CN101782254A - 空调箱及空气清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调箱以及空气清洗装置。在本发明中，空气清洗装置的清洗仓在靠近入风口一侧设置一列具有朝向出风口方向的水雾喷嘴的入水管、在靠近出风口一侧设置另一列具有朝向入风口方向的水雾喷嘴的入水管，由于两列入水管的水雾喷嘴的喷水方向沿着空气流动路径相对，因而在从入风口流入至出风口的路径上基本不会存在未飘浮水雾的死角，减少未经水雾清洗即通过出风口流入至无尘室内的空气流量，提高空气清洗效率。而且，本发明还可以针对如何能够使得水雾有效吸附硫化物，提供加压泵所驱动的具体的总循环水量，进而可以确定各水雾喷嘴的合理喷水量，以保证水雾中尽可能多地包含更易吸附空气中硫化物的水颗粒，进一步提高空气清洗效率。

Description

空调箱及空气清洗装置

技术领域

本发明涉及空调技术，特别涉及一种空调箱(MAU)、以及一种空气清洗装置。

背景技术

半导体加工中的部分工艺需要在无尘室内完成，其中，这里所述的无尘主要是指空气中的硫化物含量应当尽可能保持在0.75纳克/升(ng/l)左右。

然而，空气中实际的硫化物含量通常会在20～40ng/l之间，因此，为了保持无尘室内的无尘，就需要在空气流入至无尘室内之前先由空调箱利用水雾进行清洗。

现有用于半导体加工的空调箱通常包括温度调节装置、以及与温度调节装置连通并利用水雾清洗空气的空气清洗装置。

如图1所示，现有空调箱中的空气清洗装置包括：清洗仓10、以及供无尘室外部空气流入至清洗仓10的入风口11、供空气从清洗仓10流出至无尘室内的出风口12。

其中，清洗仓10内在靠近出风口12的一侧，垂直于空气流入流出方向顺序排列M个与加压泵101连通的入水管102，由于角度关系，在图1中仅能够显示一个入水管102，且每个入水管102自上至下设置有N个朝向入风口11的水雾喷嘴100，即构成朝向入风口11的M×N个水雾喷嘴阵列，M和N均为大于1的正整数。

这样，由加压泵101为流入至入水管102的水流施加一定的压力，使得水流自各水雾喷嘴100喷射在清洗仓10内部并形成水雾。那么经入风口11流入至清洗仓10内的外部空气中的硫化物会被水雾中的水颗粒吸附，并随水颗粒下落至清洗仓10底部，从而实现对外部空气的清洗。

此外，由于吸附有硫化物的水颗粒会下落至清洗仓10底部，那么为了避免清洗仓10底部沉积过多的水，清洗仓10底部还与排水管103连通。

现有空调箱中如图1所示的空气清洗装置虽然能够实现对外部空气的清洗，但是，该空气清洗装置中的全部水雾喷嘴100均朝向入风口11这一个方向，从而使得清洗仓10中具有未飘浮水雾的死角，使得部分外部空气未经水雾清洗即通过出风口12流入至无尘室内；而且，现有技术中也未针对如何能够使得水雾有效吸附硫化物而提供加压泵101所需要驱动的合理总循环水量。

这样，就使得清洗后的空气中的硫化物含量只能够降低至约8.48纳克/升，即相比于清洗前的20～40纳克/升，清洗效率、硫化物移除效率只有72％左右。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空调箱、以及一种空气清洗装置，能够提高空气清洗效率。

本发明提供的一种空调箱，包括温度调节装置、以及与温度调节装置连通并利用水雾清洗空气的空气清洗装置，其中，

所述空气清洗装置包括：清洗仓、以及供空气流入至清洗仓的入风口、供空气从清洗仓流出的出风口；

其特征在于，

清洗仓内靠近入风口一侧排列有与加压泵连通的一列入水管，且该列中每个入水管具有朝向出风口的若干水雾喷嘴；

清洗仓内靠近出风口一侧排列有与加压泵连通的另一列入水管，且该另一列中每个入水管具有朝向入风口的若干水雾喷嘴。

靠近入风口一侧的一列入水管、以及靠近出风口一侧的另一列入水管，均垂直于清洗仓内空气流动方向等间隔地排列。

靠近入风口一侧的一列入水管中，每个入水管朝向出风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列；

且，靠近出风口一侧的另一列入水管中，每个入水管朝向入风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列。

