JP6350718B2 - 超純水製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は超純水製造装置に係り、特に二次純水製造装置からの超純水を熱交換器で加熱して温超純水としてユースポイントへ供給する超純水製造装置に関する。
半導体洗浄用水として用いられている超純水は、図2に示すように前処理システム50、一次純水製造装置60、二次純水製造装置(サブシステムと称されることも多い。)70から構成される超純水製造装置で原水(工業用水、市水、井水等)を処理することにより製造される(特許文献1)。図2において各システムの役割は次の通りである。
凝集、加圧浮上(沈殿)、濾過(膜濾過)装置など(この従来例では凝集濾過装置)よりなる前処理システム50では、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。
前処理された水のタンク61、熱交換器65、逆浸透膜処理装置(RO装置)62、イオン交換装置(混床式又は4床5塔式など)63、タンク63A、イオン交換装置63B、及び脱気装置64を備える一次純水製造装置60では、原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、水は温度が高い程、粘性が低下し、RO膜の透過性が向上する。このため、図2の通り、逆浸透膜処理装置62の前段に熱交換器65が設置され、逆浸透膜処理装置62への供給水の温度が所定温度以上となるように水を加熱する。熱交換器65の1次側には、熱源流体として蒸気が供給される。逆浸透膜処理装置62では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のTOCを除去する。イオン交換装置63,63Bでは、塩類、無機系炭素(IC)を除去すると共にイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるTOC成分の除去を行う。脱気装置64では無機系炭素(IC)、溶存酸素の除去を行う。
一次純水製造装置60で製造された一次純水は、配管69を介して二次純水製造装置70へ送水される。この二次純水製造装置70は、サブタンク(純水タンクと称されることもある。)71、ポンプ72、熱交換器73、低圧紫外線酸化装置(UV装置)74、イオン交換装置75及び限外濾過膜(UF膜)分離装置76を備えている。熱交換器73は、二次純水の温度制御のためのものである。一般に二次純水(常温超純水)の供給温度は23〜25℃であり、その温度範囲に制御するため、熱交換器73は冷却器が使用される。冷却器の冷却源として冷水が用いられる。この熱交換器73はイオン交換装置75より前に置く必要がある。高温の純水がイオン交換樹脂と接触するとTOC成分が溶出し、水質が悪化するためである。したがって熱交換器73で水温を23〜25℃まで降温してからイオン交換装置75に送られるようにする必要がある。この冷却用熱交換器73に通水する冷水を電子部品製造工場から供給を受ける場合、そのための配管設備が必要となる。また、超純水製造コストの低減のために、この冷水の使用量の減少が望まれている。
低圧紫外線酸化装置74では、低圧紫外線ランプより出される185nmの紫外線によりTOCを有機酸、さらにはCO2まで分解する。分解により生成した有機物及びCO2は後段のイオン交換装置75で除去される。限外濾過膜分離装置76では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂からの流出粒子も除去される。
イオン交換装置75の処理水は、限外濾過膜分離装置76から配管81を介してユースポイント90に送られる超純水(常温超純水)と、熱交換器85,86で加熱された後、限外濾過膜分離装置87及び配管88を介してユースポイント90に送られる超純水(温超純水)とに分かれる。
後者のラインでは、二次純水製造装置70からの超純水を前段側熱交換器85と後段側熱交換器86とで65〜75℃程度に加熱し、ユースポイント90に供給する。このユースポイント90からの温戻り水を配管91を介して前段側熱交換器85の熱源側に流通させる。前段側熱交換器85の熱源側を通過した戻り水は30〜40℃程度に降温しており、配管92を介してサブタンク71に戻される。後段側熱交換器86は蒸気を熱源とするものである。
