JP2009268958A - 乾燥空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低露点の乾燥空気を安定して得ることができるとともに、装置を小型化し、かつ簡素な構成にすることができる乾燥空気供給装置を提供する。
【解決手段】乾燥空気供給装置１１は、空気圧源１２から多湿空気が供給される予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５、及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６を直列に接続して備える。また、乾燥空気供給装置１１は、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の下流側に該本除湿用高分子膜式ドライヤ１６からの乾燥空気を減圧する第１の減圧弁２３及び第２の減圧弁２４を備える。さらに、乾燥空気供給装置１１は、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から得られる乾燥空気を全ての高分子膜式ドライヤ１５，１６へ直接個別に供給して多孔質中空糸膜を再生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水分を含んだ多湿空気の水分を除去して乾燥空気を得るための乾燥空気供給装置に関する。

例えば、樹脂の製造工場では、乾燥空気を用いて樹脂の乾燥工程が行われている。乾燥空気は多湿空気を除湿して得られるが、この乾燥空気を供給する装置として、例えば、特許文献１の半導体製造システムに開示の乾燥除湿器が挙げられる。この乾燥除湿器は、水分を含んだ多湿空気の水分を除去して低露点の乾燥空気を生成するものであり、除湿ロータ、駆動用モータ、処理ファン、再生ファン、フィルタ、及び加熱器を備える。

除湿ロータは、所定の材質を表面主成分とする多孔性のハニカム構造に吸湿剤を固着させた円柱形状をなし、駆動用モータの駆動によって所定の回転速度で回転する。また、除湿ロータは、吸湿ゾーン及び再生ゾーンを有する。そして、除湿ロータを駆動用モータによって回転させながら除湿ゾーンと再生ゾーンとを適宜切り替え、除湿ゾーンに多湿空気を通過させてクリーンな乾燥空気を得るとともに再生ゾーンに廃熱空気を通過させて吸湿材を再生させることにより、吸湿材を取り替えることなく半永久的に使用することができるようになっている。
特開２０００−２９６３０９号公報

ところが、特許文献１に開示の乾燥除湿器は、除湿ゾーンと再生ゾーンに切り換えるために、除湿ロータを回転させる必要があり、その回転のための駆動用モータを必要とする。さらに、除湿させた乾燥空気を送り出すための処理ファンを必要とするとともに、排気用空気を排出するための再生ファンを必要とする。よって、乾燥除湿器は装置全体として大型であり、また、駆動用モータ、各ファンといった可動部を複数必要とするため、故障が発生しやすいという問題があった。加えて、除湿ロータを回転させて再生ゾーンに廃熱空気を通過させて吸湿材を再生させている。このため、吸湿材の再生のために除湿ロータを回転させる駆動用モータを必要とし、吸湿材の再生のために乾燥除湿器が大型化してしまうという問題があった。さらに、乾燥除湿器においては、多湿空気を除湿ロータを通過させるだけで乾燥空気を得るため、多湿空気の供給側（一次側）の負荷変動（圧力変動や流量変動）により、得られる乾燥空気（二次側）の露点が変動しやすいという問題があった。

本発明は、低露点の乾燥空気を安定して得ることができるとともに、装置を小型化し、かつ簡素な構成にすることができる乾燥空気供給装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、水分を含んだ多湿空気の水分を除去して乾燥空気を得るための乾燥空気供給装置であって、前記多湿空気の供給源から多湿空気が供給される予備除湿用の高分子膜式ドライヤ、及び本除湿用の高分子膜式ドライヤを直列に接続して備えるとともに、前記本除湿用の高分子膜式ドライヤの下流側に該本除湿用の高分子膜式ドライヤからの乾燥空気を減圧する減圧弁を備え、さらに、最下流に位置する前記高分子膜式ドライヤから得られる乾燥空気を全ての高分子膜式ドライヤへ直接個別に供給して高分子膜を再生させるようにしたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の乾燥空気供給装置において、前記乾燥空気を加熱するヒータを、前記減圧弁の下流側に備えることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の乾燥空気供給装置において、前記乾燥空気供給装置をクリーンルーム内に設置し、各高分子膜式ドライヤそれぞれに排気管を接続するとともに全ての排気管を集中させた集中排気管を前記クリーンルーム外へ引き出して集中排気することを要旨とする。

