JPH039765B2

JPH039765B2 -

Info

Publication number: JPH039765B2
Application number: JP10352685A
Authority: JP
Inventors: Osayasu Sato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1991-02-12
Also published as: JPS61259725A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、気体中の塵、金属イオン等を除去す
る集塵装置に用いる塵粒子増大装置に関する。

（従来技術）電子工業、機械工業、化学工業等の分野におい
ては、室内の気体中の塵や金属イオン等の微粒子
を除去する集塵装置が使用されている。

この種集塵装置としては、従来、フイルタ（通
常は粒径0.1μｍの微粒子の捕捉率99.9995％のい
わゆるHEPAフイルタ）を用い、気体が前記フ
イルタを通過することにより、気体中の塵や金属
イオン（金属イオンは特にレーザ加工で金属を加
工する場合等に多量に発生する）等をフイルタ上
に捕捉するものが用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、近年は、気体中の微粒子のう
ち、粒径0.1μｍ以下のものも除去することができ
る集塵装置が要求されており、前記フイルタによ
る集塵装置では、粒径0.1μｍ以下の微粒子を捕捉
することは困難であつた。

そこで、粒径が0.1μｍ以下の微粒子、例えば、
0.003μｍ程度の微粒子でも、この微粒子を水分子
でとり囲み、微粒子を凝結核とした微小水滴とす
ることにより粒径を大きくして、この水滴を除去
するようにすれば、0.1μｍ以下の微粒子の除去が
可能である。しうかしながら、気体中に水蒸気を
噴霧して微粒子を水分子でとり囲んでも、微粒子
をとり囲んだ水滴は直ぐに再蒸発してしまうとい
う問題がある。

（発明の目的）本発明の目的は、粒径が0.003μｍ〜0.3μｍ程度
の微粒子でも、この微粒子を凝結核として除去可
能な微小水滴とすることができる塵粒子増大装置
を提供することにある。

（問題を解決するための手段）本発明によれば、塵粒子を含む気体を吸入する
気体吸入口および排出口を備えたケースと、該ケ
ース内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前
記ケース内に冷水を散布する冷水散布手段とを有
する塵粒子増大装置において、前記水蒸気供給手
段により発生させた水蒸気をケース内に供給する
前に予め該水蒸気粒子に帯電させる手段と、該帯
電手段により帯電した水蒸気をノズルからケース
内に噴霧せしめる手段と、該噴霧により温度低下
した水蒸気に対して冷水を散布する冷水散布手段
とを有することを特徴とする塵粒子増大装置が提
供され、さらに、塵粒子を含む気体を吸入する気
体吸入口および排出口を備えたケースと、該ケー
ス内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記
ケース内に冷水を散布する冷水散布手段とを有す
る塵粒子増大装置において、吸入された塵粒子を
含む気体をイオン化するイオン化手段と、前記水
蒸気供給手段により発生させた水蒸気をケース内
に供給する前に予め該水蒸気粒子に帯電させる手
段と、該帯電手段により帯電した水蒸気をノズル
からケース内に噴霧せしめる手段と、該噴霧によ
り温度低下した水蒸気に対して冷水を散布する冷
水散布手段とを有することを特徴とする塵粒子増
大装置が提供される。

（作用）ケース内は水蒸気供給手段によつて水蒸気が供
給されるとともに、冷水散布手段により冷却水が
散布されるので、過冷却、過飽和の状態となつて
おり、ここを通過する気体中の微粒子を、過冷
却、過飽和の水蒸気でとり囲み、該微粒子を凝結
核とした微小水滴とし除去可能な粒子径とするこ
とができる。

（実施例）以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的
に説明する。

第１図は第１の発明による塵粒子増大装置を備
えた集塵装置の概略図である。同図において、１
は塵粒子増大装置で、気体吸入口１１ａおよび排
出口１１ｂを備えたケース１１と、該ケース１１
内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段１２と、前
記ケース１１内に冷却水を散布する冷却水散布手
段１３とからなつており、前記ケース１１の気体
吸入口１１ａが吸入パイプ２によつて塵等の除去
を必要とするクリーンルームＲと連絡されてい
る。

前記水蒸気供給手段１２は、純水の水蒸気を発
生させる水蒸気発生装置１２１と、該水蒸気発生
装置１２１によつて発生した水蒸気をケース１１
内に導くパイプ１２２と、該バイプ１２２の先端
に装着されたスプレーノズル１２３とからなつて
いる。前記水蒸気発生装置１２１としては、種々
のものが考えられ、例えば、水槽中に電気ヒータ
を配設した装置、超音波振動により水蒸気を発生
させる装置、赤外線水蒸気発生装置等がある。前
記スプレーノズル１２３は第２図に示すように、
噴出口１２３ａが絞られた構造に形成されている
とともに、外周に電極板１２３ｂが装着されてい
る。前記冷水散布手段１３は水を例えば３℃程度
に冷却する冷凍機１３１と、該冷凍機１３１によ
つて冷却された水をケース１１内に導くパイプ１
３２と、該パイプ１３２の先端に装着されたスプ
レーノズル１３３とからなつている。

