TW561233B - Burner for decomposing nonflammable materials - Google Patents

Description

561233 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種分解非可燃性物質的燃燒器， 特別是有關於一種適用於高效率熱分解含有過氟化碳 (perfluorocarbon，PFC)等半導體製程所排放的製程廢 氣。 先前技術 眾所皆知，半導體製程所排放的製程廢氣包含各種 不同有害氣體組成。因此，過去曾提出各種不同的廢氣 處理設備，在廢氣排放至外部大氣環境之前，用以處理 有害的廢氣。例如，曰本早期公開專利案2 0 0 1 - 1 6 5 4 2 2 號，說明一種廢氣處理設備，用以有效地分解過氟化碳 例如六氟化二碳，六氟化二碳為一種非可燃性氣體。此 廢氣處理設備係由數個燃料氣體燃燒喷嘴，多節且垂直 地配置在圓柱形主體上，每一燃料氣體燃燒喷嘴的火焰 喷出的方向相對於圓柱形主體的中心軸成直角的平面是 傾斜的。由於此廢氣處理設備結構的1寺色，燃料氣體在 此廣大的高溫燃燒區域的停留時間得以延長，而提升非 可燃性氣體的熱分解，因此能重組含有非可燃性物質的 氣體。 再者，日本早期公開專利案2 0 0 1 - 2 8 0 6 2 9號，說明一 種燃燒型式的廢氣處理設備，包括一由外圓柱體及内圓 柱體所組成的圓柱體燃燒室；一廢氣燃燒喷嘴，配置於 内圓柱體的底部，其連結至廢氣通道及燃氣通道，其中 之燃氣通道係同軸配置於廢氣通道的周圍；以及將維持

10647pif.ptd 第8頁 561233 五、發明說明（2) 燃燒進行的氣體加壓至高於大氣壓力以進入内圓柱體内 的裝置。此廢氣處理設備產生火焰以環繞廢氣通道，且 加壓用以維持燃燒的氣體至高於一大氣壓後喷入火焰 中，因此容易熱分解非可燃性且有害的成分例如是廢氣 中的非可燃性的過氟化碳。 經過重複的實驗及研究，本發明可有效地分解含有 非可燃性物質的廢氣，例如是由半導體製程排出的製程 廢氣。上述傳統式的處理設備之結構係相對地複雜，導 致其體積較大，著眼於製造工廠環境有限的空間，對小 型的處理設備的發展有相當的需求。經過重複的實驗及 研究，發現雖然傳統的處理設備對於在相對低的溫度就 可熱分解物質例如是六氟化二碳可以有效地達到高的處 理效率，但是對於具有相對高的熱分解溫度之物質例如 是四氟化碳或六氟化硫則未必可以得到高的處理效率。 發明内容 因此，本發明之目的是提供一種燃燒器用以分解非 可燃性物質，此燃燒器構造簡單且可以高效率如9 9 %或以 更高的效率，熱分解具有相對高的熱分解溫度的物質例 如是四氟化碳或六氟化硫。 為了解決習知技術的問題，本發明提供一種燃燒器 用以分解非可燃性物質，包括：一圓柱形主體，具有使 用隔絕壁封閉的一端；一非可燃性物質氣體引導喷嘴， 牢固在隔絕壁上且使非可燃性物質氣體注入於圓柱形主 體中心軸的周圍；以及數個氧化劑/燃料吹出喷嘴，連接

