KR20160003670A - 방사 버너 - Google Patents

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KR20160003670A
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앤드류 제임스 시레이
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에드워즈 리미티드
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Abstract

방사 버너 및 방법이 개시된다. 방사 버너는 제조 공정 툴로부터의 유출 가스 스트림을 처리하기 위한 것이며, 다공성 슬리브를 갖는 연소 챔버로서, 상기 다공성 슬리브의 연소 표면에 근접한 곳에서의 연소를 위해 연소 물질이 다공성 슬리브를 통과하는, 상기 연소 챔버; 및 상기 다공성 슬리브를 둘러싸고, 상기 다공성 슬리브에 상기 연소 물질을 공급하며, 상기 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 화학량론으로 상기 연소 물질을 제공하도록 구성된 플리넘을 포함한다. 연소 물질의 화학량론비를 변화시키는 이러한 접근법은 이에 상응하여 다공성 슬리브의 길이를 따라 그 연소 물질에 의해 발생되는 열을 변화시킨다. 다공성 슬리브의 길이를 따라 연소 챔버 내에서 발생되는 열의 변동을 보상하기 위해 연소 물질의 화학량론을 변화시킴으로써, 연소 챔버 내의 다공성 슬리브의 길이를 따라 보다 균일한 온도가 달성될 수 있다.

Description

방사 버너{RADIANT BURNER}
본 발명은 방사 버너(radiant burner) 및 방법에 관한 것이다.
방사 버너(radiant burner)가 공지되어 있으며, 전형적으로 예를 들어 반도체 또는 평판 디스플레이 제조 산업에서 사용되는 제조 공정 툴(manufacturing process tool)로부터의 유출 가스 스트림을 처리하는 데 사용된다. 그러한 제조 동안, 잔류 과불소화 화합물(perfluorinated compounds, PFCs) 및 다른 화합물이 공정 툴로부터 펌핑되는 유출 가스 스트림 내에 존재한다. PFCs는 유출 가스로부터 제거하기 어렵고, 환경 중으로의 그것의 방출은 그것이 비교적 높은 온실 활동도(activity)를 갖는 것으로 알려져 있기 때문에 바람직하지 않다.
공지의 방사 버너는 유출 가스 스트림으로부터 PFCs 및 다른 화합물을 제거하기 위해 연소를 사용한다. 전형적으로, 유출 가스 스트림은 PFCs 및 다른 화합물을 함유한 질소 스트림이다. 연료 가스가 유출 가스 스트림과 혼합되고, 그 가스 스트림 혼합물은 소공 형성된(foraminous) 가스 버너의 출구 표면에 의해 측방향으로 둘러싸인 연소 챔버 내로 이송된다. 연료 가스와 공기가 소공 형성된 버너로 동시에 공급되어 출구 표면에서 무염 연소(flameless combustion)를 달성하며, 이때 소공 형성된 버너를 통과하는 공기의 양은 버너로 공급되는 연료 가스뿐만 아니라, 연소 챔버 내로 주입되는 가스 스트림 혼합물 내의 모든 가연성 물질을 소멸시키기에 충분하다.
유출 가스 스트림을 처리하기 위한 기술이 존재하지만, 그것은 각각 고유의 단점을 갖는다. 따라서, 유출 가스 스트림을 처리하기 위한 개선된 기술을 제공하는 것이 요구된다.
제 1 태양에 따르면, 제조 공정 툴로부터의 유출 가스 스트림을 처리하기 위한 방사 버너가 제공되며, 이 방사 버너는 다공성 슬리브(porous sleeve)를 갖는 연소 챔버로서, 다공성 슬리브의 연소 표면에 근접한 곳에서의 연소를 위해 연소 물질이 다공성 슬리브를 통과하는, 상기 연소 챔버; 및 다공성 슬리브를 둘러싸고, 다공성 슬리브에 연소 물질을 공급하며, 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 화학량론(stoichiometry)으로 연소 물질을 제공하도록 구성된, 플리넘(plenum)을 포함한다.
