzbrenngasdüsen 118 sind in gleicher Weise in der Umfangsrichtung des zylindrischen Glieds 112 angeordnet.
Eine sekundäre Luftkammer 121 ist um die Grenze zwischen dem Flammenstabilisierungsteil 111 und der Verbrennungskammer 112 derart ausgebildet, dass sie die Öffnung des Flammenstabilisierungsteils 111 umgibt. Die sekundäre Luftkammer 121 kommuniziert mit einer Luftquelle (nicht gezeigt) zum Liefern von sekundärer Luft. Eine Abteilplatte 122, welche die sekundäre Luftkammer 121 von der Verbrennungskammer 120 abteilt, ist mit sekundären Luftdüsen 123 vorgesehen, welche gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um sekundäre Luft in die Verbrennungskammer 120 zum Oxidieren von Abgas abzublasen. Die Verbrennungskammer 120 ist ein Raum zum oxidativen Zersetzen von Abgas in einer Stufe nachfolgend zu dem Brennerteil 110. Die Verbrennungskammer 120 ist durch eine zylindrische Innenwand 125 definiert, welche auf der Innenseite eines hermetischen zylindrischen äußeren Gefäßes 224 vorgesehen ist, welches aus Metall oder Ähnlichem hergestellt ist. Die Innenwand 125 ist angeordnet, um angrenzend zu dem Flammenstabilisierungsteil 111 zu sein. Die Innenwand 125 ist zum Beispiel aus einem Faser verstärkten keramischen Material ausgebildet. Ein thermischer Isolator 127 aus einem porösen keramischen Material ist in einem Raum 126 zwischen der Innenwand 125 und dem äußeren Gefäß 124 eingefügt. Eine Reinigungslufteinlassröhre 128 ist mit dem äußeren Gefäß 124 verbunden, um Luft zum Reinigen in den Raum 126 einzuführen.
Die Verbrennungskammer 120 ist mit einem UV Sensor 129 zum Detektieren von Flammen und einem Pilotbrenner 130 zur Zündung des Gases in dem Brennerteil 110 ausgestattet. Ein Abgabeteil 132 ist an der Unterseite der Verbrennungskammer 120 mit einem Kühlungsteil 131, eingefügt zwischen der Verbrennungskammer 120 und dem Abgabeteil 132, ausgestattet. Eine Vielzahl von Düsen 133 ist an der unteren Kante des Kühlungsteils 131 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen. Wasser wird von den Düsen 133 in Richtung der Mitte des Abgabeteils 132 eingespritzt, um einen Vorhang aus Wasser zu bilden, wodurch das Abgas gekühlt wird und zum Einfangen von Teilchen, welche in dem Abgas enthalten sind. Die Seitenwand des Abgabeteils 132 ist mit einer Abgasröhre 134 zum Abgeben des behandelten Abgases ausgestattet. Der Boden des Abgabeteils 132 ist mit einem Abflussanschluss 135 zum Abgeben von Wasser, welches durch die Düsen 133 eingespritzt wurde, ausgestattet.
In dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps mit der oben beschriebenen Struktur wird das Zusatzbrenngas in der Zusatzbrenngaskammer 115 durch die Zusatzbrenngasdüsen 118 in Richtung des Flammenstabilisierungsteils 111 derart weggeblasen, dass Wirbelflüsse erzeugt werden. Wenn es mit dem Pilotbrenner 130 gezündet wird, bildet das Zusatzbrenngas Verbrennungsflammen aus, welche in dem zylindrischen Glied (innerer Zylinder) 112 wirbeln. Mittlerweile wird das Abgas G1, welches behandelt werden soll, in Richtung des Flammenstabilisierungsteils 111 von den Abgaseinlassröhren 116 abgeblasen, welche sich an der Innenwandoberfläche der Oberseite des zylindrischen Glieds 112 öffnen. Das Abgas G1 wird in den Flammenstabilisierungsteil 111 geblasen, nachdem die Fließ- bzw. Strömungsgeschwindigkeit davon erhöht wurde durch die verengten Röhrenteile 116a, welche an den entfernt gelegenen Enden der Abgaseinlassröhren 116 ausgebildet sind.
3 ist ein Diagramm, welches die Details des Brennerteils 110 zeigt. Der Grund dafür, warum die verengten Röhrenteile 116a an den entfernten Enden der Abgaseinlassröhren 116 ausgebildet sind, um die Flussgeschwindigkeit des Abgases G1 zu erhöhen, ist, dass Rückschlag daran gehindert wird, sich in die Abgaseinlassröhren 116 auszubreiten. Dementsprechend ist der Innendurchmesser d von jedem verengten Röhrenteil 116a derart eingestellt, dass die Flussgeschwindigkeit des Abgases G1, welches durch den verengten Röhrenteil 116a fließt, höher sein wird als die Brenngeschwindigkeit des Abgases G1. Insbesondere unter der Annahme, dass Wasserstoff (H₂) Gas, welches die höchste Brenngeschwindigkeit unter Gasen unter den gleichen Bedingungen zeigt, in dem Flammenstabilisierungsteil 111 fließt, ist der Innendurchmesser d des verengten Röhrenteils 116a derart eingestellt, dass die Flussgeschwindigkeit höher sein wird als die Brenngeschwindigkeit von Wasserstoffgas in der Luft, das heißt 2,5 bis 2,8 m/s.
Der Innendurchmesser d des verengten Röhrenteils 116a von jeder Abgaseinlassröhre 116 ist durch die Flussrate bestimmt, mit welcher die Flussgeschwindigkeit des Abgases G1 die Niedrigste ist, das heißt die minimale Einlassflussrate von Abgas. Wenn zum Beispiel die minimale Einlassflussrate 20 l/min ist, ist der Innendurchmesser d ungefähr 12,3 mm oder weniger. Wenn 40 l/min, d = 17,4 mm oder weniger. Wenn jedoch der Innendurchmesser d des verengten Röhrenteils 116a mehr reduziert wird als benötigt erhöht sich der Druckverlust in den Abgaseinlassröhren 116 unvorteilhaft. Deshalb soll der Innendurchmesser und die Länge von jedem verengten Röhrenteil 116a derart eingestellt sein, dass Druckverlust in den Abgaseinlassröhren 116 kleiner sein wird als ein erlaubter Wert (unterschiedlich gemäß der Umstände).
Um Rückschlag daran zu hindern, sich in die Abgaseinlassröhren 116 auszubreiten, können Öffnungen 116b in den Abgaseinlassröhren 116 ausgebildet sein, wie in 4 gezeigt ist, so dass die Flussgeschwindigkeit des Abgases G1, welches durch die Zumessöffnungen 116b fließt, höher sein wird als die Brenngeschwindigkeit des Abgases G1, anstatt die verengten Röh renteile 116a vorzusehen, wie oben ausgeführt. Das Verfahren des Einstellens des Innendurchmessers der Zumessöffnungen 116b ist das Gleiche wie das obige.
