洁净室外气空调箱水洗加湿器對系統加濕及氣體污染物去除效率之技

國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所1潔淨室外氣空調箱水洗加濕器對系統加濕及氣體污染物去除效率之技術探討與研究主講人：胡石政博士日期：95/11/20TheInvestigationsOfHumidificationAndRemovalEfficiencyForGasContaminationByAir-washerInMake-upAirUnit國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所2大綱一、摘要二、前言三、研究背景動機四、探討氣態分子污染物(AMC)之影響五、實驗設計六、實驗項目與內容七、量測結果分析八、結論與建議九、未來研究內容國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所3一、摘要近年來因半導體工業製程的進步，對於製程環境污染的關切已由原有的粒狀固體污染物變為氣態分子污染物(AirborneMolecularContaminants,AMCs)，無塵室本身產生的AMC可由風機過濾器(FFU)上的化學過濾器去除，但外氣部份則必需靠MAU化學過濾器或水洗加濕器加以清除。由於化學過濾器價格昂貴，作為良好氣體吸收液且廉價的水便成為去除AMC之最佳方式。但目前水洗加濕器一般僅作為去除塵埃及空調濕度調節，對於空氣AMC去除之能力則有待提升。由於氣體與吸收液在水洗加濕器中其混合方式直接左右其質傳行為，故本研究將著手建立研究及測試水洗加濕器的設施，並透過具體的實驗如調整霧化粒徑、液氣比、風速及調整水洗液AMC離子濃度來取得各種水洗器構型與AMC去除能力之關係並作成相關設計圖表與公式，可作為日後提供工業界水洗加濕器設計的參考依據。國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所4二、前言近年來隨著半導體工業電路製程之線寬不斷的縮小達到奈米的等級，並由於區域建廠密度極高所導致各廠間尾端排氣交叉汙染效應，為避免對製程良率的衝擊，對外氣中氣膠污染物的控制重點，也由原有的粒狀固態污染粒狀固態污染物演變為氣態分子污染物(AirborneMolecularContaminants,AMCs)，例如SOX、NOX、CO、NH3、HCl及其它的有機污染物都會影響製程良率。去除AMC常見的方式如採用化學過濾及空氣洗滌等方式處理。前者效率雖高但成本價格昂貴，且與外氣處理量成正比。此外，當外氣含微粒濃度高或濕度較大時會減短其使用壽命。從另一方面來看，無塵室內針對此問題，一般直接在外氣空調箱(MAU)及風機過濾器(FFU)上加裝化學過濾器來因應，但目前仍未被台灣地區電子產業廣為採用；故潔淨室外氣空調箱水洗加濕器變成為目前電子工業去除化學污染物處理的主流。國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所5有關水洗加濕器除氣性能之分析，根據飯嶋和明等人利用水洗加濕器針對NH3、SO2、NO做去除效率的測試與分析，風量9000CMH，氣水比為0.6，其結果SO2去除效率約在94%，NH3去除效率約80%以上。NOx為非常難溶於水的氣體，去除效率約在31%~41%之間。其後飯嶋和明等人提出使用citywater應用在噴霧水對於SO2除氣效率較使用DIwater為好，風量為1000CMH，氣水比為2.4。發現水質的選用將對於SO2除氣效率產生影響。本次研究主要探討氣水比、噴管配置與應用HydrophilicEliminator時對NH3、SO2去除效率之影響，本次所採用的氣水比為0.06~0.08，較以往業界所採用的水氣比0.2~1來的小，若以較節省的水量而得到相同的除氣效率，可以減少外氣空調箱的運轉成本。本次實驗入口端引進外氣進行採樣，較接近實際無塵室中AMC的濃度，我們可由實驗分析結果，掌握潔淨室外氣品質的控制方式，降低化學濾網運轉成本，進而增加產業未來之競爭能力。國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所6三、研究背景動機本次研究結合各種最可行分析方法，為重新探討潔淨室外氣空調箱水洗加濕器的構型與去除外氣化學污染物及加濕飽和效率之定量分析，以尋求其合理的設計方式，由實驗分析結果，可以掌握潔淨室外氣品質的控制方式，快速提升產品之良率並降低化學濾網運轉成本，進而增加產業未來之競爭能力。國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所70204060801001201401601802002202402602803001995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016YearofProductionDRAM½Pitch(nm)200mm200mm200mm300mm300mm300mm450mm四、探討氣態分子污染物(AMC)之影響圖1近十年半導體製程間距的演進國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所8製程曝光波長AMC影響控制方法分析技術250nm到180nm248nm(KrF)NH3,胺光阻分解T-topping,CDshift化學過濾採樣實驗室分析;濾材分析;總胺分析180nm到130nm248nm(KrF)193nm(ArF)NH3,胺凝結性有機物光阻分解;光學污染化學過濾採樣實驗室分析;濾材分析;總胺分析130nm到90nm193nm(ArF)157nm(F2)NH3,胺凝結性有機物酸性物質光阻分解;光學污染;晶圓腐蝕光學腐蝕化學過濾採樣實驗室分析;濾材分析;總胺分析製程演進與汙染控制的方向國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所9五、實驗設計與方法單元設備排列順序1.CombineFilter2.ElectricHeater3.CoolingCoil1st4.AirWasher+HydrophilicEliminator5.CoolingCoil2nd6.Eliminator7.RoundaRoundCoil8.Fan&MotorSection國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所10本研究為探討潔淨室外氣空調箱水洗加濕器，對於氣態分子污染物(AMC)去除效率以及水洗加濕器對濕度控制設計最佳化應用，以大氣中氨(NH3)、二氧化硫(SO2)污染物質為主要量測氣體，量測各點狀態，並分析各參數影響機組的效率。首先建立一實驗模型機，採用一組風量10,000m3/h的全外氣空調箱，如上圖所示。實驗模型機上將有一套可調整的水洗加濕器模組，能夠隨時變換各種形狀及尺寸的噴嘴，並能調整其數量及排列方式，而後安裝各電子感知器Sensor，配合控制器PLC監測各點狀態，即時記錄分析。