제 1 태양은, 기존의 방사 버너에 관한 문제는 연소 챔버 내의 조건이 가능한 한 균일해야 하는 연소 챔버 내의 온도에 있어서의 변동으로 이어질 수 있는 것임을 인식한다. 특히, 제 1 태양은 연소 챔버의 길이를 따른 온도 변동이 방사 버너의 효율 및 수명을 감소시킬 수 있음을 인식한다.
따라서, 유출 가스 스트림을 처리할 수 있는 방사 버너가 제공될 수 있다. 방사 버너는 다공성 슬리브를 가질 수 있는 연소 챔버를 포함할 수 있으며, 다공성 슬리브의 연소 표면에 가깝거나 인접한 곳에서 연소하기 위해 다공성 슬리브를 통해 연소 물질이 통과할 수 있다. 다공성 슬리브를 둘러싸고 연소 물질을 다공성 슬리브에 제공하는 플리넘이 제공될 수 있다. 플리넘은 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 또는 상이한 화학량론으로 연소 물질을 제공하도록 구성되거나, 개조되거나 배열될 수 있다. 연소 물질의 화학량론비를 변화시키는 이러한 접근법은 이에 상응하여 다공성 슬리브의 길이를 따라 그 연소 물질에 의해 발생되는 열을 변화시킨다. 다공성 슬리브의 길이를 따라 연소 챔버 내에서 발생되는 열의 변동을 보상하기 위해 연소 물질의 화학량론을 변화시킴으로써, 연소 챔버 내의 다공성 슬리브의 길이를 따라 보다 균일한 온도가 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 연소 챔버는 유출 가스 스트림 입구(이 유출 가스 스트림 입구로부터 유출 가스가 연소 챔버에 제공됨)로부터 배기구(이 배기구로부터 처리된 유출 가스가 배기됨)까지 축방향으로 연장되고, 플리넘은 다공성 슬리브의 축방향 길이를 따라 변화하는 화학량론으로 연소 물질을 제공하도록 구성된다. 따라서, 연소물은 다공성 슬리브의 축방향 길이를 따라 상이한 화학량론비로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 플리넘은 유출 가스 스트림 입구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 증가시키도록 구성된다. 따라서, 유출 가스 스트림의 연소로 인해 대량의 열이 발생되는 영역에서 연소 물질에 의해 발생되는 열을 감소시키기 위해 더 희박한(lean) 연소 물질이 유출 가스 스트림 입구 부근에 제공될 수 있다. 이는 입구를 향해 연소 물질 내의 산화제의 비(ratio)를 증가시킴(또는 연료의 비를 감소시킴)으로써 달성될 수 있다. 실시예는 유출 가스 스트림 입구 부근에서 더 많은 열이 발생되며, 이는, 연소 챔버의 길이를 따라 균일한 연소 물질의 화학량론이면, 이러한 영역이 다른 곳보다 훨씬 더 고온으로 되게 할 것이고, 다공성 슬리브의 소결 또는 열화로 이어질 수 있다는 것을 인식한다.
일 실시예에서, 플리넘은 배기구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 감소시키도록 구성된다. 따라서, 대량의 열 손실이 발생하는 영역에서 연소 물질에 의해 발생되는 열을 증가시키기 위해 더 풍부한(rich) 연소 물질이 배기구 부근에 제공될 수 있다. 이는 배기구를 향해 연소 물질 내의 산화제의 비를 감소시킴(또는 연료의 비를 증가시킴)으로써 달성될 수 있다. 실시예는, 위어(weir)와 같은 임의의 하류측 처리 장치의 냉각 효과로 인해, 배기구 부근에서 고도의 열손실이 발생할 수 있다는 것을 인식한다. 이 역시 다공성 슬리브의 길이를 따라 보다 균일한 온도를 생성하는 데 도움을 준다.
일 실시예에서, 플리넘은 배기구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론에 비해서 유출 가스 스트림 입구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론을 증가시키도록 구성된다. 따라서, 연소 물질의 화학량론비는 배기구 부근에서의 것과 비교하여 가스 스트림 입구를 향해 과잉 산화제의 양을 증가시키도록(그리고/또는 과잉 연료의 양을 감소시키도록) 구성된다.
