JP2010253364A - 純水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 貯水タンクを必要としない、コンパクトな構成の簡易な純水生成装置を提供することである。
【解決手段】 水を精製して純水を生成する純水生成装置であって、水供給源と、該水供給源から供給された水を濃縮排水と純水とに分離する逆浸透膜モジュールと、該水供給源から該逆浸透膜モジュールへ水を供給する水供給経路と、該水供給経路上に設けられ、該逆浸透膜モジュールに供給される水を加圧する加圧ポンプと、該逆浸透膜モジュールからの濃縮排水を排水する排水経路と、該排水経路から分岐して該水供給経路の該加圧ポンプより上流側に接続される排水戻り経路と、該逆浸透膜モジュールで生成された純水が流出する純水流出経路と、該純水流出経路から分岐して該水供給経路の該加圧ポンプより上流側に接続される純水戻り経路と、該排水経路と該排水戻り経路との分岐点より下流側の該排水経路上に配設された開閉バルブと、該純水戻り経路上に配設され、精製前の水の該純水流出経路への通過を防止する逆止弁と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、純水を簡易的に生成可能な純水生成装置に関する。

通常、化学工業、機械工業における機器や原材料、製品の洗浄には、不純物が取り除かれた純水が使用される。洗浄に市水（水道水）を使用すると、市水に含まれる微量の不純物が洗浄対象物に付着して残ってしまうためである。

また、食品、飲料や医薬品等を大量生産する際、原材料としての水に含まれる不純物の量にばらつきがあると、そのまま品質のばらつきに繋がることになる。そこで、これらの飲料食品、医薬品等の原材料としても純水は広く用いられている。

特に、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、ごく微量の不純物がデバイス上に残っていても品質に重大な影響を及ぼすために、純水より更に純度の高い超純水が用いられている。

ここで、純水とは比抵抗値が約１〜１０ＭΩ・ｃｍの水を指し、超純水とは比抵抗値が約１０ＭΩ・ｃｍ以上の水を指す。例えば、純水は市水をフィルタ、活性炭フィルタ、イオン交換樹脂や逆浸透膜に通過させることで生成される。

特開２０００−１８９７６０号公報には、第１の逆浸透膜分離装置を要する工業用水処理系と、第２の逆浸透膜分離装置を有する半導体製造排水処理系と、これらの処理系の処理水を混合して混合原水とする混合装置と、直列に二段以上配置された多段逆浸透膜分離装置を有する混合原水処理系とを含む純水製造装置が開示されている。

近年では、ＥＤＩ（電気再生式イオン交換装置）と呼ばれるイオン交換膜とイオン交換樹脂とを組み合わせ、外部から電位差を与えることでイオンを濃縮させて分離する方法なども用いられており、例えば特開２０００−３１７４５７号公報にはこのような純水生成方法が開示されている。

一般に、これらの純水生成装置は複数のフィルタ、活性炭フィルタ、イオン交換樹脂等を有する上、生成した純水を貯水するタンクを備えるために、非常に大型となる。特に、生成する純水の純度が高い程、必要となるフィルタ等が増えるため、純水生成装置は大型化する。そこで、多くの半導体デバイス製造工場などでは、敷地内に超純水生成施設を備え、工場全体の超純水をまかなっている。

特開２０００−１８９７６０号公報 特開２０００−３１７４５７号公報

ところが、工場内の一部においては例えば超純水までの純度は必要なく、約１ＭΩ・ｃｍの簡易的な純水で十分な場合がある。また、活性炭フィルタやイオン交換樹脂などは頻繁に交換する必要がある上、高額である。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、貯水タンクを必要としない、コンパクトな純水生成装置を提供することである。

本発明によると、水を精製して純水を生成する純水生成装置であって、水供給源と、該水供給源から供給された水を濃縮排水と純水とに分離する逆浸透膜モジュールと、該水供給源から該逆浸透膜モジュールへ水を供給する水供給経路と、該水供給経路上に設けられ、該逆浸透膜モジュールに供給される水を加圧する加圧ポンプと、該逆浸透膜モジュールからの濃縮排水を排水する排水経路と、該排水経路から分岐して該水供給経路の該加圧ポンプより上流側に接続される排水戻り経路と、該逆浸透膜モジュールで生成された純水が流出する純水流出経路と、該純水流出経路から分岐して該水供給経路の該加圧ポンプより上流側に接続される純水戻り経路と、該排水経路と該排水戻り経路との分岐点より下流側の該排水経路上に配設された開閉バルブと、該純水戻り経路上に配設され、精製前の水の該純水流出経路への通過を防止する逆止弁と、を具備したことを特徴とする純水生成装置が提供される。

