專利名稱：氣體加熱方法和氣體加熱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱氣體的方法以及用于各種化學(xué)反應(yīng)器的氣體加熱設(shè)備——例如，用于以下裝置的氣體加熱設(shè)備對通過半導(dǎo)體器件和液晶制造過程而被排出的含NOX或NH3的廢氣進(jìn)行處理的裝置、對醫(yī)院中的殺菌和消毒過程產(chǎn)生的有害或有毒廢氣進(jìn)行處理的裝置以及其它這類裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件制造過程包括晶片處理階段，在所述晶片處理階段中半導(dǎo)體晶片被處理以生成集成電路。在晶片處理階段中實施各種處理，諸如薄膜沉積操作、氧化操作、摻雜操作以及蝕刻操作，以便在晶片正面上形成例如介電薄膜、電極布線和半導(dǎo)體薄膜。
在實施各種過程中，包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積以及外延生長的技術(shù)被使用，并且因為諸如氧氣、氫氣以及一氧化氮氣體等氣體被用在所述過程中，所以不同的廢氣和副產(chǎn)氣體被產(chǎn)生成為后處理廢氣。特別地，通過利用一氧化氮氣體使熱氧化膜成長在晶片上的操作，產(chǎn)生了包括氧化氮(NOX)的廢氣。同樣地，在氮化鎵外延操作中，產(chǎn)生了包括氨(NH3)的廢氣。
由于將這些廢氣不經(jīng)處理地排放到外部會導(dǎo)致環(huán)境污染，因此它們的濃度必須被降到許可水平之內(nèi)。例如，一種處理包括氧化氮或NH3的廢氣的已知方法是濕吸收或滌氣器方法，該方法使廢氣經(jīng)過噴水器，以除去氧化氮或NH3。然而，使用滌氣器除去氧化氮或NH3使它們降至允許水平的方法，已經(jīng)出現(xiàn)了問題。
作為對半導(dǎo)體器件制造過程中排出的含NOx的廢氣進(jìn)行處理的技術(shù)，在日本未審查專利申請出版物No.H09-213596中提出了一種處理方法及其設(shè)備，所述方法包括步驟將稀釋氣體與通過晶片處理操作而產(chǎn)生的包括NOx的廢氣相混合的步驟；預(yù)加熱被稀釋廢氣的步驟；以及對廢氣實施選擇性的催化還原反應(yīng)以去除氧化氮的排除步驟。這里，通過將諸如氨等還原氣體加到廢氣中并且使混合物與諸如鐵和錳的金屬合成物制成的催化劑接觸，所述選擇性催化還原反應(yīng)將包含NOx的廢氣中的NOx的還原成氮。
接著，如

圖1所示，用于處理含NOx的廢氣的設(shè)備裝備有混合部分1，該混合部分具有廢氣引導(dǎo)口1a和稀釋氣體引導(dǎo)口1b，用于將包括空氣或氧氣和惰性氣體的稀釋氣體混合到廢氣中；以及連接至混合部分1的廢氣預(yù)加熱部分2。預(yù)加熱部分2具有填充有陶瓷顆粒3的管狀殼體2a以及設(shè)置在殼體2a外側(cè)的管狀加熱器4，在所述管狀加熱器4中對被稀釋廢氣進(jìn)行預(yù)加熱。
預(yù)加熱廢氣從預(yù)加熱部分2流入反應(yīng)器5中，同時諸如NH3等還原氣體從還原氣體引導(dǎo)管路7加入到反應(yīng)器中。盤繞形式的加熱器6設(shè)置在反應(yīng)器5的殼體5a的外側(cè)上；同時保持預(yù)定的溫度。含NOx的廢氣與殼體5a內(nèi)的催化劑(未示出)接觸，其中的NOx已經(jīng)在反應(yīng)器5中通過還原反應(yīng)被除去的廢氣在冷卻部分8中冷卻之后，通過廢氣出口8a被排至外部。
此外，在半導(dǎo)體制造過程中，對人類無毒的、防爆的全氟化碳(PFC)氣體容易處理，并且被用作干蝕刻的蝕刻氣體以及CVD操作中的清潔氣體。通過蝕刻或清潔而被實際消耗的氣體量為幾個體積百分比至幾十個體積百分比，被排至反應(yīng)室外部的殘余氣體仍未被處理。