本発明によれば、低露点の乾燥空気を安定して得ることができるとともに、装置を小型化し、かつ簡素な構成にすることができる。

以下、本発明を具体化した乾燥空気供給装置の一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
本実施形態の乾燥空気供給装置は樹脂の製造工場に設置され、乾燥空気を用いて樹脂の乾燥工程を行うため、水分を含んだ多湿空気の水分を除去して乾燥空気を得るためのものである。図１に示すように、乾燥空気供給装置１１は、クリーンルームＣＲ（図１の２点鎖線に示す）内に設置されている。乾燥空気供給装置１１には、製造工場に設けられた空気圧源１２から水分を含んだ高圧の多湿空気が供給されるようになっている。よって、空気圧源１２が乾燥空気供給装置１１の多湿空気の供給源となっている。

この空気圧源１２からの乾燥空気の供給方向下流側（以下、単に下流側とする）には、管路３１を介してエアフィルタ１３が接続されるとともに、このエアフィルタ１３には第１排出管２７が接続されている。第１排出管２７には逆止弁２７ａが設けられている。エアフィルタ１３の下流側には、管路３２を介してオイルミストフィルタ１４が接続されている。このオイルミストフィルタ１４には第２排出管２８が接続されている。第２排出管２８には逆止弁２８ａが設けられている。第１排出管２７と第２排出管２８は、集中排出管２９に接続されるとともに、集中排出管２９はクリーンルームＣＲ外へ引き出されている。

また、オイルミストフィルタ１４の下流側には、管路３３を介して予備除湿用の高分子膜式ドライヤとしての予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５が接続されるとともに、この予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の下流側には管路３４を介して本除湿用の高分子膜式ドライヤとしての本除湿用高分子膜式ドライヤ１６が接続されている。予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５と本除湿用高分子膜式ドライヤ１６は、管路３４を介して直列に接続されている。

ここで、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６について詳細に説明する。なお、両高分子膜式ドライヤ１５，１６は構成が同じであるため、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５を具体例として挙げて詳細に説明し、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の詳細な説明は省略する。

図２（ａ）に示すように、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５における円筒状のハウジングＨ内には遮蔽円筒１８が収容されるとともに、ハウジングＨの内周面と遮蔽円筒１８の外周面との間に形成される円環状の収容空間１９には、ポリイミド製等の高分子浸透膜からなる多数本の多孔質中空糸膜１７が円環状に束ねられて収容されている。また、収容空間１９内は、多孔質中空糸膜１７内の高圧領域と多孔質中空糸膜１７外の低圧領域とに隔てられている。

ハウジングＨの長さ方向の一端（図２（ａ）では上端）には、収容空間１９に連通する流入口１５ａが形成されるとともに、ハウジングＨの径方向において流入口１５ａと対向する位置には流出口１５ｂが形成されている。そして、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の流入口１５ａには管路３３を介してオイルミストフィルタ１４が接続され、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５内に多湿空気が流入されるようになっている。また、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の流出口１５ｂには管路３４を介して本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の流入口が接続され、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５から流出した除湿空気が本除湿用高分子膜式ドライヤ１６内に流入するようになっている。なお、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の流出口には管路３５を介して第１の減圧弁２３が接続され、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６内で除湿された乾燥空気が第１の減圧弁２３へ流出するようになっている。

また、ハウジングＨの長さ方向における中央部には、多湿空気を除湿した除湿空気の一部を予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５外へ排出する排気口１５ｄが形成されている。そして、図１に示すように、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の排気口１５ｄには第１排気管２０の一端が接続されている。なお、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の排出口には第２排気管２１の一端が接続されている。さらに、第１排気管２０と第２排気管２１の他端それぞれは、集中排気管２２の一端に接続されるとともに、集中排気管２２の他端はクリーンルームＣＲ外へ引き出されている。

図２（ａ）に示すように、ハウジングＨ内において、遮蔽円筒１８の一端（図２（ａ）では上端）は流出口１５ｂに連通するとともに、遮蔽円筒１８の他端（図２（ａ）では下端）は、収容空間１９に連通している。また、遮蔽円筒１８にはパージオリフィス１８ａが形成されている。ハウジングＨの端部（下端部）には、ハウジングＨ内外を連通させるとともに、多孔質中空糸膜１７を再生させるための乾燥空気（パージエア）を導入する導入口Ｈａが形成されている。

