JP4940004B2 - ガス不純物除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス不純物除去装置に関し、さらに詳細には例えば、空気浄化空調装置などの構成要素として用いられ、空気流路中に配置して流通空気に含まれるガス不純物を除去するガス不純物除去装置に関する。

例えば、半導体製造工場、或いは食品の製造工場や加工工場などでは、製品の歩留まり向上、或いは製品生産過程における衛生上の問題などから所定の清浄度にコントロールされたクリーンルームで製品が生産されていることは既によく知られている。かかるクリーンルームは、塵埃やガス不純物等を除去した清浄な空気が該クリーンルームに供給されることにより所定の清浄度に保たれている。可溶性のガス不純物等を除去する従来の装置としては、エアーウォッシャによるガス不純物除去装置が一般的であるが、この装置には、大別して滴下式とスプレー式とがある。スプレー式のガス不純物除去装置は、空気流路に純水を噴霧し、その霧状の純水中を、ガス不純物を含んだ空気が通過する際に気液接触をしてガス不純物を純水に吸収させて除去するものであり、純水の使用水量が比較的多く、構造も複雑かつ高価になる傾向がある。

他方、滴下式のガス不純物除去装置は、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に開示された発明では、ガス除去装置をクリーンルームの床下空間部に設置し、クリーンルームからその床下空間部に取り込まれた空気がガス除去装置を通過する際に空気中のガス不純物を除去し、清浄な空気をクリーンルームに戻す循環系を形成したことを特徴としている。そして、ガス除去装置は、矩形状の本体フレーム内にグラスファイバー製の加湿モジュール（気液接触用の素材）を上下方向に複数個配置して形成された水接触エレメント（気液接触エレメント）と、ガス不純物を吸収する吸収液である水を水接触エレメントの上部から滴下供給する散水装置とを備えて構成されている。水接触エレメントの上部から供給される水は、タンクに収容されており、それを供給ポンプで送水し、また、水接触エレメントから滴下した水はドレンパンに貯水され、そこからドレン管により排水されるようになっている。

また、比較的に規模の大きなクリーンルームでは、前述の特許文献１に開示されているような水接触エレメントが空気の流れ方向に複数配置された構造とされていることも知られている。このような複数の水接触エレメントを備える滴下式のガス不純物除去装置には、カスケードタイプとパラレル循環タイプとがあり、前者のカスケードタイプは、各水接触エレメントそれぞれの下部に配置されている各ドレンパンから水をポンプで汲み上げ、隣接する水接触エレメントに滴下供給するタイプである。特許文献１に開示されたガス不純物除去装置を含めて従来のカスケードタイプの除去装置では、新しい水が最下流側の水接触エレメントへ送られ、この水接触エレメントを滴下してドレンパンに落ち、このドレンパンから循環ポンプで隣接する水接触エレメントへ供給され、このような系が順次繰り返され、最上流側（最後）の水接触エレメントから落ちた水がドレンパンに貯水されつつ該ドレンパンからすべて排水される。

また、後者のパラレル循環タイプは、各水接触エレメントに共通な１つのドレンパンから水をポンプで汲み上げて各水接触エレメントに同時に滴下供給し、ドレンパンに収容された水の一部が排水され、他の大部分が再び各水接触エレメントの上部から滴下供給されるタイプである。これらカスケードタイプとパラレル循環タイプとにおける構造的な相違は、水供給管が直列接続か、又は並列接続かにあると共に、後者のパラレル循環タイプのものでは、常時、ドレンパンに必要量の新たな水を補給している点にある。また、カスケードタイプとパラレル循環タイプでの新たな水の供給量を比較してみると、パラレル循環タイプの方が新たな水の供給量は少ない。従って、純水を使用した場合には純水の製造量が少なく、コスト的には有利である。
特開２００４−２２３４７７号公報

