JPH08192019A - 逆洗機構付濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 濾過膜の表面に堆積した固体粒子を確実に払
い落とすことができ、圧力損失の上昇によるトラブルが
なく、長時間にわたって安定した状態で効率よく濾過を
続けることができる濾過装置を得る。 【構成】 円筒状の濾過素子の内部に濾過膜面に向かう
噴射ノズルを設けた複数本の逆洗用気体の導入管を挿入
し、それぞれの導入管を弁を介して逆洗用気体の供給系
に接続し、各弁を時系列的に開閉することにより、逆洗
用気体が濾過膜の各部位に順次噴射されるようにした装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は逆洗機構付濾過装置に関
し、さらに詳細には濾過膜面に付着堆積した固体粒子を
効率よく払い落とし、圧力損失の上昇を防止しうる逆洗
機構付濾過装置に関する。

【０００２】ガス中に含まれる固体粒子を精度よく分離
除去する方法の１つとして濾過膜を用いる技術が古くか
ら用いられており、現在においても基本的な分離操作の
一つとして各産業で益々多用されている。例えば、近年
急速に発展した半導体工業ではシラン、ジシラン、テト
ラエトキシシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン
などのシラン系ガスが多量に使用され、製造プロセスか
ら排出されるガス中にはこれらのシラン系ガスに加えて
固体粒子であるシリカ（ＳｉＯ₂ ）が含まれる。これら
は可燃性および毒性を有する活性ガスであるため、反応
後の排ガスは除害処理を必要とする。

【０００３】シランガスの除害方法としては加水分解反
応を利用した湿式除害、脱水素反応を利用した乾式除
害、酸化反応を利用した燃焼式除害などがあるが、いず
れの方法に対しても排ガス中に含まれる固体粒子である
シリカがトラブルを惹起する要因となる。すなわち、湿
式除害においては配管系の詰まりや多量のスラリーが発
生するのでメンテナンスに手間がかかり、また、乾式除
害においては除害剤の表面がシリカによって被覆されて
除害能力が低下し、さらに、燃焼式においては燃焼バー
ナーの詰まりを発生させるなどの問題がある。従って、
これらの除害処理に先立って排ガス中に多量に存在する
固体粒子のシリカを除去する必要がある。

【０００４】

【従来の技術】濾過膜を用いた濾過装置では、一般的に
ガス中に含まれる固体粒子の濃度が低いときには比較的
長時間安定した運転が可能であるが、固体粒子の濃度が
高い場合には、濾過膜の表面に堆積した固体粒子により
短期間の間に圧力損失が増大するため、濾過素子を頻繁
に清掃するか、あるいは交換が必要となるなどメンテナ
ンスが面倒である。

【０００５】一方、気流中に多量に含まれる固体粒子を
濾過によって除去する場合に、その圧力損失は一般的に
は濾過膜の表面に堆積した固体粒子の厚さに比例する。
従って、圧力損失を小さく保つには濾過膜の面積が大き
いほどよいが、円筒形のバグフィルターを用いるような
場合にはこれを単純に大きくしただけでは装置が大型化
するため、用途、使用目的など条件によっては実用的と
はいえなくなる。このような装置の大型化を避けるため
の手段としてプリーツ（ひだ折り）状に加工することに
よって濾過面積を大きくした濾過膜があり、これを円筒
状に成形した濾過素子を用いた装置も一般的に採用され
ている。

【０００６】しかしながら、濾過膜面積を大きくしても
時間の問題であって本質的には圧力損失の上昇を回避す
ることはできず、結局は濾過素子の清掃が必要となる。
円筒状などの濾過膜の表面に堆積する固体粒子を自動的
に除去するために種々な方式の装置があり、例えば、濾
過膜面に振動や衝撃を与えて払い落とす方式、ブラシや
スクレパーなどで自動的に掻き落とす方式、バグフィル
ターなど円筒形の濾過素子の内部に圧縮気体をベンチュ
リー管から噴射することによって払い落とす逆洗方式
（パルスジェット方式）などが代表的なものとされてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの方式の内、濾
過膜面に振動や衝撃を与える方式は処理対象ガス流を一
時的に停止しなければならないため、順次切り換えて操
作できる多室構造が必要となる。また、ブラシやスクレ
パーなどで掻き落とす方式では装置の構造が複雑になる
ばかりでなく、固体粒子が前記のシリカのように微細で
付着性の高いようなものでは完全に掻き落とすことは困
難である他、濾過膜を損傷するなどの問題点がある。そ
の点、前２者に比べて濾過素子の内部に圧縮気体を噴射
する逆洗方式はバグフィルターなど通常の円筒形の濾過
膜に堆積した固体粒子を払い落とすには比較的良好な効
果が得られる。