所述压力泵驱动的总循环水量

其中，

N_g为预设的硫化物移除效率的统计指数；

G_a为自所述入风口流入的风量；

K_g为预设的单位空气质流量的硫化物作用系统量；

V_w为所述清洗仓的容积；

d_g为所述水雾喷嘴能够产生满足预设硫化物移除效率的水颗粒大小；

v_f为所述水颗粒的平均下落速度；

γ_s为所述水颗粒的预设表面积系数；

η为所述水雾喷嘴能够产生大小为d_g的水颗粒的效率。

所述空气清洗装置进一步包括通过排水管与所述清洗仓底部连通的蓄水池，所述加压泵自所述蓄水池抽水；

且，所述空气清洗装置进一步包括：

设置于所述排水管的电导率传感器；

设置于所述蓄水池的液位计；

以及，与所述电导率传感器和所述液位计电连接的控制器，该控制器在所述电导率传感器输出的信号表示所述排水管排出的水的电导率高于预设第一阈值时，控制所述蓄水池连通至外部排泄口的排水阀开启；在所述液位计输出的信号表示所述蓄水池内的水量低于预设第二阈值时，控制所述蓄水池连通自外部供水系统的补水阀开启。

本发明提供的一种空气清洗装置，包括：清洗仓、以及供空气流入至清洗仓的入风口、供空气从清洗仓流出的出风口；

清洗仓内靠近入风口一侧排列有与加压泵连通的一列入水管，且该列中每个入水管具有朝向出风口的若干水雾喷嘴；

清洗仓内靠近出风口一侧排列有与加压泵连通的另一列入水管，且该另一列中每个入水管具有朝向入风口的若干水雾喷嘴。

靠近入风口一侧的一列入水管、以及靠近出风口一侧的另一列入水管，均垂直于清洗仓内空气流动方向等间隔地排列。

靠近入风口一例的一列入水管中，每个入水管朝向出风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列；

且，靠近出风口一侧的另一列入水管中，每个入水管朝向入风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列。

所述压力泵驱动的总循环水量

其中，

N_g为预设的硫化物移除效率的统计指数；

G_a为自所述入风口流入的风量；

K_g为预设的单位空气质流量的硫化物作用系统量；

V_w为所述清洗仓的容积；

d_g为所述水雾喷嘴能够产生满足预设硫化物移除效率的水颗粒大小；

v_f为所述水颗粒的平均下落速度；

γ_s为所述水颗粒的预设表面积系数；

η为所述水雾喷嘴能够产生大小为d_g的水颗粒的效率。

所述空气清洗装置进一步包括通过排水管与所述清洗仓底部连通的蓄水池，所述加压泵自所述蓄水池抽水；

且，所述空气清洗装置进一步包括：

设置于所述排水管的电导率传感器；

设置于所述蓄水池的液位计；

以及，与所述电导率传感器和所述液位计电连接的控制器，该控制器在所述电导率传感器输出的信号表示所述排水管排出的水的电导率高于预设第一阈值时，控制所述蓄水池连通至外部排泄口的排水阀开启；在所述液位计输出的信号表示所述蓄水池内的水量低于预设第二阈值时，控制所述蓄水池连通自外部供水系统的补水阀开启。

由上述技术方案可见，在本发明中，空气清洗装置的清洗仓在靠近入风口一侧设置一列具有朝向出风口方向的水雾喷嘴的入水管、在靠近出风口一侧设置另一列具有朝向入风口方向的水雾喷嘴的入水管，由于两列入水管的水雾喷嘴的喷水方向沿着空气流动路径相对，因而能够在从入风口流入至出风口的路径上基本不会存在未飘浮水雾的死角，即减少清洗仓中未飘浮水雾的死角，从而减少未经水雾清洗即通过出风口流入至无尘室内的空气流量，进而提高空气清洗效率。