しかしながら、このようなパラレル循環タイプの滴下式ガス不純物除去装置では、ドレンパンから一部の水を排水すると同時に該ドレンパンに新しい水を補給することから、ドレンパン内の水の汚染度は幾分低くなるものの、それでも汚染された水を各水接触エレメントに滴下供給することに変わりはなく、その結果ガス不純物の除去効果があまり良くない、という問題があった。一般的に、クリーンルームに清浄な空気を供給する空気浄化空調装置では、ガス不純物除去装置で清浄化された空気を更に下流側に配置されたケミカルフィルターに通して清浄度を高めている。しかし、このケミカルフィルターは非常に高価であるため、該ケミカルフィルターを通過する前の空気の清浄度を高めればその交換サイクルを延長でき、コスト削減に寄与できる。

この発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、気液接触用ユニットにガス不純物除去用の吸収液である純水を滴下供給し、その吸収液を循環して再使用すると同時に一部を廃棄しながら新たな吸収液を補給するガス不純物除去装置において、吸収液を効率よく使用することにより空気中に含まれるガス不純物の気液接触用ユニットでの除去効果を高めることにある。

本発明は、可溶性ガス不純物を含む空気が空気流路を通過する際に前記空気中の前記ガス不純物を除去して浄化するガス不純物除去装置であり、その特徴とするところは、少なくとも１つの気液接触用のエレメントをそれぞれに備え、前記空気流路の空気流れ方向に配置された複数の気液接触ユニットと、前記気液接触ユニットの上部から該気液接触ユニット内に前記可溶性ガス不純物を吸収する純水を供給して前記エレメントを形成する純水湿潤素材に滴下させると共に、前記エレメントの通気路に前記純水の水膜を形成する純水供給排出手段と、前記気液接触ユニット内を滴下する間に前記ガス不純物を含む前記空気と気液接触しながら落下した前記純水を受けて収容する保持容器とを含み、前記純水供給排出手段が、前記保持容器に収容されている前記純水を繰り返し前記気液接触ユニットに供給する純水循環系と、前記保持容器に収容されている前記純水の一部を排水する排水系と、前記気液接触ユニットを循環する前記純水に新しい前記純水を補充する補給系とを備え、前記純水循環系が、前記保持容器に収容されている前記純水を複数の前記気液接触ユニットにそれぞれ同時に送水する配管と、該配管に設置された循環ポンプとからなり、前記補給系が、純水供給源から延びる補給管を備え、該補給管を介して前記空気流路内において最上流側に配置されている前記気液接触ユニットを除く他の前記気液接触ユニットのいずれかの上部からその内部に新たな前記純水を補給することにある。

かかるガス不純物除去装置における実施形態の一例としては、前記給水供給源から延びる前記補給管の出口端が、最下流側に配置されている前記気液接触ユニットの上部に位置し、最下流側の前記気液接触ユニットの内部に新たな前記純水を補給することである。

（削除）

本発明に係るガス不純物除去装置によると、純水を保持容器に補給せずに気液接触ユニットに直接供給するようにしたので、新たな純水が供給される気液接触ユニットでのガス不純物の除去効果を向上させることができ、ガス不純物除去装置を通過する空気の清浄度が高まり、その下流側にＨＥＰＡフィルターを配置している場合には該ＨＥＰＡフィルターの交換サイクルを延長できることから、空気浄化空調装置全体のコストを低減することができる。また、本発明のガス不純物除去装置によると、新しい純水を気液接触ユニットに直接滴下供給するようにしたので、保持容器から循環ポンプで汲み上げて気液接触ユニットに供給する純水量が従来の場合に比べて少なくて済むので、循環ポンプの容量を小さくすることができ、これによりランニングコストを削減することもできる。

また、本発明のガス不純物除去装置によれば、従来、新たな純水を保持容器に補給するように設置されていた配管を変更して、所定の気液接触用ユニットの上部から新たに補給される純水を滴下供給するようにするだけで、ガス不純物の除去効果を向上できるので、設備関係の費用が高騰することがなく、コストを高めることがない。さらに、気液接触ユニットも従来の構成のままでよく、この点からもコストを高めることがない。

また、本発明のガス不純物除去装置によれば、複数の気液接触ユニットが空気流路に配列されているとき、補給系により新しい純水が最下流側に配置されている気液接触ユニットに補給されるので、上流側の気液接触ユニットにより順次清浄化される空気が最後の気液接触ユニットを通過する際に新しい純水と気液接触することによりガス不純物の除去効果を向上でき、空気の清浄化効率を上げることができる。

