JPH0760056A

JPH0760056A - ガス吸収装置

Info

Publication number: JPH0760056A
Application number: JP5209462A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Izumi; 俊彦和泉; Noriharu Sasaki; 典令佐々木; Tsutomu Onuma; 務大沼; Ryoji Koshio; 良次小塩; Atsushi Saiki; 篤斉木; Hitoshi Sato; 等佐藤; Masataka Kasai; 正隆河西
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1995-03-07
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3223656B2

Abstract

(57)【要約】【目的】気体中のアルカリ性成分及び酸性成分を、高
濃度であっても、効率良く且つ確実に除去する。【構成】硫酸水素アンモニウムを担持させたアンモニ
ア吸着材層１０ａを通風方向上流側に、炭酸カリウムを
担持させたフッ酸吸着材層１０ｂを下流側に配置させて
中枠１４に収納して、下枠２４に順に積層され収納され
た下エクスパンドメタル２６、粗フィルタ２８及び第２
保護シート２０の上に更に積層し、その上に第１保護シ
ート１８及び上エクスパンドメタル３０をこの順に積層
し、上枠３２をその上に設置して、ボルト３４により一
体化させて構成し、アンモニア吸着材層１０ａにおいて
アンモニアの吸着とフッ酸の吸脱着とを行い、平均化さ
れた濃度のフッ酸を下流側のフッ酸吸着材層１０ｂにお
いて吸着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス吸収装置に係り、
特に集積回路等の製造に利用される電子産業用クリーン
ルーム内の気相中に存在するアルカリ性成分及び酸性成
分を吸収するガス吸収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業、精密産業等の生産工
程においては、塵埃管理が必要であり、低塵埃環境を形
成するクリーンルームを構成する上で、ファンフィルタ
ユニットが採用されている。即ち、ファンフィルタユニ
ットをクリーンルームの天井面に設置して、除塵された
清浄空気を下向流で供給し、室内の空気を循環させてい
る。このようなファンフィルタユニットにおいて、除塵
フィルタ（ＨＥＰＡフィルタ等）は、空気中の塵埃を除
去することが目的であるため、ＮＯ₂、ＳＯ₂及びＨＦ
等の酸性成分は除去できなかった。そこで、クリーンル
ームの外気導入口部に酸性成分除去用の吸着材を設置し
てクリーンルーム内に外気中の酸性成分が入らないよう
にしていたが、クリーンルーム内で使用するＨＦ等の気
体成分も半導体製品に悪影響を与えることが明らかとな
り、従って、室内空気を循環させる場合に、クリーンル
ーム内でリークした気体中の不純物成分即ち、酸性成分
及びアルカリ性成分を除去することが必要となった。し
かし、クリーンルームの気相中に存在する微量の不純物
成分の除去のために、大容量の空気を吸着材に接触させ
るのでは、空気の搬送動力が膨大な量となり、効率が悪
い。

【０００３】そこで、循環空気の全量を常時処理するの
ではなく、酸性成分とアルカリ性成分を吸着させて除去
する吸着材を各々別個に設置して、不純物成分の除去を
行う装置が使用されていた。この装置では、不純物成分
除去のための吸着材として、通気抵抗が小さく多数の格
子状貫通孔が形成されている格子状構造の活性炭を使用
し、この活性炭を１段に敷き詰めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記装置で
は、ｐｐｂオーダの不純物成分を完全に除去することは
困難であり、また、入口側において不純物成分が高濃度
である場合に、完全に吸着しきれず出口側に飛散する等
の欠点を有していた。

【０００５】従って、本発明の目的は、高濃度の不純物
成分即ちアルカリ性成分及び酸性成分でも、効率良く除
去できるガス吸収装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のガス吸収
装置は、気体中のアルカリ性成分と反応する化合物を担
持すると共に所定方向に貫通した多数の貫通孔を有する
活性炭を、通気方向上流側に配置したアルカリ性成分吸
着材層と、気体中の酸性成分と反応する化合物を担持す
ると共に所定方向に貫通した多数の貫通孔を有する活性
炭を、前記アルカリ性成分吸着材層を通過した被処理ガ
スが貫通孔を通過するように、通気方向下流側に配置し
た酸性成分吸着材層と、を備えたことを特徴としてい
る。

【０００７】請求項２記載のガス吸収装置は、請求項１
の発明において、前記アルカリ性成分吸着材層の上流側
と、該アルカリ性成分吸着材層及び前記酸性成分吸着材
層の間との少なくとも一方に、多数の繊維状の活性炭に
より構成された繊維状活性炭シートを介在させたことを
特徴としている。

