JP4730586B2 - 汚染物質除去装置 - Google Patents

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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6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6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。
図5は、このような噴霧チャンバ内のエア温度を下げる例を示す従来の構成図である。図5において、50はエアワッシャー装置(噴霧室)で図6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。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、噴霧系統52が設けられている。各処理室には、噴霧ノズル51a、52a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、52a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6の噴霧水槽に相当し、エアワッシャー装置50とは集水管54で連結されている。56はポンプ、57は水処理フィルタである。補給循環水槽55は、ポンプ56、水処理フィルタ57、配管75を通して循環水を噴霧ノズル51aに供給する。純水による補給水70は、補給水排水熱交換器71に供給される。排水熱回収熱交換器71からの排水は、配管73により排出される。また、排水熱回収熱交換器71で温度が下げられた補給水は、補給水熱交換器58に供給される。
補給水は、補給水熱交換器58で冷水59により更に低温に処理されて、配管74から噴霧ノズル52a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。補給循環水槽55からの排水は、例えば15℃でポンプ72により配管74を通り補給水排水熱交換器71に供給される。補給水排水熱交換器71からの排水は、配管73により排出される。このように、補給循環水槽55からの排水を補給水排水熱交換器71に供給することにより、補給水(26℃)との熱交換を行うことができ、冷水使用量を削減しているので、コストの低減が図れる。
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。空調チャンバ60には、循環ファン61、HEPAフィルタ62が設けられている。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サプライエアとしてクリーンルームに供給される。なお、図5では簡単のため、補給循環水槽55、噴霧系統52はそれぞれ1段のみ示しているが、これらの構成を多段とすることもできる。
特開2000−33221号
図5に示した従来の構成においては、補給循環水槽55からの排水は、ポンプ72により補給水排水熱交換器71に供給して冷熱を回収し、補給冷水の使用量を削減して省エネルギーを図っていた。ところで、図5に示されるような汚染物質除去装置は、前記のように液晶工場において湿式ケミカル除去装置として使用されている。近年は、液晶パネルが巨大化し、それによって製造装置も大型化され、処理しなければならない臭気成分も多くなってきている。しかしながら、生産コストが厳しい中にあって、汚染物質除去装置を大きくし、電力などのユーティリティ使用量も増大させることは困難な状況にある。図5の従来例の構成においては、ポンプ72を用いているので電力消費量が増大し、電力費が嵩む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、設備費や運転経費を削減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、複数に区画され各区画にはそれぞれ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、前記噴霧室と前記循環水槽を連結する配管とを備え、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、前記噴霧室の処理空気流入側の区画に排水用の配管を設けて、当該排水用の配管を前記噴霧室の下部に配置した熱交換器と連結し、前記排水用の配管から自然流下させた排水が前記熱交換器を介して排出され、
前記噴霧室の処理空気流入側の区画底部に排水を回収する傾斜した側溝を設け、前記側溝で回収した排水を前記排水用の配管に流入させ、
前記側溝の傾斜下側端部と前記排水用の配管との間に、当該排水用の配管の口径よりも口径が大きい排水の導水管を設けた
ことを特徴とする。
また、本発明の汚染物質除去装置は、前記熱交換器は、補給水が供給されて前記排水の排水熱を回収し、前記補給水を前記噴霧室に供給する熱交換器であることを特徴とする。
また、本発明の汚染物質除去装置は、前記熱交換器から排出される排水の配管に、電動ボール弁を設けたことを特徴とする。
本発明においては、エアワッシャー装置(噴霧室)からの排水がポンプを用いることなく自然流下により排出されている。このため、ポンプの製造、設置、運転、保守の費用が不要であり、ポンプ運転のための電力費も削減できる。また、ポンプ駆動のための制御系も不要となるので、コストを大幅に減少させることができる。さらに、ポンプやその制御系の施設が不要で単に配管を設けるだけの構成であるから、汚染物質除去装置の構成が簡略になる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の汚染物質除去装置は、
噴霧室を前処理、噴霧1、噴霧2の各部屋に区画し、クリ−ンルームからのレターンエアは有機成分を多く含む順に各区画で段階的な除去処理を行っている。それに合せて、循環槽も複数に区画して各噴霧室に対応して水の有機成分濃度(TOC:Total Organic Carbon)が濃い順になるような配列を工夫し、有機成分濃度が低く一番きれいな水槽に清浄な補給水を供給している。このような汚染物質除去装置において、前記噴霧室のレターンエア流入側の区画の排水を配管により自然落下で下部に設置した排水熱回収熱交換器に供給し、当該排水で補給水を冷却してから排出する構成としている。
