JP2008284482A - 低露点圧縮空気製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費エネルギーを大幅に削減することができ、且つ、低露点空気を安定して供給することのできる低露点圧縮空気製造装置を提供する。
【解決手段】低露点圧縮空気製造装置１０は、処理用空気を除湿ロータ２０に送気することによって大気圧下で除湿するとともに、加熱された再生用空気を前記除湿ロータ２０に送気することによって前記除湿ロータ２０を再生させる乾式除湿機１２と、乾式除湿機１２の後段に設けられ、乾式除湿機１２で除湿された処理用空気を圧縮する圧縮機１４と、圧縮機１４を囲むケーシング３６と、乾式除湿機１２で除湿された処理用空気をケーシング３６の内部に送気して充満させる配管３８と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は低露点圧縮空気製造装置に係り、特にディスプレイデバイスや半導体デバイス等を製造する電子デバイス製造装置及びその製造環境に高清浄な低露点空気を供給するための低露点圧縮空気製造装置に関する。

ディスプレイデバイスや半導体デバイスなどをはじめとする各種高性能デバイスの製造では、製造装置の圧空機器作動用高圧ガスとして、高圧乾燥空気や高圧窒素ガスが使用されている。また、デバイス製造においては、低露点空気が必要となるプロセスや真空空気のパージ用途として、高純度窒素ガスが使用されており、これらの高純度窒素ガスの一部は、高圧で高清浄な低露点空気による代替が可能である。

高清浄な低露点空気は、除湿ロータを用いた乾式除湿方式によって製造でき、その製造コストは高純度窒素ガスに比べて１／５０〜１／１００程度である。また、プロセス用途における低露点空気は高圧であることが求められ、この高圧の低露点圧縮空気の製造は、吸着塔を用いたＰＳＡ方式で行われている。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、ＰＳＡ方式による低露点圧縮空気製造装置の構成を模式的に示している。図５（Ａ）は吸着塔２Ｂを再生運転させた状態であり、図５（Ｂ）は吸着塔２Ａを再生運転させた状態である。

これらの図に示すように、ＰＳＡ方式の低露点圧縮空気製造装置は、処理空気を圧縮する圧縮機１と、シリカゲルやゼオライト等の水分吸着能を有する吸着剤を内包した吸着塔２Ａ及び吸着塔２Ｂとで構成される。図５（Ａ）では、圧縮機１で圧縮された被除湿空気を吸着塔２Ａに通過させて水分を吸着除去させることによって低露点圧縮空気を製造し、その空気の大部分を給気する一方で、残りの一部の低露点圧縮空気を吸着塔２Ｂに通過させ、吸着塔２Ｂの吸着剤を再生させ、高湿度空気として系外に排出させている。同様に、図５（Ｂ）では、圧縮空気１で圧縮された被除湿空気を吸着塔２Ｂに通過させて水分に吸着除去させることによって低露点圧縮空気を製造し、その空気の大部分を給気する一方で、残りの一部の低露点圧縮空気を吸着塔２Ａに通過させ、吸着塔２Ａの吸着剤を再生させ、高湿度空気として系外に排出させている。

この方式では、吸着剤を再生させる再生用空気として、高圧に昇圧した上、吸着処理した低露点圧縮空気を使用している。したがって、この方式では、再生に必要な再生エネルギーも大きくなり、多大なエネルギーが必要になる。特に、空気の圧縮に要する動力は、乾式除湿で空気を製造する際のエネルギーの数倍以上であり、このエネルギーを削減することが装置の省エネ化を図る上で重要となる。

上記の再生エネルギーを低減する装置として、特許文献１には、大気圧下で減湿した空気を、再生処理中の吸着塔に導入する装置が記載されている。この装置によれば、再生処理中の吸着塔に圧縮空気の一部を送気する装置に比べて、圧縮空気の製造にかかるエネルギーを減少させることができる。
特開２００２−１３６８３２号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、再生処理中の吸着塔に別途設けた再生空気除湿装置を必要とする上、除湿した空気を用いるため、再生用空気の製造にかかるエネルギーが大きく、改善が求められていた。また、特許文献１の装置は、減圧処理と再生処理とで吸着塔を切り替える方式を採用しているため、装置の特性として、供給する空気の湿度にゆらぎが生じ、安定した低露点空気の供給が難しいという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、消費エネルギーを大幅に削減することができ、且つ、低露点空気を安定して供給することのできる低露点圧縮空気製造装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、圧縮された低露点の空気を製造する低露点圧縮空気製造装置において、処理用空気を除湿ロータに送気することによって大気圧下で除湿するとともに、加熱された再生用空気を前記除湿ロータに送気することによって前記除湿ロータを再生させる乾式除湿装置と、前記乾式除湿装置の後段に設けられ、該乾式除湿装置で除湿された処理用空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を囲むケーシングと、前記乾式除湿装置で除湿された処理用空気を前記ケーシングの内部に送気して充満させる配管と、を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、乾式除湿装置の後段に圧縮機が設けられるので、圧縮機では、除湿された処理用空気のみを圧縮すればよく、圧縮にかかるエネルギーを削減することができる。

