(57)【要約】【課題】空気中の水溶性成分の除去性能を常に高く維持すると共にメンテナンス性の向上を図り、ランニングコストの削減を図る。【解決手段】  本発明は、アルカリ性溶液と酸性溶液の少なくともいずれかの溶液を含む薬液を吸収液とする前段のエアワッシャ１１と、前段のエアワッシャ１１に薬液を供給する薬液供給装置１２と、前段のエアワッシャ１１の空気流通方向の下流側に配置され、純水を吸収液とする後段のエアワッシャ１３と、後段のエアワッシャ１３の吸収液が通過する陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の少なくともいずれかのイオン交換樹脂１４と、イオン交換樹脂１４を通過した吸収液の導電率に基づき、前段のエアワッシャ１１に流入する空気中に含まれる汚染物質の濃度を推定することで、薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１に供給する薬液の量を演算する制御ユニット１６と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2020137686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれる汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するための空気中汚染物質の除去システムであって、
アルカリ性溶液と酸性溶液の少なくともいずれかの溶液を含む薬液を吸収液とする前段のエアワッシャと、
前記前段のエアワッシャに薬液を供給する薬液供給装置と、
前記前段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、純水を吸収液とする後段のエアワッシャと、
前記後段のエアワッシャの吸収液が通過する陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の少なくともいずれかのイオン交換樹脂と、
前記イオン交換樹脂を通過した吸収液の導電率に基づき、前記前段のエアワッシャに流入する空気中に含まれる汚染物質の濃度を推定することで、前記薬液供給装置から前記前段のエアワッシャに供給する薬液の量を演算する制御ユニットと、
を備えていることを特徴とする空気中汚染物質の除去システム。
【請求項２】
前記前段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、
前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、
前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記後段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、
前記後段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する後段の水槽と、
前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間及び前記後段の水槽と前記イオン交換樹脂との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記薬液供給装置から前記前段の循環設備又は前記前段の水槽に薬液が供給される請求項１に記載の空気中汚染物質の除去システム。
【請求項３】
前記前段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、
前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、
前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記後段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、
前記後段の気液接触材より下方に配置される後段の水槽と、
前記後段の水槽より小容量であり、該後段の気液接触材を通過した吸収液を一時的に受け止めると共に溢れた吸収液が前記後段の水槽に貯留されるように前記後段の気液接触材と前記後段の水槽との間に配置される受け部と、
前記受け部から前記イオン交換樹脂に吸収液を送出する送水設備と、
前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記薬液供給装置から前記前段の吸収液循環設備又は前記前段の水槽に薬液が供給される請求項１に記載の空気中汚染物質の除去システム。
【請求項４】
空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれる汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するための空気中汚染物質の除去システムであって、
アルカリ性溶液と酸性溶液のいずれか一方の溶液を含む薬液を吸収液とする前段のエアワッシャと、
前記前段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、アルカリ性溶液と酸性溶液のいずれか他方の溶液を含む薬液を吸収液とする中段のエアワッシャと、
前記前段のエアワッシャ及び前記中段のエアワッシャに薬液を供給する薬液供給装置と、
前記中段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、純水を吸収液とする後段のエアワッシャと、
前記後段のエアワッシャの吸収液が通過する陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂と、
前記陽イオン交換樹脂と前記陰イオン交換樹脂をそれぞれ通過した吸収液の導電率に基づき、前記前段のエアワッシャに流入する空気中に含まれる汚染物質の濃度を推定することで、前記薬液供給装置から前記前段のエアワッシャと前記中段のエアワッシャに供給される薬液の量をそれぞれ演算する制御ユニットと、