【０００８】しかしながら、圧縮気体を円筒状の濾過素
子の内部に噴射するだけではシリカなど付着性の高い固
体粒子に対しては必ずしも効果が充分とはいえず、特
に、濾過素子に形状の複雑なプリーツ（ひだ折り）状の
濾過膜を用いた場合には、プリーツの折り目部分などに
堆積した固体粒子の払い落としが容易でないという問題
点がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの課
題に対処し、固体粒子を効率よく除去すると同時に濾過
膜表面に堆積した固体粒子を確実に払い落とすことによ
って圧力損失の上昇を防止し、長時間にわたって安定し
た運転が可能な濾過装置を得るべく研究を重ねた結果、
円筒状の濾過素子内に逆洗用気体を濾過膜面に向かって
放射状に順次噴射させるための複数の導入管を設けるこ
とによって、プリーツ状のような複雑な形態の濾過膜に
強固に堆積した固体粒子に対しても優れた払い落とし効
果が得られることを見い出し、本発明に到達した。

【００１０】すなわち本発明は、ガス中に含まれる固体
粒子除去用の逆洗機構付濾過装置において、濾過膜を円
筒状に成形してなる濾過素子であって外側が一次側気
室、内側が二次側気室となる濾過素子と、該濾過素子を
収納し、かつ処理対象ガスの入口および濾過ガスの出口
を有する筒状のケースと、該ケースを貫通して濾過素子
の二次側気室に挿入された逆洗用圧縮気体の導入管であ
って先端が封じられ、かつ側壁に濾過膜に向う噴射ノズ
ルが穿設された複数本の導入管と、該導入管の他端がそ
れぞれ電磁弁を介して接続された圧縮気体の供給ヘッダ
ーと、該電磁弁のそれぞれを時系列的に順次開閉させる
作動機能とを備えてなることを特徴とする逆洗機構付濾
過装置である。

【００１１】本発明は固体粒子を多量に含む種々のガス
流からこれら固体粒子の除去に適用され、通常の固体粒
子含有ガスについては勿論、特に、濾過膜に堆積した状
態で払い落としが比較的困難な固体粒子、例えば、半導
体製造プロセスから排出されるシラン、ジシラン、テト
ラエトキシシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン
などのシラン系ガスとともに固体粒子としてシリカを含
むような排ガスなどに対しても優れた効果が得られる。

【００１２】先ず、本発明を図面によって例示し、具体
的に説明する。図１は本発明の濾過装置本体の構造なら
びにこれに接続された逆洗用圧縮気体の供給系統および
処理対象ガスがシリカなどの固体粒子とともにシラン系
ガスなどの有害ガスを含む場合の排出系統のフローシー
トであり、図２は濾過素子の内部二次側気室に挿入され
た逆洗用気体の導入管の拡大図およびそのＡ−Ａ線切断
断面図である。図１および図２において、プリーツ状に
加工された濾過膜１が円筒状に成形され、その下端およ
び上端のそれぞれには円形の固定板２および３が気密に
取り付けられ、上端の固定板３の中央部には円形の濾過
ガスの出口４が設けられ、全体として円筒状で外側が一
次側気室、内側が二次側気室となる濾過素子５を形成し
ている。一方、濾過素子５が収納されるケースは上面が
開口し、側壁に処理対象ガスの入口６が設けられた円筒
状のケース本体７および蓋８からなり、蓋８の中央部に
は濾過ガスの排出管９が接続されている。

