JP4864283B2 - フィルター装置および排気ガスの微粒子除去方法 - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば、半導体製造プロセスや液晶製造プロセスに配置され、排気ガスに含まれる反応生成物等の微粒子を除去したり、液体に含まれるミストを回収するためのフィルター装置に関する。
半導体製造プロセスには、イオン注入法、アルミ等の金属エッチング法、ＣＶＤ法を含む各種の方式が採用されているが、いずれの方式を採用した半導体製造プロセスにおいても、フッ化水素酸、シランガス、テトラエトキシシラン、アンモニア等の有害ガスや反応生成物等の夾雑物、その他ミストやダストといった微粒子が混在する排気ガスを発生する。排気ガス中に混在する微粒子の量は、特に、ＣＶＤ法の半導体製造プロセスでは多いことが分かっている。
そのため、半導体製造プロセスには、排気ガス中に混在する微粒子を除去するための除害設備が配置されている。
従来の除害設備は、排気ガスに含まれる微粒子をイオン交換樹脂やゼオライトといった吸着材に吸着させたり、水スクラバーにより水に吸着させたり、バーナーによる燃焼で分解したりすることで除去している。
従来の除害設備は、排気ガスに含まれる微粒子をイオン交換樹脂やゼオライトといった吸着材に吸着させたり、水スクラバーにより水に吸着させたり、バーナーによる燃焼で分解したりすることで除去している。
排気ガス中の微粒子を除去する場合、吸着材による除害設備では、吸着される微粒子により吸着材の単位面積当りの圧力損失が大きくなっしまうという問題があり、水スクラバーによる除害設備では、吸着液が微粒子によりヘドロ状となるのでヘドロ処理が必要となるという問題があり、燃焼による除害設備では、バーナーのノズルが詰まったり燃焼室が汚れるという問題がある。
本出願人は、半導体製造プロセスに配置された除害設備の上流側に前処理装置として配置することで、半導体製造プロセスの排気ガス中に多量の微粒子が含まれている場合でも、除害設備のメンテナンスを容易に行うことができるフィルター装置を開発した（例えば特許文献１参照）。
上記フィルター装置は、入口と出口を有するケーシングと、複数の渦巻部を有し連続した渦巻状流路を形成するようにケーシング内に配置された隔壁と、隔壁の少なくとも一面に配置されたフィルター部材とを有し、ケーシング内に導入される排気ガスを渦巻状流路に沿って進行させる際に、排気ガスに含まれる微粒子を渦巻状流路に配置したフィルター部材により除去し、微粒子を除去した排気ガスを出口から除害設備に送り込むようにしている。
特開２００１−１４９７２３号公報（第３頁、図３）
上記フィルター装置は、渦巻状流路の渦巻部の流路幅が外端から内端まで同じ寸幅に設定されているので、渦巻状流路を流れる排気ガスは、その線速度が渦巻状流路の外側で早く内側で遅くなり、排気ガス中に含まれる微粒子を排気ガスの速度と比例して粒子径が大きい粒子から粒子径の小さい粒子まで除去することができない。
本発明は、上記した点を考慮してなされたもので、渦巻状流路を流れる排気ガスの線速度を外側渦巻部で遅く内側渦巻部で早くすることで、排気ガス中に含まれる微粒子を排気ガスの速度と比例して粒子径が大きい粒子から粒子径の小さい粒子まで除去することができるフィルター装置および排気ガスの微粒子除去方法を提供することを目的とする。
本発明のフィルター装置は、入口と出口を有するケーシングと、複数の渦巻部を有し連続した渦巻状流路を形成するようにケーシング内に配置された隔壁と、隔壁の少なくとも一面に配置されたフィルター部材とを有し、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するためのフィルター装置において、 前記渦巻状流路の外端側に位置する外側渦巻状流路の流路幅をこれより内側に位置する内側渦巻状流路の流路幅より広くし、さらに、排気ガスに含まれる微粒子のうち、前記渦巻状流路で補集できなかった小さな粒子径の微粒子を捕集する円筒状フィルターを前記隔壁の最内側に形成される空間に配置した構成である。
