JP2000296308A

JP2000296308A - ケミカルフィルタの保守管理方法

Info

Publication number: JP2000296308A
Application number: JP11105751A
Authority: JP
Inventors: Kunio Miura; 邦夫三浦; Kazuhiko Sakamoto; 数彦坂本; Ryota Inage; 亮太稲毛; Hideyuki Yamamoto; 英幸山本; Masaki Amano; 雅貴天野; Yoichi Fujimura; 洋一藤村
Original assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd; Toray Industries Inc
Current assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd; Toray Industries Inc
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】フィルタの持つ全吸着能力を有効に活用するこ
とにより、フィルタの長寿命化を図り、ランニングコス
トを低減する。【解決手段】ケミカルフィルタユニット１を気流方向に
複数重ねて配設しておき、所定のケミカルフィルタ交換
時期毎に、上流側に配置されているケミカルフィルタユ
ニット１_１を抜き取るとともに、残りのケミカルフィル
タユニット１_２、１_３、１_４群を上流側に移動し、下流
部に新規のケミカルフィルタユニット１ _５を補充設置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工場な
どのクリーンルーム等において、アンモニア、リン酸エ
ステル、シロキサンなどのガス状汚染物質を除去するた
めに空調機設備内に配設されるケミカルフィルタの保守
管理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工場などのクリーンルームで
は、ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡフィルタなどのパーティクルフ
ィルタによって高い清浄度を確保するようにしているこ
とは周知のことであるが、近年、半導体の集積度の向上
に伴って、前記ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡフィルタでは除去し
得ないクリーンルーム内のケミカル汚染が問題となって
いる。特に、クリーンルーム構成材料、作業者の汗や呼
気、製造プロセス材料から発生するアンモニアについて
は、パターン不良、半導体デバイスのリーク電流、動作
電圧変動、絶縁破壊などの原因になることが判ってお
り、クリーンルーム空調では、塵埃を取り除くＨＥＰＡ
／ＵＬＰＡフィルタなどのパーティクルフィルタととも
に、アンモニアなどのガス状汚染物質を取り除くために
ケミカルフィルタが併設されている。

【０００３】このケミカルフィルタは大別すると、イオ
ン交換樹脂によってガス状汚染物質を化学的に吸着除去
するタイプと、活性炭による物理的吸着によってガス状
汚染物質を吸着除去するタイプのものとがあり、前者の
ものはイオン性の不純物が除去対象になるが、後者のも
のはさらに有機系不純物も除去対象となる。

【０００４】前記ケミカルフィルタの保守管理に当たっ
ては、ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡフィルタなどのパーティクル
フィルタと同様に、所定の寿命期間経過毎に濾材を収容
しているユニットをそのまま新しい物と交換するユニッ
ト交換方法が採られている。なお、前記交換期間は、仮
に簡易な高精度ガスモニターが存在すれば、経時的に入
側ガス濃度と出側ガス濃度とを計測し、このガス除去率
が一定値以下、たとえば８０％以下となった時点で交換
が行えれば無駄は生じないが、このような高精度ガスモ
ニターは未だ開発されていないため、汚染物質の設計濃
度とフィルタの吸着容量から寿命期間を推定し、これに
安全率を見込んだ期間をもって交換サイクルとしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、気流に
対して直交配置とした図１４に示されるケミカルフィル
タ５０の場合には、フィルタの上流側面から下流側に向
かって徐々に反応エリアを拡大するように吸着反応が進
むため、フィルタとしての寿命を迎えても、フィルタ５
０の上流側部分Ｕでは吸着反応が完全に終了し吸着能力
を消失しているが、下流側部分Ｌでは吸着反応があまり
進行しておらず未だ吸着能力を残したままとなっている
ため、フィルタの利用率に無駄が生じているなどの問題
があった。

【０００６】一方、たとえば図１５に示されるように、
気流に対して角度を持たせるようにＷ型配置にした場合
には、後述の実験で示すように、フィルタのフィルタ面
風速（通過速度）等、濾過材との接触条件の違いによっ
て除去効率に大きな違いが出ることが判明しており、フ
ィルタ５０の気流の下流側域Ｌでは面風速が大きく通過
風量が多くなるため濾過材との接触が促進される結果、
吸着反応が良く進み、反対に気流の上流側域Ｕでは面風
速が小さく通過風量が少なくなるため吸着反応が遅れる
ようになるため、フィルタ５０の吸着反応分布に大きな
偏りが生じるようになっている。したがって、フィルタ
５０が寿命を迎えても、フィルタ５０の上流側域Ｕには
吸着能力を未だ残したままとなっており、同じくフィル
タ利用率に無駄が生じているなどの問題があった。

