(57)【要約】【課題】高い有害ガス除去率を得ることができ、しかも産業廃棄物の問題もない有害ガス除去装置を提供する。【解決手段】蒸気加湿器４８と冷却器５２との間に、水で濡れた加湿材７４同士の間にエアを通過させることにより、該加湿材７４の水を気化させてエアを加湿すると共に該エアの流れを整流する加湿・整流器５０を備えたので、加湿・整流器を通ったエアは冷却器５２の直前において露点温度ムラがないように均一に加湿されると共に、加湿・整流器５０で整流されることによりエアを冷却器５２全体に均等に当てることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エア取込口から風洞内に取り込んだエアから有害ガス成分を除去してエア排出口から排出する有害ガス除去装置において、
前記風洞内に該風洞の幅方向に配列された複数本のノズル管から蒸気を噴霧して前記エアを加湿する蒸気加湿器と、
前記風洞内で前記蒸気加湿器のエア流れ方向下流側に設けられ、前記エアをその露点以下に冷却する冷却器と、
前記蒸気加湿器と前記冷却器との間に設けられ、水で濡れた加湿材同士の間に前記エアを通過させることにより、該加湿材の水を気化させて前記エアを加湿すると共に該エアの流れを整流する加湿・整流器と、
を備えたことを特徴とする有害ガス除去装置。
【請求項２】
前記加湿・整流器は、前記風洞の幅方向に、前記エア流れ方向と平行になるように一定間隔で配列された波板状の加湿材と、該加湿材に水を供給する水供給ヘッダと、を備えたことを特徴とする請求項１の有害ガス除去装置。
【請求項３】
前記複数本のノズル管同士の間隔をＡとし、前記ノズル管から前記加湿・整流器までの間隔をＢとしたときに、Ｂ／Ａを１．８〜２．４の範囲内に設定することを特徴とする請求項１又は２の有害ガス除去装置。
【請求項４】
前記ノズル管から前記エアの流れに対向して蒸気を噴出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１の有害ガス除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害ガス除去装置に係り、特にクリーンルームの清浄室に供給するエアから有害ガスを除去する有害ガス除去装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、半導体製造工場などのクリーンルーム設備においては、半導体製造のための装置等を配設する清浄室内の清浄度を保持することが必要であり、清浄室内に吹き出すエアや清浄室から再び清浄室に循環する循環エアは塵埃フィルタを通すことで塵埃等の粒子が除去される。しかし、清浄室内に供給するエアに有害ガスが含有されていると、半導体製品に悪影響があるので除去しなくてはならない。有害ガスとしては、火山近くの半導体製造工場の外気に含有され易いＳＯＸ  やＨ２  Ｓ、海岸近くの半導体製造工場の外気に含有され易いＮａ  、あるいは半導体製造装置で使用する薬品の蒸発により発生するＨＦ、ＨＣｌ、ＮＨ３  等がある。
【０００３】
従来、クリーンルームにおける有害ガスを除去する有害ガス除去装置としては、例えば特許文献１に示されるようなケミカルフィルタでエアを濾過する方法がある。しかし、ケミカルフィルタの場合、有害ガス除去率が十分でないと共に、有害ガスが吸着したケミカルフィルタが産業廃棄物となってしまい、処理上問題となる。
【０００４】
そこで、本出願人は特許文献２において、有害ガス含有のエアを加湿する水接触エレメントをエア流路の上流側に設け、有害ガス成分を凝縮させる凝縮手段をエア流路の下流側に設け、蒸気を供給してエアを加湿する蒸気供給手段を水接触エレメントと凝縮手段の間に配置した有害ガス除去装置を提案した。これにより、ケミカルフィルタに比べて有害ガスの除去効率を高めることができると共に、産業廃棄物の問題も解決できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１７４８３８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−８７６１８公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体製品の精密化にともなって有害ガスの除去率を更に高めることが要求されており、有害ガス除去装置の更なる改良が要望されている。