JP2005313076A

JP2005313076A - 気体浄化装置

Info

Publication number: JP2005313076A
Application number: JP2004133663A
Authority: JP
Inventors: Masao Ono; 正雄大野; Yoshio Sawara; 良夫佐原; Katsuhiro Tetsuya; 克浩鉄屋; Takao Matsumoto; 隆夫松本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10
Also published as: WO2005105269A1; EP1759755A4; US20070175332A1; EP1759755A1; TW200537062A

Abstract

【課題】下流側から排出される溶解汚染物質の濃度が低い液体を、高濃度の汚染物質を含む上流側の汚染物質除去用の液体として利用できるようにすることにより、液体の補給量を可及的に低減し且つ連続運転を可能ならしめる。
【解決手段】空気流れの下流側に位置するエレメントＡから排出される液体を、空気流れの上流側に位置するエレメントＡにおける液体循環系統に還流させる還流手段Ｌ₃を付設して、低濃度の汚染物質との気液接触で汚染物質を溶解除去することにより、汚染物質の溶解除去能力を発揮できなくなって下流側のエレメントＡから排出された液体が、還流手段を介して上流側のエレメントＡへ還流され、当該エレメントＡにおいて、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気との気液接触により汚染物質の溶解除去が行われるようにしている。
【選択図】図３

Description

本願発明は、気体浄化装置に関し、さらに詳しくはクリーンルームに供給される清浄空気を得るための気体浄化装置に関するものである。

例えば、ＬＣＤ基板や半導体ウエハ等のような基板に対して液処理や熱処理を行う場合、清浄空気中（即ち、クリーンルーム内）において行うこととなっており、クリーンルーム内の空気を気体浄化装置で清浄化した後クリーンルームに還流させることとなっている。

上記した気体浄化装置としては、ケミカルフイルタを備えたものが従来から使用されているが、ケミカルフイルタは、時間が経過するにしたがって吸着した汚染物質（例えば、アンモニア成分）が内部に蓄積することとなり、除去能力が低下してしまい寿命が短いところから、交換が必要であるとともに高価であり、ランニングコストの高騰を招くという不具合があった。また、ケミカルフイルタの交換時には、システム全体を停止させねばならないという不具合もあった。

また、多孔質膜を介して気液を接触させることにより、気体中の汚染物質を液体（例えば、純水）中に分離除去するようにした気体浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２３０１９６号公報。

ところが、特許文献１に開示されている気液接触型の気体浄化装置の場合、使用される液体は、エレメント内に貯留される浄化工程とエレメント内から排出される非浄化工程とを繰り返すか、あるいはエレメントを循環しながらイオン交換樹脂で液体に溶け込んだ汚染物質を除去することにより液体の劣化を防ぐこととなっている。この場合、いずれの場合においても一時的に装置の運転を止める必要があり、連続運転するには問題があった。

また、前者の場合（即ち、液体の貯留・排出を繰り返す場合）、仮にエレメント内に液体が残っていたとしても、液体が多孔質膜の近傍に存在していない場合には、汚染物質の除去に対して有効に作用しないという不具合も存する。

さらに、汚染物質除去率の向上あるいは風量の向上を図るために、エレメントを多段配置することも考えられるが、その場合、液体は、各エレメントを独立に循環することとなっているため、溶解汚染物質の濃度が低く、未だ利用可能な液体が無駄に捨てられるという不具合が生ずる。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、下流側から排出される溶解汚染物質の濃度が低い液体を、高濃度の汚染物質を含む上流側の汚染物質除去用の液体として利用できるようにすることにより、液体の補給量を可及的に低減し且つ連続運転を可能ならしめることを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、多孔質膜を介して気液接触を行うことにより非清浄空気Ｗ′中の汚染物質を液体中に分離除去する複数のエレメントＡ，Ａ・・を、空気流れの上流側から下流側に向かって多段配置し且つ前記各エレメントＡに、新鮮液体を供給する給液系統Ｌ₁と液体循環系統Ｌ₂とをそれぞれ設けるとともに、空気流れの下流側に位置するエレメントＡから排出される液体を、空気流れの上流側に位置するエレメントＡにおける液体循環系統Ｌ₂に還流させる還流手段Ｌ₃を付設している。

