(57)【要約】  バーナ用の入口組立体および方法が開示される。入口組立体は、除害バーナ用のものであり、この入口組立体は、処理されるべき流出ガス流を処理のために入口孔からボア経由で出口孔に運ぶことができる入口導管と、燃料ガスをガス入口孔からガスボア経由で、流出ガス流との混合のためボア内に位置決めされたガス出口孔に運ぶことができるランス導管とを含み、ガスボアの断面積は、ガス出口孔に向かって増大している。このように、ガスボアの漸増断面積によって引き起こされる膨張は、燃料ガスと流出ガス流との混合を促進し、それにより分解・除去効率（ＤＲＥ）が向上し、それによってＤＲＥの所要レベルを維持しながら燃料ガスの量を減少させた状態で入口組立体を作動させることができる。
2018527543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除害バーナ用の入口組立体であって、
処理されるべき流出ガス流を処理のために入口孔からボア経由で出口孔まで運ぶことができる入口導管と、燃料ガスをガス入口孔からガスボア経由で、前記流出ガス流との混合のため前記ボア内に位置決めされたガス出口孔まで運ぶことができるランス導管とを含み、前記ガスボアの断面積は、前記ガス出口孔に向かって増大している、入口組立体。
【請求項２】
前記ガス出口孔の横断面積は、前記入口孔の横断面積よりも大きい、請求項１記載の入口組立体。
【請求項３】
前記入口導管および前記ランス導管は、前記ガス出口孔に向かって前記ボアの断面積を減少させるよう寸法決めされている、請求項１または２記載の入口組立体。
【請求項４】
前記ランス導管の断面外周は、外側ガス出口孔に向かって拡大している、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の入口組立体。
【請求項５】
前記ランス導管は、前記ガス出口孔の近くで外方にテーパしたテーパ区分を有する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の入口組立体。
【請求項６】
前記テーパ区分は、最大約６０°までのテーパ角度を有する、請求項５記載の入口組立体。
【請求項７】
前記テーパ区分は、ガスを前記ボアと前記ガスボアとの間で運ぶことができる少なくとも１つのボイドを備えている、請求項５または６記載の入口組立体。
【請求項８】
前記少なくとも１つのボイドは、前記流出ガス流を前記ガスボア内での予備混合のために前記ボアから前記ガスボア中に半径方向内方に方向付けるよう構成されている、請求項７記載の入口組立体。
【請求項９】
前記少なくとも１つのボイドは、前記燃料ガスを前記ボア内での予備混合のために前記ガスボアから前記ボア中に半径方向外方に方向付けるよう構成されている、請求項７または８記載の入口組立体。
【請求項１０】
前記テーパ区分は、複数の前記ボイドを備えている、請求項７〜９のうちいずれか一に記載の入口組立体。
【請求項１１】
前記テーパ区分は、対向して対をなす前記ボイドを備えている、請求項７〜１０のうちいずれか一に記載の入口組立体。
【請求項１２】
前記テーパ区分は、対向して２つの対をなす前記ボイドを備えている、請求項７〜１１のうちいずれか一に記載の入口組立体。
【請求項１３】
前記ランス導管の近くで前記ボア内に位置決めされたフローレストリクタを含む、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の入口組立体。
【請求項１４】
前記フローレストリクタは、前記ボアの軸方向長さに沿って前記ガス出口孔を越えるところまでは延びていない、請求項１３記載の入口組立体。
【請求項１５】
方法であって、
処理されるべき流出ガス流を処理のために入口導管の入口孔からボア経由で出口孔まで運ぶステップと、燃料ガスをランス導管のガス入口孔からガスボア経由で、前記流出ガス流との混合のため前記ボア内に位置決めされたガス出口孔まで運ぶステップとを含み、前記ガスボアの断面積は、前記ガス出口孔に向かって増大している、方法。
【請求項１６】
明細書において添付の図面を参照して説明した入口組立体。
【請求項１７】
明細書において添付の図面を参照して説明した方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナ用の入口組立体および方法に関する。