このように構成された塵粒子増大装置１におけ
るケース１１の排出口１１ｂには、集塵機例えば
湿式電気集塵機３が接続される。そして、該集塵
機３の後段には必要に応じて空調装置４が接続さ
れ、排出パイプ５を介して前記クルーンルームＲ
に連絡される。

本発明による塵粒子増大装置を備えた集塵装置
は以上のように構成されており、以下、その作用
について説明する。

前記空調装置４内の送風機が作動すると、クリ
ーンルームＲ内の気体は、吸入パイプ２から塵粒
子増大装置１、集塵機３、空調装置４および排出
パイプ５を経て循環される。一方、塵粒子増大装
置１は、ケース１１内に水蒸気発生装置１２１に
よつて発生せしめられた水蒸気がパイプ１２２を
通つてスプレーノズル１２３から噴霧される。こ
のとき、スプレーノズル１２３の外周に装着され
た電極板１２３ｂに電圧が印加されており、その
電界により通過する水蒸気は分極性分子であるか
ら電界の方向に並べ合わされるため、エントロピ
ーが低下した状態となり、放熱しなければならな
いので、ジユールトムソン効果により自己冷却を
起こす。そして自己冷却した水蒸気は絞られた噴
出口１２３ａから噴出するとき断熱膨張して更に
自己冷却するので、水蒸気自身のエネルギーが小
さくなり、水素結合力が働いて、塵等の粒子をと
り囲み易い状態となる。また、ケース１１内には
冷凍機１３１によつて冷却された純水がパイプ１
３２を通してスプレーノズル１３３から噴霧され
るため、該ケース１１内の水蒸気は過冷却、過飽
和の状態となつている。このようにして、水蒸気
が過冷却、過飽和状態であるケース１１内にパイ
プ２から吸入口１１ａを介して気体が導入される
と、該気体中の微粒子の回りには水分子が付着に
て微粒子を凝結核とした微小水滴となる。即ち、
水蒸気（H₂O）の分子は水素原子２個と酸素原
子１個により構成されているが、第３図に示すよ
うに分極している。H₂O分子はこの両極間の距
離が他の分子に比べ非常に大きく、液体にあつて
はH₂O分子間は第４図に示すように水素結合力
で強く引き合う。ケース１１内のH₂O分子は、
第５図ａ，ｂ，ｃに示すように、気体中の帯電又
は分極している微粒子１０に対し強力なクーロン
力で結びつく。第５図ａは、＋に帯電した微粒子
１０の回りにH₂O分子が結合し、全体としてひ
とまわり大きな＋の微小水滴となる状態を示す。
第５図ｂは、−に帯電した微粒子１０の回りに
H₂O分子が結合し、全体としてひとまわり大き
な−の微小水滴となる状態を示す。また、第５図
ｃは、＋と−に分極した微粒子１０の回りにH₂O
分子が結合し、全体としてひとまわり大きな分極
微小水滴となる状態を示す。このように、微粒子
は0.1sec以下の時間で水蒸気（H₂O分子）に囲ま
れて微小水滴に成長する。この微小水滴は過冷
却、過飽和状態の空気中にあるため、再蒸発する
ことはなく、微粒子を凝結核として成長して微小
水滴は、その表面積が増大するため、益々H₂O
分子の結合を捉し、更に大きな微小水滴に成長す
る。そして、この微小水滴はスプレーノズル１３
３から噴霧された冷水の水滴と衝突して捕捉され
るか、又は冷水滴との温度差による熱的引力で吸
引捕捉されるか、微小水滴と冷水滴のクーロン力
による結合が生じ更に大きな水滴となる。

このようにして、気体中の浮遊微粒子が水蒸気
に囲まれて微小水滴となつた場合には、その粒径
が10倍以上になることが確認されている。従つ
て、例えば、0.03μｍ程度の微粒子であれば0.3μ
ｍ程度の微小水滴にすることができ、これは充分
に従来の集塵方式で分離できる粒径である。この
微小水滴を集塵装置３にて分離することにより、
塵等の微小粒子が除去された気体を、空調装置４
および排出パイプ５を通してクリーンルームＲに
送ることができる。

