JP2006192409A - 気液分離エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】 気液分離エレメントとしての強度を十分に確保しつつ、不必要な加湿を行うことなく、汚染ガス除去を目的とした純水の利用効率を向上させる。
【解決手段】 多孔質膜１を介して気液接触を行うことにより非清浄空気Ａ′中の汚染ガスＧを液体（純水Ｗ）中に分離除去する気液分離エレメントにおいて、前記多孔質膜１の空気側に、補強用の保護シート３を貼設して、流速の遅い液側の境界部における流れが良くなって、液の流れの中心部と多孔質膜１の付近との溶存ガス濃度勾配が緩和されるようにしている。
【選択図】 図３

Description

本願発明は、気液分離エレメントに関し、さらに詳しくは多孔膜式気体浄化ユニット等において使用される気液分離エレメント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、例えばポリテトラフロロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）からなる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液分離エレメントを備えたものが提案されているが、多孔質膜は、強度が低く、水圧により変形し易いところから、図６に示すように、多孔質膜１における水通路２側に補強用として保護シート３（例えば、不織布）を重ねて貼り付けたものが用いられている（特許文献１参照）。

特開２００３−９７８３１号公報。

特許文献１に開示されている気液分離エレメントの場合、汚染ガスＧを含んだ非清浄空気Ａ′は、多孔質膜１と保護シート３を通過した後に水通路２内を流れる純水に溶解することとなるが、保護シート３が多孔質膜１における水通路２側に貼り付けられているため、保護シート３内において汚染ガスＧが純水Ｗに溶け込むという現象が生ずるところから、汚染ガスＧが溶け込んだ純水Ｗが水通路２の主流側に拡散しにくくなり、純水Ｗの利用効率を著しく減少させてしまうという問題があった。

ちなみに、気液分離エレメントにおけるエレメント断面に対する溶存ガス濃度について調べたところ、図７の結果が得られた。これによっても、保護シート３が存在する部分における溶存ガス濃度が非常に高くなっている（即ち、汚染ガスＧが溶け込んだ純水Ｗが水通路２の主流側に拡散しにくくなっている）ことが分かる。

また、特許文献１に開示されている気液分離エレメントの場合、汚染ガスの除去が目的ではなく、加湿が目的であるため、不必要な加湿が行われるおそれがある。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、気液分離エレメントとしての強度を十分に確保しつつ、不必要な加湿を行うことなく、汚染ガス除去を目的とした純水の利用効率を向上させ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１を介して気液接触を行うことにより非清浄空気Ａ′中の汚染ガスＧを液体Ｗ中に分離除去する気液分離エレメントにおいて、前記多孔質膜１の空気側に、補強用の保護シート３を貼設している。

上記のように構成したことにより、流速の遅い液側の境界部における流れが良くなるため、液の流れの中心部と多孔質膜１の付近との溶存ガス濃度勾配が緩和されることとなる（図４参照）。その結果、液の利用効率を向上させることができることとなり、液の循環量が少量で済むためランニングコストを低減できる。一方、空気側は流速が速いので、保護シート３による影響を受けにくいところから、汚染ガスＧの液への溶解効率が低くなることはない。保護シート３により多孔質膜１が補強されることとなり、液圧による変形を防止することができるとともに、液側からの蒸気の発散（例えば、加湿）が抑制されるところから、不必要な加湿を抑えることができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた気液分離エレメントにおいて、前記保護シート３を、不織布により構成することもでき、そのように構成した場合、多孔質膜１との貼設適性（即ち、溶着特性）が良好となり、製作が容易となる（換言すれば、製造コストを低減できる）。

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の手段を備えた気液分離エレメントにおいて、前記多孔質膜１を、ポリテトラフロロエチレンにより構成することもでき、そのように構成した場合、保護シート３を通過した汚染ガスＧを含む非清浄空気Ａの液側への分離効率が向上する。

本願発明の第１の手段によれば、多孔質膜１を介して気液接触を行うことにより非清浄空気Ａ′中の汚染ガスＧを液体Ｗ中に分離除去する気液分離エレメントにおいて、前記多孔質膜１の空気側に、補強用の保護シート３を貼設して、流速の遅い液側の境界部における流れが良くなって、液の流れの中心部と多孔質膜１の付近との溶存ガス濃度勾配が緩和されるようにしたので、液の利用効率を向上させることができることとなり、液の循環量が少量で済むためランニングコストを低減できるという効果がある。一方、空気側は流速が速いので、保護シート３による影響を受けにくいところから、汚染ガスＧの液への溶解効率が低くなることはないという効果もある。また、保護シート３により多孔質膜１が補強されることとなり、液圧による変形を防止することができるとともに、液側からの蒸気の発散（例えば、加湿）が抑制されるところから、不必要な加湿を抑えることができるという効果もある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた気液分離エレメントにおいて、前記保護シート３を、不織布により構成することもでき、そのように構成した場合、多孔質膜１との貼設適性（即ち、溶着特性）が良好となり、製作が容易となる（換言すれば、製造コストを低減できる）。

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の手段を備えた気液分離エレメントにおいて、前記多孔質膜１を、ポリテトラフロロエチレンにより構成することもでき、そのように構成した場合、保護シート３を通過した汚染ガスＧを含む非清浄空気Ａの液側への分離効率が向上する。