【０００７】そこで本発明の主たる課題は、前述のよう
なケミカルフィルタの利用効率の無駄に着目し、フィル
タの持つ全吸着能力を有効に活用することにより、フィ
ルタの長寿命化を図り、もってランニングコストの低減
を図るようにしたケミカルフィルタの保守管理方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の本発明は、ケミカルフィルタを気流方向に複数
重ねて配設しておき、所定のケミカルフィルタ交換時期
毎に、上流側に配置されているケミカルフィルタを１ま
たは複数抜き取るとともに、残りのケミカルフィルタ群
を上流側に移動し、下流部に新規のケミカルフィルタを
抜き取り数だけ補充設置することを特徴とするものであ
る。この場合において、上流側に配置されるケミカルフ
ィルタの吸着能力がほぼ消失した段階で順次、当該吸着
能力をほぼ消失した１または複数分のケミカルフィルタ
の交換を行うようにするのが望ましい。

【０００９】本発明においては、ケミカルフィルタにお
ける吸着反応が気流上流側から徐々に下流側に向かって
行われ、上流側のケミカルフィルタが吸着能力を消失し
ても下流側のケミカルフィルタでは吸着能力が残存して
いることに着目し、たとえば簡単に交換が可能なように
各ケミカルフィルタをユニット化しておき、これを気流
方向に沿って複数重ねて配置し、順次吸着能力の無くな
った上流側のケミカルフィルタから順に交換を行うよう
にする。したがって、抜き取られ廃棄されるケミカルフ
ィルタは、常に１００％に近い利用率の後に廃棄される
こととなり、全部交換の場合と比べて交換サイクルが短
くなるものの、全体としてみれば個々のケミカルフィル
タの長寿命化が図れるようになり、もってランニングコ
ストを低減できるようになる。

【００１０】次いで、第２の本発明は、ケミカルフィル
タを平面的に視てコ字状またはＶ字状配置等、フィルタ
の各部位における通過速度が不均一となる場合の保守管
理方法であって、前記ケミカルフィルタが交換時期に達
した段階で、吸着負荷の大きいフィルタ領域と吸着負荷
の小さいフィルタ領域とが逆になるように、前記各ケミ
カルフィルタを回転または反転させて設置し直し、その
後この設置状態でフィルタ寿命を迎えるまで再利用する
ことによって長寿命化を図ることを特徴とするものであ
る。なお、前記「コ字状配置」とは図８に示されるよう
に、２枚のケミカルフィルタを組として気流方向に沿っ
て平行に対面配置させる場合を言い、「Ｖ字状配置」と
は図９に示されるように、２枚のケミカルフィルタを組
としてＶ字状に配置させる場合を言う。なお、これらは
２組または３組以上の組み合わせであっても構わない。

【００１１】本第２発明においては、通過速度（フィル
タ面風速）や通過流量など濾過材との接触条件が異なる
場合には、吸着反応領域に大きな偏りが生じていること
に着目し、ケミカルフィルタを反転または回転して設置
し直し、吸着の進んでいないフィルタ部分を新たに吸着
負荷の大きい条件域に位置させるようにする。したがっ
て、ケミカルフィルタは厚さ方向に大きな偏りが無く、
均等に吸着反応を行わせしめた後に廃棄されることとな
り、フィルタの長寿命化によってランニングコストの低
減を図り得るようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。

【００１３】〔第１形態例〕図１は本第１形態例に係る
ケミカルフィルタの設置要領および交換要領図であり、
図２はケミカルフィルタユニット斜視図、図３はその分
解図である。

