气体喷嘴清洁方法及系统与流程

1.本发明涉及用于气体减排系统的清洁系统、气体减排燃烧器以及用于清洁减排燃烧器的气体入口喷嘴的方法。


背景技术：

2.减排燃烧器用于处理来自例如半导体制造过程的废气。这种处理是重要的，因为废气由于其高温室效应可能是有毒的和/或对大气有害。
3.一种这样的废气处理方法包括燃烧以从气流中去除有害化合物。典型地，废气与燃料气体混合，燃料气体经由入口组件输送到燃烧室中进行燃烧。入口组件通常包括喷嘴结构，气体混合物通过该喷嘴结构输送。气体混合物在其离开喷嘴结构时燃烧。
4.入口组件通常还包括清洁机构，以用于去除由于废气燃烧而在喷嘴结构上形成的过程气体的固体沉积物。该清洁机构可以是例如可缩回的清洁弹簧，其被设计成从喷嘴结构物理地去除沉积物。然而，已经发现，尽管存在这种清洁机构，但是在喷嘴结构和清洁机构两者自身上仍然会形成沉积物。这些沉积物的影响是，它们降低了喷嘴结构和清洁机构的寿命和/或功能，降低了气体减排系统的效率，并且增加了在修理和更换这些部件时的机器停机时间。
5.在现有技术的清洁方法中，清洁构件的操作已导致清洁构件被置于火焰的路径中。已经发现，即使当已经使用了清洁构件时，在喷嘴的远端上也可能形成沉积物，例如氧化铝。这可能导致喷嘴的限制，和/或喷嘴内的回烧，和/或降低的喷嘴传导性，和/或火焰的变形，这进而会导致不完全燃烧和不希望的碳氢化合物和一氧化碳的产生。
6.另外，还已发现这种沉积物形成在清洁构件自身上，特别是在火焰中的远端处。此外，已经发现清洁构件自身在清洁机构的使用期间被损坏。清洁构件已经破裂，有时达到清洁构件的部分已经完全断裂的程度，这妨碍了清洁构件实现其预期目的。
7.不希望受到理论的束缚，发明人已经发现，在喷嘴清洁过程期间，清洁构件穿过与喷嘴相关联的火焰会促进上述沉积和破裂。通过反复插入火焰和从火焰缩回，清洁构件经历反复的加热和冷却循环。清洁构件的破裂可能是由于多次加热循环和随后的快速冷却导致的微裂纹的引入和传播。因此，期望提供一种避免这些问题的改进的喷嘴清洁系统和方法。


技术实现要素：

8.因此，在第一方面，提供了一种用于清洁减排燃烧器燃烧室的气体入口喷嘴的方法。减排燃烧器可间歇地从供给过程接收用于燃烧的气体。喷嘴可以包括清洁机构，该清洁机构包括用于从喷嘴物理地去除不想要的沉积物的可移动清洁构件。该清洁构件可从缩回的第一位置移动到第二位置（清洁位置），在第一位置中，清洁构件位于与喷嘴相关联的喷嘴火焰的路径之外，在第二位置中，清洁构件位于喷嘴火焰的路径中。该方法包括以下步骤：识别喷嘴火焰何时关闭；当喷嘴火焰关闭时，将清洁构件从第一位置移动到第二位置；
以及在喷嘴火焰开启（例如点燃）之前将清洁构件返回到第一位置。如果不希望的沉积物存在，则清洁构件从缩回的第一位置到第二清洁位置的移动可以从喷嘴物理地去除不想要的沉积物。
9.为了本发明的目的，喷嘴火焰的路径指的是在喷嘴使用期间，即在燃烧期间，由喷嘴火焰占据的最大体积所限定的体积。应当理解，取决于喷嘴火焰是开启的还是关闭的，喷嘴火焰的路径实际上可能包含火焰，或者可能不包含火焰。典型地，当喷嘴火焰开启时，清洁构件不会穿过喷嘴的端部。附加地或替代地，当喷嘴出口温度高于约1000℃时，清洁构件不进入喷嘴火焰的路径。优选地，当喷嘴出口温度低于约1000℃、优选低于600℃、优选处于环境温度（例如室温）时，清洁构件可以仅处于第一位置。
