JP2507597Y2 - 溶存酸素除去装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、例えば電子工業における半導体ウエハーの
洗浄用水、医薬用水、高度分析機器用水等各種用水の製
造に用いられる装置に係わり、詳しくは膜脱気装置と脱
酸素樹脂を用いた脱酸素装置との組合せにより溶存酸素
濃度の極めて低い脱酸素水を効率よく得るようにした溶
存酸素除去装置に関するものである。

〈従来の技術〉 電子工業における半導体ウエハーの洗浄用水、医薬用
水、高度分析機器用水等の用水としては、酸化皮膜や微
生物の発生をもたらす虞れのある溶存酸素をできうる限
り除去した水が使用されている。当該溶存酸素の除去方
法としては、例えば弱塩基性アニオン交換樹脂に還元性
の銅を保持させてなる脱酸素樹脂を使って除去する方法
や酸素等の気体は通すが液体は透過させない性質を有す
る脱気膜を装着した膜脱気装置による方法が用いられて
いる。また近年に至って当該膜脱気装置と、窒素を水中
にパージして水中の酸素分圧を下げることにより溶存酸
素を除去する装置とを組み合わせた装置も研究され、一
部実用化されている。

当該装置のフローを第２図を用いて説明すると、給水
管51を介して純水等の原水を脱気膜53を装着した膜脱気
装置52に供給し、原水を脱気膜53で仕切られた一方の室
に通流させるとともに、脱気膜53で仕切られた他方の室
を真空装置54を用いて減圧することにより、脱気膜53を
通して酸素や遊離炭酸等の気体のみを系外に排出させる
第一段の脱気処理を行わせ、次いでその処理水である脱
気水中に残留する溶存酸素を更に下げるため第一段の処
理水を窒素パージ装置55に供給する。当該パージ装置55
は通常複数の曝気槽56（但し、図では一槽しか示してい
ない）と、窒素供給装置57と、その両者を連結する窒素
供給管58からなり、第一段の処理水を曝気槽56の上部か
ら供給するとともに曝気槽56の下部より窒素供給管58を
介して窒素ガスを供給して曝気し、曝気槽56内で第一段
の処理水と窒素ガスを接触させることにより第一段の処
理水中の酸素分圧を下げて溶存酸素を大気中に排出させ
る第二段の曝気処理を行う。

しかし以上述べた方法にも種々問題がある。すなわ
ち、脱酸素樹脂を用いて処理する場合には溶存酸素濃度
が８〜9mg/lというような通常の水を直接処理しようと
すると、脱酸素樹脂のライフが極めて短くなり、脱酸素
樹脂の交換あるいは再生を頻繁に行わねばならないか、
またはこれらの頻度を少なくするために樹脂量を多くす
る必要があり、その結果脱酸素装置を大きくしなければ
ならない欠点がある。また、膜脱気装置のみを使用した
場合には、例えばメガビット級の半導体ウエハー洗浄用
水で要求されるような溶存酸素濃度が10ppb程度の処理
水を得ようとすると高真空、高排気量の真空装置が必要
であり、その結果真空装置が大型になってしまうと同時
に価格も高くなる。

更に、膜脱気装置と窒素パージ装置とを組み合わせた
装置においては第二段目の曝気処理において外部より窒
素を供給しなければならず、そのため例えば窒素ボンベ
等の窒素供給装置を設置しなければならない。しかし、
窒素パージによる溶存酸素の除去は比較的効率が悪く大
量の窒素を必要とするため、頻繁に窒素ボンベを交換し
なくてはならずメンテナンスに手間がかかるとともにラ
ンニングコストが大幅に増大するという欠点がある。ま
た、曝気槽一段では充分に溶存酸素を除去することが難
しいため、通常は複数段の脱気槽を設置する必要があ
り、このため設置スペースが大きくならざるをえない欠
点も持っている。

〈考案が解決しようとする問題点〉 本考案は以上のような現状に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは外部からの窒素等のパージ用気
体の供給を必要とせず、かつ装置全体をコンパクトに納
めることが出来、しかも高度に溶存酸素を除去すること
ができる溶存酸素除去装置を提供するところにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するためになされた本考案は、原水
中に溶存している酸素等の溶存気体を除去するための脱
気膜を装着した膜脱気装置と、当該膜脱気装置の処理水
である脱気水中に残留する微量の溶存酸素を更に除去す
るための脱酸素樹脂を充填した脱酸素装置とからなる溶
存酸素除去装置であって、前記膜脱気装置の脱気膜で仕
切られた一方の室に給水管を介して原水を供給するため
のポンプと、脱気膜で仕切られた他方の室を減圧するた
めのエゼクタとを有し、当該エゼクタの駆動水側を前記
給水管から分岐した駆動水管と連通させたことを特徴と
するものである。

