JP3698559B2

JP3698559B2 - 気中不純物除去装置

Info

Publication number: JP3698559B2
Application number: JP25252798A
Authority: JP
Inventors: 仁稲葉
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2018-09-07
Also published as: CN1248768C; SG73667A1; CN1247768A; HK1026653A1; TW423985B; JP2000079319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気中不純物除去装置に関し、更に詳細には空気中に含まれる可溶性ガスを気液接触により除去する際に、可溶性ガスを吸収除去するために用いられる吸収液のＰＨ値を制御する水質管理機能を備える気中不純物除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、清浄度が要求されるクリーンルーム内に外気供給装置を介して外気を導入する際、この外気中に含まれている可溶性ガスを気液接触により除去する装置は、特開平９−２５３４４２号公報に開示されているように既によく知られている。
【０００３】
特開平９−２５３４４２号公報に開示されている発明の空気中可溶性ガス除去装置は、可溶性ガス成分が含まれる空気と、例えば水や純水のような吸収液とを効率よく気液接触させることにより、吸収液に気中の可溶性ガスを吸収させて除去する装置である。
【０００４】
この吸収液は、被処理空気が通過する流路（例えば風洞）内でスプレーノズルから噴霧され、気液接触により可溶性ガス成分を溶解して吸収し、可溶性ガス成分が溶存する吸収液は回収されて再び被処理空気通過用流路に供給されるように循環系内を循環される。
【０００５】
吸収液が循環系内を循環して可溶性ガスの除去作用を継続していると、循環系内における吸収液の水質は、その吸収ガス濃度の上昇により悪化する。このような吸収液の水質悪化を防止するため、吸収液循環系内における一部の吸収液は排水され、同量の補給水が供給されるようになっている。
【０００６】
しかし、被処理空気中の可溶性ガスが、例えばアルカリ系よりも酸性系の方が多い場合には、たとえ全吸収ガス濃度が高くならなくても、吸収液循環系内の吸収液は、酸性側に偏り、その結果酸性ガスの除去率の低下を招くことになる。
【０００７】
そのため、そのような場合、従来では不純物混入法によって吸収液循環系内における吸収液のＰＨ値を制御する方法もあった。この不純物混入法とは、酸性或いはアルカリ性のＰＨ調整液、又は酸性物質とアルカリ性物質が所定量混合して調合されているＰＨ緩衝液を吸収液循環系内の吸収液に注入して吸収液のＰＨ値を所定値内に調整するものである。この場合に使用される薬液としては、酸性薬液として硫酸、塩酸、硝酸、シュウ酸などがあり、またアルカリ性溶液としてはアミン系の薬品などが使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような不純物混入法は、用いられている薬品の蒸気成分のほとんどが同時に被処理空気中の除去対象物である。そのため、吸収液の蒸発や処理装置下流への吸収液のキャリーオーバー等の際に、処理済み供給空気中にこれらの薬品の一部が蒸発して除去ガス成分の濃度を上昇させ、これが汚染源となる危険性があった。
【０００９】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、処理済み供給空気中における除去ガス成分の濃度を上昇させることなく、被処理空気中の可溶性ガスの吸収する吸収液のＰＨ値を常に所定の範囲内になるように制御してその水質を管理する気中不純物除去装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は気中不純物除去装置であり、前述の技術的課題を解決するために以下のような構成とされている。すなわち、本発明は、被処理空気中の可溶性ガス不純物を気液接触法により吸収除去する気中不純物除去装置において、吸収液を被処理空気流路内に供給し、吸収液と被処理空気とを気液接触させて被処理空気中の可溶性ガスを吸収液に溶解させ、可溶性ガスが溶存する吸収液を回収して再び前記被処理空気流路内に供給する吸収液循環系と、吸収液循環系における吸収液のＰＨ値を検出し、検出されたＰＨ値に基づいて吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に調整して吸収液のＰＨ値を所定の範囲内に制御するイオン選択除去装置とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００１１】
