TWI720922B

TWI720922B - 葉輪式廢氣處理裝置

Info

Publication number: TWI720922B
Application number: TW109124614A
Authority: TW
Inventors: 劉翠萍
Original assignee: 沅錠科技有限公司
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2021-03-01
Also published as: TW202204031A

Abstract

一種葉輪式廢氣處理裝置，包括一第一葉輪與一第二葉輪，係分別設置於廢氣處理容器之上腔室與容置空間內；至少一濾網，係固設在第二葉輪其葉片之周緣；一馬達，同步帶動第一葉輪及第二葉輪之葉片旋轉；而洗淨水係導入第二葉輪之內緣，使其在濾網之網格上附著而形成水膜；廢氣係進入容置空間內，則其中之微粒將與水膜相互融和成大水珠，再被第二葉輪甩落後經排水管導出；而已分離出微粒之乾淨氣體，則透過第一葉輪之抽引而排放至外部。由於本發明係應用一馬達同時帶動兩部葉輪之葉片旋轉，具有減少設備投資與耗能以及減少空間浪費之效益，同時洗淨水在濾網上形成之水膜將增加與廢氣微粒之接觸面積，進而提高微粒捕捉量達到廢氣潔淨化之成效。

Description

葉輪式廢氣處理裝置

本發明係有關一種廢氣處理裝置，尤指一種以一顆馬達同軸帶動二個葉輪其濾網同步旋轉，並利用第二葉輪周緣裝設濾網，使噴灑之洗淨水形成水膜，以增加其與廢氣微粒的接觸面機，進而提升微粒捕捉量之一種葉輪式廢氣處理裝置。

按，一般半導體產業產生之廢氣，主要係來自製程反應上，諸如半導體元件之蝕刻、沉積、以及電路板酸洗作業等產生之粉塵及微粒，其粒徑多在微米以下，極為不易捕捉；目前半導體及光電製程所產生的廢氣，多透過真空泵抽到污染防制設備內，進行廢氣燃燒處理及洗滌；惟查，現行所用的污染防治設備，例如文氏洗滌器(Venturiscrubber)係針對處理1μm以上的微粒，但對於廢氣中次微米微粒的處置則無法有效控制。是以，如何有效的處理細微粒的廢氣排放便成為十分重要的課題。

次按，當廢氣自製程中抽離後，前段會採用高溫加熱，使製程廢氣氧化，後段再經灑水裝置以清水噴灑沖洗，將高溫廢氣降溫同時洗滌高溫廢氣，使廢氣中的微粒溶解於水中，再將廢水經由排水管排出，並透過抽風裝置將處理過之廢氣排放至外界。

請參閱圖1所示，為台灣第542747號發明專利，其係揭露一種填充式洗滌塔(Counter-flow Packing Absorption Tower)200之結構；其主要係在洗滌塔200之底部設有一水槽212，其中之洗淨水可經由一抽水幫浦214抽引至洗滌塔200之上方，並經由複數個噴水孔216而向下噴灑，而噴灑之洗淨水將經過複數個拉西環(Packing)218後再向下流入水槽212中。廢氣係經由管路220進入洗滌塔200中，並向上通過複數個拉西環218，則廢氣中之微粒在拉西環218中將被洗淨水吸附後會流入水槽212中，而其餘之廢氣將經由洗滌塔200頂部之排氣孔222排出。然而，此種習知之填充式洗滌塔200處理廢氣之方式僅是藉由水滴來吸附廢氣中之污染物，即使配合拉西環218亦無法真正有效地擴大廢氣與水之接觸面積，以使廢氣中之污染物有效地被水吸附，故廢氣在經由填充式洗滌塔200處理後，其污染物之含量還是很高，仍會對於週遭環境造成相當程度的傷害。

另外，請參閱圖2所示，為台灣第352007號專利，其係揭露一種文氏洗滌塔(Collision Venturi Scrubber)300之結構；其主要係利用一具後置式之誘引風車320(Introduced Fan)將廢氣321抽入，並與經文氏管喉部322霧化後之微細液體323垂直對撞，使微粒包入水滴內而形成粒徑較原來大數千倍之液滴324，再藉著液滴324之體積與質量慣性雙重增加結果，使液滴324無法通過洗滌塔之氣液分離器325，而被阻截、滴落、沉浸收集於水槽內，乾淨空氣遂與液滴分離而排出系統外。惟查，文氏洗滌塔之微粒去除效率僅約50%~70%間，無法達到99%的去除要求；此外，為了使洗滌塔之文氏管達到加速霧化混合要求，所需之壓差較其他設備高出至少760~2030mmAq，由於誘引風車320之耗電量大，其初設投資與運轉維護費用昂貴、操作技術要求高、估地面積大等，皆為其缺點。

