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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Anwendungsgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftfilter zur Reinhaltung
der Luft in einem Reinraum und der Luft zur Reinigung von Bauelementen
im Fabrikationsablauf von beispielsweise Halbleitern, Flüssigkristallen
(LCs) und optoelektronischen Bauteilen.
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Beschreibung des bisherigen
Technologiestandes
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Bei
den Herstellungsverfahren von Silizium-Kristallscheiben und ähnlichem
in Halbleiterfabriken, verursachen Verunreinigungen, wie beispielsweise
Partikel und Metallverunreinigungen in einem Reinraum, Fehler in
Bauteilen, die zu 64 Mbit DRAM (Dynamische RAM) integriert werden.
Diese Verunreinigungen werden deshalb durch den Einsatz von HEPA
Filtern oder ULPA Filtern so weit wie möglich beseitigt. Jedoch im
Falle von Bauteilen, die zu DRAM mit mehr als 64 Mbit integriert
werden, verringern Gasverunreinigungen in der Größenordnung von ppb (milliardstel
Teile) den Produktionsausstoß in
einem Reinraum. Es ist bekannt, dass diese Gasverunreinigungen sowohl über die
Außenluft
hereinkommen oder Gase sind, die durch Bausubstanzen des Reinraums
erzeugt werden, aber auch von Chemikalien stammen, die im Prozessablauf
verwendet werden.
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Um
diese Gasverunreinigungen auf eine Konzentration von ppm (Millionstel
Teilen) oder darunter zu reduzieren, wird ein Verfahren zur Beseitigung
dieser Verunreinigungen angewendet, bei dem ein chemisches Filter
im Reinraum eingesetzt wird. Das chemische Filter entfernt zum Beispiel
Gasverunreinigungen dadurch, dass man die Luft in einem Reinraum
und für
Bauteile durch ein Filter mit einer adsorbierenden Substanz, z.B. Aktivkohle
streichen lässt.
Die Gasverunreinigungen werden in säurehaltige Stoffe, alkalische
Stoffe und organische Substanzen unterteilt. Um diese Gasverunreinigungen
wirksam zu entfernen, enthält
das chemische Filter in der Regel ein ausgewähltes Einsaugmittel oder reaktives
Material, das geeignet ist, diese Gase als Trägermaterie zu absorbieren,
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Zum
Beispiel sind Amine in einer Menge von einigen zig Millionstel Teilen
in der Luft enthalten und gelangen in den Reinraum, sobald Außenluft
in den Reinraum eingeleitet wird. Es ist auch bekannt, dass basische
Gasverunreinigungen, wie Amine, durch Bausubstanzen, die für die Reinräume verwendeten
werden und von Chemikalienzusätzen
erzeugt werden. Wenn diese basischen Gasverunreinigungen in einer
Menge von 10 bis 20 milliardstel Teilen in einem Reinraum vorkommen,
verursachen diese Verunreinigungen eine Abnormität bei der Form eines Fotowiderstandes
(T Top-Phänomen).
Außerdem
reagieren basische Gase mit säurehaltigen
Gasen und bilden dabei Salze, welche auf der Oberfläche von
optischen Teilen der Fertigungsgeräte und auf der Oberfläche der
Siliziumkristallscheiben Trübungen
hervorrufen. Aus diesem Grund wird ein chemisches Filter mit einer
säurehaltigen
Substanz als reaktives Material zur Absorption von Gasen verwendet, das
zur Beseitigung von basischen Gasverunreinigungen, wie z.B. Aminen
dient. Wenn andererseits säurehaltige
Gasverunreinigungen in einem Reinraum auftreten, korrodieren diese
Verunreinigungen die Glasfaser eines Staubfilters und begünstigen
dadurch die Entstehung von Bor und verursachen außerdem Metallkorrosion, z.B.
bei ICs (Integrierten Schaltkreisen).
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Um
solche chemischen Substanzen zu entfernen, werden chemische Filter
verwendet. Diese chemischen Filter werden aus einem porösen Adsorptionsmittel
mit oder ohne Verwendung eines Zerstäubers hergestellt, indem dieses
poröse
Adsorptionsmittel als Luftfilter ausgeführt wird und chemische Substanzen
aus einem zu behandelnden, durchströmenden Gas entfernt werden.
Es werden viele chemische Filter verwendet, weil sie unterschiedliche
chemische Substanzen entfernen. Diese chemischen Filter sind bezüglich ihrer
Aufnahmefähigkeit
allerdings begrenzt, weil sie die chemischen Substanzen durch physikalische
oder chemische Adsorption aufnehmen. Man muss diese Filter deshalb
nach einer gewissen Betriebszeit austauschen. Die Austauschhäufigkeit
liegt gewöhnlich
zwischen einmal alle paar Monate bis z.B. einmal pro Jahr, wenngleich die
Austauschhäufigkeit
von den Arbeitsbedingungen abhängt.
Der Austausch bedeutet Kosten für
neue Filter, sowie Wartungskosten. Darüber hinaus wird durch den Austausch
Abfall erzeugt.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, wird in der Veröffentlichung JP-A-2000-296309 ein rotierendes,
regenerierbares, chemisches Filter vorgestellt. Dieses Verfahren
verwendet ein als Rotor ausgebildetes, chemisches Filter, das gedreht
wird, um chemische Substanzen aus der verwendeten Prozessluft zu
adsorbieren, wenn diese eine Behandlungszone durchläuft. Die
aufgenommenen chemischen Substanzen werden in einer Regenerationszone
erhitzt, um die chemischen Substanzen wieder freizusetzen und zu
entfernen. Dann wird das Filter in einer Reinigungszone abgekühlt. Diese
Arbeitsschritte werden wiederholt, um das Filter fortlaufend zu
regenerieren. Die Verwendung dieses Verfahrens ermöglicht es,
das Filter viele Male zu regenerieren, bis das Adsorptionsmaterial
unbrauchbar geworden ist und dabei die Notwendigkeit entfällt, neue
Filter zu kaufen und gebrauchte Filter zu entsorgen.
