JP4168163B2

JP4168163B2 - ガス不純物の除去システム

Info

Publication number: JP4168163B2
Application number: JP2003007768A
Authority: JP
Inventors: 猛海老根
Original assignee: Techno Ryowa Ltd
Current assignee: Techno Ryowa Ltd
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: JP2004216296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中に含まれる水溶性のガス不純物の除去に適したガス不純物の除去システムに関するものであって、特に、この種のシステムにおける省エネルギー性能の改善技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超微細化が進む半導体デバイス等の製造工程において、空気中に含まれるガス不純物が問題となっている。かかるガス不純物が半導体等の製造雰囲気に混入した場合、デバイスの電気特性を劣化させる原因となるおそれがあるためである。
【０００３】
このような空気中に含まれるガス不純物の除去手段としては、従来からケミカルフィルタ処理による除去方法（乾式法）と、気液接触による除去方法とが知られている。上記乾式法は、気中のガス不純物を化学吸着又は物理吸着、あるいは両方によりフィルタ内に取り込み除去するもので、ガス不純物の種類により、濾材の種類や処理方法及び濾材に添着する化学物質の種類が異なるものである。一方、気液接触による除去方法は、液滴を噴霧したり、表面積の大きい充填材に液状物質を供給することにより、気中のガス不純物を除去するものである。
【０００４】
しかしながら、乾式法に用いられるケミカルフィルタは、（ａ）高価、（ｂ）除去効果が短命（１年位）、（ｃ）適正交換時期の予測が困難、（ｄ）交換作業が必要、（ｅ）送風抵抗（圧力損失）が大きく送風コストが上昇するといった問題があった。また、従来の気液接触による除去方法では、吸水性の低い充填材を使用して気液接触面積を大きくしようとするために、大量の液状物質を供給しなければならず、ランニングコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
これらの問題点を解決すべく、本出願人は、特許文献１に記載のガス不純物の除去システムを提案した。このガス不純物の除去システムは、図２に示すように構成されている。なお、図２は、特許文献１の発明をより簡略化して表したものである。すなわち、処理空気の取入口及び供給口を有するチャンバ（図示せず）の内部に、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、加熱コイル３、冷却コイル４、ガス不純物の除去装置１０、送風機５が順次設けられている。
【０００６】
また、前記ガス不純物の除去装置１０は、送風方向に沿って複数段（ここでは、４段）に設けられた第１の水膜１１〜第４の水膜１４を備えており、各段の水膜には上方から液体（純水）が滴下されるように構成されている。また、各段の水膜に液体を滴下する手段としては、給水装置（図示せず）によって最下流に配設された第４の水膜１４に滴下された液体を回収し、この液体をポンプ１５によって隣接する第３の水膜１３の上部に供給し、同様に、ポンプ１６、１７によって順次上流側の水膜１２、１１の上部に供給するように構成されている。
【０００７】
上記のような構成を有する特許文献１のガス不純物の除去システムにおいては、第１〜第４の水膜１１〜１４の内、最下流に配設された第４の水膜１４に純水を滴下し、その滴下水をポンプ１５〜１７によって第１の水膜１１まで供給した後、その排水を排水管１８を介して外部に排出している。
【０００８】
一方、取入口からチャンバの内部に導入された処理対象となる空気は、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、加熱コイル３及び冷却コイル４を介して、上記ガス不純物の除去装置１０に供給される。そして、処理対象となる空気は、このガス不純物の除去装置１０において、第１〜第４の水膜１１〜１４と接触し、ガスの拡散運動によりその空気中に含まれるガス不純物が除去される。
【０００９】
なお、ガス不純物の除去装置１０に供給された処理対象となる空気は、まず、第１の水膜１１と接触し、ここである程度ガス不純物が除去される。そして、最後に、清浄な純水が供給される第４の水膜１４と接触するため、水溶性のガス不純物は非常に効率良く除去される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３１７２４８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような特許文献１のガス不純物の除去システムには、以下に述べるような問題点があった。すなわち、ガス不純物の除去装置１０の最下流に位置する第４の水膜１４に供給された純水は、順次、上流側に配設された水膜１１〜１３に供給された後、排水管１８を介してそのまま外部に排出され、また、冷却コイル４から排出されるドレン水も、排水管１９を介してそのまま外部に排出されていた。
【００１２】