【００１３】また、蓋８にはこれを貫通して８本の逆洗
用気体の導入管１０ａ、１０ｂ・・・１０ｈが濾過素子
５の内部に挿入された際、濾過素子の円筒の中心軸線に
平行で、かつ中心軸線の同心円上に互いに等間隔になる
ように固定されている。導入管１０それぞれの先端は封
じられ、側壁の上、中、下の各部位には図２ａに示した
ように濾過膜方向に向かう噴射ノズル１１が２か所づつ
設けられ、各段の２箇所の噴射ノズルは図２ｂの断面図
で示したように角θをなす２本の直線が交差する導入管
の円周上で、かつ角θの２等分線が濾過素子の内面に垂
直に交わる方向となる位置に穿設されている。

【００１４】導入管１０それぞれの他端は逆洗用圧縮気
体の供給ヘッダー１２に設けられられた切替え用の電磁
弁１３ａ、１３ｂ・・・１３ｈにそれぞれ接続され、各
電磁弁１３はこれらを時系列的に順次開閉させるための
タイマーなどを備えた作動機構（図には示されていな
い）と接続されている。さらに、供給ヘッダー１２の上
流側には逆洗用圧縮気体のチャージタンク１４が接続さ
れ、その入口側は元弁１５の介在する圧縮気体の供給管
１６に接続されている。濾過素子５がケースの蓋８に固
定され、ケース本体７の内部に気密に収納されて、本発
明の逆洗機構付濾過装置となる。また、本例では半導体
製造プロセスから排出される固体粒子含有排ガスの処理
をおこなうための装置として、濾過ガスの排出管９は排
ガスの除害筒１７に接続され、除害筒１７の出口は吸引
ブロアー１８に接続されている。

【００１５】固体粒子を含む処理対象ガス、例えば半導
体製造工程から排出されるシラン系ガスおよびシリカを
含む処理対象ガスは濾過装置のケース本体７の入口６か
らケース本体７と濾過素子５とで形成された一次側気室
へ導かれ、次いで濾過膜１を透過して二次側気室に入る
が、その際、ガス中の固体粒子は濾過膜１に捕捉されて
除去され、濾過ガスとして出口４から排出される。

【００１６】処理時間の経過とともに濾過膜１の表面に
付着する固体粒子が堆積し、一次側気室から二次側気室
への圧力損失が徐々に増加してくるので濾過膜１の表面
に堆積した固体粒子の払い落し操作が実施される。切替
え用の各電磁弁１３を閉じた状態で元弁１５を開き、チ
ャージタンク１４に逆洗用の気体を所定圧になるまで受
け入れる。元弁１５を閉じた後、逆洗気体切替え用の電
磁弁１３の一つ、例えば１３ａを開くことにより、これ
に対応する導入管１０ａのみに圧縮された逆洗用気体が
供給され、導入管１０ａに穿設された６か所の噴射ノズ
ル１１・・・１１から濾過膜１の該当面に向けて集中的
に勢いよく噴射される。この強力な噴射気流およびこれ
に伴う強い局部的振動などによって、逆洗用気体が噴射
された部位を中心に、かつプリーツの折り目のような払
い落としが困難な部分のものを含め、濾過膜１に付着し
ていた固体粒子が確実に払い落とされる。

【００１７】同様にして作動機構により元弁１５および
それぞれの電磁弁１３が時系列的に開閉され、各導入管
１０の噴射ノズルから順次噴射がおこなわれる。このよ
うにして実質的には１サイクル毎に濾過膜１の全面に対
する放射状の噴射となり、固体粒子が効率よく払い落と
される。一方、固体粒子が除去された濾過ガスは二次側
気室の出口４から排出管９を経由して除害筒１７に入
り、ここで有害なシラン系ガスが除去され、無害化され
て吸引ブロアー１８から外部に放出される。

【００１８】本発明において、濾過膜の材質としては合
成繊維、天然繊維の不織布、細孔フィルム、フェルト、
濾紙など固体粒子除去用の濾過膜として一般的に市販さ
れているものから適宜選択することができる。濾過素子
の形状は円筒状とされ、例えば、シート状の濾過膜を単
に円筒形に成形したものであってもよく、また、プリー
ツ（ひだ折り）状に加工された濾過膜を円筒状に成形し
たものであってもよいが、前記のような本発明特有の逆
洗機構との組合わせによって、優れた払い落とし能力が
得られることなどから濾過面積の大きいプリーツ状の形
態のものが好ましい。