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Da
jedoch der Rotor bei diesem Verfahren ständig umläuft, muss die Regenerationszone
immer beheizt werden, was zu einem höheren Energieverbrauch führt. Zusätzlich wird
die Luft nach der Behandlung, wegen der Feuchtigkeitsaufnahme durch
das Adsorptionsmittel, schließlich
getrocknet. Beim Fabrikationsprozess von Halbleitern muss die Feuchtigkeit
aus den nachstehend beschriebenen Gründen auf einem gegebenen Niveau
konstant gehalten werden.
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In
einem Reinraum müssen
nämlich
Temperatur und Feuchtigkeit in einem bestimmten Bereich gehalten
werden. Dies ist deshalb notwendig, weil bei Überschreiten des oberen Grenzwertes
von Temperatur und Feuchtigkeit in einem Reinraum, sich der überschüssige Feuchtigkeitsgehalt
als Feuchtigkeitskondensat auf der Oberfläche der Siliziumsubstrate niederschlägt. Dieses
Feuchtigkeitskondensat auf den Flächen kann bewirken, dass sich
säurehaltige
Stoffe, alkalische Stoffe und organische Substanzen darin auflösen, Der überschüssige Feuchtigkeitsgehalt
kann auch zur Oxidation des Substrats u. äh. führen. Wenn die Temperatur und Feuchtigkeit
in einem Reinraum unterhalb des oben genannten Bereichs liegen,
werden Partikel aufgrund des übermäßig geringen
Feuchtigkeitsgehalts von der Oberfläche des Siliziumsubstrats u. äh. elektrostatisch
angezogen.
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Deshalb
sind zur Einhaltung eines konstanten Feuchtigkeitsgehalts der durch
die Behandlungszone strömenden
Luft, herkömmlicherweise
Temperatur und Feuchtigkeit mit Hilfe eines Sensors oder einer ähnlichen
Einrichtung erfasst und die Luft ist mit reinem Wasser oder mit
einem Befeuchtungsgerät
oder ähnlichem behandelt
worden.
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Dieses
Verfahren ist jedoch mit Problemen verbunden, wie zum Beispiel,
die für
die Behandlung anfallenden Kosten, der Bedarf an großen Anlagen
u. äh.
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Ein
Verfahren und Gerät
zur Luftentfeuchtung werden in
US 6.083.304A beschrieben. Dieses Verfahren
umfasst die Schritte der Kontaktierung eines Teils eines Entfeuchtungselements
mit der Luft und die Ableitung der entfeuchteten Luft ins Freie,
die Regeneration des obigen Entfeuchtungselements nach der Absorption
der Feuchtigkeit, durch Zusammenführen mit erwärmter Luft
und danach, nach Entfernen der Feuchtigkeit vom Entfeuchtungselement,
Abkühlung
dieser Luft zur Regeneration, um die Feuchtigkeit zu kondensieren und
das aus der Luft erzeugte Wasser zu entfernen.
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In
US 5.659.974A wird
ein Verfahren zur Behandlung eines feuchtigkeitshaltigen Adsorptionsmaterials dargelegt.
Nach der Regeneration des Adsorptionsmaterials durch Entfernen der
Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmaterial und der Einleitung von
heißem
Regenerationsgas durch das Adsorptionsmaterial, wird dieses Adsorptionsmaterial
abgekühlt.
Indem das Regenerationsabgas durch das Adsorptionsmaterial geleitet wird,
und zwar unmittelbar bevor dieses Adsorptionsmaterial dem Regenerationsprozess
unterzogen wird, wird damit eine vorgeschaltete Regeneration bei
einer niedrigeren Temperatur als der, des heißen Regenerationsgases durchgeführt. Dieses
Verfahren beschreibt jedoch keinen geeigneten Prozess, um Luft in
einem Reinraum mit niederen Kosten und weniger Geräteaufwand
zu reinigen.
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Nach
US 4.886.769A besteht
ein Verfahren zur Herstellung eines Elementes zur Adsorption von
aktiven Gasen aus einem Edelgas aus:
- (a) Laminieren
von Papier mit geringer Dichte, um ein Matrixelement zu bekommen,
das eine Vielzahl von kleinen Kanälen aufweist, die bis zur gegenüberliegenden
Oberfläche
durchgängig
sind;
- (b) Tränken
des Matrixelements mit einer wässrigen
Lösung
von Wasserglas, worin synthetisches, pulverisiertes Zeolith fein
verteilt ist;
- (c) Trocknen der getränkten
Matrix;
- (d) Tränken
der getrockneten Matrix in einer wässrigen Lösung von wasserlöslichen
Metallsalzen, um ein kieselsaures Metallwasserstoffgel durch Reaktion
von Wasserglas mit den Metallsalzen herzustellen;
- (e) Auswaschen des zweimal getränkten Matrixelements mit Wasser
und
- (f) Trocknen des gewaschenen Matrixelements, um das gasadsorbierende
Matrixelement zu erhalten.
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Das
Papier mit geringer Dichte besteht aus anorganischem Fasermaterial
und dem in Prozessschritt (a) erzeugten Matrixelement, das aus einem
ersten und einem zweiten Bestandteil besteht, wovon der genannte
erste Bestandteil aus synthetischem Zeolith und einem Aerogel aus
kieselsaurem Metall und der genannte zweite Bestandteil aus einem
Aerogel aus kieselsaurem Metall besteht.
