JP2012011343A - Apparatus for generating low dew point air - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低露点空気発生装置に関する。 The present invention relates to a low dew point air generator.
−30〜−80℃程度の低露点の空気や−80〜−120℃程度の超低露点の空気が、リチウムイオン電池製造、有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイ及び有機薄膜型太陽電池製造、並びにVLSIの製造等において使用されている。 Low dew point air of about −30 to −80 ° C. and ultra low dew point air of about −80 to −120 ° C. are used for lithium ion battery manufacturing, organic EL display, liquid crystal display and organic thin film solar cell manufacturing, and VLSI. Used in manufacturing.
低露点空気の製造装置・供給方式としては深冷分離・調合方式、PSA(圧力スイング吸着)装置及び吸着ロータ式装置が知られている。一方、超低露点空気の製造装置としては、これらの各装置のうち、製造コストの観点から吸着ロータ式装置が好適に用いられている。 As a low dew point air production apparatus / supply system, a cryogenic separation / mixing system, a PSA (pressure swing adsorption) apparatus, and an adsorption rotor type apparatus are known. On the other hand, as a manufacturing apparatus for ultra-low dew point air, an adsorption rotor type apparatus is preferably used from the viewpoint of manufacturing cost among these apparatuses.
深冷分離・調合方式は、例えば、大気を除塵した後、3.5〜5.1MPaに圧縮して、断熱膨張操作によって−191℃まで深冷して液体空気を得、これを精分留して液体窒素と液体酸素にした後、さらに、それぞれを気化させてから、窒素ガス対酸素ガスの体積比で約4対1の割合に調合して、15.2MPa(G)に再圧縮して高圧容器に充填して、超低露点で且つクリーンな擬似空気を得る方式である。
しかしながら、深冷分離・調合方式は、高価な高圧ガス製造設備を必要とするとともに二度に亘る圧縮仕事に多大なエネルギを必要とする。このため、深冷分離・調合方式は、空気の消費量が例えば5L/min未満程度の少量で済む、例えば、半導体分野においてはマスク製作工程や露光工程の製造装置等の極めて限定された場所で使用される。
The cryogenic separation / mixing method is, for example, removing dust from the atmosphere, then compressing to 3.5 to 5.1 MPa, and deeply cooling to -191 ° C by adiabatic expansion operation to obtain liquid air, which is fractionally distilled After liquid nitrogen and liquid oxygen are vaporized, they are mixed in a volume ratio of nitrogen gas to oxygen gas of about 4 to 1 and recompressed to 15.2 MPa (G). In this method, a high pressure vessel is filled to obtain clean pseudo air with an ultra-low dew point.
However, the cryogenic separation / mixing method requires expensive high-pressure gas production equipment and requires a large amount of energy for the compression work twice. For this reason, the cryogenic separation / mixing method requires only a small amount of air consumption, for example, less than about 5 L / min. For example, in the semiconductor field, in a very limited place such as a mask manufacturing process or an exposure process manufacturing apparatus. used.
PSA装置は、吸着剤を収容した吸着容器内に処理空気を通す処理工程と、再生空気を通す再生工程とを交互に行い、圧力スイング吸着により低露点空気を得る装置である。この場合、実際には処理空気は前処理である圧縮除湿及び冷却除湿を行った後にPSA装置に流入させている。
しかしながら、PSA装置は、耐圧性能を必要とする設備であるため、設備投資額が大きいのみならず法規制により処理空気量の大きい装置の設置場所は制約を受ける。又、大気圧下の空気を圧縮するため、エネルギ消費量が莫大である。また、空気の臨界圧力3.5MPa以下で操作されるPSA装置で製造された減湿空気は液化空気の状態を経由していないため、水分が液化空気を経由したものより多く残留すると想定され、超低露点の空気とならない。このため、PSA装置は、深冷分離・調合方式の場合と同様に、空気の消費が少量で済む、極めて限定された場所で使用される。
A PSA device is a device that obtains low dew point air by pressure swing adsorption by alternately performing a treatment step of passing treatment air through an adsorption vessel containing an adsorbent and a regeneration step of passing regeneration air. In this case, the processing air is actually allowed to flow into the PSA apparatus after performing compression dehumidification and cooling dehumidification as pretreatment.
However, since the PSA device is a facility that requires pressure resistance performance, the installation location of the device having a large amount of processing air is restricted by legal regulations as well as a large amount of capital investment. Moreover, since the air under atmospheric pressure is compressed, energy consumption is enormous. Moreover, since the dehumidified air produced by the PSA apparatus operated at a critical pressure of 3.5 MPa or less does not pass through the state of liquefied air, it is assumed that more moisture remains than that through liquefied air, The air does not have a very low dew point. For this reason, the PSA apparatus is used in a very limited place where the consumption of air is small as in the case of the cryogenic separation / mixing method.
ところで、低露点乃至超低露点空気の供給先が、ドライルーム、ドライブース、ドライクリーンルーム、ドライクリーンブース、ドライクリーンミニエンバイロメント及びリチウムイオン電池等の製造装置内の作業空間の場合、1〜100m3/min程度の空気が必要とされる。この規模になると、圧縮機を用いる深冷分離・調合方式、PSA装置は明らかに実用的でない。なお、低露点のクリーンルームの場合、通常、空気の露点温度が−10℃以下に維持され、空気中の水分は数ppm以下しか存在しない。 By the way, when the supply destination of the low dew point to the ultra low dew point air is a work space in a manufacturing apparatus such as a dry room, a drive source, a dry clean room, a dry clean booth, a dry clean mini-environment, and a lithium ion battery, 1 to 100 m. Air of about 3 / min is required. At this scale, the cryogenic separation / mixing system using a compressor and the PSA apparatus are clearly not practical. In the case of a clean room with a low dew point, the dew point temperature of air is normally maintained at −10 ° C. or lower, and the moisture in the air is only a few ppm or lower.
これに対して、吸着ロータ式装置は、低露点や超低露点の空気を発生することができる実用装置である。吸着ロータ式装置は、常圧下で空気を処理するため、深冷分離・調合方式やPSA(圧力スイング吸着)装置に比べて大量の空気を得ることができ、また、エネルギ消費量も比較的少なく、設備費用も安価である。
吸着ロータ式装置は、回転自在なロータ内に処理空気を通過させて、処理空気を減湿させる装置である。ロータは、吸着剤をハニカム状に形成したものが用いられる。
On the other hand, the adsorption rotor type device is a practical device capable of generating air having a low dew point or an ultra-low dew point. Since the adsorption rotor type device processes air under normal pressure, a large amount of air can be obtained and the energy consumption is relatively small compared to the cryogenic separation / mixing method and PSA (pressure swing adsorption) device. The equipment cost is also low.
The adsorption rotor type device is a device for dehumidifying the processing air by passing the processing air through a rotatable rotor. As the rotor, an adsorbent formed in a honeycomb shape is used.
例えば、連続的に減湿された空気が製造できるようにロータを3段設けた減湿装置が開示されている(特許文献1参照)。 For example, a dehumidifying device is disclosed in which three stages of rotors are provided so that continuously dehumidified air can be produced (see Patent Document 1).
この減湿装置において、各段ロータは減湿区域、再生区域、パージ区域に区分されており、各区域は、それぞれ、仕切り両端面チャンバを介して、減湿用通気路、再生用通気路及びパージ用通気路に接続される。各段ロータの上流側減湿用通気路には冷却器が配置され、又、必要に応じてパージ用通気路にも冷却器が配置される。再生用通気路には加熱器が配置される。各段ロータの前後に送風機(ファン)が減湿用通気路及び再生用通気路に計6基設置される。 In this dehumidifying device, each stage rotor is divided into a dehumidifying zone, a regeneration zone, and a purge zone, and each zone is provided with a dehumidifying air passage, a regenerating air passage and Connected to purge vent. A cooler is disposed in the upstream dehumidifying air passage of each stage rotor, and a cooler is also disposed in the purge air passage as necessary. A heater is disposed in the regeneration air passage. A total of six blowers (fans) are installed before and after each stage rotor in the dehumidification vent and the regeneration vent.
減湿用通気路、再生用通気路及びパージ用通気路の各通気路への空気の配分は、各通気路に設置された多数のダンパ式自動弁の開度によって調整される。減湿用空気の流れ方向と、再生用空気及びパージ用空気の流れ方向は向流となっている。したがって、減湿区域、再生区域及びパージ区域の各区域を通過する空気には各ロータの両端面と両端面チャンバの接続箇所において圧力差や流量差による他の区域からの混入が構造上避けられない。それゆえ、ロータの端面と両端面チャンバの圧力調整及び流量調整をダンパ式自動弁によって精緻に行うだけでなく、除湿用通気路とパージ用通気路の分岐点、パージ用通気路と再生用通気路の合流点を多くの箇所に設ける必要がある。 The distribution of air to each of the dehumidifying air passage, the regeneration air passage, and the purge air passage is adjusted by the opening degree of a large number of damper type automatic valves installed in each air passage. The flow direction of the dehumidifying air and the flow direction of the regeneration air and the purge air are countercurrent. Therefore, the air passing through each of the dehumidifying zone, the regeneration zone, and the purge zone is structurally avoided from being mixed from other zones due to a pressure difference or a flow rate difference at the connection point between the end faces of the rotor and the end face chambers. Absent. Therefore, not only the pressure adjustment and flow rate adjustment of the rotor end face and both end face chambers are precisely performed by the damper type automatic valve, but also the branch point of the dehumidification air passage and the purge air passage, the purge air passage and the regeneration air passage. It is necessary to provide the junction of the road at many places.