【０００２】
除害バーナ（abatement burner）が知られており、かかる除害バーナは、典型的には、例えば半導体またはフラットパネルディスプレイ製造業界で用いられる製造プロセスツールからの流出ガス流を処理するために用いられる。かかる製造中、残留ペルフルオロ化合物（ＰＦＣ）および他の化合物がプロセスツールから圧送された流出ガス流中に存在する。ＰＦＣは、流出ガスから除去するのが困難であり、かかるＰＦＣが環境中に放出されることは、ＰＦＣが比較的高い温室効果作用を有することが知られているので望ましくない。
【０００３】
公知のバーナは、ＰＦＣおよび他の化合物を流出ガス流から除去するために燃焼を利用する。典型的には、流出ガス流は、ＰＦＣおよび他の化合物を含む窒素流である。一構成例では、燃料ガスを流出ガス流と混合し、このガス流混合物を側部が有孔ガスバーナの出口表面によって包囲された燃焼チャンバ中に運び込む。燃料ガスと空気を有孔バーナに同時に供給して、出口表面のところでの無炎（フレームレス）燃焼に影響を及ぼし、有孔バーナを通る空気の量は、バーナに供給される燃料ガスだけでなく燃焼チャンバ中に注入されるガス流混合物中の全ての可燃物を焼尽するのに十分である。
【０００４】
流出ガス流中に存在する化合物の種類および当該流出ガス流の流れ特性は、プロセスツールごとに様々な場合があり、したがって、燃料ガスと空気の混合比範囲は、輻射バーナ中に導入されることが必要な他のガスまたは流体と相まってこれまた様々である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流出ガス流を処理する技術が存在するが、これら技術は各々、これら自体の欠点を持っている。したがって、流出ガス流を処理する改良技術を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点によれば、除害バーナ用の入口組立体であって、処理されるべき流出ガス流を処理のために入口孔からボア経由で出口孔まで運ぶことができる入口導管と、燃料ガスをガス入口孔からガスボア経由で、流出ガス流との混合のためボア内に位置決めされたガス出口孔まで運ぶことができるランス導管（lance conduit）とを含み、ガスボアの断面積は、ガス出口孔に向かって増大していることを特徴とする入口組立体が提供される。
【０００７】
第１の観点で認識されることは、流出ガス流の処理が、特に高い分解・除去効率（destruction and removal efficiencies：ＤＲＥ）を達成しようとする場合に、問題となる場合があるということである。特に、許容可能なＤＲＥは、燃料の量を減少させた状態で既存の装置を作動させる場合に達成するのが困難な場合があり、許容できないレベルまでＤＲＥが低くなる場合がある。
【０００８】
したがって、入口組立体または装置が提供される。入口組立体は、バーナ、例えば除害バーナ用のものであるのが良い。入口組立体は、入口導管を含むのが良い。入口導管は、処理されるべき流出ガス流を処理のために入口孔からボアに沿って出口孔まで運び、案内しまたは輸送することができる。入口組立体は、ランス導管を更に含むのが良い。ランス導管は、燃料ガス流をガス入口孔からガスボアに沿ってガス出口孔まで運び、案内しまたは輸送することができる。ガス出口孔は、燃料ガスと流出ガス流の混合を容易にするよう入口導管のボア内に位置決めされるのが良い。ガスボアの断面積は、ガス出口孔に向かってまたはガス出口孔のところで増大するのが良い。このように、ガスボアの漸増断面積により引き起こされる膨張により、燃料ガスと流出ガス流の混合が促進され、それによりＤＲＥが向上し、それによってＤＲＥの所要レベルを依然として維持しながら燃料ガスの量を減少させた状態で入口組立体を作動させることができる。
【０００９】
一実施形態では、ガス出口孔の横断面積は、入口孔の横断面積よりも大きい。したがって、ガス出口孔のところの断面積は、入口孔の近くでのボアの断面積よりも大きいのが良い。断面積を増大させることにより、燃料ガスの膨張が得られ、それにより流出ガス流とのより効果的な混合が容易になる。
【００１０】