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Es
ist deshalb Gegenstand der vorliegenden Erfindung, mit Hilfe eines
Luftfilters während
der Reinigung der Luft eines Reinraums, einen konstanten Feuchtigkeitsgehalt
einzuhalten. Die vorliegende Erfindung sollte auch ein kostensparendes,
kompaktes Luftfilter mit langer Lebensdauer vorsehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht dieser Sachlage haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung
eingehende Untersuchungen durchgeführt und sind zu dem Ergebnis
gelangt, dass die Betriebskosten eines Luftfilters abgestellt werden
können,
wenn der Rotor intermittierend gedreht wird, wobei die Behandlungszeit,
Regenerationszeit und Reinigungszeit in geeigneter Form gewählt werden
müssen,
z.B. 1/8tel Umdrehung alle 6 Stunden, anstatt den Rotor immer umlaufen
zu lassen. Diese Ergebnisse haben zu der vorliegenden Erfindung
geführt,
wie sie in den Patentansprüchen
1, bzw. 4 dargestellt wird. Die bevorzugte Anordnung kann aus den
Patentansprüchen
2 und 3 ersehen werden.
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In Übereinstimmung
mit der vorstehenden Erfindung, kann die erforderliche Zeit für den Betrieb
des Erhitzers verkürzt
werden, da der Erhitzer abgeschaltet wird, sobald die Regeneration
in der Regenerationszone abgeschlossen ist. Außerdem kann der zum Antrieb
des wabenförmigen
Rotors benötigte
Stromverbrauch deutlich eingespart werden, da die Regenerationszone
als Reinigungszone verwendet wird, nachdem der Erhitzer abgeschaltet
worden ist. Ferner kann die Feuchtigkeit vor und nach dem Reinigungsvorgang
konstant gehalten werden, da der Reinigungsvorgang mit der Luft
des Reinraums durchgeführt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen Teil eines
Luftfilters in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt. In der 1 bezeichnet 1 den
wabenförmigen
Rotor, 2 bezeichnet eine Antriebsvorrichtung, 3 bezeichnet
einen ersten Gaseinführungsabschnitt, 4 bezeichnet
einen ersten Gasausblasabschnitt, 5 bezeichnet einen zweiten
Gaseinführungsabschnitt, 6 bezeichnet
einen zweiten Gasausblasabschnitt, 7 bezeichnet einen Erhitzer, 10 bezeichnet
ein Luftfilter, 13 bezeichnet ein erstes Trennblech, 14 bezeichnet
ein zweites Trennblech, 15 bezeichnet ein erstes Trennstück, 16 bezeichnet
ein zweites Trennstück, 21 bezeichnet
eine Regenerations-/Reinigungszone und 22 bezeichnet eine
Behandlungszone.
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GENAUE BESCHREIBUNG der
ERFINDUNG und der BEVORZUGTEN ANORDNUNG
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Eine
erste Anordnung des Luftfilters entsprechend der vorliegenden Erfindung
wird anhand der Zeichnung erklärt.
Um die Erklärung
der ersten Anordnung einfacher zu gestalten, ist die 1 so
gezeichnet, dass der Raum zwischen dem wabenförmigen Rotor 1 und
dem ersten Trennstück 15 und
der Raum zwischen dem wabenförmigen
Rotor 1 und dem zweiten Trennstück 16 erweitert ist.
Im wirklichen Filter stehen diese Teile jedoch nahezu miteinander
in Berührung,
solange die Drehbewegung des wabenförmigen Rotors nicht behindert
wird und verhindern damit wesentlich, dass Gas aufgrund des Spiels
zwischen diesen Teilen entweichen kann. Der wabenförmige Rotor 1 trägt ein poröses Adsorptionselement,
hat eine wabenförmige
Struktur, eine nahezu zylindrische Form auf der Außenseite
und kann sich in Richtung des Umfangs um die im Mittelpunkt angebrachte
Welle drehen. Der wabenförmige
Rotor 1 besteht aus einem porösen Adsorptionsmaterial und einer
wabenförmigen
Struktur, die das poröse
Adsorptionsmaterial aufnimmt. Der wabenförmige Rotor 1 wird zur
Beseitigung von organischen Substanzen und gasförmigen Verunreinigungen, wie
säurehaltigen
Gasen und basischen Gasen, die in der Luft enthalten sind, verwendet.
Beispiele für
organische Substanzen sind Isopropylalkohol, Toluol, Butylazetat,
Dioctylphthalate, Dibutylphthalate, Dimethylsiloxane, Hexamethyldisiloxane und
N-Methyl-2-Pyrrolidinone.
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Die
wabenförmige
Struktur, die in der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt,
wird durch Zusammenkleben von faserhaltigen Papierblättern zu
einer Wabenform hergestellt, wobei ein anorganischer Klebstoff verwendet
wird. Das faserhaltige Papier in der vorliegenden Erfindung bedeutet
gewobenes Material oder nicht gewobenes Material, das aus Fasern
hergestellt ist. Beispiele für
Fasern sind Glasfaser, wie E-Glasfaser, NCR Faser, AGR Faser, ECG
Faser, S-Glasfaser und A-Glasfaser,
kurze Stränge
solcher Glasfasern und anorganische Fasern, wie Keramikfaser, Aluminiumfaser,
Mullitfaser, Quarzfaser, Steinwollfaser und Kohlefaser, sowie organische
Fasern. Als organische Fasern können
Alamidfaser, Nylonfaser, Polyethylen, Terephthalatfaser u.ä. eingesetzt
werden. Die Verwendung von anorganischer Faser für das faserverstärkte Papier ist
vorzuziehen, weil dadurch der Wärmewiderstand
und die Festigkeit des wabenförmigen
Rotors verbessert werden können.
Obwohl keine besonderen Einschränkungen
für die
Form u. äh.
dieser anorganischen Fasern und organischen Fasern gelten, ist die
Verwendung von Fasern mit 0,1 bis 50 mm Länge und 0,1 bis 25 μm Durchmesser
vorzuziehen. Diese anorganischen Fasern und organischen Fasern können entweder
allein oder zusammen mit einer oder mehreren anderen verwendet werden.