【００１９】本発明において、濾過素子の内部（二次側
気室）には複数本の逆洗用気体の導入管が挿入され、導
入管のそれぞれには濾過膜方向に向かう噴射ノズルが穿
設される。導入管はそれぞれ噴射ノズルが濾過膜に向か
うように配置されればよいが、逆洗用気体を濾過素子の
全面に放射状に噴射させるためには、図１で示したよう
に濾過素子の円筒の中心軸線に平行で、かつ軸線を中心
とする同心円上に互いに等間隔に配置されることが好ま
しい。

【００２０】導入管の数、噴射ノズルの数、位置、大き
さなどは濾過素子の大きさ、濾過膜の表面に付着する固
体粒子の性状、量などに応じ、逆洗用の気体が時系列的
に、かつ放射状に噴射されることにより、濾過膜の全面
にわたって順次作用が及ぶように設計される。例えば、
導入管は通常は２本以上、より具体的には４〜２０本程
度、また、それぞれの導入管に穿設される噴射ノズルの
数は複数箇とすることが一般的に好ましく、具体的には
２〜４０箇程度である。

【００２１】逆洗用気体としては通常は窒素、アルゴン
などの不活性ガスや空気などの固体粒子や有害物を含ま
ない清浄気体が用いられ、各噴射毎の圧力、量、インタ
ーバルなどは処理条件などに基づいて定められる。ま
た、各導入管毎の噴射のインターバルを定める切替え電
磁弁の作動機構として一般的には、予め設定されたタイ
マーによって作動させるもの、あるいは、一次側気室と
二次側気室間の圧力損失の上昇を検出して作動させるも
のなどが用いられる。さらに、各導入管における逆洗用
気体の１回毎の噴出力を高めるため、圧縮気体の供給ヘ
ッダーの上流側にチャージタンクを介在させることが好
ましい。

【００２２】本発明において、処理対象ガスが半導体製
造プロセスから排出される排ガスなど固体粒子と同時に
有害ガスを含有するガスの場合には、図１においてシラ
ン系ガスを含む排ガスに例をとって説明したように、濾
過ガスの出口を有害ガスの除害装置に接続し、さらに、
処理対象ガスが常圧以下のような場合には吸引ブロアー
などを設けて固体粒子の除去および有害ガスの浄化を同
時におこなう装置とすることができる。なお、発明の内
容をより具体的に説明するため、半導体排ガスの処理を
例としたが、本発明は固体粒子を含む種々のガスの処理
に適応しうるものであり、半導体排ガスに限定されるも
のでないことは勿論である。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 次に本発明の実施例を示す。図１に示したと同様の構造
を有する装置で、側壁に外径６０．５ｍｍのステンレス
パイプ製のガスの入口を有し、外径が５０８ｍｍで長さ
が８００ｍｍのステンレス製のケースおよび外径が２０
０ｍｍ、内径９０ｍｍ、長さ４００ｍｍで濾過面積２．
５ｍ² 、濾過精度２μｍのポリエステル製の濾過膜をプ
リーツ状に加工した円筒状の濾過素子（日本ドナルドソ
ン社製）を用いた。

【００２４】濾過素子円筒内部（二次側気室）には直径
が８．５ｍｍで長さが３５０ｍｍのステンレスチューブ
を用いた８本の逆洗用気体の導入管を濾過素子円筒の軸
線を中心とする半径５０ｍｍの同心円上に等間隔になる
ように挿入配置し、導入管のそれぞれには図２ａに示し
たように長さ方向を３等分する上、中、下の各位置に直
径２ｍｍの噴射ノズルを２個をづつ計６個を設けた。
上、中、下段の各２個所づつの噴射ノズルは図２ｂに示
したように導入管の断面の円周上であって、各噴射ノズ
ルの中心と導入管の断面の円の中心とを結ぶ２つの直線
のなす角θが３０度で、かつ、この角θの２等分線が濾
過素子の内壁に対して垂直に交わる方向になるように設
けた。

