JP3172145B2 - 空気清浄化方法と空気清浄化システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、クリ−ン
ルームや局所クリーントンネルなどの電子部品の製造工
場で用いられる局所清浄化用の空気清浄化方法と空気清
浄化システムに関し、特に、省スペースで、ランニング
コストが安価で、しかもケミカル物質の除去能力は従来
と同等以上の空気清浄化方法および空気清浄化システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気中の微量不純物を除去する装置とし
てエアーワッシャー方式の空気清浄化装置が知られてい
る。また、エアーワッシャー方式の空気清浄化装置にお
いて、エアーワッシャーに使用する水に純水を用いると
空気中の不純物が効果的に除去可能なことは公知である
［平成１０年４月１６日、１７日開催、第１６回空気清
浄とコンタミネーションコントロール大会、（Ａ−２）
エアーワッシャーの無機成分除去性能の実態調査、（Ａ
−３）エアーワッシャーによる大気中ケミカル物質の除
去（その２）除去効果におよぼす水質の影響等］。

【０００３】エアーワッシャー方式の空気清浄化装置で
は、空気流中に噴射された水滴は主として噴射による慣
性運動を主体とした動きにより空気中の不純物を捕捉
し、衝突などにより分裂された超微細ミストはブラウン
運動を主体とした動きにより空気中の不純物、特にケミ
カル物質を捕捉する。このようにして空気中の塵埃やガ
ス状のケミカル物質を取り込んだ超微細ミストは冷却手
段により凝縮除去され、塵埃やケミカル物質の除かれた
空気が送り出される。冷却手段により凝縮された水を浄
化して水噴射ノズルの供給水に供給するために、再循環
システムを設けることが望ましい。

【０００４】図４に従来のエアーワッシャー方式の空気
清浄化システムの１例を示す。空気清浄化装置１の空気
ダクト２の空気取入口近傍には除塵のためのプレフィル
タ３が装着され、その下流にエアーワッシャー４が配置
されている。エアーワッシャー４は、噴射ノズル４ａを
多数の噴射口を上流側に向けて配置するとともに、この
噴射ノズル４ａの噴射口に対向してミスト衝突板からな
るミストトラップ４ｂを配置して構成されている。

【０００５】エアーワッシャー４の下流には、１００％
ＲＨの空気を冷却して除湿するエリミネータ５が設置さ
れている。さらにその下流の出口近傍には、空気ダクト
２内に５ｍ／秒以上の空気流を生じさせる送気ファン６
が設置されている。

【０００６】エアーワッシャー４とエリミネータ５の下
方には、凝縮水を受けるバッファタンク７が設置されて
いる。

【０００７】バッファタンク７には、バッファタンク７
内の凝縮水を循環しつつ清浄化する超純水供給ライン８
と、エアーワッシャー４の水噴霧ノズル４ａの給水管９
に噴射水を供給する噴射水給水ライン１０が設けられて
いる。

【０００８】超純水供給ライン８は、ポンプ１１、紫外
線殺菌装置１４、イオン交換樹脂ボンベ１５、フィルタ
１６及びこれらの構成機器を連結する配管１７から構成
されている。

【０００９】噴射水給水ライン１０は、ポンプ１８、冷
却器１９及びこれらを連結するとともに給水管９に連結
する配管２０から構成されている。

【００１０】処理に際しては、まず、バッファタンク７
に超純水を満たし、ポンプ１１，１８を駆動させて超純
水供給ライン８と噴射水給水ライン１０とを運転しなが
ら送気ファン６を駆動させると空気ダクト１内に空気流
が形成されるとともに噴射ノズル４ａから超純水が噴射
される。噴射された水滴は向流により微細化されてミス
トＭとなり、この状態で塵埃やガス状のケミカル物質を
取り込む。粒子径の大きいミストはミストトラップ４ｂ
に当って凝縮し流下してバッファタンク７中に入り、微
小なミストと１００％ＲＨとなった空気が空気流に運ば
れてエリミネーター５と接触して凝縮してバッファタン
ク７中に流下する。

【００１１】バッファタンク７中に集められた凝縮水の
一部は、ポンプ１１で超純水供給ライン８に送られ、紫
外線殺菌装置１４で滅菌された後、イオン交換樹脂ボン
ベ１５に送られる。イオン交換樹脂ボンベ１５を通過し
て不純物除去された水は、更にフィルタ１６で微粒子が
除去されてからバッファタンク７に戻される。

