JP2005211742A

JP2005211742A - 汚染物質除去装置

Info

Publication number: JP2005211742A
Application number: JP2004019556A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Uchiyama; 博久内山; Hiroshi Harada; 博司原田; Kazuhiro Yoshikawa; 吉川　　和宏
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】熱源の有効利用を図ると共に、噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる汚染物質除去装置を提供すること。
【解決手段】５０はエアワッシャー装置でクリーンルームからの処理空気を導入する。低温で供給された冷水（Ｅ）は、除湿コイル６３、噴霧水熱交換器５９ｂを通り処理空気を冷却する冷却コイル６８に流入する。このようにして冷水は温度が上昇して、冷水製造手段に還る（Ｈ）。温熱回収コイル６７と、冷熱回収コイル６４は配管９６、９７で連結して循環回路を成立させることで、冷・温熱の移動を可能としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルームなどにおいて、空気中に存在する汚染物質を除去する汚染物質除去装置に関する。

半導体、液晶などを製造するクリーンルームにおいて、半導体や液晶の洗浄工程、露光工程、塗膜工程などの処理が行なわれているエリアでは、その生産プロセスで使用する薬液から気化した有機系のケミカルガスなどが空気中に含まれている。この空気中の有機物質などは、クリーンルームの作業環境や製品の歩留まりに悪影響を与えるため、除去する必要がある。本出願人は、特許文献１において、空気中の有機物質などの汚染物質をクリーンルームから除去する方法を提案している。図３は、特許文献１に記載の有機物質除去方法の説明図である。

図３において、クリーンルーム１は、例えば半導体や液晶などの製造工場に設置されている。製造装置２では、例えば半導体や液晶などが製造される。湿式汚染ガス除去装置３は、有機物質などの汚染物質に対して除去すべき空気と純水などの補給水とを接触させ、補給水への吸収、溶解などによって汚染物質を除去するものである。このように、湿式汚染ガス除去装置３は、製造装置２から漏洩した有機物質などの汚染物質を含むクリーンルーム１の室内空気（レターンエアＡ）を吸引して汚染物質を除去し、清浄化した空気（サプライエアＤ）を送風ファン６によりクリーンルーム１内に循環させる。この際に、温水コイルなどによりクリーンルーム１で必要とされる温度に空気を昇温することができる。

前記のように、湿式汚染ガス除去装置３でクリーンルーム１の室内空気を吸引し、その空気中に存在する特有の汚染物質を除去し、清浄化した空気を再度クリーンルーム１に循環させる。このような湿式汚染ガス除去装置３においては、噴霧水槽５で冷水により純水を冷却して、その低温水を使用して噴霧チャンバ７内で噴霧ノズル４から射出して処理空気に接触させることにより、汚染物質の除去性能を向上させている。低温水を利用するのは、低温水の方が物質の吸収効率が上がるためであり、さらにクリーンルームに戻す空気を加湿しないためである。また、処理後の空気はクリーンルーム内の空調（冷房及び調湿）に利用している。

なお、噴霧チャンバ７の入口と出口には、バクテリアを含む微粒子を除去するためにフィルタ８、フィルタ９を設けている。このフィルタ８は、例えば高性能フィルタ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）またはＨＥＰＡフィルタ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）を使用する。また、フィルタ９としてＨＥＰＡフィルタを使用する。

ところで、上記湿式汚染ガス除去装置３においては、運転条件が次のような場合には、噴霧ノズル４、その配管、噴霧チャンバ７の内壁面等に微生物（バクテリア）が繁殖する。すなわち、（１）噴霧チャンバ７の内部温度が高い。（２）バクテリア菌が噴霧チャンバ７の内部に侵入する。（３）噴霧チャンバ７内に吸引された有機物質の濃度が非常に高くバクテリア菌の食餌になりやすい。

このような条件が揃って噴霧ノズル４、その配管、噴霧チャンバ７の内壁面等にバクテリアが繁殖すると、汚染物質の除去性能の低下や噴霧水量の低下などの不具合が生じる。このようなバクテリアの繁殖を防止するために種々の対応策が講じられており、定期的なメンテナンスが必要となっている。前記対応策の一例として、噴霧チャンバ７内のエア温度を下げることが行なわれている。