10.减排燃烧器可包括辐射燃烧器。典型地，辐射燃烧器可以包括向内燃烧的辐射燃烧器，优选基本上为管状燃烧器。典型地，在使用中，来自供给过程的气体从喷嘴流入燃烧器中，在燃烧器中，它们经历加热和附加的化学过程，诸如燃烧、氧化或还原。优选地，这些反应可以发生在远离燃烧器壁的基本层流区域，以防止氧化物沉积在其上。
11.减排燃烧器可具有多种操作模式，每种模式提供特定的喷嘴条件，且特别是特定的喷嘴出口温度。典型地，减排燃烧器可具有四种操作模式。
12.在第一模式中，减排燃烧器关闭。典型地，当减排燃烧器关闭时，没有过程气体流（即来自供给过程的用于燃烧的气体），任何引燃燃烧器关闭，任何辐射燃烧器关闭，并且喷嘴火焰关闭。典型地，喷嘴出口处的温度处于基本上环境温度，例如基本上室温（大约20℃）。
13.在第二模式中，减排燃烧器处于闲置模式。典型地，闲置模式的特征在于没有过程气体流，任何引燃燃烧器开启，任何辐射燃烧器关闭，并且喷嘴火焰关闭。在闲置模式下，喷嘴出口温度通常处于基本上环境温度，例如基本上室温（约20℃）。
14.在第三模式中，减排燃烧器处于辐射燃烧器模式。典型地，辐射燃烧器模式的特征在于过程气流经由喷嘴进入燃烧室，任何引燃燃烧器开启，辐射燃烧器开启，并且喷嘴火焰关闭。在辐射燃烧器模式中，喷嘴出口温度通常为从约600℃至约1000℃。
15.在第四模式中，减排燃烧器可以是火焰模式。火焰模式的特征可以在于经由喷嘴进入燃烧室的过程气体流，任何引燃燃烧器开启，任何辐射燃烧器开启，并且喷嘴火焰开启。在火焰模式中，典型地，喷嘴出口温度为从约1000℃至约1800℃。典型地，诸如甲烷（例如天然气）、丙烷或丁烷（例如液化石油气）或氢气的燃料被添加到过程气体，并且在氧化剂（例如氧气或cda）的支持下被点燃以形成喷嘴火焰。燃料可以包括甲烷，例如天然气。
16.典型地，当减排燃烧器关闭或处于闲置模式时，清洁构件可从第一位置移动至第二位置。此外，在减排燃烧器处于火焰模式之前，清洁构件可移动回到第一位置。附加地或替代地，当减排燃烧器处于辐射燃烧器模式时，清洁构件可处于第一位置或第二位置中。
17.在减排燃烧器的使用期间，一个或多个喷嘴火焰和/或辐射燃烧器可以间隔地开启和关闭。已经发现，通过将清洁机构的移动与喷嘴火焰的操作相关联，使得当喷嘴火焰开启时，清洁构件不会进入喷嘴火焰的路径，可以显著减少喷嘴和/或清洁构件上的沉积物和破裂的量。优选地，当喷嘴火焰开启时，清洁构件可不进入喷嘴火焰的路径。
18.有利的是，这可以减少清洁构件和/或喷嘴所需的维护量，并最小化机器停机时间。此外，它延长了部件的寿命。
19.通过防止清洁构件在喷嘴火焰开启时进入喷嘴火焰的路径，喷嘴清洁机构将更高效地操作，从而允许失效之间的平均时间增加。
20.典型地，第一位置可以包括基本上所有的清洁构件都位于喷嘴火焰的路径之外。
21.在另一方面，本发明提供了一种清洁减排燃烧器燃烧室的气体入口喷嘴的方法。减排燃烧器可间歇地从供给过程接收气体以用于燃烧。喷嘴可以包括清洁机构，该清洁机构包括用于从喷嘴物理去除不想要的沉积物的可移动清洁构件。典型地，清洁构件可从缩回的第一位置移动到第二清洁位置，在第一位置中，清洁构件位于与喷嘴相关联的喷嘴火焰的路径之外，在第二清洁位置中，清洁构件位于与喷嘴相关联的喷嘴火焰的路径中。
22.该方法包括以下步骤：当来自供给过程的气体被提供给减排系统以用于燃烧时，识别供给过程中的步骤；以及引导清洁构件的移动，以确保清洁构件在所识别的步骤期间处于第一位置中，优选地在所识别的步骤持续时间内处于第一位置中。通过在供给过程中的识别步骤期间阻止清洁机构的操作，清洁构件在那时保持远离喷嘴火焰。当气体被提供给减排系统以用于燃烧时，通过使清洁机构的操作与供给过程中的特定步骤同步，可以减少清洁机构和喷嘴两者上沉积物的堆积以及清洁构件的破裂和磨损。有利的是，这可以增加失效之间的平均时间，并且增加气体减排过程的整体效率。