本発明は、ユースポイントに送水される超純水を加温して温超純水とするための熱交換器の熱源コストを低減することができると共に、一次純水を冷却するためのコストを低減することができる超純水製造装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の超純水製造装置は、一次純水製造装置と、該一次純水製造装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水製造装置と、該二次純水製造装置からの超純水を加熱するための、ユースポイントからの戻り水を熱源とする第1熱交換器と、該第1熱交換器を通過した該戻り水を冷却する第2熱交換器を備え、該第2熱交換器で冷却された戻り水を前記一次純水に加える戻り水返送系と、該第1熱交換器で加熱された超純水をさらに加熱する加熱手段とを有し、加熱された超純水をユースポイントに供給する超純水製造装置において、前記加熱手段は、前記第1熱交換器で加熱された超純水が被加熱流体流路に通水される第3熱交換器と、該第3熱交換器の熱源流体流路に伝熱媒体としての第1媒体水を循環流通させる第1循環流路と、該第1循環流路を流れる第1媒体水を加熱するヒートポンプとを備えており、該ヒートポンプは、凝縮器、蒸発器、ポンプ及び膨張弁を備え、該凝縮器は、該第1媒体水を加熱するように前記第1循環流路に設置されており、該蒸発器は、第2媒体水が循環される第2循環流路に設置されており、該第2循環流路には、温排水の熱によって第2媒体水を加熱するための第4熱交換器が設置されており、該第4熱交換器よりも上流側の第2循環流路に前記第2熱交換器が設置されていることを特徴とするものである。
本発明の一態様では、前記第3熱交換器で加熱された前記超純水を加熱するための、蒸気を熱源とした第5熱交換器が設置されている。
本発明の一態様では、前記第1循環流路に、前記凝縮器から第3熱交換器に向う第1媒体水を加熱するための、蒸気を熱源とした第6熱交換器が設けられている。
本発明の超純水製造装置では、第1熱交換器において、ユースポイント戻り水が保有する熱によって超純水を加熱する。また、ヒートポンプの凝縮器によって加熱された第1媒体水を熱源流体とする第3熱交換器によって、この超純水をさらに加熱する。ヒートポンプの蒸発器には、第2媒体水が循環通水される。第2媒体水は、温排水を熱源とした第4熱交換器と、第1熱交換器を通過した戻り水を熱源とした第2熱交換器が設けられている。この結果、ユースポイントに送水する超純水を所定温度にまで加温して温超純水とする熱源コストを低減することができる。また、第1熱交換器を通過した戻り水を第2熱交換器でさらに降温させた後、一次純水に加えるようにしているので、一次純水を冷却するための冷水を不要としたり、減少させたりすることができる。
なお、ユースポイント戻り水の水温は、通常70〜80℃例えば約75℃である。
本発明において、温排水とは、ユースポイントで洗浄に使用された排水である。ユースポイント直前に設置されたUF膜分離装置の濃縮水も温排水に含めてもよい。温排水の温度は、通常60〜75℃例えば約65℃である。
本発明の超純水製造装置は、一次純水製造装置及び二次純水製造装置並びに超純水を加熱する加熱手段を備える。
この一次純水製造装置の前段には、通常の場合、前処理装置が設けられる。前処理装置では、原水の濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。この前処理によって通常、水中の微粒子数は103個/mL以下となる。
一次純水製造装置は、逆浸透(RO)膜分離装置、脱気装置、再生型イオン交換装置(混床式又は4床5塔式など)、電気脱イオン装置、紫外線(UV)照射酸化装置等の酸化装置などを備え、前処理水中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うものである。一次純水製造装置は、例えば、熱交換器、2基以上のRO膜分離装置、混床式イオン交換装置、及び脱気装置で構成される。
二次純水製造装置は、サブタンク、給水ポンプ、冷却用熱交換器、低圧紫外線酸化装置又は殺菌装置といった紫外線照射装置、非再生型混床式イオン交換装置あるいは電気脱イオン装置、限外濾過(UF)膜分離装置又は精密濾過(MF)膜分離装置等の膜濾過装置で構成されるが、更に膜脱気装置、RO膜分離装置、電気脱イオン装置等の脱塩装置が設けられている場合もある。二次純水製造装置では、低圧紫外線酸化装置を適用し、その後段に混床式イオン交換装置を設け、これによって水中のTOCを紫外線により酸化分解し、酸化分解生成物をイオン交換によって除去する。本明細書では、以下、二次純水製造装置のうち、サブタンクよりも後段側をサブシステムと称する。