일 실시예에서, 플리넘은 유출 가스 스트림 입구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론에 비해서 배기구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론을 감소시키도록 구성된다. 따라서, 연소 물질의 화학량론비는 가스 스트림 입구 부근에서의 것과 비교하여 배기구를 향해 과잉 산화제의 양을 감소시키도록(그리고/또는 과잉 연료의 양을 증가시키도록) 구성된다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 플리넘은 유출 가스 스트림 입구를 향해 연료 대 산화제 비를 낮추도록 구성된다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 플리넘은 배기구를 향해 연료 대 산화제 비를 높이도록 구성된다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 플리넘은 배기구를 향한 연료 대 산화제 비에 비해서 유출 가스 스트림 입구를 향한 연료 대 산화제 비를 낮추도록 구성된다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 플리넘은 유출 가스 스트림 입구를 향한 연료 대 산화제 비에 비해서 배기구를 향한 연료 대 산화제 비를 높이도록 구성된다.
일 실시예에서, 플리넘은 플리넘에 연소 물질을 제공하는 연소 물질 입구, 및 유출 가스 스트림 입구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 증가시키기 위해 유출 가스 스트림 입구 부근에 산화제를 제공하는 산화제 입구를 포함한다. 입구 부근에 추가의 산화제를 추가하는 것은 연료의 비율을 감소시킴으로써 더 희박한 혼합물을 생성하고, 입구 부근의 화학량론 과잉 연료를 감소시킨다.
일 실시예에서, 플리넘은 유출 가스 스트림 입구를 향해 연소 물질의 산화제의 증가된 화학량론의 영역을 생성하기 위해 산화제 입구 부근에 산화제 입구 배플(baffle)을 포함한다. 배플을 제공하는 것은 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 산화제의 화학량론비를 제공하기 위해 상이한 화학량론 연소 물질의 상이한 영역의 혼합을 방지하는데 도움을 준다.
일 실시예에서, 플리넘은 플리넘에 연소 물질을 제공하는 연소 물질 입구, 및 배기구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 감소시키기 위해 배기구 부근에 연료를 제공하는 연료 입구를 포함한다. 배기구 부근에 추가의 연료를 추가하는 것은 연료의 비율을 증가시킴으로써 더 풍부한 혼합물을 생성하고, 배기구 부근의 화학량론 과잉 산화제를 감소시킨다.
일 실시예에서, 플리넘은 배기구를 향해 연소 물질의 산화제의 감소된 화학량론의 영역을 생성하기 위해 연료 입구 부근에 연료 입구 배플을 포함한다.
일 실시예에서, 연료 입구 배플 및 배출물 입구 배플 중 적어도 하나는 연소 물질 입구 부근의 영역과 연료 입구 및 산화제 입구 부근의 영역들 사이의 유체 연통을 감소시켜, 이들 영역 내의 산화제의 화학량론을 변화시킨다.
일 실시예에서, 플리넘은 상이한 화학량론으로 연소 물질을 각각 제공하는 복수의 인접한 플리넘을 포함한다. 따라서, 상이한 화학량론으로 연소 물질을 공급하기 위해 다공성 슬리브의 길이를 따라 다수의 독립된 인접한 플리넘이 제공될 수 있다.