23.在所述的方法期间，当清洁构件缩回到第一位置中时，仍可能存在沉积在喷嘴上的材料，但是这将通过清洁机构的正确操作而被清除。因此，本发明确保清洁机构自身更有效。
24.另外，来自供给过程的气体的含量可变化，且该方法可进一步包括以下步骤：当特定气体化学物质被提供给减排系统以用于燃烧时，识别供给过程中的步骤；以及引导清洁构件的移动，以确保清洁构件在所识别的步骤的持续时间内处于第一位置中。
25.由于例如增加的燃烧温度和/或增加的沉积速率和/或更多的腐蚀性化学物质，可能存在对清洁机构的操作特别有害的特定气体化学物质。有利的是，如上所述的步骤（b）确保清洁机构不会被所述特定气体化学物质损坏。具体而言，有害气体化学物质可包括，例如，与有机残留物混合的挥发性氯化铝，其可来自铝蚀刻配方。这种材料可涂覆清洁弹簧，使得如果清洁弹簧移动到火焰中，则铝化合物可迅速反应形成氧化铝。氧化铝可涂覆清洁弹簧以形成基本上不可移动的沉积物层。随着时间的推移，这些沉积物可堆积形成会堵塞喷嘴的固体堵塞物。
26.另外，该方法还可包括识别供给过程中的所有这样的步骤，并引导清洁构件的移动，以确保清洁构件在所有识别的步骤的持续时间内处于第一位置中。
27.典型地，该方法可以进一步包括当喷嘴火焰停止使用时将清洁构件移动到第二位置的步骤。在这种情况下,“停止使用”是指此时没有燃烧发生。优选地，该方法可以进一步包括当喷嘴火焰关闭或者辐射燃烧器和喷嘴火焰关闭时，将清洁构件循环到第二位置的步骤。
28.优选地，第二位置包括清洁构件的远端到达喷嘴的远端。有利的是，通过确保当喷嘴火焰停止使用时清洁构件移动到第二位置，当清洁构件处于第一位置时形成在喷嘴上的任何沉积物的堆积可以被去除。从喷嘴去除沉积物越规律，减排燃烧器的整体性能将受影响的可能性越小。
29.典型地，该方法可以进一步包括在所识别的步骤之一发生和/或喷嘴火焰恢复使
用之前，将清洁构件返回到第一位置的步骤。因此，确保了每当清洁构件可能易于受到如前所述的增加的沉积物和/或损坏时，清洁构件保持在第一位置。有益的是，这增加了效率和失效之间的平均时间。
30.在另一方面，提供了一种用于减排系统燃烧室的气体入口喷嘴的清洁系统。减排系统可间歇地从供给过程接收用于燃烧的废气。该清洁系统可以包括与喷嘴相关联的清洁机构，该清洁机构包括用于从喷嘴去除不想要的沉积物的可移动清洁构件。该清洁构件可从第一位置移动到第二位置，在第一位置中，清洁构件在与喷嘴相关联的火焰路径之外，在第二位置中，清洁构件在与喷嘴相关联的火焰路径中。该系统可以被构造成协调清洁构件的移动，使得清洁构件在通过供给过程向喷嘴提供废气以用于燃烧之前和期间处于第一位置。
31.如先前所描述的，已经发现，通过将清洁机构的移动与废气的提供相关联，并因此与火焰的存在相关联，使得清洁构件在燃烧期间不进入火焰的路径，清洁构件的沉积物和破裂的量可以显著减少。有利的是，这减少了清洁机构和喷嘴所需的维护量，并使机器停机时间最小化。此外，它延长了部件的寿命。
32.通过防止清洁构件在火焰存在的时间期间进入火焰的路径，喷嘴清洁机构将更高效地操作，从而允许改进失效之间的平均时间。优选地，在辐射燃烧器开启的时间期间，可以进一步防止清洁构件进入火焰的路径。
