JP3798993B2

JP3798993B2 - Air conditioner

Info

Publication number: JP3798993B2
Application number: JP2002099318A
Authority: JP
Inventors: 弘文落合
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP2002303438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環系のクリーンエアに対して温度調節と湿度調節と不純物除去を同時に行い得る空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、６４ＭＤＲＡＭの量産体制に入った以降の半導体メモリーの製造工程では、クリーンルーム空気中に含まれる微量な粒子やガス（ＮＨ₃ ，Ｃｌ₂ ，ＳＯ₂ ，ＨＦ等）などの不純物が生産に非常に大きな影響を与えることが明らかになっている。これら不純物は、外気に含まれている場合もあるし、クリーンルーム内での半導体製造プロセスにおいて発生するものもある。
【０００３】
現在、この対策のために、クリーンルームに導入される前に外気から前記不純物を除去する不純物除去装置（以下、これを外気系の不純物除去装置という）や、クリーンルーム内に設置してクリーンルームを循環する空気から前記不純物を除去する不純物除去装置（以下、これを循環空気系の不純物除去装置という）などの研究開発が行われている。
【０００４】
外気系の不純物除去装置としては、導入外気に水を噴霧して気液接触させ、外気に含まれる粒子やガス状の不純物を噴霧された水によって捕獲する所謂エアワッシャタイプのもの（例えば特開平６−１９３９１１号公報）が多用されている。
【０００５】
このエアワッシャタイプの不純物除去装置は処理空気に湿度上昇を伴うため、循環空気系の不純物除去装置には不向きである。というのは、クリーンルームを循環する空気は、温度を２３±０．５゜Ｃに、相対湿度を４５±５％程度に制御する必要があるからである。
【０００６】
一方、特開平６−１９８１２３号公報に開示されているようなケミカルフィルタは、イオン交換繊維や活性炭等の吸着部材を備え、この吸着部材で空気中の粒子やガス状の不純物を化学吸着あるいは物理吸着して除去するものであり、このケミカルフィルタは処理空気の湿度上昇を伴わないので、循環空気系の不純物除去装置に好適である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、循環空気系に好適とされる前記ケミカルフィルタは、除去容量に限りがあるので吸着部材を定期的に再生あるいは交換しなければならず、そのメンテナンスが面倒であった。また、吸着部材が大変に高価なためランニングコストが高くなるという不利点もあった。
【０００８】
さらに、ケミカルフィルタはイニシャルコストも高く、半導体製造クリーンルームの建設費高騰の一因になっていた。
【０００９】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、循環系クリーンエアから不純物を除去でき、温度調節機能と湿度調節機能を併有し、構造が簡単で、メンテナンスも容易にでき、安価な空気調和装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気調和装置は、外気を所定の温度に調整する温度制御手段及び外気を所定湿度範囲に調整する湿度制御手段を備える外調機から調温調湿された外気が供給されるクリーンエアの循環経路に、内部を熱媒体が流れるジャケットを有しこのジャケットを介してクリーンエアと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を有し、熱交換器を通過する前のクリーンエアの露点よりもジャケットの表面温度を高くする熱媒体を前記ジャケットへ供給する空気調和装置において、熱交換器のジャケットの表面に純水を供給してジャケットの表面に下降流の純水の水膜を形成してクリーンエアに含まれる粒子やガス状の不純物を捕獲する純水滴下装置と、前記純水を通すフィルタと、を有し、前記純水滴下装置によって前記ジャケットの表面に供給された純水は、前記フィルタを通って前記純水滴下装置に補給され、再利用されることを特徴とする。この発明の空気調和装置は、好ましくは半導体製造に用いられるクリーンルームにクリーンエアを循環させる場合に用いられる。その場合、前述した循環経路にはその構成要素としてクリーンルームが含まれる。
【００１１】
この空気調和装置では、熱交換器のジャケット表面に形成された純水の水膜と熱交換器とがクリーンエアの温度調節と湿度調節を行い、また、ジャケットの表面の純水の水膜がクリーンエアに含まれる粒子やガス状の不純物を捕獲しクリーンエアから除去する。
【００１２】
前記熱交換器のジャケットは、横断面円形の直管状のコイルで構成することが可能である。更に、ジャケットはフィンを備えていてもよく、このフィンにも水膜を形成するようにしてもよい。
【００１３】
ただし、ジャケットの構成はこれに限るものではなく、ジャケットの表面に純水の水膜を形成することができ、水膜の下降流を形成することができれば、どのような形状であってもよいし、どのような姿勢に設置してもよい。また、水膜はジャケットの全表面に形成するのが好ましいが、ジャケットの一部だけに水膜を形成した場合にも本発明は成立する。
【００１４】
熱交換器の熱媒体には水を用いることもできるし、他の流体を用いることもできる。
純水滴下装置から熱交換器のジャケットへの純水の供給方法は、ジャケットの上方から滴下するのが好ましい。このようにすると、ジャケットの表面へのみ純水を供給することができ、クリーンエアの湿度上昇を極力抑えることができる。
【００１５】
