JP4441727B2 - 汚染物質除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、クリーンルームなどにおいて、空気中に存在する汚染物質を除去する汚染物質除去装置に関する。

半導体、液晶などを製造するクリーンルームにおいて、半導体や液晶の洗浄工程、露光工程、塗膜工程などの処理が行なわれているエリアでは、その生産プロセスで使用する薬液から気化した有機系のケミカルガスなどが空気中に含まれている。この空気中の有機物質などは、クリーンルームの作業環境や製品の歩留まりに悪影響を与えるため、除去する必要がある。本出願人は、特許文献１において、空気中の有機物質などの汚染物質をクリーンルームから除去する方法を提案している。図３は、特許文献１に記載の有機物質除去方法の説明図である。

図３において、クリーンルーム１は、例えば半導体や液晶などの製造工場に設置されている。製造装置２では、例えば半導体や液晶などが製造される。湿式汚染ガス除去装置３は、有機物質などの汚染物質に対して除去すべき空気と純水などの補給水とを接触させ、補給水への吸収、溶解などによって汚染物質を除去するものである。このように、湿式汚染ガス除去装置３は、製造装置２から漏洩した有機物質などの汚染物質を含むクリーンルーム１の室内空気（レターンエアＡ）を吸引して汚染物質を除去し、清浄化した空気（サプライエアＤ）を送風ファン６によりクリーンルーム１内に循環させる。

前記のように、湿式汚染ガス除去装置３でクリーンルーム１の室内空気を吸引し、その空気中に存在する特有の汚染物質を除去し、清浄化した空気を再度クリーンルーム１に循環させる。このような湿式汚染ガス除去装置３においては、噴霧水槽５で冷水により純水を冷却して、その低温水を使用して噴霧チャンバ７内で噴霧ノズル４から射出して処理空気に接触させることにより、汚染物質の除去性能を向上させている。低温水を利用するのは、低温水の方が物質の吸収効率が上がるためであり、さらにクリーンルームに戻す空気を加湿しないためである。また、処理後の空気はクリーンルーム内の空調（冷房及び調湿）に利用している。

なお、噴霧チャンバ７の入口と出口には、バクテリアを含む微粒子を除去するためにフィルタ８、フィルタ９を設けている。 このフィルタ８は、例えば高性能フィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）またはＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）を使用する。また、フィルタ９としてＨＥＰＡフィルタを使用する。

ところで、上記湿式汚染ガス除去装置３においては、運転条件が次のような場合には、噴霧ノズル４、その配管、噴霧チャンバ７の内壁面等に微生物（バクテリア）が繁殖する。すなわち、（１）噴霧チャンバ７の内部温度が高い。（２）バクテリア菌が噴霧チャンバ７の内部に侵入する。（３）噴霧チャンバ７内に吸引された有機物質の濃度が非常に高くバクテリア菌の食餌になりやすい。

このような条件が揃って噴霧ノズル４、その配管、噴霧チャンバ７の内壁面等にバクテリアが繁殖すると、汚染物質の除去性能の低下や噴霧水量の低下などの不具合が生じる。このようなバクテリアの繁殖を防止するために種々の対応策が講じられており、定期的なメンテナンスが必要となっている。前記対応策の一例として、噴霧チャンバ７内のエア温度を下げることが行なわれている。

特開２０００−３３２２１号

特許文献１に記載の図３に示された従来の装置においては、純水、すなわち補給水を一旦噴霧水槽５内に供給して、その後ポンプにより噴霧チャンバ７内に汲み上げて噴霧ノズル４から射出して処理空気中の汚染物質を除去している。これは、前記のように噴霧水槽５内は冷水により低温となっており、純水の温度を噴霧水槽５内で下げてから処理空気に噴霧することによりバクテリア菌の繁殖を防止するためである。