而且，本发明还可以针对如何能够使得水雾有效吸附硫化物，提供加压泵所驱动的具体的总循环水量，以保证水雾中尽可能多地包含更易吸附空气中硫化物的水颗粒，进一步提高空气清洗效率。

附图说明

图1为现有空气清洗装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中空气清洗装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

在本发明中，设置清洗仓中的各水雾喷嘴分别朝向不同的方向，而不是都只朝向入风口这一个方向，以减少清洗仓中未飘浮水雾的死角。此外，本发明还针对如何能够使得水雾有效吸附硫化物，而提供了水雾喷嘴的合理喷水量。

图2为本发明实施例中空气清洗装置结构示意图。如图2所示，本实施例中空调箱中的空气清洗装置包括：清洗仓20、以及供无尘室外部空气流入至清洗仓20的入风口21、供空气从清洗仓20流出至无尘室内的出风口22。

清洗仓20内靠近入风口21一侧的预设第一位置，垂直于空气流入流出的方向(即垂直于清洗仓20内第一位置处的空气流动方向)、且等间隔地顺序排列有与加压泵201连通的一列P个入水管202a；每个入水管202a自上至下等间隔地设置有R个朝向出风口22的水雾喷嘴200a，即构成朝向出风口22的一个P×R水雾喷嘴阵列，P和R均为大于1的正整数。

清洗仓20内靠近出风口22一侧的预设第二位置，垂直于空气流入流出方向(即垂直于清洗仓20内第二位置处的空气流动方向)、且等间隔地还顺序排列有与加压泵201连通的另一列Q个入水管202b；每个入水管202b自上至下等间隔地设置有S个朝向入风口21的水雾喷嘴200b，即构成朝向入风口22的另一个Q×S水雾喷嘴阵列，Q和S均为大于1的正整数。

需要说明的是，由于角度关系，在图2中仅能够显示一个入水管202a和一个入水管202b；且图2中仅仅是以R和S取5为例。

这样，由加压泵201为流入至入水管202a和入水管202b的水流施加一定的压力，使得水流自各水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b喷射在清洗仓20内部并形成水雾。那么经入风口21流入至清洗仓20内的外部空气中的硫化物会被水雾中的水颗粒吸附，并随水颗粒下落至清洗仓20底部，从而实现对外部空气的清洗。

且，由于P×R水雾喷嘴阵列的喷射方向朝向出风口22、Q×S水雾喷嘴阵列的喷射方向与其相对地朝向入风口21方向，因此，在从入风口21流入至出风口22的路径上基本不会存在未飘浮水雾的死角，从而能够提高清洗效率。

当然，上述的所有“等间隔排列”并非必须，仅仅是为了使得P×R水雾喷嘴阵列、以及Q×S水雾喷嘴阵列的分布更为均匀，以更加有效地避免从入风口21流入至出风口22的路径上存在未飘浮水雾的死角而已。

而且，本实施例还针对如何能够使得水雾有效地吸附硫化物，为上述空气清洗装置提供了加压泵201所驱动的具体的总循环水量，以保证水雾中尽可能多地包含更易吸附空气中硫化物的水颗粒，进一步提高空气清洗效率。

1)、首先需要确定水雾中的水颗粒能够吸附硫化物的有效水面积比系数，该有效水面积比系数

其中，

N_g为预设的硫化物移除效率的统计指数，预设的硫化物移除效率等于

G_a为自入风口21流入的风量，G_a可以通过“(单位时间流入清洗仓20的空气体×空气密度)/气的平均分子量”换算得到，且G_a的物理单位可以为千摩尔/小时、即kmol/hr，或摩尔/秒、即mol/s等；

K_g为预设的单位空气质流量的硫化物作用系统量，K_g可以为根据各种统计数据来设置，由于K_g为本领域技术人员所知晓的现有参数，因此K_g的具体设置方式在此不再赘述，且K_g的物理单位可以为千摩尔/(立方米·小时)、即kmol/(m³·hr)等；