特開２０００−３３２２１号

特許文献１に記載の図３に示された従来の装置においては、純水、すなわち補給水を一旦噴霧水槽５内に供給して、その後ポンプにより噴霧チャンバ７内に汲み上げて噴霧ノズル４から射出して処理空気中の汚染物質を除去している。これは、前記のように噴霧水槽５内は冷水により低温となっており、純水の温度を噴霧水槽５内で下げてから処理空気に噴霧することによりバクテリア菌の繁殖を防止するためである。

図３の構成では、噴霧チャンバ７内の処理空気温度を、冷水で低温にした循環水（純水）により下げているが、このように循環水のみによって処理空気の温度を低下させるのは限度がある。このため、噴霧チャンバ７内に処理空気の温度を低下させるための冷却手段を設け、この冷却手段を冷水により冷却することが考えられる。この際に、冷水は湿式汚染ガス除去装置３に供給されて、各必要個所において水温や空気温度を低下させた後に配管を通して所定の部位に戻される構成とされる。

図３の例において、送風ファン６の後段側、すなわちクリーンルーム１に近い側には、クリーンルーム１に流入させる空気の温度を上げるために加温コイルが設置される場合がある。これは、噴霧チャンバ７内で低温に処理された処理空気の温度を、クリーンルーム１で必要な空調温度に上昇させるための処理である。この加温コイルには温水が供給される。

このように、処理空気は、噴霧チャンバ７内で低温に処理するための冷却手段と、クリーンルーム１内にサプライエアとして戻す際に昇温するための加温手段により温度処理されることになる。したがって、装置の入口側では空気に対する冷却手段を設け、出口側では加温手段が設けられる。すなわち、温度をパラメータとした場合には、一方で冷却処理を行い他方で加温処理を行うので、熱的にみた場合には空気に対して相反する温度処理が行われる。

このため、冷却系の熱源および配管と、加温系の熱源および配管が必要となるが、冷却系の熱源および配管と加温系の熱源および配管はそれぞれ独立して設置されており、相互の連携は考慮されない。したがって、冷却系および加温系それぞれについて、熱源のエネルギー消費が大きくなって熱源の有効利用が図れず、コストも高くなるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、熱源の有効利用を図ると共に、噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる汚染物質除去装置の提供を目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の汚染物質除去装置は、複数列の噴霧ノズルを有する噴霧室と、前記噴霧室と集水管で連結される循環水槽と、前記噴霧ノズルと前記循環水槽とを配管で連結して、前記噴霧ノズルから射出される循環水により噴霧室に流入した処理空気中の汚染物質を除去して、当該空気を空調室に送出する汚染物質除去装置であって、前記噴霧室に空気の冷却手段を設けると共に前記空調室に空気の加温手段を設け、前記冷却手段の前段に配設した温熱回収手段と、前記加温手段の前段に配設した冷熱回収手段とを配管で連結して両者間に循環経路を形成し、前記温熱回収手段で得られた温熱を前記冷熱回収手段に流通させ、前記冷熱回収手段で得られた冷熱を前記温熱回収手段に流通させることを特徴とする。

また、本発明は、前記加温手段は、温水が供給される加温コイルであることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷却手段は、冷水が供給される冷却コイルであることを特徴とする。

また、本発明は、前記空調室に除湿コイルを設けることを特徴とする。

また、本発明は、補給水が前記循環水槽を経由することなく前記噴霧室に直接供給されて前記いずれかの噴霧ノズルから射出される構成としたことを特徴とする。

また、本発明は、前記補給水が供給される噴霧ノズルを、前記噴霧室の空気流入方向からみて出口側に設けたことを特徴とする。

本発明においては、噴霧室に設ける冷却手段の前段に配設した温熱回収手段と、空調室に設ける加温手段の前段に配設した冷熱回収手段とを配管で連結して両者間に循環経路を形成している。そして、温熱回収手段で得られた温熱を冷熱回収手段に流通させ、冷熱回収手段で得られた冷熱を温熱回収手段に流通させている。このため、冷却手段および加温手段のそれぞれについて、必要とする熱エネルギーの節約が可能となり、熱源の有効利用を図ることができる。