ところで、噴霧チャンバ７内で噴霧ノズル４から処理空気に射出された純水は、集水管１０により噴霧水槽５内に回収される。噴霧水槽５内に回収された水の中には、処理空気を洗浄した際に溶け込んだ有機物質を主体とした汚染物質が混入している。このため、噴霧水槽５内で冷却されてから噴霧チャンバ７内に供給される純水には汚染物質、すなわち不純物が混入されることになる。したがって、製造原価の高い純水を湿式汚染ガス除去装置３に供給してもその特質が十分に生かされず、処理空気から汚染物質を精度良く除去することができないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、効果的に処理空気中の汚染物質を除去して、噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる汚染物質除去装置の提供を目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の汚染物質除去装置は、複数列の噴霧ノズルを有する噴霧室と、前記噴霧室と集水管で連結される循環水槽と、前記噴霧ノズルと前記循環水槽とを配管で連結して、前記噴霧ノズルから射出される循環水により噴霧室に流入した処理空気中の汚染物質を除去する汚染物質除去装置であって、
冷水が供給される第１の熱交換器と、
前記循環水槽からの排水が供給される第２の熱交換器と、
前記循環水が流入する第３の熱交換器と、を設け、
前記冷水を分岐させて前記第３の熱交換器に供給して前記循環水を冷却し、
前記補給水を、前記第２の熱交換器を通して前記第１の熱交換器に流入させ、前記第１の熱交換器から前記噴霧ノズルに供給し、
補給水が前記循環水槽を経由することなく前記噴霧室に直接供給されて前記いずれかの噴霧ノズルから射出される構成としたことを特徴とする。

また、本発明は、前記補給水が供給される噴霧ノズルを、前記噴霧室の空気流入方向からみて出口側に設けたことを特徴とする。

また、本発明は、前記噴霧室の出口側に空調室を設置し、前記空調室で温調された清浄化空気を作業室に供給することを特徴とする。

また、本発明は、前記噴霧室を複数に区画して各区画にそれぞれ前記噴霧ノズルを設置し、出口側の最終区画に前記補給水が供給される噴霧ノズルを設置する構成であって、前記区画数を４以上とすることを特徴とする。

本発明においては、補給水（純水）は循環水槽を経由することなく直接噴霧室（エアワッシャー装置）に供給している。このため純水は純度を保持した状態で処理空気に射出され、空気中の汚染物質の除去を効果的に行うことができる。特に、純水をエアワッシャー装置の出口側に供給した場合には、エアワッシャー装置の最終段階における汚染物質の除去を精度良く行うことができ、汚染物質除去装置全体としての汚染物質除去性能をアップさせることができる。また、補給水（純水）は、循環水槽から供給される排水により第２の熱交換器で一旦温度が下げられ、第１の熱交換器で冷水により更に低温に処理される。このように、排水による熱エネルギーを無駄なく利用しているので、システム全体としてのエネルギー節約が図られる。また、２段の熱交換器を直列に接続して補給水の温度を低下させているので、効果的に補給水の温度を下げることができる。さらに、冷水を第３の熱交換器にも供給しているので冷水の使い回しを無駄なく行うことができる。

また、補給水と循環水を冷水で冷却して噴霧室に供給しているので噴霧室内の低温化が図れる。このため、噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる。したがって、バクテリア除去のためのメンテナンス（ランニング）コストを削減することができる。さらに、複数の熱交換器を配管により直列に連結しているので、十分な汚染物質除去能力を確保しつつ、熱交換器を配管により並列に連結する場合と比較して冷水の使用量を大幅に削減することができる。このように、冷水使用量の減少により配管コストの削減や熱源容量の削減ができるので、汚染物質除去装置が設置される建物全体としては、大幅なコスト削減を図ることができる。なお、冷水の節約により地球環境改善に貢献することもできる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明の汚染物質除去装置の全体構成を示す概略の構成図、図１は図２の中で噴霧系統の構成を示す構成図である。図１、図２において、５０はエアワッシャー装置（噴霧室）で図３の噴霧チャンバ７に相当する。クリーンルーム（作業室）からの汚染物質が含まれている処理空気がエアワッシャー装置５０に流入する。６６はエアワッシャー装置５０の入口に設置されるＨＥＰＡフィルタである。なお、ＨＥＰＡフィルタに代えて高性能フィルタを設置しても良い。

６８は冷却コイルで、ＨＥＰＡフィルタ６６を通過した処理空気を冷却する。冷却コイル６８は、バクテリアが繁殖しにくいドライコイルとして使用する。この冷却コイル６８には、例えば１２℃の冷水が供給される。このような温度の冷水を供給した場合には冷却コイル６８は結露しないので、冷却コイル表面でのバクテリアの繁殖を抑制することができる。このように、エアワッシャー装置５０の入口にバクテリアを含む微粒子を除去するフィルタを設け、更にフィルタの後段に冷却コイルを設置して温度を低下させているので、バクテリアの繁殖を二重の防護手段で防止している。６７は、冷却コイル６８の前段側に配設される温熱回収コイルである。