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高い有害ガス除去率を得ることができ、しかも産業廃棄物の問題もない有害ガス除去装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、エア取込口から風洞内に取り込んだエアから有害ガス成分を除去してエア排出口から排出する有害ガス除去装置において、前記風洞内に該風洞の幅方向に配列された複数本のノズル管から蒸気を噴霧して前記エアを加湿する蒸気加湿器と、前記風洞内で前記蒸気加湿器のエア流れ方向下流側に設けられ、前記エアをその露点以下に冷却する冷却器と、前記蒸気加湿器と前記冷却器との間に設けられ、水で濡れた加湿材同士の間に前記エアを通過させることにより、該加湿材の水を気化させて前記エアを加湿すると共に該エアの流れを整流する加湿・整流器と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、エア取込口からエア排出口への方向を風洞の長さ方向とし、風洞の径方向を幅方向とする。
【００１１】
本発明の有害ガス除去装置は、加湿されたエアが冷却器に接触して露点以下に冷却されることによりエア中の水分が結露し、結露水に水溶性の有害ガスが取り込まれることによりエア中から有害ガスを除去する。従って、有害ガスの除去効率を上げるには、冷却器の直前における風洞幅方向の断面（以下「風洞横断面」という）の露点温度ムラがないように均一に加湿したエアを冷却器全体に均等に当てるようにし、冷却器全体で効率的に結露水が発生することが重要である。
【００１２】
本発明によれば、蒸気加湿器と冷却器との間に、水で濡れた加湿材同士の間にエアを通過させることにより、該加湿材の水を気化させてエアを加湿すると共に該エアの流れを整流する加湿・整流器を備えたので、加湿・整流器を通ったエアは冷却器の直前において露点温度ムラがないように均一に加湿されると共に、加湿・整流器で整流されることによりエアを冷却器全体に均等に当てることができる。これにより、均一に加湿されたエアが冷却器全体で有効に冷却されて効率的に結露水が発生するので、エア中の有害ガス除去効率を向上させることができる。ちなみに、蒸気加湿器と冷却器との間に、加湿・整流器を設けない場合には、均一な加湿が十分でなくなるだけでなく、エアに蒸気を噴霧することでエア流に乱れが生じるために、加湿されたエアが冷却器に均等に当たらない。この結果、冷却器全体の半分程度しか結露に寄与しないことが分かった。
【００１３】
請求項２は、請求項１において、加湿・整流器は、風洞の幅方向に、エア流れ方向と平行になるように一定間隔で配列された波板状の加湿材と、該加湿材に水を供給する水供給ヘッダと、を備えたことを特徴とする。このように、加湿材を波板状にすることで、加湿効率と整流効率を上げることができる。
【００１４】
請求項３は、請求項１又は２において、複数本のノズル管同士の間隔をＡとし、前記ノズルから前記加湿・整流器までの間隔をＢとしたときに、Ｂ／Ａを１．８〜２．４の範囲内に設定することを特徴とする。このように、Ｂ／Ａが１．８〜２．４の範囲内になるようにすることで、冷却器の直前において露点温度ムラがないように均一に加湿したエアを形成できる。
【００１５】
請求項４は、請求項１〜３の何れか１において、ノズル管からエアの流れに対向して蒸気を噴出することを特徴とする。これにより、蒸気が風洞の幅方向に拡散し易くなるので、エアの均一な加湿に寄与することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る有害ガス除去装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１７】
図１は、本発明の有害ガス除去装置を備えたクリーンルーム設備の概念図である。
【００１８】
図１に示すように、クリーンルーム設備１０は、主として、クリーンルーム建屋１２と、空調機能を組み込んだ有害ガス除去装置１４とで構成される。クリーンルーム建屋１２の内部は、天井チャンバ１６、半導体製造装置等が設けられる清浄室１８、床下チャンバ２０、リターン通路２２とで構成され、リターン通路２２は床下チャンバ２０のエアを天井チャンバ１６にリターンする。
【００１９】