以下、本発明のガス不純物除去装置を添付の図に示された好適な実施形態についてさらに説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス不純物除去装置１０の構成を概念的に示す構成説明図である。このガス不純物除去装置１０は、可溶性のガス不純物を含む空気が導入される空気流路１１に配置された気液接触ユニット１２を備えている。この実施形態に係るガス不純物除去装置１０は、４つの気液接触ユニット１２が空気の流れ方向に所定の間隔をあけて配列されている。気液接触ユニット１２は、よく知られているもので、内部には一つのエレメント１３が配置されている。エレメント１３は、複数の湿潤可能な素材（保水性を有する素材）が空気流路１１と同じ流れ方向に通気路（図示せず）を形成するように組み合わされて形成されている。

各気液接触ユニット１２の下部には、後述する吸収液を保持する手段として保持容器１４が配置されている。この保持容器１４は、各気液接触ユニット１２の上部から滴下供給されたガス不純物吸収液である所定純度の純水１５を受けて収容する。図１では、構造を簡略化して発明の理解を容易にするため、４つの気液接触ユニット１２から滴下する純水１５を１つの保持容器１４で受けているが、実際にはそれぞれの気液接触ユニット１２の下部に独立して保持容器１４を設置し、各保持容器１４を連通させるか、或いは他の容器に集めるようにすることが好ましい。また、このガス不純物除去装置１０は、各気液接触ユニット１２に純水１５を同時に滴下供給する純水供給排出手段１６が設けられている。この純水供給排出手段１６は、３つの系で構成され、その１は、純水循環系１７、その２は、純水補給系１８、その３は、排水系１９である。純水循環系１７は、保持容器１４に収容されている純水１５を汲み上げて各気液接触ユニット１２の上部に同時に供給するもので、純水１５を各気液接触ユニット１２に配分して同時に滴下供給する分岐管１７ａと、一端が保持容器１４内に位置しかつ他端が分岐管１７ａに接続された配管１７ｂと、この配管１７ｂの途中に設置された循環ポンプ１７ｃとから構成されている。

また、純水補給系１８は、新しい純水を供給源（図示せず）から気液接触ユニット１２に補給する供給配管１８ａにより構成され、その一端１８ｂは気液接触ユニット１２の上部に設置され、他端は図示しない純水供給源に接続されている。この供給配管１８ａの一端１８ｂは、空気流路１１に配置された４つの気液接触ユニット１２のうち、最も下流側に配置された気液接触ユニット１２の上部に設置されている。従って、純水供給源から送給される新しい純水は、この供給配管１８ａを通って最下流側に配置された１つの気液接触ユニット１２にのみ滴下供給されることになる。具体的には、最下流側の気液接触ユニット１２の上部には純水循環系１７における分岐管１７ａの１つの末端管出口と新しい純水を送る供給配管１８ａの一端１８ｂとの両方が配置され、最下流側の気液接触ユニット１２内のエレメント１３に新しい純水と保持容器１４から汲み上げられた循環用の純水が同時に供給滴下される。さらに、排水系１９は、図１に示されるように保持容器１４に収容されている純水１５の所定量を排水するもので、一端の排水口１９ｂを保持容器１４内の上部付近に設置された排水管１９ａにより構成されている。この排水管１９ａの排水口１９ｂは、空気流路１１において最上流側に位置する気液接触ユニット１２から純水が落ちる保持容器１４内の領域に設置されていることが好ましい。この理由については後述する。

次に、このガス不純物除去装置１０における動作について説明する。説明の便宜上、空気流路１１に配置された４つの気液接触ユニット１２の参照符号に上流側からａ，ｂ，ｃ，ｄの記号を添えて区別することにする。可溶性ガス不純物を含む汚染空気は、図１の矢印２０で示されるように空気流路１１を左側から右側に向い、４つの気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを次々と通過して清浄化され、矢印２１で示される方向に流れ出た後に調温調湿されてクリーンルームに送られる。各気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでは、循環ポンプ１７ｃにより保持容器１４から汲み上げられた純水１５が配管１７ｂ及び分岐管１７ａを通って上部から滴下されている。各気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにその上部から滴下された純水１５は、エレメント１３を湿潤させると共に該エレメント１３によって形成されている通気路に水膜を作りながら落下する。

