JPH0410896Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案はLSIや超LSI等のように極めて高い
精度が要求される電子回路部品の製造工場、遺伝
子組替技術等に代表されるバイオテクノロジーの
技術分野の実用工場や実験室、医学、生物学、食
品工業等の分野で求められるウイルスを含む無菌
環境やその他超清浄の無塵環境を得るための熱拡
散を利用した空気の超清浄装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の空気清浄方法は機械的集じんと電気集じ
んに大別されるが、機械的集じん方法で捕集し得
る粒子径は、室内用のバツクフイルター式のもの
でも0.1〜0.3μ程度といわれており、電気的集じ
ん方法でも実験的に0.01μが限度であり、実用的
にはもつと粒子径が大きいものしか捕集できな
い。

〈考案が解決しようとする問題点〉 上記のような従来技術に対し、例えば極（超）
LSIとよばれる１〜４メガビツトのIC集積度の
LSIの製造環境では0.1〜0.05μの固体粒子が制御
対象であり、機械的集じん方法では対応できない
ことが明らかである。一方電気集じんでも実用的
には必ずしも十分でなく、さらにその採用には多
大な設備費がかかるという問題がある。

このため現在で最も集積度の高いLSIの不良品
率は半数近くに及ぶ場合もあり経済性が極めて良
くないという問題があつた。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は上記のような問題点を解決するため
に、主として熱拡散と断熱膨張の原理を利用し、
緩速流通する被清浄空気中に温度勾配を設けてこ
高温部の空気中の微粒子を低温部へ導いて捕集
し、また常温空気を加熱後圧縮して空気中の微粒
子を拡大成長させて捕集せしめんとするものであ
る。

本考案の装置は、前端に被清浄空気を導入する
空気導入口２を接続し、後端に空気排出口３を接
続した筒状のケーシング１を備え、上記空気導入
口２内には空気中の一定径以上の固体微粒子を捕
集する予備処理用のフイルター７を設け、前記ケ
ーシング１内の前後には多数のパイプ挿通孔を穿
設したパイプ支持板５，６をケーシング１内を遮
閉して前後に仕切るように対向させて設けるとと
もに、該パイプ支持板５，６の各パイプ挿通孔に
はケーシング１の軸線と同方向に相互に平行をな
すように通直で薄肉の捕集管８が支持板５の前方
と支持板６の後方に開口するように接続され、前
記ケーシング１には支持板５，６の間において上
記捕集管８を外周から冷却する冷媒を供給排出す
る冷媒導入口９及び冷媒排出口１０を各設けるこ
とにより、捕集管８内を緩速流通する空気の周壁
側の温度を低く中心側の温度を高くするような温
度差を形成させて空気中の微粒子を周壁面に付着
させる機構とし、前記空気排出口３内には捕集管
８より放出された空気を再加熱する加熱部１７を
設け、さらに空気排出口３の後方には加熱部１７
によつて加熱された空気を通過させる予備処理筒
１２と、該予備処理筒１２を仕切るように固定さ
れ且つ空気流通用の多数の小孔１９を穿設したし
ぼり板２０と、該しぼり板２０の後方にあつて空
気の温度低下を生じさせる空間からなる凝結室２
１と、該凝結室２１の後方にあつて耐熱性濾過用
捕集材２２を充填し空気中の粒子を拡大成長させ
る成長室２３とを各設け、上記成長室２３の後方
には、成長室２３で拡大成長した粒子を濾過捕集
するフイルター１６を設けたことを特徴としてい
る。

〈作用〉 本考案の装置においては、予備軸処理用のフイ
ルター７で予め一定範囲の空気中の微粒子を捕集
し、そこで残存ている空気中の微粒子はケーシン
グ１内の捕集管８を緩速流通する過程で、捕集管
内周面の温度勾配面の近傍（低温部）では空気中
の微粒子が熱拡散の作用により管内周面に向かつ
て吸引付着され、後端で排出される空気は浄化さ
れている。

しかし、温度勾配の大きさや温度等の関係でこ
こでも微粒子が残存する場合が十分に予想される
が、これらは次の加熱部１７で加熱され、粒子成
長装置１４内で断熱膨張や捕集材によるろ過作用
等で一部捕集されるとともに、ここで粒子は相互
に結合成長して、最終的にはさらに後方の高性能
のフイルター１６により捕集される。

〈実施例〉 以下本考案の実施例につき詳述すると、第１図
は本考案の装置の１例を示し、この例では、円筒
状又は角筒状の一次清浄を行う装置のケーシング
１の前端にはホツパー状の空気導入口２を設け、
後端には空気排出口３が付設され、空気導入口２
には送風器４が設けられてケーシング１内に被清
浄空気を緩速で送り込む構造となつている。また
空気導入口２内の送風機４の後方には空気中の
0.1μm程度の微粒子まで捕集し得る高精度の予備
処理フイルター７が設けられ、0.1μm以下の粒子
を含んだ空気のみが、前記ケーシング１内に送り
込まれる。