由不含氯的FreonTM-FC(碳氟化合物)和HFC(碳?xì)浞衔?組成的PFC以及NF3和SF6等氟化物中的分子間鍵合力大；因此，PFC能夠長時間穩(wěn)定地存在于大氣中。例如，CF4的存在時間為50,000年，C2F6的存在時間為10,000，SF6的存在時間為3200年，它們的存在時間是極長的。同時，出于同樣的原因，這些氣體的全球變暖潛力(GWP)是極大的，CF4是CO2的6500倍，C2F6是CO2的9200倍，SF6是CO2的23,900倍。
由于近來對毒氣排放的管理，這些氣體成為治理的目標(biāo)。由此，作為被用來解決半導(dǎo)體制造工廠的排放的對策之一，通過分解來處理PFC氣體的設(shè)備的安裝正在進(jìn)行中。另外，作為分解PFC氣體的方法，化學(xué)方法和燃燒方法已經(jīng)用于實踐。作為后者的例子，在日本專利出版物No.3,217,034中提出了一種燃燒的方法，該方法使用氧化鋁催化劑在700℃的燃燒溫度下有效地分解所述氣體。在該方法中，廢氣在進(jìn)入催化劑容器之前通過加熱裝置中的電加熱器被間接地加熱至大約650-750℃，在這個溫度下PFC開始分解。
同時，在諸如醫(yī)院等機構(gòu)中殺菌和消毒過程使用的氣體所產(chǎn)生的廢氣，諸如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、甲醛氣體以及氣態(tài)甲基等，是有害或者是有毒的，因此必須在被排出到外部之前對其進(jìn)行處理。同樣地，對于例如從燃燒設(shè)備和基于有機溶劑的干燥設(shè)備排入廢氣中的諸如一氧化碳和氣態(tài)碳化氫，也需要在廢氣釋放到大氣中之前被去除。
對于處理這些有害或有毒廢氣的設(shè)備，利用氧化物催化劑促進(jìn)氣體的氧化反應(yīng)通過分解來處理氣體的方法是可行的，如日本未審查專利申請出版物No.H09-290135和2000-325751公開的方法。與直接燒掉氣體相比，這些方法允許以200-400℃的較低溫度對廢氣進(jìn)行處理。
例如在日本未審查專利申請No.2000-325751中，環(huán)氧乙烷氣體的流量被保持在恒定的控制條件下，以穩(wěn)定在催化反應(yīng)溫度下散發(fā)出的熱量，同時能使催化效率較長時間地保持穩(wěn)定的溫度條件持續(xù)不變。接著，在日本未審查專利申請出版物No.H09-290135中所描述的設(shè)備中，使用吹風(fēng)裝置將有毒的環(huán)氧乙烷送至加熱器，并在氣體被加熱之后使氣體與催化劑接觸從而進(jìn)行凈化。
然而，上述傳統(tǒng)的廢氣處理設(shè)備存在這樣的缺點用于加熱廢氣的加熱器或者間接加熱氣體而不與氣體接觸，或者即使加熱器接觸氣體，但由于普通電阻加熱元件被用作加熱器，因此它們易被氣體腐蝕；并且除此之外，由于不能有效地加熱流動的氣體，使得加熱時間延長，由此使得功率損耗相當(dāng)大。另一個問題是，為了加熱規(guī)定量的氣體，加熱室必須做得很大，這意味著會使設(shè)備過大。

發(fā)明內(nèi)容
考慮目前的這種情況，本發(fā)明的目的是提供一種氣體加熱方法以及實施所述加熱方法的小型節(jié)能氣體加熱設(shè)備，所述方法和裝置使用能高速加熱氣體而不會被氣體腐蝕的加熱器，因此能夠直接有效地加熱氣體。
