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JP4383459B2 - 汚染ガス除去空気調和装置 - Google Patents

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JP4383459B2 JP2007031515A JP2007031515A JP4383459B2 JP 4383459 B2 JP4383459 B2 JP 4383459B2 JP 2007031515 A JP2007031515 A JP 2007031515A JP 2007031515 A JP2007031515 A JP 2007031515A JP 4383459 B2 JP4383459 B2 JP 4383459B2
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本発明は、空気調和機に関し、高集積度半導体の生産ラインを設置するスーパークリーンルームにおける排気および循環空気の汚染ガスを除去する汚染ガス除去空気調和装置に関する。
この種の空気調和機としては、例えば図7に示すものがある。図7において、外気OAは外気処理空気調和機1、顕熱冷却ユニット2を通り、給気流路3に流入し、天井面に設けたファン・フィルタユニット4を通ってクリーンルーム5に垂直層流で流入し、孔あき床6を通って還気流路7に流入し顕熱冷却ユニット2に循環する。還気流路7に流入する空気の一部は排気ブロア8により吸引されて、排気処理装置(スクラバー)9を通って系外へ流れ出る。
外気処理空気調和機1は、送風機10によって外気OAを吸い込んで顕熱冷却ユニット2に送気するものであり、プレフィルタ11による粗塵除去と、中性能フィルタ12による細塵除去と、予冷・予熱コイル13による冷却もしくは加熱と、エアワッシャ14による水溶性汚染ガス除去および加湿と、冷却コイル15による冷却と、再熱コイル16による加熱と、活性炭フィルタや吸着剤含浸マット等のケミカルフィルタ17による非水溶性汚染ガス除去と、超高性能エアフィルタ(HEPAフィルタ)18による微細塵除去とを行なうことにより、外気を適温、適湿の清浄空気として顕熱冷却ユニット2に供給する。
顕熱冷却ユニット2は、ファン・フィルタユニット4の送風機によって還気空気を吸い込んで空気を冷却するものである。ファン・フィルタユニット4は、クリーンルーム5の空気を循環させるとともに、クリーンルーム内で発生した塵埃や汚染ガスの除去を行なう。
上記した構成において、排気処理装置(スクラバー)9は、充填物23における圧力損失が大きく、排気ブロア8による排気搬送動力が大きくなり、装置自体が高価である。ファン・フィルタユニット4に汚染ガス除去のためのケミカルフィルタを組み込んだ場合、ケミカルフィルタは、汚染ガスの除去性能が経時変化(劣化)し、その性能劣化の度合いを把握することが難しいので、劣化する以前に半年から1年毎に定期的に交換する必要ある。クリーンルーム5の内部においての交換作業は煩わしく、取り外したフィルタは有害成分を含むので廃棄処理を必要とする。
本発明は上記した課題を解決するものであり、排気の搬送動力が小さく、消費エネルギーが少なく、ケミカルフィルタの延命や削減を図ることができる汚染ガス除去空気調和装置を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明の汚染ガス除去空気調和装置は、天井面にフィルタユニットを有し床面に孔あき床を有したクリーンルームの側部から天井上部に設けた給気流路と前記クリーンルームの床下に設けた還気流路との間で形成される循環路に配置される汚染ガス除去空気調和装置であって、還気流路に連通する空気入口を側部に有し給気流路に連通する空気出口を天井部に有して空気入口から空気出口に向かって空気流が生じる水噴霧室を形成する本体ケーシングと、空気入口から還気空気を吸い込んで空気を循環する送風機と、空気入口側に配置する最上流ワッシャメディアと、最上流ワッシャメディアより下流側の水噴霧室内に位置し、空気流とは逆方向に向けて最上流ワッシャメディアに達する噴霧水を発生させる噴霧ノズルと、空気出口側に位置し、噴霧ノズルの上方に配置する最下流ワッシャメディアと、最下流ワッシャメディアに向けて噴霧水を発生させる補給水ノズルを設けて補給水を供給する補給水供給系と、水噴霧室から流下する噴霧水を受け止める貯水槽と、貯水槽内の循環水を噴霧ノズルに循環供給する循環水供給系と、最上流ワッシャメディアの上流側に配置する冷却コイルと、最下流ワッシャメディアの下流側に配置する加熱コイルと、循環水供給系の循環水を冷却する熱交換器とを備え、冷却コイルによる顕熱の除去と熱交換器によって冷却した循環水の噴霧とによって入口空気と同じ絶対湿度を維持しながら飽和湿度となった空気を、加熱コイルで加熱して適値の相対湿度に低下させて送気することを特徴とする。