また、請求項１の発明によれば、除湿された処理用空気がケーシング内に充満されるので、圧縮機が外部の空気を吸い込んだ際に内部の露点温度が変動することがない。したがって、露点温度の変動が少ない空気を給気することができ、安定した除湿性能を維持することができる。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記ケーシングの内部の露点温度を検出するセンサと、前記ケーシングの内部から排気される前記処理用空気の流量を調節する流量可変バルブと、前記センサの測定結果に基づいて前記流量可変バルブを制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、センサの測定結果に基づいて流量可変バルブを制御するので、ケーシングの内部を所定の露点温度に維持することができ、より安定した除湿性能を維持することができる。

請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記乾式除湿装置における前記処理用空気の入口部と出口部とを接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられたバイパス流量可変バルブと、前記圧縮機から吐出された処理用空気の露点温度を測定する給気側露点温度センサと、前記給気側露点温度センサの測定値に基づいて前記バイパス流量可変バルブを制御するバイパス流量制御装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明によれば、給気側露点温度センサの測定値に基づいてバイパス流量可変バルブを制御することによって、圧縮機へ送気される処理用空気の露点温度を調節することができ、圧縮機から吐出される処理用空気を所定の露点温度に制御することができる。これにより、安定した除湿性能を維持することができる。

請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記圧縮機から吐出される処理用空気を非再生式不純物除去フィルタに通気させることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、圧縮機から吐出される処理用空気を非再生式不純物除去フィルタに通気させたので、圧縮機から発生する微量のガス状汚染物質を吸着除去することができ、高清浄な低露点圧縮空気を給気することができる。

請求項５に記載の発明は請求項１〜４のいずれか１の発明において、前記ケーシングの内部から前記処理用空気を排気する配管に逆流防止弁が設けられることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、逆流防止弁が設けられているので、ケーシング内に処理用空気を確実に充満させることができる。

本発明によれば、乾式除湿装置の後段に圧縮機が設けられるので、圧縮にかかるエネルギーを削減することができる。また、本発明によれば、除湿された処理用空気がケーシング内に充満され、その中に圧縮機が配設されるので、安定した除湿性能を維持することができる。

以下添付図面に従って本発明に係る低露点圧縮空気製造装置の好ましい実施形態について説明する。

図１は、低露点圧縮空気製造装置の構成を模式的に示している。同図に示すように、低露点圧縮空気製造装置１０は主として、乾式除湿機１２と圧縮機１４とによって構成されている。

乾式除湿機１２は中空状の本体１６を有し、この本体１６の内部が仕切り壁１８、１８によって三つゾーンに部分的に区切られている。ここで、三つのゾーンを、再生ゾーンＸ、冷却ゾーンＹ、除湿ゾーンＺとする。再生ゾーンＸと冷却ゾーンＹは、本体１６の一方の端部（図１中、左端部）で連通されており、冷却ゾーンＹと除湿ゾーンＺはその反対側の端部（図１中、右端部）で連通されている。

本体１６内の中央部には、除湿ロータ２０が設けられる。除湿ロータ２０は、再生ゾーンＸ、冷却ゾーンＹ、除湿ゾーンＺに跨がって配置されており、各ゾーンＸ、Ｙ、Ｚを流れるエアは除湿ロータ２０を通過するようになっている。

除湿ロータ２０は、水分を吸着する吸着材（不図示）を内包しており、この吸着材によって、エアから水分を吸着除去できるようになっている。また、除湿ロータ２０は、回転自在に支持されるとともに回転駆動装置（不図示）に接続されており、所定の速度で回転することによって吸着材が再生ゾーンＸ、冷却ゾーンＹ、除湿ゾーンＺの順に通過するようになっている。

再生ゾーンＸの内部には、再生側送風機２２と再生用加熱ヒータ２４が設けられる。再生側送風機２２は、除湿ロータ２０の右側に配置されており、この再生側送風機２２を駆動することによって再生ゾーンＸ内の空気が左端部から右端部に流れる。再生用加熱ヒータ２４は、除湿ロータ２０の左側に配置されており、この再生用加熱ヒータ２４によってエアが加熱され、加熱された空気が除湿ロータ２０に通気される。これにより、除湿ロータ２０の除湿材を加熱することができ、除湿材に吸着保持されている水分を蒸発させることができ、除湿材を再生させることができる。なお、再生ゾーンＸの右端部には、排気ダクト２６が接続されており、この排気ダクト２６を介して再生処理後の空気が排気される。また、排気ダクト２６は途中で分岐され、再生ゾーンＸの左端部に接続されており、再生処理後の高温空気の一部が再生ゾーンＸの左端部に戻される。これにより、再生用加熱ヒータ２４での消費熱量を低減させることができる。

