JP3115731B2 - 空気中不純物の除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気中不純物の除去装
置に関し、特に軟Ｘ線照射による空気中不純物の除去装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気中には、塵埃の他に微量ではあるが
ガス状の不純物が含まれている。かかるガス状不純物は
人体に有害であるばかりでなく、半導体などの製造雰囲
気に混入した場合に、デバイスの電気特性劣化の原因と
なるおそれがある。また、半導体、液晶製造工程で使用
される各種薬液の蒸気がクリーンルーム内に漏洩した場
合にも、循環空気中に含まれるガス状薬液の濃度が高く
なり、製品の品質を劣化させるおそれがある。さらに、
半導体などのデバイス製造工場に限らず、各種の機械製
造工場、食品関係の工場、動物飼育場などにおいても、
薬液処理工程において排出される排気ガスなどは周辺環
境に少なからぬ影響を与え、ひいては、環境汚染の原因
となるおそれがある。かかる背景より、空気中に含まれ
るガス状不純物を効率よく除去するための技術の確立が
待望されている。

【０００３】これまでにも、上記のような空気中に含ま
れるガス状不純物の除去を目的とした技術がいくつか知
られている。しかし、何れも多くの欠点があり非常に限
られた条件下でしか使用されていないのが現状である。
例えば、ＮＯX 除去装置は、非常に高濃度のものにしか
効果がなく、数ｐｐｍ以下といった低濃度のものに対し
ては除去効率が低く実用性に問題があった。

【０００４】また、工場等から発生する有害ガスの多く
は、大量の薬液を使って処理することが可能である。し
かし、かかる薬液による処理技術では、処理できる成分
が使用される薬液によって限定される上、処理コストが
高く、しかも一般大気中の濃度レベルまでの除去は不可
能であった。

【０００５】さらに、低濃度処理のものとして、活性炭
による吸着除去がある。しかし、これにもいくつかの欠
点がある。まず、寿命が短く、時間の経過と共に処理性
能が低下していくことである。その結果、交換や加熱に
よる再生を頻繁に実施する必要があり、非常にコスト高
になる。また、より低濃度まで除去するためには、送風
圧損が高くなり、このこともランニングコストを高くす
る原因となる。

【０００６】この他にも、コロナ放電により空気中の不
純物のイオン化を図り、イオン化された不純物を回収除
去する技術が知られている。しかし、この方法では、空
気中に含有されるガス状不純物のイオン化効率が低く、
かなり高濃度のオゾンも同時に発生するため、クリーン
ルームへの供給空気や居住空間への供給空気の処理には
使用できなかった。また、放電現象を利用するため、発
火性のガス処理にも適用できなかった。さらに、このコ
ロナ放電法はランニングコストも高くつく方法であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
とするところは、従来の処理技術が有する上記のような
問題点に鑑み、空気中に含まれる低濃度のガス状不純物
であっても、効率的に除去することが可能であり、しか
もランニングコストを低く抑えることが可能な新規かつ
改良された空気中不純物の除去装置を提供することであ
る。

【０００８】さらに本発明の別の目的は、空気中に含有
されるガス状不純物のイオン化効率を高めることが可能
であり、しかもオゾンの発生がなく、発火のおそれもな
いため、あらゆる環境に適用可能な新規かつ改良された
空気中不純物の除去装置を提供することである。

【０００９】さらにまた本発明の別の目的は、イオン化
された不純物の回収を迅速かつ効率的に実施可能であ
り、その高い吸収効率を長期間にわたり維持することが
可能であり、しかも従来のウェット処理において必要で
あった除湿処理も不要であるような新規かつ改良された
空気中不純物の除去装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、不純物を含む対象空気流を上流よ
り下流に流通させることが可能なチャンバと、上流より
上記チャンバ内に導入された上記不純物を含む対象空気
流に対して軟Ｘ線を照射するための軟Ｘ線照射手段と、
上記軟Ｘ線照射手段の下流側に配置されて、軟Ｘ線照射
によりイオン化された不純物を回収除去するための除去
手段とから成ることを特徴とする、空気中不純物の除去
装置が提供される。

【００１１】また、本発明によれば、上記除去手段が、
空気の流通方向に対して略平行に配置された複数のプレ
ート集塵電極から成り、それらの複数のプレート集塵電
極には隣接するプレート集塵電極間に電界が形成される
ように電圧が印加されることが好ましい。

【００１２】あるいは、本発明によれば、上記複数のプ
レート集塵電極のイオン吸着表面に表面洗浄用液体をそ
の液体中の不純物濃度が飽和しない程度に流すための表
面洗浄手段が設けられていることが好ましい。