また、本発明の空気調和システムは、上記の汚染ガス除去空気調和装置と、クリーンルームの室外に配置される外気処理空気調和機とを備え、前記クリーンルームの床下の還気流路に外気処理空気調和機により処理された外気空気の取入口が設けられ、汚染ガス除去空気調和装置がクリーンルームの還気空気と外気空気とを合わせて取り入れて清浄化した空気をクリーンルームに給気することを特徴とする。
上記した構成により、汚染ガスを含む空気は、空気入口から本体ケーシングに流入し、冷却コイルによって顕熱を奪われて後に、最上流ワッシャメディアを通して水噴霧室に流入する。
この空気流に対し、その流れに対向するように噴霧ノズルから純水を噴霧する。噴霧水は空気中の塵埃や汚染ガスに衝突し、衝突した空気中の塵埃や汚染ガスが噴霧水とともに最上流ワッシャメディアに達し、最上流ワッシャメディアが汚染ガス、塵埃を伴った噴霧水を捕捉する。最上流ワッシャメディアでは、噴霧水が汚染ガスを取り込んで貯水槽へ流下する。
最上流ワッシャメディアに衝突しなかった噴霧水は、一部が水噴霧室の天井面、壁面または貯水面に衝突するが、それ以外は空気流に乗って移動し、空気中の塵埃や汚染ガスを取り込んで最下流ワッシャメディアに達し、最下流ワッシャメディアが塵埃や汚染ガスを伴った噴霧水を捕捉する。
最下流ワッシャメディアでは、噴霧水が最下流ワッシャメディアに付着した塵埃を洗い流して流下するとともに、汚染ガスを取り込んで貯水槽へ流下する。このエアワッシャの排水は、その不純物質含有量が水道水質基準以下のクリーン度であり、放流が可能である。
最下流ワッシャメディアを通過した飽和湿度の空気は、浄化して十分に加湿した清浄な空気として加熱コイルに導入し、加熱コイルによる加熱によって相対湿度を低下させる。
上記した構成を、半導体を生産するクリーンルームにおける循環空気の処理に使用する場合には、冷却した循環水を噴霧することにより、循環空気を加湿することなく、入口空気と同じ絶対湿度を維持しながら循環空気の顕熱を冷却し、汚染ガスを除去できる。
冷却コイルと加熱コイルとの間で熱媒体を循環することで、浄化後の空気の加熱は、汚染ガスを含む空気が当初に有していた顕熱を利用して行なうことができ、空気の冷却・加熱にポンプ動力以外のエネルギーを消費しない。この加熱により、エアワッシャ後の100%飽和湿度の空気は、その湿度が相対湿度70%程度になり、ケミカルフィルタの除去性能を低下させることがない。ケミカルフィルターにおける負荷が少ないので、ケミカルフィルターの延命を図ることができる。
以上述べたように、本発明によれば、冷却コイルと加熱コイルとの間で熱媒体を循環することで、エネルギーを消費せずに、浄化後の空気を、空気が当初に有していた顕熱を利用して行なうことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、半導体工場のスーパークリーンルーム用の空調システムの構成を示すものであり、外気OAは外気処理空気調和機51、顕熱冷却ユニット52を通り、給気流路53に流入し、天井面に設けたフィルタユニット54を通ってクリーンルーム55に垂直層流で流入し、孔あき床56を通って還気流路57に流入し顕熱冷却ユニット52に循環する。還気流路57に流入する空気の一部は排気処理装置58を通って系外へ流れ出る。
図2に示すように、外気処理空気調和機51は、送風機60によって外気OAを吸い込んで顕熱冷却ユニット52に送気するものであり、粗塵除去を行なうプレフィルタ61と、細塵除去を行なう中性能フィルタ62と、冷却もしくは加熱を行なう予冷・予熱コイル63と、水溶性汚染ガス除去および加湿を行なうエアワッシャ64と、冷却を行なう冷却コイル65と、加熱を行なう再熱コイル66と、活性炭フィルタや吸着剤含浸マット等からなり非水溶性汚染ガス除去を行なうケミカルフィルタ67と、微細塵除去を行なう超高性能エアフィルタ(HEPAフィルタ)68からなり、外気を適温、適湿の清浄空気として顕熱冷却ユニット52に供給する。