是以，目前半導體產業並無一經濟又實用處理廢氣的裝置。本發明人有鑑於此，乃積極研究改良，以期一種效率更佳，成本更低的技術，以符合環保法規的要求，且上述問題均可由本發明所克服。

緣是，本發明之主要目的，係在提供一種解決習用廢氣處理裝置中無法妥善處理半導體產業各種廢氣之缺失，其以一顆馬達同軸帶動二個葉輪其濾網同步旋轉，並利用在葉輪周緣固設濾網使洗淨水在網格上形成水膜，使通過之廢氣可增加其微粒與水膜的接觸面積，進而提升微粒的捕捉效果，以有效移除工業製程中對環境有害的次微米(小於1μm)微粒，達到廢氣潔淨化之成效。

按，廢氣中所含之微粒，當其直徑小於1μm以上時該微粒係作布朗運動(Brownian motion)；由於流體中分子的熱運動，使得流體中的微粒受到來自各個方向流體分子的碰撞，且因這種不平衡的碰撞，使得微粒不斷地改變方向而出現不規則性的運動；通常微粒在流體中碰撞的頻率約為102次/秒，且劇烈程度隨著流體的溫度上升而增加，換言之，流體的溫度越高，微粒的運動將越活潑越不規則性。再按，半導體產業的製程廢氣處理，前段多採用高溫加熱，使其廢氣氧化後，再進行將廢氣中的微粒溶解於水中的後段作業；由於前段處理係將廢氣加熱升溫，因此進入後段的次微米微粒將作高度不規則性的布朗運動，故而導致後段作業中捕捉微粒的困難度；其解決之道在於增加廢氣中其微粒與洗淨水的接觸面積，而本發明人更進一步思及使洗淨水形成水膜的形式，就像在次微米微粒其高度不規則性的運動路徑中，佈下天羅地網一般將其一網打盡，使半導體產業的製程廢氣達到潔淨化的效果。

為達上述目的，本發明所採取的技術手段，包含：一第一葉輪與一第二葉輪，係分別設置於一廢氣處理容器之上腔室與容置空間內；至少一層呈現網格狀之濾網，係固設在該第二葉輪其葉片之周緣；一馬達，設置於該廢氣處理容器之頂端，其馬達軸與該第一葉輪及該第二葉輪連結以同步帶動其葉片旋轉；一進水管，設有複數個噴水孔，係置入該第二葉輪之內緣，並令幫浦加壓之洗淨水自該進水管導入再經該噴水孔向四周噴灑，則該洗淨水將在該濾網之網格上附著而形成水膜；一進氣管，係與該容置空間連通以導入廢氣，再令該廢氣通過該附著在濾網上的水膜，則廢氣中之微粒將與該水膜相互融和成大水珠，經該第二葉輪葉片旋轉之高速離心力作用而甩出，再經排水管導出該廢氣處理容器之外部；而已分離出微粒之乾淨氣體，則透過第一葉輪之抽引進入上腔室，再經排氣管排放至廢氣處理容器之外部。

依據前揭特徵，本發明第一實施例中之廢氣處理容器，設有一上腔室、一下腔室、及位於其間之一容置空間，該容置空間之下方設有一通道與該下腔室連通，且其外緣設有一導氣通路以連結該上、下腔室，一排氣管，設於該上腔室之側邊，且該容置空間之底部設有一排水管；且其進氣管係與該容置空間連通以側向導入廢氣，再令該廢氣自該第二葉輪之外緣吸入而通過該附著在濾網上的水膜，使廢氣中之微粒與水膜相互融和；而已分離出微粒之乾淨氣體則進入該第二葉輪之內緣，再透過該第一葉輪之抽引而流經該通道、下腔室、導氣通路後進入該上腔室，再經該排氣管排放至該廢氣處理容器之外部。

依據前揭特徵，本發明第二實施例中之廢氣處理容器，設有一上腔室、及一容置空間，該容置空間之外緣設有一通孔及一導氣通路以連結該上腔室，一排氣管，設於該上腔室之側邊，且該容置空間之底部設有一排水管；且其進氣管係與該容置空間連通並自其下方將廢氣導入該第二葉輪之內緣，再令該廢氣自該第二葉輪之內緣被導出而通過該附著在濾網上的水膜，使廢氣中之微粒與水膜相互融和；而已分離出微粒之乾淨氣體則則流出該第二葉輪，再透過該第一葉輪之抽引而流經該通孔、導氣通路後進入該上腔室，再經該排氣管排放至該廢氣處理容器之外部。