【０００８】請求項３記載のガス吸収装置は、請求項１
又は２の発明において、前記アルカリ性成分と反応する
化合物を、硫酸水素アンモニウムとし、前記酸性成分と
反応する化合物を、炭酸アルカリ金属及び炭酸アルカリ
土類金属からなる群より選ばれた少なくとも１つとした
ことを特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明のガス吸収装置は、通気方向上流側に配
置したアルカリ性成分吸着材層と、通気方向下流側に配
置した酸性成分吸着材層とを備えている。アルカリ性成
分吸着材層は、気体中のアルカリ性成分と反応する化合
物を担持し且つ所定方向に貫通した多数の貫通孔を有す
る活性炭より構成されている。同様に、酸性成分吸着材
層は、気体中の酸性成分と反応する化合物を担持し且つ
所定方向に貫通した多数の貫通孔を有する活性炭より構
成されている。

【００１０】このガス吸収装置に不純物を含む気体を流
入させると、まず、通気方向上流側に配置されたアルカ
リ性成分吸着材層において、気体中に存在するアンモニ
ア等のアルカリ性成分が活性炭に吸着されると共に化合
物との化学反応によって除去され、これと同時にフッ酸
等の酸性成分の濃度に応じた予備的処理、例えば酸性成
分の一部の活性炭への吸着及び場合によっては活性炭に
吸着した一部の酸性成分の脱着によって、アルカリ性成
分吸着材層の通気出口、即ち酸性成分吸着材層の通気入
口における酸性成分濃度が平均化（ピークカット）され
る。次いで、このアルカリ性成分吸着材層を通過した酸
性成分が、更に通気方向下流側に配置された酸性成分吸
着材層において活性炭に吸着されると共に化合物との化
学反応によって除去される。

【００１１】繊維状活性炭シートは、比表面積が大き
く、保護シートとしての作用と共に、活性炭としての吸
脱着作用も有する。この繊維状活性炭シートをアルカリ
性成分吸着材層の上流側に配置した場合には、繊維状活
性炭シートが、各吸着材層に流入する前のアルカリ性成
分及び酸性成分をある程度吸着し、またその濃度を平均
化して、各吸着材層に供給することができる。また、ア
ルカリ性成分吸着材層と酸性成分吸着材層との間に繊維
状活性炭シートを設けた場合には、酸性成分は、まずア
ルカリ性成分吸着材層における予備的処理と繊維状活性
炭シートの吸脱着作用とを受けて、低い濃度で且つ平均
化された濃度で下流側の酸性成分吸着材層に流入するこ
とができる。従って、各成分吸着材層における活性炭の
寿命を延ばし、また、小容量にすることが可能となる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明す
る。

【００１３】図１は、本発明のガス吸収装置の第１実施
例を示したものである。このガス吸収装置は吸着材層１
０を備えている。この吸着材層１０は、通気方向上流側
に配置されたアルカリ性成分吸着材層としてのアンモニ
ア吸着材層１０ａと、通気方向下流側に配置された酸性
成分吸着材層としてのフッ酸吸着材層１０ｂとを備えて
いる。

【００１４】アンモニア吸着材層１０ａとフッ酸吸着材
層１０ｂとは、共に図２に示されている長さ１４０mm、
幅７０mm、厚さ４０mmの直方体に形成された活性炭ブロ
ック１２ａを、長さ方向に３列及び幅方向に１３行（合
計３３個）に敷き詰めて構成されている。アンモニア吸
着材層１０ａを構成する活性炭ブロック１２ａは、５０
０mol/m³程度の濃度で硫酸水素アンモニウムを担持し、
フッ酸吸着材層１０ｂを構成する活性炭ブロック１２ｂ
は、５００mol/m³程度の濃度で炭酸カリウムを担持して
いる。各層において、長さ方向及び幅方向に隣接する活
性炭ブロックの間にはポリエステル繊維製の緩衝材１６
が介在されている。緩衝材１６は、活性炭ブロック１２
ａ同士の直接接触に起因する微粒子の発生、即ち発塵を
防止している。この緩衝材１６は、発泡スチロールでも
良い。

【００１５】活性炭ブロック１２ａは、図３に示すよう
に、方形の開口部の１辺ｍが０．７〜１．２mm、壁厚ｎ
が０．２〜０．４mmとなるように、所定方向に貫通し且
つ格子状の貫通孔１２ｂが多数形成されている。貫通孔
１２ｂの形状は、ハニカム状であっても良い。