図3に示すように、顕熱冷却ユニット52は、還気空気RAを吸い込んで空気を循環する送風機69と、顕熱冷却を行なう冷却コイル70と、汚染ガス除去を行なうエアワッシャ71と、加熱を行なう加熱コイル72とを備え、冷却コイル70と加熱コイル72との間に熱媒体としての冷・温水を循環させる循環配管73および循環ポンプ74を設けている。
エアワッシャ71は、本体ケーシング75の内部に形成した水噴霧室76の空気入口76aに最上流ワッシャメディア77を配置し、水噴霧室76の最下流位置に最下流ワッシャメディア78を配置している。各ワッシャメディア77、78は、ポリ塩化ビニルデン系繊維やステンレスの線材等からなり、たとえば25mm〜50mm程度の厚みを有するマット状のものである。
水噴霧室76の内部には、後述する循環水供給系に連通する複数の第1段ノズル79を最上流ワッシャメディア77より下流側に配置するとともに、後述する補給水供給系に連通する複数の第2段ノズル80を第1段ノズル79とほぼ同じ位置に配置している。第1段ノズル79は、空気流とは逆方向に向けて最上流ワッシャメディア77に達する噴霧水を噴霧するものであり、第2段ノズル80は、空気流と順方向に向けて最下流ワッシャメディア78に噴霧水を噴霧するものである。
水噴霧室76の下部には、流下する噴霧水を受け止める貯水槽81が設けてあり、貯水槽81に滞留する循環水を第1段ノズル79に循環供給する循環水供給系82が水噴霧室76の下部に連通して設けてある。
循環水供給系82は、貯水槽81の下部に開口する吸込管83と、吸込管83に接続した循環ポンプ84と、循環ポンプ84の吐出口に接続して水噴霧室76に配置した吐出管85と、吐出管85から分岐して水噴霧室76に垂直方向に配設した複数の分岐管86と、各分岐管86に設けた複数の第1段ノズル79と、循環水を冷却する熱交換器87とからなる。
第2段ノズル80に補給水として純水を供給する補給水供給系88は、清浄水供給装置(図示せず)もしくは純水供給装置(図示せず)に接続して水噴霧室76の上方に配置した給水管89を有し、給水管89に複数の第2段ノズル80を設けている。
貯水槽81には、オーバーフロー管(図示省略)と、予備の補給水として清浄水を供給する予備補給水供給管(図示省略)が連通している。
この構成により、還気空気RAおよび外気OAは、顕熱冷却ユニット52の本体ケーシング75に流入し、冷却コイル70によって顕熱を奪われて後に、最上流ワッシャメディア77を通して水噴霧室76に流入する。
この空気流に対し、その流れに対向するように第1段ノズル79から純水を噴霧する。噴霧水は空気中の塵埃や汚染ガスに衝突し、衝突した空気中の塵埃や汚染ガスが噴霧水とともに最上流ワッシャメディア77に達し、最上流ワッシャメディア77が汚染ガス、塵埃を伴った噴霧水を捕捉する。最上流ワッシャメディア77では、噴霧水が汚染ガスを取り込んで貯水槽81へ流下する。最上流ワッシャメディア77に衝突しなかった噴霧水は、空気流に乗って移動し、空気中の塵埃や汚染ガスを取り込んで最下流ワッシャメディア78に達し、最下流ワッシャメディア78が塵埃や汚染ガスを伴った噴霧水を捕捉する。
この循環水供給系82の循環水は、熱交換器87において冷却しており、冷却した循環水を噴霧することにより、循環空気を加湿することなく、入口空気と同じ絶対湿度を維持しながら循環空気の顕熱を冷却し、汚染ガスを除去できる。
第2段ノズル80から噴霧する噴霧水は、空気中の塵埃や汚染ガスに衝突し、衝突した空気中の塵埃や汚染ガスが噴霧水とともに最下流ワッシャメディア78に達し、最下流ワッシャメディア78が汚染ガス、塵埃を伴った噴霧水を捕捉する。最下流ワッシャメディア78では、噴霧水が最下流ワッシャメディア78に付着した塵埃を洗い流して流下するとともに、汚染ガスを取り込んで貯水槽81へ流下する。最下流ワッシャメディア78を通過した飽和湿度の空気は、浄化した清浄な空気として加熱コイル72に導入して適値の相対湿度に低下させて後に送気する。
このとき、冷却コイル70と加熱コイル72との間で熱媒体を循環することで、浄化後の空気の加熱は、流入した空気が当初に有していた顕熱を利用して行なうことができ、空気の冷却・加熱にポンプ動力以外のエネルギーを消費しない。
