用于热破坏挥发性有机化合物的设备

背景技术

本公开涉及排气管理，并且更明确地说，涉及用于热破坏挥发性有机化合物的方法和设备。

发明内容

公开用于热破坏挥发性有机化合物的方法和设备，实质上如附图中的至少一幅所图示以及结合附图中的至少一幅所描述，如权利要求书中更全面地阐述。

附图说明

当参照附图阅读具体实施方式时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中，相同附图标记表示相同部分，其中：

图1是根据本公开的方面的光伏电池焙烧炉的实例的侧视平面图，所述光伏电池焙烧炉包含用于氧化存在于炉废气中的挥发性有机化合物的热氧化器。

图2是可用于实施图1的热氧化器的加热元件的布置的立体图。

图3是图2的实例加热元件的侧视图。

图4是图2的实例加热元件的另一侧视图。

附图未必按比例绘制。适当时，类似或相同附图标记用于表示类似或相同部件。

具体实施方式

一些常规废气氧化器使用竖直加热器布置，所述竖直加热器布置包含垂直于气流的穿孔板。在高吞吐量应用中，穿孔板可能会被从正焙烧的产品释放的材料化合物堵塞。在一些情况下，穿孔板没有足够的弹性，并且在运输期间容易断裂。

所公开的用于焙烧炉的废气氧化器省去了穿孔板，同时提供相同或较好的氧化性能，特别是在高吞吐量应用中。一些实例热氧化器包含氧化室，所述氧化室具有被配置成从炉接收废气的入口以及被配置成输出所得气体的出口。实例热氧化器还包含氧化室内的加热元件，所述加热元件被配置成加热废气以氧化入口与出口之间的废气的一种或更多种成分(例如，挥发性有机化合物，即，VOC)，以产生所得气体。加热元件包含形成具有相应轴线的线圈的电阻加热元件，并且在氧化室内定向，以使得线圈的轴线横向于从氧化室的入口到出口的废气流动方向。

在一些实例中，加热元件被配置成部分阻挡氧化室的多个横截面和/或产生从入口到出口的曲折路径以用于废气的流动。

术语“光伏电池”和“太阳能电池”在本专利通篇中可互换使用。

所公开的实例热氧化器包含：氧化室，包括被配置成从炉接收废气的入口以及被配置成输出所得气体的出口；以及氧化室内的多个加热元件，被配置成加热废气以氧化入口与出口之间的废气的一种或更多种成分，以产生所得气体，多个加热元件包含形成具有相应轴线的线圈的电阻加热元件，多个加热元件在氧化室内定向，以使得线圈的轴线横向于从氧化室的入口到出口的废气流动方向。

在一些实例热氧化器中，加热元件被配置成部分阻挡氧化室的多个横截面。在一些实例中，加热元件被配置成产生从入口到出口的曲折路径以用于废气的流动。在一些这种实例中，加热元件被配置成在不使用挡板的情况下产生从入口到出口的曲折路径。

在一些实例热氧化器中，加热元件被配置成在不使用催化剂的情况下将废气加热到足以氧化废气的一种或更多种成分的温度。在一些实例中，加热元件被配置成将氧化室加热到至少700℃，并在氧化室内为废气提供至少0.2秒的停留时间。

在一些实例中，加热元件包含芯体，其中线圈缠绕在相应芯体周围。实例芯体包含陶瓷、镀锌钢、不锈钢或黄铜中的至少一种。一些实例热氧化器还包含：温度传感器，被配置成测量废气或所得气体中的至少一种的温度；以及控制器，被配置成控制施加到多个加热元件的电力或废气的气流速度中的至少一个。

所公开的用于太阳能电池生产的实例焙烧炉包含：加热室，被配置成在加热室内焙烧太阳能电池；以及热氧化器，被配置成从炉接收废气。热氧化器包含：氧化室，包括被配置成从炉接收废气的入口以及被配置成输出所得气体的出口；以及氧化室内的多个加热元件，被配置成加热废气以氧化入口与出口之间的废气的一种或更多种成分，以产生所得气体，多个加热元件包括形成具有相应轴线的线圈的电阻加热元件，多个加热元件在氧化室内定向，以使得线圈的轴线横向于从氧化室的入口到出口的废气流动方向。

一些实例焙烧炉还包含多个输送机，所述输送机被配置成将独立的多组晶片输送穿过加热室，其中输送机中的每一个在加热室内与多个输送机中的其它输送机热隔离。在一些实例中，热氧化器被配置成从多个输送机上的晶片接收废气。

在一些实例中，热氧化器包含多个氧化室，所述氧化室被配置成从多个输送机中的相应输送机接收废气。在一些实例中，热氧化器被配置成立即并直接从加热室接收废气。在一些实例中，多个加热元件被配置成在不使用催化剂的情况下将废气加热到足以氧化废气的一种或更多种成分的温度。