ケーシング１内の前後端はパイプ支持板５，６
がケーシング１に対して直交方向に遮閉されるよ
うに設けられ且つ後述する被清浄空気と冷媒の流
路を区画するように設けられ、このパイプ支持板
５，６には多数のパイプ挿通孔７が穿設されると
ともに、該パイプ挿通孔７にはケーシング１の軸
線と同方向をなす多数の通直な捕集管８の前後端
が開口するように嵌合固定されている。該捕集管
８は例えば熱伝導性の優れた薄肉のアルミ管等か
らなつている。

上記ケーシング１内は上記捕集管８とパイプ支
持板５，６とによつて外部と遮閉されているが、
その周壁には気体又は液体等からなる冷媒の導入
口９及び排出口１０が各設けられ、ケーシング１
内に冷媒を循環させて捕集管８の周壁を外側から
冷却させる機構となつている。上記装置によつて
室内空気の清浄を行うには、室内の被清浄空気を
送風器４によつてエア導入口２より緩速供給し、
フイルター７を通してケーシング１内に挿通され
ている各捕集管８内に送り込み、その後端よりエ
ア排出口３を通じて、次の粒子成長装置１４に送
り込まれる。

このとき室内のエアは概ね15〜22℃の常温であ
り、これに対して冷媒の導入口から供給される冷
媒（冷却用エア）は10〜17℃のように捕集管８内
のエアに対して約５℃程度の温度差が形成されて
いる。その結果捕集管８の周壁（温度勾配面）付
近と中心部は約５℃前後の温度勾配がある。

一方送風器４から送られる被清浄エアは管内を
緩やかな流速で流れるようになつている。このよ
うな条件において、捕集管８内を流れるエアは、
その中心部においては殆ど常温に近い温度のまま
であるが、管周壁内面の温度勾配面に近接した位
置のエアは管外周の冷媒の影響を受けて約５℃前
後の温度差を有している。この管内中心部と内周
壁面との温度差により、管内を流れる空気中の微
粒子（約0.01〜1μ）は捕集管の内壁の温度勾配面
に吸引付着される。

即ち、管内を緩速流通する空気中に高温部と低
温部が形成されると、高温部の空気は分子の熱運
動が盛んなために、第２図に示すようにその空気
中の微粒子は高温空気中の活発な分子運動に押さ
れて低温部に移動し、微粒子は捕集管８の内周面
に付着する。この作用は気体中に温度勾配がある
場合の「熱拡散」作用の原理を応用したものであ
る。

上記事実は内径10mm、長さ１ｍのアルミ管を水
平に支持し、約１気圧の常温下において約10mm／
secの流速にて管内にエアを流した結果確認され
た。その結果によれば空気中の微粒子の0.2μのも
ので約98％、0.1μのもので約96％、0.05μで約89
％、0.02μで約70％の捕集効率で捕集され、粒子
径0.01μになると約40％程度の捕集効率に低下し、
それ以外は例えば0.005μでは約４％位に低下す
る。

しかし、これらの捕集効率は捕集管の長さが長
くなればそれに応じて向上するので、0.01μ程度
の粒子径迄は実用上利用可能な捕集効率が得られ
る。またこの作用は空気の流れが整流をなすよう
に空気の流れと付着壁面が一致して通直である程
効率が良い。

ケーシング１の後端の空気排出口３内には、も
う１台の送風器１１とともにその後方にヒーター
等からなる加熱部１７が付設され、この加熱部１
７により一次清浄後の空気は100℃前後に加熱さ
れ、排出口３の後端に連接された二次処理装置で
ある粒子成長装置１４に送り込まれる。

成長装置１４は、その中心部に排出口３の後端
と連接された予備処理筒１２を有し、該予備処理
筒１２の外周には冷却水やエア等の冷媒を流通又
は循環せしめる冷却ジヤケツト１８を外装してお
り、内部前端には予備処理筒１２を仕切るよう
に、多数の小孔（しぼり孔）１９を穿設したしぼ
り板２０が設けられ、その後方には一定の空間か
らなる凝結室２１が形成されている。凝結室２１
の後方にはステンレスメツシユ、グラスウール等
の耐熱性捕集材２２を充填してなる成長室２３が
設けられ、さらにその後方には一定の空間を介し
て二段目のしぼり板２０、凝結室２１、成長室２
３が設けられ、同様にしてこれらは三段目にも設
けられている。

最後段の捕集室２３の底部には成長装置１４内
で捕集された固体粒子や化学物質を含んだ水分を
排出するドレン管２４が設けられている。上記の
ような装置により先ず室内等の被清浄空気は、一
定の風圧で加熱部１７に送られ、ここで100℃前
後に加熱される。