一実施形態では、入口導管およびランス導管は、ガス出口孔に向かってボアの断面積を減少させるよう寸法決めされている。したがって、ランス導管の外面とボアの内面との間のボアの断面積は、ガス出口孔に向かってまたはガス出口孔のところで減少する。換言すると、入口導管とランス導管との間の有孔または無充填環状断面積は、ガス出口孔に向かってまたはガス出口孔のところで減少する。これにより、流出ガス流の流量が増大し、それにより燃料ガスとのより効果的な混合が容易になる。
【００１１】
一実施形態では、ランス導管の断面外周は、外側ガス出口孔に向かって拡大している。したがって、ランス導管と入口導管との間の断面積を減少させるため、ランスの断面周囲または外面をガス出口孔に向かってまたはガス出口孔のところで増大させるのが良く、その目的は、流出ガス流の流量を増大させて燃料ガスとのより効果的な混合を容易にすることにある。
【００１２】
一実施形態では、ランス導管は、ガス出口孔の近くで外方にテーパしたテーパ区分を有する。したがって、外方テーパまたは円錐形区分がランスの外面に設けられるのが良く、かかる外方テーパまたは円錐形区分は、ガス出口孔のすぐ隣りで、近くでまたはこのガス出口孔のところで外方にテーパしまたはラッパ形に広がるのが良い。このテーパ区分は、ランスの断面外周を拡大させる移行部となり、このテーパ区分は、ボアの断面積を減少させ、その目的は、流出ガス流の流量を増大させて燃料ガスとのより効果的な混合を容易にすることにある。
【００１３】
一実施形態では、テーパ区分は、最大約６０°までのテーパ角度を有する。したがって、テーパをランス導管の長手方向軸線に関して測定して最大６０°まで角度付けすることができる。
【００１４】
一実施形態では、テーパ角度は、約４５°である。
【００１５】
一実施形態では、テーパ区分は、ガスをボアとガスボアとの間で運ぶことができる少なくとも１つのボイド（空所）を備えている。したがって、テーパ区分それ自体内にはボイドが設けられるのが良く、このボイドは、ガスをボアとガスボアとの間で運びまたは輸送することができる。換言すると、ボイドがテーパ区分内に設けられるのが良く、かかるボイドにより、流出ガス流をこのボイドに通してガスボア中に運ぶことができるとともに／あるいは燃料ガスをボイドに通してボアまで運ぶことができる。かかるボイドは、燃料ガスと流出ガス流のより効果的な混合を可能にするのを助ける。
【００１６】
一実施形態では、少なくとも１つのボイドは、流出ガス流をガスボア内での予備混合のためにボアからガスボアまで運ぶよう構成されている。したがって、ボイドは、流出ガス流をガスボア内の燃料ガスとの予備混合のためにボアからガスボアまで運びまたは輸送することができる。この場合もまた、これにより、混合効率が向上する。
【００１７】
一実施形態では、少なくとも１つのボイドは、流出ガス流をガスボア内での予備混合のためにボアからガスボア中に半径方向内方に方向付けるよう構成されている。したがって、ボイドは、流出ガス流をガスボアの中心に向かって方向付けまたは案内することができ、それにより燃料ガスとの予備混合度が向上される。
【００１８】
一実施形態では、少なくとも１つのボイドは、燃料ガスをボア内での予備混合のためにガスボアからボアまで運ぶよう構成されている。したがって、ボイドは、燃料ガスをボア内の流出ガス流との予備混合のためにガスボアからボア中に運びまたは方向付けることができる。
【００１９】
一実施形態では、少なくとも１つのボイドは、燃料ガスをボア内での予備混合のためにガスボアからボア中に半径方向外方に方向付けるよう構成されている。したがって、ボイドは、燃料ガスをガスボアからボア中に半径方向外方に方向付けまたは案内することができ、それにより流出ガス流との予備混合度が向上する。
【００２０】
一実施形態では、少なくとも１つのボイドは、テーパ区分に設けられたスロットを含む。
【００２１】
一実施形態では、スロットは、テーパ区分の軸方向に延びる。
【００２２】
一実施形態では、テーパ区分は、複数のボイドを備えている。したがって、２つ以上のボイドが設けられるのが良く、ボイドの各々は、混合を容易にする。
【００２３】
一実施形態では、テーパ区分は、対向して対をなすボイドを備える。
【００２４】
一実施形態では、テーパ区分は、対向して２つの対をなすボイドを備える。かかる構成により、１つの対向して対をなすボイドがボアからガスボア中への混合を容易にすることができ、他方、残りの対向して対をなすスロットは、ガスボアからボアへの混合を容易にすることができる。