また、本発明の排気ガスの微粒子除去方法は、入口と出口を有するケーシングと、複数の渦巻部を有し連続した渦巻状流路を形成するようにケーシング内に配置された隔壁と、隔壁の少なくとも一面に配置されたフィルター部材とを有するフィルター装置を用いて排気ガス中に含まれる微粒子を除去する方法であって、前記渦巻状流路の外端側に位置する外側渦巻状流路の流路幅をこれより内側に位置する内側渦巻状流路の流路幅より広くし、前記渦巻状流路に排気ガスを導入し、前記外側渦巻状流路で粒子径の大きな微粒子を補足し、前記内側渦巻状流路で粒子径の小さな微粒子を補足することにより、微粒子を前記フィルター部材で捕集する第1の工程と、排気ガスに含まれる微粒子のうち、前記渦巻状流路で補集できなかった小さな粒子径の微粒子を、隔壁の最内側に形成される空間に配置した円筒状フィルターで捕集する第2の工程と、からなるものである。
本発明のフィルター装置は、渦巻状流路を流れる排気ガスは外側渦巻部の線速度が遅く側渦巻部の線速度が早いので、排気ガス中に含まれる粒子径が大きい粒子を渦巻状流路の外側部分で捕捉し、粒子径が小さい粒子を渦巻状流路の内側部分で捕捉し、さらに、前記渦巻状流路で補集できなかった小さな粒子径の微粒子を円筒状フィルタで捕集することにより排気ガス中に含まれる微粒子を排気ガスの速度と比例して粒子径が大きい粒子から粒子径の小さい粒子まで除去することができる。
以下、本発明のフィルター装置を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明のフィルター装置１は、図１および図２に示すように、円筒状ケーシング２と、円筒状ケーシング２の内部に配置された渦巻状隔壁３と、円筒状ケーシング２および隔壁３の内面に配置されたフィルター部材４と、隔壁３の中央部に配置された円筒状フィルター５とを有する。
本発明のフィルター装置１は、図１および図２に示すように、円筒状ケーシング２と、円筒状ケーシング２の内部に配置された渦巻状隔壁３と、円筒状ケーシング２および隔壁３の内面に配置されたフィルター部材４と、隔壁３の中央部に配置された円筒状フィルター５とを有する。
上記円筒状ケーシング２は、図１に示すように、入口６を側壁７ａの上部に設けた上端開口の円筒状ケーシング本体７と、中央部に出口８を有し円筒状ケーシング本体７の開口端に固着される蓋体９を有する。蓋体９の下面に出口８に対応して円筒状フィルター５が固定手段１０により取り付けられている。
上記渦巻状隔壁３は、図２に示すように、３つの渦巻部３ａ，３ｂ，３ｃを有する。渦巻状隔壁３の高さは、筒状ケーシング本体７の高さにほぼ一致している。渦巻状隔壁３は、円筒状ケーシング２の内部に配置された時、円筒状ケーシング２の内部に外方から内方に連続して延びる渦巻状流路１１を形成する。渦巻状隔壁３の面を凹凸面にしたり、渦巻状隔壁３に邪魔板を設けることが好ましい。
上記渦巻状流路１１のうちの円筒状ケーシング２の内壁２ａと最外側に位置する渦巻部３ａとの間に形成される渦巻状流路１１ａは、その流路幅Ａを渦巻部３ａとそれより内側に位置する渦巻部３ｂとの間に形成される流路１１ｂの流路幅Ｂより広く設定されている。同様に、上記渦巻状流路１１のうちの渦巻部３ａと渦巻部３ｂとの間に形成される流路１１ｂの流路幅Ｂは、渦巻部３ｂとそれより内側に位置する渦巻部３ｃとの間に形成される流路１１ｃの流路幅Ｃより広く設定されている。すなわち、渦巻状流路１１は、排気ガスの進行方向に外方から内方に流路幅を順次狭くしている。
