本發(fā)明涉及用于燃燒器的入口組件和方法。
背景技術(shù)：
：輻射燃燒器是已知的并且通常用于處理來自在例如半導(dǎo)體或平板顯示器制造業(yè)中所使用的制造處理工具的廢氣流。在這樣的制造過程中，殘留的全氟化合物（pfc）和其他化合物存在于從處理工具泵送的廢氣流中。pfc難以從廢氣中除去，并且不希望將它們釋放到環(huán)境中，因為已知它們具有相對高的溫室活性。已知的輻射燃燒器使用燃燒來從廢氣流中除去pfc和其他化合物。通常，廢氣流是含有pfc和其他化合物的氮氣流。將燃料氣體與廢氣流混合，并將該氣流混合物傳送到燃燒室中，所述燃燒室被有孔氣體燃燒器的排出表面?zhèn)认虻匕鼑?。燃料氣體和空氣同時供給到有孔燃燒器，以影響在排出表面處的無火焰燃燒，其中穿過有孔燃燒器的空氣量足以不僅消耗供給到燃燒器的燃料氣體，還消耗噴射到燃燒室中的氣流混合物中的所有可燃物。廢氣流中存在的化合物的范圍和該廢氣流的流動特性能夠隨處理工具而變化，并且因此燃料氣體和空氣連同需要引入到輻射燃燒器中的其他氣體或流體的范圍也將變化。盡管存在處理廢氣流的技術(shù)，但是它們各自具有它們自己的缺點。因此，期望提供一種用于處理廢氣流的改進技術(shù)。技術(shù)實現(xiàn)要素：根據(jù)第一方面，提供了一種用于燃燒器的入口組件，所述入口組件包括：入口噴嘴，其限定：入口開口，該入口開口可與入口導(dǎo)管聯(lián)接，該入口導(dǎo)管提供廢氣流以用于由燃燒器處理；非圓形出口開口；和噴嘴孔，其沿著縱向軸線在入口開口和出口開口之間延伸，以用于將廢氣流從入口開口傳送到出口開口，以輸送到燃燒器的燃燒室，該噴嘴孔具有從入口開口延伸的入口部分、和延伸到非圓形出口開口的出口部分。第一方面認識到，廢氣的處理可能是有問題的，特別是在這些廢氣的流動增加時。例如，處理工具可以輸出用于處理的五個廢氣流，每個廢氣流的流速高達300升每分鐘（即，總共1500升每分鐘）。然而，現(xiàn)有的燃燒器入口組件通常具有四個或六個噴嘴，每個噴嘴能夠支持僅50升每分鐘左右的流速（使得總共每分鐘只能處理200至300升）。這是因為廢氣處理機制通常依賴于輻射燃燒器內(nèi)的擴散過程；燃燒副產(chǎn)物需要擴散到廢氣流中以便進行消除（abatement）反應(yīng)。換句話說，燃燒副產(chǎn)物需要從廢氣流的外表面擴散直到廢氣流中，并且然后在廢氣流離開輻射燃燒器之前與廢氣流反應(yīng)。不能完全擴散到廢氣流中會減低消除效力。如果穿過現(xiàn)有噴嘴的流速增加以適應(yīng)增加的廢氣流的量，則輻射燃燒器的長度將需要成比例地增加，以確保擴散和反應(yīng)將在更快速運動的廢氣流離開輻射燃燒器之前發(fā)生。同樣，如果增加現(xiàn)有噴嘴的直徑以適應(yīng)增加的廢氣流的量，則輻射燃燒器的長度將需要成比例地增加，這是由于在更大直徑的廢氣流中發(fā)生擴散和反應(yīng)所用的時間增加了。因此，提供了一種用于燃燒器的入口組件。入口組件可以包括入口噴嘴。入口噴嘴可以限定或成形為提供入口開口或孔口。入口開口可以與入口導(dǎo)管聯(lián)接或連接，該入口導(dǎo)管提供待用燃燒器處理的廢氣流。入口噴嘴還可以限定或成形為提供非圓形出口開口。入口噴嘴還可以限定或成形為提供噴嘴孔，其在入口開口和出口開口之間延伸。噴嘴孔可以沿縱向或廢氣流流動軸線延伸，以將廢氣流從入口開口傳送到出口開口，以便將其輸送到燃燒器的燃燒室。噴嘴孔也可以由從入口開口延伸或接近入口開口的入口部分形成。噴嘴孔還可以具有延伸到非圓形出口開口或接近非圓形出口開口的出口部分。以這種方式，非圓形出口開口將非圓形廢氣流流動提供到燃燒室中。