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Wenn
das faserverstärkte
Papier aus den oben genannten Fasern hergestellt wird, kann diese
Faser zum Beispiel gewoben werden, um ein gewobenes Material herzustellen
oder die oben genannte Faser kann fixiert werden, wobei ein Klebemittel,
wie Polyvinylalkohol verwendet wird, um ein nicht gewobenes Material herzustellen.
Das faserverstärkte
Papier, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat normalerweise
ein Verhältnis
eines faserfreien Anteils von 80 bis 95% und eine Dicke von 0,1
bis 1 mm. Dabei bedeutet das Verhältnis des faserfreien Anteils
das Verhältnis
des Anteils (das Volumen des leeren Anteils), den man erhält, wenn
man das mit der anorganischen Faser ausgefüllte Volumen vom sichtbaren
Volumen des faserverstärkten
Papiers abzieht und auf das sichtbare Volumen bezieht.
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Um
die wabenförmige
Struktur aus dem faserverstärkten
Papier herzustellen, kann das faserverstärkte Papier, zum Beispiel unter
Verwendung eines anorganischen oder organischen Klebstoffs zusammengeklebt
werden. Die nachstehende Verfahren kann angewendet werden. Speziell
kann eine Platte aus faserverstärktem
Papier unter Zuhilfenahme einer Riffeleinrichtung oder ähnlichem,
wellenförmig
geformt werden (nachstehend auch als „gewellte Form" bezeichnet). Die
konvexen Stellen des faserverstärkten
Papiers werden mit einer Platte des faserverstärkten Papiers mit Hilfe eines
anorganischen Bindemittels oder ähnlichem zusammengeklebt,
um eine wabenförmige
Schicht herzustellen. Dieser Vorgang wird wiederholt, um die Schichten
zu laminieren und aneinander zu kleben. Die Art der Laminierung
kann ein Verfahren sein, bei dem die so erzeugten wabenförmigen Einzelschichtstücke laminiert
werden oder ein Verfahren, bei dem das wabenförmigen Einzelschichtstück gewickelt
wird. Die daraus entstehende wabenförmige Struktur wird dann zu einem
Zylinder verarbeitet und darin ein poröses Adsorptionsmittel aufgebracht,
um einen wabenförmigen
Rotor herzustellen.
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Beispiele
für ein
poröses
Adsorptionsmittel, das auf der wabenförmigen Struktur aufgebracht
wird, sind Silikagel, Aktivkohle oder Zeolith. Diese Adsorptionsmittel
können
jedes für
sich allein oder in Kombination von zwei oder mehreren zusammen
verwendet werden. Diese Adsorptionsmittel werden zur Aufnahme von
organischen Substanzen, säurehaltigen
Gasen und alkalischen Gasen eingesetzt. Was die Adsorption von organischen
Substanzen unter den genannten Stoffen betrifft, werden diese physikalisch
durch die Poren des porösen
Adsorptionsmaterials durch die Vander-Waals-Bindungskräfte und
dergleichen aufgenommen. Deshalb werden keine besonderen Auftragmittel,
wie Säuren
und Laugen benötigt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann zum porösen Adsorptionsmaterial zusätzlich ein
Material auf die wabenförmige
Struktur aufgebracht werden, das mit Gas reagiert. Beispiele für solche
gasreaktiven Materien sind reaktive Materien, die säurehaltige
Gase absorbieren und reaktive Materien, die basische Gase absorbieren.
Als reaktive Materie, die säurehaltiges
Gas absorbiert, kann eine große
Anzahl von alkalischen, anorganischen Salzen verwendet werden. Als
Beispiele solcher anorganischen Salze sind Alkalisalze, wie Pottasche (kohlensaures
Kalium) zu nennen. Ebenso können
als reaktive Materie zur Absorption von basischen Gasen, eine Vielzahl
von anorganischen Säuren
und säurehaltigen,
anorganischen Salzen benützt
werden. Als Beispiel für
die anorganischen Säuren
ist Schwefelsäure
zu nennen und als Beispiel für
säurehaltige,
anorganische Salze sind Sulfate, wie Eisensulfat zu nennen.
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Der
wabenförmige
Rotor 1 kann mit der Antriebsvorrichtung 2 gedreht
werden. Die Antriebsvorrichtung 2 besteht aus einem Motor 2a und
einem Riemen 2b. Mit dem Riemen 2b kann der wabenförmige Rotor 1 in Richtung
des Umfangs um die Welle (nicht dargestellt) gedreht werden. Ein
Antriebssteuergerät
(nicht dargestellt) wird mit der Antriebsvorrichtung 2 verbunden.
Das Antriebssteuergerät
steuert die vorgenannte Antriebsvorrichtung so, dass der wabenförmige Rotor
intermittierend durch einen Teil der Regenerations-/Reinigungszone 21 gedreht
werden kann, wodurch er vor dem ersten Gaseinführungsabschnitt der Filterfläche des
wabenförmigen
Rotors steht.
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Ein
erstes Trennstück 15 und
ein zweites Trennstück 16 sind
so angeordnet, dass sie die beiden Seiten der Filterfläche des
wabenförmigen
Rotors 1 nahezu berühren.
Das erste Trennstück 15 umfasst
einen Zylinderkörper,
der fast die gleiche Form und Größe wie die
Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors 1 hat, ein Trennblech 13, das den Innenraum
des Zylinderkörpers
unterteilt und gebohrte Löcher,
die in dem ersten Gaseinführungsabschnitt 3 und
dem zweiten Gasausblasabschnitt 6 angebracht und durch
das Trennblech 13 von einander getrennt sind. Dieses erste
Trennstück 15 kann
Gas nur auf die Filterfläche
des wabenförmigen Rotors 1 bringen,
die entweder dem ersten Gaseinführungsabschnitt 3 oder
dem zweiten Gasausblasabschnitt 6 gegenübersteht und kann Gas nur von
der Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors 1 ausblasen, die entweder dem ersten Gaseinführungsabschnitt 3 oder
dem zweiten Gasausblasabschnitt 6 gegenübersteht.