Der verengte Röhrenteil 116a oder die Zumessöffnung 116b ist an einer Position in jeder Abgaseinlassröhre 116 vorgesehen. Es soll jedoch erwähnt werden, dass um das Ausbreiten von Rückschlag in die Abgaseinlassröhren 116 zu reduzieren, wenn er auftritt, der verengte Röhrenteil 116a oder die Zumessöffnung 116b bevorzugter weise unmittelbar vor dem Flammenstabilisierungsteil 111 vorgesehen sein soll, das bedeutet, unmittelbar stromaufwärts der Öffnung von jeder Abgaseinlassröhre 116, welche sich an der Innenwandoberfläche des Oberteils des zylindrischen Glieds 112 öffnet.
Die Position, wo jede Zumessöffnung 116b vorgesehen ist, ist nicht notwendigerweise auf die Innenseite der zugehörigen Abgaseinlassröhre 116 eingeschränkt. Wie in 5 gezeigt ist kann eine Öffnung 138 in einem Kupplungsmechanismus 137 zum Zusammenkuppeln von jeder Abgaseinlassröhre 116 und einer Abgasversorgungsröhre 136 zum Liefern von Abgas zu der Abgaseinlassröhre 116 vorgesehen sein. 6 und 7 sind Diagramme, welche die detaillierte Struktur des Kupplungsmechanismus 137 zeigen. 6 zeigt den Kupplungsmechanimus 137 in einem zusammen gebauten Zustand. 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche die Komponenten des Kupplungsmechanismus 137 zeigt.
Der Kupplungsmechanismus 137 hat ein Klammerglied 137-1, zum Zusammenbefestigen der äußeren peripheren Kante eines Einlassflansches 116-1 einer Abgaseinlassröhre 116 und der äußeren peripheren Kante eines Endflansches 136-1 einer Abgasversorgungsröhre 136. Der Kupplungsmechanismus 137 hat ferner ein zirkulares plattenförmiges Glied 137-2. Das Klammerglied 137-1 hat zwei bogenförmige Klammerglieder 137-1a und 137-1b, welche zentral an einem Ende davon über einen Gelenkmechanismus 137-1c zusammen verbunden sind. Die zwei Klammerglieder 137-1a und 137-1b können zueinander mit einem Bolzen oder einer Flügelmutter 137-3 befestigt werden. Das plattenförmige Glied 137-2 hat eine integrale Struktur, welche aus einem ringförmigen Glied 137-2a und einem scheibenförmigen Glied 137-2b ausgebildet ist. Das ringförmige Glied 137-2a hat einen Durchmesser, welcher ihm erlaubt, zwischen die Flansche 116-1 und 136-1 eingefügt zu werden. Das scheibenförmige Glied 137-2b schließt die Bohrung des ringförmigen Glieds 137-2a. Das plattenförmige Glied 137-2 hat eine Zumessöffnung 138, welche in der Mitte davon ausgebildet ist.
In dem Kupplungsmechanismus 137, welcher die oben beschriebenen Komponenten hat, sind der Flansch 116-1 der Abgaseinlassröhre 116 und der Flansch 136-1 der Abgasversorgungsröhre 136 derart angeordnet, dass sie aneinander anstoßen, mit dem plattenförmigen Glied 137-2 dazwischen eingefügt. In diesem Zustand sind die äußeren peripheren Kanten der Flansche 116-1 und 136-1 miteinander mit dem Klammerglied 137-1 befestigt. Konsequenterweise sind die Flansche 116-1 und 136-1 zusammengekuppelt in einer luftdichten Art und Weise durch das ringförmige Glied 137-2a des plattenförmigen Glieds 137-2. Zur gleichen Zeit wird der Abgaseinlassröhre 116 und der Abgasversorgungsröhre 136 erlaubt, miteinander durch die Zumessöffnung 138 zu kommunizieren. Dementsprechend ist es möglich, Rückschlag (backfire) daran zu hindern, sich in die Abgasversorgungsröhre 136 auszubreiten, durch Einstellen des Innendurchmessers der Zumessöffnung 138 derart, dass die Flussgeschwindigkeit des Abgases G1, welches durch die Öffnung 138 fließt, höher sein wird, als die Brenngeschwindigkeit des Abgases G1.
In diesem Fall ist es auch bevorzugt, dass die Länge von jeder Abgaseinlassröhre 116 so kurz wie möglich ist, von dem Gesichtspunkt des Reduzierens des Ausbreitens von Rückschlag in die Abgaseinlassröhre 116, wenn er auftritt. Somit wird es möglich, einfach Vorkehrungen zu treffen, um Rückschlag daran zu hindern, sich in die Abgaseinlassröhre 116 auszubreiten, ohne die Struktur des existierenden Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps zu ändern, durch Vorsehen der Zumessöffnung 138 in dem Kupplungs mechanismus 137 zum Zusammenkuppeln der Abgaseinlassröhre 116 und der Abgasversorgungsröhre 136.
In einem Fall, in welchem Wirbelflüsse in dem Flammenstabilisierungsteil 111 des Brennerteils 110 des oben beschriebenen Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps ausgebildet sind, ist die Verteilung von Wirbelflüssen wie in 8 gezeigt. Das bedeutet, dass eine Fläche C von freien Wirbeln (Wirbel, deren Winkelgeschwindigkeit variabel ist) an der äußeren peripheren Seite in dem Flammenstabilisierungsteil 111 angeordnet ist, und eine Fläche B von erzwungenen Wirbeln (Wirbel, deren Winkelgeschwindigkeit konstant ist) liegt an der inneren peripheren Seite der freien Wirbelfläche C. Die Beziehung zwischen der Flussgeschwindigkeit V der Wirbelflüsse und des radialen Abstands r von der Mitte O des Flammenstabilisierungsteils 111 ist wie in 9 gezeigt. Wenn die radiale Position einer Öffnung 116c von jeder Abgaseinlassröhre 116, welche sich an der Innenwandoberfläche des Oberteils des Verbrennungsteils 110 öffnet, in die freie Wirbelfläche C wie in 8 gezeigt gesetzt ist, wird das Abgas, welches von der Öffnung 116c einfließt, mit anderem Verbrennungsgas effizient gemischt. Das heißt, weil die Winkelgeschwindigkeit in der freien Wirbelfläche C variabel ist, wird Scherkraft generiert, welche das Mischen des Gases fördert.
Die 10 und 11 sind Diagramme, welche die Anordnung eines Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps zeigen. 10 ist eine Sektionsansicht, welche entlang der Linie E-E in 11 ist. 11 ist eine Sektionsansicht, welche entlang der Linie D-D in 10 ist. In 10 und 11 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen, wie diejenigen in den 1 und 2 die gleiche oder korrespondierende Teile oder Glieder. Das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen, welches in den 1 und 2 gezeigt ist, darin, dass die Abgaseinlassröhren 116 an der Oberseite des Brennerteils 110 derart installiert sind, dass das Abgas, welches aus den Öffnungen 116d der Abgaseinlassröhren 116, welche sich an der Innenoberfläche des zylindrischen Glieds 112 öffnen, welches den Brennerteil 110 bil det, abgeblasen wird, Wirbelflüsse ausbildet, welche schräg nach unten in dem Brennertil 110 und der Verbrennungskammer 120 gerichtet sind.