非圓形廢氣流動使得更大體積的廢氣流能夠被引入到燃燒室中，同時仍達到或超過所需的消除水平。這是因為與等效圓形廢氣流相比，非圓形廢氣流提供了縮短的距離，擴散和反應(yīng)需要沿該距離發(fā)生。因此，與等效圓形廢氣流相比，能夠消除廢氣流的增加的體積。在一個實施例中，入口部分的橫截面面積沿著縱向軸線從入口開口朝向出口部分減小。在一個實施例中，入口部分的橫截面形狀沿著縱向軸線從入口開口的形狀過渡到出口開口的形狀。提供從入口開口的形狀到出口開口的形狀的沒有中斷的平緩過渡有助于維持層流并使由廢氣流內(nèi)的殘留物導(dǎo)致的沉積物最小化。在一個實施例中，入口開口是圓形的。將理解，入口開口可以是與提供廢氣流的導(dǎo)管的形狀相匹配的任何形狀。在一個實施例中，出口開口是細長的。提供細長形狀的出口開口有助于使類似形狀的廢氣流的擴散距離最小化。在一個實施例中，出口開口是大致四邊形狹槽。這提供了寬且窄的類似形狀的廢氣流，從而不僅提供更大的流速，而且同時使從廢氣流的任何點到廢氣流的邊緣的距離最小化。在一個實施例中，出口開口是長圓形。長圓形（其是由兩個半圓形構(gòu)成的形狀，兩個半圓形通過與其端點相切的平行線連接）提供具有可預(yù)測距離的廢氣流，擴散和反應(yīng)需要沿著該可預(yù)測距離在該廢氣流內(nèi)發(fā)生。在一個實施例中，出口開口由多個位于一處的離散開口形成。將理解，出口開口可以由分離的但是位于一處的更小開口形成。在一個實施例中，出口部分的橫截面面積沿著縱向軸線從出口開口朝向入口部分改變。在一個實施例中，出口部分的橫截面面積沿著縱向軸線從出口開口朝向入口部分減小。在一個實施例中，入口組件包括將入口部分與出口部分聯(lián)接的擋板，擋板限定位于噴嘴孔內(nèi)的擋板開口，該擋板開口與鄰近擋板的出口部分相比，具有減小的橫截面面積。在噴嘴孔內(nèi)放置擋板或限制件提供障礙物和中斷，使得在下游出口部分內(nèi)發(fā)生流動膨脹，這有助于使廢氣流成形以最小化擴散距離。在一個實施例中，入口部分的橫截面面積沿著縱向軸線從入口開口朝向出口部分減小以匹配擋板開口的橫截面面積。因此，入口部分的大小和形狀可以改變以匹配擋板開口的大小和形狀，以便進一步使由于廢氣流中的殘留物造成的沉積物的風(fēng)險最小化。在一個實施例中，入口部分的橫截面形狀沿著縱向軸線從入口開口的形狀過渡到擋板開口的形狀。在一個實施例中，擋板開口的形狀與鄰近擋板的出口部分的形狀匹配。在一個實施例中，擋板開口由多個位于一處的開口形成。因此，擋板開口可以由位于一處但離散的開口形成。在一個實施例中，擋板被構(gòu)造成，提供具有可變橫截面面積的擋板開口。因此，可以改變或更改擋板開口的大小以適應(yīng)操作條件。在一個實施例中，擋板包括可操作以提供可變橫截面面積的閘門。在一個實施例中，閘門被偏置以提供可變橫截面面積，所述可變橫截面面積響應(yīng)于廢氣流的速度而變化。因此，擋板開口的面積可以響應(yīng)于廢氣流的流速而自動改變。根據(jù)第二方面，提供了一種方法，其包括：提供用于燃燒器的入口組件，所述入口組件包括入口噴嘴，該入口噴嘴限定：入口開口，其可與入口導(dǎo)管聯(lián)接，該入口導(dǎo)管提供廢氣流以用于由燃燒器處理；非圓形出口開口；和噴嘴孔，其沿著縱向軸線在入口開口和出口開口之間延伸，以用于將廢氣流從入口開口傳送到出口開口，以輸送到燃燒器的燃燒室，該噴嘴孔具有從入口開口延伸的入口部分、和延伸到非圓形出口開口的出口部分；以及將廢氣流供給到入口開口。在一個實施例中，入口組件包括將入口部分與出口部分聯(lián)接的擋板，該擋板限定位于噴嘴孔內(nèi)的具有可變橫截面面積的擋板開口，該擋板開口與鄰近擋板的出口部分相比，具有減小的橫截面面積，并且該方法包括：響應(yīng)于廢氣流的速度，改變可變橫截面面積。