また、噴霧室に処理空気の冷却手段を設けると共に、噴霧室には低温の循環水と補給水とを供給しているので、噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる。したがって、バクテリア除去のためのメンテナンス（ランニング）コストを削減することができる。

さらに、複数の熱交換器を配管により直列に連結しているので、十分な汚染物質除去能力を確保しつつ、熱交換器を配管により並列に連結する場合と比較して冷水の使用量を大幅に削減することができる。このように、冷水使用量の減少により配管コストの削減や熱源容量の削減ができるので、汚染物質除去装置が設置される建物全体としては、大幅なコスト削減を図ることができる。なお、冷水の節約により地球環境改善に貢献することもできる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明の汚染物質除去装置の全体構成を示す概略の構成図、図１は図２の汚染物質除去装置の中で冷温水利用部分の構成を示す構成図である。図１、図２において、５０はエアワッシャー装置（噴霧室）で図３の噴霧チャンバ７に相当する。クリーンルーム（作業室）からの汚染物質が含まれている処理空気がエアワッシャー装置５０に流入する。６６はエアワッシャー装置５０の入口に設置されるＨＥＰＡフィルタである。なお、ＨＥＰＡフィルタに代えて高性能フィルタを設置しても良い。

６８は冷却コイルで、ＨＥＰＡフィルタ６６を通過した処理空気を冷却する。冷却コイル６８は、バクテリアが繁殖しにくいドライコイルとして使用する。この冷却コイル６８には、例えば１２℃の冷水が供給される。このような温度の冷水を供給した場合には冷却コイル６８は結露しないので、冷却コイル表面でのバクテリアの繁殖を抑制することができる。

このように、エアワッシャー装置５０の入口にバクテリアを含む微粒子を除去するフィルタを設け、更にフィルタの後段に冷水コイルを設置して温度を低下させているので、バクテリアの繁殖を二重の防護手段で防止している。６７は、冷却コイル６８と併設される温熱回収コイルである。温熱回収コイル６７は、冷却コイル６８で処理空気を冷却する際に、予め処理空気の温度を回収して冷却コイル６８の熱負担を軽減するものであり、その具体的作用については後述する。

エアワッシャー装置５０には、処理空気の流通方向からみて上流側から下流側に向けて複数区画の処理室、すなわち、前処理系統５１、噴霧１系統５２、噴霧２系統５３、補給水系統５４が設けられている。この例では、循環水が供給される処理室の区画数は３区画（補給水が供給される区画を含めると４区画）であるが、循環水が供給される処理室の区画数を４区画数以上とすることも可能である。処理室の区画数を４区画数以上とすることにより、空気中の有機物質をさらに有効に除去することができる。

各処理室には、噴霧ノズル５１ａ〜５４ａが設けられている。エアワッシャー装置５０に流入した処理空気に、噴霧ノズル５１ａ〜５４ａから低温水を射出して、水への溶解性が高いガス成分を除去する。５５は補給循環水槽で図３の噴霧水槽に相当し、エアワッシャー装置５０とは集水管７１〜７４で連結されている。なお、本発明においては補給循環水槽を単に循環水槽ということがある。

補給循環水槽５５は、第１の補給循環水槽５５ａと第２の補給循環水槽５５ｂに分割されている。５６ａ、５６ｂは第１、第２のポンプ、５７ａ、５７ｂは第１、第２の水処理フィルタである。第１の補給循環水槽５５ａは、第１のポンプ５６ａ、第１の水処理フィルタ５７ａ、配管８３を通して循環水を噴霧ノズル５１ａ、５２ａに供給する。また、第２の補給循環水槽５５ｂは、第２のポンプ５６ｂ、第２の水処理フィルタ５７ｂ、噴霧水熱交換器５９ｂ（第３の熱交換器）、配管８５を通して循環水を噴霧ノズル５３ａに供給する。