Als ein Ergebnis des Installierens der Abgaseinlassröhren 116 derart, dass Abgas, welches von den Öffnungen 116d an der Innenwandoberfläche des zylindrischen Glieds 112 abgeblasen wird, schräg abwärts gerichtete Wirbelflüsse in dem Brennerteil 110 und der Verbrennungskammer 112 ausbildet, erhöht sich die Länge an Zeit (Verweilzeit), welche das Abgas in der Verbrennungskammer 120 bleibt. Konsequenterweise wird das Heizen des Abgases erleichtert, und das Mischen des Abgases mit anderem Verbrennungsgas wird gefördert. Dementsprechend kann oxidative Zersetzung des Abgases effizient ausgeführt werden.
In einem Abgasbehandlungssystem, in welchem Wärme von der Innenwand der Verbrennungskammer 120 abgegeben wird (zum Beispiel eine Anordnung, in welcher ein Heizer an der Innenwand der Verbrennungskammer 120 vorgesehen ist; eine Anordnung in welcher Flammen von Flammenöffnungen emittiert werden, welche in der Innenwandoberfläche vorgesehen sind; oder eine Anordnung, in welcher Flammen von der gesamten Innenwandoberfläche emittiert werden), kann oxidative Zersetzung von gefährlichem Abgas besonders effektiv durchgeführt werden, weil Wirbelflüsse von Abgas in der Nähe der Wandoberfläche in der Verbrennungsklammer 120 konzentrieren und somit sich der Abgaserhitzungseffekt erhöht.
Es soll erwähnt werden, dass die oben beschriebene Anordnung des Brennerteils 110 und der Verbrennungskammer 120 nur ein Beispiel ist, und das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die 12 bis 16 beschrieben. 12 ist ein Diagramm, welches ein strukturelles Beispiel des Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur sind die Pfeile A und A, die Pfeile B und B, und die Pfeile C und C jeweils miteinander verbunden. In dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps wird Wasserstoff (N₂) als ein Gas für die Verbrennung verwendet. Sauerstoff (O₂) Gas wird mit dem Wasserstoffgas gemischt, um Verbrennungsflammen auszubilden. Abgas wird in die Verbrennungsflammen eingeführt, um das Abgas oxidativ zu zersetzen. In 12 hat ein Körper 10 des Abgasbehandlungssystems einen Brennerteil 11 und eine Verbrennungskammer 12 bei der stromabwärts liegenden Seite des Brennerteils 11. Eine Luftkammer 13 zum Halten von Luft (Ae) zur Verbrennung ist um den oberen Teil der äußeren Peripherie des Brennerteils 11 vorgesehen. Eine Brenngaskammer 14 zum Halten eines gemischten Gases aus Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ ist um den Mittelteil der äußeren Peripherie des Brennerteils 11 vorgesehen. Eine Kühlwasserkammer 15 zum Halten von Kühlwasser H₂O ist um den unteren Teil der äußeren Peripherie des Brennerteils 11 vorgesehen. Der Oberteil des Brennerteils 11 ist mit einer Vielzahl (vier maximal) von Abgaseinlassröhren 16 vorgesehen. Jede Abgaseinlassröhre 16 ist mit einem Abgaseinlassdrucksensor 19 und einem Abgaseinlasstemperatursensor 20 vorgesehen. Ein Pilotbrenner 17 ist in der Mitte des Oberteils des Brennerteils 11 vorgesehen. Es soll erwähnt werden, dass die Struktur des Körpers 10 des Abgasbehandlungssystems detailliert in der Beschreibung und den Zeichnungen von PCT/JP99/00632 offenbart ist nicht direkt mit der vorliegende Erfindung in Beziehung steht. Deshalb wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Der Verbrennungsteil 12 ist mit einem UV Sensor 18 zum Detektieren von Verbrennungsflammen vorgesehen. Die Brenngaskammer 14 ist mit einem Brenngaskammertemperatursensor 21 vorgesehen. Die Brenngaskammer 14 ist mit einem Mischer 23 durch die Mischgasröhre 22 verbunden. Die Mischgasröhre 22 ist mit einem Temperatursensor 24 zum Detektieren von Rückschlag vorgesehen. Der Mischer 23 ist mit einer Sauerstoff (O₂) Gasversorgungsleitung und einer Wasserstoff (H₂) Gasversorgungsleitung 26 vorgesehen.
Die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 ist, in der Reihenfolge von der stromabwärts liegenden Seite, mit einem Absperrventil 27, einem Rückschlagventil 28, einem Versorgungsventil 29, einer Massenflusssteuerung 30, einem Druckminderungsventil 31, einem Rückschlagventil 32 und einem Absperrventil 33 verbunden. Ferner ist ein Sauerstoffdrucksensor 34 zum Detektieren des Drucks von Sauerstoffgas zwischen der Massenflusssteuerung 30 und dem Druckminderungsventil 31 verbunden. Ein Abzweigventil 35 zum Einspritzen eines Gases zum Leck testen ist zwischen dem Rückschlagventil 32 und dem Absperrventil 33 verbunden. Die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 ist mit einer Sauerstoffquelle (nicht gezeigt) verbunden.
Die Sauerstoffgasversorgungsleitung 26 ist, in der Reihenfolge von der stromabwärts liegenden Seite, mit einem Absperrventil 36, einem Rückschlagventil 37, einem Versorgungsventil 38, einem Versorgungsventil 39, einer Massenflusssteuerung 40, einem Druckminderungsventil 41, einem Rückschlagventil 42 und einem Absperrventil 43 verbunden. Ferner ist ein Wasserstoffdrucksensor 44 zum Detektieren des Drucks von Wasserstoffgas zwischen der Massenflussteuerung 40 und dem Druckminderungsventil 41 verbunden. Ein Abzweigventil 45 zum Einspritzen eines Gases zum Leck testen ist zwischen dem Rückschlagventil 42 und dem Absperrventil 43 verbunden. Die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 ist mit einer Wasserstoffgasquelle (nicht gezeigt) verbunden.
Zusätzlich ist das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps mit einer Luftversorgungsleitung 47 vorgesehen, welche mit einer Luftversorgungsquelle (nicht gezeigt) durch ein Rückschlagventil 46 verbunden ist, vorgesehen. Ferner ist eine Stickstoffgasversorgungsleitung 50 mit einer Stickstoff (N₂) Quelle (nicht gezeigt) durch ein Druckminderungsventil 49 und ein Rückschlagventil 48 verbunden.