第二方面的實施例提供了與上述第一方面的實施例的特征相對應(yīng)的特征。其他特別和優(yōu)選的方面在隨附獨立和從屬權(quán)利要求中闡述。從屬權(quán)利要求的特征可以酌情與獨立權(quán)利要求的特征組合，并且以除了權(quán)利要求中明確陳述的那些之外的方式組合。在將設(shè)備特征描述為可操作以提供功能的情況下，將理解，這包括提供該功能或者調(diào)適或構(gòu)造成提供該功能的設(shè)備特征。附圖說明現(xiàn)在將參考附圖進一步描述本發(fā)明的實施例，其中：圖1是示出根據(jù)一個實施例的頭部組件和燃燒器的底面的透視圖；圖2是圖1的頭部組件和燃燒器的仰視圖；圖3示出根據(jù)一個實施例的入口組件；圖4示出穿過圖3的入口組件的橫截面；圖5示出當沿著入口組件的軸向長度觀察時的出口開口；圖6和圖7示出根據(jù)實施例的擋板部分；圖8a是示出不同的入口組件構(gòu)造對于用200l/min的氮氣稀釋的nf3的損耗率效率的曲線的曲線圖；圖8b是圖8a的放大圖，示出用200l/min氮氣稀釋的nf3損耗率效率的曲線，并且示出與具有四個16mm內(nèi)徑的圓形入口組件的現(xiàn)有頭部組件相比，具有實施例的單個入口組件（有兩個不同的擋板開口）的頭部組件的性能；及圖8c是示出用300l/min氮氣稀釋的nf3的損耗率效率的曲線的曲線圖，示出與具有四個16mm內(nèi)徑的圓形入口組件的現(xiàn)有頭部組件相比，具有實施例的單個入口組件（有兩個不同的擋板開口）的頭部組件的性能。具體實施方式概述在對實施例進行任何更詳細的討論之前，首先將提供概述。實施例提供燃燒器入口組件。雖然以下實施例描述輻射燃燒器的使用，但是將理解，入口組件可以與許多不同燃燒器中的任一種一起使用，諸如，例如，湍流火焰燃燒器或電加熱的氧化器。輻射燃燒器在本領(lǐng)域中是眾所周知的，諸如在ep0694735中描述的。實施例提供了一種具有入口噴嘴的燃燒器入口組件，該入口噴嘴具有從其入口開口延伸的不均勻孔，該入口開口與將廢氣流提供到出口開口的入口導(dǎo)管聯(lián)接，該出口開口將廢氣流提供到燃燒器的燃燒室。尤其，噴嘴孔的構(gòu)造從入口開口變化到非圓形出口開口，所述入口開口能夠與入口導(dǎo)管聯(lián)接并且提供廢氣流。非圓形出口開口將非圓形廢氣流流動提供到燃燒室中。非圓形廢氣流動使得能夠?qū)⒏篌w積的廢氣流引入到燃燒室中，同時仍達到或超過所需的消除水平。這是因為與等效圓形廢氣流相比，非圓形廢氣流提供了縮短的距離，擴散和反應(yīng)需要沿該距離發(fā)生。因此，與等效圓形廢氣流相比，能夠消除廢氣流的增加的體積。在實施例中通過在入口開口和出口開口之間的入口噴嘴內(nèi)設(shè)置擋板或限制件來進一步改善消除性能。該擋板使用擋板開口來執(zhí)行限制，其具有與出口開口的形狀大致匹配的形狀，并且其橫截面面積稍微更小。這提供了在擋板下游的急劇的中斷，這導(dǎo)致在從擋板延伸到非圓形出口開口的出口部分內(nèi)發(fā)生流動的膨脹。在實施例中，通過提供具有閘門機構(gòu)的擋板能夠進一步改善性能，該閘門機構(gòu)在不同情況下操作以改變擋板開口的面積。頭部組件圖1和圖2示出了與輻射燃燒器組件100聯(lián)接的根據(jù)一個實施例的頭部組件，總體上表示為10。在該示例中，輻射燃燒器組件100是具有內(nèi)部燃燒器130和外部燃燒器110的同心燃燒器。燃料和氧化劑的混合物經(jīng)由增壓室殼體120內(nèi)的增壓室（未示出）供應(yīng)到外部燃燒器110并經(jīng)由導(dǎo)管（未示出）供應(yīng)到內(nèi)部燃燒器130。