しかし、夏季の冷房運転中においては、ガス不純物の除去装置１０から排出される排水の温度は１０．５℃前後と低く、ドレン水の温度も１４℃前後と低いため、この冷水エネルギーを活用する技術の開発が望まれていた。
【００１３】
また、夏季においては、外気温度が非常に高くなるため、ガス不純物の除去装置１０に供給する処理空気の温度を所定の温度まで下げるためには、冷却コイルの列数を増やしたり、フィンピッチ等を細かくする等の対応が必要となる。
しかし、冷却コイルの列数を増やしたり、フィンピッチ等を細かくすると、送風抵抗が大きくなるため、システム全体の運転効率が低下するという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、省エネ性能の向上を可能としたガス不純物の除去システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガス不純物を含む処理対象となる空気をその内部で上流から下流に流通させることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に、前記処理対象となる空気を冷却する冷却コイルと、前記空気の流通方向に対して略直交方向に複数段に設けられた水膜と、最下流に配設された水膜に液体を供給する給水手段とを備え、前記最下流に配設された水膜に供給された液体を回収し、この液体を順次隣接する上流側の水膜の上部に供給するように構成したガス不純物の除去システムにおいて、
前記複数段の水膜の内、少なくとも１つの水膜を前記冷却コイルの上流側に配設し、前記冷却コイルの下流側に配設された複数段の水膜の内、最上流側の水膜から排出される液体と、前記冷却コイルから排出されるドレン水を、前記冷却コイルの上流側に配設された水膜の上部に供給するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
上記のような構成を有する請求項１に記載のガス不純物の除去システムによれば、従来はそのまま廃棄していた純水及びドレン水の冷水エネルギーを活用することができるだけでなく、冷却コイルに課される冷却能力の低減が可能となるため、冷却コイルの列数を削減したり、フィンピッチ等を大きくすることができる。その結果、冷却コイルにおける送風抵抗の低減が可能となるため、システム全体の運転効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス不純物の除去システムにおいて、前記液体が、純水であることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項２に記載のガス不純物の除去システムによれば、特に、水溶性のガス不純物を効率良く除去することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のガス不純物の除去システムにおいて、前記水膜が各段ごとにユニット化され、前記チャンバ内に着脱可能に配設されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項３に記載のガス不純物の除去システムによれば、各段の水膜の交換作業が容易となるだけでなく、種々の状況に合わせて、ユニット化された水膜を抜き取ることにより、低圧損化が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図２に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００２０】
（１）構成
本実施形態のガス不純物の除去システムは、図１に示すように構成されている。すなわち、処理空気の取入口及び供給口を有するチャンバ（図示せず）の内部に、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、加熱コイル３、第１の水膜２１、冷却コイル４、第２〜第４の水膜２２〜２４（これらがガス不純物の除去装置２０を構成している）、送風機５が順次設けられている。
【００２１】
また、前記第１の水膜２１及び第２〜第４の水膜２２〜２４は共に、十分な気液接触面積を有する気化式加湿膜から構成されており、第２〜第４の水膜２２〜２４間で、順次、純水が供給されるように構成されている。すなわち、最下流に配設された第４の水膜２４には、上方から液体（純水）が滴下され、その表面に液膜が形成されるように構成されている。また、この第４の水膜２４に滴下された液体を回収し、この液体をポンプ２５によって隣接する第３の水膜２３の上部に供給し、同様にポンプ２６によって上流側の第２の水膜２２の上部に供給するように構成されている。また、第２の水膜２２から排出された液体は、第１の配管３０を介して、第１の水膜２１の下部に備えられた第１の水槽３１に供給されるように構成されている。
【００２２】