上記実施の形態では、渦巻状流路１１を形成する渦巻状隔壁３は３つの渦巻部により形成されているが、渦巻部の数は必要に応じて増減できる。渦巻部の数が６つ以上の場合には、最内流路を含む複数の流路の流路幅は同じ幅とすることもできる。
上記フィルター部材４は、耐熱性や耐薬品性に優れた繊維素材から形成された薄板状成形品であり、渦巻状隔壁３の内面に沿って渦巻状流路１１の方向に配置されている。フィルター部材４は渦巻状隔壁３の両面に配置することもできる。 上記フィルター部材４は、マグネットファイバーで成形することで、粉体や液体あるいは液体のミストの回収に有効である。
上記円筒状フィルター５は、上記フィルター部材４と同様に、耐熱性や耐薬品性に優れた繊維素材から形成されている。円筒状フィルター５は、隔壁３の中央部に配置される。円筒状フィルター５は、フィルター部材４では十分に除去できない特に粒径が細かい微粒子を除去する。円筒状フィルター５は、繊維素材と金属素材とを混合したもので形成することもできし、金属素材のみで形成してもよい。
また、排気ガスの温度が高い場合への対応として、排気ガスを冷却するために、冷却用ジャケット１２を円筒状ケーシング２の外面を囲むように配置することもできる。冷却用ジャケット１２は、フィルター装置１を冷却する目的の冷媒を保持あるいは循環できる手段である。冷媒としては特に制限されないが水を用いるのが通常である。
つぎに作用を説明する。
本発明のフィルタ装置１は、図示しない半導体製造プロセスの除害設備の上流側に配置され、半導体製造プロセスの処理装置から排出される被処理ガスである排気ガス中の反応生成物等の夾雑物、その他ミストやダストを含む微粒子を除去するために用いられる。
本発明のフィルタ装置１は、図示しない半導体製造プロセスの除害設備の上流側に配置され、半導体製造プロセスの処理装置から排出される被処理ガスである排気ガス中の反応生成物等の夾雑物、その他ミストやダストを含む微粒子を除去するために用いられる。
半導体製造プロセスから排出される排気ガスは、図示しない配管を通してフィルタ装置１の入口６から円筒状ケーシング２の内部に配置された渦巻状流路１１に導入される。渦巻状流路１１は最外側流路１１ａの流路幅Ａがこれに隣接する内側流路１１ｂの流路幅Ｂより広く設定されているので、渦巻状流路１１を進行する排気ガスは最外側流路１１ａの線速度がこれより内側の内側流路１１ｂの線速度より遅くなる。したがって、排気ガスに含まれる微粒子のうちの粒子径が大きい粒子が、排気ガスの速度と比例した遠心力の作用により、円筒状ケーシング２の内面に配置されたフィルター部材４に衝突する。円筒状ケーシング２の内面のフィルター部材４に衝突した微粒子は、フィルター部材４に付着するか重力の作用で落下し円筒状ケーシング２に捕集される。
渦巻状流路１１の最外側流路１１ａを通過した排気ガスは、排気ガスの内側流路１１ｂの線速度がこれより内側の内側流路１１ｃの線速度より遅いので、同様に、粒子径が大きい粒子が被処理ガスの速度と比例した遠心力の作用により渦巻状隔壁３の内面に配置されたフィルター部材４に衝突し、フィルター部材４に衝突した微粒子は、フィルター部材に付着するか落下して円筒状ケーシング２に捕集される。
渦巻状流路１１の内側流路１１ｂを通過した排気ガスは、遠心力の作用により渦巻状隔壁３の内面に配置されたフィルター部材４に衝突し、フィルター部材４に衝突した微粒子は、フィルター部材に付着するか落下して円筒状ケーシング２に捕集される。
このように、排気ガスに含まれる微粒子は、渦巻状流路１１に沿って半径方向内側に走行する際に、排気ガスの速度と比例して粒子径が大きい粒子から粒子径の小さい粒子まで除去される。渦巻状流路１１において除去されなかつた粒径が細かい微粒子は、隔壁３の中央部に配置された円筒状フィルター５により除去される。