【００２５】
一実施形態では、フローレストリクタ（flow restrictor）がランス導管の近くでボア内に位置決めされた状態で設けられる。フローレストリクタを設けることは、流出ガス流の流れを速めるのを助けるとともに混合効率を向上させる。
【００２６】
一実施形態では、フローレストリクタは、ボアの軸方向長さに沿って少なくとも部分的に延びる。
【００２７】
一実施形態では、フローレストリクタは、ボアの軸方向長さに沿ってガス出口孔を越えるところまでは延びていない。
【００２８】
一実施形態では、フローレストリクタは、螺旋ばねを含む。これにより、既存のばねの再使用が可能であり、この場合、ボアのクリーニングのためのばねが設けられる。
【００２９】
一実施形態では、入口組立体は、混合状態の流出ガス流と燃料ガスを出口孔から受け入れるバーナと比較した場合のランス導管に送り出される燃料の比を制御することができる燃料制御装置を含む。
【００３０】
一実施形態では、バーナと比較した場合のランス導管に送り出される燃料の比は、約１．５：１を超える。
【００３１】
一実施形態では、バーナと比較した場合のランス導管に送り出される燃料の比は、約５：１を超える。
【００３２】
第２の観点によれば、方法であって、処理されるべき流出ガス流を処理のために入口導管の入口孔からボア経由で出口孔まで運ぶステップと、燃料ガスをランス導管のガス入口孔からガスボア経由で、流出ガス流との混合のためボア内に位置決めされたガス出口孔まで運ぶステップとを含み、ガスボアの断面積は、ガス出口孔に向かって増大していることを特徴とする方法が提供される。
【００３３】
一実施形態では、本方法は、ガス入口孔の断面積よりも大きなガス出口孔の断面積を用意するステップを含む。
【００３４】
一実施形態では、本方法は、ボアの断面積をガス出口孔に向かって減少させるよう入口導管およびランス導管を寸法決めするステップを含む。
【００３５】
一実施形態では、本方法は、ランス導管の断面外周をガス出口孔に向かって拡大させるステップを含む。
【００３６】
一実施形態では、本方法は、ガス出口孔の近くで外方にテーパしたランス導管のテーパ区分を用意するステップを含む。
【００３７】
一実施形態では、本方法は、最大約６０°までのテーパ角度を有するテーパ区分を用意するステップを含む。
【００３８】
一実施形態では、本方法は、約４５°のテーパ角度を有するテーパ区分を用意するステップを含む。
【００３９】
一実施形態では、本方法は、テーパ区分に少なくとも１つのボイドを形成してガスをボアとガスボアとの間で運ぶステップを含む。
【００４０】
一実施形態では、本方法は、流出ガス流を、少なくとも１つのボイドを用いてガスボア内での予備混合のためにボアからガスボアに運ぶステップを含む。
【００４１】
一実施形態では、本方法は、流出ガス流を、少なくとも１つのボイドを用いてガスボア内での予備混合のためにボアからガスボア中に半径方向内方に方向付けるステップを含む。
【００４２】
一実施形態では、本方法は、燃料ガスを、少なくとも１つのボイドを用いてボア内での予備混合のためにガスボアからボアに運ぶステップを含む。
【００４３】
一実施形態では、本方法は、燃料ガスを、少なくとも１つのボイドを用いてボア内での予備混合のためにガスボアからボア中に半径方向外方に方向付けるステップを含む。
【００４４】
一実施形態では、少なくとも１つのボイドは、テーパ区分に設けられたスロットを含む。
【００４５】
一実施形態では、本方法は、スロットをテーパ区分の軸方向に延長させるステップを含む。
【００４６】
一実施形態では、本方法は、テーパ区分に複数のボイドを形成するステップを含む。
【００４７】
一実施形態では、本方法は、テーパ区分に対向して対をなすボイドを形成するステップを含む。
【００４８】
一実施形態では、本方法は、テーパ区分に対向して２つの対をなすボイドを形成するステップを含む。
【００４９】
一実施形態では、本方法は、フローレストリクタをランス導管の近くでボア内に位置決めするステップを含む。
【００５０】
一実施形態では、本方法は、フローレストリクタをボアの軸方向長さに沿って少なくとも部分的に延長させるステップを含む。