一方、前記冷却コイル４から排出されるドレン水も、第２の配管３２を介して、第１の水膜２１の下部に備えられた第１の水槽３１に供給されるように構成されている。そして、第１の水槽３１に貯えられたこれらの液体は、ポンプ２７を備えた第３の配管３３を介して、第１の水膜２１の上部から滴下されるように構成されている。なお、第１の水膜２１からの排水は、第４の配管３４を介して外部に排出されるように構成されている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、第１〜第４の水膜２１〜２４としては、気化式加湿用の材料（例えば、ウェットマスター株式会社製の気化式加湿器）を用い、滴下する液体に純水を使用することで、空気中のガス不純物を除去すると同時に加湿にも適用できる構造となっている。また、水膜の材料としては、上記気化式加湿用の材料に限らず、グラスファイバーを骨材として焼成した複合セラミックスや、多孔質セラミックを用いることができ、また、ポリエステル、ポリエチレン等の化学繊維を用いた吸水性あるいは親水性の素材を用いることもできる。
【００２４】
また、吸水性材料や親水性材料よりなる第１〜第４の水膜２１〜２４は、空気中に含まれるガス不純物を周知のガスの拡散運動により吸収するため、その表面に液膜を一様に形成することができるように、ジグザグに屈曲した折れ板状（プリーツ状）あるいは平行平板状に構成されている。なお、このような液膜式は、従来から用いられているワッシャー方式でスプレーされる水粒子を微細化するよりも気体と液体の接触面積を容易に増やすことができるため、ガス不純物の吸収率の向上が期待できる。
【００２５】
（２）作用
上記のような構成を有する本実施形態のガス不純物の除去システムは、以下のように作用する。すなわち、図１に示したガス不純物の除去装置２０においては、３段の水膜２２〜２４の内、最下流に配設された第４の水膜２４に純水が滴下され、その滴下水がポンプ２５によって第３の水膜２３へ再び滴下され、同様にして、第２の水膜２２まで繰り返した後、その排水が第１の配管３０を介して第１の水槽３１に供給される。
【００２６】
一方、取入口からチャンバの内部に導入された処理対象となる空気は、プレフィルタ１、中性能フィルタ２及び加熱コイル３を介して、第１の水膜２１に供給され、さらに、冷却コイル４を経て上記ガス不純物の除去装置２０に供給される。そして、処理対象となる空気は、このガス不純物の除去装置２０において、各段の水膜２２〜２４と接触し、ガスの拡散運動によりその空気中に含まれるガス不純物が除去される。
【００２７】
この場合、冷却コイル４から排出されたドレン水も、第２の配管３２を介して第１の水槽３１に供給される。そして、第１の水槽３１に貯えられたガス不純物の除去装置２０からの排水と、冷却コイル４のドレン水とが、第３の配管３３を介して、第１の水膜２１の上部から滴下される。そして、第１の水膜２１を流下した液体は、第４の配管３４を介して、外部に排出される。
【００２８】
（３）効果
このように、本実施形態においては、処理対象となる空気は、まず、第１の水膜２１と接触し、ここである程度ガス不純物が除去されると共に、第１の水膜２１に供給された液体（純水及びドレン水）によって冷却される。すなわち、本実施形態においては、第１の水膜２１を冷却コイル４の上流側に配設し、第２の水膜２２及び冷却コイル４から排出された純水及びドレン水をこの第１の水膜２１に供給することにより、ガス不純物の除去効果を得ることができるだけでなく、冷却コイル４に導入する前に、処理空気を冷却する効果も得られる。
【００２９】
従って、従来はそのまま廃棄していた純水及びドレン水の冷水エネルギーを活用することができるだけでなく、冷却コイルに課される冷却能力の低減が可能となるため、冷却コイルの列数を削減したり、フィンピッチ等を大きくすることができる。その結果、冷却コイルにおける送風抵抗の低減が可能となるため、システム全体の運転効率を向上させることができる。
【００３０】
（４）具体例
本実施形態のガス不純物の除去システムを採用することにより得られる効果を、具体例を用いて説明する。本例は、夏季の冷房運転時において、外気温３４℃、相対湿度が６０％の処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられた場合についてのものである。
【００３１】
まず、本システムにおいて、３段の水膜から成るガス不純物の除去装置２０に供給される純水の補給水量は次式から得られる。なお、次式において、“１０００００（ｍ³／ｈ）”は、１時間あたりに本システムに導入される処理空気量を示し、１．２（ｋｇ／ｍ³）は、１ｍ³当たりの処理空気の重さ、“０．０１”は、処理空気に対する補給水量の比を表している。
【数１】
１０００００（ｍ³／ｈ）×１．２（ｋｇ／ｍ³）×０．０１＝１２００（ｋｇ／ｈ）
【００３２】
また、処理空気が３段の水膜２２〜２４から成るガス不純物の除去装置２０を通過する間に減少する水分量は、次式から得られる。なお、次式において、“０．００７６”は、ガス不純物の除去装置２０の上流側（第２の水膜２２の上流側）における処理空気の絶対湿度を示し、“０．００７８”は、ガス不純物の除去装置２０の下流側（第４の水膜２４の下流側）における処理空気の絶対湿度を示している。
【数２】
（０．００７８−０．００７６）（ｋｇ／ｋｇ）×１．２（ｋｇ／ｍ³）×１０００００（ｍ³／ｈ）＝２４（ｋｇ／ｈ）
【００３３】
従って、３段の水膜２２〜２４から成るガス不純物の除去装置２０から排出され、第１の配管３０を介して第１の水槽３１に供給される排水量は、１２００−２４＝１１７６（ｋｇ／ｈ）となる。
【００３４】
一方、冷却コイル４から排出されるドレン水量は、次式から得られる。なお、次式において、“０．０２０２”は、冷却コイル入口の処理空気の絶対湿度を示し、“０．００７６”は、冷却コイル出口の処理空気の絶対湿度である。
【数３】