【００１３】さらに、本発明によれば、上記複数のプレ
ート集塵電極が、空気流通方向に対して略平行であり、
かつ略垂直方向に並列配置されており、上記表面洗浄用
液体を上記イオン吸着表面の上方から下方に向かって流
すことが可能なように構成されていることが好ましい。

【００１４】さらにまた、本発明によれば、上記軟Ｘ線
照射手段の上流側に、さらに空気中に含まれる塵埃を除
去するためのフィルタ手段を配置することが好ましい。

【００１５】

【作用】このように本発明によれば、チャンバ内を上流
から下流に流れる対象空気流に対して軟Ｘ線を照射する
ことにより、その対象空気流に含まれる不純物をイオン
化し、次にイオン化された不純物を、軟Ｘ線照射手段の
下流に設置された除去手段により効率的に除去すること
が可能である。本発明によれば、不純物のイオン化のた
めに軟Ｘ線を使用するために、空気中の不純物を短時間
でほぼ１００％イオン化することが可能である。また、
不純物のイオン化にあたってオゾンが発生せず、また放
電現象を利用しないため発火の危険性がないことから、
あらゆる環境に適用することができる。

【００１６】また、本発明に基づく除去手段は、空気流
通方向に対して略平行に配置された複数のプレート集塵
電極から構成され、それらの隣接するプレート集塵電極
間に電界が形成されるので、正または負にイオン化され
た不純物を、空気の流通に従って、効果的に反対極の集
塵電極に吸着させることが可能である。

【００１７】また、本発明による表面洗浄手段を設け、
上記複数のプレート集塵電極のイオン吸着表面に表面洗
浄用液体をその液体中の不純物濃度が飽和状態に達しな
い程度に流すことにより、イオン化不純物の吸着表面を
常に清浄に保持することが可能となり、長期間にわた
り、高い吸着性能を保持することが可能である。また、
上記複数のプレート集塵電極を略垂直方向に並列配置
し、上記表面洗浄用液体をプレート集塵電極の吸着表面
の上から下に向かって流すことにより、容易かつ効率的
に吸着表面の洗浄を行うことができる。

【００１８】さらに、フィルタ手段を軟Ｘ線照射手段の
上流側に設け、予め空気中に含まれる塵埃を除去する前
処理を施すことにより、軟Ｘ線照射による空気中不純物
のイオン化の効率化を図ることができるとともに、装置
の寿命を伸ばすことが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明に基
づく軟Ｘ線照射を利用した空気中不純物の除去装置をク
リーンルーム用外気処理空調機に適用した実施例につい
て詳細に説明する。なお、図１は上記外気処理空調機の
概略的な側面図であり、図２はその外気処理空調機の不
純物除去ユニット部分の水平方向断面図である。

【００２０】図示の外気処理空調機１は、ＨＥＰＡフィ
ルタなどの乾式の高性能エアフィルタなどから構成され
る前処理ユニット２と、本発明に基づいて構成された不
純物除去ユニット３と、空気流を発生させるための送風
ユニット４と、温湿度調整等を行うための熱交換器と最
終的に塵埃を除去するためのＨＥＰＡやＵＬＰＡフィル
タなどを備えた後処理ユニット５から構成されている。
これらのユニットは、空気流入口６と空気流出口７とを
備えたチャンバ８内に収納されている。

【００２１】送風機ユニット４に組み込まれた送風機４
０などの空気流形成手段により、空気流入口６からチャ
ンバ内に導入された不純物を含む空気は、まず前処理ユ
ニット２において、ＨＥＰＡフィルタなどの乾式の高性
能エアフィルタにより、例えば０．３μｍ以上の固形不
純物が除去される。

【００２２】次いで、高性能エアフィルタにより塵埃を
除去された空気は、不純物除去ユニット３内に導入され
る。不純物除去ユニット３は、軟Ｘ線放射装置３０とイ
オン化不純物回収プレート集塵電極３１から構成されて
いる。

【００２３】軟Ｘ線放射装置３０から照射された、波長
が数オングストロームから数百オングストロームのいわ
ゆる軟Ｘ線（図中、点線で示す）が、対象空気流に照射
され、空気中に含まれる不純物（ガス状不純物に限ら
ず、上記高性能フィルタを通過した微粒子も含んでい
る）をイオン化する。

