Un aparato para la destrucción por combustión de sustancias nocivas,

que comprende una zona de combustión (14) rodeada por la superficie de salida de un quemador poroso de prendido interno (32), quemador poroso que tiene un extremo abierto a traves de cual se descarga de la zona de combustión el producto de combustión, medios (10) para inyectar una corriente de gas que contiene al menos una sustancia nociva en la zona de combustión, medios (38) para suministrar gas carburante y oxidante al quemador poroso para realizar la combustión en la superficie de salida, y caracterizado por un segundo quemador (42) para calentar al menos el extremo abierto del quemador poroso.

Destrucción por combustión de sustancias nocivas La presente invención se refiere a la destrucción por combustión de sustancias nocivas, en particular gases con efecto de calentamiento global, contenidos dentro de una corriente de gas, y encuentra uso en el tratamiento de un gas quemado en una herramienta de procesamiento usada en la industria de fabricación de semiconductores o pantallas planas.º

Loa gases perfluorados (PFC) , tales como CF4, C2F6, NF3 y SF6, se suministran normalmente a camaras de procesamiento usadas en la industria de fabricación de semiconductores y pantallas planas para, por ejemplo, de ataque quimico de capas dielectricas y/o propósitos de limpieza de camaras. Siguiendo al procedimiento de fabricación o limpieza, existe por regla general una cantidad residual del gas suministrado a la camara de procesamiento contenida en el gas quemado en la camara de procesamiento. Los compuestos perfluorados mencionados anteriormente se conocen por ser gases con efecto invernadero, y por ello es deseable eliminar estas especies del gas de combustión antes de ventear el gas a la atm6sfera.

El documento EP-A-0 694 735 describe un aparato de reducción de gas para tratar una corriente de gas, para eliminar sustancias nocivas de una corriente de gas, en el que un gas carburante se premezcla con la corriente de gas antes de que sea inyectada a traves de una tobera en una zona de combustión que esta rodeada lateralmente por la superficie de salida de un quemador de gas poroso de prendido interno, cilindrico. Se suministran simultaneamente un gas carburante y aire a una camara de admisión que rodea el quemador poroso para realizar la combustión sin llama en la superficie de salida, siendo la cantidad de aire que pasa a traves del quemador poroso suficiente para consumir no sólo el carburante suministrado al quemador sino tambien todos los combustibles de la mezcla inyectada en la zona de combustión. El extremo abierto del fondo de la zona de combustión esta conectado a una columna de refrigeración que tiene una superficie interna que esta recubierta con una corriente de agua para enfriar la corriente de gas que sale de la zona de combustión. La corriente de gas se separa posteriormente del agua de refrigeración y se pasa a traves de un lavador de gases antes de ser venteada a la atm6sfera.

Se encontr6 que premezclar la corriente de gas con un gas carburante antes de la entrada de la corriente en la zona de combustión mejoraba la eficacia de reducción de PFC del aparato. Aunque se obtuvieron buenos resultados con C2F6, SF6 y NF3, la tecnica no fue aplicable a la reducción de CF4 debido a la maxima temperatura que fue alcanzable dentro de la zona de combustión.

En el documento EP-A-0 802 370 se describe una modificación de la tecnica anterior, en la que el carburante y la corriente de gas premezclados se inyectan en la zona de combustión a traves de una tobera que es concentrica con una lanza que introduce oxigeno en la mezcla antes de que entre en la zona de combustión. Usando esta tecnica, se consiguieron buenos resultados para todos los gases PFC, incluyendo el CF4. En el documento WO-A-2006/013355 se describe una modificación adicional, en la que la tobera esta rodeada tambien por una manga para permitir inyectar un gas carburante en la zona de combustión con la corriente de gas, en contraposición a premezclar la corriente de gas con carburante. Variando la naturaleza de los gases que se suministran tanto a la lanza como a la manga, se puede tratar una gama de sustancias nocivas usando una estequiometria de inyección unica. Se ha encontrado que esta configuración es particularmente eficaz en el tratamiento de una corriente de gas que contiene fluor (F2) sin la generación de CF4 como un producto secundario de la combustión.

El coste de posesión de tal aparato depende, entre otros, de la cantidad de gas carburante suministrada al quemador de gas poroso. Una tecnica que se ha usado para reducir el consumo de carburante ha sido reducir la longitud del quemador poroso, y reducir asi tanto el volumen de la camara de admisión que rodea al quemador, como las cantidades de gas carburante y aire que se necesitan suministrar a la camara de admisión para realizar una combustión sin llama en la superficie de salida del quemador.