冷却ゾーンＹと除湿ゾーンＺの連通部分（すなわち右端部）には還気ダクト２８が接続され、この還気ダクト２８の先端が被空調室（不図示）に接続されている。また、連通部分には処理側送風機３０が設けられており、この処理側送風機３０を駆動することによって、還気ダクト２８から処理用空気が吸引され、冷却ゾーンＹと除湿ゾーンＺにその空気が図１中、左向きに送気される。

冷却ゾーンＹに送られた空気は、除湿ロータ２０を通過して再生ゾーンＸに送られる。その際、被空調室からの低温エアが除湿ロータ２０を通過するので、除湿ロータ２０の吸着材を冷却ゾーンＹで冷却することができる。よって、除湿ロータ２０の吸着材は、冷却ゾーンＹで冷却され、除湿ゾーンＺに送られる。

一方、除湿ゾーンＺに送られた処理用空気は、除湿ロータ２０を通過することによって、空気中の水分が除湿ロータ２０の吸着材によって吸着除去される。除湿ゾーンＺの左端部には送気ダクト３２が接続され、この送気ダクト３２の先端が圧縮機１４の吸引口に接続される。圧縮機１４は、空気を圧縮して送気する装置であり、その吐出口には給気ダクト３４が接続され、この給気ダクト３４の先端が被空調室（不図示）に接続される。したがって、圧縮機１４を駆動することによって、乾式除湿機１２で除湿された処理用空気が圧縮され、被空調室に給気される。

圧縮機１４は、ケーシング３６の内部に設けられ、このケーシング３６によって外部と遮断されている。ケーシング３６には、送気ダクト３２から分岐されたパージダクト３８と、逆流防止弁４０が配設されたパージダクト４２が接続されている。したがって、ケーシング３６の内部には、乾式除湿機１２で除湿された処理用空気が供給され、この処理用空気がケーシング３６の内部に充満された状態に維持される。

次に上記の如く構成された低露点圧縮空気製造装置１０の作用について説明する。

本実施の形態の低露点圧縮空気製造装置１０では、処理用空気がまず、乾式除湿機１２によって除湿され、その除湿された処理用空気が圧縮機１４に送気されて圧縮される。したがって、消費エネルギーの大きい圧縮機１４では、除湿後の処理用空気（すなわち、給気分の処理用空気）のみを圧縮すればよい。これにより、低露点圧縮空気製造装置１０全体の消費エネルギーを削減することができる。

また、本実施の形態では、乾式除湿機１２で除湿された空気をケーシング３６の内部に充満させており、圧縮機１４はその内部に配置されている。圧縮機１４は、駆動時にその外部から空気を吸い込むおそれがあるが、本実施形態では、圧縮機１４が除湿された処理用空気を吸い込むので、圧縮機１４の内部で露点温度が変化するおそれがない。よって、本実施の形態によれば、外気の混合による露点変動を防止することができ、安定した露点温度の低露点圧縮空気を給気することができる。

図２は、第２の実施形態の低露点圧縮空気製造装置５０の構成を模式的に示している。同図に示す低露点圧縮空気製造装置５０は、図１に示した低露点圧縮空気製造装置１０と比較して、露点センサ５２、流量可変バルブ５４、流量コントローラ５６が設けられた点で異なっている。露点センサ５２は、圧縮機１４のケーシング３６内に設けられており、この露点センサ５２によってケーシング３６内の露点温度が測定される。流量可変バルブ５４は、パージダクト４２に配設されており、この流量可変バルブ５４によってパージダクト４２を流れる空気の流量が調節される。露点センサ５２及び流量可変バルブ５４は、流量コントローラ５６に接続されており、露点センサ５２の測定値に基づいて流量可変バルブ５４の開度が調節される。具体的には、露点温度が所定値以上になるように、パージ流量が制御される。これにより、ケーシング３６の内部を所望の環境を維持することができるとともに、その維持に必要な流量を最少に抑制することができる。