图1是具有加热室102和排气烟囱104的实例焙烧炉100的侧视平面图。图1所示的实例炉100适用于光伏装置(例如，太阳能电池)106上的金属触点的焙烧。光伏电池的晶片(本文也称为“晶片”或“太阳能电池”)106由输送机108(例如，皮带)传送到形成在焙烧炉100中的入口110中。在一些实例中，焙烧炉100包含干燥器，所述干燥器在低于加热室102的温度下操作。排气烟囱104可与加热室102和干燥器中的一个或两个相关联。

在处理之后，晶片106由输送机108传送出形成在焙烧炉100中的出口112。更具体来说，在图1所示的示范性实施例中，晶片106穿过入口110进入到加热室102中，接着穿过加热室102，并且接着穿过出口112输送出炉100。加热室102供应适用于在加热室102内(例如，在分配给晶片106输送穿过加热室102的时间内)焙烧晶片106的环境温度和/或辐射加热。

虽然为了便于解释，下文描述涉及单个输送机108，但应理解，一个、两个或更多个平行输送机108可同时用于同一炉100中。每个独立输送机108也称为“通道”。在一个实施方案中，炉100和输送机108被配置成使得每个输送机108(以及所述输送机上的太阳能电池106)彼此热隔离，以减少通道间影响。

如上所述，炉100用于焙烧光伏电池106上的金属触点。光伏电池106的正面和背面金属触点最初由导电金属化浆料或油墨形成，所述导电浆料或油墨例如通过丝网印刷、喷墨喷涂或气溶胶喷涂工艺涂覆到硅晶片。通常，正面触点以栅格图案延伸，并且背面触点连续延伸。

在金属化浆料已涂覆到硅晶片106之后，晶片106被干燥。晶片106被干燥以便去除在丝网印刷或其它浆料涂覆工艺中使用的任何剩余挥发性有机化合物(VOC)(例如，溶剂)。排气烟囱104包含热氧化器组件122，以氧化VOC，所述VOC在VOC被允许离开炉100之前在加热室102中气化。

虽然针对实例炉100图示了一个排气烟囱104，但可提供更多排气烟囱以提高VOC氧化的速率，这实现炉100的较高吞吐率(例如，较高输送机速度、额外输送机等)。此外，排气烟囱104和/或热氧化器组件122可用于氧化其它类型的VOC排放设备的VOC。例如，多通道炉可使用在同一气室内具有多个热氧化器组件(例如，每个通道一个热氧化器组件)或者使用多个气室的排气烟囱104。

排气烟囱104靠近加热室102的入口和/或加热室102的出口而安装到炉100。防护装置可附接到炉100的外部，以提供围绕热氧化器组件122的隔热侧壁114。热氧化器组件122与炉100的内部直接流体连通。隔热侧壁114可由铝壳体形成，并衬有氧化铝/二氧化硅隔热材料。其它材料可用于形成侧壁，诸如，镀铝钢壳体和/或不锈钢。

实例排气烟囱104立即和/或直接从加热室102接收废气116。将热氧化器组件122紧密靠近加热室102而定位可提供显著优点。在VOC产生处附近和产生后不久破坏VOC可减少这些VOC可造成的损害。例如，如果含有VOC的气体必须行进穿过一根或更多根管道任何距离而到达VOC破坏设备，那么VOC中的一些不可避免地将在管道内冷凝。在这些情形下，冷凝的VOC必须通过昂贵且劳动密集的工艺从管道去除。将含有VOC的气体从加热室102传送到VOC破坏设备的系统所面临的另一危险是VOC可滴落回到炉100中并引起火灾。

为了确保完全破坏废气中的VOC，常规热氧化器具有有限的允许废气流过的横截面，从而增加废气的停留时间，以充分确保破坏。然而，常规热氧化器可能会堵塞，从而降低排气能力和/或提高炉中的VOC的浓度。所公开的热氧化器组件122增加废气可穿过热氧化器组件122行进的横截面积，同时维持废气有足够的停留时间来氧化VOC。

电力供应器124为热氧化器组件122提供电力。在一些实例中，电力供应器124为炉100中的所有子系统提供电力，诸如，加热室102、加热元件120、输送机108和/或炉100使用的任何冷却、退火和/或其它电力。

实例热氧化器组件122经由气室118从加热室102接收废气116。废气116进入热氧化器组件122的第一端，穿过热氧化器组件122行进，同时由加热元件加热，并且所得气体120从排气烟囱104排出。在一些实例中，排气烟囱104包含文丘里烟囱118，以通过自然通风将废气116抽吸穿过热氧化器组件122。在其它实例中，排气烟囱104包含电机和风扇轮，以推动废气116穿过热氧化器组件122。可控制电机以控制空气速度，并且因此控制废气116在排气烟囱104内的停留时间。