図5は、上述した過程における空気の状態変化を示すもので、図5の(1)、(2)、(3)、(4)の各点は、図3に示す(1)、(2)、(3)、(4)の各点のそれぞれに対応する。
図4に示すように、排気処理装置58は、送風機91によって汚染ガスを含む排気EAを排出するものであり、冷却を行なう冷却コイル92と、水溶性汚染ガス除去および加湿を行なうエアワッシャ93と、水滴を除去するエリミネータ94と、加熱を行なう加熱コイル95と、活性炭フィルタや吸着剤含浸マット等からなるケミカルフィルタ96とを備え、循環空気を清浄空気として排出する。冷却コイル92と加熱コイル95との間に熱媒体としての冷・温水を循環させる循環配管90および循環ポンプ90aを設けている。
エアワッシャ93は、本体ケーシング97の内部に形成した水噴霧室98の空気入口98aに最上流ワッシャメディア99を配置し、水噴霧室98の空気出口98bに最下流ワッシャメディア100を配置している。各ワッシャメディア99、100は、ポリ塩化ビニルデン系繊維やステンレスの線材等からなり、たとえば25mm〜50mm程度の厚みを有するマット状のものである。
水噴霧室98の内部には、後述する循環水供給系に連通する複数の第1段ノズル101を最上流ワッシャメディア99より下流側に位置して配置するとともに、後述する補給水供給系に連通する複数の第2段ノズル102を第1段ノズル101とほぼ同じ位置に配置している。第1段ノズル101は、空気流とは逆方向に向けて最上流ワッシャメディア99に達する噴霧水を噴霧するものであり、第2段ノズル102は、空気流と順方向に向けて最下流ワッシャメディア100に噴霧水を噴霧するものである。
水噴霧室98の下部には、流下する噴霧水を受け止める貯水槽103が設けてあり、貯水槽103に滞留する循環水を第1段ノズル101に循環供給する循環水供給系104が水噴霧室98の下部に連通して設けてある。
循環水供給系104は、貯水槽98の下部に開口する吸込管105と、吸込管105に接続した循環ポンプ106と、循環ポンプ106の吐出口に接続して水噴霧室98に配置した吐出管107と、吐出管107から分岐して水噴霧室98に垂直方向に配設した複数の分岐管108とからなり、各分岐管108に複数の第1段ノズル101を設けている。
第2段ノズル102に補給水として純水を供給する補給水供給系109は、清浄水供給装置(図示せず)もしくは純水供給装置(図示せず)に接続して水噴霧室98の上方に配置した給水管110を有し、給水管110に複数の第2段ノズル102を設けている。貯水槽103には、オーバーフロー管(図示省略)と、予備の補給水として清浄水を供給する予備補給水供給管(図示省略)が連通している。
上記した構成における作用を説明する。排気EAは、排気処理装置58の本体ケーシング97に流入し、冷却コイル92によって顕熱を奪われて後に、空気入口98aから最上流ワッシャメディア99を通して水噴霧室98に流入する。
この空気流に対し、その流れに対向するように貯水槽103からの循環水を第1段ノズル101から噴霧する。噴霧水は空気中の塵埃や汚染ガスに衝突し、衝突した空気中の塵埃や汚染ガスが噴霧水とともに最上流ワッシャメディア99に達し、最上流ワッシャメディア99が塵埃や汚染ガスを伴った噴霧水を捕捉する。最上流ワッシャメディア99では、噴霧水が最上流ワッシャメディア99に付着した塵埃を洗い流して流下するとともに、汚染ガスを取り込んで貯水槽103へ流入する。最上流ワッシャメディア99に衝突しなかった噴霧水は、空気流に乗って移動し、空気中の塵埃や汚染ガスを取り込んで最下流ワッシャメディア100に達し、最下流ワッシャメディア100が塵埃や汚染ガスを伴った噴霧水を捕捉する。
そして、水噴霧室98の空気流に対して、清浄水もしくは純水を第2段ノズル102から噴霧すると、清浄水もしくは純水の噴霧水が空気中に残存する塵埃や汚染ガスとともに最下流ワッシャメディア100に達し、最下流ワッシャメディア100が塵埃や汚染ガスを伴った噴霧水を捕捉する。
最下流ワッシャメディア100では、噴霧水が最下流ワッシャメディア100に付着した塵埃を洗い流して流下するとともに、汚染ガスを取り込んで貯水槽103へ流入する。噴霧水は流下する過程において蒸発して空気を加湿する。貯水槽103へ流入した清浄水もしくは純水は、補給水として循環水に合流し、循環水供給系104を通って第1段ノズル101から循環水として噴霧する。