10647pif. ptd 第9頁 561233 五、發明說明（3) 至隔絕壁上且配置在沿著同軸於圓柱形主體的中心軸之 環狀線上；而且氧化劑/燃料吹出喷嘴以一預定的角度傾 斜，以便使從氧化劑/燃料吹出喷嘴噴出的火焰，可以會 合於圓柱形主體的中心軸上位置近似相同的點。 根據上述與其它目的，本發明提出一種分解非可燃 性物質之燃燒器。此燃燒器的構造簡單，其結構包括圓 柱形主體、非可燃性物質的氣體導入喷嘴及數個氧化劑/ 燃料吹出喷嘴，其中之數個氧化劑/燃料吹出喷嘴係連接 至隔絕壁上且配置在沿著同軸於圓柱形主體的中心軸之 環狀線上。本發明所述之燃燒器的構造非常簡單，主體 的總長度可以設計的相當短，因此容易將此燃燒器裝設 於例如是半導體製造廠的高架地板之下。 此外，此數個氧化劑/燃料吹出喷嘴與含非可燃性物 質的氣體導入喷嘴係同軸配置，所以當火焰從數個氧化 劑/燃料吹出喷嘴喷出時，可以會合於圓柱形主體的中心 軸上位置近似相同的點，而於火焰會合區域的周圍形成 高溫燃燒區域。再者，當使含非可燃性物質的氣體或是 例如由半導體製造設備排出的製程廢氣確實通過高溫燃 燒區域，非可燃性物質的熱分解過程可有效地進行，此 非可燃性物質例如是過氟化碳。依照本發明所進行的實 驗，發現分解溫度高的四氟化碳的分解反應，達到分解 率9 9 %或更高的分解率，甚至對於六氟化硫也可以達到幾 乎如同四氟化碳的分解率，而對於其他的過氟化碳例如 是與四氟化碳及六氟化硫相較，具有相對低的分解溫度

10647pif.ptd 第10頁 561233 五、發明說明（4) 之六氟化二碳，當然也可達到高的分解率。 依照本發明所述之用於分解非可燃性物質的燃燒 器，每一氧化劑/燃料吹出喷嘴的軸相對於圓柱形主體中 心軸的傾斜之最佳角度，可依從含非可燃性物質的氣體 導入喷嘴喷出的含非可燃性物質的氣體的流率或流速、 從氧化劑/燃料吹出喷嘴喷出火焰的大小或氧化劑/燃料 吹出喷嘴與火焰頂端之間的距離而改變。雖然上述之傾 斜角度之最佳值可依照實驗條件而決定，但是經過本發 明實驗發現每一氧化劑/燃料吹出噴嘴的軸應該傾斜為 佳。實用上而言，以相對於圓柱形主體中心軸之傾斜角 度範圍從1 5至5 0度為佳，而以傾斜角度範圍從3 0至4 5度 更佳。假如傾斜角度大過5 0度，火焰可能太過靠近而到 達隔絕壁的後側，導致加速熱損壞構成隔絕壁的耐火物 質。另一方面，假如傾斜角度小於1 5度，火焰可能太過 靠近而到達圓柱形主體的内壁，亦導致加速熱損壞構成 圓柱形主體的耐火物質，且同時不易將火焰集中於含非 可燃性物質的氣體的流出區域，因此引起例如分解率變 差的問題。 操作本發明之分解非可燃性物質的燃燒器時，減慢 從含非可燃性物質的氣體導入喷嘴導入圓柱形主體内之 含非可燃性物質的氣體之流速，當減慢含非可燃性物質 的氣體之流速，將延長含非可燃性物質的氣體之停留時 間，而達到高的熱分解效率。當流率保持不變，氣體流 速依含非可燃性物質的氣體導入喷嘴之直徑大小而不

10647pif.ptd 第11頁 561233 五、發明說明（5) 同，只要空間環境允許，當儘可能地增加其直徑。此 外，假如含非可燃性物質的氣體流速增加，可能引起當 含非可燃性物質的氣體通過火焰時，將火焰吹至高溫燃 燒區域的旁邊，而使氣體的熱分解變差。因此流速的最 佳值（含非可燃性物質的氣體導入喷嘴之直徑）應該從實 驗上設定且將上述的情況納入考量。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉本發明所述之用以分解非可燃性物 質之燃燒器的較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 實施方式 請參照第1 ( a )圖與第1 ( b )圖，其繪示依照本發明一 較佳實施例的一種分解非可燃性物質的燃燒器1。此燃燒 器1具有一圓柱形主體2及封閉圓柱形主體2之一端的隔絕 壁3。此燃燒器1具有一外護套22，外護套22之上端形成 有一凸緣2 1 ，且外護套2 2的内壁以適當的耐火材料2 3覆 蓋，耐火材料2 3例如是雙層的耐火磚。圓柱形主體2下部 的開口端經由一適當的管狀的通道以傳統燃燒器的方式 連接至大氣。 隔絕壁3具有一外殼32，外殼32之下端形成有一凸緣 31 ，且外殼32的内部填充一多層的耐火物質33。當凸緣 3 1疊加且螺栓在圓柱形主體2的凸緣2 1上，隔絕壁3與圓 柱形主體2密封地結合成一體，因此可以密封圓柱形主體 2的上端。