제 2 태양에 따르면, 제조 공정 툴로부터의 유출 가스 스트림을 처리하기 위한 방법이 제공되며, 본 방법은 연소의 다공성 슬리브의 연소 표면에 근접한 곳에서 연소 물질을 연소시키는 단계; 및 다공성 슬리브를 둘러싸는 플리넘으로부터 다공성 슬리브에, 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 화학량론으로 연소 물질을 공급하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 연소 챔버는 유출 가스 스트림 입구(이 유출 가스 스트림 입구로부터 유출 가스가 연소 챔버에 제공됨)로부터 배기구(이 배기구로부터 처리된 유출 가스가 배기됨)까지 축방향으로 연장되고, 공급하는 단계는 다공성 슬리브의 축방향 길이를 따라 변화하는 화학량론으로 연소 물질을 공급하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 유출 가스 스트림 입구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 증가시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 배기구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 감소시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 배기구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론에 비해서 유출 가스 스트림 입구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론을 증가시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 유출 가스 스트림 입구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론에 비해서 배기구를 향한 연소 물질의 산화제의 화학량론을 감소시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 공급하는 단계는 유출 가스 스트림 입구를 향해 연료 대 산화제 비를 낮추는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 공급하는 단계는 배기구를 향해 연료 대 산화제 비를 높이는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 공급하는 단계는 배기구를 향한 연료 대 산화제 비에 비해서 유출 가스 스트림 입구를 향해 연료 대 산화제 비를 낮추는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 공급하는 단계는 유출 가스 스트림 입구를 향한 연료 대 산화제 비에 비해서 배기구를 향해 연료 대 산화제 비를 높이는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 연소 물질 입구를 사용해 연소 물질을 플리넘에 제공하는 단계, 및 유출 가스 스트림 입구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 증가시키기 위해 산화제 입구를 사용해 유출 가스 스트림 입구 부근에서 플리넘에 산화제를 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 산화제 입구 부근의 산화제 입구 배플을 사용해 유출 가스 스트림 입구를 향해 연소 물질의 산화제의 증가된 화학량론의 영역을 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 연소 물질 입구를 사용해 연소 물질을 플리넘에 제공하는 단계, 및 배기구를 향해 연소 물질의 산화제의 화학량론을 감소시키기 위해 배기구 부근의 연료 입구를 사용해 플리넘에 연료를 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 연료 입구 부근의 연료 입구 배플을 사용해 배기구를 향해 연소 물질의 산화제의 감소된 화학량론의 영역을 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 연소 물질 입구 부근의 영역과 연료 입구 및 산화제 입구 부근의 영역들 사이의 유체 연통을 감소시켜 이들 영역 내의 산화제의 화학량론을 변화시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 공급하는 단계는 상이한 화학량론을 갖는 연소 물질을 복수의 인접한 플리넘에 제공하는 단계를 포함한다.
추가의 특정한 그리고 바람직한 태양이 첨부된 독립항 및 종속항에 기재된다. 종속항의 특징은 적절한 바에 따라, 그리고 특허청구범위에 명시적으로 기재된 것 이외의 조합으로 독립항의 특징과 조합될 수 있다.
장치 특징부가 소정 기능을 제공하도록 작동가능한 것으로 기술되는 경우에, 이는 그 기능을 제공하는, 또는 그 기능을 제공하도록 개조되거나 구성된 장치 특징부를 포함한다는 것이 인식될 것이다.
이제, 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 추가로 기술될 것이다.
도 1의 (A) 및 (B)는 실시예에 따른 방사 버너를 예시하는 도면.
개관
실시예를 보다 상세히 논의하기 전에, 먼저 개관이 제공될 것이다. 실시예는 유출 가스 스트림의 처리에 사용되는 방사 버너 배열을 제공한다. 특히, 방사 버너는 버너의 다공성 슬리브의 길이를 따라 가변적인 연소 물질의 화학량론을 제공하도록 배열된다. 즉, 방사 버너는 버너 내의 온도 변동을 감소시키기 위해 버너 내의 연소 물질을 포함하는 물질의 가변적인 화학량론비를 제공하도록 배열된다. 예를 들어, 버너의 중심 또는 중간 영역이 공칭 표면 발화율(nominal surface firing rate)로 작동하고 있고 원하는 공칭 화학량론을 갖는(즉, 연료 대 산화제의 공칭 비를 갖는) 연소 물질을 사용하고 있는 경우, 표면 온도를 감소시키고 다공성 슬리브의 열적 열화를 최소화하기 위해 버너의 상부 부분(유출 가스 스트림을 수용하는 입구에 가장 가까운 부분)을 희박(이는 공칭 비와 비교하여 연료 대 산화제의 비를 감소시키는 것임)에서 작동시킬 수 있는 것이 유익하다. 마찬가지로, 온도를 증가시키고 배기구에 근접하게 위치된 임의의 냉각 위어(cooling weir)의 임의의 냉각된 표면으로의 방사로 인한 열손실에 대응하기 위해, 버너의 하부 영역(배기구에 가장 가까운 부분)을 풍부(이는 공치 비와 비교하여 연료 대 산화제의 비를 증가시키는 것임)에서 작동시키는 것이 유익하다.