33.在使用期间，喷嘴内侧上可能仍有沉积物堆积，但这可以通过正确使用清洁机构来去除。
34.典型地，清洁系统的清洁构件的协调移动可以是自动化的。有利的是，这提高了清洁系统的效率，并且因此提高了减排系统的效率。
35.在另一方面，可提供包括燃烧室的气体减排燃烧器，其中所述燃烧室可包括如本文所述的气体入口喷嘴和清洁系统。
36.优选地，气体减排燃烧器可以是阿特拉斯蚀刻（atlas etch）系统或阿特拉斯ulf（atlas ulf）系统。
37.通常，气体减排燃烧器可包括多个气体入口喷嘴，每个喷嘴具有与其相关联的单独的清洁系统。优选地，气体减排燃烧器可包括至少1个气体入口喷嘴，更优选至少4个气体入口喷嘴，更优选多达约10个气体入口喷嘴，例如6个气体入口喷嘴。
38.有利的是，具有与所述多个气体入口喷嘴中的每一个相关联的单独的清洁系统确保了每个气体入口喷嘴保持没有沉积物堆积，从而提高了气体减排燃烧器的整体效率。
39.典型地，每个清洁系统可以独立地与它所相关联的外部过程协调。这种外部过程可以包括例如半导体工业中使用的蚀刻或化学气相沉积过程。与同时和/或根据计时器操作所有清洁系统相比，这是有利的，因为这确保了每个清洁系统仅在相对于与其所相关联的外部过程的最佳时间操作。这确保了防止在使用期间在每个气体入口喷嘴上沉积物堆积过多。有益的是，这允许提高气体减排燃烧器的效率，同时还允许增加失效之间的平均时间。此外，它允许每个入口喷嘴和清洁系统独立操作，并保持高效运行。
40.在另一方面，提供了如本文所述的方法或系统，其中清洁构件可以是螺旋清洁弹簧。优选地，螺旋弹簧可以联接到致动器，该致动器提供螺旋弹簧在喷嘴的轴向方向上在第一和第二位置之间的往复位移，以清洁形成在喷嘴结构上的任何沉积物。
41.为了避免疑问，上文描述的所有方面可以加以必要的修改而组合。
附图说明
42.图1示出了带有短清洁弹簧的喷嘴连同附带的喷嘴。
43.图2示出了如在现有技术的清洁机构中看到的喷嘴沉积物。
44.图3示出了如在现有技术的另外的清洁机构中看到的喷嘴沉积物。
45.图4示出了本发明的清洁机构。
具体实施方式
46.如图1所示，示出了根据现有技术的喷嘴结构（1）和清洁构件（2）。喷嘴结构（1）具有喷嘴（3）。喷嘴（3）具有中心导管，该中心导管被构造成放置在清洁构件（2）上，使得喷嘴（3）充当围绕清洁构件（2）的套筒。
47.清洁构件（2）包括基本上螺旋的弹簧（4）。基本上螺旋的弹簧（4）也可以被称为“清洁弹簧”。喷枪（5）与清洁弹簧（4）同轴定位，使得清洁弹簧（4）围绕喷枪（5）。在使用中，气体行进穿过喷枪（5）并从喷枪（6）的远端排出以用于燃烧。
48.在第一端处，清洁弹簧（4）联接到致动器（未示出），该致动器提供清洁弹簧（4）在喷嘴（3）的轴向方向上在第一和第二位置之间的往复位移。在图1中，清洁弹簧（4）被示出处于第二位置中，其中它延伸超过喷枪（6）的远端。在第一位置（未示出）中，清洁弹簧（4）被致动器缩回，使得它不延伸超过喷枪（6）的远端。
49.如可以看到的，喷嘴（3）的远端在中心导管中具有沉积物（7）堆积。沉积物（7）堆积已导致气体可以通过其离开喷嘴（3）的孔（8）的尺寸变小并具有不规则的形状。这可导致气体减排系统的效率降低。如果喷嘴（3）被沉积物（7）堵塞，那么喷嘴（3）内可能发生回烧，这可能导致喷嘴变形或损坏。喷嘴上的沉积物（7）堆积也可能降低喷嘴（3）的传导性。沉积物（7）堆积还可能导致喷嘴火焰（未示出）的变形，这会导致过程气体的不完全燃烧以及不想要的碳氢化合物和/或一氧化碳的产生。