本次實驗同時採用4組採樣吸收瓶(Impinger)，對於水洗加濕器前後濃度進行採樣分析工作，本次所使用的分析儀器為離子層析儀(Ionchromatography)，。最後利用各種不同排列方式、等相關參數，得到氣態分子污染物AMC去除效率之影響。本研究最終目的為預測各種水洗加濕器模式組合與氣態化學污染物去除效率之物理模式的建立。國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所11外氣空調箱相關構造圖示外氣空調箱外觀ㄧ覽圖國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所12電子加熱器進風口與袋式濾網國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所13HydrophilicEliminator離水片國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所14離子層析儀PLC電盤國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所15六、實驗項目與內容實驗項目實驗內容實驗1探討對於空氣飽和度及氣態分子污染物之影響實驗2噴嘴配置探討對於空氣飽和度及氣態分子污染物之影響實驗3HydrophilicEliminator應用,探討對於於空氣飽和度及氣態分子污染物之影響實驗4風車段再熱之影響噴嘴配置雙排逆噴雙排對噴雙排逆噴雙排對噴氣水比0.060.060.060.06氣水比0.080.080.080.08HydrophilicEliminatorenableenable國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所16實驗現場錄影狀態國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所1740.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%060120180240300360420480Time(min)RH(%)進風相對溼度出風相對溼度七、量測結果分析40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%060120180240300360420480Time(min)RH(%)進風相對溼度出風相對溼度氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable))氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(enable)HydrophilicEliminator對系統加濕影響分析國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所181.由上兩圖中，發現到在氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable)應用時，經過8小時量測分析，得知進風相對濕度RH%值由67.5%至80.5%變化，平均值為71.9%，出風相對濕度RH%值由93%至95%變化，平均值為94.8%，可穩定保持出風相對濕度在93%。2.在氣水比0.08、雙排逆噴、有Hydrophilic-Eliminator(enable)應用時，得知進風相對濕度RH%值由59.4%至90.7%變化，平均值為78.4%，出風相對濕度RH%值由97%至98.6%變化，平均值為98.3%，可穩定保持出風相對濕度在98%，經8小時運轉測試，平均值增加幅度為3.6%。HydrophilicEliminator對系統加濕影響分析國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所19氣水比對系統加濕影響分析氣水比0.0.6、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable)40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%060120180240300360420480Time(min)RH(%)進風相對溼度出風相對溼度氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable)70.0%75.0%80.0%85.0%90.0%95.0%100.0%060120180240300360420480Time(min)RH(%)進風相對溼度出風相對溼度國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所20氣水比對系統加濕影響分析1.由上兩圖中，發現到在氣水比0.06、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable)應用時，經過8小時量測分析，得知進風相對濕度RH%值由77.6%至85.9%變化，平均值為82.4%，出風相對濕度RH%值由88.1%至88.5%變化，平均值為88.4%，可穩定保持出風相對濕度在88%。2.氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable)應用時，經過8小時量測分析，得知進風相對濕度RH%值由67.5%至80.5%變化，平均值為71.9%，出風相對濕度RH%值由93%至95%變化，平均值為94.8%，可穩定保持出風相對濕度在93%，平均值增加幅度為6.8%。國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所21風車段再熱性能分析20.0℃22.0℃24.0℃26.0℃28.0℃30.0℃060120180240300360420480Time(min)T(℃)出風乾球溫度離風乾球溫度氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(enable)風車段再熱分析氣水比0.08、雙排逆噴、Hydrophilic-Eliminator(disable)風車段再熱分析20.0℃22.0℃24.0℃26.0℃28.0℃30.0℃060120180240300360420480Time(min)T(℃)出風乾球溫度離風乾球溫度國立台北科技大學能源與冷凍空調研究所22風車段再熱性能分析1.由圖(5.4)及表(5.4)中，發現到氣水比0.08、雙排逆、Hydrophilic-Eliminator(disable)，MAU運轉經過8小時量測分析，得知再熱值由0.5℃至1℃變化，平均值為0.65℃，可穩定保持再熱值0.6℃以上。2.由圖(5.5)及