Der Pilotbrenner 17 wird mit Wasserstoffgas von einer Wasserstoffgasversorgungsleitung 83 für den Pilotbrenner versorgt, welche von der stromaufwärts gelegenen Seite der Massenflusssteuerung 40 auf der Wasserstoff gasversorgungsleitung 26 abzweigt. Die Wasserstoffgasversorgungsleitung 83 für den Pilotbrenner ist mit einem Flusssensor (Flächenflussmesser) 51, einem Versorgungsventil 52, einem Versorgungsventil 53, einem Rückschlagventil 54 und einem Absperrventil 55 verbunden. Der Pilotbrenner 17 kann auch mit Luft von der Luftversorgungsleitung 47 durch ein Druckminderungsventil 56, einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 57, ein Flusssteuerungsventil 58, ein Versorgungsventil 59 und ein Rückschlagventil 60 versorgt werden.
Die Luftkammer 13 des Körpers 10 des Abgasbehandlungssystems kann mit Luft von der Luftversorgungsleitung 47 durch ein Druckminderungsventil 61, einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 62, ein Flusssteuerungsventil 63, ein Versorgungsventil 64 und ein Rückschlagventil 65 versorgt werden. Eine Kammer 12a, welche mit thermischem Isolator gepackt ist, ist um die äußere Peripherie der Verbrennungskammer 12 des Körpers 10 des Abgasbehandlungssystems vorgesehen. Die Kammer 12a, welche mit thermischem Isolator gepackt ist, kann mit Luft zum Reinigen von der Luftversorgungsleitung 47 durch ein Druckminderungsventil 66, einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 67 und einen Flusssensor (Flächenflussmesser) 68 versorgt werden. Der UV Sensor 18 wird auch mit Luft zum Reinigen versorgt. Der Fluss von Luft zum Reinigen kann mit einem Flusssensor (Flächenflussmesser) 91 überwacht werden.
Stickstoffgas kann zu einem Punkt zwischen dem Rückschlagventil 42 und dem Absperrventil 43 auf der Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 von der Stickstoffgasversorgungsleitung 50 durch ein Absperrventil 69 und ein Rückschlagventil 70 geliefert werden. Stickstoffgas kann auch zu einem Punkt zwischen dem Rückschlagventil 28 und dem Versorgungsventil 29 auf der Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 von der Stickstoffgasversorgungsleitung 50 durch einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 71, ein Flusssteuerungsventil 72, ein Versorgungsventil 73 und ein Rückschlagventil 74 geliefert werden. Ferner kann Stickstoffgas zu einem Punkt zwischen dem Rückschlagventil 37 und dem Versorgungsventil 38 auf der Wasserstoffgasversorgungs leitung 26 von der Stickstoffgasversorgungsleitung 50 durch einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 75, ein Flusssteuerungsventil 76, ein Versorgungsventil 77 und ein Rückschlagventil 78 geliefert werden.
Zusätzlich kann Sauerstoffgas zu einem Punkt zwischen dem Versorgungsventil 53 und dem Rückschlagventil 54 auf der Wasserstoffgasversorgungsleitung 83 für den Pilotbrenner von der Stickstoffgasversorgungsleitung 50 durch einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 79, ein Flusssteuerungsventil 80, ein Versorgungsventil 81 und ein Rückschlagventil 82 geliefert werden. Die Kühlwasserkammer 15 des Körpers 10 des Abgasbehandlungssystems wird mit kaltem Wasser (N₂O) von einer Kaltwasserquelle (nicht gezeigt) durch einen Flusssensor (Einfügeflussmesser) 92 und ein Flusssteuerungsventil 89 beliefert. Der Fluss von kaltem Wasser wird mit dem Flusssensor 92 überwacht.
13 ist ein Diagramm, welches ein anderes strukturelles Beispiel eines Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps verwendet ein Brenngas, welches mit niedrigem Druck (niedriger als ungefähr 100 kPa), zum Beispiel 13A Stadtgas oder Propangas beliefert wird, als ein Gas für die Verbrennung. In diesem Abgasbehandlungssystem wird Propangas mit Sauerstoffgas gemischt, um Verbrennungsflammen auszubilden. Abgas wird in die Verbrennungsflammen eingeführt, um das Abgas oxidativ zu zersetzen. In 13 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 12 die gleichen oder korrespondierende Teile oder Glieder. In 13 sind die Pfeile A und A, Pfeile B und B, und Pfeile C und C jeweils miteinander verbunden.
Das Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, welches in 13 gezeigt ist, unterscheidet sich wesentlich von demjenigen, welches in 12 gezeigt ist, darin, dass eine Propangasversorgungsleitung 87 an dem Platz der Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 vorgesehen ist, und Propangas und Sauerstoffgas werden in dem Mischer 23 miteinander zusammen gemischt. Die Propangasversorgungsleitung 87 ist, in der Reihenfolge von der stromabwärts liegenden Seite, mit einem Rückschlagventil 37, einem Versorgungsventil 38, einem Versorgungsventil 39, einem Flusssensor (Flächenflussmesser) 85 und einem Absperrventil 43 verbunden. Zusätzlich ist eine Propangasversorgungsleitung 83' für den Pilotbrenner von der stromaufwärts liegenden Seite des Absperrventils 43 auf der Propangasversorgungsleitung 87 abgezweigt.
In den Abgasbehandlungssystemen des Verbrennungstyps, welche wie oben stehend ausgeführt angeordnet sind, werden Sauerstoff, welcher von der Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 geliefert wird und Wasserstoff, welcher von der Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 geliefert wird (oder Propangas, welches von der Propangasversorgungsleitung 87 geliefert wird), in dem Mischer 23 zusammengemischt. Das gemischte Gas wird durch die Röhre 22 für gemischtes Gas zu der Brenngaskammer 14 des Körpers 10 des Abgasbehandlungssystems geliefert und dann in den Brennerteil 11 von der Brenngaskammer 14 durch Brenngaseinspritzdüsen (nicht gezeigt) geliefert. Zusätzlich wird Luft zur Verbrennung in den Brennerteil 11 von der Luftkammer 13 durch Lufteinspritzdüsen (nicht gezeigt) geliefert. Zwischenzeitlich werden Wasserstoffgas (oder Propangas) und Luft zu dem Pilotbrenner 17 geliefert. Wenn sie mit einem Zünder 90 gezündet werden brennt das gemischte Gas aus Wasserstoff (oder Propangas) und Sauerstoff, um Verbrennungsflammen auszubilden, welche sich von dem Brennerteil 11 in Richtung der Verbrennungskammer 12 erstrecken. Es ist bevorzugt, die Verbrennungsflammen derart auszubilden, dass die Flammen schräg nach unten von dem Brennerteil 11 in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer 12 wirbeln.
Abgas, welches gefährliche und brennbare Gase enthält, zum Beispiel Silan (SiH₄) und Disilan (Si₂H₆) aus einem Halbleiterherstellungssystem oder einem Herstellungssystem für Flüssigkristallpanelle wird in die Verbrennungsflammen durch die Abgaseinlassröhren 16 eingeführt, dadurch wird das Abgas oxidativ zersetzt, um es ungefährlich zu machen.