純水による補給水（Ｇ）は、配管８０により補給水排水熱交換器５８（第２の熱交換器）に供給される。供給される補給水の水温は例えば２０〜２６℃に設定されるが、第１の補給循環水槽５５ａから補給水排水熱交換器５８に供給される１５℃程度の排水により一旦温度が下げられる。補給水排水熱交換器５８からの排水は、配管８６により所定個所に排出される。また、補給水排水熱交換器５８で温度が下げられた補給水は、配管８１を通過して補給水熱交換器５９ａ（第１の熱交換器）に供給される。

配管９０で供給される冷水（Ｅ）は、配管９１、９２で分岐される。一方の配管９１は補給水熱交換器５９ａに連結され、他方の配管９２は後述する除湿コイル６３に連結されている。補給水は、補給水熱交換器５９ａで冷水により更に低温に処理されて、配管８２から噴霧ノズル５４ａに供給される。また、第２の補給循環水槽５５ｂから噴霧ノズル５３ａに供給される循環水も噴霧水熱交換器５９ｂで冷水により温度が下げられて配管８５から噴霧ノズル５３ａに供給される。このように、冷水で低温にされた補給水と循環水がエアワッシャー装置５０に供給されるので、エアワッシャー装置５０内におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる。

噴霧ノズル５３ａ、５４ａで射出された低温水は集水管７３、７４により第２の補給循環水槽５５ｂに回収され、剰余の回収水は第１の補給循環水槽５５ａに流入する。第１の補給循環水槽５５ａからの循環水は、噴霧ノズル５１ａ、５２ａにより低温水として射出され、集水管７１、７２により第１の補給循環水槽５５ａに回収される。回収水の一部は排水として流出し、エアワッシャー装置５０で吸収された有機成分が濃縮されて排出される。このように、第１の補給循環水槽５５ａから噴霧ノズル５１ａ、５２ａに供給される循環水は、一旦噴霧ノズル５３ａ、５４ａで使用された回収水であるので、噴霧ノズル５３ａから供給される循環水よりも純度は低下している。

エアワッシャー装置５０には、噴霧ノズル５４ａの下流側にエリミネータ６９が設置されている。噴霧ノズル５１ａ〜５４ａで水への溶解性が高いガス成分を除去された処理空気は、さらにエリミネータ６９を通過して噴霧水のミストが除去される。エアワッシャー装置５０に隣接して空調チャンバ６０が設けられており、エアワッシャー装置５０で汚染物質が除去された処理空気は空調チャンバ（空調室）６０に流入する。

図１、図２に示した実施形態においては、純水による補給水は補給循環水槽５５を経由することなく直接エアワッシャー装置５０に供給している。このため純水は純度を保持した状態で処理空気に射出され、有機物質の除去を効果的に行うことができる。

空調チャンバ６０には、循環ファン６１、ＨＥＰＡフィルタ６２、除湿コイル６３、冷熱回収コイル６４、加温コイル６５が設けられている。これらの各部品は、空調チャンバ６０のハウジング内に設置される。エアワッシャー装置５０を通過することにより、例えば１２℃程度の低温にされた処理空気は、加温コイル６５によりクリーンルーム（作業室）の温度調整に必要な所定温度、例えば２３℃に再熱される。空調チャンバ６０に流入した処理空気は、ＨＥＰＡフィルタ６２を通過して清浄化され、除湿コイル６３により湿度が調整される。このように、空調チャンバ６０に除湿コイル６３を設けているので、クリーンルームに供給されるサプライエアの湿度管理を良好に行うことができる。

冷熱回収コイル６４は、エアワッシャー装置５０で低温にされた処理空気を加温コイル６５で加温する際に、予め処理空気を昇温させるものであり、加温コイル６５の熱負担を軽減する。空調チャンバ６０に設けた冷熱回収コイル６４と、エアワッシャー装置５０に設けた温熱回収コイル６７は、配管９６、９７で連結されて循環経路を形成し、エアワッシャー装置５０と空調チャンバ６０間で熱の移動が行われるように構成されている。９８はポンプ、９９はバルブである。