【００１４】本第１形態例の場合には、図２に示される
ケミカルフィルタユニット１が気流方向に複数重ねて配
置される。前記ケミカルフィルタユニット１は、図３に
示されるように、イオン交換繊維からなるケミカルフィ
ルタ５の両面側にそれぞれ不織布４，６を積層するとと
もに、さらにその外面側に保持のためアルミラス３、７
を積層させたもので、これらの各構成材を一体として鋼
製枠材２の内部に嵌め込み、フィルタ単位で交換が簡単
に行えるようにしたものである。このケミカルフィルタ
ユニット１は、図４に示されるフィルタ設置枠８の内部
に流路方向に対して積層状態となるように複数個重ね
て、本例の場合には４枚重ねて挿入され、このフィルタ
設置枠８が、空調機設備内にＨＥＰＡ／ＵＬＰＡフィル
タなどのパーティクルフィルタと共に設置される。

【００１５】図１（Ａ）に示されるように、アンモニア
等のガス状汚染物質の吸着反応は、上流側から下流側に
向かって徐々に進行する。すなわち、上流側からイオン
交換樹脂との吸着反応が開始され、吸着反応域が除去に
下流側に成長していくような態様でガス状汚染物質が吸
着除去される。

【００１６】運転開始からしばらく経過し、同図に示さ
れるように、最上流側に位置するケミカルフィルタユニ
ット１_１の吸着反応がすべて終了してアンモニア除去能
力を消失したならば、図１（Ｂ）に示されるように、最
上流側のケミカルフィルタユニット１_１を抜き取り、こ
れより下流側に配置されていたケミカルフィルタ群
１ _２，１_３，１_４を纏めて上流側に移動し、下流側に形
成された空間に対して新たなケミカルフィルタユニット
１_５を補充設置する。交換時期については、簡易な高精
度ガスモニターが現時点では開発されていないため、現
状ではケミカルフィルタ１について、汚染物質の設計濃
度とフィルタの吸着容量から推定した寿命を交換サイク
ルとするしかないが、交換対象となるケミカルフィルタ
ユニット１_１が除去能力が消失するまで完全に利用でき
ることや下流側に２段目以降のケミカルフィルタユニッ
ト１_２，１_３…が存在するため安全率を考慮する必要が
無くなることにより各フィルタ１_１〜１_４の有効利用率
が格段に向上することとなる。

【００１７】ケミカルフィルタユニット１の交換に当た
っては、フィルタ設置枠８において、先ず上蓋８ａを取
り外し、かつ上流側押え枠８ｂを取り外したならば、上
流側ケミカルフィルタユニット１_１を抜き取り、再び上
流側押え枠８ｂを付け直す。次いで下流側押え枠８ｃを
取り外して、ケミカルフィルタユニット１_２，１_３，１
_４を上流側に移動させ、下流側に形成された空間部分に
新たなケミカルフィルタ１_５を挿入設置した後、下流側
押え枠８ｃを付け直し、最後に上蓋８ａを取り付けて作
業を完了する。

【００１８】この交換手順を順次、所定の取替え期間毎
に繰り返すことによって、各ケミカルフィルタユニット
１は、保有する吸着能力を無駄なく使い果たした後に廃
棄されることとなり、各フィルタユニット１の長寿命化
が個別的に図れるようになる。なお、本発明者等によ
る実験によれば、実測値約９００日の寿命のものが本交
換方法の適用によって約１３００日の寿命となり、約４
４％の長寿命化が図れることが確認されている。

【００１９】ところで、本例では古くなったケミカルフ
ィルタユニット１の抜き取り数を１ユニットづつとした
が、保守サイクルを長くするためにたとえば上流側の２
ユニット分を抜き取り、下流側に２ユニット分の新規ケ
ミカルフィルタユニットを補充設置するように、複数ユ
ニットづつ交換するようにしてもよい。

【００２０】〔第２形態例〕次いで、本第２形態例では
平面に視てコ字状またはＶ字状にケミカルフィルタが設
置された場合の長寿命化方法について図５〜図９に基づ
いて詳述する。

【００２１】フィルタの配置に当たっては、気流方向に
対してフィルタ面を直交させると通過面積が小さくなり
圧力損失が大きくなるため、フィルタ面積の増大により
圧力損失の低減を図ることが多用されている。具体的に
は、図８に示されるように、対となる２枚のケミカルフ
ィルタ９，９…を気流方向に対して平行に配置したり
（コ字状配置）、図９に示されるように、対となる２枚
のケミカルフィルタ９，９…をＶ字状に配置することが
行われている。