なお、二次純水製造装置の後段に三次純水製造装置を設け、この三次純水製造装置からの超純水を加熱するようにしてもよい。この三次純水製造装置は、二次純水製造装置と同様の構成を備えるものであり、更に高純度の超純水を製造するものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は実施の形態に係る超純水製造装置を示す系統図である。なお、以下の説明では水温を例示しているが、各水温は一例であり、本発明を何ら限定するものではない。
約25℃の一次純水は、配管1、サブタンク2、配管3を介してサブシステム4に導入され、超純水が製造される。製造された約25℃の超純水は、配管5、熱交換器6、配管7、熱交換器10、配管11、蒸気式熱交換器12、UF膜分離装置13及び配管14の順に流れ、これらの熱交換器6,10,12によって約75℃に加熱され、温超純水として配管14によりユースポイント40へ送水される。UF膜分離装置13はユースポイント40の直前に設置されている。
配管5からは配管5Aが分岐しており、UF膜分離装置5B及び配管5Cを介して常温超純水がユースポイントへ送水される。
熱交換器6の熱源流体流路へは、配管41を介してユースポイント40からの戻り温超純水(戻り水)が導入される。この熱交換器6を通過した戻り温超純水は、熱交換器43でヒートポンプ20の第2媒体水と熱交換して降温した後、配管44によって、サブタンク2に送られる。
熱交換器10の熱源流体流路には、ヒートポンプ20の凝縮器23によって加熱された第1媒体水(伝熱媒体としての水)が循環流通される。
ヒートポンプ20は、蒸発器21からの代替フロン等の熱媒体をポンプ22で圧縮して凝縮器23に導入し、凝縮器23からの熱媒体を膨張弁24を介して蒸発器21に導入するように構成されている。
凝縮器23に熱交換器10からの約75℃の第1媒体水が配管15を介して導入され、凝縮器23で約80℃に加熱された第1媒体水が配管16を介して熱交換器10に送水される。なお、凝縮器23からの第1媒体水の一部は、バイパス配管17を介して配管15に返送される。熱交換器10、配管15、凝縮器23及び配管16によって第1循環流路が構成されている。バイパス配管17には、流量調節弁(図示略)が設けられている。
蒸発器21の熱源流体流路に第2媒体水を循環通水するために、配管25、熱交換器43、熱交換器26及び配管27よりなる第2循環流路が設けられている。なお、配管25,27間にバイパス配管28が設けられている。バイパス配管28には、流量調節弁(図示略)が設けられている。
熱交換器26の熱源流体流路には、配管29を介してユースポイント40の約65℃の温排水が導入される。第2媒体水と熱交換して約30〜40℃に降温した温排水は、配管30から流出し、回収水として回収される。
熱交換器43,26で加熱された約25℃の第2媒体水が蒸発器21の熱源流体流路に導入され、ヒートポンプ20の熱媒体と熱交換して約20℃に降温した後、配管25を介して熱交換器43へ送水される。一部の第2媒体水は、バイパス配管28を介して配管25から配管27へ流れる。バイパス配管28には流量調節弁(図示略)が設けられている。
第2循環流路には、熱交換器26よりも上流側すなわち蒸発器21の第2媒体水出口側に前記熱交換器43が設置されている。前記熱交換器6を通過した戻り水(戻り超純水)の温度(例えば約32℃)は、蒸発器21で降温して配管25へ流出した第2媒体水の温度(例えば約20℃)よりも高い。そのため、熱交換器6からの戻り水は熱交換器43で常温超純水とほぼ同じ温度(約23〜25℃)まで降温した後、サブタンク2に流入する。
この結果、サブタンク2からサブシステム4に供給される一次純水を冷却するための熱交換器(前記図2の熱交換器73)が不要となる。また、この熱交換器を設置する場合であっても、冷水の使用量が減少する。
ヒートポンプ20の運転方法としては、例えば、第1媒体水および第2媒体水の出口温度がそれぞれ一定温度になるように、ヒートポンプ圧縮機の入力電力および循環水流量を調整する。ヒートポンプを複数系列とし、熱負荷に応じて台数制御を行ってもよい。また、図示のように、高温側および(または)低温側の循環系に熱交換器をバイパスする配管と流量制御バルブを設け、ヒートポンプ入口温度を制御するような運転を行ってもよい。
図1では、ユースポイント40の温排水のみを熱交換器26に供給しているが、ユースポイント直前に設置されたUF膜分離装置13の濃縮水も温排水として利用するようにしてもよい。
上記実施の形態では、蒸気式熱交換器15は熱交換器10で加熱された超純水を加熱するように設けられているが、凝縮器23から熱交換器10に向って流れる第1媒体水を加熱するように第1循環流路に設置されてもよい。蒸気式熱交換器15や第1循環流路の蒸気式熱交換器は、省略されてもよい。ただし、工場での温超純水使用量が急に増加した場合、ヒートポンプ20の熱源が不足し、温超純水温度が所定温度に達しないことが想定される。このような場合に備えて、蒸気式熱交換器を設置し、必要に応じて蒸気加熱できるようにしておくのが好ましい。