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Das
im ersten Gaseinführungsabschnitt 3 angebrachte
Loch ist mit einem Einführungseinlass
für Reinluft
(nicht dargestellt) über
einen Erhitzer 7 verbunden, der später erläutert wird. Als Beispiel für die aus
dem Reinlufteinführungsstutzen
eingeblasene Reinluft, wird die in einem Reinraum zirkulierende
Luft vorgegeben. Auch das im ersten Gasausblasabschnitt 4 gebohrte
Loch ist mit einem Luftausblasstutzen (nicht dargestellt) über einen
Lüfter
(nicht dargestellt) verbunden.
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Das
zweite Trennstück 16 hat
den gleichen Aufbau wie das erste Trennstück 15 und umfasst
den gleichen Zylinderkörper
wie der des ersten Trennstücks,
ein Trennblech 14, das den Innenraum des Zylinderkörpers unterteilt
und gebohrte Löcher,
die in dem ersten Gasausblasabschnitt 4 und dem zweiten
Gaseinführungsabschnitt 5 angebracht
und durch das Trennblech 14 von einander getrennt sind.
Das im zweiten Gaseinführungsabschnitt 5 angebrachte
Loch ist mit einem Einführungsstutzen
für die
zu behandelnde Luft (nicht dargestellt) durch einen Ventilator (nicht
dargestellt) verbunden. Beispiele für die zu behandelnde Luft,
die aus dem Lufteinführungsstutzen
der zu behandelnde Luft eingeführt
wird, sind atmosphärische
Luft, verunreinigte Luft aus dem Prozessablauf, die organische Substanzen
aus dem Reinraum enthält
u. äh.
Das im zweiten Gasausblasabschnitt 6 durch Bohren angebrachte
Loch ist zum Beispiel mit einem Reinraum (nicht dargestellt) verbunden.
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Im
Luftfilter gemäß der vorliegenden
Erfindung sind das erste Trennstück 15,
der wabenförmige
Rotor 1 und das zweite Trennstück 16 in dieser beschriebenen
Reihenfolge angeordnet, so dass ein Gas 31 in die Regenerations-/Reinigungszone 21 geschickt
werden kann, die bei dem Teil gebildet wird, der gegenüber dem ersten
Gaseinführungsabschnitt 3 in
der Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors 1 liegt, ein Gas 32, das durch die Regenerations-/Reinigungszone 21 geströmt ist,
kann aus dem ersten Gasausblasabschnitt 4 ausgeblasen werden,
ein Gas 41 kann in eine Behandlungszone 22 geschickt
werden, die bei dem Teil gebildet wird, der gegenüber dem
zweiten Gaseinführungsabschnitt 5 in
der Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors 1 liegt und ein Gas 42, das durch die Behandlungszone 22 geströmt ist,
kann aus dem zweiten Gasausblasabschnitt 6 ausgeblasen
werden. Die Art der Aufteilung des ersten Trennstücks 15 durch
das Trennblech 13 oder des zweiten Trennstücks 16 durch
das Trennblech 14 ist entsprechend so konstruiert, dass
zum Beispiel das Verhältnis
der Fläche
der Regenerations-/Reinigungszone 21 zur Fläche der
Behandlungszone 22, etc. berücksichtigt wird.
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Der
Erhitzer 7 ist so angeordnet und mit dem ersten Gaseinführungsabschnitt 3 verbunden,
dass das von außen
eingeführte
Gas durch den Erhitzer 7 strömen und den ersten Gaseinführungsabschnitt 3 versorgen kann.
Wenn ein Steuergerät
(nicht dargestellt) mit dem Erhitzer 7 verbunden wird,
das den Erhitzer 7 während einer
Regenerationsphase einschaltet, nämlich in der ersten Hälfte einer
Regenerations-/Reinigungsphase, vom
Zeitpunkt, in dem der wabenförmige
Rotor 1 seine Drehung stoppt bis er sie wieder beginnt
und das den Erhitzer 7 während der zweiten halben Reinigungsphase
abschaltet, wobei die Umschaltung vom Regenerationsschritt zum Reinigungsschritt
automatisch erfolgt.
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Hierbei
bedeutet die Regenerations-/Reinigungsphase einen Zeitraum, den
man dadurch erhält,
dass man den benötigten
Zeitraum für
den Regenerationsschritt und den erforderlichen Zeitraum für den Reinigungsschritt
addiert. Der Regenerationsschritt ist ein Prozessschritt zur Freisetzung
von organischen Substanzen, säurehaltigen
Gasen, alkalischen Gasen u. äh.,
die in der Prozessluft enthalten sind, aus dem porösen Adsorptionsmaterial
des wabenförmigen
Rotors 1, unter Verwendung von erhitztem Reingas. Der Reinigungsschritt
ist ein Prozessschritt zur Adsorption von Feuchtigkeit, die in der
Reinluft enthalten ist, welche bei Normaltemperatur an das poröse Adsorptionsmaterial
abgegeben wird, bis die Feuchtigkeit die Sättigung des porösen Adsorptionsmaterials
bei gleichen Bedingungen wie im Regenerationsschritt bewirkt hat,
nur dass der Erhitzer 7 nach Beendigung des Regenerationsschritts
abgeschaltet wird.
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Beispiele
für das
Erhitzersteuergerät
sind eine Ausführung,
die entsprechend der eingestellten Zeiten ein- und ausschaltet und
eine Ausführung,
die den Erhitzer entsprechend der gemessenen Feuchtigkeit ein- und
ausschaltet, wobei ein Hygrometer zum Einsatz kommt, das im ersten
Ausblasabschnitt 4 oder ähnlich eingebaut wird.