エアワッシャー装置５０には、処理空気の流通方向からみて上流側から下流側に向けて複数区画の処理室、すなわち、前処理系統５１、噴霧１系統５２、噴霧２系統５３、補給水系統５４が設けられている。この例では、循環水が供給される処理室の区画数は３区画（補給水が供給される区画を含めると４区画）であるが、循環水が供給される処理室の区画数を４区画数以上とすることも可能である。処理室の区画数を４区画数以上とすることにより、処理空気中の有機物質をさらに有効に除去することができる。各処理室には、噴霧ノズル５１ａ〜５４ａが設けられている。エアワッシャー装置５０に流入した処理空気に、噴霧ノズル５１ａ〜５４ａで低温水を射出して、水への溶解性が高いガス成分を除去する。５５は補給循環水槽で図３の噴霧水槽に相当し、エアワッシャー装置５０とは集水管７１〜７４で連結されている。なお、本発明においては補給循環水槽を単に循環水槽ということがある。

補給循環水槽５５は、第１の補給循環水槽５５ａと第２の補給循環水槽５５ｂに分割されている。５６ａ、５６ｂは第１、第２のポンプ、５７ａ、５７ｂは第１、第２の水処理フィルタである。第１の補給循環水槽５５ａは、第１のポンプ５６ａ、第１の水処理フィルタ５７ａ、配管８３を通して循環水を噴霧ノズル５１ａ、５２ａに供給する。また、第２の補給循環水槽５５ｂは、第２のポンプ５６ｂ、第２の水処理フィルタ５７ｂ、噴霧水熱交換器５９ｂ（第３の熱交換器）、配管８５を通して循環水を噴霧ノズル５３ａに供給する。

純水による補給水（Ｇ）は、配管８０により補給水排水熱交換器５８（第２の熱交換器）に供給される。供給される補給水の水温は２０〜２６℃であるが、第１の補給循環水槽５５ａから補給水排水熱交換器５８に供給される１５℃程度の排水により一旦温度が下げられる。補給水排水熱交換器５８からの排水は、配管８６により排出される。また、補給水排水熱交換器５８で温度が下げられた補給水は、配管８１を通過して補給水熱交換器５９ａ（第１の熱交換器）に供給される。

配管９０で供給される冷水（Ｅ）は、配管９１、９２で分岐される。一方の配管９１は補給水熱交換器５９ａに連結され、他方の配管９２は後述する除湿コイル６３に連結されている。補給水は、補給水熱交換器５９ａで冷水により更に低温に処理されて、配管８２から噴霧ノズル５４ａに供給される。また、第２の補給循環水槽５５ｂから噴霧ノズル５３ａに供給される循環水も、噴霧熱交換器５９ｂで冷水により温度が下げられて配管８５から噴霧ノズル５３ａに供給される。このように、冷水で低温にされた補給水と循環水がエアワッシャー装置５０に供給されるので、エアワッシャー装置５０内の温度が低下してエアワッシャー装置５０におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる。

噴霧ノズル５３ａ、５４ａで射出された低温水は集水管７３、７４により第２の補給循環水槽５５ｂに回収され、剰余の回収水は第１の補給循環水槽５５ａに流入する。第１の補給循環水槽５５ａからの循環水は、噴霧ノズル５１ａ、５２ａにより低温水として射出され、集水管７１、７２により第１の補給循環水槽５５ａに回収される。回収水の一部は排水として流出し、エアワッシャー装置５０で吸収された有機成分が濃縮されて排出される。このように、第１の補給循環水槽５５ａから噴霧ノズル５１ａ、５２ａに供給される循環水は、一旦噴霧ノズル５３ａ、５４ａで使用された回収水であるので、噴霧ノズル５３ａから供給される循環水よりも純度は低下している。