本発明の空気調和装置は、純水滴下装置によってジャケットの表面に供給される純水の純度を保つ純水製造プラントを有することが好ましく、また、熱交換器のジャケットは、コイル状の形状を有し、フィンを有することが好ましい。さらに、本発明の空気調和装置は、前記熱交換器を通過した後のクリーンエアの露点に基づいて前記ジャケットを流れる熱媒体の温度を調整することが好ましく、また前記純水滴下装置によって前記ジャケットの表面に形成される水膜による加湿作用を、熱媒体の供給によってジャケット表面に生じる除湿作用で相殺して、熱交換器を通過するクリーンエアの湿度を調整するように、熱媒体をジャケットに供給することが好ましい。これらのようにすると、クリーンエアに対する調温と調湿をバランスよく効率的に行う上で好ましい。
【００１６】
本発明において、前述のように熱媒体を制御できる具体的な構成としては、前記熱交換器と、前記純水滴下装置と、循環系路内における熱交換器の下流に設けられてクリーンエアの湿度を検出する湿度検出手段と、この湿度検出手段の検出値に基づいて熱交換器に供給する熱媒体の温度を制御して熱交換器のジャケット表面に形成される水膜による加湿作用を相殺する熱媒体温度制御手段と、循環系路内における熱交換器の下流に設けられてクリーンエアの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出値に基づいて熱交換器に供給する熱媒体の供給量を制御してクリーンエアの温度を一定に保つようにする熱媒体供給量制御手段とを備える構成が挙げられる。前記湿度検出手段は例えば露点センサで構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る空気調和装置の実施の形態を図１から図６の図面に基いて説明する。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
初めに、図１から図５を参照して本発明の空気調和装置の第１の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は半導体製造棟の縦断面図であり、クリーンルーム１には上部リターンプレナムチャンバ５からファンフィルタユニット２を通してクリーンエアが供給されており、クリーンエアはクリーンルーム１から下部リターンプレナムチャンバ３を通り、リターンシャフト４を通り、再び上部リターンプレナムチャンバ５及びファンフィルタユニット２を通ってクリーンルーム１に戻るようになっている。即ち、クリーンルーム１と下部リターンプレナムチャンバ３とリターンシャフト４と上部リターンプレナムチャンバ５はクリーンエアの循環経路を構成している。
【００２０】
また、下部リターンプレナムチャンバ３には外調機６を通って外気が導入されるようになっている。外調機６は、外気から粒子やガス状の不純物を除去するフィルタと、空気を所定の温度範囲に調節する温度制御手段と、空気を所定の湿度範囲に調節する湿度制御手段（いずれも図示せず）を備えており、調温調湿され不純物を除去されたクリーンエアを下部リターンプレナムチャンバ３に補給する。
【００２１】
下部リターンプレナムチャンバ３とリターンシャフト４との間には熱交換器７が設置されており、下部リターンプレナムチャンバ３からリターンシャフト４へ流通するクリーンエアはその全量がこの熱交換器７を通過するようになっている。
【００２２】
この熱交換器７は、図３から図５に示すように、水入口ヘッダ７ａと水出口ヘッダ７ｂを複数のコイル（ジャケット）７ｃで接続し、コイル７ｃ間に多数の平板状のフィン７ｄを架設して構成されている。コイル７ｃは平面的に見ると図５に示すように蛇行している。
【００２３】
この熱交換器７においては、熱媒体としての水（以下、熱交換水と称す）が水入口ヘッダ７ａからコイル７ｃを通って水出口ヘッダ７ｂに流れ、コイル７ｃの周囲を流れるクリーンエアとコイル７ｃの内部を流れる熱交換水とがコイル７ｃ及びフィン７ｄを介して熱交換する。
【００２４】
この熱交換器７の構造は、従来からクリーンルームにおいては顕熱の除去専用に用いられている結露防止型の熱交換器（コイルの表面温度をクリーンルーム室内の露点より高くして、コイルの表面に凝縮水を生じさせないようにして用いる熱交換器）と同じである。
【００２５】
この熱交換器７には、熱交換水をコイル７ｃ内に供給する熱交換水供給装置１０が接続されている。熱交換水供給装置１０は、熱交換水を熱交換器７に圧送する熱交換水循環ポンプ１１を備えており、熱交換水循環ポンプ１１から圧送された熱交換水の一部は熱交換器７を通って熱交換水循環ポンプ１１に戻り、他は熱交換器７をバイパスして熱交換水循環ポンプ１１に戻るように構成されている。
【００２６】
詳述すると、熱交換水循環ポンプ１１から流路２１に圧送された熱交換水の一部は、熱交換器７の水入口ヘッダ７ａからコイル７ｃを流通し、水出口ヘッダ７ｂから流路２２を通り、第１制御弁１２、流路２３、常時開の手動弁１３、流路２４を通って熱交換水循環ポンプ１１の吸い込み側に戻る。
【００２７】
熱交換水循環ポンプ１１から流路２１に圧送された残りの熱交換水は、流路２１から分岐するバイパス流路２５を通り、第１制御弁１２を介して流路２３に流れ込み、熱交換器７を流通した熱交換水と合流して、常時開の手動弁１３、流路２４を通り熱交換水循環ポンプ１１の吸い込み側に戻る。
【００２８】
前記第１制御弁１２は３つのポートを備えた三方弁で構成されており、第１入口ポートが流路２２に接続され、第２入口ポートがバイパス流路２５に接続され、出口ポートが流路２３に接続されていて、弁体（図示せず）のポジションを調節することにより第１入口ポートと第２入口ポートから流入する熱交換水の流入量比を調節する制御弁である。
【００２９】
熱交換水循環ポンプ１１と手動弁１３とを結ぶ流路２４には、流路２６が接続されており、この流路２６を介して、一定温度（５〜８°Ｃ程度）に制御された補給水を流路２４に補給することができるようになっている。
【００３０】
第１制御弁１２と手動弁１３とを結ぶ流路２３には流路２７が接続されており、この流路２７を介して、前記流路２６からの補給により余剰となった熱交換水を流路２３から流出させることができるようになっている。
【００３１】
流路２７の途中には第２制御弁１４が設けられており、この第２制御弁１４は、その開度調節により流路２７を流れる熱交換水の流量を調節し、結果的に流路２６から流路２４に補給される補給水の流量を調節する制御弁である。
【００３２】