【００１２】このように、従来のエアーワッシャー方式
の空気清浄化システムにおいては、水質純化装置にイオ
ン交換樹脂ボンベ採用するものが多かった。

【００１３】しかし、多量の清浄化空気をクリーンルー
ム等へ供給する場合には、装置が大型化し、その規模に
見合う量のイオン交換樹脂を必要とする。従来は、イオ
ン交換樹脂ボンベの本数を増やして対応したり、自動再
生が可能なイオン交換塔を設け、定期的に再生を繰り返
し使用していた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、処理空気の不
純物濃度を安定に維持するには、水質純化装置の処理量
が、噴射水量に対して、およそ１／１０〜１／３０であ
る必要がある。この場合、従来のイオン交換樹脂を採用
した大型エアーワッシャー方式空調システムにおいて
は、数１０ｍ^３／ｈ規模の水質純化装置を要する。これ
だけの処理能力を達成するためには、非常に多量のイオ
ン交換樹脂が必要であり、装置の大型化は避けられな
い。

【００１５】非再生型のイオン交換ボンベを用いると、
大量のボンベを頻繁に交換する必要があり、ランニング
コストが非常に高くなる。

【００１６】イオン交換樹脂の再生が可能な再生式イオ
ン交換塔を使用する場合には、イオン交換樹脂再生のた
めに、定期的に装置の運転を停止する必要がある。さら
に、再生のために苛性ソーダ、塩酸などの再生薬品を使
用し、かつ再生処理に用いた薬品を含む排液の処理設備
とコストが必要となる。これらの設置スペースも必要
で、イニシャルコストとランニングコストが膨大とな
る。加えて、再生用排液の環境への影響等の問題もあ
る。

【００１７】たとえ、こうした水質純化装置を使用せ
ず、超純水の補給をしてオーバーフローで排水する構成
としても、多量の排水が出るため、排水処理設備能力の
見直しが必要となる。

【００１８】本発明は、こうした従来のエアーワッシャ
ー方式の空気清浄化システムの問題を解決することを目
的としたもので、水質純化装置に電気式脱イオン化装置
を採用することで、大型の空調システムにおいても、中
小規模の空調システム並みの比率で省スペース化とラン
ニングコスト低減を図るものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の空気清浄化方法
は、空気中に噴射された水滴に不純物を捕捉させ、不純
物を捕捉した前記水滴を冷却して凝縮水として回収する
エアーワッシャー方式の空気清浄化方法において、前記
凝縮水を実質的に電気式脱イオン化装置単独で処理して
凝縮水中に溶存するケミカル物質を除去してから噴射水
として再利用することを特徴とする。

【００２０】本発明の空気清浄化システムは、エアーワ
ッシャー方式の空気清浄化装置と、前記空気清浄化装置
の凝縮水をバッファタンクに回収し前記バッファタンク
から前記空気清浄化装置にエアーワッシャーの噴射水と
して供給する再循環給水装置と、前記エアーワッシャー
の前記噴射水として供給される凝縮水の不純物濃度を低
減させる水質純化装置とを有する空気清浄化システムに
おいて、前記水質純化装置が、実質的に、前記エアーワ
ッシャーの噴射水として供給される凝縮水中に溶存する
ケミカル物質を除去する電気式脱イオン化装置単独から
なることを特徴とする。

【００２１】また、前記電気式脱イオン化装置は、イオ
ン交換樹脂層を挟んでその両側にイオン交換膜が配置さ
れ、これら各イオン交換膜の外側には直流電極が配置さ
れてなることが好ましい。

【００２２】電気式脱イオン化プロセスとは、電気的に
活性なメディア（イオン交換樹脂、イオン交換膜）と、
イオンの移動を引き起こす電圧とを用いて、液中よりイ
オンになり得る化学種を除去することをいう。

【００２３】電気式脱イオン化装置とは、電気エネルギ
ーを用いて、イオン交換樹脂を再生する電気再生システ
ムを組み込んだ装置である。

【００２４】図３に電気式脱イオン化装置の１例の模式
図を示す。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合
された樹脂層（混合床イオン交換樹脂層）４１をイオン
交換膜４２〜４５の間に挿入し、これを複数段積層した
後、最外側に電極４８、４９を配置する。

【００２５】処理対象である凝縮水を図３の向かって左
側から混合床イオン交換樹脂層４１に供給すると、最初
は、凝縮水中の陰イオンは混合床イオン交換樹脂層４１
中のアニオン交換樹脂に捕捉され、陽イオンはカチオン
交換樹脂に捕捉される。