好ましくは、純水生成装置は、前記排水経路、排水戻り経路、純水流出経路、又は純水戻り経路の何れかの経路上に配設された純水濃度を計測する純水濃度計測手段を更に具備し、該純水濃度計測手段で計測した純水濃度に基づいて前記開閉バルブの開閉が制御される。

本発明によると、貯水タンクを必要としないコンパクトな純水生成装置を提供することができる。また、純水戻り経路を設けたので、流出される純水量が少量若しくは純水が流出しない場合において、純水流出経路の水圧上昇を防止できる。その結果、逆浸透膜モジュールでの分離性低下を防止できる。純水の流出量にばらつきが生じた場合においても、生成される純水の純水濃度（電解質濃度）が悪化することを防止できる。

更に、純水戻り経路上に逆止弁を設けたことで、精製前の水が純水流出経路に流出することがない。

請求項２記載の発明によると、純水濃度計測手段によって計測された純水濃度に基づいて開閉バルブを制御するので、純水生成装置からの排水を必要最小限とすることができる。生成された直後の純水を供給することが可能となり、貯水タンクに貯水することで純水が劣化する（電解質濃度が上がる）ことを防止できる。

本発明実施形態に係る純水生成装置の模式図である。

以下、図面を参照して本発明実施形態に係る純水生成装置２について詳細に説明する。図１は本発明実施形態の純水生成装置２の模式図を示しており、２個の逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂが並列に配置されている。

ここで、逆浸透膜とは、濾過膜の一種であり、水を通しイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を有する膜のことを言う。逆浸透膜は、概ね大きさが２ｎｍ以下の多数の孔を有している。

逆浸透膜の構造は高い圧力に耐えるような構造が必要であり、現在では中空糸膜、スパイラル膜、チューブラ膜等の構造が採用されている。また、逆浸透膜の材質としては、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン等が採用されている。

水供給源６からは例えば市水（水道水）が水供給路８に供給される。水供給路８には、活性炭フィルタ１０及びフィルタ１２が設けられており、活性炭フィルタ１０では塩素を除去し、フィルタ１２ではゴミ等を除去する。

水供給路８には更に、加圧ポンプ１４及び温度計１６が設けられており、加圧ポンプ１４で水供給源６から供給された水を高圧（例えば６０気圧）に加圧して逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂに供給する。温度計１６は供給される水の温度を計測する。

逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂで生成された純水は純水流出経路１８に排出される。純水流出経路１８には、流量調整装置２０、純水の電解質濃度を計測する純水濃度計測手段２２、フィルタ２４が配設されている。純水濃度計測手段２２では、純水の電気抵抗率又は電気導電率を測定する。

本実施形態では、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂで生成される純水は約１ＭΩ・ｃｍ程度の比抵抗値を有している。フィルタ２４は例えば０．２μｍ程度の細かいメッシュを有していることが好ましい。

逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂからは濃縮排水が排水経路２６に排出される。排水経路２６には、流量調整装置２８及び開閉バルブ３０が設けられている。

純水流出経路１８から分岐して純水戻り経路３２が配設されており、この純水戻り経路３２は水供給経路８の加圧ポンプ１４より上流側に接続されている。更に、排水経路２６から分岐して排水戻り経路３６が配設されており、排水戻り経路３６は水供給経路８の加圧ポンプ１４より上流側に接続されている。

純水戻り経路３２には、純水流出経路１８からの純水の通過を許容し、水供給経路８からの水の通過を防止する逆止弁３４が設けられている。同様に、排水戻り経路３６には、排水経路２６からの排水の通過を許容し、水供給経路８からの水の通過を防止する逆止弁３８が設けられている。

排水戻り経路３６には更に、濃縮排水の電解質濃度を計測する純水濃度計測手段（濃縮排水濃度計測手段）４０が設けられている。純水濃度計測手段４０も、純水流出経路１８に設けられた純水濃度計測手段２２と同様に、濃縮排水中の電気抵抗率又は電気伝導率を測定して、濃縮排水の電解質濃度を検出する。

開閉バルブ３０は、純水濃度計測手段２２，４０に接続されており、純水濃度計測手段２２によって計測された純水濃度に基づいて、又は純水濃度計測手段４０で計測された濃縮排水の濃度に基づいて、開閉バルブ３０の開閉の程度が制御される。これにより、純水生成装置２からの排水を必要最小限度に制御することができる。

また、加圧ポンプ１４の種類によっては供給される水温の上昇が想定される。この場合には、加圧ポンプ１４の下流側に設けた温度計１６により水温を計測し、計測された温度に応じて開閉バルブ３０を制御する。