以下に本考案を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本考案の実施態様の一例を示すフローの説明
図であり、図中１は酸素等の気体は通すが液体は透過さ
せない性質を有する脱気膜２を装着した膜脱気装置、３
は当該膜脱気装置１の後段に配置した脱酸素装置であ
り、当該脱酸素装置３の内部には例えば弱塩基性アニオ
ン交換樹脂に還元性の銅を保持させた脱酸素樹脂４が充
填されている。また、５は膜脱気装置１の脱気膜２で仕
切られた一方の室に原水を供給するためのポンプであ
り、６は膜脱気装置１の脱気膜２で仕切られた他方の室
を減圧するためのエゼクタであり、当該エゼクタ６の吸
引側は吸引管７によって前記他方の室に接続されてお
り、また当該エゼクタ６の駆動水側は駆動水管８によっ
て、前記ポンプ５と膜脱気装置１とを接続する給水管９
の途中に分岐して接続されている。なお、10は原水を貯
留するための原水槽、11は膜脱気装置１の処理水である
脱気水を取り出して後段の脱酸素装置３に導くための脱
気水管、12は脱酸素装置３の処理水を取り出すための処
理水管であり、また13、14はそれぞれ弁を示している。

〈作用〉 本考案は以上の構成からなり、脱酸素水である処理水
を得る場合はポンプ５を駆動し、当該ポンプ５によって
吐出された原水の一部を給水管９および弁14を介して膜
脱気装置１に供給し脱気膜２で仕切られた一方の室に通
流させるとともに、ポンプ５によって吐出された原水の
他部を駆動水管８および弁13を介してエゼクタ６の駆動
水側に供給して当該エゼクタ６を駆動し、脱気膜２で仕
切られた他方の室を吸引管７を介して減圧する。なお、
膜脱気装置１に供給する原水の流量は弁14によって調節
し、またエゼクタ６に供給する原水の流量は、例えば吸
引管７に付設した負圧計（図示せず）の指示が目的とす
る真空度となるように弁13によって調節する。

このような操作によって脱気膜２で仕切られた他方の
室は減圧状態となり、当該脱気膜２を介して一方の室に
通流する原水中の気体のみが他方の室に吸引され、酸素
あるいは遊離炭酸等の溶存気体の大部分が除去された脱
気水が脱気水管11から得られる。なお、このようにして
除去した気体が混入している気液混合水はブローする
が、場合によっては原水槽10内に回収しても差し支えな
い。なお、当該ブロー水を原水槽10に回収する場合はブ
ロー水中に過剰に溶解している溶存ガスが大気中に放出
できるような容量を有する比較的大きな原水槽10を用い
ることが望ましい。

次いで、脱気水管11から得られる、溶存酸素等の気体
の大部分が除去された脱気水を後段の脱酸素装置３に通
流させる。当該脱酸素装置３においては、内部に充填さ
れている、還元性の銅を保持させた弱塩基性アニオン交
換樹脂からなる脱酸素樹脂４に脱気水が接触することに
より、その強力な還元作用によって脱気水中に残留して
いる微量の溶存酸素が除去され、溶存酸素濃度が例えば
10ppb以下というような処理水が、処理水管11を介して
容易に得られる。

本考案における膜脱気装置に用いる脱気膜は、気体は
通すが液体は透過させない性質を有する膜であればいか
なるものでもよく、例えば四フッ化エチレン製、ポリエ
チレン製、ポリプロピレン製等の膜に孔径として0.01μ
ｍ〜10μｍ程度の孔を多数有したいわゆる撥水性多孔質
膜、あるいは孔を有しないが気体のみを浸透させる性質
を有する、例えばシリコンゴム製の膜等公知のものを使
用することができ、またその形状も中空糸状、スパイラ
ル状、管膜状、平膜状等を用いることができる。

なお、通常は中空糸状または管膜状の脱気膜を用い、
これらのチューブの内側を前述した一方の室としてその
一端からチューブの内側に水を通過させ、当該チューブ
の外側を前述した他方の室としてエゼクタによって減圧
することによりチューブ内の内側から外側に気体を排除
し、脱気水を当該チューブの他端から取り出すように構
成する。

また、本考案における脱酸素装置に用いる脱酸素樹脂
としては、例えば前述した弱塩基性アニオン交換樹脂に
還元性の銅（１価の銅または金属銅）を保持させたも
の、あるいは強塩基性アニオン交換樹脂を亜硫酸形また
は酸性亜硫酸形としたもの、更には強塩基性アニオン交
換樹脂の表面にパラジウムを担持させたもの（例えば、
バイエル社製レバチットOC1045）等の公知のものを使用
することができる。