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Es
ist auch vorzuziehen, ein Gebläse
oder einen Ventilator (nicht dargestellt) auf der Eingangsseite des
ersten Gaseinführungsabschnitts 3,
auf der Ausgangsseite des ersten Gasausblasabschnitts 4,
am Eingang des zweiten Gaseinführungsabschnitts 5 und
auf der Ausgangsseite des zweiten Gasausblasabschnitts 6 als
Einrichtung zu installieren, um Gas in den ersten Gaseinführungsabschnitt 3 und
den zweiten Gaseinführungsabschnitt 5 einzuführen. Es
ist auch vorzuziehen, ein Gebläse
auf der Ausgangsseite des ersten Ausblasabschnitts 4 und
einen Ventilator auf der Eingangsseite des zweiten Gaseinführungsabschnitts 5 zu
installieren, weil durch diese Anordnung verhindert wird, dass verunreinigtes
Gas in den Reinraum strömt.
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Es
wird nun die Betriebsweise des vorgenannten Luftfilters beschrieben.
Als erstes wird der Fall beschrieben, dass sich die Regenerations-/Reinigungszone 21 in
der Regenerationsphase befindet, während der Betrieb des wabenförmigen Rotors
unterbrochen ist. Zuerst wird die Prozessluft 41, wie die
verunreinigte Luft von draußen
oder aus dem Reinraum, aus dem zweiten Gaseinführungsabschnitt 5 in
die Behandlungszone 22 des wabenförmigen Rotors 1 eingeführt und
das behandelte Gas 42 wird nach dem Adsorptionsprozess
im wabenförmigen
Rotor 1 aus dem zweiten Ausblasabschnitt 6 ausgestoßen. Während dieses
Vorgangs wird das regenerierte Gas 31, das durch Erhitzen
von reiner Luft im Reinraum mittels Erhitzer oder ähnlichem
erzeugt wurde, aus dem ersten Gaseinführungsabschnitt 3 in
die Regenerations-/Reinigungszone 21 des
wabenförmigen
Rotors 1 eingeführt
und das gereinigte Gas 32, das nach der Desorptionsbehandlung
im wabenförmigen
Rotor 1 entstanden ist, wird aus dem ersten Ausblasabschnitt 4 ausgeblasen.
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Diese
Vorgänge
stellen sicher, dass die organischen Substanzen, säurehaltigen
Gase, alkalischen Gase u. äh.,
die in der zu behandelnden Luft enthalten sind, adsorbiert und in
der Behandlungszone 22 entfernt werden und gleichzeitig
organische Substanzen, säurehaltige
Gase, alkalische Gase u. äh.,
die während
des Behandlungsschritts in der Regenerations-/Reinigungszone vom
porösen
Adsorptionsmaterial adsorbiert worden sind, desorbiert und entfernt
werden.
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Als
zweites wird der Fall beschrieben, dass die Regenerations-/Reinigungszone 21 sich
in der Reinigungsphase befindet, während der Betrieb des wabenförmigen Rotors 1 unterbrochen
ist. In der Behandlungszone 22 wird der gleiche Prozessschritt
durchgeführt,
wie in dem Fall, wo sich die Regenerations-/Reinigungszone 21 in
der Regenerationsphase befindet. Andererseits wird in der Regenerations-/Reinigungszone 21,
reine Luft bei nicht erhitzter Normaltemperatur (weil der Erhitzer
abgeschaltet ist) als Reinigungsgas 31 eingeführt. Die
Einführung
von Reinigungsgas wird solange fortgesetzt, bis die Feuchtigkeit
durch das poröse
Adsorptionsmaterial des wabenförmigen
Rotors 1 bis zur Sättigung
adsorbiert ist. Durch diesen Vorgang werden die organischen Substanzen,
säurehaltigen
Gase, alkalischen Gase u. äh.,
die in der Prozessluft enthalten sind, adsorbiert und in der Behandlungszone 22 entfernt
und gleichzeitig wird Feuchtigkeit in der Regenerations-/Reinigungszone
durch das poröse
Adsorptionsmaterial bis zur Sättigung
adsorbiert. Wenn nachher durch die Drehung des wabenförmigen Rotors 1 das
poröse
Adsorptionsmaterial in die Behandlungszone 22 bewegt wird,
kann es deshalb vermieden werden, dass unnötigerweise Feuchtigkeit aus
der Prozessluft entfernt wird, sondern nur Chemikalien adsorbiert
werden.
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Dementsprechend
wird beim Luftfilter der vorliegenden Erfindung, der wabenförmige Rotor
in der Regenerationszone des wabenförmigen Rotors angehalten, der
Erhitzer wird für
die benötigte
Zeit der Regeneration des porösen
Adsorptionsmaterials eingeschaltet, während dabei veranlasst wird,
dass die Luft in die Regenerationszone strömt und der Erhitzer dann abgeschaltet
wird, wenn die Regeneration beendet ist, so dass nur noch Luft strömt, wobei
die Reinigung durchgeführt
werden kann. Das poröse
Adsorptionsmaterial adsorbiert durch die Reinigung genügend Wasser
bis zur Sättigung.
Wenn der wabenförmige
Rotor gedreht wird, um das poröse
Adsorptionsmaterial in die Behandlungszone zu bewegen, wird unter
dieser Bedingung keine Feuchtigkeit adsorbiert, sondern es werden
nur chemische Substanzen adsorbiert. Folglich wird die Feuchtigkeit
der, durch die Behandlungszone strömenden Luft, konstant gehalten.
Außerdem,
wenn man einen Reinigungsvorgang über eine ausreichend lange
Zeitdauer durchführt,
um die Feuchtigkeit nach der Reinigung mit der Feuchtigkeit der
Atmosphäre
im Raum auf den gleichen Wert zu bringen, wird die Feuchtigkeit
der Luft nach Durchlaufen der folgenden Adsorptionszone den gleichen
Wert wie die Feuchtigkeit der Atmosphäre in einem Raum annehmen.