在一些实例中，排气烟囱104将所得气体120(例如，无VOC的气体)排出到安装有炉100的设施的排气管道系统。

图2是可用于实施图1的热氧化器组件122的加热元件202的布置的立体图。图3是图2的实例加热元件202的侧视图。图4是图2的实例加热元件202的另一视图。如图4所图示，图2的实例加热元件202中的每一个包含电阻加热材料402(诸如，镍铬线)的线圈，所述线圈被配置成当电流施加到线圈时产生热。可使用其它电阻加热材料。实例加热元件202串联耦合。然而，加热元件202可按串联和/或并联连接的任何组合来耦合。使用一个或更多个并联加热元件202能够对不同的多组并联加热元件202进行温度控制。

在所图示的实例中，电阻加热材料402缠绕在芯体404周围，以在热氧化器组件122中提供结构和/或增加热质量。芯体404可以是中空的或实心的，并且可由陶瓷、镀锌钢、不锈钢、黄铜和/或任何其它材料构造而成。实例电阻加热材料402在芯体404周围形成线圈。加热元件202被定向成使得线圈的纵向轴线406横向于废气116穿过氧化室204的整体流动方向408。

所图示的实例的加热元件202经由气室118从加热室102接收废气116。加热元件202基于穿过加热室行进的废气116的预期停留时间将废气116加热到足够高的温度，以实质上氧化存在于废气116中的所有VOC。

如图2所图示，加热元件202容纳在氧化室204中。氧化室204可由金属片构造而成，并通过隔热侧壁114与排气烟囱104的外部隔热。隔热侧壁114可使用例如RSLE-57陶瓷材料、CS-85陶瓷材料和/或任何其它电绝缘和隔热结构材料来构造，以使得加热元件202能够附接或锚定在氧化室204内。隔热侧壁114可包含额外隔热材料。

实例排气烟囱104可包含一个或更多个传感器，以监控热氧化器组件122的温度和/或加热元件202的温度。附加地或替代地，排气烟囱可包含气流开关以监控气流。气流开关可位于排气烟囱104的顶部(例如，出口)处，以测量是否存在基于设施的排气。炉100可包含控制电路，所述控制电路被配置成对电力供应器124、加热元件202、排气扇、风门和/或排气烟囱的任何其它部件进行闭环控制，以用于排气烟囱的温度控制和/或吞吐量。温度传感器也可用于响应于检测到温度高于超温阈值而关闭炉100。

在一些实例中，排气烟囱包含传感器，以测量VOC和/或氧化VOC的产物的浓度。传感器可定位在排气烟囱的入口处(例如，在气室118中)和/或排气烟囱104的出口处，以确定应增加、维持还是减少电力以实质上完全氧化进入排气烟囱的VOC。

图1到图4的实例排气烟囱104和加热元件202被配置成在不使用催化剂的情况下氧化或燃烧VOC(例如，基于预期的VOC的类型，通过将废气116加热到至少阈值温度持续至少阈值时间)。在一些实例中，排气烟囱104具有小于1.22米的高度(例如，从废气116的进口到排气烟囱104的出口的距离)，这结合气流速度而影响废气116的停留时间。例如，为了在没有催化剂的情况下氧化或燃烧废气116中的VOC，排气烟囱104和加热元件202可将氧化室204加热到至少700℃，并在氧化室204内为废气116提供至少0.2秒的停留时间。在一些实例中，排气烟囱104和加热元件202可提供至少0.3秒的停留时间、至少0.4秒的停留时间或至少0.5秒的停留时间。

如图2到图4所图示，加热元件202被定向和布置成围绕加热元件202为穿过氧化室204的废气116产生曲折路径(例如，图3所图示)。由加热元件202结合自然通风和/或强制空气而产生以拉动废气116穿过氧化室204的曲折路径可导致废气116的至少阈值停留时间。加热元件202的结构、位置和定向使得加热元件202能够在不使用挡板的情况下产生曲折路径，但是在其它实例中可使用挡板。在一些其它实例中，排气烟囱104可被配置成利用一种或更多种催化剂介质来降低需要加热元件202操作的温度。

如本文所利用，“和/或”意味由“和/或”接合的列表中的项目中的任何一个或更多个。作为实例，“x和/或y”意味三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任一元素。换句话说，“x和/或y”意味“x和y中的一个或两个”。作为另一实例，“x、y和/或z”意味七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任一元素。换句话说，“x、y和/或z”意味“x、y和z中的一个或更多个”。如本文所利用，术语“示范性”意味充当非限制性实例、例子或说明。如本文所利用，术语“例如”引述一个或更多个非限制性实例、例子或说明的列表。如本文所利用，只要电路包括对于执行功能来说必要的硬件和代码(如果需要其中的任一个)，电路便“可操作”以执行所述功能，而不管所述功能的执行是否被停用或是不启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂微调等)。

虽然已参照某些实施方案来描述本发明的方法和/或系统，但本领域的技术人员应理解，可进行各种改变，并且可替代等同物，而不偏离本发明的方法和/或系统的范围。例如，可组合、划分、重新布置和/或以其它方式修改所公开的实例的方框和/或部件。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适用于本公开的教示，而不偏离本公开的范围。因此，本发明的方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。实际上，本发明的方法和/或系统将包含落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案，无论是在字面上还是根据等同原则都是如此。