頭部組件10包括三組主要部件。第一是金屬（通常是不銹鋼）殼體20，其提供用于與輻射燃燒器組件100聯(lián)接所必須的機械強度和構(gòu)造。第二是絕緣體30，其設(shè)置在殼體20內(nèi)并且輔助減少來自限定在輻射燃燒器組件100的內(nèi)部燃燒器130和外部燃燒器110之間的燃燒室內(nèi)的熱量損失，還保護殼體20和與其聯(lián)接的物品免受燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱量影響。第三是入口組件50，其由設(shè)置在殼體20中的一系列相同的標準化開口40（參見圖2）接收。這種結(jié)構(gòu)使得能夠移除單個入口組件50以進行維護，而不需要從輻射燃燒器組件100的其余部分移除或拆卸整個頭部組件10。圖1中所示的實施例使用五個相同的入口組件50，每個入口組件50均安裝在對應(yīng)的開口40內(nèi)，第六個開口被示為空的。將理解，不是每個開口40都可以填充有接收廢氣或處理流體或其他流體的入口組件50，并且可以替代地接收斷流（blanking）入口組件以完全填充開口40，或者可以替代地接收儀表入口組件殼體傳感器，以便監(jiān)測輻射燃燒器內(nèi)的狀況。而且，將理解，可以設(shè)置多于或少于六個的開口40，這些開口不需要圍繞殼體周向地定位，并且它們也不需要對稱地定位。如在圖1和圖2中還能夠看到，在殼體20中設(shè)置有額外開口，以便設(shè)置其他物品，諸如例如觀察鏡70和導(dǎo)向件75a。入口組件50設(shè)置有絕緣體60，以保護入口組件50的結(jié)構(gòu)免受燃燒室的影響。入口組件50使用合適的固定件（諸如，例如，螺栓（未示出））來保持，所述固定件可移除以便于它們的移除，并且這些固定件也用絕緣體（未示出）保護。入口組件50具有出口開口260和擋板部分210，如下面將更詳細地解釋。入口組件圖3示出了根據(jù)一個實施例的入口組件50。圖4示出了穿過入口組件50的橫截面。入口組件50形成導(dǎo)管以用于輸送由入口導(dǎo)管（未示出）提供的廢氣流，所述入口導(dǎo)管將廢氣流輸送到入口組件和燃燒室。入口組件50接收由入口導(dǎo)管成形的廢氣流，并使廢氣流重新成形以便輸送到燃燒室。入口組件50具有三個主要部分，它們是入口部分200、擋板部分210和出口部分220。將理解，絕緣護罩（未示出）可以設(shè)置在至少出口部分220的外表面上，其適合開口40a。入口部分入口部分200包括限定入口開口240的圓筒形區(qū)段230。將理解，入口部分200可以是與入口導(dǎo)管的形狀匹配的任何形狀。圓筒形部分230與入口導(dǎo)管聯(lián)接以接收朝向擋板部分210流動的廢氣流。在該實施例中，入口部分200從50mm內(nèi)徑的入口管進料。在圓筒形部分230下游，入口部分從圓形橫截面過渡到與出口部分220的橫截面相匹配的非圓形橫截面。因此，存在拋線形（lofted）過渡部分250，其中，入口部分200的橫截面形狀從圓形過渡到非圓形。在該示例中，橫截面形狀從圓形變成長圓形。然而，將理解，其他過渡也是可能的。在擋板部分210的上游設(shè)置匹配的圓筒形部分230和拋線形部分250有助于防止沉積物的積聚。出口部分出口部分220沿其軸向長度保持相同的長圓形橫截面形狀和面積，并且限定出口開口260，該出口開口260將廢氣流提供到燃燒室。在該實施例中，出口部分是內(nèi)部半徑為8mm、中心距為50mm的長圓形橫截面，并且長度為75mm。盡管在該實施例中，出口部分220沿其軸向長度具有恒定的形狀，但是將理解，該部分可以是錐形的。