JP4596370B2 - 低露点空調システム - Google Patents

Description

本発明は、低露点室に低露点空気を供給する低露点空調システムに係わり、特に低露点空調システム経路全体の低露点化に要する時間を短縮する低露点空調システムに関する。

近年、デバイスの高精細化、高集積化が進む半導体やＦＰＤ分野では、空気中のガス状不純物や水分の付着による劣化が問題となっている。そのため、デバイス製造工程において製造装置内や材料ストッカ等には高純度窒素ガスが使用されているが、酸欠などの安全上の問題や高価であるなどの問題点がある。そこで、吸着材を含んだ除湿ロータから構成される乾式除湿機用いて低有機・低露点空気を製造し、デバイス製造工程に供給する低露点空調システムが提案されている。また、このシステムでは消費エネルギーの低減によるランニングコストの低減を目的に、低露点室において一度使用した低露点空気を還気ダクトを通じて供給ダクト中に戻し、除湿処理した後、低露点室に再び供給することにより、低露点空気を再利用することが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−１８８２２４号公報

しかしながら、従来の方式では、還気空気露点温度が所定の数値になったときに還気の位置を切り換えており、乾式除湿装置立上げ時など、各除湿ロータ下流の処理空気露点温度や還気空気露点温度が時間と共に変化するような場合には、還気空気を戻す場所が不適切となり、還気空気露点温度が混合する処理空気露点温度よりも高くなり、処理出口露点温度が低下するのに時間が多大となる問題があった。

本発明は、このような事情により鑑みてなされたもので、処理出口露点温度が低下するのに要する時間が短縮できる低露点空調システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、低露点環境が形成される低露点室と、外気を冷却する冷却手段と除湿ロータとから成る複数の除湿ユニットが直列に配設されると共に該除湿ユニットで処理した処理空気を前記低露点室に供給する処理空気流路と、前記低露点室から還気された還気空気を前記それぞれの除湿ロータの上流位置に戻す複数の還気流路と、前記複数の還気流路における前記還気空気の流通を切り換える切換手段と、を備えた低露点空調システムにおいて、前記処理空気流路における前記各除湿ロータの上流位置にそれぞれ設けられ、前記還気空気と合流する前の処理空気の露点温度をそれぞれ測定する処理空気露点計と、前記還気流路に設けられ、前記還気空気の露点を測定する還気空気露点計と、前記それぞれの処理空気露点計で測定した処理空気の露点測定値と、前記還気空気露点計で測定した還気空気の露点測定値とを対比した結果に基づいて前記切換手段を切り換える切換コントローラと、を備えたことを特徴とする。

本願出願人は、処理出口露点温度が低下するのに要する時間が短縮できる低露点空調システムについて鋭意研究した。その結果、各除湿ロータの上流位置の処理空気の露点温度を測定するための処理空気露点計と、還気流路の還気空気の露点温度を測定するため還気空気露点計を設け、それらの露点計での測定値を切換コントローラに送り、例えば、低露点除湿システム立上げ時の各除湿ロータ除湿側と還気空気の露点温度経時変化を把握することで、低露点除湿システムの運転時間により還気空気を戻す位置を切換手段の開閉によって変えることができるので、処理出口露点温度が低下するのに要する時間が短縮できることを見出した。但し、この制御を行うには、例えば、予め予備実験を行ない、そのデータを基に還気空気を戻すべき位置と運転時間との関係を調べておき、そのように切換コントローラが作動するようにしておけばよい。

従って、請求項１によれば、各除湿ロータの上流位置の処理空気の露点温度を測定するための処理空気露点計と、還気流路の還気空気の露点温度を測定するため還気空気露点計を設け、それらの露点計での測定値を切換コントローラに送り、それぞれの露点計での露点温度計測値により還気流路の切換手段の開閉の切り換えを行うことで、処理出口での露点温度が低下するのに要する時間を短縮することができる。

請求項２に記載の発明は、前記切換コントローラは、前記それぞれの処理空気露点計で計測したそれぞれの露点測定値のうち、前記処理空気流路の上流側からｎ番目の露点測定値をＴｎとし、前記還気空気露点計で測定された露点測定値をＴＲとしたときに、Ｔｎ＞ＴＲ＞Ｔｎ＋１を満足するｎを求め、ｎ番目の除湿ロータ手前の還気流路に還気空気が流れるように前記切換手段を切り換えることを特徴とする。

請求項２によれば、各露点計測値に応じ上式を満たすｎを求め、ｎ番目の除湿ロータ手前に還気空気が戻るように切換コントローラで切換手段を切り換えることで、還気空気を戻す位置を最適化することができ、各除湿ロータの入口湿度を低く保つことが可能となり、処理出口露点温度が低下するのに要する時間を短縮することができる。