ガス不純物を含む汚染空気は、気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのエレメント１３に形成されている通気路を通過する際に該エレメント１３を形成している湿潤素材の表面に接触し、また通気路中の水膜にも触れて気液接触し、可溶性のガス不純物が純水に吸収される。ガス不純物を吸収した純水は、気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを滴下して保持容器１４に落下する。気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのこのような動作において、各気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでは、空気流路１１の最上流側に配置された気液接触ユニット１２ａにはガス不純物の濃度が最も高い汚染空気が通ることからこの気液接触ユニット１２ａ内を滴下する純水が多くのガス不純物を吸収することとなる。そして、この気液接触ユニット１２ａを通過した空気は、下流側に配置された次の気液接触ユニット１２ｂを通過して更に浄化されることとなり、このようにして最下流側の気液接触ユニット１２ｄにはかなりのガス不純物が除去された空気が通過する。

ところで、各気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでは、保持容器１４から汲み上げた純水１５が滴下供給されており、この保持容器１４内の純水１５は、説明するまでもなくこれらの各気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを滴下してガス不純物を吸収することで既に汚染されている。それでも、最下流側の気液接触ユニット１２ｄを通過する空気は、すでに相当程度浄化されている。そこで、この最下流側に位置する気液接触ユニット１２ｄでは、前述したように新たに補給された全く汚染されていない純水も直接滴下供給されているので、この最下流側の気液接触ユニット１２ｄを滴下する純水の汚染度は保持容器１４から汲み上げられた純水１５に比較して汚染度が低い。そのため、最下流側の気液接触ユニット１２ｄを通過する空気中に含まれるガス不純物は、汚染度が非常に低い純水と気液接触することにより極めて高い吸収効率で吸収され、その結果、該気液接触ユニット１２ｄを通過する空気中のガス不純物はほとんど除去され、高い清浄度の空気がクリーンルームに送られる。

また、各気液接触ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄから保持容器１４に落下する純水は、上流側の気液接触ユニットから落下する純水ほど汚染度が高く、下流側の気液接触ユニット１２ほど保持容器１４に落下する純水の汚染度は低い。従って、保持容器１４内に回収された純水は、最上流側の気液接触ユニット１２ａからの純水が落下する保持容器１４内の領域が最も汚染の濃度が高く、他方、最下流側の気液接触ユニット１２ｄから落下する保持容器１４内の領域が最も汚染の濃度が低い。そのため、保持容器１４に収容されている純水１５を排水する排水管１９ａの排水口１９ｂは、最上流側の気液接触ユニット１２ａのほぼ真下に位置する保持容器１４内の領域から純水１５を排水するように保持容器１４に取り付けられている。また、排水管１９ａの排水口１９ｂは、保持容器１４の底部に沈んでいる純水よりも上部（水面側）の純水を排水するような位置に設置されている。具体的には、保持容器１４において空気流路１１の最上流側に位置する壁面の上部に純水排水用の開口を形成し、この開口に排水管１９ａの端部である排水口１９ｂを嵌合させて保持容器１４内に臨ませて純水を流出させるようにしている。排水管１９ａで排水される純水の量は、補給系１８で補給される新たな純水の量とこのガス不純物除去装置１０の動作中に各気液接触ユニット１２を通過する空気中に蒸発する量などによって予め決められている。

このように上述のガス不純物除去装置１０では、従来、保持容器１４に補給されていた新しい純水を空気流路における最下流側に位置する気液接触ユニット１２ｄ内に直接滴下供給するようにしたので、最下流側の気液接触ユニット１２ｄには汚染度の相当に低い純水が常時滴下して水膜を形成することになり、これにより、空気流路１１に配置された最下流側の気液接触ユニット１２ｄでここを通過する空気中のガス不純物のほとんどを除去することができ、従来のガス不純物除去装置に比べて空気の浄化効果や純水の使用効率が格段に向上することになる。また、この実施形態に係るガス不純物除去装置１０では、保持容器１４に補給されていた新しい純水を空気流路における最下流側に位置する気液接触ユニット１２ｄ内に直接滴下供給するようにしたので、保持容器１４内から循環ポンプで汲み上げて配管１７ｂに供給する純水量が従来の場合に比べて少なくて済むので、循環ポンプの容量を小さくすることができ、これによりランニングコストを削減することができる。