清浄室１８の天井面には格子状の天井フレーム２４が設けられると共に、清浄室１８の床面にはグレーチング床２６が設けられる。そして、天井チャンバ１６に有害ガス除去装置１４に繋がる給気ダクト２８が接続され、外気ダクト３０から有害ガス除去装置１４に取り込まれたエア（外気）から有害ガスが除去されると共に、設定された温湿度に調整されて天井チャンバ１６に給気される。天井フレーム２４の複数のエア吹出口３２にはファン３４ＡとＨＥＰＡフィルタ３４Ｂを備えたファンフィルタユニット３４（以下「ＦＦＵ３４」という）が配設され、天井チャンバ１６のエアがＦＦＵ３４により清浄室１８内に吹き出される。清浄室１８内に吹き出されたエアは、清浄室１８内の塵埃や装置から発生する有害ガスを伴って床下チャンバ２０に排出される。床下チャンバ２０のエアの一部が排気ダクト３６を介して外気ダクト３０に戻されて外気に混合されると共に、残りのエアはリターン通路２２を通って天井チャンバ１６に循環される。これにより、クリーンルーム建屋１２に供給するエアから有害ガスを除去すると共に、清浄室１８内の装置から発生した有害ガスを除去する。
【００２０】
図２は、空調機能を組み込んだ有害ガス除去装置１４の全体構成の概略を示す側面図であり、図３は上面図である。尚、図３では配管類やセンサー類は省略してある。
【００２１】
これらの図に示すように、有害ガス除去装置１４は、風洞３８のエア取込口４０側からエア排出口４１に向けて順に、第１フィルタ４２、第１フィルタよりも目の細かな第２フィルタ４４、予熱器４６、蒸気加湿器４８、加湿・整流器５０、冷却器５２、送風ファン５４、再熱器５６とが設けられる。
【００２２】
予熱器４６は、風洞３８内に設けた例えば蛇管コイル又はパネルに温水を流すことにより構成され、風洞３８内に取り込まれたエアが蛇管コイル又はパネルと熱交換することにより加熱される。予熱器４６には温水供給配管５８と温水排出配管６０が接続されると共に、温水供給配管５８に温水流量調整バルブ６２が設けられ、温水排出配管６０に蒸気トラップ６４が設けられる。
【００２３】
蒸気加湿器４８は、風洞３８の幅方向に複数本のノズル管６６（図３は３本のノズル管で示してある）を一定間隔で立設して構成される。各ノズル管６６には蒸気を噴霧するノズル６６Ａがノズル管６６の長さ方向に一定間隔で複数（図１は３個のノズルで示してある）形成されると共に、ノズル６６Ａの向きがエア流の流れ方向に対向する向き、即ちエア取込口４０側に向いて形成される。蒸気加湿器４８には蒸気供給配管６８が接続されると共に、蒸気供給配管６８に蒸気流量調整バルブ７０が設けられる。
【００２４】
加湿・整流器５０は、図４に示すように、主として、風洞３８幅方向にエア流７２の流れ方向と平行になるように一定間隔を有して立設された波板状の加湿材７４と、該加湿材７４の表面に水を流下させる水供給ヘッダ７６と、加湿材７４の下端から落下する水滴を受けて風洞３８の外に排出するトレー部材７８とで構成され、加湿材７４は図示しない枠体に支持される。加湿材７４としては、加湿材７４全体が均一に濡れるように浸透性の高く、エア流による水滴の飛散がないことが好ましい。そして、表面全体が水で濡れた加湿材７４同士の間にエアを通過させてエアの熱で加湿材７４の水分を気化させることによりエアを均一に加湿する。また、加湿材７４同士の間をエアが通過することで蒸気加湿器４８の噴霧で乱れたエアの流れを整流する。加湿・整流器５０の水供給ヘッダ７６に水供給配管８０が接続されると共に、水供給配管８０に水供給をＯＮ−ＯＦＦする開閉バルブ８２が設けられる。加湿材７４に供給する水量は加湿材７４の表面全体が常に濡れていることが可能な水量で固定して水量制御は行わないが、後記するように外気露点温度により開閉バルブ８２のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。
【００２５】
冷却器５２は、風洞３８内に設けた例えば蛇管コイル又はパネルに冷水を流すことにより構成され、風洞３８内に取り込まれたエアが蛇管コイル又はパネルと熱交換することにより冷却される。これにより、加湿されたエアが冷却器５２の表面に接触して露点以下に冷却され、結露する。冷却器５２には冷水供給配管８４と冷水排出配管８６が接続されると共に、冷水供給配管８４に冷水流量調整バルブ８８が設けられる。
【００２６】
送風ファン５４は、風洞３８内に複数、例えば上下方向に２基設けられ、風洞３８内のエア流が偏在しないように構成される。
【００２７】
再熱器５６は、風洞３８幅方向の断面全体に渡って設けられ、例えば蛇管コイル又はパネルに温水を流すことにより構成され、風洞３８内に取り込まれたエアが蛇管コイル又はパネルと熱交換することにより再び加熱される。再熱器５６には温水供給配管９０と温水排出配管９２が接続されると共に、温水供給配管９０に温水流量調整バルブ９４が設けられ、温水排出配管９２に蒸気トラップ９６が設けられる。
【００２８】