加えて、所定流量の所望低露点の空気を安定確実に発生させるには、多くのエネルギ損失を生じる。
まず、ダンパ式自動弁によって各通気路に送気する空気の圧力及び又は流量の調整を行うと、必然的に圧力損失を発生させることになり、それに見合うエネルギ損失は回避できない。
また、減湿区域、再生区域、パージ区域の各々断面積と断面形状が異なる各段ロータの両端面チャンバと接続する減湿用通気路、再生用通気路及びパージ用通気路は断面積拡大と断面積縮小が存在するため、発生する圧力損失に見合うエネルギ損失も避けられない。
また、各通気路と各区域に通気される空気の流量は、それぞれ相異しているだけでなく、大略、減湿区域<再生区域<パージ区域の順に増加しており、逆に区域の面積は、減湿区域>再生区域>パージ区域の順に減少しているため、各区域と各段ロータとその両端面チャンバの各通気路全体の損失は、減湿区域<再生区域<パージ区域の順に増大することになる。すなわち、減湿区域に比べて、再生区域及びパージ区域で大きな圧力損失を生じる。
In addition, a large amount of energy loss occurs in order to stably generate the desired low dew point air at a predetermined flow rate.
First, when the pressure and / or flow rate of the air sent to each ventilation path is adjusted by the damper type automatic valve, a pressure loss is inevitably generated, and an energy loss corresponding to the pressure loss cannot be avoided.
In addition, the dehumidification vent, regeneration vent, and purge vent connected to the chambers at both ends of the stage rotors having different cross-sectional shapes and cross-sectional shapes from the dehumidifying zone, the regeneration zone, and the purge zone are enlarged in cross-sectional area. Since there is a cross-sectional area reduction, energy loss commensurate with the generated pressure loss is unavoidable.
The flow rate of air vented to each air passage and each area is not only different, but generally increases in the order of dehumidification area <regeneration area <purge area, and conversely, the area of the area Is reduced in the order of dehumidification zone> regeneration zone> purge zone, so the loss of each vent of each zone, each stage rotor, and the chambers at both ends thereof is reduced in the order of dehumidification zone <regeneration zone <purge zone. Will increase. That is, a large pressure loss occurs in the regeneration zone and the purge zone as compared to the dehumidifying zone.
特許文献1の発明の詳細な説明欄の段落番号〔0033〕〜〔0037〕の記載内容を解析すると、2段目ロータの再生用通気路とパージ用通気路には変動を伴う大きな圧損が発生しており、特許文献1、図1に示されているように、処理ファン、再生ファンの設置は不可避である。さらに3段目ロータの再生用通気路、パージ用通気路にも圧損が発生している。つまり、ロータ式減湿装置のこれらの箇所で発生している圧力損失に伴うエネルギ損失を軽減した省エネを達成するシステム乃至装置の開発が第1の課題である。
さらに、上記した圧損が何故発生するか考究したところ、吸着ロータ式減湿装置を採用する限り回避できない課題であることを見出した。各段ロータは0.5〜15rphで回転しており、ロータ端面側の空気の通過域の割合(面積割合)のうち、減湿区域は吸着材への水分吸着時間、再生区域は吸着材からの水分の加熱脱離時間、パージ区域は、吸着材の冷却時間を表している。例えば、特許文献1の段落番号〔0034〕に記載されているように、2段目ロータ端面各区域の割合は中心角で表されており、減湿区域は270度、再生区域は60度、パージ区域は30度となっているから、2段目ロータが2rphで回転する場合は、吸着時間は22.5分、加熱脱離時間は5分、冷却時間は2.5分である。
When analyzing the contents of paragraph numbers [0033] to [0037] in the detailed explanation column of the invention of
Furthermore, when the reason why the above-described pressure loss occurs was examined, it was found that this problem cannot be avoided as long as the adsorption rotor type dehumidifier is employed. Each stage rotor is rotating at 0.5 to 15 rph. Of the ratio (area ratio) of the air passing area on the rotor end face side, the dehumidifying area is the moisture adsorption time on the adsorbent, and the regeneration area is from the adsorbent. The heat desorption time of water and the purge zone represent the cooling time of the adsorbent. For example, as described in Paragraph No. [0034] of
つまり、22.5分間で吸着材ロータに処理空気温度5℃に調整して流入させて所定の水分量を吸着させ、5分間で吸着材を再生温度120℃に加熱昇温した後、さらに吸着材から脱離するに必要な熱量、即ち脱離熱を与えて脱離再生させ、2.5分間で、加熱脱離のために加熱昇温した吸着材を処理温度5℃までに冷却するよう設定されている。 In other words, the processing air temperature is adjusted to 5 ° C. for 22.5 minutes to flow into the adsorbent rotor to adsorb a predetermined amount of water, and the adsorbent is heated to a regeneration temperature of 120 ° C. for 5 minutes and then further adsorbed. The amount of heat required for desorption from the material, that is, desorption regeneration is applied, and the adsorbent heated for heating desorption is cooled to a processing temperature of 5 ° C. for 2.5 minutes. Is set.
ところが、特許文献1の図1で示されるシステム構成では、22.5分間で吸着した水分を5分間で加熱脱離しようとすると、再生区域では減湿区域を通過させた空気流量以上の加熱空気流量を必要とする。同文献〔0033〕〜〔0035〕の説明内容から1段目、2段目、3段目のいずれのロータも再生区域には減湿区域を通過させた流量の1.4倍を用いている。この増量された上に加熱された空気流を減湿用通気路より小さい通過断面積の再生用通気路に送気するため、吸着ロータ式減湿装置においては、必然的に減湿用通気路よりも大きな圧力損失を発生させる。
However, in the system configuration shown in FIG. 1 of
一方、パージ用通気路では、同文献〔0034〕、〔0035〕の説明内容から2段目及び3段目のロータのパージ区域には減湿区域を通過させたのと同量を用いている。 しかし、このパージ空気を減湿用通気路の通過断面積より小さい通過断面積のパージ用通気路に送気するため、吸着ロータ式減湿装置においては、必然的に減湿用通気路よりも大きな圧力損失を発生させざるを得ないという再生用通気路も含めた課題である。 On the other hand, the purge air passage uses the same amount as that passed through the dehumidification zone in the purge zone of the second and third stage rotors from the contents described in the documents [0034] and [0035]. . However, since this purge air is sent to the purge air passage having a passage cross-sectional area smaller than the passage cross-sectional area of the dehumidifying air passage, the suction rotor type dehumidifier is inevitably more than the dehumidifying air passage. This is a problem including a regenerative air passage in which a large pressure loss must be generated.
また特許文献1及び後述する非特許文献1のいずれの技術においても温度は所定値に調整されているものの、第1段ロータに流入する処理空気中の水分量を所定の絶対湿度に調整しようとしても各通気路の圧力損失が変動しているから処理空気流量及び循環空気量を所定の一定流量に調整できていない。そのため、第1段ロータに流入する処理空気及び循環空気からなる混合空気の比エンタルピは安定確実に所定低露点を得るための所定値に設定できていない。つまり、ロータ式減湿装置は安定・確実に所定流量の低露点空気を製造する装置として適切であるとはいえないという課題がある。
Moreover, although the temperature is adjusted to a predetermined value in any of the techniques of
さらに、吸着ロータ式装置は、多数の操作変数を調節する必要がある。このため、定常状態になるまで長時間を要する。
すなわち、例えば3段吸着ロータ式減湿装置の場合、スタートアップして所望の超低露点の空気を得ようとすると、各段のロータは3区域に区分されているから、それら区域の通気量、圧力、温度、水分とロータ回転数から成る少なくとも20点の操作変数を調節する必要がある。そのため、スタートアップ直後の条件から定常条件に到達させて、安定して所望の超低露点の空気が得られるようになるまでの所要立ち上り時間は長時間を要すると想定される。
所要立ち上り時間として例えば約300時間を要するとの報告もある(非特許文献1参照)。この場合、供給先が必要とする時刻の約300時間以前に3段式減湿装置をスタートさせておく必要がある。また、この約300時間の間に発生する空気は所望露点に到達しない空気であるため、利用できずに放出することになる。
これにより、装置のスタートアップ時に大量のエネルギを浪費することになる。また、このように、装置が安定した状態になるまでに長時間を要するため、装置稼動中に、低露点空気の供給条件を供給先の要望に即応して修正することが困難となる。
Furthermore, the adsorption rotor type device has to adjust a number of operating variables. For this reason, it takes a long time to reach a steady state.