を備えていることを特徴とする空気中汚染物質の除去システム。
【請求項５】
前記前段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、
前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、
前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記中段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための中段の気液接触材と、
前記中段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する中段の水槽と、
前記中段の水槽と前記中段の気液接触材との間で吸収液を循環させる中段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記後段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、
前記後段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する後段の水槽と、
前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間及び前記後段の水槽と前記陽イオン交換樹脂及び前記陰イオン交換樹脂との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、
を備える請求項４に記載の空気中汚染物質の除去システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれる汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するための空気中汚染物質の除去システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体工場や液晶工場のクリーンルーム内の製造環境において、空気中に含まれる粒子状汚染物質だけでなくガス状汚染物質が、製品の歩留まりや性能の低下に影響を及ぼすことが報告されている。
【０００３】
ガス状汚染物質を空気中から除去する技術の１つとして、気液接触式の空気中汚染物質の除去システム（エアワッシャ）が知られている。この除去システム（エアワッシャ）は処理対象の空気と吸収液とを気液接触させて、空気中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ２）やアンモニア（ＮＨ３）等のガス状汚染物質を吸収液中に溶解させて除去する装置であり、半導体工場や液晶工場の外調機等に設置されている。
【０００４】
この種の除去システム（エアワッシャ）の除去能力は、空気と気液接触させる吸収液のｐＨによって大きく変化する。空気中の酸成分の濃度が高いと吸収液のｐＨが下降し、ＳＯ２などの酸成分の除去能力が低下する。同様に、空気中のアルカリ成分の濃度が高いと吸収液のｐＨが上昇し、ＮＨ３などのアルカリ成分の除去能力が低下する課題がある。例えば、酸性ガスのＳＯ２は、周辺に発生源があると風向きなどによって１ｐｐｂ以下から数１０ｐｐｂの範囲で変動することもある。
【０００５】
除去システム（エアワッシャ）の除去能力を低下させない公知の技術として、薬液を一定量供給して吸収液のｐＨを維持する方式があるが、この方式では、常時薬液を補給するため、ランニングコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、吸収液のｐＨをモニターしながら薬液量を制御するシステムなどが提案されている(例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載の技術は、吸収液のｐＨを、純水または緩衝液、酸・アルカリ溶液、水を用いて所定の範囲(４．５〜９．５)で管理し、電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ制御によって給水する方式を採用している。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術は、吸収液のｐＨを、一般水(ｐＨ６〜８、導電率２０μＳ／ｃｍ以上)を用いて所定の範囲で管理し、電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ制御により給水する方式を採用している。
【０００９】
さらに、特許文献３に記載の技術は、吸収液のｐＨを、イオン除去装置で所定の範囲(５．０〜８．０)で管理する給水方式を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２３０３８５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３９３３１号公報
【特許文献３】特開２０００−７９３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した特許文献１〜３に記載の従来技術では、ｐＨ計の測定精度や応答性に問題があり、制御性が悪いといった問題や、定期的な電極の校正や塩化カリウム(ＫＣｌ)溶液の補充が必要で、寿命が短く、交換頻度が多いなどメンテナンス性が悪いといった問題がある。
【００１２】
また、上記した特許文献１又は２に記載の従来技術では、吸収液のｐＨが管理値に収まっている場合は、吸収液のガス状汚染物質の濃度が高くなり、導電率が上昇し続け、ガス状汚染物質の再飛散やスケールが発生するといった問題がある。
【００１３】
さらに、上記した特許文献３に記載の従来技術では、高濃度の吸収液を大量にイオン除去装置(イオン交換樹脂、電気分解を利用した装置など)に通水するため、交換頻度が多くなり、ランニングコストが高くなるといった問題がある。