擋板部分位于入口部分200和出口部分220之間的是擋板部分210。在該示例中，擋板部分210包括具有擋板開口270的板。擋板部分210定向成與廢氣流的流動方向正交并為該流動提供限制。在該示例中，擋板開口270的形狀與出口部分220的橫截面的形狀相匹配并且對稱地位于擋板部分210內(nèi)。擋板開口270具有比出口部分220的橫截面面積更小的橫截面面積。在該實施例中，擋板開口的半徑為3mm、中心距為40mm。這給出了在300升每分鐘下分別24m/s和5m/s的狹槽速度和標稱噴嘴速度，相比之下，對于常規(guī)的16mm內(nèi)徑的噴嘴，在50升每分鐘下為4m/s，并且在60升每分鐘下為5m/s。因此，如能夠看出的，圓筒形區(qū)段230的內(nèi)部容積提供了入口導(dǎo)管的連續(xù)延伸，而拋線形部分250將導(dǎo)管的形狀從圓形過渡到非圓形。這提供了廢氣流的近層流流動，直到其到達擋板部分210。擋板部分210及其開口270的存在提供了急劇的中斷，使得穿過擋板開口270的廢氣流在出口部分220內(nèi)經(jīng)歷流動的膨脹。盡管不需要存在擋板部分210，但是如下面將要討論的，包括擋板部分210改善了隨后的消除性能。非圓形出口圖5示出了當沿著入口組件50的軸向長度觀察時的出口開口260。出口開口260具有面積a。圖5還示出了具有與出口開口260的面積等效的面積a的圓形出口開口260a。如能夠看出的，為了提供等效面積，圓形出口開口260a的擴散長度r2明顯長于出口開口260的擴散長度r1。因此，對于相同的流速，在由圓形出口開口260a提供的廢氣流上發(fā)生擴散和消除所需的時間比由出口開口260提供的廢氣流所需的時間長得多。換句話說，針對由圓形出口開口260a提供的相同流速的廢氣流進行消除反應(yīng)所需的燃燒室的長度，將需要比針對由出口開口260提供的廢氣流進行消除反應(yīng)所需的燃燒室的長度顯著更長。換句話說，使用出口開口260比使用圓形出口開口260a更可能實現(xiàn)更緊湊的輻射燃燒器。擋板部分-替代實施例圖6和圖7示出了擋板部分的替代結(jié)構(gòu)。圖6示出了擋板部分210a，其具有由一對可滑動安裝的板330a、340a構(gòu)成的閘門結(jié)構(gòu)，所述可滑動安裝的板330a、340a一起限定可變大小的擋板開口270a。在該示例中，板30a、240a是l形的。然而，將理解，可以想到其他閘門結(jié)構(gòu)和形狀。板330a、340a可以被移動到一起或分開，以便改變擋板開口270a的面積。圖7示出了利用一對樞轉(zhuǎn)板330b、340b的平行邊的狹槽噴嘴結(jié)構(gòu)，所述樞轉(zhuǎn)板330b、340b由彈簧350偏置以限制擋板開口270b的大小。樞轉(zhuǎn)板230b、240b通過廢氣流的流動起作用，這增加了擋板開口270b的面積。將理解，可以設(shè)置其他偏置閘門機構(gòu)。通常，擋板開口的尺寸能夠以兩種方式改變：響應(yīng)于穿過噴嘴的氣體的低流速手動地改變，使得喉部尺寸被優(yōu)化以適應(yīng)處理氣體和泵送稀釋物的流量。例如，當消除諸如nf3的氣體時，更狹窄的喉部具有改善的消除性能，但是該同樣的喉部大小在消除諸如sih4的顆粒形成氣體時導(dǎo)致固體在燃燒器表面上的沉積增加，在這種情況下，不那么狹窄的喉部是有利的。同樣，可以自動優(yōu)化喉部尺寸，使得擋板部分的喉部可克服彈簧作用或其他恢復(fù)力而發(fā)生變形。將理解，與調(diào)節(jié)等效圓形開口的面積相比，使用兩個相對的板330a、340a更容易調(diào)節(jié)。