為了實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明提供的氣體加熱方法的特征在于，在氣體流動通路或加熱室中設(shè)置板狀陶瓷加熱器或者其中組合了多個陶瓷加熱器的加熱裝置，用陶瓷加熱器或加熱裝置加熱供至流動通路或加熱室的氣體。特別地，優(yōu)選多個陶瓷加熱器或加熱裝置以交錯壁架的形式布置，以形成Z字形空氣流動通路。
本發(fā)明提供的氣體加熱設(shè)備的特征在于，在氣體流動通路中或者加熱室中，板狀陶瓷加熱器或其中組合了多個陶瓷加熱器的加熱裝置被設(shè)置為與氣體接觸。特別地，優(yōu)選多個陶瓷加熱器或加熱裝置以交錯壁架的形式設(shè)置，以形成Z字形氣體流動通路。
在具體應(yīng)用例子中，在用于還原去除來自半導(dǎo)體制造過程的廢氣中的氧化氮或氨的廢氣處理設(shè)備中，本發(fā)明的上述氣體加熱設(shè)備被用作預(yù)加熱廢氣或混入廢氣中的稀釋氣體的預(yù)加熱裝置。并且，在用于分解和去除存在于由半導(dǎo)體制造過程所排放的廢氣中的全氟化碳的廢氣處理設(shè)備中，本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備用作加熱廢氣或混入廢氣中的稀釋氣體的加熱裝置。進(jìn)一步，在用于氧化分解由殺菌和消毒過程產(chǎn)生的有害或有毒氣體的廢氣處理設(shè)備中，所述氣體加熱設(shè)備可以用作加熱廢氣或混入廢氣中的稀釋氣體的加熱裝置。
在本發(fā)明的前述氣體加熱設(shè)備中的陶瓷加熱器的特征在于其由板狀陶瓷襯底制成，并且加熱元件設(shè)置在陶瓷襯底的表面或者其內(nèi)部。優(yōu)選的替代方式是由板狀陶瓷襯底構(gòu)造陶瓷加熱器，加熱元件為盤繞形式且設(shè)置在陶瓷襯底的兩個面中的每個面上，并且陶瓷層或玻璃層覆蓋兩個加熱元件中的每個加熱元件。
此外，優(yōu)選在上述陶瓷加熱器中的陶瓷襯底由氧化鋁、二氧化硅、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、硼化鋯或它們的合成物制成。相同地，在陶瓷加熱器中的加熱元件優(yōu)選由鎢、鉬、銀-鈀合金、銀或尼克羅姆鎳鉻耐熱合金(NichromeTM)制成。
附圖簡述圖1是描述用于處理通過半導(dǎo)體器件制造過程而被排出的含NOx的廢氣的示意性剖視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備的具體例子的示意性剖視圖；圖3表示用在本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備中的陶瓷加熱器的具體例子的示意性剖視圖；圖4示出了用在本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備中的陶瓷加熱器的電路圖案的具體例子的示意性剖視圖；圖5描述了用在本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備中的加熱裝置的示意性剖視圖；圖6示出了用于對通過半導(dǎo)體器件制造過程排出的含NOx的廢氣進(jìn)行處理的設(shè)備的具體例子的示意性剖視圖，其中使用了本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備；以及圖7是解釋了用于對通過殺菌/消毒過程而排出的有毒氣體進(jìn)行處理的設(shè)備的具體例子的示意性剖視圖，其中使用了本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，板狀陶瓷加熱器或者其中組合了多個陶瓷加熱器的加熱裝置設(shè)置在氣體流動通路中或者氣體加熱室中，沿流動通路或者加熱室流動的氣體被陶瓷加熱器或者加熱裝置直接加熱。氣體能在最小的空間中被有效地加熱，因為它接觸陶瓷加熱器或加熱裝置的表面，或者它能在近距離內(nèi)被輻射熱加熱。