【００１４】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、空気中の水溶性成分の除去性能を常に高く維持すると共にメンテナンス性の向上を図り、ランニングコストの削減を図ることのできる空気中汚染物質の除去システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成するため、本発明は、空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれる汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するための空気中汚染物質の除去システムであって、アルカリ性溶液と酸性溶液の少なくともいずれかの溶液を含む薬液を吸収液とする前段のエアワッシャと、前記前段のエアワッシャに薬液を供給する薬液供給装置と、前記前段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、純水を吸収液とする後段のエアワッシャと、前記後段のエアワッシャの吸収液が通過する陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の少なくともいずれかのイオン交換樹脂と、前記イオン交換樹脂を通過した吸収液の導電率に基づき、前記前段のエアワッシャに流入する空気中に含まれる汚染物質の濃度を推定することで、前記薬液供給装置から前記前段のエアワッシャに供給する薬液の量を演算する制御ユニットと、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る空気中汚染物質の除去システムにおいて、前記前段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、を備え、前記後段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、前記後段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する後段の水槽と、前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間及び前記後段の水槽と前記イオン交換樹脂との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、を備え、前記薬液供給装置から前記前段の循環設備又は前記前段の水槽に薬液が供給されてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る空気中汚染物質の除去システムにおいて、前記前段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、を備え、前記後段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、前記後段の気液接触材より下方に配置される後段の水槽と、前記後段の水槽より小容量であり、該後段の気液接触材を通過した吸収液を一時的に受け止めると共に溢れた吸収液が前記後段の水槽に貯留されるように前記後段の気液接触材と前記後段の水槽との間に配置される受け部と、前記受け部から前記イオン交換樹脂に吸収液を送出する送液設備と、前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、を備え、前記薬液供給装置から前記前段の吸収液循環設備又は前記前段の水槽に薬液が供給されてもよい。
【００１８】
さらに、本発明は、空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれる汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するための空気中汚染物質の除去システムであって、アルカリ性溶液と酸性溶液のいずれか一方の溶液を含む薬液を吸収液とする前段のエアワッシャと、前記前段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、アルカリ性溶液と酸性溶液のいずれか他方の溶液を含む薬液を吸収液とする中段のエアワッシャと、前記前段のエアワッシャ及び前記中段のエアワッシャに薬液を供給する薬液供給装置と、前記中段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、純水を吸収液とする後段のエアワッシャと、前記後段のエアワッシャの吸収液が通過する陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂と、前記陽イオン交換樹脂と前記陰イオン交換樹脂をそれぞれ通過した吸収液の導電率に基づき、前記前段のエアワッシャに流入する空気中に含まれる汚染物質の濃度を推定することで、前記薬液供給装置から前記前段のエアワッシャと前記中段のエアワッシャに供給される薬液の量をそれぞれ演算する制御ユニットと、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る空気中汚染物質の除去システムにおいて、前記前段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、を備え、前記中段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための中段の気液接触材と、前記中段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する中段の水槽と、前記中段の水槽と前記中段の気液接触材との間で吸収液を循環させる中段の吸収液循環設備と、を備え、前記後段のエアワッシャは、空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、前記後段