【００２２】しかしながら、このような配置態様を採っ
た場合には、後述の実験で示すように、フィルタ面風速
は上流側が最も小さく下流側に行くに従って二次曲線状
に増大する面風速分布を取るため、ガス状汚染物質の多
くが下流側フィルタ部分を通過するようになる。その結
果、ケミカルフィルタ９の下流側Ｌでは吸着が促進され
る一方、上流側Ｕでは吸着が遅れるため、吸着反応分布
に大きな偏りが生じるようになる。

【００２３】そこで、本第２形態例では、図５に示され
るように、新規のケミカルフィルタ９_１〜９_４をＶ字状
に設置した状態から運転を開始し、現設置状態での寿命
を迎えたならば、図６に示されるように、吸着負荷の大
きい相対的に高速のフィルタ面速域部分（下流側部分）
と吸着負荷の小さい相対的に低速のフィルタ面速域部分
（上流側部分）とが逆になるように、前記各ケミカルフ
ィルタ９_１〜９_４を回転させて設置し直すようにする。
吸着反応の進んでいない部分が下流側に配置されたこと
によって、限界値近くまで低下していたフィルタの除去
効率が一時的に上がり、再び限界値になるまでの間、再
利用が可能となる。

【００２４】なお、ケミカルフィルタ９の場合には、ガ
ス状汚染物質が化学的反応によって堅固にイオン交換繊
維や活性炭に吸着されているため、反転させて表側と裏
側とが反対になるようにしてもよい。

【００２５】その後、引き続いて運転を再開することに
より、図７に示されるように、該下流側エリアでの吸着
反応が進み、ケミカルフィルタ９の厚み方向に亘って均
一に吸着反応が行われることによって、ケミカルフィル
タ９の持つ全吸着能力が有効活用されることになる。

【００２６】本発明者等による試算によれば、前記Ｖ字
状配置のフィルタセットにおいて、除去効率８０％以上
の条件で負荷をかけて寿命計算を行った結果、約２５％
の延命が可能になることが確認されている。

【００２７】

【実施例】前記第２形態例で説明した発明は、フィルタ
通過速度や通過風量等の濾過材との接触条件の違いによ
って吸着反応分布に大きな偏りが生じていることが前提
となるため、この現象を検証するために、図９に示され
るようなＶ字状に配置された試験フィルタ１４を使用し
てフィルタ寿命時における各部位の吸着能力の残容量に
ついて実験を行った。

【００２８】実験は、図１０に示されるように、ファン
１０から送られる空気に対して混合チャンバ１２部でア
ンモニアガスを混合させた後、整流用粗塵フィルタ１
３、１３によってダクト内の風速分布を均一にした上
で、試験フィルタ１４にアンモニアが混入された空気を
供給するようにした。

【００２９】（面風速分布）フィルタ面風速分布の測定
は、風速計による直接の測定が困難なため、フィルタ面
における圧力損失ΔＰを測定し、予め実験により既知と
される「風速−圧力損失特性図」から各測定点における
風速を求めるようにした。なお、測定は各フィルタにつ
き５測点×５回＝２５回とした。

【００３０】ΔＰの測定値から「風速−圧力損失特性
図」に基づいて風速に変換し、各フィルタ間の平均値か
ら１つのデータにまとめた結果を図１２に示す。なお、
図１２中の補正値は、フィルタの通風面積と面風速から
計算される平均風速０．６５７m/s の値を用いて実測値
を補正したデータである。なお、図中、奥側および前側
は図１１に示されるように、それぞれ気流方向に対して
上流側、下流側を示し、図１１中の符号〜はフィル
タ面を奥側から前側へ５分割したフィルタ各々の測定点
を示す。

【００３１】（フィルタ除去特性式による寿命計算）寿
命計算は、従来より一般的に用いられている除去特性式
を用いることとし、計算の整合性を確かめるため実測値
との比較も行った。

【００３２】寿命計算には、フィルタの風速分布測定結
果（図１２）の補正値を使用し、フィルタ面を奥側から
前側へ５分割したフィルタ各々（符号〜部位）の寿
命計算を行い、その計算過程における各フィルタ部位の
アンモニア出口濃度の経時変化から、フィルタ全体の出
口濃度を算出し、除去効率８０％を下回った時点で寿命
とした。なお、計算条件はアンモニア入口濃度１０pp
b、フィルタ面風速２．５m/sとした。