また、外気ダクト３０には外気エアの露点温度を検出する外気露点温度センサ９８が設けられ、外気露点温度が測定される。そして、測定された外気露点温度は外気露点温度調整器１００に入力され、外気露点温度調整器１００は外気露点温度が例えば１１°ＣＤＰを基準として加湿・整流器５０の開閉バルブ８２をＯＮ−ＯＦＦ制御する。ここで露点温度１１°ＣＤＰとは、クリーンルーム建屋１２の清浄室１８に供給する給気エアの設定温度を２３°Ｃ、設定湿度を４５％としたときの露点温度である。これにより、風洞３８を流れるエアの温度・湿度が、クリーンルーム建屋１２の清浄室１８に供給する設定温度・設定湿度以上であるときには、開閉バルブ８２をＯＦＦにして、冷却器５２により通過エアを冷却除湿することにより、設定温度・設定湿度にする。逆に、風洞３８を流れるエアの温度・湿度が、設定温度・設定湿度以下のときは冷却器５２により通過エアを冷却除湿すると設定温度・設定湿度を更に下回ってしまうので、開閉バルブ８２をＯＮにして加湿・整流器５０で一旦、設定湿度以上に過加湿してから冷却器５２で冷却除湿し、設定温度・設定湿度にする。
【００２９】
また、蒸気加湿器４８の下流側近傍で風洞３８の上下方向の下部位置に予熱器用の温度センサ１０２が設けられ、温度センサ１０２で予熱器４６の出口温度が検出される。そして、検出された温度は温度調整器１０４に入力され、温度調整器１０４は予熱器４６の出口温度が設定温度、例えば２０°ＣＤＢ（乾球温度）になるように温水流量調整バルブ６２を制御する。この場合、温度センサ１０２を蒸気加湿器４８の下流側近傍で風洞３８の下部位置に設けることで、温度センサ１０２が蒸気加湿器４８から噴霧された蒸気の影響を受けにくくなるので、予熱器４６の出口温度を正確に検出することができる。この温度センサ１０２に、蒸気加湿器４８から噴霧された蒸気が直接当たらないようにカバー（図示せず）を被せると一層好ましい。
【００３０】
また、給気ダクト２８には、クリーンルーム建屋１２に供給する給気エアの温湿度をモニターする給気温度センサ１０６と給気露点温度センサ１０８とが設けられる。検出された温度は給気温度調整器１１０に入力され、給気温度調整器１１０は給気エアの温度が設定温度、例えば２３°ＣＤＢになるように再熱器５６の温水流量調整バルブ９４を制御する。また、給気露点温度センサ１０８で検出された給気エアの露点温度は給気露点温度調整器１１２に入力され、給気露点温度調整器１１２は給気エアの露点温度が設定露点温度、例えば１０．５°ＣＤＰになるように蒸気加湿器４８の蒸気量を調節する蒸気流量調整バルブ７０と、冷却器５２の冷却温度を調節する冷水流量調整バルブ８８を制御する。これにより、設定温度と設定湿度に空調された給気エアがクリーンルーム建屋１２に供給される。
【００３１】
次に、上記の如く構成された有害ガス除去装置１４の作用について、冬季の外気エア温度が低い例で説明する。
【００３２】
外気ダクト３０から有害ガス除去装置１４の風洞３８内に取り込まれた冷たいエア（例えば露点温度が５°Ｃの外気）は、第１フィルタ４２により粗い塵埃が除去され、次に第２フィルタ４４で微細な塵埃が除去される。塵埃が除去されたエアは、予熱器４６で設定温度（例えば２０°ＣＤＢ）まで昇温される。これにより、加湿される前のエア温度を昇温し、加湿されるエアの飽和水分量を高めることができる。この場合、蒸気加湿器４８の下流側近傍で風洞３８の下部位置に予熱器用の温度センサ１０２を設けたので、蒸気加湿器４８からの蒸気温度を温度センサ１０２が拾い、予熱器４６の温度を調節する温度調整器１０４を誤作動させることがなくなる。従って、誤作動により予熱器４６への温水量を絞ってしまうことがないので、飽和水分量の小さな低温エアが冷却器５２に達してしまうことによる有害ガス除去効率の低下を防止できる。更には、冬季の冷たいエアが冷却器５２に直接当たって冷却器５２を凍結させてしまうのを防止できる。
【００３３】
設定温度まで昇温されたエアは、蒸気加湿器４８のノズル管６６から噴出された蒸気により加湿される。この場合、図５に示すように、ノズル管６６からエア流７２の流れに対向する方向に蒸気を噴霧することにより、噴霧した蒸気を風洞３８の幅方向に拡散させることでができるので、少ないノズル管６６の本数で加湿効率を高めることができると共に、エアへの均一な加湿に寄与することができる。
【００３４】