That is, for example, in the case of a three-stage adsorption rotor type dehumidifier, when starting up to obtain air with a desired ultra-low dew point, the rotor of each stage is divided into three areas. It is necessary to adjust at least 20 operating variables consisting of pressure, temperature, moisture and rotor speed. For this reason, it is assumed that the required rise time required to reach the steady condition from the condition immediately after the start-up and to stably obtain air having a desired ultra-low dew point takes a long time.
There is also a report that it takes about 300 hours as the required rise time (see Non-Patent Document 1). In this case, it is necessary to start the three-stage dehumidifier about 300 hours before the time required by the supply destination. In addition, since the air generated during about 300 hours is air that does not reach the desired dew point, it is discharged without being used.
This wastes a large amount of energy during device startup. Further, since it takes a long time for the apparatus to become stable in this way, it becomes difficult to correct the supply condition of the low dew point air in response to the request of the supply destination during operation of the apparatus.
解決しようとする問題点は、上記した各点であり、特に、従来の低露点空気発生装置は低露点空気を発生する際のエネルギ消費量が大きく、また、稼動後、所望低露点空気の供給が可能となるまでに長時間を必要とする点である。 The problems to be solved are the above-mentioned points, and in particular, the conventional low dew point air generator has a large energy consumption when generating the low dew point air. It takes a long time to become possible.
本発明に係る低露点空気発生装置は、処理空気中の水分を凝縮除去する水分凝縮ユニットと、水分を凝縮除去された空気を温度スイング吸着する温度スイング吸着ユニットと、温度スイング吸着後の空気の温度を調整して供給先に供給する低露点空気供給ユニットを備え、
該温度スイング吸着ユニットは、処理空気の流入流路を切り替え可能に設けられる水分吸着工程用及び水分脱着工程用の2系列の吸着剤部を有するとともに、水分吸着工程用に供する吸着剤部から流出する温度スイング吸着後の空気の一部を水分脱着工程用に供する吸着剤部に供給する再生用空気供給部を有することを特徴とする。
A low dew point air generator according to the present invention includes a moisture condensing unit that condenses and removes moisture in the processing air, a temperature swing adsorption unit that adsorbs the moisture that has been condensed and removed by temperature swing, and air after temperature swing adsorption. It has a low dew point air supply unit that adjusts the temperature and supplies it to the supply destination.
The temperature swing adsorption unit has two series of adsorbent parts for the moisture adsorption process and the moisture desorption process provided so that the inflow flow path of the processing air can be switched, and flows out from the adsorbent part used for the moisture adsorption process. A regenerative air supply unit is provided for supplying a part of the air after the temperature swing adsorption to the adsorbent unit used for the moisture desorption process.
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記水分凝縮ユニット、前記2系列の吸着剤部、前記再生用空気供給部及び前記低露点空気供給ユニットの間の流路を切り替える2つの4ポート自動切換えバルブを有することを特徴とする請求項1記載の低露点空気発生装置。
The low dew point air generator according to the present invention is preferably configured to switch a flow path between the moisture condensation unit, the two series of adsorbent parts, the regeneration air supply part, and the low dew point air supply unit. 2. The low dew point air generator according to
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記水分凝縮ユニットが、処理空気中の水分を凝縮除去する凝縮器と、環境の全圧を計測するセンサ(全圧センサ)と高分解能を保有する温度センサ乃至温湿度センサ、処理空気の圧力と流量を制御する回転数制御式送風機を有することを特徴とする。 In the low dew point air generator according to the present invention, preferably, the moisture condensing unit includes a condenser for condensing and removing moisture in the processing air, a sensor for measuring the total pressure of the environment (total pressure sensor), and a high It has a temperature sensor or temperature / humidity sensor having a resolution, and a rotation speed control type blower for controlling the pressure and flow rate of the processing air.
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記水分凝縮ユニットが、前記凝縮器の上流に設けられ、圧縮空気と加湿水を噴出する2流体ノズルをさらに有することを特徴とする。 In the low dew point air generator according to the present invention, preferably, the moisture condensing unit further includes a two-fluid nozzle that is provided upstream of the condenser and ejects compressed air and humidified water. .
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記低露点空気供給ユニットが、撥水性のものを用いて成る除塵フィルタと温度スイング吸着後の空気の温度を調整する加熱機構を有することを特徴とする。 In the low dew point air generator according to the present invention, preferably, the low dew point air supply unit has a dust removal filter using a water-repellent material and a heating mechanism for adjusting the temperature of air after temperature swing adsorption. It is characterized by that.
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記温度スイング吸着ユニットが、前記2系列の吸着剤部をそれぞれ直列に複数段有することを特徴とする。 Moreover, the low dew point air generator according to the present invention is preferably characterized in that the temperature swing adsorption unit has a plurality of stages of the two series of adsorbent parts in series.
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記温度スイング吸着ユニットの前記吸着剤部が、合成ゼオライト、天然ゼオライト、シリカゲル又はアルミナを主成分として含む吸着剤を装填したものであることを特徴とする。 In the low dew point air generator according to the present invention, preferably, the adsorbent part of the temperature swing adsorption unit is loaded with an adsorbent containing synthetic zeolite, natural zeolite, silica gel or alumina as a main component. It is characterized by that.
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記吸着剤部が、固体酸性物質及び又は疎水性ゼオライト及び又は活性炭を主成分として含む吸着剤をさらに装填したものであることを特徴とする。 In the low dew point air generator according to the present invention, preferably, the adsorbent portion is further loaded with an adsorbent containing a solid acidic substance and / or hydrophobic zeolite and / or activated carbon as a main component. And
また、本発明に係る低露点空気発生装置は、好ましくは、前記水分凝縮ユニットで処理される処理空気の状態量の情報に基づいて処理空気の水分凝縮除去後の温度を制御する温度制御機構を有することを特徴とする。 Further, the low dew point air generator according to the present invention preferably has a temperature control mechanism for controlling the temperature after moisture condensation removal of the processing air based on information on the state quantity of the processing air processed by the moisture condensation unit. It is characterized by having.
本発明に係る低露点空気発生装置により、常温大気圧下の空気から−30〜−120℃の低露点空気を発生させることができる。 The low dew point air generator according to the present invention can generate low dew point air of −30 to −120 ° C. from air at normal temperature and atmospheric pressure.
また本発明に係る低露点空気発生装置は、流路を切り替える2基の4ポート自動切換えバルブを用いたから、ダンパ式自動弁を設置する吸着ロータ式減湿装置において発生していたエネルギ損失を全く無用にできる。 Further, since the low dew point air generating apparatus according to the present invention uses two 4-port automatic switching valves for switching the flow path, the energy loss generated in the adsorption rotor type dehumidifying apparatus provided with the damper type automatic valve is completely eliminated. Can be useless.
さらに、本発明に係る低露点空気発生装置は、温度スイング吸着後の空気の一部を水分脱着工程用に供するからロータ式減湿装置の再生用通気路、パージ用通気路において発生していた大きなエネルギ損失を大幅に減少させることができる。 Furthermore, since the low dew point air generator according to the present invention uses a part of the air after temperature swing adsorption for the moisture desorption process, it has been generated in the regeneration air passage and the purge air passage of the rotor type dehumidifier. Large energy losses can be greatly reduced.
また、本発明に係る低露点空気発生装置の水分凝縮ユニットは、特に環境の全圧を計測するセンサと高分解能を保有する温度センサ乃至温度センサ及び回転数制御式送風機を備えており、温度スイング吸着ユニットに流入させる水分を凝縮除去した処理空気のエンタルピは所定の値に調整されているから、安定・確実に所定低露点空気を所定量発生させることができる。 The moisture condensing unit of the low dew point air generator according to the present invention includes a sensor for measuring the total pressure of the environment, a temperature sensor or a temperature sensor having a high resolution, and a rotation speed control type blower, and a temperature swing. Since the enthalpy of the processing air obtained by condensing and removing the water flowing into the adsorption unit is adjusted to a predetermined value, a predetermined amount of predetermined low dew point air can be generated stably and reliably.
加えて、水分凝縮ユニットの凝縮器の上流側に2流体ノズルを設けたから処理空気中の吸着活性妨害物質を凝縮器において凝縮除去したから、安定・確実に低露点空気を発生させることができる。 In addition, since the two-fluid nozzle is provided on the upstream side of the condenser of the moisture condensing unit, the adsorption active interference substances in the processing air are condensed and removed in the condenser, so that low dew point air can be generated stably and reliably.