【００２４】なお、本明細書にいう、軟Ｘ線とは、薄い
空気層によってもたやすく吸収されるような透過能の小
さいＸ線領域をいい、その波長は一般に数オングストロ
ームから数百オングストロームであると定義されてい
る。このように本発明で用いる軟Ｘ線領域のＸ線は透過
能が小さいのでガス分子の光子吸収率も高く、ガス分子
をイオン化しやすい特性を有している。また、イオン化
過程において中性の酸素原子（ラジカル）が生成しない
ため、オゾンが発生しない。

【００２５】これに対して、軟Ｘ線領域よりエネルギー
の低い（すなわち、長波長側の）紫外線領域の光では、
ガスのイオン化は可能であるが、それ以上にオゾンが大
量に発生するため問題である。

【００２６】また、軟Ｘ線領域よりもエネルギーた高い
（すなわち、短波長側の）硬Ｘ線（通常のＸ線）は、イ
オン化エネルギーとしては十分であるが、ガス分子（原
子）に吸収されにくい。つまり、光吸収断面積が波長が
短くなるに従って小さくなるため、硬Ｘ線照射によるイ
オン生成量は非常に少なく、除電に使用することはでき
ない。さらに、硬Ｘ線の場合には、大がかりな遮蔽手段
を設ける必要があり、実用には適さないものである。

【００２７】なお、上述のイオン化過程では、不純物の
軟Ｘ線吸収による直接イオン化の他に、不純物よりイオ
ン化エネルギーの高い窒素や酸素分子のイオン化した分
子との電荷交換反応が大きく作用する。つまり、初期の
イオン化は、これらの窒素分子も不純物も同じ確率（例
えば１％）でイオン化される。従って、一次イオン化の
みでは不純物のイオン化率は非常に低い。しかし、その
後の分子衝突過程において不純物よりイオン化エネルギ
ーが高い窒素分子などと電荷交換反応を解して中性の不
純物がイオン化するに至る。この時窒素分子は中性分子
に戻る。分子衝突は、大気圧では１０⁹回／秒程度であ
るため、一次イオン化しなかった不純物も短時間でほぼ
１００％イオン化するに至る。

【００２８】上記のような軟Ｘ線放射によるイオン化技
法は、特に低濃度不純物の除去に対して非常に有効であ
る。不純物は、一般ガス成分（窒素ガス、酸素ガス等）
に比べてイオン化エネルギーが低く、その結果不純物濃
度が低い場合は、本発明によればほぼ１００％のイオン
化が可能となる。

【００２９】不純物のイオン化方法としては、すでに説
明したようにコロナ放電によるイオン化方法が従来より
知られてる。しかし、この方法では、かなり高濃度のオ
ゾンも同時発生するため、クリーンルームへの供給空気
や居住空間への供給空気の処理には使用できなかった。
また、放電現象を利用するため、発火性のガス処理にも
使用できなかった。

【００３０】一方、本発明に基づく軟Ｘ線照射によるイ
オン化方法によれば、中性の酸素原子（ラジカル）が生
成されないため、オゾンの発生が全くなく、しかも防爆
性であることから、どの様な制約条件も受けることはな
い。さらに、軟Ｘ線が照射される空間全体でイオン化反
応が進むため、コロナ放電法によるよりもイオン化効率
が高くなる上、ランニングコストもコロナ放電法よりも
安くなる。

【００３１】このようにして、軟Ｘ線放射装置３０によ
りイオン化された空気中の不純物は、イオン化不純物回
収プレート集塵電極３１において回収除去される。この
回収プレート３１は導電性の複数のプレート集塵電極か
ら成り、これらのプレート集塵電極が、図示のように空
気流方向に対して略平行に空気流を妨げないように配置
されると共に、後述するように洗浄用液体を吸着面の上
から下に流し易いように略垂直方向に並列配置されてい
る。さらに、図２に示すように、プレート集塵電極には
交互に正の高圧電圧が印加されており、プレート集塵電
極間に形成された電界により正の不純物イオンを接地さ
れたプレート集塵電極で、負の不純物イオンは正電圧印
加プレート集塵電極により回収除去される。図示の例で
は、プレート集塵電極に交互に正の高圧電圧を印加した
が、もちろん負の高圧電圧を印加することも可能であ
り、プレート集塵電極間にイオン化不純物を吸着するた
めの電界を形成することができれば、いかような構成を
採用することも可能である。

【００３２】さらに、イオン化不純物回収プレート集塵
電極３０の上部には洗浄用液体を供給するための入口３
２が設けられており、この入口３２から供給された洗浄
用液体はプレート集塵電極の表面をゆっくりと下方に流
れ、下部に設けられた出口３３から排出されるように構
成されている。なお、洗浄用液体としては、純水や普通
の水を用いることが可能であり、また用途によっては適
当な薬剤を使用することも可能である。