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する後段の水槽と、前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間及び前記後段の水槽と前記陽イオン交換樹脂及び前記陰イオン交換樹脂との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、空気中の水溶性成分の除去性能を常に高く維持すると共にメンテナンス性の向上を図り、ランニングコストの削減を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムを示す系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムにおいて、外気中のＳＯ２濃度と陽イオン交換樹脂後の吸収液の導電率との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムの第１の変形例を示す系統図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムの第２の変形例を示す系統図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムの第３の変形例を示す系統図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムの第４の変形例を示す系統図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムの第５の変形例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムについて説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムを、半導体工場や液晶工場等のクリーンルームに外気を導入するために設置される外調機に適用した場合について例示して説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムを示す系統図である。
【００２３】
図１に示されているように、本実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０は、空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれる汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するものであって、薬液を吸収液とする前段のエアワッシャ１１と、前段のエアワッシャ１１に薬液を供給する薬液供給装置１２と、前段のエアワッシャ１１の空気流通方向の下流側に配置されて純水を吸収液とする後段のエアワッシャ１３と、後段のエアワッシャ１３の吸収液が通過するイオン交換樹脂１４と、イオン交換樹脂１４を通過した吸収液の導電率を測定する導電率計１５と、導電率計１５の測定結果に基づき薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１に供給される薬液の量を演算する制御ユニット１６と、を備えて構成されている。
【００２４】
前段のエアワッシャ１１は、空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材１７と、前段の気液接触材１７を通過した吸収液を貯留する前段の水槽１８と、前段の水槽１８と前段の気液接触材１７との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備１９と、を備えている。
【００２５】
前段の気液接触材１７は、空気が流通するチャンバー（図示省略）内に設けられ、空気の流れ方向（図１中の左から右に向う矢印方向）に対して直交するよう垂直に配置されている。前段の気液接触材１７は、例えばポリエステルやセラミック等の親水性又は吸水性を有する材料から成り、上方から吸収液が滴下されることにより表面に液膜が形成されるようになっている。なお、前段の気液接触材１７は、空気と吸収液とが効率良く気液接触する構成を有していれば、この構成に限定されるものではなく、例えば、スプレーノズルから吸収液を噴霧し、飛散した吸収液のミストをエリミネータで回収するように構成する等、各種変更が可能である。
【００２６】
前段の水槽１８は、前段の気液接触材１７の下方に配置されている。また、前段の水槽１８には、排水管２０が接続されている。
【００２７】
前段の吸収液循環設備１９は、前段の水槽１８から前段の気液接触材１７の上方まで配設される循環配管２１と、循環配管２１の途中に設けられる循環ポンプ２２と、を備えて構成されている。
【００２８】
薬液供給装置１２と循環配管２１と間には、薬液補給配管２３が接続されており、薬液供給装置１２から薬液補給配管２３を介して循環配管２１内の吸収液に薬液が補給されるようになっている。この場合の薬液は、電解水などのアルカリ性溶液と酸性溶液の少なくともいずれかの溶液を含んでいる。
【００２９】
例えば、アルカリ性溶液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）などが使用され、酸性溶液としては、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、塩酸（ＨＣｌ）、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７）などが使用される。
【００３０】
なお、薬液補給配管２３は、循環配管２１に接続される代わりに、薬液供給装置１２から前段の水槽１８まで配設され、薬液供給装置１２から前段の水槽１８に薬液が補給されるように構成されていてもよい。
【００３１】