V_w为清洗仓20的容积，即空气与水雾的有效接触体积，对于立方体形状的清洗仓来说，其容积就是长×高×宽。

假设：

基于如图2所示结构，需要相比于现有技术的72％，将硫化物移除效率提高至90％，则N_g取2.3；

G_a取2680kmol/hr；

以硫化物为二氧化硫为例，K_g取59kmol/(m³·hr)等；

V_w取12.768m³；

则确定有效水面积比系数

2)、其次需要依据有效水面积比系数a，确定所有水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b所产生水雾中，能够实际吸附空气中硫化物的有效水量，该有效水量

其中，

d_g为水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b能够产生满足预设硫化物移除效率的水颗粒大小，d_g通常小于500微米(μm)、且取决于水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b的实际物理特性，当然d_g越小、水颗粒越容易吸附硫化物；

v_f为大小为d_g的水颗粒在清洗仓20内的平均下落速度，v_f可以通过实际测量得到，且v_f的物理单位可以为米/秒；

γ_s为大小为d_g的水颗粒的预设表面积系数，γ_s可以根据各种统计数据来设定，由于γ_s为本领域技术人员所知晓的现有参数，因而具体设置方式在此不再赘述，且γ_s的物理单位为1/米，即1/m。

假设：

d_g取500μm、v_f取1.2m/s、γ_s取6，且基于之前的假设，确定有效水面积比系数a取11.23，

则有效水量 $Q_L=11.23\×\frac{0.0005m\×1.2m/s}{6(1/m)}=0.001123m^3/s=4.04m^3/\mathrm{hr}.$

3)、最后再依据有效水量Q_L，确定加压泵201所驱动的总循环水量，该总循环水量

其中，

η为水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b能够产生大小为d_g的水颗粒的效率，η取决于水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b的实际物理特性。

假设，η取4％，且基于之前的假设，确定有效水量Q_L取4.04m³/hr，

则该总循环水量 $Q_z=\frac{4.04m^3/\mathrm{hr}}{4\%}=101m^3/\mathrm{hr}.$

也就是说，本实施例中压力泵201驱动的总循环水量Q_z，即可依据公式

来设定。

由此一来，只要设定

为高于现有硫化物移除效率的任意值，那么基于如图2所示结构、以及上述总循环水量Q_z，即可在理论上得到该任意值的硫化物移除效率、即空气清洗效率。

那么确定了总循环水量Q_z，即可选定能够产生大小为d_g的水颗粒的水雾喷嘴作为水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b，并根据选定的水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b的物理特性所决定的单个水雾喷嘴喷水量，确定实际需要的水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b数量。

假设，水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b的单个水雾喷嘴喷水量均为600Kg/hr、即0.6m³/hr，且基于之前的假设，确定总循环水量Q_z为101m³/hr，则需要总共169个水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b。

当然，如果清洗仓20在入风口21与出风口22之间的长度足够、以满足空气与水雾在清洗仓20内入风口21与出风口22之间的接触长度大于800米，则能够再进一步地提高硫化物移除效率、即空气清洗效率。

按照上述假设的各参数具体取值，同时还满足空气与水雾在清洗仓20内入风口21与出风口22之间的接触长度大于800米，并基于如图2所示结构、以及上述总循环水量Q_z，经实验测得的硫化物移除效率如表1所示。

实验次数	清洗前空气中的硫化物含量(ng/l)	清洗后空气中的硫化物含量(ng/l)	实际测得的硫化物移除效率
				1	16.03	1.60	90％
2	21.23	1.38	93％
				3	19.74	.086	96％
4	13.42	1.33	90％
				5	21.18	1.64	92％
			平均值92％

表1

由表1可见，基于如图2所示结构、以及上述总循环水量Q_z，能够进一步明显地提高硫化物移除效率。

且，经实验测得，以其他方式设置清洗仓中的各水雾喷嘴分别朝向不同的方向，并提高清洗效率的效果并不明显；即便设置更多列的入水管，其提高清洗效率的效果基本相同，即没有明显提高，只是可以在入水管202a和入水管202b、各水雾喷嘴200a和水雾喷嘴200b无法分担加压泵201所提供的水压时，再增加至少一列水雾喷嘴朝向任意方向的入水管。