図1において、10はエアワッシャー装置(噴霧室)で、クリーンルームからの汚染物質が含まれている処理空気(レターンエア)がエアワッシャー装置10に流入する。15はエアワッシャー装置10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。16は冷却コイルで、HEPAフィルタ15を通過した処理空気を冷却する。冷却コイル16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16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16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10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。
エアワッシャー装置10には、処理空気の流通方向からみて上流(流入)側から下流(流出)側に向けて複数区画の処理室、すなわち、前処理系統11、噴霧1系統12、噴霧2系統13、補給水系統14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11a〜14aが設けられている。
エアワッシャー装置10に流入した処理空気に、噴霧ノズル11a〜14a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。20は補給循環水槽で、エアワッシャー装置10の下部に配置されており、エアワッシャー装置10とは集水管30〜32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20は、第1の補給循環水槽21と第2の補給循環水槽22に分割されている。23、24は第1、第2のポンプ、25、26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21は、第1のポンプ23、第1の水処理フィルタ25、配管37を通して循環水を噴霧ノズル11a、12aに供給する。また、第2の補給循環水槽22は、第2のポンプ24、第2の水処理フィルタ26、噴霧水熱交換器28、配管36を通して循環水を噴霧ノズル13aに供給する。
純水による補給水(G)は、配管38により補給水排水熱回収熱交換器33に供給される。供給される補給水の水温は20〜30℃であるが、噴霧室のレターンエア流入側の区画に相当する前処理系統11から、配管34により供給される排水により一旦温度が下げられる。補給水排水熱回収熱交換器33からの排水は、排水管35により排出される。また、補給水排水熱交換器33で温度が下げられた補給水は、配管44を通過して補給水熱交換器27に供給される。
図1の例では、前処理系統11からの排水を、図5の従来例で説明したようなポンプを用いることなく、配管34により自然落下で補給水排水熱回収熱交換器33に供給している。このため、エアワッシャー装置10からの排水を補給水排水熱回収熱交換器33に供給するためのポンプが不要となり、部品点数が少なくなり、コストを低減できる。また、当該ポンプの消費電力が不要となり運転経費が節約できる。さらに、当該ポンプを制御するための制御系も不要となるので構成が簡略になる。
冷水(E)は、補給水熱交換器27に配管39から供給される。補給水は、補給水熱交換器27で冷水により更に低温に処理されて、配管45から噴霧ノズル14aに供給される。また、配管45から分岐する配管47より第2の補給循環水槽22に補給水が供給される。したがって、有機物が少ない補給循環水槽22に清浄な水が補給されることになる。さらに、第2の補給循環水槽22から噴霧ノズル13aに供給される循環水も、噴霧水熱交換器28で冷水により温度が下げられて配管36から噴霧ノズル13a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10に供給されるので、エアワッシャー装置10内の温度が低下してエアワッシャー装置10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13a、14aで射出された低温水は集水管31、32により第2の補給循環水槽22に回収され、剰余の回収水は第1の補給循環水槽21に流入する。第1の補給循環水槽21からの循環水は、噴霧ノズル12aにより低温水として射出され、集水管30により第1の補給循環水槽21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10で吸収された有機成分が濃縮されて排出される。また、噴霧ノズル11aからの回収水は、排水熱回収熱交換器33に供給される。このように、第1の補給循環水槽21から噴霧ノズル11a、12aに供給される循環水は、一旦噴霧ノズル13a、14aで使用された回収水であるので、噴霧ノズル13aから供給される循環水よりも純度は低下している。
本発明の図1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20を経由することなく直接エアワッシャー装置10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11a〜14aのいずれかに直接供給する構成とすることも可能である。
エアワッシャー装置10には、噴霧ノズル14aの下流側にエリミネータ17が設置されている。噴霧ノズル11a〜14a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17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10に隣接して空調チャンバ40が設けられており、エアワッシャー装置10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)40に流入する。
空調チャンバ40には、循環ファン41、HEPAフィルタ42、加温コイル43が設けられている。これらの各部品は、空調チャンバ40のハウジング内に設置される。エアワッシャー装置10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43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40に流入した処理空気は、HEPAフィルタ42を通過して清浄化される。
