JP4730586B2

JP4730586B2 - 汚染物質除去装置

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Publication number: JP4730586B2
Application number: JP2005087428A
Authority: JP
Inventors: 博久内山
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: JP2006263629A

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（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）またはＨＥＰＡフィルタ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）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：ＴｏｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ）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

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。
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。
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。