实际应用中，为了防止清洗仓20内的水雾飘浮至清仓外，即保证清洗仓20内易吸附硫化物的水粒子飘浮至清仓外，入风口21和出风口22均可设置仅允许气体穿过的挡水板，再进一步地提高硫化物移除效率。

此外，由于吸附有硫化物的水颗粒会下落至清洗仓20底部，那么为了避免清洗仓20底部沉积过多的水，清洗仓20底部还与排水管203连通，以将吸附有硫化物的水排出。

相应地，如图2所示的空气清洗装置还可进一步包括：通过排水管203与清洗仓20底部连通的蓄水池204，用以容纳吸附有硫化物的水。

实际应用中，对空气实现清洗并吸附有硫化物的水中，硫化物的含量可能会比较低，即吸附有硫化物的水仍可重复利用、并实现对空气的清洗，即相比于加压泵201从外部的供水系统抽取未清洗过空气的清洁水，重复利用吸附有硫化物的水可节省水资源。

那么此时，如图2所示，本实施例中的空气清洗装置中，加压泵201可以不从外部的供水系统抽取未清洗过空气的清洁水，而是可自蓄水池204抽水、以对空气实现清洗并吸附有硫化物的水重复利用。

相应地，如图2所示，可选地，该空气清洗装置中还可进一步包括：

设置于排水管的电导率传感器205，用以检测排水管203排出的水的电导率是否高于预设的表示水中硫含量饱和的第一阈值，以检测到，从而避免对其重复利用。

以及与电导率传感器205电连接的控制器206，该控制器206在电导率传感器205输出的信号表示排水管203排出的水的电导率高于预设第一阈值时，获知对空气实现清洗并吸附有硫化物的水中、由于硫化物含量过高而无法再次实现对空气的有效清洗，并控制蓄水池204连通至外部排泄口的排水阀(图中未示出)开启，从而使得自排水管203排出、并收容于蓄水池204中的废水被排泄到外部。

当然，如果蓄水池204中的废水被排出，那么加压泵201就可能无法自蓄水池204中抽取到满足需要的总循环水量的水，因而还需要实现对蓄水池204补水。

由此，如图2所示，可选地，该空气清洗装置中还可进一步包括：设置于蓄水池204的液位计207，用以检测蓄水池204中的水位是否低于能够满足加压泵201额定的总循环水量的水位的第二阈值。

且，控制器206还与液位计207电连接的控制器，并在液位计207输出的信号表示蓄水池内的水位低于预设第二阈值时，控制蓄水池204连通自外部供水系统的补水阀(图中未示出)开启。

实际应用中，考虑到对加压电机201的保护，加压电机201通常都是位于清洗仓20外部例如电机室等与潮湿空气隔离之处；可选地，本实施例还可在加压电机201下方垫一水盘(图中未示出)、用以收容加压电机201泄露出的水并排放至远离该加压电机201的外部，从而降低了加压电机201受潮湿空气影响而发生故障，从而提高空气清洗装置的可靠性。

上述空气清洗装置可设置在现有用于半导体加工的空调箱内，也可设置于其他用途的设备中。如果如图2所示的空气清洗装置设置在上述空调箱内，则该空调箱内的温度调节装置可设置在该的空气清洗装置的入风口21或出风口22内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空调箱，包括温度调节装置、以及与温度调节装置连通并利用水雾清洗空气的空气清洗装置，其中，

所述空气清洗装置包括：清洗仓、以及供空气流入至清洗仓的入风口、供空气从清洗仓流出的出风口；

其特征在于，

清洗仓内靠近入风口一侧排列有与加压泵连通的一列入水管，且该列中每个入水管具有朝向出风口的若干水雾喷嘴；

清洗仓内靠近出风口一侧排列有与加压泵连通的另一列入水管，且该另一列中每个入水管具有朝向入风口的若干水雾喷嘴。

2.如权利要求1所述的空调箱，其特征在于，靠近入风口一侧的一列入水管、以及靠近出风口一侧的另一列入水管，均垂直于清洗仓内空气流动方向等间隔地排列。

3.如权利要求2所述的空调箱，其特征在于，

靠近入风口一侧的一列入水管中，每个入水管朝向出风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列；

且，靠近出风口一侧的另一列入水管中，每个入水管朝向入风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列。