一定の温度と風圧をもつた被清浄空気は成長装
置１４に至ると先ずしぼり板２０を通過する過程
で一旦圧縮されて膨張するために断熱膨張、ポリ
トロープ変化等の膨張現象を生じて温度低下を生
じ、空気中の水分も凝結を生じるとともに、膨張
室２１で空気の乱流も伴つて凝結した微小水滴と
空気中の微粒子との結合を生じて粒子径は拡大さ
れる。

この液体や固体の粒子の結合成長は成長室２３
に至るとその捕集材２２の影響でさらに促進され
粒子径の拡大は数倍から数十倍に及び一部は液体
とともにドレン管２４から排出され、捕集材に付
着したものを除き、一定の粒子径に成長した状態
で成長装置１４の後方に設けた高性能フイルター
１６に送られ、ここで成長粒子は再度捕集され
る。

上記構造において、成長装置１４の冷却ジヤケ
ツト１８はその内部の膨張作用を促し、また成長
装置自体は、後端の清浄装置に至る被清浄空気中
の微粒子を捕集可能な粒子径に成長させる働きを
する。その結果0.005μ程度の微粒子でも凝結水滴
を核にして成長せしめると0.01〜0.05μ以上の粒
子径になり、成長装置１４内でも捕集されるが残
りは後端の高性能フイルター１６でも捕集できる
状態となる。ちなみに土の微粒子では、粒子径５
〜50μで約35％、同0.1〜5μで約61％と、粒子径が
小さくなる程高い水分当量を有するが、このよう
に固体微粒子を凝結水滴の微粒子と結合成長せし
めることにより、捕集可能な微粒子の範囲は著し
く増大する。

〈考案の効果〉 以上の如く構成される本考案によれば、通直な
パイプ内周面からなる温度勾配面に沿つて空気を
緩速流通させることにより、空気中の極小微粒子
が熱拡散運動により付着し、きわめて簡単で且つ
安価な装置で高い固体捕集率の空気の超清浄がで
きるという利点があり、高精度電子部品の製造分
野促その他の無菌、無塵、環境を要求される分野
に資するところは多大である。

特に熱拡散運動を利用した清浄装置に微粒子を
結合拡大する二次処理（粒子成長）装置及びその
後方の高性能フイルター１６を併用すれば、上記
のような環境作りに問題となる極小微粒子の殆ど
が捕集され、また有害な化学的成分も捕集される
という優れた清浄機能と効率を実現するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の１例を示す全体断面図、
第２図は同じくその要部である捕集管での捕集状
態を示す拡大断面図である。 １……ケーシング、２……エア導入口、３……
空気排出口、４……送風器、５，６……パイプ支
持板、７……フイルター１６、８……捕集管、９
……冷媒導入口、１０……冷媒排出口、１１……
送風器、１２……予備処理筒、１４……粒子成長
装置、１６……フイルター、１７……加熱部、１
８……冷却ジヤケツト、１９……しぼり孔、２０
……しぼり板、２１……凝結室、２２……捕集
材、２３……成長室、２４……ドレン管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 前端に被清浄空気を導入する空気導入口２を接
   続し、後端に空気排出口３を接続した筒状のケー
   シング１を備え、上記空気導入口２内には空気中
   の一定径以上の固体微粒子を捕集する予備処理用
   のフイルター７を設け、前記ケーシング１内の前
   後には多数のパイプ挿通孔を穿設したパイプ支持
   板５，６をケーシング１内を遮閉して前後に仕切
   るように対向させて設けるとともに、該パイプ支
   持板５，６の各パイプ挿通孔にはケーシング１の
   軸線と同方向に相互に平行をなすように通直で薄
   肉の捕集管８が支持板５の前方と支持板６の後方
   に開口するように接続され、前記ケーシング１に
   は支持板５，６の間において上記捕集管８を外周
   から冷却する冷媒を供給排出する冷媒導入口９及
   び冷媒排出口１０を各設けることにより、捕集管
   ８内を緩速流通する空気の周壁側の温度を低く中
   心側の温度を高くするような温度差を形成させて
   空気中の微粒子を周壁面に付着させる機構とし、
   前記空気排出口３内には捕集管８より放出された
   空気を再加熱する加熱部１７を設け、さらに空気
   排出口３の後方には加熱部１７によつて加熱され
   た空気を通過させる予備処理筒１２と、該予備処
   理筒１２を仕切るように固定され且つ空気流通用
   の多数の小孔１９を穿設したしぼり板２０と、該
   しぼり板２０の後方にあつて空気の温度低下を生
   じさせる空間からなる凝結室２１と、該凝結室２
   １の後方にあつて耐熱性濾過用捕集材２２を充填
   し空気中の粒子を拡大成長させる成長室２３とを
   各設け、上記成長室２３の後方には、成長室２３
   で拡大成長した粒子を濾過捕集するフイルター１
   ６を設けてなる空気の超清浄装置。