하나의 실시예는 메인 버너 플리넘 구역에 정상 연료-공기 예비혼합물을 공급하고, 버너의 하부 영역에서 더 많은 연료-풍부 예비혼합물을 공급받는 제 2 플리넘 구역을 제공한다. 다른 실시예는 플리넘의 상단부에 희박 혼합물을 공급하고 플리넘의 하단부에 풍부 혼합물을 공급하여, 중간 영역에서 중간의 정상 연료-공기 예비혼합물을 허용한다. 다른 실시예는 연료 버너 전체를 정상 연료-공기 예비혼합물로 작동시키고, 추가의 공기를 상부 부분에 그리고/또는 추가의 연료를 하부 부분에 추가한다.
일 실시예에서, 산화제의 화학량론적 과잉은 유출 가스를 수용하는 입구를 향해 증가된다. 이는 이들 영역이 희박에서 작동하게 하고 표면 온도를 감소시켜 열적 열화를 최소화한다. 마찬가지로, 산화제 대 연료의 화학량론적 과잉은 배기구를 향해 감소되어서, 버너의 이러한 부분을 풍부에서 작동시켜 이러한 영역 내의 표면 온도를 증가시킨다. 이는 버너의 길이를 따른 보다 균일한 온도를 제공하는 데 도움을 준다.
이들 배열 모두는 연소 챔버 내의 온도의 변동을 감소시키기 위해 다공성 슬리브의 길이를 따라 발생되는 열을 다르게 하기 위해서 다공성 슬리브의 길이를 따라 가변적인 연소 물질의 화학량론을 제공한다. 예를 들어, 연소후 산소 농도(즉, 소공 형성된 버너의 출구 표면 상의 연소 물질의 연소 후의 잔류 산소)의 관점에서 화학량론을 고려할 때, 약 9% 내지 9.5%의 공칭 잔류 산소가 제공될 수 있는 반면, 약 7.5% 내지 8.5%의 잔류 산소 농도가 배기구를 향하는 연료-풍부 영역 내에 제공될 수 있고, 약 9.5% 내지 10.5%(예를 들어, 10%)의 잔류 산소 농도가 입구를 향하는 연료-희박 영역 내에 제공될 수 있다. 이들 값은 연료마다 다를 것이며, 예를 들어 프로판 또는 액화 석유 가스(liquefied petroleum gas, LPG)를 사용하는 버너는 메탄 또는 천연 가스를 사용하는 동일한 버너보다 약간 더 높은 잔류 산소 수준에서 작동될 것임이 인식될 것이다.
방사 버너 - 일반적 구성 및 작동
도 1의 (A) 및 (B)는 실시예에 따른 2개의 방사 버너(전체적으로, 8A, 8B)를 예시한다. 도 1의 (A) 및 (B)는 각각 축 A-A를 중심으로 대칭인, 방사 버너의 각자의 절반부(half)를 예시한다. 방사 버너(8A; 8B) 둘 모두는, 전형적으로 진공-펌핑 시스템에 의해, 반도체 또는 평판 디스플레이 공정 툴과 같은 제조 공정 툴로부터 펌핑되는 유출 가스 스트림을 처리한다.