【００１６】アンモニア吸着材層１０ａとフッ酸吸着材
層１０ｂとを積層して構成された吸着材層１０は、長さ
４５０mm、幅９５０mm、厚さ１０mmの発泡スチロール製
の中枠１４内に収納されている。

【００１７】本実施例のガス吸収装置は、下エクスパン
ドメタル２６、粗フィルタ２８、第２保護シート２０、
中枠１４に収納された吸着材層１０、第１保護シート１
８及び上エクスパンドメタル３０を、この順で積層して
下枠２４に収納し、上枠３２をその上に設置して、ボル
ト３４を、下枠及び上枠に設けられた各ボルト穴３６に
通し、一体化して構成される。

【００１８】本実施例に使用されたアンモニア吸着材層
１０ａは、通常レベル（濃度ｐｐｂオーダ、活性炭ブロ
ック１２ａの厚さ３０〜４０mm、ＬＶ１m/s 前後）にお
いて、９０％以上のアンモニア除去率を示した。更に、
酸性ガス成分であるフッ酸及び塩酸に対する除去効果が
認められ（図４）、フッ酸の濃度が上昇するのに伴っ
て、フッ酸除去率は上昇した（図５）。また既に吸着し
た酸性成分の脱着作用も認められることから、アンモニ
ア吸着材層１０ａの出口におけるフッ酸濃度を平均化で
きることも明らかとなった。

【００１９】一方、フッ酸吸着材層１０ｂは、図５に示
すように、フッ酸の濃度に対して安定して高い約８０％
の除去率を示し、更にフッ酸の入口濃度を１０ｐｐｂと
した場合には、図６に示される様に、活性炭ブロック１
２ａの厚みによって除去率が変化し、活性炭ブロック１
２ａの厚み２０mmで約４５％、厚み４０mmで約８０％以
上のフッ酸に対する除去率を示すことが確認された。従
って、本実施例では、８５％程度の除去率を得るため
に、上記のように４０mmの厚みとしている。しかし、図
７に示すようにフッ酸吸着材層１０ｂによるアンモニア
即ちアルカリ性成分の吸着除去は認められなかった。

【００２０】フッ酸濃度を１０ｐｐｂ及び２ｐｐｂとし
て流入させた場合における、本実施例のガス吸収装置の
除去性能について検討した。結果を表１に示す。実施例
のガス吸収装置は、上述のようにガスの通気方向上流側
にアンモニア吸着材層１０ａ及び通気方向下流側にフッ
酸吸着材層１０ｂを配置しているが、比較例のガス吸収
装置は、実施例とは逆の構成、即ち、上流側にフッ酸吸
着材層及び、下流側にアンモニア吸着材層を配置してい
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の結果からもわかるように、本実施例
では、フッ酸濃度が１０ｐｐｂと高い場合には、上流側
のアンモニア吸着材層１０ａがより高率でフッ酸を除去
するために、下流側の出口におけるフッ酸の濃度を比較
例よりも低くすることができ、良好な結果が得られた。
一方、フッ酸濃度が２ｐｐｂと低い場合は、比較例と同
等の効果が示された。従って、濃度の高低に拘らず、よ
り確実なフッ酸の除去が可能であることが明らかとなっ
た。

【００２３】また、上記実施例及び比較例のガス吸収装
置に対して、上向流でクリーンルーム内の空気を７００
m³／ｈで通気した。この装置の入口及び出口のフッ酸濃
度の経時変化を測定した結果を図８に示す。装置入口に
おけるフッ酸濃度は（ａ）に示すように変動したが、本
実施例のガス吸収装置（ｃ）では、フッ酸の出口濃度
は、安定して低濃度に維持されていた。一方、比較例
（ｂ）では、図８に示すように、装置出口におけるフッ
酸濃度の変動が大きいだけでなく、濃度も高くなり、除
去が不十分であることが明らかとなった。

【００２４】図９には、本発明の第２実施例が示されて
いる。この第２実施例は、アンモニア吸着材層１０ａと
フッ酸吸着材層１０ｂとの間に、ポリエステル繊維で形
成された第３保護シート２２が介在され、粗フィルタが
ない以外は実施例１と同様の構成である。この第３保護
シート２２の介在によって、活性炭ブロック１２ａ同士
の接触による発塵がより一層防止される。