4.如权利要求1至3中任一项所述的空调箱，其特征在于，所述压力泵驱动的总循环水量其中，

N_g为预设的硫化物移除效率的统计指数；

G_a为自所述入风口流入的风量；

K_g为预设的单位空气质流量的硫化物作用系统量；

V_w为所述清洗仓的容积；

d_g为所述水雾喷嘴能够产生满足预设硫化物移除效率的水颗粒大小；

v_f为所述水颗粒的平均下落速度；

γ_s为所述水颗粒的预设表面积系数；

η为所述水雾喷嘴能够产生大小为d_g的水颗粒的效率。

5.如权利要求1至3中任一项所述的空调箱，其特征在于，所述空气清洗装置进一步包括通过排水管与所述清洗仓底部连通的蓄水池，所述加压泵自所述蓄水池抽水；

且，所述空气清洗装置进一步包括：

设置于所述排水管的电导率传感器；

设置于所述蓄水池的液位计；

以及，与所述电导率传感器和所述液位计电连接的控制器，该控制器在所述电导率传感器输出的信号表示所述排水管排出的水的电导率高于预设第一阈值时，控制所述蓄水池连通至外部排泄口的排水阀开启；在所述液位计输出的信号表示所述蓄水池内的水量低于预设第二阈值时，控制所述蓄水池连通自外部供水系统的补水阀开启。

6.一种空气清洗装置，包括：清洗仓、以及供空气流入至清洗仓的入风口、供空气从清洗仓流出的出风口；

其特征在于，

清洗仓内靠近入风口一侧排列有与加压泵连通的一列入水管，且该列中每个入水管具有朝向出风口的若干水雾喷嘴；

清洗仓内靠近出风口一侧排列有与加压泵连通的另一列入水管，且该另一列中每个入水管具有朝向入风口的若干水雾喷嘴。

7.如权利要求6所述的空气清洗装置，其特征在于，靠近入风口一侧的一列入水管、以及靠近出风口一侧的另一列入水管，均垂直于清洗仓内空气流动方向等间隔地排列。

8.如权利要求7所述的空气清洗装置，其特征在于，

靠近入风口一侧的一列入水管中，每个入水管朝向出风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列；

且，靠近出风口一侧的另一列入水管中，每个入水管朝向入风口的若干水雾喷嘴之间等间隔排列。

9.如权利要求6至8中任一项所述的空气清洗装置，其特征在于，所述压力泵驱动的总循环水量

其中，

N_g为预设的硫化物移除效率的统计指数；

G_a为自所述入风口流入的风量；

K_g为预设的单位空气质流量的硫化物作用系统量；

V_w为所述清洗仓的容积；

d_g为所述水雾喷嘴能够产生满足预设硫化物移除效率的水颗粒大小；

v_f为所述水颗粒的平均下落速度；

γ_s为所述水颗粒的预设表面积系数；

η为所述水雾喷嘴能够产生大小为d_g的水颗粒的效率。

10.如权利要求6至8中任一项所述的空气清洗装置，其特征在于，所述空气清洗装置进一步包括通过排水管与所述清洗仓底部连通的蓄水池，所述加压泵自所述蓄水池抽水；

且，所述空气清洗装置进一步包括：

设置于所述排水管的电导率传感器；

设置于所述蓄水池的液位计；

以及，与所述电导率传感器和所述液位计电连接的控制器，该控制器在所述电导率传感器输出的信号表示所述排水管排出的水的电导率高于预设第一阈值时，控制所述蓄水池连通至外部排泄口的排水阀开启；在所述液位计输出的信号表示所述蓄水池内的水量低于预设第二阈值时，控制所述蓄水池连通自外部供水系统的补水阀开启。

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