＜本発明における具体的構成＞
本発明の気中不純物除去装置は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。その具体的構成要素とは、前記イオン選択除去装置が、吸収液循環系における吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に除去して吸収液のＰＨ値を所定の範囲内に制御することを特徴とする。
【００１２】
＜本発明における付加的構成＞
本発明の気中不純物除去装置は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素に更に以下のような構成を加えた場合であっても成立する。その付加的構成要素とは、前記吸収液循環系に新たな吸収液を補給する吸収液補給系と、前記吸収液循環系から一部の吸収液を排水する吸収液排水系であり、前記イオン選択除去装置が、吸収液補給系から補給される新たな吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に除去し、この補給吸収液を吸収液循環系に補給することにより吸収液循環系における吸収液のＰＨ値を所定の範囲内に制御することを特徴とする。
【００１３】
このような特徴を備える本発明の気中不純物除去装置において、前記イオン選択除去装置としては電解分離除去法による装置又はイオン交換樹脂を用いた装置とすることができる。また、吸収液としては、純水又は水を用いることができる。そして、吸収液循環系の吸収液におけるＰＨ値の所定範囲としては、５．０〜８．０以内であることが好ましい。
【００１４】
本発明の気中不純物除去装置によると、空気流路内で吸収液循環系の吸収液と被処理空気が気液接触して空気中の可溶性ガス成分が吸収液中に吸収されて除去される。これに伴って吸収液循環系における吸収液のＰＨ値に偏りが生じてくる。例えば、被処理空気中の酸性ガス成分が増加すると、吸収液循環系の吸収液は酸性側に偏る。
【００１５】
そこで、本発明の気中不純物除去装置では、吸収液循環系の吸収液ＰＨ値を、例えばＰＨセンサ等により連続的に測定し、吸収液のＰＨ値が所定範囲外になった時、イオン選択除去装置により吸収液のＰＨ値を設定範囲内になるようにイオン濃度を制御する。
【００１６】
吸収液循環系の吸収液イオン濃度を制御する方法としては、大きく分けて、(1) 吸収液循環系の吸収液における過剰な正又は負イオンをイオン選択除去装置により直接除去してＰＨ値を設定した範囲内にする方法、(2) 吸収液循環系の吸収液に補給用吸収液を供給し、その際にこの補給用吸収液の正又は負イオンをイオン選択除去装置により除去し、その結果として吸収液循環系における吸収液のＰＨ値を設定した範囲内にする方法が考えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の気中不純物除去装置を図に示される実施形態に沿って更に詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る気中不純物除去装置（以下、単に除去装置と称する）１０の構成を概略的に示す構成説明図である。この除去装置１０は、屋外の外気から可溶性ガスを除去してクリーンルームに給気するエアーウォッシャに適用した態様である。
【００１８】
本態様での吸収液と被処理空気との気液接触は、ダクトに介装した風洞即ちチャンバー１１内で行う例にて説明する。被処理空気としての外気はチャンバー１１内を図中矢印１２のように左から右に流通する。チャンバー１１には吸収液としての純水を循環供給する純水循環系（吸収液循環系）１３の吸収液噴出部が設置されている。
【００１９】
純水循環系１３は、チャンバー１１内に設けられたピット１１ａに一端を連通し、他端側に多数のスプレーノズル１４が設置された配管１３ａと、この配管１３ａを介してピット１１ａに貯留された純水をポンプアップし、チャンバー１１内に配置した吸収液噴出部である複数のスプレーノズル１４からチャンバー１１内に噴霧する循環ポンプ１５とから構成されている。
【００２０】
ピット１１ａには純度の高い新しい純水を補給するための純水補給系（吸収液補給系）１６を構成する配管１６ａが接続され、またピット１１ａ内の純水を排水する純水排水系（吸収液排水系）１７を構成する配管１７ａがそれぞれ接続されている。純水排水系１７の配管１７ａには排水ポンプ１８が設置されており、この排水ポンプ１８により所定量の純水が常時排水され、これに伴って純水補給系１６から新たな純水が補給され続ける。
【００２１】
その際、純水補給系１６からの純水の補給は、配管１６ａの先端部に設けられた、浮き１６ｂを利用したオーバーフローバルブ（図示せず）により制御され、これにより排水された純水の量と同量の純水が補給されるようになっている。更に、チャンバー１１内において、ピット１１ａの下流側には飛散ミストを回収するためのエリミネータ１９が設置されている。