性能結(jié)果如在圖8a至圖8c中能夠看到，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，使用實施例的入口組件的輻射燃燒器的性能得到改善。圖8a示出了對于供給152.4mm（6英寸）的內(nèi)徑且304.8mm（12英寸）的軸向長度的輻射燃燒器（用36slm的燃料操作，該燃料在不存在廢氣流的情況下測量時提供9.5％的殘余氧濃度）的不同入口組件構(gòu)造，針對nf3的損耗率效率的曲線，nf3作為具有200l/min氮氣的模擬廢氣流的一部分被測量。如能夠看出的，使用實施例的入口組件與使用單個32mm內(nèi)徑的圓形入口組件的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，提供了顯著的性能改善。而且，具有擋板部分的實施例的這些入口組件與使用四個16mm內(nèi)徑的圓形入口組件的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，提供了顯著的性能改善，如圖8b中能夠更詳細地看到的。圖8b是在與具有4×16mm內(nèi)徑的噴嘴的標準頭部組件相同的條件下操作時圖8a的放大圖。在氮氣的這種稀釋下，入口組件50（稱為具有不同擋板開口結(jié)構(gòu)的“狹槽噴嘴”）略勝于標準頭部組件。圖8c示出了與圖8b相同的配置，但是其中稀釋nf3的氮氣的總流動已經(jīng)增加到300slm。如能夠看到的，在這種增加的流體流動下，與標準頭部組件相比，入口組件50（“狹槽噴嘴”具有不同的擋板開口結(jié)構(gòu)）具有大大改善的性能。提供可變大小的擋板開口有助于在不同的操作條件下進一步改善燃燒器組件的性能。例如，對于100slm的氮氣，用更大的擋板開口（例如6mm寬）消除nf3是優(yōu)選的，而對于更高流速（例如，200和300slm）的氮氣，更窄的狹槽表現(xiàn)更好。此外，擋板開口或孔口的大小可以被改變以在流動瞬變（諸如在沒有處理氣體待消除時抽空室）期間不產(chǎn)生高背壓或減輕高背壓。因此，能夠看出，實施例提供了一種用于燃燒消除系統(tǒng)的入口組件，該入口組件包括以狹槽或長圓形形式構(gòu)造的單個噴嘴，且與上游的入口管和下游的燃燒室流動連通。入口管和噴嘴之間的接口在下游側(cè)提供了急劇的中斷，使得在噴嘴內(nèi)發(fā)生流動的膨脹。證明了，相比現(xiàn)有構(gòu)造，這種結(jié)構(gòu)增強對含有例如nf3的廢氣流或處理氣體的損耗。實際上，具有這種構(gòu)造的單個噴嘴的性能超越了在現(xiàn)有燃燒器組件中使用的多個單獨噴嘴的性能。雖然本發(fā)明的說明性實施例已經(jīng)在本文中詳細公開，但是參考附圖，應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于具體實施例，并且在不脫離由所附權(quán)利要求及其等效物限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ζ鋵崿F(xiàn)各種改變和修改。附圖標記說明頭部組件10殼體20絕緣體30開口40入口組件50絕緣體60觀察鏡70導(dǎo)向件75a輻射燃燒器組件100外部燃燒器110增壓室殼體120內(nèi)部燃燒器130入口部分200擋板部分210,210a,210b出口部分220圓筒形部分230入口開口240拋線形部分250出口開口260圓形出口開口260a擋板開口270,270a,270b板330a,340a樞轉(zhuǎn)板330b,340b彈簧350面積a擴散長度r1,r2當前第1頁12