さらにまた、処理空気流量、温度、絶対湿度は所定値に調整されているから、従来の吸着ロータ式減湿装置の所要立ち上がり時間より短縮できるに加えて、本発明に係る低露点空気供給ユニットには撥水性の除塵ユニットを備えているから所要立ち上がり時間がさらに短縮できる。 Furthermore, since the processing air flow rate, temperature, and absolute humidity are adjusted to predetermined values, in addition to the required rise time of the conventional adsorption rotor type dehumidifier, the low dew point air supply unit according to the present invention can be shortened. Since it has a water-repellent dust removal unit, the required rise time can be further shortened.
さらに吸着剤部に水分を吸着除去する吸着剤に分子状汚染物質を吸着除去する吸着材を追加装填すれば、高純度低露点空気を供給することができる。 Further, if an adsorbent that adsorbs and removes molecular contaminants is additionally loaded on the adsorbent that adsorbs and removes moisture, high-purity low-dew point air can be supplied.
本発明の実施の形態(以下、本実施の形態例という。)について、図を参照して、以下に説明する。 Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments of the present invention) will be described below with reference to the drawings.
まず、本実施の形態例に係る低露点空気発生装置について、図1を参照して説明する。図1中、各機器間をつなぐ各線は空気ダクト及びその中の空気の流れを示し、そのうち、実線は処理空気又は低露点空気の流れを、破線は再生用空気の流れを、それぞれ示す。ただし、図3(A)以下の各図においては、便宜的にこの表示と異なる表示を行ったものもある。
図1に示す本実施の形態例に係る低露点空気発生装置10は、水分凝縮ユニット12と、温度スイング吸着ユニット14と、低露点空気供給ユニット16を備える。
First, a low dew point air generator according to this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, each line connecting the devices indicates an air duct and the flow of air therein, among which a solid line indicates a flow of processing air or low dew point air, and a broken line indicates a flow of regeneration air. However, in each figure after FIG. 3 (A), there is a display different from this display for convenience.
A low dew
水分凝縮ユニット12は水分凝縮除去機構を備え、処理空気を除湿する。水分凝縮除去機構は、冷却によって空気中の水分を凝縮し、除去する機構を用いることが好ましいが、これに限らず、例えば圧縮によって空気中の水分を凝縮し、除去する等の他の機構を排除するものではない。処理空気(図1中、矢印Aで示す。)は、常温・常圧の外気を好適に用いることができる。ただし、これに限定するものではなく、例えば、供給先で使用した後の低露点空気を回収、リサイクルする循環空気であってもよい。
温度スイング吸着ユニット14は、2系列の吸着剤部18a、18bを有する。吸着剤部18a、18bには適宜の水分吸着剤が装填される。2系列の吸着剤部18a、18bは、一つの系列が水分吸着工程用の吸着剤部(図1では吸着剤部18a)であり、他の一つの水分脱着工程用の吸着剤部(図1では吸着剤部18b)である。2系列の吸着剤部18a、18bは、水分吸着工程用と水分脱着工程用を切り替え可能に設けられる。
また、温度スイング吸着ユニット14は、再生用空気供給部20を有する。再生用空気供給部20は、水分吸着工程用に供する吸着剤部から流出する温度スイング吸着後の空気(図1中、矢印Bで示す。)の一部を水分脱着工程用に供する吸着剤部に供給する。これにより、吸着剤部に吸着された水分を脱着し、再生された吸着剤部が水分吸着工程用に供される。さらに、これに限定するものではなく、例えば、供給先で使用した後の低露点空気を回収、リサイクルする循環空気であってもよい。
低露点空気供給ユニット16は、温度調整機構を備え、温度スイング吸着後の空気の温度を調整して供給先に供給する。温度調整機構は、空気を加熱する加熱機構を好適に用いることができるが、これに限らず冷却機構を用いてもよく、また、加熱及び冷却双方を必要に応じて行う加熱・冷却機構を用いてもよい。
The
The temperature
The temperature
The low dew point
本実施の形態例に係る低露点空気発生装置10は、好ましくは、接続される各ユニット間を流通する空気の流路を切り替える第一及び第二の4ポート自動切換えバルブ22a、22bを有する。
第一の4ポート自動切換えバルブ22aは、冷却除湿ユニット12、水分吸着工程用及び水分脱着工程用の2系列の吸着剤部18a、18b並びに再生用空気供給部20の間の流路を切り替える。第二の4ポート自動切換えバルブ22bは、水分吸着工程用及び水分脱着工程用の2系列の吸着剤部18a、18b、再生用空気供給部20並びに低露点空気供給ユニット16の間の流路を切り替える。
なお、各ユニット間の接続条件によっては、自動切換えバルブは4ポート以外の多ポートであってもよい。また、多ポート自動切換えバルブに代えて、複数のバルブと、配管あるいはダクトを組み合わせて用いることを排除するものではない。
The low dew point
The first 4-port
Depending on the connection conditions between the units, the automatic switching valve may be a multi-port other than four ports. Moreover, it does not exclude using a combination of a plurality of valves and pipes or ducts instead of the multi-port automatic switching valve.
本実施の形態例に係る低露点空気発生装置10を用いた低露点空気の供給方法は、以下のとおりである。
適宜の吸引・送風機構によって処理空気が水分凝縮ユニット12に導入される。水分凝縮ユニット12に導入された処理空気は、水分凝縮除去機構として例えば適宜の冷却機構を用い、温度5℃に冷却され、例えば温度5℃の飽和水分まで除湿される。
水分を凝縮除去された空気は例えば第一の4ポート自動切換えバルブ22aを介して温度スイング吸着ユニット14の吸着剤部18aに導入される。吸着剤部18aに導入された、水分を凝縮除去された空気はさらに水分を吸着・除去され、低露点又は超低露点(以下、超低露点の場合を含めて単に低露点ということがある。)となる。
低露点空気は第二の4ポート自動切換えバルブ22bを介して低露点空気供給ユニット16に導入される。低露点空気供給ユニット16に導入された低露点空気は供給先が求める温度条件に一致するように温度調整され、供給先に供給される。
再生用空気供給部20により、吸着剤部18aから流出する温度スイング吸着後の空気の一部は、第一及び第二の4ポート自動切換えバルブ22a、22bによって空気の流入が遮断された吸着剤部18bに供給される。先に水分吸着工程用に供されて水分吸着能力が低下した吸着剤部18bは、低露点となった空気の流入によって水分が脱着され、水分吸着能力を回復(再生)する。吸着剤部18aの水分吸着能力の低下と吸着剤部18bの水分吸着能力の回復をバランスよく進行させ、所定時間経過後、第一及び第二の4ポート自動切換えバルブ22a、22bが切り替えられて、吸着剤部18bが水分吸着工程用に供され、吸着剤部18aが水分脱着工程用に供される。
A method of supplying low dew point air using the low dew
Process air is introduced into the
The air from which moisture has been condensed and removed is introduced into the
The low dew point air is introduced into the low dew point
Part of the air after temperature swing adsorption that flows out from the
以上説明した本実施の形態例に係る低露点空気発生装置10は、低露点空気を温度スイング吸着ユニット14によって得るため、処理空気を過度に昇圧する必要がなく、低露点空気を発生する際のエネルギ消費量が少ない。また、水分凝縮ユニット12及び低露点空気供給ユニット16を備えるため、温度スイング吸着ユニット14の水分吸着負荷が軽減され、さらには、温度スイング吸着ユニット14とは独立して水分凝縮ユニット12及び低露点空気供給ユニット16によって空気の水分量や温度が調節されるため、容易かつ確実に所望の低露点空気を得ることができる。
また、吸着ロータ式装置の場合、図2に示すように、処理空気は理想的には等エンタルピ過程で推移し、例えば、比エンタルピがi1である流入口の点aから等エンタルピ線上を点bに向かって実線で表した曲線上を変化し、目標露点である絶対湿度x1となるはずである。しかし、実際には、吸着ロータの再生区域から減湿区域への顕熱移動が発生するため、流出口の比エンタルピがi2である点cに向かって破線で表した曲線上を変化し、絶対湿度はx2(>x1)となる。すなわち、処理後の空気の目標露点が上昇し、露点の制御が煩雑となる不具合がある。これに対して、本実施の形態例に係る低露点空気発生装置は、減湿区域及び再生区域に相当する2系列の吸着剤部18a、18bの間に顕熱移動は生じないため、処理空気を等エンタルピ過程で推移させることができ、低露点空気の露点の制御が容易である。
また、低露点空気発生装置は、2つの4ポート自動切換えバルブ22a、22bを用いる場合、迅速、確実に流体の流路を切り替えることができるため、装置の立ち上り調整や供給空気の条件変更操作に長時間を要することがない。また、これにより、エネルギ損失も軽減される。
Since the low dew
In the case of an adsorption rotor type apparatus, as shown in FIG. 2, the process air ideally changes in an isoenthalpy process. For example, the process air moves from the inlet point a where the specific enthalpy is i 1 to the isoenthalpy line. toward the b changes over the curve represented by the solid line, should be an absolute humidity x 1 is the target dew point. However, in actuality, since sensible heat transfer from the regeneration zone of the adsorption rotor to the dehumidification zone occurs, the curve changes on the curve represented by the broken line toward the point c where the specific enthalpy of the outlet is i 2 , The absolute humidity is x 2 (> x 1 ). That is, there is a problem that the target dew point of the air after processing rises and the control of the dew point becomes complicated. In contrast, the low dew point air generator according to the present embodiment does not cause sensible heat transfer between the two series of