為了實施所述氣體加熱方法，例如如圖2所示，通過其中流過氣體的氣體加熱設(shè)備10的氣體加熱室中以交錯壁架的形式設(shè)置多個陶瓷加熱器30或加熱裝置，以形成Z字形氣體流動通路A。采用這種結(jié)構(gòu)增加了氣體與陶瓷加熱器30或者加熱裝置的接觸面積，從而提高了將熱量傳遞至流動氣體的效率，并且能減小加熱室的尺寸?？梢岳斫猓ㄟ^改變陶瓷加熱器30或者加熱裝置的安裝位置，可以自由地改變氣體流動通路A的形式。
用作熱源的陶瓷加熱器由板狀陶瓷襯底制成，或者在陶瓷襯底的前側(cè)或者在陶瓷襯底的內(nèi)部設(shè)置加熱元件，所述加熱元件通過傳送流過它的電流經(jīng)由具有高導(dǎo)熱性的陶瓷物使得在加熱元件中產(chǎn)生的焦耳熱傳遞到氣體；此外，總厚度制造得越薄，加熱器越能夠高速地加熱和快速地冷卻。由此，加熱器變熱所用的備用時間能縮短，這樣能縮短拉動(draw)電流的時間，從而減小功率消耗。
尤其優(yōu)選地是，具有如圖3和4所示結(jié)構(gòu)的陶瓷加熱器作為涉及本發(fā)明的例子。這種加熱器裝備有薄的板狀陶瓷襯底31，其具有良好的熱導(dǎo)性以及對熱和腐蝕的抵抗性；以及加熱元件32(32a，32b)，它們以盤繞形式形成在陶瓷襯底31的兩個面中的每個面上。加熱元件32(32a，32b)均涂敷有陶瓷層或玻璃層33a，33b。并且，圖4中的附圖標(biāo)號34，34是用于將電流傳送到加熱元件32的電極。
優(yōu)選地是，覆蓋加熱元件32a，32b的陶瓷層或者玻璃層33a、33b與作為陶瓷襯底31的陶瓷是同一種類，或者是熱膨脹系數(shù)與陶瓷襯底31的熱膨脹系數(shù)的差別最小的玻璃，以便防止破裂，并且防止層剝落。這樣，利用具有抗腐蝕性的陶瓷層或玻璃層33a，33b覆蓋加熱元件32a，32b也能防止加熱元件32a，32b的腐蝕。
如圖4所示，加熱元件32的電路圖是以單卷的形式產(chǎn)生的，或者作為一個以上的盤繞形式的結(jié)合體。以盤繞形式生成圖案能提高加熱元件32的密度，并且能使它們更均勻，由此使得加熱更加有效，能夠快速地加熱和快速地冷卻，同時能使加熱器表面上的溫度分布均勻，并且能減小氣體溫度的波動。
如前所述，代替陶瓷加熱器，可以使用多個陶瓷加熱器組合形成的加熱裝置。例子為圖5中所示的加熱器組件35，其中四個陶瓷加熱器30平行地布置成一排，并且安裝在框架36中，加熱器通過支撐件37固定在所述框架36中。在這種情況下，圖5中的附圖標(biāo)號38是引線，用于將電流傳送到每個陶瓷加熱器30。支撐件37可以是絕緣體物質(zhì)，然而可以使它們成為導(dǎo)電性物質(zhì)，允許它們用作引線，從而可以省略引線38。然后，對于框架36的材料，諸如SUS鋼等金屬或者諸如玻璃或合成樹脂等絕緣體可以被使用。通過這種類型的加熱裝置，可以實現(xiàn)具有與氣體接觸的大的表面面積的熱源，這樣對于加熱室的立方容積大的情況或者對于氣體流速快的情況來說是有益的。并且，即使在除這些情況以外的情況下，為了增大與氣體接觸的面積，加熱裝置也可以通過重新安排陶瓷加熱器30的安裝方式而被制成三維的。
通過使用諸如印刷、然后將電路烤制到襯底上等技術(shù)將加熱器電路形成在薄的陶瓷襯底的兩個面上，上述制造陶瓷加熱器的方法能夠產(chǎn)生加熱元件。接著，形成陶瓷層或者玻璃層，以便覆蓋加熱元件。這里，在陶瓷襯底上的加熱元件將被陶瓷層覆蓋的情況下，加熱器電路可以形成在陶瓷印刷電路基板與陶瓷襯底之間，并且襯底與印刷電路基板能夠被烤焙，以將陶瓷層粘結(jié)到襯底上，同時加熱元件被燒制到襯底上。