【００５１】
一実施形態では、本方法は、フローレストリクタをボアの軸方向長さに沿ってガス出口孔を越えるところまでは伸長させないようにするステップを含む。
【００５２】
一実施形態では、本方法は、フローレストリクタは、螺旋ばねを含む。
【００５３】
一実施形態では、本方法は、混合状態の流出ガス流と燃料ガスを出口孔から受け取るバーナと比較した場合のランス導管に送り出される燃料の比を制御するステップを含む。
【００５４】
一実施形態では、バーナと比較した場合のランス導管に送り出される燃料の比は、約１．５：１を超える。
【００５５】
一実施形態では、バーナと比較した場合のランス導管に送り出される燃料の比は、約５：１を超える。
【００５６】
別の特定の観点および好ましい観点は、添付の独立形式の請求項および従属形式の請求項に記載されている。従属形式の請求項の特徴を該当する場合には、そして特許請求の範囲に明示的に記載された組み合わせ以外の組み合わせ状態で独立形式の請求項の特徴と組み合わせることができる。
【００５７】
装置特徴が機能を提供するよう作用することができるものとして説明される場合、これは、その機能を提供しまたはその機能を提供するようになっているまたは構成されている装置特徴を含むことは理解されよう。
【００５８】
つぎに、添付の図面を参照して本発明の実施形態について更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】一実施形態による除害バーナを概略的に示す図である。
【図２Ａ】一実施形態によるランスの形態を示す図である。
【図２Ｂ】ノズル構造体に沿って見た図であり、取り付け状態のランスおよび同心の導管を示す図である。
【図３Ａ】反対側に対をなすスロットを通る平面で取った流体流れ速度および方向を示すベクトルプロット模擬図である。
【図３Ｂ】図３Ａから４５°の平面で取ったベクトルプロット模擬図である。
【図４Ａ】従来型ランスからの燃料ガス流の流線図である。
【図４Ｂ】従来型ランスからの燃料ガス流の流線図である。
【図４Ｃ】図２のランスからの燃料ガスの流線図である。
【図４Ｄ】図２のランスからの燃料ガスの流線図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
概観
【００６１】
実施形態を説明する前に、先ず最初に、概観を提供する。実施形態は、流出ガス流を削減するために用いられる除害バーナ、例えばリングバーナ用の入口組立体を提供する。入口組立体は、リングバーナによる削減のために流出ガス流を送り出す入口ノズル内に同時配置されたランス（lance）を含む。ランスは、リングバーナへの送り出しに先立って、流出ガス流との予備混合のために燃料ガスを送り出す。ランスは、そのガス出口孔が流出ガス流と燃料ガスの混合を促進するよう構成されている。代表的には、ランスは、この予備混合を促進する不連続部、例えばテーパ部、段部または他の構造を有する。かかる予備混合を更に促進するためにフローレストリクタ（flow restrictor）がランスの周りに設けられるのが良い。フローレストリクタは、入口ノズルに沿ってランスよりも長くは延びないよう構成されるのが良く、その目的は、層流に近い流れが再び確立され、その後に混合状態の流出ガス流と燃料ガスが入口ノズルを出てかかる混合物が入口ノズルを出るときに安定した燃焼を可能にする。かかる予備混合は、従来型除害バーナで用いられる流出ガス流と燃料ガスの比よりも低い流出ガス流と燃料ガスの比でリングバーナを用いた場合に許容レベルを上回るＤＲＥレベルを提供することが判明した。
【００６２】
除害バーナ‐全体的形態および作動
【００６３】
図１は、一実施形態による全体が符号８で示されている除害バーナを概略的に示している。除害バーナ８は、製造処理ツール（図示せず）、例えば半導体またはフラットパネルディスプレイプロセスツールから典型的には真空圧送システムによって圧送された流出ガス流を処理する。
【００６４】
流出流は、入口構造体１０によって受け入れられる。流出流は、入口構造体１０によってノズル構造体１２に運ばれる。この実施形態では、除害バーナ８は、円周方向に配置された４つの入口構造体１０を有し、各入口構造体は、それぞれの真空圧送システムによってそれぞれのツールから圧送された流出ガス流を運ぶ。変形例として、単一プロセスツールからの流出流を複数の流れに分割するのが良く、かかる流れの各々は、それぞれの入口構造体１０に運ばれる。各ノズル構造体１２は、燃焼リング１４の上面または入口表面を構成するセラミック頂部プレート１８に形成されたそれぞれのボア１６内に配置されている。