後段のエアワッシャ１３は、空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材２４と、後段の気液接触材２４を通過した吸収液を貯留する後段の水槽２５と、後段の水槽２５と後段の気液接触材２４との間及び後段の水槽２５とイオン交換樹脂１４との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備２７と、を備えている。
【００３２】
後段の気液接触材２４は、空気が流通するチャンバー（図示省略）内に設けられ、空気の流れ方向（図１中の左から右に向う矢印方向）に対して直交するよう垂直に配置されている。後段の気液接触材２４は、上述した前段の気液接触材１７と同様の構成を有しているため、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
後段の水槽２５は、後段の気液接触材２４の下方に配置されている。また、後段の水槽２５と前段の水槽１８との間には、両方の水槽１８，２５を連通するように連通管２６が設けられている。
【００３４】
後段の吸収液循環設備２７は、後段の水槽２５から後段の気液接触材２４の上方まで配設される第１の循環配管２８と、第１の循環配管２８の途中に設けられる循環ポンプ２９と、吸収液の循環方向において循環ポンプ２９の下流側で第１の循環配管２８から分岐して後段の水槽２５まで配設される第２の循環配管３０と、を備えている。
【００３５】
図示を省略する給水源から後段の水槽２５までは、補給水配管３１が配設されており、補給水配管３１を介して後段の水槽２５に吸収液が補給されるようになっている。この場合の吸収液は、純水が使用される。
【００３６】
イオン交換樹脂１４は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の少なくともいずれかのイオン交換樹脂であり、薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１に供給される薬液がアルカリ性溶液の場合には、陽イオン交換樹脂が設けられ、薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１に供給される薬液が酸性溶液の場合には、陰イオン交換樹脂が設けられる。
【００３７】
導電率計１５は、吸収液の循環方向においてイオン交換樹脂１４の下流側の第２の循環配管３０の途中に設けられている。導電率計１５は制御ユニット１６と電気的に接続され、制御ユニット１６は薬液供給装置１２と電気的に接続されている。
【００３８】
次に、図面を参照しつつ、上記した構成を備えた本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０の作用について説明する。
【００３９】
まず、前段のエアワッシャ１１において、前段の吸収液循環設備１９の循環ポンプ２２の駆動により前段の水槽１８内から汲み上げられた薬液入りの吸収液は、循環配管２１を通って前段の気液接触材１７の上方から滴下され、この気液接触材１７の表面に液膜が形成される。
【００４０】
図１中において太矢印で示すように、前記チャンバー（図示省略）内に導入された処理対象の外気は、上記したように表面に液膜が形成された前段の気液接触材１７を通過すると、空気と吸収液とが気液接触し、空気中に含まれるガス状汚染物質が吸収液中に溶解されて除去される。そして、ガス状汚染物質が溶解された吸収液は前段の水槽１８に自然落下して戻される。
【００４１】
このようにして前段のエアワッシャ１１を通過した空気は後段のエアワッシャ１３に流入する。後段のエアワッシャ１３では、最終の吸収液循環設備２７の循環ポンプ２９の駆動により後段の水槽２５内から汲み上げられた吸収液（純水）は、第１の循環配管２８を通って後段の気液接触材２４の上方から滴下され、この気液接触材２４の表面に液膜が形成される。
【００４２】
後段のエアワッシャ１３に流入した空気は、上記したように表面に液膜が形成された後段の気液接触材２４を通過すると、空気と吸収液とが気液接触し、空気中に含まれるガス状汚染物質が吸収液中に溶解されて除去される。その後、後段の気液接触材２４を通過してガス状汚染物質が除去された清浄空気は、図１中において太矢印で示されているように、クリーンルーム（図示省略）に供給される。そして、ガス状汚染物質が溶解された吸収液は後段の水槽２５に自然落下して戻される。
【００４３】
なお、吸収液である純水は、補給水配管３１を介して後段の水槽２５に供給され、後段の水槽２５に供給された純水は連通管２６を通って前段の水槽１８にも供給される。そして、前段の水槽１８の液面レベルが所定レベルを超えた場合、前段の水槽１８内の吸収液は排水管２０を介して外部に排出され、また、後段の水槽２５の液面レベルが所定レベルを超えた場合、後段の水槽２５内の吸収液は、連通管２６を通って前段の水槽１８に流入した後に排水管２０を介して外部に排出される。
【００４４】
一方、後段のエアワッシャ１３において、最終の吸収液循環設備２７の循環ポンプ２９の駆動により後段の水槽２５内から汲み上げられた吸収液（純水）の一部は、第２の循環配管３０を介してイオン交換樹脂１４を通過した後、後段の水槽２５に戻される。そして、第２の循環配管３０を吸収液が循環している間、導電率計１５によって第２の循環配管３０内の吸収液の導電率が測定され、その測定値は制御ユニット１６に送信される。制御ユニット１６は、導電率計１５による吸収液の導電率の測定値に基づき、前段のエアワッシャ１１に流入する外気中に含まれるガス状汚染物質の濃度を推定し、薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１に供給される薬液の量を演算する。そして、薬液供給装置１２は、その演算結果に基づき、前段のエアワッシャ１１の吸収液に所要量の薬液を注入する。
【実施例】
【００４５】
次に、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０において、ガス状汚染物質として酸性物質の二酸化硫黄（ＳＯ2）を含む外気を処理対象とした場合の実施例について説明する。
【００４６】