図１に示すように、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の流出口に接続された管路３５には、パージ用管路３６が接続されるとともに、パージ用管路３６には第１分岐管路３７及び第２分岐管路３８が接続されている。第１分岐管路３７は予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の導入口Ｈａに接続されるとともに、第２分岐管路３８は本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の導入口に接続されている。そして、複数（２つ）の高分子膜式ドライヤ１５，１６が直列に接続された状態において、２つの高分子膜式ドライヤ１５，１６のうちの最下流に位置する本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から得られる乾燥空気が、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６へ直接個別に供給（導入）されるようになっている。

第１の減圧弁２３の下流側には、管路３９を介して第２の減圧弁２４が接続されている。第１の減圧弁２３と第２の減圧弁２４とは管路３９を介して直列に接続されている。第２の減圧弁２４の下流側には、管路４０を介してヒータ２５が接続されている。ヒータ２５の下流側には管路４１を介して消音フィルタ２６が接続されている。そして、空気圧源１２に対し、エアフィルタ１３、オイルミストフィルタ１４、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６、第１の減圧弁２３、第２の減圧弁２４、ヒータ２５、及び消音フィルタ２６が管路３１〜３５，３９〜４１によって直列に接続されて乾燥空気供給装置１１が構成されている。

なお、エアフィルタ１３、オイルミストフィルタ１４、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６、第１の減圧弁２３、第２の減圧弁２４、ヒータ２５、及び消音フィルタ２６と各管路３１〜３５，３９〜４１との接続それぞれは、図２（ｂ）に示すように、雄ねじＮと雌ねじＭの螺合等によって行われる。例えば、エアフィルタ１３と管路３２との螺合部において、管路３２の雄ねじＮの外周面には、シールテープＴが巻回されている。そして、管路３２の雄ねじＮと、エアフィルタ１３の雌ねじＭが螺合された状態において、雌ねじＭの端面と雄ねじＮの外周面とにはシール剤Ｓが塗布されている。

さて、上記構成の乾燥空気供給装置１１によれば、空気圧源１２から供給された多湿空気は、エアフィルタ１３を通過する際に塵芥等が除去される。次に、オイルミストフィルタ１４を多湿空気が通過する際に、オイルミストフィルタ１４により多湿空気に含まれるオイルが除去される。次に、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５内における多孔質中空糸膜１７の高圧領域に高圧の多湿空気が供給されると、図２（ａ）に示すように、多湿空気が収容空間１９内における多孔質中空糸膜１７内を通過する間に高分子浸透膜の浸透分離作用を受ける。すると、多孔質中空糸膜１７内を膜面に沿って通過する多湿空気内の水分は浸透分離作用により多孔質中空糸膜１７内から低圧領域内へ浸透分離される。

そして、多孔質中空糸膜１７を通った多湿空気は除湿された除湿空気となり、この除湿空気の大部分は、収容空間１９内から遮蔽円筒１８内を通過して流出口１５ｂから管路３４へ流出する。また、除湿空気の一部は、遮蔽円筒１８のパージオリフィス１８ａを通過して低圧領域へ排出され、第１排気管２０から集中排気管２２へ排出される。続けて、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の流出口１５ｂから流出した除湿空気は、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６内に流入し、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の多孔質中空糸膜の高圧領域に供給される。すると、除湿空気が多孔質中空糸膜内を通過する間に高分子浸透膜の浸透分離作用を受けるとともに、多孔質中空糸膜内を膜面に沿って通過する除湿空気内の水分は浸透分離作用により多孔質中空糸膜内から低圧領域内へ浸透分離される。

そして、多孔質中空糸膜を通った多湿空気は、除湿された乾燥空気となり、低露点（例えば、マイナス９０°Ｃ以下の超低露点）となっている。この乾燥空気の大部分は遮蔽円筒内を通過して流出口から第１の減圧弁２３へ流出するとともに、一部が遮蔽円筒からパージオリフィスを通過して低圧領域へ排出され、第２排気管２１から集中排気管２２へ排出される。そして、第１排気管２０と第２排気管２１に排出された空気は、集中排気管２２に纏められ、集中排気管２２からクリーンルームＣＲ外へ排出される。