最下流ワッシャメディア100を通過した100%飽和湿度の空気は、浄化して十分に加湿した清浄な空気として加熱コイル95に流入し、加熱によってケミカルフィルター96のガス除去性能を低下させない適値の相対湿度(70%程度)に低下させて後に、ケミカルフィルター96に導き、ケミカルフィルター96で非水溶性の汚染ガスを除去した後に、送風機91を通って排気する。
このとき、冷却コイル92と加熱コイル95との間で熱媒体を循環することで、浄化後の空気の加熱は、流入した空気が当初に有していた顕熱を利用して行なうことができ、空気の冷却・加熱にポンプ動力以外のエネルギーを消費しない。
図6は、上述した過程における空気の状態変化を示すもので、図6の(1)、(2)、(3)、(4)の各点は、図4に示す(1)、(2)、(3)、(4)の各点のそれぞれに対応する。
循環水供給系に設けた熱交換器で循環水を冷却することにより、循環空気を加湿することなく、入口空気と同じ絶対湿度を維持しながら循環空気の顕熱を冷却し、汚染ガスを除去できるので、ケミカルフィルタの延命や削除が可能となる。
本発明の実施の形態を示す空気調和装置の平面図である。 同外気処理空気調和機の縦断面図である。 同顕熱冷却ユニットの作用を示す模式図である。 同排気処理装置の作用を示す模式図である。 同顕熱冷却ユニットにおける空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 同排気処理装置における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 従来の空気調和装置の平面図である。
符号の説明
OA 外気
RA 還気空気
EA 排気
51 外気処理空気調和機
52 顕熱冷却ユニット
55 クリーンルーム
58 排気処理装置
70 冷却コイル
71 エアワッシャ
72 加熱コイル
76 水噴霧室
76a 空気入口
76b 空気出口
77 最上流ワッシャメディア
78 最下流ワッシャメディア
79 第1段ノズル
81 貯水槽
82 循環水供給系
87 熱交換器
92 冷却コイル
93 エアワッシャ
95 加熱コイル
96 ケミカルフィルタ
98 水噴霧室
98a 空気入口
98b 空気出口
99 最上流ワッシャメディア
100 最下流ワッシャメディア
101 第1段ノズル
103 貯水槽
104 循環水供給系

Claims (2)

  1. 天井面にフィルタユニットを有し床面に孔あき床を有したクリーンルームの側部から天井上部に設けた給気流路と前記クリーンルームの床下に設けた還気流路との間で形成される循環路に配置される汚染ガス除去空気調和装置であって、
    還気流路に連通する空気入口を側部に有し給気流路に連通する空気出口を天井部に有して空気入口から空気出口に向かって空気流が生じる水噴霧室を形成する本体ケーシングと、空気入口から還気空気を吸い込んで空気を循環する送風機と、空気入口側に配置する最上流ワッシャメディアと、最上流ワッシャメディアより下流側の水噴霧室内に位置し、空気流とは逆方向に向けて最上流ワッシャメディアに達する噴霧水を発生させる噴霧ノズルと、空気出口側に位置し、噴霧ノズルの上方に配置する最下流ワッシャメディアと、最下流ワッシャメディアに向けて噴霧水を発生させる補給水ノズルを設けて補給水を供給する補給水供給系と、水噴霧室から流下する噴霧水を受け止める貯水槽と、貯水槽内の循環水を噴霧ノズルに循環供給する循環水供給系と、最上流ワッシャメディアの上流側に配置する冷却コイルと、最下流ワッシャメディアの下流側に配置する加熱コイルと、循環水供給系の循環水を冷却する熱交換器とを備え、冷却コイルによる顕熱の除去と熱交換器によって冷却した循環水の噴霧とによって入口空気と同じ絶対湿度を維持しながら飽和湿度となった空気を、加熱コイルで加熱して適値の相対湿度に低下させて送気することを特徴とする汚染ガス除去空気調和装置。
  2. 請求項1に記載の汚染ガス除去空気調和装置と、クリーンルームの室外に配置される外気処理空気調和機とを備え、前記クリーンルームの床下の還気流路に外気処理空気調和機により処理された外気空気の取入口が設けられ、汚染ガス除去空気調和装置がクリーンルームの還気空気と外気空気とを合わせて取り入れて清浄化した空気をクリーンルームに給気することを特徴とする空気調和システム。
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