この実施例では、前段のエアワッシャ１１及び後段のエアワッシャ１３として、いずれも飽和効率９５％以上の気化式エアワッシャ、薬液供給装置１２として、アルカリ電解水（水酸化カリウム（ＫＯＨ）ｐＨ１１〜１２)供給装置、イオン交換樹脂１４として、陽イオン交換樹脂、制御ユニット１６として、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を採用した。
【００４７】
そして、処理空気は、外気に１０ｐｐｂ（約４０，０００ｎｇ／ｍ３）の二酸化硫黄（ＳＯ2）を注入した空気とし、その風量を１２，５００ｍ３／ｈ、通過風速を２．５ｍ／ｓとした。なお、外気にはアンモニア(ＮＨ3)を含んでいる。また、前段の気液接触材１７及び後段の気液接触材２４に供給する吸収液の流量をそれぞれ１５Ｌ／ｍｉｎ、陽イオン交換樹脂に通水する吸収液の流量を０．５Ｌ／ｍｉｎ（後段の気液接触材２４に供給する吸収液の１／３０）、補給水配管３１を介して後段の水槽２５に供給する吸収液（純水）の流量を２Ｌ／ｍｉｎとし、前段の気液接触材１７に供給する吸収液をｐＨ８〜９の弱アルカリ性溶液とした。
【００４８】
このような条件において、図１中において太矢印で示すように、処理対象の外気が前段の気液接触材１７を通過すると、外気中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ2）は中和反応により除去され、前段の気液接触材１７の上方から滴下された吸収液に硫酸イオン（ＳＯ４２-）が溶解され、該吸収液は前段の水槽１８に自然落下して戻される。
【００４９】
このようにして前段のエアワッシャ１１を通過した空気は、その後、後段のエアワッシャ１３に流入して後段の気液接触材２４を通過すると、前段のエアワッシャ１３で除去されなかったアンモニア（ＮＨ3）が除去され、後段の気液接触材２４の上方から滴下された吸収液にアンモニアイオン（ＮＨ４＋）が溶解され、該吸収液は後段の水槽２５に自然落下して戻される。そして、図１中において太矢印で示されているように、後段の気液接触材２４を通過してガス状汚染物質が除去された清浄空気は、クリーンルーム（図示省略）に供給される。
【００５０】
一方、後段のエアワッシャ１３において、吸収液（純水）の一部は、第２の循環配管３０を介してイオン交換樹脂１４を通過することで、吸収液中のアンモニアイオン（ＮＨ４＋）等の陽イオンがトラップされる。そして、イオン交換樹脂１４を通過した後の吸収液の導電率が導電率計１５によって測定される。イオン交換樹脂１４では、硫酸イオン（ＳＯ４２-）のような陰イオンはトラップされずに通過するため、イオン交換樹脂１４を通過した吸収液の導電率の値が上昇した場合には、外気中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ2）の濃度が上昇していると考えることができる。
【００５１】
そこで、我々は、実験により、後段のエアワッシャ１３においてイオン交換樹脂１４を通過した吸収液の導電率と、前段のエアワッシャ１１において前段の気液接触材１７を通過する前の外気中のガス状汚染物質の濃度との間に図２に示すような相関があることを見出した。
【００５２】
そして、図２において得られた、縦軸の外気ＳＯ２濃度ｙと横軸の陽イオン交換樹脂後の吸収液の導電率ｘとの関係から、以下の制御式を得た。
ｙ＝２１．０２３ｘ−２１．５８８
Ｒ２＝０．９９９
【００５３】
制御ユニット１６は、導電率計１５から受信した吸収液の導電率の測定値ｘと前記制御式から、前段のエアワッシャ１１に流入する外気中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ2）の濃度ｙを推定する。その後、制御ユニット１６は、二酸化硫黄（ＳＯ2）の濃度と必要な水酸化カリウム（ＫＯＨ）の量との関係を示す実験データを使用して、薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１に供給する水酸化カリウム溶液の所要量を演算し、その演算結果を薬液供給装置１２に送信する。薬液供給装置１２は、制御ユニット１６の演算結果に基づき、前段の吸収液循環設備１９の循環配管２１中を流通する吸収液に所要量の水酸化カリウム溶液を注入する。
【００５４】
この結果、表１に示すように、外気中の二酸化硫黄（ＳＯ2）の除去率として９９％以上、外気中のアンモニア（ＮＨ3）の除去率として９４％以上の高い割合を得ることができた。
【００５５】
【表１】
2020137686.tif 000003
【００５６】
なお、陽イオン交換樹脂後の吸収液の導電率と外気中のＳＯ２濃度との関係は、処理空気の通過風速や、後段のエアワッシャ１３に対する純水の供給量や、空気中のガス状汚染物質の除去率のようなパラメータによってそれぞれ変化する。より具体的には、陽イオン交換樹脂後の吸収液の導電率に対する外気中のＳＯ２濃度の値は、処理空気の通過風速の増加や、後段のエアワッシャ１３に対する純水の供給量の減少や、空気中のガス状汚染物質の除去率の低下に従って、それぞれ、小さくなる傾向がある。そのため、制御ユニット１６が循環配管２１中の吸収液に注入する水酸化カリウム溶液の量を演算する際には、前記各パラメータに応じた異なる制御式が使用される。
【００５７】
上記した本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０によれば、外気中のガス状汚染物質の濃度を推定して必要な分だけ薬液を供給するため、薬液量を大幅に削減することができる。
また、導電率計１５を使用して制御しているため、制御性が良く、部品の交換頻度やメンテナンス頻度を減少させることができる。
【００５８】
また、前段のエアワッシャ１１及び後段のエアワッシャ１３へ常時純水が供給されているため、前段のエアワッシャ１１で除去したガス状汚染物質の再飛散を防止することができ、スケールの発生を防止することもできる。
【００５９】