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10に流入する処理空気(A)の温度は25℃、エアワッシャー装置10内の処理空気(B)の温度は15℃、エアワッシャー装置10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℃または12℃、専用の冷水還りの配管46を通り冷水供給部に戻される冷水還り(I)の温度は17℃である。
本発明の実施形態においては、エアワッシャー装置で噴霧した水を補給循環槽ですべて回収してしまうのではなく、エアワッシャー装置で有機分を多く含んだ排水を選別し、選別した排水を直接自然流下により補給水排水熱回収熱交換器に供給して熱交換することを特徴としている。図2は、エアワッシャー装置10の要部を示す平面図、図3は図2のA―A断面図、図4は図2のB―B断面図である。図1と同じ個所には同一の符号を付している。図2に示されているように、前処理系統11からの排水は配管34により自然流下で補給水排水熱回収熱交換器33に供給している。また、噴霧1系統12の回収水は配管30により第1の補給循環水槽21に供給している。
図4に示されているように、噴霧1系統12の底部には傾斜した側溝84が設けられており、噴霧1系統12の回収水は側溝84で集められて配管30の排水取り入れ口85に流入する。排水取り入れ口85の口径は配管30の口径と等しく設定されている。配管30は水平部30aの両端をほぼ水平状に形成している。このため、噴霧1系統12からの大量の排水を安定して第1の補給循環水槽21に供給することができる。
図3に示されているように、前処理系統11の底部にも傾斜した側溝81が設けられており、前処理系統11の排水の回収水は側溝81で集められて配管34と連結されているホッパー管82に流入する。すなわち、ホッパー管82は、排水を配管34に流入させる導水管として機能している。ここで、ホッパー管82の口径は配管34の口径よりも大きくしており、噴霧1系統12からのエアが配管34を通して補給水排水熱回収熱交換器33に入らないように工夫している。このように、エアが補給水排水熱回収熱交換器33に入らないように構成しているので、補給水排水熱回収熱交換器33を安定して動作させることができる。また、ホッパー管82の口径は配管34の口径よりも大きいので、排水が配管34に流入する際の流れを安定させることができる。
配管34は、ホッパー管82に連結される垂直部34aと、傾斜部34bで構成されている。このように傾斜部34bが形成されているので流水抵抗が少なくなり、前処理系統11からの回収水を自然流下により、効率良く補給水排水熱回収熱交換器33に供給することができる。また、補給水排水熱回収熱交換器33と前処理系統11の高低差を大きく取り、前処理系統11からの回収水の自然押し込み力を増大させている。なお、補給水排水熱回収熱交換器33の流速抵抗を少なくすることにより、熱交換効率を向上させることができる。
図3の補給水排水熱回収熱交換器33には、電動ボール弁83を介して排水管35を連結している。電動ボール弁83は、起動停止機能を有しており、排水の流量調整を行う。また、電動ボール弁83は、逆流(サイフォン現象の発生)防止機能を有している。排水管35は、垂直に下方向に向けられており流水抵抗が少なく排水を効果的に行える。
このように、本発明の実施形態にかかる構成においては、エアワッシャー装置からの排水機構に次のような特徴を有している。(1)補給水排水熱回収熱交換器の出入口配管を工夫し、自然流下に適したものにした。(2)補給水排水熱回収熱交換器の流速抵抗を少なくした。(3)噴霧部(前処理系統)と補給水排水熱回収熱交換器の高低差を大きくとり、回収水の自然押し込み力を増大させた。(4)有機成分を多く含んだ排水が、噴霧部(前処理系統)から補給循環水槽を経由することなく直接排水でき、レターンエアが補給水排水熱回収熱交換器に入らないように工夫した。
以上説明したように、本発明によれば、噴霧室からの排水用のポンプが不要なので、設備費や運転経費を削減した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の平面図である。 図2のA―A断面図である。 図2のB―B断面図である。 従来例の構成図である。 従来例の構成図である。
符号の説明
10・・・エアワッシャー装置(噴霧室)、11a〜14a・・・噴霧ノズル、15・・・HEPAフィルタ、16・・・冷却コイル、17・・・エリミネータ、20・・・補給循環水槽、23、24・・・ポンプ、25、26・・・水処理フィルタ、27・・・補給水熱交換器、28・・・噴霧水熱交換器、30、31、32・・・集水管、33・・・排水熱回収熱交換器、34・・・排水用の配管、35・・・排水管、40・・・空調チャンバ、43・・・加温コイル、81、84・・・側溝、82・・・ホッパー管、83・・・電動ボール弁、

Claims (3)

  1. 複数に区画され各区画にはそれぞれ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、前記噴霧室と前記循環水槽を連結する配管とを備え、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、
    前記噴霧室の処理空気流入側の区画に排水用の配管を設けて、当該排水用の配管を前記噴霧室の下部に配置した熱交換器と連結し、前記排水用の配管から自然流下させた排水が前記熱交換器を介して排出され、
    前記噴霧室の処理空気流入側の区画底部に排水を回収する傾斜した側溝を設け、前記側溝で回収した排水を前記排水用の配管に流入させ、
    前記側溝の傾斜下側端部と前記排水用の配管との間に、当該排水用の配管の口径よりも口径が大きい排水の導水管を設けた
    ことを特徴とする、汚染物質除去装置。
  2. 前記熱交換器は、補給水が供給されて前記排水の排水熱を回収し、前記補給水を前記噴霧室に供給する熱交換器であることを特徴とする、請求項1に記載の汚染物質除去装置。
  3. 前記熱交換器から排出される排水の配管に、電動ボール弁を設けたことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の汚染物質除去装置。
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