In addition, the low dew point air generator can quickly and surely switch the fluid flow path when using the two four-port
ここで、本実施の形態例に係る低露点空気発生装置10の好適な態様について、図3(A)を参照して装置の構成及び作用を説明する。
Here, regarding the preferred mode of the low dew point
図3(A)に示す低露点空気発生装置10aは、水分凝縮ユニット12aと、温度スイング吸着ユニット14aと、低露点空気供給ユニット16aを備える。なお、図3(A)中、矢印1は処理空気取り入れ口を、矢印2は供給先(ユースポイント)へ供給する低露点空気供給口を、矢印3は後述する温度の高い空気の排出口を、それぞれ示す。
A low dew
水分凝縮ユニット12aは、処理空気の上流側から順に、除塵フィルタ24、送風機26、凝縮器28及び加熱器30を備え、これらの機器は空気ダクトによって接続される。
The
除塵フィルタ24は、例えばHEPAフィルタであり、処理空気中の塵埃を除去する。
送風機26は、回転数制御方式の例えばターボ型送風機であり、処理空気を吸引し、例えば2〜5kPa程度の必要流動圧に昇圧するとともに例えば100〜150m3/min程度の範囲内の所定流量に調整する。
凝縮器28は、冷凍機ユニットの冷媒蒸発器である。図示しない電子膨張弁によって冷媒蒸発圧力を操作して、処理空気を処理空気の露点と4.0℃の間の所定の温度に制御する。例えば、温度21℃、関係湿度50%の処理空気を凝縮器28に流入させた場合、露点は10.4℃であるから、処理空気を10.4℃と4.0℃の間の温度、例えば5.0℃に制御する。処理空気の温度を4.0℃以下にすると、処理空気が凝縮器28の伝熱管群中を貫流する間に、処理空気の水分が霜乃至氷となり、伝熱管に着霜乃至結氷して伝熱管群を閉塞して凝縮器28の連続安定稼動を妨げるため、4.0℃が水分凝縮温度下限となる。
なお、吸着剤18a、18bに流入させる処理空気の比エンタルピは、例えば、目標露点−70℃の空気を得ようとする場合、高分解能(高感度、高精度)温度センサであるS10からの電気信号で5.00±0.10〜0.01℃に、又、高分解能(高感度、高精度)センサであるS12からの電気信号で後述する7.00±0.10〜0.01℃に温度調整する。さらに高分解能(高感度、高精度)温度センサS14によって目標露点の空気となっていることを検知する。
加熱器30は、例えばフィン付タイプの加熱器である。凝縮器13を流下した処理空気中には不可避的にミストが含まれるため、加熱器15を通過する処理空気を例えば7.00±0.10〜0.01℃に加熱することでミストを消滅することができる。
水分凝縮ユニット12aは、さらに、凝縮器28の後に温湿度センサS10を及び加熱器30の後に温度センサS12を備える。例えば温湿度センサS10からの電気信号で冷凍機ユニットの作動を制御して、凝縮後の処理空気の温度及び湿度を調節する。また、例えば温度センサS12からの電気信号で加熱器15の作動を制御して、加熱後の処理空気の温度を調節する。なお、温度センサS12に代えて温湿度センサを用いると、空気中のミストの挙動を把握することができて好適である。
The
The
The
The specific enthalpy of the processing air that flows into the
The
The
水分凝縮ユニット12aと温度スイング吸着ユニット14aを接続する空気ダクトの分岐点に第一の4ポート自動切換えバルブ22aを備え、運転条件にしたがって、空気の流路が切り替えられる。図3(A)では、第一の4ポート自動切換えバルブ22aによって水分凝縮ユニット12aから温度スイング吸着ユニット14aの後述する吸着剤部18aへの流路が開とされ、後述する吸着剤部18bへの流路は閉とされる。
A first four-port
温度スイング吸着ユニット14aは、2系列の吸着剤部18a、18bと、再生用空気供給部20aを備え、これらの機器は空気ダクトによって接続される。
The temperature
吸着剤部18a、18bは、合成ゼオライト、天然ゼオライト、シリカゲル又はアルミナ等を主成分として含む吸着剤を装着したものである。吸着剤は、ハニカム状、コルゲート状又はプリーツ状に加工したものが好ましい。
水分が凝縮除去された処理空気は、水分吸着工程用に供される吸着剤部18aに導入され、処理空気中の水分が吸着剤によって吸着、除去される。これにより、低露点空気が得られる。なお、水分吸着工程用に供される吸着剤部18aでは、実質的に断熱操作され、等エンタルピ過程が生起する。
The
The treated air from which moisture has been condensed and removed is introduced into the
吸着剤部18aから流出する低露点空気は吸着剤部18aと低露点空気供給ユニット16aを接続する空気ダクトに設けられる第二の4ポート自動切換えバルブ22bを介して低露点空気供給ユニット16aに導入される。また、吸着剤部18a、18bの流出口には図示しないガラスファイバ、金属ファイバ等の無機質ファイバを用いて作成される耐熱除塵フィルタを適宜設置することができる。なお、空気ダクトに設けられる分岐部38aについては、詳細を後述する。
The low dew point air flowing out from the
低露点空気供給ユニット16aは、低露点空気の上流側から順に、除塵フィルタ42、送風機44及び加熱器46を備え、これらの機器は空気ダクトによって接続される。また、加熱器46の出口側に温度センサS18及び露点センサS20が設けられる。
The low dew point
低露点空気供給ユニット16aの、除塵フィルタ42は布状フィルタ材、繊維状フィルタ材、袋状フイルタ材に撥水処理を施した除塵フィルタ24と同様構造のフィルタが適用でき、除塵フィルタ24で除去しきれなかった塵埃や、除塵フィルタ24以降の工程で発生しうる異物を除去する。
なお、除塵フィルタ24を構成するフィルタ材は通常水分を吸着保有する材質であるため、所定の低露点の空気が供給可能となるまでに長時間を要することになる。それゆえ、低露点吸着材ユニット16aに設置される除塵フィルタ42のフィルタ材は撥水性のものを用い、短時間で所定低露点空気の供給を可能とする。
塵埃を除去された低露点空気は送風機44によって供給先に供給するのに必要な圧力まで昇圧される。なお、送風機44は所定の昇圧能力を有する限り適宜の方式のものを用いることができる。
昇圧された低露点空気は例えば加熱器36と同様の構造の加熱器46に導入され、供給先の要求する温度に調整される。
なお、除塵フィルタ42の設置位置は送風機44の上流側に限定されるものではなく、加熱器46の上流側もしくは下流側又は温度センサS18ないし露点センサS20の下流側に設置することができる。
温度調整された低露点空気は矢印2で示す供給先、例えばドライルームに供給される。
なお、温度センサS18及び露点センサS20によって供給先に供給される低露点空気の温度及び露点を把握するとともに、好ましくは、温度センサS18からの電気信号により加熱器46を制御し、低露点空気の温度を調節する。
The
Since the filter material constituting the
The low dew point air from which the dust has been removed is pressurized to a pressure required to be supplied to the supply destination by the
The increased low dew point air is introduced into a
The installation position of the
The temperature-adjusted low dew point air is supplied to a supply destination indicated by an
In addition, while grasping | ascertaining the temperature and dew point of the low dew point air supplied to a supply destination by the temperature sensor S18 and dew point sensor S20, Preferably, the
一方、再生用空気供給部20aは、再生用空気が導入される上流側から順に、送風機32、予熱器34及び加熱器36を備え、これらの機器は空気ダクトによって接続される。また、送風機32の吸引側の空気ダクト及び加熱器36の出口側の空気ダクト、それぞれに温度センサS14、S16が設けられる。
吸着剤部18a、18bの出口側の空気ダクトのそれぞれの分岐部38a、38bに分岐空気ダクトが設けられ、3ポート自動切換えバルブ40に接続される、3ポート自動切換えバルブ40の切り替え操作により、吸着剤部18a又は吸着剤部18bから流出する温度スイング吸着後の空気の一部が再生用空気供給部20aに供給される。図3(A)は吸着剤部18aから空気が再生用空気供給部20aに供給される状態を示す。吸着剤部18aから流出する低露点空気は、例えば低露点空気供給ユニット16aへの供給分1に対して再生用空気供給部20aへの供給分0.25〜1.5の割合で分配される。
On the other hand, the regeneration
By switching the three-port
温度スイング吸着後の空気の一部(以下、これを再生用空気ということがある。)は送風機32によって昇圧され、予熱器34に導入される。
予熱器34には、吸着剤部18bから排出される例えば120〜200℃程度の温度の高い空気が第一の4ポート自動切換えバルブ22aを介して導入され、この温度の高い空気によって、例えば常温の再生用空気が、間接的に、例えば100〜150℃の温度まで予熱される。なお、図3(A)中矢印3は、先に説明したように、温度の高い空気の排出口を示す。
予熱器34は、例えば多管式熱交換器や積層型熱交換器で構成される。予熱された再生用空気は加熱器36に導入され、例えばオイルヒータ等の適宜の加熱源によって例えば170〜250℃の温度に加熱される。
加熱器36を流出する、加熱された再生用空気は、第二の4ポート自動切換えバルブ22bを介して吸着剤部18bに導入される。吸着剤部18bの水分を吸着した吸着剤は再生用空気によって脱着され、再生される。
再生用空気はppbオーダ以下の濃度の微量の分子状汚染物質を含むが、再生用空気は高温に加熱して水分の脱離に用いるから、分子状汚染物質の吸着平衡分圧は常温時の吸着平衡分圧より格段に低く、このため、分子状汚染物質が吸着剤部18bを汚染するおそれは小さい。又、例えば供給空気と再生空気の流量比が1:1のとき、200〜250℃に加熱することによって熱膨張する再生用空気の体積流量は常温の供給空気のそれの1.6〜1.8倍となり、吸着した分子状汚染物質及び水分の脱離に必要な熱エネルギが再生用空気に与えられ、また、吸着剤中を流れる再生用空気は充分な流速をもつことができる。
なお、温度センサS14、S16によって再生用空気の温度を把握するとともに、好ましくは、温度センサS14からの電気信号で加熱器36を制御し、加熱器36を流出する再生用空気の温度を調節する。
A part of the air after temperature swing adsorption (hereinafter, this is also referred to as regeneration air) is pressurized by the
Air having a high temperature of, for example, about 120 to 200 ° C. discharged from the