In einem Fall, in welchem Wasserstoffgas H₂ als Brennstoff verwendet wird und das Wasserstoffgas und Sauerstoffgas O₂ in dem Mischer 23 zusammengemischt und zu dem Brennerteil 11 geliefert werden, wie in 12 gezeigt, sind die Röhren zum Liefern der Wasserstoff- H₂ und O₂ Sauerstoffgase wie unten stehend ausgeführt angeordnet. In dem dies getan wird ist es möglich, ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps vorzusehen, welches dazu in der Lage ist, Zündung und Auslöschung von Flammen sicher und zuverlässig durchzuführen, und auch dazu in der Lage ist, Abnormalität abzufühlen.
Die Sauerstoffgas O₂ Versorgungsleitung 25 ist in der Reihenfolge von der stromabwärts liegenden Seite mit einem Absperrventil 27, einem Rückschlagventil 28, einem Versorgungsventil 29, einer Massenflusssteuerung 30, einem Druckminderungsventil 31, einem Rückschlagventil 32 und einem Absperrventil 33 verbunden. Die Wasserstoffgas H₂ Versorgungsleitung 26 ist in der Reihenfolge von der stromabwärts liegenden Seite mit einem Absperrventil 36, einem Rückschlagventil 37, einem Versorgungsventil 38, einem Versorgungsventil 39, einer Massenflusssteuerung 40, einem Druckminderungsventil 41, einem Rückschlagventil 42 und einem Absperrventil 43 verbunden. Mit dieser Anordnung werden Geräte, welche relativ geringe Druckwiderstandsfähigkeit haben, auf der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet, wobei Geräte, welche hohe Druckwiderstandsfähigkeit haben oder keinen Anlass zu ernstem Problem geben, auch wenn sie gebrochen sind, an der stromabwärts liegenden Seite angeordnet sind. Dementsprechend ist es möglich, die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 und die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 zu schützen, wenn aufgrund von abnormaler Verbrennung oder Ähnlichem auf der stromabwärts liegenden Seite, wo Verbrennung oder andere ähnliche Phänomene stattfinden, der Druck ansteigt. Das Gleiche trifft zu in dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, welches in 13 gezeigt ist, welches Propangas als Brennstoff verwendet.
Ferner ist die volumetrische Kapazität des Mischers 23 zum zusammenmschen von Sauerstoffgas und Wasserstoffgas reduziert, und die Länge der Röhre 22 für gemischtes Gas, welche den Mischer 23 und den Brennerteil 11 verbindet, ist verkürzt. Wenn Rückschlag auftritt brennt das gemischte Gas in dem Mischer 23 und der Röhre 22 für gemischtes Gas, wie auch in dem Brennerteil 11, auf einen Schlag. Jedoch wird die Verbrennungsenergie minimiert durch Reduzieren der volumetrischen Kapazität des Mischers 23 und Verkürzen der Länge der Röhre 22 für gemischtes Gas. Dementsprechend ist es nötig, Beschädigung an Geräten aufgrund von Temperaturerhöhung oder Druckerhöhung in der Röhre zu minimieren.
Ferner sind sowohl die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 wie auch die Sauerstoffgasversorgungsleitung 26 mit Rückschlagventilen 32 und 42 jeweils vorgesehen, auf der stromaufwärts liegenden Seite des Mischers 23. Somit ist es nötig, Wasserstoffgas daran zu hindern, in die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 zurückzufließen, und auch Sauerstoffgas daran zu hindern, in die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 zurückzufließen, wenn es einen Druckanstieg auf der stromabwärts liegenden Seite gibt. Dementsprechend ist es nötig, Rückschlag daran zu hindern, sich in die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 oder die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 auszubreiten.
Wenn die Menge des Abgases, welche von den Abgaseinlassröhren 16 einfließt stark abfällt heizt sich der Brennerteil 11, welcher bis dahin durch das Abgas gekühlt wurde, auf, was dazu führt, dass die Temperatur der Brenngaskammer 14 ansteigt. Wenn die Temperatur in der Brenngaskammer 14 den spontanen Zündpunkt des Brenngases (das heißt das gemischte Gas aus Wasserstoff und Sauerstoff) übersteigt, tritt Rückschlag auf. Deshalb wird die Temperatur in der Brenngaskammer 14 mit dem Brenngaskammertemperatursensor 21 überwacht. Wenn die Temperatur in der Brenngaskammer 14 eine vorbestimmte Temperatur unter einer Temperatur, bei welcher spontane Zündung auftreten kann, erreicht, werden die Flammen automatisch ausgelöscht, um das Auftreten von Rückschlag zu verhindern.
In einem Fall, in welchem die Massenflusssteuerungen 30 und 40 jeweils anstatt einer Kombination eines Flussmessers und eines Flusssteuerungsventils, wie in 14 gezeigt, verwendet werden, wird die Massenflusssteuerung 30 aus einer Kombination des Massenflussmessers 30-1 und der Massenflusssteuerung 30-2 ausgebildet, und die Massenflusssteuerung 40 ist aus einer Kombination eines Massenflussmessers 40-1 und einer Massenflusssteuerung 40-2 ausgebildet. Es soll erwähnt werden, dass die Bezugszeichen 30-3 und 40-3 jeweils Flussindikatoren bezeichnen. Mit diesen Kombinationen zeigen die Flussindikatoren 30-3 und 40-3 Werte an, welche mit den Massenflussmessern 30-1 und 40-1 detektiert wurden. Flusssteuerung wird durchgeführt mit Werten, welche individuell auf den Massenflusssteuerungen 30-2 und 40-2 eingestellt sind. Wenn somit ein Fehler von entweder der Flussdetektionsfunktion des Massenflussmessers 30-1 oder 40-1 oder der Flusssteuerungsfunktion der Massenflusssteuerung 30-2 oder 40-2 auftritt, kann der Fehler als eine Abnormalität des angezeigten Werts detektiert werden.
Die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 ist mit einem Sauerstoffdrucksensor 34 zum Detektieren des Sauerstoffgasdrucks vorgesehen, und die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 (oder die Propangasversorgungsleitung 87) ist mit einem Wasserstoffdrucksensor 44 zum Detektieren des Wasserstoffgasdrucks (oder ein Propangasdrucksensor 44'' zum Detektieren des Propangasdrucks) vorgesehen, wodurch es ermöglicht wird, den Sauerstoffgasdruck und den Wasserstoffgasdruck (oder den Propangasdruck) zu überwachen. Somit ist es möglich, eine Veränderung in dem Lieferdruck zu detektieren, welche die wesentliche Ursache für eine Veränderung der Sauerstoffgasflussrate und der Wasserstoffgasflussrate (oder der Propangasflussrate) ist. Konsequenterweise kann eine Abnormalität detektiert werden, vor dem Auftreten einer Veränderung in der Flussrate, welche Rückschlag oder Ausblasen von Flammen verursachen kann.