このように、エアワッシャー装置５０の入口側に設けた冷却コイル６８には温熱回収手段としての温熱回収コイルを設け、エアワッシャー装置５０の出口側に設けた加温コイル６５に冷熱回収手段としての冷熱回収コイルを設けている。すなわち、図１の例では、クリーンルームからの処理空気を、冷却コイル６８→噴霧ノズルからの噴霧水→除湿コイル６３→加温コイル６５の順番で冷却、加温している。冷却コイル６８の前段側（一番暖かいエア）に温熱回収コイル６７を設け、除湿コイル６３の後段で加温コイル６５の前段側（一番冷えたエア）に冷熱回収コイル６４を設ける。

これらの温熱回収コイル６７と、冷熱回収コイル６４は配管９６、９７で連結して循環経路を成立させることで、冷・温熱の移動を可能としている。なお、温熱回収コイル６７は、エアワッシャー装置５０に流入する空気に対しては温熱回収として作用し、冷熱回収コイル６４は、空調チャンバ６０から流出する空気に対しては冷熱回収として作用するものである。

したがって、クリーンルームからの一番暖かい（２５℃）処理空気の熱を冷却コイル６８で冷却する前に、前記温熱回収コイル６７で熱回収する。これによって暖まった水を、冷熱回収コイル６４側に導く。冷熱回収コイル６４では、一番冷えた（約１１℃）処理空気から冷熱を回収することで、エア側が暖められることになり加温コイル６５の温水負荷を低減する。これにより、空気の冷却および加温負荷が減少、すなわち熱負荷を低減させることができる。

図１に示した実施形態において、空調チャンバ６０に設けた加温コイル６５には、図示を省略した温水製造手段から温水（Ｆ）が供給されて、処理空気を再熱する。温水（Ｆ）の温度は例えば３４℃に設定される。７７は戻り温水量を調整するバルブである。配管９２から流入する冷水は、除湿コイル６３を経由して噴霧水熱交換器５９ｂに供給される。７５は冷水の流量調整用のバルブである。

配管９０から供給される冷水の温度は、例えば７℃に設定されているが、除湿コイル６３を経由することにより１０℃程度に昇温される。さらに、除湿コイル６３から噴霧水熱交換器５９ｂに供給されることにより、冷水の温度は１２℃程度に昇温される。したがって、配管９４を通して冷却コイル６８には、その表面での結露を防止できるような水温１２℃程度の冷水が供給される。図１の構成では、７℃程度の低温で装置に供給された冷水を、除湿コイル６３と噴霧水熱交換器５９ｂを通すことにより、冷却コイルの結露防止に有効な１２℃程度に昇温させている。

すなわち、装置に供給された冷水を昇温させる際に、加温コイル６５に供給される温水を利用していない。このため、３４℃程度で供給された温水は、途中配管での熱損失を除外すれば加温コイル６５の熱損失分のみを温水製造手段で再熱すれば良いことになる。したがって、熱源の有効利用を図り、コストを低減することができる。

冷却コイル６８に供給された冷水は、配管９５を通して所定の冷水製造手段に戻される。この際の冷水還り（Ｈ）の温度は例えば１７℃程度に設定される。したがって、供給された冷水（Ｅ）との温度差は１０℃程度と大きくなる。このように、冷水の流入側と流出側との温度差が大きいので、配管の径を細くでき設備のコストを低減することができる。

図１の構成においては、空気の温度は冷却コイル６８から除湿コイル６３に向けた進行方向に沿って低下している。これに対して、冷却水の温度は、除湿コイル６３から冷却コイル６８に向けた進行方向に沿って上昇している。このように、図１の構成では、クリーンルームからの処理空気を冷却するのに必要なエネルギ一を、必要温度別に整理し、エネルギ一の高い順に冷水が低い温度から高い温度に使えるように熱交換手段を直列に設置している。