50.所示的清洁弹簧（4）是“短”清洁弹簧。这意味着它的长度小于约50毫米。如图所示，在“短”清洁弹簧（4）上没有沉积物（7）的堆积，但是它不再能够清洁整个喷嘴（3），并且因此已经导致沉积物（7）在中心导管中堆积而不能被清除。这可能导致喷嘴效率的降低，并且潜在地导致最终的堵塞和失效。为了使得清洁弹簧（4）能够清洁整个喷嘴（3），当清洁弹簧（4）处于第二位置中时，螺旋清洁弹簧（4）通常应具有足够的长度，使得其延伸超过喷嘴（3）的在致动器远侧的端部。优选地，螺旋清洁弹簧（4）具有足够的长度，使得当清洁弹簧（4）处于第二位置中时，清洁弹簧（4）的至少一个螺旋、更优选地至少两个螺旋延伸超过致动器的喷嘴（3）远侧的端部。如果采用其它清洁构件，当处于第二清洁位置时，它们也可以延伸超过喷嘴的端部。
51.图2图示了根据现有技术的清洁弹簧（4）。如可以看到的，在清洁弹簧（4）的端部处，已经有沉积物（7）堆积。该沉积物（7）在气体减排系统的操作期间由于清洁弹簧（4）被放置在火焰路径（未示出）中而已经形成。沉积物（7）在清洁弹簧（4）上的堆积将降低气体减排系统的效率，因为沉积物（7）将处于火焰的路径中。另外，它可能会导致对清洁弹簧（4）的损坏并减少部件的使用寿命。
52.如图3所示，可以看到根据现有技术的清洁弹簧（4），其中清洁弹簧（4）再次呈现沉积物（7）的堆积。在这种情况下，沉积物已经覆盖了清洁弹簧（4）的整个远端。这将在火焰离开喷枪（未示出）时阻挡火焰的直接路径，这可能降低气体减排系统的效率，并且还可能导致清洁弹簧（4）的进一步加热。清洁弹簧（4）的加热可能导致沉积物（7）的进一步堆积，并且甚至可能导致清洁弹簧（4）的破裂和失效。
53.还可以看出，在喷嘴（3）的边缘上已经存在已堆积的沉积物（9）。这可能是沉积物（7）堵塞清洁弹簧（4）端部的进一步影响。
54.图4图示了根据本发明的清洁弹簧（10）。如前所述，清洁弹簧（10）具有基本上螺旋形的形状，并围绕喷枪（11）。清洁弹簧（10）被构造成装配在喷嘴（未示出）内并基本上被喷嘴包围。
55.在气体减排系统的操作期间，气体穿过喷枪（11）并从喷枪（12）的远端排出以用于燃烧。如前所述，清洁弹簧（4）的位置可在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中，清洁弹簧（10）位于与喷嘴相关联的火焰路径之外，在第二位置中，清洁弹簧（10）位于与喷嘴相关联的火焰路径中。清洁弹簧（10）的位置可被构造成当气体被提供给用于燃烧的减排时与供给过程中的步骤相关联，和/或当提供特定气体化学物质时与供给过程中的步骤相关联。
56.如图所示，通过将清洁弹簧（10）的移动与过程步骤或气体化学物质相关联，可以防止沉积物在清洁弹簧（10）和/或喷嘴上的堆积。此外，通过确保清洁弹簧（10）在燃烧期间不在与喷嘴相关联的火焰路径中，对清洁弹簧（10）的损坏可以最小化。总的来说，这导致失效之间的平均时间增加。
57.应当理解，可以对所示的实施例进行各种修改，而不脱离根据专利法解释的由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。
58.关键附图标记1.喷嘴结构（现有技术）2.清洁构件（现有技术）3.喷嘴4.基本上螺旋的弹簧（现有技术）5.喷枪（现有技术）6.喷枪的远端（现有技术）7.弹簧上的沉积物（现有技术）8.孔（现有技术）9.喷嘴上的沉积物（现有技术）10.清洁弹簧11.喷枪12.喷枪的远端。