Die Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 ist mit einem Absperrventil 27 zwischen dem am weitesten stromabwärts gelegenen Rückschlagventil 28 und dem Mischer 23 vorgesehen. Ähnlich ist die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 mit einem Absperrventil 36 zwischen dem am weitesten stromabwärts liegenden Rückschlagventil 37 und dem Mischer 23 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Absperrventil 33 auf der stromaufwärts liegenden Seite des am meisten stromaufwärts liegenden Rückschlagventils 32 vorgesehen, und ein Absperrventil 43 ist an der stromaufwärts liegenden Seite des am meisten stromaufwärts liegenden Rückschlagventils 42 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Abzweigventil 35 zwischen dem Absperrventil 33 und dem Rückschlagventil 32 vorgesehen, und ein Abzweigventil 45 ist zwischen dem Absperrventil 43 und dem Rückschlagventil 42 vorgesehen. Deshalb kann ein Luftdichtigkeitstest einfach ausgeführt werden durch Einspritzen eines Gases zum Leck testen (zum Beispiel Heliumgas oder Stickstoffgas) durch die Abzweigventile 35 und 45 mit den am meisten stromabwärts gelegenen Absperrventilen 37 und 36 und den am meisten stromaufwärts liegenden Absperrventilen 33 und 43 geschlossen. Die Einfachheit des Ausführens eines Luftdichtigkeitstests ist insbesondere effektiv in einem Fall, in welchem Wasserstoffgas, welches mit hoher Wahrscheinlichkeit leckt, als ein Brennstoff verwendet wird.
Die Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 ist mit Versorgungsventilen 38 und 39 doppelt versehen. Ähnlich ist die Sauerstoffgasversorgungsleitung 83 für den Pilotbrenner mit Versorgungsventilen 52 und 53 doppelt veresehen. Somit, selbst wenn eines des Paare von Wasserstoffgasversorgungsventilen nicht mehr dazu in der Lage wird, die Versorgung von Wasserstoffgas aufgrund eines Fehlers abzustellen, zum Beispiel durch Verunreinigung mit Staub oder anderer fremder Materie, kann das andere Versorgungsventil als ein Ersatz dienen, um die Versorgung von Wasserstoffgas abzustellen.
Der Durchmesser der Röhre 22 für gemischtes Gas ist derart eingestellt, dass die Flussgeschwindigkeit des gemischten Gases, welches durch die Röhre 22 für gemischtes Gas fließt, nach dem Mischer 23 geringer sein wird als die Brenngeschwindigkeit. Zusätzlich, wie in 15 gezeigt ist, ist die Röhre 22 für gemischtes Gas mit einem gebogenen Teil 22a unmittelbar stromabwärts des Auslasses des Mischers 23 vorgesehen, und ein Temperatursensor 24 zum Detektieren von Rückschlag ist auf dem gebogenen Teil 22a vorgesehen, um die Temperatur zu überwachen. Mit diesen Anordnungen, wenn Rückschlag auftritt, stagniert der Fluss von gemischtem Gas bei dem gebogenen Teil 22a, und Flammen werden sicher ausgebildet. Deshalb kann Rückschlag zuverlässig detektiert werden.
Wenn Propangas F unter niedrigem Versorgungsdruck (von der Größenordnung von 2 kPa) in dem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, welches in 13 gezeigt ist, verwendet wird, kann insbesondere ein Auswerfer 100, wie in 16 gezeigt ist, als ein Mischer zum Zusammenmischen von Propangas F als Brennstoff und Sauerstoffgas O₂ verwendet werden. Der Auswerfer 100 verwendet Sauerstoffgas O₂ als Antriebskraft und erlaubt, dass der Sauganschlussdruck –15 kPa oder niedriger sein kann. Somit, auch wenn der Propangasversorgungsdruck niedrig ist und innerhalb von 1,5 kPa variiert oder es Druckvariationen in dem Brennerteil 11 gibt können die tatsächlichen Brennstoffflussvariationen innerhalb von 5 Prozent gehalten werden.
Wenn ein Auswerfer, angeordnet wie in 16 gezeigt ist, als der Mischer 23 verwendet wird, ist ein Saugdrucksensor 86 für den Auswerfer vorgesehen, um den Sauganschlussdruck zu überwachen. Wenn der Sauganschlussdruck mindestens –15 kPa erreicht, wird es beurteilt, dass es eine Abnormalität gibt, und die Lieferung von Brenngas und Sauerstoffgas, welche in den Mischer 23 fließen, wird abgeschaltet. Ein Anstieg in dem Saugdruck des Auswerfers wird durch eine Reduktion in der Flussrate von Sauerstoffgas, Verstopfung der Brennstoffröhre, oder einem abnormalen Druckanstieg in dem Brennerteil 11 verursacht. Deshalb können abnormale Verbrennung und der Rückfluss von Sauerstoff in Richtung der Propangasversorgungsleitung verhindert werden durch Abschalten der Versorgung von Brenngas und Sauerstoffgas beim Detektieren eines Anstiegs in dem Auswerfersaugdruck wie oben ausgeführt.
Ferner, wenn ein Auswerfer, angeordnet wie in 16 gezeigt, verwendet wird als der Mischer 23, kann der Auswerfer eine Struktur haben, welche aufteilbar ist in einen Düsenteil 101, welcher mit Sauerstoffgas als ein Antriebsgas verwendet wird, und einen Diffusorteil 102, in welchem ein Saugdruck tatsächlich erzeugt wird. Diese Auswerterstruktur macht es nötig, die Kombination des Durchmessers einer Düse 101a in dem Düsenteil 101 und des Durchmessers eines Diffusors 102a in dem Diffusorteil 102 leicht zu verändern. Somit, wenn die Flussrate von Propangas als Brennstoff und die Flussrate von Sauerstoffgas verändert werden sollen, kann ein Auswerter, welcher die notwendige Performance hat, einfach ausgewählt werden.
Ferner, wie oben stehend erwähnt, ist eine Reinigungsleitung vorgesehen, um zu erlauben, dass Stickstoffgas zu der Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 von der Stickstoffgasversorgungsleitung 50 durch den Flusssensor 71, das Flusssteuerungsventil 72, das Versorgungsventil 73 und das Rückschlagventil 74 geliefert wird, und eine andere Reinigungsleitung ist vorgesehen, um zu erlauben, dass Stickstoffgas zu der Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 an einem Punkt zwischen dem Rückschlagventil 37 und dem Versorgungsventil 38 von der Stickstoffgasversorgungsleitung 50 durch den Flusssensor 75, das Flusssteuerungsventil 76, das Versorgungsventil 77 und das Rückschlagventil 78 geliefert wird. Die Stickstoffgaseinspritzpunkte der Sauerstoffgasversorgungsleitung 25 und der Wasserstoffgasversorgungsleitung 26 sind auf den stromabwärts liegenden Seiten der Versorgungsventile 29 und 38 jeweils gesetzt. Deshalb kann zur Zeit des Auslöschens der Flammen das Brenngas (Sauerstoffgas oder Propangas) durch die gleiche Menge von Stickstoffgas ersetzt werden. Dementsprechend gibt es keine Veränderung in der Flussrate, und somit kann das Auftreten von Rückschlag verhindert werden, wenn die Flammen ausgelöscht werden.