【００６５】
燃焼リング１４は、有孔要素２０の出口表面２１によって構成された側壁を有する。有孔要素２０は、円筒形であり、この有孔要素は、円筒形の外側シェル２４内に保持される。プレナム容積部（plenum volume）２２が有孔要素２０の入口表面２３と外側シェル２４との間に構成されている。燃料ガス、例えば天然ガスまたは炭化水素と、空気の混合物が入口ノズル（図示せず）を経てプレナム容積部２２中に導入される。燃料ガスと空気の混合物は、燃焼リング１４内での燃焼のために有孔要素２０の入口表面２３から有孔要素２０の出口表面２１に移る。
【００６６】
入口構造体１０は、ギャラリ部分（gallery portion）１０Ｂと結合する入口部分１０Ａを有し、ギャラリ部分１０Ｂは、ノズル構造体１２と結合している。入口部分１０Ａおよびノズル構造体１２の細長い軸線は、ランス３０の導入を容易にするよう互いにオフセットしており、ランス３０はノズル構造体１２内に保持される。この実施形態では、ランス３０は、ノズル構造体１２内に同心状にかつ同軸状に位置決めされている。以下に詳細に説明するように、ランス３０は、ノズル構造体１２からの流出に先立って、ノズル構造体１２内の流出ガス流との予備混合のために燃料ガスを導入する。ノズル構造体１２は、燃料導管１３（図１には示されていないが、図２Ｂに示されている）によって同心状に包囲されており、この燃料導管もまた、流出ガス流と燃料ガスがノズル構造体１２から出るときに燃料を供給する。螺旋ばね５０がランス３０とノズル構造体１２との間でランス３０の周りに同心状にかつ同軸状に配置されている。螺旋ばね５０は、ノズル構造体１２上に生じた付着物を取り除くためにランス３０およびノズル構造体１２の軸方向への螺旋ばね５０の往復変位を可能にするアクチュエータ（図示せず）に結合されている。この実施形態では、螺旋ばね５０は、その図示の休止位置にあるとき、ノズル構造体１２に沿って軸方向にランス３０よりも遠くには延びていない。
【００６７】
流出ガス流は、入口部分１０Ａからギャラリ部分１０Ｂを通ってノズル構造体１２中に流れ、ノズル構造体１２は、予備混合状態の燃料ガスと流出ガス流を円筒形燃焼リング１４中に注入する。燃料ガスは、流出ガス流との予備混合のためにランス３０によってノズル構造体１２中に導入される。ランス３０の構成および螺旋ばね５０との関係は、特に効果的な予備混合を可能にし、これについては以下に詳細に説明する。混合状態の流出ガス流と燃料ガスは、ノズル構造体１２を出て、この混合状態の流出ガス流と燃料ガスは、燃料導管１３からの燃料ガスによって包囲された状態で加熱されて燃焼リング１４内で燃焼させられる。燃焼は、代表的には燃料・空気混合物（ＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10）および燃焼バーナ１４の燃焼速度に応じて、７．５％〜１０．５％の公称範囲内の燃焼生成物、例えば酸素をもたらす。熱および燃焼生成物は、流出ガス流と燃料ガスの混合物と反応して流出ガス流を清浄化する。例えば、ＳｉＨ4およびＮＨ3が流出ガス流内に含まれることがあり、これら化合物は、燃焼チャンバ内のＯ2と反応してＳｉＯ2、Ｎ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯxを生ずる。同様に、Ｎ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｆ6が流出ガス流内に含まれることがあり、これら化合物は、Ｏ2と反応してＣＯ2、ＨＦおよびＨ2Ｏを生ずる。燃料ガスと空気の混合比は、燃焼リング１４内の公称温度を処理されるべき流出ガスに適した温度に合わせて変化させるよう変更される。燃焼リング１４の排気部１５は、燃焼生成物を除害バーナ８から放出することができるよう開いている。
【００６８】
ランスの形態
【００６９】