【００２５】図１０には、本発明の第３実施例が示され
ている。この場合、第１実施例と同様の厚み４０mmのア
ンモニア吸着材層１０ａと、厚みを２０mmとした以外は
実施例１と同様のフッ酸吸着材層１０ｂとの間に、３mm
の厚みを有する繊維状活性炭シート３８が介在されてい
る。

【００２６】繊維状活性炭シート３８は、比表面積が大
きく、保護シートとしての作用と吸脱着により気体成分
の濃度を平均化させる緩衝材としての作用とを有する。
表面積を大きくする観点から不織布が好ましい。本実施
例にアンモニア及びフッ酸を含むガスを流入させると、
アンモニアは上流側のアンモニア吸着材層１０ａによっ
て除去され、フッ酸は、まず、その濃度に比例して上流
側のアンモニア吸着材層１０ａ及び吸着材層の間に介在
される繊維状活性炭シート３８に吸着される。この吸着
されたフッ酸は、それから、繊維状活性炭シート３８の
緩衝作用を受け、平均化した濃度で後段のフッ酸吸着材
層１０ｂに供給される。このため、フッ酸吸着材層１０
ｂは、従来よりも小容量にすることが可能となる。ま
た、フッ酸吸着材層１０ｂを構成する活性炭ブロック１
２ａの寿命を延ばすことも可能となる。

【００２７】入口濃度を各々１０ｐｐｂとしたアンモニ
ア及びフッ酸に対する、各吸着材層と繊維状活性炭シー
トとの組み合わせ評価を行った結果を表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】２０mmのフッ酸吸着材層のみを使用したケ
ース５では、フッ酸の出口濃度は５〜６ｐｐｂと除去率
は５０％以下であり、アンモニアは殆ど除去されない。
アンモニア吸着材層より通気方向下流側にフッ酸吸着材
層を取りつけたケース３では、アンモニアの除去率は９
０％以上であるが、フッ酸の出口濃度は３〜４ｐｐｂで
あり、ケース５よりは低いが十分な除去率ではない。ケ
ース４では、ケース３におけるフッ酸吸着材層を２倍の
厚みにしたため、フッ酸の除去率はケース３よりも高い
が圧力損失が４mm/Hg と高く効率が悪い。これらに対し
てケース２は、フッ酸吸着材層の上流側にアンモニア吸
着材層を配置したものであり、上流側のアンモニア吸着
材層によってフッ酸がある程度除去されるため、各吸着
材層の配置を逆にしたケース３よりも除去率が高くな
り、また、圧力損失も３mm/Hg と低く、総合的な判定と
しては、満足できるものであった。更に、アンモニア吸
着材層とフッ酸吸着材層との間に繊維状活性炭シートを
配置したケース１は、ケース２の場合に繊維状活性炭に
よる効果が加わり、アンモニア及びフッ酸の除去率は、
共に９０％以上であり、総合的な判定は、より満足でき
るものであった。

【００３０】一方、繊維状活性炭シートのアンモニア吸
着効果を調べたところ、図１１に示されるように、４０
分間で１３００ｐｐｍもの高濃度のアンモニアが繊維状
活性炭シートに吸着された。従って、上述の繊維状活性
炭シートのフッ酸吸着効果は、吸着材層を構成し且つフ
ッ酸に反応性を有する炭酸カリウムを担持する活性炭ブ
ロックと異なり、フッ酸に限らず、アンモニアに対して
も吸着効果を有することが明らかとなった。

【００３１】図１２には、第４実施例が示されている。
本実施例は、繊維状活性炭シート３８をアンモニア吸着
材層１０ａの通気方向上流並びに、アンモニア吸着材層
１０ａ及びフッ酸吸着材層１０ｂの間に配置している以
外は、実施例１と同様である。

【００３２】この場合には、上記実施例３のガス吸収装
置のフッ酸に対する効果に加えて、アンモニアに対する
効果を得ることができる。即ち、アンモニア吸着材層１
０ａよりも通気方向上流に配置された繊維状活性炭シー
ト３８の緩衝作用によって、気体中のアンモニアを平均
化された濃度にしてからアンモニア吸着材層１０ａに供
給するので、高濃度のアンモニアが流入しても効率よく
アンモニア吸着材層１０ａに吸着させることができ、一
方、フッ酸は、フッ酸吸着材層１０ｂより通気方向上流
側の２つの繊維状活性炭シート３８とアンモニア吸着材
層１０ａとによって、フッ酸吸着材層１０ｂの出口にお
ける濃度をより低下させることができる。また仮にアン
モニアがアンモニア吸着材層１０ａに完全に吸着されな
かった場合でも、更に通気方向下流側の繊維状活性炭シ
ート３８で吸着させることができる。従って、アンモニ
ア吸着材層１０ａ及びフッ酸吸着材層１０ｂを小容量に
することができ、またフッ酸吸着材層１０ｂを構成する
活性炭ブロック１２ａの寿命を延ばすことができる。