【００２６】陽極４８と陰極４９の間に流れる直流電流
により、アニオン交換樹脂に捕捉された陰イオンは、ア
ニオン交換膜４３を通過して陽極４８へ向かうが、カチ
オン交換膜４２が存在するため、濃縮水流路５１に留ま
る。同様にして、カチオン交換樹脂に捕捉された陽イオ
ンはカチオン交換膜４４を通過して陰極４９へ向かう
が、アニオン交換膜４５が存在するため濃縮水流路５２
に留まる。

【００２７】こうして、電気式脱イオン化プロセスにお
いては、直流電源をエネルギー源として脱イオン化とイ
オン交換樹脂の再生を行い、導伝率が数十μＳ／ｃｍの
供給水から比抵抗8 〜17メグオーム（ＭΩ・ｃｍ）の超
純水を生産することができる。また、ボロン成分や分子
量３００程度のＴＯＣ（Total Organic Carbon、全有機
炭素）成分を除去することも可能である。

【００２８】この方法によれば、電気的に生成された水
素イオンと水酸イオンは、濃縮水流路５１、５２で再結
合して水に戻り、余分な塩を生成しない。したがって、
濃縮水は主として供給水（凝縮水）に含まれる塩だけを
含む。

【００２９】電気式脱イオン化装置としては、上述の形
式以外にも、イオン交換樹脂層にイオン交換繊維を用い
たものや、濃縮水側にイオン交換樹脂を充填したもの等
がありいずれも本発明に適用可能であるが、ランニング
コスト等の点で上述の形式が特に好ましい。

【００３０】電気式脱イオン化装置は、多くの超純水プ
ラントにおいて、混床式イオン交換塔の代わりに使用す
ることができる。上述のように、電気式脱イオン化プロ
セスにおいては、水の処理とイオン交換樹脂の再生が同
時に進行するため、従来イオン交換塔を使用する際に必
要であったイオン交換樹脂の再生時間や再生後の洗浄時
間、イオン交換ボンベの交換のための休止期間や交換後
の洗浄時間等が必要なくなる。

【００３１】また、イオン交換塔と異なり、再生用に化
学薬品を使用する必要がなく、こうした化学薬品を含む
排液が発生しない。

【００３２】供給水（凝縮水）がカルシウムを０．１ｐ
ｐｍより多く含む場合は、イオン交換膜の内部に炭酸カ
ルシウムが形成されるため電気式脱イオン化プロセスに
は適さない。しかし、エアーワッシャー方式の空気清浄
化システムの水質純化装置において、例えばクリ−ンル
ームやクリーントンネル等の閉鎖空間の空気中の不純物
を含む水を循環処理する場合は、水のカルシウム含有量
が少なく、電気式脱イオン化プロセスに最適である。

【００３３】図４に示した従来例のエアーワッシャー方
式の空気清浄化システムの噴射水タンク内に超純水を補
給し水質純化装置を稼動させ、通常の外気を約３時間処
理した後の噴射水タンク内の水質を分析した結果を次に
示す。

【００３４】

【表１】 こうした水質は、電気式脱イオン化プロセスで処理する
水に要求される水質条件を非常に良く満たすものであ
る。

【００３５】また、電気式脱イオン化プロセスは、イオ
ン成分の除去のみでなく生菌の増殖を抑制する作用も有
する。これは、電気式脱イオン化装置の供給水の出口付
近では、水が電気分解されて水素イオンと水酸イオンが
イオン交換樹脂の表面に発生し、これらのイオンで生菌
の一部が死滅するため、増殖を抑制する。

【００３６】上記空気清浄化システムとしては、例え
ば、隔壁で囲まれた空気流路と、この空気流路内に配置
された水噴射ノズルと、この水噴射ノズルの上流に配設
された衝立と、空気流中のミストを凝縮させる冷却装置
と、前記空気流路内に前記水噴射ノズルから前記衝立側
に向かう空気流を形成させる送気ファンと、凝縮したミ
ストを取り入れるバッファータンクとを有するものを使
用することができる。しかしこれに限られるものではな
く、いわゆる、エアーワッシャー方式の空気清浄化シス
テムであればいかなるものでも使用可能である。

【００３７】再循環装置としては、ポンプを使用したも
のが一般的に用いられる。

【００３８】水質純化装置においては、バッファタンク
に収容された水の一部あるいは全部を取出して、電気式
脱イオン化装置で水の不純物濃度を低減させ再びバッフ
ァタンクに戻すようにしてもよい。