유출 스트림은 입구(10)에서 수용된다. 유출 스트림은 입구(10)로부터 노즐(12)로 이송되며, 이 노즐은 유출 스트림을 원통형 연소 챔버(14) 내로 주입한다. 이들 실시예에서, 방사 버너(8A; 8B)는 각각 원주방향으로 배열된 4개의 입구(10)를 포함하며, 이들 입구 각각은 각자의 진공-펌핑 시스템에 의해 각자의 툴로부터 펌핑되는 유출 가스 스트림을 이송한다. 대안적으로, 단일 공정 툴로부터의 유출 스트림은 복수의 스트림으로 분할될 수 있으며, 이 복수의 스트림 각각은 각자의 입구로 이송된다. 각각의 노즐(12)은 연소 챔버(14)의 상부 또는 입구 표면을 한정하는 세라믹 상단부 플레이트(18) 내에 형성된 각자의 보어(bore)(16) 내에 위치된다. 연소 챔버(14)는 유럽 특허 EP 0 694 735 호에 기술된 것과 같은, 소공 형성된 버너 요소(20)의 출구 표면(21)에 의해 한정되는 측벽을 갖는다. 버너 요소(20)는 원통형이며, 원통형 외측 쉘(shell)(24) 내에 유지된다.
하기에 보다 상세히 기술될 바와 같이, 플리넘 체적부(22A, 22B)가 버너 요소(20)의 입구 표면과 원통형 외측 쉘(24) 사이에 한정된다. 천연 가스 또는 탄화수소와 같은 연료 가스와 공기의 혼합물이 입구 노즐을 통해 플리넘 체적부(22A, 22B) 내로 도입된다. 연료 가스와 공기의 혼합물은 연소 챔버(14) 내에서의 연소를 위해 버너 요소의 입구 표면(23)으로부터 버너 요소의 출구 표면(21)으로 이동한다.
연료 가스와 공기의 혼합물의 공칭 비는 연소 챔버(14) 내의 공칭 온도를, 처리될 유출 가스 스트림에 적절한 온도로 변화시키기 위해 변경된다. 또한, 연료 가스와 공기의 혼합물이 플리넘 체적부(22A, 22B) 내로 도입되는 속도는, 버너 요소(20)의 출구 표면(21)에서의 가시적인 화염 없이 혼합물이 연소하도록 조정된다. 연소 챔버(40)의 배기구(15)는 개방되어 연소 생성물이 방사 버너(8A, 8B)로부터 배출되는 것을 가능하게 한다.
따라서, 입구(10)를 통해 수용되고 노즐(12)에 의해 연소 챔버(14)에 제공된 유출 가스가, 버너 요소의 출구 표면(21) 부근에서 연소하는 연료 가스와 공기의 혼합물에 의해 가열된 연소 챔버(14) 내에서 연소된다는 것을 알 수 있다. 그러한 연소는 챔버(14)의 가열을 야기하고, 연소 챔버(14)에 제공되는 연료 공기 혼합물(CH4, CH3H8, C4H10)에 따라, 전형적으로 7.5% 내지 10.5%의 공칭 범위의, 산소와 같은, 연소 생성물을 제공한다. 열 및 연소 생성물은 연소 챔버(14) 내의 유출 가스 스트림과 반응하여 유출 가스 스트림을 청정화한다. 예를 들어, SiH4 및 NH3이 유출 가스 스트림 내에 제공될 수 있으며, 이는 연소 챔버 내의 O2와 반응하여 SiO2, N2, H2O, NOX를 생성한다. 유사하게, N2, CH4, C2F6가 유출 가스 스트림 내에 제공될 수 있으며, 이는 연소 챔버 내의 O2와 반응하여 CO2, HF, H2O를 생성한다.
배플형 (baffled) 플리넘 배열
이제 도 1의 (A)의 방사 버너(8A)의 플리넘(22A)의 배열을 살펴보면, 상부 배플(100A) 및 하부 배플(100C)이 제공된다. 플리넘(22A) 내의 영역(110B)에 연료 공기 혼합물을 제공하는 입구(120B)가 제공된다. 상부 배플(100A)에 의해 둘러싸인 영역(130A)에 공기를 공급하는 공기 입구(120A)가 제공된다. 하부 배플(100C)에 의해 둘러싸인 영역(130C) 내로 연료를 공급하는 입구(120C)가 제공된다.