前記第１制御弁１２と第２制御弁１４は、熱交換器１０の下流のリターンシャフト４内に設置された温度センサ（温度検出手段）３０あるいは露点センサ（湿度検出手段）３２の検出値に基いて自動制御されるように構成されている。
【００３３】
詳述すると、温度センサ３０は熱交換器７で処理されたクリーンエアの温度を検出し、この検出信号が温度指示調節計３１に伝送され、検出信号に基づいて温度指示調節計３１が第１制御弁１２の弁体のポジションを決定して、第１制御弁１２の弁体ポジション調節を行う。
【００３４】
また、露点センサ３２は熱交換器７で処理されたクリーンエアの露点を検出し、この検出信号が露点指示調節計３３に伝送され、検出信号に基づいて露点指示調節計３３が第２制御弁１４の開度を決定して、第２制御弁１４の開度調節を行う。
【００３５】
熱交換器７のコイル７ｃには純水滴下装置（純水供給装置）４０によって純水が滴下されるようになっている。純水滴下装置４０は、熱交換器７の上方に設置された滴下槽４１と、熱交換器７の下方に設置された集水槽４２と、集水槽４２内の純水を滴下槽４１にポンプアップする純水ポンプ４３と、純水から塵埃等を除去するフィルタ４４とを備えている。
【００３６】
図２に示すように、滴下槽４１の底部には多数の孔４５が設けられている。孔４５の寸法、数、穿孔位置については、滴下槽４１内の純水を各孔４５を通して最上段のコイル７ｃの頂面に滴下することができ、且つ全てのコイル７ｃのほぼ全外表面に下降流の水膜を形成することができるように設定されている。
【００３７】
この純水滴下装置４０において、滴下槽４１に貯留された純水は孔４５から熱交換器７の最上段のコイル７ｃに滴下され、最上段のコイル７ｃの外表面を水膜となって下降し、さらに最上段のコイル７ｃからすぐ下段のコイル７ｃの頂面に滴下され、同様にして順次下段のコイル７ｃの外表面を伝って流れ落ち、最終的に集水槽４２に落下し、純水ポンプ４３でポンプアップされ、流路４７及びフィルタ４４を通って滴下槽４１に戻る。
【００３８】
また、純水滴下装置４０は、集水槽４２内の純水の純度を一定に保つために、純水製造プラント（図示せず）から純度の高い純水を集水槽４２に補給するための流路４８と、集水槽４２内の純水を純水製造プラントに原水として送給するための流路４９及び返送ポンプ４６を装備している。
【００３９】
尚、この実施の形態では、温度指示調節計３１と第１制御弁１２が熱媒体供給量制御手段を構成し、露点指示調節計３３と第２制御弁１４が熱媒体温度制御手段を構成している。
【００４０】
次に、この空気調和装置の作用を説明する。
前述したように、クリーンエアはクリーンルーム１→下部リターンプレナムチャンバ３→リターンシャフト４→上部リターンプレナムチャンバ５→クリーンルーム１の順に循環している。
【００４１】
今、クリーンルーム１内での半導体メモリー製造プロセスにおいて粒子やガス状の不純物が発生し、この不純物がクリーンルーム１内に拡散し、クリーンエアとともに流れる場合を想定する。
【００４２】
クリーンエアは前記循環経路の途中において熱交換器７を通過する。その際に、クリーンエアとコイル７ｃの内部を流れる熱交換水はコイル７ｃ及びフィン７ｄを介して熱交換を行い、クリーンエアは設定温度に調温される。
【００４３】
また、熱交換器７のコイル７ｃの外表面には純水の水膜が形成されているので、この水膜に接触したクリーンエアは若干加湿される。
さらに、前記純水の水膜とクリーンエアの気液接触により、クリーンエアに含まれる粒子やガス状の不純物が水膜に捕獲され、あるいは溶解し、水膜とともにコイル７ｃを流れ落ちて集水槽４２に落下する。これによって、クリーンエアから粒子やガス状の不純物が除去される。
【００４４】
集水槽４２内には前記不純物を含んだ純水が貯留されることになるが、集水槽４２内の純水の一部は流路４９及び純水返送ポンプ４６により純水製造プラントに送られて処理され、これと同時に流路４８から純度の高い純水が集水槽４２に補給されるので、集水槽４２内の純水の純度は所定の純度範囲に保たれる。
【００４５】
また、この空気調和装置では、熱交換器７のコイル７ｃ内を流れる熱交換水の温度を、熱交換器７を通過した後のクリーンエアの露点に基いて変化させるとともに、熱交換水７のコイル７ｃ内を流れる熱交換水の流量を、熱交換器７を通過した後のクリーンエアの温度に基いて変化させるようになっており、これによって熱交換器７の交換容量、コイル７ｃの表面温度、及びコイル７ｃの表面に形成される純水の水膜の温度を制御する。
【００４６】
つまり、コイル７ｃ表面に純水の水膜を形成したことによるクリーンエアに対する加湿作用を、コイル７ｃ内を流れる熱交換水の温度を変えることで相殺するように制御する。これはミクロ的に言えば、コイル７ｃの表面で除湿作用が起こり、この除湿分をコイル７ｃの表面を流れる純水からの気化で補うようにするのである。
【００４７】
この実施の形態における具体的な制御方法は次のとおりである。露点センサ３２によりクリーンエアの露点の上昇が検出された時には、第２制御弁１４の開度を大きくするように動作させて熱交換水供給装置１０に補給する熱交換水の補給量を多くして熱交換水の温度を下げ、コイル７ｃの表面温度を露点よりも下げて除湿作用を強くする。
【００４８】
これとは逆に、露点センサ３２によりクリーンエアの露点の下降が検出された時には、第２制御弁１４の開度を小さくするように動作させて熱交換水供給装置１０に補給する熱交換水の補給量を少なくすると、結果的にクリーンルーム内に設置されている各種熱源により熱交換水の温度が上昇し、コイル７ｃの表面温度が露点よりも上って加湿作用が強くなる。
【００４９】
また、温度センサ３０により検出されたクリーンエアの温度に基づいて、第１制御弁１２の弁体ポジションを自動制御し、コイル７ｃを流れる熱交換水の流量を変化させて、クリーンエアの温度を一定に保つ。
【００５０】
このようにして、クリーンエアの温度調節と湿度調節のバランスをとっているので、クリーンルーム内の温度と湿度を一定に保つことができる。また、夏季における加湿のし過ぎを防止することができる。
【００５１】
〔第２の実施の形態〕
前述の第１の実施の形態では熱交換器７のコイル７ｃの表面にだけ純水の水膜を形成するようにしたが、第２の実施の形態では、熱交換器７のフィン７ｄにも純水の水膜を形成する。