エアワッシャー装置５０には、噴霧ノズル５４ａの下流側にエリミネータ６９が設置されている。噴霧ノズル５１ａ〜５４ａで水への溶解性が高いガス成分を除去された処理空気は、さらにエリミネータ６９を通過して噴霧水のミストが除去される。エアワッシャー装置５０に隣接して空調チャンバ６０が設けられており、エアワッシャー装置５０で汚染物質が除去された処理空気は空調チャンバ（空調室）６０に流入する。

本発明の図１、図２に示した実施形態においては、純水による補給水は補給循環水槽５５を経由することなく直接エアワッシャー装置５０に供給される。このため純水は純度を保持した状態で処理空気に射出され、有機物質の除去を効果的に行うことができる。特に、純水をエアワッシャー装置の出口側に供給した場合には、エアワッシャー装置の最終段階における有機物質の除去を精度良く行うことができる。なお、純水は噴霧ノズル５１ａ〜５４ａのいずれかに供給する構成とすることも可能である。

空調チャンバ６０には、循環ファン６１、ＨＥＰＡフィルタ６２、除湿コイル６３、冷熱回収コイル６４、加温コイル６５が設けられている。これらの各部品は、空調チャンバ６０のハウジング内に設置される。エアワッシャー装置５０を通過することにより低温にされた処理空気は、加温コイル６５によりクリーンルーム（作業室）の温度調整に必要な所定温度に再熱される。空調チャンバ６０に流入した処理空気は、ＨＥＰＡフィルタ６２を通過して清浄化され、除湿コイル６３により湿度が調整される。

本発明の図１に示した実施形態においては、補給水排水熱交換器５８、補給水熱交換器５９ａ、噴霧水熱交換器５９ｂの３台の熱交換器を設けている。前記のように、補給水排水熱交換器５８は、補給水の温度を第１の補給循環水槽５５ａから排出される排水により低温に降下させる。このように、排水による熱エネルギーを無駄なく利用しているので、システム全体としてのエネルギー節約が図られる。

また、補給水熱交換器５９ａは、補給水排水熱交換器５８から出力された低温の補給水の温度をさらに低下させる。すなわち、２段の熱交換器を直列に接続して補給水の温度を低下させているので、効果的に補給水の温度を下げることができる。さらに、噴霧熱交換器５９ｂには、除湿コイル６３を冷却した冷水が入力されており、冷水の使い回しを無駄なく行うことができる。

空調チャンバ６０に設けた冷熱回収コイル６４と、エアワッシャー装置５０に設けた温熱回収コイル６７は、配管９６、９７で連結されて、エアワッシャー装置５０と空調チャンバ６０間で熱の移動が行われるように構成されている。なお、図１、図２に示した実施形態においては、配管８２でエアワッシャー装置５０に供給される補給水は、一列に配置された噴霧ノズル５４ａから射出させているが、このような構成には限定されない。

本発明においては、配管８２を分岐させて噴霧ノズルを複数列に配置し、分岐配管にバルブを設けてバルブの開閉を行うことにより、エアワッシャー装置５０に供給される補給水の水量を調整する構成とすることもできる。さらに、配管８２と、集水管７４とを補助配管で連結し、当該補助配管にバブルを設ける構成とすることもできる。このような構成とすることにより、常時はこのバルブを閉止しておくが、必要に応じて当該バルブを開放して第２の補給循環水槽５５ｂに補給水を供給することができる。

ここで、本発明において、図１、図２の構成により得られる空気系統および水系統の各部位における温度の実例について説明する。なお、以下の各温度値は一例として挙げるものであり、これらの温度値は装置の設置環境や季節などの要因で適宜の温度に調整される。エアワッシャー装置５０に流入する処理空気（Ａ）の温度は２５℃、エアワッシャー装置５０内の処理空気（Ｂ）の温度は１５℃、エアワッシャー装置５０の出口の処理空気（Ｃ）の温度は１２℃、空調チャンバ６０の出口のサプライエア（Ｄ）の温度は２３℃である。