【００３３】前述の酸性成分に対して吸着反応を有する
化合物は、炭酸アルカリ金属又は炭酸アルカリ土類金属
であればよく、上記の炭酸カリウム以外の炭酸ナトリウ
ム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等でもよい。

【００３４】また、ガスを循環させることによって、吸
収効率を更に向上させることも可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明のガス吸収装置は、通気方向上流
側に配置したアルカリ性成分吸着材層と、通気方向下流
側に配置した酸性成分吸着材層とを備えているので、気
体中のアルカリ性成分及び酸性成分を順次、効率良く除
去することができ、また上流側のアルカリ性成分吸着材
層で、ある程度の酸性成分が吸着されるため、高濃度の
ガス成分でも吸着材層に確実に吸着させることができ
る。

【００３６】更に、繊維状活性炭シートを、アルカリ性
成分吸着材層の上流側と、アルカリ性成分吸着材層及び
酸性成分吸着材層の間との、少なくとも一方に介在させ
た場合には、吸着材層の入口側における気体成分の濃度
が平均化されるため、従来の吸着材層よりも小容量のも
のにすることが可能であり、またガス成分吸着材層を構
成する活性炭の寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス吸収装置の分解斜視図であ
る。

【図２】本実施例のガス吸収装置に用いられる活性炭ブ
ロックの上斜視概略図である。

【図３】本実施例のガス吸収装置に用いられる吸着材層
を構成する活性炭ブロックの貫通孔の上斜視拡大図であ
る。

【図４】本実施例に用いられたアンモニア吸着材層の、
酸性ガス除去能評価の結果である。

【図５】本実施例に用いられたアンモニア吸着材層及び
フッ酸吸着材層の、フッ酸分除去性能評価の結果であ
る。

【図６】本実施例に用いられたフッ酸吸着材層の、フッ
酸除去性能評価の結果である。

【図７】本実施例に用いられたフッ酸吸着材層の、アン
モニア除去性能評価の結果である。

【図８】本実施例の、フッ酸に対する除去性能評価の結
果である。

【図９】本発明に適用する第２実施例のガス吸収装置の
分解斜視図である。

【図１０】本発明に適用する第３実施例のガス吸収装置
の分解斜視図である。

【図１１】第４実施例のガス吸収装置の、高濃度アンモ
ニア吸着性能評価の結果である。

【図１２】本発明に適用する第４実施例のガス吸収装置
の分解斜視図である。

【符号の説明】

１０吸着材層１０ａアンモニア吸着材層１０ｂフッ酸吸着材層１２ａ活性炭ブロック１２ｂ貫通孔１４中枠１６緩衝材１８第１保護シート２０第２保護シート２２第３保護シート２４下枠２６下エクスパンドメタル２８粗フィルタ３０上エクスパンドメタル３２上枠３４ボルト３６ボルト穴３８繊維状活性炭シート

フロントページの続き (72)発明者小塩良次東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内 (72)発明者斉木篤東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内 (72)発明者佐藤等東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内 (72)発明者河西正隆東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体中のアルカリ性成分と反応する化合
物を担持すると共に所定方向に貫通した多数の貫通孔を
有する活性炭を、被処理ガスが貫通孔を通過するよう
に、通気方向上流側に配置したアルカリ性成分吸着材層
と、気体中の酸性成分と反応する化合物を担持すると共に所
定方向に貫通した多数の貫通孔を有する活性炭を、前記
アルカリ性成分吸着材層を通過した被処理ガスが貫通孔
を通過するように、通気方向下流側に配置した酸性成分
吸着材層と、を備えたガス吸収装置。
【請求項２】前記アルカリ性成分吸着材層の上流側
と、該アルカリ性成分吸着材層及び前記酸性成分吸着材
層の間との少なくとも一方に、多数の繊維状の活性炭に
より構成された繊維状活性炭シートを介在させた請求項
１記載のガス吸収装置。
【請求項３】前記アルカリ性成分と反応する化合物
が、硫酸水素アンモニウムであり、前記酸性成分と反応
する化合物が、炭酸アルカリ金属及び炭酸アルカリ土類
金属からなる群より選ばれた少なくとも１つである請求
項１又は２記載のガス吸収装置。