【００５２】
そのためには、純水滴下装置４０の滴下槽４１に、各フィン７ｄの上端にも純水を滴下できるように孔４５を設ける。
このようにすると、純水の水膜の表面積を大きくすることができ、クリーンエアからの不純物除去効率を上げることができる。
【００５３】
〔第３の実施の形態〕
次に、図６を参照して本発明の空気調和装置の第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態の空気調和装置と第１の実施の形態のものとの相違点は、（１）熱交換器が３系列ある点と、（２）３系列の熱交換器７Ａ，７Ｂ，７Ｃに熱交換水を供給する熱交換水供給装置１０の構成だけであり、その他の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００５４】
図６に示すように、第３の実施の形態の空気調和装置における熱交換水供給装置１０では、熱交換水循環ポンプ１１から流路２１に圧送された熱交換水は各熱交換器７Ａ，７Ｂ，７Ｃの水入口ヘッダ（図示せず）に供給され、各熱交換器７Ａ，７Ｂ，７Ｃの水出口ヘッダ（図示せず）から流路２２，２４を通って熱交換水循環ポンプ１１の吸い込み側に戻るようになっており、流路２４には流路２６を介して熱交換水を補給でき、流路２２から流路２７を介して熱交換水を流路２２から流出させることができるようになっている。尚、図６において符号１９は開閉弁である。
【００５５】
流路２７には第１の実施の形態のものと同じように純水の補給水量を制御する第２制御弁１４が設けられている。
熱交換水循環ポンプ１１の駆動モータ（図示せず）はモータ回転数を可変にするインバータを装備しており、この駆動モータの回転数を温度センサ３０の検出値に基づき温度指示調節計３１を介して制御し、熱交換水の流量を自動制御している。つまり、第３の実施の形態では温度指示調節計３１と熱交換水循環ポンプ１１が熱媒体供給量制御手段を構成する。
【００５６】
第３の実施の形態の空気調和装置における作用は第１の実施の形態の場合と同じであるので説明は省略する。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気調和装置によれば、クリーンエアの循環経路内に熱交換器を設置し、この熱交換器のジャケット表面に純水滴下装置により純水の水膜を形成してクリーンエアに含まれる粒子やガス状の不純物を捕獲すると共に、所定の温度及び湿度に調整された外気を外調機により循環系路に導入して補給することにより、クリーンエアに対して温度調節と湿度調節と不純物除去を同時に行うことができるという顕著な効果が奏される。
【００５８】
しかも、本発明の空気調和装置は、このような機能を備えながら、構造が簡単で、メンテナンスも容易で、低コストである。
【００５９】
また、本発明の空気調和装置では、熱交換器を通過した後のクリーンエアの露点に基づいて前記ジャケットを流れる熱媒体の温度を調整することにより、クリーンエアの温度と湿度の調節をバランスよく効率的に行うことが極めて簡単な構造で行えるという優れた効果を奏する。
【００６０】
また、本発明の空気調和装置では、純水滴下装置によってジャケットの表面に形成される水膜による加湿作用を、熱媒体の供給によってジャケット表面に生じる除湿作用で相殺して、熱交換器を通過するクリーンエアの湿度を調整するように、熱媒体をジャケットに供給することにより、クリーンエアの温度と湿度の調節をバランスよく効率的に行うことが極めて簡単な構造で行えるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】本発明の空気調和装置の第１の実施の形態における純水滴下装置の要部拡大図である。
【図３】本発明の空気調和装置の第１の実施の形態における熱交換器の正面図である。
【図４】本発明の空気調和装置の第１の実施の形態における熱交換器の右側面図である。
【図５】本発明の空気調和装置の第１の実施の形態における熱交換器の平面図である。
【図６】本発明の空気調和装置の第３の実施の形態における熱交換水供給装置の概略構成図である
【符号の説明】
１クリーンルーム（クリーンエアの循環経路）
３下部リターンプレナムチャンバ（クリーンエアの循環経路）
４リターンシャフト（クリーンエアの循環経路）
５上部リターンプレナムチャンバ（クリーンエアの循環経路）
７熱交換器
７ｃコイル（ジャケット）
１２第１制御弁（熱媒体供給量制御手段）
１４第２制御弁（熱媒体温度制御手段）
１１熱交換水循環ポンプ（熱媒体供給量制御手段）
３０温度センサ（温度検出手段）
３１温度指示調節計（熱媒体供給量制御手段）
３２露点センサ（湿度検出手段）
３３露点指示調節計（熱媒体温度制御手段）
４０純水滴下装置（純水供給装置）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner that can perform temperature adjustment, humidity adjustment, and impurity removal simultaneously on clean air in a circulation system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor memory manufacturing processes since the start of mass production of 64M DRAM have produced very small amounts of impurities such as fine particles and gases (NH ₃ , Cl ₂ , SO ₂ , HF, etc.) contained in clean room air. Has been shown to have a major impact on These impurities may be contained in the outside air, or may be generated in a semiconductor manufacturing process in a clean room.