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。
2 サブタンク
4 サブシステム
6,10,12,26,43 熱交換器
20 ヒートポンプ
21 蒸発器
22 ポンプ
23 凝縮器
24 膨張弁
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Claims (5)
- 一次純水製造装置と、
該一次純水製造装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水製造装置と、
該二次純水製造装置からの超純水を加熱するための、ユースポイントからの戻り水を熱源とする第1熱交換器と、
該第1熱交換器を通過した該戻り水を冷却する第2熱交換器を備え、該第2熱交換器で冷却された戻り水を前記一次純水に加える戻り水返送系と、
該第1熱交換器で加熱された超純水をさらに加熱する加熱手段と
を有し、加熱された超純水をユースポイントに供給する超純水製造装置において、
前記加熱手段は、
前記第1熱交換器で加熱された超純水が被加熱流体流路に通水される第3熱交換器と、
該第3熱交換器の熱源流体流路に伝熱媒体としての第1媒体水を循環流通させる第1循環流路と、
該第1循環流路を流れる第1媒体水を加熱するヒートポンプとを備えており、
該ヒートポンプは、凝縮器、蒸発器、ポンプ及び膨張弁を備え、
該凝縮器は、該第1媒体水を加熱するように前記第1循環流路に設置されており、
該蒸発器は、第2媒体水が循環される第2循環流路に設置されていることを特徴とする超純水製造装置。 - 一次純水製造装置と、
該一次純水製造装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水製造装置と、
該二次純水製造装置からの超純水を加熱する加熱手段と
を有し、加熱された超純水をユースポイントに供給する超純水製造装置において、
前記加熱手段は、
前記超純水が被加熱流体流路に通水される第3熱交換器と、
該第3熱交換器の熱源流体流路に伝熱媒体としての第1媒体水を循環流通させる第1循環流路と、
該第1循環流路を流れる第1媒体水を加熱するヒートポンプとを備えており、
該ヒートポンプは、凝縮器、蒸発器、ポンプ及び膨張弁を備え、
該凝縮器は、該第1媒体水を加熱するように前記第1循環流路に設置されており、
該蒸発器は、第2媒体水が循環される第2循環流路に設置されており、
該第2循環流路には、温排水の熱によって第2媒体水を加熱するための第4熱交換器が設置されていることを特徴とする超純水製造装置。 - 一次純水製造装置と、
該一次純水製造装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水製造装置と、
ユースポイントからの戻り水を冷却する第2熱交換器を備え、該第2熱交換器で冷却された戻り水を前記一次純水に加える戻り水返送系と、
該二次純水製造装置からの超純水を加熱する加熱手段と
を有し、加熱された超純水をユースポイントに供給する超純水製造装置において、
前記加熱手段は、
前記超純水が被加熱流体流路に通水される第3熱交換器と、
該第3熱交換器の熱源流体流路に伝熱媒体としての第1媒体水を循環流通させる第1循環流路と、
該第1循環流路を流れる第1媒体水を加熱するヒートポンプとを備えており、
該ヒートポンプは、凝縮器、蒸発器、ポンプ及び膨張弁を備え、
該凝縮器は、該第1媒体水を加熱するように前記第1循環流路に設置されており、
該蒸発器は、第2媒体水が循環される第2循環流路に設置されており、
該第2循環流路には、温排水の熱によって第2媒体水を加熱するための第4熱交換器が設置されており、
該第4熱交換器よりも上流側の第2循環流路に前記第2熱交換器が設置されていることを特徴とする超純水製造装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記第3熱交換器で加熱された前記超純水を加熱するための、蒸気を熱源とした第5熱交換器が設置されていることを特徴とする超純水製造装置。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記第1循環流路に、前記凝縮器から第3熱交換器に向う第1媒体水を加熱するための、蒸気を熱源とした第6熱交換器が設けられていることを特徴とする超純水製造装置。
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