【００２２】
純水循環系１３を構成する配管１３ａには、ＰＨセンサ２０が設置されており、この配管１３ａを通って循環する純水のＰＨ値を連続的に計測している。そして、このＰＨセンサ２０よりも下流側における配管１３ａにはイオン選択除去装置２１が設けられている。
【００２３】
このイオン選択除去装置２１は、例えば電解分離除去法又はイオン交換樹脂を用いた装置であって、純水の正又は負のイオンを除去するものである。このような装置２１それ自体は公知のものである。このようなイオン選択除去装置２１の動作は、ＰＨ制御ユニット２２からの制御信号によって制御され、更にこのＰＨ制御ユニット２２は、ＰＨセンサ２０からの出力信号を受けて制御信号を形成する。
【００２４】
次に、この除去装置１０の動作について説明する。チャンバー１１内では純水がスプレーノズル１４から連続的に噴霧され、チャンバー１１を流通する外気と気液接触して、外気に含まれる可溶性ガスが純水中に溶解する。同時に、噴霧された純水は、下流側に設けられたエリミネータ１９に到達し、このエリミ面を濡らし、そこでも可溶性ガスが吸収除去される。
【００２５】
このようにして可溶性ガスを吸収した純水は、ピット１１ａに溜まり、再び純水循環系１３を介してスプレーノズル１４から噴霧される。つまり、純水循環系１３では純水が循環ポンプ１５によって連続的に循環している。この循環を繰り返している内に、純水循環系１３の純水中の可溶性ガス濃度は経時的に高まると同時にその水質が酸性又はアルカリ性のいずれかに偏っていく。
【００２６】
純水中の可溶性ガス濃度が所定の濃度よりも高くなると純水のガス吸収効率が悪くなるので、ピット１１ａに貯留されている純水は、純水排水系１７から排水ポンプ１８により所定量が排水され、これに伴って純水補給系１６から新たな純水が同量だけ補給され続けている。これにより純水中の可溶性ガス濃度はほぼ所定値以下になるように管理されている。
【００２７】
他方、純水中のＰＨ値に偏りが生じた時には、ＰＨセンサ２０からの出力信号を受けているＰＨ制御ユニット２２がこれを検知し、このＰＨ制御ユニット２２がイオン選択除去装置２１にその偏りを是正するように命令信号即ち制御信号を送出する。イオン選択除去装置２１は、その制御信号に基づいて純水の正イオン又は負イオンのいずれかを選択的に除去する。
【００２８】
すなわち、例えば純水の望ましいＰＨ値を５．５〜７．５の範囲内に設定したとして、被処理空気中の酸性ガス成分が増加して純水循環系１３の純水が酸性側に偏ってＰＨ値が５．５以下に低下すると、ＰＨセンサ２０からの出力信号を受けているＰＨ制御ユニット２２がイオン選択除去装置２１に純水の負イオンのみを選択的に除去してＰＨ値を高めるようにその運転を制御する。イオン選択除去装置２１によって純水循環系１３のＰＨ値が設定範囲内に回復した時には、ＰＨ制御ユニット２２がイオン選択除去装置２１にその運転停止を命令する。
【００２９】
この結果、純水循環系１３の純水におけるＰＨ値が常に設定範囲内に制御されることから、純水による酸性ガス或いはアルカリ性ガスの除去率の安定化を図ることができ、しかも従来方法である不純物混入法などで生じる薬液蒸発による気中における除去ガス成分の濃度上昇などの不都合も起こることがない。
【００３０】
（第２実施形態）
前述した第１実施形態に係る除去装置１０では、チャンバー１１内のピット１１ａに、純水補給系１６から純水の補給がなされながらも、その配管１６ａの先端部に設けられたボールタップによって常に所定量の純水が貯留されるように制御されていた。
【００３１】
しかし、図２に示される第２の実施形態に係る除去装置１０のように純水排水系１７を構成する配管１７ａの排出口端１７ｂをピット１１ａ内の純水貯留レベルに位置決めすることにより同様に所定量の純水をピット１１ａに貯留させることができる。従って、純水補給系１６の配管１６ａの先端部にボールタップを設ける必要はない。
【００３２】
また、図１に示される第１の実施形態における除去装置１０では、純水排水系１７に排水ポンプ１８を設けて強制的に純水を排出したが、これに代えて図２に示されるように純水補給系１６の配管１６ａに供給ポンプ２３を設けて、純水排水系１７からの排水量に対応した量の純水が常時補給されるように構成されている。
【００３３】
更に、図１及び図２にそれぞれ示される第１及び第２の実施形態における除去装置１０では、イオン選択除去装置２１が純水循環系１３を構成する配管１３ａに直接設けられ、当該配管１３ａを通過する純水の全量においてイオンの選択除去が行われたが、図３に示されるようにＰＨセンサ２０の下流側で、配管１３ａにバイパス管１３ｂを設け、このバイパス管１３ｂにイオン選択除去装置２１を設け、純水循環系１３を循環する純水の一部についてイオンの選択除去を行うようにすることもできる。