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。

本願発明の気液分離エレメントは、図１に示す気体浄化装置Ｚにおいて使用される。

この気体浄化装置Ｚは、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１を介して気液接触を行うことにより非清浄空気Ｗ′中の汚染ガスＧを液体Ｗ（本実施の形態においては、純水）中に分離除去する複数（例えば、４個）の気体浄化ユニットＫ，Ｋ・・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。

前記各気体浄化ユニットＫは、例えば、図２に示すように、多孔質膜１，１・・（例えば、ＰＴＥＦ膜）からなる気液分離エレメントＱ，Ｑ・・を積層してなり、これらの気液分離エレメントＱ，Ｑ・・を介して純水Ｗと非清浄空気Ａ′とが気液接触するように構成されている。前記各気液分離エレメントＱ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１１と、該支持枠１１の中央部に形成された開口部１２に張設された平面形状の多孔質膜１とからなっており、一対の気液分離エレメントＱ，Ｑ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Ｑ，Ｑ間には、水通路２が形成される一方、前記多孔質膜１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１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Ｗの流通口、９は水入口、１０は水出口である。

上記構成の気体浄化ユニットＫ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により構成される水通路２を下方から上方に向かってジグザグに流れ、上方の水出口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′と気多孔質膜１，１・・を介して気液接触し、非清浄空気Ａ′中の汚染ガスＧが純水中に分離除去される。この時、水通路２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、該水通路２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１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１の面積が増加することとなり、それだけ非清浄空気Ａ′中の汚染ガスＧの純水への溶解作用が促進され、汚染ガス除去効率が向上する。

なお、気液分離エレメントＱ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。

ところで、上記各多孔質膜１の空気側には、図３に示すように、補強用の保護シート３が貼設されている。

前記多孔質膜１は、ＰＴＦＥにより構成するのが保護シート３を通過した汚染ガスＧを含む非清浄空気Ａ′の純水側への分離効率を向上させる上で最も好ましいが、ポリエチレン、ポリプロピレン等の疎水性多孔質膜も使用できる。

前記多孔質膜１としては、厚みが５〜１００μｍのものが使用できるが、強度・透過率から２０〜５０μｍのものが最も好ましい。さらに、空隙率は６０〜９５％で、平均孔径は０．０２〜１μｍとするのが好ましい。

また、前記保護シート３は、不織布により構成するのが多孔質膜１との貼設適性（即ち、溶着特性）の上で最も好ましく、不織布の材質としては、ポリエステル、ポリエチレン、その複合品（例えば、芯：ポリエステル、鞘：ポリエチレン）が好ましく、５０〜１０００μｍの厚みのものが用いられるが、強度・透過率から１００〜５００μｍが最も好ましい。さらに、空隙率は６０〜９５％で、平均孔径は０．１〜１００μｍとするのが好ましい。

上記のように構成したことにより、流速の遅い純水Ｗ側（換言すれば、水通路２側）の境界部における流れが良くなる。つまり、多孔質膜１を通過した汚染ガスＧは、すぐに水通路２を流れている純水Ｗに溶解することとなるのである。従って、純水Ｗの流れの中心部と多孔質膜１の付近との溶存ガス濃度勾配が緩和されることとなり（図４参照）、理論気液平衡濃度に近づけることができる。その結果、純水Ｗの利用効率を向上させることができることとなり、純水Ｗの循環量が少量で済むためランニングコストを低減できる。

一方、空気側は流速が速いので、保護シート３による影響を受けにくいところから、汚染ガスＧの液への溶解効率が低くなることはない。

また、保護シート３により多孔質膜１が補強されることとなり、水圧による変形を防止することができるとともに、純水Ｗ側からの水蒸気の発散（例えば、加湿）が抑制されるところから、不必要な加湿を抑えることができる。

ちなみに、保護シート３（不織布）の厚さに対する透湿能力の変化を調べたところ、図５に示す結果が得られた。

これによれば、不織布の厚さや仕様を変えることにより、加湿を制御できることが分かる。

本実施の形態では、気液分離エレメントＱ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液分離エレメントが使用され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液分離エレメントが使用される気体浄化装置における気体浄化ユニットの断面図である。 本願発明の実施の形態にかかる気液分離エレメントの要部を示す拡大断面図である。 本願発明の実施の形態にかかる気液分離エレメントにおけるエレメント断面に対する溶存ガス濃度の変化を示す特性図である。 本願発明の実施の形態にかかる気液分離エレメントにおける不織布の厚さに対する透湿能力の変化を示す特性図である。 従来の気液分離エレメントの要部を示す拡大断面図である。 従来の気液分離エレメントにおけるエレメント断面に対する溶存ガス濃度の変化を示す特性図である。

符号の説明

１は多孔質膜（ＰＴＦＥ膜）
２は液通路（水通路）
３は保護シート（不織布）
Ｇは汚染ガス
Ａは空気
Ｗは液（純水）

Claims (3)

1. 多孔質膜（１）を介して気液接触を行うことにより非清浄空気（Ａ′）中の汚染ガス（Ｇ）を液体中に分離除去する気液分離エレメントであって、前記多孔質膜（１）の空気側には、補強用の保護シート（３）を貼設したことを特徴とする気液分離エレメント。
2. 前記保護シート（３）を、不織布により構成したことを特徴とする請求項１記載の気液分離エレメント。
3. 前記多孔質膜（１）を、ポリテトラフロロエチレンにより構成し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液分離エレメント。
   

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