（０．０２０２−０．００７６）（ｋｇ／ｋｇ）×１．２（ｋｇ／ｍ³）×１０００００（ｍ³／ｈ）＝１５１２（ｋｇ／ｈ）
【００３５】
また、これらの排水（排水＋ドレン水）を第１の水膜２１に供給することによって低減できるエネルギー量は、以下のようにして求められる。なお、“２６℃”は、第４の配管３４を介して本システムから排出される排水の温度である。
【００３６】
まず、冷却コイルのドレン水を再利用することによる省エネ量は、次式のようになる。
【数４】
（２６−１４）（℃）×１５１２（ｋｇ／ｈ）×１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）＝１８１４４（ｋｃａｌ／ｈ）…（Ａ）
【００３７】
次に、ガス不純物の除去装置２０から排出される排水を再利用することによる省エネ量は、次式のようになる。
【数５】
（２６−１０．５）（℃）×１１７６（ｋｇ／ｈ）×１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）＝１８２２８（ｋｃａｌ／ｈ）…（Ｂ）
【００３８】
その結果、本システム全体としての省エネ量は（Ａ）＋（Ｂ）で、次式のようになる。
【数６】
１８１４４＋１８２２８＝３６３７２（ｋｃａｌ／ｈ）
【００３９】
これに対して、図２に示した従来例で必要とされるエネルギー量は、次式から得られる。なお、次式において、“２０．６”は、本システムの入口部における外気のエンタルピー、“７．４”は、本システムの出口部（室内供給空気）における処理空気のエンタルピーである。
【数７】
（２０．６−７．２）（ｋｃａｌ／ｋｇ）×１．２（ｋｇ／ｍ³）×１０００００（ｍ³／ｈ）＝１６０８０００（ｋｃａｌ／ｈ）
【００４０】
従って、本システムを用いた場合には、従来と比較してエネルギーは、３６３７２／１６０８０００≒２．３％低減される。
【００４１】
なお、本システムは、冷却コイルが使用される時期（夏季の運転時）に適用されることにより、その効果が得られる。例えば、夏季の運転時を５ヶ月と想定すると、年間の省エネ量は、次式で得られる。
【数８】
５ヶ月×３０日×３６３７２（ｋｃａｌ／ｈ）×２４時間×０．３（負荷率）＝３９２８１７６０（ｋｃａｌ）
【００４２】
このように、本システムを採用することにより、エネルギーを大幅に低減することが可能となる。また、温暖化の影響で炭酸ガスの排出量についての規制が厳しくなっている近年、本システムを採用することにより、多大な省エネ効果が得られる。さらに、上記の具体例では外調機１台を用いた場合について説明したが、工場などでは、上記のような大型の外調機を複数台設置してるので、全体としての省エネ量（絶対量）は非常に大きくなる。
【００４３】
（５）他の実施形態
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。例えば、冷却コイルの上流側に配設する水膜の個数は、１つに限定されるものではない。また、ガス不純物の除去装置２０を構成する水膜の個数も適宜増減可能である。さらに、複数段設置される水膜を、各段ごとにユニット化して構成し、チャンバ内に着脱可能に配設することができるようにすることもできる。また、複数台の外調機から排出されるドレン水及び排水を集合し、１台の外調機に対して本システムを採用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、省エネ性能の向上を可能としたガス不純物の除去システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス不純物の除去システムの一実施形態の構成を示す概略図
【図２】従来のガス不純物の除去システムの構成を示す概略図
【符号の説明】
１…プレフィルタ
２…中性能フィルタ
３…加熱コイル
４…冷却コイル
５…送風機
１０…ガス不純物の除去装置
１１〜１４…第１〜第４の水膜
１５〜１７…ポンプ
１８…排水管
１９…排水管
２０…ガス不純物の除去装置
２１〜２４…第１〜第４の水膜
２５〜２７…ポンプ
３０…第１の配管
３１…第１の水槽
３２…第２の配管
３３…第３の配管
３４…第４の配管

Claims

ガス不純物を含む処理対象となる空気をその内部で上流から下流に流通させることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に、前記処理対象となる空気を冷却する冷却コイルと、前記空気の流通方向に対して略直交方向に複数段に設けられた水膜と、最下流に配設された水膜に液体を供給する給水手段とを備え、前記最下流に配設された水膜に供給された液体を回収し、この液体を順次隣接する上流側の水膜の上部に供給するように構成したガス不純物の除去システムにおいて、
前記複数段の水膜の内、少なくとも１つの水膜を前記冷却コイルの上流側に配設し、
前記冷却コイルの下流側に配設された複数段の水膜の内、最上流側の水膜から排出される液体と、前記冷却コイルから排出されるドレン水を、前記冷却コイルの上流側に配設された水膜の上部に供給するように構成したことを特徴とするガス不純物の除去システム。
前記液体が、純水であることを特徴とする請求項１に記載のガス不純物の除去システム。
前記水膜が各段ごとにユニット化され、前記チャンバ内に着脱可能に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス不純物の除去システム。