The
The heated regeneration air flowing out of the
Regeneration air contains a small amount of molecular pollutants with a concentration of the order of ppb or less, but since regeneration air is heated to a high temperature and used for desorption of moisture, the adsorption equilibrium partial pressure of molecular pollutants is at room temperature. Since it is much lower than the adsorption equilibrium partial pressure, there is little possibility that molecular contaminants will contaminate the
The temperature of the regeneration air is grasped by the temperature sensors S14 and S16, and preferably, the
温度スイング吸着ユニット14a及び低露点空気供給ユニット16aを構成する空気ダクト及び各機器は、低露点空気が接触する金属表面を水分が付着し難い表面加工、例えばフッ素樹脂コーティング加工しておくと、機器内面、各ダクトの内面に吸着する水分を格段に減少させることができて好ましい。
If the air duct and each device constituting the temperature
以上説明した低露点空気発生装置10aによれば、低露点空気発生装置10の作用効果をより好適に得ることができる。
According to the low dew point
つぎに、低露点空気発生装置10aの変形例について、装置の構成及び作用効果を、図3(B)を参照して説明する。
図3(B)に示す低露点空気発生装置10bは、低露点空気発生装置10aとは、一部の機器の構成が異なるとともに、低露点空気発生装置10bの制御システムが異なるが、その他は低露点空気発生装置10aと同様であり、水分凝縮ユニット12bと、温度スイング吸着ユニット14bと、低露点空気供給ユニット16bを備える。
したがって、低露点空気発生装置10bの低露点空気発生装置10aと同様の構成については、機器等に同一の参照符号を付すとともに重複する説明を省略する。
なお、図3(B)中、参照符号48は図3(A)において図示されなかった回転数制御機能を備える冷媒圧縮機を、参照符号50は図3(A)において図示されなかった電子膨張弁を、それぞれ示す。
Next, with respect to a modified example of the low dew point
The low dew
Therefore, about the structure similar to the low dew
In FIG. 3B,
低露点空気発生装置10bは、各センサ及び各機器と電気信号が授受される演算・制御機構100を備え、各機器の動作を制御する。
水分凝縮ユニット12bは、大気圧センサ(全圧センサ)S22、流速センサS24、温度センサS26及び関係湿度センサS28をさらに備える。
演算・制御機構100によって、処理空気の露点、処理空気の必要な冷却温度、処理空気の必要な冷却熱量、処理空気の比エンタルピのうちのいずれか1又は2以上あるいは全てを算定して、制御電気信号に変換して供給空気の湿度が確実に所望の低露点となるよう処理空気の凝縮温度を制御する。また、演算・制御機構100によって、水分凝縮ユニット12bを流出する処理空気の比エンタルピを所定値に調整する。また、好ましくは、さらに吸着剤部18aにおける処理空気の等エンタルピ変化を考慮して低露点空気の露点センサS20からの電気信号と高分解能(高感度、高精度)温度センサS10からの電気信号に基づいて処理空気の凝縮温度を例えば5.00±0.10〜0.01℃制御する。
さらに、高分解能(高感度、高精度)温度センサS12からの電気信号で例えば7.00±0.10〜0.01℃に制御して温度スイング吸着ユニット14bに流入させる処理空気の比エンタルピを目標露点の空気が得られるよう調整する。そして高分解能(高感度、高精度)温度センサS14によって目標露点の空気となっていることを検知する。
これにより、処理空気が導入される温度スイング吸着ユニット14bの吸着剤部18において、確実にかつ効率的に低露点空気を得ることができる。
The low dew point
The
The calculation /
Furthermore, the specific enthalpy of the processing air to be flowed into the temperature
Thereby, low dew point air can be obtained reliably and efficiently in the adsorbent part 18 of the temperature
図3(B)に示す温度スイング吸着ユニット14bにおいて、再生用空気供給部20bは、予熱器34の上流に冷却器52をさらに備える。加熱された再生用空気で吸着剤を再生した吸着剤部18bは、冷却された後に吸着処理工程用に供される。すなわち、予熱器34及び加熱器36による再生用空気の加熱を停止するとともに、冷却器52によって例えば−30〜10℃の温度に冷却した再生用空気を吸着剤部18bに導入することにより、吸着剤部18bは短時間で効率的に冷却され、吸着処理工程用に供される。また、吸着材部18a、18bの流出口には前述した図示しない耐熱除塵フィルタを適宜設置することができる。
In the temperature
図3(B)に示す低露点空気供給ユニット16bにおいて、温度センサS18から得られる電気信号は演算・制御機構100へ送られ、矢印2で示す供給先、例えばドライルームで要求される温度に調整する加熱器46の制御信号に変換される。
なお、季節間や日間において10〜50hPa変動する大気圧は、処理空気の質量流量及び比エンタルピ、吸着剤の再生熱量及び再生時間(吸着剤加熱時間、脱着時間、吸着剤冷却時間)に影響を及ぼすから、大気圧センサS22による計測値は演算・制御機構100に入力される。なお、撥水性フィルタ材を用いて作成される除塵フィルタ42の設置位置は送風機44の上流側に限定されるものではなく、加熱器46の上流側もしくは下流側又は温度センサS18ないし露点センサS20の下流側に設置することができる。
In the low dew point
In addition, the atmospheric pressure that fluctuates by 10 to 50 hPa between seasons and days affects the mass flow rate and specific enthalpy of the processing air, the regeneration heat amount and regeneration time of the adsorbent (adsorbent heating time, desorption time, adsorbent cooling time). Therefore, the measurement value obtained by the atmospheric pressure sensor S22 is input to the calculation /
以上説明した低露点空気発生装置10aの変形例の低露点空気発生装置10bによれば、低露点空気発生装置10aの作用効果をより好適に得ることができる。
According to the low dew point
つぎに、低露点空気発生装置10aの他の変形例について、装置の構成及び作用効果を図4を参照して説明する。
図4に示す低露点空気発生装置10cは、低露点空気発生装置10bとほぼ同様の装置構成及び制御システムを有し、水分凝縮ユニット12cと、温度スイング吸着ユニット14cと、低露点空気供給ユニット16cを備える。したがって、低露点空気発生装置10cの低露点空気発生装置10bと同様の構成については、機器等に同一の参照符号を付すとともに重複する説明を省略する。又、18a-2、18b-2の流出口に適宜設置できる図示しない耐熱除塵フィルタの説明も省略する。
なお、低露点空気発生装置10cは、低露点空気発生装置10aと同様の制御システムの構成としてもよい。
Next, with respect to another modified example of the low dew point
The low dew
The low dew
低露点空気発生装置10cは、温度スイング吸着ユニット14cの吸着剤部18a−2、18b−2の構成が低露点空気発生装置10bの吸着剤部18a、18bと異なる。
吸着剤部18a−2、18b−2は、吸着剤が多層に設けられる。すなわち、吸着剤部18a−2、18b−2は、それぞれ、吸着剤部18a、18bに用いられる合成ゼオライト、天然ゼオライト等の吸着剤が装填されるとともに、さらに、チタン、ケイ素及び又はジルコニウム又はバナジウムからなる二元系乃至三元系複合酸化物である固体酸性物質及び疎水性ゼオライト又は活性炭からなる吸着剤が積層、装填される。
処理空気として取入れる空気中には、環境大気や人体や産業活動に伴って生起する薬剤使用に由来する塩基性、有機性、酸性の極めて多種類の分子状汚染物質がppm〜ppbのオーダで混在している。したがって、ドライクリーンルーム、ドライクリーンブース、ドライクリーンミニエンバイロメントあるいはドライであってクリーンな雰囲気を必要とする製造装置内の作業空間には、分子状汚染物質が除去されており、且つ所定の低露点まで減湿された空気の大量供給が要請される。例えばリチウムイオン電池、有機薄膜型太陽電池等の製造ラインにおいては、ドライな雰囲気において塩基性の有機性溶媒を使用する精密塗布工程が存在するから、低露点且つ高純度に調整した大量の空気を供給する必要がある。
合成ゼオライト、天然ゼオライト等からなる吸着剤によって、処理空気中に含まれる、大きな分圧を有する水分が吸着、除去される。また、さらに、処理空気中に含まれる分子状汚染物質のうち、塩基性成分が固体酸性物質からなる吸着剤によって、及び有機性又は酸性成分が疎水性ゼオライト又は活性炭からなる吸着剤によって吸着、除去される。なお、分子状汚染物質のうちの塩基性成分としてはアンモニア、アミン類等が、有機性成分としてはトルエン、シンナ類等が、酸性成分としてはNOX、SOX、有機酸類等が、それぞれ挙げられる。
The low dew point
The
In the air taken in as treated air, a wide variety of basic, organic, and acidic molecular pollutants derived from the use of chemicals that occur with the atmosphere, human body, and industrial activities are on the order of ppm to ppb. It is mixed. Therefore, molecular contaminants are removed from the dry clean room, dry clean booth, dry clean mini-environment, or the work space inside the manufacturing equipment that requires a dry and clean atmosphere, and a predetermined low dew point. A large supply of dehumidified air is required. For example, in production lines such as lithium ion batteries and organic thin film solar cells, there is a precision coating process that uses a basic organic solvent in a dry atmosphere, so a large amount of air adjusted to a low dew point and high purity is used. It is necessary to supply.