【００３９】水質純化装置において、電気式脱イオン化
装置の後段にさらにフィルターを設けてもよい。

【００４０】この空気清浄化システムにおいて、凝縮・
回収された水に含まれる不純物の量を計測する計測装置
を設けることもできる。凝縮水の不純物量は被処理空気
の供給源であるクリ−ンルームや局所クリーントンネル
内の空気のクリーン度と関連する。したがって、凝縮水
の不純物量を監視することによりクリ−ンルームや局所
クリーントンネル内の空気のクリーン度を監視すること
ができ好ましい。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。本発明は、その要旨を
逸脱しないならば、本実施の形態に限定されるものでは
ない。

【００４２】図１は、本発明の空気清浄化システムの一
実施形態を概略的に示す図である。本実施例の空気清浄
化システムは、超純水供給ライン８において、紫外線殺
菌装置１４およびイオン交換樹脂ボンベ１５の代わり
に、電気式脱イオン化装置２１を使用した以外は、図４
に示した従来例の空気清浄化システムと同様の構成を有
する。したがって、図４の従来例と同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００４３】空気清浄化装置１のエアーワッシャー４と
エリミネータ５の下方に設置された、バッファタンク７
には、超純水供給ライン８と、エアーワッシャー４の水
噴霧ノズル４ａの給水管９に噴射水を供給する噴射水給
水ライン１０が設けられている。

【００４４】本実施例においては、超純水供給ライン８
は、ポンプ１１、フィルタ１６、電気式脱イオン化装置
２１、これらの構成機器を連結する配管１７から構成さ
れている。

【００４５】電気式脱イオン化装置２１には、ポンプ２
２を有する濃縮水循環・排水ライン２３が設けられてい
る。

【００４６】図２は、電気式脱イオン化装置２１の断面
を模式的に示したものである。中央にはアニオン交換樹
脂とカチオン交換樹脂の混合された樹脂層（混合床イオ
ン交換樹脂層）２１ａが配置されている。その両側をイ
オン交換膜２１ｂで挟み、濃縮水流路２１ｃの外側に電
極２１ｄを配した構造となっている。濃縮水流路２１ｃ
は、濃縮水循環・ 排水ライン２３と連結している。

【００４７】エアーワッシャー４の噴射ノズル４ａから
空気中に噴射された超純水は微細化されてミストＭとな
り、この状態で空気中の塵埃やガス状のケミカル物質を
取り込む。ミストＭは、凝縮してバッファタンク７中に
流下する。

【００４８】塵埃やガス状のケミカル物質の除去された
空気は、空気ダクト１の排気口から排出され、クリーン
ルームに送られる。

【００４９】バッファタンク７内の凝縮水の一部は、ポ
ンプ１１で超純水供給ライン８を循環して不純物濃度を
低下させられた後、バッファタンク７へ戻される。

【００５０】超純水供給ライン８に入った凝縮水は、フ
ィルタ１６で微粒子を除去されてから、電気式脱イオン
化装置２１の混合床イオン交換樹脂層２１ａに導入され
る。凝縮水中のイオン成分は、まず混合床イオン交換樹
脂層２１ａに捕捉される。次いで、電極２１ｄ間に流れ
る直流電流により、混合床イオン交換樹脂層２１ａに捕
捉されたイオン成分はイオン交換膜２１ｂを通過して濃
縮水流路２１ｃに達する。

【００５１】このようにして、凝縮水は混合床イオン交
換樹脂層２１ａを通過する間にイオン成分を取り除かれ
る。また、水の電気分解で生じた水素イオンや水酸イオ
ンで、濃縮水中の生菌は殺菌され、中性有機物はイオン
化されて除去される。濃縮水はほぼ中性である。

【００５２】濃縮水流路２１ｃから、ポンプ２２で汲み
出された濃縮水の約５％は排水されるが、残りは濃縮水
循環・ 排水ライン２３を循環して再び濃縮水流路２１ｃ
に入る。

【００５３】混合床イオン交換樹脂層２１ａを通過して
不純物濃度を下げられた凝縮水は、配管１７を通ってバ
ッファタンク７へ戻され、噴射水給水ライン１０でエア
ーワッシャー４の水噴霧ノズル４ａの給水管９に噴射水
として供給される。

【００５４】例えば、図１に示した空気清浄化システム
において、空気処理能力８００ＣＭＭのシステムの場
合、液ガス比を２とすると、噴射水量は１００ｍ³ ／ｈ
である。この場合に、噴射水のバッファタンク内容量を
約５ｍ³ とする。水質純化装置の処理水量を噴射水量の
１／１０とすると、１０ｍ³ ／ｈの処理能力が必要とな
る。

【００５５】表２に、図１に示した本実施例の空気清浄
化システムと従来例の空気清浄化システム（非再生型イ
オン交換ボンベ使用例および再生型イオン交換塔使用
例）を、上述の条件で運転した場合の比較を示す。