図２は、一実施形態としてのランス３０の形態を示している。理解できるように、ランス３０は、入口カップリング３２を有し、この入口カップリングは、燃料ガスをガス入口孔３７から円筒形区分３６によって画定されたボア３５を経てテーパ付き部分３４によって画定されたガス出口孔３９に供給する導管（図示せず）と結合している。テーパ付き部分は、切頭円錐形であってスロット３３が形成されている円錐形側壁３８を有する。この実施形態では、円錐形側壁３８は、ランス３０の細長い軸線から約４５°の角度をなして延びている。しかしながら、この角度未満の角度および最高約６０°までの角度が混合を向上させることが判明した。また、この実施形態では、４つのスロット３３が設けられているが、これよりも少ないまたはこれよりも多いスロットが設けられても良い。また、スロット３３は、テーパ付き部分３４の長さ全体に沿って完全に延びる必要はなく、混合を促進する上で代わりにテーパ付き部分３４に設けられた個々の穴で十分である。
【００７０】
流体流れおよび混合
【００７１】
図３Ａは、対向して対をなすスロット３３を通る平面で取った流体流れ速度および方向を示すベクトルプロット模擬図である。理解できるように、流出ガス流の速度は、螺旋ばね５０およびランス３０のテーパ付き部分３４の存在によってガス出口孔３９の付近で増大している。
【００７２】
つぎに、流出ガス流のうちの何割かを対向して対をなすスロット３３に通し、かかる何割かの流出ガス流は、ボア３５からランス３０のテーパ付き部分３４中に移動している燃料ガスと混合する。
【００７３】
図３Ｂは、図３Ａから４５°の平面上のベクトルプロット模擬図である。理解できるように、テーパ付き部分３４内のガス流混合物は、ガス出口孔３９を出て、テーパ付き部分３４の外面および螺旋ばね５０によって加速された流出ガス流と混合する。
【００７４】
燃料ガス流量および混合
図４Ａおよび図４Ｂは、従来型ランス（これは、テーパ付き部分３４を省いている）からの燃料ガス流（この場合、プロパン）を示す流線図である。これら流線図は、入口構造体１０を通る流量が毎分５０標準リットルの窒素、毎分１８標準リットルの酸素であり、ランス３０を通る燃料ガスの流量が毎分３．２標準リットルであることを前提としている。具体的に説明すると、図４Ａは、燃料ガス流量の流線を示しており、この場合、螺旋ばね５０は、ノズル構造体１２内でランスを越えて軸方向に延び、図４Ｂは、螺旋ばね５０がランスを越えて軸方向に延びることがない場合の燃料ガス流量の流線を示している。理解できるように、燃料ガスは、全体としてノズル構造体１２の中央の軸方向の領域内に留まり、かかる燃料ガスは、流出ガス流の外側シースによって同軸に包囲されている。燃料ガスのモル分率は、流出ガス流の希釈に起因して低下する。
【００７５】
図４Ｃおよび図４Ｄは、ランス３０からの燃料ガス流量（この実施例では、プロパン）の流線を示している。具体的に説明すると、図４Ｃは、螺旋ばね５０′がノズル構造体１２内でランス３０を越えて軸方向に延びている場合のランス３０からの燃料ガス流量の流線を示している。これら流線図は、入口構造体１０を通る流量が毎分５０標準リットルの窒素、毎分１８標準リットルの酸素であり、ランス３０を通る燃料ガスの流量が毎分３．２標準リットルであることを前提としている。理解できるように、混合の促進は、テーパ付き部分３４の存在に起因して生じるが、燃料ガス流は、乱流である。しかしながら、図４Ｄで理解できるように、混合の増大がテーパ付き部分３４の存在に起因して生じるが、乱流は、螺旋ばね５０がノズル構造体１２中に軸方向にランス３０のガス出口孔３９よりも遠くへは延びないようにするよう螺旋ばね５０を終端させることによって最小限に抑えられている。燃料ガスのモル分率は、流出ガス流の希釈に起因して低下する。
【００７６】
したがって、テーパ付き部分３４の存在がばね５０の短い長さと相まって、燃料ガスと流出ガス流の混合の増大をもたらす一方で、不必要な乱流を回避するとともに混合状態の燃料の流出流と燃料ガスがノズル構造体１２を出ているときにほぼ層流に近い流れを生じさせる。
【００７７】
表１は、多種多様なランス形態に関する実験データを示している。この構成例では、プロパンを酸素と一緒にランス３０、同心燃料導管１３と燃焼リング１４の両方に提供した。理解できるように、ＤＲＥの最も高いレートが４つのスロット３３および長さが４５ｍｍの場合に生じた。
【００７８】
【表１】