氧化鋁、二氧化硅、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、硼化鋯或者它們的合成物優(yōu)選作為陶瓷加熱器中的陶瓷襯底。應(yīng)該理解，在剛剛列舉的陶瓷物中，碳化硅、硼化鋯或者它們的合成物能通過將電流直接傳送給它們而被加熱，不用形成加熱元件。
再有，加熱元件優(yōu)選由鎢、鉬、銀-鈀合金、銀或者尼克羅姆鎳鉻耐熱合金(NichromeTM)制成。覆蓋加熱元件的陶瓷層優(yōu)選是與陶瓷襯底類型相同的陶瓷。對于覆蓋加熱元件的的玻璃層，優(yōu)選與陶瓷襯底的熱膨脹系數(shù)差別最小的玻璃，例如ZnO-B2O3-SiO2系列玻璃。
關(guān)于怎樣使用本發(fā)明的上述氣體加熱設(shè)備的例子，在例如用于還原去除通過半導(dǎo)體制造過程排出的廢氣中的氧化氮(NOX)或NH3的廢氣處理設(shè)備中，本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備可以被用作預(yù)加熱裝置，該預(yù)加熱裝置對含NOX或NH3的廢氣進(jìn)行預(yù)加熱，或者對混入廢氣中的稀釋氣體進(jìn)行預(yù)加熱。并且，在分解和去除存在于半導(dǎo)體制造過程所產(chǎn)生的廢氣中的全氟化碳的廢氣處理裝置中，本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備可以用作加熱裝置，用于加熱廢氣或者混入廢氣中的稀釋氣體。再進(jìn)一步，在用于氧化分解諸如醫(yī)院等機構(gòu)里的殺菌和消毒過程所排出的有毒或有害氣體的廢氣處理設(shè)備中，本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備可以被用作加熱裝置，用于加熱廢氣或者混入廢氣中的稀釋氣體。
圖6示出一個具體例子，在該例中本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備例如用于對含NOX廢氣進(jìn)行處理的設(shè)備的預(yù)加熱裝置，在所述設(shè)備中是通過催化還原反應(yīng)分解和去除包含在半導(dǎo)體制造過程所排出的廢氣中的氧化氮。用于處理含NOX廢氣的設(shè)備裝備有預(yù)加熱裝置12，該預(yù)加熱裝置用于預(yù)加熱通過稀釋氣體引導(dǎo)口12a供給的空氣或類似稀釋氣體；混合部分11，用于把通過廢氣引導(dǎo)口11a引入的含NOX的廢氣混入預(yù)加熱稀釋氣體中；以及反應(yīng)器15，在所述反應(yīng)器中，通過使被稀釋廢氣與催化劑(未示出)接觸，氧化氮(NOX)經(jīng)選擇性催化還原通過還原被去除。
在預(yù)加熱裝置12的殼體13中，多個陶瓷加熱器30或加熱裝置被設(shè)置成交錯壁架的形式，以形成Z字形氣體流動通路。由此，當(dāng)通過稀釋氣體引導(dǎo)口12a引入的作為稀釋氣體的空氣經(jīng)過由陶瓷加熱器30或加熱裝置形成的Z字形氣體流動通路而迂回流動時，所述空氣被陶瓷加熱器30或加熱裝置預(yù)加熱到大約380-400℃的溫度。
在混合部分11中，被預(yù)加熱的空氣與通過廢氣引導(dǎo)口11a供給的含NOX廢氣進(jìn)行混合，而在反應(yīng)器15中，通過還原氣體引導(dǎo)管17供給的諸如NH3等還原氣體被加入經(jīng)預(yù)加熱的空氣。反應(yīng)器15填充有例如包括諸如鐵和錳等金屬的合成物的催化劑(未示出)，盤繞形式的加熱器16設(shè)置在反應(yīng)器殼體15a的外側(cè)。其中，當(dāng)盤繞的加熱器16將反應(yīng)器15內(nèi)部的溫度保持在大約180-250℃時，在催化劑上廢氣中的NOX與加入的NH3反應(yīng)，由此經(jīng)還原被去除。同時，被加入的過剩NH3在催化劑上與空氣中的O2反應(yīng)，以N2和H2O的形式被去除。其中的NOX已經(jīng)在NH3反應(yīng)器15中被還原去除的廢氣在冷卻單元18中被冷卻至大約80℃或更低，然后通過廢氣出口18被排至外部。