【００２５】それぞれの導入管は外径８．５ｍｍのナイ
ロンチューブによって逆洗用気体の供給ヘッダーの切り
替え用電磁弁と接続し、供給ヘッダーには内容積５Ｌの
ステンレス製のチャージタンクを接続し、チャージタン
クは元弁の介在する逆洗用気体の供給管と接続した。ま
た、二次側気室からの濾過ガスの出口は外径４２．７ｍ
ｍのステンレスパイプ製で内部にシランガス除害剤を充
填した除害筒と配管接続し、除害筒は吸引ブロワーに接
続した。

【００２６】この装置を用い、シランガス３０Ｌ／日、
シリカ２００ｇ／日の割合で排出される半導体製造プロ
セスからの排ガスを窒素ガスで希釈しながら４００Ｌ／
ｍｉｎで流して濾過処理をおこない、２４時間経過後の
一次側気室と二次側気室間の圧力損失を測定した。次
に、切り替え電磁弁を閉じた状態で逆洗用気体である窒
素ガス供給用の元弁を開き、チャージタンク内を６Ｋｇ
／ｃｍ² まで昇圧してから元弁を閉じ、次いで、切り替
え電磁弁の一つを開き、対応する導入管を経由してチャ
ージされた逆洗用窒素ガスを噴射ノズルから円筒状の濾
過素子の内壁に向けて噴射させた。同様の操作によって
各切替え電磁弁を時系列的に順次切り換えて噴射をおこ
ない、それぞれの導入管について各３回づつサイクル的
に噴射を繰り返して濾過素子の逆洗をおこなった。

【００２７】ここで、逆洗によってケース内の一次側気
室の底部に払い落とされた固体粒子であるシリカを回収
し、その重量を計測した。また、濾過素子を取り外し、
使用前の重量と比較することによって濾過素子に残留し
た固体粒子の量を調べた。引続き、固体粒子が付着した
ままの濾過素子を取り付け、再び濾過操作を始めた直後
の一次側気室と二次側気室間の圧力損失を調べた。これ
ら一連の濾過および各測定操作を計５回繰り返した。そ
の結果、表１に示す通り固体粒子の払い落しは順調で、
逆洗操作をおこなうことによって圧力損失が十分に回復
することが認められた。

【００２８】比較例１ 切り替え電磁弁を時系列的に順次開閉する代わりに全て
を同時に開閉して計２４回の逆洗を実施した他は実施例
１におけると同様にして操作をおこない、払い落とされ
たシリカの重量、濾過素子に残留した固体粒子量、濾過
操作開始直後の圧力損失をしらべた。結果は表１に示す
通り固体粒子の払い落し効果が悪く、回を重ねる毎に徐
々に蓄積して飽和状態に至った。このため常時圧力損失
の大きな状態で装置を運転することとなった。

【００２９】比較例２ 各導入管を二次側気室内の根元から取り外し、切り替え
弁の全てを同時に開閉して計２４回の逆洗を実施した他
は実施例１におけると同様にして払い落とされたシリカ
重量、濾過素子に残留した固体粒子量、濾過操作開始直
後の圧力損失をしらべた。結果は表１に示す通り固体粒
子の払い落し効果がさらに悪くなり、徐々に蓄積して飽
和状態に至った。このため常時圧力損失の大きな状態で
装置を運転することとなった。

【００３０】

【表１】 表 １ 圧力損失（ｍｍＡｑ） 固体粒子量（ｇ） 濾過終了時 濾過再開時 払い落し量 素子残留量 実施例１ １回目 ２１０ １０ １５０ ４０ ２回目 ２４５ １０ １７５ ５５ ３回目 ２７０ １０ １８５ ６０ ４回目 ２７５ １０ １９５ ５０ ５回目 ２５０ １０ １８５ ４５ 比較例１ １回目 ２３５ ２２０ ５ １８０ ２回目 ５９５ ５３０ ２５ ３３５ ３回目 ７８０ ６４５ １１５ ４１０ ４回目 ８５０ ６８０ １６５ ４２５ ５回目 ８９０ ７０５ １７５ ４４０ 比較例２ １回目 ２２０ ２１５ ５ １８５ ２回目 ５９５ ５６０ １５ ３５５ ３回目 ８８０ ６６０ １２０ ４２０ ４回目 ８９５ ７１５ １７０ ４３５ ５回目 ９０５ ６９０ １８５ ４３０