依據前揭特徵，本發明中該濾網係固設在該第二葉輪其葉片之外周緣；又者，該濾網係固設在該第二葉輪其葉片之內周緣；再者，該濾網係有兩層，一層固設在該第二葉輪其葉片之外周緣，另一層則固設在該第二葉輪其葉片之內周緣。

依據前揭特徵，該濾網係直接成型在該第二葉輪的葉片或其周緣上。

藉助前揭特徵，本發明「葉輪式廢氣處理裝置」具有之效益為：

(1)本發明係利用在第二葉輪周緣固設濾網使洗淨水在網格上形成水膜，再使廢氣因第二葉輪的旋轉而被吸入(第一實施例)或被導出(第二實施例)，則廢氣將通過存在網格上的水膜；由於水膜好似天羅地網一般，完全阻絕了次微米微粒其不規則性運動的路徑，廢氣中的微粒幾可全部捕捉；因此本發明可以有效移除半導體製程中對環境有害的次微米(小於1μm)微粒，達到廢氣潔淨化之成效。

(2)本發明係以第二葉輪來捕捉廢氣中的微粒，再以第一葉輪來排出已潔淨化的乾淨氣體，而兩部葉輪係應用同一個馬達來同步帶動其葉片旋轉，不似習知的廢氣處理裝置需另設大馬力的風機來排放已處理過的廢氣；因此本發明具有減少設備投資與耗能以及減少空間浪費之效益。

10:廢氣處理容器

11:上腔室

12:下腔室

13:容置空間

14:通道

15:導氣通路

16:排氣管

17:排水管

18:通孔

21:第一葉輪

22:第二葉輪

23:葉片

24:第二葉輪之內緣

25:旋轉軸

31:濾網

40:馬達

41:馬達軸

51:進水管

52:噴水孔

61:進氣管

100:葉輪式廢氣處理裝置

G1:廢氣

G2:乾淨氣體

W1:洗淨水

W2:水膜

W3:水珠

圖1 係習用一種填充式洗滌塔的結構示意圖。

圖2 係習用一種文氏洗滌塔的結構示意圖。

圖3 係本發明第一實施例的結構示意圖。

圖4A 係本發明中第二葉輪之分解立體圖。

圖4B 係本發明中第二葉輪A態樣之組合立體圖。

圖4C 係本發明中第二葉輪A態樣之剖視圖。

圖5A 係本發明中第二葉輪B態樣之組合立體圖。

圖5B 係本發明中第二葉輪B態樣之剖視圖。

圖5C 係本發明中第二葉輪C態樣之剖視圖。

圖5D 係本發明中第二葉輪D態樣之剖視圖。

圖6 係本發明中第二實施例的結構示意圖。

以下說明將配合圖式作為實施例，但不限定於此，本發明尚可施行於其它的實施例中，而公知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

首先，請參閱圖3所示，為本發明葉輪式廢氣處理裝置100之第一實施例結構，其包含有：一廢氣處理容器10，設有一上腔室11、一下腔室12、及一容置空間13，該容置空間13係位於該上、下腔室11/12之間，且其下方設有一通道14與該下腔室12連通，其外緣並設有一導氣通路15以連結該上、下腔室11/12，一排氣管16，設於該上腔室11之側邊，且該容置空間13之底部設有一排水管17；一第一葉輪21，係設置於該上腔室11內；一第二葉輪22，則設置於該容置空間13內，一濾網31，呈現網格狀，係設置在該第二葉輪22其葉片之周緣；一馬達40，設置於該廢氣處理容器10之頂端，其馬達軸41與該第一葉輪21及該第二葉輪22連結並同步帶動其葉片23旋轉；一進水管51，設有複數個噴水孔52，係置入該第二葉輪22之內緣24以導入洗淨水W1；一進氣管61，係與該容置空間13連通以側向導入廢氣G1。