上記のように構成したことにより、多段に配置されたエレメントＡ，Ａ・・において、非清浄空気Ｗ′中の汚染物質が多孔質膜を介して気液接触する液体中に順次分離除去されて清浄空気Ｗとなるが、低濃度の汚染物質との気液接触で汚染物質を溶解除去することにより、汚染物質の溶解除去能力を発揮できなくなって下流側のエレメントＡから排出された液体が、還流手段Ｌ₃を介して上流側のエレメントＡへ還流され、当該エレメントＡにおいて、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′との気液接触により汚染物質の溶解除去が行われることとなる。従って、従来排液として捨てられていた液体を有効に利用できることとなり、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′と気液接触する上流側のエレメントＡへの補給液量を減らすことができる。また、連続運転も可能となる。また、エレメントＡ，Ａ・・を多段配置したことにより、汚染物質除去率の向上あるいは風量の向上を図ることもできる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた気体浄化装置において、空気流れの最上流側に位置するエレメントＡから排出される液体を、逆浸透膜モジュール２５を通過させることにより、溶解汚染物質が濃縮された液体と汚染物質が除去された液体とに分離するとともに、溶解汚染物質が濃縮された液体を系外へ排出する一方、汚染物質が除去された液体を前記エレメントＡ，Ａ・・のいずれかにおける液体循環系統Ｌ₂に還流させるようにすることもでき、そのように構成した場合、空気流れの最上流に位置するエレメントＡから排出される高濃度の溶解汚染物質を含む液体を、逆浸透膜モジュール２５を通過させるという簡単な手段により汚染物質除去用の液体として再利用できることとなり、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′と気液接触する上流側のエレメントＡへの補給液量をさらに減らすことができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた気体浄化装置において、前記各エレメントＡにおける液体循環系統Ｌ₂の適所に、紫外線を照射するＵＶランプ３０をそれぞれ設けることもでき、そのように構成した場合、ＵＶランプ３０から照射される紫外線により、各液体循環系統を流れる液体におけるバクテリアの発生防止やアンモニアの分解が行われることとなり、液体の再生に大いに寄与する。

本願発明の第１の手段によれば、多孔質膜を介して気液接触を行うことにより非清浄空気Ｗ′中の汚染物質を液体中に分離除去する複数のエレメントＡ，Ａ・・を、空気流れの上流側から下流側に向かって多段配置し且つ前記各エレメントＡに、新鮮液体を供給する給液系統Ｌ₁と液体循環系統Ｌ₂とをそれぞれ設けるとともに、空気流れの下流側に位置するエレメントＡから排出される液体を、空気流れの上流側に位置するエレメントＡにおける液体循環系統に還流させる還流手段Ｌ₃を付設して、低濃度の汚染物質との気液接触で汚染物質を溶解除去することにより、汚染物質の溶解除去能力を発揮できなくなって下流側のエレメントＡから排出された液体が、還流手段を介して上流側のエレメントＡへ還流され、当該エレメントＡにおいて、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′との気液接触により汚染物質の溶解除去が行われるようにしたので、従来排液として捨てられていた液体を有効に利用できることとなり、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′と気液接触する上流側のエレメントＡへの補給液量を減らすことができるという効果がある。また、連続運転も可能となるという効果もある。また、エレメントＡ，Ａ・・を多段配置したことにより、汚染物質除去率の向上あるいは風量の向上を図ることもできるとして効果もある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた気体浄化装置において、空気流れの最上流側に位置するエレメントＡから排出される液体を、逆浸透膜モジュール２５を通過させることにより、溶解汚染物質が濃縮された液体と汚染物質が除去された液体とに分離するとともに、溶解汚染物質が濃縮された液体を系外へ排出する一方、汚染物質が除去された液体を前記エレメントＡ，Ａ・・のいずれかにおける液体循環系統Ｌ₂に還流させるようにすることもでき、そのように構成した場合、空気流れの最上流に位置するエレメントＡから排出される高濃度の溶解汚染物質を含む液体を、逆浸透膜モジュール２５を通過させるという簡単な手段により汚染物質除去用の液体として再利用できることとなり、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′と気液接触する上流側のエレメントＡへの補給液量をさらに減らすことができる。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた気体浄化装置において、前記各エレメントＡにおける液体循環系統Ｌ₂の適所に、紫外線を照射するＵＶランプ３０をそれぞれ設けることもでき、そのように構成した場合、ＵＶランプ３０から照射される紫外線により、各液体循環系統Ｌ₂を流れる液体におけるバクテリアの発生防止やアンモニアの分解が行われることとなり、液体の再生に大いに寄与する。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。