【００３４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る気中不純物除去装置について説明する。図４は第３の実施形態に係る気中不純物除去装置３０の構成を概略的に示す構成説明図である。この気中不純物除去装置３０において、図１に示される第１の実施形態に係る気中不純物除去装置１０と相違する点は、以下の部分である。
【００３５】
すなわち、この第３の実施形態に係る気中不純物除去装置３０では、イオン選択除去装置２１が純水循環系１３の配管１３ａに設置されてはおらず、ピット１１ａに貯留された純水を取り出して、これをそのままピット１１ａに戻すように設置されたＰＨ値再生管３１に取り付けられている。この点以外の構成は、図１に示される第１の実施形態に係る気中不純物除去装置１０と実質的に同じであるので、図４に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
このような構成の気中不純物除去装置３０によると、純水循環系１３を流れる純水のＰＨ値が設定範囲外になった時、これをＰＨセンサ２０からの出力信号に基づいてＰＨ制御ユニット２２が検出し、イオン選択除去装置２１に運転制御信号を送出してピット１１ａに貯留されている純水の正イオン又は負イオンを選択的に除去してＰＨ値を設定範囲内に戻す。
【００３７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る気中不純物除去装置について説明する。図５は第４の実施形態に係る気中不純物除去装置４０の構成を概略的に示す構成説明図である。この気中不純物除去装置４０において、図１に示される第１の実施形態に係る気中不純物除去装置１０と相違する点は、以下の部分である。
【００３８】
すなわち、この第４の実施形態に係る気中不純物除去装置４０では、イオン選択除去装置２１が吸収水循環系１３の配管１３ａに設置されてはおらず、水補給系１６の配管１６ａに取り付けられている。この点以外の構成は、図１に示される第１の実施形態に係る気中不純物除去装置１０と実質的に同じであるので、図５に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
このような構成の気中不純物除去装置４０によると、吸収水循環系１３を流れる水のＰＨ値が設定範囲外になった時、これをＰＨセンサ２０からの出力信号に基づいてＰＨ制御ユニット２２が検出し、イオン選択除去装置２１に運転制御信号を送出して水補給系１６を流れる水の正イオン又は負イオンを選択的に除去する。
【００４０】
例えば、水の望ましいＰＨ値を６．０〜７．５の範囲内に設定したとして、被処理空気中の酸性ガス成分が増加して純水循環系１３の水が酸性側に偏ってＰＨ値が６．０以下に低下すると、ＰＨセンサ２０からの出力信号を受けているＰＨ制御ユニット２２がイオン選択除去装置２１に補給水の負イオンのみを選択的に除去するように指令制御する。
【００４１】
その結果、水循環系１３を循環している酸性側に偏った水に、負イオンが除去された水がピット１１ａを介して補給されるため、ＰＨ値が設定範囲内に回復する。ＰＨ値が設定範囲内に回復した時には、ＰＨ制御ユニット２２がイオン選択除去装置２１にその運転停止を命令する。これにより、水循環系１３の水におけるＰＨ値が常に設定範囲内に制御されることから、水による酸性ガス或いはアルカリ性ガスの除去率の安定化を図ることができる。
【００４２】
なお、この第４の実施形態に係る気中不純物除去装置４０でも、イオン選択除去装置２１が水補給系１６を構成する配管１６ａに直接設けられ、当該配管１６ａを通過する水の全量においてイオンの選択除去が行われたが、図６に示されるようにこの配管１６ａにバイパス管１６ｃを設け、このバイパス管１６ｃにイオン選択除去装置２１を設け、水補給系１６を流れる水の一部についてイオンの選択除去を行うようにすることもできる。
【００４３】
なお、前述した第１〜第３の実施形態における気中不純物除去装置は、被処理空気に含まれる可溶性ガス成分を吸収する吸収液として純水を用いた例についてのものであったが、本発明は純水に限定されるものではなく、水又は公知の種々の吸収液を使用することができる。
【００４４】
また、前述した第４の実施形態における気中不純物除去装置は、被処理空気に含まれる可溶性ガス成分を吸収する吸収液として水を用いた例についてのものであったが、この発明についても水に限定されるものではなく、公知の種々の吸収液を使用することができる。
【００４５】