Das macht einen Befeuchtungsvorgang der Luft unnötig, wodurch Kosten für einen Temperatur-/Feuchtigkeitssensor,
sauberes Wasser und Befeuchter gespart werden können. Es ist ferner möglich, das
ganze Luftfiltergerät
kompakt zu gestalten.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird durch Beispiele noch genauer beschrieben,
was nicht so ausgelegt werden sollte, die vorliegende Erfindung
einzuschränken.
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Beispiel 1
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90
Gewichtsanteile Fine Flex (Hersteller Nichias Corporation, Zusammensetzung
Al2O3: 50 GW-%, SiO2: 50 GW-%), 10 Gewichtsanteile Pulpe und
2 Gewichtsanteile Polyvinylalkohol als Bindemittel, wurden in 10.000
Gewichtsanteilen Wasser fein verteilt, um einen flüssigen Brei
herzustellen, der dann zu Papier verarbeitet wurde, wobei eine Zylinderpapiermaschine
nach einem konventionellen Verfahren zur Herstellung von Keramikfaserpapier
mit einem faserfreien Anteil von 90% und einer Dicke von 0,2 mm
verwendet wurde. Das erzeugte Keramikfaserpapier wurde aufgeteilt
in einen Teil, der gewellt, und einen der nicht gewellt werden sollte.
Der Teil, der gewellt werden sollte, wurde durch ein Paar obere
und untere Walzen mit gewelltem Profil geschickt, um gewelltes Material
herzustellen. Leim, der aus einer Mischung von 90 Gewichtsanteilen
gallertartigem Siliziumdioxyd und 10 Gewichtsanteilen Aerogel bestand,
wurde auf den konvexen Teil des gewellten Materials aufgetragen.
Das nicht gewellte, glatte Papier wurde auf den konvexen Teil des
gewellten Papiers gelegt und beide zusammengepresst, um sie miteinander
zu verbinden, wobei ein integriertes Material hergestellt wurde.
Die entstandene einseitig gewellte Platte (das integrierte Material)
wurde um eine Welle mit einem Durchmesser von 35 mm gewickelt, bis
der Außendurchmesser
630 mm erreichte, wobei Leim auf den konvexen Teil der einseitig
gewellten Platte aufgetragen wurde. Dann wurde das entstandene Produkt
so zugeschnitten, dass man ein Produkt von 400 mm Länge in Richtung
der Luftströmung
bekommen konnte. Auf diese Weise wurde ein wabenförmiger Rotor
mit einem Außendurchmesser
von 630 mm, einer Dicke von 400 mm, einem Riffelabstand von 2,8
mm und einer Zellenhöhe
von 1,3 mm erzielt.
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Dieser
wabenförmige
Rotor wurde mit einem flüssigen
Brei getränkt,
der so hergestellt wurde, dass 20 Gewichtsanteile Zeolith Typ Faujasit,
50 Gewichtsanteile gallertartigem Siliziumdioxyd und 36 Gewichtsanteile Wasser
gründlich
vermischt wurden und danach ausgeblasen und 30 Minuten lang bei
180°C getrocknet,
sowie 60 Minuten lang bei 500°C
gebacken wurde, um ein mit einem Adsorptionsmaterial versehenes
Filter zu bekommen.
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im
Mittelpunkt des, mit einem Adsorptionsmaterial versehenen Filters,
wurde eine Öffnung
von 35 mm Durchmesser angebracht, in die eine Welle von 25 mm Durchmesser
mit Hilfe eines Lagers eingesetzt wurde. Ein Riemen zur Zeitsteuerung
wurde zwischen dem Außenumfang
des Filters und einem Motor angebracht, so dass das Filter gedreht
werden kann.
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Zwei
Gaseinführungsstücke, die
beide zylinderförmig
sind und einen Durchmesser von fast der gleichen Größe wie der
Außendurchmesser
des wabenförmigen
Rotors haben und deren Innenraum durch ein Trennblech in zwei Teilbereiche
unterteilt ist, wurden so angeordnet, dass sie fast in engem Kontakt
zu zwei Filterflächen
auf der Vorder- bzw. Rückseite
des wabenförmigen
Rotors sind, so dass die Trennbleche der Gaseinführungsstücke auf der Seite des Gaseinführungsstückes und
auf der Seite des Gasausblasstücks
in der gleichen Position zu liegen kommen. Jeder der Teilbereiche
in den Gaseinführungsstücken wurde
so dimensioniert, dass zwei Sektoren im Verhältnis 7:1 der sektoralen Fläche entstanden,
wenn man jedes Gaseinführungsstück so schneidet,
dass die Schnittebene senkrecht zur Gaseinführungsrichtung liegt. Der sektorale
Teil, der 7/8 der Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors ausmacht, wurde als Behandlungszone definiert und der verbleibende
Rest, nämlich
1/8 der Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors, wurde als Regenerations-/Reinigungszone definiert.
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Die
Einführungsrichtungen
des Gases in die Behandlungszone und in die Regenerations-/Reinigungszone
wurden so angeordnet, dass das Gas von der einen der beiden Filterflächen des
mit Adsorptionsmaterial bestückten
Filters in die Behandlungszone eingeführt und von einer anderen Filterfläche in die
Regenerations-/Reinigungszone
eingeführt
wird, wobei das Gas in der Behandlungszone zur Gasströmung in
der Regenerations-/Reinigungszone entgegengesetzt strömt, so dass
die beiden Gase sich im wabenförmigen
Rotor nicht vermischen können.