10647pif.ptd 第12頁 561233 五、發明說明（6) . 含非可燃性物質的氣體導入喷嘴4 0，配置於隔絕壁3 的一部份，隔絕壁3設置於圓柱形主體2的頂端，可使含 非可燃性物質的氣體注入於圓柱形主體2的中心軸L的周 圍。此外，數個氧化劑/燃料吹出噴嘴5 0連結至隔絕壁 3，此數個氧化劑/燃料吹出喷嘴5 0配置在沿著同軸於圓 柱形主體2的中心軸L之環狀線上，如較佳實施例的第 1 ( a )圖與第1 ( b )圖所示之連結至隔絕壁3的四個氧化劑/ 燃料吹出喷嘴5 0。無論如何，只要至少有三個氧化劑/燃 料吹出喷嘴5 0即可達到本發明之目的，如附圖所示每一 氧化劑/燃料吹出喷嘴5 0的軸以一預定的角度傾斜（以在 角度1 5 - 5 0度的範圍内為佳），以便使所有的火焰喷出 後，可以會合於圓柱形主體2的中心軸L上位置近似相同 的點。 如實施例之第1 ( a )圖與第1 ( b )圖所示，每一氧化劑/ 燃料吹出喷嘴5 0由中心燃料喷嘴5 1及氧化劑喷嘴5 2所構 成，氧化劑喷嘴5 2配置於中心燃料喷嘴5 1的周圍，以使 天然氣、丙烷氣或氫氣等氣體由中心燃料喷嘴5 1喷出， 且使氧氣或空氣由氧化劑喷嘴5 2喷出。進行分解操作 ~ 時，將半導體製程設備產生的製程廢氣導入含非可燃性 · 物質的氣體導入喷嘴4 0，以便使製程廢氣以一預定的流 率注入圓柱形主體2内。因此於會合點周圍形成一高溫燃 燒區域S，於製程廢氣注入圓柱形主體2通過高溫燃燒區 域S時，可有效地處理可燃性物質，製程廢氣被分解後， 從圓柱形主體2的下端排出。

10647pif.ptd 第13頁 561233 五、發明說明（7) 接 著 5 將 說 明本 發 明 之一實驗例， 首先準 備一 構造 如 第1( a ) 圖 及 第 1(b) 圖 所 不之用以分解 非可燃 性物 質的 燃 燒器 其 中 圓 柱形 主 體: 2的内徑為1 4 0 毫米， 然後 處理 廢 氣且 將 含 有 四 氟化 碳 的 氣體（氮氣稀釋氣）經 由含 非可 燃 性物 質 的 氣 體 導入 喷 嘴4 0注入圓柱形 主體2， ，製程廢氣 的 流率 為80 L / m in ， 而 當 作燃料氣體的 甲烷之 流率 為1 6 L/ min ，以及當作氧化劑的氧氣之流率為3 7 L / min 。為了 可 以相 互 比 較 實驗 條 件 除了含非可燃 性物質 的氣 體導 入 喷嘴4 0 的 内 徑 及製 程 廢 氣的流速不同 以外， 其餘 的實 驗 條件 完 全 相 同 。案 例 1的非可燃性物質的氣體導入喷嘴 40 之内 徑 為35 .7 毫米 ， 而 案例2的非可燃性物質的氣體導 入 喷嘴40 之 内 徑 為1 2 .7 毫 米，實驗結果 如下列 表一 所 示 〇附 帶 一 提 的 是， 熱 分 解處理含四氟 化竣的 氣體 之四 氟 化碳 出 α 濃 度 不受 管 制 的值為2000ρρι m ° 表 一 CF4出口濃度 c F 4分解率 圓 柱形主 體内 壁溫 度 案 例1 1 1 · 7 ppm 9 9.4% 1 2 2 3 c C 案 例2 1 7. 9 ppm 9 9. 1 % 1 331 c t 如表一所示，C F 4的分解率可以達到9 9 %以上，因而 說明本發明所述之分解非可燃性物質的燃燒器之有效 性。案例1之CF4分解率比案例2之CF4分解率稍高，其理