The adsorbent composed of synthetic zeolite, natural zeolite or the like adsorbs and removes water having a large partial pressure contained in the processing air. Further, among the molecular pollutants contained in the processing air, the basic component is adsorbed and removed by an adsorbent composed of a solid acidic substance, and the organic or acidic component is adsorbed composed of a hydrophobic zeolite or activated carbon. Is done. Of the molecular contaminants, basic components include ammonia and amines, organic components include toluene and cinna, and acidic components include NO x , SO x , and organic acids. It is done.
従来、処理空気のこれら分子状汚染物質の捕集・除去はケミカルフィルタ(化学吸着フィルタ)によってなされている。ケミカルフィルタは布状フィルタ材に酸性薬剤、塩基性薬剤を含浸させたものや繊維状フィルタ材にイオン交換基を付加したものや布状フィルタ材にプリーツをつけて袋状に縫製してその袋の中にイオン交換樹脂あるいは活性炭を充填したものである。しかしながら、ケミカルフィルタには使用時間に限界があり、新品との交換作業が不可避であるため、ケミカルフィルタを交換するために、低露点空気発生装置の稼動を停止することが必要であり、また、このとき、%オーダに近い水分を含有する周囲環境の空気が低露点空気発生装置の内部に進入する可能性がある。さらにまた、ケミカルフィルタは本来付着水分を大量に保有していることに加えて、使用段階で酸と塩基の中和反応で水分が生成し水分発生源になる。
吸着剤部18a−2、18b−2によれば、ケミカルフィルタを用いることにより生じうる上記の問題を生じるおそれがない。
Conventionally, the collection and removal of these molecular contaminants in the processing air has been performed by a chemical filter (chemical adsorption filter). A chemical filter is made by impregnating a cloth-like filter material with an acidic or basic agent, or by adding an ion exchange group to a fibrous filter material, or by attaching a pleat to a cloth-like filter material and sewing it into a bag. Is filled with ion exchange resin or activated carbon. However, chemical filters have a limited time of use, and replacement with new ones is inevitable, so it is necessary to stop the operation of the low dew point air generator in order to replace the chemical filter, At this time, there is a possibility that air in the surrounding environment containing moisture close to% order enters the inside of the low dew point air generator. Furthermore, the chemical filter inherently holds a large amount of adhering moisture, and in the use stage, moisture is generated by a neutralization reaction between the acid and the base and becomes a moisture generating source.
According to the
以上説明した低露点空気発生装置10aの変形例の低露点空気発生装置10cによれば、低露点空気発生装置10aの作用効果をより好適に得ることができるとともに、さらに処理空気中に含まれる分子状汚染物質を効率的に除去することができる。
According to the low dew point
つぎに、低露点空気発生装置10aのさらに他の変形例について、装置の構成及び作用効果を、図5を参照して説明する。
図5に示す低露点空気発生装置10dは、低露点空気発生装置10bとほぼ同様の装置構成及び制御システムを有し、水分凝縮ユニット12dと、温度スイング吸着ユニット14dと、低露点空気供給ユニット16dを備える。したがって、低露点空気発生装置10dの低露点空気発生装置10bと同様の構成については、機器等に同一の参照符号を付すとともに重複する説明を省略する。又、吸着材部18a-ii、18b-iiの流出口に適宜設置できる図示しない耐熱除塵フィルタの説明も省略する。
なお、低露点空気発生装置10dは、低露点空気発生装置10aと同様の制御システムの構成としてもよい。
Next, with respect to still another modified example of the low dew point
A low dew
The low dew
低露点空気発生装置10dは、温度スイング吸着ユニット14dの構成が低露点空気発生装置10bの温度スイング吸着ユニット14bと異なる。
低露点空気発生装置10dの温度スイング吸着ユニット14dは、切り替え可能に設けられる2系列の吸着剤部をそれぞれ直列に複数段(図6では2段)有する。すなわち、吸着剤部18a-iの後段に吸着剤部18a-iiが、吸着剤部18b-iの後段に吸着剤部18b-iiが、それぞれ設けられ、水分を吸着する吸着剤が装填される。
The low dew
The temperature
吸着剤部18a-iと吸着剤部18a-iiを接続する空気ダクト及び吸着剤部18a-iiと吸着剤部18b-iを接続する空気ダクトには、それぞれ4ポート自動切換えバルブ22c、22dが設けられる。
4ポート自動切換えバルブ22c、22dのそれぞれ一方の流出ポートは分岐空気ダクトを介して4ポート自動切換えバルブ22eの2つの流入ポートと接続している。また、4ポート自動切換えバルブ22c、22dの他方の流出ポートはそれぞれ異なる分岐空気ダクトを介して3ポート自動切換えバルブ54aの流入ポートと接続している。3ポート自動切換えバルブ54aの流出ポートは空気ダクトを介して4ポート自動切換えバルブ22c、22dの流入ポートに接続され、4ポート自動切換えバルブ22c、22dの流出ポートは空気ダクトを介して吸着剤部18a-ii、18b-iiに接続される。
4ポート自動切換えバルブ22eと3ポート自動切換えバルブ54aの間に空気ダクトを介して冷却部56が設けられる。
冷却部56は、送風機58及び冷却器60を備え、各機器は空気ダクトで接続される。また、冷却部56には、露点センサS30及び温度センサS32が設けられる。
The air duct connecting the
One outflow port of each of the four-port
A cooling
The cooling
水分凝縮ユニット12を流出する処理空気は、吸着剤部18a-iを通過して、水分を吸着・除去される。吸着熱によって温度が例えば20.5℃まで上昇した低露点空気は、4ポート自動切換えバルブ22c及び4ポート自動切換えバルブ22eを介して送風機58に吸引される。送風機58によって昇圧される低露点空気は冷却器60によって、例えば10〜−30℃の温度に冷却される。なお、このとき、露点センサS30及び温度センサS32の電気信号によって冷却器60を流出する低露点空気の温度が調節される。
例えば吸着剤部18a-i、18a-iiが吸着処理工程用に供されている場合、冷却器60を流出する低露点空気は、3ポート自動切換えバルブ54a及び4ポート自動切換えバルブ22cを介して吸着剤部18a-iiに導入される。
なお、4ポート自動切換えバルブ22eと隣接して設けられる3ポート自動切換えバルブ54bを介して吸着剤部18b-iiの脱着処理工程に供した高温の再生空気の流路が設けられ、これにより、低温の冷却空気と高温の再生空気との相互の混入が防止される。
The processing air flowing out of the
For example, when the
In addition, a flow path of high-temperature regenerated air used for the desorption process of the
吸着剤部18a-iiに導入される冷却された低露点空気は吸着剤部18a-iiを通過してさらに低露点となる。
吸着剤部18a-ii、18b-iiの間に再生用空気供給部20dが設けられる。再生用空気供給部20dを流出する加熱された再生用空気は吸着剤部18b-ii、18b-iを直列に通過して、吸着剤部18b-ii、18b-iの吸着剤を再生する。
The cooled low dew point air introduced into the
A regeneration
以上説明した低露点空気発生装置10aの変形例の低露点空気発生装置10dによれば、低露点空気発生装置10aの作用効果をより好適に得ることができる。
According to the low dew point
つぎに、低露点空気発生装置10aのさらに他の変形例について、装置の構成及び作用効果を説明する。
図示を省く変形例の低露点空気発生装置は、低露点空気発生装置10dとほぼ同様の装置構成及び制御システムを有する。
変形例の低露点空気発生装置は、低露点空気発生装置10dの吸着剤部18a-ii、18b-iiとして低露点空気発生装置10cの吸着剤部18a−2、18b−2が用いられている点が低露点空気発生装置10dと異なる。
Next, the configuration and operational effects of the apparatus will be described with respect to still another modified example of the low dew