流量調整装置２０，２８は流量計と流量調整弁から構成され、これらの流量調整装置２０，８を調整することにより、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂからの純水と濃縮排水との流量バランスを制御する。

以下、このように構成された純水生成装置２が切削装置や研削装置等の加工装置に接続された場合の純水生成装置の作用について説明する。水供給源６から供給された市水は活性炭フィルタ１０で塩素が除去され、フィルタ１２でゴミが除去されてから、加圧ポンプ１４により高圧に加圧されて逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂに供給される。

逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂでは、逆浸透膜で仕切られた濃度の高い側から低い側に水分子だけが浸透し、純水が生成される。生成された純水は純水流出経路１８に排出され、切削装置、研削装置等の加工装置が稼動している場合には、これらの加工装置の加工水として利用される。

加工装置の加工水として利用されない純水は、純水戻り経路３２を通って加圧ポンプ１４の上流側の水供給経路８に戻される。このように純水戻り経路３２が設けられているため、純水生成装置２で生成した純水を貯水するタンクを設ける必要が無く、純水生成装置２を連続稼動することができる。

一方、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂから排水経路２６に排出された濃縮排水は、純水濃度及び／または逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂに供給される水温に応じてその開閉の程度が制御される開閉バルブ３０を介して排水される。濃縮排水の一部は、排水戻り経路３６を介して加圧ポンプ１４の上流側の水供給経路８に戻される。

純水戻り経路３２を介して戻された純水及び排水戻り経路３６を介して戻された濃縮排水は、再び加圧ポンプ１４により加圧されて逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂに供給される。このように純水及び濃縮排水を循環することにより、水供給源６から供給される市水等の水を節約できる。

特に図示しないが、純水戻り経路３２との分岐点より下流側の浄水流出経路１８上にイオン交換樹脂を設けることにより、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂで生成された純水を比抵抗値が約１６ＭΩ・ｃｍ程度の超純水に変換することも可能である。

尚、上述した実施形態では、純水濃度計測手段２２，４０を純水流出経路１８及び排水戻り経路３６に設けているが、純水濃度計測手段は、純水流出経路１８、排水経路２６、純水戻り経路３２、又は排水戻り経路３６の何れか一つの経路上に配設するようにしてもよい。

上述した実施形態によると、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂで生成された純水を加圧ポンプ１４より上流側の水供給経路８に戻す純水戻り経路３２を設けたので、純水流出経路１８を介して加工装置等に流出される純水量が少量の場合又は生成された純水が加工装置等で使用されない場合においても、純水流出経路１８の水圧上昇を防止できる。

その結果、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂでの分離性低下を防止できる。また、純水の流出量にばらつきが生じた場合においても、逆浸透膜モジュール４Ａ，４Ｂで生成される純水の純水濃度（電解質濃度）が悪化することを防止できる。

更に、純水戻り経路３２上に逆止弁３４を設け、排水戻り経路３６上に逆止弁３８を設けたので、生成前の水が純水戻り経路３２及び排水戻り経路３６に流入することを防止できる。

２ 純水生成装置
４Ａ，４Ｂ 逆浸透膜モジュール
６ 水供給源
８ 水供給経路
１４ 加圧ポンプ
１８ 純水流出経路
２２，４０ 純水濃度計測手段
２６ 排水経路
３０ 開閉バルブ
３２ 純水戻り経路
３４，３８ 逆止弁
３６ 排水戻り経路

Claims (2)

1. 水を精製して純水を生成する純水生成装置であって、
   水供給源と、
   該水供給源から供給された水を濃縮排水と純水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
   該水供給源から該逆浸透膜モジュールへ水を供給する水供給経路と、
   該水供給経路上に設けられ、該逆浸透膜モジュールに供給される水を加圧する加圧ポンプと、
   該逆浸透膜モジュールからの濃縮排水を排水する排水経路と、
   該排水経路から分岐して該水供給経路の該加圧ポンプより上流側に接続される排水戻り経路と、
   該逆浸透膜モジュールで生成された純水が流出する純水流出経路と、
   該純水流出経路から分岐して該水供給経路の該加圧ポンプより上流側に接続される純水戻り経路と、
   該排水経路と該排水戻り経路との分岐点より下流側の該排水経路上に配設された開閉バルブと、
   該純水戻り経路上に配設され、精製前の水の該純水流出経路への通過を防止する逆止弁と、
   を具備したことを特徴とする純水生成装置。
2. 前記排水経路、排水戻り経路、純水流出経路、又は純水戻り経路の何れかの経路上に配設された純水濃度を計測する純水濃度計測手段を更に具備し、
   該純水濃度計測手段で計測した純水濃度に基づいて前記開閉バルブの開閉が制御される請求項１記載の純水生成装置。

Images