本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から流出した乾燥空気は、第１の減圧弁２３及び第２の減圧弁２４を連続して通過することにより、徐々に減圧され、乾燥空気による空気音が消音される。さらに、乾燥空気がヒータ２５を通過する際に、ヒータ２５によって乾燥空気が所定の温度にまで加熱される。なお、ヒータ２５によって加熱される乾燥空気の温度（所定の温度）とは、樹脂の乾燥工程に用いられるのに適した温度であり、乾燥対象に応じて適宜変更される。その後、消音フィルタ２６により乾燥空気による空気音が消音される。そして、消音フィルタ２６を通過した乾燥空気が、樹脂の乾燥工程で用いられる。

両高分子膜式ドライヤ１５，１６の多孔質中空糸膜１７の再生は、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から流出した低露点の乾燥空気によって行われる。まず、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６によって除湿された低露点の乾燥空気が、パージ用管路３６から第１及び第２分岐管路３７，３８及び導入口Ｈａを通過して遮蔽円筒１８内に導入される。すると、乾燥空気がパージオリフィス１８ａを通過して多孔質中空糸膜１７内に供給され、水分が浸透した多孔質中空糸膜１７から水分が除去されて多孔質中空糸膜１７が再生される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）乾燥空気供給装置１１は予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５と本除湿用高分子膜式ドライヤ１６を直列に接続して備えている。そして、空気圧源１２から供給された多湿空気は、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５によって予備除湿された後、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６によって再度除湿される。このため、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５により空気圧源１２等に依存した多湿空気の圧力変動や流量変動、外気温等に依存した温度変動等の負荷変動を吸収して、一定の状態の除湿空気を本除湿用高分子膜式ドライヤ１６に供給することができる。そして、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６により除湿空気を除湿することで、より一層除湿することができるとともに、負荷変動に左右されない安定した低露点の乾燥空気を得ることができる。その結果として、低露点の乾燥空気が安定供給されるため、樹脂の乾燥速度を上げることができる。

（２）乾燥空気供給装置１１によれば、空気圧源１２より高圧の多湿空気を乾燥空気供給装置１１に送り込み、多湿空気を予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６を通過させるだけで乾燥空気を得ることができる。よって、背景技術のように、吸湿材を備えた除湿ロータを回転させるための駆動用モータ、除湿させた乾燥空気を送り出すための処理ファン、排気用空気を排出するための再生ファン、多湿空気を送り出すポンプ等の可動部を一切必要としない。このため、乾燥空気供給装置１１を小型化し、かつ簡素な構成にすることができるとともに可動部を減らして故障の発生頻度を減らすことができ、さらに、可動部を可動させるための電力も必要としないため消費電力量を抑えることができる。

（３）上述した実施形態の効果（２）のように、乾燥空気供給装置１１を小型化することができるため、乾燥空気供給装置１１をクリーンルームＣＲ内に設置することが可能となる。よって、例えば、乾燥空気供給装置を地下に埋設する場合に比して、乾燥空気供給装置１１のクリーンルームＣＲ内への設置を容易とし、さらに、地下からクリーンルームＣＲ内へ乾燥空気を供給するための配管等を必要としないため、乾燥空気供給装置１１の構成を簡素にすることができる。

（４）本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から流出した乾燥空気は、パージ用管路３６から第１分岐管路３７及び第２分岐管路３８を介して予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６内に導入（供給）される。そして、各高分子膜式ドライヤ１５，１６内では、乾燥空気によって多孔質中空糸膜１７が再生される。本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から流出する乾燥空気は、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５から流出する除湿空気より低露点であるため、多孔質中空糸膜１７を効率良く再生することができる。よって、乾燥空気供給装置１１は、背景技術のように多湿空気を除湿するための材料（吸湿材）の再生のために可動部（除湿ロータ回転用の駆動用モータ）を必要とせず、乾燥空気供給装置１１を小型化することができる。

（５）本除湿用高分子膜式ドライヤ１６より流出した乾燥空気は、第１の減圧弁２３及び第２の減圧弁２４を通過することによって段階をおって減圧される。このため、乾燥空気を樹脂の乾燥工程で用いる際に乾燥空気供給装置１１から排出される際の音量を低減させることができる。さらに、第２の減圧弁２４で減圧された乾燥空気は、消音フィルタ２６を通過するため、乾燥空気の騒音を確実に抑えることができる。