【００３３】このようにイオン化不純物回収部をウェッ
トに保持し、かつ常に新しい液体を徐々に供給し、不純
物を回収した液体を徐々に排出することにより、液体か
らの不純物の蒸発や飽和による吸収低下を防ぐことがで
きる。また、ウェット処理で通常問題になる湿度の上昇
もほとんど生じない。というのも、ウェット状態に保持
されるのは、かなり広い間隔で設けられた電圧印加プレ
ート集塵電極表面だけで、気体との接触面積は、シャワ
ー方式やウェットな素材中に気体を流すような従来の方
法と違って、非常に小さいからである。この結果、余計
な除湿処理が不要となり、ランニングコストを非常に低
くすることができる。

【００３４】以上のようにして、不純物が除去された対
象空気は、送風ユニット４により形成された空気流にの
って後処理ユニット５に送られる。後処理ユニット５に
おいては、必要に応じ温湿度調整を施したり、あるいは
再フィルタ処理を施すことが可能である。かくして不純
物が除去された対象空気流はチャンバの空気流出口７か
らクリーンルーム内に供給される。なお、さらに通常の
空調処理が必要な場合は、一般の空調機に供給されて空
調処理後クリーンルーム内に供給される。

【００３５】上記の説明においては、クリーンルーム用
外気処理空調機に本発明を適用した実施例について説明
したが、本発明は上記例に限定されない。本発明は、こ
の他にも、クリーンルーム内のウェットプロセスエリア
の空気循環系、病院の外調機、動物舎等からの排気空気
処理、一般居室へ外気を供給する外調機、各種排ガス処
理等にも適用することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明に基づく軟Ｘ線照
射を利用した空気中不純物除去装置は、不純物のイオン
化効率およびイオン化不純物の回収効率が非常に高く、
かつ従来技術で問題であった、オゾンの発生（コロナ放
電法）がなく、処理ガスの除湿（従来のウェット処理）
の必要もないため、ランニングコストを非常に安くでき
るという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく軟Ｘ線照射を利用した空気中不
純物の除去装置をクリーンルーム用外気処理空調機の概
略的な側面図である。

【図２】図１に示す外気処理空調機のＡ−Ａ’断面図で
ある。

【図３】図１に示す外気処理空調機の不純物除去ユニッ
ト部分の水平方向断面図を示している。

【符号の説明】

１ 外気処理空調機 ２ 前処理ユニット ３ 除去ユニット ４ 送風ユニット ５ 後処理ユニット ６ 空気流入口 ７ 空気流出口 ８ チャンバ ３０ 軟Ｘ線放射装置 ３１ イオン化不純物回収プレート集塵電極 ４０ 送風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 克己 神奈川県川崎市多摩区西生田３−20−９ (56)参考文献 国際公開94／5138（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B03C 3/00 - 3/88

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不純物を含む対象空気流を上流より下流に
   流通させることが可能なチャンバと、 上流より上記チャンバ内に導入された上記不純物を含む
   対象空気流に対して軟Ｘ線を照射するための軟Ｘ線照射
   手段と、 上記軟Ｘ線照射手段の下流側に配置されて、軟Ｘ線照射
   によりイオン化された不純物を回収除去するための除去
   手段とから成ることを特徴とする、空気中不純物の除去
   装置。
2. 【請求項２】上記除去手段が、空気の流通方向に対して
   略平行に配置された複数のプレート集塵電極から成り、
   それらの複数のプレート集塵電極には隣接するプレート
   集塵電極間に電界が形成されるように電圧が印加される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の空気中不純物の除
   去装置。
3. 【請求項３】さらに、上記複数のプレート集塵電極のイ
   オン吸着表面に表面洗浄用液体をその液体中の不純物濃
   度が飽和状態に達しない程度に流すための表面洗浄手段
   が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の
   空気中不純物の除去装置。
4. 【請求項４】上記複数のプレート集塵電極が、空気流通
   方向に対して略平行であり、かつ略垂直方向に並列配置
   されており、上記表面洗浄用液体を上記イオン吸着表面
   の上方から下方に向かって流すことが可能であることを
   特徴とする、請求項３に記載の空気中不純物の除去装
   置。
5. 【請求項５】上記軟Ｘ線照射手段の上流側に、さらに空
   気中に含まれる塵埃を除去するためのフィルタ手段を配
   置したことを特徴とする、請求項１、２、３又は４のい
   ずれかに記載の空気中不純物の除去装置。