更に、本発明における気中不純物除去装置において、吸収液循環系の吸収液におけるＰＨ値の設定範囲を、５．０〜８．０以内とすることが好ましい。また、本発明における気中不純物除去装置において、電解分離除去法によるイオン選択除去装置と、イオン交換樹脂を用いたイオン選択除去装置とを配管系に並列に設け、これを切換えバルブで切り換えて使用することも好ましい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気中不純物除去装置によれば、吸収液循環系における吸収液中のＰＨ値を検出し、検出されたＰＨ値に基づいて吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に調整してＰＨ値を所定の範囲内に制御するようにしたことから、従来の不純物混入法で生じる、吸収液中の不純物濃度の上昇や薬液蒸発による気中における除去ガス成分の濃度上昇などの不都合を起こすこともなく、吸収液による酸性ガス或いはアルカリ性ガスの除去率の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る気中不純物除去装置の構成を概略的に示す構成説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る気中不純物除去装置の構成を概略的に示す構成説明図である。
【図３】図１及び図２にそれぞれ示される気中不純物除去装置において、イオン選択除去装置の設置個所を変更した変形例を示す部分的な構成説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る気中不純物除去装置の構成を概略的に示す構成説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る気中不純物除去装置の構成を概略的に示す構成説明図である。
【図６】図５に示される気中不純物除去装置において、イオン選択除去装置の設置個所を変更した変形例を示す部分的な構成説明図である。
【符号の説明】
１０気中不純物除去装置
１１チャンバー（被処理空気流路）
１１ａピット
１２被処理空気の流れ方向矢印
１３吸収液循環系
１３ａ吸収液循環系の配管
１４スプレーノズル
１５循環ポンプ
１６吸収液補給系
１６ａ吸収液補給系の配管
１６ｂオーバーフローバルブの浮き
１７吸収液排水系
１７ａ吸収液排水系の配管
１８排水ポンプ
１９エリミネータ
２０ＰＨセンサ
２１イオン選択除去装置
２２ＰＨ制御ユニット

Claims

被処理空気中の可溶性ガス不純物を気液接触法により吸収除去する気中不純物除去装置において、吸収液を被処理空気流路内に供給し、吸収液と被処理空気とを気液接触させて被処理空気中の可溶性ガスを吸収液に溶解させ、可溶性ガスが溶存する吸収液を回収して再び前記被処理空気流路内に供給する吸収液循環系と、前記吸収液循環系における前記吸収液のＰＨ値を検出し、検出されたＰＨ値に基づいて前記吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に調整して前記吸収液のＰＨ値を所定の範囲内に制御するイオン選択除去装置とを備え、
前記イオン選択除去装置が、前記吸収液循環系における吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に除去して前記吸収液のＰＨ値を所定の範囲内に制御することを特徴とする気中不純物除去装置。
前記吸収液が純水であることを特徴とする請求項１に記載の気中不純物除去装置。
前記気中不純物除去装置が、前記吸収液循環系に新たな吸収液を補給する吸収液補給系と、前記吸収液循環系から一部の吸収液を排水する吸収液排水系とを備え、前記イオン選択除去装置が、前記吸収液補給系から補給される新たな吸収液の正又は負のいずれか一方の極性のイオンを選択的に除去し、この補給吸収液を前記吸収液循環系に補給することにより前記吸収液循環系における前記吸収液のＰＨ値を所定の範囲内に制御することを特徴とする請求項１に記載の気中不純物除去装置。
前記イオン選択除去装置が、電解分離除去法による装置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気中不純物除去装置。
前記イオン選択除去装置が、イオン交換樹脂を用いた装置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気中不純物除去装置。
前記吸収液循環系の前記吸収液におけるＰＨ値の所定範囲が５．０〜８．０以内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の気中不純物除去装置。
前記被処理空気は、クリーンルームに給気される屋外の外気であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の気中不純物除去装置。