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表１
【００７９】
表２は、ランス３０によって送り出されたプロパンの量を増大させるとともにランス３０を用いた場合に同心燃料導管１３によって送り出されたプロパンの量の減少がＤＲＥをどれほど劇的に増大させているかを示している。表２はまた、螺旋ばね５０が存在する場合であってこの螺旋ばねがノズル構造体１２内でランス３０よりも遠くに延びることがない場合に最大ＤＲＥが生じていることを示している。
【００８０】
【表２】
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表２
【００８１】
したがって、実施形態が燃料、処理済みガスと酸素の混合を向上させ、それによりＰＦＣガス削減効率を向上させる割型端部を備えた超低燃料型ランス（ultra-low fuel lance）設計を提供していることが理解できる。さらに、実施形態は、３０％の注入燃料減少率の実現を可能にする一方で９５％を超えるＤＲＥを依然として達成している。実施形態は、輻射型燃焼器を水平チャンバで置き換えたエッチ超低燃料（etch ultra-low fuel）ＣＦ4削減をもたらし、それにより流出流プロセスガスおよびプロパン／空気混合物のための一定の火炎点火源が提供されている。７０ｍｍばねを用いるとともに毎分３．３標準リットルのプロパン（ランスに関して毎分１．８標準リットル、同軸型（同心燃料導管）に関して毎分１．５標準リットル、毎分１８標準リットルの酸素）の注入設定値を有する従来型ランスは７１％ＤＲＥを達成できたに過ぎなかった。
【００８２】
超低燃料プロパンランスは、長さが４０ｍｍであり、４５°外方に傾けられたランスの端部のところで９０°間隔に配置されていて４０ｍｍアクチュエータばねと協働する４つの４．５ｍｍ深さのスリットを備えている。このばねは、入口ヘッドノズルに流入する前に予備混合ポートのところで上流側で混合されたプロセスガスと酸素の到来混合物に幾分かの乱流を生じさせる。４０ｍｍばねがランスと同一の長さであるので、このばねは、ランス先端部とはオーバーラップせず、このランス先端部ではランス燃料注入がノズル中に出る。ランスから出ているプロパンは、ノズル内のプロセスガスと酸素の混合物と混合し、その後、層流の状態でノズルの端部を出る。この混合構成は、ＰＦＣガスの分解の促進を実証した。
【００８３】
毎分３．６標準リットルの全プロパン注入流量（ランスに関して毎分３標準リットル、同軸型に関して毎分０．６標準リットル、毎分１８標準リットルの酸素）で９５％を超えるＤＲＥを実施することができることに加えて、従来型ランス構成と比較して、約３０％の燃料流量の減少が得られる。従来型ランスは、９５％を超えるＤＲＥを達成するためには毎分４．８標準リットルのプロパン（ランスに関して毎分３標準リットル、同軸型に関して毎分１．８標準リットル、毎分１９標準リットルの酸素）を必要とする。
【００８４】
添付の図面を参照して本発明の例示の実施形態を詳細に説明したが、本発明は、実施形態そのものに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲およびその均等範囲から逸脱することなく、当業者によってこれら実施形態に関して種々の変更および改造を行うことができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
８  除害バーナ
１０  入口構造体
１０Ａ  入口部分
１０Ｂ  ギャラリ部分
１２  ノズル構造体
１３  燃料導管
１４  燃焼リング
１５  排気部
１６  ボア
１８  頂部プレート
２０  有孔要素
２１  出口表面
２２  プレナム容積部
２３  入口表面
２４  外側シェル
３０  ランス
３２  入口カップリング
３３  スロット
３４  テーパ付き部分
３５  ボア
３６  円筒形区分
３７  ガス入口孔
３８  円錐形側壁
３９  ガス出口孔
５０，５０′  螺旋ばね
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【国際調査報告】
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