La superficie de salida del quemador poroso emite radiación infrarroja que ayuda en el mantenimiento de una temperatura elevada dentro de la zona de combustión. Sin embargo, unas condiciones relativamente frias prevalecen hacia el fondo del quemador poroso debido al reducido intercambio de radiación. Como se ha reducido la longitud del quemador, la proporción del quemador en la que estas condiciones relativamente frias prevalecen ha aumentado. Se ha observado que cuando la relación de aspecto (longitud/diametro interno) del quemador disminuye por debajo de una valor de 1, la cantidad de CO y gas carburante no consumido dentro de la corriente de gas quemado en el aparato empieza a aumentar, y el rendimiento de reducción del aparato empieza a disminuir. Este pobre rendimiento se ha atribuido al aumento de la proporción del quemador que funciona a una temperatura relativamente baja, situando de hecho un limite en la extensión a la que la relación de aspecto del quemador poroso se puede reducir.

Otro factor que ha afectado al coste de posesión del aparato de reducción de gas ha sido el aumento del tamafo de las camaras de procesamiento de semiconductores y pantallas planas. Existe una tendencia en la fabricación de tales dispositivos a dirigir el procesamiento sobre sustratos cada vez mas grandes para generar economias de escala, siendo cortado en tacos el sustrato tras la finalización de las etapas de procesamiento para producir una multiplicidad de dispositivos individuales del tamafo requerido. Como resultado, el tamafo de las camaras de

procesamiento y los caudales de los gases suministrados en ellas, y posteriormente quemados en ellas, han aumentado tambien para alojar sustratos mas grandes y producir velocidades de procesamiento aceptables.

El aumento de la cantidad de gas que entra en el aparato de reducción de gas se puede ajustar aumentando tanto el numero de entradas a traves de las que el gas de combustión se inyecta en la zona de combustión, como el volumen de la zona de combustión. Por las razones discutidas anteriormente, el aumento en el volumen de la zona de combustión no se puede realizar aumentando sólo el diametro interno del quemador poroso (para alojar aumento en el numero de entradas requeridas por la disminución de flujo del gas de combustión) sin detrimento del rendimiento del aparato de reducción. Por consiguiente, la longitud de la zona de combustión, y asi tambien tanto la longitud del quemador poroso como el volumen de la camara de admisión que rodea al quemador, deben aumentar tambien cuando aumenta el diametro interno del quemador, aumentando de este modo el consumo de gas carburante del aparato.

Es una intención de al menos la realización preferida de la invención proporcionar un aparato de reducción de gas que incluye un quemador de gas poroso y que es capaz de tratar una corriente de gas que tiene un caudal relativamente elevado con sólo un consumo de gas carburante relativamente bajo.

La presente invención proporciona un aparato para la destrucción por combustión de sustancias nocivas, que comprende una zona de combustión rodeada por una superficie de salida de un quemador poroso de prendido interno, quemador poroso que tiene un extremo abierto a traves del cual se descarga un producto de combustión desde la zona de combustión, medios para inyectar en la zona de combustión una corriente de gas que contiene al menos una sustancia nociva, medios para suministrar gas carburante y oxidante al quemador poroso para realizar la combustión en la superficie de salida, y caracterizado por un segundo quemador para calentar al menos el extremo abierto del quemado poroso.

Proporcionar un segundo quemador para calentar al menos el extremo abierto del quemador poroso puede reducir significativamente el diferencial de temperatura entre el extremo abierto del quemador poroso y el resto del ese quemador durante el uso. Esto puede posibilitar la reducción de la relación de aspecto del quemador poroso a un valor por debajo de 1, por ejemplo entre 0, 4 y 1, sin reducir de forma significativa el rendimiento de reducción del aparato. Como resultado, se puede reducir el consumo de gas carburante del aparato sin detrimento del rendimiento del aparato. Ademas, se puede aumentar el diametro del aparato para alojar un aumento en el numero de entradas o de otros dichos... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para la destrucción por combustión de sustancias nocivas, que comprende una zona de combustión

(14) rodeada por la superficie de salida de un quemador poroso de prendido interno (32) , quemador poroso que tiene un extremo abierto a traves de cual se descarga de la zona de combustión el producto de combustión, medios

(10) para inyectar una corriente de gas que contiene al menos una sustancia nociva en la zona de combustión, medios (38) para suministrar gas carburante y oxidante al quemador poroso para realizar la combustión en la superficie de salida, y caracterizado por un segundo quemador (42) para calentar al menos el extremo abierto del quemador poroso.

2. El aparato segun la reivindicación 1, en el que el segundo quemador esta rodeado al menos parcialmente por el quemador poroso.