上記例の脱酸素樹脂のうち、還元性の銅を保持させた
弱塩基性アニオン交換樹脂と、亜硫酸形あるいは酸性亜
硫酸形の強塩基性アニオン交換樹脂は、還元性の銅ある
いは亜硫酸、酸性亜硫酸の還元作用によって水中の溶存
酸素を除去するものであり、被処理水をこれらの樹脂に
単に接触させるだけで溶存酸素を除去することができ
る。しかし、強塩基性アニオン交換樹脂の表面にパラジ
ウムを担持させた脱酸素樹脂の場合は、水中の溶存酸素
と当該水中に外部より溶解させた水素とを、前記パラジ
ウムを触媒として反応させて水となすことによって溶存
酸素を除去するものであり、したがってこの場合は反応
させるべき水素を外部より添加、溶解させた後に脱酸素
樹脂と接触させなければならない。

なお、通常は脱酸素樹脂として還元性の銅を保持させ
た弱塩基性アニオン交換樹脂を用いるとよく、亜硫酸形
または酸性亜硫酸形の強塩基性アニオン交換樹脂の場合
は、還元性の銅を保持させた前記樹脂に比べてその脱酸
素能力がやや劣り、またパラジウムを担持させた強塩基
性アニオン交換樹脂の場合は、危険な水素を取り扱わね
ばならないとともに処理水中に未反応の水素が残留した
場合にその後処理が問題となるという若干の難点を有し
ている。

また脱酸素樹脂を充填した脱酸素装置の後段に混床式
ポリシャー等のイオン交換装置を設置して、水中のイオ
ン性不純物をさらに除去するようにすることもできる。

〈効果〉 本考案装置は以上のような構成および作用からなり、
当該装置により溶存酸素濃度を例えば10ppb以下とした
処理水を容易に得ることができ、よって酸化皮膜や微生
物の発生を嫌う半導体ウエハーの洗浄用水、医薬用水、
高度分析用水等の各種用水の製造に好適に用いることが
できる。

本考案装置における膜脱気装置は溶存酸素の荒取り用
としての役目を果たすものであり、当該膜脱気装置によ
って水中の溶存酸素濃度を数百ppb程度にまで低下させ
ればよいのであって溶存酸素を極限まで低下させる必要
はなく、したがって膜脱気装置のみによって低溶存酸素
濃度の処理水を得る場合に比べて、使用する真空装置を
小型かつ安価とすることができ、更に後段の脱酸素装置
においては前段の膜脱気装置によって溶存酸素濃度が低
下した脱気水を処理すればよいので、脱酸素装置のみで
原水を直接処理する場合に比べて脱酸素樹脂にかかる負
荷が著しく少なくなり、よって脱酸素樹脂のライフが大
幅に長くなる。

また、膜脱気装置と窒素パージ装置との組み合わせに
よる従来方法と比べた場合、本考案装置の場合は窒素パ
ージ装置に要するような広い曝気スペースを必要としな
いし、曝気に必要な窒素の供給装置も必要ないため装置
全体をコンパクトにでき、かつ窒素供給装置として窒素
ボンベを使用する場合における、定期的な窒素ボンベの
交換という、メンテナンス上の煩雑さからも解放され
る。

更に、本考案における膜脱気装置は真空装置としてエ
ゼクタを用いるとともに、当該エゼクタを、膜脱気装置
に原水を供給するためのポンプを利用して駆動させる構
成としたので、エゼクタ駆動用のポンプを別途設ける必
要がないとともに、高価な真空ポンプも必要とせず、経
済的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の実施態様の一例を示すフローの説
明図であり、第２図は従来装置の一例を示すフローの説
明図である。 １……膜脱気装置、２……脱気膜 ３……脱酸素装置、４……脱酸素樹脂 ５……ポンプ、６……エゼクタ ７……吸引管、８……駆動水管 ９……給水管、10……原水槽 11……脱気水管、12……処理水管 13、14……弁

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原水中に溶存している酸素等の溶存気体を
   除去するための脱気膜を装着した膜脱気装置と、当該膜
   脱気装置の処理水である脱気水中に残留する微量の溶存
   酸素を更に除去するための脱酸素樹脂を充填した脱酸素
   装置とからなる溶存酸素除去装置であって、前記膜脱気
   装置の脱気膜で仕切られた一方の室に給水管を介して原
   水を供給するためのポンプと、脱気膜で仕切られた他方
   の室を減圧するためのエゼクタとを有し、当該エゼクタ
   の駆動水側を前記給水管から分岐した駆動水管と連通さ
   せたことを特徴とする溶存酸素除去装置。