The modified low dew point air generating device not shown in the figure has an apparatus configuration and a control system substantially similar to the low dew point
In the modified low dew point air generator, the
上記変形例の低露点空気発生装置によれば、低露点空気発生装置10aの作用効果を得ることができるとともに、さらにまた低露点空気発生装置10cの作用効果を併せて得ることができる。
According to the low dew point air generating device of the above modification, the operational effect of the low dew point
つぎに、低露点空気発生装置10aのさらに他の変形例について、図6を参照して装置の構成及び作用効果を説明する。
図6に示す変形例の低露点空気発生装置は、水分凝縮ユニットが他の例と異なる。変形例の低露点空気発生装置は、温度スイング吸着ユニット及び低露点空気供給ユニットとして、低露点空気発生装置10、10a、10b、10c、10dのうちの適宜のものを用いることができる。
Next, with respect to still another modified example of the low dew point
The low dew point air generator of the modification shown in FIG. 6 is different from the other examples in the moisture condensing unit. The modified low dew point air generator can use any of the low dew
図6に示す変形例の低露点空気発生装置の水分凝縮ユニット12eは、凝縮器28の上流に2流体ノズル部62をさらに有する。
2流体ノズル部62は、送風機26と凝縮器28を接続する空気ダクトに設けられる2流体ノズル64と、2流体ノズル64に接続される加湿(加湿用)水ポンプ66及び小型空気圧縮機68を備える。なお、図6中、参照符号70は除塵フィルタを、参照符号72は加湿(加湿用)水タンクを、それぞれ示す。
加湿水タンク72に貯留される加湿水(加湿用水)は、最低限純水を用いるが、LSI、VLSI等半導体製造の分野では超純水が必要とされ、不純物含有量がppbオーダ又はそれ以下が必要となることもある。水質もその分野に要求される水質を選ぶことになる。半導体製造では、集積度に応じて抵抗率に直接関係する電解質以外に微粒子、生菌、有機物、シリカなどを充分除去した純度の高い超純水を使用する。
The
The two-
As the humidifying water (humidifying water) stored in the
加湿水タンク72の加湿水(加湿用水)は、加湿水ポンプ66によって吸引され、2流体ノズル64に送入される。一方、小型空気圧縮機68を用いて圧縮空気が2流体ノズル64に送入される。圧縮空気と加湿水は多数の霧滴(フォグ)となって2流体ノズル64から噴出する。すなわち、処理空気は加湿した途端に確実に断熱冷却され、水分過飽和状態となり、生成する霧滴は消滅しないで処理空気に随伴して凝縮器28に送られる。
加湿断熱冷却により処理空気を水分で飽和させるに必要な断熱冷却水量の1.0〜1.2倍を用いて霧滴を発生させると、不飽和条件の水量による霧滴数よりは、はるかに多数の霧滴を発生させ、しかも、霧滴発生時点の不飽和から飽和するまでに霧滴から水が蒸発するから霧滴径は減少する。したがって、個々の霧滴は、不飽和条件のときよりも大きな比表面積を保有することになり、霧滴全数の表面積は莫大となる。このため、多数の霧滴は、2流体ノズル64と凝縮器28の間で、処理空気中の汚染物質の分子と衝突して、それを霧滴の中へ取り込み、汚染物質を効率よく捕集できる。特に、HF、HCl、F−、Cl−、F2、Cl2、H2S並びにシリル化剤やシランカップリング剤等の有機珪素化合物で代表される吸着活性妨害物質は水に対する溶解性が大きいため、衝突と共に霧滴中に溶解し、霧滴に溶解した状態で凝縮器28に到達し、霧滴は凝縮器28で除去される。
このとき、大気圧センサS22、流速センサS24、温度センサS26、関係湿度センサS28からなる計測機構によって得られる計測値を用いて、処理空気を加湿断熱冷却によって飽和させるに必要な断熱冷却水量の1.0〜1.2倍量の加湿水を演算・制御機構100によって求める。その演算値を変換した制御信号によって、作動させる加湿水ポンプ66を用いて、加湿水を自動的に2流体ノズル64に送水する。
The humidified water (humidification water) in the humidified
Generation of mist droplets using 1.0 to 1.2 times the amount of adiabatic cooling water required to saturate the process air with moisture by humidified adiabatic cooling is far more than the number of mist droplets due to the amount of water under unsaturated conditions. Since a large number of mist droplets are generated, and the water evaporates from the mist droplets until the saturates from the unsaturation to saturation, the mist droplet diameter decreases. Therefore, each mist droplet has a specific surface area larger than that in the unsaturated condition, and the surface area of the total number of mist droplets becomes enormous. For this reason, a large number of mist droplets collide with contaminant molecules in the processing air between the two-
At this time, using the measurement value obtained by the measurement mechanism including the atmospheric pressure sensor S22, the flow velocity sensor S24, the temperature sensor S26, and the related humidity sensor S28, 1 of the amount of the adiabatic cooling water necessary to saturate the process air by humidified adiabatic cooling. The calculation /
以上説明した変形例の低露点空気発生装置の水分凝縮ユニット12eによれば、吸着活性妨害物質を含む処理空気を好適に処理することができる。また、これにより、温度スイング吸着ユニットの吸着剤部の吸着剤は長期に亘り、安定に活性が維持できる。
According to the
10、10a、10b、10c 低露点空気発生装置
12、12a、12b、12c、12d、12e 水分凝縮ユニット
14、14a、14b、14c、14d 温度スイング吸着ユニット
16、16a、16b、16c、16d 低露点空気供給ユニット
18a、18b、18a−1、18b−2、18a-i、18a-ii、18b-i、18b-ii 吸着剤部
20 再生用空気供給部
22a 第一の4ポート自動切換えバルブ
22b 第二の4ポート自動切換えバルブ
22c、22d、22e 4ポート自動切換えバルブ
24、42、70 除塵フィルタ
26、32、44、58 送風機
28 凝縮器
30、36、46 加熱器
34 予熱器
38a、38b 分岐部
40、54a、54b 3ポート自動切換えバルブ
48 冷媒圧縮機
50 電子膨張弁
52、60 冷却器
56 冷却部
62 2流体ノズル部
64 2流体ノズル
66 加湿用水ポンプ
68 空気圧縮機
72 加湿用水タンク
100 演算・制御機構
10, 10a, 10b, 10c Low dew
Claims (9)
該温度スイング吸着ユニットは、処理空気の流入流路を切り替え可能に設けられる水分吸着工程用及び水分脱着工程用の2系列の吸着剤部を有するとともに、水分吸着工程用に供する吸着剤部から流出する温度スイング吸着後の空気の一部を水分脱着工程用に供する吸着剤部に供給する再生用空気供給部を有することを特徴とする低露点空気発生装置。 A moisture condensing unit that condenses and removes moisture in the processing air, a temperature swing adsorption unit that adsorbs and removes moisture that has been condensed and removed by temperature swing, and a low temperature that is adjusted to supply the air after temperature swing adsorption to the supply destination With dew point air supply unit,
The temperature swing adsorption unit has two series of adsorbent parts for the moisture adsorption process and the moisture desorption process provided so that the inflow flow path of the processing air can be switched, and flows out from the adsorbent part used for the moisture adsorption process. A low dew point air generator comprising: a regeneration air supply unit configured to supply a part of the air after temperature swing adsorption to an adsorbent unit used for a moisture desorption process.
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