図３は、第３の実施形態の低露点圧縮空気製造装置６０の構成を模式的に示している。同図に示す低露点圧縮空気製造装置６０は、図２に示した低露点圧縮空気製造装置５０と比較して、バイパスダクト６２、流量可変バルブ６４、給気露点センサ６６、流量コントローラ６８が設けられている点で異なっている。バイパスダクト６２は、乾式除湿機１２の除湿ゾーンＺの左端側と右端側とを接続するように設けられており、このバイパスダクト６２を介して被空調室の処理用空気を圧縮機１４に直接送気できるようになっている。流量可変バルブ６４はバイパスダクト６２に配設されており、この流量可変バルブ６４によってバイパスダクト６２を流れる処理用空気の流量が調節される。給気露点センサ６６は、給気ダクト３４に配設されており、この給気露点センサ６６によって、給気される処理用空気の露点温度が測定される。給気露点センサ６６及び流量可変バルブ６４は、流量コントローラ６８に接続されており、給気露点センサ６６の測定値に基づいて流量可変バルブ６６の開度が制御される。具体的には、給気される空気の露点温度が所定値になるように、バイパスダクト６２を流れる処理用空気の流量が制御される。

上記の如く構成された第３の実施形態によれば、給気される処理用空気の露点温度を補償することができるので、所望の露点温度の処理用空気を安定して給気することができる。

図４は、第４の実施形態の低露点圧縮空気製造装置７０の構成を模式的に示している。同図に示す低露点圧縮空気製造装置７０は、図３に示した低露点圧縮空気製造装置６０と比較して、非再生式不純物除去フィルタ７２が設けられている点で異なっている。非再生式不純物フィルタ７２は、粒子状活性炭やアルミナシリケートなどの水・有機物吸着材を封入した吸着筒、または、前記吸着材を含有する繊維をフィルタ状に成形した吸着除去フィルタなどであり、給気ダクト３４に設けられている。この非再生式不純物除去フィルタ７２によって、圧縮機１４で発生する微量のガス状汚染物質を吸着除去することができ、高清浄な低露点圧縮空気を給気することができる。

なお、上述した第１〜第４の実施形態では、乾式除湿機１２によってエア中の水分を除去する例で説明したが、乾式除湿機１２によってエア中の分子状汚染物質を水分とともに除去することもできる。したがって、本発明は、低有機物空気を給気することができ、デバイス製造などのプロセス供給に対して有効である。

また、上述した第２〜４の実施形態では、露点温度を低く維持するために露点センサ５２を設けたが、露点センサ５２の代わりに有機物濃度検出機構やその他の分子上汚染物質検出機構を設け、同様の制御を行うようにしてもよい。これにより給気される空気に含まれる有機物やその他の汚染物質を低い濃度に維持することができる。

また、上述した第１〜４において、圧縮機１４の後段にアフタークーラーを設置し、圧縮後の空気を冷却することによって温度調節するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態の低露点圧縮空気製造装置を示す構成図 本発明の第２の実施形態の低露点圧縮空気製造装置を示す構成図 本発明の第３の実施形態の低露点圧縮空気製造装置を示す構成図 本発明の第４の実施形態の低露点圧縮空気製造装置を示す構成図 ＰＳＡ方式による従来の低露点圧縮空気製造装置を示す構成図

符号の説明

１０…低露点圧縮空気製造装置、１２…乾式除湿機、１４…圧縮機、１６…本体、２０…除湿ロータ、２２…再生側ファン、２４…再生用加熱ヒータ、３０…処理側ファン、３６…ケーシング

Claims (5)

1. 圧縮された低露点の空気を製造する低露点圧縮空気製造装置において、
   処理用空気を除湿ロータに送気することによって大気圧下で除湿するとともに、加熱された再生用空気を前記除湿ロータに送気することによって前記除湿ロータを再生させる乾式除湿装置と、
   前記乾式除湿装置の後段に設けられ、該乾式除湿装置で除湿された処理用空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機を囲むケーシングと、
   前記乾式除湿装置で除湿された処理用空気を前記ケーシングの内部に送気して充満させる配管と、
   を備えたことを特徴とする低露点圧縮空気製造装置。
2. 前記ケーシングの内部の露点温度を検出するセンサと、
   前記ケーシングの内部から排気される前記処理用空気の流量を調節する流量可変バルブと、
   前記センサの測定結果に基づいて前記流量可変バルブを制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低露点圧縮空気製造装置。
3. 前記乾式除湿装置における前記処理用空気の入口部と出口部とを接続するバイパス管と、
   前記バイパス管に設けられたバイパス流量可変バルブと、
   前記圧縮機から吐出された処理用空気の露点温度を測定する給気側露点温度センサと、
   前記給気側露点温度センサの測定値に基づいて前記バイパス流量可変バルブを制御するバイパス流量制御装置と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の低露点圧縮空気製造装置。
4. 前記圧縮機から吐出される処理用空気を非再生式不純物除去フィルタに通気させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の低露点圧縮空気製造装置。
5. 前記ケーシングの内部から前記処理用空気を排気する配管に逆流防止弁が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の低露点圧縮空気製造装置。

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