第６図は第２の発明による塵粒子増大装置を備
えた集塵装置の概略図を示すもので、第１図に示
した各部品と同一部品には同一符号を付して、詳
細な説明は省略する。同図中、Ｒはクリーンルー
ム、２は吸入パイプ、１２は水蒸気供給手段、１
３は冷水散布手段、３は集塵機、４は空調機、５
は排出パイプ、７はミストエリミネータであり、
これらは第１図の集塵装置と同じである。第２の
発明による塵粒子増大装置１は、ケース１１にお
ける水蒸気供給手段１２のスプレーノズル１２３
より前段即ち、吸入口１１ａ側に気体中の塵粒子
をイオン化するイオン化手段６を配設したもので
ある。第７図はこのイオン化手段６の一実施例を
示すもので、同図中、６１は例えばタングステン
の線で構成された放電極であり、例えば9KVの
高電圧が印加され、アース極６２との間で放電を
発生せしめる。この放電極６１とアース極６２と
の間を気体が通過するとき（矢印Ａ方向）に、−
又は中性の微粒子自体は＋に帯電することにな
る。なお、すでに＋に帯電している微粒子は、そ
の帯電の量を増す。

即ち、吸入パイプ２から吸入口１１ａを経て導
入される気体中の微粒子は、＋に帯電されるため、
前記第１図に示したものに比して、微粒子への水
蒸気（H₂O分子）の結合が更に促進される。

なお、イオン化手段６の放電極６１には−の高
電圧を印加してもよいことは言うまでもなく、こ
の場合は気体中の微粒子は−に帯電される。

また、前記冷水スプレーノズル１３３に前記微
粒子をイオン化する電圧と逆の高電圧をかけてお
けば、微粒子を凝結核とした微小水滴と冷水滴と
のクーロン力による結合が更に高まる。

なお、１回の粒子増大処理では充分な大きさの
水滴に成長させることができない程の極めて小さ
な微粒子をも除去したい場合は、塵粒子増大装置
１を連続して設ければ良い。

例えば、0.003μｍ程度の極めて小さい微粒子を
塵粒子増大装置１で１回処理すると、前記のよう
に10倍以上になるから、0.03μｍ程度の微小水滴
となり、この微小水滴を塵粒子増大装置で、再イ
オン化し、再び過冷却、過飽和の雰囲気中を通過
させることにより、0.3μｍ程度の粒子となつて、
従来用いられている集塵機で分離可能となる。

なお、吸湿性のない微粒子は、そのままでは粒
径が0.2μｍ以上でないと凝結核になり難いとされ
ている。このため、冷水中に界面活性剤を適量混
合すれば水の表面張力の低下が起こり、吸湿性の
ない微粒子も凝結核とすることができ、微小水滴
に成長させることができる。

以上、本発明を図示の実施例に基づいて説明し
たが、本発明は実施例に示されたもののみに限定
されるものではなく、本発明の主旨の範囲で種々
の変形は可能であり、これらを本発明の範囲から
除外するものではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、気体中の微粒子は過冷却、過飽和と雰囲気中
で水蒸気にとり囲まれるので、微粒子を凝結核と
した微小水滴に成長するとともに、この微小水滴
は再蒸発することがないため、従来の集塵装置で
は処理不可能であつた微小な浮遊塵を工業的に処
理することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明による塵粒子増大装置を備
えた集塵装置の概略図、第２図は塵粒子増大装置
に用いるスプレーノズルの一実施例を示す縦断面
図、第３図は水分子の形状を示す説明図、第４図
は水分子間の引力の状態を示す説明図、第５図
ａ，ｂ，ｃは微粒子と水分子との結合状態を示す
説明図、第６図は第２の発明による塵粒子増大装
置を備えた集塵装置の概略図、第７図は塵粒子増
大装置に用いるイオン化手段の一実施例を示す説
明図である。１……塵粒子増大装置、１１……ケース、１２
……水蒸気供給手段、１３……冷水散布手段、６
……イオン化手段。

Claims

【特許請求の範囲】１湿式電気集塵機に導入する塵粒子の径を増大
せしめる塵粒子増大装置において、前記湿式電気
集塵機の入口に排出口を接続し、吸入口から塵粒
子を含む流体を流人せしめるケースと、該ケース
の中に配置され該ケース中に帯電水蒸気を噴霧す
る第１の噴霧手段と、該第１の噴霧手段の下流側
に設けられ、かつ該第１の噴霧手段から排出され
る水蒸気温度よりも低温の水滴を噴霧する第２の
噴霧手段とを有することを特徴とする塵粒子増大
装置。２湿式電気集塵機に導入する塵粒子の径を増大
せしめる塵粒子増大装置において、前記湿式電気
集塵機の入口に排出口を接続し、吸入口から塵粒
子を含む流体を流入せしめるケースと、該ケース
の中に配置され該ケースに導入された塵粒子をイ
オン化せしめるイオン化手段と、該イオン化手段
の下流側に設けられ該ケース中に帯電水蒸気を噴
霧する第１の噴霧手段と、該第１の噴霧手段の下
流側に設けられ、かつ該第１の噴霧手段から排出
される水蒸気温度よりも低温の水滴を噴霧する第
２の噴霧手段とを有することを特徴とする塵粒子
増大装置。