７℃の冷水は、除湿コイルを通り、つぎに噴霧水熱交換器、最終的に冷却コイルを通過する。これにより、７℃冷水は処理空気の通過する高い温度→低い温度の段階に応じて使いまわすことができる。最終的な戻り冷水温度は１７℃以上となり、冷水の大温度差利用システムが確立できる。この熱フローは冷水のカスケード利用システムとなり、大きな温度差を確保することができ省エネルギ一が図れる。なお、上記した各個所の空気温度、水の温度は一例であって、季節や環境などにより変動する。

図１に示したように、本発明においては熱交換器として、除湿コイル６３、噴霧水熱交換器（第３の熱交換器）５９ｂ、冷却コイル６８を配管により直列に連結して設置している。すなわち、各熱交換器間の配管はカスケード式に連結される。したがって、複数の熱交換器を並列に設置する場合と比較して、配管を設置する際に、配管経路の幅方向の寸法を狭くすることができ、スペースを節約することができる。

また、処理空気に含有される有機物質の除去率を向上させているので、装置のコンパクト化（コストの削減）を図ることができる。さらに、ユーティリティ使用量の削減による省エネルギー化を図ることができる。なお、エアワッシャー装置に供給される補給水量を可変としているので、補給水量の削減が可能である。

以上説明したように、本発明の汚染物質除去装置は、処理空気に対する有機物質除去能力を確保したまま、冷水、温水の使用量の大幅な改善が可能となる。それに加えて、冷・温水使用量の減少により建物全体の配管コストの削減や熱源容量の削減ができ、建物全体としては、大幅なコスト削減を図ることができる。すなわち、熱源使用量の削減により配管口径の縮小や熱源機器の縮小が実現できる。なお、冷・温水の省エネルギー化による地球環境改善対策への貢献もなされる。

以上説明したように、本発明によれば、熱源の有効利用を図ると共に、噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる汚染物質除去装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る汚染物質除去装置を示す構成図である。本発明の実施形態に係る汚染物質除去装置を示す構成図である。従来例の説明図である。

符号の説明

５０・・・エアワッシャー装置、５１ａ〜５４ａ・・・噴霧ノズル、５５・・・補給循環水槽、５６ａ、５６ｂ・・・ポンプ、５７ａ、５７ｂ・・・水処理フィルタ、５８・・・補給水排水熱交換器、５９ａ・・・補給水熱交換器、５９ｂ・・・噴霧水熱交換器、６０・・・空調チャンバ、６３・・・除湿コイル、６４・・・冷熱回収コイル、６５・・・加温コイル、６６・・・ＨＥＰＡフィルタ、６７・・・温熱回収コイル、６８・・・冷却コイル、６９・・・エリミネータ、７１〜７４・・・集水管、８０〜８６、９０〜９７・・・配管

Claims

複数列の噴霧ノズルを有する噴霧室と、前記噴霧室と集水管で連結される循環水槽と、前記噴霧ノズルと前記循環水槽とを配管で連結して、前記噴霧ノズルから射出される循環水により噴霧室に流入した処理空気中の汚染物質を除去して、当該空気を空調室に送出する汚染物質除去装置であって、前記噴霧室に空気の冷却手段を設けると共に前記空調室に空気の加温手段を設け、前記冷却手段の前段に配設した温熱回収手段と、前記加温手段の前段に配設した冷熱回収手段とを配管で連結して両者間に循環経路を形成し、前記温熱回収手段で得られた温熱を前記冷熱回収手段に流通させ、前記冷熱回収手段で得られた冷熱を前記温熱回収手段に流通させることを特徴とする、汚染物質除去装置。
前記加温手段は、温水が供給される加温コイルであることを特徴とする、請求項１記載の汚染物質除去装置。
前記冷却手段は、冷水が供給される冷却コイルであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の汚染物質除去装置。
前記空調室に除湿コイルを設けることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の汚染物質除去装置。
補給水が前記循環水槽を経由することなく前記噴霧室に直接供給されて前記いずれかの噴霧ノズルから射出される構成としたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の汚染物質除去装置。
前記補給水が供給される噴霧ノズルを、前記噴霧室の空気流入方向からみて出口側に設けたことを特徴とする、請求項５に記載の汚染物質除去装置。