[0003]
Currently, for this measure, an impurity removing device that removes the impurities from the outside air before being introduced into the clean room (hereinafter referred to as an outside air impurity removing device) or a clean room installed in the clean room is circulated. Research and development of an impurity removing device for removing the impurities from the air (hereinafter referred to as a circulating air-based impurity removing device) has been conducted.
[0004]
As an outside air type impurity removal device, a so-called air washer type device that sprays water and makes gas-liquid contact with the introduced outside air and captures particles and gaseous impurities contained in the outside air with the sprayed water (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei. 6-193911).
[0005]
This air washer type impurity removing device is not suitable for a circulating air type impurity removing device because the process air is accompanied by an increase in humidity. This is because the air circulating in the clean room needs to be controlled at a temperature of 23 ± 0.5 ° C. and a relative humidity of about 45 ± 5%.
[0006]
On the other hand, a chemical filter as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-198123 includes an adsorbing member such as ion exchange fiber or activated carbon, and this adsorbing member chemically adsorbs or physically adsorbs particles and gaseous impurities in the air. The chemical filter is adsorbed and removed, and since this chemical filter does not increase the humidity of the processing air, it is suitable for an impurity removal device for circulating air.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the chemical filter suitable for the circulating air system has a limited removal capacity, the adsorbing member must be periodically regenerated or replaced, and its maintenance is troublesome. Further, since the adsorbing member is very expensive, there is a disadvantage that the running cost becomes high.
[0008]
Furthermore, the initial cost of the chemical filter is high, which has contributed to the rising construction cost of the semiconductor manufacturing clean room.
[0009]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and can remove impurities from the circulating clean air, has both a temperature control function and a humidity control function, has a simple structure, and is easy to maintain. An object is to provide an air conditioner that can be easily and inexpensively.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The air conditioner of the present invention is a clean air supplied with temperature-controlled and conditioned air from an external air conditioner provided with temperature control means for adjusting the outside air to a predetermined temperature and humidity control means for adjusting the outside air to a predetermined humidity range. A heat exchanger that exchanges heat between the clean air and the heat medium through the jacket, and the clean air before passing through the heat exchanger. In the air conditioner for supplying the jacket with a heat medium having a jacket surface temperature higher than the dew point of the jacket, pure water is supplied to the jacket surface of the heat exchanger, and a downflow pure water film is formed on the jacket surface. the form includes a pure water dripping device for capturing particles and gaseous impurities contained in the clean air, and a filter for passing the pure water, supplied on a surface of the jacket by the pure water dropping device Pure water, the through the filter is supplied to the pure water dropping device, characterized in that it is reused. The air conditioner of the present invention is preferably used when clean air is circulated in a clean room used for semiconductor manufacturing. In that case, the above-described circulation path includes a clean room as its component.
[0011]
In this air conditioner, the pure water film formed on the jacket surface of the heat exchanger and the heat exchanger adjust the temperature and humidity of the clean air, and the pure water film on the jacket surface Captures and removes particles and gaseous impurities contained in clean air from clean air.
[0012]
The jacket of the heat exchanger can be constituted by a straight tubular coil having a circular cross section. Further, the jacket may include a fin, and a water film may be formed on the fin.
[0013]
However, the configuration of the jacket is not limited to this, and any shape may be used as long as a water film of pure water can be formed on the surface of the jacket and a downflow of the water film can be formed. However, it may be installed in any posture. Further, the water film is preferably formed on the entire surface of the jacket, but the present invention is also established when the water film is formed only on a part of the jacket.
[0014]
Water can be used for the heat medium of the heat exchanger, and other fluids can also be used.
The method of supplying pure water from the pure water dropping device to the jacket of the heat exchanger is preferably dripped from above the jacket. If it does in this way, pure water can be supplied only to the surface of a jacket, and the humidity rise of clean air can be suppressed as much as possible.
[0015]
The air conditioner of the present invention preferably has a pure water production plant that maintains the purity of pure water supplied to the surface of the jacket by a pure water dropping device, and the jacket of the heat exchanger has a coil shape. Preferably having fins. Furthermore, the air conditioner of the present invention preferably adjusts the temperature of the heat medium flowing through the jacket based on the dew point of the clean air after passing through the heat exchanger, and the pure water dropping device is used to adjust the jacket. The heating medium is applied to the jacket so as to adjust the humidity of the clean air that passes through the heat exchanger by offsetting the humidifying action of the water film formed on the surface of the jacket with the dehumidifying action that occurs on the jacket surface by supplying the heating medium. It is preferable to supply. If it does in this way, it is preferable when performing the temperature control and humidity control with respect to clean air with sufficient balance.
[0016]
In the present invention, as described above, the specific configuration capable of controlling the heat medium includes the heat exchanger, the pure water dropping device, and the clean air provided in the circulation system downstream of the heat exchanger. The humidity detection means that detects humidity and the temperature of the heat medium supplied to the heat exchanger based on the detected value of the humidity detection means are controlled to cancel the humidification effect of the water film formed on the jacket surface of the heat exchanger A heat medium temperature control means for detecting the temperature of the clean air provided downstream of the heat exchanger in the circulation system, and supplying the heat exchanger based on the detected value of the temperature detection means. There is a configuration provided with a heat medium supply amount control means for controlling the supply amount of the heat medium to keep the temperature of the clean air constant. The humidity detecting means can be constituted by a dew point sensor, for example.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an air conditioner according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
[0018]
[First Embodiment]
First, a first embodiment of an air conditioner according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0019]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor manufacturing building. Clean air is supplied to the clean room 1 from the upper return plenum chamber 5 through the fan filter unit 2, and the clean air passes from the clean room 1 through the lower return plenum chamber 3, It passes through the return shaft 4 and again returns to the clean room 1 through the upper return plenum chamber 5 and the fan filter unit 2. That is, the clean room 1, the lower return plenum chamber 3, the return shaft 4, and the upper return plenum chamber 5 constitute a clean air circulation path.