상부 배플(100A)에는 통기구(vent)(140A)가 제공되며, 이 통기구를 통해 영역(130A)으로부터의 공기가 플리넘(22A) 내의 영역(110A) 내에서 영역(110B)으로부터의 연료 공기 혼합물과 혼합되어 영역(130A)을 생성할 수 있으며, 이 영역에서 혼합물은 희박이다.
마찬가지로, 하부 배플(100C)에는 통기구(140C)가 제공되며, 이 통기구를 통해 영역(130C) 내의 연료가 영역(110B)으로부터의 연료 공기 혼합물과 혼합되어 영역(110C) 내의 연료 공기 혼합물을 풍부하게 할 수 있다.
따라서, 상부 및 하부 배플(100A; 100C)의 제공은 연료 공기 혼합물의 화학량론이 플리넘(22A)의 길이를 따라 달라지는 것을 가능하게 한다. 이는 소공 형성된 버너(20)의 길이를 따라 발생되는 열이 조정되는 것을 가능하게 하여, 그렇지 않으면 노즐(12)을 향해 발생할 온도의 상승 - 이는 열 손상을 야기할 수 있음 -, 및 그렇지 않으면 배기구(15)를 향해 발생할 온도의 감소 - 이는 유출 가스 스트림의 불완전한 처리로 이어질 것임 - 를 보상한다.
2개의 상이한 배플(100A, 100C) 및 3개의 입구(120A 내지 120C)가 도시되었지만, 상기에 언급된 바와 같이, 연소 물질의 화학량론을 변화시키기 위해 대안적인 배열이 이용될 수 있음이 인식될 것이다.
다중 플리넘 배열
도 1의 (B)는 3개의 인접한 섹션(200A, 200B, 200C)으로 형성된 플리넘(22B)을 갖는, 일 실시예에 따른 방사 버너(8B)를 예시한다. 이러한 배열에서, 입구(220A)가 플리넘 섹션(200A)에, 희박하고 산화제의 화학량론적 과잉으로 향상된 연료 공기 혼합물을 공급한다. 따라서, 영역(200A)은 영역(200B 또는 200C)에 제공된 것보다 더 낮은 연료 대 공기의 비를 갖는다. 입구(220B)는 영역(200A)에 제공되는 것보다 더 높은 비율의 연료를 갖는, 공칭 연료-대-공기 비를 갖는 플리넘 섹션(200B)에 연료 공기 혼합물을 제공한다. 입구(220C)는 연료의 화학량론적 과잉을 갖는 연료 공기 혼합물을 영역(200C)에 제공한다. 따라서, 영역(200C)은 영역(200A 또는 200B)에 제공되는 것보다 더 높은 연료 대 공기의 비를 갖는다.
상기에 기술된 배열에서처럼, 이는 연료 공기 혼합물이 소공 형성된 버너(20)에 그것의 길이를 따라 가변적인 화학량론으로 제공되는 것을 가능하게 하여, 소공 형성된 버너의 길이를 따른 열 발생을 달라지게 하여서, 입구를 향해 생성되는 과도한 열 및 배기구(15)를 향해 생성되는 불충분한 열을 보상한다.
본 발명의 예시적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 상세히 개시되었지만, 본 발명은 정확한 실시예로 제한되지 않고, 첨부된 특허청구범위 및 그것의 등가물에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 그 실시예에서 다양한 수정 및 변경이 당업자에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해된다.