3. El aparato segun la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el segundo quemador es basicamente coaxial con el quemador poroso.

4. El aparato segun cualquier reivindicación precedente, en el que el segundo quemador comprende un quemador poroso de prendido externo rodeado tanto por el quemador poroso de prendido interno como por la zona de combustión, el aparato comprende medios (54) para suministrar gas carburante y oxidante al quemador poroso de prendido externo.

5. El aparato segun la reivindicación 4, en el que el medio para suministrar gas carburante y oxidante a los quemadores porosos esta dispuesto para suministrar la misma mezcla de gas carburante y oxidante a ambos quemadores porosos.

6. El aparato segun la reivindicación 4, en el que el medio para suministrar gas carburante y oxidante a los quemadores porosos esta dispuesto para suministrar una primera mezcla de gas carburante y oxidante al quemador poroso de prendido interno, y una segunda mezcla de gas carburante y oxidante, diferente de la primera mezcla, al quemador poroso de prendido externo.

7. El aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que cada quemador poroso tiene una capa porosa (34, 44) de fibras ceramicas y/o de metal.

8. El aparato segun la reivindicación 7, en el que el quemador poroso de prendido interno tiene una composición diferente que el quemador poroso de prendido externo.

9. El aparato segun cualquier reivindicación precedente, en el que el medio para inyectar una corriente de gas en la zona de combustión comprende varios grupos de toberas (12) para inyectar la corriente de gas en la zona de combustión.

10. El aparato segun la reivindicación 9, en el que la zona de combustión anular se extiende respecto a un eje longitudinal (18) , y en el que los grupos de toberas estan espaciados de forma basicamente equidistante respecto al eje longitudinal.

11. El aparato segun la reivindicación 10, en el que cada grupo de toberas comprende o varias toberas localizadas respecto a un eje respectivo que se extiende basicamente paralelo a, y espaciado del eje longitudinal; o al menos tres toberas; o al menos cuatro grupos de toberas.

12. El aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que cada tobera tiene una lanza respectiva

(22) que se proyecta dentro de ella para suministrar uno de un gas carburante y un oxidante en la parte de la corriente de gas que pasa a traves de esa tobera.

13. El aparato segun la reivindicación 12, en el que la tobera se extiende respecto a la lanza.

14. El aparato segun la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que la tobera es basicamente concentrica con la lanza.

15. El aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que cada tobera tiene una manga respectiva

(26) que se extiende en el entorno para suministrar uno de un gas carburante y un oxidante en la parte de la corriente de gas que pasa a traves de esa tobera.

16. El aparato segun la reivindicación 15, en el que la manga es basicamente concentrica con la tobera.

17. El aparato segun la reivindicación 15 o la reivindicación 16, en el que la tobera termina dentro de la manga.

18. El aparato segun cualquier reivindicación precedente, en el que la relación de aspecto del quemador poroso de prendido interno tiene un valor menor de 1.

19. El aparato segun cualquier reivindicación precedente, que comprende una columna de refrigeración (60) debajo

de y en comunicación fluida con la zona de combustión, medios para mantener un flujo de agua a lo largo de la superficie interna (62) de la columna de refrigeración, y un separador gas-liquido conectado a la parte inferior (66) de la columna.

20. Un metodo para la destrucción por combustión de sustancias nocivas, que comprende inyectar una corriente de gas que contiene al menos una sustancia nociva, en una zona de combustión rodeada por la superficie de salida de un quemador poroso de prendido interno que tiene un extremo abierto, suministrar gas carburante y oxidante al quemador poroso para realizar la combustión en la superficie de salida, y descargar un producto de combustión de la zona de combustión a traves del extremo abierto del quemador poroso, caracterizado porque el extremo abierto del quemador poroso se calienta mediante un segundo quemador.

21. Un metodo segun la reivindicación 20, en el que el extremo abierto del quemador poroso se calienta mediante un quemador poroso de prendido externo rodeado por el quemador poroso de prendido interno y al que se suministra un gas carburante y un oxidante para realizar la combustión en una superficie de salida del mismo.

22. Un metodo segun la reivindicación 21, en el que o se suministra la misma mezcla de gas carburante y oxidante a ambos quemadores porosos, o se suministran mezclas diferentes de gas carburante y oxidante a los quemadores 15 porosos.

23. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, en el que se suministra uno de un gas carburante y un oxidante a la corriente de gas antes de la inyección en la zona de combustión.

24. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, en el que la corriente de gas se descarga, a traves

de un fondo abierto de la zona de combustión, en una columna que tiene una superficie interna a lo largo de la cual 20 se mantiene un flujo de agua.

FIG.º1

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