【００３３】前記寿命計算の結果を図１３に示すととも
に、前記寿命計算の破過時におけるフィルタ各部位の残
容量とその効率を表１にそれぞれ示す。なお、寿命計算
の結果は、４６１日で除去効率８０％を下回ることとな
り、実測値と良く一致していることが確認されている。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果から明らかなように、面風速の
小さい奥側（上流側）は破過時残容量が大きく、７５．
８％の残容量を残しているのに対して、面風速の大きい
前側（下流側）では３４．５％の残容量となっており、
吸着分布に大きな偏りがあることが確認された。また、
奥側（上流側）では設置当初の除去効率と何ら変わらな
い９９．９％の除去効率を保有しているのに対して、前
側（下流側）では除去効率が５１．８％となっているこ
とが確認された。

【００３６】したがって、本発明のように、未だ除去効
率９９．９％の奥側（上流側）部分を負荷の大きい前側
（下流側）に配置し直すことによってフィルタの延命を
図り得ることがこれらの実験結果から容易に推定され
る。

【００３７】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、フィ
ルタの持つ全吸着能力を有効に活用することにより、フ
ィルタの長寿命化を図り、もってランニングコストの低
減を図り得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本第１形態例におけるケミカルフィルタの設置
要領および交換要領図である。

【図２】ケミカルフィルタユニット１の斜視図である。

【図３】その分解図である。

【図４】フィルタ設置枠８の斜視図である。

【図５】本第２形態例におけるケミカルフィルタ交換要
領図（その１）である。

【図６】本第２形態例におけるケミカルフィルタ交換要
領図（その２）である。

【図７】本第２形態例におけるケミカルフィルタ交換要
領図（その３）である。

【図８】フィルタのコ字状配置例図である。

【図９】フィルタのＶ字状配置例図である。

【図１０】実施例における試験装置概略図である。

【図１１】試験フィルタ１４のフィルタ配置模式図であ
る。

【図１２】フィルタ幅方向の面風速分布図である。

【図１３】寿命計算結果図である。

【図１４】ガス状汚染物質の吸着分布模式図である。

【図１５】Ｗ型配置とした場合の吸着分布模式図であ
る。

【符号の説明】

１…ケミカルフィルタユニット、２…鋼製枠材、３・７
…アルミラス、４・６…不織布、８…フィルタ設置枠、
９…ケミカルフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本数彦東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20号三井第２別館新日本空調株式会社内 (72)発明者稲毛亮太東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20号三井第２別館新日本空調株式会社内 (72)発明者山本英幸東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20号三井第２別館新日本空調株式会社内 (72)発明者天野雅貴東京都中央区日本橋室町２丁目２番１号東レ株式会社本社内 (72)発明者藤村洋一滋賀県大津市大江１丁目１番１号東レ株式会社瀬田工場内Ｆターム(参考） 4D012 CA10 CA12 CB05 CB08 CG01 CK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケミカルフィルタを気流方向に複数重ねて
配設しておき、所定のケミカルフィルタ交換時期毎に、
上流側に配置されているケミカルフィルタを１または複
数抜き取るとともに、残りのケミカルフィルタ群を上流
側に移動し、下流部に新規のケミカルフィルタを抜き取
り数だけ補充設置することを特徴とするケミカルフィル
タの保守管理方法。
【請求項２】上流側に配置されるケミカルフィルタの吸
着能力がほぼ消失した段階で順次、当該吸着能力をほぼ
消失した１または複数分のケミカルフィルタの交換を行
うようにする請求項１記載のケミカルフィルタの保守管
理方法。
【請求項３】ケミカルフィルタを平面的に視てコ字状ま
たはＶ字状配置等、フィルタの各部位における通過速度
が不均一となる場合の保守管理方法であって、前記ケミカルフィルタが交換時期に達した段階で、吸着
負荷の大きいフィルタ領域と吸着負荷の小さいフィルタ
領域とが逆になるように、前記各ケミカルフィルタを回
転または反転させて設置し直し、その後この設置状態で
フィルタ寿命を迎えるまで再利用することによって長寿
命化を図ることを特徴とするケミカルフィルタの保守管
理方法。