（６）本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から流出した乾燥空気は、ヒータ２５によって加熱することができる。よって、樹脂の乾燥工程の際、乾燥に適した温度にまで加熱された乾燥空気を樹脂に向けて供給することができ、樹脂の乾燥工程の作業効率を向上させることができる。

（７）エアフィルタ１３、オイルミストフィルタ１４、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６、第１の減圧弁２３、第２の減圧弁２４、ヒータ２５、及び消音フィルタ２６と各管路３１，３２，３３，３４，３５，３９，４０，４１との接続はそれぞれ雄ねじＮと雌ねじＭの螺合によって行われる。そして、雄ねじＮにはシールテープＴが巻回されるとともに、雄ねじＮと雌ねじＭの螺合部にはシール剤Ｓが塗布されている。このため、シールテープＴとシール剤Ｓによって、雄ねじＮと雌ねじＭの螺合部からの空気漏れを無くすことができる。

（８）予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５から排出される除湿空気の一部は第１排気管２０を介して集中排気管２２からクリーンルームＣＲ外へ排出され、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６から排出される乾燥空気の一部は第２排気管２１を介して集中排気管２２からクリーンルームＣＲ外へ排出される。したがって、各高分子膜式ドライヤ１５，１６からの排気がクリーンルームＣＲ内に排出されることを無くしてクリーンルームＣＲを清浄な状態に維持することができる。

（９）第１排気管２０と第２排気管２１とを集中排気管２２に接続し、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６からの排気を纏めて行うようにした。よって、第１排気管２０及び第２排気管２１それぞれをクリーンルームＣＲ外まで延長する場合に比して、配管使用量を抑えて乾燥空気供給装置１１の製作コストを抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１排気管２０及び第２排気管２１それぞれをクリーンルームＣＲ外へ引き出してもよく、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５及び本除湿用高分子膜式ドライヤ１６からの排気を集中排気管２２に纏めなくてもよい。

○ ヒータ２５は無くてもよい。
○ 高分子膜式ドライヤは、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の下流側にさらに設けてもよい。又は、高分子膜式ドライヤは、予備除湿用高分子膜式ドライヤ１５の下流側にさらに設けてもよい。

○ 第２の減圧弁２４の下流側に、さらに減圧弁を設けてもよい。又は、本除湿用高分子膜式ドライヤ１６の下流側に設けられる減圧弁の数を一つだけとしてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（１）前記減圧弁は複数設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の乾燥空気供給装置。
（２）前記ヒータより下流側に消音フィルタを設けた請求項２に記載の乾燥空気供給装置。

実施形態の乾燥空気供給装置を示す図。 （ａ）は予備除湿用高分子膜式ドライヤを模式的に示す図、（ｂ）は雄ねじと雌ねじの螺合部を示す断面図。

符号の説明

ＣＲ…クリーンルーム、１１…乾燥空気供給装置、１２…供給源としての空気圧源、１５…予備除湿用の高分子膜式ドライヤとしての予備除湿用高分子膜式ドライヤ、１６…本除湿用の高分子膜式ドライヤとしての本除湿用高分子膜式ドライヤ、２０…第１排気管、２１…第２排気管、２２…集中排気管、２３…第１の減圧弁、２４…第２の減圧弁、２５…ヒータ。

Claims (3)

1. 水分を含んだ多湿空気の水分を除去して乾燥空気を得るための乾燥空気供給装置であって、
   前記多湿空気の供給源から多湿空気が供給される予備除湿用の高分子膜式ドライヤ、及び本除湿用の高分子膜式ドライヤを直列に接続して備えるとともに、前記本除湿用の高分子膜式ドライヤの下流側に該本除湿用の高分子膜式ドライヤからの乾燥空気を減圧する減圧弁を備え、
   さらに、最下流に位置する前記高分子膜式ドライヤから得られる乾燥空気を全ての高分子膜式ドライヤへ直接個別に供給して高分子膜を再生させるようにした乾燥空気供給装置。
2. 前記乾燥空気を加熱するヒータを、前記減圧弁の下流側に備える請求項１に記載の乾燥空気供給装置。
3. 前記乾燥空気供給装置をクリーンルーム内に設置し、各高分子膜式ドライヤそれぞれに排気管を接続するとともに全ての排気管を集中させた集中排気管を前記クリーンルーム外へ引き出して集中排気する請求項１又は請求項２に記載の乾燥空気供給装置。

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