10647pif.ptd 第14頁 561233 五、發明說明（8) 由可能歸因於火焰的型態，而火焰型態的改變係由於製 程廢氣的流速不同所造成。再者，案例1之圓柱形主體内 壁溫度比案例2之圓柱形主體内壁溫度約低1 0 0 °C ，因此 緣故，案例1中於鄰近圓柱形主體的中心軸區域所形成的 火焰較案例2所形成的火焰更集中，而使圓柱形主體内壁 的耐火物質之熱劣化會被抑制一段長的時間，因此說明 C F 4分解率與燃燒器構造的特色有關。 如上所述，本發明的特點在於所提供的分解非可燃 性物質之燃燒器構造簡單，且可以高效率地如9 9 %或以更 高的效率，熱分解具有相對高的熱分解溫度的物質例如 是四氟化碳。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 «

10647pif.ptd 第15頁 561233 圖式簡單說明 第1 ( a )圖所繪示係為本發明之一較佳實施例的一 種用於分解非可燃性物質之燃燒器的上視圖；以及 第1 ( b )圖所繪示係為第1 ( a )圖分解非可燃性物 質之燃燒器的剖面圖。 圖式標號說明·· 1 :燃燒器 2 :圓柱形主體 3 :隔絕壁 21 、31 :凸緣 2 2 :外護套 2 3、3 3 :耐火物質 3 2 :外殼 4 0 :非可燃性物質的氣體導入喷嘴 5 0 :氧化劑/燃料吹出喷嘴 51 :中心燃料喷嘴 5 2 :氧化劑喷嘴 f ··火焰 L :中心轴 S :高溫燃燒區域

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Claims (1)

1. %1233 %1233

   六 、申請專利範圍 1. 分解非可燃性物 一圓柱形主體，— 4裔匕括 -非可燃性物質的；絕壁封閉； 且使該非可燃性物C入嘴嘴’固定在該隔絕壁上 圍；以及 貝孔體注入於該圓柱形主體中心輪的j 複數個氧化劑/ ·嫉# & , + 該些氧化劑/燃料吹出、喷；配=:乃、=該隔絕壁，且 體的中心軸之環狀線上， 沿者同軸於該圓板形主 其中或些氧化劑厂揪斗立A 斜，以便使火焰從該此氧'、彳/人卞丨噴嘴以一預定的角度频 以會合於該圓柱形主m燃料吹出喷嘴喷出後，可 〇丄+ ^ * 體的中心軸上位置近似相同的點 σ A : f利範圍第1項所述之分解非可燃性物質的 ;;U ’ /、中母一該*氧化劑/燃料吹出喷嘴之相對& 圓柱形主體的中心軸之傾斜角度範圍從15至50度。、 3.如申請專利範圍第1項或第2項所述之分解非可燃性 氣化奴之製程廢氣。 4.如申請專利範圍第1項或第2項所述之分解非可燃性 物質的燃燒器，其中該非可燃性物質的氣體係由一半導體 製程設備排出且含有四氟化碳或六氟化硫之製程廢氣。 貝的燃燒為，其中該非可燃性物質的氣體係為一含有過 氣化奴之製程廢氣。

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