In einem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, in welchem Sauerstoffgas und Brenngas (Wasserstoffgas oder Propangas) in dem Mischer 23 zusammengemischt werden und zu dem Brennerteil 11 geliefert werden, wo das gemischte Gas gezündet wird wie oben stehend ausgeführt, insbe sondere in einem Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, welches Propangas als Brenngas verwendet, wie in 13 gezeigt, wenn der Versorgungsdruck von Propangas gering ist (von der Größenordnung von 2 kPa) oder ein Brennstoff, welcher eine geringe Brenngeschwindigkeit hat (das heißt die Brenngeschwindigkeit in der Luft ist 1 m/s oder weniger) verwendet wird, kann das Brenngas gezündet werden und sicher und zuverlässig verbrannt werden, durch Zünden des Brennerteils 11 gemäß der folgenden Prozedur.
Bei dem Beginn der Zündung wird nicht Sauerstoff sondern Luft zu dem Auswerfer geliefert (siehe 16), welcher als der Mischer 23 dient, von der Luftversorgungsleitung 47 durch Öffnen der Versorgungsventile 29 und 87'' zum Liefern von Luft für die Zündung. Nachdem der benötigte Saugdruck sichergestellt wurde, werden die Versorgungsventile 38 und 39 geöffnet, um zu beginnen, Brenngas (Propangas) zu liefern. Dann wird das Versorgungsventil 87' geschlossen, und ein Versorgungsventil 84 wird geöffnet, um das Gas, welches geliefert werden soll, von der Zündungsluft zu Sauerstoff zu wechseln. In dem dies getan wird, wird das Verhältnis des Betrags von Sauerstoffgas zu dem Betrag von Brenngas temporär hoch. Dementsprechend ist es nötig, das Auftreten von Rückschlag aufgrund eines Anstiegs in der Brenngeschwindigkeit zu verhindern.
Zu der Zeit des Zündens des Brennerteils 11, welcher als der Hauptbrenner mit dem Pilotbrenner 17 dient, nachdem der Brennerteil 11 gezündet wurde, wird das Versorgungsventil 84 geöffnet, um Wirbelluft zu erlauben, von der Luftversorgungsleitung 47 aus einzufließen. Wenn ein Brennstoff, welcher eine langsame Flammenausbreitungsgeschwindigkeit zeigt, verwendet wird, wird das Versorgungsventil 64 geöffnet und geschlossen, um die Belieferung und das Abstellen zu wiederholen, einmal bis mehrere Male in Intervallen von einer Sekunde ab dem Beginn der Lieferung von Wirbelluft. Somit, auch wenn es eine nicht gezündete Brennstoffeinspritzdüse gibt nach der Zündung des Brennerteils 11 als der Hauptbrenner, wird die Richtung der Flammen von gezündeten Brennstoffeinspritzdüsen verändert durch die starken Wir belflüsse von Luft, so dass Flammen sicher ausgebildet werden können von allen Brennstoffeinspritzdüsen.
Wie oben stehend ausgeführt wurde, sieht die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Effekte vor.
Jede Abgaseinlassröhre wird mit einem Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgerät vorgesehen, zum Beispiel eine Zumessöffnung oder ein verengter Röhrenteil, welcher verursacht, dass die Flussgeschwindigkeit des brennbaren Abgases, welches durch die Abgaseinlassröhre fließt, höher ist als die Brenngeschwindigkeit des brennbaren Abgases. Dementsprechend ist es nötig, Rückschlag daran zu hindern, sich in die Abgaseinlassröhre auszubreiten.
Das Flussgeschwindigkeitsbeschleunigungsgerät ist vorgesehen in einem Kupplungsmechanismus zum Zusammenkuppeln eines Flansches an dem Einlass der Abgaseinlassröhre und eines Flansches an einem Ende einer Abgasversorgungsröhre, und ein plattenförmiges Glied mit einer Öffnung, welche in der Mitte davon ausgebildet ist, ist zwischen den zwei Flanschen eingefügt. Dementsprechend ist es nötig, Rückschlag daran zu hindern, sich in die Abgaseinlassröhre auszubreiten, ohne Veränderung der Struktur des existierenden Abgasbehandlungssystems des Verbrennungstyps.
Die radiale Position einer Öffnung der Abgaseinlassröhre, welche sich an der inneren Wandoberfläche des Brennerteils öffnet, ist in der freien Wirbelfläche eingestellt. Konsequenterweise wird das Abgas, welches in dem Brennerteil fließt, gründlich mit dem Verbrennungsgas des Zusatzbrenngases gemischt, welches die thermische oxidative Zersetzung des Abgases fördert.
Die Abgaseinlassröhre ist derart angeordnet, dass das Abgas, welches von der Öffnung der Abgaseinlassröhre abgeblasen wird, welche sich an der inneren Wandoberfläche des Brennerteils öffnet, einen Wirbelfluss direkt schräg nach unten in den Brennerteil und die Verbrennungskammer ausbil det. Deshalb erhöht sich die Länge der Zeit (Verweilzeit), welche das Abgas in der Verbrennungskammer bleibt. Konsequenterweise wird das Heizen des Abgases erleichtert, und das Mischen des Abgases mit anderem Verbrennungsgas wird gefördert. Dementsprechend kann thermische oxidative Zersetzung des Abgases effizient ausgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Mischer außerhalb des Brennerteils vorgesehen und mit Sauerstoffgas von einer Sauerstoffgasversorgungsleitung und einem Brenngas von einer Brenngasversorgungsleitung zum Zusammenmischen der zwei Gase beliefert, und das gemischte Gas wird zu dem Brennerteil geliefert. Deshalb ist es leicht, das Mischungsverhältnis des Sauerstoffgases und des Brenngases in dem Mischer zu steuern. Dementsprechend wird es möglich, effiziente Verbrennungsbehandlung von Abgas zu realisieren und leicht, das Auftreten von abnormaler Zündung und Rückschlag zur Zeit der Zündung und des Auslöschens von Flammen zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Geräten, welche in jeder der Sauerstoffgasversorgungsleitung und der Brenngasversorgungsleitung eingefügt sind und damit verbunden sind, derart angeordnet, dass diejenigen, welche eine relativ niedrige Druckwiderstandsfähigkeit haben, an der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet sind, und diejenigen, welche eine hohe Druckwiderstandsfähigkeit haben oder nicht Anlass zu einem Problem geben, auch wenn sie gebrochen sind, an der stromabwärts liegenden Seite angeordnet sind. Deshalb ist es nötig, die Sauerstoffgasversorgungsleitung und die Brenngasversorgungsleitung zu schützen, wenn der Druck aufgrund von abnormaler Verbrennung oder Ähnlichem auf der stromabwärts liegenden Seite ansteigt, wo Verbrennung oder ein anderes ähnliches Phänomen stattfindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Rückschlagventile in sowohl der Sauerstoffgasversorgungsleitung wie auch der Brenngasversorgungsleitung vorgesehen. Deshalb ist es nötig, das Brenngas daran zu hindern, in die Sauerstoffgasversorgungsleitung von der Brenngasversorgungsleitung zu fließen, und auch das Sauerstoffgas daran zu hindern, zurück in die Brenngasversorgungsleitung von der Sauerstoffgasversorgungsleitung zu fließen, wenn es einen Druckanstieg auf der stromabwärts liegenden Seite gibt. Dementsprechend ist es möglich, Rückschlag daran zu hindern, sich in diese Versorgungsleitungen auszubreiten.