承上，令幫浦(圖未示)加壓之洗淨水W1自該進水管51導入再經該噴水孔52自該第二葉輪22之內緣24向四周噴灑，則該洗淨水W1將在該濾網31之網格上附著而形成水膜W2；再令廢氣G1自該第二葉輪22之外緣吸入而通過水膜W2，則廢氣G1中之微粒將與該水膜W2相互融和成更大水珠W3，經該第二葉輪22之葉片23旋轉，水珠W3將承受高速離心力之作用而甩出該第二葉輪22之外，則水珠W3將落入該容置空間13之底部後，再經該排水管17導出該廢氣處理容器10之外部；而已分離出微粒之乾淨氣體G2則進入該第二葉輪22之內緣24，再透過該第一葉輪21之抽引而流經該通道14、下腔室12、導氣通路15後進入該上腔室11，再經該排氣管16排放至該廢氣處理容器10之外部。

請進一步參閱圖4A~5B所示，為本發明中其第二葉輪22裝設濾網31之結構；其中，該第二葉輪22包含有葉片23與旋轉軸25，該旋轉軸25係與馬達軸41連結而使其葉片23被馬達40帶動而旋轉；而濾網31除了呈現網格狀之外，也配合葉片23型態而作成圓筒狀；本發明中該濾網31係以焊接方式固設於第二葉輪22的周緣，但固接的方式並不以焊接為限，且固設的位置包括：該濾網31係固設在該第二葉輪22其葉片23之內周緣，如圖4B~4C所示。或該濾網31固設在該第二葉輪22其葉片23之外周緣，如圖5A~5B所示。或是該濾網31係有兩層，一層固設在該第二葉輪22其葉片23之外周緣，另一層則固設在該第二葉輪22其葉片23之內周緣，如圖5C所示。再者，亦可如圖5D所示，該濾網31的網格係直接成型在該第二葉輪22的葉片23或其周緣上。

再者，圖6所示，為本發明葉輪式廢氣處理裝置100之第二實施例結構，其包含有：一廢氣處理容器10，設有一上腔室11、及一容置空間13，該容置空間13之外緣設有一通孔18及一導氣通路15以連結該上腔室11，一排氣管16，設於該上腔室11之側邊，且該容置空間13之底部設有一排水管17；一第一葉輪21，係設置於該上腔室11內；一第二葉輪22，則設置於該容置空間13內，一濾網31，呈現網格狀，係設置在該第二葉輪22其葉片之周緣；一馬達40，設置於該廢氣處理容器10之頂端，其馬達軸41與該第一葉輪21及該第二葉輪22連結並同步帶動其葉片23旋轉；一進水管51，設有複數個噴水孔52，係置入該第二葉輪22之內緣24以導入洗淨水W1；一進氣管61，係與該容置空間13連通並自其下方將廢氣G1導入該第二葉輪22之內緣24。

承上，令幫浦(圖未示)加壓之洗淨水W1自該進水管51導入再經該噴水孔52自該第二葉輪22之內緣24向四周噴灑，則該洗淨水W1將在該濾網31之網格上附著而形成水膜W2；再令廢氣G1自該第二葉輪22之內緣24向外導出而通過水膜W2，則廢氣G1中之微粒將與該水膜W2相互融和成更大水珠W3，經該第二葉輪22之葉片23旋轉，水珠W3將承受高速離心力之作用而甩出該第二葉輪22之外，則水珠W3將落入該容置空間13之底部後，再經該排水管17導出該廢氣處理容器10之外部；而已分離出微粒之乾淨氣體G2則被導出該第二葉輪22之外緣，再透過該第一葉輪21之抽引而流經該通孔18、導氣通路15後進入該上腔室11，再經該排氣管16排放至該廢氣處理容器10之外部。

本發明係利用在第二葉輪22周緣固設濾網31使洗淨水W1在網格上形成水膜W2，再使廢氣G1因第二葉輪22的旋轉而被吸入(第一實施例)或被導出(第二實施例)，則廢氣G1將通過存在網格上的水膜W2；由於水膜W2好似天羅地網一般，完全阻絕了次微米微粒其不規則性運動的路徑，則廢氣G1中的微粒幾可全部捕捉；因此本發明可以有效移除半導體製程中對環境有害的次微米(小於1μm)微粒，達到廢氣潔淨化之成效。再者，本發明係以第二葉輪22來捕捉廢氣G1中的微粒，再以第一葉輪21來排出已潔淨化的乾淨氣體G2，而兩部葉輪21/22係應用同一個馬達40來同步帶動其葉片23旋轉，不似習知的廢氣處理裝置需另設大馬力的風機來排放已處理過的廢氣；因此本發明具有減少設備投資與耗能以及減少空間浪費之效益。

綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。