この気体浄化装置Ｚは、図１に示すように、半導体ウエハの洗浄装置Ｘに付設されるものであり、該洗浄装置ＸからダクトＤ₁を介して排出された非清浄空気Ｗ′を清浄化して得られた再生空気ＷをダクトＤ₂を介して再び洗浄装置Ｘへ供給し得るように構成されている。符号Ｆは洗浄装置Ｘへの空気供給部となる天井部に配設された高性能フィルタを備えたファンフィルタユニットである。

前記気体浄化装置Ｚは、多孔質膜を介して気液接触を行うことにより非清浄空気中の汚染物質を液体（本実施の形態においては、純粋）中に分離除去する複数（例えば、４個）のエレメントＡ，Ａ・・を空気ミキシング領域を介して上下方向に配列して構成されている。符号Ｃは清浄空気Ｗを洗浄装置Ｘへ圧送するためのファンである。

前記各エレメントＡは、例えば、図２に示すように、多孔質膜（例えば、ＰＴＥＦ多孔膜）からなる膜エレメント１，１・・を積層してなり、これらの膜エレメント１，１・・を介して純水と非清浄空気Ｗ′とが気液接触するように構成されている。前記各膜エレメント１は、例えば、樹脂材で一体形成された薄肉で且つ長矩形形状の枠状部材がなる支持枠２と、該支持枠２の中央部に形成された開口部３に張設された平面形状の多孔質膜４とからなっており、一対の膜エレメント１，１により膜ユニットＵが構成されることとなっている。そして、この膜ユニットＵにおける膜エレメント１，１間には、純水通路５が形成される一方、前記多孔質膜４と直交する方向に非清浄空気Ｗ′が流通する空気通路が形成されることとなっている。また、前記膜ユニットＵ，Ｕ間において多孔質膜４が張設されている部分には、スペーサ６，６・・により間隔保持された空間７が形成されることとなっている。符号８は純水の流通口、９は純水入口、１０は純水出口である。

上記構成のエレメントＡにおいては、下方の純水入口９から導入された純水は、膜ユニットＵにより構成される純水通路５を下方から上方に向かってジグザグに流れ、上方の純水出口１０から排出されるが、その過程において空気通路を流れる非清浄空気Ｗ′と膜エレメント１，１・・を介して気液接触し、非清浄空気Ｗ′中の汚染物質が純水中に分離除去される。この時、純水通路５の経路長さが長くなるため、純水の流れの進行とともにその流れ状態が次第に乱れて乱流状態となり、該純水通路５の中央部分のみを流れる水量が減少するのに対応して、多孔質膜４の近傍を流れる水量が増加する。その結果、単位流量当たりの循環水量が同じとすると、純水と接触する多孔質膜４の面積が増加することとなり、それだけ非清浄空気Ｗ′中の汚染物質の純水への溶解作用が促進され、汚染物質除去効率が向上する。

なお、エレメントＡとしては、上記構造の平膜式のものに限定されず、他の形式のものを採用することもできる。

ついで、上記気体浄化装置ＺにおけるエレメントＡ，Ａ・・への純水の流れについて、図３を参照して説明する。この場合、空気流れは、下方から上方に向かっており、エレメントＡ，Ａ・・は、図示の右側が空気流れの上流側とされ、図示の左側が空気流れの下流側とされることとなっている。