可以了解，上述氣體加熱設(shè)備也可以以幾乎相同的方式被用作用于分解和去除半導(dǎo)體制造過程所產(chǎn)生的廢氣中的NOX，NH3或全氟化碳的廢氣處理設(shè)備中的廢氣加熱裝置。
在傳統(tǒng)的用于處理含NOX的廢氣的設(shè)備中，如圖1所示，稀釋氣體和廢氣混合部分1、混合氣體預(yù)加熱部分2以及用于利用催化劑還原去除氧化氮的反應(yīng)器5被分開設(shè)置，其中預(yù)加熱部分2較大，它的加熱效率非常差。相反地，通過本發(fā)明，使用陶瓷加熱器30或者加熱裝置作為熱源使得稀釋氣體被高度有效地預(yù)加熱，并且能縮小預(yù)加熱裝置12的尺寸；結(jié)果預(yù)加熱裝置12能與混合部分11和反應(yīng)器15制成單一體。
現(xiàn)在來看另一具體例子，參考圖7，其中本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備被用于一種廢氣處理設(shè)備的加熱裝置，該廢氣處理設(shè)備用于氧化分解從諸如醫(yī)院等機構(gòu)的殺菌和消毒過程產(chǎn)生的有毒或有害廢氣。圖7中的廢氣處理設(shè)備裝備有加熱裝置22，用于加熱在殺菌/消毒過程中使用的有害廢氣，所述氣體是通過有害氣體引導(dǎo)口22a供給的；反應(yīng)器25，在所述反應(yīng)器25中，通過與催化劑(未示出)接觸使被加熱的有害氣體氧化分解；混合部分21，所述混合部分把通過稀釋氣體引導(dǎo)口21a引入的空氣或類似稀釋氣體混入氧化分解的氣體中；以及冷卻部分28，所述冷卻部分冷卻被稀釋的混合物，并通過廢氣出口28a將它排至外部。
在用于處理有害氣體的所述設(shè)備中，加熱裝置22的結(jié)構(gòu)與圖6所示預(yù)加熱裝置12的結(jié)構(gòu)幾乎相同多個板狀陶瓷加熱器或加熱器組件35以交錯壁架的形式設(shè)置在殼體23中。更具體地，如圖7所示，組合了多個板狀陶瓷加熱器的加熱器組件35設(shè)置在不同水平位置以在殼體23中形成Z字形氣體流動通路，其中每個陶瓷加熱器組件的一端交替地從殼體23的內(nèi)壁以懸臂狀延伸，從而，從殼體23的內(nèi)壁延伸出來的陶瓷加熱器組件的另一端交疊。
在有害氣體迂回地流過由陶瓷加熱器或加熱器組件35形成的Z字形氣體流動通路時，所述有害氣體被加熱至大約400-600℃的溫度。這里，反應(yīng)器25的結(jié)構(gòu)與圖6中的結(jié)構(gòu)相同反應(yīng)器殼體25a的內(nèi)部填充有氧化催化劑(未示出)，卷繞的加熱器26設(shè)置在殼體25a的外側(cè)。同樣地，在圖7的有害氣體處理設(shè)備中，可以利用與圖6的設(shè)備中的將有害氣體與稀釋氣體混合然后供至反應(yīng)器并進(jìn)行氧化分解反應(yīng)的結(jié)構(gòu)相類似的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，使用陶瓷加熱器作為加熱氣體用的熱源，從而使得加熱元件中產(chǎn)生的焦耳熱通過具有高熱傳導(dǎo)性的陶瓷以及陶瓷層或玻璃層被有效地傳送至氣體；此外，陶瓷加熱器制造得越薄，它們越能快速地變熱和快速地冷卻。由此，加熱器變熱所花費的備用時間能縮短，這樣能夠縮短拉動(draw)電流的時間，從而有助于減少功率消耗。