[0020]
Further, outside air is introduced into the lower return plenum chamber 3 through the external conditioner 6. The external air conditioner 6 includes a filter for removing particles and gaseous impurities from the outside air, a temperature control means for adjusting the air to a predetermined temperature range, and a humidity control means for adjusting the air to a predetermined humidity range (both shown in FIG. Clean air from which the temperature has been adjusted and impurities have been removed is supplied to the lower return plenum chamber 3.
[0021]
A heat exchanger 7 is installed between the lower return plenum chamber 3 and the return shaft 4, and the entire amount of clean air flowing from the lower return plenum chamber 3 to the return shaft 4 passes through the heat exchanger 7. It is like that.
[0022]
As shown in FIGS. 3 to 5, the heat exchanger 7 connects the water inlet header 7a and the water outlet header 7b with a plurality of coils (jackets) 7c, and a large number of flat fins 7d between the coils 7c. It is constructed by erection. The coil 7c meanders as shown in FIG.
[0023]
In the heat exchanger 7, water as a heat medium (hereinafter referred to as heat exchange water) flows from the water inlet header 7a through the coil 7c to the water outlet header 7b, and clean air and coil flowing around the coil 7c. Heat exchange water flowing inside the 7c exchanges heat via the coil 7c and the fins 7d.
[0024]
The structure of this heat exchanger 7 is the conventional anti-condensation type heat exchanger used exclusively for removing sensible heat in a clean room (with the coil surface temperature higher than the dew point in the clean room room, This is the same as the heat exchanger used without generating condensed water.
[0025]
The heat exchanger 7 is connected to a heat exchange water supply device 10 that supplies heat exchange water into the coil 7c. The heat exchange water supply device 10 includes a heat exchange water circulation pump 11 that pumps heat exchange water to the heat exchanger 7, and a part of the heat exchange water pumped from the heat exchange water circulation pump 11 passes through the heat exchanger 7. It passes through the heat exchange water circulation pump 11 and others are configured to bypass the heat exchanger 7 and return to the heat exchange water circulation pump 11.
[0026]
Specifically, a part of the heat exchange water pumped from the heat exchange water circulation pump 11 to the flow path 21 flows through the coil 7c from the water inlet header 7a of the heat exchanger 7 and flows through the flow path 22 from the water outlet header 7b. As a result, the first control valve 12, the flow path 23, the normally open manual valve 13, and the flow path 24 return to the suction side of the heat exchange water circulation pump 11.
[0027]
The remaining heat exchange water pressure-fed from the heat exchange water circulation pump 11 to the flow path 21 passes through the bypass flow path 25 branched from the flow path 21 and flows into the flow path 23 via the first control valve 12, and the heat exchanger 7 passes through the normally-open manual valve 13 and the flow path 24 and returns to the suction side of the heat exchange water circulation pump 11.
[0028]
The first control valve 12 is composed of a three-way valve having three ports. The first inlet port is connected to the flow path 22, the second inlet port is connected to the bypass flow path 25, and the outlet port flows. The control valve is connected to the passage 23 and adjusts the inflow ratio of heat exchange water flowing from the first inlet port and the second inlet port by adjusting the position of a valve body (not shown).
[0029]
A flow path 26 connecting the heat exchange water circulation pump 11 and the manual valve 13 is connected to a flow path 26, and replenishment controlled at a constant temperature (about 5 to 8 ° C.) through the flow path 26. Water can be supplied to the flow path 24.
[0030]
A flow path 27 connecting the first control valve 12 and the manual valve 13 is connected to a flow path 27, and the heat exchange water surplus due to replenishment from the flow path 26 is passed through the flow path 27. The liquid can be discharged from the flow path 23.
[0031]
A second control valve 14 is provided in the middle of the flow path 27, and the second control valve 14 adjusts the flow rate of the heat exchange water flowing through the flow path 27 by adjusting the opening thereof, and as a result, the flow path 26 is a control valve that adjusts the flow rate of the makeup water that is replenished from 26 to the flow path 24.
[0032]
The first control valve 12 and the second control valve 14 are detected by a temperature sensor (temperature detection means) 30 or a dew point sensor (humidity detection means) 32 installed in the return shaft 4 downstream of the heat exchanger 10. It is configured to be automatically controlled based on this.
[0033]
More specifically, the temperature sensor 30 detects the temperature of the clean air processed by the heat exchanger 7, and this detection signal is transmitted to the temperature indicating controller 31, and the temperature indicating controller 31 is based on the detection signal. The position of the valve body of the control valve 12 is determined, and the valve body position of the first control valve 12 is adjusted.
[0034]
The dew point sensor 32 detects the dew point of the clean air processed by the heat exchanger 7, and this detection signal is transmitted to the dew point indicating controller 33, and the dew point indicating controller 33 controls the second control valve based on the detection signal. 14 is determined and the opening of the second control valve 14 is adjusted.
[0035]
Pure water is dripped onto the coil 7 c of the heat exchanger 7 by a pure water dropping device (pure water supply device) 40. The pure water dropping device 40 is configured to pump a dropping tank 41 installed above the heat exchanger 7, a water collecting tank 42 installed below the heat exchanger 7, and pure water in the water collecting tank 42 to the dropping tank 41. And a filter 44 for removing dust and the like from the pure water.
[0036]
As shown in FIG. 2, a large number of holes 45 are provided at the bottom of the dropping tank 41. With respect to the dimensions, number, and drilling positions of the holes 45, the pure water in the dropping tank 41 can be dripped onto the top surface of the uppermost coil 7c through each hole 45, and on almost the entire outer surface of all the coils 7c. It is set so that a downflow water film can be formed.