蒸気加湿器４８で加湿されたエアは、次に加湿・整流器５０において加湿と整流が行われる。即ち、水で濡れた加湿材７４同士の間にエアを通過させることにより、該加湿材７４の水を気化させてエアを加湿する。このように蒸気加湿器４８での加湿を行ってから気化式の加湿を行うことで、蒸気加湿器４８での加湿蒸気量を削減でき、しかも冷却器５２直前における風洞３８横断面での露点温度ムラがないように均一に加湿されたエアを形成することができる。この場合、前記した風洞３８横断面でのエアの露点温度を所定温度（例えば１２．５°ＣＤＰ）を中心に分布幅をできるだけ小さくすることが好ましい。また、加湿材７４同士の間にエアを通過させることにより、蒸気加湿器４８で蒸気を噴霧した際に起きる風洞３８内でのエア流の乱れを整流することにより、均一に加湿されたエアを冷却器５２全体に均等に当てることができる。この均一な加湿と整流の作用を効果的に発揮させるには、図３及び図５に示すように、風洞３８の幅方向における複数本のノズル管６６同士の間隔をＡとし、ノズル管６６から加湿・整流器５０までの間隔をＢとしたときに、Ｂ／Ａを１．８〜２．４の範囲内に設定することが好ましい。これにより、冷却器５２の直前における風洞３８横断面での露点温度ムラがないように均一に加湿されると共に、整流されることによりエアを冷却器５２全体に均等に当てることができる。
【００３５】
図６は、均一に加湿されたエアが冷却器５２に均等に当たっているかを、冷却コイルを使用した冷却器５２の濡れ面積とＢ／Ａとの関係で調べることにより、前記した風洞３８横断面での露点温度ムラがＢ／Ａによってどのように変わるかを調べたものである。図６から分かるように、Ｂ／Ａが１．８〜２．４の範囲において冷却器５２の濡れ面積％は略１００％となる。これにより、均一に加湿されたエアが冷却器５２全体で有効に冷却されて効率的に結露水が発生するので、エア中の有害ガス除去効率を向上させることができる。ちなみに、本発明の場合には有害ガス除去率を９０％以上にすることが可能である。これに対し、Ｂ／Ａが１．８未満又は２．４を超えた場合には、冷却器５２の濡れ面積％が急激に低下する。これにより、エアの結露に冷却器５２全体が有効に活用されておらず、エア中の有害ガス除去効率が低下する。従って、図３に示す風洞３８の幅寸法Ｃを大きくした場合には、ノズル管６６の設置本数を増やすことにより、ノズル管６６同士の間隔をＡに維持することが必要である。
【００３６】
冷却器５２で有害ガスが除去されたエアは、再熱器５６によるエアの温度調整、及び蒸気加湿器４８と冷却器５２とによる湿度調整により、設定温度（例えば２３°ＣＤＢ）、設定露点温度（例えば１０．５°ＣＤＰ）になるように空調され、給気ダクト２８を介してクリーンルーム建屋１２に供給される。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有害ガス除去装置によれば、高い有害ガス除去率を得ることができ、しかも産業廃棄物の問題もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有害ガス除去装置を備えたクリーンルーム設備の概念図
【図２】空調機能を組み込んだ本発明の有害ガス除去装置の側面図
【図３】空調機能を組み込んだ本発明の有害ガス除去装置の上面図
【図４】加湿・整流器の構造を説明する概略斜視図
【図５】蒸気加湿器の蒸気噴出方向及び風洞の幅方向における複数本のノズル管の間隔をＡとし、ノズル管から加湿・整流器までの間隔をＢとしたときに、Ｂ／Ａの関係を説明する説明図
【図６】Ｂ／Ａと冷却器の濡れ面積との関係を説明する説明図
【符号の説明】
１０…クリーンルーム設備、１２…クリーンルーム建屋、１４…有害ガス除去装置、１６…天井チャンバ、１８…清浄室、２０…床下チャンバ、２２…リターン通路、２４…天井フレーム、２６…グレーチング床、２８…給気ダクト、３０…外気ダクト、３４…ファンフィルタユニット、３６…排気ダクト、３８…風洞、４０…エア取込口、４２…第１フィルタ、４４…第２フィルタ、４６…予熱器、４８…蒸気加湿器、５０、加湿・整流器、５２…冷却器、５４…送風ファン、５６…再熱器、５８…温水供給配管、６０…温水排出配管、６２…温水流量調整バルブ、６４…蒸気トラップ、６６…ノズル管、６６Ａ…ノズル、６８…蒸気供給配管、７０…蒸気流量調整バルブ、７２…エア流、７４…加湿材、７６…水供給ヘッダ、７８…トレー部材、８０…水供給配管、８２…開閉バルブ、８４…冷水供給配管、８６…冷水排出配管、８８…冷水流量調整バルブ、９０…温水供給配管、９２…温水排出配管、９４…温水流量調整バルブ、９６…蒸気トラップ、９８…外気露点温度センサ、１００…外気露点温度調整器、１０２…温度センサ、１０４…温度調整器、１０６…給気温度センサ、１０８…給気露点温度センサ、１１０…給気温度調整器、１１２…給気露点温度調整器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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