此外，除了廢氣處理設(shè)備以外，對于使用根據(jù)本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備的化學(xué)反應(yīng)器，使用陶瓷加熱器作為氣體加熱熱源允許氣體加熱設(shè)備中的氣體流動通路和加熱室能夠成比例地縮小的事實使得能夠得到這樣的反應(yīng)器設(shè)計，例如該反應(yīng)器被制成整體結(jié)構(gòu)，從而反應(yīng)器的整體尺寸被減小。
實施例根據(jù)本發(fā)明的氣體加熱設(shè)備應(yīng)用在用于處理有害廢氣的設(shè)備中，所述設(shè)備用在醫(yī)院的殺菌和消毒過程中。特別地，如圖7所示，有四個加熱器組件35，在每個加熱器組件中組合了四個陶瓷加熱器，所述的加熱器組件以交錯壁架的形式設(shè)置在殼體23中，以在殼體23中形成Z字形氣體流動通路，從而作為用于加熱通過有害氣體引導(dǎo)口22a供給的有害廢氣的加熱裝置22。
具體來說，加熱裝置22裝備有SUS鋼制成的殼體23，殼體內(nèi)部為430mm×430mm×480mm高；四個420mm×300mm×5mm厚的板狀加熱器組件35設(shè)置在殼體23的內(nèi)部，以便形成彼此分離開90mm的交錯壁架的形式。這里，每個加熱器組件35的結(jié)構(gòu)是如圖5所示的一種結(jié)構(gòu)四個陶瓷加熱器30組裝成扁平平面形狀并使用框架36和支撐件37固定。在這種情況下，玻璃被用于框架36。
構(gòu)造每個加熱器組件35的陶瓷加熱器30是如圖3所示的結(jié)構(gòu)，其中在由厚度為0.6mm的板狀A(yù)lN制成的陶瓷襯底31的兩個面上，形成有Pd-Ag制成的加熱元件32a，32b，在加熱元件上涂敷有各個玻璃層33a，33b，整個加熱器的厚度為0.605mm。這里，如圖4所示，加熱元件32a，32b的圖案被形成為三個螺旋形電路的連續(xù)系列，電極34，34裝備在用于將電流傳送到所述電路的圖案的任一端。
在環(huán)氧乙烷氣體通過有害氣體引導(dǎo)口22a以2000升/分鐘的速度被連續(xù)地引入加熱裝置22中時，7kW電功率被傳送到加熱器組件35。結(jié)果，加熱器組件35在大約500秒內(nèi)達(dá)到最大溫度400℃，這樣使得靠近加熱裝置22出口的氣體溫度達(dá)到大約350℃。被加熱的環(huán)氧乙烷氣體被引入反應(yīng)器25中，在大約400℃的溫度下與氧化催化劑接觸；通過使來自反應(yīng)器25的氧化分解產(chǎn)物與空氣在混合部分21中混合，而將氧化分解產(chǎn)物稀釋，然后在冷卻部分28中冷卻并通冷卻部分28排出。幾乎沒有環(huán)氧乙烷包含在從氣體排出口28a排出的氣體中。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明提供了一種氣體加熱方法和使用該方法的氣體加熱設(shè)備，其通過使用能高速加熱氣體而不會經(jīng)受氣體腐蝕的加熱器，使氣體能夠被直接和有效地加熱。并且，因為所述氣體加熱設(shè)備尺寸小又節(jié)能地工作，所以在各種廢氣處理設(shè)備中使用所述氣體加熱設(shè)備作為廢氣或與廢氣混合的稀釋氣體的預(yù)加熱或加熱裝置能夠使整個設(shè)備的尺寸減小，并且能節(jié)約能量。
權(quán)利要求