また、イオン交換樹脂１４を通水する吸収液の流量は、非常に少なく(実施例では、後段の気液接触材２４に供給する吸収液の１／３０)、濃度も低いため、イオン交換樹脂１４の交換頻度やメンテナンス頻度を減少させることができる。
【００６０】
また、前段のエアワッシャ１１では、ガス状汚染物質を中和反応で除去するため、ガス状汚染物質の除去能力が高く、再飛散を防止することができる。さらに、実施例のように、薬液として汚染源にならない水酸化カリウム(ＫＯＨ)を使用することで、安全性を高めることができる。
【００６１】
なお、上記した本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０は、各種変形が可能である。例えば、図３に示されているように、後段のエアワッシャ１３において、後段の気液接触材２４と後段の水槽２５の間に後段の水槽２５より小容量の受け部３２を配置し、受け部３２からイオン交換樹脂１４に吸収液を送出する送水設備３３（送水ポンプ３４及び送水配管３５）を設けてもよい。このように構成することにより、後段の気液接触材２４に滴下された吸収液が後段の水槽２５に落下する前に小容量の受け部３２で回収し、イオン交換樹脂１４に通水することができるため、イオン交換樹脂１４を通過した後の吸収液の導電率の上昇を導電率計１５によって即座に感知することができる。これにより、導電率の急激な濃度上昇に合わせて必要な量の薬液を薬液供給装置１２から循環配管２１中の吸収液に素早く供給することができるため、応答性の向上を図ることができる。
【００６２】
また、上記した実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０では、前段のエアワッシャ１１及び後段のエアワッシャ１３への純水の供給が、いずれも、後段のエアワッシャ１３を介して行われているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
例えば、図４に示すように、前段の水槽１８と後段の水槽２５との間に連通管２６を設けずに、各水槽１８，２５に各補給水配管３６，３１を介してそれぞれ別個に純水を供給するように構成してもよい。
【００６４】
或いは、図５に示すように、後段の水槽２５の周りに第１の循環配管２８を設けずに、後段の気液接触材２４に補給水配管３７を介して直接、純水を供給すると共に、連通管２６を介して後段の水槽２５から前段の水槽１８に純水を供給するように構成してもよい。
【００６５】
或いは、図６に示すように、前段の水槽１８と後段の水槽２５との間に連通管２６を設けずに、前段の気液接触材１７と後段の気液接触材２４に各補給水配管３８，３７を介してそれぞれ別個に純水を供給するように構成してもよい。この場合、前段の吸収液循環設備１９と後段の水槽２５周りの第１の循環配管２８は設けない。
【００６６】
さらに、上記した実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システム１０では、前段と後段の２段のエアワッシャ１１，１３が設けられているが、図７に示すように、前段のエアワッシャ１１と後段のエアワッシャ１３の間にさらに中段のエアワッシャ４１を配置した３段のエアワッシャを備えた除去システム４０としてもよい。
【００６７】
この変形例において、中段のエアワッシャ４１は、中段の気液接触材４２と、中段の水槽４３と、中段の吸収液循環設備４４と、を備えている。そして、中段の水槽４３と後段の水槽２５との間には第１の連通管４５が設けられ、前段の水槽１８と後段の水槽２５との間には第２の連通管４６が設けられている。中段の吸収液循環設備４４は、中段の水槽４３から中段の気液接触材４２の上方まで配設される循環配管４７と、循環配管４７の途中に設けられる循環ポンプ４８と、を備えて構成されている。
【００６８】
薬液供給装置１２と前段の循環配管２１と間には、薬液補給配管２３が接続されており、薬液供給装置１２から薬液補給配管２３を介して前段の循環配管２１内の吸収液にアルカリ性溶液の薬液が補給されるようになっている。また、薬液供給装置１２と中段の循環配管４７と間には、薬液補給配管４９が接続されており、薬液供給装置１２から薬液補給配管４９を介して中段の循環配管４７内の吸収液に酸性溶液の薬液が補給されるようになっている。
【００６９】
イオン交換樹脂１４は、陽イオン交換樹脂１４ａと陰イオン交換樹脂１４ｂの両方が設けられている。導電率計１５は、陽イオン交換樹脂１４ａの下流側に設けられる第１の導電率計１５ａと陰イオン交換樹脂１４ｂの下流側に設けられる第２の導電率計１５ｂとが設けられている。第１の導電率計１５ａ及び第２の導電率計１５ｂはそれぞれ制御ユニット１６と電気的に接続され、制御ユニット１６は薬液供給装置１２と電気的に接続されている。
【００７０】
このような構成を備えた空気中汚染物質の除去システム４０において、図７中において太矢印で示すように、前記チャンバー（図示省略）内に導入された処理対象の外気は、前段の気液接触材１７を通過すると、空気と吸収液とが気液接触し、空気中に含まれる酸性物質が吸収液中に溶解されて除去される。
【００７１】
前段のエアワッシャ１１を通過した後、中段のエアワッシャ４１に流入した空気は、中段の気液接触材４２を通過すると、空気と吸収液とが気液接触し、空気中に含まれるアルカリ性物質が吸収液中に溶解されて除去される。
【００７２】
中段のエアワッシャ４１を通過した後、後段のエアワッシャ１３に流入した空気は、後段の気液接触材２４を通過すると、空気と吸収液とが気液接触し、空気中に含まれるガス状汚染物質が吸収液中に溶解されて除去される。その後、後段の気液接触材２４を通過してガス状汚染物質が除去された清浄空気は、図１中において太矢印で示されているように、クリーンルーム（図示省略）に供給される。
【００７３】
なお、吸収液である純水は、補給水配管３１を介して後段の水槽２５に供給され、後段の水槽２５に供給された純水は第１の連通管４５及び第２の連通管４６を通ってそれぞれ前段の水槽１８及び中段の水槽４３に供給される。
【００７４】