[0037]
In the pure water dropping device 40, the pure water stored in the dropping tank 41 is dropped from the hole 45 to the uppermost coil 7c of the heat exchanger 7, and descends as a water film on the outer surface of the uppermost coil 7c. Further, it is dropped from the uppermost coil 7c onto the top surface of the lower coil 7c, and flows in the same manner along the outer surface of the lower coil 7c. 43 is pumped up, returns to the dripping tank 41 through the flow path 47 and the filter 44.
[0038]
Further, the pure water dropping device 40 is a flow for replenishing the water collection tank 42 with pure water having a high purity from a pure water production plant (not shown) in order to keep the purity of the pure water in the water collection tank 42 constant. A path 48 and a flow path 49 and a return pump 46 for supplying pure water in the water collection tank 42 as raw water to the pure water production plant are provided.
[0039]
In this embodiment, the temperature indicating controller 31 and the first control valve 12 constitute a heat medium supply amount control means, and the dew point indicating controller 33 and the second control valve 14 constitute a heat medium temperature control means. ing.
[0040]
Next, the operation of the air conditioner will be described.
As described above, the clean air circulates in the order of the clean room 1 → the lower return plenum chamber 3 → the return shaft 4 → the upper return plenum chamber 5 → the clean room 1.
[0041]
Now, it is assumed that particles and gaseous impurities are generated in the semiconductor memory manufacturing process in the clean room 1 and diffused into the clean room 1 and flow with clean air.
[0042]
Clean air passes through the heat exchanger 7 in the middle of the circulation path. At that time, the heat exchange water flowing through the clean air and the coil 7c exchanges heat through the coil 7c and the fins 7d, and the clean air is adjusted to a set temperature.
[0043]
Further, since a pure water film is formed on the outer surface of the coil 7c of the heat exchanger 7, the clean air in contact with the water film is slightly humidified.
Further, due to gas-liquid contact between the pure water film and clean air, particles and gaseous impurities contained in the clean air are trapped or dissolved in the water film, and flow down the coil 7c together with the water film to collect the water collecting tank 42. Fall into. Thereby, particles and gaseous impurities are removed from the clean air.
[0044]
The pure water containing the impurities is stored in the water collection tank 42, but a part of the pure water in the water collection tank 42 is sent to the pure water production plant by the flow path 49 and the pure water return pump 46. At the same time, high-purity pure water is replenished from the flow path 48 to the water collecting tank 42, so that the purity of the pure water in the water collecting tank 42 is maintained within a predetermined purity range.
[0045]
Further, in this air conditioner, the temperature of the heat exchange water flowing in the coil 7c of the heat exchanger 7 is changed based on the dew point of the clean air after passing through the heat exchanger 7, and the heat exchange water 7 The flow rate of the heat exchange water flowing in the coil 7c is changed based on the temperature of the clean air after passing through the heat exchanger 7, whereby the exchange capacity of the heat exchanger 7 and the surface of the coil 7c are changed. The temperature and the temperature of the water film of pure water formed on the surface of the coil 7c are controlled.
[0046]
In other words, the humidifying effect on the clean air due to the formation of a pure water film on the surface of the coil 7c is controlled so as to cancel out by changing the temperature of the heat exchange water flowing in the coil 7c. Microscopically speaking, a dehumidifying action occurs on the surface of the coil 7c, and this dehumidified amount is supplemented by vaporization from pure water flowing on the surface of the coil 7c.
[0047]
A specific control method in this embodiment is as follows. When the dew point of the clean air is detected by the dew point sensor 32, the amount of heat exchange water to be replenished to the heat exchange water supply device 10 is increased by operating the second control valve 14 to increase its opening. The temperature of the heat exchange water is lowered, and the surface temperature of the coil 7c is lowered below the dew point to strengthen the dehumidifying action.
[0048]
On the contrary, when the dew point of the clean air is detected to be lowered by the dew point sensor 32, the heat exchange water supplied to the heat exchange water supply device 10 by operating the second control valve 14 to reduce the opening degree. As a result, the temperature of the heat exchange water rises due to various heat sources installed in the clean room, the surface temperature of the coil 7c rises above the dew point, and the humidifying action becomes stronger.
[0049]
Further, based on the clean air temperature detected by the temperature sensor 30, the valve body position of the first control valve 12 is automatically controlled, the flow rate of the heat exchange water flowing through the coil 7c is changed, and the clean air temperature is adjusted. Keep constant.
[0050]
In this way, the temperature adjustment and humidity adjustment of clean air are balanced, so that the temperature and humidity in the clean room can be kept constant. Moreover, excessive humidification in the summer can be prevented.
[0051]
[Second Embodiment]
In the first embodiment, a pure water film is formed only on the surface of the coil 7c of the heat exchanger 7. However, in the second embodiment, the fin 7d of the heat exchanger 7 is also formed on the fin 7d. A pure water film is formed.
[0052]
For this purpose, a hole 45 is provided in the dropping tank 41 of the pure water dropping device 40 so that pure water can also be dropped onto the upper ends of the fins 7d.
If it does in this way, the surface area of the water film of pure water can be enlarged, and the impurity removal efficiency from clean air can be raised.