次に、補給水（Ｇ）の温度は２６℃、加温コイルに供給される温水（Ｆ）は３４℃、である。供給側の冷水（Ｅ）の温度は７℃、専用の冷水還りの配管９５を通り冷水供給部に戻される冷水還り（Ｈ）の温度は１７℃である。このように、図１の実施形態においては供給側の冷水（Ｅ）と冷水還り（Ｈ）との温度差が大きくなる。したがって、冷水量が少なくても良いので配管径を細くすることができる。また、冷水の送水動力が小さくても良いので、設備に要するコストを低減することができる。供給側の冷水（Ｅ）と冷水還り（Ｈ）との温度差が小さい場合には、逆に冷水量が多くなり配管径が太くなる。また、冷水の送水動力が大きくなる。

図２に示したように、本発明においては熱交換器として、除湿コイル６３、噴霧水熱交換器（第３の熱交換器）５９ｂ、冷却コイル６８を配管により直列に連結して設置している。すなわち、各熱交換器間の配管はカスケード式に連結される。したがって、複数の熱交換器を並列に設置する場合と比較して、配管を設置する際に、配管経路の幅方向の寸法を狭くすることができ、スペースを節約することができる。

本発明の実施形態においては、補給循環水槽に純水を補給してエアワッシャー装置から回収した水と混合するのではなく、純水を直接エアワッシャー装置に供給している。これにより、エアワッシャー装置の各段階、図１の例では、前処理系統、噴霧１系統、噴霧２系統で有機成分を除去した処理空気を更に最終段階で、最も清浄な水、すなわちＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）がほぼ０の純水を噴霧ノズルから射出している。このため、除去が難しかったエアワッシャー装置の最終段階における有機成分の吸収ができ、除去率を上昇させることができる。

このように、処理空気に含有される有機物質の除去率を向上させているので、装置のコンパクト化（コストの削減）を図ることができる。また、ユーティリティ使用量の削減による省エネルギー化を図ることができる。さらに、エアワッシャー装置に供給される補給水量を可変としているので、補給水量の削減が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、噴霧室に直接純水を供給することにより効果的に空気中の汚染物質を除去すると共に、噴霧室の温度を下げて噴霧室におけるバクテリアの繁殖を抑制することができる汚染物質除去装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る汚染物質除去装置を示す構成図である。 本発明の実施形態に係る汚染物質除去装置を示す構成図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

５０・・・エアワッシャー装置、５１ａ〜５４ａ・・・噴霧ノズル、５５・・・補給循環水槽、５６ａ、５６ｂ・・・ポンプ、５７ａ、５７ｂ・・・水処理フィルタ、５８・・・補給水排水熱交換器、５９ａ・・・補給水熱交換器、５９ｂ・・・噴霧水熱交換器、６０・・・空調チャンバ、６３・・・除湿コイル、６４・・・冷熱回収コイル、６５・・・加温コイル、６６・・・ＨＥＰＡフィルタ、６７・・・温熱回収コイル、６８・・・冷却コイル、６９・・・エリミネータ、７１〜７４・・・集水管、８０〜８６、９０〜９７・・・配管

Claims (4)

1. 複数列の噴霧ノズルを有する噴霧室と、前記噴霧室と集水管で連結される循環水槽と、前記噴霧ノズルと前記循環水槽とを配管で連結して、前記噴霧ノズルから射出される循環水により噴霧室に流入した処理空気中の汚染物質を除去する汚染物質除去装置であって、
   冷水が供給される第１の熱交換器と、
   前記循環水槽からの排水が供給される第２の熱交換器と、
   前記循環水が流入する第３の熱交換器と、
   を設け、
   前記冷水を分岐させて前記第３の熱交換器に供給して前記循環水を冷却し、
   前記補給水を、前記第２の熱交換器を通して前記第１の熱交換器に流入させ、前記第１の熱交換器から前記噴霧ノズルに供給し、
   補給水が前記循環水槽を経由することなく前記噴霧室に直接供給されて前記いずれかの噴霧ノズルから射出される構成としたことを特徴とする、汚染物質除去装置。
2. 前記補給水が供給される噴霧ノズルを、前記噴霧室の空気流入方向からみて出口側に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の汚染物質除去装置。
3. 前記噴霧室の出口側に空調室を設置し、前記空調室で温調された清浄化空気を作業室に供給することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の汚染物質除去装置。
4. 前記噴霧室を複数に区画して各区画にそれぞれ前記噴霧ノズルを設置し、出口側の最終区画に前記補給水が供給される噴霧ノズルを設置する構成であって、前記区画数を４以上とすることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の汚染物質除去装置。

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