【００３１】

【発明の効果】本発明の逆洗機構付濾過装置は下記のよ
うな優れた効果を有している。 逆洗用気体が導入管の噴射ノズルから濾過膜の一部の
みに集中して強力に噴射されるので、プリーツの折り目
など通常の逆洗では払い落としが困難な部位に堆積した
固体粒子をも確実に払い落とすことができる。 逆洗用気体が各導入管毎に時系列的に切り換えられる
ので、指向性を有するとともに全体としては放射状の噴
射となり、濾過素子の内壁の全面に順次強力な作用が及
び、堆積した固体粒子が極めて効果的に払い落とされ
る。 パルスジェットなど従来の逆洗方式のように多量の気
体で濾過素子全面を一度に逆洗するいわゆる無指向性の
逆洗方式に比べ、少量のガス量で優れた効果が得られる
ので経済的である。 払い落とされた固体粒子は従来の逆洗方式のように多
量の逆洗気流に乗って系外に持ち出されたりせず、重力
によってケースの底部に自然落下するので、二次的捕集
設備などが不要である。 固体粒子の払い落しが効果的で圧力損失の回復が充分
になされるため、ブロアーなどの負荷の上昇に伴う動力
費の増加がセーブできる。 操作は逆洗用気体の電磁弁の切り替えのみであり、回
転部などの機械的駆動部がないため、故障などの心配が
少なく、メンテナンスが容易であると同時に機械的掻き
落としなどによる濾過膜の損傷が防止できる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の逆洗機構付濾過装置の構造および構
成を示す図。

【図２】 図１における導入管の拡大図およびＡ−Ａ線
切断断面図。

【符号の説明】

１ 濾過膜 ４ 出口 ５ 濾過素子 ６ 入口 ７ ケース本体 ８ 蓋 １０ 導入管 １１ 噴射ノズル １２ 供給ヘッダー １３ 電磁弁 １４ チャージタンク １７ 除害筒 １８ 吸引ブロアー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 俊哉 神奈川県平塚市田村5181番地 日本パイオ ニクス株式会社平塚研究所内 (72)発明者 荒川 秩 神奈川県平塚市田村5181番地 日本パイオ ニクス株式会社平塚研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス中に含まれる固体粒子除去用の逆洗
   機構付濾過装置において、濾過膜を円筒状に成形してな
   る濾過素子であって外側が一次側気室、内側が二次側気
   室となる濾過素子と、該濾過素子を収納し、かつ処理対
   象ガスの入口および濾過ガスの出口を有する筒状のケー
   スと、該ケースを貫通して濾過素子の二次側気室に挿入
   された逆洗用圧縮気体の導入管であって先端が封じら
   れ、かつ側壁に濾過膜に向う噴射ノズルが穿設された複
   数本の導入管と、該導入管の他端がそれぞれ電磁弁を介
   して接続された圧縮気体の供給ヘッダーと、該電磁弁の
   それぞれを時系列的に順次開閉させる作動機能とを備え
   てなることを特徴とする逆洗機構付濾過装置。
2. 【請求項２】 濾過素子がプリーツ状に加工された濾過
   膜を円筒状に成形したものである請求項１に記載の濾過
   装置。
3. 【請求項３】 濾過素子に挿入された複数本の導入管が
   濾過素子の円筒の軸線に平行で、かつ軸線を中心とする
   同一円周上に等間隔に配置された請求項１に記載の濾過
   装置。
4. 【請求項４】 各導入管に穿設される噴射ノズルの数が
   ２以上である請求項１に記載の濾過装置。
5. 【請求項５】 供給ヘッダーの上流側に逆洗用圧縮気体
   のチャージタンクが接続された請求項１に記載の濾過装
   置。
6. 【請求項６】 処理対象ガスが半導体製造工程から排出
   されるシラン系ガスおよび固体粒子であるシリカを含む
   排ガスである請求項１に記載の濾過装置。
7. 【請求項７】 濾過ガスの出口側にシラン系ガスの除害
   筒が接続された請求項６に記載の濾過装置。