Ferner ist ein Abzweigventil zum Einspritzen eines Gases zum Leck testen zwischen dem ersten Absperrventil und dem zweiten Absperrventil vorgesehen. Dementsprechend kann Leck testen extrem einfach ausgeführt werden. Die Einfachheit des Ausführens von Leck testen ist insbesondere effektiv in einem Fall, in welchem Wasserstoffgas, welches mit hoher Wahrscheinlichkeit leckt, als ein Brennstoff verwendet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Temperatursensor zum Detektieren der Temperatur in der Brenngaskammer vorgesehen, und wenn die Temperatur in der Brenngaskammer eine vorbestimmte Temperatur unterhalb des spontanen Entzündungspunktes des gemischten Gases erreicht, werden die Flammen in dem Brennerteil automatisch ausgelöscht. Dementsprechend wird kein Rückschlag auftreten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zu der Zeit des Auslöschens der Flammen das Sauerstoffgasversorgungsventil und das Brenngasversorgungsventil geschlossen, um die Lieferung von dem Sauerstoffgas und dem Brenngas zu stoppen. Danach werden die Sauerstoffgasversorgungsleitung und die Brenngasversorgungsleitung mit einem nicht brennbaren Gas als ein Reinigungsgas versorgt, in einer Menge, welche gleich zu der Menge von Sauerstoffgas und Brenngas ist, welche andernfalls geliefert werden würde. Konsequenterweise ist es möglich, die Variationen in der Flussrate zu eliminieren. Somit wird es möglich, das Auftreten von Rückschlag zur Zeit des Auslöschens von Flammen zu verhindern.

Claims

Ein Abgasbehandlungssystem des Verbrennungstyps, welches folgendes aufweist: einen Brennerteil (110); eine Verbrennungskammer (120), welche auf einer stromabwärts liegenden Seite des Brennerteils angeordnet ist; Mittel (112) zum Ausbilden von Verbrennungsflammen von dem Brennerteil (110) in Richtung der Verbrennungskammer (120); Mittel (116) zum Einführen eines Abgases in die Verbrennungsflammen zum oxidativen Zersetzen des Abgases; und einen Mischer (23), welcher außerhalb von dem Brennerteil vorgesehen ist, wobei der Mischer (23) mit Sauerstoffgas von einer Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) und einem Brenngas von einer Brenngasversorgungsleitung (26) versorgt wird, um das Sauerstoffgas und das Brenngas zusammen zu mischen, wobei ein gemischtes Gas ausgebildet wird; wobei das gemischte Gas zu dem Brennerteil (110) geliefert wird und darin verbrannt wird, um die Verbrennungsflammen auszubilden; wobei das System ferner folgendes aufweist: eine Brenngaskammer (14), welche um eine äußere Peripherie des Brennerteils (110) herum angeordnet ist, wobei die Brenngaskammer (14) mit dem gemischten Gas von dem Mischer (23) versorgt wird, wobei das gemischte Gas in den Brennerteil (110) von der Brenngaskammer (14) durch eine Düse (101a) eingeführt wird; einen Temperatursensor (21) zum Detektieren einer Temperatur in der Brenngaskammer (14); und Mittel zum automatischen Auslöschen der Flammen in dem Brennerteil (110), wenn die Temperatur in der Brenngaskammer (14) eine vorbestimmte Temperatur unterhalb eines spontanen Entzündungspunkts des gemischten Gases erreicht.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei die Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) und die Brenngasversorgungsleitung (26) jeweils eine Vielzahl von Geräten haben, welche darin eingeführt sind und damit verbunden sind, wobei diese Geräte derart angeordnet sind, dass diejenigen, welche relativ niedrige Druckwiderstandsfähigkeit haben, auf einer stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet sind, und diejenigen, welche eine höhere Druckwiderstandsfähigkeit aufweisen und auch dann keinen Anlass zu einem Problem geben, wenn sie gebrochen sind, bei einer stromabwärts liegenden Seite angeordnet sind.
Das System gemäß Anspruch 1, welches ferner folgendes aufweist: ein erstes Absperrventil (27, 36), und ein erstes Rückschlagsventil (28, 37), welche in einem am meisten stromabwärts gelegenen Zustand von sowohl der Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) wie auch der Brenngasversorgungsleitung (26) angeordnet sind, und zwar von einer stromabwärts liegende Seite davon gesehen; ein zweites Rückschlagventil (32, 42) und ein zweites Absperrventil (33, 43), welche in einem am meisten stromaufwärts gelegenen Zustand von sowohl der Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) wie auch der Brenngasversorgungsleitung (26) angeordnet sind, und zwar von einer stromabwärts liegende Seite davon gesehen; und ein Abzweigventil (35, 45) zum Einführen eines Gases zum Leck testen, welches zwischen dem ersten Absperrventil (27, 36) und dem zweiten Absperrventil (32, 42) von sowohl der Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) wie auch der Brenngasversorgungsleitung (26) angeordnet ist.
Das System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, welches ferner folgendes aufweist: eine Sauerstoffgasversorgungsleitung (29), welche in der Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) vorgesehen ist; ein Brenngasversorgungsventil (38, 39), welches in der Brenngasversorgungsleitung (26) vorgesehen ist; eine Versorgungsleitung (50) für nicht brennbares Gas, um ein nicht brennbares Gas zuzuführen; Mittel zum Einführen des nicht brennbaren Gases von der Versorgungsleitung (50) für nicht brennbares Gas zu stromabwärts liegenden Seiten ds Sauerstoffgasversorgungsventils (29) und des Brenngasversorgungsventils (38, 39); und Mittel zum Schließen, zu der Zeit des Auslöschens der Flammen, des Sauerstoffgasversorgungsventils (29) und des Brenngasversorgungsventils (38, 39) und Beliefern der Sauerstoffgasversorgungsleitung (25) und der Brenngasversorgungsleitung (26) mit dem nicht brennbaren Gas als ein Reinigungsgas in einer Menge gleich zu einer Menge von Sauerstoffgas und Brenngas, welche andernfalls geliefert werden würde.