以上により、本発明によれば、各除湿ロータの上流側の処理空気と、低露点室から還気流路に戻される低露点空気と、を測定する露点計を設け、切換コントローラでそれぞれの露点温度を常時モニタリングして各除湿ロータ上流の処理空気の露点温度と還気空気の露点温度を比較し、その露点温度に応じて、切換手段によって還気空気を戻す位置を最適化することにより、各除湿ロータの入口湿度を低く保つことで処理出口の露点温度も低くでき、システム全体の立上げ時間の短縮を図ることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る低露点空調システムの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は本発明の低露点空調システムを示したものである。外気は、処理空気流路に配設された冷却コイルと除湿ロータから成る複数の除湿ユニットにより除湿されて低露点室に供給される。なお、本発明の実施の形態では、除湿ユニットを３台設けた例で説明するが、複数以上あればよい。

図１に示すように、外気は、ファン１０を介して冷却コイル１２を通過した後、除湿ロータ１４の除湿領域１４ａを通過し除湿される。除湿ロータ１４で除湿された処理空気は、その後、後段のファン２０を介して冷却コイル２２を通過した後、除湿ロータ２４の除湿領域２４ａを通過し除湿され、さらにファン３０を介して冷却コイル３２を通過した後、除湿ロータ３４の除湿領域３４ａを通過し除湿される。除湿ロータ２２、３２の除湿領域２４ａ、３４ａを通過することで、処理空気は低露点空気となり、低露点室４２へと供給される。

一方、各除湿ロータ１４、２４、３４は除湿、再生、パージの順に回転しており、除湿領域１４ａ、２４ａ、３４ａで吸着した水分の脱着は、再生領域１４ｃ、２４ｃ、３４ｃに加熱空気を通過させることにより行う。尚、除湿ロータ１４、２４、３４には、塩化リチウム、シリカゲル、ゼオライト等の吸湿材（不図示）が使用されている。

また、各除湿ロータ１４、２４、３４のパージ領域１４ｂ、２４ｂ、３４ｂでは、冷却された空気を流し、次の除湿処理に備え再生領域１４ｃ、２４ｃ、３４ｃで加熱された除湿ロータを常温まで冷却する。

また、低露点室４２へ供給された低露点空気は、一部排気され、一部還気されるようになっている。還気空気は、還気流路（幹流路）４８を通り、還気流路（枝流路）１８、２８、３８を介して、それぞれ除湿ロータ１４、２４、３４上流の処理空気流路４０に戻されるようになっている。

還気流路には、複数の枝流路における還気空気の流通を切り換える切換手段が設けられる。該切換手段としては、幹流路４８と枝流路１８、２８、３８との分岐位置に多方コックを設けて還気空気の流通を切り換えてもよいが、本実施の形態では、各還気流路（枝流路）１８、２８、３８に流路を開閉するダンパを設けた例で説明する。

各還気流路１８、２８、３８には、還気流路切り換え用のダンパ１６、２６、３６が設けられており、それぞれのダンパ１６、２６、３６は切換コントローラ５４を用いて開閉の切り換えが自動で行えるようになっている。

各除湿ロータ１４、２４、３４の上流でかつ処理空気と還気空気の混合箇所の手前に露点計１９、２９、３９を設けると共に、還気流路４８に露点計４９を設け、切換コントローラ５４でそれぞれの露点温度を常時モニタリングして各除湿ロータ上流の処理空気の露点温度と還気空気の露点温度を比較し、その露点温度の高低に応じてダンパの開閉の切り換えを自動で行うようになっている。

次に、切換コントローラの制御方式を図２に示す。

初めに還気流路４８に設けられた露点計４９で測定している還気空気の露点温度ＴＲと、処理空気流路４０に設けられた露点計１９で測定している最前段（一段目）の除湿ロータ１４上流の処理空気の露点温度Ｔ１とを比較し、還気空気の露点温度ＴＲが処理空気の露点温度Ｔ１に比べ高い場合（Ｔ１≦ＴＲの場合）は還気流路４８の全てのダンパ１６、２６、３６は閉じた状態で、還気空気を処理空気流路４０に戻さないようにし、還気空気の露点温度ＴＲが処理空気の露点温度Ｔ１に比べ低い場合（Ｔ１＞ＴＲの場合）は、最前段の除湿ロータ１４上流の還気流路１８に設けられたダンパ１６のみを開き、他の還気流路２８、３８に設けられたダンパ２６、３６は閉じた状態で還気空気を処理空気流路４０に戻す。この状態になった後、還気空気の露点温度ＴＲが二段目の除湿ロータ２４上流の処理空気の露点温度Ｔ２よりもさらに低い場合、または低くなった場合（Ｔ２＞ＴＲの場合）は、二段目の除湿ロータ２４直前の還気流路２８に設けられたダンパ２６のみを開き、他の還気流路１８、３８に設けられたダンパ１６、３６は閉じた状態で還気空気を処理空気流路４０に戻す。この状態になった後、還気空気の露点温度ＴＲが三段目の除湿ロータ３４上流の処理空気の露点温度Ｔ１よりもさらに低い場合、または低くなった場合（Ｔ３＞ＴＲの場合）は、三段目除湿ロータ３４直前の還気流路３８に設けられたダンパ３６のみを開き、他の還気流路１８、２８に設けられたダンパ１６、２６は閉じた状態で還気空気を処理空気流路４０に戻す。