前述した実施形態に係るガス不純物除去装置１０では、各気液接触ユニット１２の内部に１つのエレメント１３を配置した例についてのものであったが、２つ或いはそれ以上の数のエレメント１３を配置したものであってもよい。また、前述のガス不純物除去装置１０では、空気流路１１内に４つの気液接触ユニット１２が配置されている場合において、新たな純水が補給系１８により最下流側に位置する気液接触ユニット１２ｄに滴下供給されるものであった。空気流路１１に少なくとも２つ以上の気液接触ユニット１２が配置される場合には、新たな純水が最下流側に位置する気液接触ユニット１２ｄに滴下供給されることが空気流路１１を流れる空気中のガス不純物を効率的に除去する上で最も好ましいが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、新たな純水が最上流側の気液接触ユニット１２ａを除く他の気液接触ユニット１２ｂ，１２ｃ，……のいずれかに直接滴下供給されるものであれば、従来の滴下式ガス不純物除去装置に比べて一定の効果を得ることができる。また、空気流路１１に１つの気液接触ユニット１２が配置されている場合でも、循環水と共に補給系１８により新たな純水をその気液接触ユニット１２に直接滴下供給することにより、空気流路１１を流れる空気中からのガス不純物除去効率向上及びランニングコストの向上などの効果を得ることができる。

前述した実施形態に係るガス不純物除去装置では、空気流路を流れる空気を純水と気液接触させて該空気中に含まれるガス不純物を吸収するようにしたものであるが、この発明では、ガス不純物を吸収する吸収液として純水だけに限定されるものではなく、浄化する空気の使用態様や汚染度などに対応して水や他の吸収液などを使用することもできる。

本発明の一実施形態に係るガス不純物除去装置の構成を概略的に示す構成説明図である。

１０ ガス不純物除去装置
１１ 空気流路
１２ 気液接触ユニット
１３ エレメント
１４ 保持容器
１５ 純水
１６ 純水供給排出手段（吸収液供給排出手段）
１７ａ 分岐管
１７ｂ 配管
１７ｃ 循環ポンプ
１８ 純水補給系（吸収液補給系）
１８ａ 供給配管
１８ｂ 供給配管の一端
１９ 排水系
１９ａ 排水管
１９ｂ 排水

Claims (2)

1. 可溶性ガス不純物を含む空気が空気流路を通過する際に前記空気中の前記ガス不純物を除去して浄化するガス不純物除去装置において、
   少なくとも１つの気液接触用のエレメントをそれぞれに備え、前記空気流路の空気流れ方向に配置された複数の気液接触ユニットと、前記気液接触ユニットの上部から該気液接触ユニット内に前記可溶性ガス不純物を吸収する純水を供給して前記エレメントを形成する純水湿潤素材に滴下させると共に、前記エレメントの通気路に前記純水の水膜を形成する純水供給排出手段と、前記気液接触ユニット内を滴下する間に前記ガス不純物を含む前記空気と気液接触しながら落下した前記純水を受けて収容する保持容器とを含み、
   前記純水供給排出手段が、前記保持容器に収容されている前記純水を繰り返し前記気液接触ユニットに供給する純水循環系と、前記保持容器に収容されている前記純水の一部を排水する排水系と、前記気液接触ユニットを循環する前記純水に新しい前記純水を補充する補給系とを備え、
   前記純水循環系が、前記保持容器に収容されている前記純水を複数の前記気液接触ユニットにそれぞれ同時に送水する配管と、該配管に設置された循環ポンプとからなり、前記補給系が、純水供給源から延びる補給管を備え、該補給管を介して前記空気流路内において最上流側に配置されている前記気液接触ユニットを除く他の前記気液接触ユニットのいずれかの上部からその内部に新たな前記純水を補給することを特徴とするガス不純物除去装置。
2. 前記給水供給源から延びる前記補給管の出口端が、最下流側に配置されている前記気液接触ユニットの上部に位置し、最下流側の前記気液接触ユニットの内部に新たな前記純水を補給する請求項１に記載のガス不純物除去装置。

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