そして、フィルター装置１において微粒子を除去した排気ガスは、フィルター装置１の出口８から図示しない配管を通して除害設備に導かれる。
そして、フィルター装置１において微粒子を除去した排気ガスは、フィルター装置１の出口８から図示しない配管を通して除害設備に導かれる。
図３は本発明の他の実施の形態を示す。図３に示すフィルター装置２０は、図１に示すフィルター装置１と比較すると、隔壁３の高さが円筒状ケーシング２１より低く、円筒状フィルター５の上方に空間２２を形成し、この空間２２にステンレス網で形成したドーナツ状エレメント２３を配置した点のみで相違している。円筒状フィルター５を通過した排気ガスは、ドーナツ状エレメント２３に直接衝突した後、蓋体９の下面に取り付けられた邪魔板２４と円筒状ケーシング２１との間隙を通過して出口８に導かれる。これにより、排気ガスに含まれる微粒子はより効果的に除去される。
本発明のフィルタ装置は、半導体製造プロセスなどの排気ガスのラインに組み込むことで、除害設備の負荷を軽減できるとともに、除害設備の掃除回数や設備寿命を大幅に改善できる。
１ フィルター装置
２ ケーシング
３ 渦巻状隔壁
４ フィルター部材
１１ 渦巻状流路
Ａ 流路幅
Ｂ 流路幅
Ｃ 流路幅
２ ケーシング
３ 渦巻状隔壁
４ フィルター部材
１１ 渦巻状流路
Ａ 流路幅
Ｂ 流路幅
Ｃ 流路幅
Claims (5)
- 入口と出口を有するケーシングと、複数の渦巻部を有し連続した渦巻状流路を形成するようにケーシング内に配置された隔壁と、隔壁の少なくとも一面に配置されたフィルター部材とを有し、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するためのフィルター装置において、 前記渦巻状流路の外端側に位置する外側渦巻状流路の流路幅をこれより内側に位置する内側渦巻状流路の流路幅より広くし、さらに、排気ガスに含まれる微粒子のうち、前記渦巻状流路で補集できなかった小さな粒子径の微粒子を捕集する円筒状フィルターを前記隔壁の最内側に形成される空間に配置したことを特徴とするフィルター装置。
- 渦巻状流路は、渦巻部の流路幅が外側から内側に順次狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載のフィルター装置。
- 蓋体の下面に邪魔板を取り付けるとともに、円筒状フィルターの上方空間にドーナツ状エレメントを配置したことを特徴とする請求項１に記載のフィルター装置。
- ケーシングの外面に冷却水ジャケットを配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルター装置。
- 入口と出口を有するケーシングと、複数の渦巻部を有し連続した渦巻状流路を形成するようにケーシング内に配置された隔壁と、隔壁の少なくとも一面に配置されたフィルター部材とを有するフィルター装置を用いて排気ガス中に含まれる微粒子を除去する方法であって、
前記渦巻状流路の外端側に位置する外側渦巻状流路の流路幅をこれより内側に位置する内側渦巻状流路の流路幅より広くし、前記渦巻状流路に排気ガスを導入し、前記外側渦巻状流路で粒子径の大きな微粒子を補足し、前記内側渦巻状流路で粒子径の小さな微粒子を補足することにより、微粒子を前記フィルター部材で捕集する第1の工程と、
排気ガスに含まれる微粒子のうち、前記渦巻状流路で補集できなかった小さな粒子径の微粒子を、隔壁の最内側に形成される空間に配置した円筒状フィルターで捕集する第2の工程と、
からなることを特徴とする排気ガスの微粒子除去方法。
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