[0053]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the air conditioner of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the air conditioner of the third embodiment and that of the first embodiment is that (1) there are three heat exchangers, and (2) three heat exchangers 7A and 7B. , 7C, only the configuration of the heat exchange water supply device 10 for supplying heat exchange water, and the other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0054]
As shown in FIG. 6, in the heat exchange water supply device 10 in the air conditioning apparatus of the third embodiment, the heat exchange water pumped from the heat exchange water circulation pump 11 to the flow path 21 is the heat exchangers 7A and 7B. , 7C water inlet header (not shown), from the water outlet header (not shown) of each heat exchanger 7A, 7B, 7C through the flow path 22, 24, the suction side of the heat exchange water circulation pump 11 The heat exchange water can be replenished to the flow path 24 via the flow path 26, and the heat exchange water can flow out from the flow path 22 via the flow path 27. It has become. In FIG. 6, reference numeral 19 denotes an on-off valve.
[0055]
The flow path 27 is provided with a second control valve 14 for controlling the amount of pure water replenished in the same manner as in the first embodiment.
The drive motor (not shown) of the heat exchange water circulation pump 11 is equipped with an inverter that makes the motor rotation speed variable, and the rotation speed of the drive motor is passed through the temperature indicating controller 31 based on the detected value of the temperature sensor 30. The flow of heat exchange water is automatically controlled. That is, in the third embodiment, the temperature indicating controller 31 and the heat exchange water circulation pump 11 constitute a heat medium supply amount control means.
[0056]
Since the effect | action in the air conditioning apparatus of 3rd Embodiment is the same as the case of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the air conditioner of the present invention, a heat exchanger is installed in the clean air circulation path, and a pure water film is formed on the jacket surface of the heat exchanger by a pure water dropping device. In addition to capturing particles and gaseous impurities contained in clean air, the outside air adjusted to a predetermined temperature and humidity is replenished by introducing it into the circulation system using an external air conditioner. The remarkable effect that temperature control, humidity control, and impurity removal can be performed simultaneously is exhibited.
[0058]
Moreover, the air conditioner of the present invention has such a function, has a simple structure, is easy to maintain, and is low in cost.
[0059]
Further, in the air conditioner of the present invention, the temperature of the clean air and the humidity are adjusted in a well-balanced manner by adjusting the temperature of the heat medium flowing through the jacket based on the dew point of the clean air after passing through the heat exchanger. There is an excellent effect that it can be efficiently performed with a very simple structure.
[0060]
Further, in the air conditioner of the present invention, the humidification effect caused by the water film formed on the jacket surface by the pure water dropping device is offset by the dehumidification effect generated on the jacket surface by the supply of the heat medium, and passes through the heat exchanger. By supplying a heat medium to the jacket so as to adjust the humidity of clean air, the temperature and humidity of the clean air can be adjusted in a balanced and efficient manner with an extremely simple structure. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of an air conditioner according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the pure water dropping device according to the first embodiment of the air conditioning apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a front view of the heat exchanger in the first embodiment of the air-conditioning apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a right side view of the heat exchanger in the first embodiment of the air-conditioning apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a heat exchanger in the first embodiment of the air-conditioning apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a heat exchange water supply device in a third embodiment of the air conditioner of the present invention.
1 Clean room (clean air circulation route)
3 Lower return plenum chamber (clean air circulation path)
4 Return shaft (clean air circulation path)
5 Upper return plenum chamber (clean air circulation path)
7 Heat exchanger 7c Coil (jacket)
12 1st control valve (heat medium supply amount control means)
14 Second control valve (heat medium temperature control means)
11 heat exchange water circulation pump (heat medium supply amount control means)
30 Temperature sensor (temperature detection means)
31 Temperature indicating controller (heat medium supply amount control means)
32 Dew point sensor (humidity detection means)
33 Dew point indicating controller (heat medium temperature control means)
40 Pure water dripping device (pure water supply device)

Claims

The interior is heated to a clean air circulation path that is supplied with temperature-controlled humidity from an external air conditioner that includes temperature control means for adjusting the outside air to a predetermined temperature and humidity control means for adjusting the outside air to a predetermined humidity range. A jacket through which the medium flows, and a heat exchanger that exchanges heat between the clean air and the heat medium through the jacket, and the surface of the jacket is more than the dew point of the clean air before passing through the heat exchanger In the air conditioner for supplying a heat medium for increasing the temperature to the jacket,
A pure water dropping device that supplies pure water to the surface of the jacket of the heat exchanger to form a downflow pure water film on the surface of the jacket to capture particles and gaseous impurities contained in clean air ; ,
A filter through which the pure water passes,
The pure water supplied to the surface of the jacket by the pure water dropping device is supplied to the pure water dropping device through the filter and reused .

  The interior is heated to a clean air circulation path that is supplied with temperature-controlled humidity from an external air conditioner that includes temperature control means for adjusting the outside air to a predetermined temperature and humidity control means for adjusting the outside air to a predetermined humidity range. A jacket through which the medium flows, and a heat exchanger that exchanges heat between the clean air and the heat medium through the jacket, and the surface of the jacket is more than the dew point of the clean air before passing through the heat exchanger In the air conditioner for supplying a heat medium for increasing the temperature to the jacket,
  A pure water dropping device that supplies pure water to the surface of the jacket of the heat exchanger to form a downflow pure water film on the surface of the jacket to capture particles and gaseous impurities contained in clean air; ,
  A pure water production plant that maintains the purity of pure water supplied to the surface of the jacket by the pure water dropping device;
  A filter through which the pure water passes,
  The pure water supplied to the surface of the jacket by the pure water dropping device is supplied to the pure water dropping device through the filter and reused.

The jacket of the heat exchanger has a coil shape and has fins.
The air conditioning apparatus according to claim 1 or 2.

Adjusting the temperature of the heat medium flowing through the jacket based on the dew point of clean air after passing through the heat exchanger;
The humidity of the water film formed on the surface of the jacket by the pure water dropping device is offset by the dehumidifying effect generated on the surface of the jacket by supplying the heat medium, and the humidity of the clean air passing through the heat exchanger is adjusted. The air conditioner according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heat medium is supplied to the jacket.