1.一種氣體加熱方法，其特征在于，在氣體流動通路或加熱室中設(shè)置板狀陶瓷加熱器或其中組合了多個陶瓷加熱器的加熱裝置，用陶瓷加熱器或加熱裝置加熱供至流動通路或加熱室的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體加熱方法，其特征在于，多個陶瓷加熱器或加熱裝置以交錯壁架的形式設(shè)置，以形成Z字形空氣流動通路。
3.一種氣體加熱設(shè)備，其特征在于，在氣體流動通路中或者加熱室中，板狀陶瓷加熱器或其中組合了多個陶瓷加熱器的加熱裝置被設(shè)置為與氣體接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，多個所述陶瓷加熱器或加熱裝置以交錯壁架的形式設(shè)置，以形成Z字形氣體流動通路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述氣體加熱設(shè)備被用在用于還原去除來自半導(dǎo)體制造過程的廢氣中的氧化氮或氨的廢氣處理設(shè)備中，作為預(yù)加熱廢氣或混入廢氣中的稀釋氣體的預(yù)加熱裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述氣體加熱設(shè)備被用在用于分解和去除存在于來自半導(dǎo)體制造過程的廢氣中的全氟化碳的廢氣處理設(shè)備中，作為加熱廢氣或混入廢氣中的稀釋氣體的加熱裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述氣體加熱設(shè)備被用在用于氧化分解來自殺菌和消毒過程的有害或有毒氣體的廢氣處理設(shè)備中，作為加熱廢氣或混入廢氣中的稀釋氣體的加熱裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷加熱器由板狀陶瓷襯底和設(shè)置在陶瓷襯底的表面或者其內(nèi)部的加熱元件構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷加熱器由板狀陶瓷襯底、設(shè)置在陶瓷襯底的兩個面中的每個面上的盤繞形式的加熱元件以及覆蓋兩個加熱元件中的每個加熱元件的陶瓷層或玻璃層構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷加熱器中的陶瓷襯底由氧化鋁、二氧化硅、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、硼化鋯或它們的合成物制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項所述的氣體加熱設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷加熱器中的加熱元件由鎢、鉬、銀-鈀合金、銀或尼克羅姆鎳鉻耐熱合金制成。
全文摘要
提供一種氣體加熱方法和小尺寸節(jié)能氣體加熱設(shè)備，其使用能高速加熱氣體而不被氣體腐蝕的加熱器，從而能直接、有效地加熱氣體。多個板狀陶瓷加熱器(30)或其中結(jié)合了多個陶瓷加熱器的加熱裝置以交錯壁架的形式設(shè)置在氣體的流動通路中或加熱室中，以形成Z字形氣體流動通路A；供至氣體流動通路A的氣體由陶瓷加熱器(30)或加熱裝置直接加熱。所述氣體加熱設(shè)備(10)可用于處理含NO
文檔編號F23G7/06GK1685180SQ20038010011
公開日2005年10月19日 申請日期2003年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月12日
發(fā)明者橋倉學(xué), 仲田博彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社