一方、後段のエアワッシャ１３において、後段の水槽２５内から汲み上げられた吸収液（純水）の一部は、陽イオン交換樹脂１４ａ及び陰イオン交換樹脂１４ｂをそれぞれ通過した後、第１の導電率計１５ａ及び第２の導電率計１５ｂによってそれぞれ吸収液の導電率が測定され、その測定値は制御ユニット１６に送信される。制御ユニット１６は、第１の導電率計１５ａ及び第２の導電率計１５ｂによる導電率の測定値に基づき、前段のエアワッシャ１１に流入する外気中に含まれるガス状汚染物質の濃度を推定し、薬液供給装置１２から前段のエアワッシャ１１及び中段のエアワッシャ４１に供給される薬液の量をそれぞれ演算する。
【００７５】
上記した空気中汚染物質の除去システム４０によれば、前段のエアワッシャ１１と中段のエアワッシャ４１を設けることにより、外気中に含まれるアルカリ性物質と酸性物質の両方のガス状汚染物質を高効率で除去することができるため、ガス状汚染物質の除去率をさらに高めることができる。
【００７６】
なお、上記した本発明の実施の形態では、本発明の実施の形態に係る空気中汚染物質の除去システムを半導体工場や液晶工場等のクリーンルームに外気を導入するために設置される外調機に適用した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、電子部品や電子デバイスの製造工場等、他の用途の空調機全般に適用可能であることは言う迄ない。
【符号の説明】
【００７７】
１０  空気中汚染物質の除去システム
１１  前段のエアワッシャ
１２  薬液供給装置
１３  後段のエアワッシャ
１４  イオン交換樹脂
１６  制御ユニット
１７  前段の気液接触材
１８  前段の水槽
１９  前段の吸収液循環設備
２４  後段の気液接触材
２５  後段の水槽
２７  後段の吸収液循環設備
３２  受け部
３３  送水設備
３８  補給水配管
４０  中段のエアワッシャ
４２  中段の気液接触材
４３  中段の水槽
４４  中段の吸収液循環設備
【図１】
2020137686.tif 000004
【図２】
2020137686.tif 000005
【図３】
2020137686.tif 000006
【図４】
2020137686.tif 000007
【図５】
2020137686.tif 000008
【図６】
2020137686.tif 000009
【図７】
2020137686.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月13日(2020.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と吸収液とを気液接触させることにより空気中に含まれるガス状汚染物質を吸収液中に溶解させて除去するための空気中汚染物質の除去システムであって、
アルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかの溶液を含む薬液を吸収液とする前段のエアワッシャと、
前記前段のエアワッシャに薬液を供給する薬液供給装置と、
前記前段のエアワッシャの空気流通方向の下流側に配置され、純水を吸収液とする後段のエアワッシャと、
前記後段のエアワッシャの吸収液が通過するイオン交換樹脂であって、前記薬液がアルカリ性溶液を含む場合には陽イオン交換樹脂が設けられ、前記薬液が酸性溶液を含む場合には陰イオン交換樹脂が設けられるイオン交換樹脂と、
前記イオン交換樹脂を通過した吸収液の導電率に基づき、前記前段のエアワッシャに流入する空気中に含まれる汚染物質の濃度を推定することで、前記薬液供給装置から前記前段のエアワッシャに供給する薬液の量を演算する制御ユニットと、
を備えていることを特徴とする空気中汚染物質の除去システム。
【請求項２】
前記前段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、
前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、
前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記後段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、
前記後段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する後段の水槽と、
前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間及び前記後段の水槽と前記イオン交換樹脂との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記薬液供給装置から前記前段の循環設備又は前記前段の水槽に薬液が供給される請求項１に記載の空気中汚染物質の除去システム。
【請求項３】
前記前段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための前段の気液接触材と、
前記前段の気液接触材を通過した吸収液を貯留する前段の水槽と、
前記前段の水槽と前記前段の気液接触材との間で吸収液を循環させる前段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記後段のエアワッシャは、
空気と吸収液とを気液接触させるための後段の気液接触材と、
前記後段の気液接触材より下方に配置される後段の水槽と、
前記後段の水槽より小容量であり、該後段の気液接触材を通過した吸収液を一時的に受け止めると共に溢れた吸収液が前記後段の水槽に貯留されるように前記後段の気液接触材と前記後段の水槽との間に配置される受け部と、
前記受け部から前記イオン交換樹脂に吸収液を送出する送水設備と、
前記後段の水槽と前記後段の気液接触材との間で吸収液を循環させる後段の吸収液循環設備と、
を備え、
前記薬液供給装置から前記前段の吸収液循環設備又は前記前段の水槽に薬液が供給される請求項１に記載の空気中汚染物質の除去システム。