前記各エレメントＡには、新鮮液体を供給する給液系統（ここでは、給水系統）Ｌ₁と液体循環系統（ここでは、純水循環系統）Ｌ₂とがそれぞれ設けられている。

前記給水系統Ｌ₁は、各エレメントＡの上方にそれぞれ配設されたバッファタンク１１に新鮮な純水を供給するものとされており、主配管１２と、該主配管１２から分岐して前記バッファタンク１１，１１・・に至る分岐配管１３，１３・・とからなっている。該各分岐配管１３には、給水が必要なときに開作動される電磁弁１４がそれぞれ介設されている。また、前記主配管１２には、給水が必要なときに手動により開作動される手動弁１５が介設されている。

一方、前記各純水循環系統Ｌ₂は、前記各エレメントＡと前記各バッファタンク１１との間で純水を循環させるものとされており、バッファタンク１１とエレメントＡの純水入口９とを接続し且つポンプ１８、手動弁１９および流量計２０が介設された入口側配管１６と、エレメントＡの純水出口１０とバッファタンク１１とを接続する出口側配管１７とからなっている。

そして、本実施の形態においては、空気流れの下流側（即ち、図示の左側）に位置するエレメントＡから排出される水を、空気流れの上流側（即ち、図示の右側）に位置するエレメントＡにおける純水循環系統Ｌ₂に還流させる還流手段Ｌ₃が付設されている。該還流手段Ｌ₃は、前記エレメントＡ，Ａ・・のうち最上流側に位置するエレメントＡを除く３個のエレメントＡ，Ａ，Ａの出口側配管１７，１７，１７から分岐して上流側のバッファタンク１１，１１，１１に至る還流配管２１，２１，２１により構成されており、該各還流配管２１には、還流が必要なときに手動により開作動される手動弁２２および流量計２３がそれぞれ介設されている。

また、本実施の形態においては、空気流れの最上流側に位置するエレメントＡから排出される水を、逆浸透膜モジュール２５を通過させることにより、溶解汚染物質が濃縮された水と汚染物質が除去された純水とに分離し、溶解汚染物質が濃縮された水を系外へ排出する一方、汚染物質が除去された純水を最下流側のエレメントＡにおける液体循環系統Ｌ₂に還流させる純水再生手段Ｌ₄が付設されている。該純水再生手段Ｌ₄は、最上流側のエレメントＡにおける出口側配管１７から分岐し、最下流側のバッファタンク１１に接続される還流配管２４からなっており、該還流配管２４には、還流が必要なときに手動により開作動される手動弁２６、流量計２７、ポンプ２８および逆浸透膜モジュール２５が介設されている。該逆浸透膜モジュール２５において得られた溶解汚染物質が濃縮された水は、排水管２９を介して系外へ排出されることとなっている。なお、前記還流配管２４を、最下流側のバッファタンク１１に接続せず、他のバッファタンク１１に接続する場合もある。

また、前記各バッファタンク１１には、紫外線を照射するＵＶランプ３０がそれぞれ設けられている。該ＵＶランプ３０は、紫外線を水に照射することにより該水中にバクテリアが発生するのを防止するとともに、水中に溶存するガス成分（例えば、アンモニア）を分解する機能を有している。なお、ＵＶランプ３０は、バッファタンク１１を含む純水循環経路Ｌ₂の適所に設けることができる。

また、前各バッファタンク１１には、バッファタンク１１内の水位（最高位および最低位）を検知するフロートスイッチ３１，３２が設けられている。該フロートスイッチ３１，３２によりバッファタンク１１への純水の補充時期等が決定されることとなっている。さらに、前記各バッファタンク１１には、オーバーフロー防止管３３がそれぞれ設けられており、該オーバーフロー防止管３３，３３・・は、前記排水管２９に接続されている。

上記のように構成したことにより、多段に配置されたエレメントＡ，Ａ・・において、非清浄空気Ｗ′中の汚染物質が多孔質膜を介して気液接触する純水中に順次分離除去されて清浄空気Ｗとなる。

ところで、水の汚染物質（例えば、アンモニアガス）を溶解する能力は、ヘンリーの法則と呼ばれるガス濃度と水のガス溶解濃度との関係によって決定されるという事実がある。即ち、下流側のエレメントＡから排出される水は、ヘンリーの法則により低濃度のガスを溶解させる能力はないが、濃度の高いガスはまだ溶解させる能力はある。