Claims (15)

  1. 제조 공정 툴(manufacturing process tool)로부터의 유출 가스 스트림을 처리하기 위한 방사 버너(radiant burner)에 있어서,
    다공성 슬리브(porous sleeve)를 갖는 연소 챔버로서, 상기 다공성 슬리브의 연소 표면에 근접한 곳에서의 연소를 위해 연소 물질이 상기 다공성 슬리브를 통과하는, 상기 연소 챔버; 및
    상기 다공성 슬리브를 둘러싸고, 상기 다공성 슬리브에 상기 연소 물질을 공급하며, 상기 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 화학량론(stoichiometry)으로 상기 연소 물질을 제공하도록 구성된 플리넘(plenum)을 포함하는
    방사 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 챔버는, 상기 유출 가스가 상기 연소 챔버에 제공되는 유출 가스 스트림 입구로부터, 처리된 유출 가스가 배기되는 배기구까지 축방향으로 연장되고, 상기 플리넘은 상기 다공성 슬리브의 축방향 길이를 따라 변화하는 화학량론으로 상기 연소 물질을 제공하도록 구성되는
    방사 버너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플리넘은 상기 유출 가스 스트림 입구를 향해 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론을 증가시키는 것, 및 상기 배기구를 향해 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론을 감소시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는
    방사 버너.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플리넘은 상기 배기구를 향한 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론에 비해서 상기 유출 가스 스트림 입구를 향한 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론을 증가시키는 것, 및 상기 유출 가스 스트림 입구를 향한 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론에 비해서 상기 배기구를 향한 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론을 감소시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는
    방사 버너.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 상기 플리넘은 상기 유출 가스 스트림 입구를 향해 연료 대 산화제 비(ratio)를 낮추도록 구성되는
    방사 버너.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 상기 플리넘은 상기 배기구를 향해 연료 대 산화제 비를 높이도록 구성되는
    방사 버너.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 상기 플리넘은 상기 배기구를 향한 연료 대 산화제 비에 비해서 상기 유출 가스 스트림 입구를 향한 연료 대 산화제 비를 낮추도록 구성되는
    방사 버너.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 물질은 연료 및 산화제 혼합물을 포함하고, 상기 플리넘은 상기 유출 가스 스트림 입구를 향한 연료 대 산화제 비에 비해서 상기 배기구를 향한 연료 대 산화제 비를 높이도록 구성되는
    방사 버너.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플리넘은, 상기 플리넘에 상기 연소 물질을 제공하는 연소 물질 입구, 및 상기 유출 가스 스트림 입구를 향해 상기 연소 물질의 상기 산화제의 상기 화학량론을 증가시키기 위해 상기 유출 가스 스트림 입구 부근에 산화제를 제공하는 산화제 입구를 포함하는
    방사 버너.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 플리넘은 상기 유출 가스 스트림 입구를 향해 상기 연소 물질의 상기 산화제의 증가된 화학량론의 영역을 생성하기 위해 상기 산화제 입구 부근에 산화제 입구 배플(baffle)을 포함하는
    방사 버너.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플리넘은 상기 플리넘에 상기 연소 물질을 제공하는 연소 물질 입구, 및 상기 배기구를 향해 상기 연소 물질의 산화제의 상기 화학량론을 감소시키기 위해 상기 배기구 부근에 연료를 제공하는 연료 입구를 포함하는
    방사 버너.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플리넘은 상기 배기구를 향해 상기 연소 물질의 산화제의 감소된 화학량론의 영역을 생성하기 위해 상기 연료 입구 부근에 연료 입구 배플을 포함하는
    방사 버너.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 입구 배플 및 상기 배출물 입구 배플 중 적어도 하나는 상기 연소 물질 입구 부근의 영역과 상기 연료 입구 및 상기 산화제 입구 부근의 영역들 사이의 유체 연통을 감소시켜, 이들 영역 내의 산화제의 상기 화학량론을 변화시키는
    방사 버너.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플리넘은 상이한 화학량론으로 연소 물질을 각각 제공하는 복수의 인접한 플리넘을 포함하는
    방사 버너.
  15. 제조 공정 툴로부터의 유출 가스 스트림을 처리하기 위한 방법에 있어서,
    연소의 다공성 슬리브의 연소 표면에 근접한 곳에서 연소 물질을 연소시키는 단계; 및
    상기 다공성 슬리브를 둘러싸는 플리넘으로부터 상기 다공성 슬리브에, 상기 다공성 슬리브의 길이를 따라 변화하는 화학량론으로 상기 연소 물질을 공급하는 단계를 포함하는
    제조 공정 툴로부터의 유출 가스 스트림 처리 방법.
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