このような制御を行うことで、各除湿ロータ１４、２４、３４の入口湿度を常時低く保つことができるので、処理出口露点温度が低下するのに要する時間を短縮することができる。

図３は、従来の還気位置切り換え方法と本発明に係る還気位置切り換え方法による二段目の除湿ロータ上流での処理空気、三段目の除湿ロータ上流および下流、並びに還気空気の経過時間における露点温度の変化を示している。

従来の還気位置切り換え方法は、還気空気の露点温度に応じて、例えば、−３０℃以上ならば一段目の除湿ロータ１４上流に還気空気を戻し、−７０℃〜−３０℃ならば二段目の除湿ロータ２４上流に還気空気を戻し、−７０℃以下ならば三段目の除湿ロータ３４上流に還気空気を戻すように運転する。

図３から分かるように、従来の還気位置切り換え方法の場合には、還気空気の露点温度のみを測定し、所定の露点温度で切り換えるように設定すると、還気空気の露点温度が、還気空気と混合する除湿ロータ上流の処理空気の露点温度よりも高くなり、除湿ロータ下流の露点温度が低下するのに要する時間が長くなってしまう。一方、本発明に係る還気位置切り換え方法では、各除湿ロータ上流の処理空気と還気空気の露点温度を常時比較して還気空気を戻す位置を決めているので、還気空気の露点温度が混合する除湿ロータ上流の処理空気の露点温度より高くなってしまうことがない。これにより、還気空気を戻す位置の最適化が図れ、各除湿ロータの入口湿度を低く保つことで処理出口の露点温度も低くでき、低露点除湿システム全体の立上げ時間の短縮化を図ることができる。

以上、本発明に係る低露点除湿システムに関して説明したが、低露点除湿システム立上げ時の各除湿ロータ除湿側と還気空気の露点温度経時変化を把握し、低露点除湿システムの運転時間により還気空気を戻す位置を変えても同様の効果が期待できる。

また、図１に示したように、露点計１９は、冷却コイル１２の下流に設置することが好ましいが、最前段以外での露点計２９、３９を設置する場所は、図１のように、冷却コイル２２、３２の上流でも良いし、下流でも良い。

本発明に係る低露点空調システムの実施形態を説明する構成図 本発明に係る低露点空調システムの制御を説明する図 本発明に係る低露点空調システムの効果を説明する図

符号の説明

１０…ファン、１２…冷却コイル、１４…除湿ロータ、１４ａ…除湿領域、１４ｂ…パージ領域、１４ｃ…再生領域、１６…ダンパ、１８…還気流路（枝流路）、１９…（処理空気）露点計、２０…ファン、２２…冷却コイル、２４…除湿ロータ、２４ａ…除湿領域、２４ｂ…パージ領域、２４ｃ…再生領域、２６…ダンパ、２８…還気流路（枝流路）、２９…（処理空気）露点計、３０…ファン、３２…冷却コイル、３４…除湿ロータ、３４ａ…除湿領域、３４ｂ…パージ領域、３４ｃ…再生領域、３６…ダンパ、３８…還気流路（枝流路）、３９…（処理空気）露点計、４０…処理空気流路、４２…低露点室、４８…還気流路（幹流路）、４９…（還気空気）露点計、５０…排気流路、５２…ファン、５４…切換コントローラ、Ｔ１…一段目での露点温度の測定値、Ｔ２…二段目での露点温度の測定値、Ｔ３…三段目での露点温度の測定値、ＴＲ…還気流路での露点温度の測定値

Claims (2)

1. 低露点環境が形成される低露点室と、外気を冷却する冷却手段と除湿ロータとから成る複数の除湿ユニットが直列に配設されると共に該除湿ユニットで処理した処理空気を前記低露点室に供給する処理空気流路と、前記低露点室から還気された還気空気を前記それぞれの除湿ロータの上流位置に戻す複数の還気流路と、前記複数の還気流路における前記還気空気の流通を切り換える切換手段と、を備えた低露点空調システムにおいて、
   前記処理空気流路における前記各除湿ロータの上流位置にそれぞれ設けられ、前記還気空気と合流する前の処理空気の露点温度をそれぞれ測定する処理空気露点計と、
   前記還気流路に設けられ、前記還気空気の露点を測定する還気空気露点計と、
   前記それぞれの処理空気露点計で測定した処理空気の露点測定値と、前記還気空気露点計で測定した還気空気の露点測定値とを対比した結果に基づいて前記切換手段を切り換える切換コントローラと、を備えたことを特徴とする低露点空調システム。
2. 前記切換コントローラは、前記それぞれの処理空気露点計で計測したそれぞれの露点測定値のうち、前記処理空気流路の上流側からｎ番目の露点測定値をＴｎとし、前記還気空気露点計で測定された露点測定値をＴＲとしたときに、
   Ｔｎ＞ＴＲ＞Ｔｎ＋１を満足するｎを求め、ｎ番目の除湿ロータ手前の還気流路に還気空気が流れるように前記切換手段を切り換えることを特徴とする請求項１の低露点空調システム。

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