そこで、本実施の形態においては、低濃度の汚染物質との気液接触で汚染物質を溶解除去することにより、汚染物質の溶解除去能力を発揮できなくなって下流側のエレメントＡから排出された水は、還流手段Ｌ₃を介して上流側のエレメントＡへ還流されることとなっており、当該エレメントＡにおいて、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′との気液接触により汚染物質の溶解除去が行われることとなる。従って、従来排液として捨てられていた水を有効に利用できることとなり、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′と気液接触する上流側のエレメントＡへの補給液量を減らすことができる。また、連続運転も可能となる。なお、補充する純水量は、純水の劣化により系外へ排出される分と、エレメントＡ，Ａ・・において空気を加湿するために消費された分とされる。また、エレメントＡ，Ａ・・を多段配置したことにより、汚染物質除去率の向上あるいは風量の向上を図ることもできる。

また、空気流れの最上流に位置するエレメントＡから排出される高濃度の溶解汚染物質を含む水を、逆浸透膜モジュール２５を通過させるという簡単な手段により汚染物質除去用の純水として再利用できるようにしているので、高濃度の汚染物質を含む非清浄空気Ｗ′と気液接触する上流側のエレメントＡへの補給純水量をさらに減らすことができる。

さらに、ＵＶランプ３０から照射される紫外線により、各液体循環系統Ｌ₂を流れる水におけるバクテリアの発生防止やアンモニアの分解が行われることとなり、純水の再生に大いに寄与する。

なお、本実施の形態においては、逆浸透膜モジュールとＵＶランプの両方を採用したものについて説明したが、これらは必ずしも必要ではなく、また、どちらか一方のみを採用することもできる。

また、本実施の形態では、エレメントＡにおいて気液接触する液体として純水を用いているが、純水以外の液体を採用してもよい。

上記各実施の形態においては、気体浄化装置Ｚが付設される装置Ｘを洗浄装置としているが、該装置Ｘは、洗浄装置に限らず、フォトレジスト塗布現像装置等の基板処理装置やミニエンバイロメント（ＥＦＥＭ）などとすることができる。

本願発明の実施の形態にかかる気体浄化装置の概略構成を示す断面図である。本願発明の実施の形態にかかる気体浄化装置におけるエレメントの断面図である。本願発明の実施の形態にかかる気体浄化装置における純水配管系統を示すブロック図である。

符号の説明

２５は逆浸透膜モジュール
３０はＵＶランプ
Ｌ₁は給液系統（給水系統）
Ｌ₂は液体循環系統（純水循環系統）
Ｌ₃は還流手段
Ｌ₄は液体再生手段（純水再生手段）
Ｗは清浄空気
Ｗ′は非清浄空気
Ｘは装置（洗浄装置）
Ｚは気体浄化装置

Claims

多孔質膜を介して気液接触を行うことにより非清浄空気（Ｗ′）中の汚染物質を液体中に分離除去する複数のエレメント（Ａ），（Ａ）・・を、空気流れの上流側から下流側に向かって多段配置し且つ前記各エレメント（Ａ）には、新鮮液体を供給する給液系統（Ｌ₁）と液体循環系統（Ｌ₂）とをそれぞれ設けるとともに、空気流れの下流側に位置するエレメント（Ａ）から排出される液体を、空気流れの上流側に位置するエレメント（Ａ）における液体循環系統（Ｌ₂）に還流させる還流手段（Ｌ₃）を付設したことを特徴とする気体浄化装置。
空気流れの最上流側に位置するエレメント（Ａ）から排出される液体を、逆浸透膜モジュール（２５）を通過させることにより、溶解汚染物質が濃縮された液体と汚染物質が除去された液体とに分離するとともに、溶解汚染物質が濃縮された液体を系外へ排出する一方、汚染物質が除去された液体を前記エレメント（Ａ），（Ａ）・・のいずれかにおける液体循環系統（Ｌ₂）に還流させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の気体浄化装置。
前記各エレメント（Ａ）における液体循環系統（Ｌ₂）の適所には、紫外線を照射するＵＶランプ（３０）をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の気体浄化装置。