Außerdem
wurden Unterteilungen zwischen dem Gaseinführungsabschnitt der Behandlungszone
und dem Gasausblasabschnitt der Regenerations-/Reinigungszone angebracht,
sowie zwischen dem Gasausblasabschnitt der Behandlungszone und dem
Gaseinführungsabschnitt
der Regenerations-/Reinigungszone um die Vermischung des Gases,
das in die Behandlungszone eingeführt wird, mit dem Gas, das
aus der Regenerations-/Reinigungszone
ausgeblasen wird und die Vermischung des Gases, das aus der Behandlungszone
ausgeblasen wird mit dem Gas, das in die Regenerations-/Reinigungszone eingeführt wird,
zu verhindern. Ein Ventilator wurde auf der Gaseinführungsseite
der Behandlungszone eingebaut, um die zu behandelnde Luft in die
Behandlungszone einzuspeisen und ein Sauglüfter wurde auf der Gasausblasseite der
Regenerations-/Reinigungszone eingebaut, um das ausgeblasene Gas
aus der Regenerations-/Reinigungszone abzusaugen.
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Ein
Zeitgeber wurde mit dem Motor verbunden, um die unterbrochene Drehbewegung
sicherzustellen. Damit war das Luftfilter fertiggestellt. Die EIN
- AUS-Betätigung des
Erhitzers bei der Umschaltung von der Regenerationsphase zur Reinigungsphase
wurde von Hand durchgeführt.
Die Drehung des wabenförmigen
Rotors bei der Umschaltung von der Behandlungszone zur Regenerations-/Reinigungszone und
von der Regenerations-/Reinigungszone zur Behandlungszone wurde
etwa in einigen Sekunden erledigt.
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Die
Leistungsfähigkeit
des oben beschriebenen Filters, um in der Luft enthaltenes Ammoniakgas
und N-Methyl-2-Pyrrolidone (nachstehend auch als „NMP" bezeichnet) zu entfernen,
wurde gemessen. Die Behandlungsbedingungen und die Ergebnisse sind
in den Tabellen 1 bis 4 dargestellt. (Tabelle
1)
- *1 Fläche
der Behandlungszone : Fläche
der Regenerationszone: Fläche
der Reinigungszone = 6:1:1
- *2 Erforderliche Betriebszeit (pro Stunde) des Erhitzers, wenn
der wabenförmige
Rotor eine Umdrehung gemacht hat.
(Tabelle
2) - Die Werte in der Tabelle sind in °C angegeben.
(Tabelle
3) - Die Werte in der Tabelle sind in „g/kg" angegeben.
(Tabelle
4)
-
Beispiele 2, 3
-
Die
Leistungsfähigkeit,
in Luft enthaltenes Ammoniakgas und NMP zu entfernen, wurde in der
gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen, nur mit der Ausnahme,
dass die Behandlungsbedingungen etc. geändert wurden, wie in den Tabellen
1 bis 4 dargestellt ist. Die Behandlungsbedingungen und die Ergebnisse
sind in den Tabellen 1 bis 4 aufgezeigt.
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Vergleichendes Beispiel
1
-
Zwei
Gaseinführungsstücke, die
beide zylinderförmig
sind und einen Durchmesser haben, der fast gleich groß wie der
Außendurchmesser
des wabenförmigen
Rotors ist und deren Innenraum durch ein Trennblech in zwei Teilbereiche
unterteilt ist, sind so angeordnet, dass sie nahezu in engem Kontakt
zu zwei Filterflächen
auf der Vorder- bzw. Rückseite
des wabenförmigen
Rotors stehen, so dass die Trennbleche der Gaseinführungsstücke auf
der Seite des Gaseinführungsstückes und
auf der Seite des Gasausblasstücks
in die gleiche Position gelangen. Jeder der Teilbereiche in den
Gaseinführungsstücken wurde
so dimensioniert, dass drei Sektoren im Verhältnis 6:1:1 der sektoralen
Fläche
entstanden, wenn man jedes Gaseinführungsstück so schneidet, dass die Schnittebene
senkrecht zur Gaseinführungsrichtung
verläuft.
Der sektorale Teil, der 6/8 der Filterfläche des wabenförmigen Rotors
ausmacht, wurde als Behandlungszone verwendet und der verbleibenden
1/8 der Filterfläche
des wabenförmigen
Rotors wurden als Regenerationszone und Reinigungszone verwendet.
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Die
Leistungsfähigkeit,
in Luft enthaltenes Ammoniakgas und NMP zu entfernen, wurde in der
gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen, nur mit der Ausnahme,
dass die Behandlungsbedingungen geändert wurden, wie in den Tabellen
1 bis 4 dargestellt ist und der wabenförmige Rotor wurde kontinuierlich
mit zwei Umdrehungen pro Stunde gedreht. Die Behandlungsbedingungen
und die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 4 aufgezeigt.
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Beim
Luftfilter der vorliegenden Erfindung wird der wabenförmige Rotor
intermittierend gedreht und die Behandlungsphase, die Regenerationsphase
und die Reinigungsphase werden in einer Zeit durchgeführt, wo der
wabenförmige
Rotor angehalten wird.
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Es
ist deshalb nicht erforderlich, wie im Falle von konventionellen
Luftfiltern, den wabenförmigen
Rotor kontinuierlich zu drehen und es ist daher möglich, den
Stromverbrauch des Antriebmotors des wabenförmigen Rotors merklich zu reduzieren.
Da die Regenerationsstufe von der Reinigungsstufe während der
Ruhestellung des Rotors in dieser Zone durch den EIN - AUS - Betrieb
des Erhitzers geschaltet wird, ist es außerdem unnötig, den Erhitzer kontinuierlich
zu betreiben, wie dies bei konventionellen Luftfiltern der Fall
ist, wodurch der Stromverbrauch in erheblichem Maße reduziert
werden kann.
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INDUSTRIELLE
EINSATZMÖGLICHKEIT
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Das
Luftfilter der vorliegenden Erfindung kann als Luftfilter verwendet
werden, um die Luft für
Bauteile und Luft in einem Reinraum, bei der Herstellung von Halbleitern,
Flüssigkristallen,
optoelektronischen Bauteilen, und ähnlichem zu reinigen.