【００５６】

【表２】 表１において、「ＥＤＩ」は電気式脱イオン化装置を用
いた本実施例の空気清浄化システムを指す。非再生型イ
オン交換ボンベとしては、ノムラ・カートリッジ・カラ
ム２００型（野村マイクロ・サイエンス株式会社製造）
を使用した。再生型イオン交換塔は２塔の混床型イオン
交換塔を切り替えて使用した。

【００５７】なお、本実施例の水質純化装置によれば、
比抵抗値１５〜１８ＭΩ・ｃｍの純水を連続供給可能で
あった。

【００５８】表２から明らかなように、本実施例の空気
清浄化システムによれば、非再生型のイオン交換ボンベ
や混床型イオン交換塔の代わりに電気式脱イオン化装置
を使用することで、装置の大型化を来たすことなく、効
率よく水質純化を行うことができる。

【００５９】非再生型のイオン交換ボンベを用いる場合
と比較すると、大量のボンベを頻繁に交換する必要がな
いため、ランニングコストが大きく低下する。

【００６０】混床型イオン交換塔と比較すると、スペー
スを半減することができる。さらに、イオン交換樹脂の
交換や再生の必要がないため、再生に必要な薬品や人件
費等のコストも低減することができ、ランニングコスト
を中小規模空調システム並みに抑えることができる。装
置の運転を停止させる必要がないので生産性も高まる。

【００６１】排液となる濃縮水はほぼ中性であり、その
まま通常の排水路に排水できる。しかも、再生処理に薬
品を使用しないため、特別な排水処理施設は必要なく、
装置のコストが低下するとともに環境への悪影響も防げ
る。

【００６２】電気式脱イオン化プロセスは、生菌の増殖
抑制作用を有するため、従来のように水質純化装置にＵ
Ｖ殺菌器を備える必要がなく、さらなる装置のコンパク
ト化とコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の空気清浄化システムを概略的
に示す図である。

【図２】本発明の実施例の電気式脱イオン化装置の模式
的断面図である。

【図３】電気式脱イオン化プロセスの原理を示す図であ
る。

【図４】従来の空気清浄化システムを概略的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１……空気清浄化装置、２……空気ダクト、３……プレ
フィルタ、４……エアーワッシャー、４ａ……噴射ノズ
ル、４ｂ……ミストトラップ、５……エリミネータ、６
……送気ファン、７……バッファタンク、８……超純水
供給ライン、９……給水管、１０……噴射水給水ライ
ン、１１……ポンプ、１３……制御装置、１４……紫外
線照射装置、１５……イオン交換樹脂ボンベ、１６……
フィルタ、１７、２０……配管、１１、１８、２２……
ポンプ、１９……冷却器、２１……電気式脱イオン化装
置、２１ａ、４１……混合床イオン交換樹脂層、２１ｂ
……イオン交換膜、２１ｃ、５１、５２……濃縮水流
路、２１ｄ……電極、２３……濃縮水循環・排水ライ
ン、４２、４４……カチオン交換膜、４３、４５……ア
ニオン交換膜、４８……陽極、４９……陰極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 47/00 - 47/18 B01D 61/48 C02F 1/20 C02F 1/46 H01L 21/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中に噴射された水滴に不純物を捕捉
   させ、不純物を捕捉した前記水滴を冷却して凝縮水とし
   て回収するエアーワッシャー方式の空気清浄化方法にお
   いて、 前記凝縮水を実質的に電気式脱イオン化装置単独で処理
   して凝縮水中に溶存するケミカル物質を除去してから噴
   射水として再利用することを特徴とするエアーワッシャ
   ー方式の空気清浄化方法。
2. 【請求項２】 エアーワッシャー方式の空気清浄化装置
   と、 前記空気清浄化装置の凝縮水をバッファタンクに回収し
   前記バッファタンクから前記空気清浄化装置にエアーワ
   ッシャーの噴射水として供給する再循環給水装置と、 前記エアーワッシャーの前記噴射水として供給される凝
   縮水の不純物濃度を低減させる水質純化装置とを有する
   空気清浄化システムにおいて、 前記水質純化装置が、実質的に、前記エアーワッシャー
   の噴射水として供給される凝縮水中に溶存するケミカル
   物質を除去する電気式脱イオン化装置単独からなること
   を特徴とする空気清浄化システム。
3. 【請求項３】 前記電気式脱イオン化装置は、イオン交
   換樹脂層を挟んでその両側にイオン交換膜が配置され、
   これら各イオン交換膜の外側に直流電極が配置されてな
   ることを特徴とする請求項２記載の空気清浄化システ
   ム。